KR102323686B1 - 발광 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

발광 소자 및 그 제조 방법이 개시된다. 발광 소자는, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 활성층, 및 제1 도전형 반도체층의 상면이 부분적으로 노출된 영역을 포함하는 발광 구조체; 제2 도전형 반도체층 상에 위치하여 오믹 컨택하는 투명 전극; 발광 구조체 및 투명 전극을 덮되, 제1 도전형 반도체층의 상면이 부분적으로 노출된 영역 및 투명 전극의 일부를 각각 노출시키는 제1 개구부 및 제2 개구부를 포함하는 제1 절연층; 제1 절연층을 적어도 부분적으로 덮되, 제2 도전형 반도체층 상에 연장되는 금속층; 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된 제1 전극; 및 투명 전극에 전기적으로 연결된 제2 전극을 포함한다.

Description

발광 소자 및 그 제조 방법{LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전기적 특성 및 광학적 특성이 우수하며, 높은 신뢰성을 갖는 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 소형 고출력 발광 소자에 대한 요구가 증가하면서, 방열 효율이 우수한 대면적 플립칩형 또는 수직형 발광 소자의 수요가 증가하고 있다. 플립칩형 또는 수직형 발광 소자는 전극이 직접적으로 2차 기판에 접합되므로, 수평형 발광 소자에 비해 열 방출 효율이 매우 높다. 따라서 고밀도 전류를 인가하더라도 효과적으로 열을 2차 기판 측으로 전도시킬 수 있어서, 플립칩형 또는 수직형 발광 소자는 고출력 발광원으로 적합하다.
종래의 플립칩형 또는 수직형 발광 소자에 있어서, 주된 광 방출면은 n형 반도체층에서 성장 기판이 위치하는 면이고, 이에 따라 p형 반도체층 상에는 광을 상기 광 방출면 측으로 반사시킬 수 있는 구성이 형성된다. 이러한 이유로, 일반적으로 p형 반도체층 상에는 p형 반도체층과 접촉하여 오믹 컨택을 형성함과 동시에 반사기 역할을 할 수 있는 Ag 전극이 주로 사용된다.
그러나 이러한 반사 전극을 p형 전극으로 사용하는 경우, 아래와 같은 문제점들이 발생한다.
먼저, 반사 전극 형성 시, 포토 리소그래피 공정을 통해 금속을 패터닝하는데, 이러한 금속을 패터닝하기 위한 포토 리소그래피 공정의 공정 마진으로 인하여 p형 반도체층의 표면을 전체적으로 Ag 금속으로 덮는 것이 매우 어렵다. 즉, p형 반도체층과 Ag 전극이 오믹 컨택하는 영역이 감소한다. 이로 인해, 전류가 주입되는 영역이 감소하여 발광 효율이 저하되고, 반사 금속이 형성되지 않은 영역에서 광이 반사되지 않아 발광 소자의 발광 효율이 떨어진다.
또한, p형 반도체층과 접촉하는 반사 전극의 Ag 원자들이 p형 반도체층 측으로 확산하여 불순물로 작용한다. 특히, 이러한 Ag 원자들은 p형 반도체층의 결함(예컨대, 전위(dislocation))을 통해 p형 반도체층 내부로 확산될 수 있다. 이는 반도체층의 결정성을 떨어뜨려 발광 소자의 특성을 악화시킬 수 있고, 누설 전류의 발생 확률을 상승시켜 발광 소자의 전기적 특성을 악화시킨다.
따라서, 이러한 문제점들을 개선하여 전기적 특성 및 광학적 특성이 우수한 새로운 발광 소자의 구조가 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 누설 전류의 발생 확률을 감소시켜 전기적 특성이 우수하고, 발광 영역에서 방출된 광을 효과적으로 반사시켜 광학적 특성을 향상시킬 수 있는 구조의 전극을 갖는 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 발광 소자는, 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층의 사이에 위치하는 활성층, 및 상기 제1 도전형 반도체층의 상면이 부분적으로 노출된 영역을 포함하는 발광 구조체; 상기 제2 도전형 반도체층 상에 위치하여 오믹 컨택하는 투명 전극; 상기 발광 구조체 및 투명 전극을 덮되, 상기 제1 도전형 반도체층의 상면이 부분적으로 노출된 영역 및 상기 투명 전극의 일부를 각각 노출시키는 제1 개구부 및 제2 개구부를 포함하는 제1 절연층; 상기 제1 절연층을 적어도 부분적으로 덮되, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 연장되는 금속층; 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된 제1 전극; 및 상기 투명 전극에 전기적으로 연결된 제2 전극을 포함한다.
이에 따라, 전기적 특성 및 광학적 특성이 향상된 발광 소자가 제공된다.
상기 투명 전극, 제1 절연층 및 금속층이 적층된 부분은 전방위 반사기(Omni-directional reflector)일 수 있다.
상기 투명 전극은 도전성 산화물을 포함할 수 있고, 상기 절연층은 Si 산화물 또는 Si 질화물을 포함하며, 상기 금속층은 광 반사성 금속을 포함할 수 있다.
나아가, 상기 투명 전극은 ITO를 포함할 수 있고, 상기 절연층은 SiO2를 포함할 수 있으며, 상기 금속층은 Ag 또는 Al을 포함할 수 있다.
상기 발광 소자는, 상기 제1 도전형 반도체층의 상면이 부분적으로 노출된 영역 상에 위치하는 컨택 전극을 더 포함할 수 있고, 상기 컨택 전극은 상기 투명 전극과 동일한 물질로 형성될 수 있다.
상기 금속층은, 상기 제1 개구부를 통해 상기 제1 도전형 반도체층과 오믹 컨택할 수 있고, 상기 제2 도전형 반도체층의 상면 상으로 연장되는 제1 금속층; 및 상기 제2 개구부를 통해 상기 투명 전극과 접촉하는 제2 금속층을 포함할 수 있고, 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층은 서로 이격될 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 금속층을 덮는 제2 절연층을 더 포함할 수 있고, 상기 제2 절연층은 상기 제1 금속층을 노출시키는 제3 개구부, 및 상기 제2 금속층을 노출시키는 제4 개구부를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극은 상기 발광 구조체 상에 위치할 수 있다.
상기 발광 소자는, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 측면을 적어도 부분적으로 덮으며, 상기 제1 및 제2 전극의 사이에 위치하는 절연부를 더 포함할 수 있다.
상기 투명 전극은 상기 제2 도전형 반도체층의 상면을 전부 덮을 수 있다.
상기 제1 절연층 및 상기 금속층은 상기 발광 구조체의 측면을 더 덮을 수 있다.
상기 발광 소자는, 상기 발광 구조체의 하면 상에 위치하는 파장변환부를 더 포함할 수 있다.
상기 발광 소자는, 상기 금속층을 덮되, 상기 제1 개구부에 대응하는 영역을 노출시키는 제3 개구부를 포함하는 제2 절연층을 더 포함할 수 있고, 상기 제1 전극은 상기 제2 절연층 상에 위치하며, 상기 투명 전극은 상기 발광 구조체로의 일 측면으로부터 연장되어 그 하면이 노출된 영역을 포함하고, 상기 제2 전극은 상기 투명 전극의 하면 상에 위치할 수 있다.
또한, 상기 제1 도전형 반도체층의 상면이 부분적으로 노출된 영역은 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 관통하는 홀 형태로 형성될 수 있고, 상기 발광 구조체는 하나 이상의 상기 홀을 포함할 수 있다.
상기 발광 구조체는 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 포함하는 하나 이상의 메사를 포함할 수 있고, 상기 제1 도전형 반도체층의 상면이 부분적으로 노출된 영역은 상기 메사 주변에 위치할 수 있다.
상기 제1 절연층은 서로 이격된 복수의 나노 로드들 또는 서로 이격된 복수의 나노홀들을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 투명 전극, 절연층, 및 금속층이 적층된 전방위 반사기를 포함하는 발광 소자가 제공될 수 있다. 이에 따라, 금속층과 반도체층 사이에 투명 전극이 개재되어, 금속층의 금속 원자가 반도체층에 확산되는 것이 방지될 수 있어 발광 소자의 전기적 특성이 악화되는 것을 방지할 수 있고, 또한, 광이 전방위 반사기에 의해 반사되어 발광 소자의 발광 효율이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3a은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 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 10 내지 도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 발광 소자는 발광 구조체(120), 투명 전극(130), 제1 절연층(140) 및 금속층(150)을 포함한다. 또한, 상기 발광 소자는, 제2 절연층(160), 제1 전극(171), 제2 전극(173) 및 절연부(180)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.
발광 구조체(120)는 제1 도전형 반도체층(121)의 상면이 부분적으로 노출된 영역을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(121)의 상면이 부분적으로 노출된 영역은 제2 도전형 반도체층(125)과 활성층(123)이 부분적으로 제거되어 제공될 수 있으며, 도시된 바와 같이, 제2 도전형 반도체층(125)과 활성층(123)을 관통하는 홀(120a)을 통해 제1 도전형 반도체층(121)의 상면이 부분적으로 노출될 수 있다. 홀(120a)은 경사진 측면을 가질 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 도전형 반도체층(121)이 부분적으로 노출되는 영역의 형태 및 위치는 다양하게 변형될 수 있다.
후술하여 설명하는 바와 같이, 상기 홀(120a)을 통해 제1 도전형 반도체층(121)과 제1 전극(171)이 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 발광 구조체(120)는 홀(120a)이 형성된 일 면에 반대하여 위치하는 타 면 상에 형성된 러프니스(120R)를 더 포함할 수 있다. 러프니스(120R)는 건식 식각, 습식 식각 및/또는 전기 화학 식각을 이용하여 형성할 수 있다. 예를 들어, KOH 및 NaOH 중 적어도 하나를 포함하는 용액을 이용하여 발광 구조체(120)의 일면을 습식 식각함으로써 러프니스(120R)가 형성될 수 있으며, 또는 PEC 식각을 이용할 수도 있다. 또한, 건식 식각과 습식 식각을 조합하여 러프니스(R)를 형성할 수도 있다. 상술한 러프니스(120R)를 형성하는 방법들은 예시들에 해당하며, 통상의 기술자에게 공지된 다양한 방법을 이용하여 발광 구조체(120) 표면에 러프니스(120R)를 형성할 수 있다. 발광 구조체(120)의 표면에 러프니스(120R)를 형성함으로써, 발광 소자의 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
투명 전극(130)은 제2 도전형 반도체층(125) 상에 위치한다. 특히, 투명 전극(130)의 제2 도전형 반도체층(125)의 상면과 접촉하여 오믹 컨택할 수 있고, 나아가, 투명 전극(130)은 제2 도전형 반도체층(125)의 상면을 전체적으로 덮을 수 있다.
투명 전극(130)은 ITO, ZnO, AZO, IZO 등과 같은 도전성 산화물을 포함할 수 있고, 특히, 본 실시예에서 투명 전극(130)은 ITO로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(125)이 p형의 도전형을 갖는 경우, 투명 전극(130)이 ITO를 포함함으로써 투명 전극(130)과 제2 도전형 반도체층(125) 간의 접촉 저항이 낮은 오믹 컨택이 형성될 수 있다. 한편, 투명 전극(130)은 제2 도전형 반도체층(125) 상면의 거의 전체, 나아가, 제2 도전형 반도체층(125) 상면 전체와 접촉할 수 있다. 따라서, 발광 소자에 공급된 전류가 투명 전극(130)을 통해 수평 방향으로 분산되어, 전류가 제2 도전형 반도체층(125)에 전체적으로 고르게 공급될 수 있다. 또한, 투명 전극(130)이 제2 도전형 반도체층(125)의 외곽 테두리 부분까지 커버하도록 형성됨으로써, 제2 도전형 반도체층(125)에서 투명 전극(130)에 의해 직접적으로 전류가 도통되는 부분으로부터 제1 도전형 반도체층(121)이 제1 금속층(151)에 의해 직접적으로 전류가 도통되는 부분까지의 이격 거리(D)를 최소화할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 발광 소자의 구동을 위한 순방향 전압(Vf)이 감소될 수 있다.
제1 절연층(140)은 투명 전극(130) 및 발광 구조체(120)를 부분적으로 덮는다. 또한, 제1 절연층(140)은 제1 도전형 반도체층(121)을 부분적으로 노출시키는 제1 개구부 및 투명 전극(130)을 부분적으로 노출시키는 제2 개구부를 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 제1 절연층(140)은 투명 전극(130)의 상면 및 측면의 일부를 덮되, 투명 전극(130)의 일부를 노출시킬 수 있다. 또한, 제1 절연층(140)은 홀(120a)의 측면을 덮을 수 있고, 나아가, 홀(120a)의 바닥면 일부를 덮어, 제1 도전형 반도체층(121)의 일부를 노출시킬 수 있다. 즉, 상기 제1 개구부는 상기 홀(120a)이 위치하는 부분에 대응하여 위치할 수 있다. 이때, 홀(120a)이 경사진 측면을 갖는 경우, 홀(120a)의 측면에 형성되는 제1 절연층(140)이 더욱 안정적으로 형성될 수 있다. 발광 소자 구동 시, 제1 절연층(140)의 제1 및 제2 개구부를 통해, 제1 및 제2 도전형 반도체층(121, 125)에 전류가 공급될 수 있다.
제1 절연층(140)은 광 투과성을 갖는 Si 산화물, Si 질화물 또는 MgF2 등과 같은 절연성 물질을 포함할 수 있고, 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있다. 특히, 본 실시예에 있어서, 제1 절연층(140)은 SiO2을 포함할 수 있다.
또한, 제1 절연층(140)은 1.4 이하의 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 절연층(140)이 SiO2를 포함하는 경우, 제1 절연층(140)은 SiO2로 형성된 복수의 나노 로드들 및/또는 복수의 나노 홀들을 포함할 수 있다. 제1 절연층(140)이 나노 로드들 및/또는 나노 홀들을 포함하여, 일반적인 단일층 구조보다 낮은 굴절률을 갖는 제1 절연층(140)을 구현할 수 있다.
금속층(150)은 제1 절연층(140) 상에 위치하며, 제1 절연층(140)을 적어도 부분적으로 덮을 수 있다.
금속층(150)은 서로 이격되어 절연된 제1 금속층(151) 및 제2 금속층(153)을 포함할 수 있다. 제1 금속층(151)은 발광 구조체(120)의 상면, 홀(120a)의 측면 및 홀(120a)의 바닥면 상에 위치하며, 제1 절연층(140)을 부분적으로 덮을 수 있고, 홀(120a)의 바닥면 상에 위치하는 제1 절연층(140)의 제1 개구부를 통해 제1 금속층(151)과 제1 도전형 반도체층(121)이 접촉할 수 있다. 이때, 제1 금속층(151)과 제1 도전형 반도체층(121)은 서로 접촉하여 오믹 컨택을 형성할 수 있다. 제2 금속층(153)은 제1 금속층(151)과 이격되며, 발광 구조체(120) 상에 위치하여 제1 절연층(140)을 부분적으로 덮을 수 있고, 제1 절연층(140)의 제2 개구부를 통해 투명 전극(130)과 접촉하여 전기적으로 연결될 수 있다.
금속층(150)은 전기적 도전성 및 광 반사성을 갖는 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 금속층(150)은 Ag, Al 등을 포함할 수 있고, 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있다. 특히, 본 실시예에 있어서, 발광 구조체(120)가 가시광 영역의 광을 방출하는 경우 금속층(150)은 Ag를 포함할 수 있고, 발광 구조체(120)가 자외선 영역의 광을 방출하는 경우 금속층(150)은 Al을 포함할 수 있다.
나아가, 금속층(150)이 Ag를 포함하는 경우, 금속층(150)은 Ag의 확산을 방지하도록 Ag층을 덮는 커버층을 더 포함할 수 있다. 상기 커버층은 Au, Ni, Ti, Cr 등과 같은 금속을 포함할 수 있다. 또한, 금속층(150)이 Al을 포함하는 경우, 금속층(150)과 제1 절연층(140)의 접착력을 강화하기 위하여 Al층과 제1 절연층(140)의 사이에 위치하는 접착층을 더 포함할 수 있다. 상기 접착층은 Ni, Pt, Cr, Ti, Rh, Pd 등과 같은 금속을 포함할 수 있다.
제1 절연층(140) 상에 금속층(150)이 위치함으로써, 본 실시예에 따른 발광 소자는 투명 전극(130), 제1 절연층(140) 및 금속층(150)이 적층된 부분을 포함한다. 투명 전극(130), 제1 절연층(140) 및 금속층(150)이 적층된 부분은 전방위 반사기(Omni-directional reflector) 역할을 할 수 있다. 예를 들어, ITO로 형성된 투명 전극(130), SiO2로 형성된 제1 절연층(140) 및 Ag로 형성된 금속층(150)이 적층된 구조의 경우, 가시광 영역의 광에 대하여 전방위 반사기와 유사한 역할을 할 수 있다. 이에 따라, 발광 구조체(120)에서 방출된 광이 상기 전방위 반사기에 의해 효과적으로 반사될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 투명 전극(130)은 제2 도전형 반도체층(125)의 상면을 거의 전체적으로 덮도록 형성될 수 있으므로, 제2 도전형 반도체층(125)의 상의 거의 모든 영역이 전방위 반사기로 형성될 수 있다. 이에 따라, 종래에 p형 반도체층 상에 금속성 반사 전극이 형성되는 경우에 비해, 더욱 효율적으로 광을 반사시킬 수 있다.
나아가, 광 반사성을 갖는 금속층(150)을 제2 도전형 반도체층(125)과 직접적으로 접촉시키지 않고, 금속층(150)과 제2 도전형 반도체층(125)의 사이에 투명 전극(130) 및 제1 절연층(140)을 개재시킴으로써, 금속층(150)의 금속 원자(예를 들어, Ag)가 제2 도전형 반도체층(125)으로 확산되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 투명 전극(130)이 금속 원자의 확산 방지층과 유사한 역할을 할 수 있다. 이에 따라, 제2 도전형 반도체층(125)에 금속 원자가 확산되어 반도체층의 결정성이 악화되거나 누설 전류의 발생 경로가 형성되는 것을 방지할 수 있다.
덧붙여, 금속층(150)이 홀(120a)의 측면 상에도 위치함으로써, 홀(120a)의 측면을 통해 손실될 수 있는 광을 반사시켜 발광 소자의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
제2 절연층(160)은 금속층(150)을 적어도 부분적으로 덮을 수 있고, 제1 금속층(151)을 부분적으로 노출시키는 제3 개구부 및 제2 금속층(153)을 부분적으로 노출시키는 제4 개구부를 포함할 수 있다.
상기 제3 개구부는 홀(120a)의 위치에 대응하여 위치할 수 있다. 상기 제4 개구부는 상기 제3 개구부가 위치하는 부분에 반대하여 위치할 수 있고, 예를 들어, 도시된 바와 같이 제3 개구부가 발광 구조체(120)의 일 측면에 인접하여 위치하는 경우, 제4 개구부는 발광 구조체(120)의 타 측면에 인접하여 위치할 수 있다.
제2 절연층(160)의 제3 및 제4 개구부를 통해 각각 제1 및 제2 금속층(151, 153)에 외부 전원이 전기적으로 연결될 수 있고, 이에 따라, 발광 구조체(120)에 전류가 공급될 수 있다.
제2 절연층(160)은 절연성의 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, SiO2, SiNx, MgF2 등을 포함할 수 있다. 나아가, 제2 절연층(160)은 다중층을 포함할 수 있고, 굴절률이 다른 물질이 교대로 적층된 분포 브래그 반사기를 포함할 수도 있다. 제2 절연층(160)이 분포 브래그 반사기를 포함함으로써, 상술한 전방위 반사기에 의해 반사되지 않고 투과하는 광을 2차적으로 다시 반사시켜, 발광 소자의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
제1 전극(171) 및 제2 전극(173)은 발광 구조체(120) 상에 위치하여, 제2 절연층(160)을 부분적으로 덮을 수 있다.
제1 전극(171)과 제2 전극(173)은 서로 이격되어 배치될 수 있고, 제1 전극(171) 및 제2 전극(173)은 각각 제2 절연층(160)의 제3 개구부 및 제4 개구부를 통해 제1 금속층(151) 및 제2 금속층(153)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 제1 전극(171)과 제2 전극(173)은 외부 전원에 연결되어 발광 구조체(120)에 전류를 공급하는 역할을 할 수 있다.
제1 전극(171)과 제2 전극(173)은 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있고, 전기적 도전성을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(171)과 제2 전극(173)은 각각 Au, Ti, Ni, Al, Ag등을 포함할 수 있다.
제1 전극(171)과 제2 전극(173)은 수십㎛ 이상의 두께를 가질 수 있고, 예컨대, 약 70 내지 80㎛의 두께를 가질 수 있다. 전극들(171, 173)이 상술한 범위의 두께를 가짐으로써, 상기 발광 소자는 그 자체로 칩 스케일 패키지로 이용될 수 있다. 또한, 제1 전극(171)과 제2 전극(173) 각각의 적어도 일 측면은 발광 구조체(120)의 측면과 대체로 나란하게 형성될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
절연부(180)는 제1 전극(171)과 제2 전극(173)의 측면을 적어도 부분적으로 덮을 수 있으며, 특히, 제1 전극(171)과 제2 전극(173)의 사이에 개재될 수 있다. 또한, 절연부(180)의 상면에는 제1 전극(171) 및 제2 전극(173)이 노출될 수 있고, 절연부(180)의 상면은 제1 전극(171) 및 제2 전극(173)의 상면들과 대체로 동일한 높이로 나란하게 위치할 수 있다. 절연부(180)는 제1 및 제2 전극(171, 173)을 지지하는 역할을 할 수 있고, 나아가, 제1 및 제2 전극(171, 173)의 사이에 위치하여 이들 전극들(171, 173)을 효과적으로 절연시킬 수 있다.
절연부(180)는 절연성 폴리머 및/또는 절연성 세라믹을 포함할 수 있고, 예를 들어, EMC(Epoxy Molding Compound), Si 수지와 같은 물질을 포함할 수 있다. 또한, 절연부(180)는 TiO2입자와 같은 광 반사성 및 광 산란 입자를 포함할 수도 있다.
또한, 도시된 바와 달리, 절연부(180)는 발광 구조체(120) 측면의 적어도 일부를 더 덮을 수도 있다. 이 경우, 발광 구조체(120)에서 방출된 광의 발광 각도가 달라질 수 있다. 예를 들어, 절연부(180)가 발광 구조체(120) 측면을 더 덮는 경우, 발광 구조체(120)의 측면으로 방출된 광 중 일부가 상부로 반사될 수 있다. 이와 같이, 절연부(180)가 배치되는 영역을 조절함으로써, 발광 소자의 발광 각도를 조절할 수 있다.
본 발명에 따르면, 투명 전극(130)이 제2 도전형 반도체층(125) 상면의 거의 전체와 접촉하여, 발광 소자에 공급된 전류가 투명 전극(130)을 통해 수평 방향으로 고르게 분산될 수 있다. 또한, 투명 전극(130)이 제2 도전형 반도체층(125)의 외곽 테두리 부분까지 커버하도록 형성됨으로써, 제2 도전형 반도체층(125)에서 투명 전극(130)에 의해 직접적으로 전류가 도통되는 부분으로부터 제1 도전형 반도체층(121)이 제1 금속층(151)에 의해 직접적으로 전류가 도통되는 부분까지의 이격 거리(D)가 종래에 비해 감소된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 발광 소자의 구동을 위한 순방향 전압(Vf)을 감소시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2의 발광 소자는 도 1의 발광 소자와 비교하여, 컨택 전극(135)을 더 포함하는 점에서 차이가 있다. 이하 차이점을 중심으로 도 2의 실시예에 따른 발광 소자에 관하여 설명하며, 동일한 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 2를 참조하면, 상기 발광 소자는 발광 구조체(120), 투명 전극(130), 제1 절연층(140), 금속층(150), 및 컨택 전극(135)을 포함한다. 또한, 상기 발광 소자는, 제2 절연층(160), 제1 전극(171), 제2 전극(173) 및 절연부(180)를 더 포함할 수 있다.
컨택 전극(135)은 제1 도전형 반도체층(121)이 노출되는 영역, 즉 홀(120a)의 하면 상에 위치할 수 있다. 이때, 제1 금속층(151)은 컨택 전극(135)의 상면과 접촉하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
컨택 전극(135)은 제1 도전형 반도체층(121)과 접촉하여 오믹 컨택을 형성할 수 있다. 컨택 전극(135)은 ITO, ZnO, AZO, IZO 등과 같은 도전성 산화물을 포함할 수 있고, 특히, 본 실시예에서 컨택 전극(135)은 ITO로 형성될 수 있다. 컨택 전극(135)은 투명 전극(130)과 실질적으로 동일한 물질로 형성될 수 있으며, 발광 소자 제조 과정에서 투명 전극(130)과 동일한 공정으로 동시에 형성될 수도 있다.
ITO와 같은 도전성 산화물을 포함하는 컨택 전극(135)을 제1 도전형 반도체층(121)이 노출된 영역 상에 형성함으로써, 금속층(150)은 제1 도전형 반도체층(121)과 직접적으로 접촉하지 않는다. 따라서, 컨택 전극(135)은 금속층(150)의 금속 원자(예컨대, Ag)가 제1 도전형 반도체층(121)으로 확산되는 것을 방지할 수 있고, 제1 도전형 반도체층(121)의 결정성이 악화되거나 누설 전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
뿐만 아니라, 컨택 전극(135)에 의해, 제1 도전형 반도체층(121)과 컨택 전극(135)이 접촉하는 부분으로부터 제2 도전형 반도체층(125)과 투명 전극(130)이 접촉하는 부분까지의 이격 거리가 더욱 감소될 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 발광 소자는 상대적으로 더 낮은 순방향 전압으로도 발광 소자가 구동될 수 있다.
도 3a은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3a의 발광 소자는 도 1의 발광 소자와 비교하여, 파장변환부(190)를 더 포함하는 점에서 차이가 있다. 이하 차이점을 중심으로 도 3a의 실시예에 따른 발광 소자에 관하여 설명하며, 동일한 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 3a을 참조하면, 상기 발광 소자는 발광 구조체(120), 투명 전극(130), 제1 절연층(140), 금속층(150) 및 파장변환부(190)를 포함한다. 또한, 상기 발광 소자는, 제2 절연층(160), 제1 전극(171), 제2 전극(173), 및 절연부(180)를 더 포함할 수 있다.
파장변환부(190)는 발광 구조체(120)의 하면 상에 위치할 수 있다.
파장변환부(190)는 발광 구조체(120)에서 방출된 광의 파장을 변환시켜, 발광 소자가 원하는 파장대의 광을 방출할 수 있도록 한다. 파장변환부(190)는 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, 파장변환부(190)는 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있다.
도 3a에 따르면, 파장변환부(190)는 발광 구조체(120)의 하면을 덮도록 형성되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 파장변환부(190)는 발광 소자 측면의 적어도 일부를 더 덮을 수 있다. 이 경우, 파장변환부(190)는 발광 구조체(120)의 측면을 더 덮을 수 있고, 나아가, 전극들(171, 173) 또는 절연부(180)의 측면 일부까지 더 덮을 수 있다.
본 실시예의 발광 소자는 파장변환부(190)를 더 포함함으로써, 상기 발광 소자 자체로 백색광 칩 스케일 패키지로 이용될 수 있다. 따라서, 발광 소자 패키지를 구성하기 위한 별도의 구성 없이도 백색광 패키지가 제공될 수 있어서, 발광 소자 패키지가 소형화될 수 있다.
도 3b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3b의 발광 소자는 도 3a의 발광 소자와 비교하여, 제1 절연층(140), 금속층(140), 제2 절연층(160) 및 절연부(180)의 구조에 차이가 있다. 이하 차이점을 중심으로 도 3b의 실시예에 따른 발광 소자에 관하여 설명하며, 동일한 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 3b를 참조하면, 상기 발광 소자는 발광 구조체(120), 투명 전극(130), 제1 절연층(140), 금속층(150) 및 파장변환부(190)를 포함한다. 또한, 상기 발광 소자는, 제2 절연층(160), 제1 전극(171), 제2 전극(173), 및 절연부(180)를 더 포함할 수 있다.
도 3a의 발광 소자와 달리, 도 3b의 발광 소자에 있어서 제1 절연층(140)은 발광 구조체(120)의 측면을 더 덮을 수 있고, 제1 절연층(140)의 일부는 파장변환부(190)와 접촉할 수 있다. 나아가, 금속층(150) 및 제2 절연층(160)은 상기 발광 구조체(120)의 측면을 덮는 제1 절연층(140) 상에 위치할 수 있다.
이에 따라, 발광 구조체(120)의 측면에 노출되는 반도체층들이 외부 환경으로부터 더욱 효과적으로 보호될 수 있다. 또한, 발광 구조체(120)의 측면에도 금속층(150)이 위치함으로써, 발광 구조체(120)의 측면으로 향하는 광이 반사되어 발광 소자의 발광 효율이 더욱 향상될 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4의 발광 소자는 도 1의 발광 소자와 비교하여, 전류 차단부(210)를 더 포함하는 점에서 차이가 있다. 이하 차이점을 중심으로 도 4의 실시예에 따른 발광 소자에 관하여 설명하며, 동일한 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 4를 참조하면, 상기 발광 소자는 발광 구조체(120), 투명 전극(130), 제1 절연층(140), 금속층(150) 및 전류 차단부(210)를 포함한다. 또한, 상기 발광 소자는, 제2 절연층(160), 제1 전극(171), 제2 전극(173), 및 절연부(180)를 더 포함할 수 있다.
전류 차단부(210)는 제2 도전형 반도체층(125)의 일 영역 상에 위치할 수 있다. 예를 들어, 전류 차단부(210)는 제2 금속층(151)이 투명 전극(130)과 접하는 위치에 대응하여 위치할 수 있다. 또한, 전류 차단부(210)는 두께 방향으로 관통하여 제2 도전형 반도체층(125)의 상부를 노출시키는 관통홀을 포함할 수 있다. 또한, 전류 차단부(210)는 경사진 측면을 가질 수 있다.
상기 관통홀은 평면적으로 원형으로 형성되며, 대체로 전류 차단부(210)의 중심부에 형성될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 관통홀의 평면 형상은 다각형 형상일 수도 있고, 또한, 관통홀은 복수로 형성될 수도 있다.
투명 전극(130)은 제2 도전형 반도체층(125)의 상면 및 전류 차단부(210)를 적어도 부분적으로 덮을 수 있고, 전류 차단부(210)의 관통홀을 노출시키는 개구부를 포함할 수 있다.
전류 차단부(210)는 전극으로 공급된 전류가 반도체층에 직접적으로 전달되어, 전류가 집중되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 전류 차단부(210)는 절연성 물질을 포함할 수 있으며, 단일층 또는 다중층으로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 전류 차단부(210)는 SiO2, SiNx, MgF2, ZrO2, Al2O3 등을 포함할 수 있고, 또는 굴절률이 다른 절연성 물질층들이 적층된 분포 브래그 반사기를 포함할 수도 있다. 따라서, 전류 차단부(210)는 광 투과성을 가질 수도 있고, 광 반사성을 가질 수도 있다.
예를 들어, 전류 차단부(210)가 분포 브래그 반사기를 포함하여 광 반사성을 갖는 경우, 상기 분포 브래그 반사기는 광이 제2 금속층(153)으로 향하는 것을 방지하여 제2 금속층(153)에 의해 광이 흡수되거나 손실되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 활성층(123)에서 방출되는 광의 피크 파장에 따라, 반사시키고자 하는 파장대의 광을 반사시키도록 상기 분포 브래그 반사기를 형성하는 물질 및 각 층의 두께 등이 결정될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 투명 전극(130)은 제2 도전형 반도체층(125)의 상면의 윤곽에 대응하는 형태로 형성되어 제2 도전형 반도체층(125)의 상면을 덮고, 전류 차단부(210)의 외곽 측면 및 상면의 일부를 덮을 수 있다. 이에 따라, 전류 차단부(210)의 상면의 나머지 일부와 관통홀 상에는 투명 전극(130)이 형성되지 않을 수 있다. 한편, 투명 전극(130)의 개구부 형태는 관통홀의 형태에 대응하는 형상으로 형성될 수 있다. 나아가, 상기 개구부의 직경은 관통홀(131)의 직경보다 클 수 있다.
또한, 제2 금속층(153)은 투명 전극(130)의 개구부, 및 전류 차단층(210)의 관통홀을 통해 제2 도전형 반도체층(125)과 접촉하도록 형성될 수 있고, 또한, 제2 금속층(153)은 투명 전극(130)과 접촉하여 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 제2 금속층(153)과 제2 도전형 반도체층(125)은 쇼트키 컨택할 수 있으며, 제2 금속층(153)과 투명 전극(130)은 오믹 컨택할 수 있다. 전류 차단층(210) 상에 위치하는 제2 금속층(153)은, 제2 도전형 반도체층(125), 전류 차단층(210), 투명 전극(130) 및 제1 절연층(140)의 표면을 따라 형성될 수 있다.
제2 금속층(153)를 통해 공급된 전류는 투명 전극(130)을 통해 효과적으로 수평 방향으로 분산될 수 있고, 전류 차단층(210)에 의해 수직 방향으로 전류가 집중되는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5의 발광 소자는 도 2의 발광 소자와 비교하여, 제1 절연층(140), 금속층(140), 제2 절연층(160), 제1 전극(271) 및 제2 전극(273)의 구조에 차이가 있다. 이하 차이점을 중심으로 도 5의 실시예에 따른 발광 소자에 관하여 설명하며, 동일한 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 5를 참조하면, 상기 발광 소자는 발광 구조체(120), 투명 전극(130), 제1 절연층(140), 및 금속층(150)을 포함한다. 또한, 상기 발광 소자는, 제2 절연층(160), 제1 전극(171), 제2 전극(173), 및 절연부(180)를 더 포함할 수 있다.
투명 전극(130)은 발광 구조체(120)의 일 측면으로부터 연장되어 노출된 영역을 포함할 수 있다. 이때, 상기 노출된 영역 상에는 제2 전극(273)이 위치할 수 있고, 제2 전극(273)은 제2 도전형 반도체층(125)과 전기적으로 연결된다.
제1 전극(273)은 제2 절연층(160)을 덮되, 발광 구조체(120)의 일 면을 전체적으로 지지하도록 형성될 수 있다. 즉, 도시된 바와 같이, 제1 전극(273)은 홀(120a)을 통해 제1 도전형 반도체층(121)과 전기적으로 연결되며, 발광 소자의 하부에 위치하여 발광 구조체(120)를 지지하도록 형성된다.
이에 따라, 제1 전극(271)과 제2 전극(273)이 각각 상, 하에 배치된 수직형 구조의 발광 소자가 제공될 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도들 및 단면도이다.
본 실시예의 발광 소자는 도 1의 발광 소자와 비교하여 발광 구조체(120)의 구조가 상이하다. 이에 따라, 다른 나머지 구성들의 상호 구조 관계 등에 차이가 있으며, 이하 차이점을 중심으로 상세하게 설명한다. 동일한 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 6의 (a)는 본 실시예에 따른 발광 소자의 평면도이고, (b)는 홀(120h)의 위치 및 제3 개구부(160a)와 제4 개구부(160b)의 위치를 설명하기 위한 평면도이며, 도 7은 도 6의 (a)와 (b)의 A-A선에 대응하는 영역의 단면을 도시하는 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 발광 소자는 제1 도전형 반도체층(121), 활성층(123) 및 제2 도전형 반도체층(125)을 포함하는 발광 구조체(120), 투명 전극(130), 제1 절연층(140), 및 금속층(150)을 포함한다. 나아가, 상기 발광 소자는 제2 절연층(160), 제1 전극(171), 제2 전극(173) 및 절연부(180)를 더 포함할 수 있다.
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)들은 발광 구조체(120)의 전체에 걸쳐 대체로 규칙적으로 위치할 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)과 같은 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 도전형 반도체층(121) 노출되는 영역은 라인 형태, 홀 및 라인이 복합된 형태 등으로 형성될 수 있다.
투명 전극(130)은 제2 도전형 반도체층(125) 상에 위치하여, 오믹 컨택될 수 있다. 투명 전극(130)은 제2 도전형 반도체층(125)의 상면을 전반적으로 덮도록 배치될 수 있으며, 나아가, 제2 도전형 반도체층(125)의 상면을 거의 완전히 덮도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 발광 구조체(120)의 전체에 대해 전류를 균일하게 공급하여, 전류 분산 효율이 향상될 수 있다.
제1 절연층(160)은 발광 구조체(120)의 상면 및 투명 전극(130)을 부분적으로 덮을 수 있다. 제1 절연층(140)은 복수의 홀(120h)들의 측면을 덮되, 홀(120h)의 하면에 위치하는 제1 도전형 반도체층(121)을 부분적으로 노출시키는 제1 개구부를 포함할 수 있다. 따라서 상기 제1 개구부는 복수의 홀(120h)이 배치된 위치에 대응하여 위치할 수 있다. 또한, 제1 절연층(140)은 투명 전극(130)의 일부를 노출시키는 제2 개구부를 포함할 수 있다. 나아가, 제1 절연층(140)은 발광 구조체(120)의 적어도 일부의 측면을 더 덮을 수 있다.
금속층(150)은 제1 절연층(140)을 부분적으로 덮을 수 있으며, 발광 구조체(120)의 측면을 덮는 제1 절연층(140) 상에도 형성될 수 있다.
금속층(150)은 제1 금속층(151) 및 제2 금속층(153)을 포함할 수 있다. 제1 금속층(151)은 복수의 홀(120h) 및 제1 개구부들을 통해 제1 도전형 반도체층(121)과 오믹 컨택할 수 있고, 제2 금속층(153)은 제2 개구부를 통해 투명 전극(130)과 전기적으로 연결될 수 있다. 금속층(150)은 제1 금속층(151)과 제2 금속층(153)을 이격시키는 영역을 제외하고, 제1 절연층(140)을 거의 전체적으로 덮도록 형성될 수 있다.
투명 전극(130), 제1 절연층(140) 및 금속층(150)이 적층된 영역은 전방위 반사기 역할을 할 수 있다. 예를 들어, ITO로 형성된 투명 전극(130), SiO2로 형성된 제1 절연층(140) 및 Ag로 형성된 금속층(150)이 적층된 구조의 경우, 가시광 영역의 광에 대하여 전방위 반사기와 유사한 역할을 할 수 있다. 이에 따라, 발광 구조체(120)에서 방출된 광이 상기 전방위 반사기에 의해 효과적으로 반사될 수 있다.
이러한 전방위 반사기 역할을 하는 구조가 발광 구조체(120)를 전체적으로 덮도록 형성됨으로써, 발광 소자의 발광 효율이 향상될 수 있다.
제2 절연층(160)은 금속층(150)을 부분적으로 덮을 수 있고, 금속층(150)을 부분적으로 노출시키는 제3 개구부(160a), 및 투명 전극(130)을 부분적으로 노출시키는 제4 개구부(160b)를 포함할 수 있다. 이때, 제4 개구부(160b)는 제1 절연층(140)의 제2 개구부에 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
제3 및 제4 개구부(160a, 160b) 각각은 하나 이상으로 형성될 수 있다. 또한, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 제3 개구부(160a)가 발광 소자의 일 측 모서리에 인접하여 위치하는 경우, 제4 개구부(160b)는 타 측 모서리에 인접하도록 위치할 수 있다.
제1 전극(171) 및 제2 전극(173)은 제2 절연층(160) 상에 위치할 수 있다. 또한, 제1 전극(171)은 제3 개구부(160a) 상에 위치하여 금속층(150)과 접촉될 수 있고, 제2 전극(173)은 제4 개구부(160b) 상에 위치하여 투명 전극(130)과 접촉될 수 있다.
절연부(180)는 제1 전극(171)과 제2 전극(173)의 측면을 적어도 부분적으로 덮을 수 있으며, 특히, 제1 전극(171)과 제2 전극(173)의 사이에 개재될 수 있다. 또한, 절연부(180)의 상면에는 제1 전극(171) 및 제2 전극(173)이 노출될 수 있고, 절연부(180)의 상면은 제1 전극(171) 및 제2 전극(173)의 상면들과 대체로 동일한 높이로 나란하게 위치할 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도들 및 단면도이다.
본 실시예의 발광 소자는 도 6 및 도 7의 발광 소자와 비교하여 발광 구조체(120)의 구조가 상이하다. 이에 따라, 다른 나머지 구성들의 상호 구조 관계 등에 차이가 있으며, 이하 차이점을 중심으로 상세하게 설명한다. 동일한 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 8의 (a)는 본 실시예에 따른 발광 소자의 평면도이고, (b)는 홀(120h)의 위치 및 제3 개구부(160a)와 제4 개구부(160b)의 위치를 설명하기 위한 평면도이며, 도 9는 도 8의 (a)와 (b)의 B-B선에 대응하는 영역의 단면을 도시하는 단면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 발광 소자는 제1 도전형 반도체층(121), 활성층(123) 및 제2 도전형 반도체층(125)을 포함하는 발광 구조체(120), 투명 전극(130), 제1 절연층(140), 및 금속층(150)을 포함한다. 나아가, 상기 발광 소자는 제2 절연층(160), 제1 전극(171), 제2 전극(173) 및 절연부(180)를 더 포함할 수 있다.
발광 구조체(120)는 제2 도전형 반도체층(125) 및 활성층(123)을 포함하는 하나 이상의 메사(120m)를 포함할 수 있다. 메사(120m)는, 도시된 바와 같이, 복수로 제공될 수 있다. 메사(120m)는 동일한 방향으로 기다랗게 연장된 형태로 형성될 수 있고, 복수의 메사(120m)들은 동일한 방향으로 나란하게 배치될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(121)이 노출된 영역(120e)은 메사(120m) 주변 영역에 위치할 수 있고, 예를 들어, 메사(120m)의 측면들 중 긴 측면에 나란하도록 배치될 수 있다.
투명 전극(130)은 메사(120m)들 상에 위치하여, 제2 도전형 반도체층(125)과 오믹 컨택될 수 있다. 투명 전극(130)은 제2 도전형 반도체층(125)의 상면을 전반적으로 덮도록 배치될 수 있으며, 나아가, 제2 도전형 반도체층(125)의 상면을 거의 완전히 덮도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 발광 구조체(120)의 전체에 대해 전류를 균일하게 공급하여, 전류 분산 효율이 향상될 수 있다.
제1 절연층(160)은 발광 구조체(120)의 상면 및 투명 전극(130)을 부분적으로 덮을 수 있다. 제1 절연층(140)은 메사(120m)들의 측면을 덮되, 제1 도전형 반도체층(121)이 노출된 영역(120e)의 제1 도전형 반도체층(121)을 부분적으로 노출시키는 제1 개구부를 포함할 수 있다. 따라서 상기 제1 개구부는 제1 도전형 반도체층(121)이 노출된 영역(120e)의 위치에 대응하여 위치할 수 있다. 또한, 제1 절연층(140)은 투명 전극(130)의 일부를 노출시키는 제2 개구부를 포함할 수 있다. 나아가, 제1 절연층(140)은 발광 구조체(120)의 적어도 일부의 측면을 더 덮을 수 있다.
금속층(150)은 제1 절연층(140)을 부분적으로 덮을 수 있으며, 발광 구조체(120)의 측면을 덮는 제1 절연층(140) 상에도 형성될 수 있다.
금속층(150)은 제1 금속층(151) 및 제2 금속층(153)을 포함할 수 있다. 제1 금속층(151)은 제1 도전형 반도체층(121)이 노출된 영역(120e) 및 제1 개구부들을 통해 제1 도전형 반도체층(121)과 오믹 컨택할 수 있고, 제2 금속층(153)은 제2 개구부를 통해 투명 전극(130)과 전기적으로 연결될 수 있다. 금속층(150)은 제1 금속층(151)과 제2 금속층(153)을 이격시키는 영역을 제외하고, 제1 절연층(140)을 거의 전체적으로 덮도록 형성될 수 있다.
투명 전극(130), 제1 절연층(140) 및 금속층(150)이 적층된 영역은 전방위 반사기 역할을 할 수 있다. 예를 들어, ITO로 형성된 투명 전극(130), SiO2로 형성된 제1 절연층(140) 및 Ag로 형성된 금속층(150)이 적층된 구조의 경우, 가시광 영역의 광에 대하여 전방위 반사기와 유사한 역할을 할 수 있다. 이에 따라, 발광 구조체(120)에서 방출된 광이 상기 전방위 반사기에 의해 효과적으로 반사될 수 있다.
이러한 전방위 반사기 역할을 하는 구조가 발광 구조체(120)를 전체적으로 덮도록 형성됨으로써, 발광 소자의 발광 효율이 향상될 수 있다.
제2 절연층(160)은 금속층(150)을 부분적으로 덮을 수 있고, 금속층(150)을 부분적으로 노출시키는 제3 개구부(160a), 및 투명 전극(130)을 부분적으로 노출시키는 제4 개구부(160b)를 포함할 수 있다. 이때, 제4 개구부(160b)는 제1 절연층(140)의 제2 개구부에 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
제3 및 제4 개구부(160a, 160b) 각각은 하나 이상으로 형성될 수 있다. 또한, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 제3 개구부(160a)가 발광 소자의 일 측 모서리에 인접하여 위치하는 경우, 제4 개구부(160b)는 타 측 모서리에 인접하며, 메사(120m)들 상에 위치할 수 있다.
제1 전극(171) 및 제2 전극(173)은 제2 절연층(160) 상에 위치할 수 있다. 또한, 제1 전극(171)은 제3 개구부(160a) 상에 위치하여 금속층(150)과 접촉될 수 있고, 제2 전극(173)은 제4 개구부(160b) 상에 위치하여 투명 전극(130)과 접촉될 수 있다.
절연부(180)는 제1 전극(171)과 제2 전극(173)의 측면을 적어도 부분적으로 덮을 수 있으며, 특히, 제1 전극(171)과 제2 전극(173)의 사이에 개재될 수 있다. 또한, 절연부(180)의 상면에는 제1 전극(171) 및 제2 전극(173)이 노출될 수 있고, 절연부(180)의 상면은 제1 전극(171) 및 제2 전극(173)의 상면들과 대체로 동일한 높이로 나란하게 위치할 수 있다.
도 6 내지 도 9의 실시예들에 따른 발광 소자의 구조는 전류가 수평 방향으로 균일하게 분산되도록 할 수 있으며, 또한, 전방위 반사기 구조가 발광 구조체(120)에 전체적으로 형성됨으로써 광을 효과적으로 반사시켜 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 상술한 발광 소자의 구조들은 대면적 발광 소자에 적용될 경우, 발광 효율이 높은 발광 소자가 제공될 수 있다.
도 10 내지 도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들 및 단면도이다. 본 실시예의 제조 방법에 따르면 상술한 실시예들에 개시된 발광 소자가 제공될 수 있으며, 동일한 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
먼저, 도 10을 참조하면, 성장 기판(110) 상에 제1 도전형 반도체층(121), 활성층(123) 및 제2 도전형 반도체층(125)을 포함하는 발광 구조체(120)를 형성한다.
성장 기판(110)은 발광 구조체(120)가 성장될 수 있는 성장 기판일 수 있으며, 예를 들어, 사파이어 기판, 실리콘 카바이드 기판, 실리콘 기판, 질화갈륨 기판, 질화알루미늄 기판 등일 수 있다. 본 실시예에 있어서, 기판(110)은 패턴 된 사파이어 기판(Patterned Sapphire Substrate; PSS)일 수 있다.
제1 도전형 반도체층(121), 활성층(123), 및 제2 도전형 반도체층(125)은 순차적으로 성장됨으로써 형성될 수 있다. 발광 구조체(120)는 질화물 반도체를 포함할 수 있으며, MOCVD, HVPE, MBE 등 통상의 기술자에게 공지된 질화물 반도체층 성장 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 제1 도전형 반도체층(121)을 성장시키기 전에, 성장 기판(110) 상에 버퍼층(미도시)을 더 형성할 수 있다.
발광 구조체(120)는 성장 기판(110) 상에 성장되어 웨이퍼 형태로 제공될 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법에 따라, 복수의 발광 소자가 제공될 수도 있다. 다만, 본 실시예에서는 단일의 발광 소자에 대해서만 도시 및 설명한다.
이어서, 도 11을 참조하면, 제2 도전형 반도체층(125) 및 활성층(123)을 부분적으로 제거하여 제1 도전형 반도체층(121)을 부분적으로 노출시키는 적어도 하나의 홀(120a)을 형성함과 아울러, 제2 도전형 반도체층(125) 상에 투명 전극(130)을 형성한다. 홀(120a)을 형성하는 것과 투명 전극(130)을 형성하는 순서는 제한되지 않으며, 모두 본 발명의 범위에 포함된다.
적어도 하나의 홀(120a)은 사진 및 식각 공정을 통해 형성될 수 있다. 이때, 포토레지스트 리플로우 공정을 통해 홀(120a)의 측면을 경사지게 형성할 수 있다. 본 실시예에서 하나의 홀(120a)만을 도시하나, 상기 홀(120a)은 복수로 형성될 수도 있다.
투명 전극(130)은 ITO와 같은 도전성 산화물을 증착 및 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 투명 전극(130)은 CVD, 전자선 증착(E-beam evaporation)과 같은 공지의 증착 방법과 사진·식각 공정, 리프트 오프 공정과 같은 공지의 패터닝 방법을 이용하여 형성할 수 있다.
한편, 투명 전극(130)을 먼저 형성하고 홀(120a)을 형성하는 경우, 투명 전극(130), 제2 도전형 반도체층(125) 및 활성층(123)은 동일 식각 공정을 통해 제거될 수 있다. 이 경우, 투명 전극(130)의 측면은 홀(120a)의 측면과 대체로 나란하게 형성될 수 있고, 따라서 제2 도전형 반도체층(125)의 상면을 거의 전부 덮는 투명 전극(130)이 제공될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제조되는 발광 소자가 컨택 전극(135)을 더 포함하는 경우, 컨택 전극(135)은 투명 전극(130)과 동일한 물질로 동일한 공정에서 형성될 수 있으며, 홀(120a)에 노출된 제1 도전형 반도체층(121) 상에 형성될 수 있다.
도 12를 참조하면, 발광 구조체(120) 및 투명 전극(130)을 부분적으로 덮는 제1 절연층(140)을 형성한다.
제1 절연층(140)은 SiO2와 같은 절연성 물질을 증착하여 형성할 수 있으며, 리프트 오프 또는 식각 공정을 통해 제1 개구부(140a) 및 제2 개구부(140b)를 포함하도록 패터닝될 수 있다. 제1 개구부(140a)는 홀(120a)의 위치에 대응하여 형성되며, 특히, 제1 절연층(140)은 홀(120a)의 측면까지 덮을 수 있다. 제2 개구부(140b)는 투명 전극(130)을 부분적으로 노출시키며, 후술하는 공정에서 제2 전극(173)이 형성되는 영역에 따라 그 위치가 결정된다.
한편, 제1 절연층(140)은 발광 구조체(120)의 측면을 더 덮도록 형성될 수도 있다.
이어서, 도 13을 참조하면, 제1 절연층(140)을 부분적으로 덮는 금속층(150)을 형성한다.
금속층(150)은 도금 및 증착 방법 등을 통해 형성할 수 있으며, 리프트 오프 등의 공정을 통해 패터닝될 수 있다. 이에 따라, 제1 개구부(140a)를 통해 제1 도전형 반도체층(121)과 오믹 컨택하는 제1 금속층(151) 및 제2 개구부(140b)를 통해 투명 전극(130)과 전기적으로 연결된 제2 금속층(153)이 형성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 제1 금속층(151)과 제2 금속층(153)은 동일한 공정에서 형성될 수 있으며, 패터닝 공정을 통해 서로 이격되어 절연될 수 있다.
한편, 제1 절연층(140)이 발광 구조체(120)의 측면을 더 덮는 경우, 금속층(150)은 발광 구조체(120)의 측면을 덮는 제1 절연층(140) 상에도 형성될 수 있다.
도 14를 참조하면, 금속층(150), 제1 절연층(140) 및 투명 전극(130)을 부분적으로 덮는 제2 절연층(160)을 형성한다.
제2 절연층(160)은 SiO2, SiNx와 같은 절연성 물질을 증착하여 형성할 수 있으며, 리프트 오프 또는 식각 공정을 통해 제3 개구부(160a) 및 제4 개구부(160b)를 포함하도록 패터닝될 수 있다. 제3 개구부(160a)는 금속층(150)을 부분적으로 노출시키며, 제1 전극(171)이 금속층(150)과 전기적으로 연결되는 부분을 정의할 수 있다. 이와 유사하게, 제4 개구부(160b)는 투명 전극(130)을 부분적으로 노출시키며, 제2 전극(173)이 투명 전극(130)과 전기적으로 연결되는 부분을 정의할 수 있다. 도시된 바와 같이, 제3 개구부(160a)와 제4 개구부(160b)는 반대하여 위치하는 측면들에 치우쳐 위치하도록 형성될 수 있다.
이어서, 도 15를 참조하면, 발광 구조체(120) 상에 제1 전극(171), 제2 전극(173) 및 절연부(180)를 형성한다. 제1 전극(171) 및 제2 전극(173)을 형성하는 것과, 절연부(180)를 형성하는 순서는 제한되지 않는다.
제1 전극(171)과 제2 전극(171)은 증착, 도금 등의 방법을 통해 형성될 수 있으며, 절연부(180)는 증착, 도포 등의 방법을 통해 형성될 수 있다.
도 16을 참조하면, 성장 기판(110)을 발광 구조체로부터 분리한다.
성장 기판(110)은 레이저 리프트 오프, 화학적 리프트 오프, 스트레스 리프트 오프, 열적 리프트 오프 등의 방법을 이용하여 발광 구조체(120)로부터 분리되거나, 래핑, 그라인딩 또는 CMP와 같은 물리적 및/또는 화학적 방법을 통해 제거될 수 있다.
이에 따라, 도 1에 도시된 바와 같은 발광 소자가 제공될 수 있다. 나아가, 성장 기판(110)이 분리되어 노출된 발광 구조체(120)의 일 표면 상에 파장변환부(190)를 더 형성하면, 도 3a에 도시된 발광 소자게 제공될 수 있다.
한편, 상술한 실시예들에서, 발광 소자들은 모두 성장 기판(110)이 발광 구조체(120)로부터 분리되어 제거된 것으로 설명되나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 상술한 발광 소자들은 모두 성장 기판(110)을 더 포함할 수 있고, 성장 기판(110)을 더 포함하는 경우 파장변환부(190)는 성장 기판(110) 상에 형성될 수 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 (16)

  1. 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층의 사이에 위치하는 활성층, 및 상기 제1 도전형 반도체층의 상면이 부분적으로 노출된 영역을 포함하는 발광 구조체;
    상기 제2 도전형 반도체층 상에 위치하여 오믹 컨택하는 투명 전극;
    상기 발광 구조체 및 투명 전극을 덮되, 상기 제1 도전형 반도체층의 상면이 부분적으로 노출된 영역 및 상기 투명 전극의 일부를 각각 노출시키는 제1 개구부 및 제2 개구부를 포함하는 제1 절연층;
    상기 제1 절연층을 적어도 부분적으로 덮되, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 연장되는 금속층;
    상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된 제1 전극; 및
    상기 투명 전극에 전기적으로 연결된 제2 전극을 포함하고,
    상기 제1 절연층 및 상기 금속층은 상기 발광 구조체의 최외곽측면을 더 덮되,
    상기 금속층은,
    상기 제1 개구부를 통해 상기 제1 도전형 반도체층과 오믹 컨택하고, 상기 제2 도전형 반도체층의 상면 상으로 연장되는 제1 금속층; 및
    상기 제2 개구부를 통해 상기 투명 전극과 접촉하고 상기 제2 도전형 반도체층의 상면 상으로 연장하는 제2 금속층을 포함하고,
    상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층은 서로 이격되며,
    상기 제1 금속층 및 제2 금속층이 각각 상기 발광 구조체의 최외곽 측면을 부분적으로 덮는 발광 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 투명 전극, 제1 절연층 및 금속층이 적층된 부분은 전방위 반사기(Omni-directional reflector)인 발광 소자.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 투명 전극은 도전성 산화물을 포함하고, 상기 절연층은 Si 산화물 또는 Si 질화물을 포함하며, 상기 금속층은 광 반사성 금속을 포함하는 발광 소자.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 투명 전극은 ITO를 포함하고,
    상기 절연층은 SiO2를 포함하며,
    상기 금속층은 Ag 또는 Al을 포함하는 발광 소자.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층의 상면이 부분적으로 노출된 영역 상에 위치하는 컨택 전극을 더 포함하고, 상기 컨택 전극은 상기 투명 전극과 동일한 물질로 형성된 발광 소자.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속층을 덮는 제2 절연층을 더 포함하고,
    상기 제2 절연층은 상기 제1 금속층을 노출시키는 제3 개구부, 및 상기 제2 금속층을 노출시키는 제4 개구부를 포함하는 발광 소자.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극은 상기 발광 구조체 상에 위치하는 발광 소자.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 측면을 적어도 부분적으로 덮으며, 상기 제1 및 제2 전극의 사이에 위치하는 절연부를 더 포함하는 발광 소자.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 투명 전극은 상기 제2 도전형 반도체층의 상면을 전부 덮는 발광 소자.
  11. 삭제
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광 구조체의 하면 상에 위치하는 파장변환부를 더 포함하는 발광 소자.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속층을 덮되, 상기 제1 개구부에 대응하는 영역을 노출시키는 제3 개구부를 포함하는 제2 절연층을 더 포함하고,
    상기 제1 전극은 상기 제2 절연층 상에 위치하며, 상기 투명 전극은 상기 발광 구조체로의 일 측면으로부터 연장되어 그 하면이 노출된 영역을 포함하고, 상기 제2 전극은 상기 투명 전극의 하면 상에 위치하는 발광 소자.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층의 상면이 부분적으로 노출된 영역은 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 관통하는 홀 형태로 형성되고,
    상기 발광 구조체는 하나 이상의 상기 홀을 포함하는 발광 소자.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광 구조체는 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 포함하는 하나 이상의 메사를 포함하고,
    상기 제1 도전형 반도체층의 상면이 부분적으로 노출된 영역은 상기 메사 주변에 위치하는 발광 소자.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 절연층은 서로 이격된 복수의 나노 로드들 또는 서로 이격된 복수의 나노홀들을 포함하는 발광 소자.
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