KR20160111600A - 반도체 발광소자 - Google Patents

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KR20160111600A
KR20160111600A KR1020150036254A KR20150036254A KR20160111600A KR 20160111600 A KR20160111600 A KR 20160111600A KR 1020150036254 A KR1020150036254 A KR 1020150036254A KR 20150036254 A KR20150036254 A KR 20150036254A KR 20160111600 A KR20160111600 A KR 20160111600A
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Abstract

본 발명은 반도체 발광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자외선의 방출 효율을 증가시킨 반도체 발광소자에 관한 것이다.

Description

반도체 발광소자{SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DIODE}
본 발명은 반도체 발광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자외선의 방출 효율을 증가시킨 반도체 발광소자에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 발광소자는 제1 도전형 반도체층(일반적으로, n형 반도체층)과 제2 도전형 반도체층(일반적으로, p형 반도체층) 사이에 활성층이 게재된 형태의 발광 구조체와 제1 도전형 반도체층에 전자를 주입하는 제1 전극(일반적으로, n 전극)과 제2 도전형 반도체층에 정공을 주입하는 제2 전극(일반적으로, p 전극)을 포함한다.
제1 도전형 반도체층을 통하여 공급되는 전자(electron)와 제2 도전형 반도체층에서 주입되는 정공(hole)이 활성층에서 재결합(recombination)하면서 광이 발생한다.
현재 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 연결되는 제1 전극이 도전성 기판의 형태로 형성된 반도체 발광소자가 등장하였다.
다만, 상기와 같은 구조를 가지는 반도체 발광소자의 경우, 제1 전극 주위로 전류가 집중되는 문제가 제기되고 있다.
아울러, 고출력화를 실현하기 위해서 각 전극의 형성이나 배치에 대해 다양한 연구가 진행되고 있다.
최근에는 발광 구조체를 수직 방향으로 관통하도록 형성된 홀 전극을 이용하여 제1 전극과 제1 도전형 반도체을 전기적으로 연결하는 구조가 등장하였다.
다만, 동일한 면에 제1 전극과 제2 전극을 형성할 경우, 발광 영역 중 일부를 제거하여 전극을 형성하여야 하기 때문에 발광 면적이 감소하고 이에 따라 발광 효율도 저하되는 문제가 발생하였다.
또한, 자외선/근자외선 반도체 발광소자에 상술한 구조를 적용하려는 시도가 있었으나, 가시광 파장대에서 발광하는 반도체 발광소자와 달리 격자 부정합(lattice mismtach) 으로 인해 특히 제2 도전형 반도체층의 표면에 크랙이 발생할 가능성이 높기 때문에 확산 가능한 은(Ag)과 같은 도전성 물질을 제2 도전형 반도체층에 접촉시켜 반사 전극으로서 사용하기 어렵다는 문제가 보고되었다.
따라서, 상기와 같은 제한 사항을 해소하기 위한 새로운 구조를 가지는 반도체 발광소자, 특히 자외선/근자외선 반도체 발광소자의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 제1 목적은 발광 구조체에 생성된 크랙으로 도전성 물질이 확산되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 구조를 가지는 반도체 발광소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 제2 목적은 발광 면적을 최대로 확보함과 동시에 전류 분산성을 향상시킴으로써 특히 자외선의 발광 효율을 높일 수 있는 반도체 발광소자를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 도전성 기판, 상기 도전성 기판 상에 형성되며, 제2 도전형 반도체층, 활성층 및 제1 도전형 반도체층이 적층된 발광 구조체, 상기 도전성 기판과 상기 발광 구조체 사이에 형성된 전극층 및 반사 절연층, 상기 제2 도전형 반도체층의 하부에 형성된 투명 전극층 및 상기 투명 전극층과 상기 반사 절연층 사이에 형성된 연장 전극을 포함하며, 상기 전극층은 상기 투명 전극층, 상기 반사 절연층, 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되고, 상기 연장 전극은 상기 투명 전극층과 접촉하되, 상기 연장 전극의 일부 영역이 외부로 노출되는 반도체 발광소자가 제공될 수 있다.
상기 전극층은 상기 전극층으로부터 상기 제1 도전형 반도체층의 내부까지 연장하는 복수의 홀 전극을 포함하며, 상기 복수의 홀 전극과 상기 제1 도전형 반도체층이 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 반사 절연층은 분산형 브래그 반사(DBR)층일 수 있다.
상기 연장 전극은 상기 발광 구조체의 외곽을 따라 형성된 제1 연장 전극을 포함할 수 있다.
상기 제1 연장 전극은 상기 투명 전극층의 하부면 중 일부 영역과 일측을 감싸도록 형성될 수 있다.
상기 제1 연장 전극은 제1 변, 상기 제1 변과 마주보는 제2 변 및 상기 제1 변과 제2 변을 연결하는 제3 변 및 제4 변을 포함하며, 상기 제1 변과 상기 제3 변이 만나는 모서리 영역에서 상기 제1 연장 전극의 일부가 외부로 노출되며, 상기 제1 연장 전극의 노출된 영역 상에 전극 패드가 형성될 수 있다.
상기 제1 변과 상기 제3 변이 만나는 모서리 영역의 폭은 상기 제1 변 및 상기 제3 변의 폭보다 넓을 수 있다.
상기 연장 전극은 상기 제1 연장 전극의 제1 변과 제3 변이 만나는 모서리 영역과 상기 제1 연장 전극의 제2 변과 제4 변이 만나는 모서리 영역을 연결하는 제2 연장 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 연장 전극과 상기 제2 연장 전극의 폭은 동일할 수 있다.
상기 제2 연장 전극의 임의의 지점에 상기 제2 연장 전극과 교차하는 복수의 제3 연장 전극이 더 형성될 수 있다.
상기 제2 연장 전극의 양쪽 모서리로부터 상기 제2 연장 전극의 중심으로 갈수록 상기 제3 연장 전극의 길이는 점진적으로 증가할 수 있다.
상기 복수의 제3 연장 전극은 상기 제2 연장 전극을 기준으로 좌우대칭형일 수 있다.
서로 이웃한 두 개의 제3 연장 전극 사이에는 적어도 하나의 홀 전극이 배치될 수 있다.
상기 복수의 제3 연장 전극의 말단은 굴곡지게 형성될 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층과 상기 투명 전극층이 사이에 형성된 전류 차단층을 더 포함할 수 있다.
상기 활성층은 200 nm 내지 405 nm 파장 대역의 광을 방출할 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 발광소자는 발광 구조체의 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결되는 제2 전극으로 Ag, Al, Pt 또는 Ni 등과 같은 금속성 물질로 이루어진 층 대신 투명 전극층을 사용함으로써 발광 구조체에 생성된 크랙으로 금속성 물질이 확산되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 발광소자는 투명 전극층의 부족한 광 반사 특성을 보완하기 위해 반사 절연층을 적용함으로써 기존의 금속성 반사 전극층의 역할을 충분히 대체할 수 있다.
게다가, 본 발명에 따른 반도체 발광소자는 패턴화된 연장 전극을 추가적으로 더 포함함으로써 우수한 전류 분산 효과를 얻을 수 있으며, 이에 따라 자외선의 발광 효율을 더욱 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2a는 도 1에 도시된 반도체 발광소자와 상기 반도체 발광소자에 배치된 홀 전극의 횡단면도를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2b은 도 2a의 A-A 선을 따라 절취한 종단면도를 나타낸 것이다.
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 발광소자의 횡단면도를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3b 및 도 3c는 도 3a에 도시된 반도체 발광소자에 적용된 연장 전극의 배치 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3d는 도 3a의 B-B 선을 따라 절취한 종단면도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 발광소자의 횡단면도를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자를 조명 장치에 적용한 예를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자를 디스플레이 장치에 적용한 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자를 디스플레이 장치에 적용한 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자를 헤드 램프에 적용한 예를 설명하기 위한 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 발광소자(100)에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본원에서, 제1 도전형 반도체층은 n형 반도체층이고, 제2 도전형 반도체층은 p형 반도체층인 것으로 설명할 것이나, 본 발명은 이에 제한되지 않고, 제1 도전형 반도체층이 p형 반도체층이고, 제2 도전형 반도체층이 n형 반도체층으로 구성될 수도 있다. n형 및 p 형 반도체층으로는 Ⅲ-Ⅴ 또는 Ⅱ-Ⅵ 원소의 화합물 반도체층이 사용될 수 있다.
또한, 활성층은 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 광이 방출되는 층으로서, 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층과 상이한 에너지 밴드 갭을 가지는, 바람직하게는 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층보다 작은 에너지 밴드 갭을 가지는 층으로 형성된다.
특히, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 발광소자(100)는 자외선/근자외선 파장 대역에서 발광하는 반도체 발광소자일 수 있다. 이를 위해, 활성층은 200 nm 내지 400 nm 파장 대역의 광을 방출하도록 설계될 수 있다.
다른 변형예에 있어서, 활성층은 200 nm 내지 300 nm 파장 대역의 심자외선을 방출하도록 설계되거나 300 nm 내지 400 nm 파장 대역의 근자외선을 방출하도록 설계될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자(100)를 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 2a는 도 1에 도시된 반도체 발광소자(100)와 상기 반도체 발광소자(100)에 배치된 홀 전극(110)의 횡단면도를 개략적으로 나타낸 것이다. 또한, 도 2b는 도 2a의 A-A 선을 따라 절취한 종단면도를 나타낸 것이다.
상기 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자(100)의 구조를 개략적으로 설명하면, 반도체 발광소자는 도전성 기판(170), 제2 도전형 반도체층(104), 활성층(103) 및 제1 도전형 반도체층(102)이 적층된 발광 구조체(101)를 포함하며, 도전성 기판(170)과 제2 도전형 반도체층(104) 사이에 전극층(150)과 반사 절연층(140)이 형성된다.
또한, 제2 도전형 반도체층(104)의 하부에는 투명 전극층(120)과 연장 전극(130)이 형성되며, 전극층(150)은 반사 절연층(140), 제2 도전형 반도체층(104)과 활성층(103)을 관통하여 제1 도전형 반도체층(101)의 내부까지 연장하는 복수의 홀 전극(110)을 포함하며, 홀 전극(100)을 통해 전극층(150)과 제1 도전형 반도체층(101)이 전기적으로 연결된다.
이어서, 발광 구조체(101)의 상부로 절연층(190)이 추가적으로 형성된다. 절연층(190)은 노출된 연장 전극(130), 반사 절연층(140) 및 발광 구조체(101)를 감싸도록 형성되며, 전극 패드(180)를 외부로 노출시킨다.
이하, 반도체 발광소자(100)의 구조를 보다 상세히 설명하도록 한다.
발광 구조체(101) 내 제2 도전형 반도체층(104), 활성층(103) 및 제1 도전형 반도체층(102)은 순차적으로 적층될 수 있으며, 발광 구조체(101)의 외곽을 따라 형성된 메사 영역들의 외측면은 광 추출 효율의 향상을 위해 포토레지스트 리플로우와 같은 기술을 통해 경사지게 형성될 수 있다.
발광 구조체(101)는 도전성 기판(170) 상에 구비되며, 도전성 기판(170)과 제1 도전형 반도체층(102)을 전기적으로 연결하기 위해 도전성 기판(170)과 제2 도전형 반도체층(104) 사이에는 전극층(150)이 개재된다.
전극층(150)과 도전성 기판(170)은 Sn/Au 또는 Sn/Ag 등과 같은 금속으로 형성된 접합 금속층(160)에 의해 서로 접합될 수 있다.
도전성 기판(170)은 예를 들어, Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se , CuW, CuMo 또는 GaAs 등과 같은 도전성 물질 등으로 구성될 수 있다.
전극층(150)은 제1 도전형 반도체층(102)과 오믹 컨택을 형성할 수 있는 도전성 물질로 형성되며, 상기 도면들에 도시된 바와 같이 단일층으로 형성될 수 있으나, 다층 구조를 가지도록 형성될 수도 있다.
전극층(150)을 형성하는 도전성 물질로 Au, Ag, Cu, Zn, Al, In, Ti, Si, Ge, Sn, Mg, Ta, Cr, W, Ru, Rh, Ir, Ni, Pd 및 Pt 중 하나의 금속 또는 이들 중 하나 이상의 금속으로 형성된 합금이 사용될 수 있다.
전극층(150)은 도전성 기판(170) 상에 형성되되, 전극층(150)의 일부는 상부로 소정의 높이만큼 연장되어 형성된다.
이 때, 전극층(150)은 적어도 제2 도전형 반도체층(104), 바람직하게는 제1 도전형 반도체층(102)이 형성된 영역까지 연장됨으로써 전극층(150)이 제1 도전형 반도체층(102)과 전기적으로 연결될 수 있도록 구성된다.
다만, 이 경우 전극층(150)이 모두 제1 도전형 반도체층(102)이 형성된 영역까지 연장될 수도 있으나, 다른 변형예에 따르면, 제2 도전형 반도체층(104)과 활성층(103)을 관통하여 제1 도전형 반도체층(102)의 내부까지 연장하도록 형성된 복수의 홀 전극(110)을 통해 제1 도전형 반도체층(102)과 전기적으로 연결된다.
홀 전극(110)은 가장 높이 연장된 전극층(150) 상에 형성될 수 있다.
홀 전극(110)은 전극층(150)과 마찬가지로 Au, Ag, Cu, Zn, Al, In, Ti, Si, Ge, Sn, Mg, Ta, Cr, W, Ru, Rh, Ir, Ni, Pd 및 Pt 중 하나의 금속 또는 이들 중 두 개 이상의 금속으로 형성된 합금과 같은 도전성 물질로 형성될 수 있다.
또한, 홀 전극(110)은 단일 공정 내에서 전극층(150)과 일체로 형성될 수 있다.
도 2a를 참조하면, 홀 전극(110)의 확대된 횡단면을 확인할 수 있다.
발광 영역에 존재하는 홀 전극의 크기가 클수록 발광 면적이 감소하기 때문에 홀 전극의 크기를 수 내지 수십 마이크로미터 단위로 형성하는 것이 바람직하다.
다만, 수 내지 수십 마이크로미터 단위의 홀 전극을 정확히 원형으로 형성하는 것은 현재의 에칭 공정 수준으로는 구현하는 것이 어려우며, 불규칙한 외곽 라인을 가지는 홀 전극이 형성될 경우, 특히 홀 전극의 불규칙한 부분을 중심으로 주입된 전류가 밀집되는 현상이 발생할 가능성이 높다.
따라서, 도 2a에 도시된 바와 같이, 횡단면 상에서 홀 전극(110)의 대각선 방향으로 대향하는 두 모서리를 가상의 원의 일부 또는 소정의 중심각을 가지는 가상의 원호를 따라 형성될 수 있다.
즉, 횡단면 상에서 가상의 원은 홀 전극(110)의 대각선 방향으로 대향하는 두 모서리에 내접함으로써, 두 모서리는 소정의 곡률 반경(r1)을 가지도록 형성될 수 있다.
또한, 횡단면 상에서 홀 전극(110)의 폭 방향으로 이웃한 두 모서리 역시 가상의 원의 일부 또는 소정의 중심각을 가지는 가상의 원의 원호를 따라 형성될 수 있다.
이 때, 가상의 원의 원호의 중심각은 90도 이하일 수 있다.
도 2a를 참조하면, 홀 전극(110)은 모든 모서리가 가상의 원을 따라 형성되며, 모서리들이 직선에 의해 연결된 횡단면을 가질 수 있다.
횡단면 상에서 홀 전극(110)의 모서리의 수가 증가할수록 홀 전극(110)의 횡단면은 상대적으로 원형에 가까운 다각형으로 형성될 수 있으나, 다각형의 모서리의 수가 증가할수록 공정 난이도 및 공정 비용도 같이 증가하기 때문에, 홀 전극(110)이 적어도 사각형의 횡단면을 가지도록 형성하는 것이 공정 비용 대비 가장 효율적이라 할 수 있다.
여기서, 홀 전극(110)의 각지거나 불규칙한 부분을 중심으로 전류가 밀집될 수 있기 때문에 홀 전극(110)의 횡단면은 모서리가 각진 형태를 가지지 않도록 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 홀 전극(110)의 모서리를 형성하는 가상의 원의 직경은 모두 동일한 것이 바람직하다.
이에 따라, 수 내지 수십 마이크로미터 단위의 홀 전극(110)을 정확히 원형으로 형성하는 것보다 간편하고 용이한 방법으로 홀 전극(110)을 형성하는 것이 가능하며, 홀 전극(110)의 모서리가 가상의 원의 일부 또는 소정의 중심각을 가지는 가상의 원의 원호를 따라 형성됨에 따라 홀 전극(110)에서 전류가 밀집되는 현상을 방지할 수 있으므로 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 횡단면 상에서 홀 전극(110)의 대각선 방향으로 대향하는 두 모서리를 형성하는 가상의 원의 직경의 합은 두 모서리 사이의 거리(d1)보다 작게 설계될 수 있다.
또한, 다른 실시예에 따르면, 횡단면 상에서 홀 전극(110)의 폭 방향으로 대향하는 두 직선 사이의 거리(W1)는 폭 방향으로 이웃한 두 모서리를 형성하는 가상의 원의 직경의 합보다 작게 설계될 수 있다.
이 때, 홀 전극(110)의 모서리를 형성하는 가상의 원은 대각선 방향으로는 서로 겹치지 않으나, 폭 방향(또는 높이 방향)으로는 서로 겹칠 수 있다.
상술한 바와 같은 홀 전극(110)의 설계치는 홀 전극(110)의 크기를 수 내지 수십 마이크로미터 단위로 형성할 때, 홀 전극(110)에 각지거나 불규칙한 부분이 생기지 않도록 함과 동시에 최대한의 전극 면적을 확보하는 것이 가능하도록 한다.
횡단면 상에서 홀 전극(110)과 홀 전극(110)을 노출시키는 개구부들을 바라보면, 홀 전극(110)은 반사 절연층(140)의 개구부(140a)를 통해 노출되며, 반사 절연층(140)의 개구부(140a)는 제2 도전형 반도체층(104)의 개구부(104a) 내에 형성된다.
반사 절연층(140)의 개구부(140a)를 통해 노출된 홀 전극(110)은 제1 도전형 반도체층(102)과 접촉하며, 이에 따라 전극층(150)과 제1 도전형 반도체층(102)은 전기적으로 연결될 수 있다.
여기서, 개구부(104a)는 홀 전극(110)과 마찬가지로 적어도 하나의 모서리가 가상의 원의 일부를 따라 형성된다. 이 때, 개구부(104a)의 적어도 하나의 모서리를 형성하는 가상의 원의 반직경(r2)은 홀 전극(110)의 모서리를 형성하는 가상의 원의 반직경(r1)보다 클 수 있다.
또한, 개구부(104a)의 폭(W2)은 홀 전극(110)의 폭(W1)보다 크며, 홀 전극(110)은 개구부(104a) 내에 소정의 마진 거리를 두고 배치된다.
이 때, 전극층(150) 또는 홀 전극(110)을 형성하는 도전성 물질이 활성층(103) 또는 제2 도전형 반도체층(104)이 형성된 높이에서 노출되지 않도록 반사 절연층(140)의 개구부(140a)는 제1 도전형 반도체층(102)이 존재하는 영역에 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 제2 도전형 반도체층(104)의 개구부(104a)는 투명 전극층(120)의 개구부(120a) 내에 형성되며, 개구부(104a)의 적어도 하나의 모서리를 형성하는 가상의 원의 반직경(r2)은 투명 전극층(120)의 개구부(120a)의 적어도 하나의 모서리를 형성하는 가상의 원의 반직경(r3)보다 작다.
그리고, 개구부(120a)의 폭(W3)은 개구부(104a)의 폭(W2)보다 크며, 개구부(104a)는 개구부(120a) 내에 소정의 마진 거리를 두고 배치된다.
상술한 바와 같이, 홀 전극(110)과 홀 전극(110)을 노출시키기 위한 개구부들을 형성함으로써 수 내지 수십 마이크로미터 크기로 원형의 홀 전극을 형성할 때, 홀 전극(110)이 다른 반도체층과 접촉하여 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 홀 전극(110)에 각지거나 불규칙한 부분이 생기지 않도록 함과 동시에 최대한의 전극 면적을 확보하는 것이 가능하도록 한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자(100)는 원형의 홀 전극을 형성하는 것보다 홀 전극의 모서리가 소정의 곡률 반경을 가지도록 형성함으로써 규칙적인 형상을 가지는 홀 전극을 용이하고 정확하게 형성하는 것이 가능하며, 이에 따라 홀 전극에서 전류가 밀집되는 현상을 방지할 수 있으므로 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 원형의 홀 전극보다 더 작은 크기의 홀 전극을 형성하더라도 최대한의 전극 면적을 확보할 수 있으므로, 전류 분산 및 발광 면적의 손실을 최소화할 수 있다.
전극층(150) 상에는 전극층(150)이 도전성 기판(170)과 제1 도전형 반도체층(102)을 제외한 다른 반도체층(예를 들어, 활성층(103), 제2 도전형 반도체층(104))과 전기적으로 연결되는 것을 방지하기 위한 반사 절연층(140)이 형성된다.
반사 절연층(140)은 전극층(150)의 상부면뿐만 아니라 소정의 높이만큼 연장되어 형성된 전극층(150)의 측면(또는 경사진 측면)에 모두 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 복수의 홀 전극(110)은 반사 절연층(140)을 관통하도록 형성되며, 노출된 홀 전극(110)의 상부면과 제1 도전형 반도체층(102)이 전기적으로 연결된다.
제2 도전형 반도체층(104)의 하부에는 투명 전극층(120)이 형성된다.
투명 전극층(120)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) 및 GZO(gallium zinc oxide) 중 적어도 하나로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
다만, 자외선 또는 근자외선 파장 대역에서 발광하는 반도체 발광소자의 경우, 가시광 파장대에서 발광하는 반도체 발광소자와 달리 격자 부정합(lattice mismtach)으로 인해 제2 도전형 반도체층의 표면에 크랙이 발생할 가능성이 높기 때문에 확산 가능한 은(Ag)과 같은 도전성 금속을 제2 도전형 반도체층에 접촉시켜 전극으로 사용하는 것은 바람직하지 않다.
또한, 일반적인 반도체 발광소자의 경우, 도전성 금속의 확산 및 오염 등을 방지하기 위해 제2 도전형 반도체층(104)과 오믹 컨택을 형성하는 도전성 금속층의 측면 및 하부면을 모두 감싸도록 보호층이 구비되어야 하며, 제2 도전형 반도체층(104)의 하부면에는 보호층이 형성되기 위한 마진도 별도로 마련되어야 한다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자(100)의 경우, ITO와 같은 물질로 형성된 투명 전극층(120)을 적용함으로써 보호층과 이를 형성하기 위한 마진 역시 구비할 필요가 없다.
따라서, 제2 도전형 반도체층(104)의 하부면이 전부 광의 반사 면적으로 작용할 수 있으므로, 발광 효율을 증가시킬 수 있다.
투명 전극층(120)은 제2 도전형 반도체층(104)과 오믹 컨택을 형성할 수 있으며, 주입된 전류의 분산을 위해 적합하다고 할 수 있으나, 전류 분산을 증가시키기 위해 투명 전극층(120)을 과도하게 두껍게 형성할 경우, 투명 전극층(120)의 광 흡수로 인해 광 반사 손실이 커져 광 추출 효율이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 투명 전극층(120)의 두께는 약 400 Å로 형성하는 것이 바람직하다.
반면, 투명 전극층(120)의 두께가 과도하게 얇을 경우, 투명 전극층(120)에 의한 광 흡수 현상은 억제할 수 있으나, 전류 분산 특성이 미비하므로 투명 전극층(120)의 두께는 적어도 200 Å 이상인 것이 바람직하다.
투명 전극층(120)은 제2 도전형 반도체층(104)과 대면하는 상부면의 면적이 제2 도전형 반도체층(104)의 하부면의 면적과 동일하거나 좁게 형성될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(104)과 오믹 컨택을 형성하는 층으로서 도전성 금속층을 형성할 경우, 금속이 제1 도전형 반도체층(102) 또는 활성층(103)과 접촉하여 단락이 발생하는 것을 방지하기 위해 제2 도전형 반도체층(104)에 소정의 마진을 제공해야하는 번거로움이 존재하였다.
다만, ITO와 같은 물질로 형성된 투명 전극층(120)의 경우, 금속에 의해 유발되는 단락 현상이 발생하지 않으므로, 마진 없이도 제2 도전형 반도체층(104)의 하부면에 전체적으로 형성할 수 있으며, 이에 따라 투명 전극층(120)에 의한 전류 분산 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 투명 전극층(120)은 도전성 금속으로 형성된 전극층을 대체함으로써 제2 도전형 반도체층으로의 도전성 금속이 확산되는 것을 완전히 방지할 수 있다는 이점이 있다.
다만, 도전성 금속과 달리 투명 전극층(120)은 반사 특성을 가지지 않는다.
따라서, 전극층(150) 상에 형성된 반사 절연층(140)이 투명 전극층(120)의 하부에 존재함으로써, 발광 구조체로부터 생성된 광을 상부로 반사시키도록 작용하므로 광 추출 효율의 향상에 이바지할 수 있다.
또한, 반사 절연층(140)은 투명 전극층(120)의 하부면뿐만 아니라 실질적으로 발광 구조체(101)의 하부면에 걸쳐 형성되기 때문에 발광 구조체로부터 생성된 광의 반사 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
반사 절연층(140)은 서로 다른 굴절률을 가지는 절연층을 복수회 교대 적층시켜 형성한 분산형 브래그 반사(DBR)층으로 형성될 수 있다. 분산형 브래그 반사층은 서로 다른 굴절률을 가지는 한 쌍의 절연층, 예를 들어, SiO2 및 TiO2 또는 SiO2 및 Nb2O5을 반복 적층하여 형성된 것일 수 있다. 여기서, DBR 층은 60 ㎚ 내지 80 ㎚의 두께를 가지는 절연층들이 약 3 내지 50회 반복 적층되어 형성될 수 있으며, 총 두께는 300 ㎚ 내지 5000 ㎚일 수 있다.
반도체 발광소자는 전극과 같은 구조물을 포함하며, 반사 절연층(140)을 형성한 후에도 전기적 연결을 형성하는 공정을 수반하기 때문에, 반사 절연층(140)을 형성할 때 반도체 발광소자의 신뢰성에 영향을 줄 수 있는 누설 전류 등을 방지하기 위해 특히 주의할 필요가 있다.
이 때, 최초 적층되는 절연층(예를 들어, SiO2)의 두께는 후속 공정을 통해 형성되는 다른 절연층의 두께보다 더 두껍게 형성할 수 있다. 또한, 이와 같이 최초 적층되는 절연층의 두께를 다른 층보다 두껍게 함으로써 하부에 존재하는 다른 층의 불규칙한 굴곡을 완화시킬 수 있다.
또한, 복수의 절연층들은 소자 신뢰성 확보를 위하여 서로 다른 적층 공정에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 최초 SiO2 절연층을 플라즈마 화학 기상 증착법(PECVD; Plasma Enhanced CVD)에 의해 형성하고, TiO2/SiO2 이 반복 적층된 DBR 층은 전자선 증착법(Electron Beam Evaporation), 스퍼터링법(Sputtering) 또는 열 증착법(Thermal Evaporation)에 의해 형성함으로써, 제조되는 반도체 발광소자의 신뢰성을 확보하면서도 반사 절연층으로서의 기능을 확보할 수 있다.
추가적으로, 제2 도전형 반도체층(104)과 투명 전극층(120) 사이에는 전류 차단층(125)이 더 형성될 수 있다.
전류 차단층(125)은 SiO2, TiO2, AlOx 또는 NiOx 등과 같은 물질로 형성될 수 있으며, 상술한 DBR 층을 포함할 수도 있다.
전류 차단층(125)은 투명 전극층(120)을 통해 주입된 전류가 전류 차단층(125)을 피해 분산되어 발광 구조체(101)로 흐르게 함으로써 전류 밀집 현상을 방지하고 전류 분산성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 다른 반도체 발광소자(100)는 추가적으로 연장 전극(130)을 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 투명 전극층(120)의 경우, 투명 전극층(120) 자체의 광 흡수를 억제하기 위해 소정의 두께로 형성하게 되나, 이 때 발광 구조체의 전체 영역에 대한 전류 분산성이 다소 약할 수 있다.
따라서, 투명 전극층(120)과 함께 전류 분산 효과를 향상시키기 위해 연장 전극(130)이 추가적으로 형성될 수 있다.
연장 전극(130)은 전기전도성이 우수하고, 식각정지막 역할을 할 수 있도록, Cr, Ni, Ru, Os, Ir, V, Nb, Ta, Co, Fe, W 및 Ti 중 하나의 금속 또는 이들 중 두 개 이상의 금속으로 형성된 합금과 같은 도전성 물질로 형성될 수 있다. 또한, 연장 전극(130)은 상기 도면들에 도시된 바와 같이 단일층으로 형성될 수 있으나, 다층 구조로도 형성될 수 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 발광 구조체(101)의 외곽을 따라 구비되는 연장 전극(130)은 투명 전극층(120)의 하부면 중 일부 영역에 형성된다.
단, 도 2b를 참조하면, 발광 구조체(101)의 적어도 하나의 모서리와 인접한 영역에서는 발광 구조체의 외곽을 따라 형성된 연장 전극(130)의 상부면 중 일부 영역이 노출되며, 연장 전극(130)의 노출된 영역 상에 전극 패드(180)가 형성된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자(100)에서는 전극 패드(180)가 발광면에 해당하는 제1 도전형 반도체층(102)의 상부면에 형성되어 있지 않으므로, 발광 면적의 손실을 최소화할 수 있다.
전극 패드(180)는 외부 전원으로부터 전원을 공급받아 반도체 발광소자로 이를 전달하기 위한 구성으로서, 외부 전원으로부터 공급받은 전원을 반도체 발광소자로 제공하기 위해 투명 전극층(120)과 전기적으로 연결되어야 한다.
따라서, 연장 전극(130)의 노출된 일부 영역 상에 형성된 전극 패드(180)는 연장 전극(130)에 의하여 투명 전극층(120)과 전기적으로 연결된다.
추가적으로, 제1 도전형 반도층(102) 상부면에는 요철이 형성될 수 있다.
요철은 통상적으로 사용되는 다양한 기술에 의해 도입될 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따르면 두 번의 과정에 의해 서로 다른 요철 패턴이 제1 도전형 반도체층(102)의 상부면으로 도입된다.
우선, 요철 패턴이 구비된 지지 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 적층된 발광 구조체(101)를 성장시킨다. 이 때, 제1 도전형 반도체층의 상부면에 요철을 형성하기 위해서는 제1 도전형 반도체층을 지지 기판 상에 먼저 성장시킨 후 활성층과 제2 도전형 반도체층이 순차적으로 성장시킨다.
이어서, 발광 구조체(101)로부터 지지 기판을 분리시킬 경우, 발광 구조체(101)의 일면에는 지지 기판에 구비된 요철 패턴에 대응되는 제1 요철 패턴이 노출된다.
마지막으로, 제1 요철 패턴이 노출된 발광 구조체(101)의 일면에 PEC 에칭을 수행함으로써 제1 요철 패턴과는 상이한 제2 요철 패턴을 도입하는 것이 가능하다.
이와 같이, 발광 구조체(101), 보다 구체적으로 제1 도전형 반도체층(102)의 상부면에는 서로 상이한 요철 패턴이 도입됨에 따라 발광 구조체(101)로부터 생성된 광의 상부로의 추출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 발광소자(100)의 횡단면도를 개략적으로 나타낸 것이며, 도 3b 및 도 3c는 도 3a에 도시된 반도체 발광소자(100)에 적용된 연장 전극의 배치 구조를 개략적으로 나타낸 것이다. 또한, 도 3d는 도 3a의 B-B 선을 따라 절취한 단면도를 나타낸 것이다.
상기 도면들을 참조하여 연장 전극의 형태를 보다 구체적으로 설명하면, 연장전극(130)은 발광 구조체(101)의 외곽을 따라 형성된 제1 연장 전극을 포함한다.
제1 연장 전극은 제1 변(131a), 제1 변(131a)과 마주보는 제2 변(131d) 및 제1 변(131a)과 제2 변(131d)을 연결하는 제3 변(131b) 및 제4 변(131c)을 포함한다.
여기서, 제1 연장 전극의 제1 변(131a)과 제3 변(131b)이 만나는 모서리 영역에서 제1 연장 전극의 상부면 중 일부 영역이 노출되며, 제1 연장 전극(131)의 노출된 영역 상에 전극 패드(180)가 형성된다.
이 때, 제1 변(131a)과 제3 변(131b)이 만나는 모서리 영역의 폭은 전극 패드(180)가 형성되기 위해 제1 변(131a) 및 제3 변(131b)의 폭보다 넓게 형성되는 것이 바람직하다.
추가적으로, 발광 구조체의 중심 영역에서의 전류 분산 효과를 향상시키기 위해, 제1 연장 전극의 제1 변(131a)과 제3 변(131b)이 만나는 모서리 영역과 제1 연장 전극의 제2 변(131d)과 제4 변(131c)이 만나는 모서리 영역을 연결하는 제2 연장 전극(132)이 더 형성될 수 있다.
도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 전류 분산 효과 등을 고려하여 제1 연장 전극(131a ~ 131d)의 폭은 제2 연장 전극(132)의 폭보다 더 크게 형성되거나 동일하게 형성될 수 있다.
또한, 제1 연장 전극과 제2 연장 전극(132)으로부터 떨어진 다른 영역으로의 전류 분산 효과를 더욱 향상시키기 위해, 제2 연장 전극(132)의 임의의 지점에 제2 연장 전극(132)과 교차하는 복수의 제3 연장 전극(133a, 133a')이 더 형성될 수 있다.
복수의 제3 연장 전극(133a, 133a')은 서로 동일하거나 상이한 길이를 가질 수 있으며, 제2 연장 전극(132)을 기준으로 좌우대칭형으로 형성될 수 있다.
도 3b 및 도 3c는 서로 동일한 길이를 가지는 두 개의 제3 연장 전극(133a, 133a')이 형성된 반도체 발광소자를 나타낸다.
또한, 서로 이웃한 두 개의 제3 연장 전극(133a, 133a') 사이에는 적어도 하나의 홀 전극(110)이 배치됨으로써 발광 구조체로의 전류 분산 효과를 향상시키기 위한 최적의 전극 구조를 제공할 수 있다.
아울러, 복수의 제3 연장 전극(133a, 133a')의 말단은 전류 밀집 현상을 방지하기 위해 굴곡지게 형성되는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 발광소자의 횡단면도를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4에 도시된 반도체 발광소자는 제2 연장 전극(132)의 양쪽 모서리로부터 제2 연장 전극(132)의 중심으로 갈수록 제2 연장 전극(132)에 교차하도록 형성된 복수의 제3 연장 전극의 길이가 점진적으로 증가하는 연장 전극의 배치 구조를 포함한다.
즉, 제2 연장 전극(132)의 양쪽 모서리에 가장 인접하게 배치된 제3 연장 전극(133d, 133d')의 길이보다 제2 연장 전극(132)의 중심에 배치된 제3 연장 전극(133a, 133a')의 길이가 더 길게 형성된다.
또한, 서로 이웃한 두 개의 제3 연장 전극 사이에는 적어도 하나의 홀 전극(110)이 배치되며, 배치되는 홀 전극(110)의 개수는 제2 연장 전극(131)의 중심으로 갈수록 증가한다.
게다가, 도 4에 도시된 바와 같이, 발광 구조체의 외곽을 배치된 홀 전극(110)들은 서로 이웃한 두 개의 제3 연장 전극 사이에 배치되지 않을 수 있다. 즉, 발광 구조체의 외곽을 따라 배치된 홀 전극(110)들은 제1 연장 전극과 제3 연장 전극 사이에 배치되어 충분한 전류 공급을 받을 수 있으므로, 서로 이웃한 두 개의 제3 연장 전극 사이에 배치될 필요성이 적다.
상기와 같은 배치 구조를 고려할 때, 제3 연장 전극의 길이는 홀 전극(110)들의 총 개수 및 홀 전극(110)들과의 거리 등을 고려하여 조절될 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 연장 전극, 제2 연장 전극 및 복수의 제3 연장 전극들과 홀 전극(110)의 조화로운 배치 구조는 발광 구조체의 전체 영역으로의 전류 분산 향상을 위해 최적화되어 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자를 조명 장치에 적용한 예를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치는, 확산 커버(1010), 반도체 발광소자 모듈(1020) 및 바디부(1030)를 포함한다.
바디부(1030)는 반도체 발광소자 모듈(1020)을 수용할 수 있고, 확산 커버(1010)는 반도체 발광소자 모듈(1020)의 상부를 커버할 수 있도록 바디부(1030) 상에 배치될 수 있다.
바디부(1030)는 반도체 발광소자 모듈(1020)을 수용 및 지지하여, 반도체 발광소자 모듈(1020)에 전기적 전원을 공급할 수 있는 형태이면 제한되지 않는다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 바디부(1030)는 바디 케이스(1031), 전원 공급 장치(1033), 전원 케이스(1035), 및 전원 접속부(1037)를 포함할 수 있다.
전원 공급 장치(1033)는 전원 케이스(1035) 내에 수용되어 반도체 발광소자 모듈(1020)과 전기적으로 연결되며, 적어도 하나의 IC칩을 포함할 수 있다.
IC칩은 반도체 발광소자 모듈(1020)로 공급되는 전원의 특성을 조절, 변환 또는 제어할 수 있다.
전원 케이스(1035)는 전원 공급 장치(1033)를 수용하여 지지할 수 있고, 전원 공급 장치(1033)가 그 내부에 고정된 전원 케이스(1035)는 바디 케이스(1031)의 내부에 위치할 수 있다.
전원 접속부(115)는 전원 케이스(1035)의 하단에 배치되어, 전원 케이스(1035)와 결속될 수 있다. 이에 따라, 전원 접속부(115)는 전원 케이스(1035) 내부의 전원 공급 장치(1033)와 전기적으로 연결되어, 외부 전원이 전원 공급 장치(1033)에 공급될 수 있는 통로 역할을 할 수 있다.
반도체 발광소자 모듈(1020)은 기판(1023) 및 기판(1023) 상에 배치된 반도체 발광소자(1021)를 포함한다.
반도체 발광소자 모듈(1020)은 바디 케이스(1031) 상부에 마련되어 전원 공급 장치(1033)에 전기적으로 연결될 수 있다.
기판(1023)은 반도체 발광소자(1021)를 지지할 수 있는 기판이면 제한되지 않으며, 예를 들어, 배선을 포함하는 인쇄회로기판일 수 있다. 기판(1023)은 바디 케이스(1031)에 안정적으로 고정될 수 있도록, 바디 케이스(1031) 상부의 고정부에 대응하는 형태를 가질 수 있다.
반도체 발광소자(1021)는 상술한 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 반도체 발광소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
확산 커버(1010)는 반도체 발광소자(1021) 상에 배치되되, 바디 케이스(1031)에 고정되어 반도체 발광소자(1021)를 커버할 수 있다.
확산 커버(1010)는 투광성 재질을 가질 수 있으며, 확산 커버(1010)의 형태 및 광 투과성을 조절하여 조명 장치의 지향 특성을 조절할 수 있다. 따라서 확산 커버(1010)는 조명 장치의 이용 목적 및 적용 태양에 따라 다양한 형태로 변형될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자를 디스플레이 장치에 적용한 예를 설명하기 위한 단면도이다.
본 실시예의 디스플레이 장치는 표시패널(2110), 표시패널(2110)에 광을 제공하는 백라이트 유닛(BLU1) 및 표시패널(2110)의 하부 가장자리를 지지하는 패널 가이드(2100)를 포함한다.
표시패널(2110)은 특별히 한정되지 않고, 예컨대, 액정층을 포함하는 액정표시패널일 수 있다. 표시패널(2110)의 가장자리에는 상기 게이트 라인으로 구동신호를 공급하는 게이트 구동 PCB가 더 위치할 수 있다.
여기서, 게이트 구동 PCB(2112, 2113)는 별도의 PCB에 구성되지 않고, 박막 트랜지스터 기판상에 형성될 수도 있다.
백라이트 유닛(BLU1)은 적어도 하나의 기판(2150) 및 복수의 반도체 발광소자(2160)를 포함하는 광원 모듈을 포함한다. 나아가, 백라이트 유닛(BLU1)은 바텀커버(2180), 반사 시트(2170), 확산 플레이트(2131) 및 광학 시트들(2130)을 더 포함할 수 있다.
바텀커버(2180)는 상부로 개구되어, 기판(2150), 반도체 발광소자(2160), 반사 시트(2170), 확산 플레이트(2131) 및 광학 시트들(2130)을 수납할 수 있다.
또한, 바텀커버(2180)는 패널 가이드(2100)와 결합될 수 있다. 기판(2150)은 반사 시트(2170)의 하부에 위치하여, 반사 시트(2170)에 둘러싸인 형태로 배치될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 반사 물질이 표면에 코팅된 경우에는 반사 시트(2170) 상에 위치할 수도 있다.
또한, 기판(2150)은 복수로 형성되어, 복수의 기판(2150)들이 나란히 배치된 형태로 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 단일의 기판(2150)으로 형성될 수도 있다.
반도체 발광소자(2160)는 상술한 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 반도체 발광소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
반도체 발광소자(2160)들은 기판(2150) 상에 일정한 패턴으로 규칙적으로 배열될 수 있다.
또한, 각각의 반도체 발광소자(2160) 상에는 렌즈(2210)가 배치되어, 복수의 반도체 발광소자(2160)들로부터 방출되는 광을 균일성을 향상시킬 수 있다.
확산 플레이트(2131) 및 광학 시트들(2130)은 반도체 발광소자(2160) 상에 위치한다. 반도체 발광소자(2160)로부터 방출된 광은 확산 플레이트(2131) 및 광학 시트들(2130)을 거쳐 면 광원 형태로 표시패널(2110)로 공급될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 발광소자는 본 실시예와 같은 직하형 디스플레이 장치에 적용될 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 반도체 발광소자를 디스플레이 장치에 적용한 예를 설명하기 위한 단면도이다.
본 실시예에 따른 백라이트 유닛이 구비된 디스플레이 장치는 영상이 디스플레이되는 표시패널(3210), 표시패널(3210)의 배면에 배치되어 광을 조사하는 백라이트 유닛(BLU2)을 포함한다.
나아가, 상기 디스플레이 장치는, 표시패널(3210)을 지지하고 백라이트 유닛(BLU2)이 수납되는 프레임(240) 및 상기 표시패널(3210)을 감싸는 커버(3240, 3280)를 포함한다.
표시패널(3210)은 특별히 한정되지 않고, 예컨대, 액정층을 포함하는 액정표시패널일 수 있다. 표시패널(3210)의 가장자리에는 상기 게이트 라인으로 구동신호를 공급하는 게이트 구동 PCB가 더 위치할 수 있다.
여기서, 게이트 구동 PCB는 별도의 PCB에 구성되지 않고, 박막 트랜지스터 기판상에 형성될 수도 있다.
표시패널(3210)은 그 상하부에 위치하는 커버(3240, 3280)에 의해 고정되며, 하부에 위치하는 커버(3280)는 백라이트 유닛(BLU2)과 결속될 수 있다.
표시패널(3210)에 광을 제공하는 백라이트 유닛(BLU2)은 상면의 일부가 개구된 하부 커버(3270), 하부 커버(3270)의 내부 일 측에 배치된 광원 모듈 및 상기 광원 모듈과 나란하게 위치되어 점광을 면광으로 변환하는 도광판(3250)을 포함한다.
또한, 본 실시예의 백라이트 유닛(BLU2)은 도광판(3250) 상에 위치되어 광을 확산 및 집광시키는 광학 시트들(3230), 도광판(3250)의 하부에 배치되어 도광판(3250)의 하부방향으로 진행하는 광을 표시패널(3210) 방향으로 반사시키는 반사시트(3260)를 더 포함할 수 있다.
광원 모듈은 기판(3220) 및 상기 기판(3220)의 일면에 일정 간격으로 이격되어 배치된 복수의 반도체 발광소자(3110)를 포함한다.
기판(3220)은 반도체 발광소자(3110)를 지지하고 반도체 발광소자(3110)에 전기적으로 연결된 것이면 제한되지 않으며, 예컨대, 인쇄회로기판일 수 있다.
반도체 발광소자(3110)는 상술한 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 반도체 발광소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
광원 모듈로부터 방출된 광은 도광판(3250)으로 입사되어 광학 시트들(3230)을 통해 표시패널(3210)로 공급된다. 도광판(3250) 및 광학 시트들(3230)을 통해, 반도체 발광소자(3110)들로부터 방출된 점 광원이 면 광원으로 변형될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 발광소자는 본 실시예와 같은 에지형 디스플레이 장치에 적용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자를 헤드 램프에 적용한 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 8을 참조하면, 상기 헤드 램프는, 램프 바디(4070), 기판(4020), 반도체 발광소자(4010) 및 커버 렌즈(4050)를 포함한다.
나아가, 상기 헤드 램프는, 방열부(4030), 지지랙(4060) 및 연결 부재(4040)를 더 포함할 수 있다.
기판(4020)은 지지랙(4060)에 의해 고정되어 램프 바디(4070) 상에 이격 배치된다.
기판(4020)은 반도체 발광소자(4010)를 지지할 수 있는 기판이면 제한되지 않으며, 예컨대, 인쇄회로기판과 같은 도전 패턴을 갖는 기판일 수 있다. 반도체 발광소자(4010)는 기판(4020) 상에 위치하며, 기판(4020)에 의해 지지 및 고정될 수 있다.
또한, 기판(4020)의 도전 패턴을 통해 반도체 발광소자(4010)는 외부의 전원과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 반도체 발광소자(4010)는 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 발광소자를 적어도 하나 포함할 수 있다.
커버 렌즈(4050)는 반도체 발광소자(4010)로부터 방출되는 광이 이동하는 경로 상에 위치한다.
예컨대, 도시된 바와 같이, 커버 렌즈(4050)는 연결 부재(4040)에 의해 반도체 발광소자(4010)로부터 이격되어 배치될 수 있고, 반도체 발광소자(4010)로부터 방출된 광을 제공하고자하는 방향에 배치될 수 있다.
커버 렌즈(4050)에 의해 헤드 램프로부터 외부로 방출되는 광의 지향각 및/또는 색상이 조절될 수 있다.
한편, 연결 부재(4040)는 커버 렌즈(4050)를 기판(4020)과 고정시킴과 아울러, 반도체 발광소자(4010)를 둘러싸도록 배치되어 발광 경로(4045)를 제공하는 광 가이드 역할을 할 수도 있다.
이 때, 연결 부재(4040)는 광 반사성 물질로 형성되거나, 광 반사성 물질로 코팅될 수 있다. 한편, 방열부(4030)는 방열핀(4031) 및/또는 방열팬(4033)을 포함할 수 있고, 반도체 발광소자(4010) 구동 시 발생하는 열을 외부로 방출시킨다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 발광소자는 본 실시예와 같은 헤드 램프, 특히, 차량용 헤드 램프에 적용될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
102 : 제1 도전형 반도체층 103 : 활성층
104 : 제2 도전형 반도체층 110 : 홀 전극
120 : 투명 전극층 130 : 제1 연장 전극
140 : 반사 절연층 150 : 전극층
160 : 접합층 170 : 도전성 기판
180 : 전극 패드 190 : 절연층

Claims (16)

  1. 도전성 기판;
    상기 도전성 기판 상에 형성되며, 제2 도전형 반도체층, 활성층 및 제1 도전형 반도체층이 적층된 발광 구조체;
    상기 도전성 기판과 상기 발광 구조체 사이에 형성된 전극층 및 반사 절연층;
    상기 제2 도전형 반도체층의 하부에 형성된 투명 전극층; 및
    상기 투명 전극층과 상기 반사 절연층 사이에 형성된 연장 전극;
    을 포함하며,
    상기 전극층은 상기 투명 전극층, 상기 반사 절연층, 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되고,
    상기 연장 전극은 상기 투명 전극층과 접촉하되, 상기 연장 전극의 일부 영역이 외부로 노출되는,
    반도체 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극층은 상기 전극층으로부터 상기 제1 도전형 반도체층의 내부까지 연장하는 복수의 홀 전극을 포함하며,
    상기 복수의 홀 전극과 상기 제1 도전형 반도체층이 전기적으로 연결되는,
    반도체 발광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반사 절연층은 분산형 브래그 반사(DBR)층인,
    반도체 발광소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연장 전극은 상기 발광 구조체의 외곽을 따라 형성된 제1 연장 전극을 포함하는,
    반도체 발광소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 연장 전극은 상기 투명 전극층의 하부면 중 일부 영역과 일측을 감싸도록 형성된,
    반도체 발광소자.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 연장 전극은 제1 변, 상기 제1 변과 마주보는 제2 변 및 상기 제1 변과 제2 변을 연결하는 제3 변 및 제4 변을 포함하며,
    상기 제1 변과 상기 제3 변이 만나는 모서리 영역에서 상기 제1 연장 전극의 일부가 외부로 노출되며,
    상기 제1 연장 전극의 노출된 영역 상에 전극 패드가 형성된,
    반도체 발광소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 변과 상기 제3 변이 만나는 모서리 영역의 폭은 상기 제1 변 및 상기 제3 변의 폭보다 넓은,
    반도체 발광소자.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 연장 전극은 상기 제1 연장 전극의 제1 변과 제3 변이 만나는 모서리 영역과 상기 제1 연장 전극의 제2 변과 제4 변이 만나는 모서리 영역을 연결하는 제2 연장 전극을 더 포함하는,
    반도체 발광소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 연장 전극과 상기 제2 연장 전극의 폭은 동일한,
    반도체 발광소자.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 연장 전극의 임의의 지점에 상기 제2 연장 전극과 교차하는 복수의 제3 연장 전극이 더 형성된,
    반도체 발광소자.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 연장 전극의 양쪽 모서리로부터 상기 제2 연장 전극의 중심으로 갈수록 상기 제3 연장 전극의 길이는 점진적으로 증가하는,
    반도체 발광소자.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 제3 연장 전극은 상기 제2 연장 전극을 기준으로 좌우대칭형인,
    반도체 발광소자.
  13. 제10항에 있어서,
    서로 이웃한 두 개의 제3 연장 전극 사이에는 적어도 하나의 홀 전극이 배치된,
    반도체 발광소자.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 제3 연장 전극의 말단은 굴곡지게 형성된,
    반도체 발광소자.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체층과 상기 투명 전극층이 사이에 형성된 전류 차단층을 더 포함하는,
    반도체 발광소자.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 활성층은 200 nm 내지 405 nm 파장 대역의 광을 방출하는,
    반도체 발광소자.
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