KR20010084332A - III-Nitride Semiconductor White Light Emitting Device - Google Patents

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KR20010084332A
KR20010084332A KR1020000009270A KR20000009270A KR20010084332A KR 20010084332 A KR20010084332 A KR 20010084332A KR 1020000009270 A KR1020000009270 A KR 1020000009270A KR 20000009270 A KR20000009270 A KR 20000009270A KR 20010084332 A KR20010084332 A KR 20010084332A
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이강재
윤두협
손성진
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조장연
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PURPOSE: A nitride semiconductor white LED is provided to emit white light by directly generating lights of blue, green and red wavelengths and by color combination. CONSTITUTION: In the nitride semiconductor white LED, an n-type contact layer(220), a nitride semiconductor active layer(240) and a p-type contact layer(260) are sequentially stacked on a substrate(200) and n-type/p-type electrodes are respectively formed on the n-type contact layer(220) and the p-type contact layer(260). A secondary excitation visible ray light emission layer(270) is formed between the p-type contact layer(260) and the p-type electrode. The light emission layer(270) is formed of at least one selected from groups consisting GaAs1-xPx(0<x<1), (AlxGa1-x)yln1-yP(0<x,y<1) or Ga1-xAlxAs(0<x<1).

Description

질화물 반도체 백색 발광소자{III-Nitride Semiconductor White Light Emitting Device}Nitride Semiconductor White Light Emitting Device {III-Nitride Semiconductor White Light Emitting Device}

본 발명은 질화물 반도체 백색 발광소자에 관한 것으로서, 특히, 질화물 반도체 발광소자에 이차여기 가시광 발광층을 추가로 형성하여 발광소자 내부에서 적색, 녹색 및 청색의 삼원색 발광을 구현하여 상기 발광소자의 내부에서 직접 발광하는 형식의 질화물 반도체 발광소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nitride semiconductor white light emitting device. In particular, a secondary excitation visible light emitting layer is further formed on the nitride semiconductor light emitting device to realize red, green, and blue three-color light emission inside the light emitting device. The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device of a light emitting type.

질화물 반도체 발광소자는 청색 발광 다이오드(Light Emitting Diode ; LED), 청색 레이저 다이오드(Laser Diode ; LD) 및 태양전지 등의 재료로써 최근 크게 주목받고 있다. 특히, 적색, 녹색 및 청색 LED에 의한 풀 칼라 디스플레이(Full-color Display)영역 및 백색 LED에 의한 조명기구의 대체시장은 실로 방대하다고 하겠다.Nitride semiconductor light emitting devices have recently attracted much attention as materials such as blue light emitting diodes (LEDs), blue laser diodes (LDs), and solar cells. In particular, the full-color display area by red, green, and blue LEDs and the replacement market of luminaires by white LEDs are enormous.

종래의 질화물 반도체 백색 발광소자는 파장 430 ㎚의 청색 발광소자에 열적으로 들뜬 YAG phosphor 형광체를 포함하는 형광물질층을 형성하여 상기 형광물질층으로부터 나오는 가시광 영역의 광과 원래 청색 광 사이의 색 조합에 의하여 백색광을 얻는 방법으로서, 실장 된 백색 발광소자의 기본 구조는 도 1과 같다.Conventional nitride semiconductor white light emitting devices form a fluorescent material layer comprising a YAG phosphor phosphor thermally excited on a blue light emitting device having a wavelength of 430 nm, and thus a color combination between the light in the visible region and the original blue light emitted from the fluorescent material layer. As a method of obtaining white light, the basic structure of the mounted white light emitting device is shown in FIG. 1.

종래에는 도 1과 같이 사파이어 또는 SiC와 같은 절연 기판(100) 상에 다층의 질화물 반도체 박막 적층으로 형성된 소자(110)와, 상기 소자(110)가 형성되지 않은 상기 기판(100)의 하부 면에 빛이 다이 본딩용 합성수지에 입사되는 것을 방지하기 위해 In, Cu, Pd, Rh, W, Mo, Ti, Ni, Al 및 Ag 등의 금속 또는 TiO2, SiO2및 BaF2등의 도전성재료를 코팅하여 형성된 반사층 및 칩과 리드 프레임 사이의 열 전도도를 높이기 위해 Au, Ag, Al 및 Cu 등이 함유된 에폭시(epoxy) 수지, 실리콘(silicon) 수지 등을 사용하여 형성한 다이 본딩용 합성수지층(130)과, 상기 소자를 +, - 리드프레임(135)(145)에 연결하기 위한 각각의 와이어(120)(125)와,젤(gel)형태의 실리콘(silicon)수지, 아몰퍼스(amorphous) 불소 수지 또는 투광성 폴리마이드(polymide) 수지를 사용한 색 변환재료 및 Y3Al5O2로 구성된 형광 물질층(150)이 상기 소자(110)를 덮도록 형성된다.Conventionally, as shown in FIG. 1, a device 110 formed by stacking a multilayer nitride semiconductor thin film on an insulating substrate 100 such as sapphire or SiC, and a lower surface of the substrate 100 on which the device 110 is not formed. In order to prevent light from entering the synthetic resin for die bonding, coating metal such as In, Cu, Pd, Rh, W, Mo, Ti, Ni, Al and Ag or conductive materials such as TiO 2 , SiO 2 and BaF 2 And a die-bonding synthetic resin layer 130 formed using an epoxy resin, a silicon resin, or the like containing Au, Ag, Al, and Cu in order to increase thermal conductivity between the chip and the lead frame. And wires 120 and 125 for connecting the device to the lead frames 135 and 145, and a silicone resin and an amorphous fluorine resin in a gel form. or light-transmitting polyimide (polymide) a color conversion material with a resin and a Y 3 Al 5 O type consisting of two Material layer 150 is formed so as to cover the element 110.

상기에서 형광물질 Y3Al5O2를 이용하여 파장 450 ㎚의 청색 발광소자를 여기 광으로 사용하여 530 ∼ 580 ㎚의 가시광 영역의 광을 얻을 수 있다. 또한, Al을 Ga으로 치환하여 발광파장을 단 파장화, Y를 Gd로 치환하여 장 파장화 하는 것이 가능하다.By using the fluorescent material Y 3 Al 5 O 2 in the blue light emitting device having a wavelength of 450 nm as excitation light it is possible to obtain light in the visible light region of 530 ~ 580 nm. It is also possible to replace Al with Ga to shorten the light emission wavelength and to replace Y with Gd to make the long wavelength.

상술한 바와 같이 종래의 청색광을 여기 광원으로 사용하여 제작한 백색 발광소자는 소자 내에서 백색광이 직접 발광하는 발광소자보다 발광 효율이 낮고, 이차 천이 물질을 사용하기 때문에 전체적인 소자의 크기가 커져서 패키지 된 백색 발광소자의 소형화에 한계가 있고, 단가 또한 높아지는 문제가 있다. 상술한 방법과 다른 백색 발광소자를 형성하는 종래 기술로는 각각의 적색, 녹색 및 청색의 단위발광소자를 함께 실장하는 방법이 있는데, 이 방법은 소자마다 별도의 전원 회로가 필요하므로 실장된 백색 LED의 제조 비용이 높고 소자의 크기가 커지는 문제가 있다.As described above, the white light emitting device manufactured using the conventional blue light as the excitation light source has lower luminous efficiency than the light emitting device in which the white light directly emits light in the device, and because the secondary transition material is used, the overall size of the device is packaged. There is a limit in miniaturization of the white light emitting device, and there is a problem that the unit cost is also high. The conventional method of forming a white light emitting device different from the above-described method is a method of mounting each of the red, green, and blue unit light emitting devices together, and this method requires a separate power supply circuit for each device, so the mounted white LEDs There is a problem in that the manufacturing cost of the high and the size of the device is large.

또한, 기존 방식의 백색 발광소자의 개발을 위해 고출력 및 300 ㎚ 이하의 초 단 파장 광원이 필요하지만 아직 초 단 파장 발광소자 개발은 연구 개발 단계로 실용화에는 다소 시간이 소요되는 문제가 있다.In addition, high power and ultra-short wavelength light source of 300 nm or less are required for the development of the conventional white light emitting device, but the development of the ultra-short wavelength light emitting device is a research and development stage, which requires a little time to be put into practical use.

따라서, 본 발명의 목적은 질화물 반도체 발광소자에서 직접 청색, 녹색 및 적색파장의 빛을 발생시켜 색 조합에 의해 백색광이 발광되는 질화물 반도체 백색 발광소자를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a nitride semiconductor white light emitting device in which white light is emitted by color combination by directly generating blue, green and red wavelengths of light from the nitride semiconductor light emitting device.

상기 목적을 달성하기 위한 질화물 반도체 백색 발광소자는 기판 상에 n형 접촉층, 질화물 반도체 활성층, p형 접촉층이 순차적으로 적층되고, 상기 n형 및 p형 접촉층 상에 각각 n형 및 p형 전극이 형성되는 질화물 반도체 발광소자에 있어서, 상기 p형 접촉층과 상기 p형 전극 사이에 이차여기 가시광 발광층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a nitride semiconductor white light emitting device has an n-type contact layer, a nitride semiconductor active layer, and a p-type contact layer sequentially stacked on a substrate, and n-type and p-type layers on the n-type and p-type contact layers, respectively. A nitride semiconductor light emitting device in which an electrode is formed, characterized in that it comprises a secondary excitation visible light emitting layer between the p-type contact layer and the p-type electrode.

도 1은 종래 기술에 따른 질화물 반도체 백색 발광소자를 개략적으로 도시하는 단면도.1 is a cross-sectional view schematically showing a nitride semiconductor white light emitting device according to the prior art.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 질화물 반도체 백색 발광소자의 개략적인 단면도.2 is a schematic cross-sectional view of a nitride semiconductor white light emitting device according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 백색 발광소자의 발광스펙트럼.3 is a light emission spectrum of the white light emitting device according to the present invention.

도 4는 종래의 질화물 반도체 백색 발광소자와 본 발명에 따른 질화물 반도체 백색 발광소자의 전류-전압 특성을 도시하는 비교 그래프.4 is a comparison graph showing current-voltage characteristics of a conventional nitride semiconductor white light emitting device and a nitride semiconductor white light emitting device according to the present invention;

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

200 : 기판 220 : n형 접촉층200: substrate 220: n-type contact layer

240 : 활성층 260 : p형 접촉층240: active layer 260: p-type contact layer

270 : 이차여기 가시광 발광층270: secondary excitation light emitting layer

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

GaAs1-xPx는 GaAs과 GaP의 혼정으로 조성비 x는 0에서 1까지의 임의의 값을 갖는다. 이때 실온에서 혼정 GaAs1-xPx의 밴드갭 에너지는 1.42 eV(GaAs)에서 2.26 eV(GaP)까지 변화하고, x = 0.42까지는 직접천이형의 밴드구조를 갖고 이후는 간접천이형의 밴드구조를 갖는다. 따라서, 이에 상응하여 발광파장도 880 ∼ 555 ㎚사이에서 변화하고, 적색, 오렌지색 및 황색의 발광이 구현될 수 있다.GaAs 1-x P x is a mixed crystal of GaAs and GaP, and the composition ratio x has any value from 0 to 1. At room temperature, the bandgap energy of mixed GaAs 1-x P x varies from 1.42 eV (GaAs) to 2.26 eV (GaP), and has a direct transition band structure up to x = 0.42, followed by an indirect transition band structure. Has Therefore, correspondingly, the emission wavelength also varies between 880 and 555 nm, and red, orange and yellow light emission can be realized.

또한, GaP에 질소(N)를 첨가하면 질소(N)가 인(P)을 치환하여 전기적으로 중성인 불순물이 된다. 그러나 질소는 인보다도 전자친화력이 크기 때문에 근방의 전자를 포획하게된다. 이러한 질소와 같은 불순물을 이소일렉트릭 트랩(Isoelectric trap)이라 부르고, 여기에 전자가 포획되면 쿨롱 인력에 의해 정공을 쌍으로 갖는 엑시톤(exciton)이 형성되며, 이 엑시톤이 소멸 재결합하는 과정에서 밴드갭과의 에너지 차이를 제하고 녹색의 발광을 얻을 수 있다.In addition, when nitrogen (N) is added to GaP, nitrogen (N) substitutes phosphorus (P) to become an electrically neutral impurity. However, since nitrogen has a higher electron affinity than phosphorus, it traps electrons in the vicinity. Impurities such as nitrogen are called isoelectric traps, and when electrons are trapped, excitons with holes paired by coulomb attraction are formed, and the excitons dissipate and recombine the band gap and Green light can be obtained by subtracting the energy difference.

700 ㎚ 근방의 GaP 적색발광을 위한 GaP 도핑방법으로는 아연(Zn)과 산소(O)를 동시에 첨가하는 방법이 있다. 아연은 낮은 억셉터(EA= 64 meV)를 산소는 깊은 도우너(ED= 893 meV)를 형성한다. 이러한 아연과 산소가 최근접 격자점을 갖는 경우에는 복합중심을 형성한다. 상기 아연-산소(Zn-O) 복합중심은 전기적으로는 중성이지만, 산소가 포텐셜이 깊기 때문에 전자를 보상하는 것이 가능하여 전자가 보상되면 정공을 당기고 속박된 에너지가 형성된다. 따라서, 이 에너지 차이만큼 소멸되어 적색발광이 된다.As a GaP doping method for GaP red light emission around 700 nm, there is a method of simultaneously adding zinc (Zn) and oxygen (O). Zinc forms a low acceptor (E A = 64 meV) and oxygen forms a deep donor (E D = 893 meV). When these zinc and oxygen have the nearest lattice point, a complex center is formed. The zinc-oxygen (Zn-O) composite center is electrically neutral, but since oxygen has a deep potential, electrons can be compensated, and when electrons are compensated, holes are drawn and bound energy is formed. Therefore, it disappears by this energy difference and becomes red light emission.

(AlxGa1-x)yIn1-yP와 같이 혼정으로 구성된 물질 역시 가시광의 발광영역에 대한 밴드갭을 갖고 있으며, 밴드갭에서의 높은 에너지를 갖는 광에 대하여 광흡수와 여기자의 재결합 과정에서 적색 및 녹색의 발광을 구현할 수 있으며 GaAs1-xPx와 마찬가지로 백색 발광소자의 이차여기 가시광 발광층으로 이용될 수 있다.Materials composed of mixed crystals such as (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P also have a bandgap for the emission region of visible light, and recombination of light absorption and excitons for light with high energy in the bandgap. Red and green light emission can be realized in the process, and like GaAs 1-x P x , it can be used as a secondary excitation visible light emitting layer of a white light emitting device.

본 발명에서는 백색 발광소자의 제작에 있어 필요한 적색, 녹색 및 청색의 기본 삼원색을 얻기 위한 방법으로 단파장 발광소자의 p-GaN 접촉층 상층부 표면에 기상증착(Vapor Phase Epitaxy ; VPE)방법, 유기금속화학기상증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition : 이하, MOCVD라 칭함) 방법 또는 액상 증착(Liquid Phase Epitaxy ; LPE)방법 등의 결정성장장치를 이용하여 적색 및 녹색의 가시광 발광을 구현할 수 있는 상술한 AlGaAs, GaAsP 및 InGaAlP와 같은 반도체 결정박막을 성장하여 질화물 반도체 활성층에서 발생한 자외선 및 청색 고에너지 단파장 광의 이차흡수에 의해 여기된 전자의 재발광에 의한 가시광영역의 적색 및 녹색의 발광을 유도하여 색조합 효과에 의한 백색 발광소자를 제조하였다.In the present invention, as a method for obtaining the basic three primary colors of red, green, and blue required for the fabrication of white light emitting devices, a vapor phase deposition method (VPE) method on the upper surface of the p-GaN contact layer of the short wavelength light emitting device, organometallic chemistry AlGaAs and GaAsP described above, which can realize red and green visible light emission using a crystal growth apparatus such as a vapor deposition method (hereinafter referred to as a MOCVD) method or a liquid phase epitaxy (LPE) method. And growing a semiconductor crystal thin film such as InGaAlP to induce red and green light emission in the visible light region by re-emission of electrons excited by secondary absorption of ultraviolet light and blue high energy short wavelength light generated in the nitride semiconductor active layer. A white light emitting device was manufactured.

도 2는 상술한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 질화물 반도체 백색 발광소자의 개략적인 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 질화물 반도체 백색 발광소자의 발광스펙트럼이며, 도 4는 종래의 질화물 반도체 백색 발광소자와 본 발명에 따른 질화물 반도체 백색 발광소자의 전류-전압 특성을 도시하는 비교 그래프이다.2 is a schematic cross-sectional view of a nitride semiconductor white light emitting device according to an embodiment of the present invention as described above, FIG. 3 is a light emission spectrum of a nitride semiconductor white light emitting device according to an embodiment of the present invention, and FIG. It is a comparative graph showing the current-voltage characteristics of the nitride semiconductor white light emitting device and the nitride semiconductor white light emitting device according to the present invention.

도 2와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 질화물 반도체 백색 발광소자는 기판 상에 버퍼층 및 n형 접촉층이 형성되어 있고, 상기 n형 접촉층 상의 소정부분에 n형 클래드층, 활성층, p형 클래드층, p형 접촉층이 순차적으로 형성되어 있다.In the nitride semiconductor white light emitting device according to the embodiment of the present invention as shown in FIG. 2, a buffer layer and an n-type contact layer are formed on a substrate, and an n-type cladding layer, an active layer, and a p-type cladding are formed on a predetermined portion of the n-type contact layer. A layer and a p-type contact layer are formed sequentially.

그리고, 상기 p형 접촉층 상에 AlGaAs, GaAsP 및 InGaAlP 등으로 형성된 이차여기 가시광 발광층이 활성층내에서 발생한 청색광을 재흡수 및 방출하여 색조합에 의해 백색광원을 형성한다.The secondary excitation visible light emitting layer formed of AlGaAs, GaAsP, InGaAlP, etc. on the p-type contact layer reabsorbs and emits blue light generated in the active layer to form a white light source by color sum.

다음에, 상기 n형 클래드층이 형성되지 않은 n형 접촉층 및 이차여기 가시광 발광층 상의 소정 부분에 형성된 각각 n형 및 p형을 포함하여 이루어진다.Next, the n-type cladding layer includes n-type contact layers where the n-type cladding layer is not formed, and n-type and p-type, respectively, formed in predetermined portions on the secondary excitation light emitting layer.

도시되지 않았지만 상술한 구조의 본 발명에 따른 질화물 반도체 백색 발광소자를 형성하는 일 예에 따른 방법으로는 사파이어와 같은 질화물 반도체 박막을 형성하기 위한 일반적인 기판 상에 MOCVD 방법을 사용하여 버퍼층, n형 접촉층, n형 클래드층, 활성층, p형 클래드층 및 p형 접촉층이 순차적으로 형성되고, 상기 P형 접촉층 상에 AlGaAs, GaAsP 및 InGaAlP 등을 VPE, MOCVD 또는 LPE와 같은 결정성장법으로 증착하여 이차여기 가시광 발광층을 형성한다. 상기에서 이차여기 가시광 발광층은 일반식 GaAs1-xPx (0 ≤x ≤1), (AlxGa1-x)yIn1-yP(0 ≤x, y ≤1) 또는 Ga1-xAlxAs(0 < x ≤1)로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종 이상으로 형성되고, 상기 이차여기 가시광 발광층에는 n형 및 p형의 불순물인 Si, Te, Zn, Cd, Mg, N 또는 O로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종 이상의 불순물이 도핑된다.Although not shown, a method of forming a nitride semiconductor white light emitting device according to the present invention having the above-described structure may include a buffer layer and an n-type contact by using a MOCVD method on a general substrate for forming a nitride semiconductor thin film such as sapphire. A layer, an n-type cladding layer, an active layer, a p-type cladding layer and a p-type contact layer are sequentially formed, and AlGaAs, GaAsP, and InGaAlP, etc. are deposited on the P-type contact layer by a crystal growth method such as VPE, MOCVD or LPE. To form a secondary excitation light emitting layer. The secondary excitation light emitting layer is composed of general GaAs 1-x Px (0 ≦ x ≦ 1), (AlxGa1-x) yIn1-yP (0 ≦ x, y ≦ 1) or Ga1-xAlxAs (0 <x ≦ 1). It is formed of at least one selected from the group, the secondary excitation light emitting layer is doped with at least one or more impurities selected from the group consisting of Si, Te, Zn, Cd, Mg, N or O of n-type and p-type impurities do.

이후, 상기 n형 접촉층의 소정 깊이만큼 식각 장치를 이용하여 식각(etching)하고, 식각하여 노출된 n형 접촉층 상의 소정 부분에 Ti/Al을 사용하여 n형 전극을, 이차여기 가시광 발광층 상의 소정 부분에는 Ni/Au를 이용하여 p형 전극을 형성한다.Subsequently, an n-type electrode is etched by using an etching apparatus to a predetermined depth of the n-type contact layer, and an n-type electrode is formed by using Ti / Al on a portion of the n-type contact layer that is exposed by etching. Ni-Au is used to form the p-type electrode in the predetermined portion.

최종적으로, 각각의 n형과 p형 전극에 와이어 본딩으로 열방출용 실장체에 조립하여 질화물 반도체 백색 발광소자를 제작하고, 전극 부분에 전류를 흘려줌으로서 소자를 구동시킨다.Finally, each of the n-type and p-type electrodes is assembled to a heat dissipation package by wire bonding to fabricate a nitride semiconductor white light emitting device, and the device is driven by flowing a current through the electrode portion.

상기 활성층에서 발생된 고에너지 단파장의 청색광은 표면의 상기 이차여기 가시광 발광층에 흡수된 후 이차여기 되어 적색 및 녹색계열의 가시광을 발생시키며, 흡수되지 않은 청색광원과의 색조합에 의해 백색광을 방출한다. 적색 및 녹색의 이차여기광은 성장된 가시광 발광층의 두께, 화합물의 조성비 변화 및 불순물 도핑에 의해 발광파장, 발광효율 및 광량을 조절할 수 있으며 결정성장시 조건변수에 의해 제어할 수 있다.The high energy short wavelength blue light generated in the active layer is absorbed by the secondary excitation visible light emitting layer on the surface, and is then excited to generate red and green visible light, and emits white light by hue sum with unabsorbed blue light source. . The red and green secondary excitation light can control the light emission wavelength, the light emission efficiency and the amount of light by the thickness of the grown visible light emitting layer, the composition ratio of the compound and the doping of impurities, and can be controlled by the condition variables during the crystal growth.

일반적으로 상기 p형 질화물 반도체는 도핑원으로 사용되는 물질은 극히 제한적이며, 일반적으로 사용되고 있는 마그네슘(Mg)도 수소(H)에 의하여 비활성화되어 도핑효율이 좋지 못하고, 정공 이동도 및 정공 농도가 높지 않다. 이러한 p형 접촉층은 금속전극과의 접촉저항이 커서 종래의 질화물 반도체소자에 전류를 효과적으로 주입하기가 어려운 문제가 있었다.In general, the p-type nitride semiconductor has a very limited material used as a doping source, and magnesium (Mg), which is generally used, is also inactivated by hydrogen (H), and thus doping efficiency is not good, and hole mobility and hole concentration are not high. not. The p-type contact layer has a problem in that it is difficult to effectively inject current into a conventional nitride semiconductor device because of a large contact resistance with a metal electrode.

그러나, GaAsP 및 InGaAlP 이차여기 가시광 발광층은 상대적으로 p형 불순물 도핑이 용이하고, 정공이동도 및 정공 농도가 높아서 금속전극과의 접촉저항이 낮아 백색 발광소자의 구동전압을 낮추어 저소비전력의 소자를 구현할 수 있다.However, GaAsP and InGaAlP secondary-excited visible light emitting layers are relatively easy to dop type impurity dopants, have high hole mobility and hole concentration, and thus have low contact resistance with metal electrodes, thereby lowering the driving voltage of the white light emitting device to implement low power consumption devices. Can be.

또한, p-GaN 접촉층과 GaAsP 및 InGaAlP 이차여기 가시광 발광층 사이에는 밴드갭의 차이에 의해 높은 운반자 이동도를 갖는 계면이 형성되어 2차원적인 전류퍼짐 현상이 발생하여 발광소자의 발광면 전체에 균일한 발광을 유도하여 높은 광출력의 백색발광소자를 제작할 수 있는 이점이 있다.In addition, an interface having a high carrier mobility is formed between the p-GaN contact layer and the GaAsP and InGaAlP secondary excitation light emitting layers due to the difference in the band gap, resulting in a two-dimensional current spreading phenomenon, resulting in a uniform light emitting surface of the light emitting device. There is an advantage that can produce a white light emitting device of high light output by inducing one light emission.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이차여기 가시광 발광층을 사용한 백색 발광소자의 발광스펙트럼을 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing light emission spectra of a white light emitting device using the secondary excitation visible light emitting layer according to the embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이 활성층내에서 발생한 청색광에 의하여 이차여기 가시광 발광층에서 재흡수 및 방출에 의해 발생된 570㎚부근의 황색광을 방출하고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 이러한 방출광은 색조합에의해 백색광원을 형성할 수 있다.As shown, it can be seen that blue light generated in the active layer emits yellow light around 570 nm generated by reabsorption and emission in the secondary excitation visible light emitting layer. Therefore, such emitted light can form a white light source by the sum of colors.

도 4는 본 발명에 따른 이차여기 가시광 발광층을 사용한 백색 발광소자(a)와 종래 구조를 갖는 백색 발광소자(b)의 전류-전압 특성을 비교한 그래프이다.4 is a graph comparing current-voltage characteristics of a white light emitting device (a) using a secondary excitation visible light emitting layer according to the present invention and a white light emitting device (b) having a conventional structure.

도 4와 같이 전류의 구동전압은 20㎃ 구동전류를 인가하였을 때 이차여기 가시광 발광층을 사용한 (a)의 경우가 약 3.4V정도로 사용하지 않은 (b)의 경우보다 0.3V 정도 낮은 값을 나타내었다. 발광소자의 낮은 구동 전압은 소자의 동작시 소모되는 전력을 적게할 수 있는 이점이 있다.As shown in FIG. 4, when the driving voltage of the current was applied to 20 mA, the case of (a) using the secondary excitation visible light emitting layer was about 3.4V, which was about 0.3V lower than that of (b) which was not used. . The low driving voltage of the light emitting device has an advantage of reducing the power consumed during the operation of the device.

이러한 결과로 미루어볼 때 이차여기 가시광 발광층은 백색 발광효과 이외에도 소자에 인가하는 전류의 퍼짐 및 금속 전극과의 접촉저항을 작게하는 효과가 있는 것을 알 수 있다.As a result, it can be seen that in addition to the white light emitting effect, the secondary excitation visible light emitting layer has the effect of spreading the current applied to the device and reducing the contact resistance with the metal electrode.

상술한 바와 같이, AlGaAs, GaAsP 또는 InGaAlP 등을 사용한 이차여기 가시광 발광층을 갖는 본 발명에 따른 질화물 반도체 백색 발광소자는 형광체를 사용하지 않고 직접 발광소자 내에서부터 발광하는 방식으로 발광효율이 높고, 소자 제조 공정이 간단한 이점이 있다.As described above, the nitride semiconductor white light emitting device according to the present invention having the secondary excitation visible light emitting layer using AlGaAs, GaAsP or InGaAlP, etc. has a high luminous efficiency by emitting light directly from the light emitting device without using a phosphor, and thus, device fabrication. The process has a simple advantage.

또한, 금속전극과의 접촉저항이 낮아 백색 발광소자의 구동전압을 낮추어 저소비전력의 소자를 구현할 수 있고, p형 접촉층과 이차여기 가시광 발광층 사이의 밴드갭의 차이에 의한 2차원적인 전류 퍼짐 현상이 발생하여 발광소자의 발광면 전체에 균일한 발광을 유도하여 높은 광출력의 백색발광소자를 제작할 수 있는 이점이 있다.In addition, the contact resistance with the metal electrode is low, the driving voltage of the white light emitting device can be lowered to implement a device of low power consumption, the two-dimensional current spreading phenomenon due to the difference in the band gap between the p-type contact layer and the secondary excitation light emitting layer This occurs to induce uniform light emission throughout the light emitting surface of the light emitting device has the advantage of producing a white light emitting device of high light output.

Claims (4)

기판 상에 n형 접촉층, 질화물 반도체 활성층, p형 접촉층이 순차적으로 적층되고, 상기 n형 및 p형 접촉층 상에 각각 n형 및 p형 전극이 형성되는 질화물 반도체 발광소자에 있어서,In a nitride semiconductor light emitting device in which an n-type contact layer, a nitride semiconductor active layer, and a p-type contact layer are sequentially stacked on a substrate, and n-type and p-type electrodes are formed on the n-type and p-type contact layers, respectively. 상기 p형 접촉층과 상기 p형 전극 사이에 이차여기 가시광 발광층을 포함하는 질화물 반도체 백색 발광소자.A nitride semiconductor white light emitting device comprising a secondary excitation visible light emitting layer between the p-type contact layer and the p-type electrode. 청구항 1에 있어서, 상기 이차여기 가시광 발광층은 일반식 GaAs1-xPx (0 ≤x ≤1), (AlxGa1-x)yIn1-yP(0 ≤x, y ≤1) 또는 Ga1-xAlxAs(0 < x ≤1)로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종 이상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 백색 발광소자.The method according to claim 1, wherein the second visible light emitting layer is a general formula GaAs1-xPx (0 ≤ x ≤ 1), (AlxGa1-x) yIn1-yP (0 ≤ x, y ≤ 1) or Ga1-xAlxAs (0 <x ≤ A nitride semiconductor white light emitting device, characterized in that formed at least one selected from the group consisting of 1). 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 이차여기 가시광 발광층에 n형 및 p형의 불순물을 도핑하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 백색 발광소자.The nitride semiconductor white light emitting device of claim 1 or 2, wherein the secondary excitation visible light emitting layer is doped with n-type and p-type impurities. 청구항 3에 있어서, 상기 n형 및 p형 불순물은 Si, Te, Zn, Cd, Mg, N 또는 O로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종 이상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 백색 발광소자.The nitride semiconductor white light emitting device of claim 3, wherein the n-type and p-type impurities are formed of at least one selected from the group consisting of Si, Te, Zn, Cd, Mg, N, or O.
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