KR101746907B1 - Light emitting device and method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
발광 소자가 제공된다. 상기 발광 소자는, 제1 도전형의 제1 반도체층, 상기 제1 반도체층 상의 활성층, 상기 활성층 상의 제2 도전형의 제2 반도체층, 및 상기 제2 반도체층 내에 적어도 일부가 함입된(buried) 광 추출 패턴을 포함한다. A light emitting element is provided. The light emitting device includes a first semiconductor layer of a first conductivity type, an active layer on the first semiconductor layer, a second semiconductor layer of a second conductivity type on the active layer, and at least a portion of the buried ) Light extraction pattern.
Description
본 발명은 발광 소자 및 그 제조 방법에 관련된 것으로, 보다 상세하게는, 제2 반도체층 내에 적어도 일부가 함입된(buried) 광 추출 패턴을 포함하는 발광 소자 및 그 제조 방법에 관련된 것이다.The present invention relates to a light emitting device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a light emitting device including a light extracting pattern buried at least partially in a second semiconductor layer and a method of manufacturing the same.
발광 다이오드(light-emitting diode; LED)는 p-n 접합 다이오드의 일종으로, 순방향으로 전압이 걸릴 때 단파장광(monochromatic light)이 방출되는 현상인 전기발광효과(electroluminescence)를 이용한 반도체 소자로서, 발광 다이오드로부터 방출되는 빛의 파장은 사용되는 소재의 밴드 갭 에너지(bandgap energy, Eg)에 의해 결정된다. 특히, 최근에는, 질화물계 반도체 물질로 제조된 발광 소자들이 상용화되고 있는 추세이다. 2. Description of the Related Art A light-emitting diode (LED) is a type of pn junction diode, which is a semiconductor device using electroluminescence, which is a phenomenon in which monochromatic light is emitted when voltage is applied in a forward direction. The wavelength of the emitted light is determined by the bandgap energy (Eg) of the material used. Particularly, in recent years, light emitting devices made of a nitride based semiconductor material are being commercialized.
발광 다이오드와 같은 발광 소자(light emitting device)에 대한 연구가 활발히 진행되어, 발광 소자의 구조, 발광 소자에 적용되는 재료를 개발하여, 발광 소자의 효율 및 신뢰성을 향상시키는 기술은 한계에 다다르고 있다. Researches on a light emitting device such as a light emitting diode have been actively conducted and technologies for improving the efficiency and reliability of the light emitting device have been limited by developing the structure of the light emitting device and the material applied to the light emitting device .
따라서, 발광 소자의 광 효율을 증가시키기 위해서 새로운 방법이 다양하게 연구되고 있다. 예를 들어, 대한민국 특허 공개 공보 10-2013-0120107(출원번호 10-2012-0043115, 출원인 포항공과대학교 산학협력단 외 2인)에는, 고화 물질층을 포함하고 나노 패턴을 갖되, 하부 영역에 비해 상부 영역이 더 낮은 굴절률을 갖는 광 추출 구조체를 이용하여, 광 추출 효율이 향상된 발광 다이오드 및 그 제조 방법이 개시되어 있다. Accordingly, various new methods for increasing the light efficiency of the light emitting device have been studied. For example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2013-0120107 (Application No. 10-2012-0043115, filed by POSTECH, Industry & Academy Collaboration Group, and others) discloses a method of manufacturing a semiconductor device having a nano- A light emitting diode having improved light extraction efficiency using a light extracting structure having a lower refractive index in a region and a manufacturing method thereof are disclosed.
다른 예를 들어, 대한민국 특허 공개 공보 10-2007-0075592(출원번호 10-2006-0004013, 출원인 서울바이오시스)에는 요철된 일면을 갖는 모기판 위에 성장된 후 모기판으로부터 분리된 상면이 모기판의 요철된 일면의 역상으로 요철된 제1 반도체층을 포함하는 발광 다이오드를 제조하여, 내부 반사에 의한 광 손실을 방지하고 광 추출 효율을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.In another example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2007-0075592 (Application No. 10-2006-0004013, Applicant Seoul Biosys) discloses a method for manufacturing a mother board, Discloses a technique of manufacturing a light emitting diode including a first semiconductor layer which is unevenly formed by a reverse surface of an uneven surface to prevent light loss due to internal reflection and improve light extraction efficiency.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 고신뢰성의 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a highly reliable light emitting device and a method of manufacturing the same.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 발광 효율이 향상된 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. It is another object of the present invention to provide a light emitting device having improved luminous efficiency and a method of manufacturing the same.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 제조 공정이 간소화된 발광 소자의 제조 방법을 제공하는 데 있다. It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a light emitting device in which the manufacturing process is simplified.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 상술된 것에 제한되지 않는다.The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 발광 소자를 제공한다. In order to solve the above technical problem, the present invention provides a light emitting device.
일 실시 예에 따르면, 상기 발광 소자는, 제1 도전형의 제1 반도체층, 상기 제1 반도체층 상의 활성층, 상기 활성층 상의 제2 도전형의 제2 반도체층, 및 상기 제2 반도체층 내에 적어도 일부가 함입된(buried) 광 추출 패턴을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the light emitting device includes a first semiconductor layer of a first conductivity type, an active layer on the first semiconductor layer, a second semiconductor layer of a second conductivity type on the active layer, Some of which may include buried light extraction patterns.
일 실시 예에 따르면, 상기 광 추출 패턴은, 상기 제2 반도체층 내에 함입된 함몰부, 및 상기 제2 반도체층으로부터 돌출된 돌출부를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the light extracting pattern may include a depression embedded in the second semiconductor layer, and a protrusion protruding from the second semiconductor layer.
일 실시 예에 따르면, 상기 활성층의 상부면을 기준으로, 상기 광 추출 패턴의 상기 돌출부의 레벨(level)은, 상기 제2 반도체층의 상부면의 레벨보다, 높은 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the level of the protrusion of the light extracting pattern may be higher than the level of the upper surface of the second semiconductor layer with respect to the upper surface of the active layer.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 반도체층은, 상기 광 추출 패턴을 덮는(cover)것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the second semiconductor layer may cover the light extracting pattern.
일 실시 예에 따르면, 상기 광 추출 패턴은, 세륨(Ce) 산화물 입자를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the light extracting pattern may include cerium (Ce) oxide particles.
일 실시 예에 따르면, 상기 광 추출 패턴은, 상기 활성층과 직접적으로 접촉되는(directly contacted) 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the light extraction pattern may include being directly contacted with the active layer.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 발광 소자의 제조 방법을 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a light emitting device.
일 실시 예에 따르면, 상기 발광 소자의 제조 방법은, 기판 상에 제1 도전형의 제1 반도체층을 형성하는 단계, 상기 제1 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계, 상기 활성층 상에 광 추출 패턴을 형성하는 단계, 및 상기 활성층 상에, 상기 광 추출 패턴의 적어도 일부를 함입하는 제2 도전형의 제2 반도체층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. According to one embodiment, a method of manufacturing the light emitting device includes the steps of forming a first semiconductor layer of a first conductivity type on a substrate, forming an active layer on the first semiconductor layer, And forming a second semiconductor layer of a second conductivity type that embeds at least a part of the light extracting pattern on the active layer.
일 실시 예에 따르면, 상기 광 추출 패턴을 형성하는 단계는, 금속을 포함하는 용액을 준비하는 단계, 상기 용액을 열처리하여, 금속 산화물 입자를 형성하는 단계, 및 상기 금속 산화물 입자를, 상기 활성층 상에 제공하는 단계를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the step of forming the light extracting pattern comprises the steps of preparing a solution containing a metal, heat treating the solution to form metal oxide particles, and forming the metal oxide particles on the active layer .
본 발명의 실시 예에 따른 발광 소자는, 제1 반도체층, 상기 제1 반도체층 상의 활성층, 상기 활성층 상의 제2 반도체층, 및 상기 제2 반도층 내에 적어도 일부가 함입된 광 추출 패턴을 포함할 수 있다. 상기 활성층에서 방출된 광이 상기 광 추출 패턴에 의해 산란되어, 용이하게 외부로 방출될 수 있다. 이에 따라, 발광 효율이 향상된 고신뢰성의 발광 소자가 제공될 수 있다. A light emitting device according to an embodiment of the present invention includes a first semiconductor layer, an active layer on the first semiconductor layer, a second semiconductor layer on the active layer, and a light extracting pattern at least partially embedded in the second semiconductor layer . The light emitted from the active layer is scattered by the light extracting pattern and can be easily emitted to the outside. Thus, a highly reliable light emitting device with improved light emitting efficiency can be provided.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 발광 소자 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 발광 소자의 발광 효율을 측정한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 발광 소자에 포함된 광 추출 패턴의 크기에 따른 발광 효율을 측정한 그래프이다. 1 is a view for providing a light emitting device and a method of manufacturing the same according to a first embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a light emitting device and a method of manufacturing the same according to a second embodiment of the present invention.
3 is a graph illustrating luminous efficiency of a light emitting device according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 is a graph illustrating luminous efficiency according to the size of the light extracting pattern included in the light emitting device according to the embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical spirit of the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In this specification, when an element is referred to as being on another element, it may be directly formed on another element, or a third element may be interposed therebetween. Further, in the drawings, the thicknesses of the films and regions are exaggerated for an effective explanation of the technical content.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.Also, while the terms first, second, third, etc. in the various embodiments of the present disclosure are used to describe various components, these components should not be limited by these terms. These terms have only been used to distinguish one component from another. Thus, what is referred to as a first component in any one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and exemplified herein also includes its complementary embodiment. Also, in this specification, 'and / or' are used to include at least one of the front and rear components.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. The singular forms "a", "an", and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. It is also to be understood that the terms such as " comprises "or" having "are intended to specify the presence of stated features, integers, Should not be understood to exclude the presence or addition of one or more other elements, elements, or combinations thereof.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 도면이다. 1 is a view for providing a light emitting device and a method of manufacturing the same according to a first embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 기판(110)이 제공된다. 상기 기판(110)은, 반도체 기판(예를 들어, 실리콘 기판, 화합물 반도체 기판), 유리 기판, 또는 금속 기판 중에서 어느 하나일 수 있다. 또는, 상기 기판(110)은 사파이어(Al2O3), GaN, SiC, Si, ZnO, GaAs, InP, Ge, Ga2O3, ZrB2 또는 GaP 중에서 어느 하나로 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 기판(110)은 유연(flexible)할 수 있다. Referring to Figure 1, a
상기 기판(110) 상에 도핑되지 않은 반도체층(120, undoped semiconductor layer)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 도핑되지 않은 반도체층(120)은, 도핑되지 않은 질화 갈륨층(undoped-GaN, U-GaN)으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 도핑되지 않은 반도체층(120)은 액상 성장법(liquid phase epitaxy, LPE), 기상 성장법(vapor phase epitaxy, VPE), 분자빔 성장법(molecular beam epitaxy, MBE), 또는 유기금속 화학기상증착법(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD) 중에서 어느 하나의 방법을 이용하여 형성될 수 있다. An
상기 도핑되지 않은 반도체층(120) 상에 제1 도전형의 제1 반도체층(130)이 형성될 수 있다. 상기 제1 반도체층(130)은, 제1 도전형의 도펀트로 도핑될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 반도체층(130)은 N 형 도펀트로 도핑된 N형 반도체층일 수 있다. 예를 들어, 상기 N 형 도펀트는 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 또는 텔루륨(Te), 셀레늄(Se) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 제1 반도체층(130)은, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, 또는 AlInN 중에서 적어도 어느 하나에 상기 N형 도펀트가 도핑된 것을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 반도체층(130)은, 상기 도핑되지 않은 반도체층(120)을 시드층(seed layer)으로 이용한 에피택시얼 공정으로 형성될 수 있다. The
일 실시 예에 따르면, 상기 도핑되지 않은 반도체층(120) 및 상기 기판(110) 사이에 버퍼층이 더 형성될 수 있다. 상기 버퍼층은 상기 기판(110)과 상기 도핑되지 않은 반도체층(120) 사이의 격자 불일치에 따른 스트레스를 완화하기 위한 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 버퍼층은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, 또는 AlInN 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. According to one embodiment, a buffer layer may be further formed between the
상기 제1 반도체층(130) 상에 활성층(140)이 형성될 수 있다. 상기 활성층(140)은 다양자웰(multi-quantum well: MQW), 양자점(Quantum Dot) 등의 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(140)은 InGaN 막, 아연(Zn) 또는 실리콘(Si)이 도핑된 InGaN 막 일 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(140)은 액상 성장법, 기상 성장법, 분자빔 성장법, 또는 유기금속 화학기상 증착법 중에서 어느 하나의 방법을 이용하여 형성될 수 있다The
상기 활성층(140) 상에 광 추출 패턴(150)이 형성될 수 있다. 상기 광 추출 패턴(150)은, 상기 활성층(140)과 직접적으로 접촉(directly contact)될 수 있다. 상기 광 추출 패턴(150)은, 금속 산화물 입자(metal oxide particle)일 수 있다. 예를 들어, 상기 광 추출 패턴(150)은, 세륨(Ce) 산화물 입자일 수 있다.상기 광 추출 패턴(150)이 상기 금속 산화물 입자인 경우, 상기 금속 산화물 입자의 직경은 160nm 이하, 또는 260nm 이상일 수 있다. A
상기 광 추출 패턴(150)을 형성하는 단계는, 금속을 포함하는 용액을 준비하는 단계, 상기 용액을 열처리하여, 금속 산화물 입자를 형성하는 단계, 및 상기 금속 산화물 입자를 상기 활성층(140) 상에 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광 추출 패턴(150)을 형성하는 단계는, 초순수에 NH4OH를 첨가하여 혼합하는 단계, NH4OH가 혼합된 상기 초순수에 세륨(Ce 또는 Ce4+) 및 HNO3를 혼합하여 혼합액을 제조하는 단계, 상기 혼합액을 교반하면서 약 100℃에서 열처리하여 세륨 산화물 입자를 제조하는 단계, 및 침전된 상기 세륨 산화물을 세척 및 건조하는 단계를 포함할 수 있다. The step of forming the
상기 광 추출 패턴(150)이 입자 형태인 경우, 상기 광 추출 패턴(150)의 사이즈(예를 들어, 지름)은 상기 광 추출 패턴(150)의 제조 단계에서 조절될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 금속을 포함하는 상기 용액의 열처리 시간이 길어질수록, 상기 광 추출 패턴(150)의 사이즈는 증가될 수 있다. The size (e.g., diameter) of the
상기 광 추출 패턴(150)이 형성된 후, 상기 광 추출 패턴(150)의 적어도 일부를 함입(bury)하는 제2 도전형의 제2 반도체층(160)이 형성될 수 있다. 상기 제2 반도체층(160)은, 상기 광 추출 패턴(150)을 완전히 덮을(perfectly cover) 수 있다. 이에 따라, 상기 광 추출 패턴(150)은 노출(exposed)되지 않을 수 있다. After the
상기 제2 반도체층(160)은 상기 제1 도전형과 다른 제2 도전형의 도펀트로 도핑될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 반도체층(160)은 P 형 도펀트로 도핑된 P 형 반도체층일 수 있다. 예를 들어, 상기 P형 도펀트는 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 바륨(Ba), 또는 칼슘(Ca) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 제2 반도체층(160)은 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, 또는 AlInN 중에서 적어도 어느 하나에 상기 P형 도펀트가 도핑된 것을 포함할 수 있다. 상기 제2 반도체층(160)은, 액상 성장법, 기상 성장법, 분자빔 성장법, 또는 유기금속 화학기상 증착법 중에서 어느 하나의 방법을 이용하여 형성될 수 있다.The
상기 제2 반도체층(160)이 형성된 후, 상기 제2 반도체층(160), 상기 광 추출 패턴(150), 및 상기 활성층(140)을 차례로 식각하여, 상기 제1 반도체층(130)의 일부분이 노출될 수 있다. 상기 노출된 상기 제1 반도체층(130)의 상기 일부분 및 상기 제2 반도체층(160) 상에 각각 전극들(미도시)이 형성될 수 있다. After the
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제1 반도체층(130)에서 공급된 전자와 상기 제2 반도체층(160)에서 공급된 정공이 상기 활성층(140)에서 결합하여 여기자를 생성하고, 상기 여기자의 에너지 상태가 천이되어 광이 방출될 수 있다. 상기 활성층(140)에서 방출된 광은, 상기 활성층(140)과 접촉된 상기 광 추출 패턴(150)에 의해서 용이하게 외부로 방출될 수 있다. 다시 말하면, 상기 광 추출 패턴(150)이 광이 방출되는 상기 활성층(140)에 가장 인접하게 배치되어, 상기 활성층(140)에서 방출된 광이 용이하게 산란될 수 있다. 이에 따라, 발광 효율이 향상된 고신뢰성의 발광 소자 및 그 제조 방법이 제공될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, electrons supplied from the
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 금속 산화물 입자를 포함하는 상기 광 추출 패턴(150)이 용액의 열처리 공정으로 형성된 후, 상기 광 추출 패턴(150)이 상기 활성층(140) 상에 제공될 수 있다. 이에 따라, 제조 공정이 간소화되고, 제조 비용이 감소된, 발광 소자의 제조 방법이 제공될 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, after the
상술된 본 발명의 제1 실시 예와 달리, 본 발명의 제2 실시 예에 따르면, 상기 광 추출 패턴의 일부가, 상기 제2 반도체층으로부터 돌출될 수 있다. 이하, 이를 도 2를 참조하여 설명한다. According to the second embodiment of the present invention, unlike the first embodiment of the present invention described above, a part of the light extracting pattern may protrude from the second semiconductor layer. Hereinafter, this will be described with reference to FIG.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 발광 소자 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 2 is a view for explaining a light emitting device and a method of manufacturing the same according to a second embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 도 1을 참조하여 설명된 본 발명의 제1 실시 예에 따른 기판(110), 도핑되지 않은 반도체층(120), 제1 반도체층(130), 및 활성층(140)이 제공될 수 있다. Referring to FIG. 2, a
상기 활성층(140) 상에 광 추출 패턴(152)이 형성될 수 있다. 상기 광 추출 패턴(152)은, 상기 활성층(140)과 직접적으로 접촉(directly contact)될 수 있다. 상기 광 추출 패턴(152)은, 금속 산화물 입자(metal oxide particle)일 수 있다. 예를 들어, 상기 광 추출 패턴(152)은, 세륨(Ce) 산화물 입자일 수 있다.A
상기 광 추출 패턴(152)은, 도 1을 참조하여 설명된 상기 광 추출 패턴(150)과 같은 방법으로, 상기 활성층(140) 상에 형성될 수 있다. The
상기 광 추출 패턴(152)이 형성된 후, 상기 광 추출 패턴(152)의 적어도 일부를 함입하는 제2 도전형의 제2 반도체층(162)이 형성될 수 있다. 상기 제2 반도체층(162)은 도 1을 참조하여 설명된 상기 제2 반도체층(160)과 동일한 방법으로 형성될 수 있다. After the
상기 제2 반도체층(162)은, 상기 광 추출 패턴(152)의 일부를 함입할 수 있다. 다시 말하면, 상기 제2 반도체층(162)에 의해 함입되지 않은 상기 광 추출 패턴(152)의 일부는 상기 제2 반도체층(162)으로부터 돌출될 수 있다. 이에 따라, 상기 광 추출 패턴(152)은, 상기 제2 반도체층(162) 내에 함입된 함몰부, 및 상기 제2 반도체층(162)으로부터 돌출된 돌출부를 포함할 수 있다. 상기 활성층(140)의 상부면을 기준으로, 상기 광 추출 패턴(152)의 상기 돌출부의 레벨(level)은, 상기 제2 반도체층(162)의 상부면의 레벨보다, 높을 수 있다. 다시 말하면, 상기 활성층(140)의 상기 상부면과 상기 돌출부의 상단 사이의 거리는, 상기 활성층(140)의 상기 상부면과 상기 제2 반도체층(162)의 상기 상부면 사이의 거리보다, 클 수 있다. The
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 광 추출 패턴(152)의 일부가 상기 제2 반도체층(162) 내에 함입되고, 상기 광 추출 패턴(152)의 다른 일부가 상기 제2 반도체층(162)으로부터 돌출될 수 있다. 이에 따라, 상기 활성층(140)에서 방출된 광이, 용이하게 외부로 방출되어, 발광 효율이 향상된 발광 소자 및 그 제조 방법이 제공될 수 있다.
A part of the
이하, 상술된 본 발명의 실시 예들에 따른 발광 소자의 특성 평가 결과가 설명된다. Hereinafter, characteristics evaluation results of the light emitting device according to the embodiments of the present invention described above will be described.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 발광 소자의 발광 효율을 측정한 그래프이다. 3 is a graph illustrating luminous efficiency of a light emitting device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따라 제2 반도체층에 의해 덮인 광 추출 패턴을 포함하는 발광 소자(도 3에서 Buried), 본 발명의 제2 실시 예에 따라 제2 반도체층으로부터 돌출된 일부를 갖는 광 추출 패턴을 포함하는 발광 소자(도 3에서 Protrusion), 및 본 발명의 실시 예들에 대한 비교 예로, 광 추출 패턴이 생략된 발광 소자(도 3에서 Ref)의 intensity를 측정하였다. Referring to FIG. 3, a light emitting device (Buried in FIG. 3) including a light extracting pattern covered by a second semiconductor layer according to a first embodiment of the present invention, a second semiconductor layer (Protrusion in FIG. 3) including a light extracting pattern having a part protruding from the light extracting pattern (Prot in FIG. 3), and a comparative example to the embodiments of the present invention, Respectively.
도 3에서 알 수 있듯이, 광 추출 패턴이 생략된 비교 예에 따른 발광 소자와 비교하여, 본 발명의 제1 및 제2 실시 예들에 따른 광 추출 패턴을 포함하는 발광 소자들의 발광 효율이 높은 것을 확인할 수 있다. 또한, 제1 실시 예에 따라 광 추출 패턴의 전체가 제2 반도체층에 의해 덮인 발광 소자보다, 제2 실시 예에 따라 광 추출 패턴의 적어도 일부가 제2 반도체층으로부터 돌출된 발광 소자가, 더 높은 발광 효율을 갖는 것을 확인할 수 있다. As can be seen from FIG. 3, it is confirmed that the luminous efficiency of the light emitting devices including the light extracting patterns according to the first and second embodiments of the present invention is higher than that of the light emitting device according to the comparative example in which the light extracting pattern is omitted . Further, according to the first embodiment, the light emitting element in which at least a part of the light extracting pattern protrudes from the second semiconductor layer according to the second embodiment, as compared with the light emitting element in which the entire light extracting pattern is covered with the second semiconductor layer, It can be confirmed that it has a high luminescence efficiency.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 발광 소자에 포함된 광 추출 패턴의 크기에 따른 발광 효율을 측정한 그래프이다.4 is a graph illustrating luminous efficiency according to the size of the light extracting pattern included in the light emitting device according to the embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 발광 소자에 포함된 광 추출 패턴의 크기(직경)을 달리하면서, 발광 효율을 측정하였다. Referring to FIG. 4, the light emitting efficiency was measured while varying the size (diameter) of the light extracting pattern included in the light emitting device according to the embodiment of the present invention.
도 4에서 알 수 있듯이, 광 추출 패턴의 직경이 160nm이하인 경우, 그리고, 260nm 이상인 경우의 발광 효율이, 광 추출 패턴의 직경이 160nm 초과 및 260nm 미만인 경우의 발광 효율과 비교하여, 현저하게 높은 것으로 측정되었다. 다시 말하면, 광 추출 패턴의 직경을 160nm 이하로 제어하거나, 260nm 이상으로 제어하는 것이, 발광 소자의 발광 효율을 향상시키는 효율적인 방법임을 확인할 수 있다.
4, when the diameter of the light extracting pattern is 160 nm or less and the light extraction efficiency is 260 nm or more, the light extraction efficiency is significantly higher than the light emission efficiency when the diameter of the light extraction pattern is more than 160 nm and less than 260 nm Respectively. In other words, it can be confirmed that controlling the diameter of the light extraction pattern to 160 nm or less or controlling the light extraction pattern to 260 nm or more is an efficient method of improving the light emitting efficiency of the light emitting device.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will also be appreciated that many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
110: 기판
120: 도핑되지 않은 반도체층
130: 제1 반도체층
140: 활성층
150, 152: 광 추출 패턴
160, 162: 제2 반도체층110: substrate
120: undoped semiconductor layer
130: first semiconductor layer
140:
150, 152: Light extraction pattern
160, 162: second semiconductor layer
Claims (8)
상기 제1 반도체층 상의 활성층;
상기 활성층 상에 배치되며 상기 활성층과 직접적으로 접촉되는(directly contacted) 광 추출 패턴; 및
상기 광 추출 패턴 상에 배치되는 제2 도전형의 제2 반도체층;을 포함하되,
상기 광 추출 패턴은, 직경 40nm 이상 160nm 이하 또는 260nm 이상 300nm 이하의 직경을 가지는 세륨(Ce) 산화물 입자를 포함하고,
상기 광 추출 패턴은, 상기 제2 반도체층 내에 적어도 일부가 함입된 광 추출 패턴을 포함하는 발광 소자.
A first semiconductor layer of a first conductivity type;
An active layer on the first semiconductor layer;
A light extraction pattern disposed on the active layer and directly contacted with the active layer; And
And a second semiconductor layer of a second conductivity type disposed on the light extracting pattern,
Wherein the light extracting pattern comprises cerium (Ce) oxide particles having a diameter of 40 nm or more and 160 nm or less or 260 nm or more and 300 nm or less,
Wherein the light extracting pattern includes a light extracting pattern at least partially embedded in the second semiconductor layer.
상기 광 추출 패턴은, 상기 제2 반도체층 내에 함입된 함몰부, 및 상기 제2 반도체층으로부터 돌출된 돌출부를 포함하는 발광 소자.
The method according to claim 1,
Wherein the light extracting pattern includes a depression embedded in the second semiconductor layer, and a protrusion protruding from the second semiconductor layer.
상기 활성층의 상부면을 기준으로, 상기 광 추출 패턴의 상기 돌출부의 레벨(level)은, 상기 제2 반도체층의 상부면의 레벨보다, 높은 것을 포함하는 발광 소자.
3. The method of claim 2,
Wherein a level of the protrusion of the light extracting pattern is higher than a level of a top surface of the second semiconductor layer with respect to an upper surface of the active layer.
상기 제2 반도체층은, 상기 광 추출 패턴을 덮는(cover)것을 포함하는 발광 소자.
The method according to claim 1,
And the second semiconductor layer covers the light extracting pattern.
상기 제1 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계;
상기 활성층 상에 상기 활성층과 직접적으로 접촉하며, 금속 산화물 입자로 이루어진 광 추출 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 광 추출 패턴을 형성하는 단계 이후에, 상기 활성층 상에, 상기 광 추출 패턴의 적어도 일부를 함입하는 제2 도전형의 제2 반도체층을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 금속 산화물 입자는 직경 40nm 이상 160nm 이하 또는 260nm 이상 300nm 이하의 직경을 가지는 세륨으로 이루어진 발광 소자의 제조 방법.
Forming a first semiconductor layer of a first conductivity type on a substrate;
Forming an active layer on the first semiconductor layer;
Forming a light extraction pattern directly on the active layer and in contact with the active layer, the light extraction pattern comprising metal oxide particles; And
Forming a second semiconductor layer of a second conductivity type on the active layer after forming the light extraction pattern, the second semiconductor layer including at least a portion of the light extraction pattern,
Wherein the metal oxide particles comprise cerium having a diameter of 40 nm or more and 160 nm or less or a diameter of 260 nm or more and 300 nm or less.
상기 광 추출 패턴을 형성하는 단계는,
금속을 포함하는 용액을 준비하는 단계;
상기 용액을 열처리하여, 금속 산화물 입자를 형성하는 단계; 및
상기 금속 산화물 입자를, 상기 활성층 상에 제공하는 단계를 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
The forming of the light extracting pattern may include:
Preparing a solution comprising a metal;
Heat treating the solution to form metal oxide particles; And
And providing the metal oxide particles on the active layer.
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| KR20160060844A KR20160060844A (en) | 2016-05-31 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2006140357A (en) * | 2004-11-12 | 2006-06-01 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | Nitride semiconductor light emitting device |
| JP2013529846A (en) * | 2010-06-24 | 2013-07-22 | ソウル オプト デバイス カンパニー リミテッド | Light emitting diode |
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2014
- 2014-11-20 KR KR1020140162592A patent/KR101746907B1/en active IP Right Grant
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