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KR20200086488A - 발광 소자 - Google Patents

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KR20200086488A
KR20200086488A KR1020190002711A KR20190002711A KR20200086488A KR 20200086488 A KR20200086488 A KR 20200086488A KR 1020190002711 A KR1020190002711 A KR 1020190002711A KR 20190002711 A KR20190002711 A KR 20190002711A KR 20200086488 A KR20200086488 A KR 20200086488A
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KR
South Korea
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light emitting
recess
electrode
disposed
layer
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Application number
KR1020190002711A
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Inventor
성연준
김영훈
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엘지이노텍 주식회사
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Filing date
Publication date
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Abstract

실시 예는, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하고, 제2 도전형 반도체층, 상기 활성층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층의 일부 영역까지 배치되는 복수 개의 리세스를 포함하는 발광 구조물; 및 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함하고, 상기 제2 전극의 최외측부는 상기 발광 구조물의 내측을 향하여 오목한 오목부를 포함하고, 상기 오목부는 상기 복수 개의 리세스 사이에 배치되는 발광 소자를 개시한다.

Description

발광 소자{LIGHT EMITTING DEVICE}
실시 예는 발광 소자에 관한 것이다.
GaN, AlGaN 등의 화합물을 포함하는 반도체 소자는 넓고 조정이 용이한 밴드 갭 에너지를 가지는 등의 많은 장점을 가져서 발광 소자, 수광 소자 및 각종 다이오드 등으로 다양하게 사용될 수 있다.
특히, 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드(Laser Diode)와 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, 환경 친화성의 장점을 가진다.
뿐만 아니라, 광검출기나 태양 전지와 같은 수광 소자도 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용하여 제작하는 경우 소자 재료의 개발로 다양한 파장 영역의 빛을 흡수하여 광 전류를 생성함으로써 감마선부터 라디오 파장 영역까지 다양한 파장 영역의 빛을 이용할 수 있다. 또한 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성 및 소자 재료의 용이한 조절의 장점을 가져 전력 제어 또는 초고주파 회로나 통신용 모듈에도 용이하게 이용할 수 있다.
따라서, 반도체 소자는 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 신호등 및 Gas나 화재를 감지하는 센서 등에까지 응용이 확대되고 있다. 또한, 반도체 소자는 고주파 응용 회로나 기타 전력 제어 장치, 통신용 모듈에까지 응용이 확대될 수 있다.
특히, 자외선 파장 영역의 광을 방출하는 발광소자는 경화작용이나 살균 작용을 하여 경화용, 의료용, 및 살균용으로 사용될 수 있다
최근 자외선 발광소자에 대한 연구가 활발하나, 아직까지 자외선 발광소자는 수직형으로 구현하기 어려운 문제가 있으며, 수직형 구조의 경우 외측 영역이 열화되어 광 효율이 저하되는 문제가 있다.
또한, 박리와 습기에 산화되어 광출력이 저하되는 문제가 존재한다.
실시 예는 발광 구조물의 외측 영역이 열화되는 것이 개선된 발광소자를 제공할 수 있다.
또한, 광 출력이 개선된 발광소자를 제공할 수 있다.
또한, 광 균일도가 개선된 발광 소자를 제공할 수 있다.
또한, LLO 공정시 박리 문제가 개선된 발광 소자를 제공할 수 있다.
실시 예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 일 특징에 따른 발광 소자는, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하고, 제2 도전형 반도체층, 상기 활성층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층의 일부 영역까지 배치되는 복수 개의 리세스를 포함하는 발광 구조물; 및 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함하고, 상기 제2 전극의 최외측부는 상기 발광 구조물의 내측을 향하여 오목한 오목부를 포함하고, 상기 오목부는 상기 복수 개의 리세스 사이에 배치된다.
실시 예에 따르면, 발광 구조물의 외측 영역이 열화되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 광 출력을 개선할 수 있다.
또한, 광 균일도를 개선할 수 있다.
또한, 발광 소자의 발광 영역을 외부의 수분이나 기타 오염 물질로부터 차단함에 따라 신뢰성이 개선된 발광 소자를 제작할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 발광 소자의 단면도이고,
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 발광 소자의 평면도이고,
도 3은 제1 절연층의 평면도이고,
도 4는 제2 전극의 평면도이고,
도 5는 도 1의 A 부분 확대도이고,
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 발광 소자의 평면도이고,
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 발광 소자의 단면도이고,
도 8은 제1 절연층의 평면도이고,
도 9는 도 7의 B 부분 확대도이고,
도 10은 도 7의 C 부분 확대도이고,
도 11은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 발광 소자의 평면도이고,
도 12는 도 11의 B-B 방향 단면도이고,
도 13은 도 12의 일부 확대도이고,
도 14는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 발광 소자의 단면도이고,
도 15는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 발광 소자의 평면도이고,
도 16은 본 발명의 제6 실시 예에 따른 발광 소자의 단면도이고,
도 17은 본 발명의 제6 실시 예에 따른 전극 구조를 보여주는 평면도이고,
도 18은 도 17의 일부 확대도이고,
도 19는 도 18의 변형예이고,
도 20은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 소자 패키지의 개념도이고,
도 21은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 소자 패키지의 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시 예에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라, 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 발광 구조물은 자외선 파장대의 광을 출력할 수 있다. 예시적으로 발광 구조물은 근자외선 파장대의 광(UV-A)을 출력할 수도 있고, 원자외선 파장대의 광(UV-B)을 출력할 수 도 있고, 심자외선 파장대의 광(UV-C)을 출력할 수 있다. 파장범위는 발광 구조물의 Al의 조성비에 의해 결정될 수 있다. 또한, 발광 구조물은 광의 세기가 서로 다른 다양한 파장의 광을 출력할 수 있고, 발광하는 광의 파장 중 다른 파장의 세기에 비해 상대적으로 가장 강한 세기를 갖는 광의 피크 파장이 근자외선, 원자외선, 또는 심자외선일 수 있다.
예시적으로, 근자외선 파장대의 광(UV-A)은 320nm 내지 420nm 범위에서 메인 피크를 가질 수 있고, 원자외선 파장대의 광(UV-B)은 280nm 내지 320nm 범위에서 메인 피크를 가질 수 있으며, 심자외선 파장대의 광(UV-C)은 100nm 내지 280nm 범위에서 메인 피크를 가질 수 있다. 발광 구조물은 100nm 내지 420nm의 파장에서 최대 피크 파장을 갖는 자외선 광을 생성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 발광 소자의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 발광 소자의 평면도이고, 도 3은 제1 절연층의 평면도이고, 도 4는 제2 전극의 평면도이고, 도 5는 도 1의 A 부분 확대도이다.
도 1을 참조하면, 실시 예에 따른 발광 소자는 도전성 기판(170), 제1 도전형 반도체층(124), 제2 도전형 반도체층(127), 및 활성층(126)을 포함하는 발광 구조물(120), 제1 도전형 반도체층(124)과 전기적으로 연결되는 제1 전극(142), 제2 도전형 반도체층(127)과 전기적으로 연결되는 제2 전극(146)을 포함할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(124)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(124)은 Inx1Aly1Ga1 -x1-y1N(0≤x1≤1, 0≤y1≤1, 0≤x1+y1≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 AlGaN, InGaN, InAlGaN 등에서 선택될 수 있다. 그리고, 제1 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te와 같은 n형 도펀트일 수 있다. 제1 도펀트가 n형 도펀트인 경우, 제1 도펀트가 도핑된 제1 도전형 반도체층(124)은 n형 반도체층일 수 있다.
활성층(126)은 제1 도전형 반도체층(124)과 제2 도전형 반도체층(127) 사이에 배치될 수 있다. 활성층(126)은 제1 도전형 반도체층(124)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 제2 도전형 반도체층(127)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 재결합되는 층일 수 있다.
활성층(126)은 전자와 정공이 재결합함에 따라, 전자가 낮은 에너지 준위로 천이하며, 활성층(126)이 포함하는 후술될 우물층의 밴드갭 에너지에 대응하는 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다. 발광 소자가 방출하는 광의 파장 중 상대적으로 가장 큰 세기를 갖는 광의 파장은 자외선일 수 있고, 상기 자외선은 상술한 근자외선, 원자외선, 심자외선일 수 있다.
활성층(126)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(Multi Quantum Well; MQW) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있으며, 활성층(126)의 구조는 이에 한정하지 않는다.
제2 도전형 반도체층(127)은 활성층(126) 상에 형성되며, Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 반도체층(127)에 제2 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(127)은 Inx5Aly2Ga1 -x5- y2N (0≤x5≤1, 0≤y2≤1, 0≤x5+y2≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 또는 AlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 선택된 물질로 형성될 수 있다. 제2 도펀트가 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트인 경우, 제2 도펀트가 도핑된 제2 도전형 반도체층(127)은 p형 반도체층일 수 있다.
활성층(126)과 제2 도전형 반도체층(127) 사이에는 전자 차단층(미도시됨)이 배치될 수 있다. 전자 차단층(미도시됨)은 제1 도전형 반도체층(124)에서 활성층(126)으로 공급되는 전자(electron)가 활성층(126)에서 재결합하여 발광하지 않고, 제2 도전형 반도체층(127)으로 빠져나가는 흐름을 차단하여, 활성층(126) 내에서 전자와 정공이 재결합할 확률을 높일 수 있다. 전자 차단층(미도시됨)의 에너지 밴드갭은 활성층(126) 및/또는 제2 도전형 반도체층(127)의 에너지 밴드갭보다 클 수 있다.
제1 도전형 반도체층(124), 활성층(126), 및 제2 도전형 반도체층(127)은 모두 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다. 따라서, 제1 도전형 반도체층(124), 활성층(126), 및 제2 도전형 반도체층(127)의 조성은 모두 AlGaN일 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 반도체층의 조성은 출력 파장에 따라 적절히 조절될 수 있다.
발광 구조물(120)은 제2 도전형 반도체층(127) 및 활성층(126)을 관통하고 제1 도전형 반도체층(124)의 일부 영역까지 배치되는 제1 리세스(128)를 포함할 수 있다.
제1 전극(142)은 제1 리세스(128)의 내부에 배치되어 제1 도전형 반도체층(124)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제2 전극(146)은 제2 도전형 반도체층(127)의 하면에 배치되어 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 전극(142)과 제2 전극(146)은 오믹전극일 수 있다. 제1 전극(142)과 제2 전극(146)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, 또는 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 있으나, 이러한 재료에 한정되는 않는다. 예시적으로, 제1 전극(142)은 복수의 금속층(예: Cr/Al/Ni)을 갖고, 제2 전극(146)은 ITO일 수 있다.
제1 절연층(131)은 제1 리세스(128) 내에 배치되어, 제1 전극(142)을 활성층(126) 및 제2 도전형 반도체층(127)과 전기적으로 절연시킬 수 있다. 또한, 제1 절연층(131)은 발광 구조물(120) 하면의 가장자리에 배치될 수 있다. 이때, 제1 절연층(131)은 발광 구조물(120)의 외측으로 연장될 수 있다.
제1 절연층(131)은 SiO2, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, TiO2, AlN 등으로 이루어진 군에서 적어도 하나가 선택되어 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 제1 절연층(131)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 예시적으로 제1 절연층(131)은 Si 산화물이나 Ti 화합물을 포함하는 다층 구조의 DBR(distributed Bragg reflector)일 수도 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하지 않고 제1 절연층(131)은 다양한 반사 구조를 포함할 수 있다.
일반적으로 GaN 반도체층의 경우 상대적으로 전류 분산 특성이 우수하므로 리세스(128) 및 제1 전극(142)의 면적을 최소화하는 것이 바람직하다. 리세스(128)와 제1 전극(142)의 면적이 커질수록 활성층(126)의 면적이 줄어들기 때문이다.
그러나, 실시 예의 경우 자외선 발광을 위해 활성층(126)이 알루미늄(Al)을 포함하여야 하고, 결정성을 확보하기 위해 제1 도전형 반도체층(124) 및 제2 도전형 반도체층(127) 역시 높은 조성의 알루미늄(Al)을 포함할 필요가 있다.
그 결과, 제1, 제2 도전형 반도체층(126, 127)의 알루미늄(Al) 조성이 높아져, 저항이 커지고 전류 분산 특성이 저하되는 문제가 있다. 따라서, 활성층(126)의 면적을 희생하더라도 제1 전극(142)의 개수를 증가시키는 것이 바람직할 수 있다.
도 2를 참조하면, 실시 예에 따른 제1 리세스(128)는 제1 전극(142)의 개수를 증가시키기 위해 서로 어긋나게 배치될 수 있다. 즉, 복수 개의 제1 리세스(128)는 자신을 둘러싸는 가장 인접한 제1 리세스들과 수평 방향(X축 방향)으로 동일선상에 배치되고 않고 지그재그 형상으로 엇갈리게 배치될 수 있다. 이러한 구조는 제1 리세스(128) 간의 간격을 좁힐 수 있어 제1 전극(142)의 개수를 증가시킬 수 있다.
복수 개의 제1 리세스(128)는 가장 인접한 리세스(128)의 개수가 N개인 복수 개의 내측 리세스(128a) 및 가장 인접한 리세스(128)의 개수가 N개보다 작은 복수 개의 외측 리세스(128b)를 포함할 수 있다. 외측 리세스(128b)는 발광 구조물(120)의 측면(120-1, 120-2, 120-3, 120-4, 120-5)에 가장 가까운 리세스일 수 있다. 여기서 N은 정수일 수 있다.
예시적으로 복수 개의 내측 리세스(128a)는 가장 인접한 6개의 리세스에 둘러싸일 수 있다. 즉, 육각형(403)의 꼭지점을 이루는 6개의 리세스와 육각형(403) 안에 배치된 내측 리세스(128a) 사이의 거리는 모두 동일할 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 내측 리세스(128a)는 가장 인접한 5개 또는 8개의 리세스에 둘러싸인 구조(예: 오각형, 팔각형)일 수도 있다.
외측 리세스(128b)는 가장 인접한 리세스의 개수가 N개보다 작을 수 있다. 예시적으로 내측 리세스(128a)를 둘러싸는 가장 인접한 리세스의 개수가 6개인 경우, 외측 리세스(128b)는 2개 내지 5개의 리세스에 둘러싸일 수 있다. 예시적으로 외측 리세스(128b)는 2개의 리세스에 둘러싸일 수도 있고, 4개의 리세스에 둘러싸일 수도 있다.
발광 구조물(120)은 서로 마주보는 제1 측면(120-1)과 제3 측면(120-3), 서로 마주보는 제2 측면(120-2)과 제4 측면(120-4), 및 전극패드(166)와 마주보는 제5 측면(120-5)을 포함할 수 있다. 제5 측면(120-5)은 전극패드(166)의 형상을 따라 곡률을 가질 수 있다.
외측 리세스(128b)는 발광 구조물(120)의 제1 내지 제5 측면(120-1, 120-2, 120-3, 120-4, 120-5)을 따라 가장 가까운 위치에 배치되는 리세스로 정의할 수 있다. 즉, 외측 리세스(128b)는 복수 개의 리세스 중 가장 외측에 배치되는 리세스들의 집합일 수 있다. 따라서, 외측 리세스(128b)의 중심을 연결한 가상선(BL1) 내부에는 내측 리세스(128a)가 모두 포함될 수 있다.
외측 리세스(128b)와 발광 구조물(120)의 제1 내지 제5 측면(120-1, 120-2, 120-3, 120-4, 120-5) 사이에는 리세스가 배치될 수 없으므로 외측 리세스(128b)를 둘러싸는 리세스들의 개수는 내측 리세스(128a)를 둘러싸는 리세스들의 개수보다 작을 수 있다.
외측 리세스(128b)는 발광 구조물(120)의 제1 측면(120-1) 및 제3 측면(120-3)과 상대적으로 가까운 제1 외측 리세스(128b-1) 및 발광 구조물의 제1 측면(120-1) 및 제3 측면(120-3)과 상대적으로 먼 제2 외측 리세스(128b-2)를 포함할 수 있다. 이때, 제2 외측 리세스(128b-2)와 발광 구조물의 측면(120-1, 120-3) 사이에는 전류가 잘 분산되지 않아 저발광 영역(401)이 형성될 수 있다. 또한, 전극패드(166)와 마주보는 제5 측면(120-5)과 외측 리세스(128b) 사이에도 저발광 영역(401)이 형성될 수 있다.
저발광 영역(401)은 상대적으로 쉽게 열화될 수 있다. 그 결과, 저발광 영역(401)에서 누설 전류가 발생하여 저전류 특성이 악화될 수 있다. 따라서, 저발광 영역(401)이 열화되거나 누설 전류가 발생하는 것을 억제할 필요가 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 제1 절연층(131)은 가장자리에 배치되는 가장자리부(131c) 및 가장자리부(131c)에서 외측 리세스(128b) 사이에 볼록하게 배치되는 연장부(131d)를 가질 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 저발광 영역(401)이 열화되는 현상을 개선할 수 있다.
제1 절연층(131)의 연장부(131d)는 발광 구조물의 제1 측면(120-1) 및 제3 측면(120-3)에 배치되는 제1 연장부(131d)와 발광 구조물의 제5 측면(120-5)에 배치되는 제2 연장부(131d)를 포함할 수 있다.
제5 측면(120-5)에 인접 배치되는 제2 연장부(131d)의 면적은 제1 측면(120-1)에 인접 배치되는 제1 연장부(131d)의 면적보다 클 수 있다. 즉, 전극패드(166)의 주변에 발광하지 않는 영역의 면적이 더 넓을 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 제1 리세스(128)의 크기 및 개수에 따라 제1 연장부(131d)와 제2 연장부(131d)의 면적은 달라질 수 있다.
제2 측면(120-2) 및 제4 측면(120-4)에 배치된 제1 절연층(131)에는 연장부가 배치되지 않을 수 있다. 제1 측면(120-1) 및 제3 측면(120-3)에 배치된 외측 리세스(128b)는 수평 방향(X축 방향)으로 지그재그 방향으로 배치되는 반면, 제2 측면(120-2) 및 제4 측면(120-4)에 배치된 외측 리세스(128b)는 수직 방향(Y축 방향)으로 일정한 간격으로 배치되기 때문이다. 그러나, 필요에 따라 제2 측면(120-2) 및 제4 측면(120-4)에도 연장부가 배치될 수도 있다.
도 4를 참조하면, 제2 전극(146)은 측면에서 이웃한 제1 외측 리세스(128b-1) 사이에 오목하게 배치되는 복수 개의 오목부(146a)를 포함할 수 있다. 즉, 제2 전극(146)의 오목부(146a) 및 제1 절연층(131)의 연장부(131d)는 이웃한 제1 외측 리세스(128b)의 사이 영역에 배치될 수 있다.
오목부(146a)는 제1 절연층(131)의 연장부(131d)와 대응되는 형상을 갖고 소정 간격으로 이격될 수 있다. 따라서, 칩의 수직 방향으로 복수 개의 연장부(131d)와 복수 개의 오목부(146a)는 중첩되지 않을 수 있다.
오목부(146a)와 연장부(131d)는 반원 형상인 것으로 도시되었으나 오목부(146a)와 연장부(131d)의 형상은 반드시 이에 한정하지 않는다. 연장부(131d)는 상대적으로 전류 밀도가 작은 영역의 면적을 커버하기 위한 다양한 형상을 가질 수 있다. 또한, 오목부(146a) 역시 연장부(131d)의 형상과 대응되는 형상을 가질 수 있다. 예시적으로 연장부(131d)와 오목부(146a)는 삼각형 또는 사각형 형상을 가질 수도 있다.
도 5를 참조하면, 제1 절연층(131)의 연장부(131d)는 발광 구조물(120)의 내측으로 연장될 수 있다. 따라서, 발광 구조물(120)의 측면에서 누설 전류를 차단하여 저전류 특성이 개선될 수 있다. 따라서, 발광 구조물의 측면이 열화 또는 번트(burnt)되는 현상을 개선할 수 있다.
제1 도전층(165)은 제1 리세스(128) 및 제2 절연층(132)을 관통하여 복수 개의 제1 전극(142)과 전기적으로 연결되는 복수 개의 돌출 전극(165a)을 포함할 수 있다. 따라서, 제1 도전층(165)과 복수 개의 제1 전극(142)은 제1 채널 전극으로 정의할 수 있다.
제1 도전층(165)은 반사율이 우수한 물질로 이루어질 수 있다. 예시적으로 제1 도전층(165)은 Ti, Ni, Al 등의 금속을 포함할 수 있다. 예시적으로 제1 도전층(165)이 알루미늄을 포함하는 경우 활성층(126)에서 출사된 자외선 광을 상부로 반사시킬 수 있다.
제2 도전층(150)은 제2 전극(146) 및 전극패드(166)와 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 전극패드(166)와, 제2 도전층(150), 및 제2 전극(146)은 하나의 전기적 채널을 형성할 수 있다. 따라서, 제2 전극(146)과 제2 도전층(150)을 제2 채널 전극으로 정의할 수도 있다. 이때, 제2 전극(146)과 제2 도전층(150) 사이에는 커버층(143)이 배치될 수도 있다. 커버층(143)은 제2 도전층(150)이 제2 전극(146)에 의해 산화되는 것을 방지할 수 있다. 예시적으로 커버층(143)은 Ni, Au, Ti 등을 포함할 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
제2 도전층(150)은 제2 전극(146)의 하부, 제1 절연층(131)의 하부, 제2 리세스(128)의 하부, 발광 구조물(120)의 하부, 및 전극패드(166)의 하부에 배치될 수 있다.
제2 도전층(150)은 제1 절연층(131)과 접착력이 좋은 물질로 이루어지며, Cr, Ti, Ni, Au 등의 물질로 구성되는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질 및 이들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 단일층 혹은 복수의 층으로 이루어질 수 있다.
제2 도전층(150)은 제1 절연층(131)과 제2 절연층(132) 사이에 배치될 수 있다. 이에 따라, 제2 도전층(150)은 외부 습기 또는 오염 물질의 침투로부터 제1 절연층(131) 및 제2 절연층(132)에 의해 보호될 수 있다. 또한, 제2 도전층(150)은 발광 소자의 내부에 배치되며, 발광 소자의 최외측에서 노출되지 않도록 끝단이 제1 절연층(131) 및 제2 절연층(132)에 의해 감싸질 수 있다.
제2 도전층(150)은 발광 구조물(120)의 외측으로 연장될 수 있다. 즉, 제2 도전층(150)은 발광 구조물(120)의 외측으로 연장될 수 있다. 이러한 구성에 의하면 제2 도전층(150)의 평탄도를 더 개선할 수 있다.
제2 절연층(132)은 제1 도전층(165)과 제2 도전층(150)을 전기적으로 절연시킬 수 있다. 제1 절연층(131)과 제2 절연층(132)은 서로 동일한 물질로 이루어질 수 있고, 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다.
제2 절연층(132)은 제1 리세스(128)의 내부로 연장될 수 있다. 그러나, 제2 리세스(128)는 제1 절연층(131)에 의해 커버되므로 제2 절연층(132)은 제2 리세스(128)의 내부에는 배치되지 않을 수 있다. 따라서, 제1 절연층(131)은 제1 리세스(128)와 제2 리세스(128)의 내부에는 모두 배치되는 반면, 제2 절연층(132)은 제1 리세스(128)의 내부에만 배치될 수 있다.
접합층(160)은 발광 구조물(120)의 하부면과 제1 리세스(128)의 형상을 따라 배치될 수 있다. 접합층(160)은 도전성 재료를 포함할 수 있다. 예시적으로 접합층(160)은 금, 주석, 인듐, 알루미늄, 실리콘, 은, 니켈, 및 구리로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
도전성 기판(170)은 금속 또는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 도전성 기판(170)은 전기 전도도 및/또는 열 전도도가 우수한 금속일 수 있다. 이 경우 발광 소자 동작시 발생하는 열을 신속이 외부로 방출할 수 있다. 또한 도전성 기판(170)을 통해 제1 전극(142)은 외부에서 전류를 공급받을 수 있다.
도전성 기판(170)은 실리콘, 몰리브덴, 실리콘, 텅스텐, 구리 및 알루미늄으로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 발광 소자의 평면도이고, 도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 발광 소자의 단면도이고, 도 8은 제1 절연층의 평면도이고, 도 9는 도 7의 B 부분 확대도이고, 도 10은 도 7의 C 부분 확대도이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 제1 절연층(131)이 가장자리부(131c) 및 가장자리부(131c)에서 내측으로 연장된 연장부(131d)를 포함하는 구성은 그대로 적용될 수 있다. 따라서, 발광 구조물(120)의 측면과 제1 리세스(128) 사이의 저발광 영역을 커버함으로써 열화를 방지하고 누설 전류를 차단할 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 발광 소자는 복수 개의 제1 리세스(128)를 둘러싸는 제2 리세스(129)를 더 포함할 수 있다. 제2 리세스(129)는 발광 구조물(120)의 측면을 따라 연속적으로 연장될 수 있다. 제2 리세스(129)는 발광 구조물(120)의 측면을 따라 연장되어 폐루프를 이루는 단일의 리세스일 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 복수 개의 리세스로 분할될 수도 있다.
제2 리세스(129)에 의해 활성층(126)은 제2 리세스(129)의 외측에 배치되는 비활성 영역(OA1) 및 제2 리세스(129)의 내측에 배치되는 활성 영역(IA1)으로 분리될 수 있다.
활성 영역(IA1)은 제1 도전형 반도체층(124) 및 제2 도전형 반도체층(127)을 통해 전자와 정공이 주입되어 자외선 파장대에서 최대 강도를 갖는 광을 생성할 수 있다.
비활성 영역(OA1)은 전자와 정공 결합이 일어나지 않는 영역일 수 있다. 비활성 영역(OA1)은 활성 영역 또는 외부에서 조사되는 빛을 흡수하여 여기된 전자가 재결합을 통해 발광할 수 있다. 그러나 비활성 영역(OA1)의 발광 강도는 활성영역의 발광강도에 비해 매우 약할 수 있다. 또는 비활성 영역(OA1)은 전혀 발광하지 않을 수도 있다. 따라서, 비활성 영역(OA1)의 발광 강도는 활성 영역(IA1)의 발광 강도보다 낮을 수 있다.
제2 리세스(129)의 내측에서 배치되는 활성 영역(IA1)의 면적은 제2 리세스(129)의 외측에 배치되는 비활성 영역(OA1)의 면적보다 넓을 수 있다.
발광 구조물(120)의 측면, 상면을 감싸는 패시베이션층(180)은 발광 소자의 동작에 의한 발열, 외부의 고온, 고습, 및 발광 구조물(120)과의 열팽창 계수 차이 등에 의해 발광 구조물(120)과 박리가 발생할 수 있다. 또는 패시베이션층(180)에 크랙 등이 발생할 수 있다.
패시베이션층(180)에 박리, 크랙 등이 발생할 경우, 외부에서 발광 구조물(120)로 침투하는 외부의 수분이나 오염 물질 등에 의해 발광 구조물(120)이 산화될 수 있다.
자외선 발광소자의 경우 활성층(126)의 Al 조성이 상대적으로 높으므로 산화에 더욱 취약할 수 있다. 따라서, 발광 구조물(120)의 측벽이 크랙 등에 의해 노출된 경우 활성층(126)은 급격히 산화되어 광 출력이 저하될 수 있다.
실시예에 따르면 제2 리세스(129)는 비활성 영역(OA1)과 활성 영역(IA1) 사이에 배치되어 배리어(barrier) 역할을 수행할 수 있다. 또한, 제2 리세스(129)에 의해 비활성 영역(OA1)과 활성 영역(IA1) 사이의 이격 거리가 증가할 수 있다. 따라서, 활성층(126)의 비활성 영역(OA1)이 산화되더라도 활성층(126)의 활성 영역(IA1)은 제2 리세스(129)에 의해 산화가 방지될 수 있다.
도 9를 참조하면, 제1 절연층(131)의 두께(T1)는 제1 리세스(128) 및 제2 리세스(129)의 깊이(h1)와 대응될 수 있다. 즉, 제1 절연층(131)의 두께(T1)는 제1 리세스(128) 및 제2 리세스(129)의 깊이와 동일하거나 더 클 수 있다. 따라서, 제1 절연층(131)은 제1 리세스(128) 및 제2 리세스(129)의 내부를 채울 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 제1 절연층(131)의 두께(T1)는 제1 리세스(128) 및 제2 리세스(129)의 깊이(h1)보다 작을 수도 있다.
제1 절연층(131)은 제1 리세스(128)의 내부에 배치되는 제1 돌출부(131a) 및 제2 리세스(129)의 내부에 배치되는 제2 돌출부(131b)가 형성될 수 있다. 제2 돌출부(131b)와 제1 돌출부(131a)는 발광 구조물(120)의 저면(120a)으로 연장되어 서로 연결될 수 있다.
제1 돌출부(131a)는 제1 리세스(128)의 내부에 배치될 수 있다. 따라서, 제1 돌출부(131a)는 제2 도전형 반도체층(127), 활성층(126) 및 제1 도전형 반도체층(124)의 일부 영역까지 관통할 수 있다.
제1 돌출부(131a)에는 관통홀(TH1)이 형성될 수 있다. 제1 전극(142)은 제1 돌출부(131a)의 관통홀(TH1) 내에 배치되어 제1 도전형 반도체층(124)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 돌출부(131b)는 제2 리세스(129)의 내부에 배치될 수 있다. 따라서, 제2 돌출부(131b)는 제2 도전형 반도체층(127), 활성층(126) 및 제1 도전형 반도체층(124)의 일부 영역까지 관통할 수 있다.
제2 돌출부(131b)는 활성층(126)을 비활성 영역(OA1) 및 활성 영역(IA1)으로 분리할 수 있다. 따라서 제2 돌출부(131b)의 외측에 배치되는 활성층(126)에는 전류가 거의 분산되지 않을 수 있다. 또한, 제2 돌출부(131b)는 활성 영역(IA1)의 활성층(126)이 산화되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
제1 리세스(128)의 높이(h1)는 제2 리세스(129)의 높이(h1)와 동일할 수 있다. 즉 제1 돌출부(131a)의 높이는 제2 돌출부(131b)의 높이와 동일할 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 제1 리세스(128)의 높이(h1)는 제2 리세스(129)의 높이(h1)와 상이할 수도 있다. 예시적으로, 제1 리세스(128)의 높이(h1)는 제2 리세스(129)의 높이(h1)보다 높을 수 있다. 예시적으로 제1 리세스(128)는 제1 도전형 반도체층(124) 중에서 제1 전극(142)과 접촉 저항이 낮은 영역까지 형성되어야 하는 반면, 제2 리세스(129)는 활성층(126)을 분리시킬 수 있는 높이이면 충분할 수도 있다. 이와 반대로 제2 리세스(129)의 높이(h1)는 제1 리세스(128)의 높이(h1) 보다 높을 수도 있다. 이 경우 발광 구조물(120)의 측면에서 수분 침투 경로가 길어져 신뢰성이 개선될 수도 있다.
제1 리세스(128)의 경사각도(θ1)는 제2 리세스(129)의 경사각도(θ2)와 동일할 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 제2 리세스(129)와 제1 리세스(128)의 경사 각도는 상이할 수도 있다. 예시적으로 제2 리세스(129)의 경사 각도는 제1 리세스(128)의 경사 각도보다 클 수 있다. 이 경우 제2 리세스(129)의 폭을 줄여 활성 영역(IA1)의 면적을 증가시킬 수 있다. 또는 제2 리세스(129)의 경사 각도는 제1 리세스(128)의 경사 각도보다 작을 수 있다. 이 경우 활성층(126)의 활성 영역(IA1)과 비활성 영역(OA1)의 이격 거리를 증가시켜 신뢰성을 개선할 수 있다.
제1 전극(142)은 제1 리세스(128)의 내부에 배치되어 제1 도전형 반도체층(124)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제2 전극(146)은 제2 도전형 반도체층(127)의 하부면에 배치되어 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 도전층(165)은 제1 리세스(128) 및 제2 절연층(132)을 관통하여 복수 개의 제1 전극(142)과 전기적으로 연결되는 복수 개의 돌출 전극(165a)을 포함할 수 있다. 따라서, 제1 도전층(165)과 복수 개의 제1 전극(142)은 제1 채널 전극으로 정의할 수 있다.
제1 도전층(165)은 반사율이 우수한 물질로 이루어질 수 있다. 예시적으로 제1 도전층(165)은 Ti, Ni, Al 등의 금속을 포함할 수 있다. 예시적으로 제1 도전층(165)이 알루미늄을 포함하는 경우 활성층(126)에서 출사된 자외선 광을 상부로 반사시킬 수 있다.
제2 도전층(150)은 제2 전극(146) 및 전극패드(166)와 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 전극패드(166)와, 제2 도전층(150), 및 제2 전극(146)은 하나의 전기적 채널을 형성할 수 있다. 따라서, 제2 전극(146)과 제2 도전층(150)을 제2 채널 전극으로 정의할 수도 있다. 이때, 제2 전극(146)과 제2 도전층(150) 사이에는 커버층(143)이 배치될 수도 있다. 커버층(143)은 제2 도전층(150)이 제2 전극(146)에 의해 산화되는 것을 방지할 수 있다. 예시적으로 커버층(143)은 Ni, Au, Ti 등을 포함할 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
제2 도전층(150)은 제2 전극(146)의 하부, 제1 절연층(131)의 하부, 제2 리세스(129)의 하부, 발광 구조물(120)의 하부, 및 전극패드(166)의 하부에 배치될 수 있다.
제2 도전층(150)은 제1 절연층(131)과 접착력이 좋은 물질로 이루어지며, Cr, Ti, Ni, Au 등의 물질로 구성되는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질 및 이들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 단일층 혹은 복수의 층으로 이루어질 수 있다.
제2 도전층(150)은 제1 절연층(131)과 제2 절연층(132) 사이에 배치될 수 있다. 이에 따라, 제2 도전층(150)은 외부 습기 또는 오염 물질의 침투로부터 제1 절연층(131) 및 제2 절연층(132)에 의해 보호될 수 있다. 또한, 제2 도전층(150)은 발광 소자의 내부에 배치되며, 발광 소자의 최외측에서 노출되지 않도록 끝단이 제1 절연층(131) 및 제2 절연층(132)에 의해 감싸질 수 있다.
제2 도전층(150)은 제1 도전영역(150a), 제2 도전영역(150b), 및 단차부(150c)를 포함할 수 있다. 제1 도전영역(150a)은 제2 리세스(129)를 기준으로 내측에 배치되고, 제2 도전영역(150b)은 제2 리세스(129)를 기준으로 외측에 배치될 수 있다. 즉, 제1 도전영역(150a)은 활성 영역(IA1)에 배치되고, 제2 도전영역(150b)은 비활성 영역(OA1)에 배치될 수 있다.
단차부(150c)는 제2 리세스(129)의 내부에 배치되어 발광 구조물(120)의 수직 방향으로 제2 리세스(129) 및 제2 돌출부(131b)와 중첩될 수 있다.
실시 예에 따르면, 제1 절연층(131)이 제2 리세스(129)의 내부를 전체적으로 채우므로 단차부(150c)는 상대적으로 낮아질 수 있다. 경우에 따라 단차부(150c)는 제거될 수도 있다. 따라서, 단차부(150c)의 상면(150c-1)은 활성층(126)의 하면보다 낮게 배치될 수 있다. 또한, 단차부(150c)의 상면(150c-1)은 발광 구조물(120)의 저면(120a)보다 낮게 배치될 수 있다. 이러한 구성에 의하면 제2 도전층(150)의 평탄도가 개선되어 LLO 공정시 발광 구조물(120)이 박리되는 문제를 개선할 수 있다.
제1 절연층(131)이 상대적으로 얇아지면 단차부(150c)가 제2 리세스(129)의 내부까지 배치되므로 상대적으로 단차가 커질 수 있다. 따라서, LLO 공정시 발광 구조물(120)이 박리되는 문제가 발생할 수 있다.
제2 도전층(150)은 상기 단차부(150c) 이외에도 복수 개의 단차를 가질 수 있다. 그러나, 도전성 기판(170)을 기준으로 제2 도전층(150)에서 가장 높은 지점은 발광 구조물(120)의 저면보다 낮게 배치될 수 있다. 따라서, 제2 도전층(150)의 평탄도가 개선되므로 광학적 및/또는 전기적 특성이 개선될 수 있다.
제2 도전층(150)은 발광 구조물(120)의 외측으로 연장될 수 있다. 즉, 제2 도전층(150)은 발광 구조물(120)의 비활성 영역(OA1)의 외측으로 연장될 수 있다. 이러한 구성에 의하면 제2 도전층(150)의 평탄도를 더 개선할 수 있다.
제2 절연층(132)은 제1 도전층(165)과 제2 도전층(150)을 전기적으로 절연시킬 수 있다. 제1 절연층(131)과 제2 절연층(132)은 서로 동일한 물질로 이루어질 수 있고, 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다.
제2 절연층(132)은 제1 리세스(128)의 내부로 연장될 수 있다. 그러나, 제2 리세스(129)는 제1 절연층(131)에 의해 커버되므로 제2 절연층(132)은 제2 리세스(129)의 내부에는 배치되지 않을 수 있다. 따라서, 제1 절연층(131)은 제1 리세스(128)와 제2 리세스(129)의 내부에는 모두 배치되는 반면, 제2 절연층(132)은 제1 리세스(128)의 내부에만 배치될 수 있다.
접합층(160)은 발광 구조물(120)의 하부면과 제1 리세스(128)의 형상을 따라 배치될 수 있다. 접합층(160)은 도전성 재료를 포함할 수 있다. 예시적으로 접합층(160)은 금, 주석, 인듐, 알루미늄, 실리콘, 은, 니켈, 및 구리로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
도전성 기판(170)은 금속 또는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 도전성 기판(170)은 전기 전도도 및/또는 열 전도도가 우수한 금속일 수 있다. 이 경우 발광 소자 동작시 발생하는 열을 신속이 외부로 방출할 수 있다. 또한 도전성 기판(170)을 통해 제1 전극(142)은 외부에서 전류를 공급받을 수 있다.
도전성 기판(170)은 실리콘, 몰리브덴, 실리콘, 텅스텐, 구리 및 알루미늄으로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 발광 소자의 평면도이고, 도 12는 도 11의 B-B 방향 단면도이고, 도 13은 도 12의 일부 확대도이다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 제1 절연층(131)의 연장부(131d)를 관통하는 제2 관통홀(TH2) 및 제2 관통홀(TH2)에 의해 노출된 제1 도전형 반도체층(124)과 전기적으로 연결되는 서브 전극(142-1)을 더 포함할 수 있다.
이때, 서브 전극(142-1)의 직경은 제1 관통홀(TH1) 내에 배치된 제1 전극(142)의 직경보다 작을 수 있다. 제1 절연층(131)의 연장부(131d)가 배치된 영역은 상대적으로 제1 리세스(128)의 직경보다 작으므로 서브 전극(142-1)의 직경은 제1 전극(142)보다 작아질 수 있다.
또한, 실시 예에서는 복수 개의 서브 전극이 서로 이격 배치된 것으로 기재되었으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 예시적으로 서브 전극은 제2 리세스(129)를 따라 제1 리세스(128)를 둘러싸도록 배치될 수도 있다.
이러한 구성에 의하면 서브 전극(142-1)을 통해 외측 영역에 전류를 분산시켜 발광시키는 한편 저전류 특성을 개선할 수 있다. 따라서, 발광 구조물(120)의 측면까지 고르게 전류가 분산되어 광 출력이 증가하고 광 균일도가 개선될 수 있다.
도 14는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 발광 소자의 단면도이고, 도 15는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 발광 소자의 평면도이다.
도 14를 참조하면, 실시 예에 따른 발광 소자는 제1 도전형 반도체층(124), 활성층(126), 제2 도전형 반도체층(127)을 포함하고, 제2 도전형 반도체층(127)과 활성층(126)을 관통하여 제1 도전형 반도체층(124)의 일부 영역까지 배치된 제1 리세스(128)를 포함하는 발광 구조물(120), 제1 도전형 반도체층(124)과 전기적으로 연결되는 제1 전극(142) 및 제2 도전형 반도체층(127)과 전기적으로 연결되는 제2 전극(146)을 포함할 수 있다.
기판(110)은 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP 및 Ge 중 선택된 물질로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 기판(110)은 자외선 파장대의 광이 투과할 수 있는 투광기판일 수 있다.
버퍼층(111)은 기판(110)과 반도체층들 사이의 격자 부정합을 완화할 수 있다. 버퍼층(111)은 Ⅲ족과 Ⅴ족 원소가 결합된 형태이거나 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중에서 어느 하나를 포함할 수 있다. 본 실시 예는 버퍼층(111)은 AlN일 수 있으나 이에 한정하지 않는다. 버퍼층(111)은 도펀트를 포함할 수도 있으나 이에 한정하지 않는다.
제1 절연층(131)은 제1 전극(142)과 제2 전극(146) 사이에 배치되고, 제2 절연층(132)은 제2 전극(146)을 커버하고 제1 전극(142)을 일부 노출시킬 수 있다.
제1 패드(153)는 제1 리세스(128) 내부로 연장되어 제1 전극(142)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제2 패드(163)는 제2 절연층(132)을 관통하여 제2 전극(146)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 발광 소자는 플립칩 구조를 가질 수 있다
도 15를 참조하면, 제1 절연층(131)은 가장자리부(131c)에서 내측으로 연장되는 연장부(131d)를 포함할 수 있다. 또한, 제2 전극(146) 역시 연장부(131d)와 대응되는 오목부(미도시)를 가질 수 있다. 이러한 구성은 전술한 구성이 모두 포함될 수 있다. 즉, 복수 개의 외측 리세스 사이에 제1 절연층(131)의 연장부(131d) 및/또는 제2 전극(146)의 오목부를 배치하여 저전류 특성을 개선하고 발광 구조물의 열화 또는 번트(burnt) 현상을 개선할 수 있다.
도 16은 본 발명의 제6 실시 예에 따른 발광 소자의 단면도이고, 도 17은 본 발명의 제6 실시 예에 따른 전극 구조를 보여주는 평면도이고, 도 18은 도 17의 일부 확대도이고, 도 19는 도 18의 변형예이다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자는, 발광 구조물(220); 발광 구조물(220) 상에 배치되는 제1 절연층(271); 제1 도전형 반도체층(221) 상에 배치되는 제1 전극(251); 제2 도전형 반도체층(223) 상에 배치되는 제2 전극(261); 제1 전극(251) 상에 배치되는 제1 커버전극(252); 제2 전극(261) 상에 배치되는 제2 커버전극(262); 및 제1 커버전극(252) 및 제2 커버전극(262) 상에 배치되는 제2 절연층(272)을 포함할 수 있다.
기판(210)은 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP 및 Ge 중 선택된 물질로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 기판(210)은 자외선 파장대의 광이 투과할 수 있는 투광기판일 수 있다.
버퍼층(211)은 기판(210)과 반도체층들 사이의 격자 부정합을 완화할 수 있다. 버퍼층(211)은 Ⅲ족과 Ⅴ족 원소가 결합된 형태이거나 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중에서 어느 하나를 포함할 수 있다. 본 실시 예는 버퍼층(211)은 AlN일 수 있으나 이에 한정하지 않는다. 버퍼층(211)은 도펀트를 포함할 수도 있으나 이에 한정하지 않는다.
제1 절연층(271)은 제1 전극(251)과 제2 전극(261) 사이에 배치될 수 있다. 구체적으로 제1 절연층(271)은 제1 전극(251)이 배치되는 제1홀(271a) 및 제2 전극(261)이 배치되는 제2홀(271b)을 포함할 수 있다.
제1 전극(251)은 제1 도전형 반도체층(221) 상에 배치되고, 제2 전극(261)은 제2 도전형 반도체층(223)상에 배치될 수 있다.
제1 커버전극(252)은 제1 전극(251)상에 배치될 수 있다. 제1 커버전극(252)은 제1 전극(251)의 측면을 덮을 수 있다. 이 경우, 제1 커버전극(252)과 제1 전극(251)의 접촉 면적이 넓어지므로 동작 전압은 더 낮아질 수 있다.
제2 커버전극(262)은 제2 전극(261)상에 배치될 수 있다. 제2 커버전극(262)은 제2 전극(261)의 측면까지 커버할 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 예시적으로 제2 커버전극(262)은 제2 전극(261)의 상부에만 배치될 수도 있다.
제1 커버전극(252)과 제2 커버전극(262)은 Ni/Al/Au, 또는 Ni/IrOx/Au, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으나 특별히 한정하지 않는다. 다만, 제1 커버전극(252)과 제2 커버전극(262)은 외부로 노출되는 최외곽층이 금(Au)을 포함할 수 있다. 금(Au)은 전극의 부식을 방지하며 전기 전도성을 향상시켜 패드와의 전기적 연결을 원활하게 할 수 있다.
제2 절연층(272)은 제1 커버전극(252), 제2 커버전극(262), 및 제1 절연층(271) 상에 배치될 수 있다. 제2 절연층(272)은 제1 커버전극(252)을 노출시키는 제3홀(252a) 및 제2 커버전극(262)을 노출시키는 제4홀(262a)을 포함할 수 있다.
제1 절연층(271)과 제2 절연층(272)은 부분적으로 경계가 소멸할 수도 있다.
제1 커버전극(252) 상에는 제1 패드(253)가 배치되고, 제2 커버전극(262) 상에는 제2 패드(263)가 배치될 수 있다. 제1 패드(253)와 제2 패드(263)는 유테틱 본딩(eutectic bonding) 될 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 발광 구조물(220)은 식각에 의해 돌출된 발광부(M1)를 포함할 수 있다. 발광부(M1)는 활성층(222) 및 제2 도전형 반도체층(223)을 포함할 수 있다.
발광부(M1)는 세로 방향으로 연장되는 복수 개의 제1 발광부(M11) 및 가로 방향으로 연장되어 복수 개의 제1 발광부(M11)를 연결하는 제2 발광부(M12)를 포함할 수 있다.
제2 전극(261)은 제1 발광부 상에 배치되는 복수 개의 제2 가지전극(261a) 및 복수 개의 제2 가지전극(261a)을 연결하는 제2 연결전극(261b)을 포함할 수 있다. 또한, 제1 전극(251)은 복수 개의 제2 가지전극(261a) 사이에 배치되는 복수 개의 제1 가지전극(251a) 및 복수 개의 제1 가지전극(251a)을 연결하는 제1 연결전극(251b)을 포함할 수 있다.
이때, 제2 전극(261)은 측면에 배치되는 복수 개의 오목부(261d)를 포함할 수 있다. 또한, 제1 전극(251) 역시 측면에 배치되는 복수 개의 오목부(251d)를 포함할 수 있다.
도 18을 참조하면, 제1 전극(251)의 오목부(251d)와 제2 전극(261)의 오목부(261d) 사이에는 제1 절연층(271)이 배치될 수 있다. 제1 절연층(271)은 제1 전극(251)의 오목부(251d) 및 제2 전극(261)의 오목부(261d)와 대응되는 연장부(271b)를 포함할 수 있다.
도 19를 참조하면, 발광부(M1)는 직선 형태가 아니라 곡선 형상을 가질 수 있다. 즉, 발광부(M1), 제1 전극(251) 및 제2 전극(261)은 곡선 형상을 가질 수도 있다.
도 20은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 소자 패키지의 개념도이고, 도 21은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 소자 패키지의 평면도이다.
도 20을 참고하면, 발광 소자 패키지는 홈(3)이 형성된 몸체(2), 몸체(2)에 배치되는 발광 소자(1), 및 몸체(2)에 배치되어 발광 소자(1)와 전기적으로 연결되는 한 쌍의 리드 프레임(5a, 5b)을 포함할 수 있다. 발광 소자(1)는 전술한 구성을 모두 포함할 수 있다.
몸체(2)는 자외선 광을 반사하는 재질 또는 코팅층을 포함할 수 있다. 몸체(2)는 복수의 층(2a, 2b, 2c, 2d, 2e)을 적층하여 형성할 수 있다. 복수의 층(2a, 2b, 2c, 2d, 2e)은 동일한 재질일 수도 있고 상이한 재질을 포함할 수도 있다.
홈(3)은 발광 소자에서 멀어질수록 넓어지게 형성되고, 경사면에는 단차(3a)가 형성될 수 있다.
도 21을 참조하면, 발광 소자(10)는 제1 리드프레임(5a)상에 배치되고, 제2 리드프레임(5b)과 와이어에 의해 연결될 수 있다. 이때, 제1 리드프레임(5a)과 제2 리드프레임(5b)은 발광 소자(10)의 측면을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
투광층(4)은 홈(3)을 덮을 수 있다. 투광층(4)은 글라스 재질일 있으나, 반드시 이에 한정하지 않는다. 투광층(4)은 자외선 광을 유효하게 투과할 수 있는 재질이면 특별히 제한하지 않는다. 홈(3)의 내부는 빈 공간일 수 있다.
발광 소자는 다양한 종류의 광원 장치에 적용될 수 있다. 예시적으로 광원장치는 살균 장치, 경화 장치, 조명 장치, 및 표시 장치 및 차량용 램프 등을 포함하는 개념일 수 있다. 즉, 발광 소자는 케이스에 배치되어 광을 제공하는 다양한 전자 디바이스에 적용될 수 있다.
살균 장치는 실시 예에 따른 발광 소자를 구비하여 원하는 영역을 살균할 수 있다. 살균 장치는 정수기, 에어컨, 냉장고 등의 생활 가전에 적용될 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 즉, 살균 장치는 살균이 필요한 다양한 제품(예: 의료 기기)에 모두 적용될 수 있다.
예시적으로 정수기는 순환하는 물을 살균하기 위해 실시 예에 따른 살균 장치를 구비할 수 있다. 살균 장치는 물이 순환하는 노즐 또는 토출구에 배치되어 자외선을 조사할 수 있다. 이때, 살균 장치는 방수 구조를 포함할 수 있다.
경화 장치는 실시 예에 따른 발광 소자를 구비하여 다양한 종류의 액체를 경화시킬 수 있다. 액체는 자외선이 조사되면 경화되는 다양한 물질을 모두 포함하는 개념일 수 있다. 예시적으로 경화장치는 다양한 종류의 레진을 경화시킬 수 있다. 또는 경화장치는 매니큐어와 같은 미용 제품을 경화시키는 데 적용될 수도 있다.
조명 장치는 기판과 실시 예의 발광 소자를 포함하는 광원 모듈, 광원 모듈의 열을 발산시키는 방열부 및 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 광원 모듈로 제공하는 전원 제공부를 포함할 수 있다. 또한, 조명 장치는, 램프, 해드 램프, 또는 가로등 등을 포함할 수 있다.
표시 장치는 바텀 커버, 반사판, 발광 모듈, 도광판, 광학 시트, 디스플레이 패널, 화상 신호 출력 회로 및 컬러 필터를 포함할 수 있다. 바텀 커버, 반사판, 발광 모듈, 도광판 및 광학 시트는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 구성할 수 있다.
반사판은 바텀 커버 상에 배치되고, 발광 모듈은 광을 방출할 수 있다. 도광판은 반사판의 전방에 배치되어 발광 모듈에서 발산되는 빛을 전방으로 안내하고, 광학 시트는 프리즘 시트 등을 포함하여 이루어져 도광판의 전방에 배치될 수 있다. 디스플레이 패널은 광학 시트 전방에 배치되고, 화상 신호 출력 회로는 디스플레이 패널에 화상 신호를 공급하며, 컬러 필터는 디스플레이 패널의 전방에 배치될 수 있다.
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.

Claims (16)

  1. 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하고, 제2 도전형 반도체층, 상기 활성층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층의 일부 영역까지 배치되는 복수 개의 리세스를 포함하는 발광 구조물; 및
    상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함하고,
    상기 제2 전극의 최외측부는 상기 발광 구조물의 내측을 향하여 오목한 오목부를 포함하고,
    상기 오목부는 상기 복수 개의 리세스 사이에 배치되는 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 리세스 각각은 가장 인접한 리세스와 수평 방향으로 어긋나게 배치되는 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 리세스는 복수 개의 내측 리세스 및 복수 개의 외측 리세스를 포함하고,
    상기 외측 리세스를 둘러싸는 가장 인접한 리세스의 개수는 상기 내측 리세스를 둘러싸는 가장 인접한 리세스의 개수보다 작고,
    상기 오목부는 상기 제2 전극의 측면에서 상기 외측 리세스들 사이로 오목하게 배치되는 발광 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수 개의 외측 리세스의 중심을 연결한 가상선은 상기 복수 개의 내측 리세스를 둘러싸는 발광 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 리세스의 내부 및 상기 발광 구조물의 하면의 가장자리에 배치되는 제1 절연층을 포함하고,
    상기 제1 절연층은 상기 발광 구조물의 하면의 가장자리에 배치되는 가장자리부 및 상기 가장자리부에서 상기 절연층의 오목부의 내부로 연장되는 연장부를 포함하는 발광 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층과 접촉하는 제1 전극;
    상기 리세스 내부에 배치되어 제1 전극과 연결되는 관통 전극; 및
    상기 관통 전극을 연결하는 제1 도전층을 포함하는 발광 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제2 도전층;
    상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층 사이에 배치되는 제2 절연층; 및
    상기 제2 도전층과 전기적으로 연결되는 전극패드를 포함하는 발광 소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 발광 구조물은 서로 마주보는 제1 측면과 제3 측면, 서로 마주보는 제2 측면과 제4 측면, 및 상기 전극패드와 마주보는 제5 측면을 포함하고,
    상기 제5 측면은 상기 전극패드의 형상과 대응되는 곡률을 갖는 발광 소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 오목부는 상기 제1 측면과 제3 측면에 배치되는 제1 오목부 및 상기 제5 측면에 배치되는 제2 오목부를 포함하고,
    상기 제2 오목부는 상기 제1 오목부보다 큰 발광 소자.
  10. 제6항에 있어서,
    제1 도전형 반도체층, 활성층, 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제2 도전형 반도체층과 상기 활성층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층의 일부 영역까지 배치되는 제2 리세스를 포함하고,
    상기 제2 리세스는 상기 리세스를 둘러싸는 발광 소자.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 절연층은 상기 리세스 내부에 배치되는 제1 돌출부 및 상기 제2 리세스의 내부에 배치되는 제2 돌출부를 포함하는 발광 소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 활성층은 상기 제2 돌출부에 의해 비활성 영역 및 활성 영역으로 분리되는 발광 소자.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 돌출부를 관통하는 제1 관통홀;
    상기 제2 돌출부를 관통하는 제2 관통홀; 및
    상기 제2 관통홀에 배치되는 서브 전극을 포함하는 발광 소자.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 서브 전극의 직경은 상기 제1 전극의 직경보다 작은 발광 소자.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제2 리세스에 배치되는 제2 관통홀 및 서브 전극은 상기 제2 리세스를 따라 상기 리세스를 둘러싸도록 배치되는 발광 소자.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 발광 구조물이 배치되는 도전성 기판을 포함하는 발광 소자.
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