KR20100038339A - Semiconductor light emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
실시 예는 반도체 발광 소자에 관한 것이다.The embodiment relates to a semiconductor light emitting device.
Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체(group Ⅲ-Ⅴ nitride semiconductor)는 물리적, 화학적 특성으로 인해 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD) 등의 발광 소자의 핵심 소재로 각광을 받고 있다. Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체는 통상 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 이루어져 있다.Group III-V nitride semiconductors are spotlighted as core materials of light emitting devices such as light emitting diodes (LEDs) or laser diodes (LDs) due to their physical and chemical properties. The III-V nitride semiconductor is usually made of a semiconductor material having a composition formula of In x Al y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1).
발광 다이오드(Light Emitting Diode : LED)는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기를 적외선 또는 빛으로 변환시켜서 신호를 주고 받거나, 광원으로 사용되는 반도체 소자의 일종이다.A light emitting diode (LED) is a kind of semiconductor device that transmits and receives a signal by converting electricity into infrared light or light using characteristics of a compound semiconductor.
이러한 질화물 반도체 재료를 이용한 LED 혹은 LD의 광을 얻기 위한 발광 소자에 많이 사용되고 있으며, 핸드폰의 키패드 발광부, 전광판, 조명 장치 등 각종 제품의 광원으로 응용되고 있다. It is widely used in the light emitting device for obtaining the light of the LED or LD using such a nitride semiconductor material, and is applied as a light source of various products such as keypad light emitting part of a mobile phone, an electronic board, a lighting device.
실시 예는 수직형 반도체 발광소자에 있어서, 표면에 저 굴절률을 갖는 질화물을 배치하여, 광 방출 효율을 개선할 수 있는 반도체 발광소자를 제공한다.The embodiment provides a semiconductor light emitting device capable of improving light emission efficiency by disposing a nitride having a low refractive index on a surface of a vertical semiconductor light emitting device.
실시 예는 수직형 반도체 발광소자에 있어서, 고 굴절률을 갖는 질화물층 위에 저 굴절률을 갖는 질화물층을 형성함으로써, 광 추출 효율을 개선할 수 있는 반도체 발광소자를 제공한다.The embodiment provides a semiconductor light emitting device capable of improving light extraction efficiency by forming a nitride layer having a low refractive index on a nitride layer having a high refractive index in a vertical semiconductor light emitting device.
실시 예에 따른 반도체 발광소자는, 저 굴절률을 갖는 제 1질화물층과 고 굴절률을 갖는 제 2질화물층을 포함하는 제 1도전성 반도체층; 상기 제 1도전성 반도체층 위에 형성된 활성층; 상기 활성층 위에 형성된 제 2도전성 반도체층; 상기 제2도전성 반도체층 위에 형성된 반사 전극층을 포함한다. A semiconductor light emitting device according to an embodiment may include a first conductive semiconductor layer including a first nitride layer having a low refractive index and a second nitride layer having a high refractive index; An active layer formed on the first conductive semiconductor layer; A second conductive semiconductor layer formed on the active layer; It includes a reflective electrode layer formed on the second conductive semiconductor layer.
실시 예에 따른 반도체 발광소자 제조방법은 기판 위에 알루미늄을 포함하는 제 1질화물층 및 상기 제 1질화물층 위에 제 2질화물층을 형성하는 제 1도전성 반도체층 형성단계; 상기 제 2질화물층 위에 활성층을 형성하는 단계; 상기 활성층 위에 제 2도전성 반도체층을 형성하는 단계; 상기 제 2도전성 반도체층 위에 반사전극층을 형성하는 단계; 상기 반사전극층 위에 전도성 지지부재를 형성하는 단계; 상기 기판을 제거한 후 상기 제 1질화물층의 표면에 제 1전극을 형성하는 단계를 포함한다.In another embodiment, a method of manufacturing a semiconductor light emitting device includes: forming a first nitride layer including aluminum on a substrate and forming a second nitride layer on the first nitride layer; Forming an active layer on the second nitride layer; Forming a second conductive semiconductor layer on the active layer; Forming a reflective electrode layer on the second conductive semiconductor layer; Forming a conductive support member on the reflective electrode layer; After removing the substrate, forming a first electrode on the surface of the first nitride layer.
실시 예는 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다.The embodiment can improve light extraction efficiency.
실시 예는 표면에 굴절률이 상대적으로 낮은 질화물층을 배치하여, 공기 또는 수지물과의 굴절률 차이에 의한 광도 저하를 개선할 수 있다.According to the embodiment, a nitride layer having a relatively low refractive index may be disposed on the surface, and thus the brightness decrease due to a difference in refractive index with air or a resin may be improved.
도 1은 제 1실시 예에 따른 반도체 발광소자를 나타낸 측 단면도.
도 2 내지 도 5는 실시 예에 따른 반도체 발광소자 제조과정을 나타낸 도면.
도 6 및 도 7은 실시 예에 따른 반도체 발광소자의 표면에 러프니스를 형성한 예를 나타낸 도면.1 is a side sectional view showing a semiconductor light emitting device according to the first embodiment;
2 to 5 illustrate a process of manufacturing a semiconductor light emitting device according to the embodiment;
6 and 7 illustrate an example in which roughness is formed on a surface of a semiconductor light emitting device according to an embodiment;
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 설명하면 다음과 같다. 이러한 실시 예를 설명함에 있어서, 각 층의 위 또는 아래에 대한 정의는 각 도면을 기준으로 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. In the description of this embodiment, the definition of the top or bottom of each layer will be described based on the respective drawings.
도 1은 실시 예에 따른 반도체 발광소자를 나타낸 단면도이다. 1 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor light emitting device according to an embodiment.
도 1을 참조하면, 반도체 발광소자(100)는 서로 다른 굴절률의 층을 갖는 제 1도전성 반도체층(110,120), 활성층(130), 제 2도전성 반도체층(140), 반사 전극층(150), 전도성 지지부재(160) 및 제 1전극(170)을 포함한다. Referring to FIG. 1, the semiconductor
상기 제 1도전성 반도체층(110,120)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, n형 도펀트(예; Si, Ge, Sn , Se, Te 등)가 도핑된다.The first
상기 제 1도전성 반도체층(110,120)의 제 1질화물층(110) 및 제 2질화물층(120)을 포함하며, 상기 제 1질화물층(110)은 상기 제2질화물층(120)에 비해 저 굴절률의 매질층으로 형성되고, 또는 상기 제2질화물층(110)은 상기 제1질화물층(110)에 비해 고 굴절률의 매질층으로 형성될 수 있다. 상기 제1질화물층(110)은 AlxGa1-xN (0<x≤1)로서, n-AlGaN 또는 AlN층으로 이루어질 수 있고, 상기 제2질화물층(120)은 n-GaN층으로 이루어질 수 있다. 여기서, 발광 파장이 450nm일 때, 상기 GaN의 굴절률은 2.44이며, AlGaN 또는 AlN은 2.12~2.44가 된다. And a
여기서, 상기 AlGaN의 경우 Al과 Ga의 조성비(composition ratio)에 따라 굴절률이 2.12~2.44로 변경되며, Ga에 비해 Al의 함량이 상대적으로 많아지면 굴절률은 더 낮아져 광 추출 효율은 증가될 수 있다. Here, in the case of AlGaN, the refractive index is changed to 2.12 to 2.44 according to the composition ratio of Al and Ga. When the Al content is relatively higher than that of Ga, the refractive index is lowered to increase light extraction efficiency.
상기 제 1도전성 반도체층(110,120)의 제1질화물층(110) 위에는 제 1전극(170)이 형성된다. The
상기 제 1도전성 반도체층(110,120)의 제2질화물층(120)의 아래에는 활성층(130)이 형성되며, 상기 활성층(130)은 단일 또는 다중 양자우물 구조로 형성되는 데, 예컨대, InGaN 우물층/GaN 장벽층을 한 주기로 하여, 단일 또는 다중 양자 우물 구조로 형성될 수 있다. An
상기 활성층(130) 아래에는 제 2도전성 반도체층(140)이 형성된다. 상기 제 2도전성 반도체층(140)은 p형 도펀트(예: Mg)가 도핑된 p형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 상기 p형 반도체층은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 등과 같은 화합물 반도체 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.A second
또한 상기 제 2도전성 반도체층(140) 아래에는 n형 반도체층(미도시)이 형성될 도 있다. 또한 실시 예에서는 제 1도전성 반도체층(110,120)이 p형 반도체층이고, 제 2도전성 반도체층(140)이 n형 반도체층으로 구현될 수도 있으며, 이에 한정하지는 않는다. In addition, an n-type semiconductor layer (not shown) may be formed under the second
상기 제 2도전성 반도체층(140)의 아래에는 반사 전극층(150)이 형성된다. 상기 반사 전극층(150)은 Al, Ag, Pd, Rh, Pt 등의 재질로 선택적으로 형성될 수 있다. The
상기 반사 전극층(150) 아래에는 전도성 지지부재(160)가 형성된다. 상기 전도성 지지부재(160)는 구리 또는 금 등의 재질로 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 반사 전극층(150)과 상기 전도성 지지부재(160)의 재질은 변경될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.The
이러한 반도체 발광소자(100)의 표면에는 저 굴절률을 갖는 제1질화물층(110)인 n-AlGaN층 또는 n-AlN층을 형성해 줌으로써, 상기 활성층(130)에서 방출되는 광은 제2질화물층(120)로 입사되어 제1질화물층(110)을 통해 외부로 쉽게 추출될 수 있다. 이에 따라 LED 광도를 개선할 수 있다.
The n-AlGaN layer or the n-AlN layer, which is the
도 2 내지 도 5는 실시 예에 따른 반도체 발광소자의 제조과정을 나타낸 도면이다.2 to 5 are views illustrating a manufacturing process of the semiconductor light emitting device according to the embodiment.
도 2를 참조하면, 기판(101) 위에 버퍼층(103), 서로 다른 굴절률의 층을 갖는 제 1도전성 반도체층(110,120), 활성층(130), 제 2도전성 반도체층(140)을 포함한다.2, a
상기 기판(101)은 사파이어 기판(Al203), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, 그리고 GaAs 등으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 상기 버퍼층(103)은 상기 기판(101)과의 격자 상수 차이를 줄여주기 위한 층으로서, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, AlInGaN 등이 선택적으로 이용하여 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(103) 위에는 언도프드 반도체층(미도시)이 형성될 수 있으며, 상기 언도프드 반도체층(미도시)은 undoped GaN층으로 구현될 수 있다. 또한 상기 기판(101) 위에는 상기 버퍼층(103) 및 언도프드 반도체층이 존재하지 않거나, 적어도 한 층만 존재할 수 있다. The
상기 버퍼층(103) 위에는 제 1도전성 반도체층(110,120)이 형성된다. 상기 제 1도전성 반도체층(110,120)은 n형 반도체층으로, 상기 버퍼층(103) 위에 형성된 저 굴절률의 제 1질화물층(110), 상기 제 1질화물층(110) 위에 형성된 고 굴절률의 제 2질화물층(120)을 포함한다. 상기 제 1질화물층(110)은 n-AlGaN층 또는 AlN층으로 구현되며, 상기 제 2질화물층(120)은 n-GaN층으로 구현될 수 있다. 상기 n-AlGaN층(110)은 Al 함량에 따라 굴절률이 변경 예컨대, 더 낮아질 수 있다. First
그리고 수학식 1을 이용하여, 상기 제 1질화물층(110) 및 제 2질화물층(120)의 두께는 최적화할 수 있다.In addition, by using Equation 1, the thicknesses of the
[수학식 1][Equation 1]
T=λ/(4n)T = λ / (4n)
상기 T는 각 매질의 두께이며, λ는 파장이고, n은 각 매질의 굴절률(Refractive index)이다.T is the thickness of each medium, λ is the wavelength, and n is the refractive index of each medium.
상기 제 1도전성 반도체층(110,120)의 제 2질화물층(120) 위에는 활성층(130)이 형성되며, 상기 활성층(130) 위에는 제 2도전성 반도체층(140)이 형성된다.The
도 3을 참조하면, 상기 제 2도전성 반도체층(140) 위에는 반사 전극층(150)이 형성된다. 상기 반사 전극층(150)은 제 2전극으로 기능하며, Al, Ag, Ag alloy, Al alloy, Ni, Pd, Rh, Pt 등의 재질로 선택적으로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 3, a
도 4를 참조하면, 상기 반사 전극층(150) 위에는 전도성 지지부재(160)가 형성된다. 상기 전도성 지지부재(160)는 구리 또는 금, 도전성 기판 등의 재질로 선택적으로 형성될 수 있다.
Referring to FIG. 4, a
도 4 및 도 5를 참조하면, 도 4의 기판(101) 및 버퍼층(103)은 물리적 및 화학적 방법으로 제거된 후, 제 1도전성 반도체층(110,120) 중에서 제 1질화물층(110)의 표면이 노출되도록 한다. 여기서, 상기 기판(101)은 표면에 레이저를 조사하는 방식(LLO : Liser Lift Off)을 통해 제거될 수도 있고, 상기 버퍼층(103)은 습식 식각법 및/또는 건식 식각법을 통해 제거될 수 있다. 4 and 5, after the
이러한 상기 제 1도전성 반도체층(110,120) 중에서 제 1질화물층(110)의 표면에 제 1전극(170)을 형성하게 된다.The
상기 제 1도전성 반도체층(110,120)은 저 굴절률을 갖는 제 1질화물층(110)과 고 굴절률을 갖는 제 2질화물층(120)으로 이루어짐으로써, 활성층(130)에서 발생된 광은 고 굴절률을 갖는 제 2질화물층(120)을 거쳐 저 굴절률을 갖는 제 1질화물층(110)을 통해 외부로 용이하게 방출될 수 있다. The first conductive semiconductor layers 110 and 120 are formed of a
도 6 및 도 7은 실시 예에 따른 반도체 발광소자의 표면에 러프니스를 형성한 예를 나타낸 도면이다.6 and 7 illustrate an example in which roughness is formed on a surface of a semiconductor light emitting device according to an embodiment.
도 6에 도시된 바와 같이, 제 1도전성 반도체층(110,120)에서 제 1질화물층(110)의 표면에 톱니파 또는 삼각파 형태의 러프니스(115)가 형성된다. 이러한 상기 러프니스(115)는 램덤한 주기 또는 일정한 주기로 형성될 수 있다.As shown in FIG. 6,
도 7에 도시된 바와 같이, 제 1도전성 반도체층(110,120)에서 제 2질화물층(110)의 표면에 주기적인 형태로 표면 요철 형태의 러프니스(115A)가 형성된다. 이러한 상기 러프니스(115A)는 램덤한 주기 또는 일정한 주기로 형성될 수 있다.As illustrated in FIG. 7,
상기 러프니스(115,115A)는 상기 제 1질화물층(110)의 표면에서의 광 임계각을 변화시켜 줌으로써, 외부 양자 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
The
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "directly"와 "indirectly"의 의미를 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.In the description of an embodiment according to the present invention, each layer (film), region, pattern or structure is "on" or "under" the substrate, each layer (film), region, pad or patterns. In the case where it is described as being formed in, "on" and "under" include both the meanings of "directly" and "indirectly". In addition, the criteria for the top or bottom of each layer will be described with reference to the drawings.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described above with reference to preferred embodiments thereof, which are merely examples and are not intended to limit the present invention. Those skilled in the art to which the present invention pertains do not depart from the essential characteristics of the present invention. It will be appreciated that various modifications and applications are not possible that are not illustrated above. For example, each component shown in detail in the embodiment of the present invention may be modified. And differences relating to such modifications and applications will have to be construed as being included in the scope of the invention defined in the appended claims.
100 : 반도체 발광소자, 101 : 기판, 103 : 버퍼층, 110,120 : 제1도전성 반도체층, 130 : 활성층, 140 : 제2도전성 반체체층, 150 : 반사전극층, 160 : 전도성 지지부재, 170: 제1전극, 115,115A : 러프니스 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100: Semiconductor light emitting element, 101: board | substrate, 103: buffer layer, 110, 120: 1st conductive semiconductor layer, 130: active layer, 140: 2nd conductive semiconducting layer, 150: reflective electrode layer, 160: conductive support member, 170: 1st Electrode, 115, 115A: Roughness
Claims (6)
상기 제1도전성 반도체층에 전기적으로 연결된 전극;
상기 제1도전성 반도체층 아래에 제2도전성 반도체층;
상기 제1도전성 반도체층과 상기 제2도전성 반도체층 사이에 활성층; 및
상기 제2도전성 반도체층 아래에 반사 전극층을 포함하며,
상기 제1도전성 반도체층은 저 굴절률의 질화물층과 고 굴절률의 질화물층을 포함하며,
상기 고 굴절률의 질화물층은 상기 저 굴절률의 질화물층보다 상기 활성층에 가깝게 배치되는 반도체 발광소자.A first conductive semiconductor layer;
An electrode electrically connected to the first conductive semiconductor layer;
A second conductive semiconductor layer under the first conductive semiconductor layer;
An active layer between the first conductive semiconductor layer and the second conductive semiconductor layer; And
A reflective electrode layer under the second conductive semiconductor layer,
The first conductive semiconductor layer includes a nitride layer having a low refractive index and a nitride layer having a high refractive index,
The nitride layer of high refractive index is disposed closer to the active layer than the nitride layer of low refractive index.
상기 제 1질화물층은 n형 AlxGa1-xN (0<x≤1)을 포함하며,
상기 제2질화물층은 n형 GaN계열의 물질을 포함하는 반도체 발광소자.3. The method according to claim 1 or 2,
The first nitride layer includes n-type Al x Ga 1-x N (0 <x≤1),
The second nitride layer is a semiconductor light emitting device including an n-type GaN-based material.
상기 제2도전성 반도체층과 상기 반사 전극층 사이에 제3도전성 반도체층을 포함하는 반도체 발광소자.The method of claim 1,
And a third conductive semiconductor layer between the second conductive semiconductor layer and the reflective electrode layer.
상기 제1도전성 반도체층의 상면에 러프니스를 포함하는 반도체 발광 소자.The method according to claim 1 or 2,
A semiconductor light emitting device comprising roughness on an upper surface of the first conductive semiconductor layer.
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