KR102471685B1 - Light emitting device and lighting apparatus - Google Patents
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Abstract
실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명장치에 관한 것이다.
실시예는 제1 도전형 반도체층과, 양자우물과 양자벽을 포함하여 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되는 활성층 및 상기 활성층 상에 배치되는 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다. 상기 양자우물은 상기 제1 도전형 반도체층 상에 제1 양자우물과, 상기 제1 양자우물 상에 제2 양자우물을 포함할 수 있다. 상기 제2 양자우물의 인듐의 조성은 상기 제1 양자우물의 인듐의 조성보다 높을 수 있다.Embodiments relate to a light emitting device, a method for manufacturing a light emitting device, a light emitting device package, and a lighting device.
An embodiment may include a first conductivity type semiconductor layer, an active layer disposed on the first conductivity type semiconductor layer including a quantum well and a quantum wall, and a second conductivity type semiconductor layer disposed on the active layer. The quantum well may include a first quantum well on the first conductivity type semiconductor layer and a second quantum well on the first quantum well. A composition of indium in the second quantum well may be higher than a composition of indium in the first quantum well.
Description
실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명장치에 관한 것이다.Embodiments relate to a light emitting device, a method for manufacturing a light emitting device, a light emitting device package, and a lighting device.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류가 인가되면 광을 방출하는 발광 소자 중 하나이며, 저 전압으로 고효율의 광을 방출할 수 있어 에너지 절감 효과가 뛰어나다. 최근, 발광 다이오드의 휘도 문제가 크게 개선되어, 액정표시장치의 백라이트 유닛(Backlight Unit), 전광판, 표시기, 가전 제품 등과 같은 각종 기기에 적용되고 있다.A light emitting diode (LED) is one of the light emitting elements that emit light when current is applied, and can emit light with high efficiency at a low voltage, thereby providing excellent energy saving effects. Recently, the luminance problem of light emitting diodes has been greatly improved, and they are applied to various devices such as backlight units of liquid crystal display devices, electronic signboards, displays, and home appliances.
예를 들어, 질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭 넓은 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, 적색(RED) 발광소자 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.For example, nitride semiconductors are of great interest in the field of developing optical devices and high-power electronic devices due to their high thermal stability and wide bandgap energy. In particular, blue light emitting devices, green light emitting devices, ultraviolet (UV) light emitting devices, red light emitting devices, and the like using nitride semiconductors are commercialized and widely used.
종래기술에 의한 발광소자는 전극층이 에피층의 한쪽 방향에 배치되는 수평형 (Lateral Type) 발광소자와 전극층이 에피층의 저면과 상면에 배치되는 수직형(Vertical type) 발광소자가 있다.Light emitting devices according to the prior art include a horizontal type light emitting device in which an electrode layer is disposed in one direction of an epitaxial layer and a vertical type light emitting device in which an electrode layer is disposed on a lower surface and an upper surface of an epitaxial layer.
종래기술에서 발광소자는 n형 반도체층에서 주입되는 전자와 p형 반도체층에서 주입되는 홀이 활성층의 양자우물(Quantum Well)에서 재결합(recombination)되고, 양자우물의 밴드갭 에너지에 해당하는 빛이 발광되므로, 양자우물(Quantum Well)은 LED의 특성을 좌우하는 중요한 인자이다.In the prior art, in the light emitting device, electrons injected from the n-type semiconductor layer and holes injected from the p-type semiconductor layer are recombinated in a quantum well of the active layer, and light corresponding to the band gap energy of the quantum well is generated. Since it emits light, a quantum well is an important factor influencing the characteristics of an LED.
한편, 종래기술에 의하면 활성층의 양자우물은 InGaN계열층과 같이 In을 포함하는데, 양자우물 내에서 불 균일한 인듐 클러스터 형성에 의해 불균일한 캐리어의 밀집분포가 발생하여 내부양자효율 및 광출력이 저하되는 문제가 있다.On the other hand, according to the prior art, the quantum well of the active layer contains In like the InGaN-based layer, and the formation of non-uniform indium clusters in the quantum well causes a dense distribution of non-uniform carriers, resulting in a decrease in internal quantum efficiency and light output. there is a problem
실시예는 양자우물 내에서 불 균일한 캐리어의 밀집분포를 균일하게 개선하여 내부양자효율 및 광출력이 향상된 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명장치를 제공하고자 한다.Embodiments are intended to uniformly improve the dense distribution of non-uniform carriers in a quantum well to provide a light emitting device with improved internal quantum efficiency and light output, a method for manufacturing a light emitting device, a light emitting device package, and a lighting device.
실시예는 제1 도전형 반도체층과, 양자우물과 양자벽을 포함하여 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되는 활성층 및 상기 활성층 상에 배치되는 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다. 상기 양자우물은 상기 제1 도전형 반도체층 상에 제1 양자우물과, 상기 제1 양자우물 상에 제2 양자우물을 포함할 수 있다. 상기 제2 양자우물의 인듐의 조성은 상기 제1 양자우물의 인듐의 조성보다 높을 수 있다.An embodiment may include a first conductivity type semiconductor layer, an active layer disposed on the first conductivity type semiconductor layer including a quantum well and a quantum wall, and a second conductivity type semiconductor layer disposed on the active layer. The quantum well may include a first quantum well on the first conductivity type semiconductor layer and a second quantum well on the first quantum well. A composition of indium in the second quantum well may be higher than a composition of indium in the first quantum well.
실시예에 따른 조명장치는 상기 발광소자를 구비하는 발광유닛을 포함할 수 있다. A lighting device according to an embodiment may include a light emitting unit having the light emitting element.
실시예는 양자우물 내에서 균일한 인듐 클러스터 형성에 의해 캐리어의 밀집분포를 균일하게 개선되어 내부양자효율 및 광출력이 향상된 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명장치를 제공할 수 있다.The embodiment can provide a light emitting device with improved internal quantum efficiency and light output by uniformly improving the dense distribution of carriers by forming a uniform indium cluster in a quantum well, a method for manufacturing a light emitting device, a light emitting device package, and a lighting device. have.
예를 들어, 실시예에 의하면, 활성층의 양자우물 내에 고농도 인듐조성의 제2 양자우물을 양자벽과 접하도록 배치함으로써 양자우물 내에 균일한 인듐 클러스터를 형성함으로써 균일한 전위분포를 형성하여 내부양자효율(IQE)을 현저히 증가시킴으로써 광출력의 향상과 더불어 드룹현상(Efficiency droop)을 개선할 수 있다.For example, according to the embodiment, a uniform potential distribution is formed by forming a uniform indium cluster in the quantum well by arranging the second quantum well of a high concentration indium composition in the quantum well of the active layer so as to be in contact with the quantum wall, thereby forming internal quantum efficiency. By significantly increasing IQE, it is possible to improve light output and efficiency droop.
도 1은 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 2는 종래기술에 따른 발광소자의 캐리어 분포도.
도 3은 실시예에 따른 발광소자의 활성층의 부분 확대도.
도 4는 실시예에 따른 발광소자의 활성층의 밴드갭 다이어 그램 예시도.
도 5는 실시예에 따른 발광소자의 캐리어 분포도.
도 6 내지 도 8은 실시예에 따른 발광소자의 제조방법 공정 단면도.
도 9는 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 10은 실시예에 따른 조명 장치의 사시도.1 is a cross-sectional view of a light emitting device according to an embodiment.
Figure 2 is a carrier distribution diagram of a light emitting device according to the prior art.
3 is a partially enlarged view of an active layer of a light emitting device according to an embodiment.
4 is an exemplary diagram of a bandgap of an active layer of a light emitting device according to an embodiment.
5 is a carrier distribution diagram of a light emitting device according to an embodiment.
6 to 8 are cross-sectional views of a manufacturing method of a light emitting device according to an embodiment.
9 is a cross-sectional view of a light emitting device package according to an embodiment.
10 is a perspective view of a lighting device according to an embodiment;
실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.In the description of the embodiment, each layer (film), region, pattern or structure is "on/over" or "under" the substrate, each layer (film), region, pad or pattern. In the case where it is described as being formed in, "on/over" and "under" include both "directly" or "indirectly" formed through another layer. do. In addition, the criteria for the top/top or bottom of each layer will be described based on the drawings.
(실시예)(Example)
도 1은 실시예에 따른 발광소자(100)의 단면도이다. 도 1은 수평형 발광소자를 기준으로 도시되어 있으나, 실시예에 이에 한정되는 것은 아니며, 수직형 발광소자 등에도 적용이 가능하다.1 is a cross-sectional view of a
실시예에 따른 발광소자는 기판(105), 버퍼층(113), 발광구조층(110), 전자차단층(118), 투광성 전극층(140), 전류확산층(130), 제1 전극(151), 제2 전극(152) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 기판(105)에는 요철구조(P)가 형성될 수 있다.The light emitting device according to the embodiment includes a
상기 발광구조층(110)은 제1 도전형 반도체층(112), 활성층(114), 제2 도전형 반도체층(116)을 포함할 수 있다.The light
도 2는 종래기술에 따른 발광소자의 캐리어 분포도이다.2 is a carrier distribution diagram of a light emitting device according to the prior art.
종래기술에 의하면 InGaN계열층을 포함하는 양자우물 내에서 불 균일한 인듐 클러스터 형성에 의해 불균일한 캐리어의 밀집분포(I: Inhomogeneous)가 발생하여 내부양자효율 및 광출력이 저하되는 문제가 있다.According to the prior art, due to the formation of non-uniform indium clusters in a quantum well including an InGaN-based layer, a dense distribution of non-uniform carriers (I: Inhomogeneous) occurs, resulting in a decrease in internal quantum efficiency and light output.
이에 실시예는 양자우물 내에서 불 균일한 캐리어의 밀집분포를 균일하게 개선하여 내부양자효율을 향상시키고, 이를 통해 광출력이 향상된 발광소자를 제공하고자 한다.Accordingly, the embodiment seeks to uniformly improve the dense distribution of non-uniform carriers in a quantum well to improve internal quantum efficiency, thereby providing a light emitting device with improved light output.
도 3은 실시예에 따른 발광소자의 활성층의 부분 확대도이며, 도 4는 실시예에 따른 발광소자의 활성층의 밴드갭 다이어 그램 예시도이다.3 is a partially enlarged view of an active layer of a light emitting device according to an embodiment, and FIG. 4 is an exemplary diagram of a band gap of an active layer of a light emitting device according to an embodiment.
도 3과 같이, 실시예는 기술적 과제를 해결하기 위해 제1 도전형 반도체층(112)과, 양자우물(114W)과 양자벽(114B)을 포함하여 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 배치되는 활성층(114) 및 상기 활성층(114) 상에 배치되는 제2 도전형 반도체층(116)을 포함할 수 있다. As shown in FIG. 3 , the embodiment includes the first conductivity
이때, 실시예의 양자우물(114W)은 상기 제1 도전형 반도체층(116) 상에 제1 양자우물(114W1)과, 상기 제1 양자우물(114W1) 상에 제2 양자우물(114W2)을 포함하고, 상기 제2 양자우물(114W2)의 인듐의 조성은 상기 제1 양자우물(114W1)의 인듐의 조성보다 높을 수 있다.At this time, the
예를 들어, 상기 제1 양자우물(114W1)은 InxGa1 - xN(단, 0<x<1)을 포함하며, 상기 제1 양자우물(114W1)의 인듐의 조성(x)은 약 13% 내지 약 15%일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the first quantum well 114W1 includes In x Ga 1 - x N (provided that 0<x<1), and the composition (x) of indium of the first quantum well 114W1 is about 13% to about 15%, but is not limited thereto.
또한, 상기 제2 양자우물(114W2)은 InyGa1 - yN(단, 0<y<1)을 포함하며, 상기 제2 양자우물(114W2)의 인듐의 조성(y)은 약 18% 내지 약 20%일 수 있다.In addition, the second quantum well 114W2 includes In y Ga 1 - y N (provided that 0<y<1), and the composition (y) of indium of the second quantum well 114W2 is about 18% to about 20%.
상기 제2 양자우물(114W2)의 인듐조성이 18% 미만인 경우 균일한 인듐 클러스터 형성이 되지 않을 수 있으며, 20% 초과인 경우 결정품질이 저하될 수 있다.If the indium composition of the second quantum well 114W2 is less than 18%, a uniform indium cluster may not be formed, and if it exceeds 20%, crystal quality may be deteriorated.
도 4는 실시예에 따른 발광소자의 활성층의 밴드갭 다이어 그램 예시도이다.4 is an exemplary diagram of a band gap of an active layer of a light emitting device according to an embodiment.
도 3 및 도 4와 같이, 실시예에서 상기 제2 양자우물(114W2)은 상기 양자벽(114B)과 접하여 배치됨으로써 높은 인듐조성의 제2 양자우물(114W2)과 인듐조성이 없거나 인듐 조성이 매우 낮은 양자벽(114B) 사이에 밴드갭 에너지(Eg) 차에 의해 인듐 클러스터(C)가 균일하게 형성될 수 있다. As shown in FIGS. 3 and 4, in the embodiment, the second quantum well 114W2 is disposed in contact with the
도 5는 실시예에 따른 발광소자의 캐리어 분포도이다.5 is a carrier distribution diagram of a light emitting device according to an embodiment.
실시예에 의하면, 활성층(114)의 양자우물(114W) 내에 고농도 인듐조성의 제2 양자우물(114W2)을 양자벽(114B)과 접하도록 배치함으로써 양자우물(114W) 내에 균일한 인듐 클러스터(C)를 형성함으로써 균일한 전위분포(H: Homogeneous)를 형성하여 내부양자효율(IQE)을 현저히 증가시킴으로써 광출력의 향상과 더불어 드룹현상(Efficiency droop)을 개선할 수 있다.According to the embodiment, a uniform indium cluster (C ) to form a homogeneous potential distribution (H: Homogeneous) to significantly increase the internal quantum efficiency (IQE), thereby improving light output and improving efficiency droop.
다시 도 3을 참조하면, 실시예에서 상기 제2 양자우물(114W2)의 두께는 약 5Å(옴스트롱) 내지 약 10 Å(옴스트롱)일 수 있다. 상기 제2 양자우물(114W2)의 두께가 5Å 미만인 경우, 제2 양자우물(114W2)에서 인듐 클러스터가 형성되지 않을 수 있고, 10Å 초과의 경우 InGaN 계열 양자우물에서 뭉침현상(degradation)이 심화되어 광출력 저하될 수 있다.Referring back to FIG. 3 , in an embodiment, the second quantum well 114W2 may have a thickness of about 5 Å (Angstroms) to about 10 Å (Angstroms). When the thickness of the second quantum well 114W2 is less than 5 Å, indium clusters may not be formed in the second quantum well 114W2. output may decrease.
실시예에서 상기 제2 양자우물(114W2)은 인듐 클러스터(C)를 포함하며, 상기 인듐 클러스터(C)의 두께는 상기 제2 양자우물(114W2)의 두께 이상일 수 있다. In an embodiment, the second quantum well 114W2 includes an indium cluster C, and the thickness of the indium cluster C may be greater than or equal to the thickness of the second quantum well 114W2.
예를 들어, 상기 인듐클러스터(C)의 크기는 약 10Å(옴스트롱) 내지 약 15 Å(옴스트롱)일 수 있다. 상기 인듐클러스터(C)의 크기가 10Å 미만인 경우, 균일한 캐리어 분포가 형성되지 않을 수 있으며, 15Å 초과시 InGaN 계열 양자우물에서의 뭉침현상이 발생하여 광출력 저하될 수 있다.For example, the size of the indium cluster (C) may be about 10 Å (angstroms) to about 15 Å (angstroms). When the size of the indium cluster (C) is less than 10 Å, a uniform carrier distribution may not be formed, and when the size exceeds 15 Å, agglomeration may occur in the InGaN-based quantum well, resulting in reduced light output.
실시예는 양자우물 내에서 균일한 인듐 클러스터 형성에 의해 캐리어의 밀집분포를 균일하게 개선하여 내부양자효율 및 광출력이 향상된 발광소자 및 조명장치를 제공할 수 있다.The embodiment can provide a light emitting device and a lighting device with improved internal quantum efficiency and light output by uniformly improving the dense distribution of carriers by forming a uniform indium cluster in a quantum well.
이하, 도 6 내지 도 8을 참조하여 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a light emitting device according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 6 to 8 .
먼저, 도 6과 같이 기판(105)이 준비될 수 있다. 상기 기판(105)은 열전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판일수 있다.First, the
예를 들어, 상기 기판(105)은 GaAs, 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, 및 Ga203 중 적어도 하나가 사용될 수 있다. 상기 기판(105) 위에는 요철 구조(P)가 형성되어 광추출 효율을 향상시킬 수 있으나, 요철 구조(P)가 필수적인 구성은 아니다. 상기 기판(105)에 대해 습식세척을 하여 표면의 불순물을 제거할 수 있다.For example, the
상기 기판(105) 위에는 버퍼층(113)이 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(113)은 이후 형성되는 발광구조층(110)와 상기 기판(105)간의 격자 부정합을 완화시켜 줄 수 있다.A
상기 버퍼층(113)은 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층 위에는 언도프드(undoped) 반도체층(미도시)이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정되지는 않는다.The
이후, 상기 기판(105) 또는 상기 버퍼층 상에 제1 도전형 반도체층(112), 활성층(114) 및 제2 도전형 반도체층(116)을 포함하는 발광구조층(110)이 형성될 수 있다.Thereafter, a light emitting
상기 제1 도전형 반도체층(112)은 반도체 화합물, 예를 들어 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층(112)이 n형 반도체층인 경우, n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.The first conductivity-
상기 제1 도전형 반도체층(112)은 InxAlyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층(112)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.The first conductivity-
상기 제1 도전형 반도체층(112)은 화학증착방법(CVD) 혹은 분자선 에피택시 (MBE) 혹은 스퍼터링 혹은 수산화물 증기상 에피택시(HVPE) 등의 방법을 사용하여 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The first
다음으로, 제1 도전형 반도체층(112) 상에 활성층(114)이 형성될 수 있다.Next, an
상기 활성층(114)은 제1 도전형 반도체층(112)을 통해서 주입되는 전자와 이후 형성되는 제2 도전형 반도체층(116)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(발광층) 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다. In the
상기 활성층(114)은 단일 양자우물 구조, 다중 양자우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. The
상기 활성층(114)은 양자우물(114W)/양자벽(114B) 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(114)은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs/AlGaAs, InGaP/AlGaP, GaP/AlGaP중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.The
이하, 도 7을 참조하여 실시예에 따른 활성층(114)의 기술적인 특징을 상술하기로 한다. 도 7과 같이, 실시예의 양자우물(114W)은 상기 제1 도전형 반도체층(116) 상에 제1 양자우물(114W1)과, 상기 제1 양자우물(114W1) 상에 제2 양자우물(114W2)을 포함할 수 있다.Hereinafter, technical characteristics of the
실시예에서 제2 양자우물(114W2)은 제1 양자우물(114W1)의 성장온도에 비해 낮은 온도, 예를 들어 약 600℃ 내지 700℃에서 성장될 수 있으며, 600℃ 미만인 경우 결정성에 문제가 발생할 수 있고, 계면(Interface)간 품질저하 발생하여 광출력 저하 발생될 수 있고, 700℃ 초과시 제1 양자우물(114W1)과 성정온도 조건이 유사하여 인듐 클러스터 기능이 약화될 수 있으나 이러한 온도 조건에 실시예에가 한정되는 것은 아니다.In the embodiment, the second quantum well 114W2 may be grown at a lower temperature than the growth temperature of the first quantum well 114W1, for example, at about 600°C to 700°C. If the temperature is less than 600°C, crystallinity problems may occur. In addition, a decrease in light output may occur due to a decrease in quality between interfaces, and when the temperature exceeds 700 ° C, the growth temperature condition is similar to that of the first quantum well 114W1, so the indium cluster function may be weakened. Examples are not limited.
실시예에서 균일한 인듐 클러스터를 형성하기 위해 제2 양자우물(114W2)을 형성한 후에서 어닐링 효과를 위해 약 2 내지 5분간 성장 정지시간을 둘 수 있으니 이에 한정되는 것은 아니다.In the embodiment, after forming the second quantum well 114W2 to form a uniform indium cluster, a growth stop time of about 2 to 5 minutes may be provided for an annealing effect, but is not limited thereto.
실시예에서 상기 제2 양자우물(114W2)은 상기 양자벽(114B)과 접하여 배치됨으로써 높은 인듐조성의 제2 양자우물(114W2)과 인듐조성이 없거나 인듐 조성이 매우 낮은 양자벽(114B) 사이에 밴드갭 에너지(Eg) 차에 의해 인듐 클러스터(C)가 균일하게 형성될 수 있다. In the embodiment, the second quantum well 114W2 is disposed in contact with the
상기 제2 양자우물(114W2)의 인듐의 조성은 상기 제1 양자우물(114W1)의 인듐의 조성보다 높을 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 양자우물(114W1)은 InxGa1 - xN(단, 0<x<1)을 포함하며, 상기 제1 양자우물(114W1)의 인듐의 조성(x)은 약 13% 내지 약 15%일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The indium composition of the second quantum well 114W2 may be higher than that of the first quantum well 114W1. For example, the first quantum well 114W1 includes In x Ga 1 - x N (provided that 0<x<1), and the composition (x) of indium of the first quantum well 114W1 is about 13% to about 15%, but is not limited thereto.
또한, 상기 제2 양자우물(114W2)은 InyGa1 - yN(단, 0<y<1)을 포함하며, 상기 제2 양자우물(114W2)의 인듐의 조성(y)은 약 18% 내지 약 20%일 수 있다. 상기 제2 양자우물(114W2)의 인듐조성이 18% 미만인 경우 균일한 인듐 클러스터 형성이 되지 않을 수 있으며, 20% 초과인 경우 결정품질이 저하될 수 있다.In addition, the second quantum well 114W2 includes In y Ga 1 - y N (provided that 0<y<1), and the composition (y) of indium of the second quantum well 114W2 is about 18% to about 20%. If the indium composition of the second quantum well 114W2 is less than 18%, a uniform indium cluster may not be formed, and if it exceeds 20%, crystal quality may be deteriorated.
상기 제2 양자우물(114W2)의 두께는 약 5Å 내지 약 10 Å일 수 있다. 상기 제2 양자우물(114W2)의 두께가 5Å 미만인 경우, 제2 양자우물(114W2)에서 인듐 클러스터가 형성되지 않을 수 있고, 10Å 초과의 경우 InGaN 계열 양자우물에서 뭉침현상(degradation)이 심화되어 광출력 저하될 수 있다.The second quantum well 114W2 may have a thickness of about 5 Å to about 10 Å. When the thickness of the second quantum well 114W2 is less than 5 Å, indium clusters may not be formed in the second quantum well 114W2. output may decrease.
실시예에서 상기 제2 양자우물(114W2)은 인듐 클러스터(C)를 포함하며, 상기 인듐 클러스터(C)의 두께는 상기 제2 양자우물(114W2)의 두께 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 인듐클러스터(C)의 크기는 약 10Å 내지 약 15 Å일 수 있다. 상기 인듐클러스터(C)의 크기가 10Å 미만인 경우, 균일한 캐리어 분포가 형성되지 않을 수 있으며, 15Å 초과시 InGaN 계열 양자우물에서의 뭉침현상이 발생하여 광출력 저하될 수 있다.In an embodiment, the second quantum well 114W2 includes an indium cluster C, and the thickness of the indium cluster C may be greater than or equal to the thickness of the second quantum well 114W2. For example, the size of the indium cluster (C) may be about 10 Å to about 15 Å. When the size of the indium cluster (C) is less than 10 Å, a uniform carrier distribution may not be formed, and when the size exceeds 15 Å, agglomeration may occur in the InGaN-based quantum well, resulting in reduced light output.
실시예에 의하면, 활성층(114)의 양자우물(114W) 내에 고농도 인듐조성의 제2 양자우물(114W2)을 양자벽(114B)과 접하도록 배치함으로써 양자우물(114W) 내에 균일한 인듐 클러스터(C)를 형성함으로써 균일한 전위분포를 형성하여 내부양자효율(IQE)을 현저히 증가시킴으로써 광출력의 향상과 더불어 드룹현상(Efficiency droop)을 개선할 수 있다.According to the embodiment, a uniform indium cluster (C ), it is possible to improve the droop phenomenon along with the improvement of light output by forming a uniform electric potential distribution and remarkably increasing the internal quantum efficiency (IQE).
다시 도 6을 기준으로 설명하면, 활성층(114) 상에 전자차단층(118)이 형성되어 전자 차단(electron blocking) 및 활성층(114)의 클래딩(MQW cladding) 역할을 해줌으로써 발광효율을 개선할 수 있다.Referring back to FIG. 6 , the
예를 들어, 상기 전자차단층(118)은 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1)계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(114)의 에너지 밴드 갭보다는 높은 에너지 밴드 갭을 가질 수 있다.For example, the
실시예에서 상기 전자차단층(118)은 p형으로 이온주입되어 오버플로우되는 전자를 효율적으로 차단하고, 홀의 주입효율을 증대시킬 수 있다.In an embodiment, the
다음으로, 상기 전자차단층(118) 상에 제2 도전형 반도체층(116)이 형성될 수 있다. Next, a second conductivity
상기 제2 도전형 반도체층(116)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 도전형 반도체층(116)은 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다.The second conductivity-
상기 제2 도전형 반도체층(116)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3-족-5족 화합물 반도체 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(116)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.The second conductivity
상기 제2 도전형 반도체층(116)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 마그네슘(Mg)과 같은 p 형 불순물을 포함하는 비세틸 사이클로 펜타디에닐 마그네슘(EtCp2Mg){Mg(C2H5C5H4)2}가 주입되어 p형 GaN층이 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The second conductivity-
실시예에서 상기 제1 도전형 반도체층(112)은 n형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층(116)은 p형 반도체층으로 구현할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한 상기 제2 도전형 반도체층(116) 위에는 상기 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 반도체 예컨대 n형 반도체층(미도시)을 형성할 수 있다. 이에 따라 발광구조층(110)은 n-p 접합 구조, p-n 접합 구조, n-p-n 접합 구조, p-n-p 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다.In an embodiment, the first conductivity-
다음으로 도 8과 같이, 제1 도전형 반도체층(112)이 일부 노출되도록 그 상측에 배치된 구성을 일부 제거할 수 있다. 이러한 공정은 습식식각 또는 건식식각에 의할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.Next, as shown in FIG. 8 , components disposed on the upper side of the first conductivity-
이후, 제2 전극(152)이 형성될 위치에 전류차단층(130)이 형성될 수 있다.After that, a
상기 전류차단층(130)은 비도전형 영역, 제1 도전형 이온주입층, 제1 도전형 확산층, 절연물, 비정질 영역 등을 포함하여 형성할 수 있다.The
다음으로, 전류차단층(130)이 형성된 제2 도전형 반도체층(116) 상에 투광성 전극층(140)이 형성될 수 있다. 상기 투광성 전극층(140)은 오믹층을 포함할 수 있으며, 정공주입을 효율적으로 할 수 있도록 단일 금속 혹은 금속합금, 금속산화물 등을 다중으로 적층하여 형성할 수 있다.Next, a light-transmitting
예를 들어, 상기 투광성 전극층(140)은 반도체와 전기적인 접촉인 우수한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 투광성 전극층(140)은 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), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.For example, the light-transmitting
이후, 발광구조층(110) 측면 및 투광성 전극층(140)의 일부에 절연층 등으로 패시베이션층(160)이 형성될 수 있다. 상기 패시베이션층(160)은 제1 전극(151)이 형성될 영역은 노출할 수 있다.Thereafter, a
다음으로, 도 9와 같이 상기 전류차단층(130)과 중첩되도록 상기 투광성 전극층(140) 상에 제2 전극(152)을 형성하고, 노출된 제1 도전형 제1 반도체층(112) 상에 제1 전극(151)을 형성하여 실시예에 따른 발광소자를 제조할 수 있다. Next, as shown in FIG. 9 , a
상기 제1 전극(151) 또는 제2 전극(152)은 티탄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 중 적어도 어느 하나로 형성될 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The
실시예에 따른 발광소자는 패키지 형태로 복수개가 기판 상에 어레이될 수 있으며, 발광소자 패키지에서 방출되는 광의 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트, 형광 시트 등이 배치될 수 있다.A plurality of light emitting devices according to the embodiment may be arrayed on a substrate in the form of a package, and optical members such as a light guide plate, a prism sheet, a diffusion sheet, a fluorescent sheet, and the like may be disposed on a path of light emitted from the light emitting device package.
도 10은 실시예에 따른 발광소자가 설치된 발광소자 패키지(200)를 설명하는 도면이다.10 is a view for explaining a light emitting
실시예에 따른 발광 소자 패키지(200)는 패키지 몸체부(205)와, 상기 패키지 몸체부(205)에 설치된 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과, 상기 패키지 몸체부(205)에 설치되어 상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과 전기적으로 연결되는 발광소자(100)와, 형광체(232)를 구비하여 상기 발광 소자(100)를 포위하는 몰딩부재(230)를 포함할 수 있다.The light emitting
상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광소자(100)에 전원을 제공하는 역할을 한다. 또한, 상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)은 상기 발광소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시키는 역할을 할 수 있으며, 상기 발광 소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.The
상기 발광 소자(100)는 상기 제3 전극층(213) 및/또는 제4 전극층(214)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. The
실시예에 따른 발광소자는 백라이트 유닛, 조명 유닛, 디스플레이 장치, 지시 장치, 램프, 가로등, 차량용 조명장치, 차량용 표시장치, 스마트 시계 등에 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The light emitting device according to the embodiment may be applied to a backlight unit, a lighting unit, a display device, an indicator device, a lamp, a street light, a vehicle lighting device, a vehicle display device, a smart watch, etc., but is not limited thereto.
도 11은 실시예에 따른 조명시스템의 분해 사시도이다.11 is an exploded perspective view of a lighting system according to an embodiment.
실시예에 따른 조명 장치는 커버(2100), 광원 모듈(2200), 방열체(2400), 전원 제공부(2600), 내부 케이스(2700), 소켓(2800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치는 부재(2300)와 홀더(2500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)은 실시 예에 따른 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.The lighting device according to the embodiment may include a
상기 광원 모듈(2200)은 광원부(2210), 연결 플레이트(2230), 커넥터(2250)를 포함할 수 있다. 상기 부재(2300)는 상기 방열체(2400)의 상면 위에 배치되고, 복수의 광원부(2210)들과 커넥터(2250)이 삽입되는 가이드홈(2310)들을 갖는다. The
상기 홀더(2500)는 내부 케이스(2700)의 절연부(2710)의 수납홈(2719)를 막는다. 따라서, 상기 내부 케이스(2700)의 상기 절연부(2710)에 수납되는 상기 전원 제공부(2600)는 밀폐된다. 상기 홀더(2500)는 가이드 돌출부(2510)를 갖는다. The
상기 전원 제공부(2600)는 돌출부(2610), 가이드부(2630), 베이스(2650), 연장부(2670)를 포함할 수 있다. 상기 내부 케이스(2700)는 내부에 상기 전원 제공부(2600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는 몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 상기 전원 제공부(2600)가 상기 내부 케이스(2700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.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, etc. 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, and effects illustrated in each embodiment can be combined or modified with respect to other embodiments by those skilled in the art in the field to which the embodiments belong. Therefore, contents related to these 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 above has been described centering on the embodiment, this is only an example and does not limit the embodiment, and those skilled in the art in the field to which the embodiment belongs may find various things not exemplified above to the extent that they do not deviate from the essential characteristics of the embodiment. It will be appreciated that variations and applications of branches 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 forth in the appended claims.
기판(105), 버퍼층(113), 발광구조층(110),
제1 도전형 반도체층(112), 활성층(114), 제2 도전형 반도체층(116),
전자차단층(118), 투광성 전극층(140), 전류확산층(130),
제1 전극(151), 제2 전극(152)
A first conductivity
Claims (7)
상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되는 활성층; 및
상기 활성층 상에 배치되는 제2 도전형 반도체층을 포함하고,
상기 활성층은,
상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되는 제1 양자벽;
상기 제1 양자벽과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 제2 양자벽;
상기 제1 및 제2 양자벽 사이에 배치되며 상기 제1 및 제2 양자벽과 접하는 양자우물을 포함하고,
상기 양자우물은,
상기 제1 및 제2 양자벽 사이에 배치되는 복수의 제2 양자우물; 및
상기 복수의 제2 양자우물 사이에 배치되는 제1 양자우물을 포함하고,
상기 제2 양자우물의 인듐의 조성은 상기 제1 양자우물의 인듐의 조성보다 높으며,
상기 제2 양자우물의 두께는 5Å(옴스트롱) 내지 10 Å(옴스트롱)인 발광소자.a first conductivity type semiconductor layer;
an active layer disposed on the first conductivity-type semiconductor layer; and
A second conductivity-type semiconductor layer disposed on the active layer;
The active layer,
a first quantum wall disposed on the first conductivity type semiconductor layer;
a second quantum wall disposed between the first quantum wall and the second conductivity type semiconductor layer;
A quantum well disposed between the first and second quantum walls and in contact with the first and second quantum walls;
The quantum well,
a plurality of second quantum wells disposed between the first and second quantum walls; and
Including a first quantum well disposed between the plurality of second quantum wells,
The composition of indium in the second quantum well is higher than the composition of indium in the first quantum well,
The second quantum well has a thickness of 5 Å (Omstrong) to 10 Å (Omstrong) light emitting device.
상기 복수의 제2 양자우물 중 상기 제1 양자벽과 최인접한 양자우물은 상기 제1 양자벽과 접하고, 상기 제2 양자벽과 최인접한 양자우물은 상기 제2 양자벽과 접하는 발광소자.According to claim 1,
Among the plurality of second quantum wells, a quantum well closest to the first quantum wall is in contact with the first quantum wall, and a quantum well closest to the second quantum wall is in contact with the second quantum wall.
상기 제1 양자우물은 InxGa1-xN(단, 0<x<1)을 포함하며,
상기 제1 양자우물의 인듐의 조성(x)은 13% 내지 15%이고,
상기 제2 양자우물은 InyGa1-yN(단, 0<y<1)을 포함하며,
상기 제2 양자우물의 인듐의 조성(y)은 18% 내지 20%인 발광소자.According to claim 1,
The first quantum well includes In x Ga 1-x N (where 0<x<1),
The composition (x) of indium of the first quantum well is 13% to 15%,
The second quantum well includes In y Ga 1-y N (provided that 0<y<1),
The composition (y) of indium of the second quantum well is 18% to 20% light emitting device.
상기 제2 양자우물은 인듐 클러스터를 포함하며,
상기 인듐 클러스터의 두께는 상기 제2 양자우물의 두께 이상인 발광소자.According to claim 1,
The second quantum well includes an indium cluster,
A thickness of the indium cluster is greater than or equal to a thickness of the second quantum well.
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