KR102399278B1 - 발광 다이오드 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는, 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 개재된 활성층을 포함하는 발광구조체; 상기 제1 도전형 반도체층에 대향하여 상기 제2 도전형 반도체층 상에 위치하는 제1 전극패드; 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 제2 전극 패드; 상기 제2 전극패드에서 연장하여 상기 제2 도전형 반도체층에 접속된 제2 전극연장부; 및 상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성된 투명전극층을 포함하고, 상기 제2 전극연장부의 일부는 상기 투명전극층을 관통하여 형성된 하나 이상의 홀을 통해 상기 제2 도전형 반도체층과 접속한다. 본 발명에 의하면, 제2 전극패드에서 연장된 제2 전극연장부에 하나 이상의 홀을 형성하여 홀이 형성된 위치에서 전류가 차단되도록 함으로써, 홀이 형성되지 않은 위치에 전류가 밀집되는 현상을 극대화할 수 있어 발광 다이오드의 광 효율을 향시킬 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전극패드를 갖는 발광 다이오드에 관한 것이다.
질화갈륨(GaN) 계열의 발광 다이오드가 개발된 이래, GaN 계열의 LED는 현재 천연색 LED 표시소자, LED 교통 신호기, 백색 LED 등 다양한 방면에 응용되어 사용되고 있다.
질화갈륨 계열의 발광 다이오드는 일반적으로 사파이어와 같은 기판 상에 에피층들을 성장시켜 형성되고, n형 반도체층, p형 반도체층 및 이들 사이에 개재된 활성층을 포함한다. 그리고 n형 반도체층상에 n-전극패드가 형성되고, p형 반도체층 상에 p-전극패드가 형성된다. 발광 다이오드는 전극패드들을 통해 외부 전원에 전기적으로 연결되어 구동된다. 이때, 전류는 p-전극패드에서 반도체층들을 거쳐 n-전극패드로 흐른다.
일반적으로 p형 반도체층은 높은 비저항을 가지므로, p형 반도체층 내에서 전류가 고르게 분산되지 못하고, p-전극패드가 형성된 부분에 전류가 집중되며, 모서리를 통해 전류가 집중적으로 흐르는 문제점이 발생된다. 이러한 전류밀집(current crowing)은 발광영역의 감소로 이어지고, 결과적으로 발광효율을 저하시킨다. 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 p형 반도체층 상에 비저항이 낮은 투명전극층을 형성하여 전류분산을 도모하는 기술이 사용된다. p-전극패드에서 유입된 전류가 투명전극층에서 분산되어 p형 반도체층으로 유입되기 때문에 발광 다이오드의 발광영역을 넓힐 수 있다.
하지만, 투명전극층은 광을 흡수하기 때문에 그 두께가 제한되고, 그에 따라 전류분산에 한계가 있다. 특히, 약 1㎟ 이상의 대면적을 갖는 발광 다이오드는 고출력에 사용되는데, 이러한 대면적 발광 다이오드에서 투명전극층을 이용한 전류분산은 한계가 있다.
이렇게 다수의 연장부들을 사용함으로써, 발광 다이오드의 넓은 영역에 걸쳐 전류를 분산시킬 수 있지만, 전극패드들이 위치하는 부분에서 여전히 전류가 집중되는 전류밀집 현상이 나타나는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전극패드 근처에서 전류밀집 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있는 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는, 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 개재된 활성층을 포함하는 발광구조체; 상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성된 투명전극층; 상기 투명전극층 상에 형성된 제2 전극패드; 상기 제2 전극패드에서 연장된 제2 전극연장부; 및 상기 투명전극층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 개재되는 전류차단층을 포함하고, 상기 투명전극층은 상기 전류차단층의 적어도 일부를 노출시키는 하나 이상의 홈이 형성되며, 상기 제2 전극연장부는 일부가 상기 투명전극층 상에 형성되고 나머지가 상기 홀을 통해 노출된 상기 전류차단층 상부에 형성될 수 있다.
이때, 상기 하나 이상의 홀은 상기 전류차단층의 너비보다 작은 너비를 가질 수 있다.
그리고 상기 제2 전극연장부가 상기 투명전극층과 절연되도록 상기 투명전극층 덮는 절연층을 더 포함할 수 있으며, 상기 제1 도전형 반도체층에 대향하여 상기 제2 도전형 반도체층 상에 위치하는 제1 전극패드; 및 상기 제1 전극패드에서 연장하여 상기 제1 도전형 반도체층에 접속된 제1 전극연장부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 발광구조체에는 상기 제2 도전형 반도체층 및 활성층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층을 노출시키는 하나 이상의 홈부가 형성되고, 상기 하나 이상의 홈부는 상기 제1 전극연장부를 따라 배열되며, 상기 제1 전극연장부는 상기 홈부를 통해 상기 제1 도전형 반도체층에 접속할 수 있다.
이때, 상기 제1 전극연장부와 제2 전극연장부는 서로 평행하게 배치되고, 상기 하나 이상의 홀은 상기 하나 이상의 홈부와 엇갈리게 배치될 수 있으며, 상기 하나 이상의 홀는 상기 홈부가 위치한 위치와 겹치지 않는 길이로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 전극연장부는 상기 발광 다이오드의 가장자리를 따라 형성될 수 있으며, 상기 투명전극층은 메탈산화물로 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면, 제2 전극패드에서 연장된 제2 전극연장부에 하나 이상의 홀을 형성하여 홀이 형성된 위치에서 전류가 차단되도록 함으로써, 홀이 형성되지 않은 위치에 전류가 밀집되는 현상을 극대화할 수 있어 발광 다이오드의 광 효율을 향시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 절취선 I-I'을 따라 취해진 단면도이다.
도 3은 도 1의 절취선 II-II'를 따라 취해진 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 도시한 평면도이다.
도 5는 도 4의 절취선 III-III'를 따라 취해진 단면도이다.
도 6은 도 4의 절취선 IV-IV'를 따라 취해진 단면도이다.
도 2는 도 1의 절취선 I-I'을 따라 취해진 단면도이다.
도 3은 도 1의 절취선 II-II'를 따라 취해진 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 도시한 평면도이다.
도 5는 도 4의 절취선 III-III'를 따라 취해진 단면도이다.
도 6은 도 4의 절취선 IV-IV'를 따라 취해진 단면도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 I-I'을 따라 절취한 단면도이며, 도 3은 도 1의 II-II'를 따라 절취한 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는 기판(121), 제1 도전형 반도체층(123), 활성층(125), 제2 도전형 반도체층(127), 전류차단층(129), 투명전극층(131), 절연층(133), 제1 전극패드(135), 제1 전극연장부(135a), 제2 전극패드(137) 및 제2 전극연장부(137a)를 포함한다.
기판(121)은 사파이어 기판일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니고, 대체로 사각형 형상을 가지며, 서로 대향하는 가장자리들을 갖도록 형성된다. 또한, 기판(121)은 도시된 바와 같이, 패턴이 형성된 사파이어 기판(PSS)일 수 있다.
제1 도전형 반도체층(123)은 기판(121) 상에 위치하고, 제1 도전형 반도체층(123) 상에 제2 도전형 반도체층(127)이 위치하며, 제1 도전형 반도체층(123)과 제2 도전형 반도체층(127) 사이에 활성층(125)이 개재된다. 제1 도전형 반도체층(123), 활성층(125) 및 제2 도전형 반도체층(127)은 (Al, In, Ga)N 등의 질화갈륨 계열의 화합물 반도체 물질로 형성될 수 있다. 그리고 활성층(125)은 요구되는 파장의 광, 일례로, 자외선이나 청색광을 방출하도록 조성 원소 및 조성비가 결정된다.
제1 도전형 반도체층(123)은 n형 질화물 반도체층일 수 있고, 제2 도전형 반도체층(127)은 p형 질화물 반도체층일 수 있으며, 그 반대일 수도 있다.
제1 도전형 반도체층(123) 및/또는 제2 도전형 반도체층(127)은, 도시한 바와 같이, 단일층으로 형성될 수 있으나, 다층 구조로 형성될 수도 있다. 또한, 활성층(125)은 단일 양자웰 또는 다중 양자웰 구조를 가질 수 있다. 또한, 기판(121)과 제1 도전형 반도체층(123) 사이에 GaN 또는 AlN와 같은 버퍼층(미도시)이 개재될 수 있다. 반도체층들은 MOCVD 또는 MBE 기술을 사용하여 형성될 수 있다.
발광구조체(130)는 제2 도전형 반도체층(127) 및 활성층(125)을 관통하여 제1 도전형 반도체층(123)을 노출시키는 복수의 홈부(130a)들을 갖는다. 상기 복수의 홈부(130a)들은, 제1 전극 연장부들을 따라 선형으로 배열된다.
제2 도전형 반도체층(127) 상에 투명전극층(131)이 위치할 수 있다. 투명전극층(131)은, ITO와 같은 투명 산화물이나 ZnO, Al2O3 등의 메탈산화물로 형성될 수 있으며, 제2 도전형 반도체층(127)에 오믹 컨택된다. 투명전극층(131)은 제2 도전형 반도체층(127)과 전기적으로 접촉되며, 발광 다이오드의 넓은 영역에 걸쳐 전류를 분산시키는 역할을 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제2 전극연장부(137a)의 하부에 위치한 투명전극층(131)의 일부에 홀(h)을 형성할 수 있다. 그에 따라 홀(h)이 형성된 위치에서 제2 전극연장부(137a)와 투명전극층(131)은 전기적으로 절연된다. 그리고 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 전극패드(137)는 투명전극층(131) 상에 위치할 수 있으며, 제2 전극패드(137)로부터 제2 전극연장부(137a)가 연장할 수 있다. 제2 전극패드(137) 및 제2 전극연장부(137a)는 투명전극층(131)에 접속될 수 있다.
이때, 본 발명이 일 실시예에 따른 발광 다이오드는 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 전극패드(135)에서 두 개의 제1 전극연장부(135a)가 연장되고, 제2 전극패드(137)에서 세 개의 제2 전극연장부(137a)가 연장되어 형성된다.
투명전극층(131)을 관통하는 홀(h)은 제2 전극연장부(137a)를 따라 일정 간격으로 이격된 상태로 형성된다. 그에 따라 홀(h)이 형성된 위치에서 제2 전극연장부(137a)와 투명전극층(131)이 전기적으로 연결되지 않아 해당 위치에서 전기적으로 흐름이 차단되며, 제2 전극연장부(137a)는 전류차단층(129) 상에 위치한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 전극패드(135)와 제1 전극연장부(135a)는 발광구조체(130)의 제2 도전형 반도체층(127) 상에 위치하고, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 전극패드(135)에서 제1 전극연장부(135a)가 연장한다. 그리고 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 전극패드(135)는 발광구조체(130)로부터 절연되며, 제1 전극연장부(135a)를 통해 제1 도전형 반도체층(123)에 전기적으로 접속한다. 제1 전극연장부(135a)는 복수의 홈부(130a)들을 통해 노출된 제1 도전형 반도체층(123)에 접속된다.
절연층(133)은 발광구조체(130) 상부에 위치하여, 발광구조체(130)와 투명전극층(131)을 덮도록 형성된다. 또한, 절연층(133)은 도 2에 도시된 바와 같이, 투명전극층(131)의 측벽을 덮어 제1 전극연장부(135a)를 투명전극층(131)과 절연시키고, 도 3에 도시된 바와 같이, 홈부(130a)의 측벽을 덮어 제2 전극연장부(137a)를 제2 도전형 반도체층(127)과 절연시킨다.
전류차단층(129)은 투명전극층(131)과 제2 도전형 반도체층(127) 사이에 개재될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 전류차단층(129)은 제2 전극패드(137) 및 제2 전극연장부(137a) 아래에 제한적으로 위치하며, 투명전극층(131)이 전류차단층(129)을 덮으면서 제2 도전형 반도체층(127)에 접속한다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 투명전극층(131)을 관통하는 홀(h)이 형성되면, 제2 전극연장부(137a)와 전류차단층(129)이 접속되고, 투명전극층(131)은 전류차단층(129)의 일부만을 덮으면서 제2 도전형 반도체층(127)에 접속될 수 있다.
전류차단층(129)은 절연물질로 형성되어, 제2 전극연장부(137a)에서 제2 도전형 반도체층(127)으로 전류가 흐르는 것을 차단할 수 있다. 이에 따라 제2 전극연장부(137a) 주위에서 전류가 집중되는 것을 완화하여 전류 분산 성능을 강화할 수 있다. 더욱이, 도 2에서와 같이, 홀(h)이 형성된 위치에서는 투명전극층(131)과 제2 전극연장부(137a)가 절연되기 때문에 홀(h)이 형성된 위치에서 전류 차단이 이루어진다. 그에 따라 도 1에 도시된 바와 같이, 홀(h)과 홀(h) 사이에 전류가 집중되는 현상이 발생할 수 있다. 즉, 홀(h)이 형성된 위치에서 전류가 차단됨에 따라 홀(h)이 형성되지 않은 위치에서 전류 밀도가 국부적으로 극대화되어 발광 다이오드의 광 효율이 향상될 수 있다.
이때, 도 1에 도시된 바와 같이, 홀(h)은 제2 전극연장부(137a)에만 형성되고, 일정 간격 이격되어 형성된다. 홀(h)이 형성된 위치는 제1 전극연장부(135a)의 홈부(130a)가 형성된 위치와 엇갈리게 형성되는 것이 바람직한데, 제1 전극연장부(135a)에 홈부(130a)가 형성된 위치에서도 홀(h)이 형성된 위치와 마찬가지로 전류를 차단할 수 있기 때문에 홀(h)은 제1 전극연장부(135a)의 홈부(130a)가 형성된 위치와 나란하게 형성되지 않게 엇갈리게 위치하도록 한다. 그에 따라 제1 전극연장부(135a)의 홈부(130a)들 사이와 제2 전극연장부(137a)의 홀(h)들 사이에 전류 밀도가 국부적으로 극대화될 수 있다.
그리고 홀(h)의 길이(L)는 홀(h)들의 사이에서 전류밀집 현상이 극대화될 수 있도록 제1 전극연장부(135a)에 형성된 홈부(130a)의 위치와 겹치지 않도록 형성할 수 있으며, 홀(h)의 너비(W)는 제2 전극연장부(137a)의 너비보다 크게 형성하고, 전류차단부의 너비보다 작게 형성하여 투명전극층(131)이 전류차단부의 일부를 덮으면서 제2 전극연장부(137a)와 절연될 수 있도록 할 수 있다.
그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 홀(h)의 깊이는 전류차단층(129)이 노출될 수 있도록 투명전극층(131)과 절연층(133)을 관통하여 형성된다. 즉, 홀(h)은 홈부(130a)와 달리 발광구조체(130)의 깊이까지 형성되지 않으며, 제1 전극연장부(135a)의 전류차단층(129)이 노출될 수 있을 정도의 깊이로 형성된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 도시한 평면도이고, 도 5는 도 4의 절취선 III-III'를 따라 취해진 단면도이며, 도 6은 도 4의 절취선 IV-IV'를 따라 취해진 단면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드는 기판(221), 제1 도전형 반도체층(223), 활성층(225), 제2 도전형 반도체층(227), 전류차단층(229), 투명전극층(231), 제1 전극패드(235), 제2 전극패드(237), 제1 전극연장부(235a) 및 제2 전극연장부(235b)를 포함한다. 그리고 본 발명의 다른 실시예의 발광 다이오드를 설명하면서 일 실시예에서와 동일한 설명은 생략한다.
본 발명의 다른 실시예에서 발광 다이오드의 제1 및 제2 전극패드(135, 137)는 발광구조체(230)의 상부에 위치하고, 제1 전극패드(235)에서 제1 전극연장부(235a)가 발광 다이오드의 가장자리를 따라 연장되어 형성되고, 제2 전극패드(237)에서 제2 전극연장부(237a)가 제1 전극패드(235) 측으로 연장되어 형성된다. 이때, 제1 전극연장부(235a)와 제2 전극연장부(237a)는 서로 마주보도록 평행하게 연장될 수 있다.
그리고 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 전극연장부(235a)에 제1 전극연장부(235a)가 제1 도전형 반도체와 직접 접촉할 수 있게 홈부(230a)가 형성되고, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 전극연장부(237a)에 제1 전극연장부(235a)가 전류차단층(229)과 직접 접촉할 수 있도록 홀(h)이 형성된다.
이때, 홈부(230a)와 홀(h)이 각각 형성되는 위치는 도 1에 도시된 바와 같이, 서로 엇갈리게 위치하도록 형성되며, 홀(h)의 길이는 홈부(230a)가 위치한 위치와 겹치지 않을 수 있는 길이로 형성된다.
본 발명의 다른 실시예에서 도 5 및 도 6에 절연층을 도시하지 않았지만, 본 발명의 일 실시예에서와 마찬가지로, 발광구조층 및 투명전극층(231)을 덮도록 형성될 수 있다. 특히, 도 5에서 투명전극층(231)이 관통하여 형성된 홀(h)에 제1 전극연장부(235a)가 형성될 때, 투명전극층(231)과 제1 전극연장부(235a)가 전기적으로 절연될 수 있도록 절연층이 투명전극층(231)을 덮을 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이므로, 본 발명이 상기 실시예에만 국한되는 것으로 이해돼서는 안 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어야 할 것이다.
121: 기판 123: 제1 도전형 반도체층
125: 활성층 127: 제2 도전형 반도체층
129: 전류차단층 130: 발광구조체
130a: 홈부 131: 투명전극층
133: 절연층 135: 제1 전극패드
135a: 제1 전극연장부 137: 제2 전극패드
137a: 제2 전극연장부 h: 홀
125: 활성층 127: 제2 도전형 반도체층
129: 전류차단층 130: 발광구조체
130a: 홈부 131: 투명전극층
133: 절연층 135: 제1 전극패드
135a: 제1 전극연장부 137: 제2 전극패드
137a: 제2 전극연장부 h: 홀
Claims (9)
- 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 개재된 활성층을 포함하는 발광구조체;
상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성된 투명전극층;
상기 투명전극층 상에 형성된 제2 전극패드;
상기 제2 전극패드에서 연장된 제2 전극연장부; 및
상기 투명전극층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 개재되는 전류차단층을 포함하고,
상기 투명전극층은 상기 전류차단층의 적어도 일부를 노출시키는 복수의 홀이 형성되며,
상기 제2 전극연장부는 일부가 상기 투명전극층 상에 형성되고 다른 일부는 상기 홀의 내부에서 상기 전류차단층 상부에 형성되며,
상기 제2 전극연장부의 상기 일부는 상기 투명전극층의 상기 복수의 홀 사이에서 상기 투명전극층과 접촉하고,
상기 제2 전극연장부의 상기 다른 일부는 상기 전류차단층과 접촉하되, 양 측면이 상기 홀을 이루는 상기 투명전극층의 양 내측면과 이격된 발광 다이오드. - 청구항 1에 있어서,
상기 복수의 홀은 상기 전류차단층의 너비보다 작은 너비를 갖는 발광 다이오드. - 청구항 1에 있어서,
상기 제2 전극연장부가 상기 투명전극층과 절연되도록 상기 투명전극층 덮는 절연층을 더 포함하는 발광 다이오드. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 도전형 반도체층에 대향하여 상기 제2 도전형 반도체층 상에 위치하는 제1 전극패드; 및
상기 제1 전극패드에서 연장하여 상기 제1 도전형 반도체층에 접속된 제1 전극연장부를 더 포함하는 발광 다이오드. - 청구항 4에 있어서,
상기 발광구조체에는 상기 제2 도전형 반도체층 및 활성층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층을 노출시키는 하나 이상의 홈부가 형성되고,
상기 하나 이상의 홈부는 상기 제1 전극연장부를 따라 배열되며,
상기 제1 전극연장부는 상기 홈부를 통해 상기 제1 도전형 반도체층에 접속하는 발광 다이오드. - 청구항 5에 있어서,
상기 제1 전극연장부와 제2 전극연장부는 서로 평행하게 배치되고,
상기 복수의 홀은 상기 하나 이상의 홈부와 엇갈리게 배치된 발광 다이오드. - 청구항 6에 있어서,
상기 복수의 홀은 상기 홈부가 위치한 위치와 겹치지 않는 길이로 형성된 발광 다이오드. - 청구항 4에 있어서,
상기 제1 전극연장부는 상기 발광 다이오드의 가장자리를 따라 형성된 발광 다이오드. - 청구항 1에 있어서,
상기 투명전극층은 메탈산화물로 이루어진 발광 다이오드.
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