KR20110127936A - 반도체 발광소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자는 도전성 기판; 상기 도전성 기판의 상면에 형성되며, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 구비하는 발광구조물; 상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성된 제2 도전형 전극; 및 적어도 상기 도전성 기판의 측면을 따라 구비되는 반사막;을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 발광소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 패키지 등에 채용시 광 추출 효율이 향상될 수 있는 반도체 발광소자에 관한 것이다.
근래에 반도체 발광소자, 예를 들면 발광 다이오드는 녹색, 청색 및 자외 영역까지의 광을 생성할 수 있으며 지속적인 기술 발전으로 인해 그 휘도가 비약적으로 향상됨에 따라 총천연색 전광판, 조명장치 등의 분야에도 확대 적용되고 있다. 특히, GaN를 비롯한 질화물을 이용한 질화물 반도체는 그 우수한 물리, 화학적 특성에 기인하여 현재 광전재료 및 전자소자의 핵심 소재로 각광 받고 있다.
이러한 질화계 백색 발광 다이오드에 있어서 가장 이슈가 되고 있는 문제중 하나는 낮은 발광 효율이다. 이러한 발광 효율은 빛의 생성 효율과 소자 밖으로 빛이 추출되는 효율 그리고 형광체에 의해 빛이 증폭되는 효율에 의해 결정된다.
그리고, 발광 효율을 향상시키는 여러가지 방법들이 제시되고 있는데, 비발광 재결합 확률을 낮추어 내부양자효율을 향상시키는 방법, 전극-반도체 간의 접촉저항을 낮추어 전류의 확산(spreading)을 개선하여 추출효율을 향상시키는 방법, 칩 내부에서의 빛의 흡수, 전반사에 의하여 생기는 빛의 손실을 줄여 빛의 추출효율을 향상시키는 방법 등이 있다.
수직구조 질화물 반도체 발광소자의 경우 사파이어 기판을 제거 후 후속공정의 진행을 위해 지지대 역할을 할 수 있도록 웨이퍼 본딩 혹은 도금을 하게 된다. 수평구조 질화물 반도체 발광소자는 사파이어 기판이 광추출을 효과적으로 할 수 있도록 윈도우(window) 역할을 할 수 있지만, 수직구조 질화물 반도체 발광소자는 지지대가 금속으로 형성되어 있어서 패키징 공정 후 형광체에 의해 산란되어 재입사되는 빛이 반사되지 못하고 흡수된다.
이처럼 흡수되는 빛의 손실으로 인해 질화물 반도체 발광소자의 외부로 방출되는 빛의 휘도가 저하되는 문제점이 발생한다.
본 발명의 목적은 도전성 기판에 의한 빛의 흡수를 방지하고, 도전성 기판으로 입사되는 빛을 반사시켜 광손실을 감소시키고 발광 휘도를 향상시킬 수 있는 반도체 발광소자를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자는 도전성 기판; 상기 도전성 기판의 상면에 형성되며, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 구비하는 발광구조물; 상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성된 제2 도전형 전극; 및 적어도 상기 도전성 기판의 측면을 따라 구비되는 반사막;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 반사막은 Ag 또는 Al을 포함하는 물질로 이루어지거나, Ag와 Al을 혼합한 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 반사막은 TiO2가 함유된 실리콘 수지를 포함하는 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 반사막은 상기 도전성 기판의 측면을 포함하여 상기 제1 도전형 반도체층의 측면을 따라 구비될 수 있다.
또한, 상기 도전성 기판과 상기 제1 도전형 반도체층 사이에 형성된 반사금속층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 반사금속층과 상기 도전성 기판 사이에 형성된 도전성 접착층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 반사금속층과 상기 도전성 기판 사이에 형성된 금속 베리어층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 도전성 기판과 상기 금속 베리어층 사이에 형성된 도전성 접착층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 반사금속층과 상기 발광구조물은 상기 금속 베리어층 상면 중 일부 영역 상에 형성되며, 상기 금속 베리어층 상면 중 상기 발광구조물과 상기 반사금속층이 형성되지 않은 영역에 형성된 투명 절연층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 반사막은 상기 도전성 기판의 측면과 상기 금속 베리어층을 포함한 상기 투명 절연층의 측면을 따라 구비될 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층은 각각 p형 및 n형 반도체층일 수 있다.
본 발명에 따르면 활성층에서 생성되는 빛이 도전성 기판에서 흡수되는 것을 방지하고, 반도체 발광소자의 측면에 구비되는 반사 막을 통해 빛을 반사시킴으로써 발광 효율이 향상될 수 있는 반도체 발광소자를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 실시예에서 변형된 실시예에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1의 반도체 발광소자를 이용한 발광소자 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 실시예에서 변형된 실시예에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1의 반도체 발광소자를 이용한 발광소자 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자에 관한 사항을 도면을 참조하여 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시예는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 도면 상에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 참조부호를 사용할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1의 실시예에서 변형된 실시예에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 반도체 발광소자는 도전성 기판(60) 상에 발광구조물이 형성된 구조이며, 여기서, 발광구조물은 제1 도전형 반도체층(10), 활성층(20) 및 제2 도전형 반도체층(30)을 구비한다. 발광구조물과 도전성 기판(60) 사이에는 반사금속층(40)이 개재되며, 제2 도전형 반도체층(30)의 상면에는 제2 도전형 전극(80)이 형성된다.
그리고, 도전성 기판(60)과 발광구조물의 측면에는 반사막(90)이 형성된다. 본 실시예의 경우, 도전성 기판(60)의 측면과 발광구조물의 측면 중 일부 영역에만 반사막(90)이 형성되며, 구체적으로, 도 1에 도시된 것과 같이, 반사막(90)은 활성층(20)과 제2 도전형 반도체층(30)을 제외한 제1 도전형 반도체층(10)의 측면에 형성될 수 있다.
본 실시예에서, 제1 및 제2 도전형 반도체층(10, 30)은 각각 p형 및 n형 반도체층이 될 수 있으며, 질화물 반도체로 이루어질 수 있다. 따라서, 이에 제한되는 것은 아니지만, 본 실시예의 경우, 제1 및 제2 도전형은 각각 p형 및 n형 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 제1 및 제2 도전형 반도체층(10, 30)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 가지며, 예컨대, GaN, AlGaN, InGaN 등의 물질이 이에 해당될 수 있다. 제1 및 제2 도전형 반도체층(10, 30) 사이에 형성되는 활성층(20)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출하며, 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조, 예컨대, InGaN/GaN 구조가 사용될 수 있다. 한편, 제1 및 제2 도전형 반도체층(10, 30)과 활성층(20)은 당 기술 분야에서 공지된 MOCVD, MBE, HVPE 등과 같은 반도체층 성장 공정을 이용하여 형성될 수 있을 것이다.
반사금속층(40)은 활성층(20)에서 방출된 빛을 반도체 발광소자(1)의 상부, 즉, 제2 도전형 반도체층(30) 방향으로 반사하는 기능을 수행할 수 있으며, 나아가, 제1 도전형 반도체층(10)과 오믹 컨택을 이루는 것이 바람직하다. 이러한 기능을 고려하여, 반사금속층(40)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함하며, 적절한 증착 공정으로 형성될 수 있다. 이 경우, 자세하게 도시하지는 않았으나, 반사금속층(40)은 2층 이상의 구조로 채용되어 반사 효율을 향상시킬 수 있으며, 구체적인 예로서, Ni/Ag, Zn/Ag, Ni/Al, Zn/Al, Pd/Ag, Pd/Al, Ir/Ag. Ir/Au, Pt/Ag, Pt/Al, Ni/Ag/Pt 등을 들 수 있다. 다만, 반사금속층(40)은 본 실시 형태에서 반드시 요구되는 구성은 아니며, 경우에 따라, 사용되지 않을 수 있다.
도전성 기판(60)은 반도체 성장용 기판(미도시)을 제거하기 위한 레이저 리프트 오프 등의 공정에서 상기 발광구조물을 지지하는 지지체의 역할을 수행하며, Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, GaAs 중 어느 하나를 포함하는 물질, 예컨대, Si 기판에 Al이 도핑된 물질로 이루어질 수 있다. 본 실시예의 경우, 도전성 기판(60)은 도전성 접착층(70)을 매개로 발광구조물과 접합될 수 있다. 도전성 접착층(70)은 예컨대, AuSn와 같은 공융 금속 물질을 이용할 수 있을 것이다.
이러한 도전성 기판(60)은 패키징 공정 후 형광체에 의해 산란되어 재입사되는 광을 반사하지 않고 흡수함으로써 광 손실을 발생시킬 수 있으므로, 본 실시예에서는 도전성 기판(60)의 전체 측면 또는 도전성 기판(60)과 발광구조물 중 활성층(20)과 제2 도전형 반도체층(30)을 제외한 제1 도전형 반도체층(10)의 측면에 반사막(90)을 채용하였다.
특히, 반사막(90)을 이루는 물질로서 Ag나 Al을 포함하는 금속을 사용하여 반사막(90)의 광 반사도가 높아지도록 하였다. 이 경우, 반사막(90)은 Ag나 Al 단일 물질로 형성되거나 이들을 포함하는 합금의 형태가 될 수 있을 것이다. 그리고, 반사막(90)은 반도체 공정을 통한 증착 방법을 통해 형성될 수 있다.
또한, 반사막(90)은 TiO2와 같이 흡수가 적은 물질을 실리콘 수지 내에 함유하여 도전성 기판(60)의 측면에 코팅하거나 박막 형태로 부착함으로써 광의 산란 작용을 크게 하여 반사도가 높아지도록 할 수도 있다.
이와 같이, 도전성 기판(60)의 측면을 따라 반사막(90)을 Ag 또는 Al을 포함하는 물질로서 광 반사도가 높은 금속 물질로 형성하거나, TiO2와 같이 흡수가 적은 물질을 실리콘 수지 내에 함유하여 형성함으로써 활성층(20)으로부터 방출된 광이 외부의 다른 요소에 의하여 경로가 바뀌어 도전성 기판(60)의 측면으로 진행하더라도 종래와 같이 광 흡수에 따른 광 손실이 발생하지 않으며, 특히, 패키지 구조 등에 이용될 경우 광 추출 효율의 향상을 기대할 수 있다.
도 2는 도 1의 실시예에서 변형된 실시예에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 본 실시예에 따른 반도체 발광소자(1`)의 경우, 도 1의 실시예와 기본적인 구조는 모두 동일하다. 다만, 반사금속층(40)과 도전성 기판(60) 사이에는 금속 베리어층(50)이 더 개재된다.
도전성 기판(60)을 발광구조물에 접합하는 경우, 발광구조물에는 물리적 충격이 작용할 수 있으며, 나아가, 도전성 접착층(70) 등으로부터 확산이 일어날 수 있다. 이러한 물리적 충격이나 확산은 발광구조물에 발광 특성에 악 영향을 끼치므로, 본 실시예에서는 반사금속층(40)과 도전성 기판(60) 사이에 금속 베리어층(50)을 채용한다.
상기 금속 베리어층(50)의 상면 중 일부 영역에만 발광구조물 및 반사금속층(40)이 형성된다. 구체적으로, 도 2에 도시된 것과 같이, 발광구조물 및 반사금속층(40)은 금속 베리어층(50) 상면 중 외곽 영역을 제외한 영역에 형성될 수 있다. 이 경우, 금속 베리어층(50) 상면 중 발광구조물 및 반사금속층(40)이 형성되지 않은 영역에는 투명 절연층(55)이 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(30)의 상면에는 제2 도전형 전극(80)이 형성된다.
본 실시예에서 반사막(90)은 발광구조물을 제외한 영역, 구체적으로는, 도전성 기판(60)을 포함하여 금속 베리어층(50)과 반사금속층(40)의 측면에 구비될 수 있다. 이 경우, 반사금속층(40)의 측면에는 투명 절연층(55)이 형성되어 있으므로 반사막(90)은 투명 절연층(55)의 측면을 따라 구비된다.
도 3은 도 1의 반도체 발광소자를 이용한 발광소자 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광소자 패키지(100)는 제1 및 제2 단자부(101, 102)를 구비하며, 반도체 발광소자는 이들과 각각 전기적으로 연결된다. 이 경우, 반도체 발광소자는 도 1과 동일한 구조를 가지며, 활성층(20)을 제외하고 도면 부호는 따로 표기하지 아니하였다. 본 실시예의 경우, 제1 및 제2 단자부(101, 102)는 리드 프레임 형태로 제공될 수 있으며, 제1 단자부(101)는 반도체 발광소자의 도전성 기판과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제2 단자부(102)는 도전성 와이어(W)에 의하여 반도체 발광소자의 제2 도전형 전극과 연결될 수 있다. 봉지재(103)는 반도체 발광소자를 덮어 이를 보호하는 기능을 수행하며, 투명 수지와 같은 절연 물질, 예컨대, 실리콘(Silicone)을 적절한 형상을 갖도록 경화시켜 형성될 수 있다. 이 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 봉지재(103)는 렌즈 형상을 가질 수 있다. 봉지재 내부(103)에는 광 산란 입자(P)가 분산되어 있으며, 광 산란 입자(P)에 의하여 반도체 발광소자로부터 방출된 빛의 경로가 변경될 수 있다. 광 산란 입자(P)는 예를 들어 TiO2와 같은 물질로 형성될 수도 있으나, 파장 변환을 기능을 수행할 수 있도록 형광체 입자가 될 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광소자로부터 방출되는 빛이 청색인 경우, 광 산란 입자(P)로서 황색 형광체를 사용한다면 발광소자 패키지(100)로부터 백색광을 얻을 수 있다.
도 1에서 설명한 반도체 발광소자를 이용할 경우, 광 산란 입자(P)에 의하여 경로가 바뀌어 반도체 발광소자로 되돌아와서 발광구조물이 형성되지 않아 노출된 금속 베리어층을 향하여 진행하는 광은 금속 베리어층의 높은 광 반사도에 의하여 다시 외부로 방출될 수 있다. 따라서, 금속 베리어층에서의 광 흡수에 의한 발광 효율의 감소가 최소화될 수 있을 것이다. 한편, 본 실시 형태에서는 발광소자 패키지 중 하나의 예를 제시한 것이며, 도 1의 반도체 발광소자는 다양한 구조의 발광소자 패키지로 응용될 수 있다. 도시하지는 않았으나, 예를 들어, 반도체 발광소자가 반사컵 내부에 배치된 구조나 절연 기판 상에 배치되어 배선 패턴에 연결된 구조 등이 가능할 수 있다.
10....... 제1 도전형 반도체층 20....... 활성층
30....... 제2 도전형 반도체층 40....... 반사금속층
50....... 금속 베리어층 60....... 도전성 기판
70....... 도전성 접착층 80....... 제2 도전형 전극
90....... 반사막
30....... 제2 도전형 반도체층 40....... 반사금속층
50....... 금속 베리어층 60....... 도전성 기판
70....... 도전성 접착층 80....... 제2 도전형 전극
90....... 반사막
Claims (11)
- 도전성 기판;
상기 도전성 기판의 상면에 형성되며, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 구비하는 발광구조물;
상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성된 제2 도전형 전극; 및
적어도 상기 도전성 기판의 측면을 따라 구비되는 반사막;
을 포함하는 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 반사막은 Ag 또는 Al을 포함하는 물질로 이루어지거나, Ag와 Al을 혼합한 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 반사막은 TiO2가 함유된 실리콘 수지를 포함하는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 반사막은 상기 도전성 기판의 측면을 포함하여 상기 제1 도전형 반도체층의 측면을 따라 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 도전성 기판과 상기 제1 도전형 반도체층 사이에 형성된 반사금속층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제5항에 있어서,
상기 반사금속층과 상기 도전성 기판 사이에 형성된 도전성 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제4항에 있어서,
상기 반사금속층과 상기 도전성 기판 사이에 형성된 금속 베리어층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제7항에 있어서,
상기 도전성 기판과 상기 금속 베리어층 사이에 형성된 도전성 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제7항에 있어서,
상기 반사금속층과 상기 발광구조물은 상기 금속 베리어층 상면 중 일부 영역 상에 형성되며, 상기 금속 베리어층 상면 중 상기 발광구조물과 상기 반사금속층이 형성되지 않은 영역에 형성된 투명 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제9항에 있어서,
상기 반사막은 상기 도전성 기판의 측면과 상기 금속 베리어층을 포함한 상기 투명 절연층의 측면을 따라 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 도전형 반도체층은 각각 p형 및 n형 반도체층인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
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|---|---|---|---|
| KR1020100047471A KR20110127936A (ko) | 2010-05-20 | 2010-05-20 | 반도체 발광소자 |
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| KR1020100047471A KR20110127936A (ko) | 2010-05-20 | 2010-05-20 | 반도체 발광소자 |
Publications (1)
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| KR20110127936A true KR20110127936A (ko) | 2011-11-28 |
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| KR (1) | KR20110127936A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112103377A (zh) * | 2019-06-18 | 2020-12-18 | 斯坦雷电气株式会社 | 发光装置 |
| WO2023033213A1 (ko) * | 2021-09-06 | 2023-03-09 | 엘지전자 주식회사 | 디스플레이 패널용 반도체 발광소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 |
-
2010
- 2010-05-20 KR KR1020100047471A patent/KR20110127936A/ko not_active Application Discontinuation
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| CN112103377A (zh) * | 2019-06-18 | 2020-12-18 | 斯坦雷电气株式会社 | 发光装置 |
| WO2023033213A1 (ko) * | 2021-09-06 | 2023-03-09 | 엘지전자 주식회사 | 디스플레이 패널용 반도체 발광소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 |
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