KR100568502B1 - 반도체 발광소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 발광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리콘계 또는 질화물계 발광소자에 있어서 발광층 또는 상부 도핑층의 상부면에 복수개의 상부전극을 형성하고, 기판 또는 하부 도핑층의 상부면에 적어도 하나의 하부전극을 형성하여 전극들로 인가되는 전류 퍼짐 특성을 향상시킴으로써, 발광층의 발광 면적을 최대화시킬 수 있을 뿐만 아니라 발광층 전면에서 균일한 세기를 가지는 발광을 유도하여 발광소자의 발광 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
반도체 발광소자, 발광층, 상부 도핑층, 하부 도핑층, 상부전극, 하부전극
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자를 나타낸 평면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자를 나타낸 단면도.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 ***
100 : 기판, 200 : 하부 도핑층,
300 : 발광층, 400 : 하부전극,
500 : 상부 도핑층, 600a,600b : 상부전극
본 발명은 반도체 발광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리콘계 또는 질화물계 발광소자에 있어서 발광층 또는 상부 도핑층의 상부면에 복수개의 상부전극을 형성하고, 기판 또는 하부 도핑층의 상부면에 적어도 하나의 하부전극을 형성하여 전극들로 인가되는 전류의 퍼짐 특성을 향상시킴으로써, 발광소자의 발광 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 반도체 발광소자에 관한 것이다.
일반적으로, GaAs계 발광소자에서는 수평형 구조를 가지는 경우나 수직형 구조를 가지는 경우 모두에서 발광층으로 전류를 인가할 때 2개의 전극을 사용하는 것이 보통이다.
상기 GaAs계 발광소자의 경우에는 GaAs기판 자체가 가지는 전기적 특성이 우수하여 전자나 정공의 이동도가 매우 빠르므로 전극에서 발광층으로 전류를 인가하는데 있어서, 전류의 퍼짐이 발광소자의 효율을 저하시키는 요인이 되지 못하였다.
그러나, 상대적으로 전류의 퍼짐 특성이 열악한 실리콘계 또는 질화물계 발광소자의 경우에는 효과적인 전류의 퍼짐 현상이 도핑층 전면에서 균일하게 이루어지지 못함으로써, 발광층에 인가되는 전류가 균질하지 못하여 발광층 전체의 발광이 아니라 국부적인 발광이 이루어짐에 따라 발광 특성이 매우 열악한 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 실리콘계 또는 질화물계 발광소자에 있어서 발광층 또는 상부 도핑층의 상부면에 복수개의 상부전극을 형성하고, 기판 또는 하부 도핑층의 상부면에 적어도 하나의 하부전극을 형성하여 전극들로 인가되는 전류의 퍼짐 특성을 향상시킴으로써, 발광층의 발광 면적을 최대화시킬 수 있을 뿐만 아니라 발광층 전면에서 균일한 세기를 가지는 발광을 유도하여 발광소자의 발광 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 반도체 발광소자를 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면은, 기판의 상부에 형성된 발광층 및 상기 발광층에 전압차를 인가하기 위한 전극들을 포함하여 구성된 반도체 발광소자에 있어서, 상기 전극들은 상기 기판 상부의 소정 영역에 형성된 하부 전극; 및 상기 발광층 상부의 소정 영역에 형성되고, 복수개가 일정한 간격으로 이격된 상부전극을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자를 제공하는 것이다.
바람직하게는, 상기 기판과 상기 발광층 및 상기 하부전극의 사이에 하부 도핑층을 더 포함하여 이루어진다.
바람직하게는, 상기 발광층 및 상기 상부전극의 사이에 상부 도핑층을 더 포함하여 이루어진다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자를 나타낸 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 기판(100)(예컨대, p형 또는 n형 반도체 기판)의 상부에 p형 또는 n형을 나타낼 수 있는 하부 도핑층(200)이 형성되어 있고, 하부 도핑층(200) 상부의 소정 영역에 발광 특성을 나타내는 발광층(300)이 형성되어 있으며, 발광층(300)이 형성되지 않은 하부 도핑층(200) 상부의 소정 영역에 적어도 하나의 하부전극(400)이 형성되어 있다.
또한, 발광층(300)의 상부에 외부로부터 인가되는 전류를 공급하기 위한 상부 도핑층(500)이 형성되어 있다. 이러한 상부 도핑층(500)은 발광소자의 기본 구조인 pn 접합(junction)을 형성하기 위해 하부 도핑층(200)과는 반대의 극성을 가지게 되며, 투명 도핑층으로 형성됨이 바람직하다.
그리고, 상부 도핑층(500) 상부의 소정 영역에 일정한 간격으로 이격된 한 쌍의 제1,2 상부전극(600a,600b)이 형성되어 있다. 이러한 제1,2 상부전극(600a,600b)은 상부 도핑층(500)과 같은 전기적 극성을 갖도록 형성되며, 투명전극으로 이루어짐이 바람직하다.
여기서, 제1 상부전극(600a)은 수직형 전류 방향을 형성하고, 제2 상부전극(600b)은 수평형 전류 방향을 형성한다. 즉, 하부전극(400)과 상대적으로 근거리에 위치한 제2 상부전극(600b)은 양전극(+) 또는 음전극(-)인 동일한 전기 극성을 가지게 되며 수평형 전류를 유도하게 되고, 나머지 한 개의 제1 상부전극(600a)은 수직형 전류를 유도하게 된다.
그리고, 제1,2 상부전극(600a,600b) 및 하부전극(400)을 통해 인가되는 전류가 발광층(300)에 도달하기 전에 충분히 퍼짐으로써, 발광층(300)의 전면에 균질한 전류가 인가되어야 하는 바, 이러한 전류 제어는 3개의 전극들(600a,600b,400)간에 전압을 적절히 제어함으로써 가능하게 된다.
또한, 제1,2 상부전극(600a,600b)은 서로 모양 및 크기가 동일하게 형성됨이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 서로 다른 모양 및 크기를 갖도록 형성될 수도 있다.
또한, 제1,2 상부전극(600a,600b) 사이의 수평거리는 하부전극(400)과의 수직거리보다 길게 형성됨이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 제1,2 상부전극(600a,600b) 사이의 수평거리를 하부전극(400)과의 수직거리보다 짧게 형성할 수 도 있다.
또한, 본 발명에 적용된 하부전극(400)은 하부 도핑층(200) 상부의 소정 영역에 형성하였지만, 이에 국한하지 않으며, 전도성 기판(100) 상부의 소정 영역에 직접 형성할 수도 있다.
또한, 본 발명에 적용된 제1,2 상부전극(600a,600b)은 상부 도핑층(500) 상부의 소정 영역에 형성하였지만, 이에 국한하지 않으며, 발광층(300) 상부의 소정 영역에 직접 형성할 수도 있다.
한편, 제1,2 상부전극(600a,600b) 및 하부전극(400)은 Au, Al, Pt, Ni 및 Cu 등의 재료로 이루어진 금속 전극을 사용하거나 복수개의 합금 전극 내지는 다층 금속 박막을 사용함이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, InSnO, ZnO, SnO2, NiO 및 Cu2SrO2 등의 재료로 이루어진 산화물 전극을 사용하거나 CuInO2:Ca, InO:Mo 등과 같이 산화물 전극에 n형 또는 p형 도핑을 하여 사용할 수도 있다. 이때, 제1,2 상부전극(600a,600b) 및 하부전극(400)이 금속 전극, 합금 전극 또는 다층 금속 박막으로 이루어질 경우, 그 두께는 약 3Å 내지 100Å 정도인 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 반도체 발광소자는, 실리콘계 또는 질화물계 발광소자에 있어서 발광층 또는 상부 도핑층의 상부면에 복수개의 상부전극을 형성하고, 기판 또는 하부 도핑층의 상부면에 적어도 하나의 하부전극을 형성하여 적정한 전압을 인가함에 따라 전류의 흐름을 수직 방향뿐만 아니라 수평 방향으로도 흐르게 함으로써, 전극들로 인가되는 전류 퍼짐(수평 방향으로 전류가 흐르는 현상) 특성이 향상될 수 있으며, 발광층의 발광 면적을 최대화시킬 수 있을 뿐만 아니라 발광층 전면에서 균일한 세기를 가지는 발광을 유도하여 발광소자의 발광 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 반도체 발광소자에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
예를 들면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자에 있어서, 한 쌍의 상부전극(600a,600b) 및 하나의 하부전극(400)으로 형성되어 있지만, 이에 국한하지 않으며, 2개 이상의 상부전극 및 1개 이상의 하부전극을 형성할 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 반도체 발광소자에 따르면, 실리콘계 또는 질화물계 발광소자에 있어서 발광층 또는 상부 도핑층의 상부면에 복수개의 상부전극을 형성하고, 기판 또는 하부 도핑층의 상부면에 적어도 하나의 하부전극을 형성하여 전극들로 인가되는 전류의 퍼짐 특성을 향상시킴으로써, 발광층의 발광 면적을 최대화시킬 수 있을 뿐만 아니라 발광층 전면에서 균일한 세기를 가지는 발광을 유도하여 발광소자의 발광 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
Claims (11)
- 기판의 상부에 형성된 발광층 및 상기 발광층에 전압차를 인가하기 위한 전극들을 포함하여 구성된 반도체 발광소자에 있어서,상기 전극들은 상기 기판 상부의 소정 영역에 형성된 적어도 하나의 하부전극; 및상기 발광층 상부의 소정 영역에 형성되고, 복수개가 일정한 간격으로 이격된 상부전극을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 하부전극은 1개로 이루어지며, 상기 상부전극은 2개로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 기판과 상기 발광층 및 상기 하부전극의 사이에 하부 도핑층을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 발광층 및 상기 상부전극의 사이에 상부 도핑층을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 상부전극의 모양 및 크기가 서로 같게 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 상부전극의 모양 및 크기가 서로 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 상부전극 사이의 수평거리는 상기 하부전극과의 수직거리보다 길게 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 상부전극 사이의 수평거리는 상기 하부전극과의 수직거리보다 짧게 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 상부전극 및 상기 하부전극은 InSnO, ZnO, SnO2, NiO 또는 Cu2SrO2의 산화물 전극, CuInO2:Ca, InO:Mo의 산화물 전극에 n형 또는 p형 도핑을 하는 것들 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 상부전극 및 상기 하부전극은 Au, Al, Pt, Ni 또는 Cu로 이루어진 금속 전극, 복수개의 합금 전극 또는 다층 금속 박막 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제 10 항에 있어서, 상기 금속 전극, 상기 합금 전극 또는 상기 다층 금속 박막의 두께는 3Å 내지 100Å 정도인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
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