JP2010504640A - 電流分散のための電極延長部を有する発光ダイオード - Google Patents

Abstract

電流分散の改善のための電極延長部を有する発光ダイオードが開示される。この発光ダイオードは、基板上に形成された下部半導体層、上部半導体層、及び活性層を有する。前記上部半導体層は、前記下部半導体層の周縁領域が露出されるように、前記下部半導体層の上部に設けられ、かつ前記下部半導体層を露出させるために前記基板の角部に時計回りまたは反時計回りに隣接した周縁位置から、それぞれ対角線方向に平行に湾入される湾入部を有する。前記湾人部は互いに離隔する端部を有する。一方、下部電極が前記基板の第１角部に対応する前記下部半導体層の露出領域上に形成され、及び上部電極が前記上部半導体層上の透明電極層上に形成される。前記下部電極から延長された下部延長部が、前記下部半導体層の露出周縁領域上及び前記湾入部により露出した前記下部半導体層の領域上に形成され、前記上部電極から延長された上部延長部が、前記透明電極層上に形成される。前記下部及び上部延長部によって、特に大面積発光ダイオードの電流分散が改善される。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオードに関し、特に、電流分散のための電極延長部を有する発光ダイオードに関する。

窒化ガリウム（ＧａＮ）系発光ダイオードが提供され、約１０年以上に亘って開発されてきている。ＧａＮ系ＬＥＤは、ＬＥＤ技術を相当程度変化させており、現在、フルカラーＬＥＤ表示装置、ＬＥＤ交通信号機、白色ＬＥＤ等、様々な用途に用いられている。最近、高効率白色ＬＥＤは、蛍光ランプを代替するものと期待されており、特に、白色ＬＥＤの効率は、通常の蛍光ランプの効率とほぼ同水準に達している。

窒化ガリウム系発光ダイオードは、一般に、サファイア基板のような基板上にエピタキシャル層を成長させて形成され、Ｎ型半導体層、Ｐ型半導体層、及びこれらの間に配置された活性層を有する。一方、前記Ｎ型半導体層上にＮ電極が形成され、前記Ｐ型半導体層上にＰ電極が形成される。前記発光ダイオードは、前記電極を介して外部電源に電気的に連結されて駆動される。この際、電流は、Ｐ電極から前記半導体層を経てＮ電極に流れる。

一般に、Ｐ型半導体層は、高い比抵抗を有するので、Ｐ型半導体層内で電流が均一に分散されず、前記Ｐ電極が形成された部分に電流が集中し、角部から電流が集中的に流れる問題点が生じる。電流集中は、発光領域の減少につながり、結果として発光効率を低下させる。このような問題点を解決するために、Ｐ型半導体層上に比抵抗が低い透明電極層を形成し、電流分散を図る技術が用いられる。Ｐ電極から流入した電流が透明電極層上で分散され、前記Ｐ型半導体層に流入されるので、発光ダイオードの発光領域を広くすることができる。

しかしながら、透明電極層は、光を吸収するために、その厚さが制限され、したがって、電流分散に限界があった。特に、高出力のために用いられる約１ｍｍ^２以上の大面積の発光ダイオードにおいて、透明電極層を用いた電流分散は、限界があった。

一方、前記電流は、半導体層から流れてＮ電極に抜け出る。これにより、前記Ｎ型半導体層のＮ電極が形成された部分に電流が集中する。これは、半導体層内の電流の流れが、Ｎ電極が形成された領域の近くに集中することを意味する。したがって、Ｎ型半導体層内の電流集中問題を改善することができる発光ダイオードも要求される。

本発明が解決しようとする技術的課題は、動作時に流れる電流を均一に分散させることができる発光ダイオードを提供することにある。

本発明が解決しようとする他の技術的課題は、ダイオードの角部に沿った電流の流れを防止することができる発光ダイオードを提供することにある。

上述した技術的課題を達成するために、本発明は、電流分散のための電極延長部を有する発光ダイオードを提供する。この発光ダイオードは、基板上に形成された下部半導体層、上部半導体層、及び活性層を有する。前記上部半導体層は、前記下部半導体層の周縁領域が露出されるように、前記下部半導体層の上部に設けられ、かつ、湾入部を有する。前記各湾入部は、前記下部半導体層を露出させるために前記基板の角部に時計回りまたは反時計回りに隣接した周縁領域の位置からそれぞれ対角線方向に平行に湾入される。前記湾入部は互いに離隔する端部を有する。一方、下部電極が前記基板の第１角部に対応する前記下部半導体層の露出領域上に形成され、及び上部電極が前記上部半導体層上の透明電極層上に形成される。前記下部電極から延長された下部延長部が、前記下部半導体層の露出周縁領域上及び前記湾入部により露出した前記下部半導体層の領域上に形成され、前記上部電極から延長された上部延長部が、前記透明電極層上に形成される。前記周縁領域及び前記湾入部内に形成された下部延長部によって、下部半導体層内の電流分散が改善され、前記上部延長部によって、透明電極層内の電流分散が改善される。

これに加えて、前記下部半導体層の周縁領域上に形成された下部延長部は、前記第２角部から所定の距離離隔した位置で終端されてもよい。これにより、前記第２角部から電流が集中的に流れることを防止することができる。

一方、前記上部延長部は、前記上部電極から前記透明電極層の中央部まで延長された第１上部延長部、前記中央部から前記第２角部以外の他の角部に向かってそれぞれ延長された第２、第３及び第４上部延長部を備えてもよい。これらの延長部は、前記透明電極層上に均一に配置され、前記透明電極層内の電流分散を助ける。

また、前記上部延長部は、前記第１乃至第４上部延長部からそれぞれ前記湾入部に平行に延長された副延長部をさらに備えてもよい。

前記湾入部の端部は、それらに隣接した第１乃至第４上部延長部から同一の距離離隔されてもよい。これにより、半導体層内で垂直方向に電流が均一に分散されて流れることができる。

一方、前記透明電極層は、前記基板の第２角部に対応する前記上部半導体層の角部を露出させる開口部を有してもよい。この際、前記上部電極は、前記開口部を覆う。これにより、前記上部電極が形成された部分に隣接した角部から電流が集中して流れることをさらに防止することができる。

前記第１角部と前記第２角部は、互いに対向する角部であっても、隣接した角部であってもよい。前記第１角部に形成された下部電極が下部延長部により周縁に延長されるので、下部電極を形成する位置の重要性が減少される。但し、前記下部電極と上部電極は、それぞれ相違した角部に形成される。

一方、前記第１及び第２角部以外の他の角部に、それぞれ他の下部電極及び他の上部電極が形成されてもよい。

本発明によると、動作時に流れる電流を均一に分散させることができ、発光効率を向上させるために角部からの集中的な電流の流れを防止できる発光ダイオードを提供することができる。また、下部延長部及び上部延長部を回転対称構造で配置し、電流分散を最大化することができる。

本発明の一実施形態に係る電流分散のための電極延長部を有する発光ダイオードを説明するための平面図である。 図１のＡ‐Ａ線による断面図である。 本発明の他の実施形態に係る電流分散のための電極延長部を有する発光ダイオードを説明するための平面図である。

以下、添付した図面に基づき、本発明の実施形態について詳述する。以下に紹介される実施形態は、本発明の思想を当業者に充分伝達するために、例として提供されるものである。したがって、本発明は、後述する実施形態に限定されず、他の形で具体化され得る。なお、図面において、構成要素の幅、長さ、厚さ等は、説明の便宜のために誇張して表現されることもある。明細書全体にわたって、同一の参照番号は、同一の構成要素を示す。

図１は、本発明の一実施形態に係る電流分散のための電極延長部を有する発光ダイオードを説明するための平面図であり、図２は、図１のＡ‐Ａ線による断面図である。

図１及び図２を参照すると、基板１１上に第１導電型下部半導体層１３が設けられる。前記基板１１は、特に限定されず、サファイア基板であってもよい。

前記下部半導体層１３の上部に第２導電型上部半導体層１７設けられる。前記上部半導体層１７は、前記下部半導体層１３の周縁領域が露出するように、下部半導体層１３の周縁で取り囲まれた領域内に設けられる。一方、上部半導体層１７は、前記下部半導体層を露出させるために、前記基板の角部に隣接した位置から、それぞれ対角線方向に平行に湾入された湾入部１８ａ〜１８ｄを有する。前記湾入部は、図１に示すように、基板の各角部に反時計回りに隣接した位置から湾入されてもよいが、これに限定されるものではなく、時計回りに隣接した位置から湾入されてもよい。

前記上部半導体層の各領域が他の領域から分離しないように、前記各湾入部の端部は互いに離隔される。また、前記湾入部は、同一の大きさ及び形状で形成され、回転対称形状に配置されてもよい。前記湾入部は、対角線と交わらない所定の長さを有し、前記各湾入部の端部は、それらに隣接した対角線から同一の距離だけ離隔されてもよい。

更に、活性層１５が前記下部半導体層１３と前記上部半導体層１７との間に配置される。活性層１５は、上部半導体層１７の下方に設けられ、前記下部半導体層１３の周縁領域及び前記湾入部１８ａ〜１８ｄに対応する前記下部半導体層の領域を露出している。

前記下部半導体層１３、活性層１５、及び上部半導体層１７は、半導体化合物、すなわち、（Ｂ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ｎを基にする窒化ガリウムで形成されてもよい。前記活性層１５は、例えば、紫外光または青色光といった要求される波長の光を発するように、成分及び組成比が決定される。下部半導体層１３及び上部半導体層１７は、前記活性層１５に比べてバンドギャップの大きな材料で形成される。

前記下部半導体層１３及び／または上部半導体層１７は、図２に示すように、単層構造で形成されてもよいし、多層構造で形成されてもよい。また、活性層１５は、単一量子井戸構造または多重量子井戸構造を有してもよい。また、バッファ層（図示せず）が前記基板１１と下部半導体層１３との間に配置されてもよい。前記バッファ層は、前記基板１１と前記下部半導体層１３間における格子不整合を緩和するために採用される。

前記半導体層１３、１５、１７は、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）または分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）を用いて形成されてもよく、フォトリソグラフィー及びエッチング工程によって、前記下部半導体層１３の領域が露出するようにパターニングされてもよい。

下部電極２１は、前記基板１１の第１角部（図面で左下角）の前記下部半導体層１３の露出部分上に設けられる。一方、上部半導体層１７上に透明電極層１９が形成され、上部電極３１が前記基板の第２角部（図面で左上角）の前記透明電極層上に設けられる。

前記下部半導体層の前記露出した周縁領域上に形成された第１下部延長部２３及び前記各湾入部により露出された前記下部半導体層の領域上に形成された第２下部延長部２５ａ〜２５ｄが、前記下部電極２１から延長される。前記第１下部延長部２３は、前記下部電極２１から両側の周縁領域に延長され、前記各第２下部延長部は、前記第１下部延長部２３から前記各湾入部内に延長される。前記下部電極及び下部延長部は、同一の物質及び同一の工程を通じて同時に形成されてもよい。例えば、前記下部半導体層がＮ型である場合、前記下部電極及び下部延長部は、リフトオフ技術を用いてＴｉ／Ａｌで形成されてもよい。

一方、前記下部電極２１から両側の周縁領域に延長された前記第１下部延長部２３は、前記第２角部から所定の距離離隔した位置で終端されてもよい。これにより、前記上部電極３１から前記下部延長部２３に電流が集中して流れることを防止し、特に、第２角部から電流が集中して流れることを防止するように、前記上部電極３１と前記第一下部延長部が終端された位置は、相互に離隔される。

前記透明電極層１９は、前記基板の第２角部に対応する前記上部半導体層１７の角部を露出する開口部を有してもよい。この場合、前記上部電極３１は、前記開口部を覆い、かつ前記上部半導体層１７と接触する。

一般に、透明電極層１９は、光透過率を有するインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）またはＮｉ／Ａｕで形成され、かつ接触抵抗を低くするために上部半導体層にオーム接触される。一方、上部電極３１は、光透過率を有さず、また上部半導体層にオーム接触されない。上部電極３１を直接上部半導体層１７に接触することにより、上部電極３１の下方に電流が流れることを防ぐことができる。これにより、発生した光が上部電極３１によって吸収されて損失することを防ぐことができる。これに加えて、上部半導体層１７の角部で上部電極３１が上部半導体層１７と接触することにより、角部に沿って電流が集中的に流れることを防止し、結果として電流分散が高められる。

一方、上部延長部は前記透明電極層１９上に形成され、前記上部電極３１から延長される。前記上部電極及び前記上部延長部は、同一の物質及び同一の工程により形成されてもよい。上部延長部は、前記上部電極から透明電極層の中央部まで延長された第１上部延長部３３ａ、及び前記中央部から前記第２角部以外の他の角部に向かって、それぞれ延長された第２、第３及び第４上部延長部３３ｂ〜３３ｄを含んでもよい。

これに加えて、図１に示すように、副延長部３５ａ〜３５ｄが、それぞれ前記第１乃至第４上部延長部３３ａ〜３３ｄから、前記湾入部に平行に延長されてもよい。前記各湾入部が前記副延長部と前記第１乃至第４上部延長部との間に配置される。この時、前記各湾入部内に形成された各第２下部延長部が、前記副延長部と前記上部延長部との中央の領域に配置されるように、前記第２下部延長部、上部延長部、及び副延長部を形成してもよい。

これにより、前記各上部延長部３３ａ〜３３ｄは、それぞれ各湾入部内に形成された第２下部延長部２５ａ〜２５ｄのいずれか一つと平行に形成される。電流は、前記上部延長部及び副延長部を通じて透明電極層１９内に均一に分散され、均一に分散された電流が、前記下部延長部２３、２５ａ〜２５ｄに向かって前記半導体層１３、１５、１７を均一に通過する。

本実施形態においては、前記第１角部と第２角部が互いに隣接した位置にあるものと図示及び説明しているが、これらは、互いに対応する角部であってもよい。

図３は、本発明の他の実施形態に係る電流分散のための電極延長部を有する発光ダイオードを説明するための平面図である。

図３を参照すると、前記発光ダイオードは、図１及び図２を参照して説明した発光ダイオードの第１及び第２角部以外の他の角部にそれぞれ形成された下部電極４１及び上部電極５１を備える。前記下部電極４１は、下部電極２１と同一の工程により形成され、前記上部電極５１は、上部電極３１と同一の工程により形成されてもよい。また、前記透明電極層１９は、上部半導体層１７の角部を露出させる開口部を有することもでき、前記開口部は上部電極５１で覆われることもできる。

本実施形態においては、下部電極２１、４１及び上部電極３１、５１がそれぞれ隣接した角部に形成されるように図示されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、同一の電極が互いに対応する角部に形成されてもよい。この場合、各下部電極からそれぞれ延長された各第１下部延長部２３は、上部電極が形成された角部で終端されてもよい。

本実施形態によると、下部電極及び上部電極を形成するために、発光領域が減少するという短所があるが、２つの下部電極と２つの上部電極との組合せによりボンディングワイヤを連結するためのパッド数を増加させることができ、更に角部から電流が集中して流れることを防止することができる。

Claims (8)

1. 基板上に形成された下部半導体層と、
   前記下部半導体層の周縁領域が露出されるように前記下部半導体層の上部に設けられ、前記下部半導体層を露出させるために前記基板の各角部に時計回りまたは反時計回りに隣接した周縁領域の位置からそれぞれ対角線方向に平行に湾入されて端部が互いに離隔した湾入部を有する上部半導体層と、
   前記下部半導体層と前記上部半導体層との間に配置された活性層と、
   前記基板の第１角部に対応する前記下部半導体層の露出領域上に形成された下部電極と、
   前記上部半導体層上に形成された透明電極層と、
   前記基板の第２角部に対応する前記透明電極層上に形成された上部電極と、
   前記下部電極から延長され前記下部半導体層の露出周縁領域上及び前記湾入部により露出した前記下部半導体層の領域上に形成された下部延長部と、
   前記透明電極層上に形成されかつ前記上部電極から延長された上部延長部と、を備えることを特徴とする発光ダイオード。
2. 前記下部半導体層の周縁領域上に形成された下部延長部は、前記第２角部から所定の距離離隔した位置で終端されることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
3. 前記上部延長部は、前記上部電極から前記透明電極層の中央部まで延長された第１上部延長部と、前記中央部から前記第２角部以外の他の角部に向かってそれぞれ延長された第２、第３、第４上部延長部とを備えることを特徴とする請求項２に記載の発光ダイオード。
4. 前記上部延長部は、前記第１乃至第４上部延長部からそれぞれ前記湾入部に平行に延長された副延長部をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の発光ダイオード。
5. 前記湾入部の端部は、それらに隣接した前記第１乃至第４上部延長部から同一の距離離隔されていることを特徴とする請求項４に記載の発光ダイオード。
6. 前記透明電極層は、前記基板の第２角部に対応する前記上部半導体層の角部を露出させる開口部を有し、前記上部電極は前記開口部を覆うことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
7. 前記第１角部と前記第２角部は、互いに隣接することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
8. 前記第１及び第２角部に対向する角部に形成された他の下部電極及び他の上部電極をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の発光ダイオード。
   
   

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