KR100716647B1 - Light emitting diode with an energy barrier layer for current spreading - Google Patents
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Abstract
전류분산을 위한 에너지 장벽층을 갖는 발광 다이오드가 개시된다. 이 발광 다이오드는 질화갈륨 계열의 제1 n형 반도체층 및 질화갈륨 계열의 제1 p형 반도체층을 포함한다. 활성층이 제1 n형 반도체층과 제1 p형 반도체층 사이에 개재되며, 질화갈륨 계열의 제2 n형 반도체층이 제1 n형 반도체층과 활성층 사이에 개재된다. n형 에너지 장벽층은 제1 n형 반도체층과 제2 n형 반도체층 사이에 개재된다. n형 에너지 장벽층은 제1 n형 반도체층보다 에너지 밴드갭이 큰 질화갈륨 계열로 형성된다. 따라서, n형 에너지 장벽층은 제1 n형 반도체층에서 활성층으로 유입되는 전자들에 대해 에너지 장벽으로 작용하고, 전자들이 제1 n형 반도체층 내에서 고르게 분산된다.A light emitting diode having an energy barrier layer for current distribution is disclosed. The light emitting diode includes a gallium nitride series first n-type semiconductor layer and a gallium nitride series first p-type semiconductor layer. An active layer is interposed between the first n-type semiconductor layer and the first p-type semiconductor layer, and a gallium nitride series second n-type semiconductor layer is interposed between the first n-type semiconductor layer and the active layer. The n-type energy barrier layer is interposed between the first n-type semiconductor layer and the second n-type semiconductor layer. The n-type energy barrier layer is formed of a gallium nitride series having a larger energy band gap than the first n-type semiconductor layer. Thus, the n-type energy barrier layer acts as an energy barrier for electrons entering the active layer from the first n-type semiconductor layer, and the electrons are evenly dispersed in the first n-type semiconductor layer.
발광 다이오드, 에너지 장벽층(energy barrier layer), 전류 분산(current spreading) Light Emitting Diodes, Energy Barrier Layers, Current Spreading
Description
도 1은 종래기술에 따른 전류분산을 위한 웰(well)층을 갖는 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a light emitting diode having a well layer for current distribution according to the prior art.
도 2는 종래기술에 따른 전류분산을 설명하기 위한 에너지 밴드 다이어그램이다.Figure 2 is an energy band diagram for explaining the current distribution according to the prior art.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 전류분산을 위한 에너지 장벽층을 갖는 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a light emitting diode having an energy barrier layer for current distribution according to embodiments of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류분산을 설명하기 위한 에너지 밴드 다이어그램이다.4 is an energy band diagram for describing current dispersion according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전류분산을 설명하기 위한 에너지 밴드 다이어그램이다.5 is an energy band diagram for describing current distribution according to another embodiment of the present invention.
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전류분산을 위한 에너지 장벽층을 갖는 발광 다이오드에 관한 것이다.The present invention relates to a light emitting diode, and more particularly to a light emitting diode having an energy barrier layer for current distribution.
질화갈륨(GaN) 계열의 발광 다이오드(LED)가 10년 이상 적용되어 왔으며, LED 기술을 상당히 변화시켰다. GaN 계열의 LED는 현재 천연색 LED 표시소자, LED 교통 신호기, 백색 LED 등 다양한 응용에 사용되고 있다.Gallium nitride (GaN) series light emitting diodes (LEDs) have been in use for more than a decade and have significantly changed LED technology. GaN series LEDs are currently used in a variety of applications, including color LED displays, LED traffic signals, and white LEDs.
최근, 고효율 백색 LED는 형광 램프를 대체할 것으로 기대되고 있으며, 특히 백색 LED의 효율(efficiency)은 통상의 형광램프의 효율에 유사한 수준에 도달하고 있다. 그러나, LED효율은 더욱 개선될 여지가 있으며, 따라서 지속적인 효율 개선이 더욱 요구되고 있다.Recently, high-efficiency white LEDs are expected to replace fluorescent lamps. In particular, the efficiency of white LEDs has reached a level similar to that of conventional fluorescent lamps. However, there is a possibility that the LED efficiency is further improved, and thus continuous efficiency improvement is further required.
LED 효율을 개선하기 위해 두 가지의 주요한 접근이 시도되고 있다. 첫째는 결정질(crystal quality) 및 에피층 구조에 의해 결정되는 내부 양자 효율(internal quantum efficiency)을 증가시키는 것이고, 둘째는 광 추출 효율(light extraction efficiency)을 증가시키는 것이다.Two major approaches are being attempted to improve LED efficiency. The first is to increase the internal quantum efficiency determined by the crystal quality and the epilayer structure, and the second is to increase the light extraction efficiency.
광 추출 효율 개선은, 열 방출 구조, 거칠어진 표면 및 패터닝된 사파이어 기판 등을 채택하여 내부 광손실을 제거하는 것이 주요한 과제가 되고 있다.Improving the light extraction efficiency has been a major challenge to eliminate the internal light loss by adopting a heat dissipation structure, a rough surface and a patterned sapphire substrate and the like.
거칠어진 표면은 표면에 입사된 광이 전반사에 의해 LED 내부로 되돌아가는 것을 방지하여 광을 외부로 방출시킨다. 또한, 패터닝된 사파이어 기판은 LED와 기판 사이에서 광이 전반사되어 손실되는 것을 감소시키어 광추출 효율을 개선할 수 있다.The roughened surface prevents light incident on the surface from returning to the inside of the LED by total reflection, thereby emitting light to the outside. In addition, the patterned sapphire substrate can improve the light extraction efficiency by reducing the total reflection of light is lost between the LED and the substrate.
한편, 에피층 구조를 개선하여 내부 양자 효율을 개선한 LED가 "InGaN 전류분산층을 구비하는 InGaN-GaN 다중 양자웰 발광 다이오드에 있어서 개선된 광출력"(Enhanced output power in an InGaN-GaN multiquantum-well light-emitting diode with an InGaN currernt-spreading layer)라는 제목으로 쉐우 등(Sheu et al.)에 의해 2001년 11월에 간행된 IEEE Photonics Technology Letters(Vol.13, No.11)에 개시된 바 있으며, 도 1은 쉐우 등에 의해 개시된 LED를 도시한 것이다.On the other hand, LEDs with improved epitaxial structure to improve internal quantum efficiency are "enhanced output power in an InGaN-GaN multiquantum- in InGaN-GaN multi-quantum well light emitting diode with InGaN current spreading layer". It was disclosed in IEEE Photonics Technology Letters (Vol. 13, No. 11) published in November 2001 by Sheu et al. under the title well light-emitting diode with an InGaN currernt-spreading layer. 1 illustrates an LED disclosed by Schew et al.
도 1을 참조하면, 사파이어 기판(11) 상에 저온 GaN 핵층(nucleation layer, 13), n형 GaN 층(15), n형 InGaN 전류분산층(17), n형 GaN 층(19), 활성층(21), p형 AlGaN층(23) 및 p형 GaN층(25)이 차례로 적층된다. 여기서, n형 반도체층들은 Si을 도핑하여 형성되며, p형 반도체층들은 Mg을 도핑하여 형성된다. 활성층(21)은 InGaN층과 GaN층이 주기적으로 형성된 다중 양자웰 구조를 갖는다.Referring to FIG. 1, a low-temperature
도 2는, 도 1의 에피층 구조에 있어서, 상기 전류분산층(17)을 기준으로 한 에너지 밴드 다이어그램을 도시한다.FIG. 2 shows an energy band diagram based on the current spreading
도 2를 참조하면, InGaN 전류분산층(17)은 GaN층(15, 19)에 비해 에너지 밴드갭이 작기 때문에 GaN층들(15, 19) 사이에서 웰을 형성한다. n형 GaN층(15)에서 활성층(21) 쪽으로 진행하는 전자들은 InGaN 전류분산층(17)과 GaN층(19)의 계면의 에너지 장벽에 의해 InGaN 전류분산층(17) 내에 축적된다. 따라서, 전자들은 InGaN 전류분산층(17) 내에서 고르게 분산된 후, 활성층(21) 쪽으로 흐르게 된다.Referring to FIG. 2, the InGaN current spreading
결과적으로, 활성층(21) 내에서 전자와 홀이 활성층(21) 전영역에서 결합되므로, 전류집중(current crowding) 현상을 방지할 수 있어 내부 양자 효율이 향상시키며, 이에 따라 광출력이 개선된다.As a result, since the electrons and holes in the active layer 21 are combined in the entire area of the active layer 21, current crowding can be prevented, thereby improving the internal quantum efficiency, thereby improving the light output.
그러나, InGaN 전류분산층(17)의 적정 성장온도는 GaN층(15, 19)의 성장 온도에 비해 상당히 낮다. 따라서, GaN층(15)을 성장시킨 후, 성장 온도를 낮추어 InGaN층(17)을 성장시켜야 하며, 이는 공정시간의 증가로 이어져, 발광 다이오드 산출량(throughput)을 감소시킨다.However, the optimum growth temperature of the InGaN current spreading
한편, InGaN 전류분산층(17) 대신에 n형 GaN층들(15, 19) 사이에 언도프트 GaN층 또는 저농도로 도핑된 n- GaN층을 개재시킬 수 있으나, 언도프트 GaN층 또는 n- GaN층은 저항이 높아 순방향 전압을 증가시킨다.Meanwhile, an undoped GaN layer or a lightly doped n-GaN layer may be interposed between the n-
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 성장온도를 크게 변경하지 않으면서 전자들을 고르게 분산시킬 수 있는 발광 다이오드를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a light emitting diode that can evenly disperse electrons without significantly changing the growth temperature.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 직렬저항 증가를 방지하면서 전자들을 고르게 분산시킬 수 있는 발광 다이오드를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a light emitting diode that can evenly distribute electrons while preventing an increase in series resistance.
상기 기술적 과제들을 이루기 위하여, 본 발명은 전류분산을 위한 에너지 장벽층을 갖는 발광 다이오드를 제공한다. 본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드는 질화갈륨 계열의 제1 n형 반도체층 및 질화갈륨 계열의 제1 p형 반도체층을 포함한다. 활성층이 상기 제1 n형 반도체층과 상기 제1 p형 반도체층 사이에 개재되며, 질화갈륨 계열의 제2 n형 반도체층이 상기 제1 n형 반도체층과 상기 활성층 사이에 개재된다. n형 에너지 장벽층이 상기 제1 n형 반도체층과 상기 제2 n형 반도체층 사이에 개재된다. 상기 n형 에너지 장벽층은 상기 제1 n형 반도체층보다 에너지 밴드갭이 큰 질화갈륨 계열로 형성된다. 상기 n형 에너지 장벽층은 상기 제1 n형 반도체층에서 상기 활성층으로 주입되는 전자들에 대해 에너지 장벽으로 작용하 기 때문에, 전자들이 상기 제1 n형 반도체층 내에서 분산된다. 따라서, 전자들이 활성층 쪽으로 고르게 주입될 수 있어 발광 효율이 개선된다. 또한, 상기 에너지 장벽층의 도핑농도를 고농도로 할 수 있어 직렬 저항의 증가를 방지할 수 있다. 여기서, 질화갈륨 계열의 반도체층들은 (B, Al, Ga, In)N로 표현되는 2성분계, 3성분계 또는 4성분계의 질화물 반도체층을 의미한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a light emitting diode having an energy barrier layer for current dispersion. A light emitting diode according to embodiments of the present invention includes a gallium nitride based first n-type semiconductor layer and a gallium nitride based first p-type semiconductor layer. An active layer is interposed between the first n-type semiconductor layer and the first p-type semiconductor layer, and a gallium nitride based second n-type semiconductor layer is interposed between the first n-type semiconductor layer and the active layer. An n-type energy barrier layer is interposed between the first n-type semiconductor layer and the second n-type semiconductor layer. The n-type energy barrier layer is formed of a gallium nitride series having an energy band gap larger than that of the first n-type semiconductor layer. Since the n-type energy barrier layer acts as an energy barrier for electrons injected from the first n-type semiconductor layer to the active layer, electrons are dispersed in the first n-type semiconductor layer. Therefore, electrons can be injected evenly toward the active layer, thereby improving luminous efficiency. In addition, the doping concentration of the energy barrier layer can be made high, thereby increasing the series resistance. Here, the gallium nitride-based semiconductor layers mean a two-component, three-component or four-component nitride semiconductor layer represented by (B, Al, Ga, In) N.
상기 n형 에너지 장벽층과 상기 제2 n형 반도체층의 계면에서 에너지 장벽이 형성되는 것을 방지하기 위해, 상기 제2 n형 반도체층은 상기 n형 에너지 장벽층보다 에너지 밴드갭이 작은 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1 n형 반도체층 및 제2 n형 반도체층은 GaN이고, 상기 에너지 장벽층은 AlGaN일 수 있다. AlGaN는 GaN의 성장온도와 거의 동일한 성장온도에서 성장될 수 있으며, Al의 함량을 적게 조절함으로써 활성층의 결정질이 나빠지는 것을 방지할 수 있다.In order to prevent the formation of an energy barrier at the interface between the n-type energy barrier layer and the second n-type semiconductor layer, the second n-type semiconductor layer preferably has an energy band gap smaller than that of the n-type energy barrier layer. . The first n-type semiconductor layer and the second n-type semiconductor layer may be GaN, and the energy barrier layer may be AlGaN. AlGaN can be grown at a growth temperature that is substantially the same as the growth temperature of GaN, and by controlling the content of Al less, it is possible to prevent the crystalline of the active layer from deteriorating.
한편, 고농도로 도핑된 질화갈륨 계열의 n형 전류분산층이 상기 제1 n형 반도체층과 상기 n형 에너지 장벽층 사이에 개재될 수 있다. 상기 n형 전류분산층의 에너지 밴드갭은 상기 제1 n형 반도체층의 에너지 밴드갭보다 작거나 같을 수 있다. n형 전류분산층은 n형 에너지 장벽층과 인접하여, 전자들이 n형 전류분산층 내에서 더욱 고르게 분산되도록 한다.Meanwhile, a highly doped gallium nitride based n-type current spreading layer may be interposed between the first n-type semiconductor layer and the n-type energy barrier layer. The energy band gap of the n-type current spreading layer may be smaller than or equal to the energy band gap of the first n-type semiconductor layer. The n-type current spreading layer is adjacent to the n-type energy barrier layer, allowing electrons to be more evenly dispersed within the n-type current spreading layer.
이에 더하여, 상기 제1 n형 반도체층과 상기 n형 전류분산층은 동일한 질화갈륨 계열의 반도체층으로 형성될 수 있으며, 상기 n형 전류분산층은 상기 제1 n형 반도체층보다 고농도로 도핑된다. 상기 제1 n형 반도체층 및 상기 n형 전류분산층은 GaN이고, 상기 n형 에너지 장벽층은 AlGaN일 수 있다.In addition, the first n-type semiconductor layer and the n-type current distribution layer may be formed of the same gallium nitride-based semiconductor layer, the n-type current distribution layer is doped at a higher concentration than the first n-type semiconductor layer . The first n-type semiconductor layer and the n-type current dispersion layer may be GaN, and the n-type energy barrier layer may be AlGaN.
한편, 상기 제1 p형 반도체층과 상기 활성층 사이에 질화갈륨 계열의 제2 p형 반도체층이 개재될 수 있다.Meanwhile, a gallium nitride based second p-type semiconductor layer may be interposed between the first p-type semiconductor layer and the active layer.
또한, n형 전극 패드가 상기 제1 n형 반도체층의 일영역 상에 형성되고, p형 전극 패드가 상기 제1 p형 반도체층 상에 형성될 수 있다.In addition, an n-type electrode pad may be formed on one region of the first n-type semiconductor layer, and a p-type electrode pad may be formed on the first p-type semiconductor layer.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are provided as examples to ensure that the spirit of the present invention can be fully conveyed to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the embodiments described below and may be embodied in other forms. And, in the drawings, the width, length, thickness, etc. of the components may be exaggerated for convenience. Like numbers refer to like elements throughout.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류분산을 위한 에너지 장벽층을 갖는 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a light emitting diode having an energy barrier layer for current distribution according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 질화갈륨 계열의 제1 n형 반도체층(55)과 질화갈륨 계열의 제1 p형 반도체층(65) 사이에 활성층(61)이 개재된다. 상기 제1 n형 반도체층(55)과 상기 제1 p형 반도체층(65)은 각각 발광 다이오드의 n 콘택층 및 p 콘택층이 된다. 또한, 상기 제1 n형 반도체층(55)과 상기 활성층(61) 사이에 질화갈륨 계열의 제2 n형 반도체층(59)이 개재된다. 이에 더하여, n형 에너지 장벽층(57)이 상기 제1 n형 반도체층(55)과 상기 제2 n형 반도체층(59) 사이에 개재된다. n형 에너지 장벽층(57)은 상기 제1 n형 반도체층(55)보다 에너지 밴드갭(band gap)이 큰 질화갈륨 계열의 반도체층으로 형성된다.Referring to FIG. 3, an active layer 61 is interposed between a gallium nitride series first n-
n형 에너지 장벽층(57)이 제1 n형 반도체층(55)보다 에너지 밴드갭이 크기 때문에, 에너지 장벽층(57)과 제1 n형 반도체층(55) 사이에, 제1 n형 반도체층(55)에서 활성층(61) 방향으로 진행하는 전자들에 대한 에너지 장벽이 형성된다.Since the n-type
여기서, 질화갈륨 계열의 반도체층은 (B, Al, Ga, In)N으로 표현되는 2성분계, 3성분계 또는 4성분계 질화물 반도체층을 의미한다. 한편, n형 반도체층은 Si을 도핑하여 형성될 수 있으며, p형 반도체층은 Mg을 도핑하여 형성될 수 있다.Here, the gallium nitride-based semiconductor layer means a bicomponent, tricomponent or quaternary nitride semiconductor layer represented by (B, Al, Ga, In) N. The n-type semiconductor layer may be formed by doping Si, and the p-type semiconductor layer may be formed by doping Mg.
상기 제2 n형 반도체층(59)은 상기 n형 에너지 장벽층(57)보다 에너지 밴드갭이 작은 것이 바람직하다. n형 에너지 장벽층(57)을 통해 활성층(61)으로 진행하는 전자들에 대해 n형 에너지 장벽층(57) 과 제2 n형 반도체층(59) 사이에 에너지 장벽이 형성되는 것이 방지된다.It is preferable that the second n-
상기 제1 n형 반도체층(55) 및 제2 n형 반도체층(59)은 GaN일 수 있다. 또한, 상기 에너지 장벽층(57)은 AlGaN일 수 있다. AlGaN는 GaN의 성장온도와 거의 동일한 성장온도에서 성장될 수 있으며, Al의 함량을 조절함으로써 활성층(61)의 결정질이 나빠지는 것을 방지할 수 있다.The first n-
상기 활성층(61)은 질화갈륨 계열의 반도체층으로 이루어진 단일 양자웰 또는 다중 양자웰 구조일 수 있다. 예컨대, 상기 활성층(61)은 InGaN층과 GaN층이 주기적으로 적층된 다중 양자웰일 수 있다.The active layer 61 may have a single quantum well or multiple quantum well structure formed of a gallium nitride-based semiconductor layer. For example, the active layer 61 may be a multi quantum well in which InGaN layers and GaN layers are periodically stacked.
한편, 상기 제1 p형 반도체층(65)과 상기 활성층(61) 사이에 질화갈륨 계열의 제2 p형 반도체층(63)이 개재될 수 있다. 상기 제1 p형 반도체층(65)은 GaN일 수 있으며, 상기 제2 p형 반도체층(63)은 AlGaN일 수 있다.Meanwhile, a gallium nitride based second p-type semiconductor layer 63 may be interposed between the first p-type semiconductor layer 65 and the active layer 61. The first p-type semiconductor layer 65 may be GaN, and the second p-type semiconductor layer 63 may be AlGaN.
또한, n형 전극 패드(71)가 상기 제1 n형 반도체층(55)의 일영역 상에 형성되고, p형 전극 패드(69)가 상기 제1 p형 반도체층(65) 상에 형성될 수 있다. 상기 전극 패드들(69, 71)은 발광 다이오드를 외부전원에 연결하기 위한 것으로, 예컨대 본딩와이어들이 상기 전극패드들(69, 71)에 본딩될 수 있다. 한편, p형 전극패드(69)와 제1 p형 반도체층(55) 사이에 전극층(67)이 위치할 수 있으며, 상기 전극층(67)은 Ni/Au 또는 ITO와 같은 투명전극일 수 있다.In addition, an n-
상기 제1 n형 반도체층(55)과 에너지 장벽층(57)은 서로 인접할 수 있으며, 이와 달리 고농도로 도핑된 질화갈륨 계열의 n형 전류분산층(56)이 상기 제1 n형 반도체층(55)과 상기 n형 에너지 장벽층(57) 사이에 개재될 수 있다. 상기 n형 전류분산층(56)의 에너지 밴드갭은 상기 제1 n형 반도체층(55)의 에너지 밴드갭보다 작거나 같을 수 있다. 이 경우, n형 전류분산층(56)이 n형 에너지 장벽층(57)과 인접한다.The first n-
상기 n형 전류분산층(56)은 상기 제1 n형 반도체층(55)과 동일한 질화갈륨 계열의 반도체층으로 형성될 수 있으며, 다만 상기 n형 전류분산층(56)이 상기 제1 n형 반도체층(55)보다 고농도로 도핑된다. 따라서, 상기 제1 n형 반도체층(55)이 GaN인 경우, 상기 n형 전류분산층(56) 또한 GaN일 수 있으며, 상기 n형 에너지 장벽층(57)은 AlGaN일 수 있다.The n-type current spreading
상기 반도체층들은 기판(51) 상에 위치할 수 있다. 기판(51)은 사파이어, 탄화실리콘(SiC), 스피넬 등 다양한 재료의 기판이 사용될 수 있다. 한편, 상기 제1 n형 반도체층(55)과 상기 기판(51) 사이에 버퍼층(53) 또는 핵층(nucleation layer)이 개재될 수 있다. 버퍼층(53)은 기판(51)과 제1 n형 반도체층(55) 사이의 격자부정합을 완화하여 결정결함을 감소시킨다. 또한, 상기 버퍼층(53)은 질화갈륨 계열의 반도체층으로 형성될 수 있으며, 예컨대 GaN 또는 AlGaN 등으로 형성될 수 있다.The semiconductor layers may be located on the
본 실시예에 있어서, 질화갈륨 계열의 반도체층들은 유기금속 화학기상증착(metal-organic chemical vapor deposition; MOCVD), 분자선 성장(molecular beam epitaxy) 기술 등을 사용하여 기판(51) 상에 성장될 수 있다. 또한, 성장된 반도체층들을 사진 및 식각 기술을 사용하여 식각하여 제1 n형 반도체층(55)의 일부영역을 노출시킬 수 있으며, 노출된 제1 n형 반도체층(55) 상에 n형 전극패드(71)가 형성된다. 한편, 제1 p형 반도체층(65) 상에 전극층(67)이 형성되고, 그 위에 p형 전극패드(69)가 형성된다. 상기 전극패드들(69, 71)은 리프트오프(lift-off) 공정을 사용하여 형성될 수 있다.In the present embodiment, the gallium nitride-based semiconductor layers may be grown on the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 에너지 장벽층(57)을 기준으로 한 에너지 밴드 다이어그램이다. 여기서, 제1 n형 반도체층(55)과 n형 에너지 장벽층(57)이 서로 인접하며, 제1 n형 반도체층(55)과 제2 n형 반도체층(59)은 GaN이고, n형 에너지 장벽층(57)은 AlGaN인 경우를 예로 설명한다.4 is an energy band diagram based on the
도 4를 참조하면, 제1 n형 반도체층(55)과 제2 n형 반도체층(59)은 n형 에너지 장벽층(57)에 비해 에너지 밴드갭이 작다. 따라서, n형 에너지 장벽층(57)은 제1 및 제2 n형 반도체층들(55, 59) 사이에서, 도시한 바와 같이, 넓은 에너지 밴드를 갖는다.Referring to FIG. 4, the first n-
도 3의 전극 패드들(69, 71)에 외부전원이 연결되어 발광 다이오드에 순방향 전압이 인가되면, 정공(hole)은 p형 전극패드(69)에서 제1 p형 반도체층(65)을 통해 활성층(61)으로 유입되고, 전자는 n형 전극패드(71)에서 제1 n형 반도체층(55)을 통해 활성층(61)으로 유입되어 정공과 홀이 활성층에 결합된다. 따라서, 전자는 제1 n형 반도체층(55)에서 n형 에너지 장벽층(57) 및 제2 n형 반도체층(59)을 통과하여 활성층(61)으로 유입된다.When an external power source is connected to the
제1 n형 반도체층(55)에서 n형 에너지 장벽층(57)으로 진행하는 전자들은 n형 반도체층(55)과 n형 에너지 장벽층(57)의 에너지 밴드갭 차이 때문에, 이들의 계면에서 에너지 장벽을 경험한다. 따라서, 제1 n형 반도체층(55) 내에서 전자들이 축적되어 고르게 분산된 후, 에너지 장벽층(57) 및 제2 n형 반도체층(59)을 통과하여 활성층(61)으로 유입되므로, 활성층(61)의 전영역에 걸쳐 전자들이 유입된다.The electrons traveling from the first n-
결과적으로, 에너지 장벽층(57)에 의해 전자들이 고르게 분산되므로, 전류 집중(current crowding) 현상을 방지하여, 활성층(61) 내의 전영역에서 광이 발생된다. 전류 집중 현상은 활성층(61) 내의 한정된 일부 영역에서 광을 발생시키므로 순방향 전압을 증가시키고 발광 효율을 감소시키며, 국부적인 과열을 유발하여 발광 다이오드의 수명을 단축시킨다. 그러나, 본 실시예에 따르면, 이러한 전류 집중 현상을 방지할 수 있으므로, 발광 다이오드의 수명 및 발광 효율을 향상시킬 수 있다.As a result, the electrons are evenly distributed by the
도 5는 n형 전류분산층(56)을 더 포함하는 발광 다이오드의 에너지 밴드 다이어그램이다. 여기서, n형 전류분산층(56)과 n형 에너지 장벽층(57)이 서로 인접 하며, 제1 n형 반도체층(55), n형 전류분산층(56) 및 제2 n형 반도체층(59)은 GaN이고, n형 에너지 장벽층(57)은 AlGaN인 경우를 예로 설명한다.5 is an energy band diagram of a light emitting diode further comprising an n-type current spreading
도 5를 참조하면, 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 에너지 장벽층(57)의 에너지 밴드갭이 제1 n형 반도체층 및 제2 n형 반도체층의 에너지 밴드갭에 비해 더 크며, n형 전류 분산층(56)의 에너지 밴드갭에 비해 더 크다. 또한, n형 전류분산층(56)은 제1 및 제2 n형 반도체층과 동일한 에너지 밴드갭을 갖는다. n형 전류분산층(56)은 제1 n형 반도체층에 비해 에너지 밴드갭이 작은 반도체층으로 형성될 수도 있다.Referring to FIG. 5, as described with reference to FIG. 4, an energy band gap of the
한편, n형 전류분산층(56)은 고농도로 도핑됨에 따라, 제1 n형 반도체층(57)에 비해 페르미(Fermi) 에너지 레벨이 높다. 따라서, n형 전류분산층(56)의 에너지 밴드는, 도시한 바와 같이, 제1 n형 반도체층(55)의 에너지 밴드보다 약간 아래로 내려간다. 즉, n형 전류분산층(56)은 제1 n형 반도체층(55)과 에너지 장벽층(57) 사이에서 전자에 대해 웰(well)을 형성한다. n형 전류분산층(56)과 에너지 장벽층(57) 사이의 에너지 장벽은 제1 n형 반도체층(55)과 에너지 장벽층(57) 사이의 에너지 장벽에 비해 높으며, n형 전류분산층(56)은 고농도로 도핑되어 있으므로, 전자들이 n형 전류분산층(56) 내에서 더 신속하게 분산될 수 있다.On the other hand, since the n-type current spreading
결과적으로, 제1 n형 반도체층(55)과 에너지 장벽층(57) 사이에 n형 전류분산층(56)을 개재하여, 활성층(61) 쪽으로 진행하는 전자들을 더 신속하게 분산시키어 발광효율을 더욱 개선할 수 있다.As a result, the luminous efficiency is improved by dispersing electrons traveling toward the active layer 61 more quickly through the n-type current spreading
본 발명의 실시예들에 따르면, 제1 n형 반도체층과 제2 n형 반도체층 사이에 에너지 장벽층을 개재하여 전자들을 고르게 분산시킬 수 있는 발광 다이오드를 제공할 수 있으며, 질화갈륨 계열의 반도체층들을 적절히 선택하여 종래기술에 비해 성장온도를 크게 변경하지 않으면서 반도체층들을 형성할 수 있다. 또한, 에너지 장벽층을 고농도로 도핑할 수 있어, 발광 다이오드의는 직렬저항 증가를 방지할 수 있다. 또한, 에너지 장벽층과 제1 n형 반도체층 사이에 n형 전류분산층을 개재하여 전자들을 더욱 신속하게 분산시킬 수 있어 발광효율을 더욱 개선할 수 있다.According to embodiments of the present invention, it is possible to provide a light emitting diode capable of evenly dispersing electrons through an energy barrier layer between a first n-type semiconductor layer and a second n-type semiconductor layer, a gallium nitride-based semiconductor By appropriately selecting the layers, the semiconductor layers can be formed without significantly changing the growth temperature as compared with the prior art. In addition, the energy barrier layer can be doped at a high concentration, so that the series resistance of the light emitting diode can be prevented. In addition, electrons can be more quickly dispersed between the energy barrier layer and the first n-type semiconductor layer through the n-type current spreading layer, thereby further improving luminous efficiency.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 전류집중 현상을 방자할 수 있어 전류집중현상에 따른 순방향 전압의 증가를 방지할 수 있으며, 국부적인 과열을 방지하여 발광 다이오드의 수명을 연장시킬 수 있다.In addition, according to embodiments of the present invention, it is possible to prevent the current concentration phenomenon to prevent the increase in the forward voltage due to the current concentration phenomenon, it is possible to prevent the local overheating to extend the life of the light emitting diode.
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