KR100891799B1 - 교류전원용 발광소자 - Google Patents
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Abstract
보다 간단한 구조의 발광소자를 교류전원을 직접 이용하여 사용하여 발광소자 모듈이 소형화되고, 별도의 구동장치에 의한 발광효율의 감소를 방지하며, p형 전극의 오믹 접촉 문제를 해결할 수 있고, 전극 수 감소 및 보다 넓은 발광면적을 확보할 수 있는 발광소자가 제안된다. 본 발명에 따르면, 제1도전형의 제1반도체층, 상기 제1도전형의 제1반도체층 상에 형성되어 교류전원과 전기적으로 연결되는 제1전극, 제1도전형의 제1반도체층 상에 형성되고, 제1도전형의 제1반도체층과 반대극성으로 도핑된 제2도전형의 제2반도체층, 제2도전형의 제2반도체층 상에 형성되는 제1도전형의 제3반도체층, 및 제3반도체층 상에 형성되어 교류전원과 전기적으로 연결되는 제2전극을 포함하는 것을 특징으로 하는, 교류전원으로부터 제1전극 및 제2전극을 통하여 전압을 인가받아 동작하는 교류전원용 발광소자가 개시된다.
발광소자, 활성층, 교류전원
Description
도 1은 종래의 발광소자의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 교류전원용 발광소자의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 교류전원용 발광소자의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 발광소자의 I-V 곡선의 그래프를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 교류전원용 발광소자의 단면도이다.
도 6은 본 발명에 또다른 실시예에 따른 교류전원용 발광소자의 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 교류전원용 발광소자 110 제1도전형의 제1반도체층
111 제1전극 120 제1활성층
130 제2도전형의 제2반도체층 140 제2활성층
150 제3반도체층 151 제2전극
160 교류전원
본 발명은 발광소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 보다 간단한 구조의 발광소자를 교류전원을 직접 이용하여 사용하여 발광소자 모듈이 소형화되고, 별도의 구동장치에 의한 발광효율의 감소를 방지하며, p형 전극의 오믹 접촉 문제를 해결할 수 있고, 전극수 감소 및 보다 넓은 발광면적을 확보할 수 있는 발광소자에 관한 것이다.
발광소자는 소자 내에 포함되어 있는 물질이 빛을 발광하는 소자로서, 예를 들면, LED와 같이 다이오드를 이용하여 반도체를 접합한 형태로 전자/정공결합에 따른 에너지를 광으로 변환하여 방출하는 소자가 있다. 이러한 발광소자는 현재 조면, 표시장치 및 광원으로서 널리 이용되며 그 개발이 가속화되고 있는 추세이다.
반도체 접합 LED 구조는 p형 반도체 및 n형 반도체의 접합구조인 것이 일반적이다. 반도체 접합 LED 구조에서는 양반도체 사이에 활성층이 있어 원하는 파장으로 조절된 빛을 발광할 수 있게 한다.
도 1은 종래의 발광소자의 단면도이다.
발광소자(1)는 기판(40), n형 반도체층(30), 활성층(20), 및 p형 반도체층(10)을 포함한다. n형 반도체층(30)에는 n형 전극(31)이, p형 반도체층(30) 측에는 p형 전극(11)이 형성되어 있어 전압 등의 인가를 위하여 외부전원과 전기적으로 연결되어 있다. 본 도면에서는 기판(40) 상에 n형반도체층(30)에 형성되고, 그 후에 활성층 및 p형반도체층(10)이 형성되어 있는 경우를 상정하여 설명하고 있으나, 기판 상에 p형반도체층이 형성되고 그 후에 활성층 및 n형반도체층이 형성될 수도 있다.
전극을 통하여 발광소자(1)에 전압이 인가되면, n형반도체층(30)으로부터 전자가 이동하고, p형반도체층(10)으로부터 정공이 이동하여 전자 및 정공의 재결합을 통하여 발광이 일어난다. 발광소자(1)는 활성층(20)을 포함하고, 발광은 활성층(20)에서 발생한다. 활성층(20)에서는 발광소자(1)의 발광이 활성화되고, 빛의 파장을 조절하여 원하는 색의 빛을 발광하도록 한다.
이 때, n형반도체층(30) 및 p형반도체층(10)에는 외부전원과의 전기적 연결을 위한 전극이 형성되어야 하는데, 각각의 반도체층의 타입에 따라 적절한 전극이 형성되어야 한다. 만약 기판(40)이 부도전성 기판인 사파이어 기판인 경우라면, n형반도체층(30)의 전극은 기판(40)상에 형성될 수 없고, n형반도체층(30)에 형성되어야 한다.
도 1을 참조하여 보면, n형반도체층(30)상에 n형 전극(31)이 형성될 때, 오믹 접촉 부위의 형성을 이유로 상부의 p형반도체층(10) 및 활성층(20)이 소모된 것을 알 수 있다. 이러한 전극형성으로 인하여 발광소자(1)의 발광면적은 감소하게 되고, 그에 따라 발광효율도 감소하게 된다.
만약, 발광소자에 반도체층을 더 형성하는 경우에는, 각각의 반도체층에 필요한 전극이 각각 필요하게 되고, 그에 소정비율로 반비례하여 발광소자의 발광면적은 감소되어 문제점이 발생하게 된다.
또한, p형 전극(11)은 p형반도체층(10)상에 형성시, 금속 및 반도체 간의 이종접합의 일종이라 할 수 있이므로 쇼트키 장벽과 같은 전위장벽의 형성으로 p형 전극(11)으로부터의 p형 반도체층(10)으로의 전류의 흐름상 문제가 발생할 수 있다.
마지막으로, 종래의 발광소자를 구동시키기 위해서는 상용전원이 교류전원이므로 이를 직류전원으로 변환하여 사용하여야 하므로, AC-DC 변환기 회로 및 DC 조정기(regulator) 등과 같은 별도의 구동장치가 필요하게 된다. 그러나, 이러한 별도의 구동장치를 사용하는 경우, 발광소자의 발광효율을 상당한 정도로 감소시킨다는 문제점이 있었다.
따라서, 전술한 발광면적의 확보, p형 오믹 접촉 문제, 및 발광효율의 감소문제와 같은 지적을 해결할 수 있는 구조의 발광소자에 대한 지속적인 요청이 있어왔다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 보다 간단한 구조의 발광소자를 교류전원을 직접 이용하여 사용하여 발광소자 모듈이 소형화되고, 별도의 구동장치에 의한 발광효율의 감소를 방지하며, p형 전극의 오믹 접촉 문제를 해결할 수 있고, 전극수 감소 및 보다 넓은 발광면적을 확보할 수 있는 발광소자를 제공함에 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 교류전원으로부터 전압을 인가받아 동작하는 교류전원용 발광소자에 있어서, 제1도전형의 제1반도체층; 제1도전형의 제1반도체층 상에 형성되어 교류전원과 전기적으로 연결되는 제1전극; 제1도전형의 제1반도체층 상에 형성되는 제2도전형의 제2반도체층; 제2도전형의 제2반도체층 상에 형성되는 제1도전형의 제3반도체층; 및 제3반도체층 상에 형성되어 교류전원과 전기적으로 연결되는 제2전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 교류전원으로부터 제1전극 및 제2전극을 통하여 전압을 인가받아 동작하는 교류전원용 발광소자가 제공된다.
제1도전형의 제1반도체층 및 제3반도체층은 n형 반도체이고, 제2도전형의 제2반도체층은 p형 반도체일 수 있는데, 이 경우 제1전극은 n형 전극이다.
만약, 제1도전형의 제1반도체층 및 제3반도체층은 p형 반도체이고, 제2도전 형의 제2반도체층은 n형 반도체일 수 있다. 이 경우, 제2전극은 p형 전극이다.
본 발명에 따른 교류전원용 발광소자는 제1도전형의 제1반도체층 상에 형성되어 빛을 발광하는 제1활성층; 및 제2도전형의 제2반도체층 상에 형성되어 빛을 발광하는 제2활성층;을 더 포함할 수 있다.
여기서, 제1활성층으로부터의 빛의 파장은 제2활성층으로부터의 빛의 파장과 상이할 수 있고, 또한, 각각의 활성층은 하나 또는 그 이상의 에너지 우물층을 포함할 수 있다. 에너지 우물층은 복수의 양자점 및 복수의 양자나노막대 중 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 교류전원용 발광소자는 제3반도체층이 형성되는 기판을 더 포함할 수 있다. 기판은 도전성 기판 및 부도전성 기판 중 어느 하나일 수 있고, 기판이 도전성 기판인 경우, 제2전극은 도전성 기판상에 형성된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 교류전원용 발광소자의 단면도이다.
본 발명에 따른 교류전원용 발광소자(100)는 제1도전형의 제1반도체층(110); 제1도전형의 제1반도체층(110)상에 형성되어 교류전원(160)과 전기적으로 연결되는 제1전극(111); 제1도전형의 제1반도체층(110)상에 형성되는 제2도전형의 제2반도체층(130); 제2도전형의 제2반도체층(130)상에 형성되는 제1도전형의 제3반도체층(150); 제3반도체층(150)상에 형성되어 교류전원(160)과 전기적으로 연결되는 제2전극(151);을 포함한다.
도 2에서, 제1도전형의 제1반도체층(110), 및 제3반도체층(150)은 n형반도체층이고, 제2도전형의 제2반도체층(130)은 p형반도체층이다. 제1도전형의 제1반도체층(110), 제2도전형의 제2반도체층(130) 및 제1도전형의 제3반도체층(150)이 npn 접합으로 구성되어 있다.
각각의 반도체층은, 예를 들면, GaN계반도체, ZnO계반도체, GaAs계반도체, GaP계반도체, 및 GaAsP계반도체와 같은 무기반도체로 구성될 수 있다. 반도체층의 형성은 예를 들면, 분자선 에피택시(Molecular beam epotaxy, MBE)방법을 이용하여 수행될 수 있다. 이외에도, 반도체층들은 III-V 족 반도체, II-VI 족 반도체, 및 Si로 구성된 군으로부터 적절히 선택되어 구현될 수 있다.
제1도전형의 제1반도체층(110) 및 제3반도체층(150)은 n형반도체로서, n형 도핑이 수행되고, 제2도전형의 제2반도체층(130)은 p형반도체로서, p형 도핑이 수행된다. 각각의 불순물의 도핑농도는 불순물의 활성화도에 따라 당업자에 의해 적절히 선택될 수 있음은 자명할 것이다.
본 발명에 따른 교류전원용 발광소자(100)에서, 제1전극(111)은 n형 전극이다. 교류전원용 발광소자(100)는 교류전원을 이용하여 발광에 필요한 전압을 인가받는데, 이를 위한 전기적 연결을 제1전극(111)에서 수행한다. 제2도전형의 제2반도체층(130)은 전극이 형성되지 않고, 교류전원(160)과도 연결되지 않는다.
제2반도체층(130)에는 전극이 형성되지 않는다. 즉, 제2반도체층(130)은 p형반도체로 구성되어 있으므로 p형 전극이 형성될 것으로 예측되나, 본 발명에 따른 교류전원용 발광소자(100)에서는 제2반도체층(130)에 전극이 형성되지 않아도, 교류전원을 인가받아 발광이 가능하므로 전극의 형성이 불필요하다. 따라서, p형 전극을 형성하기 어려운 점, 즉 p형 오믹 접촉에서의 문제점을 해소시킬 수 있다.
교류전원(160)은 소정의 주파수를 갖고 전류가 변화하며, 이를 통하여 교류전원용 발광소자(100)에는 소정주기동안에는 소정방향으로 전류가 흐르고, 다음 소정주기 동안에는 그와 반대방향으로 전류가 흐르게 된다. 따라서, 먼저, 제1반도체 층(110)에서 제2반도체층(130)의 방향으로 전압이 인가되면 제1활성층(120)에서 발광이 일어나고, 그 후에 제2활성층(140)에서 발광이 일어난다. 이후, 전류가 변화하면 제3반도체층(150)에서 제2반도체층(130)의 방향으로 전압이 인가되고, 이 때에는 제2활성층(140)에서 먼저 발광이 일어나게 된다. 발광에서의 I-V 곡선에 대하여는 이후, 도 4와 함께 설명하기로 한다.
따라서, 본 발명에 따른 교류전원용 발광소자(100)를 이용하면 AC-DC 변환기와 같은 별도의 구동장치가 필요없이 직접 교류전원을 이용하여 발광소자를 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 교류전원용 발광소자는 제1도전형의 제1반도체층(110)상에 형성되어 빛을 발광하는 제1활성층(120) 및 제2도전형의 제2반도체층(130)상에 형성되어 빛을 발광하는 제2활성층(140)을 더 포함할 수 있다.
제1활성층(120) 및 제2활성층(140)은 모두 발광을 활성화시키는 층으로서, 각 반도체층의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질을 이용하여 형성한다. 예를 들어 제1반도체층(110) 및 제2반도체층(130)이 GaN 층인 경우, GaN의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 InGaN을 이용하여 제1활성층(120)을 형성할 수 있다. 이때, 활성층의 특성상, 불순물은 도핑되지 않는 것이 바람직하며, 구성물질의 몰비를 조절하여 발광하는 빛의 파장을 조절할 수도 있다.
활성층에 따라 발광소자의 전체 에너지 밴드 다이어그램에는 에너지 우물 구조가 나타나게 되고, 각각의 반도체층으로부터의 전자 및 정공은 이동하다 에너지 우물구조에 갇히게 되고, 발광이 더욱 효율적으로 발생하게 된다.
제1활성층(120)으로부터의 빛의 파장은 제2활성층(140)으로부터의 빛의 파장과 상이할 수 있다. 양 활성층(120, 140)으로부터의 빛의 파장이 다르므로 빛의 색또한 달라지게 된다. 이러한 빛의 파장 조절은 양 활성층(120, 140)에 포함되는 물질을 조절하여 수행할 수 있다.
직접천이형의 활성층의 경우, 다음의 수학식 1로 발광파장을 얻을 수 있다.
식 중, λ는 발광파장(nm)이고, Eg는 에너지 밴드 갭(eV)이다.
수학식 1을 이용하면, 적절한 에너지 밴드 갭을 나타내는 활성물질을 사용하면 빛의 파장을 조절하여 원하는 색의 빛을 얻을 수 있다.
따라서, 최종적으로 교류전원용 발광소자(100)로부터 발광되는 빛은 양 활성층(120, 140)으로부터의 빛을 합성한 색을 나타낼 것이다. 이 때, 인가된 교류전압 의 주파수에 따라 혼합된 색깔의 빛을 방출할 수도 있다.
또한, 양 활성층(120, 140)은 에너지 우물층을 복수개 포함할 수 있다. 이 때, 양 활성층(120, 140)은 각각 복수의 에너지 우물층을 포함하면서 에너지 우물층 사이에 에너지 장벽층을 포함하여 각각의 에너지 우물 구조를 분리시켜 보다 효과적으로 양자제한효과(quantum confinement effect)를 얻을 수 있다.
이러한 에너지 우물층-에너지 장벽층 구성의 반복횟수는 발광효율을 고려하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의하여 적절히 선택될 수 있음은 자명할 것이다.
바람직하게는, 양 활성층(120, 140)에 포함되어 있는 에너지 우물층은 복수의 양자점 및 복수의 양자나노막대 중 어느 하나를 포함한다.
양자점은 그 직경이 수 nm인 활성물질의 스팟(spot)으로서, 각 활성층(120, 140)내에 그 전체가 3차원적으로 포함되어 있어, 활성물질이 층으로 분포된 경우보다 양자구속효과(quantum confinement effect)가 높다. 그에 따라 효과적으로 전자 및 정공을 구속할 수 있어서 결과적으로 발광활성효율을 높이게 된다.
이와 유사한 나노스케일의 양자나노막대는 지름이 수 nm 에서 수십 nm인 막대 형상의 활성물질을 나타낸다. 이러한 양자나노막대도 양 활성층(120, 140)내에 균일하게 분포되어 있을 수 있는데, 양자점과 같이 높은 양자구속효과를 나타낸다.
양자점 및 양자나노막대와 같은 저차원 나노구조를 형성하게 되면 양 활성층(120, 140)내의 양자효과는 증가될 것으로 예상된다. 다시 말하면, 이러한 나노구조내에 이동하던 전자 및/또는 정공이 나노구조내에 더욱 효과적으로 갇히게 되고 이러한 효과로 더욱 효과적인 재결합이 가능하게 되는 것이다.
양자나노막대를 형성하는 방법으로는, 크게 두가지 방식이 있는데, 하나의 하향식(top-down)제조방법이고, 다른 하나는 상향식(bottom-down)제조방법이다.
하향식 제조방법은 양자나노막대를 제조하고자 하는 물질을 식각 등을 통하여 나노수준으로 형성하는 방법이다. 그러나 이러한 방식은 현실적으로 수십 nm 까지가 그 한계로서 지적되었고, 물질이 작아질수록 증가하는 제조비용으로 인하여 최근 상향식 제조방법이 개발되고 있다.
이러한 상향식 제조방법으로, 양극화 산화 알루미늄 주형(Anodic Alunminum Oxide template, AAO template) 방식과 기체-액체-고체상(Vapor-liquid-Liquid-Solid phase, VLS phase) 합성방법을 들 수 있다.
AAO 주형을 이용한 방법에서 알루미늄을 사용하는 이유는 알루미늄은 산화 알루미늄을 형성하기 위한 산화 과정에서 자체적으로 조직된 공동(pore) 배열을 형성하는 독특한 특성을 가지고 있기 때문이다.
이 경우에 형성된 공동의 직경은 알루미늄의 산화공정에서의 산성용액의 농도 및 전압에 따라서 수십에서 수백nm 영역이 되고 길이는 수 ㎛정도 된다. 따라서 이 AAO 주형을 이용하여 공동에 물리, 화학 증착 방법으로 다른 물질을 채우게 되면 공동의 직경과 길이에 일치하는 양자나노막대를 제조할 수 있다.
VLS 합성방법은 증기상방법 중에서 단결정구조의 양자나노막대를 다량으로 만들 수 있는 가장 확실한 방법이라 할 수 있는데, 먼저 기체상태의 반응물을 nm 크기의 금속 촉매의 액체 방울에 녹인다. 그에 따라 핵이 생성되고, 단결정막대가 성장되면서 성장이 계속되면 양자나노막대를 얻을 수 있다.
이러한 방식으로 원하는 양자점 및 양자나노막대구조로 양 활성층(120, 140)을 형성하면, 발광표면적의 증가로 발광효율이 증가되는 효과가 있다.
양 활성층(120, 140)은 양자점 및 양자나노막대를 포함하는 경우, 절연물질을 더 포함할 수 있다. 절연물질은 복수의 양자점이나, 양자나노막대 사이를 충전 하면서 전자 및 정공의 흐름이 양자점 및 양자나노막대로만 이루어질 수 있도록 이들을 제어한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 교류전원용 발광소자의 단면도이다.
본 발명에 따른 교류전원용 발광소자(200)는 제1도전형의 제1반도체층(210), 및 제3반도체층(250)은 p형반도체층이고, 제2도전형의 제2반도체층(230)은 n형반도체층이다. 제1도전형의 제1반도체층(210), 제2도전형의 제2반도체층(230) 및 제3반도체층(250)이 pnp 접합으로 구성되어 있다.
도 3의 교류전원용 발광소자(200)는 제1도전형의 제1반도체층(210) 및 제3반도체층(250)이 p형반도체이고, 제2도전형의 제2반도체층(230)이 n형 반도체로 구성되어 있으며 제1 및 제3의 반도체층에 p형 전극이 형성되어 있는 것을 제외하고는 도 2의 교류전원용 발광소자(100)와 구성이 동일하다. 따라서 동일한 구성요소의 설명은 생략하기로 한다.
교류전원용 발광소자(200)는 교류전원(260)으로부터 전원을 인가받아 제1도전형의 제1반도체층(210)에서 제2도전형의 제2반도체층(230)의 방향으로 전류가 흐르게 되고, 그에 따라 제1활성층(220)에서 발광이 일어나고, 그 후 제2활성층(240)에서 발광이 일어나게 된다. 교류전원(260)의 소정주기 후에는 반대로 제2활성층(240)에서 발광이 일어나고, 그 후 제1활성층(220)에서 발광이 일어나게 된다.
제1도전형의 제1반도체층(210) 및 제3반도체층(250)이 p형 반도체이기 때문에 본 발명에 따른 교류전원용 발광소자(200)는 p형 전극인 제1전극(211), 및 제2전극(251)을 갖는다. 따라서, 도 2에서의 교류전원용 발광소자(100)가 p형 전극의 오믹 접촉 문제를 해결한 것과 달리 도 3에서의 교류전원용 발광소자(200)는 n형 전극이 아닌 p형 전극을 형성해야 하므로 p형 오믹 접촉문제는 해소되지 않았으나, 여전히 교류전원(260)을 별도의 구동장치 없이 이용할 수 있는 장점이 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 발광소자의 I-V 곡선의 그래프를 도시한 도면이다. 도 2 및 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.
교류전원(160)으로부터 인가되는 전압이 양의 방향으로 상승하여 소정의 문턱값인 Vth까지 다다르면, 교류전원용 발광소자(100)에 흐르는 전류는 급격히 증가한다. 제1전극(111)을 통하여 전압이 인가되고, 제1도전형의 제1반도체층(110) 및 2반도체층(130) 사이의 제1활성층(120)에서 발광이 시작되어, 제2도전형의 제2반도체층(130) 및 제3반도체층(150) 사이의 제2활성층(140)에서도 발광이 시작된다.
이와 반대로, 교류전원으로부터 인가되는 전압이 음의 방향으로 상승하여 소정의 문턱값이 Vth'에 다다르면, 교류전원용 발광소자(100)에 흐르는 전류는 음의 방향으로 급격히 증가한다. 이 경우, 방향만 바뀌고 그 값은 전술한 경우와 동일하기 때문에 방향만 다른 발광현상이 일어난다. 즉, 제2활성층(140)에서 발광이 시작 되고, 제1활성층(120)에서도 발광이 시작된다.
이러한 두가지 경우의 발광은 교류전원(160)의 주파수에 따라 교대로 반복되고, 그에 따라 각각의 발광에 따른 빛은 주파수에 따라 혼합되어 발광빛은 혼합색을 나타내게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 교류전원용 발광소자(100)는 교류전원을 직접 이용하므로 AC-DC변환기와 같은 별도의 구동장치 없이 발광이 가능하여, 보다 발광효율이 높은 발광소자가 구현될 수 있다.
도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 교류전원용 발광소자의 단면도이다.
도 5의 교류전원용 발광소자(300)는 제1도전형의 제1반도체층(310) 및 제3반도체층(350)이 동일한 극성의 반도체층(n 또는 p)이고, 제2도전형의 제2반도체층(330)은 이와 반대의 극성(p 또는 n)으로 도핑되어 있고, 제3반도체층(350)에 기판(360)이 있으며, 제2전극(361)이 제3반도체층(350)이 아닌 기판(360) 상에 형성되어 있는 것을 제외하고는 도 2의 교류전원용 발광소자(100)와 구성이 동일하다. 따라서 동일한 구성요소의 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 교류전원용 발광소자(300)는 제3반도체층(350)이 형성되는 기판(360)을 더 포함할 수 있다. 본 도면에서 기판(360)은 도전성 기판이다. 도전 성 기판으로는 금속, 금속합금, Si, 및 SiC를 사용할 수 있다. 기판(360)이 도전성 기판이기 때문에, 별도로 제3반도체층(350)에 전극을 형성하기 위하여 오믹 접촉 부위를 형성할 필요가 없다. 따라서, 제1전극(311)이 형성되는 영역을 제외하고는 발광영역을 확보할 수 있어 보다 높은 발광효율을 기대할 수 있다.
도 6은 본 발명에 또다른 실시예에 따른 교류전원용 발광소자의 단면도이다.
도 6의 교류전원용 발광소자(400)는 제1도전형의 제1반도체층(410) 및 제3반도체층(450)이 동일한 극성(n 또는 p)의 반도체층이고, 제2도전형의 제2반도체층(430)은 이와 반대의 극성(p 또는 n)으로 도핑되어 있고, 제3반도체층(450)에 기판(460)이 구현되어 있는 것을 제외하고는 도 2의 교류전원용 발광소자(100)와 구성이 동일하다. 따라서 동일한 구성요소의 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 교류전원용 발광소자(400)는 제3반도체층(450)이 형성되는 기판(460)을 더 포함할 수 있다. 본 도면에서 기판(460)은 부도전성 기판이다. 부도전성 기판으로는 사파이어 기판을 사용할 수 있다.
기판(460)이 부도전성 기판이기 때문에, 별도로 제3반도체층(450)에 제2전극(451)을 형성하기 위하여 오믹 접촉 부위를 형성하였다. 그러나, 이 경우에도 제2도전형의 제2반도체층(430)에 제2전극(451)을 형성할 필요가 없으므로 종래 발광소자에 비해서는 전극 수가 감소하고, 전극에 따른 발광면적의 감소를 방지할 수 있다.
도 5 및 도 6에서 기판의 선택에 대하여는 도전성 기판은 기판구성물질이 고가이고, 기판형성공정이 까다로워 전체적으로 제조비용을 높이는 특성이 있으나, 기판 자체에 전극을 형성할 수 있어 발광효율을 증가시키는 장점이 있는 반면 부도전성 기판은 반도체층에 전극을 형성하여야 하므로 발광효율에 불리한 영향을 미칠 수 있으나, 기판구성물질이 저렴하고 공정이 비교적 간단한 특성이 있으므로 양자를 고려하여 당업자에 의해 적절히 수행될 수 있을 것이다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위에 의해 해석되어야 한다. 또한, 본 발명에 대하여 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 발광소자는 교류전원을 이용하여 발광소자를 구동시키는 경우, AC-DC 변환기 등과 같은 별도 구동장치의 사용이 불필요하여 발광소자의 모듈이 소형화되고, 이러한 별도 구동장치를 사용하지 않기 때문에 그 에 따른 발광효율의 감소를 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 교류전원용 발광소자를 npn 접합의 소자를 이용하는 경우, p형 전극을 구현할 필요가 없어 p형 전극 및 p형 반도체층 사이의 오믹 접촉상의 문제를 방지할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 각 반도체층에 전극을 연결시킬 필요가 없어 사용되는 전극의 수가 감소하고, 모든 반도체층에 전극이 형성되는 것이 아니므로 보다 넓은 발광면적을 확보할 수 있는 효과가 있다. 이외에도, 활성층에 양자나노막대구조를 채용하여 발광면적이 넓어져 발광효율이 향상되는 효과가 있다.
Claims (12)
- 교류전원으로부터 전압을 인가받아 동작하는 교류전원용 발광소자에 있어서,제1도전형의 제1반도체층;상기 제1도전형의 제1반도체층의 일면 상에 형성되어 상기 교류전원과 전기적으로 연결되는 제1전극;상기 제1도전형의 제1반도체층의 타면 상에 형성되는 제2도전형의 제2반도체층;상기 제2도전형의 제2반도체층 상에 형성되는 제1도전형의 제3반도체층; 및상기 제3반도체층 상에 형성되어 상기 교류전원과 전기적으로 연결되는 제2전극;을 포함하는 상기 교류전원으로부터 상기 제1전극 및 상기 제2전극을 통하여 전압을 인가받아 동작하는 교류전원용 발광소자.
- 제1항에 있어서,상기 제1반도체층 및 상기 제3반도체층은 n형 반도체이고, 상기 제2반도체층은 p형 반도체인 것을 특징으로 하는 교류전원용 발광소자.
- 제2항에 있어서,상기 제1전극은 n형 전극인 것을 특징으로 하는 교류전원용 발광소자.
- 제1항에 있어서,상기 제1반도체층 및 상기 제3반도체층은 p형 반도체이고, 상기 제2반도체층은 n형 반도체인 것을 특징으로 하는 교류전원용 발광소자.
- 제 4항에 있어서,상기 제2전극은 p형 전극인 것을 특징으로 하는 교류전원용 발광소자.
- 제1항에 있어서,상기 제1반도체층 및 제2반도체층 사이에 형성되어 빛을 발광하는 제1활성층; 및상기 제2반도체층 및 제3반도체층 사이에 형성되어 빛을 발광하는 제2활성층;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교류전원용 발광소자.
- 제 6항에 있어서,상기 제1활성층 및 상기 제2활성층은 서로 상이한 에너지 밴드 갭을 갖는 것을 특징으로 하는 교류전원용 발광소자.
- 제 6항에 있어서,상기 제1활성층 및 제2활성층은 각각 하나 또는 그 이상의 에너지 우물층을 포함하는 것을 특징으로 하는 교류전원용 발광소자.
- 제 8항에 있어서,상기 에너지 우물층은 복수의 양자점 및 복수의 양자나노막대 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류전원용 발광소자.
- 제1항에 있어서,상기 제3반도체층 및 상기 제2전극 사이에 형성되는 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교류전원용 발광소자.
- 제10항에 있어서,상기 기판은 도전성 기판인 것을 특징으로 하는 교류전원용 발광소자.
- 삭제
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