KR101138976B1 - Light emitting diode - Google Patents
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Abstract
여기에서는 고효율 발광다이오드가 개시된다. 개시된 고효율 발광다이오드는, 지지기판과, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 반도체 적층 구조체와, 상기 지지기판과 상기 반도체 적층 구조체 사이에 배치된 반사층을 포함하며, 상기 반사층은 폭방향으로 다른 영역에 절연 DBR과 통전 DBR을 포함한다.Here, a high efficiency light emitting diode is disclosed. The disclosed high efficiency light emitting diodes include a semiconductor substrate including a support substrate, a first conductivity type semiconductor layer, an active layer, and a second conductivity type semiconductor layer, and a reflective layer disposed between the support substrate and the semiconductor laminate structure, The reflective layer includes an insulating DBR and an energizing DBR in other regions in the width direction.
Description
본 발명은 발광다이오드 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 성장기판을 제거하고 지지기판 상에 반도체 적층 구조체를 올린 발광다이오드 구조에 적합한 기술에 관한 것이며, 특히, 지지기판 상에 반도체 적층 구조체를 올린 발광다이오드의 반사층 개선과 관련된다. The present invention relates to a light emitting diode technology, and more particularly, to a technology suitable for a light emitting diode structure in which a growth substrate is removed and a semiconductor laminate structure is mounted on a support substrate, and in particular, a semiconductor laminate structure is mounted on a support substrate. It relates to the improvement of the reflective layer of light emitting diodes.
일반적으로 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN) 등과 같은 Ⅲ족 원소의 질화물은 열적 안정성이 우수하고 직접 천이형의 에너지 밴드(band) 구조를 가지므로, 최근 가시광선 및 자외선 영역의 발광소자용 물질로 많은 각광을 받고 있다. 특히, 질화인듐갈륨(InGaN)을 이용한 청색 및 녹색 발광 소자는 대규모 천연색 평판 표시 장치, 신호등, 실내 조명, 고밀도광원, 고해상도 출력 시스템과 광통신 등 다양한 응용 분야에 활용되고 있다.In general, nitrides of group III elements, such as gallium nitride (GaN) and aluminum nitride (AlN), have excellent thermal stability and have a direct transition type energy band structure. It is attracting much attention as a substance. In particular, blue and green light emitting devices using indium gallium nitride (InGaN) have been used in various applications such as large-scale color flat panel display devices, traffic lights, indoor lighting, high density light sources, high resolution output systems, and optical communications.
이러한 III족 원소의 질화물 반도체층은 그것을 성장시킬 수 있는 동종의 기판을 제작하는 것이 어려워, 유사한 결정 구조를 갖는 이종 기판에서 금속유기화학기상증착법(MOCVD) 또는 분자선 증착법(molecular beam epitaxy; MBE) 등의 공정을 통해 성장된다. 이종기판으로는 육방 정계의 구조를 갖는 사파이어(Sapphire) 기판이 주로 사용된다. 그러나, 사파이어는 전기적으로 부도체이므로, 발광다이오드 구조를 제한한다. 이에 따라, 최근에는 사파이어와 같은 이종기판 상에 질화물 반도체층과 같은 에피층들을 성장시키고, 상기 에피층들에 지지기판을 본딩한 후, 레이저 리프트 오프 기술 등을 이용하여 이종기판을 분리하여 수직형 구조의 고효율 발광다이오드를 제조하는 기술이 개발되고 있다(예컨대, 미국등록특허공보 US6,744,071호 참조).Such a nitride semiconductor layer of Group III elements is difficult to fabricate homogeneous substrates capable of growing them, and therefore, such as metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE), etc., on heterogeneous substrates having a similar crystal structure. Is grown through the process. As a hetero substrate, a sapphire substrate having a hexagonal structure is mainly used. However, sapphire is an electrically insulator, thus limiting the light emitting diode structure. Accordingly, recently, epitaxial layers, such as nitride semiconductor layers, are grown on dissimilar substrates such as sapphire, bonding supporting substrates to the epitaxial layers, and then separating the dissimilar substrates using a laser lift-off technique. Techniques for producing highly efficient light emitting diodes of structure have been developed (see, eg, US Pat. No. 6,744,071).
이러한 수직형 구조의 발광다이오드는 성장기판 상에 n형 GaN층, 활성층 및 p형 GaN층을 차례로 형성하고, p형 GaN층 상에 p-전극 및 반사 금속층을 형성하고, 그 위에 지지기판을 본딩한 후, 사파이어 기판을 제거하고, 노출된 n형 반도체층 상에 n-전극 또는 n-전극 패드를 형성함으로써 제조된다. 지지기판은 일반적으로 도전 기판이 사용되며 따라서 n-전극과 p-전극이 서로 대향하여 배치된 수직형 구조를 갖는다.Such a vertical light emitting diode forms an n-type GaN layer, an active layer, and a p-type GaN layer in order on a growth substrate, forms a p-electrode and a reflective metal layer on the p-type GaN layer, and bonds a support substrate thereon. Thereafter, the sapphire substrate is removed, and the n-electrode or n-electrode pad is formed on the exposed n-type semiconductor layer. A support substrate is generally used as a conductive substrate and thus has a vertical structure in which n-electrodes and p-electrodes are disposed to face each other.
그러나, n-전극 또는 n-전극 패드가 광 방출면인 n형 GaN층 상에 위치하므로, 활성층에서 생성된 광이 n-전극에 의해 흡수 또는 반사되어 광 추출 효율이 감소되는 문제가 있다. 또한, p형 GaN층에 오믹 콘택하면서 반사층으로 주로 사용되는 Ag는 열 공정에 의해 뭉침 현상이 발생되기 쉽고 또한 발광다이오드를 구동하는 동안 Ag 원자의 이동(migration)이 발생하여 전류 누설이 발생하기 쉬워 안정한 오믹 금속 반사층을 형성하는 것이 곤란하다. 더욱이, Ag는 금속 물질로서 반사율을 향상시키는 데 한계가 있다.However, since the n-electrode or n-electrode pad is located on the n-type GaN layer which is the light emitting surface, the light generated in the active layer is absorbed or reflected by the n-electrode, thereby reducing the light extraction efficiency. In addition, Ag, which is mainly used as a reflective layer while making ohmic contact with a p-type GaN layer, is easily agglomerated due to a thermal process, and migration of Ag atoms during driving of a light emitting diode is likely to cause current leakage. It is difficult to form a stable ohmic metal reflective layer. Moreover, Ag is a metal material and has a limit in improving reflectance.
DBR (Distributed Bragg Reflector)은 고굴절률층과 저굴절률층을 반복 적층하고, 이들 층들의 광학 두께를 조절하여 특정 파장의 광에 대한 반사율을 극대화한 것으로서, 특정 파장에 대해, 90% 이상의 반사율을 나타내는 것으로 알려져 있다. 이러한 이유로 DBR을 수직형 발광다이오드의 반사층에 적용하려는 여러 시도가 있어 왔다. 그러나, 일반적인 DBR은 절연성을 가지므로, 도전성 반도체층과 전극 구조 또는 지지기판 사이에 배치되어야 하는 수직형 발광다이오드의 구조적 특성상 그 적용에 많은 어려움이 있었다. 종래에는 DBR을 관통하는 도전성 금속 비아를 이용하여 위의 문제점을 해결하려는 시도가 있었으나, 이는 반사층의 반사 효율을 떨어뜨리는 문제점을 야기한다. Distributed Bragg Reflector (DBR) is a layer of high and low refractive index layers that are repeatedly stacked, and the optical thickness of these layers is adjusted to maximize reflectance for light of a specific wavelength. It is known. For this reason, several attempts have been made to apply the DBR to the reflective layer of a vertical light emitting diode. However, since the general DBR has insulation properties, there are many difficulties in its application due to the structural characteristics of the vertical light emitting diodes to be disposed between the conductive semiconductor layer and the electrode structure or the support substrate. In the past, attempts have been made to solve the above problem by using conductive metal vias penetrating through the DBR, but this causes a problem of lowering the reflection efficiency of the reflective layer.
따라서, 본 발명은, 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 절연 DBR을 포함하는 반사층에 폭방향으로 통전 DBR을 더 마련하여, 반사 특성과 전기적 특성을 모두 개선한 고효율 발광다이오드를 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention is to solve the problems of the prior art, to provide a high-efficiency light emitting diode that is further provided with a conduction DBR in the width direction in the reflective layer including the insulating DBR, improving both reflection characteristics and electrical characteristics.
본 발명의 일측면에 따른 고효율 발광다이오드는, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 반도체 적층 구조체와, 상기 지지기판과 상기 반도체 적층 구조체 사이에 배치된 반사층을 포함하며, 상기 반사층은 폭방향으로 다른 영역에 절연 DBR과 통전 DBR을 포함한다.According to an aspect of the present invention, a high-efficiency light emitting diode includes a semiconductor laminate including a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a second conductive semiconductor layer, and a reflective layer disposed between the support substrate and the semiconductor laminate. The reflective layer includes an insulating DBR and an energizing DBR in other regions in the width direction.
바람직하게는, 상기 절연 DBR과 상기 통전 DBR은 폭방향으로 이웃하게 배치된다.Preferably, the insulating DBR and the energizing DBR are disposed adjacent to each other in the width direction.
일 실시예에 따라, 상기 통전 DBR과 상기 절연 DBR은 격자망과 상기 격자망(grid screen)에 의해 한정된 복수의 격자눈(grid eyes)을 포함하는 격자 패턴에 의해 독립적으로 형성될 수 있다. According to an embodiment, the energizing DBR and the insulating DBR may be independently formed by a grid pattern including a grid network and a plurality of grid eyes defined by the grid screen.
일 실시예에 따라, 상기 반사층은 폭방향으로 다른 영역에 복수의 통전 DBR을 포함하되, 상기 복수의 통전 DBR 중 적어도 하나는 다른 통전 DBR의 반사 파장과 다른 파장의 광을 반사하도록 구성될 수 있다.According to an embodiment, the reflective layer may include a plurality of energizing DBRs in other regions in the width direction, and at least one of the plurality of energizing DBRs may be configured to reflect light having a wavelength different from that of the other energizing DBRs. .
다른 실시예에 따라 상기 반사층은 폭방향으로 다른 영역에 복수의 절연 DBR을 포함하되, 상기 복수의 절연 DBR 중 적어도 하나는 다른 절연 DBR의 반사 파장과 다른 파장의 광을 반사하도록 구성될 수 있다.According to another exemplary embodiment, the reflective layer may include a plurality of insulating DBRs in different regions in a width direction, and at least one of the plurality of insulating DBRs may be configured to reflect light having a wavelength different from that of the other insulating DBRs.
일 실시예에 따라, 상기 반사층은 도전성 접착층에 의해 상기 지지기판에 부착되며, 상기 통전 DBR은 상기 도전성 접착층에 의해 상기 지지기판 측의 전극패드와 전기적으로 연결될 수 있다.According to one embodiment, the reflective layer is attached to the support substrate by a conductive adhesive layer, the energizing DBR may be electrically connected to the electrode pad on the side of the support substrate by the conductive adhesive layer.
일 실시예에 따라, 상기 반사층은 상기 통전 DBR과 상기 도전성 접착층 사이에 개재된 금속층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 발광다이오드. In example embodiments, the reflective layer may further include a metal layer interposed between the conductive DBR and the conductive adhesive layer.
일 실시예에 따라, 상기 지지기판은 사파이어 기판일 수 있으며, 상기 통전 DBR은 ITO층을 포함하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 상기 통전 DBR은 굴절률이 다른 ITO층들을 반복 적층하여 형성된 것일 수 있다.According to one embodiment, the support substrate may be a sapphire substrate, the energizing DBR preferably comprises an ITO layer. More preferably, the energizing DBR may be formed by repeatedly stacking ITO layers having different refractive indices.
상기 절연 DBR은 특정 파장에 대해 반사율이 높도록 단일 구조의 DBR 구조일 수 있다. 대안적인 실시 형태에 따라, 상기 절연 DBR는 제1 파장의 광을 반사하는데 적합한 제1 절연 DBR부와, 제2 파장의 광을 반사하는데 적합한 제2 절연 DBR부를 포함하며, 상기 제1 절연 DBR부와 상기 제2 절연 DBR부는 서로에 대해 수직으로 배치될 수 있다. 또 다른 대안적인 실시 형태에 따라, 상기 절연 DBR은 제1 광학 두께를 갖는 제1 재료층과 제2 광학 두께를 갖는 제2 재료층의 복수개의 쌍들과, 제3 광학 두께를 갖는 제3 재료층과 제4 광학 두께를 갖는 제4 재료층의 복수개의 쌍들을 포함하되, 상기 제1 재료층의 굴절률은 상기 제2 재료층의 굴절률과 다르고, 상기 제3 재료층의 굴절률은 상기 제4 재료층의 굴절률과 다르다. 전술한 실시 형태들에 따라, 상기 절연 DBR은 청색 파장 영역의 제1 파장의 광, 녹색 파장 영역의 제2 파장의 광 및 적색 파장 영역의 제3 파장의 광에 대해 90% 이상의 반사율을 가질 수 있다.The insulating DBR may be a single structure DBR structure such that the reflectance is high for a specific wavelength. According to an alternative embodiment, the insulating DBR comprises a first insulating DBR portion suitable for reflecting light of a first wavelength and a second insulating DBR portion suitable for reflecting light of a second wavelength, wherein the first insulating DBR portion And the second insulating DBR portion may be disposed perpendicular to each other. According to yet another alternative embodiment, the insulating DBR comprises a plurality of pairs of a first material layer having a first optical thickness and a second material layer having a second optical thickness, and a third material layer having a third optical thickness. And a plurality of pairs of fourth material layers having a fourth optical thickness, wherein the refractive index of the first material layer is different from the refractive index of the second material layer, and the refractive index of the third material layer is the fourth material layer. Is different from the refractive index. According to the embodiments described above, the insulating DBR may have a reflectivity of 90% or more for light of the first wavelength in the blue wavelength region, light of the second wavelength in the green wavelength region, and light of the third wavelength in the red wavelength region. have.
본 발명에 따르면, 발광다이오드, 특히, 수직 구조의 발광다이오드에 있어서, 특정 파장에 대해 반사율이 높은 DBR을 포함하는 반사층을 이용해, 광의 추출 효율을 향상시킬 수 있으며, 폭방향으로 통전 DBR과 절연 DBR을 포함하는 구조에 의해, 광 추출 효율의 저하 없이 반사층 위쪽의 반도체 적층 구조체 영역과 반사층 아래쪽의 전극 영역 사이의 간단한 통전 구조를 구현할 수 있다. 반사층은 통전 DBR, 특히, ITO DBR의 하부에 금속층을 두어, 통전 DBR이 ITO를 이용함으로써 야기되는 전류 확산 성능의 저하 문제를 해결할 수 있다. 또한, 수직으로 배치되고 다른 파장의 광 반사에 적합한 복수의 절연 DBR부들을 포함하는 절연 DBR을 이용함으로써, 복수의 파장 영역, 더 나아가, 가시광 영역의 전파장에 대하여 높은 반사율 구현할 수 있고, 이는 전술한 발광다이오드를 백색 발광다이오드 패키지에 적용할 때 광 효율을 높이는데 크게 기여할 수 있다.
According to the present invention, a light emitting diode, particularly a light emitting diode having a vertical structure, can improve light extraction efficiency by using a reflecting layer including a DBR having a high reflectance for a specific wavelength, and conduction DBR and insulating DBR in the width direction can be improved. By a structure including a, it is possible to implement a simple conduction structure between the semiconductor stacked structure region above the reflective layer and the electrode region below the reflective layer without lowering the light extraction efficiency. The reflective layer has a metal layer below the energizing DBR, in particular, the ITO DBR, so that the problem of deterioration of current spreading performance caused by the energizing DBR using ITO can be solved. In addition, by using an insulating DBR including a plurality of insulating DBR portions arranged vertically and suitable for reflecting light of different wavelengths, it is possible to realize high reflectance with respect to a radio wave field of a plurality of wavelength regions, and moreover, a visible light region. When applying a light emitting diode to a white light emitting diode package it can greatly contribute to increase the light efficiency.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 발광다이오드 일부를 확대하여 도시한 단면도.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 고효율 발광다이오드의 반사층에 적용가능한 DBR 패턴을 설명하기 위한 도면들.
도 4 및 도 5는, 본 발명에 적용 가능한 절연 DBR의 실시 형태들을 보여주는 단면도들로서, 복수의 절연 DBR부들이 수직으로 적층되어 이루어진 절연 DBR을 설명하기 위한 단면도들.1 is an enlarged cross-sectional view of a portion of a high efficiency light emitting diode according to an embodiment of the present invention;
2 and 3 are diagrams for explaining a DBR pattern applicable to the reflective layer of the high efficiency light emitting diode shown in FIG.
4 and 5 are cross-sectional views showing embodiments of an insulating DBR applicable to the present invention, and sectional views illustrating an insulating DBR formed by vertically stacking a plurality of insulating DBR portions.
이하, 첨부한 도면을 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, 도면에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described embodiments of the present invention; The following embodiments are provided as examples to ensure that the spirit of the present invention to those skilled in the art will fully convey. Accordingly, the present invention is not limited to the embodiments described below and may be embodied in other forms. In the drawings, widths, lengths, thicknesses, and the like of components may be exaggerated for convenience.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 발광다이오드 일부를 확대하여 도시한 단면도이다.1 is an enlarged cross-sectional view of a portion of a high-efficiency light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 상기 발광다이오드는 지지기판(10)과, 상기 지지기판(10) 위에 배치된 반도체 적층 구조체(30)와, 상기 반도체 적층 구조체(30)와 상기 지지기판(10) 사이에 배치되는 반사층(20)을 포함한다. 상기 반사층(20)은, 이하에서 설명되는 바와 같이, 절연 DBR(22)과 통전 DBR(24)을 포함하며, 통전 DBR(24) 아래에는 통전 DBR(24)보다 면 저항이 낮은 금속층(26)이 일정 패턴으로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 1, the light emitting diode includes a
상기 지지기판(10)은 화합물 반도체층들을 성장시키기 위한 성장기판과 구분되는 것으로서, 이미 성장된 화합물 반도체층들에 부착된 2차 기판이다. 상기 지지기판(10)은 사파이어 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 종류의 절연 또는 도전 기판일 수 있다. 특히, 성장 기판으로 사파이어 기판을 사용하는 경우, 성장 기판과 동일한 열팽창계수를 갖기 때문에 지지기판을 본딩하고 성장기판을 제거할 때, 웨이퍼의 휨을 방지할 수 있어 바람직하다.The
반도체 적층 구조체(30)는, 지지기판(10) 상에 배치되는 것으로서, p형 화합물 반도체층(31), 활성층(32) 및 n형 화합물 반도체층(33)을 포함한다. 여기서, 상기 반도체 적층 구조체(30)는 p형 화합물 반도체층(31)이 n형 화합물 반도체층(33)에 비해 지지기판(10) 측에 가깝게 위치한다. 반도체 적층 구조체(30)는 지지기판(10)의 일부 영역 상에 위치할 수 있으며, 전체 영역 상에 배치될 수 있다. The semiconductor stacked
p형 화합물 반도체층(31), 활성층(32) 및 n형 화합물 반도체층(33)은 III-N 계열의 화합물 반도체, 예컨대 (Al, Ga, In)N 반도체로 형성될 수 있다. n형 화합물 반도체층(33) 및 p형 화합물 반도체층(31)은 각각 단일층 또는 다중층일 수 있다. 예를 들어, n형 화합물 반도체층(33) 및/또는 p형 화합물 반도체층(31)은 콘택층과 클래드층을 포함할 수 있으며, 또한 초격자층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 활성층(32)은 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조일 수 있다. 저항이 상대적으로 작은 n형 화합물 반도체층(33)이 지지기판(10)의 반대쪽에 위치함으로써 n형 화합물 반도체층(33)의 상부면에 거친 표면(roughing surface) 또는 주름 표면(texturing surface)을 형성하는 것이 용이하며, 상기 거친 표면 또는 주름 표면은 활성층(32)에서 생성된 광의 추출 효율을 향상시킨다. 상기 지지기판(10)의 일측, 예컨대, 상기 지지기판(10)의 저면 또는 반도체 적층 구조체(30)가 형성되지 않는 상기 지지기판(10)의 상면 일부 영역에는 p형 전극 패드(미도시됨)를 형성할 수 있다. n형 전극 패드는 n형 화합물 반도체층(33)의 상면에 형성되는 것이 일반적이지만, 적절한 절연 구조를 채택하면, 지지기판(10)의 일측에 n형 전극 패드를 위치시킬 수도 있을 것이다. The p-type
앞서 언급된 바와 같이, 상기 반사층(20)은 폭방향으로 다른 영역에 위치한 절연 DBR(22)과 통전 DBR(24)을 포함하며, 상기 절연 DBR(22)과 상기 통전 DBR(24)은 반도체 적층 구조체(30)의 하부에 위치한 p형 화합물 반도체층(31)에 접하도록 배치되어 있다. 상기 절연 DBR(22)과 상기 통전 DBR(24)은 폭방향으로 이웃하게 배치될 수 있으며, 이를 위해, 절연 DBR(22) 또는 통전 DBR(24)을 반도체 적층 구조체(30)에 증착하여 형성하고, 그와 같이 형성된 절연 DBR(22) 또는 통전 DBR(24)의 일부를 식각 방식으로 제거하여, 그 제거된 자리에, 절연 DBR(22) 또는 통전 DBR(24)을 증착 방식으로 채워 형성할 수 있다. As mentioned above, the
상기 절연 DBR(22)은 예컨대, SixOyNz, TixOy, TaxOy 및 NbxOy에서 선택된 적어도 두 개의 고굴절률층과 저굴절률층을 교대로 적층하여 형성될 수 있다. 교대로 적층되는 고굴절률층과 저굴절률층의 광학 두께를 조절하여 특정 파장의 광에 대한 반사율을 극대화할 수 있다. 이때, 절연 DBR(22)은 전체적으로 동일한 구조를 가져 특정 파장에 대해 동일한 반사 특성을 가질 수도 있지만, 대안적으로, 절연 DBR(22)을 복수개로 나뉘어 따로 형성하고, 복수의 절연 DBR(22) 중 적어도 하나 절연 DBR(22)의 반사 파장을 다른 절연 DBR(22)의 반사 파장과 다르게 하는 것이 고려될 수 있다. 이때, 절연 DBR(22)의 반사 특성은 두께 또는 반사율에 의해 조절될 수 있다.The insulating
또한, 상기 통전 DBR(24)는 굴절률이 다른 ITO층들을 교대로 반복 적층하여 형성된 것일 수 있다. 이때, 굴절률이 다른 ITO층들의 광학 두께를 조절하여, 특정 파장의 광에 대한 반사율을 극대화할 수 있다. 이때, 통전 DBR(24)도 전체적으로 동일한 구조를 가져 특정 파장에 대해 동일한 반사 특성을 가질 수도 있지만, 대안적으로, 통전 DBR(24)을 복수개로 나뉘어 따로 형성하고, 복수의 통전 DBR(24)들 중 하나의 통전 DBR(24)의 반사 파장을 다른 통전 DBR(24)의 반사 파장과 다르게 조정하는 것이 고려될 수 있다. 예컨대, 활성층에서 455nm 파장의 광이 생성된다면, 기본적으로, 455nm 반사 파장을 갖는 통전 DBR을 기본적으로 포함하되, 거기에, 450nm 반사 파장 또는 460nm 반사 파장의 통전 DBR을 더 마련할 수 있다.In addition, the energizing
하나의 반사층(20) 내에 통전 DBR(24) 또는 절연 DBR(22)을 복수개의 영역으로 나뉘어 형성하기 위해 예를 들면 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같은 격자 패턴이 이용될 수 있다.For example, a lattice pattern as shown in FIGS. 2 and 3 may be used to divide the
도 2를 참조하면, 통전 DBR(24)은 격자망(grid screen)의 형상으로 형성되고, 그 격자망 형상은 복수의 격자눈(grid eyes)을 형성한다. 복수의 절연 DBR(22)는 복수의 격자눈을 점유하도록 형성되며, 이에 의해, 상기 복수의 절연 DBR(22)은 서로 다른 영역들에서 서로에 대해 독립되어 있다. 반대로, 도 3을 참조하면, 절연 DBR(22)은 격자망의 형상으로 형성되고, 그 격자망 형상은 복수의 격자눈을 형성한다. 복수의 통전 DBR(24)은 복수의 격자눈을 점유하도록 형성되며, 이에 의해, 상기 복수의 통전 DBR(24)은 서로 다른 영역들에서 서로에 대해 독립되어 있다. Referring to FIG. 2, the energizing
전체 반사층(20) 두께에 대한 통전 DBR(24)의 두께 및/또는 전체 반사층(20)의 폭에 대한 개개 DBR(24)의 폭을 조절하거나, 또는, 통전 DBR(24)을 구성하는 층들, 특히, 서로 다른 굴절율의 ITO층들의 굴절율 및/또는 두께를 조절하여, 반사층(20)의 반사 특성이 최적이 되도록 조정하는 것이 가능하다. Adjusting the thickness of the energizing
한편, 상기 반사층(20)은 상기 통전 DBR(24)과 상기 도전성 접착층 사이에 개재된 금속층(26)을 더 포함한다. 이 금속층(26)은, 통전 패턴에 대응하는 선형의 패턴으로 형성되어 면 저항을 줄이는 한편, ITO층들로 이루어진 통전 DBR(24)의 나쁜 전류 확산 성능을 개선하고, p형 화합물 반도체층(31)과 통전 DBR(24)에 오믹 콘택 효과를 제공할 수 있다. 상기 금속층(26)의 재료로는 전기적 특성이 좋은 Ag, Ni, Cu, Ti, Cr 또는 이들의 합금이 이용될 있으며, 기타 다른 금속 재료가 이용될 수도 있다. Meanwhile, the
한편, 상기 반도체 적층 구조체(30) 하부에 형성된 반사층(20)에는 도전성 접착층(21)에 지지기판(10)이 부착된다. 상기 접착층(21)은 통상, 본딩 금속으로 칭해지는 것으로서, 예컨대, Au-Sn으로 형성될 수 있으며, 공융(eutectic) 본딩에 의해 지지기판(10)을 반도체 적층 구조체(30)에 접착시킨다.The
전술한 절연 DBR은 특정 파장의 광을 반사하는데 있어서는 수직방향으로 하나의 고굴절율층과 하나의 저굴절율층이 반복 적층되어 이루어진 단일 DBR을 포함하는 것이 좋다. 하지만, 전술한 것과 같은 발광다이오드가 백색광을 방출하는 발광 다이오드 패키지에 적용될 때, 상기 절연 DBR이 두 개 이상으로 적적층된 절연 DBR부를 포함하는 구조에 의해, 광 효율을 더 향상시키는데 기여할 수 있을 것이다. 이하에서는 두 개 이상의 다른 파장의 광을 반사하는데 적합한 두 개 이상의 절연 DBR부가 적층된 구조로서, 전술한 발광다이오드에 적용 가능한 절연 DBR의 다른 실시 형태들에 대해서 설명하고자 한다. The above-mentioned insulating DBR preferably includes a single DBR formed by repeatedly stacking one high refractive index layer and one low refractive index layer in the vertical direction when reflecting light of a specific wavelength. However, when the light emitting diode as described above is applied to a light emitting diode package that emits white light, the structure of the insulating DBR including two or more stacked insulating DBR portions may contribute to further improving the light efficiency. . Hereinafter, another embodiment of the insulation DBR applicable to the above-described light emitting diode as a structure in which two or more insulation DBR portions suitable for reflecting light of two or more different wavelengths are stacked will be described.
도 4를 참조하면, 본 실시 형태의 절연 DBR(22)은 제1 절연 DBR부(222) 및 제2 절연 DBR부(224)를 포함한다.Referring to FIG. 4, the
상기 제1 절연 DBR부(222)는 제1 재료층(222a)과 제2 재료층(222b)의 복수개의 쌍들이 반복하여 형성되고, 제2 절연 DBR부(224)는 제3 재료층(224a)과 제4 재료층(224b)의 복수개의 쌍들이 반복하여 형성된다. 상기 제1 재료층(222a) 및 상기 제2 재료층(222b)의 복수개의 쌍들은 청색 파장 영역의 광에 비해 적색 파장 영역의 광, 예컨대 550nm 또는 630nm의 광에 대한 반사율이 상대적으로 높고, 상기 제2 절연 DBR부(224)는 적색 또는 녹색 파장 영역의 광에 비해 청색 파장 영역의 광, 예컨대 460nm의 광에 대한 반사율이 상대적으로 높을 수 있다. 이때, 상기 제1 절연 DBR부(222) 내의 재료층들(222a, 222b)의 광학 두께가 상기 제2 절연 DBR부(224) 내의 재료층들(224a, 224b)의 광학 두께보다 두꺼우나, 이에 한정되는 것은 아니며 그 반대의 경우일 수도 있다.The first insulating
상기 제1 재료층(222a)은 상기 제3 재료층(224a)과 동일한 재료, 즉 동일한 굴절률을 가질 수 있으며, 상기 제2 재료층(222b)은 상기 제4 재료층(224b)과 동일한 재료, 즉 동일한 굴절률을 가질 수 있다. 예컨대, 상기 제1 재료층(222a) 및 제3 재료층(224a)은 TiO2(n: 약 2.5)로 형성될 수 있으며, 상기 제2 재료층(222b) 및 제4 재료층(224b)은 SiO2(n: 약 1.5)로 형성될 수 있다.The
한편, 상기 제1 재료층(222a)의 광학 두께(굴절률ㅧ두께)는 제2 재료층(222b)의 광학 두께와 실질적으로 정수배의 관계를 가지며, 바람직하게 이들의 광학 두께는 실질적으로 서로 동일할 수 있다. 또한, 상기 제3 재료층(224a)의 광학 두께는 제4 재료층(224b)의 광학 두께와 실질적으로 정수배의 관계를 가지며, 바람직하게 이들의 광학 두께는 실질적으로 서로 동일할 수 있다.On the other hand, the optical thickness (refractive index ㅧ thickness) of the
또한, 상기 제1 재료층(222a)의 광학 두께가 상기 제3 재료층(224a)의 광학 두께보다 더 두껍고, 상기 제2 재료층(222b)의 광학 두께가 상기 제4 재료층(224b)의 광학 두께보다 더 두껍다. 상기 제1 내지 제4 재료층들(40a, 40b, 50a, 50b)의 광학 두께는 각 재료층의 굴절률 및/또는 실제 두께를 조절하여 제어할 수 있다.In addition, the optical thickness of the
본 실시 형태에 따라, 상대적으로 장파장의 가시광선에 대해 반사율이 높은 제1 절연 DBR부(222)와 상대적으로 단파장의 가시광선에 대해 반사율이 높은 제2 절연 DBR부(224)가 서로 적층된 구조의 절연 DBR(22)이 제공된다. 이 절연 DBR(22)은 이들 제1 절연 DBR부(222)와 제2 절연 DBR부(224)의 조합에 의해 가시광선 영역의 대부분의 영역에 걸쳐 광에 대한 반사율을 높일 수 있다. According to the present embodiment, a structure in which a first insulating
앞에서 도 1 내지 도 3을 참조로 하여 설명되었던 단일 DBR은 특정 파장 범위의 광에 대한 반사율은 높지만, 다른 파장 범위의 광에 대한 반사율이 상대적으로 낮기 때문에, 백색광을 방출하는 발광 다이오드 패키지에서 광 효율 향상에 한계가 있다. 그러나, 본 실시예에 따르면, 절연 DBR(22)이 청색 파장 영역의 광뿐만 아니라 녹색 파장 영역의 광 및 적색 파장 영역의 광에 대해서도 높은 반사율을 가질 수 있으므로, 발광 다이오드 패키지의 광 효율을 개선할 수 있다.Although the single DBR described above with reference to FIGS. 1 to 3 has a high reflectance for light in a specific wavelength range but a relatively low reflectance for light in a different wavelength range, the light efficiency of the light emitting diode package emitting white light is high. There is a limit to improvement. However, according to the present embodiment, since the insulating
더욱이, 상기 제1 절연 DBR부(222)를 제2 절연 DBR부(224)에 비해 반도체 적층 구조체에 가깝게 배치함으로써, 그 역으로 배치할 경우에 비해, 절연 DBR(22) 내에서의 광 손실을 감소시킬 수 있다.Further, by arranging the first insulating
본 실시 형태에 있어서, 제1 절연 DBR부(222)와 제2 절연 DBR부(224)의 두개의 반사기들에 대해 설명하지만, 더 많은 수의 DBR들이 사용될 수도 있다. 이 경우, 상대적으로 장파장에 대해 반사율이 높은 DBR들이 반도체 적층 구조체에 상대적으로 가깝게 위치하는 것이 바람직하다.In the present embodiment, two reflectors of the first insulating
또한, 본 실시 형태에 있어서, 상기 제1 절연 DBR부(222)내의 제1 재료층들(222a)의 두께는 서로 다를 수도 있으며, 또한, 제2 재료층들(222b)의 두께는 서로 다를 수도 있다. 또한, 상기 제2 절연 DBR부(224) 내의 제1 재료층들(222a)의 두께는 서로 다를 수도 있으며, 또한, 제2 재료층들(224b)의 두께는 서로 다를 수 있다.In addition, in the present embodiment, the thicknesses of the
본 실시 형태에 있어서, 상기 재료층들(40a, 40b, 50a, 50b)이 SiO2 또는 TiO2로 형성되는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 재료층들, 예컨대 Si3N4, 화합물 반도체 등으로 형성될 수도 있다. 다만, 상기 제1 재료층(222a)과 상기 제2 재료층(222b)의 굴절률 차이 및 상기 제3 재료층(224a)과 상기 제4 재료층(224b)의 굴절률 차이가 각각 0.5보다 큰 것이 바람직하다.In the present embodiment, the material layers 40a, 40b, 50a, and 50b have been described as being formed of SiO 2 or TiO 2 , but are not limited thereto, and other material layers such as Si 3 N 4 , a compound, and the like. It may be formed of a semiconductor or the like. However, the difference in refractive index between the
또한, 상기 제1 절연 DBR부(222) 내의 제1 재료층과 제2 재료층의 쌍들의 수 및 상기 제2 절연 DBR부(224) 내의 제3 재료층과 제4 재료층의 쌍들의 수는 많을 수록 반사율이 증가하며, 이들 쌍들의 총 수는 20 이상일 수 있다.In addition, the number of pairs of the first material layer and the second material layer in the first insulating
도 5는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 절연 DBR(22)을 설명하기 위한 단면도이다. 본 실시 형태에 따른 절연 DBR(22)에서는 제1 재료층(222a)과 제2 재료층(222b)의 복수개의 쌍들과 제3 재료층(224a)과 제4 재료층(224b)의 복수개의 쌍들이 서로 섞여 있다. 즉, 제3 재료층(224a)과 제4 재료층(224b)의 적어도 하나의 쌍이 제1 재료층(222a)과 제2 재료층(222b)의 복수개의 쌍들 사이에 위치하며, 또한, 제1 재료층(222a)과 제2 재료층(222b)의 적어도 하나의 쌍이 제3 재료층(224a)과 제4 재료층(224b)의 복수개의 쌍들 사이에 위치한다. 여기서, 상기 제1 내지 제4 재료층들(222a, 222b, 224a, 224b)의 광학 두께는 가시광선 영역의 넓은 범위에 걸쳐 광에 대한 높은 반사율을 갖도록 제어된다.5 is a cross-sectional view for explaining the insulating
10: 지기기판 20: 반사층
22: 절연 DBR 24: 통전 DBR
26: 금속층 30: 반도체 적층 구조체
31: p형 화합물 반도체층(도전형 반도체층)
32: 활성층
33: n형 화합물 반도체층(도전형 반도체층)
222: 제1 절연 DBR부 224: 제2 절연 DBR부10: substrate 20: reflective layer
22: insulated DBR 24: energized DBR
26
31: p-type compound semiconductor layer (conductive semiconductor layer)
32: active layer
33: n-type compound semiconductor layer (conductive semiconductor layer)
222: first insulation DBR portion 224: second insulation DBR portion
Claims (13)
제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 반도체 적층 구조체; 및
상기 지지기판과 상기 반도체 적층 구조체 사이에 배치된 반사층을 포함하며,
상기 반사층은 절연 DBR과 통전 DBR을 상기 반사층 내 서로 다른 영역에 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.Support substrate;
A semiconductor stacked structure comprising a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a second conductive semiconductor layer; And
A reflective layer disposed between the support substrate and the semiconductor laminate structure,
The reflective layer includes an insulating DBR and an energizing DBR in different areas of the reflective layer.
제1 광학 두께를 갖는 제1 재료층과 제2 광학 두께를 갖는 제2 재료층의 복수개의 쌍들; 및
제3 광학 두께를 갖는 제3 재료층과 제4 광학 두께를 갖는 제4 재료층의 복수개의 쌍들을 포함하되,
상기 제1 재료층의 굴절률은 상기 제2 재료층의 굴절률과 다르고, 상기 제3 재료층의 굴절률은 상기 제4 재료층의 굴절률과 다른 것을 특징으로 하는 발광다이오드.The method according to claim 1, wherein the insulating DBR,
A plurality of pairs of a first material layer having a first optical thickness and a second material layer having a second optical thickness; And
A plurality of pairs of a third material layer having a third optical thickness and a fourth material layer having a fourth optical thickness,
The refractive index of the first material layer is different from the refractive index of the second material layer, and the refractive index of the third material layer is different from the refractive index of the fourth material layer.
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