KR20170082738A - Light emitting device - Google Patents
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Abstract
발광소자의 일 실시예는, 제1도전형 반도체층; 상기 제1도전형 반도체층 상에 배치되고, 복수의 양자우물층과 복수의 양자장벽층이 교대로 적층되어 구비되는 활성층; 및 상기 활성층 상에 배치되는 제2도전형 반도체층을 포함하고, 상기 양자장벽층 중 적어도 하나는 In이 도핑되는 도핑층이 형성되는 것일 수 있다.One embodiment of the light emitting device includes a first conductivity type semiconductor layer; An active layer disposed on the first conductivity type semiconductor layer and comprising a plurality of quantum well layers and a plurality of quantum barrier layers alternately stacked; And a second conductive semiconductor layer disposed on the active layer, wherein at least one of the quantum barrier layers is formed with a doping layer doped with In.
Description
실시예는, 정공의 이동이 원활하게 진행되고, 분극을 완화하는 구조를 가진 발광소자에 관한 것이다.The embodiment relates to a light emitting device having a structure in which the movement of holes progresses smoothly and the polarization is relaxed.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The contents described in this section merely provide background information on the embodiment and do not constitute the prior art.
GaN, AlGaN 등의 3-5 족 화합물 반도체는 넓고 조정이 용이한 에너지 밴드갭을 가지는 등의 많은 장점으로 인해 광 전자공학 분야(optoelectronics)와 전자 소자를 위해 등에 널리 사용된다.GaN, and AlGaN are widely used for optoelectronics and electronic devices due to many advantages such as wide and easy-to-adjust energy band gap.
특히, 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드와 같은 발광소자는 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.Particularly, a light emitting device such as a light emitting diode or a laser diode using a semiconductor material of a 3-5 group or a 2-6 group compound semiconductor has been widely used in various fields such as red, green, blue and ultraviolet rays It can realize various colors, and it can realize efficient white light by using fluorescent material or color combination. It has low power consumption, semi-permanent lifetime, fast response speed, safety, and environment compared to conventional light sources such as fluorescent lamps and incandescent lamps Affinity.
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 transmission module of the optical communication means, a light emitting diode backlight replacing a cold cathode fluorescent lamp (CCFL) constituting a backlight of an LCD (Liquid Crystal Display) display device, a white light emitting element capable of replacing a fluorescent lamp or an incandescent lamp Diode lighting, automotive headlights, and traffic lights.
발광소자는 전자와 정공(hole)의 재결합(recombination) 과정에서 발생하는 에너지에 의해 광을 생성하는 구조로 구비될 수 있다.The light emitting device may have a structure that generates light by energy generated in a recombination process of electrons and holes.
그러나, 일반적으로 정공의 이동도는 정공보다 낮고, 이러한 이유로 인해 발광소자의 발광효율 및 광출력이 저하되는 문제점이 있다.However, in general, the mobility of holes is lower than that of holes, which causes a problem that the luminous efficiency and the light output of the light emitting device are lowered.
또한, 발광소자에서는 전자와 정공의 재결합을 방해하는 분극(polarization)이 발생할 수도 있는데, 이러한 분극으로 인해 광소자의 발광효율 및 광출력이 저하되는 문제점도 있다.In addition, in the light emitting device, polarization may be generated which interferes with the recombination of electrons and holes. This polarization also lowers the luminous efficiency and optical output of the optical device.
따라서, 실시예는, 정공의 이동이 원활하게 진행되고, 분극을 완화하는 구조를 가진 발광소자에 관한 것이다.Therefore, the embodiment relates to a light emitting device having a structure in which the movement of holes progresses smoothly and the polarization is relaxed.
실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed.
발광소자의 일 실시예는, 제1도전형 반도체층; 상기 제1도전형 반도체층 상에 배치되고, 복수의 양자우물층과 복수의 양자장벽층이 교대로 적층되어 구비되는 활성층; 및 상기 활성층 상에 배치되는 제2도전형 반도체층을 포함하고, 상기 양자장벽층 중 적어도 하나는 In이 도핑되는 도핑층이 형성되는 것일 수 있다.One embodiment of the light emitting device includes a first conductivity type semiconductor layer; An active layer disposed on the first conductivity type semiconductor layer and comprising a plurality of quantum well layers and a plurality of quantum barrier layers alternately stacked; And a second conductive semiconductor layer disposed on the active layer, wherein at least one of the quantum barrier layers is formed with a doping layer doped with In.
상기 양자장벽층은, 상기 도핑층이 형성되는 제1층; 상기 제1층 상부에 형성되고, 적층방향을 따라 In의 도핑농도가 불균일하게 배치되는 제2층을 포함하는 것일 수 있다.Wherein the quantum barrier layer comprises: a first layer on which the doped layer is formed; And a second layer formed on the first layer and having the doping concentration of In non-uniformly along the stacking direction.
상기 제1층은, 상기 도핑층; 및 상기 도핑층의 상부 및 하부에 배치되는 제1장벽층을 포함하는 것일 수 있다.Wherein the first layer comprises: a doping layer; And a first barrier layer disposed on top and bottom of the doped layer.
상기 도핑층은, 상기 제1장벽층보다 에너지 밴드갭이 낮고, 상기 양자우물층보다 에너지 밴드갭이 높은 것일 수 있다.The doping layer may have a lower energy band gap than the first barrier layer and an energy band gap higher than the quantum well layer.
상기 제1장벽층은, 전자 또는 정공이 터널링되는 것일 수 있다.The first barrier layer may be one in which electrons or holes are tunneled.
상기 제1층의 두께는 20Å 내지 40Å인 것일 수 있다.The thickness of the first layer may be in the range of 20 Å to 40 Å.
상기 제2층의 두께는 10Å 내지 15Å인 것일 수 있다.The thickness of the second layer may be in the range of 10 Å to 15 Å.
상기 도핑층의 두께는 10Å 내지 15Å인 것일 수 있다.The thickness of the doping layer may be in the range of 10 Å to 15 Å.
상기 양자우물층의 두께는 15Å 내지 25Å인 것일 수 있다.The thickness of the quantum well layer may be 15 ANGSTROM to 25 ANGSTROM.
상기 도핑층은, In 도핑농도가 상기 양자우물층보다 낮고, 상기 제1장벽층보다 높은 것일 수 있다.The doping layer may have an In doping concentration lower than the quantum well layer and higher than the first barrier layer.
상기 도핑층은, 조성이 InxGa1 - xN(0.01≤x≤0.02) 인 것일 수 있다.The doping layer may have a composition of In x Ga 1 - x N (0.01 ? X ? 0.02).
발광소자의 다른 실시예는, 제1도전형 반도체층; 상기 제1도전형 반도체층 사이에 형성되고, 복수의 양자우물층과 복수의 양자장벽층이 교대로 적층되어 구비되는 활성층; 및 상기 활성층 상에 배치되는 제2도전형 반도체층을 포함하고, 상기 양자장벽층은, In이 도핑되고, 상기 우물층보다 에너지 밴드갭이 높은 도핑층; 상기 도핑층의 상부 및 하부에 배치되고, 상기 도핑층보다 에너지 밴드갭이 높으며, 전자 또는 정공이 터널링되는 제1장벽층을 포함할 수 있다.Another embodiment of the light emitting device includes: a first conductivity type semiconductor layer; An active layer formed between the first conductivity type semiconductor layers and including a plurality of quantum well layers and a plurality of quantum barrier layers alternately stacked; And a second conductive semiconductor layer disposed on the active layer, wherein the quantum barrier layer is doped with In and doped with a higher energy band gap than the well layer; And a first barrier layer disposed above and below the doped layer and having a higher energy bandgap than the doped layer and through which electrons or holes are tunneled.
실시예에서, 제1장벽층에서 전자 또는 정공이 터널링되어 각 양자우물층에 원활하게 주입되어 활성층 전체에 걸쳐 균일한 광을 발생시켜 발광소자의 발광효율 및 광출력을 높일 수 있다.In the embodiment, electrons or holes are tunneled through the first barrier layer and injected smoothly into each quantum well layer, so that uniform light is generated throughout the active layer, thereby increasing the luminous efficiency and light output of the light emitting device.
실시예에서, 상기 도핑층은 활성층에서 전자와 정공의 분극을 완화하고 전자와 정공의 재결합 빈도를 높여 발광소자의 발광효율 및 광출력을 높일 수 있다.In the embodiment, the doping layer can increase the luminous efficiency and the light output of the light emitting device by reducing the polarization of electrons and holes in the active layer and increasing the frequency of recombination of electrons and holes.
실시예에서, 양자장벽층과 양자우물층의 경계에서 에너지 밴드갭이 완만하게 변화하도록 하여 활성층에서의 전자와 정공의 분극을 완화할 수 있다.In the embodiment, the energy band gap is gently changed at the boundary between the quantum barrier layer and the quantum well layer, so that the polarization of electrons and holes in the active layer can be relaxed.
도 1은 일 실시예에 따른 발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 발광소자의 에너지 밴드갭을 나타내는 다이어그램이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드갭을 나타내는 다이어그램이다.
도 4는 일 실시예에 따른 발광소자 패키지를 나타낸 도면이다.1 is a cross-sectional view illustrating a light emitting device according to an embodiment.
2 is a diagram showing an energy band gap of the light emitting device shown in FIG.
3 is a diagram showing an energy band gap of a light emitting device according to another embodiment.
4 is a view illustrating a light emitting device package according to one embodiment.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 실시예를 상세히 설명한다. 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 실시예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments are to be considered in all aspects as illustrative and not restrictive, and the invention is not limited thereto. It is to be understood, however, that the embodiments are not intended to be limited to the particular forms disclosed, but are to include all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the embodiments. The sizes and shapes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience.
"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 실시예의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 실시예의 범위를 한정하는 것이 아니다.The terms "first "," second ", and the like can be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. In addition, terms specifically defined in consideration of the constitution and operation of the embodiment are only intended to illustrate the embodiments and do not limit the scope of the embodiments.
실시예의 설명에 있어서, 각 element의 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In the description of the embodiments, when it is described as being formed on the "upper" or "on or under" of each element, the upper or lower (on or under Quot; includes both that the two elements are in direct contact with each other or that one or more other elements are indirectly formed between the two elements. Also, when expressed as "on" or "on or under", it may include not only an upward direction but also a downward direction with respect to one element.
또한, 이하에서 이용되는 "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.It is also to be understood that the terms "top / top / top" and "bottom / bottom / bottom", as used below, do not necessarily imply nor imply any physical or logical relationship or order between such entities or elements, But may be used only to distinguish one entity or element from another entity or element.
도 1은 일 실시예에 따른 발광소자를 나타낸 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 실시예의 발광소자는 기판(400), 제1도전형 반도체층(100), 활성층(200), 제2도전형 반도체층(300), 제1전극(810) 및 제2전극(820)을 포함할 수 있다.1 is a cross-sectional view illustrating a light emitting device according to an embodiment. 1, the light emitting device of the embodiment includes a
이때, 상기 제1도전형 반도체층(100), 활성층(200) 및 제2도전형 반도체층(300)은 발광구조물을 형성할 수 있다.Here, the first
기판(400)은 상기 발광구조물을 지지할 수 있다. 상기 기판(400)은 사파이어 기판(400), 실리콘(Si), 산화아연(ZnO), 질화물 반도체 중 어느 하나 또는 GaN, InGaN, AlGaN, AlInGaN 중에서 적어도 어느 하나가 적층된 템플레이트(Template)로 형성되는 것일 수 있다.The
발광구조물은 상기 기판(400) 상에 배치되고, 빛을 발생시키는 역할을 할 수 있다. 이때, 기판(400)과 발광구조물의 격자상수, 열팽창 계수 등의 차이로 인해 기판(400)과 발광구조물의 경계면 부위에 응력(stress)이 발생할 수 있다.The light emitting structure may be disposed on the
이러한 응력발생을 완화하기 위해 기판(400)과 발광구조물 사이에는 버퍼층(미도시)이 개재될 수 있다. 또한, 상기 제1도전형 반도체층(100)의 결정성 향상을 위하여 언도프트 반도체층(미도시)이 개재될 수 있다. 다만, 제조과정에서 의도하지 않은 불순물이 소량 도핑될 수도 있다.A buffer layer (not shown) may be interposed between the
이때, 버퍼층은 저온 성장될 수 있으며, 그 물질은 GaN층 또는 AlN층일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 언도프트 반도체층은 n형 도펀트가 도핑되지 않아 제1도전형 반도체층(100)에 비하여 낮은 전기 전도성을 갖는 것을 제외하고는 제1도전형 반도체층(100)과 동일할 수 있다.At this time, the buffer layer can be grown at a low temperature, and the material may be a GaN layer or an AlN layer, but the present invention is not limited thereto. The n-type dopant is not doped in the un- And may be the same as the first conductivity
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1전극(810)은 상기 제1도전형 반도체층(100)의 노출되는 단차부위 상에 배치될 수 있고, 제2전극(820)은 상기 제2도전형 반도체층(300)의 상측 노출부위 상에 배치될 수 있다. 상기 제1전극(810)과 상기 제2전극(820)을 통해 전류가 인가되면 실시예의 발광소자는 발광할 수 있다.1, the
한편, 도 1에서는 수평형 발광소자를 도시하고 있으나, 수직형 발광소자 또는 플립 칩 발광소자의 구조로 구비될 수도 있다.Although FIG. 1 illustrates a horizontal type light emitting device, it may be a vertical type light emitting device or a flip chip light emitting device.
상기한 바와 같이, 상기 발광구조물은 상기 제1도전형 반도체층(100), 활성층(200), 제2도전형 반도체층(300)을 포함할 수 있다.As described above, the light emitting structure may include the first
제1도전형 반도체층(100)은 상기 기판(400) 상에 배치되고, 예를 들어, 질화물 반도체로 형성될 수 있다.The first
즉, 상기 제1도전형 반도체층(100)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.That is, the first
활성층(200)은 상기 제1도전형 반도체층(100) 상에 배치되고, 상기 제1도전형 반도체층(100) 및 상기 제2도전형 반도체층(300)으로부터 제공되는 전자와 정공(hole)의 재결합(recombination) 과정에서 발생하는 에너지에 의해 광을 생성할 수 있다.The
활성층(200)이 양자우물 구조인 경우 예를 들어, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 양자우물층(210)과 InaAlbGa1 -a- bN (0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤a+b≤1)의 조성식을 갖는 양자장벽층(220)을 구비하는 단일 또는 다중 양자우물 구조를 가질 수 있다.When the
이때, 상기 양자우물층(210)은 양자장벽층(220)의 에너지 밴드갭보다 낮은 에너지 밴드갭을 갖도록 구비될 수 있다.At this time, the
도 1에 도시된 실시예에서는, 상기 활성층(200)은 복수의 양자우물층(210)과 복수의 양자장벽층(220)이 교대로 적층되어 구비되는 다중 양자우물(Multi Quantum Well, MQW) 구조를 가진 발광소자가 개시되었다.1, the
양자우물층(210)들은 상기 제1도전형 반도체층(100)으로부터 상기 제2도전형 반도체층(300) 방향으로 배치될 수 있고, 인접하는 상기 양자우물층(210)들 사이에는 양자장벽층(220)들이 배치될 수 있다. 이하에서는 간략한 설명을 위해 다중 양자우물 구조를 가진 발광소자에 대해서만 설명한다.The quantum well layers 210 may be disposed in the direction of the second conductivity
도 1의 확대도 부분에 도시된 바와 같이, 실시예의 활성층(200)은 복수의 양자우물층(210) 및 복수의 양자장벽층(220)이 교대로 배치되는 구조로 구비될 수 있다. 이때, 상기 양자장벽층(220) 중 적어도 하나는 In(인듐)이 도핑되는 도핑층(221a)이 형성될 수 있다.1, the
도 1에서는 2개의 양자우물층(210)과 하나의 양자장벽층(220)만 도시되었으나, 이는 도면을 간략히 하기 위한 것일 뿐 상기 양자우물층(210)과 상기 양자장벽층(220)은 복수로 구비될 수 있음은 당연하다.Although only two quantum well layers 210 and one
양자장벽층(220)은 도핑층(221a) 및 제1장벽층(221b)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 도핑층(221a)은 상기 양자장벽층(220)의 중앙부에 형성될 수 있고, 상기 제1장벽층(221b)은 상기 도핑층(221a)의 상부 및 하부에 각각 형성될 수 있다.The
양자장벽층(220)의 구조에 대해서는 하기 도 2 및 도 3을 참조하여 구체적으로 설명한다.The structure of the
제2도전형 반도체층(300)은 상기 활성층(200) 상에 배치될 수 있다. 즉, 상기 제2도전형 반도체층(300)은 상기 활성층(200)의 양자우물층(210) 상부에 배치될 수 있다. 이때, 상기 제2도전형 반도체층(300)은 예를 들어, 질화물 반도체로 형성될 수 있다.The second
즉, 상기 제2도전형 반도체층(300)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.That is, the second conductivity
도 2는 도 1에 도시된 발광소자의 에너지 밴드갭을 나타내는 다이어그램이다. 도 2에서, 전자는 상기 제1도전형 반도체층(100)으로부터 주입되고, 정공은 상기 제2도전형 반도체층(300)으로부터 주입되며, 활성층(200)은 상기 제1도전형 반도체층(100)과 상기 제2도전형 반도체층(300) 사이에 배치될 수 있다.2 is a diagram showing an energy band gap of the light emitting device shown in FIG. 2, electrons are injected from the first
다중 양자우물 구조에서, 상기 활성층(200)은 2이상의 양자우물층(210)과 1이상의 양자장벽층(220)을 포함할 수 있다. 도 3에서는 4개의 양자우물층(210)과 3개의 양자장벽층(220)이 도시되었으나, 이에 한정되지 않음은 당연하다.In the multiple quantum well structure, the
이때, 상기 양자장벽층(220)의 에너지 밴드갭은 상기 양자우물층(210)의 에너지 밴드갭(E3)보다 크다.At this time, the energy band gap of the
발광소자에 전류가 인가되는 경우, 일반적으로 전자보다 정공의 이동도가 낮기 때문에 다중 양자우물 전체에 상기 정공의 주입이 원활하고 균일하게 이루어지지 않을 수 있다.When a current is applied to the light emitting device, since the mobility of holes is generally lower than that of electrons, the holes may not be uniformly injected into the entire multi-quantum well.
따라서, 정공이 주입되는 상기 제2도전형 반도체층(300)에 가장 인접하는 마지막 양자우물 즉, 도 2에서 가장 오른쪽에 위치하는 양자우물층(210)에서 주로 발광이 일어날 수 있다.Therefore, light emission can mainly occur in the last quantum well nearest to the second conductivity
이러한 이유로, 상기 활성층(200)의 전 영역에서 균일한 발광이 일어나지 않게 되어 발광소자의 발광효율 및 광출력이 감소할 수 있다. 실시예에서는 이러한 문제점을 개선하기 위해 양자장벽층(220)에 도핑층(221a)을 형성할 수 있다. 이하 도핑층(221a)에 대해 구체적으로 설명한다.For this reason, uniform light emission does not occur in the entire region of the
도 2에 도시된 바와 같이, 실시예에서 양자장벽층(220)은 도핑층(221a) 및 제1장벽층(221b)을 포함할 수 있다. 상기 도핑층(221a)은 양자장벽층(220)의 중앙부에 배치되고, 상기 제1장벽층(221b)은 상기 도핑층(221a)의 상부 및 하부에 배치될 수 있다.2, in an embodiment, the
이때, 상기 도핑층(221a)은 상기 제1장벽층(221b)보다 에너지 밴드갭이 낮고, 상기 양자우물층(210)보다 에너지 밴드갭이 높을 수 있다. 즉, 에너지 밴드갭의 크기는 제1장벽층(221b), 도핑층(221a), 양자우물층(210)의 순으로 작아지도록 구비될 수 있다. 즉, E2>E1>E3>의 관계가 형성될 수 있다. 이때, E1, E2 및 E3은 각 층의 에너지 밴드갭을 나타낸다.The
이때, 에너지 밴드갭의 크기는 각 층에 도펀트를 첨가하여 조절할 수 있다. 이때 사용되는 도펀트는 예를 들어, In일 수 있다. In의 도핑농도가 클수록 에너지 밴드갭의 크기는 작아질 수 있다.At this time, the energy band gap size can be adjusted by doping each layer. The dopant used herein may be, for example, In. The larger the doping concentration of In, the smaller the energy band gap can be.
따라서, 상기 도핑층(221a)은 In 도핑농도가 상기 양자우물층(210)보다 낮고, 상기 제1장벽층(221b)보다 높을 수 있다. 이때, 상기 도핑층(221a)은 그 조성이 조성이 InxGa1 - xN(0.01≤x≤0.02)로 구비될 수 있다.Accordingly, the doping concentration of the doped
이러한 구조로 인해, 상기 제1장벽층(221b)은 터널링 패스(Tunneling path)를 통해 전자 또는 정공이 터널링될 수 있다. 제1장벽층(221b)에서 전자 또는 정공이 터널링되어 각 양자우물층(210)에 전자 또는 정공이 원활하게 주입될 수 있다.Due to such a structure, the
따라서, 복수의 양자우물층(210) 각각에는 전자 또는 정공이 균일하게 분포하여 활성층(200) 전체에 걸쳐 균일한 광을 발생시킬 수 있고, 결과적으로 발광소자의 발광효율 및 광출력을 높일 수 있다.Accordingly, electrons or holes are uniformly distributed in each of the plurality of quantum well layers 210, uniform light can be generated throughout the
실시예에서, 제1장벽층(221b)에서 전자 또는 정공이 터널링되어 각 양자우물층(210)에 원활하게 주입되어 활성층(200) 전체에 걸쳐 균일한 광을 발생시켜 발광소자의 발광효율 및 광출력을 높일 수 있다.Electrons or holes are tunneled in the
한편, 제1장벽층(221b)에 터널링 효과가 발생하기 위해서는 터널링 현상이 발생하는 두께로 상기 제1장벽층(221b)이 구비되는 것이 적절하다. 예를 들어, 상기 제1장벽층(221b)이 GaN 재질로 형성되는 경우, 터널링이 발생하는 상기 제1장벽층(221b)의 두께는 실험적으로 30Å이하이므로, 이를 고려하여 상기 제1장벽층(221b)의 두께를 설정하는 것이 적절하다.Meanwhile, in order for the tunneling effect to occur in the
한편, 상기 도핑층(221a)은 활성층(200)에서 전자와 정공의 분극(polarization)을 완화하는 역할을 할 수 있다. 분극은 전자와 정공이 재결합(recombination)되지 않고 전자는 전자끼리 정공은 정공끼리 서로 분리되어 존재하는 현상을 말한다.Meanwhile, the
이러한 분극이 현저해지면 전자와 정공의 재결합 빈도가 현저히 낮아지므로 발광소자의 발광효율 및 광출력이 낮아질 수 있다.When such a polarization becomes remarkable, the recombination frequency of electrons and holes becomes remarkably low, so that the luminous efficiency and light output of the light emitting device can be lowered.
이러한 분극은 양자장벽층(220)과 양자우물층(210) 사이의 에너지 밴드갭의 크기가 클수록 현저해 질 수 있다. 실시예에서 도핑층(221a)은 양자장벽층(220)의 에너지 밴드갭의 크기를 줄여주므로 이러한 분극현상을 완화할 수 있다.This polarization may become more significant as the magnitude of the energy band gap between the
따라서, 실시예에서, 상기 도핑층(221a)은 활성층(200)에서 전자와 정공의 분극을 완화하고 전자와 정공의 재결합 빈도를 높여 발광소자의 발광효율 및 광출력을 높일 수 있다.Accordingly, in the embodiment, the
도 3은 다른 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드갭을 나타내는 다이어그램이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 실시예의 발광소자는 양자장벽층(220)에 제1층(221) 및 제2층(222)을 포함할 수 있다.3 is a diagram showing an energy band gap of a light emitting device according to another embodiment. As shown in FIG. 3, the light emitting device of the embodiment may include a
상기 제1층(221)은 상기 도핑층(221a)이 형성될 수 있다. 상기 제1층(221)은 상기 도핑층(221a)과 상기 도핑층(221a)의 상부 및 하부에 배치되는 제1장벽층(221b)을 포함할 수 있다. 상기 도핑층(221a)과 상기 제1장벽층(221b)은 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서 이미 설명하였으므로, 반복 설명은 생략한다.The
상기 제2층(222)은 상기 제1층(221) 상부에 형성되고, 적층방향을 따라 In의 도핑농도가 불균일하게 배치될 수 있다. 이러한 구조로 인해, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1도전형 반도체층(100)에서 제2도전형 반도체층(300) 방향으로 갈수록 상기 제2층(222)의 에너지 밴드갭은 작아질 수 있다.The
이러한 에너지 밴드갭 구조는 In의 도핑농도를 활성층(200)의 상하방향으로 조절함으로써 가능하다. 즉, 제2층(222)의 In 도핑농도를, 제1장벽층(221b)에 인접한 부위에서 작게하고, 상측방향으로 갈수록 In 도핑농도 점점 크게하여 양자우물층(210)과 만나는 지점에서는 In 도핑농도를 양자우물층(210)과 동일하게 하여, 도 3에 도시된 제2층(222)의 에너지 밴드갭 구조를 만들 수 있다.This energy bandgap structure can be achieved by adjusting the doping concentration of In to the vertical direction of the
이러한 경사형의 에너지 밴드갭 구조를 가지는 제2층(222)이 형성되는 경우, 활성층(200)에서 전자와 정공의 분극을 완화할 수 있다. 상기한 바와 같이, 이러한 분극은 양자장벽층(220)과 양자우물층(210) 사이의 에너지 밴드갭의 크기가 클수록 현저해 질 수 있다.When the
또한, 양자장벽층(220)과 양자우물층(210)의 경계에서 에너지 밴드갭이 급격하게 변화하는 경우에도 발생할 수 있다. 도 3의 실시예에서는 양자장벽층(220)과 양자우물층(210)의 경계에서 에너지 밴드갭이 완만하게 변화하도록 하여 활성층(200)에서의 전자와 정공의 분극을 완화할 수 있다.Also, the energy band gap at the boundary between the
실시예에서 상기 제1층(221)의 두께(T1)는 20Å 내지 40Å로, 더욱 적절하게는 약 30Å로 구비될 수 있다. 또한, 상기 제2층(222)의 두께(T2)는 10Å 내지 15Å로 구비될 수 있다. In an embodiment, the thickness T1 of the
또한, 상기 도핑층(221a)의 두께(T3)는 10Å 내지 15Å로, 더욱 적절하게는 13Å으로 구비될 수 있다. 또한, 상기 양자우물층(210)의 두께(T4)는 15Å 내지 25Å로, 더욱 적절하게는 20Å로 구비될 수 있다.In addition, the thickness T3 of the doped
다만, 상기한 바와 같이, 상기 제1장벽층(221b)이 GaN 재질로 형성되는 경우, 터널링이 발생하는 상기 제1장벽층(221b)의 두께는 실험적으로 30Å이하이므로, 터널링 패스 부위에서 상기 제1장벽층(221b)과 상기 제2층(222)의 두께(T2)의 합은 30Å이하로 구비되는 것이 적절하다.As described above, when the
하기의 표 1은 도 3에 도시된 구조의 발광소자에 대한 실험결과를 나타낸다. 실험에서 상기 제1층(221)의 두께(T1)는 약 30Å이고, 상기 양자우물층(210)의 두께(T4)는 약 20Å이며, 상기 도핑층(221a)의 두께(T3)는 약 13Å이다.The following Table 1 shows experimental results of the light emitting device having the structure shown in FIG. The thickness T1 of the
상기 제2층(222)의 두께(T2)는 10Å 내지 15Å 범위에서 임의로 택하였고, 각 데이터는 복수회 반복실험한 각 결과값의 평균값이다.The thickness T2 of the
또한, 표 1은 발광소자에 인가되는 정격전류가 95mA, 65mA인 래터럴 칩(lateral chip)에 대한 실험결과이다.Table 1 shows experimental results for a lateral chip having a rated current of 95 mA and 65 mA applied to the light emitting device.
sample 1은 도 3에 도시된 실시예의 발광소자에서 도핑층(221a)을 형성하지 않은 발광 소자를 사용한 경우이고, sample 2는 도 3에 도시된 실시예의 발광소자를 사용한 경우이다.Sample 1 is a case in which a light emitting device without the
sample 1은 도핑층(221a)이 형성되지 않은 것을 제외하고는 sample 2와 구조, 규격 및 실험조건은 동일하거나 극히 유사하다.Sample 1 is identical or very similar in structure, specification and experimental conditions to sample 2 except that the
실험결과를 보면, sample 2 즉, 도 3에 도시된 실시예의 발광소자를 사용하는 칩의 광출력이 sample 1의 그것보다 높음을 알 수 있고, 따라서, 도 3에 도시된 실시예의 발광소자가 sample 1보다 발광효율 및 광출력이 향상되었음을 알 수 있다.3, it can be seen that the light output of the chip using the light emitting element of the embodiment shown in FIG. 3 is higher than that of the sample 1, and therefore, the light emitting element of the embodiment shown in FIG. 1, the light emitting efficiency and the light output are improved.
다만, sample 1에서는 일 실시예의 발광소자 즉, 경사형의 에너지 밴드갭 구조를 가지는 제2층(222)이 형성되는 발광소자를 사용하였다. 따라서, sample 2 즉, 도 3에 도시된 실시예의 발광소자와, 도핑층(221a)이 없고 경사형의 에너지 밴드갭 구조를 가지는 제2층(222)도 없는 일반적인 활성층(200)을 구비한 발광소자를 비교하면, 도 3에 도시된 실시예의 발광소자의 발광효율 및 광출력이 상기 표 1에 나타난 실험결과에 비해 훨씬 높음은 명확하다.However, in the sample 1, the light emitting device having the light emitting device of the embodiment, that is, the
실험결과를 고려하면, 실시예의 발광소자는 도핑층(221a) 및/또는 상기 제2층(222)을 구비함으로써 발광효율 및 광출력을 향상시킬 수 있다.Considering the experimental results, the light emitting device of the embodiment can improve the light emitting efficiency and the light output by providing the
도 4는 일 실시예에 따른 발광소자 패키지(10)를 나타낸 도면이다. 4 is a view illustrating a light emitting
실시예에 따른 발광소자 패키지(10)는 캐비티를 포함하는 몸체(11)와, 상기 몸체(11)에 설치된 제1 리드 프레임(12)(lead frame) 및 제2 리드 프레임(13)과, 상기 몸체(11)에 설치되어 상기 제1 리드 프레임(12) 및 제2 리드 프레임(13)과 전기적으로 연결되는 상술한 실시예에 따른 발광소자(20)와, 상기 캐비티에 형성된 몰딩부(16)를 포함한다.A light emitting
몸체(11)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 몸체(11)가 금속 재질 등 도전성 물질로 이루어지면, 도시되지는 않았으나 상기 몸체(11)의 표면에 절연층이 코팅되어 상기 제1,2 리드 프레임(12, 13) 간의 전기적 단락을 방지할 수 있다. 패키지 몸체(11)에는 캐비티가 형성되고, 캐비티의 바닥면에 발광소자(20)가 배치될 수 있다.The
제1 리드 프레임(12) 및 제2 리드 프레임(13)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광소자(20)에 전류를 공급한다. 또한, 제1 리드 프레임(12) 및 제2 리드 프레임(13)은 발광소자(20)에서 발생된 광을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 발광소자(20)에서 발생된 열을 외부로 배출시킬 수도 있다.The
발광소자(20)는 상술한 실시예에 따를 수 있으며, 제1 리드 프레임(12)과 제2 리드 프레임(13)에 와이어(14)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다.The
발광소자(20)는 패키지 몸체(11)의 바닥면에 도전성 페이스트(미도시) 등으로 고정될 수 있고, 상기 몰딩부(16)는 상기 발광소자(20)를 포위하여 보호할 수 있으며, 몰딩부(16) 내에는 형광체(17)가 포함되어 발광소자(20)에서 방출된 제1 파장 영역의 광에 의하여 형광체(17)가 여기되어 제2 파장 영역의 광을 방출할 수 있다.The
발광소자 패키지(10)는 상술한 실시예들에 따른 발광소자 중 하나 또는 복수 개를 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.The light emitting
상술한 발광소자 내지 발광소자 패키지는 조명 시스템의 광원으로 사용될 수 있는데, 예를 들어 영상표시장치의 영상표시장치와 조명 장치 등의 발광 장치에 사용될 수 있다.The light emitting device to the light emitting device package may be used as a light source of an illumination system, for example, a light emitting device such as an image display device of an image display device and an illumination device.
영상표시장치의 백라이트 유닛으로 사용될 때 에지 타입의 백라이트 유닛으로 사용되거나 직하 타입의 백라이트 유닛으로 사용될 수 있고, 조명 장치에 사용될 때 등기구나 빌트인(built-in) 타입의 광원에 사용될 수도 있다.May be used as a backlight unit of an edge type when used as a backlight unit of a video display device or as a backlight unit of a direct-type type and may be used for a light source of a built-in type or a register when used in a lighting device.
실시예와 관련하여 전술한 바와 같이 몇 가지만을 기술하였지만, 이외에도 다양한 형태의 실시가 가능하다. 앞서 설명한 실시예들의 기술적 내용들은 서로 양립할 수 없는 기술이 아닌 이상은 다양한 형태로 조합될 수 있으며, 이를 통해 새로운 실시형태로 구현될 수도 있다.While only a few have been described above with respect to the embodiments, various other forms of implementation are possible. The technical contents of the embodiments described above may be combined in various forms other than the mutually incompatible technologies, and may be implemented in a new embodiment through the same.
100: 제1도전형 반도체층
200: 활성층
210: 양자우물층
220: 양자장벽층
221: 제1층
221a: 도핑층
221b: 제1장벽층
222: 제2층
300: 제2도전형 반도체층
400: 기판
810: 제1전극
820: 제2전극100: a first conductivity type semiconductor layer
200: active layer
210: quantum well layer
220: Quantum barrier layer
221: First Floor
221a: doping layer
221b: first barrier layer
222: Second layer
300: second conductive type semiconductor layer
400: substrate
810: first electrode
820: second electrode
Claims (12)
상기 제1도전형 반도체층 상에 배치되고, 복수의 양자우물층과 복수의 양자장벽층이 교대로 적층되어 구비되는 활성층; 및
상기 활성층 상에 배치되는 제2도전형 반도체층을 포함하고,
상기 양자장벽층 중 적어도 하나는 In이 도핑되는 도핑층이 형성되는 발광소자.A first conductive semiconductor layer;
An active layer disposed on the first conductivity type semiconductor layer and comprising a plurality of quantum well layers and a plurality of quantum barrier layers alternately stacked; And
And a second conductive type semiconductor layer disposed on the active layer,
Wherein at least one of the quantum barrier layers is formed with a doping layer doped with In.
상기 양자장벽층은,
상기 도핑층이 형성되는 제1층;
상기 제1층 상부에 형성되고, 적층방향을 따라 In의 도핑농도가 불균일하게 배치되는 제2층
을 포함하는 발광소자.The method according to claim 1,
Wherein the quantum barrier layer comprises:
A first layer on which the doped layer is formed;
A second layer formed on the first layer and having a doping concentration of In non-uniformly along the stacking direction,
.
상기 제1층은,
상기 도핑층; 및
상기 도핑층의 상부 및 하부에 배치되는 제1장벽층을 포함하는 발광소자.3. The method of claim 2,
Wherein the first layer comprises:
The doping layer; And
And a first barrier layer disposed on top and bottom of the doped layer.
상기 도핑층은,
상기 제1장벽층보다 에너지 밴드갭이 낮고, 상기 양자우물층보다 에너지 밴드갭이 높은 발광소자.The method of claim 3,
The doping layer
Wherein the first barrier layer has a lower energy band gap than the first barrier layer and has an energy band gap higher than that of the quantum well layer.
상기 제1장벽층은,
전자 또는 정공이 터널링되는 발광소자.The method of claim 3,
Wherein the first barrier layer comprises:
A light emitting device in which electrons or holes are tunneled.
상기 제1층의 두께는 20Å 내지 40Å인 발광소자.The method of claim 3,
Wherein the thickness of the first layer is 20 to 40 ANGSTROM.
상기 제2층의 두께는 10Å 내지 15Å인 발광소자.The method of claim 3,
And the thickness of the second layer is 10 to 15 ANGSTROM.
상기 도핑층의 두께는 10Å 내지 15Å인 발광소자.The method of claim 3,
Wherein the doping layer has a thickness of 10 to 15 ANGSTROM.
상기 양자우물층의 두께는 15Å 내지 25Å인 발광소자.The method of claim 3,
Wherein the quantum well layer has a thickness of 15 ANGSTROM to 25 ANGSTROM.
상기 도핑층은,
In 도핑농도가 상기 양자우물층보다 낮고, 상기 제1장벽층보다 높은 발광소자.The method of claim 3,
The doping layer
The In doping concentration being lower than the quantum well layer and higher than the first barrier layer.
상기 도핑층은,
조성이 InxGa1 - xN(0.01≤x≤0.02) 인 발광소자.11. The method of claim 10,
The doping layer
Wherein the composition is In x Ga 1 - x N (0.01 ? X ? 0.02).
상기 제1도전형 반도체층 사이에 형성되고, 복수의 양자우물층과 복수의 양자장벽층이 교대로 적층되어 구비되는 활성층; 및
상기 활성층 상에 배치되는 제2도전형 반도체층을 포함하고,
상기 양자장벽층은,
In이 도핑되고, 상기 우물층보다 에너지 밴드갭이 높은 도핑층;
상기 도핑층의 상부 및 하부에 배치되고, 상기 도핑층보다 에너지 밴드갭이 높으며, 전자 또는 정공이 터널링되는 제1장벽층
을 포함하는 발광소자.A first conductive semiconductor layer;
An active layer formed between the first conductivity type semiconductor layers and including a plurality of quantum well layers and a plurality of quantum barrier layers alternately stacked; And
And a second conductive type semiconductor layer disposed on the active layer,
Wherein the quantum barrier layer comprises:
A doping layer doped with In and having a higher energy band gap than the well layer;
A first barrier layer disposed at upper and lower portions of the doped layer and having a higher energy bandgap than the doped layer and tunneling electrons or holes,
.
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