KR20050023540A - 발광소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광소자에 관한 것으로서, 특히 두 상부 전극구조를 갖는 발광소자에서 광방출 효과를 증대시킬 수 있는 발광소자에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 발광소자는 조면 기판과, 상기 조면 기판 상에 활성층을 사이에 가지고 있는 n, p형 접촉층과, 상기 n, p형 접촉층의 소정 부분 상에 형성된 n, p형 전극과, 상기 조면 기판의 하부에 형성된 반사막을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 발광소자는 기판에 균일 또는 불균일 조면이 형성되어 경면 기판에서 전반사를 일으키던 광자들이 조면에서 난반사를 일으키므로 광출력이 향상되는 이점이 있다.

Description

발광소자{Light Emitting Devices}

본 발명은 발광소자에 관한 것으로서, 특히 경면 기판에 의한 전반사를 방지하여 광방출 효과를 증대시킬 수 있는 발광소자에 관한 것이다.

일반적으로 발광소자는 활성층을 포함한 n형 및 p형 접촉층이 형성되어 상기 n형 및 p형 접촉층 상에 n형 및 p형 전극이 양극 구조로 형성된다.

그러나, 질화물계 반도체를 사용하여 실용화 단계에 이른 청색 및 백색 발광다이오드(light emitting diode : 이하, LED라 칭함)에서 기판으로는 절연특성을 갖는 사파이어 결정을 주로 사용하므로 상기 사파이어 기판 상에 다층의 반도체 결정성장층을 형성한 후, n형 및 p형 금속전극을 모두 반도체 결정성장층 상에 형성하는 두 상부전극구조(two-top electrodes structure)를 갖도록 형성한다.

도 1 및 도 2는 종래의 기술에 따른 질화물 반도체 발광소자의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래의 일반적인 질화물 발광소자의 경우, 경면 사파이어 기판(1)의 일 면 상에 n형 접촉층(3), 활성층(5), 그리고 p형 접촉층(7)이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 p형 접촉층 및 활성층(7)(5)의 소정 부분이 제거되어, 소정 부분 노출된 상기 n형 및 p형 접촉층(3)(7) 상에 각각 n형 및 p형 전극(9)(10)이 형성된 구조를 갖는다.

상기와 같은 구조로 형성된 소자는 일면에 2점의 n형 및 p형 전극 형성으로 인해 발생된 광이 충분히 밖으로 도출되지 못하는 문제점을 갖게되고, 이를 해소하기 위해 일부 업체에서는 칩의 구조를 역전시킨 플립칩 기술을 이용하여 광출력의 장애요인이 되는 두 전극을 하부로 가게 하여 광출력의 효과를 향상시키는 제품을 출시하고 있다.

또 다른 일부 업체에서는 활성층에서 발생한 빛이 물질의 굴절률에 의해서 휘어져가는 특성이 있음을 이용하여 소자의 구성물질의 굴절특성을 고려한 특수 가공을 실시하여 광방출 효율을 높이는 소자를 생산하기도 한다.

또한, 일부 업체에서는 도 2에 도시한 종래의 다른 실시 예와 같이 경면 기판(1)의 하면에 하면으로 방출되는 빛을 상부 및 측면으로 도출시키기 위하여 광반사막(11)을 형성하기도 한다.

그러나, 종래의 경면 기판에 발광소자를 형성하였을 때, 기판의 하면으로 방출되는 광자가 경면 기판에 의해 전반사되어 다시 소자내부에 흡수되므로 광방출이 저조한 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 기판의 하면으로 방출되는 광자의 전반사를 방지하여 광출력 특성을 향상시킬 수 있는 발광소자를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 발광소자는 조면 기판과, 상기 조면 기판 상에 활성층을 사이에 가지고 있는 n, p형 접촉층과, 상기 n, p형 접촉층의 소정 부분 상에 형성된 n, p형 전극과, 상기 조면 기판의 하부면에 형성된 반사막을 포함하여 이루어진다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 예에 따른 발광소자의 개략적인 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같은 구조를 형성하기 위하여 사파이어(Al₂O₃), 질화알루미늄(AlN), 질화갈륨(GaN), 탄화규소(SiC), 셀레늄아연(ZnSe) 또는 질화붕소(BN) 등을 이용한 기판 상에 n형 접촉층(3), 활성층(5), 그리고 p형 접촉층(7)이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 p형 접촉층 및 활성층(7)(5)의 소정 부분이 제거되어, 소정 부분 노출된 상기 n형 및 p형 접촉층(3)(7) 상에 각각 n형 및 p형 전극(9)(10)을 형성한다.

그런 다음, 기판에 조면을 형성하는데, 상기 조면 기판(21)에서 균일 또는 불균일한 조면이 차지하는 두께는 0.01 ∼ 50 ㎛가 된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예로서 상기 조면 기판(21)의 하면에 상기 조면을 덮도록 반사막(11)을 형성한다.

상기 반사막(11)은 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 루테늄(Ru) 또는 아연(Zn) 등과 같은 단일금속, 상기 단일금속들 간의 합금 또는 상기 금속을 0.1 % 이상 포함하는 합금금속 등을 최소 1,000 Å 이상이 되도록 하여 탈열기(Heat Sink) 역할을 하도록 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따라 제조된 발광소자는 기판 하면에 형성한 조면과 반사층으로 인하여 기판쪽으로 발광하던 내부의 광자들이 조면에서 난반사를 일으켜 전체적인 광출력을 향상시킨다.

본 발명의 두가지 실시 예로 제조한 발광소자 10개를 샘플링하여 광출력을 측정한 결과 조면 기판을 이용한 발광소자의 경우, 최소 46 m㏅ 에서 최대 59 m㏅가 측정되었으며, 조면 기판에 반사막을 형성한 경우에는 최소 61 m㏅ 에서 최대 83 m㏅가 측정되었다.

참고로 종래의 기술로 제조된 발광소자는 30 ∼ 40 m㏅를 보인다.

즉, 본 발명의 일 실시 예인 기판에 조면 기판을 사용한 발광소자의 경우 종래 기술에 따른 경면 기판만 사용한 무가공 발광소자에 비하여는 60 ~ 70 % 증가하는 양상을 보인다.

그리고, 본 발명의 다른 실시 예인 기판에 조면을 형성한 후 반사막을 추가 형성한 발광소자의 경우엔 종래 기술인 경면 기판에 반사막을 형성한 발광소자에 비하여는 20 ∼ 30 % 증가하는 양상을 보이고, 조면 기판 발광소자에 비하여는 광출력이 30 %에서 최고 48 % 까지 증가한 것을 알 수 있다.

상술한 방법으로 제조된 발광소자를 역전시켜 플립칩 형태가 된다면 광출력효과를 더욱 기대할 수 있게된다.

그리고, 도 5에 도시한 바와 같이 조면 기판(21)이 도전형이어서 도전형 조면 기판(21)에 n형 접촉층(3), 활성층(5) 및 p형 접촉층(7)이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 도전형 조면 기판(21) 및 p형 접촉층(7) 상에 각각 n형 및 p형 전극(9)(10)이 형성되는 양극 구조의 발광소자의 경우에도, 경면 기판을 사용한 양극 구조의 발광소자보다 광출력이 향상된다.

상기에서 n형 전극(9)과 도전형 조면 기판(21) 사이에 반사막을 추가 형성하거나, 도시된 바와 같이 상기 n형 전극(9)으로 반사막 역할과 전극역할을 수행할 수 있는 전도체를 사용하면 조면 기판만을 사용한 발광소자보다 광출력 효과는 더욱 향상된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 발광소자는 기판에 균일 또는 불균일 조면이 형성되어 소자 내부에서 발생한 광자들이 조면에서 난반사를 일으켜 광출력을 향상시키는 이점이 있다.

도 1은 종래 기술의 일 예에 따른 발광소자를 개략적으로 도시하는 단면도.

도 2는 종래 기술의 다른 예에 따른 발광소자를 개략적으로 도시하는 단면도.

도 3은 본 발명의 일 예에 따른 발광소자를 개략적으로 도시하는 단면도.

도 4는 본 발명의 다른 예에 따른 발광소자를 개략적으로 도시하는 단면도.

도 5는 본 발명의 또 다른 예에 따른 발광소자를 개략적으로 도시하는 단면도.

<도면의 주요 기호에 대한 상세한 설명>

1 : 경면 기판3 : n형 접촉층

5 : 활성층7 : p형 접촉층

9 : n형 전극10 : p형 전극

11 : 반사막21 : 조면 기판

Claims (7)

1. 조면 기판과,

   상기 조면 기판 상에 활성층을 사이에 가지고 있는 n, p형 접촉층과,

   상기 n, p형 접촉층의 소정 부분 상에 형성된 n, p형 전극을 특징으로 하는 발광소자.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 조면 기판은 MgAl₂O₄, Al₂O₃, AlN, GaN, SiC, ZnSe, ZnO 또는 BN을 이용하는 것을 특징으로 하는 발광소자.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 기판에 형성된 조면의 두께는 0.01 ∼ 50 ㎛가 되는 것을 특징으로 하는 발광소자.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 기판에 형성된 조면은 균일 또는 불균일한 것을 특징으로 하는 발광소자.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 조면 기판 하부에 반사막이 추가 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 반사막은 Al, Zn, Ag, W, Ti, Ni, Au, Mo, Pt, Pd, Cu, Cr, Fe의 단일 금속과 상기 금속들의 합금 및 상기 금속을 0.1 % 이상 포함하는 합금 금속을 사용하여 형성한 것을 특징으로 하는 발광소자.
7. 청구항 5에 있어서,

   상기 반사막의 두께는 1,000 Å 이상인 것을 특징으로 하는 발광소자.