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KR20150037215A - 넓은 지향각을 갖는 발광 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

넓은 지향각을 갖는 발광 소자 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20150037215A
KR20150037215A KR20130116630A KR20130116630A KR20150037215A KR 20150037215 A KR20150037215 A KR 20150037215A KR 20130116630 A KR20130116630 A KR 20130116630A KR 20130116630 A KR20130116630 A KR 20130116630A KR 20150037215 A KR20150037215 A KR 20150037215A
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KR
South Korea
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light emitting
layer
transparent substrate
emitting structure
semiconductor layer
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KR20130116630A
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장종민
이준섭
서대웅
노원영
강민우
채종현
김현아
배선민
Original Assignee
서울바이오시스 주식회사
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Publication date
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Priority to US14/807,290 priority patent/US9356198B2/en
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Abstract

넓은 지향각을 갖는 발광 소자 및 그 제조 방법이 제공된다. 상기 발광 소자는, 발광 구조체, 상기 발광 구조체 상에 위치하는 투명 기판, 및 상기 발광 구조체 및 상기 투명 기판의 측면을 덮는 반사 방지층을 포함하며, 상기 투명 기판의 상면의 적어도 일부는 노출된다. 이에 따라, 발광 각도에 관계없이 균일한 광량을 방출하며 지향각이 넓은 발광 소자가 제공된다.

Description

넓은 지향각을 갖는 발광 소자 및 그 제조 방법{LIGHT EMITTING DEVICE HAVING WIDE BEAM ANGLE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 표면 처리 등을 통해 넓은 지향각을 갖는 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
발광 소자는 전자와 정공의 재결합으로 발생되는 광을 발하는 무기 반도체 소자로서, 최근, 디스플레이, 자동차 램프, 일반 조명 등의 여러 분야에서 사용되고 있다. 특히, 질화갈륨, 질화알루미늄 등의 질화물 반도체는 직접 천이형 특성을 갖고, 다양한 대역의 에너지 밴드갭을 갖도록 제조될 수 있어서, 필요에 따라 다양한 파장대의 발광 소자를 제조할 수 있다.
발광 소자는 그 쓰임에 따라 다양한 범위의 지향각이 요구되는데, 예를 들어, 디스플레이의 백라이트나, 살균 장치 등에 이용되는 UV 발광 소자는 넓은 지향각을 갖는 것이 유리하다. 따라서, 발광 소자의 지향각을 넓히기 위해서 렌즈와 같은 추가적인 구성을 적용하거나, 발광 소자를 표면 처리하는 등의 기술이 적용된다.
한편, 별도의 패키지 몸체를 이용하지 않는 웨이퍼 레벨 패키지 또는 칩-온-보드(chip-on-board) 형태의 발광 소자는 렌즈와 같은 별도의 추가적인 구성없이 지향각을 조절하는 것이 요구된다. 그런데, 종래의 표면 가공 기술 등은 발광 소자의 광 추출 효율은 증가시킬 수 있으나, 지향각을 넓이는 것이 어려웠다. 특히, UV 발광 소자의 경우, UV 광에 의해 변형 또는 열화될 수 있는 소재를 이용한 몰딩부 또는 렌즈를 적용할 수 없는 관계로, 지향각을 넓이는 기술을 적용하는데 한계가 있다.
따라서, 패키지 몸체 또는 렌즈를 적용하지 않는 발광 소자에 있어서, 지향각을 넓이는 기술이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 넓은 지향각을 갖는 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 렌즈와 같은 추가적인 구성을 포함하지 않으면서 넓은 지향각을 갖는 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는, 발광 구조체; 상기 발광 구조체 상에 위치하는 투명 기판; 및 상기 발광 구조체 및 상기 투명 기판의 측면을 덮는 반사 방지층을 포함하며, 상기 투명 기판의 상면의 적어도 일부는 노출된다.
상기 투명 기판은, 그 상부 모서리에 형성되며 경사진 모따기면을 포함할 수 있으며, 상기 반사 방지층은 상기 모따기면을 덮을 수 있다.
나아가, 상기 투명 기판은, 그 상면에 형성되며, 돌출부와 오목부를 갖는 요철 패턴을 더 포함할 수 있고, 상기 반사 방지층은 상기 요철 패턴의 오목부를 채울 수 있다.
상기 요철 패턴의 돌출부에 의해 상기 투명 기판의 상면이 부분적으로 노출될 수 있다.
또한, 상기 오목부는 V자 형상을 가질 수 있다.
상기 모따기면의 경사는 상기 오목부의 경사와 동일할 수 있다.
상기 반사 방지층은 SiO2, SiNx, SiON, MgF2, MgO, Si3N4, Al2O3, SiO, TiO2, Ta2O5, ZnS, CeO, CeO2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 상기 발광 구조체는 자외선 영역의 피크 파장을 갖는 광을 방출할 수 있다.
상기 발광 소자는, 상기 발광 구조체 아래에 위치하는 전극들을 더 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 발광 구조체는, 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 아래에 서로 이격되어 배치되고, 각각 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 복수의 메사들; 상기 복수의 메사들 각각의 아래에 위치하여 상기 제2 도전형 반도체층에 오믹 콘택하는 반사 전극들; 및 상기 복수의 메사들 및 상기 제1 도전형 반도체층을 덮되, 상기 메사 각각의 아래 영역 내에 위치하고, 상기 반사 전극들을 노출시키는 개구부들을 가지며, 상기 제1 도전형 반도체층에 오믹 콘택하고, 상기 복수의 메사들로부터 절연된 전류 분산층을 포함할 수 있다.
상기 복수의 메사들은 일측 방향으로 서로 평행하고 연장하는 기다란 형상을 갖고, 상기 전류 분산층의 개구부들은 상기 복수의 메사들의 동일 단부 측에 치우쳐 위치할 수 있다.
나아가 상기 발광 소자는, 상기 전류 분산층의 적어도 일부를 덮되, 상기 반사 전극들을 노출시키는 개구부들을 갖는 상부 절연층; 및 상기 상부 절연층 상에 위치하고, 상기 상부 절연층의 개구부들을 통해 노출된 반사 전극들에 접속하는 제2 전극 패드를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 발광 소자는, 상기 전류 분산층에 접속하는 제1 전극 패드를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법은, 상부에 투명 기판이 형성된 발광 구조체를 준비하고; 상기 투명 기판과 상기 발광 구조체의 측면을 덮는 반사 방지층을 형성하는 것을 포함하고, 상기 투명 기판 상면의 적어도 일부는 노출된다.
상기 발광 구조체를 준비하는 것은, 상기 투명 기판의 상면에 돌출부와 오목부를 갖는 요철 패턴을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
다른 실시예들에서, 상기 발광 구조체를 준비하는 것은, 상기 발광 구조체가 복수로 구비된 기판을 분할하여 상부에 상기 투명 기판이 형성된 발광 구조체를 형성하는 것을 포함하되, 상기 기판은 레이저 스크라이빙을 이용하여 분할되며, 아울러 상기 투명 기판의 상부 모서리에 모따기면이 형성될 수 있다.
상기 요철 패턴의 오목부는 레이저 스크라이빙 공정 시 레이저를 이용하여 형성할 수 있다.
상기 오목부의 측면 경사는 상기 모따기면의 경사와 동일할 수 있다.
상기 반사 방지층은 상기 오목부를 채우도록 형성될 수 있으며, 상기 돌출부의 상면은 노출될 수 있다.,
상기 반사 방지층은 플래네터리 전자선 증착을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 반사 방지층은 SiO2, SiNx, SiON, MgF2, MgO, Si3N4, Al2O3, SiO, TiO2, Ta2O5, ZnS, CeO, CeO2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 상기 발광 구조체는 자외선 영역의 피크 파장을 갖는 광을 방출할 수 있다.
본 발명에 따르면, 반사 방지층과 상면이 적어도 부분적으로 노출된 투명 기판을 포함함으로써, 넓은 지향각을 갖는 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다. 또한, 발광 각도에 관계없이 대체로 일정한 광량을 방출하는 발광 소자를 제공할 수 있으며, 추가적인 구성을 부가하지 않고도 넓은 지향각을 갖는 발광 소자를 제공하여 발광 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 8 내지 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도들 및 평면도들이다.
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 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 1을 참조하면, 발광 다이오드(100) 상에 마스크 패턴(120)을 형성한다. 상기 발광 다이오드(100)는 상부에 투명 기판(21)이 형성된 발광 구조체(110)를 포함한다.
발광 다이오드(100)는 발광 구조체(110) 및 상기 발광 구조체(110) 상에 위치하는 투명 기판(21)을 포함할 수 있다. 발광 구조체(110)는 하부에 형성된 전극들(미도시)을 포함할 수 있고, 이에 따라, 상기 발광 다이오드(100)는 패키징 과정 없이 웨이퍼 레벨 패키지로서 이용될 수 있다. 발광 구조체(110)의 구조는 제한되지 않으며, 예를 들어, 플립칩 구조 또는 수직형 구조를 가질 수 있다. 이하, 도 8 내지 도 12를 참조하여, 발광 다이오드(100)의 일례를 설명한다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 이하 제공되는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이다.
도 8 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드(100) 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 도면들로서, 각 도면들에서 (a)는 평면도를 (b)는 절취선 A-A를 따라 취해진 단면도이다.
우선, 도 8을 참조하면, 투명 기판(21) 상에 제1 도전형 반도체층(23)이 형성되고, 상기 제1 도전형 반도체층(23) 상에 서로 이격된 복수의 메사들(M)이 형성된다. 복수의 메사들(M)은 각각 활성층(25) 및 제2 도전형 반도체층(27)을 포함한다. 활성층(25)은 제1 도전형 반도체층(23)과 제2 도전형 반도체층(27) 사이에 위치한다. 한편, 상기 복수의 메사들(M) 상에는 각각 반사 전극들(30)이 위치한다.
상기 복수의 메사(M)들은 투명 기판(21) 상에 제1 도전형 반도체층(23), 활성층(25) 및 제2 도전형 반도체층(27)을 포함하는 에피층을 금속 유기화학 기상 성장법(MOCVD) 등을 이용하여 성장시킨 후, 제1 도전형 반도체층(23)이 노출되도록 제2 도전형 반도체층(27) 및 활성층(25)을 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 상기 복수의 메사들(M)의 측면은 포토레지스트 리플로우와 같은 기술을 사용함으로써 경사지게 형성될 수 있다. 메사(M) 측면의 경사진 프로파일은 활성층(25)에서 생성된 광의 추출 효율을 향상시킨다.
복수의 메사들(M)은 도시한 바와 같이 일측 방향으로 서로 평행하게 연장하는 기다란 형상을 가질 수 있다. 이러한 형상은 투명 기판(21) 상에서 복수의 칩 영역에 동일한 형상의 복수의 메사들(M)을 형성하는 것을 단순화시킨다.
한편, 상기 반사 전극들(30)은 복수의 메사(M)들이 형성된 후, 각 메사(M) 상에 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 도전형 반도체층(27)을 성장시키고 메사(M)들을 형성하기 전에 제2 도전형 반도체층(27) 상에 미리 형성될 수도 있다. 반사 전극(30)은 메사(M)의 상면을 대부분 덮으며, 메사(M)의 평면 형상과 대체로 동일한 형상을 갖는다.
반사전극들(30)은 반사층(28)을 포함하며, 나아가 장벽층(29)을 포함할 수 있으며, 장벽층(29)은 반사층(28)의 상면 및 측면을 덮을 수 있다. 예컨대, 반사층(28)의 패턴을 형성하고, 그 위에 장벽층(29)을 형성함으로써, 장벽층(29)이 반사층(28)의 상면 및 측면을 덮도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사층(28)은 Ag, Ag 합금, Ni/Ag, NiZn/Ag, TiO/Ag층을 증착 및 패터닝하여 형성될 수 있다. 한편, 상기 장벽층(29)은 Ni, Cr, Ti, Pt 또는 그 복합층으로 형성될 수 있으며, 반사층의 금속 물질이 확산되거나 오염되는 것을 방지한다.
상기 복수의 메사들(M)이 형성된 후, 상기 제1 도전형 반도체층(23)의 가장자리 또한 식각될 수 있다. 이에 따라, 투명 기판(21)의 상부면이 노출될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(23)의 측면 또한 경사지게 형성될 수 있다.
상기 복수의 메사들(M)은 도 1에 도시한 바와 같이 제1 도전형 반도체층(23)의 상부 영역 내부에 한정되어 위치하도록 형성될 수 있다. 즉, 복수의 메사들(M)이 제1 도전형 반도체층(23)의 상부 영역 상에 아일랜드 형태로 위치할 수 있다.
도 9를 참조하면, 복수의 메사들(M) 및 제1 도전형 반도체층(23)을 덮는 하부 절연층(31)이 형성된다. 하부 절연층(31)은 특정 영역에서 제1 도전형 반도체층(23) 및 제2 도전형 반도체층(27)에 전기적 접속을 허용하기 위한 개구부들(31a, 31b)을 갖는다. 예컨대, 하부 절연층(31)은 제1 도전형 반도체층(23)을 노출시키는 개구부들(31a)과 반사전극들(30)을 노출시키는 개구부들(31b)을 가질 수 있다.
상기 개구부들(31a)은 메사들(M) 사이의 영역 및 투명 기판(21) 가장자리 근처에 위치할 수 있으며, 메사들(M)을 따라 연장하는 기다란 형상을 가질 수 있다. 한편, 개구부들(31b)은 메사(M) 상부에 한정되어 위치하며, 메사들의 동일 단부 측에 치우쳐 위치한다.
상기 하부 절연층(31)은 화학기상증착(CVD), 전자선 증착 등의 기술을 사용하여 SiO2 등의 산화막, SiNx 등의 질화막, MgF2의 절연막으로 형성될 수 있다. 상기 하부 절연층(31)은 단일층으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다중층으로 형성될 수도 있다. 나아가, 하부 절연층(31)은 저굴절 물질층과 고굴절 물질층이 교대로 적층된 분포 브래그 반사기(DBR)로 형성될 수 있다. 예컨대, SiO2/TiO2나 SiO2/Nb2O5 등의 층을 적층함으로써 반사율이 높은 절연 반사층을 형성할 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 하부 절연층(31) 상에 전류 분산층(33)이 형성된다. 상기 전류 분산층(33)은 상기 복수의 메사들(M) 및 상기 제1 도전형 반도체층(23)을 덮는다. 또한, 전류 분산층(33)은 상기 각각의 메사(M) 상부 영역 내에 위치하고 상기 반사 전극들을 노출시키는 개구부들(33a)을 갖는다. 상기 전류 분산층(33)은 하부 절연층(31)의 개구부들(31a)을 통해 상기 제1 도전형 반도체층(23)에 오믹콘택할 수 있다. 전류 분산층(33)은 하부 절연층(31)에 의해 복수의 메사들(M) 및 반사 전극들(30)로부터 절연된다.
상기 전류 분산층(33)의 개구부들(33a)은 전류 분산층(33)이 반사 전극들(30)에 접속하는 것을 방지하도록 각각 하부 절연층(31)의 개구부들(31b)보다 더 넓은 면적을 갖는다. 따라서, 상기 개구부들(33a)의 측벽은 하부 절연층(31) 상에 위치한다.
상기 전류 분산층(33)은 개구부들(33a)을 제외한 기판(31)의 거의 전 영역 상부에 형성된다. 따라서, 상기 전류 분산층(33)을 통해 전류가 쉽게 분산될 수 있다. 전류 분산층(33)은 Al층과 같은 고반사 금속층을 포함할 수 있으며, 고반사 금속층은 Ti, Cr 또는 Ni 등의 접착층 상에 형성될 수 있다. 또한, 상기 고반사 금속층 상에 Ni, Cr, Au 등의 단층 또는 복합층 구조의 보호층이 형성될 수 있다. 상기 전류 분산층(33)은 예컨대, Ti/Al/Ti/Ni/Au의 다층 구조를 가질 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 전류 분산층(33) 상에 상부 절연층(35)이 형성된다. 상부 절연층(35)은 전류 분산층(33)을 노출시키는 개구부(35a)와 함께, 반사 전극들(30)을 노출시키는 개구부들(35b)을 갖는다. 상기 개구부(35a)는 메사(M)의 길이 방향에 수직한 방향으로 기다란 형상을 가질 수 있으며, 개구부들(35b)에 비해 상대적으로 넓은 면적을 갖는다. 개구부들(35b)은 전류 분산층(33)의 개구부들(33a) 및 하부 절연층(31)의 개구부들(31b)을 통해 노출된 반사 전극들(30)을 노출시킨다. 개구부들(35b)은 전류 분산층(33)의 개구부들(33a)에 비해 더 좁은 면적을 갖고, 한편, 하부 절연층(31)의 개구부들(31b)보다 넓은 면적을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 전류 분산층(33)의 개구부들(33a)의 측벽들은 상부 절연층(35)에 의해 덮일 수 있다.
상기 상부 절연층(35)은 산화물 절연층, 질화물 절연층 또는 폴리이미드, 테플론, 파릴렌 등의 폴리머를 이용하여 형성될 수 있다.
도 12를 참조하면, 상기 상부 절연층(35) 상에 제1 패드(37a) 및 제2 패드(37b)가 형성된다. 제1 패드(37a)는 상부 절연층(35)의 개구부(35a)를 통해 전류 분산층(33)에 접속하고, 제2 패드(37b)는 상부 절연층(35)의 개구부들(35b)을 통해 반사 전극들(30)에 접속한다. 상기 제1 패드(37a) 및 제2 패드(37b)는 발광 다이오드를 서브마운트, 패키지 또는 인쇄회로기판 등에 실장하기 위해 범프를 접속하거나 SMT를 위한 패드로 사용될 수 있다.
상기 제1 및 제2 패드(37a, 37b)는 동일 공정으로 함께 형성될 수 있으며, 예컨대 사진 및 식각 기술 또는 리프트 오프 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 패드(37a, 37b)는 예컨대 Ti, Cr, Ni 등의 접착층과 Al, Cu, Ag 또는 Au 등의 고전도 금속층을 포함할 수 있다.
그 후, 투명 기판(21)을 개별 발광 다이오드 칩 단위로 분할함으로써 발광 다이오드(100)가 완성된다. 이때, 투명 기판(21)은 스크라이빙 공정을 이용하여 분할될 수 있으며, 예를 들어, 레이저 스크라이빙 공정을 이용할 수 있다. 레이저 스크라이빙을 이용하여 투명 기판(21)을 분리하는 경우, 투명 기판(21)의 상부 모서리에 모따기면이 형성될 수 있다. 상기 모따기면은 경사진 측면을 가질 수 있다. 이는 도 12에 도시되지 않았으나, 도 1 등에 도시된 바와 같이 투명 기판(21)의 상부 모서리 부분에 모따기면(211)이 형성될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드(100)의 구조에 대해 도 12를 참조하여 상세히 설명한다.
상기 발광 다이오드는, 제1 도전형 반도체층(23), 메사들(M), 반사 전극들(30), 전류 분산층(33)을 포함하며, 투명 기판(21), 하부 절연층(31), 상부 절연층(35) 및 제1 패드(37a)와 제2 패드(37b)를 포함할 수 있다.
투명 기판(21)은 질화갈륨계 에피층들을 성장시키기 위한 성장기판, 예컨대 사파이어, 탄화실리콘, 실리콘, 질화갈륨 기판일 수 있으며, 본 실시예에 있어서, 상기 투명 기판(21)은 사파이어 기판일 수 있다.
제1 도전형 반도체층(23)은 연속적이며, 제1 도전형 반도체층(23) 상에 복수의 메사들(M)이 서로 이격되어 위치한다. 메사들(M)은 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이 활성층(25) 및 제2 도전형 반도체층(27)을 포함하며, 일측을 향해 연장하는 기다란 형상을 갖는다. 여기서 메사들(M)은 질화갈륨계 화합물 반도체의 적층 구조이다. 상기 메사들(M)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 제1 도전형 반도체층(23)의 상부 영역 내에 한정되어 위치할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(23), 활성층(25) 및 제2 도전형 반도체층(27)은 질화물 반도체를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(23)은 n형 반도체층이고, 제2 도전형 반도체층(27)은 p형 반도체층일 수 있으며, 또한 그 반대일 수도 있다. 한편 활성층(25)은 질화물 반도체를 포함할 수 있고, 활성층(25)에서 발광하는 광의 피크 파장을 질화물 반도체의 조성비를 조절하여 결정할 수 있다. 특히, 본 실시예에 있어서, 상기 활성층(25)은 자외선 영역의 피크 파장을 갖는 광을 방출할 수 있다.
반사 전극들(30)은 각각 상기 복수의 메사들(M) 상에 위치하여 제2 도전형 반도체층(27)에 오믹 콘택한다. 반사 전극들(300은 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이 반사층(28)과 장벽층(29)을 포함할 수 있으며, 장벽층(29)이 반사층(28)의 상면 및 측면을 덮을 수 있다.
전류 분산층(33)은 상기 복수의 메사들(M) 및 상기 제1 도전형 반도체층(23)을 덮는다. 상기 전류 분산층(33)은 상기 각각의 메사(M) 상부 영역 내에 위치하고 상기 반사 전극들(30)을 노출시키는 개구부들(33a)을 갖는다. 전류 분산층(33)은 또한, 상기 제1 도전형 반도체층(23)에 오믹콘택하고 상기 복수의 메사들(M)로부터 절연된다. 상기 전류 분산층(33)은 Al과 같은 반사 금속을 포함할 수 있다.
상기 전류 분산층(33)은 하부 절연층(31)에 의해 복수의 메사들(M)로부터 절연될 수 있다. 예컨대, 하부 절연층(31)은 상기 복수의 메사들(M)과 상기 전류 분산층(33) 사이에 위치하여 상기 전류 분산층(33)을 상기 복수의 메사들(M)로부터 절연시킬 수 있다. 또한, 상기 하부 절연층(31)은 상기 각각의 메사(M) 상부 영역 내에 위치하고 상기 반사 전극들(30)을 노출시키는 개구부들(31b)을 가질 수 있으며, 제1 도전형 반도체층(23)을 노출시키는 개구부들(31a)을 가질 수 있다. 상기 전류 분산층(33)은 개구부들(31a)을 통해 제1 도전형 반도체층(23)에 접속할 수 있다. 상기 하부 절연층(31)의 개구부들(31b)은 전류 분산층(33)의 개구부들(33a)보다 좁은 면적을 가지며, 개구부들(33a)에 의해 모두 노출된다.
상부 절연층(35)은 상기 전류분산층(33)의 적어도 일부를 덮는다. 또한, 상부 절연층(35)은 상기 반사 전극들(30)을 노출시키는 개구부들(35b)을 갖는다. 나아가, 상부 절연층(35)은 전류 분산층(33)을 노출시키는 개구부(35a)를 가질 수 있다. 상기 상부 절연층(35)은 상기 전류 분산층(33)의 개구부들(33a)의 측벽들을 덮을 수 있다.
제1 패드(37a)는 전류 분산층(33) 상에 위치할 수 있으며, 예컨대 상부 절연층(35)의 개구부(35a)를 통해 전류 분산층(33)에 접속할 수 있다. 또한, 제2 패드(37b)는 개구부들(35b)을 통해 노출된 반사전극들(30)에 접속한다.
본 발명에 따르면, 전류 분산층(33)이 메사들(M) 및 메사들(M) 사이의 제1 도전형 반도체층(23)의 거의 전 영역을 덮는다. 따라서, 전류 분산층(33)을 통해 전류가 쉽게 분산될 수 있다.
나아가, 상기 전류 분산층(23)이 Al과 같은 반사 금속층을 포함하거나, 하부 절연층을 절연 반사층으로 형성함으로써 반사 전극들(30)에 의해 반사되지 않는 광을 전류 분산층(23) 또는 하부 절연층(31)을 이용하여 반사시킬 수 있어 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 이상 설명한 발광 다이오드(100)가 이용될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
다시 도 1을 참조하면, 투명 기판(21) 상에 마스크 패턴(120)을 형성하고, 이에 따라, 마스크 패턴(120)의 개구부(121)에 투명 기판(21)의 상면이 부분적으로 노출된다. 마스크 패턴(120)은 포토레지스트를 포함할 수 있다.
한편, 투명 기판(21)은 상부 모서리에 형성된 모따기면(211)을 포함할 수 있으며, 상기 모따기면(211)은 투명 기판(21)의 분할 시, 스크라이빙 공정에서 형성된 것일 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 상기 모따기면(211)은 별도의 식각 공정을 통해서 형성될 수도 있다.
이어서, 도 2를 참조하면, 투명 기판(21)의 상면에 돌출부(215)와 오목부(213)를 갖는 요철 패턴을 형성한다.
상기 요철 패턴은 마스크 패턴(120)을 식각 마스크로 하는 식각 공정, 예를 들어, 건식 식각 공정을 통해서 형성될 수 있다. 이에 따라, 개구부(121) 아래의 투명 기판(21) 상면이 식각되어 오목부(213)가 형성될 수 있다. 상기 오목부(213)는 마스크 패턴(120)의 형태에 따라 다양한 형태를 갖도록 형성될 수 있으며, 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 측면이 경사진 V자 형상을 가질 수 있다.
한편, 상술한 설명에서 요철 패턴은 별도의 식각 공정을 통해 형성되는 것으로 설명하였으나, 이와 달리, 발광 다이오드(100)를 형성하기 위한 투명 기판(21) 분할 공정에서 요철 패턴이 동시에 형성될 수도 있다. 구체적으로 설명하면, 레이저 스크라이빙 공정을 이용하여 투명 기판(21)을 분할하는 경우, 레이저를 투명 기판(21)이 분할되는 영역에 더하여 각 발광 다이오드(100) 영역의 투명 기판(21) 상면에 대해서도 레이저를 인가한다. 이에 따라, 레이저가 인가된 영역에 오목부(215)가 형성될 수 있다. 투명 기판(21)의 분할 공정에서 동시에 형성된 오목부(215)는 V자 형상을 가질 수 있고, 그 측면의 경사는 모따기면(211)의 경사와 동일할 수 있다. 상기 요철 패턴의 오목부(213)를 발광 다이오드(100) 분할 공정에서 동시에 형성함으로써, 요철 패턴을 형성하는 식각 공정이 생략될 수 있다. 따라서 공정이 단순화될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 투명 기판(21)의 측면, 발광 구조체(110)의 측면을 덮고, 오목부(215)를 채우는 반사 방지층(130)을 형성한다.
먼저, 도 3을 참조하면, 투명 기판(21)의 상면 및 측면, 발광 구조체(110)의 측면, 그리고 마스크 패턴(120)을 덮는 반사 방지 물질(130a)을 형성할 수 있다.
상기 반사 방지 물질(130a)은 투명 기판(21)의 굴절률보다 작고, 공기의 굴절률(nair = 1)보다 큰 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 반사 방지 물질(130a)은 SiO2 (nSiO2 = 약 1.45)을 포함할 수 있으며, 나아가, SiO2, SiNx, SiON, MgF2, MgO, Si3N4, Al2O3, SiO, TiO2, Ta2O5, ZnS, CeO, CeO2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 반사 방지 물질(130a)은 다양한 증착 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 특히, 플래네터리 전자선 증착(planetary E-beam)을 이용하여 형성될 수 있다. 플래네터리 전자선 증착을 이용하여 반사 방지 물질(130a)을 형성함으로써, 투명 기판(21) 및 발광 구조체(110)의 측면에도 용이하게 반사 방지 물질(130a)을 형성할 수 있다.
이어서, 도 4를 참조하면, 마스크 패턴(120)을 제거하여 마스크 패턴(120) 상의 반사 방지 물질(130a)을 제거하는 리프트 오프 공정을 수행하면, 반사 방지층(130)이 형성된다. 이에 따라, 도 4에 도시된 바와 같은, 발광 소자가 제공된다.
한편, 도시되지 않았으나, 발광 구조체(110)는 그 하면에 형성된 전극들을 더 포함할 수 있다.
반사 방지층(130)은 발광 구조체(110)와 투명 기판(21)의 측면을 덮고, 또한, 오목부(215)를 채울 수 있다. 돌출부(213)의 상면은 노출될 수 있다. 반사 방지층(130)이 이와 같은 구성을 가짐으로써, 상기 발광 소자는 넓은 지향각을 가질 수 있다. 이에 대해 구체적으로 설명한다.
반사 방지층(130)은 투명 기판(21)의 굴절률보다 작고, 공기의 굴절률보다 큰 굴절률을 가짐으로써, 발광 소자의 내부 전반사를 방지할 수 있다. 예를 들어, 투명 기판(21)이 사파이어 기판(nsapphire = 약 1.77)인 경우, 반사 방지층(130)을 통과하는 광은 사파이어 기판에서 직접적으로 공기로 향하는 광보다 큰 전반사 임계각을 갖는다.
따라서, 발광 소자의 측면으로 방출되는 광의 비율을 증가시켜 넓은 지향각을 가질 수 있다. 나아가, 투명 기판(21)의 상면에 형성된 오목부(215)에만 반사 방지층(130)이 형성되어 있으므로, 돌출부(213)의 상면으로 향하는 광이 전반사되어 소자 내부로 다시 들어온 광이 측면으로 방출될 확률이 증가한다. 또한, 오목부(215)는 경사진 측면을 가짐으로써, 발광 소자에서 방출되는 광이 위로 수직한 방향보다 측면 측으로 향할 확률이 더욱 증가된다. 이에 따라, 본 발명의 발광 소자는 넓은 지향각을 가지면서도, 발광하는 각도 전면에 균일한 광을 방출할 수 있다. 즉, 발광 각도에 관계없이 광도가 대체로 일정하게 유지될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 발광 소자에 추가적인 구성을 부가하지 않고도, 발광 소자만으로 넓은 지향각과 발광 각도에 관계없이 일정한 광을 방출할 수 있다. 특히, 발광 소자만으로 넓은 지향각을 구현할 수 있어서, 자외선에 열화될 수 있는 렌즈 등을 이용할 수 없는 자외선 발광 소자를 제조하는 경우, 신뢰성이 향상된 발광 소자를 제공할 수 있다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 상술한 실시예들에서 설명한 바와 동일한 구성에 대해서는 구체적인 설명을 생략한다.
도 5를 참조하면, 발광 다이오드(100) 상에 마스크(140)를 형성한다. 상기 발광 다이오드(100)는 상부에 투명 기판(21)이 형성된 발광 구조체(110)를 포함한다.
마스크(140)는 투명 기판(21)의 상면을 덮도록 형성될 수 있으며, 포토레지스트를 포함할 수 있다. 한편, 모따기면(211)은 마스크(140)에 덮이지 않고 노출될 수 있다.
도 6을 참조하면, 마스크(140), 투명 기판(21)의 측면, 및 발광 구조체(110)의 측면을 덮는 반사 방지 물질(150a)을 형성한다. 반사 방지 물질(150a)은 SiO2, SiNx, SiON, MgF2, MgO, Si3N4, Al2O3, SiO, TiO2, Ta2O5, ZnS, CeO, CeO2 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 플래네터리 전자선 증착을 이용하여 형성할 수 있다.
이어서, 도 7을 참조하면, 마스크(140) 및 마스크(140) 상의 반사 방지 물질(150a)을 제거한다. 이에 따라, 도 7에 도시된 바와 같은 발광 소자가 제공된다.
상기 발광 소자는 발광 구조체(110), 발광 구조체(110) 상에 위치하는 투명 기판(21) 및 발광 구조체(110)와 투명 기판(21)의 측면을 덮는 반사 방지층(150)을 포함하며, 이때, 투명 기판(21)의 상면은 노출된다.
이에 따라, 발광 소자의 측면을 향하는 광의 전반사가 감소되어 측면으로 방출되는 광량이 증가할 수 있다. 나아가, 투명 기판(21)의 상면과 공기의 계면에서 광이 전반사될 확률이 발광 소자의 측면에서 광이 전반사될 확률보다 높으므로, 더욱 높은 비율의 광이 소자의 측면으로 방출될 수 있다. 이에 따라, 발광 소자의 지향각이 넓어질 수 있으며, 발광 각도 전면에 걸쳐 대체로 균일한 광도를 유지할 수 있다.
이상, 상기 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 의한 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능하고, 본 발명은 특허청구범위에 의한 기술적 사상을 모두 포함한다.

Claims (22)

  1. 발광 구조체;
    상기 발광 구조체 상에 위치하는 투명 기판; 및
    상기 발광 구조체 및 상기 투명 기판의 측면을 덮는 반사 방지층을 포함하며, 상기 투명 기판의 상면의 적어도 일부는 노출된 발광 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 투명 기판은, 그 상부 모서리에 형성되며 경사진 모따기면을 포함하며,
    상기 반사 방지층은 상기 모따기면을 덮는 발광 소자.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 투명 기판은, 그 상면에 형성되며, 돌출부와 오목부를 갖는 요철 패턴을 더 포함하고,
    상기 반사 방지층은 상기 요철 패턴의 오목부를 채우는 발광 소자.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 요철 패턴의 돌출부에 의해 상기 투명 기판의 상면이 부분적으로 노출된 발광 소자.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 오목부는 V자 형상을 갖는 발광 소자.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 모따기면의 경사는 상기 오목부의 경사와 동일한 발광 소자.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 반사 방지층은 SiO2, SiNx, SiON, MgF2, MgO, Si3N4, Al2O3, SiO, TiO2, Ta2O5, ZnS, CeO, CeO2 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광 구조체는 자외선 영역의 피크 파장을 갖는 광을 방출하는 발광 소자.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광 구조체 아래에 위치하는 전극들을 더 포함하는 발광 소자.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광 구조체는,
    제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층 아래에 서로 이격되어 배치되고, 각각 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 복수의 메사들;
    상기 복수의 메사들 각각의 아래에 위치하여 상기 제2 도전형 반도체층에 오믹 콘택하는 반사 전극들; 및
    상기 복수의 메사들 및 상기 제1 도전형 반도체층을 덮되, 상기 메사 각각의 아래 영역 내에 위치하고, 상기 반사 전극들을 노출시키는 개구부들을 가지며, 상기 제1 도전형 반도체층에 오믹 콘택하고, 상기 복수의 메사들로부터 절연된 전류 분산층을 포함하는 발광 소자.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 복수의 메사들은 일측 방향으로 서로 평행하고 연장하는 기다란 형상을 갖고, 상기 전류 분산층의 개구부들은 상기 복수의 메사들의 동일 단부 측에 치우쳐 위치하는 발광 소자.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 전류 분산층의 적어도 일부를 덮되, 상기 반사 전극들을 노출시키는 개구부들을 갖는 상부 절연층; 및
    상기 상부 절연층 상에 위치하고, 상기 상부 절연층의 개구부들을 통해 노출된 반사 전극들에 접속하는 제2 전극 패드를 더 포함하는 발광 소자.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 전류 분산층에 접속하는 제1 전극 패드를 더 포함하는 발광 소자.
  14. 상부에 투명 기판이 형성된 발광 구조체를 준비하고;
    상기 투명 기판과 상기 발광 구조체의 측면을 덮는 반사 방지층을 형성하는 것을 포함하고,
    상기 투명 기판 상면의 적어도 일부는 노출된 발광 소자 제조 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 발광 구조체를 준비하는 것은,
    상기 투명 기판의 상면에 돌출부와 오목부를 갖는 요철 패턴을 형성하는 것을 포함하는 발광 소자 제조 방법.
  16. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    상기 발광 구조체를 준비하는 것은,
    상기 발광 구조체가 복수로 구비된 기판을 분할하여 상부에 상기 투명 기판이 형성된 발광 구조체를 형성하는 것을 포함하되,
    상기 기판은 레이저 스크라이빙을 이용하여 분할되며, 아울러 상기 투명 기판의 상부 모서리에 모따기면이 형성되는 발광 소자 제조 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 요철 패턴의 오목부는 레이저 스크라이빙 공정 시 레이저를 이용하여 형성하는 발광 소자 제조 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 오목부의 측면 경사는 상기 모따기면의 경사와 동일한 발광 소자 제조 방법.
  19. 청구항 15에 있어서,
    상기 반사 방지층은 상기 오목부를 채우도록 형성되며, 상기 돌출부의 상면은 노출되는 발광 소자 제조 방법.
  20. 청구항 14에 있어서,
    상기 반사 방지층은 플래네터리 전자선 증착을 이용하여 형성하는 발광 소자 제조 방법.
  21. 청구항 14에 있어서,
    상기 반사 방지층은 SiO2, SiNx, SiON, MgF2, MgO, Si3N4, Al2O3, SiO, TiO2, Ta2O5, ZnS, CeO, CeO2 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자 제조 방법.
  22. 청구항 14에 있어서,
    상기 발광 구조체는 자외선 영역의 피크 파장을 갖는 광을 방출하는 발광 소자 제조 방법.
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