KR940003437B1

KR940003437B1 - 표면방출형 발광다이오드

Info

Publication number: KR940003437B1
Application number: KR1019910012127A
Authority: KR
Inventors: 최성천
Original assignee: 주식회사 금성사; 이헌조
Priority date: 1991-07-16
Filing date: 1991-07-16
Publication date: 1994-04-22
Also published as: KR930003447A; JPH05198842A

Abstract

내용 없음.

Description

표면방출형 발광다이오드

제1도는 종래기술의 표면방출형 발광다이오드를 보인 단면도.

제2도는 본 발명의 사시도.

제3도는 제2도의 A-A선 방향 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 발절연성기판 20 : 제1클래드층

30 : 활성층 40 : 제2클래드층

50,60 : 전극

본 발명은 평면전극형인 고휘도의 표면방출형 발광다이오드에 관한 것으로, 고휘도의 발광다이오드에서 주요문제가 되는 전류확산의 문제를 해결하고 평면공정으로 제작할 수 있어 광전집적회로에 적용 가능한 표면방출형 발광다이오드에 관한 것이다.

현재 상품화되어 있는 고휘도 발광다이오드(LED) 제품들을 포함하여 여러가지 구조의 고휘도 LED는 발광성 재결합을 증가시키는 기술, 발광성 재결합에 의하여 생성된 광자를 최소의 손실로 소자밖으로 유도하는 기술과, 소자밖으로 유도된 빛을 집속하는 3가지의 기술로 대별된다. 따라서 발광성 재결합을 증가시키는 기술로 정의되는 시감도, 발광성 재결합에 의하여 생성된 광자를 최소의 손실로 소자밖으로 유도하는 발광효율과, 광집속을 최대화하여 고휘도화 하는 것이 가능하다. 시감도는 사용되는 물질을 선택하므로서 결정되고, 광집속은 에폭시를 몰딩하여 볼록렌즈와 같은 기능을 갖게 하므로서 최대화할 수 있으나, 주요문제는 발광효율을 높이는 것이다.

종래기술의 고휘도 LED는 그 한 예를 제1도에서 보인 바와 같이, GaAs기판(1)위에 차례로 P-Al_yGa_1-yAS클래드층(2), P-Al_xGa_1-xAS활성층(3)과, N-Al_yGa_1-xAS클래드층(4)으로 구성되는 에피택셜층을 성장시킨후 기판과 에피택셜층으로 구성되는 웨이퍼의 저면과 상면에 P-전극(5)과 N-전극(6)을 형성하여 완성되며, 전류는 상하방향으로 주입하므로서 동작한다. 형태에 따라 다르지만 P-형 기판(1)이 사용되는 경우, 상부에서 전자를 그리고 하부에서 정공을 활성층(3)에 주입하게 되면 이 활성층(13)에서의 발광성 재결합에 의해 광자가 생성된다. 생성된 광자는 거의 아무 방향으로나 확산하게 되는데 이때에 화간방향에 광자를 흡수하는 곳이 있으면 광자는 그곳에 흡수되어 없어지므로 외부양자 효율이 감소하는 결과를 가져오게 된다.

제1도에서 보인 종래기술의 LED 구조에서 보인 바와같이, 하부의 전극(5)과 상부의 전극(6) 사이에 전위차를 형성시키면 상하방향으로 전류가 흐르게 된다. 이때에 활성층(3)에서 생성되는 광자는 전극(6)의 아랫부분에서 전류밀도가 가장 높기 때문에 이 부분에 대부분 존재한다. 생성된 광자는 모든 방향으로 확산되는데 그중에서 많은 양이 전극(6)측으로 이동하여 소자밖으로 나오지 못하므로 인하여 외부양자효율이 줄어든다.

이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로는 첫째로 전극(6)의 크기를 줄이는 것이 있으나 어느정도 이하로는 줄일 수 없으므로 근본적으로 문제를 해결하지 못한다. 둘째로 N-클래드층(4)을 두껍게(240㎛) 성장시키는 방법이 있다. 그러나 에피택셜층을 두껍게 성장시키는 것은 이를 얇게 성장시키고도 동일한 효과를 나타내는 것에 미치지 못한다.

본 발명에 있어서는 종래의 이와같은 점을 감안하여 창안한 것으로 활성층에서 생성된 빛이 소자외부로 나가는 경로에 흡수층을 최소화시켜 외부양자효율을 높이는데 그 목적이 있는 바, 이를 첨부 도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 LED 소자는 반절연성 기판(10)상에 이중이형 결합구조(double heterostructure) P-AlGaAs 클래드층(20), P-AlGaAs 활성층(30)과, N-AlAgAs 클래드층(40)으로 구성되는 에피택셜층이 성장되어 구성되고, 소자의 상부, 즉 N-AlGgAs 클래드층(40)에 N-전극(50)이 형성된다. 본 발명에 따라서, N-전극(60)을 형성하기 위하여 N-AlGaAs 클래드층(40)과 활성층(30)의 일부를 식각하여 P-AlGaAs 클래드층(20)이 노출되게 하여 이에 P-전극(60)을 형성한다.

이와같은 본 발명의 LED 소자는 상기 언급된 공정순으로 기판(10)상에 제1클래드층(20), 활성층(3)과 제2클래드층(40)을 성장시키고 N-전극(50)을 형성하며 P-전극(60)을 형성하기 위하여 제1클래드층(40)과 활성층(30)의 일부를 식각하여 노출된 제1클래드층(20)에 전극(60)을 형성시킬 수 있으나, 기판(10) 에피택셜층(20)(30)(40)을 성장시키고, P-전극(60)을 형성하기 위하여 제1클래드층(40)과 활성층(30)의 일부를 식각하여 노출된 제1클래드층(20)에 P-전극(60)을 형성하고 제2클래드층(40)에 N-전극(50)을 형성하는 공정순으로 제작될 수도 있다.

이와같은 본 발명은 종래기술의 LED에서 전극(6) 아랫부분에서 발광하는 것과는 달리 전극(60)과 전극(50) 사이에서 주로 발광하게 되어 전극이 광방출을 차단하는 것을 피할 수 있으며, 이것이 외부 양자효율의 증대에 큰 영향을 준다.

본 발명에 있어서, 반절연성 기판(1)은 P-GaAs기판이 대신하여 사용될 수 있고 식각공정을 이 P-GaAs층에 이르게 한 후 이에 P-전극을 형성할 수 있다. 이 경우 P-AlGaAs 클래드층(20)은 모두 식각된다. 또한 본 발명은 이중이형 접합구조의 에피택셜층이 이용 되었으나 단일이형 접합구조의 에피택셜층이 이용된 경우에도 적용가능하다.

이와같이 본 발명에 따라서 기존의 소자에서는 효과적으로 해결할 수 없었던 전류확산이 잘 일어나므로 소자의 표면전체에서 균일한 광출력을 내게 된다. 따라서 표면방출형 LED로서의 효율을 극대화할 수 있다. 본 발명은 P-전극, N-전극이 모두 표면에 있으므로 표면공정으로 곧바로 응용가능하며 LED 배열구조에 적합하다.

Claims

반절연성기판(10)위에 이중이형 접합구조로 제1클래드층(20), 활성층(30)과 제2클래드층(40)이 적층되고, 제2클래드층(40)에 N전극(50)이 형성된 것에 있어서, 제2클래드층(40)과 활성층(30)의 일부가 식각됨과 함께 식각으로 노출된 제클래드층(20)에 P-전극(60)을 형성함을 특징으로 하는 표면방출형 발광다이오드.
제1항에 있어서, 이중이형 접합구조 대신에 단일이형 접합구조인 것을 특징으로 하는 표면방출형 발광다이오드.