KR100890948B1 - 발광 장치 - Google Patents
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Abstract
발광 장치는, 기판, 기판상에 형성된 제 1 의 반도체 층, 제 1 의 반도체 층상에 형성된 발광 층, 발광층 상에 형성된 제 2 의 반도체 층, 제 2 의 반도체 층상에 형성된 제 1 의 투명 도전성 산화물 층, 투명 도전성 산화물 층상에 형성된 반사 금속층 및, 반사 금속층상에 형성된 제 1 전극을 구비하고; 제 1 의 투명 도전성 산화물 층에는, 제 1 의 투명 도전성 산화물 층과 반사 금속층 사이에서의 접합 강도를 향상시키도록 그들 사이의 인터페이스에 복수개의 공동이 형성되는 것을 특징으로 한다.
Description
도 1 은 본 발명의 제 1 구현예에 따른 발광 장치의 수직 단면도이다.
도 2 는 본 발명의 제 2 구현예에 따른 발광 장치의 수직 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 제 2 구현예에 따른 제 2 반도체 층의 평면도이다.
도 4a 는 통상적인 4-요소 LED 장치의 ITO 층에 대한 표면 형태(surface morphology)를 나타내는 SEM 다이아그램이다.
도 4b 는 통상적인 4-요소 LED 장치에서 ITO 층과 반사 금속층 사이에 있는 인터페이스 형태를 나타내는 SEM 다이아그램이다.
도 5a 는 통상적인 질화물 LED 장치에서 ITO 층의 표면 형태를 나타내는 SEM 다이아그램이다.
도 5b 는 통상적인 질화물 LED 장치에서 ITO 층과 반사 금속층 사이에 있는 인터페이스 형태를 나타내는 SEM 다이아그램이다.
도 6a 는 본 발명의 제 2 구현예에 따른, ITO 층의 표면 형태를 나타내는 SEM 다이아그램이다.
도 6b 는 본 발명의 제 2 구현예에 따른, ITO 층과 반사 금속 층 사이의 인터페이스 형태를 나타내는 SEM 다이아그램이다.
도 7a 는 본 발명에 따른 제 3 구현예의 발광 장치에 대한 수직 단면도이다.
도 7b 는 본 발명의 제 3 구현예에 따른 제 1 반도체 층의 표면 형태를 나타내는 SEM 다이아그램이다.
도 7c 는 본 발명의 제 3 구현예에 따른 제 2 투명 도전층의 표면 형태를 나타내는 SEM 다이아그램이다.
도 8 은 본 발명의 제 4 구현예에 따른 발광 장치에 대한 수직 단면도이다.
도 9 는 본 발명의 제 5 구현예에 따른 발광 장치의 수직 단면도이다.
도 10 은 본 발명의 제 6 구현예에 따른 발광 장치의 수직 단면도이다.
< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >
1. 발광 장치 10. 기판
11. 제 1 반도체 층 12. 발광층
13. 제 2 반도체 층 14. 제 1 투명 도전성 산화물 층
15. 제 1 반사 금속 층 16. 제 1 전극
17. 제 2 전극
본 발명은 발광 다이오드 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 높은 효율의 광 추출이 가능한 발광 다이오드 장치에 관한 것이다.
본 출원은 2005 년 10 월 19 일자에 출원된 대만 특허 출원 94136605 호 "발광 장치"에 기초한 우선권을 주장하며, 그 내용은 본원에 참조로서 포함된다.
발광 다이오드(LED) 장치들은 디스플레이, 신호등, 데이터 저장 장치, 통신 장치, 발광 장치 및, 의료 기기들과 같은 여러 분야에서 광범위하게 이용된다. 공학자들에게 중요한 한가지 임무는 LED 장치들의 밝기를 증가시키는 것이다.
종래 기술의 LED 장치에서, Ti/Au 또는 Cr/Au 층과 같은 금속 층이 전극으로서 이용된다. 그러나, 금속은 광을 흡수하며 결과적으로 LED 장치의 낮은 발광 효율을 초래한다. 미국 특허 출원 제 2005/0072968 호는 발광 효율을 향상시키기 위하여 전극과 발광 적층(light-emitting stacked layer) 사이에 형성된 반사 금속성 층을 포함하는 LED 장치를 개시한다. 그러나, 상기에 언급된 구조는 반사 금속성 층과 발광 적층 사이에 신뢰성과 박리의 문제(peeling issue)를 발생시킨다. 항상 이러한 문제점들은 높은 반사성을 가진 반사성 금속층과 발광 적층의 반도체 층 사이의 불량한 접합에 의해 야기된다.
본 발명은 상기의 문제점들을 해결하도록 숙고하는데서 달성되었다. 본 발명의 목적은 투명 도전성 산화물 층과 제 1 의 반사 금속층 사이의 접합 강도를 향상시키도록 발광 적층을 향하는 제 1 표면과 제 1 반사 금속층을 향하는 제 1 의 복수개의 공동을 가진 제 2 표면을 가진 투명 도전성 산화물 층을 구비하는 발광 장치를 제공하는 것이다.
발광 장치는, 기판, 기판상에 형성된 제 1 의 반도체 층, 제 1 의 반도체 층상에 형성된 발광층, 발광층 상에 형성된 제 2 의 반도체 층, 제 2 의 반도체 층상에 형성된 제 1 의 투명 도전성 산화물 층, 투명 도전성 산화물 층상에 형성된 반 사 금속층 및, 반사 금속층상에 형성된 제 1 전극을 구비하고; 제 1 의 투명 도전성 산화물 층이 제 2 반도체 층을 향하는 제 1 표면과, 반사 금속층을 향하는 제 1 의 복수개의 공동들을 가진 제 2 표면을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 발광 장치는 제 1 반도체 층과 제 2 전극 사이에 형성된 복수개의 공동들을 가진 제 2 의 투명 도전성 산화물 층을 구비한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 발광 장치는 제 1 반도체 층, 발광층 및, 제 2 반도체 층을 구비하는 발광 적층과 기판 사이에 형성된 결합 층; 및, 결합 층과 발광 적층 사이에 형성된 제 3 의 투명 도전성 산화물 층을 구비한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 제 1 전극의 면적과 반사 금속층의 면적이 실질적으로 같은 것이 바람직스럽다. 반사 금속층의 면적이 제 1 전극의 면적보다 약간 크다면, 제 1 전극으로 조사되는 거의 대부분의 광이 제 1 전극에 의해 흡수되는 것이 회피되도록 반사된다. 그러나, 제 1 반사 금속층의 면적이 너무 넓을 때 광 추출 면적은 감소된다. 따라서, 높은 광 추출 효율을 얻도록 제 1 반사 금속층의 면적을 조절할 수 있다.
도 1을 참조하면, 발광 장치(1)는 기판(10); 기판(10)상에 형성된 제 1 반도체 층(11); 제 1 반도체 층(11)상에 형성된 발광층(12); 발광층(12)상에 형성된 제 2 반도체 층(13); 제 2 반도체 층(13)상에 형성되어, 제 2 반도체 층(13)과 접촉하는 제 1 표면과, 복수개의 공동(141)을 가지는, 제 1 표면에 반대편에 있는 제 2 표면을 구비하는 제 1 의 투명 도전성 산화물 층(14); 제 2 표면의 제 1 의 복수개의 공동(141)들 위에 형성된 제 1 의 반사 금속 층(15); 제 1 의 반사 금속층(15)상에 형성된 제 1 전극(16); 및, 제 1 반도체 층(11)상에 형성된 제 2 전극(17)을 구비한다. 제 1 의 복수개의 공동(141)들의 각각의 공동은 에칭 과정에 의해서 원추 또는 피라미드로 형상화된다. 복수개의 공동들은 제 1 투명 도전성 층의 제 2 표면으로부터 아래로 연장되며, 바람직스럽게는 기판(10)에 수직으로 된다.
제 1 의 투명 도전성 산화물 층(14)은 인듐 주석 산화물(ITO), 카드뮴 주석 산화물(CTO), 안티몬 주석 산화물, 아연 인듐 산화물, 알루미늄 아연 산화물, 아연 안티몬 산화물 또는 그들의 조합으로 만들어지며, E-비임 증발 방법, 이온 스퍼터링 방법, 열 증발 방법 또는 그들의 그 어떤 조합으로도 형성된다. 예를 들면, ITO 층의 두께는 50 nm 내지 1 um 이며, 투과도는 관련 파장의 범위가 300 nm 내지 700 nm 일 때 약 50 % 이상이다.
도 2를 참조하면, 제 2 구현예와 제 1 구현예 사이의 차이는, 제 2 반도체 층(13)이 제 2 의 복수개의 공동(131)을 형성하도록 에칭되고, 다음에 제 1 의 투명 산화물 층(14)이 복수개의 공동(131)에 증착되어 제 1 의 복수개의 공동(141)들을 형성함으로써 공동들이 제 1 의 투명 산화물 층(14)과 제 1 의 반사 금속 층(15) 사이의 부착성을 향상시킬 수 있다는 점에 있다. 제 2 의 복수개의 공동(131)들은 원추 또는 피라미드(도 3 에 도시된 바와 같음)들로 형상화되고 에피탁시(epitaxy) 방법, 에칭 방법 또는 그것의 조합에 의해서 형성된다.
도 4a 는 평탄한 표면인 통상의 4 요소(AlGnInP) LED 장치에서 발광의 적 층(light-emitting stacked layer) 위에 형성된 투명의 도전성 층(ITO 층)의 표면 형태를 도시하는 SEM 다이아그램이다. 도 4b 는 박리의 문제(peeling issue)를 가지는, 통상의 4-요소 LED 장치에서 투명 도전성 산화물 층(ITO 층)과 반사 금속 층 사이의 인터페이스(interface) 형태를 나타내는 SEM 다이아그램이다. 더욱이, 도 5a 는 통상의 질화물 LED 장치에서 발광의 적층 위에 형성된 투명 도전성 층(ITO 층)의 표면 형태를 나타내는 SEM 다이아그램으로서, 표면은 평탄 표면이다. 도 5b 는 박리의 문제를 가지는, 통상의 질화물 LED 장치에서 투명 도전성 산화물 층(ITO 층)과 반사 금속 층(Al 층) 사이의 인터페이스 형태를 나타내는 SEM 다이아그램이다.
본 발명의 제 2 구현예에 따라서, 제 2 의 복수개의 공동(131)들은 제 2 의 반도체 층(13)의 표면으로부터 하향으로 연장되고, 제 2 반도체 층(13)상에 형성된 제 1 의 투명 도전성 산화물 층(14)이 제 1 의 복수개의 공동(141)들을 일치되게 가지게 한다. 제 1 의 반사 금속층(15)과 제 1 의 투명 도전성 산화물 층(14) 사이의 접합 강도는 제 1 의 복수개의 공동(141)들에 의해서 향상되었다. 제 1 투명 산화물 층 표면상의 공동이 없는 통상적인 LED 장치와 제 2 구현예의 박리 시험(peeling test)의 결과가 나타내는 것은, 제 2 구현예에 따른 모든 장치들이 박리의 시험을 통과하는데 반해, 통상적인 LED 장치들의 80 % 이상이 박리 시험에 실패하였다는 것이다. 도 6a 는 제 2 구현예에서 발광 적층 위에 형성된 투명 도전층(ITO 층)의 표면 형태를 도시하는 SEM 다이아그램으로서, 이것은 공동 구조를 가지는 것이다. 도 6b 는 제 2 구현예에서 투명 도전성 산화물 층(ITO 층)(14)과 반 사 금속 층(15) 사이의 인터페이스 형태를 나타내는 SEM 다이아그램으로서, 이것은 양호한 접착성을 나타낸다.
도 7a 는 본 발명의 제 3 구현예에 따른 발광 장치(3)의 수직 단면도이다. 제 3 구현예와 제 2 구현예 사이의 차이는, 제 1 반도체 층(11)이 제 4 의 복수개의 공동(111)을 형성하도록 에칭되고, 이후에 제 4 의 복수개의 공동(111) 위에 제 2 의 투명 도전성 산화물 층(18)을 증착시켜서 제 3 의 복수개의 공동(181)을 형성하여 이들이 제 2 투명 산화물 층(18)과 제 2 반사 금속 층(19) 사이의 접합을 향상시킬 수 있다는 점이다. 도 7b 는 제 1 반도체 층(11)의 제 4 의 복수개의 공동(111)들의 표면 형태를 나타내는 SEM 다이아그램이다. 도 7c 는 제 2 의 투명 도전성 금속 층(18)의 제 3 의 복수개의 공동(181)의 표면 형태를 도시하는 SEM 다이아그램이다. 제 2 반사 금속층(19)과 제 2 투명 도전성 산화물 층(18) 사이에서 수행된 박리 시험은 제 3 의 복수개의 공동(181)에 기인하여 벗겨져서 탈락되는 것이 없다는 점을 나타낸다.
제 3 구현예에 따른 발광 장치(3)와 반사 금속 층이 없는 통상의 LED 장치 사이의 발광 효율의 비교가 나타내는 것은, 입력 전류가 350 mA 일 때, 제 3 구현예의 휘도/발광 강도가 (10.68 lm)/(154.87 mW)이고, 통상의 LED 장치의 휘도/발광 강도가 (9.721 lm)/(137.25 mW)이라는 점이다.
또한, 본 발명의 제 3 구현예에 따라서, 제 2 의 투명 도전층(18)은 제 4 의 복수개의 공동(111)들이 없이 제 1 반도체 층(11)상에 직접적으로 형성될 수 있으며 다음에 에칭 과정이 제 3 의 복수개의 공동(181)들을 형성하도록 수행된다.
도 8 은 본 발명의 제 4 구현예에 따른 발광 장치(4)의 수직 단면도이다. 제 4 구현예와 제 1 구현예 사이의 차이는, 기판(10)이 도전성 기판(30)에 의해 대체되고, 부가적인 분포 브래그 반사부 층(Distributed Bragg Reflector layer;DBR layer))이 도전성 기판(30)과 제 1 반도체 층(11) 사이에 형성되며, 제 3 전극(37)이 도전성 기판(30) 아래에 형성된다는 점이다.
도 9 는 본 발명의 제 5 구현예에 따른 발광 장치(5)의 수직 단면도로서, 이것은 순차적으로 적층된 기판(40), 반사층(41), 유전성 결합층(42), 제 3 의 투명 도전성 산화물 층(43), 제 1 의 반도체 층(44), 발광 층(45), 제 2 의 반도체 층(46) 및, 제 1 의 투명 도전성 산화물 층(47)을 구비한다. 발광 장치(5)는 제 1 의 투명 도전성 산화물 층(47)의 상부 표면상에 있는 제 1 의 복수개의 공동(471)들, 제 1 의 복수개의 공동(471)상에 형성된 제 1 의 반사 금속층(48), 제 1 반사 금속층(48)상에 형성된 제 1 전극(491) 및, 제 3 의 투명 도전성 산화물 층(43)상에 형성된 제 2 전극(492)을 더 구비한다.
도 10 은 본 발명의 제 6 구현예에 따른 발광 장치(6)의 수직 단면도로서, 이것은 순차적으로 적층된, 도전성 기판(50), 금속 결합 층(51), 반사층(52), 제 3 의 투명 도전성 산화물 층(53), 제 1 의 반도체 층(54), 발광층(55), 제 2 의 반도체 층(56) 및, 제 1 의 투명 도전성 산화물 층(57)을 구비한다. 발광 장치(6)는 제 1 의 투명 도전성 산화물 층(57)의 상부 표면상에 형성된 제 1 의 복수개의 공동(571), 제 1 의 복수개의 공동(571) 위에 형성된 제 1 의 반사 금속 층(58), 제 1 의 반사 금속 층(58)상에 형성된 제 1 전극(591) 및, 도전성 기판(50) 아래에 형 성된 제 2 의 전극(592)을 더 구비한다.
상기 언급된 구현예들에서, 기판(10,40)들은 사파이어, SiC, GaAs, GaN, AIN, GaP, Si, ZnO, MgO, 유리 또는 이들의 조합으로 만들어지고, 도전성 기판(30 및 50)은 SiC, GaAs, GaN, AIN, GaP, Si 또는 이들의 조합으로 만들어진다.
상기 언급된 구현예들에서, 모든 복수개의 공동(111,131,141,181,461,471 및 561)들은 원추 또는 피라미드들로 형상화되며, 여기에서 복수개의 공동(131,461 및 561)들은 에칭 공정 또는 에피탁시(epitaxy) 공정에 의해 형성되고, 복수개의 공동(111,141,181,471)들은 에칭 공정에 의해서 형성된다.
상기 언급된 구현예들에서, 제 1 의 반도체 층(11,44,54)들과 제 2 의 반도체 층(13,46,56)들은 AlGaInP, AlInP, InGaP, AIN, GaN, AlGaN, InGaN, AlInGaN 또는 이들의 조합에 의해 만들어지고, 발광 층(12,45,55)은 AlGaInP, InGaP, AlInP, GaN, InGaN, AlInGaN 또는 이들의 조합에 의해 만들어진다. 또한, 투명 도전성 산화물 층(14,18,43,47,53,57)은 인듐 주석 산화물(ITO), 카드뮴 주석 산화물(CTO), 안티몬 주석 산화물, 아연 인듐 산화물, 알루미늄 아연 산화물, 아연 안티몬 산화물, 또는 이들의 조합으로 만들어진다. 유전성 결합 층(42)은 폴리-이미드(PI), 벤조사이클로부텐(Benzocyclobutene, BCB), 프리플루오로사이클로부테인(Prefluorocyclobutane, PFCB) 또는 이들의 조합에 의해 만들어진다. 금속성 결합 층(51)은 인듐(In), 주석(Sn), 금-주석(AuSn) 또는 이들의 조합으로 만들어진다.
상기 언급된 구현예들에서, DBR 층(31)은 적층된 반도체 층들에 의해 형성되 고, 반사층(41,52)은 In, Sn, Ai, Au, Pt, Zn, Ag, Ti, Pb, Pd, Ge, Cu, AuBe, AuGe, Ni, PbSn, AuZn 또는 이들의 조합에 의해 만들어진다. 제 1 및 제 2 반사 금속 층(15,19,48,58)들은 Al 또는 Ag 로 만들어진다.
상기의 설명들은 본 발명의 특정한 구현예들에 관한 것이었다. 그러나, 다른 변형들 및 수정예들이 일부 또는 전부의 장점들을 가지고 상기 설명된 구현예들에 대하여 이루어질 수 있다. 따라서, 첨부된 청구항들의 목적은 본 발명의 사상 및 범위내에 속하는 모든 상기의 변형들과 수정예들을 포괄하도록 하는 것이다.
본 발명에서는 투명 도전성 산화물 층과 제 1 의 반사 금속 층 사이의 접합 강도가 향상되도록 발광 적층을 향하는 제 1 표면과 제 1 반사 금속층을 향하는 제 1 의 복수개의 공동을 가진 제 2 표면을 가진 투명 도전성 산화물 층을 구비하는 발광 장치가 제공된다.
Claims (27)
- 발광 적층(light-emitting stacked layer);상기 발광 적층상에 형성되며, 발광 적층을 향하는 제 1 표면과 제 1 의 복수개의 공동들을 가진 제 2 표면을 가지는, 제 1 의 투명 도전성 산화물 층; 및,상기 제 1 의 투명 도전성 산화물 층의 상기 제 1 의 복수개의 공동들 위에 부분적으로 형성된 제 1 의 반사 금속 층;을 구비하고,상기 발광 적층은 상기 제 1 의 투명 도전성 산화물 층과 접촉하는 제 2 의 복수개의 공동들을 더 구비하는, 발광 장치.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 의 복수개의 공동들은 상기 제 2 의 복수개의 공동들로 연장되는, 발광 장치.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 의 복수개의 공동들은 에피탁시(epitaxy) 공정, 에칭 공정 또는 이들의 조합에 의해 형성되는, 발광 장치.
- 삭제
- 발광 적층(light-emitting stacked layer);상기 발광 적층상에 형성되며, 발광 적층을 향하는 제 1 표면과 제 1 의 복수개의 공동들을 가진 제 2 표면을 가지는, 제 1 의 투명 도전성 산화물 층; 및,상기 제 1 의 투명 도전성 산화물 층의 상기 제 1 의 복수개의 공동들 위에 부분적으로 형성된 제 1 의 반사 금속 층;을 구비하는 발광 장치로서,상기 발광 적층은 제 1 의 반도체 층; 상기 제 1 의 반도체 층상에 형성된 발광층; 및, 상기 발광층상에 형성된 제 2 의 반도체 층을 구비하고,발광 장치는, 상기 제 1 의 반도체 층상에 형성된 제 3 의 복수개의 공동을 가진 제 2 의 투명 도전성 산화물 층을 더 구비하는, 발광 장치.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 1 의 반도체 층은 제 2 의 투명 도전성 산화물 층과 접촉하는 제 4 의 복수개의 공동을 더 구비하는, 발광 장치.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 2 의 투명 도전성 산화물 층상에 형성된 제 2 의 반사 금속층과 상기 제 2 의 반사 금속층상에 형성된 제 2 의 전극을 더 구비하는, 발광 장치.
- 제 14 항에 있어서,상기 제 3 의 복수개의 공동들과 상기 제 4 의 복수개의 공동들은 에칭 공정에 의해 형성되는, 발광 장치.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 2 의 투명 도전성 산화물 층은 인듐 주석 산화물(ITO), 카드뮴 주석 산화물(CTO), 안티몬 주석 산화물, 아연 인듐 산화물, 알루미늄 아연 산화물, 아연 안티몬 산화물 및, 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는, 발광 장치.
- 제 15 항에 있어서,상기 제 1 의 반사 금속층과 상기 제 2 의 반사 금속층은 Al, Ag 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는, 발광 장치.
- 발광 적층(light-emitting stacked layer);상기 발광 적층상에 형성되며, 발광 적층을 향하는 제 1 표면과 제 1 의 복수개의 공동들을 가진 제 2 표면을 가지는, 제 1 의 투명 도전성 산화물 층;상기 제 1 의 투명 도전성 산화물 층의 상기 제 1 의 복수개의 공동들 위에 부분적으로 형성된 제 1 의 반사 금속 층;상기 발광 적층 아래에 형성된 기판; 및,상기 발광 적층과 상기 기판 사이에 형성된 결합 층을 구비하는, 발광 장치.
- 제 19 항에 있어서,상기 결합층은 유전성 결합층 또는 금속 결합층인, 발광 장치.
- 제 20 항에 있어서,상기 유전성 결합층은 폴리 이미드(PI), 벤조사이클로부텐(BCB), 프리플루오로사이클로부테인(PFCB) 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 발광 장치.
- 제 20 항에 있어서,상기 금속 결합층은 In, Sn, AuSn 및, 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는, 발광 장치.
- 제 19 항에 있어서,상기 발광 적층과 상기 결합층 사이에 형성된 제 3 의 투명 도전성 산화물 층을 더 구비하는, 발광 장치.
- 제 23 항에 있어서,상기 제 3 의 투명 도전성 산화물 층은 인듐 주석 산화물(ITO), 카드뮴 주석 산화물(CTO), 안티몬 주석 산화물, 아연 인듐 산화물, 알루미늄 아연 산화물, 아연 안티몬 산화물 및, 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는, 발광 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 의 복수개의 공동들과 상기 제 2 의 복수개의 공동들은 원추 또는 피라미드로 형상화되는, 발광 장치.
- 제 14 항에 있어서,상기 제 3 의 복수개의 공동들과 상기 제 4 의 복수개의 공동들은 원추 또는 피라미드로 형상화되는, 발광 장치.
- 삭제
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