KR20140027836A - 발광 소자 - Google Patents

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KR20140027836A
KR20140027836A KR1020120093943A KR20120093943A KR20140027836A KR 20140027836 A KR20140027836 A KR 20140027836A KR 1020120093943 A KR1020120093943 A KR 1020120093943A KR 20120093943 A KR20120093943 A KR 20120093943A KR 20140027836 A KR20140027836 A KR 20140027836A
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conductive
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서헌진
권오민
원종학
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

발광 소자는, 기판 상에 다수의 화합물 반도체층을 포함하는 발광 구조물과, 발광 구조물 상에 배치된 전극층과, 발광 구조물과 전극층 사이에 배치된 도전형 콘택층을 포함한다. 도전형 콘택 구조는 다수의 패턴을 포함할 수 있다.

Description

발광 소자{Light emitting device}
실시예는 발광 소자에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light-Emitting Diode: LED)는 전기 에너지를 빛 에너지로 변환시켜 광을 발생시키기 위한 발광 소자(semiconductor light emitting device)이다.
발광 소자는 고 휘도의 광을 얻을 수 있고 반영구적으로 사용할 수 있어, 디스플레이용 광원, 자동차용 광원 및 조명용 광원으로 폭넓게 사용되고 있다.
실시예는 구동 전압을 낮추어 소비 전력을 줄일 수 있는 발광 소자를 제공한다.
실시예는 광도 및 발광 효율을 증가시킬 수 있는 발광 소자를 제공한다.
실시예는 광 추출 효율을 향상시킬 수 있는 발광 소자를 제공한다.
실시예에 따르면, 발광 소자는, 기판; 상기 기판 상에 다수의 화합물 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 상기 발광 구조물 상에 배치된 전극층; 및 상기 발광 구조물과 상기 전극층 사이에 배치된 도전형 콘택층을 포함하고, 상기 도전형 콘택층은 15Å 내지 30 Å의 두께를 갖는다.
실시예에 따르면, 발광 소자는, 기판; 상기 기판 상에 다수의 화합물 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 상기 발광 구조물 상에 배치된 전극층; 및 상기 발광 구조물과 상기 전극층 사이에 배치된 도전형 콘택 구조을 포함하고, 상기 도전형 콘택 구조는 다수의 패턴을 포함할 수 있다.
실시예는 발광 구조물과 전극층 사이에 도전형 콘택층 또는 도전형 콘택 구조가 배치됨으로써, 도전형 콘택층 또는 도전형 콘택 구조에 의해 발광 구조물과 전극층 사이의 콘택 저항이 최소화되어 구동 전압이 낮아질 수 있다.
실시예는 도전형 콘택층에 의해 전류가 보다 용이하게 발광 구조물로 유입됨으로써, 발광 효율이 향상될 수 있다.
실시예는 도전형 콘택층의 패터닝에 의해 전극층에 요철 구조가 형성되고, 이러한 요철 구조에 의해 광 추출 효욜이 향상될 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 2는 실시예에 따른 구동 전압의 변화를 도시한 그래프이다.
도 3은 실시예에 따른 광출력의 변화를 도시한 히스토그램이다.
도 4는 도전형 콘택층의 두께와 도전형 콘택층의 성장 온도에 따른 광출력 변화를 도시한 도면이다.
도 5는 도 1의 발광 소자의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.
도 6은 도 5의 전극층의 일 형상을 도시한 도면이다.
도 7은 도 5의 전극층의 다른 형상을 도시한 도면이다.
도 8은는 도 1의 실시예가 채용된 수평형 발광 소자를 도시한 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 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자는 기판(1), 상기 기판(1) 상에 배치된 발광 구조물(9), 상기 발광 구조물(9) 상에 배치된 전극층(13) 및 상기 발광 구조물(9)과 상기 전극층(13) 사이에 배치된 도전형 콘택층(11)을 포함할 수 있다.
상기 도전형 콘택층(11)은 도전형 콘택 구조로 명명될 수도 있다. 즉, 상기 도전형 콘택층(11)과 상기 도전형 콘택 구조는 실질적으로 동일한 기능 및 동일한 구조를 가지뿐만 아니라 실질적으로 동일한 재질로 형성될 수 있다.
상기 기판(1)은 지지 역할을 해야 하므로 강도가 커야 하고, 부식이 잘 되지 않으며, 열팽창율이 낮으며, 상기 발광 구조물(9)과의 격자 상수가 낮은 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 기판(1)은 사파이어, SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP 및 Ge로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
도시되지 않았지만, 상기 기판(1)과 상기 발광 구조물(9) 사이에 버퍼층이 배치될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 버퍼층은 상기 기판(1)과 상기 발광 구조물(9) 사이의 큰 격자 상수 차이를 완화하여 주기 위해 형성될 수 있다. 즉, 상기 기판(1) 상에 상기 버퍼층이 형성되고, 상기 버퍼층 상에 상기 발광 구조물(9)이 형성될 수 있다. 이러한 경우, 상기 발광 구조물(9)은 상기 버퍼층과의 격자 상수 차이가 작으므로, 상기 발광 구조물(9)이 상기 버퍼층 상에 불량 없이 안정적으로 성장되어 전기적 및 광학적 특성이 향상될 수 있다.
예컨대, 상기 버퍼층은 상기 기판(1)과 상기 발광 구조물(9) 사이의 격자 상수를 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 발광 구조물(9)은 적어도 제1 도전형 반도체층(3), 활성층(5) 및 제2 도전형 반도체층(7)을 포함하는 다수의 화합물 반도체층을 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 예컨대, 상기 제1 도전형 반도체층(3)의 아래에 제3 반도체층이 배치될 수 있고, 상기 제2 도전형 반도체층(7) 상에 제4 반도체층이 배치될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 상기 제3 반도체층 또는 제4 반도체층은 도펀트를 포함할 수도 있고 도펀트를 포함하지 않을 수도 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
도시되지 않았지만 상기 발광 구조물(9)은 전자 차단층을 더 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 상기 전자 차단층은 상기 활성층(5)과 상기 제2 도전형 반도체층(7) 사이에 배치되어, 상기 제1 도전형 반도체층(3)에서 생성되어 상기 활성층(5)으로 공급된 제1 캐리어, 즉 전자가 상기 활성층(5)에 머물지 않고 상기 제2 도전형 반도체층(7)으로 이동되는 것을 차단하여 줄 수 있다. 예컨대, 상기 활성층(5) 상에 상기 전자 차단층이 형성되고, 상기 전자 차단층 상에 상기 제2 도전형 반도체층(7)이 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 활성층(5)은 상기 제1 도전형 반도체층(3) 상에 배치되고, 상기 제2 도전형 반도체층(7)은 상기 활성층(5) 상에 배치될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(3), 상기 활성층(5) 및 상기 제2 도전형 반도체층(7)은 상기 기판(1) 상에 성장 공정(growth process)에 의해 순차적으로 성장될 수 있다. 상기 성장 공정은 예컨대 MOCVD(Metal-Organic Chemical Vaphor Deposition) 또는 MBE(Molecular Beam Epitaxy)를 이용하여 수행될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 버퍼층, 상기 제1 도전형 반도체층(3), 상기 활성층(5), 상기 전자 차단층, 상기 제2 도전형 반도체층(7) 및 상기 제3 및 제4 반도체층은 II족 내지 VI족 화합물 반도체 재질로 형성될 수 있다.
예컨대, 상기 버퍼층은 GaN, AlN, InN, AlGaN 및 InGaN으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 단일층 또는 다수의 층들을 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 예컨대, 상기 제1 도전형 반도체층(3), 상기 활성층(5) 및 상기 제2 도전형 반도체층(7)은 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN 및 AlInN로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
예컨대, 상기 제1 도전형 반도체층(3)은 n형 도펀트를 포함하는 n형 반도체층이고, 상기 제2 도전형 반도체층(7)은 p형 도펀트를 포함하는 p형 반도체층일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 상기 n형 도펀트는 Si, Ge, Sn 등을 포함하고, 상기 p형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함하지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(3)은 예컨대 4E18 내지 8E18의 도핑 농도를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제2 도전형 반도체층(7)은 예컨대 8E19 내지 3E20의 도핑 농도를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(3)은 서로 동일하거나 상이한 화합물 반도체 재질로 형성된 다수의 반도체층을 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제2 도전형 반도체층(7)은 서로 동일하거나 상이한 화합물 반도체 재질로 형성된 다수의 반도체층을 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(3, 7)이 서로 동일한 화합물 반도체 재질로 형성되는 경우, 각 반도체층의 화합물 반도체 재질의 함량은 서로 상이할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 활성층(5)은 상기 제1 도전형 반도체층(3)으로부터 주입되는 제1 캐리어, 예컨대 전자와 상기 제2 도전형 반도체층(7)으로부터 주입되는 제2 캐리어, 예컨대 정공이 서로 결합되어, 상기 활성층(5)의 형성 물질에 따른 밴드갭(Band Gap) 차이에 상응하는 파장을 갖는 빛을 생성할 수 있다.
상기 활성층(5)은 다중 양자 우물 구조(MQW), 양자점 구조 및 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 상기 활성층(5)은 우물층과 배리어층을 한 주기로 하여 우물층과 배리어층이 반복적으로 형성될 수 있다. 상기 우물층과 배리어층의 반복주기는 발광 소자의 특성에 따라 변형 가능하므로, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 활성층(5)은 예를 들면, 다수의 InGaN 우물층/GaN 배리어층, 다수의 InGaN 우물층/AlGaN 배리어층, 다수의 InGaN우물층/InGaN 배리어층 또는 다수의 AlGaN 우물층/AlGaN 배리어층으로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 상기 배리어층의 밴드갭은 상기 우물층의 밴드갭보다 크게 형성될 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자는 수평형 구조의 발광 소자에 채용될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 발광 구조물(9) 상에 전극층(13)이 배치될 수 있다. 상기 전극층(13)은 투광성 도전 재질이나 반사성 도전 재질로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
예컨대, 상기 투광성 도전 재질로는, 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 하나 또는 이들의 적층이 포함될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
예컨대, 상기 반사성 도전 재질로는, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 및 Hf로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나 또는 이들의 적층이 포함될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
예컨대, 상기 전극층(13)이 투광성 도전 재질로 형성되는 경우, 상기 발광 구조물(9)의 활성층(5)에서 생성된 광이 상기 전극층(13)을 투과하여 상부 방향으로 진행될 수 있다.
이와 반대로, 상기 전극층(13)이 반사성 도전 재질로 형성되는 경우, 상기 발광 구조물(9)의 활성층(5)에서 생성된 광이 상기 전극층(13)에 의해 반사되어 하부 방향으로 진행될 수 있다.
따라서, 광의 주요 출사면을 어떤 방향으로 하느냐에 따라 상기 전극층(13)은 투광성 도전 재질이나 반사성 도전 재질로 형성될 수 있다.
설명의 편의를 위해, 실시예에 따른 발광 소자에서 상기 전극층(13)은 투광성 도전 재질로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 전극층(13)은 전류가 상기 전극층(13)의 전 영역으로, 즉 수평 방향으로 흐름과 동시에 상기 전극층(13)에서 상기 제2 도전형 반도체층(7)으로, 즉 수직 방향으로 흐르도록 하여 줌으로서, 상기 발광 구조물(9)의 활성층(5)의 전 영역으로 전류가 균일하게 흐르도록 하는 역할을 할 수 있다.
이를 위해 상기 전극층(13)은 전류가 흐를 수 있는 도전 특성을 갖는 한편 광을 투과시킬 수 있는 투광성 도전 물질로 형성될 수 있다.
따라서, 전극층(13)에 전원이 공급되면, 이 전원에 의해 전극층(13)의 전 영역으로 전류가 스프레딩될 수 있다. 상기 전극층(13)의 전 영역으로 전류 스프레딩된 전류는 수직 방향으로 상기 발광 구조물(9)로 흐르므로, 상기 발광 구조물(9)의 활성층(5)의 전 영역에 균일한 전류가 흐르게 된다. 따라서, 상기 활성층(5)의 전 영역에서 균일한 휘도 또는 광도를 갖는 광이 생성되므로 궁극적으로 발광 효율이 향상될 수 있다.
상기 전극층(13)이 없는 경우, 패턴 형태의 전극(미도시)에 대응하는 발광 구조물(9)의 활성층(5)에 주로 전류가 집중되므로, 이러한 영역의 활성층(5)에서만 광이 집중적으로 생성되고 그 외의 영역의 활성층(5)에서는 광이 생성되지 않게 되므로, 광이 비균일하게 생성될 뿐만 아니라 전체적으로 발광 효율도 현저하게 저하될 수 있다.
상기 발광 구조물(9)과 상기 전극층(13) 사이에 도전형 콘택층(11)이 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 도전형 반도체층(7)과 상기 전극층(13) 사이에 도전형 콘택층(11)이 배치될 수 있다. 만일 상기 제2 도전형 반도체층(7) 상에 또 다른 반도체층이 배치되는 경우, 또 다른 반도체층과 상기 전극층(13) 사이에 상기 도전형 콘택층(11)이 배치될 수 있다.
상기 도전형 콘택층(11)은 상기 전극층(13)과 상기 발광 구조물(9) 사이의 콘택 저항을 최소화하여 주는 역할을 할 수 있다.
다시 말해, 상기 도전형 콘택층(11)에 의해 상기 전극층(13)과 상기 발광 구조물(9) 사이의 콘택 저항이 최소화되므로, 상기 전극층(13)으로부터 상기 발광 구조물(9)로 보다 용이하게 전류가 유입됨으로써, 보다 낮은 구동 전압으로 발광 소자에서 동일한 휘도의 광이 생성될 수 있다.
도전형 콘택층(11)이 없는 발광 소자에 비해 도전형 콘택층(11)이 형성된 발광 소자에서 더 낮은 구동 전압으로 동일한 휘도의 광이 생성될 수 있다.
상기 도전형 콘택층(11)은 상기 발광 구조물(9)과 같이 II족 내지 VI족 화합물 반도체 재질로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 도전형 콘택층(11)은 도전 특성을 얻기 위해 II족 내지 VI족 화합물 반도체 재질에 도펀트가 추가될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 상기 도펀트는 앞서 언급한 바와 같은 p형 도펀트나 n형 도펀트일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
예컨대, 상기 도전형 콘택층(11)은 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN 및 AlInN로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 예컨대, 상기 n형 도펀트는 Si, Ge, Sn 등을 포함하고, 상기 p형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함하지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 도전형 콘택층(11)은 상기 기판(1) 상에 성장된 버퍼층 및 상기 발광 구조물(9)과 함께 일괄적으로 성장될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 도전형 콘택층(11)은 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(3, 7) 중 어느 하나와 동일한 도전형 도펀트를 포함할 수 있다.
상기 도전형 콘택층(11)은 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(3, 7) 중 하나와 동일한 반도체 재질로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 예컨대, 상기 도전형 콘택층(11)과 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(3, 7) 중 하나는 GaN을 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
일 실시예로서, 상기 도전형 콘택층(11)은 상기 제2 도전형 반도체층(7)의 전 영역 상에 형성될 수 있다.
다른 실시예로서, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 도전형 콘택층(11)은 상기 제2 도전형 반도체층(7) 상에 선택적으로 또는 부분적으로 형성될 수 있다. 이를 위해, 상기 제2 도전형 반도체층(7)의 전 영역 상에 화합물 반도체층이 성장된 후, 패터닝 공정에 의해 다수의 패턴(11a)을 포함하는 도전형 콘택층(11)이 형성될 수 있다. 상기 다수의 패턴(11a)은 서로 이격되며, 상기 다수의 패턴(11a)은 일측 또는 양측에서 서로 연결될 수 있다.
일 실시예로서, 상기 도전형 콘택층(11)은 다수의 패턴(11a)과 상기 다수의 패턴(11a) 사이에 형성된 다수의 홀(hole)을 포함할 수 있다. 여기서 홀이라 함은 상기 도전형 콘택층(11)의 상면과 하면이 완전하게 관통되는 것을 의미할 수 있다.
상기 다수의 패턴(11a)은 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 스프라이프 형상(stripe shape), 격자 형상(lattice shape 또는 grid shape) 등으로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 도전형 콘택층(11)이 다수의 패턴(11a)을 포함하는 경우, 상기 전극층(13)은 상기 도전형 콘택층(11)의 패턴(11a) 사이의 발광 구조물(9), 구체적으로 제2 도전형 반도체층(7)의 상면과 접촉하도록 형성될 수 있다.
따라서, 상기 전극층(13)은 상기 발광 구조물(9)과 보다 견고하게 접합됨에 따라, 전극층(13)이 발광 구조물(9)로부터 떨어지는 필링 오프(peeling off) 현상을 방지할 수 있다. 아울러, 상기 전극층(13)의 배면에 요철 구조(19)가 형성됨에 따라 광이 보다 용이하게 외부로 추출되므로, 광 추출 효율이 향상될 수 있다.
도시되지 않았지만, 상기 도전형 콘택층(11)은 다수의 패턴(11a)과 상기 다수의 패턴(11a) 사이에 형성된 다수의 홈(groove)을 포함할 수 있다. 여기서 홈이라 함은 상기 도전형 콘택층(11)의 상면으로부터 내부로 파인 형상을 의미할 수 있다. 다시 말해, 홈은 상기 도전형 콘택층(11)의 상면과 하면이 관통되지 않고, 상기 도전형 콘택층(11)의 상면으로부터 일정 깊이로 움푹 들어간 형상을 의미할 수 있다. 상기 전극층(13)은 상기 다수의 패턴(11a) 위 뿐만 아니라 상기 다수의 홈 내부에도 형성될 수 있다.
따라서, 상기 전극층(13)이 보다 견고하게 상기 도전형 콘택층(11)에 접합됨으로써, 필링 오프 현상을 방지할 수 있다. 아울러, 상기 상기 전극층(13)의 배면에 요철 구조(19)에 형성됨에 따라 광이 보다 용이하게 외부로 추출되므로, 광 추출 효율이 향상될 수 있다.
상기 홀이나 상기 홈은 식각 공정에 의해 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다
상기 도전형 콘택층(11)의 패턴(11a)의 폭은 상기 패턴(11a) 사이의 홀 또는 홈의 폭과 같거나 작거나 클 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 예컨대, 상기 도전형 콘택층(11)이 상기 전극층(13)과 상기 발광 구조물(9) 사이의 콘택 저항을 최소하기 위한 목적을 달성하기 위해서는 상기 도전형 콘택층(11)의 패턴(11a)의 폭이 상기 패턴(11a) 사이의 홀 또는 홈의 폭보다 클 수 있다.
상기 도전형 콘택층(11)은 성장 온도, 두께 및/또는 성장 온도에 따라 구동 전압이나 광도가 달라질 수 있다.
실시예는 구동 전압을 낮추고 광도를 높일 수 있는 상기 도전형 콘택층(11)의 최적의 조건을 얻었다.
상기 도전형 콘택층(11)은 도 2에 도시한 바와 같이, 예컨대 15Å 내지 30 Å의 두께를 가질 때, 구동 전압이 낮아짐을 알 수 있다. 바람직하게는, 상기 도전형 콘택층(11)은 예컨대 20 Å 내지 25 Å의 두께를 가질 수 있다.
실시예 1은 기준 대비 2배의 두께를 갖는 도전형 콘택층(11)인 경우이고, 실시예 2는 기준 대비 3배의 두께를 갖는 도전형 콘택층(11)인 경우이다.
기준의 경우 구동 전압이 3.208인데 반해, 실시예 1의 경우 구동 전압이 3.175V이고, 실시예 2의 경우 구동 전압이 3.018V이다.
따라서, 상기 도전형 콘택층(11)의 두께가 두꺼워질수록 구동 전압이 낮아짐을 알 수 있다.
하지만, 상기 도전형 콘택층(11)의 두께가 증가할수록 광도가 낮아지는 문제가 있다. 따라서, 상기 도전형 콘택층(11)의 최대 두께는 30 Å인 것이 바람직하다. 다시 말해, 상기 도전형 콘택층(11)의 두께가 30 Å 이상인 경우, 광도가 낮아질 수 있다.
광도를 증가시키기 위해 상기 도전형 콘택층(11)의 도핑 농도가 최적화될 수 있다.
예컨대, 도전형 콘택층(11)의 도핑 농도가 증가할수록 광도가 증가될 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 3개의 실시예(실시예1, 실시예2)를 샘플로 하여 실험을 수행하였다.
도 3에는 기준이 도시되지 않았지만, 도 3의 기준은 도 2에 도시된 기준과 동일한 조건을 가질 수 있다.
실시예 1은 기준 대비 3배의 두께를 갖는 도전형 콘택층(11)인 경우이고, 실시예2는 기준 대비 3배의 두께를 갖고 2배의 농도를 갖는 도전형 콘택층(11)인 경우이다.
실시예 1에서는 대략 134 mW의 광출력의 빈도수가 많은데 반해, 실시예 2에서는 대략 142mW의 광출력의 빈도수가 많음을 알 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자에서, 상기 도전형 콘택층(11)은 0.7E18 내지 3E18의 도핑 농도를 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 바람직하게는, 상기 도전형 콘택층(11)은 1.5E18 내지 2.5E18의 도핑 농도를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 도전형 콘택층(11)은 2.0E18의 도핑 농도를 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 도전형 콘택층(11)은 성장 온도에 따라 광출력이 가변될 수 있다.
예컨대, 상기 도전형 콘택층(11)은 660℃ 내지 700℃의 성장 온도를 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 바람직하게는, 상기 도전형 콘택층(11)은 예컨대 670℃ 내지 685℃의 성장 온도를 가질 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 도전형 콘택층(11)은 예컨대 680℃의 성장 온도를 가질 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 상기 도전형 콘택층(11)은 660℃ 내지 700℃의 성장 온도와 예컨대 15Å 내지 30 Å의 두께에서 최대의 광출력을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
광출력이 증가할수록 광도가 커지게 된다. 따라서, 실시예에서, 최적의 성장 온도, 두께 및/또는 도핑 농도에 의해 광출력이 증가됨에 따라 광도가 증가될 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자는 수평형 발광 소자로 사용될 수 있다.
도 8은 도 1의 실시예가 채용된 수평형 발광 소자를 도시한 단면도이다.
상기 수평형 발광 소자는 제1 및 제2 전극(15, 17)이 더 추가되고 제1 전극(15)을 형성하기 위해 발광 구조물(9)의 일부 영역이 제거되는 것을 제외하고는 도 1의 실시예에 따른 발광 소자와 실실적으로 동일하다. 따라서, 상기 수평형 발광 소자에서 도 1의 실시예에 따른 발광 소자와 동일한 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.
이하의 설명에서 생략된 내용은 앞서 설명된 바와 같이 도 1의 실시예에 따른 발광 소자로부터 용이하게 이해될 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 수평형 발광 소자는 기판(1), 상기 기판(1) 상에 배치된 발광 구조물(9), 상기 발광 구조물(9) 상에 배치된 전극층(13), 상기 발광 구조물(9)과 상기 전극층(13) 사이에 배치된 도전형 콘택층(11), 상기 발광 구조물(9)의 제1 영역에 배치된 제1 전극(15)과 상기 발광 구조물(9)의 제2 영역에 배치된 제2 전극(17)을 포함할 수 있다.
상기 발광 구조물(9)은 적어도 제1 도전형 반도체층(3), 활성층(5) 및 제2 도전형 반도체층(7)를 포함하는 다수의 화합물 반도체층을 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
이러한 경우, 상기 제1 영역은 상기 제1 도전형 반도체층(3)의 상면의 일 영역일 수 있고, 상기 제2 영역은 상기 제2 도전형 반도체층(7)의 상면의 일 영역일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(3)의 상면의 제1 영역이 노출되도록 제2 도전형 반도체층(7) 및 상기 활성층(5)의 일부분들을 식각하여 제거하여 줄 수 있다. 식각시 상기 제1 도전형 반도체층(3)의 상면 일부가 제거될 수도 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제1 전극(15)은 상기 상기 제1 도전형 반도체층(3)의 상면의 제1 영역에 형성되고, 상기 제2 전극(17)은 상기 전극층(13)의 상면의 제2 영역에 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극(15, 17)은 예컨대 Al, Ti, Cr, Ni, Pt, Au, W, Cu 및 Mo으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나 또는 이들의 적층을 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제1 및 제2 전극(15, 17)에 전원이 인가되면, 상기 제1 및 제2 전극(15, 17) 사이의 발광 구조물(9)에 전류가 흐르게 되고, 이러한 전류에 의해 상기 발광 구조물(9)의 활성층(5)에서 광이 생성될 수 있다.
상기 제2 전극(17)의 아래에 배치된 전극층(13)에 의해 전류가 전극층(13)의 전 영역으로 전류 스프레딩되므로, 상기 전극층(13)의 전 영역으로부터 상기 발광 구조물(9)의 활성층(5)의 전 영역으로 균일하게 전류가 흐를 수 있다. 따라서, 전류가 활성층(5)의 일부 영역에 집중되지 않고 활성층(5)의 전 영역에 균일하게 흐르게 됨에 따라, 광의 균일하게 생성되는 한편, 전체적으로 발광 소자의 발광 효율이 향상될 수 있다.
상기 전극층(13)의 아래에 배치된 도전형 콘택층(11)에 의해 상기 전극층(13)과 상기 발광 구조물(9) 사이의 콘택 저항이 최소화되어 구동 전압이 낮아질 수 있다.
또한, 상기 도전형 콘택층(11)에 의해 전류가 보다 용이하게 발광 구조물(9)로 유입됨으로써, 발광 효율이 향상될 수 있다.
아울러, 상기 도전형 콘택층(11)의 패턴닝에 의해, 상기 전극층(13)의 배면에 요철 구조(19)가 형성되고, 이러한 요철 구조(19)에 광 추출 효율이 향상될 수 있다.
도시되지 않았지만, 도 8의 수평형 발광 소자는 발광 소자 패키지에 채용될 수 있다. 상기 발광 소자 패키지는 바디, 상기 바디 상에 적어도 하나 이상의 리드 전극, 상기 리드 전극 또는 상기 바디 상에 배치된 도 8의 수평형 발광 소자를 포함할 수 있다. 상기 발광 소자 패키지는 상기 수평형 발광 소자를 둘러싸도록 상기 바디 상에 배치된 몰딩 부재를 더 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
이러한 발광 소자 패키지 또는 도 8의 수평형 발광 소자는 디스플레이용 광원, 자동차용 광원 또는 조명용 광원으로 사용될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
1: 기판
3: 제1 도전형 반도체층
5: 활성층
7: 제2 도전형 반도체층
9: 발광 구조물
11: 도전형 콘택층
11a: 패턴
13: 전극층
15: 제1 전극
17: 제2 전극
19: 요철 구조

Claims (17)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 다수의 화합물 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
    상기 발광 구조물 상에 배치된 전극층; 및
    상기 발광 구조물과 상기 전극층 사이에 배치된 도전형 콘택층을 포함하고,
    상기 도전형 콘택층은 15Å 내지 30 Å의 두께를 갖는 발광 소자.
  2. 기판;
    상기 기판 상에 다수의 화합물 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
    상기 발광 구조물 상에 배치된 전극층; 및
    상기 발광 구조물과 상기 전극층 사이에 배치된 도전형 콘택 구조를 포함하고,
    상기 도전형 콘택 구조는 다수의 패턴을 포함하는 발광 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 도전형 콘택 구조는 15Å 내지 30 Å의 두께를 갖는 발광 소자.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전극층은 상기 다수의 패턴 사이의 상기 발광 구조물에 접촉하도록 배치되는 발광 소자.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 전극층은 상기 다수의 패턴 사이에 형성된 다수의 홀 및 다수의 홈 중 하나를 더 포함하는 발광 소자.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 전극층은 상기 패턴 위 및 상기 홀을 통해 상기 발광 구조물 위에 형성되는 발광 소자.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 전극층은 상기 패턴 위 및 상기 홈 내부에 형성되는 발광 소자.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 도전형 콘택 구조는 스트라이프 형상 및 격자 형상 중 하나인 발광 소자.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 전극층의 배면에 형성된 요철 구조를 더 포함하는 발광 소자.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 도전형 콘택 구조는 II족 내지 VI족 화합물 반도체 재질로 형성되는 발광 소자.
  11. 제2항에 있어서, 상기 발광 구조물은,
    상기 기판 상에 배치된 제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치된 활성층; 및
    상기 활성층 상에 배치된 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 도전형 콘택 구조는 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층 중 하나와 동일한 반도체 물질로 형성되는 발광 소자.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 도전형 콘택 구조는 상기 제2 도전형 반도체층의 도핑 농도보다 낮은 도핑 농도를 포함하는 발광 소자.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치된 제1 전극; 및
    상기 전극층 상에 배치된 제2 전극을 더 포함하는 발광 소자.
  15. 제2항에 있어서,
    상기 도전형 콘택 구조는 n형 도펀트 및 p형 도펀트 중 하나를 포함하는 발광 소자.
  16. 제2항에 있어서,
    상기 도전형 콘택 구조는 0.7E18 내지 3E18의 도핑 농도를 갖는 도펀트를 포함하는 발광 소자.
  17. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전극층은 투광성 도전 재질 및 반사성 도전 재질 중 하나로 형성되는 발광 소자.
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