KR102701801B1 - Light emitting diode with high process margin - Google Patents
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Abstract
일 실시예에 따른 발광 다이오드는, 기판; 상기 기판 상에 배치된 반도체 적층체; 상기 반도체 적층체 상에 배치되며, 상기 기판의 일측 가장자리에서 타측 가장자리로 연장하는 복수의 핑거들을 포함하는 핑거 구조체; 상기 반도체 적층체와 상기 기판 사이에 배치되며, 상기 반도체 적층체를 노출시키는 복수의 홀들을 갖는 전류 블록층; 및 상기 기판과 상기 전류 블록층 사이에 배치되며, 상기 전류 블록층의 홀들을 통해 상기 반도체 적층체에 전기적으로 접속된 금속층을 포함하고, 상기 전류 블록층의 홀들은 상기 핑거들과 중첩하지 않도록 핑거들 사이의 영역들 하부에 배치되며, 서로 평행한 핑거들 사이의 최대 간격은 120um 미만이고, 최소 간격은 90um 이상이다.In one embodiment, a light emitting diode comprises: a substrate; a semiconductor laminate disposed on the substrate; a finger structure disposed on the semiconductor laminate and including a plurality of fingers extending from one edge of the substrate to the other edge; a current block layer disposed between the semiconductor laminate and the substrate and having a plurality of holes exposing the semiconductor laminate; and a metal layer disposed between the substrate and the current block layer and electrically connected to the semiconductor laminate through the holes of the current block layer, wherein the holes of the current block layer are disposed below regions between the fingers so as not to overlap the fingers, and a maximum spacing between the fingers which are parallel to each other is less than 120 um, and a minimum spacing is greater than 90 um.
Description
본 발명은 공정 여유도가 큰 발광 다이오드에 관한 것으로, 특히, 하나의 웨이퍼에서 동일 공정으로 제작되는 발광 다이오드들 사이에 순방향 전압의 편차를 줄일 수 있는 발광 다이오드에 관한 것이다.The present invention relates to a light emitting diode having a large process margin, and more particularly, to a light emitting diode capable of reducing the deviation in forward voltage between light emitting diodes manufactured through the same process on a single wafer.
발광 다이오드는 무기 반도체 발광 소자로 전기 에너지를 광 에너지로 변환한다. 일반적으로 발광 다이오드는 n형 반도체층과 p형 반도체층 사이에 활성층을 포함하며, n형 반도체층과 p형 반도체층에 오믹 콘택하는 전극들을 통해 전류가 주입되고 활성층에서 전자와 정공의 재결합을 통해 광이 생성된다.Light-emitting diodes are inorganic semiconductor light-emitting devices that convert electrical energy into light energy. Typically, light-emitting diodes include an active layer between an n-type semiconductor layer and a p-type semiconductor layer, and current is injected through electrodes that make ohmic contacts with the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer, and light is generated through the recombination of electrons and holes in the active layer.
반도체층들은 금속에 비해 비저항이 크기 때문에, 발광 다이오드의 수평 방향으로 전류를 분산시킬 필요가 있다. 전류 분산을 위해 일반적으로 핑거가 사용된다.Since semiconductor layers have higher resistivity than metals, it is necessary to distribute the current in the horizontal direction of the light-emitting diode. Fingers are generally used for current distribution.
또한, 전극들이 서로 수직하게 중첩하는 경우, 전류를 수평방향으로 분산시키기 위해 전류 블록층이 사용된다. 전류 블록층은 특히 핑거에 대향하여 배치됨으로써 핑거로부터 전류가 수평방향을 분산되도록 한다.Additionally, when the electrodes overlap each other vertically, a current blocking layer is used to distribute the current horizontally. In particular, the current blocking layer is arranged opposite the finger so that the current from the finger is distributed horizontally.
한편, 발광 다이오드는 웨이퍼 상에 반도체층들을 증착하여 형성되며, 하나의 웨이퍼 상에서 다수의 발광 다이오드들이 함께 형성된다. 동일 웨이퍼 상에서 제작된 발광 다이오드들은 성능 편차가 적을 필요가 있으며, 따라서, 공정 여유도가 큰 발광 다이오드가 요구된다.Meanwhile, light-emitting diodes are formed by depositing semiconductor layers on a wafer, and multiple light-emitting diodes are formed together on a single wafer. Light-emitting diodes manufactured on the same wafer need to have small performance deviations, and therefore light-emitting diodes with a large process margin are required.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 공정 여유도가 커서 동일 공정으로 제작되는 발광 다이오드들 간의 성능 편차를 줄일 수 있는 수직형 구조의 발광 다이오드를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a vertically structured light-emitting diode that has a large process margin and can reduce performance differences between light-emitting diodes manufactured through the same process.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는, 기판; 상기 기판 상에 배치된 반도체 적층체; 상기 반도체 적층체 상에 배치되며, 상기 기판의 일측 가장자리에서 타측 가장자리로 연장하는 복수의 핑거들을 포함하는 핑거 구조체; 상기 반도체 적층체와 상기 기판 사이에 배치되며, 상기 반도체 적층체를 노출시키는 복수의 홀들을 갖는 전류 블록층; 및 상기 기판과 상기 전류 블록층 사이에 배치되며, 상기 전류 블록층의 홀들을 통해 상기 반도체 적층체에 전기적으로 접속된 금속층을 포함하고, 상기 전류 블록층의 홀들은 상기 핑거들과 중첩하지 않도록 핑거들 사이의 영역들 하부에 배치되며, 서로 평행한 핑거들 사이의 최대 간격은 120um 미만이고, 최소 간격은 90um 이상이다.According to one embodiment of the present invention, a light emitting diode comprises: a substrate; a semiconductor laminate disposed on the substrate; a finger structure disposed on the semiconductor laminate and including a plurality of fingers extending from one edge of the substrate to the other edge; a current block layer disposed between the semiconductor laminate and the substrate and having a plurality of holes exposing the semiconductor laminate; and a metal layer disposed between the substrate and the current block layer and electrically connected to the semiconductor laminate through the holes of the current block layer, wherein the holes of the current block layer are disposed below regions between the fingers so as not to overlap the fingers, and a maximum spacing between the fingers which are parallel to each other is less than 120 um, and a minimum spacing is 90 um or more.
본 발명의 실시예들에 따르면, 공정 여유도를 증가시켜 발광 다이오드들 간의 성능 편차, 순방향 전압의 편차를 줄일 수 있는 수직형 구조의 발광 다이오드를 제공할 수 있다.According to embodiments of the present invention, a vertically structured light-emitting diode can be provided that increases process margin and reduces performance deviation and forward voltage deviation between light-emitting diodes.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 발광 다이오드의 개략적인 평면도이다.
도 2a는 도 1의 절취선 A-A를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도 2b는 도 1의 절취선 B-B를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도 3은 핑거 수 및 p 접촉 면적에 따른 순방향 전압 및 광출력을 확인하기 위해 사용된 샘플들을 설명하기 위한 평면도들이다.
도 4a는 핑거 수 및 p 접촉 면적에 따른 순방향 전압을 나타내기 위한 그래프이다.
도 4b는 핑거 수 및 p 접촉 면적에 따른 광출력을 나타내기 위한 그래프이다.
도 5는 핑거 구조체의 변형에 따른 순방향 전압 및 광 출력 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 핑거의 분기 구조에 따른 순방향 전압 및 광 출력 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 추가 패드층 적용 유무에 따른 순방향 전압 및 광 출력 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 8은 핑거 폭에 따른 외부 양자 효율을 설명하기 위한 그래프이다.FIG. 1 is a schematic plan view of a vertical light-emitting diode according to one embodiment of the present invention.
Figure 2a is a schematic cross-sectional view taken along the cutting line AA of Figure 1.
Fig. 2b is a schematic cross-sectional view taken along the cut line BB of Fig. 1.
Figure 3 is a plan view illustrating samples used to verify forward voltage and optical output according to the number of fingers and p contact area.
Figure 4a is a graph showing the forward voltage according to the number of fingers and the p contact area.
Figure 4b is a graph showing the optical output according to the number of fingers and the p contact area.
Figure 5 is a graph for explaining changes in forward voltage and optical output according to deformation of the finger structure.
Figure 6 is a graph for explaining the change in forward voltage and optical output according to the branching structure of the finger.
Figure 7 is a graph explaining the change in forward voltage and optical output depending on whether an additional pad layer is applied.
Figure 8 is a graph explaining the external quantum efficiency according to the finger width.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 개시의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 본 개시의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 개시는 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 또한, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에" 또는 "상에" 있다고 기재된 경우 각 부분이 다른 부분의 "바로 상부" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라 각 구성요소와 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 개재된 경우도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments introduced below are provided as examples so that the spirit of the present disclosure can be sufficiently conveyed to those skilled in the art to which the present disclosure belongs. Accordingly, the present disclosure is not limited to the embodiments described below and may be embodied in other forms. In addition, in the drawings, the width, length, thickness, etc. of the components may be exaggerated for convenience. In addition, when one component is described as being "over" or "on" another component, it includes not only the cases where each part is "directly over" or "directly on" the other part, but also the cases where another component is interposed between each component and the other component. Like reference numerals represent like components throughout the specification.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 기판; 상기 기판 상에 배치된 반도체 적층체; 상기 반도체 적층체 상에 배치되며, 상기 기판의 일측 가장자리에서 타측 가장자리로 연장하는 복수의 핑거들을 포함하는 핑거 구조체; 상기 반도체 적층체와 상기 기판 사이에 배치되며, 상기 반도체 적층체를 노출시키는 복수의 홀들을 갖는 전류 블록층; 및 상기 기판과 상기 전류 블록층 사이에 배치되며, 상기 전류 블록층의 홀들을 통해 상기 반도체 적층체에 전기적으로 접속된 금속층을 포함하고, 상기 전류 블록층의 홀들은 상기 핑거들과 중첩하지 않도록 핑거들 사이의 영역들 하부에 배치되며, 서로 평행한 핑거들 사이의 최대 간격은 120um 미만이고, 최소 간격은 90um 이상인 발광 다이오드가 제공된다.According to one embodiment of the present disclosure, a light emitting diode is provided, comprising: a substrate; a semiconductor laminate disposed on the substrate; a finger structure disposed on the semiconductor laminate and including a plurality of fingers extending from one edge of the substrate to the other edge; a current blocking layer disposed between the semiconductor laminate and the substrate and having a plurality of holes exposing the semiconductor laminate; and a metal layer disposed between the substrate and the current blocking layer and electrically connected to the semiconductor laminate through the holes of the current blocking layer, wherein the holes of the current blocking layer are disposed below regions between the fingers so as not to overlap with the fingers, and a maximum spacing between the fingers which are parallel to each other is less than 120 um and a minimum spacing is 90 um or more.
핑거들 사이의 간격을 위 범위로 설정함으로써 제조 공정의 요동에 의해 핑거들 사이의 간격에 편차가 발생해도 함께 제조되는 발광 다이오들 간의 성능 편차를 줄일 수 있다.By setting the spacing between fingers within the above range, it is possible to reduce performance deviations between light-emitting diodes manufactured together even when deviations in the spacing between fingers occur due to fluctuations in the manufacturing process.
상기 홀들을 통해 상기 반도체 적층체에 접속된 상기 금속층의 전체 접촉 면적은 상기 반도체 적층체의 하면 면적의 1 내지 4% 범위 내일 수 있다.The total contact area of the metal layer connected to the semiconductor laminate through the holes may be within a range of 1 to 4% of the lower surface area of the semiconductor laminate.
이 범위 내에서 금속층의 접촉 면적을 설정함으로써 발광 다이오드들 간의 성능 편차를 줄일 수 있다.By setting the contact area of the metal layer within this range, the performance variation between light-emitting diodes can be reduced.
나아가, 상기 금속층의 전체 접촉 면적은 상기 반도체 적층체의 하면 면적의 1 내지 2% 범위 내일 수 있다. 금속층의 전체 접촉 면적을 이 범위 내에 제한함으로써 발광 다이오드의 광 출력이 감소되는 것을 억제할 수 있다.Furthermore, the total contact area of the metal layer may be within a range of 1 to 2% of the lower surface area of the semiconductor laminate. By limiting the total contact area of the metal layer within this range, a decrease in the light output of the light-emitting diode can be suppressed.
일 실시예에서, 상기 핑거들의 개수는 9개 이상일 수 있다.In one embodiment, the number of fingers may be nine or more.
한편, 상기 홀들과 상기 핑거들 사이의 횡방향 최소 간격은 20um 이상일 수 있다.Meanwhile, the minimum transverse gap between the holes and the fingers can be 20 um or more.
나아가, 상기 홀들 사이의 간격은 상기 홀들과 상기 핑거들 사이의 최소 간격보다 클 수 있다.Further, the spacing between the holes may be greater than the minimum spacing between the holes and the fingers.
상기 홀들은 홀과 핑거 사이의 최고 간격보다 작은 폭(또는 직경)을 가질 수 있다.The above holes may have a width (or diameter) smaller than the maximum spacing between the hole and the finger.
상기 핑거 구조체는, 상기 반도체 적층체의 일측 가장자리의 중앙 근처에 배치된 패드; 상기 반도체 적층체의 일측 가장자리를 따라 상기 패드의 양측으로 연장하는 연결부; 상기 연결부로부터 상기 반도체 적층체의 타측 가장자리 측으로 연장하는 핑거들; 및 상기 패드로부터 상기 반도체 적층체의 타측 가장자리 측으로 연장하는 적어도 하나의 핑거를 포함할 수 있다.The finger structure may include: a pad positioned near the center of one edge of the semiconductor laminate; a connecting portion extending to both sides of the pad along the one edge of the semiconductor laminate; fingers extending from the connecting portion toward the other edge of the semiconductor laminate; and at least one finger extending from the pad toward the other edge of the semiconductor laminate.
나아가, 상기 발광 다이오드는 상기 패드 상에 배치된 추가 패드층을 더 포함할 수 있다.Furthermore, the light emitting diode may further include an additional pad layer disposed on the pad.
일 실시예에 있어서, 상기 패드는 AuGe 또는 AuGe-Ni로 형성될 수 있으며, 상기 추가 패드층은 Au로 형성될 수 있다.In one embodiment, the pad can be formed of AuGe or AuGe-Ni, and the additional pad layer can be formed of Au.
한편, 상기 연결부는 일정한 폭을 갖고 상기 패드로부터 연장하는 제1 연결부; 및 상기 제1 연결부에 접하여 상기 패드로부터 연장하는 제2 연결부를 포함할 수 있으며, 상기 제2 연결부는 상기 제1 연결부보다 짧다.Meanwhile, the connecting portion may include a first connecting portion extending from the pad with a constant width; and a second connecting portion extending from the pad in contact with the first connecting portion, wherein the second connecting portion is shorter than the first connecting portion.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 패드로부터 복수의 핑거들이 연장할 수 있다.In some embodiments, a plurality of fingers may extend from the pad.
더욱이, 상기 패드로부터 연장하는 핑거들 중 적어도 하나는 상기 반도체 적층 구조체의 일측 가장 자리와 타측 가장자리 이외의 다른 가장자리를 향해 연장하는 연장부를 포함할 수 있다.Furthermore, at least one of the fingers extending from the pad may include an extension extending toward an edge other than one edge and the other edge of the semiconductor laminate structure.
한편, 상기 금속층은 오믹층 및 반사 금속층을 포함할 수 있다.Meanwhile, the metal layer may include an ohmic layer and a reflective metal layer.
일 실시예에 있어서, 상기 핑거들 각각의 선폭은 4um 내지 5um 범위 내일 수 있다. In one embodiment, the line width of each of the fingers can be in the range of 4 um to 5 um.
일 실시예에 있어서, 상기 반도체 적층체는 적어도 2개의 활성층을 포함할 수 있다.In one embodiment, the semiconductor laminate may include at least two active layers.
상기 발광 다이오드 상기 반도체 적층체는 n형 반도체층 및 p형 반도체층을 포함할 수 있으며, 상기 핑거 구조체는 상기 n형 반도체층에 접촉하고, 상기 금속층은 상기 p형 반도체층에 접촉할 수 있다. The above light-emitting diode and the semiconductor laminate may include an n-type semiconductor layer and a p-type semiconductor layer, and the finger structure may contact the n-type semiconductor layer, and the metal layer may contact the p-type semiconductor layer.
특정 실시예에 있어서, 상기 n형 및 p형 반도체층은 AlGaAs을 포함하고, 상기 활성층은 GaAs을 포함할 수 있다.In certain embodiments, the n-type and p-type semiconductor layers may include AlGaAs, and the active layer may include GaAs.
나아가, 상기 n형 반도체층은 거칠어진 표면을 포함할 수 있다.Furthermore, the n-type semiconductor layer may include a roughened surface.
상기 핑거 구조체 및 상기 반도체 적층체를 덮는 보호층을 더 포함할 수 있다.It may further include a protective layer covering the above finger structure and the semiconductor laminate.
이하, 도면을 참조하여 본 개시의 다양한 실시예들에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, various embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 발광 다이오드의 개략적인 평면도이고, 도 2a는 도 1의 절취선 A-A를 따라 취해진 개략적인 단면도이며, 도 2b는 도 1의 절취선 B-B를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.FIG. 1 is a schematic plan view of a vertical light emitting diode according to one embodiment of the present invention, FIG. 2a is a schematic cross-sectional view taken along the cutting line A-A of FIG. 1, and FIG. 2b is a schematic cross-sectional view taken along the cutting line B-B of FIG. 1.
도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 발광 다이오드는 기판(51), 반도체 적층체(30), 전류 블록층(33), 금속층(35), 본딩층(53), 핑거 구조체(55), 보호층(57) 및 추가 패드층(59)을 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1, 2a and 2b, the light emitting diode may include a substrate (51), a semiconductor laminate (30), a current blocking layer (33), a metal layer (35), a bonding layer (53), a finger structure (55), a protective layer (57) and an additional pad layer (59).
기판(51)은 반도체 적층체(30)를 지지하기 위한 지지 기판으로서, 특별히 제한되는 것은 아니다. 일 실시예에 있어서, 기판(51)은 전기적 전도성을 가지며, 예를 들어, 실리콘 기판 또는 금속 기판일 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 기판(51)은 사파이어 기판, 석영 기판, 또는 글래스 기판과 같은 절연 기판일 수도 있다.The substrate (51) is a supporting substrate for supporting the semiconductor laminate (30), and is not particularly limited. In one embodiment, the substrate (51) has electrical conductivity and may be, for example, a silicon substrate or a metal substrate. In another embodiment, the substrate (51) may be an insulating substrate, such as a sapphire substrate, a quartz substrate, or a glass substrate.
기판(51)은 반도체 적층체(30)를 성장시키는 데 사용되는 성장 기판과 구별되며, 성장 기판에서 성장된 반도체 적층체(30)가 기판(51)으로 이동된다. 성장 기판은 반도체 적층체(30)로부터 분리될 수 있다.The substrate (51) is distinct from the growth substrate used to grow the semiconductor laminate (30), and the semiconductor laminate (30) grown on the growth substrate is transferred to the substrate (51). The growth substrate can be separated from the semiconductor laminate (30).
반도체 적층체(30)는 기판(51)의 일면 상에 배치된다. 반도체 적층체(30)는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 기판(51) 면적보다 작은 크기를 가질 수 있으며, 따라서, 반도체 적층체(30) 주위에 기판(51)이 노출될 수 있다.The semiconductor laminate (30) is arranged on one surface of the substrate (51). As shown in FIGS. 2A and 2B, the semiconductor laminate (30) may have a size smaller than the area of the substrate (51), and thus, the substrate (51) may be exposed around the semiconductor laminate (30).
반도체 적층체(30)는 복수의 활성층(23, 29)을 갖는 다중 스택 구조를 가질 수 있다. 상부 활성층(23)은 상부 제1 도전형 반도체층(21)과 상부 제2 도전형 반도체층(25) 사이에 개재되고, 하부 활성층(29)은 하부 제1 도전형 반도체층(27)과 하부 제2 도전형 반도체층(31) 사이에 개재될 수 있다. 한편, 상부 제2 도전형 반도체층(25)과 하부 제1 도전형 반도체층(27) 사이에 터널층(26)이 배치될 수 있다.The semiconductor laminate (30) may have a multi-stack structure having a plurality of active layers (23, 29). The upper active layer (23) may be interposed between the upper first conductive semiconductor layer (21) and the upper second conductive semiconductor layer (25), and the lower active layer (29) may be interposed between the lower first conductive semiconductor layer (27) and the lower second conductive semiconductor layer (31). Meanwhile, a tunnel layer (26) may be arranged between the upper second conductive semiconductor layer (25) and the lower first conductive semiconductor layer (27).
상부 제1 도전형 반도체층(21)은 Ⅲ-Ⅴ 계열 화합물 반도체로 형성될 수 있으며, 예컨대, AlGaAs으로 형성될 수 있다. 하부 제1 도전형 반도체층(21)은 단일층으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 다중층으로 형성될 수도 있다.The upper first conductive semiconductor layer (21) can be formed of a III-V series compound semiconductor, for example, can be formed of AlGaAs. The lower first conductive semiconductor layer (21) can be formed of a single layer, but is not limited thereto and can be formed of multiple layers.
상부 제1 도전형 반도체층(21)은 n형 불순물을 포함할 수 있으며, 예컨대, 5E17/cm3 내지 5E19/cm3의 범위 내의 n형 불순물, Si을 포함할 수 있다. 이 범위에서 상부 활성층(23)으로의 캐리어 주입 효율을 높일 수 있으며, 캐리어에 의한 광 흡수를 줄일 수 있다.The upper first-challenge semiconductor layer (21) may include an n-type impurity, for example, an n-type impurity, Si, within a range of 5E17/cm 3 to 5E19/cm 3 . In this range, the efficiency of carrier injection into the upper active layer (23) can be increased, and light absorption by carriers can be reduced.
상부 제1 도전형 반도체층(21)은 상면에 요철을 가질 수 있다. 요철은 특히 핑거들(55d, 55e) 사이의 영역에 형성될 수 있다. 요철은 광 추출 효율을 향상시킨다.The upper first-challenge semiconductor layer (21) may have roughness on its upper surface. The roughness may be formed particularly in the area between the fingers (55d, 55e). The roughness improves light extraction efficiency.
상부 활성층(23)은 전자와 정공이 재결합하여 광을 생성한다. 상부 활성층(23)은 단일의 우물층을 갖는 단일 양자 우물구조 또는 복수의 우물층과 함께 장벽층을 갖는 다중 양자우물 구조를 가질 수 있다. 우물층은 상부 제1 도전형 반도체층(21) 및 상부 제2 도전형 반도체층(25)의 밴드갭보다 좁은 밴드갭을 갖는다. 우물층은 AlGaInAsP로 표현되는 Ⅲ-Ⅴ 계열 화합물 반도체로 형성될 수 있으며, 예컨대 GaAs으로 형성될 수 있다. 상부 활성층(23)은 예컨대, GaAs/AlGaAs이 반복 적층된 다중 양자우물 구조를 가질 수 있다.The upper active layer (23) generates light by the recombination of electrons and holes. The upper active layer (23) may have a single quantum well structure having a single well layer or a multi-quantum well structure having a barrier layer together with a plurality of well layers. The well layer has a band gap narrower than the band gaps of the upper first conductivity type semiconductor layer (21) and the upper second conductivity type semiconductor layer (25). The well layer may be formed of a III-V series compound semiconductor expressed as AlGaInAsP, and may be formed of, for example, GaAs. The upper active layer (23) may have a multi-quantum well structure in which, for example, GaAs/AlGaAs are repeatedly stacked.
상부 제2 도전형 반도체층(25)은 Ⅲ-Ⅴ 계열 화합물 반도체로 형성될 수 있으며, C, Mg 또는 Zn과 같은 p형 불순물을 가질 수 있다. 상부 제2 도전형 반도체층(25)은 상부 활성층(23)의 밴드갭보다 넓은 밴드갭을 갖는다. 상부 제2 도전형 반도체층(25)은 상부 제1 도전형 반도체층(21)과 동일 조성의 화합물 반도체, 예컨대 AlGaAs으로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The upper second conductive semiconductor layer (25) can be formed of a III-V series compound semiconductor and can have a p-type impurity such as C, Mg or Zn. The upper second conductive semiconductor layer (25) has a wider band gap than the band gap of the upper active layer (23). The upper second conductive semiconductor layer (25) can be formed of a compound semiconductor having the same composition as the upper first conductive semiconductor layer (21), for example, AlGaAs, but is not necessarily limited thereto.
상부 제2 도전형 반도체층(25)은 단일층으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다중층으로 형성될 수도 있다.The upper second challenge type semiconductor layer (25) may be formed as a single layer, but is not limited thereto and may be formed as multiple layers.
하부 제1 도전형 반도체층(27)은 Ⅲ-Ⅴ 계열 화합물 반도체로 형성될 수 있으며, 예컨대, AlGaAs으로 형성될 수 있다. 하부 제1 도전형 반도체층(27)은 단일층으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 다중층으로 형성될 수도 있다.The lower first conductive semiconductor layer (27) can be formed of a III-V series compound semiconductor, for example, can be formed of AlGaAs. The lower first conductive semiconductor layer (27) can be formed as a single layer, but is not limited thereto and can be formed as a multilayer.
하부 활성층(29)은 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조를 가질 수 있다. 하부 활성층(29)의 우물층은 AlGaInAsP로 표현되는 Ⅲ-Ⅴ 계열 화합물 반도체로 형성될 수 있으며, 다만, 상부 활성층(23)의 우물층과 동등하거나 그보다 작은 밴드갭을 갖는 화합물 반도체로 형성된다. 하부 활성층(29)은 상부 활성층(23)과 동일하게 GaAs/AlGaAs이 반복 적층된 다중 양장우물 구조를 가질 수도 있다. 하부 활성층(29)에서 생성된 광은 상부 활성층(23)을 투과하여 외부로 방출된다. 하부 활성층(29)에서 생성된 광이 상부 활성층(23)에 흡수되는 것을 방지하기 위해, 상부 활성층(23)내 우물층의 밴드갭이 하부 활성층(29) 내 우물층의 밴드갭과 유사하거나 그보다 넓을 필요가 있다. The lower active layer (29) may have a single quantum well structure or a multiple quantum well structure. The well layer of the lower active layer (29) may be formed of a III-V series compound semiconductor expressed as AlGaInAsP, but is formed of a compound semiconductor having a band gap equal to or smaller than that of the well layer of the upper active layer (23). The lower active layer (29) may also have a multiple quantum well structure in which GaAs/AlGaAs are repeatedly stacked, similar to the upper active layer (23). Light generated in the lower active layer (29) transmits through the upper active layer (23) and is emitted to the outside. In order to prevent light generated in the lower active layer (29) from being absorbed by the upper active layer (23), the band gap of the well layer in the upper active layer (23) needs to be similar to or wider than the band gap of the well layer in the lower active layer (29).
하부 제2 도전형 반도체층(31)은 Ⅲ-Ⅴ 계열 화합물 반도체로 형성될 수 있으며, C, Mg 또는 Zn과 같은 p형 불순물을 가질 수 있다. 하부 제2 도전형 반도체층(31)은 하부 제1 도전형 반도체층(27)과 동일 조성의 Ⅲ-Ⅴ 계열 화합물 반도체, 예컨대, AlGaAs으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The lower second conductive semiconductor layer (31) may be formed of a III-V series compound semiconductor and may have a p-type impurity such as C, Mg or Zn. The lower second conductive semiconductor layer (31) may be formed of a III-V series compound semiconductor having the same composition as the lower first conductive semiconductor layer (27), for example, AlGaAs, but is not limited thereto.
한편, 터널층(26)은 하부 제1 도전형 반도체층(27)과 상부 제2 도전형 반도체층(25)을 터널 접합한다. 터널층(26)은 n/p형 불순물이 고농도로 도핑된 Ⅲ-Ⅴ 계열 화합물 반도체를 박막성장한 층으로, 예컨대 AlGaAs일 수 있다. 터널층(26)은 예컨대, 1E20/cm3 내지 1E21/cm3 범위 내의 n/p형 불순물 도핑 농도를 가질 수 있다. 이 범위의 도핑 농도에 의해 순방향 전압을 감소시킬 수 있다.Meanwhile, the tunnel layer (26) tunnel-joins the lower first-conductivity semiconductor layer (27) and the upper second-conductivity semiconductor layer (25). The tunnel layer (26) is a layer grown as a thin film of a III-V series compound semiconductor doped with a high concentration of n/p-type impurities, and may be, for example, AlGaAs. The tunnel layer (26) may have an n/p-type impurity doping concentration within the range of, for example, 1E20/cm 3 to 1E21/cm 3 . The forward voltage may be reduced by the doping concentration within this range.
터널층(26)은 n/p형 불순물을 고농도로 함유하여, 하부 제1 도전형 반도체층(27)과 상부 제2 도전형 반도체층(25)을 터널 접합한다. 이에 따라, 하부 제1 도전형 반도체층(25)에서 상부 제2 도전형 반도체층(27) 측으로 전류가 흐를 수 있다.The tunnel layer (26) contains a high concentration of n/p-type impurities, thereby tunnel-bonding the lower first conductive semiconductor layer (27) and the upper second conductive semiconductor layer (25). Accordingly, current can flow from the lower first conductive semiconductor layer (25) to the upper second conductive semiconductor layer (27).
본 실시예에서, 터널층(26)이 터널 접합을 위해 하부 제1 도전형 반도체층(27)과 상부 제2 도전형 반도체층(25) 사이에 배치된 것으로 설명하지만, 터널층(26)은 생략될 수도 있으며, 하부 제1 도전형 반도체층(27)이 고농도 불순물을 포함하여 터널층의 기능을 수행할 수 있다.In this embodiment, the tunnel layer (26) is described as being positioned between the lower first conductive semiconductor layer (27) and the upper second conductive semiconductor layer (25) for tunnel junction, but the tunnel layer (26) may be omitted, and the lower first conductive semiconductor layer (27) may include a high concentration of impurities to perform the function of the tunnel layer.
상부 활성층(23)과 하부 활성층(29)을 적층함으로써 이중 발광을 통해 발광 다이오드의 광 출력을 향상시킬 수 있다.By stacking the upper active layer (23) and the lower active layer (29), the light output of the light-emitting diode can be improved through dual emission.
전류 블록층(33)은 하부 제2 도전형 반도체층(31)과 기판(51) 사이에 배치된다. 전류 블록층(33)은 예를 들어, 실리콘 산화물이나 실리콘 질화물로 형성될 수 있다. 전류 블록층(33)은 해당 파장대의 광을 투과할 수 있는 두께로 형성될 수 있으며, 예컨대, 약 1500Å의 실리콘 산화물로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 전류 블록층(33)은 분포 브래그 반사기로 형성될 수도 있다.The current blocking layer (33) is arranged between the lower second conductive semiconductor layer (31) and the substrate (51). The current blocking layer (33) may be formed of, for example, silicon oxide or silicon nitride. The current blocking layer (33) may be formed to a thickness capable of transmitting light of a corresponding wavelength range, and may be formed of, for example, silicon oxide having a thickness of about 1500 Å. In another embodiment, the current blocking layer (33) may be formed as a distributed Bragg reflector.
전류 블록층(33)은 하부 제2 도전형 반도체층(31)을 노출시키는 홀들(33a)을 갖는다. 홀들(33a)은 핑거 구조체(55)와 수직으로 중첩하지 않도록 배치될 수 있다. 예컨대, 홀들(33a)은 약 10um의 직경을 갖고 핑거들(55d, 55e)로부터 횡방향으로 20um 이상 이격될 수 있다. 한편, 홀들(33a) 사이의 간격은 홀과 핑거 사이의 최소 간격보다 클 수 있으며, 예컨대 50um 이상일 수 있다.The current block layer (33) has holes (33a) that expose the lower second conductive semiconductor layer (31). The holes (33a) may be arranged so as not to vertically overlap with the finger structures (55). For example, the holes (33a) may have a diameter of about 10 μm and may be spaced apart from the fingers (55d, 55e) by 20 μm or more in the horizontal direction. Meanwhile, the spacing between the holes (33a) may be larger than the minimum spacing between the holes and the fingers, for example, may be 50 μm or more.
홀들(33a)에 의해 금속층(35)과 제2 도전형 반도체층(31)의 접촉 면적이 결정된다. 홀들(33a)에 의해 결정되는 접촉 면적은 전체 반도체 적층체(30)의 하면 면적에 대해 1% 이상일 수 있다. 접촉 면적의 비율이 반도체 적층체(30)의 하면 면적의 1% 이상일 때, 접촉 면적의 편차에 의한 발광 다이오드의 성능 편차, 예컨대, 순방향 전압의 편차를 줄일 수 있다. 한편, 접촉 면적이 증가할수록 발광 다이오드의 성능 편차를 줄일 수 있지만, 접촉 면적이 과도하게 증가하면, 광 출력이 크게 감소한다. 따라서, 접촉 면적은 반도체 적층체(30)의 하면 면적의 4% 이하, 나아가, 2% 이하일 수 있다.The contact area between the metal layer (35) and the second conductive semiconductor layer (31) is determined by the holes (33a). The contact area determined by the holes (33a) may be 1% or more of the lower surface area of the entire semiconductor laminate (30). When the ratio of the contact area is 1% or more of the lower surface area of the semiconductor laminate (30), the performance deviation of the light-emitting diode due to the deviation of the contact area, for example, the deviation of the forward voltage, can be reduced. Meanwhile, the performance deviation of the light-emitting diode can be reduced as the contact area increases, but if the contact area increases excessively, the light output is greatly reduced. Therefore, the contact area may be 4% or less, further, 2% or less, of the lower surface area of the semiconductor laminate (30).
금속층(35)은 전류 블록층(33)과 기판(51) 사이에 배치될 수 있다. 금속층(35)은 하부 제2 도전형 반도체층(31)에 콘택하는 오믹층을 포함할 수 있다. 오믹층은 예를 들어 TiAu 또는 AuBe 등으로 형성될 수 있다. 오믹층은 홀들(33a) 내에서 하부 제2 도전형 반도체층(31)에 콘택한다. 오믹층은 예를 들어, 약 3000Å으로 형성될 수 있다.The metal layer (35) may be arranged between the current block layer (33) and the substrate (51). The metal layer (35) may include an ohmic layer that contacts the lower second conductive semiconductor layer (31). The ohmic layer may be formed of, for example, TiAu or AuBe. The ohmic layer contacts the lower second conductive semiconductor layer (31) within the holes (33a). The ohmic layer may be formed to be, for example, about 3000 Å.
한편, 금속층(35)은 오믹층을 덮는 반사 금속층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반사 금속층은 Au, Cu, Ag, Al, Pd를 포함할 수 있으며, AgPdCu와 같은 합금으로 형성될 수도 있다. 반사 금속층은 예를 들어, 약 0.5um의 두께로 형성될 수 있다.Meanwhile, the metal layer (35) may include a reflective metal layer covering the ohmic layer. For example, the reflective metal layer may include Au, Cu, Ag, Al, Pd, and may be formed of an alloy such as AgPdCu. The reflective metal layer may be formed to a thickness of, for example, about 0.5 um.
본딩층(53)은 반도체 적층체(30)를 기판(51)에 본딩시킨다. 본딩층(53)은 금속층(35)과 기판(51)을 본딩할 수 있다. 본딩층(53)의 물질은 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, Au-In이나 Au-Sn과 같은 공정(Eutectic) 합금으로 형성될 수 있다.The bonding layer (53) bonds the semiconductor laminate (30) to the substrate (51). The bonding layer (53) can bond the metal layer (35) and the substrate (51). The material of the bonding layer (53) is not particularly limited, and may be formed of, for example, an eutectic alloy such as Au-In or Au-Sn.
한편, 핑거 구조체(55)는 반도체 적층체(30) 상에 배치되며, 패드(55a), 제1 연결부(55b), 제2 연결부(55c), 및 핑거부들(55d, 55e)를 포함할 수 있다. 핑거 구조체(55)는 AuGe 또는 AuGe-Ni 합금층으로 형성될 수 있으며, 상부 제1 도전형 반도체층(21)에 오믹 콘택할 수 있다.Meanwhile, the finger structure (55) is arranged on the semiconductor laminate (30) and may include a pad (55a), a first connection portion (55b), a second connection portion (55c), and finger portions (55d, 55e). The finger structure (55) may be formed of an AuGe or AuGe-Ni alloy layer and may make an ohmic contact with the upper first conductive semiconductor layer (21).
패드(55a)는 반도체 적층체(30)의 일측 가장자리의 중앙 근처에 배치될 수 있다. 패드(55a)는 와이어를 본딩하기 위해 상대적으로 넓은 면적을 가질 수 있다.The pad (55a) may be placed near the center of one edge of the semiconductor laminate (30). The pad (55a) may have a relatively large area for bonding wires.
제1 연결부(55b)는 패드(55a)로부터 상기 일측 가장자리를 따라 양측으로 연장할 수 있다. 제1 연결부(55b)는 핑거들(55d, 55e)보다 넓은 폭을 가질 수 있다. 제1 연결부(55b)는 예를 들어, 30um 이상의 폭을 갖고 연장할 수 있다.The first connecting portion (55b) can extend from the pad (55a) to both sides along the one edge. The first connecting portion (55b) can have a wider width than the fingers (55d, 55e). The first connecting portion (55b) can extend with a width of, for example, 30 um or more.
제2 연결부(55c)는 패드(55a)로부터 양측으로 연장한다. 제2 연결부(55c)는 제1 연결부(55b)에 붙어서 연장하며, 제1 연결부(55b)보다 짧다. 이에 따라, 제1 연결부(55b) 및 제2 연결부(55c)는 단턱부가 형성된 연결부(55bc)를 제공한다. 즉, 패드(55a) 주위에 상대적으로 넓은 폭을 갖는 연결부가 형성되고, 그 바깥쪽에 상대적으로 좁은 폭을 갖는 연결부가 형성된다. The second connecting portion (55c) extends from the pad (55a) to both sides. The second connecting portion (55c) extends by being attached to the first connecting portion (55b), and is shorter than the first connecting portion (55b). Accordingly, the first connecting portion (55b) and the second connecting portion (55c) provide a connecting portion (55bc) having a step portion formed. That is, a connecting portion having a relatively wide width is formed around the pad (55a), and a connecting portion having a relatively narrow width is formed on the outside thereof.
제2 연결부(55c)의 길이는 제1 연결부(55b)보다 작으며, 특히, 제1 연결부(55b)의 1/2보다 작을 수 있다. 제2 연결부(55c)의 폭은 제1 연결부(55b)의 폭보다 작거나 같을 수 있다. 제2 연결부(55c)는 예컨대, 약 10um의 폭을 가질 수 있다.The length of the second connecting portion (55c) is smaller than that of the first connecting portion (55b), and in particular, may be smaller than half that of the first connecting portion (55b). The width of the second connecting portion (55c) may be smaller than or equal to that of the first connecting portion (55b). The second connecting portion (55c) may have a width of, for example, about 10 um.
핑거들(55d, 55e)은 대체로 서로 동일한 간격으로 상기 일측 가장자리로부터 반대측 가장자리를 향해 연장한다. 핑거부들(55d)은 패드(55a)로부터 연장하며, 핑거들(55e)은 연결부(55bc)로부터 연장한다.The fingers (55d, 55e) extend from one edge toward the opposite edge at substantially equal intervals from each other. The fingers (55d) extend from the pad (55a), and the fingers (55e) extend from the connecting portion (55bc).
핑거들(55d) 중 하나는 반도체 적층체(30)의 중앙에 배치될 수 있다. 중앙에 배치된 핑거(55d)는 직선형일 수 있다. 한편, 중앙에 배치된 핑거(55d) 이외의 다른 핑거들(55d)은 대체로 직선형이지만, 패드(55a) 근처에서 1차로 꺾인 형상을 가질 수 있다. 핑거들(55d)이 서로 동일한 간격으로 이격되도록 하기 위해, 핑거들(55d)이 패드(55a)로부터 일측 가장 자리와 타측 가장자리 이외의 다른 가장자리를 향해 사선 방향으로 연장한 후, 반대측 가장자리를 향해 직선으로 연장할 수 있다. 상기 사선 방향으로 연장하는 연장부는 직선일 수도 있고 곡선일 수도 있다.One of the fingers (55d) may be arranged at the center of the semiconductor laminate (30). The finger (55d) arranged at the center may be straight. Meanwhile, the other fingers (55d) other than the finger (55d) arranged at the center are generally straight, but may have a shape that is first bent near the pad (55a). In order to ensure that the fingers (55d) are spaced apart from each other at equal intervals, the fingers (55d) may extend diagonally from the pad (55a) toward an edge other than one edge and the other edge, and then extend straight toward the opposite edge. The extension portion extending in the diagonal direction may be straight or curved.
한편, 핑거들(55e)은 연결부(55bc)로부터 반대층 가장자리를 향해 연장한다. 핑거들(55e)은 모두 직선형일 수 있다.Meanwhile, the fingers (55e) extend from the connecting portion (55bc) toward the edge of the opposite layer. The fingers (55e) may all be straight.
핑거들(55d, 55e)의 폭은 전류 밀도에 따라 선택될 수 있다. 대체로, 반도체 적층체(30)의 바닥면 면적이 약 1mm×1mm일 때, 핑거들(55d, 55e)의 폭은 예컨대, 4um 내지 5um 범위 내에서 선택될 수 있다. 고전류 밀도 하에서, 예컨대, 상기 반도체 적층체(30)의 면적하에서 500mA의 전류를 주입할 경우, 핑거들(55d, 55e)의 폭은 5um보다는 약 4um에 가까울 수 있으며, 이에 따라 내부 양자 효율을 증가시킬 수 있다. 이에 반해, 저전류 밀도 하에서, 예컨대, 상기 반도체 적층체(30) 면적하에서 100mA의 전류를 주입할 경우, 상기 폭은 4um보다는 약 5um에 가까울 수 있다. 고전류 밀도 및 저전류 밀도의 양조건하에서 동작하는 경우, 폭은 약 4.5um에 가까울 수 있다. 핑거들(55d)과 핑거들(55e)은 모두 동일한 폭을 가질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. The width of the fingers (55d, 55e) can be selected according to the current density. In general, when the bottom surface area of the semiconductor laminate (30) is about 1 mm×1 mm, the width of the fingers (55d, 55e) can be selected, for example, within a range of 4 um to 5 um. Under a high current density, for example, when a current of 500 mA is injected under the area of the semiconductor laminate (30), the width of the fingers (55d, 55e) can be closer to about 4 um rather than 5 um, thereby increasing the internal quantum efficiency. In contrast, under a low current density, for example, when a current of 100 mA is injected under the area of the semiconductor laminate (30), the width can be closer to about 5 um rather than 4 um. When operating under both high current density and low current density conditions, the width can be close to about 4.5 um. Both fingers (55d) and fingers (55e) can have the same width, but are not necessarily limited thereto.
핑거들(55d, 55e)은 도 1에 도시한 바와 같이, 패드(55a) 주위를 제외하면, 대체로 동일한 간격으로 서로 이격된다. 핑거들(55d, 55e) 사이의 간격은 발광 다이오드의 순방향 전압에 영향을 미친다. 특히, 핑거들(55d, 55e) 사이의 간격은 공정 조건의 변화에 따른 발광 다이오드들 간의 순방향 전압의 편차에 영향을 미칠 수 있다. 발광 다이오드 제작 공정 동안 동일한 조건하에서 많은 수의 발광 다이오드들이 동시에 제작된다. 이들 발광 다이오드들은 약간의 공정 조건의 차이에 의해 그 성능에 편차가 발생하는데, 공정 조건의 요동에도 발광 다이오드들의 성능에 편차가 크게 나타나지 않는 것이 유리하다.The fingers (55d, 55e) are spaced apart from each other at substantially the same interval, except around the pad (55a), as illustrated in FIG. 1. The interval between the fingers (55d, 55e) affects the forward voltage of the light-emitting diode. In particular, the interval between the fingers (55d, 55e) can affect the deviation of the forward voltage between the light-emitting diodes according to the change in the process conditions. During the light-emitting diode manufacturing process, a large number of light-emitting diodes are manufactured simultaneously under the same conditions. These light-emitting diodes have deviations in their performance due to slight differences in the process conditions, and it is advantageous that the deviation in the performance of the light-emitting diodes does not significantly occur even when the process conditions fluctuate.
이를 위해, 핑거들(55d, 55e) 사이의 간격에 따라, 발광 다이오드들의 성능 편차가 다르며, 특히, 핑거들 사이의 간격이 약 120um 미만에서 발광 다이오드들의 성능 편차를 줄일 수 있다. 여기서, 핑거들 사이의 간격은 서로 평행한 핑거들 사이의 간격을 의미한다. 위 핑거들(55d, 55e)의 폭 하에서 핑거들의 개수를 조절함으로써, 핑거들(55d, 55e) 사이의 간격이 조절될 수 있다. 예컨대, 위 반도체 적층체(30)의 면적하에서 핑거들(55d, 55e)의 개수는 9개 이상일 수 있다. 핑거들(55d, 55e) 사이의 간격은 대체로 일정할 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 서로 평행한 핑거들 사이의 최대 간격이 약 120um 미만일 수 있다.To this end, the performance deviation of the light-emitting diodes is different depending on the spacing between the fingers (55d, 55e), and in particular, the performance deviation of the light-emitting diodes can be reduced when the spacing between the fingers is less than about 120 um. Here, the spacing between the fingers means the spacing between the fingers that are parallel to each other. By adjusting the number of fingers under the width of the above fingers (55d, 55e), the spacing between the fingers (55d, 55e) can be adjusted. For example, the number of fingers (55d, 55e) under the area of the above semiconductor laminate (30) can be 9 or more. The spacing between the fingers (55d, 55e) can be generally constant, but is not necessarily limited thereto. At this time, the maximum spacing between the fingers that are parallel to each other can be less than about 120 um.
한편, 핑거들(55d, 55e)의 개수가 증가할수록 순방향 전압을 낮출 수 있지만, 핑거들(55d, 55e)이 광을 차단하여 광 출력을 떨어뜨린다. 따라서, 핑거들(55d, 55e) 사이의 간격은 90um 이상일 수 있으며, 위 반도체 적층체(30)의 면적 하에서 핑거들(55d, 55e)의 개수는 11개 이하일 수 있다. 핑거들(55d, 55e) 사이의 간격은 대체로 일정할 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 서로 평행한 핑거들 사이의 최소 간격이 약 90um 이상일 수 있다.Meanwhile, as the number of fingers (55d, 55e) increases, the forward voltage can be lowered, but the fingers (55d, 55e) block light, thereby reducing the light output. Therefore, the spacing between the fingers (55d, 55e) may be 90 um or more, and the number of fingers (55d, 55e) under the area of the semiconductor laminate (30) above may be 11 or less. The spacing between the fingers (55d, 55e) may be generally constant, but is not necessarily limited thereto. In this case, the minimum spacing between the fingers that are parallel to each other may be about 90 um or more.
보호층(57)은 핑거 구조체(55) 및 상부 제1 도전형 반도체층(21)을 덮는다. 보호층(57)은 제1 도전형 반도체층(21)의 표면에 형성된 요철을 따라 형성될 수 있다. 보호층(57)은 또한 반도체 적층체(30)의 측면을 덮을 수 있으며, 반도체 적층체(30) 주위에 노출된 기판(51)을 덮을 수도 있다. 보호층(57)은 패드(55a)를 노출시키는 개구부를 가질 수 있다.The protective layer (57) covers the finger structure (55) and the upper first conductive semiconductor layer (21). The protective layer (57) may be formed along the unevenness formed on the surface of the first conductive semiconductor layer (21). The protective layer (57) may also cover the side surface of the semiconductor laminate (30) and may cover the substrate (51) exposed around the semiconductor laminate (30). The protective layer (57) may have an opening exposing the pad (55a).
보호층(57)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물로 형성될 수 있고, 해당 파장대의 광을 투과할 수 있는 두께로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 약 4500Å 두께의 실리콘 산화물로 형성될 수 있다.The protective layer (57) can be formed of silicon oxide or silicon nitride, and can be formed to a thickness that can transmit light of a corresponding wavelength range, and for example, can be formed of silicon oxide having a thickness of about 4500 Å.
추가 패드층(59)은 패드(55a) 상에 형성될 수 있다. 추가 패드층(59)은 보호층(57)의 개구부 내에 배치될 수 있다. 추가 패드층(59)은 예를 들어, 약 1um 두께의 Au층으로 형성될 수 있다.An additional pad layer (59) may be formed on the pad (55a). The additional pad layer (59) may be positioned within the opening of the protective layer (57). The additional pad layer (59) may be formed of, for example, an Au layer having a thickness of about 1 μm.
(실험예 1)(Experimental Example 1)
도 3은 핑거 수 및 p 접촉 면적에 따른 순방향 전압 및 광출력을 확인하기 위해 사용된 샘플들을 설명하기 위한 평면도들이다.Figure 3 is a plan view illustrating samples used to verify forward voltage and optical output according to the number of fingers and p contact area.
면적이 약 1×1 mm2인 반도체 적층체(30) 상에 핑거들의 개수가 7개 내지 11개인 발광 다이오드들을 제작하였다. 핑거들의 폭은 약 4.5um로 동일하게 하였으며, 연결부(55bc)는 단턱부 없이 일정한 폭으로 하였다. 핑거 구조체 이외의 발광 다이오드의 구조는 앞서 도 1, 도 2a, 및 도 2b를 참조하여 설명한 바와 같이 모두 동일한 조건으로 제작하였다. 핑거수가 7개이고, 반도체 적층체에 대한 p 접촉 면적의 비율이 0.5%인 발광 다이오드의 순방향 전압 및 광 출력을 각각 100%로 하여 다른 발광 다이오드들의 순방향 전압 및 광 출력을 백분율로 나타내었다.Light-emitting diodes having 7 to 11 fingers were fabricated on a semiconductor laminate (30) having an area of about 1×1 mm 2 . The width of the fingers was set to be the same at about 4.5 um, and the connection portion (55bc) was set to have a constant width without a step portion. The structures of the light-emitting diodes other than the finger structures were fabricated under the same conditions as described above with reference to FIGS. 1, 2a, and 2b. The forward voltage and light output of the light-emitting diode having 7 fingers and a p-contact area ratio of 0.5% to the semiconductor laminate were each set to 100%, and the forward voltage and light output of the other light-emitting diodes were expressed as a percentage.
도 4a는 핑거 수 및 p 접촉 면적에 따른 순방향 전압을 나타내기 위한 그래프이고, 도 4b는 핑거 수 및 p 접촉 면적에 따른 광출력을 나타내기 위한 그래프이다.Fig. 4a is a graph for showing the forward voltage according to the number of fingers and the p contact area, and Fig. 4b is a graph for showing the light output according to the number of fingers and the p contact area.
우선, 도 4a를 참조하면, 핑거 개수가 증가할수록 발광 다이오드의 순방향 전압이 낮아진다. 핑거수 증가에 따른 순방향 전압 감소 폭은 핑거 개수가 작을수록 그리고 p 접촉 면적이 작을수록 큰 것을 알 수 있다. 즉, 순방향 전압 감소폭은 핑거 개수가 7개에서 8개로 증가할 때가 9개에서 10개, 또는 10개에서 11개로 증가할 때보다 상당히 크다. 8개에서 9개로 증가할 때도 상당히 큰 폭으로 순방향 전압이 감소하는 것을 알 수 있다. 따라서, 순방향 전압 감소 측면에서 핑거 개수는 9개 이상이 적절하다.First, referring to Fig. 4a, as the number of fingers increases, the forward voltage of the light-emitting diode decreases. It can be seen that the decrease in forward voltage due to the increase in the number of fingers is larger as the number of fingers decreases and the p-contact area decreases. That is, the decrease in forward voltage is significantly larger when the number of fingers increases from 7 to 8 than when the number of fingers increases from 9 to 10 or from 10 to 11. It can also be seen that the forward voltage decreases significantly when the number of fingers increases from 8 to 9. Therefore, in terms of forward voltage reduction, the number of fingers is appropriate to be 9 or more.
나아가, p 접촉 면적이 0.5%에서 4%로 증가함에 따라 접촉 면적 차이에 따른 순방향 전압 감소 폭이 작아진다. 즉, p 접촉 면적이 0.5%에서 1%로 증가할 때보다 1%에서 1.5%로 증가할 때, 순방향 전압 변화가 작다. p 접촉 면적 증가에 따른 순방향 전압 변화는 핑거 수가 증가할수록 작게 나타난다. 즉, 핑거 수 및 p 접촉 면적이 증가할수록 발광 다이오드들 간의 순방향 전압 편차를 줄일 수 있다.Furthermore, as the p contact area increases from 0.5% to 4%, the forward voltage decrease due to the difference in contact area becomes smaller. That is, the forward voltage change is smaller when the p contact area increases from 1% to 1.5% than when it increases from 0.5% to 1%. The forward voltage change due to the increase in the p contact area becomes smaller as the number of fingers increases. That is, the forward voltage deviation between the light-emitting diodes can be reduced as the number of fingers and the p contact area increase.
한편, 도 4b를 참조하면, 광 출력은 핑거 수가 증가할수록 그리고 p 접촉 면적이 증가할수록 감소한다. 핑거 수 증가에 따를 광출력 감소는 대체로 일정하며, 따라서, 핑거수가 많아도 광출력 감소가 작아지지 않는 것을 알 수 있다. 한편, p 접촉 면적이 증가함에 따라, 광출력의 변화가 작아지는 경향을 보이긴 하지만, 그 차이가 크지 않았다. 즉, p 접촉 면적이 증가함에 따라서도 광출력은 대체로 일정한 폭으로 감소한다. 따라서, 광 출력 감소를 방지하기 위해서는 핑거 수를 적게 하고 p 접촉 면적을 줄일 필요가 있다.Meanwhile, referring to Fig. 4b, the light output decreases as the number of fingers increases and as the p contact area increases. The decrease in light output as the number of fingers increases is generally constant, and therefore, it can be seen that the decrease in light output does not decrease even if the number of fingers increases. On the other hand, although the change in light output tends to decrease as the p contact area increases, the difference was not large. That is, the light output decreases by a generally constant amount even as the p contact area increases. Therefore, in order to prevent the decrease in light output, it is necessary to reduce the number of fingers and reduce the p contact area.
결론적으로, 순방향 전압의 편차를 줄이기 위해 핑거 수는 9개 이상, p 접촉 면적은 1% 이상인 것이 좋지만, 광출력이 크게 감소하는 것을 방지하기 위해 핑거 수를 11개를 초과하거나 p 접촉 면적을 4% 이상으로 크게하는 것은 좋지 않다. 더욱이, 위 조건에서 핑거 수는 9개, p 접촉 면적은 1~2% 범위가 적합한다.In conclusion, in order to reduce the deviation of the forward voltage, it is recommended that the number of fingers be 9 or more and the p-contact area be 1% or more, but in order to prevent a significant decrease in the light output, it is not recommended that the number of fingers exceed 11 or the p-contact area be 4% or more. Furthermore, under the above conditions, the number of fingers is 9 and the p-contact area is in the range of 1 to 2%.
도 5는 핑거 구조체의 변형에 따른 순방향 전압 및 광 출력 변화를 설명하기 위한 그래프이다. 제2 연결부(55c) 없이 제1 연결부(55b)만을 이용하여 핑거 구조체를 형성한 기준 샘플(비교예)과, 제2 연결부(55c)를 추가하여 단차형 연결부(55bc)를 형성한 실시예의 샘플(실시예)을 제작하여 순방향 전압 및 광 출력을 측정하였다.Figure 5 is a graph for explaining changes in forward voltage and optical output according to deformation of the finger structure. A reference sample (comparative example) in which a finger structure was formed using only a first connection part (55b) without a second connection part (55c), and a sample of an example (exemplary example) in which a step-type connection part (55bc) was formed by adding a second connection part (55c) were manufactured, and forward voltage and optical output were measured.
도 5를 참조하면, 실시예의 샘플이 비교예에 비해 0.3%의 순방향 전압 감소 및 0.6%의 광 출력 증가를 보여주었다. 즉, 제2 연결부(55c)를 추가함으로써 순방향 전압을 감소시키고 광 출력을 증가시킬 수 있다.Referring to Fig. 5, the sample of the embodiment showed a 0.3% decrease in forward voltage and a 0.6% increase in light output compared to the comparative example. That is, by adding the second connector (55c), the forward voltage can be reduced and the light output can be increased.
도 6은 핑거의 분기 구조에 따른 순방향 전압 및 광 출력 변화를 설명하기 위한 그래프이다. 패드(55a)로부터 직접 직선형으로 연장하는 핑거를 제외하고 나머지 핑거들은 모두 연결부로부터 연장하도록 제작된 비교예의 샘플과 도 1에서 설명한 바와 같이, 패드(55a)에서 복수의 핑거들이 연장하는 실시예의 샘플을 제작하여 순방향 전압 및 광 출력을 측정하였다.Fig. 6 is a graph for explaining changes in forward voltage and optical output according to the branching structure of the fingers. A comparative sample in which all fingers except for the fingers extending straightly from the pad (55a) were manufactured to extend from the connection portion, and a sample of an embodiment in which a plurality of fingers extend from the pad (55a) as described in Fig. 1 were manufactured, and forward voltage and optical output were measured.
도 6을 참조하면, 실시예의 샘플이 비교예에 비해 5.5%의 순방향 전압 감소 및 0.5%의 광 출력 증가를 보여주었다. 즉, 패드(55a)로부터 연장하는 핑거들을 증가시킴으로써 순방향 전압을 감소시키고 광 출력을 증가시킬 수 있다.Referring to Fig. 6, the sample of the embodiment showed a 5.5% decrease in forward voltage and a 0.5% increase in light output compared to the comparative example. That is, by increasing the fingers extending from the pad (55a), the forward voltage can be reduced and the light output can be increased.
도 7은 추가 패드층 적용 유무에 따른 순방향 전압 및 광 출력 변화를 설명하기 위한 그래프이다. 패드(55a)에 직접 와이어를 본딩하는 비교예의 샘플과 함께 Au의 추가 패드층(59)을 패드(55a) 상에 형성한 실시예의 샘플을 제작하였다. 추가 패드층(59)은 Au를 약 1um 두께로 형성하였다.Figure 7 is a graph for explaining the change in forward voltage and optical output depending on whether an additional pad layer is applied. A sample of an example in which an additional pad layer (59) of Au is formed on the pad (55a) was produced along with a comparative example in which a wire is directly bonded to the pad (55a). The additional pad layer (59) was formed with Au to a thickness of about 1 um.
도 7을 참조하면, 추가 패드층(59)을 배치함으로써 4.9%의 순방향 전압 감소 및 1.4%의 광 출력 증가를 달성할 수 있었다. 더욱이, 패키지의 와이어 접합 공정에서 와이어 접합력도 증가시킬 수 있었다.Referring to Fig. 7, by arranging an additional pad layer (59), a forward voltage reduction of 4.9% and an optical output increase of 1.4% could be achieved. Furthermore, the wire bonding strength could also be increased in the wire bonding process of the package.
도 8은 핑거 폭에 따른 외부 양자 효율을 설명하기 위한 그래프이다. 핑거 수를 9개로 동일하게 하고, 핑거들의 폭만을 4um, 5um 및 6um로 한 샘플들을 제작하여 핑거 폭에 따른 외부 양자 효율을 도출하였다.Figure 8 is a graph to explain the external quantum efficiency according to the finger width. Samples were manufactured with the same number of fingers (9) and only the widths of the fingers were 4 um, 5 um, and 6 um, and the external quantum efficiency according to the finger width was derived.
도 8을 참조하면, 100mA의 저전류 밀도 조건하에서는 폭이 약 5um에서 양호한 값을 가지며, 4um에서 상대적으로 낮은 값을 가졌다. 이에 반해, 500mA의 고전류 밀도 조건하에서는 폭이 증가할수록 외부양자효율이 감소하는 경향을 보였다.Referring to Fig. 8, under the low current density condition of 100 mA, the width had a good value at about 5 um and a relatively low value at 4 um. In contrast, under the high current density condition of 500 mA, the external quantum efficiency tended to decrease as the width increased.
즉, 저전류 밀도 조건하에서는 핑거 폭이 5um에 가까울수록, 그리고 저전류 밀도 조건하에서는 핑거 폭이 4um에 가까울수록 외부 양자효율이 높다는 것을 보여준다.That is, it shows that the external quantum efficiency is higher when the finger width is closer to 5 um under low current density conditions, and when the finger width is closer to 4 um under low current density conditions.
또한, 핑거 폭을 결정함에 있어, 저전류와 고전류에서의 외부양자효율의 변화를 통해 소자 주입 전류에 대한 최적의 핑거 폭을 결정할 수 있다.Additionally, in determining the finger width, the optimal finger width for the device injection current can be determined through the change in external quantum efficiency at low and high currents.
이상에서, 본 개시의 다양한 실시예들에 대해 설명하였으나, 본 개시는 이들 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 하나의 실시예에 대해서 설명한 사항이나 구성요소는 본 개시의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한, 다른 실시예에도 적용될 수 있다. Although various embodiments of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to these embodiments. In addition, matters or components described for one embodiment may be applied to other embodiments as long as they do not depart from the technical spirit of the present disclosure.
Claims (20)
상기 기판 상에 배치된 반도체 적층체;
상기 반도체 적층체 상에 배치되며, 상기 기판의 일측 가장자리에서 타측 가장자리로 연장하는 복수의 핑거들을 포함하는 핑거 구조체;
상기 반도체 적층체와 상기 기판 사이에 배치되며, 상기 반도체 적층체를 노출시키는 복수의 홀들을 갖는 전류 블록층; 및
상기 기판과 상기 전류 블록층 사이에 배치되며, 상기 전류 블록층의 홀들을 통해 상기 반도체 적층체에 전기적으로 접속된 금속층을 포함하고,
상기 전류 블록층의 홀들은 상기 핑거들과 중첩하지 않도록 핑거들 사이의 영역들 하부에 배치되며,
서로 평행한 핑거들 사이의 최대 간격은 120um 미만이고, 최소 간격은 90um 이상이고,
상기 핑거 구조체는,
상기 반도체 적층체의 일측 가장자리의 중앙 근처에 배치된 패드;
상기 반도체 적층체의 일측 가장자리를 따라 상기 패드의 양측으로 연장하는 연결부;
상기 연결부로부터 상기 반도체 적층체의 타측 가장자리 측으로 연장하는 핑거들; 및
상기 패드로부터 상기 반도체 적층체의 타측 가장자리 측으로 연장하는 적어도 하나의 핑거를 포함하는 발광 다이오드.substrate;
A semiconductor laminate disposed on the above substrate;
A finger structure disposed on the semiconductor laminate and including a plurality of fingers extending from one edge of the substrate to the other edge;
A current blocking layer disposed between the semiconductor laminate and the substrate, the current blocking layer having a plurality of holes exposing the semiconductor laminate; and
A metal layer is disposed between the substrate and the current block layer and is electrically connected to the semiconductor laminate through holes of the current block layer,
The holes of the current block layer are positioned below the areas between the fingers so as not to overlap with the fingers,
The maximum spacing between parallel fingers is less than 120 um, and the minimum spacing is more than 90 um,
The above finger structure is,
A pad positioned near the center of one edge of the semiconductor laminate;
A connecting portion extending along one edge of the semiconductor laminate to both sides of the pad;
Fingers extending from the connecting portion toward the other edge of the semiconductor laminate; and
A light emitting diode comprising at least one finger extending from the pad toward the other edge of the semiconductor laminate.
상기 홀들을 통해 상기 반도체 적층체에 접속된 상기 금속층의 전체 접촉 면적은 상기 반도체 적층체의 하면 면적의 1 내지 4% 범위 내인 발광 다이오드.In claim 1,
A light emitting diode wherein the total contact area of the metal layer connected to the semiconductor laminate through the holes is within a range of 1 to 4% of the lower surface area of the semiconductor laminate.
상기 금속층의 전체 접촉 면적은 상기 반도체 적층체의 하면 면적의 1 내지 2% 범위 내인 발광 다이오드.In claim 2,
A light emitting diode wherein the total contact area of the metal layer is within a range of 1 to 2% of the lower surface area of the semiconductor laminate.
상기 핑거들의 개수는 9개인 발광 다이오드.In claim 1,
The number of the above fingers is 9 light emitting diodes.
상기 홀들과 상기 핑거들 사이의 횡방향 최소 간격은 20um 이상인 발광 다이오드.In claim 1,
A light emitting diode wherein the minimum horizontal gap between the holes and the fingers is 20 um or more.
상기 홀들 사이의 간격은 상기 홀들과 상기 핑거들 사이의 최소 간격보다 큰 발광 다이오드.In claim 5,
A light emitting diode wherein the spacing between the holes is greater than the minimum spacing between the holes and the fingers.
상기 홀들은 홀과 핑거 사이의 최고 간격보다 작은 폭을 갖는 발광 다이오드.In claim 5,
The above holes are light emitting diodes having a width smaller than the maximum gap between the holes and the fingers.
상기 패드 상에 배치된 추가 패드층을 더 포함하는 발광 다이오드.In claim 1,
A light emitting diode further comprising an additional pad layer disposed on the above pad.
상기 패드는 AuGe 또는 AuGe-Ni로 형성되고,
상기 추가 패드층은 Au로 형성된 발광 다이오드.In claim 9,
The above pad is formed of AuGe or AuGe-Ni,
The above additional pad layer is a light emitting diode formed of Au.
상기 연결부는 일정한 폭을 갖고 상기 패드로부터 연장하는 제1 연결부; 및
상기 제1 연결부에 접하여 상기 패드로부터 연장하는 제2 연결부를 포함하고,
상기 제2 연결부는 상기 제1 연결부보다 짧은 발광 다이오드.In claim 1,
The above connecting portion has a first connecting portion extending from the pad with a constant width; and
A second connecting portion extending from the pad and in contact with the first connecting portion,
The above second connecting portion is a shorter light emitting diode than the above first connecting portion.
상기 패드로부터 복수의 핑거들이 연장하는 발광 다이오드.In claim 1,
A light emitting diode having a plurality of fingers extending from the above pad.
상기 패드로부터 연장하는 핑거들 중 적어도 하나는 상기 반도체 적층체의 일측 가장 자리와 타측 가장자리 이외의 다른 가장자리를 향해 연장하는 연장부를 포함하는 발광 다이오드.In claim 12,
A light emitting diode, wherein at least one of the fingers extending from the pad includes an extension portion extending toward an edge other than one edge and the other edge of the semiconductor laminate.
상기 금속층은 오믹층 및 반사 금속층을 포함하는 발광 다이오드.In claim 1,
A light-emitting diode comprising an ohmic layer and a reflective metal layer.
상기 핑거들 각각의 선폭은 4um 내지 5um 범위 내인 발광 다이오드.In claim 1,
A light emitting diode wherein each of the above fingers has a line width in the range of 4 um to 5 um.
상기 반도체 적층체는 적어도 2개의 활성층을 포함하는 발광 다이오드.In claim 1,
A light emitting diode, wherein the semiconductor laminate comprises at least two active layers.
상기 반도체 적층체는 n형 반도체층 및 p형 반도체층을 포함하되, 상기 핑거 구조체는 상기 n형 반도체층에 접촉하고, 상기 금속층은 상기 p형 반도체층에 접촉하는 발광 다이오드.In claim 16,
A light emitting diode, wherein the semiconductor laminate comprises an n-type semiconductor layer and a p-type semiconductor layer, wherein the finger structure contacts the n-type semiconductor layer, and the metal layer contacts the p-type semiconductor layer.
상기 n형 및 p형 반도체층은 AlGaAs을 포함하고,
상기 활성층은 GaAs을 포함하는 발광 다이오드.In claim 17,
The above n-type and p-type semiconductor layers include AlGaAs,
A light-emitting diode wherein the active layer comprises GaAs.
상기 n형 반도체층은 거칠어진 표면을 포함하는 발광 다이오드.In claim 17,
A light-emitting diode wherein the n-type semiconductor layer includes a roughened surface.
상기 핑거 구조체 및 상기 반도체 적층체를 덮는 보호층을 더 포함하는 발광 다이오드.In claim 1,
A light emitting diode further comprising a protective layer covering the finger structure and the semiconductor laminate.
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