KR100977682B1 - 반도체 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

전극 구조 개선을 통해 전류 밀도 분포를 균일하게 하여 고휘도를 구현할 수 있는 반도체 발광 소자를 제공한다. 본 발명에 따른 반도체 발광 소자는, 기판; 상기 기판 상에 순차 형성된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 상기 제1 도전형과는 반대되는 제2 도전형 반도체층; 상기 제2 도전형 반도체층 상부의 일측 가장자리에 형성된 제2 도전형 전극 패드와, 상기 제2 도전형 전극 패드와 연결되며 상기 일측 가장자리를 향하여 볼록한 제2 도전형 보조 전극을 포함하는 제2 도전형 전극; 및 상기 제2 도전형 전극 패드와 대향하는 타측 가장자리로 상기 제1 도전형 반도체층 상에 형성된 제1 도전형 전극 패드와, 상기 제1 도전형 전극 패드 양측에서 뻗어 나온 형태로 상기 타측 가장자리를 따라 형성된 제1 도전형 보조 전극을 포함하는 제1 도전형 전극을 포함하고, 상기 제2 도전형 보조 전극의 단부는 제2 도전형 전극 패드와 상기 제1 도전형 전극 패드의 사이를 지나며 상기 제2 도전형 전극 패드 쪽으로 기울어진 선 상에 그 끝이 놓인다.

Description

반도체 발광 소자{Semiconductor light emitting device}
본 발명은 반도체 발광 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극의 구조 개선을 통해 전류 밀도 분포를 균일하게 한 반도체 발광 소자에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode) 및 LD(Laser Diode)와 같은 반도체 발광 소자는 전류를 광으로 변환시키는 고체 전자 소자 중 하나로서, 통상적으로 p형 반도체층과 n형 반도체층 사이에 삽입된 반도체 물질의 활성층을 포함한다. 반도체 발광 소자에서 p형 반도체층과 n형 반도체층 양단에 구동 전류를 인가하면, p형 반도체층과 n형 반도체층으로부터 반도체 물질의 활성층으로 전자(electron) 및 정공(hole)이 주입된다. 주입된 전자와 정공은 반도체 물질의 활성층에서 재결합하여 광을 생성한다.
일반적으로 반도체 발광 소자는 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 질화물계 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 화합물로 제조가 되고 있는데, 이것은 단파장광(자외선 내지 녹색광), 특히 청색광을 낼 수 있는 소자가 된다. 그런데, 질화물계 반도체 화합물은 결정 성장을 위한 격자 정합 조건을 만족하는 사파이어 기판이나 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC) 기판 등의 절연성 기판을 이용하여 제조되므로, 구동 전류 인가를 위해 p형 반도체층 및 n형 반도체층에 연결시키는 2 개의 전극이 발광 구조물의 상면에 거의 수평으로 배열되는 수평(planar) 구조를 가진다.
최근 이러한 수평 구조를 가지는 질화물계 반도체 발광 소자를 조명 광원으로 이용하기 위해서 고휘도화가 요구되고 있으며, 이러한 고휘도화를 달성하기 위하여 전류를 균일하게 확산시켜 발광 효율을 증가시킬 수 있는 구조가 요구된다. 그러나, 수평 구조를 가지는 질화물계 반도체 발광 소자는, 2 개의 전극이 발광 구조물 상하면에 각각 배치된 수직(vertical) 구조를 가지는 질화물계 반도체 발광 소자에 비해 전류의 흐름이 전체 발광 영역에 있어 균일하게 분포하지 못하여 발광 효율이 낮은 문제가 있다.
도 1은 종래 질화물계 반도체 발광 소자(1)의 단면 구조이다. 발광 소자(1)는 절연성인 사파이어 기판(2)에 n형 반도체층(3), 활성층(4), p형 반도체층(5) 및 투명 전극(6)이 적층되어 구성된다. 활성층(4), p형 반도체층(5) 및 투명 전극(6)의 일부가 메사(mesa) 식각되어 드러난 n형 반도체층(3) 위에는 n형 전극(11)이 형성된다. 투명 전극(6) 위에 p형 전극(15)을 형성하여 p형 전극(15)과 n형 전극(11)을 통해 전류를 흘리면 활성층(4)으로 전류가 흐르면서 광이 생성된다. 그런데 일반적으로 p형 전극(15)과 n형 전극(11)은 멀리 떨어져 있기 때문에 발광 소자(1)의 영역에 따라서 전류 밀도가 크게 차이가 난다. 가능하면 영역에 따른 전류 밀도가 균일해야 발광 효율이 우수하고 구동 전압도 낮출 수 있다.
도 2는 도 1에 도시한 종래 발광 소자(1)의 전극 구조를 보여주기 위한 평면도인데, 도 1은 도 2의 I-I' 단면에 해당한다고 보면 된다.
도 2를 참조하면, p형 전극(15)의 일부로서 와이어 본딩이 이루어질 p형 전극 패드(16)가 투명 전극(6) 상부의 일측 가장자리에 형성되어 있다. 그리고, n형 전극(11)의 일부로서 와이어 본딩이 이루어질 영역인 n형 전극 패드(12)는 p형 전극 패드(16)와 대향하는 타측 가장자리로 n형 반도체층(3) 상에 형성되어 있다.
p형 전극 패드(16)에는 p형 전극 패드(16) 양측에서 뻗어 나온 형태로 투명 전극(6)의 일측 가장자리 상에 형성된 p형 보조 전극(17)이 전기적으로 연결되어 있다. 또한, n형 전극 패드(12)에는 n형 전극 패드(12) 양측에서 뻗어 나온 형태로 p형 보조 전극(17)과 평행한 방향으로 형성된 n형 보조 전극(13)이 전기적으로 연결되어 있다.
이러한 구조에서는 p형 전극 패드(16)로 주입된 전류가 수평방향으로 이동하여 n형 전극 패드(12)로 흘러야 하므로, 전류가 흘러가는 길이가 상당히 긴 편이다. 발광 소자의 크기가 커지면서 이 길이도 증가하게 되는데, 이 길이가 증가할수록 저항이 커진다는 문제점이 있고, 이러한 저항의 증가는 동작 전압의 증가를 초래한다. 또한, 전류 분포가 균일하지 못하다는 문제점이 있다. 전류가 균일하지 않게 분포되면 소자 표면에서 발광 세기와 파장의 균일도가 떨어진다는 것을 의미한다.
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전류 밀도 분포를 균일하게 형성하여 광 출력 특성 및 광 변환 효율 등을 향상시키고 고휘도화를 이룰 수 있는 전극 구조를 갖는 반도체 발광 소자를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 반도체 발광 소자는 기판; 상기 기판 상에 순차 형성된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 상기 제1 도전형과는 반대되는 제2 도전형 반도체층; 상기 제2 도전형 반도체층 상부의 일측 가장자리에 형성된 제2 도전형 전극 패드와, 상기 제2 도전형 전극 패드와 연결되며 상기 일측 가장자리를 향하여 볼록한 제2 도전형 보조 전극을 포함하는 제2 도전형 전극; 및 상기 제2 도전형 전극 패드와 대향하는 타측 가장자리로 상기 제1 도전형 반도체층 상에 형성된 제1 도전형 전극 패드와, 상기 제1 도전형 전극 패드 양측에서 뻗어 나온 형태로 상기 타측 가장자리를 따라 형성된 제1 도전형 보조 전극을 포함하는 제1 도전형 전극을 포함하고, 상기 제2 도전형 보조 전극의 단부는 제2 도전형 전극 패드와 상기 제1 도전형 전극 패드의 사이를 지나며 상기 제2 도전형 전극 패드 쪽으로 기울어진 선 상에 그 끝이 놓인다.
바람직하게는, 상기 제2 도전형 보조 전극의 단부는 상기 타측 가장자리를 향하되 0도 이상 45도 이하의 각을 이루면서 상기 제1 도전형 전극 패드의 반대 방향을 향한다. 이 때, 상기 제2 도전형 보조 전극의 단부는 직선 또는 곡선일 수 있으며, 상기 제2 도전형 전극 패드는 상기 제2 도전형 보조 전극의 볼록한 부분과 연결된다. 상기 제2 도전형 보조 전극의 단부는 서로 평행인 것이 바람직하다.
특히, 상기 제2 도전형 보조 전극은 상기 선을 따라 여러 개가 형성되고 인접한 제2 도전형 보조 전극끼리는 서로의 단부가 연결되어 있는 것이 바람직하다. 상기 제2 도전형 보조 전극의 단부는 서로 일정한 간격을 유지하도록 형성할 수 있고, 상기 제2 도전형 보조 전극의 단부는 서로 평행일 수 있다. 상기 제2 도전형 보조 전극의 가장 볼록한 지점이 상기 일측 가장자리를 따라 상기 제1 도전형 전극 패드 쪽에 가깝게 기울어진 형태를 가질 수 있다. 상기 제2 도전형 전극 패드는 상기 제1 도전형 전극 패드와 가장 먼 제2 도전형 보조 전극의 볼록한 부분과 연결된 것이 바람직하다. 상기 인접한 제2 도전형 보조 전극끼리 서로의 단부가 연결되기 시작하는 위치는 상기 일측 가장자리 방향을 따라 놓일 수 있으며, 상기 인접한 제2 도전형 보조 전극끼리는 상기 선 상에 놓이는 끝을 공유할 수도 있다.
본 발명에 있어서, 상기 기판과 상기 제1 도전형 반도체층 사이 및 상기 제2 도전형 반도체층과 상기 제2 도전 전극 사이 중 적어도 어느 하나에 도전층을 더 포함할 수 있다. 상기 기판과 상기 제1 도전형 반도체층 사이의 도전층은 버퍼층, 상기 제2 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 전극 사이의 도전층은 투명 전극일 수 있다.
또한, 본 발명의 반도체 발광 소자에서, 상기 활성층은, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 형성되되, 상기 제1 도전형 반도체층의 사방 가장자리로부터 소정 간격 들여 형성된 것이 바람직하다. 이는 상기 제1 도전형 전극 패드로부터 제2 도전형 전극으로 전달되는 전류의 흐름을 제1 도전형 반도체층을 통해 원활하게 하기 위함이다.
본 발명에 따르면, 발광 소자 전면에 걸쳐 전류가 균일하게 효율적으로 분포하는 전극을 갖는다. 이로써 발광 소자 내의 전류 밀도 분포를 더 균일하게 만든다. 제2 도전형 보조 전극의 단부가 제1 도전형 전극 패드의 반대 방향을 향하면서 길이가 점진적으로 짧아지는 구조를 갖게하면 제1 도전형 전극 주변으로 흐르는 전류를 균일하게 유지하여 광 변환 효율을 높이고 구동 전압을 낮춘다.
또한, 불필요한 전극을 최소화하여 실제적인 발광 면을 더욱 넓게 증가시키고 광 변환 효율을 높일 수 있다.
도 1은 종래 반도체 발광 소자의 단면도이고, 도 2는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 구조를 나타낸 평면도이고, 도 4는 도 3의 IV-IV'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 8은 종래 반도체 발광 소자의 전류 분포를 전산모사(simulation)한 결과이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 전류 분포를 전산모사한 결과이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 전류 분포를 전산모사한 결과이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 다음에 설명되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다. 또한, 어떤 층이 다른 층 또는 기판의 "상"에 있다라고 기재되는 경우에, 상기 어떤 층은 상기 다른 층 또는 기판에 직접 접촉하여 존재할 수 있고, 또는, 그 사이에 제3의 층이 개재되어질 수 있다. 뿐만 아니라 아래의 실시예들에서는 제1 도전형이 n형이고 그와 반대되는 제2 도전형이 p형인 경우를 설명하지만 그 반대의 경우도 물론 가능하다.
실시예 1
먼저, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 구조에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 구조를 나타낸 평면도이고, 도 4는 도 3의 IV-IV'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 발광 소자는, 기판(100) 상에 n형 반도체층(120), 활성층(130) 및 p형 반도체층(140)을 적어도 포함하는 에피층(142)을 포함하여 발광 구조물을 이루고 있다. 도시한 것처럼, 기판(100)과 n형 반도체층(120) 사이 및 p형 반도체층(140)과 p형 전극(160) 사이 중 적어도 어느 하나에 도전층을 더 포함할 수 있다. 본 실시예에서 기판(100)과 n형 반도체층(120) 사이의 도전층은 버퍼층(110), p형 반도체층(140)과 p형 전극(160) 사이의 도전층은 투명 전극(150)이다.
기판(100)은 질화물 반도체 단결정을 성장시키기에 적합한 기판으로서, 바람직하게, 사파이어를 포함하는 투명한 재료를 이용하여 형성되며. 사파이어 이외에 징크 옥사이드(zinc oxide, ZnO), 갈륨 나이트라이드(gallium nitride, GaN), SiC 및 알루미늄 나이트라이드(AlN)로 형성될 수 있다.
버퍼층(110)은 기판(100) 상에 n형 반도체층(120)을 성장시키기 전에 기판(100)과의 격자 정합을 향상시키기 위한 층으로, AlN/GaN으로 형성될 수 있다. 버퍼층(110)은 본 실시예 발광 소자의 필수적인 구성 요소는 아니고 발광 소자의 특성 및 공정 조건에 따라 생략될 수 있다.
에피층(142)의 n형 반도체층(120)과 활성층(130) 및 p형 반도체층(140)은, InXAlYGa1-X-YN 조성식(여기서, 0≤X, 0≤Y, X+Y≤1)을 갖는 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, n형 반도체층(120)은, n형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 이루어질 수 있으며, n형 불순물로는 예를 들어, Si, Ge, Sn 등을 사용하고, 바람직하게는 Si를 주로 사용한다. 또한, p형 반도체층(140)은, p형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 이루어질 수 있으며, p형 불순물로는 예를 들어, Mg, Zn, Be 등을 사용하고, 바람직하게는 Mg를 주로 사용한다. 그리고, 활성층(130)은 광을 생성하여 방출하기 위한 층으로, 통상 InGaN층을 우물로 하고 GaN층을 벽층으로 하여 다중양자우물(Multi-Quantum Well)을 형성함으로써 이루어진다. 활성층(130)은 하나의 양자우물층 또는 더블헤테로 구조로 구성될 수도 있다. 버퍼층(110), n형 반도체층(120), 활성층(130) 및 p형 반도체층(140)은 MOCVD, MBE 또는 HVPE와 같은 증착공정을 통해 형성된다.
투명 전극(150)은 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 도전성 금속산화물만이 아니라, 발광 소자의 발광 파장에 대해 투과율이 높다면, 도전성이 높고 콘택 저항이 낮은 금속박막으로도 이루어질 수 있다. 투명 전극(150)도 본 실시예 발광 소자의 필수적인 구성 요소는 아니고 발광 소자의 특성 및 공정 조건에 따라 생략될 수 있다.
에피층(142)의 일부, 예컨대 활성층(130)과 p형 반도체층(140), 그리고 투명 전극(150)의 일부는 메사 식각으로 제거되어, 저면에 형성된 n형 반도체층(120)의 일부 상면을 노출하고 있다. 이 때, 활성층(130)의 가장자리는 n형 반도체층(120)의 사방 가장자리로부터 소정 간격 들여지도록 형성하기도 하는데, 이는 질화물계 반도체 발광 소자 구동시, 전류의 흐름을 활성층(130)의 전면 즉, 발광 면적 전체에 균일하게 확산시키기 위함이다. 그리고 투명 전극(150)도 p형 반도체층(140)의 사방 가장자리로부터 소정 간격 들여 형성될 수 있다.
도 3에서 보이는 바와 같이, 반도체 발광 소자는 예컨대 x축 방향 길이가 500um이고 y축 방향 길이가 1000um인, 즉 500umx1000um과 같은 장방형 모양을 가진다. p형 전극(160)은 와이어 본딩이 이루어질 영역인 p형 전극 패드(152)를 포함한다. p형 전극 패드(152)는 투명 전극(150)의 일측 가장자리, 바람직하게는 장방형의 장축(y축)에서 일부 영역을 에칭하여 p형 반도체층(140)을 노출시킨 위치에 형성되거나 투명 전극(150) 상에 그냥 형성된다. 어느 경우이든 p형 전극 패드(152)는 투명 전극(150) 아래의 p형 반도체층(140) 상부의 일측 가장자리에 형성된다. p형 전극 패드(152)는 발광 면적의 손실을 최소화하기 위하여 반도체 발광 소자의 가장자리에 인접한 영역 상에 형성되는 것이 바람직하며, 본 실시예에서는 가급적 p형 전극 패드(152)를 모서리에 가깝게 배치한다.
활성층(130), p형 반도체층(140) 및 투명 전극(150)의 일부가 메사 식각되어 드러난 n형 반도체층(120) 위에는 n형 전극(170)이 형성된다. n형 전극(170)은 p형 전극 패드(152)와 대향하는 타측 가장자리로 n형 반도체층(120) 상에 형성된 n형 전극 패드(162)를 포함한다. n형 전극 패드(162)도 가급적 모서리에 가깝게 배치한다.
p형 전극(160)은 p형 전극 패드(152)와 연결되며 상기 일측 가장자리를 향하여 볼록한 p형 보조 전극(156)을 포함한다. 본 실시예에서 p형 전극 패드(152)는 p형 보조 전극(156)의 볼록한 부분과 연결된다. n형 전극(170)은 n형 전극 패드(162) 양측에서 뻗어 나온 형태로 상기 타측 가장자리를 따라 형성된 n형 보조 전극(164)을 포함한다.
p형 보조 전극(156)의 단부(154)는 상기 p형 반도체층(140)의 일측과 타측 가장자리를 제외한 나머지 가장자리들, 즉 장방형의 단축(x축)과 나란한 두 가장자리와 만나게 p형 전극 패드(152)와 n형 전극 패드(162)의 사이를 지나면서 p형 전극 패드(152) 쪽으로 기울어진 선(C) 상에 그 끝이 놓인다. 이에 따라 p형 보조 전극(156)의 단부(154)는 n형 전극 패드(162)에 가까워질수록 길이가 점진적으로 짧아지는 구조를 갖게 된다. 그리고 p형 보조 전극(156)의 단부(154)는 상기 타측 가장자리를 향하되 0도보다 크고 45도보다 작거나 같은 각(θ)을 이루면서 n형 전극 패드(162)의 반대 방향을 향한다.
p형 보조 전극(156)에서 상기 일측 가장자리를 향하여 볼록한 부분은 원호 형상일 수도 있다. 특히 가장 볼록한 지점이 상기 일측 가장자리를 따라 n형 전극 패드(162) 쪽에 가깝게 기울어진 형태를 가질 수도 있다.
p형 보조 전극(156)은 상기 일측 가장자리를 향하여 볼록하기만 하면 전체가 곡선으로 이루어진 것이든 직선을 일부 포함한 것이든 무방하다. 따라서, p형 보조 전극(156)의 단부(154)는 곡선이어도 되고 도 3에 도시한 바와 같이 직선이어도 된다. 보다 바람직한 전류 확산을 위하여 p형 보조 전극(156)의 단부(154)는 서로 평행인 것이 바람직하다. 이와 같이 하면 발광 면적 전체에 걸쳐 전류의 균일한 확산을 도모할 수 있다.
p형 전극 패드(152)와 n형 전극 패드(162)의 모양이나 크기는 동일하게 할 수 있으며, p형 보조 전극(156)과 n형 보조 전극(164)의 선폭도 동일하게 할 수 있다. 선폭이 큰 경우에는 전류를 효과적으로 확산시킬 수 있지만 광을 더욱 많이 흡수하거나 차단한다. 마찬가지로 p형 보조 전극(156)과 n형 보조 전극(164)의 간격을 짧게 할수록 전류 확산(spreading)이 좋아지지만 광 흡수와 차단이 증가한다. 따라서, 적정한 선폭과 간격을 유지하여야 한다.
실제 제조에 있어서는 기판(100) 상에 버퍼층(110)을 성장시키고 나서 에피층(142)을 형성하고 투명 전극(150)을 형성한 후, 투명 전극(150) 상에 포토레지스트를 이용한 리프트 오프 방식으로 금속을 증착한 후 벗겨내어 p형 전극(160)을 형성한다. 다음, 활성층(130), p형 반도체층(140) 및 투명 전극(150)을 식각하여 n형 전극(170) 형상으로 홈을 파고 n형 전극(170)을 형성한다. p형 전극(160)과 n형 전극(170)의 두께를 증가시키면 저항은 감소하지만 비용이 증가하고 광 흡수 문제가 있어, 역시 적정한 두께를 가지도록 해야 한다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 기존의 발광 소자(1)에서는 n형 전극(11)과 p형 전극(15) 사이의 거리가 길다. 그러나 본 실시예에 따르면, n형 전극(170)과 p형 전극(160) 사이의 거리가 p형 보조 전극(156)의 존재로 인해 가깝다. 이러한 구조를 통해 전류 밀도가 더욱 균일해질 수 있다.
p형 전극(160)은 활성층(130) 전체를 통해 균일하게 n형 전극(170)으로 전류를 흐르게 하여 활성층(130) 내부로 전자 및 정공이 거의 균일하게 주입될 수 있다. 따라서, 전자 및 정공이 활성층(130) 내부에서 재결합하여 거의 균일하고 고효율적으로 광을 생성할 수 있다.
본 발명에 따르면 불필요한 전극 부위 없이 실제적인 발광 면을 더욱 넓게 증가시켜 발광 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 이점이 있고, 전류 확산이 좋으며, 이에 따라 동작 전압이 낮아지고 발광 효율이 좋아진다.
LED의 출력 전력 및 광속을 증가시키는 하나의 방법은 LED의 크기를 증가시키는 것이다. 여기서 도시하고 설명한 전극 구조는 종래의 LED에 비하여 큰 LED에 이용될 수 있는 한편, 강화된 전류 주입과 개선된 전류 확산 구조를 가지게 된다. 광 생성을 위해 활성층(130)으로 전자 및 정공을 균일하게 주입할 수 있도록 전류가 활성층(130)을 통해 균일하게 분포될 수 있다.
실시예 2
다음으로 도 5를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 구조에 대하여 설명하기로 한다. 다만, 제2 실시예의 구성 중 제1 실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고, 제2 실시예에서 달라지는 구성에 대해서만 상술하기로 한다.
우선, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 5를 참조하면, 도 3의 경우에 비하여 p형 보조 전극(156) 수가 많다. 본 실시예에서는 p형 보조 전극(156) 4 개가 상기 선(C)을 따라 형성되고 인접한 p형 보조 전극(156)끼리는 서로의 단부(154)가 연결되어 있는 것을 예로 든다. 본 실시예에서 여러 개의 p형 보조 전극(156)은 대체로 겹쳐진 U자형 경로를 형성하고 있다.
인접한 p형 보조 전극(156)의 단부(154)는 서로 일정한 간격(d)을 유지하도록 형성하며 서로 평행하게 하는 것이 전류의 균일한 확산을 위해 바람직하다. p형 보조 전극(156)의 가장 볼록한 지점이 상기 일측 가장자리를 따라 n형 전극 패드(162) 쪽에 가깝게 기울어진 형태를 가진다. p형 전극 패드(152)는 n형 전극 패드(162)와 가장 먼 p형 보조 전극(156)의 볼록한 부분과 연결된다. 인접한 p형 보조 전극(156)끼리 서로의 단부가 연결되기 시작하는 위치(e)는 상기 일측 가장자리 방향을 따라 놓인다.
p형 보조 전극(156)의 개수를 증가시킬수록 전류 확산이 좋아지지만 광 흡수와 차단이 증가한다. 따라서, 적정한 개수를 유지하여야 한다.
실시예 3
다음으로 도 6을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 구조에 대하여 설명하기로 한다. 다만, 제3 실시예의 구성 중 제2 실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고, 제3 실시예에서 달라지는 구성에 대해서만 상술하기로 한다.
도 6은 본 발명의 제3 변형예에 따른 반도체 발광 소자의 구조를 나타낸 평면도이다. 제2 실시예에서는 인접한 p형 보조 전극(156)끼리 서로의 단부(154)가 일정 길이 연결되어 있는 것을 예로 들었는데, 도 6을 참조하면, 본 실시예에서는 인접한 p형 보조 전극(156)끼리 서로의 단부(154)가 연결되되, 상기 선(C) 상에 놓이는 끝을 공유하고 있다.
실시예 4
다음으로 도 7을 참조하여 본 발명의 제4 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 구조에 대하여 설명하기로 한다. 다만, 제4 실시예의 구성 중 제2 실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고, 제2 실시예에서 달라지는 구성에 대해서만 상술하기로 한다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 구조를 나타낸 평면도이다. 도 7을 참조하면, 제4 실시예에 따른 반도체 발광 소자는 제2 실시예에 따른 반도체 발광 소자와 대부분의 구성이 동일하고, 다만, p형 보조 전극(156)의 단부(154)가 0도의 각을 이루면서, 즉 n형 보조 전극(164)에 수직인 방향으로 형성되어 있다.
도 8 내지 도 10은 종래 기술, 본 발명의 제2 및 제4 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 전류 분포를 전산모사(simulation)한 결과이다.
먼저 도 8은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 종래 반도체 발광 소자(1)에서의 전류 분포를 보여준다. 전류 확산이 71.9%이며 불균일한 것을 볼 수 있는데 이것은 광도 저하로 이어진다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 전류 분포를 보여준다. n형 전극 패드(162)와 p형 전극 패드(152)의 거리가 줄어듦에 따라 패드 간격을 변화시켜 전류 균일도가 향상된 것을 확인할 수 있다. 전류 확산은 74.1%로 도 9에 비해 증가하였다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 전류 분포를 보여준다. n형 전극 패드(162)와 p형 전극 패드(152)의 거리가 줄어듦에 따라 패드 간격을 변화시켜 전류 균일도가 향상된 것을 확인할 수 있다. 전류 확산은 73.4%로, 도 9에 비하여 조금 작지만 도 8에 비해 증가하였다.
실제 소자로 만들어 구동전압, 광출력을 측정하였다.
먼저, 종래 반도체 발광 소자(1)에서 구동 전압은 약 3.53V이고 광출력은 98mW이며 광 변환 효율(광출력/입력전류)은 27.8%이다. 제2 실시예에 따른 반도체 발광 소자에서 구동 전압은 약 3.45V이고 광출력은 106.72mW이며 광 변환 효율은 30.96%이다. 제4 실시예에 따른 반도체 발광 소자에서 구동 전압은 약 3.49V이고 광출력은 106.26mW이며 광 변환 효율은 30.48%이다. 즉, 본 발명에 따르면 발광 소자의 구동 전압이 감소하고 광출력은 증가하여 광 변환 효율이 종래 기술에 비해 증가하는 효과가 있다.
한편, 앞의 모든 예들에서는 장방형 형상의 반도체 발광 소자를 도시하고 설명하였으나, 반도체 발광 소자는 예컨대 750umx750um, 1000umx1000um 등과 같은 정방형 형상을 가질 수 있으며, 그에 따라 본 발명의 p형 전극과 n형 전극의 모양과 길이는 알맞게 변형될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다. 본 발명의 실시예들은 예시적이고 비한정적으로 모든 관점에서 고려되었으며, 이는 그 안에 상세한 설명보다는 첨부된 청구범위와, 그 청구범위의 균등 범위와 수단내의 모든 변형예에 의해 나타난 본 발명의 범주를 포함시키려는 것이다.
100...기판 110...버퍼층
120...n형 반도체층 130...활성층
140...p형 반도체층 142...에피층
150...투명 전극 152...p형 전극 패드
154...p형 보조 전극 156...단부
160...p형 전극 162...n형 전극 패드
164...n형 보조 전극 170...n형 전극

Claims (12)

  1. 기판, 상기 기판 상에 순차 형성된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 상기 제1 도전형과는 반대되는 제2 도전형 반도체층을 포함하는 반도체 소자로서,
    x축과 그에 직교하는 y축을 갖는 좌표계를 상기 반도체 소자의 중심에 도입하는 경우,
    상기 제2 도전형 반도체층의 제3사분면에서 상기 y축 방향을 따르는 일측 가장자리 쪽에 형성된 제2 도전형 전극 패드와, 상기 제2 도전형 전극 패드와 연결되며 상기 일측 가장자리를 향하여 볼록한 제2 도전형 보조 전극을 포함하는 제2 도전형 전극; 및
    상기 제1 반도체층의 제1사분면에서 상기 일측 가장자리와 대향하는 타측 가장자리 쪽에 형성된 제1 도전형 전극 패드와, 상기 제1 도전형 전극 패드 양측에서 뻗어 나온 형태로 상기 타측 가장자리를 따라 형성된 제1 도전형 보조 전극을 포함하는 제1 도전형 전극을 포함하고,
    상기 제2 도전형 보조 전극은 상기 제1 도전형 보조 전극을 향하면서 0 또는 음의 기울기를 가지는 2 개 이상의 단부를 가지고, 상기 제2 도전형 보조 전극의 단부는 상기 좌표계에서 음의 기울기를 가지는 가상의 직선 상에 그 끝이 놓이는 반도체 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 도전형 보조 전극의 단부는 -1 이상 0 이하의 기울기를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 도전형 보조 전극의 단부는 직선 또는 곡선인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 도전형 전극 패드는 상기 제2 도전형 보조 전극의 볼록한 부분과 연결된 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 도전형 보조 전극의 단부는 서로 평행인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 도전형 보조 전극은 상기 y축 방향을 따라 여러 개가 형성되고 인접한 제2 도전형 보조 전극끼리는 서로의 단부가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2 도전형 보조 전극의 단부는 서로 일정한 간격을 유지하도록 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제2 도전형 보조 전극의 단부는 서로 평행인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  9. 제6항에 있어서, 상기 제2 도전형 보조 전극의 가장 볼록한 지점에서 접선을 그으면 양의 기울기를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  10. 제6항에 있어서, 상기 제2 도전형 전극 패드는 상기 제1 도전형 전극 패드와 가장 먼 제2 도전형 보조 전극의 볼록한 부분과 연결된 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  11. 제6항에 있어서, 상기 제2 도전형 보조 전극은 3개 이상이고 상기 인접한 제2 도전형 보조 전극끼리 서로의 단부가 연결되기 시작하는 위치를 연결한 선은 상기 y축과 평행한 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
  12. 제6항에 있어서, 상기 인접한 제2 도전형 보조 전극끼리는 상기 직선 상에 놓이는 끝을 공유하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
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