KR100721145B1 - 발광 다이오드 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광 다이오드 소자에 관한 것으로서, 유효 발광면적을 최대화함으로써, 소자의 휘도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이를 위한 본 발명에 의한 발광 다이오드 소자는, 기판; 상기 기판 상에 형성된 n형 클래드층; 상기 n형 클래드층의 소정 영역 상에 형성된 활성층; 상기 활성층 상에 형성된 p형 클래드층; 상기 p형 클래드층 상에 형성된 p형 전극; 및 상기 활성층이 형성되지 않은 n형 클래드층 상에 형성된 n형 전극을 포함하고, 상기 기판은, 그 외주변 중 인접하는 두 변이 서로 직교하지 않는 평행사변형 형상을 갖고, 상기 p형 전극 및 n형 전극은 상기 기판의 서로 대향하는 코너부에 각각 위치하는 것을 특징으로 한다.

LED, 발광면적, 휘도, p형 전극, n형 전극

Description

발광 다이오드 소자{Light emitting diode device}

도 1은 종래기술에 따른 발광 다이오드 소자를 나타내는 평면도.

도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ’선을 따라 절단하여 나타낸 단면도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드 소자를 나타내는 평면도.

도 4는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ’선을 따라 절단하여 나타낸 단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

200: LED 소자 210: 기판

220: n형 클래드층 230: 활성층

240: p형 클래드층 250: 투명 전극

260: p형 전극 270: n형 전극

본 발명은 발광 다이오드 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유효 발광면 적을 최대화하여 휘도를 향상시킬 수 있는 발광 다이오드 소자에 관한 것이다.

최근, GaN 등의 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체는, 우수한 물리적, 화화적 특성으로 인해 발광 다이오드(light emitting diode: LED) 또는 레이저 다이오드(laser diode: LD) 등의 발광 소자의 핵심 소재로 각광을 받고 있다. Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체 재료를 이용한 LED 혹은 LD는 청색 또는 녹색 파장대의 광을 얻기 위한 발광 소자에 많이 사용되고 있으며, 이러한 발광 소자는 전광판 및 조명 장치 등 각종 제품의 광원으로 응용되고 있다. 여기서, 상기 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체는, 통상적으로, In_XAl_YGa_1-X-YN (0≤X, 0≤Y, X+Y≤1)의 조성식을 갖는 GaN계 물질로 이루어진다.

그러면, 이하 도 1 및 도 2를 참조하여 종래기술에 따른 발광 다이오드 소자를 상세하게 설명한다.

도 1은 종래기술에 따른 발광 다이오드 소자를 나타내는 평면도이고, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ’선을 따라 절단하여 나타낸 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 종래기술에 따른 발광 다이오드(light emitting diode; 이하 'LED'라 칭함) 소자(100)는, 사파이어 등과 같은 기판(110) 상에 순차적으로 형성된 n형 클래드층(120), 다중우물구조인 InGaN/GaN 활성층(130) 및 p형 클래드층(140)을 포함하며, 상기 p형 클래드층(140)과 InGaN/GaN 활성층(130)은 메사 식각(mesa etch) 공정에 의하여 그 일부영역이 제거되는 바, n형 클래드층(120)의 일부상면을 노출한 구조를 갖는다.

상기 활성층이 형성되지 않은 n형 클래드층(120) 상에는 Au/Cr 등으로 이루어지는 n형 전극(170)이 형성되어 있고, 상기 p형 클래드층(140) 상에는 ITO 등으로 이루어지는 투명 전극(150)과 Au/Cr 등으로 이루어지는 p형 전극(160)이 형성되어 있다.

상술한 바와 같은 종래기술에 따른 LED 소자(100)의 기판(110)의 평면형상은, 도 1에 도시한 바와 같은 직사각형이거나, 또는 정사각형(미도시)인 것이 일반적이다. 그리고, 상기 p형 전극(160)과 n형 전극(170)의 간격을 최대한 이격시켜, 이들 사이에서의 유효 발광면적(도 1의 도면부호 "A" 참조)을 최대한 확보하여 휘도 향상 효과를 기대하고 있다.

그러나, 이와 같이 직사각형 또는 정사각형 등의 평면형상을 갖는 종래기술에 따른 LED 소자(100)는, 발광효율에 영향을 미치는 유효 발광면적(A)을 넓히는 데 제한이 따르기 때문에, LED 소자(100)의 휘도를 향상시키는 데 한계가 있다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 유효 발광면적을 극대화함으로써, LED 소자의 휘도를 향상시킬 수 있는 발광 다이오드 소자를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 발광 다이오드 소자는,

기판;

상기 기판 상에 형성된 n형 클래드층;

상기 n형 클래드층의 소정 영역 상에 형성된 활성층;

상기 활성층 상에 형성된 p형 클래드층;

상기 p형 클래드층 상에 형성된 p형 전극; 및

상기 활성층이 형성되지 않은 n형 클래드층 상에 형성된 n형 전극을 포함하고,

상기 기판은, 그 외주변 중 인접하는 두 변이 서로 직교하지 않는 평행사변형 형상을 갖고, 상기 p형 전극 및 n형 전극은 상기 기판의 서로 대향하는 코너부에 각각 위치하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 평행사변형으로 형성된 기판의 예각은 60°이고, 둔각은 120°인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

도 3 및 도 4를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드 소자에 대하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드 소자를 나타내는 평면도이고, 도 4는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ’선을 따라 절단하여 나타낸 단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 LED 소자(200)는, 사파이어 등으로 이루어지는 기판(210) 상에 순차적으로 형성된 버퍼층(미도시), n형 클래드층(220), 활성층(230) 및 p형 클래드층(240)을 포함하며, 상기 p형 클래드층(240)과 활성층(230)은 메사 식각 공정에 의하여 그 일부영역이 제거되는 바, n형 클래드층(220)의 일부상면을 노출한 구조를 갖는다.

상기 버퍼층은, 상기 기판(210)과 n형 클래드층(220)간의 격자정합을 향상시키기 위해 기판(210) 상에 성장되는 것으로서, 일반적으로 AlN/GaN 등으로 이루어질 수 있다.

상기 n형 클래드층(220), 활성층(230) 및 p형 클래드층(240)은, In_XAl_YGa_1-X-YN 조성식(여기서, 0≤X, 0≤Y, X+Y≤1임)을 갖는 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 n형 클래드층(220)은 n형 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 이루어질 수 있으며, 상기 n형 도전형 불순물로는 예를 들어, Si, Ge, Sn 등을 사용하고, 바람직하게는 Si를 주로 사용한다. 또한, 상기 p형 클래드층(240)은 p형 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 이루어질 수 있으며, 상기 p형 도전형 불순물로는 예를 들어, Mg, Zn, Be 등을 사용하고, 바람직하게는 Mg를 주로 사용한다. 그리고, 상기 활성층(230)은 다중양자 우물(multi-quantum well) 구조의 InGaN/GaN층으로 이루어질 수 있다.

상기 메사 식각 공정에 의해 식각되지 않는 p형 클래드층(240) 상에는 ITO 등으로 이루어지는 투명 전극(250)이 형성되어 있고, 상기 투명 전극(250) 상에는 Au/Cr 등으로 이루어지는 p형 전극(260)이 형성되어 있다.

상기 활성층이 형성되지 않은 n형 클래드층(220) 상에는 Au/Cr 등으로 이루어지는 n형 전극(270)이 형성되어 있다.

이러한 LED 소자의 제조방법은 일반적으로 다음과 같다.

우선, 기판(210) 상에 버퍼층(미도시), n형 클래드층(220), 활성층(230) 및 p형 클래드층(240)을 순차적으로 성장시킨다.

이어서, 상기 p형 클래드층(240), 활성층(230) 및 n형 클래드층(220)의 일부를 메사 식각하여, 상기 n형 클래드층(220)의 일부를 드러낸다.

다음으로, 상기 p형 클래드층(240) 상에 ITO 등으로 이루어지는 투명 전극(250)을 형성한 후에, 상기 투명 전극(250) 상에 p형 전극(260)을 형성하고, 상기 활성층(230)이 형성되지 않은 n형 클래드층(220) 상에 n형 전극(270)을 형성한다. 상기 p형 및 n형 전극(260, 270)은 Au 또는 Au/Cr 등과 같은 금속을 이용하여 형성할 수 있다.

여기서, 본 발명의 실시예에 의한 LED 소자(200)의 기판(210)은, 도 3에 도시한 바와 같이, 그 외주변 중 인접하는 두 변이 서로 직교하지 않는 평행사변형 형상을 갖는 것이 바람직하고, 상기 p형 전극(260) 및 n형 전극(270)은 상기 기판(210)의 서로 대향하는 코너부에 각각 위치하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 실시예에서는, 기판(210)의 평면형상을, 그 외주변 중 인접하 는 두 변이 서로 직교하지 않는 평행사변형으로 구현하고, 상기 p형 전극(260) 및 n형 전극(270)을 기판(210)의 서로 대향하는 코너부에 각각 배치함으로써, 종래의 직사각형 또는 정사각형 형태의 기판(110)을 갖는 LED 소자(100)에 비해 p형 전극(260)과 n형 전극(270)간의 간격을 더욱 증가시킬 수 있다. 따라서, 상기 p형 전극(260)과 n형 전극(270) 사이에서의 유효 발광면적(도 3의 도면부호 "B" 참조)을 넓힐 수 있게 된다. 결과적으로, 본 발명의 실시예에 따르면, 유효 발광면적(B)을 극대화하여, LED 소자(200)의 휘도를 향상시킬 수 있다.

한편, 상기한 바와 같이 평행사변형으로 형성된 기판(210)의 예각은 60°이고, 둔각은 120°인 것이 바람직하다. 이는, 기판(210)의 스크라이빙(scribing) 또는 칩 브레이킹(chip breaking) 등의 작업을 수행할 때에, 실질적인 기판(210)의 결정면을 고려하여, 기판(210)의 예각 또는 둔각이 상기한 크기를 갖도록 수행할 경우, 종래의 직사각형 또는 정사각형 형태의 기판(110)을 형성하기 위해 직각으로 수행하는 경우에 비해, 스크라이빙되는 면이 더욱 매끄럽게 형성될 수 있기 때문이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 발광 다이오드 소자에 의하면, 기판을, 그 외주변 중 인접하는 두 변이 서로 직교하지 않는 평행사변형 형상으로 구현하고, p형 전극 및 n형 전극을 상기 기판의 서로 대향하는 코너부에 각각 배치함으로써, 종래의 직사각형 또는 정사각형 형태의 기판을 갖는 LED 소자에 비해 p형 전극과 n형 전극간의 간격을 더욱 증가시킬 수 있다.

따라서, 본 발명은 발광효율에 영향을 미치는 유효 발광면적을 극대화하여, LED 소자의 휘도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 외주변 중 인접하는 두 변이 서로 직교하지 않는 평행사변형 형상을 갖는 기판;

   상기 기판 상에 형성된 n형 클래드층;

   상기 n형 클래드층의 소정 영역 상에 형성된 활성층;

   상기 활성층 상에 형성된 p형 클래드층;

   상기 p형 클래드층 상에 형성된 p형 전극; 및

   상기 활성층이 형성되지 않은 n형 클래드층 상에 형성된 n형 전극을 포함하는 발광 다이오드 소자에 있어서,

   상기 p형 전극 및 n형 전극은 상기 기판의 서로 대향하는 코너부에 각각 위치하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자.
2. 제1항에 있어서,

   상기 평행사변형으로 형성된 기판의 예각은 60°이고, 둔각은 120°인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자.

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