KR20120028196A - 발광 다이오드 - Google Patents

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    • H01L33/38—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape

Abstract

발광 다이오드는 기판, 상기 기판 상에 배치된 N-도핑된 층, 상기 N-도핑된 층과 상기 기판 사이에 배치된 복수개의 캐소드들, 상기 N-도핑된 층 상에 배치된 활성층, 상기 활성층 상에 배치된 P-도핑된 층, 및 상기 P-도핑된 층 상에 배치된 복수개의 애노드들을 포함한다. 상기 캐소드들은 상기 N-도핑된 층에 전기적으로 연결되며, 그리고 상기 캐소드들의 패턴들은 서로 분리된다. 상기 애노드들은 상기 P-도핑된 층에 전기적으로 연결되며, 그리고 상기 애노드들의 패턴들은 서로 분리된다. 각각의 캐소드 및 대응하는 애노드는 루프를 형성하며, 그리고 각각의 루프는 독립적인 루프이다.

Description

발광 다이오드{Light Emitting diode}
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것이며, 그리고 더욱 상세하게는 서로 분리되어 배치된 복수개의 독립적인 캐소드 패턴들 및 서로 분리되어 배치된 복수개의 독립적인 애노드 패턴들을 가지는 발광 다이오드에 관한 것이다.
환경 친화적인 특성, 높은 전기적 광 효율, 더 작은 부피, 더 긴 수명, 안정적인 파장, 및 더 낮은 열의 생성과 같은, 어떠한 이점들 때문에, 발광 다이오드들은 주변에서 널리 사용된다. 발광 다이오드들은 도시들 내의 거대한 디스플레이 보드들, 거리들 상의 교통 신호들, 전기 장치들 상의 지시 램프, 및 디스플레이 판넬들의 백라이트 모듈과 같은, 많은 어플리케이션들에서 통상적인 광원을 점점 대체하고 있다. 어플리케이션의 범위가 확장됨에 따라, 발광 다이오드들 내의 광의 더 우수한 균일도에 대한 요구가 급속하게 증가되고 있다.
도 1을 참조한다. 도 1은 통상적인 발광 다이오드를 도해하는 개요적인 도면이다. 도 1에서 도시된 것처럼, 통상적인 발광 다이오드(1)는 기판(10), 기판(10) 상에 배치된 N-도핑된 층(12), N-도핑된 층(12) 상에 배치된 P-도핑된 층(14), N-도핑된 층(12) 및 P-도핑된 층(14) 사이에 배치된 활성층, N-도핑된 층(12) 상에 배치된 캐소드(18), 및 P-도핑된 층(14) 상에 배치된 애노드(20)를 포함한다.
발광 다이오드 내의 전기 전류들의 균일도는 발광 다이오드들 내의 광 균일도 및 광 효율에 영향을 미치는 주요한 인자들 중의 하나이다. 도 1에서 도시된 것처럼, 통상적인 발광 다이오드(1)의 애노드(20)는 P-도핑된 층(14) 상에 배치되며, 그리고 캐소드(18)는 N-도핑된 층(12) 상에 배치된다. 발광 다이오드(1)가 광을 방출할 때, 발광 다이오드(1)를 구동하기 위하여 사용되는 전기 전류는 애노드(20)로부터 생성되며 그리고 P-도핑된 층(14), 활성층(16), N-도핑된 층(12) 및 캐소드(18)를 차례로 통과하여 루프를 형성한다. 작은 크기의 발광 다이오드들 내에서 적용될 때, 통상적인 발광 다이오드들 내의 전류의 분포는 여전히 균일할 수 있다. 1000 마이크로미터 보다 더 긴 길이를 가지는 발광 다이오드와 같은, 큰 크기의 발광 다이오드들 내에 적용될 때, 통상적인 발광 다이오드(1)의 전극 설계는 균일하게 분포하는 전류들을 생성하지 않을 수 있으며, 그리고 불균일한 조명 및 낮은 광 효율과 같은 단점들이 생성될 수 있으며 그리고 더 개선되어야 할 필요성이 있다.
본 발명의 목적의 하나는 광 효율(luminous efficacy) 및 광 균일도(uniformity of luminance)를 개선하기 위한 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명은 기판, 상기 기판 상에 배치된 제1 도핑된 층, 상기 제1 도핑된 층과 상기 기판 사이에 배치된 제1 전극 및 제2 전극, 상기 제1 도핑된 층 상에 배치된 활성층, 상기 활성층 상에 배치된 제2 도핑된 층, 및 상기 제2 도핑된 층 상에 배치된 제3 전극 및 제4 전극을 포함한다. 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 상기 제1 도핑된 층에 전기적으로 연결되며, 그리고 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극은 상기 제2 도핑된 층에 전기적으로 연결된다. 상기 제1 전극의 패턴은 상기 제2 전극의 패턴과 분리되며, 그리고 상기 제3 전극의 패턴은 상기 제4 전극의 패턴과 분리된다.
본 발명은 기판, 상기 제1 기판 상에 배치된 N-도핑된 층, 상기 N-도핑된 층과 상기 기판 사이에 배치된 복수개의 캐소드들, 상기 N-도핑된 층 상에 배치된 활성층, 상기 활성층 상에 배치된 P-도핑된 층, 및 상기 P-도핑된 층 상에 배치된 복수개의 애노드들을 포함하는 다른 발광 다이오드를 제공한다. 상기 캐소드는 상기 N-도핑된 층과 전기적으로 연결되며, 그리고 상기 캐소드의 패턴들은 서로 분리된다. 상기 애노드는 상기 P-도핑된 층에 전기적으로 연결되며, 그리고 상기 애노드의 패턴들은 서로 분리된다.
본 발명의 발광 다이오드는 복수개의 루프 영역(loop region)들을 포함하며, 그리고 독립적인 루프는 각각의 상기 루프 영역에서 독립적인 캐소드들 및 독립적인 애노드들에 의해 형성된다. 독립적인 루프들에 기인하여, 전류들의 분포는 더욱 균일할 수 있으며, 그리고 광 균일도 및 광 효율이 개선될 수 있다.
본 발명에 따르면, 광 효율 및 광 균일도를 개선하기 위한 발광 다이오드를 구현할 수 있다.
도 1은 통상적인 발광 다이오드를 도해하는 개략적인 도면이다.
도 2 내지 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광 다이오드를 도해하는 개략적인 도면들이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따른 발광 다이오드를 도해하는 개략적인 도면이다.
본 발명의 이러한 그리고 다른 목적들은 다음의 다양한 도면들에서 도해되는 바람직한 실시예의 상세한 설명을 읽은 후에 당업자들에게 확실하게 명백해질 것이다.
특정한 구성요소들을 언급하기 위하여 상세한 설명 및 후속의 청구항들에서 어떠한 용어들이 사용된다. 당업자가 이해할 수 있는 것처럼, 전기적 장치 제조자들은 다양한 명칭들로 구성요소를 언급할 수 있다. 본 명세서는 명칭에서 다르지만 기능은 다르지 않는 구성요소들 사이를 구분하고자 함은 아니다. 다음의 상세한 설명 및 청구항들에서, "포함하는"이라는 용어들은 열린 종결 방식(open-ended fashion)으로 사용되며, 따라서 "포함하지만 여기에 한정되지 않는..."이라는 의미로 해석되어야 한다. 추가적으로, 설명들을 단순화하고 각각의 실시예 사이에서 비교를 더욱 편리하게 하기 위하여, 각각의 다음의 실시예들에서 동일한 구성요소들은 동일한 참조부호들을 가지고 표시된다. 도면들은 오직 도해의 목적을 위한 것이며 그리고 도면들은 스케일에 맞지 않을 수 있다. 추가적으로, 본 명세서에서 "제1" 및 "제2"와 같은 용어들은 다른 구성요소들을 구분하기 위하여 사용될 뿐이며 생성 순서를 한정하는 것은 아니다.
도 2 및 도 3을 참조한다. 도 2 및 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광 다이오드를 도해하는 개략적인 도면들이며, 여기에서 도 2는 발광 다이오드의 상부면을 도해하는 개략적인 도면이며, 그리고 도 3은 도 2의 A-A' 라인을 따른 발광 다이오드의 단면을 도해하는 개략적인 도면이다. 도 2 및 도 3에서 도시된 것처럼, 본 실시예의 발광 다이오드(30)는 기판(32), 기판(32) 상에 배치된 제1 도핑된 층(34), 제1 도핑된 층(34) 상에 배치된 활성층(36), 활성층(36) 상에 배치된 제2 도핑된 층(38), 제1 도핑된 층(34)과 기판(32) 사이에 배치된 제1 패터닝된 전극층, 및 제2 도핑된 층(38) 상에 배치된 제2 패터닝된 전극층을 포함한다. 상기 제1 패터닝된 전극층은 제1 전극(401) 및 제2 전극(402)과 같은, 복수개의 전극들(40)을 포함하며, 그리고 제1 전극(401) 및 제2 전극(402)은 제1 도핑된 층(34)에 전기적으로 연결된다. 상기 제2 패터닝된 전극층은 제3 전극(421) 및 제4 전극(422)과 같은, 복수개의 전극들(42)을 포함하며, 그리고 제3 전극(421) 및 제4 전극(422)은 제2 도핑된 층(38)에 전기적으로 연결된다. 전극(40) 및 전극(42)은 각각 콘택 패드(40C) 및 콘택 패드(42C)를 포함한다. 콘택 패드(40C) 및 콘택 패드(42C)는 후속의 패키징 공정에서 외부 회로들과 연결되는 전기적 연결 지점들로서 사용된다. 부가적으로, 기판(32)은 제1 루프 영역(331) 및 제2 루프 영역(332)과 같은, 복수개의 루프 영역들을 포함한다. 제1 전극(401) 및 제3 전극(421)은 제1 루프 영역(331)에 대응하며, 그리고 제2 전극(402) 및 제4 전극(422)은 제2 루프 영역(332)에 대응한다. 부가적으로, 제1 도핑된 층(34)은 제1 루프 영역(331) 및 제2 루프 영역(332)에 대응하며, 활성층(36)은 제1 루프 영역(331) 및 제2 루프 영역(332)에 대응하며, 그리고 제2 도핑된 층(38)은 제1 루프 영역(331) 및 제2 루프 영역(332)에 대응한다.
기판(32)은 사파이어 기판일 수 있으나, 기판(32)은 사파이어 기판에 한정되지 않고, 글래스 기판, GaP(gallium phosphide) 기판, GaAsP(gallium arsenide phosphide) 기판, ZnSe(zinc selenide) 기판, ZnS(zinc sulfide) 기판, ZnSSe(zinc sulfoselenide) 기판, 또는 SiC(silicon carbide) 기판과 같은, 다른 기판일 수 있다. 제1 도핑된 층(34), 활성층(36), 및 제2 도핑된 층(38)은 각각 GaN(gallium nitride) 에피택시 층과 같은, 에피택시 층일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 전극(40) 및 전극(42)의 물질은 금속, 합금, 또는 금속 산화물과 같은, 높은 전도도를 가지는 도전성 물질일 수 있으나, 전극(40) 및 전극(42)의 물질이 이에 한정되지 않으며 그리고 단일 물질 또는 복합 물질일 수 있다. 이러한 실시예에서, 제1 도핑된 층(34)은 (N-타입의 갈륨 질화물 층과 같은) N-도핑된 층이며, 그리고 제2 도핑된 층(38)은 (P-타입의 갈륨 질화물 층과 같은) P-도핑된 층이다. 이러한 조건에서, 전극(40)은 캐소드로서 사용되며, 그리고 전극(42)은 애노드로서 사용되지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 실시예에서, (도 2에서 도시된 것처럼) 제1 전극(401) 및 제2 전극(402)은 각각 서로 분리된 권선(winding, coiled) 패턴들을 포함하며, 그리고 제3 전극(421) 및 제4 전극(422)은 각각 서로 분리된 권선 패턴들을 포함한다. 제1 전극(401) 및 제3 전극(421)은 제1 루프 영역(331)에서 감기며(wind), 그리고 제2 전극(402) 및 제4 전극(422)은 제2 루프 영역(332)에서 감긴다. 즉, 제1 전극들(401)의 패턴들 및 제3 전극들(421)의 패턴들은 제1 루프 영역들(331)에서 구부러지며(meander), 그리고 제2 전극(402)들의 패턴들 및 제4 전극들(422)의 패턴들은 제2 루프 영역들(332)에서 구부러진다. 이러한 설계에 기인하여, 발광 다이오드(30)가 구동될 때, 전류의 분포는 더욱 균일할 수 있으며 광 균일도 및 광 효율은 개선될 수 있다. 본 발명에서, 제1 전극(401) 및 제2 전극(402)이 각각 서로 분리된 권선 패턴들을 포함하더라도, 제1 전극(401) 및 제2 전극(402)은 설계의 다양한 선택에 따라, 콘택 패드(40C)를 통하여 다른 외부 전압원들에 연결될 수 있거나, 또는 동일한 외부 전압원에 연결될 수 있다. 동일한 방식에 근거하여, 제3 전극(421) 및 제4 전극(422)이 각각 서로 분리된 권선 패턴들을 포함하더라도, 제3 전극(421) 및 제4 전극(422)은 설계의 다양한 선택에 따라, 콘택 패드(42C)를 통하여 다른 외부 전압원들에 연결될 수 있거나, 또는 동일한 외부 전압원에 연결될 수 있다. 추가적으로, 제1 전극(401), 제2 전극(402), 제3 전극(421), 및 제4 전극(422)의 패턴들의 설계는 이에 한정되지 않으며 그리고 필요에 따라 변경될 수 있다는 것을 언급할 가치가 있다. 예를 들어, 전극들 사이의 거리가 변경될 수 있다. 추가적으로, 상부면 방향으로, 제1 전극(401) 및 제2 전극(402)은 얽히는 핑거들(interlaced fingers)의 패턴을 제공할 수 있으며, 그리고 제3 전극(421) 및 제4 전극(422)은 얽히는 핑커들의 패턴을 제공할 수 있다.
본 발명에서, 각각의 캐소드는 대응하는 애노드를 수반한 루프를 형성하며, 그리고 각각의 루프는 독립적인 루프이다. 예를 들어, 본 실시예에서, 제1 전극(401)(캐소드) 및 제3 전극(421)(애노드)는 제1 루프를 형성하며, 제2 전극(402)(캐소드) 및 제4 전극(애노드)(422)은 제2 루프를 형성하며, 그리고 제1 루프 및 제2 루프는 두 개의 독립적인 루프들이다. 더욱 구체적으로, 본 발명에서, 단일한 발광 다이오드는 적어도 두 개의 루프 영역들로 나뉘어진다. 제1 도핑된 층(34), 활성층(36), 및 제2 도핑된 층(38)은 각각 본질적으로 발광 다이오드 내의 모든 루프 영역들을 덮는 완전한 표면막(complete surface film)이다. 각각의 루프 영역들에서 독립적인 캐소드 및 독립적인 애노드에 의해 형성된 독립적인 루프에 근거하여, 전류의 분포는 더욱 균일할 수 있으며, 그리고 광 균일도 및 광 효율은 개선될 수 있다. 본 발명에서 발광 다이오드가 두 개의 루프 영역들로 나뉘어지는 것에 한정되지 않으며, 발광 다이오드의 크기 또는 다른 사항들에 따라서, 발광 다이오드는 세 개, 네 개, 또는 더욱 많은 루프 영역들로 나뉘어질 수 있다는 것을 언급할 가치가 있다. 광 균일도 및 광 효율을 개선하도록 전류의 분포를 더욱 균일하게 할 목적을 구현하기 위하여, 발광 다이오드는 세 개, 네 개, 또는 더 많은 루프 영역들로 나뉘어질 수 있으며, 그리고 독립적인 루프들은 각각의 루프 영역들에서 캐소드들 및 애노드들에 의해 형성된다.
추가적으로, 발광 다이오드의 광 추출 속도를 개선하기 위하여, 미세 구조체들이 기판(32)의 임의의 표면들에 선택적으로 형성될 수 있다.
본 발명의 발광 다이오드는 앞에서 언급된 실시예에 한정되지 않는다. 다음의 기술은 본 발명의 발광 다이오드의 다른 실시예를 상세하게 설명한다. 편의상 각각의 실시예 사이의 상이함들을 비교하고 설명을 단순하게 하기 위하여, 다음의 실시예들의 각각에서 동일한 구성요소들은 동일한 참조 부호들로 표시되며, 그리고 다음의 기술은 다양한 실시예들 사이의 상이함들을 상세하게 설명한다. 동일한 구성요소들은 장황하게 기술되지 않을 것이다.
도 4를 참조한다. 도 4는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 발광 다이오드를 도해하는 개략적인 도면이다. 도 4에서 도시된 것처럼, 본 발명의 발광 다이오드(50)는 제2 도핑된 층(38)과, 제3 전극(421) 및 제4 전극(422)과 같은, 애노드들 사이에 배치된 전류 확산층(current spreading layer, 52)을 더 포함한다. 전류 확산층(52)은 광 균일도 및 광 효율을 개선하도록 광 분포의 균일도를 더욱 향상시키기 위하여, 인듐 주석 산화물(indium tin oxide)과 같은, 투명한 전도층일 수 있다.
앞에서의 모든 설명들을 요약하면, 본 발명의 발광 다이오드는 복수개의 루프 영역들을 포함하며, 그리고 독립적인 루프는 각각의 루프 영역들에서 독립적인 캐소드들 및 독립적인 애노드들에 의하여 형성된다. 독립적인 루프들에 기인하여, 전류의 분포가 더욱 균일해질 수 있으며, 그리고 광 균일도 및 광 효율이 개선될 수 있다.
당업자들은 본 발명의 기술적 사상을 유지하면서 상기 소자 및 방법의 많은 변경들과 변형들이 이루어질 수 있다는 것을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
32 : 기판
34 : 제1 도핑된 층
36 : 활성층
38 : 제2 도핑된 층
401 : 제1 전극
402 : 제2 전극
421 : 제3 전극
422 : 제4 전극
331 : 제1 루프 영역
332 : 제2 루프 영역

Claims (12)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치된 제1 도핑된 층
    상기 제1 도핑된 층 및 상기 기판 사이에 배치된 제1 전극 및 제2 전극으로서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 상기 제1 도핑된 층에 전기적으로 연결되고, 상기 제1 전극의 패턴은 상기 제2 전극의 패턴으로부터 분리된(disconnected), 상기 제1 전극 및 제2 전극;
    상기 제1 도핑된 층 상에 배치된 활성층;
    상기 활성층 상에 배치된 제2 도핑된 층; 및
    상기 제2 도핑된 층 상에 배치된 제3 전극 및 제4 전극으로서, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극은 상기 제2 도핑된 층에 전기적으로 연결되고, 상기 제3 전극의 패턴은 상기 제4 전극의 패턴으로부터 분리된, 상기 제3 전극 및 제4 전극;을 포함하는 발광 다이오드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도핑된 층은 N-도핑된 층이며, 그리고 상기 제2 도핑된 층은 P-도핑된 층인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 캐소드(cathode)들이며, 그리고 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극은 애노드(anode)들인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 도핑된 층과 상기 제3 전극 사이 및 상기 제2 도핑된 층과 상기 제4 전극 사이에 배치된 전류 확산층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 제1 루프 영역 및 제2 루프 영역을 포함하며, 상기 제1 전극 및 상기 제3 전극은 상기 제1 루프 영역에 대응하며, 그리고 상기 제2 전극 및 상기 제4 전극은 상기 제2 루프 영역에 대응하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 도핑된 층은 상기 제1 루프 영역 및 제2 루프 영역에 대응하며, 상기 활성층은 상기 제1 루프 영역 및 상기 제2 루프 영역에 대응하며, 그리고 상기 제2 도핑된 층은 상기 제1 루프 영역 및 상기 제2 루프 영역에 대응하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 서로 분리된 권선 패턴(winding pattern)들을 각각 포함하며, 그리고 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극은 서로 분리된 권선 패턴들을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  8. 기판;
    상기 기판 상에 배치된 N-도핑된 층;
    상기 N-도핑된 층 및 상기 기판 사이에 배치된 복수개의 캐소드들로서, 상기 캐소드들은 상기 N-도핑된 층에 전기적으로 연결되고, 상기 캐소드들의 패턴들은 서로 분리된, 상기 복수개의 캐소드들;
    상기 N-도핑된 층 상에 배치된 활성층;
    상기 활성층 상에 배치된 P-도핑된 층; 및
    상기 P-도핑된 층 상에 배치된 복수개의 애노드들로서, 상기 애노드들은 상기 P-도핑된 층에 전기적으로 연결되고, 상기 애노드들의 패턴들은 서로 분리된, 상기 복수개의 애노드들;을 포함하는 발광 다이오드.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 P-도핑된 층 및 상기 애노드들 사이에 배치된 전류 확산층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 기판은 복수개의 루프 영역들을 포함하며, 각각의 상기 캐소드 및 대응하는 상기 애노드는 각각 해당하는 루프 영역에 대응하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 N-도핑된 층은 상기 루프 영역들에 대응하며, 상기 활성층은 상기 루프 영역들에 대응하며, 그리고 상기 P-도핑된 층은 상기 루프 영역들에 대응하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  12. 제8항에 있어서,
    각각의 상기 캐소드는 권선 패턴을 포함하며, 상기 캐소드들의 상기 권선 패턴들은 서로 분리되며, 각각의 상기 애노드는 권선 패턴을 포함하며, 그리고 상기 애노드들의 상기 권선 패턴들은 서로 분리된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
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