KR20160018924A - 반도체 발광소자 - Google Patents

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KR20160018924A
KR20160018924A KR1020140101775A KR20140101775A KR20160018924A KR 20160018924 A KR20160018924 A KR 20160018924A KR 1020140101775 A KR1020140101775 A KR 1020140101775A KR 20140101775 A KR20140101775 A KR 20140101775A KR 20160018924 A KR20160018924 A KR 20160018924A
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Abstract

본 개시는 단일 기판에 형성된 제1 발광부 및 제2 발광부를 포함하는 반도체 발광소자에 있어서, 제1 발광부 및 제2 발광부는 각각: 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 개재되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층을 가지는 복수의 반도체층;을 포함하며, 제1 발광부의 제1 반도체층과 전기적으로 연통하며 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제1 전극; 제2 발광부의 제2 반도체층과 전기적으로 연통하며 전자와 정공 중 나머지 하나를 공급하는 제2 전극; 그리고 제1 발광부의 제2 반도체층 위에서 뻗으며 제1 발광부의 측면, 제1 발광부와 제2 발광부의 사이 및 제2 발광부의 측면으로 연장된 연장형(extending type) 전극부; 그리고 제2 발광부의 제1 반도체층 가장자리 위에 형성되며 연장형 전극부와 연결되는 점형(point type) 전극부;를 구비하는 연결 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자에 관한 것이다.

Description

반도체 발광소자{SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 반도체 발광소자에 관한 것으로, 특히 발광면적 감소를 억제하며 복수의 발광부가 콤팩트하게 배열된 반도체 발광소자에 관한 것이다.
여기서, 반도체 발광소자는 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 반도체 광소자를 의미하며, 3족 질화물 반도체 발광소자를 예로 들 수 있다. 3족 질화물 반도체는 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 된 화합물로 이루어진다. 이외에도 적색 발광에 사용되는 GaAs계 반도체 발광소자 등을 예로 들 수 있다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
도 1은 종래의 3족 질화물 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면이다. 3족 질화물 반도체 발광소자는 기판(10; 예; 사파이어 기판), 기판(10) 위에 성장되는 버퍼층(20), 버퍼층(20) 위에 성장되는 n형 3족 질화물 반도체층(30), n형 3족 질화물 반도체층(30) 위에 성장되는 활성층(40), 활성층(40) 위에 성장되는 p형 3족 질화물 반도체층(50), p형 3족 질화물 반도체층(50) 위에 형성되는 전류확산 전도막(60), 전류확산 전도막(60) 위에 형성되는 p측 본딩 패드(70), p형 3족 질화물 반도체층(50)과 활성층(40)이 메사 식각되어 노출된 n형 3족 질화물 반도체층(30) 위에 형성되는 n측 본딩 패드(80), 그리고 보호막(90)을 포함한다.
버퍼층(20)은 기판(10)과 n형 3족 질화물 반도체층(30) 사이의 격자상수 및 열팽창계수의 차이를 극복하기 위한 것이며, 미국특허 제5,122,845호에는 사파이어 기판 위에 380℃에서 800℃의 온도에서 100Å에서 500Å의 두께를 가지는 AlN 버퍼층을 성장시키는 기술이 기재되어 있으며, 미국특허 제5,290,393호에는 사파이어 기판 위에 200℃에서 900℃의 온도에서 10Å에서 5000Å의 두께를 가지는 Al(x)Ga(1-x)N (0≤x<1) 버퍼층을 성장시키는 기술이 기재되어 있고, 미국공개특허공보 제2006/154454호에는 600℃에서 990℃의 온도에서 SiC 버퍼층(씨앗층)을 성장시킨 다음 그 위에 In(x)Ga(1-x)N (0<x≤1) 층을 성장시키는 기술이 기재되어 있다. 바람직하게는 n형 3족 질화물 반도체층(30)의 성장에 앞서 도핑되지 않는 GaN층이 성장되며, 이는 버퍼층(20)의 일부로 보아도 좋고, n형 3족 질화물 반도체층(30)의 일부로 보아도 좋다.
전류확산 전도막(60)은 p형 3족 질화물 반도체층(50) 전체로 전류가 잘 공급되도록 하기 위해 구비된다. 전류확산 전도막(60)은 p형 3족 질화물 반도체층(50)의 거의 전면에 걸쳐서 형성되며, 예를 들어, ITO, ZnO 또는 Ni 및 Au를 사용하여 투광성 전도막으로 형성되거나, Ag를 사용하여 반사형 전도막으로 형성될 수 있다.
p측 본딩 패드(70)와 n측 본딩 패드(80)는 전류의 공급과 외부로의 와이어 본딩을 위한 메탈 전극으로서, 예를 들어, 니켈, 금, 은, 크롬, 티타늄, 백금, 팔라듐, 로듐, 이리듐, 알루미늄, 주석, 인듐, 탄탈륨, 구리, 코발트, 철, 루테늄, 지르코늄, 텅스텐, 몰리브덴으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들의 조합을 사용하여 형성될 수 있다.
보호막(90)은 이산화규소와 같은 물질로 형성되며, 생략될 수도 있다.
도 2는 미국 등록특허공보 제6,547,249호에 개시된 직렬연결된 LED(A,B)의 일 예를 나타내는 도면이다. 여러 가지 장점 때문에 도 2에 도시된 것과 같이 복수의 LED(A,B)가 직렬연결되어 사용된다. 예를 들어, 복수의 LED(A,B)를 직렬연결하면 외부 회로와 와이어 연결의 개수가 감소하며, 와이어로 인한 광흡수 손실이 감소된다. 또한, 직렬연결된 LED(A,B) 전체의 동작전압이 상승하기 때문에 전원 공급 회로가 보다 단순화될 수 있다.
한편, 복수의 LED(A,B)를 직렬연결하기 위해서 인터커넥터(34)를 증착하여 이웃한 LED(A,B)의 p측 전극(32)과 n측 전극(32)을 연결한다. 그러나 복수의 LED (A,B)를 전기적으로 절연하는 분리(isolation) 공정에서 사파이어 기판(20)이 노출되도록 복수의 반도체층을 식각해야 하는데, 그 식각 깊이가 깊어서 시간이 오래 걸리고 단차가 크기 때문에 인터커넥터(34)를 형성하기가 어렵다. 절연체(30)를 사용하여 도 2에 도시된 것과 같이 인터커넥터(34)를 완만한 경사를 이루도록 형성하는 경우 LED(A,B)들 사이 간격이 증가하여 집적도 향상에 문제가 있다.
도 3은 미국 등록특허공보 제6,547,249호에 개시된 직렬연결된 LED의 다른 예를 나타내는 도면이다. 복수의 LED(A,B)를 절연(isolation)하는 다른 방법으로 복수의 LED(A,B) 사이의 하부 반도체층(22; 예를 들어, n형 질화물 반도체층)을 식각하지 않고 이온 주입(ion implantation)을 하여 복수의 LED(A,B) 사이를 절연하면 인터커넥터(34)의 단차가 감소된다. 그러나 하부 반도체층(22)에 깊게 이온 주입하는 것이 어렵고 공정 시간이 길어서 문제가 된다.
도 4는 미국 등록특허공보 제7,417,259호에 개시된 엘이디 어레이의 일 예를 나타내는 도면으로서, 고전압(high drive voltage), 저전류 구동을 위해 절연기판 위에 2차원 배열된 엘이디 어레이가 형성되어 있다. 절연기판은 사파이어 모노리식(monolithically) 기판이 사용되었고, 기판 위에 2개의 엘이디 어레이가 역방향으로 병렬연결되어 있다. 따라서, AC 전원이 직접 구동전원으로 사용될 수 있다.
도 5는 종래의 단일 기판 위에 직렬연결된 복수의 발광부를 포함하는 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 여러 가지 장점 때문에, 도 5에 도시된 것과 같이, 단일 기판 위에 복수의 발광부(A,B)가 직렬로 연결된 반도체 발광소자가 사용된다. 단일 기판 위에 복수의 발광부(A,B)를 직렬연결하면 외부 회로와의 연결을 위한 와이어의 개수가 감소하며, 따라서 와이어로 인한 광흡수 손실이 감소된다. 또한, 직렬연결된 발광부(A,B) 전체의 동작전압이 상승하기 때문에 전원 공급 회로가 보다 단순화될 수 있다. 더불어, 개별적인 반도체 발광소자를 직렬로 연결하는 것과 비교했을 때, 점유하는 면적이 작아 설치 밀도를 향상시킬 수 있고, 따라서, 반도체 발광소자를 포함하는 조명 장치 등을 구성할 때 소형화가 가능하다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 단일 기판에 형성된 제1 발광부 및 제2 발광부를 포함하는 반도체 발광소자에 있어서, 제1 발광부 및 제2 발광부는 각각: 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 개재되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층을 가지는 복수의 반도체층;을 포함하며, 제1 발광부의 제1 반도체층과 전기적으로 연통하며 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제1 전극; 제2 발광부의 제2 반도체층과 전기적으로 연통하며 전자와 정공 중 나머지 하나를 공급하는 제2 전극; 그리고 제1 발광부의 제2 반도체층 위에서 뻗으며 제1 발광부의 측면, 제1 발광부와 제2 발광부의 사이 및 제2 발광부의 측면으로 연장된 연장형(extending type) 전극부; 그리고 제2 발광부의 제1 반도체층 가장자리 위에 형성되며 연장형 전극부와 연결되는 점형(point type) 전극부;를 구비하는 연결 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자가 제공된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 종래의 3족 질화물 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 2는 미국 특허 제6,547,249호에 개시된 직렬연결된 LED의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 미국 특허 제6,547,249호에 개시된 직렬연결된 LED의 다른 예를 나타내는 도면,
도 4는 미국 등록특허공보 제7,417,259호에 개시된 엘이디 어레이의 일 예를 나타내는 도면,
도 5는 종래의 단일 기판 위에 직렬연결된 복수의 발광부를 포함하는 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 6은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 7은 도 6의 A-A선을 따라 취한 절단면의 일 예를 나타내는 도면,
도 8은 비교예의 반도체 발광소자를 나타내는 도면,
도 9는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 예를 나타내는 도면,
도 10은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 11은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 12는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 13은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 14는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 15는 도 14의 B-B 선을 따라 취한 절단면의 일 예를 설명하는 도면,
도 16은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).
도 6은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면이고, 도 7은 도 6의 A-A선을 따라 취한 절단면의 일 예를 나타내는 도면이다.
반도체 발광소자는 제1 발광부(101), 제2 발광부(201), 제1 전극(80), 제2 전극(70) 및 연결 전극(90)을 포함한다. 제1 발광부(101) 및 제2 발광부(201)는 동일한 또는 단일 기판(10)에 형성되며, 각각 기판(10) 위에 형성된 복수의 반도체층을 포함한다. 연결 전극(90)은 연장형(extending type) 전극부(91) 및 점형(point type) 전극부(93)를 포함한다.
기판(10)으로 주로 사파이어, SiC, Si, GaN 등이 이용된다. 본 예는 기판(10)이 제거되거나 도전성을 가지는 경우에 전극이 기판(10)이 제거된 제1 반도체층(30) 측 또는 도전성 기판(10) 측에 형성되는 반도체 발광소자에도 적용될 수 있다. 제1 반도체층(30)과 제2 반도체층(50)은 그 위치가 바뀔 수 있으며, 3족 질화물 반도체 발광소자에 있어서 주로 GaN으로 이루어진다.
복수의 반도체층은 기판(10) 위에 형성된 버퍼층(20), 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(30; 예: Si 도핑된 GaN), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(50; 예: Mg 도핑된 GaN) 및 제1 반도체층(30)과 제2 반도체층(50) 사이에 개재되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40; 예: InGaN/(In)GaN 다중양자우물구조)을 포함한다. 복수의 반도체층(30,40,50) 각각은 다층으로 이루어질 수 있고, 버퍼층(20)은 생략될 수 있다.
바람직하게는 전류확산 도전막(60)이 구비된다. 전류확산 도전막(60)은 투광성을 가지며 대략 제2 반도체층(50)을 전체적으로 덮도록 형성될 수 있지만, 일부에만 형성될 수도 있다. 특히 p형 GaN의 경우에 전류 확산 능력이 떨어지며, p형 반도체층(50)이 GaN으로 이루어지는 경우에, 대부분 전류확산 도전막(60)의 도움을 받아야 한다. 예를 들어, ITO, Ni/Au와 같은 물질이 전류확산 도전막(60)으로 사용될 수 있다.
제1 전극(80)은 제1 발광부(101)의 제2 반도체층(50) 및 활성층(40)이 식각되어 노출된 제1 반도체층(n-contact 영역)에 형성되어 전자를 공급한다. 제2 전극(70)은 제2 발광부(201)의 전류확산 도전막(30) 위에 형성되어 정공을 공급한다. 연결 전극(90)은 제1 발광부(101) 및 제2 발광부(201)를 전기적으로 연결한다. 연결 전극(90)은 더 후술된다. 제1 발광부(101) 및 제2 발광부(201) 및 연결 전극(90)을 덮는 보호막(도시되지 않음)이 형성될 수 있다.
제1 발광부(101) 및 제2 발광부(201)는 트렌치(105; trench)와 같이 반도체층을 식각하는 방법 등에 의해 서로 전기적으로 분리(isolation)되어 있다. 전기적 분리 방법으로 제1 발광부(101) 및 제2 발광부(201) 사이에 절연막이 구비될 수 있고, 또는 기판(10)에 이온 주입 등의 방법이 사용되거나, 반도체층을 형성하여 절연할 수도 있다.
평면도(top view) 상으로 관찰할 때 제1 발광부(101) 및 제2 발광부(201)는 서로 대향하게 구비되며, 상기 분리에 의한 제1 발광부(101) 및 제2 발광부(201)의 서로 대향하는 에지(107,207)가 제1 발광부(101) 및 제2 발광부(201)의 다른 에지에 대해 비스듬하게 사선으로 형성되어 있다. 만약 제1 발광부(101) 및 제2 발광부(201)의 서로 대향하는 에지(107,207)가 사선으로 형성되지 않고, 제1 발광부(101) 및 제2 발광부(201)가 각각 직사각 형상을 가지는 비교예(도 8 참조)의 경우, 서로 대향하는 에지(107,207)에 임계각으로 입사하는 광은 반사되며 갇히거나 외부로 추출되기까지 반사 회수가 증가하고 이로 인해 광손실이 증가한다. 본 예에서는 전술한 바와 같이, 제1 발광부(101) 및 제2 발광부(201)의 서로 대향하는 에지(107,207)가 제1 발광부(101) 및 제2 발광부(201)의 다른 에지에 대해 비스듬하게 사선으로 형성되어 있다. 따라서, 상기 비교예에서 임계각으로 입사하는 광은 본 예에서 사선으로 형성된 에지(107,207)에 대해 입사각이 임계각이 아니게 된다. 따라서, 상기 광은 외부로 더 잘 추출될 수 있다. 따라서, 광추출효율이 향상되며, 그 결과 휘도가 향상된다.
연결 전극(90)은 제1 발광부(101) 및 제2 발광부(201)를 전기적으로 직렬연결한다. 연결 전극(90)은 연장형 전극부(91) 및 점형 전극부(93)를 포함한다. 연장형 전극부(91)는 제1 발광부(101)의 전류확산 도전막(60) 위에서 뻗으며 제1 발광부(101)의 측면, 제1 발광부(101)와 제2 발광부(201)의 사이 및 제2 발광부(201)의 측면으로 연장된다. 제1 발광부(101)의 측면, 제1 발광부(101)와 제2 발광부(201)의 사이 및 제2 발광부(201)의 측면에는 연장형 전극부(91)와 복수의 반도체층(30,40,50)가 절연되도록 절연막(95)이 형성될 수 있다. 연장형 전극부(91)는 연결선(92) 및 가지(98)를 포함한다. 연결선(92)은 제1 발광부(101)의 측면, 제1 발광부(101)와 제2 발광부(201)의 사이 및 제2 발광부(201)의 측면에 형성되며, 가지(98)는 제1 발광부(101)의 전류확산 도전막(60) 위에서 연결선(92)으로부터 분기된다. 가지(98)와 같이 분기되지 않고, 전류확산 도전막(60) 위에서 연결선(92)이 뻗는 실시예도 물론 가능하다. 가지(98)는 전류확산 도전막(60) 위에서 가장자리를 따라 뻗으며, 사선형 에지(107,207)와 대향하는 에지에 인접하게 형성된 제1 전극(80)의 주변으로 뻗는다.
점형 전극부(93)는 제2 발광부(201)의 n-contact 영역이 형성된 제1 반도체층 가장자리 위에 형성되며 연장형 전극부(91)의 연결선(92)과 연결된다. 점형 전극부(93)는 원형 및 다각형 형상 중 하나의 형상을 가질 수 있으며, 본 예에서 점형 전극부(93)는 원형이며, 연장형 전극부(91)보다 크거나 같은 폭을 가지는 것이 바람직하다. 본예에서는 점형 전극부(93)는 연장형 전극부(91)보다 큰 폭의 예가 제시되어 있다. 점형 전극부(93) 및 연장형 전극부(91)는 일체로서 동일 공정에서 함께 형성될 수 있다. 이 경우, 연장형 전극부(91)의 연결선(92)은 점형 전극부(93)의 측면에 연결된다. 이와 다르게, 점형 전극부(93)를 먼저 형성하고, 연장형 전극부(91)의 연결선(92)의 단부가 점형 전극부(93) 위로 걸쳐지게 형성하는 것도 가능하다. 반대로, 연장형 전극부(91)의 연결선(92)의 단부가 제2 발광부(201)의 n-contact 영역에 먼저 형성되고, 점형 전극부(93)가 연결선(92)의 단부를 덮도록 형성되는 실시예도 가능하다.
도 8은 비교예의 반도체 발광소자를 나타내는 도면으로서, 제1 발광부(101) 및 제2 발광부(201) 모두에 걸쳐 연결 전극(98,92)이 뻗어 있다. 특히, 제2 발광부(201)에서 연결 전극(92)이 길게 뻗어 있어서, 복수의 발광부(101,201)가 한정된 면적에 구비될 때, 이러한 연결 전극(98,92) 구조는 콤팩트한(compact) 구조에 제약이 되고, 발광면적을 감소하는 단점이 있다. 연결 전극을 띠 형상으로 제2 발광부(201)의 가장자리를 따라 연장하는 경우에도 역시 메사식각 면적이 증가하여 발광면적이 감소된다.
본 예에서, 연결 전극(90)은 제2 발광부(201) 위에서는 길게 뻗는 부분이 없거나 거의 없이 단순히 점형 전극부(93)로만 형성되어 있다. 점형 전극부(93)는 띠 형상으로 제2 발광부(201)의 사선형 에지(207)를 따라 뻗거나, 제2 발광부(201)의 내측으로 길게 들어가지 않는다. 따라서, 메사식각으로 n-contact 영역을 길게 형성할 필요가 없어서 발광면적의 감소를 방지한다. 또한, 제1 발광부(101) 및 제2 발광부(201)가 배열되는 방향으로 더 콤팩트하게 형성할 수 있는 장점이 있다. 제2 발광부(201)에 있어서 전류확산의 관점에서 p측 보다 전류확산이 잘되는 n측에 점형 전극부(93)가 형성되도록 하고, 제2 전극(70)이 외부와 본딩을 위한 패드부와, 패드부로부터 점형 전극부(93) 주변으로 뻗는 가지부(78)를 포함하도록 하여 전류확산의 균일성을 향상하는 것이 바람직하다. 제1 발광부(101)에 있어서는 연장형 전극부(91)는 전술한 바와 같이, 가지(98)를 가질 수 있어서 충분히 전류확산 도전막(60) 전체적으로 전류확산을 이룰 수 있다. 이와 같이 본 예의 반도체 발광소자는 한정된 면적에 다수의 발광부가 구비되는 콤팩트한 구성에 적합하며, 충분히 전류확산을 위한 구성을 가지며, 발광면적 감소를 억제한 구성을 가진다.
도 9는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 예를 나타내는 도면으로서, 점형 연결 전극(90)의 형상이 사각형으로 형성되어 있다. 점형 전극부(93)는 제2 발광부(201)의 n-contact 영역에 형성되며, 제2 발광부(201)의 n-contact 영역은 사선형 에지(207) 방향으로 개구되어 있다. 따라서, 점형 전극부(93)는 사선형 에지(207)에 인접하게 위치하여 불필요하게 n-contact 영역이 증가하는 것을 억제한다. 점형 전극부(93)는 사각형 외에도 삼각형 등 다양한 형상으로 변경 가능하다.
도 10은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 점형 전극부(93)이 연결선(92)의 폭과 거의 비슷하게 형성되어 n-contact 영역을 더 작게 형성하는 것도 가능하다.
도 11은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 복수의 제1 발광부(101) 및 복수의 제2 발광부(201)를 포함하며, 제1 발광부(101) 및 제2 발광부(201)가 교대로 배열되며 직렬연결되어 있다. 제1 전극(80)은 직렬연결의 일측 단의 제1 발광부(101)에 형성되고, 제2 전극(70)은 직렬연결의 타측 단의 제2 발광부(201)에 형성되어 있다. 연결 전극(91,93)은 제1 발광부(101)의 전류확산 도전막(60) 위에서 제2 발광부(201)의 n-contact 영역으로 연결되며, 추가의 연결 전극(91-2,93-2)은 제2 발광부(201)의 전류확산 도전막(60) 위에서 제1 발광부(101)의 n-contact 영역으로 연결된다. 이렇게 다수의 발광부를 어레이(array)로 만들 때, 가지(98), 연결선(92) 및 점형 전극부(93)로 이루어진 연결 전극 및 추가의 연결 전극(91-2,93-2)은 전류확산을 충분히 달성하면서, 발광면적 감소를 억제하며, 콤팩트한 배치를 위해 적합한 구조를 가진다.
도 12는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 동일 또는 단일 기판(10)에 제1 발광부(101,102) 및 제2 발광부(201,202)가 교대로 배치된 열이 복수로 형성되어 있다. 복수의 직렬 어레이를 서로 병렬로 연결하는 것도 가능하다. 또한, 서로 대향하는 각 제1 발광부(101) 및 각 제2 발광부(201)의 분리선(107,207)이 각 제1 발광부(101) 및 각 제2 발광부(201)의 다른 측면에 대해 사선으로 형성되어 있다. 따라서, 전술된 바와 같이, 광추출 효율이 향상되며, 다수의 발광부를 전류확산을 충분히 달성하면서, 발광면적 감소를 억제하며, 콤팩트하게 배치할 수 있다. 이와 같은 발광소자는 다수의 발광부를 포함하여 고전압(high voltage)에서 구동될 수 있고, 상용의 교류전압을 감압하기 위한 복잡한 전기소자나 회로구성을 단순화할 수 있는 장점이 있다.
도 13은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면으로서, 연결 전극(90)은 연장형 전극부(91) 및 점형 전극부(93)를 포함한다. 연장형 전극부(91)는 연결선(92) 및 가지(98)를 포함한다. 본 예에서 연결선(92)은 제1 발광부(101)의 측면, 제1 발광부(101)와 제2 발광부(201)의 사이 및 제2 발광부(201)의 측면에 형성되며, 가지(98)보다 큰 폭으로 형성되어 전기적 연결의 신뢰성을 더 좋게 할 수 있다. 본 예에서 점형 전극부(93)의 폭은 연결선(92)과 거의 같게 형성된다.
도 14는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 15는 도 14의 B-B 선을 따라 취한 절단면의 일 예를 설명하는 도면으로서, 플립칩에 적용된 예가 제시되어 있다. 각 발광부는 장변 및 단변을 가지는 형상이며, 단변이 V형으로 형성되어 있고, V형 단변이 서로 마주하고 있다. 연결 전극(90) 및 전류확산 도전막(60)을 덮도록 반사막(R)이 형성되어 있다. 반사막은 활성층으로부터의 빛을 기판 측으로 반사한다. 연결 전극(90)은 V형 에지가 마주하는 제1 발광부(101)와 제2 발광부(201)의 제1 반도체층(30)과 제2 반도체층(50)을 전기적으로 연결한다. 점형 전극부(93)는 제1 발광부의 식각되어 노출된 제1 반도체층(30)의 에지에 인접하게 형성되며, 연장형 전극부는 점형 전극부와 연결되며, 연장형 전극부의 가지(98)가 제2 발광부의 전류확산 도전막(60) 위에서 뻗는다. 제1 발광부와 제2 발광부의 사이에는 절연체(97)가 형성되며, 연장형 전극부의 연결선(92)은 절연체(97) 위에 형성된다. 연결 전극이 반도체 발광소자의 일 측 가장자리 형성되어 있다. 제1 전극(80)은 제1 발광부의 반사층(R) 위에서 제1 전기적 연결(81)을 통해 제1 반도체층(30)에 전기적으로 연통되고, 제2 전극(70)은 제2 발광부의 반사층(R) 위에서 제2 전기적 연결(71)을 통해 제2 반도체층(50)에 전기적으로 연통된다. 전기적 접속의 안정성을 향상하기 위해 전기적 연결(71,81)과 복수의 반도체층 사이에 오믹 전극(72,82)을 개재시킬 수 있다.
반사층은 단일층 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 본 예에서 반사층(R)은 금속 반사막에 의한 광흡수 감소를 위해 비도전성 물질로 형성되며, 분포 브래그 리플렉터(Distributed Bragg Reflector) 및 ODR(Omni-Directional Reflector) 중 하나를 포함할 수 있다. 다층 구조의 일 예로, 유전체막(91b), 분포 브래그 리플렉터(91a) 및 클래드막(91c)을 포함한다. 유전체막(91b)는 높이차를 완화하여 분포 브래그 리플렉터(91a)를 안정적으로 제조할 수 있게 되며, 빛의 반사에도 도움을 줄 수 있다. 유전체막(91b)의 재질은 SiO2가 적당하다. 분포 브래그 리플렉터(91a)는 유전체막(91b) 위에 형성된다. 분포 브래그 리플렉터(91a)는 반사율이 다른 물질의 반복 적층, 예를 들어, SiO2/TiO2, SiO2/Ta2O2, 또는 SiO2/HfO의 반복 적층으로 이루어질 수 있으며, Blue 빛에 대해서는 SiO2/TiO2가 반사효율이 좋고, UV 빛에 대해서는 SiO2/Ta2O2, 또는 SiO2/HfO가 반사효율이 좋을 것이다. 클래드막(91c)은 Al2O3와 같은 금속 산화물, SiO2, SiON와 같은 유전체막(91b), MgF, CaF, 등의 물질로 이루어질 수 있다.
도 16은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면으로서, 플립칩에 적용된 예가 제시되어 있다. 각 발광부는 장변 및 단변을 가지는 형상이며, 단변이 V 형으로 형성되어 있고, V형 단변이 서로 마주하고 있다. 연결 전극이 V형 단변의 대략 가운데에 형성되어 있고, 점형 전극부(93)이 V형 단변에 인접하게 형성되며, 연결선(92)이 발광부 위에서 뻗고 연결선의 끝에서 가지(98)가 분기된다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 단일 기판에 형성된 제1 발광부 및 제2 발광부를 포함하는 반도체 발광소자에 있어서, 제1 발광부 및 제2 발광부는 각각: 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 개재되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층을 가지는 복수의 반도체층;을 포함하며, 제1 발광부의 제1 반도체층과 전기적으로 연통하며 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제1 전극; 제2 발광부의 제2 반도체층과 전기적으로 연통하며 전자와 정공 중 나머지 하나를 공급하는 제2 전극; 그리고 제1 발광부의 제2 반도체층 위에서 뻗으며 제1 발광부의 측면, 제1 발광부와 제2 발광부의 사이 및 제2 발광부의 측면으로 연장된 연장형(extending type) 전극부; 그리고 제2 발광부의 제1 반도체층 가장자리 위에 형성되며 연장형 전극부와 연결되는 점형(point type) 전극부;를 구비하는 연결 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(2) 점형 전극부는 연장형 전극부보다 크거나 같은 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(3) 제1 전극 및 점형 전극부는 제2 반도체층 및 활성층이 식각되어 노출된 제1 반도체층의 가장자리 위에 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(4) 점형 전극부는 원형 및 다각형 형상 중 하나의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(5) 제1 발광부와 제2 발광부를 분리(isolation)하는 트렌치(trench)로 인한 제1 발광부의 에지 및 제2 발광부의 에지는 평명도(top view) 상으로 볼 때, 제1 발광부 및 제2 발광부의 다른 에지에 대해 사선을 이루는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(6) 연장형 전극부는: 제1 발광부의 측면, 제1 발광부와 제2 발광부의 사이 및 제2 발광부의 측면에 형성된 연결선; 그리고 제1 발광부의 제2 반도체층 위에서 연결선으로부터 분기되는 가지;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(7) 점형 전극부는 제1 발광부와 제2 발광부를 분리(isolation)하는 트렌치(trench)로 인한 제2 발광부의 에지 측의 제2 반도체층 및 활성층이 식각되어 노출된 제1 반도체층의 가장자리 위에 연장형 전극부보다 크거나 같은 폭을 가지도록 형성되며, 평명도(top view) 상으로 볼 때, 트렌치는 제1 발광부 및 제2 발광부의 다른 에지에 대해 사선을 이루는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(8) 연장형 전극부는: 제1 발광부의 측면, 제1 발광부와 제2 발광부의 사이 및 제2 발광부의 측면에 형성된 연결선; 그리고 제1 발광부의 제2 반도체층 위에서 연결선으로부터 분기되는 가지;을 포함하며, 제2 전극은: 패드부; 그리고 패드부로부터 점형 전극부의 양측으로 뻗은 가지부;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(9) 복수의 제1 발광부 및 복수의 제2 발광부를 포함하며, 제1 발광부 및 제2 발광부가 교대로 배열되며 직렬연결되고, 제1 전극은 직렬연결의 일측 단의 제1 발광부에 형성되고, 제2 전극은 직렬연결의 타측 단의 제2 발광부에 형성되며, 제2 발광부의 제2 반도체층 위에서 뻗으며 제2 발광부의 측면, 제2 발광부와 제1 발광부의 사이 및 제1 발광부의 측면으로 연장된 추가의 연장형(extending type) 전극부; 그리고 제1 발광부의 제1 반도체층 가장자리 위에 형성되며 추가의 연장형 전극부와 연결되는 추가의 점형(point type) 전극부;를 구비하는 추가의 연결 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(10) 제1 발광부 및 제2 발광부가 교대로 배치된 복수의 열을 포함하며, 서로 대향하는 각 제1 발광부 및 각 제2 발광부의 분리선이 각 제1 발광부 및 각 제2 발광부의 다른 측면에 대해 사선으로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(11) 복수의 반도체층 및 연결 전극을 덮으며, 활성층에서 생성된 빛을 반사하는 반사층;으로서, 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나가 반사층 위에 형성되는 반사층; 그리고 반사층을 관통하여 반사층 위에 형성된 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나와 복수의 반도체층을 전기적으로 연결하는 전기적 연결(an electrical connection);을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(12) 반사층은: 분포 브래그 리플렉터(Distributed Bragg Reflector) 및 ODR(Omni-Directional Reflector) 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
본 개시에 따른 하나의 반도체 발광소자에 의하면, 다수의 발광부를 어레이(array)로 만들 때, 가지, 연결선 및 점형 전극부로 이루어진 연결 전극을 구비함으로써, 전류확산을 충분히 달성하면서, 발광면적 감소를 억제하며, 콤팩트한 배치를 가지는 반도체 발광소자가 제공된다.
30: 제1 반도체층 40: 활성층 50: 제2 반도체층
101: 제1 발광부 201: 제2 발광부 90: 연결 전극
91: 연장형 전극부 93: 점형 전극부 92: 연결선 98: 가지
70: 제2 전극 80: 제1 전극 R: 반사층

Claims (12)

  1. 단일 기판에 형성된 제1 발광부 및 제2 발광부를 포함하는 반도체 발광소자에 있어서,
    제1 발광부 및 제2 발광부는 각각:
    제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 개재되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층을 가지는 복수의 반도체층;을 포함하며,
    제1 발광부의 제1 반도체층과 전기적으로 연통하며 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제1 전극;
    제2 발광부의 제2 반도체층과 전기적으로 연통하며 전자와 정공 중 나머지 하나를 공급하는 제2 전극; 그리고
    제1 발광부의 제2 반도체층 위에서 뻗으며 제1 발광부의 측면, 제1 발광부와 제2 발광부의 사이 및 제2 발광부의 측면으로 연장된 연장형(extending type) 전극부; 그리고 제2 발광부의 제1 반도체층 가장자리 위에 형성되며 연장형 전극부와 연결되는 점형(point type) 전극부;를 구비하는 연결 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    점형 전극부는 연장형 전극부보다 크거나 같은 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  3. 청구항 1에 있어서,
    제1 전극 및 점형 전극부는 제2 반도체층 및 활성층이 식각되어 노출된 제1 반도체층의 가장자리 위에 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  4. 청구항 1에 있어서,
    점형 전극부는 원형 및 다각형 형상 중 하나의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  5. 청구항 1에 있어서,
    제1 발광부와 제2 발광부를 분리(isolation)하는 트렌치(trench)로 인한 제1 발광부의 에지 및 제2 발광부의 에지는 평명도(top view) 상으로 볼 때, 제1 발광부 및 제2 발광부의 다른 에지에 대해 사선을 이루는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  6. 청구항 1에 있어서,
    연장형 전극부는:
    제1 발광부의 측면, 제1 발광부와 제2 발광부의 사이 및 제2 발광부의 측면에 형성된 연결선; 그리고
    제1 발광부의 제2 반도체층 위에서 연결선으로부터 분기되는 가지;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  7. 청구항 1에 있어서,
    점형 전극부는 제1 발광부와 제2 발광부를 분리(isolation)하는 트렌치(trench)로 인한 제2 발광부의 에지 측의 제2 반도체층 및 활성층이 식각되어 노출된 제1 반도체층의 가장자리 위에 연장형 전극부보다 크거나 같은 폭을 가지도록 형성되며,
    평명도(top view) 상으로 볼 때, 트렌치는 제1 발광부 및 제2 발광부의 다른 에지에 대해 사선을 이루는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  8. 청구항 7에 있어서,
    연장형 전극부는:
    제1 발광부의 측면, 제1 발광부와 제2 발광부의 사이 및 제2 발광부의 측면에 형성된 연결선; 그리고
    제1 발광부의 제2 반도체층 위에서 연결선으로부터 분기되는 가지;을 포함하며,
    제2 전극은:
    패드부; 그리고
    패드부로부터 점형 전극부의 양측으로 뻗은 가지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  9. 청구항 1에 있어서,
    복수의 제1 발광부 및 복수의 제2 발광부를 포함하며,
    제1 발광부 및 제2 발광부가 교대로 배열되며 직렬연결되고,
    제1 전극은 직렬연결의 일측 단의 제1 발광부에 형성되고, 제2 전극은 직렬연결의 타측 단의 제2 발광부에 형성되며,
    제2 발광부의 제2 반도체층 위에서 뻗으며 제2 발광부의 측면, 제2 발광부와 제1 발광부의 사이 및 제1 발광부의 측면으로 연장된 추가의 연장형(extending type) 전극부; 그리고 제1 발광부의 제1 반도체층 가장자리 위에 형성되며 추가의 연장형 전극부와 연결되는 추가의 점형(point type) 전극부;를 구비하는 추가의 연결 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  10. 청구항 9에 있어서,
    제1 발광부 및 제2 발광부가 교대로 배치된 복수의 열을 포함하며,
    서로 대향하는 각 제1 발광부 및 각 제2 발광부의 분리선이 각 제1 발광부 및 각 제2 발광부의 다른 측면에 대해 사선으로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  11. 청구항 1에 있어서,
    복수의 반도체층 및 연결 전극을 덮으며, 활성층에서 생성된 빛을 반사하는 반사층;으로서, 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나가 반사층 위에 형성되는 반사층; 그리고
    반사층을 관통하여 반사층 위에 형성된 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나와 복수의 반도체층을 전기적으로 연결하는 전기적 연결(an electrical connection);을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  12. 청구항 11에 있어서,
    반사층은: 분포 브래그 리플렉터(Distributed Bragg Reflector) 및 ODR(Omni-Directional Reflector) 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.



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