상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은,n형층, 활성층, p형층으로 이루어진 반도체층과;상기 반도체층의 n형층 또는 p형층 상에 형성되는 제 1, 제 2전극과;상기 n형층 상에 형성되는 제 1 전극을 통해 상기 반도체층에 인가되는 전류의 확산 경로를 제공하며, 상기 제 1 전극과 일체로 형성되면서 n형층의 가장자리둘레를 따라 일측면이 개방된 암(arm) 구조를 갖는 제 1 보조전극과;상기 p형층 상에 형성되는 제 2 전극을 통해 상기 반도체층에 인가되는 전류의 확산 경로를 제공하며, 상기 제 2 전극과 일체로 형성되면서 상기 제 2 전극을 중심으로 가지 형태의 암(arm) 구조를 갖는 제 2 보조전극을 포함함을 특징으로 한다.여기서, 상기 반도체층의 p형층과 상기 제 2전극 및 제 2 보조전극 사이에 투명전극층이 더 형성되고, 상기 제 1보조전극의 개방 영역은 상기 n형층 상에 형성된 상기 제 1전극과 대향하는 위치의 일측면이며, 상기 제 2보조전극은 상기 p형층 또는 상기 투명전극층 상에 형성되며, 다수개의 가자(tree) 또는 바(bar) 형태의 암 구조를 갖음을 특징으로 한다.본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 제조방법은,(a) 기판상에 n형층, 활성층, p형층을 순차로 적층하여 다층구조의 반도체층을 형성하는 단계와;(b) 상기 반도체층의 소정 영역과 테두리 영역을 식각하여 n형층을 노출시키고, 상기 소정 영역에 제 1전극과, 상기 제 1 전극과 일체로 형성되면서 상기 제 1 전극과 대향하는 테두리 영역이 개방된 암(arm) 구조를 갖는 제 1보조전극을 형성하는 단계; 및(c) 상기 반도체층의 p형층 상에 제 2전극과, 상기 제 2전극과 일체로 형성되면서, 상기 제 2 전극을 중심으로 가지 형태의 암(arm) 구조를 갖는 제 2보조전극을 형성하는 단계; 를 포함함을 특징으로 한다.여기서, 상기 반도체층의 p형층과 상기 제 2전극 및 제 2보조전극 사이에 투명전극층을 형성하는 단계; 가 더 포함되고, 상기 단계 (b)는, 상기 반도체층의 테두리 영역을 식각함에 따라 노출되는 n형층 둘레에 형성되며, n형층을 둘러싸는 사면 중 일면을 제외한 영역에 형성되는 암(arm) 구조를 갖는 제 1보조전극을 형성함을 특징으로 한다.이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
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도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 구성을 나타낸 단면도이고, 도 4는 상기 발광 다이오드의 구성을 나타낸 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 발광 다이오드는, 기판(300)상에 n형층(310
), 활성층(320), p형층(330)이 순차로 적층된 p-n 접합 반도체층을 구비하며, 상기 n형층(310)과 도통되는 n형 전극(340), 상기 p형층(330)과 도통되는 p형 전극(350)을 구비한다. 그리고, 상기 n형 전극(340) 및 p형 전극(350)을 연장하여 형성한 n형 보조전극(345) 및 p형 보조전극(355)을 구비한다.
이때, 상기 p형층(330)과 상기 p형 전극(350) 및 p형 보조전극(355) 사이에는 ITO와 같은 투광성 도전물질로 형성된 투명전극층(360)이 위치한다. 이러한 투명전극층(360)은 상기 p형 전극(350)을 통해 인가된 전류를 p형층(330)에 확산시켜주는 전류 확산층으로 기능하지만, 경우에 따라서는 형성되지 않을 수도 있다. 즉, 상기 p형층(330) 상에 바로 p형 전극(350) 및 p형 보조전극(355)이 형성될 수 있다.
한편, 상기 기판(300)은 특별히 한정되지는 않지만, 청색 발광 다이오드의 경우 사파이어 기판을 사용할 수 있으며, 적색 발광 다이오드의 경우 비소화갈륨 기판을 사용할 수 있다. 이외에도, 스피넬 구조를 갖는 재료, 실리콘, 실리콘 카바이드, 산화아연, 인화갈륨, 비소화갈륨, 산화마그네슘, 산화망간, Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 단결정 등에서 적절히 선택할 수 있다.
한편, 상기 반도체층은 n형 불순물이 도프된 n형 반도체층(310)과 p형 불순물이 도프된 p형 반도체층(330) 사이에 발광층으로 기능하는 활성층(320)이 삽입된 구조를 갖는다. 상기 활성층(320)은 양자우물층(quantum well layer)과 장벽층(bar
rier layer)을 교대로 적층하여 형성한 다중 양자우물(multiple quantum well)구조 또는 벌크구조를 가지며, 상기 양자우물층에 함유되는 불순물에 따라 발광되는 빛의 파장이 결정된다.
한편, 상기 n형 전극(340) 및 상기 p형 전극(350)은 활성층(320)을 발광시키기 위한 구동전원의 인가 수단으로써, 상기 n형 전극(340)은 상기 반도체층의 n형층(310) 상에 형성되고, 상기 p형 전극(350)은 상기 반도체층의 투명전극층(360) 상에 형성되어 각각의 전도층(310)(330)과 전기적으로 연결된다. 이러한, 두 전극은(340)(350) 와이어 본딩(wire bonding)에 의해 외부 전원과 연결된다.
한편, 상기 두 전극(340)(350)은 암(arm) 구조를 갖는 보조전극(345)(355)을 구비한다. 예컨대, 상기 n형 전극(340)을 연장하여 형성한 n형 보조전극(345)은 상기 반도체층의 n형층(310)을 둘러싸는 암 구조를 갖는다. 그리고, 상기 p형 전극(350)을 연장하여 형성한 p형 보조전극(355)은 바(bar) 형태의 암 구조 또는 가지(tree) 형태의 암 구조를 갖는다. 따라서, 상기 두 전극(340)(350)을 통해 인가된 전류는 상기 보조전극(345)(355)에 의해 보다 넓은 전류 확산 경로를 갖게 된다.
다만, 상기 n형 보조전극(345)의 경우 상기 n형 전극(340)과 마주보며, 상기 p형 전극(350)과 가까운 위치의 n형층 둘레에는 형성되지 않는다. 따라서, 형성되지 않는 n형 보조전극(345)의 두께만큼 칩 크기를 감소시킬 수 있고, p형 전극(350)에 대한 와이어 본딩시 p형 전극(350)과 n형 보조전극(345) 사이에 단락이 발생할 가능성이 줄어든다.
이와 같은 발광 다이오드는, n형 전극(340)과 p형 전극(350)에 순방향 전류가 인가될 경우 암 구조를 갖는 두 보조전극(345)(355)에 의해 전류가 반도체층의 전 영역에 걸쳐 균일하게 확산된다. 순방향 전류가 인가됨에 따라 n형층(310)에서 공급된 전자와 p형층(330)에서 공급된 정공은 활성층(320)인 양자 우물구조 내에서 서로 결합하여, 양자 우물층의 에너지 간격에 해당하는 빛을 내게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예 따른 발광 다이오드의 제조방법에 대해 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도 5a 내지 도 5c는 질화갈륨 결정을 성장시켜 구성한 청색 발광 다이오드의 제조공정을 나타낸 도면이다.
먼저, MOCVD 반응기 내에 사파이어 기판(300)을 넣고, 상기 기판상에 질화갈륨 단결정층을 성장시킨 다음, n형 불순물 예컨대, Si, Ge, Se, Te, C 등을 도프하여 질화갈륨계 n형층(310)을 형성한다. 이때, 보다 고품위의 질화갈륨 단결정층을 성장시키기 위해서는 상기 기판상에 질화갈륨 버퍼층(buffer layer)을 추가로 형성하는 방법을 고려할 수 있다.
이어, 상기 질화갈륨계 n형층(310) 상에 양자 우물층과 장벽층을 교대로 적층하여 활성층(320)을 형성하고, 그 위에 전술한 p형 불순물이 도프된 p형층(330)을 형성한다(도 5a 참조).
상기 공정을 통해 n형층(310), 활성층(320), p형층(330)을 갖는 반도체층이 형성되면, n형 전극이 형성될 영역인 반도체층의 소정 영역과 n형 보조전극이 형성될 영역인 반도체층의 테두리 영역을 식각하여 n형층(310)을 노출시킨다(도 5b 참조). 이에 따라, 상기 반도체층의 소정 영역과 테두리 영역에는 식각 라인이 형성되고, 여기에 n형금속을 증착하고, 패터닝함으로써 n형 전극(340) 및 암 구조(345a
)(345b)를 갖는 n형 보조전극(345)이 형성된다(도 5c 참조).
다만, n형 전극(340)과 마주보며, 후속하여 형성되는 p형 전극(도 4의 350)과 가까운 반도체층의 테두리 영역은 식각하지 않으며, n형 보조전극(345)을 형성하지 않는다. 이는 n형 보조전극(345)의 두께만큼 칩 크기를 감소시킬 수 있는 공간을 확보해 주며, p형 전극(도 4의 350)에 대한 와이어 본딩시 p형 전극(350)과 n형 보조전극(345) 사이에 단락이 발생할 가능성을 줄여준다.
이어, 상기 p형층(330) 상에 투광성 도전물질 예컨대, ITO를 증착하여 투명전극층(360)을 형성한다. 이때, 상기 투명전극층(360)은 제조공정을 단순화하기 위해 형성하지 않을 수 있으며, 상기 n형 전극(340) 및 n형 보조전극(345)보다 먼저 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 n형 전극(340) 및 n형 보조전극 형성(345)을 위한 식각공정에서는 상기 반도체층과 함께 상기 투명전극층(360)이 식각된다.
이어, 상기 투명전극층(360) 상에 p형 금속을 증착한 후 패터닝함으로써 p형 전극(350) 및 암(arm) 구조를 갖는 p형 보조전극(355)을 형성한다. 이때, 상기 p형 보조전극(355)은 바(bar) 형태의 단일 암(arm) 구조로 형성할 수 있으며, 가지(tre
e) 형태의 복수 암(arm) 구조로 형성할 수 있다(도 4참조).
이상, 전술한 제조방법에 따라 도 3 및 도 4와 같은 청색 발광 다이오드를 제조할 수 있고, 동일한 방법으로 기판 및 반도체층의 재료를 바꿔가며 적색, 녹색 등의 다양한 발광 다이오드를 제조할 수 있다.
이상, 전술한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경, 개량, 대체 및 부가 등의 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 첨부되는 특허청구의 범위에 의하여 정하여야만 한다.