KR20160138789A - 발광소자 - Google Patents

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Abstract

실시예는 제1반도체층, 활성층, 및 제2반도체층을 포함하는 발광 구조물; 상기 제1반도체층과 전기적으로 연결되는 복수 개의 관통전극을 포함하는 제1도전층; 상기 제2반도체층과 전기적으로 연결되는 제2도전층; 상기 복수 개의 관통전극을 상기 활성층, 및 상기 제2반도체층과 전기적으로 절연하는 절연층; 및 상기 제2도전층이 노출된 영역에 배치되는 전극패드를 포함하고, 상기 복수 개의 관통전극은 상기 제1반도체층과 전기적으로 연결되는 제1영역의 면적이 상이한 발광소자를 개시한다.

Description

발광소자{LIGHT EMITTING DEVICE}
실시예는 발광효율이 개선된 발광소자에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류가 인가되면 광을 방출하는 발광소자 중 하나이다. 발광 다이오드는 고효율의 광을 방출할 수 있어 에너지 절감 효과가 뛰어나다.
최근, 발광 다이오드의 휘도 문제가 크게 개선되어, 액정 표시 장치의 백라이트 유닛(Backlight Unit), 전광판, 표시기, 가전 제품 등과 같은 각종 기기에 적용되고 있다.
발광 다이오드는 제1반도체층, 제2반도체층 및 제 1 반도체층과 제 2 반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함하며, 발광 구조물의 일부를 식각하여 전극 패드를 형성한다.
이때, 전극패드와 인접한 영역에서 상대적으로 발광결합이 강해지는 전류 집중(Current crowding) 현상이 발생하는 문제가 있다.
실시예는 발광효율이 개선된 발광소자를 개시한다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 과제는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자는 제1반도체층, 활성층, 및 제2반도체층을 포함하는 발광 구조물; 상기 제1반도체층과 전기적으로 연결되는 복수 개의 관통전극을 포함하는 제1도전층; 상기 제2반도체층과 전기적으로 연결되는 제2도전층; 상기 복수 개의 관통전극을 상기 활성층, 및 상기 제2반도체층과 전기적으로 절연하는 절연층; 및 상기 제2도전층이 노출된 영역에 배치되는 전극패드를 포함하고, 상기 복수 개의 관통전극은 상기 제1반도체층과 전기적으로 연결되는 제1영역의 면적이 상이할 수 있다.
상기 복수 개의 관통전극 중 상기 전극패드와 가장 가까운 제1관통전극은 이웃한 제2관통전극보다 상기 제1영역의 면적이 작을 수 있다.
상기 복수 개의 관통전극은 상기 전극패드와 멀어질수록 상기 제1영역의 면적이 넓어질 수 있다.
상기 절연층은 상기 관통전극과 제1반도체층 사이에 배치되는 제1조절부를 포함할 수 있다.
상기 제1조절부의 면적은 상기 전극패드에서 멀어질수록 작아질 수 있다.
상기 관통전극의 직경은 상기 전극패드에서 멀어질수록 커질 수 있다. 이때, 상기 제1조절부의 면적은 동일할 수 있다.
상기 제1절연층과 전기적으로 연결되는 도전 기판을 포함할 수 있다.
상기 절연층은 상기 복수 개의 관통전극을 상기 활성층 및 제2반도체층과 절연하는 제1절연층 및 상기 제2도전층을 상기 제1도전층과 절연하는 제2절연층을 포함할 수 있다.
상기 제2도전층은 상기 제1절연층 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자는, 제1반도체층, 활성층, 및 제2반도체층을 포함하는 발광 구조물; 상기 발광 구조물에 형성된 복수 개의 비아홀에 배치되어 상기 제1반도체층과 전기적으로 연결되는 복수 개의 관통전극을 포함하는 제1도전층; 상기 제2반도체층과 전기적으로 연결되는 제2도전층; 상기 제2도전층의 노출된 영역에 배치되는 전극패드; 및 상기 복수 개의 비아홀과 복수 개의 관통전극 사이에 배치되는 절연층을 포함하고, 상기 절연층이 상기 제1반도체층과 관통전극 사이에 배치되는 면적은 상기 전극패드에서 멀어질수록 작아질 수 있다.
상기 절연층은 상기 비아홀의 바닥면으로 연장되는 제1조절부를 포함할 수 있다.
상기 제1조절부의 면적은 상기 전극패드에서 멀어질수록 작아질 수 있다.
상기 절연층은 상기 비아홀에서 상기 제2반도체층으로 연장되는 제2조절부를 포함할 수 있다.
상기 제2조절부의 폭은 상기 전극패드에서 멀어질수록 커질 수 있다.
실시예에 따르면, 발광소자의 전류 분산(Current spreading) 효과가 증가하여 균일한 발광효율을 가질 수 있다.
또한, 발광소자의 발열 특성이 개선되어 수명이 향상될 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 발광소자의 평면도이고,
도 2는 도 1의 A-A 방향 단면도이고,
도 3은 도 1의 S1부분 확대도이고,
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 제1실시예에 따른 발광소자 제조방법의 흐름도이고,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 발광소자의 평면도이고,
도 6은 도 5의 B-B 방향 단면도이고,
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 발광소자의 평면도이고,
도 8은 도 7의 C-C 방향 단면도이고,
도 9는 도 8의 S2부분 확대도이고,
도 10a 내지 도 10f는 본 발명의 제3실시예에 따른 발광소자 제조방법의 흐름도이고,
도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 발광소자의 평면도이고,
도 12는 도 11의 D-D 방향 단면도이고,
도 13은 본 발명의 제5실시예에 따른 발광소자의 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
[ 제1실시예 ]
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 발광소자의 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A 방향 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 발광소자(100A)는 발광 구조물(110)과, 제1반도체층(111)과 전기적으로 연결되는 복수 개의 관통전극(131)을 포함하는 제1도전층(130)과, 제2반도체층(113)과 전기적으로 연결되는 제2도전층(120)과, 복수 개의 관통전극(131)을 전기적으로 절연하는 절연층(140), 및 제2도전층(120)이 노출된 영역에 배치되는 전극패드(160)를 포함한다.
발광 구조물(110)은 제1반도체층(111), 활성층(112), 및 제2반도체층(113)을 포함한다. 발광 구조물(110)의 발광 파장대는 제한이 없다. 일 예로 발광 구조물에서 방출되는 광은 자외선 파장대일 수도 있고, 가시광 파장대일 수도 있으며, 적외선 파장대일 수도 있다. 원하는 발광 파장대의 광을 생성하기 위해 각 층의 구성요소는 적절히 조절될 수 있다.
제1반도체층(111)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1반도체층(111)에 제1도펀트가 도핑될 수 있다. 제1반도체층(111)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다. 제1도펀트가 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트인 경우, 제1도펀트가 도핑된 제1반도체층(111)은 n형 반도체층일 수 있다.
도면에서는 단층의 제1반도체층(111)을 도시하였으나, 제1반도체층(111)은 다층 구조일 수 있다. 제1반도체층(111)이 다층 구조인 경우, 제1반도체층(111)은 언도프트 반도체층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 언도프트 반도체층은 제1반도체층(111)의 결정성 향상을 위해 형성되는 층으로, 도펀트가 도핑되지 않아 제1반도체층(111)에 비해 낮은 전기 전도성을 가질 수 있다.
활성층(112)은 제1반도체층(111)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)과 제2반도체층(113)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 만나는 층이다. 활성층(112)은 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 그에 상응하는 파장을 가지는 빛을 생성한다.
활성층(112)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(Multi Quantum Well; MQW) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있으며, 활성층(112)의 구조는 이에 한정하지 않는다.
활성층(112)이 우물 구조로 형성되는 경우, 활성층(112)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 우물층은 장벽층의 밴드 갭보다 작은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
제2반도체층(113)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2반도체층(113)에 제2도펀트가 도핑될 수 있다. 제2반도체층(113)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 또는 AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 선택된 물질로 형성될 수 있다. 제2도펀트가 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트인 경우, 제2도펀트가 도핑된 제2반도체층(113)은 p형 반도체층일 수 있다.
발광 구조물(110)은 n형 반도체층인 제1반도체층(111)과 p형 반도체층인 제2반도체층(113)을 포함하여 이루어지거나, p형 반도체층인 제1반도체층(111)과 n형 반도체층인 제2반도체층(113)을 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 발광 구조물(110)은 제2반도체층(113)과 활성층(112) 사이에 n형 또는 p형 반도체층이 더 형성된 구조일 수 있다. 즉, 실시 예의 발광 구조물(110)은 np, pn, npn, pnp 접합 구조 중 적어도 어느 하나의 구조로 형성될 수 있는 것으로, 실시 예의 발광 구조물(110)은 n형 반도체층과 p형 반도체층을 포함하는 다양한 구조일 수 있다.
제1반도체층(111) 및 제2반도체층(113) 내의 불순물의 도핑 농도는 균일 또는 불균일하게 형성될 수 있다. 즉, 발광 구조물(110)의 도핑 구조는 다양하게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
발광 구조물(110)의 상면은 규칙 또는 불규칙한 요철부(111a)를 가질 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 제1반도체층(111)의 상면은 평탄면일 수도 있다.
제1도전층(130)은 제1반도체층(111)과 전기적으로 연결된다. 구체적으로 제1도전층(130)은 복수 개의 관통전극(131)을 포함할 수 있다. 관통전극(131)은 발광 구조물(110)에 형성된 비아홀(115)에 배치될 수 있다. 제1도전층(130)은 하부에 배치된 도전성 기판(150)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1도전층(130)은 투명 전도성 산화막(Tranparent Conductive Oxide; TCO)으로 형성될 수 있다. 투명 전도성 산화막은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), AZO(Aluminum Zinc Oxide), AGZO(Aluminum Gallium Zinc Oxide), IZTO(Indium Zinc Tin Oxide), IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IGTO(Indium Gallium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), IZON(IZO Nitride), ZnO, IrOx, RuOx 및 NiO 등에서 선택될 수 있다.
제1도전층(130)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 등과 같은 불투명 금속을 포함할 수도 있다. 또한, 제1도전층(130)은 투명 전도성 산화막과 불투명 금속이 혼합된 하나 또는 복수 개의 층으로 형성될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
제2도전층(120)은 제2반도체층(113)과 전기적으로 연결된다. 제2도전층(120)은 복수 개의 관통전극(131)의 사이 영역에 배치될 수 있다. 제2도전층(120)은 일 영역이 노출되어 전극패드(160)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제2도전층(120)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 및 Hf 등과 같이 반사율이 높은 물질로 형성되거나, 상기 반사율이 높은 물질과 IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등과 같은 투명 전도성 물질이 혼합되어 형성될 수 있다.
제2도전층(120)은 오믹층을 더 포함할 수 있다. 오믹층은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 또는 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
절연층(140)은 SiO2, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, TiO2, AlN 등으로 이루어진 군에서 적어도 하나가 선택되어 형성될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
절연층(140)은 관통전극(131)을 활성층(112), 및 제2반도체층(113)과 전기적으로 절연하는 제1절연층(141), 및 제2도전층(120)을 제1도전층(130)과 전기적으로 절연하는 제2절연층(142)을 포함할 수 있다. 따라서, 절연층(140)은 제1절연층(141)과 제2절연층(142)이 오버랩 되는 구간에서 두께가 증가할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 제1절연층(141) 형성 후 제2도전층(120)을 형성할 수 있으므로 비아홀(115) 형성시 제2도전층(120)의 마이그레이션(Migration)에 의한 불량을 방지할 수 있다.
그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 제1절연층(141)과 제2절연층(142)은 일체로 형성될 수도 있다. 이는 제2반도체층(113)에 제2도전층(120)을 먼저 형성한 후 비아홀(115)을 형성함으로써 가능해질 수 있다.
복수 개의 관통전극(131)은 전극패드(160)와 멀어질수록 제1반도체층(111)과 전기적으로 연결되는 콘택 영역(이하 제1영역)의 면적이 작아지게 형성될 수 있다(P3>P2>P1). 즉, 복수 개의 관통전극(131)은 제1영역(131a)의 면적이 서로 상이할 수 있다. 제1영역(131a)에는 별도의 오믹 콘택 전극이 배치될 수 있다.
일반적으로 전극패드(160)와 인접한 영역에서는 정공의 밀도가 높아 발광결합이 상대적으로 강하게 발생할 수 있다. 따라서, 전극패드(160)와 인접한 영역에서는 전류 집중(current crowding)이 발생할 수 있다. 이에 반해, 전극패드(160)와 떨어진 영역에서는 상대적으로 정공의 밀도가 낮아 발광 결합이 약하게 발생할 수 있다. 따라서, 발광소자 전체에서 발광 균일도가 감소할 수 있다.
본 발명의 제1실시예에서는 발광결합이 강한 영역, 즉 전극패드(160)와 가까운 영역에서 제1영역(131a)의 유효 면적을 줄여 전류 집중(current crowding)을 감소시킬 수 있다. 이러한 구성은 발광소자의 동작전압(Vf)를 감소시킬 수도 있다.
또한, 전극패드(160)와 상대적으로 먼 영역에서는 제1영역(131a)의 유효 면적을 넓혀 발광 결합을 증가시킬 수 있다. 따라서, 전극패드(160)와 가까운 영역에서의 발광결합은 상대적으로 감소하고, 전극패드(160)와 먼 영역에서의 발광결합은 증가하므로 전체적으로 균일한 발광이 가능해진다.
도 3을 참고하면, 제1영역(131a)은 제1절연층(141)에 의해 제어될 수 있다. 제1절연층(141)은 관통전극(131)의 바닥면(115a)으로 연장되는 제1조절부(141a) 및 비아홀(115)에서 제2반도체층(113)으로 연장된 제2조절부(141b)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서 제2조절부(141b)의 폭(W2)은 특별히 제한하지 않는다.
제1영역(131a)의 면적은 제1조절부(141a)가 비아홀(115)의 바닥면(115a)으로 연장되는 폭(W1)에 의해 제어될 수 있다. 즉, 제1조절부(141a)의 폭(W1)이 증가하면 제1영역(131a)의 면적은 감소하게 된다. 반대로 제1조절부(141a)의 폭(W1)이 감소하면 제1영역(131a)의 면적은 증가하게 된다. 제1조절부(141a)의 폭은 제조시 마스크 패턴 등으로 조절할 수 있다.
본 도면에서는 제1영역(131a) 및 제1절연층(141)의 형상이 원형인 것을 도시하였으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 제1영역(131a) 및 제1절연층(141)의 형상은 다각 형상이거나 라인일 수도 있다.
하기 표 1은 도 2에 도시된 3개의 관통전극(131)과 전극패드(160)의 거리에 따른 제1영역(131a)의 면적의 변화를 측정한 표이다. 전극패드와 가까운 순서대로 제1 내지 제3 관통전극으로 정의한다.
제1관통전극 제2관통전극 제3관통전극
전극패드와의 거리(㎛) 163.8 568.8 973.8
비아홀의 반지름(㎛) 25.0 25.0 25.0
제1조절부의 폭(㎛) 12
(100%)		 10.3
(85.8%)		 7.7
(64.2%)
제1영역 반지름(㎛) 13 14.7 17.3
제1영역 면적(㎛2) 530.9
(100%)		 678.9
(127.9%)		 940.2
(177.1%)
표 1을 참고하면, 전극패드(160)와 가장 가까운 제1관통전극(131)의 제1영역(131a) 면적이 530.9㎛2인 반면, 가장 먼 제3관통전극(131)의 제1영역(131a) 면적은 940.2㎛2으로 약 177% 증가한 것을 알 수 있다. 이러한 배치를 갖는 경우 발광 균일도가 우수할 수 있다.
제1관통전극(131)에서 1㎛ 멀어질수록 제1조절부(141a)의 길이는 약 5.3nm씩 짧아짐을 알 수 있다. 따라서, 복수 개의 관통전극(131)에 배치된 제1조절부(141a)의 폭은 하기 관계식 1을 만족할 수 있다.
[관계식 1]
Ln = L1 - (Dn-1 × Y)
여기서, Ln은 n번째 관통전극에 배치된 제1조절부의 폭이고, L1은 전극패드와 가장 가까운 기준 관통전극에서의 제1조절부 폭이고, Dn-1은 n번째 관통전극과 기준 관통전극 사이의 간격이고, Y는 3.0nm < W < 8.0nm를 만족하는 상수이다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 발광소자 제조방법은, 발광 구조물(110)에 비아홀(115)을 형성하는 단계와, 비아홀(115)에 제1절연층(141)을 형성하는 단계와, 제1절연층(141) 사이의 제2반도체층(113)상에 제2도전층(120)을 형성하는 단계와, 제2도전층(120)상에 제2절연층(142)을 형성하는 단계와, 비아홀(115)에 배치되는 관통전극(131)을 포함하는 제1도전층(130)을 형성하는 단계와, 제1도전층(130)과 전기적으로 연결되는 도전성 기판(150)을 형성하는 단계, 및 제2도전층(120)의 일부를 노출시켜 전극패드(160)를 형성하는 단계를 포함한다.
도 4a를 참고하면 발광 구조물을 형성하는 단계는, 성장기판(114) 상에 제1반도체층(111), 활성층(112), 및 제2반도체층(113)을 형성하고, 제2반도체층(113)에서 제1반도체층(111)의 일부까지 관통하는 비아홀(115)을 복수 개 형성한다. 비아홀(115)의 직경은 동일할 수 있다.
도 4b를 참고하면 제1절연층을 형성하는 단계는, 마스크 패턴(미도시)을 이용하여 비아홀(115)에 제1절연층(141)을 형성할 수 있다. 제1절연층(141)의 두께는 600nm 내지 800nm일 수 있으나 이에 한정하지 않는다.
제1절연층(141)은 비아홀(115)의 바닥면에서 제2반도체층(113)의 일부까지 형성될 수 있다. 이때, 각각의 제1절연층(141)은 비아홀(115)의 바닥면(115a)에 형성되는 면적이 상이할 수 있다. 구체적으로 도 4b를 기준으로 왼쪽으로 갈수록 제1비아홀(115)의 노출 면적은 커질 수 있다 (P3>P2>P1).
도 4c를 참고하면, 제2도전층을 형성하는 단계는, 제1절연층(141)의 사이에 노출된 제2반도체층(113)상에 제2도전층(120)을 형성할 수 있다. 제2도전층(120)의 두께는 제1절연층(141)의 두께보다 작을 수 있다. 제2도전층(120)의 두께는 100nm 내지 500nm일 수 있으나 이에 한정하지 않는다.
이후, 제2절연층을 형성하는 단계는 제2도전층(120) 상에 제2절연층(142)을 형성하여 제2도전층(120)을 밀폐할 수 있다. 이를 위해 제2절연층(142)의 끝단부는 제1절연층(141)과 접촉할 수 있다. 따라서, 제1절연층(141)과 제2절연층(142)이 접촉하는 부분은 두께가 증가할 수 있다. 제2절연층(142)의 두께는 200nm 내지 500nm일 수 있으나 이에 한정하지 않는다.
도 4d를 참고하면, 제1도전층(130)을 형성하는 단계는, 복수 개의 비아홀(115) 상에 전극을 충전하여 관통전극(131)을 형성한다. 전술한 구성에 의해 왼쪽으로 갈수록 관통전극(131)의 제1영역 면적이 넓어질 수 있다 (P3>P2>P1).
도 4e를 참고하면, 도전성 기판(150)을 형성하는 단계는, 제1도전층(130)에 도전성 기판(150)을 형성한다. 이때, 발광 구조물(110)의 절연기판(114)은 제거될 수 있다. 절연기판(114)을 제거하는 방법은 레이저 리프트 오프 공법을 이용할 수 있으나 이에 한정하지 않는다. 이때, 필요에 따라 발광 구조물(110)의 상면에는 요철을 형성할 수도 있다.
도 4f를 참고하면, 전극패드를 형성하는 단계는, 발광 구조물(110)의 일 측을 식각(M)하여 제2도전층(120)을 노출시킨 후 그 위에 전극패드(160)를 형성한다. 발광 구조물(110)의 측면에는 보호층(170)을 형성할 수 있다.
[ 제2실시예 ]
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 발광소자의 평면도이고, 도 6은 도 5의 B-B 방향 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 발광소자(100B)는, 제1반도체층(111), 활성층(112), 제2반도체층(113)을 포함하는 발광 구조물(110)과, 제1반도체층(111)과 전기적으로 연결되는 복수 개의 관통전극(131)을 포함하는 제1도전층(130)과, 제2반도체층(113)과 전기적으로 연결되는 제2도전층(120)과, 복수 개의 관통전극(131)을 전기적으로 절연하는 절연층(140), 및 제2도전층(120)이 노출된 영역에 배치되는 전극패드(160)를 포함한다.
각 구성요소는 전술한 제1실시예와 동일할 수 있으며, 제1영역(131a)의 면적이 조절되는 구성이 상이하다. 따라서, 이를 구체적으로 설명한다.
복수 개의 관통전극(131)의 상단부 직경은 전극패드(160)에서 멀어질수록 크게 배치될 수 있다 (P6>P5>P4). 따라서, 절연층(140)의 제1조절부(141a)의 폭이 동일하다면 관통전극(131)의 제1영역(131a) 면적은 커지게 된다. 즉, 관통전극(131)의 상단부 직경을 변화시킴으로써 노출 면적을 조절할 수 있다. 이러한 구조는 전술한 제1실시예와 동일한 효과를 가지면서도, 기존의 마스크 패턴을 그대로 이용할 수 있는 장점이 있다.
하기 표 2는 도 5에 도시된 3개의 관통전극(131)과 전극패드(160)의 거리에 따른 제1영역(131a)의 면적 변화를 측정한 표이다.
제1관통전극 제2관통전극 제3관통전극
전극패드와의 거리(㎛) 163.8 568.8 973.8
비아홀의 반지름(㎛) 25.0 26.7 29.3
제1조절부의 폭(㎛) 12 12 12
제1영역 반지름(㎛) 13 14.7 17.3
제1영역 면적(㎛2) 530.9
(100%)		 678.9
(127.9%)		 940.2
(177.1%)
본 발명에 따르면, 전극패드(160)에서 멀어질수록 관통전극(또는 비아홀)의 직경이 커지는 동시에 제1영역(131a)의 노출면적도 커지는 구조를 갖는다. 따라서, 제1절연층(141)의 제2조절부(141b) 직경도 커지게 된다.
본 도면에서는 제1영역 및 제1절연층의 형상이 원형인 것을 도시하였으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 제1영역 및 제1절연층의 형상은 다각 형상이거나 라인일 수도 있다.
[ 제3실시예 ]
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 발광소자의 평면도이고, 도 8은 도 7의 C-C 방향 단면도이고, 도 9는 도 8의 S2부분 확대도이고, 도 10a 내지 도 10f는 본 발명의 제3실시예에 따른 발광소자 제조방법의 흐름도이다.
도 7과 도 8을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 발광소자(100C)는 제1반도체층(111), 활성층(112), 및 제2반도체층(113)을 포함하는 발광 구조물(110), 제1반도체층(111)과 전기적으로 연결되는 복수 개의 관통전극(131)을 포함하는 제1도전층(130), 제2반도체층(113)과 전기적으로 연결되고 관통전극(131) 사이에 배치되는 제2도전층(120), 복수 개의 관통전극(131)을 전기적으로 절연하는 복수 개의 절연층(140); 및 제2도전층(120)이 노출된 영역에 배치되는 전극패드(160)를 포함한다.
제1도전층(130)은 제1반도체층(111)과 전기적으로 연결된다. 구체적으로 제1도전층(130)은 복수 개의 관통전극(131)을 포함할 수 있다. 관통전극(131) 발광 구조물(110)에 형성된 비아홀(115) 내에 배치될 수 있다. 제1도전층(130)은 하부에 배치된 도전성 기판(150)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제2도전층(120)은 제2반도체층(113)과 전기적으로 연결된다. 제2도전층(120)은 복수 개의 관통전극(131)의 사이 영역에 배치될 수 있다. 제2도전층(120)은 일 영역이 노출되어 전극패드(160)와 전기적으로 연결될 수 있다.
절연층(140)은 관통전극(131)을 활성층(112), 및 제2반도체층(113)과 전기적으로 절연하는 제1절연층(141), 및 제2도전층(120)을 제1도전층(130)과 전기적으로 절연하는 제2절연층(142)을 포함할 수 있다. 따라서, 절연층(140)은 제1절연층(141)과 제2절연층(142)이 오버랩 되는 구간에서 두께가 증가할 수 있다.
그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 제1절연층(141)과 제2절연층(142)은 일체로 형성될 수도 있다. 이는 제2반도체층(113)에 제2도전층(120)을 먼저 형성한 후 비아홀(115)을 형성함으로써 가능해진다.
제2도전층(120)의 폭(L1, L2)은 전극패드(160)에서 복수 개의 관통전극(131)을 연결한 가상선(도 7의 C-C 라인)상에서 전극패드(160)에서 멀어질수록 길게 배치될 수 있다(L2>L1). 즉, 가상선상에서 복수 개의 관통전극(131)에 의해 구획된 제2도전층(120)의 폭은 서로 상이할 수 있다.
일반적으로 전극패드(160)와 인접한 영역에서는 정공의 밀도가 높아 발광결합이 상대적으로 강하게 발생할 수 있다. 따라서, 전극패드(160)와 인접한 영역에서는 전류 집중(current crowding)이 발생할 수 있다. 이에 반해, 전극패드(160)와 떨어진 영역에서는 상대적으로 정공의 밀도가 낮아 발광 결합이 약하게 발생할 수 있다. 따라서, 발광소자 전체에서 발광 균일도가 감소할 수 있다.
본 발명의 제3실시예에서는 발광결합이 강한 영역, 즉 전극패드(160)와 가까운 영역에서는 홀의 밀도를 상대적으로 줄여 전류 집중(current crowding)을 감소시킬 수 있다.
또한, 전극패드(160)와 상대적으로 먼 영역에서는 홀의 밀도를 높여 발광 결합을 증가시킬 수 있다. 따라서, 전극패드(160)와 가까운 영역에서의 발광결합은 상대적으로 감소하고, 전극패드(160)와 먼 영역에서의 발광결합은 증가하므로 전체적으로 균일한 발광이 가능해진다.
도 9를 참고하면, 제1절연층(141)은 제1영역(131a)을 노출시키는 제1조절부(141a) 및 제2반도체층(113)의 일부를 커버하는 제2조절부(141b)를 포함할 수 있다. 제2조절부(141b)의 폭에 의해 제2도전층(120)의 폭은 조절될 수 있다.
일 예로, 화살표 방향으로 제2조절부(141b)의 폭은 점차 작아질 수 있다(W23<W22<W21). 제2조절부(141b)가 링 형상이라면 그 직경은 화살표 방향으로 갈수록 작아질 수 있다. 그 결과, 제1조절부(141a) 사이에 배치되는 제2도전층(120)의 면적은 화살표 방향으로 증가하게 된다. 따라서, 전극패드(160)와 가장 가까운 영역은 제2도전층(120)의 폭이 상대적으로 작아져 홀의 밀도는 감소하고 상대적으로 먼 영역의 홀의 밀도는 증가할 수 있다.
본 도면에서는 제1영역 및 제1절연층의 형상이 원형인 것을 도시하였으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 제1영역 및 제1절연층의 형상은 다각 형상이거나 라인일 수도 있다.
도 10을 참고하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 발광소자 제조방법은, 발광 구조물(110)에 비아홀(115)을 형성하는 단계와, 비아홀(115)에 제1절연층(141)을 형성하는 단계와, 제1절연층(141) 사이의 제2반도체층(113)상에 제2도전층(120)을 형성하는 단계와, 제2도전층(120)상에 제2절연층(142)을 형성하는 단계와, 비아홀(115)에 배치되는 관통전극(131)을 포함하는 제1도전층(130)을 형성하는 단계와, 제1도전층(130)과 전기적으로 연결되는 도전성 기판(150)을 형성하는 단계, 및 제2도전층(120)의 일부를 노출시켜 전극패드(160)를 형성하는 단계를 포함한다.
도 10a를 참고하면 발광 구조물을 형성하는 단계는, 절연기판(114) 상에 제1반도체층(111), 활성층(112), 및 제2반도체층(113)을 형성하고, 제2반도체층(113)에서 제1반도체층(111)의 일부까지 관통하는 비아홀(115)을 복수 개 형성한다. 비아홀(115)의 직경은 동일할 수 있다.
도 10b를 참고하면 제1절연층(141)을 형성하는 단계는, 마스크 패턴(미도시)을 이용하여 비아홀(115)에 제1절연층(141)을 형성할 수 있다. 제1절연층(141)은 제2반도체층(113)의 일부까지 연장 형성된 제2조절부(141b)를 포함할 수 있다. 이때, 각각의 제2조절부(141b)의 폭은 상이할 수 있다.
구체적으로 도 10b를 기준으로 오른쪽에 배치된 제2조절부(141b)의 폭은 가장 크고 왼쪽으로 갈수록 작아지게 형성할 수 있다. 따라서, 왼쪽으로 갈수록 제2조절부(141b) 사이의 거리는 증가한다(L2>L1).
도 10c를 참고하면, 제2도전층(120)을 형성하는 단계는 제1절연층(141)의 사이에 노출된 제2반도체층(113)상에 제2도전층(120)을 형성할 수 있다. 제2도전층(120)은 반사층의 역할을 수행할 수 있다. 전술한 구성에 의해 왼쪽으로 갈수록 제2도전층(120)의 면적은 증가하게 된다(L2>L1).
이후, 제2절연층(142)을 형성하는 단계는 제2도전층(120)상에 제2절연층(142)을 형성하여 제2도전층(120)을 밀폐할 수 있다. 이를 위해 제2절연층(142)의 끝단부는 제1절연층(141)과 접촉할 수 있다. 따라서, 제1절연층(141)과 제2절연층(142)이 접촉하는 부분은 두께가 증가할 수 있다.
도 10d를 참고하면, 제1도전층을 형성하는 단계는, 복수 개의 비아홀(115) 상에 전극을 충전하여 관통전극(131)을 형성한다. 제1도전층(130)은 복수 개의 관통전극(131)을 연결할 수 있다.
도 10e를 참고하면, 도전성 기판을 형성하는 단계는, 제1도전층(130)에 도전성 기판(150)을 형성한다. 이때, 발광 구조물(110)의 절연기판(114)은 제거될 수 있다. 절연기판(114)을 제거하는 방법은 레이저 리프트 오프 공법을 이용할 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 이때, 필요에 따라 발광 구조물(110)의 상면에는 요철을 형성할 수도 있다.
도 10f를 참고하면, 전극패드(160)를 형성하는 단계는 발광 구조물(110)의 일 측을 식각(M)하여 제2도전층(120)을 노출시킨 후 그 위에 전극패드(160)를 형성할 수 있다. 발광 구조물(110)의 측면에는 별도의 보호층(170)을 형성할 수 있다.
[ 제4실시예 ]
도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 발광소자의 평면도이고, 도 12는 도 11의 D-D 방향 단면도이다.
도 11 및 도 12를 참고하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 발광소자(100D)는 제1반도체층(111), 활성층(112), 및 제2반도체층(113)을 포함하는 발광 구조물(110), 제1반도체층(111)과 전기적으로 연결되는 복수 개의 관통전극(131)을 포함하는 제1도전층(130), 제2반도체층(113)과 전기적으로 연결되고 관통전극(131) 사이에 배치되는 제2도전층(120), 복수 개의 관통전극(131)을 전기적으로 절연하는 복수 개의 절연층(140); 및 제2도전층(120)이 노출된 영역에 배치되는 전극패드(160)를 포함한다.
각 구성요소는 전술한 제3실시예와 동일할 수 있으며, 제2도전층(120)의 면적이 조절되는 구성이 상이하다. 따라서, 이를 구체적으로 설명한다.
전극패드(160)에서 멀어질수록 관통전극(131) 간의 거리는 증가하도록 배치할 수 있다(L6>L5). 따라서, 전극패드(160)와 멀어질수록 제2도전층(120)의 면적은 증가하게 된다(L4>L3). 제2도전층(120)을 절연하기 위하여 제2절연층(142)의 길이도 증가하게 된다.
본 도면에서는 제1영역 및 제1절연층의 형상이 원형인 것을 도시하였으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 제1영역 및 제1절연층의 형상은 다각 형상이거나 라인일 수도 있다.
[ 제5실시예 ]
도 13은 본 발명의 제5실시예에 따른 발광소자의 단면도이다.
도 13을 참고하면, 본 발명의 제5실시예에 따른 발광소자(100E)는 관통전극(131)의 제1영역의 면적이 전극패드(160)에서 멀어질수록 증가하도록 배치되고(P3>P2>P1), 제2도전층(120)의 면적도 전극패드(160)에서 멀어질수록 증가하도록 배치될 수 있다(L4>L3). 이러한 구성에 의하면, 전극패드(160)와 인접한 영역에서 전하 주입 면적과 정공 주입 면적이 동시에 감소하므로 전류 집중(current crowding)을 더욱 낮출 수 있다.
제1영역(131a)의 면적과 제2도전층(120)의 면적을 제어하는 구성은 특별히 제한되지 않는다. 일 예로, 제1영역(131a)의 면적은 제1실시예에 따라 제어하고 제2도전층(120)의 면적은 제3실시예에 따라 제어할 수 있다. 또는 제1영역(131a)의 면적을 제2실시예에 따라 제어하고 제2도전층(120)의 면적은 제4실시예를 이용하여 제어할 수도 있다.
제1 내지 제5실시예에 따른 발광소자는 복수 개가 기판 상에 어레이될 수 있고, 발광소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광소자 패키지, 기판, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 발광소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 장치로 구현될 수 있다.
여기서, 표시 장치는 바텀 커버와, 바텀 커버 상에 배치되는 반사판과, 광을 방출하는 발광 모듈과, 반사판의 전방에 배치되며 발광 모듈에서 발산되는 빛을 전방으로 안내하는 도광판과, 도광판의 전방에 배치되는 프리즘 시트들을 포함하는 광학 시트와, 광학 시트 전방에 배치되는 디스플레이 패널과, 디스플레이 패널과 연결되고 디스플레이 패널에 화상 신호를 공급하는 화상 신호 출력 회로와, 디스플레이 패널의 전방에 배치되는 컬러 필터를 포함할 수 있다. 여기서 바텀 커버, 반사판, 발광 모듈, 도광판, 및 광학 시트는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 이룰 수 있다.
또한, 조명 장치는 기판과 실시예에 따른 발광소자 패키지를 포함하는 광원 모듈, 광원 모듈의 열을 발산시키는 방열체, 및 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 광원 모듈로 제공하는 전원 제공부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명 장치는, 램프, 해드 램프, 또는 가로등을 포함할 수 있다.
해드 램프는 기판 상에 배치되는 발광소자 패키지들을 포함하는 발광 모듈, 발광 모듈로부터 조사되는 빛을 일정 방향, 예컨대, 전방으로 반사시키는 리플렉터(reflector), 리플렉터에 의하여 반사되는 빛을 전방으로 굴절시키는 렌즈, 및 리플렉터에 의하여 반사되어 렌즈로 향하는 빛의 일부분을 차단 또는 반사하여 설계자가 원하는 배광 패턴을 이루도록 하는 쉐이드(shade)를 포함할 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100A, 100B, 100C, 100D, 100E: 발광소자
110: 발광 구조물
111: 제1반도체층
112: 활성층
113: 제2반도체층
120: 제2도전층
130: 제1도전층
131: 관통전극
131a: 제1영역
140: 절연층
141: 제1절연층
141a: 제1조절부
141b: 제2조절부
142: 제2절연층
150: 도전성 기판
160: 전극패드

Claims (15)

  1. 제1반도체층, 활성층, 및 제2반도체층을 포함하는 발광 구조물;
    상기 제1반도체층과 전기적으로 연결되는 복수 개의 관통전극을 포함하는 제1도전층;
    상기 제2반도체층과 전기적으로 연결되는 제2도전층;
    상기 복수 개의 관통전극을 상기 활성층, 및 상기 제2반도체층과 전기적으로 절연하는 절연층; 및
    상기 제2도전층이 노출된 영역에 배치되는 전극패드를 포함하고,
    상기 복수 개의 관통전극은 상기 제1반도체층과 전기적으로 연결되는 제1영역의 면적이 상이한 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 관통전극 중 상기 전극패드와 가장 가까운 제1관통전극은 이웃한 제2관통전극보다 상기 제1영역의 면적이 작은 발광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 관통전극은 상기 전극패드와 멀어질수록 상기 제1영역의 면적이 넓어지는 발광소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 관통전극과 제1반도체층 사이에 배치되는 제1조절부를 포함하는 발광소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1조절부의 면적은 상기 전극패드에서 멀어질수록 작아지는 발광소자.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 관통전극의 직경은 상기 전극패드에서 멀어질수록 커지는 발광소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1조절부의 면적은 동일한 발광소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1도전층과 전기적으로 연결되는 도전 기판을 포함하는 발광소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 복수 개의 관통전극을 상기 활성층 및 제2반도체층과 절연하는 제1절연층 및 상기 제2도전층을 상기 제1도전층과 절연하는 제2절연층을 포함하는 발광소자.
    상기 제2도전층은 상기 복수 개의 서브 절연층 사이에 배치되는 발광소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2도전층은 상기 제1절연층 사이에 배치되는 발광소자.
  11. 제1반도체층, 활성층, 및 제2반도체층을 포함하는 발광 구조물;
    상기 발광 구조물에 형성된 복수 개의 비아홀에 배치되어 상기 제1반도체층과 전기적으로 연결되는 복수 개의 관통전극을 포함하는 제1도전층;
    상기 제2반도체층과 전기적으로 연결되는 제2도전층;
    상기 제2도전층의 노출된 영역에 배치되는 전극패드; 및
    상기 복수 개의 비아홀과 복수 개의 관통전극 사이에 배치되는 절연층을 포함하고,
    상기 절연층이 상기 제1반도체층과 관통전극 사이에 배치되는 면적은 상기 전극패드에서 멀어질수록 작아지는 발광소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 비아홀의 바닥면으로 연장되는 제1조절부를 포함하는 발광소자.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1조절부의 면적은 상기 전극패드에서 멀어질수록 작아지는 발광소자.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 비아홀에서 상기 제2반도체층으로 연장되는 제2조절부를 포함하는 발광소자.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2조절부의 폭은 상기 전극패드에서 멀어질수록 커지는 발광소자.
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