KR20170038440A - 발광소자 - Google Patents

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Abstract

실시 예는, 제1반도체층, 활성층, 및 제2반도체층을 포함하고, 일면에 상기 제2반도체층 및 활성층을 관통하는 제1홈을 포함하는 발광구조물; 상기 발광 구조물의 타면에 배치되는 질화갈륨 기판; 상기 발광구조물의 일면 및 제1홈의 측벽을 커버하는 반사전극층; 상기 제1홈을 통해 상기 제1반도체층과 전기적으로 연결되는 제1오믹전극; 및 상기 제1오믹전극과 상기 반사전극층을 전기적으로 절연하는 제1절연층을 포함하는 발광소자를 개시한다.

Description

발광소자{LIGHT EMITTING DEVICE}
실시 예는 발광소자에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device, LED)는 전기에너지를 빛 에너지로 변환하는 화합물 반도체 소자로서, 화합물반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
질화물반도체 발광소자는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비 전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 갖고 있다. 따라서, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
일반적으로, 질화갈륨계 발광소자는 사파이어 기판 위에 성장하지만, 사파이어 기판은 단단하고 전기적으로 부도체이며 열전도 특성이 좋지 않아 질화갈륨계 발광소자의 크기를 줄여 제조원가를 절감하거나, 광 출력 및 칩의 특성을 개선시키는데 한계가 있다.
종래의 사파이어, 실리콘 탄화물, 실리콘 같은 기판에서 성장한 InGaN 발광소자들은 전류 밀도가 증가함에 따라 내부 양자 효율이 감소하는 드루프(Droop) 현상이 발생하며, 전류 집중(Current crowding)과 같은 신뢰성 문제들이 발생할 수 있다.
고효율 고전류 발광소자를 개발하기 위해 격자 부정합(Lattice mismatch)이 작으며, 전위밀도가 작은 GaN 벌크 기판을 이용한 발광소자 개발이 필요하다.
실시 예는 질화갈륨(GaN) 기판을 이용한 발광소자를 제공한다.
또한, 광 추출 효율이 향상된 발광소자를 제공한다.
실시 예에 따른 발광소자는, 제1반도체층, 활성층, 및 제2반도체층을 포함하고, 일면에 상기 제2반도체층 및 활성층을 관통하는 제1홈을 포함하는 발광구조물; 상기 발광 구조물의 타면에 배치되는 질화갈륨 기판; 상기 발광구조물의 일면 및 제1홈의 측벽을 커버하는 반사전극층; 상기 제1홈을 통해 상기 제1반도체층과 전기적으로 연결되는 제1오믹전극; 및 상기 제1오믹전극과 상기 반사전극층을 전기적으로 절연하는 제1절연층을 포함한다.
상기 제1절연층은 상기 반사전극층과 발광구조물 사이에 배치될 수 있다.
상기 반사전극층을 커버하는 제2절연층; 상기 제2절연층을 관통하여 상기 제1오믹전극과 전기적으로 연결되는 제1전극패드; 및 상기 제2절연층을 관통하여 상기 반사전극층과 전기적으로 연결되는 제2전극패드를 포함할 수 있다.
상기 제1오믹전극은 상기 기판에 가까워질수록 면적이 커지고, 상기 제1전극패드는 상기 기판에 가까워질수록 면적이 작아질 수 있다.
상기 반사전극층은 상기 제2반도체층과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1오믹전극이 상기 제1반도체층과 접촉하는 면적은 상기 활성층의 전체 면적의 1% 이상 10%이하일 수 있다.
상기 기판은 상기 제1반도체층과 접촉하는 제1층을 포함할 수 있다.
상기 제1층의 도펀트 농도는 상기 제1층과 인접한 제3층의 도펀트 농도보다 높을 수 있다.
상기 제1층의 도펀트 농도는 1×1018cm-3 내지 5×1019cm-3일 수 있다.
상기 제1층의 두께는 상기 기판 전체 두께의 40% 내지 50%일 수 있다.
상기 제1층의 두께는 상기 제1반도체층의 두께보다 두꺼울 수 있다.
상기 기판의 두께는 80㎛ 내지 300㎛이고, 광 추출 구조의 높이는 10㎛ 내지 30㎛일 수 있다.
실시 예에 따르면, GaN 기판을 이용하여 격자 부정합을 해소할 수 있다.
또한, 발광구조물에 전체적으로 형성된 반사전극층에 의해 반사 효율이 증가할 수 있다.
또한, 제1반도체층과 전극의 접촉 면적을 줄여 광 추출 효율을 향상시킬 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 일 실시예에 따른 발광소자의 평면도이고,
도 2는 도 1에 따른 발광소자의 단면도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 전류 분산 기능을 설명하기 위한 개념도이고,
도 4는 도 2의 반사전극층을 설명하기 위한 개념도이고,
도 5는 종래 발광소자의 개념도이고,
도 6은 도 1의 B-B 방향 단면도이고,
도 7은 도 1의 C-C 방향 단면도이고,
도 8은 도 1의 발광소자에 파장 변환층이 배치된 도면이고,
도 9a 내지 도 9h는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예를 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명 실시 예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 실시 예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 실시 예의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 2 구성 요소는 제 1 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 1 구성 요소도 제 2 구성 요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명 실시 예를 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, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자의 평면도이고, 도 2는 도 1에 따른 발광소자의 단면도이다. 도 2는 도 1의 발광소자를 A-A 방향에서 본 단면도일 수 있으나, A-A 방향은 도 2의 단면을 나타낼 수 있도록 적절한 방향으로 조절될 수 있다.
도 1과 도 2를 참고하면, 본 발명의 실시 예에 따른 발광소자는 제1반도체층(121), 활성층(122), 및 제2반도체층(123)을 포함하는 발광구조물(120)과, 발광구조물(120)의 타면(120a)에 배치되고 질화갈륨을 포함하는 기판(110)과, 발광구조물(120)의 일면 및 제1홈(H1)의 측벽(S)을 커버하는 반사전극층(132)과, 제1홈(H1)을 통해 제1반도체층(121)과 전기적으로 연결되는 제1오믹전극(151), 및 제1오믹전극(151)과 반사전극층(132)을 전기적으로 절연하는 제1절연층(141)을 포함한다.
기판(110)은 질화갈륨(GaN)을 성장시켜 제작할 수 있다. 일반적으로 사용되는 사파이어 기판은 질화갈륨계 반도체층과 격자 상수가 일치하지 않아 격자 부정합이 발생한다. 이러한 격자 부정합에 의해 발광구조물(120)에 강한 압전 자기장이 걸려 양자 효율이 감소하는 문제가 있다.
실시 예는 질화갈륨 기판(110)을 사용함으로써 격자 부정합에 의해 야기되는 문제를 해소할 수 있다. 또한, 격자 부정합을 해소하기 위한 버퍼층을 생략할 수도 있다. 이하에서는 질화갈륨 기판을 편의상 기판으로 정의한다.
기판(110)은 일면에 형성된 복수 개의 광 추출 구조(112a)를 포함한다. 복수 개의 광 추출 구조(112a)는 높이가 상이할 수 있다. 기판(110)은 두께가 80㎛ 내지 300㎛일 수 있다. 또한, 광 추출 구조(112a)의 높이(T1)는 10㎛ 내지 30㎛일 수 있다.
발광구조물(120)은 도면을 기준으로 기판(110)의 하부에 배치되며, 제1반도체층(121), 활성층(122), 및 제2반도체층(123)을 포함한다. 일반적으로 상기와 같은 발광구조물(120)은 기판(110)을 절단하여 복수 개로 분리될 수 있다.
제1반도체층(121)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체일 수 있으며, 제1반도체층(121)에 제1도펀트가 도핑될 수 있다. 제1반도체층(121)은 Inx1Aly1Ga1 -x1-y1N(0≤x1≤1, 0≤y1≤1, 0≤x1+y1≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN 등에서 선택될 수 있다. 그리고, 제1도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te와 같은 n형 도펀트일 수 있다. 제1도펀트가 n형 도펀트인 경우, 제1도펀트가 도핑된 제1반도체층(121)은 n형 반도체층일 수 있다.
활성층(122)은 제1반도체층(121)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)과 제2반도체층(123)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 만나는 층이다. 활성층(122)은 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 그에 상응하는 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다. 본 실시 예에서 발광 파장에는 제한이 없다.
활성층(122)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(122)의 구조는 이에 한정하지 않는다.
제2반도체층(123)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2반도체층(123)에 제2도펀트가 도핑될 수 있다. 제2반도체층(123)은 Inx5Aly2Ga1-x5-y2N (0≤x5≤1, 0≤y2≤1, 0≤x5+y2≤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(123)은 p형 반도체층일 수 있다.
도시되지는 않았으나 활성층(122)과 제2반도체층(123) 사이에는 전자 차단층(EBL)이 배치될 수 있다. 전자 차단층은 제1반도체층(121)에서 공급된 전자가 제2반도체층(123)으로 빠져나가는 흐름을 차단하여, 활성층(122) 내에서 전자와 정공이 재결합할 확률을 높일 수 있다.
발광구조물(120)은 제2반도체층(123)과 활성층(122)을 관통하여 제1반도체층(121)이 노출되는 제1홈(H1)이 형성될 수 있다. 제1홈(H1)에 의해 제1반도체층(121)도 일부 식각될 수 있다. 제1홈(H1)은 복수 개일 수도 있다. 제1홈(H1)에는 제1오믹전극(151)이 배치되어 제1반도체층(121)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2반도체층(123)의 하부에는 제2오믹전극(131)이 배치될 수 있다.
제1오믹전극(151)과 제2오믹전극(131)은 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), SnO, InO, INZnO, ZnO, IrOx, RuOx, NiO, Ti, Al, Ni, Cr 및 이들의 선택적인 화합물 또는 합금 중에서 선택되며, 적어도 한 층으로 형성될 수 있다. 오믹전극의 두께는 특별히 제한하지 않는다.
제1절연층(141)은 발광구조물(120)의 일면과 제1홈(H1)의 측벽(S)을 커버할 수 있다. 제1절연층(141)은 제1오믹전극(151)이 제1전극패드(150)와 연결되는 지점을 제외하고는 발광구조물(120) 및 제1오믹전극(151)에 전체적으로 커버할 수 있다.
제1절연층(141)은 Al, Cr, Si, Ti, Zn, Zr 중 적어도 하나를 갖는 산화물, 질화물, 불화물, 및 황화물 중 적어도 하나로 형성된 절연물질 또는 절연성 수지를 포함할 수 있다. 제1절연층(141)은 예컨대, SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2 중에서 선택적으로 형성될 수 있다. 제1절연층(141)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
반사전극층(132)은 제1절연층(141)상에 배치되어 발광구조물(120)의 일면과 제1홈(H1)의 측벽(S)을 커버할 수 있다. 반사층은 제1오믹전극(151)이 제1전극패드(150)와 연결되는 부분을 제외하고는 발광구조물(120)에 전체적으로 형성될 수 있다. 이러한 구성에 의하여 활성층(122)에서 제2반도체층(123) 방향으로 방출된 광은 대부분 기판(110)측으로 반사될 수 있다. 따라서, 반사 효율이 증가하고, 외부 양자 효율이 개선될 수 있다.
반사전극층(132)은 금속성 또는 비금속성 재질로 형성될 수 있다. 금속성 반사전극층(132)은 In, Co, Si, Ge, Au, Pd, Pt, Ru, Re, Mg, Zn, Hf, Ta, Rh, Ir, W, Ti, Ag, Cr, Mo, Nb, Al, Ni, Cu, 및 WTi 중에서 선택된 금속 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
비금속성의 반사층은 제1굴절률을 갖는 제1층과 제2굴절률을 갖는 제2층이 교대로 2페어 이상 적층된 구조를 포함하며, 제1 및 제2굴절률은 서로 다르고, 제1층과 제2층은 굴절률이 1.5~2.4 사이인 전도성 또는 절연성 물질로 형성될 수 있다. 이러한 구조는 DBR(distributed bragg reflection) 구조일 수 있다. 또한, 낮은 굴절률을 갖는 유전체층과 금속층이 적층된 구조(Omnidirectional Reflector)일 수도 있다.
제2반도체층(123) 및 반사전극층(132) 중 적어도 한 층의 표면에는 러프니스와 같은 광 추출구조가 형성될 수 있으며, 이러한 광 추출 구조는 입사되는 광의 임계각을 변화시켜 광 추출 효율을 개선할 수 있다. 광 추출 구조는 요철 패턴, 또는 복수의 돌기들을 포함할 수 있다.
반사전극층(132)의 하부에는 캡핑 전극(133)이 배치될 수 있다. 캡핑 전극(133)은 확산 방지층, 전류 분산층 및 반사전극층(132)을 보호하는 역할 중 적어도 하나를 수행할 수 있다. 캡핑 전극(133)은 Au, Cu, Hf, Ni, Mo, V, W, Rh, Ru, Pt, Pd, La, Ta, Ti 및 이들 중에서 2이상의 합금 중에서 선택될 수 있다.
캡핑 전극(133)의 하부에는 제2절연층(142)이 배치된다. 제2절연층(142)은 Al, Cr, Si, Ti, Zn, Zr 중 적어도 하나를 갖는 산화물, 질화물, 불화물, 및 황화물 중 적어도 하나로 형성된 절연물질 또는 절연성 수지를 포할 수 있다. 제2절연층(142)은 예컨대, SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2 중에서 선택적으로 형성될 수 있다. 제2절연층(142)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
제1전극패드(150)는 제2절연층(142)을 관통하여 제1오믹전극(151)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1오믹전극(151)은 기판(110)에 가까워질수록 면적이 커지는데 반해, 제1전극패드(150)는 기판(110)에 가까워질수록 면적이 작아진다.
제2전극패드(160)는 제2절연층(142)을 관통하여 제2오믹전극(131) 및 반사전극층(132)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1전극패드(150)와 제2전극패드(160)는 In, Co, Si, Ge, Au, Pd, Pt, Ru, Re, Mg, Zn, Hf, Ta, Rh, Ir, W, Ti, Ag, Cr, Mo, Nb, Al, Ni, Cu, 및 WTi 중에서 선택된 금속 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 전류 분산 기능을 설명하기 위한 개념도이고, 도 4는 도 2의 반사전극층을 설명하기 위한 개념도이고, 도 5는 종래 발광소자의 개념도이다.
도 3을 참고하면, 기판(110)은 제1반도체층(121)과 마주보는 제1층(111) 및 광이 외부로 출사되는 제2층(112) 및 제1층(111)과 제2층(112) 사이에 배치되는 제3층(113)을 포함할 수 있다.
제1층(111)은 제1오믹전극(151)을 통해 전류가 제1반도체층(121)에 인가된 경우 전류 분산 경로(C)를 형성할 수 있다. 제1층(111)을 통해 전류는 효과적으로 분산될 수 있다. 따라서, 제1오믹전극(151)과 제1반도체층(121)의 접촉 면적(151a)을 줄여도 동작 전압(Vf)을 유지할 수 있다. 이를 위해 제1층(111)의 도펀트 농도는 상대적으로 높아질 수 있다. 구체적으로 제1층(111)의 도펀트 농도는 1×1018cm-3 내지 5×1019cm-3일 수 있다.
제2층(112)의 도펀트 농도는 제1층(111)의 도펀트 농도와 동일할 수 있다. 제2층(112)은 습식 식각을 통해 광 추출 구조(112a)를 형성할 수 있다. 광 추출 구조는 육각형 형상의 요철일 수 있다. 도펀트 농도가 높아질수록 Ga와 N을 쉽게 분리할 수 있다.
광 추출 구조(112a)의 높이는 10㎛ 내지 30㎛일 수 있다. 복수 개의 광 추출 구조 사이에는 평탄면(식각되지 않은 영역)이 형성될 수 있다. 기판 전체 면적에서 광 추출 구조(112a)가 차지하는 면적은 60%이상일 수 있다. 60%이하인 경우 평탄면의 면적이 넓어져 전반사 확률이 늘어날 수 있다.
제3층(113)의 도펀트 농도는 제1층(111) 및 제2층(112)보다 낮을 수 있다. 기판(110)의 두께 방향으로 도펀트 농도는 1×1018cm-3 내지 5×1019cm-3인 경우에는 원하는 투광성 및 결정성을 확보하기 어렵다. 따라서, 제3층(113)은 도펀트 농도를 낮추어 기판(110)에서 원하는 투명성 및 결정성을 확보할 수 있다.
일 예로, 제3층(113)의 도펀트 농도는 1×1016cm-3 이하이거나 n형 도펀트가 도핑되지 않을 수 있다. 도펀트는 n형 반도체층에 도핑되는 다양한 종류의 도펀트가 모두 선택될 수 있다.
기판(110) 전체 두께를 기준으로 제1층(111)의 두께는 약 40% 내지 50%이고, 제3층(113)의 두께는 40% 내지 50%이고, 제2층(112)의 두께는 10 내지 20%일 수 있다. 일 예로, 기판(110)의 두께가 100㎛인 경우 제1층(111)과 제3층(113)은 각각 40㎛이고, 제2층(112)은 20㎛일 수 있다.
도 4를 참고하면, 반사전극층(132)이 발광구조물(120)의 일면 및 제1홈의 측벽(S)에 형성되므로, 활성층(122)에서 방출되는 광은 대부분 반사전극층(132)에 의해 상측으로 반사될 수 있다. 따라서, 외부 양자 효율이 증가할 수 있다. 발광구조물의 측면과 반사전극층(132)은 제1절연층(141)에 의해 절연될 수 있다.
이에 반해, 도 5과 같이 제2반도체층(14)의 하부에만 반사전극(16)이 형성되면 발광구조물의 측면으로 방출되는 광(L1)이 손실되는 문제가 있다. 또한, 제1오믹전극(17)이 광(L2)을 흡수하는 문제가 있으므로 제1오믹전극(17)의 접촉면적을 줄이는 것이 중요하다.
하기 표 1은 제1오믹전극의 비율이 달라지는 경우 동작 전압의 변화를 측정한 표이다.
제1실험예 제2실험예 제3실험예
Chip Area (um2) 640,000 640,000 1,000,000
Active Area (um2) 365,761 396,009 793,571
Active ratio (%) 57.2 61.9 79.4
n-contact Area (um2) 44,489 32,342 17,955
n-contact ratio(%/Active) 12.16 8.17 2.26
Reflector Area (um2) 317,213 364,266 744,748
Reflector ratio (%/Active) 86.7 92.0 93.9
동작전압(V) @ 350mA 3.37 3.3 3.15
표 1을 참고하면, 제1실험예의 경우 접촉 면적의 비율(n-contact ratio)이 전체 활성층 면적의 12%이고, 동작 전압은 3.37V임을 알 수 있다(350mA 전류 기준). 이에 비해 제2실험예의 경우 접촉 면적의 비율(n-contact ratio)이 전체 활성층 면적의 8.17%로 약 4%작아졌음에도 동작 전압은 거의 비슷하게 측정되었다. 또한, 제3실시예의 경우 접촉 면적의 비율(n-contact ratio)이 전체 활성층 면적의 2.26%로 제1실험예에 비해 약 10%작아졌음에도 동작 전압이 거의 비슷하게 측정되었다. 따라서, 기판의 표면층이 충분한 전류 분산 경로를 형성하였기 때문으로 판단된다.
제1오믹전극이 제1반도체층과 접촉하는 면적은 전체 활성층 면적의 1% 내지 10%이거나, 전체 활성층 면적의 2% 내지 3%일 수 있다. 이 경우 접촉 면적을 줄여 광 손실을 방지할 수 있다.
또한, 접촉 면적이 작아질수록 반사 면적을 늘릴 수 있다. 제3실시예의 경우 반사 면적이 전체 활성층 면적의 93.9%로 높아 대부분의 광을 반사할 수 있다. 따라서, 외부 양자 효율을 개선할 수 있다.
도 6은 도 1의 B-B 방향 단면도이고, 도 7은 도 1의 C-C 방향 단면도이고, 도 8은 도 2의 변형예이다.
도 6을 참고하면, 발광구조물(120)의 일면에 형성되는 제1절연층(141)은 부분적으로 이격되어 제2오믹전극(131)과 반사전극층(132)이 전기적으로 연결될 수 있다. 제2전극패드(160)는 제2절연층(142)을 관통하여 반사전극층(132)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 도 7을 참고하면, 제1홈(H1)을 통해 제1반도체층(121)과 전기적으로 연결되는 제1오믹전극(151)은 제2절연층(142)을 관통하는 제1전극패드(150)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 8을 참고하면, 기판(110)에는 파장변환층(180)이 배치될 수 있다. 파장변환층(180)에 의해 활성층(122)에서 발광된 청색 파장대의 광은 백색광으로 변환될 수 있다. 파장변환층(180)은 기판(110)의 측면 및 발광구조물의 측면까지 배치될 수 있다. 이러한 구조의 패키지는 칩 스케일 패키지(CSP)일 수 있다.
파장변환층(180)은 고분자 수지에 형광체 또는 양자점 등이 분산될 수 있다. 형광체의 종류는 특별히 제한하지 않는다. YAG계, TAG계, Silicate계, Sulfide계 또는 Nitride계 중 어느 하나의 형광물질이 포함될 수 있다.
또한, 제2오믹전극(131)의 하부에 반사전극(171)이 배치되고, 제1절연층(172)에 TiO2와 같은 광 산란 입자 등을 분산시켜 반사층의 역할을 수행할 수도 있다.
도 9a를 참고하면, 기판(110) 상에 제1반도체층(121), 활성층(122), 제2반도체층(123)을 순차로 형성한다. 기판(110)은 GaN 기판이므로 반도체층과의 격자 부정합이 해소될 수 있다. 따라서, 버퍼층을 생략할 수도 있다. 발광구조물(120)은 기판(110)의 Ga면 상에 성장될 수 있다. 발광구조물(120)의 제2반도체층(123)상에는 제2오믹전극(131)을 형성할 수 있다. 이후, 도 9b와 같이 제2반도체층(123), 활성층(122)을 식각하여 제1반도체층(121)을 노출하는 제1홈(H1)을 적어도 하나 형성할 수 있다.
도 9c를 참고하면, 제1홈(H1)에 제1오믹전극(151)을 형성한다. 제1오믹전극(151)을 형성하는 방법에는 제한이 없다. 마스크 패턴을 이용할 수도 있고 포토 레지스트를 이용할 수도 있다. 제1오믹전극(151)은 기판(110)에서 멀어질수록 폭이 좁아질 수 있다. 제1오믹전극(151)은 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), SnO, InO, INZnO, ZnO, IrOx, RuOx, NiO, Ti, Al, Ni, Cr 및 이들의 선택적인 화합물 또는 합금 중에서 선택되며, 적어도 한 층으로 형성될 수 있다.
도 9d를 참고하면, 발광구조물(120) 및 제1오믹전극(151)상에 제1절연층(141)을 형성한다. 제1절연층(141)은 발광구조물(120)의 일면, 제1홈(H1)의 측벽(S), 제1오믹전극(151)의 측면에 연속적으로 형성될 수 있다. 즉, 제1절연층(141)은 제1오믹전극의 상면(151b)만을 제외하고 나머지 영역에 전체적으로 형성할 수 있다.
도 9e를 참고하면, 반사전극층(132)은 제1절연층(141) 상에 그대로 형성될 수 있다. 즉, 제1오믹전극의 상면(151b)만을 제외하고 나머지 영역에 전체적으로 형성할 수 있다. 반사전극층(132)은 유전체층과 금속층을 반복 적층하여 형성할 수도 있다.
도 9f를 참고하면, 반사전극층(132) 상에 캡핑 전극(133)을 형성한다. 캡핑 전극(133)은 확산을 방지하거나, 전류를 분산시키거나, 반사전극층(132)을 보호하는 역할 중 적어도 하나를 수행할 수 있다. 캡핑 전극(133)은 Au, Cu, Hf, Ni, Mo, V, W, Rh, Ru, Pt, Pd, La, Ta, Ti, Al 및 이들 중에서 2 이상의 합금 중에서 선택될 수 있다.
도 9g 및 도 9h를 참고하면, 캡핑 전극(133)상에 제2절연층(142)을 형성하고, 제1전극패드(150)와 제2전극패드(160)를 각각 제2절연층(142)을 관통시켜 오믹전극과 전기적으로 연결할 수 있다.
실시 예의 발광 소자는 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등의 광학 부재를 더 포함하여 이루어져 백라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또한, 실시 예의 발광 소자는 표시 장치, 조명 장치, 지시 장치에 더 적용될 수 있다.
이 때, 표시 장치는 바텀 커버, 반사판, 발광 모듈, 도광판, 광학 시트, 디스플레이 패널, 화상 신호 출력 회로 및 컬러 필터를 포함할 수 있다. 바텀 커버, 반사판, 발광 모듈, 도광판 및 광학 시트는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 이룰 수 있다.
반사판은 바텀 커버 상에 배치되고, 발광 모듈은 광을 방출한다. 도광판은 반사판의 전방에 배치되어 발광 모듈에서 발산되는 빛을 전방으로 안내하고, 광학 시트는 프리즘 시트 등을 포함하여 이루어져 도광판의 전방에 배치된다. 디스플레이 패널은 광학 시트 전방에 배치되고, 화상 신호 출력 회로는 디스플레이 패널에 화상 신호를 공급하며, 컬러 필터는 디스플레이 패널의 전방에 배치된다.
그리고, 조명 장치는 기판과 실시 예의 발광 소자를 포함하는 광원 모듈, 광원 모듈의 열을 발산시키는 방열부 및 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 광원 모듈로 제공하는 전원 제공부를 포함할 수 있다. 더욱이 조명 장치는, 램프, 해드 램프, 또는 가로등 등을 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명 실시 예는 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 실시 예의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명 실시 예가 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
110: 기판
120: 발광구조물
121: 제1반도체층
122: 활성층
123: 제2반도체층
131: 제2오믹전극
132: 반사전극층
141: 제1절연층
142: 제2절연층
150: 제1전극패드
151: 제1오믹전극
160: 제2전극패드

Claims (12)

  1. 제1반도체층, 활성층, 및 제2반도체층을 포함하고, 일면에 상기 제2반도체층 및 활성층을 관통하는 제1홈을 포함하는 발광구조물;
    상기 발광 구조물의 타면에 배치되는 질화갈륨 기판;
    상기 발광구조물의 일면 및 제1홈의 측벽을 커버하는 반사전극층;
    상기 제1홈을 통해 상기 제1반도체층과 전기적으로 연결되는 제1오믹전극; 및
    상기 제1오믹전극과 상기 반사전극층을 전기적으로 절연하는 제1절연층을 포함하는 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1절연층은 상기 반사전극층과 발광구조물 사이에 배치되는 발광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반사전극층을 커버하는 제2절연층;
    상기 제2절연층을 관통하여 상기 제1오믹전극과 전기적으로 연결되는 제1전극패드; 및
    상기 제2절연층을 관통하여 상기 반사전극층과 전기적으로 연결되는 제2전극패드를 포함하는 발광소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1오믹전극은 상기 기판에 가까워질수록 면적이 커지고, 상기 제1전극패드는 상기 기판에 가까워질수록 면적이 작아지는 발광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반사전극층은 상기 제2반도체층과 전기적으로 연결되는 발광소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1오믹전극이 상기 제1반도체층과 접촉하는 면적은 상기 활성층의 전체 면적의 1% 이상 10%이하인 발광소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 상기 제1반도체층과 접촉하는 제1층을 포함하는 발광소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1층의 도펀트 농도는 상기 제1층과 인접한 제3층의 도펀트 농도보다 높은 발광소자.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1층의 도펀트 농도는 1×1018cm-3 내지 5×1019cm-3인 발광소자.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1층의 두께는 상기 기판 전체 두께의 40% 내지 50%인 발광소자.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제1층의 두께는 상기 제1반도체층의 두께보다 두꺼운 발광소자.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 기판의 두께는 80㎛ 내지 300㎛이고, 광 추출 구조의 높이는 10㎛ 내지 30㎛인 발광소자.
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