KR20120081335A - Nitride semiconductor light emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 발광 소자에 관한 것으로 특히, 광 출력을 향상시킬 수 있는 질화물계 반도체 발광 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly to a nitride-based semiconductor light emitting device that can improve the light output.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 잘 알려진 반도체 발광 소자로서, 1962년 GaAsP 화합물 반도체를 이용한 적색 LED가 상품화된 것을 시작으로 GaP:N 계열의 녹색 LED와 함께 정보 통신기기를 비롯한 전자장치의 표시 화상용 광원으로 이용되어 왔다.Light Emitting Diode (LED) is a well-known semiconductor light emitting device that converts electric current into light.In 1962, a red LED using GaAsP compound semiconductor was commercialized. It has been used as a light source for display images of electronic devices, including.
질화 갈륨(GaN)으로 대표되는 질화물계 화합물 반도체(Nitride Compound Semiconductor)는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭(0.8 ~ 6.2 eV)을 가지고 있어, LED를 포함한 고출력 전자부품 소자 개발 분야에서 많은 주목을 받아왔다. Nitride compound semiconductors, represented by gallium nitride (GaN), have high thermal stability and wide bandgap (0.8 to 6.2 eV), attracting much attention in the field of high-power electronic component development including LEDs. come.
이에 대한 이유 중 하나는 GaN이 타 원소들(인듐(In), 알루미늄(Al) 등)과 조합되어 녹색, 청색 및 백색광을 방출하는 반도체 층들을 제조할 수 있기 때문이다.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.
이와 같이 방출 파장을 조절할 수 있기 때문에 특정 장치 특성에 맞추어 재료의 특징들에 맞출 수 있다. 예를 들어, GaN를 이용하여 광기록에 유익한 청색 LED와 백열등을 대치할 수 있는 백색 LED를 만들 수 있다. In this way, the emission wavelength can be adjusted to match the material's characteristics to specific device characteristics. For example, GaN can be used to create white LEDs that can replace incandescent and blue LEDs that are beneficial for optical recording.
따라서, 현재 질화물계 반도체는 청색/녹색 레이저 다이오드와 발광 다이오드(LED)의 제작에 기본물질로 사용되고 있다. 특히 고출력 LED는 백색 조명용 광원으로 주목받고 있어 앞으로 LED 조명의 시대를 예고하고 있다.Accordingly, nitride semiconductors are currently used as basic materials for the fabrication of blue / green laser diodes and light emitting diodes (LEDs). In particular, high-power LED is attracting attention as a light source for white lighting, foretelling the era of LED lighting.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 활성층으로부터 생성된 빛과 질화물계 반도체 층의 상 하부 반사 면에 의한 반사광의 간섭현상을 적용하여 광 출력을 향상시킬 수 있는 질화물계 반도체 발광 소자를 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a nitride-based semiconductor light emitting device that can improve the light output by applying the interference phenomenon of the light generated from the active layer and the reflected light by the upper and lower reflective surface of the nitride-based semiconductor layer.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제 1관점으로서, 질화물계 반도체 발광 소자에 있어서, 도전성 기판; 상기 도전성 기판 상에 위치하는 반사 전극; 및 상기 반사 전극 상에 위치하며, 제 1전도성 반도체층, 상기 제 1전도성 반도체층 상에 위치하는 활성층, 및 상기 활성층 상에 위치하고 발광면 상에 광 추출 구조를 갖는 제 2전도성 반도체층을 포함하는 반도체 구조를 포함하고, 상기 제 1전도성 반도체층의 두께 및 상기 반도체 구조 전체의 두께는, 상기 활성층에서 직접 방출되는 광과 상기 활성층에서 방출되어 상기 반사 전극에서 반사된 광에 의한 간섭 현상의 보강 간섭 조건에 해당하는 것을 특징으로 한다.As a first aspect for achieving the above technical problem, a nitride based semiconductor light emitting device comprising: a conductive substrate; A reflective electrode positioned on the conductive substrate; And a second conductive semiconductor layer disposed on the reflective electrode and having a first conductive semiconductor layer, an active layer positioned on the first conductive semiconductor layer, and a light extracting structure on the active layer. And a semiconductor structure, wherein the thickness of the first conductive semiconductor layer and the thickness of the entire semiconductor structure are constructive interference of interference phenomena by light emitted directly from the active layer and light emitted from the active layer and reflected from the reflective electrode. Characterized by the conditions.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제 2관점으로서, 질화물계 반도체 발광 소자에 있어서, 도전성 기판; 상기 도전성 기판 상에 위치하는 반사 전극; 및 상기 반사 전극 상에 위치하며, 제 1전도성 반도체층, 상기 제 1전도성 반도체층 상에 위치하는 활성층, 및 상기 활성층 상에 위치하고 발광면 상에 광 추출 구조를 갖는 제 2전도성 반도체층을 포함하는 반도체 구조를 포함하고, 상기 반사 전극에서 활성층 사이의 최단거리 및 상기 반사 전극에서 상기 발광면 사이의 최단거리는, λ/4n의 홀수배±10 nm(상기 λ는 방출되는 빛의 파장, 상기 n은 반도체층의 굴절률)를 만족하는 것을 특징으로 한다.As a second aspect for achieving the above technical problem, a nitride based semiconductor light emitting device comprising: a conductive substrate; A reflective electrode positioned on the conductive substrate; And a second conductive semiconductor layer disposed on the reflective electrode and having a first conductive semiconductor layer, an active layer positioned on the first conductive semiconductor layer, and a light extracting structure on the active layer. A semiconductor structure, wherein the shortest distance between the active layer at the reflective electrode and the light emitting surface at the reflective electrode is an odd multiple of λ / 4n ± 10 nm (where λ is the wavelength of emitted light and n is Refractive index of the semiconductor layer).
본 발명은 반도체 발광 소자에 있어서 활성층으로부터 생성된 빛과 반도체 층의 상 하부 반사 면에 의한 반사광의 간섭 현상을 적용함으로써, 반도체 두께 변화에 의하여 발광 소자의 광 출력을 크게 향상시킬 수 있고, 이러한 간섭 현상을 이용하는 광 출력의 향상은 복잡한 구조를 적용하지 않고도 모든 종류의 발광 소자에 적용할 수 있는 효과가 있는 것이다.According to the present invention, by applying the interference phenomenon of the light generated from the active layer and the reflected light by the upper and lower reflective surfaces of the semiconductor layer in the semiconductor light emitting device, it is possible to greatly improve the light output of the light emitting device by the semiconductor thickness change, such interference The improvement of the light output using the phenomenon has an effect that can be applied to all kinds of light emitting devices without applying a complicated structure.
도 1은 질화물계 반도체 발광 소자의 제 1예를 나타내는 단면도이다.
도 2에서는 제 1두께(h) 변화에 따른 수직형 발광 소자의 발광면 투과도 스펙트럼이다.
도 3은 도 2를 주파수 영역에 대해 환산한 스펙트럼이다.
도 4는 제 2두께(d)의 변화에 따른 수직형 발광 소자의 발광면 투과도 스펙트럼이다.
도 5는 도 4를 주파수 영역에 대해 환산한 스펙트럼이다.
도 6 및 도 7은 각각 제 1두께(h) 및 제 2두께(d)의 변화에 따른 발광면의 투과도 스펙트럼이다.
도 8은 질화물계 반도체 발광 소자의 제 2예를 나타내는 단면도이다.
도 9는 질화물계 반도체 발광 소자의 제 3예를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a first example of a nitride semiconductor light emitting device.
In FIG. 2, the emission surface transmittance spectrum of the vertical light emitting device according to the first thickness h is changed.
3 is a spectrum obtained by converting FIG. 2 with respect to the frequency domain.
4 is a light emission surface transmittance spectrum of the vertical light emitting device according to the change of the second thickness d.
5 is a spectrum obtained by converting FIG. 4 with respect to the frequency domain.
6 and 7 are transmission spectrums of the light emitting surface according to the change of the first thickness h and the second thickness d, respectively.
8 is a cross-sectional view illustrating a second example of the nitride semiconductor light emitting device.
9 is a sectional view showing a third example of the nitride semiconductor light emitting device.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. Rather, the intention is not to limit the invention to the particular forms disclosed, but rather, the invention includes all modifications, equivalents and substitutions that are consistent with the spirit of the invention as defined by the claims.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. It will be appreciated that when an element such as a layer, region or substrate is referred to as being present on another element "on," it may be directly on the other element or there may be an intermediate element in between .
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
Although the terms first, second, etc. may be used to describe various elements, components, regions, layers, and / or regions, such elements, components, regions, layers, and / or regions It will be understood that it should not be limited by these terms.
도 1에서 도시하는 바와 같이, 수직형 전극 구조를 가지는 발광 소자는, 도전성 기판(10) 상에 반사 전극(20)이 위치하고, 이 반사 전극(20) 상에 p-형 반도체층(31), 활성층(32), 및 n-형 반도체층(33)을 포함하는 반도체 구조가 위치하며, 이 반도체 구조 상에는 n-형 전극(40)이 위치하게 된다.As shown in FIG. 1, in the light emitting device having the vertical electrode structure, the reflective electrode 20 is positioned on the
이러한 발광 소자에서는 활성층(32)에서 발광이 일어나며, 이와 같이 활성층(32)에서 발광된 광은 발광면(34)을 통하여 외부로 방출되게 된다. In the light emitting device, light is emitted from the
이와 같이 활성층(32)에서 방출되는 광은 직접 발광면(34)을 통하여 방출되는 광(a)과 하측의 반사 전극(20)에서 반사되는 광(b)을 포함할 수 있다.As such, the light emitted from the
이러한 직접 방출되는 광(a)과 반사 전극(20)에 의하여 반사되는 반사광(b) 사이에는 간섭 현상이 발생할 수 있으며, 이러한 간섭 현상은 로이드 거울(Lloyd’s mirror)의 간섭 원리와 동일하다. An interference phenomenon may occur between the directly emitted light a and the reflected light b reflected by the reflective electrode 20, which is the same as the interference principle of Lloyd's mirror.
이러한 간섭 현상은 동일한 광원에서 발생한 광이 광원에 인접한 거울 면에 의해 두 가지의 서로 다른 광 경로를 갖게 되기 때문에 발생할 수 있으며, 이때, 두 광의 광 경로차(ΔL; optical path length; 수학식 1)는 활성층(32)과 하부 반사 전극(20) 사이의 간격(h)의 두 배가 될 수 있다. This interference phenomenon may occur because light generated from the same light source has two different optical paths due to mirror surfaces adjacent to the light source, and at this time, an optical path length ( ΔL ; optical path length; ) May be twice the distance h between the
도 1과 같은 구조에서, 활성층(32)과 하부 반사 전극(20) 사이의 간격(h)은 p-형 반도체층(31)의 두께와 동일할 수 있으며, 이하, 이를 제 1두께(h)라 칭하기로 한다.In the structure as shown in FIG. 1, the distance h between the
이로 인한 보강 간섭 조건은 수학식 2와 같다. 수학식 2에서 λ는 발광 파장이고, n은 반도체층의 굴절률이며, d는 아래에서 설명한다.This constructive interference condition is shown in Equation 2. In Equation 2, λ is an emission wavelength, n is a refractive index of the semiconductor layer, d is described below.
이러한 제 1두께(h)의 변화는 수직형 발광 소자의 상부 표면(발광면; 34)을 투과하는 광의 투과도 및 발광 소자의 광 추출 효율에 직접적인 영향을 줄 수 있다. The change in the first thickness h may directly affect the transmittance of light passing through the upper surface (light emitting surface) 34 of the vertical light emitting device and the light extraction efficiency of the light emitting device.
도 2에서는 제 1두께(h) 변화에 따른 수직형 발광 소자의 발광면(34) 투과도 스펙트럼을 나타내고 있으며, 이는 2차원 유한차분 시간영역 방법(2D-FDTD; Finite Difference Time Domain method)으로 계산한 결과를 나타내고 있다.FIG. 2 shows the transmission spectrum of the light emitting surface 34 of the vertical light emitting device according to the change in the first thickness h, which is calculated by a two-dimensional finite difference time domain method (2D-FDTD). The results are shown.
도 2에서 보면, 제 1두께(h)가 변함에 따라 보강 및 상쇄 간섭 조건을 만족하는 파장이 달라지며, 인접한 두 보강 간섭 피크 파장의 간격(FSR; Free Spectral Range; 도 2의 e) 역시 이에 따라 변함을 알 수 있다. 2, the wavelength satisfying the constructive and destructive interference conditions is changed as the first thickness h is changed, and the interval between two adjacent constructive interference peak wavelengths (FSR; Free Spectral Range; It can be seen that the change.
즉, 제 1두께(h)가 커짐에 따라 FSR은 작은 값을 갖게 되며, 이는 수학식 3으로 표현될 수 있다. 수학식 3에서 λ0는 인접한 투과 피크의 파장을 의미한다.That is, as the first thickness h becomes larger, the FSR has a smaller value, which can be expressed by Equation 3 below. Λ 0 in Equation 3 means the wavelength of the adjacent transmission peak.
같은 투과도 스펙트럼을 주파수 영역에 대해 환산하면 도 3과 같다. 주파수 영역에서는 제 1두께(h)가 주어지면 인접한 두 보강 간섭 피크 주파수의 간격(FSR; Free Spectral Range; 도 3의 f)이 일정하게 유지됨을 알 수 있다(수학식 4; c는 광속).The same transmittance spectrum is converted into FIG. 3 for the frequency domain. In the frequency domain, given the first thickness h, it can be seen that the spacing (FSR) of two adjacent constructive interference peak frequencies is kept constant (Equation 4; c is the luminous flux).
한편, 또 한가지 고려할 수 있는 사항은 활성층(32)에서 발광면(34)을 통하여 직접 방출되는 광(a)과, 발광면(34)과 반사 전극(20)에 의하여 반사되는 광(c; 도 1 참고)에 의한 간섭 현상으로서, 이는 박막의 패브리 패롯(Fabry-perot) 공진 원리와 동일하게 생각할 수 있다. 이 역시 두 광의 광 경로차에 의해 발생한다. On the other hand, another consideration is light a directly emitted through the light emitting surface 34 in the
수학식 5는 두 광의 광 경로차를 나타내고 있으며, 도 1에서와 같이, p-형 반도체층(31), 활성층(32), 및 n-형 반도체층(33)으로 이루어진 반도체 구조(30)의 총 두께(d)의 두 배와 같다. 이하, 반도체 구조(30)의 두께를 제 2두께(d)로 명기한다.Equation 5 shows an optical path difference between two lights, and as shown in FIG. 1, the
이러한 제 2두께(d)의 변화 역시 수직형 발광 소자의 상부 표면(발광면; 34)을 투과하는 광의 투과도 및 소자의 광 추출 효율에 직접적인 영향을 줄 수 있다. Such a change in the second thickness d may also directly affect the transmittance of light passing through the upper surface (light emitting surface) 34 and the light extraction efficiency of the device.
도 4는 제 2두께(d)의 변화에 따른 수직형 발광 소자의 발광면(34) 투과도 스펙트럼을 나타내고 있다. 4 shows the transmission spectrum of the light emitting surface 34 of the vertical light emitting device according to the change of the second thickness d.
도시하는 바와 같이, 제 2두께(d)가 변함에 따라 인접한 두 보강 간섭 피크 파장의 간격(FSR; 도 4의 g) 역시 변함을 알 수 있다. 같은 투과도 스펙트럼을 주파수 영역에 대해 환산한 도 5에서와 같이, 제 2두께(d)가 커짐에 따라 두 보강 간섭 피크 파장의 간격(FSR; 도 5의 i)이 좁아지는 것을 확인할 수 있다(수학식 6). As shown, it can be seen that as the second thickness d changes, the spacing FSR of two adjacent constructive interference peak wavelengths (g of FIG. 4) also changes. As shown in FIG. 5 in which the same transmittance spectrum is converted in the frequency domain, as the second thickness d increases, the interval FSR between the two constructive interference peak wavelengths becomes smaller (i in FIG. 5). Equation 6).
도 6 및 도 7은 각각 제 1두께(h) 및 제 2두께(d)의 변화에 따른 발광면의 투과도 스펙트럼을 나타내고 있다.6 and 7 show transmission spectrums of the light emitting surface according to the change of the first thickness h and the second thickness d, respectively.
이때의 발광 파장은 460 nm, 반도체층의 굴절률은 2.476 일 때의 결과를 나타내고 있으며, 도 6은 제 2두께(d)를 2 ㎛로 고정한 상태에서의 제 1두께(h)의 변화에 따른 투과도 스펙트럼을 나타내고 있고, 도 7은 제 1두께(h)를 130 nm로 고정한 상태에서의 제 2두께(d)의 변화에 따른 투과도 스펙트럼을 나타내고 있다.The emission wavelength at this time is 460 nm, the refractive index of the semiconductor layer is 2.476, Figure 6 shows the transmittance according to the change in the first thickness (h) in a state where the second thickness (d) is fixed to 2 ㎛ The spectrum is shown, and FIG. 7 shows the transmission spectrum according to the change of the second thickness d while the first thickness h is fixed at 130 nm.
이러한 투과도 스펙트럼은 위에서 설명한 보강 간섭 조건(수학식 2 참고)을 일정 오차 범위 내에서 만족하고 있음을 알 수 있다. 즉, 제 1두께(h)와 제 2두께(d)는 보강 간섭 조건을 만족하는 두께인 (2m-1)?(λ/4n)(여기서, λ는 발광 파장, n은 반도체층의 굴절률, m은 양의 정수)에 해당하고, 오차는 ±10 nm 이내의 범위로 적용될 수 있다.It can be seen that the transmittance spectrum satisfies the above-described constructive interference condition (see Equation 2) within a certain error range. That is, the first thickness h and the second thickness d are the thicknesses satisfying the constructive interference condition (2m-1)? (Λ / 4n), where lambda is the emission wavelength, n is the refractive index of the semiconductor layer, m corresponds to a positive integer), and the error may be applied within a range of ± 10 nm.
이상과 같이 설명한 광 간섭 현상은 제 2두께(d)가 큰 수평형 전극 구조의 발광 소자의 경우에서 무시될 수도 있으나, 제 2두께(d)가 수 마이크로 미터인 수직형 발광 소자 구조에서는 고려되어야 할 중요한 요소가 될 수 있다. The optical interference phenomenon described above may be ignored in the case of a light emitting device having a horizontal electrode structure having a large second thickness d, but should be considered in a vertical light emitting device structure having a second thickness d of several micrometers. It can be an important factor to do.
수직형 전극 구조를 갖는 반도체 발광 소자는 수평형 전극 구조에 비해 얇은 두께를 가지고 도전성 재질의 하부 기판으로 구성되기 때문에, 그로 인한 전류 주입 효율, 광 추출 효율, 열 방출 효율이 우수한 것이 특징이다. Since the semiconductor light emitting device having the vertical electrode structure has a thinner thickness than the horizontal electrode structure and is composed of a lower substrate made of a conductive material, the semiconductor light emitting device has excellent current injection efficiency, light extraction efficiency, and heat emission efficiency.
하지만, 이러한 수직형 발광 소자의 구조에서는 활성층과 하부 금속 거울면의 간격이 짧아 활성층으로부터 생성된 빛과 하부 반사면에 의한 반사광 사이의 간섭 현상이 매우 중요하게 될 뿐만 아니라, 얇은 두께로 인해 상하부 2개의 반사면에 의한 반사광과의 간섭현상 또한 무시할 수 없게 된다.However, in the structure of the vertical light emitting device, the gap between the active layer and the lower metal mirror surface is short, so that the interference phenomenon between the light generated from the active layer and the reflected light by the lower reflective surface becomes very important, and because of the thin thickness, the upper and lower parts 2 The phenomenon of interference with the reflected light by the two reflecting surfaces also cannot be ignored.
이러한 수직형 발광 소자의 반도체층 내부에서의 광 간섭 현상은 위치와 주파수(파장)에 대한 보강/상쇄의 간섭파형으로 나타나게 되고, 특히 보강 간섭 조건에 해당하는 주파수(파장)와 발광 주파수(파장)와의 적절한 매칭은 광 추출 효율에 직접적인 영향을 줄 수 있다. The optical interference phenomenon inside the semiconductor layer of the vertical light emitting device appears as an interference wave of reinforcement / cancellation with respect to the position and frequency (wavelength), and particularly the frequency (wavelength) and emission frequency (wavelength) corresponding to the constructive interference condition. Proper matching with can directly affect light extraction efficiency.
또한, 이러한 파장의 매칭 조건은 활성층과 하부 반사면 사이의 간격 및 반도체 층의 총 두께에 크게 의존하기 때문에, 광 간섭 현상을 고려한 각 반도체 층의 두께 조절은 수직형 발광 소자 구조를 설계하고 제조하는 데에 매우 중요한 인자가 될 수 있다.In addition, since the matching condition of these wavelengths is highly dependent on the distance between the active layer and the lower reflective surface and the total thickness of the semiconductor layer, the thickness control of each semiconductor layer in consideration of the optical interference phenomenon is required to design and manufacture the vertical light emitting device structure. This can be a very important factor.
도 8은 광 추출 구조(700)를 가지는 수직형 발광 소자의 구조를 도시하고 있다. 즉, p-형 반도체층(410), 활성층(420), 및 n-형 반도체층(430)을 포함하는 반도체 구조(400)의 상부면(431)에 광 추출 구조(700)와 n-형 전극(500)이 구비됨을 알 수 있다.8 shows the structure of a vertical light emitting device having a
이러한 광 추출 구조(700)는 발광면인 n-형 반도체층(430)의 상부면(431)에 위치하는 거친 표면으로 이루어질 수 있으며, 이러한 거친 표면은 요철 구조(710)를 이룰 수 있다. 또한, n-형 반도체층(430)의 상부면(431)을 식각함으로써 광 추출 구조(700)를 형성하는 경우에는 미세 육각뿔 또는 육각 기둥 구조가 이루어질 수 있다.The
이와 같이, 수직형 발광 소자의 경우에도 발광면에 광 추출 구조(700)를 형성하여 상부면(431)의 반사도가 감소될 경우에는 제 2두께(d)에 의한 광 간섭 현상에 의한 영향이 감소될 수도 있다.As described above, even in the case of the vertical light emitting device, when the
한편, 반도체 구조(400)는 반사 전극(300) 상에 위치할 수 있으며, 반사 전극(300)은 도전성 기판(100) 상에 위치할 수 있다. 도전성 기판(100)은 금속 또는 반도체로 이루어질 수 있다.Meanwhile, the
또한, 반사 전극(300)과 도전성 기판(100) 사이에는 이들 사이의 결합을 위한 결합층(200)이 위치할 수 있다.In addition, a
그리고 반도체 구조(400)의 적어도 일부분을 덮는 패시베이션층(600)을 더 포함할 수 있으며, 이러한 패시베이션층(600)은 반도체 구조(400)를 보호하면서 누설 전류를 방지하는 역할을 수행할 수 있다.The
도 9에서는 광 추출 구조(700)로서 광 결정이 적용된 수직형 발광 소자 구조를 나타내고 있으며, 이러한 광 결정은 홈 또는 기둥으로 이루어질 수 있다(편의상 도면부호 720을 홈으로, 그리고 도면부호 730을 기둥으로 보기로 한다.).9 illustrates a vertical light emitting device structure in which a light crystal is applied as the
광 결정이 홈(720)으로 이루어지는 경우, 발광면은 상부 외곽면(433)이 될 수 있고, 광 결정이 기둥(730)으로 이루어지는 경우의 발광면은 기둥이 위치하는 면(432)이 될 수 있다. 이에 따라 제 2두께(d)는 홈(720) 또는 기둥(730)의 크기만큼 달라질 수 있다. 그 외에는 도 8의 구조와 동일하다.When the light crystal is formed of the
이와 같은 도 8 및 도 9와 같은 광 추출 구조(700)가 적용된 수직형 발광 소자에 있어서, 제 1두께(h)와 제 2두께(d)를 적절히 조절하여 수학식 2와 같이 보강 간섭 주파수(파장)와 발광 주파수(파장)를 매칭시킬 경우, 상부 표면(발광면)에서의 높은 투과도를 기대할 수 있으며, 이로 인해 발광 소자의 광 추출 효율을 증대시킬 수 있다. In the vertical light emitting device to which the
상술한 바와 같은 제 1두께(h) 및/또는 제 2두께(d)를 조절하여 광 추출 효율을 증대시키는 구조는 수직형 전극 구조를 갖는 모든 반도체 발광 소자에 적용될 수 있다.
The structure of increasing light extraction efficiency by adjusting the first thickness h and / or the second thickness d as described above may be applied to all semiconductor light emitting devices having a vertical electrode structure.
위에서 예시한 수직형 발광 소자의 제조방법을 간략히 설명하면, 먼저, 성장 기판 위에 n-형 반도체층(430), 양자우물구조를 가지는 활성층(MQWs; Multi Quantum-Wells; 420), p-형 반도체층(410)을 금속 산화물 화학적 기상 증착법(MOCVD; Metal Oxide Chemical Vapor Deposition) 등을 통해 성장시킨다.The manufacturing method of the vertical light emitting device illustrated above will be briefly described. First, an n-
이때, 성장 과정을 제어하여 n-형 반도체층(430) 또는 p-형 반도체층(410)의 두께를 조절한다. 즉, 수학식 2와 같이 보강 간섭 주파수(파장)와 발광 주파수(파장)를 매칭되도록 제 1두께(h) 및 제 2두께(d)를 설정하여 성장을 제어할 수 있다.At this time, the growth process is controlled to adjust the thickness of the n-
이후, p-형 반도체층(410) 상에 반사 전극(300) 또는 별도의 p-형 전극을 형성시킨 후, 이를 결합층(200)을 이용하여 도전성 기판(100)에 접합시킨다.Thereafter, the
이후에, 성장 기판을 n-형 반도체층(430)으로부터 제거하고, 이 제거된 면에 n-형 전극(500) 및 패드(도시되지 않음)를 형성함으로써 발광 소자 구조가 이루어진다.Thereafter, the growth substrate is removed from the n-
이때, p-형 반도체층(410)의 두께는 수백 나노미터 이하가 될 수 있으며, p-형 반도체층(410)/활성층(420)/n-형 반도체층(430)으로 이루어지는 반도체 구조(400)의 총 두께는 수 마이크로미터(㎛)로 될 수 있다.In this case, the thickness of the p-
또한, 성장 기판이 제거된 면에 식각 등에 의한 방법으로 광 추출 구조(700)를 형성할 수 있으며, 성장 기판을 제거하기 전 또는 이후에 개개의 반도체 소자로 이루어질 영역을 구획하고, 이 구획된 부분에 패시베이션층(600)을 형성할 수 있다.In addition, the
다음에 개개의 소자로 분리하면 도 1, 도 8 또는 도 9와 같은 발광 소자 구조가 만들어진다.
When separated into individual elements, a light emitting device structure as shown in FIG. 1, 8, or 9 is formed.
본 발명의 몇몇 실시예들에 대해 예시적으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. While some embodiments of the present invention have been described by way of example, those skilled in the art will appreciate that various modifications and variations can be made without departing from the essential features thereof.
따라서 앞서 설명된 실시예들은 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 단지 더 잘 이해할 수 있도록 설명하기 위한 것으로 이해되어야 한다. Therefore, the embodiments described above should not be construed as limiting the technical spirit of the present invention but merely for better understanding.
본 발명의 권리 범위는 이러한 실시예들에 의해 한정되지 않으며, 아래 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is not limited by these embodiments, and should be interpreted by the following claims, and the technical spirit within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
100: 도전성 기판 200: 결합층
300: 반사 전극 400: 반도체 구조
500: n-형 전극 600: 패시베이션층
700: 광 추출 구조100: conductive substrate 200: bonding layer
300: reflective electrode 400: semiconductor structure
500: n-type electrode 600: passivation layer
700: light extraction structure
Claims (12)
도전성 기판;
상기 도전성 기판 상에 위치하는 반사 전극; 및
상기 반사 전극 상에 위치하며, 제 1전도성 반도체층, 상기 제 1전도성 반도체층 상에 위치하는 활성층, 및 상기 활성층 상에 위치하고 발광면 상에 광 추출 구조를 갖는 제 2전도성 반도체층을 포함하는 반도체 구조를 포함하고,
상기 제 1전도성 반도체층의 두께 및 상기 반도체 구조 전체의 두께는, 상기 활성층에서 직접 방출되는 광과 상기 활성층에서 방출되어 상기 반사 전극에서 반사된 광에 의한 간섭 현상의 보강 간섭 조건에 해당하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자.In a nitride semiconductor light emitting device,
Conductive substrates;
A reflective electrode positioned on the conductive substrate; And
A semiconductor including a first conductive semiconductor layer on the reflective electrode, an active layer on the first conductive semiconductor layer, and a second conductive semiconductor layer on the active layer and having a light extraction structure on a light emitting surface Including the structure,
The thickness of the first conductive semiconductor layer and the thickness of the entire semiconductor structure correspond to constructive interference conditions of interference phenomena by light emitted directly from the active layer and light emitted from the active layer and reflected from the reflective electrode. A nitride semiconductor light emitting device.
도전성 기판;
상기 도전성 기판 상에 위치하는 반사 전극; 및
상기 반사 전극 상에 위치하며, 제 1전도성 반도체층, 상기 제 1전도성 반도체층 상에 위치하는 활성층, 및 상기 활성층 상에 위치하고 발광면 상에 광 추출 구조를 갖는 제 2전도성 반도체층을 포함하는 반도체 구조를 포함하고,
상기 반사 전극에서 활성층 사이의 최단거리 및 상기 반사 전극에서 상기 발광면 사이의 최단거리는, λ/4n의 홀수배±10 nm(상기 λ는 방출되는 빛의 파장, 상기 n은 반도체층의 굴절률)를 만족하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자.In a nitride semiconductor light emitting device,
Conductive substrates;
A reflective electrode positioned on the conductive substrate; And
A semiconductor including a first conductive semiconductor layer on the reflective electrode, an active layer on the first conductive semiconductor layer, and a second conductive semiconductor layer on the active layer and having a light extraction structure on a light emitting surface Including the structure,
The shortest distance between the active layer in the reflective electrode and the light emitting surface in the reflective electrode is an odd multiple of λ / 4n ± 10 nm (where λ is the wavelength of emitted light and n is the refractive index of the semiconductor layer). A nitride-based semiconductor light emitting device characterized in that it satisfies.
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Cited By (3)
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KR20150012950A (en) * | 2013-07-26 | 2015-02-04 | 엘지이노텍 주식회사 | Light Emitting Device Package |
KR20150032114A (en) * | 2013-09-17 | 2015-03-25 | 엘지이노텍 주식회사 | Light Emitting Device |
WO2021188920A1 (en) * | 2020-03-20 | 2021-09-23 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Optoelectronic device with reduced optical loss |
-
2011
- 2011-01-11 KR KR1020110002623A patent/KR20120081335A/en not_active Application Discontinuation
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