KR102632226B1 - 분포 브래그 반사기를 갖는 발광 다이오드 - Google Patents

Abstract

일 실시예에 따른 발광 다이오드는, 제1 도전형 반도체층; 제1 도전형 반도체층 상에 위치하고, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 메사; 및 메사 및 메사 주위에 노출된 제1 도전형 반도체층의 적어도 일부를 덮으며, 제1 도전형 반도체층에 전기적 접속을 허용하기 위한 제1 개구부 및 제2 도전형 반도체층에 전기적 접속을 허용하기 위한 제2 개구부를 갖는 하부 절연층을 포함하고, 활성층은 500nm 이하의 피크 파장을 갖는 광을 생성하고, 하부 절연층은 분포 브래그 반사기를 포함하며, 하부 절연층은 가시 영역의 파장 범위에서 연속적으로 90% 이상의 반사율을 나타내는 고반사 파장 대역을 가지며, 고반사 파장 대역 내에서 활성층에서 생성된 광의 피크 파장을 포함하는 제1 파장 영역에서의 반사율들이 554nm 내지 700nm 범위 내의 제2 파장 영역에서의 반사율들보다 높으며, 제1 파장 영역은 554nm 보다 단파장 영역에 위치한다.

Description

분포 브래그 반사기를 갖는 발광 다이오드{LIGHT EMITTING DIODE HAVING DISTRIBUTED BRAGG REFLECTOR}

본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 분포 브래그 반사기를 갖는 발광 다이오드에 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 광원용 물질로 많은 각광을 받고 있다. 특히, 질화인듐갈륨(InGaN)을 이용한 청색 및 녹색 발광 다이오드는 대규모 천연색 평판 표시 장치, 신호등, 실내조명, 고밀도광원, 고해상도 출력 시스템과 광통신 등 다양한 응용 분야에 활용되고 있다.

한편, 분포 브래그 반사기는 굴절률이 서로 다른 절연층들을 적층함으로써 특정 파장 대역에서 높은 반사율을 갖는 반사기이다. 분포 브래그 반사기는 발광 다이오드에서 광을 반사시켜 광 손실을 줄이며, 이에 따라, 발광 다이오드의 광 효율을 향상시킨다.

기판과 같이 평탄한 면 상에 형성되는 분포 브래그 반사기는 균일한 층을 형성할 수 있어 반사기의 신뢰성이 높다. 이에 반해, 메사와 같이 측면을 갖는 구조물 상에 분포 브래그 반사기를 형성할 경우, 분포 브래그 반사기 내에 미세한 크랙이나 핀홀들이 다수 형성될 수 있으며, 이에 따라, 수분 침투에 의해 신뢰성이 나빠질 수 있다.

특히, 분포 브래그 반사기는 적층되는 층수가 증가할수록 반사율이 증가하기 때문에 많은 수의 적층수를 필요로 한다. 또한, 가시 영역의 넓은 파장 대역에서 높은 반사율을 갖도록 하기 위해 분포 브래그 반사기의 두께는 더 증가된다. 분포 브래그 반사기의 두께 증가는 발광 다이오드의 신뢰성을 더 떨어뜨리며, 발광 다이오드 제조 공정을 어렵게 만든다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상대적으로 높은 반사율을 유지하면서 두께를 감소시킬 수 있는 분포 브래그 반사기를 채택한 발광 다이오드를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 고습 환경하에서 높은 신뢰성을 갖는 발광 다이오드를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는, 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치하고, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 메사; 및 상기 메사 및 상기 메사 주위에 노출된 제1 도전형 반도체층의 적어도 일부를 덮으며, 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적 접속을 허용하기 위한 제1 개구부 및 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적 접속을 허용하기 위한 제2 개구부를 갖는 하부 절연층을 포함하고, 상기 활성층은 500nm 이하의 피크 파장을 갖는 광을 생성하고, 상기 하부 절연층은 분포 브래그 반사기를 포함하며, 상기 하부 절연층은 가시 영역의 파장 범위에서 연속적으로 90% 이상의 반사율을 나타내는 고반사 파장 대역을 가지며, 상기 고반사 파장 대역 내에서 상기 활성층에서 생성된 광의 피크 파장을 포함하는 제1 파장 영역에서의 반사율들이 554nm 내지 700nm 범위 내의 제2 파장 영역에서의 반사율들보다 높으며, 상기 제1 파장 영역은 554nm보다 단파장 영역에 위치한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드는, 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치하고, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 메사; 및 상기 메사 및 상기 메사 주위에 노출된 제1 도전형 반도체층의 적어도 일부를 덮으며, 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적 접속을 허용하기 위한 제1 개구부 및 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적 접속을 허용하기 위한 제2 개구부를 갖는 하부 절연층을 포함하고, 상기 하부 절연층은 분포 브래그 반사기 및 상기 분포 브래그 반사기 상에 배치된 캐핑층을 포함하며, 상기 캐핑층은 SiO2를 포함하는 적어도 2종의 산화물의 혼합층을 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드는, 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치하고, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 메사; 상기 메사의 측면 및 상기 메사 주위에 노출된 제1 도전형 반도체층의 적어도 일부를 덮는 분포 브래그 반사기; 및 상기 제1 도전형 반도체층 상에서 상기 분포 브래그 반사기를 덮는 보호층을 포함하되, 상기 보호층은 SiO2를 포함하는 적어도 2종의 산화물의 혼합층을 포함한다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 활성층에서 생성된 광에 대해 높은 반사율을 갖도록 하고, 상대적으로 장파장 영역의 가시광에 대해서는 상대적으로 낮은 반사율을 갖도록 함으로써 분포 브래그 반사기의 두께를 감소시킬 수 있으며, 이에 따라, 신뢰성이 높은 발광 다이오드를 제공할 수 있다.

또한, 수분 침투를 방지할 수 있는 방수용 캐핑층을 사용하여 분포 브래그 반사기를 보호함으로써 고온 고습 환경하에서 높은 신뢰성을 갖는 발광 다이오드를 제공할 수 있다.

본 발명의 다른 장점 및 효과에 대해서는 상세한 설명을 통해 더 명확하게 될 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1의 절취선 A-A를 따라 취해진 단면도이다.
도 3은 하부 절연층의 일 예를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 3의 하부 절연층 내 분포 브래그 반사기의 일 예를 설명하기 위한 개략적인 그래프이다.
도 5는 도 4의 분포 브래그 반사기를 채택한 하부 절연층의 반사율을 설명하기 위한 시뮬레이션 그래프이다.
도 6은 하부 절연층의 또 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 7은 도 6의 하부 절연층 내 분포 브래그 반사기의 일 예를 설명하기 위한 개략적인 그래프이다.
도 8은 도 6의 분포 브래그 반사기를 채택한 하부 절연층의 반사율을 설명하기 위한 시뮬레이션 및 실제 측정 그래프이다.
도 9a 및 도 9b는 분포 브래그 반사기와 캐핑층을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 12는 도 11의 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 13은 도 11의 절취선 B-B를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도 14는 도 11의 절취선 C-C를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 적용한 조명 장치를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 적용한 디스플레이 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 적용한 디스플레이 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 헤드 램프에 적용한 예를 설명하기 위한 단면도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 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 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 또한, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에" 또는 "상에" 있다고 기재된 경우 각 부분이 다른 부분의 "바로 상부" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라 각 구성요소와 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 개재된 경우도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는, 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치하고, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 메사; 및 상기 메사 및 상기 메사 주위에 노출된 제1 도전형 반도체층의 적어도 일부를 덮으며, 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적 접속을 허용하기 위한 제1 개구부 및 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적 접속을 허용하기 위한 제2 개구부를 갖는 하부 절연층을 포함하고, 상기 활성층은 500nm 이하의 피크 파장을 갖는 광을 생성하고, 상기 하부 절연층은 분포 브래그 반사기를 포함하며, 상기 하부 절연층은 가시 영역의 파장 범위에서 연속적으로 90% 이상의 반사율을 나타내는 고반사 파장 대역을 가지며, 상기 고반사 파장 대역 내에서 상기 활성층에서 생성된 광의 피크 파장을 포함하는 제1 파장 영역에서의 반사율들이 554nm 내지 700nm 범위 내의 제2 파장 영역에서의 반사율들보다 높으며, 상기 제1 파장 영역은 554nm 보다 단파장 영역에 위치한다.

고반사 파장 대역 내에서 상대적으로 높은 반사율을 갖는 제1 파장 영역을 마련함으로써, 분포 브래그 반사기의 전체 두께를 감소시킬 수 있으며, 이에 따라, 신뢰성을 향상시킬 수 있는 발광 다이오드를 제공할 수 있다.

상기 하부 절연층은 상기 분포 브래그 반사기 상에 배치된 캐핑층을 더 포함할 수 있다.

몇몇 실시예들에 있어서, 상기 캐핑층은 SiO2를 포함하는 적어도 2종의 ㅅ사산화물의 혼합층을 포함할 수 있다. 여기서, 용어 "혼합층"은 두 종류 이상의 산화물이 서로 혼합된 층을 말한다. 예를 들어, SiO2층 내에 TiO2, SnO2, MgO 또는 ZnO 등의 산화물이 혼합될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 캐핑층은 SiO2-TiO2 혼합층을 포함할 수 있다. SiO2-TiO2 혼합층은 SiO2와 TiO2가 서로 혼합된 층을 의미하며, DBR 설계를 고려하여, SiO2-TiO2 혼합층 내에 TiO2가 무질서하게 약 1 내지 5 몰% 혼합될 수 있다. SiO2-TiO2 캐핑층은 방수 특성을 가지며, 따라서, 고온 고습 환경하에서 발광 다이오드의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

일 실시예에서, 상기 캐핑층은 상기 분포 브래그 반사기의 상면을 덮고 측면을 노출시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 캐핑층은 상기 분포 브래그 반사기의 상면 및 측면을 덮을 수 있다.

한편, 상기 하부 절연층은 420 내지 480nm의 파장 범위에서 98% 이상의 반사율을 가질 수 있으며, 554 내지 700nm의 파장 범위에서 90% 이상의 반사율을 가질 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 파장 영역은 420 내지 480nm 범위 내일 수 있으며, 상기 제1 파장 영역에서의 반사율들은 500 내지 700nm 범위 내의 파장들에서의 반사율들보다 높을 수 있다.

상기 발광 다이오드는, 상기 메사 상에 배치되고 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 투명한 도전성 산화물층; 상기 도전성 산화물층을 덮되, 상기 도전성 산화물층을 노출시키는 복수의 개구부들을 가지는 유전층; 및 상기 유전층 상에 배치되며, 상기 유전층의 개구부들을 통해 상기 도전성 산화물층에 접속하는 금속 반사층을 더 포함할 수 있으며, 상기 하부 절연층은 상기 금속 반사층 상에 배치되며, 상기 제1 개구부는 상기 제1 도전형 반도체층을 노출시키고, 상기 제2 개구부는 상기 금속 반사층을 노출시킬 수 있다.

나아가, 상기 발광 다이오드는, 상기 하부 절연층 상에 배치되며, 상기 하부 절연층의 제1 개구부를 통해 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속하는 제1 패드 금속층; 및 상기 하부 절연층 상에 배치되며, 상기 하부 절연층의 제2 개구부를 통해 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속하는 제2 패드 금속층을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 발광 다이오드는, 상기 제1 패드 금속층 및 상기 제2 패드 금속층을 덮되, 상기 제1 패드 금속층을 노출시키는 제1 개구부 및 상기 제2 패드 금속층을 노출시키는 제2 개구부를 포함하는 상부 절연층을 더 포함할 수 있다.

몇몇 실시예들에 있어서, 상기 상부 절연층은 SiO2-TiO2 혼합층을 포함할 수 있다.

또한, 상기 상부 절연층은 상기 하부 절연층의 측면을 덮을 수 있다.

상기 발광 다이오드는, 제1 범프 패드; 및 제2 범프 패드를 더 포함할 수 있으며, 상기 제1 범프 패드 및 제2 범프 패드는 각각 상기 상부 절연층의 제1 개구부 및 제2 개구부를 통해 상기 제1 패드 금속층 및 상기 제2 패드 금속층에 전기적으로 접속할 수 있다.

몇몇 실시예들에 있어서, 상기 발광 다이오드는, 기판; 및 상기 기판 상에 배치된 복수의 발광셀들을 더 포함할 수 있으며, 상기 발광셀들은 각각 상기 제1 도전형 반도체층 및 메사를 포함하고, 상기 하부 절연층은 상기 복수의 발광셀들을 덮되, 각 발광셀의 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층에 전기적 접속을 허용하기 위한 제1 개구부들 및 제2 개구부들을 가질 수 있다.

또한, 상기 하부 절연층은 상기 발광셀들 사이에 노출된 기판을 덮을 수 있다.

상기 발광 다이오드는 또한, 각 발광셀의 메사 상에 배치되어 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 투명한 도전성 산화물층; 각 발광셀 상의 상기 도전성 산화물층을 덮되, 상기 도전성 산화물층을 노출시키는 복수의 개구부들을 가지는 유전층; 및 각 발광셀 상의 상기 유전층 상에 배치되며, 상기 유전층의 개구부들을 통해 상기 도전성 산화물층에 접속하는 금속 반사층을 더 포함할 수 있으며, 상기 하부 절연층은 상기 금속 반사층들 상에 배치되며, 상기 제1 개구부들은 상기 제1 도전형 반도체층들을 노출시키고, 상기 제2 개구부들은 상기 금속 반사층들을 노출시킬 수 있다.

한편, 상기 유전층들은 서로 이격될 수 있으며, 각각의 유전층은 각 발광셀의 제1 도전형 반도체층의 상부 영역 내에 위치할 수 있다.

나아가, 상기 발광 다이오드는, 상기 발광셀들 중 어느 하나의 발광셀 상에 배치되어 상기 제1 개구부를 통해 제1 도전형 반도체층에 접속하는 제1 패드 금속층; 상기 발광셀들 중 또 다른 하나의 발광셀 상에 배치되어 상기 제2 개구부를 통해 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속하는 제2 패드 금속층; 및 이웃하는 발광셀들을 전기적으로 연결하는 연결 금속층을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드는, 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치하고, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 메사; 및 상기 메사 및 상기 메사 주위에 노출된 제1 도전형 반도체층의 적어도 일부를 덮으며, 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적 접속을 허용하기 위한 제1 개구부 및 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적 접속을 허용하기 위한 제2 개구부를 갖는 하부 절연층을 포함하고, 상기 하부 절연층은 분포 브래그 반사기 및 상기 분포 브래그 반사기 상에 배치된 캐핑층을 포함하며, 상기 캐핑층은 적어도 2종의 산화물의 혼합층을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 혼합층은 SiO2-TiO2 혼합층일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드는, 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치하고, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 메사; 상기 메사의 측면 및 상기 메사 주위에 노출된 제1 도전형 반도체층의 적어도 일부를 덮는 분포 브래그 반사기; 및 상기 제1 도전형 반도체층 상에서 상기 분포 브래그 반사기를 덮는 보호층을 포함하되, 상기 보호층은 적어도 2종의 산화물의 혼합층을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 혼합층은 SiO2-TiO2 혼합층일 수 있다.

상기 보호층은 상기 분포 브래그 반사기의 상면 전체를 덮을 수 있다. 예를 들어, 상기 보호층은 캐핑층일 수 있다.

몇몇 실시예들에 있어서, 상기 보호층은 상기 분포 브래그 반사기의 상면 일부와 측면을 덮을 수 있다. 예를 들어, 상기 보호층은 상부 절연층일 수 있다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 2는 도 1의 절취선 A-A를 따라 취해진 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 발광 다이오드는 기판(21), 제1 도전형 반도체층(23), 활성층(25), 제2 도전형 반도체층(27), 도전성 산화물층(28), 유전층(29), 금속 반사층(31), 하부 절연층(33), 제1 패드 금속층(35a), 제2 패드 금속층(35b)) 및 상부 절연층(37)을 포함한다. 나아가, 상기 발광 다이오드는 제1 범프 패드(39a) 및 제2 범프 패드(39b)를 더 포함할 수 있다.

상기 기판(21)은 질화갈륨계 반도체층을 성장시킬 수 있는 기판이면 특별히 제한되지 않는다. 기판(21)의 예로는 사파이어 기판, 질화갈륨 기판, SiC 기판 등 다양할 수 있으며, 패터닝된 사파이어 기판일 수 있다. 기판(21)은 평면도(a)에서 보듯이 직사각형 또는 정사각형의 외형을 가질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 기판(21)의 크기는 특별히 한정되는 것은 아니며 다양하게 선택될 수 있다.

제1 도전형 반도체층(23)은 기판(21) 상에 배치된다. 제1 도전형 반도체층(23)은 기판(21) 상에서 성장된 층으로, 질화갈륨계 반도체층일 수 있다. 제1 도전형 반도체층(23)은 불순물, 예컨대 Si이 도핑된 질화갈륨계 반도체층일 수 있다.

본 실시예에 있어서, 제1 도전형 반도체층(23)의 가장자리는 기판(21)의 가장자리와 나란하다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 도전형 반도체층(23)이 기판(21)의 가장자리로 둘러싸인 영역 내측에 위치할 수도 있다. 이 경우, 기판(21)의 상부면 중 일부 영역이 제1 도전형 반도체층(23)의 둘레를 따라 노출될 수 있다.

제1 도전형 반도체층(23) 상에 메사(M)가 배치된다. 메사(M)는 제1 도전형 반도체층(23)으로 둘러싸인 영역 내측에 한정되어 위치할 수 있으며, 따라서, 제1 도전형 반도체층(23)의 가장자리 근처 영역들은 메사(M)에 의해 덮이지 않고 외부에 노출될 수 있다.

메사(M)는 제2 도전형 반도체층(27)과 활성층(25)을 포함한다. 상기 활성층(25)은 제1 도전형 반도체층(23)과 제2 도전형 반도체층(27) 사이에 개재된다. 활성층(25)은 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조를 가질 수 있다. 활성층(25) 내에서 우물층의 조성 및 두께는 생성되는 광의 파장을 결정한다. 특히, 우물층의 조성을 조절함으로써 자외선, 청색광 또는 녹색광을 생성하는 활성층을 제공할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 활성층(25)은 특히 500nm 이하의 자외선 또는 청색광을 생성할 수 있으며, 나아가 400 내지 470nm 범위 내의 가시광을 생성할 수 있다.

한편, 제2 도전형 반도체층(27)은 p형 불순물, 예컨대 Mg이 도핑된 질화갈륨계 반도체층일 수 있다. 제2 도전형 반도체층(27)의 p형 불순물의 농도는 예컨대 8x10¹⁸~4x10²¹/cm³ 범위를 가질 수 있다. 특히, 제2 도전형 반도체층(27) 내의 p형 불순물 농도는 상기 범위 내에서 두께를 따라 변하는 농도 프로파일을 가질 수 있다.

한편, 제1 도전형 반도체층(23) 및 제2 도전형 반도체층(27)은 각각 단일층일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다중층일 수도 있으며, 초격자층을 포함할 수도 있다. 제1 도전형 반도체층(23), 활성층(25) 및 제2 도전형 반도체층(27)은 금속유기화학 기상 성장법(MOCVD) 또는 분자선 에피택시(MBE)와 같은 공지의 방법을 이용하여 챔버 내에서 기판(21) 상에 성장되어 형성될 수 있다.

한편, 상기 메사(M)에, 도 1에 도시된 바와 같이, 내부로 침투하는 만입부(30)가 형성될 수 있으며, 만입부(30)에 의해 제1 도전형 반도체층(23)의 상면이 노출될 수 있다. 만입부(30)는 메사(M)의 일측 가장자리로부터 그것에 대향하는 타측 가장자리를 향해 메사(M) 내부로 길게 형성될 수 있다. 만입부(30)의 길이는 특별히 한정되지 않으며, 메사(M) 길이의 1/2 또는 그보다 길 수도 있다. 또한, 도 1에 두 개의 만입부(30)가 도시되어 있으나, 만입부(30)의 개수는 1개일 수도 있고 세 개 이상일 수도 있다. 만입부(30)의 개수가 증가할수록 후술하는 제1 패드 금속층(35a)의 내부 접촉부(35a2)의 개수가 증가하여 전류 분산 성능이 개선된다.

한편, 만입부(30)는 끝 단부에서 폭이 넓어지면서 라운드 형상을 가진다. 만입부(30)의 끝 단부 형상을 이와 같이 함으로써 하부 절연층(33)을 유사한 형상으로 패터닝할 수 있다. 특히, 하부 절연층(33)이 분포 브래그 반사기를 포함하는 경우, 도 1과 같이 끝 단부에서 폭이 넓어지지 않으면 분포 브래그 반사기의 측벽에 심한 이중 단차가 형성되고, 측벽의 경사각이 커지기 때문에 제1 패드 금속층(35a)에 깨짐이 발생하기 쉽다. 따라서, 만입부(30)의 끝 단부 형상 및 하부 절연층(33)의 제1 개구부(33a2)의 끝 단부 형상을 본 실시예와 같이 함으로써 하부 절연층(33)의 가장자리가 완만한 경사각을 갖도록 형성할 수 있어 발광 다이오드의 수율을 개선할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 메사(M)에 만입부(30)가 형성된 것을 도시 및 설명하지만, 메사(M)는 만입부(30) 대신에 제2 도전형 반도체층(27) 및 활성층(25)을 관통하는 적어도 하나의 비아홀을 가질 수도 있다.

한편, 도전성 산화물층(28)은 메사(M) 상부에 배치되어 제2 도전형 반도체층(27)에 콘택한다. 도전성 산화물층(28)은 메사(M) 상부 영역에서 메사(M)의 거의 전 영역에 걸쳐 배치될 수 있다. 예를 들어, 도전성 산화물층(28)은 메사(M) 상부 영역의 80% 이상, 나아가 90% 이상을 덮을 수 있다.

도전성 산화물층(28)은 활성층(25)에 생성된 광을 투과하는 산화물층으로 형성된다. 도전성 산화물층(28)은 예컨대, ITO(인디움주석산화물) 또는 ZnO 등으로 형성될 수 있다. 도전성 산화물층(28)은 제2 도전형 반도체층(27)에 오믹 콘택하기에 충분한 두께로 형성되며, 예를 들어 3nm 내지 50nm 두께 범위 내에서, 구체적으로는, 6nm 내지 30nm의 두께 범위 내에서 형성될 수 있다. 도전성 산화물층(28)의 두께가 너무 얇으면 충분한 오믹 특성을 제공하지 못해 순방향 전압이 증가한다. 또한, 도전성 산화물층(28)의 두께가 너무 두꺼우면 광 흡수에 의한 손실이 발생해 발광 효율을 떨어뜨린다.

한편, 유전층(29)은 도전성 산화물층(28)을 덮는다. 나아가, 유전층(29)은 제2 도전형 반도체층(27) 및 활성층(25)의 측면을 덮을 수 있다. 유전층(29)의 가장자리는 하부 절연층(33)으로 덮일 수 있다. 따라서, 유전층(29)의 가장자리는 하부 절연층(33)의 가장자리에 비해 기판(21)의 가장자리로부터 더 멀리 위치한다. 이에 따라, 후술하듯이, 하부 절연층(33)의 일부는 메사(M) 주위에서 제1 도전형 반도체층(23)에 접할 수 있다. 더욱이, 유전층(29)은 제2 도전형 반도체층(27)의 상부 영역 내에 한정될 수 있으며, 하부 절연층(33)이 제2 도전형 반도체층(27) 및 활성층(25)의 측면에 접할 수도 있다.

유전층(29)은 도전성 산화물층(28)을 노출시키는 개구부들(29a)을 가진다. 복수의 개구부들(29a)이 도전성 산화물층(28) 상부에 배치될 수 있다. 개구부들(29a)은 금속 반사층(31)이 도전성 산화물층(28)에 접속할 수 있도록 접속 통로로 사용된다. 유전층(29)은 또한, 메사(M) 주위에서 제1 도전형 반도체층(23)을 노출시키며 만입부(30) 내에서 제1 도전형 반도체층(23)을 노출시킨다.

유전층(29)은 제2 도전형 반도체층(27) 및 도전성 산화물층(28)보다 낮은 굴절률을 가지는 절연 물질로 형성된다. 유전층(29)은 예컨대 SiO₂로 형성될 수 있다.

유전층(29)의 두께는 200nm 내지 1000nm 범위 내의 두께를 가질 수 있으며, 구체적으로 300nm 내지 800nm 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 유전층(29)의 두께가 200nm 미만일 경우, 순방향 전압이 높고 광 출력이 낮아 좋지 않다. 한편, 유전층(29) 두께가 400nm를 초과하면 광 출력이 포화되며, 순방향 전압이 다시 증가하는 경향을 보인다. 따라서, 유전층(29)의 두께는 1000nm를 초과하지 않는 것이 유리하고, 특히 800nm 이하일 수 있다.

한편, 금속 반사층(31)은 유전층(29) 상에 배치되어 개구부들(29a)을 통해 오믹 콘택층(28)에 접속한다. 금속 반사층(31)은 반사성 금속을 포함하며, 예컨대 Ag 또는 Ni/Ag를 포함할 수 있다. 나아가, 금속 반사층(32)은 반사 금속 물질층을 보호하기 위한 장벽층, 예컨대 Ni을 포함할 수 있으며, 또한, 금속층의 산화 방지를 위해 Au층을 포함할 수 있다. 나아가, Au층의 접착력을 향상시키기 위해, Au층 하부에 Ti층을 포함할 수도 있다. 금속 반사층(31)은 유전층(29)의 상면에 접하며, 따라서, 상기 유전층(29)의 두께는 도전성 산화물층(28)과 금속 반사층(31) 사이의 이격거리와 같다.

도전성 산화물층(28)으로 오믹 콘택을 형성하고, 유전층(29) 상에 금속 반사층(31)을 배치함으로써 솔더 등에 의해 오믹 저항이 높아지는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 도전성 산화물층(28), 유전층(29) 및 금속 반사층(31)을 제2 도전형 반도체층(27) 상에 배치함으로써 광의 반사율을 향상시킬 수 있어 발광 효율을 개선할 수 있다.

하부 절연층(33)은 메사(M) 및 금속 반사층(31)을 덮는다. 하부 절연층(33)은 또한 메사(M) 둘레를 따라 제1 도전형 반도체층(23)을 덮을 수 있으며, 메사(M) 내부의 만입부(30) 내에서 제1 도전형 반도체층(23)을 덮을 수 있다. 하부 절연층(33)은 특히 메사(M)의 측면을 덮는다. 하부 절연층(33)은 또한 유전층(29)을 덮을 수 있다.

한편, 하부 절연층(33)은 제1 도전형 반도체층을 노출시키는 제1 개구부(33a1, 33a2) 및 금속 반사층(31)을 노출시키는 제2 개구부(33b)를 가진다. 제1 개구부(33a1)는 메사(M) 둘레를 따라 제1 도전형 반도체층(23)을 노출시키며, 제1 개구부(33a2)는 상기 만입부(30) 내에서 제1 도전형 반도체층(23)을 노출시킨다. 만입부(30) 대신에 비아홀이 형성된 경우, 제1 개구부(33a2)는 비아홀 내에서 제1 도전형 반도체층(23)을 노출시킨다.

도 1에 도시한 바와 같이, 상기 제1 개구부(33a1)와 제1 개구부(33a2)는 서로 연결될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 개구부들(33a1, 33a2)은 서로 이격될 수도 있다.

본 실시예에서, 하부 절연층(33)의 제1 개구부(33a1)는 제1 도전형 반도체층(23)의 가장자리를 포함하여 그 주변 영역을 모두 노출하도록 형성된다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 하부 절연층(33)의 제1 개구부(33a1)가 메사(M)의 둘레를 따라 띠 형상으로 형성될 수도 있다. 이 경우, 제1 도전형 반도체층(23)의 가장자리는 하부 절연층(33)으로 덮이거나 하부 절연층(33)의 가장자리와 나란할 수 있다.

제2 개구부(33b)는 금속 반사층(31)을 노출시킨다. 복수의 제2 개구부들(33b)이 형성될 수 있으며, 이들 제2 개구부들(33b)은 상기 만입부(30)에 대향하여 기판(21)의 일측 가장자리 근처에 배치될 수 있다. 제2 개구부들(33b)의 위치에 대해서는 뒤에서 다시 설명된다.

한편, 하부 절연층(33)은 분포 브래그 반사기를 포함한다. 분포 브래그 반사기는 굴절률이 서로 다른 절연층들을 적층하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 분포 브래그 반사기는 실리콘질화막과 실리콘산화막을 교대로 반복 적층하여 형성될 수 있다. 하부 절연층(33)은 또한 캐핑층을 포함할 수 있다. 캐핑층은 분포 브래그 반사기의 상면을 덮어 분포 브래그 반사기를 보호하는 보호층으로 기능할 수 있다. 또한, 캐핑층은 분포 브래그 반사기 상에 배치되는 패드 금속층들(35a, 35b)의 접착력을 향상시킨다. 하부 절연층(33)의 구체적인 구조에 대해서는 도 3 내지 8을 참조하여 뒤에서 다시 설명한다.

한편, 제1 패드 금속층(35a)은 상기 하부 절연층(33) 상에 배치되며, 하부 절연층(33)에 의해 메사(M) 및 금속 반사층(31)으로부터 절연된다. 제1 패드 금속층(35a)은 하부 절연층(33)의 제1 개구부들(33a1, 33a2)을 통해 제1 도전형 반도체층(23)에 접촉한다. 제1 패드 금속층(35a)은 메사(M) 둘레를 따라 제1 도전형 반도체층(23)에 접촉하는 외부 접촉부(35a1) 및 상기 만입부(30) 또는 비아홀 내에서 제1 도전형 반도체층(23)에 접촉하는 내부 접촉부(35a2)를 포함할 수 있다. 외부 접촉부(35a1)는 메사(M) 둘레를 따라 기판(21)의 가장자리 근처에서 제1 도전형 반도체층(23)에 접촉하며, 내부 접촉부(35a2)는 외부 접촉부(35a1)로 둘러싸인 영역 내부에서 제1 도전형 반도체층(23)에 접촉한다. 외부 접촉부(35a1)와 내부 접촉부(35a2)는 서로 연결될 수도 있으나, 이에 한정되지 않으며, 서로 이격될 수도 있다. 또한, 외부 접촉부(35a1)는 메사(M) 둘레를 따라 연속적으로 제1 도전형 반도체층(23)에 접촉할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 외부 접촉부들(35a1)이 서로 이격되어 배치될 수도 있다.

한편, 제2 패드 금속층(35b)은 하부 절연층(33) 상에서 메사(M) 상부 영역에 배치되며, 하부 절연층(33)의 제2 개구부(33b)를 통해 금속 반사층(31)에 전기적으로 접속된다. 제2 패드 금속층(35b)은 제1 패드 금속층(35a)으로 둘러싸일 수 있으며, 이들 사이에 경계 영역(35ab)이 형성될 수 있다. 경계 영역(35ab)에 하부 절연층(33)이 노출되며, 이 경계 영역(35ab)은 후술하는 상부 절연층(37)으로 덮인다.

제1 패드 금속층(35a)과 제2 패드 금속층(35b)은 동일 공정에서 동일 재료로 함께 형성될 수 있다. 제1 및 제2 패드 금속층(35a, 35b)은 Al층과 같은 오믹 반사층을 포함할 수 있으며, 오믹 반사층은 Ti, Cr 또는 Ni 등의 접착층 상에 형성될 수 있다. 또한, 상기 오믹 반사층 상에 Ni, Cr, Au 등의 단층 또는 복합층 구조의 보호층이 형성될 수 있다. 제1 및 제2 패드 금속층(35a, 35b)은 예컨대, Cr/Al/Ni/Ti/Ni/Ti/Au/Ti의 다층 구조를 가질 수 있다.

상부 절연층(37)은 제1 및 제2 패드 금속층(35a, 35b)을 덮는다. 또한, 상부 절연층(37)은 메사(M) 둘레를 따라 제1 도전형 반도체층(23)을 덮을 수 있다. 본 실시예에서, 상부 절연층(37)은 기판(21)의 가장자리를 따라 제1 도전형 반도체층(23)을 노출시킬 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상부 절연층(37)이 제1 도전형 반도체층(23)을 모두 덮을 수도 있으며, 기판(21)의 가장자리와 나란할 수도 있다.

한편, 상부 절연층(37)은 제1 패드 금속층(35a)을 노출시키는 제1 개구부(37a) 및 제2 패드 금속층(35b)을 노출시키는 제2 개구부(37b)를 가진다. 제1 개구부(37a) 및 제2 개구부(37b)는 메사(M) 상부 영역에 배치될 수 있으며, 서로 대향하도록 배치될 수 있다. 특히, 제1 개구부(37a) 및 제2 개구부(37b)는 메사(M)의 양측 가장자리에 근접하여 배치될 수 있다.

상부 절연층(37)은 SiO₂ 또는 Si₃N₄의 단일층으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, SiO2-TiO2 혼합층 또는 MgF2층을 포함할 수도 있다. SiO2-TiO2 혼합층이나 MgF2층은 방수 특성이 우수하여 발광 다이오드의 고온 고습 환경에서의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상부 절연층(37)은 실리콘질화막과 실리콘산화막을 포함하는 다층 구조를 가질 수도 있으며, 실리콘산화막과 타이타늄산화막을 교대로 적층한 분포브래그 반사기를 포함할 수도 있다.

한편, 제1 범프 패드(39a)는 상부 절연층(37)의 제1 개구부(37a)를 통해 노출된 제1 패드 금속층(35a)에 전기적으로 접촉하고, 제2 범프 패드(39b)는 제2 개구부(37b)를 통해 노출된 제2 패드 금속층(35b)에 전기적으로 접촉한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 제1 범프 패드(39a)는 상부 절연층(37)의 제1 개구부(37a) 내에 배치되고, 제2 범프 패드(39b)는 상부 절연층(37)의 제2 개구부(37b) 내에 배치될 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 범프 패드(39a) 및 제2 범프 패드(39b)가 각각 제1 개구부(37a) 및 제2 개구부(37b)를 모두 덮어 밀봉할 수도 있다. 또한, 상기 제2 범프 패드(39b)는 하부 절연층(33)의 제2 개구부(33b)의 상부 영역을 덮을 수 있다. 제2 범프 패드(39b)는 하부 절연층(33)의 제2 개구부(33b)들 모두를 덮을 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 개구부들(33b) 중 일부는 제2 범프 패드(39b)의 외부에 위치할 수도 있다.

또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 제2 범프 패드(39b)는 제2 패드 금속층(35a)의 상부 영역 내에 한정되어 위치할 수도 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 범프 패드(39b)의 일부가 제1 패드 금속층(35a)과 중첩할 수도 있다. 다만, 상부 절연층(37)이 제1 패드 금속층(35a)과 제2 범프 패드(39b) 사이에 배치되어 이들을 절연시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 종래의 오믹 반사층 대신에 도전성 산화물층(28), 유전층(29) 및 금속 반사층(31)의 반사 구조가 사용된다. 이에 따라, 솔더 등의 본딩재가 콘택 영역으로 침투하는 것을 차단할 수 있으며, 안정한 오믹 콘택 저항을 확보하여 발광 다이오드의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 더욱이, 유전층(29)의 두께를 300nm 이상으로 함으로써 높은 광 출력 및 낮은 순방향 전압을 달성할 수 있다.

도 3은 하부 절연층(33)의 일 예를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 4는 도 3의 하부 절연층 내 분포 브래그 반사기의 일 예를 설명하기 위한 개략적인 그래프이며, 도 5는 도 4의 분포 브래그 반사기를 채택한 하부 절연층의 반사율을 설명하기 위한 시뮬레이션 그래프이다.

우선, 도 3을 참조하면, 하부 절연층(33)은 제1 굴절률을 갖는 제1 절연층(33a)과 제2 굴절률을 갖는 제2 절연층(33b)의 복수 쌍을 포함하는 분포 브래그 반사기(133a)와 캐핑층(33c)을 포함할 수 있다.

제1 절연층(33a)은 제2 절연층(33b)에 비해 낮은 굴절률을 가질 수 있으며, 예를 들어, 실리콘 산화막(굴절률: 약 1.47)으로 형성될 수 있다. 제2 절연층(33b)은 예를 들어, 티타늄 산화막(굴절률: 약 2.39)으로 형성될 수 있다.

제1 절연층(33a)과 제2 절연층(33b)은, 도 4에 도시한 바와 같이, 예를 들어 12쌍 형성될 수 있고, 분포 브래그 반사기 내의 제1 절연층들(33a)은 서로 두께가 다르며, 제2 절연층들(33b)도 서로 두께가 다를 수 있다.

특히, 제1 절연층들(33a)과 제2 절연층들(33b)의 두께를 조절함으로써 분포 브래그 반사기의 전체 두께를 감소시키면서도 상대적으로 광 효율이 높은 발광 다이오드를 제공할 수 있다.

예를 들어, 제1 절연층들(33a)과 제2 절연층들(33b)은 활성층(25)에서 생성된 광의 피크 파장을 포함하는 제1 파장 영역에서 상대적으로 높은 반사율을 나타내며, 제1 파장 영역보다 장파장의 영역에서 상대적으로 낮은 반사율을 나타내도록 형성될 수 있다. 도 4는 제1 절연층들(33a)과 제2 절연층들(33b)의 층 순서에 따른 광학 두께의 일 예를 보여준다. 여기서, 중심 파장(λ)은 가시 영역을 고려하여 554nm로 하였다.

도 4에 도시되듯이, 제1 절연층들(33a)과 제2 절연층들(33b)의 광학 두께는 서로 다르며, 특히, 분포 브래그 반사기의 하부 영역에 위치하는 층들(예컨대 1~10번째 층들)은 상부 영역에 위치하는 층들(예컨대 11~24번째 층들)에 비해 두께 편차가 크다. 예를 들어, 하부 영역에 위치하는 층들은 0.3λ 이상의 광학 두께를 갖는 층들 및 0.25λ 이하의 광학 두께를 갖는 층들을 포함한다. 이에 반해, 상부 영역에 위치하는 층들은 대체로 0.25λ 이하의 두께를 갖는다.

또한, 본 실시예에서, 0.25λ 이하의 광학 두께를 갖는 층들이 그 이상의 광학 두께를 갖는 층들에 비해 더 많을 수 있다. 이에 따라, 분포 브래그 반사기의 스탑 밴드 내에서 반사율이 서로 다른 파장 대역들을 형성할 수 있으며, 상대적으로 단파장 영역에서 더 높은 반사율을 갖도록 할 수 있다.

한편, 캐핑층(33c)은 제1 절연층(33a)과 동일한 재료, 예를 들어 SiO2층으로 형성될 수 있다. 그러나 캐핑층(33c)에 SiO2에 한정되는 것은 아니다. 캐핑층(33c)은 SiO2를 포함하는 적어도 2종의 산화물의 혼합층일 수 있다. 혼합층의 예로는, SiO2-TiO2, SiO2-SnO2 또는 SiO2-ZnO 등을 들 수 있다. 특히, 도 6은 캐핑층(33d)이 SiO2-TiO2 혼합층 또는 MgF2층인 것을 도시하며, 이에 대해서는 뒤에서 다시 설명한다.

도 5는 도 4의 광학 두께를 갖는 분포 브래그 반사기와 SiO2 캐핑층(33c)을 포함하는 하부 절연층(33)의 반사율을 설명하기 위한 시뮬레이션 그래프이다. 여기에, 종래 가시 영역의 넓은 파장영역에 걸쳐 높은 반사율을 갖도록 형성한 분포 브래그 반사기를 포함하는 하부 절연층의 시뮬레이션 그래프를 점선으로 함께 도시하였으며, 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이션 그래프를 실선으로 표시하였다. 시뮬레이션은 글래스 기판(n: 약 1.52)에 제1 절연층들(33a) 및 제2 절연층들(33b)을 교대로 적층하고 마지막으로 SiO2 캐핑층(33c)을 약 120nm 두께로 형성한 후, 글래스 기판 쪽에서의 반사율을 나타내도록 수행되었다.

도 5를 참조하면, 종래의 분포 브래그 반사기를 포함하는 하부 절연층은 스탑 밴드 영역 내에서 대체로 높은 반사율을 나타내며, 스탑 밴드에 몇 개의 리플들이 관찰되지만 대체로 일정한 반사율을 나타낸다. 이에 반해, 본 발명의 특정 실시예들에 따른 하부 절연층(33)은 스탑 밴드 내에서 상대적으로 높은 반사율을 나타내는 제1 파장 영역과 이보다 상대적으로 낮은 반사율을 나타내는 제2 파장 영역으로 구분되는 것을 알 수 있다.

여기서, 본 발명은 스탑 밴드를 정의하기 어려우므로 본 발명을 설명하기 위해 스탑 밴드와 유사한 "고반사 파장 대역"(high reflection wavelength band)을 도입한다. 본 명세서에서 "고반사 파장 대역"은 연속적으로 90% 이상의 반사율을 나타내는 파장 대역으로 정의된다. 이에 따르면, 종래 기술에 따른 하부 절연층의 고반사 파장 대역은 약 420nm 내지 750nm 사이의 영역이며, 본 발명의 일 예에 따른 고반사 파장 대역은 약 400nm 내지 700nm 사이의 영역이다.

제1 절연층(33a) 및 제2 절연층(33b)과 캐핑층(33c)의 재료 및 두께를 조절함으로써, 고반사 파장 대역은 가시 영역의 넓은 파장 영역을 포함하도록 조절될 수 있다.

한편, 종래의 하부 절연층은 고반사 파장 대역 내에서 중심 파장에 대해 대략 대칭적인 형상을 갖는 반사율을 나타내지만, 본 발명의 실시예들에 따른 하부 절연층(33)은 중심 파장에 대해 뚜렷하게 비대칭적인 반사율을 나타낸다. 즉, 본 발명의 실시예들에 따른 하부 절연층(33)은 고반사 파장 대역 내에서 중심 파장보다 단파장 쪽에 다른 파장 영역에 비해 상대적으로 높은 반사율을 나타내는 제1 파장 영역을 포함한다. 도 5에서 제1 파장 영역은 약 420 내지 480nm의 파장 범위일 수 있으며, 이 범위에서 98% 이상의 반사율을 나타내며, 500 내지 700nm의 파장 범위에서 90% 이상의 반사율을 갖는다.

본 실시예에서, 420 내지 480nm의 파장 범위에서 상대적으로 높은 반사율을 갖도록 한 것은 활성층(25)에서 방출되는 광의 피크 파장을 약 450nm로 가정했을 때, 활성층(25)에서 방출된 광에 대해 높은 반사율을 확보하기 위한 것이다. 따라서, 98% 이상의 반사율을 나타내는 제1 파장 영역은 활성층(25)에서 생성되는 광의 파장을 고려하여 변경될 수 있다.

한편, 고반사 파장 대역 내에서 상대적으로 낮은 반사율을 나타내는 파장 범위도 500 내지 700nm에 한정되는 것은 아니며, 다른 파장 범위로 변경될 수 있다. 다만, 중심 파장인 554nm 이상의 가시 영역은 제1 파장 영역에 비해 상대적으로 낮은 반사율을 갖도록 설정할 수 있다. 또한, 제1 파장 영역은 중심 파장인 554nm보다 단파장 영역에 한정될 수 있다.

고반사 파장 대역 내에서, 제1 파장 영역을 상대적으로 높은 반사율을 갖도록 하고 그 외의 영역을 상대적으로 낮은 반사율을 갖도록 함으로써, 분포 브래그 반사기(133a)의 전체 두께를 감소시키면서도 발광 다이오드의 광 손실을 방지할 수 있다. 나아가, 분포 브래그 반사기(133a)의 두께를 감소시킴으로써 발광 다이오드 내 하부 절연층(33)의 두께를 감소시킬 수 있어 공정 안정성 및 신뢰성을 확보할 수 있다.

한편, 도 5는 시뮬레이션 그래프를 나타내며, 실제 측정한 반사율은 시뮬레이션과는 약간의 차이를 보일 수 있다. 그럼에도 불구하고, 하부 절연층(33)은 고반사 파장 대역 내에서 중심 파장보다 단파장 쪽에 상대적으로 높은 반사율을 나타내는 제1 파장 영역을 포함할 것이다.

도 6은 하부 절연층의 또 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 7은 도 6의 하부 절연층 내 분포 브래그 반사기의 일 예를 설명하기 위한 개략적인 그래프이고, 도 8은 도 6의 분포 브래그 반사기를 채택한 하부 절연층의 반사율을 설명하기 위한 시뮬레이션 및 실제 측정 그래프이다.

도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 하부 절연층(33')은 도 3의 하부 절연층(33)과 대체로 유사하나, 캐핑층(33d)이 수분 침투를 방지하기 위한 방수용 캐핑층인 것에 차이가 있다. 캐핑층(33d)은 예를 들어 SiO2-TiO2 혼합층 또는 MgF2층을 포함할 수 있다.

SiO2-TiO2 혼합층 또는 MgF2층은 소수성 특성을 가지며, 따라서 수분이 분포 브래그 반사기(133b)로 침투하는 것을 방지한다. TiO2층을 포함하는 분포 브래그 반사기(133b) 내로 수분이 침투할 경우, 수분에 취약한 TiO2층에 기인하여 분포 브래그 반사기의 반사율이 급격히 나빠질 수 있으며, 나아가, 하부 절연층을 통한 전기적 단락이 발생하여 소자 불량을 초래할 수 있다. 방수 캐핑층(33d)을 채택함으로써 분포 브래그 반사기(133b)를 보호할 수 있어 고습 환경하에서 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

SiO2-TiO2 혼합층은 SiO2 타겟과 TiO2 타겟을 동시에 사용하거나 SiO2 산화물과 TiO2 산화물을 혼합한 타겟을 사용하여 전자빔 증착 기술을 사용하여 형성될 수 있으며, DBR의 설계를 고려하여 SiO2-TiO2 혼합층 내 TiO2의 함량은 전체 혼합층에 대해 약 1~5 몰%일 수 있다. 캐핑층(33d)은 100nm 이상의 두께를 가질 수 있으며, 200nm 이상, 나아가 300nm 이상의 두께를 가질 수 있다. 다만, 캐핑층(33d)의 두께 증가는 하부 절연층(33')의 두께 증가로 이어지므로, 캐핑층(33d)의 두께는 예를 들어 약 400nm 이하로 제한될 수 있다.

한편, 분포 브래그 반사기(133b)는 분포 브래그 반사기(133a)와 동일한 층 구조를 가질 수 있으나, 캐핑층(33d)이 SiO2-TiO2 혼합층으로 형성됨에 따라, 캐핑층(33d) 바로 아래의 절연층이 제1 절연층(33a)일 수 있으며, 제1 절연층들(33a) 및 제2 절연층들(33b)의 두께가 캐핑층(33d)에 적합하게 변경될 수도 있다. 도 7은 본포 브래그 반사기(133b)의 각 절연층들(33a, 33b)의 광학 두께를 나타낸다.

도 7을 참조하면, 제1 절연층들(33a) 및 제2 절연층들(33b)의 각각의 두께는 도 4를 참조하여 설명한 두께와 다른 값을 나타내지만, 전체적인 구성은 대체로 유사하다. 즉, 제1 절연층들(33a)과 제2 절연층들(33b)의 광학 두께는 서로 다르며, 특히, 분포 브래그 반사기(133b)의 하부 영역에 위치하는 층들(예컨대 1~9번째 층들)은 상부 영역에 위치하는 층들(예컨대 10~23번째 층들)에 비해 두께 편차가 크다. 예를 들어, 하부 영역에 위치하는 층들은 0.3λ 이상의 광학 두께를 갖는 층들 및 0.25λ 이하의 광학 두께를 갖는 층들을 포함한다. 이에 반해, 상부 영역에 위치하는 층들은 대체로 0.25λ 이하의 두께를 갖는다. 또한, 본 실시예에서, 0.25λ 이하의 광학 두께를 갖는 층들이 그 이상의 광학 두께를 갖는 층들에 비해 더 많을 수 있다. 이에 따라, 분포 브래그 반사기의 스탑 밴드 내에서 반사율이 서로 다른 파장 대역들을 형성할 수 있으며, 상대적으로 단파장 영역에서 더 높은 반사율을 갖도록 할 수 있다.

한편, 도 7의 경우, 캐핑층(33d)을 제1 절연층(33a) 상에 형성함에 따라 분포 브래그 반사기(133a)의 층수에서 제2 절연층(33b) 하나가 생략되어 전체 층수가 감소하였다.

도 8은 도 7의 광학 두께들을 갖는 분포 브래그 반사기(133b)와 캐핑층(33d)으로 약 300nm의 SiO2-TiO2 혼합층으로 형성된 캐핑층(33d)을 포함하는 하부 절연층(33')의 반사율을 설명하기 위한 시뮬레이션 그래프(실선) 및 실제 측정한 그래프(점선)를 나타낸다.

시뮬레이션은 글래스 기판(n: 약 1.52)에 제1 절연층들(33a) 및 제2 절연층들(33b)을 교대로 적층하고 마지막으로 캐핑층(33d)으로 SiO2-TiO2 혼합층(n; 약 1.51)을 약 300nm 두께로 형성한 후, 글래스 기판 쪽에서의 반사율을 나타내도록 수행되었다. 실제 측정도 글래스 기판에 하부 절연층(33')을 형성한 후, 글래스 기판쪽에서 수행되었다.

우선, 시뮬레이션 그래프(실선)를 보면, 반사율이 90% 이상인 고반사 파장 대역 중 약 405nm 내지 약 485nm 범위에서 상대적으로 높은 반사율을 나타내며, 약 500 내지 700nm 범위에서 상대적으로 낮은 반사율을 나타낸다. 고반사율을 나타내는 제1 파장 영역은 554nm보다 단파장 영역에 위치하며, 554nm 내지 700nm의 파장 영역은 제1 파장 영역에 비해 상대적으로 낮은 반사율을 나타낸다.

한편, 실제 측정 그래프(점선)를 보면, 시뮬레이션 그래프에 비해 고반사율 영역과 저반사율 영역의 경계가 모호하긴 하지만, 시뮬레이션 그래프와 유사하게 고반사율 영역과 저반사율 영역이 구분되는 것을 알 수 있다.

실제 측정 그래프에서, 약 420 내지 500nm 영역에서 상대적으로 높은 반사율을 나타내며, 약 520 내지 700nm 영역에서 상대적으로 낮은 반사율을 나타낸다. 즉, 활성층(25)에서 생성된 광의 피크 파장(예컨대 450nm)을 포함하는 제1 파장 영역의 반사율은 중심파장인 554nm 이상의 가시 영역의 반사율보다 높다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 분포 브래그 반사기(133a, 133b)가 중심 파장보다 단파장 영역의 특정 가시 영역에서 상대적으로 높은 반사율을 나타내므로, 분포 브래그 반사기 전체의 두께를 크게 할 필요가 없어 하부 절연층(33, 33')의 두께를 감소시킬 수 있다.

나아가, 캐핑층(33d)을 SiO2-TiO2 혼합층이나 MgF2층으로 형성함으로써 하부 절연층(33')이 수분 침투를 방지할 수 있어 고온 고습 환경하에서 발광 다이오드의 신뢰성을 향상시킨다.

한편, 본 실시예에서, 하부 절연층(33')이 분포 브래그 반사기(133b)와 캐핑층(33d)를 포함하는 것에 대해 설명하지만, 고온 고습 환경하에서 발광 다이오드의 신뢰성은 캐핑층(33d)에 의해 달성되므로, 종래의 분포 브래그 반사기에 캐핑층(33d)을 적용할 수도 있다.

도 9A 및 도 9B는 분포 브래그 반사기(133b)와 캐핑층(33d)을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.

도 9A를 참조하면, 캐핑층(33d)은 분포 브래그 반사기(133b) 상에 위치하며, 분포 브래그 반사기(133b)의 상면 전체를 덮을 수 있다. 캐핑층(33d)은 분포 브래그 반사기(133b)를 증착한 후 연속적으로 증착될 수 있으며, 분포 브래그 반사기(133b)와 함께 패터닝될 수 있다. 이에 따라, 캐핑층(33d)은 분포 브래그 반사기(133b)의 측면을 노출시킨다.

도 9B를 참조하면, 본 실시예에서, 캐핑층(33d)은 분포 브래그 반사기(133b)의 상면과 함께 측면을 덮는다. 분포 브래그 반사기(133b)를 먼저 패터닝한 후, 패터닝된 분포 브래그 반사기(133b) 상에 캐핑층(33d)을 형성함으로써 도 9B와 같은 구조의 하부 절연층이 제공될 수 있다. 이에 따라, 캐핑층(33d)은 분포 브래그 반사기(133b)의 상면 뿐만아니라 측면을 보호할 수 있다.

본 발명의 실시예들에서, 캐핑층(33d)이 분포 브래그 반사기(133b)를 보호하는 것으로 설명하지만, 앞서 설명한 상부 절연층(37)이 분포 브래그 반사기(133b)의 상면 및 측면을 덮어 분포 브래그 반사기(133b)를 보호할 수도 있다. 더욱이, 상부 절연층(37)이 SiO2-TiO2 혼합층이나 MgF2층으로 형성될 수 있으며, 캐핑층(33d)은 생략될 수 있다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 10은 기판(21)의 가장자리 부분을 확대 도시한 단면도이다.

도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 다이오드는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 발광 다이오드와 대체로 유사하나, 상부 절연층(37)이 하부 절연층(33)의 측면을 덮는 것에 차이가 있다.

도시한 바와 같이, 제1 도전형 반도체층(23)은 기판(21)의 가장자리 부분을 노출시키도록 형성될 수 있다.

하부 절연층(33)은 제1 도전형 반도체층(23)의 측면을 덮을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 하부 절연층(33)의 가장자리는 제1 도전형 반도체층(23) 상에 위치할 수도 있다. 하부 절연층(33)의 가장자리는 제1 패드 금속층(35a)의 바깥쪽에 위치할 수 있다. 도시한 바와 같이, 외부 접촉부(35a1)는 하부 절연층(33)의 개구부(33a1) 내에 위치할 수 있다.

상부 절연층(37)은 하부 절연층(33)의 측면에 접하며, 나아가 하부 절연층(33)의 상면 일부에 접할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 하부 절연층(33)은 도 3 또는 도 6을 참조하여 설명한 것과 동일할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 종래 기술에 따른 분포 브래그 반사기를 포함하는 것(예를 들어, 도 5에 점선으로 도시된 반사율을 나타내는 하부 절연층)일 수도 있다.

한편, 하부 절연층(33)이 종래 기술에 따른 분포 브래그 반사기를 포함하는 경우, 상부 절연층(37)은 SiO2-TiO2 혼합층 또는 MgF2층으로 형성될 수 있으며, 이에 따라, 분포 브래그 반사기 내로 수분이 침투하는 것을 방지할 수 있다.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 12는 도 11의 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 회로도이며, 도 13은 도 11의 절취선 B-B를 따라 취해진 개략적인 단면도이고, 도 14는 도 11의 절취선 C-C를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.

도 11 내지 도 14를 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 다이오드는 앞서 설명한 실시예들과 대체로 유사하나, 기판(21) 상에 복수의 발광셀들(C1, C2, C3, C4)이 배열된 것에 차이가 있다. 이들 발광셀들(C1, C2, C3, C4)은 도 12에 도시한 바와 같이 제1 범프 패드(39a)와 제2 범프 패드(39b) 사이에서 직렬 연결될 수 있다.

제1 내지 제4 발광셀들(C1, C2, C3, C4)은 기판(21) 상에 배치된다. 제1 내지 제4 발광셀들(C1, C2, C3, C4)은 기판(21)을 노출시키는 분리 영역에 의해 서로 이격된다. 발광셀들 사이의 영역에서 기판(21)의 상면이 노출될 수 있다.

본 실시예에서, 제1 및 제2 발광셀들(C1, C2)이 아래에 배치되고, 제3 및 제4 발광셀들(C3, C4)이 위쪽에 배치된 것으로 도시하지만, 제1 내지 제4 발광셀들(C1, C2, C3, C4)는 다양한 방식으로 배열될 수 있다. 또한, 본 실시예에서, 4개의 발광셀들이 기판(21) 상에 배열된 것에 대해 도시 및 설명하지만, 발광셀들의 개수는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 기판(21) 상에 2개의 발광셀들이 배치될 수도 있고, 7개의 발광셀들이 배치될 수도 있다.

각 발광셀은 제1 도전형 반도체층(23) 및 메사(M)를 포함한다. 제1 도전형 반도체층(23) 및 메사(M)는 앞서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같으므로 중복을 피하기 위해 동일한 사항에 대한 상세한 설명은 생략한다.

메사(M)는 제1 도전형 반도체층(23)으로 둘러싸인 영역 내측에 한정되어 위치할 수 있으며, 따라서, 제1 도전형 반도체층(23)의 외측면들에 인접한 가장자리 근처 영역들은 메사(M)에 의해 덮이지 않고 외부에 노출된다.

본 실시예에서, 각 메사(M)는 비아들(27a)을 포함할 수 있으며, 비아(27a) 내에서 제1 도전형 반도체층(23)이 노출된다.

한편, 각 메사(M) 상에 도전성 산화물층(28)이 배치되고, 유전층들(29)은 각각 발광셀(C1, C2, C3, C4) 상의 도전성 산화물층(28) 및 메사(M)를 덮는다. 도전성 산화물층(28)은 제2 도전형 반도체층(27)에 오믹 콘택한다. 도전성 산화물층(28)은 메사(M) 상부 영역에서 메사(M)의 거의 전 영역에 걸쳐 배치될 수 있다. 다만, 도전성 산화물층(28)은 메사(M)의 가장자리로부터 이격될 수 있다.

유전층(29)은 메사(M) 상부 영역 및 측면을 덮으며, 메사(M) 주위에 노출된 제1 도전형 반도체층을 덮을 수 있다. 유전층(29)은 또한 도전성 산화물층(28)을 노출시키는 개구부들(29a)을 가진다. 유전층(29)은 제1 도전형 반도체층(23)의 상부 영역 내에 위치하며, 따라서, 서로 다른 발광셀들 상의 유전층들(29)은 서로 이격될 수 있다. 그러나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 인접한 발광셀들 상의 유전층들이 서로 연결될 수도 있다.

금속 반사층(31)은 유전층(29) 상에 배치되며, 유전층(29)의 개구부들(29a)을 통해 도전성 산화물층(28)에 접속한다. 금속 반사층(31)은 각 발광셀(C1, C2, C3, C4)의 메사(M) 상부 영역 내에 배치된다.

하부 절연층(33)은 메사들(M)을 덮으며 금속 반사층(31) 및 유전층(29)을 덮는다. 하부 절연층(33)은 또한, 유전층(29) 외부에 노출된 제1 도전형 반도체층(23) 및 기판(21)을 덮는다. 기판(21)이 패터닝된 사파이어 기판인 경우, 하부 절연층(33)은 기판(21) 상의 돌출부들의 형상을 따라 형성될 수 있다.

하부 절연층(33)의 가장자리는 도시한 바와 같이, 각 발광셀의 제1 도전형 반도체층(23) 상에 위치할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아이며, 제1 도전형 반도체층(23)의 측면을 덮고 기판(21) 상에 위치할 수도 있다.

하부 절연층(33)은 각 메사(M)의 비아들(27a) 내에서 제1 도전형 반도체층(23)을 노출시키는 제1 개구부들(33a)을 가지며, 또한, 제1 발광셀(C1) 상에서 금속 반사층(31)을 노출시키는 제2 개구부(33b1) 및 제2 내지 제3 발광셀들(C2, C3, C4) 상에서 금속 반사층(31)을 노출시키는 제2 개구부들(33b2)을 가진다.

본 실시예에서, 하부 절연층(33)은 메사(M) 주위의 제1 도전형 반도체층(23)을 노출시키는 개구부를 포함하지 않는다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 하부 절연층(33)이 메사 주위의 제1 도전형 반동체층(23)을 노출시키는 개구부를 포함할 수도 있다.

제2 개구부(33b1)는 제1 발광셀(C1) 상에 배치되며, 제2 개구부들(33b2)은 발광셀들의 분리 영역 근처에서 각 발광셀들의 금속 반사층(31)을 노출시킨다. 제2 개구부들(33b2)은 대체로 분리 영역을 따라 기다란 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형상을 가질 수 있다.

한편, 제2 개구부(33b1)는 제1 발광셀(C1) 상에 위치하며, 제2 범프 패드(39b) 하부 영역 내에 위치할 수 있다. 그러나 다른 실시예에서, 제2 개구부(33b1)는 제1 발광셀(C1) 상에서 제2 범프 패드(39b)로부터 수평 방향으로 이격되어 배치될 수도 있다.

한편, 제1 패드 금속층(35a), 제2 패드 금속층(35b) 및 연결 금속층(35c)이 하부 절연층(33) 상에 배치된다.

제1 패드 금속층(35a)은 제4 발광셀(C4) 상에 배치되며, 메사(M)의 비아들(27a) 내에 노출된 제1 도전형 반도체층(23)에 오믹 콘택한다. 본 실시예에서는, 비아들(27a) 내에 내부 접촉부들이 형성되는 것을 도시하지만, 메사(M) 주위에 외부 접촉부들이 형성될 수도 있다. 다만, 제1 패드 금속층(35a)을 메사(M)의 상부 영역 내에 배치함으로써 기판(21)의 가장자리로부터 멀리 이격시킬 수 있으며, 이에 따라, 제1 패드 금속층(35a)이 기판(21)의 측면측으로부터 진입하는 수분에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.

제2 패드 금속층(35b)은 제1 발광셀(C1) 상에 배치되며, 제2 개구부(33b1)를 통해 금속 반사층(31)에 전기적으로 접속할 수 있다. 이에 따라, 제2 패드 금속층(35b)은 제1 발광셀(C1)의 제2 도전형 반도체층(27)에 전기적으로 접속한다.

제2 패드 금속층(35b)은 메사(M) 상에 위치하며, 제1 도전형 반도체층(23)으로부터 절연된다. 나아가, 제2 패드 금속층(35b)은 제1 발광셀(C1) 상의 메사(M)의 측면들로부터 이격될 수 있다. 이에 따라, 제2 패드 금속층(35b)이 기판(21)의 측면측으로부터 진입하는 수분에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 연결 금속층들(35c)은 이웃하는 발광셀들을 서로 직렬 연결한다. 연결 금속층들(35c)은 하부 절연층(33)의 제1 개구부(33a) 및 제2 개구부(33b2)를 통해 이웃하는 발광셀들의 제1 도전형 반도체층(23) 및 제2 도전형 반도체층(27)에 전기적으로 접속할 수 있다. 예를 들어, 하나의 연결 금속층(35c)은 제1 발광셀(C1) 내의 제1 도전형 반도체층(23)에 전기적으로 접속함과 아울러, 제2 발광셀(C2) 상의 금속 반사층(31)에 전기적으로 접속할 수 있다. 이에 따라, 제1 발광셀(C1)과 제2 발광셀(C2)이 연결 금속층(33c)을 통해 서로 직렬 연결된다. 이와 같이, 제2 발광셀(C2)과 제3 발광셀(C3)이 연결 금속층(35c)을 통해 직렬 연결될 수 있으며, 제3 발광셀(C3)과 제4 발광셀(C4) 연결 금속층(35c)을 통해 직렬 연결될 수 있다.

연결 금속층들(35c)은 제1 패드 금속층(35a) 및 제2 패드 금속층(35b)으로부터 이격된다. 나아가, 연결 금속층들(35c)은 메사(M)보다 좁은 폭을 갖도록 형성될 수 있으며, 따라서, 기판(21)의 가장자리로부터 메사(M)보다 멀리 이격될 수 있다.

제1, 제2 패드 금속층(35a, 35b) 및 연결 금속층들(35c)은 동일 공정에 의해 동일 재료로 함께 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1, 제2 패드 금속층(35a, 35b) 및 연결 금속층들(35c)은 Al층과 같은 오믹 반사층을 포함할 수 있으며, 오믹 반사층은 Ti, Cr 또는 Ni 등의 접착층 상에 형성될 수 있다. 또한, 상기 오믹 반사층 상에 Ni, Cr, Au 등의 단층 또는 복합층 구조의 보호층이 형성될 수 있다. 제1, 제2 패드 금속층(35a, 35b) 및 연결 금속층들(35c)은 예컨대, Cr/Al/Ni/Ti/Ni/Ti/Au/Ti의 다층 구조를 가질 수 있다.

상부 절연층(37)은 제1 패드 금속층(35a), 제2 패드 금속층(35b) 및 연결 금속층들(35c) 상에 배치되며, 제1 패드 금속층(35a)을 노출시키는 제1 개구부(37a) 및 제2 패드 금속층(35b)를 노출시키는 제2 개구부(37b)를 가진다. 상부 절연층(37)은 발광셀들(21) 주위에 노출된 기판(21) 상면을 덮을 수 있다. 상부 절연층(37)은 도시한 바와 같이 기판(21)의 가장자리를 덮을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상부 절연층(37)의 가장자리가 기판(21)의 가장자리 내측에 위치할 수도 있다.

한편, 상기 제1 개구부(37a)는 제1 패드 금속층(35a)의 상부 영역 내에 배치되며, 따라서, 연결 금속층(35c) 및 하부 절연층(33)의 제2 개구부(33b2)로부터 이격된다. 또한, 상기 제2 개구부(37b) 또한 제2 패드 금속층(35b) 상에 한정되어 위치하며, 연결 금속층(35c)으로부터 이격된다.

본 실시예에 있어서, 상부 절연층(37)의 제1 및 제2 개구부(37a, 37b)를 통해 노출된 상기 제1 및 제2 패드 금속층(35a, 35b)은 솔더가 직접 본딩되는 본딩 패드로 사용될 수 있다. 이와 달리, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이 제1 및 제2 범프 패드(39a, 39b)들이 상부 절연층(37)의 제1 및 제2 개구부(37a, 37b)를 통해 노출된 제1 및 제2 패드 금속층들(35a, 35b)을 각각 덮을 수 있다. 상기 제1 및 제2 범프 패드(39a, 39b)는 각각 복수의 발광셀들에 걸쳐 배치될 수 있으며, 제1 및 제2 개구부(37a, 37b)를 덮어 밀봉할 수 있다.

본 실시예에서, 하부 절연층(33)은 도 3을 참조하여 설명한 하부 절연층일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 도 6을 참조하여 설명한 하부 절연층(33')일 수도 있다. 또한, 도 9a 또는 도 9b를 참조하여 설명한 하부 절연층일 수도 있다. 나아가, 하부 절연층(33)은 종래의 분포 브래그 반사기를 포함하는 하부 절연층일 수 있으며, 이 경우, 상부 절연층(37)이 SiO2-TiO2 혼합층 또는 MgF2층을 포함할 수 있다.

한편, SiO2-TiO2 혼합층으로 형성한 캐핑층(33d)과 도 7의 분포 브래그 반사기를 적용한 하부 절연층(33')을 복수의 발광셀들을 포함하는 발광 다이오드에 적용하여 온도 85℃ 및 상대습도 85%와 온도 60℃ 및 상대 습도 90%의 고온 고습 환경에서 신뢰성 테스트를 수행하였다. 한편, 도 5의 종래 기술에 따른 하부 절연층을 상기 복수의 발광셀들을 포함하는 발광 다이오드에 적용하여 동일 조건에서 신뢰성 테스트를 수행하였다.

종래 기술에 따른 샘플들은 500시간이 경과하면서 대부분의 발광 다이오드에 불량이 발생하여 신뢰성 테스트를 중지하였으나, 본 발명의 실시예에 따른 샘플들은 두 조건 모두에서 2000시간까지 불량 발생률이 5%를 넘지 않았다.

따라서, SiO2-TiO2 혼합층을 사용함으로써 고온 고습 환경하에서 신뢰성이 향상된 것을 확인할 수 있었다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 적용한 조명 장치를 설명하기 위한 분해 사시도이다.

도 15를 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치는, 확산 커버(1010), 발광 소자 모듈(1020) 및 바디부(1030)를 포함한다. 바디부(1030)는 발광 소자 모듈(1020)을 수용할 수 있고, 확산 커버(1010)는 발광 소자 모듈(1020)의 상부를 커버할 수 있도록 바디부(1030) 상에 배치될 수 있다.

바디부(1030)는 발광 소자 모듈(1020)을 수용 및 지지하여, 발광 소자 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 발광 소자 모듈(1020)과 전기적으로 연결되며, 적어도 하나의 IC칩을 포함할 수 있다. 상기 IC칩은 발광 소자 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(1037)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.

발광 소자 모듈(1020)은 기판(1023) 및 기판(1023) 상에 배치된 발광 소자(1021)를 포함한다. 발광 소자 모듈(1020)은 바디 케이스(1031) 상부에 마련되어 전원 공급 장치(1033)에 전기적으로 연결될 수 있다.

기판(1023)은 발광 소자(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. 발광 소자(1021)는 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

확산 커버(1010)는 발광 소자(1021) 상에 배치되되, 바디 케이스(1031)에 고정되어 발광 소자(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 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 적용한 디스플레이 장치를 설명하기 위한 단면도이다.

본 실시예의 디스플레이 장치는 표시패널(2110), 표시패널(2110)에 광을 제공하는 백라이트 유닛 및, 상기 표시패널(2110)의 하부 가장자리를 지지하는 패널 가이드를 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 PCB는 별도의 PCB에 구성되지 않고, 박막 트랜지스터 기판상에 형성될 수도 있다.

백라이트 유닛은 적어도 하나의 기판 및 복수의 발광 소자(2160)를 포함하는 광원 모듈을 포함한다. 나아가, 백라이트 유닛은 바텀커버(2180), 반사 시트(2170), 확산 플레이트(2131) 및 광학 시트들(2130)을 더 포함할 수 있다.

바텀커버(2180)는 상부로 개구되어, 기판, 발광 소자(2160), 반사 시트(2170), 확산 플레이트(2131) 및 광학 시트들(2130)을 수납할 수 있다. 또한, 바텀커버(2180)는 패널 가이드와 결합될 수 있다. 기판은 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, 기판은 복수로 형성되어, 복수의 기판들이 나란히 배치된 형태로 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 단일의 기판으로 형성될 수도 있다.

발광 소자(2160)는 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 발광 소자(2160)들은 기판 상에 일정한 패턴으로 규칙적으로 배열될 수 있다. 또한, 각각의 발광 소자(2160) 상에는 렌즈(2210)가 배치되어, 복수의 발광 소자(2160)들로부터 방출되는 광을 균일성을 향상시킬 수 있다.

확산 플레이트(2131) 및 광학 시트들(2130)은 발광 소자(2160) 상에 위치한다. 발광 소자(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 발광 소자는 본 실시예와 같은 직하형 디스플레이 장치에 적용될 수 있다.

도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 적용한 디스플레이 장치를 설명하기 위한 단면도이다.

본 실시예에 따른 백라이트 유닛이 구비된 디스플레이 장치는 영상이 디스플레이되는 표시패널(3210), 표시패널(3210)의 배면에 배치되어 광을 조사하는 백라이트 유닛을 포함한다. 나아가, 상기 디스플레이 장치는, 표시패널(3210)을 지지하고 백라이트 유닛이 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 유닛과 결속될 수 있다.

표시패널(3210)에 광을 제공하는 백라이트 유닛은 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 유닛은 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 발광 소자(3110)를 포함한다. 기판(3220)은 발광 소자(3110)를 지지하고 발광 소자(3110)에 전기적으로 연결된 것이면 제한되지 않으며, 예컨대, 인쇄회로기판일 수 있다. 발광 소자(3110)는 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드를 적어도 하나 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, 발광 소자(3110)들로부터 방출된 점 광원이 면 광원으로 변형될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자는 본 실시예와 같은 에지형 디스플레이 장치에 적용될 수 있다.

도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 헤드 램프에 적용한 예를 설명하기 위한 단면도이다.

도 18을 참조하면, 상기 헤드 램프는, 램프 바디(4070), 기판(4020), 발광 소자(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 발광 소자(4010)를 지지할 수 있는 기판이면 제한되지 않으며, 예컨대, 인쇄회로기판과 같은 도전 패턴을 갖는 기판일 수 있다. 발광 소자(4010)는 기판(4020) 상에 위치하며, 기판(4020)에 의해 지지 및 고정될 수 있다. 또한, 기판(4020)의 도전 패턴을 통해 발광 소자(4010)는 외부의 전원과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 발광 소자(4010)는 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드를 적어도 하나 포함할 수 있다.

커버 렌즈(4050)는 발광 소자(4010)로부터 방출되는 광이 이동하는 경로 상에 위치한다. 예컨대, 도시된 바와 같이, 커버 렌즈(4050)는 연결 부재(4040)에 의해 발광 소자(4010)로부터 이격되어 배치될 수 있고, 발광 소자(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, 발광 소자(4010)를 둘러싸도록 배치되어 발광 경로(4045)를 제공하는 광 가이드 역할을 할 수도 있다. 이때, 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, 발광 소자(4010) 구동 시 발생하는 열을 외부로 방출시킨다.

이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자는 본 실시예와 같은 헤드 램프, 특히, 차량용 헤드 램프에 적용될 수 있다.

이상에서, 본 발명의 다양한 실시예들에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이들 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 하나의 실시예에 대해서 설명한 사항이나 구성요소는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한, 다른 실시예에도 적용될 수 있다.

Claims (24)

1. 제1 도전형 반도체층;
   상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치하고, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 메사; 및
   상기 메사 및 상기 메사 주위에 노출된 제1 도전형 반도체층의 적어도 일부를 덮으며, 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적 접속을 허용하기 위한 제1 개구부 및 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적 접속을 허용하기 위한 제2 개구부를 갖는 하부 절연층을 포함하고,
   상기 활성층은 500nm 이하의 피크 파장을 갖는 광을 생성하고,
   상기 하부 절연층은 분포 브래그 반사기를 포함하며,
   상기 하부 절연층은 가시 영역의 파장 범위에서 연속적으로 90% 이상의 반사율을 나타내는 고반사 파장 대역을 가지며, 상기 고반사 파장 대역 내에서 상기 활성층에서 생성된 광의 피크 파장을 포함하는 제1 파장 영역에서의 반사율들이 554nm 내지 700nm 범위 내의 제2 파장 영역에서의 반사율들보다 높으며,
   상기 제1 파장 영역은 554nm 보다 작은 쪽에 위치하는 발광 다이오드.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 하부 절연층은 상기 분포 브래그 반사기 상에 배치된 캐핑층을 더 포함하는 발광 다이오드.
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 캐핑층은 상기 분포 브래그 반사기의 상면 및 측면을 덮는 발광 다이오드.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 하부 절연층은 420 내지 480nm의 파장 범위에서 98% 이상의 반사율을 가지며, 554 내지 700nm의 파장 범위에서 90% 이상의 반사율을 갖는 발광 다이오드.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 파장 영역은 420 내지 480nm 범위 내이고,
   상기 제1 파장 영역에서의 반사율들은 500 내지 700nm 범위 내의 파장들에서의 반사율들보다 높은 발광 다이오드.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 메사 상에 배치되고 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 투명한 도전성 산화물층;
   상기 도전성 산화물층을 덮되, 상기 도전성 산화물층을 노출시키는 복수의 개구부들을 가지는 유전층; 및
   상기 유전층 상에 배치되며, 상기 유전층의 개구부들을 통해 상기 도전성 산화물층에 접속하는 금속 반사층을 더 포함하되,
   상기 하부 절연층은 상기 금속 반사층 상에 배치되며, 상기 제1 개구부는 상기 제1 도전형 반도체층을 노출시키고, 상기 제2 개구부는 상기 금속 반사층을 노출시키는 발광 다이오드.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 하부 절연층 상에 배치되며, 상기 하부 절연층의 제1 개구부를 통해 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속하는 제1 패드 금속층; 및
   상기 하부 절연층 상에 배치되며, 상기 하부 절연층의 제2 개구부를 통해 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속하는 제2 패드 금속층을 더 포함하는 발광 다이오드.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 패드 금속층 및 상기 제2 패드 금속층을 덮되, 상기 제1 패드 금속층을 노출시키는 제1 개구부 및 상기 제2 패드 금속층을 노출시키는 제2 개구부를 포함하는 상부 절연층을 더 포함하는 발광 다이오드.
11. 삭제
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 상부 절연층은 상기 하부 절연층의 측면을 덮는 발광 다이오드.
13. 청구항 10에 있어서,
    제1 범프 패드; 및
    제2 범프 패드를 더 포함하되,
    상기 제1 범프 패드 및 제2 범프 패드는 각각 상기 상부 절연층의 제1 개구부 및 제2 개구부를 통해 상기 제1 패드 금속층 및 상기 제2 패드 금속층에 전기적으로 접속하는 발광 다이오드.
14. 청구항 1에 있어서,
    기판; 및
    상기 기판 상에 배치된 복수의 발광셀들을 더 포함하되,
    상기 발광셀들은 각각 상기 제1 도전형 반도체층 및 메사를 포함하고,
    상기 하부 절연층은 상기 복수의 발광셀들을 덮되, 각 발광셀의 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층에 전기적 접속을 허용하기 위한 제1 개구부들 및 제2 개구부들을 갖는 발광 다이오드.
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 하부 절연층은 상기 발광셀들 사이에 노출된 기판을 덮는 발광 다이오드.
16. 청구항 14에 있어서,
    각 발광셀의 메사 상에 배치되어 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 투명한 도전성 산화물층;
    각 발광셀 상의 상기 도전성 산화물층을 덮되, 상기 도전성 산화물층을 노출시키는 복수의 개구부들을 가지는 유전층; 및
    각 발광셀 상의 상기 유전층 상에 배치되며, 상기 유전층의 개구부들을 통해 상기 도전성 산화물층에 접속하는 금속 반사층을 더 포함하되,
    상기 하부 절연층은 상기 금속 반사층들 상에 배치되며, 상기 제1 개구부들은 상기 제1 도전형 반도체층들을 노출시키고, 상기 제2 개구부들은 상기 금속 반사층들을 노출시키는 발광 다이오드.
17. 청구항 16에 있어서,
    상기 유전층들은 서로 이격되며, 각각의 유전층은 각 발광셀의 제1 도전형 반도체층의 상부 영역 내에 위치하는 발광 다이오드.
18. 청구항 14에 있어서,
    상기 발광셀들 중 어느 하나의 발광셀 상에 배치되어 상기 제1 개구부를 통해 제1 도전형 반도체층에 접속하는 제1 패드 금속층;
    상기 발광셀들 중 또 다른 하나의 발광셀 상에 배치되어 상기 제2 개구부를 통해 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속하는 제2 패드 금속층; 및
    이웃하는 발광셀들을 전기적으로 연결하는 연결 금속층을 더 포함하는 발광 다이오드.
19. 삭제
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