KR20120011198A - Light emitting device, light emitting device package and method for fabricating light emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
실시예는 전자차단층(EBL)이 형성된 발광 소자, 발광 소자 패키지 및 발광 소자의 제조방법에 관한 것이다.The embodiment relates to a light emitting device, an light emitting device package, and a method of manufacturing the light emitting device in which the electron blocking layer (EBL) is formed.
반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광다이오드(Lighit Emitting Diode; LED)나 레이저 다이오드(Laser Diode; LD)와 같은 발광 소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.Light-emitting devices such as light-emitting diodes (LEDs) and laser diodes (LDs) using semiconductors of Group 3-5 or 2-6 compound semiconductor materials of semiconductors have been developed through the development of thin film growth technology and device materials. Various colors such as green, blue, and ultraviolet light can be realized, and efficient white light can be realized by using fluorescent materials or combining colors, and low power consumption, semi-permanent life, and quicker than conventional light sources such as fluorescent and incandescent lamps can be realized. It has the advantages of response speed, safety and environmental friendliness.
따라서, 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.Therefore, a white light emitting device that can replace a fluorescent light bulb or an incandescent bulb that replaces a Cold Cathode Fluorescence Lamp (CCFL) constituting a backlight of a transmission module of an optical communication means and a liquid crystal display (LCD) display device. Applications are expanding to diode lighting devices, automotive headlights and traffic lights.
종래의 반도체 발광 소자는, 사파이어 기판과 그 상부에 순차적으로 형성된 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 포함한다. 또한, 발광 소자는 n형 반도체층과 p형 반도체층에 각각 접속된 n형 전극 및 p형 전극을 포함한다. 활성층은 GaN인 양자 장벽층과 InGaN인 양자우물층을 복수회 교대로 적층한 다중양자우물(Multi-Quantum Well: MQW) 구조일 수 있다.The conventional semiconductor light emitting device includes a sapphire substrate and an n-type semiconductor layer, an active layer and a p-type semiconductor layer sequentially formed thereon. The light emitting element also includes an n-type electrode and a p-type electrode connected to the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer, respectively. The active layer may have a multi-quantum well (MQW) structure in which a quantum barrier layer of GaN and a quantum well layer of InGaN are alternately stacked several times.
각 전극에 소정의 전류가 인가되면, n형 반도체층으로부터 제공되는 전자와 p형 반도체층으로부터 제공되는 정공이 다중양자우물 구조의 활성층에서 재결합되어, 녹색 또는 청색에 해당하는 단파장광을 방출하게 된다.When a predetermined current is applied to each electrode, electrons provided from the n-type semiconductor layer and holes provided from the p-type semiconductor layer are recombined in the active layer of the multi-quantum well structure to emit short wavelength light corresponding to green or blue color. .
여기서, 활성층과 p형 반도체층 사이에는, p형 반도체층보다 더 큰 에너지 밴드 갭을 갖는 질화물 반도체로 이루어진 전자차단층(electron blocking layer: EBL)이 형성된다.Here, an electron blocking layer (EBL) made of a nitride semiconductor having a larger energy band gap than the p-type semiconductor layer is formed between the active layer and the p-type semiconductor layer.
실시예는 활성층과 격자정합을 이루면서 가전자대 오프셋(△Ev)이 낮은 전자차단층을 갖는 발광 소자, 발광 소자 패키지 및 발광 소자의 제조방법을 제공하고자 함에 목적이 있다. Embodiments provide a light emitting device, a light emitting device package, and a method of manufacturing the light emitting device having an electron blocking layer having low valence band offset (ΔEv) while forming lattice matching with an active layer.
실시예의 발광 소자는 기판; 상기 기판 상에 n형 반도체층; 상기 n형 반도체층 상에 활성층; 상기 활성층 상에 배치되고, InAlN으로 이루어지는 전자차단층; 및 상기 전자차단층 상에 p형 반도체층; 을 포함한다. The light emitting device of the embodiment includes a substrate; An n-type semiconductor layer on the substrate; An active layer on the n-type semiconductor layer; An electron blocking layer disposed on the active layer and formed of InAlN; And a p-type semiconductor layer on the electron blocking layer. .
또한, 상기 InAlN 물질의 조성은, InxAl1 - xN로 표현되는 경우, x가 0.15 내지 0.20이다. 바람직하게는, 상기 x는 0.17 내지 0.18이다.In addition, the composition of the InAlN material, when expressed as In x Al 1 - x N, x is 0.15 to 0.20. Preferably, x is 0.17 to 0.18.
또한, 상기 활성층은 하나 이상의 우물층 및 장벽층을 포함하고, 상기 전자차단층과 접하는 활성층은 GaN으로 이루어진다. In addition, the active layer includes at least one well layer and a barrier layer, and the active layer in contact with the electron blocking layer is made of GaN.
또한, 상기 p형 반도체층은 GaN으로 이루어진다.In addition, the p-type semiconductor layer is made of GaN.
또한, 상기 전자차단층의 두께는 10 내지 50 nm이다.In addition, the thickness of the electron blocking layer is 10 to 50 nm.
또한, 상기 전자차단층은 p형 도펀트를 포함한다. In addition, the electron blocking layer includes a p-type dopant.
실시예의 발광 소자 패키지는 패키지 몸체; 상기 패키지 몸체 상에 구비되는 발광 소자; 상기 패키지 몸체에 구비되고, 상기 발광 소자와 각각 연결되는 제1 전극층과 제2 전극층; 및 상기 발광 소자를 포위하는 충진재; 를 포함하고, 상기 발광 소자는, 기판; 상기 기판 상에 n형 반도체층; 상기 n형 반도체층 상에 활성층; 상기 활성층 상에 배치되고, InAlN으로 이루어지는 전자차단층; 및 상기 전자차단층 상에 p형 반도체층; 을 포함한다. The light emitting device package of the embodiment includes a package body; A light emitting device provided on the package body; First and second electrode layers provided on the package body and respectively connected to the light emitting devices; And a filler surrounding the light emitting device. The light emitting device includes a substrate; An n-type semiconductor layer on the substrate; An active layer on the n-type semiconductor layer; An electron blocking layer disposed on the active layer and formed of InAlN; And a p-type semiconductor layer on the electron blocking layer. .
실시예의 발광 소자의 제조방법은 기판 상에 n형 반도체층을 형성하는 단계; 상기 n형 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계; 상기 활성층 상에 InAlN으로 이루어지는 전자차단층을 형성하는 단계; 및 상기 전자차단층 상에 형성된 p형 반도체층을 형성하는 단계; 를 포함한다. A method of manufacturing a light emitting device of an embodiment includes forming an n-type semiconductor layer on a substrate; Forming an active layer on the n-type semiconductor layer; Forming an electron blocking layer of InAlN on the active layer; And forming a p-type semiconductor layer formed on the electron blocking layer. It includes.
실시예에 따르면, 활성층과 격자정합을 이루면서 가전자대 오프셋(△Ev)이 낮은 전자차단층을 갖는 발광 소자, 발광 소자 패키지 및 발광 소자의 제조방법을 제공할 수 있다.According to the embodiment, it is possible to provide a light emitting device, a light emitting device package, and a method of manufacturing the light emitting device having an electron blocking layer having a low valence band offset? Ev while lattice matching with an active layer.
도 1은 전자차단층을 구비한 반도체 발광 소자의 에너지 밴드 다이어그램이다.
도 2는 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 단면도이다.
도 3은 실시예에 따른 InAlN으로 이루어진 전자차단층을 구비한 반도체 발광 소자의 에너지 밴드 다이어그램이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 5는 실시예에 따른 발광 소자 패키지의 단면도이다. 1 is an energy band diagram of a semiconductor light emitting device having an electron blocking layer.
2 is a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device according to an embodiment.
3 is an energy band diagram of a semiconductor light emitting device having an electron blocking layer formed of InAlN according to an embodiment.
4 is a cross-sectional view illustrating a structure of a semiconductor light emitting device according to another embodiment.
5 is a cross-sectional view of a light emitting device package according to an embodiment.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention that can specifically realize the above object will be described.
상기의 실시예들의 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 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.In the description of the above embodiments, each layer (region), region, pattern or structures may be "on" or "under" the substrate, each layer (layer), region, pad or pattern. In the case of what is described as being formed, "on" and "under" include both being formed "directly" or "indirectly" through another layer. In addition, the criteria for the top or bottom of each layer will be described with reference to the drawings.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.In the drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity of description. In addition, the size of each component does not necessarily reflect the actual size.
실시예Example 1 One
도 1은 일반적인 전자차단층을 구비한 반도체 발광 소자의 에너지 밴드 다이어그램이다. 1 is an energy band diagram of a semiconductor light emitting device having a general electron blocking layer.
도시한 바와 같이, 전자차단층(EBL)은, p형 반도체층보다 더 큰 에너지 밴드갭을 갖고 있으므로, n형 반도체층으로부터 제공되는 전자가 MQW 구조의 활성층에서 재결합되지 않고 p형 반도체층으로 오버플로우되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서, 상기 전자차단층은 오버플로잉으로 인해 소모되는 전자를 감소시킴으로써 발광 소자의 광효율을 향상시킬 수 있다.As shown, the electron blocking layer (EBL) has a larger energy bandgap than the p-type semiconductor layer, so that electrons provided from the n-type semiconductor layer do not recombine in the active layer of the MQW structure and are overwritten to the p-type semiconductor layer. It can effectively prevent the flow. Therefore, the electron blocking layer may improve light efficiency of the light emitting device by reducing electrons consumed due to overflowing.
전자 차단 효과를 얻기 위해서는 전자차단층은 큰 에너지밴드 갭과 적절한 두께를 가져야 한다. 이러한 전자차단층으로는 p형 AlGaN 또는 InAlGaN 층이 주로 으로 사용되고 있다. In order to achieve the electron blocking effect, the electron blocking layer must have a large energy band gap and an appropriate thickness. As the electron blocking layer, a p-type AlGaN or InAlGaN layer is mainly used.
AlGaN 층의 경우 활성층의 마지막 장벽층인 GaN 층과 격자상수가 다르기 때문에, 성장시 GaN과 격자정합을 이루지 못하고 변형이 발생될 수 있어, 양질의 전자차단층을 얻기 어렵다는 문제가 있다.In the case of the AlGaN layer, since the lattice constant is different from that of the GaN layer, which is the last barrier layer of the active layer, the lattice constant may not be matched with GaN during growth, and thus, a high quality electron blocking layer may be difficult to obtain.
이에 따라, 종래에는 AlGaN 층 대신에, GaN보다 큰 에너지 밴드갭을 가지면서 GaN과 격자상수가 같은 층으로 성장할 수 있는 InAlGaN 층을 사용하기도 한다.Accordingly, instead of the AlGaN layer, an InAlGaN layer may be used in which the GaN and the lattice constant may be grown in the same layer while having an energy band gap larger than that of GaN.
그러나, AlGaN 층, InAlGaN 층과 같은 종래의 전자차단층의 경우, 전도대 오프셋(conduction band offset; △Ec)과 가전자대 오프셋(valence band offset; △Ev)의 비율이 7:3 정도 된다. 그에 따라, 전도대 오프셋(△Ec)에 의해 전자가 활성층에서 p형 반도체층으로 누설되는 것을 차단할 수 있지만, 동시에 가전자대 오프셋(△Ev)의 값도 커지므로 p형 반도체층에서 활성층으로 주입되는 정공 또한 차단하게 된다. 활성층에서 전자에 비해 상대적으로 부족한 정공의 유입량이 줄어드는 것은 발광 소자의 발광효율을 저하시키게 된다. However, in the case of the conventional electron blocking layer such as the AlGaN layer and the InAlGaN layer, the ratio of the conduction band offset (ΔEc) and the valence band offset (ΔEv) is about 7: 3. Accordingly, the electron band can be prevented from leaking from the active layer to the p-type semiconductor layer by the conduction band offset ΔEc, but at the same time the value of the valence band offset ΔEv increases, so that holes are injected into the active layer from the p-type semiconductor layer. It will also block. Reducing the inflow of holes, which are relatively insufficient in the active layer, compared to the electrons, lowers the luminous efficiency of the light emitting device.
따라서, 반도체 발광 소자에서 활성층과 격자정합을 이루면서 전도대 오프셋(△Ec)에 비해 상대적으로 낮은 가전자대 오프셋(△Ev)을 갖는 전자차단층을 제공할 필요가 있다. Accordingly, there is a need to provide an electron blocking layer having a valence band offset? Ev which is relatively lower than the conduction band offset? Ec while lattice matching with the active layer in the semiconductor light emitting device.
도 2는 제1 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 단면도로서, 수평구조의 반도체 발광 소자를 예시한 것이다. 이하에서, 도 2를 참조하여 본 발명의 반도체 발광 소자의 일 실시예를 설명하기로 한다.2 is a cross-sectional view of the semiconductor light emitting device according to the first embodiment, illustrating a semiconductor light emitting device having a horizontal structure. Hereinafter, an embodiment of a semiconductor light emitting device of the present invention will be described with reference to FIG. 2.
도 2에 도시한 바와 같이, 반도체 발광 소자는, 기판(110)과, 상기 기판(110) 상에 순차적으로 형성된 n형 반도체층(120), 활성층(130), 전자차단층(140) 및 p형 반도체층(150)을 포함한다.As shown in FIG. 2, the semiconductor light emitting device includes a
기판(110)은, 투광성을 갖는 재질, 예를 들어, 사파이어(Al203), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, Ga203, 그리고 GaAs 등이 사용될 수 있다.The
기판(110) 상에는 n형 반도체층(120)이 형성된다. n형 반도체층(120)은 상기 n형 반도체층(120) 아래에 언도프트 반도체층을 더 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 언도프트 반도체층은 n형 반도체층(120)의 결정성 향상을 위해 형성되는 층으로, n형 도펀트가 도핑되지 않아 n형 반도체층(120)에 비해 현저히 낮은 전기전도성을 갖는 것을 제외하고는, n형 반도체층(120)과 같을 수 있다.The n-
n형 반도체층(120)은 InxAlyGa1 -x- yN의 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예를 들어, n형 반도체층(120)은 n형 도펀트가 도핑된 GaN층으로 이루어질 수 있다. n-type semiconductor material having a
n형 반도체층(120) 상에는 활성층(130)이 형성된다. 활성층(130)은 예를 들어, InxAlyGa1 -x- yN의 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 재료를 포함하여 형성할 수 있으며, 양자선(Quantum wire) 구조, 양자점(Quantum dot) 구조, 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조(MQW : Multi Quantum Well) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 활성층(230)은 MQW 구조의 InGaN/GaN층으로 이루어질 수 있다. The
활성층(130)은 n형 반도체층(120) 및 p형 반도체층(150)으로부터 제공되는 전자 및 정공의 재결합(recombination) 과정에서 발생되는 에너지에 의해 광을 생성한다.The
활성층(130) 상에는 p형 반도체층(150)보다 더 큰 에너지 밴드 갭을 갖는 반도체로 이루어진 전자차단층(EBL; 140)이 형성된다. 실시예에서 이러한 전자차단층(140)은 InAlN으로 이루어진다. An electron blocking layer (EBL) 140 formed of a semiconductor having a larger energy band gap than the p-
전자차단층(140) 상에는 p형 반도체층(150)이 형성된다. p형 반도체층(150)은 InxAlyGa1 -x- yN의 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예를 들어, p형 반도체층(150)은 p형 도펀트가 도핑된 GaN층 등으로 이루어질 수 있다. The p-
p형 반도체층(150) 상에는 p형 전극(160)이 형성된다. 한편, p형 반도체층(150), 전자차단층(140), 활성층(130)의 일부는 식각(etching)으로 제거되어, 저면에 n형 반도체층(120)의 일부를 드러내고 있다. 식각에 의해 드러난 n형 반도체층(120), 즉 활성층(130)이 형성되지 않은 n형 반도체층(120) 상에는 n형 전극(170)이 형성되어 있다.The p-
이하에서는 도 3을 참조하여 실시예의 반도체 발광 소자에 대해 상세히 설명하기로 한다. 도 3은 실시예에 따른 InAlN으로 이루어진 전자차단층을 구비한 반도체 발광 소자의 에너지 밴드 다이어그램이다. Hereinafter, a semiconductor light emitting device according to an embodiment will be described in detail with reference to FIG. 3. 3 is an energy band diagram of a semiconductor light emitting device having an electron blocking layer formed of InAlN according to an embodiment.
실시예의 발광 소자는 InAlN으로 이루어지는 전자차단층(EBL)을 갖는다. The light emitting element of the embodiment has an electron blocking layer (EBL) made of InAlN.
발광 소자 분야에서, 질화 갈륨 화합물 반도체(Gallium Nitride: GaN)는 높은 열적 안정성과 폭넓은 에너지 밴드갭(0.8 ~ 6.2eV)을 가지고 있어, LED를 포함한 고출력 전자부품 소자 개발 분야에서 많은 주목을 받아왔다. 이러한 이유 중 하나는 GaN이 타 원소들[인듐(In), 알루미늄(Al) 등]과 조합되어 녹색, 청색 및 백색광을 방출하는 반도체 층들을 제조할 수 있기 때문이다. 예를 들어, GaN를 이용하여 광기록에 유익한 청색 LED와 백열등을 대치할 수 있는 백색 LED를 만들 수 있다. In the field of light emitting devices, gallium nitride compound semiconductors (Gallium Nitride: GaN) have high thermal stability and wide energy bandgap (0.8 to 6.2 eV), which has attracted much attention in the development of high-power electronic components including LEDs. . One reason for this is that GaN can be combined with other elements (indium (In), aluminum (Al), etc.) to produce semiconductor layers that emit green, blue and white light. For example, GaN can be used to create white LEDs that can replace incandescent and blue LEDs that are beneficial for optical recording.
이러한 이유 때문에, 종래의 n형 반도체층 및 p형 반도체층은 주로 GaN으로 이루어지고, n형 반도체층과 p형 반도체층 사이에 삽입되는 활성층도 주로 다중양자우물(MQW) 구조의 InGaN/GaN층으로 이루어진다. 또한, 종래에 활성층에서 전자가 p형 반도체층으로 오버플로우되는 것을 방지하기 위한 전자차단층은 p형 AlGaN 또는 InAlGaN 층이 주로 사용되고 있었다. 이처럼, n형 반도체층, 활성층, 전자차단층 및 p형 반도체층에는 GaN이 포함되는 것이 일반적이다. 이는 n형 반도체층과 p형 반도체층이 GaN으로 이루어지므로, 그 사이에 삽입되는 활성층과 전자차단층도 성장과정에서 n형 반도체층 및 p형 반도체층과 격자정합을 이루도록 하기 위한 것이다. For this reason, the conventional n-type and p-type semiconductor layers are mainly made of GaN, and the active layer inserted between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer is also mainly an InGaN / GaN layer having a multi-quantum well (MQW) structure. Is done. In addition, a p-type AlGaN or InAlGaN layer is mainly used as an electron blocking layer to prevent electrons from overflowing into the p-type semiconductor layer in the active layer. As such, GaN is generally included in the n-type semiconductor layer, the active layer, the electron blocking layer, and the p-type semiconductor layer. Since the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer are made of GaN, the active layer and the electron blocking layer inserted therebetween are also lattice matched with the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer during the growth process.
이와 같이, 종래의 전자차단층은 기본적으로 "GaN(갈륨 나이트라이드)"을 포함하고 있다. 그러나, 실시예의 전자차단층은 n형 반도체층, p형 반도체층, 활성층에 포함되는 Ga(갈륨)을 포함하지 않고, InAlN으로 이루어지는 전자차단층(EBL)을 갖는다. InAlN이 전자차단층으로 적합함은 실험과 에너지 밴드 다이어그램을 통해 확인할 수 있었다. As such, the conventional electron blocking layer basically includes "GaN (gallium nitride)". However, the electron blocking layer of the embodiment does not contain Ga (gallium) contained in the n-type semiconductor layer, the p-type semiconductor layer, and the active layer, but has an electron blocking layer (EBL) made of InAlN. The suitability of InAlN as an electron barrier layer was confirmed by experiments and energy band diagrams.
여기서, InAlN의 조성식은 InxAl1 - xN(여기서, 0≤x≤1)로 표현할 수 있고, 예를 들어, x가 0.17인 경우, In0 .17Al0 .83N의 조성식을 갖게 된다. InxAl1 - xN의 조성식에서, x가 0.15 내지 0.20일 때 InAlN은 활성층의 재료인 GaN과 격자상수가 근사하게 됨을 확인할 수 있었다. 특히, x가 0.17~0.18인 경우 활성층의 재료인 GaN과 격자상수가 일치하게 된다. 그에 따라, InAlN으로 이루어지는 전자차단층은 성장시 활성층의 재료인 GaN과 격자정합을 이루어 변형없이 양질의 전자차단층을 얻을 수 있게 된다.Here, the composition formula of the InAlN is In x Al 1 - x N can be expressed by (where, 0≤x≤1), e.g., when x is 0.17, and it had a composition formula of In 0 .17 Al 0 .83 N do. In the formula of In x Al 1 - x N, when x is 0.15 to 0.20, it can be seen that InAlN approximates the lattice constant with GaN, which is a material of the active layer. In particular, when x is from 0.17 to 0.18, the lattice constant coincides with GaN, which is a material of the active layer. Accordingly, the electron blocking layer made of InAlN is lattice matched with GaN, which is a material of the active layer, to obtain a high quality electron blocking layer without deformation.
도 3에 도시한 바와 같이, 실시예에 따른 InAlN으로 이루어진 전자차단층은, 전도대 오프셋(conduction band offset; △Ec)이 1eV 이고, 가전자대 오프셋(valence band offset; △Ev)이 0.2eV 가 된다. 즉, 전도대 오프셋(conduction band offset; △Ec)과 가전자대 오프셋(valence band offset; △Ev)의 비율이 5:1 정도 된다. As shown in FIG. 3, the electron blocking layer made of InAlN according to the embodiment has a conduction band offset (ΔEc) of 1 eV and a valence band offset (ΔEv) of 0.2 eV. . That is, the ratio of the conduction band offset ΔEc and the valence band offset ΔEv is about 5: 1.
실시예의 전자차단층은 종래의 p형 AlGaN으로 이루어진 전자차단층과 마찬가지로 p형 반도체층보다 더 큰 에너지 밴드갭을 가지므로, n형 반도체층으로부터 제공되는 전자가 MQW 구조의 활성층에서 재결합되지 않고 p형 반도체층으로 오버플로우되는 것을 효과적으로 방지하게 된다. 따라서, 이러한 전자차단층은 오버플로잉으로 인해 소모되는 전자를 감소시켜 발광 소자의 광효율을 향상시킬 수 있다.The electron blocking layer of the embodiment has a larger energy bandgap than the p-type semiconductor layer, similar to the electron blocking layer of the conventional p-type AlGaN, so that electrons provided from the n-type semiconductor layer are not recombined in the active layer of the MQW structure. The overflow to the type semiconductor layer is effectively prevented. Therefore, the electron blocking layer may reduce electrons consumed due to overflowing, thereby improving light efficiency of the light emitting device.
또한, 실시예의 전자차단층은 가전자대 오프셋(△Ev)이 0.2eV로 비교적 낮아서, p형 반도체층의 정공이 활성층으로 용이하게 주입될 수 있게 한다. 따라서, 활성층에서 재결합되는 전자와 정공의 수를 증가시켜 발광 소자의 광효율을 향상시킬 수 있다. In addition, the electron blocking layer of the embodiment has a relatively low valence band offset (Ev) of 0.2 eV, so that holes of the p-type semiconductor layer can be easily injected into the active layer. Therefore, the light efficiency of the light emitting device may be improved by increasing the number of electrons and holes recombined in the active layer.
InAlN으로 이루어지는 전자차단층은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; 유기금속화학증착), MBE(Molecular-Beam Epitaxy)법 등을 이용하여 성장시킬 수 있다. InAlN의 성장온도는 통상 780 내지 880℃이고, 200 torr 이하의 낮은 압력하에서 매우 높은 V/III 비에서 0.5 ㎛/h의 낮은 성장속도로 성장된다. 이러한 InAlN으로 이루어지는 전자차단층의 두께는 10 내지 50 nm 인 것이 바람직하다. InAlN은 도펀트로 도핑되지 않아도 무방하나, 바람직하게는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트로 도핑될 수 있다. InAlN이 도핑되는 정도는 필요에 따라 적절히 조절할 수 있다. The electron blocking layer made of InAlN can be grown using MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), Molecular-Beam Epitaxy (MBE), or the like. The growth temperature of InAlN is usually from 780 to 880 ° C., and is grown at a low growth rate of 0.5 μm / h at a very high V / III ratio under low pressure of 200 torr or less. It is preferable that the thickness of the electron blocking layer which consists of such InAlN is 10-50 nm. InAlN does not have to be doped with a dopant, but may preferably be doped with a p-type dopant such as Mg, Zn, Ca, Sr, or Ba. The degree of InAlN doping can be appropriately adjusted as necessary.
이와 같이, 실시예에서는 전자차단층(140)으로서, 기존의 AlGaN이나 InAlGaN 대신에 InAlN을 사용함으로써, GaN과의 격자정합성이 우수하면서 전도대 오프셋(△Ec)이 높은 반면, 가전자대 오프셋(△Ev)이 낮은 전자차단층을 구현할 수 있는 바, 발광 소자의 광효율을 더욱 향상시키는 등 소자의 특성을 향상시킬 수 있다.As described above, in the embodiment, as the
실시예Example 2 2
이하, 도 4를 참조하여 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자에 대하여 상세히 설명한다. 도 4는 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 구조를 나타낸 단면도로서, 수직구조의 반도체 발광 소자를 예시한 것이다.Hereinafter, a semiconductor light emitting device according to another exemplary embodiment will be described in detail with reference to FIG. 4. 4 is a cross-sectional view illustrating a structure of a semiconductor light emitting device according to another embodiment, and illustrates a semiconductor light emitting device having a vertical structure.
도시한 바와 같이, 반도체 발광 소자의 최하부에는 구조지지층(210)이 형성되어 있다. 구조지지층(210)은, 발광 소자의 지지층 및 전극으로서의 역할을 수행하는 것으로서, 실리콘(Si) 기판, GaAs 기판, Ge 기판 또는 금속층 등으로 이루어질 수 있다.As shown, the
구조지지층(210) 상에는 p형 전극(260)이 형성되어 있으며, 이는 전극 역할 및 반사 역할을 동시에 하도록 반사율이 높은 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다.The p-
p형 전극(260) 상에는 p형 반도체층(250), 전자차단층(240), 활성층(230) 및 n형 반도체층(220)이 순차로 형성되어 있고, n형 반도체층(220) 상에는 n형 전극(270)이 형성되어 있다.The p-
이 중에서, p형 반도체층(250)은, 상술한 바와 같이 p형 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 등으로 이루어질 수 있고, 활성층(230)은 MQW 구조의 InGaN/GaN층으로 이루어질 수 있으며, n형 반도체층(220)은 n형 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 등으로 이루어질 수 있다.Among these, the p-
그리고, 전자차단층(240)은 InAlN으로 이루어진다. InAlN의 조성식은 InxAl1-xN(여기서, 0≤x≤1)에서, x가 0.15 내지 0.20, 특히 x가 0.17 내지 0.18인 것이 바람직하다. 이때, InAlN으로 이루어지는 전자차단층은 성장시 활성층의 재료인 GaN과 격자정합을 이루어 변형없이 양질의 전자차단층을 얻을 수 있게 된다.The
또한, 이러한 전자차단층(240)은 도 3에 도시된 바와 같이, 전도대 오프셋(△Ec)이 높은 반면, 가전자대 오프셋(△Ev)이 낮아서, n형 반도체층으로부터 제공되는 전자가 활성층에서 정공과 재결합되지 않고 p형 반도체층으로 오버플로우되는 것을 효과적으로 방지하고, 또한 p형 반도체층의 정공이 활성층으로 용이하게 주입될 수 있게 한다. 따라서, 제2 실시예에 따른 전자차단층(240)도 제1 실시예와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다.In addition, as shown in FIG. 3, the
도 5는 발광 소자 패키지의 일실시예의 단면도이다. 이하에서, 도 5를 참조하여 발광 소자 패키지의 일실시예를 설명한다.5 is a cross-sectional view of an embodiment of a light emitting device package. Hereinafter, an embodiment of the light emitting device package will be described with reference to FIG. 5.
도시된 바와 같이, 실시예에 따른 발광 소자 패키지는 패키지 몸체(10)와, 패키지 몸체(10)에 형성된 제 1 전극층(21) 및 제 2 전극층(22)과, 패키지 몸체(10)에 설치되어 제 1 전극층(21) 및 제 2 전극층(22)과 전기적으로 연결되는 실시예에 따른 발광 소자(100)와, 이러한 발광 소자(100)를 포위하는 충진재(30)를 포함한다.As shown, the light emitting device package according to the embodiment is installed in the
패키지 몸체(10)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 발광 소자(100)의 주위에 경사면이 형성되어 광추출 효율을 높일 수 있다.The
제 1 전극층(21) 및 제 2 전극층(22)은 서로 전기적으로 분리되며, 발광 소자(100)에 전원을 제공한다. 또한, 제 1 전극층(21) 및 제 2 전극층(22)은 발광 소자(100)에서 발생된 광을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 발광 소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.The
발광 소자(100)는 패키지 몸체(10) 상에 설치되거나 제 1 전극층(21) 또는 제 2 전극층(22) 상에 설치된다.The
발광 소자(100)는 제 1 전극층(21) 및 제 2 전극층(22)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. The
충진재(30)는 발광 소자(100)를 포위하여 보호한다. 또한, 충진재(30)에는 형광체가 포함되어 발광 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.The
발광 소자 패키지는 상기에 개시된 실시 예들의 발광 소자 중 적어도 하나를 하나 또는 복수개로 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.The light emitting device package may include at least one or a plurality of light emitting devices of the above-described embodiments, but is not limited thereto.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 복수개가 기판 상에 배열되며, 발광 소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또 다른 실시 예는 상술한 실시 예들에 기재된 반도체 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.A plurality of light emitting device packages according to the embodiment may be arranged on a substrate, and a light guide plate, a prism sheet, a diffusion sheet, or the like, which is an optical member, may be disposed on an optical path of the light emitting device package. The light emitting device package, the substrate, and the optical member may function as a light unit. Another embodiment may be implemented as a display device, an indicator device, or a lighting system including the semiconductor light emitting device or the light emitting device package described in the above embodiments, and for example, the lighting system may include a lamp or a street lamp. .
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 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 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Features, structures, effects, and the like described in the above embodiments are included in at least one embodiment of the present invention, and are not necessarily limited to only one embodiment. Furthermore, the features, structures, effects, and the like illustrated in the embodiments may be combined or modified with respect to other embodiments by those skilled in the art to which the embodiments belong. Therefore, it should be understood that the present invention is not limited to these combinations and modifications.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 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 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.In addition, the above description has been made with reference to the embodiment, which is merely an example, and is not intended to limit the present invention. Those skilled in the art to which the present invention pertains will be illustrated as above without departing from the essential characteristics of the present embodiment. It will be appreciated that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can 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.
10 : 패키지 몸체
21 : 제1 전극층
22 : 제2 전극층
30 : 충진재
100 : 발광 소자
110 : 기판
120 : n형 반도체층
130 : 활성층
140 : 전자차단층
150 : p형 반도체층
160 : p형 전극
170 : n형 전극10: package body
21: first electrode layer
22: second electrode layer
30: filling material
100: light emitting element
110: substrate
120: n-type semiconductor layer
130: active layer
140: electronic blocking layer
150: p-type semiconductor layer
160: p-type electrode
170: n-type electrode
Claims (13)
상기 기판 상에 n형 반도체층;
상기 n형 반도체층 상에 활성층;
상기 활성층 상에 배치되고, InAlN으로 이루어지는 전자차단층; 및
상기 전자차단층 상에 p형 반도체층;
을 포함하는 발광 소자.Board;
An n-type semiconductor layer on the substrate;
An active layer on the n-type semiconductor layer;
An electron blocking layer disposed on the active layer and formed of InAlN; And
A p-type semiconductor layer on the electron blocking layer;
Light emitting device comprising a.
상기 InAlN 물질의 조성은, InxAl1 - xN로 표현되는 경우, x가 0.15 내지 0.20인 발광 소자.The method of claim 1,
The composition of the InAlN material, when represented by In x Al 1 - x N, x is 0.15 to 0.20 light emitting device.
상기 x는 0.17 내지 0.18인 발광 소자.In the second,
X is 0.17 to 0.18.
상기 활성층은 하나 이상의 우물층 및 장벽층을 포함하고,
상기 전자차단층과 접하는 활성층은 GaN으로 이루어지는 발광 소자. 4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The active layer comprises at least one well layer and a barrier layer,
The active layer in contact with the electron blocking layer is made of GaN.
상기 p형 반도체층은 GaN으로 이루어지는 발광 소자.According to claim 4,
The p-type semiconductor layer is a light emitting device made of GaN.
상기 전자차단층의 두께는 10 내지 50 nm인 발광 소자.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The electron blocking layer has a thickness of 10 to 50 nm.
상기 전자차단층은 p형 도펀트를 포함하는 발광 소자.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The electron blocking layer includes a p-type dopant.
상기 패키지 몸체 상에 구비되는 발광 소자;
상기 패키지 몸체에 구비되고, 상기 발광 소자와 각각 연결되는 제1 전극층과 제2 전극층; 및
상기 발광 소자를 포위하는 충진재;
를 포함하고,
상기 발광 소자는,
기판; 상기 기판 상에 n형 반도체층; 상기 n형 반도체층 상에 활성층; 상기 활성층 상에 배치되고, InAlN으로 이루어지는 전자차단층; 및 상기 전자차단층 상에 p형 반도체층; 을 포함하는 발광 소자 패키지.Package body;
A light emitting device provided on the package body;
First and second electrode layers provided on the package body and respectively connected to the light emitting devices; And
A filler surrounding the light emitting device;
Including,
The light emitting device,
Board; An n-type semiconductor layer on the substrate; An active layer on the n-type semiconductor layer; An electron blocking layer disposed on the active layer and formed of InAlN; And a p-type semiconductor layer on the electron blocking layer. Light emitting device package comprising a.
상기 InAlN 물질의 조성은, InxAl1 - xN로 표현되는 경우, x가 0.15 내지 0.20인 발광 소자 패키지.The method of claim 8,
The composition of the InAlN material, when represented by In x Al 1 - x N, x is 0.15 to 0.20 light emitting device package.
상기 x는 0.17 내지 0.18인 발광 소자 패키지.The method according to claim 9,
Wherein x is 0.17 to 0.18.
상기 활성층은 하나 이상의 활성층 및 장벽층을 포함하고,
상기 전자차단층과 접하는 활성층은 GaN으로 이루어지는 발광 소자 패키지. The method according to any one of claims 8 to 10,
The active layer comprises at least one active layer and a barrier layer,
The active layer in contact with the electron blocking layer is a light emitting device package made of GaN.
상기 n형 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계;
상기 활성층 상에 InAlN으로 이루어지는 전자차단층을 형성하는 단계; 및
상기 전자차단층 상에 p형 반도체층을 형성하는 단계;
를 포함하는 발광 소자의 제조방법.Forming an n-type semiconductor layer on the substrate;
Forming an active layer on the n-type semiconductor layer;
Forming an electron blocking layer of InAlN on the active layer; And
Forming a p-type semiconductor layer on the electron blocking layer;
Method of manufacturing a light emitting device comprising a.
상기 InAlN 물질의 조성은, InxAl1 - xN로 표현되는 경우, x가 0.15 내지 0.20인 발광 소자의 제조방법.The method of claim 12,
The composition of the InAlN material, when represented by In x Al 1 - x N, x is 0.15 to 0.20 manufacturing method of the light emitting device.
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KR20140046138A (en) * | 2012-10-10 | 2014-04-18 | 엘지이노텍 주식회사 | Light emitting device |
KR20160086603A (en) * | 2015-01-12 | 2016-07-20 | 엘지이노텍 주식회사 | Light emitting device |
-
2010
- 2010-07-28 KR KR1020100072901A patent/KR20120011198A/en not_active Application Discontinuation
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