KR100716645B1 - Light emitting device having vertically stacked light emitting diodes - Google Patents
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Abstract
수직으로 적층된 발광 다이오드들을 갖는 발광소자가 개시된다. 이 발광소자는 기판 상에 위치하는 하부 N형 반도체층을 포함한다. 이 하부 N형 반도체층의 일 영역 상에 P형 반도체층이 위치하고, P형 반도체층의 일 영역 상에 상부 N형 반도체층이 위치한다. 한편, 하부 N형 반도체층과 P형 반도체층 사이에 하부 활성층이 개재되고, P형 반도체층과 상부 N형 반도체층 사이에 상부 활성층이 개재된다. 이에 따라, 하부 N형 반도체층과 하부 활성층 및 P형 반도체층을 포함하는 하부 발광 다이오드와, P형 반도체층과 상부 활성층 및 상부 N형 반도체층을 포함하는 상부 발광 다이오드가 수직으로 적층된 발광소자가 제공된다. 따라서, 종래의 발광소자에 비해 단위면적당 광출력이 향상되어, 종래의 발광소자와 동일한 광출력을 얻기 위한 발광소자의 칩 면적을 감소시킬 수 있다.A light emitting device having light emitting diodes stacked vertically is disclosed. The light emitting device includes a lower N-type semiconductor layer located on the substrate. The P-type semiconductor layer is positioned on one region of the lower N-type semiconductor layer, and the upper N-type semiconductor layer is positioned on one region of the P-type semiconductor layer. On the other hand, the lower active layer is interposed between the lower N-type semiconductor layer and the P-type semiconductor layer, and the upper active layer is interposed between the P-type semiconductor layer and the upper N-type semiconductor layer. Accordingly, a light emitting device in which a lower light emitting diode including a lower N-type semiconductor layer, a lower active layer, and a P-type semiconductor layer, and an upper light emitting diode including a P-type semiconductor layer, an upper active layer, and an upper N-type semiconductor layer are vertically stacked. Is provided. Therefore, the light output per unit area is improved as compared with the conventional light emitting device, and the chip area of the light emitting device for obtaining the same light output as the conventional light emitting device can be reduced.
발광소자, 발광 다이오드, 코도프층(codoped layer), 분리층(separating layer), 반절연층. Light emitting devices, light emitting diodes, codoped layers, separating layers, semi-insulating layers.
Description
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자를 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다.1 and 2 are a plan view and a cross-sectional view for explaining a light emitting device according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 발광셀들을 갖는 발광소자를 설명하기 위한 부분단면도이다.3 is a partial cross-sectional view for describing a light emitting device having a plurality of light emitting cells according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 발광셀들을 갖는 발광소자를 설명하기 위한 회로도이다.4 is a circuit diagram illustrating a light emitting device having a plurality of light emitting cells according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수개의 발광셀들을 갖는 발광소자를 설명하기 위한 부분단면도이다.5 is a partial cross-sectional view for describing a light emitting device having a plurality of light emitting cells according to another embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수개의 발광셀들을 갖는 발광소자를 설명하기 위한 회로도이고, 도 7은 도 6의 등가회로도이다.6 is a circuit diagram illustrating a light emitting device having a plurality of light emitting cells according to another exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of FIG. 6.
도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자를 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다.8 and 9 are a plan view and a cross-sectional view for describing a light emitting device according to another embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복수개의 발광셀들을 갖는 발광소자를 설명하기 위한 부분단면도이다.10 is a partial cross-sectional view illustrating a light emitting device having a plurality of light emitting cells according to another embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복수개의 발광셀들을 갖는 발광소 자를 설명하기 위한 회로도이다.11 is a circuit diagram illustrating a light emitting device having a plurality of light emitting cells according to another embodiment of the present invention.
본 발명은 발광소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수직으로 적층된 발광 다이오드들을 갖는 발광소자에 관한 것이다.The present invention relates to a light emitting device, and more particularly to a light emitting device having light emitting diodes stacked vertically.
질화갈륨(GaN) 계열의 발광 다이오드가 약 10년 동안 적용되고 개발되어 왔다. GaN 계열의 LED는 LED 기술을 상당히 변화시켰으며, 현재 천연색 LED 표시소자, LED 교통 신호기, 백색 LED 등 다양한 응용에 사용되고 있다.Gallium nitride (GaN) series light emitting diodes have been applied and developed for about 10 years. GaN-based LEDs have changed the LED technology considerably and are currently used in a variety of applications, including color LED displays, LED traffic signals and white LEDs.
최근, 고효율 백색 LED는 형광 램프를 대체할 것으로 기대되고 있으며, 특히 백색 LED의 효율(efficiency)은 통상의 형광램프의 효율에 유사한 수준에 도달하고 있다. Recently, high-efficiency white LEDs are expected to replace fluorescent lamps. In particular, the efficiency of white LEDs has reached a level similar to that of conventional fluorescent lamps.
LED 효율을 개선하기 위해 두 가지의 주요한 접근이 시도되고 있다. 첫째는 결정질(crystal quality) 및 에피층 구조에 의해 결정되는 내부 양자 효율(internal quantum efficiency)을 증가시키는 것이고, 둘째는 광추출 효율(light extraction efficiency)을 증가시키는 것이다.Two major approaches are being attempted to improve LED efficiency. The first is to increase the internal quantum efficiency determined by the crystal quality and epilayer structure, and the second is to increase the light extraction efficiency.
내부 양자 효율은 현재 70~80%에 이르고 있어 개선의 여지가 많지 않으나, 광추출 효율은 개선의 여지가 많다. 광추출 효율 개선은, 내부 반사에 의한 내부 광손실을 제거하는 것이 주요한 과제가 되고 있다.Internal quantum efficiency is currently 70-80%, so there is not much room for improvement, but light extraction efficiency has much room for improvement. Improvement of light extraction efficiency has become a major problem to remove the internal light loss by internal reflection.
내부반사를 방지하여 광추출 효율을 개선시킨 발광 다이오드가 "표면 거침을 통한 GaN 계열 발광 다이오드의 추출 효율 개선"(Increase in the extraction efficiency of GaN-Based ligth emitting diodes via surface roughening)이라는 제목으로 후지 등(Fujii et al.)에 의해 어플라이드 피직스 레터스(Applied physics letters, Vol84, N6, p855~857)에 개시된 바 있다.The light emitting diode, which prevents internal reflection and improves light extraction efficiency, is called Fuji, etc. under the title of "Increase in the extraction efficiency of GaN-Based ligth emitting diodes via surface roughening". It was disclosed in Applied physics letters, Vol84, N6, p855-857 by Fujii et al.
상기 발광 다이오드는 사파이어 기판 상에 N형 반도체층, 활성층 및 P형 반도체층을 적층하고, 서브마운트 상에 상기 반도체층들을 본딩하고 레이저 리프트-오프(Laser lift-off; LLO) 기술을 사용하여 상기 반도체층들을 기판으로부터 분리한 후, 상기 N형 반도체층의 표면을 거칠게 하여 형성된다. 상기 N형 반도체층의 표면을 거칠게 형성함에 따라, N형 반도체층을 통해 외부로 방출되는 광의 추출 효율을 개선할 수 있다.The light emitting diode is stacked on an sapphire substrate with an N-type semiconductor layer, an active layer and a P-type semiconductor layer, bonding the semiconductor layers on a submount and using laser lift-off (LLO) technology. After separating the semiconductor layers from the substrate, it is formed by roughening the surface of the N-type semiconductor layer. By roughening the surface of the N-type semiconductor layer, it is possible to improve the extraction efficiency of light emitted to the outside through the N-type semiconductor layer.
그러나, 이러한 광 추출 효율 개선은 한계가 있으므로, 단위 칩 당 필요한 광출력을 얻기 위해 칩 면적이 증가된다. 칩 면적의 증가는 칩당 제조비용 증가로 이어진다. 따라서, 동일한 단위 칩 면적에서 광출력을 증가시킬 수 있는 새로운 발광 다이오드가 요구된다.However, such light extraction efficiency improvement is limited, so that the chip area is increased to obtain the required light output per unit chip. An increase in chip area leads to an increase in manufacturing cost per chip. Therefore, there is a need for a new light emitting diode capable of increasing light output in the same unit chip area.
한편, 발광 다이오드는 교류전원하에서 전류의 방향에 따라 온/오프를 반복한다. 따라서, 발광 다이오드를 교류전원에 직접 연결하여 사용할 경우, 발광 다이오드가 연속적으로 빛을 방출하지 못하며, 역방향 전류에 의해 쉽게 파손되는 문제점이 있다.On the other hand, the light emitting diode is repeatedly turned on and off in accordance with the direction of the current under AC power. Therefore, when the light emitting diode is directly connected to an AC power source, the light emitting diode does not emit light continuously and is easily damaged by reverse current.
이러한 발광 다이오드의 문제점을 해결하여, 고전압 교류전원에 직접 연결하여 사용할 수 있는 발광 다이오드가 국제공개번호 WO 2004/023568(Al)호에 "발광 성분들을 갖는 발광소자"(LIGHT-EMITTING DEVICE HAVING LIGHT-EMITTING ELEMENTS)라는 제목으로 사카이 등(SAKAI et. al.)에 의해 개시된 바 있다.In order to solve the problem of the light emitting diode, a light emitting diode that can be directly connected to a high voltage AC power source is disclosed in International Publication No. WO 2004/023568 (Al) "Light-Emitting Device Having Light-Emitting Components". EMITTING ELEMENTS, which was disclosed by SAKAI et. Al.
상기 WO 2004/023568(Al)호에 따르면, LED들(발광셀들)이 사파이어 기판과 같은 절연성 기판 상에 2차원적으로 직렬연결되어 LED 어레이를 형성한다. 이러한 두개의 LED 어레이들이 상기 사파이어 기판 상에서 역병렬로 연결된다. 그 결과, AC 파워 서플라이에 의해 구동될 수 있는 단일칩 발광소자가 제공된다.According to WO 2004/023568 (Al), LEDs (light emitting cells) are two-dimensionally connected in series on an insulating substrate such as a sapphire substrate to form an LED array. These two LED arrays are connected in anti-parallel on the sapphire substrate. As a result, a single chip light emitting device that can be driven by an AC power supply is provided.
이러한 발광소자는 LED 어레이들이 교류전원하에서 교대로 동작하므로, 발광셀들이 동시에 동작하는 경우에 비해 광출력이 상당히 제한적이다. 따라서, 이러한 발광소자에서 단위면적당 광출력을 개선하는 것이 더욱 요구된다.In such a light emitting device, since the LED arrays alternately operate under an AC power source, the light output is considerably limited as compared with the case where the light emitting cells operate simultaneously. Therefore, it is further desired to improve the light output per unit area in such a light emitting device.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 단위 면적당 광출력을 증가시킬 수 있는 발광소자를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a light emitting device capable of increasing the light output per unit area.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 교류전원하에서 구동가능한 발광소자를 제공하되, 광출력이 개선된 발광소자를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a light emitting device that can be driven under an AC power source, and to provide a light emitting device having improved light output.
상기 기술적 과제들을 이루기 위하여, 본 발명은 수직으로 적층된 발광 다이오드들을 갖는 발광소자를 제공한다. 본 발명의 일 태양에 따른 발광소자는 기판 상에 위치하는 하부 N형 반도체층을 포함한다. 상기 하부 N형 반도체층의 일 영역 상에 P형 반도체층이 위치하고, 상기 P형 반도체층의 일 영역 상에 상부 N형 반도체층이 위치한다. 한편, 상기 하부 N형 반도체층과 상기 P형 반도체층 사이에 하부 활성층이 개재되고, 상기 P형 반도체층과 상기 상부 N형 반도체층 사이에 상부 활성층이 개재된다. 이에 따라, 상기 하부 N형 반도체층과 상기 하부 활성층 및 상기 P형 반도체층을 포함하는 하부 발광 다이오드와 상기 P형 반도체층과 상기 상부 활성층 및 상기 상부 N형 반도체층을 포함하는 상부 발광 다이오드가 수직으로 적층된 발광소자를 제공할 수 있다. 따라서, 종래의 발광소자에 비해 단위면적당 광출력이 증가된다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a light emitting device having light emitting diodes stacked vertically. The light emitting device according to an aspect of the present invention includes a lower N-type semiconductor layer positioned on a substrate. A P-type semiconductor layer is positioned on one region of the lower N-type semiconductor layer, and an upper N-type semiconductor layer is positioned on one region of the P-type semiconductor layer. Meanwhile, a lower active layer is interposed between the lower N-type semiconductor layer and the P-type semiconductor layer, and an upper active layer is interposed between the P-type semiconductor layer and the upper N-type semiconductor layer. Accordingly, the lower light emitting diode including the lower N-type semiconductor layer, the lower active layer, and the P-type semiconductor layer, and the upper light emitting diode including the P-type semiconductor layer, the upper active layer, and the upper N-type semiconductor layer are vertical. The laminated light emitting device can be provided. Therefore, the light output per unit area is increased as compared with the conventional light emitting device.
하부 N형 전극이 상기 하부 N형 반도체층의 다른 영역 상에 형성되고, P형 전극이 상기 P형 반도체층의 다른 영역 상에 형성될 수 있다. 또한, 상부 N형 전극이 상기 상부 N형 반도체층 상에 형성될 수 있다. 따라서, 상기 P형 전극을 외부전원의 일 단자에 연결하고, 상기 하부 및 상부 N형 전극들을 다른 단자에 연결하여 상기 발광소자를 구동시킬 수 있다.A lower N-type electrode may be formed on another region of the lower N-type semiconductor layer, and a P-type electrode may be formed on another region of the P-type semiconductor layer. In addition, an upper N-type electrode may be formed on the upper N-type semiconductor layer. Accordingly, the light emitting device may be driven by connecting the P-type electrode to one terminal of an external power source and connecting the lower and upper N-type electrodes to another terminal.
한편, 코도프층(codoped layer)이 상기 P형 반도체층과 상기 상부 활성층 사이에 개재될 수 있다. 상기 코도프층은 N형 및 P형 이온들이 함께 도핑된 반도체층으로, 예컨대 Mg와 Si, 또는 Mg와 In이 함께 도핑된 질화갈륨일 수 있다. 상기 코도프층은 상기 상부 활성층의 결정성(crystal quality)을 향상시킨다. Meanwhile, a codoped layer may be interposed between the P-type semiconductor layer and the upper active layer. The co-doped layer is a semiconductor layer doped with N-type and P-type ions, for example, may be gallium nitride doped with Mg and Si, or Mg and In. The dope layer improves the crystal quality of the upper active layer.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자는 기판 상에 위치하는 복수개의 발광셀들을 포함한다. 상기 발광셀들 각각은 상기 기판 상에 위치하는 하부 N형 반도체층을 포함한다. 상기 하부 N형 반도체층의 일 영역 상에 P형 반도체층이 위치하고, 상기 P형 반도체층의 일 영역 상에 상부 N형 반도체층이 위치한다. 한편, 상기 하부 N형 반도체층과 상기 P형 반도체층 사이에 하부 활성층이 개재되고, 상기 P형 반도체층과 상기 상부 N형 반도체층 사이에 상부 활성층이 개재된다. 이에 따라, 상기 하부 N형 반도체층과 상기 하부 활성층 및 상기 P형 반도체층을 포함하는 하부 발광 다이오드와 상기 P형 반도체층과 상기 상부 활성층 및 상기 상부 N형 반도체층을 포함하는 상부 발광 다이오드가 수직으로 적층된 복수개의 발광셀들을 제공할 수 있다. 따라서, 상기 발광셀들을 전기적으로 연결하여 교류전원하에서 구동할 수 있는 발광소자를 제공함과 아울러, 종래의 발광소자에 비해 단위면적당 광출력이 증가된 발광소자를 제공할 수 있다.The light emitting device according to the embodiment of the present invention includes a plurality of light emitting cells positioned on the substrate. Each of the light emitting cells includes a lower N-type semiconductor layer on the substrate. A P-type semiconductor layer is positioned on one region of the lower N-type semiconductor layer, and an upper N-type semiconductor layer is positioned on one region of the P-type semiconductor layer. Meanwhile, a lower active layer is interposed between the lower N-type semiconductor layer and the P-type semiconductor layer, and an upper active layer is interposed between the P-type semiconductor layer and the upper N-type semiconductor layer. Accordingly, the lower light emitting diode including the lower N-type semiconductor layer, the lower active layer, and the P-type semiconductor layer, and the upper light emitting diode including the P-type semiconductor layer, the upper active layer, and the upper N-type semiconductor layer are vertical. It is possible to provide a plurality of stacked light emitting cells. Accordingly, a light emitting device capable of electrically connecting the light emitting cells to be driven under an AC power source and providing a light emitting device having an increased light output per unit area compared to a conventional light emitting device may be provided.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 발광셀들 각각은 상기 하부 N형 반도체층의 다른 영역 상에 형성된 하부 N형 전극을 더 포함할 수 있다. 또한, P형 전극이 상기 P형 반도체층의 다른 영역 상에 형성되고, 상부 N형 전극이 상기 상부 N형 반도체층 상에 형성될 수 있다. 상기 각 발광셀의 하부 N형 전극 및 상부 N형 전극은 이웃하는 발광셀의 P형 전극에 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 상기 각 발광셀의 P형 전극은 이웃하는 다른 발광셀의 하부 N형 전극 및 상부 N형 전극에 전기적으로 연결된다. 이에 따라, 상기 발광셀들이 직렬 연결된 어레이가 제공될 수 있다.In some embodiments of the present invention, each of the light emitting cells may further include a lower N-type electrode formed on another region of the lower N-type semiconductor layer. In addition, a P-type electrode may be formed on another region of the P-type semiconductor layer, and an upper N-type electrode may be formed on the upper N-type semiconductor layer. The lower N-type electrode and the upper N-type electrode of each light emitting cell may be electrically connected to the P-type electrode of a neighboring light emitting cell. Therefore, the P-type electrode of each light emitting cell is electrically connected to the lower N-type electrode and the upper N-type electrode of the neighboring other light emitting cells. Accordingly, an array in which the light emitting cells are connected in series may be provided.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 하부 N형 전극, P형 전극 및 상부 N형 전극에 더하여, 다른 P형 전극이 상기 P형 반도체층의 또 다른 영역 상에 형성될 수 있다. 상기 각 발광셀의 하부 N형 전극은 이웃하는 발광셀의 P형 전극에 연결되고, 상기 각 발광셀의 다른 P형 전극은 상기 이웃하는 발광셀의 상부 N형 전극에 연결된다. 또한, 상기 각 발광셀의 P형 전극은 이웃하는 다른 발광셀의 하부 N 형 전극에 연결되고, 상기 각 발광셀의 상부 N형 전극은 상기 이웃하는 다른 발광셀의 다른 P형 전극에 연결된다. 본 실시예에 따르면, 상기 발광셀들의 상부 발광다이오드들이 직렬 연결된 어레이와 상기 발광셀들의 하부 발광다이오드들이 직렬연결된 어레이를 제공할 수 있으며, 상기 두 개의 어레이들이 서로 역병렬로 연결된다. 또한, 상기 하나의 어레이 내의 발광다이오드들 사이의 노드들이 상기 다른 하나의 어레이 내의 발광다이오드들 사이의 노드들에 연결되어 전기적으로 안정된 동작이 가능하다.In another embodiment of the present invention, in addition to the lower N-type electrode, the P-type electrode, and the upper N-type electrode, another P-type electrode may be formed on another region of the P-type semiconductor layer. The lower N-type electrode of each light emitting cell is connected to the P-type electrode of the neighboring light emitting cell, and the other P-type electrode of each light emitting cell is connected to the upper N-type electrode of the neighboring light emitting cell. In addition, the P-type electrode of each light emitting cell is connected to the lower N-type electrode of the neighboring other light emitting cells, and the upper N-type electrode of each light emitting cell is connected to the other P-type electrode of the other neighboring light emitting cells. According to the present exemplary embodiment, an array in which upper LEDs of the light emitting cells are connected in series and an array in which lower LEDs of the light emitting cells are connected in series may be provided, and the two arrays may be connected in parallel to each other. In addition, the nodes between the light emitting diodes in the one array are connected to the nodes between the light emitting diodes in the other array to enable electrically stable operation.
본 발명의 다른 태양에 따른 발광소자는 기판 상에 위치하는 하부 N형 반도체층을 포함한다. 상기 하부 N형 반도체층의 일 영역 상에 하부 P형 반도체층이 위치하고, 상기 하부 P형 반도체층의 일 영역 상에 상부 P형 반도체층이 위치한다. 또한, 상기 상부 P형 반도체층의 일 영역 상에 상부 N형 반도체층이 위치한다. 한편, 상기 하부 N형 반도체층과 상기 하부 P형 반도체층 사이에 하부 활성층이 개재되고, 상기 상부 P형 반도체층과 상기 상부 N형 반도체층 사이에 상부 활성층이 개재된다. 또한, 상기 하부 P형 반도체층과 상기 상부 P형 반도체층 사이에 분리층(sparating layer)이 개재된다. 이에 따라, 상기 하부 N형 반도체층, 상기 하부 활성층 및 상기 하부 P형 반도체층을 포함하는 하부 발광 다이오드와, 상기 상부 P형 반도체층, 상기 상부 활성층 및 상기 상부 N형 반도체층을 포함하는 상부 발광 다이오드가 분리층에 의해 분리된 발광소자가 제공된다.The light emitting device according to another aspect of the present invention includes a lower N-type semiconductor layer located on the substrate. A lower P-type semiconductor layer is positioned on one region of the lower N-type semiconductor layer, and an upper P-type semiconductor layer is positioned on one region of the lower P-type semiconductor layer. In addition, an upper N-type semiconductor layer is positioned on one region of the upper P-type semiconductor layer. Meanwhile, a lower active layer is interposed between the lower N-type semiconductor layer and the lower P-type semiconductor layer, and an upper active layer is interposed between the upper P-type semiconductor layer and the upper N-type semiconductor layer. In addition, a spacing layer is interposed between the lower P-type semiconductor layer and the upper P-type semiconductor layer. Accordingly, a lower light emitting diode including the lower N-type semiconductor layer, the lower active layer, and the lower P-type semiconductor layer, and an upper light emission including the upper P-type semiconductor layer, the upper active layer, and the upper N-type semiconductor layer. A light emitting device in which a diode is separated by a separation layer is provided.
여기서, 분리층은 상기 하부 발광 다이오드와 상부 발광 다이오드를 전기적으로 분리하기 위한 층으로, 예컨대 절연층 또는 고저항의 반절연층(semi- insulating layer)일 수 있다.Here, the isolation layer is a layer for electrically separating the lower light emitting diode and the upper light emitting diode, and may be, for example, an insulating layer or a semi-insulating layer having a high resistance.
한편, 하부 N형 전극이 상기 하부 N형 반도체층의 다른 영역 상에 형성되고, 하부 P형 전극이 상기 하부 P형 반도체층의 다른 영역 상에 형성될 수 있다. 또한, 상부 P형 전극이 상기 상부 P형 반도체층의 다른 영역 상에 형성되고, 상부 N형 전극이 상기 상부 N형 반도체층 상에 형성될 수 있다. 상기 하부 및 상부 P형 전극들을 외부전원의 일 단자에 연결하고, 상기 하부 및 상부 N형 전극들을 상기 외부전원의 다른 단자에 연결하여 상기 발광소자를 구동시킬 수 있다. 또한, 두개의 외부전원을 각각 상기 하부 N형 전극과 상기 하부 P형 전극, 및 상기 상부 P형 전극과 상기 상부 N형 전극에 연결하여 상부 및 하부 발광 다이오드를 각각 구동할 수도 있다.The lower N-type electrode may be formed on another region of the lower N-type semiconductor layer, and the lower P-type electrode may be formed on another region of the lower P-type semiconductor layer. In addition, an upper P-type electrode may be formed on another region of the upper P-type semiconductor layer, and an upper N-type electrode may be formed on the upper N-type semiconductor layer. The lower and upper P-type electrodes may be connected to one terminal of an external power source, and the lower and upper N-type electrodes may be connected to another terminal of the external power source to drive the light emitting device. In addition, the upper and lower light emitting diodes may be respectively driven by connecting two external power sources to the lower N-type electrode and the lower P-type electrode, and the upper P-type electrode and the upper N-type electrode, respectively.
본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자는 기판 상에 위치하는 복수개의 발광셀들을 포함한다. 상기 발광셀들 각각은 상기 기판 상에 위치하는 하부 N형 반도체층을 포함한다. 상기 하부 N형 반도체층의 일 영역 상에 하부 P형 반도체층이 위치하고, 상기 하부 P형 반도체층의 일 영역 상에 상부 P형 반도체층이 위치한다. 또한, 상기 상부 P형 반도체층의 일 영역 상에 상부 N형 반도체층이 위치한다. 한편, 상기 하부 N형 반도체층과 상기 하부 P형 반도체층 사이에 하부 활성층이 개재되고, 상기 상부 P형 반도체층과 상기 상부 N형 반도체층 사이에 상부 활성층이 개지된다. 이에 더하여, 상기 하부 P형 반도체층과 상기 상부 P형 반도체층 사이에 분리층이 개재된다. 이에 따라, 상기 하부 N형 반도체층과 상기 하부 활성층 및 상기 하부 P형 반도체층을 포함하는 하부 발광 다이오드와 상기 상부 P형 반도체층과 상기 상부 활성층 및 상기 상부 N형 반도체층을 포함하는 상부 발광 다이오드가 수직으로 적층된 복수개의 발광셀들을 제공할 수 있다.A light emitting device according to another embodiment of the present invention includes a plurality of light emitting cells located on a substrate. Each of the light emitting cells includes a lower N-type semiconductor layer on the substrate. A lower P-type semiconductor layer is positioned on one region of the lower N-type semiconductor layer, and an upper P-type semiconductor layer is positioned on one region of the lower P-type semiconductor layer. In addition, an upper N-type semiconductor layer is positioned on one region of the upper P-type semiconductor layer. A lower active layer is interposed between the lower N-type semiconductor layer and the lower P-type semiconductor layer, and an upper active layer is interposed between the upper P-type semiconductor layer and the upper N-type semiconductor layer. In addition, a separation layer is interposed between the lower P-type semiconductor layer and the upper P-type semiconductor layer. Accordingly, a lower light emitting diode including the lower N-type semiconductor layer, the lower active layer, and the lower P-type semiconductor layer, and an upper light emitting diode including the upper P-type semiconductor layer, the upper active layer, and the upper N-type semiconductor layer. May provide a plurality of light emitting cells stacked vertically.
한편, 상기 발광셀들 각각은 상기 하부 N형 반도체층의 다른 영역 상에 형성된 하부 N형 전극을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 하부 P형 반도체층의 다른 영역 상에 하부 P형 전극이 형성되고, 상기 상부 P형 반도체층의 다른 영역 상에 상부 P형 전극이 형성되고, 상기 상부 N형 반도체층 상에 상부 N형 전극이 형성될 수 있다. 상기 각 발광셀의 하부 N형 전극 및 상부 N형 전극은 각각 이웃하는 발광셀의 하부 P형 전극 및 상부 P형 전극에 전기적으로 연결되어 직렬연결된 발광셀 어레이를 제공할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 상기 상부 발광 다이오드들이 직렬 연결된 상부 직렬 연결 어레이와 상기 하부 발광 다이오드들이 직렬 연결된 하부 직렬 연결 어레이가 제공될 수 있다.Each of the light emitting cells may further include a lower N-type electrode formed on another region of the lower N-type semiconductor layer. Further, a lower P-type electrode is formed on another region of the lower P-type semiconductor layer, an upper P-type electrode is formed on another region of the upper P-type semiconductor layer, and an upper N on the upper N-type semiconductor layer. Type electrodes can be formed. The lower N-type electrode and the upper N-type electrode of each light emitting cell may be electrically connected to the lower P-type electrode and the upper P-type electrode of neighboring light emitting cells, respectively, to provide a light emitting cell array connected in series. According to the present embodiment, an upper series connection array in which the upper light emitting diodes are connected in series and a lower series connection array in which the lower light emitting diodes are connected in series may be provided.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are provided as examples to ensure that the spirit of the present invention can be fully conveyed to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the embodiments described below and may be embodied in other forms. And, in the drawings, the width, length, thickness, etc. of the components may be exaggerated for convenience. Like numbers refer to like elements throughout.
도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자를 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다.1 and 2 are a plan view and a cross-sectional view for explaining a light emitting device according to an embodiment of the present invention, respectively.
도 1 및 도 2를 참조하면, 기판(21) 상에 하부 N형 반도체층(25)이 위치한 다. 상기 기판(21)은 예컨대, 사파이어 기판 또는 탄화실리콘(SiC) 기판 등일 수 있다. 상기 기판(21)과 하부 N형 반도체층(25) 사이에 버퍼층(23)이 개재될 수 있다.1 and 2, the lower N-
상기 하부 N형 반도체층(25)의 일 영역 상에 P형 반도체층(29)이 위치하며, 하부 N형 반도체층(25)과 P형 반도체층(29) 사이에 하부 활성층(27)이 개재된다. 또한, 상기 P형 반도체층(29)의 일 영역 상에 상부 N형 반도체층(35)이 위치하며, 상기 P형 반도체층(29)과 상기 상부 N형 반도체층(35) 사이에 상부 활성층(33)이 개재된다. 그 결과, 상기 하부 N형 반도체층(25), 상기 하부 활성층(27) 및 상기 P형 반도체층(29)을 포함하는 하부 발광 다이오드와, 상기 P형 반도체층(29), 상기 상부 활성층(33) 및 상기 상부 N형 반도체층(35)을 포함하는 상부 발광 다이오드가 적층된 구조의 발광소자가 제공된다. The P-
상기 하부 활성층(27) 및 상부 활성층(33)은 각각 단일 양자웰 또는 다중 양자웰일 수 있다. 상기 하부 N형 반도체층(25) 및 상기 P형 반도체층(29)은 상기 하부 활성층(27)보다 넓은 밴드갭을 가지며, 또한 상기 P형 반도체층(29) 및 상기 상부 N형 반도체층(35)은 상기 상부 활성층(33)보다 넓은 밴드갭을 갖는다.The lower
상기 하부 및 상부 N형 반도체층(25, 35), 하부 및 상부 활성층(27, 33) 및 P형 반도체층은 각각 (B, Al, Ga, In)N로 형성된 GaN 계열의 반도체층들일 수 있다. 상기 N형 반도체층들(25, 35)은 Si을 도핑하여 형성될 수 있으며, 상기 P형 반도체층(29)은 Mg을 도핑하여 형성될 수 있다.The lower and upper N-type semiconductor layers 25 and 35, the lower and upper
한편, 상기 P형 반도체층(29)이 Mg을 도핑한 GaN 계열의 반도체층인 경우, Mg이 상기 상부 활성층(33)의 결정성을 악화시킬 수 있다. Mg의 영향을 방지하기 위해 상기 P형 반도체층(29)과 상기 상부 활성층(33) 사이에 코도프층(codoped layer, 31)이 개재될 수 있다. 상기 코도프층은 예컨대, Mg와 Si, 또는 Mg와 In을 함께 도핑한 질화갈륨 계열의 반도체층일 수 있다. 상기 코도프층(31)을 사용하여 상부 활성층(33)의 결정성(crystal quality)를 개선하는 내용이 수 등(Su, et al.)에 의해 "p-다운 구조를 갖는 InGaN/GaN 발광 다이오드들(InGaN/GaN Light Emitting Diodes With a p-Down Structure)"라는 제목으로 IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES(VOL.49, NO.8, pp1361-1366, AUGUST 2002)에 개시된 바 있다. 수 등에 따르면, P형 반도체층(29)과 상부 활성층(33) 사이에 코도프층(31)을 삽입하여 상기 상부 활성층(33)의 결정성을 개선할 수 있다.Meanwhile, when the P-
한편, 상기 하부 N형 반도체층(25)의 다른 영역 상에 하부 N형 전극(37a)이 형성되고, 상기 상부 N형 반도체층(35) 상에 상부 N형 전극(37b)이 형성된다. 또한, 상기 P형 반도체층(29)의 다른 영역 상에 P형 전극(39)이 형성된다. 상기 하부 N형 전극(37a) 및 P형 전극(39)은 각각, 도 1에 도시한 바와 같이, 상부 N형 반도체층(35)의 양측에 위치할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양하게 배치될 수 있다. 또한, 상기 상부 N형 전극(37b)은 N형 반도체층(35)과의 접촉 저항을 감소시키기 위해, 도시한 바와 같이, N형 반도체층(35) 상의 넓은 영역에 걸쳐 형성될 수 있다. 상기 상부 N형 전극(37b)은 상기 하부 및 상부 활성층(27, 33)에서 방출된 광이 투과할 수 있는 투명전극으로 형성되는 것이 바람직하며, 예컨대 인디움 틴 산화막(Indium Tin Oxide; ITO)으로 형성될 수 있다. 상기 하부 N형 전극 (37a) 또한 ITO로 형성될 수 있다. ITO는 N형 반도체층과 오믹접촉하여 접촉저항을 낮춘다. 한편, 상기 P형 전극(39)은 예컨대 Ni/Au로 형성될 수 있다. 이들 전극들(37a, 37b, 39)은 리프트-오프(lift-off) 공정을 사용하여 형성될 수 있다.Meanwhile, the lower N-
상기 P형 전극(39)을 외부전원(도시하지 않음)의 일 단자에 연결하고, 상기 하부 및 상부 N형 전극들(37a, 37b)을 상기 외부전원의 다른 단자에 연결하여 상기 발광소자를 구동시킬 수 있다. 이때, 상기 P형 전극(39)은 외부전원의 양의 단자에 연결되고, 상기 N형 전극들(37a, 37b)은 외부전원의 음의 단자에 연결된다. 상기 전극들은 본딩와이어들(도시하지 않음)을 통해 외부전원에 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 P형 전극(39)에서 상기 하부 N형 전극(37a) 및 상기 상부 N형 전극(37b)으로 전류가 흐른다. 즉, 상기 하부 발광 다이오드와 상부 발광 다이오드에 순방향 전류가 흘러, 상기 하부 및 상부 발광 다이오드들이 구동된다.The P-
본 실시예에 따르면, 하부 및 상부 발광 다이오드들이 수직으로 적층된 구조의 발광소자를 제공하므로, 종래의 단일 발광 다이오드 구조의 발광소자에 비해 기판의 단위 면적당 광출력을 증가시킬 수 있다.According to the present embodiment, since the lower and upper light emitting diodes are provided in a vertically stacked structure, the light output per unit area of the substrate can be increased as compared with the light emitting device having the conventional single light emitting diode structure.
본 실시예에 있어서, 상기 N형 전극들(37a, 37b)을 동일한 외부전원의 음의 단자에 연결하는 것으로 설명하였으나, 상부 및 하부 발광 다이오드의 바이어스 전압을 서로 다르게 조절하기 위해, 상기 N형 전극들(37a, 37b)과 상기 외부전원의 음의 단자 사이에 서로 다른 저항 소자를 개재하거나, 상기 N형 전극들(37a, 37b)을 서로 다른 외부전원에 연결할 수도 있다.In the present exemplary embodiment, the n-
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 발광셀들을 갖는 발광 소자를 설명하기 위한 부분단면도 및 회로도이다.3 and 4 are partial cross-sectional views and circuit diagrams for describing a light emitting device having a plurality of light emitting cells according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 단일의 기판 상에 복수개의 발광셀들이 위치한다. 여기서, 상기 발광셀들 각각은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같은 수직으로 적층된 발광 다이오드들의 구조를 갖는다. 또한, 상기 발광셀들 각각은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같은 하부 N형 전극(37a), 상부 N형 전극(37b) 및 P형 전극(39)을 갖는다. 여기서, 상기 발광셀들의 구조는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 발광소자와 동일하므로 그 구조에 대한 상세한 설명을 생략하고, 상기 발광셀들의 전기적인 연결에 대해서 설명한다.Referring to FIG. 3, a plurality of light emitting cells are positioned on a single substrate. Each of the light emitting cells has a structure of vertically stacked light emitting diodes as described with reference to FIGS. 1 and 2. Each of the light emitting cells has a lower N-
상기 발광셀들 각각의 하부 N형 전극(37a) 및 상부 N형 전극(37b)은 이웃하는 발광셀의 P형 전극(39)에 전기적으로 연결된다. 상기 전극들은 금속배선(41)을 통해 연결된다. 상기 금속배선(41)은 에어브리지(air-bridge) 공정 또는 스텝커버(step-cover) 공정을 사용하여 형성될 수 있다.The lower N-
이때, 상기 하부 N형 전극(37a)과 P형 전극(39)을 연결하는 금속배선(41)과 상기 상부 N형 전극(37b)과 상기 P형 전극(39)을 연결하는 금속배선(41)은, 도시한 바와 같이, 서로 연결될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 서로 분리될 수도 있다.At this time, the
도 4를 참조하면, 도 3을 참조하여 설명한 바와 같은 금속배선(41) 연결에 의해, 하부 발광 다이오드(45a)와 상부 발광 다이오드(45b)를 각각 갖는 발광셀들(43)이 직렬로 연결된 어레이들(47a, 47b)이 제공된다. 상기 직렬 어레이들(47a, 47b)은 역병렬로 연결되어 교류전원(49)에 연결된다. 이에 따라, 교류전원하에서 구동되는 발광소자가 제공된다.Referring to FIG. 4, an array in which light emitting
본 실시예에 따르면, 수직으로 적층된 발광 다이오드들(45a, 45b)을 갖는 발광셀들을 채택함으로써, 교류전원하에서 구동되는 발광소자의 단일 칩 면적당 광출력을 증가시킬 수 있다.According to the present embodiment, by adopting light emitting cells having vertically stacked
상기 하부 및 상부 N형 반도체층들(25, 35) 및 상기 P형 반도체층(29) 상에 형성되는 전극들 수 및 배치, 그리고 전극들의 연결 구조는 다양하게 선택될 수 있다. 도 5 내지 도 7은 전극들의 수 및 전극들의 연결구조를 다르게 한 실시예를 설명하기 위한 도면들이다. 여기서, 도 5 및 도 6은 각각 상기 실시예에 따른 발광소자를 설명하기 위한 부분단면도 및 회로도이고, 도 7은 도 6의 등가회로도이다.The number and arrangement of electrodes formed on the lower and upper N-type semiconductor layers 25 and 35 and the P-
도 5를 참조하면, 단일의 기판 상에 복수개의 발광셀들이 위치한다. 여기서, 상기 발광셀들 각각은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같은 수직으로 적층된 발광 다이오드들의 구조를 갖는다. 또한, 상기 발광셀들 각각은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같은 하부 N형 전극(37a), 상부 N형 전극(37b) 및 P형 전극(39)을 갖는다. 여기서, 상기 발광셀들의 구조는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 발광소자와 대체로 동일하지만, 상기 P형 반도체층(29)의 또 다른 영역 상에 다른 P형 전극(40)이 더 형성된 것이 다르다. 상기 또 다른 영역은, 도시한 바와 같이, 상기 활성층(33)을 사이에 두고 상기 다른 영역에 대향하도록 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Referring to FIG. 5, a plurality of light emitting cells are positioned on a single substrate. Each of the light emitting cells has a structure of vertically stacked light emitting diodes as described with reference to FIGS. 1 and 2. Each of the light emitting cells has a lower N-
한편, 상기 각 발광셀의 하부 N형 전극(37a)은 이웃하는 발광셀의 P형 전극(29)에 전기적으로 연결되고, 상기 각 발광셀의 다른 P형 전극(40)은 상기 이웃하 는 발광셀의 상부 N형 전극(37b)에 전기적으로 연결되고, 상기 각 발광셀의 P형 전극(29)은 이웃하는 다른 발광셀의 하부 N형 전극(37a)에 전기적으로 연결되고, 상기 각 발광셀의 상부 N형 전극(37b)은 상기 이웃하는 다른 발광셀의 다른 P형 전극(40)에 전기적으로 연결된다. 상기 하부 N형 전극(37a)과 이웃하는 발광셀의 P형 전극(39)은 금속배선(42a)을 통해 연결되고, 상기 상부 N형 전극(37b)과 상기 다른 P형 전극(40)은 금속배선(42b)을 통해 연결된다. 상기 금속배선들(42a, 42b)은 에어브리지(air-bridge) 공정 또는 스텝커버(step-cover) 공정을 사용하여 형성될 수 있다.Meanwhile, the lower N-
도 6을 참조하면, 도 5를 참조하여 설명한 바와 같은 금속배선들(42a, 42b)의 연결에 의해, 하부 발광 다이오드(46a)와 상부 발광 다이오드(46b)를 각각 갖는 발광셀들(44)이 연결된 어레이(48)가 제공된다. 이때, 상기 하부 발광 다이오드들(46a)은 서로 직렬로 연결되고, 또한 상기 상부 발광 다이오드들(46b)도 서로 직렬로 연결된다. 상기 하부 발광 다이오드들(46a)이 직렬로 연결된 어레이와 상기 상부 발광 다이오드들(46b)이 직렬로 연결된 어레이는 서로 역병렬로 배치된다.Referring to FIG. 6, by connecting the
한편, 상기 발광셀들(44)의 어레이(48)의 양측에, 도시한 바와 같이, 추가적인 다이오드들을 각각 연결함으로써, 도 7과 같은 등가회로를 구성할 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 7, additional diodes are connected to both sides of the
도 7을 참조하면, 하부 발광 다이오드들(46a)과 추가적인 발광 다이오드가 직렬로 연결되어 하나의 직렬 어레이를 형성하며, 상부 발광 다이오드들(46b)과 다른 추가적인 발광 다이오드가 직렬로 연결되어 다른 직렬 어레이를 형성한다. 상기 하부 및 상부 발광 다이오드들(46a, 46b)의 어레이들은 서로 역병렬로 연결된다. 따라서, 상기 어레이들의 양 단부에 교류전원(49)을 연결하여 상기 발광셀들을 구동할 수 있다. 상기 교류전원(49)이 위상을 바꿈에 따라, 상기 상부 발광 다이오드들(46b)의 어레이와 상기 하부 발광 다이오드들(46a)의 어레이가 교대로 동작하게 된다.Referring to FIG. 7, lower
한편, 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 하부 발광다이오드들(46a) 사이의 노드들은 상기 상부 발광다이오드들(46b) 사이의 노드들에 각각 전기적으로 연결된다. 상기 노드들 사이의 연결에 의해 발광셀들(46a, 46b)이 교류전원하에서 안정적으로 구동될 수 있으며, 그 결과 발광소자의 신뢰성이 향상된다.Meanwhile, as shown in FIG. 7, nodes between the lower
본 실시예에 있어서, 상기 발광셀들(44)의 어레이(48)에 추가적인 발광 다이오드들을 연결한 회로를 도시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로, 상기 추가적인 발광 다이오드들은 생략될 수 있다.In the present embodiment, a circuit in which additional light emitting diodes are connected to the
도 8 및 도 9는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자를 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다.8 and 9 are a plan view and a cross-sectional view for describing a light emitting device according to another embodiment of the present invention, respectively.
도 8 및 도 9를 참조하면, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 기판(51) 상에 하부 N형 반도체층(55)이 위치하고, 또한, 상기 기판(51)과 하부 N형 반도체층(55) 사이에 버퍼층(53)이 개재될 수 있다.8 and 9, as described with reference to FIGS. 1 and 2, the lower N-
상기 하부 N형 반도체층(55)의 일 영역 상에 하부 P형 반도체층(59)이 위치하며, 하부 N형 반도체층(55)과 하부 P형 반도체층(59) 사이에 하부 활성층(57)이 개재된다. 또한, 상기 하부 P형 반도체층(59)의 일 영역 상에 상부 P형 반도체층(63)이 위치하고, 상기 하부 P형 반도체층(59)과 상기 상부 P형 반도체층(63) 사이 에 분리층(separating layer, 61)이 개재된다. 이에 더하여, 상기 상부 P형 반도체층(63)의 일 영역 상에 상부 N형 반도체층(69)이 위치하고, 상기 상부 P형 반도체층(63)과 상기 상부 N형 반도체층(69) 사이에 상부 활성층(67)이 개재된다. 그 결과, 상기 하부 N형 반도체층(55), 상기 하부 활성층(57) 및 상기 하부 P형 반도체층(59)을 포함하는 하부 발광 다이오드와, 상기 상부 P형 반도체층(63), 상기 상부 활성층(67) 및 상기 상부 N형 반도체층(69)을 포함하는 상부 발광 다이오드가 적층된 구조의 발광소자가 제공된다.The lower P-
상기 하부 활성층(57) 및 상부 활성층(67)은 각각 단일 양자웰 또는 다중 양자웰일 수 있다. 상기 하부 N형 반도체층(55) 및 상기 하부 P형 반도체층(59)은 상기 하부 활성층(57)보다 넓은 밴드갭을 가지며, 또한 상기 상부 P형 반도체층(63) 및 상기 상부 N형 반도체층(69)은 상기 상부 활성층(67)보다 넓은 밴드갭을 갖는다.The lower active layer 57 and the upper
상기 하부 및 상부 N형 반도체층(55, 69), 하부 및 상부 활성층(57, 67), 하부 및 상부 P형 반도체층은 각각 (B, Al, Ga, In)N로 형성된 GaN 계열의 반도체층들일 수 있다. 상기 N형 반도체층들(55, 69)은 Si을 도핑하여 형성될 수 있으며, 상기 P형 반도체층들(59, 63)은 Mg을 도핑하여 형성될 수 있다.The lower and upper N-type semiconductor layers 55 and 69, the lower and upper
한편, 상기 분리층(61)은 하부 발광 다이오드와 상부 발광 다이오드를 전기적으로 분리하기 위해 채택된 것으로 절연층 또는 고저항의 반절연층(semi-insulating layer)일 수 있다. 상기 분리층(61)은 상기 하부 및 상부 P형 반도체층들(59, 63)과 동일 또는 유사한 결정 구조를 갖는 물질로 형성되는 것이 바람직하 며, 예컨대 반절연 질화갈륨으로 형성될 수 있다.Meanwhile, the
또한, 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 상부 P형 반도체층(63)과 상부 활성층(67) 사이에 코도프층(65)이 개재될 수 있다. 상기 코도프층(65)은 상기 P형 반도체층(63)을 Mg 도핑된 질화갈륨으로 형성한 경우, 상부 활성층(67)의 결정성을 개선하기 위해 채택된다.In addition, as described with reference to FIG. 2, a
한편, 상기 하부 N형 반도체층(55)의 다른 영역 상에 하부 N형 전극(71a)이 형성되고, 상기 상부 N형 반도체층(69) 상에 상부 N형 전극(71b)이 형성된다. 또한, 상기 하부 P형 반도체층(59)의 다른 영역 상에 하부 P형 전극(73a)이 형성되고, 상기 상부 P형 반도체층(63)의 다른 영역 상에 상부 P형 전극(73b)이 형성된다. 상기 하부 N형 전극(71a) 및 상부 N형 전극(71b)은 예컨대 ITO로 형성될 수 있으며, 상기 하부 P형 전극(73a) 및 상기 상부 P형 전극(73b)은 예컨대 Ni/Au로 형성될 수 있다. 이들 전극들(71a, 71b, 73a, 73b)은 리프트-오프(lift-off) 공정을 사용하여 형성될 수 있다.The lower N-
상기 P형 전극들(73a, 73b)을 외부전원(도시하지 않음)의 일 단자에 연결하고, 상기 N형 전극들(71a, 71b)을 상기 외부전원의 다른 단자에 연결하여 상기 발광소자를 구동시킬 수 있다. 상기 전극들은 본딩와이어들(도시하지 않음)을 통해 외부전원에 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 하부 P형 전극(73a)에서 하부 N형 전극(71a)으로 전류가 흐르고, 상부 P형 전극(73b)에서 상부 N형 전극(71b)으로 전류가 흘러, 상기 하부 발광 다이오드와 상부 발광 다이오드가 구동된다. 또한, 상기 하부 P형 전극(73a)과 하부 N형 전극(71a), 및 상기 상부 P형 전극(73b) 과 상부 N형 전극(71b)을 각각 서로 다른 외부전원에 연결하여, 하부 발광 다이오드와 상부 발광 다이오드를 개별적으로 구동할 수 있다.The P-
본 실시예에 따르면, 하부 및 상부 발광 다이오드들이 수직으로 적층된 구조의 발광소자를 제공하므로, 종래의 단일 발광 다이오드 구조의 발광소자에 비해 기판의 단위 면적당 광출력을 증가시킬 수 있다. 또한, 분리층(61)을 채택하여 상부 발광 다이오드와 하부 발광 다이오드를 전기적으로 분리함으로써, 이들 발광 다이오드를 개별적으로 구동하는 것이 용이하다.According to the present embodiment, since the lower and upper light emitting diodes are provided in a vertically stacked structure, the light output per unit area of the substrate can be increased as compared with the light emitting device having the conventional single light emitting diode structure. Further, by adopting the
도 10 및 도 11은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수개의 발광셀들을 갖는 발광소자를 설명하기 위한 부분단면도 및 회로도이다.10 and 11 are partial cross-sectional views and circuit diagrams for describing a light emitting device having a plurality of light emitting cells according to another embodiment of the present invention, respectively.
도 10을 참조하면, 단일의 기판 상에 복수개의 발광셀들이 위치한다. 여기서, 상기 발광셀들 각각은 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한 바와 같은 수직으로 적층된 발광 다이오드들의 구조를 갖는다. 또한, 상기 발광셀들 각각은 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한 바와 같은 하부 N형 전극(71a), 상부 N형 전극(71b), 하부 P형 전극(73a) 및 상부 P형 전극(73b)을 갖는다. 여기서, 상기 발광셀들의 구조는 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한 발광소자와 동일하므로 그 구조에 대한 상세한 설명을 생략하고, 상기 발광셀들의 전기적인 연결에 대해서 설명한다.Referring to FIG. 10, a plurality of light emitting cells are positioned on a single substrate. Here, each of the light emitting cells has a structure of light emitting diodes stacked vertically as described with reference to FIGS. 8 and 9. In addition, each of the light emitting cells has a lower N-
상기 발광셀들 각각의 하부 N형 전극(71a) 및 상부 N형 전극(71b)은 이웃하는 발광셀의 하부 P형 전극(73a) 및 상부 P형 전극(73b)에 각각 전기적으로 연결된다. 상기 하부 N형 전극(71a)과 하부 P형 전극(73a)은 금속배선(75a)을 통해 연결되고, 상기 상부 N형 전극(71b)과 상부 P형 전극(73b)은 금속배선(75b)을 통해 연 결될 수 있다. 상기 금속배선들(75a, 75b)은 에어브리지(air-bridge) 공정 또는 스텝커버(step-cover) 공정을 사용하여 함께 형성될 수 있다.The lower N-
상기 금속배선들(75a, 75b)은, 도시한 바와 같이 서로 분리되어 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 서로 연결될 수도 있다.The
도 11을 참조하면, 도 10을 참조하여 설명한 바와 같은 금속배선들(75a, 75b)의 연결에 의해, 하부 발광 다이오드(85a)와 상부 발광 다이오드(85b)를 각각 갖는 발광셀들(83)이 직렬로 연결된 어레이들(87a, 87b)이 제공된다. 상기 직렬 어레이들(87a, 87b)은 역병렬로 연결되어 교류전원(89)에 연결된다. 이에 따라, 교류전원하에서 구동되는 발광소자가 제공된다.Referring to FIG. 11, by connecting the
한편, 상기 금속배선들(75a, 75b)이 서로 분리되어 형성된 경우, 상기 하부 발광 다이오드들(85a) 또한 직렬로 연결되어 어레이를 형성하며, 상부 발광 다이오드들(85b)도 직렬 어레이를 형성한다. 따라서, 상부 발광 다이오드들의 직렬 어레이와 하부 발광 다이오드들의 직렬 어레이를 역병렬로 연결하여, 교류전원하에서 각 발광셀의 하부 발광 다이오드와 상부 발광 다이오드가 교대로 구동되는 발광소자를 제공할 수 있다. 그 결과, 교류전원하에서 칩의 전 영역에 걸쳐 광을 방출하는 발광소자가 제공될 수 있다.Meanwhile, when the
본 발명의 실시예들에 따른 발광소자는 다양한 형태로 발광 다이오드 패키지에 탑재될 수 있다. 예컨대, 상기 발광소자의 기판(21)을 실장면으로 하여 탑재할 수 있으며, 이와 달리, 상기 발광소자를 서브마운트 기판에 플립 본딩하여 탑재할 수 있다. 상기 발광소자를 서브마운트 기판에 플립 본딩하여 탑재할 경우, 발광소 자의 상부 N형 반도체층(들)(35 또는 69)이 금속범퍼(들)을 통해 서브마운트 기판에 본딩된다. 상기 발광소자를 열방출 특성이 우수한 서브마운트 기판에 플립 본딩함으로써, 상기 발광소자에서 방출된 열을 쉽게 방출할 수 있어, 발광효율을 더욱 개선할 수 있다.The light emitting device according to the embodiments of the present invention may be mounted in the LED package in various forms. For example, the
본 발명의 실시예들에 따르면, 수직으로 적층된 발광 다이오드들을 채택하여 단위 면적당 광출력을 증가시킬 수 있는 발광소자를 제공할 수 있다. 또한, 수직으로 적층된 발광 다이오드들을 갖는 복수개의 발광셀들을 전기적으로 연결하여 교류전원하에서 구동가능하며, 광출력이 개선된 발광소자를 제공할 수 있다. 한편, 본 발명의 실시예들에 따르면, 상부 N형 반도체층이 위쪽에 위치하므로, 투명전극으로 ITO 전극을 채택하는 것이 용이하며, 또한 거칠어진 표면을 쉽게 형성할 수 있어 광추출 효율을 용이하게 개선할 수 있다. According to embodiments of the present invention, it is possible to provide a light emitting device capable of increasing light output per unit area by adopting light emitting diodes stacked vertically. In addition, a plurality of light emitting cells having vertically stacked light emitting diodes may be electrically connected to each other to provide a light emitting device capable of being driven under an AC power source and having improved light output. On the other hand, according to the embodiments of the present invention, since the upper N-type semiconductor layer is located above, it is easy to adopt the ITO electrode as a transparent electrode, and also to form a rough surface easily to facilitate the light extraction efficiency It can be improved.
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