KR101047718B1 - 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광 소자에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광 소자는 제2 광 추출 패턴을 포함하는 반사층; 상기 반사층 상에 기판; 상기 기판 상에 제1 도전형의 반도체층; 상기 제1 도전형의 반도체층 상에 활성층; 및 상기 활성층 상에 제2 도전형의 반도체층을 포함한다.
발광 소자

Description

발광 소자{LIGHT EMITTING DEVCIE}
본 발명은 발광 소자에 관한 것이다.
최근, 발광 소자로써 LED(Light Emitting Diode)를 이용한 장치가 많이 연구되고 있다.
LED는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기 신호를 빛으로 변환시키는 것으로, 제1 도전형의 반도체층, 활성층, 제2 도전형의 반도체층이 적층되어 전원이 인가됨에 따라 상기 활성층에서 빛을 방출한다.
상기 제1 도전형의 반도체층은 n형 반도체층이 되고 상기 제2 도전형의 반도체층은 p형 반도체층이 될 수 있고, 또는 각각 그 반대의 도전형을 가질 수도 있다.
한편, 발광 소자의 발광 효율을 향상시키기 위해 다양한 연구가 진행 중이며, 특히, 발광 소자에서 발생된 광을 효과적으로 외부로 추출할 수 있는 광 추출 효율을 향상시키기 위한 연구가 계속되고 있다.
실시예는 새로운 구조를 갖는 발광 소자를 제공한다.
실시예는 광 추출 효율이 향상된 발광 소자를 제공한다.
실시예에 따른 발광 소자는 제2 광 추출 패턴을 포함하는 반사층; 상기 반사층 상에 기판; 상기 기판 상에 제1 도전형의 반도체층; 상기 제1 도전형의 반도체층 상에 활성층; 및 상기 활성층 상에 제2 도전형의 반도체층을 포함한다.
실시예에 따른 발광 소자는 제2 광 추출 패턴을 포함하는 반사층; 상기 반사층 상에 수지층; 상기 수지층 상에 기판; 상기 기판 상에 제1 도전형의 반도체층; 상기 제1 도전형의 반도체층 상에 활성층; 및 상기 활성층 상에 제2 도전형의 반도체층을 포함한다.
실시예는 새로운 구조를 갖는 발광 소자를 제공할 수 있다.
실시예는 광 추출 효율이 향상된 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포 함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 소자의 단면을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 발광 소자는 기판(10)과, 상기 기판(10) 상에 형성된 Un-doped GaN층(20)과, 상기 Un-doped GaN층(20) 상에 형성된 제1 도전형의 반도체층(30)과, 상기 제1 도전형의 반도체층(30) 상에 형성된 활성층(40)과, 상기 활성층(40) 상에 형성된 제2 도전형의 반도체층(50)을 포함한다.
또한, 제1 실시예에 따른 발광 소자는 상기 제1 도전형의 반도체층(30) 상에 제1 전극층(60)을 포함하고, 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 상에 제2 전극층(70)을 포함한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 소자에서, 광 추출 효율을 향상시키기 위하여 상기 기판(10) 아래에 반사층(80)이 형성되고, 상기 제2 도전형의 반도체층(50)의 상면에는 제1 광 추출 패턴(51)이 형성된다.
상기 기판(10)은 사파이어(Al2O3), Si, SiC, GaAs, ZnO, 또는 MgO 중 적어도 어느 하나로 형성될 수도 있고, 상기 기판(10)과 상기 Un-doped GaN층(20) 사이에는 AlInN/GaN, InxGa1-xN/GaN, AlxInyGa1-x-yN/InxGa1-xN/GaN 등과 같은 적층 구조를 가진 버퍼층이 형성될 수 있다.
상기 Un-doped GaN층(20)은 트리메틸 갈륨(TMGa) 가스를 질소 가스, 수소 가스 및 암모니아 가스와 함께 챔버에 주입하여 성장시킬 수 있다.
상기 제1 도전형의 반도체층(30)은 제1 도전형의 불순물 이온이 주입된 질화물 반도체층이 될 수 있고, 예를 들어, n형 불순물 이온이 주입된 반도체층이 될 수 있다. 상기 제1 도전형의 반도체층(30)은 트리메틸 갈륨(TMGa) 가스, n형 불순물(예를 들어, Si)을 포함하는 사이렌 (SiH4)가스를 수소 가스 및 암모니아 가스와 함께 상기 챔버에 주입하여 성장시킬 수 있다.
상기 활성층(40)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(Multi-Quantum Well) 구조, 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 양자 점(Quantum Dot) 구조로 형성될 수 있고, 예를 들어, InGaN 우물층/GaN 장벽층의 적층구조로 형성될 수도 있다.
상기 제2 도전형의 반도체층(50)은 제2 도전형의 불순물 이온이 주입된 질화물 반도체층이 될 수 있고, 예를 들어, p형 불순물 이온이 주입된 반도체층이 될 수 있다. 상기 제2 도전형의 반도체층(50)은 트리메틸 갈륨(TMGa)가스, p형 불순물(예를 들어, Mg)을 포함하는 비세틸 사이클로 펜타디에닐 마그네슘(EtCp2Mg){Mg(C2H5C5H4)2}을 수소 가스 및 암모니아 가스와 함께 상기 챔버에 주입하여 성장시킬 수 있다.
상기 반사층(80)은 티탄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 금(Au), 또는 은(Ag) 중 적어도 어느 하나로 형성될 수도 있다. 상기 반사층(80)은 상기 활성층(40)에서 발생되어 상기 기판(10)이 배치된 방향으로 진행하는 빛을 상 측 방향으로 반사되도록 함으로써 광 추출 효율을 향상시킨다.
상기 제1 광 추출 패턴(51)은 상기 제2 도전형의 반도체층(50)의 상면에 형성되어 상기 제2 도전형의 반도체층(50)의 높은 굴절율로 인하여 외부로 방출되지 못하는 빛이 용이하게 외부로 추출될 수 있도록 한다. 상기 제1 광 추출 패턴(51)은 반구 형태로 형성된 것이 예시되어 있으나, 원기둥 형태, 원뿔 형태, 랜덤한 형태 등 다양한 형태의 돌기 또는 홈으로 형성될 수 있으며, 실시예에서는 반지름이 1.5㎛인 반구 형태가 도시되어 있다.
상기 제1 광 추출 패턴(51)은 상기 제2 도전형의 반도체층(50)을 선택적으로 제거하거나, 상기 제2 도전형의 반도체층(50)을 선택적으로 성장시켜 형성할 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 제1 실시예에 따른 발광 소자는 상기 기판(10) 아래에 반사층(80)을 형성하고, 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 상에 제1 광 추출 패턴(51)을 형성함으로써 상기 활성층(40)에서 발생된 빛이 효과적으로 외부에 추출될 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 소자의 단면을 도시한 도면이다.
제2 실시예에 따른 발광 소자를 설명함에 있어서, 제1 실시예에서 설명한 내용과 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 2를 참조하면, 제2 실시예에 따른 발광 소자는 기판(10)과, 상기 기판(10) 상에 형성된 Un-doped GaN층(20)과, 상기 Un-doped GaN층(20) 상에 형성된 제1 도전형의 반도체층(30)과, 상기 제1 도전형의 반도체층(30) 상에 형성된 활성 층(40)과, 상기 활성층(40) 상에 형성된 제2 도전형의 반도체층(50)을 포함한다.
또한, 제2 실시예에 따른 발광 소자는 상기 제1 도전형의 반도체층(30) 상에 제1 전극층(60)을 포함하고, 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 상에 제2 전극층(70)을 포함한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 소자에서, 광 추출 효율을 향상시키기 위하여 상기 기판(10) 아래에 반사층(80)이 형성되고, 상기 제2 도전형의 반도체층(50)의 상면에는 제1 광 추출 패턴(51)이 형성된다.
상기 반사층(80)에는 제2 광 추출 패턴(81)이 형성된다. 상기 제2 광 추출 패턴(81)은 상기 반사층(80)의 상면에 형성되며, 실시예에서는 반구 형태로 형성된 것이 예시되어 있으나, 원기둥 형태, 원뿔 형태, 랜덤한 형태 등 다양한 형태의 돌기 또는 홈으로 형성될 수 있다.
상기 제2 광 추출 패턴(81)은 상기 기판(10)의 하면을 선택적으로 식각하여 돌기 또는 홈을 형성하고, 상기 기판(10) 아래에 상기 반사층(80)을 형성함으로써 상기 반사층(80)의 상면에 자연스럽게 형성될 수 있다. 상기 제2 광 추출 패턴(81)은 상기 기판(10)과 동일 수평면 상에 배치될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 소자의 단면을 도시한 도면이다.
제3 실시예에 따른 발광 소자를 설명함에 있어서, 제1 실시예에서 설명한 내용과 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 3을 참조하면, 제3 실시예에 따른 발광 소자는 기판(10)과, 상기 기판(10) 상에 형성된 Un-doped GaN층(20)과, 상기 Un-doped GaN층(20) 상에 형성된 제1 도전형의 반도체층(30)과, 상기 제1 도전형의 반도체층(30) 상에 형성된 활성층(40)과, 상기 활성층(40) 상에 형성된 제2 도전형의 반도체층(50)을 포함한다.
또한, 제3 실시예에 따른 발광 소자는 상기 제1 도전형의 반도체층(30) 상에 제1 전극층(60)을 포함하고, 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 상에 제2 전극층(70)을 포함한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 소자에서, 광 추출 효율을 향상시키기 위하여 상기 기판(10) 아래에 반사층(80)이 형성되고, 상기 제2 도전형의 반도체층(50)의 상면에는 제1 광 추출 패턴(51)이 형성된다. 또한, 상기 기판(10)의 상면에는 제3 광 추출 패턴(11)이 형성된다.
상기 제3 광 추출 패턴(11)은 상기 기판(10)의 상면에 형성되며, 실시예에서는 반구 형태로 형성된 것이 예시되어 있으나, 원기둥 형태, 원뿔 형태, 랜덤한 형태 등 다양한 형태의 돌기 또는 홈으로 형성될 수 있다.
상기 제3 광 추출 패턴(11)은 상기 기판(10)의 상면을 선택적으로 식각하여 형성될 수 있다. 상기 제3 광 추출 패턴(11)은 상기 Un-doped GaN층(20)과 동일 수평면 상에 배치된다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 발광 소자의 단면을 도시한 도면이다.
제4 실시예에 따른 발광 소자를 설명함에 있어서, 제1 실시예에서 설명한 내용과 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 4를 참조하면, 제4 실시예에 따른 발광 소자는 기판(10)과, 상기 기판(10) 상에 형성된 Un-doped GaN층(20)과, 상기 Un-doped GaN층(20) 상에 형성된 제1 도전형의 반도체층(30)과, 상기 제1 도전형의 반도체층(30) 상에 형성된 활성층(40)과, 상기 활성층(40) 상에 형성된 제2 도전형의 반도체층(50)을 포함한다.
또한, 제4 실시예에 따른 발광 소자는 상기 제1 도전형의 반도체층(30) 상에 제1 전극층(60)을 포함하고, 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 상에 제2 전극층(70)을 포함한다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 발광 소자에서, 광 추출 효율을 향상시키기 위하여 상기 기판(10) 아래에 제2 광 추출 패턴(81)을 가진 반사층(80)이 형성되고, 상기 제2 도전형의 반도체층(50)의 상면에는 제1 광 추출 패턴(51)이 형성된다. 또한, 상기 기판(10)의 상면에는 제3 광 추출 패턴(11)이 형성된다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 발광 소자의 단면을 도시한 도면이다.
제5 실시예에 따른 발광 소자를 설명함에 있어서, 제1 실시예에서 설명한 내용과 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 5를 참조하면, 제5 실시예에 따른 발광 소자는 기판(10)과, 상기 기판(10) 상에 형성된 Un-doped GaN층(20)과, 상기 Un-doped GaN층(20) 상에 형성된 제1 도전형의 반도체층(30)과, 상기 제1 도전형의 반도체층(30) 상에 형성된 활성층(40)과, 상기 활성층(40) 상에 형성된 제2 도전형의 반도체층(50)을 포함한다.
또한, 제5 실시예에 따른 발광 소자는 상기 제1 도전형의 반도체층(30) 상에 제1 전극층(60)을 포함하고, 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 상에 제2 전극층(70)을 포함한다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 발광 소자에서, 광 추출 효율을 향상시키기 위 하여 상기 기판(10) 아래에 제2 광 추출 패턴(81)을 가진 반사층(80)이 형성되고, 상기 제2 도전형의 반도체층(50)의 상면에는 제1 광 추출 패턴(51)이 형성된다. 또한, 상기 기판(10)의 상면에는 제3 광 추출 패턴(11)이 형성된다.
다만, 제5 실시예에 따른 발광 소자는 상술한 제4 실시예와 달리, 상기 기판(10) 아래에 에폭시와 같은 수지층(90)을 형성하고, 상기 수지층(90)의 아래에 상기 제2 광 추출 패턴(81)을 가진 반사층(80)이 배치된다.
상기 수지층(90)은 상기 기판(10)과 굴절율이 비슷한 물질이 사용될 수 있으며, 상기 수지층(90)은 상기 기판(10)에 비해 가공이 용이하므로 상기 수지층(90)의 하면에 원하는 형태로 돌기 또는 홈을 형성함으로써, 상기 제2 광 추출 패턴(81)을 형성하는 것이 용이한 장점을 갖는다. 상기 제2 광 추출 패턴(81)은 상기 수지층(90)과 동일 수평면 상에 배치된다.
도 6은 실시예들에 따른 발광 소자의 광 추출 효율을 설명하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 제2 실시예에 따른 발광 소자의 광 추출 효율은 제1 실시예에 따른 발광 소자의 광 추출 효율에 비해 높은 것을 알 수 있고, 따라서, 상기 반사층(80)에 형성된 제2 광 추출 패턴(81)이 광 추출 효율을 향상시키는 것을 알 수 있다.
또한, 제3 실시예에 따른 발광 소자의 광 추출 효율은 제1 실시예에 따른 발광 소자의 광 추출 효율에 비해 높은 것을 알 수 있고, 따라서, 상기 기판(10)에 형성된 제3 광 추출 패턴(11)이 광 추출 효율을 향상시키는 것을 알 수 있다.
또한, 제4 실시예에 따른 발광 소자의 광 추출 효율은 제1,2,3 실시예에 따 른 발광 소자의 광 추출 효율에 비해 높은 것을 알 수 있고, 따라서, 상기 기판(10)에 형성된 제3 광 추출 패턴(11) 및 상기 반사층(80)에 형성된 제2 광 추출 패턴(81)을 모두 형성하는 경우 광 추출 효율이 극대화되는 것을 알 수 있다.
도 6에서 X축은 상기 제2 도전형의 반도체층(50)에 형성된 상기 제1 광 추출 패턴(51)들 사이의 간격을 나타내는 것으로, 상기 제1 광 추출 패턴(51)들의 간격에 따라 광 추출 효율이 변화되는 것을 알 수 있다.
한편, 상기 발광 소자에는 제1 광 추출 패턴(51), 제2 광 추출 패턴(81), 또는 제3 광 추출 패턴(11) 중 적어도 어느 하나가 형성될 수 있으며, 예를 들어, 상기 제1 광 추출 패턴(51)과 제3 광 추출 패턴(11)은 형성되지 않고 상기 제2 광 추출 패턴(81)만 형성될 수도 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 소자의 단면을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 소자의 단면을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 소자의 단면을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 발광 소자의 단면을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 발광 소자의 단면을 도시한 도면.
도 6은 실시예들에 따른 발광 소자의 광 추출 효율을 설명하는 도면.

Claims (12)

  1. 반사층;
    상기 반사층 상에 수지층;
    상기 수지층 상에 기판;
    상기 기판 상에 제1 도전형의 반도체층;
    상기 제1 도전형의 반도체층 상에 활성층; 및
    상기 활성층 상에 제2 도전형의 반도체층을 포함하고,
    상기 제2 도전형의 반도체층은 상면에 돌기 또는 홈 형태의 제1 광 추출 패턴을 포함하는 발광 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기판과 상기 제1 도전형의 반도체층 사이에 Un-doped GaN층을 포함하는 발광 소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 기판은 상면에 돌기 또는 홈 형태의 제3 광 추출 패턴을 포함하는 발광 소자.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제2 광 추출 패턴을 포함하는 반사층;
    상기 반사층 상에 수지층;
    상기 수지층 상에 기판;
    상기 기판 상에 제1 도전형의 반도체층;
    상기 제1 도전형의 반도체층 상에 활성층; 및
    상기 활성층 상에 제2 도전형의 반도체층을 포함하는 발광 소자.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제2 광 추출 패턴은 상기 반사층 상면에 형성된 돌기 또는 홈인 발광 소자.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 기판의 상면에는 돌기 또는 홈 형태의 제3 광 추출 패턴이 형성된 발광 소자.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 제2 광 추출 패턴과 상기 수지층은 동일 수평면 상에 형성된 발광 소자.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 제2 도전형의 반도체층의 상면에는 돌기 또는 홈 형태의 제1 광 추출 패턴이 형성된 발광 소자.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 기판과 상기 제1 도전형의 반도체층 사이에 Un-doped GaN층을 포함하는 발광 소자.
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