KR100537477B1 - 반도체 발광소자 및 반도체 발광장치 - Google Patents

반도체 발광소자 및 반도체 발광장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 광취출효율이 높으면서 수율이 높고, 수명이 긴 반도체 발광소자 및 반도체 발광장치를 제공한다. 본 발명에 따른 반도체 발광소자는, 광을 방사하는 발광층과; 이 발광층으로부터의 상기 광에 대해 투광성을 갖고, 상기 발광층이 설치된 상면과 이 상면과 서로 마주보는 저면 및 상기 상면과 상기 저면을 연결하는 측면을 가지며, 상기 측면은 상기 상면측으로부터 상기 저면측으로 향하는 제1측면과 이 제1측면으로부터 상기 저면측으로 향하는 제2측면 및 이 제2측면으로부터 상기 저면측으로 향하는 제3측면을 갖고, 상기 제3측면은 상기 상면을 향해 넓어지도록 경사져 있고, 상기 제2측면은 상기 상면을 향해 더 넓어지도록 경사져서 상기 발광층으로부터의 상기 광의 일부를 외부로 사출하며, 상기 제1측면은 기판의 상기 상면을 향해 좁아지도록 상기 상면에 수직인 방향과 16° 이상 60°이하 경사져 있는 기판을 갖추어 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 발광소자 및 반도체 발광장치{SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING ELEMENT AND SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 반도체 발광소자 및 반도체 발광장치에 관한 것이다.
반도체 발광소자는 저소비전력, 고효율, 고신뢰성이 얻어지는 광원으로서 표시판이나 액정의 백라이트 등에 백색 전구 대체용으로 사용된다. 특히, InGaAlP계 반도체재료는 직접천이형으로, 적색에서 녹색 영역까지 고휘도로 발광될 수 있는 재료이다. 이에 따라, InGaAlP계 반도체 발광소자는 비교적 휘도가 높은 소자로서 차량 탑재용 적색스톱램프, 교통신호의 적색램프, 황색램프 등에 사용된다. 반도체 발광소자는 발광층 내부의 활성층에 전류를 주입함으로써 정공과 전자의 재결합에 의해 발광이 실현된다. 그리고, 활성층에서 발생한 광의 일부가 반도체소자의 표면으로부터 외부로 취출된다. 통상, 반도체 발광소자는 반사판이 형성된 리드 상에 마운트되고, 렌즈형상을 한 에폭시 등의 수지로 밀봉몰드된다. 반도체 발광소자로부터 나온 광을 반사판으로 반사하고, 렌즈로 집광함으로써 발광특성을 제어하게 된다.
상기와 같이, InGaAlP계 반도체재료는 고휘도로 발광될 수 있지만 이 InGaAlP계 반도체재료는 불투명한 GaAs기판 상에 형성된다. 따라서, GaAs기판을 그대로 두면, GaAs기판에 의한 광흡수가 일어난다. 최근에는, 우선 InGaAlP계 반도체재료를 불투명한 GaAs기판 상에 형성한 후, 투명한 GaP기판을 접착하고, 대신에 불투명한 GaAs기판을 박리해서, 비교적 고휘도의 반도체 발광소자를 얻는 방법이 개발되어 있다. 또한, 여기서 투명이라는 것은 발광소자로부터 방사되는 광에 대해 투광성을 갖는 것을 의미한다.
그러나, 상기와 같이 투명기판을 접착 형성하는 방법에서도, InGaAlP계 반도체재료의 월등한 특성을 충분히 살릴 수가 없어, 소자의 휘도가 충분히 높다라고는 할 수 없었다. 이는 광취출효율이 낮았기 때문이다. 즉, 반도체소자 내부에서 InGaAlP활성층으로부터 발생한 광은 360°모든 방향으로 방사되지만, 반도체결정과 이를 밀봉하는 에폭시수지에 굴절율 차이가 있기 때문에, 반도체 계면에서 반사되어 반도체결정의 외부로 취출될 수 없는 광이 존재하게 된다. 반도체결정의 굴절률을 3.3으로 하고, 밀봉몰드재 에폭시의 굴절률을 1.5로 하면, 스넬의 법칙에 의해 임계각도는 θc=sin-1(1.5/3.3)=27°로 되어, 27°보다 큰 각도에서 반도체와 수지의 계면에 입사한 광은 전반사되어 반도체결정 내부로부터 취출 될 수 없게 된다. 반도체 발광소자는, 통상 입방체(육면체)이므로 이상적으로 전체 면으로부터 광을 취출시킨 것으로 하면, 약 28%의 광을 외부로 취출할 수 있다. 그러나, 반도체결정의 표면에 n형과 p형 2종류의 전극이 형성되는 것과, n형 혹은 p형 어느 쪽의 전극이 접착제로 반사판에 취부되는 것 및, 전극면에 입사된 광이 전극어레이층에서 흡수되는 것으로 인해 외부로 광을 취출할 수 있는 광의 비율은 28%를 밑돌게 된다.
본 과제를 해결하고, 광취출효율을 높이는 구조로서, 투명기판을 이용하면서 투명기판을 적당한 형상으로 가공하는 방법이 검토되고 있다. 이 방법은, 예컨대 일본 특허공개공보 평10-341035호에 기재되어 있다. 이를 도 16에 나타낸다. 투명한 p형 GaP기판(300)의 도면 중 아래측에는 발광층(314)이 형성되어 있다. 발광층(314)은 p형 GaP기판(300) 상에 p형 반도체층, 활성층, n형 반도체층이 순차 형성된 구조를 갖는다. 이 발광층(314)으로는 p측 전극(309)과 n측 전극(310)으로부터 전류가 주입된다. 이 전류주입에 의해 발광층(314) 중의 활성층이 광을 방사하고, 이 광은 기판(300)측으로부터 취출된다. 도 16의 소자에서는 투명기판(300)의 단면 방향이 발광층(314)의 수직방향에 대해 오프세트한 각도를 이루도록 반도체 발광소자를 정형하는 것에 의해 전체 광 추출량의 증대를 도모하고 있다. 이 소자형상에서는 투명기판(300)의 정형 단면이 종래 단면에서 반사해서 취출시킬 수 없었던 광을 상부표면을 향해 반사한다. 이에 따라, 상면으로부터 많은 광을 취출할 수 있도록 된다. 또한, 상부표면으로부터의 반사광을 정형 단면으로부터 취출할 수도 있게 되어, 광의 취출이 증대e된다. 또한, 이 정형 단면에 의해 내부에서 발생된 광이 결정 계면에서 다중 반사되지 않고서 외부로 취출되기 때문에, 발광층(314)의 흡수활성층 또는 옴성 접촉부(ohmic contact)에서 흡수가 감소된다. 이와 같이, 도 16의 발명은 기판(300)측을 광취출면으로 하고, 기판(300)을 적당한 형상으로 가공하는 것에 의해 광취출효율을 높이고 있다.
그러나, 도 16의 반도체 발광소자나 이를 이용한 반도체 발광장치는 광취출효율은 높지만 수율이 악화되었거나 수명이 짧이지게 되었거나 하는 문제가 있었다.
즉, 도 16의 소자는 기판(300)측을 광취출면으로 하기 때문에, 발광층(314) 중의 pn접합이 도면 중 하측의 마운트면에 가깝다. 따라서, 리드프레임 상에 도전성 마운트제(접착제)를 이용해서 소자를 마운트할 때(도 8 참조), 발광층(314) 중의 pn접합의 측면이 쇼트되어, 수율이 저하된다는 문제가 발생한다. 이 대응책으로서 마운트제가 반도체 발광소자의 측면에 부착되지 않도록 소량으로 하면, 접착강도가 약화되어 장기 통전 시에 밀봉수지에 의한 스트레스로 발광소자가 박리되기 쉬워지게 되어 수명이 짧아지게 된다는 문제가 발생한다.
또한, 도 16의 소자는 기판(300)을 적당한 형상으로 가공할 때, 다이싱을 하는 것이 필수로 된다. 그러나, 이 다이싱 때에, 다이싱플레이트에 의해 기판(300)의 표면 및 내부에 대미지층(결정결함)이 형성된다. 그리고, 장기 통전 시에 이 대미지층을 기점으로 결정결함이 진행되어, 발광층(314)이 파괴되기 쉬워지게 되어 수명이 짧이지게 된다는 문제점이 있다. 또한, 대미지층이 형성된 반도체 발광소자를 에폭시수지로 밀봉한 경우, 통전 중의 수지 스트레스에 의해 대미지층을 갖는 기판(300)의 정형 단면으로부터 결정결함이 발광층(314)까지 진행하여, 광출력이 저하되기 쉽게 되어, 마찬가지로 수명이 짧아지게 되는 문제가 있다. 이에 따라, 발광소자를 부드러운 겔상태의 수지, 예컨대 실리콘으로 발광소자를 밀봉하는 인캡슐화(incapsulate)가 사용되지만, 캡슐화 부분의 외측을 에폭시 등의 단단한 수지로 밀봉하기 때문에 실리콘과 에폭시의 계면이 박리되는 계면박리가 발생되어, 통전 중에 광출력이 저하됨으로써 전과 같이 수명이 짧아지게 되는 문제가 있다. 이에 따라, 기판(300)을 가공하는 경우 수명이 짧아지게 되는 것이 회피할 수 없는 것으로 고려되었다.
이와 같이, 광취출효율을 높이기 위해 기판을 적당한 형상으로 가공한 반도체 발광소자에서는 광취출효율은 높아지게 되지만 수율이 악화되었거나 수명이 짧아지게 되었거나 하는 것이 회피할 수 없는 것으로 고려되었다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 광취출효율이 높으면서 수율이 높고, 수명이 긴 반도체 발광소자 및 반도체 발광장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 광을 방사하는 발광층과; 이 발광층으로부터의 상기 광에 대해 투광성을 갖고, 상기 발광층이 설치된 상면과 이 상면과 서로 마주보는 저면 및 상기 상면과 상기 저면을 연결하는 측면을 가지며, 상기 측면은 상기 상면측으로부터 상기 저면측으로 향하는 제1측면과 이 제1측면으로부터 상기 저면측으로 향하는 제2측면 및 이 제2측면으로부터 상기 저면측으로 향하는 제3측면을 갖되, 이 제3측면이 상기 상면을 향해 넓어지도록 경사져 있고, 상기 제2측면은 상기 상면을 향해 더 넓어지도록 경사져서 상기 발광층으로부터의 상기 광의 일부를 외부로 사출하며, 상기 제1측면은 기판의 상기 상면을 향해 좁아지도록 상기 상면에 수직인 방향과 16° 이상 60°이하로 경사져 있는 기판을 갖추어 이루어진 반도체 발광소자가 제공된다.
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본 발명의 다른 실시예에 따르면, 광을 방사하는 발광층과; 이 발광층으로부터의 상기 광에 대해 투광성을 갖고, 상기 발광층이 설치된 상면과 이 상면과 서로 마주보는 저면 및 상기 상면과 상기 저면을 연결하는 측면을 가지며, 상기 측면은 상기 상면측으로부터 상기 저면측으로 향하는 제1측면과 이 제1측면으로부터 상기 저면측으로 향하는 제2측면을 갖되, 이 제2측면이 상기 상면을 향해 넓어지도록 경사져서 상기 발광층으로부터의 상기 광의 일부를 외부로 사출하며, 상기 제1측면은 상기 기판의 상기 상면을 향해 좁아지도록 상기 상면에 수직인 방향과 16° 이상 60°이하로 경사져 있는 기판을 갖추어 이루어진 반도체 발광소자가 제공된다.
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본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 광을 방사하는 발광층과, 이 발광층으로부터의 상기 광에 대해 투광성을 갖고, 상기 발광층이 설치된 상면과 이 상면과 서로 마주보는 저면 및 상기 상면과 상기 저면을 연결하는 측면을 가지며, 상기 측면은 상기 상면측으로부터 상기 저면측으로 향하는 제1측면과 이 제1측면으로부터 상기 저면측으로 향하는 제2측면 및 이 제2측면으로부터 상기 저면측으로 향하는 제3측면을 갖되, 이 제3측면이 상기 상면을 향해 넓어지도록 경사져 있고, 상기 제2측면은 상기 상면을 향해 더 넓어지도록 경사져서 상기 발광층으로부터의 광을 외부로 사출하며, 상기 제1측면은 기판의 상기 상면을 향해 좁아지도록 상기 상면에 수직인 방향과 16° 이상 60°이하로 경사져 있는 기판을 갖는 반도체 발광소자와; 리드프레임 및; 도전성이면서 상기 반도체 발광소자의 상기 기판의 상기 저면을 상기 리드프레임에 마운트하는 마운트제를 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광장치가 제공된다.
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본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 광을 방사하는 발광층과, 이 발광층으로부터의 상기 광에 대해 투광성을 갖고, 상기 발광층이 설치된 상면과 이 상면과 서로 마주보는 저면 및 상기 상면과 상기 저면을 연결하는 측면을 가지며, 상기 측면은 상기 상면측으로부터 상기 저면측으로 향하는 제1측면과 이 제1측면으로부터 상기 저면측으로 향하는 제2측면을 갖되, 이 제2측면이 상기 상면을 향해 넓어지도록 경사져서 상기 발광층으로부터의 상기 광을 외부로 사출하고, 상기 제1측면은 상기 기판의 상기 상면을 향해 좁아지도록 상기 상면에 수직인 방향과 16° 이상 60°이하로 경사져 있는 기판을 갖춘 반도체 발광소자와; 리드프레임 및; 도전성이면서 상기 반도체 발광소자의 상기 기판의 상기 저면을 상기 리드프레임에 마운트하는 마운트제를 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광장치가 제공된다.
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(실시예)
이하, 예시도면을 참조하면서 본 발명에 따른 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 실시예의 특징 중 하나는 도 1 및 도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 발광층(114)으로부터의 광에 대해 투명한 GaP기판(100)을 이용하고, 이 투명기판(100)의 측면에 3개의 측면(111,112,113)을 설치한 점이다. 제3측면(113)은 상면측을 향해 넓어지도록 약간 경사지게 해서, 마운트제(6)에 의한 소자(1)와 리드프레임(2)과의 마운트를 용이하게 하면서 마운트제(6)가 제2측면(112)을 따라 뻗는 것을 방지해서 수율을 높게 한다. 제2측면은 상면측을 향해 넓어지도록 30°경사지게 해서, 발광층(114)으로부터의 광의 일부를 외부로 사출해서 광취출효율을 높게 한다. 제1측면(111)은 벽개면을 따라 벽개함으로써 얻어지고, 결정결함이 극히 작으며, 제2측면(112)에서 발생된 결정결함이 발광층(114)에 영향을 주는 것을 방지해서 발광층(114)의 열화(劣化)를 억제함으로써, 소자의 수명을 길게 한다. 또한, 제3측면(113) 및 제2측면(112)에는 복수의 凹凸을 설치해서, 상기 효과를 높이게 된다. 이하, 제1 및 제2실시예에 대해 설명한다.
제1실시예
도 1은 본 발명의 제1실시예를 나타내는 반도체 발광소자의 개략적인 단면도이다. 반도체 발광소자는 GaP기판(100)과 그 위에 형성된 InGaAlP계 재료로 이루어진 발광층(114)을 갖는 구조이다. GaP기판(100)은 (1 0 0)면으로부터 [0 1 1]방향으로 15°경사진다. 또한, 발광층(114)은 p형 GaP기판(100) 상에 p형 불순물이 첨가된 InGaP로 이루어진 접착왜곡완화층(101)과, p형 불순물이 첨가된 InGaAlP로 이루어진 클래드층(102), p형 불순물이 첨가된 InGaAlP로 이루어진 양자우물층(104), p형 불순물이 첨가된 InGaAlP로 이루어진 장벽층(105), n형 불순물이 첨가된 InGaAlP로 이루어진 클래드층(106), n형 불순물이 첨가된 InGaAlP로 이루어진 전류확산층(107) 및, n형 불순물이 첨가된 GaAs로 이루어진 콘택트층(108)이 순차 형성된 구조이다. p형 GaP기판(100)에는 적어도 Au와 Zn을 포함하는 금속으로 이루어진 p측 전극(109)이 형성되고, n형 GaAs콘택트층(108) 상에는 적어도 Au와 Ge를 포함하는 금속으로 이루어진 n측 전극(110)이 형성된다. 이 p측 전극(109)에 플러스, n측 전극(110)에 마이너스의 전압을 인가함으로써 양자우물층(104)으로부터 광이 발생된다. 이때, GaP기판(100)은 양자우물층(104)으로부터의 광에 대해 투명하고, GaP기판(100)의 제2측면(112)으로부터도 광이 취출된다.
도 1의 반도체 발광소자의 특징 중 하나는 상기의 투명기판(100)의 측면에 3개의 측면(111,112,113)을 설치한 점이다. 이 투명기판(100)은 p형 불순물인 Zn, Mg가 첨가된 GaP로 이루어지고, 두께는 250㎛이다. 이 투명기판(100)은 발광층(114)을 설치한 상면과, 이 상면과 서로 마주보는 저면, 상면을 갖는 제1부분(100A), 이 제1부분(100A)에 인접해서 형성된 제2부분(100B) 및, 이 제2부분(100B)에 인접해서 형성되고 상기 저면을 갖는 제3부분(100C)을 갖는다. 이 투명기판(100)의 제3부분(100C)은 저면에 연결되고, 상기 상면을 향해 넓어지도록 경사지는 제1측면(113)을 갖는다. 저면의 크기는 150×150㎛2(이하, 150㎛□로 한다.), 높이는 100㎛이다. 이 제3측면(113)의 표면에는 높이 1~2㎛의 복수의 凹凸이 형성된다. 상기 제2부분(100B)은 상면을 향해 더 넓어지도록 상면에 수직한 방향과 30° 경사지고, 발광층(114)으로부터의 광의 일부를 외부로 사출하는 제2측면(112)을 갖는다. 이 제2측면(112)은 표면에도 크기가 1~2㎛인 복수의 凹凸이 형성된다. 제2부분(112)의 높이는 100㎛이다. 상기 제1부분(100A)은 벽개면을 따라 벽개함으로써 얻어지는 제1측면(111)을 갖는다. 제1측면(111)은 도면 중 우측의 면과 좌측의 면이 평행을 이루게 하고, 도면 중 좌측의 면은 상면측이 좁아지도록 경사진다. 상기한 바와 같이 GaP기판(100)은 (1 0 0)면으로부터 [0 1 1]방향으로 15° 경사지게 해서, 벽개면으로 되는 제1측면(111)의 경사각도는 15°로 된다. 이 제1측면(111)은 벽개면이기 때문에, 극히 평탄한 면이고, 다른 측면(113,112)에 비해 결정결함이 극히 적어지게 된다. 제1부분(100A)의 높이는 50㎛이다.
상기 투명기판(100)은 다음과 같이 파악할 수 있다. 즉, 이 기판(100)은 발광층(114)을 설치한 상면과, 이 상면과 서로 마주보는 저면 및, 상면과 저면을 연결하는 측면(111~113)을 갖는다. 측면(111~113)은 상면측으로부터 저면측으로 향하는 제1측면(111)과, 이 제1측면(111)으로부터 저면측을 향하는 제2측면(112) 및, 이 제2측면(112)으로부터 저면측으로 향하는 제3측면(113)을 갖는다. 제3측면(113)은 상면을 향해 넓어지도록 경사진다. 제2측면(112)은 상면을 향해 더 넓어지도록 경사져서 발광층(114)으로부터의 광의 일부를 외부로 사출(射出)한다. 제1측면(111)은 벽개면을 따라 벽개함으로써 얻어진 측면이다. 이와 같이, 상기 기판(100)을 파악할 수 있다.
다음에, 도 1의 반도체 발광소자의 제조방법을 도 2 내지 도 7을 참조해서 설명한다. 본 실시예의 제조방법의 특징 중 하나는, 도 7에 나타낸 바와 같이 제1측면(111)을 벽개에 의해 형성한 점이다. 이에 의해, 제1측면(111)의 결정결함을 극히 작게 할 수 있다.
(1) 우선, 도 2에 나타낸 바와 같이, GaAs기판 상에 MOCVD법에 의해 발광층(114)을 형성한다. 발광층(114)은 InGaAlP계의 재료이기 때문에, 이와 격자 정합하는 GaAs기판이 이용된다. 단, 이 GaAs기판은 발광층(114)으로부터의 광에 대해 불투명이다. 여기서, GaAs기판은 (1 0 0)면으로부터 [0 1 1]방향으로 15°경사진다. 이와 같은 경사기판을 이용함으로써 발광층(114)의 발광휘도가 높아지게 되는 것이 알려져 있다. 이 효과를 얻기 위해서는 경사각도를 5°이상 30°이하로 하는 것이 바람직하다.
(2) 다음에, 도 3에 나타낸 바와 같이, 투명한 GaP기판(100)을 발광층(114)에 접착한다.
(3) 다음에, 도 4에 나타낸 바와 같이, 불투명한 GaAs기판을 박리하고, 전극(109,110)을 형성한다.
(4) 다음에, 도 5에 나타낸 바와 같이, 발광층(114)의 일부(M)를 에칭한다. 이 에칭에 의해 후술하는 벽개가 용이하게 된다.
(5) 다음에, 도 6에 나타낸 바와 같이, 선단부를 좁게 한 다이싱의 플레이트를 이용해서 제3측면(113) 및 제2측면(112)을 형성한다. 또한, 다이싱의 플레이트의 선단부의 경사각도를 변화시키는 것으로 제2측면(112)의 경사각도를 변화시킬 수 있다. 그 후, 제3측면(113) 및 제2측면(112)에 凹凸을 형성한다. 구체적으로는 -50℃로부터 실온 사이의 온도로 설정된 과산화수소수와 물과 염산의 혼합액에 수 분(分) 담그고, 더 실온으로부터 100℃ 사이의 온도로 설정한 염산에 수 분 담그는 것으로, 凹凸을 형성한다. 담그는 온도가 높은 경우는 처리시간을 짧게 할 수 있지만, 凹凸의 형상은 동일하다. 또한, 염소가스를 함유하는 가스를 이용한 가스에칭으로 형성한 경우, 에칭에 의해 표면에 퇴적물이 남기 때문에, 황산계 에칭액, 인산계 에칭액으로 제거할 필요가 있지만 용액에 의한 에칭과 형상은 동일하다.
(6) 다음에, 도 7에 나타낸 바와 같이, 벽개에 의해 제1측면(111)을 형성한다. 구체적으로는, InGaAlP재료로 이루어진 발광층(114)이 제거된 부분(M)으로부터 선단에 다이아몬드를 갖는 커터를 사용하여, 벽개방향에 일치시켜 스크라이브를 행하고, 더욱 가중을 가해 눌러 분할하는 것으로 제1측면(111)을 형성한다. 이에 따라 도 1의 반도체 발광소자가 완성한다. 에칭처리하는 공정에서는 전극커버를 위해, 레지스트나 산화막을 이용한다.
이상 설명한 제조방법에 의해 얻어지는 도 1의 반도체 발광소자 및 이를 이용한 반도체 발광장치에서는 투명기판(100)의 측면에 3개의 측면(111,112,113)을 설치하므로, 광취출효율이 높으면서 수율이 높고, 수명이 긴 반도체 발광소자 및 반도체 발광장치를 제공할 수 있다. 이하, 도 8을 참조로 설명한다.
도 8은 도 1의 반도체 발광소자를 이용한 반도체 발광장치이다. 반도체 발광소자(1)의 투명기판(100)은 마운트제(접착제)인 Ag페이스트(6)에 의해 리드프레임(2)에 마운트된다. 리드프레임(2)은 니켈 등이 도금된 금속으로 이루어지고, p측 리드(5) 및 n측 리드(4)와, 반사판(3)을 갖는다. p측 리드(5)에는 p측 전극(109)이 도전성의 Ag페이스트(6)에 의해 전기적으로 접속된다. 또한, n측 리드(4)에는 n측 전극(110)이 와이어(7)에 의해 전기적으로 접속된다. n측 전극(110) 및 p측 전극(109)을 갖는 반도체 발광소자(1)는 밀봉수지(8)에 의해 밀봉된다. 또한, p측 리드(5)와 반사판(3)이 일체로 된 리드를 이용해도 된다.
도 8의 반도체 발광장치에서는 제3측면(113)의 높이를 100㎛ 설치하고, 기판(100)의 저면부에 가하는 제3측면(113)에도 Ag페이스트(6)를 접착했기 때문에, 높은 접착강도를 얻을 수 있게 된다. 더욱이, 제3측면(113)을 상면측이 넓어지게 되도록 약간 경사지도록 했기 때문에, Ag페이스트(6)를 열처리에 의해 경화시킬 때에 발생하는 Ag페이스트(6)의 표면 장력에 의한 뻗어 오름을 방지할 수 있다. 이에 따라, 불투명한 Ag페이스트가 제2측면(112)을 덮는 것을 방지해서, 제2측면(112)으로부터의 광취출이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다. 이 결과, 수율을 높게 할 수 있다. 또한, 제3측면(113)의 표면에 높이 1~2㎛의 복수의 凹凸을 형성하므로, Ag페이스트(6)의 뻗어 오름을 더 방지하여, 더 수율을 높일 수 있다.
또한, 도 8의 반도체 발광장치에서는 기판(100)을 투명기판으로 하고, 제2측면(112)의 경사각도를 30°로 했으므로, 제2측면(112)으로부터 광을 취출할 수 있다. 이에 따라, 광취출효율이 높은 장치를 얻을 수 있다. 또한, 이 제2측면(112)의 표면에 높이 1㎛~2㎛의 복수의 凹凸을 설치했으므로, 표면적을 넓게 해서 광취출효율을 더 높게 할 수 있다. 또한, 표면적을 넓게 하는 것에 의해 밀봉수지(8)와 반도체 발광소자(1)의 접착강도를 강고하게 하고, 발광소자(1)가 리드프레임(2)으로부터 박리되는 것을 방지할 수 있다. 이에 대해, 凹凸을 설치하지 않으면, 밀봉수지(8)에 의해 제2측면(112)에 발광소자(1)를 저면측으로부터 상면측으로 들어올리는 방향으로 수지 스트레스가 작용하기 때문에, 통전 중에 발광소자(1)가 리드프레임(2)으로부터 박리하기 쉽게 되어, 수명이 짧게 될 우려가 있었다.
더욱이, 도 8의 장치에서는 벽개면으로 되는 제1측면(111)을 설치했기 때문에, 다이싱공정에서 발생한 제2측면(112)의 결정결함이 발광층(114)에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 상기한 도 6과 같이, 제3측면(113), 제2측면(112)은 다이싱으로 형성되지만, 이 다이싱 때에는 제3측면(113) 및 제2측면(112)에 결정결함이 발생하여, 대미지층이 발생하는 것을 회피할 수 없게 된다. 그러나, 도 8의 소자에서는 제1측면(111)이 벽개면으로, 이 벽개면(111) 근방에서는 결정결함이 극히 적다. 이 때문에, 제1측면(111)에 의해 발광층(114)으로의 결정결함의 진행을 방지할 수 있게 된다. 이 결과, 발광층(114)의 결정결함을 적게해서, 결함영역에서의 광흡수를 저감하여, 발광층(114)으로부터의 광출력을 높일 수 있게 된다. 또한, 도면 중 좌측의 제1측면(111)이, 상면측이 좁아지게 되도록 경사져 있기 때문에, 밀봉한 수지(2)의 스트레스에 의한 발광소자(1)의 박리를 방지할 수 있게 된다. 상기한 바와 같이, 발광소자(1)의 제2측면(112)에는 밀봉(2)에 의해 발광소자(1)를 저면으로부터 상면을 향해 들어올리는 힘이 작용한다. 그러나, 도 8의 장치에서는 제1측면(111)의 도면 중 좌측의 면이 상면측이 좁아지게 되도록 경사져 있기 때문에, 발광소자(1)에 작용하는 수지 스트레스가 분산되어, 발광소자(1)의 박리를 저감할 수 있게 된다. 이에 의해, 수명을 길게 할 수 있다.
또한, 도 8의 반도체 발광장치에서는 발광층(114)의 표면적을 기판(100)의 상부 표면적보다 작게 하였기 때문에, 제1측면(111)을 형성할 때에 발광층(114)의 결정결함이 발생되기 어렵다. 이 때문에, 발광층(114)에 결정결함에 의한 열화가 발생하기 어렵게 되어, 수명을 더욱 길게 할 수 있다. 특히, 발광층(114)의 표면적을 기판(100) 상부의 표면적의 약 65~85%로 하면, 발광층(114)의 표면적을 넓게 하면서 결정결함을 적게 해서, 고휘도이면서 신뢰성이 높은 발광소자가 실현될 수 있게 된다.
이상과 같이, 도 1의 반도체 발광소자를 이용한 도 8의 반도체 발광장치에서는 투명기판(100)의 측면에 3개의 측면(111,112,113)을 설치했기 때문에, 광취출효율이 높으면서 수율이 높고, 수명이 긴 장치를 제공할 수 있게 된다.
이상 설명한 도 1의 반도체 발광소자에서는 p형 GaP기판(100)의 두께를 250㎛로 했지만, 이를 150㎛에서 300㎛로 할 수도 있다. 300㎛ 보다 두껍게 되면, 발광층(114)의 양자우물층(104)에서 발생된 광이 GaP기판(100)의 p형 불순물에서 흡수되어, 외부로 취출되는 광의 양이 저하되어 버린다. 또한, 교통신호나 차량 탑재의 테일램프 등에 사용하는 경우, 발광소자의 구동전류로는 수 암페어 등의 대전류가 필요로 된다. 이에 따라, 기판을 300㎛ 보다 두껍게 하면, 기판(100)의 두께에 의한 소자저항 만큼 발생하는 발열량이 증가해서, 밀봉하는 수지(2)가 발광소자(1)의 발열에 의해 열 열화된다. 이 결과, 기판 두께는 300㎛ 이하가 바람직하다. 반대로, GaP기판(100)의 두께가 150㎛ 이하인 경우에는 발광소자 상면과 하면에 형성된 전극(110,109)이 양자우물층(104)에서 발광된 광을 차폐하기 때문에 광취출이 저하된다. 더욱이, 전극오믹성을 실현하기 위해 형성되는 전극어레이층이 광을 흡수하여, 외부로 광을 취출하는 양이 감소하게 된다. 이에 따라, 기판의 두께는 150㎛ 이상 300㎛ 이하가 바람직하다.
또한, 제3부분(100C)은 저면을 100㎛□에서 200㎛□로, 높이를 50㎛에서 100㎛로 할 수 있다. 상기한 바와 같이, 기판(100)은 저면부 및 제3측면(113)이 Ag페이스트(6)에 의해 리드프레임(2)에 접착된다. 신뢰성 시험의 결과, 제3부분(100C)의 높이가 50㎛에서 100㎛이면 접착강도가 유지될 수 있는 것을 알았다. 또한, 저면적을 100㎛□에서 200㎛□로 하는 것으로 마운트의 접착강도를 충분히 확보할 수 있는 것을 환경시험을 통해서 확인할 수 있었다. 또한, 제3측면(113)의 경사각도는 제2측면(112)의 경사각도 보다 작고, 20°미만이다.
또한, 제2측면(112)은 경사각도를 20°에서 40°, 경사부의 길이를 60㎛에서 200㎛까지로 할 수 있다. 이 범위에 있으면, 제2측면(112)으로부터의 광취출효율을 높게 할 수 있다. 단, 소자의 작성용이성, 조립성, 더욱이 비용으로부터 경사부의 길이가 100㎛에서 150㎛, 경사각도가 25°에서 35°가 바람직하다.
또한, 제1측면(111)은 경사부의 길이를 40㎛에서 80㎛까지로 할 수 있다. 이와 같이 함으로써, 상기한 바와 같이 제2측면(112)으로부터 발광층(114)으로의 결정결함의 진행을 효과적으로 저감할 수 있게 된다. 또한, 경사각도는 기판(100)의 경사각도에 맞추어서 5°에서 30°로 할 수 있다. 상기한 바와 같이, 기판(100)의 경사각도를 5°에서 30°로 하면, 발광효율을 높일 수 있게 된다. 또한, 상기 제2실시예(도 9)와 같이 제조방법의 간소화를 중시해서 경사각도를 거의 0°로 할 수도 있다.
상기 설명한 도 1의 반도체 발광소자에서 발광층(114)은, GaP기판(100)을 투과하는 광을 발광하는 구조이면, 어떠한 구조를 이용해도 된다. 도 1의 발광층(114)의 구체예에 대해 설명하면 다음과 같다.
우선, p형 InGaP접착층(101)에 대해 설명한다. p형 불순물인 Zn, Mg가 첨가된 p형 도전형을 갖는 InGaP재료로 이루어진 접착층(101)은 두께가 1nm에서 1㎛이고, 불순물의 첨가량이 1E17/cm3에서 1E21/cm3 첨가된다. 이 접착층은 도 2와 같이, GaAs기판 상에 형성된 발광층(114)을 GaP기판(100)에 접착할 때에 발생하는 결정왜곡을 저감하는 기능을 갖고 있다. 특히, In을 포함하는 반도체재료는 유연하게 결정결함의 수직방향으로의 진행을 지연시키는 특징이 있다. 이에 따라, 기판(100)과 발광층(114)을 접착할 때에 발생하는 격자정수에 의한 결정왜곡과 열팽창계수에 의한 열왜곡을 저감할 수 있기 때문에, 발광층(114)으로의 결정왜곡의 진행이 억제되어 발광층(114)이 열화되지 않게 된다. 접착의 온도는 400℃부터 800℃로, 온도가 낮은 경우는 접착 계면의 전압강하가 크게 되기 때문에, 700℃ 이상이 바람직하다. 또한, 유연한 In 효과를 단단한 Al이 저해하므로, Al을 포함하지 않은 InGaP가 접착층으로서 최적이다. 또한, 이 층은 우물층(104)으로부터의 파장에 의해서는 흡수층으로서 기능하므로, 우물층(104)의 밴드갭이 접착층(101)의 밴드갭 보다 큰 경우는 접착층(101)의 두께를 수 10nm 이하로 하는 것이 바람직하다. 결정성은 반드시 좋을 필요는 없고, 전류가 흐르는 특성이라면 좋다.
다음에, p형 InGaAlP클래드층(102)에 대해 설명한다. p형 불순물인 Mg, Zn이 첨가된 p형 도전형을 갖는 InGaAlP재료로 이루어진 클래드층(102)은 두께가 0.1㎛에서 2㎛이고, 불순물의 첨가량이 1E17/cm3에서 1E20/cm3이다. 이 클래드층(102)은 활성층인 양자우물층(104)의 밴드갭 보다 넓은 밴드갭을 갖는 발광영역에 전류주입된 전자와 정공을 활성층(104와 105)에 가두는 특성을 갖는다. 기판접착 시의 열처리에 의해 p형 불순물인 Zn, Mg가 열확산하기 때문에, 불순물의 첨가량은 5E19/cm3 이하가 바람직하다.
다음에, p형 InGaAlP광가이드층(103)에 대해 설명한다. p형 불순물인 Mg, Zn이 첨가된 p형 도전형을 갖는 InGaAlP재료로 이루어진 광가이드층(103)은 두께가 0.1㎛에서 1㎛이고, 불순물의 첨가량이 1E17/cm3에서 1E21/cm3이다. 이 광가이드층(103)은 클래드층(102)과 활성층으로 되는 양자우물층(104)의 중간적인 밴드갭을 갖는 재료로 이루어진다. 양자우물층(104)에서 발생한 광이 굴절률이 큰 양자우물층(104) 내로 가두어 진다. 이는 전류가 주입되지 않은 양자우물층(104)에서는 발광이 재흡수되는 가능성을 갖고 있는 것으로 된다. 이 양자우물층(104)에 가두어진 광은 굴절률 차이가 작은 광가이드층(103)을 형성하는 것으로, p형 GaP기판(100)측으로 인출할 수 있다. 이에 따라, GaP기판(100) 방향을 향하는 광이 증대하고 정형한 GaP기판(100)으로부터 많은 광을 취출할 수 있다. 특히, p형과 n형 클래드층(102,106) 사이에 끼인 양자우물구조에서는 클래드층(102,106)과 양자우물층(104)의 중간적인 굴절률을 갖는 광가이드층(103)의 효과가 커서 활성층(104)을 단면방향으로 전파해 가는 광의 재흡수를 저감할 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에 n형 광가이드층을 부착하는 것으로 광취출이 더욱 증가하게 된다. 또한, 광가이드층(103)은 GaP기판(100) 접착 시의 열처리에 의해 p클래드층(102)으로부터 불순물이 양자우물층(104)까지 확산하지 않도록 500nm 이상이 바람직하다.
다음에, p형 InGaAlP양자우물층(104)에 대해 설명한다. p형 불순물인 Mg, Zn이 첨가된 p형 도전형을 갖는 InGaAlP재료로 이루어진 양자우물층(104)은 두께가 양자효과가 발생하는 1nm에서 20nm이고, 불순물의 첨가량이 1E17/cm3에서로 1E21/cm3이다. 이 양자우물층(104)은 10층에서 50층까지 형성하는 것으로, 전류주입에 의한 광출력의 직선성이 좋아 수 mA에서 수 A까지 광출력의 포화가 보이지 않는 발광소자가 실현될 수 있다. 또한, GaP기판(100)을 접착, 정형한 발광소자에서는 결정 계면에서 반사된 광이 흡수층으로 되는 양자우물층(104)에서 재흡수되는 문제가 현저하게 된다. 이에 따라, 우물층(104)의 두께가 10nm 이하인 박막으로 함으로써로 우물층(104)을 횡단할 때의 흡수를 저감할 수 있게 된다. 더욱이, 우물층(104)의 박막화로, 우물층(104)에서의 광 가둠효과가 저하되어 우물층(104)에 존재하는 광의 비율이 작아지게 되기 때문에, 우물층(104)에서의 재흡수를 저감할 수 있다. 이에 따라, 우물층(104)에서 발생한 광을 유효하게 외부로 취출할 수 있게 된다.
다음에, p형 InGaAlP장벽층(105)에 대해 설명한다. p형 불순물인 Mg, Zn이 첨가된 p형 도전형을 갖는 InGaAlP재료로 이루어진 장벽층(105)은 두께가 1nm에서 20nm이고, 불순물의 첨가량이 1E17/cm3에서 1E20/cm3 이다. 이 장벽층(105)의 밴드갭은 우물층(104)과 클래드층(102) 중간의 밴드갭 크기를 갖는다. 이는 우물층(104)으로의 전자와 정공의 가둠과 우물층(104)으로부터의 광의 번저나감을 크게 할 수 있기 때문이다. 장벽층(105)에 불순물을 많이 첨가하면 불순물의 준위에 의해 광의 흡수가 현저하게 되기 때문에, 첨가량은 5E19/cm3 이하가 바람직하다.
다음에, n형 InGaAlP클래드층(106)에 대해 설명한다. n형 불순물인 Si, Se가 첨가된 n형 도전형을 갖는 InGaAlP재료로 이루어진 클래드층(106)은 두께가 0.1㎛로부터 2㎛이고, 불순물의 첨가량이 1E17/cm3에서 1E21/cm3이다. 이 클래드층(106)은 활성층(104) 보다 넓은 밴드갭을 갖는 전류주입된 전자와 정공을 활성층(104)에 가두는 특성을 갖는다.
다음에, n형 InGaAlP전류확산층(107)에 대해 설명한다. n형 불순물인 Si, Se가 첨가된 n형 도전형을 갖는 InGaAlP재료로 이루어진 전류확산층(107)은 두께가 0.5㎛에서 4㎛이고, 불순물의 첨가량이 1E17/cm3에서 1E21/cm3이다. 이 전류확산층(107)은 클래드층의 밴드갭 보다 좁고, 활성층(104)의 광을 흡수하지 않는 밴드갭을 갖는다. 우물층(104)과 굴절률 차이가 작기 때문에, n형 클래드층(106) 방향으로 방출된 광을 결정표면으로 취출하는 효과를 갖는다. 불순물을 고농도로 첨가하면 격자부정합률이 크게 되어 결정성이 악화되기 때문에, 불순물 첨가량은 두께가 2㎛ 이하에서는 1E21/cm3 이하가, 2㎛에서 4㎛까지는 1E19/cm3 이하가 바람직하다.
다음에, n형 GaAs콘택트층(108)에 대해 설명한다. n형 불순물인 Si, Se가 첨가된 n형 도전형을 갖는 GaAs재료로 이루어진 콘택트층(108)은 두께가 1nm로부터 100nm이고, 불순물 첨가량이 1E18/cm3에서 1E21/cm3이다. 이 콘택트층(108)은 양자우물발광층(104)으로부터의 발광을 흡수하는 재료이기 때문에, 두께를 흡수 영향이 작은 수 10nm 이하로 하는 것이 바람직하다. 콘택트층(108)을 InGaP재료로 한 경우, 양자우물층(104)으로부터의 발광을 흡수하는 비율이 저하되기 때문에 더욱 바람직하다.
다음에, p측 전극(109)에 대해 설명한다. p측 전극(109)은 Au와 Zn을 포함하는 재료로 이루어지고, Zn의 일부가 콘택트층으로 확산해 가는 것에 의해 양호한 오믹특성을 나타낸다. 접착제와의 밀착성을 강고하게 하기 위해 두께는 1㎛로부터 수 ㎛가 형성된다.
다음에, n형 전극(110)에 대해 설명한다. n형 전극(110)은 Au와 Ge를 포함하는 재료로 이루어지고, 전극의 미그레이션을 억제하기 위해 Mo를 포함하는 경우도 있다. 두께가 1㎛에서 수 ㎛로 형성된 본딩패드와 두께 수 100nm로 주변으로 신장된 복수의 직선으로 형성된다. GaP기판(100)을 접착한 구조에서는 Au와이어를 본딩하는 공정에서의 본딩가중과 초음파에 의해 접착 계면에서 크랙이 발생하는 문제가 발생했지만, 콘택트층(108)의 두께를 0.1㎛에서 0.5㎛로 하고, 전류확산층(107)의 두께를 1㎛에서 2㎛로 하는 것으로 본딩 시에 크랙이 발생하는 일이 없고 장기 동작할 수 있도록 되었다.
제2실시예
제2실시예의 반도체 발광소자가 제1실시예(도 1)와 다른 점은, 도 9에 나타낸 바와 같이, 기판(100)의 제1측면(111)을 상면을 향해 좁아지도록 경사지게 한 점이다. 이 소자에서는 발광소자(1)가 리드프레임(2)으로부터 박리되는 것을 방지하는 효과(도 8 참조) 및, 광취출효율을 높게 하는 효과를 높일 수 있다. 제1실시예(도 1)의 소자에 비해 발광층(114)으로부터의 발광출력은 약간 저하되지만, 용도에 따라 제1실시예의 소자와 구별하여 사용할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체 발광소자를 나타낸 개념적인 단면도이다. 제1실시예(도 1)와 동일한 구성부분에는 동일 참조부호를 붙였다. 기판(100)의 제1측면(111)의 경사각도는 46°로 되어 있다.
이 도 9의 소자의 제1측면(111)은 다이싱공정에 의해 형성된다. 결국, 이 제1측면(111)은 벽개면을 따라 벽개함으로써 얻어진 측면은 아니다. 이와 같이, 다이싱공정에 의해 형성된 측면(111)에는 대미지영역이 형성된다. 단, 이 대미지영역은 염산계 에칭액에 의한 에칭에 의해 일정 정도 제거될 수 있다.
도 9의 소자에서는 제1측면(111)이 제2측면(112)과 대향하도록 형성되므로, 제2측면(112)에서 반사된 광의 일부를 제1측면(111)으로부터 외부로 취출하여, 광취출효율을 더욱 높일 수 있게 된다.
또한, 도 9의 소자는 제1측면(111)이 상면을 향해 좁아지도록 형성되므로, 도 8과 같이 소자(1)를 리드프레임(2)에 마운트한 경우, 수지(8)로부터 도 8 중 하측방향으로 힘을 받는다. 이에 따라, 발광소자(1)가 리드프레임(2)으로부터 박리되는 것을 방지하는 효과를 높일 수 있다.
이와 같이, 도 9의 소자에서는 도 1의 소자에 비해 박리 방지효과 및, 광취출효율 증가효과를 더 높일 수 있다. 단, 도 9의 소자는 제1측면(111)이 벽개에 의해 형성되지 않기 때문에, 발광층(114)으로의 대미지가 약간 증가해서, 발광층(114)으로부터의 광출력이 약간 저하된다. 이에 따라, 도 9의 소자는 용도에 따라, 도 1의 소자와 구별하여 사용할 수 있다.
이상 설명한 도 9의 소자의 제1측면(111)의 경사각도는 다이싱 플레이트의 선단 각도를 변경하는 것으로, 16°이상 60°이하의 범위에서 임의로 설정할 수 있다. 경사각도를 16°보다 작게 하면, 상기 박리 방지효과가 얻어지기 어렵게 된다. 또한, 경사각도를 60°보다 크게 하는 것은 제조방법의 관점으로부터 곤란하다.
또한, 상기 제1측면(111)의 경사각도는 광취출효율을 높게 하기 위해서, 제2측면(112)의 경사각도 ±16°로 하는 것이 바람직하다. 예컨대, 도 9와 같이 제2측면(112)의 경사각도가 30°일 때는, 제1측면의 경사각도를 14° 또는 46°로 하면 광취출효율이 높게 된다. 그리고, 상기된 박리방지효과를 높이기 때문에 경사각도를 46°로 하는 것이 좋다.
제3실시예
제3실시예의 반도체 발광소자가 제1실시예(도 1)와 다른 점은, 도 10으로부터 알 수 있는 바와 같이, 제1측면(211)이 기판(200)의 상면과 거의 수직으로 형성되는 점 및, 기판(200)의 저면에 홈부(215)를 설치한 점이다. 제1측면(211)을 벽개면에 의해 형성한 점은 제1실시예와 동일하다.
도 10은 본 발명의 제3실시예를 나타낸 반도체 발광소자의 개략 단면도를 나타낸다. 또한, 도 11은 도 10의 소자를 기판(200)의 저부측으로부터 본 도면이다. 제1실시예와 마찬가지로 반도체 발광소자는 GaP기판(200)과, 이 GaP기판(200) 상에 형성된 InGaAlP계 재료로 이루어진 발광층(214)을 갖는 구조이다. 발광층(214)의 두께는 수 ㎛, GaP기판(200)은 수 100㎛이다. 이 도 10의 소자에서는 기판(200)의 경사각도를 0°로 한다. 이에 따라, 벽개면으로 되는 제1측면(211)은 기판(200)의 저면 및 상면과 거의 수직으로 된다.
이상 설명한 도 10의 소자에서는 제1측면(211)이 벽개에 의해 형성될 수 있고, 더욱이 벽개면이 상면과 수직이므로, 제조공정을 간소하게 할 수 있다. 또한, 제1측면(211)을 벽개면에 의해 형성했기 때문에, 제1실시예와 동일한 형태로 발광층(214)의 결정결함을 방지해서 광출력을 높게 할 수 있다.
단, 도 10의 소자에서는 제1측면(211)이 상면과 수직이기 때문에, 소자(1)를 리드프레임(2) 상에 마운트할 때(도 8 참조), 수지(8)가 제1측면(211)을 리드프레임(2)측으로 누르는 힘이 약해지게 된다. 여기서, 도 10의 소자에서는 기판(200)의 저부측에 홈(215)을 설치한다. 이와 같이, 홈(215)을 설치하는 것으로, 저면 및 p측 전극(209)과, 마운트제(6;도 8 참조)의 접착면적을 넓히고, 밀착강도를 향상시킬 수 있게 된다. 이 결과, 발광소자(1)의 박리를 저감해서, 충분한 수명을 유지할 수 있게 된다. 또한, p측 전극(209)은 도 11과 같이, 저면의 중심과 저면의 단부의 선상에 설치된다.
또한, 도 10의 소자에서는 제2측면(212) 및 제3측면(213)의 표면에 높이가 1㎛~2㎛인 복수의 凹凸을 설치한다. 이와 같이, 凹凸을 설치하는 것에 의해 표면적이 넓어지게 되어 밀봉수지(8)와 반도체 발광소자(1)의 접착강도가 강고하게 된다. 이에 따라, 이 관점으로부터도, 발광소자(1)의 박리를 저감할 수 있게 된다.
이상 설명한 도 10, 도 11의 반도체 발광소자에서는 저면에 홈(215)을 설치했지만, 소자(1)와 리드프레임(2)의 박리가 일어나기 어려운 환경에서 장치를 사용하는 경우는 홈(215)을 설치하지는 않을 수도 있다.
또한, 도 10, 도 11의 반도체 발광소자에서는 용도에 따라 제1측면(211)을 제2실시예(도 9)와 같이 경사지게 할 수도 있다.
제4실시예
도 12는 본 발명의 제4실시예에 따른 반도체 발광소자를 나타낸 도면이다. 제3실시예(도 10)와 다른 점은 GaP기판(200)에 제3부분(200C)을 설치하지 않은 점이다. 제3실시예(도 10)와 동일한 구성 부분에는 동일 참조부호를 붙인다.
도 12의 소자에서는 GaP기판(200)의 상면 상에는 전류주입에 의해 광을 방사하는 발광층(214)이 설치된다. GaP기판(200)은 상기 발광층(214)을 설치한 상면과, 이 상면을 갖는 제1부분(200A) 및, 이 제1부분(200A)에 인접해서 형성된 제2부분(200B)을 갖는다. 이 제2부분(200B)은 제1부분(200A)을 향해 넓어지도록 경사져서 상기 발광층(214)으로부터의 상기 광의 일부를 외부로 사출하는 제2측면(212)을 갖는다. 또한, 상기 제1부분(200A)은 벽개면을 따라 벽개하는 것에 의해 얻어진 제1측면(211)을 갖는다.
도 13은 도 12의 소자(1)를 리드프레임 상에 마운트해서 얻어진 반도체 발광장치를 나타낸 도면이다. 기본적인 구성은 도 8과 동일하다. 도 8과 동일한 구성부분에는 동일한 참조부호를 붙인다.
도 13의 장치에서도, 발광소자(1)에 제2측면(212)을 설치했기 때문에, 광취출효율을 높게 할 수 있다. 또한, 발광소자(1)에 벽개에 의해 형성된 제1측면(211)을 설치했기 때문에, 결정결함을 저감시킬 수 있게 된다. 이에 따라, 광취출효율이 높으면서 광출력이 높은 장치를 얻을 수 있다.
또한, 도 13의 장치는 발광소자(1)에 제3측면(213)을 설치하고 있지 않기 때문에, 제조방법을 간단하게 할 수 있다.
단, 도 13의 장치에서는 제3측면(213)을 설치하고 있지 않기 때문에, 제2측면(212)의 일부까지 마운트제(6)가 넓어지기 쉽게 되어, 광출력이 저하될 우려가 있다. 여기서, 도 13의 장치에서는 다음과 같은 구조를 이용한다.
우선, 도 13의 장치에서는 소자의 제2측면(212)의 표면에 높이 1㎛~2㎛의 복수의 凹凸을 설치한다. 이와 같이, 凹凸을 설치하는 것에 의해 표면적이 넓어지게 되어, 밀봉수지(8)와 반도체 발광소자(1)의 접착강도가 강고하게 된다. 이에 따라, 발광소자(1)가 리드프레임(2)으로부터 박리되기 어렵게 된다. 이 결과, 마운트제(6)의 양을 적게 하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 마운트제(6)가 제2측면(212)으로 넓어지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 凹凸을 설치해서 표면적을 넓혔기 때문에, 마운트제(6)가 너무 많았던 경우에도, 마운트제(6)가 도면 중 상측으로 넓어지기 어렵게 된다. 이에 의해, 마운트제(6)가 제2측면(212)으로 넓어지는 것을 방지할 수 있게 된다.
다음에, 도 13의 장치에서는 저부에 도 12에 나타낸 바와 같은 홈(215)을 설치한다. 이와 같이, 홈(215)을 설치하는 것으로, 저면 및 p측 전극(209)과, 마운트제(6)의 접착면적을 넓혀서, 밀착강도를 향상시킬 수 있게 된다. 이 결과, 마운트제(6)의 양을 적게 할 수 있게 되어 마운트제(6)가 제2측면(212)으로 넓어지는 것을 방지할 수 있게 된다.
이상과 같이, 도 13의 장치는 제조방법을 간단히 하면서 광출력의 저하를 방지할 수 있다.
이상 설명한 도 12, 도 13의 반도체 발광소자에서는 저면에 홈(215)을 설치했지만, 소자(1)와 리드프레임(2)의 박리가 일어나기 어려운 환경에서 장치를 사용하는 경우는 홈(215)을 설치하지 않을 수 있다.
제5실시예
제5실시예의 반도체 발광소자가 제4실시예(도 12)와 다른 점은, 도 14에 나타낸 바와 같이, 제1측면(211)을 상면을 향해 좁아지도록 경사지게 한 점이다. 제1측면(211)의 경사각도는 제2실시예(도 9)와 동일하게 46°이다. 제4실시예(도 12)와 동일한 구성부분에 대해서는 동일한 참조부호를 붙인다.
또한, 도 15는 도 14의 소자(1)를 리드프레임 상에 마운트해서 얻어진 반도체 발광장치를 나타낸 도면이다. 기본적인 구성은 도 13과 동일하다. 도 13의 장치와 동일한 구성부분에는 동일 참조부호를 붙인다.
도 15의 장치에서는 제1측면(211)을 상면을 향해 좁아지도록 경사지게 함으로써, 제2실시예에서 설명한 것과 마찬가지로 도 13의 장치에 비해, 발광소자(1)가 리드프레임(2)으로부터 박리되는 것을 방지하는 효과 및, 광취출효율을 높게 하는 효과를 높일 수 있게 된다. 제4실시예의 장치(도 13)에 비해 발광층(214)으로부터의 발광출력은 약간 저하되지만, 용도에 따라 제4실시예의 장치와 구별해서 사용할 수 있다.
이상 설명한 도 15의 장치에서는 제1측면(211)을 상면을 향해 좁아지도록 경사지게 하여 박리방지효과를 높였기 때문에, 제2측면(112)의 凹凸 및 저면의 홈(215)을 설치하지 않아도 발광소자(1)의 박리를 저감해서, 충분한 수명을 유지할 수 있게 된다.
부가적인 장점 및 변형은 당업자에 있어서 자명한 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 특정한 형태 및 상기된 실시예로 제한되지는 않는다. 따라서, 다양한 변형이 본 발명의 정신 및 첨부된 청구범위 및 그 등가물로부터 벗어남이 없이 만들어 질 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 광취출효율이 높으면서 수율이 높고, 수명이 긴 반도체 발광소자 및 반도체 발광장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체 발광소자를 나타낸 개념적인 단면도,
도 2는 본 발명의 제1실시예의 반도체 발광소자의 제조방법을 나타낸 개념적인 단면도,
도 3은 본 발명의 제1실시예의 반도체 발광소자의 제조방법을 나타낸 개념적인 단면도로, 도 2에 이어지는 도면,
도 4는 본 발명의 제1실시예의 반도체 발광소자의 제조방법을 나타낸 개념적인 단면도로, 도 3에 이어지는 도면,
도 5는 본 발명의 제1실시예의 반도체 발광소자의 제조방법을 나타낸 개념적인 단면도로, 도 4에 이어지는 도면,
도 6은 본 발명의 제1실시예의 반도체 발광소자의 제조방법을 나타낸 개념적인 단면도로, 도 5에 이어지는 도면,
도 7은 본 발명의 제1실시예의 반도체 발광소자의 제조방법을 나타낸 개념적인 단면도로, 도 6에 이어지는 도면,
도 8은 본 발명의 제1실시예의 반도체 발광장치의 개념적인 단면도,
도 9는 본 발명의 제2실시예의 반도체 발광소자의 개념적인 단면도,
도 10은 본 발명의 제3실시예의 반도체 발광소자의 개념적인 단면도,
도 11은 본 발명의 제3실시예의 반도체 발광소자의 저면도,
도 12는 본 발명의 제4실시예의 반도체 발광소자의 개념적인 단면도,
도 13은 본 발명의 제4실시예의 반도체 발광장치의 개념적인 단면도,
도 14는 본 발명의 제5실시예의 반도체 발광소자의 개념적인 단면도,
도 15는 본 발명의 제5실시예의 반도체 발광장치의 개념적인 단면도,
도 16은 종래의 반도체 발광소자의 개념적인 단면도이다.

Claims (18)

  1. 광을 방사하는 발광층과;
    이 발광층으로부터의 상기 광에 대해 투광성을 갖고, 상기 발광층이 설치된 상면과 이 상면과 서로 마주보는 저면 및 상기 상면과 상기 저면을 연결하는 측면을 가지며, 상기 측면은 상기 상면측으로부터 상기 저면측으로 향하는 제1측면과 이 제1측면으로부터 상기 저면측으로 향하는 제2측면 및 이 제2측면으로부터 상기 저면측으로 향하는 제3측면을 갖되, 이 제3측면이 상기 상면을 향해 넓어지도록 경사져 있고, 상기 제2측면은 상기 상면을 향해 더 넓어지도록 경사져서 상기 발광층으로부터의 상기 광의 일부를 외부로 사출하며, 상기 제1측면은 기판의 상기 상면을 향해 좁아지도록 상기 상면에 수직인 방향과 16° 이상 60°이하로 경사져 있는 기판을 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판이 GaP인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 발광층이 InGaAlP를 포함한 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기판의 상기 제2측면과 상기 상면에 수직한 방향과의 각도가 20° 이상 40°이하인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  5. 제2항에 있어서, 상기 기판이 (1 0 0)면으로부터 [0 1 1]방향으로 5°이상 30°이하 경사지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  6. 제2항에 있어서, 상기 제2측면과 상기 제3측면과의 표면에 높이 1㎛ 이상 2㎛ 이하의 복수의 凹凸이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  7. 제1항에 있어서, 상기 기판의 상기 저면에 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  8. 광을 방사하는 발광층과;
    이 발광층으로부터의 상기 광에 대해 투광성을 갖고, 상기 발광층이 설치된 상면과 이 상면과 서로 마주보는 저면 및 상기 상면과 상기 저면을 연결하는 측면을 가지며, 상기 측면은 상기 상면측으로부터 상기 저면측으로 향하는 제1측면과 이 제1측면으로부터 상기 저면측으로 향하는 제2측면을 갖되, 이 제2측면이 상기 상면을 향해 넓어지도록 경사져서 상기 발광층으로부터의 상기 광의 일부를 외부로 사출하며, 상기 제1측면은 상기 기판의 상기 상면을 향해 좁아지도록 상기 상면에 수직인 방향과 16° 이상 60°이하로 경사져 있는 기판을 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  9. 제8항에 있어서, 상기 기판은 GaP인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  10. 제8항에 있어서, 상기 발광층이 InGaAlP를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  11. 제8항에 있어서, 상기 기판의 상기 제2측면과 상기 상면에 수직한 방향과의 각도가 20°이상 40°이하인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  12. 제9항에 있어서, 상기 제2측면과 상기 제3측면의 표면에 높이 1㎛ 이상 2㎛이하의 복수의 凹凸이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  13. 광을 방사하는 발광층과, 이 발광층으로부터의 상기 광에 대해 투광성을 갖고, 상기 발광층이 설치된 상면과 이 상면과 서로 마주보는 저면 및 상기 상면과 상기 저면을 연결하는 측면을 가지며, 상기 측면은 상기 상면측으로부터 상기 저면측으로 향하는 제1측면과 이 제1측면으로부터 상기 저면측으로 향하는 제2측면 및 이 제2측면으로부터 상기 저면측으로 향하는 제3측면을 갖되, 이 제3측면이 상기 상면을 향해 넓어지도록 경사져 있고, 상기 제2측면은 상기 상면을 향해 더 넓어지도록 경사져서 상기 발광층으로부터의 광을 외부로 사출하며, 상기 제1측면은 기판의 상기 상면을 향해 좁아지도록 상기 상면에 수직인 방향과 16° 이상 60°이하로 경사져 있는 기판을 갖는 반도체 발광소자와;
    리드프레임 및;
    도전성이면서 상기 반도체 발광소자의 상기 기판의 상기 저면을 상기 리드프레임에 마운트하는 마운트제를 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 반도체 발광소자의 상기 기판이 GaP로 이루어지고, 상기 기판의 상기 제2측면에 높이 1㎛ 이상 2㎛ 이하의 복수의 凹凸이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 기판의 상기 저면에 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광장치.
  16. 광을 방사하는 발광층과, 이 발광층으로부터의 상기 광에 대해 투광성을 갖고, 상기 발광층이 설치된 상면과 이 상면과 서로 마주보는 저면 및 상기 상면과 상기 저면을 연결하는 측면을 가지며, 상기 측면은 상기 상면측으로부터 상기 저면측으로 향하는 제1측면과 이 제1측면으로부터 상기 저면측으로 향하는 제2측면을 갖되, 이 제2측면이 상기 상면을 향해 넓어지도록 경사져서 상기 발광층으로부터의 상기 광을 외부로 사출하고, 상기 제1측면은 상기 기판의 상기 상면을 향해 좁아지도록 상기 상면에 수직인 방향과 16° 이상 60°이하로 경사져 있는 기판을 갖춘 반도체 발광소자와;
    리드프레임 및;
    도전성이면서 상기 반도체 발광소자의 상기 기판의 상기 저면을 상기 리드프레임에 마운트하는 마운트제를 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 반도체 발광소자의 상기 기판이 GaP로 이루어지고, 상기 기판의 상기 제2측면에 높이 1㎛ 이상 2㎛ 이하의 복수의 凹凸이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 기판의 상기 저면에 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광장치.
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