KR101799452B1 - 발광소자 - Google Patents

발광소자 Download PDF

Info

Publication number
KR101799452B1
KR101799452B1 KR1020110053184A KR20110053184A KR101799452B1 KR 101799452 B1 KR101799452 B1 KR 101799452B1 KR 1020110053184 A KR1020110053184 A KR 1020110053184A KR 20110053184 A KR20110053184 A KR 20110053184A KR 101799452 B1 KR101799452 B1 KR 101799452B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
gan
light emitting
gan layer
semiconductor layer
Prior art date
Application number
KR1020110053184A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120134339A (ko
Inventor
장정훈
이정식
박중서
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지이노텍 주식회사
Priority to KR1020110053184A priority Critical patent/KR101799452B1/ko
Publication of KR20120134339A publication Critical patent/KR20120134339A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101799452B1 publication Critical patent/KR101799452B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/34—Materials of the light emitting region containing only elements of Group IV of the Periodic Table

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

본 발명의 실시예는 발광소자에 관한 것이다. 실시예의 발광소자는, 기판; 상기 기판 상의 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상의 활성층; 상기 활성층 상의 제2 도전형 반도체층; 을 포함하고, 상기 제2 도전형 반도체층은 p형 도펀트의 도핑 농도가 다른 3개 이상의 층으로 이루어진다.
실시예에 따르면, 신뢰성을 향상시킬 수 있는 발광소자를 제공한다.

Description

발광소자 {Light emitting device}
본 발명의 실시예는 발광소자에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode : LED)는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기를 적외선 또는 빛으로 변환시켜서 신호를 주고 받거나, 광원으로 사용되는 반도체 소자의 일종이다.
Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체(group Ⅲ-Ⅴ nitride semiconductor)는 물리적, 화학적 특성으로 인해 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD) 등의 발광소자의 핵심 소재로 각광을 받고 있다.
이러한 발광 다이오드는 백열등과 형광등 등의 기존 조명기구에 사용되는 수은(Hg)과 같은 환경 유해물질이 포함되어 있지 않아 우수한 친환경성을 가지며, 긴 수명, 저전력 소비특성 등과 같은 장점이 있기 때문에 기존의 광원들을 대체하고 있다.
실시예는 신뢰성을 향상시킬 수 있는 발광소자를 제공한다.
실시예의 발광소자는 기판; 상기 기판 상의 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상의 활성층; 상기 활성층 상의 제2 도전형 반도체층; 을 포함하고, 상기 제2 도전형 반도체층은 도펀트의 도핑 농도가 다른 3개 이상의 층으로 이루어진다.
또한, 상기 제2 도전형 반도체층은 제1 농도의 Mg로 도핑된 제1 GaN층, 상기 제1 GaN층 위에 형성되고 제2 농도의 Mg로 도핑된 제2 GaN층, 상기 제2 GaN층 위에 형성되고, 제3 농도의 Mg로 도핑된 제3 GaN층으로 이루어진다.
또한, 상기 제2 농도는 상기 제1 농도 및 상기 제3 농도 보다 50% 이상 낮다.
또한, 상기 제1 농도 및 상기 제3 농도는 1×1020/cm3 내지 2×1020/cm3 이다.
또한, 상기 제1 GaN층의 두께는 500 내지 1500 Å이다.
또한, 상기 제2 GaN층의 두께는 500 내지 1500 Å이다.
또한, 상기 제3 GaN층의 두께는 50 내지 500 Å이다.
또한, 상기 제2 도전형 반도체층 상의 InGaN/GaN의 조합을 갖는 2쌍 이상의 접촉층; 을 더 포함한다.
또한, 상기 접촉층은 Si로 도핑된다.
또한, 상기 Si 농도는 1×1018/cm3 내지 1×1019/cm3 이다.
또한, 상기 접촉층은 2 내지 10 쌍의 InGaN/GaN의 조합으로 이루어진다.
또한, 상기 접촉층에서 한 쌍의 InGaN/GaN의 두께는 2 내지 10Å이다.
실시예는 신뢰성을 향상시킬 수 있는 발광소자를 제공한다.
도 1은 실시예에 따른 발광소자의 적층구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 발광소자에서 제1 GaN층의 두께에 따른 ESD 수율을 나타낸 그래프이다.
도 3은 도 1의 발광소자에서 제2 GaN층의 두께에 따른 ESD 수율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 도 1의 발광소자에서 제3 GaN층의 두께에 따른 ESD 수율을 나타낸 그래프이다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 발광소자를 적층하는 방법을 도시하는 도면이다.
도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자를 적층하는 방법을 도시하는 도면이다.
도 6은 도 1의 실시예에 따른 수평구조의 발광 소자를 예시한 것이다.
도 7은 도 1의 실시예에 따른 수직구조의 발광 소자를 예시한 것이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 발광소자의 적층구조를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8의 실시예에 따른 수평구조의 발광 소자를 예시한 것이다.
도 10은 도 8의 실시예에 따른 수직구조의 발광 소자를 예시한 것이다.
도 11은 실시예에 따른 발광소자 패키지를 나타낸다.
도 12는 발광모듈을 갖는 조명 장치의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
상기의 실시예들의 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 포함한다. 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.
제1 실시예
도 1은 실시예에 따른 발광소자의 적층구조를 나타내는 도면이다.
발광소자(100)는 기판(110), 버퍼층(120), 제1 도전형 반도체층(130), 활성층(140), 제2 도전형 반도체층(150)을 포함할 수 있다.
기판(110)은, 투광성을 갖는 재질, 예를 들어, 사파이어(Al203), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, Ga203, LiAl2O3, BN, AlN 그리고 GaAs 등이 사용될 수 있다.
기판(110) 위에는 버퍼층(120)이 형성될 수 있다. 버퍼층(120)은 기판(110)과 제1 도전형 반도체층(130) 사이의 격자상수 및 열팽창 계수의 차이에 의해 발생하는 결정결함을 최소화시키기 위해서 저온에서 비정질의 결정상을 갖는 GaN계 또는 AlN계 질화물을 버퍼층(120)으로 형성한다. 이러한 버퍼층(120)은 생략될 수 있다.
버퍼층(120) 상에는 제1 도전형 반도체층(130)이 형성된다. 제1 도전형 반도체층(130)은 상기 제1 도전형 반도체층(130) 아래에 언도프트 반도체층을 더 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 언도프트 반도체층은 제1 도전형 반도체층(130)의 결정성 향상을 위해 형성되는 층으로, 도펀트가 도핑되지 않아 제1 도전형 반도체층(130)에 비해 현저히 낮은 전기전도성을 갖는 것을 제외하고는, 제1 도전형 반도체층(130)과 같을 수 있다.
제1 도전형 반도체층(130)은 InxAlyGa1 -x- yN의 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형 반도체층(130)은 Si가 도핑된 GaN층으로 이루어질 수 있다.
제1 도전형 반도체층(130) 상에는 활성층(140)이 형성된다. 활성층(140)은 예를 들어, InxAlyGa1 -x- yN의 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 재료를 포함하여 형성할 수 있으며, 양자선(Quantum wire) 구조, 양자점(Quantum dot) 구조, 단일 양자우물구조 또는 다중 양자우물구조(MQW : Multi Quantum Well) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 활성층(140)은 MQW 구조의 InGaN/GaN층으로 이루어질 수 있다.
이러한 활성층(140)은 제1 도전형 반도체층(130) 및 제2 도전형 반도체층(150)으로부터 제공되는 전자 및 정공의 재결합(recombination) 과정에서 발생되는 에너지에 의해 광을 생성한다.
활성층(140) 상에는 제2 도전형 반도체층(150)이 형성된다. 제2 도전형 반도체층(150)은 InxAlyGa1-x-yN의 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(150)은 Mg가 도핑된 GaN층으로 이루어질 수 있다.
제2 도전형 반도체층(150)은 도펀트의 농도가 다른 3개 이상의 층으로 이루어질 수 있다. 도시된 바와 같이, 제2 도전형 반도체층(150)은 제1 농도의 Mg로 도핑된 제1 GaN층(151), 상기 제1 GaN층(151) 위에 형성되고 제2 농도의 Mg로 도핑된 제2 GaN층(152), 상기 제2 GaN층(152) 위에 형성되고 제3 농도의 Mg로 도핑된 제3 GaN층(153)으로 이루어질 수 있다.
제1 GaN층(151)은 Mg 농도가 높은 층(Mg high doped GaN)으로 이루어진다. 예를 들어, 제1 GaN층(151)의 제1 농도(Mg 농도)는 1×1020/cm3 내지 2×1020/cm3 일 수 있다. 제1 GaN층(151)의 두께는 500 내지 1500Å일 수 있다.
제2 GaN층(152)은 Mg 농도가 낮은 층(Mg low doped GaN)으로 이루어진다. 예를 들어, 제2 GaN층(152)의 제2 농도(Mg 농도)는 5×1019/cm3 내지 1×1020/cm3 일 수 있다. 제2 GaN층(152)의 두께는 500 내지 1500Å일 수 있다.
제3 GaN층(153)은 Mg 농도가 높은 층(Mg high doped GaN)으로 이루어진다. 예를 들어, 제3 GaN층(153)의 제3 농도(Mg 농도)는 1×1020/cm3 내지 2×1020/cm3 일 수 있다. 제3 GaN층(153)의 두께는 50 내지 500Å일 수 있다.
상기 제2 GaN층(152)의 제2 농도는 제1 GaN층(151)의 제1 농도 및 제3 GaN층(153)의 제3 농도보다 50% 이상 낮을 수 있다. 제1 GaN층(151)의 제1 농도 및 제3 GaN층(153)의 제3 농도는 대략 비슷한 정도로 유지될 수 있다.
본 실시예의 발광소자는 3개층 이상의 다층이면서 도펀트, 예를 들어 Mg 도핑 농도를 다르게 구성한 제2 도전형 반도체층(150)을 갖는다. 또한, 제2 도전형 반도체층(150)은 다층으로 구성되어 두께가 두껍게 유지된다.
이러한 구성을 갖는 발광소자는 제2 도전형 반도체층(150)의 결정성을 향상시키고, Mg 도핑 농도의 조절에 의해 전하 분포를 조절함으로써, ESD에 강한 ESD 강화구조를 제공할 수 있다.
도 2는 도 1의 발광소자에서 제1 GaN층의 두께에 따른 ESD 수율을 나타낸 그래프이다.
도 1의 발광소자(100)에서, 제1 GaN층(151)의 두께를 500Å에서 1000Å 까지 변화시키면서 ESD 수율을 측정하였다. 여기서, ESD 수율은 발광소자(100)에 예를 들어, 1000V로 정전방전을 시켰을 때, 정상 작동하는 발광소자(100)의 비율을 말한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 발광소자(100)에서 제1 GaN층(151)의 두께가 증가할수록 ESD 수율도 꾸준히 상승하는 것을 알 수 있다. 즉, 제1 GaN층(151)의 두께가 500Å일 때 약 27%의 ESD 수율을 나타내고, 제1 GaN층(151)의 두께가 1000Å일 때 약 67%의 ESD 수율을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
도 3은 도 1의 발광소자에서 제2 GaN층의 두께에 따른 ESD 수율을 나타낸 그래프이다.
도 1의 발광소자(100)에서, 제2 GaN층(152)의 두께를 1000Å에서 1500Å 까지 변화시키면서 ESD 수율을 측정하였다. 도 1 및 도 3을 참조하면, 발광소자(100)에서 제2 GaN층(152)의 두께가 증가할수록 ESD 수율도 꾸준히 상승하는 것을 알 수 있다. 즉, 제2 GaN층(152)의 두께가 1000Å일 때 약 27%의 ESD 수율을 나타내고, 제2 GaN층(152)의 두께가 1500Å일 때 약 48%의 ESD 수율을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
도 4는 도 1의 발광소자에서 제3 GaN층의 두께에 따른 ESD 수율을 나타낸 그래프이다.
도 1의 발광소자(100)에서, 제3 GaN층(153)의 두께를 500Å에서 1000Å 까지 변화시키면서 ESD 수율을 측정하였다. 도 1 및 도 4를 참조하면, 발광소자(100)에서 제3 GaN층(153)의 두께가 증가할수록 ESD 수율도 증가하나, 그 증가되는 정도는 크지 않음을 알 수 있다. 그래프에서, 제3 GaN층(153)의 두께가 500Å일 때 약 67%의 ESD 수율을 나타내고, 제3 GaN층(153)의 두께가 1000Å일 때 약 74%의 ESD 수율을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 발광소자를 적층하는 방법을 도시하는 도면이다. 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자를 적층하는 방법을 도시하는 도면이다.
도 5a를 참조하면, 제1 도전형 반도체층(210) 위에 활성층(220)을 적층한다. 활성층(220)은 다중양자우물구조(MQW)를 갖는다.
활성층(220)의 성장시, 결함 중의 하나인 V-피트(221)가 발생할 수 있다. 이러한 V-피트(221)는 ESD 결함의 원인이 된다.
다음으로, 활성층(220) 위에 제2 도전형 반도체층(230)을 적층한다. 제2 도전형 반도체층(230)은 도펀트의 농도가 다른 3개의 층으로 이루어질 수 있다. 즉, 제2 도전형 반도체층(230)은 제1 농도의 Mg로 도핑된 제1 GaN층(231), 상기 제1 GaN층(231) 위에 형성되고 제2 농도의 Mg로 도핑된 제2 GaN층(232), 상기 제2 GaN층(232) 위에 형성되고 제3 농도의 Mg로 도핑된 제3 GaN층(233)으로 이루어질 수 있다.
제1 GaN층(231)은 활성층(220) 위에 형성되는 층으로서, Mg 농도가 높은 층(Mg high doped GaN)으로 이루어진다. 제1 GaN층(231)은 활성층(220)의 V-피트(221) 위에 형성되면서, 오목한 부분이 형성된다.
제2 GaN층(232)은 제1 GaN층(231) 위에 형성되는 층으로서, Mg 농도가 낮은 층(Mg low doped GaN)으로 이루어진다. 제2 GaN층(232)은 제1 GaN층(231)의 오목한 부분 위에 형성되면서, 마찬가지로 오목한 부분이 형성된다.
제3 GaN층(233)은 제2 GaN층(232) 위에 형성되는 층으로서, Mg 농도가 높은 층(Mg high doped GaN)으로 이루어진다. 제3 GaN층(233)은 제2 GaN층(232)의 오목한 부분을 완전히 덮으면서 편평한 형태로 형성된다.
이러한 발광소자는 활성층(220)의 V-피트(221) 위에 제2 도전형 반도체층(230)을 두껍게 다층으로 형성하였지만, 제1 GaN층(231) 및 제2 GaN층(232)의 오목한 부분으로 인해 정전방전에 취약한 측면이 있다.
도 5b를 참조하면, 제1 도전형 반도체층(210) 위에 활성층(220)을 형성한다. 활성층(220)은 다중양자우물구조(MQW)를 갖는다.
활성층(220)의 성장시, 결함 중의 하나인 V-피트(221)가 발생할 수 있다. 이러한 V-피트(221)는 ESD 결함의 원인이 된다.
다음으로, 활성층(220) 위에 제2 도전형 반도체층(230)을 형성한다. 제2 도전형 반도체층(230)은 p형 도펀트의 농도가 다른 제1 GaN층(231), 제2 GaN층(232) 및 제3 GaN층(233)으로 이루어질 수 있다.
제1 GaN층(231)은 활성층(220) 위에 형성되는 층으로서, Mg 농도가 높은 층(Mg high doped GaN)으로 이루어진다. 제1 GaN층(231)은 활성층(220)의 V-피트(221) 위에 형성될 때, V-피트(221)가 있는 부분은 더 두껍게 형성되어 오목한 부분의 깊이가 줄어든다.
제2 GaN층(232)은 제1 GaN층(231) 위에 형성되는 층으로서, Mg 농도가 낮은 층(Mg low doped GaN)으로 이루어진다. 제2 GaN층(232)은 제1 GaN층(231)의 오목한 부분 위에 형성될 때, 제1 GaN층(231)의 오목한 부분 위에는 더 두껍게 형성되어 오목한 부분이 상당히 줄어든다.
제3 GaN층(233)은 제2 GaN층(232) 위에 형성되는 층으로서, Mg 농도가 높은 층(Mg high doped GaN)으로 이루어진다. 제3 GaN층(233)은 제2 GaN층(232)의 오목한 부분을 완전히 덮으면서 편평한 형태로 형성된다.
이러한 발광소자는 활성층(220)의 V-피트(221)가 있는 부분은 더 두껍게 제2 도전형 반도체층(230)의 제1 GaN층(231), 제2 GaN층(232) 및 제3 GaN층(233)을 형성함으로써, 정전방전에 강한 구조를 제공한다.
도 6은 도 1의 실시예에 따른 수평구조의 발광 소자를 예시한 것이다.
발광 소자는, 기판(110)과, 상기 기판(110) 상에 순차적으로 형성된 제1 도전형 반도체층(130), 활성층(140) 및 제2 도전형 반도체층(150)을 포함한다.
제2 도전형 반도체층(150)은 도펀트의 농도가 다른 3개 이상의 층(151, 152, 153)으로 이루어질 수 있다.
제2 도전형 반도체층(150) 상에는 제2 전극(160)이 형성된다. 한편, 제2 도전형 반도체층(150), 활성층(140)의 일부는 식각(etching)으로 제거되어, 저면에 제1 도전형 반도체층(130)의 일부를 드러내고 있다. 식각에 의해 드러난 제1 도전형 반도체층(130), 즉 활성층(140)이 형성되지 않은 제1 도전형 반도체층(130) 상에는 제1 전극(170)이 형성된다.
도 7은 도 1의 실시예에 따른 수직구조의 발광 소자를 예시한 것이다.
발광 소자의 최하부에는 구조지지층(210)이 형성되어 있다. 구조지지층(210)은, 발광 소자의 지지층 및 전극으로서의 역할을 수행하는 것으로서, 실리콘(Si) 기판, GaAs 기판, Ge 기판 또는 금속층 등으로 이루어질 수 있다.
구조지지층(210) 상에는 제2 전극(260)이 형성되어 있으며, 이는 전극 역할 및 반사 역할을 동시에 하도록 반사율이 높은 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다.
제2 전극(260) 상에는 제2 도전형 반도체층(250), 활성층(240) 및 제1 도전형 반도체층(230)이 순차로 형성되어 있고, 제1 도전 반도체층(230) 상에는 제1 전극(270)이 형성되어 있다. 제2 도전형 반도체층(250)은 도펀트의 농도가 다른 3개 이상의 층(251, 252, 253)으로 이루어질 수 있다.
제2 도전형 반도체층(250), 활성층(240) 및 제1 도전형 반도체층(230)은 도 1의 실시예에 따른 제2 도전형 반도체층(150), 활성층(140) 및 제1 도전형 반도체층(130)과 동일한 구성을 가질 수 있다.
제2 실시예
도 8은 다른 실시예에 따른 발광소자의 적층구조를 나타내는 도면이다.
발광소자(300)는 기판(310), 버퍼층(320), 제1 도전형 반도체층(330), 활성층(340), 제2 도전형 반도체층(350) 및 접촉층(360)을 포함할 수 있다.
기판(310)은, 투광성을 갖는 재질, 예를 들어, 사파이어(Al203), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, Ga203, LiAl2O3, BN, AlN 그리고 GaAs 등이 사용될 수 있다.
기판(310) 위에는 버퍼층(320)이 형성될 수 있다. 버퍼층(320)은 기판(310)과 제1 도전형 반도체층(330) 사이의 격자상수 및 열팽창 계수의 차이에 의해 발생하는 결정결함을 최소화시키기 위해서 저온에서 비정질의 결정상을 갖는 GaN계 또는 AlN계 질화물을 버퍼층(320)으로 형성한다. 이러한 버퍼층(320)은 생략될 수 있다.
버퍼층(320) 상에는 제1 도전형 반도체층(330)이 형성된다. 제1 도전형 반도체층(330)은 InxAlyGa1-x-yN의 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형 반도체층(330)은 Si가 도핑된 GaN층으로 이루어질 수 있다.
제1 도전형 반도체층(330) 상에는 활성층(340)이 형성된다. 활성층(340)은 예를 들어, InxAlyGa1 -x- yN의 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 재료를 포함하여 형성할 수 있으며, 양자선(Quantum wire) 구조, 양자점(Quantum dot) 구조, 단일 양자우물구조 또는 다중 양자우물구조(MQW : Multi Quantum Well) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 활성층(140)은 MQW 구조의 InGaN/GaN층으로 이루어질 수 있다.
활성층(340) 상에는 제2 도전형 반도체층(350)이 형성된다. 제2 도전형 반도체층(350)은 InxAlyGa1-x-yN의 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(350)은 Mg가 도핑된 GaN층으로 이루어질 수 있다.
제2 도전형 반도체층(350)은 도펀트의 농도가 다른 3개 이상의 층으로 이루어질 수 있다. 도시된 바와 같이, 제2 도전형 반도체층(350)은 제1 농도의 Mg로 도핑된 제1 GaN층(351), 상기 제1 GaN층(351) 위에 형성되고 제2 농도의 Mg로 도핑된 제2 GaN층(352), 상기 제2 GaN층(352) 위에 형성되고 제3 농도의 Mg로 도핑된 제3 GaN층(353)으로 이루어질 수 있다.
제1 GaN층(351)은 Mg 농도가 높은 층(Mg high doped GaN)으로 이루어진다. 예를 들어, 제1 GaN층(351)의 제1 농도(Mg 농도)는 1×1020/cm3 내지 2×1020/cm3 일 수 있다. 제1 GaN층(351)의 두께는 500 내지 1500Å일 수 있다.
제2 GaN층(352)은 Mg 농도가 낮은 층(Mg low doped GaN)으로 이루어진다. 예를 들어, 제2 GaN층(352)의 제2 농도(Mg 농도)는 5×1019/cm3 내지 1×1020/cm3 일 수 있다. 제2 GaN층(352)의 두께는 500 내지 2000Å일 수 있다.
제3 GaN층(353)은 Mg 농도가 더욱 높은 층(Mg very highly doped GaN)으로 이루어진다. 예를 들어, 제3 GaN층(353)의 제3 농도(Mg 농도)는 2×1020/cm3 내지 4×1020/cm3 일 수 있다. 제3 GaN층(353)의 두께는 10 내지 100Å일 수 있다.
상기 제2 GaN층(352)의 제2 농도는 제1 GaN층(351)의 제1 농도보다 50% 이상 낮을 수 있다. 또한, 제3 GaN층(353)의 제3 농도는 상기 제2 GaN층(352)의 제2 농도보다 50% 이상 높을 수 있다.
접촉층(360)은 2쌍 이상의 InGaN/GaN의 조합으로 이루어진다. 접촉층(360)은 n형 도펀트, 예를 들어 Si로 도핑될 수 있다. Si 도핑 농도는 1×1018/cm3 내지 1×1019/cm3 일 수 있다. 이와 같이, Si로 도핑된 접촉층(360)은 발광소자의 작동전압을 낮출 수 있다.
접촉층(360)은 2 내지 10 쌍의 InGaN/GaN의 조합으로 이루어질 수 있다. 접촉층(360)에서 한 쌍의 InGaN/GaN의 두께는 2 내지 10Å일 수 있다. 이와 같이, 복수의 쌍의 InGaN/GaN의 조합으로 이루어지는 접촉층(360)은 발광소자의 작동 전압을 낮추는데 도움을 준다.
본 실시예의 발광소자(300)는 3개층 이상의 다층이면서 Mg 도핑 농도를 다르게 구성한 제2 도전형 반도체층(350)을 갖는다. 제2 도전형 반도체층(350)은 Mg 농도가 높은(p+) 제1 GaN층(351)과, Mg 농도가 낮은(p-) 제2 GaN층(352)과, Mg 농도가 더욱 높은(p++) 제3 GaN층(353)으로 이루어진다. 또한, 이러한 제2 도전형 반도체층(350)은 다층으로 구성되어 두께가 두껍게 유지된다.
이러한 구성을 갖는 발광소자는 제2 도전형 반도체층(350)의 결정성을 향상시키고, Mg 도핑 농도의 조절에 의해 전하 분포를 조절함으로써, ESD에 강한 ESD 강화구조를 제공할 수 있다. 또한, 접촉층(360)에 의해 발광소자의 작동 전압을 낮출 수 있다.
도 9는 도 8의 실시예에 따른 수평구조의 발광 소자를 예시한 것이다.
발광 소자는, 기판(310)과, 상기 기판(310) 상에 순차적으로 형성된 제1 도전형 반도체층(330), 활성층(340), 제2 도전형 반도체층(350) 및 접촉층(360)을 포함한다.
제2 도전형 반도체층(350)은 도펀트의 농도가 다른 3개 이상의 층(351, 352, 353)으로 이루어질 수 있다.
제2 도전형 반도체층(350) 상에는 제2 전극(360)이 형성된다. 한편, 제2 도전형 반도체층(350), 활성층(340)의 일부는 식각(etching)으로 제거되어, 저면에 제1 도전형 반도체층(330)의 일부를 드러내고 있다. 식각에 의해 드러난 제1 도전형 반도체층(330), 즉 활성층(340)이 형성되지 않은 제1 도전형 반도체층(330) 상에는 제1 전극(370)이 형성된다.
도 10은 도 8의 실시예에 따른 수직구조의 발광 소자를 예시한 것이다.
발광 소자의 최하부에는 구조지지층(410)이 형성되어 있다. 구조지지층(410)은, 발광 소자의 지지층 및 전극으로서의 역할을 수행하는 것으로서, 실리콘(Si) 기판, GaAs 기판, Ge 기판 또는 금속층 등으로 이루어질 수 있다.
구조지지층(410) 상에는 제2 전극(460)이 형성되어 있으며, 이는 전극 역할 및 반사 역할을 동시에 하도록 반사율이 높은 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다.
제2 전극(460) 상에는 접촉층(460), 제2 도전형 반도체층(451, 452, 453; 450), 활성층(440) 및 제1 도전형 반도체층(430)이 순차로 형성되어 있고, 제1 도전 반도체층(430) 상에는 제1 전극(470)이 형성되어 있다.
접촉층(460), 제2 도전형 반도체층(450), 활성층(440) 및 제1 도전형 반도체층(430)은 도 8의 실시예에 따른 접촉층(360), 제2 도전형 반도체층(350), 활성층(340) 및 제1 도전형 반도체층(330)과 동일한 구성을 가질 수 있다.
도 11은 실시예에 따른 발광소자 패키지를 나타낸다.
상기 발광소자 패키지(500)는 패키지 몸체(510), 리드 프레임(512, 514), 발광소자(520), 반사판(525), 와이어(530) 및 수지층(540)을 포함한다.
패키지 몸체(510)의 상면에는 캐비티(cavity)가 형성될 수 있다. 상기 캐비티의 측벽은 경사지게 형성될 수 있다. 패키지 몸체(510)는 실리콘 기반의 웨이퍼 레벨 패키지(wafer level package), 실리콘 기판, 실리콘 카바이드(SiC), 질화알루미늄(aluminum nitride, AlN) 등과 같이 절연성 또는 열전도도가 좋은 기판으로 형성될 수 있으며, 복수 개의 기판이 형성되는 구조일 수 있다. 실시예는 패키지 몸체(310)의 재질, 구조 및 형상으로 한정되지 않는다.
리드 프레임(512, 514)은 열 배출이나 발광소자의 장착을 고려하여 서로 전기적으로 분리되도록 패키지 몸체(510)에 배치된다. 발광소자(520)는 리드 프레임(512, 514)과 전기적으로 연결된다. 발광소자(520)는 도 1 내지 도 4의 실시예에 도시된 발광소자일 수 있다.
반사판(525)은 발광소자에서 방출된 빛을 소정의 방향으로 지향시키도록 패키지 몸체(510)의 캐비티 측벽에 형성된다. 반사판(525)은 광반사 물질로 이루어지며, 예컨대, 금속 코팅이거나 금속 박편일 수 있다.
수지층(540)은 패키지 몸체(510)의 캐비티 내에 위치하는 발광소자(520)를 포위하여 발광소자(520)를 외부 환경으로부터 보호한다. 수지층(540)은 에폭시 또는 실리콘과 같은 무색 투명한 고분자 수지 재질로 이루어질 수 있다. 수지층(540)에는 발광소자(520)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있도록 형광체가 포함될 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 복수 개가 기판 상에 배열되며, 발광소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다.
또 다른 실시예는 상술한 실시예들에 기재된 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 12는 발광모듈을 갖는 조명 장치의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
이러한 조명 장치는, 발광모듈(20)과, 발광모듈(20)에서 발광된 빛의 출사 지향각을 안내하는 광가이드(30)를 포함하여 구성될 수 있다.
발광모듈(20)은 인쇄회로기판(printed circuit board; PCB)(21) 상에 구비되는 적어도 하나의 발광소자(22)를 포함할 수 있으며, 다수의 발광소자(22)가 인쇄회로기판(21) 상에 이격되어 배열될 수 있다. 발광소자는 예를 들어, LED(light emitting diode)일 수 있다.
광가이드(30)는 발광모듈(20)에서 발광되는 광을 집속하여 일정 지향각을 가지고 개구부를 통하여 출사될 수 있도록 하며, 내측면에는 미러면을 가질 수 있다. 여기서, 발광모듈(20)과 광가이드는 일정 간격(d)만큼 이격되어 설치될 수 있다.
이와 같은 조명 장치는 상술한 바와 같이, 다수의 발광소자(22)를 집속하여 빛을 얻는 조명등으로 사용될 수 있는 것으로서, 특히 건물의 천장이나 벽체 내에 매입되어 광가이드(30)의 개구부 측이 노출되는 매입등(다운라이트)으로 이용할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 발광소자 110 : 기판
120 : 버퍼층 130 : n형 반도체층
140 : 활성층 150 : p형 반도체층
151 : 제1 GaN층 152 : 제2 GaN층
153 : 제3 GaN층 300 : 발광소자
310 : 기판 320 : 버퍼층
330 : n형 반도체층 340 : 활성층
350 : p형 반도체층 351 : 제1 GaN층
352 : 제2 GaN층 353 : 제3 GaN층
360 : 접촉층 500: 발광소자 패키지
510: 패키지 몸체 512, 514: 리드 프레임
520 : 발광소자 525: 반사판
530 : 와이어 540: 충전재

Claims (12)

  1. 기판;
    상기 기판 상의 제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층 상의 활성층;
    상기 활성층 상의 제2 도전형 반도체층;
    을 포함하고,
    상기 제2 도전형 반도체층은 도펀트의 농도가 다르고 순차적으로 적층되는 제1 GaN층, 제2 GaN층 및 제3 GaN층을 포함하고,
    상기 활성층 내부에서 상기 제3 GaN층까지 연장되어 배치되는 피트를 포함하고,
    상기 피트의 중심에 배치되는 상기 제1 GaN층의 두께는,
    상기 피트의 중심에 배치되는 상기 제2 GaN층의 두께 및 상기 피트의 중심에 배치되는 상기 제3 GaN층의 돌출부의 두께보다 큰 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 GaN층은 제1 농도의 Mg로 도핑되고, 상기 제2 GaN층은 제2 농도의 Mg로 도핑되며, 상기 제3 GaN층은 제3 농도의 Mg로 도핑되는 발광소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 GaN층, 상기 제2 GaN층 및 상기 제3 GaN층은,
    상기 활성층의 상기 피트에 대응하는 부위에서 다른 부위보다 더 두껍게 형성되는 발광소자.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제3 GaN층은,
    상기 활성층의 상기 피트에 대응하는 부위에서, 하면이 상기 피트를 향하여 돌출되도록 형성되고 상면은 편평한 형태로 형성되는 발광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체층 상의 InGaN/GaN의 조합을 갖는 2쌍 이상의 접촉층을 더 포함하고,
    상기 접촉층은 Si로 도핑되는 발광소자.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
KR1020110053184A 2011-06-02 2011-06-02 발광소자 KR101799452B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110053184A KR101799452B1 (ko) 2011-06-02 2011-06-02 발광소자

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110053184A KR101799452B1 (ko) 2011-06-02 2011-06-02 발광소자

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120134339A KR20120134339A (ko) 2012-12-12
KR101799452B1 true KR101799452B1 (ko) 2017-11-20

Family

ID=47902548

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110053184A KR101799452B1 (ko) 2011-06-02 2011-06-02 발광소자

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101799452B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102464030B1 (ko) * 2015-12-29 2022-11-07 쑤저우 레킨 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드 발광소자

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
IEEE Electron Device Lett., Vol.22, No.10. 460-462 (2001)

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120134339A (ko) 2012-12-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101081196B1 (ko) 발광소자 및 그 제조방법과 발광소자 패키지
KR102019914B1 (ko) 발광 소자
US9548426B2 (en) Semiconductor light-emitting device
US9780260B2 (en) Semiconductor light emitting device and manufacturing method of the same
KR20140026069A (ko) 발광 소자
KR20190079142A (ko) 반도체소자 및 반도체소자 패키지
KR20120129666A (ko) 발광소자
US20150207034A1 (en) Semiconductor light emitting device
KR20130066308A (ko) 발광소자
KR102408617B1 (ko) 발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 발광 장치
KR20130065451A (ko) 발광소자
KR20140139365A (ko) 반도체 발광소자
KR101799452B1 (ko) 발광소자
KR101916032B1 (ko) 발광소자
KR101813936B1 (ko) 발광소자
KR101700792B1 (ko) 발광 소자
KR101662242B1 (ko) 발광 소자 및 발광 소자 패키지
KR20190023765A (ko) 반도체소자 및 반도체소자 패키지
KR101972050B1 (ko) 발광소자 패키지
KR101777262B1 (ko) 발광 소자
KR101717669B1 (ko) 반도체 발광소자, 반도체 발광소자 제조방법 및 발광장치
KR102170219B1 (ko) 발광 소자 및 발광 소자 패키지
KR101904034B1 (ko) 발광소자 및 이를 포함하는 조명시스템
KR101405742B1 (ko) 반도체 발광소자
US20140231746A1 (en) Semiconductor light emitting device

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right