KR20120029232A - 발광소자 - Google Patents

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KR20120029232A
KR20120029232A KR1020100091197A KR20100091197A KR20120029232A KR 20120029232 A KR20120029232 A KR 20120029232A KR 1020100091197 A KR1020100091197 A KR 1020100091197A KR 20100091197 A KR20100091197 A KR 20100091197A KR 20120029232 A KR20120029232 A KR 20120029232A
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임우식
배정혁
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예는 제1도전성 반도체층과 활성층 및 제2 도전성 반도체층을 포함하는 발광구조물; 상기 제1 도전형 반도체층 위의 제1 전극; 및 상기 제2 도전형 반도체층 위의 제2 전극을 포함하고, 상기 발광 구조물의 표면에는 적어도 하나의 홈이 형성되고, 상기 홈에는 요철 구조가 구비된 발광소자를 제공한다.

Description

발광소자{Light emitting diode}
실시예는 발광소자에 관한 것이다.
반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Ligit Emitting Diode)나 레이저 다이오드와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
따라서, 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
실시예는 발광소자의 광효율을 향상시키고자 하는 것이다.
실시예는 제1도전성 반도체층과 활성층 및 제2 도전성 반도체층을 포함하는 발광구조물; 상기 제2 도전형 반도체층 상의 도전성 지지기판; 및 상기 제1 도전형 반도체층 상의 제1 전극을 포함하고, 상기 제1 도전형 반도체층의 표면에는 적어도 하나의 홈이 형성되고, 상기 홈에는 요철 구조가 구비된 발광소자를 제공한다.
여기서, 상기 요철 구조는 PEC 식각으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 요철 구조는 상기 제1 도전형 반도체층의 표면에 포토닉 크리스탈(photo crystal)이 구비될 수 있다.
그리고, 상기 홈이 형성되지 않은 제1 도전형 반도체층의 표면에 요철 구조가 구비될 수 있다.
그리고, 상기 홈은 건식 식각으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 홈은 단면적이 1.0 mm2 이하일 수 있다.
그리고, 상기 요철은 단면적이 25 마이크로 미터 이내일 수 있다.
그리고, 상기 홈은 상기 제1 전극의 외부에 폐곡선을 이루며 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제1 전극은 상기 홈이 형성되지 않은 제1 도전형 반도체층 상에 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제1 전극은 폐곡선을 이루거나, 적어도 2개의 영역으로 나뉘어질 수 있다.
또한, 상기 홈의 단면은 원형, 다각형 및 선형 중 적어도 하나의 형상일 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 발광구조물의 광흡수가 감소하여 소자의 광효율이 증가한다.
도 1a 내지 도 1i는 발광소자의 일실시예의 제조공정을 나타낸 도면이고,
도 2a 및 2b는 발광소자의 다른 실시예들을 나타낸 도면이고,
도 3a 내지 도 3d는 발광소자의 평면도이고,
도 4는 도 1h의 홈과 요철 부분의 다른 실시예의 확대도이고,
도 5a 내지 도 5e는 발광소자의 다른 실시예의 제조공정을 나타낸 도면이고,
도 6은 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
상기의 실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1a 내지도 1g는 발광소자의 제1 실시예를 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 1a에 도시된 바와 같이 기판(100)을 준비한다. 상기 기판(100)은 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함하며, 예컨대 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 기판(100) 위에는 요철 구조가 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 기판(100)에 대해 습식세척을 하여 표면의 불순물을 제거할 수 있다.
그리고, 상기 기판(100) 상에 제1도전형 반도체층(122)과 활성층(124) 및 제2 도전형 반도체층(126)을 포함하는 발광 구조물(120)을 형성할 수 있다.
이때, 상기 발광 구조물(120)과 기판(100) 사이에는 버퍼층(미도시)을 성장시킬 수 있는데, 재료의 격자 부정합 및 열 팽창 계수의 차이를 완화하기 위한 것이다. 상기 버퍼층의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층 위에는 언도프드(undoped) 반도체층이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 상기 발광 구조물(120)은, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy), HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)법과 같은 기상 증착법에 의해 성장될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(122)은 제1 도전형 도퍼트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 상기 제1 도전형 반도체층(122)이 N형 반도체층인 경우, 상기 제1도전형 도펀트는 N형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(122)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제1 도전형 반도체층(122)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(122)은 화학증착방법(CVD) 혹은 분자선 에피택시 (MBE) 혹은 스퍼터링 혹은 수산화물 증기상 에피택시(HVPE) 등의 방법을 사용하여 N형 GaN층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 제1 도전형 반도체층(122)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 실리콘(Si)와 같은 n 형 불순물을 포함하는 실란 가스(SiH4)가 주입되어 형성될 수 있다.
상기 활성층(124)은 제1 도전형 반도체층(122)을 통해서 주입되는 전자와 이후 형성되는 제2 도전형 반도체층(126)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(발광층) 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
상기 활성층(124)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(124)은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 트리메틸 인듐 가스(TMIn)가 주입되어 다중 양자우물구조가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(124)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, AlGaN/GaN, InAlGaN/GaN , GaAs,/AlGaAs(InGaAs), GaP/AlGaP(InGaP) 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
상기 활성층(124)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 도전형 클래드층은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(124)의 밴드 갭보다는 높은 밴드 갭을 갖을 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(126)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(126)이 P형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 P형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(126)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 마그네슘(Mg)과 같은 p 형 불순물을 포함하는 비세틸 사이클로 펜타디에닐 마그네슘(EtCp2Mg){Mg(C2H5C5H4)2}가 주입되어 p형 GaN층이 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 상기 제1 도전형 반도체층(122)은 P형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층(126)은 N형 반도체층으로 구현할 수 있다. 또한 상기 제2 도전형 반도체층(126) 위에는 상기 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 반도체 예컨대 상기 제 2도전형 반도체층이 P형 반도체층일 경우 N형 반도체층(미도시)을 형성할 수 있다. 이에 따라 발광 구조물(120)은 N-P 접합 구조, P-N 접합 구조, N-P-N 접합 구조, P-N-P 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다.
그리고, 도 1b에 도시된 바와 같이 제2 도전형 반도체층(126) 상에 오믹층(130)을 약 200 옹스트롱의 두께로 적층한다.
상기 오믹층(130)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다. 그리고, 상기 오믹층(130)은 스퍼터링법이나 전자빔 증착법에 의하여 형성될 수 있다.
그리고, 상기 오믹층(130) 상에 반사층(140)을 약 2500 옹스르통의 두께로 형성할 수 있다. 상기 반사층(140)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni), 백금(Pt), 로듐(Rh), 혹은 Al이나 Ag이나 Pt나 Rh를 포함하는 합금을 포함하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 알루미늄이나 은 등은 상기 활성층(124)에서 발생된 빛을 효과적으로 반사하여 발광소자의 광추출 효율을 크게 개선할 수 있다.
그리고, 도 1c에 도시된 바와 같이 상기 반사층 상에 도전성 지지기판(160)을 형성할 수 있다.
상기 도전성 지지기판(160)은 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 또한, 금(Au), 구리합금(Cu Alloy), 니켈(Ni-nickel), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: GaN, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiGe, SiC, SiGe, Ga2O3 등) 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 도전성 지지기판(160)을 형성시키는 방법은 전기화학적인 금속증착방법이나 유테틱 메탈을 이용한 본딩 방법 등을 사용할 수 있다.
여기서, 상기 반사층(140)과 상기 도전성 지지기판(160)과의 결합을 위하여, 상기 반사층(140)이 결합층의 역할을 기능을 수행하거나, 금(Au), 주석(Sn), 인듐(In), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 은(Ag), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 결합층(150)을 형성할 수 있다.
그리고, 도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 기판(100)을 분리한다.
상기 기판(100)의 제거는 엑시머 레이저 등을 이용한 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off: LLO)의 방법으로 할 수도 있으며, 건식 및 습식 식각의 방법으로 할 수도 있다.
레이저 리프트 오프법을 예로 들면, 상기 기판(100) 방향으로 일정 영역의 파장을 가지는 엑시머 레이저 광을 포커싱(focusing)하여 조사하면, 상기 기판(100)과 발광 구조물(120)의 경계면에 열 에너지가 집중되어 경계면이 갈륨과 질소 분자로 분리되면서 레이저 광이 지나가는 부분에서 순간적으로 기판(100)의 분리가 일어난다.
그리고, 도 1e에 도시된 바와 같이 상기 제1 도전형 반도체층(122) 상에 홈을 형성하여 광 적출 효율을 향상시킨다.
상기 홈은 제1 도전형 반도체층(122)의 일부가 식각되는데, 상기 활성층(124)과 제2 도전형 반도체층(126)의 일부까지 식각될 수도 있으며, 활성층(124)에서 발생한 빛이 발광소자 내부를 진행하는 거리를 줄일 수 있게 되며, 빛이 소자 내부에서 흡수 및 산란되는 양을 줄일 수 있다. 상기 홈(a)은 상기 제1 도전형 반도체층(122)의 일부가 식각되어 형성되므로, 상기 홈(a)의 높이는 상기 발광 구조물(120)의 표면보다 낮다.
즉, 종래의 발광 다이오드에서는 활성층에서 발생한 빛이 발광구조물 내의 물질층에 흡수 및 산란됨으로 인해 빛의 세기가 약해질 수 있는 문제점을 해결할 수 있다.
본 실시예에서는 제1 도전형 반도체층(122) 상에 상호 이격된 복수 개의 홈을 형성함으로써, 활성층(124)에서 발생한 빛이 짧은 거리만 이동한 후, 외부로 방출될 수 한다. 이러한 홈의 형성은 마스크를 이용한 건식 식각 등의 공정으로 이루어질 수 있다.
그리고, 도 1f에 도시된 바와 같이 상기 제1 도전형 반도체층(122) 상의 홈에 요철 구조를 형성하는데, 홈이 형성되지 아니한 제1 도전형 반도체층(122)의 표면에도 요철 구조가 형성될 수 있다.
상기 PEC 방법에서, 식각액(가령, KOH)의 양과 GaN 결정성에 의한 식각 속도 차이 등을 조절함으로써, 미세 크기의 요철의 형상을 조절할 수 있다. 상기 요철 구조는 상기 제1 도전형 반도체층(122)의 표면적을 증가시키는 효과도 있으므로, 통상적으로 마루와 골의 개수가 많을수록 좋다.
그리고, 도 1g에 도시된 바와 같이 상기 제1 도전형 반도체층 표면에 제1 전극(170)을 형성할 수 있다. 상기 제1 전극(170)은 몰리브덴, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 금(Au), 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 백금(Pt), 바나듐(V), 텅스텐(W), 납(Pd), 구리(Cu), 로듐(Rh) 및 이리듐(Ir) 중에서 선택된 어느 하나의 금속 또는 상기 금속들의 합금으로 이루어진다. 상기 제1 전극(170)도 상기 제1 도전형 반도체층(122)의 일부 상에 구비되게, 마스크를 이용하여 형성할 수 있다.
그리고, 각각의 발광소자로 칩을 분리하고, 도 1h에 도시된 바와 같이, 발광구조물(120)의 측면에 패시베이션층(Passivation layer, 180)을 증착할 수 있다. 여기서, 상기 패시베이션층(180)은 절연물질로 이루어질 수 있으며, 상기 절연물질은 비전도성인 산화물이나 질화물로 이루어질 수 있다. 일 예로서, 상기 패시베이션층(180)은 실리콘 산화물(SiO2)층, 산화 질화물층, 산화 알루미늄층으로 이루어질 수 있다.
도 1i는 도 1h의 홈과 요철구조를 확대한 도면이다. 여기서, 홈은 높이(h1)과 폭(w1)이 각각 1 밀리미터 이내로 형성되고 그 단면적도 1.0 mm2 이하로 형성될 수 있다. 또한, 상기 요철은 폭이 5 마이크로 미터 이하이고 높이가 1~2 마이크로 미터로 그 단면적은 25 마이크로 미터 이내일 수 있다.
도 2a는 발광소자의 제2 실시예의 단면도이다. 도시된 구조에서 발광구조물(120) 상의 제1 전극(170)은 패시베이션층(180) 외곽으로까지 형성되어 하부 기판에 연결될 수 있으며, 이러한 구조는 패키지 바디 상에 플립 칩 방식으로 발광소자가 실장될 수 있다.
도 2b는 발광소자의 제3 실시예를 나타낸 도면으로서, 수평형 발광소자의 제2 도전형 반도체층(126)에 홈과 요철이 형성된다.
도 3a 내지 도 3d는 발광소자의 평면도이다. 도시된 바와 같이 제1 도전형 반도체층(122)의 표면에는 다양한 형상의 홈(a)이 구비될 수 있고, 도시되지는 않았으나 홈(a)의 표면에도 미세 요철이 형성되며, 제1 전극(170)도 다양한 형태로 구성이 가능하다. 또한, 제1 전극(170)은 홈(a)이 형성되지 않은 제1 도전형 반도체층(122) 상에 구비되고 있다.
도 3a에 도시된 실시예에서, 제1 도전형 반도체층(122) 상에 제1 전극(170)의 표면을 4개의 영역으로 구분하고 있으며, 각각의 영역에서 노출된 제1 도전형 반도체층(122) 내에 복수 개의 홈(a)이 형성되어 있다.
도 3b에 도시된 실시예에서, 제1 전극(170)은 상기 제1 도전형 반도체층(122) 상에서 2개로 구분되어 있다. 그리고, 제1 도전형 반도체층(122) 상에는 4개의 홈(a)이 형성되어 있다.
도 3c에 도시된 실시예에서, 제1 전극(170)은 제1 도전형 반도체층(122)을 2개의 영역으로 구분하고 있으며, 각각의 영역 내에 1개씩의 홈(a)이 구비되어 있다.
도 3b와 도 3c에 도시된 실시예에서 상기 홈(a)은 폐곡선을 이루지 않으므로, 적어도 2개의 단부를 갖고 있다.
도 3d에 도시된 실시예에서, 제1 전극(170)이 폐곡선을 이루며 제1 도전형 반도체층(122)을 내부의 영역과 외부의 영역으로 구분하고 있으며, 각각의 영역에 홈(a)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 제1 전극(170)은 상기 내부의 영역을 다시 4개의 영역으로 구분하며, 상기 4개의 영역 각각에는 제1 도전형 반도체층(122) 내에 1개씩의 홈(a)이 구비되어 있다. 본 실시예에서, 외부의 영역에 구비된 홈(a)은 제1 전극(170)을 둘러싸고 있는 형상이기도 한다.
그리고, 상기 홈(a)은 상기 홈은 수평 방향의 단면이 원형, 다각형 및 선형 중 적어도 하나의 형상으로 이루어질 수 있는데(여기서, 수평 방향의 단면이라 함은 발광 구조물의 표면과 나란한 방향을 뜻한다.), 도 3a 내지 도 3d에서는 홈(a)의 형태가 2차원적으로 도시되어 있다.
도 3a와 도 3b에서는 홈(a)이 원형으로 구비되어 있는데, 도 3a에 도시된 실시예에서는 제1 도전형 반도체층(122)의 표면이 제1 전극(170)에 의하여 구분되고, 상기 구분되어진 각각의 제1 도전형 반도체층(122)의 표면에 홈(a)이 각각 구비되어 있다. 그리고, 도 3b에 도시된 실시예에서는 제1 도전형 반도체층(122)의 표면이 제1 전극(170)에 의하여 완전히 구비되지 않는다.
도 3c에 도시된 실시예에서는 홈(a)이 다각형 형상으로 구비되어 있는데, 도시된 형상 이외에 다양한 형상이 가능하다. 또한, 상기 홈(a)은 단면적이 일정하지 않게 구비될 수 있는데, 예를 들어 단면의 형상이 원형이고 상기 홈(a)의 깊이가 깊어질수록 단면적이 커지면 상기 홈(a)의 전체 형상은 원기둥의 일부와 유사할 수 있다. 도 3d에 도시된 실시예에서는 홈(a)이 내부에 캐비티(cavity)가 구비된 사각형(a)의 형상으로 구비되어 있다.
도 4는 도 1h의 홈과 요철 부분의 다른 실시예의 확대도로서, 광 밴드 갭 구조가 발광구조물 상에 형성된다. 본 실시예에서, 요철은 광 밴드 갭 구조가 형성될 수 있는데 포토닉 크리스탈(photoic crystal)이 구비되어 상기 구조가 형성될 수 있다.
즉, 도시된 바와 같이 제1 도전형 반도체층(122)의 표면에는 2차원 포토닉 크리스탈(200)이 형성되어 있는데, 그 구조는 광의 파장의 반 정도의 주기로 상이한 굴절율을 가지는 적어도 2가지의 유전체를 주기적으로 배열하여 얻어진다. 이때, 각각의 유전체는 서로 동일한 패턴으로 구비될 수 있다.
포토닉 크리스탈은 상기 제1 도전형 반도체층(122)의 표면에 광 밴드 갭(photonic band gap)을 형성하여 빛의 흐름을 제어할 수 있다.
이러한 발광구조물의 홈과 패턴 구조는 발광구조물의 표면적 증가로 광추출효과를 증대시킬 수 있고, 또한 표면의 미세 요철 구조는 빛이 발광구조물 내부에서 흡수되는 것을 감소시켜서 발광효율을 높일 수 있다.
도 5a 내지 도 5e는 발광소자의 다른 실시예의 제조공정을 나타낸 도면이다.
먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이 기판(100) 상에 제1 도전형 반도체층(122)과 활성층(124) 및 제2 도전형 반도체층(126)을 포함하는 발광구조물(120)을 형성할 수 있다. 구체적인 조성과 공정은 도 1a에서 설명한 것과 동일하다.
이때, 상기 발광 구조물(120)과 기판(100) 사이에는 버퍼층(110)을 성장시켜서, 재료의 격자 부정합 및 열 팽창 계수의 차이를 완화할 수 있다. 상기 버퍼층(110)은 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
이어서, 도 5b에 도시된 바와 같이 상기 제2 도전형 반도체층(126)에서 상기 제1 도전형 반도체층(122)의 일부분까지 RIE(Reactive Ion Etching) 방식으로 메사(Mesa) 식각한다. 즉, 사파이어 기판과 같이 절연성 기판을 사용하는 경우 기판 하부에 전극을 형성할 수 없기 때문에, 상기 제2 도전형 반도체층(126)부터 상기 제1 도전형 반도체층(122)의 일부분까지 메사(Mesa) 식각함으로써, 전극을 형성할 수 있는 공간을 확보한다.
그리고, 도 5c에 도시된 바와 같이 제2 도전형 반도체층(126) 상에 홈을 형성한다. 상기 홈은 제2 도전형 반도체층(126)의 일부가 식각되는데, 상기 활성층(124)과 제1 도전형 반도체층(122)의 일부까지 식각될 수도 있으며, 활성층(124)에서 발생한 빛이 발광소자 내부를 진행하는 거리를 줄일 수 있게 되며, 빛이 소자 내부에서 흡수 및 산란되는 양을 줄일 수 있다.
상술한 실시예에서는 제1 도전형 반도체층(122)로부터 홈이 형성되나, 본 실시예에서는 제2 도전형 반도체층(126)으로부터 홈이 형성되며, 구체적인 공정과 구조는 상술한 실시예와 동일하다.
그리고, 도 5d 도시된 바와 같이 상기 제2 도전형 반도체층(126) 상의 홈에 요철 구조를 형성하는데, 홈이 형성되지 아니한 제2 도전형 반도체층(126)의 표면에도 요철 구조가 형성될 수 있다. 요철 구조의 형성방법도 상술한 실시예와 동일하다.
그리고, 도 5e에 도시된 바와 같이 상기 제1 도전형 반도체층(122) 표면의 식각되어 노출된 영역에 제1 전극(170)을 형성할 수 있다. 상기 제1 전극(170)의 재료는 상술한 실시예와 동일하다.
그리고, 상기 제2 도전형 반도체층(126)의 홈이 형성되지 않은 영역 상에 제2 전극(135)를 형성할 수 있다. 상기 제2 전극(135)은 몰리브덴, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 금(Au), 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 백금(Pt), 바나듐(V), 텅스텐(W), 납(Pd), 구리(Cu), 로듐(Rh) 및 이리듐(Ir) 중에서 선택된 어느 하나의 금속 또는 상기 금속들의 합금으로 이루어진다. 상기 제2 전극(135)은 상기 제2 도전형 반도체층(126)의 일부 상에 구비되게, 마스크를 이용하여 형성할 수 있다.
본 실시예는 수평형 발광소자로서 제2 도전형 반도체층(126) 상에 홈과 요철이 형성되는 점에서, 상술한 수직형 발광소자의 일실시예에서 제1 도전형 반도체층(122) 상에 홈과 요철이 형성되는 것과 구별된다. 그리고, 상기 홈과 요철의 구조는 도 1i에 도시된 상술한 실시예와 동일하다.도 6은 발광소자 패키지의 제1 실시예의 단면도이다.
도시된 바와 같이, 상술한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지는 패키지 몸체(320)와, 상기 패키지 몸체(320)에 설치된 제1 전극층(311) 및 제2 전극층(312)과, 상기 패키지 몸체(320)에 설치되어 상기 제1 전극층(311) 및 제2 전극층(312)과 전기적으로 연결되는 실시예에 따른 발광 소자(300)와, 상기 발광 소자(300)를 포위하는 충진재(340)를 포함한다.
상기 패키지 몸체(320)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광 소자(300)의 주위에 경사면이 형성되어 광추출 효율을 높일 수 있다.
상기 제1 전극층(311) 및 제2 전극층(312)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(300)에 전원을 제공한다. 또한, 상기 제1 전극층(311) 및 제2 전극층(312)은 상기 발광 소자(300)에서 발생된 광을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광 소자(300)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 발광 소자(300)는 상기 패키지 몸체(320) 상에 설치되거나 상기 제1 전극층(311) 또는 제2 전극층(312) 상에 설치될 수 있다.
상기 발광 소자(300)는 상기 제1 전극층(311) 및 제2 전극층(312)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다.
상기 충진재(340)는 상기 발광 소자(300)를 포위하여 보호할 수 있다. 또한, 상기 충진재(340)에는 형광체가 포함되어 상기 발광 소자(300)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
상기 발광 소자 패키지는 상기에 개시된 실시 예들의 발광 소자 중 적어도 하나를 하나 또는 복수개로 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 복수개가 기판 상에 어레이되며, 상기 발광 소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또 다른 실시 예는 상술한 실시 예들에 기재된 반도체 발광소자 또는 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 기판 120 : 발광구조물
122 : 제1 도전형 반도체층 124 : 활성층
126 : 제2 도전형 반도체층 130 : 오믹층
140 : 반사층 150 : 결합층
160 : 도전성 지지기판 170 : 제1 전극
180 : 패시베이션층 200 : 포트닉 크리스탈
220a : 제1 유전체 220b : 제2 유전체
300 : 발광소자 311 : 제1 전극층
312 : 제2 전극층 320 : 패키지 바디
340 : 충진재

Claims (13)

  1. 제1도전성 반도체층과 활성층 및 제2 도전성 반도체층을 포함하는 발광구조물;
    상기 제1 도전형 반도체층 위의 제1 전극; 및
    상기 제2 도전형 반도체층 위의 제2 전극을 포함하고,
    상기 발광 구조물의 표면에는 적어도 하나의 홈이 형성되고, 상기 홈에는 요철 구조가 구비된 발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 홈은 건식 식각으로 형성된 발광소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 요철 구조는 PEC 식각으로 형성된 발광소자.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 요철 구조는,
    상기 제1 도전형 반도체층의 표면에 포토닉 크리스탈(photo crystal) 구조가형성된 발광소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 홈이 형성되지 않은 제1 도전형 반도체층의 표면에 요철 구조가 구비된 발광소자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 홈에 구비된 요철 구조 및 상기 홈이 형성되지 않은 제1 도전형 반도체층 표면의 요철 구조 중 적어도 하나는 PEC 식각으로 형성된 발광소자.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 홈에 구비된 요철 구조 또는 상기 홈이 형성되지 않은 제1 도전형 반도체층 표면의 요철 구조 중 적어도 하나는, 상기 제1 도전형 반도체층의 표면에 포토닉 크리스탈(photonic crystal) 구조가 형성된 발광소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 홈은 단면적이 1.0 mm2 이하인 발광소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 요철은 단면적이 25 마이크로 미터 이내인 발광소자.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 홈은 상기 제1 전극의 외부에 폐곡선을 이루며 형성된 발광소자.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전극은 상기 홈이 형성되지 않은 제1 도전형 반도체층 상에 형성된 발광소자.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전극은 폐곡선을 이루거나, 적어도 2개의 영역으로 나뉘어진 발광소자.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 홈의 단면은 원형, 다각형 및 선형 중 적어도 하나의 형상을 갖는 발광소자.
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