KR101973765B1 - Semiconductor light emitting device with improved emitting efficiency - Google Patents
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Abstract
반도체 발광 소자가 개시된다. 상기 반도체 발광 소자는, n형 반도체층; p형 반도체층; 상기 n형 반도체층과 상기 p형 반도체층 사이에 위치하는 활성층; 상기 활성층 및 상기 p형 반도체층 사이에 위치하는 전자 차단층; 상기 n형 반도체층에 전기적으로 연결된 n형 전극; 및 상기 p형 반도체층 상에 위치하는 제1 p형 활성 전극 및 제2 p형 활성 전극을 포함하고, 상기 제1 p형 활성 전극 및 제2 p형 활성 전극은 서로 이격되어 상기 p형 반도체층에 전기적으로 연결되며, 활성 전극 들은 다양한 형상의 구조를 갖는다. 이에 따라, 반도체 발광 소자의 활성층 내에 주입되는 정공의 수가 증가하여 발광 효율이 높아질 수 있다.A semiconductor light emitting device is disclosed. The semiconductor light emitting device includes: an n-type semiconductor layer; a p-type semiconductor layer; An active layer located between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer; An electron blocking layer disposed between the active layer and the p-type semiconductor layer; An n-type electrode electrically connected to the n-type semiconductor layer; And a first p-type active electrode and a second p-type active electrode located on the p-type semiconductor layer, wherein the first p-type active electrode and the second p-type active electrode are spaced apart from each other, And the active electrodes have various shapes of structures. Accordingly, the number of holes injected into the active layer of the semiconductor light emitting device increases, so that the luminous efficiency can be increased.
Description
본 발명은 반도체 발광 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2개의 p형 전극을 포함하는 반도체 발광 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly, to a semiconductor light emitting device including two p-type electrodes.
GaN, AlN, InN 등과 같은 질화물 반도체는 직접 천이형의 에너지 밴드 구조를 가지며, Al, In 및 Ga의 조합을 통해 1.9eV(InN)에서 6.2eV(AlN)까지의 에너지 밴드갭을 조절할 수 있어서, 가시광 영역에서부터 자외선 영역까지 넓은 파장 영역을 갖는 발광 소자에 사용된다. 특히, 질화물계 반도체는 에너지 변환 효율이 좋고, 수명이 길며, 빛의 지향성이 좋고, 저전압 구동이 가능할 뿐만 아니라, 예열 시간이나 복잡한 구동회로가 필요하지 않고, 충격 및 진동에도 강하기 때문에, 풀컬러 디스플레이, 교통 신호등, 일반조명 및 광통신 기기의 광원으로 자외선, 청/녹색 발광 소자(light emitting diode) 또는 레이저 다이오드(laser diode)에 널리 이용되고 있다.Nitride semiconductors such as GaN, AlN and InN have a direct bandgap energy band structure and can control the energy band gap from 1.9 eV (InN) to 6.2 eV (AlN) through the combination of Al, In and Ga, And is used for a light emitting device having a wide wavelength region from a visible light region to an ultraviolet region. Particularly, nitride-based semiconductors are excellent in energy conversion efficiency, long lifetime, good light directivity, low voltage driving capability, and do not require preheating time or complicated driving circuits, and are resistant to shock and vibration. , Light sources for traffic lights, general lighting and optical communication devices are widely used for ultraviolet light, blue / green light emitting diodes or laser diodes.
이러한 질화물계 발광 소자는 n형 및 p형 질화물 반도체층 사이에 위치한 다중양자우물 구조의 활성층을 포함하며, 상기 활성층 내의 양자 우물층에서 전자와 정공이 재결합하는 원리로 빛을 생성한다.The nitride based light emitting device includes an active layer having a multiple quantum well structure located between n-type and p-type nitride semiconductor layers, and generates light by recombination of electrons and holes in the quantum well layer in the active layer.
발광 소자의 발광 원리를 살펴보면, 발광 소자에 전류가 인가되어 n형 반도체층과 p형 반도체층으로부터 각각 전자와 정공이 제공되고, 전자와 정공이 활성층에서 재결합되어 빛이 나오게 되며, 발광 소자의 발광 효율은 전자와 정공의 재결합으로 생성된 광자의 양에 비례하게 된다. 이러한 발광 소자의 발광 효율은 내부 양자 효율(internal quantum efficiency)로 정의되고, 이는 초당 발광 소자 내로 주입된 전자수 대비 초당 활성층에서 방출되는 광자수의 비율로 나타내어 진다.The principle of light emission of the light emitting device is that a current is applied to the light emitting device to provide electrons and holes from the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer, recombine electrons and holes in the active layer to emit light, The efficiency is proportional to the amount of photons generated by the recombination of electrons and holes. The luminous efficiency of such a light emitting device is defined as an internal quantum efficiency, which is expressed as a ratio of the number of photons emitted from the active layer per second to the number of electrons injected into the light emitting device per second.
이러한 내부 양자 효율을 개선하기 위하여 일반적으로 다중양자우물 구조의 활성층을 이용한다. 그러나 질화물계 발광 소자의 특성상, 정공의 경우 전자에 비해 낮은 주입 효율과 이동도를 가지고 있어, 활성층 내부의 전자가 정공과 재결합되지 못하고 p형 반도체 층으로의 오버플로우가 발생한다. 이때, 상기 전자 차단층은 전자의 오버플로우를 막기 위하여 p형 반도체층보다 에너지 밴드갭이 큰 물질로 형성된 전자 차단층을 활성층과 p형 반도체층 사이에 형성하며, 예컨대 AlGaN을 포함하는 반도체층으로 형성한다. 이와 같은 전자 차단층은 활성층으로부터 누설되는 전자를 효과적으로 차단하기 위하여 높은 Al 분율의 AlGaN 층을 사용할 수 있다. In order to improve the internal quantum efficiency, an active layer of a multi-quantum well structure is generally used. However, due to the characteristics of the nitride based light emitting device, holes have lower injection efficiency and mobility than electrons, and electrons in the active layer are not recombined with holes, and an overflow to the p-type semiconductor layer occurs. At this time, the electron blocking layer is formed between the active layer and the p-type semiconductor layer and formed of a material having a larger energy band gap than that of the p-type semiconductor layer in order to prevent electrons from overflowing. . The electron blocking layer may use an AlGaN layer having a high Al content in order to effectively block electrons leaked from the active layer.
그러나 AlGaN 전자 차단층의 Al 분율이 높아지면, 전자 차단층의 양 표면에 형성된 분극 전하에 의해 전자 차단 효과가 약화되며, 활성층으로의 정공 주입 효율을 떨어뜨린다. 이에 따라, 활성층 내에서 재결합되는 정공의 수를 줄여 발광 효율을 감소시키고, 나아가, 고전류 동작조건에서 내부 양자효율 감소, 즉, 효율 드룹(efficiency droop)의 원인이 된다. However, if the Al fraction of the AlGaN electron blocking layer is increased, the electron blocking effect is weakened by the polarization charge formed on both surfaces of the electron blocking layer, and the hole injection efficiency into the active layer is lowered. Accordingly, the number of holes recombined in the active layer is reduced to decrease the luminous efficiency, and furthermore, to reduce the internal quantum efficiency, that is, the efficiency droop at high current operating conditions.
전자의 오버플로우를 방지하면서 정공의 주입 효율을 높이기 위하여, 종래에는 초격자 구조의 전자 차단층이 이용되었다. 그러나, 초격자 구조의 전자 차단층의 경우 수평 방향으로의 정공의 이동도를 높이기 때문에, 활성층으로의 주입 효율 은 효과적으로 개선시키지 못한다. 따라서 발광 효율 개선과 더불어, 효율 드룹 현상을 감소시키기 위해서는, 활성층으로의 정공 주입 효율을 직접적으로 증가시킬 수 있는 방안이 필요하다.In order to improve electron injection efficiency while preventing overflow of electrons, a superlattice structure electron blocking layer is conventionally used. However, in the case of the electron blocking layer having a superlattice structure, the injection efficiency into the active layer can not be effectively improved because the hole mobility in the horizontal direction is increased. Therefore, in order to improve the luminous efficiency and reduce the efficiency droop phenomenon, it is necessary to directly increase the hole injection efficiency into the active layer.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 활성층으로의 정공 주입 효율이 증가된 반도체 발광 소자를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a semiconductor light emitting device in which hole injection efficiency into an active layer is increased.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 활성층 내에 주입되는 정공의 농도를 조절하여 발광 효율이 향상된 반도체 발광 소자를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device having improved luminous efficiency by controlling the concentration of holes injected into the active layer.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 제1 및 제2 p형 활성 전극의 구조를 이용하여 전류 분산에 효율적인 반도체 발광 소자를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device which is efficient in current dispersion by using the structure of the first and second p-type active electrodes.
본 발명의 일 태양에 따른 반도체 발광 소자는, n형 반도체층, p형 반도체층,상기 n형 반도체층과 상기 p형 반도체층 사이에 위치하는 활성층, 상기 활성층 및 상기 p형 반도체층 사이에 위치하는 전자 차단층, 상기 n형 반도체층에 전기적으로 연결된 n형 전극, 및 상기 p형 반도체층 상에 위치하는 제1 p형 활성 전극 및 제2 p형 활성 전극을 포함하고, 상기 제1 p형 활성 전극 및 제2 p형 활성 전극은 서로 이격되어 상기 p형 반도체층에 전기적으로 연결된다.A semiconductor light emitting device according to one aspect of the present invention includes an n-type semiconductor layer, a p-type semiconductor layer, an active layer positioned between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer, An n-type electrode electrically connected to the n-type semiconductor layer, and a first p-type active electrode and a second p-type active electrode disposed on the p-type semiconductor layer, the first p-type active electrode, The active electrode and the second p-type active electrode are spaced apart from each other and electrically connected to the p-type semiconductor layer.
또한, 상기 반도체 발광 소자는, 상기 제1 p형 활성 전극은 제1 p형 전극 패드 및 제1 p형 전극 연장부를 포함하고, 상기 제2 p형 활성 전극은 제2 p형 전극 패드 및 제2 p형 전극 연장부를 포함할 수 있다.The first p-type active electrode may include a first p-type electrode pad and a first p-type electrode extension. The second p-type active electrode may include a second p-type electrode pad and a second p- and may include a p-type electrode extension portion.
나아가, 상기 반도체 발광 소자는, 제1 p형 활성 전극 및 제2 p형 활성 전극에 서로 다른 전압을 인가할 수 있는 전압 공급원을 더 포함할 수 있다.Furthermore, the semiconductor light emitting device may further include a voltage source capable of applying different voltages to the first p-type active electrode and the second p-type active electrode.
이와 같이 두개의 p형 활성 전극에 다른 전압이 인가됨으로써, 두개의 p형 활성 전극 사이의 전위차이에 의해 p형 반도체 내부에 전기장이 추가적으로 형성된다. 이러한 전기장으로 인해 p형 반도체 내의 정공이 활성층으로 주입되는 효율이 높아지는 효과가 제공될 수 있다.By applying different voltages to the two p-type active electrodes, an electric field is additionally formed inside the p-type semiconductor due to the potential difference between the two p-type active electrodes. Such an electric field can provide an effect of increasing the efficiency of injecting holes in the p-type semiconductor into the active layer.
한편, 상기 반도체 발광 소자는, 상기 제1 p형 전극 연장부와 상기 제2 p형 전극 연장부는 각각 나선형으로 형성될 수 있다.In the semiconductor light emitting device, the first p-type electrode extension portion and the second p-type electrode extension portion may be formed in a spiral shape.
또한, 본 실시예에 있어서, 상기 제1 p형 전극 패드는 상기 p형 반도체층의 하나의 모서리측에 치우쳐 배치되고, 상기 제2 p형 전극 패드는 상기 p형 반도체층의 중앙 부분 상에 배치될 수 있다.In the present embodiment, the first p-type electrode pad is disposed on one corner side of the p-type semiconductor layer, and the second p-type electrode pad is disposed on the central portion of the p-type semiconductor layer .
이러한 제1 및 제2 p형 활성 전극의 구조를 통해, 정공이 가속되는 구간을 넓게 할 수 있으며, 또한 전류 분산(current spreading) 정도가 개선되어 반도체 발광 소자의 발광 효율이 향상될 수 있다.Through the structure of the first and second p-type active electrodes, the region where the holes are accelerated can be widened and the degree of current spreading can be improved to improve the luminous efficiency of the semiconductor light emitting device.
본 발명의 다른 태양에 따른 반도체 발광 소자는, 상기 제1 p형 전극 연장부와 상기 제2 p형 전극 연장부는 각각 전극 패드에서 연장하는 메인 브랜치와 상기 메인 브랜치에서 연장하는 서브 브랜지를 포함하고, 상기 제1 및 제2 p형 전극 연장부의 서브 브랜치는 서로 깍지낀(interdigitated) 형태로 배치될 수 있다.The semiconductor light emitting device according to another aspect of the present invention is characterized in that the first p-type electrode extension portion and the second p-type electrode extension portion each include a main branch extending from the electrode pad and a sub-branch extending from the main branch, The sub-branches of the first and second p-type electrode extensions may be arranged in an interdigitated manner.
또한, 상기 반도체 발광 소자에 있어서, 상기 제1 p형 전극 연장부와 상기 제2 p형 전극 연장부의 메인 브랜치는 서로 깍지낀 형태로 배치될 수 있다.]In addition, in the semiconductor light emitting device, the first and second p-type electrode extension portions may be arranged in a pod-like manner.
이에 더하여, 상기 제1 p형 전극 패드와 상기 제2 p형 전극 패드는 서로 마주보도록 일측 및 타측 가장자리 근처에 배치될 수 있다.In addition, the first p-type electrode pad and the second p-type electrode pad may be disposed near one edge and the other edge so as to face each other.
이러한 제1 및 제2 p형 활성 전극의 구조를 통해, 정공이 가속되는 구간을 넓게 할 수 있으며, 또한 전류 분산(current spreading) 정도가 개선되어 반도체 발광 소자의 발광 효율이 향상될 수 있다.Through the structure of the first and second p-type active electrodes, the region where the holes are accelerated can be widened and the degree of current spreading can be improved to improve the luminous efficiency of the semiconductor light emitting device.
본 발명의 다른 태양에 따른 반도체 발광 소자에 있어서, 상기 제1 p형 전극 연장부는 메쉬 형상으로 형성되고, 상기 제2 p형 전극 연장부는 상기 제1 p형 전극 연장부의 메쉬에 의해 형성되는 공간들 내에 배치된 아일랜드 연장부를 포함할 수 있다.In the semiconductor light emitting device according to another aspect of the present invention, the first p-type electrode extension portion is formed in a mesh shape, and the second p-type electrode extension portion is formed in a space formed by the mesh of the first p- As shown in FIG.
또한, 상기 아일랜드 연장부는 서로 전기적으로 연결될 수 있다.Also, the island extensions may be electrically connected to each other.
나아가, 상기 반도체 발광 소자에 있어서, 상기 제1 p형 전극 패드는 상기 p형 반도체층의 어느 한 모서리 상에 위치하고, 상기 제2 p형 전극 패드는 상기 p형 반도체층의 상기 어느 한 모서리에 대향하는 다른 모서리에 위치할 수 있다.Further, in the semiconductor light emitting device, the first p-type electrode pad is located on one corner of the p-type semiconductor layer, and the second p-type electrode pad is opposed to any one of the corners of the p- Lt; RTI ID = 0.0 > corner. ≪ / RTI >
한편, 상기 반도체 발광 소자는, 상기 제1 p형 전극 연장부와 상기 제2 p형 전극 연장부 사이에 배치된 절연체를 더 포함할 수 있고, 또는 상기 제1 p형 활성 전극과 상기 제2 p형 활성 전극 사이에 배치된 절연체를 더 포함할 수도 있다.The semiconductor light emitting device may further include an insulator disposed between the first p-type electrode extension part and the second p-type electrode extension part, or the first p-type active electrode and the second p- Type active electrode.
이러한 제1 및 제2 p형 활성 전극의 구조를 통해, 정공이 가속되는 구간을 극대화할 수 있으며, 또한 전류 분산(current spreading) 정도가 크게 개선되어 반도체 발광 소자의 발광 효율이 향상될 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 반도체 발광 소자는 절연체와 제1 및 제2 p형 활성 전극이 적층된 구조를 포함함으로써, 반사도가 높아져서 발광 효율이 개선될 수 있는 효과를 제공할 수 있다.Through the structure of the first and second p-type active electrodes, the period during which holes are accelerated can be maximized and the degree of current spreading can be greatly improved to improve the luminous efficiency of the semiconductor light emitting device. In addition, since the semiconductor light emitting device includes a structure in which the insulator and the first and second p-type active electrodes are stacked, the light emitting efficiency can be improved by increasing the reflectivity.
본 발명의 반도체 발광 소자는, 다른 전압이 인가되는 제1 및 제2 p형 활성 전극을 포함함으로써 활성층으로의 정공 주입 효율이 향상되는 효과를 제공한다. 또한, 정공 주입 효율 향상에 따라 반도체 발광 소자의 발광 효율이 향상되는 효과및 효율 드룹이 낮아지는 효과를 제공한다. 나아가, 본 발명에 따르면, 제1 및 제2 p형 활성 전극의 구조를 다양하게 적용함으로써 정공 주입 효율 및 전류 분산 효과가 극대화된 반도체 발광 소자를 제공할 수 있다.The semiconductor light emitting device of the present invention includes the first and second p-type active electrodes to which different voltages are applied, thereby improving the efficiency of injecting holes into the active layer. Further, the luminous efficiency of the semiconductor light emitting device is improved and the efficiency droop is lowered as the hole injection efficiency is improved. Further, according to the present invention, a semiconductor light emitting device having a maximized hole injection efficiency and current dispersion effect can be provided by variously applying the structures of the first and second p-type active electrodes.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 전극 구조를 설명하기 위한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 전극 구조를 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 전극 구조를 설명하기 위한 평면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 전극 구조를 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
2 is a plan view illustrating an electrode structure of a semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention.
3 is a plan view illustrating an electrode structure of a semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention.
4 is a plan view illustrating an electrode structure of a semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention.
5 and 6 are a plan view and a cross-sectional view illustrating an electrode structure of a semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들 및 실험예들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들 및 실험예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 또한, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에" 또는 "상에" 있다고 기재된 경우 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "바로 상부" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라 하나의 구성요소와 다른 구성요소의 사이에 또 다른 구성요소가 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following examples and experiments are provided as examples so that those skilled in the art will be able to fully understand the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments and experiments described below, but may be embodied in other forms. And, in the drawings, the components may be exaggerated for convenience. It will also be understood that when an element is referred to as being " on top " or " on " of another element, And the case where there is another component between the other components. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 반도체 발광 소자는, 기판(100), n형 반도체층(201), 활성층(203), 전자 차단층(205) 및 p형 반도체층(207)을 포함한다. 나아가, 상기 반도체 발광 소자는, 제1 p형 활성 전극(11), 제2 p형 활성 전극(13), n형 전극(21)을 더 포함한다.1, the semiconductor light emitting device includes a
기판(100)은 반도체층들(201, 203, 205, 207)이 성장될 수 있는 성장기판일 수 있다. 기판(10)의 재료는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 사파이어 기판, SiC 기판, 스피넬 기판, Si 기판, 또는 질화갈륨계 기판일 수 있다. 나아가, 기판(10)은, 예컨대 패터닝된 사파이어 기판(PSS)과 같이, 상면에 소정의 패턴을 가질 수 있다. The
또한, 기판(100) 상에 버퍼층(도시하지 않음)이 더 형성될 수 있다. 이러한 버퍼층은 반도체층들(201, 203, 205, 207)이 성장될 수 있도록 하는 핵층 역할을 할 수 있고, 또한 각 반도체층들(201, 203, 205, 207)의 결정성을 향상시키는 역할도 할 수 있다.In addition, a buffer layer (not shown) may be further formed on the
n형 반도체층(201)은 기판(100) 상에 형성되고, 활성층(203)은 n형 반도체층(201) 상에 형성되며, p형 반도체층(207)은 활성층(203) 상에 형성된다. 이에 더하여, 전자 차단층(205)이 활성층(203)과 p형 반도체층(207) 사이에 형성된다. 이들 반도체층들(201, 203, 205, 207)은 질화물계 화합물 반도체 물질(예컨대, (Al, Ga, In)N)로 형성될 수 있으며, 다만 이에 한정되는 것은 아니다. 이들 반도체층들(201, 203, 205, 207)은 MOCVD, MBE, 또는 HVPE와 같은 기술을 사용하여 성장될 수 있다.An n-
n형 반도체층(201) 및 p형 반도체층(207)은 각각 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다. 예컨대, n형 반도체층(201) 및 p형 반도체층(207)은 콘택층(contact layer)과 클래드층(clad layer)을 포함할 수 있으며, 또한 초격자층(superlattice layer)을 포함할 수 있다.The n-
활성층(203)은 발광층과 베리어층을 포함하는 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조(MQW)로 형성할 수 있다. 또한, 활성층(23)이 필요로하는 파장의 광을 방출하도록, 예컨대 청색광 또는 자외선을 방출하도록 조성원소 및 조성비가 조절된 질화물계 화합물 반도체로 형성될 수 있다.The active layer 203 may be formed of a single quantum well structure or a multiple quantum well structure (MQW) including a light emitting layer and a barrier layer. Further, the active layer 23 may be formed of a nitride-based compound semiconductor in which a composition element and a composition ratio are adjusted so as to emit light of a required wavelength, for example, to emit blue light or ultraviolet light.
전자 차단층(207)은 활성층(203)과 p형 반도체층(207) 사이에 형성되고, p형 반도체층(207)의 밴드갭 에너지보다 큰 밴드갭 에너지를 갖는다. 예컨대, 전자 차단층(207)은 AlGaN을 포함할 수 있으며, Al의 분율을 조절하여 밴드갭 에너지의 크기를 조절할 수 있다. The
상술한 바와 같이, 발광 소자의 발광 원리상 활성층에서의 전자와 정공의 결합이 발광 소자의 내부 양자 효율에 영향을 미친다. 따라서 본 실시예에 따른 반도체 발광 소자는 큰 밴드갭 에너지를 갖는 전자 차단층(207)을 포함함으로써, 활성층(203)에 주입된 전자가 p형 반도체층(207)으로 오버플로우하는 것이 방지된다.As described above, the combination of electrons and holes in the active layer affects the internal quantum efficiency of the light emitting element due to the principle of luminescence of the light emitting element. Therefore, the semiconductor light emitting device according to the present embodiment includes the
도 1에 도시하지 않았지만, 본 발명의 반도체 발광 소자는 p형 반도체층(207)상에 위치하는 투명 전극층을 더 포함할 수 있다. 투명 전극층은 반도체 발광 소자에 전달되는 전류를 분산시켜 발광 면적을 증가시키는 역할을 할 수 있다. 투명 전극층은 도전성 재료로 형성될 수 있고, 예컨대 ITO, ZnO, AZO, 및 IZO에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함하는 물질로 형성될 수 있다.Although not shown in FIG. 1, the semiconductor light emitting device of the present invention may further include a transparent electrode layer located on the p-
다시 도 1을 참조하면, 제1 p형 활성 전극(11) 및 제2 p형 활성 전극(13)은 p형 반도체층(207) 상에 위치한다. 상기 제1 p형 활성 전극(11) 및 제2 p형 활성 전극(13)은 서로 이격되어 배치될 수 있고, 또한 양 p형 활성 전극(11)에는 각각 다른 전압이 인가될 수 있다. 예컨대, 제1 p형 활성 전극(11)에 인가되는 전압이 제2 p형 활성 전극(13)에 인가되는 전압보다 5V 더 높을 수 있다.Referring again to FIG. 1, the first p-type
상술한 바와 같이 제1 p형 활성 전극(11)과 제2 p형 활성 전극(13)에 다른 전압이 인가되도록, 반도체 발광 소자는 전압 공급원(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다.As described above, the semiconductor light emitting device may further include a voltage supply source (not shown) so that a different voltage is applied to the first p-type
본 발명의 반도체 발광 소자는, 이와 같이 제1 p형 활성 전극(11) 및 제2 p형 활성 전극(13)을 포함함으로써, 정공이 활성층(203)으로 주입되는 효율이 향상될 수 있다. 상기 반도체 발광 소자에 따르면, 제1 및 제2 p형 활성 전극(11, 13)과 n형 전극(21) 사이의 전위차에 더하여, 제1 p형 활성 전극(11)과 제2 p형 활성 전극(13) 사이의 전위차이에 의해 p형 반도체(207) 내부에 전기장이 추가로 형성된다. 이에 따라, 제1 및 제2 p형 활성 전극(11, 13)의 전기적 위치에너지 차이에 기인하여, 정공이 p형 반도체(207)층 내에서 가속이 되고, 여분의 운동에너지를 가진다. 따라서 정공 주입을 방해하는 에너지 장벽(전자 차단층(205)의 밴드갭 에너지에 의한 에너지 장벽) 이상의 에너지를 갖는 정공들의 수가 증가하여, 활성층(203)으로의 정공 주입 효율이 증가하게 된다. 정공의 주입 효율은 양극 사이의 전위차의 크기에 의해 결정되며, 이를 통해 정공 주입 효율을 조절 할 수 있다.Since the semiconductor light emitting device of the present invention includes the first p-type
이러한 정공 주입 효율이 증가함으로써, 활성층(203)에서 전자와 결합하는 정공의 수가 증가하게 된다. 따라서 본 발명의 반도체 발광 소자는 높은 내부 양자 효율을 가지며, 낮은 효율 드룹을 갖는다. 이에 따라 상기 반도체 발광 소자는 AlGaN을 포함하는 활성층을 갖는, 예컨대 심자외선 발광 소자로 이용될 수 있으며, 상대적으로 높은 발광 효율을 가질 수 있다.As the efficiency of injecting holes increases, the number of holes coupled with electrons in the active layer 203 increases. Therefore, the semiconductor light emitting device of the present invention has a high internal quantum efficiency and a low efficiency droop. Accordingly, the semiconductor light emitting device can be used as a deep ultraviolet light emitting device having an active layer including AlGaN, and can have a relatively high luminous efficiency.
한편, n형 전극(21)은 p형 반도체층(207), 전자 차단층(205) 및 활성층(203)이 일부 식각되어 형성된 n형 반도체층(201) 일부 영역 상에 위치한다.On the other hand, the n-
도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 발광 소자의 전극 구조를 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다.2 to 6 are a plan view and a cross-sectional view for explaining the electrode structure of the semiconductor light emitting device according to the embodiments of the present invention.
먼저 도 2를 참조하면, 제1 p형 활성 전극(11)과 제2 p형 활성 전극(13)이 p형 반도체층(207) 상에 배치되고, n형 전극(21)은 n형 반도체층(201) 상에 배치된다. 제1 p형 활성 전극(11)과 제2 p형 활성 전극(13)은 서로 이격되어 위치하고, 예컨대 도시된 바와 같이 2개의 모서리 부근에 각각 위치할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.2, a first p-type
이와 같이 p형 전극을 두 개로 분리하여 형성함으로써 반도체 발광 소자의 내부 양자 효율을 높일 수 있다. 따라서, 본 발명은 종래의 발광 소자를 과도하게 변형하지 않고도 용이하게 높은 발광 효율을 갖는 반도체 발광 소자를 제공하는 효과가 있다.In this way, the p-type electrode is formed by being separated into two, thereby improving the internal quantum efficiency of the semiconductor light emitting device. Therefore, the present invention has an effect of providing a semiconductor light emitting device having a high luminous efficiency easily without excessively deforming the conventional light emitting device.
다음 도 3을 참조하면, 제1 p형 활성 전극(31)과 제2 p형 활성 전극(33)이 p형 반도체층(207) 상에 배치되고, n형 전극(21)은 n형 반도체층(201) 상에 배치된다. 이에 더하여, 제1 p형 활성 전극(31)은 제1 p형 전극 패드(31a) 및 제1 p형 전극 연장부(31b)를 포함하고, 제2 p형 활성 전극(33)은 제2 p형 전극 패드(33a) 및 제2 p형 전극 연장부(33b)를 포함한다. 3, the first p-type
도시된 바와 같이, 제1 p형 전극 패드(31a)는 p형 반도체층(207) 상의 한 모서리 부근에 위치할 수 있고, 제2 p형 전극 패드(33a)는 p형 반도체층(207) 상의 중앙 부분에 위치할 수 있다. 한편, 제1 p형 전극 연장부(31b)는 나선형으로 배치되고 제2 p형 전극 연장부(33b)도 나선형으로 배치되되, 제2 p형 전극 연장부(33b)는 제1 p형 전극 연장부(31b)의 나선 형상 사이의 공간에 배치될 수 있다. 이때, 제1 p형 전극 연장부(31b)와 제2 p형 전극 연장부(33b)는 서로 이격된다.The first p-
이와 같이 제1 p형 전극 연장부(31b) 및 제2 p형 전극 연장부(33b)를 배치함으로써, 본 실시예의 반도체 발광 소자의 전류 분산이 개선될 수 있다.By disposing the first p-type
다음으로 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 전극 구조를 설명하기 위한 평면도이다. 도 4를 참조하면, 제1 p형 활성 전극(51)과 제2 p형 활성 전극(53)이 p형 반도체층(207) 상에 배치되고, n형 전극(21)은 n형 반도체층(201) 상에 배치된다. 이에 더하여, 제1 p형 활성 전극(51)은 제1 p형 전극 패드(51a) 및 제1 p형 전극 연장부(51b)를 포함하고, 제2 p형 활성 전극(53)은 제2 p형 전극 패드(53a) 및 제2 p형 전극 연장부(53b)를 포함한다.4 is a plan view illustrating an electrode structure of a semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention. 4, the first p-type
도 4에 도시된 바와 같이, 제1 p형 전극 패드(51a)와 제2 p형 전극 패드(53a)는 서로 마주보도록 일측 및 타측 가장자리에 각각 배치될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 및 제2 p형 전극 패드(51a, 53a)는 p형 반도체층(207) 상에 임의의 어느 위치든 배치될 수 있다. 한편, 제1 p형 전극 연장부(51b) 및 제2 p형 전극 연장부(53a)는 각각의 전극 패드(51a, 53a)로부터 직접적으로 연장된 메인 브랜치를 포함하고, 또한 메인 브랜치로부터 다시 연장된 서브 브랜치를 포함한다. 이들 메인 브랜치 및 서브 브랜치는 서로 깍지낀(interdigitated) 형태로 배치될 수 있다.As shown in FIG. 4, the first p-
이와 같이 제1 p형 전극 연장부(51b) 및 제2 p형 전극 연장부(53b)를 배치함으로써, 본 실시예의 반도체 발광 소자의 전류 분산이 개선될 수 있다.By disposing the first p-type
도 5 및 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 전극 구조를 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다.5 and 6 are a plan view and a cross-sectional view illustrating an electrode structure of a semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention.
먼저 도 5를 참조하면, 제1 p형 활성 전극(71)과 제2 p형 활성 전극(73)이 p형 반도체층(207) 상에 배치되고, n형 전극(21)은 n형 반도체층(201) 상에 배치된다. 이에 더하여, 제1 p형 활성 전극(71)은 제1 p형 전극 패드(71a) 및 제1 p형 전극 연장부(71b)를 포함하고, 제2 p형 활성 전극(73)은 제2 p형 전극 패드(73a) 및 제2 p형 전극 연장부(73b, 73c)를 포함한다.5, the first p-type
도시된 바와 같이, 제1 p형 전극 패드(71a)는 p형 반도체층(207) 상의 하나의 모서리 부근에 배치될 수 있고, 반면 제2 p형 전극 패드(73a)는 상기 하나의 모서리 부근에 대향하는 다른 모서리 부근에 배치될 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 각각의 전극 패드들(71a, 73a)이 배치될 수 있다.As shown in the figure, the first p-
제1 p형 전극 연장부(71b)는 메쉬 형상으로 형성되고, p형 반도체층(207) 상면 전체에 걸쳐서 배치될 수 있다. 이러한 메쉬 형상으로 인해 제1 p형 전극 연장부(71b)의 사이사이에 아래로 통과하는 공간이 형성될 수 있다. 상기 제1 p형 전극 연장부(71b)는 메쉬 형상을 가짐으로써 분리되지 않고 연장되어 형성된다.The first p-type
제2 p형 전극 연장부(73b)는 아일랜드 연장부(73b) 및 접속 연장부(73c)를 포함할 수 있다. 이러한 아일랜드 연장부(73b)는 제1 p형 전극 연장부(71b)의 메쉬 형상으로 형성된 공간에 배치된다. 이때, 아일랜드 연장부(73b)는 제1 p형 전극 연장부(71b)와 이격되며, 사이에 절연체(75)가 더 형성될 수 있다. 또한 아일랜드 연장부(73b)는 p형 반도체층(207) 상면 전체에 걸쳐서 배치될 수 있다. 아일랜드 연장부(73b)는 접속 연장부(73c)에 의해 각각이 전기적으로 접속되고, 접속 연장부(73c)는 아일랜드 연장부(73b) 상에 배치될 수 있다. 도 6은 A-A'의 단면을 보여주는 도면이다. 도 6을 참조하면, 제1 p형 전극 연장부(71b)와 아일랜드 연장부(73b)는 서로 이격되어 배치되고, 그 사이에 절연체(75)가 더 배치된다. 또한, 상기 아일랜드 연장부(73b)를 서로 전기적으로 접속하기 위한 접속 연장부(73c)가 아일랜드 연장부(73b) 상에 배치된다. 상기 절연체(75)는 금속과 절연물질의 적층 구조를 포함할 수 있으며, 예컨대, Ag 또는 Al과 같은 금속과 절연물질이 적층된 구조를 포함할 수 있다.The second p-type
본 실시예에 따른 제1 p형 활성 전극(71), 제2 p형 활성 전극(73) 및 절연체(75)를 형성하는 방법은 다음과 같다. 먼저, p형 반도체층(207) 상에 p형 반도체층(207)에 오믹 접촉하는 금속을 형성한다. 상기 금속은 예컨대, Ni, Au, Ti 등을 포함할 수 있으며, 단일층 구조 또는 적층 구조로 형성할 수 있다. 이 후, 상기 금속을 식각 및 패터닝하여 제1 p형 전극 패드(71a), 제2 p형 전극 패드(73a), 제1 p형 전극 연장부(71b), 제2 p형 전극 연장부의 아일랜드 연장부(73b)를 형성한다. 다음, 제1 p형 전극 연장부(71b) 및 아일랜드 연장부(73b)를 덮는 절연층(75)을 형성하고, 다시 상기 절연층(75)의 일부 영역을 식각하여 아일랜드 연장부(73b)의 상면을 노출시킨다. 이어서, 상기 노출된 아일랜드 연장부(73b)가 서로 전기적으로 연결되도록 절연층(75) 및 아일랜드 연장부(73b)상에 금속을 증착하여 접속 연장부(73c)를 형성하면, 도 5에 도시된 바와 같은 전극 구조를 얻는다. 본 실시예에서는 제1 p형 전극 연장부(71b) 및 아일랜드 연장부(73b)를 동시에 형성하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 p형 전극 연장부(71b)를 먼저 형성하고, 절연층(75)을 식각한 후 아일랜드 연장부(73b)와 접속 연장부(73c)를 동시에 형성할 수도 있다. 이와 같이 제1 p형 전극 연장부(71b) 및 아일랜드 연장부(73b)를 형성한 경우 도 6에 도시된 바와 같이 각각 다른 높이 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 상술한 방법 외에도 다양한 변형이 가능하다.A method of forming the first p-type
이러한 전극 구조를 포함하는 반도체 발광 소자에 따르면, 전류 분산 효과와 정공 가속 영역이 극대화될 수 있다. 또한 제1 p형 전극 연장부(71b)와 제2 p형 전극 연장부(73b) 사이에 배치된 절연체(75)를 금속과 절연물질이 적층된 구조로 형성함으로써, 본 발명의 반도체 발광 소자는 절연 효과 및 높은 반사도를 갖는 효과를 제공할 수 있다. 특히, 반사도가 높은 절연체(75)를 갖는 반도체 발광 소자는 플립칩 형태로 형성된 반도체 발광 소자에 더 효과적일 수 있다.According to the semiconductor light emitting device including such an electrode structure, the current dispersion effect and the hole acceleration region can be maximized. In addition, the
이상에서, 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명하였지만, 상술한 다양한 실시예들 및 특징들에 본 발명이 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 특허청구범위에 의한 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능하다.
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 embodiments, but, on the contrary, Variations and changes are possible.
Claims (13)
p형 반도체층;
상기 n형 반도체층과 상기 p형 반도체층 사이에 위치하는 활성층;
상기 활성층 및 상기 p형 반도체층 사이에 위치하는 전자 차단층;
상기 n형 반도체층에 전기적으로 연결된 n형 전극;
상기 p형 반도체층 상에 위치하는 제1 p형 활성 전극 및 제2 p형 활성 전극; 및
상기 제1 p형 활성 전극 및 제2 p형 활성 전극에 서로 다른 전압을 인가할 수 있는 전압 공급원을 포함하고,
상기 제1 p형 활성 전극 및 제2 p형 활성 전극은 서로 이격되어 상기 p형 반도체층에 전기적으로 연결된 반도체 발광 소자.an n-type semiconductor layer;
a p-type semiconductor layer;
An active layer located between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer;
An electron blocking layer disposed between the active layer and the p-type semiconductor layer;
An n-type electrode electrically connected to the n-type semiconductor layer;
A first p-type active electrode and a second p-type active electrode located on the p-type semiconductor layer; And
And a voltage source capable of applying different voltages to the first p-type active electrode and the second p-type active electrode,
The first p-type active electrode and the second p-type active electrode are spaced apart from each other and are electrically connected to the p-type semiconductor layer.
상기 제1 p형 활성 전극은 제1 p형 전극 패드 및 제1 p형 전극 연장부를 포함하고,
상기 제2 p형 활성 전극은 제2 p형 전극 패드 및 제2 p형 전극 연장부를 포함하는 반도체 발광 소자.The method according to claim 1,
The first p-type active electrode includes a first p-type electrode pad and a first p-type electrode extension,
And the second p-type active electrode comprises a second p-type electrode pad and a second p-type electrode extension.
상기 제1 p형 전극 연장부와 상기 제2 p형 전극 연장부는 각각 나선형으로 배치된 반도체 발광 소자.The method of claim 2,
And the first p-type electrode extension part and the second p-type electrode extension part are arranged in a spiral manner.
p형 반도체층;
상기 n형 반도체층과 상기 p형 반도체층 사이에 위치하는 활성층;
상기 활성층 및 상기 p형 반도체층 사이에 위치하는 전자 차단층;
상기 n형 반도체층에 전기적으로 연결된 n형 전극; 및
상기 p형 반도체층 상에 위치하는 제1 p형 활성 전극 및 제2 p형 활성 전극을 포함하고,
상기 제1 p형 활성 전극 및 제2 p형 활성 전극은 서로 이격되어 상기 p형 반도체층에 전기적으로 연결되며,
상기 제1 p형 활성 전극은 제1 p형 전극 패드 및 제1 p형 전극 연장부를 포함하고,
상기 제2 p형 활성 전극은 제2 p형 전극 패드 및 제2 p형 전극 연장부를 포함하며,
상기 제1 p형 전극 연장부와 상기 제2 p형 전극 연장부는 각각 나선형으로 배치되고,
상기 제1 p형 전극 패드는 상기 p형 반도체층의 하나의 모서리측에 치우쳐 배치되고, 상기 제2 p형 전극 패드는 상기 p형 반도체층의 중앙 부분 상에 배치된 반도체 발광 소자.an n-type semiconductor layer;
a p-type semiconductor layer;
An active layer located between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer;
An electron blocking layer disposed between the active layer and the p-type semiconductor layer;
An n-type electrode electrically connected to the n-type semiconductor layer; And
A first p-type active electrode and a second p-type active electrode located on the p-type semiconductor layer,
The first p-type active electrode and the second p-type active electrode are spaced apart from each other and electrically connected to the p-type semiconductor layer,
The first p-type active electrode includes a first p-type electrode pad and a first p-type electrode extension,
The second p-type active electrode includes a second p-type electrode pad and a second p-type electrode extension,
The first p-type electrode extension part and the second p-type electrode extension part are arranged in a spiral shape, respectively,
The first p-type electrode pad is disposed on one corner side of the p-type semiconductor layer, and the second p-type electrode pad is disposed on a central portion of the p-type semiconductor layer.
상기 제1 p형 전극 연장부와 상기 제2 p형 전극 연장부는 각각 전극 패드에서 연장하는 메인 브랜치와 상기 메인 브랜치에서 연장하는 서브 브랜지를 포함하고, 상기 제1 및 제2 p형 전극 연장부의 서브 브랜치는 서로 깍지낀(interdigitated) 형태로 배치된 반도체 발광 소자.The method of claim 2,
The first p-type electrode extension portion and the second p-type electrode extension portion each include a main branch extending from an electrode pad and a sub-branch extending from the main branch, and the sub- Wherein the branches are arranged in interdigitated fashion with respect to each other.
상기 제1 p형 전극 연장부와 상기 제2 p형 전극 연장부의 메인 브랜치는 서로 깍지낀 형태로 배치된 반도체 발광 소자.The method of claim 5,
And the main branch of the first p-type electrode extension part and the main branch of the second p-type electrode extension part are arranged in a pod-like shape.
상기 제1 p형 전극 패드와 상기 제2 p형 전극 패드는 서로 마주보도록 일측 및 타측 가장자리 근처에 배치된 반도체 발광 소자.The method according to claim 5 or 6,
And the first p-type electrode pad and the second p-type electrode pad are arranged near one side and the other side edge so as to face each other.
p형 반도체층;
상기 n형 반도체층과 상기 p형 반도체층 사이에 위치하는 활성층;
상기 활성층 및 상기 p형 반도체층 사이에 위치하는 전자 차단층;
상기 n형 반도체층에 전기적으로 연결된 n형 전극; 및
상기 p형 반도체층 상에 위치하는 제1 p형 활성 전극 및 제2 p형 활성 전극을 포함하고,
상기 제1 p형 활성 전극 및 제2 p형 활성 전극은 서로 이격되어 상기 p형 반도체층에 전기적으로 연결되며,
상기 제1 p형 활성 전극은 제1 p형 전극 패드 및 제1 p형 전극 연장부를 포함하고,
상기 제2 p형 활성 전극은 제2 p형 전극 패드 및 제2 p형 전극 연장부를 포함하며,
상기 제1 p형 전극 연장부는 메쉬 형상으로 형성되고,
상기 제2 p형 전극 연장부는 상기 제1 p형 전극 연장부의 메쉬에 의해 형성되는 공간들 내에 배치된 아일랜드 연장부를 포함하는 반도체 발광 소자.an n-type semiconductor layer;
a p-type semiconductor layer;
An active layer located between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer;
An electron blocking layer disposed between the active layer and the p-type semiconductor layer;
An n-type electrode electrically connected to the n-type semiconductor layer; And
A first p-type active electrode and a second p-type active electrode located on the p-type semiconductor layer,
The first p-type active electrode and the second p-type active electrode are spaced apart from each other and electrically connected to the p-type semiconductor layer,
The first p-type active electrode includes a first p-type electrode pad and a first p-type electrode extension,
The second p-type active electrode includes a second p-type electrode pad and a second p-type electrode extension,
The first p-type electrode extension portion is formed in a mesh shape,
And the second p-type electrode extension portion includes an island extension portion disposed in spaces formed by the mesh of the first p-type electrode extension portion.
상기 아일랜드 연장부는 서로 전기적으로 연결된 반도체 발광 소자.The method of claim 8,
And the island extensions are electrically connected to each other.
상기 제1 p형 전극 패드는 상기 p형 반도체층의 어느 한 모서리 상에 위치하고, 상기 제2 p형 전극 패드는 상기 p형 반도체층의 상기 어느 한 모서리에 대향하는 다른 모서리에 위치하는 반도체 발광 소자.The method according to claim 8 or 9,
Type semiconductor layer, the first p-type electrode pad is located on one corner of the p-type semiconductor layer, and the second p-type electrode pad is located on another corner opposite to the one corner of the p- .
상기 제1 p형 전극 연장부와 상기 제2 p형 전극 연장부 사이에 배치된 절연체를 더 포함하는 반도체 발광 소자.The method of claim 8,
And an insulator disposed between the first p-type electrode extension part and the second p-type electrode extension part.
상기 제1 p형 활성 전극과 상기 제2 p형 활성 전극 사이에 배치된 절연체를 더 포함하는 반도체 발광 소자.The method of claim 8,
And an insulator disposed between the first p-type active electrode and the second p-type active electrode.
제1 p형 활성 전극 및 제2 p형 활성 전극에 서로 다른 전압을 인가할 수 있는 전압 공급원을 더 포함하는 반도체 발광 소자.The method according to claim 4 or 8,
And a voltage supply source capable of applying different voltages to the first p-type active electrode and the second p-type active electrode.
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