WO2015156490A1 - 발광소자 및 조명시스템 - Google Patents

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WO2015156490A1
WO2015156490A1 PCT/KR2015/001402 KR2015001402W WO2015156490A1 WO 2015156490 A1 WO2015156490 A1 WO 2015156490A1 KR 2015001402 W KR2015001402 W KR 2015001402W WO 2015156490 A1 WO2015156490 A1 WO 2015156490A1
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WO
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layer
conductivity type
light emitting
quantum well
emitting device
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Application number
PCT/KR2015/001402
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English (en)
French (fr)
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윤형선
김종우
정종필
한재웅
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엘지이노텍 주식회사
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/04—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H01L33/06—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/14—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure

Definitions

  • Embodiments relate to a light emitting device, a method of manufacturing the light emitting device, a light emitting device package and an illumination system.
  • a light emitting device may be generated by combining elements of group III and group V on a periodic table of a p-n junction diode having a characteristic in which electrical energy is converted into light energy. LED can realize various colors by adjusting the composition ratio of compound semiconductors.
  • the n-layer electrons and the p-layer holes combine to emit energy corresponding to the energy gap of the conduction band and the valence band. It is mainly emitted in the form of heat or light, and when it is emitted in the form of light, it becomes a light emitting device.
  • nitride semiconductors are receiving great attention in the field of optical devices and high power electronic devices due to their high thermal stability and wide bandgap energy.
  • blue light emitting devices, green light emitting devices, and ultraviolet light emitting devices using nitride semiconductors are commercially used and widely used.
  • the quantum well of the active layer contains indium (In), and because it is locally disposed in some areas due to the aggregation of indium, the area that actually contributes to the emission is reduced, thereby reducing the luminous efficiency. there is a problem.
  • Embodiments provide a light emitting device, a method of manufacturing a light emitting device, a light emitting device package, and an illumination system capable of improving light emitting efficiency.
  • the embodiment is to provide a light emitting device, a method of manufacturing a light emitting device, a light emitting device package and an illumination system that can increase the carrier injection efficiency.
  • the light emitting device may include a first conductivity type semiconductor layer 112; An active layer 114 including a quantum well 114w and a quantum wall 114b on the first conductivity type semiconductor layer 112; The second conductive semiconductor layer 116 may be included on the active layer 114.
  • the quantum well 114w is composed of the first quantum well 114w1 having In x Ga 1-x N (where 0 ⁇ x ⁇ 1) and In y Ga 1-y N (where 0 ⁇ y ⁇ 1).
  • the lighting system may include a lighting module having the light emitting device.
  • the embodiment can provide a light emitting device, a method of manufacturing a light emitting device, a light emitting device package, and an illumination system which can improve light emission efficiency by improving a ratio of quantum wells that contribute to light emission in an active layer.
  • the embodiment can provide a light emitting device, a method of manufacturing a light emitting device, a light emitting device package and an illumination system which can improve the luminous efficiency by reducing the strain between the quantum well and the quantum wall of the active layer.
  • the embodiment can provide a light emitting device, a method of manufacturing a light emitting device, a light emitting device package and an illumination system that can improve the crystal quality and at the same time maintain or improve the carrier injection efficiency to increase the light emitting efficiency.
  • the ohmic contact function may be further increased in electrical contact with the electrode, thereby reducing the operating voltage and contributing to the luminous efficiency.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a light emitting device according to an embodiment.
  • 2A is an enlarged conceptual view of bandgap energy of an active layer of a light emitting device according to an embodiment
  • Figure 2b is a comparison of the internal quantum efficiency in the light emitting device and the prior art according to the embodiment.
  • Figure 3 is an illustration of an energy band diagram of a light emitting device according to the prior art and the embodiment.
  • 4 to 5 are cross-sectional views of a method of manufacturing a light emitting device according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a light emitting device package according to the embodiment.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of the lighting apparatus according to the embodiment.
  • each layer, region, pattern, or structure is “on / over” or “under” the substrate, each layer, layer, pad, or pattern.
  • “on / over” and “under” include both “directly” or “indirectly” formed. do.
  • the criteria for the above / above or below of each layer will be described with reference to the drawings.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a light emitting device 100 according to an embodiment.
  • the light emitting device 100 includes an active layer 114 including a first conductivity type semiconductor layer 112 and a quantum well 114w and a quantum wall 114b on the first conductivity type semiconductor layer 112. ) And a second conductivity type semiconductor layer 116 on the active layer 114.
  • Embodiments provide a light emitting device capable of improving luminous efficiency.
  • the quantum well 114w includes the first quantum well 114w1 having In x Ga 1-x N (where 0 ⁇ x ⁇ 1) and In y Ga 1-y N (where 0 It may include a second quantum well (114w2) of the composition ⁇ y ⁇ 1.
  • a plurality of first quantum wells 114w1 may be disposed in the second quantum wells 114w2.
  • composition (x) of indium (In) of the first quantum well (114w1) may be less than 1/2 times the composition (y) of indium of the second quantum well (114w2).
  • the composition of the second quantum well 114w2 is In y Ga 1-y N (where 0.08 ⁇ y ⁇ 0.15), and the composition of the first quantum well 114w1 is In x Ga. 1-x N (where 0 ⁇ x ⁇ 0.08), but is not limited thereto.
  • the indium is locally disposed in the quantum well of the active layer due to the localization of indium, the area contributing substantially to the light emitting recombination is reduced, thereby lowering the luminous efficiency.
  • the In x Ga 1-x N (where 0 ⁇ x ⁇ 1) composition is formed in the second quantum well 114w2 having the composition In y Ga 1-y N (where 0 ⁇ y ⁇ 1).
  • the first quantum well 114w1 is disposed, and the composition (x) of indium (In) of the first quantum well (114w1) is 1/2 times the composition (y) of indium of the second quantum well (114w2).
  • the thickness of the second quantum well 114w2 may be greater than the thickness of the first quantum well 114w1.
  • the first quantum well 114w1 may be about 1 kW to less than 3 kW, but is not limited thereto.
  • a third quantum well 114w3 having In z Ga 1-z N (where 0 ⁇ z ⁇ 1) is included between the second quantum well 114w2 and the quantum wall 114b.
  • the composition z of indium of the third quantum well 114w3 may gradually decrease or increase.
  • the indium composition z of the third quantum well 114w3 may have a relationship of x ⁇ z ⁇ y. That is, the indium composition (z) of the third quantum well (114w3) is larger than the composition (x) of indium (In) of the first quantum well (114w1), and the composition of indium (y) of the second quantum well (114w2) May be smaller than).
  • the composition of indium between the quantum well 114w and the quantum wall 114b may gradually increase toward the center of the quantum well and gradually decrease toward the quantum wall 114b.
  • the indium composition z of the third quantum well 114w3 gradually increases toward the second quantum well 114w2 and gradually decreases toward the quantum wall 114b, thereby decreasing the active layer of the active layer.
  • a light emitting device, a method of manufacturing a light emitting device, a light emitting device package, and an illumination system may be provided, which may reduce the strain between the quantum well 114w and the quantum wall 114b to improve luminous efficiency.
  • the embodiment is to provide a light emitting device and a method of manufacturing the light emitting device that can improve the crystal quality and increase the luminous efficiency while maintaining or improving the carrier injection efficiency.
  • the embodiment is a second conductivity type In x Ga 1-x N layer having a second concentration higher than the first concentration on the second conductivity type semiconductor layer 116 of the first concentration (where 0 ⁇ x And ⁇ 1) 128.
  • the second concentration is 1 ⁇ 10 20 to 1 ⁇ 10 22 higher than that of the second conductivity type semiconductor layer of the first concentration. (atoms / cm 3 ).
  • the first conductivity type In y Ga 1-y N layer (where 0 ⁇ y ⁇ 1) () is formed on the second conductivity type In x Ga 1-x N layer 128 having the second concentration. 129) may be further included.
  • the concentration of In in the first conductivity type In y Ga 1-y N layer 129 may be 0.5% to 1.0%.
  • Figure 3 (a) is an illustration of an energy band diagram of a light emitting device according to the prior art
  • Figure 3 (b) is an illustration of an energy band diagram of a light emitting device according to an embodiment.
  • the ohmic contact function is further increased rather than the schottky contact, thereby reducing the operating voltage and contributing to the luminous efficiency.
  • the bandgap energy ⁇ Eg decreased as the second conductivity type In x Ga 1-x N layer 128 of the second concentration includes In.
  • the difference in the work function is reduced, thereby reducing the function of the schottky contact and increasing the ohmic contact function, thereby reducing the operating voltage and contributing to the luminous efficiency.
  • the embodiment can provide a light emitting device, a method of manufacturing a light emitting device, a light emitting device package and a lighting system that can further contribute to the luminous efficiency by reducing the operating voltage in the electrical contact with the electrode further increases.
  • the embodiment can provide a light emitting device, a method of manufacturing a light emitting device, a light emitting device package and an illumination system which can improve the crystal quality and at the same time maintain or improve the carrier injection efficiency to increase the light emitting efficiency.
  • the substrate 105 may be formed of a material having excellent thermal conductivity, and may be a conductive substrate or an insulating substrate.
  • the substrate 105 may use at least one of sapphire (Al 2 O 3 ), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, and Ga 2 0 3 .
  • the embodiment may include a light reflection pattern to increase light extraction efficiency.
  • a patterned sapphire substrate PSS may be formed on the substrate 105 to increase light extraction efficiency.
  • the embodiment may include a buffer layer 107 and an undoped semiconductor layer 108 on the substrate 105 to mitigate lattice mismatch between the material of the light emitting structure 110 and the substrate 105.
  • the material of the buffer layer 107 may be formed of at least one of Group III-V compound semiconductors, for example, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, and AlInN, but is not limited thereto.
  • the first conductivity type semiconductor layer 112 is a semiconductor having a composition formula of In x Al y Ga 1-xy N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1).
  • the material may include, for example, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP but may be formed It is not limited.
  • the gallium nitride-based superlattice layer 124 may be formed on the first conductive semiconductor layer 112.
  • the gallium nitride-based superlattice layer 124 may effectively mitigate stress that is odd due to lattice mismatch between the first conductivity-type semiconductor layer 112 and the active layer 114.
  • the active layer 114 may be formed of at least one of a single quantum well structure, a multi quantum well structure (MQW), a quantum-wire structure, or a quantum dot structure.
  • MQW multi quantum well structure
  • quantum-wire structure a quantum-wire structure
  • quantum dot structure a quantum dot structure
  • the active layer 114 may include a quantum well 114w / quantum wall 114b.
  • the quantum well 114w of the embodiment may include the first quantum well 114w1 having In x Ga 1-x N (where 0 ⁇ x ⁇ 1) and In y Ga 1-y N (where 0 ⁇ It may include a second quantum well (114w2) of the composition y ⁇ 1).
  • a plurality of first quantum wells 114w1 may be disposed in the second quantum wells 114w2.
  • composition (x) of indium (In) of the first quantum well (114w1) may be less than 1/2 times the composition (y) of indium of the second quantum well (114w2).
  • the composition of the second quantum well 114w2 is In y Ga 1-y N (where 0.08 ⁇ y ⁇ 0.15), and the composition of the first quantum well 114w1 is In x Ga. 1-x N (where 0 ⁇ x ⁇ 0.08), but is not limited thereto.
  • the In x Ga 1-x N (where 0 ⁇ x ⁇ 1) composition is formed in the second quantum well 114w2 having In y Ga 1-y N (where 0 ⁇ y ⁇ 1).
  • a first quantum well 114w1 is disposed, and the composition (x) of indium (In) of the first quantum well (114w1) is not more than 1/2 times the composition (y) of indium of the second quantum well (114w2).
  • Figure 2b is a comparison of the internal quantum efficiency in the light emitting device according to the embodiment and the prior art. As shown in Figure 2b, it can be seen that the internal quantum efficiency (E) of the light emitting device according to the embodiment is improved compared to the internal quantum efficiency (R) in the prior art, in particular the improvement of the droop (Droop) phenomenon by increasing the injection current You can see the effect is great.
  • E internal quantum efficiency
  • R internal quantum efficiency
  • Droop droop
  • Table 1 shows optical power comparison data according to the injection current in comparison with the embodiment, and it can be seen that the optical power is significantly increased according to the embodiment.
  • the thickness of the second quantum well 114w2 may be greater than the thickness of the first quantum well 114w1.
  • the first quantum well 114w1 may be about 1 kW to less than 3 kW, but is not limited thereto.
  • a third quantum well 114w3 having an In z Ga 1-z N (where 0 ⁇ z ⁇ 1) is included between the second quantum well 114w2 and the quantum wall 114b.
  • the composition z of indium of the third quantum well 114w3 may gradually decrease or increase.
  • the indium composition z of the third quantum well 114w3 may have a relationship of x ⁇ z ⁇ y. That is, the indium composition (z) of the third quantum well (114w3) is larger than the composition (x) of indium (In) of the first quantum well (114w1), and the composition of indium (y) of the second quantum well (114w2) May be smaller than).
  • the composition of indium between the quantum well 114w and the quantum wall 114b may gradually increase toward the center of the quantum well and gradually decrease toward the quantum wall 114b.
  • the indium composition z of the third quantum well 114w3 gradually increases toward the second quantum well 114w2 and gradually decreases toward the quantum wall 114b, thereby decreasing the active layer of the active layer. It is possible to improve the luminous efficiency by reducing the strain between the quantum well 114w and the quantum wall 114b.
  • the second conductivity type gallium nitride based layer 126 is formed on the active layer 114 to improve the luminous efficiency by acting as electron blocking and cladding of the active layer.
  • the second conductivity type gallium nitride based layer 126 may be formed of an Al x In y Ga (1-xy) N (0 ⁇ x ⁇ 1,0 ⁇ y ⁇ 1) based semiconductor.
  • the energy band gap may be higher than the energy band gap of the active layer 114, and may be formed to a thickness of about 100 ⁇ s to about 600 ⁇ s, but is not limited thereto.
  • the second conductivity type gallium nitride based layer 126 may be formed of Al z Ga (1-z) N / GaN (0 ⁇ z ⁇ 1) superlattice, but is not limited thereto.
  • the second conductivity-type gallium nitride based layer 126 may efficiently block electrons overflowed by ion implantation into a p-type and increase hole injection efficiency.
  • the second conductivity type gallium nitride based layer 126 may be ion-implanted in a concentration range of about 10 18 to 10 20 / cm 3 to efficiently block electrons that overflow, and increase the injection efficiency of holes. Can be.
  • a second conductivity type semiconductor layer 116 having a first concentration is formed on the second conductivity type gallium nitride based layer 126.
  • the second conductivity type semiconductor layer 116 of the first concentration may be formed of a semiconductor compound. It may be implemented as a compound semiconductor, such as Group 3-5, Group 2-6, and the second conductivity type dopant may be doped.
  • the second conductivity-type semiconductor layer 116 of the first concentration may be formed of In x Al y Ga 1-xy N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1). And a semiconductor material having a compositional formula.
  • the second conductivity-type semiconductor layer 116 at the first concentration is a p-type semiconductor layer
  • the second conductive dopant may be a p-type dopant and may include Mg, Zn, Ca, Sr, and Ba.
  • the embodiment is to provide a light emitting device and a method of manufacturing the light emitting device that can improve the crystal quality and increase the luminous efficiency while maintaining or improving the carrier injection efficiency.
  • the embodiment is a second conductivity type In x Ga 1-x N layer having a second concentration higher than the first concentration on the second conductivity type semiconductor layer 116 of the first concentration (where 0 ⁇ x And ⁇ 1) 128.
  • the second concentration is 1 ⁇ 10 20 to 1 ⁇ 10 22 higher than that of the second conductivity type semiconductor layer of the first concentration. (atoms / cm 3 ).
  • a second conductivity type In x Ga 1-x N layer 128 having a second concentration having a hole injection function is formed thinner than the second conductivity type semiconductor layer 116 having a first concentration,
  • the remaining p-GaN region may have a hole transfer function rather than a hole source.
  • the mobility of holes may be significantly increased.
  • the crystal quality is improved, and thus the overall luminous efficiency may be increased.
  • the embodiment it is difficult to increase the doping concentration of the p-type element in the process of forming the second conductive gallium nitride based layer 126 or the second conductive semiconductor layer 116 having the first concentration.
  • the composition ratio of Al in the second conductivity type gallium nitride based layer 126 is higher, the binding energy of AlN is larger, so that doping becomes difficult, and thus, in the second conductivity type semiconductor layer 116 of the first concentration, In order to increase the hole injection efficiency, there is a problem in that the crystal quality is lowered at the time of high concentration of Mg doping, thereby deteriorating the luminous efficiency.
  • the embodiment forms a second conductivity type In x Ga 1-x N layer 128 having a second doping concentration on the second conductivity type semiconductor layer 116 having a first concentration
  • the second conductivity type gallium nitride based layer 126 and the second conductivity type semiconductor layer 116 of the first concentration are organically disposed to function as a transfer layer for holes, thereby providing a second conductivity type of a second concentration having a relatively high doping concentration.
  • Abundant holes can be provided to the active layer 114 in the In x Ga 1-x N layer 128, which improves the crystal quality while maintaining or improving hole injection efficiency and reduces the operating voltage of the light emitting device. Luminous efficiency can be increased.
  • the second conductivity type of the second concentration having a high concentration of phenomena such as a decrease in mobility and luminous efficiency due to a decrease in crystal quality when a high concentration of Mg is doped to increase hole injection efficiency into p-GaN is improved.
  • a first conductivity type In y Ga 1-y N layer (where 0 ⁇ y ⁇ 1) 129 is formed on the second conductivity type In x Ga 1-x N layer 128 having the second concentration. It may further include.
  • the concentration of In in the first conductivity type In y Ga 1-y N layer 129 may be 0.5% to 1.0%.
  • Figure 3 (a) is an illustration of an energy band diagram of a light emitting device according to the prior art
  • Figure 3 (b) is an illustration of an energy band diagram of a light emitting device according to an embodiment.
  • the ohmic contact function is further increased rather than the schottky contact, thereby reducing the operating voltage and contributing to the luminous efficiency.
  • the bandgap energy ⁇ Eg decreased as the second conductivity type In x Ga 1-x N layer 128 of the second concentration includes In.
  • the difference in the work function is reduced, thereby reducing the function of the schottky contact and increasing the ohmic contact function, thereby reducing the operating voltage and contributing to the luminous efficiency.
  • a transparent electrode 130 is formed on the second conductivity type In x Ga 1-x N layer 128 or the first conductivity type In y Ga 1-y N layer 129 having the second concentration.
  • the light transmissive electrode 130 may include a light transmissive ohmic layer, and may be formed by stacking a single metal, a metal alloy, a metal oxide, or the like in multiple layers so as to efficiently inject a carrier.
  • the translucent electrode 130 may be formed of indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium zinc tin oxide (IZTO), indium aluminum zinc oxide (IAZO), indium gallium zinc oxide (IGZO), and indium gallium tin (IGTO). oxide), aluminum zinc oxide (AZO), antimony tin oxide (ATO), gallium zinc oxide (GZO), IZO (IZO Nitride), AGZO (Al-Ga ZnO), IGZO (In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, It may be formed including at least one of RuOx, NiO, but is not limited to these materials.
  • the first conductive semiconductor layer 112 may be an n-type semiconductor layer
  • the second conductive semiconductor layer 116 may be a p-type semiconductor layer, but is not limited thereto.
  • a semiconductor for example, an n-type semiconductor layer (not shown) having a polarity opposite to that of the second conductive type may be formed on the second conductive type semiconductor layer 116.
  • the light emitting structure 110 may be implemented as any one of an n-p junction structure, a p-n junction structure, an n-p-n junction structure, and a p-n-p junction structure.
  • a portion of the N layer 128, the second conductivity type semiconductor layer 116, the second conductivity type gallium nitride series layer 126, the active layer 114, and the gallium nitride series superlattice layer 124 may be removed. Can be.
  • a second electrode 132 is formed on the light transmissive electrode 130, and a first electrode 131 is formed on the exposed first conductive semiconductor layer 112.
  • the embodiment can provide a light emitting device, a method of manufacturing a light emitting device, a light emitting device package, and an illumination system which can improve light emission efficiency by improving a ratio of quantum wells that contribute to light emission in an active layer.
  • the embodiment can provide a light emitting device, a method of manufacturing a light emitting device, a light emitting device package and an illumination system which can improve the luminous efficiency by reducing the strain between the quantum well and the quantum wall of the active layer.
  • the embodiment can provide a light emitting device, a method of manufacturing a light emitting device, a light emitting device package and an illumination system that can improve the crystal quality and at the same time maintain or improve the carrier injection efficiency to increase the light emitting efficiency.
  • the ohmic contact function may be further increased in electrical contact with the electrode, thereby reducing the operating voltage and contributing to the luminous efficiency.
  • FIG. 6 is a view illustrating a light emitting device package 200 in which a light emitting device is installed, according to an exemplary embodiment.
  • the light emitting device package 200 may include a package body 205, a third electrode layer 213 and a fourth electrode layer 214 installed on the package body 205, and the package body 205.
  • the light emitting device 100 is installed at and electrically connected to the third electrode layer 213 and the fourth electrode layer 214, and a molding member 230 surrounding the light emitting device 100 is included.
  • the package body 205 may include a silicon material, a synthetic resin material, or a metal material, and an inclined surface may be formed around the light emitting device 100.
  • the third electrode layer 213 and the fourth electrode layer 214 are electrically separated from each other, and serve to provide power to the light emitting device 100.
  • the third electrode layer 213 and the fourth electrode layer 214 may serve to increase light efficiency by reflecting the light generated from the light emitting device 100, and generated from the light emitting device 100. It may also serve to release heat to the outside.
  • the light emitting device 100 may be a horizontal type light emitting device illustrated in FIG. 1, but is not limited thereto. A vertical type light emitting device and a flip chip light emitting device may also be applied.
  • the light emitting device 100 may be installed on the package body 205 or on the third electrode layer 213 or the fourth electrode layer 214.
  • the light emitting device 100 may be electrically connected to the third electrode layer 213 and / or the fourth electrode layer 214 by any one of a wire method, a flip chip method, and a die bonding method.
  • the light emitting device 100 is electrically connected to the third electrode layer 213 through a wire 230 and is electrically connected to the fourth electrode layer 214 by direct contact.
  • the molding member 230 may surround the light emitting device 100 to protect the light emitting device 100.
  • the molding member 230 may include a phosphor 232 to change the wavelength of the light emitted from the light emitting device 100.
  • a plurality of light emitting device packages according to the embodiment may be arranged on a substrate, and a light guide plate, a prism sheet, a diffusion sheet, a fluorescent sheet, or the like, which is an optical member, may be disposed on a path of light emitted from the light emitting device package.
  • the light emitting device package, the substrate, and the optical member may function as a backlight unit or as a lighting unit.
  • the lighting system may include a backlight unit, a lighting unit, an indicator device, a lamp, and a street lamp.
  • FIG. 7 is a distribution perspective view of an illumination system according to an embodiment.
  • the lighting apparatus may include a cover 2100, a light source module 2200, a heat radiator 2400, a power supply 2600, an inner case 2700, and a socket 2800.
  • the lighting apparatus according to the embodiment may further include any one or more of the member 2300 and the holder 2500.
  • the light source module 2200 may include a light emitting device or a light emitting device package according to an embodiment.
  • the cover 2100 may have a shape of a bulb or hemisphere, may be hollow, and may be provided in an open shape.
  • the cover 2100 may be optically coupled to the light source module 2200.
  • the cover 2100 may diffuse, scatter or excite the light provided from the light source module 2200.
  • the cover 2100 may be a kind of optical member.
  • the cover 2100 may be coupled to the heat sink 2400.
  • the cover 2100 may have a coupling part coupled to the heat sink 2400.
  • An inner surface of the cover 2100 may be coated with a milky paint.
  • the milky paint may include a diffuser to diffuse light.
  • the surface roughness of the inner surface of the cover 2100 may be greater than the surface roughness of the outer surface of the cover 2100. This is for the light from the light source module 2200 to be sufficiently scattered and diffused to be emitted to the outside.
  • the cover 2100 may be made of glass, plastic, polypropylene (PP), polyethylene (PE), polycarbonate (PC), or the like. Here, polycarbonate is excellent in light resistance, heat resistance, and strength.
  • the cover 2100 may be an electron blocking layer 126 so that the light source module 2200 is visible from the outside, and may be opaque.
  • the cover 2100 may be formed through blow molding.
  • the light source module 2200 may be disposed on one surface of the heat sink 2400. Thus, heat from the light source module 2200 is conducted to the heat sink 2400.
  • the light source module 2200 may include a light source unit 2210, a connection plate 2230, and a connector 2250.
  • the member 2300 is disposed on an upper surface of the heat dissipator 2400, and has a plurality of light source parts 2210 and guide grooves 2310 into which the connector 2250 is inserted.
  • the guide groove 2310 corresponds to the board and the connector 2250 of the light source unit 2210.
  • the surface of the member 2300 may be coated or coated with a light reflective material.
  • the surface of the member 2300 may be coated or coated with a white paint.
  • the member 2300 is reflected on the inner surface of the cover 2100 to reflect the light returned to the light source module 2200 side again toward the cover 2100. Therefore, it is possible to improve the light efficiency of the lighting apparatus according to the embodiment.
  • the member 2300 may be made of an insulating material, for example.
  • the connection plate 2230 of the light source module 2200 may include an electrically conductive material. Therefore, electrical contact may be made between the radiator 2400 and the connection plate 2230.
  • the member 2300 may be formed of an insulating material to block an electrical short between the connection plate 2230 and the radiator 2400.
  • the radiator 2400 receives heat from the light source module 2200 and heat from the power supply unit 2600 to radiate heat.
  • the holder 2500 may block the accommodating groove 2719 of the insulating portion 2710 of the inner case 2700. Therefore, the power supply unit 2600 accommodated in the insulating unit 2710 of the inner case 2700 is sealed.
  • the holder 2500 has a guide protrusion 2510.
  • the guide protrusion 2510 has a hole through which the protrusion 2610 of the power supply unit 2600 passes.
  • the power supply unit 2600 processes or converts an electrical signal provided from the outside to provide the light source module 2200.
  • the power supply unit 2600 is accommodated in the accommodating groove 2725 of the inner case 2700, and is sealed in the inner case 2700 by the holder 2500.
  • the power supply unit 2600 may include a protrusion 2610, a guide unit 2630, a base 2650, and an extension unit 2670.
  • the guide part 2630 has a shape protruding outward from one side of the base 2650.
  • the guide part 2630 may be inserted into the holder 2500.
  • a plurality of parts may be disposed on one surface of the base 2650.
  • the plurality of components may include, for example, a DC converter for converting AC power provided from an external power source into DC power, a driving chip for controlling the driving of the light source module 2200, and an ESD for protecting the light source module 2200. (ElectroStatic discharge) protection element and the like, but may not be limited thereto.
  • the extension part 2670 has a shape protruding outward from the other side of the base 2650.
  • the extension part 2670 is inserted into the connection part 2750 of the inner case 2700 and receives an electrical signal from the outside.
  • the extension part 2670 may be provided to be equal to or smaller than the width of the connection part 2750 of the inner case 2700.
  • Each end of the "+ wire” and the “-wire” may be electrically connected to the extension 2670, and the other end of the "+ wire” and the "-wire” may be electrically connected to the socket 2800. .
  • the inner case 2700 may include a molding unit together with the power supply unit 2600 therein.
  • the molding part is a part where the molding liquid is hardened, so that the power supply part 2600 can be fixed inside the inner case 2700.
  • the embodiment can provide a light emitting device, a method of manufacturing a light emitting device, a light emitting device package, and an illumination system which can improve light emission efficiency by improving a ratio of quantum wells that contribute to light emission in an active layer.
  • the embodiment can provide a light emitting device, a method of manufacturing a light emitting device, a light emitting device package and an illumination system which can improve the luminous efficiency by reducing the strain between the quantum well and the quantum wall of the active layer.
  • the embodiment can provide a light emitting device, a method of manufacturing a light emitting device, a light emitting device package, and an illumination system capable of increasing light emitting efficiency by improving or improving crystal quality and maintaining or improving carrier injection efficiency.
  • the ohmic contact function may be further increased in electrical contact with the electrode, thereby reducing the operating voltage and contributing to the luminous efficiency.
  • the embodiment can provide a light emitting device, a method of manufacturing a light emitting device, a light emitting device package, and an illumination system capable of improving light emitting efficiency.

Abstract

실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다. 실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층(112); 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 양자우물(114w)과 양자벽(114b)을 포함하는 활성층(114); 상기 활성층(114) 상에 제2 도전형 반도체층(116)을 포함할 수 있다. 상기 양자우물(114w)은 InxGa1-xN(단, 0≤x〈1) 조성의 제1 양자우물(114w1)과 InyGa1-yN(단, 0≤y〈1) 조성의 제2 양자우물(114w2)을 포함하며, 상기 제1 양자우물(114w1)의 인듐(In)의 조성(x)은 상기 제2 양자우물(114w2)의 인듐의 조성(y)의 1/2배 이하일 수 있다.

Description

발광소자 및 조명시스템
실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device)는 전기에너지가 빛에너지로 변환되는 특성의 p-n 접합 다이오드를 주기율표상에서 Ⅲ족과 Ⅴ족의 원소가 화합하여 생성될 수 있다. LED는 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
발광소자는 순방향전압 인가 시 n층의 전자와 p층의 정공(hole)이 결합하여 전도대(Conduction band)와 가전대(Valance band)의 에너지 갭에 해당하는 만큼의 에너지를 발산하는데, 이 에너지는 주로 열이나 빛의 형태로 방출되며, 빛의 형태로 발산되면 발광소자가 되는 것이다.
예를 들어, 질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭 에너지에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 특히, 질화물 반도체를 이용한 청색(Blue) 발광소자, 녹색(Green) 발광소자, 자외선(UV) 발광소자 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.
최근 고효율 LED 수요가 증가함에 광도 개선이 이슈가 되고 있다.
광도를 개선하는 방안으로 활성층(MQW) 구조 개선, 전자차단층(EBL)의 개선, 활성층 하부 층의 개선 등의 시도가 있으나 큰 효과를 보지 못하는 상황이다.
한편, 종래기술에 의하면 활성층의 양자우물이 인듐(In)이 포함하는데, 인듐의 뭉침현상으로 인해 일부 영역에 국부적인 배치됨으로 인해, 발광에 실직적으로 기여하는 영역이 감소하여 발광효율이 저하되는 문제가 있다.
또한 종래기술에 의하면, 활성층의 양자우물과 양자벽 사이에서 조성 차이에 의해 스트레인이 발생하고, 이러한 스트레인이 에너지 밴드갭 다이어그램의 변형을 유발하여 발광 재결합 효율을 저하함으로 인해 발광효율이 저하되는 문제가 있다.
또한 종래의 기술에 의하면 p-GaN에 홀(hole) 주입효율을 높이기 위해 높은 농도의 Mg을 도핑하는데,이는 결정품질이 저하와 캐리어(carrier) 이동 시, 스캐터링(scattering) 산란에 의해 이동도가 저하되는 문제가 발생되며, 이러한 문제들은 궁극적으로 발광효율 저하문제로 이어진다. 이에 종래기술에 의하면, 도핑원소의 농도를 높여서 캐리어 주입효율을 높이는 것과 결정품질을 향상시키고자 하는 것은 동시에 해결하지 못하는 기술적인 모순이 있는 상태이다.
실시예는 발광효율을 향상시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 캐리어 주입효율을 높일 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층(112); 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 양자우물(114w)과 양자벽(114b)을 포함하는 활성층(114); 상기 활성층(114) 상에 제2 도전형 반도체층(116)을 포함할 수 있다. 상기 양자우물(114w)은 InxGa1-xN(단, 0≤x〈1) 조성의 제1 양자우물(114w1)과 InyGa1-yN(단, 0≤y〈1) 조성의 제2 양자우물(114w2)을 포함하며, 상기 제1 양자우물(114w1)의 인듐(In)의 조성(x)은 상기 제2 양자우물(114w2)의 인듐의 조성(y)의 1/2배 이하일 수 있다.
또한 실시예에 따른 조명시스템은 상기 발광소자를 구비하는 조명모듈을 포함할 수 있다.
실시예는 활성층에서의 발광에 기여하는 양자우물의 비율을 향상시켜 발광효율을 향상시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한 실시예는 활성층의 양자우물과 양자벽 사이의 스트레인을 감소시켜 발광효율을 향상시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한 실시예는 결정품질을 향상시킴과 동시에 캐리어 주입효율이 유지 또는 개선됨으로써 발광효율을 증대시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 전극과의 전기적인 컨택에 있어서 오믹컨택 기능이 더욱 증대되어 동작전압 감소하여 발광효율에 기여할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 2a는 실시예에 따른 발광소자의 활성층의 밴드갭 에너지 확대 개념도.
도 2b는 실시예에 따른 발광소자와 종래기술에서의 내부양자효율 비교도.
도 3은 종래기술과 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램의 예시도.
도 4 내지 도 5는 실시예에 따른 발광소자의 제조방법 공정 단면도.
도 6은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 7은 실시예에 따른 조명장치의 분해 사시도.
실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
(실시예)
도 1은 실시예에 따른 발광소자(100)의 단면도이다.
실시예에 따른 발광소자(100)는 제1 도전형 반도체층(112)과, 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 양자우물(114w)과 양자벽(114b)을 포함하는 활성층(114)과, 상기 활성층(114) 상에 제2 도전형 반도체층(116)을 포함할 수 있다.
실시예는 발광효율을 향상시킬 수 있는 발광소자를 제공하고자 한다.
이를 위해, 실시예에서 상기 양자우물(114w)은 InxGa1-xN(단, 0≤x〈1) 조성의 제1 양자우물(114w1)과 InyGa1-yN(단, 0≤y〈1) 조성의 제2 양자우물(114w2)을 포함할 수 있다. 실시예에서 상기 제2 양자우물(114w2) 내에 복수의 상기 제1 양자우물(114w1)이 배치될 수 있다.
상기 제1 양자우물(114w1)의 인듐(In)의 조성(x)은 상기 제2 양자우물(114w2)의 인듐의 조성(y)의 1/2배 이하일 수 있다.
예를 들어, 실시예에서 상기 제2 양자우물(114w2)의 조성은 InyGa1-yN(단, 0.08≤y≤0.15)이고, 상기 제1 양자우물(114w1)의 조성은 InxGa1-xN(단, 0≤x〈0.08)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
종래기술에 의하면 활성층의 양자우물에서 인듐의 뭉침현상(localization)으로 인해 인듐의 국부적 배치됨으로 발광재결합에 실직적으로 기여하는 영역이 감소하여 발광효율이 저하되는 문제가 있다.
이에 실시예에 의하면, InyGa1-yN(단, 0≤y〈1) 조성의 제2 양자우물(114w2) 내에 InxGa1-xN(단, 0≤x〈1) 조성의 제1 양자우물(114w1)을 배치하고, 상기 제1 양자우물(114w1)의 인듐(In)의 조성(x)은 상기 제2 양자우물(114w2)의 인듐의 조성(y)의 1/2배 이하로 제어함으로써, 인듐의 뭉침현상(localization)이 개선됨으로써 발광재결합에 기여하는 양자우물의 비율을 현저히 증대시킴과 아울러, 격자상수가 큰 인듐의 뭉침을 해소하여 결정품질이 현저히 향상되어 발광효율이 개선될 수 있다.
실시예에서 상기 제2 양자우물(114w2)의 두께는 상기 제1 양자우물(114w1)의 두께보다 클 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 양자우물(114w2)이 약 3Å 내지 5Å의 두께인 경우, 상기 제1 양자우물(114w1)은 약 1Å 내지 3Å 미만일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 종래기술에 의하면, 활성층의 양자우물과 양자벽 사이에서 조성 차이에 의해 스트레인이 발생하고, 이러한 스트레인이 에너지 밴드갭 다이어그램의 변형을 유발하여 발광 재결합 효율을 저하되는 문제가 있다.
실시예에 의하면, 상기 제2 양자우물(114w2)과 상기 양자벽(114b) 사이에 InzGa1-zN(단, 0≤z〈1) 조성의 제3 양자우물(114w3)을 포함하며, 상기 제3 양자우물(114w3)의 인듐의 조성(z)은 점진적으로 감소하거나 증가할 수 있다.
상기 제3 양자우물(114w3)의 인듐조성(z)은 x〈z〈y의 관계일 수 있다. 즉, 제3 양자우물(114w3)의 인듐조성(z)은 제1 양자우물(114w1)의 인듐(In)의 조성(x)보다는 크고, 상기 제2 양자우물(114w2)의 인듐의 조성(y)보다는 작을 수 있다.
실시예에 의하면, 양자우물(114w)에서 양자벽(114b) 사이에 인듐이 조성이 양자우물의 중심을 향해서는 점진적으로 증가하고, 양자벽(114b)을 향해서는 점진적으로 감소함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제3 양자우물(114w3)의 인듐조성(z)은 제2 양자우물(114w2)을 향해서는 점진적으로 증가하고, 상기 양자벽(114b)을 향해서는 점진적으로 감소함으로써, 활성층의 양자우물(114w)과 양자벽(114b) 사이의 스트레인을 감소시켜 발광효율을 향상시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한 실시예는 캐리어 주입효율이 유지 또는 개선되면서 결정품질을 향상시킴과 동시에 발광효율을 증대시킬 수 있는 발광소자 및 발광소자의 제조방법을 제공하고자 한다.
이를 위해, 실시예는 상기 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(116) 상에 상기 제1 농도보다 높은 제2 농도의 제2 도전형 InxGa1-xN층(단, 0≤x＜1)(128)을 포함할 수 있다.
상기 제2 농도의 제2 도전형 InxGa1-xN층(128)에서 상기 제2 농도는 상기 제1 농도의 제2 도전형 반도체층의 농도보다 높은 1×1020 내지 1×1022 (atoms/cm3)일 수 있다.
또한 실시예에 의하면, 상기 제2 농도의 제2 도전형 InxGa1-xN층(128) 상에 제1 도전형 InyGa1-yN층(단, 0＜y＜1)(129)을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 도전형 InyGa1-yN층(129)에서 In의 농도는 0.5% 내지 1.0%일 수 있다.
도 3(a)는 종래기술에 의한 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램의 예시도이며, 도 3(b)는 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램의 예시도이다.
실시예에 의하면 제2 농도의 제2 도전형 InxGa1-xN층(128)이 In을 필수적인 원소로 포함하는 경우(0＜x＜1), 제1 도전형 InyGa1-yN층(단, 0＜y＜1)(129)과 유기적으로 결합함으로써 종래기술(도 3(a) 참조)에 비해 투광성 전극(130) 또는 제2 전극(132)과의 전기적인 컨택에 있어서 쇼키컨택보다는 오믹컨택 기능이 더욱 증대되어 동작전압 감소하여 발광효율에 기여할 수 있다.
예를 들어, 투광성 전극(130) 또는 제2 전극(132)과 제1 도전형 InyGa1-yN층(129), 제2 농도의 제2 도전형 InxGa1-xN층(128)과의 에너지 밴드 다이어그램을 고려한 전기적인 상호 접촉관계에 있어서, 제2 농도의 제2 도전형 InxGa1-xN층(128)과 제1 도전형 InyGa1-yN층(단, 0＜y＜1)(129)이 유기적으로 결합되는 경우 제2 농도의 제2 도전형 InxGa1-xN층(128)이 In을 포함함에 따라 줄어든 밴드갭 에너지(ΔEg)는 결과적으로 일함수(work function)의 차이를 줄어들게 함으로 쇼키 컨택(schottky contact)의 기능을 약화시키고 오믹컨택 기능이 더욱 증대되어 동작전압 감소하여 발광효율에 기여할 수 있다.
실시예에 의하면 전극과의 전기적인 컨택에 있어서 오믹컨택 기능이 더욱 증대되어 동작전압 감소하여 발광효율에 기여할 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한, 실시예는 결정품질을 향상시킴과 동시에 캐리어 주입효율이 유지 또는 개선됨으로써 발광효율을 증대시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
이하, 도 4 내지 도 5를 참조하여 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 설명한다.
실시예에서 기판(105)은 열전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(105)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
실시예는 광반사 패턴을 구비하여 광추출 효율을 증대시킬 수 있다. 예를 들어, 기판(105)에 PSS(Patterned Sapphire Substrate)를 형성하여 광 추출효율을 증대할 수 있다.
또한, 실시예는 기판(105) 상에 버퍼층(107), 언도프드(undoped) 반도체층(108)을 구비하여 상기 발광구조물(110)의 재료와 기판(105)의 격자 부정합을 완화시켜 줄 수 있다. 예를 들어, 상기 버퍼층(107)의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 상기 언도프드(undoped) 반도체층(108) 상에 제1 도전형 반도체층(112)이 형성된다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층(112)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예는 제1 도전형 반도체층(112) 상에 질화갈륨계열 초격자층(124)을 형성할 수 있다. 상기 질화갈륨계열 초격자층(124)은 제1 도전형 반도체층(112)과 활성층(114) 사이의 격자 불일치에 기이한 응력을 효과적으로 완화시킬 수 있다.
상기 활성층(114)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 활성층(114)은 양자우물(114w)/양자벽(114b)을 포함할 수 있다.
도 2a와 같이 실시예의 양자우물(114w)은 InxGa1-xN(단, 0≤x〈1) 조성의 제1 양자우물(114w1)과 InyGa1-yN(단, 0≤y〈1) 조성의 제2 양자우물(114w2)을 포함할 수 있다. 실시예에서 상기 제2 양자우물(114w2) 내에 복수의 상기 제1 양자우물(114w1)이 배치될 수 있다.
상기 제1 양자우물(114w1)의 인듐(In)의 조성(x)은 상기 제2 양자우물(114w2)의 인듐의 조성(y)의 1/2배 이하일 수 있다.
예를 들어, 실시예에서 상기 제2 양자우물(114w2)의 조성은 InyGa1-yN(단, 0.08≤y≤0.15)이고, 상기 제1 양자우물(114w1)의 조성은 InxGa1-xN(단, 0≤x〈0.08)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 의하면, InyGa1-yN(단, 0≤y〈1) 조성의 제2 양자우물(114w2) 내에 InxGa1-xN(단, 0≤x〈1) 조성의 제1 양자우물(114w1)을 배치하고, 상기 제1 양자우물(114w1)의 인듐(In)의 조성(x)은 상기 제2 양자우물(114w2)의 인듐의 조성(y)의 1/2배 이하로 제어함으로써, 인듐의 뭉침현상(localization)이 개선됨으로써 발광재결합에 기여하는 양자우물의 비율을 현저히 증대시킴과 아울러, 격자상수가 큰 인듐의 뭉침을 해소하여 결정품질이 현저히 향상되어 발광효율이 개선될 수 있다.
도 2b는 실시예에 따른 발광소자와 종래기술에서의 내부양자효율 비교도이다. 도 2b와 같이, 실시예에 따른 발광소자의 내부양자효율(E)은 종래기술에서의 내부양자효율(R)에 비해 향상됨을 알 수 있고, 특히 주입전류 증대에 따른 드룹(Droop) 현상의 개선효과가 큼을 알 수 있다.
표 1
광파워(Po) at 95mA 광파워(Po) at 250mA
실시예 134.3 310.3
비교예 127.93 294.8
표1은 실시예와 비교에서 주입전류에 따른 광파워 비교 데이터로서, 실시예에 의하면 광파워가 현저히 증대됨을 알 수 있다.
실시예에서 상기 제2 양자우물(114w2)의 두께는 상기 제1 양자우물(114w1)의 두께보다 클 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 양자우물(114w2)이 약 3Å 내지 5Å의 두께인 경우, 상기 제1 양자우물(114w1)은 약 1Å 내지 3Å 미만일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 실시예에 의하면, 상기 제2 양자우물(114w2)과 상기 양자벽(114b) 사이에 InzGa1-zN(단, 0≤z〈1) 조성의 제3 양자우물(114w3)을 포함하며, 상기 제3 양자우물(114w3)의 인듐의 조성(z)은 점진적으로 감소하거나 증가할 수 있다.
상기 제3 양자우물(114w3)의 인듐조성(z)은 x〈z〈y의 관계일 수 있다. 즉, 제3 양자우물(114w3)의 인듐조성(z)은 제1 양자우물(114w1)의 인듐(In)의 조성(x)보다는 크고, 상기 제2 양자우물(114w2)의 인듐의 조성(y)보다는 작을 수 있다.
실시예에 의하면, 양자우물(114w)에서 양자벽(114b) 사이에 인듐이 조성이 양자우물의 중심을 향해서는 점진적으로 증가하고, 양자벽(114b)을 향해서는 점진적으로 감소함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제3 양자우물(114w3)의 인듐조성(z)은 제2 양자우물(114w2)을 향해서는 점진적으로 증가하고, 상기 양자벽(114b)을 향해서는 점진적으로 감소함으로써, 활성층의 양자우물(114w)과 양자벽(114b) 사이의 스트레인을 감소시켜 발광효율을 향상시킬 수 있다.
이후, 실시예에서 상기 활성층(114) 상에는 제2 도전형 질화갈륨계열층(126)이 형성되어 전자 차단(electron blocking) 및 활성층의 클래딩(MQW cladding) 역할을 해줌으로써 발광효율을 개선할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 도전형 질화갈륨계열층(126)은 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1)계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(114)의 에너지 밴드 갭보다 높은 에너지 밴드 갭을 가질 수 있으며, 약 100Å~ 약 600Å의 두께로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 제2 도전형 질화갈륨계열층(126)은 AlzGa(1-z)N/GaN(0≤z≤1) 초격자(superlattice)로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 도전형 질화갈륨계열층(126)은 p형으로 이온주입되어 오버플로우되는 전자를 효율적으로 차단하고, 홀의 주입효율을 증대시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 도전형 질화갈륨계열층(126)은 Mg이 약 1018~1020/cm3 농도 범위로 이온주입되어 오버플로우되는 전자를 효율적으로 차단하고, 홀의 주입효율을 증대시킬 수 있다.
다음으로, 상기 제2 도전형 질화갈륨계열층(126) 상에 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(116)이 형성된다.
상기 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(116)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(116)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(116)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
실시예는 캐리어 주입효율이 유지 또는 개선되면서 결정품질을 향상시킴과 동시에 발광효율을 증대시킬 수 있는 발광소자 및 발광소자의 제조방법을 제공하고자 한다.
이를 위해, 실시예는 상기 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(116) 상에 상기 제1 농도보다 높은 제2 농도의 제2 도전형 InxGa1-xN층(단, 0≤x＜1)(128)을 포함할 수 있다.
상기 제2 농도의 제2 도전형 InxGa1-xN층(128)에서 상기 제2 농도는 상기 제1 농도의 제2 도전형 반도체층의 농도보다 높은 1×1020 내지 1×1022 (atoms/cm3)일 수 있다.
종래기술에 의하면 P-GaN에 홀주입효율을 높이기 위해 높은 농도의 Mg 도핑시 p-GaN의 결정품질이 저하되어 발광효율이 저하되는 문제가 있다.
실시예는 홀(Hole) 주입기능을 하는 제2 농도의 제2 도전형 InxGa1-xN층(128)을 상기 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(116)보다 얇게 형성하고, 나머지 p-GaN 영역은 홀 주입(hole source)보다는 홀 전달(hole transfer)기능을 하도록 할 수 있다.
나머지 p-GaN 영역은 undoped GaN 또는 저농도 p-GaN이므로 홀(hole)의 이동도가 현저히 증대될 수 있다.
이에 따라 실시예에 의하면 홀(Hole) 주입 효율이 유지 내지 개선되면서 결정품질이 향상되어 전체적인 발광효율은 증대될 수 있다.
실시예에 의하면 제2 도전형 질화갈륨계열층(126)이나 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(116)을 형성하는 과정에서 p형 원소의 도핑농도를 올리기 어려운 문제를 해결하였다.
예를 들어, 제2 도전형 질화갈륨계열층(126)에서 Al의 조성비율이 높을수록, AlN의 결합 에너지가 커서 도핑은 어려워지게 되며, 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(116)에 홀주입효율을 높이기 위해 높은 농도의 Mg 도핑시 결정품질이 저하되어 발광효율이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 실시예는 상대적으로 도핑 농도가 큰 제2 농도의 제2 도전형 InxGa1-xN층(128)을 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(116) 상에 형성하고, 제2 도전형 질화갈륨계열층(126)과 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(116)은 홀의 전달층 기능을 하도록 유기적으로 배치함으로써, 상대적으로 도핑농도가 큰 제2 농도의 제2 도전형 InxGa1-xN층(128)에서 활성층(114)에 풍부한 정공을 제공할 수 있어서, 홀(Hole) 주입 효율이 유지 내지 개선되면서 결정품질이 향상됨과 아울러 발광소자의 동작전압 감소함으로써 전체적인 발광효율은 증대될 수 있다.
실시예에 의하면 p-GaN에 홀(hole) 주입 효율을 높이기 위해 높은 농도의 Mg 도핑시 결정 품질의 저하로 인한 이동도 저하 및 발광 효율이 저하되는 현상을 고농도인 제2 농도의 제2 도전형 InxGa1-xN층(128)을 삽입하고, 저농도인 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(116)과 농도 및 두께를 고려하여 유기적으로 결합함으로써 홀(Hole) 주입 효율이 유지 내지 개선되면서 결정품질이 향상됨과 아울러 발광소자의 동작전압 감소하여 발광효율은 현저히 증대될 수 있다.
실시예는 상기 제2 농도의 제2 도전형 InxGa1-xN층(128) 상에 제1 도전형 InyGa1-yN층(단, 0＜y＜1)(129)을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 도전형 InyGa1-yN층(129)에서 In의 농도는 0.5% 내지 1.0%일 수 있다.
도 3(a)는 종래기술에 의한 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램의 예시도이며, 도 3(b)는 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램의 예시도이다.
실시예에 의하면 제2 농도의 제2 도전형 InxGa1-xN층(128)이 In을 필수적인 원소로 포함하는 경우(0＜x＜1), 제1 도전형 InyGa1-yN층(단, 0＜y＜1)(129)과 유기적으로 결합함으로써 종래기술(도 3(a) 참조)에 비해 투광성 전극(130) 또는 제2 전극(132)과의 전기적인 컨택에 있어서 쇼키컨택보다는 오믹컨택 기능이 더욱 증대되어 동작전압 감소하여 발광효율에 기여할 수 있다.
예를 들어, 투광성 전극(130) 또는 제2 전극(132)과 제1 도전형 InyGa1-yN층(129), 제2 농도의 제2 도전형 InxGa1-xN층(128)과의 에너지 밴드 다이어그램을 고려한 전기적인 상호 접촉관계에 있어서, 제2 농도의 제2 도전형 InxGa1-xN층(128)과 제1 도전형 InyGa1-yN층(단, 0＜y＜1)(129)이 유기적으로 결합되는 경우 제2 농도의 제2 도전형 InxGa1-xN층(128)이 In을 포함함에 따라 줄어든 밴드갭 에너지(ΔEg)는 결과적으로 일함수(work function)의 차이를 줄어들게 함으로 쇼키 컨택(schottky contact)의 기능을 약화시키고 오믹컨택 기능이 더욱 증대되어 동작전압 감소하여 발광효율에 기여할 수 있다.
다음으로, 상기 제2 농도의 제2 도전형 InxGa1-xN층(128) 또는 제1 도전형 InyGa1-yN층(129) 상에 투광성 전극(130)을 형성되며, 상기 투광성 전극(130)은 투광성 오믹층을 포함할 수 있으며, 캐리어 주입을 효율적으로 할 수 있도록 단일 금속 혹은 금속합금, 금속산화물 등을 다중으로 적층하여 형성할 수 있다.
상기 투광성 전극(130)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
실시예에서 상기 제1 도전형 반도체층(112)은 n형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층(116)은 p형 반도체층으로 구현할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한 상기 제2 도전형 반도체층(116) 위에는 상기 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 반도체 예컨대 n형 반도체층(미도시)을 형성할 수 있다. 이에 따라 발광구조물(110)은 n-p 접합 구조, p-n 접합 구조, n-p-n 접합 구조, p-n-p 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다.
다음으로, 상기 제1 도전형 반도체층(112)이 노출되도록 투광성 전극(130), 제1 도전형 InyGa1-yN층(129), 제2 농도의 제2 도전형 InxGa1-xN층(128), 제2 도전형 반도체층(116), 제2 도전형 질화갈륨계열층(126), 활성층(114) 및 질화갈륨계열의 초격자층(124)의 일부를 제거할 수 있다.
다음으로, 도 5와 같이, 상기 투광성 전극(130) 상에 제2 전극(132)을 형성하고, 상기 노출된 제1 도전형 반도체층(112) 상에 제1 전극(131)을 형성한다.
실시예는 활성층에서의 발광에 기여하는 양자우물의 비율을 향상시켜 발광효율을 향상시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한 실시예는 활성층의 양자우물과 양자벽 사이의 스트레인을 감소시켜 발광효율을 향상시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한 실시예는 결정품질을 향상시킴과 동시에 캐리어 주입효율이 유지 또는 개선됨으로써 발광효율을 증대시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 전극과의 전기적인 컨택에 있어서 오믹컨택 기능이 더욱 증대되어 동작전압 감소하여 발광효율에 기여할 수 있다.
도 6은 실시예에 따른 발광소자가 설치된 발광소자 패키지(200)를 설명하는 도면이다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지(200)는 패키지 몸체부(205)와, 상기 패키지 몸체부(205)에 설치된 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과, 상기 패키지 몸체부(205)에 설치되어 상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과 전기적으로 연결되는 발광 소자(100)와, 상기 발광 소자(100)를 포위하는 몰딩부재(230)가 포함된다.
상기 패키지 몸체부(205)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광 소자(100)의 주위에 경사면이 형성될 수 있다.
상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(100)에 전원을 제공하는 역할을 한다. 또한, 상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)은 상기 발광 소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시키는 역할을 할 수 있으며, 상기 발광 소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 발광 소자(100)는 도 1에 예시된 수평형 타입의 발광 소자가 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 수직형 발광소자, 플립칩 발광소자도 적용될 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 패키지 몸체부(205) 상에 설치되거나 상기 제3 전극층(213) 또는 제4 전극층(214) 상에 설치될 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 제3 전극층(213) 및/또는 제4 전극층(214)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. 실시예에서는 상기 발광 소자(100)가 상기 제3 전극층(213)과 와이어(230)를 통해 전기적으로 연결되고 상기 제4 전극층(214)과 직접 접촉하여 전기적으로 연결된 것이 예시되어 있다.
상기 몰딩부재(230)는 상기 발광 소자(100)를 포위하여 상기 발광 소자(100)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(230)에는 형광체(232)가 포함되어 상기 발광 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 복수개가 기판 상에 어레이되며, 상기 발광 소자 패키지에서 방출되는 광의 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트, 형광 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능하거나 조명 유닛으로 기능할 수 있으며, 예를 들어, 조명시스템은 백라이트 유닛, 조명 유닛, 지시 장치, 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 7은 실시예에 따른 조명시스템의 분배 사시도이다.
실시예에 따른 조명 장치는 커버(2100), 광원 모듈(2200), 방열체(2400), 전원 제공부(2600), 내부 케이스(2700), 소켓(2800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치는 부재(2300)와 홀더(2500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)은 실시 예에 따른 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 커버(2100)는 벌브(bulb) 또는 반구의 형상을 가지며, 속이 비어 있고, 일 부분이 개구된 형상으로 제공될 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 광원 모듈(2200)과 광학적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 커버(2100)는 상기 광원 모듈(2200)로부터 제공되는 빛을 확산, 산란 또는 여기 시킬 수 있다. 상기 커버(2100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 방열체(2400)와 결합될 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 방열체(2400)와 결합하는 결합부를 가질 수 있다.
상기 커버(2100)의 내면에는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 유백색의 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 상기 커버(2100)의 내면의 표면 거칠기는 상기 커버(2100)의 외면의 표면 거칠기보다 크게 형성될 수 있다. 이는 상기 광원 모듈(2200)로부터의 빛이 충분히 산란 및 확산되어 외부로 방출시키기 위함이다.
상기 커버(2100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는 내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 상기 커버(2100)는 외부에서 상기 광원 모듈(2200)이 보이도록 전자차단층(126)할 수 있고, 불투명할 수 있다. 상기 커버(2100)는 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
상기 광원 모듈(2200)은 상기 방열체(2400)의 일 면에 배치될 수 있다. 따라서, 상기 광원 모듈(2200)로부터의 열은 상기 방열체(2400)로 전도된다. 상기 광원 모듈(2200)은 광원부(2210), 연결 플레이트(2230), 커넥터(2250)를 포함할 수 있다.
상기 부재(2300)는 상기 방열체(2400)의 상면 위에 배치되고, 복수의 광원부(2210)들과 커넥터(2250)이 삽입되는 가이드홈(2310)들을 갖는다. 상기 가이드홈(2310)은 상기 광원부(2210)의 기판 및 커넥터(2250)와 대응된다.
상기 부재(2300)의 표면은 빛 반사 물질로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 부재(2300)의 표면은 백색의 도료로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 이러한 상기 부재(2300)는 상기 커버(2100)의 내면에 반사되어 상기 광원 모듈(2200)측 방향으로 되돌아오는 빛을 다시 상기 커버(2100) 방향으로 반사한다. 따라서, 실시 예에 따른 조명 장치의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 부재(2300)는 예로서 절연 물질로 이루어질 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)의 연결 플레이트(2230)는 전기 전도성의 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 방열체(2400)와 상기 연결 플레이트(2230) 사이에 전기적인 접촉이 이루어질 수 있다. 상기 부재(2300)는 절연 물질로 구성되어 상기 연결 플레이트(2230)와 상기 방열체(2400)의 전기적 단락을 차단할 수 있다. 상기 방열체(2400)는 상기 광원 모듈(2200)로부터의 열과 상기 전원 제공부(2600)로부터의 열을 전달받아 방열한다.
상기 홀더(2500)는 내부 케이스(2700)의 절연부(2710)의 수납홈(2719)를 막는다. 따라서, 상기 내부 케이스(2700)의 상기 절연부(2710)에 수납되는 상기 전원 제공부(2600)는 밀폐된다. 상기 홀더(2500)는 가이드 돌출부(2510)를 갖는다. 상기 가이드 돌출부(2510)는 상기 전원 제공부(2600)의 돌출부(2610)가 관통하는 홀을 갖는다.
상기 전원 제공부(2600)는 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 상기 광원 모듈(2200)로 제공한다. 상기 전원 제공부(2600)는 상기 내부 케이스(2700)의 수납홈(2719)에 수납되고, 상기 홀더(2500)에 의해 상기 내부 케이스(2700)의 내부에 밀폐된다.
상기 전원 제공부(2600)는 돌출부(2610), 가이드부(2630), 베이스(2650), 연장부(2670)를 포함할 수 있다.
상기 가이드부(2630)는 상기 베이스(2650)의 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 가이드부(2630)는 상기 홀더(2500)에 삽입될 수 있다. 상기 베이스(2650)의 일 면 위에 다수의 부품이 배치될 수 있다. 다수의 부품은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 상기 광원 모듈(2200)의 구동을 제어하는 구동칩, 상기 광원 모듈(2200)을 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 연장부(2670)는 상기 베이스(2650)의 다른 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 연장부(2670)는 상기 내부 케이스(2700)의 연결부(2750) 내부에 삽입되고, 외부로부터의 전기적 신호를 제공받는다. 예컨대, 상기 연장부(2670)는 상기 내부 케이스(2700)의 연결부(2750)의 폭과 같거나 작게 제공될 수 있다. 상기 연장부(2670)에는 "+ 전선"과 "- 전선"의 각 일 단이 전기적으로 연결되고, "+ 전선"과 "- 전선"의 다른 일 단은 소켓(2800)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 내부 케이스(2700)는 내부에 상기 전원 제공부(2600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는 몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 상기 전원 제공부(2600)가 상기 내부 케이스(2700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
실시예는 활성층에서의 발광에 기여하는 양자우물의 비율을 향상시켜 발광효율을 향상시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한 실시예는 활성층의 양자우물과 양자벽 사이의 스트레인을 감소시켜 발광효율을 향상시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
실시예는 결정품질을 향상시킴과 동시에 캐리어 주입효율이 유지 또는 개선됨으로써 발광효율을 증대시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 전극과의 전기적인 컨택에 있어서 오믹컨택 기능이 더욱 증대되어 동작전압 감소하여 발광효율에 기여할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다.
따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다.
예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
실시예는 발광효율을 향상시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.

Claims (15)

  1. 제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 양자우물과 양자벽을 포함하는 활성층;
    상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층을 포함하고,
    상기 양자우물은,
    InxGa1-xN(단, 0≤x〈1) 조성의 제1 양자우물과
    InyGa1-yN(단, 0≤y〈1) 조성의 제2 양자우물을 포함하며,
    상기 제1 양자우물의 인듐의 조성(x)은 상기 제2 양자우물의 인듐의 조성(y)의 1/2배 이하인 발광소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 양자우물의 조성은 InyGa1-yN(단, 0.08≤y≤0.15)이고,
    상기 제1 양자우물의 조성은 InxGa1-xN(단, 0≤x〈0.08)인 발광소자.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 양자우물의 두께는 상기 제1 양자우물의 두께보다 큰 발광소자.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 양자우물의 두께는 3Å 내지 5Å 이고, 상기 제1 양자우물의 두께는 1Å 내지 3Å인 발광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 양자우물과 상기 양자벽 사이에
    InzGa1-zN(단, 0≤z〈1) 조성의 제3 양자우물을 포함하며,
    상기 제3 양자우물의 인듐의 조성(z)은 점진적으로 감소하거나 증가하는 발광소자.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제3 양자우물의 인듐조성(z)은
    x〈z〈y의 관계인 발광소자.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 제3 양자우물의 인듐조성(z)은 제2 양자우물을 향해서는 점진적으로 증가하고, 상기 양자벽을 향해서는 점진적으로 감소하는 발광소자.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체층은 제1 농도의 제2 도전형 반도체층이며,
    상기 활성층과 상기 제1 농도의 제2 도전형 반도체층 사이에 제2 도전형 질화갈륨계열층을 더 포함하고,
    상기 제1 농도의 제2 도전형 반도체층 상에 상기 제1 농도보다 높은 제2 농도의 제2 도전형 InxGa1-xN층(단, 0≤x＜1)을 더 포함하는 발광소자.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 농도의 제2 도전형 InxGa1-xN층에서 상기 제2 농도는 1×1020 내지 1×1022(atoms/cm3)인 발광소자.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 농도의 제2 도전형 InxGa1-xN층 상에 제1 도전형 InyGa1-yN층(단, 0＜y＜1)을 더 포함하는 발광소자.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 도전형 InyGa1-yN층에서 In의 농도는 0.5% 내지 1.0%인 발광소자.
  12. 제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 질화갈륨계열 초격자층;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 양자우물과 양자벽을 포함하는 활성층;
    상기 활성층 상에 제2 도전형 질화갈륨계열층;
    상기 제2 도전형 질화갈륨계열층상에 제1 농도의 제2 도전형 반도체층;
    상기 제1 농도의 제2 도전형 반도체층 상에 제2 농도의 제2 도전형 InxGa1-xN층;
    상기 제2 농도의 제2 도전형 InxGa1-xN층 상에 제1 도전형 InxGa1-xN층;
    상기 제1 도전형 InxGa1-xN층 상에 투광성 전극;
    상기 투광성 전극 상에 제2전극을 포함하는 발광소자.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 농도의 제2 도전형 InxGa1-xN층의 제2 농도는 상기 제1 농도의 제2 도전형 InxGa1-xN층의 제1 농도보다 높은 발광소자.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 농도의 제2 도전형 InxGa1-xN층에서 상기 제2 농도는 1×1020 내지 1×1022(atoms/cm3) 인 발광소자.
  15. 제1 항 내지 제14 항 중 어느 하나의 발광소자를 구비하는 발광모듈을 포함하는 조명시스템.
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