KR20090015514A - 반도체 발광소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예는 반도체 발광소자에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광소자는 기판; 상기 기판 위에 형성된 제 1도전성 반도체층; 상기 제 1도전성 반도체층 위에 형성된 활성층; 상기 활성층 위에 형성된 제 2도전성 반도체층; 상기 기판의 외측 영역에서 제 1도전성 반도체층의 외측 영역 하부까지 형성된 제 1전극부; 상기 제 2도전성 반도체층 위에 형성된 제 2전극부를 포함한다.
반도체, 발광소자, 전극부

Description

반도체 발광소자{Semiconductor light emitting device}
본 발명의 실시 예는 반도체 발광소자에 관한 것이다.
Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체(group Ⅲ-Ⅴ nitride semiconductor)는 물리적, 화학적 특성으로 인해 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD) 등의 발광 소자의 핵심 소재로 각광을 받고 있다.
Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체는 통상 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 이루어져 있다. 이러한 질화물 반도체 재료를 이용한 LED 혹은 LD는 청색 또는 녹색 파장대의 광을 얻기 위한 발광 소자에 많이 사용되고 있으며, 핸드폰의 키패드 발광부, 전광판, 조명 장치 등 각종 제품의 광원으로 응용되고 있다.
도 1은 종래의 질화물 반도체 발광소자의 측단면도로서, 특히 질화물 반도체 발광 다이오드(LED) 소자를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 발광 소자(10)는, 사파이어 기판(11) 상에 n형 GaN층(13), 활성층(15), 및 p형 GaN층(17)이 순차 적층된 구조로 형성되며, 메사 식각 공정에 의해 p형 GaN층(17)에서 n형 GaN층(13)의 일부를 노출시켜 준다. 이때 노출된 n형 GaN층(13)의 상면에는 n측 전극(19)이 형성되어 있고, p형 GaN층(17) 상면에 p측 전극(21)이 형성되어 있다.
상기 발광소자(10)는 2개의 와이어를 이용하여 n측 전극(19)와 p측 전극(21)을 각각의 리드 프레임에 연결해 줌으로써, 구동전류가 공급되어 진다.
이러한 반도체 발광소자(10)는 n측 전극(19)을 형성하기 위해 p형 GaN층(17)에서 n형 GaN층(13)의 일부분까지 메사 식각 공정을 수행하기 때문에, 활성층(13)의 면적이 감소하게 되어, 발광 효율이 감소되어 진다.
본 발명의 실시 예는 메사 에칭 공정을 제거하고, 1개의 와이어로 연결할 수 있도록 한 반도체 발광소자를 제공한다.
본 발명의 실시 예는 하부의 도전성 반도체층의 외측 영역을 통해 제 1전극부가 형성될 수 있도록 함으로써, 메사 에칭 공정을 제거하여 발광 면적이 감소되지 않도록 한 반도체 발광소자를 제공한다.
본 발명의 실시 예는 기판에서 하부 도전성 반도체층의 외측 일부까지 제 1전극부가 형성될 수 있도록 한 반도체 발광소자를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광소자는 기판; 상기 기판 위에 형성된 제 1도전성 반도체층; 상기 제 1도전성 반도체층 위에 형성된 활성층; 상기 활성층 위에 형성된 제 2도전성 반도체층; 상기 기판의 외측 영역에서 제 1도전성 반도체층의 외측 영역 하부까지 형성된 제 1전극부; 상기 제 2도전성 반도체층 위에 형성된 제 2전극부를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광소자는 기판; 상기 기판 위에 형성된 제 1도전성 반도체층; 상기 제 1도전성 반도체층 위에 형성된 활성층; 상기 활성층 위에 형성된 제 2도전성 반도체층; 상기 기판의 외측 영역에서 제 1도전성 반도체층의 외측 영역 하부까지 형성된 제 1전극부; 상기 제 2도전성 반도체층 위에 형성된 제 2전극부; 상기 제 1전극부가 전도성 페이스트에 의해 연결된 제 1리드 프레임; 상기 제 2전극부가 와이어로 연결된 제 2리드 프레임을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광소자에 의하면, 2개의 와이어로 본딩하는 구조를 1개의 와이어로 연결될 수 있도록 한 반도체 발광소자를 제공할 수 있다.
또한 발광면적이 감소되지 않아 LED의 성능을 개선시켜 줄 수 있다.
또한 발광소자의 하부 둘레에 반사전극을 형성해 줌으로써, 하부에서의 반사광량을 증가시켜 줄 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광소자의 측 단면도이다.
도 2를 참조하면, 반도체 발광소자(100)는 기판(110), 버퍼층(120), 언도프드 반도체층(130), 제 1도전성 반도체층(140), 활성층(150), 제 2도전성 반도체층(160), 투명전극(170), 제 1전극부(180) 및 제 2전극부(175)를 포함한다.
상기 기판(110)은 사파이어 기판(Al203), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP 그리고 GaAs 등으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 발광소자의 전극 형성 전에 제거될 수도 있다.
상기 기판(110) 위에는 버퍼층(120)이 형성되며, 상기 버퍼층(120) 위에는 언도프드 반도체층(130)이 형성된다. 여기서, 상기 버퍼층(120)은 상기 기판(110)과의 격자 상수 차이를 줄여주기 위한 층으로서, GaN 버퍼층, AlN 버퍼층, AlGaN 버퍼층, InGaN 버퍼층 등이 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 언도프드 반도체층(130)은 undoped GaN층으로 구현될 수 있다. 상기 기판(110) 위에는 상기 버퍼층(120) 및 언도프드 반도체층(130) 중 어느 하나의 층만 형성하거나 형성하지 않을 수도 있다.
상기 언도프드 반도체층(130) 위에는 제 1도전성 반도체층(140)이 형성된다. 상기 제 1도전성 반도체층(140)은 예컨대, n형 반도체층으로 구현될 수 있는 데, 상기 n형 반도체층은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖 는 반도체 물질로 구현될 수 있는 데, 예컨대 3족 원소와 5족 원소의 결합으로서 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN 등으로 선택되는 binary, ternary, quaternary의 형태를 가질 수 있다. 이러한 n형 반도체층에는 n형 도펀트(예: Si, Ge, Sn 등)가 도핑된다.
이러한 제 1도전성 반도체층(140)은 3~30um의 두께(T1)로 형성되는 데, 이는 기존의 n형 반도체층 보다 3~6배 정도의 두께로 형성될 수 있다.
여기서, 언도프 반도체층(130)과 제 1도전성 반도체층(140) 사이에는 도펀트가 도핑된 반도체층이 더 형성될 수도 있으며, 이에 한정하지는 않는다.
상기 제 1도전성 반도체층(140) 위에는 활성층(150)이 형성된다. 상기 활성층(150)은 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조를 갖는다. 상기 활성층(150)의 위 및 아래에는 도전성 클래드층(미도시)이 형성될 수도 있으며, 상기 도전성 클래드층은 AlGaN층으로 구현될 수 있다.
상기 활성층(150) 위에는 제 2도전성 반도체층(160)이 형성된다. 상기 제 2도전성 반도체층(160)은 예컨대, p형 반도체층으로 구현될 수 있는 데, 상기 p형 반도체층은 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN 등 중에서 선택될 수 있으며, p형 도펀트(예: Mg)가 도핑된다.
상기 제 2도전성 반도체층(160) 위에는 투명 전극(170)이 형성될 수 있으며, 상기 투명 전극(170) 위의 일부에는 제 2전극부(175)가 형성된다. 여기서 상기 투명 전극(170)은 투과성 산화막 예컨대, ITO, ZnO, RuOx, TiOx, IrOx 중 적어도 하나의 물질을 이용하여 구현할 수 있다. 이러한 투명 전극은 형성하지 않을 수도 있 다.
상기 제 2전극부(175)는 Ti, Au, Pd, Ni 및 이들의 조합 등을 이용하여 제 2전극 패드로 형성할 수 있다. 또는 상기 제 2전극부(175)는 제 2반사전극(미도시)과 제 2전극패드(미도시)의 적층 구조로 형성될 수 있는 데, 제 2반사 전극은 예컨대, Al, Ag, Pd, Rh, Pt 및 이들의 선택적인 합금 중에서 선택된 물질로 한 층 이상으로 구현될 수 있으며, 상기 제 2반사 전극 위에는 제 2전극패드가 형성된다.
상기 제 1전극부(180)는 기판(110)에서 제 1도전성 반도체층(140)의 외측 둘레 일부까지 형성되는 데, 상기 기판(110)의 하부에서 기판 외측 영역으로 연장되며, 상기 기판 외측 영역에서 제 1도전성 반도체층(140)의 외측 하부의 둘레까지(T2) 연장되어 형성된다. 또한 상기 제 1전극부(180)의 양 끝단(182,186)은 제 1도전성 반도체층(140)의 외측에 적어도 일 부분이 접촉되고 활성층(150)에 접촉되지 않는 높이로 형성될 수 있다.
이러한 제 1전극부(180)는 제 1반사전극(181)과 제 1전극패드(185)를 포함하며, 상기 제 1반사전극(181)은 예컨대, Al, Ag, Pd, Rh, Pt 및 이들의 선택적인 합금 중에서 선택된 물질로 한 층 이상으로 구현될 수 있다. 상기 제 1전극패드(185)는 제 1반사 전극(181)의 외측에 형성되며 Ti, Al, In, Ta, Pd, Co, Ni, Si, Ge, Ag 및 Au 중에서 하나 이상으로 구현될 수 있다. 여기서, 제 1전극부(180)은 제 1반사 전극(181) 없이 제 1전극 패드(185)만으로 구현될 수도 있다.
이러한 반도체 발광소자(100)는 제 1전극부(180)을 제 1리드 프레임(미도시)에 전도성 페이스트용 금속분말로 탑재하고, 상기 제 2전극부(175)를 와이어를 이 용하여 제 2리드 프레임(미도시)에 본딩하여 연결해 준다. 여기서 금속 분말은 Cu, Ag, Au, Pd, Pt, Ni, Al 및 이들의 합금 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.
이와 같이 기판(110)부터 제 1도전성 반도체층(140)의 외측 하부까지(T2) 접촉되는 제 1전극부(180)를 형성시켜 줌으로써, 기판 방향으로 방출되는 광에 대한 반사 광량을 증대시켜 주어 광 방출 효율을 개선시켜 줄 수 있다. 또한 1개의 와이어를 이용한 본딩 구조를 갖기 때문에, 메사 에칭 공정을 거치지 않아 활성층의 발광 면적이 감소되는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 실시 예에 따른 반도체 발광소자의 다른 예를 나타낸 것으로, 도 2와 동일한 부분에 대해서는 동일 부호로 처리하고 중복 설명은 생략하기로 한다.
도 3을 참조하면, 기판(110) 하부에서 제 1도전성 반도체층(140)의 외측 하부까지 제 1전극부(180)를 형성하고, 상기 제 1전극부(180)의 두께로 연장되는 소자의 외측 영역에 절연막(190)을 형성시켜 줄 수 있다.
상기 절연막(190)은 제 1도전성 반도체층(180)의 외측 상부에서 활성층(150), 제 2도전성 반도체층(160) 및 투명 전극(170)의 외측 둘레까지 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는 pn구조, np구조 npn구조 및 pnp 구조 중에서 어느 하나로 구현될 수 있다. 본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아 래(under)"는 "directly"와 "indirectly"의 의미를 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
이상에서 본 발명에 대하여 실시 예를 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 실시 예에 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.
도 1은 종래 반도체 발광소자를 나타낸 측 단면도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광소자를 나타낸 측 단면도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광소자의 다른 예를 나타낸 측 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 반도체 발광소자 110 : 기판
120 : 버퍼층 130 : 언도프드 반도체층
140 : 제 1도전성 반도체층 150 : 활성층
160 : 제 2도전성 반도체층 170 : 투명전극
175 : 제 2전극부 180 : 제 1전극부
181 : 제 1반사전극 182 : 제 1전극패드
190 : 절연막

Claims (11)

  1. 기판;
    상기 기판 위에 형성된 제 1도전성 반도체층;
    상기 제 1도전성 반도체층 위에 형성된 활성층;
    상기 활성층 위에 형성된 제 2도전성 반도체층;
    상기 기판의 외측 영역에서 제 1도전성 반도체층의 외측 영역 하부까지 형성된 제 1전극부;
    상기 제 2도전성 반도체층 위에 형성된 제 2전극부를 포함하는 반도체 발광소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1도전성 반도체층은 3~30um의 두께로 형성되는 반도체 발광소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 기판 위에 형성된 버퍼층 및 상기 버퍼층 위에 형성된 언도프드 반도체층 중 적어도 하나를 포함하는 반도체 발광소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1전극부는 기판의 외측 영역에서 제 1도전성 반도체층의 외측 영역 하부에 형성된 제 1반사전극; 상기 제 1반사전극의 외측에 형성된 제 1전극패드를 포함하는 반도체 발광소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1전극부는 기판 하부에서 제 1도전성 반도체층의 외측 하부의 둘레의 전체 영역에 형성되는 반도체 발광소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2도전성 반도체층 위에 형성된 투명 전극을 포함하며,
    상기 투명전극 위에 제 2전극부가 형성되는 반도체 발광소자.
  7. 제 1항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 제 2전극부는 제 2전극패드 또는 제 2반사전극과 그 위에 형성된 제 2전극패드를 포함하는 반도체 발광소자.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1도전성 반도체층은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 n형 반도체층이며,
    상기 제 2도전성 반도체층은 p형 반도체층으로 이루어지는 반도체 발광소자.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1전극부 및 제 2전극부 중 적어도 하나는 Al, Ag 및 Pt 중 적어도 하나를 이용한 단일층 또는 다층으로 이루어지는 반사전극을 포함하는 반도체 발광소자.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1전극부에 대응하며, 상기 제 1도전성 반도체층의 외측 상부에서 제 2도전성 반도체층의 외측까지 형성되는 절연막을 포함하는 반도체 발광소자.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 기판은 사파이어 기판(Al203), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP 그리고 GaAs로 이루어진 군에서 선택될 수 있는 반도체 발광소자.
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