KR20170017630A - 발광소자 및 발광소자 패키지 - Google Patents
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Abstract
실시 예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명장치에 관한 것이다.
실시 예의 발광소자는 하부전극; 하부전극 상에 위치하고, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물; 발광구조물 상에 위치한 상부전극패드; 및 상부전극패드와 연결된 적어도 하나의 가지전극을 포함하고, 상부전극패드는 적어도 하나의 가지전극과 연결되는 적어도 하나의 연결전극을 포함하고, 적어도 하나의 연결전극은 상부전극패드와 일체로 이루어지고, 일정한 간격을 두고 상부전극패드의 측면으로부터 돌출될 수 있다.
실시 예의 발광소자는 하부전극; 하부전극 상에 위치하고, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물; 발광구조물 상에 위치한 상부전극패드; 및 상부전극패드와 연결된 적어도 하나의 가지전극을 포함하고, 상부전극패드는 적어도 하나의 가지전극과 연결되는 적어도 하나의 연결전극을 포함하고, 적어도 하나의 연결전극은 상부전극패드와 일체로 이루어지고, 일정한 간격을 두고 상부전극패드의 측면으로부터 돌출될 수 있다.
Description
실시 예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명장치에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device)는 전기에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 p-n 접합 다이오드로서, 주기율표상에서 Ⅲ족과 Ⅴ족 등의 화합물 반도체로 생성될 수 있고 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
발광소자는 순방향전압 인가 시 n층의 전자와 p층의 정공(hole)이 결합하여 전도대(Conduction band)와 가전대(Valance band)의 에너지 갭에 해당하는 만큼의 에너지를 발산하는데, 이 에너지는 주로 열이나 빛의 형태로 방출되며, 빛의 형태로 발산되면 발광소자가 되는 것이다.
발광소자는 반도체화합물의 조성비를 조절함으로써, 다양한 색상 구현이 가능하다. 예컨대 발광소자는 청색(Blue) 발광소자, 녹색(Green) 발광소자, 자외선(UV) 발광소자, 또는 적색(RED) 발광소자 일 수 있다.
일반적인 발광소자는 활성층과 상기 활성층을 사이에 두고 서로 다른 도펀트를 포함하는 제1 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물을 포함하고, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층과 연결된 전극들을 포함한다.
일반적인 발광소자는 상기 전극들 주변에서 전류가 집중되어 발생하는 전류 밀집(current crowding) 현상으로 동작전압이 높이지고, 출력전압이 낮아지는 문제가 있었다. 또한, 전극들은 광을 흡수하거나 차단하여 광 추출 효율이 저하되는 문제가 있었다.
실시 예는 전류 밀집을 개선함과 동시에 광 손실을 줄여 광속을 향상시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명장치를 제공한다.
실시 예의 발광소자는 하부전극(140); 상기 하부전극(140) 상에 위치하고, 제1 도전형 반도체층(112), 활성층(114) 및 제2 도전형 반도체층(116)을 포함하는 발광구조물(110); 상기 발광구조물(110) 상에 위치한 상부전극패드(174); 상기 상부전극패드(174)와 연결된 적어도 하나의 가지전극(172); 및 상기 적어도 하나의 가지전극(172) 아래에 위치한 상부 오믹층(171)을 포함하고, 상기 상부전극패드(174)는 상기 적어도 하나의 가지전극(172)과 연결되는 적어도 하나의 연결전극(174a)을 포함하고, 상기 적어도 하나의 연결전극(174a)은 상기 상부전극패드(174)와 일체로 이루어지고, 일정한 간격을 두고 상기 상부전극패드(174)의 측면으로부터 돌출될 수 있다.
실시 예의 발광소자 패키지(200)는 상기 발광소자(100)를 포함할 수 있다.
실시 예는 상부전극패드로부터 돌출된 연결전극과 가지전극이 연결되어 전류 퍼짐(current spreading)을 개선할 수 있다.
실시 예는 상부전극패드로부터 돌출된 연결전극과 가지전극이 연결되므로 상부 오믹층의 면적을 줄여 광 흡수에 의한 광 손실을 개선할 수 있다.
실시 예는 전류 퍼짐 및 광 손실을 개선하여 광속을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 발광소자를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 A를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 Ⅰ-Ⅰ' 라인을 따라 절단한 발광소자를 도시한 단면도이다.
도 4는 비교예1,2와 실시 예의 광도를 비교한 도면이다.
도 5 내지 도 10은 실시 예에 따른 발광소자의 제조방법을 도시한 도면이다.
도 11은 다른 실시 예의 발광소자를 도시한 평면도이다.
도 12는 또 다른 실시 예의 발광소자를 도시한 평면도이다.
도 13은 실시 예의 발광소자 패키지를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 A를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 Ⅰ-Ⅰ' 라인을 따라 절단한 발광소자를 도시한 단면도이다.
도 4는 비교예1,2와 실시 예의 광도를 비교한 도면이다.
도 5 내지 도 10은 실시 예에 따른 발광소자의 제조방법을 도시한 도면이다.
도 11은 다른 실시 예의 발광소자를 도시한 평면도이다.
도 12는 또 다른 실시 예의 발광소자를 도시한 평면도이다.
도 13은 실시 예의 발광소자 패키지를 도시한 단면도이다.
실시예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도 1은 실시 예에 따른 발광소자를 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 A를 도시한 도면이고, 도 3은 도 1의 Ⅰ-Ⅰ' 라인을 따라 절단한 발광소자를 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 실시 예에 따른 발광소자(100)는 발광구조물(110), 상부전극패드(174), 가지전극(172), 제1 반사층(132) 및 하부전극(140)을 포함할 수 있다.
상기 발광구조물(110)은 상기 하부전극(140) 상에 위치하고, 상기 상부전극패드(174) 및 상기 가지전극(172)은 상기 발광구조물(110) 상에 위치할 수 있다.
상기 발광구조물(110)은 제1 도전형 반도체층(112), 상기 제1 도전형 반도체층(112) 아래에 위치한 활성층(114) 및 상기 활성층(114) 아래에 위치한 제2 도전형 반도체층(116)을 포함할 수 있다.
상기 하부전극(140)은 하부 오믹 패턴(141), 제2 반사층(142), 본딩층(144) 및 지지기판(146)을 포함할 수 있다.
상기 하부 오믹 패턴(141)은 상기 발광구조물(110)의 하부면과 접촉할 수 있다. 상기 하부 오믹 패턴(141)은 상기 발광구조물(110)과 직접 접촉할 수 있다. 즉, 상기 제2 도전형 반도체층(116)은 상기 하부 오믹 패턴(141)과 접하고 상기 하부 오믹 패턴(141)의 상부면 상에 위치할 수 있다.
상기 제2 반사층(142)은 전기적인 접촉이 우수하며 반사성이 높은 물질로 단층 또는 복수의 층으로 형성될 수 있다.
상기 본딩층(144) 및 상기 지지부재(146)은 단층 또는 복수의 층으로 형성될 수 있다.
상기 제1 반사층(132)은 상기 하부 오믹 패턴(141)과 동일 평면상에 위치할 수 있다. 상기 제1 반사층(132)은 상기 하부 오믹 패턴(141)과 나란하게 위치할 수 있다. 예컨대 상기 하부 오믹 패턴(141)은 도트 형상으로 일정 간격 이격될 수 있다. 상기 제1 반사층(132)의 지름 또는 수평 폭은 상기 제1 반사층(132) 사이에 위치한 상기 하부 오믹 패턴(141)의 폭보다 넓을 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 반사층(132)은 상기 하부 오믹 패턴(141)과 동일한 두께를 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 반사층(132)은 상기 발광구조물(110)의 하부면과 직접 접촉할 수 있다. 상기 제1 반사층(132)은 상기 제2 도전형 반도체층(116)과 직접 접촉할 수 있다. 상기 제1 반사층(132)은 단층 또는 복수의 층으로 형성될 수 있다.
실시 예의 발광소자(100)는 상부전극패드(174) 및 가지전극(172)을 포함할 수 있다. 실시 예에서는 하나의 상부전극패드(174) 및 복수의 가지전극(172)을 한정하여 설명하고 있지만, 이에 한정하지 않고, 상기 상부전극패드(174) 및 가지전극(172)은 적어도 2 개 이상이 배치될 수 있다. 여기서, 실시 예는 상기 제1 도전형 반도체층(112)과 상기 가지전극(172) 사이에 상부 오믹층(171)이 위치할 수 있다. 상기 상부 오믹층(171)은 상기 가지전극(172) 아래에 배치될 수 있다. 상기 상부 오믹층(171)은 반도체와 전기적 접촉이 우수한 물질로 단층 또는 복수의 층으로 형성될 수 있다.
상기 상부전극패드(174)는 상기 발광구조물(110)의 가장자리를 따라 배치될 수 있다. 상기 상부전극패드(174)는 상기 발광구조물(110)의 가장자리를 따라 4개의 측부들을 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 상부전극패드(174)는 와이어와 연결될 수 있는 제1 측부(174a)와, 상기 제1 측부(174a)의 양측 가장자리와 각각 연결되는 제2 및 제3 측부(174b, 174c), 및 상기 제2 및 제3 측부(174b, 174c)의 끝단과 연결되어 상기 제1 측부(174a)와 대면되는 제4 측부(174d)를 포함할 수 있다. 상기 제1 측부(174a)는 상기 제2 내지 제4 측부(174b, 174c, 174d)보다 넓은 면적을 가질 수 있다. 상기 제1 측부(174a)의 폭은 상기 제2 내지 제4 측부(174b, 174c, 174d)의 폭보다 넓을 수 있다. 예컨대 상기 제1 측부(174a)의 폭은 와이어 본딩을 위해 100㎛이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제2 내지 제4 측부(174b, 174c, 174d)는 서로 동일한 폭을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 상부전극패드(174)는 상기 제1 도전형 반도체층(112)의 상부면 상에 배치될 수 있다. 상기 상부전극패드(174)는 상기 제1 도전형 반도체층(112)과 직접 접촉할 수 있다. 상기 상부전극패드(174)는 상기 제1 도전형 반도체층(112)과 접촉하는 영역이 쇼트키컨택(schottky contact)될 수 있다. 예컨대 상기 상부전극패드(174)와 상기 제1 도전형 반도체층(112) 사이에는 역 바이어스에 의한 접합부의 전위장벽을 통해 전류를 제한할 수 있다. 따라서, 상기 상부전극패드(174)는 상기 제1 도전형 반도체층(112)과 오믹컨택되지 않을 수 있다. 이에 따라 실시 예는 제1 도전형 반도체층(112)과 오믹접촉된 가지전극(172)으로 전류가 흐르도록 유도하므로 전체적으로 전류 퍼짐 효과가 향상되어 광 출력이 향상될 수 있다.
상기 상부전극패드(174)는 적어도 하나의 연결전극(174p)을 포함할 수 있다. 상기 연결전극(174p)은 복수개 일 수 있다. 상기 연결전극(174p)은 상기 상부전극패드(174)의 측면으로부터 돌출될 수 있다. 상기 연결전극(174p)은 상기 상부전극패드(174)와 일체로 이루어지거나 별도로 구성될 수 있다. 상기 연결전극(174p)은 상기 상부전극패드(174)의 측면으로부터 돌출되어 가지전극(172)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 연결전극(174p)은 상기 상부전극패드(174)의 내측 방향으로 돌출될 수 있다. 예를 들어, 상기 연결전극(174p)은 상기 상부전극패드(174)의 제1 측부(174a)로부터 상기 제4 측부(174d)방향으로 돌출될 수 있다. 또한, 상기 연결전극(174p)는 상기 제4 측부(174d)으로부터 상기 제1 측부(174a) 방향으로 돌출될 수 있다.
상기 연결전극(174p)은 상기 상부전극패드(174)로부터의 전류를 상기 가지전극(172)으로 전달시키는 기능을 포함할 수 있다. 즉, 상기 상부전극패드(174)로부터 제공된 전류는 상기 연결전극(174a)에 의해 상기 가지전극(172)에 제공될 수 있다. 따라서, 실시 예의 발광소자(100)는 상기 연결전극(174p)에 의해 상기 상부 전극패드(174)에 집중될 수 있는 전류를 상기 연결전극(174p)으로 전달시켜 전류 퍼짐을 개선하여 광도를 향상시킬 수 있다. 또한, 실시 예는 상기 연결전극(174p)의 길이만큼 상기 가지전극(172)의 면적이 좁아지므로 상기 가지전극(172)의 아래에 배치된 상부 오믹층(171)의 면적도 좁아질 수 있다. 즉, 밴드갭 에너지가 상기 활성층(114)보다 큰 상기 상부 오믹층(171)의 면적이 좁아지므로 상부 오믹층(171)에 의한 광 흡수를 줄여 광 손실을 개선할 수 있다.
상기 연결전극(174p)의 두께는 상기 상부전극패드(174)의 두께와 대응될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 연결전극(174p)은 일정한 간격을 두고 상기 상부전극패드(174)의 측면으로부터 돌출될 수 있다. 상기 연결전극(174p)들의 간격은 50㎛ 내지 150㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 인접한 상기 연결전극(174p)들이 50㎛ 내지 150㎛의 간격을 두고 일정하게 배치되어 광 흡수를 줄여 광속을 향상시키고, 전류 퍼짐 효과를 개선할 수 있다. 상기 연결전극(174p)의 간격이 50㎛ 미만인 경우, 상기 연결전극(174p)의 면적과 상기 가지전극(172)의 면적이 증가함에 따라 광 흡수에 의해 광속이 저하될 수 있다. 상기 연결전극(174p)의 간격이 150㎛ 초과인 경우, 상기 연결전극(174p)들의 간격과 상기 가지전극(172)들의 간격이 증가함에 따라 전체적으로 전류 퍼짐 효과가 저하될 수 있고, 동작전압(VF3)이 증가할 수 있다.
상기 연결전극(174p)은 상기 가지전극(172)의 일부와 중첩될 수 있다. 상기 연결전극(174p)의 상부면 일부는 상기 가지전극(172) 및 상부 오믹층(171)의 일부와 수직으로 중첩될 수 있다. 상기 연결전극(174p)의 하부면 일부는 상기 가지전극(172)의 상부면 일부 및 상부 오믹층(171)의 측면 일부와 직접 접촉될 수 있다. 예컨대 상기 가지전극(172) 및 연결전극(174p)의 중첩 면적은 상기 연결전극(174p)의 전체 면적의 1% 내지 90%일 수 있고, 예를 들어 상기 가지전극(172) 및 연결전극(174p)의 중첩 면적은 상기 연결전극(174p)의 전체 면적의 20% 내지 50%일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 가지전극(172) 및 연결전극(174p)은 상기 연결전극(174p)의 전체 면적의 1% 내지 90%으로 중첩되어 상기 가지전극(172) 및 연결전극(174p) 사이의 연결 신뢰성을 유지하면서 전류 퍼짐 효과를 개선할 수 있다.
상기 가지전극(172)와 중첩되는 상기 연결전극(174p)의 중첩 면적이 기 연결전극(174p) 전체 면적의 1% 미만의 경우, 상기 가지전극(172) 및 상기 연결전극(174p) 사이의 연결 신뢰도가 저하될 수 있다. 상기 가지전극(172)와 중첩되는 상기 연결전극(174p)의 중첩 면적이 기 연결전극(174p) 전체 면적의 90% 초과의 경우, 전류 퍼짐 효과가 저하될 수 있다. 상기 연결전극(174p)은 상기 제1 도전 반도체층(112)의 상부면 및 상기 가지전극(172)의 상부면 상에 배치될 수 있다. 상기 연결전극(174p)의 폭은 상기 상부전극패드(174)와 인접한 영역으로부터 끝단 영역까지 일정할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 상기 연결전극(174p)의 폭은 상기 상부전극패드(174)로부터 멀어질수록 좁아질 수 있다. 즉, 상기 연결전극(174p)의 끝단 폭은 상기 상부전극패드(174)와 인접한 연결전극(174p)의 폭보다 작을 수 있다. 상기 연결전극(174p)의 끝단은 반구형상 등의 곡률을 포함할 수 있다.
상기 연결전극(174p)의 길이(L)는 20㎛ 이상일 수 있다. 예컨대 상기 연결전극(174p)의 길이(L)는 20㎛ 내지 60㎛일 수 있다. 상기 연결전극(174p)의 길이(L)가 20㎛ 미만일 경우, 전류 퍼짐이 저하될 수 있다. 상기 연결전극(174p)의 길이(L)가 60㎛ 초과일 경우, 광 투과율이 낮은 상기 연결전극(174p)에 의해 광 추출 효율이 저하될 수 있고, 동작전압(VF3)이 상승할 수 있다.
상기 연결전극(174p)의 폭(W)은 5㎛ 이상일 수 있다. 예컨대 상기 연결전극(174p)의 폭(W)은 5㎛ 내지 20㎛일 수 있다. 상기 연결전극(174p)의 폭(W)이 5㎛ 미만일 경우, 얇은 폭에 의해 상기 연결전극(174p)의 주변으로 전류가 밀집되어 동작전압(VF3)이 상승할 수 있다. 상기 연결전극(174p)의 폭(W)이 20㎛ 초과일 경우, 광 투과율이 낮은 상기 연결전극(174p)에 의해 광 추출 효율이 저하될 수 있다.
상기 연결전극(174p)의 폭(W)은 상기 가지전극(172)의 폭보다 크거나 같을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 상부전극패드(174) 및 연결전극(174p)은 단층 또는 복수의 층으로 형성될 수 있으며, Ti, Cr, Ni, Al, Pt, Au, W, Cu, Mo, Cu-W 중에서 적어도 어느 하나로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시 예는 상기 상부전극패드(174)가 상기 발광구조물(110)의 가장자리를 따라 끊어짐 없이 배치되고, 상기 연결전극(174p)은 서로 마주보는 상기 상부전극패드(174)의 제1 측부(174a) 및 제4 측부(174d)으로부터 서로 마주보도록 배치되고, 복수의 가지전극(172)은 상기 상부전극패드(174)의 내측에 배치된 구조를 설명하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
실시 예에 따른 발광소자(100)는 상기 상부전극패드(174)로부터 돌출된 연결전극(174p)과 가지전극(172)이 연결되어 전류 퍼짐을 개선할 수 있고, 밴드갭 에너지가 상기 활성층(114)보다 큰 상기 상부 오믹층(171)의 면적이 좁아지므로 상부 오믹층(171)에 의한 광 흡수를 줄여 광 손실을 개선할 수 있다.
따라서, 실시 예의 발광소자(100)는 전류 퍼짐을 개선하고 광 손실을 줄여 광도를 향상시킬 수 있다.
도 4는 비교 예1,2와 실시 예의 광도를 비교한 도면이다.
비교 예1은 일체로 이루어져 서로 동일한 저항의 물질로 이루어진 상부전극패드와 가지전극을 포함한다. 즉, 비교 예1은 상기 상부전극패드 및 가지전극이 동일한 두께와 동일한 물질 및 동일한 저항을 갖고, 상기 상부전극패드 및 가지전극은 발광구조물과 직접 접촉될 수 있다. 즉, 비교 예1은 상부전극패드 및 가지전극 아래에 상부 오믹층을 삭제된다.
비교 예2는 상부전극패드와 가지전극을 포함하고, 상기 가지전극 아래에 상부 오믹층을 포함한다. 상기 가지전극의 일부는 상기 상부전극패드의 하부에 배치되어 상기 상부전극패드와 직접 연결된다. 즉, 비교 예2의 가지전극은 상기 상부전극패드와 직접 접촉될 수 있다.
실시 예는 도 1 내지 도 3의 기술적 특징을 채용할 수 있다. 즉, 실시 예는 상부전극패드로부터 돌출된 연결전극을 포함하고, 상기 연결전극은 상기 가지전극과 연결될 수 있다.
비교 예1,2와 실시 예를 비교하면, 실시 예는 상부전극패드로부터 돌출된 연결전극에 의해 비교 예1보다 40% 이상 광속이 향상될 수 있고, 비교 예2보다 4% 이상 광속이 향상될 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 10을 참조하여 실시 예에 따른 발광소자의 제조방법을 설명하기로 한다.
도 5를 참조하면, 먼저 기판(102)을 준비한다. 상기 기판(102)은 열전도성이 뛰어난 물질일 수 있다. 상기 기판(102)는 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 기판(102)은 전도성 기판 또는 절연성 기판일 수 있다. 예컨대 상기 기판(102)은 GaAs, 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge 및 Ga203 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 기판(102)은 발광구조물(110) 형성 전에 세정공정이 진행되어 표면의 불순물이 제거될 수 있다.
상기 발광구조물(110)은 상기 기판(102) 상에 형성될 수 있다. 상기 발광구조물(110)은 적색 파장의 광을 발광할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 상기 발광구조물(110)은 제1 도전형 반도체층(112), 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 형성되는 활성층(114) 및 상기 활성층(114) 상에 형성되는 제2 도전형 반도체층(116)을 포함할 수 있다. 상기 발광구조물(110)은 단면에서의 폭이 동일하거나 제2 도전형 반도체층(116), 활성층(114), 제1 도전형 반도체층(112)로 갈수록 작아질 수 있으며 이에 한정하지 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(112)은 반도체 화합물, 예컨대 Ⅱ족-Ⅳ족 및 Ⅲ족-Ⅴ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(112)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(112)은 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예컨대 상기 제1 도전형 반도체층(112)이 n형 반도체층인 경우, n형 도펀트를 포함할 수 있다. 예컨대 상기 n형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 제1 도전형 반도체층(112)은 InxAlyGa1-x-yP(0=x=1, 0=y=1, 0=x+y=1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 상기 제1 도전형 반도체층(112)은 AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(112)은 화학증착방법(CVD) 혹은 분자선 에피택시 (MBE) 혹은 스퍼터링 혹은 수산화물 증기상 에피택시(HVPE) 등의 방법을 사용하여 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(114)은 상기 제1 도전형 반도체층(112)상에 형성될 수 있다.
상기 활성층(114)은 단일 양자 우물, 다중 양자 우물(MQW), 양자 선(quantum wire) 구조 또는 양자 점(quantum dot) 구조를 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 활성층(114)는 화합물 반도체로 구성될 수 있다. 상기 활성층(114)는 예로서 Ⅱ족-Ⅳ족 및 Ⅲ족-Ⅴ족 화합물 반도체 중에서 적어도 하나로 구현될 수 있다.
상기 활성층(114)은 양자우물과 양자벽을 포함할 수 있다. 상기 활성층(114)이 다중 양자 우물 구조로 구현된 경우, 양자우물과 양자벽이 교대로 배치될 수 있다. 상기 양자우물과 양자벽은 각각 InxAlyGa1-x-yP(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 배치될 수 있거나, GaInP/AlGaInP, GaP/AlGaP, InGaP/AlGaP, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs/AlGaAs, InGaAs/AlGaAs 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 제2 도전형 반도체층(116)은 상기 활성층(114) 상에 형성될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(116)은 반도체 화합물, 예컨대 Ⅱ족-Ⅳ족 및 Ⅲ족-Ⅴ족 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(116)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(116)은 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예컨대 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)은 InxAlyGa1-x-yP (0=x=1, 0=y=1, 0=x+y=1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제2 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112)은 n형 반도체층, 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)은 p형 반도체층으로 설명하고 있지만, 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112)을 p형 반도체층, 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)을 n형 반도체층으로 형성할 수도 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116) 위에는 상기 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 반도체 예컨대 n형 반도체층(미도시)을 형성할 수 있다. 이에 따라 발광구조물(110)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.
도 6을 참조하면, 제1 반사층(132) 및 하부 오믹 패턴(141)은 발광구조물(110) 상에 형성될 수 있다.
예컨대 상기 제1 반사층(132)는 상기 발광구조물(110) 상에 증착되고, 포토레지스트를 이용한 에칭공정으로 상기 발광구조물(110)이 노출되는 복수의 홀(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 하부 오믹 패턴(141)은 상기 복수의 홀에 증착될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 하부 오믹 패턴(141)은 반도체와 전기적인 접촉이 우수한 물질로 형성될 수 있다. 상기 하부 오믹 패턴(141)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 하부 오믹 패턴(141)은 Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf, 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 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 것은 아니다.
상기 하부 오믹 패턴(141)은 상기 제2 도전형 반도체층(116)과 직접 접촉될 수 있다. 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 하부 오믹 패턴(141)과 상기 제2 도전형 반도체층(116) 사이에는 별도의 반사층(미도시)이 형성될 수도 있다.
상기 제1 반사층(132)은 적어도 하나의 금속층(미도시)과 적어도 하나의 절연층(미도시)을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 제1 반사층(132)은 DBR(Distributed Bragg Reflector)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7을 참조하면, 하부전극(140)은 발광구조물(110) 상에 형성될 수 있다. 여기서, 상기 하부전극(140)은 상기 하부 오믹 패턴(141)의 구성을 포함하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 하부전극(140)은 제2 반사층(142), 본딩층(144) 및 지지기판(146)을 포함할 수 있다.
상기 제2 반사층(142)는 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 제2 반사층(142)은 전기적인 접촉이 우수하며 반사성이 높은 물질로 형성될 수 있다. 예컨대 상기 제2 반사층(142)은 Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Ag, Ni, Al, Rh, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
상기 본딩층(144)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 본딩층(144)은 전기적인 접촉이 우수한 물질로 형성될 수 있다. 예컨대 상기 본딩층(144)은 Ni, Ti, Au 또는 이들의 합금일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 지지기판(146)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 지지기판(146)은 전기적인 접촉이 우수한 물질로 형성될 수 있다. 예컨대 상기 지지기판(146)은 캐리어 웨이퍼(예: GaN, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiGe, SiC 등), Cu, Au, Cu Alloy, Ni, Cu-W, 등을 선택적으로 포함할 수 있다.
도 8를 참조하면, 기판(도7의 102)은 제거될 수 있다. 상기 기판(도7의 102)의 제거 방법은 레이저, 화학적 식각, 물리적 식각을 이용할 수 있다. 예컨대 상기 기판(도7의 102)의 제거 방법은 레이저 리프트 오프 방법을 이용할 수 있다. 상기 레이저 리프트 오프 방법은 상기 기판(도7의 102)과 발광구조물(110)의 계면에 에너지를 제공함으로써, 상기 발광구조물(110)의 접합표면이 열분해되어 상기 기판(102)과 발광구조물(110)을 분리할 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(112)은 상기 기판(도7의 102)로부터 노출될 수 있다.
도면에는 도시되지 않았지만, 노출된 상기 제1 도전형 반도체층(112)의 표면에는 러프니스 형태의 다수의 오목부 및 다수의 볼록부를 갖는 광 추출 패턴(미도시)이 형성될 수 있다.
도 9를 참조하면, 상부 오믹층(171) 및 가지전극(172)은 노출된 제1 도전형 반도체층(112) 상에 형성될 수 있다. 상기 상부 오믹층(171)은 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 증착될 수 있고, 상기 가지전극(172)은 상기 상부 오믹층(171) 상에 증착될 수 있다. 즉, 상기 상부 오믹층(171)은 상기 제1 도전형 반도체층(112)과 상기 가지전극(172) 사이에 배치될 수 있다.
상기 상부 오믹층(171)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 상부 오믹층(171)은 반도체와 전기적인 접촉인 우수한 물질로 형성될 수 있다. 예컨대 상기 상부 오믹층(171)은 Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf, 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 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 것은 아니다.
상기 가지전극(172)는 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, Ti, Cr, Ni, Al, Pt, Au, W, Cu, Mo, Cu-W 중에서 적어도 어느 하나로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 가지전극(172)은 도 1 내지 도 3의 기술적 특징을 채용할 수 있다.
도 10을 참조하면, 상부전극패드(174)는 노출된 제1 도전형 반도체층(112) 및 상기 가지전극(172)의 일부를 덮을 수 있다.
상부전극패드(174)는 측면으로 돌출된 적어도 하나의 연결전극(174p)을 포함할 수 있다. 상기 상부전극패드(174) 및 연결전극(174p)은 도 1 내지 도 3의 기술적 특징을 채용할 수 있다.
상기 상부전극패드(174)는 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, Ti, Cr, Ni, Al, Pt, Au, W, Cu, Mo, Cu-W 중에서 적어도 어느 하나로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5 내지 도 10에 도시된 발광소자의 제조방법은 실시 예를 기준으로 한정하여 설명하고 있지만, 이에 한정하지 않고, 각각의 제조단계들의 순서는 변경될 수 있다.
실시 예의 발광소자는 상부전극패드(174)의 측면로부터 돌출된 연결전극(174a)이 가지전극(172)과 직접 연결되므로 상기 상부전극패드(174)로부터 제공된 전류는 상기 연결전극(174a)에 의해 일정하게 분리되어 상기 가지전극(172)에 제공될 수 있다.
따라서, 실시 예의 발광소자(100)는 상기 연결전극(174a)에 의해 전류 퍼짐을 개선하여 광도를 향상시킬 수 있다. 또한, 실시 예는 상기 연결전극(174a)의 길이만큼 상기 가지전극(172)의 면적이 좁아지고, 상기 가지전극(172)의 아래에 배치된 상부 오믹층(171)의 면적도 좁아질 수 있다. 즉, 활성층(114)보다 밴드갭 에너지가 큰 상기 상부 오믹층(171)의 면적이 좁아지므로 상부 오믹층(171)에 의한 광 흡수를 줄여 광 손실을 개선할 수 있다.
도 11은 다른 실시 예의 발광소자를 도시한 평면도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 다른 실시 예의 발광소자(101)는 발광구조물 상에 배치되어 상기 발광구조물의 가장자리를 따라 배치된 상부전극패드(274)를 포함하고,
상기 상부전극패드(274)는 4개의 제1 내지 제4 측부(274a, 274b, 274c, 274d) 및 제1 및 제2 연결전극(274p1, 274p2)를 포함할 수 있다.
상기 제1 연결전극(274p1)은 상기 제1 측부(274a)로부터 연장되고, 상기 제2 연결전극(274p2)은 상기 제4 측부(274d)로부터 연장될 수 있다. 상기 제1 연결전극(274p1)은 상기 제1 측부(274a)로부터 제4 측부(274d) 방향으로 돌출되고, 상기 제2 연결전극(274p2)은 상기 제4 측부(274d)로부터 상기 제1 측부(274a) 방향으로 돌출될 수 있다.
즉, 상기 상부전극패드(274)는 실시 예의 상부전극패드(도1 내지 도10의 174)의 기술적 특징을 채용할 수 있다.
다른 실시 예의 발광소자(101)는 제1 및 제2 가지전극(272a, 272b)을 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 가지전극(272a, 272b)은 서로 일정 간격 이격될 수 있다. 즉, 상기 제1 가지전극(272a)은 상기 제1 측부(274a)로부터 돌출된 제1 연결전극(274p1)과 연결될 수 있다. 상기 제2 가지전극(272p2)는 상기 제4 측부(274d)로부터 돌출된 제2 연결전극(274p2)와 연결될 수 있다. 상기 제1 가지전극(272a)의 끝단은 상기 제2 가지전극(272b)의 끝단과 일정 간격 이격될 수 있다.
다른 실시 예의 발광소자(101)는 제1 및 제2 가지전극(272a, 272b)의 구조를 제외하고 도 1 내지 도 10의 실시예의 발광소자의 기술적 특징을 채용할 수 있다.
다른 실시 예에 따른 발광소자(101)는 상기 상부전극패드(274)로부터 돌출된 제1 및 제2 연결전극(274p1, 274p2)과 각각 연결된 제1 및 제2 가지전극(272a, 272b)에 의해 전류 퍼짐을 개선할 수 있고, 밴드갭 에너지가 상기 활성층보다 큰 상기 상부 오믹층의 면적이 좁아지므로 상부 오믹층에 의한 광 흡수를 줄여 광 손실을 개선할 수 있다.
따라서, 다른 실시 예의 발광소자(101)는 전류 퍼짐을 개선하고 광 손실을 줄여 광도를 향상시킬 수 있다.도 12는 또 다른 실시 예의 발광소자를 도시한 평면도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 또 다른 실시 예의 발광소자(102)는 상부전극패드(374) 및 가지전극(372)을 제외하고 제외하고 도 1 내지 도 10의 실시예의 발광소자의 기술적 특징을 채용할 수 있다.
상기 상부전극패드(374)는 발광소자의 중심영역에 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 상부전극패드(374) 형상은 다양하게 변경될 수 있다. 상기 상부전극패드(374)의 외측면에는 적어도 하나의 연결전극(374p)을 포함할 수 있다. 상기 가지전극(372)은 상기 연결전극(374p)와 연결될 수 있다.
또 다른 실시 예의 발광소자(102)는 상기 상부전극패드(374), 연결전극(374p) 및 가지전극(372)의 구조를 제외하고 도 1 내지 도 10의 실시예의 발광소자의 기술적 특징을 채용할 수 있다.
또 다른 실시 예에 따른 발광소자(102)는 상기 상부전극패드(374)의 외측으로 돌출된 연결전극(374p)과 연결된 가지전극(372)에 의해 전류 퍼짐을 개선할 수 있고, 밴드갭 에너지가 상기 활성층보다 큰 상기 상부 오믹층의 면적이 좁아지므로 상부 오믹층에 의한 광 흡수를 줄여 광 손실을 개선할 수 있다.
따라서, 다른 실시 예의 발광소자(102)는 전류 퍼짐을 개선하고 광 손실을 줄여 광도를 향상시킬 수 있다.
도 13은 실시 예의 발광소자 패키지를 도시한 단면도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 실시 예에 따른 발광 소자 패키지(200)는 패키지 몸체부(205)와, 상기 패키지 몸체부(205)에 설치된 제1 리드 프레임(213) 및 제2 리드 프레임(214)과, 상기 제2 리드 프레임(214)상에 배치되어 상기 제1 리드 프레임(213) 및 제2 리드 프레임(214)과 전기적으로 연결되는 발광소자(100)와, 상기 발광소자(100)를 포위하는 몰딩부재(240)를 포함할 수 있다. 상기 몰딩부재(240)는 형광체를 포함할 수 있으며 상부면이 오목하거나 볼록한 면을 포함할 수 있다.
상기 발광소자(100)는 도 1 내지 도 10의 실시 예의 기술적 특징을 채용할 수 있다.
상기 제1 리드 프레임(213) 및 제2 리드 프레임(214)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 제1 리드 프레임(213)은 와이어(230)에 의해 상기 발광소자(100)와 전기적으로 연결되어 상기 발광소자(100)에 전원을 제공하는 역할을 할 수 있다. 또한, 상기 제1 리드 프레임(213) 및 제2 리드 프레임(214)은 상기 발광소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시키는 역할을 할 수 있으며, 상기 발광소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 발광소자(100)는 상기 제1 리드 프레임(213) 또는 제2 리드 프레임(214)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다.
실시예에 따른 발광소자(100)는 백라이트 유닛, 조명 유닛, 디스플레이 장치, 지시 장치, 램프, 가로등, 차량용 조명장치, 차량용 표시장치, 스마트 시계 등에 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 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 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 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 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
171: 상부 오믹층
172, 372: 가지전극
174, 274, 374: 상부전극패드
174p, 374p: 연결전극
172, 372: 가지전극
174, 274, 374: 상부전극패드
174p, 374p: 연결전극
Claims (10)
- 하부전극);
상기 하부전극 상에 위치하고, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물;
상기 발광구조물 상에 위치한 상부전극패드;
상기 상부전극패드와 연결된 적어도 하나의 가지전극; 및
상기 적어도 하나의 가지전극 아래에 위치한 상부 오믹층을 포함하고,
상기 상부전극패드는 상기 적어도 하나의 가지전극과 연결되는 적어도 하나의 연결전극을 포함하고,
상기 적어도 하나의 연결전극은 상기 상부전극패드와 일체로 이루어지고, 일정한 간격을 두고 상기 상부전극패드의 측면으로부터 돌출된 발광소자. - 제1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 연결전극은 상기 적어도 하나의 가지전극과 1대1 대응되는 발광소자. - 제1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 연결전극은 상기 적어도 하나의 가지전극과 중첩된 영역을 갖는 발광소자. - 제1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 연결전극의 길이는 20㎛ 내지 60㎛인 발광소자. - 제1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 연결전극의 폭은 5㎛ 내지 20㎛인 발광소자. - 제1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 연결전극의 폭은 상기 적어도 하나의 가지전극의 폭보다 크거나 같은 발광소자. - 제1 항에 있어서,
상기 상부전극패드는 상기 발광구조물의 가장자리를 따라 배치되고, 제1 측부, 상기 제1 측부의 양끝단과 연결된 제2 및 제3 측부, 및 상기 제2 및 제3 측부와 연결되어 상기 제1 측부와 대면하는 제4 측부를 포함하고, 상기 상기 적어도 하나의 연결전극은 상기 제1 측부 및 상기 제4 측부로부터 돌출된 발광소자. - 제7 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 연결전극은 상기 제1 측부로부터 돌출된 제1 연결전극과, 상기 제4 측부로부터 돌출된 제2 연결전극를 포함하고, 상기 제1 및 제2 연결전극의 끝단은 서로 일정 간격 이격된 발광소자. - 제1 항에 있어서,
상기 상부전극패드은 발광소자의 중심영역에 위치하고, 상기 가지전극은 상기 상부전극패드의 외측에 위치하는 발광소자. - 제1 항 내지 제 9항 중 어느 하나의 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지.
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