KR20040050281A - 발광 다이오드의 성장 구조 - Google Patents

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본 발명에 따른 발광 다이오드의 성장 구조는 기판과, 상기 기판 위에 형성되어 순방향의 전압이 인가될 때 전자가 공급되기 위한 n형-반도체층과, 상기 n형-반도체층의 상면에 성장되는 p형-활성층과, 상기 p형-활성층의 상면에 형성되어 순방향의 전압이 인가될 때 정공이 공급되기 위한 p형-반도체층이 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 활성층이 공핍 영역의 내부에 형성되어, 활성층으로 인입되는 전자 및 정공의 농도가 균형을 이루도록 함으로써, 보다 높은 양자 효율을 달성할 수 있게 된다.
또한, 일반적으로 p형-반도체 층에 형성되는 정공의 농도가 n형-반도체층의 형성되는 전자의 농도에 비하여 낮음을 감안하여, 활성층 내로 공급되는 전자 및 정공의 균형을 맞추어 발광 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

Description

발광 다이오드의 성장 구조{Growth structure of L.E.D.}
본 발명은 발광 다이오드의 성장(적층) 구조에 관한 것으로서, 상세하게는, n형-반도체층으로부터 공급되는 전자와, p형-반도체층으로부터 공급되는 정공의 결합이 일어나는 활성층의 성장 구조를 제안하여, 발광 다이오드의 내부양자효율을 한층 더 높일 수 있는 발광 다이오드의 성장 구조를 제안한다.
종래 발광 다이오드의 구성은 기판과, n형-반도체층 및 p형-반도체층과, 상기 n형-반도체층과 p형-반도체층의 사이면에 개재되는 활성층으로 형성된다. 발광 다이오드의 동작은, 인가된 전압에 의해서 n형-반도체층으로부터 공급된 전자와 p형-반도체층으로부터 공급된 정공이, 활성층에서 결합하여 특정 파장의 빛이 발광된다.
도 1은 종래 발광 다이오드의 구성을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 발광 다이오드는 기판(1)과, 상기 기판(1)위에 차례대로 적층 성장되는 n형-반도체층(2), n형-활성층(3), p형-반도체층(4)층으로 이루어진다.
특히, 상기 n형-활성층(3)에서는 전자와 정공 간에 상호 결합이 일어나, 발광이 일어나는 곳으로서, 무극성을 띠는 것이 바람직하다. 그러나, 반도체의 제조 공정에서 개입되는 일단의 불순물에 의해서 무극성을 목적으로 제조된다고 하더라도, n형의 극성을 띠는 것이 일반적이다.
종래 발광 다이오드의 동작을 설명하면, n형-활성층(3)과 p형-반도체층(4)이 접하는 면을 중심으로 양측으로 공핍영역이 일정한 높이(H1)로 형성되고, 활성층(H2)은 공립영역 내에서 n형-반도체층(2)쪽으로 치우쳐 위치하게 된다.
한편, 순방향의 전압이 걸리게되면, 공핍영역으로 전자와 정공이 유입되고 n형-활성층(3)에서 재 결합되어, 전자와 정공은 n형-활성층(3)의 밴드갭 또는 에너지의 레벨차이에 해당되는 에너지를 빛을 발광한다.
그러나, 이러한 종래의 발광 다이오드에서는 공핍영역이 n형-활성층(3)과 p형-반도체층(4)이 접하는 면을 중심으로 양측에 형성되고, 활성층은 공핍영역 내에서 n형-반도체층(2)쪽으로 치우쳐 있기 때문에, 주입된 전자 농도와 정공의 농도는 불균형을 이루게 되고, 이로 인해서 발광 다이오드의 내부 양자 효율이 떨어지게된다.
다시 말하면, n형 반도체층(2)으로 부터 공급되는 전자가, p형-반도체층(4)으로부터 공급되는 정공의 농도에 비하여 우세하여, 불균형을 이루기 때문에, 결국에는 발광 효율이 떨어지는 문제점이 있는 것이다.
본 발명은 이러한 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로, 활성층으로 공급되는 전자와 정공이 균형잡혀 공급되어, 발광 다이오드의 내부 양자 효율을 극대화 시킬 수 있는 발광 다이오드의 성장 구성을 제안한다.
도 1은 종래 발광 다이오드의 구성을 설명하는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 발광 다이오드의 구성을 설명하는 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시예를 보이는 도면.
도 4는 본 발명에 또 다른 실시예를 설명하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 11, 21, 31 : 기판2, 12, 22, 32 : n형-반도체층
3, 13 : n형-활성층4, 15, 25, 34 : p형-반도체층
14, 33 : p형-활성층23 : n형-양자우물층
24 : p형-양자우물층
상기된 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 발광 다이오드의 성장 구조는 기판과, 상기 기판 위에 형성되어 순방향의 전압이 인가될 때 전자가 공급되기 위한 n형-반도체층과, 상기 n형-반도체층의 상면에 성장되는 p형-활성층과, 상기 p형-활성층의 상면에 형성되어 순방향의 전압이 인가될 때 정공이 공급되기 위한 p형-반도체층이 포함되는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성을 취함으로써, 공핍 영역의 중앙부분에서 활성층이 형성되도록 함으로써, 보다 높은 내부 양자 효율을 달성할 수 있고, 발광 다이오드의 발광 효율을 극대화할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하도록 한다. 다만, 본 발명의 사상이 이러한 실시예만으로 제한되지는 않는다.
도 2는 본 발명에 따른 발광 다이오드의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 기판(11)과, 상기 기판(11)의 상면에 적층 형성되는 n형-반도체층(12)과, n형-활성층(13)과, p형-활성층(14)과, p형-반도체층(15)이 포함된다.
상기된 구성을 참조하면, 공핍영역(H11)은 n형-활성층(13)과 p형-활성층(14)의 계면을 중심으로 양측으로 형성되고, 발광이 일어나게 되는 활성층(H12)은 공핍영역(H11) 폭의 대략 중앙 부위에서 일정의 범위 내에서 위치하게 된다.
그러므로, 공핍영역의 중심부에서 활성층이 위치하여 공핍영역의 내부로 전자와 정공이 균형잡힌 상태에서 공급되기 때문에, 내부 양자 효율은 극대화될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예를 보이는 도면으로서, 많은 부분은 동일하고, n형-활성층(도 2의 13참조) 및 p형-활성층(도 2의 14참조)이 각각 양자우물(quantum well)층으로 형성되어 각각 n형-양자우물층(23), p형-양자우물층(24)을 이루는 것을 볼 수 있다. 미 설명부호 21은 기판이고, 22는 n형-반도체층이고, 25는 p형-반도체층이다.
또한, 도 3에서도 활성층(H22)은 공핍영역(H21)의 중심부에 형성되는 것을 손쉽게 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 기판(31)의 상면으로, n형-반도체층(32)과, p형 활성층(33)과, p형-반도체층(34)이 형성된다. 그리고, 공핍영역(H31)은 p형-활성층(33)과 n형-반도체층(32)의 계면을 중심으로 양측으로 형성되어 활성층(H32)이 공핍영역 내에서 p형-반도체층(34)쪽으로 치우쳐 위치하게 된다.
이러한 구성은 p형-활성층(33)의 내부로 정공의 진입을 늘리기 위한 것이다.
상세하게 설명하면, 현재까지 제조 기술로는, p형-반도체에서 형성될 수 있는 정공의 농도에 비해서, n형-반도체에서 형성될 수 있는 전자의 농도가 높은 것을 감안하여, 활성층(H32)이 형성되는 위치가 공핍영역(H31)의 중심에서 p형측으로 치우치도록 함으로써, 결국에는 활성층(H32)으로 인입되는 전자와 정공의 비율을 효과적으로 균형맞추는 것이다.
다시 설명하면, 공핍영역을 인입되는 전자와 정공의 균형잡힌 상태에서 활성층으로 인입되어 활성층 내에서 재결합됨으로써, 활성층의 밴드갭 또는 에너지의 레벨차이에 해당하는 에너지의 빛을 원활하게 생성되도록 하는 것이다.
본 발명의 사상은 p형-반도체로 부터 공급되는 정공의 농도와, n형-반도체로부터 공급되는 전자의 농도가 활성층의 내에서 균형을 이루도록 하여, 내부 양자 효율을 높일 수 있는 것에 그 중심적이 사상이 있으며, 본 발명의 당업자는 또 다른 실시예의 형태를 손쉽게 이끌어 낼 수 있을 것이다.
본 발명은 활성층이 공핍 영역의 내부에 형성되어, 활성층으로 인입되는 전자 및 정공의 농도가 균형을 이루도록 함으로써, 보다 높은 양자 효율을 달성할 수있게 된다.
또한, 일반적으로 p형-반도체 층에 형성되는 정공의 농도가 n형-반도체층의 형성되는 전자의 농도에 비하여 낮음을 감안하여, 활성층 내로 공급되는 전자 및 정공의 균형을 맞추어 발광 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

Claims (3)

  1. 기판과,
    상기 기판 위에 형성되어 순방향의 전압이 인가될 때 전자가 공급되기 위한 n형-반도체층과,
    상기 n형-반도체층의 상면에 성장되는 p형-활성층과,
    상기 p형-활성층의 상면에 형성되어 순방향의 전압이 인가될 때 정공이 공급되기 위한 p형-반도체층이 포함되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 성장 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 p형-활성층과 n형-반도체층의 사이에는 n형-활성층이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 성장구조.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 활성층은 양자 우물층인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 성장구조.
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