KR20100094651A

KR20100094651A - 질화물계 발광소자

Info

Publication number: KR20100094651A
Application number: KR1020090013719A
Authority: KR
Inventors: 유태경
Original assignee: 주식회사 세미콘라이트
Priority date: 2009-02-19
Filing date: 2009-02-19
Publication date: 2010-08-27
Also published as: KR101012823B1

Abstract

본 발명에 의한 질화물계 발광소자는 기판과, 이 기판의 상부에 형성된 적어도 하나의 질화물 반도체층과, 외부로의 연결을 위해 상기 반도체층의 상부에 형성된 한 쌍의 패드전극들을 포함하는 질화물계 발광소자에 있어서, 상기 패드전극들 각각이 상기 질화물 반도체층 단면의 측변들 중에서 서로 다른 측변 또는 측변들에 연하도록 배치된다. 이로써, 패드전극들 간의 거리가 종래보다 멀고 이들 패드전극 간을 연결하는 복수의 가지전극에 걸리는 전위차가 감소하여 일정해지므로 전류확산이 향상되고 전류쏠림 현상이 극복될 수 있다.

질화물계발광소자, 패드전극, 가지전극

Description

질화물계 발광소자 {NITRIDE LIGHT EMITTING DEVICE}

본 발명은 질화물계 발광소자에 관한 것으로, 특히 구동전류확산을 향상시켜 동작전압이 감소되고 고전류 동작시에도 소자의 신뢰도가 개선된 질화물계 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 질화물계 발광소자는 도 1에 도시하는 바와 같이 소정의 기판 상부에 여러 질화물층들이 형성되는 구조로 된다. 도 1은 일반적인 수직형 발광소자의 개략 구조도를 도시한다.

도 1을 참조하며 일반적인 수직형 발광소자의 구조를 개략적으로 설명하면, 먼저 사파이어 기판 상부에 N형 질화물 반도체층(110), 활성층(120), P형 질화물 반도체층(130) 및 P형 전극(140)이 순차적으로 형성된다. 이때, 상기 P형 전극(140)은 낮은 접촉 저항과 높은 반사 특성이 있는 금속들로 형성된다.

그리고, P형 전극(140) 상부에 금속 또는 실리콘과 같은 전도성 기판(180)이 웨이퍼 본딩을 통해 부착된 후, 레이저를 이용하여 상기 사파이어 기판이 제거된다. 이때, 이와 같은 사파이어 기판의 제거공정으로 인하여 노출되는 N형 질화물 반도체층(110) 표면은 그 질화물이 GaN인 경우 N극성 표면을 갖는다.

이후, 상기 노출된 N형 질화물 반도체층(110) 표면은 포토 케미칼 식각 방식을 통해 거친 표면(115)으로 되고, 이 거친 표면(115) 상부의 일부 영역에 N형 전극(150)이 형성된다. 이때, 소자 전면에 거친 표면(115)을 손쉽게 만들 수 있어 높은 광 추출효율을 가진다.

그러나, 상기 P형 전극(140)의 경우 소자 전면에 걸쳐 형성될 수 있는 반면에, 상기 N형 전극(150)의 경우는 광 투과의 저하를 막기 위해 소자 전면에 걸쳐 형성시킬 수 없고 단지 일부 영역에 국한되어 형성되므로 이로 인해 전류의 확산이 저해되는 문제가 발생한다.

이러한 문제를 해결하기 위해 도 2에 도시하는 바와 같이 통상적인 N형 전극(150)은 패드전극(154)과 이 패드전극(154)으로부터 여러 갈래로 분기되어 N형 질화물층 표면(115) 상에 전류를 균일하게 공급하는 가지전극(152)으로 구성된다. 그런데, 이러한 가지전극(152)은 그 폭이 넓으면 광 투과가 저하되어 광 추출효율이 감소하고, 또 너무 좁으면 그 저항성분이 커져 동작전압이 높아지는 단점이 있으므로, 소정의 최적화가 필요하다. 통상적인 가지전극(152)의 폭은 20~30㎛이며, 따라서 이러한 전극 폭에 따라 소정 크기의 저항성분을 가지므로, 소자(100)에 고전류가 흐르는 경우 전류가 부분적으로 집중되어 전류확산 능력이 감소할 수 있어 소자의 신뢰도에 악영향을 미친다는 문제점을 갖는다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명은 상기 패드전극 및 가지전극의 전류확산 효율이 개선된 질화물계 발광소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 질화물계 발광소자는 기판과, 이 기판의 상부에 형성된 적어도 하나의 질화물 반도체층과, 외부로의 연결을 위해 상기 반도체층의 상부에 형성된 한 쌍의 패드전극들을 포함하는 질화물계 발광소자에 있어서, 상기 패드전극들 각각이 상기 질화물 반도체층 단면의 측변들 중에서 서로 다른 측변 또는 측변들에 연하도록 배치될 수 있다. 또한, 상기 패드전극들은 서로 대향할 수 있거나, 특히 서로 대각선 방향으로 대향할 수 있다. 또한, 상기 질화물계 발광소자는 상기 패드전극들에 각각 전기적으로 연결되도록 상기 반도체층의 상부에 형성되어 상기 반도체층에 전류를 분산 공급하는 복수의 가지전극들을 더 포함하고 상기 가지전극들 중의 적어도 하나 이상이 전기적으로 개방될 수 있다.

상술한 구조를 갖는 본 발명에 의한 질화물계 발광소자는 패드전극들 간의 거리가 종래보다 멀고 이들 패드전극 간을 연결하는 복수의 가지전극에 걸리는 전위차가 감소하여 일정해지므로 전류확산이 향상되고 전류 쏠림 현상이 극복될 수 있다. 이에 따라 동작전압이 감소하고 고전류 동작시에도 소자의 신뢰도가 개선될 수 있다.

이하, 본 발명을 도면을 참조하며 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명에 의한 질화물계 발광소자는 상술하였듯이 여러 질화물들이 형성되어 적층된 통상의 질화물계 발광소자의 적층구조를 가질 수 있다.

본 발명의 일 구현예는 도 3에 도시한 수직형 발광소자의 구조에서 구현될 수 있다. 도 3은 본 발명의 일 구현예에서 질화물계 수직형 발광소자의 개략 구조를 도시한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 구현예에서의 질화물계 발광소자(300)는 전도성 기판(380) 상부에 P형 전극(340), P형 질화물 반도체층(330), 활성층(320), N형 질화물 반도체층(310) 및 N형 전극(350)이 순차적으로 형성된 구조로 된다. 이러한 구조에서, 상기 N형 질화물 반도체층(310)은 전자를 공급하고 상기 P형 질화물 반도체층(330)은 정공을 공급하게 되며, 이렇게 공급된 전자와 전공은 상기 활성층(320)에서 결합하여 광자를 생성함으로써 발광한다.

이때, 상기 N형 질화물 반도체층(310)의 조성은 일 예를 들면 Al_xIn_yGa_zN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, x+y+z=1)로 표현되는 Ⅲ족 질화물계 화합물로 될 수 있고 이에 한정되지 아니한다. 또한, N형 질화물 반도체층(310)의 표면(315)은 상술하였듯이 광 추출효율을 향상하기 위해 거친 표면으로 되며 GaN인 경우 N극성 표면을 갖는다. 또한, 상기 P형 전극(340)은 낮은 접촉 저항과 높은 반사 특성이 있는 금속들로 형성될 수 있다.

또한, 본 구현예에 있어서 상기 N형 질화물 반도체층(310) 상의 N형 전극(350)은 예를 들면 Cr, Ti, Al, Ni, Au, W 및 TiW로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 해당분야에 공지된 모든 전도성 금속 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 모든 전도성 산화물로 될 수 있다. 이러한 N형 전극(350)은 도 4a 및 도 4b에 도시하듯이 발광소자 외부로의 연결을 위한 와이어 본딩을 위한 2개의 패드전극(354)과, N형 질화물층 표면(325) 상에 전류를 균일하게 공급하기 위한 가지전극(152)으로 구성된다. 이러한 가지전극(152)은 상기 패드전극들(354)로부터 복수로 분기 또는 연결되어 나머지 패드전극(354)에 각각 전기적으로 연결된다.

특히, 본 발명자는 도 2에 도시하는 바와 같이 통상적인 사각형상의 발광소자에서는 2개의 패드전극들(154, 154) 모두가 N형 질화물 반도체층 단면의 4개 측변들(1151-1154) 중 동일한 측변(1151)에만 연하도록 배치되므로, 상기 패드전극들 간의 거리가 짧아 이들 전극 간에 형성되는 가지전극들의 전위차가 커지고 또한 전류가 부분적으로 집중되므로 전류확산 효율이 많이 감소한다는 사실을 알아냈다. 이에, 본 발명은 N형 질화물층 표면 상에 형성된 2개의 패드전극 각각이 N형 질화물 반도체층 단면의 4개 측변들 중에서 서로 별개의 측변(들)에 연하도록 배치된다. 즉, 본 발명의 일 실시예로서 도 4a에 도시하는 바와 같이 2개의 각 패드전극(354, 354)은 N형 질화물 반도체층(315) 단면의 4개 측변들(3151-3154) 중에서 서로 다른 측변(3151, 3153)에 연하도록 배치될 수 있거나 또는 결과적으로 서로 대향하도록 배치될 수 있다. 이로써, 2개의 패드전극 간의 거리가 종래보다 멀고 이들 패드전극 간을 연결하는 복수의 가지전극(152)에 걸리는 전위차가 감소하여 일정해지므로 전류확산이 개선된다. 특히, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 도 4b에 도시하는 바와 같이 상기 패드전극들(354, 354)은 서로 대각선 방향으로 대향하도록 서로 다른 측변들, 즉 측변들(3151, 3152) 및 측변들(3153, 3154)에 각각 연하도록 각각 배치된다. 또한, 다른 일 실시예에 의하면, 도 4c에 도시하듯이 각 패드전극들(354, 354)에 연결되는 복수의 가지전극들(152) 중에서 적어도 하나 이상이 단선되어 전기적으로 개방될 수도 있다.

전술한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이고, 이러한 수정, 변경, 부가 등은 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

도 1은 일반적인 수직형 발광소자의 개략 구조도.

도 2는 도 1의 수직형 발광소자에 있어서 종래 패드전극의 구조도.

도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 질화물계 수직형 발광소자의 개략 구조도.

도 4a는 도 3의 수직형 발광소자에 있어서 패드전극의 일 실시예의 구조도.

도 4b는 도 3의 수직형 발광소자에 있어서 패드전극의 다른 일 실시예의 구조도.

도 4c는 도 3의 수직형 발광소자에 있어서 가지전극의 일 실시예의 구조도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

300: 질화물계 발광소자, 310: N형 질화물 반도체층, 315: N형 질화물 반도체층(310)의 표면, 3151-3154: N형 질화물 반도체층의 표면(315)의 각 측변들, 320: 활성층, 330: P형 질화물 반도체층, 340: P형 전극, 350: N형 전극, 352: 가지전극, 354: 패드전극, 380: 전도성 기판

Claims

기판과, 이 기판의 상부에 형성된 적어도 하나의 질화물 반도체층과, 외부로의 연결을 위해 상기 반도체층의 상부에 형성된 한 쌍의 패드전극들을 포함하는 질화물계 발광소자에 있어서,

상기 패드전극들 각각이 상기 질화물 반도체층 단면의 측변들 중에서 서로 다른 측변 또는 측변들에 연하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자.
제1항에 있어서,

상기 패드전극들은 서로 대향하는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자.
제1항에 있어서,

상기 패드전극들은 서로 대각선 방향으로 대향하는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 질화물계 발광소자는 상기 패드전극들에 각각 전기적으로 연결되도록 상기 반도체층의 상부에 형성되어 상기 반도체층에 전류를 분산 공급하는 복수의 가지전극들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자.
제4항에 있어서,

상기 가지전극들 중의 적어도 하나 이상이 전기적으로 개방되는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자.