KR101037987B1 - Light emitting diode having the electrode pattern - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 발광 소자에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전류 흐름을 균일하게 분산시켜 발광 효율을 향상시키는 전극 구조를 구비하는 반도체 발광 소자(Light Emitting Diode)에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
최근 반도체 발광소자기술은 조명광원으로서의 적용이 고려가 되어 질 만큼 획기적으로 발전되어 왔다. 하지만, 반도체 발광소자가 백열 조명원들을 대체하기 위해서는, 반도체 발광소자 자체의 신뢰성, 낮은 소비전력 및 낮은 제조비용을 유지하면서도 대면적 및 고휘도 출력을 제공해야 하는데, 많은 연구소와 기업들이 이러한 문제점들에 어려움을 겪고 있다. In recent years, the semiconductor light emitting device technology has been greatly developed so that the application as an illumination light source is considered. However, in order for semiconductor light emitting devices to replace incandescent lighting sources, it is necessary to provide large area and high brightness output while maintaining the reliability, low power consumption, and low manufacturing cost of the semiconductor light emitting devices themselves. I'm having a hard time.
특히, 안정적인 조명산업의 진입을 위해서는 대면적화가 필수적으로 요구되지만 칩 사이즈가 커지는 만큼, 전체 구조에 걸쳐 전류를 균일하게 유포할 수 없다는 제약요소를 가지고 있다. In particular, large area is required to enter the stable lighting industry, but as the chip size increases, there is a constraint that current cannot be uniformly distributed throughout the entire structure.
불균일하게 주입된 전류는 반도체 발광소자 칩 상의 특정 부분들에 축적되어, 입수가능한 발광 반도전성 재료의 효율적인 사용을 방해한다. 이 현상은 보통 "전류혼잡화(Current crowding)"라고 한다. 전류혼잡화는 전하운반자들이 최소저항의 경로를 이동하는 경향 때문에 반도체 발광소자 칩의 전기접촉들의 끝단들에서 발생하는 경향이 있다. Unevenly injected current accumulates in certain portions on the semiconductor light emitting device chip, preventing the efficient use of available light emitting semiconducting materials. This phenomenon is commonly referred to as "current crowding." Current congestion tends to occur at the ends of the electrical contacts of the semiconductor light emitting device chip because charge carriers tend to travel the path of least resistance.
전류 혼잡화는 또한 전류를 받아들이고 퍼뜨리는 영역들의 각각에 대한 용량에 의존하는 전기접촉들의 임의 영역들에서도 발생된다. 전류혼잡화는 반도체 발광소자 칩 상에 밝은 부분들과 어두운 부분들을 갖는 불안정한 광선속이 되게 한다. 전류혼잡화는 또한 더 많은 전류가 반도체 발광소자 칩에 주입되는 것이 필요하게 하고, 이는 소비전력이 높아지게 함과 동시에, 반도체 발광소자 칩에 절연파괴를 일으킬 수 있다. 그 결과, 광은 효율적으로 방출되지 않고, 소비전력은 커질 수밖에 없다. Current congestion also occurs in any regions of electrical contacts that depend on the capacitance for each of the regions that receive and spread current. Current congestion causes unstable beams of light and dark portions on the semiconductor light emitting device chip. Current congestion also requires more current to be injected into the semiconductor light emitting device chip, which leads to higher power consumption and can cause dielectric breakdown in the semiconductor light emitting device chip. As a result, light is not emitted efficiently, and power consumption is inevitably high.
더욱이, 현재 입수 가능한 더 큰 크기의 반도체 발광소자 칩들은 그것의 제한된 전력과 제한된 광선속출력에 추가로 기여하는 부가적인 제약요소들을 가지고 있다. 이러한 제약요소에는 비효율적인 열소산, 부족한 광학적 향상구조, 및 기기구조 내에서의 높은 광재흡수를 일으키는 제한된 수의 발광영역들을 포함한다. Moreover, the larger size semiconductor light emitting chip currently available has additional constraints that further contribute to its limited power and limited luminous flux output. Such constraints include a limited number of light emitting regions that result in inefficient heat dissipation, poor optical enhancement structure, and high slag absorption within the device structure.
그러므로, 고출력(high power), 고광선속(high luminous flux)의 LED칩들을 개발하기 위해서는 전류혼잡화를 최소화 시킬 수 있는 전극 패턴 설계가 필수적으로 요구된다.Therefore, in order to develop LED chips of high power and high luminous flux, an electrode pattern design that can minimize current congestion is essential.
도 1 은 종래 기술에 따른 개선된 전극 패턴 구조를 갖는 발광 소자의 일 예를 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 종래 기술은 P형 전극(10)이 기판의 최외곽 변을 따라서 둘러져 있고, 그 내부에 P형 전극(10)으로부터 뻗어지는 가지 전극(12)과 N형 전극(20)이 핑거 구조로 배치하여 발광 면을 분할함으로써, 대면적으로 이루어진 발광면을 낮은 전압으로 구동시킬 수 있다. 그러나, 종래에 비하여 개선된 전극 패턴 구조를 갖는 도 1 에 도시된 종래기술의 경우에도, 전류를 발광 소자 전체적으로 균일하게 공급하기에는 한계가 존재하였다.1 is a view showing an example of a light emitting device having an improved electrode pattern structure according to the prior art. In the prior art illustrated in FIG. 1, the P-
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 발광 소자의 전체 영역으로 전류를 균일하게 분산시킬 수 있는 전극 패턴을 구비하는 발광 소자를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a light emitting device having an electrode pattern capable of uniformly distributing a current to the entire region of the light emitting device.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 발광 소자의 전체 영역으로 전류를 균일하게 분산시킬 수 있으면서도, 전류혼잡화를 최소화 시킬 수 있는 전극 패턴을 구비하는 발광 소자를 제공하는 것이다.In addition, another problem to be solved by the present invention is to provide a light emitting device having an electrode pattern capable of uniformly distributing the current to the entire area of the light emitting device, while minimizing current congestion.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예는, 기판; 기판상에 형성된 제 1 도전형 반도체층; 제 1 도전형 반도체층의 소정 영역 위에 형성된 활성층; 활성층에 형성된 제 2 도전형 반도체층; 제 2 도전형 반도체층에 형성된 투명 전극층; 제 1 도전형 반도체층위에, 서로 분리되고 서로 대향하도록 형성된 한 쌍의 제 1 도전형 전극 패드; 한 쌍의 제 1 도전형 전극 패드와 연결되도록 제 1 도전형 반도체층위에 각각 형성된 한 쌍의 제 1 도전형 전극; 투명 전극층 위의, 제 1 도전형 전극 패드가 설치되지 않은 변에, 서로 분리되고 서로 대향하도록 형성된 한 쌍의 제 2 도전형 전극 패드; 및 한 쌍의 제 2 도전형 전극 패드와 연결되도록 제 2 도전형 반도체층위에 각각 형성된 한 쌍의 제 2 도전형 전극을 포함하고, 한 쌍의 제 1 도전형 전극은 제 1 도전형 전극 패드로부터 원주 방향으로 인출되도록 형성된 제 1 주전극을 포함하고, 한 쌍의 제 2 도전형 전극은 제 2 도전형 전극 패드로부터 원주 방향으로 인출되고, 기판의 중심으로부터 제 1 주전극보다 바깥쪽에 형성된 제 2 주전극을 포함한다.A preferred embodiment of the present invention for solving the above problems is a substrate; A first conductivity type semiconductor layer formed on the substrate; An active layer formed on a predetermined region of the first conductivity type semiconductor layer; A second conductivity type semiconductor layer formed on the active layer; A transparent electrode layer formed on the second conductive semiconductor layer; A pair of first conductive electrode pads separated from each other and formed to face each other on the first conductive semiconductor layer; A pair of first conductivity type electrodes respectively formed on the first conductivity type semiconductor layer to be connected to the pair of first conductivity type electrode pads; A pair of second conductive electrode pads separated from each other and formed to face each other on a side where the first conductive electrode pad is not provided on the transparent electrode layer; And a pair of second conductivity type electrodes respectively formed on the second conductivity type semiconductor layer to be connected to the pair of second conductivity type electrode pads, wherein the pair of first conductivity type electrodes are formed from the first conductivity type electrode pad. A first main electrode formed to be drawn in the circumferential direction, wherein the pair of second conductive electrodes are drawn out in the circumferential direction from the second conductive electrode pad, and a second formed outward from the first main electrode from the center of the substrate It includes a main electrode.
또한, 전술한 발광소자에서 한 쌍의 제 1 도전형 전극은, 제 1 도전형 전극 패드로부터 기판의 경계 방향으로 인출되어 제 2 주전극 사이에 위치하도록 형성된 경계 방향 전극을 더 포함할 수 있다.In addition, in the above-described light emitting device, the pair of first conductivity type electrodes may further include a boundary direction electrode formed to be drawn out from the first conductivity type electrode pad in the boundary direction of the substrate and positioned between the second main electrodes.
또한, 전술한 발광 소자에서 한 쌍의 제 2 도전형 전극은, 제 2 도전형 전극 패드로부터 기판의 중심 방향으로 인출되어 제 1 주전극 사이에 위치하도록 형성된 중심 방향 전극을 더 포함할 수 있다.In addition, in the above-described light emitting device, the pair of second conductivity type electrodes may further include a center direction electrode formed to be drawn from the second conductivity type electrode pad in the center direction of the substrate and positioned between the first main electrodes.
또한, 전술한 발광 소자에서 한 쌍의 제 2 도전형 전극은, 중심 방향 전극의 말단으로부터 원주 방향으로 인출되도록 형성된 분기 전극을 더 포함할 수 있다.In addition, in the above-described light emitting device, the pair of second conductivity type electrodes may further include branch electrodes formed to be led out from the end of the center direction electrode in the circumferential direction.
또한, 전술한 발광 소자에서, 제 1 도전형 전극은 제 2 도전형 전극과 분기 전극 사이에 개재될 수 있다.In addition, in the above-described light emitting device, the first conductivity type electrode may be interposed between the second conductivity type electrode and the branch electrode.
또한, 전술한 발광 소자에서, 분기 전극과 중심 방향 전극이 형성하는 예각은 90보다 큰 것이 바람직하다.In the above-described light emitting device, the acute angle formed by the branch electrode and the center direction electrode is preferably larger than 90.
또한, 전술한 발광 소자에서, 기판은 사각형이고, 제 2 도전형 전극은 제 2 주전극으로부터 기판의 모서리 방향으로 연장된 모서리 방향 전극을 더 포함할 수 있다.In addition, in the above-described light emitting device, the substrate is rectangular, and the second conductivity type electrode may further include an edge electrode extending from the second main electrode in the edge direction of the substrate.
또한, 전술한 발광 소자에서, 제 2 도전형 전극은 복수의 직선형 서브 전극들이 연결되어 구성되고, 직선형 서브 전극들이 연결되어 형성하는 예각은 90도 보다 큰 것이 바람직하다.Also, in the above-described light emitting device, the second conductive electrode is configured by connecting a plurality of linear sub-electrodes, and the acute angle formed by connecting the linear sub-electrodes is preferably greater than 90 degrees.
또한, 전술한 발광 소자에서, 제 1 도전형 전극은 복수의 직선형 서브 전극들이 연결되어 구성되고, 서브 전극들이 연결되어 형성하는 예각은 90도 보다 큰 것이 바람직하다.In addition, in the above-described light emitting device, it is preferable that the first conductive type electrode is formed by connecting a plurality of linear sub electrodes, and the acute angle formed by connecting the sub electrodes is larger than 90 degrees.
또한, 제 1 주전극 및 제 2 주전극은 동일한 곡률을 갖는 것일 수 있다.In addition, the first main electrode and the second main electrode may have the same curvature.
본 발명은 사각형의 기판위에 한 쌍의 제 1 도전형 전극 패드와 한 쌍의 제 2 도전형 전극 패드가 서로 서로 대향하도록 배치하고, 각 전극 패드로부터 인출된 전극이 원주 방향으로 형성되도록 함으로써, 기판 전체에 균일하게 전류를 공급할 수 있다. According to the present invention, a pair of first conductive electrode pads and a pair of second conductive electrode pads are disposed to face each other on a quadrangular substrate, and the electrodes drawn from the electrode pads are formed in the circumferential direction. Current can be supplied uniformly throughout.
또한, 본 발명은 각 전극이 연결됨으로써 형성되는 각을 90도보다 크도록 형성함으로써, 전류혼잡화를 최소화하였다.In addition, the present invention minimizes current congestion by forming an angle formed by connecting each electrode to be greater than 90 degrees.
이러한 특징으로 인해서, 본 발명은 발광소자의 전류의 집중 현상을 최소화하고 전류의 흐름을 균일하게 분산시켜 유효발광면적을 극대화하여, 질화물계 반도체 발광소자의 휘도 특성 및 광추출 효율을 향상시킴과 동시에 소자의 특성과 신뢰성을 개선함으로써, 불균일한 전류분포로 인해 발생하는 조기 광 포화문제를 비롯하여 국부적인 광분포와 그에 따른 발열현상, 높은 동작전압과 소비전력 등의 문제점을 해결하였다.Due to this feature, the present invention minimizes the concentration of current in the light emitting device and uniformly distributes the flow of current to maximize the effective light emitting area, thereby improving the luminance characteristics and light extraction efficiency of the nitride-based semiconductor light emitting device. By improving the characteristics and reliability of the device, we solved the problems of premature light saturation caused by uneven current distribution, local light distribution and subsequent heat generation, high operating voltage and power consumption.
도 1 은 종래 기술에 따른 개선된 전극 패턴 구조를 갖는 발광 소자의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 발광 소자의 전극 패턴을 도시하는 도면이고, 도 3은 도 2의 I-I'선을 따라서 절단하여 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 발광 소자의 전극 패턴을 도시하는 도면이다.
도 5a는 종래 기술과 본 발명의 전류 대 전압 특성을 나타내는 그래프이고, 도 5b는 대면적 동작 전류 350mA에서의 종래 기술과 본 발명의 전류 대 전압 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 전류 주입에 따른 최대 전류 밀도 변화 그래프이다.1 is a view showing an example of a light emitting device having an improved electrode pattern structure according to the prior art.
FIG. 2 is a diagram illustrating an electrode pattern of a light emitting device according to a first exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 2.
4 is a diagram showing an electrode pattern of a light emitting device according to a second preferred embodiment of the present invention.
FIG. 5A is a graph showing current versus voltage characteristics of the prior art and the present invention, and FIG. 5B is a graph showing current versus voltage characteristics of the prior art and the present invention at a large area operating current of 350 mA.
6 is a graph showing the maximum current density change according to the current injection.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 발광 소자의 전극 패턴을 도시하는 도면이고, 도 3은 도 2의 I-I'선을 따라서 절단하여 나타낸 단면도이다. FIG. 2 is a diagram illustrating an electrode pattern of a light emitting device according to a first exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 2.
도 2 및 도 3을 참조하면, 기판(300) 상에 버퍼층(310)과 제 1 도전형 질화물 반도체층(320)이 순차 적층되어 있고, 제 1 도전형 반도체층(320)의 일부 영역(제 1 도전형 반도체층(320) 위에 제 1 도전형 전극(360)을 형성하기 위해서 식각되어 드러난 영역을 제외한 영역) 위에 활성층(330)이 형성되어 있고, 활성층(330) 위에 제 2 도전형 반도체층(340) 및 투명 전극층(350)이 순차적으로 형성되어 있으며, 투명 전극층(350) 위에 제 2 도전형 전극(370)이 형성되어 있다.2 and 3, a
이하에서는, 설명의 편의를 위하여 제 1 도전형을 N형으로, 제 2 도전형을 P형으로 설정하여 설명한다. 실시예에 따라서는 제 1 도전형이 P형, 제 2 도전형이 N형으로 설정될 수도 있음은 물론이다.In the following description, the first conductivity type is set to N type and the second conductivity type is set to P type for convenience of explanation. According to the exemplary embodiment, the first conductivity type may be set to P type and the second conductivity type to N type.
기판(300)은, 질화물 반도체 단결정을 성장시키기에 적합한 기판으로서, 바람직하게, 사파이어를 포함하는 투명한 재료를 이용하여 형성되며. 사파이어 이외에, 기판(300)은 징크 옥사이드(zinc oxide, ZnO), 갈륨 나이트라이드(galliumnitride, GaN), 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC) 및 알루미늄 나이트라이드(AlN)로 형성될 수 있다.The
버퍼층(310)은, 기판(300) 상에 n형 질화물 반도체층(320)을 성장시키기 전에 사파이어 기판(300)과의 격자정합을 향상시키기 위한 층으로, 일반적으로 AlN/GaN으로 형성되어 있다. The
n형 질화물 반도체층(320)은 n형 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 이루어질 수 있으며, n형 도전형 불순물로는 예를 들어, Si, Ge, Sn 등을 사용하고, 바람직하게는 Si를 주로 사용한다.The n-type
활성층(330)은 다중 양자우물(Multi-Quantum Well) 구조의 InGaN/GaN층으로 이루어질 수 있고, n형 질화물 반도체층(320)에서 유입된 전자와 p형 질화물 반도체층(340)에서 유입된 정공이 결합하여 빛을 생성시킨다.The
p형 질화물 반도체층(340)은 p형 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 이루어질 수 있으며, p형 도전형 불순물로는 예를 들어, Mg, Zn, Be 등을 사용하고, 바람직하게는 Mg를 주로 사용한다.The p-type
투명 전극층(350)은 종래에 투명 전극층을 형성하기 위해서 이용되는 모든 물질이 이용될 수 있으나, 본 발명의 바람직한 실시예는 ITO(IndiumTin Oxide) 물질을 이용하여 투명 전극층을 형성한다.As the
한편, 이하 제 1 도전형 전극(n형 전극) 및 제 2 도전형 전극(p형 전극)의 패턴을 설명한다.In addition, the pattern of a 1st conductivity type electrode (n-type electrode) and a 2nd conductivity type electrode (p-type electrode) is demonstrated below.
먼저, n형 반도체층(320) 위에 서로 분리되고, 서로 대향하도록, 한 쌍의 n형 전극 패드(360p)(제 1 n형 전극 패드(도면의 상부에 위치) 및 제 2 n형 전극 패드(도면의 하부에 위치))가 형성된다. 본 발명의 실시예에서, 기판(300)은 사각형태로 구현되고, 한 쌍의 n형 전극 패드(360p)는 서로 마주보는 변의 중앙에 위치하여 서로 대칭되는 위치에 설치된다. 또한, 제 1 n형 전극 패드(도 3의 상부에 위치)와 연결된 n형 전극은 제 2 n형 전극 패드(도 3의 하부에 위치)와 연결된 n형 전극과 서로 대칭이 되도록 형성된다. First, a pair of n-type electrode pads 360p (a first n-type electrode pad (located at the top of the figure) and a second n-type electrode pad (separated from each other on the n-
따라서, 설명의 편의를 위해서, 도 3의 상부에 설치된 n형 전극의 구조만을 설명하면, n형 전극 패드(360p)와 연결되는 n형 전극은 제 1 주전극(360-1)과 경계 방향 전극(360-2)으로 구성되고, 제 1 주전극(360-1)은 각각의 n형 전극 패드(360p)로부터 원주 방향으로 인출되도록 형성된다. 제 1 주전극(360-1)은 동일한 곡률을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 경계 방향 전극(360-2)은 n형 전극 패드(360p)로부터 기판의 경계 방향(사각형의 기판의 변에 수직하는 방향으로서, 기판의 중심과 반대되는 방향)으로 인출되도록 형성된다.Therefore, for convenience of description, only the structure of the n-type electrode provided in the upper portion of FIG. 3 will be described. The n-type electrode connected to the n-type electrode pad 360p may have a boundary between the first main electrode 360-1 and the boundary direction electrode. And the first main electrode 360-1 is formed to be drawn out from the respective n-type electrode pads 360p in the circumferential direction. The first main electrode 360-1 may be formed to have the same curvature. In addition, the boundary direction electrode 360-2 is formed to be drawn out from the n-type electrode pad 360p in the boundary direction of the substrate (a direction perpendicular to the sides of the rectangular substrate and opposite to the center of the substrate).
한편, 투명 전극층(350) 위에는 n형 전극 패드(360p)가 설치되지 않은 변에, 서로 분리되고 서로 대향하도록 한 쌍의 p형 전극 패드(370p)(제 1 p형 전극 패드(도면의 우측에 위치함) 및 제 2 p형 전극 패드(도면의 좌측에 위치함))가 형성된다. 또한, 제 1 p형 전극 패드(도 3의 우측에 위치함)와 연결된 p형 전극은 제 2 p형 전극 패드(도 3의 좌측에 위치함)와 연결된 p형 전극과 서로 대칭이 되도록 형성된다. On the other hand, on the side where the n-type electrode pad 360p is not provided on the
따라서, 설명의 편의를 위하여 도 3의 우측에 도시된 하나의 p형 전극의 구조만을 설명하면, p형 전극은 제 2 주전극(370-1), 중심 방향 전극(370-2), 분기 전극(370-3), 및 모서리 방향 전극(370-4)으로 구성된다.Therefore, for the convenience of description, only the structure of one p-type electrode illustrated on the right side of FIG. 3 will be described. The p-type electrode includes the second main electrode 370-1, the center direction electrode 370-2, and the branch electrode. 370-3, and the edge direction electrode 370-4.
제 2 주전극(370-1)은 제 p형 전극 패드(370p)로부터 원주 방향으로 인출되도록 형성되고, 기판(300)의 중심으로부터 제 1 주전극(360-1)보다 바깥쪽에 형성된다. 제 2 주전극(370-1)이 형성되면, 상술한 경계 방향 전극(360-2)은 서로 대칭되는 한 쌍의 제 2 주전극(370-1) 사이에 위치하게 된다.The second main electrode 370-1 is formed to be drawn out from the p-type electrode pad 370p in the circumferential direction, and is formed outside the first main electrode 360-1 from the center of the
서로 대칭되는 한 쌍의 중심 방향 전극(370-2)은 p형 전극 패드(370p)로부터 기판의 중심 방향으로 인출되어 상기 제 1 주전극(360-1) 사이에 위치하도록 형성되고, 중심 방향 전극(370-2)의 말단에는 분기 전극(370-3)이 연결된다. 분기 전극(370-3)은 중심 방향 전극(370-2)의 말단으로부터 원주 방향으로 형성된다. 분기 전극(370-3)은 제 1 주전극(360-1) 및 제 2 주전극(370-1)과 동일한 곡률을 갖도록 형성되는 것이 바람직하고, 분기 전극(370-3)이 형성되면 제 1 주전극(360-1)은 제 2 주전극(370-1)과 분기 전극(370-3) 사이에 개재된다.The pair of central direction electrodes 370-2, which are symmetrical to each other, are formed to be drawn out from the p-type electrode pad 370p in the center direction of the substrate and positioned between the first main electrodes 360-1. The branch electrode 370-3 is connected to the end of 370-2. The branch electrode 370-3 is formed in the circumferential direction from the end of the center direction electrode 370-2. The branch electrode 370-3 is preferably formed to have the same curvature as the first main electrode 360-1 and the second main electrode 370-1, and when the branch electrode 370-3 is formed, the first electrode 370-3 is formed. The main electrode 360-1 is interposed between the second main electrode 370-1 and the branch electrode 370-3.
한편, 발광 소자의 모서리 영역에 전류를 공급하기 위해서, 모서리 방향 전극(370-4)을 형성한다. 모서리 방향 전극(370-4)은 제 2 주전극(370-1)으로부터 모서리 방향으로 연장되어 형성된다. 모서리 방향 전극(370-4)은 제 2 주전극(370-1)의 법선 방향으로 형성될 수 있다.On the other hand, in order to supply a current to the corner region of the light emitting element, the corner electrode 370-4 is formed. The corner electrode 370-4 extends from the second main electrode 370-1 in the corner direction. The corner electrode 370-4 may be formed in the normal direction of the second main electrode 370-1.
지금까지 제 1 실시예에 따른 전극 패턴이 형성된 발광 소자를 설명하였다. 상술한 제 1 실시예의 경우에 종래 기술에 비하여 발광 소자 전체에 균일하게 전류를 공급할 수 있어 종래기술에 비하여 현저히 개선된 효과를 나타낸다. 다만, 제 2 주전극(370-1)과 중심 방향 전극(370-2)간에 예각이 형성되어 해당 부분에서 다른 부분에 비하여 전류 혼잡화가 발생할 수 있다. The light emitting device having the electrode pattern according to the first embodiment has been described so far. In the case of the first embodiment described above, a current can be uniformly supplied to the entire light emitting device as compared with the prior art, and thus, a markedly improved effect is obtained compared with the prior art. However, since an acute angle is formed between the second main electrode 370-1 and the center direction electrode 370-2, current congestion may occur in the corresponding portion compared to other portions.
이러한 문제를 개선하기 위해서, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에서는 도 4에 도시된 바와 같이, 제 2 주전극(470-1)을 직선으로 구성하고, 제 2 주전극(470-1)과 중심 방향 전극(470-2)이 형성하는 각, 및 중심 방향 전극(470-2)과 분기 전극(470-3)이 결합되는 연결부에서 각 전극들이 형성하는 각을 90도보다 크도록 각 전극들을 형성하였다. 또한, 제 1 주전극(460-1)이 제 2 주전극(470-1)과 분기 전극(470-3)과 일정한 간격이 유지되도록 제 1 주전극(460-1)을 직선 형태로 변형하였다.In order to solve this problem, in the second preferred embodiment of the present invention, as shown in FIG. 4, the second main electrode 470-1 is formed in a straight line, and the second main electrode 470-1 is centered. Each electrode is formed such that the angle formed by the direction electrode 470-2 and the angle formed by the electrodes at the connection portion where the center direction electrode 470-2 and the branch electrode 470-3 are coupled are greater than 90 degrees. It was. In addition, the first main electrode 460-1 is deformed in a straight line shape so that the first main electrode 460-1 maintains a constant distance from the second main electrode 470-1 and the branch electrode 470-3. .
도 4는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 발광 소자의 전극 패턴을 도시하는 도면이다. 4 is a diagram showing an electrode pattern of a light emitting device according to a second preferred embodiment of the present invention.
제 2 실시예는 전극의 구조만이 제 1 실시예와 차이가 있으므로, 제 1 실시예와 차이점이 존재하는 전극의 패턴을 중심으로 제 2 실시예를 설명한다.Since the second embodiment differs from the first embodiment only in the structure of the electrode, the second embodiment will be described centering on the pattern of the electrode which differs from the first embodiment.
도 4를 참조하면, n형 전극 패드(460p) 및 p형 전극 패드(470p)는 제 1 실시예와 동일한 위치에 서로 대칭되도록 형성되고, n형 전극 및 p형 전극도 제 1 실시예와 마찬가지로 서로 대칭되도록 형성된다. 따라서, 아래에서는 대칭되는 전극들 중 위쪽에 형성된 n형 전극 및 오른쪽에 형성된 p형 전극 각각 하나만을 설명한다.Referring to FIG. 4, the n-type electrode pad 460p and the p-type electrode pad 470p are formed to be symmetrical with each other at the same position as in the first embodiment, and the n-type electrode and the p-type electrode are also similar to the first embodiment. It is formed to be symmetrical with each other. Accordingly, only one n-type electrode formed above and one p-type electrode formed on the right side of the symmetrical electrodes will be described below.
n형 전극은 제 1 실시예와 마찬가지로 제 1 주전극(460-1)과 경계 방향 전극(460-2)으로 구성되고, 경계 방향 전극(460-2)은 제 1 실시예와 동일하게 형성된다.As in the first embodiment, the n-type electrode is composed of the first main electrode 460-1 and the boundary electrode 460-2, and the boundary electrode 460-2 is formed in the same manner as in the first embodiment. .
제 1 주전극(460-1)은 후술하는 제 2 주전극(470-1)과 분기 전극(470-3) 사이에 개재되어 서로 일정한 거리가 유지되도록, n형 전극 패드(460p)로부터 전체적으로 원주 방향으로 인출되어 형성된다. 그러나, n형 전극 패드(460p)의 좌측 및 우측에 형성된 제 1 주전극(460-1)은 곡률을 갖지 않고, 각각 2개의 직선형 서브 전극이 결합된 형태로 형성된다.The first main electrode 460-1 is interposed between the second main electrode 470-1 and the branch electrode 470-3, which will be described later, so as to maintain a constant distance from each other. Is drawn out in the direction. However, the first main electrodes 460-1 formed on the left and right sides of the n-type electrode pad 460p do not have a curvature and are formed in a form in which two linear sub-electrodes are combined.
도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 주전극(460-1)은 n형 전극 패드(460p)로부터 수평 방향으로 인출된 직선형 전극과 비스듬히 아래쪽으로 향하는 직선형 전극이 결합된 형태이다. 제 1 주전극(460-1)은 직선형 전극들이 형성하는 예각이 90도보다 크도록 형성되고, 양 서브 전극이 형성하는 예각은 135도인 것이 가장 바람직하다.As shown in FIG. 4, the first main electrode 460-1 is a form in which a linear electrode drawn in a horizontal direction from the n-type electrode pad 460p and a straight electrode obliquely downward are coupled. The first main electrode 460-1 is formed such that the acute angles formed by the linear electrodes are greater than 90 degrees, and the acute angles formed by both sub-electrodes are 135 degrees.
한편, p형 전극은 제 1 실시예와 마찬가지로, 제 2 주전극(470-1), 중심 방향 전극(470-2), 분기 전극(470-3), 모서리 방향 전극(470-4)으로 구성되고, 제 2 주전극(470-1)은 복수의 직선형 서브 전극들이 결합된 형태로 구성된다. On the other hand, the p-type electrode is composed of the second main electrode 470-1, the center electrode 470-2, the branch electrode 470-3, and the corner electrode 470-4 similarly to the first embodiment. The second main electrode 470-1 is configured in such a manner that a plurality of linear sub-electrodes are combined.
도 4 에 도시된 예에서는, p형 전극 패드(470p) 위쪽 및 아래쪽에 각각 형성된 제 2 주전극(470-1)은 5개의 직선형 서브 전극이 결합된 형태로 형성된다. 위쪽에 형성된 전극을 예시적으로 설명하면, 첫 번째 직선형 서브 전극은 위쪽으로 수직 방향으로 형성되고, 두 번째 직선형 서브 전극은 첫 번째 서브 전극과 연결되어 위쪽으로 비스듬한 방향으로 형성된다. 이 때, 양 서브 전극이 형성하는 예각은 90도보다 크고, 135도인 것이 가장 바람직하다. 첫 번째 직선형 서브 전극의 경우에도 중심 방향 전극(470-2)과 이루는 각이 90도보다 크도록 p형 전극 패드(470p)와 맞닿는 부분은 굽어져 형성되는 것이 바람직하다. In the example shown in FIG. 4, the second main electrode 470-1 formed above and below the p-type electrode pad 470p is formed in the form of a combination of five linear sub-electrodes. As an example, an upper electrode is formed in a vertical direction upward, and a second straight sub electrode is connected to the first sub electrode in an oblique direction upward. At this time, the acute angle formed by both sub-electrodes is more preferably greater than 90 degrees and 135 degrees. Also in the case of the first straight sub-electrode, the portion contacting the p-type electrode pad 470p is preferably formed to be bent such that an angle formed with the center direction electrode 470-2 is greater than 90 degrees.
또한, 두 번째 직선형 서브 전극에는 세 번째 직선형 서브 전극이 연결되고, 세 번째 직선형 서브 전극에는 네 번째 직선형 서브 전극이, 네 번째 직선형 서브 전극에는 다섯 번째 직선형 서브 전극이 순차적으로 연결되고, 각 직선형 서브 전극이 서로 연결되어 형성된 예각은 90도보다 크며, 세 번째 직선형 서브 전극과 네 번째 직선형 서브 전극이 연결된 연결부에 모서리 방향 전극(470-4)이 함께 연결된다. 이 때, 모서리 방향 전극(470-4)과 직선형 서브 전극이 연결되어 형성된 각은 90도보다 크고, 120도인 것이 바람직하다.In addition, a third straight sub-electrode is connected to the second straight sub electrode, a fourth straight sub-electrode is connected to the third straight sub-electrode, and a fifth straight sub-electrode is sequentially connected to the fourth straight sub-electrode. An acute angle formed by connecting the electrodes to each other is greater than 90 degrees, and the edge electrodes 470-4 are connected to the connection portion where the third and fourth straight sub electrodes are connected. At this time, the angle formed by connecting the edge electrode 470-4 and the linear sub-electrode is preferably greater than 90 degrees and 120 degrees.
또한, 두 번째 직선형 서브 전극의 방향과 다섯 번째 직선형 서브 전극의 방향을 일치하는 것이 바람직하고, 이 방향은 제 1 주전극(460-1)의 방향과도 일치하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the direction of the second straight sub-electrode coincides with the direction of the fifth straight sub-electrode, and this direction also preferably coincides with the direction of the first main electrode 460-1.
한편, 중심 방향 전극(470-2)은 제 1 실시예와 동일하게 발광 소자의 중심 방향으로 형성되고, 중심 방향 전극(470-2)의 말단에서는 분기 전극(470-3)이 형성된다. 이 때, 분기 전극(470-3)은 제 2 주전극(470-1)과 유사한 형태를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.On the other hand, the center direction electrode 470-2 is formed in the center direction of the light emitting element as in the first embodiment, and the branch electrode 470-3 is formed at the end of the center direction electrode 470-2. In this case, the branch electrode 470-3 may be formed to have a shape similar to that of the second main electrode 470-1.
즉, 도 4에 도시된 예에서, 분기 전극(470-3)은 제 1 서브 전극과 제 2 서브 전극으로 구성되고, 제 1 서브 전극은 제 2 주전극(470-1)의 첫 번째 직선형 서브 전극에 대응되도록 기판의 중심쪽으로 향하다가 위쪽을 향하도록 굽은 형상으로 중심 방향 전극(470-2)의 말단에 연결되고, 제 2 서브 전극은 제 1 주전극(460-1) 및 제 2 주전극(470-1)의 두 번째 및 다섯 번째 직선형 서브 전극의 방향과 동일한 방향을 갖도록 제 1 서브 전극에 연결된다. That is, in the example shown in FIG. 4, the branch electrode 470-3 is composed of the first sub electrode and the second sub electrode, and the first sub electrode is the first straight sub of the second main electrode 470-1. It is directed toward the center of the substrate so as to correspond to the electrode and is bent upward so as to be connected to the end of the center electrode 470-2, and the second sub electrode is connected to the first main electrode 460-1 and the second main electrode. It is connected to the first sub-electrode to have the same direction as that of the second and fifth straight sub-electrodes of 470-1.
이 경우, 제 1 서브 전극의 중심 방향 전극(470-2)의 말단과 연결되는 부분이 기판의 중심으로 굽어 있으므로, 중심 방향 전극(470-2)과 제 1 서브 전극이 형성하는 각은 90도보다 크게되고, 120도 정도인 것이 바람직하다.In this case, since the portion connected to the end of the center direction electrode 470-2 of the first sub-electrode is bent toward the center of the substrate, the angle formed by the center direction electrode 470-2 and the first sub-electrode is 90 degrees. It becomes large and it is preferable that it is about 120 degree | times.
지금까지 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 구조 및 전극 패턴에 대해서 설명하였다. 아래의 표 1에서는 도 1에 도시된 종래기술의 발광 소자와, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 발광 소자에 대한 실험 결과를 기재하였다.The structure and electrode pattern of the semiconductor light emitting device according to the preferred embodiment of the present invention have been described so far. Table 1 below describes the experimental results of the light emitting device of the prior art shown in FIG. 1 and the light emitting device according to the first and second preferred embodiments of the present invention.
이 때, 종래기술과 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해서 동일한 조건으로 실험하였으며, 실험 조건을 설명하면, n-GaN 에 도핑된 불순물(Si)의 양은 
상술한 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예가 종래 기술보다 저전압에서 동작하고 전류 밀도도 낮으며, 소자의 온도도 더 낮게 나타나는 등 모든 면에서 종래기술보다 현저하게 개선된 효과를 나타내는 것을 알 수 있다.As shown in Table 1 above, the first and second embodiments of the present invention are significantly improved from the prior art in all respects, such as operating at a lower voltage, lower current density, and lower temperature of the device than the prior art. It can be seen that the effect.
도 5a는 종래 기술과 본 발명의 전류 대 전압 특성을 나타내는 그래프이고, 도 5b는 대면적 동작 전류 350mA에서의 종래 기술과 본 발명의 전류 대 전압 특성을 나타내는 그래프이다. FIG. 5A is a graph showing current versus voltage characteristics of the prior art and the present invention, and FIG. 5B is a graph showing current versus voltage characteristics of the prior art and the present invention at a large area operating current of 350 mA.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 종래기술보다 본 발명의 제 1 실시예가, 제 1 실시예보다는 제 2 실시예가 동일한 동작전류(350mA)시 낮은 구동전압을 가짐으로써 낮은 소비전력과 높은 전류주입효율, 더 긴 소자의 수명을 기대할 수 있다.5A and 5B, since the first embodiment of the present invention has a lower driving voltage at the same operating current (350 mA) than the first embodiment, the first embodiment of the present invention has a lower power consumption and a higher current injection efficiency. Longer device life can be expected.
도 6은 전류 주입에 따른 최대 전류 밀도 변화 그래프이다. 6 is a graph showing the maximum current density change according to the current injection.
일반적으로 동일한 동작 전류에서 전류의 밀도값이 커질수록 "Current crowding (전류 혼잡화)" 효과가 큰 것임을 의미하고, 소자의 국부적인 열발생 및 전류 주입효율 저하, 조기 광포화 등과 같은 문제점이 야기된다. 또한, 칩 대면적으로 이루어진 발광 면에 균일하게 전류가 분산이 되지 않아 궁극적으로는 칩의 신뢰성이 낮아지는 결과를 초래한다.In general, the larger the current density value at the same operating current, the greater the effect of "Current crowding", which causes problems such as localized heat generation, reduced current injection efficiency, and early light saturation of the device. . In addition, the current is not uniformly distributed on the light emitting surface consisting of the chip area, which ultimately results in a low reliability of the chip.
도 6에 나타난 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 발광 소자가 종래 기술에 비하여, 동일 동작전류상에서 낮은 전류 밀도를 가짐으로써 이러한 문제점을 해결함과 동시에 균일한 전류분포를 통하여 우수한 내부양자효율 및 발광특성을 유도할 수 있고, 전체 소자의 특성 및 신뢰성을 향상 시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있음을 알 수 있다.As shown in FIG. 6, the light emitting device according to the first and second embodiments of the present invention has a low current density on the same operating current as compared to the prior art, thereby solving this problem and providing a uniform current distribution. Through it can be seen that excellent internal quantum efficiency and luminous characteristics can be induced, and the effect that can improve the characteristics and reliability of the entire device can be expected.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.
*300 기판
*310 버퍼층
*320 제 1 도전형 반도체층(n형 반도체층)
*330 활성층
*340 제 2 도전형 반도체층(p형 반도체층)
*350 투명 전극층
*360-1,460-1 제 1 주전극
*360-2,460-2 경계 방향 전극
*370-1,470-1 제 2 주전극
*370-2,470-2 중심 방향 전극
*370-3,470-3 분기 전극
*370-4,470-4 모서리 방향 전극* 300 substrate
310 buffer layer
320 first conductive semiconductor layer (n-type semiconductor layer)
* 330 active layer
* 340 second conductive semiconductor layer (p-type semiconductor layer)
350 transparent electrode layer
360-1,460-1 first main electrode
360-2460-2 boundary electrode
370-1,470-1 Second main electrode
* 370-2,470-2 center direction electrode
* 370-3,470-3 branch electrode
* 370-4,470-4 corner electrode
Claims (10)
상기 기판상에 형성된 제 1 도전형 반도체층;
상기 제 1 도전형 반도체층의 소정 영역 위에 형성된 활성층;
상기 활성층에 형성된 제 2 도전형 반도체층;
상기 제 2 도전형 반도체층에 형성된 투명 전극층;
상기 제 1 도전형 반도체층위에, 서로 분리되고 서로 대향하도록 형성된 한 쌍의 제 1 도전형 전극 패드;
상기 한 쌍의 제 1 도전형 전극 패드와 연결되도록 상기 제 1 도전형 반도체층위에 각각 형성된 한 쌍의 제 1 도전형 전극;
상기 투명 전극층 위의, 상기 제 1 도전형 전극 패드가 설치되지 않은 변에, 서로 분리되고 서로 대향하도록 형성된 한 쌍의 제 2 도전형 전극 패드; 및
상기 한 쌍의 제 2 도전형 전극 패드와 연결되도록 상기 제 2 도전형 반도체층위에 각각 형성된 한 쌍의 제 2 도전형 전극을 포함하고,
상기 한 쌍의 제 1 도전형 전극은 상기 제 1 도전형 전극 패드로부터 원주 방향으로 인출되도록 형성된 제 1 주전극을 포함하고,
상기 한 쌍의 제 2 도전형 전극은 상기 제 2 도전형 전극 패드로부터 원주 방향으로 인출되고, 상기 기판의 중심으로부터 상기 제 1 주전극보다 바깥쪽에 형성된 제 2 주전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.Board;
A first conductivity type semiconductor layer formed on the substrate;
An active layer formed on a predetermined region of the first conductivity type semiconductor layer;
A second conductivity type semiconductor layer formed on the active layer;
A transparent electrode layer formed on the second conductive semiconductor layer;
A pair of first conductive electrode pads separated from each other and formed to face each other on the first conductive semiconductor layer;
A pair of first conductivity type electrodes respectively formed on the first conductivity type semiconductor layer to be connected to the pair of first conductivity type electrode pads;
A pair of second conductive electrode pads separated from each other and formed to face each other on a side where the first conductive electrode pad is not provided on the transparent electrode layer; And
A pair of second conductivity type electrodes respectively formed on the second conductivity type semiconductor layer to be connected to the pair of second conductivity type electrode pads,
The pair of first conductive electrode includes a first main electrode formed to be drawn out in the circumferential direction from the first conductive electrode pad,
The pair of second conductivity type electrodes includes a second main electrode which is drawn out from the second conductivity type electrode pad in the circumferential direction and is formed outward from the first main electrode from the center of the substrate. device.
상기 한 쌍의 제 1 도전형 전극은
상기 제 1 도전형 전극 패드로부터 상기 기판의 경계 방향으로 인출되어 상기 제 2 주전극 사이에 위치하도록 형성된 경계 방향 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.The method of claim 1,
The pair of first conductivity type electrodes
And a boundary direction electrode which is drawn out from the first conductive electrode pad in the boundary direction of the substrate and positioned between the second main electrodes.
상기 한 쌍의 제 2 도전형 전극은
상기 제 2 도전형 전극 패드로부터 상기 기판의 중심 방향으로 인출되어 상기 제 1 주전극 사이에 위치하도록 형성된 중심 방향 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.The method of claim 1,
The pair of second conductivity type electrodes
And a center direction electrode which is drawn out from the second conductive electrode pad in the center direction of the substrate and positioned between the first main electrodes.
상기 한 쌍의 제 2 도전형 전극은
상기 중심 방향 전극의 말단으로부터 원주 방향으로 인출되도록 형성된 분기 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.The method of claim 3, wherein
The pair of second conductivity type electrodes
And a branch electrode formed to be drawn out in the circumferential direction from an end of the center direction electrode.
상기 제 1 도전형 전극은 상기 제 2 도전형 전극과 상기 분기 전극 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 발광 소자.The method of claim 4, wherein
The first conductive electrode is a light emitting device, characterized in that interposed between the second conductive electrode and the branch electrode.
상기 분기 전극과 상기 중심 방향 전극이 형성하는 예각은 90보다 큰 것을 특징으로 하는 발광 소자.The method of claim 4, wherein
An acute angle formed by the branch electrode and the center direction electrode is greater than 90, the light emitting device.
상기 기판은 사각형이고,
상기 제 2 도전형 전극은 상기 제 2 주전극으로부터 상기 기판의 모서리 방향으로 연장된 모서리 방향 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.The method of claim 1,
The substrate is square,
The second conductivity type electrode further comprises a corner electrode extending from the second main electrode in the corner direction of the substrate.
상기 제 2 도전형 전극은 복수의 직선형 서브 전극들이 연결되어 구성되고, 상기 직선형 서브 전극들이 연결되어 형성하는 예각은 90도 보다 큰 것을 특징으로 하는 발광 소자.The method according to any one of claims 1 to 7,
The second conductive type electrode is configured by connecting a plurality of linear sub-electrodes, and an acute angle formed by connecting the linear sub-electrodes is greater than 90 degrees.
상기 제 1 도전형 전극은 복수의 직선형 서브 전극들이 연결되어 구성되고, 상기 서브 전극들이 연결되어 형성하는 예각은 90도 보다 큰 것을 특징으로 하는 발광 소자. The method according to any one of claims 1 to 7,
The first conductive type electrode includes a plurality of linear sub electrodes connected to each other, and the acute angle formed by connecting the sub electrodes is greater than 90 degrees.
상기 제 1 주전극 및 상기 제 2 주전극은 동일한 곡률을 갖는 것을 특징으로하는 발광 소자.The method according to any one of claims 1 to 7,
And the first main electrode and the second main electrode have the same curvature.
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