KR20100066879A - 패턴이 형성된 투명 전극층을 포함하는 반도체 발광 소자 - Google Patents
패턴이 형성된 투명 전극층을 포함하는 반도체 발광 소자 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 기판; 상기 기판 상에 형성된 제 1 도전형 반도체층; 상기 제 1 도전형 반도체층 상에 형성된 활성층; 상기 활성층 상에 형성된 제 2 도전형 반도체층; 상기 제 2 도전형 반도체층 상에 형성되며 양각 또는 음각 구조로 이루어진 다수의 광 추출용 패턴이 형성된 투명 전극층; 상기 제 2 도전형 반도체층과 상기 활성층의 일영역을 제거하여 형성된 상기 제 1 도전형 반도체층의 노출 영역 상에 형성된 제 1 전극; 및 상기 투명 전극층 상에 형성된 제 2 전극을 포함하는 반도체 발광 소자에 관한 것으로, 소자 내부로 반사되는 광의 비율을 줄이고, 전류의 흐름을 분산하여 발광 효율이 우수한 것을 특징으로 한다.
반도체 발광소자, 투명 전극층, 광 추출용 패턴, 전반사, 전류 분산
Description
본 발명은 반도체 발광 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전반사에 의해 소자 내부로 반사되는 광의 비율을 줄여 외부 양자효율이 높고, 전류의 흐름이 분산될 수 있는 반도체 발광 소자에 관한 것이다.
일반적인 반도체 발광 소자의 경우 내부양자 효율은 거의 100%에 이르지만, 실제 소자 밖으로 나오는 외부양자 효율은 매우 낮다. 이는 다중양자우물 구조에서 생성된 빛이 소자 밖으로 나올 때 소자와 공기 사이의 계면에서 굴절률 차이에 의해 일어나는 전반사에 기인한다. 소자 내부에서 발생된 빛이 소자의 표면에 이르렀을 때 입사각이 임계각보다 큰 경우 빛이 밖으로 추출되지 못하고 반사되어 소자 내부로 다시 진행한다. 따라서 반도체 발광소자의 광 추출 효율은 매우 낮아 진다. 또한 계면을 빠져나가지 못한 빛은 소자 내부를 이동하다가 열로 붕괴되고, 소자의 열 발생량을 늘려 소자의 수명을 단축시킬 수 있다.
또한 절연성 기판을 이용한 수평구조의 발광 소자는 2개의 전극이 발광 구조물 상하 면에 각각 배치된 수직(vertical)구조의 발광 소자에 비해 전류가 전체 발 광영역에 균일하게 분산되지 않아 발광에 가담하는 유효면적이 크지 않고, 발광 면적당 발광 효율이 낮은 문제가 있다. 특히, 조명용과 같은 고출력이 요구되는 비교적 큰 면적을 갖는 발광 소자에서 이러한 전류분산 문제는 보다 심각해진다. 이로 인해 면적증가에 따른 발광효율의 향상효과를 충분히 기대하기 어렵다.
본 발명은 상기한 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 패턴이 형성된 투명 전극을 포함하여 광 추출 효율을 향상시키고 전류 집중을 완화하여 발광 효율이 우수한 반도체 발광 소자를 제공하고자 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로써, 기판; 상기 기판 상에 형성된 제 1 도전형 반도체층; 상기 제 1 도전형 반도체층 상에 형성된 활성층; 상기 활성층 상에 형성된 제 2 도전형 반도체층; 상기 제 2 도전형 반도체층 상에 형성되며 양각 또는 음각 구조로 이루어진 다수의 광 추출용 패턴이 형성된 투명 전극층; 상기 제 2 도전형 반도체층과 상기 활성층의 일영역을 제거하여 형성된 상기 제 1 도전형 반도체층의 노출 영역 상에 형성된 제 1 전극; 및 상기 투명 전극층 상에 형성된 제 2 전극을 포함하는 반도체 발광 소자를 제공한다.
상기 다수의 광 추출용 패턴은 상기 제 1 및 제 2 전극 사이의 최단거리에 위치한 영역이 다른 영역의 전기적 저항보다 큰 전기적 저항을 갖도록 서로 다른 폭 및 간격을 갖는 것이 바람직하다.
상기 광 추출용 패턴은 양각 패턴이며, 상기 제 1 및 제 2 전극 사이의 최단거리 상에 위치한 양각 패턴은 다른 영역 상에 위치한 양각 패턴의 폭 보다 작은 폭을 갖거나 다른 영역 상에 위치한 양각 패턴의 간격보다 큰 간격을 가질 수 있다.
상기 양각 패턴은 상기 제 1 및 제2 전극 사이의 최단거리 상에 위치한 영역으로부터 멀어질수록 큰 폭을 갖거나 작은 간격을 가질 수 있다.
상기 광 추출용 패턴은 음각 패턴이며, 상기 제 1 및 제 2 전극 사이의 최단거리 상에 위치한 음각 패턴은 다른 영역 상에 위치한 음각패턴의 폭보다 큰 폭을 갖거나 다른 영역 상에 위치한 음각 패턴의 간격보다 작은 간격을 가질 수 있다.
또한 상기 광 추출용 패턴은 음각 패턴이며, 상기 제 2 도전형 반도체층이 노출되도록 형성된 홀 패턴일 수 있다.
상기 음각 패턴은 상기 제 1 및 제 2 전극 사이의 최단거리 상에 위치한 영역으로부터 멀어질수록 작은 폭을 갖거나 큰 간격을 가질 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 도전형 반도체층 및 상기 활성층은, 질화갈륨계, 산화아연계, 비소갈륨계 및 인화갈륨계 반도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 반도체를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 투명 전극층은 In, Sn, Zn, Ga, Mg, Cu, Ni, Al, 및 Ag 로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 포함하는 전도성 산화물 또는 전도성 질화물인 것이 바람직하다.
상기 투명 전극층은 ITO인 것이 보다 바람직하다.
본 발명에 따른 반도체 발광 소자는 양각 또는 음각 구조로 이루어진 다수의 광 추출용 패턴이 형성된 투명 전극층을 포함하여 전반사되어 소자 내부로 반사되는 광의 비율을 줄이고, 광 추출용 패턴의 폭 간격을 조절하여 전류 집중을 완화시 킨다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시 형태에 따른 반도체 발광 소자의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시 형태에 따른 반도체 발광소자는 기판(21); 상기 기판 상에 형성된 제 1 도전형 반도체층(22); 제 1 도전형 반도체층에 상에 형성된 활성층(23); 상기 활성층 상에 형성된 제 2 도전형 반도체층(24) 및 상기 제 2 도전형 반도체층(24)에 형성된 투명 전극층(25)을 포함한다.
상기 반도체 발광소자 상면에서, 상기 제 2 도전형 반도체층 및 활성층의 일영역에 메사에칭을 적용하여, 제 1 도전형 반도체층(22) 상면을 노출시킨 후, 노출된 제 1 도전형 반도체층 상에 형성된 제 1 전극(26) 및 상기 투명 전극층(25) 상에 형성된 제 2 전극(27)을 포함한다.
상기 투명 전극층(25)은 양각 또는 음각 구조로 이루어진 다수의 광 추출용 패턴이 형성되어 있다. 도 2a 및 2b는 양각 구조의 광추출용 패턴(25a)이 형성된 것으로, 각각 상부 평면도 및 측단면도이다. 또한 도 2c 및 2d는 음각 구조의 광 추출용 패턴(25b)이 형성된 것으로, 각각 상부 평면도 및 측단면도이다. 양각 또는 음각 구조의 광 추출용 패턴의 폭(x) 또는 간격(y)은 동일하게 형성될 수 있다. 보다 구체적으로 광 추출용 패턴(25a, 25b)의 폭(x)는 0.001 내지 10㎛로 형성될 수 있다.
상기 광 추출용 패턴에 의하여 광경로가 변경되고, 대체적으로 입사각이 임계각 이하가 되도록 한다. 이에 따라 소자 내부에서 발생된 광이 반사되어 내부에 갇히는 비율이 줄어 들게 된다.
또한 투명 전극층에 형성되는 광 추출용 패턴은 식각되는 깊이가 투명 전극층의 일정 두께 이상인 것이 바람직하다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 반도체 발광소자의 상부평면도이다. 광 추출용 패턴의 폭 또는 간격은 차별화된 형태를 보일 수 있다. 광 추출용 패턴의 폭 또는 간격은 조립시의 와이어와 접착 연결되는 본딩 메탈의 기본적인 디자인에 따라 다를 수 있으나, 기본적으로 두 전극 간의 최단 거리 영역(l)이 기준이 된다.
도 3a 및 3b를 참조하면, 다수의 광 추출용 패턴(25a, 25b)은 상기 제 1 및 제 2 전극(26, 27) 사이의 최단거리에 위치한 영역(l)이 다른 영역의 전기적 저항보다 큰 전기적 저항을 갖도록 서로 다른 폭 및 간격을 가질 수 있다.
도 3a는 광 추출용 패턴(25a)이 양각 패턴인 것으로, 제 1 및 제 2 전극(26, 27) 사이의 최단거리(l) 상에 위치한 양각 패턴은 다른 영역 상에 위치한 양각 패턴의 폭 보다 작은 폭을 갖거나 다른 영역 상에 위치한 양각 패턴의 간격보다 큰 간격을 가질 수 있다. 바람직하게는 상기 양각 패턴(25a)은 상기 제 1 및 제2 전극(26, 27) 사이의 최단거리(l) 상에 위치한 영역으로부터 멀어질수록 큰 폭을 갖거나 작은 간격을 가질 수 있다.
광 추출용 패턴이 양각 패턴인 경우 광 추출용 패턴 영역 부근에 저항이 감소하여 전극간 최단 거리(l)에 상대적으로 높은 저항이 형성되므로, 전류의 흐름이 분산될 수 있다.
도 3b는 광 추출용 패턴(25b)이 음각 패턴인 것으로, 제 1 및 제 2 전극(26, 27) 사이의 최단거리(l) 상에 위치한 음각 패턴은 다른 영역 상에 위치한 음각 패턴의 폭 보다 큰 폭을 갖거나 다른 영역 상에 위치한 음각 패턴의 간격보다 작은 간격을 가질 수 있다. 바람직하게는 상기 음각 패턴(25b)은 상기 제 1 및 제2 전극(26, 27) 사이의 최단거리(l) 상에 위치한 영역으로부터 멀어질수록 작은 폭을 갖거나 큰 간격을 가질 수 있다.
광 추출용 패턴이 음각 패턴인 경우에는 패턴 영역 부근에 저항이 증가하여 전극간 최단 거리(l)에 상대적으로 높은 저항이 형성되므로, 전류의 흐름이 분산된다. 또한 광 추출용 패턴이 음각 패턴이 경우 제 2 도전형 반도체층이 노출되도록 형성된 홀 패턴일 수 있다. 양각 패턴인 경우 전기적 흐름을 유지할 수 있도록 일정 두께를 잔류시켜야 하지만, 음각 패턴인 경우 전기적 흐름이 끊기지 않기 때문에 투명 전극층 잔류 여부는 문제되지 않기 때문이다.
이러한 광 추출용 패턴의 폭 또는 간격 차이는 표면 전류 흐름을 제어 할 수 있기 때문에 국부 영역별 전류 흐름의 차이로 인해 발생되는 문제점을 해결할 수 있다. 이로 인하여 전류가 전체 발광영역에 균일하게 분산되어 발광에 가담하는 유효면적이 증가하고, 발광 면적당 발광효율이 증가하게 된다.
상기 제 1 도전형, 제 2 도전형 반도체 층 및 활성층은 질화갈륨계, 산화아연계, 비소갈륨계 및 인화갈륨계 반도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 반도체를 포함할 수 있다.
상기 투명 전극층(25)은 In, Sn, Zn, Ga, Mg, Cu, Ni, Al, 및 Ag 로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 포함하는 전도성 산화물 또는 질화물일 수 있고, 보다 바람직하게는 ITO(Indium-Tin Oxide)일 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시 형태에 따른 반도체 발광 소자의 사시도이다.
도 2a 및 2c는 본 발명의 일실시 형태에 따른 반도체 발광 소자의 상부 평면도이며, 도 2b 및 도 2d는 투명 전극층의 측단면도이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 반도체 발광소자의 상부평면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
20: 반도체 발광소자 21: 기판
22: 제 1 도전형 반도체층 23: 제 2 도전형 반도체층
24: 활성층 25: 투명 전극층
25a: 양각 패턴 25b: 음각 패턴
26: 제 1 전극 27: 제 2 전극
Claims (10)
- 기판;상기 기판 상에 형성된 제 1 도전형 반도체층;상기 제 1 도전형 반도체층 상에 형성된 활성층;상기 활성층 상에 형성된 제 2 도전형 반도체층;상기 제 2 도전형 반도체층 상에 형성되며 양각 또는 음각 구조로 이루어진 다수의 광 추출용 패턴이 형성된 투명 전극층;상기 제 2 도전형 반도체층과 상기 활성층의 일영역을 제거하여 형성된 상기 제 1 도전형 반도체층의 노출 영역 상에 형성된 제 1 전극; 및상기 투명 전극층 상에 형성된 제 2 전극을 포함하는 반도체 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 다수의 광 추출용 패턴은 상기 제 1 및 제 2 전극 사이의 최단거리에 위치한 영역이 다른 영역의 전기적 저항보다 큰 전기적 저항을 갖도록 서로 다른 폭 및 간격을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제 2 항에 있어서,상기 광 추출용 패턴은 양각 패턴이며,상기 제 1 및 제 2 전극 사이의 최단거리 상에 위치한 양각 패턴은 다른 영 역 상에 위치한 양각 패턴의 폭 보다 작은 폭을 갖거나 다른 영역 상에 위치한 양각 패턴의 간격보다 큰 간격을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제 3 항에 있어서상기 양각 패턴은 상기 제 1 및 제2 전극 사이의 최단거리 상에 위치한 영역으로부터 멀어질수록 큰 폭을 갖거나 작은 간격을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제 2 항에 있어서,상기 광 추출용 패턴은 음각 패턴이며,상기 제 1 및 제 2 전극 사이의 최단거리 상에 위치한 음각 패턴은 다른 영역 상에 위치한 음각패턴의 폭보다 큰 폭을 갖거나 다른 영역 상에 위치한 음각 패턴의 간격보다 작은 간격을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제 2 항에 있어서,상기 광 추출용 패턴은 음각 패턴이며,상기 제 2 도전형 반도체층이 노출되도록 형성된 홀 패턴인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,상기 음각 패턴은 상기 제 1 및 제 2 전극 사이의 최단거리 상에 위치한 영역으로부터 멀어질수록 작은 폭을 갖거나 큰 간격을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 도전형 반도체층 및 상기 활성층은, 질화갈륨계, 산화아연계, 비소갈륨계 및 인화갈륨계 반도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 반도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 투명 전극층은 In, Sn, Zn, Ga, Mg, Cu, Ni, Al, 및 Ag 로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 포함하는 전도성 산화물 또는 전도성 질화물인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제 9 항에 있어서,상기 투명 전극층은 ITO인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
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| US9041012B2 (en) | 2011-05-17 | 2015-05-26 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Galium-nitride light emitting device having a microarray-type structure |
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