KR20170063211A - 발광소자 및 이를 포함하는 조명장치 - Google Patents

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Abstract

실시 예는, 제1반도체층; 제1반도체층상에 배치되고 복수 개의 제1요철부를 포함하는 활성층; 상기 활성층상에 배치되고 상기 제1요철부상에 배치되는 복수 개의 제2요철부를 포함하는 전자 차단층; 및 상기 전자 차단층상에 배치되는 제2반도체층을 포함하고, 상기 활성층은 제1광 및 제2광을 발광하고, 상기 제1광은 450nm 내지 499nm 파장에서 피크를 갖고, 상기 제2광은 500nm 내지 550nm 파장에서 피크를 갖는 발광소자를 개시한다.

Description

발광소자 및 이를 포함하는 조명장치{LIGHT EMITTING DEVICE AND LIGHTING APPARATUS INCLUDING THE SAME}
실시 예는 발광소자 및 이를 포함하는 조명장치에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device, LED)는 전기에너지를 빛 에너지로 변환하는 화합물 반도체 소자로서, 화합물반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
질화물반도체 발광소자는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비 전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 갖고 있다. 따라서, 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.
그러나, 발광소자를 이용한 백색광은 연색성(CRI)이 부족한 문제가 있다. 이를 해결하기 위해 다양한 파장대에서 여기하는 형광체를 사용해야 하는 문제가 있다.
실시 예는 청색광과 녹색광을 방출하는 발광소자를 제공한다.
실시 예는 연색성을 향상된 조명장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자는, 제1반도체층; 제1반도체층상에 배치되고 복수 개의 제1요철부를 포함하는 활성층; 상기 활성층상에 배치되고 상기 제1요철부상에 배치되는 복수 개의 제2요철부를 포함하는 전자 차단층; 및 상기 전자 차단층상에 배치되는 제2반도체층을 포함하고, 상기 활성층은 제1광 및 제2광을 발광하고, 상기 제1광은 450nm 내지 499nm 파장에서 피크를 갖고, 상기 제2광은 500nm 내지 550nm 파장에서 피크를 가질 수 있다.
상기 전자 차단층은 상기 복수 개의 제2요철부 사이의 평탄 영역에서 제1캐리어 주입 경로를 갖고, 상기 제2요철부의 측벽에서 제2캐리어 주입 경로를 가질 수 있다.
상기 복수 개의 제2요철부의 두께는 상기 복수 개의 제2요철부 사이인 평탄 영역의 두께보다 얇을 수 있다.
상기 전자 차단층은 두께 방향으로 P형 도펀트의 농도 피크를 적어도 2개 이상 가질 수 있다.
상기 전자 차단층은 복수 개의 서브층을 포함하고, 상기 복수 개의 서브층의 경계면에서 상기 P형 도펀트의 농도 피크를 가질 수 있다.
상기 복수 개의 서브층의 경계면은 상기 요철부의 측벽에서 적어도 일부가 중첩될 수 있다.
상기 제2광의 피크 강도 100%를 기준으로 제1광의 피크 강도는 30% 내지 80%일 수 있다.
상기 활성층은, 상기 제1광을 방출하는 적어도 하나의 제1우물층과 상기 제2광을 방출하는 적어도 하나의 제2우물층을 포함할 수 있다.
상기 활성층의 두께 방향으로 1/2 지점을 기준으로 상기 제1우물층은 상기 제2반도체층에 인접 배치될 수 있다.
상기 제1우물층의 인듐 함유량과 상기 제2우물층의 인듐 함유량 차이는 10% 이상일 수 있다.
상기 제1광은 470nm 내지 490nm의 파장 영역에서 피크를 갖고, 상기 제2광은 510nm 내지 530nm의 파장 영역에서 피크를 가질 수 있다.
상기 제1반도체층과 활성층 사이에 배치되는 트리거층을 포함할 수 있다.
상기 트리거층의 인듐 함량은 상기 제1반도체층의 인듐 함량보다 높을 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광소자는, n형 반도체층; 복수 개의 우물층을 포함하는 활성층; 및 상기 활성층 상에 배치되는 p형 반도체층을 포함하고, 상기 복수 개의 우물층 중에서 상기 활성층의 두께 1/2인 경계 지점을 기준으로 상기 n형 반도체층에 가까운 우물층은 청색광을 방출하고, 상기 복수 개의 우물층 중에서 상기 경계 지점을 기준으로 상기 p형 반도체층에 가까운 우물층은 청색광과 녹색광을 방출한다.
상기 활성층상에 배치되고 복수 개의 제2요철부를 포함하는 전자 차단층을 포함할 수 있다.
상기 전자 차단층은 상기 복수 개의 제2요철부 사이의 평탄 영역에서 제1캐리어 주입 경로를 갖고, 상기 제2요철부의 측벽에서 제2캐리어 주입 경로를 가질 수 있다.
실시 예에 따르면, 백색광의 연색성을 향상시킬 수 있다. 특히, 별도의 형광체를 구비하지 않고도 연색 지수 R12를 향상시킬 수 있다.
또한, 전자 차단층으로 정공이 주입되는 효율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 요철부의 사이즈가 커져도 광 특성이 저하되는 문제를 개선할 수 있다.
또한, 정공이 활성층의 하부까지 주입될 수 있어 발광효율이 향상될 수 있다. 따라서, 드루프(droop)현상이 완화될 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자를 보여주는 도면이고,
도 2는 백색광의 연색성을 설명하기 위한 그래프이고,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램을 보여주는 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자의 광학 특성을 보여주는 그래프이고,
도 5는 도 3의 변형예이고,
도 6은 도 1의 활성층 및 전자 차단층에 형성된 요철부를 설명하기 위한 도면이고,
도 7은 도 6의 발광소자에 형성된 다양한 크기의 요철부를 보여주는 평면도이고,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 차단층을 설명하기 위한 도면이고,
도 9는 전자 차단층의 서브층 사이 경계면에서 P형 도펀트가 도핑되는 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 10은 도 9의 경계면이 중첩된 상태를 설명하기 위한 도면이고,
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 차단층의 캐리어 주입 경로를 설명하기 위한 도면이고,
도 12는 종래 발광소자의 심스(secondary ion mass spectroscopy; SIMS) 분석 결과이고,
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자의 심스(SIMS) 분석 결과이고,
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자 제조방법의 흐름도이고,
도 15는 전자 차단층을 형성하는 단계의 세부 흐름도이고,
도 16은 단속 구간에 의해 서브층 사이에 경계면이 형성되는 과정을 설명하기 위한 타이밍도이고,
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 발광소자를 이용하여 백색광을 구현하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예를 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명 실시 예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 실시 예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 실시 예의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 2 구성 요소는 제 1 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 1 구성 요소도 제 2 구성 요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명 실시 예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 발광소자를 보여주는 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 실시 예에 따른 발광소자(100)는, 지지 기판(110) 상에 배치되는 제1반도체층(130)과, 제1반도체층(130)상에 배치되고, 우물층(Q1, Q2)과 장벽층(B1)을 포함하는 활성층(140)과, 활성층(140)상에 형성되는 제2반도체층(160)을 포함한다.
지지 기판(110)은 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함한다. 지지 기판(110)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질이나 캐리어 웨이퍼일 수 있다. 지지 기판(110)은 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP 및 Ge 중 선택된 물질로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
제1반도체층(130)과 지지 기판(110) 사이에는 버퍼층(120)이 더 구비될 수 있다. 버퍼층(120)은 지지 기판(110) 상에 구비된 발광 구조물과 지지 기판(110)의 격자 부정합을 완화할 수 있다.
버퍼층(120)은 Ⅲ족과 Ⅴ족 원소가 결합된 형태이거나 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중에서 어느 하나를 포함할 수 있다. 버퍼층(120)에는 도펀트가 도핑될 수도 있으나, 이에 한정하지 않는다.
버퍼층(120)은 지지 기판(110) 상에 단결정으로 성장할 수 있으며, 단결정으로 성장한 버퍼층(120)은 버퍼층(120)상에 성장하는 제1반도체층(130)의 결정성을 향상시킬 수 있다.
지지 기판(110) 상에 구비되는 발광 구조물은 제1반도체층(130), 활성층(140), 및 제2반도체층(160)을 포함한다. 일반적으로 상기와 같은 발광 구조물은 지지 기판(110)을 절단하여 복수 개로 분리될 수 있다.
제1반도체층(130)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1반도체층(130)에 제1도펀트가 도핑될 수 있다. 제1반도체층(130)은 Inx1Aly1Ga1-x1-y1N(0≤x1≤1, 0≤y1≤1, 0≤x1+y1≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN 등에서 선택될 수 있다. 그리고, 제1도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te와 같은 n형 도펀트일 수 있다. 제1도펀트가 n형 도펀트인 경우, 제1도펀트가 도핑된 제1반도체층(130)은 n형 반도체층일 수 있다.
활성층(140)은 제1반도체층(130)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)과 제2반도체층(160)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 만나는 층이다. 활성층(140)은 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 그에 상응하는 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.
활성층(140)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(Multi Quantum Well; MQW) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있으며, 활성층(140)의 구조는 이에 한정하지 않는다.
제2반도체층(160)은 활성층(140) 상에 형성되며, Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2반도체층(160)에 제2도펀트가 도핑될 수 있다. 제2반도체층(160)은 Inx5Aly2Ga1 -x5- y2N (0≤x5≤1, 0≤y2≤1, 0≤x5+y2≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 또는 AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 선택된 물질로 형성될 수 있다. 제2도펀트가 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트인 경우, 제2도펀트가 도핑된 제2반도체층(160)은 p형 반도체층일 수 있다.
활성층(140)과 제2반도체층(160) 사이에는 전자 차단층(EBL, 150)이 배치된다. 전자 차단층(150)은 제1반도체층(130)에서 공급된 전자가 제2반도체층(160)으로 빠져나가는 흐름을 차단하여, 활성층(140) 내에서 전자와 정공이 재결합할 확률을 높일 수 있다. 전자 차단층(150)의 에너지 밴드갭은 활성층(140) 및/또는 제2반도체층(160)의 에너지 밴드갭보다 클 수 있다.
전자 차단층(150)은 Inx1Aly1Ga1 -x1- y1N(0≤x1≤1, 0≤y1≤1, 0≤x1+y1≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 AlGaN, InGaN, InAlGaN 등에서 선택될 수 있으나 이에 한정하지 않는다.
제1전극(171)은 일부가 노출된 제1반도체층(130)상에 형성될 수 있다. 또한, 제2반도체층(160)상에는 제2 전극(172)이 형성될 수 있다.
도 2는 백색광의 연색성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 2를 참고하면, 2개의 청색 LED와 녹색 형광체, 및 적색 형광체를 포함하는 백색 LED 패키지(BB-rg)는 광 스펙트럼(L1)이 470nm 내지 520nm 사이의 파장영역(P)에서 강도가 낮음을 알 수 있다. 이에 반해, 청색 LED와 녹색 LED, 및 적색 형광체를 포함하는 백색 LED 패키지(BG-r)는 상대적으로 470nm 내지 520nm 사이 영역(P)에서 강도가 상승하였음을 알 수 있다. 그러나, 이러한 구성에 의하면 복수 개의 칩을 사용하는 문제가 있으며, 여전히 470nm 내지 520nm 사이 영역(P)에서 강도가 충분하지 않을 수 있다.
연색성(CRI)이란 광원의 빛이 물체의 고유한 색을 얼마나 제대로 된 천연색으로 보이게 하는가를 평가하는 지수이다. 연색성 지표는 R1 내지 R8로 정해진 8개의 색의 평균값을 산출하는 평균 연색 지수(Ra)와 특수 연색 지수(R9 내지 R15)로 구분된다.
특수 연색 지수로는 적색인 R9, 노란색인 R10, 청색인 R12 등이 있다. 일반적으로 적색인 R9와 청색인 R12의 연색성이 떨어지는 경향이 있다. 도 2에서 470nm 내지 520nm 사이의 파장 영역(P)은 연색 지수 R12에 대응된다. 따라서, 470nm 내지 520nm의 파장 강도를 증가시키면 연색 지수 R12를 더 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램을 보여주는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자의 광학 특성을 보여주는 그래프이고, 도 5는 도 3의 변형예이다.
도 3을 참고하면, 활성층(140)은 우물층(Q) 및 장벽층(B)이 교대로 배치되는 구조를 가질 수 있다. 우물층(Q)은 적어도 하나 이상의 제1우물층(Q1), 및 적어도 하나 이상의 제2우물층(Q2)을 포함할 수 있다.
제1우물층(Q1)은 450nm 내지 499nm 파장에서 피크를 갖는 제1광을 발광할 수 있다. 또한, 제2우물층(Q2)은 500nm 내지 550nm파장에서 피크를 갖는 제2광을 발광할 수 있다. 이하에서는 제1우물층(Q1)에서 발광하는 광을 녹색광으로 정의하고, 제2우물층(Q2)에서 발광하는 광을 청색광으로 정의한다.
실시 예의 활성층(140)은 청색광과 녹색광을 동시에 발광할 수 있다. 녹색광은 발광소자에서 발광하는 메인 광일 수 있으며, 청색광은 연색지수 R12를 향상시키기 위한 서브 광일 수 있다.
청색광은 450nm 내지 499nm 파장영역, 또는 470nm 내지 490nm 파장영역에서 제1피크를 가질 수 있다. 녹색광은 500nm 내지 550nm의 파장영역, 또는 510nm 내지 530nm의 파장영역에서 제2피크를 가질 수 있다. 제1피크와 제2피크의 파장차는 약 40nm일 수 있다.
제1우물층(Q1)은 활성층(140)의 두께 방향으로 1/2인 경계 지점(S)을 기준으로 전자 차단층(150) 및 제2반도체층(160)에 인접 배치될 수 있다. 캐리어인 정공은 유효 질량에 의해 전자에 비해 이동도가 높지 않으므로 전자 차단층(150)에 인접한 우물층일수록 많은 정공이 주입되어 발광효율이 높다. 따라서, 제1우물층(Q1)은 충분한 발광강도를 갖기 위해 전자 차단층(150) 및 제2반도체층(160)에 인접 배치될 수 있다. 따라서, 경계 지점(S)을 기준으로 p형 반도체층(160)에 가까운 제1우물층(Q1)과 제2우물층(Q2)은 청색광과 녹색광을 각각 방출할 수 있다. 이와 반대로 경계 지점을 기준으로 n형 반도체층(130)에 가까운 제2우물층(Q2)은 청색광을 방출할 수 있다.
제1우물층(Q1)과 제2우물층(Q2)은 모두 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가질 수 있다. 우물층(Q)은 인듐(In) 함유량이 높을수록 에너지 밴드갭은 작아지며, 반대로 인듐 함유량이 작을수록 에너지 밴드갭은 커질 수 있다. 따라서, 제1우물층(Q1)의 인듐 함유량은 제2우물층(Q2)의 인듐 함유량보다 높을 수 있다. 즉, 제1우물층(Q1)의 에너지 밴드갭은 제2우물층(Q2)의 에너지 밴드갭보다 작을 수 있다.
제1우물층(Q1)은 녹색광을 발광하기 위해 인듐 함유량이 20% 내지 30%일 수 있다. 제2우물층(Q2)은 청색광을 발광하기 위해 인듐의 함유량이 14% 내지 24%일 수 있다. 두께는 모두 2.2nm 내지 2.7nm일 수 있다.
발광파장을 조절하기 위하여 제1우물층(Q1)의 인듐 함유량과 제2우물층(Q2)의 인듐 함유량 차이는 5%이상으로 조절될 수 있다. 일 예로, 제2우물층(Q2)의 인듐 함유량이 20%인 경우 제1우물층(Q1)의 인듐 함유량은 25%일 수 있다.
도 4를 참고하면, 광 스펙트럼(E1)상에서 녹색광의 제2피크(P2) 강도 100%를 기준으로 청색광의 제1피크(P1) 강도는 30% 내지 80%일 수 있다. 제1피크(P1) 강도가 30% 내지 80%인 경우에는 연색 지수 R12를 유효하게 개선하여 고연색의 백색광을 구현할 수 있다. 제1피크(P1) 강도가 80%를 초과하는 경우 녹색광의 발광 강도가 상대적으로 약해질 수 있다.
청색광의 반치폭(W1)은 녹색광의 반치폭(W2)보다 좁을 수 있다. 청색광은 R12의 파장에 맞추어 광출력 강도가 높게 제작될 수 있다. 청색광의 반치폭(W1)이 넓어지면 상대적으로 강도가 낮아져 연색지수 R12의 개선 효과가 감소할 수 있다. 이에 반해, 고연색 백색광을 위해 녹색광의 반치폭(W2)은 넓게 형성될 수 있다. 따라서, 녹색광의 반치폭(W2)은 청색광의 반치폭(W1)보다 넓을 수 있다.
도 5를 참고하면, 제1우물층(Q1)과 제2우물층(Q2)의 밴드갭 조절은 우물층의 두께를 조절함으로써 가능해질 수 있다. 우물층 내에서 발생하는 광의 에너지 준위는 하기 수학식 1을 만족한다.
[수학식 1]
Figure pat00001
이때, L은 우물층의 두께에 대응한다. 우물층의 두께가 두꺼워질수록 우물층에서 발생하는 빛의 에너지 준위는 낮아진다. 따라서, 제1우물층(Q1)의 두께(D1)를 제2우물층(Q2)의 두께(D2)보다 크게 제어함으로써 제1우물층(Q1)의 에너지 준위를 낮출 수 있다. 그 결과, 제1우물층(Q1)은 녹색광을 발광할 수 있다.
제1우물층(Q1)은 녹색광을 발광하기 위해 두께가 2.0nm 내지 3.5nm일 수 있다. 제2우물층(Q2)은 청색광을 발광하기 위해 두께가 1.5nm 내지 3.4nm일 수 있다. 이때, 발광파장을 조절하기 위하여 제1우물층(Q1)의 두께와 제2우물층(Q2)의 두께의 차이는 10%이상으로 조절될 수 있다. 일 예로, 제2우물층(Q2)의 두께가 2.0nm인 경우 제1우물층(Q1)의 두께는 2.5nm일 수 있다.
다시 도 3을 참고하면, 인듐의 함량이 증가할수록 활성층(Q) 내부의 응력(Strain)이 커지는 문제가 있다. 따라서, 상대적으로 안정한(인듐 함량이 적은) 제2우물층(Q2)을 먼저 성장시키는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같이 정공은 이동도가 상대적으로 낮으므로 제1반도체층(130)측에 배치된 복수 개의 제2우물층(Q2)은 대부분 발광에 참여하지 못할 수 있다.
더욱이, 인듐 함량이 상대적으로 높은 제1우물층(Q1)을 보호하기 위해 전자 차단층(160)의 성장 온도를 낮추어야 하므로 결정성이 저하되어 정공의 이동도가 더욱 낮아질 수 있다. 따라서, 제1반도체층측에 인접 배치된 제2우물층이 발광에 참여할 수 있도록 캐리어 주입 경로를 형성할 필요가 있다. 이하에서는 제1반도체층측(우물층의 하부)에 배치된 우물층에 정공을 주입하는 방법에 대해 설명한다.
도 6은 도 1의 활성층 및 전자 차단층에 형성된 요철부를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 도 6의 발광소자에 형성된 다양한 크기의 요철부를 보여주는 평면도이다.
도 6과 도 7을 참고하면, 활성층(140)은 전위(D)에 의해 유발되는 V 형상의 제1요철부(140a)를 포함할 수 있다. 제1요철부(140a)는 제1반도체층(130)과 활성층(140)의 응력(Strain)을 완화시키며, 전위(D)가 활성층(140) 및 제2반도체층(160)에 연장되는 것을 방지하여 발광 소자의 품질을 향상시킬 수 있다.
제1요철부(140a)는 전위(D)에 의한 누설 전류를 방지할 수도 있다. 그러나, 제1요철부(140a)가 형성된 영역은 실질적으로 발광에 참여하지 못해 광도가 저하될 수 있다. 도 7을 참고하면, 제1요철부(140a)의 크기는 다양할 수 있다.
전자 차단층(150)은 제1요철부(140a)를 갖는 활성층(140) 상에 형성되므로 제1요철부(140a)의 형상에 대응하는 제2요철부(150a)를 갖는다. (A 영역)
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 차단층을 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 전자 차단층의 서브층 사이 경계면에서 P형 도펀트가 도핑되는 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 도 9의 경계면이 중첩된 상태를 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 차단층의 캐리어 주입 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참고하면, 전자 차단층(150)은 복수 개의 제2요철부(150a), 및 제2요철부(150a) 사이의 영역(이하 평탄 영역이라 함)을 포함한다. 평탄 영역(150b)은 제2요철부(150a)에 비해 상대적으로 평탄한 영역일 수 있다. 평탄 영역(150b)은 (0001)결정면에서 성장한 영역으로 정의할 수 있고, 제2요철부(150a)는 (1-101)결정면에서 성장한 영역으로 정의할 수 있다.
전자 차단층(150)은 주입 효율을 향상시키기 위해 P형 도펀트가 도핑될 수 있다. P형 도펀트가 도핑되면 저항이 낮아져 주입 효율이 증가할 수 있다. P형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.
일반적으로, 평탄 영역에서는 P형 도펀트의 농도가 높아 상대적으로 정공 주입이 용이하나, 요철부는 상대적으로 Al의 농도가 높고 P형 도펀트의 농도가 낮아 정공의 주입이 어려울 수 있다. 즉, 평탄 영역에 비해 요철부는 저항이 높을 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 실시 예에 따른 전자 차단층(150)은 복수 개의 서브층(151)을 포함하고 복수 개의 서브층(151)의 경계면(152)에서 P형 도펀트의 농도 피크 구간(이하 피크 구간)을 가질 수 있다. 복수 개의 서브층(151)은 모두 동일한 구성원소를 포함할 수 있다. 일 예로, 서브층(151)은 모두 Mg가 도핑된 AlGaN일 수 있다. 따라서, 전자 차단층(150)은 두께방향으로 에너지 밴드갭이 실질적으로 균일할 수 있다.
피크 구간이란 P형 도펀트의 농도가 증가하다가 감소하는 변곡점으로 정의할 수 있다. 경계면(152)은 피크 구간을 연결한 가상의 선일 수 있다. 서브층(151)은 물리적인 경계를 갖는 층일 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 피크 구간을 기준으로 상하로 정의되는 가상의 층일 수도 있다.
복수 개의 서브층(151)은 경계면(152)에서 피크 구간을 복수 개를 가지므로 전자 차단층(150)의 도핑 농도는 상대적으로 높아질 수 있다. 도 8에서는 전자 차단층(150)의 두께 방향으로 2개의 피크 구간(P1, P2)을 갖는 것으로 예시하였다. 이러한 구성에 의하면 전자 차단층(150)의 제2요철부(150b)에 P형 도펀트의 농도가 증가하여 주입 효율이 향상될 수 있다.
서브층(151)의 경계면(152)에서 피크 구간 형성은 각 서브층(151) 형성시 단속 구간(Interruption period)을 적용함으로써 가능해질 수 있다.
도 9를 참고하면, 단속 구간시 주위에 분산된 P형 도펀트가 성장이 중지된 서브층(151)의 표면(경계면)에 결합될 수 있다.
즉, 단속 구간은 P형 도펀트가 서브층(151)의 표면(경계면)에 결합될 수 있는 시간을 제공할 수 있다. 따라서, 이러한 단속 구간을 복수 회 실시함으로써 두께 방향으로 복수 개의 피크 구간을 생성하여 도펀트의 농도를 증가시킬 수 있다.
그러나, 단속 구간이 너무 길어지면 서브층(151)의 표면에 결합된 P형 도펀트가 다시 휘발되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 단속 구간은 P형 도펀트가 다시 휘발되지 않도록 상대적으로 짧게 제어하는 것이 바람직하다. 단속 구간(Interval)을 약 1sec 내지 10sec로 제어하면 표면에 결합된 P형 도펀트를 유효하게 서브층(151)의 사이에 가둘 수 있다.
도 10을 참고하면, 경계면(152)는 평탄 영역(150b)에서 관찰될 수 있다. 제2요철부의 측벽(150a-1)의 두께(D4)는 상대적으로 얇게 형성되므로 복수 개의 경계면(152)은 제2요철부(150a)에서 일부가 중첩(63)될 수 있다. 따라서, 경계면(152)의 개수가 많아질수록 제2요철부의 측벽(150a-1)에서 P형 도펀트의 농도는 더욱 증가할 수 있다. 즉, 제2요철부의 주입 효율은 더욱 향상될 수 있다.
정공은 상대적으로 무거운 유효 질량으로 인하여 전자 차단층(150)의 두께가 얇지 않으면 주입 효율이 떨어질 수 있다. 그러나, 전자 차단층(150)에 형성된 제2요철부(150a)는 평탄 영역(150b)의 두께(D3)에 비해 상대적으로 얇은 두께(D4)를 가질 수 있다. 또한, 제2요철부(150a)는 P형 도펀트의 농도가 높아 저항이 낮으므로 정공 주입이 가속화될 수 있다.
도 11을 참고하면, 전자 차단층(150)은 전술한 구조에 의하여 평탄 영역(150b)에 제1캐리어 주입 경로(P1)가 형성되고, 제2요철부의 측벽(150a-1)에 제2캐리어 주입 경로(P2)가 형성될 수 있다. 제1캐리어 주입 경로(P1)를 통해 주입되는 정공은 대부분 전자 차단층에서 가장 가까운 1~2개의 제1우물층(Q1)까지 주입될 수 있다. 따라서, 제1캐리어 주입 경로(P1)를 통해 주입되는 정공은 대부분 녹색광의 발광에 참여할 수 있다.
제2캐리어 주입 경로(P2)로 주입되는 정공은 상대적으로 모든 우물층(Q1, Q2)에 주입될 수 있다. 활성층(140)의 요철부는 두께가 상대적으로 얇으므로 정공은 제2우물층(Q2)까지 주입될 수 있다. 따라서, 제1반도체층(130)과 가까운 제2우물층(Q2)도 발광에 참여할 수 있다. 전술한 바와 같이 제2우물층(Q2)은 대부분 청색광을 발광하므로 R12를 만족할 수 있을 정도의 발광 강도를 가질 수 있다. 즉, 요철부에 의해 발광면적이 감소하여도 발광에 참여하는 우물층이 증가하므로 전체적인 발광 강도는 증가할 수 있다.
하기 표 1은 요철부(V-피트)의 개수나 면적을 조절하여 면적비를 조절한 결과이다.
직경(um) 면적(um2) 개수(ea/(10um×10um)) 밀도(1×10^8 ea/cm2) 면적비
비교예 0.18 0.02543 155 1.6 4%
실시 예 1 0.3 0.07065 155 1.6 11%
실시 예 2 0.5 0.19625 155 1.6 30%
실시 예 3 0.3 0.07065 310 1.6 22%
표 1을 참고하면, 비교예의 경우 요철부의 직경이 약 0.18㎛이고, 면적비는 약 4%임을 알 수 있다. 즉, 면적 100㎛2 당 요철부의 면적은 4㎛2일 수 있다. 요철부의 면적비는 요철부의 직경 또는 개수를 조절하여 제어할 수 있다. 요철부의 면적비가 커질수록 제2캐리어 주입 경로가 많아져 청색광의 발광 효율을 높일 수 있다.
더욱이, 요철부의 면적비가 커지면 정전기 방전 수율이 높아질 수 있다. 요철부의 사이즈를 더 크게 하여도 제2요철부 측벽(150a-1)을 통한 정공 주입이 증가하므로 실질적인 광도 저하는 방지될 수 있다. 즉, 요철부에 의한 장점은 그대로 유지하면서 단점을 극복할 수 있다.
도 6을 참고하면, 실시 예에서는 제1반도체층(130)과 활성층(140) 사이에 배치되는 트리거층(180)을 더 포함할 수 있다. 트리거층(180)은 인듐 함량이 높은 제1트리거층과 인듐 함량이 적은 제2트리거층을 포함할 수 있다. 이때, 트리거층(180)의 인듐(In) 함량은 제1반도체층(130)의 인듐 함량보다 높을 수 있다.
일반적으로, 인듐(In)은 격자의 크기가 크다. 따라서, 인듐이 많이 함유된 갈륨 질화물(GaN)층일수록 격자 부정합에 의한 요철부가 용이하게 형성될 수 있다. 그러나, 요철부의 면적비를 조절하는 구성은 반드시 이에 한정하지 않고, 요철부의 면적을 조절하는 다양한 구성이 모두 포함될 수 있다.
도 12는 종래 발광소자의 심스(secondary ion mass spectroscopy; SIMS) 분석 결과이고, 도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자의 심스(secondary ion mass spectroscopy; SIMS) 분석 결과이다.
도 12를 참고하면, 종래 전자 차단층(150)은 단속 구간 없이 성장시켜 두께가 증가할수록 P형 도펀트의 농도가 증가하게 된다. 그러나, 성장 초기에는 메모리 효과(Memory effect)에 의해 P형 도펀트가 잘 도핑되지 않는다. 따라서, 종래 전자 차단층(150)은 최종적으로 성장이 완료된 지점에서 1개의 P형 도펀트 농도의 피크(P1)를 갖게 된다.
그러나, 도 13을 참고하면, 실시 예에 따른 전자 차단층(150)은 성장 중 적어도 1번의 단속 구간을 형성함으로써, 두께의 중간 지점에서 제1피크(P2)를 갖게 되고, 이후 성장이 완료되는 지점에서 제2피크(P3)를 갖게 된다.
따라서, 이러한 단속 구간을 복수 회 실시함으로써 두께 방향으로 복수 개의 피크 구간을 생성하여 도펀트의 농도를 증가시킬 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자 제조방법의 흐름도이고, 도 15는 전자 차단층을 형성하는 단계의 세부 흐름도이고, 도 16은 단속 구간에 의해 서브층 사이에 경계면이 형성되는 과정을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 14를 참고하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자 제조방법은, 복수 개의 제1요철부(140a)가 형성된 활성층(140)을 형성하는 단계(S10), 및 복수 개의 제1요철부(140a)가 형성된 활성층(140) 상에 형성되어 제2요철부(150a)를 갖는 전자 차단층(150)을 형성하는 단계(S20)를 포함한다.
활성층(140)을 형성하는 단계(S10)는, 지지 기판(10) 상에 제1반도체층(130)을 형성한 후, 그 위에 장벽층 및 우물층을 반복하여 형성한다. 활성층(140)은 전위(D)에 의해 유발된 제1요철부(140a)가 형성될 수 있다.
전자 차단층을 형성하는 단계(S20)는, 미리 정해진 시간 동안 원료의 공급을 복수 회 차단하는 성장단속 구간을 가질 수 있다. 도 15를 참고하면, 전자 차단층을 형성하는 단계는, 질소 분위기에서 원료를 공급하는 단계(S21), 미리 정해진 단속 기간 동안 원료 공급을 차단하여 성장을 중지시키는 단계(S22), 및 다시 원료를 공급하는 단계(S23)를 복수 회 반복할 수 있다.
도 16을 참고하면, 단속 구간의 횟수에 따라 전자 차단층은 복수의 경계면(152)을 갖게 된다. 전술한 바와 같이, 단속 구간 동안 경계면(152)에서는 P형 도펀트가 결합되어 도핑 농도가 증가하게 된다. 이때, Ga, Al, Mg와 N의 원료로는 각각 트리 메틸 갈륨(TMGa), 트리메틸 알루미늄(TMAl), 시클로펜타디에닐 마그네슘(CP2Mg), 및 암모니아(NH3)을 사용하였으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 이때, 암모니아는 단속 구간을 적용하지 않고 지속적으로 공급하여 질소 분위기를 유지할 수 있다.
전자 차단층을 형성하는 단계는 다양하게 변형될 수 있다. 예시적으로 단속 구간(Interval)을 2sec로 제어하여 Al 조성이 20%인 p-AlGaN층을 15층으로 형성할 수 있다, 또는 단속 구간을 5sec로 제어할 수도 있다. 또는, 층의 두께를 1nm로 제어하여 30층의 멀티 레이어를 형성할 수도 있다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 발광소자를 이용하여 백색광을 구현하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 17을 참고하면, 발광소자(100)는 제1우물층에서 발광하는 청색광(BL)과 제2우물층에서 발광하는 녹색광(GL)이 혼합된 광을 방출할 수 있다. 적색 형광체(201)는 혼합광의 일부를 적색광으로 변환하여 백색광(WL)을 구현할 수 있다.
적색 형광체는 녹색광의 파장변환효율이 상대적으로 청색광의 파장변환효율보다 우수하다. 따라서, 녹색광이 메인 광인 발광소자를 이용하면 고연색의 광을 구현할 수 있다. 적색 형광체(201)는 연색지수 R9를 향상시킬 수 있는 조건을 더 가질 수 있다. 적색 형광체는 Mn으로 활성화된 KSF형광체 일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
실시 예에 따르면, 발광소자(100)에서 방출된 청색광(BL)에 의해 연색 지수 R12를 개선할 수 있다. 따라서, 백색광(WL)의 연색성이 향상될 수 있다.
실시 예의 발광 소자는 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등의 광학 부재를 더 포함하여 이루어져 백라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또한, 실시 예의 발광 소자는 표시 장치, 조명 장치, 지시 장치에 더 적용될 수 있다.
이 때, 표시 장치는 바텀 커버, 반사판, 발광 모듈, 도광판, 광학 시트, 디스플레이 패널, 화상 신호 출력 회로 및 컬러 필터를 포함할 수 있다. 바텀 커버, 반사판, 발광 모듈, 도광판 및 광학 시트는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 이룰 수 있다.
반사판은 바텀 커버 상에 배치되고, 발광 모듈은 광을 방출한다. 도광판은 반사판의 전방에 배치되어 발광 모듈에서 발산되는 빛을 전방으로 안내하고, 광학 시트는 프리즘 시트 등을 포함하여 이루어져 도광판의 전방에 배치된다. 디스플레이 패널은 광학 시트 전방에 배치되고, 화상 신호 출력 회로는 디스플레이 패널에 화상 신호를 공급하며, 컬러 필터는 디스플레이 패널의 전방에 배치된다.
그리고, 조명 장치는 기판과 실시 예의 발광 소자를 포함하는 광원 모듈, 광원 모듈의 열을 발산시키는 방열부 및 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 광원 모듈로 제공하는 전원 제공부를 포함할 수 있다. 더욱이 조명 장치는, 램프, 해드 램프, 또는 가로등 등을 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명 실시 예는 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 실시 예의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명 실시 예가 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100: 발광소자
130: 제1반도체층
140: 활성층
140a: 제1요철부
150: 전자 차단층
150a: 제2요철부
150b: 평탄 영역
160: 제2반도체층

Claims (17)

  1. 제1반도체층;
    제1반도체층상에 배치되고 복수 개의 제1요철부를 포함하는 활성층;
    상기 활성층상에 배치되고 상기 제1요철부상에 배치되는 복수 개의 제2요철부를 포함하는 전자 차단층; 및
    상기 전자 차단층상에 배치되는 제2반도체층을 포함하고,
    상기 활성층은 제1광 및 제2광을 발광하고,
    상기 제1광은 450nm 내지 499nm 파장에서 피크를 갖고, 상기 제2광은 500nm 내지 550nm 파장에서 피크를 갖는 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전자 차단층은 상기 복수 개의 제2요철부 사이의 평탄 영역에서 제1캐리어 주입 경로를 갖고, 상기 제2요철부의 측벽에서 제2캐리어 주입 경로를 갖는 발광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 제2요철부의 두께는 상기 복수 개의 제2요철부 사이인 평탄 영역의 두께보다 얇은 발광소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전자 차단층은 두께 방향으로 P형 도펀트의 농도 피크를 적어도 2개 이상 갖는 발광소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전자 차단층은 복수 개의 서브층을 포함하고, 상기 복수 개의 서브층의 경계면에서 상기 P형 도펀트의 농도 피크를 갖는 발광소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수 개의 서브층의 경계면은 상기 요철부의 측벽에서 적어도 일부가 중첩되는 발광소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2광의 피크 강도 100%를 기준으로 제1광의 피크 강도는 30% 내지 80%인 발광소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 활성층은,
    상기 제1광을 방출하는 적어도 하나의 제1우물층과 상기 제2광을 방출하는 적어도 하나의 제2우물층을 포함하는 발광소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 활성층의 두께 방향으로 1/2 지점을 기준으로 상기 제1우물층은 상기 제2반도체층에 인접 배치되는 발광소자.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1우물층의 인듐 함유량과 상기 제2우물층의 인듐 함유량 차이는 10% 이상인 발광소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1광은 470nm 내지 490nm의 파장 영역에서 피크를 갖고, 상기 제2광은 510nm 내지 530nm의 파장 영역에서 피크를 갖는 발광소자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1반도체층과 활성층 사이에 배치되는 트리거층을 포함하는 발광소자.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 트리거층의 인듐 함량은 상기 제1반도체층의 인듐 함량보다 높은 발광소자.
  14. n형 반도체층;
    복수 개의 우물층을 포함하는 활성층; 및
    상기 활성층 상에 배치되는 p형 반도체층을 포함하고,
    상기 복수 개의 우물층 중에서 상기 활성층의 두께 1/2인 경계 지점을 기준으로 상기 n형 반도체층에 가까운 우물층은 청색광을 방출하고,
    상기 복수 개의 우물층 중에서 상기 경계 지점을 기준으로 상기 p형 반도체층에 가까운 우물층은 청색광과 녹색광을 방출하는 발광소자.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 활성층상에 배치되고 복수 개의 제2요철부를 포함하는 전자 차단층을 포함하는 발광소자.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 전자 차단층은 상기 복수 개의 제2요철부 사이의 평탄 영역에서 제1캐리어 주입 경로를 갖고, 상기 제2요철부의 측벽에서 제2캐리어 주입 경로를 갖는 발광소자.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 발광소자; 및
    상기 발광소자에서 방출된 광의 일부를 변환하는 파장변환층을 포함하는 조명장치.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190001115A (ko) * 2017-06-26 2019-01-04 엘지이노텍 주식회사 반도체 소자 및 이를 포함하는 반도체 소자 패키지 및 광원 장치
WO2021158016A1 (ko) * 2020-02-04 2021-08-12 서울바이오시스주식회사 단일칩 복수 대역 발광 다이오드
WO2021256839A1 (ko) * 2020-06-19 2021-12-23 서울바이오시스주식회사 단일칩 복수 대역 발광 다이오드 및 그 응용품
WO2022177306A1 (ko) * 2021-02-17 2022-08-25 서울바이오시스주식회사 단일칩 복수 대역 발광 다이오드, 그것을 갖는 발광 소자 및 발광 모듈
WO2022186593A1 (ko) * 2021-03-02 2022-09-09 서울바이오시스주식회사 단일칩 복수 대역 발광 다이오드 및 그 제조 방법
WO2022240179A1 (ko) * 2021-05-11 2022-11-17 서울바이오시스주식회사 복수 대역 발광 다이오드

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11056434B2 (en) * 2017-01-26 2021-07-06 Epistar Corporation Semiconductor device having specified p-type dopant concentration profile
JP6405430B1 (ja) * 2017-09-15 2018-10-17 日機装株式会社 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法
US10788709B2 (en) * 2018-10-30 2020-09-29 Innolux Corporation Lighting device
US20210328100A1 (en) * 2020-04-16 2021-10-21 Seoul Viosys Co., Ltd. Single chip multi band led
KR20220000481A (ko) * 2020-06-26 2022-01-04 엘지디스플레이 주식회사 표시 장치

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002185040A (ja) * 2000-12-15 2002-06-28 Sony Corp 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法
US20030001161A1 (en) * 2001-06-12 2003-01-02 Pioneer Corporation Nitride semiconductor device and method for manufacturing the same
US20060246612A1 (en) * 2005-04-29 2006-11-02 Emerson David T Light emitting devices with active layers that extend into opened pits
US20100155704A1 (en) * 2008-12-23 2010-06-24 Jeong Tak Oh Nitride semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same
KR20110041683A (ko) * 2009-10-16 2011-04-22 삼성엘이디 주식회사 반도체 발광소자 및 이를 제조하는 방법
JP2013120774A (ja) * 2011-12-06 2013-06-17 Yamaguchi Univ 窒化物半導体発光素子およびその製造方法
KR20130101298A (ko) * 2012-03-05 2013-09-13 삼성전자주식회사 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR20140062947A (ko) * 2012-11-15 2014-05-27 엘지이노텍 주식회사 발광소자
US20140225059A1 (en) * 2013-02-08 2014-08-14 Bridgelux, Inc. LED with Improved Injection Efficiency
KR20150025264A (ko) * 2013-08-28 2015-03-10 삼성전자주식회사 정공주입층을 구비하는 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법
US20150115223A1 (en) * 2013-10-28 2015-04-30 Seoul Viosys Co., Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing the same

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3201475B2 (ja) * 1998-09-14 2001-08-20 松下電器産業株式会社 半導体装置およびその製造方法
KR100691444B1 (ko) 2005-11-19 2007-03-09 삼성전기주식회사 질화물 반도체 발광소자
JP5232972B2 (ja) * 2008-10-20 2013-07-10 豊田合成株式会社 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法
JP2011119333A (ja) * 2009-12-01 2011-06-16 Sharp Corp 窒化物半導体発光素子
JP2011124521A (ja) * 2009-12-14 2011-06-23 Sony Corp 半導体レーザおよびその製造方法
JP2012099651A (ja) * 2010-11-02 2012-05-24 Toshiba Corp 発光素子
US8748932B2 (en) * 2011-01-26 2014-06-10 Lg Innotek Co., Ltd. Light emitting device having curved top surface with fine unevenness
US8748867B2 (en) * 2011-01-26 2014-06-10 Lg Innotek Co., Ltd. Light emitting device
KR101804408B1 (ko) * 2011-09-05 2017-12-04 엘지이노텍 주식회사 발광소자
US8698163B2 (en) * 2011-09-29 2014-04-15 Toshiba Techno Center Inc. P-type doping layers for use with light emitting devices
JP6088807B2 (ja) * 2012-11-19 2017-03-01 スタンレー電気株式会社 半導体発光素子及びその製造方法
KR102050053B1 (ko) 2012-12-21 2019-11-28 엘지이노텍 주식회사 발광소자
KR102142709B1 (ko) * 2013-12-05 2020-08-07 엘지이노텍 주식회사 발광 소자 및 이를 구비한 조명 장치
KR102212561B1 (ko) * 2014-08-11 2021-02-08 삼성전자주식회사 반도체 발광 소자 및 반도체 발광 소자 패키지
JP2016063128A (ja) * 2014-09-19 2016-04-25 スタンレー電気株式会社 半導体発光素子
JP2016063175A (ja) * 2014-09-22 2016-04-25 スタンレー電気株式会社 半導体発光素子
JP2016063176A (ja) * 2014-09-22 2016-04-25 スタンレー電気株式会社 半導体発光素子
JP6433248B2 (ja) * 2014-11-07 2018-12-05 スタンレー電気株式会社 半導体発光素子
JP6433247B2 (ja) * 2014-11-07 2018-12-05 スタンレー電気株式会社 半導体発光素子
JP6457784B2 (ja) * 2014-11-07 2019-01-23 スタンレー電気株式会社 半導体発光素子
US10281626B2 (en) * 2015-07-25 2019-05-07 NanoMedia Solutions Inc. Color image display devices comprising structural color pixels that are selectively activated and/or deactivated by material deposition

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002185040A (ja) * 2000-12-15 2002-06-28 Sony Corp 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法
US20030001161A1 (en) * 2001-06-12 2003-01-02 Pioneer Corporation Nitride semiconductor device and method for manufacturing the same
US20060246612A1 (en) * 2005-04-29 2006-11-02 Emerson David T Light emitting devices with active layers that extend into opened pits
US20100155704A1 (en) * 2008-12-23 2010-06-24 Jeong Tak Oh Nitride semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same
KR20110041683A (ko) * 2009-10-16 2011-04-22 삼성엘이디 주식회사 반도체 발광소자 및 이를 제조하는 방법
JP2013120774A (ja) * 2011-12-06 2013-06-17 Yamaguchi Univ 窒化物半導体発光素子およびその製造方法
KR20130101298A (ko) * 2012-03-05 2013-09-13 삼성전자주식회사 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR20140062947A (ko) * 2012-11-15 2014-05-27 엘지이노텍 주식회사 발광소자
US20140225059A1 (en) * 2013-02-08 2014-08-14 Bridgelux, Inc. LED with Improved Injection Efficiency
KR20150025264A (ko) * 2013-08-28 2015-03-10 삼성전자주식회사 정공주입층을 구비하는 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법
US20150115223A1 (en) * 2013-10-28 2015-04-30 Seoul Viosys Co., Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing the same

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190001115A (ko) * 2017-06-26 2019-01-04 엘지이노텍 주식회사 반도체 소자 및 이를 포함하는 반도체 소자 패키지 및 광원 장치
WO2021158016A1 (ko) * 2020-02-04 2021-08-12 서울바이오시스주식회사 단일칩 복수 대역 발광 다이오드
US11557695B2 (en) 2020-02-04 2023-01-17 Seoul Viosys Co., Ltd. Single chip multi band LED
WO2021256839A1 (ko) * 2020-06-19 2021-12-23 서울바이오시스주식회사 단일칩 복수 대역 발광 다이오드 및 그 응용품
US11621370B2 (en) 2020-06-19 2023-04-04 Seoul Viosys Co., Ltd. Single chip multi band led and application thereof
US11843076B2 (en) 2020-06-19 2023-12-12 Seoul Viosys Co., Ltd. Single chip multi band led and application thereof
WO2022177306A1 (ko) * 2021-02-17 2022-08-25 서울바이오시스주식회사 단일칩 복수 대역 발광 다이오드, 그것을 갖는 발광 소자 및 발광 모듈
WO2022186593A1 (ko) * 2021-03-02 2022-09-09 서울바이오시스주식회사 단일칩 복수 대역 발광 다이오드 및 그 제조 방법
WO2022240179A1 (ko) * 2021-05-11 2022-11-17 서울바이오시스주식회사 복수 대역 발광 다이오드

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Publication number Publication date
US10559718B2 (en) 2020-02-11
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