KR102250523B1 - Light emitting device and lighting system - Google Patents
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Abstract
실시예의 발광소자는 라드 형상을 갖는 제 1 도전형 반도체층; 상기 제 1 도전형 반도체층을 감싸도록 배치된 반사층; 상기 반사층을 감싸도록 배치된 활성층; 및 상기 활성층을 감싸도록 배치된 제 2 도전형 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 한다. The light emitting device of the embodiment includes a first conductive type semiconductor layer having a rod shape; A reflective layer disposed to surround the first conductivity-type semiconductor layer; An active layer disposed to surround the reflective layer; And a second conductivity type semiconductor layer disposed to surround the active layer.
Description
실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것으로, 좀더 구체적으로, 수직한 라드 형상의 반도체 구조물을 갖는 발광소자에 관한 것이다.The embodiment relates to a light-emitting device, a method of manufacturing a light-emitting device, a light-emitting device package, and a lighting system, and more specifically, to a light-emitting device having a vertical rod-shaped semiconductor structure.
발광소자(Light Emitting Device)는 전기에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 p-n 접합 다이오드로서, 주기율표상에서 Ⅲ족과 Ⅴ족 등의 화합물 반도체로 생성될 수 있고 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.Light Emitting Device is a pn junction diode that converts electrical energy into light energy. It can be created as a compound semiconductor such as Group III and Group V on the periodic table. Various colors can be realized by controlling the composition ratio of the compound semiconductor. It is possible.
발광소자는 순방향전압 인가 시 n층의 전자(electron)와 p층의 정공(hole)이 결합하여 전도대(Conduction band)와 가전대(Valance band)의 밴드갭 에너지에 해당하는 만큼의 에너지를 발산하는데, 이 에너지는 주로 열이나 빛의 형태로 방출되며, 빛의 형태로 발산되면 발광소자가 된다.When the forward voltage is applied, the electrons in the n-layer and the holes in the p-layer are combined to emit energy equivalent to the band gap energy of the conduction band and the balance band. , This energy is mainly emitted in the form of heat or light, and when it is radiated in the form of light, it becomes a light-emitting device.
예를 들어, 질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭 에너지에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 특히, 질화물 반도체를 이용한 청색(Blue) 발광소자, 녹색(Green) 발광소자, 자외선(UV) 발광소자 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.For example, nitride semiconductors are attracting great interest in the development of optical devices and high-power electronic devices due to their high thermal stability and wide bandgap energy. In particular, a blue light emitting device, a green light emitting device, and an ultraviolet (UV) light emitting device using a nitride semiconductor have been commercialized and widely used.
최근 고효율 LED 수요가 증가함에 광도 개선이 이슈가 되고 있다. As the demand for high-efficiency LEDs has recently increased, improvement in light intensity has become an issue.
특히, 광을 직접적으로 방출하는 발광구조물의 경우, 단순 적층형 에피 구조형태를 탈피하여, 다양한 구조 변화를 통해 광도를 개선하는 방안들이 제안되었다.In particular, in the case of a light-emitting structure that directly emits light, measures have been proposed to improve the luminous intensity through various structural changes by breaking away from the simple stacked epitaxial structure.
이때, 발광구조물의 개선방향으로, 반도체층의 결정 퀄리티가 향상되어야 하고, 발광영역이 확장되어야 하며, 발생한 빛이 발광구조물의 외부로 효과적으로 방출될 것 등이 요구된다.At this time, in the direction of improvement of the light emitting structure, the crystal quality of the semiconductor layer must be improved, the light emitting region must be expanded, and the generated light must be effectively emitted to the outside of the light emitting structure.
실시예는 광도를 향상시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.The embodiment is to provide a light emitting device capable of improving luminous intensity, a method of manufacturing a light emitting device, a light emitting device package, and a lighting system.
실시예의 발광소자는 라드 형상을 갖는 제 1 도전형 반도체층; 상기 제 1 도전형 반도체층을 감싸도록 배치된 반사층; 상기 반사층을 감싸도록 배치된 활성층; 및 상기 활성층을 감싸도록 배치된 제 2 도전형 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 한다. The light emitting device of the embodiment includes a first conductive type semiconductor layer having a rod shape; A reflective layer disposed to surround the first conductivity-type semiconductor layer; An active layer disposed to surround the reflective layer; And a second conductivity type semiconductor layer disposed to surround the active layer.
다른 측면에서, 실시예의 발광소자는 수평형 구조의 라드 형상을 갖는 발광구조물을 포함하는 발광소자로서, 상기 발광구조물은 라드 형상의 제 1 도전형 반도체층과, 상기 제 1 도전형 반도체층 상에 배치된 활성층과, 상기 활성층 상에 배치된 제 2 도전형 반도체층과, 상기 제 1 도전형 반도체층과 상기 활성층 사이에 배치된 반사층을 포함하는 것을 특징으로 한다. In another aspect, the light emitting device of the embodiment is a light emitting device including a light emitting structure having a horizontal rod shape, the light emitting structure is a first conductive type semiconductor layer having a rod shape, and on the first conductive type semiconductor layer. And a second conductive type semiconductor layer disposed on the active layer, and a reflective layer disposed between the first conductive type semiconductor layer and the active layer.
또한, 실시예에 따른 조명시스템은 상기 발광소자를 구비하는 발광모듈을 포함할 수 있다.In addition, the lighting system according to the embodiment may include a light emitting module including the light emitting device.
실시예에 의하면 광도를 증대시킬 수 있는 최적의 구조를 구비한 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.According to the embodiment, a light emitting device having an optimal structure capable of increasing luminous intensity, a method of manufacturing a light emitting device, a light emitting device package, and a lighting system can be provided.
실시예의 발광구조물은 적층형 나노 라드 구조물에 비하여 활성층이 반도체층과 맞닿는 표면적이 비약적으로 증가하여 발광효율이 크게 향상될 수 있고, 빛이 공진할 수 있는 면적 또한 증가되는 장점이 있다. Compared to the stacked nano-rod structure, the light-emitting structure of the embodiment has the advantage that the surface area of the active layer in contact with the semiconductor layer is dramatically increased, so that the luminous efficiency can be greatly improved, and the area in which light can resonate is also increased.
또한, 발광구조물 또한 기판에서 성장될 때 기판 계면과 맞닿는 면적이 작아 TDD가 발생할 확률이 줄어들어 활성층의 퀄리티 개선에도 유리한 효과가 있다. In addition, when the light emitting structure is grown on the substrate, the area in contact with the substrate interface is small, so that the probability of occurrence of TDD is reduced, which is advantageous in improving the quality of the active layer.
특히 실시예의 발광구조물에는 반사층이 배치되어 제 1 도전형 반도체층을 향해 발광되는 빛을 반사시킴으로써, 제 1 도전형 반도체층의 광 흡수율을 감소시켜 광 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. In particular, in the light emitting structure of the embodiment, a reflective layer is disposed to reflect light emitted toward the first conductivity-type semiconductor layer, thereby reducing the light absorption rate of the first conductivity-type semiconductor layer, thereby improving light efficiency.
그리고, 실시예의 발광구조물은 활성층에서 발광구조물의 측면으로 빛이 방출될 때, 발광구조물 측면에 각진 형상으로 인하여 광추출 효율도 향상될 수 있다.In addition, in the light emitting structure of the embodiment, when light is emitted from the active layer to the side of the light emitting structure, light extraction efficiency may be improved due to the angled shape on the side of the light emitting structure.
또한, 실시예에 의하면 복수의 양자우물 전반에 걸쳐 홀과 전자 결합시켜 발광효율이 향상된 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.In addition, according to the embodiment, it is possible to provide a light emitting device having improved luminous efficiency, a method of manufacturing a light emitting device, a light emitting device package, and a lighting system by electronically coupling a hole and a hole across a plurality of quantum wells.
또한, 실시예에 의하면 활성층의 품질을 향상시켜 동작전압을 감소시키고 신뢰성 및 재현성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. In addition, according to the embodiment, there is an advantage of improving the quality of the active layer to reduce the operating voltage and improve reliability and reproducibility.
그리고, 실시예에 의하면 양자구속효과의 개선, 발광효율의 개선 및 소자신뢰성 개선할 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.In addition, according to the embodiment, a light emitting device capable of improving quantum confinement effect, improving luminous efficiency, and improving device reliability, a method of manufacturing a light emitting device, a light emitting device package, and a lighting system can be provided.
도 1은 남겨진 GaN층의 두께와 광 효율 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 발광소자의 평면도이고, 도 3은 도 1의 발광소자의 단면도다.
도 4는 제 1 실시예에 따른 발광구조물의 사시도다.
도 5는 제 2 실시예에 따른 발광구조물의 사시도다.
도 6은 제 3 실시예에 따른 발광구조물의 단면도다.
도 7은 제 4 실시예에 따른 발광구조물의 단면도다.
도 8은 제 2 실시예에 따른 발광소자를 나타낸 측 단면도다.
도 9는 제 3 실시예에 따른 발광소자를 나타낸 측 단면도다.
도 10 내지 도 16은 도 2의 발광소자의 제조 과정을 나타낸 도면이다.
도 17은 도 2의 발광소자를 갖는 발광소자 패키지를 나타낸 도면이다.1 is a graph showing the relationship between the thickness of the remaining GaN layer and light efficiency.
2 is a plan view of the light emitting device according to the first embodiment, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the light emitting device of FIG. 1.
4 is a perspective view of a light emitting structure according to the first embodiment.
5 is a perspective view of a light emitting structure according to a second embodiment.
6 is a cross-sectional view of a light emitting structure according to a third embodiment.
7 is a cross-sectional view of a light emitting structure according to a fourth embodiment.
8 is a side cross-sectional view showing a light emitting device according to the second embodiment.
9 is a side cross-sectional view showing a light emitting device according to the third embodiment.
10 to 16 are views illustrating a manufacturing process of the light emitting device of FIG. 2.
17 is a diagram illustrating a light emitting device package having the light emitting device of FIG. 2.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary. In the drawings, parts not related to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
실시예의 설명에 있어서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
In the description of the embodiments, when a part such as a layer, a film, a region, a plate, etc. is said to be "on" another part, this includes not only the case where the other part is "directly above", but also the case where there is another part in the middle. Conversely, when one part is "directly above" another part, it means that there is no other part in the middle.
최근 자외선 파장대역을 방출하는 발광소자에 대한 관심이 높아지고 있다. 그리고 활성층 주위에 배치되는 반도체층들은 일반적으로 GaN을 포함하도록 구성된다. 그런데 GaN의 에너지 밴드 갭은 자외선 파장대역과 대응되어, GaN을 향해 이동하는 자외선 파장대역의 광이 GaN층에서 흡수되는 문제점이 발생한다. Recently, interest in light emitting devices that emit ultraviolet wavelength bands is increasing. In addition, semiconductor layers disposed around the active layer are generally configured to include GaN. However, since the energy band gap of GaN corresponds to the ultraviolet wavelength band, there is a problem that light in the ultraviolet wavelength band moving toward GaN is absorbed by the GaN layer.
도 1은 남겨진 GaN층의 두께와 광 효율 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.1 is a graph showing the relationship between the thickness of the remaining GaN layer and light efficiency.
도 1을 보면 알 수 있듯이, 활성층 부근에 남겨진 GaN의 두께가 증가할수록 광 효율이 급격하게 하락하는 것을 알 수 있다. As can be seen from FIG. 1, it can be seen that the light efficiency sharply decreases as the thickness of GaN remaining in the vicinity of the active layer increases.
이를 방지하기 위하여, 최근 활성층 주위에 배치된 반도체층에서 GaN을 제거하는 방안 등이 제안되었다. 그러나 라드 형상을 갖는 발광구조물에 경우, GaN을 제거하기 어려운 문제점이 있다. In order to prevent this, a method of removing GaN from a semiconductor layer disposed around an active layer has been recently proposed. However, in the case of a light emitting structure having a rod shape, there is a problem in that it is difficult to remove GaN.
실시예는 GaN을 포함하는 라드 구조의 발광구조물에 반사층을 삽입하여 광흡수를 줄임으로써, 광 효율을 향상시킬 수 있는 발광소자를 제안하고자 한다.
The embodiment intends to propose a light emitting device capable of improving light efficiency by reducing light absorption by inserting a reflective layer into a light emitting structure having a rod structure including GaN.
도 2는 제 1 실시예에 따른 발광소자의 평면도이고, 도 3은 도 1의 발광소자의 단면도다.2 is a plan view of the light emitting device according to the first embodiment, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the light emitting device of FIG. 1.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 제 1 실시예에 따른 발광소자(100)는 기판(101), 전도성 반도체층(110), 발광구조물(150), 전극층(170) 및 제 1 및 제 2 전극(181, 183)을 포함한다. 2 to 3, the
기판(101)은 전도성 또는 절연성 재질의 기판일 수 있으며, 또는 투광성 또는 비 투광성 재질의 기판일 수 있다. 기판(101)은 사파이어 기판(Al2O3), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, Ga2O3, GaAs와 같은 군에서 선택될 수 있다. 기판(101)은 발광소자(100)를 지지하기 위한 층으로 사용될 수 있다.The
기판(101) 상에는 II족 내지 VI족 원소의 화합물 반도체층이 배치될 수 있다. 기판(101)과 전도성 반도체층(110) 사이에는 질화물 버퍼층(미도시), 및 언도프드(undoped) 반도체층(미도시) 중 적어도 한 층이 배치될 수 있다. 버퍼층 및 언도프드 반도체층은 III족-V족 원소의 화합물 반도체로 배치될 수 있으며, 버퍼층은 기판(101)과의 격자 상수의 차이를 줄여주게 되며, 언도프드 반도체층은 도핑하지 않는 GaN계 반도체로 배치될 수 있다. A compound semiconductor layer of a group II to group VI element may be disposed on the
전도성 반도체층(110)은 II족 내지 VI족 원소의 화합물 반도체로 배치될 수 있으며, 예컨대 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 전도성 반도체층(110)은 라드(rod) 타입으로 제 1 도전형 반도체층을 형성하기 위한 층으로서, III족-V족 원소의 화합물 반도체 예컨대, GaN으로 형성될 수 있다. 전도성 반도체층(110)은 단층 또는 복수의 층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 전도성 반도체층(110)은 제 1 도전형 도펀트를 포함할 수 있으며, 제 1 도전형 도펀트는 n형 도펀트일 수 있고, 예컨대 Si, Ge, Sn, Se, Te와 같은 도펀트일 수 있다. 전도성 반도체층(110)은 제 1 도전형의 반도체층(115)으로서, 발광구조물(150)에 포함될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.The
전도성 반도체층(110) 상에는 마스크층(103)이 배치되며, 마스크층(103)은 홀(105)을 갖는다. 홀(105)에는 라드 타입의 제 1 도전형 반도체층(115)이 배치된다. 마스크층(103)은 절연 재질로 형성될 수 있으며, 예컨대 SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 홀(105)은 복수개가 서로 이격될 수 있으며, 예컨대 일정한 간격, 불규칙한 간격, 또는 랜덤한 간격으로 배치될 수 있다. 홀(105)은 탑뷰 형상이 원 형상, 타원 형상 또는 다각형 형상으로 형성될 수 있다. A
발광구조물(150)은 제 1 도전형 반도체층(115), 반사층(140), 활성층(120) 및 제 2 도전형 반도체층(130)을 포함한다. 발광구조물(150)은 전도성 반도체층(110)을 더 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.The
도 4는 제 1 실시예에 따른 발광구조물(150)의 사시도다. 4 is a perspective view of a
도 4를 참조하면, 제 1 실시예에 따른 발광구조물(150)은 제 1 도전형 반도체층(115), 반사층(140), 활성층(120) 및 제 2 도전형 반도체층(130)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4, the
제 1 도전형 반도체층(115)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함한다. 제 1 도전형 반도체층(115)은 제 1 도전형 도펀트가 도핑된 III족-V족 원소의 화합물 반도체, 예컨대, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중에서 적어도 하나 이상 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 도전형 반도체층(115)은 수직한 라드 형상으로, GaN을 포함할 수 있다. GaN은 성장 조건에 따라 수직 방향(0001 방향), Facet 방향, 또는 수평 방향 중에서 선택적으로 성장될 수 있으며, 수직한 라드 형상으로 형성될 수 있다. The first conductivity
제 1 도전형 반도체층(115)은 제 1 도전형 도펀트를 포함하며, 에컨대 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제 1 도전형 반도체층(115)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. The first conductivity-
제 1 도전형 반도체층(115)의 라드 형상은, 직경이 5nm <직경 < 2㎛ 범위로 형성될 수 있다. 라드 직경이 2㎛ 이상이 되면 활성층(120)의 면적이 라드 직경에 비례하여 증가되지 않게 되고 활성층(120)이나 제 2 도전형 반도체층(130)의 성장 레이트(rate)가 낮아질 수 있고 양자 효율의 개선도 미미한 문제가 있다. 또한 라드 직경을 5nm 이하로 할 경우 마스크층(103)의 홀(105)을 제조하거나 홀(105)을 통해 성장하는 데 어려움이 있다. The rod shape of the first conductivity-
제 1 도전형 반도체층(115)의 라드 형상은, 높이가 10nm < 높이 < 5㎛ 범위 예컨대, 1㎛ < 높이 < 3㎛ 범위로 제공될 수 있다. 라드의 높이가 5㎛이상인 경우, 캐리어의 주입 거리 및 캐리어의 이동도가 저하되며, 또한 라드 성장에 어려움이 있다. 라드의 높이가 10nm이하인 경우 캐리어의 주입 거리, 캐리어의 이동도 및 발광 면적이 수평 LED 칩과 비교할 때 개선되지 않는 문제가 있다. The rod shape of the first conductivity
제 1 도전형 반도체층(115)은 라드 형상이 도 4와 같이, 다각 기둥 형상일 수 있으며, 예컨대 육각 기둥 형상일 수 있다. 제 1 도전형 반도체층(115)은 하부 너비와 상부 너비가 동일할 수 있으며, 공정 조건에 따라 상부 너비를 하부 너비보다 좁게 하거나, 상부 너비를 하부 너비보다 넓게 제공할 수 있다. 라드 형상인 경우 위로 갈수록 제 1 도전형 반도체층(115) 간의 간격이 더 이격되므로, 인접한 제 1 도전형 반도체층(115) 간의 간섭이 작아질 수 있으며, 라드 형상인 경우 발광 면적이 더 개선될 수 있다.As shown in FIG. 4, the first conductivity
실시예에 따른 라드 형상의 제 1 도전형 반도체층(115)은 복수의 측면 및 상면을 갖고 활성층(120)과 대면하게 되므로, 활성층(120)의 면적을 증대시켜 줄 수 있다. 또한, 전도성 반도체층(110) 상에 라드 형상의 제 1 도전형 반도체층(115)이 배치되므로, 기판(101)으로부터 전달되는 결함 밀도를 줄여줄 수 있다. 이에 따라 활성층(120)의 결정 품질이 개선될 수 있다. Since the first conductivity-
한편, 제 1 도전형 반도체층(115)은 전도성 반도체층(110)과 동일한 재질로 형성될 수 있으며, 예컨대 GaN으로 형성될 수 있다. 제 1 도전형 반도체층(115)은 수직방향 성장이 촉진되어야 하는데, AlGaN 또는 InGaN은 수직방향 형성이 어렵기 때문이다. Meanwhile, the first conductivity
그런데, 전술하였듯이, GaN의 경우 파장대역이 400nm 이하인 광을 흡수하기 때문에, 라드 형상의 발광구조물(150)이 자외선 파장대역의 광을 방출할 때 광 효율이 급격하게 저하될 수 있다. 자외선 파장대역의 광뿐만 아니라 라드 형상의 발광구조물(150)의 경우 제 2 도전형 반도체층(130)측을 향해 이동하는 광자가 외부로 방출될 수 있기 때문에, 광자가 제 1 도전형 반도체층(115)을 통과하는 경우, 광자의 에너지가 감소하여 광 추출 효율이 떨어질 수 있다. However, as described above, since GaN absorbs light having a wavelength band of 400 nm or less, light efficiency may be rapidly deteriorated when the rod-shaped
실시예는 이러한 문제점을 방지하기 위하여, 제 1 도전형 반도체층(115)과 활성층(120) 사이에 반사층(140)을 배치할 수 있다. 구체적으로, 반사층(140)이 제 1 도전형 반도체층(115)을 둘러싸도록 배치할 수 있다. 좀더 구체적으로, 반사층(140)이 제 1 도전형 반도체층(115)을 감싸도록 배치할 수 있다. 즉, 반사층(140)을 제 1 도전형 반도체층(115)의 복수의 측면 및 상면에 배치할 수 있다. 따라서 반사층(140)은 복수의 측면 및 상면을 포함할 수 있으며, 반사층(140)의 복수의 측면 및 상면은 제 1 도전형 반도체층(115)의 복수의 측면 및 상면에 각각 대면할 수 있다. In the embodiment, in order to prevent such a problem, a
그리고 실시예에서 반사층(140)의 표면적은 제 1 도전형 반도체층(115)의 표면적보다 넓게 배치될 수 있다. 반사층(140)은 활성층(120)과 제 1 도전형 반도체층(115) 사이에 배치될 수 있다. 구체적으로, 반사층(140)은 제 1 도전형 반도체층(115)의 외측면과 활성층(120)의 내측면 사이와, 제 1 도전형 반도체층(115)의 상면과 활성층(120)의 하면 사이에 각각 배치될 수 있다. In addition, in the embodiment, the surface area of the
이러한 반사층(140)은 서로 다른 굴절률을 갖는 복수의 반도체층(예컨대, 두개의 층)인 분산형 브래그 반사층(Distributed Bragg Reflector: DBR)을 포함할 수 있다. DBR은 서로 다른 굴절률을 가지고 있어, 활성층(120)에서 발광하여 제 1 도전형 반도체층(115)을 향하는 빛을 반사할 수 있다. The
구체적으로 실시예에서, 반사층(140)은 AlaInbGa1-a-bN(0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤a+b≤1)으로 형성된 제 1 반도체층 및 AlcIndGa1-c-dN(0≤c≤1, 0≤d≤1, 0≤c+dy≤1)으로 형성된 제 2 반도체층을 포함할 수 있다. Specifically, in an embodiment, the
실시예에서, 이러한 제 1 반도체층과 제 2 반도체층의 에너지 밴드 갭 차이는 0.5eV~1.5eV 사이일 수 있다. 좀더 구체적으로, 제 1 반도체층과 제 2 반도체층의 에너지 밴드 갭 차이는 0.7eV~1eV일 수 있다. 에너지 밴드 갭 차이가 0.5eV 미만인 경우, 반사층(140)의 반사율이 떨어질 수 있으며, 에너지 밴드 갭 차이가 1.5eV 초과인 경우, 제 1 반도체층과 제 2 반도체층의 급격한 조성차이로 결정품질이 떨어질 수 있다. In an embodiment, the energy band gap difference between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer may be between 0.5 eV and 1.5 eV. More specifically, the energy band gap difference between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer may be 0.7 eV to 1 eV. When the energy band gap difference is less than 0.5 eV, the reflectance of the
실시예에서, 반사층(140)을 이루는 제 1 반도체층과 제 2 반도체층의 각각의 두께는 20nm~80nm 사이일 수 있다. 각 반도체층의 두께가 20nm 미만일 경우, 반사층(140)의 반사율이 떨어질 수 있고, 각 반도체층의 두께가 80nm를 초과할 경우, 반도체층 품질이 떨어질 수 있다.In an embodiment, the thickness of each of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer constituting the
또한, 실시예에서 반사층(140)의 전체 두께는 1um~3um 사이일 수 있다. 반사층(140)의 두께가 1um 미만일 경우, 반사층(140)의 반사율이 떨어질 수 있고, 반사층(140)의 두께가 3um를 초과할 경우, 반도체층 품질이 떨어질 수 있다.In addition, in the embodiment, the total thickness of the
그리고 실시예에서 반사층(140)을 이루는 반도체층들은 모두 제 1 도전형 도펀트를 포함할 수 있다. 제 1 도전형 도펀트는 n형 도펀트일 수 있으며, 예컨대 Si, Ge, Sn, Se, Te와 같은 도펀트일 수 있다. 이러한 반사층(140)은 제 1 도전형 반도체층(115)에서 발생된 캐리어를 활성층(120)으로 통과시킬 수 있으며, 반사층(140) 자체에서 발생된 캐리어를 활성층(120)으로 주입할 수 있어, 발광효율을 향상시킬 수 있다. In addition, in the embodiment, all of the semiconductor layers constituting the
이러한 실시예의 반사층(140)은 활성층(120)에서 제 1 도전형 반도체층(115)을 향해 발광된 빛을 반사시켜 광 효율을 향상시킬 수 있다. 특히 반사층(140)은 400nm 이하의 파장대역의 빛을 발광하는 발광소자(100)에서 제 1 도전형 반도체층(115)의 광 흡수율을 급격하게 감소시킬 수 있으므로, 그 효과가 탁월할 수 있다. The
다른 실시예에서, DBR은 서로 다른 유전체 층이 교대로 증착될 수 있으며, 예컨대 각각 Si, Zr, Ta, Ti 및 Al로 구성된 그룹으로부터 선택된 원소의 산화물 또는 질화물일 수 있으며, 구체적으로, SiO2층과 Si3N4층일 수 있다. 반사층(140)은 서로 다른 유전체층이 수직 방향으로 적층되어, 인접한 발광구조물(150)의 측면으로부터 방출된 광을 반사시켜 줄 수 있다. 수직 방향은 라드의 배열 방향에 평행한 방향이거나 기판(101)의 상면에 대해 수직한 방향이 될 수 있다.In another embodiment, the DBR may be alternately deposited different dielectric layers, for example, each may be an oxide or nitride of an element selected from the group consisting of Si, Zr, Ta, Ti and Al, specifically, SiO 2 layer And Si 3 N 4 layers. The
또 다른 실시예에서, 반사층(140)은 DBR 층이 아닌 무지향성 반사(omni-directional reflector: ODR)층을 채용할 수 있다. ODR층은 발광구조물(150)의 측면에 금속 반사층(미도시)이 배치되고, 금속 반사층 사이에 유전체 층(미도시)이 배치될 수 있다. 즉, ODR층은 수직 방향으로 금속 반사층/유전체층/금속 반사층의 적층 구조로 형성될 수 있다. 금속 반사층은 Ag 또는 Al일 수 있으며, 유전체층은 SiO2, Si3N4과 같은 물질일 수 있다. 수직 방향은 라드의 배열 방향에 평행한 방향이거나 기판(101)의 상면에 대해 수직한 방향이 될 수 있다.
In another embodiment, the
한편, 이러한 반사층(140) 상에는 활성층(120)이 배치될 수 있다. 구체적으로 활성층(120)은 반사층(140)을 감싸도록 배치될 수 있다. 활성층(120)은 반사층(140)의 복수의 측면 및 상면에 배치될 수 있다. 활성층(120)은 복수의 측면 및 상면을 포함하며, 복수의 측면 및 상면은 반사층(140)의 측면 및 상면에 각각 대면할 수 있다. Meanwhile, the
활성층(120)은 단일 양자 우물, 다중 양자 우물(MQW), 양자 선(quantum wire) 구조 또는 양자 점(quantum dot) 구조를 선택적으로 포함한다. 활성층(120)은 우물층과 장벽층의 주기를 포함한다. 우물층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함하며, 장벽층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함할 수 있다. 우물층/장벽층의 주기는 예컨대, InGaN/GaN, InGaN/AlGaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/InAlGaN, AlGaAs/GaAs, InGaAs/GaAs, InGaP/GaP, AlInGaP/InGaP, InP/GaAs의 페어로 구현될 수 있다. 우물층/장벽층의 주기는 2주기 이상으로 형성될 수 있으며, 장벽층은 우물층의 밴드 갭보다 넓은 밴드 갭을 가지는 반도체 물질로 형성될 수 있다. 활성층(120)은 가시 광선부터 자외선까지의 파장 범위 내에서 선택적으로 발광할 수 있으며, 예컨대 가시광선의 피크 파장을 갖는 광 또는 청색 피크 파장의 광을 발광할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 실시예에서, 활성층(120)은 자외선 파장 범위 내의 광을 방출하는 것으로 설명하나, 이에 대해 한정하지 않는다. The
활성층(120)과 제 2 도전형 반도체층(130) 사이에는 전자 차단층(미도시)이 형성될 수 있다. 전자 차단층은 GaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 활성층(120)의 밴드 갭 이상의 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다. An electron blocking layer (not shown) may be formed between the
제 2도전형 반도체층은 활성층(120)을 감싸게 배치된다. 제 2 도전형 반도체층(130)은 복수의 측면 및 상면을 포함하며, 복수의 측면 및 상면은 활성층(120)의 측면 및 상면과 대면할 수 있다. The second conductive semiconductor layer is disposed to surround the
제 2 도전형 반도체층(130)은 제 2 도전형 도펀트가 도핑된 반도체 예컨대, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함한다. 제 2 도전형 반도체층(130)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP와 같은 화합물 반도체 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 활성층(120)이 자외선 파장대역의 빛을 발광하는 경우, 제 2 도전형 반도체층(130)은 AlGaN을 포함하도록 구성될 수 있다. 그리고 제 2 도전형 반도체층(130)은 p형 반도체층일 수 있고, 제 2 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba을 포함할 수 있다. The second conductivity
실시예의 라드 형상의 발광구조물(150)은 반사층(140)과 제 2 도전형 반도체층(130)이 복수의 측면 및 상면을 갖고 활성층(120)과 대면하게 되므로, 활성층(120)의 면적을 증대시킬 수 있어, 발광효율이 향상될 수 있다. 또한, 전도성 반도체층(110) 상에 라드 형상의 제 1 도전형 반도체층(115)이 배치되므로, 기판(101)으로부터 전달되는 결함 밀도를 줄여줄 수 있다. 이에 따라 활성층(120)의 결정 품질이 개선될 수 있다. In the rod-shaped light-emitting
또한 실시예의 반사층(140)은 활성층(120)에서 제 1 도전형 반도체층(115)을 향해 발광된 빛을 반사시켜 광 효율을 향상시킬 수 있다. 특히 반사층(140)은 자외선 파장대역의 빛을 발광하는 발광소자(100)에서 제 1 도전형 반도체층(115)의 광 흡수를 방지할 수 있으므로, 그 효과가 탁월할 수 있다.
In addition, the
도 5는 제 2 실시예에 따른 발광구조물(150)의 사시도이며, 도 6은 제 3 실시예에 따른 발광구조물(150)의 단면도이고, 도 7은 제 4 실시예에 따른 발광구조물(150)의 단면도다. 5 is a perspective view of a
제 2 내지 제 4 실시예는 제 1 실시예의 발광구조물(150)의 형상을 변형한 것으로, 유사한 구성에는 동일한 도면부호를 부여하며, 중복되는 설명은 생략하기로 한다. In the second to fourth embodiments, the shape of the
도 5를 참조하면, 제 2 실시예의 발광구조물(151)의 제 1 도전형 반도체층(115A)은 라드 형상이 육각 기둥 이상 예컨대, 12각형 기둥 형상일 수 있다. 이러한 제 1 도전형 반도체층(115A)의 외 형상에 의해, 이를 감싸는 반사층(141), 활성층(121) 및 제 2 도전형 반도체층(131)의 외 형상은 12각형 기둥 형상일 수 있다. 이에 따라 활성층(121)의 면적은 증가될 수 있으며, 광 추출 효율은 개선될 수 있다. 다른 예로서, 제 1 도전형 반도체층(115A)은 육각 또는 12각 기둥을 제외한 다각 기둥 형상 예컨대, 삼각 기둥 또는 그 이상의 다각 기둥 형상으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
Referring to FIG. 5, the first
도 6을 참조하면, 제 3 실시예에 따른 발광구조물(152)은 수평형 구조의 라드 형상일 수 있다. 이때 수평형 구조의 라드 형상이란 제 1 도전형 반도체층(115B), 반사층(142), 활성층(122) 및 제 2 도전형 반도체층(132)이 수직방향으로 차례대로 적층된 구조를 의미한다.Referring to FIG. 6, the
구체적으로, 제 3 실시예에 따른 발광구조물(152)은 삼각 기둥 형상을 가질 수 있으며, 삼각 기둥의 일 측면이 전도성 반도체층(110) 상에 배치되는 구조일 수 있다. 따라서, 삼각 기둥 형상의 발광구조물(152)의 측단면은 삼각 형상일 수 있다. Specifically, the
좀더 구체적으로, 측단면도에서 제 1 도전형 반도체층(115B)은 전도성 반도체층(110)에서 삼각형으로 돌출된 형상일 수 있다. 그리고, 반사층(142)은 제 1 도전형 반도체층(115B)의 상면과 제 1 도전형 반도체층(115B)이 형성되지 않은 전도성 반도체층(110)의 상면을 덮도록 배치될 수 있다. 다른 측면에서 설명하면, 반사층(142)은 제 1 도전형 반도체층(115B) 및 전도성 반도체층(110)과 활성층(122) 사이에 배치될 수 있다. More specifically, in the side cross-sectional view, the first conductivity-
이러한 반사층(142)은 활성층(122)에서 제 1 도전형 반도체층(115B)과 전도성 반도체층(110)으로 방출된 빛을 반사시켜 광 효율을 향상시킬 수 있다. The
그리고 반사층(142) 상에는 활성층(122)이 배치될 수 있고, 활성층(122) 상에는 제 2 도전형 반도체층(132)이 배치될 수 있다.
In addition, the
도 7을 참조하면, 제 4 실시예에 따른 발광구조물(153)은 수평형 구조의 라드 형상일 수 있다. 이때 수평형 구조의 라드 형상이란 수직방향으로 제 1 도전형 반도체층(115C), 반사층(143), 활성층(123) 및 제 2 도전형 반도체층(133)이 차례대로 적층된 구조를 의미한다.Referring to FIG. 7, the
구체적으로, 제 4 실시예에 따른 발광구조물(153)은 사각 기둥 형상을 가질 수 있으며, 사각 기둥의 일 측면이 전도성 반도체층(110) 상에 배치되는 구조일 수 있다. 따라서, 사각 기둥 형상의 발광구조물(153)의 측단면은 사각 형상일 수 있다. Specifically, the
좀더 구체적으로, 측단면도에서 제 1 도전형 반도체층(115C)은 전도성 반도체층(110)에서 사각형으로 돌출된 형상일 수 있다. 그리고, 반사층(143)은 제 1 도전형 반도체층(115C)의 상면과 제 1 도전형 반도체층(115C)이 형성되지 않은 전도성 반도체층(110)의 상면을 덮도록 배치될 수 있다. 다른 측면에서 설명하면, 반사층(143)은 제 1 도전형 반도체층(115C) 및 전도성 반도체층(110)과 활성층(123) 사이에 배치될 수 있다. More specifically, in the side cross-sectional view, the first conductivity-type semiconductor layer 115C may have a shape protruding from the
이러한 반사층(143)은 활성층(123)에서 제 1 도전형 반도체층(115C)과 전도성 반도체층(110)으로 방출된 빛을 반사시켜 광 효율을 향상시킬 수 있다. The
그리고 반사층(143) 상에는 활성층(123)이 배치될 수 있고, 활성층(123) 상에는 제 2 도전형 반도체층(133)이 배치될 수 있다.
In addition, the
한편, 복수의 발광구조물(150) 사이의 영역에는 절연층(160)이 배치될 수 있다. 절연층(160)은 복수의 발광구조물(150) 사이에 배치되고 마스크층(103)에 접촉될 수 있다. 절연층(160)은 제 2 도전형 반도체층(130)의 둘레에 접촉될 수 있다. 실시예에서, 절연층(160)은 SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Meanwhile, an insulating
그리고 도 2와 같이, 전극층(170)은 라드 형상의 발광구조물(150) 상에 배치될 수 있다. 전극층(170)은 복수의 라드 형상의 발광구조물(150)을 커버할 수 있다. 전극층(170)은 제 2 도전형 반도체층(130)의 상면에 배치될 수 있다. 전극층(170)은 돌출부를 포함할 수 있으며, 돌출부는 복수의 발광구조물(150) 사이의 영역을 통해 절연층(160) 상에 배치될 수 있다. 전극층(170)은 제 2 도전형 반도체층(130)의 상면에 접촉될 수 있고, 돌출부는 제 2 도전형 반도체층(130)의 측면에 접촉될 수 있다. 이에 따라 전극층(170)은 제 2 도전형 반도체층(130)으로 전원을 공급할 수 있다. In addition, as shown in FIG. 2, the
실시예에서, 전극층(170)은 투광성 물질 또는 금속 물질 중에서 선택될 수 있으며, 예컨대 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이러한 재료로 한정하지는 않는다. 전극층(170)은 광을 투과하는 물질이 아닌, 광을 반사하는 금속으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. In an embodiment, the
실시예에서, 제 1 전극(181)은 전도성 반도체층(110) 및 제 1 도전형 반도체층(115) 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되거나 접촉될 수 있다. 제 1 전극(181)은 예컨대 전도성 반도체층(110)의 접촉부(112) 상에 배치될 수 있다. 전도성 반도체층(110)의 접촉부(112)는 다른 영역보다 돌출될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 다른 예로서, 접촉부(112)는 돌출되지 않을 수 있다. 제 1 전극(181)은 전극 패드를 포함하며, 소정의 패턴으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 제 1 전극(181)은 전류 확산을 위해 암(arm) 구조로 분기될 수 있다. 제 1 전극(181)은 금속 예컨대, Ti, Al, In, Ta, Pd, Co, Ni, Si, Ge, Ag 및 Au 중에서 단일 금속 또는 합금을 포함하며, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.In an embodiment, the
실시예에서, 제 2 전극(183)은 전극층(170) 및 제 2 도전형 반도체층(130) 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되거나 접촉될 수 있다. 제 2 전극(183)은 전극층(170) 위에 배치될 수 있다. 제 2 전극(183)은 전극 패드를 포함하며, 소정의 패턴으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 제 2 전극(183)은 전류 공급을 위해 암(arm) 구조로 분기될 수 있다. 제 2 전극(183)은 금속 예컨대, Ti, Al, In, Ta, Pd, Co, Ni, Si, Ge, Ag 및 Au 중에서 단일 금속 또는 합금을 포함하며, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.In an embodiment, the
실시예는 라드 형상의 제 1 도전형 반도체층(115)/반사층(140)/활성층(120)/제 2 도전형 반도체층(130)을 포함하는 발광구조물(150)에 의해 발광 면적 및 발광효율이 향상될 수 있다. 그리고 실시예의 라드 형상의 발광구조물(150)은 반사층(140)으로 제 1 도전형 반도체층(115)의 광 흡수를 막아 광 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 기판(101)으로부터 전파되는 결함 밀도를 차단할 수 있어, 활성층(120)의 결정 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있으며 내부 양자 효율도 개선시켜 줄 수 있다. 또한 발광구조물(150)의 측면 및 상면을 통해 광이 방출될 때, 발광구조물(150)의 각진 형상으로 인하여 광 추출 효율도 향상될 수 있다.The embodiment is a light emitting area and luminous efficiency by the
다른 실시예로서, 발광구조물(150)은 제 1 도전형 반도체층(115)이 p형 반도체층이고, 제 2 도전형 반도체층(130)이 n형 반도체층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
As another embodiment, in the
도 8은 제 2 실시예에 따른 발광소자(101)를 나타낸 측 단면도다.8 is a side cross-sectional view showing the
제 2 실시예의 설명에 있어서, 상기에 개시된 실시예의 구성과 동일한 구성은 상기에 개시된 실시예의 설명을 참조하기로 한다.In the description of the second embodiment, the same configuration as that of the embodiment disclosed above will be referred to the description of the embodiment disclosed above.
도 8을 참조하면, 제 2 실시예에 따른 발광소자(101)는 기판(101), 전도성 반도체층(110), 발광구조물(150), 전극층(170), 절연층(160) 및 제 1 및 제 2 전극(181, 183)을 포함한다.Referring to FIG. 8, the
전도성 반도체층(110)과 발광구조물(150) 사이에 배치된 마스크층(도 2의 103)은 제거될 수 있다. 이에 따라 인접한 발광구조물(150)의 반사층(140), 활성층(120) 및 제 2 도전형 반도체층(130)은 서로 연결될 수 있다. 각 발광구조물(150)의 반사층(140)의 내측 연장부(140A)는 절연층(160)과 전도성 반도체층(110) 사이로 연장되어, 인접한 반사층(140) 간을 연결해 준다. 또한 반사층(140)의 외측 연장부(140B)는 절연층(160)의 내 측면에 접촉될 수 있다. 반사층(140)의 내측 및 외측 연장부(140A, 140B)는 수평 방향으로 연장될 수 있다.The mask layer (103 in FIG. 2) disposed between the
반사층(140)의 연장부(140A) 상에는 활성층(120)의 연장부(120A)가 배치된다. 활성층(120)의 연장부(120A)는 수평 방향으로 연장되고, 다른 발광구조물(150)의 활성층(120)과 연결되거나, 반사층(140)의 외측 연장부(140A) 상에 배치될 수 있다. The
그리고 활성층(120)의 연장부(120A) 상에는 제 2 도전형 반도체층(130)의 연장부(130A)가 배치된다. 제 2 도전형 반도체층(130)의 연장부(130A)는 수평 방향으로 연장되고, 다른 발광구조물(150)의 제 2 도전형 반도체층(130)과 연결되거나, 반사층(140)의 외측 연장부(140B) 상에 배치될 수 있다. In addition, an
반사층(140)의 연장부(140A, 140B), 활성층(120)의 연장부(120A, 120B) 및 제 2 도전형 반도체층(130)의 연장부(130A)는 라드 형상의 제 1 도전형 반도체층(115)을 형성한 후, 마스크층(103)을 제거한 영역 상에 연장되어 형성될 수 있다. The
제 2 도전형 반도체층(130)의 연장부(130A)와 전극층(170) 사이에는 절연층(160)이 배치될 수 있다. 절연층(160)의 일부는 발광구조물(150) 중 최 외곽에 배치된 발광구조물(150)의 측면에 배치되어, 반사층(140)의 외측 연장부(140B), 활성층(120)의 외측 연장부(120B) 및 전도성 반도체층(110)에 접촉될 수 있다. 이러한 활성층(120) 및 제 2 도전형 반도체층(130)의 연장부가 추가 배치되므로, 활성층(120) 및 제 2 도전형 반도체층(130)의 전체 표면적은 증가될 있으며, 발광 면적도 더 증가될 수 있다.
An insulating
도 9는 제 3 실시예에 따른 발광소자(102)를 나타낸 측 단면도이다. 제 3 실시예의 설명에 있어서, 상기에 개시된 실시예의 구성과 동일한 구성은 상기에 개시된 실시예의 설명을 참조하기로 한다.9 is a side cross-sectional view showing the
도 9를 참조하면, 발광소자(102)는 전도성 반도체층(110), 라드 형상의 발광구조물(150), 전극층(170), 절연층(160), 제 1 전극(181A) 및 제 2 전극(183)을 포함한다.9, the
제 1 전극(181A)은 전도성 반도체층(110)의 아래에 배치되며, 다수의 전도층을 포함한다. 제 1 전극(181A)은 접촉층(185), 제 2 반사층(186), 접합층(187) 및 전도성 지지부재(188)를 포함한다.The
접촉층(185)은 전도성 반도체층(110)의 아래에 배치된다. 접촉층(185)은 전도성 물질 예컨대, 전도성 반도체층(110)과 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 접촉층(185)은 전도성 반도체층(110)과 오믹 접촉될 수 있다. 접촉층(185)은 투광성 전도 물질 또는 금속 물질 중에서 선택될 수 있으며, 예컨대 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이러한 재료로 한정하지는 않는다. The
제 2 반사층(186)은 접촉층(185)의 아래에 배치되어, 입사되는 광을 반사시켜 주게 된다. 제 2 반사층(186)은 금속 예컨대, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 구성된 물질 중에서 형성될 수 있으며, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. The second
제 2 반사층(186) 아래에는 접합층(187)이 배치되며, 접합층(187)은 금속 재질 예컨대, Au, Sn, Nb, Pb, In, Mo 중에서 적어도 하나를 포함하고, 단층 또는 서로 다른 물질로 다층으로 형성될 수 있다. 접합층(187)은 제 2 반사층(186)과 전도성 지지부재(188) 사이를 접합시켜 주게 된다. The
전도성 지지부재(188)는 접합층(187)의 아래에 형성될 수 있다. 전도성 지지부재(188)는 예를 들어, Ti, Cr, Ni, Al, Pt, Au, W, Cu, Mo, Cu-W 중 적어도 하나의 금속 또는 둘 이상의 합금으로 형성되거나, 또는 불순물이 주입된 반도체 기판(예: Si, Ge, GaN, GaAs, ZnO, SiC, SiGe 등)로 형성될 수 있다. 전도성 지지부재(188)는 다층 구조의 금속층이거나 탄소를 포함하는 층일 수 있다.The
제 2 전극(183)은 전극층(170) 상에 배치될 수 있다. 제 1 전극(181A)과 제 2 전극(183)은 서로 반대측 방향에 배치될 수 있다. 이러한 발광소자(102)는 제 2 반사층(186)에 의해 대부분의 광이 수직 상 방향으로 반사될 수 있다.
The
도 10 내지 도 16은 도 2의 발광소자(100)의 제조 과정을 나타낸 도면이다. 10 to 16 are views showing a manufacturing process of the
도 10 및 도 11을 참조하면, 기판(101) 상에는 성장 장비에 의해 전도성 반도체층(110)이 형성될 수 있다. 기판(101)은 절연성 또는 전도성 기판일 수 있다. 기판(101)은 예를 들어, 사파이어 기판(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 10 and 11, a
기판(101) 위에 성장된 반도체층은 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 Epitaxial), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxial) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. The semiconductor layer grown on the
전도성 반도체층(110)은 기판(101) 상에 II족 내지 VI족 원소의 화합물 반도체로 형성될 수 있으며, 예컨대 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 전도성 반도체층(110)과 기판(101) 사이에는 미도시된 버퍼층 및 언도프드 반도체층 중 적어도 하나가 형성될 수 있다.The
전도성 반도체층(110) 상에는 마스크층(103)이 형성되고, 마스크층(103)에는 복수의 홀(105)이 형성될 수 있다. 마스크층(103)은 SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3 중 적어도 하나의 재질로 증착되며, 홀(105)은 포토리소그라피(photolithography) 공정에 의해 소정의 영역에 형성될 수 있다. A
홀(105) 상에는 제 1 도전형 반도체층(115)이 성장된다. 제 1 도전형 반도체층(115)은 라드 형상으로 수직 성장 모드로 성장될 수 있다. 전도성 반도체층(110) 및 제 1 도전형 반도체층(115)은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제 1 도전형 반도체층(115)은 수직 성장을 위해 GaN 재질로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. A first conductivity
라드 형상의 제 1 도전형 반도체층(115)은 홀(105) 위에 배치되며, 복수개가 서로 이격된다. 라드 형상은 다각 기둥 형상 예컨대, 육각 기둥 또는 12각 기둥이거나, 다른 기둥 형상일 수 있다. 여기서, 전도성 반도체층(110)의 일부 영역 예컨대, 접촉부(112) 상에는 마스크층(104)을 더 배치하여, 전도성 반도체층(110)의 접촉부(112)의 두께를 조절할 수 있다. 전도성 반도체층(110)의 접촉부(112)는 형성하지 않을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.The first conductivity-
도 12를 참조하면, 라드 형상의 제 1 도전형 반도체층(115)의 표면에는 반사층(140)이 형성되며, 반사층(140)은 제 1 도전형 반도체층(115)을 감싸게 된다. 반사층(140)은 제 1 도전형 반도체층(115)의 측면 및 상면에 배치된다. 반사층(140)은 마스크층(103)의 상면에 접촉될 수 있다. Referring to FIG. 12, a
다음으로, 도 13과 같이, 반사층(140)의 표면에는 활성층(120)이 형성된다.Next, as shown in FIG. 13, an
활성층(120)은 우물층과 장벽층의 주기를 포함한다. 우물층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함하며, 장벽층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함할 수 있다. 우물층/장벽층의 주기는 예컨대, InGaN/GaN, InGaN/AlGaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/InAlGaN, AlGaAs/GaAs, InGaAs/GaAs, InGaP/GaP, AlInGaP/InGaP, InP/GaAs의 페어로 구현될 수 있다. 우물층/장벽층의 주기는 2주기 이상으로 형성될 수 있으며, 장벽층은 우물층의 밴드 갭보다 넓은 밴드 갭을 가지는 반도체 물질로 형성될 수 있다. 활성층(120)은 가시 광선부터 자외선까지의 파장 범위 내에서 선택적으로 발광할 수 있으며, 예컨대 가시광선을 갖는 피크 파장 또는 청색 피크 파장을 발광할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.The
이후 도 14와 같이, 활성층(120)의 표면에는 제 2 도전형 반도체층(130)이 형성된다. 제 2 도전형 반도체층(130)은 II족 내지 VI족 원소의 화합물 반도체로 형성될 수 있으며, 예컨대 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. Thereafter, as shown in FIG. 14, a second conductivity
도 14와 15를 참조하면, 라드 형상의 발광구조물(150)사이의 영역(A1)은 마스크층(103)의 상면이 노출된다. 이러한 영역(A1)에는 절연층(160)이 증착되며, 절연층(160)과 제 2 도전형 반도체층(130) 상에는 전극층(170)이 증착된다. 여기서, 전극층(170)의 돌출부는 영역(A1)으로 연장되어, 절연층(160) 및 제 2 도전형 반도체층(130)의 측면에 접촉될 수 있다. 전극층(170)은 투명한 재질 또는 반사성 재질로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 전도성 반도체층(110)의 접촉부(112) 상에 배치된 마스크층(104)은 제거된다.14 and 15, the upper surface of the
도 15와 16을 참조하면, 전도성 반도체층(110)의 접촉부(112) 상에는 제 1 전극(181)이 배치되며, 전극층(170) 상에는 제 2 전극(183)이 배치된다. 이에 따라 도 2와 같은 발광소자(100)를 제공할 수 있다.
15 and 16, a
도 17은 도 2의 발광소자(100)를 갖는 발광소자(100) 패키지를 나타낸 도면이다. 17 is a diagram illustrating a package of a
도 17을 참조하면, 발광소자(100) 패키지(200)는 몸체(210)와, 몸체(210)에 적어도 일부가 배치된 제 1 리드전극(211) 및 제 2 리드전극(212)과, 몸체(210) 상에 제 1 리드전극(211) 및 제 2 리드전극(212)과 전기적으로 연결되는 발광소자(100)와, 몸체(210) 상에 발광소자(100)를 포위하는 몰딩부재(220)를 포함한다.Referring to FIG. 17, the
몸체(210)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있다. 몸체(210)는 위에서 볼 때 내부에 캐비티(cavity) 및 그 둘레에 경사면을 갖는 반사부(215)를 포함한다. The
제 1 리드전극(211) 및 제 2 리드전극(212)은 서로 전기적으로 분리되며, 몸체(210) 내부를 관통하도록 형성될 수 있다. 즉, 제 1 리드전극(211) 및 제 2 리드전극(212)은 일부는 캐비티 내부에 배치되고, 다른 부분은 몸체(210)의 외부에 배치될 수 있다. The first
제 1 리드전극(211) 및 제 2 리드전극(212)은 발광소자(100)에 전원을 공급하고, 발광소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 발광소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 기능을 할 수도 있다.The first
발광소자(100)는 몸체(210) 상에 설치되거나 제 1 리드전극(211) 또는/및 제 2 리드전극(212) 상에 설치될 수 있다. 발광소자(100)에 연결된 와이어(216)는 제 1 리드전극(211) 및 제 2 리드전극(212)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. The
몰딩 부재(220)는 발광소자(100)를 포위하여 발광소자(100)를 보호할 수 있다. 또한, 몰딩부재(220)에는 형광체가 포함되고, 이러한 형광체에 의해 발광소자(100)에서 방출된 광의 파장이 변화될 수 있다. The
실시예에 따른 발광소자(100) 또는 발광소자(100) 패키지는 라이트 유닛에 적용될 수 있다. 라이트 유닛은 복수의 발광소자(100) 또는 발광소자(100) 패키지가 어레이된 구조를 포함하며, 조명등, 신호등, 차량 전조등, 전광판 등이 포함될 수 있다.
The
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 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 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Features, structures, effects, and the like described in the embodiments above are included in at least one embodiment, and are not necessarily limited to only one embodiment. Furthermore, the features, structures, effects, and the like illustrated in each embodiment may be combined or modified for other embodiments by a person having ordinary knowledge in the field to which the embodiments belong. Therefore, contents related to such combinations and modifications should be construed as being included in the scope of the embodiments.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the embodiments have been described above, these are only examples and are not intended to limit the embodiments, and those of ordinary skill in the field to which the embodiments belong are not departing from the essential characteristics of the present embodiment. It will be seen that branch transformation and application are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be modified and implemented. And differences related to these modifications and applications should be construed as being included in the scope of the embodiments set in the appended claims.
Claims (16)
상기 전도성 반도체층 상에 서로 이격되어 배치되며 복수의 라드 형상을 갖는 제 1 도전형 반도체층;
상기 제 1 도전형 반도체층의 복수의 측면 및 상면을 감싸도록 배치된 반사층;
상기 반사층을 감싸도록 배치된 활성층;
상기 활성층을 감싸도록 배치된 제 2 도전형 반도체층;
상기 제 2 도전형 반도체층 상에 배치되는 전극층; 및
상기 제 2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 절연층을 포함하고,
상기 제 1 도전형 반도체층은 n형 도펀트를 포함하고,
상기 제 2 도전형 반도체층은 p형 도펀트를 포함하고,
상기 반사층은 상기 제 1 도전형 반도체층의 복수의 측면 및 상면과 각각 대면하는 복수의 측면 및 상면을 포함하고,
상기 반사층의 표면적은 상기 제 1 도전형 반도체층의 표면적보다 넓고,
상기 반사층의 두께는 1㎛ 내지 3㎛이고,
상기 반사층은 서로 다른 굴절률을 갖는 복수의 반도체층을 포함하는 분산형 브래그 반사층(Distributed Bragg Reflector; DBR)을 포함하고,
상기 분산형 브래그 반사층은,
제 1 반도체층; 및
상기 제 1 반도체층과 에너지 밴드갭 차이가 0.5eV 내지 1.5eV인 제 2 반도체층을 포함하고,
상기 제 1 및 제 2 반도체층은 상기 n형 도펀트를 포함하고,
상기 제 1 및 제 2 반도체층 각각의 두께는 20nm 내지 80nm이고,
상기 활성층은 상기 반사층의 복수의 측면 및 상면과 각각 대면하는 복수의 측면 및 상면을 포함하고,
상기 활성층, 상기 제 2 도전형 반도체층, 상기 반사층은 상기 절연층과 상기 전도성 반도체층 사이로 연장된 연장부를 포함하며,
상기 반사층의 연장부 상에는 상기 활성층의 연장부가 배치되고 상기 활성층의 연장부 상에는 상기 제 2 도전형 반도체층의 연장부가 배치되며,
상기 제 2 도전형 반도체층의 연장부와 상기 전극층 사이에는 상기 절연층이 배치되고,
상기 절연층의 최상면은 상기 제 1 도전형 반도체층의 최상면 및 상기 반사층의 상면보다 하부에 배치되는 발광소자.A conductive semiconductor layer;
A first conductive type semiconductor layer disposed to be spaced apart from each other on the conductive semiconductor layer and having a plurality of rod shapes;
A reflective layer disposed to surround a plurality of side surfaces and upper surfaces of the first conductivity type semiconductor layer;
An active layer disposed to surround the reflective layer;
A second conductivity type semiconductor layer disposed to surround the active layer;
An electrode layer disposed on the second conductivity type semiconductor layer; And
Including an insulating layer disposed between the second conductivity type semiconductor layer,
The first conductivity-type semiconductor layer includes an n-type dopant,
The second conductivity-type semiconductor layer includes a p-type dopant,
The reflective layer includes a plurality of side surfaces and an upper surface respectively facing a plurality of side surfaces and an upper surface of the first conductivity type semiconductor layer,
The surface area of the reflective layer is larger than the surface area of the first conductivity-type semiconductor layer,
The thickness of the reflective layer is 1 μm to 3 μm,
The reflective layer includes a Distributed Bragg Reflector (DBR) including a plurality of semiconductor layers having different refractive indices,
The distributed Bragg reflective layer,
A first semiconductor layer; And
And a second semiconductor layer having an energy band gap difference of 0.5 eV to 1.5 eV from the first semiconductor layer,
The first and second semiconductor layers include the n-type dopant,
Each of the first and second semiconductor layers have a thickness of 20 nm to 80 nm,
The active layer includes a plurality of side surfaces and an upper surface respectively facing a plurality of side surfaces and an upper surface of the reflective layer,
The active layer, the second conductive semiconductor layer, and the reflective layer include an extension part extending between the insulating layer and the conductive semiconductor layer,
An extended portion of the active layer is disposed on the extended portion of the reflective layer, and an extended portion of the second conductive type semiconductor layer is disposed on the extended portion of the active layer,
The insulating layer is disposed between the extended portion of the second conductivity type semiconductor layer and the electrode layer,
The uppermost surface of the insulating layer is a light emitting device disposed below the uppermost surface of the first conductive semiconductor layer and the upper surface of the reflective layer.
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