KR20050049730A - Semiconductor light emitting device - Google Patents
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Abstract
열 방출이 용이한 반도체 발광소자가 개시된다.Disclosed is a semiconductor light emitting device that is easy to dissipate heat.
본 발명의 반도체 발광소자는, 제1, 제2, 제3 및 제4 측면을 포함하는 측면부를 갖는 4각 형상으로 이루어지고, 기판, 제1 클래드층, 활성층 및 제2 클래드층으로 구성되며, 상기 활성층에서 발생된 열이 용이하게 방출되도록 하기 위해 상기 측면부가 요철 구조로 이루어진다.The semiconductor light emitting device of the present invention has a quadrangular shape having side portions including first, second, third and fourth side surfaces, and comprises a substrate, a first cladding layer, an active layer, and a second cladding layer, The side portion is formed of an uneven structure so that heat generated in the active layer can be easily released.
이와 같이, 측면을 요철 구조로 형성시켜 외부 공기와의 접촉면적을 극대화시켜 보다 용이하게 열을 방출시킬 수 있는 효과가 있다. As such, the side surface is formed to have an uneven structure to maximize the contact area with the outside air, thereby releasing heat more easily.
Description
본 발명은 반도체 발광소자에 관한 것으로, 열방출이 용이한 반도체 발광소자에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly to a semiconductor light emitting device that is easy to dissipate heat.
반도체 발광소자는 후레쉬용 고휘도 광원, 유대용 전자제품(휴대폰, 캠코더, 디지털 카메라 및 PDA)에 사용되는 액정표시장치(LCD)의 백라이트(backlight), 전광판용 광원, 조명 및 스위치 조명 광원, 표시등, 교통신호등의 광원으로 그 사용범위가 날로 확대되고 있다.Semiconductor light emitting devices include high-brightness light sources for flashlights, backlights for liquid crystal displays (LCDs) used in consumer electronics (mobile phones, camcorders, digital cameras, and PDAs), light sources for electronic signs, light sources for lighting and switch lighting, and indicator lights. As a light source for traffic lights, its range of use is expanding day by day.
일반적으로 반도체 발광소자는 직류전원을 이용하여 구동되는 소자로서, 구동시에 반도체 발광소자 내부에는 온도가 대략 100도 가까이 상승되게 된다.In general, a semiconductor light emitting device is a device driven by using a direct current power source, the temperature of the semiconductor light emitting device is raised to approximately 100 degrees inside the semiconductor light emitting device during driving.
도 1 내지 도 3은 일반적인 반도체 발광소자의 개략적인 구조를 나타낸 사시도, 단면도 및 평면도이다.1 to 3 are a perspective view, a cross-sectional view and a plan view showing a schematic structure of a general semiconductor light emitting device.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 일반적인 반도체 발광소자는 기판(1) 상에 형성되는 n-GaN층(이하, 제1 클래드층이라 한다)(2), 상기 제1 클래드층(2)에 형성되어 광을 발광시키는 활성층(3) 및 상기 활성층(3) 상에 형성되는 p-GaN층(이하, 제2 클래드층이라 한다)(4)으로 구성된다. 물론, 상기 기판(1)에 상기 제1 클래드층(2)이 용이하게 형성되도록 하기 위해 버퍼층(미도시)이 더 구성될 수 있다. 또한, 상기 기판(1)의 저면과 상기 제2 클래드층(4)의 상면에는 전류가 인가되도록 하기 위한 n 전극 및 p 전극(미도시)이 더 구비될 수 있다.1 to 3, a general semiconductor light emitting device is formed on an n-GaN layer (hereinafter referred to as a first cladding layer) 2 formed on a substrate 1 and on the first cladding layer 2. And an p-GaN layer (hereinafter referred to as a second cladding layer) 4 formed on the active layer 3 to emit light. Of course, a buffer layer (not shown) may be further configured to easily form the first clad layer 2 on the substrate 1. In addition, an n electrode and a p electrode (not shown) may be further provided on the bottom surface of the substrate 1 and the top surface of the second cladding layer 4 to apply a current.
이와 같이 구성된 반도체 발광소자는 통상적으로 4각형 구조로 이루어진다. 즉, 상기 반도체 발광소자는 직육면체 형상으로 이루어지되, 일 측면이 소정 깊이의 곡면 형상으로 형성되고, 나머지 측면들은 평평한 면으로 형성되게 된다.The semiconductor light emitting device configured as described above typically has a quadrangular structure. That is, the semiconductor light emitting device has a rectangular parallelepiped shape, one side of which is formed in a curved shape having a predetermined depth, and the other side thereof is formed of a flat surface.
상기와 같이 구성된 반도체 발광소자에 직류전원이 인가되면, 상기 제1 클래드층(2)과 상기 제2 클래드층(4)이 다이오드 특성을 갖게 됨으로 해서, 상기 활성층(3)으로 정공(hole)들과 전자(electron)들이 모이게 되고, 상기 활성층(3)에 모인 전자와 정공이 재결합(recombination)되면서 광이 외부의 사방으로 발광되게 된다. When DC power is applied to the semiconductor light emitting device configured as described above, the first cladding layer 2 and the second cladding layer 4 have diode characteristics, so that holes are formed in the active layer 3. Electrons and electrons are gathered, and light is emitted from outside in all directions as electrons and holes collected in the active layer 3 are recombined.
이때, 상기 활성층(3)에서 전자와 정공의 재결합에 의해 광이 발광되면서 온도도 상승되게 된다. 이와 같이 상승된 온도는 대략 100도까지 도달되게 되어 상당한 내부 열을 생성하게 된다. 그리고, 상기 활성층(3)에서 생성된 열은 일부는 측면을 통해 외부로 방출되지만, 나머지는 대부분 상기 제1 및 제2 클래드층(2, 4)으로 전달되게 되어 상기 반도체 발광소자 전체에 걸쳐서 상당한 양의 열이 발생되게 된다.At this time, the temperature is also increased while the light is emitted by the recombination of electrons and holes in the active layer (3). This elevated temperature will reach up to approximately 100 degrees, creating significant internal heat. In addition, some of the heat generated in the active layer (3) is released to the outside through the side, but most of the rest is transferred to the first and second cladding layers (2, 4), so that the whole of the semiconductor light emitting device Positive heat will be generated.
통상적으로 반도체 발광소자의 신뢰성 평가에 있어서 가장 중요한 요소 중에 하나가 바로 열적 안성성인데, 앞서 살펴본 바와 같이, 종래의 반도체 발광소자 구조에서는 내부에서 생성된 열이 외부로 효과적으로 방출되지 않게 됨으로써, 반도체 발광소자의 전기적인 특성을 파괴시키거나 수명을 단축시키게 되는 문제점이 있었다. In general, one of the most important factors in evaluating the reliability of a semiconductor light emitting device is thermal stability. As described above, in a conventional semiconductor light emitting device structure, heat generated inside is not effectively discharged to the outside, thereby emitting semiconductor light. There is a problem in that it destroys the electrical characteristics of the device or shortens the life.
또한, 이와 같은 고온의 열은 활성층에서 나오는 광의 고유 특성과 밝기를 저하시키는 문제점도 있었다.In addition, such high temperature heat also has a problem of lowering the intrinsic properties and brightness of light emitted from the active layer.
또한, 이와 같은 반도체 발광소자가 다른 소자와 결합되어 응용될 경우, 상기 반도체 발광소자로부터 효과적으로 열을 방출시키기 위한 별도의 장치(예를 들면, 방열판)가 더 추가적으로 필요하게 되어, 비용의 추가 발생이 발생되는 문제점이 있었다. In addition, when such a semiconductor light emitting device is applied in combination with other devices, an additional device (eg, a heat sink) for effectively dissipating heat from the semiconductor light emitting device is required, and thus additional cost is generated. There was a problem that occurred.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 구조를 변경하여 내부에서 발생된 열을 효과적으로 외부로 방출되도록 하는 반도체 발광소자를 제공함에 그 목적이 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device which is designed to solve the problems described above, so that heat generated from the inside can be effectively released to the outside by changing its structure.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 반도체 발광소자는, 제1, 제2, 제3 및 제4 측면을 포함하는 측면부를 갖는 4각 형상으로 이루어지고, 기판, 제1 클래드층, 활성층 및 제2 클래드층으로 구성되고, 상기 활성층에서 발생된 열이 용이하게 방출되도록 하기 위해 상기 측면부가 요철 구조로 이루어지는 것을 특징으로 한다. According to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object, the semiconductor light emitting device is made of a quadrangular shape having a side portion including the first, second, third and fourth side, the substrate, the first The cladding layer, the active layer and the second cladding layer, and the side portion is characterized in that the concave-convex structure in order to easily release the heat generated in the active layer.
여기서, 상기 요철 구조는 각이 지도록 형성되든지 또는 곡면 형상으로 형성될 수 있다.Here, the uneven structure may be formed to have an angle or may be formed in a curved shape.
이와 같이 측면을 요철로 형성함으로써, 활성층에 의해 발생된 열을 보다 용이하고 효율적으로 방출시킬 수 있는 장점이 있다.Thus, by forming the side surface with irregularities, there is an advantage that can easily and efficiently release the heat generated by the active layer.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention.
도 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 개략적인 구조를 나타낸 사시도 및 평면도이다.4 and 5 are a perspective view and a plan view showing a schematic structure of a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자(10)는 기판(11) 상에 형성되는 n-GaN층(이하, 제1 클래드층이라 한다)(12), 상기 제1 클래드층(12)에 형성되어 광을 발광시키는 활성층(13) 및 상기 활성층(13) 상에 형성되는 p-GaN층(이하, 제2 클래드층이라 한다)(14)으로 구성된다. 물론, 상기 기판(11)에 상기 제1 클래드층(12)이 용이하게 형성되도록 하기 위해 버퍼층(미도시)이 더 구성될 수 있다. 또한, 상기 기판(11)의 저면과 상기 제2 클래드층(12)의 상면에는 전류가 인가되도록 하기 위한 n 전극 및 p 전극(미도시)이 더 구비될 수 있다.4 and 5, the semiconductor light emitting device 10 according to the exemplary embodiment of the present invention may include an n-GaN layer (hereinafter, referred to as a first cladding layer) 12 formed on the substrate 11. An active layer 13 formed on the first cladding layer 12 to emit light and a p-GaN layer 14 (hereinafter referred to as a second cladding layer) 14 formed on the active layer 13 are formed. Of course, a buffer layer (not shown) may be further configured to easily form the first clad layer 12 on the substrate 11. In addition, an n electrode and a p electrode (not shown) may be further provided on the bottom surface of the substrate 11 and the top surface of the second clad layer 12 to apply current.
상기와 같이 구성된 상기 반도체 발광소자(10)는 4각형 구조로 이루어진다. 즉, 상기 반도체 발광소자(10)는 직육면체 형상으로 이루어지되, 제1 측면(15)이 소정 깊이의 곡면 형상으로 형성되고, 나머지 측면들, 즉 제2, 제3 및 제4 측면(16, 17, 18)은 일정 간격으로 각이진 복수의 요철 구조로 형성되게 된다. 이때, 상기 각이진 요철 구조는 상기 반도체 발광소자(10)의 적어도 하나 이상의 측면에 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 각이진 요철 구조는 제2 측면(16)에만 형성되든지, 제2 및 제3 측면(16, 17)에서 형성되든지 또는 제2, 제3 및 제4 측면(16, 17, 18) 모두에 형성될 수 있다.The semiconductor light emitting device 10 configured as described above has a quadrangular structure. That is, the semiconductor light emitting device 10 may have a rectangular parallelepiped shape, and the first side surface 15 may have a curved shape having a predetermined depth, and the remaining side surfaces, that is, the second, third and fourth side surfaces 16 and 17. , 18) is formed of a plurality of uneven structures angled at regular intervals. In this case, the angled concave-convex structure is preferably formed on at least one side of the semiconductor light emitting device (10). That is, the angled concave-convex structure is formed only in the second side 16, in the second and third side (16, 17) or both, the second, third and fourth side (16, 17, 18) Can be formed on.
또한, 상기 요철의 깊이는 너무 깊지도 않고 또한 너무 얇지도 않도록 식각(etching)되도록 최적화되어야 할 것이다.In addition, the depth of the unevenness will have to be optimized to be etched so that it is not too deep and not too thin.
상기 요철은 상기 반도체 발광소자(10)의 기판(11), 제1 클래드층(12), 활성층(13) 및 제2 클래드층(14) 모두에 형성될 수 있다. The unevenness may be formed on all of the substrate 11, the first cladding layer 12, the active layer 13, and the second cladding layer 14 of the semiconductor light emitting device 10.
이와 같이 상기 반도체 발광소자(10)의 측면들이 각이진 요철 구조로 형성됨으로써, 외부 공기와 접하는 각 측면들의 표면적이 극대화되어, 구동시 상기 활성층(13)에서 광이 발광될 때 생성되는 고온의 열이 보다 많이 외부로 방출되도록 할 수 있다.As described above, the side surfaces of the semiconductor light emitting device 10 are formed in an angled concave-convex structure, thereby maximizing the surface area of each side contacting the outside air, so that high temperature heat generated when light is emitted from the active layer 13 during driving. More than this can be released to the outside.
도 6 및 도 7은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 반도체 발광소자의 개략적인 구조를 나타낸 사시도 및 평면도이다.6 and 7 are a perspective view and a plan view showing a schematic structure of a semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 반도체 발광소자(20)는 기판(11) 상에 형성되는 n-GaN층(이하, 제1 클래드층이라 한다)(12), 상기 제1 클래드층(12)에 형성되어 광을 발광시키는 활성층(13) 및 상기 활성층(13) 상에 형성되는 p-GaN층(이하, 제2 클래드층이라 한다)(14)으로 구성된다. 물론, 상기 기판(11)에 상기 제1 클래드층(12)이 용이하게 형성되도록 하기 위해 버퍼층(미도시)이 더 구성될 수 있다. 또한, 상기 기판(11)의 저면과 상기 제2 클래드층(14)의 상면에는 전류가 인가되도록 하기 위한 n 전극 및 p 전극(미도시)이 더 구비될 수 있다.6 and 7, the semiconductor light emitting device 20 according to another exemplary embodiment of the present invention is an n-GaN layer (hereinafter, referred to as a first cladding layer) 12 formed on the substrate 11. And a p-GaN layer (hereinafter referred to as a second cladding layer) 14 formed on the first cladding layer 12 to emit light, and formed on the active layer 13. . Of course, a buffer layer (not shown) may be further configured to easily form the first clad layer 12 on the substrate 11. In addition, an n electrode and a p electrode (not shown) may be further provided on the bottom surface of the substrate 11 and the top surface of the second cladding layer 14 to apply current.
상기와 같이 구성된 상기 반도체 발광소자(20)는 4각형 구조로 이루어진다. 즉, 상기 반도체 발광소자(20)는 직육면체 형상으로 이루어지되, 제1 측면(15)이 소정 깊이의 곡면 형상으로 형성되고, 나머지 측면들, 즉 제2, 제3 및 제4 측면(16, 17, 18)은 일정 간격으로 곡면 형상을 갖는 복수의 요철 구조로 형성되게 된다. 이때, 상기 곡면 형상의 요청 구조는 상기 반도체 발광소자(20)의 적어도 하나 이상의 측면에 형성되는 것이 바라직하다. 즉, 상기 곡면 형상의 요철 구조는 제2 측면(16)에만 형성되든지, 제2 및 제3 측면(16, 17)에서 형성되든지 또는 제2, 제3 및 제4 측면(15, 17, 18) 모두에 형성될 수 있다.The semiconductor light emitting device 20 configured as described above has a quadrangular structure. That is, the semiconductor light emitting device 20 may have a rectangular parallelepiped shape, and the first side surface 15 may have a curved shape having a predetermined depth, and the remaining side surfaces, that is, the second, third and fourth side surfaces 16 and 17. , 18) is formed of a plurality of uneven structures having a curved shape at regular intervals. In this case, the curved request structure is preferably formed on at least one side of the semiconductor light emitting device (20). That is, the curved concave-convex structure is formed only in the second side 16, the second and third side (16, 17) or the second, third and fourth side (15, 17, 18) It can be formed on both.
또한, 상기 요철의 깊이는 너무 깊지도 않고 또한 너무 얇지도 않도록 식각되도록 최적화되어야 할 것이다.In addition, the depth of the unevenness will have to be optimized to be etched so as not to be too deep and not too thin.
상기 요철은 상기 반도체 발광소자(20)의 기판(11), 제1 클래드층(12), 활성층(13) 및 제2 클래드층(14) 모두에 형성될 수 있다. The unevenness may be formed on all of the substrate 11, the first cladding layer 12, the active layer 13, and the second cladding layer 14 of the semiconductor light emitting device 20.
이와 같이 상기 반도체 발광소자(20)의 측면들이 곡면형상을 갖는 요철 구조로 형성됨으로써, 외부 공기와 접하는 각 측면들의 표면적이 극대화되어, 구동시 상기 활성층(13)에서 광이 발광될 때 생성되는 고온의 열이 보다 많이 외부로 방출되도록 할 수 있다.As such, the side surfaces of the semiconductor light emitting device 20 are formed in a concave-convex structure having a curved shape, thereby maximizing the surface area of each side in contact with the outside air, so that the high temperature generated when light is emitted from the active layer 13 during driving. It is possible to allow more heat to be released to the outside.
본 발명에서는 요철 구조가 각이진 형상과 곡면 형상에 대해서만 설명하였지만, 본 발명에 따른 측면의 요철 구조는 열 방출을 극대화시킬 수 있는 것이라면 어떠한 형상으로 변경되어도 무방할 것이다.In the present invention, the concave-convex structure has been described only for the angular shape and the curved shape, the concave-convex structure of the side according to the present invention may be changed to any shape as long as it can maximize heat dissipation.
본 발명에서와 같이 각이 지거나 곡면 형상을 갖는 요철 구조에 의하면, 외부 공기와 접촉되는 표면적을 최대 2배 정도까지 확대시킬 수 있어 보다 용이하게 내부 열을 방출시킬 수 있다.According to the concave-convex structure having an angled or curved shape as in the present invention, the surface area in contact with the outside air can be enlarged up to about two times, and the internal heat can be more easily released.
또한, 본 발명의 반도체 발광소자(10, 20)는 가장 기본적인 구조 즉 기판(11), 제1 클래드층(n-GaN층)(12), 활성층(13) 및 제2 클래드층(p-GaN층)(14)으로 한정되어 설명되었지만, 보다 발광효율을 향상시켜 레이저 용도를 갖는 복잡한 구조(예컨대, AlGaN, InGaN 등이 포함되는 구조)로 이루어질 때에도 적용될 수 있다. In addition, the semiconductor light emitting devices 10 and 20 of the present invention have the most basic structure, that is, the substrate 11, the first cladding layer (n-GaN layer) 12, the active layer 13, and the second cladding layer (p-GaN). Although described as limited to the layer) 14, the present invention can also be applied to a complicated structure (for example, a structure containing AlGaN, InGaN, etc.) having a laser application by improving luminous efficiency.
또한, 본 발명의 반도체 발광소자(10, 20)는 발광 다이오드뿐만 아니라 레이저 다이오드에도 적용될 수 있다.In addition, the semiconductor light emitting devices 10 and 20 of the present invention can be applied not only to light emitting diodes but also to laser diodes.
또한, 본 발명의 반도체 발광소자(10, 20)는 청색 발광을 하는 GaN계뿐만 아니라, 적색 발광을 하는 GaP계에도 적용될 수 있다. In addition, the semiconductor light emitting devices 10 and 20 of the present invention can be applied not only to GaN systems that emit blue light, but also to GaP systems that emit red light.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면, 측면을 요철 구조로 형성시켜 외부 공기와의 접촉 면적을 극대화시키고, 이에 따라 내부에서 발생된 열을 보다 많이 외부로 방출시킬 수 있으므로, 열 방출 효율을 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, the side surface is formed to have an uneven structure to maximize the contact area with the outside air, thereby releasing more heat generated inside to the outside, thereby improving heat dissipation efficiency. You can.
또한, 이와 같이 열 방출 효율이 향상되게 되어 내부 온도를 저감시킴으로써, 보다 안정적인 전기적 특성을 가질 수 있을 뿐만 아니라 활성층에서 발광된 광의 고유 특성과 밝기를 저하되는 것을 방지할 수 있다.In addition, the heat dissipation efficiency is improved, thereby reducing the internal temperature, thereby not only having more stable electrical characteristics but also preventing the intrinsic characteristics and brightness of the light emitted from the active layer from being lowered.
또한, 내부 열을 신속하게 방출시킬 수 있으므로, 반도체 발광소자를 다른 소자와 결합되어 응용될 때 별도의 열방출 장치(예컨대, 방열판) 등이 불필요하게 되어, 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, since the internal heat can be quickly released, a separate heat dissipation device (eg, a heat sink) or the like is unnecessary when the semiconductor light emitting device is applied in combination with other devices, thereby reducing the cost.
도 1 내지 도 3은 일반적인 반도체 발광소자의 개략적인 구조를 나타낸 사시도, 단면도 및 평면도이다.1 to 3 are a perspective view, a cross-sectional view and a plan view showing a schematic structure of a general semiconductor light emitting device.
도 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 개략적인 구조를 나타낸 사시도 및 평면도이다.4 and 5 are a perspective view and a plan view showing a schematic structure of a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
도 6 및 도 7은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 반도체 발광소자의 개략적인 구조를 나타낸 사시도 및 평면도이다.6 and 7 are a perspective view and a plan view showing a schematic structure of a semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 명칭><Name of the code for the main part of the drawing>
10, 20 : 반도체 발광소자 11 : 기판10, 20: semiconductor light emitting element 11: substrate
12, 14 : 클래드층 13 : 활성층 12, 14: cladding layer 13: active layer
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