KR101115537B1

KR101115537B1 - 고효율 반도체 발광소자

Info

Publication number: KR101115537B1
Application number: KR1020100046532A
Authority: KR
Inventors: 김창연; 이준희; 유종균
Original assignee: 서울옵토디바이스주식회사
Priority date: 2010-05-18
Filing date: 2010-05-18
Publication date: 2012-02-29
Also published as: KR20110126964A

Abstract

본 발명의 일측면에 따른 고효율 발광소자는, 활성층 및 상기 활성층 양측의 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층을 포함하는 반도체 적층 구조체와, 상기 제1 도전형 반도체층 측에서 상기 반도체 적층 구조체를 지지하는 지지기판과, 상기 지지기판과 상기 제1 도전형 반도체층의 사이에 위치하되, 공백영역을 남긴 채 그 공백영역의 주변으로 형성된 제1 오믹전극과, 본딩패드와 전극연장부를 포함하고 상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성된 제2 오믹전극을 포함하며, 상기 본딩패드는 상기 공백영역의 대향 영역에 위치하고, 상기 전극연장부는 상기 본딩패드로부터 상기 제1 오믹전극의 대향 영역 내로 연장된다.

Description

고효율 반도체 발광소자{HIGH EFFICIENCY SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}

본 발명은 고효율 발광소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 성장기판이 제거된 반도체 적층 구조체를 올린 지지기판 상에 올린 수직형 발광다이오드에 관한 것이다.

일반적으로 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN) 등과 같은 Ⅲ족 원소의 질화물은 열적 안정성이 우수하고 직접 천이형의 에너지 밴드(band) 구조를 가지므로, 최근 가시광선 및 자외선 영역의 발광소자용 물질로 많은 각광을 받고 있다. 특히, 질화인듐갈륨(InGaN)을 이용한 청색 및 녹색 발광소자는 대규모 천연색 평판 표시 장치, 신호등, 실내 조명, 고밀도광원, 고해상도 출력 시스템과 광통신 등 다양한 응용 분야에 활용되고 있다.

이러한 III족 원소의 질화물 반도체층은 그것을 성장시킬 수 있는 동종의 기판을 제작하는 것이 어려워, 유사한 결정 구조를 갖는 이종 기판에서 금속유기화학기상증착법(MOCVD) 또는 분자선 증착법(molecular beam epitaxy; MBE) 등의 공정을 통해 성장된다. 이종기판으로는 육방 정계의 구조를 갖는 사파이어(Sapphire) 기판이 주로 사용된다. 그러나, 사파이어는 전기적으로 부도체이므로, 발광다이오드 구조를 제한한다. 이에 따라, 최근에는 사파이어와 같은 이종의 성장기판 상에 질화물 반도체층과 같은 에피층들을 성장시키고, 상기 에피층들에 지지기판을 본딩한 후, 레이저 리프트 오프 기술 등과 같은 기판 제거 기술을 이용하여 성장기판을 분리하여 수직형 구조의 고효율 발광다이오드를 제조하는 기술이 개발되고 있다(예컨대, 미국등록특허공보 US6,744,071호 참조).

이러한 수직형 구조의 발광다이오드는 성장기판 상에 n형 GaN층, 활성층 및 p형 GaN층을 차례로 형성하고, p형 GaN층 상에 p형의 오믹전극 또는 오믹 반사층을 형성하고, 그 위에 지지기판을 본딩한 후, 사파이어 기판을 제거하고, 노출된 n형 화합물 반도체층 상에 전극패드를 형성함으로써 제조된다.

이와 같은 수직 구조 발광다이오드는, 광 방출이 이루어지는 측에 상대적으로 저항이 낮은 n형 GaN층이 존재하므로, n형 GaN층 측에 본딩패드를 크게 형성하지 않고도 전류 확산 효율 및 발광 효율을 높이는 이점이 있다. 그러나, 수직 구조 발광다이오드에서도, 본딩패드의 직하 영역에 전류가 더 많이 집중되는 전류 집중 현상의 문제점이 여전히 존재하며, 이 전류 집중 현상은 발광다이오드의 일부 영역, 즉, 전류가 집중되는 영역에 피로를 누적시켜, 그 영역에 누설 전류의 경로가 형성되는 것을 초래할 수 있다.

본딩패드 직하 영역의 전류 집중화 현상은 수직 구조 발광다이오드를 고신뢰성이 요구되는 조명용 발광소자 용도로 적용하는데 있어서 큰 걸림돌이 된다. 특히, 조명용으로 적용되는 (초)고휘도 발광소자의 경우, 미세한 전류 집중 현상에 의해서도 발광 효율이 떨어지고 수명에 악영향을 받는 것으로 알려져 있다.

따라서, 본 발명은, 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 반도체 적층 구조체 상하의 오믹전극 구조들을 개선하여, 본딩패드의 직하 영역에 집중되던 전류를 넓게 확산시킨 고효율 반도체 발광소자를 제공하는 것이다.

본 발명의 일측면에 따른 고효울 발광소자는 활성층 및 상기 활성층 양측의 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층을 포함하는 반도체 적층 구조체와, 상기 제1 도전형 반도체층 측에서 상기 반도체 적층 구조체를 지지하는 지지기판과, 상기 지지기판과 상기 제1 도전형 반도체층의 사이에 위치하되, 공백영역을 남긴 채 그 공백영역의 주변으로 형성된 제1 오믹전극과, 본딩패드와 전극연장부를 포함하고 상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성된 제2 오믹전극을 포함하며, 상기 본딩패드는 상기 공백영역의 대향 영역에 위치하고, 상기 전극연장부는 상기 본딩패드로부터 상기 제1 오믹전극의 대향 영역 내로 연장된다.

바람직하게는, 상기 고효울 발광소자는 상기 제1 오믹전극으로부터 상기 지지기판까지 배리어 금속층과 본딩 금속층을 차례로 포함한다. 더 바람직하게는, 상기 공백영역이 상기 배리어 금속층으로부터의 연장부에 의해 채워진다.

바람직하게는, 상기 제1 오믹전극은 상기 제1 반도체층의 영역보다 좁은 영역을 가져 그 주변에 여분을 남기며, 상기 여분은 상기 배리어 금속층으로부터의 연장부에 의해 메워진다.

대안적으로, 상기 공백영역은 절연막에 의해 채워질 수 있으며, 이때, 상기 절연막은 DBR인 것이 바람직하다.

바람직하게는, 상기 본딩패드는 상기 제2 도전형 반도체층의 코너에 근접해 배치된다.

바람직하게는, 상기 전극연장부는, 상기 본딩패드로부터 시작하여 상기 공백영역의 대향 영역을 거친 후 상기 본딩패드로 돌아오는 폐루프형 외부 전극 패턴과, 양단이 외부 전극 패턴의 다른 두 위치로 연결되는 내부 전극 패턴을 포함한다.

바람직하게는, 상기 제1 오믹전극은 반사 금속층을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 반도체 적층 구조체는 성장기판 상에서 성장된 III족 질화물계 반도체층들을 상기 성장기판으로부터 분리하여 만들어진 것일 수 있다.

바람직하게는, 상기 지지기판은 사파이어 기판일 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 도전형 반도체층은 p형의 III족 질화물 반도체층이며, 상기 제2 도전형 반도체층은 n형의 III족 질화물 반도체층일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 고효율 발광소자는, 활성층 및 상기 활성층 양측의 p형 화합물 반도체층과 n형 화합물 반도체층을 포함하는 반도체 적층 구조체와, 안쪽에 공백영역을 남기고 상기 p형 화합물 반도체층 상에 형성된 오믹 반사 금속층과, 상기 n형 화합물 반도체층 상에서 상기 공백영역의 대향 영역에 위치하는 본딩패드와, 상기 본딩패드보다 좁은 폭, 긴 길이를 가지며, 상기 본딩패드로부터 상기 오믹 반사 금속층의 대향 영역으로 연장된 전극연장부를 포함한다.

본 발명에 따르면, 제2 도전형 반도체층 상의 본딩패드의 위치에 대응되게 제1 도전형 반도체층과 지지기판 사이의 오믹전극 일부를 생략하여, 본딩패드 직하 영역에 전류가 집중되는 현상을 줄일 수 있고, 제2 도전형 반도체층 상에서 상기 본딩패드로부터 연장된 전극연장부가 상기 오믹전극의 대향 영역에 있도록 하여, 그 전극연장부가 반도체 적층 구조체 내에서의 전류 확산에 더 기여할 수 있게 해준다. 이에 따라, 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이의 전류 경로가 더 확대될 수 있고, 그로 인해, 전류가 집중되는 영역에 피로가 누적되어 발생되는 발광효율의 저하 및 발광소자의 수명 저하를 크게 줄여줄 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 발광소자를 도시한 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 고효율 발광소자의 상면을 도시한 평면도.
도 3의 (a) 및 (b) 본 발명의 실시예와 비교예의 전류 흐름을 비교하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고효율 발광소자를 도시한 단면도.
도 5 및 도 6은 본 발명의 반사 구조로 적용될 수 있는 DBR의 일 실시 형태를 나타낸 도면.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 발광소자를 도시한 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 고효율 발광소자(1)는, 지지기판(10)과, 상기 지지기판(10) 위에 배치된 반도체 적층 구조체(30)와, 상기 반도체 적층 구조체(30)와 상기 지지기판(10) 사이에 배치되는 중간층을 포함한다. 상기 중간층에는 오믹 접촉, 반사, 지지기판(10)과 반도체 적층 구조체(30)의 접합을 위한 다층 구조의 금속층들이 포함될 수 있다.

상기 지지기판(10)은, 화합물 반도체층들을 성장시키기 위한 성장기판과 구분되는 것으로서, 성장기판 상에 성장된 화합물 반도체층들에 부착된 2차 기판이다. 성장기판은 III족 질화물 반도체의 성장에 적합한 사파이어 기판인 것이 바람직하며, 이 경우, 상기 지지기판(10)도 사파이어 기판을 이용하면, 성장기판과 지지기판(10)이 동일한 열팽창계수를 갖기 때문에 지지기판(10)을 본딩하고 성장기판을 제거할 때, 웨이퍼의 휨을 방지할 수 있어 바람직하다.

반도체 적층 구조체(30)는, 지지기판(10) 상에 배치되는 것으로서, 활성층(32) 및 상기 활성층(32) 양측의 p형 화합물 반도체층(31)과 n형 화합물 반도체층(33)을 포함한다. 여기서, 상기 반도체 적층 구조체(30)는 일반적인 수직형 발광다이오드와 유사하게 p형 화합물 반도체층(31)이 n형 화합물 반도체층(33)에 비해 지지기판(10) 측에 가깝게 위치한다. 본 실시예에서, 반도체 적층 구조체(30)는 지지기판(10)의 일부 영역 상에 위치하며, 상기 반도체 적층 구조체(30)가 없는 상기 지지기판(10) 상의 나머지 영역에 p형의 본딩패드(70)를 배치할 수 있다. 상기 지지기판(10)이 절연성을 가지므로, 반도체 적층 구조체(30)와 지지기판(10) 사이에서 도전성을 갖는 중간층의 일부가 반도체 적층 구조체(30)의 측방향으로 연장되어, 그 연장된 부분이 p형의 본딩패드(70)와 연결될 수 있다.

p형 화합물 반도체층(31), 활성층(32) 및 n형 화합물 반도체층(33)은 III-N 계열의 화합물 반도체, 예컨대 (Al, Ga, In)N 반도체로 형성될 수 있다. n형 화합물 반도체층(33) 및 p형 화합물 반도체층(31)은 각각 단일층 또는 다중층일 수 있다. 예를 들어, n형 화합물 반도체층(33) 및 p형 화합물 반도체층(31)은 콘택층과 클래드층을 포함할 수 있으며, 또한 초격자층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 활성층(32)은 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조일 수 있다. 저항이 상대적으로 작은 n형 화합물 반도체층(33)이 지지기판(10)의 반대쪽에 위치함으로써 n형 화합물 반도체층(33)의 상부면에 거친 표면(roughing surface) 또는 주름 표면(texturing surface)을 형성하는 것이 용이하며, 상기 거친 표면 또는 주름 표면은 활성층(32)에서 생성된 광의 추출 효율을 향상시킨다. 상기 지지기판(10)이 사파이어 기판과 같은 절연 기판이 아니고 금속 또는 도전성 반도체로 이루어지는 경우, p형 본딩패드는 지지기판(10)의 저면에 형성될 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 고효율 발광소자(1)는, 상기 p형 화합물 반도체층(31) 상에 형성된 제1 오믹전극(41)과, 상기 n형 화합물 반도체층(33) 상에 형성된 제2 오믹전극(50)을 포함한다. 상기 제1 오믹전극(41)과 상기 제2 오믹전극(50)은 반도체 적층 구조체(30)의 상하 양측에 위치한다. 또한, 상기 고효율 발광소자(1)는 상기 제1 오믹전극(41)과 상기 지지기판(10) 사이에 배리어 금속층(42)과 본딩 금속층(44)을 차례로 포함하며, 상기 배리어 금속층(42)은 상기 제1 오믹전극(41)과 접해 있고, 상기 본딩 금속층(44)은 상하 양측으로 상기 제1 오믹전극(41)과 상기 지지기판(10)에 각각 접해 있다.

본 실시예에서, 상기 본딩 금속층(44)은 상기 제1 오믹전극(41) 및 배리어 금속층(42)을 미리 형성한 반도체 적층 구조체(30)를 지지기판(10)에 본딩하는데 이용된다. 이때, 상기 본딩 금속층(44)은 반도체 적층 구조체(30) 측의 본딩 금속층과 지지기판(10) 측의 다른 본딩 금속층을 본딩하는 것에 의해 형성될 수 있으며, 공융 본딩에 의해 상기 지지기판(10)과 반도체 적층 구조체(30)를 접착시킨다. 상기 본딩 금속층(44)은 Au-Sn 합금을 포함하는 것이 바람직하다.

본 실시예에서, 상기 제1 오믹전극(41)은, Ag와 같이 반사성이 좋은 금속을 포함하는 오믹 반사 금속층으로서, 동일 높이에 있는 안쪽의 일부 영역을 공백영역(412)으로 남기고 있다. 이해의 편의를 위해, 상기 공백영역(412)은 도 1에서 점선에 의해 표시된다. 상기 공백영역(412)은, 이하 설명되는 바와 같이, n형 화합물 반도체층(33) 상의 본딩패드(51)의 위치에 대응되도록, p형 화합물 반도체층(31)의 코너에 근접해 있다. 본 실시예에서, 상기 공백영역(412)은 그 아래에 위치하는 배리어 금속층(42)의 확장부에 의해 채워진다. 상기 배리어 금속층(42)은, p형 화합물 반도체층(31)에 대해 오믹 접촉이 잘 안 되는, 예를 들면, 니켈과 같은 금속으로 형성되며, 따라서, 상기 공백영역(412)에서는 전류 흐름이 억제될 수 있다.

상기 제2 오믹전극(50)은, n형 화합물 반도체층(33) 상에 형성되며, 본딩와이어(w)에 연결되는 본딩패드(51)와, 상기 본딩패드(51)로부터 연장된 전극연장부(52)를 포함한다.

도 2는 n형 화합물 반도체층(33)의 상면을 잘 보여주는 평면도로서, 이를 참조하면, 상기 본딩패드(51)는 n형 화합물 반도체층(33)의 중앙 영역으로부터 벗어나 n형 화합물 반도체층(33)의 코너에 근접해 위치하며, 따라서, 본딩와이어(w)에 의해 n형 화합물 반도체층(33) 상의 발광 영역이 가려지는 것을 최소화할 수 있다. 또한, 상기 전극연장부(52)는, 상기 본딩패드(51)로부터 선형으로 연장된다. 더 구체적으로는, 상기 전극연장부(52)는 상기 본딩패드(51)로부터 시작하여 다시 본딩패드(51)로 돌아오는 폐루프형의 외부 전극 패턴(522)과, 양단이 외부 전극 패턴(522)의 다른 두 위치로 연결되는 복수의 내부 전극 패턴(524)들을 포함한다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 본딩패드(51)는 전술한 바와 같이 제1 오믹전극(41)이 존재하지 않는 공백영역(412)의 대향 영역, 즉, 상기 공백영역(412)의 직상 영역에 위치한다. 또한, 상기 전극연장부(52)는 상기 본딩패드(51)로부터 상기 제1 오믹전극(41)의 대향 영역 내에 까지 연장되어 있다. 따라서, 상기 n형 화합물 반도체층(33) 상의 본딩패드(51)와 그 직하에 있는 p형 화합물 반도체층(31) 상의 공백영역(412) 사이에는 전류의 경로가 실질적으로 차단된다. 이에 따라, 상기 n형 화합물 반도체층(33) 상의 전극연장부(52)를 거치는 전류의 경로가 증가하며, 따라서, 상기 전극연장부(52)와 제1 오믹전극(41) 사이의 전류의 경로도 더 증가된다. 전류의 확산의 더 효율적으로 이루어질 수 있다. 이때, n형 화합물 반도체층(33)의 상면을 과도하게 가리지 않는 범위에서, 상기 전극연장부(52)의 패턴을 적절히 조절하는 것에 의해, 전류의 확산 효율을 더 높일 수 있다.

도 3의 (a) 및 (b)는 공백영역(412)의 존재 여부에 따라, 전극연장부(52)가 전류 경로의 증가에 기여하는 정도의 차이를 비교하기 위한 도면으로서, 공백영역(412)이 있는 경우(도 3의 (a) 참조)가 공백영역이 없는 경우(도 3의 (b) 참조)에 비해, 전극연장부(52)와 제1 오믹전극(41) 사이의 전류 경로가 더 증가한다는 것을 잘 보여준다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고효율 발광소자를 보여주는 단면도이다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 고효율 발광소자는 DBR로 구성된 절연막(22; 이하 '절연 DBR')이 p형 화합물 반도체층(31)과 접한 채, 제1 오믹전극(41)이 없는 공백영역(412)을 채우도록 구성된다. 상기 DBR(22)은 그 주변의 제1 오믹전극(41), 즉, 오믹 반사 금속층과 함께, 반도체 적층 구조체(30)의 하부에 위치한 p형 화합물 반도체층(31)에 접해 있다.

상기 절연 DBR(22)은 예컨대, Si_xO_yN_z, Ti_xO_y, Ta_xO_y 및 Nb_xO_y에서 선택된 적어도 두 개의 고굴절률층과 저굴절률층을 교대로 적층하여 형성될 수 있다. 교대로 적층되는 고굴절률층과 저굴절률층의 광학 두께를 조절하여 특정 파장의 광에 대한 반사율을 극대화할 수 있다. 이때, 절연 DBR(22)은 전체적으로 동일한 구조를 가져 특정 파장에 대해 동일한 반사 특성을 가질 수도 있지만, 대안적으로, 절연 DBR(22)을 복수개로 나뉘어 따로 형성하고, 복수의 절연 DBR(22) 중 적어도 하나 절연 DBR(22)의 반사 파장을 다른 절연 DBR(22)의 반사 파장과 다르게 하는 것이 고려될 수 있다. 이때, 절연 DBR(22)의 반사 특성은 두께 또는 반사율에 의해 조절될 수 있다.

상기 절연 DBR(22)은 특정 파장의 광을 반사하는데 있어서는 수직방향으로 하나의 고굴절율층과 하나의 저굴절율층이 반복 적층되어 이루어진 단일 DBR을 포함하는 것이 좋다. 하지만, 전술한 것과 같은 발광소자가 백색광을 방출하는 발광 다이오드 패키지에 적용되는 백색 발광다이오드인 경우, 상기 절연 DBR(22)이 두 개 이상으로 적층된 절연 DBR부를 포함하는 구조에 의해, 광 효율을 더 향상시키는데 기여할 수 있을 것이다. 이하에서는 두 개 이상의 다른 파장의 광을 반사하는데 적합한 두 개 이상의 절연 DBR부가 적층된 구조로서, 전술한 발광다이오드에 적용 가능한 절연 DBR의 다른 실시 형태들에 대해서 설명하고자 한다.

도 5를 참조하면, 본 실시 형태의 절연 DBR(22)은 제1 절연 DBR부(222) 및 제2 절연 DBR부(224)를 포함한다.

상기 제1 절연 DBR부(222)는 제1 재료층(222a)과 제2 재료층(222b)의 복수개의 쌍들이 반복하여 형성되고, 제2 절연 DBR부(224)는 제3 재료층(224a)과 제4 재료층(224b)의 복수개의 쌍들이 반복하여 형성된다. 상기 제1 재료층(222a) 및 상기 제2 재료층(222b)의 복수개의 쌍들은 청색 파장 영역의 광에 비해 적색 파장 영역의 광, 예컨대 550nm 또는 630nm의 광에 대한 반사율이 상대적으로 높고, 상기 제2 절연 DBR부(224)는 적색 또는 녹색 파장 영역의 광에 비해 청색 파장 영역의 광, 예컨대 460nm의 광에 대한 반사율이 상대적으로 높을 수 있다. 이때, 상기 제1 절연 DBR부(222) 내의 재료층들(222a, 222b)의 광학 두께가 상기 제2 절연 DBR부(224) 내의 재료층들(224a, 224b)의 광학 두께보다 두꺼우나, 이에 한정되는 것은 아니며 그 반대의 경우일 수도 있다.

상기 제1 재료층(222a)은 상기 제3 재료층(224a)과 동일한 재료, 즉 동일한 굴절률을 가질 수 있으며, 상기 제2 재료층(222b)은 상기 제4 재료층(224b)과 동일한 재료, 즉 동일한 굴절률을 가질 수 있다. 예컨대, 상기 제1 재료층(222a) 및 제3 재료층(224a)은 TiO₂(n: 약 2.5)로 형성될 수 있으며, 상기 제2 재료층(222b) 및 제4 재료층(224b)은 SiO₂(n: 약 1.5)로 형성될 수 있다.

한편, 상기 제1 재료층(222a)의 광학 두께는 제2 재료층(222b)의 광학 두께와 실질적으로 정수배의 관계를 가지며, 바람직하게 이들의 광학 두께는 실질적으로 서로 동일할 수 있다. 또한, 상기 제3 재료층(224a)의 광학 두께는 제4 재료층(224b)의 광학 두께와 실질적으로 정수배의 관계를 가지며, 바람직하게 이들의 광학 두께는 실질적으로 서로 동일할 수 있다.

또한, 상기 제1 재료층(222a)의 광학 두께가 상기 제3 재료층(224a)의 광학 두께보다 더 두껍고, 상기 제2 재료층(222b)의 광학 두께가 상기 제4 재료층(224b)의 광학 두께보다 더 두껍다. 상기 제1 내지 제4 재료층들(222a, 222b, 224a, 224b)의 광학 두께는 각 재료층의 굴절률 및 실제 두께를 조절하여 제어할 수 있다.

본 실시 형태에 따라, 상대적으로 장파장의 가시광선에 대해 반사율이 높은 제1 절연 DBR부(222)와 상대적으로 단파장의 가시광선에 대해 반사율이 높은 제2 절연 DBR부(224)가 서로 적층된 구조의 절연 DBR(22)이 제공된다. 이 절연 DBR(22)은 이들 제1 절연 DBR부(222)와 제2 절연 DBR부(224)의 조합에 의해 가시광선 영역의 대부분의 영역에 걸쳐 광에 대한 반사율을 높일 수 있다.

단일 DBR은 특정 파장 범위의 광에 대한 반사율은 높지만, 다른 파장 범위의 광에 대한 반사율이 상대적으로 낮기 때문에, 백색광을 방출하는 발광 다이오드 패키지에서 광 효율 향상에 한계가 있다. 그러나, 두개 이상의 DBR부로 구성된 도 5에 도시되 것과 같은 절연 DBR(22)의 경우, 청색 파장 영역의 광뿐만 아니라 녹색 파장 영역의 광 및 적색 파장 영역의 광에 대해서도 높은 반사율을 가질 수 있으므로, 발광 다이오드 패키지의 광 효율을 개선할 수 있다.

더욱이, 상기 제1 절연 DBR부(222)를 제2 절연 DBR부(224)에 비해 반도체 적층 구조체에 가깝게 배치함으로써, 그 역으로 배치할 경우에 비해, 절연 DBR(22) 내에서의 광 손실을 감소시킬 수 있다.

본 실시 형태에 있어서, 제1 절연 DBR부(222)와 제2 절연 DBR부(224)의 두개의 반사기들에 대해 설명하지만, 더 많은 수의 DBR들이 사용될 수도 있다. 이 경우, 상대적으로 장파장에 대해 반사율이 높은 DBR들이 반도체 적층 구조체에 상대적으로 가깝게 위치하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시 형태에 있어서, 상기 제1 절연 DBR부(222)내의 제1 재료층들(222a)의 두께는 서로 다를 수도 있으며, 또한, 제2 재료층들(222b)의 두께는 서로 다를 수도 있다. 또한, 상기 제2 절연 DBR부(224) 내의 제1 재료층들(222a)의 두께는 서로 다를 수도 있으며, 또한, 제2 재료층들(224b)의 두께는 서로 다를 수 있다.

본 실시 형태에 있어서, 상기 재료층들(222a, 222b, 224a, 224b)이 SiO₂ 또는 TiO₂로 형성되는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 재료층들, 예컨대 Si₃N₄, 화합물 반도체 등으로 형성될 수도 있다. 다만, 상기 제1 재료층(222a)과 상기 제2 재료층(222b)의 굴절률 차이 및 상기 제3 재료층(224a)과 상기 제4 재료층(224b)의 굴절률 차이가 각각 0.5보다 큰 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 절연 DBR부(222) 내의 제1 재료층과 제2 재료층의 쌍들의 수 및 상기 제2 절연 DBR부(224) 내의 제3 재료층과 제4 재료층의 쌍들의 수는 많을수록 반사율이 증가하며, 이들 쌍들의 총 수는 20 이상일 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 절연 DBR(22)을 설명하기 위한 단면도이다. 본 실시 형태에 따른 절연 DBR(22)에서는 제1 재료층(222a)과 제2 재료층(222b)의 복수개의 쌍들과 제3 재료층(224a)과 제4 재료층(224b)의 복수개의 쌍들이 서로 섞여 있다. 즉, 제3 재료층(224a)과 제4 재료층(224b)의 적어도 하나의 쌍이 제1 재료층(222a)과 제2 재료층(222b)의 복수개의 쌍들 사이에 위치하며, 또한, 제1 재료층(222a)과 제2 재료층(222b)의 적어도 하나의 쌍이 제3 재료층(224a)과 제4 재료층(224b)의 복수개의 쌍들 사이에 위치한다. 여기서, 상기 제1 내지 제4 재료층들(222a, 222b, 224a, 224b)의 광학 두께는 가시광선 영역의 넓은 범위에 걸쳐 광에 대한 높은 반사율을 갖도록 제어된다.

10: 지지기판 30: 반도체 적층 구조체
31: p형 화합물 반도체층 32: 활성층
33: n형 화합물 반도체층 41: 제1 오믹전극
42: 배리어 금속층 44: 본딩 금속층
50: 제2 오믹전극 51: 본딩패드
52: 전극연장부

Claims

활성층 및 상기 활성층 양측의 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층을 포함하는 반도체 적층 구조체;
상기 제1 도전형 반도체층 측에서 상기 반도체 적층 구조체를 지지하는 지지기판;
상기 지지기판과 상기 제1 도전형 반도체층의 사이에 위치하되, 안쪽에 공백영역을 남긴 채 상기 공백영역의 주변으로 형성된 제1 오믹전극; 및
본딩패드와 전극연장부를 포함하고 상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성된 제2 오믹전극을 포함하며,
상기 본딩패드는 상기 공백영역과 수직으로 대향하는 제1 대향 영역에 위치하고,
상기 전극연장부는 상기 본딩패드로부터 상기 제1 오믹전극과 수직으로 대향하는 제2 대향 영역 내로 연장되며,
상기 공백영역은 DBR로 된 절연막에 의해 채워져 있고,
상기 본딩패드는 상기 제2 도전형 반도체층의 코너에 근접해 배치되고,
상기 전극연장부는, 상기 본딩패드로부터 시작하여 상기 본딩패드로 돌아오는 폐루프형의 외부 전극 패턴과, 양단이 상기 외부 전극 패턴의 다른 두 위치에 연결되는 내부 전극 패턴을 포함하며,
상기 제1 오믹 전극은 상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성된 오믹 반사 금속층을 포함하며,
상기 전극 연장부는 상기 본딩패드보다 좁은 폭, 긴 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 고효율 반도체 발광소자.
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청구항 1에 있어서, 상기 반도체 적층 구조체는 성장기판 상에서 성장된 III족 질화물계 반도체층들을 상기 성장기판으로부터 분리하여 만들어진 것을 특징으로 하는 고효율 반도체 발광소자.
청구항 1에 있어서, 상기 지지기판은 사파이어 기판인 것을 특징으로 하는 고효율 반도체 발광소자.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 도전형 반도체층은 p형의 III족 질화물 반도체층이며, 상기 제2 도전형 반도체층은 n형의 III족 질화물 반도체층인 것을 특징으로 하는 고효율 반도체 발광소자.
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