KR20160036862A - 발광 소자 제조 방법 및 그것에 의해 제조된 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼 레벨 패키지 공정을 이용한 발광 소자 제조 방법 및 그것에 의해 제조된 발광 소자가 개시된다. 상기 발광 소자는 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 위치하는 활성층을 포함하는 발광 구조체, 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 제1 전극, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 위치하며, 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 접속된 제2 전극, 상기 발광 구조체의 상면 및 상기 제2 전극의 상면과 측면을 덮으며, 상기 발광 구조체와 상기 제1 전극 사이에 위치하여 상기 제1 전극을 상기 제2 전극으로부터 절연시키는 하부 절연층, 상기 제1 전극의 일부를 덮는 상부 절연층, 상기 상부 절연층 상에 서로 이격되어 위치하고, 각각 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 전기적으로 연결된 제1 금속 벌크와 제2 금속 벌크 및 상기 제1 금속 벌크와 상기 제2 금속 벌크 사이에 배치된 절연부를 포함하며, 하기 식1의 열팽창 계수 차이가 20% 이하일 수 있다.
[식 1]
열팽창 계수 차이 = [(제1 금속 벌크 및 제2 금속 벌크의 열팽창 계수 - 발광 구조체의 열팽창 계수)]/제1 금속 벌크 및 제2 금속 벌크의 열팽창 계수]×100
이를 통해, 발광 소자의 방열 특성을 향상시켜, 열에 의한 발광 소자의 손상을 방지하여, 발광 소자의 신뢰성 및 발광 효율이 향상될 수 있다. 또한, 열팽창 계수 차이가 작으므로, 발광 구조체에 인가되는 스트레스가 작아 발광 구조체가 손상되는 것을 방지하여, 발광 소자의 신뢰성 및 발광 효율이 향상될 수 있다.

Description

발광 소자 제조 방법 및 그것에 의해 제조된 발광 소자{METHOD OF FABRICATING LIGHTING EMITTING DEVICE AND LIGHTING EMITTING DEVICE FABRICATED BY THE SAME}
본 발명은 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 , 전극 상에 금속 벌크를 형성하는 발광 소자의 제조 방법 및 그것을 이용하여 제조된 발광 소자에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 전기적 에너지를 광으로 변환하는 고체 상태 소자이며, 일반적으로 반대 도전형 불순물로 도핑된 반도체층들 사이에 개재된 하나 이상의 반도체 재료의 활성층을 포함한다. 바이어스가 이 도핑 층들을 가로질러 인가되는 경우, 전자와 정공이 활성층에 주입되고, 재결합하여 광이 발생한다.
발광 다이오드는 통상 최종적으로 발광 다이오드 모듈로서 사용된다. 발광 다이오드 모듈은 일반적으로 웨이퍼 레벨에서 전극을 가지는 발광 다이오드 칩을 제작하고, 패키징 공정 및 모듈 공정을 거쳐서 제작한다. 최근에는 웨이퍼 레벨에서 발광 다이오드 패키지를 제작하여 별도의 패키징 공정을 생략할 수 있는 기술이 개발되고 있다. 이에 따라 공정이 간소화되어 공정 시간 및 비용이 줄어든다.
발광 다이오드는 발광 동작 시 많은 열을 발생시킨다. 이는 발광 다이오드의 재결합률을 떨어뜨려 발광 다이오드의 내부 양자 효율이 저하되고, 결과적으로 발광 효율을 감소시킨다. 이를 해결하기 위해, 열방출을 위한 방열 패드 등이 사용되고 있으나, 발광 시 발생한 열로 인해, 발광 다이오드에 스트레스가 인가되어 손상되는 문제가 있다.한편, 반도체층을 성장하기 위한 성장 기판이 제한됨에 따라, 반도체층으로부터 성장 기판을 분리하는 기술이 개발되어 왔다. 그러나, 성장 기판을 반도체층으로부터 분리할 시, 얇은 반도체층이 쉽게 손상되는 문제가 존재한다.
따라서, 발광 다이오드 구동 시 발생하는 열에 의하더라도 반도체층이 과도한 스트레스를 받지 않으며, 성장 기판 분리 시, 반도체층의 손상을 방지할 수 있는 기술이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 열을 효과적으로 방산시키면서 반도체층에 가해지는 스트레스를 완화할 수 있는 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 웨이퍼 레벨 패키지 공정을 이용하여 제조될 수 있는 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 열에 의한 발광 소자의 손상을 방지하여, 신뢰성 및 발광 효율이 향상된 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 발광 구조체에 인가되는 스트레스가 작아 발광 구조체가 손상되는 것을 방지하여, 신뢰성 및 발광 효율이 향상된 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 웨이퍼 레벨 패키지 공정을 이용하여 금속 벌크를 가지는 발광 소자 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 성장 기판을 발광 구조체로부터 제거할 시, 발광 구조체가 손상되는 것을 방지하여, 신뢰성 및 발광 효율이 향상된 발광 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 위치하는 활성층을 포함하는 발광 구조체, 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 제1 전극, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 위치하며, 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 접속된 제2 전극, 상기 발광 구조체의 상면 및 상기 제2 전극의 상면과 측면을 덮으며, 상기 발광 구조체와 상기 제1 전극 사이에 위치하여 상기 제1 전극을 상기 제2 전극으로부터 절연시키는 하부 절연층, 상기 제1 전극의 일부를 덮는 상부 절연층, 상기 상부 절연층 상에 서로 이격되어 위치하고, 각각 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 전기적으로 연결된 제1 금속 벌크와 제2 금속 벌크, 및 상기 제1 금속 벌크와 상기 제2 금속 벌크 사이에 배치된 절연부를 포함하며, 하기 식1의 열팽창 계수 차이가 20% 이하일 수 있다.
[식 1]
열팽창 계수 차이 = [(제1 금속 벌크 및 제2 금속 벌크의 열팽창 계수 - 발광 구조체의 열팽창 계수)]/제1 금속 벌크 및 제2 금속 벌크의 열팽창 계수]×100
이를 통해, 발광 소자의 방열 특성을 향상시켜, 열에 의한 발광 소자의 손상을 방지하여, 발광 소자의 신뢰성 및 발광 효율이 향상될 수 있다. 또한, 열팽창 계수 차이가 작으므로, 발광 구조체에 인가되는 스트레스가 작아 발광 구조체가 손상되는 것을 방지하여, 발광 소자의 신뢰성 및 발광 효율이 향상될 수 있다.
상기 제1 금속 벌크 및 제2 금속 벌크는 Cu/Mo 또는 Cu/W 를 포함할 수 있다. Cu/Mo 또는 Cu/W는 발광 구조체와 열팽창 계수가 유사하기 때문에, 발광 구조체에서 열이 발생될 시, 발광 구조체에 인가되는 스트레스가 작아 발광 구조체가 손상되는 것을 방지하여, 발광 소자의 신뢰성 및 발광 효율이 향상될 수 있다.
상기 제1 금속 벌크 및 제 2 금속 벌크는 100㎛ 이상의 두께를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 제1 및 제2 금속 벌크가 얇은 상기 발광 구조체를 지지할 수 있어서, 성장 기판을 분리할 시 압력에 의해 상기 발광 구조체가 변형되어 손상되는 것을 방지할 수 있다.
상기 제1 금속 벌크 및 제2 금속 벌크의 측면은 발광 구조체의 측면보다 돌출될 수 있다. 이를 통해, 발광 구조체를 외부 충격으로부터 보호할 수 있으며, 제조된 발광 소자를 수평형 발광 소자로 사용 시, 발광 구조체가 회로부재에 직접 접하지 않기 때문에 발광 소자의 신뢰성 및 발광 효율이 개선될 수 있다.
상기 절연부는 에폭시 몰딩 화합물을 포함할 수 있다.
상기 제2 전극은 반사 금속층과 장벽 금속층을 포함할 수 있다. 상기 장벽 금속층은 상기 반사 금속층의 금속 물질이 확산되거나 오염되는 것을 방지할 수 있다.
상기 제2 전극은 ITO를 포함하고, 상기 하부 절연층은 분포 브래그 반사기(DBR)를 포함할 수 있다. 이를 통해, 상기 제2 전극에 의한 광의 흡수를 억제할 수 있으며, 광의 반사율을 높여, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 제2 전극 상에 배치된 전극 보호층을 더 포함할 수 있다. 상기 전극 보호층은 후술할 AuSn이 상기 제2 전극으로 확산되는 것을 방지하며, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 간의 단차를 줄여, 상기 발광 소자가 인쇄회로기판 등 회로부재에 더 안정적으로 부착될 수 있도록 한다.
상기 상부 절연층은 상기 제2 전극과 접하는 상기 하부 절연층을 덮으며, 상기 제2 전극의 일부와 접할 수 있다. 이 경우, 상기 제2 전극을 습기 등으로부터 더 효과적으로 보호할 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 전극이 상기 장벽 금속층을 포함하지 않더라도 외부의 습기가 상기 제2 전극의 상기 반사 금속층으로 침투하는 것을 방지할 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층은 거칠어진 표면을 포함할 수 있다. 이를 통해, 상기 제1 도전형 반도체층과 외부와의 계면에서 전반사되어 상기 제1 도전형 반도체층의 내부로 다시 돌아오는 광의 비율이 줄어들어, 발광 효율이 개선될 수 있다.
상기 발광 소자는 제1 도전형 반도체층 상에 배치된 파장변화부를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 발광 구조체에서 방출되는 광과 상기 파장변환부에서 변환되는 광의 조합에 의해 다양한 광을 구현할 수 있으며, 특히, 백색광을 구현할 수 있다.
상기 파장변환부는 복수개의 형광체층을 포함할 수 있다. 이를 통해, 발광 구조체에서 방출되는 광의 파장을 더욱 다양한 파장을 가진 광으로 변환시키는 것이 가능하다.
상기 발광 소자는 상기 제1 전극과 상기 제1 금속 벌크 사이에 배치된 제1 패드 및 상기 제2 전극과 상기 제2 금속 벌크 사이에 배치된 제2 패드를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 패드는 상기 제1 전극 및 제2 전극에 제1 및 제2 금속 벌크를 효과적으로 접속시키는 역할을 할 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 제1 금속 벌크 및 상기 제2 금속 벌크 상에 위치하는 방열 구조를 더 포함할 수 있다. 이를 통해, 상기 발광 구조체에서 발생한 열이 효과적으로 방산될 수 있으므로, 열에 의한 상기 발광 소자의 손상을 방지하여, 상기 발광 소자의 신뢰성 및 발광 효율이 향상될 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층을 노출시키는 하나 이상의 홀을 포함하며, 상기 홀을 통해 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제1 전극이 전기적으로 접속할 수 있다. 상기 홀의 위치, 형태, 및 개수에 따라 전류 분산 효율 및 상기 발광 소자의 발광 패턴이 조절될 수 있다.
상기 발광 구조체는 활성층 및 상기 제2 도전형 반도체층을 포함하는 적어도 하나의 메사 및 상기 메사의 측면에 인접하여 위치하여 상기 제1 도전형 반도체층을 노출시키는 노출 영역을 포함하며, 상기 노출 영역을 통해 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제1 전극이 전기적으로 접속할 수 있다. 상기 메사의 형태를 조절하여 활성층에서 생성된 광의 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 메사의 측면에 형성된 상기 노출 영역은 서로 이격된 복수의 홀 형태일 수 있으며, 상기 홀의 위치, 형태, 및 개수에 따라 전류 분산 효율 및 상기 발광 소자의 발광 패턴이 조절될 수 있다.
상기 노출 영역은 상기 메사를 둘러싸는 형태일 수 있다. 이를 통해, 전류 분산 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 발광 소자는 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 위치하는 활성층을 포함하는 발광 구조체, 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 제1 전극, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 위치하며, 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 접속된 제2 전극, 상기 발광 구조체의 상면 및 상기 제2 전극의 상면과 측면을 덮으며, 상기 발광 구조체와 상기 제1 전극 사이에 위치하여 상기 제1 전극을 상기 제2 전극으로부터 절연시키는 하부 절연층, 상기 제1 전극의 일부를 덮는 상부 절연층, 상기 상부 절연층 상에 서로 이격되어 위치하고, 각각 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 전기적으로 연결된 제1 금속 벌크, 제2 금속 벌크 및 상기 제1 금속 벌크와 상기 제2 금속 벌크 사이에 배치된 절연부를 포함하는 지지구조체를 포함하며, 하기 식 2의 열팽창 계수 차이가 20% 이하일 수 있다.
[식 2]
열팽창 계수 차이 = [(지지구조체의 열팽창 계수 - 발광 구조체의 열팽창 계수)]/지지구조체의 열팽창 계수]×100
이를 통해, 발광 소자의 방열 특성을 향상시켜, 열에 의한 발광 소자의 손상을 방지하여, 발광 소자의 신뢰성 및 발광 효율이 향상될 수 있다. 또한, 열팽창 계수 차이가 작으므로, 발광 구조체에 인가되는 스트레스가 작아 발광 구조체가 손상되는 것을 방지하여, 발광 소자의 신뢰성 및 발광 효율이 향상될 수 있다.
또한, 이 경우 상기 제1 금속 벌크 및 제2 금속 벌크는 Cu, Mo, W, Cu/Mo 및 Cu/W 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이를 통해, 발광 구조체에 인가되는 스트레스가 작아 발광 구조체가 손상되는 것을 방지하여, 발광 소자의 신뢰성 및 발광 효율이 향상될 수 있다.
본 발명의 또다른 일 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법은 성장 기판 상에 형성된 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층 사이에 위치하는 활성층을 포함하는 발광 구조체를 형성하고, 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 제1 전극을 형성하고, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 위치하며, 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 접속된 제2 전극을 형성하고, 상기 발광 구조체의 상면 및 상기 제2 전극의 상면과 측면을 덮으며, 상기 발광 구조체와 상기 제1 전극 사이에 위치하여 상기 제1 전극을 상기 제2 전극으로부터 절연시키는 하부 절연층을 형성하고, 상기 제1 전극의 일부를 덮는 상부 절연층을 형성하여 복수의 소자 영역을 형성하고, 복수의 관통부를 포함하는 금속 벌크를 상기 제1 전극 및 제2 전극 상에 형성하고, 상기 관통부를 채우는 절연부를 형성하고, 상기 복수의 소자 영역 및 상기 금속 벌크를 단일 소자 단위로 분할하여 복수의 발광 소자를 형성하는 것을 포함하고, 상기 제1 및 제2 금속 벌크는 각각 상기 제1 전극 및 제2 전극에 전기적으로 연결되며, 상기 절연부는 상기 제1 및 제2 금속 벌크 사이에 위치하고, 하기 식1의 열팽창 계수 차이가 20% 이하일 수 있다.
[식 1]
열팽창 계수 차이 = [(제1 금속 벌크 및 제2 금속 벌크의 열팽창 계수 - 발광 구조체의 열팽창 계수)]/제1 금속 벌크 및 제2 금속 벌크의 열팽창 계수]×100
이 경우, 웨이퍼 레벨 패키지를 통해 상기 금속 벌크를 포함하는 발광 소자를 제조할 수 있다. 또한, 상기 발광 소자가 상기 금속 벌크를 포함하여, 상기 성장 기판을 상기 발광 구조체로부터 제거할 시, 상기 발광 구조체가 손상되는 것을 방지하여, 발광 소자의 신뢰성 및 발광 효율이 향상될 수 있다.
상기 복수의 소자 영역은 분할선을 따라 단일 소자 단위로 분할되고, 상기 금속 벌크는 상기 분할선과 상기 절연부가 중첩되는 영역에 형성된 금속 벌크 연결부를 포함할 수 있다. 이를 통해, 상기 분할선을 따라 레이저 다이싱을 통해 상기 복수의 소자 영역, 상기 금속 벌크 및 상기 절연부를 절단하는 경우, 상기 절연부가 레이저의 고온에 의해 녹는 등 손상되고, 손상된 상기 절연부가 상기 금속 벌크와 회로부재 사이에 위치하여 상기 발광 소자 구동 시 큰 저항을 생성하는 것을 방지할 수 있으며, 상기 제1 전극 및 제2 전극을 절연시키는 상기 절연부의 기능이 감소하는 것을 방지할 수 있다.
상기 발광 소자의 제조 방법은 상기 성장 기판을 상기 발광 구조체로부터 제거하는 것을 더 포함하고, 상기 제1 금속 벌크 및 상기 제2 금속 벌크는 Cu/Mo 또는 Cu/W 를 포함할 수 있다. 이를 통해, 상기 제1 및 제2 금속 벌크는 상기 발광 구조체를 지지하여, 상기 성장 기판을 상기 발광 구조체로부터 제거할 시 상기 발광 구조체가 손상되는 것을 방지할 수 있어서 상기 발광 소자의 신뢰성 및 발광 효율이 향상될 수 있다.
상기 발광 소자의 제조 방법은 상기 금속 벌크 상에 지지기판을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 지지기판은 상기 제1 및 제2 금속 벌크와 함께 상기 발광 구조체를 지지하여, 상기 성장 기판을 발광 구조체로부터 제거할 시 상기 발광 구조체가 손상되는 것을 방지할 수 있어서 상기 발광 소자의 신뢰성 및 발광 효율이 향상될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 발광 구조체에 금속 벌크를 배치하여 발광 소자의 방열 특성을 향상시켜, 열에 의한 발광 소자의 손상을 방지하여, 발광 소자의 신뢰성 및 발광 효율이 향상된다. 또한, 금속 벌크와 발광 구조체의 큰 열팽창 계수 차이에 따라, 발광 구조체에 인가되는 스트레스가 작아 발광 구조체가 손상되는 것을 방지하여, 발광 소자의 신뢰성 및 발광 효율이 향상된다.
본 발명의 발광 소자의 제조 방법은 웨이퍼 레벨 패키지 공정을 이용하여 금속 벌크가 포함된 발광 소자를 제조할 수 있기 때문에, 공정 효율을 향상시킬 수 있다. 더불어, 발광 소자가 금속 벌크를 포함하여, 성장 기판을 발광 구조체로부터 제거할 시, 발광 구조체가 손상되는 것을 방지하여, 발광 소자의 신뢰성 및 발광 효율이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도(a) 및 단면도(b)이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법을 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도(a) 및 단면도(b)이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도(a) 및 단면도(b)이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도(a) 및 단면도(b)이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도(a) 및 단면도(b)이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도(a) 및 단면도(b)이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자 및 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도(a) 및 단면도(b)이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자 및 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도(a) 및 단면도(b)이다.
도 13는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자 및 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도(a) 및 단면도(b)이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자 및 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도(a) 및 단면도(b)이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 발광 소자 및 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도(a) 및 단면도(b)이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 또한, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에" 또는 "상에" 있다고 기재된 경우 각 부분이 다른 부분의 "바로 상부" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라 각 구성요소와 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 도면들로서, 각 도면들에서 (a)는 평면도를, (b)는 절취선 A-B-B'-A'을 따라 취해진 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 발광 구조체(110), 제1 전극(140), 제2 전극(120), 하부 절연층(130), 상부 절연층(150), 지지구조체를 포함한다.
발광 구조체(110)는 제1 도전형 반도체층(111), 제1 도전형 반도체층(111) 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층(113) 및 제1 도전형 반도체층(111)및 제2 도전형 반도체층(113) 사이에 위치하는 활성층(112)을 포함할 수 있다. 도 1은 제1 도전형 반도체층(111) 상에 성장 기판(100)을 도시하고 있지만, 성장 기판(100)은 생략될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(111), 활성층(112), 및 제2 도전형 반도체층(113)은 Ⅲ-Ⅴ계열 화합물 반도체를 포함할 수 있고, 예를 들어, (Al, Ga, In)N과 같은 질화물계 반도체를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(111)은 n형 불순물(예를 들어, Si)을 포함할 수 있고, 제2 도전형 반도체층(113)은 p형 불순물(예를 들어, Mg)을 포함할 수 있다. 또한, 그 반대일 수도 있다. 활성층(112)은 다중양자우물구조(MQM)를 포함할 수 있다. 발광 구조체(110)에 순방향 바이어스가 가해지면 활성층(112)에서 전자와 정공이 결합하면서 빛을 방출하게 된다. 제1 도전형 반도체층(111), 활성층(112), 및 제2 도전형 반도체층(113)은 금속유기화학 기상증착(MOCVD) 또는 분자선에피택시(MBE) 등의 기술을 이용하여 성장 기판(100) 상에 성장될 수 있다.
발광 구조체(110)는 이에 한정되는 것은 아니나, 도 1을 참조하여 다음과 같은 구성을 가질 수 있다. 발광 구조체(110)는 활성층(112) 및 제2 도전형 반도체층(113)을 포함하는 적어도 하나의 메사(M) 및 메사(M)의 측면에 인접하여 위치하여 제1 도전형 반도체층(111)을 노출시키는 노출 영역(e)을 포함할 수 있으며, 노출 영역(e)을 통해 제1 도전형 반도체층(111)과 제1 전극(140)이 전기적으로 접속할 수 있다. 메사(M)의 측면은 포토레지스트 리플로우와 같은 기술을 사용함으로써 경사지게 형성될 수 있으며, 경사진 메사(M)의 측면은 활성층(112)에서 생성된 광의 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 후술하는 바와 같이, 제1 전극(140)은 제1 도전형 반도체층(111)과 전기적으로 접속될 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니나, 제1 도전형 반도체층(111)이 부분적으로 노출된 노출 영역(e)을 통해서 접속될 수도 있다. 그러한 경우, 노출 영역(e)의 위치, 형태, 및 개수에 따라 전류 분산 효율 및 발광 소자의 발광 패턴이 조절될 수 있다. 노출 영역(e)은 사진 및 식각 기술을 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 포토레지스트를 이용하여 식각 영역을 정의하고, ICP와 같은 건식 식각을 이용하여 제2 도전형 반도체층(112)과 활성층(112)를 식각함으로써 노출 영역(e)이 형성될 수 있다.
제2 전극(120)은 제2 도전형 반도체층(113) 상에 위치하며, 제2 도전형 반도체층(113)과 전기적으로 접속될 수 있다. 제2 전극(120)은 각 메사(M) 상에 형성하며, 메사(M)의 형상을 따라 기다란 형성을 가질 수 있다. 제2 전극(120)은 반사 금속층(121)을 포함하며, 나아가 장벽 금속층(122)을 포함할 수 있으며, 장벽 금속층(122)은 반사 금속층(121)의 상면 및 측면을 덮을 수 있다. 예컨대, 반사 금속층(121)의 패턴을 형성하고, 그 위에 장벽 금속층(122)을 형성함으로써, 장벽 금속층(122)이 반사 금속층(121)의 상면 및 측면을 덮도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사 금속층(121)은 Ag, Ag 합금, Ni/Ag, NiZn/Ag, TiO/Ag층을 증착 및 패터닝하여 형성될 수 있다. 한편, 장벽 금속층(122)은 Ni, Cr, Ti, Pt 또는 그 복합층으로 형성될 수 있으며, 반사 금속층(121)의 금속 물질이 확산되거나 오염되는 것을 방지한다. 또한, 제2 전극(120)은 ITO(Indium tin oxide)를 포함할 수 있다. ITO는 광투과율이 높은 금속 산화물로 이루어져서, 제2 전극(120)에 의한 광의 흡수를 억제하여 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
도면에 도시되지 않았지만,제2 전극(120) 상에 전극 보호층이 배치될 수 있다. 구체적으로, 전극 보호층은 후술할 하부 절연층(130)의 개구부(130b)보다 상대적으로 좁은 상부 면적을 가질 수 있다. 전극 보호층은 후술할 AuSn이 제2 전극(120)으로 확산되는 것을 방지하며,제1 전극(140)과 제2 전극(120) 간의 단차를 줄여, 발광 소자가 인쇄회로기판 등 회로부재에 더 안정적으로 부착될 수 있도록 한다. 전극 보호층은 제1 전극(140)을 형성하는 동안 제1 전극(140)과 동일한 물질로 형성될 수 있으며, 증착 및 패터닝을 통해 형성될 수 있다.
하부 절연층(130)은 발광 구조체(110)의 상면 및 제2 전극(120)의 상면과 측면을 덮으며, 상기 발광 구조체와 상기 제1 전극 사이에 위치하여 제1 전극(140)을 상기 제2 전극(120)으로부터 절연시킬 수 있다. 하부 절연층(130)은 특정 영역에서 제1 도전형 반도체층(111) 및 제2 도전형 반도체층(113)에 전기적 접속을 허용하기 위한 개구부(130a, 130b)를 갖는다. 예컨대, 하부 절연층(130)은 제1 도전형 반도체층(111)을 노출시키는 개구부(130a)와 제2 전극(120)을 노출시키는 개구부(130b)를 가질 수 있다. 하부 절연층(130)의 개구부(130b)는 후술하는 제1 전극(140)의 개구부(140b)에 비해 상대적으로 좁은 면적을 가질 수 있다. 하부 절연층(130)은 화학기상증착(CVD) 등의 기술을 사용하여 SiO2 등의 산화막, SiNx 등의 질화막, MgF2의 절연막으로 형성될 수 있다. 하부 절연층(130)은 단일층으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다중층으로 형성될 수도 있다. 나아가 하부 절연층(130)은 저굴절 물질층과 고굴절 물질층이 교대로 적층된 분포 브래그 반사기(DBR)를 포함할 수 있다. 예컨대, SiO2/TiO2 나 SiO2/Nb2O5 등의 층을 적층함으로써 반사율이 높은 절연 반사층을 형성할 수 있다.
제1 전극(140)은 제1 도전형 반도체층(111)에 전기적으로 접속될 수 있다. 제1 전극(140)은 하부 절연층(130)의 개구부(130a)를 통해 제1 도전형 반도체층(111)에 접속할 수 있다. 제1 전극(140)은 발광 구조체(110)를 덮을 수 있다. 또한, 제1 전극(140)은 제2 전극(120)을 노출시키는 개구부(140b)를 가질 수 있다. 개구부(140b)는 하부 절연층(130)의 개구부(130b)보다 상대적으로 넓은 면적으로 형성되어 개구부(130b)를 노출시킨다. 제1 전극(140)은 개구부(140b)를 제외한 성장 기판(100)의 거의 전 영역 상부에 형성될 수 있다. 따라서, 제1 전극(140)을 통해 전류가 성장 기판(100)의 거의 전 영역 상부에 쉽게 분산될 수 있다. 제1 전극(140)은 Al층과 같은 고반사 금속층을 포함할 수 있으며, 고반사 금속층은 Ti, Cr 또는 Ni 등의 접착층 상에 형성될 수 있다. 또한, 고반사 금속층 상에 Ni, Cr, Au 등의 단층 또는 복합층 구조의 보호층이 형성될 수 있다. 제1 전극(140)은 예컨대, Ti/Al/Ti/Ni/Au 의 다층 구조를 가질 수 있다. 제1 전극(140)은 하부 반도체층(130) 상에 금속 물질을 증착하고, 이를 패터닝하여 형성될 수 있다.
상부 절연층(150)은 제1 전극(140)의 일부를 덮을 수 있다. 상부 절연층(150)은 제1 전극(140)을 노출시키는 개구부(150a) 및 제2 전극(120)을 노출시키는 개구부(150b)를 가질 수 있다. 상부 절연층(150)의 개구부(150b)는 제1 전극(140)의 개구부(140b)에 비해 상대적으로 더 좁은 면적을 갖고, 한편, 하부 절연층(130)의 개구부(130b)보다 상대적으로 넓은 면적을 가질 수 있다. 이에 따라, 제1 전극(140)의 개구부(140b)의 측벽들은 상부 절연층(150)에 의해 덮일 수 있다. 상부 절연층(150)은 제1 전극(140) 상에 산화물 절연층, 질화물 절연층 또는 폴리이미드, 테플론, 파릴렌 등의 폴리머를 증착 및 패터닝하여 형성할 수 있다.
지지구조체는 상부 절연층(150) 상에 서로 이격되어 위치하고, 각각 제1 전극(140) 및 제2 전극(120)에 전기적으로 연결된 제1 금속 벌크(211), 제2 금속 벌크(212) 및 제1 금속 벌크(211)와 제2 금속 벌크(212) 사이에 배치된 절연부(220)를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 금속 벌크(211, 212)는 상부 절연층(150)의 개구부(150a, 150b)를 통해 제1 전극 및 제2 전극(140, 120)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 및 제2 금속 벌크(211, 212)는 제1 및 제2 금속 벌크(211, 212)와 제1 전극 및 제2 전극(140, 120) 사이에 위치한 솔더들(200a, 200b)를 이용 하여 제1 전극 및 제2 전극에 접착될 수 있다. 솔더(200a, 200b)로는 예를 들어, AuSn을 사용할 수 있다. 발광 소자가 제1 및 제2 금속 벌크(211, 212)를 포함함으로써, 구동 중인 발광 소자의 발광 구조체(110)에서 발생하는 열이 제1 및 제2 금속 벌크(211, 212)를 통해 외부로 효과적으로 방출될 수 있으므로, 열에 의한 발광 소자의 손상을 방지하여, 발광 소자의 신뢰성 및 발광 효율이 향상될 수 있다.
제1 및 제2 금속 벌크(211, 212)는 발광 구조체(110)에서 발생한 열을 외부로 효과적으로 방출시킬 수 있으며, 그 열팽창 계수가 발광 구조체(110)의 열팽창 계수와 유사한 물질을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 및 제2 금속 벌크(211, 212)는 Cu/Mo 또는 Cu/W 을 포함할 수 있다.
제1 및 제2 금속 벌크(211, 212)는 발광 구조체(110)의 측면보다 더 돌출될 수 있다. 또한, 발광 소자가 성장 기판(100)을 포함하는 경우, 제1 및 제2 금속 벌크(211, 212)는 성장 기판(100)의 측면보다 더 돌출될 수 있다. 이를 통해, 발광 구조체(110)를 외부 충격으로부터 보호할 수 있으며, 제조된 발광 소자를 수평형 발광 소자로 사용 시, 발광 구조체(110) 및 성장 기판(100)이 회로부재에 직접 접하지 않기 때문에 발광 소자의 신뢰성 및 발광 효율이 개선될 수 있다. 본 명세서에서 "금속 벌크"는 마이크로 스케일의 두께를 가지는 금속부를 의미한다. 특히, 제1 및 제2 금속 벌크(211, 212)는 100㎛ 이상의 두께를 가질 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 금속 벌크(211, 212)가 얇은 발광 구조체(110)를 지지할 수 있어서, 성장 기판(100)을 분리할 시 압력에 의해 발광 구조체(110)가 변형되어 손상되는 것을 방지할 수 있다.
절연부(220)는 제1 및 제2 금속 벌크(211, 212)를 절연시켜 결과적으로 제1 전극 및 제2 전극(140, 120)을 절연시키며 제1 및 제2 금속 벌크(211, 212) 사이를 채워 내구성을 향상시키고, 제1 및 제2 금속 벌크(211, 212)의 열팽창 시 발생하는 스트레스를 완화시켜주는 역할을 한다. 절연부(220)는 에폭시 몰딩 화합물(EMC)을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제1 금속 벌크(211)와 제2 금속 벌크(212)는 서로 이격되어 있고, 절연부(220)는 제1 및 제2 금속 벌크들(211, 212)의 팽창을 일정 정도 수용한다. 이에 따라, 제1 금속 벌크(211) 및 제2 금속 벌크(212)의 열팽창에 의해 발광 구조체(110)에 스트레스가 인가되는 것을 완화할 수 있다.
나아가, 본 실시예에 따른 발광 소자와 관련하여, 하기 식 1의 열팽창 계수 차이가 20% 이하일 수 있다.
[식 1]
열팽창 계수 차이 = [(제1 금속 벌크 및 제2 금속 벌크의 열팽창 계수 - 발광 구조체의 열팽창 계수)]/제1 금속 벌크 및 제2 금속 벌크의 열팽창 계수]×100
열팽창 계수 차이는 제1 및 제2 금속 벌크(211, 212)의 열팽창 계수 대비 발광 구조체(110)의 열팽창 계수를 백분율로 산출한 값이다. 식 1의 열팽창 계수 차이가 20% 이하인 경우, 제1 및 제2 금속벌크들(211, 212)의 열팽창에 의해 발광 구조체(110)에 인가되는 스트레스가 작아발광 구조체(110)가 손상되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 발광 소자의 신뢰성 및 발광 효율이 향상될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자는, 도 1을 참조하여 설명한 발광 소자와 유사하나, 식 1을 만족하는 대신, 하기 식 2의 열팽창 계수 차이가 20% 이하일 수 있다.
[식 2]
열팽창 계수 차이 = [(지지구조체의 열팽창 계수 - 발광 구조체의 열팽창 계수)] / 지지구조체의 열팽창 계수]×100
이 경우, 지지구조체의 열팽창에 의해 발광 구조체(110)에 인가되는 스트레스가 작아 발광 구조체(110)가 손상되는 것을 방지하여, 발광 소자의 신뢰성 및 발광 효율이 향상될 수 있다.
또한, 본 실시예에서 따른 발광 소자와 관련하여, 상기 제1 금속 벌크(211) 및 제2 금속 벌크(212)는 Cu, Mo, W, Cu/Mo 및 Cu/W 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이 경우, 지지구조체의 열팽창에 의해 발광 구조체(110)에 인가되는 스트레스가 작아 발광 구조체(110)가 손상되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 발광 소자의 신뢰성 및 발광 효율이 향상될 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법을 설명하기 위한 평면도(a) 및 단면도(b)이다.
도 2(a)를 참조하면, 도 1을 참조하여 설명한 발광 구조체(110), 제1 전극 및 제2 전극(140, 120), 하부 절연층(130), 상부 절연층(150)을 포함하는 복수의 소자 영역을 먼저 준비한다. 이 후, 복수의 관통부(210a)를 포함하는 금속 벌크(210)가 상기 제1 전극 및 제2 전극(140, 120) 상에 형성된다. 구체적으로, 제1 전극 및 제2 전극(140, 120) 상에 솔더(200)를 증착 시킨 뒤, 금속 벌크(210)가 솔더(200)를 통해 제1 전극 및 제2 전극(140, 120) 상에 형성된다. 예를 들어, 솔더(200)로는 AuSn을 사용할 수 있으며, AuSn가 땜납, 포토리소그래피, 스크린 프린팅 등의 방법으로 증착된 뒤, 금속 벌크(210)가 AuSn 상에 배치될 수 있다. 복수의 관통부(210a)는 제1 전극(140)과 접하는 금속 벌크(210)와 제2 전극(120)과 접하는 금속 벌크(210) 사이에 배치될 수 있다.
도 2(b)를 참조하면, 관통부(210a)를 채우는 절연부(220)가 형성된다. 절연부(220)는 스크린 프린팅 또는 디스펜싱을 이용하여 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 절연부(220) 형성 시, 금속 벌크(210) 표면에 잔류하는 절연부(220) 물질은 그라인딩(grinding) 또는 CMP(chemical mechanical polishing)을 통해서 제거할 수 있다.
도 3은 절취선 D-D' 따라 취해진 도 2(b)의 단면도이다. 이에 한정되는 것은 아니나, 도 3의 가능한 구조로써, 도 1의 발광 소자 구조를 이용하여 구체적으로 발광 소자의 제조방법을 설명하도록 한다.
도 3(a)를 참조하면, 금속 벌크(210)가 제1 전극(140)과 제2 전극(120)에 부착된 뒤, 복수의 발광 소자의 제1 및 제2 금속 벌크(211, 212)가 발광 구조체(110) 및 성장 기판(100)의 측면보다 더 돌출되도록 ISO(isolation) 공정이 추가될 수 있다. 이를 통해, 발광 구조체(110)를 외부 충격으로부터 보호할 수 있으며, 제조된 발광 소자를 수평형 발광 소자로 사용 시, 발광 구조체(110) 및 성장 기판(100)이 회로부재에 직접 접하지 않기 때문에 발광 소자의 신뢰성 및 발광 효율이 개선될 수 있다. ISO 공정은 사진 및 식각 기술을 이용하여 진행될 수 있다. 포토레지스트를 이용하여 식각 영역(I)을 정의하고, ICP와 같은 건식 식각을 이용하여 성장 기판(100), 제1 도전형 반도체층(111)을 식각할 수 있다.
다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 13 및 14의 발광 소자 형태를 도출하기 위해 성장 기판(100), 및 제1 도전형 반도체층(111)을 식각하는 것에 더하여 하부 절연층(130), 제1 전극(140), 상부 절연층(150)을 더 식각할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 도 1의 발광 소자 형태를 도출하기 위해 성장 기판(100), 제1 도전형 반도체층(111), 하부 절연층(130), 제1 전극(140), 및 상부 절연층(150)을 식각하는 것에 더하여 솔더(200)를 더 식각할 수 있다.
도 3(b)를 참조하면, 이 후, 복수의 소자 영역, 금속 벌크(210) 및 절연부(220)를 단일 소자 단위로 분할하여 복수의 발광 소자가 형성된다. 예를 들어, 분할선 M 및 N에 따라 복수의 소자 영역, 금속 벌크(210) 및 절연부(220)를 절단하여 복수의 발광 소자가 형성될 수 있다. 절단 방법으로는 이에 한정되는 것은 아니나, 레이저 다이싱(laser dicing) 또는 화학적 식각(chemical etching)을 사용할 수 있다. 절단되기 전, 금속벌크는 제1 전극(140) 및 제2 전극(120) 모두에 전기적으로 접속되어 있다. 분할선 N을 따라 복수의 소자 영역, 금속 벌크(210) 및 절연부(220)를 절단하여 제1 전극(140)과 제2 전극(120)을 전기적으로 절연시킬 수 있다. 분할선 M은 사용하고자 하는 단일 소자의 크기에 따라 이동될 수 있다. 이를 통해, 웨이퍼 레벨 패키지 공정을 통해 금속 벌크(210)를 포함하는 발광 소자를 제조할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법을 설명하기 위한 평면도이다. 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 소자 제조방법은 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 발광 소자의 제조 방법과 유사하나, 금속 벌크(210)가 분할선과 절연부(220)가 중첩되는 영역에 형성된 금속 벌크 연결부(210L)를 포함할 수 있다는 점에서 차이가 있다. 이를 통해, 분할선 M을 따라 레이저 다이싱을 통해 복수의 소자 영역, 금속 벌크(210) 및 절연부(220)를 절단하는 경우, 절연부(220)가 레이저의 고온에 의해 녹는 등 손상되고, 손상된 절연부(220)가 금속 벌크(210)와 회로부재 사이에 위치하여 발광 소자 구동 시 큰 저항을 생성하는 것을 방지할 수 있으며, 제1 전극(140)과 제2 전극(120)을 절연시키는 절연부(220)의 기능이 감소하는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로, 금속 벌크 연결부(210L)에 의해 절연부(220)와 레이저가 만나지 않거나, 금속 벌크의 표면 아래에서 만나게 되므로, 금속 벌크(210)의 표면에 손상된 절연부(220)가 남아있는 것을 방지할 수 있으며, 제1 전극(140)과 제2 전극(120)이 효과적으로 절연될 수 있다. 금속 벌크 연결부(210L)의 폭(W)은 10 내지 40㎛ 일 수 있으며, 절단에 사용하는 레이저의 폭이 금속 벌크 연결부(210L)의 폭(W) 보다 넓어서, 절단 후 제1 전극 및 제2 전극(140, 120)이 절연될 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도(a) 및 단면도(b)이다. 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 소자는 도 1을 참조하여 설명한 발광 소자와 유사하나, 메사(M)가 없으며, 제2 도전형 반도체층(113) 및 활성층(112)을 관통하여 제1 도전형 반도체층(111)을 노출시키는 하나 이상의 홀(h)을 포함하며, 홀(h)을 통해 제1 도전형 반도체층(111)과 제1 전극(140)이 전기적으로 접속된다는 점에서 차이가 있다. 홀(h)은 도시된 바와 같이 규칙적으로 형성될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 홀(h)의 위치, 형태, 및 개수에 따라 전류 분산 효율 및 발광 소자의 발광 패턴이 조절될 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도(a) 및 단면도(b)이다. 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 소자는 도 1을 참조하여 설명한 발광 소자와 유사하나, 발광 구조체(110)는 활성층(112) 및 제2 도전형 반도체층(113)을 포함하는 적어도 하나의 메사(M) 및 메사(M)의 측면에 인접하여 위치하여 제1 도전형 반도체층(111)을 노출시키는 노출 영역(e)을 포함하며, 노출 영역(e)을 통해 제1 도전형 반도체층(111)과 제1 전극(140)이 전기적으로 접속되며, 노출 영역(e)은 서로 이격된 복수의 홀 형태인 점에서 차이가 있다. 홀은 도시된 바와 같이 규칙적으로 형성될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 홀의 위치, 형태, 및 개수에 따라 전류 분산 효율 및 발광 소자의 발광 패턴이 조절될 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도(a) 및 단면도(b)이다. 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 소자는 도 1을 참조하여 설명한 발광 소자와 유사하나, 노출 영역(e)이 메사(M)를 둘러싸는 형태인 점에서 차이가 있다. 노출 영역(e)은 발광 구조체(110)의 측면에 인접하면서, 메사(M) 주위를 둘러쌓으며 형성될 수 있으며, 구체적으로 메사(M)의 오목부의 안쪽 영역에도 노출 영역(e)이 확장될 수 있다. 이러한 구조를 통해 전류 분산 효율을 향상시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도(a) 및 단면도(b)이다. 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 소자는 도 1을 참조하여 설명한 발광 소자와 유사하나, 상부 절연층(150)은 제2 전극(120)과 접하는 하부 절연층(130)을 덮으며, 제2 전극(120)의 일부와 접할 수 있다. 구체적으로, 상부 절연층(150)의 개구부(150b)가 하부 절연층(130)의 개구부(130b)보다 상대적으로 좁은 면적을 가질 수 있다. 이에 따라, 제1 전극(140)의 개구부(140b)의 측벽들 뿐만 아니라 하부 절연층(130)의 측벽들도 상부 절연층(150)에 의해 덮일 수 있다. 이 경우, 제2 전극(120)을 습기 등으로부터 더 효과적으로 보호할 수 있다. 구체적으로, 제2 전극(120)이 장벽 금속층을 포함하지 않더라도 외부의 습기가 제2 전극(120)의 반사 금속층으로 침투하는 것을 방지할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도(a) 및 단면도(b)이다. 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 소자는 도 1을 참조하여 설명한 발광 소자와 유사하나, 제1 전극(140)과 제1 금속 벌크(211) 사이에 배치된 제1 패드(161) 및 제2 전극(120)과 제2 금속 벌크(212) 사이에 배치된 제2 패드(162)를 포함하는 점에서 차이가 있다. 제1 패드(161)는 상부 절연층(150)의 개구부(150a)를 통해 제1 전극(140)과 접속하고, 제2 패드(162)는 상부 절연층(150)의 개구부(150b)를 통해 제2 전극(120)에 접속한다. 제1 및 제2 패드(161,162)는 제1 전극 및 제2 전극(140, 120)에 제1 및 제2 금속 벌크(211, 212)를 효과적으로 접속시키는 역할을 할 수 있다. 제1 및 제2 패드(161,162)는 동일 공정으로 함께 형성될 수 있으며, 예컨대 사진 및 식각 기술 또는 리프트 오프 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 제1 및 제2 패드(161,162)는 예컨대 Ti, Cr, Ni 등의 접착층과 Al, Cu, Ag 또는 Au 등의 고전도 금속층을 포함할 수 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자 및 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도(a) 및 단면도(b)이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 소자는 도 1을 참조하여 설명한 발광 소자와 유사하나, 성장 기판(100)이 제거된 점에서 차이가 있다. 성장 기판(100)이 제거되는 경우, 발광 구조체(110)에서 발생한 광이 성장 기판(100)에 흡수되거나, 성장 기판(100)에 의해 광도가 감소하는 등의 문제를 해결할 수 있다. 성장 기판(100)은 제1 및 제2 금속 벌크(211, 212)가 형성된 이 후, 레이저 리프트 오프, 화학적 리프트 오프, 응력 리프트 오프 등 다양한 기판 분리 기술을 이용하여 분리될 수 있다. 예를 들어, 성장 기판(100)과 제1 도전형 반도체층(111) 사이에 U-GaN층이 존재할 수 있으며, 레이저를 통해 U-GaN을 해리시켜 성장 기판(100)이 분리될 수 있다. 제1 및 제2 금속 벌크(211, 212)는 발광 구조체(110)를 지지하여, 성장 기판(100)을 발광 구조체(110)로부터 제거할 시 발광 구조체(110)가 손상되는 것을 방지할 수 있어서 신뢰성 및 발광 효율이 향상된 발광 소자의 제조가 가능하다. 제1 및 제2 금속 벌크(211, 212)가 발광 구조체(110)를 지지하여 상술한 효과를 가지기 위해서는 100㎛ 이상의 두께를 가지는 것이 바람직하다.
도 11을 참조하면, 도 10에서 성장 기판(100)을 분리하기 전에, 제1 및 제2 금속 벌크(211, 212) 상에 지지기판(300)을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다. 지지기판(300)은 제1 및 제2 금속 벌크(211, 212)와 함께 발광 구조체(110)를 지지하여, 성장 기판(100)을 발광 구조체(110)로부터 제거할 시 발광 구조체(110)가 손상되는 것을 방지할 수 있어서 신뢰성 및 발광 효율이 향상된 발광 소자의 제조가 가능하다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자 및 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도(a) 및 단면도(b)이다.
도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 소자는 도 10을 참조하여 설명한 발광 소자와 유사하나, 제1 도전형 반도체층(111)이 거칠어진 표면(R)을 포함하는 점에서 차이가 있다. 이를 통해, 제1 도전형 반도체층(111)과 외부와의 계면에서 전반사되어 제1 도전형 반도체층(111)의 내부로 다시 돌아오는 광의 비율이 줄어들어, 발광 효율이 개선될 수 있다. 거칠어진 표면(R)은 건식 식각 또는 습식 식각 중 적어도 하나를 포함하는 식각 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 예를 들어, KOH 및 NaOH 중 적어도 하나를 포함하는 용액을 이용하여 습식 식각함으로써 거칠어진 표면(R)이 형성될 수 있으며, 또는 PEC 식각을 이용할 수도 있다. 또한, 건식 식각과 습식 식각을 조합하여 거칠어진 표면(R)을 형성할 수도 있다. 상술한 거칠어진 표면(R)을 형성하는 방법들은 예시들에 해당하며, 통상의 기술자에게 공지된 다양한 방법을 이용하여 제1 도전형 반도체층(111)에 거칠어진 표면(R)을 형성할 수 있다. 이 후, 도시되진 않았지만 별도의 절연층을 금속 벌크(210) 및 절연부(220)를 제외한 발광 소자의 측면과 거칠어진 표면(R) 상에 형성시켜, 발광 소자가 외부 충격으로부터 보호될 수 있으며, 전류의 누설이 방지될 수 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자 및 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도(a) 및 단면도(b)이다.
도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 소자는 도 1을 참조하여 설명한 발광 소자와 유사하나, 파장변환부(400)를 더 포함하는 점에서 차이가 있다. 도 13에 도시된 것처럼, 파장변환부(400)는 성장 기판(100)의 광 출사면, 제1 도전형 반도체층(111)의 측면, 하부 절연층(130)의 측면, 제1 전극(140)의 측면 및 상부 절연층(150)의 측면을 덮을 수 있고, 솔더(200a, 200b) 상에 위치할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 성장 기판(100)의 광 출사면 및 제1 도전형 반도체층(111)의 측면만을 덮을 수도 있다. 이는 도 3에서 설명한 식각 깊이를 달리하여 조절 가능하다. 파장변환부(400)는 형광체 및 수지를 포함하는 형광체층을 포함할 수 있으며, 형광체는 수지와 혼합되어, 수지 내에 무작위로 또는 균일하게 배치될 수 있다. 파장변환부(400)는 발광 구조체(110)에서 방출된 광을 다른 파장의 광으로 변환시킬 수 있다. 이에 따라, 발광 구조체(110)에서 방출되는 광과 파장변환부(400)에서 방출되는 광의 조합에 의해 다양한 광을 구현할 수 있으며, 특히, 백색광을 구현할 수 있다.
수지는 에폭시 수지나 아크릴 수지와 같은 폴리머 수지, 또는 실리콘 수지를 포함할 수 있으며, 형광체를 분산시키는 매트릭스 역할을 할 수 있다. 형광체는 질화물계 반도체 구조체에서 방출된 광을 여기시켜 다른 파장의 광으로 변환시킬 수 있다. 형광체는 통상의 기술자에게 널리 알려진 다양한 형광체들을 포함할 수 있고, 예를 들어, 가넷형 형광체, 알루미네이트 형광체, 황화물 형광체, 산질화물 형광체, 불화물계 형광체, 질화물 형광체, 규산염 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 도시되진 않았지만, 파장변환부(400)는 복수개의 형광체층을 포함할 수 있다. 이를 통해, 발광 구조체(110)에서 방출되는 광의 파장을 더욱 다양한 파장을 가진 광으로 변환시키는 것이 가능하다. 파장변환부(400)는 디스펜싱, 스프레이 코팅법 등의 방법으로 형성될 수 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자 및 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도(a) 및 단면도(b)이다.
도 14를 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 소자는 도 13을 참조하여 설명한 발광 소자와 유사하나, 성장 기판(100)이 제거되고, 성장 기판(100)의 출사면에 배치된 파장변환부(400)가 아니라, 제1 도전형 반도체층(111) 상에 배치된 파장변환부(400)를 더 포함한다는 점에서 차이가 있다. 도 14의 발광 소자의 제조방법은 도 10을 참조하여 설명한 발광 소자의 제조방법에서 파장변환부(400)를 제1 도전형 반도체층(111) 상에 형성시키는 것을 더 포함한다. 성장 기판(100)이 제거된 형태이므로 발광 구조체(110)에서 발생한 광이 성장 기판(100)에 흡수되거나, 성장 기판(100)에 의해 광도가 감소하는 등의 문제를 해결할 수 있다. 또한 발광 구조체(110)에서 방출되는 광과 파장변환부(400)에서 변환되는 광의 조합에 의해 다양한 광을 구현할 수 있으며, 특히, 백색광을 구현할 수 있다. 더불어, 성장 기판(100)이 없이도, 파장변환부(400)에 의해 발광 구조체(110)가 보호될 수 있다.
도 15는 발명의 또 다른 실시예들에 따른 발광 소자 및 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 15(a)의 발광 소자는 도 13을 참조하여 설명한 발광 소자와 유사하나, 파장변환부(400)가 성장 기판의 측면을 제외한 출사면 일부를 덮고 있는 점에서 차이가 있다. 도 15(a)를 참조하면, 파장변환부(400)는 성장 기판(100) 상에 위치하며 파장변환부(400)의 측면은 성장 기판(100)의 측면과 대체로 나란하게 배치될 수 있다. 이 경우, 도 13과 달리 솔더(200a, 200b)와 파장변환부(400)이 접촉되지 않아, 파장변환부(400)를 지지하도록 솔더(300a, 200b) 측면이 돌출된 형태는 불필요하다.
도 15(b)는 도 15(a)의 발광 소자와 유사하나, 성장 기판(100)이 생략된 점에서 차이가 있다. 파장변환부(400)는 발광 구조체(110) 상에 위치하며, 접촉될 수 있다. 성장 기판(100)은 도 10을 통해 설명한 것처럼, 레이저 리프트 오프, 화학적 리프트 오프, 응력 리프트 오프 등 다양한 기판 분리 기술을 이용하여 발광 구조체로부터 분리될 수 있다. 따라서, 도 15(b)의 발광 소자는 도 14의 발광 소자와 유사하나, 파장변환부(400)가 제1 도전형 반도체층(111)의 측면을 제외한 출사면 일부를 덮고 있는 점에서 차이가 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도(a) 및 단면도(b)이다.
도 16을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 소자는 도 1을 참조하여 설명한 발광 소자와 유사하나, 제1 및 제2 금속 벌크(211, 212) 상에 위치하는 방열 구조를 더 포함하는 점에서 차이가 있다. 방열 구조는 회로기판(500) 및 방열핀(600)을 포함할 수 있다. 회로기판은 금속 벌크(210) 상에 위치하며 제1 전극 및 제2 전극(140, 120)과 전기적으로 접속되는 도전 패턴(501) 및 도전 패턴(501)과 방열핀(600)을 절연시키는 절연판(502)을 포함할 수 있다. 도전 패턴(501)은 열전도성이 높은 금속을 포함할 수 있으며, 예를 들어, Cu, Au 를 포함할 수 있다. 절연판(502)은 도전 패턴(501) 상에 위치하며, 세라믹 등 절연성 물질을 포함할 수 있다. 방열핀(600)은 절연판(502) 상에 위치하며, 열전도성이 높은 물질을 포함할 수 있다. 발광 구조체(110)에서 발생한 열은 복수의 돌출부에 의해 효과적으로 방산될 수 있으므로, 열에 의한 발광 소자의 손상을 방지하여, 발광 소자의 신뢰성 및 발광 효율이 향상될 수 있다.

Claims (20)

  1. 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 위치하는 활성층을 포함하는 발광 구조체;
    상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 접속된 제1 전극;
    상기 제2 도전형 반도체층 상에 위치하며, 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 접속된 제2 전극;
    상기 발광 구조체의 상면 및 상기 제2 전극의 상면과 측면을 덮으며, 상기 발광 구조체와 상기 제1 전극 사이에 위치하여 상기 제1 전극을 상기 제2 전극으로부터 절연시키는 하부 절연층;
    상기 제1 전극의 일부를 덮는 상부 절연층;
    상기 상부 절연층 상에 서로 이격되어 위치하고, 각각 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 전기적으로 연결된 제1 금속 벌크 및 제2 금속 벌크; 및
    상기 제1 금속 벌크와 상기 제2 금속 벌크 사이에 배치된 절연부를 포함하며,
    하기 식1의 열팽창 계수 차이가 20% 이하인 발광 소자.
    [식 1]
    열팽창 계수 차이 = [(제1 금속 벌크 및 제2 금속 벌크의 열팽창 계수 - 발광 구조체의 열팽창 계수)]/제1 금속 벌크 및 제2 금속 벌크의 열팽창 계수]×100
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 금속 벌크 및 제2 금속 벌크는 Cu/Mo 또는 Cu/W 를 포함하는 발광 소자.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 금속 벌크 및 제2 금속 벌크는 100㎛ 이상의 두께를 가지는 발광 소자.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 금속 벌크 및 제2 금속 벌크의 측면이 상기 발광 구조체의 측면보다 돌출된 발광 소자.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연부는 에폭시 몰딩 화합물을 포함하는 발광 소자.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 전극은 반사 금속층과 장벽 금속층을 포함하는 발광 소자.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 전극은 ITO를 포함하고, 상기 하부 절연층은 분포 브래그 반사기(DBR)를 포함하는 발광 소자.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 전극 상에 배치된 전극 보호층을 더 포함하는 발광 소자.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 절연층이 상기 제2 전극과 접하는 상기 하부 절연층을 덮으며, 상기 제2 전극의 일부와 접하는 발광 소자.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층은 거칠어진 표면을 포함하는 발광 소자.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치된 파장변환부를 더 포함하는 발광 소자.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 파장변환부는 복수개의 형광체층을 포함하는 발광 소자.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제1 금속 벌크 사이에 배치된 제1 패드 및 상기 제2 전극과 상기 제2 금속 벌크 사이에 배치된 제2 패드를 포함하는 발광 소자.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 금속 벌크 및 상기 제2 금속 벌크 상에 위치하는 방열 구조를 더 포함하는 발광 소자.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층을 노출시키는 하나 이상의 홀을 포함하며, 상기 홀을 통해 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제1 전극이 전기적으로 접속하는 발광 소자.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광 구조체는 상기 활성층 및 상기 제2 도전형 반도체층을 포함하는 적어도 하나의 메사 및 상기 메사의 측면에 인접하여 위치하여 상기 제1 도전형 반도체층을 노출시키는 노출 영역을 포함하며, 상기 노출 영역을 통해 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제1 전극이 전기적으로 접속하는 발광 소자.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 노출 영역은 서로 이격된 복수의 홀 형태인 발광 소자.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 노출 영역은 상기 메사를 둘러싸는 형태인 발광 소자.
  19. 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 위치하는 활성층을 포함하는 발광 구조체;
    상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 접속된 제1 전극;
    상기 제2 도전형 반도체층 상에 위치하며, 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 접속된 제2 전극;
    상기 발광 구조체의 상면 및 상기 제2 전극의 상면과 측면을 덮으며, 상기 발광 구조체와 상기 제1 전극 사이에 위치하여 상기 제1 전극을 상기 제2 전극으로부터 절연시키는 하부 절연층;
    상기 제1 전극의 일부를 덮는 상부 절연층;
    상기 상부 절연층 상에 서로 이격되어 위치하고, 각각 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 전기적으로 연결된 제1 금속 벌크, 제2 금속 벌크 및 상기 제1 금속 벌크와 상기 제2 금속 벌크 사이에 배치된 절연부를 포함하는 지지구조체를 포함하며,
    하기 식 2의 열팽창 계수 차이가 20% 이하인 발광 소자.
    [식 2]
    열팽창 계수 차이 = [(지지구조체의 열팽창 계수 - 발광 구조체의 열팽창 계수)]/지지구조체의 열팽창 계수]×100
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 제1 금속 벌크 및 제2 금속 벌크는 Cu, Mo, W, Cu/Mo 및 Cu/W 중 적어도 어느 하나를 포함하는 발광 소자.
KR1020140129008A 2014-09-26 2014-09-26 발광 소자 제조 방법 및 그것에 의해 제조된 발광 소자 KR20160036862A (ko)

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