KR20180018442A - 반도체 발광소자 - Google Patents

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김경민
김봉환
박은현
전수근
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주식회사 세미콘라이트
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Abstract

본 개시는 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층 및 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층이 순차로 적층된 복수의 반도체층; 복수의 반도체층의 일 측에 구비되며, 활성층에서 생성된 빛을 반사시키는 반사층; 반사층 위에서 전자와 정공을 공급하는 제1 전극 및 제2 전극;으로서, 복수의 반도체층과 전기적으로 연통하는 제1 전극 및 제2 전극; 복수의 반도체층을 기준으로 반사층의 반대 측에 구비되는 성장 기판; 그리고, 복수의 반도체층이 형성된 성장 기판의 반대 측에 구비되는 광도광층;을 포함하고, 광도광층은 성장 기판의 굴절률과 동일한 굴절률을 갖는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 반도체 발광소자에 관한 것이다.

Description

반도체 발광소자{SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 반도체 발광소자에 관한 것으로, 특히 발광효율을 높인 반도체 발광소자에 관한 것이다.
여기서, 반도체 발광소자는 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 반도체 광소자를 의미하며, 3족 질화물 반도체 발광소자를 예로 들 수 있다. 3족 질화물 반도체는 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0=x=1, 0=y=1, 0=x+y=1)로 된 화합물로 이루어진다. 이외에도 적색 발광에 사용되는 GaAs계 반도체 발광소자 등을 예로 들 수 있다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
도 1은 종래의 반도체 발광소자의 일 예(Lateral Chip)를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 기판(100), 기판(100) 위에, 버퍼층(200), 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(300), 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(400), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(500)이 순차로 증착되어 있으며, 그 위에 전류 확산을 위한 투광성 도전막(600)과, 본딩 패드로 역할하는 전극(700)이 형성되어 있고, 식각되어 노출된 제1 반도체층(300) 위에 본딩 패드로 역할하는 전극(800)이 형성되어 있다. 버퍼층(200)은 생략될 수 있다.
도 2는 종래의 반도체 발광소자의 다른 예(Flip Chip)를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 기판(100), 기판(100) 위에, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(300), 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(400), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(500)이 순차로 증착되어 있으며, 그 위에 기판(100) 측으로 빛을 반사시키기 위한 3층으로 된 전극막(901), 전극막(902) 및 전극막(903)이 형성되어 있고, 식각되어 노출된 제1 반도체층(300) 위에 본딩 패드로 기능하는 전극(800)이 형성되어 있다.
도 3은 종래의 반도체 발광소자의 또 다른 예(Vertical Chip)를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(300), 전자와 정공의 재결합을 통해 광을 생성하는 활성층(400), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(500)이 순차로 증착되어 있으며, 제2 반도체층(500)에 제1 반도체층(300)으로 광을 반사시키기 위한 금속 반사막(910)이 형성되어 있고, 지지 기판(930) 측에 전극(940)이 형성되어 있다. 금속 반사막(910)과 지지 기판(930)은 웨이퍼 본딩층(920)에 의해 결합된다. 제1 반도체층(300)에는 본딩 패드로 기능하는 전극(800)이 형성되어 있다.
도 4는 미국 등록특허공보 제6,650,044호에 도시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 플립 칩의 형태로, 기판(100), 기판(100) 위에, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(300), 전자와 정공의 재결합을 통해 광을 생성하는 활성층(400), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(500)이 순차로 증착되어 있으며, 그 위에 기판(100) 측으로 광을 반사시키기 위한 반사막(950)이 형성되어 있고, 식각되어 노출된 제1 반도체층(300) 위에 본딩 패드로 기능하는 전극(800)이 형성되어 있으며, 기판(100) 및 반도체층(300, 400, 500)을 둘러싸도록 봉지제(1000)가 형성되어 있다. 반사막(950)은 도 2에서와 같이 금속층으로 이루어질 수 있다. 반도체 발광소자는 전기 배선(820,960)이 구비된 PCB(1200; Printed Circuit Board)에 도전 접착제(830,970)를 통해 장착된다. 봉지제(1000)에는 주로 형광체가 함유된다. 여기서 반도체 발광소자는 봉지제(1000)를 포함하므로, 구분을 위해, 봉지제(1000)를 제외한 반도체 발광소자 부분을 반도체 발광소자 칩이라 부를 수 있다. 이러한 방법으로 도 4에 도시된 바와 같이 반도체 발광소자 칩에 봉지제(1000)가 도포될 수 있다.
최근에는 활성층에서 발생한 빛의 극히 일부분만 반도체 발광소자 밖으로 빠져나오기 때문에 방출 효율을 높이기 위해 사파이어 기판에 복수의 돌기를 주어 광산란점을 집어넣고 성장하는 방법(PSS)이 많이 사용되고 있다.
본 개시는 패턴사파이어 기판(PSS)을 포함하고 있지 않는 반도체 발광소자에서 광 추출 효율을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 반도체 발광소자에 있어서, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 전자와 정공의 재결합을 통해 광을 생성하는 활성층 및 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층이 순차로 적층된 복수의 반도체층; 복수의 반도체층의 일 측에 구비되며, 활성층에서 생성된 광을 반사시키는 반사층; 반사층 위에서 전자와 정공을 공급하는 제1 전극 및 제2 전극;으로서, 복수의 반도체층과 전기적으로 연통하는 제1 전극 및 제2 전극; 복수의 반도체층을 기준으로 반사층의 반대 측에 구비되는 성장 기판; 그리고, 복수의 반도체층이 형성된 성장 기판의 반대 측에 구비되는 광도광층;을 포함하고, 광도광층은 성장 기판의 굴절률과 동일한 굴절률을 갖는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자가 제공된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 종래의 반도체 발광소자의 일 예(Lateral Chip)를 나타내는 도면,
도 2는 종래의 반도체 발광소자의 다른 예(Flip Chip)를 나타내는 도면,
도 3은 종래의 반도체 발광소자의 또 다른 예(Vertical Chip)를 나타내는 도면,
도 4는 미국 등록특허공보 제6,650,044호에 도시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 5는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 개시에 따른 반도체 발광소자 칩의 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 7 및 도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자 칩의 광도광층의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 9 내지 도 11은 본 개시에 따른 반도체 발과소자의 제조방법의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 12는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 설명하기 위한 도면.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).
도 5는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 설명하기 위한 도면으로서, 베이스(1), 반도체 발광소자 칩(2), 그리고 봉지재(3)를 포함한다.
베이스(1)는 절연부(11), 절연부(11)에 의해 전기적으로 분리된 제1 도전부(12), 및 제2 도전부(13)를 포함한다.
제1 및 제2 도전부(12, 13)는 상하로 노출되며, 평탄(flat)하다. 제1 및 제2 도전부(12, 13)는 전기적 도통의 통로이며, 방열 통로가 될 수 있다.
이와 같은 베이스(1)는 복수의 도전판(예: Al/Cu/Al)을 절연접착제(예: 에폭시) 등과 같은 절연재료를 사용하여 접착하는 방식으로 반복 적층하여 적층제로 형성된다. 이러한 적층체를 절단하여 (예: 와이어 커팅 방법), 플레이트 형상(미도시)의 베이스(1)가 형성된다. 절단하는 방법에 따라 베이스(1)는 띠 모양으로 길게 형성되거나, 판처럼 넓게 형성될 수 있다.
제1 및 제2 도전부(12, 13)의 폭, 절연부(11)의 폭은 상기 도전판 및 절연접착제의 두께를 변경하여 조절될 수 있다.
봉지재(3)는 제1 및 제2 전극(70, 80)이 노출되도록 반도체 발광소자 칩(2)을 감싸며, 반도체 발광소자 칩(2)이 형성된 베이스(1)의 면 전체에 형성된다.
봉지재(3)는 형광체와 같은 광변환제를 함유하는 경우, 반도체 발광소자 칩(2)으로부터의 광에 의해 여기되어 전방향으로 파장이 변환된 빛을 방사한다. 반도체 발광소자에 있어서, 봉지재(3)는 생략될 수 있다.
반도체 발광소자 칩(2)은 도 6 내지 도 8에 예시된 형태의 플립 칩이 사용될 수 있으며, 성장 기판(20), 성장 기판(20)의 제1 면(21)에 위치하는 복수의 반도체층(30, 40, 50), 반사막(R), 복수의 반도체층(30, 40, 50)에 전류를 전달하는 제1 및 제2 전극(70, 80) 및 성장 기판(20)의 제1 면(21)에 대향하는 제2 면(22)에 위치하는 광도광층(60)을 포함한다.
성장 기판(20)은 예를 들면 사파이어, SiC, GaN, AlN, ZnO 일 수 있고, 성장 기판(20)은 최종적으로 제거될 수도 있다.
본 예에서, 성장 기판(20)은 1.8의 굴절률을 갖는 사파이어로 이루어지며, 약 100um 내지 350um의 두께로 형성될 수 있다.
복수의 반도체층(30, 40, 50)은 제1 도전성(예: n형)을 가지는 제1 반도체층(30; 예: Si 도핑된 GaN), 제1 도전성과 다른 제2 도전성(예: p형)을 가지는 제2 반도체층(50; 예: Mg 도핑된 GaN) 및 제1 반도체층(30)과 제2 반도체층(50) 사이에 개재되며 전자와 정공의 재결합에 의해 광을 생성하는 활성층(40; 예: InGaN/(In)GaN 다중양자우물구조)을 포함한다. 복수의 반도체층(30, 40, 50) 각각은 다층으로 이루어질 수 있다.
제1 반도체층(30)과 제2 반도체층(50)은 그 위치가 바뀔 수 있으며, 3족 질화물 반도체 발광소자에 있어서 주로 GaN으로 이루어진다. 필요에 따라 추가의 층들이 구비될 수 있다. 반도체 발광소자는 이를 구성하는 물질에 따라, 자외선부터 적외선까지의 광을 방출할 수 있다.
한편, 성장 기판(20)과 복수의 반도체층(30, 40, 50) 사이에 버퍼층(미도시)이 형성되는 것이 바람직하다.
제1 전극(70)은 복수의 반도체층(30, 40, 50)과 절연되어 있으며, 반사층(R)을 관통하여 형성된 제1 전기적 연결(71; Electrical Connections)을 통해 제1 반도체층(30)과 전기적으로 연통되어 전자를 공급하며, 베이스(1)의 제1 도전부(12)에 접합된다.
제1 전기적 연결(71)은 적어도 제2 반도체층(50)과 활성층(40)을 관통하여 제1 반도체층(30)까지 이어져 있다.
제2 전극(80)은 복수의 반도체층(30, 40, 50)과 절연되어 있으며, 반사층(R)을 관통하여 형성된 제2 전기적 연결(81; Electrical Connections)을 통해 제2 반도체층(50)과 전기적으로 연통되어 정공을 공급하며, 베이스(1)의 제2 도전부(13)에 접합된다.
각각 제1 및 제2 도전부(12, 13)와 접합되는 제1 및 제2 전극(70, 80)은 절연부(11)의 일부분과 접촉되어 위치할 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 전극(70, 80)으로부터 열전달 면적을 넓힐 수 있다.
반사층(R)은 제2 반도체층(50)과 제1 및 제2 전극(70, 80) 사이에 성장 기판(20) 측으로 광을 반사하기 위해 형성된다. 반사층(R)은 SiO2/TiO2와 같은 절연층, DBR(Distributed Bragg Reflector) 또는 ODR(Omni-Directional Reflector)을 포함하는 다층 구조를 가질 수 있다.
반사층(R)과 제2 반도체층(50) 사이에 전류 확산을 위한 전류 확산 전극(예: ITO)을 더 구비할 수 있다.
광도광층(60)은 성장 기판(20)과 접촉되는 제1 면(60a)과 제1 면에 대향하는 제2 면(60b)을 포함하며, 성장 기판(20)과 동일한 굴절률을 갖는 물질로 이루어진다.
성장 기판(20)과 광도광층(60)이 동일한 굴절률을 갖는 물질 예를 들어 사파이어로 이루어지는 경우 1.8의 굴절률을 가진다. 이때, 성장 기판(20)은 패턴화된 시파이어 기판(PSS, Patterned Sapphire Substrate)이 아니다.
이에 따라, 성장 기판(20)과 광도광층(60) 간의 굴절률 차이가 발생하지 않으므로, 굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 작은 매질로 광이 입사할 때 계면에서 발생되는 전반사 현상을 효과적으로 방지하여 광 추출 효율(extraction efficiency)을 개선할 수 있다.
성장 기판(20)과 광도광층(60)을 연결하기 위해 성장 기판(20)과 광도광층(60) 사이에 절연접착제(예: 에폭시) 등과 같은 절연재료로 이루어지는 접착층(A)이 형성된다. 이와 같은 접착층(A)은 성장 기판(20) 및 광도광층(60)과 동일한 굴절률을 갖는 물질로 이루어지는 것이 바람직하며, 예를 들어, 성장 기판(20)과 광도광층(60)이 1.8의 굴절률을 갖는 사파이어로 이루어지는 경우, 접착층(A)은 1.8의 굴절률을 갖는 물질로 이루어진다. 하지만, 이에 한정하지 않고, 접착층(A)은 1 보다 크고 1.8보다 작은 굴절률을 갖는 물질로 이루어질 수 있다.
접착층(A)은 성장 기판(20)과 광도광층(60) 사이의 굴절률에 영향을 미치지 않는 최소한의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 접착층(A)은 최대 100um 의 두께를 가질 수 있다.
도 6을 참조하면, 광도광층(60)은 제1 및 제2 면(60a, 60b)은 복수의 돌기를 갖는 돌출면인 것이 바람직하며, 예를 들어, 패턴화된 시파이어 기판(PSS, Patterned Sapphire Substrate)일 수 있다.
광도광층(60)의 제1 및 제2 면(60a, 60b)이 돌출면으로 형성됨으로써, 성장 기판(20)으로부터 입사되는 광이 제1 면(60a)에 의해 산란되어 제2 면(60b)으로 이동하여 제2 면(60b)에서 일부는 산란되어 방출되고, 일부는 제1 면(60a)으로 반사되어 다시 제2 면(60b)으로 이동하여 산란되어 방출된다.
이에 따라, 성장 기판(20)과 굴절률이 동일한 물질로 이루어지는 광도광층(60)이 복수의 돌기를 갖는 돌출면인 제1 및 제2 면(60a, 60b)을 포함함으로써, 전반사 현상을 방지하면서 광의 산란효과를 증가시켜 광 추출 효율(extraction efficiency)을 증가시킨다. 즉, 성장 기판(20)이 패턴화된 사파이어 기판이 아닌 경우, 성장 기판(20)의 제2 면(22)에 성장 기판(20)과 동일한 굴절률을 가지며 복수의 돌기를 갖는 돌출면이 형성된 광도광층(60)을 포함함으로써, 돌출면에 의해 활성층(40)에서 방출된 광이 산란되어 광 추출 효율(extraction efficiency)을 증가시킨다.
광도광층(60)의 폭은 성장 기판(20)의 폭에 비해 약 2배 이상으로 형성되는 것이 바람직하다. 광도광층(60)의 폭이 성장 기판(20)의 폭보다 크게 형성되는 경우 광도광층(60)의 제1 및 제2 면(60a, 60b)에 의해 산란되어 외부로 방출되는 광의 양이 증가하여 광 추출 효율(extraction efficiency)이 더욱 증가할 수 있다.
이와 달리, 광도광층(60)의 폭은 성장 기판(20)의 폭과 동일하거나 작게 형성될 수 있다.
광도광층(60)의 두께는 성장 기판(20)의 두께와 동일한 두께 약 100um 내지 350um으로 형성될 수 있지만, 이에 한정하지 않고 광도광층(60)과 성장 기판(20)의 두께는 서로 상이하게 형성될 수 있다.
이와 같은, 광도광층(60)의 돌출면은 나노 임프린팅 공정, 포토리소그래피(Photolithography), AGOG (Aluminum deposition,Growth of Oxide,and Grain growth) 방법 등을 이용하여 형성되고, 복수의 돌기는 뿔 형상, 반구 형상 또는 실린더 형상 등을 가질 수 있다.
도 7은 본 개시에 따른 반도체 발광소자 칩은 도 2와 같이 일 예를 설명하기 위한 도면으로서, 광도광층(61)은 도 6에 도시된 광도광층(60)과 달리 제1 면(61a)은 평탄면이고, 제2 면(61b)은 복수의 돌기를 갖는 돌출면을 갖는다.
광도광층(61)의 제1 면(61a)은 평탄면으로 형성되고, 제2 면(61b)이 돌출면으로 형성됨으로써, 성장 기판(20)으로부터 입사되는 광이 제1 면(61a)을 통해 제2 면(61b)으로 이동하여 제2 면(61b)에서 일부는 산란되어 방출되고, 일부는 제1 면(61a)으로 반사되어 다시 제2 면(61b)으로 이동하여 방출된다.
도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자 칩의 광도광층의 또 다른 일 예를 설명하기 위한 도면으로서, 광도광층(62)은 도 6에 도시된 광도광층(60)과 달리 제1 면(62a)은 돌출면이고, 제2 면(62b)은 복수의 돌기를 갖는 평탄면을 갖는다.
광도광층(62)의 제1 면(62a)은 돌출면으로 형성되고, 제2 면(62b)이 평탄면으로 형성됨으로써, 성장 기판(20)으로부터 입사되는 광이 제1 면(62a)을 통해 산란되어 제2 면(60b)으로 이동하여 방출된다.
도 9 내지 도 11은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조방법의 일 예를 설명하기 위한 도면들로서, 도 9를 참조하면, 먼저, 베이스(1) 위에 개구(34)를 가지는 댐(32), 또는 마스크가 구비되고, 개구(34)로 노출된 베이스(1) 위에 반도체 발광소자 칩(2)이 놓인다(도 9a 참조). 여기서 댐(32)의 높이는 반도체 발광소자 칩(2)의 높이와 동일하게 형성될 수 있지만 이에 한정되지 않고, 반도체 발광소자 칩(2)의 높이보다 높게 형성될 수 있다.
반도체 발광소자 칩(2)의 광도광층(60)은 접착층(A)에 의해 성장 기판(20) 위에 순차적으로 적층될 수 있다. 접착층(A)을 이용하여 적층됨으로써, 물리적으로 접촉력이 증가할 수 있다.
이후, 개구(34)에 봉지재(3)가 형성된다(도 9b 참조). 봉지재(3)가 경화되고, 봉지재(3)가 형성된 반도체 발광소자 칩(2)이 댐(32)으로부터 분리된다. 분리 공정을 통해 반도체 발광소자 칩(2)과, 제1 전극(70) 및 제2 전극(80)을 노출하며 반도체 발광소자 칩(2)을 둘러싸는 봉지재(3)를 가지는 결합체가 형성된다. 반도체 발광소자에 있어서, 봉지재(3)는 생략될 수 있다.
이와 같이 반도체 발광소자 칩(2)이 성장 기판(20)의 제2 면(22)에 성장 기판(20)과 동일한 굴절률을 가지며 복수의 돌기를 갖는 돌출면이 형성된 광도광층(60)을 포함함으로써, 돌출면에 의해 활성층(40)에서 방출된 광이 산란되어 광 추출 효율(extraction efficiency)을 증가시킨다.
도 10을 참조하면, 베이스(1) 위에 도 9에서 도시한 바와 다른 형상의 개구(38)를 가지는 댐(36) 및 개구(38)로 노출된 베이스(1) 위에 반도체 발광소자 칩(2)이 놓인다(도 10a 참조). 댐(36)의 개구(38)로 인한 측면(36S)은 베이스(1)에 대해 기울어진 경사면일 수 있다. 경사면은 평탄한 면으로 형성되었지만, 이제 한정되지 않고 오목하게 형성될 수 있다. 댐(32)의 높이는 반도체 발광소자 칩(2)의 높이와 동일하게 형성될 수 있지만 이에 한정되지 않고, 반도체 발광소자 칩(2)의 높이보다 높게 형성될 수 있다.
이후, 개구(38)에 봉지재(3)가 형성된다(도 10b 참조). 봉지재(3)가 경화되고, 봉지재(3)가 형성된 반도체 발광소자 칩(2)이 댐(36)으로부터 분리된다. 분리 공정을 통해 반도체 발광소자 칩(2)과, 제1 전극(70) 및 제2 전극(80)을 노출하며 반도체 발광소자 칩(2)을 둘러싸는 봉지재(3)를 가지는 결합체가 형성된다. 반도체 발광소자에 있어서, 봉지재(3)는 생략될 수 있다.
도 11을 참조하면, 베이스(1) 위에 도 9 및 도 10에서 도시한 바와 다른 형상의 개구를 가지는 댐(31) 및 개구(33)로 노출된 베이스(1) 위에 반도체 발광소자 칩(2)이 놓인다(도 11a 참조).
여기서, 댐(32)의 높이는 반도체 발광소자 칩(2)의 높이보다 낮게 형성된다. 즉, 댐(32)은 광도광층(60)보다 낮게 형성될 수 있다.
이후, 개구(33)에 봉지재(3)가 형성된다(도 11b 참조). 반도체 발광소자에 있어서, 봉지재(3)는 생략될 수 있다.
도 12는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 설명하기 위한 도면으로서, 반도체 발광소자 칩(2)을 둘러싸는 봉지재(3)가 구비된 베이스(1)에 접착 물질을 이용하여 접합된 렌즈(L)를 포함한다.
렌즈(L)는 반도체 발광소자 칩(2)의 광도광층(60, 61, 62) 및 성장 기판(20)과 동일한 굴절률을 갖는 물질로 이루어질 수 있다.
렌즈(L)와 반도체 발광소자를 연결하기 위한 접착물질 역시 성장 기판(20) 및 광도광층(60, 61, 62)과 동일한 굴절률을 갖는 물질로 이루어지는 것이 바람직하며, 예를 들어, 성장 기판(20)과 광도광층(60, 61, 62)이 1.8의 굴절률을 갖는 사파이어로 이루어지는 경우 접착물질 역시 1.8의 굴절률을 갖는 물질로 이루어진다. 하지만, 이에 한정하지 않고, 접착물질은1 보다 크고 1.8보다 작은 굴절률을 갖는 물질로 이루어질 수 있다.
접착물질은 성장 기판(20)과 광도광층(60, 61, 62) 사이의 굴절률에 영향을 미치지 않는 최소한의 두께를 가질 수 있다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 반도체 발광소자에 있어서, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층 및 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층이 순차로 적층된 복수의 반도체층; 복수의 반도체층의 일 측에 구비되며, 활성층에서 생성된 빛을 반사시키는 반사층; 반사층 위에서 전자와 정공을 공급하는 제1 전극 및 제2 전극;으로서, 복수의 반도체층과 전기적으로 연통하는 제1 전극 및 제2 전극; 복수의 반도체층을 기준으로 반사층의 반대 측에 구비되는 성장 기판; 그리고, 복수의 반도체층이 형성된 성장 기판의 반대 측에 구비되는 광도광층;을 포함하고, 광도광층은 성장 기판의 굴절률과 동일한 굴절률을 갖는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(2) 성장 기판과 광도광층은 Al2O3, SiC, GaN, AlN, ZnO 중 적어도 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(3) 광도광층은 성장 기판과 접촉되는 제1 면 및 제1 면에 대향하는 제2 면을 갖고, 제1 면 및 제2 면은 복수의 돌기를 갖는 돌출면인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(4) 광도광층은 성장 기판과 접촉되는 제1 면 및 제1 면에 대향하는 제2 면을 갖고, 제1 면 또는 제2 면 중 적어도 하나의 면은 복수의 돌기를 갖는 돌출면인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(5) 광도광층의 제2 면은 복수의 돌기를 갖는 돌출면이고, 광도광층의 제1 면은 평탄면인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(6) 광도광층의 제1 면은 복수의 돌기를 갖는 돌출면이고, 광도광층의 제2 면은 평탄면인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(7) 광도광층의 폭은 성장 기판의 폭보다 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(8) 광도광층의 폭은 성장 기판의 폭에 비해 약 2배 이상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(9) 성장 기판과 광도광층의 두께는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(10) 성장 기판과 광도광층 사이에 개재되는 접속층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(11) 절연막, 절연막에 의해 전기적으로 분리되고 제1 전극과 접합되는 제1 도전부 및 제2 전극과 접합되는 제2 도전부를 구비하는 베이스; 및 제1 및 제2 전극과 연결되는 베이스의 면 전체에 형성되는 봉지재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(12) 반도체 발광소자 칩을 둘러싸는 봉지재가 구비된 베이스에 접착 물질을 이용하여 접합된 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
본 개시에 따른 하나의 반도체 발광소자에 의하면, 반도체 발광소자 칩에 성장 기판과 동일한 굴절률을 갖는 물질로 이루어지는 광도광층을 광의 방출면에 구비함으로써, 성장 기판과 광도광층 간의 굴절률 차이가 발생하지 않으므로, 굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 작은 매질로 광이 입사할 때 계면에서 발생되는 전반사 현상을 효과적으로 방지하여 광 추출 효율(extraction efficiency)을 개선할 수 있다.
더욱이, 광도광층의 적어도 하나의 면이 복수의 돌기를 갖는 돌출면을 구비함으로써, 발광소자 내의 광 흡수를 줄여 광 추출 효율을 증가할 수 있다.
그리고, 광도광층의 폭이 성장 기판의 폭보다 크게(넓게) 형성됨으로써, 광도광층에 의해 산란되는 광의 양이 증가하여 광 추출 효율이 더욱 증가할 수 있다.
1: 베이스 2: 반도체 발광소자 칩
20: 성장 기판 30: 제1 반도체층
40: 활성층 50: 제2 반도체층
60, 61, 62: 광도광층 70, 80: 제1 및 제2 전극
3: 봉지재

Claims (6)

  1. 반도체 발광소자에 있어서,
    제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층 및 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층이 순차로 적층된 복수의 반도체층;
    복수의 반도체층의 일 측에 구비되며, 활성층에서 생성된 빛을 반사시키는 반사층;
    반사층 위에서 전자와 정공을 공급하는 제1 전극 및 제2 전극;으로서, 복수의 반도체층과 전기적으로 연통하는 제1 전극 및 제2 전극;
    복수의 반도체층을 기준으로 반사층의 반대 측에 구비되는 성장 기판; 그리고,
    복수의 반도체층이 형성된 성장 기판의 반대 측에 구비되는 광도광층;을 포함하고,
    광도광층은 성장 기판과 접촉되는 제1 면 및 제1 면에 대향하는 제2 면을 갖고,
    광도광층의 제1 면 및 제2 면 중 적어도 하나의 면은 복수의 돌기를 갖는 돌출면인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    광도광층은 성장 기판의 굴절률과 동일한 굴절률을 갖는 단일의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  3. 청구항 1에 있어서,
    광도광층의 제1 면 및 및 제2 면은 복수의 돌기를 갖는 돌출면인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  4. 청구항 1에 있어서,
    광도광층의 제2 면은 복수의 돌기를 갖는 돌출면이고,
    광도광층의 제1 면은 평탄면인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  5. 청구항 1에 있어서,
    광도광층의 제1 면은 복수의 돌기를 갖는 돌출면이고,
    광도광층의 제2 면은 평탄면인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  6. 청구항 1에 있어서,
    광도광층의 폭은 성장 기판의 폭보다 넓게 형성되고,
    광도광층과 성장 기판의 두께는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
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