KR101637596B1 - Light emitting device - Google Patents
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Abstract
실시예는 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 발광층을 포함하고, 상기 발광층은, 적어도 하나 이상의 양자우물과, 상기 양자우물 사이에 하나 이상의 양자벽;을 포함하며, 상기 제2 도전형 반도체층에 인접한 제1 양자우물은 제2 도전형 불순물이 주입된 양자우물일 수 있다.Embodiments relate to a light emitting device, a light emitting device package, and an illumination system.
The light emitting device according to the embodiment includes a first conductivity type semiconductor layer, a second conductivity type semiconductor layer, and a light emitting layer between the first conductivity type semiconductor layer and the second conductivity type semiconductor layer, A quantum well and at least one quantum well between the quantum well and the first quantum well adjacent to the second conductivity type semiconductor layer may be a quantum well doped with a second conductivity type impurity.
Description
실시예는 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.Embodiments relate to a light emitting device, a light emitting device package, and an illumination system.
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.A light emitting device can be produced by combining p-n junction diodes having the characteristic that electric energy is converted into light energy by elements of Group III and Group V on the periodic table. LEDs can be implemented in various colors by controlling the composition ratio of compound semiconductors.
발광소자는 전자 주입층에서 공급된 전자와 정공 주입층에서 공급된 정공이 양자우물 내에서 서로 결합하여 빛을 방출한다.In the light emitting device, electrons supplied from the electron injection layer and holes supplied from the hole injection layer combine with each other in the quantum well to emit light.
그런데, 종래의 질화물 반도체 발광소자는 정공주입층, 예를 들어 P-GaN로부터 발광층으로 주입되는 정공의 주입효율이 매우 낮은 문제점 있다. 이러한 낮은 정공주입효율은 종래 발광소자의 발광효율을 크게 제한한다.However, the conventional nitride semiconductor light emitting device has a problem that the injection efficiency of holes injected from the hole injection layer, for example, P-GaN, into the light emitting layer is very low. This low hole injection efficiency greatly limits the luminous efficiency of the conventional light emitting device.
또한, 종래기술은 전자 주입층, 예를 들어 N-GaN을 통하여 주입되는 전자는 질화물 반도체에서 본질적으로 이동도가 높아서 수월하게 양자우물에 도달하고 심지어 정공 주입층, 예를 들어 P-GaN로 넘어간다. 발광소자의 발광효율을 증대시키기 위해서는 전자가 발광층을 지나서 P-GaN로 넘어가는 손실을 최소화해야한다.In addition, in the prior art, electrons injected through an electron injection layer, for example, N-GaN, have inherently high mobility in the nitride semiconductor so that they can easily reach quantum wells and even pass into a hole injection layer, Goes. In order to increase the luminous efficiency of the light emitting device, the loss of electrons passing through the light emitting layer to P-GaN must be minimized.
실시예는 정공주입효율을 극대화함으로써 고효율 발광특성을 구비할 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.Embodiments provide a light emitting device, a light emitting device package, and an illumination system capable of achieving high efficiency light emission characteristics by maximizing the hole injection efficiency.
실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 발광층을 포함하고, 상기 발광층은, 적어도 하나 이상의 양자우물과, 상기 양자우물 사이에 하나 이상의 양자벽;을 포함하며, 상기 제2 도전형 반도체층에 인접한 제1 양자우물은 제2 도전형 불순물이 주입된 양자우물일 수 있다.The light emitting device according to the embodiment includes a first conductivity type semiconductor layer, a second conductivity type semiconductor layer, and a light emitting layer between the first conductivity type semiconductor layer and the second conductivity type semiconductor layer, A quantum well and at least one quantum well between the quantum well and the first quantum well adjacent to the second conductivity type semiconductor layer may be a quantum well doped with a second conductivity type impurity.
또한, 실시예에 따른 발광소자 패키지는 상기 발광소자; 상기 발광소자가 배치되는 패키지 몸체; 및 상기 발광소자와 상기 패키지 몸체를 전기적으로 연결하는 하나 이상의 전극;을 포함할 수 있다.In addition, the light emitting device package according to the embodiment includes the light emitting element; A package body in which the light emitting device is disposed; And at least one electrode electrically connecting the light emitting device and the package body.
또한, 실시예에 따른 조명시스템은 상기 발광소자 패키지를 구비하는 발광유닛을 포함할 수 있다.Further, the illumination system according to the embodiment may include a light emitting unit having the light emitting device package.
실시예에 의하면, 정공주입효율을 극대화함으로써 고효율 발광특성을 구비할 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 것으로 기대된다.According to the embodiments, it is expected to provide a light emitting device, a light emitting device package, and an illumination system capable of achieving high efficiency light emission characteristics by maximizing the hole injection efficiency.
예를 들어, 실시예는 P-GaN에 인접한 양자우물에서 다중양자우물 발광층의 중심부로 이동시킴으로써 더 많은 양자우물들이 발광에 주도적으로 기여할 수 있도록 하고, 발광에 기여하지 않고 P-GaN 방향으로 넘어가는 전자의 손실을 최소화시킬 수 있다. For example, by moving the quantum wells from the quantum well adjacent to P-GaN to the center of the multiple quantum well emission layer, more quantum wells can contribute to the emission, The loss of electrons can be minimized.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드갭 예시도.
도 2는 제2 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드갭 예시도.
도 3은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 4는 실시예에 따른 조명 유닛의 사시도.
도 5는 실시예에 따른 백라이트 유닛의 사시도.1 is an exemplary view showing an energy band gap of a light emitting device according to the first embodiment;
FIG. 2 is an exemplary view showing an energy band gap of the light emitting device according to the second embodiment. FIG.
3 is a cross-sectional view of a light emitting device package according to an embodiment.
4 is a perspective view of a lighting unit according to an embodiment;
5 is a perspective view of a backlight unit according to an embodiment.
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.In the description of the embodiments, each layer (film), region, pattern or structure is referred to as being "on" or "under" the substrate, each layer (film) Quot; on "and" under "are intended to include both" directly "or" indirectly " do. Also, the criteria for top, bottom, or bottom of each layer will be described with reference to the drawings.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.The thickness and size of each layer in the drawings are exaggerated, omitted, or schematically shown for convenience and clarity of explanation. Also, the size of each component does not entirely reflect the actual size.
(실시예)(Example)
실시예는 정공주입효율을 극대화함으로써 고효율 발광특성을 구비할 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.Embodiments provide a light emitting device, a light emitting device package, and an illumination system capable of achieving high efficiency light emission characteristics by maximizing the hole injection efficiency.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광소자(100)의 에너지 밴드갭 예시도이다.1 is a diagram illustrating an energy band gap of the
상기 과제를 해결하기 위해, 실시예는 제1 도전형 반도체층(110), 제2 도전형 반도체층(130) 및 상기 제1 도전형 반도체층(110)과 상기 제2 도전형 반도체층(130) 사이에 발광층을 포함하고, 상기 발광층은, 적어도 하나 이상의 양자우물(122)과, 상기 양자우물(122) 사이에 하나 이상의 양자벽(124);을 포함하며, 상기 제2 도전형 반도체층(130)에 인접한 제1 양자우물(122a)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 양자우물일 수 있다.The first conductivity
상기 제2 도전형 반도체층(130)은 정공주입층이며, 상기 제1 도전형 반도체층(110)은 전자주입층일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The second
실시예에서, 상기 제1 양자우물(122a)의 제1 양자화 에너지준위(n=1)는 상기 제1 도전형 반도체층(110) 방향으로 인접한 다른 양자우물속의 제1 양자화 에너지(n=1) 준위 이상일 수 있다.The first quantization energy level (n = 1) of the first
또한, 실시예에서 상기 제1 양자우물(122a)은 실제 빛을 발광할 수 있는 발광층일 수 있다.Also, in the embodiment, the first
실시예는 제2 도전형 반도체층(130), 예를 들어 p-GaN에 인접한 제1 양자우물(122a)에 P형 불순물, 예를 들어 Mg를 도핑하고, Mg이 도핑된 제1 양자우물(122a)의 제1 양자화 에너지준위가 제1 도전형 반도체층(110), 예를 들어 n-GaN 방향으로 인접하고 있는 다른 양자우물(122b, 122c)속의 제1 양자화 에너지준위보다 에너지 상태가 동등하거나 높게 하여 양자역학적 터널링 현상에 의해서 제1 양자우물(122a)에 채워진 정공들이 효율적으로 인접한 양자우물속으로 주입될 수 있도록 함으로써 발광소자의 정공주입효율을 개선할 수 있다.For example, a P-type impurity such as Mg may be doped into the second
도 2는 제2 실시예에 따른 발광소자(100b)의 에너지 밴드갭 예시도이다.2 is a diagram illustrating an energy band gap of the
실시예는 도 2와 같이, 정공주입효율을 개선하기 위해, 제2 도전형 반도체층(130), 예를 들어 p-GaN층에 인접하고 있는 제2 도전형 양자벽(last barrier)(126)의 일부 혹은 전부에 P형 불순물, 예를 들어, Mg를 도핑하여 정공의 이동도를 증가시키고 정공의 비발광 손실 확률을 줄여줌으로써 정공주입효율을 증대시킬 수 있다.2, a second conductive
상기 제2 도전형 양자벽(126)은 그 일부 혹은 전부가 P형 불순물이 도핑되고, 상기 제2 도전형 양자벽(126)의 에너지밴드갭이 상기 제2 도전형 반도체층(130)의 에너지 밴드갭과 같거나 작을 수 있다.A part or the whole of the second conductive type
실시예에서 정공주입효율의 개선은 주발광 위치를 제2 도전형 반도체층(130), 예를 들어 P-GaN에 인접한 양자우물에서 다중양자우물 발광층의 중심부로 이동시킴으로써 더 많은 양자우물들이 발광에 주도적으로 기여할 수 있도록 하고, 발광에 기여하지 않고 P-GaN 방향으로 넘어가는 전자의 손실을 최소화시킬 수 있다. 실시예에 따른 발광소자에서 정공주입효율의 개선은 주입된 정공의 비발광 손실을 최소화 시킴으로써 발광소자의 발광효율을 획기적으로 증대시킬 수 있다.In the embodiment, the improvement of the hole injection efficiency is achieved by moving the main emission position from the quantum well adjacent to the second conductivity
실시예에 의하면, 낮은 정공주입효율 문제점을 극복하여 정공주입효율을 극대화함으로써 고효율 발광특성을 구비할 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.According to the embodiments, it is possible to provide a light emitting device, a light emitting device package, and an illumination system capable of achieving high efficiency light emission characteristics by maximizing the hole injection efficiency by overcoming the problem of low hole injection efficiency.
이하, 도 1을 참조하여, 제1 실시예에 따른 발광소자(100)를 좀 더 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 1, the
제1 실시예에 따른 발광소자(100)는 제1 도전형 반도체층(110), 예를 들어 n-GaN과 제2 도전형 반도체층(130), 예를 들어 p-GaN 사이에 다중 양자우물구조 발광층을 구비하고, 다중양자우물들(122) 중에서 상기 P-GaN에 인접한 제1 양자우물(122a)은 P형 불순물, 예를 들어, Mg 도핑 되고, 제1 양자우물(122a)의 제1 양자화 에너지준위가 n-GaN 방향으로 인접한 다른 양자우물(122b, 122c)속의 제1 양자화 에너지 준위와 에너지가 동등하거나 더 높을 수 있다.The
제1 실시예는 상기 제1 양자우물(122a)과 상기 제2 도전형 반도체층(130) 사이에 언도프트 GaN 배리어(미도시)를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The first embodiment may include an un-acted GaN barrier (not shown) between the first
제1 실시예에 의하면 p-형 GaN로부터 주입된 정공은 언도프트 GaN 배리어를 지나서 Mg이 도핑된 제1 양자우물(122a)에 이르러서 양자우물 내의 낮은 에너지준위부터 차례로 채워진다. According to the first embodiment, the holes injected from p-type GaN reach the first
제1 양자우물(122a)의 제1 양자화 에너지준위를 차지하고 있는 정공들은 에너지 상태가 동일하거나 더 낮은 제2 양자우물(122b)속의 제1 양자화 에너지준위가 비어 있는 경우 제1 양자벽을 지나서 양자역학적 터널링 현상에 의해서 효율적으로 이동하게 된다. 이때, 제1 양자우물(122a) 내에서도 전자와 정공의 결합에 의해 빛을 발광할 수도 있다.The holes occupying the first quantum energy level of the first
이후, 제2 양자우물(122b)속으로 주입된 정공들은 n-형 GaN를 통해서 주입된 전자들과 결합하여 빛을 방출한다. 결국, P-형 GaN로부터 주입된 정공들은 Mg이 도핑된 제1 양자우물(122a)을 통하여서 제2 양자우물(122b) 속으로 효과적으로 주입될 수 있다. 정공주입효율의 향상은 정공손실을 줄이게 되고 결국 소자의 발광효율을 향상시킬 수 있다.Then, holes injected into the second
실시예에 의하면, 정공주입효율을 극대화함으로써 고효율 발광특성을 구비할 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.According to the embodiment, it is possible to provide a light emitting device, a light emitting device package, and an illumination system capable of achieving high efficiency light emission characteristics by maximizing the hole injection efficiency.
도 2는 제2 실시예에 따른 발광소자(100b)의 에너지 밴드갭 예시도이다.2 is a diagram illustrating an energy band gap of the
제2 실시예는 상기 제1 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있다. 제2 실시예는 정공주입효율을 개선하기 위해, 제2 도전형 반도체층(130), 예를 들어 p-GaN층에 인접하고 있는 제2 도전형 양자벽(last barrier)(126)의 일부 혹은 전부에 P형 불순물, 예를 들어, Mg를 도핑하여 정공의 이동도를 증가시키고 정공의 비발광 손실 확률을 줄여줌으로써 정공주입효율을 증대시킬 수 있다.The second embodiment can employ the technical features of the first embodiment. The second embodiment differs from the second embodiment in that the second conductivity
이때, 상기 제2 도전형 양자벽(126)의 에너지밴드갭이 상기 제2 도전형 반도체층(130)의 에너지 밴드갭과 같거나 작을 수 있다.At this time, the energy band gap of the second conductive type
제2 실시예에 의하면 제2 도전형 반도체층(130), 예를 들어 p-형 GaN로부터 주입된 정공은 P형 불순물, 예를 들어 Mg이 도핑된 제2 도전형 양자벽(126), 예를 들어 AlxInyGa1- x- yN, 0≤x,y≤ 1)을 지나서 Mg이 도핑된 제1 양자우물(122a)에 이르러서 양자우물내의 낮은 에너지준위부터 차례로 채워진다. According to the second embodiment, the holes injected from the second conductivity
이때, 제1 양자우물(122a)의 제1 양자화 에너지준위를 차지하고 있는 정공들은 에너지 상태가 동일하거나 더 낮은 제2 양자우물(122b)속의 제1 양자화 에너지준위가 비어 있는 경우 양자역학적 터널링 현상에 의해서 효율적으로 이동하게 된다. At this time, the holes occupying the first quantized energy level of the first
제2 양자우물(122b)속으로 주입된 정공들은 n-형 GaN를 통해서 주입된 전자들과 결합하여 빛을 방출한다. 이때, 제1 양자우물(122a) 내에서도 전자와 정공의 결합에 의해 빛을 발광할 수도 있다.The holes injected into the second
결국, P-형 GaN로부터 주입된 정공들은 Mg이 도핑된 제2 도전형 양자벽(126)과 제1 양자우물(122a)을 통하여서 제2 양자우물(122b)속으로 효과적으로 주입될 수 있다. 정공주입효율의 향상은 소자에 주입된 정공의 손실을 줄이게 되고 결국 소자의 발광효율을 향상시킨다.As a result, the holes injected from the P-type GaN can be effectively injected into the second
실시예에 의하면, 정공주입효율을 극대화함으로써 고효율 발광특성을 구비할 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 것으로 기대된다.According to the embodiments, it is expected to provide a light emitting device, a light emitting device package, and an illumination system capable of achieving high efficiency light emission characteristics by maximizing the hole injection efficiency.
이하, 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing the light emitting device according to the embodiment will be described.
우선, 제1 도전형 반도체층(110)을 형성방법을 설명한다.First, a method of forming the first conductivity
상기 제1 도전형 반도체층(110)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 상기 제1 도전형 반도체층(110)이 N형 반도체층인 경우, 상기 제1 도전형 도펀트는 N형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.When the first
상기 제1 도전형 반도체층(110)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. The first
상기 제1 도전형 반도체층(110)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.The first
상기 제1 도전형 반도체층(110)은 화학증착방법(CVD) 혹은 분자선 에피택시 (MBE) 혹은 스퍼터링 혹은 수산화물 증기상 에피택시(HVPE) 등의 방법을 사용하여 N형 GaN층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 제1 도전형 반도체층(110)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 실리콘(Si)와 같은 n 형 불순물을 포함하는 실란 가스(SiH4)가 주입되어 형성될 수 있다.The first
다음으로, 발광층(미도시)을 형성방법을 설명한다.Next, a method for forming a light emitting layer (not shown) will be described.
상기 발광층은 제1 도전형 반도체층(110)을 통해서 주입되는 전자와 상기 제2 도전형 반도체층(130)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 발광층 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다. In the light emitting layer, electrons injected through the first conductive
상기 발광층은 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well)로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 발광층은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 트리메틸 인듐 가스(TMIn)가 주입되어 다중 양자우물구조가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The light emitting layer may be formed of a multi quantum well (MQW) structure. For example, the light emitting layer may be formed by implanting trimethyl gallium gas (TMGa), ammonia gas (NH 3 ), nitrogen gas (N 2 ), and trimethyl indium gas (TMIn) to form a multiple quantum well structure. It is not.
상기 발광층의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, AlGaN/GaN, InAlGaN/GaN , GaAs,/AlGaAs(InGaAs), GaP/AlGaP(InGaP) 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.The well layer / barrier layer of the light emitting layer may be formed of any one or more pairs of InGaN / GaN, InGaN / InGaN, AlGaN / GaN, InAlGaN / GaN, GaAs, / AlGaAs (InGaAs), and GaP / AlGaP But is not limited thereto. The well layer may be formed of a material having a band gap lower than the band gap of the barrier layer.
상기 발광층의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층이 형성될 수 있다. 상기 도전형 클래드층은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 발광층의 밴드 갭보다는 높은 밴드 갭을 갖을 수 있다.A conductive clad layer may be formed on and / or below the light emitting layer. The conductive cladding layer may be formed of an AlGaN-based semiconductor and may have a band gap higher than that of the light emitting layer.
이때, 상기 발광층의 양자우물(122)의 두께를 줄이면 양자역학적 에너지준위의 높이는 높아져서 에너지값이 커지고, 두께를 크게 하면 에너지준위의 높이가 낮아지며, 이에 따라 에너지값이 작아진다. At this time, when the thickness of the quantum well 122 of the light emitting layer is reduced, the height of the quantum mechanical energy level is increased and the energy value is increased. When the thickness is increased, the height of the energy level is decreased.
또한, 양자우물층 내에 인듐 조성을 증가하면 양자우물층의 에너지 밴드갭이 작아지고 더불어 양자역학적 에너지준위의 에너지 절대값도 낮아진다. 인듐조성을 줄이거나 알루미늄을 혼합하면 양자우물의 에너지 밴드갭의 크기가 커지고 따라서 양자역학적 에너지준위의 에너지 절대값도 커진다.Also, if the indium composition is increased in the quantum well layer, the energy band gap of the quantum well layer becomes smaller and the absolute energy value of the quantum energy level becomes lower. When the indium composition is reduced or the aluminum is mixed, the energy bandgap of the quantum well becomes larger and the absolute energy value of the quantum mechanical energy level becomes larger.
실시예에서 양자우물에서 에너지준위수 (n=1,2,3,..)가 증가하면 해당 준위에 위치하는 정공 (또는 전자)의 에너지는 높은 상태를 의미한다.In the embodiment, when the number of energy levels (n = 1, 2, 3, ..) in the quantum well increases, the energy of holes (or electrons) located at the corresponding level means a high state.
양자우물내에서 정공은 높은 에너지 준위 상태에서 낮은 에너지준위상태로 이동하여 안정화하고자 하며, 양자벽이 있을 경우 양자벽 너머에 있는 이웃 양자우물 속에 동등한 에너지준위가 비어 있거나 낮은 에너지 준위가 비어 있을 때 양자벽을 터널링하여 이동하여 에너지적으로 안정화 하고자 한다. In a quantum well, holes are moved from a high energy level state to a low energy level state to stabilize. When there is a quantum wall, when an equivalent energy level is empty or a low energy level is empty in a neighboring quantum well beyond the quantum well, The wall is tunnelled and moved to stabilize it energetically.
양자벽 너머 이웃 양자우물 속에 에너지 상태가 더 높은 빈 에너지준위가 위치하고 있다면 정공들은 양자역학적으로 해당 준위로 이동하기가 매우 어려워진다. 따라서, 양자우물의 에너지준위 높낮이를 조절하므로써 효율적으로 정공들의 이동 및 분포를 제어할 수 있다.If the vacancy energy level of higher energy state is located in the neighboring quantum well beyond the quantum well, it becomes very difficult for the holes to move quantitatively to the corresponding level. Therefore, it is possible to control the movement and distribution of holes efficiently by controlling the energy level of the quantum well.
실시예는 제2 도전형 반도체층(130), 예를 들어 P-GaN에 인접한 제1 양자우물(122a), 예를 들어 InGaN 양자우물에 대해, In 조성의 감소 또는 양자우물 두께의 감소를 통해 제1 양자우물(122a) 내의 양자화된 에너지 준위들의 에너지 상태를 인접한 다른 양자우물들의 에너지 준위 대비 높게 한다.Embodiments can be achieved by reducing the In composition or reducing the quantum well thickness for the second quantum well, such as the InGaN quantum well, in the first quantum well 122a adjacent to the second conductivity
또한, P-GaN에 인접한 제1 양자우물(122a)에 대한 P형 불순물, 예를 들어 Mg 도핑은 그 도핑농도가 InGaN 양자우물이 갖고 있는 본질적인 점결함에 의해서 공급되는 전자의 농도보다 높을 수 있다.Also, the P-type impurity, e.g., Mg doping, for the first quantum well 122a adjacent to P-GaN may have a doping concentration higher than the concentration of electrons supplied by the intrinsic point defects of the InGaN quantum well.
예를 들어, 제1 양자우물(122a), 예를 들어 InGaN 양자우물이 갖는 점결함에 기인한 전자의 농도는 약 1x1017atoms~ 5x1017atoms/cm3 이다. 결국, 바람직하게는 Mg 도핑농도가 약 5x1017atoms/cm3 ~ 3x1020atoms/cm3 가 바람직하다. 3x1020atoms/cm3 이상의 Mg 도핑은 결정의 구조적 결함을 발생시키므로 바람직하지 않다.For example, a first quantum well (122a), for example, the concentration of electron caused by the point defects having the InGaN quantum well is about 1x10 17 atoms ~ 5x10 17 atoms / cm 3. As a result, the Mg doping concentration is preferably about 5 x 10 17 atoms / cm 3 to 3 x 10 20 atoms / cm 3 . Mg doping of 3 x 10 20 atoms / cm 3 or more is undesirable because it causes structural defects of crystals.
또한, 제2 실시예에 따라 제2 도전형 양자벽(126)에서 P형 불순물, 예를 들어 Mg 도핑은 제2 도전형 양자벽(126)의 일부 혹은 전부에 도핑농도가 5x1017atoms/cm3 ~ 3x1020atoms/cm3 가 되도록 도핑할 수 있다.According to the second embodiment, the P-type impurity, for example, Mg doping in the second conductivity type
또한, 실시예에서 제2 도전형 양자벽(126)의 에너지 밴드갭은 p-GaN 에너지 밴드갭과 같거나 작은 것이 정공주입효율 증대에 바람직하다.Also, in the embodiment, the energy band gap of the second conductivity type
실시예에 의하면, 종래의 질화물 반도체 발광소자가 갖고 있는 구조적 문제점에 기인한 낮은 정공주입효율 문제점을 획기적으로 극복하여 정공주입효율을 극대화함으로써 고효율 발광특성을 구비할 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 것으로 기대된다.According to the embodiments, the light emitting device, the light emitting device package, and the light emitting device package can have high efficiency light emission characteristics by dramatically overcoming the problem of low hole injection efficiency due to the structural problems of the conventional nitride semiconductor light emitting device, It is expected to provide a lighting system.
도 3은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a light emitting device package according to an embodiment.
도 3을 참조하면, 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(240)가 포함된다.3, the light emitting
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.The
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.The
상기 발광 소자(100)는 도 1에 예시된 발광소자(100)가 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 도 2에 예시된 발광소자(100b)도 적용될 수 있다.The
상기 발광 소자(100)는 상기 패키지 몸체부(205) 상에 설치되거나 상기 제3 전극층(213) 또는 제4 전극층(214) 상에 설치될 수 있다.The
상기 발광 소자(100)는 와이어(230)를 통해 상기 제3 전극층(213) 및/또는 제4 전극층(214)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 실시예에서는 수직형 타입의 발광 소자(100)가 예시되어 있으며, 한 개의 와이어(230)가 사용된 것이 예시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The
상기 몰딩부재(240)는 상기 발광 소자(100)를 포위하여 상기 발광 소자(100)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(240)에는 형광체가 포함되어 상기 발광 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.The
실시예에 따른 발광소자 패키지는 조명시스템에 적용될 수 있다. 상기 조명시스템은 도 4에 도시된 조명유닛, 도 5에 도시된 백라이드 유닛을 포함하고, 신호등, 차량 전조등, 간판 등이 포함될 수 있다.The light emitting device package according to the embodiment can be applied to the illumination system. The illumination system includes the illumination unit shown in Fig. 4, the back-ride unit shown in Fig. 5, and may include a traffic light, a vehicle headlight, a signboard, and the like.
도 4는 실시예에 따른 조명 유닛의 사시도(1100)이다.4 is a
도 4를 참조하면, 상기 조명 유닛(1100)은 케이스몸체(1110)와, 상기 케이스몸체(1110)에 설치된 발광모듈부(1130)과, 상기 케이스몸체(1110)에 설치되며 외부 전원으로부터 전원을 제공받는 연결 단자(1120)를 포함할 수 있다.4, the
상기 케이스몸체(1110)는 방열 특성이 양호한 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.The
상기 발광모듈부(1130)은 기판(1132)과, 상기 기판(1132)에 탑재되는 적어도 하나의 발광소자 패키지(200)를 포함할 수 있다.The light emitting
상기 기판(1132)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있으며, 예를 들어, 일반 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 메탈 코아(Metal Core) PCB, 연성(Flexible) PCB, 세라믹 PCB 등을 포함할 수 있다. The
또한, 상기 기판(1132)은 빛을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등으로 형성될 수 있다.Further, the
상기 기판(1132) 상에는 상기 적어도 하나의 발광소자 패키지(200)가 탑재될 수 있다. 상기 발광소자 패키지(200) 각각은 적어도 하나의 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)(100)를 포함할 수 있다. 상기 발광 다이오드(100)는 적색, 녹색, 청색 또는 백색의 유색 빛을 각각 발광하는 유색 발광 다이오드 및 자외선(UV, UltraViolet)을 발광하는 UV 발광 다이오드를 포함할 수 있다.The at least one light emitting
상기 발광 소자(100)는 도 1에 예시된 발광소자(100)가 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 도 2에 예시된 발광소자(100b)도 적용될 수 있다.The
상기 발광모듈부(1130)는 색감 및 휘도를 얻기 위해 다양한 발광소자 패키지(200)의 조합을 가지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 고 연색성(CRI)을 확보하기 위해 백색 발광 다이오드, 적색 발광 다이오드 및 녹색 발광 다이오드를 조합하여 배치할 수 있다.The light emitting
상기 연결 단자(1120)는 상기 발광모듈부(1130)와 전기적으로 연결되어 전원을 공급할 수 있다. 도 4에 도시된 것에 따르면, 상기 연결 단자(1120)는 소켓 방식으로 외부 전원에 돌려 끼워져 결합되지만, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 상기 연결 단자(1120)는 핀(pin) 형태로 형성되어 외부 전원에 삽입되거나, 배선에 의해 외부 전원에 연결될 수도 있는 것이다.The
도 5은 실시예에 따른 백라이트 유닛의 분해 사시도(1200)이다. 5 is an exploded
실시예에 따른 백라이트 유닛(1200)은 도광판(1210)과, 상기 도광판(1210)에 빛을 제공하는 발광모듈부(1240)와, 상기 도광판(1210) 아래에 반사 부재(1220)와, 상기 도광판(1210), 발광모듈부(1240) 및 반사 부재(1220)를 수납하는 바텀 커버(1230)를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.The
상기 도광판(1210)은 빛을 확산시켜 면광원화 시키는 역할을 한다. 상기 도광판(1210)은 투명한 재질로 이루어지며, 예를 들어, PMMA(polymethyl metaacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), PC(poly carbonate), COC(cycloolefin copolymer) 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나를 포함할 수 있다. The
상기 발광모듈부(1240)은 상기 도광판(1210)의 적어도 일 측면에 빛을 제공하며, 궁극적으로는 상기 백라이트 유닛이 설치되는 디스플레이 장치의 광원으로써 작용하게 된다.The light emitting
상기 발광모듈부(1240)은 상기 도광판(1210)과 접할 수 있으나 이에 한정되지 않는). 구체적으로는, 상기 발광모듈부(1240)은 기판(1242)과, 상기 기판(1242)에 탑재된 다수의 발광소자 패키지(200)를 포함하는데, 상기 기판(1242)이 상기 도광판(1210)과 접할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.The
상기 기판(1242)은 회로패턴(미도시)을 포함하는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)일 수 있다. 다만, 상기 기판(1242)은 일반 PCB 뿐 아니라, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.The
그리고, 상기 다수의 발광소자 패키지(200)는 상기 기판(1242) 상에 빛이 방출되는 발광면이 상기 도광판(1210)과 소정 거리 이격되도록 탑재될 수 있다.The plurality of light emitting device packages 200 may be mounted on the
상기 도광판(1210) 아래에는 상기 반사 부재(1220)가 형성될 수 있다. 상기 반사 부재(1220)는 상기 도광판(1210)의 하면으로 입사된 빛을 반사시켜 위로 향하게 함으로써, 상기 백라이트 유닛의 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 반사 부재(1220)는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.The
상기 바텀 커버(1230)는 상기 도광판(1210), 발광모듈부(1240) 및 반사 부재(1220) 등을 수납할 수 있다. 이를 위해, 상기 바텀 커버(1230)는 상면이 개구된 박스(box) 형상으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.The
상기 바텀 커버(1230)는 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 프레스 성형 또는 압출 성형 등의 공정을 이용하여 제조될 수 있다.The
실시예에 의하면, 종래의 질화물 반도체 발광소자가 갖고 있는 구조적 문제점에 기인한 낮은 정공주입효율 문제점을 획기적으로 극복하여 정공주입효율을 극대화함으로써 고효율 발광특성을 구비할 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 것으로 기대된다.According to the embodiments, the light emitting device, the light emitting device package, and the light emitting device package can have high efficiency light emission characteristics by dramatically overcoming the problem of low hole injection efficiency due to the structural problems of the conventional nitride semiconductor light emitting device, It is expected to provide a lighting system.
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.The features, structures, effects and the like described in the embodiments are included in at least one embodiment and are not necessarily limited to only one embodiment. Furthermore, the features, structures, effects and the like illustrated in the embodiments can be combined and modified by other persons skilled in the art to which the embodiments belong. Accordingly, the contents of such combinations and modifications should be construed as being included in the scope of the embodiments.
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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention. It can be seen that the modification and application of branches are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments can be modified and implemented. It is to be understood that the present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.
Claims (8)
상기 발광층은, 적어도 하나 이상의 양자우물과, 상기 양자우물 사이에 하나 이상의 양자벽;을 포함하며,
상기 제2 도전형 반도체층에 인접한 제1 양자우물은 제2 도전형 불순물이 주입된 양자우물이며,
상기 제2 도전형 반도체층은 정공주입층이며, 상기 제1 도전형 반도체층은 전자주입층인 발광소자.A first conductivity type semiconductor layer, a second conductivity type semiconductor layer, and a light emitting layer between the first conductivity type semiconductor layer and the second conductivity type semiconductor layer,
Wherein the light emitting layer comprises at least one quantum well and at least one quantum wall between the quantum wells,
The first quantum well adjacent to the second conductivity type semiconductor layer is a quantum well into which the second conductivity type impurity is implanted,
Wherein the second conductivity type semiconductor layer is a hole injection layer, and the first conductivity type semiconductor layer is an electron injection layer.
상기 제1 양자우물은
상기 제2 도전형 불순물의 도핑농도가 5x1017atoms/cm3 ~ 3x1020atoms/cm3 인 발광소자.The method according to claim 1,
The first quantum well
And the doping concentration of the second conductive impurity is 5 x 10 17 atoms / cm 3 to 3 x 10 20 atoms / cm 3 .
상기 제1 양자우물의 제1 양자화 에너지준위는 상기 제1 도전형 반도체층 방향으로 인접한 다른 양자우물속의 제1 양자화 에너지 준위 이상인 발광소자.The method according to claim 1,
Wherein the first quantum energy level of the first quantum well is equal to or higher than a first quantization energy level in another quantum well adjacent to the first conductivity type semiconductor layer.
상기 제1 양자우물은
빛을 발광할 수 있는 발광층인 발광소자.The method according to claim 1,
The first quantum well
A light emitting element which is a light emitting layer capable of emitting light.
상기 발광층은, 적어도 하나 이상의 양자우물과, 상기 양자우물 사이에 하나 이상의 양자벽;을 포함하며,
상기 제2 도전형 반도체층에 인접한 제1 양자우물은 제2 도전형 불순물이 주입된 양자우물이며,
상기 제1 양자우물은
상기 제2 도전형 불순물의 도핑농도가 5x1017atoms/cm3 ~ 3x1020atoms/cm3 인 발광소자.A first conductivity type semiconductor layer, a second conductivity type semiconductor layer, and a light emitting layer between the first conductivity type semiconductor layer and the second conductivity type semiconductor layer,
Wherein the light emitting layer comprises at least one quantum well and at least one quantum wall between the quantum wells,
The first quantum well adjacent to the second conductivity type semiconductor layer is a quantum well into which the second conductivity type impurity is implanted,
The first quantum well
And the doping concentration of the second conductive impurity is 5 x 10 17 atoms / cm 3 to 3 x 10 20 atoms / cm 3 .
상기 발광층은, 적어도 하나 이상의 양자우물과, 상기 양자우물 사이에 하나 이상의 양자벽;을 포함하며,
상기 제2 도전형 반도체층에 인접한 제1 양자우물은 제2 도전형 불순물이 주입된 양자우물이며,
상기 제1 양자우물과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 제2 도전형 불순물이 주입된 제2 도전형 양자벽을 더 포함하는 발광소자.A first conductivity type semiconductor layer, a second conductivity type semiconductor layer, and a light emitting layer between the first conductivity type semiconductor layer and the second conductivity type semiconductor layer,
Wherein the light emitting layer comprises at least one quantum well and at least one quantum wall between the quantum wells,
The first quantum well adjacent to the second conductivity type semiconductor layer is a quantum well into which the second conductivity type impurity is implanted,
And a second conductivity type quantum wall in which a second conductivity type impurity is injected between the first quantum well and the second conductivity type semiconductor layer.
상기 제2 도전형 양자벽은
그 일부 혹은 전부가 P형 불순물이 도핑되고, 상기 제2 도전형 양자벽의 에너지밴드갭이 상기 제2 도전형 반도체층의 에너지 밴드갭과 같거나 작은 발광소자.The method according to claim 6,
The second conductivity type quantum wall
And the energy band gap of the second conductivity type quantum wall is equal to or smaller than the energy band gap of the second conductivity type semiconductor layer.
상기 제2 도전형 양자벽의 일부 혹은 전부에 도핑농도가 5x1017atoms/cm3 ~ 3x1020atoms/cm3 인 발광소자.The method according to claim 6,
And a doping concentration is 5 x 10 17 atoms / cm 3 to 3 x 10 20 atoms / cm 3 in a part or the whole of the second conductivity type quantum wall.
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