KR102554230B1 - Light emitting device - Google Patents
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Abstract
발광 소자는 기판, 상기 기판으로부터 돌출된 복수 개의 돌출 패턴, 상기 기판 상에 제공된 제1 반도체층, 상기 반도체층 상에 제공된 활성층, 및 상기 활성층 상에 제공된 제2 반도체층을 포함하며, 각 돌출 패턴은 상기 기판과 분리되지 않는 일체로 형성되며 상기 베이스 기판의 상면으로부터 돌출된 제1 층, 및 상기 제1 층 상에 제공되며, 상기 제1 층과 다른 재료로 이루어진 제2 층을 포함하며, 서로 인접한 두 돌출 패턴의 중심 사이의 간격을 피치라고 하면, 상기 돌출 패턴의 직경과 상기 피치의 비는 0.8 내지 1.0이다.The light emitting element includes a substrate, a plurality of protruding patterns protruding from the substrate, a first semiconductor layer provided on the substrate, an active layer provided on the semiconductor layer, and a second semiconductor layer provided on the active layer, each protruding pattern includes a first layer formed integrally with the substrate and protruding from the upper surface of the base substrate, and a second layer provided on the first layer and made of a material different from that of the first layer, If the distance between the centers of two adjacent protruding patterns is called a pitch, the ratio of the diameter of the protruding patterns to the pitch is 0.8 to 1.0.
Description
본 발명은 발광 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a light emitting device.
자체 발광하는 광원의 하나로서 최근 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)가 많이 사용되고 있다. 발광 다이오드는 화합물 반도체의 특성을 이용해 전기 신호를 적외선, 가시광선, 자외선과 같은 빛의 형태로 변환한다. 발광소자의 광 효율이 증가됨에 따라 표시장치, 조명기기를 비롯한 다양한 분야에 발광소자가 적용되고 있다.As one of the self-emitting light sources, a light emitting diode (LED) has recently been widely used. Light emitting diodes use the properties of compound semiconductors to convert electrical signals into light forms such as infrared, visible, and ultraviolet light. As the light efficiency of the light emitting device increases, the light emitting device is applied to various fields including display devices and lighting devices.
본 발명은 광 추출 효율 및 신뢰성이 높은 발광 소자 및 이의 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a light emitting device having high light extraction efficiency and reliability and a manufacturing method thereof.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 기판, 상기 기판으로부터 돌출된 복수 개의 돌출 패턴, 상기 기판 상에 제공된 제1 반도체층, 상기 반도체층 상에 제공된 활성층, 및 상기 활성층 상에 제공된 제2 반도체층을 포함하며, 각 돌출 패턴은 상기 기판과 분리되지 않는 일체로 형성되며 상기 베이스 기판의 상면으로부터 돌출된 제1 층, 및 상기 제1 층 상에 제공되며, 상기 제1 층과 다른 재료로 이루어진 제2 층을 포함하며, 서로 인접한 두 돌출 패턴의 중심 사이의 간격을 피치라고 하면, 상기 돌출 패턴의 직경과 상기 피치의 비는 0.8 내지 1.0이다.A light emitting device according to an embodiment of the present invention includes a substrate, a plurality of protruding patterns protruding from the substrate, a first semiconductor layer provided on the substrate, an active layer provided on the semiconductor layer, and a second semiconductor provided on the active layer. Each protruding pattern is formed integrally with the substrate and protrudes from the upper surface of the base substrate, and is provided on the first layer and is made of a material different from that of the first layer. Including the second layer, if a distance between the centers of two protruding patterns adjacent to each other is referred to as a pitch, the ratio of the diameter of the protruding pattern to the pitch is 0.8 to 1.0.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 각 돌출 패턴의 직경은 2.5 마이크로미터 내지 3.5 마이크로미터이며, 상기 피치는 2.5 마이크로미터 이상 3.5 마이크로미터 미만일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the diameter of each protruding pattern may be 2.5 micrometers to 3.5 micrometers, and the pitch may be 2.5 micrometers or more and less than 3.5 micrometers.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 각 돌출 패턴의 직경은 2.6 마이크로미터 내지 2.8 마이크로미터이며, 상기 피치는 2.9 마이크로미터 내지 3.1 마이크로미터일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the diameter of each protruding pattern may be 2.6 micrometers to 2.8 micrometers, and the pitch may be 2.9 micrometers to 3.1 micrometers.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 각 돌출 패턴의 직경은 2.8마이크로미터일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the diameter of each protruding pattern may be 2.8 micrometers.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 층과 상기 제2 층의 높이 비는 0.2 내지 1.5일 수 있으며, 상기 제1 층과 상기 제2 층의 높이 비는 0.75 내지 1.5일 수도 있다. 또는 상기 제2 층의 높이는 제1 층의 높이보다 높을 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the height ratio of the first layer and the second layer may be 0.2 to 1.5, and the height ratio of the first layer and the second layer may be 0.75 to 1.5. Alternatively, the height of the second layer may be higher than that of the first layer.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 돌출 패턴의 직경은 상기 피치와 같거나 작을 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the diameter of the protrusion pattern may be equal to or smaller than the pitch.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 돌출 패턴은 뒤집어진 원뿔 형상을 가질 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the protrusion pattern may have an inverted cone shape.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 층의 측면 경사도와 제2 층의 측면 경사도는 서로 다를 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the side slope of the first layer and the side slope of the second layer may be different from each other.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 반도체층에는 상기 돌출 패턴의 측부에 대응하는 영역 일부에 제공된 공동이 제공될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the first semiconductor layer may be provided with a cavity provided in a portion of a region corresponding to a side of the protruding pattern.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 층은 SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, 및 Ga2O3 중 어느 하나를 포함하며, 상기 제2 층은 SiOx, SiOxNy, SiNx를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first layer includes any one of SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, and Ga 2 O 3 , and the second layer includes SiO x , SiO x N y and SiN x may be included.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 돌출 패턴들은 규칙적으로 또는 불규칙적으로 배열될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the protruding patterns may be regularly or irregularly arranged.
본 발명의 일 실시예는 광 추출 효율 및 신뢰성이 높은 발광 소자 및 이의 제조 방법을 제공한다.One embodiment of the present invention provides a light emitting device with high light extraction efficiency and high reliability and a manufacturing method thereof.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 발광 소자의 구성 요소 중 돌출 패턴이 제공된 기판을 평면 상에서 바라본 평면도이며, 도 3은 도 2의 I-I'선에 따른 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치에 있어서, 돌출 패턴이 형성된 기판과 제1 반도체층의 성장 방향 도시한 것이며, 도 4b는 도 4a를 돌출 패턴이 형성된 기판 상에 제1 반도체층이 실제로 성장된 모습을 도시한 사진이다.
도 5a는 도 4a에 있어서, 점선으로 이루어진 사각형 내를 확대 도시한 것이며, 도 5b는 도 5a 부분의 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 칩을 도시한 단면도로서, 래터럴 타입의 반도체 칩을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 칩을 도시한 단면도로서, 플립칩 타입의 반도체 칩을 도시한 것이다.
도 8은 표 1에서의 돌출 패턴의 피치에 따른 광 출사 효율을 도시한 그래프이다.
도 9는 표 2에서의 돌출 패턴의 피치에 따른 광 출사 효율을 도시한 그래프이다.
도 10은 표 3 내지 6에서의 직경에 따른 광 출사 효율을 도시한 그래프이다.1 is a schematic cross-sectional view showing a light emitting device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of a substrate provided with a protruding pattern among components of the light emitting device of FIG. 1 viewed from a plane, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line II′ of FIG. 2 .
FIG. 4A is a diagram illustrating a growth direction of a substrate on which a protruding pattern is formed and a first semiconductor layer in a light emitting device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a view illustrating FIG. This is a picture showing the actual growth.
FIG. 5A is an enlarged view of a rectangle formed by dotted lines in FIG. 4A, and FIG. 5B is a photograph of a portion of FIG. 5A.
6 is a cross-sectional view of a semiconductor chip according to an embodiment of the present invention, showing a lateral type semiconductor chip.
7 is a cross-sectional view of a semiconductor chip according to an exemplary embodiment of the present invention, illustrating a flip chip type semiconductor chip.
8 is a graph showing light output efficiency according to the pitch of protruding patterns in Table 1;
9 is a graph illustrating light output efficiency according to the pitch of protruding patterns in Table 2;
10 is a graph showing light emission efficiency according to diameter in Tables 3 to 6;
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention may have various changes and various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, it should be understood that this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, and includes all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 개략적인 단면도이다. 1 is a schematic cross-sectional view showing a light emitting device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 기판(10) 및 기판(10) 상에 제공된 발광 적층체를 포함한다.Referring to FIG. 1 , a light emitting device according to an embodiment of the present invention includes a
발광 적층체는 기판(10) 상에 순차적으로 제공된 제1 반도체층(20), 활성층(30), 및 제2 반도체층(40)을 포함한다.The light emitting stack includes a
기판(10)은 투광성 또는 비투광성 기판일 수 있으며, 전도성 또는 절연성 기판일 수 있다. 기판(10)은 반도체 단결정, 예를 들어, 질화물 단결정 성장을 위한 성장용 기판이 사용될 수 있다. The
기판(10)으로는 사파이어 기판이 사용될 수 있다. 그러나, 기판(10)의 재료는 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 재료, 예를 들어, SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, Ga2O3 등의 재료로 이루어질 수 있다. 특히, 사파이어는 육각 롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정을 가질 수 있다. 사파이어의 경우, c축 및 a축 방향의 격자 상수가 13.001Å과 4.758Å이며, C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등을 가지며, C면은 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 반도체의 성장용 기판으로 사용될 수 있다.A sapphire substrate may be used as the
본 발명의 일 실시예에 있어서, 기판(10)은 패터닝된 것으로서, 그 상면에 복수 개의 돌출 패턴(11)이 제공된다. 다시 말해, 돌출 패턴(11)은 기판(10)의 상면으로부터 상부 방향으로 돌출된 형태로 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 돌출 패턴(11)은 상부 방향으로 갈수록 폭이 감소하는 뒤집어진 원뿔 형상으로 제공될 수 있는 바, 돌출 패턴(11)을 기판(10) 상에 수직한 면으로 자를 때, 돌출 패턴(11)의 단면은 삼각형일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the
돌출 패턴(11)은 기판(10)의 상면으로부터 순차적으로 적층된 제1 층(13)과 제2 층(15)을 포함한다. 제1 층(13)은 기판(10) 상에 제공되며, 제2 층(15)은 제1 층(13) 상에 제공된다.The
제1 층(13)은 기판(10)과 분리되지 않는 일체로 형성된다. 따라서, 제1 층(13)은 기판(10)과 동일한 재료로 이루어진다.The
제2 층(15)은 제1 층(13)과 다른 재료로 이루어진다. 제2 층(15)의 재료는 제1 층(13)의 재료와 굴절률이 다른 재료일 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 제1 층(13)의 굴절률이 제2 층(15)의 굴절률보다 클 수 있다. 이 경우, 제2 층(15)의 재료는 제1 층(13)보다 굴절률이 작은 다양한 절연 물질, 예를 들어, 굴절률이 약 1.0 내지 약 1.7인 절연 물질이 사용될 수 있다. 이러한 굴절률을 가진 재료로서, 제2 층(15)은 예를 들어, SiOx, SiOxNy, SiNx를 들 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 층(13)은 사파이어로, 제2 층(15)은 SiO2로 이루어질 수 있으며, 이 경우, 제1 층(13)의 굴절률은 1.76이며, 제2 층(15)의 굴절률은 1.46 가량으로서 기판(10)의 굴절률보다 작을 수 있다.The
돌출 패턴(11)이 제공된 기판(10) 위에는 복수의 화합물 반도체층이 제공될 수 있다. 복수의 화합물 반도체층은 다양한 방법으로 형성할 수 있으며, 예를 들어, 전자빔 증착, PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), PLD(plasma laser deposition), 더블 타입 열증착(dual-type thermal evaporation) 스퍼터링(sputtering), MOCVD(metal organic chemical vapor deposition) 등을 이용할 수 있다. 그러나, 복수의 화합물층을 형성하는 방법은 이에 한정되는 것은 아니다. A plurality of compound semiconductor layers may be provided on the
제1 반도체층(20)은 기판(10) 상에 제공될 수 있다. 제1 반도체층(20)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 반도체 층이다. 제1 도전형 도펀트는 n형 도펀트일 수 있다. 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Se, Te 또는 C일 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 반도체층(20)은 질화물계 반도체 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 반도체층(20)은 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 이루어질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 조성식을 갖는 반도체 재료로는 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등을 들 수 있다. 제1 반도체층(20)은 상기 반도체 재료를 이용하여 Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트를 포함하도록 성장시키는 방식으로 형성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 반도체층(20)은 밴드 갭이 서로 다른 두 종의 층이 교대로 적층되어 형성된 구조를 더 가질 수 있다. 밴드 갭이 서로 다른 두 종의 층이 교대로 적층되어 형성된 구조는 초격자 구조일 수 있으며, 이에 따라 제1 반도체층(20)은 전류 퍼짐성(current spreading)이 좋아지고 응력이 완화될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the
밴드 갭이 서로 다른 두 종의 층은 교번적으로 형성되되 서로 다른 박막 결정층을 포함할 수 있다. 이 경우, 밴드 갭이 서로 다른 두 층이 교대 적층시 주기 구조가 기본 단위 격자보다 긴 결정 격자로 이루어질 수 있다. 서로 다른 밴드갭을 갖는 두 층은 넓은 밴드 갭(wide band gap)을 갖는 층과 좁은 밴드 갭(narrow band gap)을 갖는 층이다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 넓은 밴드 갭을 갖는 층은 AlaGabIn(1-a-b)N (0≤a<1, 0<b≤1)일 수 있으며, 예를 들어, GaN층일 수 있다. 좁은 밴드 갭을 갖는 층은 AlaGabIn(1-a-b)N(0≤a<1, 0<b≤1)일 수 있으며, 예를 들어, GabIn(1-b)N(0<b≤1)일 수 있다.The two types of layers having different band gaps are alternately formed but may include different thin film crystal layers. In this case, when two layers having different band gaps are alternately stacked, a crystal lattice having a periodic structure longer than the basic unit lattice may be formed. The two layers having different band gaps are a layer having a wide band gap and a layer having a narrow band gap. In one embodiment of the present invention, the layer having a wide band gap may be Al a Ga b In (1-ab) N (0≤a<1, 0<b≤1), for example, a GaN layer can A layer with a narrow band gap may be Al a Ga b In (1-ab) N (0≤a<1, 0<b≤1), for example, Ga b In (1-b) N (0 <b ≤ 1) .
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 넓은 밴드 갭 층과 좁은 밴드 갭 층 중 적어도 하나는 n형 불순물을 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, at least one of the wide band gap layer and the narrow band gap layer may include an n-type impurity.
활성층(30)은 제1 반도체층(20) 상에 제공되며 발광층에 해당한다. The
활성층(30)은 제1 도전형 반도체층을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 제2 반도체층(40)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 서로 만나서, 활성층(30)의 형성 물질에 따른 에너지 밴드(Energy Band)의 밴드 갭(Band Gap) 차이에 의해서 빛을 방출하는 층이다. 활성층(30)은 자외선, 청색, 녹색 및 적색 중 적어도 하나의 피크 파장을 발광할 수 있다.In the
활성층(30)은 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 활성층(30)은 예로서 3족-5족 또는 2족-6족의 화합물반도체 중에서 적어도 하나로 구현될 수 있다. 활성층(30)에는 양자 우물 구조가 채용될 수 있으며, 양자 우물층과 장벽층이 교대로 적층된 다중 양자 우물 구조(Multi-Quantum Well) 구조를 가질 수 있다. 그러나, 활성층(30)의 구조는 이에 한정되는 것은 아니며, 양자 선(Quantum Wire) 구조, 양자점(Quantum Dot) 구조 등일 수도 있다. The
본 발명의 일 실시예에 있어서, 양자 우물층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 재료로 배치될 수 있다. 장벽층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있으며, 우물층과 다른 조성비로 제공될 수 있다. 여기서, 장벽층은 우물층의 밴드 갭보다 넓은 밴드 갭을 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the quantum well layer is disposed of a material having a composition formula of In x Al y Ga 1-xy N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1) It can be. The barrier layer may be formed of a semiconductor material having a composition formula of In x Al y Ga 1-xy N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1), and a composition ratio different from that of the well layer. can be provided as Here, the barrier layer may have a band gap wider than that of the well layer.
우물층과 장벽층은 예를 들어, AlGaAs/GaAs, InGaAs/GaAs, InGaN/GaN, GaN/AlGaN, AlGaN/AlGaN, InGaN/AlGaN, InGaN/InGaN, InGaP/GaP, AlInGaP/InGaP, InP/GaAs의 쌍 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 활성층(30)의 우물층은 InGaN으로 구현될 수 있으며, 장벽층은 AlGaN계 반도체로 구현될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 우물층의 인듐 조성은 장벽층의 인듐 조성보다 높은 조성을 가질 수 있으며, 장벽층은 인듐 조성이 없을 수 있다. 또한, 우물층에는 알루미늄이 포함되지 않으며 장벽층에는 알루미늄이 포함될 수 있다. 그러나, 우물층과 장벽층의 조성은 이에 한정되는 것은 아니다.The well layer and the barrier layer may be made of, for example, AlGaAs/GaAs, InGaAs/GaAs, InGaN/GaN, GaN/AlGaN, AlGaN/AlGaN, InGaN/AlGaN, InGaN/InGaN, InGaP/GaP, AlInGaP/InGaP, or InP/GaAs. It may consist of at least one of the pair. In one embodiment of the present invention, the well layer of the
본 발명의 일 실시예에 따르면, 장벽층은 우물층의 두께보다 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 다만, 우물층의 두께가 지나치게 얇으면 캐리어의 구속 효율이 낮아지고, 지나치게 두꺼우면 캐리어를 과도하게 구속할 수 있다. 장벽층의 두께가 지나치게 얇은 경우 전자의 차단 효율이 낮아지고, 지나치게 두꺼우면 전자를 과도하게 차단할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the barrier layer may have a thickness greater than that of the well layer. However, if the thickness of the well layer is too thin, the confinement efficiency of the carrier is lowered, and if the thickness is too thick, the carrier may be excessively confined. When the thickness of the barrier layer is too thin, electron blocking efficiency is lowered, and when the barrier layer is too thick, electrons may be excessively blocked.
이에 따라, 장벽층과 우물층의 두께를 적절하게 조절함으로써 광의 파장과 양자 우물 구조에 따라 각 캐리어를 우물층에 효과적으로 구속시켜 줄 수 있다.Accordingly, by appropriately adjusting the thickness of the barrier layer and the well layer, each carrier can be effectively confined to the well layer according to the wavelength of light and the structure of the quantum well.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 각 우물층의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니며, 각각의 두께가 동일할 수도 있고 다를 수도 있다. 각 우물층의 두께가 동일한 경우, 양자 준위가 동일하기 때문에 각 우물층에서의 발광 파장이 동일해질 수 있다. 이 경우, 반치폭이 좁은 발광 스펙트럼을 얻을 수 있다. 각 우물층의 두께가 다른 경우 각 우물층에서의 발광 파장이 달라질 수 있으며, 이에 따라 발광 스펙트럼의 폭을 넓힐 수 있다. In one embodiment of the present invention, the thickness of each well layer is not particularly limited, and each thickness may be the same or different. When the thickness of each well layer is the same, since the quantum level is the same, the emission wavelength of each well layer can be the same. In this case, an emission spectrum with a narrow half-width can be obtained. When the thickness of each well layer is different, the emission wavelength of each well layer may be different, and thus the width of the emission spectrum may be widened.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 복수의 장벽층 중 적어도 하나는 도펀트를 포함할 수 있으며, 예컨대 n형 및 p형 도펀트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 장벽층은 n형 도펀트가 첨가된 경우, n형의 반도체층이 될 수 있다. 장벽층이 n형 반도체층인 경우, 활성층(30)으로 주입되는 전자의 주입 효율이 증가될 수 있다. In one embodiment of the present invention, at least one of the plurality of barrier layers may include a dopant, for example, at least one of an n-type and a p-type dopant. The barrier layer may be an n-type semiconductor layer when an n-type dopant is added. When the barrier layer is an n-type semiconductor layer, the injection efficiency of electrons injected into the
본 발명의 일 실시예에 있어서, 장벽층은 다양한 두께를 가질 수 있으나, 가장 상부의 장벽층은 다른 장벽층과 동일한 두께 또는 더 큰 두께를 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the barrier layer may have various thicknesses, but the uppermost barrier layer may have the same thickness as or a greater thickness than the other barrier layers.
활성층(30)이 다중 양자 우물 구조를 가질 경우, 양자 우물층과 장벽층의 조성은 발광 소자에 요구되는 발광 파장에 맞춰 설정될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 복수 개의 우물층의 조성이 모두 동일할 수도 있으며, 동일하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 하부 측의 우물층에는 불순물이 포함되나 상부 측의 우물층에는 불순물이 포함되지 않을 수도 있다. When the
제2 반도체층(40)은 활성층(30) 상에 제공된다. The
제2 반도체층(40)은 제1 도전형 도펀트와 반대의 극성을 갖는 제2 도전형 도펀트를 갖는 반도체층이다. 제2 도전형 도펀트는 p형 도펀트일 수 있는 바, 제2 도전형 도펀트는 예를 들어, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제2 반도체층(40)은 질화물계 반도체 재료를 포함할 수 있다. 제2 반도체층(40)은 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 이루어질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 조성식을 갖는 반도체 재료로는 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등을 들 수 있다. 제2 반도체층(40)은 상기 반도체 재료를 이용하여 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트를 포함도록 성장시키는 방식으로 형성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the
도시하지는 않았으나, 기판(10), 제1 반도체층(20), 활성층(30), 및 제2 반도체층(40) 이외에, 추가적으로 버퍼층 및/또는 전자 차단층과 같은 기능층이 더 제공될 수 있다. Although not shown, in addition to the
예를 들어, 기판(10)과 제1 반도체층(20) 상에는 버퍼층이 제공될 수 있다. 버퍼층은 단층 또는 복층으로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 버퍼층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)으로 이루어질 수 있는 바, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP, 및 ZnO와 같은 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.For example, a buffer layer may be provided on the
버퍼층은 서로 다른 반도체층을 교대로 배치하여 초 격자(super lattice) 구조로 형성될 수 있다. 버퍼층은 기판(10)과 질화물 계열의 반도체층과의 격자 상수의 차이를 완화시켜 주기 위해 배치될 수 있으며, 결함 제어층으로 정의될 수 있다. 버퍼층의 격자 상수는 기판(10)과 질화물 계열의 반도체층 사이의 격자상수 사이의 값을 가질 수 있다. 버퍼층은 형성하지 않을 수 있으며, 이에 대해 한정되는 것은 아니다.The buffer layer may be formed in a super lattice structure by alternately disposing different semiconductor layers. The buffer layer may be disposed to alleviate a difference in lattice constant between the
또한, 제2 반도체층(40)과 활성층(30) 사이에는 전자 차단층이 추가로 배치될 수 있다. 전자 차단층은 제2 반도체층(40) 내의 도펀트에 의한 결정성 저하를 감소시키며 제2 반도체층(40) 내 도펀트의 활성층(30)으로의 확산을 방지할 수 있다. 또한, 전자 차단층은 활성층(30)으로부터의 전자가 제2 반도체층(40)으로 진행하는 것을 차단할 수 있으며, 이에 따라 전자 차단층과 제2 반도체층(40) 사이의 전류의 퍼짐 현상을 방지할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 전자 차단층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 전자 차단층은, 일 예로서 GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN, AlInN 중에서 적어도 하나로 이루어질 수 있다. In addition, an electron blocking layer may be additionally disposed between the
본 발명의 일 실시예에 있어서, 실시 예의 전자 차단층의 두께는 약 3nm 이상 약 30nm 미만으로 제공일 수 있다. 전자 차단층의 두께가 상기 범위보다 작을 경우 결정성 개선이나 제2 반도체층(40)으로부터의 도펀트의 확산 방지 등의 기능을 충분히 못할 수 있으며, 상기 범위보다 클 경우 제2 반도체층(40)으로부터의 캐리어 이동시 저항을 증가시킬 수 있어 정공 주입 효율이 감소될 수 있다. 그러나, 전자 차단층의 두께는 이에 한정되는 것은 아니며, 상황에 따라 이와 다른 두께로 제공될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the electron blocking layer of the embodiment may have a thickness of about 3 nm or more and less than about 30 nm. If the thickness of the electron blocking layer is smaller than the above range, functions such as improving crystallinity or preventing diffusion of dopants from the
전자 차단층은 활성층(30) 내 장벽층의 밴드 갭보다 더 넓은 밴드 갭을 가질 수 있다. 전자 차단층의 밴드 갭은 전자 차단층을 이루는 재료의 조성에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 전자 차단층이 AlGaN로 이루어지는 경우, 알루미늄의 조성비를 변경함으로써 밴드 갭을 달리 설정할 수 있는 바, 밴드 갭이 넓어질수록 전자 차단 효과가 향상될 수 있다. The electron blocking layer may have a band gap wider than that of the barrier layer in the
본 발명의 일 실시예에 있어서, 전자 차단층은 단층 또는 다층으로 배치될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트, 예를 들어, p형 도전형 도펀트를 포함할 수 있다. 이에 따라, 전자 차단층은 예를 들어, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트를 갖는 p형 반도체층일 수 있는 바, 전자 차단층은 p형 도펀트를 포함하는 GaN, AlGaN, InGaN 중에서 적어도 하나일 수 있다. 본 발명의 일 실싱예에 있어서, 전자 차단층은 서로 다른 적어도 두 층이 교번하여 배치된 초격자 구조로 형성될 수도 있다. In one embodiment of the present invention, the electron blocking layer may be disposed in a single layer or multiple layers, and may include a second conductivity type dopant, for example, a p type conductivity type dopant. Accordingly, the electron blocking layer may be, for example, a p-type semiconductor layer having a p-type dopant such as Mg, Zn, Ca, Sr, or Ba, and the electron blocking layer may include a p-type dopant such as GaN, AlGaN, or InGaN. It may be at least one of them. In one embodiment of the present invention, the electron blocking layer may be formed of a superlattice structure in which at least two different layers are alternately arranged.
본 실시예에 있어서, 버퍼층, 및 전자 차단층은 일 예로서 개시된 것으로서, 버퍼층 또는 전자 차단층 중 적어도 하나는 생략될 수도 있다. 또한, 버퍼층, 및 전자 차단층 이외의 추가적인 기능성 층이 발광 소자에 더 추가될 수 있음은 물론이다.In this embodiment, the buffer layer and the electron blocking layer are disclosed as an example, and at least one of the buffer layer and the electron blocking layer may be omitted. In addition, it goes without saying that additional functional layers other than the buffer layer and the electron blocking layer may be further added to the light emitting device.
상기한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자에 있어서, 기판(10) 상에는 복수 개의 돌출 패턴(11)이 제공되는 바, 돌출 패턴(11)에 대해서 상세히 설명한다. As described above, in the light emitting device according to an embodiment of the present invention, a plurality of protruding
도 2는 도 1의 발광 소자의 구성 요소 중 돌출 패턴(11)이 제공된 기판(10)을 평면 상에서 바라본 평면도이며, 도 3은 도 2의 I-I'선에 따른 단면도이다.FIG. 2 is a plan view of a
도 2 및 도 3을 참조하면, 기판(10)의 상면 상에 돌출 패턴(11)이 제공되며, 돌출 패턴(11)은 제1 층(13)과 제2 층(15)을 포함한다.Referring to FIGS. 2 and 3 , a protruding
각 돌출 패턴(11)은 평면 상에서 볼 때 원 형상을 가질 수 있다. 돌출 패턴(11)이 원뿔 형상으로 제공되는 경우, 원뿔의 꼭지점 부분이 중심이 된다.Each protruding
돌출 패턴(11)은 소정 직경(DM)과 높이(HT)를 가지는 크기로 제공될 수 있다. 직경(DM)은 단면 상에서 볼 때 돌출 패턴(11)의 최하단의 폭을 의미하며, 높이(HT)는 기판(10)의 상면으로부터 돌출 패턴(11)의 꼭지점까지의 거리를 의미한다. 본 실시예에 있어서, 각 돌출 패턴(11)은 서로 동일한 직경(DM)과 높이(HT)를 가질 수 있다. 그러나, 각 돌출 패턴(11)이 완전히 동일한 직경(DM)과 높이(HT)를 가지지 않을 수도 있으며, 직경(DM)과 높이(HT)에 있어서 소정 범위 내에서 차이가 있을 수도 있다.The
평면상에서 볼 때 제1 층(13)과 제2 층(15)은 직경이 다르되, 중심이 동일한 동심원 형상으로 제공될 수 있다. 돌출 패턴(11)이 원뿔 형상으로 제공되는 경우, 제1 층(13)의 직경은 제2 층(15)의 직경보다 크다. 여기서, 제1 및 제2 층(13, 15)의 직경은 단면 상에서 볼 때 제1 및 제2 층(13, 15)의 최하단의 폭을 의미한다.When viewed from a plan view, the
본 발명의 일 실시예에 있어서, 돌출 패턴(11)은 기판(10)의 상면 상에 다양한 형태로 배열될 수 있다. 예를 들어, 돌출 패턴(11)은 사각 격자 패턴에서의 사각형 각 꼭지점마다 배치될 수 있으며, 육각 격자 패턴에서 육각형 각 꼭지점마다 배치될 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 사각 격자 패턴에서 사각형 각 꼭지점마다 돌출 패턴(11)이 배치된 것을 일 예로 도시하였다. In one embodiment of the present invention, the
각 돌출 패턴(11)은 서로 소정의 피치(PT)와 간격(DT)을 가지고 배열될 수 있다. 피치(PT)는 평면 상에서 볼 때 서로 인접한 두 돌출 패턴(11)의 중심 사이의 거리이며, 간격(DT)은 평면 상에서 볼 때 서로 인접한 두 돌출 패턴(11)의 가장자리 사이의 거리이다.Each protruding
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 돌출 패턴(11)의 직경(DM)은 상기 피치(PT)와 같거나 작을 수 있다. 돌출 패턴(11)의 직경(DM)이 피치(PT)보다 큰 경우, 돌출 패턴(11)이 평면 상에서 중첩되게 되며, 돌출 패턴(11)이 제공되지 않은 부분의 기판(10) 상면의 면적이 지나치게 감소한다. 돌출 패턴(11)에 의해 가려지지 않은 기판(10)의 상면은 이후 제1 반도체층(20)의 성장이 일어나는 곳이다. 따라서, 돌출 패턴(11)의 직경(DM)이 피치(PT)보다 큰 경우에는 이후 제1 반도체층(20; 도 1 참조)의 성장이 충분히 일어나지 않아 발광 소자의 제조시 불리하다.In one embodiment of the present invention, the diameter DM of the
본 발명의 일 실시예에 따르면, 피치(PT)와 간격은 배열 방향에 따라 서로 다른 값을 가질 수 있다. 본 실시예에서는 피치(PT) 및/또는 간격(DT)이 모두 동일하게 도시되었으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로서, 피치(PT)와 간격이 모두 전부 동일할 필요는 없으며, 피치(PT) 및/또는 간격(DT)은 소정 범위 내에서 일부 차이가 있을 수도 있다. According to an embodiment of the present invention, the pitch (PT) and spacing may have different values depending on the arrangement direction. Although the pitch PT and/or the spacing DT are shown to be the same in this embodiment, this is for convenience of explanation, and the pitch PT and spacing do not have to be all the same, and the pitch PT and / or the interval DT may have some difference within a predetermined range.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 돌출 패턴(11)의 피치(PT)는 직경(DM)에 따라 소정 범위 내의 값을 갖는 바, 돌출 패턴(11)의 직경(DM)과 상기 피치(PT)의 비는 약 0.8 내지 약 1.0인 범위 내에 있을 수 있다. 예를 들어, 돌출 패턴(11)의 직경(DM)이 2.5 마이크로미터 내지 3.5 마이크로미터일 때, 상기 피치(PT)는 2.5 마이크로미터 이상 3.5 마이크로미터 미만일 수 있다. 또는, 상기 돌출 패턴(11)의 직경(DM)이 2.6 마이크로미터 내지 2.8 마이크로미터일 때, 상기 피치(PT)는 2.9 마이크로미터 내지 3.1 마이크로미터일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the pitch (PT) of the protruding
본 발명의 일 실시예에 있어서, 돌출 패턴(11)에 있어서, 제1 층(13)과 제2 층(15)은 다양한 높이 비로 형성될 수 있다. 여기서, 제1 층(13)의 높이(H1)는 소정 이상의 값을 갖도록 형성된다. 만약, 제1 층(13)의 높이(H1)가 0인 경우, 공정 중 기판(10)의 상면에 남은 불순물 등에 의해 기판(10)으로부터 제1 반도체층(20)의 성장이 방해될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 층(13)의 높이(H1)과 제2 층(15)의 높이(H2)의 비는 0.2 내지 1.5일 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 제1 층(13)의 높이(H1)과 제2 층(15)의 높이(H2)의 비는 0.75 내지 1.5일 수 있으며, 또는 제1 층(13)의 높이(H1)과 제2 층(15)의 높이(H2)의 비는 1을 초과할 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 층(13) 높이(H1)과 제2 층(15)의 높이(H2) 비는 0.75로서, 제1 층(13)은 0.9μm, 제2 층(15)은 1.2μm일 수 있으며, 이때의 돌출 패턴(11)의 직경(DM)은 약 2.7 내지 2.9μm, 예를 들어, 2.8 μm일 수 있다.In one embodiment of the present invention, in the protruding
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제2 층(15)의 높이(H2)이 제1 층(13)의 높이(H1)보다 더 큰 값으로 형성되는 경우, 제1 층(13)의 측면 방향으로의 결정의 성장이 감소함으로써 결정의 품질이 향상될 수 있다.In one embodiment of the present invention, when the height H2 of the
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 층(13)과 제2 층(15)의 측면 경사도는 적어도 일부가 같거나 서로 다를 수 있다. 도면 상에서는 제1 층(13)과 제2 층(15)의 경사도가 서로 동일한 값을 갖는 것을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 층(13)과 제2 층(15)의 측면 경사도는 적어도 일부가 같거나 서로 다를 수 있다. 특히, 제1 층(13)과 제2 층(15)이 접하는 부분에서의 경사도는 서로 다를 수 있다. 제1 층(13)과 제2 층(15)의 재료는 서로 다르기 때문에 식각 공정 진행 시 공정 조건에 따라 측면 경사도를 달리 설정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 제1 층(13)과 제2 층(15)의 경사도를 달리 형성함으로써 발광 소자로부터 출사된 광의 산란도를 높여, 광 출사 효율을 향상시킬 수 있다. In one embodiment of the present invention, at least a part of the side slope of the
본 발명의 일 실시예에 있어서, 돌출 패턴(11)의 배치는 도시한 바와 같이 규칙적일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 돌출 패턴(11)들은 불규칙적으로 배열될 수도 있다. 이 경우에도 전체적인 기판(10) 상에서 볼 때 단일 면적당 돌출 패턴(11)의 피치(PT)와 간격은 소정 범위 내에 있으며, 이 경우 밀도는 실질적으로 동일한 수준으로 제공될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the arrangement of the protruding
본 발명의 일 실시예에 있어서, 설명의 편의를 위해 돌출 패턴(11)이 원뿔 형상인 것만을 도시하였으나, 본 발명의 개념에서 벗어나지 않는 한도 내에서 돌출 패턴(11)은 다양한 형태로 변형될 수 있다. 예를 들어, 돌출 패턴(11)의 형상은 다각뿔의 형상을 가질 수 있다. 또한, 원뿔 형상으로 제공되더라도 측면을 이루는 곡면의 형상이 일부 변형될 수도 있다.In one embodiment of the present invention, only the conical shape of the protruding
상술한 구조의 발광 소자를 도 1 내지 도 3을 참조해 설명하면 다음과 같다.A light emitting device having the above structure will be described with reference to FIGS. 1 to 3 .
먼저 기판(10)이 준비되고, 기판(10) 상에 제2 층(15)을 형성하기 위한 재료를 이용하여 절연층이 적층된다. 상술한 바와 같이, 기판(10)은 예를 들어, SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, Ga2O3 등의 재료로 이루어질 수 있으며, 절연층은 SiOx, SiOxNy, SiNx 등의 재료로 이루어질 수 있다.First, the
다음으로, 절연층 상에 포토레지스트를 도포하고 노광 및 현상을 통해 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 절연층과 기판(10)의 일부를 식각한다. 이에 따라, 돌출 패턴(11)이 형성되어야 할 부분을 제외한 절연층이 식각됨으로써 제2 층(15)이 형성된다. 제2 층(15)이 형성되지 않은 부분에서는 기판(10)의 상면이 노출된다. 여기서, 기판(10)의 상면은 추가적인 식각을 통해 원래의 기판(10)의 상면보다 더 식각함으로써 제1층이 형성된다. 만약, 제2 층(15)만 형성되고 기판(10)의 원래 상면이 노출되도록 식각하는 경우, 이론상으로는 기판(10)의 상면이 노출됨으로써 이후 반도체층의 성장이 용이하게 일어날 것으로 판단될 수 있으나, 실제로는 기판(10)의 상면에 존재하는 식각 잔사나 불순물 등에 의해 이후 제1 반도체층(20)의 성장이 제대로 일어나지 않는다. 따라서, 기판(10) 상에 식각 잔사나 불순물 등이 완전히 제거되도록 추가 식각을 수행한다. 이로써 제1 층(13)이 형성된다.Next, after applying photoresist on the insulating layer and forming a photoresist pattern through exposure and development, the insulating layer and a part of the
제1 층(13)과 제2 층(15)을 형성하기 위한 식각은 재료에 따라 다양한 방법을 이용하여 다양한 조건으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 절연층과 기판(10)의 일부는 건식 식각을 이용하여 패터닝될 수 있다.Etching to form the
상기한 방법으로 제2 층(15)과 제1 층(13)은 순차적으로 이루어지며, 동일하거나 서로 다른 식각 가스를 이용하여 패터닝할 수 있다.In the above method, the
돌출 패턴(11)이 형성된 기판(10) 상에는 제1 반도체층(20)이 형성된다. 제1 반도체층(20)은 기판(10)의 노출된 면으로부터 먼저 상부 방향으로 성장되며, 이후 상부 방향과 측부 방향으로 성장된다. A
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치에 있어서, 돌출 패턴(11)이 형성된 기판(10)과 제1 반도체층(20)의 성장 방향 도시한 것이며, 도 4b는 도 4a를 돌출 패턴(11)이 형성된 기판(10) 상에 제1 반도체층(20)이 실제로 성장된 모습을 도시한 사진이다. 도 5a는 도 4a에 있어서, 점선으로 이루어진 사각형 내를 확대 도시한 것이며, 도 5b는 도 5a 부분의 사진이다. 도 4a와 도 5a에서는 설명의 편의를 위해 반도체 층의 주요 성장 방향이 화살표로 표시되었다.FIG. 4A shows the growth direction of the
도 4a, 도 4b, 도 5a, 및 도 5b를 참조하면, 먼저, 상부 방향으로 제1 반도체층(20)이 성막된다. Referring to FIGS. 4A, 4B, 5A, and 5B, first, a
제1 반도체층(20)은 다양한 재료의 반도체층, 예를 들어, n형 질화물계 반도체층으로 형성될 수 있으며, 유기 금속 기상 성장법(Metalorganic vapour phase epitaxy)이나 분자선 에피택시법(MBE; molecular beam epitaxy) 또는 하이드라이드 기상 성장법(HVPE; Hydride vapour phase epitaxy) 등을 이용할 수 있다. The
제1 반도체층(20)의 초기 성장은, 노출된 기판(10) 면으로부터 상부 방향으로 주로 일어나며, 제2 층(15)의 상면에서는 성장이 일어나지 않는다. The initial growth of the
상부 방향으로 성장을 일부 진행한 이후 상부와 측부 방향으로 제1 반도체층(20)이 성장된다. 도면에서는 설명의 편의를 위해, 주로 상부 방향으로 성장한 제1 성장 패턴(21)과, 상부와 측면 방향으로 성장하되, 측면 방향의 성장이 도미넌트한 제2 성장 패턴(23)으로 나누어 도시하였다.After partially growing in the upward direction, the
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 반도체층(20)의 측부 방향(도면에서 수평 방향)으로의 성장을 위해 MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapour Deposition)법으로 ELOG(Epitaxial lateral over-growth)이 사용될 수 있다. 제1 반도체층(20)은 측부 방향과 상부 방향으로도 지속적으로 성장함으로써 제2 층(15)의 표면을 포함하여 전체적인 기판(10) 면을 덮도록 병합된다. 이에 따라, 제1 반도체층(20)은 기판(10) 면을 모두 커버하는 플레이트 형상이 된다. In one embodiment of the present invention, epitaxial lateral over-growth (ELOG) is performed by a metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) method for growth of the
본 발명의 일 실시예에서는, 돌출 패턴(11)을 형성시, 돌출 패턴(11)의 직경(DM)과 피치의 비는 약 0.8 내지 약 1.0인 범위 내에 있도록 형성하는 바, 이는 제1 반도체층(20)의 성장시의 결함을 감소시키기 위한 것이다. In one embodiment of the present invention, when forming the protruding
본 발명의 일 실시예에 있어서, 돌출 패턴(11) 사이의 노출된 기판(10)의 기판(10)의 상면이 실질적인 성장 핵이 되는 부분이며, 기판(10)의 상면으로부터 제1 성장 패턴(21)과 같이 상부 방향으로 성장이 일어난다. 이후, 제1 반도체층(20)이 제2 성장 패턴(23)과 같이 ELOG법으로 수평 방향을 따라 성장된다. 제1 반도체층(20)의 성장시 상부 방향의 면을 상면, 측부 방향의 면을 측면이라고 하면, ELOG로 제1 반도체층(20)을 에피택셜 성장시키는 경우 ELOG의 조건에 의해 측면의 성장이 상면의 성장보다 훨씬 도미넌트하게 일어나며, m축과 c축의 성장 비율이 약 2:1이 된다. 성장시 제1 반도체층(20)의 측면은 제1 반도체층(20)의 상면에 대해 수직일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 제1 반도체층(20)의 상면에 경사진 파셋(facet) 면일 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 반도체층(20)의 상면은 (0001)면에 해당하고, 제1 반도체층(20)의 측면은 (10-11)면에 해당할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the upper surface of the
본 발명의 일 실시예예서는 돌출 패턴들(11) 사이의 피치가 상술한 범위 내로 제공됨으로써 제1 반도체층(20)의 성장이 용이하고 최종적인 발광 소자에서의 광추출 효율이 증가한다.In one embodiment of the present invention, since the pitch between the protruding
만약, 피치가 상술한 범위 보다 작은 경우, 서로 인접한 돌출 패턴(11) 사이의 간격이 충분하지 않기 때문에 결정의 성장이 더디다. 또한, 성장이 일어나더라도 성장되는 면적이 작은 상태에서 이후 측부 방향으로의 성장이 일어남으로써, 측부에 공동(VD)이 형성된다. 여기서, 공동(VD)은 결국 결정면의 성장 방향에 대응하여 형성되며, 돌출 패턴(11)의 중심을 기준으로 육각형의 각 꼭지점에 대응하는 측부에 형성된다. 공동(VD)이 크게 형성된 경우에는 공동(VD)이 형성된 부분에 대응하는 제1 층(13)의 돌출 패턴(11)의 측면(도면에서 점선의 타원으로 표시된 부분)에서도 결정이 전체적인 성장 방향과 달리 성장함으로써 결함으로 나타나게 된다. 상기 결함은 결국 발광 소자의 광추출 효율의 감소를 야기한다. 만약 피치가 상술한 범위보다 큰 경우, 서로 인접한 돌출 패턴(11) 사이의 간격이 충분히 넓어 결정의 성장이 빠르며, 이에 따라 공동의 크기가 작으며 돌출 패턴의 측부에서의 결함의 발생이 감소되기는 하나, 돌출 패턴(11) 사이가 멀어 돌출 패턴(11)에 의한 광 산란 효과가 줄어들며, 이에 따라, 광추출 효율이 감소한다.If the pitch is smaller than the above-mentioned range, the growth of crystals is slow because the distance between adjacent
측면 성장을 통해 전체적인 제1 반도체층(20)을 형성한 이후에는, 선택적으로, HVPE를 이용하여 제1 반도체층(20)을 상부 방향으로 더 성장시킬 수 있다. MOCVD를 이용하여 제1 반도체층(20) 성막시 HVPE보다 성막 속도가 느리기 때문에 충분한 두께로 빨리 제1 반도체층(20)을 성장 시키고자 하는 경우 HVPE를 이용할 수 있다.After forming the entire
다시, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 반도체층(20)을 형성하기 전에 기판(10) 상에 버퍼층을 더 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 반도체층(20)에 밴드 갭이 서로 다른 두 종의 층이 교대로 적층함으로써 초격자 구조를 형성할 수 있다. 제1 반도체층(20) 상에는 활성층(30)이 형성된다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 활성층(30)으로서 양자 우물층과 장벽층을 교대로 적층함으로써 양자 우물 구조를 형성할 수 있다. 활성층(30) 상에는 전자 차단층이 형성되고, 다음으로, 활성층(30) 상에 제2 반도체층(40)이 형성됨으로써, 발광 적층체가 제조될 수 있다. Again, referring to FIGS. 1 to 3 , in one embodiment of the present invention, a buffer layer may be further formed on the
상기한 구조를 갖는 발광 소자는 광추출 효율이 향상되며, 결함이 감소됨으로써 신뢰성이 높다.The light emitting device having the above structure has improved light extraction efficiency and reduced defects, so reliability is high.
상술한 구조의 발광 소자는 다양한 형태의 반도체 칩으로 구현될 수 있다.The light emitting device having the above structure may be implemented in various types of semiconductor chips.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 칩을 도시한 단면도로서, 래터럴 타입의 반도체 칩을 도시한 것이다.6 is a cross-sectional view of a semiconductor chip according to an embodiment of the present invention, showing a lateral type semiconductor chip.
도 6을 참조하면, 반도체 칩은 발광 소자, 상기 발광 소자에 연결된 제1 및 제2 전극(110, 120)을 포함한다. 발광 소자는 기판(10)과 기판(10) 상에 제공된 제1 반도체층(20), 활성층(30), 제2 반도체층(40), 제1 전극(110), 제2 전극(120), 절연막(130)을 포함한다. Referring to FIG. 6 , the semiconductor chip includes a light emitting element and first and
본 실시예에 있어서, 활성층(30) 및 제2 반도체층(40)이 제공되지 않은 제1 반도체층(20) 상에는 제1 전극(110)이 배치되고, 제2 반도체층(40) 상에는 제2 전극(120)이 배치된다. In this embodiment, the
제1 및/또는 제2 전극(110, 120)은 단일 층, 또는 다중 층 금속으로 이루어질 수 있다. 제1 및/또는 제2 전극(110, 120)의 재료로는 Al, Ti, Cr, Ni, Au, Ag, Cr, Cu, Ti, Ru, Rh, Ir, Mg, Zn, Al, In, Ta, Pd, Co 등의 다양한 금속 및 이들의 합금 등이 포함될 수 있다.The first and/or
여기서, 기판(10)의 상면에는 광 출사 효율을 높이(HT)기 위한 다수 개의 돌출 패턴(11)이 제공된다. 둘출 패턴은 기판(10)에는, 상술한 실시예에서 설명한 바와 같이, 제1 층(13) 및 제2 층(15)을 포함하는 원뿔 형상으로 제공될 수 있다. Here, a plurality of protruding
제1 및 제2 전극(110, 120) 상에는 절연막(130)이 제공되며, 절연막(130) 상에는 제1 전극(110) 및 제2 전극(120)을 노출하는 컨택홀들이 제공된다. 절연막(130)은 제2 반도체층(40)의 상면 및 반도체층들의 측면에 배치될 수 있으며, 제1 및 제2 전극(110, 120)과 선택적으로 접촉될 수 있다. 절연막(130)은 Al, Cr, Si, Ti, Zn, Zr 중 적어도 하나를 갖는 산화물, 질화물, 불화물, 및 황화물 중 적어도 하나로 형성된 절연물질 또는 절연성 수지 등을 포함할 수 있다. 절연막(130)은 예를 들어, SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2 중에서 선택적으로 형성될 수 있다. 절연막(130)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.An insulating
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 전극(110)과 제2 전극(120)을 노출하는 컨택홀들을 통해 다른 구성 요소에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 전극(110, 120)에는 컨택홀들을 통해 연결된 제1 및 제2 패드가 제공될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 발광 소자가 간단히 도면과 함께 설명되었으나, 발광 소자는 상술한 층 이외에도 부가적인 기능을 갖는 구성 요소을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 광을 반사하는 반사층, 특정 구성 요소를 절연하기 위한 추가 절연층, 솔더의 확산을 방지하는 솔더 방지층, 등 다양한 층이 더 포함될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the
또한, 래터럴 타입의 발광 소자를 형성함에 있어, 다양한 형태로 메사를 형성할 수 있으며, 제1 및 제2 전극(110, 120)의 위치나 형상 또한 다양하게 변경될 수 있음은 물론이다.In addition, in forming the lateral type light emitting device, the mesa may be formed in various forms, and the positions or shapes of the first and
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치는 발광 소자의 제1 전극(110)과 제2 전극(120)에 신호가 인가되어 턴온됨으로써 광을 출사하며, 출사된 광은 제1 반도체층(20)의 하부 방향으로 진행하거나, 제2 반도체층(40)의 상부 방향으로 진행할 수 있다.The light emitting device according to an embodiment of the present invention emits light when a signal is applied to the
상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 채용한 반도체 칩은 래터럴 타입인 것을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 버티컬 타입이나 플립 칩 타입의 반도체 칩에도 적용될 수 있음은 물론이다. Although the above-described semiconductor chip employing the light emitting device according to an embodiment of the present invention is of a lateral type, it is not limited thereto. For example, it goes without saying that the light emitting device according to an embodiment of the present invention can be applied to a vertical type or flip chip type semiconductor chip.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 칩을 도시한 단면도로서, 플립칩 타입의 반도체 칩을 도시한 것이다. 플립칩 타입의 반도체는 기판(10) 상에 형성한 후 반전하여 다른 구성요소에 실장될 수 있는 바, 도면에서는 반전된 형태로 도시되었다.7 is a cross-sectional view of a semiconductor chip according to an exemplary embodiment of the present invention, illustrating a flip chip type semiconductor chip. A flip-chip type semiconductor may be mounted on another component by being inverted after being formed on the
도 7을 참조하면, 반도체 칩은 발광 소자, 상기 발광 소자에 연결된 제1 및 제2 전극(110, 120)을 포함한다. 발광 소자는 기판(10)과 기판(10) 상에 적층된 제1 반도체층(20), 활성층(30), 제2 반도체층(40), 제1 전극(110), 제2 전극(120), 및 절연막(130)을 포함한다.Referring to FIG. 7 , a semiconductor chip includes a light emitting element and first and
본 실시예에 있어서, 발광 소자는 활성층(30) 및 제2 반도체층(40)을 포함하는 적어도 하나의 메사를 포함할 수 있다. 메사는 복수개의 돌출 패턴(11)을 포함할 수 있으며, 복수개의 돌출 패턴(11)들 사이는 서로 이격될 수 있다. 상기 메사 상에는 절연막(130)이 제공되며, 절연막(130)은 제1 반도체층(20)은 메사 사이 및 제2 반도체층(40)의 일부가 노출되는 컨택홀을 갖는다. 제1 전극(110)은 메사 사이의 컨택홀을 통해 노출된 제1 반도체층(20)에 연결되고, 제2 전극(120)은 제2 반도체층(40) 상에 형성된 컨택홀을 통해 노출된 제2 반도체층(40)에 연결된다. In this embodiment, the light emitting device may include at least one mesa including the
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 다양한 형태로 제조되어 다른 장치에 채용될 수 있으며, 그 용도나 개수가 한정되는 것은 아니다.As described above, the light emitting device according to an embodiment of the present invention can be manufactured in various forms and employed in other devices, and the use or number thereof is not limited.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art or those having ordinary knowledge in the art do not deviate from the spirit and technical scope of the present invention described in the claims to be described later. It will be understood that the present invention can be variously modified and changed within the scope not specified.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.Therefore, the technical scope of the present invention is not limited to the contents described in the detailed description of the specification, but should be defined by the claims.
실험예 1 : 직경과 높이가 일정한 경우 피치에 따른 광 출사 효율Experimental Example 1: Light emission efficiency according to pitch when diameter and height are constant
표 1은 발광 소자에 있어서, 기판 상의 돌출 패턴의 직경과 높이가 동일할 때 피치의 변경에 따른 광 출사 효율을 도시한 데이터이다. 도 8은 표 1에서의 돌출 패턴의 피치에 따른 광 출사 효율을 도시한 그래프이다. Table 1 is data showing light emission efficiency according to a change in pitch when the diameter and height of a protruding pattern on a substrate are the same in a light emitting device. 8 is a graph showing light output efficiency according to the pitch of protruding patterns in Table 1;
이하의 모든 실시예에서, 광량 증감률은 돌출 패턴이 제2 층 없이 제1 층으로만 이루어진 기존 발명에 따른 발광 소자의 광량 대비 증감률을 표시한 것으로서, 기존 발명의 돌출 패턴은 피치가 3 μm이고, 총 높이가 1.7 μm였으며, 직경은 2.7 μm였다.In all the following examples, the light intensity change rate represents the light intensity change rate of the light emitting device according to the existing invention in which the protruding pattern is made of only the first layer without the second layer, and the protruding pattern of the existing invention has a pitch of 3 μm , the total height was 1.7 μm, and the diameter was 2.7 μm.
표 2는 발광 소자에 있어서, 기판 상의 돌출 패턴의 직경과 높이가 동일할 때 피치의 변경에 따른 광 출사 효율을 도시한 데이터이다. 도 9는 표 2에서의 돌출 패턴의 피치에 따른 광 출사 효율을 도시한 그래프이다. Table 2 is data showing light emission efficiency according to a change in pitch when the diameter and height of the protruding pattern on the substrate are the same in the light emitting device. 9 is a graph showing light output efficiency according to the pitch of protruding patterns in Table 2;
상기한 바와 같이, 높이와 직경이 동일할 때, 피치에 따라 광량에 차이가 있으며, 돌출 패턴의 직경과 상기 피치의 비가 약 0.8 내지 약 1.0인 범위 내에 있을 때의 광량 증가율이 가장 컸다. 특히, 표 1 및 표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 광량 증가율은 제1 층의 높이와 제2 층의 높이에 따라 일부 차이는 있으나 모두 3 μm에서 가장 큰 값을 나타내었다. As described above, when the height and diameter are the same, there is a difference in the amount of light according to the pitch, and the light amount increase rate is the largest when the ratio of the diameter of the protruding pattern to the pitch is in the range of about 0.8 to about 1.0. In particular, as can be seen in Tables 1 and 2, the light quantity increase rate showed the greatest value at 3 μm, although there was some difference depending on the height of the first layer and the height of the second layer.
실험예 2 : 피치와 높이가 일정한 경우 직경에 따른 광 출사 효율Experimental Example 2: Light emission efficiency according to diameter when pitch and height are constant
표 3 내지 표 6는 발광 소자에 있어서, 기판 상의 돌출 패턴의 피치와 높이가 동일할 때 직경의 변경에 따른 광 출사 효율을 도시한 데이터이다. 도 10은 표 3 내지 6에서의 직경에 따른 광 출사 효율을 도시한 그래프이다. 도 10에 있어서, 실시예 1 내지 실시예 4로 표시된 그래프는 각각 표 3 내지 표 6의 데이터를 나타낸 것이다.Tables 3 to 6 are data showing light emission efficiency according to a change in diameter when the pitch and height of the protrusion pattern on the substrate are the same in the light emitting device. 10 is a graph showing light output efficiency according to diameter in Tables 3 to 6; In FIG. 10, the graphs indicated as Examples 1 to 4 show the data of Tables 3 to 6, respectively.
상기 표 3 내지 표 5, 및 도 10에서 확인할 수 있는 바와 같이, 돌출 패턴의 직경이 2.8 μm일 때 피치와 높이와 상관없이 상대적으로 발광 효율이 높게 나타났으며, 특히, 제1 층보다 제2 층의 비가, 0.75일 때 가장 큰 발광 효율을 나타내었다.As can be seen in Tables 3 to 5 and FIG. 10, when the diameter of the protruding pattern is 2.8 μm, the luminous efficiency is relatively high regardless of the pitch and height . In particular, the second layer is higher than the first layer. When the layer ratio was 0.75, the highest luminous efficiency was exhibited.
실험예 3 : 피치와 직경이 일정한 경우 제2 층의 높이에 따른 광 출사 효율Experimental Example 3: Light emission efficiency according to the height of the second layer when the pitch and diameter are constant
표 7 내지 표 10, 발광 소자에 있어서, 기판 상의 돌출 패턴의 피치와 직경이 동일할 때 제1 층과 제2 층의 높이 변화에 따른 광 출사 효율을 도시한 데이터이다. Tables 7 to 10, in the light emitting device, are data showing the light output efficiency according to the height change of the first layer and the second layer when the pitch and diameter of the protrusion pattern on the substrate are the same.
표 7 내지 표 8을 살펴보면, 제1 층과 제2 층의 높이에 따른 광량 증감률에 차이가 있으며, 전체적으로 제1 층보다 제2 층의 높이가 더 높을 때 광량 증가율이 크게 나타났으나, 일부는 그렇지 않았다.Looking at Tables 7 to 8, there is a difference in the light amount increase rate according to the height of the first layer and the second layer, and the light amount increase rate was larger when the height of the second layer was higher than the first layer as a whole, but some did not.
10 : 기판 11 : 돌출 패턴
13 : 제1 층 15 : 제2 층
20 : 제1 반도체층 21 : 제1 성장 패턴
23 : 제2 성장 패턴 30 : 활성층
40 : 제2 반도체층 110 : 제1 전극
120 : 제2 전극 130 : 절연막10: substrate 11: protrusion pattern
13: first layer 15: second layer
20: first semiconductor layer 21: first growth pattern
23: second growth pattern 30: active layer
40: second semiconductor layer 110: first electrode
120: second electrode 130: insulating film
Claims (14)
상기 기판으로부터 돌출된 복수 개의 돌출 패턴;
상기 기판 상에 제공된 제1 반도체층;
상기 반도체층 상에 제공된 활성층; 및
상기 활성층 상에 제공된 제2 반도체층을 포함하며,
각 돌출 패턴은
상기 기판과 분리되지 않는 일체로 형성되며 상기 기판의 상면으로부터 돌출된 제1 층; 및
상기 제1 층 상에 제공되며, 상기 제1 층과 다른 재료로 이루어진 제2 층을 포함하며,
서로 인접한 두 돌출 패턴의 중심 사이의 간격을 피치라고 하면, 상기 돌출 패턴의 직경과 상기 피치의 비는 0.8 내지 1.0이며,
상기 돌출 패턴의 직경은 2.7~2.9um이고,
상기 돌출 패턴의 직경은 상기 돌출 패턴의 높이보다 크며,
상기 제1층의 측면 경사도와 제2층의 측면 경사도는 서로 다른 발광 소자.Board;
a plurality of protruding patterns protruding from the substrate;
a first semiconductor layer provided on the substrate;
an active layer provided on the semiconductor layer; and
A second semiconductor layer provided on the active layer;
Each extrusion pattern is
a first layer formed integrally with the substrate and protruding from an upper surface of the substrate; and
a second layer provided on the first layer and made of a material different from that of the first layer;
If the pitch is the distance between the centers of two protruding patterns adjacent to each other, the ratio of the diameter of the protruding pattern to the pitch is 0.8 to 1.0,
The diameter of the protrusion pattern is 2.7 ~ 2.9um,
The diameter of the protruding pattern is greater than the height of the protruding pattern,
The side slope of the first layer and the side slope of the second layer are different from each other.
상기 피치는 2.5 마이크로미터 이상 3.5 마이크로미터 미만인 발광 소자.According to claim 1,
The pitch is a light emitting element of 2.5 micrometers or more and less than 3.5 micrometers.
상기 각 돌출 패턴의 직경은 2.7 마이크로미터 내지 2.8 마이크로미터이며, 상기 피치는 2.9 마이크로미터 내지 3.1 마이크로미터인 발광 소자.According to claim 2,
The diameter of each protruding pattern is 2.7 micrometers to 2.8 micrometers, the pitch is 2.9 micrometers to 3.1 micrometers light emitting device.
상기 각 돌출 패턴의 직경은 2.8마이크로미터인 발광 소자. According to claim 3,
The diameter of each protruding pattern is 2.8 micrometers light emitting device.
상기 제1 층과 상기 제2 층의 높이 비는 0.2 내지 1.5인 발광 소자.According to claim 1,
The height ratio of the first layer and the second layer is 0.2 to 1.5 light emitting element.
상기 제1 층과 상기 제2 층의 높이 비는 0.75 내지 1.5인 발광 소자.According to claim 5,
The height ratio of the first layer and the second layer is 0.75 to 1.5 light emitting element.
상기 제2 층의 높이는 제1 층의 높이보다 큰 발광 소자.According to claim 6,
A height of the second layer is greater than a height of the first layer.
상기 돌출 패턴의 직경은 상기 피치와 같거나 작은 발광 소자.According to claim 1,
A diameter of the protruding pattern is equal to or smaller than the pitch light emitting device.
상기 돌출 패턴은 뒤집어진 원뿔 형상을 갖는 발광 소자.According to claim 1,
The protruding pattern is a light emitting device having an inverted cone shape.
상기 제1 층의 측면 경사도와 제2 층의 측면 경사도는 서로 다른 발광 소자.According to claim 1,
The side slope of the first layer and the side slope of the second layer are different from each other.
상기 제1 반도체층에는 상기 돌출 패턴의 측부에 대응하는 영역 일부에 공동이 제공되는 발광 소자.According to claim 1,
A light emitting element in which a cavity is provided in a portion of a region corresponding to a side of the protruding pattern in the first semiconductor layer.
상기 제1 층은 SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, 및 Ga2O3 중 어느 하나를 포함하며, 상기 제2 층은 SiOx, SiOxNy, SiNx를 포함하는 발광 소자.According to claim 1,
The first layer includes any one of SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, and Ga 2 O 3 , and the second layer includes SiO x , SiO x N y , and SiN x A light emitting device that does.
상기 돌출 패턴들은 규칙적으로 배열된 발광 소자.According to claim 1,
The protruding patterns are regularly arranged light emitting elements.
상기 돌출 패턴들은 불규칙적으로 배열된 발광 소자.
According to claim 1,
The protruding patterns are irregularly arranged light emitting elements.
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