KR20060107158A - Iii-nitride semiconductor light emitting device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 n측 전극과 p측 전극 사이에 전류 차단부를 구비함으로써 n측 또는 p측 전극의 끝부분에서 전류 집중 문제를 해결한 구조로서 발광소자의 신뢰성 개선은 물론 발광소자의 성능을 개선한 것이다.The present invention solves the problem of current concentration at the end of the n-side or p-side electrode by providing a current blocking portion between the n-side electrode and the p-side electrode, thereby improving the reliability of the light emitting device as well as the performance of the light emitting device. .
발광소자, 고출력, 전극, 전류 차단부, 신뢰성 Light Emitting Device, High Power, Electrode, Current Blocker, Reliability
Description
도 1은 종래의 3족 질화물 반도체 발광소자를 나타내는 도면,1 is a view showing a conventional group III nitride semiconductor light emitting device,
도 2a는 종래의 발광소자의 평면도의 일 예를 나타내는 도면,2A is a view showing an example of a plan view of a conventional light emitting device;
도 2b는 종래의 발광소자의 평면도의 다른 예를 나타내는 도면,2B is a view showing another example of a plan view of a conventional light emitting device;
도 3a는 도 2a의 발광소자에 있어서 전류 집중 현상이 발생하는 것을 설명하는 도면,3A is a view for explaining that current concentration phenomenon occurs in the light emitting device of FIG. 2A;
도 3b는 도 2b의 발광소자에 있어서 전류 집중 현상이 발생하는 것을 설명하는 도면,FIG. 3B is a diagram illustrating that a current concentration phenomenon occurs in the light emitting device of FIG. 2B;
도 4는 종래의 일반적인 고출력 발광소자를 나타내는 도면,4 is a view showing a conventional general high power light emitting device,
도 5는 종래의 일반적인 고출력 발광소자의 단점을 설명하는 도면,5 is a view for explaining a disadvantage of a conventional general high power light emitting device;
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 3족 질화물 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,6A and 6B illustrate an example of a group III nitride semiconductor light emitting device according to the present invention;
도 6c 및 도 6d는 본 발명에 따른 3족 질화물 반도체 발광소자의 다른 예를 나타내는 도면,6C and 6D show another example of the group III nitride semiconductor light emitting device according to the present invention;
도 7a 및 도 7b는 본 발명이 고출력 발광소자에 적용된 일 예를 나타내는 도면,7A and 7B are views illustrating an example in which the present invention is applied to a high output light emitting device;
도 7c는 본 발명이 고출력 발광소자에 적용된 다른 예를 나타내는 도면,7C is a view showing another example in which the present invention is applied to a high power light emitting device;
도 7d는 본 발명에 따른 전류 차단부의 다른 예를 나타내는 도면,7d is a view showing another example of the current interrupting unit according to the present invention;
도 7e는 도 7c의 발광소자의 변형예를 나타내는 도면,7E is a view showing a modification of the light emitting device of FIG. 7C;
도 8a는 본 발명이 고출력 발광소자에 적용된 다른 예를 나타내는 도면,8A is a view showing another example in which the present invention is applied to a high power light emitting device;
도 8b는 도 8a의 A-B 라인을 따른 단면의 일 예를 나타내는 도면,8B is a view illustrating an example of a cross section along the A-B line of FIG. 8A,
도 9a는 본 발명이 고출력 발광소자에 적용된 다른 예를 나타내는 도면,9A is a view showing another example in which the present invention is applied to a high power light emitting device;
도 9b는 도 9a의 A-B 라인을 따른 단면의 일 예를 나타내는 도면,9B is a view illustrating an example of a cross section along the A-B line of FIG. 9A;
도 10a는 본 발명에 따른 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,10A is a view showing another example of a light emitting device according to the present invention;
도 10b는 본 발명에 따른 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면.10B is a view showing another example of a light emitting device according to the present invention;
본 발명은 3족 질화물 반도체 발광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전류 차단부를 구비하여 전류 집중 현상을 차단하여 소자의 성능을 개선한 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a group III nitride semiconductor light emitting device, and more particularly, to a structure having a current blocking unit to block a current concentration phenomenon to improve the performance of the device.
여기서, 3족 질화물 반도체 발광소자는 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 된 화합물 반도체층을 포함하는 발광다이오드와 같은 발광소자를 의미하며, 추가적으로 SiC, SiN, SiCN, CN와 같은 다른 족(group)의 원소들로 된 반도체층이나 다른 족 원소들로 된 물질 자체가 포함되는 것을 배제하는 것은 아니다.Here, the group III nitride semiconductor light emitting device has a compound semiconductor layer of Al (x) Ga (y) In (1-xy) N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). Means a light emitting device, such as a light emitting diode including a, and additionally excludes that the semiconductor layer or the material itself of the other group elements, such as SiC, SiN, SiCN, CN, etc. It is not.
도 1은 종래의 3족 질화물 반도체 발광소자를 나타내는 도면으로서, 발광소자는 기판(100), 기판(100) 위에 에피성장되는 버퍼층(200), 버퍼층(200) 위에 에피성장되는 n형 질화물 반도체층(300), n형 질화물 반도체층(300) 위에 에피성장되는 활성층(400), 활성층(400) 위에 에피성장되는 p형 질화물 반도체층(500), p형 질화물 반도체층(500)의 거의 전면에 형성되는 전면 전극(600), 전면 전극(600) 위에 형성되는 p측 본딩 패드(700), 적어도 p형 질화물 반도체층(500)과 활성층(400)이 메사식각되어 노출된 n형 질화물 반도체층(301) 위에 형성되는 n측 전극(800)을 포함하며, 추가적으로 p형 질화물 반도체층(500)과 전면 전극(600) 사이에 n형 질화물 반도체층이 더 구비될 수도 있다.1 is a view showing a conventional group III nitride semiconductor light emitting device, wherein the light emitting device is an epitaxially grown n-type nitride semiconductor layer over a
도 2a는 종래의 발광소자의 평면도의 일 예를 나타내는 도면으로서, 전류 확산을 용이하게 하기 위한 전면 전극(21)을 가지며, 전면 전극(21)의 일부에 p측 본딩 패드(22)가 형성되어 있고, 메사식각되어 노출된 면(23)의 한쪽 구석에 n측 전극(24)이 형성되어 있다. 도 2a에서 n측 전극(24)이 발광소자의 구석에 위치하며, p측 본딩 패드(22)는 이상적으로 n측 전극(24)의 대각 위치에 배치되지만, 그 위치가 발광소자의 성능에 그다지 큰 영향을 주지는 않는다.2A is a view showing an example of a plan view of a conventional light emitting device, and has a
도 2b는 종래의 발광소자의 평면도의 다른 예를 나타내는 도면으로서, n측 전극(24)이 발광소자의 한 변에 위치하며, 마주보는 변에 p측 본딩 패드(22)가 형성되어 있다. 일반적으로 발광소자의 크기가 270um × 270um ~ 500um × 500um 이라면 p측 본딩 패드(22)와 n측 전극(24) 사이는 수십 um 이상 떨어져서 배치된다. 그러나 발광소자의 크기가 작아지면 p측 본딩 패드(22)와 n측 전극(24) 사이의 간 격이 수 um ~ 수십 um 사이로 줄어들게 된다. 이 경우 p측 본딩 패드(22)와 n측 전극(24) 사이의 가장 근거리로 전류가 집중되는 현상이 발생한다. 이러한 현상은 전류 밀도가 증가할수록 더욱 크게 생기게 된다.2B is a view showing another example of a plan view of a conventional light emitting device, in which an n-
도 3a는 도 2a의 발광소자에 있어서 전류 집중 현상이 발생하는 것을 설명하는 도면으로서, 도 2a에 도시된 발광소자에서 전류 밀도가 큰 경우에 p측 본딩 패드(22)와 n측 전극(24)의 최단 거리에서 전류가 집중되는 것이다. 이것은 p측 본딩 패드(22)와 n측 전극(24)의 면저항은 아주 작고 전류가 흐르는 전면 전극(21) 또는 n형 질화물 반도체층(도 1에서 300으로 표시)의 면저항은 상대적으로 크기 때문이다. 이러한 전류 집중 현상은 국부적으로 열을 과다하게 발생시켜 발광소자의 신뢰성을 떨어뜨림은 물론 전체적으로 휘도를 저감하게 되는 직접적인 원인이 된다.FIG. 3A is a diagram illustrating that a current concentration phenomenon occurs in the light emitting device of FIG. 2A. When the current density is large in the light emitting device shown in FIG. 2A, the p-
도 3b는 도 2b의 발광소자에 있어서 전류 집중 현상이 발생하는 것을 설명하는 도면으로서, 도 3a에서와 마찬가지로 p측 본딩 패드(22)와 n측 전극(24)의 최단 거리에서 전류 집중 현상이 발생하게 된다. 이 경우에도 발광소자의 신뢰성이 나빠지고, 휘도가 떨어지게 된다.FIG. 3B is a diagram illustrating the occurrence of the current concentration phenomenon in the light emitting device of FIG. 2B. As in FIG. 3A, the current concentration phenomenon occurs at the shortest distance between the p-
도 4는 종래의 일반적인 고출력 발광소자를 나타내는 도면으로서, 칩의 크기가 큰 고출력 발광소자를 구현하기 위해서, 전면 전극(21) 상에 복수 개의 팔(42a,42b,42c)을 가진 p측 전극(42)이 형성되어 있으며, 메사식각되어 노출된 면(23) 상에 복수 개의 팔(44a,44b,44c,44d)을 가진 n측 전극(44)이 형성되어 있다. 이러한 전극 형태는 전류 밀도를 최대한 일정하게 하기 위해, 팔(42a,42b,42c)과 팔(44a,44b,44c,44d) 사이의 거리를 일정하게 유지하면서 깍지를 낀 (interdigitated) 형상을 갖도록 되어 있다.4 is a diagram illustrating a conventional general high output light emitting device, in order to implement a high output light emitting device having a large chip size, a p-side electrode having a plurality of
그러나 이러한 전극 형태는 큰 단점을 가지고 있다. 도 5는 종래의 일반적인 고출력 발광소자의 단점을 설명하는 도면으로서, 전체적으로 두 팔(42a,44a)이 평행한 경우에((나) 영역), 전류 밀도는 일정하게 유지되어 우수한 특성을 보이지만, 팔(42a)의 가장자리 부분((가) 영역)에서는 전류 집중 현상이 발생하게 된다. 이러한 국부적인 전류 집중 현상으로 인해 국부적인 열발생으로 발광소자의 신뢰성이 나빠지는 것은 물론 발광소자의 발광 특성도 나빠지게 된다.However, this type of electrode has a big disadvantage. FIG. 5 is a view illustrating a disadvantage of a conventional general high output light emitting device. In the case where both
본 발명은 상기한 문제점을 감안하여, 전극 사이에 전류 집중 방지 패턴을 형성하여 발광소자의 신뢰성 개선은 물론 발광소자의 성능을 개선한 3족 질화물 반도체 발광소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a group III nitride semiconductor light emitting device in which a current concentration prevention pattern is formed between electrodes to improve the reliability of the light emitting device and to improve the performance of the light emitting device.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the present invention in more detail.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 3족 질화물 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 기판(10) 위에, n형 질화물 반도체층(20), 활성층(30), p형 질화물 반도체층(40)이 순차로 에피성장되어 있다. p형 질화물 반도체층(40) 위에는 전면 전극(61)이 형성되고 p측 본딩 패드(62)가 형성되어 있으며, 메사식각된 n형 질화물 반도체층(63) 위에 n측 전극(64)이 형성되어 있다. 본 발명에 따른 발광소자는 도시된 바와 같이 p측 본딩 패드(62)와 n측 전극(64) 사이에 있는 전면 전극(61)의 일부가 제거되어 전류 차단부(65a)가 형성되어 있다. 전면 전극(61)의 일부 를 제거하면 면저항이 아주 큰 p형 질화물 반도체층(40)을 통한 측방향 전류는 거의 흐르지 않게 된다. 따라서 전류 집중이 과하게 일어나는 부분으로의 전류 흐름을 차단하여 국부적인 전류 집중을 막을 수 있게 된다. 여기서, 전면 전극(61)은 p형 질화물 반도체층(40)의 전면 또는 거의 전면에 걸쳐 형성된다.6A and 6B illustrate an example of a group III nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, wherein an n-type
도 6c 및 도 6d는 본 발명에 따른 3족 질화물 반도체 발광소자의 다른 예를 나타내는 도면으로서, p측 본딩 패드(62)와 n측 전극(64)이 변에 위치하여 마주보고 있으며, 전면 전극(61)의 일부를 제거함은 물론 p형 질화물 반도체층(40), 활성층(30), n형 질화물 반도체층(20)의 일부를 제거하여 전류 차단부(65b)를 형성한 구조를 나타내고 있다. 전류 집중을 막는 원리는 도 6b의 전류 차단부(65a)와 비슷하다. p측 본딩 패드(62)와 n측 전극(64)의 위치와 전류 차단부(65a,65b)의 조합에는 다양하게 이루어질 수 있다.6C and 6D illustrate another example of the group III nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, wherein the p-
도 7a 및 도 7b는 본 발명이 고출력 발광소자에 적용된 일 예를 나타내는 도면으로서, n측 전극(44)과 p측 전극의 팔(42a) 사이에서 전류 집중이 일어나는 영역에 전면 전극(21)의 일부를 제거하여 전류 차단부(65c)가 형성되어 있다.7A and 7B are diagrams illustrating an example in which the present invention is applied to a high output light emitting device, and the
도 7c는 본 발명이 고출력 발광소자에 적용된 다른 예를 나타내는 도면으로서, 전류 차단부(65d)가 전면 전극(21)의 일부를 제거함은 물론 p형 질화물 반도체층(40), 활성층(30), n형 질화물 반도체층(20)의 일부를 제거하여 형성되어 있다.FIG. 7C is a diagram illustrating another example in which the present invention is applied to a high output light emitting device, and the
도 7d는 p측 전극(42)과 n측 전극의 팔(44a) 사이에서 전류 집중이 일어나는 영역에 전면 전극(21)의 일부를 제거하여 전류 차단부(65e)가 형성되어 있다.In FIG. 7D, a portion of the
도 7e는 도 7c의 발광소자에서 전류 차단부(65c) 및 n측 전극(44)의 형성을 위해 노출된 면 위에 광출력 향상을 위한 돌기(700)가 형성된 예를 나타내는 도면이다. 이러한 돌기(700)는 건식식각, 습식식각 등의 방법으로 형성될 수 있다.FIG. 7E illustrates an example in which the
도 8a는 본 발명이 고출력 발광소자에 적용된 다른 예를 나타내는 도면으로서, 도 4에 도시된 전극 구조의 경우에 복수 개의 팔(42a,42b,42c,44a,44b,44c,44d)의 끝에서 전류 집중 현상이 일어나는 구조인 반면에, 도 8a에 도시된 실시예에서는 전극의 팔의 끝의 개수를 가능한 한 최소화한 구조를 나타내고 있다. 즉, n측 전극(84)은 발광소자의 외곽의 거의 대부분을 둘러싼 다음, 발광소자의 중심을 향한 다음 원형을 그리는 형태를 가지며, p측 전극(82)은 내부의 n측 전극(84)을 둘러싼 다음, 발광소자의 중심을 향해 뻗어 있다. 그리고 양 전극(82,84)은 각각은 적절한 개수의 와이어 본딩용 패드를 구비하고 있다. 도면에서 n측 전극(84)은 발광소자의 두개의 모서리에 와이어 본딩용 패드(841,842)를 구비하고 있으며, p측 전극(82)은 발광소자의 중심부에 한개의 와이어 본딩용 패드(821)와 와이어 본딩용 패드(841,842)에 대향하는 측에서 p측 전극(82)에 접하여 두개의 와이어 본딩용 패드(822,823)가 구비되어 있다. 양 전극(82,84) 사이에서 전류 집중이 일어나는 영역에는 전류 차단부(65f,65g)가 형성되어 있다. 이러한 구조를 가짐으로써, 양 전극 사이에서 일어나는 전류 집중이 일어나는 부분을 줄이는 한편, 어쩔 수 없이 전류 집중 현상이 일어나는 부분에는 전류 차단부를 구비하여 전류 집중 현상을 제거한다. 한편, 양 전극(82,84)의 발광소자 내부에서의 모양은 원형 뿐만 아니라, 사각형, 삼각형, 육각형 등 다양한 형태를 가질 수 있다. 또한, 와이어 본딩용 패드에는 실제로 와이어가 본딩되어도 좋고, 그렇지 않아도 좋 다. 이것은 본 발명의 와이어 본딩용 패드가 와이어의 본딩을 위해 전극과 별도의 물질로 구성될 수도 있으며, 또한 전극과 동일한 물질로 구성되어 단순히 전극의 일부를 이룰 수도 있다는 것을 의미한다.FIG. 8A is a view showing another example in which the present invention is applied to a high output light emitting device, and in the case of the electrode structure shown in FIG. 4, currents at the ends of the plurality of
도 8b는 도 8a의 A-B 라인을 따른 단면의 일 예를 나타내는 도면으로서, 여기서는 와이어 본딩용 패드(821)가 p형 질화물 반도체층(40)과 접하도록 형성되어 있다. 바람직하게는 와이어 본딩용 패드(821)가 p형 질화물 반도체층(40)과 오옴접촉이 아닌 쇼트키접촉을 형성하도록 하여 와이어 본딩용 패드(821) 아래로의 전류 주입을 최소화하여 중심부에서의 발열을 줄일 수 있다.FIG. 8B is a view showing an example of a cross section along the A-B line of FIG. 8A, in which a
도 9a는 본 발명이 고출력 발광소자에 적용된 다른 예를 나타내는 도면으로서, 도 8a와 달리, 외곽에 p측 전극(92)이 형성되고, 안쪽에 n측 전극(94)이 형성되어 있다.FIG. 9A is a diagram illustrating another example in which the present invention is applied to a high output light emitting device. Unlike FIG. 8A, a p-
도 9b는 도 9a의 A-B 라인을 따른 단면의 일 예를 나타내는 도면으로서, 중심부가 식각되어 와이어 본딩용 패드(941)가 형성되어 있으므로, p-n 접합이 없어 열발생을 최소화하는 효과도 가지고 있다.FIG. 9B is a diagram illustrating an example of a cross section along the A-B line of FIG. 9A. Since the center portion is etched to form a
전술한 바와 같이 와이어 본딩용 패드는 발광소자의 다양한 위치에 형성될 수 있으며, 도 10a 내지 도 10c는 그 예들을 나타낸다.As described above, the wire bonding pad may be formed at various positions of the light emitting device, and FIGS. 10A to 10C illustrate examples thereof.
도 10a의 경우에 p측 전극(102a)의 한쪽 끝에 와이어 본딩용 패드(102a1)가 형성되어 있으며, p측 전극(102a)의 다른 쪽 근처에 전류 집중 방지를 위한 전류 차단부(65h)가 형성되어 있다. 한편, n측 전극(104a)은 발광소자의 외곽전체를 둘러싸고 있으며, 발광소자의 중심부를 향해 뻗어 있다.In the case of Fig. 10A, a wire bonding pad 102a1 is formed at one end of the p-
도 10b의 경우에 와이어 본딩용 패드(102b1)는 p측 전극(102b)의 중간에 위치하며, p측 전극(102b)의 양 끝 근처에는 전류 차단부(65i)가 형성되어 있다.In the case of FIG. 10B, the pad 102b1 for wire bonding is positioned in the middle of the p-
본 발명은 n측 전극과 p측 전극 사이에 전류 차단부를 구비함으로써 n측 또는 p측 전극의 끝부분에서 전류 집중 문제를 해결한 구조로서 발광소자의 신뢰성 개선은 물론 발광소자의 성능을 개선한 것이다.The present invention solves the problem of current concentration at the end of the n-side or p-side electrode by providing a current blocking portion between the n-side electrode and the p-side electrode, thereby improving the reliability of the light emitting device as well as the performance of the light emitting device. .
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