KR101138951B1

KR101138951B1 - 발광다이오드

Info

Publication number: KR101138951B1
Application number: KR20100081496A
Authority: KR
Inventors: 김예슬; 정다연; 김경완; 윤여진; 오상현
Original assignee: 서울옵토디바이스주식회사
Priority date: 2010-08-23
Filing date: 2010-08-23
Publication date: 2012-04-25
Also published as: WO2012026660A1; CN103081139A; CN103081139B; CN105355748B; US9269871B2; KR20120018571A; CN105355748A; US9024345B2; US20130146929A1; US20150236216A1

Abstract

발광적층체와, 상기 발광적층체 상에 패턴을 갖도록 형성된 전극 구조를 포함하는 발광다이오드가 개시된다. 이 발광다이오드의 전극 구조는, 상기 발광적층체 상에 상기 패턴을 따라 배치된 반사체들의 크러스터(cluster)와, 상기 반사체들을 전체적으로 덮도록 형성된 패드 재료층을 포함한다.

Description

발광다이오드{LIGHT EMITTING DIODE}

본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 특히. 상부의 전극 구조로 인한 광 손실을 줄여 광 추출 효율을 높인 발광다이오드에 관한 것이다.

GaN 계열의 LED는 현재 천연색 LED 표시소자, LED 교통 신호기, 백색 LED 등 다양한 응용에 사용되고 있다. 최근, 고효율 백색 LED는 형광 램프를 대체할 것으로 기대되고 있으며, 특히 백색 LED의 효율(efficiency)은 통상의 형광램프의 효율에 유사한 수준에 도달하고 있다.

질화갈륨 계열의 발광 다이오드는 일반적으로 사파이어와 같은 기판 상에 에피층들을 성장시키어 형성되며, N형 반도체층, P형 반도체층 및 이들 사이에 개재된 활성층을 포함한다. 한편, 상기 N형 반도체층 상에 N-전극 패드가 형성되고, 상기 P형 반도체층 상에 P-전극 패드가 형성된다. 상기 발광 다이오드는 상기 전극 패드들을 통해 외부 전원에 전기적으로 연결되어 구동된다.

일반적으로 상기 질화갈륨 계열의 반도체층들은 사파이어와 같은 단결정 기판 상에서 성장되며, 최종적으로 칩 분리 공정을 통해 단일의 발광 다이오드가 완성된다. 이때, 상기 단결정 기판이 결정면을 따라 분리되므로, 기판은 통상 직사각형 형상을 갖게 된다. 일반적으로, 최종 발광 다이오드의 기판의 형상은 발광 구조체, 예컨대 메사 형상, 전극 패드 형상, 전극 패드로부터 연장된 연장부들의 형상을 한정한다. 예컨대, 미국특허공보 제6,650,018호에는 전류분산을 향상시키기 위해 전극 접촉부들에서 연장된 연장부들을 개시하고 있으며, 이들 연장부들은 통상 직사각형 형상의 가장자리를 따라 직선형으로 연장한다.

전극 패드로부터 연장된 연장부(들)를 이용함으로써, 발광다이오드 내로의 전류 분산(current spreading) 효과를 높여 발광다이오드의 효율을 높이는데 기여할 수 있었다. 하지만, 전극 패드와 그로부터 연장된 연장부는 예컨대, Cr과 같이 반사 특성이 좋지 않은 재료를 하부 구조로 이용하므로, 전극 패드 및 연장부의 하부에서 광 흡수로 인한 광 손실이 많았으며, 이러한 광 손실은 발광다이오드의 광 추출 효율을 향상시키는데 있어서 큰 저해 요인이 되고 있다. 연장부를 포함하는 전극 패턴의 전체 면적을 줄여 광 손실을 줄이고자 하는 연구가 있었지만, 이는 발광다이오드 전류 분산에 악 영향을 끼치며, 특히, 대면적 발광다이오드 칩의 구현을 어렵게 할 수 있다,

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전류 분산 특성이 좋으면서도 발광다이오드 상부의 전극 구조 및 재료로 인한 광손실을 최소화하여 광 추출 효율을 높인 발광다이오드를 제공하는 것이다.

본 발명의 일측면에 따른 발광다이오드는 발광적층체와, 상기 발광적층체 상에 패턴을 갖도록 형성된 전극 구조를 포함한다. 상기 전극 구조는, 상기 발광적층체 상에 상기 패턴을 따라 배치된 반사체들의 크러스터(cluster)와, 상기 반사체들을 전체적으로 덮도록 형성된 패드 재료층을 포함한다.

일 실시예에 따라, 상기 전극 구조는 상기 패드 재료층을 포함하는 전극 패드와 연장부를 포함하며, 상기 연장부는 상기 전극 패드로부터 선형의 패턴으로 연장되며, 상기 반사체들의 크러스터는 상기 연장부의 선형 패턴을 따라 배열된 도트 패턴의 반사체들을 포함하며, 더 나아가, 상기 반사체들은 상기 전극 패드의 하부에 형성된 패드형 반사체를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 패드 재료층은, 상기 반사체들을 직접 덮는 접촉 재료층과, 상기 패드 재료층의 최상부에 있는 본딩 재료층을 포함할 수 있다. 이때, 상기 접촉 재료층은 Cr을 포함하는 것이 선호되며, 상기 본딩 재료층은 Au를 포함하는 것이 선호된다. 이때, 상기 반사체들은 상기 접촉 재료층보다 반사율이 큰 재료로 형성되는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는, 상기 접촉 재료층보다 반사율이 높고 절연성이 큰 재료로 형성된다. 또한, 상기 반사체들은 DBR(Distributed Bragg reflector)로 형성될 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 발광적층체는 투명전극층이 상부로 노출되는 p형 영역을 포함하며, 상기 전극 구조는 상기 반사체들이 상기 투명전극층의 상면에 접하도록 구성될 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 발광적층체는 n형 반도체층이 상부로 노출되는 n형 영역을 포함하며, 상기 전극 구조는 상기 반사체들이 상기 n형 반도체층의 노출 상면에 접하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 발광적층체는 투명전극층이 상부로 노출되는 p형 영역과, n형 반도체층의 상부로 노출되는 n형 영역을 포함할 수 있으며, 상기 p형 영역과 상기 n형 영역에는 상기 전극 구조가 각각 형성되되, 상기 p형 영역에서, 상기 전극 구조는 상기 반사체들이 상기 투명전극층의 상면에 접하도록 구성되고, 상기 n형 영역에서, 상기 전극 구조는 상기 반사체들이 상기 n형 반도체층의 상면에 접하도록 구성될 수 있다.

상기 발광적층체는 III족 질화물계의 반도체층들을 포함할 수 있으며, 그에 더해, 투명전극층을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 발광다이오드는, 하부 콘택층과 상기 하부 콘택층 상에 위치하는 메사 구조를 포함하는 발광적층체와, 상기 하부 콘택층 상에 위치하는 제1 전극 구조와, 상기 메사 구조 상에 위치하는 제2 전극 구조를 포함하며, 상기 제1 전극 구조와 상기 제2 전극 구조 중 적어도 하나는 패턴을 따라 배열된 반사체들의 크러스터를 하부에 포함한다.

일 실시예에 따라, 상기 제1 전극 구조는 제1 전극 패드와 상기 제1 전극 패드로부터 연장된 하나 이상의 연장부를 포함하고, 상기 제2 전극 구조는 제2 전극 패드와 상기 제2 전극 패드로부터 연장된 하나 이상의 연장부를 포함하되, 상기 반사체들의 크러스터는, 상기 제1 전극 패드 또는 상기 제2 전극 패드의 하부에 형성된 패드형의 반사체와, 상기 제1 전극 구조 또는 상기 제2 전극 구조의 연장부의 하부에 형성된 도트 패턴의 반사체들을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 하부 콘택층은 제1 가장자리, 상기 제1 가장자리에 대향하는 제2 가장자리, 상기 제1 가장자리와 상기 제2 가장자리를 잇는 제3 가장자리 및 상기 제3 가장자리에 대향하는 제4 가장자리를 포함하되, 상기 제1 전극패드는 상기 제1 가장자리 근처에 배치되고 상기 제2 전극 패드는 상기 제2 가장자리 근처에 배치될 수 있다.

여기서, "제1 가장자리 근처"는 제2 가장자리에 비해 제1 가장자리에 가까운 것을 의미하며, "제2 가장자리 근처"는 제1 가장자리에 비해 제2 가장자리에 가까운 것을 의미한다. 또한, "제1 (또는 제2) 가장자리측으로 연장"하는 것은 연장부를 따라 연장부의 각 지점들이 제1 (또는 제2) 가장자리에 가까워지도록 연장하는 것을 의미한다.

일 실시예에 따라, 상기 제1 전극 구조는 상기 제1 전극 패드에서 상기 제2 가장자리 측으로 연장하되, 그 끝단들이 상기 제1 전극패드에 접하는 앞단들에 비해 서로 더 멀리 떨어진 제1 하부 연장부와 제2 하부 연장부를 포함하며, 상기 제2 전극 구조는 상기 제2 전극 패드에서 연장하는 제1 상부 연장부, 제2 상부 연장부 및 제3 상부 연장부를 포함하며, 상기 제1 상부 연장부 및 상기 제2 상부 연장부는 상기 제1 하부 연장부와 상기 제2 하부 연장부를 감싸도록 형성되고, 상기 제3 연장부는 상기 제1하부 연장부와 상기 제2 하부 연장부 사이의 영역으로 연장한다.

일 실시예에 따라, 상기 하부 콘택층은 n형 반도체층이고, 상기 메사 구조의 최상층은 p형 반도체층 상에 형성된 투명전극층이되, 상기 제1 전극 구조 내의 상기 반사체들은 상기 n형 반도체층의 노출 상부에 접해 형성되고, 상기 제2 전극 구조 내의 상기 반사체들은 상기 투명전극층의 상부에 접해 형성된다.

일 실시예에 따라, 상기 제1 전극 구조와 상기 제2 전극 구조는 제1 전극 패드 및 제2 전극 패드와 그로부터 이어진 연장부들을 구성하는 패드 재료층들을 각각 포함하며, 상기 패드 재료층들 각각은 적어도 상기 반사체들과 접하는 부분에 상기 반사체들보다 반사율이 낮은 재료를 포함한다.

본 발명에 따르면, 반사체들의 크러스터를 포함하는 발광다이오드의 전극 구조에 의해, 발광다이오드 상부의 전극 패드 및 전극 패드의 연장부의 광 흡수에 의한 광 손실을 줄여주어, 광 추출 효율을 높이는데 크게 기여한다. 특히, 본 발명은 전극 패드의 하부 또는 전극 패드 연장부의 하부에 Cr과 같이 광 흡수율이 낮은 재료를 삽입하는 경우에 매우 효과적이다. 또한, 본 발명은 반사체들로 절연재료, 특히, 절연성 DBR을 이용함으로써, 전류 집중(current crowding) 현상을 막고, 발광다이오드 전면적에 걸쳐 고르게 전류를 분산시켜주는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드를 설명하기 위한 평면도이고,
도 2는 도 1의 절취선 A-A를 따라 취해진 단면도이고,
도 3은 도 1의 절취선 B-B를 따라 취해진 단면도이고,
도 4는 본 실시예에 따른 발광다이오드의 발광 동작 상태를 보여주는 사진이고,
도 5는 도 4에 도시된 발광다이오드의 비교예로서 제공된 발광다이오드의 발광 동작 상태를 보여주는 사진이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드를 설명하기 위한 평면도이고, 도 2는 도 1의 절취선 A-A를 따라 취해진 단면도이며, 도 3은 도 1의 절취선 B-B를 따라 취해진 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드는 발광적층체(S)와, 상기 발광적층체(S)의 상부에 형성된 제1 전극 구조(P1) 및 제 2 전극 구조(P2)를 포함한다.

본 실시예에서, 상기 발광적층체(S)는 하부 콘택층(53)과, 상기 하부 콘택층(53)의 일부 영역 위에 위치하는 메사 구조(M)를 포함한다. 상기 제1 전극구조(P1)는 상기 메사 구조(M)가 없는 상기 하부 콘택층(53)의 상부에 형성되며, 상기 제2 전극 구조(P2)는 상기 메사 구조(M)의 상부에 형성된다. 본 실시예에서, 상기 하부 콘택층(53)은, n형 반도체층으로서, 그 상부 노출 영역은 n형 영역을 한정하다. 본 실시예에서, 상기 메사 구조(M)는, 상기 하부 콘택층(53) 상에 위치하는 활성층, 상부 콘택층으로서의 p형 반도체층, 그리고 투명전극층을 포함한다. 본 실시예에서는, 발광적층체(S)의 상부에 투명전극층이 존재하고, 그 투명전극층이 메사 구조(M)의 최상층을 구성한다. 그러나, 투명전극층의 없이 반도체로 이루어진 상부 콘택층이 메사 구조의 최상층인 경우도 고려될 수 있을 것이다.

본 실시예에 따르면, 상기 제1 전극 구조(P1)와 상기 제2 전극 구조(P2) 각각은 발광적층체(S)의 상부에 반사체(611, 612 및 631, 632)들의 크러스터를 포함한다. 상기 제1 전극 구조(P1)의 패턴에 따라 반사체들(611, 612)의 한 크러스터가 배열되며, 상기 제2 전극 구조(P2)의 패턴에 따라 반사체들(631, 632)들의 다른 크러스터가 배열된다.

제1 및 제2 전극 구조(P1, P2)의 반사체들은 제1 및 제2 전극 패드(61, 63)의 하부에 형성된 패드형의 반사체(611 및 631)와, 상기 제1 및 제 2전극 패드(61, 63)로부터 소정의 선형 패턴으로 연장된 연장부(61a, 61b 및 63a, 63b, 63c)의 하부에 도트 형태로 각각 배열되는 다수의 도트 패턴 반사체(612, 632)들을 포함한다. 상기 반사체(611, 612, 631, 632)들은, 제1 및 제2 전극 패드(61, 63)의 그와 연결된 연장부(61a, 61b 및 63a, 63b, 63c)들의 패턴을 따라 그 하부에 배열되며, 상대적으로 반사 특성이 낮은 제1 및 제2 전극 패드(61, 63) 및 연장부(61a, 61b 및 63a, 63b, 63c)들의 하부에서 광을 반사하여 광의 손실을 줄이는데 크게 기여한다. 제1 및 제2 전극패드(61, 63)와 연장부들(61a, 61b 및 63a, 63b, 63c)이 일체로 연결된 채 상기 반사체(611, 612 및 631, 632)들을 덮고 있으므로, 상기 반사체(611, 612 및 631, 632)들의 절연성이 크거나 또는 도전성이 떨어지더라도 전류의 흐름이 좋다. 오히려 상기 반사체(611, 612 및 631, 632)들의 절연성이 큰 우, 전류 분산 효과를 높이는데 기여하다.

상기 발광적층체(S) 및 그에 속한 상기 메사 구조(M)는, 기판의 형상에 대응되는 대략 직사각형 또는 정사각형을 가지며, 제1 가장자리(E1), 상기 제1 가장자리에 대향하는 제2 가장자리(E2), 상기 제1 가장자리와 상기 제2 가장자리를 잇는 제3 가장자리(E3) 및 상기 제3 가장자리에 대향하는 제4 가장자리(E4)를 포함한다.

상기 제1 전극 구조(P1)는 n형의 제1 전극패드(61)를 포함하며, 이 제1 전극패드(61)는 n형의 노출 영역, 즉, 하부 콘택층(53) 상에 위치한다. 상기 제1 전극패드(61)는 하부 콘택층(53)의 제1 가장자리(E1)의 중심 근처에 배치되며, 상기 메사 구조(M)의 만입부 내에 형성된다. 상기 제1 전극패드(61)는 외부전원과 발광 다이오드를 연결하기 위해 와이어가 본딩될 수 있는 부분이다. 상기 제1 전극패드(61)에서 제1 및 제2 하부 연장부들(61a, 61b)이 제2 가장자리(E2)측으로 연장한다. 상기 제1 및 제2 하부 연장부들(61a, 61b)은, 도시된 바와 같이, 서로 대칭 구조를 갖도록 연장할 수 있다. 이들 하부 연장부들(61a, 61b)은 제1 전극 패드(61)로부터 직접 제2 가장자리(E2)측으로 연장하며, 따라서 이들 하부 연장부들(61a, 61b)을 제1 전극 패드(61)에 연결하기 위한 별도의 연장부들은 생략된다. 한편, 제1 및 제2 하부 연장부들(61a, 61b)은 그 끝단들이 상기 제1 전극 패드(61)에 접하는 앞단들에 비해 서로 더 멀리 떨어진다. 이들 하부 연장부들(61a, 61b)은 직선 형상을 가질 수 있으나, 바람직하게는 각각 제3 가장자리(E3) 및 제4 가장자리(E4)측으로 볼록하게 굴곡진 형상을 갖는다. 즉, 제1 하부 연장부(61a)는 제3 가장자리(E3)측으로 볼록하게 굴곡진 형상을 가지며, 제2 하부 연장부(61b)는 제4 가장자리(E4)측으로 볼록하게 굴곡진 형상을 갖는다. 상기 제1 및 제2 하부 연장부들(61a, 61b) 전체가 굴곡진 형상을 가질 수 있으나, 일부분들, 예컨대 끝단 부분들이 직선 형상을 가질 수도 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 하부 연장부들(61a, 61b)의 앞단들은 상기 제1 전극 패드(61)의 중심보다 상기 제1 가장자리(E1)에서 더 멀리 떨어질 수 있다.

한편, 상기 제2 전극패드(63)는 상기 메사 구조(M)의 상측에 위치하고 상기 하부 콘택층(53)의 제2 가장자리(E2)의 중심 근처에 배치된다. 제2 전극패드(63)는 메사 구조(M)의 최상층에 있는 투명전극층 상에 형성될 수 있고, 대안적으로, 상기 투명전극층을 관통하여 그 아래에 있는 상부 콘택층, 예컨대, p형 반도체층에 에 접촉할 수 있다.

상기 제2 전극패드(63)에서 제1 상부 연장부(63a), 제2 상부 연장부(63b) 및 제3 상부 연장부(63c)가 연장한다. 상기 제1 및 제2 상부 연장부들(63a, 63b)은 제1 전극패드(61)와 제2 전극패드(63)를 잇는 직선에 대해 대칭 구조로 연장할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 상부 연장부들(63a, 63b)은 상기 제1 및 제2 하부 연장부들(61a, 61b)을 감싸도록 상기 제2 전극 패드(63)에서 연장한다. 즉, 상기 제1 및 제2 상부 연장부들(63a, 63b)이 제1 및 제2 하부 연장부들(61a, 61b)에 비해 각각 제3 가장자리(E3) 및 제4 가장자리(E4)에 가깝게 위치한다.

나아가, 상기 제1 및 제2 상부 연장부들(63a, 63b)은 각각 상기 제3 가장자리(E3) 및 상기 제4 가장자리(E4)측으로 볼록하게 굴곡진 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 상부 연장부들(63a, 63b)은 각각 상기 제2 전극 패드(63)에서 상기 제2 가장자리(E2)측으로 연장한 후에 상기 제1 가장자리(E1)측으로 연장할 수 있다. 따라서, 상기 제1 및 제2 하부 연장부들(61a, 61b)의 끝단에서 상기 제1 및 제2 상부 연장부들(63a, 63b)에 이르는 거리를 조절할 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 상부 연장부들(63a, 63b)의 끝단들은 상기 제1 및 제2 하부 연장부들의 앞단들에 비해 상기 제1 가장자리(E1)에 더 가까울 수 있다. 예컨대, 상기 제1 및 제2 상부 연장부들(63a, 63b)의 끝단들은 상기 제1 가장자리에 평행하게 상기 제1 전극 패드(61)의 중심을 지나는 직선상에 위치할 수 있다. 즉, 제1 가장자리(E1)에서 제1 전극 패드(61)의 중심과 제1 및 제2 상부 연장부들(63a, 63b)의 끝단들에 이르는 최단거리들은 서로 동일할 수 있다. 또는, 제1 가장자리(E1)에서 제1 및 제2 상부 연장부들(63a, 63b)의 끝단들에 이르는 최단거리들이 제1 전극 패드(61)의 중심에 이르는 최단거리보다 더 짧을 수 있다.

한편, 상기 제1 및 제2 상부 연장부들(63a, 63b)은 각각 제3 가장자리(E3) 및 상기 제4 가장자리(E4)측으로 가깝게 연장한 후에 다시 상기 제3 가장자리(E3) 및 상기 제4 가장자리(E4)측에서 멀어지도록 연장할 수 있다. 이러한 형상에 의해 제1 및 제2 상부 연장부들(63a, 63b)과 제1 및 제2 하부 연장부들(61a, 61b) 사이의 거리를 대체로 일정하게 유지할 수 있으며, 따라서 메사 구조(M) 많은 영역에 걸쳐 균일한 전류 분산을 달성할 수 있다. 나아가, 상기 제2 전극 패드(63)에 접하는 상기 제1 및 제2 상부 연장부들(63a, 63b)의 앞단들은 상기 제2 전극 패드(63)의 중심에 비해 상기 제2 가장자리에 더 가까울 수 있다. 그 결과, 상기 제1 및 제2 상부 연장부들(63a, 63b)과 제2 가장자리(E2) 사이의 거리가 멀리 떨어지는 것을 방지할 수 있다.

상기 제2 전극 패드(63)는 메사 구조(M)의 상부에 위치하며, 또한 제2 가장자리(E2) 근처에 위치한다. 넓은 영역에 걸쳐 전류를 고르게 분산시키기 위해 상기 제2 전극 패드(63)는 가능한 한 제2 가장자리(E2)에 가깝게 위치하는 것이 바람직하다. 나아가, 상기 제1 및 제2 상부 연장부들(63a, 63b)과 상기 제2 가장자리(E2) 사이의 최단 거리는 상기 제2 전극 패드(63)와 상기 제2 가장자리(E2) 사이의 최단 거리와 동일할 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 상부 연장부들(63a, 63b)이 대체로 제2 가장자리(E2) 근처에 가깝게 위치하도록 배치될 수 있다.

한편, 상기 제3 상부 연장부(63c)는 상기 제1 및 제2 하부 연장부들(61a, 61b) 사이의 영역으로 연장한다. 상기 제3 상부 연장부(63c)는 직선 형상으로 제1 전극 패드(61)를 향해 연장하며 메사 구조(M)의 중심을 지난다.

일반적으로, 전류는 전극 패드들(61, 63) 사이의 직선상에 집중되기 쉽다. 따라서, 상기 제1 하부 연장부(61a)의 각 지점에서, 상기 제1 상부 연장부(63a)에 이르는 최단 거리가 상기 제3 상부 연장부(63c)에 이르는 최단 거리에 비해 더 가까운 것이 바람직하다. 이에 따라, 메사 구조(M)의 넓은 영역에 걸쳐 전류를 분산시킬 수 있다.

또한, 상기 제1 하부 연장부(61a)의 끝단에서 상기 제1 상부 연장부(63a)에 이르는 최단 거리가 상기 제1 하부 연장부(61a)의 다른 지점에서 상기 제1 상부 연장부(63a)에 이르는 최단 거리에 비해 더 가까울 수 있다. 즉, 제1 하부 연장부(61a)의 끝단에서 제1 하부 연장부(61a)와 제1 상부 연장부(63a) 사이의 거리가 가장 가깝다. 나아가, 상기 제3 상부 연장부(63c)의 끝단에서 상기 제1 하부 연장부(61a)에 이르는 최단 거리가 상기 제1 전극 패드(61)에 이르는 거리보다 더 가까운 것이 바람직하다.

도 2와 도 3을 참조하면, 상기 발광적층체(S)는, 투명의 기판(51) 상에 차례로 형성된 하부 콘택층(53), 활성층(55), 상부 콘택층(57) 및 투명전극층(59)을 포함한다. 상기 기판(51)은 III족 질화물 반도체층들의 성장에 적합한 사파이어 기판인 것이 바람직하다. 상기 기판(51)의 저면에는 예를 들면 금속 재료로 형성된 반사층(500)이 형성된다. 본 실시예에서, 전술한 메사 구조(M; 도 1 참조)는, 활성층(55), 상부 콘택층(57) 및 투명전극층(59)을 포함하되, 도시된 바와 같이, 상기 하부 콘택층(53)의 일부를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 상기 하부 콘택층(53)은 n형 반도체층이고 상기 상부 콘택층(27)은 p형 반도체층일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 서로 반대의 도전형일 수 있다. 상기 하부 콘택층(53)과 상기 상부 콘택층(57) 사이에 활성층(55)이 개재된다.

상기 하부 콘택층(53), 활성층(55) 및 상부 콘택층(57)은 질화갈륨 계열의 화합물 반도체 물질, 즉, (Al, In, Ga)N으로 형성될 수 있다. 상기 활성층(55)은 요구되는 파장의 광 예컨대 자외선 또는 청색광을 방출하도록 조성 원소 및 조성비가 결정되며, 하부 콘택층(53) 및 상부 콘택층(57)은 상기 활성층(55)에 비해 밴드갭이 큰 물질로 형성된다.

상기 하부 콘택층(53) 및 상부 콘택층(57)은, 도시한 바와 같이, 단일층으로 형성될 수 있으나, 다층 구조로 형성될 수도 있다. 또한, 활성층(55)은 단일 양자웰 또는 다중 양자웰 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 기판(51)과 하부 콘택층(53) 사이에 버퍼층(도시하지 않음)이 개재될 수 있다.

상기 반도체층들(53, 55, 57)은 MOCVD 또는 MBE 기술을 사용하여 성장될 수 있으며, 사진 및 식각 공정을 사용하여 상기 하부 콘택층(53)의 영역이 노출되도록 패터닝되어 메사 구조(M)가 형성될 수 있다. 이때, 포토레지스트의 리플로우 공정을 사용하여 상기 메사 구조(M)의 측면을 경사면으로 형성할 수 있다. 상기 메사 구조(M)의 측면은 단일의 기울기를 갖는 경사면일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 굴곡진 경사면 또는 기울기가 변하는 이중 경사면일 수 있다. 상기 투명전극층(59)은 상부 콘택층(57)에 오믹 접촉하며, ITO 또는 Ni/Au로 형성될 수 있다. 투명전극층(59)은 상부 콘택층에 비해 비저항이 낮아 전류를 분산시키는 역할을 한다.

도 2에 잘 도시된 바와 같이, 제2 전극 구조(P2)는 예를 들면, ITO층과 같은 투명전극층(59) 상에 형성되어 있다. 도시하지는 않았지만, 상기 제2 전극 구조(P2)는, 투명전극층을 관통하여 또는 투명전극층이 생략된 상태로, 상부 콘택층, 즉 p형 반도체층(57) 상에 직접 형성될 수 있다. 이때, 상기 제2 전극 구조(P2)는, 패드형 반사체(631) 및 다수의 도트 패턴 반사체(632)들과, 이들 반사체(631, 632)들을 덮는 패드 재료층(630a, 630b)을 포함한다. 더 나아가, 상기 패드 재료층은 상기 반사체들(631, 632)들을 직접 덮도록 상기 투명전극층(59) 상에 형성되는 접촉 재료층(630a)과, 와이어 본딩에 적합한 본딩 재료층(630b)을 포함한다. 상기 패드 재료층(630a, 630b)은 도 1에 도시된 것과 같은 제2 전극 패드(63)와, 제1, 제2, 제3 상부 연장부(63a, 63b, 63c)를 구성한다. 상기 본딩 재료층(630b)은 Au로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 접촉 재료층(630a) Cr으로 형성되는 것이 좋다. 하지만, Cr의 경우, 광의 반사율은 대략 40%이고 광의 투과율은 대략 0%로, Cr으로 된 접촉 재료층(630a)에서는 광의 대략 60%가 흡수되므로, 광 추출 효율을 떨어뜨린다. 본 실시예에 따르면, 제1 전극 구조의 전체 패턴을 따라 형성된 반사체(631, 632)들의 크러스터가 상기 접촉 재료층(630a)들의 광 노출 면적을 크게 줄여주므로, 광 손실을 크게 줄여줄 수 있다. 상기 반사체(631, 632)들은 절연성의 반사 재료로 형성될 수 있으며, 이 경우, 상기 반사체(631, 632)들이 전류 차단층으로서의 역할을 하여 전류 집중 현상을 크게 억제하고 이에 의해 전류 분산 효과를 높여줄 수 있다. 상기 제2 전극 구조(P2)의 반사체는, 예컨대, DBR과 같이, 패드 재료층, 특히, Cr에 비해 반사성이 좋고, 더 나아가, 절연성도 큰 재료로 형성되는 것이 선호된다.

도 3에 잘 도시된 바와 같이, 제1 전극 구조(P1)는 하부 콘택층으로서의 n형 반도체층(53) 상에 형성되어 있다. 상기 제1 전극 구조(P1)는, 제2 전극 구조(P2)와 마찬가지로, 패드형 반사체(611) 및 다수의 도트 패턴 반사체(612)들과, 이들 반사체(611, 612)들을 덮는 패드 재료층(610a, 610b)을 포함한다. 상기 패드 재료층은 상기 반사체들(611, 612)들을 직접 덮도록 상기 하부 콘택층, 즉, n형 반도체층(53) 상에 형성되는 접촉 재료층(610a)과, 와이어 본딩에 적합한 본딩 재료층(610b)을 포함한다. 상기 패드 재료층(610a, 610b)은 도 1에 도시된 것과 같은 제1 전극 패드(61)와, 제1 및 제2 하부 연장부(61a, 61b)를 구성한다. 제1 전극 구조(P1)의 상기 본딩 재료층(610b)도, 제2 전극 구조에서와 마찬가지로, Au로 형성되는 것이 바람직하며, 제1 전극 구조(P1)의 접촉 재료층(610a)은, 제2 전극 구조에서와 마찬지로, Cr으로 형성되는 것이 좋다. 상기 제1 전극 구조(P1)의 반사체는, 예컨대, DBR과 같이, 패드 재료층, 특히, Cr에 비해 반사성이 좋고, 더 나아가, 절연성도 큰 재료로 형성되는 것이 선호된다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드의 발광 동작 상태를 보인 사진도이고, 도 5는 비교예로서 반사체들의 크러스터, 특히, 도트 패턴의 반사체들을 포함하지 않는 기존 발광다이오드의 발광 동작 상태를 보인 사진도이다. 본 실시예의 발광다이오드와 비교예의 발광다이오드 모두 사파이어 기판의 저면에 반사 메탈을 포함하고 있다. 도 4 및 도 5에서 어둡게 보여지는 보여지는 실제로는 광의 세기가 큰 영역, 즉, 상대적으로 더 영역이다.

도 4에 보여지는 본 실시예의 발광다이오드는 도트 패턴의 반사체들이 전극 패드의 연장부 하부에 형성되어 있고, 패드형의 반사체가 전극 패드 하부에 형성된 것이다. 본 실시예의 발광다이오드의 경우, 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예의 발광다이오드보다 상대적으로 밝은 영역이 더 많음을 확인할 수 있다.

위에서는 메사 구조로 인해 발광적층체의 상부가 n형 영역과 p형 영역을 포함하여 발광적층체의 상부에 제1 전극 구조와 제2 전극 구조가 모두 제공되는 발광다이오드에 대해 주로 설명이 이루어졌으나, 상부에 하나의 전극 구조만을 포함하는 수직형 발광다이오드 또한 본 발명의 범위 내에 있다는 것에 유의한다.

S: 발광적층체 M: 메사 구조
51: 기판 53: 하부 콘택층
55: 활성층 57: 상부 콘택층
59: 투명전극층 P1, P2: 전극 구조
61, 63: 전극패드 61a, 61b, 63a, 63b, 63c: 연장부
611, 612, 631, 632: 반사체 610a: 접촉 재료층
610b: 보호 재료층

Claims

발광적층체; 및
상기 발광적층체 상에 패턴을 갖도록 형성된 전극 구조를 포함하며,
상기 전극 구조는,
상기 발광적층체 상에 상기 패턴을 따라 배치된 반사체들의 크러스터(cluster)와,
상기 반사체들을 전체적으로 덮도록 형성된 패드 재료층을 포함하며,
상기 전극 구조는 상기 패드 재료층을 포함하는 전극 패드와 연장부를 포함하며, 상기 연장부는 상기 전극 패드로부터 선형의 패턴으로 연장되며, 상기 반사체들의 크러스터는 상기 연장부의 선형 패턴을 따라 형성되는 도트 패턴의 반사체들을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 반사체들의 크러스터는 상기 전극 패드의 하부에 형성된 패드형 반사체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
청구항 1에 있어서, 상기 패드 재료층은, 상기 반사체들을 직접 덮는 접촉 재료층과, 상기 패드 재료층의 최상부에 있는 본딩 재료층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
청구항 4에 있어서, 상기 접촉 재료층은 Cr을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
청구항 4에 있어서, 상기 본딩 재료층은 Au를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
청구항 4에 있어서, 상기 반사체들은 상기 접촉 재료층보다 반사율이 큰 재료로 형성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
청구항 4에 있어서, 상기 반사체들은 상기 접촉 재료층보다 반사율과 절연성이 큰 재료로 형성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
청구항 1 에 있어서, 상기 반사체들은 DBR(Distributed Bragg reflector)로 형성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
청구항 1에 있어서,
상기 발광적층체는 투명전극층이 상부로 노출되는 p형 영역을 포함하며,
상기 전극 구조는 상기 반사체들이 상기 투명전극층의 상면에 접하도록 구성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
청구항 1에 있어서,
상기 발광적층체는 n형 반도체층이 상부로 노출되는 n형 영역을 포함하며,
상기 전극 구조는 상기 반사체들이 상기 n형 반도체층의 노출 상면에 접하도록 구성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
청구항 1에 있어서, 상기 발광적층체는 III족 질화물계의 반도체층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
하부 콘택층과 상기 하부 콘택층 상에 위치하는 메사 구조를 포함하는 발광적층체;
상기 하부 콘택층 상에 위치하는 제1 전극 구조; 및
상기 메사 구조상에 위치하는 제2 전극 구조를 포함하며,
상기 제1 전극 구조와 상기 제2 전극 구조 중 적어도 하나는 패턴을 따라 배열된 반사체들의 크러스터를 하부에 포함하며,
상기 제1 전극 구조는 제1 전극 패드와 상기 제1 전극 패드로부터 연장된 하나 이상의 연장부를 포함하고, 상기 제2 전극 구조는 제2 전극 패드와 상기 제2 전극 패드로부터 연장된 하나 이상의 연장부를 포함하되, 상기 반사체들의 크러스터는, 상기 제1 전극 패드 또는 상기 제2 전극 패드의 하부에 형성된 패드형의 반사체와, 상기 제1 전극 구조 또는 상기 제2 전극 구조의 연장부의 하부에 형성된 도트 패턴의 반사체들을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
삭제
청구항 13에 있어서, 상기 하부 콘택층은 제1 가장자리, 상기 제1 가장자리에 대향하는 제2 가장자리, 상기 제1 가장자리와 상기 제2 가장자리를 잇는 제3 가장자리 및 상기 제3 가장자리에 대향하는 제4 가장자리를 포함하되, 상기 제1 전극패드는 상기 제1 가장자리 근처에 배치되고 상기 제2 전극 패드는 상기 제2 가장자리 근처에 배치되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
청구항 15에 있어서,
상기 제1 전극 구조는 상기 제1 전극 패드에서 상기 제2 가장자리 측으로 연장하되, 그 끝단들이 상기 제1 전극패드에 접하는 앞단들에 비해 서로 더 멀리 떨어진 제1 하부 연장부와 제2 하부 연장부를 포함하며,
상기 제2 전극 구조는 상기 제2 전극 패드에서 연장하는 제1 상부 연장부, 제2 상부 연장부 및 제3 상부 연장부를 포함하며,
상기 제1 상부 연장부 및 상기 제2 상부 연장부는 상기 제1 하부 연장부와 상기 제2 하부 연장부를 감싸도록 형성되고, 상기 제3 연장부는 상기 제1하부 연장부와 상기 제2 하부 연장부 사이의 영역으로 연장하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
청구항 13에 있어서,
상기 하부 콘택층은 n형 반도체층이고, 상기 메사 구조의 최상층은 p형 반도체층 상에 형성된 투명전극층이되,
상기 제1 전극 구조 내의 상기 반사체들은 상기 n형 반도체층의 노출 상부에 접해 형성되고,
상기 제2 전극 구조 내의 상기 반사체들은 상기 투명전극층의 상부에 접해 형성되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
청구항 17에 있어서, 상기 제1 전극 구조와 상기 제2 전극 구조는 제1 전극 패드 및 제2 전극 패드와 그로부터 이어진 연장부들을 구성하는 패드 재료층들을 각각 포함하며, 상기 패드 재료층들 각각은 적어도 상기 반사체들과 접하는 부분에 상기 반사체들보다 반사율이 낮은 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.