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KR102617962B1 - 반도체 발광소자 - Google Patents

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KR102617962B1
KR102617962B1 KR1020180117577A KR20180117577A KR102617962B1 KR 102617962 B1 KR102617962 B1 KR 102617962B1 KR 1020180117577 A KR1020180117577 A KR 1020180117577A KR 20180117577 A KR20180117577 A KR 20180117577A KR 102617962 B1 KR102617962 B1 KR 102617962B1
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자는 서로 떨어져 배치된 복수의 발광 구조물들, 상기 복수의 발광 구조물들의 측면들을 덮으며 상기 복수의 발광 구조물들을 서로 절연시키는 분리층, 상기 분리층 상에 형성된 격벽층, 상기 발광 구조물들 각각의 상면 및 상기 격벽층의 측벽을 덮는 제1 보호층, 상기 제1 보호층을 덮으며 상기 격벽층의 측벽 상에 배치된 반사층, 및 상기 반사층을 덮는 제2 보호층을 포함한다.

Description

반도체 발광소자{Semiconductor light emitting device}
본 발명의 기술적 사상은 반도체 발광소자에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로 멀티 컬러를 구현할 수 있는 반도체 발광소자에 관한 것이다.
반도체 발광소자는 종래의 광원에 비해 긴 수명, 낮은 소비전력, 빠른 응답 속도, 환경 친화성 등의 장점을 갖는 차세대 광원으로 알려져 있으며, 조명 장치, 디스플레이 장치 등 다양한 제품에서 중요한 광원으로 주목을 받고 있다.
종래의 디스플레이 장치는 주로 액정 디스플레이(LCD)를 포함하는 디스플레이 패널과 반도체 발광소자를 포함하는 백라이트로 구성되었다. 최근 들어, 디스플레이 장치는 반도체 발광소자를 개개의 픽셀로 사용하여 백라이트가 별도로 요구되지 않는 형태로도 개발되고 있다. 이러한 디스플레이 장치는 컴팩트화할 수 있을 뿐만 아니라, 기존 LCD에 비해 광효율도 우수한 고휘도 디스플레이를 구현될 수 있다. 또한, 디스플레이 화면의 종횡비를 자유롭게 바꾸고 대면적으로 구현할 수 있으므로 다양한 형태의 대형 디스플레이로 제공할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하려는 과제는 개별적으로 구동되는 복수의 발광 셀들을 구비하여 멀티 컬러를 구현하고, 복수의 발광 셀들 간의 광 간섭을 억제하고 광 추출 효율이 향상된 반도체 발광소자를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자는 서로 떨어져 배치된 복수의 발광 구조물들, 상기 복수의 발광 구조물들의 측면들을 덮으며 상기 복수의 발광 구조물들을 서로 절연시키는 분리층, 상기 분리층 상에 형성된 격벽층, 상기 발광 구조물들 각각의 상면 및 상기 격벽층의 측벽을 덮는 제1 보호층, 상기 제1 보호층을 덮으며 상기 격벽층의 측벽 상에 배치된 반사층, 및 상기 반사층을 덮는 제2 보호층을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자는 서로 떨어져 배치된 복수의 발광 구조물들, 상기 복수의 발광 구조물들을 서로 절연시키는 분리층, 상기 분리층 상에 형성되고, 상기 복수의 발광 구조물들에 각각 대응되는 복수의 광방출창들을 제공하는 격벽층, 및 상기 격벽층의 측벽을 덮는 3중 구조의 반사 구조물을 포함한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자는 복수의 파장 변환층들, 상기 복수의 파장 변환층들을 둘러싸며 서로 이격시키는 격벽층, 및 상기 복수의 파장 변환층들과 상기 격벽층 사이에 배치되고, 제1 절연층, 반사층, 및 제2 절연층이 적층된 반사 구조물을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자는, 개별적으로 구동되는 복수의 발광 셀들을 구분하는 분리층 및 상기 분리층 상에 배치된 격벽층을 포함하고, 상기 격벽층의 측벽 상에 순차적으로 제1 보호층, 반사층 및 제2 보호층을 형성함으로써, 멀티 컬러를 구현 가능하고 복수의 발광 셀들 간의 광 간섭을 억제하고 광 추출 효율이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1의 I-I'선을 따라 취해진 영역을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 9 및 도 10은 각각 도 8의 II-II'선 및 III-III'선을 따라 절단된 단면도들이다.
도 11 내지 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자(100)를 나타낸 평면도이고, 도 2는 도 1의 I-I'선을 따라 절단된 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 반도체 발광소자(100)는 복수의 발광 셀들(lighting cells, A, B, C), 예를 들어, 제1 발광 셀(A), 제2 발광 셀(B) 및 제3 발광 셀(C)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 발광 셀들(A, B, C)은 X 방향 및 Y 방향으로 모두 연장된 격벽층(124)에 의하여 구획될 수 있다. 격벽층(124)은 복수의 파장 변환층들(128, 130, 132)을 둘러쌀 수 있다.
반도체 발광소자(100)는 제1 내지 제3 발광 셀들(A, B, C) 별로 발광 구조물(110)을 포함할 수 있다. 발광 구조물들(110)은 일 방향, 예컨대 도 1의 X 방향으로 서로 떨어져 위치할 수 있다. 제1 내지 제3 발광 셀들(A, B, C)은 자외선 파장 또는 청색 파장의 광을 방출하는 발광 구조물(110)을 포함할 수 있다.
발광 구조물(110)은 제1 도전형 반도체층(110a), 활성층(110b) 및 제2 도전형 반도체층(110c)을 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(110a)은 N형 반도체층일 수 있다. 제2 도전형 반도체층(110c)은 P형 반도체층일 수 있다. 제1 도전형 반도체층(110a) 및 제2 도전형 반도체층(110c)은 질화물 반도체, AlxInyGa1 -x- yN (0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1)의 조성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다.
제1 도전형 반도체층(110a) 및 제2 도전형 반도체층(110c)은 단일층으로 이루어질 수도 있지만, 도핑 농도, 조성 등의 특성이 서로 다른 복수의 층을 구비할 수도 있다. 제1 도전형 반도체층(110a) 및 제2 도전형 반도체층(110c)은 질화물 반도체 외에도 AlInGaP나 AlInGaAs 계열의 반도체를 이용할 수도 있다.
제1 도전형 반도체층(110a)과 제2 도전형 반도체층(110c)의 사이에 배치된 활성층(110b)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출할 수 있다. 활성층(110b)은 양자 우물층과 양자 장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW)구조, 예컨대, 질화물 반도체일 경우, InGaN/GaN이 반복적으로 적층된 구조가 사용될 수 있다. 활성층(110b)은 질화물 반도체를 이용한 단일 양자우물(SQW) 구조가 사용될 수도 있다. 활성층(110b)은 구성 물질의 종류나 구성 물질의 조성 변경을 통하여 예를 들어, 자외선 파장 또는 청색 파장의 광을 방출할 수 있다.
발광 구조물들(110) 각각의 일면(S1) 상에 반사 전극층들(114, 116) 및 패드 전극층들(118, 120)이 형성될 수 있다. 반사 전극층들(114, 116) 및 패드 전극층들(118, 120)은 도 2에 도시한 바와 같이 발광 구조물들(110)의 아래 면에 형성될 수 있다. 이에 따라, 반도체 발광소자(100)는 플립 칩(flip chip) 구조로 보드 기판(미도시) 상에 실장될 수 있다.
발광 구조물(110)의 일면(S1) 상에 제1 반사 전극층(114) 및 제2 반사 전극층(116)이 형성될 수 있다. 제1 반사 전극층(114)은 제1 도전형 반도체층(110a)에 전기적으로 연결되고, 제2 반사 전극층(116)은 제2 도전형 반도체층(110c)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 반사 전극층(114) 및 제2 반사 전극층(116)은 발광 구조물(110)에서 방출되는 광을 반사시키는 역할을 수행할 수 있다. 제1 반사 전극층(114) 및 제2 반사 전극층(116)은 반사도가 높은 물질, 예컨대 금속으로 형성될 수 있다. 제1 반사 전극층(114) 및 제2 반사 전극층(116)은 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 또는 구리(Cu)로 구성될 수 있다.
제1 패드 전극층(118) 및 제2 패드 전극층(120)은 각각 제1 반사 전극층(114) 및 제2 반사 전극층(116) 아래에 형성될 수 있다. 제1 패드 전극층(118)은 제1 반사 전극층(114)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 패드 전극층(120)은 제2 반사 전극층(116)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 패드 전극층(118)은 제1 반사 전극층(114)을 거쳐 제1 도전형 반도체층(110a)에 전기적으로 연결되고, 제2 패드 전극층(120)은 제2 반사 전극층(116)을 거쳐 제2 도전형 반도체층(110c)에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 패드 전극층(118) 및 제2 패드 전극층(120)은 예컨대, 금속으로 형성될 수 있다. 제1 패드 전극층(118) 및 제2 패드 전극층(120)은 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 또는 구리(Cu)로 형성될 수 있다.
반도체 발광소자(100)는 발광 구조물들(110)을 전기적으로 절연시키고, 제1 반사 전극층(114)과 제2 반사 전극층(116)을 전기적으로 절연시키고, 제1 패드 전극층(118)과 제2 패드 전극층(120)을 전기적으로 절연시키는 분리층(122)을 포함할 수 있다.
분리층(122)은 발광 구조물(110)의 일면(S1)에서 타면(S2)으로 연장될 수 있다. 분리층(122)으로 인하여 발광 구조물들(110)은 각각 전기적으로 분리되어 개별적으로 구동될 수 있다. 분리층(122)으로 인하여 발광 구조물들(110)은 예컨대 제1 내지 제3 발광 셀들(A, B, C)은 개별적으로 구동될 수 있다. 발과 구조물(110)의 일면(S1)은 발광 구조물(110)의 하면으로 지칭되고, 발광 구조물(110)의 타면(S2)은 발광 구조물(110)의 상면으로 지칭될 수 있다.
분리층(122)은 발광 구조물들(110)의 측면들 및 하면에 배치되고 제1 반사 전극층(114)과 제2 반사 전극층(116)을 전기적으로 절연하는 분리 절연층(112) 및 제1 패드 전극층(118) 및 제2 패드 전극층(120)을 전기적으로 절연하는 몰드 절연층(121)을 포함할 수 있다.
분리 절연층(112)은 실리콘 산화층이나 실리콘 질화층으로 구성될 수 있다. 몰드 절연층(121)은 실리콘 수지, 에폭시 수지 또는 아크릴 수지를 이용하여 형성될 수 있다. 몰드 절연층(121)의 배면은 패드 전극층들(118, 120)의 표면과 동일 평면을 가질 수 있다.
발광 구조물들(110)의 타면(S2), 예컨대 상면에는 요철 구조(208)가 형성되어 있다. 요철 구조(208)를 갖는 발광 구조물들(110)의 상면에는 제1 보호층(127)이 형성될 수 있다. 반도체 발광소자(100)를 제조할 때, 제1 보호층(127)으로 인하여 발광 구조물(110)의 타면(S2), 즉 광 출사면이 보호되어 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 그리고, 반도체 발광소자(100)를 제조할 때, 제1 보호층(127)으로 인하여 요철 구조(208)가 손상되지 않을 수 있으므로, 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 반도체 발광소자(100)는 발광 구조물(110)의 타면(S2), 예컨대 광 출사면에 손상되지 않은 요철 구조(208)가 형성되어 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 일 실시예에서, 발광 구조물들(110)의 상면에 요철 구조(208)가 형성되지 않을 수 있다. 제1 보호층(127)은 실리콘 산화층이나 실리콘 질화층으로 구성될 수 있다. 발광 구조물들(110)의 상면을 덮는 제1 보호층(127)의 두께는 100nm 이상인 것이 바람직하다.
제1 보호층(127) 상에 발광 구조물들(110) 별로 서로 다른 컬러의 광을 방출하는 복수의 파장 변환층들(128, 130, 132)이 형성될 수 있다. 제1 파장 변환층(128)은 청색 광을 방출하고, 제2 파장 변환층(130)은 녹색 광을 방출하고, 제3 파장 변환층(132)은 적색 광을 방출할 수 있다. 복수의 파장 변환층들(128, 130, 132)은 형광체나 양자점(퀀텀닷, 나노형광체)을 함유하는 수지층으로 이루어질 수 있다. 복수의 파장 변환층들(128, 130, 132) 중 적어도 하나는 형광체나 양자점을 포함하지 않는 투명 수지층으로 형성될 수 있으며, 발광 구조물(110)로부터의 청색광을 방출할 수 있다. 복수의 파장 변환층들(128, 130, 132) 상부에는 파장 필터층들 및/또는 파장 반사층들이 추가로 배치 될 수 있다. 상기 파장 필터층들은 각각 파장 변환층들(128, 130, 132)을 통과해서 방출되는 적색, 녹색, 청색의 특정 파장 영역만을 통과 시킬 수 있으며, 디스플레이 장치의 색재현성을 높일 수 있다. 상기 파장 반사층들은 외부에서 복수의 파장 변환층들(128, 130, 132)에 재진입하는 특정 파장대의 광을 반사시킬 수 있다. 반도체 발광소자(100)는 발광 구조물들(110) 별로 각각 전기적으로 분리되어 개개로 구동될 수 있으므로, 필요에 따라서 다양한 컬러를 구현할 수 있다.
복수의 파장 변환층들(128, 130, 132)이 서로 구분되도록 복수의 파장 변환층들(128, 130, 132) 사이에 격벽층(124)이 배치될 수 있다. 격벽층(124)은 복수의 발광 구조물들(110)에 각각 대응되는 복수의 광방출창들을 제공하며, 일체형으로 구성될 수 있다. 복수의 파장 변환층들(128, 130, 132)이 상기 복수의 광방출창들에 각각 배치될 수 있다. 격벽층(124)은 평면 상에서 복수의 파장 변환층들(128, 130, 132)을 둘러쌀 수 있다. 복수의 파장 변환층들(128, 130, 132)은 격벽층(124)에 의해 서로 분리되어 발광 구조물들(110)의 상면들 상에 각각 배치될 수 있다. 격벽층(124)의 높이는 30 ㎛ 내지 150 ㎛일 수 있다. 격벽층(124)의 폭은 10 ㎛ 내지 30 ㎛일 수 있다.
격벽층(124)은 발광 구조물들(110) 사이의 분리층(122) 상에 배치될 수 있다. 격벽층(124)은 분리층(122)과 접촉할 수 있다. 격벽층(124)은 분리 절연층(112)과 접촉할 수 있다.
격벽층(124)은 반도체 물질, 금속 물질 또는 절연 물질로 이루어질 수 있다. 상기 반도체 물질은 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC) 등을 포함할 수 있다. 상기 금속 물질은 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 금속 물질은 예를 들어, 도금층으로 형성될 수 있다. 상기 절연 물질은 Al2O3, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, 수지(실리콘계, 에폭시계)등을 포함할 수 있다. 상기 수지는 티타늄 산화물 또는 다른 반사성 물질을 함유할 수 있다. 상기 수지는 외부로부터의 광을 흡수하도록 회색 내지 검은색을 띌 수 있다. 일 실시예에서, 격벽층(124)의 상부에 외부로부터의 광을 흡수하도록 회색 내지 검은색을 뛰는 물질층을 코팅 할 수 있다. 이렇게 함으로써, 디스플레이 장치의 화면이 꺼졌을 때, 화면 전체가 검은색으로 보이게 할 수 있다.
반도체 발광소자(100)는 격벽층(124)의 측벽 상에 배치된 반사층(404)을 포함할 수 있다. 제1 보호층(127)은 발광 구조물들(110)의 상면으로부터 격벽층(124)의 측벽과 반사층(404) 사이로 연장되어 격벽층(124)의 측벽을 덮을 수 있다. 반사층(404)은 제1 보호층(127)을 덮으며 격벽층(124)의 측벽 상에 배치될 수 있다. 제1 보호층(127)은 격벽층(124)의 측벽으로부터 연장되어 격벽층(124)의 상면을 덮을 수 있다. 제1 보호층(127)은 격벽층(124)의 상면 및 측벽을 덮고, 격벽층(124)에 의해 발광 구조물들(110)의 광출사면들을 덮을 수 있다.
반사층(404)은 발광 구조물(110)에서 방출되는 광을 반사시키는 역할을 수행할 수 있다. 반사층(404)은 금속층, 금속 산화물을 함유한 수지층 또는 분산 브래그 반사층(Distributed Bragg Reflection layer)일 수 있다. 발광 구조물들(110)의 측벽을 덮는 반사층(404)의 두께는 100nm 이상인 것이 바람직하다. 발광 구조물들(110)의 측벽을 덮는 반사층(404)의 두께는 100nm 내지 500nm일 수 있다.
상기 금속층은 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 또는 구리(Cu) 일 수 있다. 상기 금속 산화물을 함유한 수지층은 티타늄 산화물을 함유한 수지층일 수 있다. 상기 분산 브래그 반사층은 굴절률이 서로 다른 복수의 절연막들이 수 내지 수백 회, 예컨대 2회 내지 100회 반복하여 적층될 수 있다. 상기 분산 브래그 반사층을 구성하는 절연층은 각각 SiO2, SiN, SiOxNy, TiO2, Si3N4, Al2O3, TiN, AlN, ZrO2, TiAlN, TiSiN 등의 산화물 또는 질화물 및 그 조합일 수 있다. 이에 따라, 반도체 발광소자(100)는 격벽층(124)의 측벽에 배치된 반사층(404)으로 인해 광 추출 효율을 증가될 수 있다.
반도체 발광소자(100)는 격벽층(124)의 측벽 상에 배치된 반사층(404)을 덮는 제2 보호층(406)을 포함할 수 있다. 제2 보호층(406)은 격벽층(124)의 측벽 상에 반사층(404)을 형성하기 위한 식각 공정(도 14 참조) 동안에 반사층(404)이 손상되거나 식각 부산물이 반사층(404)의 표면에 형성되는 것을 방지함으로써, 반사층(404)의 반사율 저하를 막는다. 격벽층(124)의 측벽 상에서 제2 보호층(406)의 두께는 제1 보호층(127)의 두께보다 작을 수 있다. 제2 보호층(406)은 실리콘 산화층이나 실리콘 질화층으로 구성될 수 있다. 반사층(404)을 덮는 제2 보호층(406)의 두께는 100nm 이상인 것이 바람직하다. 반사층(404)을 덮는 제2 보호층(406)의 두께는 100nm 내지 500nm일 수 있다.
예를 들어, 반사층(404)이 알루미늄으로 이루어진 경우, 식각 공정 동안에 Cl2 가스에 의해 격벽층(124)의 측벽 상에 형성된 반사층(404)이 부식될 수 있다. 그리고, 알루미늄(AlCl3) 등의 식각 부산물이 격벽층(124)의 측벽 상에 형성된 반사층(404)의 표면에 형성될 수 있다. 식각 공정 전에 반사층(404)을 덮는 제2 보호층(406)을 형성함으로써, 식각 공정 동안에 일어나는 부식이나 부산물의 형성을 방지할 수 있다.
반도체 발광소자(100)의 격벽층(124)의 측벽에는 차례로 적층된 제1 보호층(127), 반사층(404) 및 제2 보호층(406)을 포함하는 3중 구조의 반사 구조물이 배치될 수 있다. 이에 따라, 반도체 발광소자(100)는 멀티 컬러를 구현함과 아울러 발광 셀들(A, B, C) 사이의 광 간섭을 억제할 수 있고, 광 추출 효율이 향상될 수 있다.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 단면도들이다. 도 3 내지 도 7은 도 2에 대응되는 영역들을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 반도체 발광소자(100A)는 도 2의 반도체 발광소자(100)와 달리, 반사층(404)은 격벽층(124)의 상면 상에서 제1 보호층(127)을 덮을 수 있다. 상기 차이점을 제외하고 반도체 발광소자(100A)는 도 2의 반도체 발광소자(100)와 동일하다.
도 4를 참조하면, 반도체 발광소자(100B)는 도 2의 반도체 발광소자(100)와 달리, 반사층(404)은 격벽층(124)의 상면 상에서 제1 보호층(127)을 덮고, 제2 보호층(406)은 격벽층(124)의 상면 상에서 반사층(404)을 덮을 수 있다. 상기 차이점을 제외하고 반도체 발광소자(100B)는 도 2의 반도체 발광소자(100)와 동일하다.
도 5를 참조하면, 반도체 발광소자(100C)는 도 2의 반도체 발광소자(100)와 달리, 분리층(122)이 격벽층(124)의 하부로 삽입될 수 있다. 상기 차이점을 제외하고 반도체 발광소자(100C)는 도 2의 반도체 발광소자(100)와 동일하다.
도 6을 참조하면, 반도체 발광소자(100D)는 도 2의 반도체 발광소자(100)와 달리, 발광 구조물들(110)을 전기적으로 절연하는 분리층(122-1)을 포함한다.
분리층(112-1)은 발광 구조물들(110)의 측면 및 하면에 덮으며 반사 전극층들(114, 116)을 전기적으로 절연하는 분리 절연층(112), 발광 구조물들(110)의 측면을 덮고 분리 절연층(112)에 의하여 발광 구조물(110)과 전기적으로 절연된 금속층(113), 및 분리 절연층(112)과 금속층(113)을 덮으며 패드 전극층들(118, 120)을 전기적으로 절연하는 몰드 절연층(121)을 포함할 수 있다. 상기 차이점을 제외하고 반도체 발광소자(100D)는 도 2의 반도체 발광소자(100)와 동일하다.
도 7을 참조하면, 반도체 발광소자(100E)는 도 2의 반도체 발광소자(100)와 달리, 격벽층(124-1)의 측벽은 상부로 갈수록 격벽층(124-1)의 폭이 좁아지도록 경사를 가질 수 있다. 격벽층(124-1)의 상부 폭은 격벽층(124-1)의 하부 폭보다 더 작을 수 있다. 경사진 측벽을 가지는 격벽층(124-1)으로 인하여 반도체 발광소자(100E)는 광 추출 효율이 증가될 수 있다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자(300)를 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 9 및 도 10은 각각 도 8의 II-II'선 및 III-III'선을 따라 절단된 단면도들이다. 도 8 내지 도 10의 반도체 발광소자(300)는 4개의 발광 셀들(lighting cells, A, B, C, D)을 포함하는 것을 제외하면, 도 1 및 도 2의 반도체 발광소자(100)와 유사하다. 도 9에서는 제1 발광 셀(A) 및 제4 발광 셀(D)이 도시되며, 도 10에서는 제2 발광 셀(B) 및 제4 발광 셀 (C)이 도시된다.
반도체 발광소자(300)는 4개의 발광 셀들(lighting cells, A, B, C, D), 예컨대 제1 발광 셀(A), 제2 발광 셀(B), 제3 발광 셀(C) 및 제4 발광 셀(D)을 포함할 수 있다. 제1 발광 셀(A) 및 제2 발광 셀(B)은 X 방향으로 떨어져 배치되고, 제3 발광 셀(C) 및 제4 발광 셀(D)은 X 방향으로 떨어져 배치될 수 있다. 제3 발광 셀(C)은 제1 발광 셀(A)과 Y 방향으로 떨어져서 배치되고, 제4 발광 셀(D)은 제2 발광 셀(B)과 Y 방향으로 떨어져서 배치될 수 있다. 제1 발광 셀(A), 제2 발광 셀(B), 제3 발광 셀(C) 및 제4 발광 셀(D)의 배치 관계는 편의에 따라서 변경될 수 있다.
도 8에서, 발광 셀들(A, B, C, D)은 X 방향 및 Y 방향으로 모두 연장된 격벽층(124)에 의하여 구획될 수 있다. 격벽층(124)은 평면 상에서 파장 변환층들(128, 130, 132, 134)을 둘러쌀 수 있다.
반도체 발광소자(300)는 발광 셀들(A, B, C, D) 별로 발광 구조물(110)을 포함할 수 있다. 발광 셀들(A, B, C, D)은 자외선 파장 또는 청색 파장의 광을 방출하는 발광 구조물(110)을 포함할 수 있다. 발광 구조물(110)은 제1 도전형 반도체층(110a), 활성층(110b), 및 제2 도전형 반도체층(110c)을 포함할 수 있다.
발광 구조물들(110) 각각의 일면, 예컨태 하면 상에 패드 전극층들(118, 120)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 반도체 발광소자(300)는 플립 칩(flip chip) 구조로 보드 기판(미도시) 상에 실장될 수 있다.
제1 패드 전극층(118) 및 제2 패드 전극층(120) 상에는 각각 제1 반사 전극층(114) 및 제2 반사 전극층(116)이 배치될 수 있다. 제1 반사 전극층(114) 및 제2 반사 전극층(116)은 각각 제1 도전형 반도체층(110a) 및 제2 도전형 반도체층(110c)에 전기적으로 연결된다.
반도체 발광소자(300)는 발광 구조물들(110) 사이, 반사 전극층들(114, 116) 및 패드 전극층들(118, 120) 사이를 전기적으로 절연하도록 분리층(122)이 형성되어 있다. 분리층(122)은 발광 구조물들(110)의 측면 및 하면에 덮으며 반사 전극층들(114, 116)을 전기적으로 절연하는 분리 절연층(112), 및 분리 절연층(112)을 덮으며 패드 전극층들(118, 120)을 전기적으로 절연하는 몰드 절연층(121)을 포함할 수 있다. 반도체 발광소자(300)는 분리층(122)으로 인하여 발광 구조물들(110)은 각각 전기적으로 분리되어 개개로 구동될 수 있다. 분리층(122)으로 인하여 발광 구조물들(110)은 예컨대 제1 발광 셀(A), 제2 발광 셀(B), 제3 발광 셀(C) 및 제4 발광 셀(D)로 분리될 수 있다.
반도체 발광소자(300)는 발광 구조물들(110)의 타면(S2), 예컨대 상면 상에 발광 구조물들(110) 별로 서로 다른 컬러의 광을 방출하는 복수의 파장 변환층들(128, 130, 132, 134)이 형성되어 있다. . 복수의 파장 변환층들(128, 130, 132, 134)은 격벽층(124)에 의해 서로 분리되어 발광 구조물들(110)의 상면 상에 각각 배치될 수 있다. 제1 파장 변환층(128)은 청색 광을 방출하고, 제2 파장 변환층(130)은 녹색 광을 방출하고, 제3 파장 변환층(132)은 적색 광을 방출하고, 제4 파장 변환층(134)은 백색 광을 방출할 수 있다. 복수의 파장 변환층들(128, 130, 132, 134)은 형광체나 양자점(퀀텀닷, 나노형광체)을 함유하는 수지층으로 이루어질 수 있다. 반도체 발광소자(300)는 발광 구조물들(110) 별로 각각 전기적으로 분리되어 개개로 구동될 수 있으므로, 필요에 따라서 다양한 컬러를 구현할 수 있다.
반도체 발광소자(300)의 격벽층(124)의 측벽에는 차례로 적층된 제1 보호층(127), 반사층(404) 및 제2 보호층(406)을 포함하는 3중 구조의 반사 구조물이 배치될 수 있다.
이에 따라, 반도체 발광소자(300)는 멀티 컬러를 구현함과 아울러 발광 셀들(A, B, C, D) 사이의 광 간섭을 억제할 수 있고, 광 추출 효율이 향상될 수 있다.
도 11 내지 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 11을 참조하면, 기판(101) 상에 제1 도전형 반도체층(110a), 활성층(110b) 및 제2 도전형 반도체층(110c)을 포함하는 발광 구조물(110)을 형성한다. 발광 구조물(110)의 일부 영역을 식각하여 발광 셀들(A, B, C) 별로 분리하는 분리홀(109)을 형성한다. 다시 말해, 제1 발광 셀(A), 제2 발광 셀(B) 및 제3 발광 셀(C) 별로 발광 구조물들(110)을 분리하는 분리홀(109)을 형성한다.
분리홀(109)의 내벽 및 발광 구조물(110) 상에 발광 구조물(110)의 일부를 노출하는 노출홀들(111)을 갖는 분리 절연층(112)을 형성한다. 노출홀들(111)은 제1 서브 노출홀(111a) 및 제2 서브 노출홀(111b)을 포함할 수 있다. 분리 절연층(112)은 실리콘 산화층이나 실리콘 질화층으로 형성한다. 분리 절연층(112)은 발광 구조물(110)의 측면 및 일면(S1)에 형성될 수 있다. 제1 서브 노출홀(111a)은 제1 도전형 반도체층(110a), 예컨대 N형 반도체층을 노출하는 홀일 수 있다. 제2 서브 노출홀(111b)은 제2 도전형 반도체층(110c), 예컨대 P형 반도체층을 노출하는 홀일 수 있다.
노출홀들(111) 내에 반사 전극층들(114, 116)을 형성한다. 제1 서브 노출홀(111a) 및 제2 서브 노출홀(111b)에 각각 제1 반사 전극층(114) 및 제2 반사 전극층(116)을 형성한다. 반사 전극층들(114, 116)은 반사도가 높은 물질, 예컨대 금속층으로 형성될 수 있다. 반사 전극층들(114, 116)은 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 또는 구리(Cu)로 형성될 수 있다. 반사 전극층들(114, 116)은 발광 구조물(110)에서 방출되는 광을 반사시킴과 아울러 전극층 역할을 수행할 수 있다. 발광 구조물들(110) 각각의 일면(S1) 상에 반사 전극층들(114, 116)이 형성된다.
도 12를 참조하면, 반사 전극층들(114, 116) 상에 패드 전극층들(118, 120)을 형성한다. 다시 말해, 제1 반사 전극층(114) 및 제2 반사 전극층(116) 상에 각각 제1 패드 전극층(118) 및 제2 패드 전극층(120)을 형성한다. 제1 패드 전극층(118)은 제1 도전형 반도체층(110a)에 전기적으로 연결되며, 제2 패드 전극층(120)은 제2 도전형 반도체층(110c)에 전기적으로 연결된다. 제1 패드 전극층(118) 및 제2 패드 전극층(120)은 제1 반사 전극층(114) 및 제2 반사 전극층(116)과 동일한 물질로 형성할 수 있다. 이와 같은 공정을 통하여 발광 구조물들(110) 각각의 일면(S1) 상에 패드 전극층들(118, 120) 및 반사 전극층들(114, 116)이 형성된다.
이어서, 패드 전극층들(118, 120)을 전기적으로 절연시키고, 발광 구조물들(110)을 전기적으로 절연시키는 몰드 절연층(121)을 형성한다. 몰드 절연층(121)은 실리콘 수지, 에폭시 수지 또는 아크릴 수지로 형성할 수 있다. 몰드 절연층(121)의 표면은 패드 전극층들(118, 120)의 표면과 동일 평면을 가질 수 있다. 이와 같은 공정을 통하여 분리 절연층(112) 및 몰드 절연층(121)은 발광 셀들(A, B, C)을 전기적으로 분리시키는 분리층(122)을 구성할 수 있다.
도 13을 참조하면, 패드 전극층들(118, 120) 및 분리층(122) 상에 임시 기판(123)을 부착한다. 임시 기판(123)은 패드 전극층들(118, 120) 및 분리층(122)을 지지하기 위한 기판일 수 있다. 임시 기판(123)은 유리 기판이나 절연 기판 등을 이용할 수 있다.
계속하여, 임시 기판(123)을 아래쪽으로 향하게 한 후, 기판(101)의 배면을 그라인딩하여 두께를 줄인다.
도 14를 참조하면, 기판(101)의 일부 영역을 식각하여 발광 구조물들(110)의 타면(S2)을 노출하는 노출홀들(126)을 갖는 격벽층(124)을 형성한다. 노출홀들(126)은 발광 셀들(A, B, C) 별로 제1 서브 노출홀(126a), 제2 서브 노출홀(126b) 및 제3 서브 노출홀(126c)로 구분될 수 있다. 제1 서브 노출홀(126a), 제2 서브 노출홀(126b) 및 제3 서브 노출홀(126c)은 제1 광방출창, 제2 광방출창, 및 제3 광방출창일 수 있다. 격벽층(124)은 일체형으로 형성될 수 있다. 격벽층(124)은 기판(101)에 따라 반도체 물질 또는 절연 물질로 형성될 수 있다.
본 실시예의 격벽층(124)은 기판(101)의 일부로 구성되기 때문에, 별도의 적층 공정이 필요하지 않아 제조 공정 상 유리하고, 격벽층(124)의 높이를 용이하게 조절할 수 있다.
이어서, 노출홀들(126)을 통해 노출된 발광 구조물들(110)의 타면(S2)에 요철 구조(208)를 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 요철 구조(208)는 형성되지 않을 수 있다.
이어서, 발광 구조물들(110)의 타면(S2) 및 격벽층(1241)의 상면 및 측면 상에 제1 보호층(127)을 형성한다. 제1 보호층(127)은 후속 공정에서 발광 구조물들(110)의 타면(S2), 즉, 광출사면을 보호하기 위해 형성된다. 이어서, 제1 보호층(127) 상에 광 반사 물질층(404a)을 형성할 수 있다. 광 반사 물질층(404a)은 앞서 설명한 반사층(404)과 동일한 물질로 형성된다. 이어서, 광 반사 물질층(404a) 상에 제2 보호 물질층(406a)을 형성할 수 있다. 제2 보호 물질층(406a)은 앞서 설명한 제2 보호층(406)과 동일한 물질로 형성된다.
계속하여, 도 15를 참조하면, 광 반사 물질층(404a) 및 제2 보호 물질층(406a)을 식각하여 반사층(404) 및 제2 보호층(406)을 형성한다. 광 반사 물질층(404a) 및 제2 보호 물질층(406a)을 식각할 때, 발광 구조물(110)의 타면(S2) 및 격벽층(124)의 상면에 형성된 광 반사 물질층(404a) 및 제2 보호 물질층(406a)은 제거된다. 반사층(404) 및 제2 보호층(406)은 격벽층(124)의 측벽에 형성된다. 이와 같은 공정을 통하여 격벽층(124)의 측벽에 순차적으로 적층된 제1 보호층(127), 반사층(404) 및 제2 보호층(406)이 형성된다.
일 실시예에서, 광 반사 물질층(404a) 및 제2 보호 물질층(406a)을 식각할 때, 발광 구조물(110)의 타면(S2)에 형성된 제2 보호 물질층(406a)및 반사 물질층(404a)은 제거되고, 격벽층(124)의 상면에 형성된 제2 보호 물질층(406a)은 제거된다. 격벽층(124)의 상면에 형성된 광 반사 물질층(404a)은 잔존한다. 반사층(404)은 격벽층(124)의 상면 및 측벽에 형성되고, 제2 보호층(406)은 격벽층(124)의 측벽에 형성된다. 이와 같은 공정을 통하여 격벽층(124)의 측벽에 순차적으로 적층된 제1 보호층(127), 반사층(404) 및 제2 보호층(406)이 형성되고, 격벽층(124)의 상면에는 제1 보호층(127) 및 반사층(404)이 형성된다.
일 실시예에서, 광 반사 물질층(404a) 및 제2 보호 물질층(406a)을 식각할 때, 발광 구조물(110)의 타면(S2)에 형성된 제2 보호 물질층(406a) 및 광 반사 물질층(404a)은 제거되고, 격벽층(124)의 상면에 형성된 제2 보호 물질층(406a) 및 광 반사 물질층(404a)은 잔존한다. 반사층(404) 및 제2 보호층(406)은 격벽층(124)의 상면 및 측벽에 형성된다. 이와 같은 공정을 통하여 격벽층(124)의 측벽 및 상면에 순차적으로 적층된 제1 보호층(127), 반사층(404) 및 제2 보호층(406)이 형성된다.
도 16을 참조하면, 발광 구조물(110) 상의 노출홀들(126) 내의 제1 보호층(127) 상에 파장 변환층들(128, 130, 132)을 형성한다. 제1 서브 노출홀(126a), 제2 서브 노출홀(126b) 및 제3 서브 노출홀(126c) 내에 각각 제1 파장 변환층(128), 제2 파장 변환층(130), 및 제3 파장 변환층(132)을 형성한다. 이어서, 임시 기판(123)을 제거한다.
도 17을 참조하면, 복수의 발광 셀들(A, B, C)을 포함하도록 제1 보호층(127), 격벽층(124) 및 분리층(122)을 절단 라인(136)에 따라 절단함으로써 반도체 발광소자(100)를 완성한다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 반도체 발광소자, 110: 발광 구조물, 112: 분리 절연층, 121: 몰드 절연층, 122: 분리층, 113, 116: 반사 전극층, 118, 120: 패드 전극층, 124: 격벽층, 128, 130, 132: 파장 변환층, 127: 제1 보호층, 404: 반사층, 406: 제2 보호층

Claims (20)

  1. 서로 떨어져 배치된 복수의 발광 구조물들;
    상기 복수의 발광 구조물들의 측면들을 덮으며 상기 복수의 발광 구조물들을 서로 절연시키는 분리층;
    상기 분리층 상에 형성된 격벽층;
    상기 발광 구조물들 각각의 상면 및 상기 격벽층의 측벽을 덮는 제1 보호층;
    상기 제1 보호층을 덮으며 상기 격벽층의 측벽 상에 배치된 반사층; 및
    상기 반사층을 덮는 제2 보호층; 을 포함하고,
    상기 반사층은 금속층 또는 금속 산화물을 함유한 수지층으로 이루어지고,
    상기 제2 보호층은 실리콘 산화층 또는 실리콘 질화층으로 이루어지며,
    상기 반사층은 상기 제1 보호층 상에서 수평 방향으로 연장되는 수평부 및 상기 수평부의 일단으로부터 상기 격벽층의 측면을 따라 연장되는 수직부를 포함하는 반도체 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 보호층은 상기 격벽층의 상면을 덮는 반도체 발광소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반사층은 상기 격벽층의 상면 상에서 상기 제1 보호층을 덮는 반도체 발광소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 보호층은 상기 격벽층의 상면 상에서 상기 반사층을 덮는 반도체 발광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 격벽층에 의해 서로 분리되어 상기 발광 구조물들의 상면들 상에 각각 배치되고, 서로 다른 컬러의 광들을 방출하는 복수의 파장변환층들을 더 포함하는 반도체 발광소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 격벽층은 반도체 물질 또는 절연 물질로 이루어지는 반도체 발광소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 발광 구조물들의 상면들은 요철 구조를 가지고,
    상기 제1 보호층은 상기 요철 구조를 덮는 반도체 발광소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 분리층은 상기 발광 구조물들의 측면 및 하면을 덮는 분리 절연층, 및 상기 분리 절연층을 덮는 몰드 절연층을 포함하고,
    상기 분리 절연층의 일부는 상기 격벽층과 접촉하는 반도체 발광소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 분리층은 상기 복수의 발광 구조물들의 측면 및 하면을 덮는 분리 절연층, 상기 복수의 발광 구조물들의 측면을 덮고 상기 분리 절연층에 의하여 상기 복수의 발광 구조물들과 전기적으로 절연된 금속층, 및 상기 분리 절연층 및 상기 금속층을 덮는 몰드 절연층을 포함하는 반도체 발광소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 격벽층의 측벽은 상부로 갈수록 상기 격벽층의 폭이 좁아지도록 경사를 가지는 반도체 발광소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 분리층은 상기 격벽층의 하부로 삽입되는 반도체 발광소자.
  12. 삭제
  13. 서로 떨어져 형성된 복수의 발광 구조물들;
    상기 복수의 발광 구조물들을 서로 절연시키는 분리층;
    상기 분리층 상에 형성되고, 상기 복수의 발광 구조물들에 각각 대응되는 복수의 광방출창들을 제공하는 격벽층; 및
    상기 격벽층의 측벽을 덮는 3중 구조의 반사 구조물;을 포함하고,
    상기 반사 구조물은 상기 격벽층의 측벽을 덮는 제1 보호층, 상기 제1 보호층을 덮으며 상기 격벽층의 측벽 상에 배치된 반사층, 및 상기 반사층을 덮는 제2 보호층을 포함하고,
    상기 반사층은 금속층 또는 금속 산화물을 함유한 수지층으로 이루어지고,
    상기 제2 보호층은 실리콘 산화층 또는 실리콘 질화층으로 이루어지며,
    상기 반사층은 상기 제1 보호층 상에서 수평 방향으로 연장되는 수평부 및 상기 수평부의 일단으로부터 상기 격벽층의 측면을 따라 연장되는 수직부를 포함하는 반도체 발광소자.
  14. 삭제
  15. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 광방출창들 내에 각각 배치되고, 서로 다른 컬러의 광들을 방출하는 복수의 파장 변환층들을 더 포함하고,
    상기 제1 보호층은 상기 복수의 발광 구조물들과 상기 복수의 파장 변환층들 사이로 연장되어 상기 복수의 발광 구조물들을 덮는 반도체 발광소자.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 보호층은 상기 격벽층의 상면을 덮는 반도체 발광소자.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 반사층은 상기 격벽층의 상면 상에서 상기 제1 보호층을 덮는 반도체 발광소자.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제2 보호층은 상기 격벽층의 상면 상에서 상기 반사층을 덮는 반도체 발광소자.
  19. 삭제
  20. 복수의 파장 변환층들;
    상기 복수의 파장 변환층들을 둘러싸며 서로 이격시키는 격벽층; 및
    상기 복수의 파장 변환층들과 상기 격벽층 사이에 배치되고, 제1 절연층, 반사층, 및 제2 절연층이 적층된 반사 구조물;을 포함하고,
    상기 반사층은 금속층 또는 금속 산화물을 함유한 수지층으로 이루어지고,
    상기 제2 절연층은 실리콘 산화층 또는 실리콘 질화층으로 이루어지며,
    상기 반사층은 상기 제1 절연층 상에서 수평 방향으로 연장되는 수평부 및 상기 수평부의 일단으로부터 상기 격벽층의 측면을 따라 연장되는 수직부를 포함하는 반도체 발광소자.
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