KR101241363B1 - 질화물 반도체 발광 다이오드 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 질화물 반도체 발광 다이오드에 관한 것으로, 특히 균일한 전류 전달을 이루어 유효한 발광 면적을 최대한 확보하여 휘도를 향상시킬 수 있는 새로운 형태의 핑거 타입의 전극 구조를 구비한 질화물 반도체 발광 다이오드에 관한 것이다.
Description
본 발명은 질화물 반도체 발광 다이오드에 관한 것으로, 특히 균일한 전류 전달을 이루어 유효한 발광 면적을 최대한 확보함으로써 휘도를 향상시킬 수 있는 전극 패드와 전극 패드에 연결된 다수의 전극 핑거를 구비한 질화물 반도체 발광 다이오드에 관한 것이다.
일반적으로, 질화물 반도체 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)는 전자와 홀의 재결합을 기초로 발광하는 반도체 소자로서, 광통신, 전자기기 등에서 광원으로 널리 사용되는 것이다.
상기 발광다이오드에 있어서, 발광되는 광의 주파수(혹은 파장)은 반도체소자에 사용되는 재료의 밴드 갭 함수로서, 작은 밴드 갭을 갖는 반도체 재료를 사용하는 경우 낮은 에너지와 긴 파장의 광자가 발생되고, 넓은 밴드 갭을 갖는 반도체 재료를 사용하는 경우 짧은 파장의 광자가 발생한다.
예를 들어, AlGaInP 물질은 적색 파장의 광을 발생시키고, 실리콘 카바이드(SiC)와 Ⅲ족 질화물계 반도체, 특히 GaN는 청색 또는 자외선 파장의 광을 발생시킨다.
그 중에서, 갈륨계 발광다이오드는 GaN의 벌크 단결정체를 형성할 수 없기 때문에, GaN 결정의 성장에 적합한 기판을 사용하여야 하며, 대표적으로 사파이어 기판이 사용된다.
도 1과 도 2 는 종래의 플립-칩 구조의 발광 다이오드의 상면도 및 그 발광다이오드의 A-A 단면도를 각각 도시한 도면으로서, 종래의 발광 다이오드(20)는 예를 들어 사파이어기판(21)의 상면에 순차적으로 버퍼층(22), n형 GaN 클래드층(23a), 활성층(23b), p형 GaN 클래드층(23c)이 형성되며, 이와 같이 형성된 활성층(23b)과 p형 GaN 클래드층(23c)를 건식 에칭하여, n형 GaN 클래드층(23a)의 일부를 노출시킨 후, 노출된 n형 GaN 클래드층(23a)의 상부에는 n측 전극(26), 에칭되지 않은 p형 GaN 클래드층(23c)의 상부에는 투명전극(24)을 개재한 후 p 측 전극(25)을 형성한다.
종래 상기 p측 전극과 n측 전극의 형태에 있어서, 전류 밀도를 균일하게 하기 위하여 전류를 분산시킬 수 있도록 핑거 타입으로 하여 낮은 전압에서도 광효율을 높이고자 하는 시도가 있었다. 도 3에 종래 사용되는 핑거 타입의 전극 구조를 나타내었다. 도 3에서 보는 바와 같이 n측 패드(26')에서 연장되는 n측 전극(26'')은 단일 핑거 형태와 외곽을 둘러싸는 n-전극 외곽부로 구성되고, p측 패드(25') 에서 연장되는 p 측 전극(25'')은 좌우 대칭의 핑거 형태로 형성된다.
그러나, 이러한 종래 핑거 타입의 전극 구조에서는 p 형 클래드층과 n형 클래드층에서의 횡방향 저항이 균형을 이루지 못할 경우 핑거 전극의 끝부분에 전류가 집중되는 현상이 나타나는 문제점이 있었다. 상기 도 3의 핑거 타입의 전극 구조에서의 광출력 시뮬레이션 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4에서 보는 바와 같이 p측 전극(25'')의 끝부분에서 전류가 집중되고, 이로 인해 발광 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전류 분포의 균일도를 높일 수 있는 새로운 형태의 핑거 타입의 전극 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여
기판 상에 순차적으로 형성된 제 1 도전형 반도체 물질로 형성된 제 1 클래드층, 다중 양자 우물(multi-quantum well) 구조의 활성층 및 제 2 전도성 반도체 물질로 형성된 다층 구조의 제 2 클래드층을 포함하되,
상기 제 2 클래드층의 일단에 위치한 하나의 p-전극 패드; 및
상기 제 1 클래드층의 노출 영역에서 상기 p-전극 패드와 마주하여 배치되는 하나의 n-전극 패드를 포함하고,
상기 p-전극 패드는 상기 n-전극 패드 방향으로 연장된 하나 이상의 p-전극 핑거가 연결되며,
상기 n-전극 패드는 상기 p-전극 패드 방향의 중심을 향하여 일정 폭과 소정 길이로 연장된 단일 핑거 형태의 n-전극 핑거와, 외곽을 둘러싸는 n-전극 외곽부가 연결되는 질화물 반도체 발광 다이오드에 있어서,
상기 p- 전극 핑거는 상기 p-전극 패드를 중심으로 대칭으로 형성되며, 상기 p-전극 패드로부터 상기 n-전극 패드와 멀어지는 방향으로 연장되는 제 1 부분, 상기 제 1 부분으로부터 상기 n-전극 패드 방향으로 연장되는 제 2 부분으로 구성되는 것인 질화물 반도체 발광 다이오드를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 p- 전극 핑거의 제 2 부분은 상기 n- 전극 핑거의 평행선과 일정 각도를 이루는 경사진 형태로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 p- 전극 핑거의 제 2 부분과 상기 n- 전극 핑거의 평행선은 10 ° 내지 30° 의 각도를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 단일 핑거 형태의 n- 전극 핑거는 상기 질화물 반도체 발광 다이오드의 장방향 길이의 3/5 이내의 길이인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제 2 부분은 상기 n- 전극 핑거와 평행하게 연장되는 제 3 부분, 상기 제 3 부분으로부터 상기 n- 전극 핑거의 평행선과 일정 각도를 이루면서 연장되는 제 4 부분을 포함하는 형태로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 p-전극 핑거의 제 3 부분은 상기 p-전극 핑거의 제 2 부분으로부터 상기 n-전극 핑거의 끝단이 위치하는 부분까지 연장되고, 상기 p-전극 핑거의 제 4 부분은 상기 n- 전극 핑거의 평행선과 10 ° 내지 30° 의 각도를 이루면서 연장되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 새로운 형태의 전극 구조를 포함하는 질화물 반도체 발광 다이오드는 전류가 밀집되어 발광 효율이 저하되는 영역을 감소시켜 전체적으로 전류 분포의 균일도를 높이며, 이로 인해 발광 효율을 향상시키는 효과를 나타낸다.
도 1은 종래의 플립-칩 구조의 발광 다이오드의 상면도를 나타낸다.
도 2는 상기 도 1의 발광다이오드의 A-A 단면도를 나타낸다.
도 3은 종래 핑거 타입의 전극 구조를 나타낸다.
도 4는 도 3의 종래 핑거 타입의 전극 구조에서의 광출력 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 핑거 타입의 전극 구조를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 의한 핑거 타입의 전극 구조를 나타낸다.
도 2는 상기 도 1의 발광다이오드의 A-A 단면도를 나타낸다.
도 3은 종래 핑거 타입의 전극 구조를 나타낸다.
도 4는 도 3의 종래 핑거 타입의 전극 구조에서의 광출력 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 핑거 타입의 전극 구조를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 의한 핑거 타입의 전극 구조를 나타낸다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 핑거 타입의 전극 구조를 나타낸다.
도 5에서 보는 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 핑거 타입의 전극 구조에서 p-전극 패드(251)는 상기 n-전극 패드(261) 방향으로 연장된 좌우 대칭의 2개의 p-전극 핑거(250, 250')가 연결되며, n-전극 패드(261)는 상기 p-전극 패드 방향의 중심을 향하여 일정 폭과 소정 길이로 연장된 단일 핑거 형태의 n-전극 핑거(260), 외곽을 둘러싸는 n-전극 외곽부(262)와 연결된다.
상기 단일 핑거 형태의 n 전극 핑거(260)의 길이 d1 은 상기 질화물 반도체 발광 다이오드의 장방향 길이 D 의 3/5 이내의 길이인 것이 전체적인 광효율을 개선하기 위해 바람직하다.
상기 2개의 p 전극 핑거(250, 250')는 상기 p-전극 패드(251)를 중심으로 대칭으로 형성되며, 상기 p-전극 패드와 접하고 상기 p-패드와 멀어지는 방향으로 연장되는 제 1 부분(252, 252'), 상기 제 1 부분으로부터 상기 n-패드 방향으로 연장되는 제 2 부분(253, 253')으로 구성된다.
도 5에서 보는 바와 같이 p-전극 핑거는 상기 p-전극 패드로부터 먼저 상기 n-패드와 멀어지면서 연장된 후, 다시 n-전극 패드 방향으로 연장된다. 이와 같이 상기 n-전극 패드와 멀어지는 제 1 부분을 포함함으로써 발광 다이오드에서 발광 면적을 증가시키는 효과가 나타난다.
상기 p-전극 핑거의 제 2 부분(253, 253')은 상기 n- 전극 핑거(360)의 평행선과 일정 각도를 이루도록 경사진 형태로 구성되며, 이 때 상기 p 전극 핑거의 제 2 부분(253, 253')과 상기 n- 전극 핑거의 평행선(260)은 10 ° 내지 30° 의 각도를 갖는 것이 질화물 반도체 발광 다이오드의 발광 면적을 넓히기 위해 바람직하다. 즉, 본원 발명에서는 p 전극 핑거를 이와 같이 경사진 형태로 구성하여 n 전극 패드 방향으로 갈수록 n 패드와 p 전극 핑거 사이의 거리가 멀어지게 함으로써 p 전극 핑거의 끝부분에서 전류가 집중되는 현상을 개선할 수 있게 된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의한 전극 구조를 도 6에 나타내었다. 본 발명의 또 다른 일 실시예에 의한 핑거 타입의 전극 구조는 도 6에서 보는 바와 같이 p-전극 패드(351)가 n-전극 패드(361) 방향으로 연장된 좌우 대칭의 2개의 p-전극 핑거(350, 350')가 연결되며, n-전극 패드(361)는 상기 p-전극 패드 방향의 중심을 향하여 일정 폭과 소정 길이로 연장된 단일 핑거 형태의 n-전극 핑거(360)와 외곽을 둘러싸는 n-전극 외곽부(362)로 구성된다.
상기 2개의 p 전극 핑거(350, 350')는 상기 p-전극 패드(351)를 중심으로 대칭으로 형성되며, 상기 p-전극 패드로부터 상기 n-패드와 멀어지는 방향으로 연장되는 제 1 부분(352, 352'), 상기 제 1 부분으로부터 상기 n-패드 방향으로 연장되는 제 2 부분(353, 353')으로 구성되고, 상기 제 2 부분은 상기 n- 전극 핑거와 평행한 제 3 부분(354, 354')과 상기 제 3 부분으로부터 상기 n- 전극 핑거의 평행선과 일정 각도를 이루며 연장되는 제 4 부분(355, 355')을 포함하는 형태로 구성된다.
상기 제 3 부분(354, 354')은 상기 n-전극 핑거(360)의 끝단과 동일선상에 위치할 때까지 연장되고, 상기 제 4 부분(355, 355')은 상기 n- 전극 핑거(360)와 10 ° 내지 30° 의 각도를 이루며 연장되는 것이 균일한 전류 밀도를 나타내는 부분의 면적을 증가시키기 위해 바람직하다.
Claims (6)
- 기판 상에 순차적으로 형성된 제 1 도전형 반도체 물질로 형성된 제 1 클래드층, 다중 양자 우물(multi-quantum well) 구조의 활성층 및 제 2 전도성 반도체 물질로 형성된 다층 구조의 제 2 클래드층을 포함하되,
상기 제 2 클래드층의 일단에 위치한 하나의 p-전극 패드; 및
상기 제 1 클래드층의 노출 영역에서 상기 p-전극 패드와 마주하여 배치되는 하나의 n-전극 패드를 포함하고,
상기 p-전극 패드는 상기 n-전극 패드 방향으로 연장된 하나 이상의 p-전극 핑거가 연결되며,
상기 n-전극 패드는 상기 p-전극 패드 방향의 중심을 향하여 일정 폭과 소정 길이로 연장된 단일 핑거 형태의 n-전극 핑거와, 외곽을 둘러싸는 n-전극 외곽부가 연결되는 질화물 반도체 발광 다이오드에 있어서,
상기 p 전극 핑거는 상기 p-전극 패드를 중심으로 대칭으로 형성되며, 상기 p-전극 패드로부터 상기 n-전극 패드와 멀어지는 방향으로 연장되는 제 1 부분, 상기 제 1 부분으로부터 상기 n-전극 패드 방향으로 연장되는 제 2 부분으로 구성되는 것인 질화물 반도체 발광 다이오드.
- 제 1 항에 있어서,
상기 p 전극 핑거의 제 2 부분은 상기 n- 전극 핑거의 평행선과 일정 각도를 이루는 경사진 형태로 구성되는 것인 질화물 반도체 발광 다이오드.
- 제 2 항에 있어서,
상기 p 전극 핑거의 제 2 부분과 상기 n- 전극 핑거의 평행선은 10 ° 내지 30° 의 각도를 갖는 것인 질화물 반도체 발광 다이오드.
- 제 1 항에 있어서,
상기 단일 핑거 형태의 n 전극 핑거는 상기 질화물 반도체 발광 다이오드의 장방향 길이의 3/5 이내의 길이인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 다이오드.
- 제 1 항에 있어서,
상기 p- 전극 핑거의 제 2 부분은 상기 n- 전극 핑거와 평행한 제 3 부분, 상기 제 3 부분으로부터 상기 n- 전극 핑거의 평행선과 일정 각도를 이루며 연장되는 제 4 부분을 포함하는 형태로 구성되는 것인 질화물 반도체 발광 다이오드.
- 제 5 항에 있어서,
상기 p- 전극 핑거의 제 3 부분은 상기 p-전극 핑거의 제 2 부분으로부터 상기 n-전극 핑거의 끝단이 위치하는 부분까지 연장되고, 상기 p-전극 핑거의 제 4 부분은 상기 n- 전극 핑거의 평행선과 10 ° 내지 30° 의 각도를 이루는 것인 질화물 반도체 발광 다이오드.
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