KR20120129029A - 발광 소자 - Google Patents

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KR20120129029A
KR20120129029A KR1020110047035A KR20110047035A KR20120129029A KR 20120129029 A KR20120129029 A KR 20120129029A KR 1020110047035 A KR1020110047035 A KR 1020110047035A KR 20110047035 A KR20110047035 A KR 20110047035A KR 20120129029 A KR20120129029 A KR 20120129029A
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한대섭
문용태
봉하종
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예에 따른 발광 소자는, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 제1 및 제2 도전형 반도체층들 사이에 활성층을 포함하는 발광 구조물을 포함한다.
활성층은 다수의 웰 층들 및 다수의 배리어층들을 포함한다.
배리어층들 중 최외곽 배리어층은 다수의 제1 층들과 제1 층들 사이에 다수의 제2 층들을 포함한다.

Description

발광 소자{Light emitting device}
실시예는 발광 소자에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광 소자이다. 발광 다이오드는 고 휘도를 갖는 광을 얻을 수 있어, 디스플레이용 광원, 자동차용 광원 및 조명용 광원으로 폭넓게 사용되고 있으며, 형광 물질을 이용하거나 다양한 색의 발광 다이오드를 조합함으로써 효율이 우수한 백색 광을 발광하는 발광 다이오드도 구현이 가능하다.
발광 다이오드의 휘도 및 성능을 더욱 향상시키기 위해 광 추출 구조를 개선하는 방법, 활성층의 구조를 개선하는 방법, 전류 퍼짐을 향상하는 방법, 전극의 구조를 개선하는 방법, 발광 다이오드 패키지의 구조를 개선하는 방법 등 다양한 방법들이 시도되고 있다.
실시예는 새로운 구조를 가지는 발광 소자를 제공한다.
실시예는 품질과 신뢰성이 향상된 발광 소자를 제공한다.
실시예는 누설전류가 감소된 발광 소자를 제공한다.
실시예는 스트레인(strain)이 완화된 발광 소자를 제공한다.
실시예는 내부 양자 효율과 발광 파워가 개선된 발광 소자를 제공한다.
실시예에 따른 발광 소자는, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 제1 및 제2 도전형 반도체층들 사이에 활성층을 포함하는 발광 구조물을 포함하고,
상기 활성층은 다수의 웰 층들 및 다수의 배리어층들을 포함하고, 상기 배리어층들 중 최외곽 배리어층은, 다수의 제1 층들; 및 상기 제1 층들 사이에 다수의 제2 층들을 포함한다.
실시예에 따르면, 다수의 제1 층과 다수의 제2 층을 포함하는 활성층의 최외곽 배리어층에 의해 최외곽 배리어층의 배리어 높이가 높아지게 되어, 활성층의 전자들이 상기 전자 차단층으로 이동되는 것을 차단하여 누설 전류의 발생을 억제하여 줄 수 있다.
실시예에 따르면, 다수의 제1 층과 다수의 제2 층을 포함하는 활성층의 최외곽 배리어층에 의해 최외곽 배리어층과 전자 차단층 간의 미스매치(mismatch)가 작아지게 되어 응력(strain)이 작아지게 된다.
도 1은 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 발광 소자의 활성층을 확대한 단면도이다.
도 3은 도 2의 활성층의 최외곽 배리어층를 확대한 단면도이다.
도 4는 도 1의 발광 소자의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 5는 제1 실시예에 따른 활성층의 최외곽 배리어의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 6은 제2 실시예에 따른 활성층의 최외곽 배리어의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 7은 제3 실시예에 따른 활성층의 최외곽 배리어의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 8은 제4 실시예에 따른 활성층의 최외곽 배리어의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 9는 제5 실시예에 따른 활성층의 최외곽 배리어의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 10은 제6 실시예에 따른 활성층의 최외곽 배리어의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 11은 제7 실시예에 따른 활성층의 최외곽 배리어의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 12는 제8 실시예에 따른 활성층의 최외곽 배리어의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 13a 및 도 13b는 비교예 및 실시예에 따른 발광 세기를 도시한 그래프이다.
도 14a 및 도 14b는 비교예 및 실시예에 따른 발광 소자의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 15는 비교예 및 실시예에 따른 발광 소자의 전자 밀도의 분포를 도시한 도면이다.
도 16은 비교예 및 실시예에 따른 발광 소자의 정공 밀도의 분포를 도시한 도면이다.
도 17은 비교예 및 실시예에 따른 내부 양자 효율을 도시한 그래프이다.
도 18은 비교예 및 실시예에 따른 발광 파워를 도시한 그래프이다.
도 19는 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지의 단면도이다.
발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 발광 소자의 활성층을 확대한 단면도이고, 도 3은 도 2의 활성층의 최외곽 배리어층을 확대한 단면도이며, 도 4는 도 1의 발광 소자의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 실시예에 따른 발광 소자(1)는 기판(10) 및 상기 기판(10) 상에 형성된 발광 구조물(25)을 포함한다.
상기 발광 구조물(25)은 III-V족 화합물 반도체 재료로 형성된 다수의 화합물 반도체층들을 포함할 수 있다. 상기 발광 구조물(25)은 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy) 및 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 중 어느 하나를 이용하여 성장하여 형성될 수 있다.
예컨대, 상기 발광 구조물(25)은 제1 도전형 반도체층(20), 활성층(30) 및 제2 도전형 반도체층(50)을 포함할 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(20)은 상기 기판(10) 상에 형성되고, 상기 활성층(30)은 상기 제1 도전형 반도체층(20) 상에 형성되며, 상기 제2 도전형 반도체층(50)은 상기 활성층(30) 상에 형성될 수 있다.
상기 기판(10)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP 및 Ge로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로 형성될 수 있다.
도시되지 않았지만, 상기 제1 도전형 반도체층(20) 아래에 버퍼층 또는/ 및 비도전형 반도체층이 형성될 수 있다. 상기 버퍼층 및 상기 비도전형 반도체층은 III-V족 반도체 재료로 형성될 수 있다.
상기 비 도전형 반도체층은 도전형 도펀트가 도핑되지 않아, 상기 제1 도전형 반도체층(20)에 비해 현저히 낮은 전기 전도성을 가지는 층으로서, 예를 들어, 언도프드(Undoped) GaN 층일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 버퍼층은 상기 제1 도전형 반도체층(20)과 상기 기판(10) 사이에는 두 층 사이의 격자 상수 차이를 완화하기 위한 형성될 수도 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(20)은 예를 들어, n형 도펀트를 포함하는 n형 반도체층일 수 있다. 상기 n형 반도체층은 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN 및 AlInN로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며, Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(20) 상에는 상기 활성층(30)이 형성될 수 있다.
상기 활성층(30)은 상기 제1 도전형 반도체층(20)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 상기 제2 도전형 반도체층(50)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 서로 결합되어, 상기 활성층(30)의 구성 물질에 따른 에너지 밴드(Energy Band)의 밴드갭(Band Gap) 차이에 상응하는 파장을 갖는 빛을 방출하는 층이다.
상기 활성층(30)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW), 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 활성층(30)은 3족 내지 5족 화합물 반도체들을 우물층과 장벽층의 주기로 반복 형성될 수 있다.
예를 들면 InGaN 우물층/GaN 장벽층의 주기, InGaN 우물층/AlGaN 장벽층의 주기, InGaN우물층/InGaN 장벽층의 주기 등으로 형성될 수 있다. 상기 장벽층의 밴드 갭은 상기 우물층의 밴드 갭보다 크게 형성될 수 있다.
실시예에 따른 활성층(30)은 도 2에 도시한 바와 같이 다중 양자 우물 구조(MQW)로 형성될 수 있다.
도 2를 참고하면, 상기 활성층(30)은 다수의 웰 층(32)과 다수의 배리어층(34, 36)이 상기 제1 도전형 반도체층(20) 상에 교대로 적층 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 도전형 반도체층(20) 상에 제1 웰 층(32)이 형성되고, 상기 제1 웰 층(32) 상에 제1 배리어층(34)이 형성되고, 상기 제1 배리어층(34) 상에 제2 웰 층(32)이 형성되고, 상기 제2 웰 층(32) 상에 제2 배리어층(34)이 형성되고, 상기 제2 배리어층(34) 상에 제3 웰(32) 층이 형성되고, 상기 제3 웰 층(32) 상에 제3 배리어층(34)이 형성될 수 있다. 이와 같은 순서로 다수의 웰 층(32)과 다수의 배리어층(34, 36)이 상기 제1 도전형 반도체층(20) 상에 형성될 수 있다.
따라서, 상기 제1 도전형 반도체층(20)으로부터 제공된 전자들과 상기 제2 도전형 반도체층(50)으로부터 제공된 전공들이 MQW 구조로 형성된 활성층(30)에서 재결합하여 광이 발생될 수 있다.
통상적으로, 전자의 이동도도 전공의 이동도에 비해 매우 높다. 따라서, 제1 도전형 반도체층(20)이 n형 도펀트를 포함하고, 제2 도전형 반도체층(50)이 p형 도펀트를 포함하는 경우, 제1 도전형 반도체층(20)의 전자들은 신속히 활성층(30)으로 공급되는데 반해, 제2 도전형 반도체층(50)의 전공들은 비교적 느리게 활성층(30)으로 공급된다. 이에 따라, 활성층(30)에는 전공들에 비해 상대적으로 전자들이 많고, 전공에 재결합하지 못하는 전자들 중 일부 전자들은 활성층(30)에 머무르지 못하고 제2 도전형 반도체층(50)으로 이동되게 된다. 활성층(30)에서 전공과의 재결합에 관여하지 못하고 제2 도전형 반도체층(50)으로 이동된 전자들에 의해 누설전류가 발생하게 된다.
이러한 전자들에 의한 누설전류를 방지하기 위해 상기 활성층(30)과 상기 제2 도전형 반도체층(50) 사이에 전자 차단층(40)이 형성될 수 있다.
상기 전자 차단층(40)은 III-V족 반도체 재료로 형성될 수 있다. 상기 전자 차단층(40)은 상기 활성층(30)의 전자들이 상기 제2 도전형 반도체층(50)으로 이동되지 않도록 하기 위해, 적어도 상기 활성층(30)의 에너지 밴드갭보다 큰 반도체 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 전자 차단층(40)은 AlGaN일 수 있다.
상기 전자 차단층(40)은 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 활성층(30)의 전자들은 상기 활성층(30)의 에너지 밴드갭보다 큰 전자 차단층(40)에 의해 상기 제2 도전형 반도체층(50)으로 이동되는 양이 줄어들 수 있다.
하지만, 상기 전자 차단층(40)에도 불구하고 상기 활성층(30)의 전자들 중 일부 전자들은 여전히 상기 전자 차단층(40)을 경유하여 상기 제2 도전형 반도체층(50)으로 이동될 수 있다.
즉, 상기 발광 소자에 가해주는 전류가 커지는 경우, 더욱 더 많은 전자들과 정공들이 상기 활성층(30)으로 공급될 수 있다. 하지만, 상기 활성층(30)에 형성된 각 웰 층(32)은 전자와 정공을 무한정 받을 수 없다. 다시 말해 상기 활성층(30)의 각 웰 층(32)은 일정량의 전자들과 전공들만을 받을 수 있다.
따라서, 상기 발광 소자에 가해주는 전류가 증가되어, 많은 전자들와 정공들이 상기 활성층(30)으로 공급되더라도, 상기 활성층(30)의 웰 층(32)들에서는 각 웰 층(32)에 정해진 수량만큼만 전자와 정공들을 받을 수 있으므로, 상기 활성층(30)에는 각 웰 층(32)에 들어가지 못하는 여분의 전자와 정공들이 남아돌게 된다. 특히, 전자의 이동도가 정공의 이동도보다 상대적으로 크게 됨에 따라, 상기 활성층(30)에서 정공보다는 전자들이 상대적으로 많이 남아돌게 된다.
이와 같이 여분으로 남아돌게 되는 전자들은 자체적으로 소멸되든지 아니면 상기 전자 차단층(40)을 경유하여 상기 제2 도전형 반도체층(50)으로 이동되게 되어 결국 누설전류가 발생하게 된다.
한편, 상기 활성층(30)은 앞서 언급된 바와 같이 다수의 웰 층(32)과 다수의 배리어층(34, 36)이 상기 제1 도전형 반도체층(20) 상에 교대로 적층 형성될 수 있다.
웰 층(32)이 아니라 상기 배리어층(36)이 상기 전자 차단층에 접하도록 형성될 수 있다. 이하에서 이러한 배리어층을 최외곽 배리어층(36)이라 명명하기로 한다.
만일 상기 전자 차단층(40)이 형성되지 않는 경우, 상기 최외곽 배리어층(36)은 나중에 설명될 p형 도펀트를 포함하는 제2 도전형 반도체층(50)에 인접하여 배치될 수 있다. 이와 같이 최외곽 배리어층(36)이 전자 차단층(40) 또는 제2 도전형 반도체층(50)에 인접하도록 배치되는 것은 활성층(30)의 전자들이 제2 도전형 반도체층(50)으로 이동되는 것을 실시예의 최외곽 배리어층(36)에 의해 차단하기 위함이다.
상기 최외곽 배리어층(36)는 인듐(In)의 이탈(desortion)을 방지하고 전자 차단층(40)에 포함된 도펀트, 예컨대 마그네슘(Mg)의 상기 활성층(30)으로의 확산(in-diffusion)을 방지하는 역할을 한다.
하지만, 최외곽 배리어층(36)와 전자 차단층(40) 사이의 미스매치(mismatch)가 크고 이로 인해 활성층(30)의 최외곽 배리어층(36)와 전자 차단층(40) 사이의 경계면 양(+) 전하에 의한 내부장(internal field)이 존재하게 된다. 이러한 내부장에 의해 전자 차단층(40)의 배리어 높이(barrier height)가 낮아지게 되어 활성층(30)의 전자들이 전자 차단층을 경유하여 제2 도전형 반도체층(50)으로 이동되기가 용이해지게 되어 결국 누설 전류가 발생하게 된다.
최외곽 배리어층(36)은 다른 배리어층들(34)과 동일한 폭을 가지거나 상이한 폭을 가질 수 있다.
실시예에 따르면, 활성층(30)의 최외곽 배리어층(36)는 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 다수의 제1 층(36b)과 다수의 제2 층(36a)을 교대로 적층 형성할 수 있다.
다시 말해, 상기 최외곽 배리어층(36)은 서로 교대로 적층 형성된 다수의 제1 층(36b)과 다수의 제2 층(36a)을 포함할 수 있다.
예컨대. 활성층(30)의 최외곽 웰 층(32) 상에 제1 층(36b)이 형성되고, 상기 제1 층(36b) 상에 제2 층(36a)이 형성되고, 상기 제2 층(36a) 상에 제1 층(36b)이 형성되고, 상기 제1 층(36b) 상에 제2 층(36a)이 형성될 수 있다. 이와 같이 상기 최외곽 배리어층(36)에 다수의 제1 층(36b)과 다수의 제2 층(36a)이 서로 교대로 형성될 수 있다.
상기 최외곽 웰 층(32)은 상기 활성층(30)의 다수의 웰 층 중에서 상기 최외곽 배리어층(36)에 접하는 웰 층을 지칭한다.
다수의 제1 층(36b)과 다수의 제2 층(36a)을 포함하는 상기 최외곽 배리어층(36)에 의해 상기 최외곽 배리어층(36)의 실효적인 배리어 높이(effective barrier height, 100)가 높아지게 되어, 상기 활성층(30)의 전자들이 상기 전자 차단층(40)으로 이동되는 것을 차단하여 누설 전류의 발생을 억제하여 줄 수 있다.
여기서, 실효적인 배리어 높이는 다수의 제1 층(36b)과 다수의 제2 층(36a)에 의해 상기 최외곽 배리어층(36)에 형성되는 실질적인 배리어 높이를 의미한다.
도면에 도시된 바와 같이, 구조적으로 볼 때, 다수의 제1 층(36b)의 배리어 높이는 활성층(30)의 배리어층(36)의 배리어 높이와 거의 비슷할 수 있다. 하지만, 다수의 제1 층(36b)와 다수의 제2 층(36b)에 의해 상기 최외곽 배리어층(36)의 실질적인 배리어 높이(100)는 전자 차단층(40)의 배리어 높이와 비슷하게 증가되게 된다.
또한, 다수의 제1 층(36b)과 다수의 제2 층(36a)을 포함하는 상기 최외곽 배리어층(36)에 의해 상기 최외곽 배리어층(36)과 상기 전자 차단층(40) 간의 미스매치(mismatch)가 작아지게 되어 응력(strain)이 작아지게 된다.
상기 최외곽 배리어층(36)의 다수의 제1 층(36b)과 다수의 제2 층(36a)은 서로 동일한 폭을 가질 수도 있고 서로 상이한 폭을 가질 수도 있다.
또한, 상기 최외곽 배리어층(36)의 다수의 제1 층(36b)은 서로 동일한 배리어 높이를 가질 수도 있고, 서로 상이한 배리어 높이를 가질 수도 있다.
또한, 상기 최외곽 배리어층(36)의 다수의 제1 층(36b)과 다수의 제2 층(36a)은 서로 상이한 밴드갭을 가질 수 있다. 즉, 상기 다수의 제1 층(36b)의 밴드갭(Eg1)은 적어도 상기 다수의 제2 층(36a)의 밴드갭(Eg2)보다 클 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 상기 다수의 제1 층(110)의 폭(B)은 상기 활성층(30)의 최외곽 웰 층(32)으로부터 상기 전자 차단층(40)으로 갈수록 점진적으로 커지고, 상기 다수의 제2 층(112)의 폭(W)은 상기 활성층(30)의 최외곽 웰 층(32)으로부 상기 전자 차단층(40)으로 갈수록 점진적으로 커질 수 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 상기 다수의 제1 층(120)의 폭(B)은 상기 활성층(30)의 최외곽 웰 층(32)으로부터 상기 전자 차단층(40)으로 갈수록 점진적으로 작아지고, 상기 다수의 제2 층(122)의 폭(W)은 상기 활성층(30)의 최외곽 웰 층(32)으로부 상기 전자 차단층(40)으로 갈수록 점진적으로 작아질 수 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 상기 다수의 제1 층(130)의 폭(B)은 모두 동일한데 반해, 상기 다수의 제2 층(132)의 폭(W)은 상기 활성층(30)의 최외곽 웰 층(32)으로부터 상기 전자 차단층(40)으로 갈수록 점진적으로 커질 수 있다.
도 8에 도시한 바와 같이, 상기 다수의 제1 층(140)의 폭(B)은 모두 동일한데 반해, 상기 다수의 제2 층(142)의 폭(W)은 상기 활성층(30)의 최외곽 웰 층(32)으로부터 상기 전자 차단층(40)으로 갈수록 점진적으로 작아질 수 있다.
도 9에 도시한 바와 같이, 상기 다수의 제1 층(150)의 폭(B)은 상기 활성층(30)의 최외곽 웰 층(32)으로부터 상기 전자 전자층(40)으로 갈수록 점진적으로 커지는데 반해, 상기 다수의 제2 층(152)의 폭(W)은 모두 동일할 수 있다.
도 10에 도시한 바와 같이, 상기 다수의 제1 층(160)의 폭(B)은 상기 활성층(30)의 최외곽 웰 층(32)으로부터 상기 전자 전자층(40)으로 갈수록 점진적으로 작아지는데 반해, 상기 다수의 제2 층(162)의 폭(W)은 모두 동일할 수 있다.
도 11에 도시한 바와 같이, 상기 다수의 제1 층(170)의 배리어 높이(H)는 상기 활성층(30)의 최외곽 웰 층(32)으로부터 상기 전자 전자층(40)으로 갈수록 점진적으로 커질 수 있다.
도 12에 도시한 바와 같이, 상기 다수의 제1 층(180)의 배리어 높이(H)는 상기 활성층(30)의 최외곽 웰 층(32)으로부터 상기 전자 전자층(40)으로 갈수록 점진적으로 작아질 수 있다.
도 1을 참고하면, 상기 활성층(30) 상에 상기 제2 도전형 반도체층(50)이 형성될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(50)은 예를 들어, p형 도펀트를 포함하는 p형 반도체층일 수 있다. 상기 p형 반도체층은 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN 및 AlInN로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
도시되지 않았지만, 상기 제2 도전형 반도체층(50) 상에는 투명전극층이 형성될 수 있다. 상기 투명전극층은 ITO, IZO(In-ZnO), GZO(Ga-ZnO), AZO(Al-ZnO), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au 및 Ni/IrOx/Au/ITO로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 상기 투명전극층 대신 반사전극층(미도시)이 형성될 수도 있다. 상기 반사전극층은 반사 효율이 높은 은(Ag), 알루미늄(Al), 백금(Pt) 및 팔라딘(Pd)로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도시되지 않았지만, 상기 제2 도전형 반도체층(50) 상에는 제1 전극(미도시)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 도전형 반도체층(20)의 일부가 노출된 영역에 제2 전극(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극은 발광 소자(1)에 전원을 제공한다.
상기 제2 전극을 형성하기 전에, 상기 제1 도전형 반도체층(20)이 노출되도록 메사 에칭(Mesa Etching)을 수행될 수 있다.
이하에서 활성층의 최외곽 배리어층에 다수의 제1 및 제2 층이 형성되지 않은 구조(비교예)와 활성층의 최외곽 배리어층에 다수의 제1 및 제2 층이 형성된 구조(실시예)에 대해 설명한다.
도 13a 내지 도 18은 도 1 내지 도 4을 참조하여 설명한다.
도 13a 및 도 13b는 비교예 및 실시예에 따른 발광 세기를 도시한 그래프이다.
실시예(도 13b)의 발광 세기가 비교예(도 13a)의 발광 세기에 비해 더 커짐을 알 수 있다. 아울러, 실시예의 경우, 활성층(30)의 최외곽 배리어층(36)에 형성된 웰 층 역할을 하는 다수의 제2 층(36a)에 의해 광이 발생됨을 알 수 있다.
따라서, 실시예(도 13b)는 비교예(도 13a)에 비해 더 많은 광이 발생됨을 알 수 있다.
도 14a 및 도 14b는 비교예 및 실시예에 따른 발광 소자의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 14a 및 도 14b에 도시한 바와 같이, 실시예는 비교예에 비해 활성층(30)의 최외곽 배리어층(36)에서의 배리어 높이가 더 커짐을 알 수 있다. 따라서, 실시예에 따르면, 활성층(30)의 최외곽 배리어층(36)에 의해 활성층(30)의 전자들이 전자 전도층(40)으로 이동되는 것이 차단되어, 누설전류가 감소하여 발광 효율을 증가시킬 수 있다.
도 15에 도시한 바와 같이, 전자 차단층(40)에서의 전자 밀도가 비교예보다 실시예에서 현저하게 더 낮아짐을 알 수 있다.
도 16에 도시한 바와 같이, 제1 도전형 반도체층(20)에서의 정공 밀도가 비교예보다 실시예에서 약간 더 낮아짐을 알 수 있다.
따라서, 도 15 및 도 16에 도시한 바와 같이, 실시예에 따른 최외곽 배리어층(36)의 다수의 제1 및 제2 층(36b, 36a)에 의해 활성층(30)의 전자들이 상기 전자 차단층(40)으로 이동되는 것을 원천적으로 차단됨으로써, 누설 전류의 감소로 인해 발광 효율이 증가될 수 있다.
도 17은 비교예 및 실시예에 따른 내부 양자 효율을 도시한 그래프이다.
도 17에 도시한 바와 같이, 비교예에 비해 실시예에서 내부 양자 효율이 증가되며, 특히 전류가 증가할수록 실시예에서의 내부 양자 효율이 더욱 더 증가됨을 알 수 있다.
도 18은 비교예 및 실시예에 따른 발광 파워를 도시한 그래프이다.
도 18에 도시한 바와 같이, 비교예에 비해 실시예에서 발광 파워가 증가되며, 특히 전류가 증가할수록 실시예에서의 발광 파워가 더욱 더 증가됨을 알 수 있다.
따라서, 도 17 및 도 18에 도시한 바와 같이, 실시예에 따른 최외곽 배리어층(36)의 다수의 제1 및 제2 층(36a, 36b)에 의해 내부 발광 효율와 발광 파워가 증가될 수 있다. 아울러, 전류가 증가할수록 내부 발광 효율과 발광 파워는 더욱 더 증가될 수 있다.
도 19는 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지의 단면도이다.
도 19를 참조하면, 발광 소자 패키지(30)는 몸체(20)와, 상기 몸체(20)에 설치된 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)과, 상기 몸체(20) 상에 상기 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)과 전기적으로 연결되는 상기 발광 소자(1)와, 상기 몸체(20) 상에 상기 발광 소자(1)를 포위하는 몰딩부재(40)를 포함한다.
상기 몸체(20)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 몸체(20)는 위에서 볼 때 내부에 경사면(53)을 갖는 캐비티(cavity)(50)을 갖는다.
상기 제1 전극층(31) 및 상기 제2 전극층(32)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 몸체(20) 내부를 관통하도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 전극층(31) 및 상기 제2 전극층(32) 각각은 일측 끝단이 상기 캐비티(50) 내부에 배치되고, 타측 끝단이 상기 몸체(20)의 외부면에 부착되어 외부에 노출되게 된다.
상기 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)은 상기 발광 소자(1)에 전원을 공급하고, 상기 발광 소자(1)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광 소자(1)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 기능을 할 수도 있다.
상기 발광 소자(1)는 상기 몸체(20) 상에 설치되거나 상기 제1 전극층(31) 또는 제2 전극층(32) 상에 설치될 수 있다.
상기 발광 소자(1)의 상기 제1,2 와이어(171, 181)는 상기 제1 전극층(31) 또는 제2 전극층(32) 중 어느 하나에 전기적으로 연결될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
상기 몰딩부재(40)는 상기 발광 소자(1)를 포위하여 상기 발광 소자(1)를 외부로부터 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(40)에는 형광체가 포함될 수 있고, 이러한 형광체에 의해 상기 발광 소자(1)에서 방출된 광의 파장이 변화될 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자 또는 발광 소자 패키지는 라이트 유닛에 적용될 수 있다. 상기 라이트 유닛은 복수의 발광 소자 또는 발광 소자 패키지가 어레이된 구조를 포함하며, 표시 장치 또는 조명 장치를 포함하고, 조명등, 신호등, 차량 전조등, 전광판 등이 포함될 수 있다.
10: 기판 20: 제1 도전형 반도체층
30: 활성층 40: 전자 차단층
50: 제2 도전형 반도체층 32: 웰 층
34, 36: 배리어층
36b, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180: 제1 층
36a, 112, 122, 132, 142, 152, 162, 172, 182: 제2 층
100: 유효 배리어

Claims (20)

  1. 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 제1 및 제2 도전형 반도체층들 사이에 활성층을 포함하는 발광 구조물을 포함하고,
    상기 활성층은 다수의 웰 층들 및 다수의 배리어층들을 포함하고,
    상기 배리어층들 중 최외곽 배리어층은,
    다수의 제1 층들; 및
    상기 제1 층들 사이에 다수의 제2 층들을 포함하는 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 최외곽 배리어층은 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층 중 p형 도펀트를 포함하는 반도체층에 인접하여 배치되는 발광 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 활성층과 상기 p형 도펀트를 포함하는 반도체층 사이에 전자 차단층을 더 포함하는 발광 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 최외곽 배리어층은 상기 전자 차단층에 접하도록 배치되는 발광 소자.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 전자 차단층의 밴드갭은 적어도 상기 활성층의 배리어층의 밴드갭 이상인 발광 소자.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 전자 차단층은 상기 제2 도전형 반도체층과 동일한 타입의 도펀트를 포함하는 발광 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 층들은 서로 동일한 폭을 갖는 발광 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 층들은 서로 상이한 폭을 갖는 발광 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 층들은 서로 상이한 밴드갭을 갖는 발광 소자.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 제1 층들의 폭들은 상기 활성층으로부터 상기 전자 차단층으로 갈수록 커지고, 상기 제2 층들의 폭들은 상기 활성층으로부터 상기 전자 차단층으로 갈수록 커지는 발광 소자.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 제1 층들의 폭들은 상기 활성층으로부터 상기 전자 차단층으로 갈수록 작아지고, 상기 제2 층들의 폭들은 상기 활성층으로부터 상기 전자 차단층으로 갈수록 작아지는 발광 소자.
  12. 제3항에 있어서,
    상기 제1 층들의 폭들은 동일하고, 상기 제2 층들의 폭들은 상기 활성층으로부터 상기 전자 차단층으로 갈수록 커지는 발광 소자.
  13. 제3항에 있어서,
    상기 제1 층들의 폭들은 동일하고, 상기 제2 층들의 폭들은 상기 활성층으로부터 상기 전자 차단층으로 갈수록 작아지는 발광 소자.
  14. 제3항에 있어서,
    상기 제1 층들의 폭들은 상기 활성층으로부터 상기 전자 차단층으로 갈수록 커지고, 상기 제2 층들의 폭들은 동일한 발광 소자.
  15. 제3항에 있어서,
    상기 제1 층들의 폭들은 상기 활성층으로부터 상기 전자 차단층으로 갈수록 작아지고, 상기 제2 층들의 폭들은 동일한 발광 소자.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제1 층들은 서로 동일한 배리어 높이를 갖는 발광 소자.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제1 층들은 서로 상이한 배리어 높이를 갖는 발광 소자.
  18. 제3항에 있어서,
    상기 제1 층들의 배리어 높이들은 상기 활성층으로부터 상기 전자 차단층으로 갈수록 커지는 발광 소자.
  19. 제3항에 있어서,
    상기 제1 층들의 배리어 높이들은 상기 활성층으로부터 상기 전자 차단층으로 갈수록 작아지는 발광 소자.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 제2 층들은 상기 제1 층들의 밴도갭보다 작은 발광 소자.
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