KR100856247B1 - 반도체 발광소자 - Google Patents

반도체 발광소자 Download PDF

Info

Publication number
KR100856247B1
KR100856247B1 KR20070040007A KR20070040007A KR100856247B1 KR 100856247 B1 KR100856247 B1 KR 100856247B1 KR 20070040007 A KR20070040007 A KR 20070040007A KR 20070040007 A KR20070040007 A KR 20070040007A KR 100856247 B1 KR100856247 B1 KR 100856247B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
light emitting
varistor
emitting device
electrode
Prior art date
Application number
KR20070040007A
Other languages
English (en)
Inventor
강상원
오정탁
김동준
Original Assignee
삼성전기주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전기주식회사 filed Critical 삼성전기주식회사
Priority to KR20070040007A priority Critical patent/KR100856247B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100856247B1 publication Critical patent/KR100856247B1/ko

Links

Images

Landscapes

  • Led Devices (AREA)

Abstract

별도의 공정수행없이, 저비용으로 발광소자의 보호를 위한 소자를 발광소자내에 일체형으로 구비하여 서지전압으로부터 발광소자를 보호할 수 있는 반도체 발광소자가 제안된다. 본 발명에 따른 반도체 발광소자는 기판, 및 기판상에 제1도전형 반도체층, 활성층 및 제2도전형 반도체층이 순차적으로 적층된 적층체를 포함하는 반도체 발광소자로서, 제1도전형 및 제2도전형 반도체층상에 각각 형성된 제1전극 및 제2전극 및, 제1전극과 제2전극을 통해 상기 적층체와 병렬접속되고, 적층체와 전기적으로 절연되도록 형성된 배리스터층을 포함한다.
배리스터, 반도체, 발광소자

Description

반도체 발광소자{Light emitting device}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 발광소자의 개략적 평면도이다.
도 2는 도 1의 반도체 발광소자의 A-A 선 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 발광소자의 등가회로이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 반도체 발광소자 100 기판
110 제1도전형 반도체층 120 활성층
130 제2도전형 반도체층 140 제2전극
150 제1전극 160 배리스터
170 절연층
본 발명은 반도체 발광소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 별도의 공정수행없이, 저비용으로 발광소자 보호소자를 반도체 발광소자내에 일체형으로 구비하여 서지전압으로부터 발광소자를 보호할 수 있는 반도체 발광소자를 제공하는데 있다.
반도체 발광소자는 소자 내에 포함되어 있는 물질이 빛을 발광하는 소자로서, 예를 들면, LED와 같이 다이오드를 이용하여 반도체를 접합한 형태로 전자/정공 재결합에 따른 에너지를 광으로 변환하여 방출하는 소자가 있다. 이러한 반도체 발광소자는 현재 조명, 표시장치 및 광원으로서 널리 이용되며, 적은 전력으로 원하는 파장의 빛을 발광하고, 수은등의 환경유해물질 방출을 억제할 수 있어서 에너지 절약 및 환경보호측면을 고려하여 그 개발이 가속화되고 있는 추세이다.
특히, 최근 그 개발 및 사용이 활성화된 질화갈륨계 발광다이오드를 이용한 휴대폰 키패드, 사이드 뷰어, 카메라 플래쉬 등의 상용화에 힘입어, 최근 발광다이오드를 이용한 일반 조명 개발이 활기를 띠고 있다. 대형 TV의 백라이트 유닛 및 자동차 전조등, 일반 조명 등 그의 응용제품이 소형 휴대제품에서 대형화, 고출력화, 고효율화, 신뢰성화된 제품으로 진행하여 해당 제품에 요구되는 특성을 나타내는 광원을 요구하게 되었다.
이러한 반도체 발광소자에서 발생할 수 있는 문제점으로는 사람이나 사물에서 쉽게 발생되는 정전기(Electrostatic Discharge; 이하 ESD라 한다)에 의한 파손이 있다. 정전기와 같은 외부 서지전압의 영향으로 발광소자내부의 물리적 구조의 손상이 발생될 수 있는 것이다. 따라서, 반도체 발광소자의 ESD에 대한 내구성은 제품신뢰성 항목 중 주요위치를 차지한다. 따라서 각종 광원으로 사용되는 반도체 발광소자의 발광 강도를 향상시키면서도 ESD로 인한 발광소자의 손상을 억제하기 위하여 다양한 연구들이 진행되어 왔다.
ESD로 인한 질화물 발광 소자의 손상을 억제하기 위하여, 미국특허 제6,593,597호는, 동일 기판에 LED 소자와 쇼트키 다이오드를 집적하여 LED와 쇼트키 다이오드를 병렬로 연결시켜 ESD로부터 발광 소자를 보호하는 기술을 개시하고 있다. 또한, ESD 내성을 개선시키기 위해, LED를 제너 다이오드(zenor diode)와 병렬 연결시키는 방법이 제시된 바 있다.
그러나, 이와 같은 방안들은 별도의 다이오드들을 구입하여 실장하거나 쇼트키 접합을 형성시켜야 하는 공정상의 번거로움을 초래하고, 소자 제조 비용을 증가시키는 난점을 갖는다.
따라서, 보다 간단하고 저비용으로 반도체 발광소자를 보호할 수 있는 보호소자의 개발이 요청되었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 별도의 공정수행없이, 저비용으로 발광소자 보호소자를 반도체 발광소자내에 일체형으로 구비하여 서지전압으로부터 발광소자를 보호할 수 있는 반도체 발광소자를 제공하는데 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 반도체 발광소자는 기판, 및 기판상에 제1도전형 반도체층, 활성층 및 제2도전형 반도체층이 순차적으로 적층된 적층체를 포함하는 반도체 발광소자로서, 제1도전형 및 제2도전형 반도체층상에 각각 형성된 제1전극 및 제2전극; 및 제1전극 및 제2전극을 통해 적층체와 병렬접속되고, 적층체와 전기적으로 절연되도록 형성된 배리스터층을 포함한다.
바람직하게는 기판 및 적층체 사이에 버퍼층을 더 포함할 수 있다.
제1전극은 적층체를 메사에칭하여 제1도전형 반도체층의 일부가 상면으로 노출되도록 한 후에, 노출된 제1도전형 반도체층상에 형성할 수 있다.
배리스터층은 SiC, TiO2, SrTiO3, 및 ZnO계 배리스터 중 적어도 하나의 배리스터를 포함할 수 있다. 특히, 배리스터층은 ZnO계 배리스터를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 배리스터층에는 Bi, Sb, Co, Mn, 및 Cr로 구성된 군으로부터 선택 된 어느 하나의 원소가 첨가될 수 있다.
배리스터층은 적층체상에 박막증착법에 의하여 박막의 형태로 집적되어 있을 수 있는데, 박막증착법은 E-빔 증착법 및 스퍼터링 방법 중 어느 하나의 방법일 수 있다.
배리스터층과 적층체를 전기적으로 절연시키기 위한 물질로는 SiO2가 사용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 발광소자의 개략적 평면도이고, 도 2는 도 1의 반도체 발광소자의 A-A 선 단면도이다. 이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 반도체 발광소자는 기판(100), 및 기판(100)상에 제1도전형 반도체층(110), 활성층(120) 및 제2도전형 반도체층이 순차적으로 적층된 적층체(110, 120, 130)를 포함하는 반도체 발광소자(1)로서, 제1도전형 반도체층(110) 및 제2도전형 반도체층(130)상에 각각 형성된 제1전극(150) 및 제2전극(140); 및 제1전극(150) 및 제2전극(140)을 통해 적층체(110, 120, 130)와 병렬접속되고, 적층체(110, 120, 130)와 전기적으로 절연되도록 그 상면에 형성된 배리스터층(160)을 포함한다. 특히 본 실시예에서는 적층체(110, 120, 130)를 제1도전형 반도체층(110)의 일부가 상면으로 노출되도록 메사 에칭하여 노출된 제1도전형 반도체층(110)상에 제1전극(150)을 형성한다.
기판(100)은 사파이어 또는 스피넬(MgAl2O4)과 같은 부도전성 기판, 또는 SiC, Si, ZnO, GaAs, 및 GaN와 같은 반도체 기판 등을 이용할 수 있다.
바람직하게는 기판(100) 및 적층체(110, 120, 130) 사이에 버퍼층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 버퍼층(미도시)은 GaN계 혹은 GaN/SiC계 물질로 구성되는 다층막 형태일 수 있다. GaN계 버퍼의 성장 온도는 200℃ ~ 900℃이고, SiC계 버퍼는 500℃~ 1500℃의 범위에서 조정된다. 이러한 조건에서 버퍼층(미도시)을 성장시키면 양질의 버퍼층(미도시)을 얻을 수 있으므로 버퍼층(미도시)상에 성장되는 층들은 표면거칠기가 양호한 박막을 얻을 수 있다.
각각의 반도체층(130, 110)은, 예를 들면, GaN계반도체, ZnO계반도체, GaAs계반도체, GaP계반도체, 및 GaAsP계반도체와 같은 반도체로 구성될 수 있다. 반도체층의 형성은 예를 들면, 분자선 에피택시(Molecular beam epitaxy, MBE)방법을 이용하여 수행될 수 있다. 이외에도, 반도체층들은 III-V 족 반도체, II-VI 족 반도체, 및 Si로 구성된 군으로부터 적절히 선택되어 구현될 수 있다.
n형 반도체층의 불순물로는 예를 들어, Si, Ge, 및 Sn 중 선택하여 사용할 수 있으며, Si가 바람직하다. 한편, p형 반도체층의 불순물로는, Mg, Zn, 및 Be 중 선태갛여 사용할 수 있으며, 이중 Mg가 바람직하다.
활성층(120)은 발광을 활성화시키는 층으로서, 제1도전형 반도체층(110) 및 제2도전형 반도체층(130)의 에너지 밴드 갭보다 적은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질을 이용하여 형성한다. 예를 들어 제1도전형 반도체층(110) 및 제2도전형 반도체층(130)이 GaN계 화합물 반도체인 경우, GaN계 화합물 반도체의 에너지 밴드 갭보다 적은 에너지 밴드 갭을 갖는 InGaN계 화합물 반도체를 이용하여 활성층(120)을 형성할 수 있다. 이때, 활성층(120)의 특성상, 불순물은 도핑되지 않는 것이 바람직하며, 장벽의 높이나 우물층의 두께, 조성, 우물의 개수를 조정하여 파장이나 양자효율을 조절할 수 있다.
제1전극(150) 및 제2전극(140)은 제1도전형 반도체층(110) 및 제2도전형 반도체층(130)을 각각 외부전원(미도시)과 전기적으로 연결하는 전극이다. 또한, 제1전극(150) 및 제2전극(140)은 내부전류 우회경로인 배리스터층(160)과 전기적으로 접속된다.
제1전극(150) 및 제2전극(140)은 금속으로 구성될 수 있다. 사용될 수 있는 금속으로는 예를 들면, n형 전극으로는 Ti를, p형 전극으로는 Pd 또는 Au로 구성될 수 있다.
제1전극(150)을 형성하기 위하여 적층체(110, 120, 130)는 메사에칭되어 제1도전형 반도체층(110)의 일부가 반도체 발광소자(1)의 상면으로 노출될 수 있다. 제1전극(150)은 노출된 제1도전형 반도체층(110)의 노출면에 형성된다. 비록, 본 실시예에서 제1전극(150)의 형상이 원형인 것으로 도시되었으나, 그 형상에는 특별한 제한이 없음은 당업자에 자명할 것이다.
제2전극(140)은 제2도전형 반도체층(130)의 상면에 형성된다. 제2전극(140)은 활성층(120)으로부터 발광된 빛의 진행경로에 위치하므로 투명전극인 것이 바람직하다. 따라서, 제2전극(140)은 투명한 ITO일 수 있다.
배리스터층(160)을 형성하기 위한 위치에 적층체(110, 120, 130)와의 전기적 절연을 위하여 먼저 절연층(170)을 형성한다. 절연층(170)에는 통상 전기적 절연성을 나타내는 물질을 사용할 수 있는데, 예를 들면, 절연층(170)에는 SiO2를 사용할 수 있다.
절연층(170)이 형성되면, 절연층상에 배리스터층(160)을 형성한다. 배리스터층(160)은 제1전극(150) 및 제2전극(140)과 연결되고, 적층체(110, 120, 130)와는 전기적으로 절연된다.
배리스터층(160)은 배리스터로 구성된다. 배리스터(varistor)는 임계전압 이하에서는 고저항특성을 나타내어 거의 전류를 통하지 않지만, 임계전압 이상의 전압이 인가되면 급격하게 저항이 감소하여 높은 전류가 통과하는 비선형저항체이다. 이러한 배리스터를 적층체(110, 120, 130)와 병렬접속시켜 반도체 발광소자(1)에 형성하면, 정상 동작전압에서는 저항이 높은 상태이므로 반도체 발광소자(1)의 동작에 영향을 주지 않지만 정전기와 같은 높은 서지(surge)전압이 인가되면 급격히 저항이 낮아지게 된다. 그에 따라 서지전류의 경로가 형성되어 반도체 발광소자(1)를 서지전압으로부터 보호할 수 있게 된다. 즉, 반도체 발광소자(1)의 내부에 서지전압의 내부전류 우회경로(internal current bypass)가 형성된다.
배리스터층(160)은 SiC, TiO2, SrTiO3, 및 ZnO계 배리스터 중 어느 하나의 배리스터를 포함할 수 있다. 특히, 배리스터층(160)은 반도체 발광소자(1)로부터 진행된 빛의 경로에 위치하므로 빛의 투과율이 높은 배리스터를 사용하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 ZnO계 배리스터를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 배리스터층에는 Bi, Sb, Co, Mn, 및 Cr로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소가 첨가되면, 배리스터의 저항값의 비선형성이 높아진다.
배리스터층(160)은 제1도전형 반도체층(110)의 노출면에 형성된 제1전극(150)과 적층체(110, 120, 130)의 메사면을 거쳐 제2전극(140)까지 형성한다. 배리스터층(160)은 적층체(110, 120, 130)상에 박막증착법에 의하여 박막의 형태로 집적되어 있을 수 있다. 배리스터 박막은 통상 사용되는 박막증착법을 이용할 수 있는데 E-빔 증착법 및 스퍼터링 방법 중 어느 하나의 방법을 사용하여 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 발광소자의 등가회로이다. 이하, 도 1내지 도3을 참조하여 설명하기로 한다.
본 등가회로에는 배리스터(200) 및, 제1도전형 반도체층(110), 제2도전형 반도체층(130) 및 활성층(120)을 포함하여 빛을 발하는 발광적층체(300)가 병렬로 연결되어 있다. 반도체 발광소자(1)에 소정의 전압이 인가되면, 회로에 나타나 있듯, 배리스터(200) 및 발광적층체(300)에 전류가 각각 흐른다.
이 때 인가된 전압이 배리스터(200)의 임계전압이하인 경우, 즉 반도체 발광소자(1)의 동작전압인 경우에는 배리스터(200)의 저항값이 상당히 높아 배리스터(200)에는 거의 전류가 흐르지 않게 된다. 그러나, 인가된 전압이 ESD와 같은 서지전압인 경우, 배리스터(200)의 임계전압이상이면 배리스터(200)의 저항값은 상당한 수준으로 낮아진다. 그에 따라, 발광적층체(300)가 아닌 배리스터(200)에 전류가 흐르게 되어 반도체 발광소자(1)를 보호할 수 있게 된다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위에 의해 해석되어야 한다. 또한, 본 발명에 대하여 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체 발광소자는 반도체 발광소자의 표면에 배리스터로 구성되는 보호소자를 발광소자와 함께 보호소자를 구비한다. 그에 따라, 별도의 보호소자를 구성하는 공정 수행없이 보다 간단한 공정으로 보호소자를 구비하는 반도체 발광소자를 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 쇼트키 다이오드나 제너다이오드와 같은 별도의 다이오드를 이용하지 않고, 발광소자 제작 공정 중에 웨이퍼 레벨로 보호소자가 제작되어 대량생산에 용이할 뿐 아니라 그에 따른 제조비용절감을 누릴 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 기판, 및 상기 기판상에 제1도전형 반도체층, 활성층 및 제2도전형 반도체층이 순차적으로 적층된 적층체를 포함하는 반도체 발광소자로서,
    상기 제1도전형 반도체층의 일면에 형성된 제1전극;
    상기 제2도전형 반도체층의 일면에 형성된 제2전극;
    상기 적층체의 일 측면에 형성되며, 일 단이 상기 제1 전극과 접하고, 타 단이 상기 제2 전극과 접하는 절연층; 및,
    상기 제1전극 및 상기 제2전극을 통해 상기 적층체와 병렬접속되고, 상기 절연층 상에 형성된 배리스터층을 포함하며,
    상기 배리스터층은 SiC, TiO2, SrTiO3, 및 ZnO계 배리스터로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 배리스터를 포함하며,
    상기 배리스터층은 Bi, Co, Mn, 및 Cr로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소가 첨가된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기판 및 상기 적층체 사이에 버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1전극은 상기 적층체를 상기 제1도전형 반도체층의 일부가 상면으로 노출되도록 메사 에칭하여 노출된 제1도전형 반도체층상에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 배리스터층은 상기 적층체상에 박막의 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 배리스터층은 박막증착법에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 박막증착법은 E-빔 증착법 및 스퍼터링 방법 중 어느 하나의 방법인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 절연층은 SiO2인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
KR20070040007A 2007-04-24 2007-04-24 반도체 발광소자 KR100856247B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20070040007A KR100856247B1 (ko) 2007-04-24 2007-04-24 반도체 발광소자

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20070040007A KR100856247B1 (ko) 2007-04-24 2007-04-24 반도체 발광소자

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100856247B1 true KR100856247B1 (ko) 2008-09-03

Family

ID=40022329

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20070040007A KR100856247B1 (ko) 2007-04-24 2007-04-24 반도체 발광소자

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100856247B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100995795B1 (ko) 2008-08-11 2010-11-22 주식회사 세미콘라이트 질화물 발광소자
WO2011099658A1 (ko) * 2010-02-11 2011-08-18 주식회사 세미콘라이트 3족 질화물 반도체 발광소자

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060091718A (ko) * 2005-02-16 2006-08-21 산켄덴키 가부시키가이샤 복합 반도체장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060091718A (ko) * 2005-02-16 2006-08-21 산켄덴키 가부시키가이샤 복합 반도체장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100995795B1 (ko) 2008-08-11 2010-11-22 주식회사 세미콘라이트 질화물 발광소자
WO2011099658A1 (ko) * 2010-02-11 2011-08-18 주식회사 세미콘라이트 3족 질화물 반도체 발광소자

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7151281B2 (en) Light-emitting diode structure with electrostatic discharge protection
US6593597B2 (en) Group III-V element-based LED having ESD protection capacity
TWI460850B (zh) 發光裝置及其製造方法
US8835949B2 (en) Three-terminal light emitting device (LED) with built-in electrostatic discharge (ESD) protection device
KR20210029565A (ko) 발광 다이오드 및 그것을 갖는 발광 소자
KR100856247B1 (ko) 반도체 발광소자
KR100803246B1 (ko) 질화물 반도체 소자
KR100661606B1 (ko) 질화물 반도체 소자
CN114551678A (zh) 发光二极管
CN114050171A (zh) 发光二极管芯片及发光装置
KR101457207B1 (ko) 정전기 방전 보호소자가 구비된 발광 다이오드
KR101662239B1 (ko) 발광 소자, 그 제조 방법 및 발광 소자 패키지
KR100836132B1 (ko) 질화물계 반도체 발광다이오드
KR20080064061A (ko) 질화물 반도체 소자
US9076928B2 (en) Semiconductor light emitting device and method for manufacturing the same
KR100721160B1 (ko) 질화물 반도체 소자
CN210245536U (zh) 一种半导体发光元件
KR102330022B1 (ko) 발광소자 및 발광소자 패키지
KR20070010736A (ko) 질화물 반도체 소자
KR102392779B1 (ko) 발광 소자 및 이를 구비한 발광 소자 패키지
KR20100059324A (ko) 질화물 반도체 발광소자
KR102304120B1 (ko) 발광소자, 발광소자 제조방법 및 발광소자 패키지
KR102299738B1 (ko) 발광소자 및 조명시스템
KR100814921B1 (ko) 질화물계 반도체 발광다이오드
KR20150142741A (ko) 발광소자 및 조명시스템

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120802

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130731

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee