KR101628384B1 - 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지 - Google Patents
발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지 Download PDFInfo
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Abstract
실시예에 따른 발광 소자는 열전도층; 상기 열전도층 상에 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 활성층; 상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 전극; 및 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제2 전극을 포함한다.
Description
실시예는 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 전기 에너지를 빛으로 변환하는 반도체 소자의 일종이다. 발광 다이오드는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다. 이에 기존의 광원을 발광 다이오드로 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 발광 다이오드는 실내외에서 사용되는 각종 램프, 액정표시장치, 전광판, 가로등 등의 조명 장치의 광원으로서 사용이 증가되고 있는 추세이다.
실시예는 새로운 구조를 갖는 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시예는 방열 효율이 향상된 발광 소자를 제공한다.
실시예에 따른 발광 소자는 열전도층; 상기 열전도층 상에 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 활성층; 상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 전극; 및 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제2 전극을 포함한다.
실시 예에 따른 발광 소자 제조방법은, 열전도층을 형성하는 단계; 상기 열전도층 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물을 형성하는 단계; 상기 기판을 제거하는 단계; 및 상기 제1 도전형 반도체층에 제1 전극을 형성하고, 상기 제2 도전형 반도체층에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지는, 몸체; 상기 몸체에 설치된 제1 리드전극 및 제2 리드전극; 및 상기 몸체에 설치되어 상기 제1 리드전극 및 제2 리드전극과 전기적으로 연결되는 발광 소자를 포함하며, 상기 발광 소자는 열전도층과, 상기 열전도층 상에 제1 도전형 반도체층과, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 활성층과, 상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층과, 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 전극과, 및 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제2 전극을 포함한다.
실시예는 새로운 구조를 갖는 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지를 제공할 수 있다.
실시예는 방열 효율이 향상된 발광 소자를 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광 소자의 측단면도
도 2는 제2 실시예에 따른 발광 소자의 측단면도
도 3은 도 2의 A 영역 및 B 영역을 나타내는 확대도
도 4는 제3 실시예에 따른 발광 소자의 측단면도
도 5는 도 4의 발광 소자의 다른 실시예를 나타내는 도면
도 6 내지 도 10은 제1 실시예에 따른 발광 소자의 제조방법을 설명하는 도면
도 11 내지 도 13은 제2 실시예에 따른 발광 소자의 제조방법을 설명하는 도면
도 14는 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지의 단면도
도 2는 제2 실시예에 따른 발광 소자의 측단면도
도 3은 도 2의 A 영역 및 B 영역을 나타내는 확대도
도 4는 제3 실시예에 따른 발광 소자의 측단면도
도 5는 도 4의 발광 소자의 다른 실시예를 나타내는 도면
도 6 내지 도 10은 제1 실시예에 따른 발광 소자의 제조방법을 설명하는 도면
도 11 내지 도 13은 제2 실시예에 따른 발광 소자의 제조방법을 설명하는 도면
도 14는 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지의 단면도
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들에 따른 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지에 대해 설명한다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광 소자(100)의 측단면도이다.
도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 발광 소자(100)는 열전도층(105)과, 상기 열전도층(105) 상에 제1 도전형 반도체층(112), 활성층(114) 및 제2 도전형 반도체층(116)이 순차적으로 적층되어 형성된 발광구조물(110)과, 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 형성된 제1 전극(150)과, 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 형성된 투명전극층(120)과, 상기 제2 도전형 반도체층(116) 및 상기 투명전극층(120) 상에 형성된 제2 전극(140)을 포함할 수 있다.
상기 열전도층(105)은 2족 내지 6족 화합물 예컨대, 2족-6족, 3족-5족 또는 4족-4족 중 적어도 하나의 화합물 반도체를 포함하며, 예를 들어, GaN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP, MgO 또는 ZnO 계열의 반도체 재질 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 AlN 계열의 반도체 재질로 형성될 수 있다.
상기 열전도층(105)은 예를 들어, 50μm 내지 1000μm의 두께를 가질 수 있다. 상기 열전도층(105)이 이와 같이 두껍게 형성됨으로써, 상기 열전도층(105)은 상기 발광구조물(110)을 지지하는 기판 역할을 할 수 있다.
상기 열전도층(105)은 예를 들어, 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge 중 어느 하나로 형성된 기판(미도시) 상에 성장될 수 있으며, 상기 열전도층(105) 및 상기 발광구조물(110)을 형성한 후, 상기 기판(미도시)은 제거될 수 있다. 다만, 이에 대해 한정하지는 않는다.
이때, 상기 열전도층(105)은 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy) 또는 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 열전도층(105)은 2족 내지 6족 화합물 예컨대, 2족-6족, 3족-5족 또는 4족-4족 중 적어도 하나의 화합물 반도체 재질, 바람직하게는 AlN 계열의 반도체 재질로 형성될 수 있는데, 이러한 반도체 재질은 상기 기판(미도시)에 비해 높은 열 전도도를 가지므로, 상기 발광구조물(110)에서 발생한 열을 효과적으로 방출시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 AlN의 열 전도도는 200W/mk 이며, 상기 기판(미도시)으로 널리 쓰이는 사파이어 단결정은 35W/mk의 열전도도를 갖는다. 즉, 상기 열전도층(105)과 상기 기판(미도시)은 대략 수 내지 수십 배에 이르는 열전도도 차이를 갖게 되므로, 실시예처럼 상기 열전도층(105)을 기판으로 사용하는 경우, 발광 소자의 방열 효율이 현저히 향상될 수 있다.
또한, 상기 열전도층(105)은 2족 내지 6족 화합물 예컨대, 2족-6족, 3족-5족 또는 4족-4족 중 적어도 하나의 화합물 반도체 재질로 형성되므로, 상기 열전도층(105)과 상기 발광구조물(110) 사이의 격자 상수 차이는 상기 기판(미도시)과 상기 발광구조물(110) 사이의 격자 상수 차이보다 작아, 상기 열전도층(105) 상에 상기 발광구조물(110)을 성장하여 형성하는 경우 상기 발광구조물(110)이 더욱 양호한 결정성을 갖도록 형성되게 된다.
또한, 상기 열전도층(105)은 투광성이 좋은 재질로 형성되고, 상기 발광구조물(110)과의 굴절률도 실질적으로 동일하므로, 상기 열전도층(105)의 측면 방향으로 빛이 효과적으로 추출될 수 있다.
상기 열전도층(105) 상에는 상기 발광구조물(110)이 형성될 수 있다. 상기 발광구조물(110)은 예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층(112), 활성층(114) 및 제2 도전형 반도체층(116)을 포함할 수 있다.
상기 발광구조물(110)은 상기 열전도층(105) 상에 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy) 또는 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(112)은 예를 들어, n형 반도체층을 포함할 수 있는데, 상기 n형 반도체층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, AlInN, InGaN, AlN, InN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 활성층(114)은 예를 들어, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 반도체 재료를 포함하여 형성할 수 있으며, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW : Multi Quantum Well), 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 활성층(114)은 상기 제1 도전형 반도체층(112) 및 제2 도전형 반도체층(116)으로부터 제공되는 전자 및 정공의 재결합(recombination) 과정에서 발생되는 에너지에 의해 빛을 생성할 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(116)은 예를 들어, p형 반도체층으로 구현될 수 있는데, 상기 p형 반도체층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, AlInN, InGaN, AlN, InN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 발광구조물(110)의 제2 도전형 반도체층(116) 상에는 상기 투명전극층(120)이 형성될 수 있다. 상기 투명전극층(120)은 전류를 스프레딩 시킴으로써 전류가 상기 제2 전극(140) 주변으로 편중되는 것을 방지할 수 있다.
상기 투명전극층(120)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), IrOx, RuOx, Ni, Ag 또는 Au 중 하나 이상을 이용하여 단층 또는 다층으로 구현할 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 것처럼, 상기 투명전극층(120)은 상기 제2 도전형 반도체층(116)의 상면이 적어도 일부 노출되도록 형성될 수 있다. 또는 상기 투명전극층(120)은 상기 제2 도전형 반도체층(116)의 상면의 실질적으로 전 영역에 형성될 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제2 전극(140)은 상기 투명전극층(120) 및 상기 제2 도전형 반도체층(116) 중 어느 하나 상에 형성되거나, 상기 투명전극층(120) 및 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 형성될 수 있다.
상기 제2 전극(140)은 상기 제1 전극(150)과 함께 상기 발광구조물(110)에 전원을 제공할 수 있다.
상기 제2 전극(140)은 예를 들어, Au, Al, Ag, Ti, Cu, Ni 또는 Cr 중 적어도 하나를 포함하는 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광구조물(110)의 일부 영역은 상기 제1 도전형 반도체층(112)의 상면의 일부가 노출되도록 형성될 수 있다. 그리고, 노출된 상기 제1 도전형 반도체층(112)의 상면에는, 상기 제1 전극(150)이 형성될 수 있다. 상기 제1 전극(150)은 예를 들어, Au, Al, Ag, Ti, Cu, Ni 또는 Cr 중 적어도 하나를 포함하는 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
다만, 상기 제1 전극(150)과 상기 제1 도전형 반도체층(112)이 접촉하는 계면에는 접착력이 높은 재질인 Ti, Ni, Cr 등이 포함되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1 전극(150)의 최상층에는 와이어 본딩이 용이하도록 높은 접착력을 갖는 Au, Ti 등이 포함되는 것이 바람직하다.
이하, 제2 실시예에 따른 발광 소자(100A)에 대해 상세히 설명한다. 다만, 앞에서 설명한 것과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
도 2는 제2 실시예에 따른 발광 소자(100A)의 측단면도이다.
도 2를 참조하면, 제2 실시예에 따른 발광 소자(100A)는 열전도층(105)과, 상기 열전도층(105) 상에 제1 도전형 반도체층(112), 활성층(114) 및 제2 도전형 반도체층(116)이 순차적으로 적층되어 형성된 발광구조물(110)과, 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 형성된 제1 상부전극(150)과, 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 형성된 투명전극층(120)과, 상기 투명전극층(120) 상에 형성된 제2 상부전극(140)과, 상기 열전도층(105) 아래에 형성된 제1 패드(152) 및 제2 패드(142)와, 상기 제1 상부전극(150) 및 상기 제1 패드(152)를 전기적으로 연결하는 제1 연결전극(154)과, 상기 제2 상부전극(140) 및 상기 제2 패드(142)를 전기적으로 연결하는 제2 연결전극(144)과, 상기 제1,2 연결전극(144,154)을 상기 발광구조물(110)과 절연시키는 제1 절연층(161) 및 제2 절연층(162)을 포함할 수 있다.
제2 실시예에 따른 발광 소자(100A)는 전극의 형상을 제외하고는 제1 실시예에 따른 발광 소자(100)와 동일하다.
상기 발광 소자(100A)는 와이어 본딩이 아니라, 상기 열전도층(105) 아래에 형성된 상기 제1,2 패드(152,142)에 의해 외부의 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 패드(152), 제1 연결전극(154) 및 제1 상부전극(150)은 제1 전극을 이루고, 상기 제2 패드(132), 제2 연결전극(144) 및 제2 상부전극(140)은 제2 전극을 이룰 수 있다.
상기 제1 전극의 상기 제1 연결전극(154)과 상기 발광구조물(110)이 전기적으로 쇼트되는 것을 방지하기 위해, 상기 제1 연결전극(154)과 상기 발광구조물(110) 및 상기 열전도층(105) 사이에는 상기 제1 절연층(161)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 전극의 상기 제2 연결전극(144)과 상기 발광구조물(110)이 전기적으로 쇼트되는 것을 방지하기 위해, 상기 제2 연결전극(144)과 상기 발광구조물(110) 및 상기 열전도층(105) 사이에는 상기 제2 절연층(162)이 형성될 수 있다.
상기 제1,2 절연층(161,162)은 예를 들어, 전기 절연성을 갖는 SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3 중 적어도 하나를 포함하도록 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1,2 절연층(161,162)은 상기 연결전극(154,144)이 형성된 홀에 예를 들어 증착 방식에 의해 형성될 수 있다.
도 3은 도 2의 A 영역 및 B 영역을 나타내는 확대도이다.
도 3을 참조하면, 상기 제1,2 절연층(161,162) 사이에는 상기 반사층(165)이 더 형성될 수도 있다. 이때, 상기 제1,2 절연층(161,162)은 투광성이 좋은 재질로 형성되고, 상기 반사층(165)은 높은 반사 효율을 갖는 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 반사층(165)에 의해 빛을 반사시켜 외부로 추출할 수 있으므로, 상기 발광 소자(100A)의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 발광 소자(100A)는 와이어를 통해 외부 전극과 연결되지 않고, 상기 제1,2 패드(142,152)를 통해 상기 외부 전극에 연결될 수 있으므로, 상기 발광 소자(100A)를 외부 전극과 전기적으로 연결하는 공정이 간단하고 효율적으로 이루어질 수 있다.
또한, 상술한 것처럼 상기 제1,2 전극을 상기 발광구조물(110) 및 상기 열전도층(105)을 관통하도록 형성하는 공정은, 상기 열전도층(105)을 형성하는 반도체 재질의 강도가 사파이어와 같은 기판의 재질의 강도보다 작으므로 용이하게 실시될 수 있다.
이하, 제3 실시예에 따른 발광 소자(100B)에 대해 상세히 설명한다. 다만, 앞에서 설명한 것과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
도 4는 제3 실시예에 따른 발광 소자(100B)의 측단면도이다.
도 4를 참조하면, 제3 실시예에 따른 발광 소자(100B)는 열전도층(105)과, 상기 열전도층(105) 상에 제1 도전형 반도체층(112), 활성층(114) 및 제2 도전형 반도체층(116)이 순차적으로 적층되어 형성된 발광구조물(110)과, 상기 열전도층(105) 아래에 형성된 제1 패드(152) 및 제2 패드(142)와, 상기 제1 도전형 반도체층(112) 및 상기 제1 패드(152)를 전기적으로 연결하는 제1 연결전극(154)과, 상기 제2 도전형 반도체층(116) 및 상기 제2 패드(142)를 전기적으로 연결하는 제2 연결전극(144)과, 상기 제1,2 연결전극(144,154)을 상기 발광구조물(110)과 절연시키는 제1 절연층(161) 및 제2 절연층(162)을 포함할 수 있다.
제3 실시예에 따른 발광 소자(100B)는 전극의 형상을 제외하고는 제1,2 실시예에 따른 발광 소자(100,100A)와 동일하다.
상기 제1 연결전극(154)은 적어도 상부 영역이 상기 제1 도전형 반도체층(112)과 접촉됨으로써, 상기 제1 도전형 반도체층(112)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 제2 연결전극(144)은 적어도 상부 영역이 상기 제2 도전형 반도체층(116)과 접촉됨으로써, 상기 제2 도전형 반도체층(116)과 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1,2 연결전극(154,144)과 상기 발광구조물(110) 및 상기 열전도층(105) 사이에는 상기 제1,2 절연층(161,162)이 형성됨으로써, 상기 제1,2 연결전극(154,144)과 상기 발광구조물(110) 사이의 전기적 쇼트를 방지할 수 있다.
다만, 도 5에 도시된 것처럼, 상기 제1 연결전극(154)과 상기 발광구조물(110) 및 상기 열전도층(105) 사이에는 상기 제1 절연층(161)이 형성되지 않을 수도 있다. 상기 제1 연결전극(154)은 상기 활성층(114) 및 제2 도전형 반도체층(116)을 관통하지 않으므로, 전기적 쇼트가 발생할 위험이 적기 때문이다.
이하, 제1 실시예에 따른 발광 소자(100)의 제조방법에 대해 상세히 설명한다. 다만, 앞에서 설명한 내용과 중복되는 설명은 생략하거나 간략히 설명한다.
도 6 내지 도 10은 제1 실시예에 따른 발광 소자(100)의 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 기판(101) 상에 상기 열전도층(105) 및 상기 발광구조물(110)을 순차적으로 성장하여 형성할 수 있다.
상기 열전도층(105) 및 상기 발광구조물(110)은 예를 들어, 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 열전도층(105)은 50μm 내지 1000μm의 두께를 갖도록 형성되는데, 상기 열전도층(105)의 하부 영역에서 상기 기판(101)과의 격자 상수 차이에 의해 발생하는 전위(dislocation) 등이 상부 영역으로 갈수록 적어지게 되므로 상기 열전도층(105)의 상부 영역은 하부 영역에 비해 양호한 결정성을 갖게 된다.
또한, 상기 발광구조물(110)도 상기 열전도층(105)을 이와 같이 두껍게 형성한 후에 형성되므로 양호한 결정성을 가질 수 있다. 또한, 상기 발광구조물(110)과 상기 열전도층(105) 사이의 격자 상수 차이는 상기 기판(101)과 상기 발광구조물(110) 사이의 격자 상수 차이보다 작으므로, 상기 발광구조물(110)은 더욱 양호한 결정성을 가질 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 기판(101)을 제거할 수 있다. 상기 기판(101)은 예를 들어, 레이저 리프트 오프(LLO, Laser Lift Off), 화학적 식각 방법(CLO, Chemical Lift Off) 또는 물리적인 연마 방법 중 적어도 하나의 방법에 의해 제거될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 열전도층(105)은 50μm 내지 1000μm의 두께를 갖도록 형성되므로, 상기 기판(101)이 제거되더라도 상기 발광구조물(110)을 지지할 수 있다. 또한, 상기 레이저 리프트 오프(LLO) 공정이 진행되는 경우에도, 발광 소자가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 발광구조물(110)의 일부 영역(M)에 메사 에칭(Mesa Etching)을 실시하여 상기 제1 도전형 반도체층(112)의 상면의 적어도 일부가 노출되도록 할 수 있다.
상기 메사 에칭은 마스크를 형성한 후, 건식 식각 또는 습식 식각에 의해 실시될 수 있다. 상기 메사 에칭이 실시된 일부 영역(M)은 바람직하게는 상기 발광구조물(110)의 측면 영역의 모서리 부근일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 9를 참조하면, 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 상기 투명전극층(120)을 형성할 수 있다.
상기 투명전극층(120)은 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상면의 전 영역에 형성되거나, 일부 영역에 형성될 수 있다.
상기 투명전극층(120)은 전자빔(E-beam) 증착, 스퍼터링(Sputtering), PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 중 어느 하나의 증착 방법에 의해 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 10을 참조하면, 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 상기 제1 전극(150)을 형성하고, 상기 제2 도전형 반도체층(116) 또는/및 상기 투명전극층(120) 상에 상기 제2 전극(140)을 형성함으로써, 제1 실시예에 따른 발광 소자(100)를 제공할 수 있다.
상기 제1,2 전극(140,150)은 예를 들어, 증착 방식 또는 도금 방식에 의해 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
이하, 제2 실시예에 따른 발광 소자(100A)의 제조방법에 대해 상세히 설명한다. 다만, 앞에서 설명한 내용과 중복되는 설명은 생략하거나 간략히 설명한다.
도 6 내지 도 9까지의 제조방법은 제1 실시예에 따른 발광 소자(100)의 제조방법과 동일하다.
즉, 제2 실시예에 따른 발광 소자(100A)는 먼저 기판 상에 열전도층 및 발광구조물을 형성하고(도 6 참조), 다음으로 상기 기판을 제거하고(도 7 참조), 다음으로 상기 발광구조물에 메사 에칭을 실시하여 제1 도전형 반도체층의 상면이 일부 노출되도록 하고(도 8 참조), 다음으로 상기 제2 도전형 반도체층 상에 투명전극층을 형성하는 제조 공정을 실시할 수 있다(도 9 참조).
도 11 내지 도 13은 제2 실시예에 따른 발광 소자(100A)의 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 11을 참조하면, 상기 투명전극층(120)을 형성한 후에는 상기 제1 도전형 반도체층(112)과 상기 열전도층(105)을 관통하는 제1홀(H1) 및 상기 발광구조물(110)과 상기 열전도층(105)을 관통하는 제2홀(H2)을 형성할 수 있다.
상기 제1홀(H1) 및 제2홀(H2)은 예를 들어, 레이저 드릴링(Laser Drilling) 또는 식각 공정에 의해 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 열전도층(105)은 상기 기판(101)에 비해 재질의 강도가 작으므로, 레이저 드릴링 또는 식각 공정이 용이하게 실시될 수 있다.
한편, 제3 실시예에 따른 발광 소자(100B)의 경우, 상기 제1홀(H1) 및 제2홀(H2)을 각각 상기 제1 도전형 반도체층(112) 및 제2 도전형 반도체층(116)까지만 형성하는 것을 제외하고는 제2 실시예에 따른 발광 소자(100A)의 제조방법과 동일하다.
도 12를 참조하면, 상기 제1홀(H1) 및 제2홀(H2)의 내측벽에 상기 제1,2 절연층(161,162)을 형성할 수 있다. 상기 제1,2 절연층(161,162)은 예를 들어, 전자빔 증착, 스퍼터링 및 PECVD와 같은 증착 방식에 의해 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 상기 제1,2 절연층(161,162)이 내측에는 반사층이 더 형성될 수도 있다.
도 13을 참조하면, 상기 열전도층(105) 아래에 상기 제1 패드(152) 및 제2 패드(142)를 형성하고, 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 제1 상부전극(150)을 형성하고, 상기 투명전극층(120) 상에 제2 상부전극(140)을 형성하고, 상기 제1홀(H1)에 상기 제1 상부전극(150)과 상기 제1 패드(152)를 전기적으로 연결하는 제1 연결전극(154)과, 상기 제2홀(H2)에 상기 제2 상부전극(140) 및 상기 제2 패드(142)를 전기적으로 연결하는 제2 연결전극(144)을 형성함으로써, 제2 실시예에 따른 발광 소자(100B)를 제공할 수 있다.
상기 제1 패드(152), 제1 연결전극(154) 및 제1 상부전극(150)은 제1 전극을 이루고, 상기 제2 패드(132), 제2 연결전극(144) 및 제2 상부전극(140)은 제2 전극을 이룰 수 있다. 상기 제1 전극 및 제2 전극은 도금 공정 또는 증착 공정에 의해 형성될 수 있다.
<발광 소자 패키지>
도 14는 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지의 단면도이다.
도 14를 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자 패키지는 몸체(20)와, 상기 몸체(20)에 설치된 제1 리드전극(31) 및 제2 리드전극(32)과, 상기 몸체(20)에 설치되어 상기 제1 리드전극(31) 및 제2 리드전극(32)과 전기적으로 연결되는 실시예에 따른 발광 소자(100)와, 상기 발광 소자(100)를 포위하는 몰딩부재(40)를 포함한다.
상기 몸체(20)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광 소자(100)의 주위에 경사면이 형성될 수 있다.
상기 제1 리드전극(31) 및 제2 리드전극(32)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(100)에 전원을 제공한다. 또한, 상기 제1 리드전극(31) 및 제2 리드전극(32)은 상기 발광 소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광 소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 몸체(20) 상에 설치되거나 상기 제1 리드전극(31) 또는 제2 리드전극(32) 상에 설치될 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 제1 리드전극(31) 및 제2 리드전극(32)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다.
상기 몰딩부재(40)는 상기 발광 소자(100)를 포위하여 상기 발광 소자(100)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(40)에는 형광체가 포함되어 상기 발광 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
상기 실시 예(들)에 따른 발광소자는 수지 재질이나 실리콘과 같은 반도체 기판, 절연 기판, 세라믹 기판 등에 패키징되고, 지시 장치, 조명 장치, 표시 장치 등의 광원으로 사용될 수 있다. 또한 상기 각 실시 예는 각 실시 예로 한정되지 않고, 상기에 개시된 다른 실시 예에 선택적으로 적용될 수 있으며, 각 실시 예로 한정하지는 않는다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 라이트 유닛에 적용될 수 있다. 상기 라이트 유닛은 복수의 발광 소자 패키지가 어레이된 구조를 포함하며, 표시장치, 조명등, 신호등, 차량 전조등, 전광판 등이 포함될 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 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.
100: 발광 소자, 105: 열 전도층, 112: 제1도전형 반도체층, 114:활성층, 116:제2도전형 반도체층, 110:발광 구조물, 120:투명전극층, 150:제1전극, 140:제2전극
Claims (20)
- 열전도층;
상기 열전도층 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을포함하는 발광구조물;
상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 전극, 및
상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제2 전극을 포함하며,
상기 제1 전극은,
상기 제1 도전형 반도체층 상에 형성된 제1 상부전극;
상기 열전도층 아래에 형성된 제1 패드;
상기 발광구조물 및 상기 열전도층을 관통하여 상기 제1 상부전극과 상기 제1 패드를 전기적으로 연결하는 제1 연결전극을 포함하고,
상기 제2 전극은,
상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성된 제2 상부전극;
상기 열전도층 아래에 형성된 제2 패드;
상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 열전도층을 관통하여 상기 제2 상부전극과 상기 제2 패드를 전기적으로 연결하는 제2 연결전극을 포함하는 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 열전도층은 GaN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP, MgO 및 ZnO 계열의 반도체 재질 중 적어도 하나로 형성된 발광 소자. - 제 2항에 있어서,
상기 열전도층의 굴절률과 상기 발광구조물의 굴절률은 동일한 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 열전도층의 두께는 50μm 내지 1000μm인 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 발광구조물은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성되는 발광 소자. - 삭제
- 삭제
- 열전도층;
상기 열전도층 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물;
상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 전극, 및 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제2 전극을 포함하고,
상기 제1 전극은 상기 열전도층 및 상기 발광구조물을 관통하여 적어도 상부 영역이 상기 제1 도전형 반도체층과 접촉되는 제1 연결전극과, 상기 열전도층 아래에 제1 패드를 포함하고,
상기 제2 전극은 상기 열전도층 및 상기 발광구조물을 관통하여 적어도 상부 영역이 상기 제2 도전형 반도체층과 접촉되는 제2 연결전극과, 상기 열전도층 아래에 제2 패드를 포함하는 발광 소자. - 제1 항에 있어서,
상기 제2 연결전극과 상기 발광구조물 및 상기 열전도층 사이에는 제2 절연층이 형성된 발광 소자. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 연결전극과 상기 발광구조물 및 상기 열전도층 사이에는 제1 절연층이 형성된 발광 소자. - 기판을 형성하는 단계;
상기 기판 상에 열전도층을 형성하는 단계;
상기 열전도층 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물을 형성하는 단계;
상기 기판을 제거하는 단계; 및
상기 제1 도전형 반도체층에 제1 전극을 형성하고, 상기 제2 도전형 반도체층에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 제1 도전형 반도체층에 제1 전극을 형성하고, 상기 제2 도전형 반도체층에 제2 전극을 형성하는 단계는,
상기 발광구조물 및 상기 열전도층을 관통하는 제1 홀 및 제2 홀을 형성하는단계;
상기 제1 홀 및 상기 제2 홀에 각각 제1 연결전극 및 제2 연결전극을 형성하고, 상기 열전도층 아래에 제1 패드 및 제2 패드를 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자 제조방법. - 제 11항에 있어서,
상기 기판과 상기 발광구조물 사이의 격자 상수 차이는 상기 열전도층과 상기 발광구조물 사이의 격자 상수 차이보다 큰 발광 소자 제조방법. - 제 11항에 있어서,
상기 열전도층의 열전도도는 상기 기판의 열전도도보다 큰 발광 소자 제조방법. - 제 11항에 있어서,
상기 열전도층은 유기금속 화학 증착법, 화학 증착법, 플라즈마 화학 증착법, 분자선 성장법 또는 수소화물 기상 성장법 중 적어도 하나의 방법으로 형성된 발광 소자 제조방법. - 제 11항에 있어서,
상기 기판은 레이저 리프트 오프, 화학적 식각 방법 또는 물리적인 연마 방법 중 적어도 하나의 방법에 의해 제거되는 발광 소자 제조방법. - 제 11항에 있어서,
적어도 상부 영역이 상기 제1 도전형 반도체층과 접촉하며 상기 제1 패드와 연결되는 상기 제1 연결전극을 포함하고,
적어도 상부 영역이 상기 제2 도전형 반도체층과 접촉하며 상기 제2 패드와 연결되는 상기 제2 연결전극을 포함하는 발광 소자 제조방법. - 몸체;
상기 몸체에 설치된 제1 리드전극 및 제2 리드전극; 및
상기 몸체에 설치되어 상기 제1 리드전극 및 제2 리드전극과 전기적으로 연결되는 발광 소자를 포함하며,
상기 발광 소자는 제1 항 내지 제5 항, 및 제8 항 내지 제10 항 중 어느 하나의 항에 기재된 발광소자인 발광 소자 패키지. - 삭제
- 삭제
- 삭제
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