KR102285786B1 - 반도체 발광 소자 - Google Patents

반도체 발광 소자 Download PDF

Info

Publication number
KR102285786B1
KR102285786B1 KR1020140006747A KR20140006747A KR102285786B1 KR 102285786 B1 KR102285786 B1 KR 102285786B1 KR 1020140006747 A KR1020140006747 A KR 1020140006747A KR 20140006747 A KR20140006747 A KR 20140006747A KR 102285786 B1 KR102285786 B1 KR 102285786B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light emitting
layer
electrode
emitting structures
insulating
Prior art date
Application number
KR1020140006747A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150086731A (ko
Inventor
황경욱
서주빈
연지혜
유건욱
이동훈
Original Assignee
삼성전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자 주식회사 filed Critical 삼성전자 주식회사
Priority to KR1020140006747A priority Critical patent/KR102285786B1/ko
Priority to US14/501,232 priority patent/US9159882B2/en
Publication of KR20150086731A publication Critical patent/KR20150086731A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102285786B1 publication Critical patent/KR102285786B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/44—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating
    • H01L33/46—Reflective coating, e.g. dielectric Bragg reflector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/08—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a plurality of light emitting regions, e.g. laterally discontinuous light emitting layer or photoluminescent region integrated within the semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H01L33/24—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate of the light emitting region, e.g. non-planar junction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/40—Materials therefor
    • H01L33/405—Reflective materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/40—Materials therefor
    • H01L33/42—Transparent materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/20—Light sources comprising attachment means
    • F21K9/23—Retrofit light sources for lighting devices with a single fitting for each light source, e.g. for substitution of incandescent lamps with bayonet or threaded fittings
    • F21K9/232—Retrofit light sources for lighting devices with a single fitting for each light source, e.g. for substitution of incandescent lamps with bayonet or threaded fittings specially adapted for generating an essentially omnidirectional light distribution, e.g. with a glass bulb
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161—Disposition
    • H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/44—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/52—Encapsulations
    • H01L33/54—Encapsulations having a particular shape

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

반도체 발광 소자는 주면을 가지는 제1 도전형 반도체층과, 제1 도전형 반도체층의 상부로 돌출된 복수의 수직형 발광 구조체와, 복수의 수직형 발광 구조체를 덮는 투명 전극층과, 투명 전극층 위에서 복수의 수직형 발광 구조체를 덮도록 제1 도전형 반도체층과 평행하게 연장되는 절연 충진층을 포함한다. 제1 도전형 반도체층 및 절연 충진층 중 외부로 방출되기 위한 빛의 투과 경로상에 배치되는 어느 하나의 층은 복수의 수직형 발광 구조체로부터 먼 측의 표면에 요철이 형성되어 있다.

Description

반도체 발광 소자 {Semiconductor light-emitting device}
본 발명의 기술적 사상은 발광 소자에 관한 것으로, 특히 3 차원 형태의 나노 구조를 가지는 반도체 발광 소자에 관한 것이다.
반도체 발광 소자의 일종인 발광 다이오드 (light emitting diode: LED)는 백라이트 등에 사용하는 각종 광원, 조명, 신호기, 대형 디스플레이 등에 폭넓게 이용되고 있다. 조명용 LED 시장이 확대되고 그 활용 범위가 고전류, 고출력 분야로 확대됨에 따라, 3 차원 형태의 나노 구조를 가지는 반도체 발광 소자가 개발되고 있다. 이와 같이 다양한 구조의 활성층을 가지는 발광 소자에서 광 추출 효율을 향상시키기 위한 기술 개발이 필요하다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 3 차원 형태의 나노 구조를 가지는 발광 소자에서 광 추출 효율을 향상시킬 수 있는 반도체 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 반도체 발광 소자는 주면을 가지는 제1 도전형 반도체층과, 상기 제1 도전형 반도체층의 주면으로부터 상기 제1 도전형 반도체층의 상부로 돌출된 복수의 수직형 발광 구조체와, 상기 복수의 수직형 발광 구조체 각각의 적어도 일부를 덮는 투명 전극층과, 상기 투명 전극층 위에서 상기 복수의 수직형 발광 구조체 각각의 상단부를 덮도록 상기 제1 도전형 반도체층의 상기 주면과 평행하게 연장되는 절연 충진층을 포함한다. 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 절연 충진층 중 상기 복수의 수직형 발광 구조체로부터 발생된 빛이 외부로 방출되기 위한 빛의 투과 경로상에 배치되는 어느 하나의 층은 상기 복수의 수직형 발광 구조체로부터 먼 측의 표면에 요철이 형성되어 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 절연 충진층 중 상기 복수의 수직형 발광 구조체를 중심으로 상기 빛의 투과 경로의 반대측에 있는 다른 하나의 층은 상기 복수의 수직형 발광 구조체로부터 먼 측의 표면이 평탄할 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층 중 상기 주면과 반대측 표면을 덮는 기판을 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 기판 중 상기 제1 도전형 반도체층에 대면하는 측의 표면은 평탄할 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 기판 중 상기 제1 도전형 반도체층에 대면하는 측의 표면에는 요철이 형성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 절연 충진층은 상기 복수의 수직형 발광 구조체 각각의 사이를 채우는 제1 부분과, 상기 제1 부분과 일체로 연결되고, 상기 제1 부분 위에서 상기 복수의 수직형 발광 구조체 각각의 상단부를 덮도록 상기 제1 도전형 반도체층의 상기 주면과 평행하게 연장되는 제2 부분을 포함할 수 있다.
상기 절연 충진층은 상기 복수의 수직형 발광 구조체 각각의 사이에서 상기 복수의 수직형 발광 구조체 각각의 일부만을 덮는 제1 절연막과, 상기 제1 절연막 위에서 상기 복수의 수직형 발광 구조체 각각의 상단부를 덮도록 상기 제1 도전형 반도체층의 상기 주면과 평행하게 연장되는 제2 절연막을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 절연막 및 상기 제2 절연막은 각각 투광성 절연막으로 이루어지고, 상기 투명 전극층은 상기 제1 절연막과 상기 제2 절연막과의 사이에 개재될 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 복수의 수직형 발광 구조체에 대면하는 평탄한 표면을 가지는 반사 전극층을 더 포함하고, 상기 제1 절연막은 투광성 절연막으로 이루어지고, 상기 제2 절연막은 상기 투광성 절연막과 상기 반사 전극층과의 사이에 개재되는 절연성 반사층으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 반도체 발광 소자는 상기 복수의 수직형 발광 구조체에 대면하는 평탄한 표면을 가지는 반사 전극층을 더 포함할 수 있다. 그리고, 상기 절연 충진층은 상기 복수의 수직형 발광 구조체 각각의 사이에서 상기 복수의 수직형 발광구조체 각각의 일부만을 덮는 투광성 절연막과, 상기 투광성 절연막과 상기 반사 전극층과의 사이에서 상기 복수의 수직형 발광 구조체 각각의 상단부를 덮도록 상기 제1 도전형 반도체층의 상기 주면과 평행하게 연장되는 절연성 반사층을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 투명 전극층은 상기 복수의 수직형 발광 구조체와 상기 투광성 절연막과의 사이, 및 상기 복수의 수직형 발광 구조체와 상기 절연성 반사층과의 사이에 연장될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 절연성 반사층은 굴절률이 서로 다른 적어도 2 개의 물질이 적어도 2 회 교대로 반복 적층된 다중층 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 반도체 발광 소자는 상기 복수의 수직형 발광 구조체 각각의 사이를 채우는 투광성 절연막을 더 포함하고, 상기 투명 전극층은 상기 투광성 절연막과 상기 절연 충진층과의 사이에 개재될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 반도체 발광 소자는 상기 절연 충진층 위에서 상기 복수의 수직형 발광 구조체를 덮도록 상기 제1 도전형 반도체층의 상기 주면과 평행하게 연장되고, 상기 복수의 수직형 발광 구조체에 대면하는 평탄한 표면을 가지는 금속 전극층을 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 복수의 수직형 발광 구조체로부터 발생되는 빛이 상기 금속 전극층을 향하여 방출되는 빛의 경로에서 상기 빛이 상기 금속 전극층에 도달하기 전에 상기 금속 전극층으로부터 멀어지는 방향으로 반사시키기 위하여 상기 절연 충진층과 상기 금속 전극층과의 사이에서 상기 제1 도전형 반도체층의 상기 주면과 평행하게 연장된 절연성 반사층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 양태에 따른 반도체 발광 소자는 주면과, 상기 주면의 반대측에서 요철이 형성된 배면을 가지는 제1 도전형 반도체층과, 상기 제1 도전형 반도체층의 주면으로부터 상기 제1 도전형 반도체층의 상부로 돌출된 복수의 수직형 발광 구조체와, 상기 복수의 수직형 발광 구조체 각각의 적어도 일부를 덮는 투명 전극층과, 상기 제1 도전형 반도체층 위에서 상기 복수의 수직형 발광 구조체 각각의 적어도 일부를 덮는 절연 충진층과, 상기 절연 충진층 위에서 상기 복수의 수직형 발광 구조체를 덮도록 상기 제1 도전형 반도체층의 상기 주면과 평행하게 연장되고, 상기 복수의 수직형 발광 구조체에 대면하는 평탄한 표면을 가지는 금속 전극층과, 상기 절연 충진층과 상기 금속 전극층과의 사이에서 상기 제1 도전형 반도체층의 상기 주면과 평행하게 연장된 절연성 반사층을 포함한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 반도체 발광 소자는 수직형 발광 구조체로부터 발생된 빛이 외부로 방출되기 위한 빛의 투과 경로에 따라 물질들 간의 계면 형상을 최적화함으로써 광 추출 효율을 개선할 수 있다. 또한, 3 차원 구조의 활성층을 가지는 발광 소자에서 반사 전극층 표면에서의 빛의 반사 횟수를 최소화함으로써 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1 및 도 2a는 각각 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자의 단면도이다.
도 2b는 도 2a에 예시한 반도체 발광 소자에서 채용 가능한 제1 전극 및 제2 전극의 평면 구조를 예시한 평면도이다.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 반도체 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자의 단면도이다.
도 5 및 도 6a는 각각 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 단면도이다.
도 6b는 도 6a에 예시한 투명 전극층의 평면도이다.
도 7a는 나노 로드 형상의 나노 코어를 구비하는 복수의 수직형 발광 구조체에서의 배광 특성을 보여주는 도면이다.
도 7b는 도 7a의 평가에 사용된 복수의 수직형 발광 구조체로부터 방출되는 빛의 상부측 및 하부측에서의 방출 각도에 따른 광 강도(relative intensity)를 보여주는 그래프이다.
도 7c는 투명 기판상에 형성된 복수의 수직형 발광 구조체에서의 배광 특성을 보여주는 도면이다.
도 8 및 도 9a는 각각 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자의 단면도이다.
도 9b는 도 9a에 예시한 반도체 발광 소자에서 채용 가능한 제1 전극 및 제2 전극의 평면 구조를 예시한 평면도이다.
도 10 및 도 11a는 각각 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 단면도이다.
도 11b는 도 11a에 예시한 반도체 발광 소자에서 채용 가능한 제1 전극의 평면 구조를 예시한 평면도이다.
도 11c는 도 11a에 예시한 반도체 발광 소자에서 채용 가능한 제2 전극의 평면 구조를 예시한 평면도이다.
도 12 내지 도 17은 각각 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자의 단면도이다.
도 18은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지를 도시한 단면도이다.
도 19는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지를 도시한 단면도이다.
도 20은 본 발명의 기술적 사상에 의한 반도체 발광 소자를 백라이트 유닛에 적용한 일 예를 도시한 도면이다.
도 21은 본 발명의 기술적 사상에 의한 반도체 발광 소자를 백라이트 유닛에 적용한 다른 예를 도시한 도면이다.
도 22는 본 발명의 기술적 사상에 의한 반도체 발광 소자를 조명 장치에 적용한 예를 도시한 분해 사시도이다.
도 23은 본 발명의 기술적 사상에 의한 반도체 발광 소자를 헤드 램프에 적용한 예를 도시한 도면이다.
도 24는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자를 포함하는 광 처리 시스템의 블록 다이어그램이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것으로, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역, 부위, 또는 구성 요소를 다른 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것임은 이해될 것이다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 수행될 수도 있다.
첨부 도면에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조 과정에서 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 첨부 도면들에서, 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타내며, 각 도면에 대한 상세한 설명에서는 앞에서 이미 설명된 동일 부재에 대한 중복 설명이 생략할 수 있다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자(100)의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 반도체 발광 소자(100)는 기판(110)과, 상기 기판(110)상에 차례로 형성된 버퍼층(120) 및 제1 도전형 반도체층(130)과, 상기 제1 도전형 반도체층(130)의 주면(130F)으로부터 도 1의 Z 방향을 따라 상기 제1도전형 반도체층(130)의 상부로 돌출된 복수의 수직형 발광 구조체(150)와, 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150) 각각의 적어도 일부를 덮는 투명 전극층(160)과, 상기 투명 전극층(160) 위에 형성된 절연 충진층(170)을 포함한다.
상기 절연 충진층(170)은 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150) 각각의 사이를 채우는 제1 부분(170A)과, 상기 제1 부분(170A)과 일체로 연결되고, 상기 제1 부분(170A) 위에서 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150) 각각의 상단부를 덮도록 상기 제1 도전형 반도체층(130)의 주면(130F)과 평행하게 연장되는 제2 부분(170B)을 포함한다.
상기 절연 충진층(170) 중 제1 부분(170A)은 서로 이웃하는 발광 구조체(150) 사이 마다 배치되어 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)가 쓰러지는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.
상기 절연 충진층(170)은 투광성 절연막으로 이루어질 수 있다. 예들 들면, 상기 절연 충진층(170)은 SOG (spin on glass), SiO2, ZnO, SiN, Al2O3, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 절연 충진층(170)은 일정한 굴절률을 가질 수 있다. 상기 절연 충진층(170)은 발광 구조체(150)의 적어도 일부의 굴절률과 같거나 더 낮은 굴절률을 갖는 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 절연 충진층(170)은 약 1 내지 2.5의 굴절률을 가질 수 있다.
상기 반도체 발광 소자(100)에서, 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)로부터 발생된 빛은 투명 전극층(160) 및 절연 충진층(170)을 투과하여 화살표(L1) 방향을 따라 외부로 방출될 수 있다.
상기 절연 충진층(170)은 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)에 대면하는 제1 표면(170S1)과, 상기 제1 표면(170S1)의 반대측 표면으로서 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)로부터 먼 측의 제2 표면(170S2)을 포함한다. 상기 제2 표면(170S2)에는 상기 제1 도전형 반도체층(130)의 주면(130F)과 평행한 방향 (도 1에서 X 방향)을 따라 복수의 요철(170P)이 형성되어 있다. 상기 제2 표면(170S2)에 상기 복수의 요철(170P)이 형성됨으로써, 복수의 수직형 발광 구조체(150)의 상부에 있는 물질들을 통해 방출되는 빛이 외부로 빠져 나가기 전에 다시 발광 소자 칩 내부로 반사될 가능성이 감소될 수 있으며, 이에 따라 복수의 수직형 발광 구조체(150)의 상부측 외부로 빠져나가는 빛이 많아져서 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 도 7a 및 도 7b를 참조하여 후술한다.
상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)를 중심으로 상기 화살표(L1) 방향의 빛의 투과 경로의 반대측에 있는 상기 제1 도전형 반도체층(130)은 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)에 대면하는 제1 표면(130S1), 즉 주면(130F)과, 상기 주면(130F)의 반대측 표면으로서 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)로부터 먼 측의 제2 표면(130S2)을 포함하며, 상기 제2 표면(130S2)은 상기 주면(130F)의 연장 방향 (도 1에서 X 방향)을 따라 평탄하다. 또한, 버퍼층(120)을 사이에 두고 상기 제1 도전형 반도체층(130)의 제2 표면(130S2)을 덮는 기판(110)에서, 상기 제1 도전형 반도체층(130)에 대면하는 측의 표면(110S)은 평탄하다. 따라서, 상기 기판(110)과 제1 도전형 반도체층(130)과의 사이에 개재되는 버퍼층(130)도 양 측의 표면이 평탄하게 된다.
상기 기판(110)은 반도체 성장용 기판으로서 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 기판(110)은 절연성 물질, 도전성 물질, 반도체 물질, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 기판(110)은 사파이어, Si, SiC, GaN, GaAs, ZnO, ZnB2, GaP, 다이아몬드, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
상기 기판(110)이 사파이어 기판으로 이루어지는 경우, 상기 사파이어 기판은 육각-롬보형 (Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서, c 축 방향의 격자 상수는 13.001 Å이고, a 축 방향으로는 4.765 Å의 격자간 거리를 가질 수 있다. 상기 사파이어 기판은 C(0001) 면, A(1120) 면, 또는 R(1102) 면의 면 방향 (orientation plane)을 가질 수 있다.
상기 기판(110)으로서 Si 기판을 사용하는 경우 대구경화에 유리하게 적용될 수 있다. 또한, Si 기판은 가격이 상대적으로 낮아 양산성을 향상시킬 수 있다. 기판(110)으로서 Si 기판을 사용하는 경우, 기판(110) 상에 AlxGa1 - xN과 같은 물질로 이루어진 핵 생성층을 형성한 후 그 위에 원하는 구조의 질화물 반도체를 성장할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 기판(110)은 생략 가능하다.
상기 버퍼층(120)은 AlxInyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1)으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 버퍼층(120)은 GaN, AlN, AlGaN, ZrB2, HfB2, ZrN, HfN, TiN, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 버퍼층(120)은 AlInN/GaN 구조, InxGa1 - xN/GaN (0≤x≤1, 0≤y≤1) 구조, AlxInyGa1 -x- yN/InxGa1 - xN/GaN (0≤x≤1, 0≤y≤1) 구조 등과 같은 다중 구조로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 버퍼층(120)은 도핑 없이 저온으로 형성될 수 있다.
상기 버퍼층(120)은 상기 기판(110)과 상기 제1 도전형 반도체층(130)과의 사이의 격자 부정합을 해소하기 위해 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 도전형 반도체층(130)이 GaN으로 이루어지는 경우, 이종 기판인 상기 기판(110)상에 GaN 박막을 성장시키면 상기 기판(110)과 상기 GaN 박막 간의 격자 상수 불일치로 인해 결함이 발생할 수 있고, 열팽창 계수 차이로 인해 휨 현상이 발생되어 균열이 발생할 수 있다. 이러한 결함 및 휨 현상을 제어하기 위해, 기판(110)상에 버퍼층(120)을 형성한 후 그 위에 원하는 구조의 질화물 반도체로 이루어지는 제1 도전형 반도체층(130)을 성장시킬 수 있다. 상기 버퍼층(120)은 발광 소자의 특성 및 공정 조건에 따라 생략될 수도 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(130)은 III-V 족 화합물로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 도전형 반도체층(130)은 n 형 불순물로 도핑된 GaN (이하, "n-GaN"으로 기재할 수 있음)으로 이루어질 수 있다. 상기 n 형 불순물은 V 족 원소로 이루어질 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(130) 위에는 절연 패턴(140)이 형성되어 있다. 상기 절연 패턴(140)에는 상기 제1 도전형 반도체층(130)의 선택 영역들을 노출시키는 복수의 개구(140H)가 형성되어 있다.
상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)는 상기 절연 패턴(140) 위에서 도 1의 Z 방향을 따라 돌출되어 있다. 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)는 각각 상기 제1 도전형 반도체층(130)의 선택 영역으로부터 상기 절연 패턴(140)에 형성된 개구(140H)를 통해 성장되어 도 1의 Z 방향을 따라 상기 절연 패턴(140)의 상부로 돌출된 나노 코어(152)와, 상기 절연 패턴(140 위에서 상기 나노 코어(152)의 표면을 둘러싸는 형태로 상기 나노 코어(152) 위에 형성된 활성층(154)과, 상기 절연 패턴(140 위에서 상기 활성층(154)을 덮는 제2 도전형 반도체층(156)을 포함한다. 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)는 각각 나노 코어(152)로 구성되는 코어부와, 활성층(154) 및 제2 도전형 반도체층(156)으로 구성되는 껍질부를 포함하는 코어-쉘 (core-shell) 구조를 가질 수 있다.
상기 절연 패턴(140)에 형성된 복수의 개구(140H)는 상기 제1 도전형 반도체층(130)의 선택 영역들로부터 성장되는 나노 코어(152)의 직경, 단면 형상, 길이 및 위치를 결정하는 수단이 될 수 있다. 상기 복수의 개구(140H)는 평면에서의 단면 형상이 원형, 타원형, 다각형 등 다양한 형태를 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 복수의 개구(140H)는 각각 소정의 방향, 예를 들면 도 1의 X 방향 및/또는 Y 방향을 따라 동일한 크기의 폭을 가질 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 복수의 개구(140H)는 소정의 방향을 따라 다른 크기의 폭을 가질 수도 있다. 일부 실시예들에서, 상기 복수의 개구(140H)는 약 수 십 내지 수 백 nm의 범위 내에서 선택되는 직경 또는 폭을 가지도록 형성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 절연 패턴(140)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 티타늄 산화물, 알루미늄 산화물, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)를 구성하는 복수의 나노 코어(152)는 도 1에서 나노 로드 (nano-rod) 형상을 가지는 것으로 예시되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 복수의 나노 코어(152)는 나노 피라미드 (nano-pyramid) 형상을 가질 수도 있다.
상기 나노 코어(152)는 상기 절연 패턴(140)에 형성된 복수의 개구(140H)의 평면 형상에 따라 원형, 타원형, 다각형 등 다양한 수평 단면 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 나노 코어(152)의 수직 단면 형상은 뿔형, 뿔대형, 또는 기둥형의 형상을 가질 수 있다. 상기 복수의 개구(140H)의 크기에 따라 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)를 구성하는 복수의 나노 코어(152)의 성장 조건이 달라질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 복수의 나노 코어(152)는 n-GaN으로 이루어질 수 있다.
상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)에서 복수의 나노 코어(152)의 직경 또는 폭, 도핑 농도 등을 다양하게 하여, 하나의 발광 소자 내에서 다양한 파장의 빛을 발광하도록 할 수 있다. 또한, 상기 반도체 발광 소자(100)에서 발광되는 빛과 다른 파장의 빛을 발광하는 다른 발광 소자를 상기 반도체 발광 소자(100)와 조합하여, 패키지 단위에서 백색 소자를 구현할 수도 있다.
상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)를 구성하는 복수의 활성층(154)은 전자 및 정공이 재결합되는 영역으로서, 상기 복수의 나노 코어(152)의 상부 및 측벽을 감싸도록 형성될 수 있다.
상기 복수의 활성층(154)은 AlxInyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1)으로 표현되는 물질로 이루어질 수 있다. 상기 복수의 활성층(154)은 하나의 양자우물층을 갖는 단일 양자우물 (single quantum well: SQW) 구조, 복수의 양자우물층을 갖는 다중 양자우물(multi quantum well: MQW) 구조, 또는 슈퍼래티스 (superlattice: SL) 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 복수의 활성층(154)은 InGaN 층으로 이루어지는 단일층 구조를 가질 수 있다. 또는, 상기 복수의 활성층(154)은 GaN 층 및 InGaN 층이 교대로 배치된 양자우물 구조를 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 복수의 활성층(154)은 MOCVD (metal organic chemical vapor deposition), HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy), 또는 MBE (Molecular Beam Epitaxy) 공정을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(156)은 상기 복수의 활성층(154)의 상부 및 측면을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(156)은 III-V족 화합물로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제2 도전형 반도체층(156)은 p 형 불순물로 도핑된 GaN (이하, "p-GaN"으로 기재할 수 있음)으로 이루어질 수 있다. 상기 p 형 불순물은 III 족 원소. 예를 들면 Mg, Zn, 또는 Be로 이루어질 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(156)을 통해 정공이 활성층(154)으로 이동될 수 있다.
상기 활성층(154)에서는 상기 제2 도전형 반도체층(156)을 통해 흐르는 정공과 상기 나노 코어(152)를 통해 흐르는 전자가 결합됨으로써 광이 발생될 수 있다. 상기 활성층(154)에서는 양자우물의 여기 준위 또는 에너지 밴드갭 차이에 해당되는 에너지의 빛이 발광될 수 있다.
상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)는 3 차원 형태를 가지므로, 박막 형태의 경우보다 발광 표면적이 넓어 광 효율을 증가시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 반도체 발광 소자(100)는 약 수 십 내지 수 백만 개의 발광 구조체(150)를 포함할 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(156)에 접해 있는 투명 전극층(160)은 상기 절연 패턴(140)의 상면의 일부와, 상기 제2 도전형 반도체층(500)의 외부 표면을 덮도록 형성될 수 있다. 도 1에는 상기 투명 전극층(160)이 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)의 측벽의 전체 수직 길이에 걸쳐서 상기 제2 도전형 반도체(500)과 접해 있는 구성이 예시되어 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상에 의하면, 상기 투명 전극층(160)은 상기 제2 도전형 반도체(154)의 외부 표면 중 일부만 덮도록 형성될 수도 있다. 이에 대한 보다 구체적인 예시는 도 6a를 참조하여 후술한다.
일부 실시예들에서, 상기 투명 전극층(160)은 TCO (transparent conductive oxide)로 이루어질 수 있다. 예들 들면, 상기 투명 전극층(160)은 ITO (indium tin oxide), AZO (aluminum zinc oxide), IZO (indium zinc oxide), ZnO, GZO (ZnO:Ga), In2O3, SnO2, CdO, CdSnO4, Ga2O3, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 투명 전극층(160)은 첨가물이 함유된 인듐 산화물 (indium oxide)로 이루어질 수 있다. 상기 첨가물은 Mg, Ag, Zn, Sc, Hf, Zr, Te, Se, Ta, W, Nb, Cu, Si, Ni, Co, Mo, Cr, Sn, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 상기 예시된 바에 한정되는 것은 아니다.
일부 실시예들에서, 상기 투명 전극층(160)은 약 10 ∼ 300 nm의 두께를 가질 수 있다.
도 2a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자(100A)의 단면도이다.
도 2a에는 도 1의 반도체 발광 소자(100)의 구조를 포함하는 수평 구조의 반도체 발광 소자(100A)가 예시되어 있다.
상기 반도체 발광 소자(100A)는 상기 절연 충진층(170)을 관통하여 상기 투명 전극층(160)에 접하는 제1 전극(182)과, 상기 제1 도전형 반도체층(130)의 주면(130F)에 접해 있는 제2 전극(184)을 포함한다. 상기 제1 전극(182) 및 제2 전극(184)은 패시베이션막(186)을 사이에 두고 서로 이격되어 있다. 상기 패시베이션막(186)은 상기 제1 도전형 반도체층(130), 복수의 수직형 발광 구조체(150), 투명 전극층(160), 및 절연 충진층(170)을 외부 환경으로부터 보호하는 역할을 할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 패시베이션막(186)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2b는 도 2a에 예시한 수평 구조의 반도체 발광 소자(100A)에서 채용 가능한 제1 전극(182) 및 제2 전극(184)의 평면 구조를 예시한 평면도이다. 도 2b에는 투명 전극층(160)과 제1 전극(182) 및 제2 전극(184)과의 배치 관계를 설명하기 위하여 투명 전극층(160) 및 제1 도전형 반도체층(130)을 함께 도시하였다.
도 2b를 참조하면, 상기 투명 전극층(160)은 상기 제1 도전형 반도체층(130)의 주면(130F)에 해당하는 제1 표면(130S1) 중 제2 전극(184)으로 덮이는 영역 및 그 주변 영역을 제외한 영역을 연속적으로 덮도록 형성되어 있다.
상기 제1 전극(182) 및 제2 전극(184)은 각각 핑거형 (finger type) 전극으로 이루어질 수 있다. 상기 제1 전극(182)은 상기 투명 전극층(160)의 상면 위에 형성된 적어도 하나의 제1 전극 패드(182P)와, 상기 제1 전극 패드(182P)에 연결되고 상기 제1 전극 패드(182P)로부터 분기되어 연장된 적어도 하나의 제1 전극 핑거(182F)를 포함할 수 있다.
상기 제2 전극(184)은 상기 제1 도전형 반도체층(130)의 주면(130F) 위에 형성된 적어도 하나의 제2 전극 패드(184P)와, 상기 제2 전극 패드(184P)에 연결되고 상기 제2 전극 패드(184P)로부터 분기되어 연장된 적어도 하나의 제2 전극 핑거(184F)를 포함할 수 있다.
도 2b에는 1 개의 제1 전극 패드(182P)와 3 개의 제1 전극 핑거(182F)를 구비한 제1 전극(182)와, 1 개의 제2 전극 패드(184P)와 2 개의 제2 전극 핑거(184F)를 구비한 제2 전극(184)이 예시되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 예시된 바에 한정되지 않으며 다양한 변형 및 변경이 가능하다.
상기 제1 전극(182) 및 제2 전극(184)이 각각 동일한 저항을 가지도록 상기 제1 전극(182) 및 제2 전극(184)의 형상 및 배치를 결정할 수 있다. 상기 제1 전극(182) 및 제2 전극(184)이 각각 동일한 저항을 가짐으로써, 제1 전극(182) 및 제2 전극(184)의 모든 영역에서 각각 균일한 전류가 흐르게 되고, 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150) 각각의 활성층(154)으로 균일한 전류가 인가될 수 있다.
상기 제1 전극(182) 및 제2 전극(184)은 각각 Ag, Al, Ni, Cr, Pd, Cu, Pt, Sn, W, Au, Rh, Ir, Ru, Mg, Zn, 또는 이들의 조합 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 전극(182) 및 제2 전극(184)은 각각 Ni/Ag, Zn/Ag, Ni/Al, Zn/Al, Pd/Ag, Pd/Al, Ir/Ag. Ir/Au, Pt/Ag, Pt/Al, Ni/Ag/Pt 등과 같은 다중층 구조로 이루어질 수 있다. 상기 제1 전극(182) 및 제2 전극(184)은 서로 동일한 재료로 이루어질 수 있다. 또는, 제1 전극(182) 및 제2 전극(184)은 서로 다른 재료로 이루어질 수 있다
상기 제1 전극(182)의 제1 전극 패드(182P) 및 제1 전극 핑거(182F)는 각각 복수의 수직형 발광 구조체(150)를 덮도록 형성될 수 있다. 도 2b에는 복수의 수직형 발광 구조체(150)의 나노 코어(152)가 투명 전극층(160) 및 제1 전극(182)으로 덮이는 국부 영역(LA1)과, 투명 전극층(160)으로 덮이지만 제1 전극(182)으로는 덮이지 않는 국부 영역(LA2)을 각각 확대하여 나타내었다.
도 2b에서, 상기 복수의 나노 코어(152)는 그 수평 단면 형상이 육각형인 경우를 예시하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 도 2b에 예시된 바에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 2b에는 상기 복수의 나노 코어(152)가 X 방향 및 Y 방향을 따라 각각 선형적으로 배열되어 매트릭스형으로 배치된 경우를 예시하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 복수의 나노 코어(152)는 X 방향 및 Y 방향 중 적어도 하나의 방향을 따라 지그재그 형으로 배열되도록 배치될 수도 있다.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 반도체 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다. 도 3a 내지 도 3g를 참조하여, 도 2a에 예시한 반도체 발광 소자(100A)의 제조 방법을 설명한다.
도 3a를 참조하면, 기판(110) 상에 버퍼층(120) 및 제1 도전형 반도체층(130)을 차례로 형성한다.
일부 실시예들에서, 상기 버퍼층(120) 및 제1 도전형 반도체층(130)은 각각 MOCVD (metal-organic chemical vapor deposition), HVPE (hydride vapor phase epitaxy), 또는 MBE (molecular beam epitaxy) 공정에 의해 형성될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 상기 제1 도전형 반도체층(130) 위에 상기 제1 도전형 반도체층(130)의 주면(130F)을 노출시키는 복수의 개구(140H)가 형성된 절연 패턴(140)을 형성한다.
그 후, 상기 복수의 개구(140H)를 통해 노출되는 제1 도전형 반도체층(130)의 주면(130F)으로부터 반도체층을 에피택셜 성장 방법에 의해 성장시켜 복수의 나노 코어(152)를 형성한다.
도 3c를 참조하면, 상기 복수의 나노 코어(152)를 감싸는 활성층(154)과, 상기 활성층(154)을 덮는 제2 도전형 반도체층(156)을 차례로 형성하여, 복수의 수직형 발광 구조체(150)를 형성한다.
일부 실시예들에서, 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)를 형성하기 위하여, MOCVD, HVPE, 또는 MBE 공정을 이용할 수 있다.
도 3d를 참조하면, 상기 절연 패턴(140) 및 복수의 수직형 발광 구조체(150)을 덮는 투명 전극층(160)을 형성한다.
상기 투명 전극층(160)은 상기 기판(100)상의 전면에 연속적으로 연장되도록 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 투명 전극층(160)을 형성하기 위하여 마그네트론 스퍼터링 공정, 졸겔 (sol-gel) 공정, PLD (pulsed laser deposition) 공정, MOCVD (metal-organic chemical vapor deposition) 공정 등을 이용할 수 있다.
도 3e를 참조하면, 상기 투명 전극층(160) 위에 절연 충진층(170)을 형성한다.
상기 절연 충진층(170)은 상기 투명 전극층(160) 위에서 복수의 수직형 발광 구조체(150) 각각의 사이를 채우도록 형성된다. 일부 실시예들에서, 상기 절연 충진층(170)은 CVD (chemical vapor deposition) 또는 PECVD (plasma enhanced CVD) 공정에 의해 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 절연 충진층(170)은 TEOS (tetraethyl orthosilicate)를 원료 물질로 사용하는 CVD 공정에 의해 형성될 수 있다.
상기 절연 충진층(170)을 형성하는 데 있어서 절연 물질의 퇴적 공정 분위기를 제어하여, 상기 절연 충진층(170)의 상면에 복수의 요철(170P)이 형성되도록 할 수 있다.
도 3f를 참조하면, 상기 절연 충진층(170)상에 소정 형상의 개구가 형성된 마스크 패턴을 형성한 후, 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 절연 충진층(170), 투명 전극층(160), 복수의 수직형 발광 구조체(150), 및 절연 패턴(140)을 메사(mesa) 식각하여, 상기 제1 도전형 반도체층(130)의 일부 영역을 노출시킨다. 그 후, 식각 마스크로 사용되었던 상기 마스크 패턴을 제거한다.
도 3g를 참조하면, 도 3f의 메사 식각된 결과물을 덮는 패시베이션막(186)을 형성한다. 그 후, 상기 패시베이션막(186)의 일부 및 상기 절연 충진층(170)의 일부를 식각하여, 상기 투명 전극층(160)의 일부와 상기 제1 도전형 반도체층(130)의 일부를 외부로 노출시킨다.
그 후, 상기 투명 전극층(160)의 노출 부분 및 상기 제1 도전형 반도체층(130)의 노출 부분 위에 제1 전극(182) 및 제2 전극(184)을 형성하여, 도 2a에 예시한 반도체 발광 소자(100A)를 제조할 수 있다.
도 4a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자(100B)의 단면도이다.
도 4a에는 도 1의 반도체 발광 소자(100)의 구조를 포함하는 일 예에 따른 수직 구조의 반도체 발광 소자(100B)가 예시되어 있다.
상기 반도체 발광 소자(100B)는 상기 절연 충진층(170)을 관통하여 상기 투명 전극층(160)에 접하는 제1 전극(182)과, 상기 제1 도전형 반도체층(130)의 제2 표면(130S2) 측으로부터 콘택(184C)을 통해 상기 제1 도전형 반도체층(130)에 접해 있는 제2 전극(184B)을 포함한다. 상기 콘택(184C)은 기판(110) 및 버퍼층(120)을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층(130)에 연결될 수 있다.
도 4a에 예시한 반도체 발광 소자(100B)에서, 상기 기판(110)은 Si 기판 또는 금속 기판으로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 전극(182)은 도 2b를 참조하여 설명한 바와 같은 평면 구조를 가질 수 있다. 상기 제2 전극(184B)은 상기 기판(110)의 전면을 덮도록 형성될 수 있다. 상기 제2 전극(184B)의 구성 재료에 대한 상세한 사항은 도 2b를 참조하여 제2 전극(184)에 대하여 설명한 바를 참조한다.
도 4a에 예시한 수직형 반도체 발광 소자(100B)에서는 도 2a에 예시한 수평형 반도체 발광 소자(100A)에 비해 제2 전극(184)을 형성하는 데 필요한 넓이만큼의 영역을 발광 면적으로 더 활용할 수 있다.
도 4b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자(100C)의 단면도이다.
도 4b에는 도 1의 반도체 발광 소자(100)의 일부 구조를 포함하는 다른 예에 따른 수직 구조의 반도체 발광 소자(100C)가 예시되어 있다.
도 4b에 예시한 반도체 발광 소자(100C)는 기판(110) 및 버퍼층(120) 대신 리셉터(receptor) 기판(190) 및 반사층(192)을 구비하는 것을 제외하고, 도 4a에 예시한 반도체 발광 소자(100B)와 대체로 동일한 구성을 가진다.
상기 반도체 발광 소자(100C)를 형성하기 위하여, 도 1에 예시한 구조의 반도체 발광 소자(100)를 형성한 후, 기판(110)을 제거할 수 있다. 상기 기판(110)이 사파이어 기판으로 이루어지고 상기 버퍼층(120)이 SiC로 이루어지는 경우, 상기 버퍼층(120)을 식각 정지층으로 이용하고 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 또는 이들의 조합으로 이루어지는 식각액을 사용하는 습식 식각 공정을 이용하여 상기 기판(110)을 제거할 수 있다. 그 후, RIE (reactive ion etching) 또는 ICP/RIE (inductive coupled plasma/reactive ion etching) 공정을 이용하여 상기 버퍼층(120)을 제거하여 상기 제1 도전형 반도체층(130)의 제2 표면(130S2)을 노출시킬 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(130)의 제2 표면(130S2) 위에 반사층(192) 및 리셉터 기판(190)을 형성한다. 일부 실시예들에서, 상기 반사층(192)을 접착층으로 이용하여 상기 제1 도전형 반도체층(130)의 제2 표면(130S2) 위에 상기 리셉터 기판(190)을 부착할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 리셉터 기판(190)은 Si, GaAs, GaP, CuW, Mo, W, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 상기 반사층(192)은 Pt, Al, Rh, Ti, Ni, Au, 이들의 조합, 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상에 의하면, 상기 리셉터 기판(190) 및 반사층(192)의 구성 재료가 위에서 예시된 바에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형 및 변경이 가능하다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예에 따른 반도체 발광 소자(200)의 단면도이다.
도 5에 예시한 반도체 발광 소자(200)는 제1 도전형 반도체층(130)에 대면하는 표면에 요철 패턴(212)이 형성된 기판(210)을 포함하는 점을 제외하면, 도 1에 예시한 반도체 발광 소자(100)와 대체로 동일한 구성을 가진다. 상기 기판(210)에 대한 보다 상세한 설명은 도 1을 참조하여 기판(110)에 대하여 설명한 바와 같다.
상기 요철 패턴(212)의 크기는 약 5 nm ∼ 500 μm의 범위 내에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 요철 패턴(212)은 기둥 형상, 삼각 뿔 형상, 반구형 등 다양한 형태를 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 기판(210)의 표면에 요철 패턴(212)을 형성하기 위하여, 상기 기판(210)의 표면을 일정한 형태의 형상 및 깊이로 식각하여 거칠기를 변화시키는 PSS (patterned sapphire substrate) 표면 가공 기술을 이용할 수 있다.
상기 기판(210)의 표면에 요철 패턴(212)이 형성됨으로써, 상기 기판(210) 위에 형성되는 반도체층들의 결정성이 향상되고 결함 밀도가 감소되어 내부 양자 효율이 개선될 수 있고, 기판(210) 표면에서의 빛의 난반사에 의한 추출 효율이 증가되어 반도체 발광 소자(200)의 광 추출 효율이 향상될 수 있다.
도 6a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예에 따른 반도체 발광 소자(300)의 단면도이다.
도 6a에 예시한 반도체 발광 소자(300)는 도 1에 예시한 반도체 발광 소자(100)와 유사하게, 기판(110), 버퍼층(120), 제1 도전형 반도체층(130), 절연 패턴(140), 및 복수의 수직형 발광 구조체(150)를 포함한다.
단, 상기 반도체 발광 소자(300)는 도 1에 예시한 반도체 발광 소자(100)와 달리, 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150) 각각의 하부측 일부만 덮는 투명 전극층(360)과, 상기 투명 전극층(360) 위에 형성된 다중층 구조의 절연 충진층(370)을 포함한다.
상기 절연 충진층(370)은 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150) 각각의 사이를 채우는 제1 투광성 절연막(372)과, 상기 제1 투광성 절연막(372) 및 투명 전극층(360) 위에서 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150) 각각의 상단부를 덮는 제2 투광성 절연막(374)을 포함한다. 상기 제2 투광성 절연막(374)은 상기 제1 도전형 반도체층(130)의 주면(130F)과 평행하게 연장된다.
상기 제2 투광성 절연막(374)은 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150) 각각의 사이를 채우는 제1 부분(374A)과, 상기 제1 부분(374A)과 일체로 연결되고, 상기 제1 부분(374A) 위에서 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150) 각각의 상단부를 덮도록 상기 제1 도전형 반도체층(130)의 주면(130F)과 평행하게 연장되는 제2 부분(374B)을 포함한다.
상기 제1 투광성 절연막(372) 및 상기 제2 투광성 절연막(374)은 각각 SOG, SiO2, ZnO, SiN, Al2O3, 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 서로 다른 물질, 또는 서로 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 투광성 절연막(372) 및 상기 제2 투광성 절연막(374)은 서로 다른 굴절률을 가지는 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다. 광 추출 방향에 따라, 상기 제1 투광성 절연막(372)이 상기 제2 투광성 절연막(374)보다 더 큰 굴절률을 가질 수도 있고 그 반대일 수도 있다. 상기 제1 투광성 절연막(372) 및 상기 제2 투광성 절연막(374)에서 각각 원하는 굴절률을 제공하도록 상기 제1 투광성 절연막(372) 및 상기 제2 투광성 절연막(374)의 구성 물질을 선택함으로써 반도체 발광 소자(300)의 광 추출 효율을 더 향상시킬 수 있다.
상기 반도체 발광 소자(300)에서, 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)로부터 발생된 빛은 투명 전극층(360) 및 절연 충진층(370)을 투과하여 화살표(L1) 방향을 따라 외부로 방출된다.
상기 절연 충진층(370)의 제2 투광성 절연막(374)은 복수의 수직형 발광 구조체(150)에 대면하는 제1 표면(374S1)과, 상기 제1 표면(374S1)의 반대측 표면으로서 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)로부터 먼 측의 제2 표면(374S2)을 포함하며, 상기 제2 표면(374S2)에는 상기 제1 도전형 반도체층(130)의 주면(130F)과 평행한 방향 (도 1에서 X 방향 및/또는 Y 방향)을 따라 복수의 요철(374P)이 형성되어 있다.
상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)를 중심으로 상기 화살표(L1) 방향의 빛의 투과 경로의 반대측에 있는 상기 제1 도전형 반도체층(130)은 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)에 대면하는 제1 표면(130S1), 즉 주면(130F)과, 상기 주면(130F)의 반대측 표면으로서 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)로부터 먼 측의 제2 표면(130S2)을 포함하며, 상기 제2 표면(130S2)은 상기 주면(130F)의 연장 방향 (도 1에서 X 방향 및/또는 Y 방향)을 따라 평탄하다.
또한, 버퍼층(120)을 사이에 두고 상기 제1 도전형 반도체층(130)의 제2 표면(130S2)을 덮는 기판(110)에서, 상기 제1 도전형 반도체층(130)에 대면하는 측의 표면(110S)은 평탄하다.
도 6b는 도 6a에 예시한 투명 전극층(360)의 평면도이다.
도 6b에는 상기 투명 전극층(360)에 의해 일부가 포위되는 복수의 수직형 발광 구조체(150)의 나노 코어(152)를 함께 도시하였다. 도 6b에서, 상기 복수의 나노 코어(152)는 그 수평 단면 형상이 육각형인 경우를 예시하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않는다. 또한, 도 6b에는 상기 복수의 나노 코어(152)가 X 방향 및 Y 방향을 따라 각각 선형적으로 배열되어 매트릭스 형태로 배치된 경우를 예시하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 복수의 나노 코어(152)는 X 방향 및 Y 방향 중 적어도 하나의 방향을 따라 지그재그 형으로 배열되도록 배치될 수도 있다.
도 7a는 나노 로드 형상의 나노 코어를 구비하는 복수의 수직형 발광 구조체(NR)에서의 배광 특성을 보여주는 도면이다.
도 7b는 도 7a의 평가에 사용된 복수의 수직형 발광 구조체(NR)로부터 방출되는 빛의 상부측(TOP) 및 하부측(BOTTOM)에서의 방출 각도에 따른 광 강도(relative intensity)를 보여주는 그래프이다.
단면 형상이 육각형인 기둥 형상의 GaN 나노 로드로 이루어지는 나노 코어를 구비하는 3 차원 형상의 복수의 수직형 발광 구조체(NR)에서 생성된 빛은 도 7a에 나타낸 바와 같이 일정 각도로 방출된다. 이러한 빛의 방출 각도는 도 7a 및 도 7b에 나타낸 바와 같이, 복수의 수직형 발광 구조체(NR)의 상부측(TOP) 및 하부측(BOTTOM)에서 차이를 보이게 된다. 복수의 수직형 발광 구조체(NR)의 하부측으로 방출되는 빛은 동일한 굴절률을 가지는 매질 내부를 이동하는 반면, 복수의 수직형 발광 구조체(NR)의 상부측으로 방출되는 빛은 다른 굴절률을 가지는 상부 매질로 방출되어, 스넬의 법칙 (snell's law)에서 설명되는 각도만큼 빛의 진행 방향이 꺽이게 되고, 그 결과 하부측으로 나가는 빛보다 더 낮은 각도로 상기 상부 매질에 입사하게 된다. 이 경우, 상부 매질 내부로 입사한 빛이 공기중으로 빠져나가기 위해서는 상기 빛이 투과하는 두 매질간의 굴절률 차이에 따른 전반사 이내의 각도로 입사해야 한다. 따라서, 복수의 수직형 발광 구조체(NR)를 덮는 상부 매질이 하부의 기판, 예를 들면 도 1의 기판(110)과 평행하게 연장되는 평탄한 표면을 가지는 경우, 복수의 수직형 발광 구조체(NR)의 상부로 방출되는 빛이 외부로 빠져나가지 못하고 전반사 되어 칩 내부로 되돌아 올 확률이 높아질 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 반도체 발광 소자, 예를 들면 도 1에 예시한 반도체 발광 소자(100)는, 복수의 수직형 발광 구조체(150)로부터 발생된 빛이 외부로 방출되기 위한 빛의 투과 경로상에 배치되는 절연 충진층(170) 중 복수의 수직형 발광 구조체(150)로부터 먼 측의 제2 표면(170S2)에 상기 제1 도전형 반도체층(130)의 주면(130F)과 평행한 방향 (도 1에서 X 방향 및/또는 Y 방향)을 따라 복수의 요철(170P)이 형성되어 있다. 따라서, 복수의 수직형 발광 구조체(NR)의 상부로 방출되는 빛이 칩 내부로 되돌아오지 않고 상부측 외부로 빠져나가는 빛이 많아져서 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도 7c는 투명 기판(SUB), 예를 들면 사파이어 기판상에 형성된 복수의 수직형 발광 구조체(NR)에서의 배광 특성을 보여주는 도면이다.
도 7c를 참조하면, 복수의 수직형 발광 구조체(NR)의 하부측으로 방출되는 빛의 분포 중 대부분이 투명 기판(SUB)을 통해 빠져나갈 수 있다. 따라서, 투명 기판(SUB)의 표면에 3 차원 요철 구조(P)를 포함하는지의 여부가 광 추출 효율에 큰 영향을 미치지 않을 수 있다. 또한, 3 차원 구조를 가지는 복수의 수직형 발광 구조체(NR) 자체가 요철 구조 역할을 할 수 있기 때문에 빛이 나노 코어 내부에 트랩(trap) 될 가능성도 작다. 따라서, 복수의 수직형 발광 구조체(NR)의 하부측에 배치되는 투명 기판(SUB)을 포함하는 반도체 발광 소자에 있어서, 도 5에 예시한 반도체 발광 소자(200)의 기판(210)과 같이 표면에 요철 패턴(212)이 형성된 구조를 채용하는 경우와, 도 1에 예시한 반도체 발광 소자(100)의 기판(110)과 같이 평탄한 표면(110S)을 가지는 구조를 채용하는 경우 각각 유사한 광추출 효율을 얻을 수 있다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자(400)의 단면도이다.
상기 반도체 발광 소자(400)는 제1 도전형 반도체층(430)과, 상기 제1 도전형 반도체층(430)상에 형성된 복수의 수직형 발광 구조체(150)와, 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150) 각각의 적어도 일부를 덮는 투명 전극층(160)과, 상기 투명 전극층(160) 위에 형성된 절연 충진층(470)을 포함한다.
상기 제1 도전형 반도체층(430)에서, 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)에 대면하는 표면의 반대측 표면에는 요철 패턴(432)이 형성되어 있다. 상기 요철 패턴(432)은 일정한 규칙을 가지는 패턴 또는 불규칙한 형태의 패턴으로 이루어질 수 있다.
상기 반도체 발광 소자(400)에서, 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)로부터 발생된 빛은 절연 패턴(140) 및 제1 도전형 반도체층(430)을 투과하여 화살표(L2) 방향을 따라 외부로 방출된다.
상기 제1 도전형 반도체층(430)은 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)로부터 발생된 빛이 외부로 방출되기 위한 경로상에 배치되는 것으로서, 상기 제1 도전형 반도체층(430) 중 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)로부터 먼 측의 표면에 상기 요철 패턴(432)이 형성되어 있다. 따라서, 활성층(154)으로부터 발생되는 빛 중 외부로 방출되는 빛의 양이 증가되어, 광 손실을 억제하고 휘도를 향상시킬 수 있다.
상기 절연 충진층(470)은 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150) 각각의 사이를 채우는 제1 부분(470A)과, 상기 제1 부분(470A)과 일체로 연결되고, 상기 제1 부분(470A) 위에서 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150) 각각의 상단부를 덮도록 상기 제1 도전형 반도체층(430)의 주면(430F)과 평행하게 연장되는 제2 부분(470B)을 포함한다.
상기 절연 충진층(470)에 대한 보다 상세한 사항은 도 1을 참조하여 절연 충진층(170)에 대하여 설명한 바와 대체로 동일하다. 단, 도 8에 예시한 반도체 발광 소자(400)의 절연 충진층(470)은 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)로부터 발생된 빛이 외부로 방출되기 위한 경로의 반대측에 배치되는 것으로서, 상기 절연 충진층(470) 중 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)로부터 먼 측의 표면(470S)이 상기 제1 도전형 반도체층(430)의 주면(430F)과 평행한 방향 (도 8에서 X 방향 및/또는 Y 방향)을 따라 평탄하다.
상기 절연 충진층(470) 위에는 상기 제1 도전형 반도체층(430)의 주면(470F)과 평행하게 연장되는 반사 전극층(480)이 형성되어 있다. 상기 반사 전극층(480)은 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)와 대면하는 평탄한 표면(480S)을 가진다. 상기 반사 전극층(480)의 평탄한 표면(480S)은 상기 제1 도전형 반도체층(430)의 주면(430F)과 평행한 방향 (도 8에서 X 방향 및/또는 Y 방향)을 따라 평탄하게 연장된다.
비교예로서, 상기 반사 전극층(480) 중 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)와 대면하는 표면(480S)이 도 8에 예시된 바와 달리 평탄하지 않은 경우, 예를 들면 상기 반사 전극층(480)이 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150) 각각의 사이의 공간까지 연장되는 돌출부를 포함하는 경우, 반사 전극층(480) 중 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)와 대면하는 표면이 3 차원 구조를 가지게 되어, 상기 반사 전극층(480)에서의 광 반사 횟수가 증가하게 된다. 가시광 영역에서 금속의 반사율은 약 90% 수준임을 고려할 때, 금속으로 이루어지는 반사 전극층(480)에서의 반사 횟수가 증가하게 되면 비교적 큰 광 손실이 야기되고, 그 결과 광추출 효율이 떨어지게 될 수 있다. 따라서, 상기 반사 전극층(480)에서의 빛의 반사 횟수를 최소화할 수 있는 구조가 필요하다. 이를 위하여, 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에서는 상기 반사 전극층(480) 중 복수의 수직형 발광 구조체(150)와 대면하는 표면이 상기 제1 도전형 반도체층(430)의 주면(430F) 연장 방향을 따라 평탄하게 연장되도록 한다.
도 8에는 상기 반사 전극층(480)이 상기 절연 충진층(470)과 직접 접해 있는 구성이 예시되어 있으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않으며, 상기 반사 전극층(480)과 상기 절연 충진층(470)과의 사이에 다른 절연층이 더 개재될 수 있다. 이에 대한 구체적인 예들은 도 12 내지 도 14 및 도 16을 참조하여 후술한다.
상기 반사 전극층(480)은 Ag, Al, Ni, Cr, Pd, Cu, Pt, Sn, W, Au, Rh, Ir, Ru, Mg, Zn, 또는 이들의 조합 또는 합금으로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사 전극층(480)은 Ni/Ag, Zn/Ag, Ni/Al, Zn/Al, Pd/Ag, Pd/Al, Ir/Ag, Ir/Au, Pt/Ag, Pt/Al, Ni/Ag/Pt 등과 같은 다중층 구조로 이루어질 수 있다.
도 9a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자(400A)의 단면도이다.
도 9a에 예시한 반도체 발광 소자(400A)는 도 8의 반도체 발광 소자(400)의 구조를 포함한다. 상기 반도체 발광 소자(400A)는 복수의 수직형 발광 구조체(150)의 제2 도전형 반도체층(156)에 연결되는 반사 전극층(480)을 포함하는 제1 전극(482)과, 상기 제1 도전형 반도체층(430)에 연결되는 제2 전극(484)을 포함한다.상기 제1 전극(482) 및 제2 전극(484)은 각각 복수의 수직형 발광 구조체(150)를 기준으로 하여, 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)로부터 발생된 빛이 외부로 방출되는 방향(화살표 L2의 방향)과 반대측에 배치된다. 즉, 상기 제1 전극(482) 및 제2 전극(484)은 각각 복수의 수직형 발광 구조체(150)를 사이에 두고 상기 제1 도전형 반도체층(430)의 반대측에 배치된다.
상기 반도체 발광 소자(400A)에서, 상기 제1 전극(482)은 상기 절연 충진층(470)을 관통하는 콘택(482C)을 더 포함할 수 있다. 상기 콘택(482C)을 통해 상기 반사 전극층(480)이 상기 투명 전극층(160)에 연결될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 콘택(482C) 및 상기 반사 전극층(480)은 일체로 형성될 수 있다. 다른 일부 실시예들에서 상기 콘택(482C) 및 상기 반사 전극층(480)은 서로 별개의 요소로 구성되어 이들 사이에 계면이 존재할 수 있다.
상기 제1 전극(482)과 상기 제2 전극(484)은 패시베이션막(486)을 사이에 두고 서로 이격되어 있다. 또한, 상기 패시베이션막(486)을 사이에 두고 상기 투명 전극층(160)과 상기 제2 전극(484)이 이격되어 있다. 상기 패시베이션막(486)은 상기 제1 도전형 반도체층(430), 복수의 나노 구조체(150), 투명 전극층(160), 및 절연 충진층(470)을 외부 환경으로부터 보호하는 역할을 할 수 있다. 상기 패시베이션막(486)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 전극(482) 및 제2 전극(484)의 위에는 각각 제1 전극 패드(492) 및 제2 전극 패드(494)가 형성되어 있다.
상기 제1 전극(482), 제2 전극(484), 제1 전극 패드(492) 및 제2 전극 패드(494)를 구성하는 재료에 대한 상세한 사항은 도 2a를 참조하여 제1 전극(182) 및 제2 전극(184)에 대하여 설명한 바와 같다.
도 9a에 예시한 반도체 발광 소자(400A)를 제조하기 위하여, 도 3a 내지 도 3g를 참조하여 설명한 공정들을 유사하게 적용할 수 있다. 특히, 상기 제1 전극(482)을 형성하는 데 있어서, 상기 절연 충진층(470)을 형성한 후, 상기 반사 전극층(480)을 형성하기 전에, 상기 절연 충진층(470)의 일부를 식각하여 상기 투명 전극층(160)을 노출시키는 콘택홀(470H)을 형성하고, 상기 콘택홀(470H) 내부를 도전 물질로 채워 상기 콘택(482C)을 형성할 수 있다. 그 후, 상기 콘택(482C) 및 절연 충진층(470) 위에 반사 전극층(480)을 형성하고, 상기 반사 전극층(480) 위에 소정 형상의 개구가 형성된 마스크 패턴을 형성할 수 있다. 상기 마스크 패턴의 개구는 제2 전극(484)이 형성될 영역에 대응하여 형성될 수 있다. 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 반사 전극층(480), 절연 충진층(470), 투명 전극층(160), 복수의 나노 구조체(150), 및 절연 패턴(140) 각각의 일부를 메사(mesa) 식각하여, 상기 제1 도전형 반도체층(430)의 일부 영역을 노출시킨 후, 식각 마스크로 사용되었던 상기 마스크 패턴을 제거할 수 있다. 이 때, 상기 메사 식각 공정에서의 과도 식각에 의해 상기 제1 도전형 반도체층(430)도 일부 식각될 수 있다. 그 후, 메사 식각된 결과물을 덮는 패시베이션막(486)을 형성하고, 상기 패시베이션막(486)의 일부를 제거하여, 상기 반사 전극층(480)의 일부 및 상기 제1 도전형 반도체층(430)의 일부 영역을 각각 노출시키고, 상기 제1 도전형 반도체층(430)의 노출된 영역 위에 제2 전극(484)을 형성한 후, 상기 반사 전극층(480)의 노출된 영역 및 상기 제2 전극(484) 위에 각각 제1 전극 패드(492) 및 제2 전극 패드(494)를 형성할 수 있다.
도 9b는 도 9a에 예시한 반도체 발광 소자(400A)에서 채용 가능한 제1 전극(482) 및 제2 전극(484)의 평면 구조를 예시한 평면도이다.
도 9a에 예시한 투명 전극층(160)은 도 9b에 예시한 제1 전극(482)의 반사 전극층(480)의 평면 형상과 대체로 유사한 평면 형상을 가질 수 있다.
도 9b를 참조하면, 상기 제1 전극(482)의 반사 전극층(480)은 상기 제1 도전형 반도체층(430)의 주면(430F) (도 9a 참조) 중 제2 전극(484)으로 덮이는 영역 및 그 주변 영역을 제외한 영역을 연속적으로 덮도록 형성되어 있다. 상기 제1 전극(482)의 콘택(482C)은 도 2b를 참조하여 제1 전극(182)에 대하여 설명한 바와 유사한 평면 구성을 가질 수 있다.
상기 제2 전극(484)은 핑거형 전극으로 이루어질 수 있다. 상기 제2 전극(484)은 상기 제1 도전형 반도체층(430)의 주면(430F) 위에 형성된 적어도 하나의 제2 전극 패드(484P)와, 상기 제2 전극 패드(484P)에 연결되고 상기 제2 전극 패드(484P)로부터 분기되어 연장된 적어도 하나의 제2 전극 핑거(484F)를 포함할 수 있다. 상기 제2 전극 패드(484P)는 도 9a에 예시한 제2 전극 패드(494)에 대응하는 위치에 배치될 수 있다.
도 9b에는 1 개의 제2 전극 패드(484P)와 2 개의 제2 전극 핑거(484F)를 구비한 제2 전극(484)이 예시되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 예시된 바에 한정되지 않으며 다양한 변형 및 변경이 가능하다.
도 9b에는 복수의 수직형 발광 구조체(150)의 나노 코어(152)가 투명 전극층(160), 콘택(482C), 및 반사 전극층(480)으로 덮이는 국부 영역(LB1)과, 투명 전극층(160) 및 반사 전극층(480)으로 덮이지만 콘택(482C)으로는 덮이지 않는 국부 영역(LB2)을 각각 확대하여 나타내었다.
도 9b에서, 상기 복수의 나노 코어(152)는 그 수평 단면 형상이 육각형인 경우를 예시하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 도 9b에 예시된 바에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 9b에는 상기 복수의 나노 코어(152)가 X 방향 및 Y 방향을 따라 각각 선형적으로 배열되어 매트릭스형으로 배치된 경우를 예시하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 복수의 나노 코어(152)는 X 방향 및 Y 방향 중 적어도 하나의 방향을 따라 지그재그 형으로 배열되도록 배치될 수도 있다.
도 10은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예에 따른 반도체 발광 소자(400B)의 단면도이다.
도 10에 예시한 바와 같이, 도 9a에 예시한 반도체 발광 소자(400A)가 서브마운트(414)상에 본딩용 도전층(418)을 이용하여 플립칩 실장될 수 있다.
상기 본딩용 도전층(418)은 Au, Sn, Ni, Pb, Ag, In, Cr, Ge, Si, Ti, W, 및 Pt 중에서 선택되는 단일 물질, 또는 이들 중에서 선택되는 적어도 2 종의 물질을 포함하는 합금으로 이루어지는 단일막, 또는 이들의 조합으로 이루어지는 다중막으로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 본딩용 도전층(172) 및 제2 본딩용 도전층(174)은 Au-Sn 합금, Ni-Sn 합금, Ni-Au-Sn 합금, Pb-Ag-In 합금, Pb-Ag-Sn 합금, Pb-Sn 합금, Au-Ge 합금, 또는 Au-Si 합금을 포함할 수 있다.
도 11a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자(400C)의 단면도이다.
도 11a에 예시한 반도체 발광 소자(400C)는 도 8의 반도체 발광 소자(400)의 구조를 포함한다. 상기 반도체 발광 소자(400C)에서, 복수의 수직형 발광 구조체(150)의 제2 도전형 반도체층(156)에 연결되는 반사 전극층(480)을 포함하는 제1 전극(482)은 복수의 수직형 발광 구조체(150)를 기준으로 하여 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)로부터 발생된 빛이 외부로 방출되는 방향(화살표 L2의 방향)과 반대측에 배치된다. 즉, 상기 제1 전극(482)은 복수의 수직형 발광 구조체(150)를 사이에 두고 상기 제1 도전형 반도체층(430)의 반대측에 배치된다.
상기 제1 도전형 반도체층(430)에 연결되는 제2 전극(484B)은 복수의 수직형 발광 구조체(150)을 사이에 두고 상기 제1 전극(482)의 반대측에 배치된다.
도 11a에 예시한 반도체 발광 소자(400C)의 제1 전극(482) 및 제1 전극 패드(492)를 형성하기 위하여, 도 9a를 참조하여 설명한 공정들을 유사하게 적용할 수 있다. 상기 제2 전극(484B)은 반사 전극층(480)을 포함하는 제1 전극(482) 및 제1 전극 패드(492)를 형성하기 전, 또는 그 후에 형성될 수 있다.
도 11b는 도 11a에 예시한 반도체 발광 소자(400C)에서 채용 가능한 제1 전극(482)의 평면 구조를 예시한 평면도이다.
도 11a에 예시한 투명 전극층(160)은 도 11b에 예시한 제1 전극(482)의 반사 전극층(480)의 평면 형상과 대체로 유사한 평면 형상을 가질 수 있다.
도 11b를 참조하면, 반도체 발광 소자(400C)의 제1 전극(482) 및 제1 전극 패드(492)의 평면 구조는 도 9b를 참조하여 제1 전극(482) 및 제1 전극 패드(492)에 대하여 설명한 바와 대체로 동일하다. 단, 도 9b에 예시된 바와 달리, 상기 제1 전극(482)의 반사 전극층(480)은 복수의 수직형 발광 구조체(150) 위에서 상기 제1 도전형 반도체층(430)의 주면(430F) (도 11a 참조)의 실질적으로 모든 영역을 덮도록 연장될 수 있다.
도 11b에는 복수의 수직형 발광 구조체(150)의 나노 코어(152)가 투명 전극층(160), 콘택(482C), 및 반사 전극층(480)으로 덮이는 국부 영역(LC1)과, 투명 전극층(160) 및 반사 전극층(480)으로 덮이지만 콘택(482C)으로는 덮이지 않는 국부 영역(LC2)을 각각 확대하여 나타내었다.
도 11b에서, 상기 복수의 나노 코어(152)는 그 수평 단면 형상이 육각형인 경우를 예시하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 도 11b에 예시된 바에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 11b에는 상기 복수의 나노 코어(152)가 X 방향 및 Y 방향을 따라 각각 선형적으로 배열되어 매트릭스형으로 배치된 경우를 예시하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 복수의 나노 코어(152)는 X 방향 및 Y 방향 중 적어도 하나의 방향을 따라 지그재그 형으로 배열되도록 배치될 수도 있다.
도 11c는 도 11a에 예시한 반도체 발광 소자(400C)에서 채용 가능한 제2 전극(484B)의 평면 구조를 예시한 평면도이다.
상기 제2 전극(484B)은 핑거형 전극으로 이루어질 수 있다. 상기 제2 전극(484B)은 상기 제1 도전형 반도체층(430)의 주면(430F)의 반대측 표면인 요철 패턴(432)이 형성된 표면 위에 형성된 적어도 하나의 제2 전극 패드(484PB)와, 상기 제2 전극 패드(484PB)에 연결되고 상기 제2 전극 패드(484PB)로부터 분기되어 상기 제1 도전형 반도체층(430)의 요철 패턴(432)이 형성된 표면 위에 연장된 적어도 하나의 제2 전극 핑거(484FB)를 포함할 수 있다.
도 11c에는 1 개의 제2 전극 패드(484PB)와 3 개의 제2 전극 핑거(484FB)를 구비한 제2 전극(484B)이 예시되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 예시된 바에 한정되지 않으며 다양한 변형 및 변경이 가능하다.
도 12는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자(500)의 단면도이다.
도 12에 예시한 반도체 발광 소자(500)는 절연 충진층(470)과, 평탄한 표면(480S)을 가지는 반사 전극층(480)과의 사이에 절연성 반사층(570)을 더 포함하는 것을 제외하고, 도 8의 반도체 발광 소자(400)와 대체로 동일한 구성을 가진다.
상기 절연성 반사층(570)은 상기 절연 충진층(470)과 상기 반사 전극층(480)과의 사이에 배치되어, 복수의 수직형 발광 구조체(150)의 활성층(154)에서 생성되는 빛 중 반사 전극층(480) 주위로 방출되는 빛의 적어도 일부를 반사시킬 수 있다. 상기 절연성 반사층(570)은 복수의 수직형 발광 구조체(150)로부터 발생되는 빛이 상기 반사 전극층(480)을 향하여 방출되는 빛의 경로에서 상기 빛이 상기 반사 전극층(480)에 도달하기 전에, 상기 반사 전극층(480)으로부터 멀어지는 방향, 예를 들면 화살표 P1으로 표시하는 방향으로 반사시킬 수 있다.
비교예로서, 상기 반사 전극층(480)이 금속으로 이루어질 때, 복수의 수직형 발광 구조체(150)로부터 발생되는 빛이 상기 반사 전극층(480)을 향하여 방출되는 빛의 경로에서 상기 빛이 상기 반사 전극층(480)까지 도달하여 상기 반사 전극층(480)의 표면에서 예를 들면 화살표 P2로 표시하는 방향으로 반사되는 경우, 금속의 반사율은 약 90% 수준임을 고려할 때, 상기 반사 전극층(480)에서의 반사 횟수가 증가하게 되면 비교적 큰 광 손실이 야기되고, 그 결과 광추출 효율이 떨어지게 될 수 있다.
상기 반도체 발광 소자(500)는 상기 반사 전극층(480)을 향하여 방출되는 빛의 경로에서 상기 빛이 상기 반사 전극층(480)에 도달하기 전에 상기 반사 전극층(480)으로부터 멀어지는 방향으로 빛을 반사시킬 수 있는 절연성 반사층(570)을 포함함으로써, 상기 반사 전극층(480)에서의 빛의 반사 횟수를 최소화할 수 있으며, 이에 따라 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 절연성 반사층(570)은 복수의 수직형 발광 구조체(150) 위에서 제1 도전형 반도체층(430)의 상기 주면(430F)과 평행하게 연장될 수 있다.
상기 절연성 반사층(570)은 투명한 물질로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 절연성 반사층(570)은 굴절률이 서로 다른 적어도 2 개의 물질이 교대로 반복 적층된 다중층 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 절연성 반사층(570)은 서로 다른 굴절률을 가지는 적어도 2 종의 산화물, 질화물, 또는 질화물 반도체가 적어도 2 회 교대로 반복 적층된 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 절연성 반사층(570)은 ODR (Omni-Directional Reflector) 구조 또는 DBR (Distributed Bragg Reflector) 구조를 가질 수 있다.
상기 절연성 반사층(570)은 굴절률이 서로 다른 제1 층(570A) 및 제2 층(570B)이 적어도 1회 교대로 적층되어 있는 절연 구조물로 이루어지는 다중 반사층을 포함할 수 있다.
상기 제1 층(570A) 및 제2 층(570B)은 각각 활성층(154)에서 생성되는 빛의 파장(λ)의 1/4의 두께를 가질 수 있다. 상기 제1 층(570A) 및 제2 층(570B)은 각각 Si, Zr, Ta, Ti, Hf, 및 Al로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 산화물 또는 질화물로 이루어질 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 절연성 반사층(570)을 구성하는 제1 층(570A) 및 제2 층(570B)은 각각 SiOx (0 < x ≤ 2), TiO2, Ti3O5, Ti2O3, TiO, Ta2O5, ZrO2, Nb2O5, CeO2, ZnS, Al2O3, SiN, 실록산 폴리머 (siloxane polymers), 및 MgF2 중에서 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 절연성 반사층(570)은 상기 예시된 물질들 중에서 선택되는 고굴절률층 및 저굴절률층이 교대로 2 ∼ 60 회 반복되는 다중층 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 절연성 반사층(570)은 SiO2/Nb2O5 다중층 구조, 또는 TiO2/SiO2 다중층 구조를 포함할 수 있다.
도 13은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자(500A)의 단면도이다.
도 13에 예시한 반도체 발광 소자(500A)는 도 12의 반도체 발광 소자(400)의 구조를 포함한다. 상기 반도체 발광 소자(500A)는 복수의 수직형 발광 구조체(150)의 제2 도전형 반도체층(156)에 연결되는 반사 전극층(480)을 포함하는 제1 전극(582)과, 상기 제1 도전형 반도체층(430)에 연결되는 제2 전극(584)을 포함한다. 상기 제1 전극(582) 및 제2 전극(584)은 각각 복수의 수직형 발광 구조체(150)을 기준으로 하여, 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)로부터 발생된 빛이 외부로 방출되는 방향(화살표 L2의 방향)과 반대측에 배치된다. 즉, 상기 제1 전극(582) 및 제2 전극(584)은 각각 복수의 수직형 발광 구조체(150)을 사이에 두고 상기 제1 도전형 반도체층(430)의 반대측에 배치된다.
상기 반도체 발광 소자(500A)에서, 상기 제1 전극(582)은 절연 충진층(470)에 형성된 콘택홀(470H)과 절연성 반사층(570)에 형성된 콘택홀(570H)을 관통하여 투명 전극층(160)에 연결되는 콘택(582C)을 더 포함할 수 있다. 상기 콘택(582C)을 통해 상기 반사 전극층(480)이 상기 투명 전극층(160)에 연결될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 콘택(582C) 및 상기 반사 전극층(480)은 일체로 형성될 수 있다. 다른 일부 실시예들에서 상기 콘택(582C) 및 상기 반사 전극층(480)은 서로 별개의 요소로 구성되어 이들 사이에 계면이 존재할 수 있다.
상기 제1 전극(582)과 상기 제2 전극(584)은 패시베이션막(586)을 사이에 두고 서로 이격되어 있다. 상기 패시베이션막(586)은 상기 제1 도전형 반도체층(430), 복수의 나노 구조체(150), 투명 전극층(160), 절연 충진층(470), 및 절연성 반사층(570)을 외부 환경으로부터 보호하는 역할을 할 수 있다. 상기 패시베이션막(586)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 전극(582) 및 제2 전극(584)의 위에는 각각 제1 전극 패드(592) 및 제2 전극 패드(594)가 형성되어 있다.
도 13에 예시한 제1 전극(582), 제2 전극(584), 제1 전극 패드(592) 및 제2 전극 패드(594)에 대한 보다 상세한 사항은 도 9a 및 도 9b를 참조하여 제1 전극(482), 제2 전극(484), 제1 전극 패드(492) 및 제2 전극 패드(494)에 대하여 설명한 바와 같다.
도 14는 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자(500B)의 단면도이다.
도 14에 예시한 반도체 발광 소자(500B)는 도 12의 반도체 발광 소자(500)의 구조를 포함한다. 상기 반도체 발광 소자(500B)에서, 복수의 수직형 발광 구조체(150)의 제2 도전형 반도체층(156)에 연결되는 반사 전극층(480)을 포함하는 제1 전극(582)은 복수의 수직형 발광 구조체(150)를 기준으로 하여 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)로부터 발생된 빛이 외부로 방출되는 방향(화살표 L2의 방향)과 반대측에 배치된다. 즉, 상기 제1 전극(582)은 복수의 수직형 발광 구조체(150)를 사이에 두고 상기 제1 도전형 반도체층(430)의 반대측에 배치된다.
상기 제1 도전형 반도체층(430)에 연결되는 제2 전극(584B)은 복수의 수직형 발광 구조체(150)을 사이에 두고 상기 제1 전극(582)의 반대측에 배치된다.
도 14에 예시한 제2 전극(584B)에 대한 보다 상세한 사항은 도 11a 및 도 11c를 참조하여 제2 전극(484B)에 대하여 설명한 바와 같다.
도 15는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자(600)의 단면도이다.
상기 반도체 발광 소자(600)는 도 8에 예시한 반도체 발광 소자(400)와 대체로 유사한 구성을 가진다. 단, 상기 반도체 발광 소자(600)의 절연 충진층(670)은, 도 8에 예시한 절연 충진층(470)과 달리, 복수의 수직형 발광 구조체(150) 각각의 사이에서 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150) 각각의 일부만을 덮는 투광성 절연막(672)과, 상기 투광성 절연막(672)과 반사 전극층(480)과의 사이에 개재된 절연성 반사층(674)을 포함한다.
상기 절연 충진층(670)의 상측 일부를 구성하는 상기 절연성 반사층(674)은 상기 투광성 절연막(672) 위에서 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150) 각각의 상단부를 덮도록 상기 제1 도전형 반도체층(430)의 주면(430F)과 평행하게 연장되어 있다.
상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)와 상기 절연 충진층(670)과의 사이에는 투명 전극층(160)이 개재되어 있다.
상기 투광성 절연막(672)은 SOG, SiO2, ZnO, SiN, Al2O3, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
상기 절연성 반사층(674)은 도 12를 참조하여 절연성 반사층(570)에 대하여 설명한 바와 대체로 동일한 구성을 가질 수 있다. 단, 상기 절연성 반사층(674)은 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150) 각각의 상부에 인접한 부분에서, 상기 투명 전극층(160)의 상면에 형성된 단차 부분들에 상응하는 복수의 단차 부분(674T)을 포함한다. 상기 복수의 단차 부분(674T)으로 인해, 상기 절연성 반사층(674)은 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150) 각각의 사이의 공간으로 연장되는 복수의 돌출부(674P)를 포함한다.
상기 절연성 반사층(674)은 복수의 수직형 발광 구조체(150)로부터 발생된 빛이 외부로 방출되기 위한 경로의 반대측에 배치되는 것으로서, 상기 절연성 반사층(674) 중 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)로부터 먼 측의 표면(674S)은 상기 제1 도전형 반도체층(430)의 주면(430F)과 평행한 방향 (도 15에서 X 방향 및/또는 Y 방향)을 따라 평탄하다.
상기 절연성 반사층(674)은 복수의 수직형 발광 구조체(150)를 덮는 투명 전극층(360)과 반사 전극층(480)과의 사이에 배치되어, 복수의 수직형 발광 구조체(150)의 활성층(154)으로부터의 빛 중 반사 전극층(480) 주위로 방출되는 빛의 적어도 일부를 반사시킬 수 있다. 상기 절연성 반사층(674)은 복수의 수직형 발광 구조체(150)로부터 발생되는 빛이 상기 반사 전극층(480)을 향하여 방출되는 빛의 경로에서 상기 빛이 상기 반사 전극층(480)에 도달하기 전에, 상기 반사 전극층(480)으로부터 멀어지는 방향으로 반사시킬 수 있다. 따라서, 상기 반사 전극층(480)에서의 빛의 반사 횟수를 최소화하여 반사에 따른 광손실을 억제함으로써 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도 15에 예시한 반도체 발광 소자(600)에서, 도 9a 및 도 9b를 참조하여 설명한 제1 전극(482) 및 제2 전극(484), 또는 도 11a 내지 도 11c를 참조하여 설명한 제1 전극(482) 및 제2 전극(484B)를 더 형성할 수 있다.
도 16은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자(700)의 단면도이다.
상기 반도체 발광 소자(700)는 도 12에 예시한 반도체 발광 소자(500)와 대체로 유사한 구성을 가진다. 단, 상기 반도체 발광 소자(700)의 절연 충진층(770)은 복수의 수직형 발광 구조체(150) 각각의 사이에서 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150) 각각의 일부만을 덮는 제1 투광성 절연막(772)과, 상기 투명 전극층(760)을 사이에 두고 상기 제1 투광성 절연막(772)과 이격되어 있는 제2 투광성 절연막(774)을 포함한다.
상기 반도체 발광 소자(700)의 투명 전극층(760)은 복수의 수직형 발광 구조체(150) 각각의 상측 일부와 상기 제1 투광성 절연막(772)을 덮도록 형성되어 있다. 상기 투명 전극층(760)은 상기 제1 투광성 절연막(772)을 사이에 두고 절연 패턴(140)과 이격되어 있으며, 상기 제1 투광성 절연막(772)과 상기 제2 투광성 절연막(774)과의 사이에 개재되어 있다.
상기 제1 투광성 절연막(772) 및 제2 투광성 절연막(774)은 각각 SOG, SiO2, ZnO, SiN, Al2O3, 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 서로 다른 물질, 또는 서로 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
상기 제2 투광성 절연막(774)은 상기 투명 전극층(760) 위에서 상기 제1 도전형 반도체층(430)의 주면(430F)과 평행하게 연장되어 있다. 상기 제2 투광성 절연막(774) 중 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)로부터 먼 측의 표면(774S)이 상기 제1 도전형 반도체층(430)의 주면(430F)과 평행한 방향 (도 16에서 X 방향 및/또는 Y 방향)을 따라 평탄하다.
도 16에 예시한 반도체 발광 소자(700)에서, 투명 전극층(760)이 복수의 수직형 발광 구조체(150) 각각의 일부만을 덮도록 형성된다. 따라서, 도 12에서와 같이 투명 전극층(160)이 복수의 수직형 발광 구조체(150) 각각의 측벽의 전체 길이에 걸쳐 연장되도록 형성되는 경우에 비해, 복수의 수직형 발광 구조체(150)로부터 발생되는 빛이 투명 전극층(760)을 투과함으로써 야기될 수 있는 광 손실을 줄일 수 있다. 따라서, 반도체 발광 소자(700)에서의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도 16에 예시한 반도체 발광 소자(700)에서, 도 9a 및 도 9b를 참조하여 설명한 제1 전극(482) 및 제2 전극(484), 또는 도 11a 내지 도 11c를 참조하여 설명한 제1 전극(482) 및 제2 전극(484B)를 더 형성할 수 있다.
도 17은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자(800)의 단면도이다.
상기 반도체 발광 소자(800)는 도 15에 예시한 반도체 발광 소자(600)와 대체로 유사한 구성을 가진다. 단, 상기 반도체 발광 소자(800)의 절연 충진층(870)은 복수의 수직형 발광 구조체(150) 각각의 사이에서 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150) 각각의 일부만을 덮는 투광성 절연막(872)과, 상기 투광성 절연막(872)으로부터 이격된 위치에서 투명 전극층(860)을 덮도록 형성되는 절연성 반사층(874)을 포함한다. 상기 절연성 반사층(874)은 상기 투명 전극층(860)과 반사 전극층(480)과의 사이에 개재된다.
상기 절연성 반사층(874)은 상기 투명 전극층(860) 위에서 복수의 수직형 발광 구조체(150) 각각의 상단부를 덮도록 상기 제1 도전형 반도체층(430)의 주면(430F)과 평행하게 연장되어 있다.
상기 투광성 절연막(872)은 SOG, SiO2, ZnO, SiN, Al2O3, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
상기 절연성 반사층(874)은 도 15를 참조하여 절연성 반사층(674)에 대하여 설명한 바와 대체로 동일한 구성을 가질 수 있다. 상기 절연성 반사층(874)은 상기 투명 전극층(860)에 대면하는 표면에서 상기 투명 전극층(860)의 상면에 형성된 단차 부분들에 상응하는 복수의 단차 부분(874T)을 포함한다. 상기 복수의 단차 부분(874T)으로 인해, 상기 절연성 반사층(874)은 상기 투명 전극층(860)으로 포위되는 복수의 돌출부(874P)를 포함한다.
상기 절연성 반사층(874)은 복수의 수직형 발광 구조체(150)로부터 발생된 빛이 외부로 방출되기 위한 경로의 반대측에 배치되는 것으로서, 상기 절연성 반사층(874) 중 상기 복수의 수직형 발광 구조체(150)로부터 먼 측의 표면(874S)은 상기 제1 도전형 반도체층(430)의 주면(430F)과 평행한 방향 (도 17에서 X 방향 및/또는 Y 방향)을 따라 평탄하다.
상기 절연성 반사층(874)은 복수의 수직형 발광 구조체(150)를 덮는 투명 전극층(860)과 반사 전극층(480)과의 사이에 배치되어, 복수의 수직형 발광 구조체(150)의 활성층(154)으로부터의 빛 중 반사 전극층(480) 주위로 방출되는 빛의 적어도 일부를 반사시킬 수 있다. 상기 절연성 반사층(874)은 복수의 수직형 발광 구조체(150)로부터 발생되는 빛이 상기 반사 전극층(480)을 향하여 방출되는 빛의 경로에서 상기 빛이 상기 반사 전극층(480)에 도달하기 전에, 상기 반사 전극층(480)으로부터 멀어지는 방향으로 반사시킬 수 있다. 따라서, 상기 반사 전극층(480)에서의 빛의 반사 횟수를 최소화하여 반사에 따른 광손실을 억제함으로써 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 반도체 발광 소자(800)의 투명 전극층(860)은 복수의 수직형 발광 구조체(150) 각각의 상측 일부와 상기 투광성 절연막(872)을 덮도록 형성되어 있다. 상기 투명 전극층(860)은 상기 투광성 절연막(872)을 사이에 두고 절연 패턴(140)과 이격되어 있으며, 상기 투광성 절연막(872)과 상기 절연성 반사층(874)과의 사이에 개재되어 있다.
도 17에 예시한 반도체 발광 소자(800)에서, 투명 전극층(860)이 복수의 수직형 발광 구조체(150) 각각의 일부만을 덮도록 형성된다. 따라서, 도 15에서와 같이 투명 전극층(160)이 복수의 수직형 발광 구조체(150) 각각의 측벽의 전체 길이에 걸쳐 연장되도록 형성되는 경우에 비해, 복수의 수직형 발광 구조체(150)로부터 발생되는 빛이 투명 전극층(860)을 투과함으로써 야기될 수 있는 광 손실을 줄일 수 있다. 따라서, 반도체 발광 소자(800)에서의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도 17 예시한 반도체 발광 소자(800)에서, 도 9a 및 도 9b를 참조하여 설명한 제1 전극(482) 및 제2 전극(484), 또는 도 11a 내지 도 11c를 참조하여 설명한 제1 전극(482) 및 제2 전극(484B)를 더 형성할 수 있다.
도 18은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지(1000)를 도시한 단면도이다.
발광 소자 패키지(1000)는 패키지 기판(1010)과 상기 패키지 기판(1010)상에 플립칩 실장된 반도체 발광 소자(400A)를 포함한다. 상기 반도체 발광 소자(400A)에 대한 상세한 구성은 도 9a를 참조하여 설명한 바와 같다.
상기 패키지 기판(1010)의 상면에는 제1 상부 전극(1020A) 및 제2 상부 전극(1020B)이 형성되어 있다. 상기 패키지 기판(1010)의 저면에는 제1 하부 전극(1030A) 및 제2 하부 전극(1030B)이 형성되어 있다. 상기 제1 상부 전극(1020A) 및 제1 하부 전극(1030A)은 패키지 기판(1010)을 관통하는 제1 관통 전극(1040A)을 통해 서로 연결될 수 있다. 상기 제2 상부 전극(1020B) 및 제2 하부 전극(1030B)은 패키지 기판(1010)을 관통하는 제2 관통 전극(1040B)을 통해 서로 연결될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 상부 전극(1020A), 제2 상부 전극(1020B), 제1 하부 전극(1030A), 제2 하부 전극(1030B), 제1 관통 전극(1040A), 및 제2 관통 전극(1040B)은 각각 Cu, Au, Ag, Ni, W, Cr, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 패키지 기판(1010)은 PCB (Printed Circuit Board), MCPCB (Metal Core PCB), MPCB (Metal PCB), FPCB (Flexible PCB) 등의 회로 기판, 또는 AlN, Al2O3 등의 세라믹 기판으로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 18에 예시한 패키지 기판(1010) 대신 리드 프레임을 포함하는 구조물을 채용할 수도 있다.
상기 반도체 발광 소자(400A)의 제1 전극(482) 및 제2 전극(484) (도 9a 참조)은 각각 본딩용 도전층(1050A, 1050B)을 통해 제1 상부 전극(1020A) 및 제2 상부 전극(1020B)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 본딩용 도전층(1050A, 1050B)은 각각 상기 제1 상부 전극(1020A) 및 제2 상부 전극(1020B)에 유텍틱 다이 본딩 (eutectic die bonding) 방식에 의해 접합될 수 있다. 이를 위하여, 상기 본딩용 도전층(1050A, 1050B)이 각각 제1 상부 전극(1020A) 및 제2 상부 전극(1020B)과 대면하도록 패키지 기판(1010)상에 반도체 발광 소자(400A)를 위치시킨 후, 약 200 ∼ 700℃의 온도하에서 열압착하는 공정을 이용할 수 있다. 상기 본딩용 도전층(1050A, 1050B)이 각각 제1 상부 전극(1020A) 및 제2 상부 전극(1020B)에 유텍틱 다이 본딩 방식에 의해 접합됨으로써, 신뢰성 있고 강도 높은 접합을 유지할 수 있다.
상기 발광 소자 패키지(1000)는 반도체 발광 소자(400A)의 표면을 덮는 파장 변환부(1060)를 포함할 수 있다. 상기 파장 변환부(1060)는 반도체 발광 소자(400A)로부터 방출되는 빛의 파장을 다른 파장으로 변환하는 역할을 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 파장 변환부(1060)는 형광체 또는 양자점을 포함하는 수지층으로 이루어질 수 있다.
상기 발광 소자 패키지(1000)는 패키지 기판(1010)상에 형성된 렌즈(1080)를 포함할 수 있다. 상기 렌즈(1080)는 반도체 발광 소자(400A)로부터 발생된 광을 모으거나 분산시키는 역할을 할 수 있다. 상기 렌즈(1080)는 사파이어, 실리카, 또는 불화칼슘 (calcium fluoride)으로 이루어질 수 있다.
상기 렌즈(1080)는 도 18에 예시된 바와 같이 외부로 노출되는 표면이 돔(dome) 형상을 가질 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니며, 요철 형상, 오목한 형상 등 다양한 형상의 비평탄면을 포함할 수 있다.
도 18에는, 발광 소자 패키지(1000)가 도 9a에 예시한 반도체 발광 소자(400A)를 포함하는 경우를 예시하였다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 발광 소자 패키지(1000)는 도 1 내지 도 17에 예시된 반도체 발광 소자(100, 100A, 100B, 100C, 200, 300, 400, 400A, 400B, 400C, 500, 500A, 500B, 600, 700, 800), 및 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이들로부터 변형 및 변경된 반도체 발광 소자들 중 적어도 하나의 반도체 발광 소자를 포함할 수 있다.
도 19는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지(1100)를 도시한 단면도이다.
도 19를 참조하면, 발광 소자 패키지(1100)는 반도체 발광 소자(1110)와, 상기 반도체 발광 소자(1110)의 하부에 마련되어 상기 반도체 발광 소자(1110)가 부착되는 제1 전극(1116A) 및 제2 전극(1116B)을 구비한다.
여기서, 상기 반도체 발광 소자(1110)는 도 1 내지 도 17에 예시된 반도체 발광 소자(100, 100A, 100B, 100C, 200, 300, 400, 400A, 400B, 400C, 500, 500A, 500B, 600, 700, 800), 및 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이들로부터 변형 및 변경된 반도체 발광 소자들 중 적어도 하나의 반도체 발광 소자로 이루어질 수 있다.
상기 제1 전극(1116A) 및 제2 전극(1116B) 위에 반도체 발광 소자(1110)가 플립칩 본딩될 수 있다. 이를 위하여, 반도체 발광 소자(1110)의 P 전극 및 N 전극이 각각 제1 전극(1116A) 및 제2 전극(1116B) 중 어느 하나의 전극에 연결될 수 있다.
상기 제1 전극(1116A) 및 제2 전극(1116B)은 서로 이격된 위치에 배치되어 상기 반도체 발광 소자(1110)에 전압을 인가하는 동시에 상기 반도체 발광 소자(1110)로부터 발생되는 열을 방열시키는 역할을 할 수 있다. 반도체 발광 소자(1110)와 제1 전극(1116A)과의 사이, 그리고 반도체 발광 소자(1110)와 제2 전극(1116B)과의 사이에는 각각 제1 본딩층(1120A) 및 제2 본딩층(1120B)이 개재되어 있다. 상기 제1 본딩층(1120A) 및 제2 본딩층(1120B)은 각각 Au, In, Pb, Sn, Cu, Ag, 이들의 조합, 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 본딩층(1120A) 및 제2 본딩층(1120B) 대신 도전성 접착제를 사용할 수도 있다.
상기 제1 전극(1116A) 및 제2 전극(1116B)의 상면에는 반도체 발광 소자(1110)에서 발생되는 빛을 반사시켜 반도체 발광 소자(1110)의 상부로 향하도록 하기 위한 반사층(1130A, 1130B)이 코팅되어 있다. 일부 실시예들에서, 상기 반사층(1130A, 1130B)은 Ag 또는 Al로 이루어질 수 있다.
상기 제1 전극(1116A) 및 제2 전극(1116B)은 패키지 하우징(1140)에 의하여 지지된다. 상기 패키지 하우징(1140)은 고온에서 안정된 물질, 또는 세라믹 등과 같은 내열성 절연 물질로 이루어질 수 있다. 상기 패키지 하우징(1140) 중 상기 제1 전극(1116A) 및 제2 전극(1116B) 사이에 개재되는 부분은 상기 제1 전극(1116A)과 제2 전극(1116A)과의 사이를 전기적으로 절연시키게 된다.
상기 반도체 발광 소자(1110)는 렌즈(1160)에 의해 인캡슐레이션된다. 일부 실시예들에서, 상기 렌즈(1160)는 반도체 발광 소자(1110)로부터의 빛을 집광하기 위한 것으로, 사파이어, 실리카, 또는 불화칼슘으로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 렌즈(1160) 대신 렌즈 형상의 형광체층을 배치할 수 있다.
도 20은 본 발명의 기술적 사상에 의한 반도체 발광 소자를 백라이트 유닛(1200)에 적용한 일 예를 도시한 도면이다.
도 20을 참조하면, 백라이트 유닛(1200)은 기판(1210) 상에 실장된 광원(1220)과, 상기 광원(1220) 상부에 배치된 적어도 하나의 광학 시트(1230)를 포함한다. 상기 광원(1220)은 도 1 내지 도 17에 예시된 반도체 발광 소자(100, 100A, 100B, 100C, 200, 300, 400, 400A, 400B, 400C, 500, 500A, 500B, 600, 700, 800), 및 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이들로부터 변형 및 변경된 반도체 발광 소자들 중 적어도 하나의 반도체 발광 소자를 포함할 수 있다.
상기 백라이트 유닛(1200)에서 광원(1220)은 화살표(AR1)로 나타낸 바와 같이 광학 시트(1230)가 배치된 상부를 향하여 빛을 방사한다.
도 21은 본 발명의 기술적 사상에 의한 반도체 발광 소자를 백라이트 유닛(1300)에 적용한 다른 예를 도시한 도면이다.
도 21을 참조하면, 백라이트 유닛(1300)에서 기판(1310) 위에 실장된 광원(1330)으로부터의 빛은 화살표(AR2) 방향을 따라 측 방향으로 방사된다. 이와 같이 방사된 빛은 도광판(1340)에 입사되어 면광원의 형태로 전환될 수 있다. 도광판(1340)을 거친 빛은 상부로 방출될 수 있다. 광 추출 효율을 향상시키기 위하여 도광판(1340)의 하부에는 반사층(1350)이 배치될 수 있다.
도 22는 본 발명의 기술적 사상에 의한 반도체 발광 소자를 조명 장치(1400)에 적용한 예를 도시한 분해 사시도이다.
도 20에는 벌브형 램프로 이루어지는 조명장치(1400)가 예시되어 있다. 상기 조명장치(1400)는 발광 모듈(1410), 구동부(1420), 및 외부 접속부(1430)를 포함한다. 또한, 외부 하우징(1440), 내부 하우징(1450), 및 커버부(1460)와 같은 구조물을 더 포함할 수 있다.
상기 발광 모듈(1410)은 반도체 발광 소자(1412)를 포함한다. 상기 반도체 발광 소자(1412)는 도 1 내지 도 17에 예시된 반도체 발광 소자(100, 100A, 100B, 100C, 200, 300, 400, 400A, 400B, 400C, 500, 500A, 500B, 600, 700, 800), 및 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이들로부터 변형 및 변경된 반도체 발광 소자들 중 적어도 하나의 반도체 발광 소자를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈(1410)에서 상기 외부 하우징(1440)은 열방출부로 작용할 수 있다. 상기 외부 하우징(1440)은 방열 효과를 향상시키는 열 방출판(1442)을 포함할 수 있다.
상기 커버부(1460)는 발광 모듈(1410) 상에 장착되며 볼록한 렌즈 형상을 가질 수 있다.
상기 구동부(1420)는 내부 하우징(1450) 내에 장착되며, 소켓 구조와 같은 외부 접속부(1430)에 연결되어 외부 전원으로부터 전원을 제공받을 수 있다. 또한, 구동부(1420)는 발광 모듈(1410)의 반도체 발광 소자(1412)를 구동시키는 데 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 구동부(1420)는 AC-DC 컨버터 또는 정류회로 부품으로 구성될 수 있다.
도 23은 본 발명의 기술적 사상에 의한 반도체 발광 소자를 헤드 램프(1500)에 적용한 예를 도시한 도면이다.
도 23을 참조하면, 상기 헤드 램프(1500)는 광원(1510), 반사부(1520), 렌즈 커버부(1530), 방열부(1540), 및 하우징(1550)을 포함한다. 상기 렌즈 커버부(1530)는 중공형의 가이드(1532) 및 렌즈(1534)를 포함할 수 있다. 상기 방열부(1540)는 광원(1510)에서 발생되는 열을 외부로 방출할 수 있다. 상기 방열부(1540)는 효과적인 방열이 수행되도록 하기 위하여 히트 싱크(1542) 및 냉각 팬(1544)을 포함할 수 있다.
상기 하우징(1550)은 반사부(1520) 및 방열부(1540)를 고정시켜 지지하는 역할을 할 수 있다. 상기 하우징(1550)의 제1 표면(1550A)에는 방열부(1540)가 결합하여 장착되기 위한 중앙 홀(1552)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 하우징(1550)에서 상기 제1 표면(1550A)과 일체로 연결되고 상기 제1 표면(1550A)으로부터 직각 방향으로 절곡되어 있는 제2 표면(1550B)에는 반사부(1520)가 광원(1510)의 상부측에 위치하도록 고정시키기 위한 전방 홀(1554)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 반사부(1520)에 의하여 전방측이 개방되고, 개방된 전방이 전방 홀(1554)과 대응되도록 상기 반사부(1520)가 하우징(1550)에 고정될 수 있으며, 상기 반사부(1520)를 통해 반사된 빛이 전방 홀(1554)을 통과하여 외부로 출사될 수 있다.
상기 광원(1510)은 도 1 내지 도 17에 예시된 반도체 발광 소자(100, 100A, 100B, 100C, 200, 300, 400, 400A, 400B, 400C, 500, 500A, 500B, 600, 700, 800), 및 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이들로부터 변형 및 변경된 반도체 발광 소자들 중 적어도 하나의 반도체 발광 소자를 포함할 수 있다.
상기 헤드 램프(1500)는 차량용 라이트 등으로 이용될 수 있다.
도 24는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일부 실시예들에 따른 반도체 발광 소자를 포함하는 광 처리 시스템(1600)의 블록 다이어그램이다.
도 24를 참조하면, 광 처리 시스템(1600)은 카메라 시스템(1610)과, 광원 시스템(1620)과, 데이터 처리 및 분석 시스템(1630)을 포함한다.
상기 카메라 시스템(1610)은 광 처리 대상물에 직접 접촉하거나 광 처리 대상물로부터 소정 거리 이격된 상태에서 상기 광처리 대상물을 향하도록 배치하여 사용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 광처리 대상물은 피부 또는 치료 부위와 같은 생체 조직일 수 있다. 상기 카메라 시스템(1610)은 광가이드(1612)를 통해 광원 시스템(1620)에 연결되어 있다. 상기 광 가이드(1612)는 광 전송이 가능한 광 섬유(optical fiber) 광 가이드 또는 액상 광 가이드 (liquid light guide)를 포함할 수 있다.
상기 광원 시스템(1620)은 상기 광 가이드(1612)를 통해 광 처리 대상물에 조사되는 빛을 제공한다. 상기 광원 시스템(1620)은 도 1 내지 도 17에 예시된 반도체 발광 소자(100, 100A, 100B, 100C, 200, 300, 400, 400A, 400B, 400C, 500, 500A, 500B, 600, 700, 800), 및 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이들로부터 변형 및 변경된 반도체 발광 소자들 중 적어도 하나의 반도체 발광 소자를 포함할 수 있다. 상기 광원 시스템(1620)으로부터 조사되는 광은 약 200 ∼ 350 nm의 파장을 가지도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 광원 시스템(1620)에서 자외선을 발생 및 발진시켜 피부 또는 질환 부위와 같은 생체 조직에 조사할 수 있다.
상기 카메라 시스템(1610)은 케이블(1614)을 통해 데이터 처리 및 분석 시스템(1630)에 연결되어 있다. 상기 카메라 시스템(1610)으로부터 출력되는 영상 신호가 케이블(1614)을 통해 데이터 처리 및 분석 시스템(1630)으로 전송될 수 있다. 상기 데이터 처리 및 분석 시스템(1630)은 제어기(1632) 및 모니터(1634)를 포함한다. 상기 데이터 처리 및 분석 시스템(1630)에서는 카메라 시스템(1610)으로부터 전송된 영상 신호를 처리, 분석, 및 저장할 수 있다.
도 24에 예시한 광 처리 시스템(1600)은 피부 진단, 의료용 치료 기기, 소독 장치, 살균 장치, 세정 장치, 수술 용품, 미용 의료기기, 조명 장치, 정보 감지 장치 등과 같은 다양한 응용 분야에 적용될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.
110: 기판, 120: 버퍼층, 130: 제1 도전형 반도체층, 130F: 주면, 140: 절연 패턴, 150: 수직형 발광 구조체, 152: 나노 코어, 154: 활성층, 156: 제2 도전형 반도체층, 160: 투명 전극층, 170: 절연 충진층, 182: 제1 전극, 184: 제2 전극, 186: 패시베이션막, 430: 제1 도전형 반도체층, 432: 요철 패턴, 470: 절연 충진층, 480: 반사 전극층, 570: 절연성 반사층.

Claims (10)

  1. 주면을 가지는 제1 도전형 반도체층과,
    상기 제1 도전형 반도체층의 주면으로부터 상기 제1 도전형 반도체층의 상부로 돌출된 복수의 수직형 발광 구조체와,
    상기 복수의 수직형 발광 구조체 각각의 적어도 일부를 덮는 투명 전극층과,
    상기 투명 전극층 위에서 상기 복수의 수직형 발광 구조체 각각의 상단부를 덮도록 상기 제1 도전형 반도체층의 상기 주면과 평행하게 연장되는 절연 충진층을 포함하고,
    상기 제1 도전형 반도체층은 상기 복수의 수직형 발광 구조체로부터 먼 측의 표면에 요철이 형성되어 있고,
    상기 절연 충진층은 상기 복수의 수직형 발광 구조체 각각의 사이를 채우는 부분을 포함하고,
    상기 절연 충진층은 상기 복수의 수직형 발광 구조체로부터 먼 측의 표면이 평탄한 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 절연 충진층은
    상기 복수의 수직형 발광 구조체 각각의 사이에서 상기 복수의 수직형 발광 구조체 각각의 일부만을 덮는 제1 절연막과,
    상기 제1 절연막 위에서 상기 복수의 수직형 발광 구조체 각각의 상단부를 덮도록 상기 제1 도전형 반도체층의 상기 주면과 평행하게 연장되는 제2 절연막을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 절연막 및 상기 제2 절연막은 각각 투광성 절연막으로 이루어지고,
    상기 투명 전극층은 상기 제1 절연막과 상기 제2 절연막과의 사이에 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 수직형 발광 구조체에 대면하는 평탄한 표면을 가지는 반사 전극층을 더 포함하고,
    상기 절연 충진층은
    상기 복수의 수직형 발광 구조체 각각의 사이에서 상기 복수의 수직형 발광구조체 각각의 일부만을 덮는 투광성 절연막과,
    상기 투광성 절연막과 상기 반사 전극층과의 사이에서 상기 복수의 수직형 발광 구조체 각각의 상단부를 덮도록 상기 제1 도전형 반도체층의 상기 주면과 평행하게 연장되는 절연성 반사층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 절연 충진층 위에서 상기 복수의 수직형 발광 구조체를 덮도록 상기 제1 도전형 반도체층의 상기 주면과 평행하게 연장되고, 상기 복수의 수직형 발광 구조체에 대면하는 평탄한 표면을 가지는 금속 전극층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 수직형 발광 구조체로부터 발생되는 빛이 상기 금속 전극층을 향하여 방출되는 빛의 경로에서 상기 빛이 상기 금속 전극층에 도달하기 전에 상기 금속 전극층으로부터 멀어지는 방향으로 반사시키기 위하여 상기 절연 충진층과 상기 금속 전극층과의 사이에서 상기 제1 도전형 반도체층의 상기 주면과 평행하게 연장된 절연성 반사층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  10. 주면과, 상기 주면의 반대측에서 요철이 형성된 배면을 가지는 제1 도전형 반도체층과,
    상기 제1 도전형 반도체층의 주면으로부터 상기 제1 도전형 반도체층의 상부로 돌출된 복수의 수직형 발광 구조체와,
    상기 복수의 수직형 발광 구조체 각각의 적어도 일부를 덮는 투명 전극층과,
    상기 제1 도전형 반도체층 위에서 상기 복수의 수직형 발광 구조체 각각의 적어도 일부를 덮는 절연 충진층과,
    상기 절연 충진층 위에서 상기 복수의 수직형 발광 구조체를 덮도록 상기 제1 도전형 반도체층의 상기 주면과 평행하게 연장되고, 상기 복수의 수직형 발광 구조체에 대면하는 평탄한 표면을 가지는 금속 전극층과,
    상기 절연 충진층과 상기 금속 전극층과의 사이에서 상기 제1 도전형 반도체층의 상기 주면과 평행하게 연장된 절연성 반사층을 포함하고,
    상기 절연 충진층은 상기 복수의 수직형 발광 구조체 각각의 사이를 채우는 부분을 포함하고,
    상기 절연 충진층 중 상기 복수의 수직형 발광 구조체로부터 먼 측의 표면은 제1 도전형 반도체층의 상기 주면과 평행한 방향을 따라 평탄한 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
KR1020140006747A 2014-01-20 2014-01-20 반도체 발광 소자 KR102285786B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140006747A KR102285786B1 (ko) 2014-01-20 2014-01-20 반도체 발광 소자
US14/501,232 US9159882B2 (en) 2014-01-20 2014-09-30 Semiconductor light-emitting device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140006747A KR102285786B1 (ko) 2014-01-20 2014-01-20 반도체 발광 소자

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150086731A KR20150086731A (ko) 2015-07-29
KR102285786B1 true KR102285786B1 (ko) 2021-08-04

Family

ID=53545577

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140006747A KR102285786B1 (ko) 2014-01-20 2014-01-20 반도체 발광 소자

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9159882B2 (ko)
KR (1) KR102285786B1 (ko)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6156402B2 (ja) 2015-02-13 2017-07-05 日亜化学工業株式会社 発光装置
FR3041068B1 (fr) * 2015-09-15 2017-09-15 Valeo Vision Dispositif d'eclairage et/ou de signalisation pour vehicule automobile
US10374127B2 (en) * 2015-09-17 2019-08-06 Nxp Usa, Inc. Electronic devices with nanorings, and methods of manufacture thereof
CN105633229B (zh) * 2016-03-17 2020-05-12 天津三安光电有限公司 发光二极管及其制作方法
US20170353641A1 (en) * 2016-06-07 2017-12-07 Intel Corporation Illuminator with engineered illumination pattern
FR3053437B1 (fr) * 2016-06-30 2019-06-28 Valeo Vision Dispositif d'eclairage et/ou de signalisation ameliore, notamment pour vehicule automobile
FR3053757B1 (fr) * 2016-07-05 2020-07-17 Valeo Vision Dispositif d'eclairage et/ou de signalisation pour vehicule automobile
DE102016114992A1 (de) 2016-08-12 2018-02-15 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer Halbleiterchip
FR3058572A1 (fr) * 2016-11-10 2018-05-11 Valeo Vision Module d'emission lumineuse a batonnets electroluminescents ameliore, notamment pour vehicule automobile
JP7007547B2 (ja) * 2017-04-11 2022-01-24 日亜化学工業株式会社 発光素子の製造方法
JP7147132B2 (ja) * 2017-05-31 2022-10-05 セイコーエプソン株式会社 発光装置、プロジェクター、および発光装置の製造方法
FR3068437B1 (fr) * 2017-06-29 2020-01-17 Valeo Vision Dispositif d'eclairage
CN107749437A (zh) * 2017-11-17 2018-03-02 广州市香港科大***研究院 可挠性发光二极管制程及其结构
KR20200063411A (ko) * 2018-11-27 2020-06-05 삼성디스플레이 주식회사 발광 소자, 이의 제조 방법 및 발광 소자를 구비한 표시 장치
JP2020166191A (ja) * 2019-03-29 2020-10-08 株式会社ジャパンディスプレイ 表示装置
US11990559B2 (en) * 2019-11-12 2024-05-21 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Method of manufacturing micro-light emitting diode-based display and micro-light emitting diode-based display
KR20210099681A (ko) * 2020-02-04 2021-08-13 삼성전자주식회사 3차원 구조 반도체 발광소자 및 디스플레이 장치
WO2021216689A1 (en) 2020-04-21 2021-10-28 Jade Bird Display (shanghai) Limited Light-emitting diode chip structures with reflective elements
DE21792139T1 (de) * 2020-04-21 2023-06-22 Jade Bird Display (shanghai) Limited Leuchtdioden- Chipstruktur mit reflektierenden Elementen
KR20230022943A (ko) 2020-06-03 2023-02-16 제이드 버드 디스플레이(상하이) 리미티드 수평 광 방출을 갖는 다색 led 픽셀 유닛을 위한 시스템들 및 방법들
CN116014043B (zh) * 2023-03-24 2023-06-02 江西兆驰半导体有限公司 深紫外发光二极管外延片及其制备方法、led

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110233581A1 (en) * 2010-03-25 2011-09-29 Micron Technology, Inc. Solid state lighting devices with cellular arrays and associated methods of manufacturing

Family Cites Families (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1143394C (zh) 1996-08-27 2004-03-24 精工爱普生株式会社 剥离方法、溥膜器件的转移方法和薄膜器件
USRE38466E1 (en) 1996-11-12 2004-03-16 Seiko Epson Corporation Manufacturing method of active matrix substrate, active matrix substrate and liquid crystal display device
US7208725B2 (en) 1998-11-25 2007-04-24 Rohm And Haas Electronic Materials Llc Optoelectronic component with encapsulant
JP3906654B2 (ja) 2000-07-18 2007-04-18 ソニー株式会社 半導体発光素子及び半導体発光装置
WO2003019678A1 (fr) 2001-08-22 2003-03-06 Sony Corporation Element semiconducteur au nitrure et procede de production de cet element
JP2003218034A (ja) 2002-01-17 2003-07-31 Sony Corp 選択成長方法、半導体発光素子及びその製造方法
JP3815335B2 (ja) 2002-01-18 2006-08-30 ソニー株式会社 半導体発光素子及びその製造方法
KR100499129B1 (ko) 2002-09-02 2005-07-04 삼성전기주식회사 발광 다이오드 및 그 제조방법
US7002182B2 (en) 2002-09-06 2006-02-21 Sony Corporation Semiconductor light emitting device integral type semiconductor light emitting unit image display unit and illuminating unit
KR100714639B1 (ko) 2003-10-21 2007-05-07 삼성전기주식회사 발광 소자
KR100506740B1 (ko) 2003-12-23 2005-08-08 삼성전기주식회사 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR100664985B1 (ko) 2004-10-26 2007-01-09 삼성전기주식회사 질화물계 반도체 소자
EP1727216B1 (en) * 2005-05-24 2019-04-24 LG Electronics, Inc. Rod type light emitting diode and method for fabricating the same
KR100665222B1 (ko) 2005-07-26 2007-01-09 삼성전기주식회사 확산재료를 이용한 엘이디 패키지 및 그 제조 방법
KR100661614B1 (ko) 2005-10-07 2006-12-26 삼성전기주식회사 질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR100723247B1 (ko) 2006-01-10 2007-05-29 삼성전기주식회사 칩코팅형 ｌｅｄ 패키지 및 그 제조방법
KR100844722B1 (ko) * 2006-03-07 2008-07-07 엘지전자 주식회사 나노콘 성장방법 및 이를 이용한 발광 다이오드의제조방법
WO2008048704A2 (en) 2006-03-10 2008-04-24 Stc.Unm Pulsed growth of gan nanowires and applications in group iii nitride semiconductor substrate materials and devices
KR100735325B1 (ko) 2006-04-17 2007-07-04 삼성전기주식회사 발광다이오드 패키지 및 그 제조방법
KR100930171B1 (ko) 2006-12-05 2009-12-07 삼성전기주식회사 백색 발광장치 및 이를 이용한 백색 광원 모듈
JP5453105B2 (ja) * 2006-12-22 2014-03-26 クナノ アーベー ナノ構造のｌｅｄ及びデバイス
US7829443B2 (en) * 2007-01-12 2010-11-09 Qunano Ab Nitride nanowires and method of producing such
KR100855065B1 (ko) 2007-04-24 2008-08-29 삼성전기주식회사 발광 다이오드 패키지
KR100982980B1 (ko) 2007-05-15 2010-09-17 삼성엘이디 주식회사 면 광원 장치 및 이를 구비하는 ｌｃｄ 백라이트 유닛
KR101164026B1 (ko) 2007-07-12 2012-07-18 삼성전자주식회사 질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR100891761B1 (ko) * 2007-10-19 2009-04-07 삼성전기주식회사 반도체 발광소자, 그의 제조방법 및 이를 이용한 반도체발광소자 패키지
US8263990B2 (en) 2008-03-14 2012-09-11 Panasonic Corporation Compound semiconductor light-emitting element and illumination device using the same, and method for manufacturing compound semiconductor light-emitting element
JP5836122B2 (ja) * 2008-07-07 2015-12-24 グロ アーベーＧｌｏ Ａｂ ナノ構造のｌｅｄ
KR101332794B1 (ko) 2008-08-05 2013-11-25 삼성전자주식회사 발광 장치, 이를 포함하는 발광 시스템, 상기 발광 장치 및발광 시스템의 제조 방법
US7919780B2 (en) * 2008-08-05 2011-04-05 Dicon Fiberoptics, Inc. System for high efficiency solid-state light emissions and method of manufacture
KR20100030470A (ko) 2008-09-10 2010-03-18 삼성전자주식회사 다양한 색 온도의 백색광을 제공할 수 있는 발광 장치 및 발광 시스템
KR101530876B1 (ko) 2008-09-16 2015-06-23 삼성전자 주식회사 발광량이 증가된 발광 소자, 이를 포함하는 발광 장치, 상기 발광 소자 및 발광 장치의 제조 방법
KR101515100B1 (ko) 2008-10-21 2015-04-24 삼성전자주식회사 발광 다이오드 및 그 제조 방법
US8008683B2 (en) 2008-10-22 2011-08-30 Samsung Led Co., Ltd. Semiconductor light emitting device
SE533531C2 (sv) * 2008-12-19 2010-10-19 Glo Ab Nanostrukturerad anordning
WO2011160051A2 (en) * 2010-06-18 2011-12-22 Glo Ab Nanowire led structure and method for manufacturing the same
US9947829B2 (en) 2010-06-24 2018-04-17 Glo Ab Substrate with buffer layer for oriented nanowire growth
US20130200391A1 (en) 2010-09-28 2013-08-08 North Carolina State University Gallium nitride based structures with embedded voids and methods for their fabrication
KR20120040550A (ko) 2010-10-19 2012-04-27 삼성엘이디 주식회사 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR20120057298A (ko) * 2010-11-26 2012-06-05 서울옵토디바이스주식회사 발광 소자 및 그 제조 방법
US8350251B1 (en) * 2011-09-26 2013-01-08 Glo Ab Nanowire sized opto-electronic structure and method for manufacturing the same
KR101258583B1 (ko) * 2011-10-21 2013-05-02 삼성전자주식회사 나노 로드 발광 소자 및 그 제조 방법
KR101269053B1 (ko) * 2011-11-09 2013-06-04 삼성전자주식회사 나노 로드 발광 소자 및 그 제조 방법
KR101554032B1 (ko) * 2013-01-29 2015-09-18 삼성전자주식회사 나노구조 반도체 발광소자
KR102022266B1 (ko) * 2013-01-29 2019-09-18 삼성전자주식회사 나노구조 반도체 발광소자 제조방법
US9099573B2 (en) * 2013-10-31 2015-08-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Nano-structure semiconductor light emitting device
KR20150054383A (ko) * 2013-11-12 2015-05-20 삼성전자주식회사 반도체 발광소자

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110233581A1 (en) * 2010-03-25 2011-09-29 Micron Technology, Inc. Solid state lighting devices with cellular arrays and associated methods of manufacturing

Also Published As

Publication number Publication date
US20150207038A1 (en) 2015-07-23
US9159882B2 (en) 2015-10-13
KR20150086731A (ko) 2015-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102285786B1 (ko) 반도체 발광 소자
KR102070089B1 (ko) 반도체 발광소자 패키지 및 이를 이용한 조명장치
JP6324690B2 (ja) 紫外線発光素子
KR102037865B1 (ko) 반도체 발광소자 및 반도체 발광소자 제조방법
US9412903B2 (en) Semiconductor light emitting device
KR102070088B1 (ko) 반도체 발광소자
KR102301869B1 (ko) 발광 소자 패키지
KR20150042362A (ko) 발광다이오드 패키지 및 그 제조방법
JP6788332B2 (ja) 半導体発光素子
KR102087939B1 (ko) 발광 소자 패키지
KR101761835B1 (ko) 고효율 발광 다이오드
KR20160014197A (ko) 발광다이오드 패키지 및 이를 이용한 조명장치
KR20160024170A (ko) 반도체 발광 소자
KR20160141925A (ko) 반도체 발광소자
KR102212557B1 (ko) 나노구조 반도체 발광소자
JP2010003978A (ja) 発光装置
KR20140134420A (ko) 반도체 발광소자 패키지의 제조 방법
KR20130131217A (ko) 반도체 발광소자
JP6396023B2 (ja) 発光素子
US7884380B2 (en) Semiconductor light emitting device
KR20150054383A (ko) 반도체 발광소자
KR102070092B1 (ko) 반도체 발광소자
KR20150091805A (ko) 반도체 발광소자 및 반도체 발광소자 패키지
JP6106522B2 (ja) 半導体発光素子アレイ
US9362718B2 (en) Semiconductor light emitting device

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant