KR101284730B1 - 발광 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광 소자에 관한 것으로, 특히 p-n 전극간의 단락을 차단하는 발광 소자에 관한 것이다. 이와 같이 본 발명에 따른 발광 소자는 기판상에 제 1 도전형 클래드층, 활성층, 제 2 도전형 클래드층을 포함하는 발광 소자에 있어서, 상기 제 2 도전형 클래드층 상에 형성되는 전극 주위를 둘러싸는 단락 방지벽을 통해 전극간 단락을 차단하여 신뢰성을 회복하는데 효과가 있다.

발광 다이오드, 질화물, 단락,

Description

발광 소자{light emitting device}

도 1은 종래의 질화물 발광 소자를 나타낸 단면도

도 2는 본 발명에 따른 질화물 발광 소자를 나타낸 단면도

도 3은 본 발명에 따른 질화물 발광 소자를 나타낸 레이-아웃도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100: 기판 110: 버퍼층

120: 언도핑 질화갈륨층 130: 제 1 도전형 클래드층

140: 활성층 150: 제 2 도전형 클래드층

160: 투명 오믹 전극 170: n형 전극

180: p형 전극 190: 단락 방지벽

본 발명은 발광 소자에 관한 것으로, 특히 p-n 전극간의 단락을 차단하는 발광 소자 및 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 발광 소자로는 LED(Light Emitting Diode; 발광 다이오드)를 꼽을 수 있는데, LED는 화합물 반도체의 특성을 이용해 전기 신호를 적외선, 가시광선 또는 빛의 형태로 변환시켜 신호를 보내고 받는 데 사용되는 소자이다.

상기 LED의 사용 범위는 가정용 가전제품, 리모콘, 전광판, 표시기, 각종 자동화 기기 등에 사용되고, 종류는 크게 IRED(Infrared Emitting Diode)와 VLED(Visible Light Emitting Diode)로 나뉘어 진다.

보통, 소형화된 LED는 PCB(Printed Circuit Board) 기판에 직접 장착하기 위해서 표면실장소자(Surface Mount Device)형으로 만들어지고 있고, 이에 따라 표시소자로 사용되고 있는 LED 램프도 표면실장소자 형으로 개발되고 있다. 이러한 표면실장소자는 기존의 단순한 점등 램프를 대체할 수 있으며, 이것은 다양한 칼라를 내는 점등표시기, 문자표시기 및 영상표시기 등으로 사용된다.

상기와 같이 LED의 사용 영역이 넓어지면서, 생활에 사용되는 전등이나 구조 신호용 전등 등에서 요구되는 휘도의 량도 갈수록 높아져서, 최근에는 고출력 발광 다이오드에 대한 개발이 활발히 진행 중이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 발광 소자를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 발광 소자를 나타낸 단면도이다.

이하에서, 설명되는 발광소자는 질화물 반도체를 이용한 것이며, 그 중에서도 질화 갈륨이 사용된 것으로 한다.

도 1에 의하면, 종래의 발광소자는 기판(10) 상에 순차적으로 형성된, 버퍼층(20), 언도프(undoped) 질화갈륨층(30), n형 제 1 도전형 클래드층40), 활성층(50), p형 제 2 도전형 클래드층(60), 투명오믹전극(70)과 n형 전극(80) 및 p형 전 극(90)으로 구성된다.

상기 기판(10) 상에는 버퍼층(20)을 형성하여 양질의 질화물을 성장시키기 위한 기판(10)의 평탄도를 높이며 가령, 기판(10)의 화학적 작용에 의한 멜트백(melt-back) 에칭 등을 방지한다.

그리고, 상기 언도프 질화갈륨층(30)은 상기 버퍼층(20) 상에 형성될 여러가지 반도체소자 중에서 상기 질화물 반도체 발광소자를 위한 베이스층으로서 상기 n형 제 1 도전형 클래드층(40)을 성장시킨다.

이어서, 상기 제 1 도전형 클래드층(40) 표면의 일측 상에 상기 n형 전극(80)이 형성되어 있고, 상기 n형 전극(80)이 형성된 영역 이외에 활성층(50)이 형성되어 있다.

상기 활성층(50)은 다중양자우물(MQW)구조로서, 상기 p형 전극(90)을 통하여 흐르는 정공과 상기 n형 전극(80)을 통하여 흐르는 전자가 결합됨으로써 광을 발생시키는 층이다.

이와 같이 구성된 발광 소자는 패브리케이션 공정으로 칩 사이즈가 작아짐에 따라 p-n 전극간의 간격이 줄어들어 전극간 단락 현상이 자주 발생하고 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 전극간 단락을 차단하는 패턴을 적용한 발광 소자 및 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 발광 소자는 기판상에 제 1 도전형 클래드층, 활성층, 제 2 도전형 클래드층을 포함하는 발광 소자에 있어서, 상기 제 2 도전형 클래드층 상에 형성되는 전극 주위를 둘러싸는 단락 방지벽을 포함하여 구성된다.

바람직하게는 상기 제 1 도전형 클래드층이 n형이면 제 2 도전형 클래드층은 p형이며, 제 1 도전형 클래드층이 p형이면 제 2 도전형 클래드층은 n형이다.

상기 단락 방지벽은 옥사이드 계열을 절연성 물질로 이루어지며, 댐 구조로 이루어진다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 발광 소자 및 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 본 발명에 의한 발광 소자는 GaN(질화 갈륨), AlN(질화 알루미늄), InN(질화 인듐) 등의 3족 및 5족 화합물을 이용한 질화물 반도체가 사용된 것으로 하고, 그 중에서 질화 갈륨이 적용된 것으로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 발광 소자를 나타낸 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 발광 소자의 레이-아웃도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 발광 소자는 기판(100) 상에 순차적으로 형성된, 버퍼층(110), 언도프(undoped) 질화갈륨층(120), n형 제 1 도전형 클래드층(130), 활성층(140), p형 제 2 도전형 클래드층(150), 투명오믹전극(160)과 n형 전극(170) 및 p형 전극(180)으로 구성된다.

상기 기판(100) 상에는 버퍼층(110)을 형성하여 양질의 질화물을 성장시키기 위한 기판(100)의 평탄도를 높이며, 가령, 기판(100)의 화학적 작용에 의한 멜트백(melt-back) 에칭 등을 방지한다.

그리고, 상기 언도프 질화갈륨층(120)은 상기 버퍼층(110) 상에 형성될 여러가지 반도체소자 중에서 상기 질화물 반도체 발광소자를 위한 베이스층로서 상기 n형 제 1 도전형 클래드층(130)을 성장시킨다.

이어서, 상기 n형 제 1 도전형 클래드층(130) 표면의 일측 상에 상기 n형 전극(170)이 형성되어 있고, 상기 n형 전극(170)이 형성된 영역 이외에 활성층(140)이 형성된다.

상기 활성층(140)은 다중양자우물(MQW)구조로서, 상기 p형 전극(180)을 통하여 흐르는 정공과 상기 n형 전극(170)을 통하여 흐르는 전자가 결합됨으로써 광을 발생시키는 층이다.

그리고, 상기 p형 전극(180)을 형성할 주위를 옥사이드(oxide) 계열의 절연성 물질로 단락 방지벽(Short Block Barrier: SBB)(190)을 형성한다.

여기서, 상기 단락 방지벽(190)은 최근 발광 소자의 소형화로 인해 발생하는 p형 전극(180)과 n형 전극(170)간 간격이 줄어듦으로 전극간 발생하는 단락 현상을 원천적으로 제어한다.

이어서, 상기 p형 전극(180)이 형성될 주위에 단락 방지벽(190)을 형성한 후 p형 전극(180)을 형성한다. 따라서, p형 전극(180)의 높이는 단락 방지벽(190)의 높이와 같거나, 낮게 형성된다.

상기 단락 방지벽(190)은 댐 구조로 이루어진 패턴이다. 또한, 도 3에 도면에 도시된 바와 같이, 상기 p형 전극(180)은 상기 p형 전극(180)과 n형 전극(170)의 중심을 연결하는 동일 직선을 기준으로 상측과 하측 방향으로 소정의 각도를 가지는 가지전극을 포함하고, 상기 p형 전극(180)과 가지전극들의 주위에는 단락 방지벽(190)이 형성되어 있다. 또한, 상기 단락 방지벽(190)이 형성된 상기 p형 전극(180)의 가지전극들의 가장자리는 상기 p형 제 2 도전형 클래드층(150)의 폭보다 좁게 적층 형성된 투명오믹전극(160)의 측면 모서리까지 확장 형성되어 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 n형 전극(170)은 직선형 측면과 곡선형 측면을 갖도록 형성되고, 이 중 직선형 측면만 개방된 구조로 형성되어 있다. 다른 곡선형 측면은 적층된 상기 활성층, 상기 p형 제 2 도전형 클래드층(150) 및 투명오믹전극(160)에 의해 감싸 여진 구조로 형성된다. 즉, 상기 n형 전극(170)의 개방된 일측면을 제외한 다른 측면은 적층된 활성층, 상기 p형 제 2 도전형 클래드층(150) 및 투명오믹전극(160)의 적층된 측면들과 서로 마주한 구조로 형성되어 있다.

그리고, 상기 n형 제 1 도전형 클래드층(130)은 도펀트로 실리콘(Si)이 도핑 된 n형 질화 갈륨(GaN)이고, 상기 p형 제 2 도전형 클래드층(150)은 도펀트로 마그네슘(Mg)이 도핑 된 질화갈륨(GaN)의 3-5족 반도체 이다.

상기와 같이 구성된 발광 소자는 상기 n형 전극(170)과 p형 전극(180)에 전압이 인가되면, n형 제 1 도전형 클래드층(130)으로부터 활성층(140)으로 전자가 주입되고 p형 제 2 도전형 클래드층(150)으로부터 상기 활성층(140)으로 정공이 주입된다.

이때, 상기 활성층(140) 영역으로 주입된 전자와 정공은 재결합하여 빛이 생성되게 된다.

이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 발광 소자는 칩 사이즈가 점점 작아지는 추세 속에서 발생하는 P-N 전극간 단락 현상을 원천적으로 방지하여 소자의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 기판상에 제 1 도전형 클래드층, 활성층, 제 2 도전형 클래드층을 포함하는 발광 소자에 있어서,

   상기 제 2 도전형 클래드층 상에 형성되는 제 1 전극 주위를 둘러싸는 단락 방지벽을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 도전형 클래드층이 n형이면 제 2 도전형 클래드층은 p형이고, 제 1 도전형 클래드층이 p형이면 제 2 도전형 클래드층은 n형인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 단락 방지벽은 옥사이드 계열의 절연성 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 소자
4. 제 1 항에 있어서

   상기 단락 방지벽은 댐 구조인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 도전형 클래드층과 상기 제 1 전극 사이에는 투명오믹전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 도전형 클래드층의 노출 영역에는 직선형 측면과 곡선형 측면을 갖는 제 2 전극이 형성되고, 상기 제 2 전극의 곡선형 측면은 적층된 상기 활성층, 제 2 도전형 클래드층 및 투명오믹전극에 의해 감싸 여지고, 상기 제 2 전극의 직선형 측면은 개방되도록 형성된 것을 특징으로 하는 발광 소자.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 전극은 상기 제1 전극으로부터 상기 제 2 도전형 클래드층 상에 형성된 투명오믹전극의 측면 모서리까지 확장 형성된 가지전극들을 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1전극과 상기 단락 방지벽의 높이는 동일한 것을 특징으로 하는 발광 소자.
9. 삭제

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