KR20050049730A - 반도체 발광소자 - Google Patents

Abstract

열 방출이 용이한 반도체 발광소자가 개시된다.

본 발명의 반도체 발광소자는, 제1, 제2, 제3 및 제4 측면을 포함하는 측면부를 갖는 4각 형상으로 이루어지고, 기판, 제1 클래드층, 활성층 및 제2 클래드층으로 구성되며, 상기 활성층에서 발생된 열이 용이하게 방출되도록 하기 위해 상기 측면부가 요철 구조로 이루어진다.

이와 같이, 측면을 요철 구조로 형성시켜 외부 공기와의 접촉면적을 극대화시켜 보다 용이하게 열을 방출시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

반도체 발광소자{Semiconductor light emitting device}

본 발명은 반도체 발광소자에 관한 것으로, 열방출이 용이한 반도체 발광소자에 관한 것이다.

반도체 발광소자는 후레쉬용 고휘도 광원, 유대용 전자제품(휴대폰, 캠코더, 디지털 카메라 및 PDA)에 사용되는 액정표시장치(LCD)의 백라이트(backlight), 전광판용 광원, 조명 및 스위치 조명 광원, 표시등, 교통신호등의 광원으로 그 사용범위가 날로 확대되고 있다.

일반적으로 반도체 발광소자는 직류전원을 이용하여 구동되는 소자로서, 구동시에 반도체 발광소자 내부에는 온도가 대략 100도 가까이 상승되게 된다.

도 1 내지 도 3은 일반적인 반도체 발광소자의 개략적인 구조를 나타낸 사시도, 단면도 및 평면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 일반적인 반도체 발광소자는 기판(1) 상에 형성되는 n-GaN층(이하, 제1 클래드층이라 한다)(2), 상기 제1 클래드층(2)에 형성되어 광을 발광시키는 활성층(3) 및 상기 활성층(3) 상에 형성되는 p-GaN층(이하, 제2 클래드층이라 한다)(4)으로 구성된다. 물론, 상기 기판(1)에 상기 제1 클래드층(2)이 용이하게 형성되도록 하기 위해 버퍼층(미도시)이 더 구성될 수 있다. 또한, 상기 기판(1)의 저면과 상기 제2 클래드층(4)의 상면에는 전류가 인가되도록 하기 위한 n 전극 및 p 전극(미도시)이 더 구비될 수 있다.

이와 같이 구성된 반도체 발광소자는 통상적으로 4각형 구조로 이루어진다. 즉, 상기 반도체 발광소자는 직육면체 형상으로 이루어지되, 일 측면이 소정 깊이의 곡면 형상으로 형성되고, 나머지 측면들은 평평한 면으로 형성되게 된다.

상기와 같이 구성된 반도체 발광소자에 직류전원이 인가되면, 상기 제1 클래드층(2)과 상기 제2 클래드층(4)이 다이오드 특성을 갖게 됨으로 해서, 상기 활성층(3)으로 정공(hole)들과 전자(electron)들이 모이게 되고, 상기 활성층(3)에 모인 전자와 정공이 재결합(recombination)되면서 광이 외부의 사방으로 발광되게 된다.

이때, 상기 활성층(3)에서 전자와 정공의 재결합에 의해 광이 발광되면서 온도도 상승되게 된다. 이와 같이 상승된 온도는 대략 100도까지 도달되게 되어 상당한 내부 열을 생성하게 된다. 그리고, 상기 활성층(3)에서 생성된 열은 일부는 측면을 통해 외부로 방출되지만, 나머지는 대부분 상기 제1 및 제2 클래드층(2, 4)으로 전달되게 되어 상기 반도체 발광소자 전체에 걸쳐서 상당한 양의 열이 발생되게 된다.

통상적으로 반도체 발광소자의 신뢰성 평가에 있어서 가장 중요한 요소 중에 하나가 바로 열적 안성성인데, 앞서 살펴본 바와 같이, 종래의 반도체 발광소자 구조에서는 내부에서 생성된 열이 외부로 효과적으로 방출되지 않게 됨으로써, 반도체 발광소자의 전기적인 특성을 파괴시키거나 수명을 단축시키게 되는 문제점이 있었다.

또한, 이와 같은 고온의 열은 활성층에서 나오는 광의 고유 특성과 밝기를 저하시키는 문제점도 있었다.

또한, 이와 같은 반도체 발광소자가 다른 소자와 결합되어 응용될 경우, 상기 반도체 발광소자로부터 효과적으로 열을 방출시키기 위한 별도의 장치(예를 들면, 방열판)가 더 추가적으로 필요하게 되어, 비용의 추가 발생이 발생되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 구조를 변경하여 내부에서 발생된 열을 효과적으로 외부로 방출되도록 하는 반도체 발광소자를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 반도체 발광소자는, 제1, 제2, 제3 및 제4 측면을 포함하는 측면부를 갖는 4각 형상으로 이루어지고, 기판, 제1 클래드층, 활성층 및 제2 클래드층으로 구성되고, 상기 활성층에서 발생된 열이 용이하게 방출되도록 하기 위해 상기 측면부가 요철 구조로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 요철 구조는 각이 지도록 형성되든지 또는 곡면 형상으로 형성될 수 있다.

이와 같이 측면을 요철로 형성함으로써, 활성층에 의해 발생된 열을 보다 용이하고 효율적으로 방출시킬 수 있는 장점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 개략적인 구조를 나타낸 사시도 및 평면도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자(10)는 기판(11) 상에 형성되는 n-GaN층(이하, 제1 클래드층이라 한다)(12), 상기 제1 클래드층(12)에 형성되어 광을 발광시키는 활성층(13) 및 상기 활성층(13) 상에 형성되는 p-GaN층(이하, 제2 클래드층이라 한다)(14)으로 구성된다. 물론, 상기 기판(11)에 상기 제1 클래드층(12)이 용이하게 형성되도록 하기 위해 버퍼층(미도시)이 더 구성될 수 있다. 또한, 상기 기판(11)의 저면과 상기 제2 클래드층(12)의 상면에는 전류가 인가되도록 하기 위한 n 전극 및 p 전극(미도시)이 더 구비될 수 있다.

상기와 같이 구성된 상기 반도체 발광소자(10)는 4각형 구조로 이루어진다. 즉, 상기 반도체 발광소자(10)는 직육면체 형상으로 이루어지되, 제1 측면(15)이 소정 깊이의 곡면 형상으로 형성되고, 나머지 측면들, 즉 제2, 제3 및 제4 측면(16, 17, 18)은 일정 간격으로 각이진 복수의 요철 구조로 형성되게 된다. 이때, 상기 각이진 요철 구조는 상기 반도체 발광소자(10)의 적어도 하나 이상의 측면에 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 각이진 요철 구조는 제2 측면(16)에만 형성되든지, 제2 및 제3 측면(16, 17)에서 형성되든지 또는 제2, 제3 및 제4 측면(16, 17, 18) 모두에 형성될 수 있다.

또한, 상기 요철의 깊이는 너무 깊지도 않고 또한 너무 얇지도 않도록 식각(etching)되도록 최적화되어야 할 것이다.

상기 요철은 상기 반도체 발광소자(10)의 기판(11), 제1 클래드층(12), 활성층(13) 및 제2 클래드층(14) 모두에 형성될 수 있다.

이와 같이 상기 반도체 발광소자(10)의 측면들이 각이진 요철 구조로 형성됨으로써, 외부 공기와 접하는 각 측면들의 표면적이 극대화되어, 구동시 상기 활성층(13)에서 광이 발광될 때 생성되는 고온의 열이 보다 많이 외부로 방출되도록 할 수 있다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 반도체 발광소자의 개략적인 구조를 나타낸 사시도 및 평면도이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 반도체 발광소자(20)는 기판(11) 상에 형성되는 n-GaN층(이하, 제1 클래드층이라 한다)(12), 상기 제1 클래드층(12)에 형성되어 광을 발광시키는 활성층(13) 및 상기 활성층(13) 상에 형성되는 p-GaN층(이하, 제2 클래드층이라 한다)(14)으로 구성된다. 물론, 상기 기판(11)에 상기 제1 클래드층(12)이 용이하게 형성되도록 하기 위해 버퍼층(미도시)이 더 구성될 수 있다. 또한, 상기 기판(11)의 저면과 상기 제2 클래드층(14)의 상면에는 전류가 인가되도록 하기 위한 n 전극 및 p 전극(미도시)이 더 구비될 수 있다.

상기와 같이 구성된 상기 반도체 발광소자(20)는 4각형 구조로 이루어진다. 즉, 상기 반도체 발광소자(20)는 직육면체 형상으로 이루어지되, 제1 측면(15)이 소정 깊이의 곡면 형상으로 형성되고, 나머지 측면들, 즉 제2, 제3 및 제4 측면(16, 17, 18)은 일정 간격으로 곡면 형상을 갖는 복수의 요철 구조로 형성되게 된다. 이때, 상기 곡면 형상의 요청 구조는 상기 반도체 발광소자(20)의 적어도 하나 이상의 측면에 형성되는 것이 바라직하다. 즉, 상기 곡면 형상의 요철 구조는 제2 측면(16)에만 형성되든지, 제2 및 제3 측면(16, 17)에서 형성되든지 또는 제2, 제3 및 제4 측면(15, 17, 18) 모두에 형성될 수 있다.

또한, 상기 요철의 깊이는 너무 깊지도 않고 또한 너무 얇지도 않도록 식각되도록 최적화되어야 할 것이다.

상기 요철은 상기 반도체 발광소자(20)의 기판(11), 제1 클래드층(12), 활성층(13) 및 제2 클래드층(14) 모두에 형성될 수 있다.

이와 같이 상기 반도체 발광소자(20)의 측면들이 곡면형상을 갖는 요철 구조로 형성됨으로써, 외부 공기와 접하는 각 측면들의 표면적이 극대화되어, 구동시 상기 활성층(13)에서 광이 발광될 때 생성되는 고온의 열이 보다 많이 외부로 방출되도록 할 수 있다.

본 발명에서는 요철 구조가 각이진 형상과 곡면 형상에 대해서만 설명하였지만, 본 발명에 따른 측면의 요철 구조는 열 방출을 극대화시킬 수 있는 것이라면 어떠한 형상으로 변경되어도 무방할 것이다.

본 발명에서와 같이 각이 지거나 곡면 형상을 갖는 요철 구조에 의하면, 외부 공기와 접촉되는 표면적을 최대 2배 정도까지 확대시킬 수 있어 보다 용이하게 내부 열을 방출시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 반도체 발광소자(10, 20)는 가장 기본적인 구조 즉 기판(11), 제1 클래드층(n-GaN층)(12), 활성층(13) 및 제2 클래드층(p-GaN층)(14)으로 한정되어 설명되었지만, 보다 발광효율을 향상시켜 레이저 용도를 갖는 복잡한 구조(예컨대, AlGaN, InGaN 등이 포함되는 구조)로 이루어질 때에도 적용될 수 있다.

또한, 본 발명의 반도체 발광소자(10, 20)는 발광 다이오드뿐만 아니라 레이저 다이오드에도 적용될 수 있다.

또한, 본 발명의 반도체 발광소자(10, 20)는 청색 발광을 하는 GaN계뿐만 아니라, 적색 발광을 하는 GaP계에도 적용될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면, 측면을 요철 구조로 형성시켜 외부 공기와의 접촉 면적을 극대화시키고, 이에 따라 내부에서 발생된 열을 보다 많이 외부로 방출시킬 수 있으므로, 열 방출 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 이와 같이 열 방출 효율이 향상되게 되어 내부 온도를 저감시킴으로써, 보다 안정적인 전기적 특성을 가질 수 있을 뿐만 아니라 활성층에서 발광된 광의 고유 특성과 밝기를 저하되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 내부 열을 신속하게 방출시킬 수 있으므로, 반도체 발광소자를 다른 소자와 결합되어 응용될 때 별도의 열방출 장치(예컨대, 방열판) 등이 불필요하게 되어, 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1 내지 도 3은 일반적인 반도체 발광소자의 개략적인 구조를 나타낸 사시도, 단면도 및 평면도이다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 개략적인 구조를 나타낸 사시도 및 평면도이다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 반도체 발광소자의 개략적인 구조를 나타낸 사시도 및 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 명칭>

10, 20 : 반도체 발광소자 11 : 기판

12, 14 : 클래드층 13 : 활성층

Claims (7)

1. 제1, 제2, 제3 및 제4 측면을 포함하는 측면부를 갖는 4각 형상으로 이루어지고, 기판, 제1 클래드층, 활성층 및 제2 클래드층으로 구성되며, 상기 활성층에서 발생된 열이 용이하게 방출되도록 하기 위해 상기 측면부가 요철 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 요철 구조는 각이 지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
3. 제1항에 있어서, 상기 요철 구조는 곡면 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
4. 제1항에 있어서, 상기 요철은 일정 간격으로 복수개 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
5. 제1항에 있어서, 상기 요철은 상기 기판, 상기 제1 클래드층, 상기 활성층 및 상기 제2 클래드층 모두에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
6. 제1항에 있어서, 상기 요철은 상기 제2, 제3 및 제4 측면 중 적어도 하나 이상에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
7. 제1항에 있어서, 상기 요철 구조는 GaN계 및 GaP계에 적용되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.