KR101541363B1 - 균일한 전류 확산 구조를 가진 발광 다이오드 - Google Patents
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Abstract
전류 집중 현상을 차단하여 외부 양자효율을 높이고, 국부적인 열화나 노화 등을 방지하는 균일한 전류 확산 구조를 가진 발광 다이오드를 제시한다. 그 다이오드는 제1 반도체층, 활성층 및 제2 반도체층을 포함하는 발광 구조체 상에 위치하는 투명 전극층과 공간적으로 이격되어 제2 반도체층 상에 배치되고, 제1 반도체층의 길이 방향으로 연장되는 제1 가지 전극과 연결부에 의해 전기적으로 접속되는 제1 전극 패드를 포함하고, 발광 구조체 상에 형성되어, 제1 전극 패드 및 연결부를 발광 구조체와 전기적으로 절연시키는 제1 블락킹층을 포함하고, 제2 반도체층 상에는 투명 전극층에 전류를 공급하기 위한 제2 전극 패드 및 제1 가지 전극과 평행한 제2 가지 전극을 포함하고, 제2 반도체층 상에 형성되어 제2 전극 패드 및 제2 가지 전극을 제2 반도체층과 전기적으로 절연시키는 제2 블락킹층을 을 포함한다.
Description
본 발명은 p전극과 n전극을 구비한 발광 다이오드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극 주변의 전류의 집중 현상을 방지하여 활성층에 균일한 전류 확산을 통해 광효율을 향상 시킬 수 있는 발광 다이오드에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 전기 에너지를 광으로 변환시키는 소자이며, 일반적으로 반대 극성을 가진 불순물로 도핑된 층들 사이에 있는 적어도 하나의 활성층에서 광이 생성된다. 즉, 활성층의 양측에 바이어스가 인가되면, 활성층 내로 정공 및 전자가 주입되어 재결합함으로써 광이 생성된다. 발광 다이오드는 공기에 비하여 높은 굴절률을 가지므로, 전자와 정공의 재결합으로 발생하는 광의 많은 부분이 소자 내부에 잔존하게 된다. 이러한 광은 외부로 탈출하기 전에 박막, 기판, 전극 등 여러 경로에 의해 흡수되어 외부 양자효율이 감소된다. 활성층에 바이어스를 인가하는 전극은 패키지를 위한 전극 패드 및 전극 패드로부터 연장되어 실질적으로 활성층에 바이어스를 제공하는 가지 전극으로 이루어진다.
그런데, p-전극과 n-전극 사이에서 발생되는 전류 집중 현상에 의하여, 활성층 전체에 대하여 전류를 균일하게 분산하지 못하고, 전극 주변에 전류가 집중됨으로써 전극으로부터 멀리 떨어진 영역에 상대적으로 어두운 암부를 형성한다. 이러한 전류 집중 현상은 특히 전극 패드와 가지 전극 사이의 영역에서 심하게 일어난다. 전류 집중 현상은 외부 양자효율을 저하시키고, 국부적인 열화나 노화 현상이 발생되는 등의 문제점을 야기한다. 한편, 이러한 전류 집중 현상은 p-전극과 n-전극 사이의 간격이 일정하지 못하여 일어나는 경우가 많다. 즉, 전극 사이의 간격이 일정하지 않으면, 전극 사이에서 불균일한 전계를 형성하여 전류 집중 현상이 두드러지게 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전류 집중 현상을 차단하고 외부 양자효율을 높이고, 국부적인 열화나 노화 등을 방지하는 균일한 전류 확산 구조를 가진 발광 다이오드를 제공하는 데 있다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 균일한 전류 확산 구조를 가진 발광 다이오드는 제1 반도체층, 활성층 및 제2 반도체층을 포함하는 발광 구조체 및 상기 발광 구조체 상에 위치하는 투명 전극층을 포함한다. 또한, 상기 투명 전극층과 공간적으로 이격 배치되고 제1 가지 전극, 연결부 및 제1 전극 패드를 포함하는 제1 전극 및 상기 발광 구조체 상에 형성된 제1 블락킹층을 포함한다.
본 발명의 다이오드에 있어서, 상기 제1 전극 패드는 상기 제2 반도체층 상에 배치되고, 상기 제1 반도체층의 길이 방향으로 연장되는 제1 가지 전극과 연결부에 의해 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 제1 블락킹층은 상기 제2 반도체층과 상기 제1 전극 패드 사이에 형성될 수 있다. 상기 제1 블락킹층은 상기 제1 가지 전극과 서로 접촉하는 것이 바람직하다. 상기 제1 블락킹층은 상기 제1 전극 패드 및 상기 연결부와 동일하거나 확장된 형상을 가질 수 있다. 상기 제1 블락킹층은 산화물막 또는 질화물막 중에서 선택된 어느 하나의 막이거나 상기 산화물막과 질화물막이 적층된 다층막일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다이오드에 있어서, 상기 제2 반도체층 상에는 제2 전극 패드, 상기 제1 가지 전극과 평행한 제2 가지 전극으로 이루어진 제2 전극을 포함하고, 상기 제2 전극 패드 및 상기 제2 가지 전극을 상기 제2 반도체층과 전기적으로 절연시키는 제2 블락킹층을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 블락킹층은 제2 반도체층과 제2 전극 패드 사이에 형성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 가지 전극과 제2 가지 전극 간 간격(L1)이 일정한 것이 바람직하며, 상기 간격(L1)을 이루는 부분의 면적이 전체 면적의 60% 이상이 바람직하다. 상기 제2 블락킹층은 상기 제2 전극 패드 및 상기 제2 가지 전극과 동일하거나 확장된 형상을 가질 수 있다. 본 발명의 상기 제2 블락킹층은 산화물막 또는 질화물막 중에서 선택된 어느 하나의 막이거나 상기 산화물막과 질화물막이 적층된 다층막일 수 있다. 또한, 상기 제2 전극 패드에 형성된 상기 제2 블락킹층과 상기 투명 전극층은 상기 제2 반도체층을 노출시키는 차단 홈에 의해 공간적으로 분리될 수 있다.
본 발명의 균일한 전류 확산 구조를 가진 발광 다이오드에 의하면, 제1 전극 패드 및 제2 전극패드에 전류 확산을 방지하는 구조를 부가함으로써, 전류 집중 현상을 차단하여 외부 양자효율을 높이고, 국부적인 열화나 노화 등을 방지할 수 있다. 전류 확산을 방지하는 구조에 의해, 전극 패드와 가지 전극 사이에 전류가 집중되는 것을 막아 발광 다이오드에 균일한 전류가 흐르게 할 수 있다. 또한, 전류가 흐르는 전극 사이의 간격을 균일하게 하여 전극 사이에서 원하지 않은 전류 집중 현상이 일어나는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 균일한 전류 확산 구조를 가진 발광 다이오드를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 도 1의 ?-Ⅳ선을 따라 절단한 단면도이다.
도 5a는 블락킹층이 없는 종래의 발광 다이오드의 발광 이미지를 나타내는 사진이며, 도 5b는 블락킹층을 갖춘 본 발명의 실시예에 의한 발광 다이오드의 발광 이미지를 보여주는 사진이다.
도 6는 본 발명에 의한 균일한 전류 확산 구조를 가진 발광 다이오드의 하나의 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명에 의한 균일한 전류 확산 구조를 가진 발광 다이오드의 다른 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 도 1의 ?-Ⅳ선을 따라 절단한 단면도이다.
도 5a는 블락킹층이 없는 종래의 발광 다이오드의 발광 이미지를 나타내는 사진이며, 도 5b는 블락킹층을 갖춘 본 발명의 실시예에 의한 발광 다이오드의 발광 이미지를 보여주는 사진이다.
도 6는 본 발명에 의한 균일한 전류 확산 구조를 가진 발광 다이오드의 하나의 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명에 의한 균일한 전류 확산 구조를 가진 발광 다이오드의 다른 변형예를 나타내는 평면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
본 발명의 실시예는 전극 패드에 전류 확산을 방지하는 구조를 부가함으로써, 전류 집중 현상을 차단하여 외부 양자효율을 높이고, 국부적인 열화나 노화 등을 방지하는 균일한 전류 확산 구조를 가진 발광 다이오드를 제시한다. 이를 위해, 전극 패드에서의 전류 확산을 방지하는 구조를 가진 발광 다이오드에 상세하게 살펴보고, 이를 통하여 전류 집중 현상이 차단되는 과정을 구체적으로 설명하기로 한다. 또한, 본 발명의 실시예에 의한 전류 확산 방지 구조에 의해 전류가 흐르는 전극 사이의 간격이 실질적으로 일정하게 되는 과정을 알아보기로 한다. 여기서, 전류 집중 현상이란 전극 패드에서의 전류 확산에 의해 전극 패드와 가지 전극 사이에 전류가 집중되어, 발광 다이오드 전체에 걸쳐 균일한 전류가 흐르지 않게 되는 것을 말한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 균일한 전류 확산 구조를 가진 발광 다이오드를 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절단한 단면도이고, 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절단한 단면도이며, 도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 절단한 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 발광 다이오드는 기판(10) 및 기판(10)의 일측에 위치하는 발광 구조체(14), 투명 전극층(20), 제1 전극(30), 제2 전극(40), 제1 블락킹층(34, current blocking layer) 및 제2 블락킹층(44)을 포함한다. 이때, 제1 블락킹층(34)은 제1 전극(30)의 제1 전극 패드(31)로부터의 전류 확산을 차단하기 위한 것이며, 제2 블락킹층(44)은 제2 전극(40)의 제2 전극 패드(41)에서의 전류 확산을 차단하기 위한 것이다. 제1 및 제2 블락킹층(34, 44)은 모두 발광 구조체(14) 상에 배치되며, 투명 전극층(20) 사이에 위치한다.
기판(10)은 사파이어(Al2O3), 실리콘 탄화물(SiC), 갈륨 질화물(GaN), 갈륨 비소(GaAs), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 아연 산화물(ZnO), 마그네슘 산화물(MgO), 알루미늄 질화물(AlN), 붕산 질화물(BN), 갈륨 인화물(GaP), 인듐 인화물(InP), 리튬-알루미늄 산화물(LiAl2O3) 중 어느 하나일 수 있다. 기판(10)의 상면, 하면, 또는 이들 모두에는 광을 반사시킬 수 있는 요철 패턴(도시하지 않음)이 형성될 수 수 있다. 기판(10)과 발광 구조체(14) 사이에는 격자 부정합을 완화하기 위한 버퍼층(12)이 위치할 수 있다. 버퍼층(12)은 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있고, 예를 들어, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, AlGaInN, AlInN 중 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다.
발광 구조체(14)는 기판(10) 상에 위치하거나 버퍼층(12) 상에 위치할 수 있다. 발광 구조체(14)은 복수의 도전형 반도체층이 기판(10)을 기준으로 np 접합 구조, pn 접합 구조, npn 접합 구조, pnp 접합 구조 중 어느 하나를 가질 수 있다. 발광 구조체(14)는 순차적으로 적층된 제1 반도체층(15), 활성층(16) 및 제2 반도체층(17)을 포함한다. 예를 들어, np 접합 구조인 경우, 제1 반도체층(15)은 n형 반도체층이고, 제2 반도체층(17)는 p형 반도체층을 지칭한다. 순방향의 바이어스를 발광 구조체(14)에 인가하면, 활성층(16)의 전도대에 있는 전자와 가전자대에 있는 정공이 천이되어 재결합하고, 이에 따라 에너지 갭에 해당하는 에너지가 광으로 방출된다. 이때, 활성층(16)을 구성하는 물질의 종류에 따라서 방출되는 광의 파장이 결정된다. 활성층(16)의 전자 또는 정공은 상기 인가되는 바이어스에 따라 제1 반도체층(15) 및 제2 반도체층(17)에 의해 제공된다.
제1 및 제2 반도체층(15, 17)은 서로 다른 도전형을 가지도록 서로 다른 불순물들을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 반도체층(15)은 n형 불순물들을 포함할 수 있고, 제2 반도체층(17)은 p형 불순물들을 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 반도체층(15)는 전자를 제공하고, 제2 반도체층(17)은 정공을 부여한다. 물론, 제1 반도체층(15)이 p형이고, 제2 반도체층(17)이 n형인 경우도 본 발명의 범주 내에서 가능하다. 제1 및 제2 반도체층(15, 17)은 각각 갈륨 질화물계와 같은 Ⅲ-V족 화합물 물질을 포함할 수 있다.
발광 구조체(14)가 np 접합 구조인 경우, 제1 반도체층(15)은 n형 불순물이 도핑된 n형 AlxInyGazN(0≤x, y, z ≤1, x+y+z=1), n형 GaN 등을 포함할 수 있다. 이때, 상기 n형 불순물은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 셀레늄(Se) 및 텔루륨(Te) 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다. 제2 반도체층(17)은 p형 불순물이 도핑된 p형 AlxInyGazN(0≤x, y, z ≤1, x+y+z=1), p형 GaN 등을 사용할 수 있다. 상기 p형 불순물은 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 베릴륨(Be), 및 바륨(Ba) 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
활성층(16)은 제1 및 제2 반도체층(15, 17)에 비하여 낮은 에너지 밴드갭을 가지므로 발광을 활성화할 수 있다. 활성층(16)은 다양한 파장의 광을 방출할 수 있으며, 예를 들어 적외선, 가시광선, 또는 자외선을 방출할 수 있다. 활성층(16)은 Ⅲ족-V족 화합물 물질을 포함할 수 있고, AlxInyGazN (0≤x, y, z ≤1, x+y+z=1), InGaN 또는 AlGaN을 포함할 수 있다. 또한, 활성층(16)은 단일양자우물(Single Quantum Well, SQW) 또는 다중양자우물(Multi Quantum Well, MQW)일 수 있다. 나아가, 활성층(16)은 양자 우물층과 양자 장벽층의 적층 구조를 가질 수 있고, 상기 양자 우물층과 상기 양자 장벽층의 개수는 필요에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 활성층(16)은, 예컨대 GaN/InGaN/GaN MQW 구조 또는 GaN/AlGaN/GaN MQW 구조를 이룰 수 있다. 그러나 이는 예시적이며, 활성층(16)은 구성 물질에 따라 방출되는 광의 파장이 달라진다.
발광 구조체(14)는 활성층(16) 및 제2 반도체층(17)의 일부 영역이 제거된 측벽을 가진 형태일 수 있고, 거기에 부합하여 제1 반도체층(15)의 일부가 제거되어 노출된다. 상기 측벽 구조에 의해, 제1 반도체층(15)의 일부가 노출된 영역에는 본 발명의 실시예에 의한 제1 전극(30)의 제1 가지 전극(33)이 길이 방향으로 연장된다. 이에 따라, 활성층(16)은 상기 측벽 구조에 한정되어 광을 방출할 수 있다. 상기 측벽 구조는 유도결합 플라즈마 반응성 이온 식각(inductively coupled plasma reactive ion etching, ICP-RIE), 습식 식각 또는 건식 식각을 이용하여 형성할 수 있다.
투명 전극층(20)은 투명하고 전도성이 있는 물질로 이루어지며, 제2 반도체층(17) 상에 위치한다. 투명 전극층(20)은 제2 전극(40)으로부터 주입되는 전류를 제2 반도체층(17)에 균일하게 분산하는 역할을 한다. 투명 전극층(20)은 금속을 포함할 수 있고, 예를 들어 니켈(Ni)과 금(Au)의 복합층일 수 있다. 또한, 투명 전극층(20)은 산화물을 포함할 수 있고, 예를 들어 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), IZTO(Indium Zinc Tin Oxide), AZO(Aluminum Zinc Oxide), IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), IGO(Indium Gallium Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IGTO(Indium Gallium Tin Oxide), ATO(Aluminum Tin Oxide), IWO(Indium Tungsten Oxide), CIO(Cupper Indium Oxide), MIO(Magnesium Indium Oxide), MgO, ZnO, In2O3, TiTaO2, TiNbO2, TiOx, RuOx 및 IrOx 중 적어도 어느 하나로 제조될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 제1 전극(30)은 제1 반도체층(15)에 전류를 공급하기 위한 구조체이다. 제1 전극(30)은 제1 전극 패드(31), 연결부(32) 및 제1 가지 전극(33)을 포함하여 이루어진다. 제1 전극 패드(31)는 제2 반도체층(17) 상에 위치하고, 제1 가지 전극(33)은 제1 반도체층(15)의 노출된 영역에서 길이 방향으로 연장된다. 제1 전극 패드(31)는 투명 전극층(20)과 공간적으로 이격되어 배치된다. 연결부(32)는 상기 측벽 구조를 통하여 제1 전극 패드(31) 및 제1 가지 전극(33)을 연결시킨다. 이에 따라, 제1 전극 패드(31)와 제1 가지 전극(33)은 적어도 상기 측벽에 해당하는 단차를 가진다.
제1 전극 패드(31)는 패키지 본딩을 위한 것으로, 그 형태를 한정하는 것이 아니나, 원판 형태가 바람직하다. 연결부(32)는 제1 전극 패드(31)의 일부 영역에 부착되는 막대 형태일 수 있으며, 제1 가지 전극(33) 역시 막대 모양을 가지는 것이 바람직하다. 제1 전극(30)은 습식 식각 또는 건식 식각에 의해 제작될 수 있다. 한편, 연결부(32)는 도시된 것과 같이, 상기 측벽에 형성된 홈에 연결부(32)를 형성할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 의한 제1 블락킹층(34)은 제1 전극 패드(31)에서의 전류 확산을 방지하기 위한 것이다. 이를 위해, 제1 블락킹층(34)은 제1 전극 패드(31)와 제2 반도체층(17) 사이의 영역 및 연결부(32)와 상기 측벽 사이의 영역에 제1 전극 패드(31) 및 연결부(32)와 동일하거나 약간 확장된 형상으로 삽입된다. 여기서, 연결부(32)에 제1 블락킹층(34)을 형성하는 이유는 발광 구조체(14)에 불필요한 전류가 흐르는 것을 방지하기 위한 것이다. 이에 따라, 연결부(32)의 제1 블락킹층(34)은 제1 전극 패드(31)에서의 전류 차단을 위하여, 불가피하게 행해지는 것이다. 제1 블락킹층(34)는 제1 전극 패드(31)로부터 인입되는 전류가 투명 전극층(20)으로 흘려서 전류 집중 현상을 일으키는 것을 차단한다. 제1 블락킹층(34)에 의해, 인입된 제1 전극 패드(31)의 전류는 오직 제1 가지 전극(33)을 통하여, 제1 반도체층(15)로 주입된다. 이에 따라, 제1 전극 패드(31)과 제2 전극(40)의 제2 가지 전극(42) 사이의 전류 집중 현상을 방지할 수 있다. 이때, 제1 블락킹층(34)은 제1 가지 전극(33)과 접하는 것이 바람직하다.
제1 블락킹층(34)는 불투명하거나 투명할 수 있으며, 산화물과 같은 절연체일 수 있다. 제1 블락킹층(34)은, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 등과 같은 산화물 또는 질화물일 수 있다. 또한, 제1 블락킹층(34)은 상기 산화물 또는 질화물이 적층된 다층막일 수 있다. 여기서 제시된 제1 블락킹층(34)을 구성하는 물질은 예시적이며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 블락킹층(34)은 습식 식각 또는 건식 식각에 의해 형성될 수 있다. 제1 블락킹층(34)의 두께는 절연체의 종류, 전류를 차단하는 정도를 고려하여 사전에 설정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 제2 전극(40)은 제2 반도체층(17)에 전류를 공급하기 위한 구조체이다. 제2 전극(40)은 제2 전극 패드(41) 및 제2 가지 전극(42)을 포함하여 이루어진다. 제2 전극 패드(41)는 제2 반도체층(17) 상에 위치하고, 제2 가지 전극(42)은 제2 반도체층(17) 상에서 제1 가지 전극(33)과 평행을 이루면서 연장된다. 제2 전극 패드(41)는 패키지 본딩을 위한 것으로, 그 형태를 한정하는 것이 아니나, 원판 형태가 바람직하다. 제2 가지 전극(42)은 제1 가지 전극(33)과 평행을 이루면서 연장되는 막대 모양을 가지는 것이 바람직하다. 제2 전극(40)은 습식 식각 또는 건식 식각에 의해 형성될 수 있다.
한편, 평행을 이루는 제1 및 제2 가지 전극(33, 42)은 전류의 확산에 의한 전류 집중 현상을 방지하기 위한 최적의 형태이다. 발광 다이오드의 형태 및 용도에 따라 제1 및 제2 가지 전극(33, 42)을 여러 가지 형태로 변형할 수 있으므로, 제1 및 제2 가지 전극(33, 42)이 반드시 평행하지 않을 수 있다. 하지만, 제1 및 제2 가지 전극(33, 42)이 평행하지 않으면, 전극(33, 42) 사이의 간격이 위치에 따라 달라져서 전류 집중 현상을 일으키게 되므로, 본 발명의 실시예에서와 같이 제1 및 제2 가지 전극(33, 42)이 평행을 이루는 것이 바람직하다.
제1 및 제2 전극(30, 40)은 모두 동일한 물질로 이루어질 수 있으며, 하나의 공정으로 구현할 수 있다. 제1 및 제2 전극(30, 40)은, 예를 들어 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 주석(Sn), 크롬(Cr), 백금(Pt), 텅스텐(W), 코발트(Co), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 아연(Zn), 마그네슘(Mg) 또는 이들의 합금을 포함할 수 있고, 예를 들어 탄소 나노튜브(carbon nano tube)를 포함할 수 있다. 제2 전극(40)은 단일층으로 구성되거나 또는 다중층으로 구성될 수 있고, 예를 들어 Ti/Al, Cr/Au, Ti/Au, Au/Sn과 같은 다중층으로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 제2 블락킹층(44)은 제2 전극 패드 블락킹층(45) 및 제2 가지 전극 블락킹층(46)을 포함하여 이루어진다. 제2 전극 패드 블락킹층(45)은 제2 전극 패드(41) 및 제2 반도체층(17) 사이에 위치하며, 제2 전극 패드(41)에 비해 약간 확장된 형태가 바람직하다. 제2 전극 패드 블락킹층(45)은 제2 반도체층(17)으로 통전되는 것을 방지한다. 또한, 제2 전극 패드 블락킹층(45)및 투명 전극층(20) 사이에는 제2 반도체층(17)을 노출시키는 공간을 형성하는 차단 홈(groove; 48)를 더 구비할 수 있다. 차단 홈(48)에 의해, 제2 전극 패드(41)로부터 인입된 전류가 투명 전극층(20)으로 흐르는 것을 보다 확실하게 차단할 수 있다.
제2 가지 전극 블락킹층(46)은 투명 전극층(20)을 사이에 두고, 제2 반도체층(17)의 상부 및 제2 가지 전극(42)의 하부에 배치된다. 제2 가지 전극 블락킹층(46)은 제2 가지 전극(42)에 비해 약간 확장된 형태가 바람직하다. 또한, 제2 가지 전극 블락킹층(46)은 전류가 제2 반도체층(17)으로 흐르지 않고 투명 전극층(20)으로만 흐르도록 한다. 다시 말해, 제2 블락킹층(44)에 의해, 인입된 제2 전극 패드(41)의 전류는 오직 제2 가지 전극(42)을 통하여, 투명 전극층(20)으로 분산되어 제2 반도체층(17)로 주입된다.
제2 블락킹층(44)는 불투명하거나 투명할 수 있으며, 산화물과 같은 절연체일 수 있다. 제2 블락킹층(44)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 등과 같은 산화물 또는 질화물일 수 있다. 또한, 제2 블락킹층(44)은 상기 산화물 또는 질화물이 적층된 다층막일 수 있다. 여기서 제시된 제2 블락킹층(44)을 구성하는 물질은 예시한 것이며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 블락킹층(44)는 습식 식각 또는 건식 식각에 의해 형성될 수 있다. 제2 블락킹층(44)의 두께는 절연체의 종류, 전류를 차단하는 정도를 고려하여 사전에 설정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 발광 다이오드는 제2 가지 전극(42)은 제1 및 제2 블락킹층(34, 44)에 의해 제1 및 제2 가지 전극(33, 42) 사이의 간격이 일정하게 설정하는 효과를 가져올 수 있다. 제1 블락킹층(34)의 경우, 제2 가지 전극(42)과의 전류의 흐름이 차단되므로, 실질적으로 전류가 흐르는 제1 가지 전극(33)로부터 제2 가지 전극(42)까지의 거리(L1)을 균일하게 할 수 있다. 다시 말해, 제1 블락킹층(34)이 없으면, 제1 전극 패드(31)과 제2 가지 전극(42) 사이의 간격(도시하지 않음)은 상기 거리(L1)에 비해 작아서, 전류 집중 현상이 일어날 수 있다. 그런데, 본 발명의 실시예와 같이, 제1 블락킹층(34)를 둠으로써, 제1 전극 패드(31)를 전기적으로 절연하면, 제1 전극 패드(31)과 제2 가지 전극(42) 사이의 전류 집중 현상을 차단할 수 있다. 한편, 상기 간격(L1)을 이루는 부분의 면적이 전체 면적의 60% 이상인 것이 바람직하다. 만일, 상기 면적이 60% 이하가 되면 칩 전체에 인가된 전류가 일정한 간격을 가지는 부위로 집중되므로 전류 분산 효과가 감소한다.
마찬가지로, 제2 전극 패드(41)과 제1 가지 전극(33) 사이의 거리(L2)는 제1 가지 전극(33) 및 제2 가지 전극(42)의 거리(L1)에 비해 작아서, 제2 블락킹층(44)이 없으면, 앞에서 설명한 바와 같이 전류 집중 현상을 일으킬 수 있다. 그런데, 본 발명의 실시예와 같이, 제2 블락킹층(44)를 둠으로써, 제2 전극 패드(41)를 전기적으로 절연하면, 제2 전극 패드(41)과 제1 가지 전극(33) 사이의 전류 집중 현상을 차단할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 제1 및 제2 블락킹층(34, 44)은 각각 제1 및 제2 전극 패드(31, 41)에 인입되는 전류를 모두 평행하게 배열된 제1 및 제2 가지 전극(33, 42)으로만 흐르게 한다. 이렇게 함으로써, 제1 전극 패드(31)과 제2 가지 전극(42) 및 제2 전극 패드(41)과 제1 가지 전극(33) 사이에 발생하는 전류 집중 현상을 방지할 수 있다.
도 5a는 블락킹층이 없는 종래의 발광 다이오드의 발광 이미지를 나타내는 사진이며, 도 5b는 블락킹층을 갖춘 본 발명의 실시예에 의한 발광 다이오드의 발광 이미지를 보여주는 사진이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 종래의 발광 다이오드는 광출력(PO)가 100%이었으나, 본 발명의 다이오드는 광출력(PO)가 101.5%로, 광출력(PO)가 1.5%만큼 향상되었다. 또한, 종래의 다이오드의 순방향전압(VF)은 2.90V이었으나, 본 발명의 다이오드의 순방향전압(VF)는 2.84V로, 순방향전압(VF)이 0.06V만큼 감소하였다. 종래의 발광 다이오드는 전극 패드들과 가지 전극들 사이에 전류 집중 현상이 일어나서, 전극으로부터 멀리 떨어진 영역에 상대적으로 어두운 암부를 형성한 것을 보여주고 있다. 이에 반해, 본 발명의 다이오드는 상대적으로 어두운 암부가 거의 형성되지 않고, 전류의 균일한 분산이 일어났음을 확인할 수 있었다.
전류 집중 현상이 일어나서 균일한 전류 분산이 없으면, 그렇지 않은 경우에 비해, 광출력(PO)이 떨어지고, 순방향전압(VF)이 올라간다. 이러한 이유로, 전류 집중 현상을 차단하지 못하는 종래의 발광 다이오드는 본 발명의 다이오드에 비해, 광출력(PO)이 작고 순방향전압(VF)이 높다. 이와 같이, 본 발명의 실시예는 제1 및 제2 블락킹층(34, 44)을 각각 제1 및 제2 전극 패드(31, 41)에 배치하여, 전류 집중 현상을 방지함으로써, 발광 다이오드의 광출력(PO)을 높이고 순방향전압(VF)을 낮출 수 있다.
도 6는 본 발명의 실시예에 의한 균일한 전류 확산 구조를 가진 발광 다이오드의 하나의 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 6에 의하면, 본 발명의 하나의 변형예는 제2 블락킹층(44a) 상의 제2 전극 패드(41a)로부터 투명 전극층(20a)의 양측으로 분기되는 한 쌍의 제2 가지 전극(42a) 사이에 제1 블락킹층(34a) 및 제1 전극 패드(31a)로 연장되는 제1 가지 전극(33a)가 일정한 간격을 이루면서 배치된 것이다. 제2 블락킹층(44a) 및 제2 전극 패드(41a)는 제2 가지 전극(42a)과 연결된다. 투명 전극층(20a)은 제2 반도체층(17a) 상에 위치한다. 이에 따라, 제2 블락킹층(44a), 제2 전극 패드(41a) 및 한 쌍의 제2 가지 전극(42a)는 "ㄷ"자 형태를 이룬다.
상기 변형예의 제1 블락킹층(34a) 및 제2 블락킹층(44a)은 도 1 내지 도 5b를 참조하여 설명한 제1 블락킹층(34) 및 제2 블락킹층(44)와 그 기능 및 역할을 동일하다. 즉, 제1 및 제2 블락킹층(34a, 44a)은 각각 제1 및 제2 전극 패드(31a, 41a)에 인입되는 전류를 모두 평행하게 배열된 제1 및 제2 가지 전극(33a, 42a)으로만 흐르게 한다. 이렇게 함으로써, 제1 전극 패드(31a)과 제2 가지 전극(42a) 및 제2 전극 패드(41a)과 제1 가지 전극(33a) 사이에 발생하는 전류 집중 현상을 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 균일한 전류 확산 구조를 가진 발광 다이오드의 다른 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 7에 의하면, 본 발명의 다른 변형예는 제2 블락킹층(44b), 제2 전극 패드(41b), 한 쌍의 제2 가지 전극(42b) 및 제1 가지 전극(33b)은 도 6과 동일하지만, 제1 블락킹층(34b) 및 제1 전극 패드(31b)가 다이오드 외곽으로 확장된 것이다. 본 발명의 다른 변형예의 제1 블락킹층(34b) 및 제2 블락킹층(44b)은 도 1 내지 도 5b를 참조하여 설명한 제1 블락킹층(34) 및 제2 블락킹층(44)와 그 기능 및 역할을 동일하다. 즉, 제1 및 제2 블락킹층(34b, 44b)은 각각 제1 및 제2 전극 패드(31b, 41b)에 인입되는 전류를 모두 평행하게 배열된 제1 및 제2 가지 전극(33b, 42b)으로만 흐르게 한다. 이렇게 함으로써, 제1 전극 패드(31b)과 제2 가지 전극(42b) 및 제2 전극 패드(41b)과 제1 가지 전극(33b) 사이에 발생하는 전류 집중 현상을 방지할 수 있다.
이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
10; 기판 12; 버퍼층
14; 발광 구조체 15; 제1 반도체층
16; 활성층 17; 제2 반도체층
20; 투명 전극층 30; 제1 전극
31, 31a, 31b; 제1 전극 패드
32; 연결부
33, 33a, 33b; 제1 가지 전극
34, 34a, 34b; 제1 블락킹층
40; 제2 전극
41, 41a, 41b; 제2 전극 패드
42, 42a, 42b; 제2 가지 전극
44, 44a, 44b; 제2 블락킹층
45; 제2 전극 패드 블락킹층
46; 제2 가지 전극 블락킹층
48; 차단 홈
14; 발광 구조체 15; 제1 반도체층
16; 활성층 17; 제2 반도체층
20; 투명 전극층 30; 제1 전극
31, 31a, 31b; 제1 전극 패드
32; 연결부
33, 33a, 33b; 제1 가지 전극
34, 34a, 34b; 제1 블락킹층
40; 제2 전극
41, 41a, 41b; 제2 전극 패드
42, 42a, 42b; 제2 가지 전극
44, 44a, 44b; 제2 블락킹층
45; 제2 전극 패드 블락킹층
46; 제2 가지 전극 블락킹층
48; 차단 홈
Claims (14)
- 제1 반도체층, 활성층 및 제2 반도체층을 포함하는 발광 구조체;
상기 발광 구조체 상에 위치하는 투명 전극층;
상기 투명 전극층과 공간적으로 이격 배치되고 제1 가지 전극, 연결부 및 제1 전극 패드를 포함하는 제1 전극; 및
상기 발광 구조체 상에 형성된 제1 블락킹층을 포함하고,
상기 제1 가지 전극은 상기 제1 반도체층의 길이 방향으로 연장되는 부분을 포함하고,
상기 연결부는 상기 제1 가지 전극 및 상기 제1 전극 패드를 연결시키는 것을 특징으로 하는 균일한 전류 확산 구조를 가진 발광 다이오드. - 제1항에 있어서, 상기 제1 전극 패드는 상기 제2 반도체층 상에 배치되고, 상기 제1 반도체층의 길이 방향으로 연장되는 제1 가지 전극과 연결부에 의해 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 균일한 전류 확산 구조를 가진 발광 다이오드.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 블락킹층은 상기 제2 반도체층과 상기 제1 전극 패드 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 균일한 전류 확산 구조를 가진 발광 다이오드.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 블락킹층은 상기 제1 가지 전극과 서로 접촉하는 것을 특징으로 하는 균일한 전류 확산 구조를 가진 발광 다이오드.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 블락킹층은 상기 제1 전극 패드 및 상기 연결부와 동일하거나 확장된 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 균일한 전류 확산 구조를 가진 발광 다이오드.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 블락킹층은 산화물막 또는 질화물막 중에서 선택된 어느 하나의 막이거나 상기 산화물막과 질화물막이 적층된 다층막인 것을 특징으로 하는 균일한 전류 확산 구조를 가진 발광 다이오드.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 반도체층 상에는 제2 전극 패드, 상기 제1 가지 전극과 평행한 제2 가지 전극으로 이루어진 제2 전극을 포함하고, 상기 제2 전극 패드 및 상기 제2 가지 전극을 상기 제2 반도체층과 전기적으로 절연시키는 제2 블락킹층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 균일한 전류 확산 구조를 가진 발광 다이오드.
- 제7항에 있어서, 상기 제2 블락킹층은 제2 반도체층과 제2 전극 패드 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 균일한 전류 확산 구조를 가진 발광 다이오드.
- 제7항에 있어서, 상기 제1 가지 전극과 제2 가지 전극 간 간격(L1)이 일정한 것을 특징으로 하는 균일한 전류 확산 구조를 가진 발광 다이오드.
- 제9항에 있어서, 상기 간격(L1)을 이루는 부분의 면적이 전체 면적의 60% 이상인 것을 특징으로 하는 균일한 전류 확산 구조를 가진 발광 다이오드.
- 제7항에 있어서, 상기 제2 블락킹층은 상기 제2 전극 패드 및 상기 제2 가지 전극과 동일하거나 확장된 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 균일한 전류 확산 구조를 가진 발광 다이오드.
- 제7항에 있어서, 상기 제2 블락킹층은 상기 제2 가지 전극과 동일하거나 확장된 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 균일한 전류 확산 구조를 가진 발광 다이오드.
- 제7항에 있어서, 상기 제2 블락킹층은 산화물막 또는 질화물막 중에서 선택된 어느 하나의 막이거나 상기 산화물막과 질화물막이 적층된 다층막인 것을 특징으로 하는 균일한 전류 확산 구조를 가진 발광 다이오드.
- 제7항에 있어서, 상기 제2 전극 패드에 형성된 상기 제2 블락킹층과 상기 투명 전극층은 상기 제2 반도체층을 노출시키는 차단 홈에 의해 공간적으로 분리된 것을 특징으로 하는 균일한 전류 확산 구조를 가진 발광 다이오드.
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