KR102263066B1 - 발광 소자 - Google Patents
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Abstract
발광 소자가 개시된다. 발광 소자는, 발광 구조체; 발광 구조체 상에 위치하며, 제1 및 제2 도전형 반도체층에 각각 오믹 컨택하는 제1 컨택 전극 및 제2 컨택 전극; 제1 컨택 전극 및 제2 컨택 전극을 부분적으로 덮는 제1 및 제2 절연부; 발광 구조체 상에 위치하며, 제1 및 제2 컨택 전극 각각에 전기적으로 연결된 제1 전극 및 제2 전극; 제1 전극 및 제2 전극의 측면을 덮는 제3 절연부; 제1 전극, 제2 전극 및 제3 절연부 상에 위치하는 연결층; 및 연결층 상에 위치하는 제1 패드 전극 및 제2 패드 전극을 포함하고, 제1 패드 전극 및 제2 패드 전극은 연결층을 통해 각각 제1 전극과 제2 전극에 전기적으로 연결되며, 제1 패드 전극의 수평 면적은 제1 전극의 수평 면적보다 작고, 제2 패드 전극의 수평 면적은 제2 전극의 수평 면적보다 크다.
Description
본 발명은 발광 소자에 관한 것으로, 특히, 발광 소자의 열적 특성, 전기적 특성 및 발광 특성을 향상시킬 수 있는 전극을 포함하는 발광 소자에 관한 것이다.
최근 소형 고출력 발광 소자에 대한 요구가 증가하면서, 방열 효율이 우수한 대면적 플립칩형 발광 소자의 수요가 증가하고 있다. 플립칩형 발광 소자의 전극은 직접 2차 기판에 접합되며, 또한 플립칩형 발광 소자에 외부 전원을 공급하기 위한 와이어를 이용하지 않으므로, 수평형 발광 소자에 비해 열 방출 효율이 매우 높다. 따라서 고밀도 전류를 인가하더라도 효과적으로 열을 2차 기판 측으로 전도시킬 수 있어서, 플립칩형 발광 소자는 고출력 발광원으로 적합하다.
또한, 발광 소자의 소형화를 위하여, 발광 소자를 별도의 하우징 등에 패키징하는 공정을 생략하고, 발광 소자 자체를 패키지로서 이용하는 칩 스케일 패키지(Chip Scale Package)에 대한 요구가 증가하고 있다. 플립칩형 발광 소자의 전극은 패키지의 리드와 유사한 기능을 할 수 있어서, 이러한 칩 스케일 패키지에 있어서도 유용하게 플립칩형 발광 소자가 적용될 수 있다.
이러한 칩 스케일 패키지 형태의 소자를 고출력 발광 장치로서 이용하는 경우, 상기 칩 스케일 패키지에 고밀도의 전류가 인가된다. 그 경우, 고출력 칩 스케일 패키지의 구동 시, N형 전극이 형성된 영역으로 전류 쏠림 현상이 발생한다. 따라서 상기 칩 스케일 패키지의 발광은 N형 전극이 형성된 영역에 집중되며, 또한 이 부분에 발열도 심화된다. 이와 같이, 발광 소자의 특정 영역에서 발광 및 발열이 집중적으로 발생하게 되어, 발광이 불균일하며, 발광 소자로부터 열 방출 효율이 저하되어 발광 소자의 신뢰성 및 수명에 악영향을 끼친다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 발광 소자 전체적으로 균일한 발광 특성을 갖고, 열 방출 효율이 뛰어난 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 발광 소자는, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층의 사이에 위치하는 활성층을 포함하는 발광 구조체; 상기 발광 구조체 상에 위치하며, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층에 각각 오믹 컨택하는 제1 컨택 전극 및 제2 컨택 전극; 상기 제1 컨택 전극 및 제2 컨택 전극을 부분적으로 덮는 제1 및 제2 절연부; 상기 발광 구조체 상에 위치하며, 상기 제1 및 제2 컨택 전극 각각에 전기적으로 연결된 제1 전극 및 제2 전극; 상기 제1 전극 및 제2 전극의 측면을 덮는 제3 절연부; 상기 제1 전극, 제2 전극 및 제3 절연부 상에 위치하는 연결층; 및 상기 연결층 상에 위치하는 제1 패드 전극 및 제2 패드 전극을 포함하고, 상기 제1 패드 전극 및 제2 패드 전극은 상기 연결층을 통해 각각 상기 제1 전극과 제2 전극에 전기적으로 연결되며, 상기 제1 패드 전극의 수평 면적은 상기 제1 전극의 수평 면적보다 작고, 상기 제2 패드 전극의 수평 면적은 상기 제2 전극의 수평 면적보다 크다.
이에 따라, 발광 소자의 열 방출 효율이 향상되어 신뢰성 및 수명이 향상될 수 있고, 균일한 발광 특성을 갖는 발광 소자가 제공될 수 있다.
상기 제1 전극은 상기 제1 컨택 전극과 상기 제1 도전형 반도체층이 오믹 컨택하는 부분 상에 위치할 수 있다.
또한, 상기 제2 전극의 아래에는, 상기 제1 컨택 전극과 상기 제1 도전형 반도체층이 오믹 컨택하는 부분이 위치하지 않을 수 있다.
상기 제1 컨택 전극은 상기 제1 도전형 반도체층과 접촉하여 오믹 컨택하는 복수의 오믹 컨택 영역을 포함할 수 있고, 상기 제1 전극은 상기 제1 컨택 전극의 상기 복수의 오믹 컨택 영역 전부와 접촉될 수 있다.
또한, 상기 제1 컨택 전극은 상기 제1 도전형 반도체층과 접촉하여 오믹 컨택하는 복수의 오믹 컨택 영역을 포함할 수 있고, 상기 복수의 오믹 컨택 영역 중 일부만 상기 제1 전극과 접촉할 수 있다.
나아가, 상기 발광 소자는, 상기 제1 전극의 아래에 위치하는 제1 배선층; 및 상기 제2 전극의 아래에 위치하는 제2 배선층을 더 포함할 수 있고, 상기 제1 배선층의 일부는 상기 제1 컨택 전극과 접촉할 수 있고, 상기 제2 배선층의 일부는 상기 제2 컨택 전극과 접촉할 수 있다.
상기 제2 절연부의 일부는 상기 제1 배선층과 상기 제1 컨택 전극의 사이에 위치할 수 있다.
상기 제1 전극의 수평 단면적은, 상기 제1 전극과 제2 전극 각각의 수평 단면적의 합의 0.8배 이상 1배 미만일 수 있다.
또한, 상기 제1 패드 전극의 수평 면적과 상기 제2 패드 전극의 수평 면적은 동일할 수 있다.
상기 연결층은, 절연물질층; 상기 제1 전극과 상기 제1 패드 전극을 전기적으로 연결하며, 상기 절연물질층을 관통하는 제1 연결층; 및 상기 제2 전극과 상기 제2 패드 전극을 전기적으로 연결하며, 상기 절연물질층을 관통하는 제2 연결층을 포함할 수 있다.
상기 제2 전극은 복수 개로 형성될 수 있으며, 상기 제2 전극들은 상기 제2 패드 전극에 전기적으로 연결될 수 있다.
나아가, 상기 제1 컨택 전극은 상기 제1 도전형 반도체층과 접촉하여 오믹 컨택하는 복수의 오믹 컨택 영역을 포함할 수 있고, 상기 복수의 오믹 컨택 영역들 중 일부는 상기 제2 전극들 사이에 배치될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극 각각은 금속 입자들 및 상기 금속 입자들 사이에 개재된 비금속성 물질을 포함할 수 있다.
나아가, 상기 금속 입자들과 상기 비금속성 물질은 금속 입자 소결체 형태로 형성될 수 있다.
상기 제1 전극 및 제2 전극 각각은 경사진 측면을 포함할 수 있고, 상기 경사진 측면은 제1 전극 및 제2 전극 각각의 수직 단면의 접선 기울기가 변화하는 측면을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 전극 및 제2 전극 각각은 80 내지 98 wt%의 금속 입자들을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서 상기 발광 소자는, 상기 발광 구조체는 상기 활성층과 상기 제2 도전형 반도체층이 부분적으로 제거되어 상기 제1 도전형 반도체층이 부분적으로 노출된 영역을 더 포함할 수 있고, 상기 제1 컨택 전극은 상기 제1 도전형 반도체층이 부분적으로 노출된 영역을 통해 상기 제1 도전형 반도체층과 오믹 컨택할 수 있다.
또한, 상기 제1 도전형 반도체층이 부분적으로 노출된 영역은 복수의 홀 형태로 형성될 수 있다.
나아가, 상기 제2 컨택 전극은 상기 제2 도전형 반도체층 상에 위치할 수 있고, 상기 제1 절연부는 상기 제2 컨택 전극 및 발광 구조체를 덮되, 상기 제1 도전형 반도체층이 노출된 영역의 일부 및 상기 제2 컨택 전극의 일부를 각각 노출시키는 제1 개구부 및 제2 개구부를 포함할 수 있고, 상기 제1 컨택 전극은 상기 제1 절연부를 적어도 부분적으로 덮되, 상기 제1 개구부를 통해 상기 제1 도전형 반도체층과 접촉할 수 있으며, 상기 제2 절연부는 상기 제1 컨택 전극을 부분적으로 덮되, 상기 제1 컨택 전극을 부분적으로 노출시키는 제3 개구부 및 상기 제2 개구부의 위치에 대응하여 배치되어 상기 제2 컨택 전극의 일부를 노출시키는 제4 개구부를 포함할 수 있다.
상기 제1 전극은 상기 제3 개구부를 통해 상기 제1 컨택 전극과 접촉할 수 있고, 상기 제2 전극은 상기 제4 개구부를 통해 상기 제2 컨택 전극과 접촉할 수 있으며, 상기 복수의 홀은 모두 상기 제3 개구부의 영역 아래에 위치할 수 있다.
본 발명에 따르면, 제2 전극에 비해 상대적으로 큰 수평 단면적을 갖는 제1 전극을 포함함으로써, 발광 소자의 열 방출 효율이 향상되어 신뢰성 및 수명이 향상될 수 있다. 또한, 발광 소자에서 제1 전극이 차지하는 영역의 비율이 증가되어, 발광 소자 전체적으로 균일한 발광 특성을 갖는 발광 소자가 제공될 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도들 및 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도들 및 단면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도들 및 단면도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도들 및 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도들 및 단면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도들 및 단면도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도들 및 단면도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 또한, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에" 또는 "상에" 있다고 기재된 경우 각 부분이 다른 부분의 "바로 상부" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라 각 구성요소와 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 개재된 경우도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도들 및 단면도이다.
도 1의 (a)는 발광 소자(100a)의 평면도이고, (b)는 홀(120h)의 위치 및 제3 개구부(153a)와 제4 개구부(153b)의 위치를 설명하기 위한 평면도이며, 도 2는 도 1의 (a)와 (b)의 A-A선에 대응하는 영역의 단면을 도시하는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 발광 소자(100a)는 제1 도전형 반도체층(121), 활성층(123) 및 제2 도전형 반도체층(125)을 포함하는 발광 구조체(120), 제1 컨택 전극(130), 제2 컨택 전극(140), 제1 및 제2 절연부(151, 153), 제1 전극(161), 제2 전극(163), 및 제3 절연부(170)를 포함할 수 있다. 나아가, 발광 소자(100a)는 제1 및 제2 패드 전극(미도시), 성장 기판(미도시) 및 파장변환부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
발광 구조체(120)는 제1 도전형 반도체층(121), 제1 도전형 반도체층(121) 상에 위치하는 활성층(123), 및 활성층(123) 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층(125)을 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(121), 활성층(123) 및 제2 도전형 반도체층(125)은 Ⅲ-Ⅴ 계열 화합물 반도체를 포함할 수 있고, 예를 들어, (Al, Ga, In)N과 같은 질화물계 반도체를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(121)은 n형 불순물 (예를 들어, Si)을 포함할 수 있고, 제2 도전형 반도체층(125)은 p형 불순물 (예를 들어, Mg)을 포함할 수 있다. 또한, 그 반대일 수도 있다. 활성층(123)은 다중양자우물 구조(MQW)를 포함할 수 있다.
또한, 발광 구조체(120)는 제2 도전형 반도체층(125) 및 활성층(123)이 부분적으로 제거되어 제1 도전형 반도체층(121)이 부분적으로 노출된 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 발광 구조체(120)는 제2 도전형 반도체층(125) 및 활성층(123)을 관통하여 제1 도전형 반도체층(121)을 노출시키는 적어도 하나의 홀(120h)을 포함할 수 있다.
홀(120h)은 복수 개로 형성될 수 있으며, 복수의 홀(120h)들은 대체로 규칙적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 홀(120h)들은 일정한 간격으로 일정한 패턴을 갖도록 배치될 수 있다. 홀(120h)들이 발광 구조체의 전반에 걸쳐 규칙적으로 배치됨으로써, 발광 소자(100a) 구동 시, 전류가 수평방향으로 고르게 분산될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 홀(120h)의 배치 형태 및 개수는 다양하게 변형될 수 있다.
또한, 제1 도전형 반도체층(121)이 노출된 형태는 홀(120h) 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 도전형 반도체층(121) 노출되는 영역은 라인 형태, 홀 및 라인이 복합된 형태 등으로 형성될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(121)이 노출되는 영역이 복수의 라인 형태로 형성되는 경우, 발광 구조체(120)는 상기 라인을 따라 형성되며, 활성층(123) 및 제2 도전형 반도체층(125)을 포함하는 하나 이상의 메사를 포함할 수도 있다. 따라서, 본 실시예에서는 복수의 홀(120h)을 포함하는 발광 구조체(120)를 기준으로 본 발명에 대해 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
발광 구조체(120)는 그 하면에 형성된 러프니스(120R)를 더 포함할 수 있다. 러프니스(120R)는 습식 식각, 건식 식각, 전기화학 식각 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 형성할 수 있으며, 예를 들어, PEC 식각 또는 KOH 및 NaOH를 포함하는 식각 용액을 이용한 식각 방법 등을 이용하여 러프니스(120R)를 형성할 수 있다. 러프니스(120R)가 형성됨에 따라, 제1 도전형 반도체층(121)의 표면에 형성된 ㎛ 내지 nm 스케일의 돌출부 및/또는 오목부를 포함할 수 있다. 발광 구조체(120)의 표면에 러프니스를 형성함으로써, 발광 소자의 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 발광 구조체(120)는 제1 도전형 반도체층(121)의 아래에 위치하는 성장 기판(미도시)을 더 포함할 수도 있다. 성장 기판은 발광 구조체(120)를 성장시킬 수 있는 기판이면 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 성장 기판은 사파이어 기판, 실리콘 카바이드 기판, 실리콘 기판, 질화갈륨 기판, 질화알루미늄 기판 등일 수 있다. 이러한 성장 기판은 공지의 기술을 이용하여 발광 구조체(120)로부터 분리되어 제거될 수 있다.
제2 컨택 전극(140)은 제2 도전형 반도체층(125) 상에 위치한다. 제2 컨택 전극(140)은 제2 도전형 반도체층(125)의 상면을 적어도 부분적으로 덮고, 제2 도전형 반도체층(125)과 오믹 컨택할 수 있다. 또한, 제2 컨택 전극(140)은 제2 도전형 반도체층(125)의 상면을 전반적으로 덮도록 배치될 수 있다. 즉, 발광 구조체(120)의 홀(120h)이 형성된 위치를 제외한 나머지 영역에서 단일체로 제2 도전형 반도체층(125)의 상면을 덮도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 발광 구조체(120)의 전체에 대해 전류를 균일하게 공급하여, 전류 분산 효율이 향상될 수 있다.
다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 컨택 전극(140)이 일체로 형성되지 않고, 서로 이격된 복수의 단위 반사 전극층들이 제2 도전형 반도체층(125)의 상면 상에 배치될 수도 있다. 이 경우, 상기 단위 반사 전극층들은 소정의 연결부들을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 컨택 전극(140)은 제2 도전형 반도체층(125)에 오믹 컨택할 수 있는 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어, 금속 물질 및/또는 도전성 산화물을 포함할 수 있다.
제2 컨택 전극(140)이 금속 물질을 포함하는 경우, 제2 컨택 전극(140)은 반사층 및 상기 반사층을 덮는 커버층을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 제2 컨택 전극(140)은 제2 도전형 반도체층(125)과 오믹 컨택되는 것과 더불어, 광을 반사시키는 기능을 할 수 있다. 따라서, 상기 반사층은 높은 반사도를 가지면서 제2 도전형 반도체층(125)과 오믹 접촉을 형성할 수 있는 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 반사층은 Ni, Pt, Pd, Rh, W, Ti, Al, Mg, Ag 및 Au 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 반사층은 단일층 또는 다중층을 포함할 수 있다.
상기 커버층은 상기 반사층과 다른 물질 간의 상호 확산을 방지할 수 있고, 외부의 다른 물질이 상기 반사층에 확산하여 상기 반사층이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 커버층은 상기 반사층의 하면 및 측면을 덮도록 형성될 수 있다. 상기 커버층은 상기 반사층과 함께 제2 도전형 반도체층(125)과 전기적으로 연결될 수 있어서, 상기 반사층과 함께 일종의 전극 역할을 할 수 있다. 상기 커버층은, 예를 들어, Au, Ni, Ti, Cr 등을 포함할 수 있으며, 단일층 또는 다중층을 포함할 수도 있다.
한편, 제2 컨택 전극(140)이 도전성 산화물을 포함하는 경우, 상기 도전성 산화물은 ITO, ZnO, AZO, IZO 등일 수 있다. 제2 컨택 전극(140)이 도전성 산화물을 포함하는 경우, 금속을 포함하는 경우에 비해 더 넓은 영역의 제2 도전형 반도체층(125)의 상면을 커버할 수 있다. 즉, 홀(120h)의 상부 테두리로부터 제2 컨택 전극(140)까지의 이격 거리는 제2 컨택 전극(140)이 도전성 산화물로 형성된 경우에 상대적으로 더 짧게 형성될 수 있다. 이 경우, 제2 컨택 전극(140)과 제2 도전형 반도체층(125)이 접촉하는 부분에서 제1 컨택 전극(130)과 제1 도전형 반도체층(121)이 접촉하는 부분까지의 최단 거리가 상대적으로 더 짧아질 수 있어서, 발광 소자(100a)의 순방향 전압(Vf)이 감소될 수 있다.
제1 및 제2 절연부(151, 153)는 제1 및 제2 컨택 전극(130, 140)을 부분적으로 덮을 수 있다. 이하, 제1 절연부(151)에 관하여 먼저 설명하며, 제2 절연부(153)와 관련된 내용은 후술하여 설명한다.
제1 절연부(151)는 발광 구조체(120)의 상면 및 제2 컨택 전극(140)을 부분적으로 덮을 수 있다. 또한, 제1 절연부(151)는 복수의 홀(120h)들의 측면을 덮되, 홀(120h)에 노출된 제1 도전형 반도체층(121)을 부분적으로 노출시킬 수 있다.
나아가, 제1 절연부(151)는 발광 구조체(120)의 적어도 일부의 측면을 더 덮을 수 있다. 제1 절연부(151)가 발광 구조체(120)의 측면을 덮는 정도는, 발광 소자의 제조 과정에서 칩 단위 개별화(isolation)의 여부에 따라 달라질 수 있다. 즉, 본 실시예와 같이 제1 절연부(151)는 발광 구조체(120)의 상면만 덮도록 형성될 수도 있고, 발광 소자(100a)의 제조 과정에서 웨이퍼를 칩 단위로 개별화한 후에 제1 절연부(151)를 형성하는 경우에는 발광 구조체(120)의 측면까지 제1 절연부(151)에 덮일 수 있다.
제1 절연부(151)는 복수의 홀(120h)들에 대응하는 부분에 위치하는 제1 개구부와 제2 컨택 전극(140)의 일부를 노출시키는 제2 개구부를 포함할 수 있다. 제1 개구부 및 홀(120h)들을 통해 제1 도전형 반도체층(121)이 부분적으로 노출될 수 있고, 제2 개구부를 통해 제2 컨택 전극(140)이 부분적으로 노출될 수 있다.
이때, 제1 개구부들과 제2 개구부들은 일정한 패턴을 갖도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 개구부들은 발광 소자(100a)의 일 측면에 인접하여 배치될 수 있고, 제1 개구부들은 상기 제2 개구부들이 배치되지 않은 영역에서 규칙적으로 배치될 수 있다.
제1 절연부(151)는 절연성의 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, SiO2, SiNx, MgF2 등을 포함할 수 있다. 나아가, 제1 절연부(151)는 다중층을 포함할 수 있고, 굴절률이 다른 물질이 교대로 적층된 분포 브래그 반사기를 포함할 수도 있다. 특히, 제2 컨택 전극(140)이 도전성 산화물을 포함하는 경우, 제1 절연부(151)가 분포 브래그 반사기를 포함하여 발광 소자(100a)의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
제1 컨택 전극(130)은 발광 구조체(120)를 부분적으로 덮을 수 있으며, 복수의 홀(120h) 및 제1 개구부들을 통해 제1 도전형 반도체층(121)과 오믹 컨택할 수 있다. 따라서, 제1 컨택 전극(130)은 제1 도전형 반도체층(121)과 직접적으로 접촉하여 오믹 컨택하는 오믹 컨택 영역(131)을 포함할 수 있다. 발광 구조체(120)가 복수의 홀(120h)을 포함하는 경우, 상기 오믹 컨택 영역(131) 역시 홀(120h)의 개수에 대응하는 개수로 복수로 형성될 수 있다.
제1 컨택 전극(130)은 제1 절연부(151)의 일부 영역을 제외한 다른 부분을 전체적으로 덮도록 형성될 수 있다. 또한, 제1 컨택 전극(130)은 발광 구조체(120)의 측면까지 덮도록 형성될 수도 있다. 제1 컨택 전극(130)이 발광 구조체(120)의 측면에도 형성되는 경우, 활성층(123)으로부터 측면으로 방출되는 광을 상부로 반사시켜 발광 소자(100a)의 상면으로 방출되는 광의 비율을 증가시킬 수 있다. 한편, 제1 컨택 전극(130)은 제1 절연부(151)의 제2 개구부에 대응하는 영역에는 형성되지 않고, 제2 컨택 전극(140)과 이격되어 절연된다.
제1 컨택 전극(130)이 일부 영역을 제외하고 발광 구조체(120)의 상면을 전반적으로 덮도록 형성됨으로써, 전류 분산 효율이 더욱 향상될 수 있다. 또한, 제2 컨택 전극(140)에 의해 덮이지 않는 부분을 제1 컨택 전극(130)이 커버할 수 있으므로, 광을 더욱 효과적으로 반사시켜 발광 소자(100a)의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
제1 컨택 전극(130)은 제1 도전형 반도체층(121)과 오믹 컨택함과 아울러, 광을 반사시키는 역할을 할 수 있다. 따라서, 제1 컨택 전극(130)은 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있고, Al층과 같은 고반사 금속층을 포함할 수 있다. 상기 고반사 금속층은 Ti, Cr 또는 Ni 등의 접착층 상에 형성될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 컨택 전극(130)은 Ni, Pt, Pd, Rh, W, Ti, Al, Mg, Ag 및 Au 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다.
제1 컨택 전극(130)은 홀(120h)들을 통해서 제1 도전형 반도체층(121)과 오믹 컨택되므로, 제1 도전형 반도체층(121)과 연결된 전극 등을 형성하기 위하여 활성층(123)이 제거되는 영역이 복수의 홀(120h)들에 대응하는 영역과 동일하다. 따라서, 제1 도전형 반도체층(121)과 금속층의 오믹 컨택을 위한 영역이 최소화될 수 있고, 전체 발광 구조체의 수평 면적에 대한 발광 영역의 면적 비율이 상대적으로 큰 발광 소자가 제공될 수 있다.
제2 절연부(153)는 제1 컨택 전극(130)을 부분적으로 덮을 수 있다. 또한, 제2 절연부(153)는 제1 컨택 전극(130)을 부분적으로 노출시키는 제3 개구부(153a), 및 제2 컨택 전극(140)을 부분적으로 노출시키는 제4 개구부(153b)를 포함할 수 있다. 이때, 제4 개구부(153b)는 제2 개구부에 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
제3 및 제4 개구부(153a, 153b) 각각은 하나 이상 형성될 수 있다. 또한, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 제4 개구부(153b)는 발광 소자(100a)의 일 측 모서리에 인접하도록 위치할 수 있고, 제3 개구부(153a)는 적어도 일부의 복수의 홀(120h)이 형성된 위치를 노출시키도록 형성될 수 있다. 나아가, 제3 개구부(153a)는 모든 홀(120h)이 형성된 위치가 노출되도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 오믹 컨택 영역(131)들이 제3 개구부(153a)를 통해 노출될 수 있다.
제2 절연부(153)는 절연성의 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, SiO2, SiNx, MgF2을 포함할 수 있다. 나아가, 제2 절연부(153)는 다중층을 포함할 수 있고, 굴절률이 다른 물질이 교대로 적층된 분포 브래그 반사기를 포함할 수도 있다.
제1 전극(161)과 제2 전극(163)은 발광 구조체(120) 상에 위치할 수 있고, 제1 전극(161) 및 제2 전극(163)은 각각 제1 컨택 전극(130) 및 제2 컨택 전극(140)에 전기적으로 연결될 수 있다. 특히, 제1 전극(161)과 제2 전극(163) 각각은 제1 및 제2 컨택 전극(130, 140)과 직접적으로 접촉하여 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 적어도 일부의 홀(120h)들은 제1 전극(161)의 아래에 위치할 수 있고, 나아가, 모든 홀(120h)들이 제1 전극(161)의 아래에 위치할 수 있다. 따라서, 제1 컨택 전극(130)의 오믹 컨택 영역(131)은 제1 전극(161)과 제1 도전형 반도체층(121)의 사이에 개재될 수 있으며, 또한, 모든 오믹 컨택 영역(131)이 제1 전극(161)과 직접적으로 접촉될 수 있다.
한편, 제2 전극(163)의 아래에는 홀(120h)이 위치하지 않을 수 있다. 즉, 제2 전극(163)이 형성되는 영역의 아래에는 제1 컨택 전극(130)과 제1 도전형 반도체층(121)이 오믹 컨택하는 부분이 위치하지 않을 수 있다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 발광 구조체(120)의 홀(120h)들은 발광 소자(100a)의 일 측면에 인접하는 영역을 제외한 나머지 부분에만 형성될 수 있다.
제1 전극(161)과 제2 전극(163)은 서로 다른 부피를 가질 수 있고, 제1 전극(161)의 부피는 제2 전극(163)의 부피에 비해 클 수 있다. 또한, 제1 전극(161)과 제2 전극(163)의 두께는 약 70 내지 80㎛ 이상으로 형성될 수 있으며, 대체로 동일한 두께로 형성될 수 있다. 따라서, 제1 전극(161)의 수평 단면적은 제2 전극(163)의 수평 단면적에 비해 클 수 있고, 예를 들어, 제1 전극(161)의 수평 단면적은, 제1 및 제2 전극(161, 163)의 수평 단면적을 합한 값의 0.8배 이상 1배 미만의 크기를 가질 수 있다.
즉, 상기 발광 소자(100a)는 수평 단면적이 제2 전극(163)의 수평 단면적보다 비교적 매우 큰 제1 전극(161)을 포함한다. 제1 도전형 반도체층(121)이 N형 반도체층인 경우 제1 전극(161) 역시 N형 전극으로 기능할 수 있으며, 상술한 바와 같이, 발광 소자(100a)의 구동 시, 발광 및 발열이 제1 전극(161)이 위치하는 영역에서 집중된다. 따라서, 본 실시예와 같이 제1 전극(161)의 수평 단면적을 제2 전극(163)의 수평 단면적에 비해 월등히 크게 형성함으로써, 발광 소자(100a)의 전체 발광 영역에서 발광을 균일하게 하여 발광 특성을 향상시킬 수 있고, 제1 전극(161)을 통해 효과적으로 열을 방출시켜 발광 소자(100a)의 열 방출 효율을 향상시킬 수 있다.
더욱이, 제1 전극(161)은 제1 컨택 전극(130)과 직접적으로 접촉하고, 나아가, 제1 컨택 전극(130)의 오믹 컨택 영역(131)들과도 직접적으로 접촉할 수 있다. 이때, 오믹 컨택 영역(131)들은 복수의 홀(120h)의 위치에 대응하고, 홀(120h)들이 대체로 규칙적으로 발광 구조체(120)에 전반적으로 배치된다. 이에 따라, 전류를 수평 방향으로 고르게 분산시켜 발광 소자(100a)의 전기적 특성을 향상시킬 수 있고, 발광 구조체(120)로부터 발생하는 열을 오믹 컨택 영역(131) 및 제1 전극(161)을 통해 효과적으로 외부로 방출시킬 수 있다.
덧붙여, 제2 전극(163)이 형성되는 영역의 아래에는 제1 컨택 전극(130)과 제1 도전형 반도체층(121)이 오믹 컨택하는 부분이 위치하지 않도록 하여, 제1 도전형 반도체층(121)과 제1 컨택 전극(130)이 오믹 컨택하는 부분에서 발생하는 열을 모두 제1 전극(161)을 통해 방출되도록 할 수 있다. 따라서, 발광 소자(100a)의 열 방출 효율이 더욱 향상될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 발광 소자(100a)의 발광 효율 및 방열 효율이 향상되어, 신뢰성 및 수명이 향상될 수 있다.
한편, 제1 전극(161)과 제2 전극(163)은 금속 입자들 및 상기 금속 입자들 사이에 개재된 비금속성 물질을 포함할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 전극(161, 163) 각각은 상기 금속 입자들과 비금속성 물질을 포함하는 금속 입자 소결체를 포함할 수 있다. 상기 금속 입자 소결체 내에서, 금속 입자들은 소결되어 복수의 그레인(grain)이 배치된 형태로 형성될 수 있고, 금속 입자들 사이의 적어도 일부 영역에는 비금속성 물질이 개재될 수 있다. 이러한 비금속성 물질은 제1 전극(161) 및 제2 전극(163)에 발생할 수 있는 스트레스를 완화시켜주는 버퍼 역할을 할 수 있다. 이에 따라, 제1 전극(161) 및 제2 전극(163)의 기계적 안정성이 향상되어, 전극들(161, 163)로부터 발광 구조체(120)에 인가될 수 있는 스트레스가 감소될 수 있다.
제1 전극(161) 및 제2 전극(163) 각각의 금속 입자들은 제1 및 제2 전극(161, 163) 각각의 질량 대비 80 내지 98wt%의 비율로 포함될 수 있다. 제1 전극(161) 및 제2 전극(163)이 상술한 비율의 금속 입자를 포함함으로써, 우수한 열전도성 및 전기 전도성을 가질 수 있고, 전극들(161, 163)에 발생할 수 있는 스트레스를 효과적으로 완충시켜 전극들(161, 163)의 기계적 안정성이 향상될 수 있다.
금속 입자들은 열전도성 및 전기적 도전성을 갖는 물질이면 한정되지 않으며, 예를 들어, Cu, Au, Ag, Pt 등을 포함할 수 있다. 비금속성 물질은 전극을 형성하기 위한 소결 대상이 되는 물질로부터 유래된 것일 수 있고, 예를 들어, C를 포함하는 폴리머 물질일 수 있다.
상술한 실시예에서 금속 입자는 금속 입자 소결체 형태로 제1 및 제2 전극(161, 163)에 포함된 것으로 설명되나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 달리, 제1 전극(161) 및 제2 전극(163)은 금속의 증착 및/또는 도금을 통해 형성된 것일 수도 있다. 이 경우 제1 전극(161)과 제2 전극(163)은 다중층으로 이루어질 수 있다.
본 실시예에서, 제1 전극(161)과 제2 전극(163)은 제2 절연부(153)의 상면에 대해 대체로 수직인 측면을 가질 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 전극(261) 및 제2 전극(263) 각각은 경사진 측면을 가질 수도 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자(100b)를 설명하기 위한 단면도이며, 도 1 및 도 2의 발광 소자(100a)와 비교하여 전극들(261, 263)은 경사진 측면을 갖는다.
도 3을 참조하면, 제1 전극(261) 및 제2 전극(263) 각각은 경사진 측면을 포함할 수 있다. 특히, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 전극(261) 및 제2 전극(263) 각각은 그 수직 단면의 측면에 대한 접선(TL)의 기울기가 변화하는 경사진 측면을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 전극(261) 및 제2 전극(263) 각각의 수직 단면의 측면에 대한 접선(TL)의 기울기는 하부에서 상부를 향하는 방향으로 증가하다가, 소정의 변곡점을 지나 다시 기울기가 증가할 수 있다. 따라서, 제1 전극(261) 및 제2 전극(263) 각각의 경사진 측면은 상기 접선(TL)의 기울기가 증가하는 영역과 상기 접선(TL)의 기울기가 감소하는 영역을 포함할 수 있다.
제1 전극(261) 및 제2 전극(263) 각각은 그 수직 단면의 측면에 대한 접선(TL)의 기울기가 변화하는 경사진 측면을 포함함으로써, 제1 전극(261) 및 제2 전극(263) 각각의 수평 단면적이 상하 방향으로 변화할 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 제1 전극(261) 및 제2 전극(263) 각각의 수평 단면적은 발광 구조체(120)의 상면에서 멀어지는 방향으로 작아질 수 있다.
따라서, 제1 전극(261) 및 제2 전극(263) 각각은 상술한 형태의 측면을 갖도록 그 형상이 결정될 수 있고, 예컨대, 절두아치형과 유사한 형태로 형성될 수 있다. 제1 전극(261) 및 제2 전극(263)이 그 수직 단면의 측면에 대한 접선(TL)의 기울기가 변화하는 경사진 측면을 포함하여, 제1 및 제2 전극(261, 263)과 제3 절연부(170)의 계면에서의 기계적 안정성이 향상될 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 전극(161)과 제2 전극(163)은 각각 제1 컨택 전극(130)과 제2 컨택 전극(140)에 직접적으로 접촉될 수 있다. 즉, 제1 전극(161)과 제2 전극(163)은 각각 제1 및 제2 컨택 전극 상에 직접적으로 접촉되도록 형성될 수 있어, 도금법을 이용하는 경우 필요한 시드층(seed layer) 또는 솔더를 이용하는 경우 필요한 웨팅층(wetting)과 같은 별도의 추가적인 구성이 생략될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 제1 전극(161)과 제2 전극(163)의 간의 간격 중 최단 거리는 약 10 내지 80㎛일 수 있다. 이에 따라, 전극들 간의 간격이 멀어져 발광 소자(100a)의 순방향 전압(Vf)이 증가하는 것을 방지할 수 있으며, 또한, 전극들 간의 간격을 줄인 만큼 전극들(161, 163)의 수평 단면적을 크게 할 수 있어서 발광 소자(100a)의 열 방출 효율이 향상될 수 있다.
제3 절연부(170)는 발광 구조체(120) 상에 전극들(161, 163)의 측면을 적어도 부분적으로 덮도록 형성될 수 있다. 제3 절연부(170)의 상면에는 제1 전극(161) 및 제2 전극(163)이 노출될 수 있다.
제3 절연부(170)는 전기적으로 절연성을 가지며, 제1 전극(161) 및 제2 전극(163)의 측면을 덮어, 효과적으로 이들을 서로 절연시킨다. 동시에, 제3 절연부(170)는 제1 전극(161) 및 제2 전극(163)을 지지하는 역할을 할 수 있다. 제3 절연부(170)의 상면은 제1 전극(161) 및 제2 전극(163)의 상면들과 대체로 동일한 높이로 나란하게 형성될 수 있다.
제3 절연부(170)는 절연성 폴리머 및/또는 절연성 세라믹을 포함할 수 있고, 예를 들어, EMC(Epoxy Molding Compound), Si 수지와 같은 물질을 포함할 수 있다. 또한, 제3 절연부(170)는 TiO2입자와 같은 광 반사성 및 광 산란 입자를 포함할 수도 있다.
또한, 도시된 바와 달리, 제3 절연부(170)는 발광 구조체(120) 측면까지 덮을 수도 있으며, 이 경우, 발광 구조체(120)에서 방출된 광의 발광 각도가 달라질 수 있다. 예를 들어, 제3 절연부(170)가 발광 구조체(120) 측면의 적어도 일부까지 더 덮는 경우, 발광 구조체(120)의 측면으로 방출된 광 중 일부가 발광 구조체(120)의 하면으로 반사될 수 있다. 이와 같이, 제3 절연부(170)가 배치되는 영역을 조절함으로써, 발광 소자(100a)의 발광 각도를 조절할 수 있다.
또한, 발광 소자(100a)는 제1 패드 전극(미도시) 및 제2 패드 전극(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 패드 전극은 제3 절연부(170)의 상에 위치할 수 있고, 각각 제1 및 제2 전극(161, 163)에 전기적으로 접촉될 수 있다.
발광 소자(100a)를 모듈 등에 적용하는 경우, 제1 및 제2 패드 전극은 발광 소자(100a)가 별도의 추가적인 기판 등에 더욱 안정적으로 실장될 수 있도록 한다. 예를 들어, 제1 및 제2 전극(161, 163)이 Cu 또는 Ag 입자 소결체를 포함하는 경우, 제1 및 제2 전극(161, 163)은 솔더 등에 대한 젖음성이 좋지 않다. 따라서 제1 및 제2 패드 전극을 제3 절연부(170) 상에 더 배치함으로써, 발광 소자(100a)가 안정적으로 실장될 수 있도록 할 수 있다.
제1 및 제2 전극 패드는 금속과 같은 도전성 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어, Ni, Pt, Pd, Rh, W, Ti, Al, Ag, Sn, Cu, Ag, Bi, In, Zn, Sb, Mg, Pb 등을 포함할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 전극 패드 각각은 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있다.
파장변환부는 발광 구조체(120)의 하면 상에 위치할 수 있다.
파장변환부는 발광 구조체(120)에서 방출된 광의 파장을 변환시켜, 발광 소자가 원하는 파장대의 광을 방출할 수 있도록 한다. 파장변환부는 형광체 및 상기 형광체가 담지되는 담지체를 포함할 수 있다. 상기 형광체는 통상의 기술자에게 널리 알려진 다양한 형광체들을 포함할 수 있고, 가넷형 형광체, 알루미네이트 형광체, 황화물 형광체, 산질화물 형광체, 질화물 형광체, 불화물계 형광체, 규산염 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 담지체 역시 통상의 기술자에게 널리 알려진 물질을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 에폭시 수지나 아크릴 수지와 같은 폴리머 수지, 또는 실리콘 수지를 포함할 수 있다. 또한, 파장변환부는 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있다.
상기 파장변환부는 발광 구조체(120)의 하면을 덮을 수 있고, 나아가 발광 구조체(120)의 측면까지 덮을 수 있으며, 더 나아가 제3 절연부(170)의 측면까지 덮도록 형성될 수도 있다.
본 실시예에서, 복수의 홀(120h)을 포함하는 발광 구조체(120)를 갖는 발광 소자(100a)에 대해서 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 발광 구조체(120), 제1 및 제2 컨택 전극(130, 140), 제1 및 제2 절연부(151, 153)의 상호 결합·배치 관계는 다양하게 변형될 수 있으며, 이러한 변형된 형태의 발광 소자 역시 본 발명의 범위에 포함된다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도들 및 단면도이다.
도 4 및 도 5의 실시예에 따른 발광 소자(100c)는 도 1 및 도 2의 발광 소자(100a)와 대체로 유사하나, 제3 개구부(153a)에서 차이가 있고, 또한, 제1 및 제2 배선층(181, 183)을 더 포함하는 점에서 차이가 있다. 이하 차이점을 중심으로 본 실시예의 발광 소자(100c)에 대해 설명하며, 동일한 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 4의 (a)는 발광 소자(100c)의 평면도이고, (b)는 홀(120h)의 위치 및 제3 개구부(153a)와 제4 개구부(153b)의 위치를 설명하기 위한 평면도이며, 도 5는 도 4의 (a)와 (b)의 B-B선에 대응하는 영역의 단면을 도시하는 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 발광 소자(100c)는 제1 도전형 반도체층(121), 활성층(123) 및 제2 도전형 반도체층(125)을 포함하는 발광 구조체(120), 제1 컨택 전극(130), 제2 컨택 전극(140), 제1 및 제2 절연부(151, 153), 제1 전극(161), 제2 전극(163), 제3 절연부(170), 제1 배선층(181) 및 제2 배선층(183)을 포함할 수 있다. 나아가, 발광 소자(100c)는 제1 및 제2 패드 전극(미도시), 성장 기판(미도시) 및 파장변환부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
제2 절연부(153)의 제3 개구부(153a)는 제1 컨택 전극(130)을 덮되, 제1 컨택 전극(130)을 부분적으로 노출시킬 수 있다. 이때, 제3 개구부(153a)는 전체 홀(120h)들 중 일부의 홀(120h)들이 위치하는 영역 상에만 형성될 수 있다. 따라서, 일부의 오믹 컨택 영역(131)들 만이 제3 개구부(153a)에 노출되고, 나머지 오믹 컨택 영역(131)들은 제2 절연부(153)에 덮일 수 있다.
제3 개구부(153a)는 제4 개구부(153b)의 위치에 반대하여 위치할 수 있고, 구체적으로, 제4 개구부(153b)가 발광 소자(100c)의 일 측면에 인접하여 위치하는 경우, 제3 개구부(153a)는 상기 일 측면에 반대하여 위치하는 타 측면에 인접하여 위치할 수 있다.
한편, 본 실시예의 발광 소자(100c)는 제1 전극(161) 및 제2 전극(163) 각각의 아래에 위치하는 제1 배선층(181) 및 제2 배선층(183)을 더 포함할 수 있다.
제1 배선층(181)은 제1 컨택 전극(130)과 제1 전극(161)을 전기적으로 연결할 수 있고, 제2 배선층(183)은 제2 컨택 전극(140)과 제2 전극(163)을 전기적으로 연결할 수 있다.
나아가, 제1 전극(161)과 제2 전극(163)이 증착 또는 도금 방식을 통해 형성되는 경우, 제1 및 제2 배선층(181, 183)은 시드층 역할을 할 수 있다. 뿐만 아니라, 제1 전극(161) 및 제2 전극(163)이 소결 방식을 통해 형성되는 경우에도, 웨팅층의 역할을 하여 제1 전극(161) 및 제2 전극(163)이 안정적으로 형성될 수 있도록 돕는 역할을 할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 배선층(181, 183)에 의해 제1 및 제2 전극(161, 163)이 안정적으로 발광 구조체(120)에 접착될 수 있다.
따라서, 배선층들(181, 183)은 시드층 또는 웨팅층 역할을 할 수 있도록, 금속 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 배선층들(181, 183)은 Cu, Au, Ag, Ni, Pt 등을 포함할 수 있다.
배선층들(181, 183)은 본 실시예에 한정되어 적용되는 것은 아니며, 다른 실시예들에 대해서도 적용될 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도들 및 단면도이다.
도 6 및 도 7의 실시예에 따른 발광 소자(100d)는 도 1 및 도 2의 발광 소자(100a)와 대체로 유사하나, 연결층(210) 및 패드 전극들(231, 233)을 더 포함하는 점에서 차이가 있다. 이하 차이점을 중심으로 본 실시예의 발광 소자(100d)에 대해 설명하며, 동일한 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 6의 (a)는 발광 소자(100d)의 평면도이고, (b)는 홀(120h)의 위치 및 제3 개구부(153a)와 제4 개구부(153b)의 위치를 설명하기 위한 평면도이며, 도 7은 도 6의 (a)와 (b)의 C-C선에 대응하는 영역의 단면을 도시하는 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 발광 소자(100d)는 제1 도전형 반도체층(121), 활성층(123) 및 제2 도전형 반도체층(125)을 포함하는 발광 구조체(120), 제1 컨택 전극(130), 제2 컨택 전극(140), 제1 및 제2 절연부(151, 153), 제1 전극(161), 제2 전극(163), 제3 절연부(170), 연결층(210), 및 패드 전극들(231, 233)을 포함할 수 있다. 나아가, 발광 소자(100d)는 성장 기판(미도시) 및 파장변환부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
연결층(210)은 제1 전극(161), 제2 전극(163) 및 제3 절연부(170) 상에 위치할 수 있다.
연결층(210)은 제1 연결층(211), 제2 연결층(213) 및 절연물질층(215)을 포함할 수 있다. 제1 연결층(211) 및 제2 연결층(213)은 각각 제1 전극(161)과 제2 전극(163) 상에 위치하며, 전기적으로 연결될 수 있다. 절연물질층(215)은 제1 연결층(211)과 제2 연결층(213)을 절연시킨다. 절연물질층(215), 제1 연결층(211) 및 제2 연결층(213)의 상면들은 대체로 동일한 평면을 이루도록, 나란하게 형성될 수 있다.
제1 연결층(211) 및 제2 연결층(213)은 전기적 전도성을 갖는 금속 또는 도전성 산화물, 도전성 질화물 등을 포함할 수 있으며, 특히, 전기전도도가 높은 Au, Ag, Cu, Ni, Pt 등을 포함하는 금속으로 형성될 수 있다. 절연물질층(215)은 SiO2, SiNx, 또는 절연성 고분자 등을 포함할 수 있다.
제1 패드 전극(231) 및 제2 패드 전극(233)은 연결층(210) 상에 위치하되, 연결층(210)에 의해 전극들(161, 163)과 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 제1 및 제2 패드 전극(231, 233)은 각각 제1 연결층(211) 및 제2 연결층(213)에 의해 제1 및 제2 전극(161, 163)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 패드 전극(231) 및 제2 패드 전극(233)은 발광 소자(100d)가 별도의 추가적인 기판 등에 더욱 안정적으로 실장될 수 있도록 한다. 예를 들어, 제1 및 제2 전극(161, 163)이 Cu 또는 Ag 입자 소결체를 포함하는 경우, 제1 및 제2 전극(161, 163)은 솔더 등에 대한 젖음성이 좋지 않다. 따라서 제1 및 제2 패드 전극을 제3 절연부(170) 상에 더 배치함으로써, 발광 소자(100d)가 안정적으로 실장될 수 있도록 할 수 있다.
나아가, 제1 패드 전극(231)의 수평 단면적은 제1 전극(161)의 수평 단면적에 비해 더 작을 수 있고, 제2 패드 전극(233)의 수평 단면적은 제2 전극(163)의 수평 단면적에 비해 더 클 수 있다. 특히, 제1 패드 전극(231)의 수평 단면적과 제2 패드 전극(233)의 수평 단면적은 대체로 동일할 수 있다.
제1 전극(161)의 수평 단면적이 제2 전극(163)의 수평 단면적에 비해 훨씬 클 경우, 발광 소자를 PCB와 같은 2차 기판에 실장하는 경우 불량이 발생할 수도 있다. 또한, 이러한 발광 소자를 2차 기판에 안정적으로 실장시키기 위해서 상기 2차 기판에서 발광 소자가 실장되는 부분의 도전 패턴을 변경해야 한다. 그러나, 본 실시예의 발광 소자(100d)는 제1 패드 전극(231)과 제2 패드 전극(233)을 더 포함함으로써, 발광 소자(100d)가 2차 기판에 실장되는 면의 전극들이 일반적인 발광 소자(100d)와 유사하게 형성될 수 있다. 따라서, 공정의 추가나 변경없이 일반적인 발광 소자 실장 방법을 통해 본 발명의 발광 소자(100d)를 다양한 어플리케이션에 적용할 수 있으며, 실장 공정에서의 불량률도 감소시킬 수 있다.
제1 및 제2 패드 전극(231, 233)은 금속과 같은 도전성 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어, Ni, Pt, Pd, Rh, W, Ti, Al, Ag, Sn, Cu, Ag, Bi, In, Zn, Sb, Mg, Pb 등을 포함할 수 있다.
한편, 절연물질층(215)은 약 10㎛ 이하의 두께를 가질 수 있고, 이에 따라, 절연물질층(215)에 의해 제1 및 제2 전극(161, 163)으로부터 방출되는 열이 외부로 방출되는 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도들 및 단면도이다.
도 8 및 도 9의 실시예에 따른 발광 소자(100e)는 도 6 및 도 7의 발광 소자(100d)와 대체로 유사하나, 복수의 제2 전극(163)을 포함하는 점에서 차이가 있다. 이하 차이점을 중심으로 본 실시예의 발광 소자(100e)에 대해 설명하며, 동일한 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 8의 (a)는 발광 소자(100e)의 평면도이고, (b)는 홀(120h)의 위치 및 제3 개구부(153a)와 제4 개구부(153b)의 위치를 설명하기 위한 평면도이며, 도 9는 도 8의 (a)와 (b)의 D-D선에 대응하는 영역의 단면을 도시하는 단면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 발광 소자(100e)는 제1 도전형 반도체층(121), 활성층(123) 및 제2 도전형 반도체층(125)을 포함하는 발광 구조체(120), 제1 컨택 전극(130), 제2 컨택 전극(140), 제1 및 제2 절연부(151, 153), 제1 전극(161), 제2 전극(163), 제3 절연부(170), 연결층(210), 및 패드 전극들(231, 233)을 포함할 수 있다. 나아가, 발광 소자(100e)는 성장 기판(미도시) 및 파장변환부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
제2 전극(163)은 복수 개로 형성될 수 있다. 이에 따라, 도 6 및 도 7의 발광 소자(100d)에 비해 홀(120h)의 개수가 증가될 수 있고, 제3 개구부(153a)의 면적이 더 커질 수 있으며, 제1 전극(161)의 수평 단면적 역시 증가될 수 있다. 제2 전극(163)들은 서로 이격될 수 있고, 일부 홀(120h)들은 제2 전극(163)들 사이에 배치될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제1 전극(161)의 수평 단면적이 더 증가되어, 발광 소자(100e)의 열 방출 효율이 더욱 증가할 수 있고, 발광 특성 역시 향상될 수 있다.
한편, 패드 전극들(231, 233)은 생략될 수도 있다.
이상에서, 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명하였지만, 상술한 각각의 실시예들 및 특징들에 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 실시예들에서 설명하는 기술적 특징들의 결합 및 치환을 통하여 변경된 발명 역시 본 발명의 범위에 모두 포함되며, 본 발명의 특허청구범위에 의한 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능하다.
Claims (23)
- 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층의 사이에 위치하는 활성층을 포함하는 발광 구조체;
상기 발광 구조체 상에 위치하며, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층에 각각 오믹 컨택하는 제1 컨택 전극 및 제2 컨택 전극;
상기 제1 컨택 전극 및 제2 컨택 전극을 부분적으로 덮는 제1 및 제2 절연부;
상기 발광 구조체 상에 위치하며, 상기 제1 및 제2 컨택 전극 각각에 전기적으로 연결된 제1 전극 및 제2 전극;
상기 제1 전극의 아래에 위치하는 제1 배선층;
상기 제2 전극의 아래에 위치하는 제2 배선층;
상기 제1 전극 및 제2 전극의 측면을 덮는 제3 절연부;
상기 제1 전극, 제2 전극 및 제3 절연부 상에 위치하는 연결층; 및
상기 연결층 상에 위치하는 제1 패드 전극 및 제2 패드 전극을 포함하고,
상기 제1 패드 전극 및 제2 패드 전극은 상기 연결층을 통해 각각 상기 제1 전극과 제2 전극에 전기적으로 연결되며,
상기 제1 패드 전극의 수평 면적은 상기 제1 전극의 수평 면적보다 작고, 상기 제2 패드 전극의 수평 면적은 상기 제2 전극의 수평 면적보다 크고,
상기 제1 전극은 상기 제1 컨택 전극과 상기 제1 도전형 반도체층이 오믹 컨택하는 부분 상에 위치하며,
상기 제1 컨택 전극은 상기 제1 도전형 반도체층과 접촉하여 오믹 컨택하는 복수의 오믹 컨택 영역을 포함하고,
상기 복수의 오믹 컨택 영역 중 일부만 상기 제1 전극과 접촉하며,
상기 제1 배선층의 일부는 상기 제1 컨택 전극과 접촉하고, 상기 제2 배선층의 일부는 상기 제2 컨택 전극과 접촉하는 발광 소자. - 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층의 사이에 위치하는 활성층을 포함하는 발광 구조체;
상기 발광 구조체 상에 위치하며, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층에 각각 오믹 컨택하는 제1 컨택 전극 및 제2 컨택 전극;
상기 제1 컨택 전극 및 제2 컨택 전극을 부분적으로 덮는 제1 및 제2 절연부;
상기 발광 구조체 상에 위치하며, 상기 제1 및 제2 컨택 전극 각각에 전기적으로 연결된 제1 전극 및 제2 전극;
상기 제1 전극 및 제2 전극의 측면을 덮는 제3 절연부;
상기 제1 전극, 제2 전극 및 제3 절연부 상에 위치하는 연결층; 및
상기 연결층 상에 위치하는 제1 패드 전극 및 제2 패드 전극을 포함하고,
상기 제1 패드 전극 및 제2 패드 전극은 상기 연결층을 통해 각각 상기 제1 전극과 제2 전극에 전기적으로 연결되며,
상기 제1 패드 전극의 수평 면적은 상기 제1 전극의 수평 면적보다 작고, 상기 제2 패드 전극의 수평 면적은 상기 제2 전극의 수평 면적보다 크고,
상기 제1 전극의 수평 단면적은, 상기 제1 전극과 제2 전극 각각의 수평 단면적의 합의 0.8배 이상 1배 미만인 발광 소자. - 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층의 사이에 위치하는 활성층을 포함하는 발광 구조체;
상기 발광 구조체 상에 위치하며, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층에 각각 오믹 컨택하는 제1 컨택 전극 및 제2 컨택 전극;
상기 제1 컨택 전극 및 제2 컨택 전극을 부분적으로 덮는 제1 및 제2 절연부;
상기 발광 구조체 상에 위치하며, 상기 제1 및 제2 컨택 전극 각각에 전기적으로 연결된 제1 전극 및 제2 전극;
상기 제1 전극 및 제2 전극의 측면을 덮는 제3 절연부;
상기 제1 전극, 제2 전극 및 제3 절연부 상에 위치하는 연결층; 및
상기 연결층 상에 위치하는 제1 패드 전극 및 제2 패드 전극을 포함하고,
상기 제1 패드 전극 및 제2 패드 전극은 상기 연결층을 통해 각각 상기 제1 전극과 제2 전극에 전기적으로 연결되며,
상기 제1 패드 전극의 수평 면적은 상기 제1 전극의 수평 면적보다 작고, 상기 제2 패드 전극의 수평 면적은 상기 제2 전극의 수평 면적보다 크고,
상기 제2 전극은 복수 개로 형성되며, 상기 제2 전극들은 상기 제2 패드 전극에 전기적으로 연결된 발광 소자. - 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층의 사이에 위치하는 활성층을 포함하는 발광 구조체;
상기 발광 구조체 상에 위치하며, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층에 각각 오믹 컨택하는 제1 컨택 전극 및 제2 컨택 전극;
상기 제1 컨택 전극 및 제2 컨택 전극을 부분적으로 덮는 제1 및 제2 절연부;
상기 발광 구조체 상에 위치하며, 상기 제1 및 제2 컨택 전극 각각에 전기적으로 연결된 제1 전극 및 제2 전극;
상기 제1 전극 및 제2 전극의 측면을 덮는 제3 절연부;
상기 제1 전극, 제2 전극 및 제3 절연부 상에 위치하는 연결층; 및
상기 연결층 상에 위치하는 제1 패드 전극 및 제2 패드 전극을 포함하고,
상기 제1 패드 전극 및 제2 패드 전극은 상기 연결층을 통해 각각 상기 제1 전극과 제2 전극에 전기적으로 연결되며,
상기 제1 패드 전극의 수평 면적은 상기 제1 전극의 수평 면적보다 작고, 상기 제2 패드 전극의 수평 면적은 상기 제2 전극의 수평 면적보다 크고,
상기 제1 및 제2 전극 각각은 금속 입자들 및 상기 금속 입자들 사이에 개재된 비금속성 물질을 포함하는 발광 소자. - 청구항 2 내지 청구항 4의 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 전극은 상기 제1 컨택 전극과 상기 제1 도전형 반도체층이 오믹 컨택하는 부분 상에 위치하는 발광 소자. - 청구항 5에 있어서,
상기 제2 전극의 아래에는, 상기 제1 컨택 전극과 상기 제1 도전형 반도체층이 오믹 컨택하는 부분이 위치하지 않는 발광 소자. - 청구항 5에 있어서,
상기 제1 컨택 전극은 상기 제1 도전형 반도체층과 접촉하여 오믹 컨택하는 복수의 오믹 컨택 영역을 포함하고,
상기 제1 전극은 상기 제1 컨택 전극의 상기 복수의 오믹 컨택 영역 전부와 접촉된 발광 소자. - 청구항 5에 있어서,
상기 제1 컨택 전극은 상기 제1 도전형 반도체층과 접촉하여 오믹 컨택하는 복수의 오믹 컨택 영역을 포함하고,
상기 복수의 오믹 컨택 영역 중 일부만 상기 제1 전극과 접촉하는 발광 소자. - 청구항 8에 있어서,
상기 제1 전극의 아래에 위치하는 제1 배선층; 및
상기 제2 전극의 아래에 위치하는 제2 배선층을 더 포함하고,
상기 제1 배선층의 일부는 상기 제1 컨택 전극과 접촉하고, 상기 제2 배선층의 일부는 상기 제2 컨택 전극과 접촉하는 발광 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 제2 절연부의 일부는 상기 제1 배선층과 상기 제1 컨택 전극의 사이에 위치하는 발광 소자. - 청구항 1, 청구항 3, 및 청구항 4의 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 전극의 수평 단면적은, 상기 제1 전극과 제2 전극 각각의 수평 단면적의 합의 0.8배 이상 1배 미만인 발광 소자. - 청구항 1 내지 청구항 4의 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 패드 전극의 수평 면적과 상기 제2 패드 전극의 수평 면적은 동일한 발광 소자. - 청구항 1 내지 청구항 4의 어느 한 항에 있어서,
상기 연결층은,
절연물질층;
상기 제1 전극과 상기 제1 패드 전극을 전기적으로 연결하며, 상기 절연물질층을 관통하는 제1 연결층; 및
상기 제2 전극과 상기 제2 패드 전극을 전기적으로 연결하며, 상기 절연물질층을 관통하는 제2 연결층을 포함하는 발광 소자. - 청구항 1, 청구항 2, 및 청구항 4의 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 전극은 복수 개로 형성되며, 상기 제2 전극들은 상기 제2 패드 전극에 전기적으로 연결된 발광 소자. - 청구항 3에 있어서,
상기 제1 컨택 전극은 상기 제1 도전형 반도체층과 접촉하여 오믹 컨택하는 복수의 오믹 컨택 영역을 포함하고,
상기 복수의 오믹 컨택 영역들 중 일부는 상기 제2 전극들 사이에 배치된 발광 소자. - 청구항 1 내지 청구항 3의 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 전극 각각은 금속 입자들 및 상기 금속 입자들 사이에 개재된 비금속성 물질을 포함하는 발광 소자. - 청구항 4에 있어서,
상기 금속 입자들과 상기 비금속성 물질은 금속 입자 소결체 형태로 형성된 발광 소자. - 청구항 17에 있어서,
상기 제1 전극 및 제2 전극 각각은 경사진 측면을 포함하고, 상기 경사진 측면은 제1 전극 및 제2 전극 각각의 수직 단면의 접선 기울기가 변화하는 측면을 포함하는 발광 소자. - 청구항 4에 있어서,
상기 제1 전극 및 제2 전극 각각은 80 내지 98 wt%의 금속 입자들을 포함하는 발광 소자. - 청구항 1 내지 청구항 4의 어느 한 항에 있어서,
상기 발광 구조체는 상기 활성층과 상기 제2 도전형 반도체층이 부분적으로 제거되어 상기 제1 도전형 반도체층이 부분적으로 노출된 영역을 더 포함하고,
상기 제1 컨택 전극은 상기 제1 도전형 반도체층이 부분적으로 노출된 영역을 통해 상기 제1 도전형 반도체층과 오믹 컨택하는 발광 소자. - 청구항 20에 있어서,
상기 제1 도전형 반도체층이 부분적으로 노출된 영역은 복수의 홀 형태로 형성되는 발광 소자. - 청구항 21에 있어서,
상기 제2 컨택 전극은 상기 제2 도전형 반도체층 상에 위치하고,
상기 제1 절연부는 상기 제2 컨택 전극 및 발광 구조체를 덮되, 상기 제1 도전형 반도체층이 노출된 영역의 일부 및 상기 제2 컨택 전극의 일부를 각각 노출시키는 제1 개구부 및 제2 개구부를 포함하고,
상기 제1 컨택 전극은 상기 제1 절연부를 적어도 부분적으로 덮되, 상기 제1 개구부를 통해 상기 제1 도전형 반도체층과 접촉하며,
상기 제2 절연부는 상기 제1 컨택 전극을 부분적으로 덮되, 상기 제1 컨택 전극을 부분적으로 노출시키는 제3 개구부 및 상기 제2 개구부의 위치에 대응하여 배치되어 상기 제2 컨택 전극의 일부를 노출시키는 제4 개구부를 포함하는 발광 소자. - 청구항 22에 있어서,
상기 제1 전극은 상기 제3 개구부를 통해 상기 제1 컨택 전극과 접촉하고, 상기 제2 전극은 상기 제4 개구부를 통해 상기 제2 컨택 전극과 접촉하며,
상기 복수의 홀은 모두 상기 제3 개구부의 영역 아래에 위치하는 발광 소자.
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