KR100736426B1

KR100736426B1 - 발광 다이오드 구조체

Info

Publication number: KR100736426B1
Application number: KR20060016023A
Authority: KR
Inventors: 리앙-웬 우; 야-핑 차이; 펜-렌 치엔; 푸-유 창; 쳉-창 유; 쭈-치 웬
Original assignee: 포모사 에피택시 인코포레이션
Priority date: 2005-07-25
Filing date: 2006-02-20
Publication date: 2007-07-09
Also published as: KR20070013191A; JP2007036186A; TWI253771B; TW200705706A

Abstract

발광 다이오드(LED) 구조체는 표면 및 원통형 광 결정들을 갖는 기판, 제1형 도핑 반도체층, 제1 전극, 발광층, 제2형 도핑 반도체층 및 제2 전극을 포함한다. 상기 제1형 도핑 반도체층은 상기 기판 상에 형성되어 상기 광 결정들을 덮는다. 상기 발광층, 상기 제2형 도핑 반도체층 및 상기 제2 전극은 상기 제1형 도핑 반도체층의 일 영역 상에 순차적으로 형성된다. 상기 제1 전극은 상기 발광층에 의해 덮이지 않으면서 상기 제1형 도핑 반도체층의 다른 영역 상에 형성된다. 광 결정들을 구비한 상기 기판은 상기 제1형 도핑 반도체층의 에피택셜 품질을 개선하고 상기 LED로부터 전방으로 방출하는 광의 에너지를 증가시킬 수 있기 때문에, 상기 LED의 발광 효율이 효과적으로 강화된다.

발광 다이오드, 광 결정(photonic crystal), 반도체층, 발광층, 발광 효율

Description

발광 다이오드 구조체{LIGHT EMITTING DIODE STRUCTURE}

도 1은 종래의 LED 구조체를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구조체를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 3(a) 내지 도 3(k)는 광 결정들의 정렬을 개략적으로 도시한 평면도이다.

본 발명은 발광 소자에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 발광 다이오드 구조체에 관한 것이다.

발광 다이오드(LED)는, 종래의 전구와 비교하여, 작은 크기, 긴 수명, 낮은 전압/전류 구동, 깨지지 않는 특성, 발광시 열 문제가 없고, 환경오염 문제를 고려할 때 Hg를 함유하지 않으며, 전력 절감면에서 발광 효율 등의 중대한 장점들을 갖는다. 더욱이, LED의 발광 효율은 최근 계속해서 증가하고 있으며, 따라서 LED는 몇몇 응용분야, 예컨대 고응답 속도를 갖는 스캐너 램프, 액정 표시 장치에 사용되는 백라이트, 자동차 분야에서 제어 패널 라이트, 교통 신호등 또는 일상의 조명 장치에서 전구 또는 형광 램프를 점진적으로 대체하여 왔다.

이에 더하여, III-V 질화 화합물은 넓은 밴드갭(band gap)을 갖는 물질이므로, 방출된 파장은 자외선 광으로부터 적외선 광까지를 포함할 수 있다. 달리 말해, 가시광선의 전 범위를 포함한다. 그러므로 III-V 질화 화합물 반도체를 사용한 발광 소자, 예컨대 GaN, GaAlN, 또는 GaInN는 다양한 광 모듈에 널리 응용되어 왔다.

도 1은 종래의 LED 구조체를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1에서, 상기 LED 구조체는 기본적으로 기판(110), n-형 도핑 반도체층(120), 전극(122), 발광층(130), p-형 도핑 반도체층(140), 오믹 콘택층(150) 및 또 다른 전극(142)으로 형성된다. n-형 도핑 반도체층(120), 발광층(130), p-형 도핑 반도체층(140), 오믹 콘택층(150) 및 전극(142)은 기판(110) 상부에 순차적으로 형성되고, 발광층(130)은 단지 n-형 도핑 반도체층(120)의 일 영역을 덮는다. 전극(122)은 상기 발광층(130)에 의해 덮이지 않은 영역에서 n-형 도핑 반도체층(120) 상에 배치된다.

도 1을 참조하면, n-형 도핑 반도체층(120)으로부터의 전자들이 p-형 도핑 반도체층(140)으로부터의 정공들과 발광층(130)에서 재결합할 때, 광(102)이 생성될 수 있다. 광(102)의 일부는 오믹 콘택층(150) 및 기판(110)을 투과할 수 있고, 각각 LED 구조체(100)의 상부 및 하부로부터 외부로 방출된다. 이에 더하여, 광(102)의 다른 부분은 기판(110) 표면 또는 전극(142)과 기판(110) 사이의 몇 개의 계면들에 의해 반사된다. 예를 들면, 광은 기판(110)과 발광층(130) 사이의 n-형 도핑 반도체층(120) 내에서 횡방향으로 전파한다. 이 상황에서, 광(102)의 광학 에너지 일부는 n-형 도핑 반도체층(120), p-형 도핑 반도체층(140), 전극(122) 및 전 극(142)에 의해 흡수되어, LED 구조체(100)에 대해 더 낮은 외부 양자 효율로 이어진다.

앞의 문제를 해결하기 위해, JP11-274568호는, 기판 상의 입사광이 산란되어 LED 구조체의 외부 양자 효율을 증가시키도록, 화학기계적 연마공정 및 식각 공정을 사용하여 LED 구조체의 기판 표면을 불규칙하게 거칠게 만든다.

그러나 기판 표면을 불규칙하게 거칠게 만드는 방법은 LED 구조체의 외부 양자 효율을 효과적으로 증가시키지 못한다. 한편으로는, 기판 표면 상의 함몰 패턴 또는 돌출 패턴이 과도하게 크면, 상기 기판 표면으로부터 성장하는 n-형 도핑 반도체층(120)의 결정질이 나빠지기 때문이다. 그 결과, LED 구조체의 내부 양자 효율이 경감되고, 따라서 외부 양자 효율이 증가될 수 없다. 다른 한편으로는, 불규칙하게 거칠어진 기판 표면은 횡방향으로 전파하는 광학 에너지가 더 쉽게 이 거칠어진 표면에 의해 흡수되게 한다. 이는 LED 구조체로부터 방출되는 광의 감쇠를 유발하고, 외부 양자 효율은 충분히 확보될 수 없다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 발광 효율이 증가된 LED 구조체를 제공하는 것이다.

본 발명은 광 결정의 기판을 갖는 LED 구조체를 제공한다. 광 결정을 구비한 상기 기판은 에피택셜(epitaxial) 품질을 개선할 수 있다. 상기 기판 표면을 따라 전파하는 광이 감소될 수 있으며, 그것에 의해 LED 구조체의 발광 효율이 증가될 수 있다.

본 발명은 기판, 제1형 도핑 반도체층, 제1 전극, 발광층, 제2형 도핑 반도체층 및 제2 전극을 포함하는 LED 구조체를 제공한다. 상기 기판은 표면 및 상기 표면 상에 몇개의 원통형 광 결정들을 갖는다. 상기 제1형 도핑 반도체층은 상기 기판 상에 형성되어 상기 광 결정들을 덮는다. 상기 발광층은 상기 제1형 도핑 반도체층의 일 영역 상에 형성된다. 상기 제2형 도핑 반도체층 및 상기 제2 전극은 상기 발광층 상에 순차적으로 형성된다. 상기 제1 전극은 상기 발광층에 의해 덮이지 않은 영역에서 상기 제1형 도핑 반도체층 상에 배치된다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 앞의 상기 LED 구조체는 예컨대, 상기 제2형 도핑 반도체층과 상기 제2 전극 사이에 배치된 오믹 콘택층을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광 결정들의 직경들은 다양하거나 동일할 수 있다. 이에 더하여, 상기 광 결정들은 예컨대 돌출 패턴 및 함몰 패턴 중 적어도 하나이다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 앞의 상기 광 결정들은 예컨대, m×n 어레이로 상기 기판 표면 상에 있고, 여기서 m 및 n은 양의 정수이다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 앞의 상기 광 결정들은 예컨대, 몇개의 홀수 행들과 몇개의 짝수 행들로 정렬된다. 상기 각 짝수 행들 내의 광 결정들은 상기 홀수 행들 내의 인접한 두개의 광 결정들 사이에 형성된 간격들에 대응한다. 이에 더하여 일 실시예에 있어서, 상기 홀수 행들 내의 각각의 인접한 두개의 광 결정들 사이의 간격은 예컨대, 상기 짝수 행들 내의 인접한 두개의 광 결정들 사이의 간격 과 다르다. 이에 더하여, 상기 광 결정들의 어레이 패턴은, 상기 홀수 행들 내의 상기 광 결정들이 서로 일직선으로 정렬되고, 상기 짝수 행들 내의 k 번째 행의 상기 광 결정들은, 상기 홀수 행들 내의 인접한 광 결정들 사이의 간격들에 대응하고, 또한 상기 짝수 행들 내의 k+1 번째 행의 인접한 광 결정들 사이의 간격들에 대응하며, 여기서 k는 양의 정수인 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 앞의 상기 광 결정들은 예컨대, 상기 기판 표면 상에 벌집 모양으로 정렬된다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광 결정들의 일 부분은 예컨대, 상기 기판 표면 상에 벌집 모양으로 정렬되고, 상기 광 결정들의 다른 부분을 둘러싼다. 일 실시예에 있어서, 상기 벌집 모양 내의 광 결정들의 직경들은 예컨대, 상기 다른 부분에 대한 광 결정들의 직경들 보다 더 크다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 기판은 예컨대, 사파이어, 탄화 규소, 스피넬 또는 실리콘 기판이다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 앞의 상기 광 결정들은 상기 기판 표면에 수직한 방향을 따라 예컨대, 0.2 마이크론과 3 마이크론 사이의 크기를 갖는다. 상기 광 결정들의 수평 직경은 예컨대, 0.25 마이크론과 5 마이크론 사이의 범위 내이다. 이에 더하여, 인접한 두개의 광 결정들 사이의 상기 간격은 예컨대 0.5~10 마이크론의 범위 내이다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1형 도핑 반도체층, 상기 발광층 및 상기 제2형 도핑 반도체층에 대한 재료는 예컨대, III-V 그룹 화합물 반도체이다. 예컨대, 상기 III-V 그룹 화합물 반도체는 GaN, GaP 또는 GaAsP 이다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1형 도핑 반도체층은 n-형 도핑 반도체층이다. 상기 제2형 도핑 반도체층은 p-형 도핑 반도체층이다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1형 도핑 반도체층은 p-형 도핑 반도체층이고, 상기 제2형 도핑 반도체층은 n-형 도핑 반도체층이다.

본 발명에 있어서, 상기 광 결정들은 상기 LED 구조체의 상기 기판 표면 상에 형성되어, 상기 제1형 도핑 반도체층의 에피택셜 품질을 개선하고 그것에 의해 상기 LED 구조체의 내부 양자 효율을 증가시킨다. 이에 더하여, 본 발명의 상기 광 결정들은 상기 LED 구조체의 전방으로 방출되는 광 에너지를 더욱 증가시킬 수 있고, 그 결과 상기 LED 구조체의 외부 양자 효율을 증가시킨다. 그 결과, 본 발명의 상기 LED 구조체는 충분히 개선된 발광 효율을 갖는다.

첨부된 도면들이 본 발명을 더 잘 이해할 수 있도록 제공되고, 본 명세서에 포함되어 그 일부를 구성한다. 도면들은 본 발명의 실시예들을 도시하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명하는데 기여한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구조체를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 2에서, 상기 LED 구조체(200)는 기판(210), 제1형 도핑 반도체층(220), 전극(222), 발광층(230), 제2형 도핑 반도체층(240) 및 전극(242)를 포함한다. 상기 기판(210)에 대한 재료는 예컨대, 사파이어, 탄화 규소, 스피넬 또는 실리콘 기판을 포함한다. 기판(210)은 표면(202)과 상기 표면(202) 상에 원통형 광 결정들(photonic crystals, 204)을 갖는다.

앞의 설명들에 있어서, 상기 광 결정들(204)은 예컨대 돌출 패턴 또는 함몰 패턴이다. 광 결정들(204)은 예컨대, 포토리소그라피(photolithographic) 및 식각 공정들을 수행함으로써 형성되고, 그 결과 표면(202) 상에 원통형의 돌출 패턴 또는 원통형의 함몰 패턴을 형성한다. 특히, 광 결정들(204)은 기판(210)의 표면(202) 상에 주기적으로 정렬된다. 인접한 두개의 광 결정들 사이의 간격은 예컨대, 0.5~10 마이크론 범위 내이다.

이에 더하여, 광 결정들(204)의 직경은 예컨대 0.25~5 마이크론의 범위 내이다. 더욱이, 상기 기판에 수직한 방향에 따른 광 결정들(204)의 크기는 예컨대, 0.2~3 마이크론 범위 내이다. 달리 말해서, 돌출 패턴에서 광 결정들(204)이 예컨대, 0.2~3 마이크론 범위 내의 높이를 갖거나, 함몰 패턴에서 광 결정들(204)이 예컨대, 0.2~3 마이크론 범위 내의 깊이를 갖는다.

도 2를 참조하면, 제1형 도핑 반도체층(220)은 기판(210) 상부에 배치되어 광 결정들(204)을 덮는다. 특히, 제1형 도핑 반도체층(220)은 기판(210)의 표면(202) 상에서 돌출부에 형성되나 함몰 패턴 내부를 채우지 않는다. 주목할만하게, 제1형 도핑 반도체층(220)을 형성하기 위한 공정에 있어서, 광 결정들(204)은 기판(210)의 표면(202) 상에 주기적으로 정렬되고, 제1형 도핑 반도체층(220) 상의 국부적인 결정 결함을 억제할 수 있다. 이는 전위를 경감시키고 에피택셜 결정질을 향상시킬 수 있으며, LED 구조체(200)의 내부 양자 효율을 더욱 증가시킬 수 있다.

여전히 도 2를 참조하면, 발광층(230), 제2형 도핑 반도체층(240) 및 전극(242)은 제1형 도핑 반도체층(220)의 일 영역 상부에 순차적으로 배치된다. 전극 (222)은 발광층(230)에 의해 덮이지 않은 영역에서 제1형 도핑 반도체층(220) 상부에 배치된다. 본 실시예에 있어서, 제1형 도핑 반도체층(220)은 예컨대, n-형 도핑 반도체층(220)이고, 제2형 도핑 반도체층(240)은 예컨대, p-형 도핑 반도체층(240)이다. 이해가능하게, 다른 실시예에 있어서, 제1형 도핑 반도체층(220)은 예컨대, p-형 도핑 반도체층(220)이고, 제2형 도핑 반도체층(240)은 예컨대, n-형 도핑 반도체층(240)이다. 이에 더하여, 발광층(230)은 예컨대, 다중 양자웰(multi-quantum well)의 층이다.

이에 더하여, 제1형 도핑 반도체층(220), 발광층(230) 및 제2형 도핑 반도체층(240)은 예컨대, III-V 그룹 화합물 반도체 물질로 형성된다. 이 실시예에 있어서, 제1형 도핑 반도체층(220), 발광층(230) 및 제2형 도핑 반도체층(240)은 예컨대, GaN, GaP 또는 GaAsP로 형성된다.

더욱이, 본 발명에 있어서, 제1형 도핑 반도체층(220), 발광층(230) 및 제2형 도핑 반도체층(240) 상에서 전류 전도 균일성을 개선하도록, 오믹 콘택층(250)이 전극(242)과 제2형 도핑 반도체층(240) 사이에 형성된다. 본 실시예에 있어서, 오믹 콘택층(250)은 예컨대, p-형 오믹 콘택층이다.

기판(210)의 표면(202) 상에 주기적으로 정렬된 광 결정들(204)은 제1형 도핑 반도체층(220)의 에피택셜 품질을 향상시킬 수 있고, 제1형 도핑 반도체층(220)과 제2형 도핑 반도체층(240) 사이에서 횡방향으로 전파하는 광을 전방향 광으로 인도할 수 있고, 그 결과 전방향 광이 LED 구조체(200)로부터 외부로 방출될 수 있으며 외부 양자 효율이 효과적으로 증가된다. 주목할만하게, 본 발명의 광 결정들 (204)은 몇개의 주기적인 정렬을 갖는다. 다음의 설명은 광 결정들(204)의 다양한 정렬들을 예로써 설명한다.

도 3 (a)~ 도 3 (k)는 상기 광 결정들의 정렬을 개략적으로 도시한 평면도들이다. 도 3 (a)를 참조하면, 본 발명에 있어서, 광 결정들(204)이 예컨대, m×n 행렬의 어레이로 정렬되고, 여기서 m과 n은 양의 정수들이다. 특히, 광 결정들(204)의 직경들은 동일하거나 다양할 수 있다. 광 결정들(204)의 m×n 행렬과 관련하여, 홀수 행들 내의 광 결정들(204)은, 도 3 (b)에 도시된 바와 같이, 짝수 행들 내의 광 결정들(204)과 직경이 다를 수 있다. 이에 더하여, 도 3 (c)에 도시된 바와 같이, 위치 (p,q)에 위치된 광 결정(204)은 위치들 (p+1, q) 및 (p, q+1)에 위치된 광 결정들(204)과 직경이 다를 수 있다. p 및 q는 양의 정수이고, 1≤p≤m-1, 1≤q≤n-1 이다.

행렬 내의 정렬에 더하여, 광 결정들(204)은 또한 홀수 행들 및 짝수 행들이 열 방향으로 일직선으로 정렬되지 않는 방식으로 정렬될 수 있다. 예를 들면, 도 3 (d)에 도시된 바와 같이, 각 홀수 행들 내의 광 결정들(204)은 열 방향으로 일직선으로 정렬된다. 각 짝수 행들 내의 광 결정들(204)은 상기 홀수 행 내의 인접한 두개의 광 결정들(204) 사이의 간격들에 대응하고 있다. 도 3 (e)에 도시된 바와 같이, 상기 짝수 행 내의 광 결정들(204)의 직경은 상기 홀수 행들 내의 광 결정들(204)의 직경과 다를 수 있다.

도 3 (a) 내지 도 3 (e)에 있어서, 짝수 행 내의 광 결정들(204)의 간격들은 홀수 행 내의 광 결정들(204)의 간격들과 동일하다. 다른 실시예에 있어서, 짝수 행 내의 광 결정들(204)의 간격들은 홀수 행 내의 광 결정들(204)의 간격들과 다를 수 있다. 도 3 (f) 및 3 (g)에 도시된 바와 같이, 짝수 행 내의 광 결정들(204)의 간격들은 예컨대, 홀수 행 내의 광 결정들(204)의 간격의 두배이다. 짝수 행 내의 광 결정들(204)은 예컨대, 홀수 행 내의 인접한 두개의 광 결정들(204) 사이의 공간에 대응한다. 여기서, 용어 "간격"은, 중심점들에서 측정하여, 인접한 두개의 광 결정들(204) 사이의 거리를 의미한다. 용어 "공간"은 가장자리들에서 측정하여, 인접한 두개의 광 결정들(204)의 이격거리를 의미한다.

더 상세하게, 도 3 (f)에 도시된 바와 같이, 홀수 행들 내의 광 결정들(204)은 열방향으로 일직선으로 정렬되고, 짝수 행들 내의 광 결정들(204) 또한 열방향으로 일직선으로 정렬된다. 이에 더하여, 도 3 (g)에 도시된 바와 같이, 홀수 행들 내의 광 결정들(204)은 열 방향으로 일직선으로 정렬된다. 그러나, 짝수 행들 내의 k 번째 행의 광 결정들은 홀수 행들 내의 인접한 두개의 광 결정들 사이의 간격들에 대응하고 또한 짝수 행들 내의 k+1 번째 행의 인접한 두개의 광 결정들 사이의 간격들에 대응한다. 특히, 도 3 (h) 및 도 3 (i)에 도시된 바와 같은 본 발명의 다른 실시예들에 대해서, 더 작은 직경의 몇몇 광 결정들(204a)이 도 3 (f) 및 도 3 (g)의 짝수 행들 내의 광 결정들 사이에 배치될 수 있다.

더욱이, 본 발명의 광 결정들(204)은 또한, 도 3 (j)에 도시된 바와 같이, 상기 기판 표면 상에 벌집 모양으로 정렬될 수 있다. 또 다른 실시예에 있어서, 광 결정들(204b) 내의 일 부분은 또한, 도 3 (k)에 도시된 바와 같이, 벌집 모양으로 정렬된 광 결정들(204a) 내의 다른 일 부분에 의해 둘러싸일 수 있다. 광 결정들 (204a)의 직경은 예컨대, 광 결정들(204b)의 직경보다 더 크다.

도 3 (a) 내지 도 3 (k)는 단지 설명을 위한 예들이다. 본 발명에 있어서, 광 결정들(204)은 기판(210)의 표면(202) 상의 어떠한 주기적인 정렬도 가능하다. 도면들은 본 발명의 광 결정들(204)의 정렬을 제한하기 위해 사용되지 않는다.

표 1 및 표 2는, 종래의 LED 구조체와 대비하여 본 발명의 새로운 LED 구조체의 개선이 당업자에 의해 쉽게 확인될 수 있도록, 도 3 (a) 내지 도 3 (k)의 정렬에 따른 본 발명의 광 결정들을 구비한 LED 구조체에 대해서 발광 효율의 실험 결과들을 보여준다. 표 1에 있어서, 465 nm 방출 파장을 갖는 본 발명에 따른 LED 베어 칩(bare chip)이 시험되었다. 표 2는 상기 LED 구조체가 패키지된 후의 시험이다. 시험에서 입력 전류는 20 mA이었다. 이에 더하여, 표 1 및 표 2에 기재된 발광 효율은 도 1에 도시된 바와 같은 종래의 LED 구조체에 대한 상대값들이다.

도 1	3(a)	3(b)	3(c)	3(d)	3(e)	3(f)	3(g)	3(h)	3(i)	3(j)	3(k)
1	1.53	1.56	1.56	1.61	1.66	1.53	1.56	1.54	1.56	1.61	1.70

도 1	3(a)	3(b)	3(c)	3(d)	3(e)	3(f)	3(g)	3(h)	3(i)	3(j)	3(k)
1	1.21	1.21	1.25	1.27	1.30	1.23	1.23	1.23	1.31	1.33	1.38

표 1 및 표 2로부터 본 발명의 LED 구조체는 종래의 LED 구조체와 비교하여 개선된 발광 효율을 갖는다.

요약하면, 본 발명 즉, 본 발명의 LED 구조체는, 기판 표면 상에서 주기적인 굴절률을 갖도록, 기판 표면 상에 주기적인 정렬 방식으로 원통형 광 결정들을 형성하는 것이다. 그 결과, 발광층으로부터 방출된 광이 상기 기판 표면에 도달할 때, 광은 상기 광 결정들에 의해 회절되고 상기 기판의 위면 또는 아래면으로부터 외부로 방출된다. 이는 제1형 도핑 반도체층과 제2 형 도핑 반도체층 사이에서 횡방향 전파에 기인한 광학 에너지의 손실을 감소시킨다. 그러므로 LED 구조체의 외부 양자 효율이 개선된다.

이에 더하여, 상기 기판 표면 상의 광 결정들은 상기 제1형 도핑 반도체층 상에서 국부적인 결정 결함들의 생성을 억제할 수 있다. 그것에 의해, 에피택셜 품질이 개선되고 전위가 감소되어, LED 구조체의 내부 양자 효율을 개선한다. 그 결과, 본 발명의 LED 구조체는 충분히 양호한 발광 효율을 갖는다.

본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않으면서 본 발명의 구조체에 다양한 변형 및 변경이 수행될 수 있다는 것은 당업자에게 분명할 것이다. 앞선 설명의 관점에서, 다음의 청구범위 및 그 균등범위 내에 속하는 한, 본 발명은 본 발명의 변형 및 변경을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 기판 표면 상에 주기적인 광 결정들을 정렬함으로써, 내부 양자 효율 및 외부 양자 효율이 개선되어 발광 효율이 증가된 LED 구조체를 제공할 수 있다.

Claims

표면 및 복수개의 리세스된 원통형 광결정들을 갖는 기판;

상기 리세스된 원통형 광결정들의 내부를 매립하지 않도록, 상기 기판 상부에 배치되는 제1형 도핑 반도체층;

상기 제1형 도핑 반도체층의 일 영역 상에 배치된 발광층;

상기 발광층 상부에 배치된 제2형 도핑 반도체층;

상기 발광층에 의해 덮이지 않은 영역에서 상기 제1형 도핑 반도체층 상에 배치된 제1 전극; 및

상기 제2형 도핑 반도체층 상부에 배치된 제2 전극을 포함하는 발광 다이오드 구조체.
청구항 1에 있어서, 상기 제2형 도핑 반도체층과 상기 제2 전극 사이에 배치된 오믹 콘택층을 더 포함하는 발광 다이오드 구조체.
청구항 1에 있어서, 상기 광 결정들은 다양한 직경들을 갖는 발광 다이오드 구조체.
청구항 1에 있어서, 상기 광 결정들은 동일한 직경들을 갖는 발광 다이오드 구조체.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 광 결정들은 m×n 행렬 어레이로 상기 기판의 표면 상에 정렬되고, 여기서 m 및 n은 양의 정수인 발광 다이오드 구조체.
청구항 1에 있어서, 상기 광 결정들은 복수개의 홀수 행들 및 복수개의 짝수행들로 정렬되고, 상기 각 짝수 행들 내의 광 결정들은 상기 홀수 행들 내의 인접한 두개의 광 결정들 사이에 형성된 복수개의 간격들에 대응하는 발광 다이오드 구조체.
청구항 7에 있어서, 상기 홀수 행들 내의 각각의 인접한 두개의 광 결정들 사이의 간격들은 상기 짝수 행들 내의 각각의 인접한 두개의 광 결정들 사이의 복수개의 간격들과 다른 발광 다이오드 구조체.
청구항 8에 있어서, 상기 홀수 행들 내의 상기 광 결정들은 서로 일직선으로 정렬되고, 상기 짝수 행들 내의 k 번째 행의 광 결정들은 상기 홀수 행들 내의 인접한 두개의 광 결정들 사이의 간격들에 대응하고 또한 상기 짝수 행들 내의 k+1 번째 행의 인접한 두개의 광 결정들 사이의 간격들에 대응하고, 여기서 k는 양의 정수인 발광 다이오드 구조체.
청구항 1에 있어서, 상기 광 결정들은 상기 기판의 표면 상에 벌집 모양으로 정렬된 발광 다이오드 구조체.
청구항 1에 있어서, 상기 광 결정들의 제1 부분은, 상기 기판의 표면 상에 벌집 모양으로 정렬되고, 상기 제1 부분 이외의 상기 광 결정들의 부분을 둘러싸는 발광 다이오드 구조체.
청구항 11에 있어서, 상기 벌집 모양 내의 광 결정들의 직경이 상기 제2 부분에 대한 광 결정들의 직경 보다 더 큰 발광 다이오드 구조체.
청구항 1에 있어서, 상기 기판을 위한 재료는 사파이어, 탄화 규소, 스피넬 또는 실리콘 기판을 포함하는 발광 다이오드 구조체.
청구항 1에 있어서, 상기 광 결정들은 상기 기판에 수직한 방향을 따라 0.2 마이크론과 3 마이크론 사이의 크기를 갖는 발광 다이오드 구조체.
청구항 1에 있어서, 상기 광 결정들의 직경은 0.25 마이크론과 5 마이크론 사이의 범위 내인 발광 다이오드 구조체.
청구항 1에 있어서, 상기 인접한 두개의 광 결정들 사이의 간격은 0.5~10 마이크론 범위 내인 발광 다이오드 구조체.
청구항 1에 있어서, 상기 제1형 도핑 반도체층, 상기 발광층 및 상기 제2형 도핑 반도체층에 대한 재료는 III-V 그룹 화합물 반도체인 발광 다이오드 구조체.
청구항 17에 있어서, 상기 III-V 그룹 화합물 반도체는 GaN, GaP 또는 GaAsP를 포함하는 발광 다이오드 구조체.
청구항 1에 있어서, 상기 제1형 도핑 반도체층은 n-형 도핑 반도체층이고, 상기 제2형 도핑 반도체층은 p-형 도핑 반도체층인 발광 다이오드 구조체.
청구항 1에 있어서, 상기 제1형 도핑 반도체층은 p-형 도핑 반도체층이고, 상기 제2형 도핑 반도체층은 n-형 도핑 반도체층인 발광 다이오드 구조체.