KR20080055538A

KR20080055538A - Light emitting devices

Info

Publication number: KR20080055538A
Application number: KR20060129003A
Authority: KR
Inventors: 문원하; 최창환; 김동운; 김현준
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2008-06-19

Abstract

A light emitting device is provided to broaden a light emission area and increase a light emitting efficiency by simplifying the structure of a light emitting device. An active layer(103) is formed on a semiconductor layer(101). An insulation layer(104) is formed on the active layer. A metal layer(105) is formed on the insulation layer. The active layer includes one of a quantum well structure, a quantum dot and a quantum line or more than that. The active layer can include one or more layers.

Description

Light emitting devices

도 1a는 종래의 MIS 구조를 갖는 발광소자의 단면도이다. 1A is a cross-sectional view of a light emitting device having a conventional MIS structure.

도 1b는 도 1a에 도시된 발광소자의 에너지 다이어그램이다. FIG. 1B is an energy diagram of the light emitting device shown in FIG. 1A.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 발광소자의 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 발광소자의 에너지 다이어그램이다. 2 is a cross-sectional view of a light emitting device according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is an energy diagram of the light emitting device shown in FIG.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자의 단면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 발광소자의 에너지 다이어그램이다. 4 is a cross-sectional view of a light emitting device according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an energy diagram of the light emitting device shown in FIG.

도 6 및 도 7은 각각 본 발명의 또다른 실시예에 따른 발광소자의 단면도이다. 6 and 7 are cross-sectional views of light emitting devices according to still another embodiment of the present invention, respectively.

도 8 및 도 9는 각각 본 발명의 또다른 실시예에 따른 요철이 형성된 발광소자의 단면도이다. 8 and 9 are cross-sectional views of light emitting devices having irregularities according to still another exemplary embodiment of the present invention, respectively.

도 10은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 홀이 형성되어 일표면에 광결정구조가 형성된 형성된 발광소자의 단면도이다. 10 is a cross-sectional view of a light emitting device in which a hole is formed and a photonic crystal structure is formed on one surface thereof according to another embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10, 100, 100', 200, 300, 400, 500, 600 발광소자10, 100, 100 ', 200, 300, 400, 500, 600 light emitting device

11, 101 반도체층 13, 104 절연층11, 101 semiconductor layer 13, 104 insulation layer

15, 105, 금속층 103, 103', 133, 173, 130 활성층15, 105, metal layer 103, 103 ', 133, 173, 130 active layer

본 발명은 발광소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 종래의 발광소자에 비하여 구조가 간단하나 발광면적이 넓고 발광효율이 높으면서, 간소하고 경제적인 제조공정에 따라 제조될 수 있는 발광소자에 관한 것이다. The present invention relates to a light emitting device, and more particularly, to a light emitting device having a simpler structure than a conventional light emitting device but having a wide light emitting area and high luminous efficiency, which can be manufactured according to a simple and economical manufacturing process. .

발광소자는 소자 내에 포함되어 있는 물질이 발광을 하는 소자로서, 예를 들면, LED와 같이 다이오드를 이용하여 반도체를 접합한 형태로 전자/정공결합에 따른 에너지를 광으로 변환하여 방출하는 소자가 있다. A light emitting device is a device in which a material contained in the device emits light. For example, there is a device that emits energy by converting energy due to electron / hole coupling into light in the form of a semiconductor bonded using a diode such as an LED. .

현재 제조되고 있는 반도체 접합 LED 구조는 p형 반도체 및 n형 반도체의 접합구조인 것이 일반적이다. 반도체 접합 LED 구조에서는 양 반도체 사이에 활성층이 있어 원하는 파장으로 조절된 빛을 발광할 수 있게 한다. The semiconductor junction LED structure currently manufactured is generally a junction structure of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor. In a semiconductor junction LED structure, an active layer is provided between both semiconductors, so that light emitted at a desired wavelength can be emitted.

예를 들면, GaAs와 같은 2종이상의 원소를 이용한 화합물 반도체 LED제조에서는, 반도체 에피 성장은 통상 이종기판을 사용한다. 그 경우, 격자상수 및 열팽창 계수의 불일치로 인한 스트레인으로 인해 성장된 결정에는 결함이 형성되게 된다. For example, in the production of compound semiconductor LEDs using two or more kinds of elements such as GaAs, semiconductor epitaxial growth usually uses a hetero substrate. In that case, defects are formed in the grown crystal due to the strain due to the mismatch of the lattice constant and the coefficient of thermal expansion.

특히, 질화물 반도체에서는 사파이어 기판을 사용하는 경우, 기판과의 부정합이 커 많은 결함이 형성되어 완성된 발광소자의 발광특성을 저해할 수 있다. In particular, in the case of using a sapphire substrate in a nitride semiconductor, a large number of defects are formed in the nitride semiconductor, which may hinder the light emitting characteristics of the finished light emitting device.

또한, 반도체 접합 LED 구조에서는 n형 반도체와 p형 반도체를 하나의 기판에 성장시켜야 하는데 이러한 성장은 제조공정에 있어 어려움을 부여하고 있다. In addition, in the semiconductor junction LED structure, the n-type semiconductor and the p-type semiconductor must be grown on a single substrate, which is causing difficulties in the manufacturing process.

LED 이외에도, 종래에 커패시터로 사용되어온 금속-절연체-반도체로 이루어진 MIS(Metal Insulator Semiconductor)구조의 소자도 발광소자로서 이용하고자 하는 노력이 있었다. MIS 구조의 소자를 이용하는 경우, 전술한 LED 발광소자보다 적은 수의 층이 요구되어 보다 간단한 구조를 이루고 있고 그에 따라 제조공정이 보다 간단하게 되어 제조비용의 절감이 가능하게 된다. In addition to the LED, there has been an effort to use a device of a metal insulator semiconductor (MIS) structure made of a metal-insulator-semiconductor, which has been conventionally used as a capacitor. In the case of using the device of the MIS structure, fewer layers are required than the above-described LED light emitting device, thereby achieving a simpler structure, thereby simplifying the manufacturing process, thereby reducing the manufacturing cost.

도 1a는 종래의 MIS 구조를 이용한 발광소자(10)의 단면도이다. 본 발광소자(10)는 반도체층(11)이 p형 반도체인 m-i-p형 발광소자인 것으로 가정하여 이하 설명하기로 한다. 1A is a cross-sectional view of a light emitting device 10 using a conventional MIS structure. The light emitting device 10 will be described below on the assumption that the semiconductor layer 11 is an m-i-p light emitting device that is a p-type semiconductor.

발광소자(10)는 반도체층(11), 절연층(13), 및 금속층(15)을 포함하고, 반도체층(11) 하면에 전극(17)이 형성되어 있다. 반도체층(11)의 A 영역은 발광을 담당하는 부분으로서, A 영역에서는 금속으로부터의 전자의 터널링 효과에 의하여 재결합(recombination)이 일어나 빛이 발생하게 된다. The light emitting device 10 includes a semiconductor layer 11, an insulating layer 13, and a metal layer 15, and an electrode 17 is formed on the bottom surface of the semiconductor layer 11. The region A of the semiconductor layer 11 is responsible for emitting light, and in region A, recombination occurs due to the tunneling effect of electrons from the metal, thereby generating light.

이러한 발광 매커니즘에 대한 에너지 다이어그램이 도 1b에 나타나 있다. 도 1b에서, 발광소자(10)에 금속층(15) 측에는 (-) 전압이 반도체층(11) 측에는 (+) 전압이 인가된 경우의 에너지 준위에 대하여 도시되어 있다. An energy diagram for this light emitting mechanism is shown in FIG. 1B. In FIG. 1B, the energy level when the negative voltage is applied to the light emitting element 10 on the metal layer 15 side and the positive voltage on the semiconductor layer 11 side is shown.

금속층(15)에 (-)전압이 인가되면, 전자(e^-)는 절연층(13)을 터널링 효과를 통하여 통과하게 된다. 그에 따라 통과된 전자(e^-)는 반도체층(11)에 도달하고, 도달된 전자(e^-)는 반도체층(11)의 가전자대에 있는 정공(h⁺)과 결합하여 광자가 발생된다.When a negative voltage is applied to the metal layer 15, electrons e ⁻ pass through the insulating layer 13 through a tunneling effect. Accordingly, the electrons e ⁻ passed through reach the semiconductor layer 11, and the electrons e ⁻ reached combine with holes h ⁺ in the valence band of the semiconductor layer 11 to generate photons.

그러나, 이러한 MIS 구조의 발광소자에서 터널링된 전자(e^-)가 반도체층(11)에 도달되어 정공(h⁺)과 결합하여 발생된 광은 그 효율이 다른 발광소자에 비하여 낮아 그 효율의 증대가 요청되었다. However, in the light emitting device of the MIS structure, the light generated by tunneling electrons (e ⁻ ) reaching the semiconductor layer 11 and combined with the holes (h ⁺ ) has lower efficiency than other light emitting devices, thereby increasing the efficiency. Was requested.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 종래의 발광소자에 비하여 구조가 간단하나 발광면적이 넓고 발광효율이 높으면서, 간소하고 경제적인 제조공정에 따라 제조될 수 있는 발광소자를 제공함에 있다. The present invention is to solve the above-mentioned problems, the object of the present invention is a light emitting device that can be manufactured according to a simple and economical manufacturing process while having a simple structure but high light emitting area and high luminous efficiency as compared to the conventional light emitting device In providing.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 발광소자는 반도체층; 반도체층 상에 형성된 활성층; 활성층상에 형성된 절연층; 및 절연층상에 형성된 금속층;을 포함하며, 활성층은 양자우물구조, 양자점, 및 양자선 중 하나 또는 그 이상을 포함한다. Light emitting device according to an aspect of the present invention for achieving the above object is a semiconductor layer; An active layer formed on the semiconductor layer; An insulating layer formed on the active layer; And a metal layer formed on the insulating layer, wherein the active layer includes one or more of a quantum well structure, a quantum dot, and a quantum wire.

반도체층은 GaN계 반도체, ZnO계 반도체, GaAs계 반도체, GaP계 반도체, 및 GaAsP계 반도체로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. The semiconductor layer may be selected from the group consisting of GaN-based semiconductors, ZnO-based semiconductors, GaAs-based semiconductors, GaP-based semiconductors, and GaAsP-based semiconductors.

활성층은 하나 또는 그 이상의 층을 포함할 수 있는데, 활성층은 양자우물구조를 포함하고, 양자우물구조는 단일 우물구조 및 다중 우물구조 중 어느 하나일 수 있다. The active layer may include one or more layers, wherein the active layer may include a quantum well structure, and the quantum well structure may be one of a single well structure and a multiple well structure.

활성층은 복수의 양자점을 포함하고, 양자점은 3족-5족 화합물 반도체 및 2족-6족 화합물 반도체 중 어느 하나일 수 있다. 양자점은 GaN 계 화합물이다. The active layer includes a plurality of quantum dots, and the quantum dots may be any one of a Group 3-5 compound semiconductor and a Group 2-6 compound semiconductor. Quantum dots are GaN based compounds.

활성층이 복수의 양자선을 포함할 때, 양자선은 3족-5족 화합물 반도체 및 2족-6족 화합물 반도체 중 어느 하나일 수 있다. When the active layer includes a plurality of quantum wires, the quantum wires may be any one of a Group 3-5 compound semiconductor and a Group 2-6 compound semiconductor.

활성층은 양자선과 이를 둘러싼 유기물 반도체를 포함할 수 있다. The active layer may include a quantum wire and an organic semiconductor surrounding the quantum line.

발광소자로부터의 광의 진행방향의 최외곽 층의 표면은 요철이 있을 수 있고, 반도체층, 절연층, 및 금속층의 표면은 요철이 있는 것이 바람직하다. The surface of the outermost layer in the traveling direction of the light from the light emitting element may have irregularities, and the surfaces of the semiconductor layer, the insulating layer, and the metal layer preferably have irregularities.

또한, 발광소자는 금속층 표면에 복수의 홀(hole)이 형성되어 있을 수 있는데, 홀은 절연층 상면 및 활성층 상면 사이의 지점까지 연장될 수 있다.In addition, the light emitting device may have a plurality of holes formed on the surface of the metal layer, and the holes may extend to a point between the top surface of the insulating layer and the top surface of the active layer.

이러한 발광소자는 일표면에 광결정(photonic crystal) 구조가 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 홀은 직경 및 간격이 약 200nm 내지 약 1000 nm일 수 있다. In the light emitting device, a photonic crystal structure is preferably formed on one surface. And, the holes may have a diameter and a spacing of about 200 nm to about 1000 nm.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 발광소자(100)의 단면도이다. 2 is a cross-sectional view of a light emitting device 100 according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일실시형태에 따른 발광소자(100)는 반도체층(101); 반도체층 상에 형성되고, 양자우물구조, 양자점, 및 양자선 중 하나 또는 그 이상을 포함하는 활성층(103); 활성층상에 형성된 절연층(104); 및 절연층상에 형성된 금속층(105)을 포함한다. The light emitting device 100 according to the embodiment of the present invention includes a semiconductor layer 101; An active layer 103 formed on the semiconductor layer and including one or more of a quantum well structure, a quantum dot, and a quantum line; An insulating layer 104 formed on the active layer; And a metal layer 105 formed on the insulating layer.

발광소자(100)는 반도체층(101) 및 절연층(104) 사이에 활성층(103)을 포함한다. 활성층(103)은 발광소자(100)의 발광을 활성화시킨다. 발광을 활성화시키는 방법으로서, 활성층(103)은 양자우물구조, 양자점 및 양자선 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 활성층(103)은 양자우물구조를 나타낼 수 있는 것은 어떤 것이든 될 수 있고, 예를 들면, GaN 계 반도체일 수 있다. 활성층(103)의 활성화 작용에 대하여는 도3과 관련하에 이하에 설명하기로 한다.The light emitting device 100 includes an active layer 103 between the semiconductor layer 101 and the insulating layer 104. The active layer 103 activates light emission of the light emitting device 100. As a method of activating light emission, the active layer 103 may include at least one of a quantum well structure, a quantum dot, and a quantum line. The active layer 103 may be any that can exhibit a quantum well structure, and may be, for example, a GaN-based semiconductor. An activation action of the active layer 103 will be described below with reference to FIG. 3.

반도체층(101)은 GaN계 반도체, ZnO계 반도체, GaAs계 반도체, GaP계 반도체, 및 GaAsP계 반도체로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. The semiconductor layer 101 may be selected from the group consisting of GaN-based semiconductors, ZnO-based semiconductors, GaAs-based semiconductors, GaP-based semiconductors, and GaAsP-based semiconductors.

금속층(105)은 빛을 투과할 수 있는 투명전극이나, 반사하는 장벽금속(barrier metal)일 수 있다. The metal layer 105 may be a transparent electrode that can transmit light or a barrier metal that reflects light.

절연층(104)은 질화물이나 산화물일 수 있으며, 금속층(105)으로부터의 전자(e^-)의 터널링을 고려하여 그 두께는 약 1nm 내지 약 10nm인 것이 바람직하다. 또한, 절연층(104)은 반도체층(101)에서 형성된 광자를 흡수하지 않기 위하여 발광파장보다 더 큰 에너지 밴드 갭을 가져야 한다. The insulating layer 104 may be nitride or oxide, and the thickness thereof is preferably about 1 nm to about 10 nm in consideration of tunneling of electrons (e ⁻ ) from the metal layer 105. In addition, the insulating layer 104 should have a larger energy band gap than the light emission wavelength in order not to absorb photons formed in the semiconductor layer 101.

도 3은 도 2에 도시된 발광소자의 에너지 다이어그램이다. FIG. 3 is an energy diagram of the light emitting device shown in FIG. 2.

금속층(M)에 (-) 전압을 인가하면, 전자(e^-)는 절연층(I)을 터널링한다. 전자(e^-)가 절연층(104)을 통과하면, 활성층(103)에 의해 형성된 양자우물구조를 만나게 된다. 그에 따라, 전자(e^-)는 양자우물구조에서, 정공(h⁺)과 결합하여 광자를 발 생하게 된다. When a negative voltage is applied to the metal layer M, the electrons e ⁻ tunnel through the insulating layer I. When electrons e ⁻ pass through the insulating layer 104, they encounter a quantum well structure formed by the active layer 103. Accordingly, electrons (e ⁻ ) are combined with holes (h ⁺ ) in the quantum well structure to generate photons.

즉, 활성층(103)에 의한 양자우물구조의 존재로 인하여 전자(e^-)는 더욱 쉽게 정공(h⁺)과 결합하게 되어 발광효율이 높아진다.That is, due to the existence of the quantum well structure by the active layer 103, the electron (e ⁻ ) is more easily combined with the hole (h ⁺ ), thereby increasing the luminous efficiency.

또한, 양자우물구조는 단일 우물구조 및 다중 우물구조 중 어느 하나일 수 있다. 도 3에서, 양자우물구조는 단일 우물구조를 나타내고 있는데, 이는 활성층(103)을 적절히 조절하여 조정될 수 있다. 이하에서는 양자우물구조가 다중 우물구조인 활성층(103)이 개시되어 있다. In addition, the quantum well structure may be any one of a single well structure and a multiple well structure. In FIG. 3, the quantum well structure shows a single well structure, which can be adjusted by appropriately adjusting the active layer 103. Hereinafter, an active layer 103 having a quantum well structure having a multi-well structure is disclosed.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자(100')의 단면도이다. 4 is a cross-sectional view of a light emitting device 100 ′ according to another embodiment of the present invention.

도 4에서, 발광소자(100')의 반도체층(101) 및 절연층(104) 사이에 형성된 활성층(103)은 하나 또는 그 이상의 층을 포함할 수 있다. 활성층(103)이 다층구조를 나타내기 때문에 활성층(103)으로 인한 양자우물구조는 복수개일 수 있다. In FIG. 4, the active layer 103 formed between the semiconductor layer 101 and the insulating layer 104 of the light emitting device 100 ′ may include one or more layers. Since the active layer 103 exhibits a multi-layered structure, there may be a plurality of quantum well structures due to the active layer 103.

활성층(103)은 양자우물구조를 나타내는 층과 에너지 장벽을 나타내는 층을 교대로 적층하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 활성층(103)은 양자우물구조를 나타내는 GaN 층을 적층하고, 그 다음 AlGaN 층을 적층하여 장벽층을 구비할 수 있다. 이러한 양자우물구조-장벽 구성의 반복횟수는 발광효율을 고려하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 적절히 선택될 수 있음은 자명할 것이다. The active layer 103 may be formed by alternately stacking a layer representing a quantum well structure and a layer representing an energy barrier. For example, the active layer 103 may include a GaN layer that exhibits a quantum well structure and then an AlGaN layer to provide a barrier layer. It will be apparent that the number of repetitions of the quantum well structure-barrier configuration may be appropriately selected by those skilled in the art in consideration of the luminous efficiency.

도 5는 도 4에 도시된 발광소자(100')의 에너지 다이어그램이다. FIG. 5 is an energy diagram of the light emitting device 100 ′ shown in FIG. 4.

도 5를 참조하면, 활성층(103')은 5개의 층으로 되어 있음을 알 수 있다. 양 자우물구조-장벽 층이 2.5번 반복되어 있다. 그에 따라 절연층(104)과 반도체층(101)이 접촉되는 부분에 복수의 양자우물구조가 형성되게 되어, 발광소자(100')의 발광효율이 보다 높아질 것으로 예상된다. Referring to FIG. 5, it can be seen that the active layer 103 ′ has five layers. Both well structure-barrier layers are repeated 2.5 times. As a result, a plurality of quantum well structures are formed in a portion where the insulating layer 104 and the semiconductor layer 101 are in contact, so that the luminous efficiency of the light emitting device 100 'is expected to be higher.

도 6 및 도 7은 각각 본 발명의 또다른 실시예에 따른 발광소자들(200, 300)의 단면도이다. 도 6에서 활성층(133)은 양자점(123)을 포함하고, 도 7에서는 활성층(173)이 양자선(153)을 포함한다. 6 and 7 are cross-sectional views of light emitting devices 200 and 300 according to still another embodiment of the present invention, respectively. In FIG. 6, the active layer 133 includes a quantum dot 123, and in FIG. 7, the active layer 173 includes a quantum line 153.

먼저 도 6에서, 활성층(133)은 양자점(123)을 포함한다. 양자점(123)은 GaN 계 화합물일 수 있다. 양자점(123) 이외의 층(113)은 절연체일 수도 있고 반도체일 수도 있다. First, in FIG. 6, the active layer 133 includes a quantum dot 123. The quantum dot 123 may be a GaN-based compound. The layer 113 other than the quantum dot 123 may be an insulator or a semiconductor.

양자점(123)은 그 직경이 수 nm이고, 활성층내에 그 전체가 3차원적으로 포함되어 있어, 양자구속효과(quantum confinement effect)가 높다. 그에 따라 효과적으로 전자를 구속할 수 있어서 결과적으로 발광소자(200)의 발광활성효율을 높이게 된다. The quantum dot 123 has a diameter of several nm, and the whole of the quantum dot 123 is three-dimensionally contained in the active layer, so that the quantum confinement effect is high. Accordingly, the electrons can be effectively constrained, thereby increasing the light emitting activity efficiency of the light emitting device 200.

도 7에서는 활성층(173)이 양자선(153)을 포함하고 있다. 양자선(153)은 활성층(173)내에서, 반도체층(101) 및 절연층(104) 간에 복수개 형성될 수 있다. 양자선(153)은 반도체일 수 있는데, 예를 들면, 3족-5족 화합물 반도체 및 2족-6족 화합물 반도체 중 어느 하나일 수 있다. 만약, 양자선(153)이 2족-6족 반도체라면, 양자선(153) 이외의 활성층(163)는 유기물 반도체일 수 있다 .In FIG. 7, the active layer 173 includes a quantum line 153. A plurality of quantum lines 153 may be formed between the semiconductor layer 101 and the insulating layer 104 in the active layer 173. The quantum wire 153 may be a semiconductor. For example, the quantum wire 153 may be any one of a Group 3-5 compound semiconductor and a Group 2-6 compound semiconductor. If the quantum wires 153 are a group 2-6 semiconductor, the active layer 163 other than the quantum wires 153 may be an organic semiconductor.

도 8 내지 도 10은 각각 본 발명의 또다른 실시예에 따른 요철이 형성된 발광소자의 단면도이다. 8 to 10 are cross-sectional views of light emitting devices having irregularities according to still another exemplary embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 표면에 요철(115)이 형성되어 있는 발광소자(400)가 도시되어 있다. 특히, 금속층(105), 절연층(104), 및 반도체층(101) 상에 요철이 형성되어 있다. Referring to FIG. 8, there is shown a light emitting device 400 having irregularities 115 formed on a surface thereof. In particular, irregularities are formed on the metal layer 105, the insulating layer 104, and the semiconductor layer 101.

요철은 활성층(173)상에는 형성되지 않는데, 이는 활성층(173)에 요철을 형성하면, 활성층(173)의 손상이 너무 크고, 발광면에 직접적으로 영향을 미치기 때문이다. The unevenness is not formed on the active layer 173, because if the unevenness is formed in the active layer 173, the damage of the active layer 173 is too large and directly affects the light emitting surface.

요철이 형성됨으로써, 발광된 빛은 표면에서의 전반사 등과 같이 광추출효율에 악영향을 미치는 요인에 제거하고, 빛을 효과적으로 산란시켜 전반적인 발광소자(400)의 광추출효율을 개선하게 된다. As the unevenness is formed, the emitted light is removed to factors that adversely affect the light extraction efficiency, such as total reflection on the surface, and the light is effectively scattered to improve the overall light extraction efficiency of the light emitting device 400.

도 9에는, 발광소자의 아래부분으로 요철(110)이 형성되어 있다. 이는 요철은 광의 진행방향의 표면에 형성되어야 광추출효율을 개선할 수 있을 것이기 때문이다. In FIG. 9, the unevenness 110 is formed under the light emitting element. This is because the unevenness should be formed on the surface of the light traveling direction to improve the light extraction efficiency.

각 층, 즉, 금속층(105), 절연층(104), 및 반도체층(101) 모두에 요철을 형성할 수도 있으나, 적어도 광의 진행방향의 최외곽 층의 표면은 요철이 있는 것이 바람직하다. Unevenness may be formed in each of the layers, that is, the metal layer 105, the insulating layer 104, and the semiconductor layer 101, but at least the surface of the outermost layer in the light traveling direction preferably has unevenness.

따라서, 도 8과 같이 광의 진행방향의 최외곽층이 금속층(105)인 경우에는 적어도 금속층(105)에는 요철이 있고, 도 9와 같이 광의 진행방향의 최외곽층이 반도체층(101)인 경우에는 적어도 반도체층(101)에는 요철이 있는 것이 바람직하다. Therefore, when the outermost layer of the light traveling direction is the metal layer 105 as shown in FIG. 8, at least the metal layer 105 has irregularities, and when the outermost layer of the light traveling direction is the semiconductor layer 101 as shown in FIG. 9. At least the semiconductor layer 101 preferably has irregularities.

도 10에는 도 8 및 도 9와 같이 각 층마다 요철을 형성하는 것이 아니라, 요 철보다 더욱 효과적인 구조를 형성한 발광소자(600)가 도시되어 있다.In FIG. 10, as shown in FIGS. 8 and 9, the light emitting device 600 having a structure more effective than the unevenness is illustrated, rather than the unevenness of each layer.

금속층(105) 표면에는 소정 깊이를 갖는 다수의 규칙적인 홀(H)가 형성되어 있다. 이러한 홀(H)은 절연층(104)의 일부 깊이까지 연장되어 홀(H)의 바닥에서 절연층(104)을 노출시킬 수 있다. 이러한 구조를 갖는 발광소자는 광결정(photonic crystal) 구조를 나타낼 수 있다. 광결정은 굴절률이 서로 다른 매질이 결정처럼 규칙적으로 배열된 것을 나타내는데, 이러한 광결정은 빛의 파장의 배수의 길이 단위의 빛 조절이 가능하여 광추출효과를 더욱 높일 수 있다. A plurality of regular holes H having a predetermined depth are formed in the surface of the metal layer 105. The hole H may extend to a partial depth of the insulating layer 104 to expose the insulating layer 104 at the bottom of the hole H. The light emitting device having such a structure may exhibit a photonic crystal structure. Photonic crystals indicate that the media having different refractive indices are regularly arranged like crystals. Such photonic crystals can further adjust the light extraction effect by controlling light in units of lengths of multiples of the wavelength of light.

홀(H)의 직경 및 간격은 효과적인 광결정 구조를 고려하여 약 200nm 내지 1000 nm인 것이 바람직하다. The diameter and spacing of the holes H are preferably about 200 nm to 1000 nm in consideration of the effective photonic crystal structure.

홀(H)의 형성은 발광소자(600)를 제조한 후에, 소정의 적절한 공정을 통하여 수행될 수 있다. 예를 들면, 식각 공정에 의하여 형성될 수 있다. The formation of the hole H may be performed after manufacturing the light emitting device 600 through any suitable process. For example, it may be formed by an etching process.

만약, 홀(H)이 절연층(104)까지가 아닌, 금속층(105)까지 또는 금속층(105)의 일부까지 연장되도록 형성된 경우에는 광결정 구조가 아니라, 표면 플라즈몬(surface plasmon)이 형성되는 구조를 이루게 된다. 또한 홀(H)이 활성층(130)까지 연장될 경우, 활성층(130)에 손상을 입힐 수 있다. If the hole H is formed to extend to the metal layer 105 or to a part of the metal layer 105, not to the insulating layer 104, the structure in which the surface plasmon is formed, not the photonic crystal structure is formed. Is achieved. In addition, when the hole H extends to the active layer 130, the active layer 130 may be damaged.

표면 플라즈몬은 전도체와 부전도체 사이의 계면을 따라 이동하는 전자 밀도의 파(wave of electron density)이다. 이러한 표면 플라즈몬은 빛의 입사에 의해 발생할 수 있는데, 공명 조건을 만족하는 특정 입사각에서 공명 현상이 일어나게 되는데 이것을 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance)이라고 한다.Surface plasmons are waves of electron density that travel along the interface between conductors and nonconductors. This surface plasmon can be caused by the incident light, and a resonance phenomenon occurs at a specific angle of incidence that satisfies the resonance condition. This is called surface plasmon resonance.

입사하는 광자와 표면 플라즈몬 사이의 모멘텀이 일치하게 되는 공명 조건에 서는, 표면 플라즈몬이 크게 여기되면서 입사하는 빛의 에너지가 복사 또는 열의 형태로 흡수되기 때문에, 결과적으로 금속을 통과하여 반사되는 빛의 세기는 최소가 될 수 있다. 따라서, 금속층(105) 및 그 내부의 홀(H) 형성은 이러한 표면 플라즈마가 형성되는 조건을 충족시킬 수 있으므로 바람직하지 않다.Under resonance conditions where the momentum between incident photons and surface plasmons coincides, the energy of the incident light is absorbed in the form of radiation or heat as the surface plasmons are excited largely, resulting in the intensity of light reflected through the metal. May be the minimum. Therefore, the formation of the metal layer 105 and the holes H therein is not preferable because it can satisfy the conditions in which such surface plasma is formed.

도 10에서는 광의 진행방향의 최외곽층이 금속층(105)인 것으로 가정하여 도시하였으나, 도 9에서와 같이 광의 진행방향의 최외곽층이 반도체층(101)인 경우에는 반도체층에 이러한 구조가 형성될 수 있음은 자명할 것이다. In FIG. 10, it is assumed that the outermost layer of the light traveling direction is the metal layer 105. However, when the outermost layer of the light traveling direction is the semiconductor layer 101, such a structure is formed in the semiconductor layer. It will be obvious.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위에 의해 해석되어야 한다. 또한, 본 발명은 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.The invention is not to be limited by the foregoing embodiments and the accompanying drawings, but should be construed by the appended claims. In addition, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be substituted, modified, and changed in various forms without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 발광소자는 종래의 발광소자에 비하여 구조가 간단하여 그 제조시 공정면에서 경제적인 효과가 있다. As described above, the light emitting device according to the present invention has a simpler structure than the conventional light emitting device, and thus has an economic effect in terms of manufacturing process.

또한, 발광소자에 p형 반도체 및 n형 반도체를 모두 구현할 필요없이 어느 하나 형태의 반도체만을 구현하는 것으로 충분하여 공정이 간단해지는 효과가 있다. In addition, without implementing both the p-type semiconductor and the n-type semiconductor in the light emitting device is sufficient to implement only one type of semiconductor has the effect of simplifying the process.

아울러, 기존의 LED 구조 특히, 수평형 구조에 비하여 발광면적이 넓고, 반도체층 및 절연층 영역에 양자우물구조, 양자점 또는 양자선을 구비하여 발광효율이 높아진다.In addition, the light emitting area is wider than a conventional LED structure, in particular, a horizontal structure, and the light emitting efficiency is increased by providing a quantum well structure, a quantum dot, or a quantum line in the semiconductor layer and the insulating layer region.

Claims

A semiconductor layer;

An active layer formed on the semiconductor layer;

An insulating layer formed on the active layer; And

A metal layer formed on the insulating layer;

The active layer is a light emitting device comprising one or more of a quantum well structure, quantum dots, and quantum lines.

The method of claim 1,

And the semiconductor layer is selected from the group consisting of GaN-based semiconductors, ZnO-based semiconductors, GaAs-based semiconductors, GaP-based semiconductors, and GaAsP-based semiconductors.

The method of claim 1,

The active layer comprises a light emitting device comprising one or more layers.

The method of claim 1,

The active layer includes a quantum well structure,

The quantum well structure is a light emitting device, characterized in that any one of a single well structure and multiple well structure.

The method of claim 1,

The active layer includes a plurality of quantum dots,

The quantum dot is a light emitting device, characterized in that any one of a group 3-5 compound semiconductor and a group 2-6 compound semiconductor.

The method of claim 5,

The quantum dot is a light emitting device, characterized in that the GaN compound.

The method of claim 1,

The active layer includes a plurality of quantum wires,

The quantum wire is a light emitting device, characterized in that any one of a group 3-5 compound semiconductor and a group 2-6 compound semiconductor.

The method of claim 7, wherein

The active layer includes the quantum wire and the organic semiconductor surrounding the light emitting device.

The method of claim 1,

The surface of the outermost layer in the advancing direction of the light from the light emitting device is characterized in that the irregularities.

The method of claim 1,

Light emitting device, characterized in that the surface of the semiconductor layer, the insulating layer, and the metal layer is irregular.

The method of claim 1,

A light emitting device, characterized in that a plurality of holes are formed on the surface of the metal layer.

The method of claim 11,

And the hole extends to a point between the top surface of the insulating layer and the top surface of the active layer.

The method of claim 12,

A light emitting device in which a photonic crystal structure is formed on one surface.

The method of claim 11,

Wherein the holes have a diameter and a spacing of about 200 nm to about 1000 nm.