KR20170077513A - 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

실시 예는 제 1 전극과 제 1 반도체층의 접속 면적을 증가시켜 전류 확산이 용이하고 구동 전압을 개선할 수 있는 발광 소자에 관한 것으로, 제 1 반도체층, 활성층 및 제 2 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 상기 발광 구조물이 제거되어 바닥면에서 상기 제 2 반도체층을 노출시키며, 측면에서 상기 제 1 반도체층, 활성층 및 제 2 반도체층을 노출시키는 홈; 상기 홈의 바닥면에서 노출된 상기 제 1 반도체층과 접속하는 제 1 전극; 상기 홈의 측면에서 노출된 상기 1 반도체층, 활성층 및 제 2 반도체층을 덮으며, 일 끝단이 상기 제 1 전극의 상부면의 일부까지 연장되고 타 끝단은 상기 제 2 반도체층의 상부면의 일부까지 연장되어 상기 제 1 전극의 상부면과 상기 제 2 반도체층의 상부면을 부분적으로 노출시키는 제 1 절연 패턴; 노출된 상기 제 2 반도체층 상에 배치된 제 1 반사층; 상기 제 2 반도체층 및 상기 제 1 전극을 노출시키는 제 2 반사층; 및 상기 제 2 반사층에 의해 노출된 상기 제 2 반사층 상에 배치된 제 2 전극을 포함한다.

Description

발광 소자{LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명 실시 예는 전류 확산 및 구동 전압이 개선된 발광 소자에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류가 인가되면 광을 방출하는 발광 소자 중 하나이다. 발광 다이오드는 저전압으로 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 제 1 반도체층, 활성층 및 제 2 반도체층으로 구성된 발광 구조물의 일 측에 제 1 전극과 제 2 전극이 배치된 구조일 수 있다.
수직형 발광 다이오드의 경우, 제 1 전극은 제 1 반도체층, 활성층 및 제 2 반도체층을 관통하는 홈을 통해 제 1 반도체층과 전기적으로 접속될 수 있다. 그리고, 일반적인 수직형 발광 다이오드는 후술할 제 1 전극과 연결될 제 1 본딩 패드가 홈에서 노출된 활성층 및 제 2 반도체층과 접속되는 것을 방지하기 위해, 홈에서 노출된 활성층 및 제 2 반도체층을 감싸는 제 1 절연 패턴을 더 포함한다.
그런데, 제 2 전극과 제 2 반도체층의 접촉 면적 대비 제 1 전극과 제 1 반도체층의 접촉 면적이 매우 좁다. 이에 따라, 제 1 전극과 제 1 반도체층의 접촉 영역에서 전류 크라우딩(Current Crowding) 현상이 발생하여 제 1 전극 주변의 발열이 증가하고, 동시에 구동 전압 역시 커지는 문제가 발생한다.
제 1 전극과 제 1 반도체층의 접촉 면적을 넓히기 위해서는 제 1 전극과 절연 패턴의 이격 간격을 좁히거나 제 1 전극의 폭을 넓게 형성하는 방법이 있다. 그러나, 제 1 전극과 제 1 절연 패턴이 너무 인접하는 경우, 절연 패턴 상에 형성될 반사층의 반사 효율이 저하될 수 있으며, 제 1 전극과 제 1 절연 패턴의 공정 마진에 의해 제 1 전극이 제 1 절연 패턴을 완전히 덮는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 제 1 전극의 폭을 넓게 형성하기 위해 면적이 넓은 바닥면을 갖는 홈을 형성하는 경우, 발광 구조물의 활성층의 면적이 감소한다. 이에 따라, 발광 효율이 저하되는 문제가 발생한다.
즉, 일반적인 발광 소자는 제 1 전극의 폭을 넓히는데 한계가 있어, 제 1 전극과 제 1 반도체층의 접촉 면적 역시 증가시키기 어렵다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 홈의 크기를 증가시키지 않고 제 1 전극과 제 1 반도체층의 접속 면적을 증가시켜 전류 확산이 용이하고 구동 전압을 개선할 수 있는 발광 소자를 제공하는데 있다.
본 발명 실시 예의 발광 소자는 제 1 반도체층, 활성층 및 제 2 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 상기 발광 구조물이 제거되어 바닥면에서 상기 제 2 반도체층을 노출시키며, 측면에서 상기 제 1 반도체층, 활성층 및 제 2 반도체층을 노출시키는 홈; 상기 홈의 바닥면에서 노출된 상기 제 1 반도체층과 접속하는 제 1 전극; 상기 홈의 측면에서 노출된 상기 1 반도체층, 활성층 및 제 2 반도체층을 덮으며, 일 끝단이 상기 제 1 전극의 상부면의 일부까지 연장되고 타 끝단은 상기 제 2 반도체층의 상부면의 일부까지 연장되어 상기 제 1 전극의 상부면과 상기 제 2 반도체층의 상부면을 부분적으로 노출시키는 제 1 절연 패턴; 노출된 상기 제 2 반도체층 상에 배치된 제 1 반사층; 상기 제 2 반도체층 및 상기 제 1 전극을 노출시키는 제 2 반사층; 및 상기 제 2 반사층에 의해 노출된 상기 제 2 반사층 상에 배치된 제 2 전극을 포함한다.
본 발명 다른 실시 예의 발광 소자는 제 1 반도체층, 활성층 및 제 2 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 상기 발광 구조물이 제거되어 바닥면에서 상기 제 2 반도체층을 노출시키며, 측면에서 상기 제 1 반도체층, 활성층 및 제 2 반도체층을 노출시키는 홈; 상기 홈의 바닥면에서 노출된 상기 제 1 반도체층과 접속하는 제 1 전극; 상기 홈의 측면에서 노출된 상기 1 반도체층, 활성층 및 제 2 반도체층을 덮으며, 일 끝단이 상기 제 1 전극의 상부면의 일부까지 연장되고 타 끝단은 상기 제 2 반도체층의 상부면의 일부까지 연장되어 상기 제 1 전극의 상부면과 상기 제 2 반도체층의 상부면을 부분적으로 노출시키는 제 1 절연 패턴; 노출된 상기 제 2 반도체층 상에 배치된 제 1 반사층; 상기 제 1 반사층을 감싸며, 상기 제 2 반도체층 및 제 1 전극을 노출시키는 제 2 절연 패턴; 상기 제 2 절연 패턴 상에 배치되며, 상기 제 2 반도체층 및 상기 제 1 전극을 노출시키는 제 2 반사층; 및 상기 제 2 절연 패턴 및 상기 제 2 반사층에 의해 노출된 상기 제 2 반도체층 상에 배치된 제 2 전극을 포함한다.
본 발명의 발광 소자는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 추가적으로 활성층을 제거하지 않고 제 1 전극과 제 1 반도체층의 접속 면적을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 구동 전압이 개선되며 발광 구조물의 전류 확산이 용이하며 구동 전압이 감소한다.
둘째, 제 1 절연 패턴과 제 2 반사층 사이에 제 2 절연 패턴을 배치하여, 홈의 측면과 제 1 전극의 가장자리 사이에서 제 2 반사층의 절곡 정도를 보상할 수 있다.
셋째, 홈의 측면을 감싸도록 제 2 반사층을 배치하여, 홈의 측면으로 진행하는 광을 발광 구조물의 광 방출면으로 용이하게 반사시켜 발광 소자의 광속을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명 실시 예의 발광 소자의 평면도이다.
도 2a는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'의 단면도이다.
도 2b는 도 2a의 A 영역의 확대도이다.
도 3은 일반적인 제 1 전극과 제 1 반도체층의 접속 영역을 도시한 단면도이다.
도 4a는 도 1의 다른 실시 예의 Ⅰ-Ⅰ'의 단면도이다.
도 4b는 도 4a의 A 영역의 확대도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 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.
제 1, 제 2 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 실시 예를 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 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예의 발광 소자를 상세히 설명하면 다음과 같다.
* 제 1 실시 예 *
도 1은 본 발명 실시 예의 발광 소자의 평면도이다. 도 2a는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'의 단면도이며, 도 2b는 도 2a의 A 영역의 확대도이다.
도 1, 도 2a 및 도 2b와 같이, 본 발명 실시 예의 발광 소자는 제 1 반도체층(15a), 활성층(15b) 및 제 2 반도체층(15c)을 포함하는 발광 구조물(15), 발광 구조물(15)이 제거되어 바닥면(20a)에서 제 1 반도체층(15a)을 노출시키며, 측면(20b)에서 제 1 반도체층(15a), 활성층(15b) 및 제 2 반도체층(15c)을 노출시키는 홈(20), 홈(20)의 바닥면(20a)에서 노출된 제 1 반도체층(15a)과 접속하는 제 1 전극(30a), 홈(20)의 측면(20b)에서 노출된 1 반도체층(15a), 활성층(15b) 및 제 2 반도체층(15c)을 덮으며, 일 끝단이 제 1 전극(30a)의 상부면의 일부까지 연장되며, 타 끝단은 제 2 반도체층(15c)의 상부면의 일부까지 연장되어 제 1 전극(30a)의 상부면과 제 2 반도체층(15c)의 상부면을 부분적으로 노출시키는 제 1 절연 패턴(25a), 노출된 제 2 반도체층(15c) 상에 배치된 제 1 반사층(40a), 제 1 반사층(40a) 및 제 1 전극(30a)을 노출시키는 제 2 반사층(40b), 및 제 2 반사층(40b)에 의해 노출된 제 1 반사층(40a) 상에 배치된 제 2 전극(30b)을 포함한다.
기판(10)은 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함한다. 기판(10)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질이거나 캐리어 웨이퍼일 수 있다. 기판(10)은 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP 및 Ge 중 선택된 물질로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 기판(10)은 제거되어도 무방하다.
도시하지는 않았으나, 발광 구조물(15)과 기판(10) 사이에는 버퍼층(미도시)이 더 배치될 수 있다. 버퍼층은 제 1 반도체층(15a)과 기판(10)의 격자 부정합을 완화할 수 있다. 버퍼층은 Ⅲ족과 Ⅴ족 원소가 결합된 형태이거나 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중에서 어느 하나를 포함할 수 있다. 버퍼층에는 도펀트가 도핑될 수도 있으며, 이에 한정하지 않는다. 버퍼층은 기판(10) 상에 단결정으로 성장할 수 있으며, 단결정으로 성장한 버퍼층은 제 1 반도체층(15a)의 결정성을 향상시킬 수 있다.
특히, 발광 구조물(15)과 기판(10)의 계면에는 발광 구조물(15)에서 발생한 광이 기판(10)을 통해 외부로 방출될 때, 광을 확산 및 분사시키기 위해 요철(10a)이 형성될 수 있다. 요철(10a)은 도시된 바와 같이 규칙적인 형태이거나 비규칙적인 형태일 수 있으며, 모양은 용이하게 변경 가능하다.
제 1 반도체층(15a)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제 1 반도체층(15a)에 제 1 도펀트가 도핑될 수 있다. 제 1 반도체층(15a)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, 제 1 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te와 같은 n형 도펀트일 수 있다. 제 1 도펀트가 n형 도펀트인경우, 제 1 도펀트가 도핑된 제 1 반도체층(15a)은 n형 반도체층일 수 있다.
활성층(15b)은 제 1 반도체층(15a)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 제 2 반도체층(15c)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 만나는 층이다. 활성층(15b)은 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 그에 상응하는 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.
활성층(15b)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(15b)의 구조는 이에 한정하지 않는다.
제 2 반도체층(15c)은 활성층(15b) 상에 형성되며, Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제 2 반도체층(15c)에 제 2 도펀트가 도핑될 수 있다. 제 2 반도체층(15c)은 Inx2Aly2Ga1 -x2- y2N (0≤x2≤1, 0≤y2≤1, 0≤x2+y2≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 또는 AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 선택된 물질로 형성될 수 있다. 제 2 도펀트가 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트인 경우, 제 2 도펀트가 도핑된 제 2 반도체층(15c)은 p형 반도체층일 수 있다.
제 1 전극(30a)은 제 1 반도체층(15a), 활성층(15b) 및 제 2 반도체층(15c)을 선택적으로 제거하여 형성된 홈(20)을 통해 제 1 반도체층(15a)과 전기적으로 접속될 수 있다. 홈(20)의 바닥면(20a)에서는 제 1 반도체층(15a)이 노출되며, 홈(20)의 측면(20b)에서는 제 1 반도체층(15a), 활성층(15b) 및 제 2 반도체층(15c)이 노출된다.
제 1 전극(30a)의 하부면은 전면이 제 1 반도체층(15a)과 접속된다. 제 1 전극(30a)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf, Ti, Cr, Cu 및 이들의 선택적인 조합으로 이루어질 수 있으며, 이에 한정하지 않는다. 일반적으로 알루미늄(Al)은 반사율이 매우 높으며 저항이 매우 낮다. 따라서, 제 1 전극(30a)이 알루미늄을 포함하는 경우, 활성층(15b)에서 발생한 광이 제 1 전극(30a)으로 진행하여 제 1 전극(30a)에서 흡수되지 않고 제 1 전극(30a)에서 반사되어 외부로 방출될 수 있다. 또한, 제 1 전극(30a)과 제 1 반도체층(15a)의 접촉 저항이 감소할 수 있다.
그런데, 알루미늄은 고온에서 확산될 수 있으므로, 제 1 전극(30a)이 알루미늄을 포함하여 이루어지는 경우, 알루미늄의 확산을 방지하기 위해 제 1 전극(30a)은 배리어 금속을 더 포함하는 것이 바람직하다. 이 때, 배리어 금속은 Ni, TiW, Pt, W 등에서 선택될 수 있다. 이 경우, 제 1 전극(30a)은 Cr/Al/Ni, Cr/Al/TiW, Cr/Al/Pt, Cr/Al/W등의 구조에서 선택될 수 있다.
제 1 전극(30a)의 가장자리와 홈(20)의 바닥면(20a)의 가장자리의 이격 간격인 제 1 간격(d1)은 0.05㎛ 내지 8㎛일 수 있으며, 바람직하게는 제 1 간격(d1)는 3㎛ 내지 5㎛일 수 있다. 이는, 제 1 전극(30a)과 홈(20)의 측면(20b)이 너무 인접한 경우, 제 1 전극(30a)이 홈(20)의 측면(20b)까지 연장되어 제 1 전극(30a)이 활성층(15b) 또는 제 2 반도체층(15c)과 접속될 수 있기 때문이다. 또한, 제 1 간격(d1)이 너무 넓은 경우에는 제 1 전극(30a)의 폭(W1)이 너무 좁아진다.
특히, 홈(20)의 직경이 너무 큰 경우 활성층(15b)의 제거 영역이 증가하여 발광 영역이 감소하며, 홈(20)의 직경이 너무 작은 경우에는 발광 소자의 구동 전압이 높아진다. 즉, 홈(20)의 직경은 일반적으로 20㎛ 내지 25㎛인 것이 적정한 것으로, 제 1 전극(30a)의 폭(W1)을 증가시키기 위해 홈(20)의 직경을 조절하기 어렵다.
도 3은 일반적인 제 1 전극과 제 1 반도체층의 접속 영역을 도시한 단면도이다.
도 3과 같이, 일반적인 발광 소자는 제 1 전극(3)과 제 1 반도체층(1a)을 접속시키기 위해 발광 구조물(1)에 홈을 형성하고, 홈의 측면에서 노출된 제 1 반도체층(1a), 활성층(1b) 및 제 2 반도체층(1c)을 덮도록 절연 패턴(2)을 형성한다. 그리고, 절연 패턴(2)에 의해 노출된 제 1 반도체층(1a) 상에 제 1 전극(3)을 형성한다.
일반적인 발광 소자는 절연 패턴(2)의 공정 마진을 고려하여 홈의 측면을 감싸도록 절연 패턴(2)을 형성하고, 절연 패턴(2)에 의해 노출된 영역에 제 1 전극(3)을 형성한다. 따라서, 일반적인 발광 소자는 제 1 전극(3)의 폭(W1)이 매우 좁아 제 1 전극(3)과 제 1 반도체층(1a)의 접촉 면적을 증가시키는데 한계가 있다.
특히, 일반적인 발광 소자는 제 1 전극(3)과 절연 패턴(1a) 사이의 간격(d)을 확보해야 한다.
구체적으로, 제 1 전극(3)과 절연 패턴(2) 사이의 간격(d)이 충분하지 않은 경우, 제 1 전극(3)의 공정 마진에 의해 제 1 전극(3)이 절연 패턴(2)을 완전히 덮어, 제 1 전극(3)의 일 끝단이 제 2 반도체층(1c)까지 연장될 수 있다.
또한, 제 1 전극(3)과 절연 패턴(2) 사이의 간격(d)이 충분하지 않은 경우, 반사층 등이 제 1 전극(3)과 절연 패턴(2) 사이의 간격(d)에 충분히 채워지지 않아 제 2 반도체층(1c)이 노출될 수 있으며, 이에 따라 발광 소자의 저전류 불량이 발생하여 신뢰성이 저하될 수 있다. 따라서, 제 1 전극(3)과 절연 패턴(1a)은 3㎛ 정도 이격 거리를 가져야 한다.
반면에, 다시 도 2b를 참조하면, 본 발명 실시 예는 제 1 전극(30a)이 홈(20)의 바닥면(20a)에 배치되고, 제 1 절연 패턴(25a)이 홈(20)의 측면(20b)을 감싸며 제 1 전극(30a)과 중첩되도록 배치되므로, 제 1 전극(30a)의 공정 마진만을 고려한다. 즉, 종래에 비해 제 1 전극(30a)의 폭(W1)이 넓어져, 제 1 반도체층(15a)의 접촉 면적이 증가할 수 있다.
예를 들어, 도 3의 경우, 발광 구조물(1)의 면적 대비 제 1 전극(3)과 제 1 반도체층(1a)의 접촉 면적이 2.1%에 불과하나, 본 발명 실시 예의 경우, 발광 구조물(15)의 면적 대비 제 1 전극(30a)과 제 1 반도체층(15a)의 접촉 면적이 3.6%로 증가하여, 제 1 전극(30a)과 제 1 반도체층(15a)의 접촉 면적이 약 1.5% 증가할 수 있다. 상기와 같은 접촉 면적 증가는 약 0.05V의 구동 전압 감소를 실현할 수 있다.
본 발명 실시 예의 제 1 절연 패턴(25a)은 일 끝단이 제 1 전극(30a)의 상부면의 일부까지 연장된다. 즉, 제 1 절연 패턴(25a)이 제 1 전극(30a)의 측면을 완전히 감싸므로, 제 1 절연 패턴(25a)과 제 1 전극(30a)이 이격되어, 이격 영역에서 제 1 반도체층(15a)이 노출되는 것을 방지할 수 있다.
제 1 절연 패턴(25a)의 일 끝단과 제 1 전극(30a)의 상부면의 중첩 간격인 제 2 간격(d2)은 15㎛미만인 것이 바람직하다. 이는, 중첩 간격이 너무 넓은 경우 제 1 전극(30a)의 상부면의 노출 면적이 감소하여, 제 1 전극(30a)과 제 1 본딩 패드(45a)의 접촉 면적이 감소하기 때문이다.
상기와 같은 본 발명 실시 예의 발광 소자는 제 1 절연 패턴(25a)과 제 1 전극(30a)이 중첩되어 제 1 절연 패턴(25a)과 제 1 전극(30a)의 가장자리가 이격되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 제 1 절연 패턴(25a)의 타 끝단은 제 2 반도체층(15c)의 상부면의 일부까지 연장 형성된다.
제 1 절연 패턴(25a)은 SiNX, SiOX등과 같은 절연성을 갖는 무기 절연 물질을 포함할 수 있다. 또한, 벤조싸이클로부텐(benzocyclobuten; BCB) 등과 같은 유기 절연 물질을 포함할 수도 있으며, 제 1 절연 패턴(25a)은 이에 한정하지 않는다.
제 1 절연 패턴(25a)에 의해 노출된 제 2 반도체층(15c) 상에는 제 1 반사층(40a)이 배치될 수 있다. 제 1 반사층(40a)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 및 Hf 등과 같이 반사율이 높은 물질로 형성될 수 있다. 제 1 반사층(40a)은 상기 반사율이 높은 물질과 IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등과 같은 투명 전도성 물질이 혼합되어 형성될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
상기와 같은 제 1 반사층(40a)은 발광 구조물(15) 상부에 배치되어, 활성층(15b)에서 발생한 광을 기판(10)쪽으로 반사시킬 수 있다. 즉, 제 1 반사층(40a)은 광이 방출되는 발광 구조물(15)의 제 1 면(하부면)과 대향된 제 2 면(상부면)에 배치되어 발광 소자 외부로 광이 방출되도록 한다.
제 1 반사층(40a)과 제 2 반도체층(15c) 사이에는 투명 전극층(35)이 더 배치될 수 있다. 투명 전극층(35)은 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 등과 같은 투명 전도성 산화물에서 선택될 수 있다.
투명 전극층(35)은 제 2 반도체층(15c)의 전기적 특성을 개선하기 위한 것으로, 제 2 반도체층(15c)과 제 2 전극(30b) 사이에 배치되어 오믹 역할을 수행할 수 있다. 제 2 전극(30b)은 제 2 본딩 패드(45b)와 전기적으로 접속되어, 제 2 본딩 패드(45b) 물질이 제 1 반사층(40a)이나 투명 전극층(35)으로 확산되는 것을 방지할 수 있다.
일반적으로 투명 전극층(35) 상에 형성되는 제 1 반사층(40a)은 제 1 절연 패턴(25a)과 접촉 특성이 좋지 않다. 따라서, 제 1 반사층(40a)과 제 1 절연 패턴(25a)이 접촉되어 계면이 들뜨는 것을 방지하기 위해 투명 전극층(35)은 제 1 반사층(40a)의 가장자리에서 돌출되도록 연장된다.
투명 전극층(35)은 상술한 바와 같이, 제 2 반도체층(15c)의 전기적 특성을 개선하기 위한 것으로, 제 1 절연 패턴(25a)에 의해 노출된 제 2 반도체층(15c)을 완전히 감싸도록 형성되는 것이 바람직하다. 그런데, 투명 전극층(35)의 두께가 매우 얇아, 투명 전극층(35)이 제 1 절연 패턴(25a)의 상부면까지 연장되지 않는 경우, 투명 전극층(35)이 제 2 반도체층(15c)의 상부면을 완전히 감싸도록 형성되었는지 확인이 불가능하다.
따라서, 투명 전극층(35)의 가장자리가 제 1 절연 패턴(25a)과 중첩되도록 형성하여 투명 전극층(35)의 형성 불량을 파악할 수 있다.
투명 전극층(35)과 제 1 절연 패턴(25a)의 중첩 간격인 제 3 간격(d3)이 너무 넓은 경우, 제 1 절연 패턴(25a)과 제 2 반사층(40b)이 인접하여, 제 2 반사층(40b)의 물질이 제 1 절연 패턴(25a)을 따라 제 1 반도체층(15a)으로 유입될 수 있다. 반대로, 제 3 간격(d3)이 너무 좁은 경우, 공정 마진에 의해 투명 전극층(35)이 제 2 반도체층(15c)을 완전히 감싸지 못하여 제 2 반도체층(15c)이 노출될 수 있다. 따라서, 제 3 간격(d3)은 2㎛ 내지 5㎛일 수 있다.
그리고, 제 1 반사층(40a)의 가장자리와 홈(20)의 측면의 끝단의 이격 간격인 제 4 간격(d4)이 너무 좁은 경우, 상술한 바와 같이, 제 1 절연 패턴(25a)과 제 2 반사층(40b)이 인접하여, 제 2 반사층(40b)의 물질이 제 1 절연 패턴(25a)을 따라 제 1 반도체층(15a)으로 유입될 수 있다. 반대로, 제 4 간격(d4)이 너무 넓은 경우, 제 1 반사층(40a)의 형성 면적이 좁아져 제 1 반사층(40a)에 의한 반사 효율이 저하될 수 있다. 따라서, 제 4 간격(d4)은 10㎛ 내지 15㎛일 수 있다.
제 2 반사층(40b)은 제 1 전극(30a) 및 제 1 반사층(40a)의 일부만을 노출시키며 발광 구조물(15) 전면을 감싸도록 배치된다. 제 2 반사층(40b)은 절연 기능과 반사 기능을 모두 수행하는 물질로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제 2 반사층(40b)은 분산 브래그 반사층(Distributed Bragg Reflector; DBR)을 포함할 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
분산 브래그 반사층은 굴절률이 다른 두가지 물질을 교대로 쌓은 구조로 이루어질 수 있다. 분산 브래그 반사층은 고 굴절률을 갖는 제 1 층과 저 굴절률을 갖는 제 2 층이 반복되어 형성될 수 있다. 제 1 층과 제 2 층은 모두 유전체일 수 있으며, 제 1 층과 제 2 층의 고 굴절률과 저 굴절률은 상대적인 굴절률일 수 있다. 발광 구조물(15)에서 방출되는 광 중 제 2 반사층(40b)으로 진행하는 광은 제 1 층과 제 2 층의 굴절률 차이에 의해 제 2 반사층(40b)을 통과하지 못하고 다시 발광 구조물(15) 방향으로 반사될 수 있다.
제 2 반사층(40a)의 일 끝단은 제 1 전극(30a) 상부면의 일부까지 연장된다. 이는, 제 2 반사층(40a)이 제 1 절연 패턴(25a)의 가장자리를 완전히 감싸기 위함이다.
홈(20)의 내부에서 제 1 절연 패턴(25a)이 노출되는 경우, 활성층(15c)에서 발출되는 광이 제 1 절연 패턴(25a)을 통해 발광 구조물(15)의 상부로 진행하여 광 방출 효율이 저하될 수 있다. 따라서, 본 발명 실시 예의 발광 소자는 제 2 반사층(40b)의 일 끝단은 제 1 절연 패턴(25a)의 끝단을 완전히 감싸도록 제 2 반사층(40b)의 일 끝단이 제 1 전극(30a) 상부면의 일부까지 연장된다.
즉, 상기와 같은 본 발명 실시 예의 발광 소자는 발광 구조물(15) 상부에 제 1, 제 2 반사층(40a, 40b)을 배치하여, 활성층(15b)에서 발생한 광을 효율적으로 기판(10)쪽으로 반사시킬 수 있다.
제 2 반사층(40b)에 의해 노출된 제 1 반사층(40a) 상에 제 2 전극(30b)이 배치된다. 제 2 전극(30b)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf, Ti, Cr, Cu 및 이들의 선택적인 조합으로 이루어질 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
그리고, 제 1 본딩 패드(45a)가 제 2 반사층(40b)에 의해 노출된 제 1 전극(30a)과 접속되며, 제 2 본딩 패드(45b)가 제 2 반사층(40b)에 의해 노출된 제 2 전극(30b)과 접속될 수 있다.
* 제 2 실시 예 *
도 4a는 도 1의 다른 실시 예의 Ⅰ-Ⅰ'의 단면도이며, 도 4b는 도 4a의 A 영역의 확대도이다.
도 4a 및 도 4b와 같이, 본 발명의 다른 실시 예의 발광 소자는 제 1 절연 패턴(25a)과 제 2 반사층(40b) 사이에 제 2 절연 패턴(25b)을 더 형성할 수 있다. 제 2 절연 패턴(25b)은 홈(20)의 측면(20b)과 제 1 전극(30a)의 가장자리 사이에서 제 2 반사층(40b)의 절곡 정도를 보상할 수 있다.
구체적으로, 홈(20)의 깊이가 너무 깊은 경우, 제 2 반사층(40b)의 상부면이 평탄하지 못하고 홈(20)의 측면(20b)과 제 1 전극(30a)의 가장자리 사이에서 절곡부가 형성될 수 있다. 그리고, 절곡부에 의해 제 2 반사층(40b)의 두께가 균일하지 못하여 제 2 반사층(40b)이 부분적으로 형성되지 않는 문제가 발생할 수 있다.
그러나, 본 발명의 실시 예와 같이 제 1 절연 패턴(25a)과 제 2 반사층(40b) 사이에 제 2 절연 패턴(25b)을 배치한 경우, 제 2 절연 패턴(25b)이 제 2 반사층(40b)의 B 영역의 절곡 정도를 보상할 수 있다. 특히, 제 2 절연 패턴(25b)이 충분한 두께를 갖는 경우, 제 2 절연 패턴(25b)의 상부면이 평탄하여 발광 소자의 스텝 커버리지를 향상시킬 수 있다.
더욱이, 제 2 절연 패턴(25b)에 의해 제 2 반사층(40b)과 발광 구조물(15) 및 제 1 절연 패턴(25a)의 열팽창 계수(coefficient of thermal expansion; CTE)의 편차를 감소시켜, 열팽창 계수 차이에 의해 제 2 반사층(40b)의 표면이 들뜨거나 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
제 2 절연 패턴(25b)은 SiNX, SiOX등과 같은 절연성을 갖는 무기 절연 물질을 포함할 수 있다. 또한, 벤조싸이클로부텐(benzocyclobuten; BCB) 등과 같은 유기 절연 물질을 포함할 수도 있으며, 제 1 절연 패턴(25a)은 이에 한정하지 않는다.
구체적으로, 제 1 절연 패턴(25a)과 제 2 절연 패턴(25b)이 제 1 전극(30a)의 가장자리와 홈(20)의 바닥면(20a)의 가장자리의 이격 영역에서 홈의 측면을 따라 기울어진 구조로 형성될 수 있다. 이 때, 홈(20)의 측면(20b)을 따라 기울어진 영역에서 제 1 절연 패턴(25a)과 제 2 절연 패턴(25b) 계면의 제 1 경사각(θ1)보다 제 2 절연 패턴(25b)과 제 2 반사층(40b) 계면의 제 2 경사각(θ2)이 더 작다. 예를 들어, 제 1 경사각(θ1)은 65°내지 70°이며, 제 2 경사각(θ2)은 45°내지 60°일 수 있다. 제 2 경사각(θ2)은 제 2 절연 패턴(25b)의 두께가 두꺼워질수록 작아질 수 있다.
특히, 제 2 절연 패턴(25b)의 가장자리가 제 1 절연 패턴(25a)의 가장자리를 완전히 덮는 경우, 제 2 절연 패턴(25b)에 의해 제 1 전극(30a)의 상부면의 노출 면적이 감소한다. 따라서, 제 2 절연 패턴(25b)의 가장자리는 제 1 절연 패턴(25a)의 가장자리와 일치하거나, 제 1 절연 패턴(25a)의 가장자리를 노출시키는 것이 바람직하다. 도면에서는 제 2 절연 패턴(25b)의 가장자리가 제 1 전극(30a)의 가장자리와 일치하는 것을 도시하였다.
제 2 반사층(40a)은 활성층(15c)에서 방출되는 광이 홈(20)의 측면(20b)을 통해 제 1, 제 2 본딩 패드(45a, 45b) 방향으로 진행하는 것을 방지하기 위해, 홈(20)의 측면(20b)을 완전히 감싸도록 형성될 수 있다. 도면에서는 제 2 반사층(40b)이 제 1, 제 2 절연 패턴(25a, 25b)의 가장자리를 완전히 감싸는 구조를 도시하였다.
상술한 바와 같이 본 발명 실시 예의 발광 소자는 추가적으로 활성층(15b)을 제거하지 않고 제 1 전극(30a)과 제 1 반도체층(15a)의 접속 면적을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 구동 전압이 개선되며 발광 구조물(15)의 전류 확산이 용이하다. 이 때, 제 1 절연 패턴(25a)과 제 2 반사층(40b) 사이에 제 2 절연 패턴(25b)을 배치하여, 홈(20)의 측면(20b)과 제 1 전극(30a)의 가장자리 사이에서 제 2 반사층(40b)의 절곡 정도를 보상할 수 있다. 또한, 홈(20)의 측면(20b)을 감싸도록 제 2 반사층(40b)을 배치하여, 홈(20)의 측면(20b)으로 진행하는 광을 발광 구조물(15)의 광 방출면으로 용이하게 반사시켜 발광 소자의 광속을 향상시킬 수 있다.
상기와 같은 본 발명 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 소자에서 발산되는 광을 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 발명은 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 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
10: 기판 10a: 요철
15: 발광 구조물 15a: 제 1 반도체층
15b: 활성층 15c: 제 2 반도체층
20: 홈 20a: 바닥면
20b: 측면 25a: 제 1 절연 패턴
25b: 제 2 절연 패턴 30a: 제 1 전극
30b: 제 2 전극 35: 투명 전극층
40a: 제 1 반사층 40b: 제 2 반사층
45a: 제 1 본딩 패드 45b: 제 2 본딩 패드

Claims (14)

  1. 제 1 반도체층, 활성층 및 제 2 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
    상기 발광 구조물이 제거되어 바닥면에서 상기 제 2 반도체층을 노출시키며, 측면에서 상기 제 1 반도체층, 활성층 및 제 2 반도체층을 노출시키는 홈;
    상기 홈의 바닥면에서 노출된 상기 제 1 반도체층과 접속하는 제 1 전극;
    상기 홈의 측면에서 노출된 상기 1 반도체층, 활성층 및 제 2 반도체층을 덮으며, 일 끝단이 상기 제 1 전극의 상부면의 일부까지 연장되고 타 끝단은 상기 제 2 반도체층의 상부면의 일부까지 연장되어 상기 제 1 전극의 상부면과 상기 제 2 반도체층의 상부면을 부분적으로 노출시키는 제 1 절연 패턴;
    노출된 상기 제 2 반도체층 상에 배치된 제 1 반사층;
    상기 제 2 반도체층 및 상기 제 1 전극을 노출시키는 제 2 반사층; 및
    상기 제 2 반사층에 의해 노출된 상기 제 2 반도체층 상에 배치된 제 2 전극을 포함하는 발광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극의 가장자리와 상기 홈의 바닥면의 가장자리의 이격 간격(d1)은 최소 0.05㎛인 발광 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 절연 패턴의 일 끝단과 상기 제 1 전극의 상부면의 중첩 간격(d2)은 15㎛ 미만인 발광 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 반사층과 상기 제 2 반도체층 사이에 배치된 투명 전극층을 포함하는 발광 소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 투명 전극층은 상기 제 1 반사층의 가장자리에서 연장되어 상기 제 2 반도체층 상에 노출된 발광 소자.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 투명 전극층의 일 끝단은 상기 제 1 절연 패턴의 상부면까지 연장된 발광 소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 투명 전극층과 상기 제 1 절연 패턴의 중첩 간격(d3)은 2㎛ 내지 5㎛인 발광 소자.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 반사층의 가장자리와 상기 홈의 가장자리의 이격 간격(d4)은 10㎛ 내지 15㎛인 발광 소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 반사층은 상기 제 1 전극 상부까지 연장된 상기 제 1 절연 패턴의 가장자리를 완전히 감싸는 발광 소자.
  10. 제 1 반도체층, 활성층 및 제 2 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
    상기 발광 구조물이 제거되어 바닥면에서 상기 제 2 반도체층을 노출시키며, 측면에서 상기 제 1 반도체층, 활성층 및 제 2 반도체층을 노출시키는 홈;
    상기 홈의 바닥면에서 노출된 상기 제 1 반도체층과 접속하는 제 1 전극;
    상기 홈의 측면에서 노출된 상기 1 반도체층, 활성층 및 제 2 반도체층을 덮으며, 일 끝단이 상기 제 1 전극의 상부면의 일부까지 연장되고 타 끝단은 상기 제 2 반도체층의 상부면의 일부까지 연장되어 상기 제 1 전극의 상부면과 상기 제 2 반도체층의 상부면을 부분적으로 노출시키는 제 1 절연 패턴;
    노출된 상기 제 2 반도체층 상에 배치된 제 1 반사층;
    상기 제 1 반사층을 감싸며, 상기 제 2 반도체층 및 제 1 전극을 노출시키는 제 2 절연 패턴;
    상기 제 2 절연 패턴 상에 배치되며, 상기 제 2 반도체층 및 상기 제 1 전극을 노출시키는 제 2 반사층; 및
    상기 제 2 절연 패턴 및 상기 제 2 반사층에 의해 노출된 상기 제 2 반도체층 상에 배치된 제 2 전극을 포함하는 발광 소자.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 절연 패턴과 상기 제 2 절연 패턴은 상기 제 1 전극의 가장자리와 상기 홈의 바닥면의 가장자리의 이격 영역에서 상기 홈의 측면을 따라 기울어진 구조로 형성되며,
    상기 홈의 측면을 따라 기울어진 영역에서 상기 제 1 절연 패턴과 상기 제 2 절연 패턴 계면의 경사각보다 상기 홈의 측면을 따라 기울어진 영역에서 상기 제 2 절연 패턴과 상기 제 2 반사층 계면의 경사각이 작은 발광 소자.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 홈의 측면을 따라 기울어진 영역에서 상기 제 1 절연 패턴과 상기 제 2 절연 패턴 계면의 경사각은 65°내지 70°이며,
    상기 홈의 측면을 따라 기울어진 영역에서 상기 제 2 절연 패턴과 상기 제 2 반사층 계면의 경사각은 45°내지 60°인 발광 소자.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 절연 패턴의 가장자리는 상기 제 1 전극 상부까지 연장된 상기 제 1 절연 패턴의 가장자리와 일치하는 발광 소자.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 반사층은 상기 상기 제 1 절연 패턴 및 상기 제 2 절연 패턴의 가장자리를 가장자리를 완전히 감싸는 발광 소자.
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