KR101754906B1 - Light emitting device - Google Patents
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Abstract
실시예는 발광 소자 및 제조방법에 관한 것이다. 실시예에 따른 발광소자는, 제1 도전성 반도체층과, 제2 도전성 반도체층과 제1 도전성 반도체층 및 제2 도전성 반도체층 사이에 형성되며, 양자우물층 및 양자장벽층이 복수회 교대로 적층 되어 이루어진 활성층을 포함하고, 양자장벽층들은 양자우물층들에서 발광하는 복수의 빛이 보강간섭조건을 만족하는 두께를 가진다. 이에 의해, 다중양자우물에서 발광하는 빛의 진폭을 확대시켜 광추출 효율을 증가시킬 수 있다.Embodiments relate to a light emitting device and a manufacturing method thereof. The light emitting device according to the embodiment includes the first conductive semiconductor layer, the second conductive semiconductor layer, the first conductive semiconductor layer, and the second conductive semiconductor layer, and the quantum well layer and the quantum barrier layer are alternately stacked And the quantum barrier layers have a thickness such that a plurality of light beams emitted from the quantum well layers satisfy a constructive interference condition. Thereby, the amplitude of light emitted from the multiple quantum wells can be increased to increase the light extraction efficiency.
Description
실시예는 발광하는 빛의 보강간섭을 유도할 수 있는 발광소자에 관한 것이다.Embodiments relate to a light emitting device capable of inducing a constructive interference of light emitted therefrom.
LED(Light Emitting Diode:발광 소자)는 화합물 반도체의 특성을 이용해 전기 신호를 적외선, 가시광선 또는 빛의 형태로 변환시키는 소자로, 가정용 가전제품, 리모콘, 전광판, 표시기, 각종 자동화 기기 등에 사용되고 있으며, 점차 사용영역이 넓어지고 있는 추세이다.BACKGROUND ART An LED (Light Emitting Diode) is a device that converts an electric signal into an infrared ray, a visible ray, or a light using the characteristics of a compound semiconductor. The LED is used in household appliances, remote controllers, display boards, The use area is gradually widening.
한편, 발광 소자의 광효율인 외부양자효율은 내부양자효율과 광추출효율의 곱에 의해 결정되며, 내부 양자효율은 반도체의 품질과 전류주입의 효율에 의해 결정된다. 발광 소자에서 질화갈륨(GaN)과 공기와의 굴절률 차이로 인한 내부 전반사에 의해 광추출효율이 감소한다. 광추출효율을 높이기 위해 수직형 발광 소자가 개발되었으며, 표면의 요철을 형성시키는 방법이 개발되었다.Meanwhile, the external quantum efficiency, which is the light efficiency of the light emitting device, is determined by the product of the internal quantum efficiency and the light extraction efficiency, and the internal quantum efficiency is determined by the quality of the semiconductor and the efficiency of current injection. The light extraction efficiency is reduced due to total internal reflection due to the difference in refractive index between gallium nitride (GaN) and air in the light emitting device. In order to increase the light extraction efficiency, a vertical type light emitting device has been developed and a method of forming the surface irregularities has been developed.
실시예는 활성층의 양자장벽층의 두께를 조정하여 발광하는 빛들간의 보강간섭을 일으켜 발광효율을 증가시킬 수 있는 발광 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.An embodiment of the present invention provides a light emitting device capable of increasing luminous efficiency by adjusting the thickness of a quantum barrier layer of an active layer to cause constructive interference between emitted light.
상술한 과제를 해결하기 위한 실시예에 따른 발광소자는, 제1 도전성 반도체층과, 제2 도전성 반도체층과 제1 도전성 반도체층 및 제2 도전성 반도체층 사이에 형성되며, 양자우물층 및 양자장벽층이 복수회 교대로 적층 되어 이루어진 활성층을 포함하고, 양자장벽층들은 양자우물층들에서 발광하는 복수의 빛이 보강간섭조건을 만족하는 두께를 가진다. According to an embodiment of the present invention, a light emitting device includes a first conductive semiconductor layer, a second conductive semiconductor layer formed between the first conductive semiconductor layer and the second conductive semiconductor layer, and a quantum well layer and a quantum barrier Wherein the quantum barrier layers have a thickness such that a plurality of lights emitted from the quantum well layers satisfy a constructive interference condition.
실시예에 따르면, 활성층에서 발생되는 빛들이 발광소자의 표면으로 발산될 때 서로 위상이 같아져 보강간섭을 일으킴에 따라 파동함수(Wave Function)의 중첩으로 광추출 효율을 증가시킬 수 있다.According to the embodiment, as the light generated in the active layer is emitted to the surface of the light emitting device, the phases thereof become equal to each other, and the constructive interference occurs, so that the light extraction efficiency can be increased by superimposing the wave function.
도 1은 실시예에 따른 발광 소자의 기본 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 실시예에 따른 발광소자의 활성층의 단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 최하부에 반사층이 있는 경우의 활성층의 단면을 도시한 도이다.
도 4은 발광되는 빛의 색깔과 파장과의 관계를 도시한 그래프이다.
도 5는 실시예에 따른 광의 색깔과 파장 및 보강간섭이 일어날 수 있는 양자장벽층의 두께를 표이다.
도 6는 실시예에 따른 도 5에서 도시한 두께의 마진을 표로 정리한 도이다.
도 7은, 보강간섭시의 두 파동의 중첩을 도시한 도이다.1 is a cross-sectional view showing a basic structure of a light emitting device according to an embodiment.
2 is a cross-sectional view illustrating an active layer of a light emitting device according to an embodiment.
Fig. 3 is a diagram showing a cross section of the active layer when the reflective layer is present at the lowermost portion.
4 is a graph showing the relationship between the color and the wavelength of light emitted.
FIG. 5 is a table showing the color of light and the thickness of a quantum barrier layer in which a wavelength and constructive interference can occur according to an embodiment.
FIG. 6 is a table summarizing margins of thickness shown in FIG. 5 according to an embodiment.
Fig. 7 is a diagram showing superposition of two waves at the time of constructive interference. Fig.
실시예에 대한 설명에서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴이나 타 구조물의 "위(on)"에, "아래(under)"에, 상측(upper)에, 또는 하측(lower)에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)", "아래(under)", 상측(upper), 및 하측(lower)은 "직접(directly)" 또는 "다른 층, 또는 구조물을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다.In the description of the embodiments, it is to be understood that each layer (film), region, pattern or structure may be referred to as being "on", "under", or "on" Quot; on ", " under ", " upper ", and lower " lower " directly "or" indirectly "through " another layer, or structure ".
도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장, 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. The thickness and size of each layer in the drawings are exaggerated, omitted, or schematically shown for convenience and clarity of explanation. Also, the size of the component does not entirely reflect the actual size.
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들. 성분들. 영역들. 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안된다는 것을 이해할 것이다.Although the terms first, second, etc. may be used to describe various elements, components, regions, layers and / or regions, these elements. Ingredients. Areas. Layers and / or regions should not be limited by these terms.
도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장, 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. The thickness and size of each layer in the drawings are exaggerated, omitted, or schematically shown for convenience and clarity of explanation. Also, the size of the component does not entirely reflect the actual size.
이하에서는, 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 7을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 7 attached hereto.
도 1은 실시예에 따른 발광 소자의 기본 구조를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a basic structure of a light emitting device according to an embodiment.
발광 소자(100)는 기판(110), 제1 도전성 반도체층(120), 활성층(130), 제2 도전성 반도체층(140)을 포함하는 발광구조물(150), 제1 전극(122), 제2 전극(142), 투광성전극층(160)을 포함할 수 있다. The
기판(110)은 광 투과적 성질을 가지는 것으로 사파이어(Al2O3)와 같은 반도체층과는 다른 이종기판 또는 GaN과 같은 동종기판일 수 있으며, ZnO, Si, GaP, InP, GaAs로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 또한, 사파이어(Al2O3) 기판에 비해 열전도성이 큰 SiC 기판일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이러한 기판(110)의 상면에는 요철 패턴이 형성될 수 있다.The
도시하지는 않았으나, 기판(110) 상에는 2족 내지 6족 원소의 화합물 반도체를 이용한 층 또는 패턴이 예컨대, ZnO층(미도시), 버퍼층(미도시), 언도프드 반도체층(미도시) 중 적어도 한 층이 형성될 수 있다. 상기 버퍼층 또는 언도프드 반도체층은 3족-5족 원소의 화합물 반도체를 이용하여 형성될 수 있으며, 상기 버퍼층은 상기 기판과의 격자 상수의 차이를 줄여주게 되며, 상기 언도프드 반도체층은 도핑하지 않는 GaN계 반도체로 형성될 수 있다.Although not shown, a layer or a pattern using a compound semiconductor of Group 2 or Group 6 element is formed on the
기판(110)상에 버퍼층(미도시) 및 언도프드 반도체층이 모두 형성 될 수 있고, 또는 어느 하나의 층만 형성되거나 두 층이 모두 제거되는 구조로 형성될 수 있으며, 이러한 구조에 대해 한정되지 않는다.A buffer layer (not shown) and an undoped semiconductor layer may all be formed on the
제1 도전성 반도체층(120)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 활성층(130)에 전자를 제공할 수 있다. 제1 도전성 반도체층(120)은 n형 반도체층으로만 형성되거나, n형 반도체층 아래에 언도프드 반도체층(미도시)을 더 포함할 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.The first
예를 들어, n형 반도체층은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.For example, the n-type semiconductor layer may be a semiconductor material having a composition formula of In x Al y Ga 1 -x- y N (0? X? 1, 0? Y? 1, 0? X + y? 1) For example, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN and the like, and n-type dopants such as Si, Ge and Sn can be doped.
언도프트 반도체층(미도시)은 n형 반도체층의 결정성 향상을 위해 형성되는 층으로, n형 도펀트가 도핑되지 않아 n형 반도체층에 비해 낮은 전기전도성을 갖는 것을 제외하고는 n형 반도체층과 같다.The undoped semiconductor layer (not shown) is a layer formed for improving the crystallinity of the n-type semiconductor layer. The n-type semiconductor layer (not shown) has a lower electrical conductivity than the n- Respectively.
예컨대, 버퍼층(미도시) 상에 NH3와 트리메탈 갈륨(TMGa)을 공급하여, 소정 두께로 언도프드 반도체층이 형성된다. For example, NH 3 and trimetal gallium (TMGa) are supplied on a buffer layer (not shown) to form an undoped semiconductor layer to a predetermined thickness.
기판(110)상에 버퍼층(미도시) 및 언도프드 반도체층(미도시)이 모두 형성될 수 있고, 또는 어느 하나의 층만 형성되거나 두 층이 모두 제거되는 구조로 형성될 수도 있으며, 이러한 구조에 대해 한정되지는 않는다. A buffer layer (not shown) and an undoped semiconductor layer (not shown) may all be formed on the
또한, 기판(110)위에는 반사층(112)이 위치하여, 활성층(130)에서 발생하는 빛이 기판(110)방향으로 발광된 경우, 이를 반사시켜 광추출효율을 높힐 수 있다. The
반사층(112)은, 은(Ag), 알루미늄(Al), 납(Pb), 로듐(Rh)중 적어도 하나 또는 이들의 합금으로 이루어져, 기판(110) 쪽으로 이동하는 빛을 반사시킨다. 따라서, 발광 구조물(150)을 통해 발광하는 발광 소자(100)의 발광 효율을 증가시킬 수 있다.The
한편, 제1 도전성 반도체층(120)은 NH3, TMGa, Si와 같은 n형 도펀트를 포함한 사일렌(SiH4) 가스를 공급하여 형성할 수 있으며, 다층막으로 형성할 수 있고, 클래드층이 더 포함될 수 있다.Meanwhile, the first
또한, 제1 도전성 반도체층(120)상에는 활성층(130)이 형성될 수 있다. 활성층(130)은 전자와 정공이 재결합되는 영역으로, 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 그에 상응하는 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.In addition, the
활성층(130)은 예를 들어, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 반도체 재료를 포함하여 형성할 수 있으며, 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조(MQW : Multi Quantum Well)로 형성될 수 있다. 또한, 양자선(Quantum wire)구조 또는 양자점(Quantum dot)구조를 포함할 수도 있다. The
제2 도전성 반도체층(140)은 상술한 활성층(130)에 정공을 주입하며, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.A second
한편, 발광 구조물(150)은 제2 도전성 반도체층(140) 상부에 N형 반도체층 또는 P형 반도체층을 포함할 수 있다. 이에 따라 발광 구조물(150)은 P-N 접합, N-P 접합, P-N-P 접합 및 N-P-N 접합 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Meanwhile, the
실시예에서는 발광 구조물(150)이 n형 도펀트를 포함하는 n형 질화물 반도체층과, n형 질화물 반도체층 상부에 형성된 활성층과, 활성층 상부에 p형 도펀트를 포함하는 p형 질화물 반도체층을 포함하는 것을 중심으로 설명하였으나 이에 대해 한정하지는 않으며, 발광 구조물(150)의 적층 구조 및 재질은 다양하게 변형 가능하다In the embodiment, the
상술한 제1 도전성 반도체층(120), 활성층(130) 및 제2 도전성 반도체층(140)은 예를 들어, 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.The first
활성층(130)과 제2 도전성 반도체층(140)은 일부가 제거되어 제1 도전성 반도체층(120)의 일부가 노출되고, 노출된 제1 도전성 반도체층(120) 상면에는 티탄(Ti) 등으로 이루어지는 제1 전극(122)이 형성될 수 있다.A part of the first
또한, 제2 도전성 반도체층(140) 상에는 n형 반도체층 또는 p형 반도체층을 포함하는 제3 도전형 반도체층(미도시)이 형성될 수도 있으나, 제 2 전극(142)과는 제2 도전성 반도체층(140)이 연결된다. 또한, 제1 도전성 반도체층(120) 및 제2 도전성 반도체층(140) 내의 도펀트(dopant)의 도핑 농도는 균일 또는 불균일하게 형성될 수 있다. 즉, 복수의 반도체층의 구조는 다양하게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.In addition, a third conductive semiconductor layer (not shown) including an n-type semiconductor layer or a p-type semiconductor layer may be formed on the second
또한, 제2 도전성 반도체층(140) 상에는 투광성전극층(160)이 형성되며, 투광성전극층(160)의 외측 일면에는 니켈(Ni) 등으로 이루어진 제2 전극(142)이 형성될 수 있다.A
제2 전극(142)이 형성되지 않은 투광성 전극층(150) 또는 제2 도전성 반도체층(140)표면의 일부 영역 또는 전체 영역에 대해 소정의 식각 방법으로 광 추출효율을 향상시키기 위한 요철을 형성해 줄 수 있다. 제2 전극(142)은 요철이 형성되지 않는 평탄한 면에 형성될 수도 있고, 요철이 형성된 상부면에 형성될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다. It is possible to form irregularities for improving the light extraction efficiency by a predetermined etching method on a part or whole area of the surface of the light transmitting
투광성전극층(160)은 ITO, IZO(In-ZnO), GZO(Ga-ZnO), AZO(Al-ZnO), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 제2 도전성 반도체층(140)의 외측일면 전체에 형성됨으로써, 전류군집현상을 방지할 수 있다.The
도 2는 실시예에 따른 발광소자의 활성층의 단면을 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating an active layer of a light emitting device according to an embodiment.
제1 도전성 반도체층(120) 및 제2 도전성 반도체층(140) 사이에는 활성층(130)이 위치한다. 활성층(130)은 전자와 정공이 재결합되는 영역으로, 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 그에 상응하는 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.The
활성층(130)의 성장을 위한 공정 조건은, 예컨대, 780℃의 성장 온도에서 질소를 캐리어(carrier) 가스로 사용하여 NH3, TMGa, 및 트리메틸인듐(TMIn)을 공급하여, InGaN로 이루어진 활성층(130)을 120Å 내지 1200Å의 두께로 성장시킬 수 있다. 이때, 활성층(130)은 InGaN의 각 원소성분의 몰 비율에 차이를 두어 성장시킨 적층 구성일 수 있다.NH 3 , TMGa, and trimethyl indium (TMIn) are supplied at a growth temperature of, for example, 780 ° C as a carrier gas to form an
또한, 활성층(130)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW : Multi Quantum Well), 양자선(Quantum wire) 구조, 및 양자점(Quantum dot) 구조 중 하나로 형성될 수 있다. 다만, 본 실시예에서는 다중 양자 우물 구조를 기준으로 설명하며, 이에 한정하지는 않는다.The
다중우물구조(MQW)에서는, 더 많은 전자가 양자우물층의 낮은 에너지 준위로 모이게 되며, 그 결과 전자와 정공의 재결합 확률이 증가 되어 발광효과가 향상될 수 있다. 또한, 양자선(Quantum wire)구조 또는 양자점(Quantum dot)구조를 포함할 수도 있다. In the multi-well structure (MQW), more electrons are collected at the lower energy level of the quantum well layer, and as a result, the recombination probability of electrons and holes is increased, and the luminous efficiency can be improved. It may also include a quantum wire structure or a quantum dot structure.
상기 활성층(130)이 양자우물구조로 형성된 경우 예컨데, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 양자우물층(214,216,218)과 InaAlbGa1 -a-bN (0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤a+b≤1)의 조성식을 갖는 양자장벽층(210,212)을 갖는 단일 또는 양자우물구조를 갖을 수 있다. 상기 양자우물층(214,216,218)은 상기 양자장벽층(210,212)의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.When the
또한, 양자우물층(214,216,218)은, InGaN을 포함하고, In의 양을 변화시킴으로써, 발광 파장 위치를 변화시킬 수 있다. 구체적으로, In(인듐)의 조성비를 증가시킴으로서 발광 파장 위치는 적색이동하며, 양자우물의 깊이가 증가하여 더욱 강한 양자 속박효과가 생겨, 캐리어의 구속력이 커지게 될 수 있다. In addition, the quantum well layers 214, 216, and 218 include InGaN, and the position of the emission wavelength can be changed by changing the amount of In. Specifically, by increasing the composition ratio of In (indium), the emission wavelength position is red shifted, and the depth of the quantum well is increased, resulting in a stronger quantum confinement effect, and the binding force of the carriers can be increased.
또한, 양자장벽층(210,212)은 구체적으로 GaN, InGaN, AlInN 및 InAlGaN 중 어느하나를 포함할 수 있다. In addition, the quantum barrier layers 210 and 212 may specifically include any one of GaN, InGaN, AlInN, and InAlGaN.
도면을 참조하면, 활성층(130)은 양자장벽층(210,212)과 양자우물층(214,216,218)을 포함할 수 있다. 도면은 2개의 양자장벽층(210,212)과 3개의 양자우물층을 도시하고 있으나, 이는 일 예일뿐 양자장벽층(210,212)과 양자우물층의 개수는 도면에 한정하지 않는다. Referring to the drawing, the
양자우물층(214,216,218)에서 발광한 빛은 파동함수를 갖게 되며, 각 양자우물층(214,216,218)에서 발광한 빛의 파동은 위상과 크기를 갖는다. 각 양자우물층(214,216,218)에서 발광한 빛의 파동이 같은 위상을 갖는 경우, 파동의 크기가 더해질 수 있다. 파동의 크기가 커지면 발광되는 빛의 밝기도 증가할 수 있다. 즉, 광추출효율을 증가시킬 수 있다.The light emitted from the quantum well layers 214, 216, and 218 has a wave function, and the waves of light emitted from the quantum well layers 214, 216, and 218 have phases and sizes. When the waves of light emitted from the respective quantum well layers 214, 216, and 218 have the same phase, the magnitude of the wave can be added. The larger the wave size, the greater the brightness of the emitted light. That is, the light extraction efficiency can be increased.
양자우물층(214,216,218)을 제1 양자우물층(214), 제2 양자우물층(216) 및 제3 양자우물층(218)이라고 지칭할 때, 제3 양자우물층(218)에서 발광한 빛은 제2 양자장벽층(212)을 지나서 제2 양자우물층(216)을 지나게 된다. 제2 양자우물층(216)에서 발광한 빛은 제1 양자장벽층(210)을 지나서 제1 양자우물층(214)에 도달하게 된다. 이 때, 발광한 빛이 진행하는 경우 양자장벽층(210,212)을 지나게 되는데, 양자장벽층(210,212)의 두께에 따라 제2 및 제3 양자우물층(216,218)에서 발광하는 빛의 위상을 일치시킬 수 있다. When the quantum well layers 214, 216 and 218 are referred to as a first
제2 양자우물층(216) 및 제3 양자우물층(218)에서 각각 발광한 빛의 파동의 위상이 일치하는 경우, 각각의 빛의 크기가 증폭될 수 있다. 이 경우, 제1 양자우물층(214)을 지나 발광소자(100) 외부로 방출되는 빛의 양이 커질 수 있다.When the phases of the waves of light emitted from the second
도 3은 최하부에 반사층이 있는 경우의 활성층의 단면을 도시한 도이다.Fig. 3 is a diagram showing a cross section of the active layer when the reflective layer is present at the lowermost portion.
제2 양자우물층(216)에서 발광한 빛은 활성층(130)하부의 반사층(112)에서 반사되어 제2 장벽층을 지나 제2 양자우물층(216)에서 활성층 상부쪽으로 발광한 빛과 보강간섭하게 된다. The light emitted from the second
양자우물층의 굴절률이 양자장벽층의 굴절률보다 크고, 양자장벽층의 굴절률이 반사층을 이루는 금속의 굴절률보다 크기 때문에, 제2 양자우물층(216)에서 발광한 빛은 자유단 반사를 하게 된다.Since the refractive index of the quantum well layer is larger than that of the quantum barrier layer and the refractive index of the quantum barrier layer is larger than the refractive index of the metal forming the reflective layer, light emitted from the second
자유단 반사라 함은, 굴절률이 밀한 매질에서 굴절률이 상대적으로 소한 매질로 빛이 진행하다가 반사하는 경우를 말하는 것으로, 위상의 변화가 없다. The term "free end half" refers to a case where light propagates to a medium having a relatively low refractive index in a medium having a refractive index, and is reflected, and there is no change in phase.
위상의 변화가 없는 경우 보강간섭이 일어날 수 있는 조건에 따른 양자장벽층의 두께는 으로 계산할 수 있으며, T는 상기 양자장벽층(210,212)의 두께, λ는 진공에서의 파장, n은 상기 양자장벽층(210,212)을 구성하는 물질의 굴절률 및 m은 정수를 나타낸다. 즉, 양자장벽층의 두께는 파장의 정수배여야 한다. The thickness of the quantum barrier layer depends on the conditions under which constructive interference can occur in the absence of phase change T is the thickness of the quantum barrier layers 210 and 212, lambda is a wavelength in a vacuum, n is a refractive index of a material constituting the quantum barrier layers 210 and 212, and m is an integer. That is, the thickness of the quantum barrier layer should be an integral multiple of the wavelength.
실시예에 따르면, 제2 양자우물층(216)에서 발광한 빛이 반사층(112)쪽으로 이동하여 반사층(112)에서 반사될 경우의 빛과 제2 양자우물층(216)에서 활성층(130)상부로 발광한 빛의 위상이 일치하여 보강간섭하는 경우 광추출효율을 증가시킬 수 있다.Light emitted from the second
또한 실시예에 따르면, 제1 양자우물층(214)에서 발광한 빛이 반사층(112)쪽으로 이동하여 반사층(112)에서 반사될 경우의 빛과 제1 양자우물층(214) 혹은 제2 양자우물층(216)에서 활성층(130)상부로 발광하는 빛의 위상이 일치하여 보강간섭하는 경우 광추출효율을 증가시킬 수 있다. According to the embodiment, the light emitted from the first
이 경우, 모두 자유단반사를 함에 따라 위상의 변화는 없으므로, 기존의 식이 적용가능하며, 같은 위상을 가진 두 파동의 마루와 마루 또는 골과 골이 만나서 합성파의 진폭이 2배로 커지게 된다. In this case, since there is no phase change as a result of free-end reflection, the conventional equation can be applied, and the amplitude of the composite wave becomes twice as large as the floor and the floor or the bone and the valley of two waves having the same phase.
도 4은 발광되는 빛의 색깔과 파장과의 관계를 도시한 그래프이다.4 is a graph showing the relationship between the color and the wavelength of light emitted.
도 5는 실시예에 따른 광의 색깔과 파장 및 보강간섭이 일어날 수 있는 양자장벽층의 두께를 표로 나타낸 도이다.5 is a table showing the color of light and the thickness of a quantum barrier layer in which a wavelength and constructive interference may occur according to an embodiment.
도 6는 실시예에 따른 도 5에서 도시한 두께의 마진을 표로 정리한 도이다.FIG. 6 is a table summarizing margins of thickness shown in FIG. 5 according to an embodiment.
도면에 따르면, x축은 빛의 파장을, y축은 빛의 강도를 나타낸다. 청색광의 경우, 420nm부터 470nm 정도의 파장을 갖고, 녹색광의 경우는 530nm에서 580nm정도의 파장을 갖는다. 적색광의 경우는 640nm에서 690nm정도의 파장을 갖는다. 중심파장은 청색광의 경우 450nm 또는 460nm이고, 녹색광의 경우 540nm 또는 550nm이며, 적색광의 경우 670nm 또는 680nm이다. According to the drawing, the x-axis represents the wavelength of light and the y-axis represents the intensity of light. In the case of blue light, it has a wavelength of about 420 nm to 470 nm, and in the case of green light, it has a wavelength of about 530 nm to 580 nm. In the case of red light, it has a wavelength of about 690 nm to 690 nm. The center wavelength is 450 nm or 460 nm for blue light, 540 nm or 550 nm for green light, and 670 nm or 680 nm for red light.
광의 파장에 따른 양자장벽층(210,212)의 두께를 계산하는 식은 T=λ/n×m으로, T는 상기 양자장벽층(210,212)의 두께, λ는 진공에서의 파장, n은 상기 양자장벽층(210,212)을 구성하는 물질의 굴절률 및 m은 정수를 나타낸다. 실시예에 따른 양자장벽층(210,212)을 구성하는 물질이 GaN인 경우, 굴절률 n은 2.487이고 일단 m은 1이라고 하면, 청색광의 경우 보강간섭이 일어나는 양자장벽층(210,212)의 두께는 168 내지 189nm이고, 녹색광의 경우는 213 내지 234nm이며, 적색광의 경우, 257 내지 278nm이다. The equation for calculating the thickness of the quantum barrier layers 210 and 212 according to the wavelength of light is T = lambda / nxm, T is the thickness of the quantum barrier layers 210 and 212, lambda is a wavelength in a vacuum, n is a refractive index of a material constituting the quantum barrier layers 210 and 212, and m is an integer. When the material constituting the quantum barrier layers 210 and 212 according to the embodiment is GaN, when the refractive index n is 2.487 and the m is 1, the thickness of the quantum barrier layers 210 and 212 in which the constructive interference occurs in the case of blue light is 168 to 189 nm In the case of the green light, 213 to 234 nm in the case of the red light, and 257 to 278 nm in the case of the red light.
또한, 보강간섭조건을 만족하는 두께의 ±10%내의 오차를 갖도록 설정할 수 있다. 마진(margin)을 10%정도로 설정할 경우의 양자장벽층(210,212)의 두께는 청색광의 경우가 151.2 내지 207nm이고, 녹색광의 경우가 191.7nm 내지 257nm이며, 적색광의 경우는 231.3 내지 305.8nm이다. Further, it can be set to have an error within +/- 10% of the thickness satisfying the constructive interference condition. When the margin is set to about 10%, the thicknesses of the quantum barrier layers 210 and 212 are 151.2 to 207 nm for blue light, 191.7 nm to 257 nm for green light, and 231.3 to 305.8 nm for red light.
다만, 이는 일 예일 뿐 목적이나 색의 선택에 따라 청색광, 녹색광, 적색광의 경우 파장에 변화가 있을 수 있으며, 그에 따른 양자장벽층(210,212)의 두께에도 변화가 있을 수 있고, 양자장벽층(210,212)을 구성하는 물질에도 변화가 있을 수 있으므로, 표에서 도시한 파장, 두께에 한정하지 않으며, 발광소자에서 구현하고자 하는 광의 색깔에 따라 다양하게 표현될 수 있다.However, depending on the purpose and the choice of color, there may be a change in the wavelength in the case of blue light, green light, and red light, and the thickness of the quantum barrier layers 210 and 212 may vary, and the quantum barrier layers 210 and 212 May be varied. Therefore, the wavelengths and thicknesses shown in the table are not limited, and may be variously expressed according to the color of light to be realized in the light emitting device.
예를 들어, GaN에 In을 15%정도 얼로이(Alloy)하게 될 경우 굴절률은 약 2.52정도가 되고, 양자장벽층(210,212)을 다른 물질로 구성하는 경우, 두께에 차이가 있을 수 있으며, 얻고자하는 광의 색이 녹색광 중에서도 짙은 녹색인지 밝은 녹색인지 여부에 따라서 파장이 다르므로, 그에 따라 양자장벽층(210,212)의 두께를 조절할 수 있다. For example, when Al is alloyed with In by about 15% of GaN, the refractive index becomes about 2.52. When the quantum barrier layers 210 and 212 are made of different materials, there may be differences in thickness, The thickness of the quantum barrier layers 210 and 212 can be controlled by changing the wavelength depending on whether the color of the light is green or light green among the green light.
양자장벽층(210,212)의 두께는 활성층을 제조하는 경우, 예를 들어 1분에 10Å씩 양자장벽층(210,212)을 성장시킬 수 있다고 하면 계산된 두께에 따라 성장시키는 시간을 조절하여 양자장벽층(210,212)의 두께는 조절이 가능하다. The thickness of the quantum barrier layers 210 and 212 can be controlled by controlling the growth time according to the calculated thickness if the quantum barrier layers 210 and 212 can be grown in the active layer, 210 and 212 can be adjusted.
도 7은, 보강간섭시의 두 파동의 중첩을 도시한 도이다.Fig. 7 is a diagram showing superposition of two waves at the time of constructive interference. Fig.
보강간섭은 같은 위상의 두 파동이 중첩될 때 일어나는 간섭으로, 마루와 마루 또는 골과 골이 만나서 합성파의 진폭이 2배로 커지게 된다. Constructive interference occurs when two waves of the same phase are superimposed on each other. The amplitude of the composite wave is doubled because the floor and the floor or the valley and the valley meet.
같은 진폭과 진동수를 가진 두 파동이 어느 순간에 같은 영역을 통과할 때 나타나는 순간의 결과로써, 두 파동이 중첩되는 순간 생기는 파동은 원래의 파동과 진동수는 같고, 진폭이 2배가 되게 된다. As a result of the moments when two waves with the same amplitude and frequency pass through the same region at a certain moment, the waves that occur at the moment of superposition of the two waves have the same original wave and frequency, and the amplitude is doubled.
실시 예에 따른 발광 소자(100)는 패키지 내에 실장될 수 있으며, 발광 소자(100)가 실장된 발광소자 패키지는 복수개가 기판 상에 어레이되며, 발광 소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또 다른 실시 예는 상술한 실시 예들에 기재된 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.The
이상에서는 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It should be understood that various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the present invention.
100 : 발광 소자 110 : 기판
112 : 반사층 120 : 제1 도전성 반도체층
122 : 제1 전극 130 : 활성층
140 : 제2 도전성 반도체층 142 : 제2 전극
150 : 발광구조물 160 : 투광성전극층
210,212 : 양자장벽층 214,216,218 : 양자우물층100: light emitting device 110: substrate
112: reflective layer 120: first conductive semiconductor layer
122: first electrode 130: active layer
140: second conductive semiconductor layer 142: second electrode
150: light emitting structure 160: translucent electrode layer
210, 212:
Claims (8)
제2 도전성 반도체층; 및
상기 제1 도전성 반도체층 및 제2 도전성 반도체층 사이에 형성되며, 양자우물층 및 양자장벽층이 복수회 교대로 적층 되며, 최하부에는 반사층으로 이루어진 활성층;을 포함하며,
상기 양자우물층의 굴절률이 양자장벽층의 굴절률보다 크고 상기 양자장벽층의 굴절률이 상기 반사층을 이루는 금속의 굴절률보다 크게 하여 상기 반사층 위의 적어도 하나의 상기 양자우물층에서 발광한 빛이 자유단 반사를 하도록 구성하고, 상기 양자장벽층들은 상기 양자우물층들에서 발광하는 복수의 빛이 보강간섭조건을 만족하는 두께를 갖는 발광 소자.A first conductive semiconductor layer;
A second conductive semiconductor layer; And
An active layer formed between the first conductive semiconductor layer and the second conductive semiconductor layer, the active layer including a quantum well layer and a quantum barrier layer alternately stacked a plurality of times and a lowermost portion formed of a reflective layer,
Wherein the quantum well layer has a refractive index greater than a refractive index of a quantum barrier layer and a refractive index of the quantum barrier layer is greater than a refractive index of a metal forming the reflective layer, Wherein the quantum barrier layers have a thickness such that a plurality of lights emitted from the quantum well layers satisfy a constructive interference condition.
상기 보강간섭조건은
이며, T는 상기 양자장벽층의 두께, λ는 진공에서의 파장, n은 상기 양자장벽층을 구성하는 물질의 굴절률 및 m은 정수인 것을 특징으로 하는 발광 소자.The method according to claim 1,
The constructive interference condition
T is the thickness of the quantum barrier layer, lambda is a wavelength in a vacuum, n is a refractive index of a material constituting the quantum barrier layer, and m is an integer.
상기 양자우물층은,
InGaN을 포함하고, In의 양이 가변인 것을 특징으로 하는 발광 소자.The method according to claim 1,
Wherein the quantum well layer comprises
Wherein the quantum well structure comprises InGaN, and the amount of In is variable.
상기 양자장벽층은,
GaN, InGaN, AlInN 및 InAlGaN중 어느하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.The method according to claim 1,
Wherein the quantum barrier layer comprises:
GaN, InGaN, AlInN, and InAlGaN.
상기 두께는, 상기 활성층에서 발광하는 빛이 청색광인 경우,
168nm 내지 189nm인 것을 특징으로 하는 발광 소자.The method according to claim 1,
When the light emitted from the active layer is blue light,
Lt; RTI ID = 0.0 > nm. ≪ / RTI >
상기 두께는, 상기 활성층에서 발광하는 빛이 적색광인 경우,
257nm 내지 278nm인 것을 특징으로 하는 발광 소자.The method according to claim 1,
When the light emitted from the active layer is red light,
Lt; RTI ID = 0.0 > nm. ≪ / RTI >
상기 두께는, 상기 활성층에서 발광하는 빛이 녹색광인 경우,
213nm 내지 234nm인 것을 특징으로 하는 발광 소자.The method according to claim 1,
When the light emitted from the active layer is green light,
Lt; RTI ID = 0.0 > nm. ≪ / RTI >
상기 양자장벽층은, 보강간섭조건을 만족하는 두께의 ±10%내의 오차범위를 갖는 발광 소자.8. The method according to any one of claims 5 to 7,
Wherein the quantum barrier layer has an error range within +/- 10% of a thickness satisfying a constructive interference condition.
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