KR101171329B1 - 발광 다이오드 - Google Patents
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Abstract
발광 다이오드가 개시된다. 이 발광 다이오드는, 기판, 기판 상부에 위치하는 제1 질화물 반도체층, 제1 질화물 반도체층 상부에 위치하는 활성층, 활성층 상부에 위치하는 제2 질화물 반도체층, 제1 질화물 반도체층과 활성층 사이에 또는 제2 질화물 반도체층과 활성층 사이에 개재되고, 내부에 절연 패턴을 포함하는 제3 질화물 반도체층, 및 기판 하부에 위치하는 다층 구조의 분포 브래그 반사기를 포함한다. 절연 패턴 및 분포 브래그 반사기를 채택함으로써 광 추출 효율이 개선된 발광 다이오드를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 특히 광추출 효율을 개선한 발광 다이오드에 관한 것이다.
질화갈륨 계열의 발광 다이오드는 표시소자 및 백라이트로 널리 이용되고 있다. 또한, 발광 다이오드는 기존의 전구 또는 형광등에 비해 소모 전력이 작고 수명이 길어, 백열전구 및 형광등을 대체하여 일반 조명 용도로 그 사용 영역을 넓히고 있으며, 특히, 백라이트 유닛 또는 일반 조명 등에 요구되는 혼색광, 예컨대 백색광을 방출하는 다양한 종류의 발광 다이오드 패키지가 시판되고 있다.
발광 다이오드 패키지의 광 효율은 주로 발광 다이오드의 광 효율에 의존하기 때문에 발광 다이오드의 광 효율을 개선하려는 노력이 계속되고 있으며, 특히, 발광 다이오드의 광 추출 효율을 개선하려는 노력이 계속되고 있다.
일반적으로, 질화갈륨 계열의 질화물 반도체는 사파이어 또는 실리콘탄화물과 같은 이종 기판 상에 성장된다. 특히 패터닝된 사파이어 기판 상에 질화물 반도체층들을 형성하고, 이 질화물 반도체층들을 이용하여 발광 다이오드를 제조하는 것이 일반적으로 사용된다. 패터닝된 사파이어 기판은 활성영역에서 기판측으로 진행하는 광을 산란시켜 광추출 효율을 향상시킨다. 또한, 사파이어와 같은 투명기판의 하부면에 금속 반사기를 형성하여 사파이어 기판을 통해 방출되는 광을 반사시킴으로써 광 효율을 향상시키는 기술이 알려져 있다.
그러나 활성층에서 생성된 광이 사파이어 기판면에서 산란될 때까지 광은 상당한 거리를 진행해야 하며, 또한 사파이어 기판 면에서 산란된 후에도 광 방출면까지 상당한 거리를 진행해야 한다. 이에 따라, 광 경로가 길어져 광 손실이 발생될 수 있으며, 산란된 광 중에서도 다시 내부 전반사에 의해 질화물 반도체층 내에 갇힐 수 있다.
또한, 사파이어 기판 하부면에 형성된 반사 금속층, 예컨대 알루미늄은 가시광선의 거의 전 파장 영역에 걸쳐 약 80%의 반사율을 나타낸다. 이러한 반사율은 상대적으로 높은 편이기는 하지만, 반사 금속층에서 여전히 광 손실이 발생되므로, 더 개선할 여지가 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 광 추출 효율을 향상시킨 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 광 반사율을 개선하여 광 효율을 개선시킨 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 가시광선의 전 파장 영역에 걸쳐 높은 반사율을 나타내는 반사기를 채택한 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드는, 기판, 상기 기판 상부에 위치하는 제1 질화물 반도체층, 상기 제1 질화물 반도체층 상부에 위치하는 활성층, 상기 활성층 상부에 위치하는 제2 질화물 반도체층, 상기 제1 질화물 반도체층과 상기 활성층 사이에 또는 상기 제2 질화물 반도체층과 상기 활성층 사이에 개재되고, 내부에 절연 패턴을 포함하는 제3 질화물 반도체층, 및 상기 기판 하부에 위치하는 다층 구조의 분포 브래그 반사기를 포함한다.
내부에 절연패턴을 갖는 제3 질화물 반도체층을 채택함으로써 활성층에서 생성된 광을 산란시킬 수 있어 광추출 효율을 향상시킬 수 있다. 나아가, 상기 기판 하부면에 다층 구조의 분포 브래그 반사층을 배치함으로써 상기 기판을 통해 기판 하부로 진행하는 광을 반사시킬 수 있어 광 추출 효율을 더욱 증가시킬 수 있다.
상기 절연 패턴은 예컨대, 스트라이프 형상, 메쉬 형상 또는 아일랜드 형상으로 배치될 수 있다. 또한, 상기 절연 패턴의 위쪽에 위치하는 제3 질화물 반도체층 부분과 그 아래쪽에 위치하는 제3 질화물 반도체층 부분은 절연 패턴이 형성된 영역 이외의 영역을 통해 서로 전기적으로 연결되어 전류 통로를 제공한다.
상기 절연 패턴은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 등의 절연 물질로 형성될 수 있으며, 또한 에어갭들로 형성될 수 있다. 에어갭은 상기 절연 물질에 비해 굴절률이 낮기 때문에 산란 패턴으로서 더 바람직하다. 상기 에어갭들은 질화물 반도체로 둘러싸인다.
상기 절연 패턴, 예컨대 상기 에어갭들은 상기 활성층으로부터 떨어져 위치한다. 바람직하게, 상기 에어갭들 상호간의 간격은 100nm~1000nm 범위 내일 수 있으며, 상기 에어갭들은 폭 및 높이가 각각 50nm~1000nm 범위 내일 수 있다.
또한, 상기 에어갭들은 상기 제1 질화물 반도체층과 상기 활성층 사이에 위치할 수 있으며, 이때 상기 에어갭들은 상기 활성층으로부터 100nm~1000nm 떨어져 위치할 수 있다. 이와 달리, 상기 에어갭들은 상기 제2 질화물 반도체층과 상기 활성층 사이에 위치할 수 있으며, 이때, 상기 에어갭들은 상기 활성층으로부터 50nm~500nm 떨어져 위치할 수 있다.
한편, 상기 발광 다이오드는 클래드층을 더 포함할 수 있다. 상기 클래드층은 예컨대 상기 절연 패턴과 상기 활성층 사이에 위치할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 절연 패턴과 상기 제2 질화물 반도체층 사이에 위치할 수도 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 제1 질화물 반도체층 및 상기 제2 질화물 반도체층은 각각 n형 콘택층 및 p형 콘택층일 수 있다.
한편, 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 분포 브래그 반사기는 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.
일반적으로, 분포 브래그 반사기는 기판의 하부면에 TiO2/SiO2를 주기적으로 반복하여 형성될 수 있다. 분포 브래그 반사기는, 발광 다이오드에서 방출되는 광, 예컨대 약 460nm의 피크 파장의 광에 대해 거의 100%의 반사율을 나타내도록 형성될 수 있다. 그러나 굴절률이 서로 다른 두개의 층을 주기적으로 반복하여 적층한 DBR은 가시광선 영역 중 일부 영역에 대해 높은 반사율을 갖지만, 통상 가시광선 전체 영역에 대해 높은 반사율을 나타내지 못한다. 이에 따라, DBR을 적용한 발광 다이오드를 백색광을 구현하는 발광 다이오드 패키지에 실장할 경우, 발광 다이오드 칩에서 방출된 청색 파장 영역의 광에 대해서는 높은 반사율을 나타내지만, 녹색 및/또는 적색 파장 영역의 광에 대해서는 DBR이 효과적인 반사 특성을 나타내지 못하며 따라서 패키지에서의 광 효율 개선에 한계를 나타낼 수 있다.
이에 반해, 가시광선 영역의 거의 전 영역에 걸쳐 90% 이상의 반사율을 갖는 DBR을 적용함으로써 혼색광, 예컨대 백색광을 구현하는 발광 다이오드 패키지에 적합한 발광 다이오드를 제공할 수 있다.
나아가, 상기 발광 다이오드는 상기 분포 브래그 반사기 하부에 반사 금속층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 활성층에서 생성된 광을 산란시킬 수 있는 절연패턴을 채택함으로써 광 추출 효율을 개선할 수 있다. 더욱이, 상기 절연 패턴을 굴절률이 낮은 에어갭들로 형성함으로써 산란 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 절연 패턴에 의해 수평 방향으로 전류가 고르게 분산됨으로써 광 효율이 개선됨과 아울러 정전 방전 특성이 개선된다. 나아가, 상기 기판 하부면에 다층 구조의 분포 브래그 반사층을 배치함으로써 상기 기판을 통해 기판 하부로 진행하는 광을 반사시킬 수 있어 광 추출 효율을 더욱 증가시킬 수 있으며, 더욱이 가시광선의 전 파장 영역에 걸쳐 반사율이 높은 분포 브래그 반사기를 채택함으로써 백색광 발광 다이오드 패키지에 적합한 발광 다이오드를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위해 도 1의 일부를 확대 도시한 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 분포 브래그 반사기를 설명하기 위해 확대 도시한 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 분포 브래그 반사기를 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위해 도 1의 일부를 확대 도시한 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 분포 브래그 반사기를 설명하기 위해 확대 도시한 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 분포 브래그 반사기를 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이고, 도 2는 도 1의 일부를 확대 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 발광 다이오드는 기판(21), 제1 질화물 반도체층(25), 활성층(27), 제2 질화물 반도체층(31), 제3 질화물 반도체층(26) 및 다층 구조의 분포 브래그 반사기(45)를 포함한다. 상기 제3 질화물 반도체층(26)은 절연패턴(26a)을 포함한다. 또한, 상기 발광 다이오드는 버퍼층(23), 클래드층(29), 반사 금속층(51) 및 보호금속층(53)을 더 포함할 수 있다.
상기 기판(21)은 투명 기판이면 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 사파이어 또는 SiC 기판일 수 있다. 상기 기판(21)은 또한, 상부면에 패터닝된 사파이어 기판(PSS)과 같이, 소정의 패턴을 가질 수 있다. 한편, 상기 기판(21)의 면적은 발광 다이오드 칩의 전체 면적을 결정한다. 본 발명의 실시예들에 있어서 상기 발광 다이오드의 면적이 상대적으로 클수록 산란 및 반사 효과가 증가한다. 상기 기판(21)은 90,000㎛2 이상인 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 1㎜2 이상이다.
상기 기판(21) 상부에 제1 질화물 반도체층(25), 제3 질화물 반도체층(26), 활성층(27), 클래드층(29) 및 제2 질화물 반도체층(31)이 위치한다. 활성층(27)은 상기 제1 및 제2 질화물 반도체층들(25, 31) 사이에 위치한다. 여기서, 제1 질화물 반도체층과 제2 질화물 반도체층은 서로 반대의 도전형으로, 예컨대 n형 및 p형일 수 있으며, 또는 그 반대일 수 있다.
상기 제1 질화물 반도체층(25), 활성층(27), 클래드층(29) 및 제2 질화물 반도체층(31)은 질화갈륨 계열의 화합물 반도체 물질, 즉, (Al, In, Ga)N으로 형성될 수 있다. 상기 활성층(27)은 요구되는 파장의 광 예컨대 자외선 또는 청색광을 방출하도록 조성 원소 및 조성비가 결정된다. 상기 제1 질화물 반도체층(25) 및/또는 제2 질화물 반도체층(31)은, 도시한 바와 같이, 단일층으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다층 구조로 형성될 수도 있다. 상기 제1 및 제2 질화물 반도체층들(25, 31)은 각각 n형 콘택층 및 p형 콘택층일 수 있다. 또한, 활성층(27)은 단일 양자웰 또는 다중 양자웰 구조로 형성될 수 있다. 또한, 상기 기판(21)과 제1 질화물 반도체층(25) 사이에 버퍼층(23)이 개재될 수 있다.
한편, 제3 질화물 반도체층(26) 제1 질화물 반도체층(25)과 활성층(27) 사이에 위치하며, 내부에 절연 패턴(26a)을 포함한다. 절연 패턴(26a)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물로 절연층을 형성하고, 절연층을 사진 및 식각 기술을 이용하여 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 이와 달리, 도 2에 도시된 바와 같이, 하부 질화물 반도체층(26b)을 성장시킨 후, 나노 임프린트 등과 같은 사진 및 식각 기술을 이용하여 하부 질화물 반도체층(26a)을 패터닝하고, 다시 상부 질화물 반도체층(26c)을 재성장시킴으로써 에어갭들(26a)로 이루어진 절연 패턴을 형성할 수 있다. 상기 절연 패턴(26a)은 스트라이프 형상, 메쉬 형상 또는 아일랜드 형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 상기 절연 패턴, 예컨대 에어갭들(26a)은 활성층(27)에서 생성된 광을 산란시켜 질화물 반도체층들 내에 광이 갇히는 것을 방지하여 광 추출 효율을 향상시킨다. 나아가, 상기 에어갭들(26a)은 수직 방향으로 전류가 집중되어 흐르는 것을 방지함으로써 수평 방향으로 전류를 분산시킨다.
다시, 도 2를 참조하면, 절연 패턴, 예컨대 에어갭들(26a)은 상기 활성층(27)으로부터 소정 거리(D) 떨어져 위치한다. 에어갭들(26a)은 상기 활성층(27)에 가까울수록 바람직하다. 예컨대, 상기 거리(D)는 100nm~1000nm 범위 내일 수 있다. 거리(D)가 100nm 미만이면, 재성장된 상부 질화물 반도체층(26c)의 두께가 너무 얇아 양질의 활성층(27)을 성장시키기 어렵다. 또한, 거리(D)가 1000nm 이상이면, 에어갭들에 의해 광을 산란시켜 광 추출 효율을 향상시키는 효과가 감소된다.
한편, 상기 에어갭들은 폭(W) 및 높이(H)가 각각 50nm~1000nm 범위 내일 수 있다. 즉, 상기 에어갭들의 치수는 활성층(27)에서 생성된 광을 산란시킬 수 있는나노 크기를 갖는다. 에어갭들의 치수가 50nm 미만 또는 1000nm 이상이면, 광 산란이 발생되기 어렵다.
또한, 상기 에어갭들 상호간의 간격(L)은 100nm~1000nm 범위 내일 수 있다. 간격(L)이 100nm 미만이면, 에어갭들에 의한 저항 증가로 순방향 전압이 과도하게 높아지며, 1000nm를 초과하면 에어갭들에 의한 산란 효과가 감소된다.
한편, 분포 브래그 반사기(45)가 기판(21) 하부면에 위치한다. 분포 브래그 반사기(45)는 굴절률이 서로 다른 층들이 교대로 적층된 다층 구조를 가지며, 예컨대, SiO2의 제1층과 TiO2 또는 Nb2O5의 제2층을 교대로 적층하여 형성될 수 있다. 상기 제1층과 제2층의 두께는 활성층(27)에서 생성된 광의 파장에 대해 높은 반사율을 나타내도록 선택될 수 있으나, 교대로 적층되는 제1층들 또는 제2층들이 모두 동일한 두께를 가질 필요는 없다.
나아가, 활성층(27)에서 생성된 광의 파장뿐만 아니라 가시광선의 넓은 파장영역에 걸쳐 상대적으로 높은 반사율, 예컨대 90% 이상의 반사율을 갖도록 다수의 분포 브래그 반사층들(40, 50)이 적층될 수도 있다. 다수의 분포 브래그 반사층들을 적층함으로써 가시영역의 넓은 파장에 대해 높은 반사율을 나타낼 수 있다. 예컨대, 본 발명에 따른 발광 다이오드를 실장하여 백색광을 구현하는 패키지의 경우, 상기 발광 다이오드에서 생성된 광과 다른 파장의 광이 상기 발광 다이오드로 입사될 수 있으며, 이때 상기 다른 파장의 광을 다시 반사시킬 수 있어 패키지의 광추출 효율을 개선할 수 있다.
도 3 및 도 4는 가시광선의 넓은 파장영역에 걸쳐 높은 반사율을 나타내는 분포 브래그 반사기를 설명하기 위해 확대 도시한 단면도들이다.
도 3을 참조하면, 상기 기판(21)의 하부에 분포 브래그 반사기(45)가 위치한다. 상기 분포 브래그 반사기(45)는 제1 분포 브래그 반사기(40) 및 제2 분포 브래그 반사기(50)를 포함한다.
제1 분포 브래그 반사기(40)는 제1 재료층(40a)과 제2 재료층(40b)의 복수개의 쌍들이 반복하여 형성되고, 제2 분포 브래그 반사기(50)는 제3 재료층(50a)과 제4 재료층(50b)의 복수개의 쌍들이 반복하여 형성된다. 상기 제1 재료층(40a) 및 상기 제2 재료층(40b)의 복수개의 쌍들은 청색 파장 영역의 광에 비해 적색 파장 영역의 광, 예컨대 550nm 또는 630nm의 광에 대한 반사율이 상대적으로 높고, 상기 제2 분포 브래그 반사기(50)는 적색 또는 녹색 파장 영역의 광에 비해 청색 파장 영역의 광, 예컨대 460nm의 광에 대한 반사율이 상대적으로 높을 수 있다. 이때, 상기 제1 분포 브래그 반사기(40) 내의 재료층들(40a, 40b)의 광학 두께가 상기 제2 분포 브래그 반사기(50) 내의 재료층들(50a, 50b)의 광학 두께보다 두꺼우나, 이에 한정되는 것은 아니며 그 반대의 경우일 수도 있다.
상기 제1 재료층(40a)은 상기 제3 재료층(50a)과 동일한 재료, 즉 동일한 굴절률을 가질 수 있으며, 상기 제2 재료층(40b)은 상기 제4 재료층(50b)과 동일한 재료, 즉 동일한 굴절률을 가질 수 있다. 예컨대, 상기 제1 재료층(40a) 및 제3 재료층(50a)은 TiO2(n: 약 2.5)로 형성될 수 있으며, 상기 제2 재료층(40b) 및 제4 재료층(50b)은 SiO2(n: 약 1.5)로 형성될 수 있다.
한편, 상기 제1 재료층(40a)의 광학 두께(굴절률×두께)는 제2 재료층(40b)의 광학 두께와 실질적으로 정수배의 관계를 가지며, 바람직하게 이들의 광학 두께는 실질적으로 서로 동일할 수 있다. 또한, 상기 제3 재료층(50a)의 광학 두께는 제4 재료층(50b)의 광학 두께와 실질적으로 정수배의 관계를 가지며, 바람직하게 이들의 광학 두께는 실질적으로 서로 동일할 수 있다.
또한, 상기 제1 재료층(40a)의 광학 두께가 상기 제3 재료층(50a)의 광학 두께보다 더 두껍고, 상기 제2 재료층(40b)의 광학 두께가 상기 제4 재료층(50b)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.
다시 도 1을 참조하면, 상기 분포 브래그 반사기(45)의 하부에 Al, Ag 또는 Rh 등의 반사 금속층(51)이 형성될 수 있으며, 상기 분포 브래그 반사기(45)를 보호하기 위한 보호층(53)이 형성될 수 있다. 상기 보호층(53)은 예컨대, Ti, Cr, Ni, Pt, Ta 및 Au에서 선택된 어느 하나의 금속층 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다. 상기 보호층(53)은 분포 브래그 반사기(45)를 외부의 충격이나 오염으로부터 보호한다.
본 실시예에 따르면, 상대적으로 장파장의 가시광선에 대해 반사율이 높은 제1 분포 브래그 반사기(40)와 상대적으로 단파장의 가시광선에 대해 반사율이 높은 제2 분포 브래그 반사기(50)가 서로 적층된 구조의 분포 브래그 반사기(45)가 제공된다. 분포 브래그 반사기(45)는 이들 제1 분포 브래그 반사기(40)와 제2 분포 브래그 반사기(50)의 조합에 의해 가시광선 영역의 대부분의 영역에 걸쳐 광에 대한 반사율을 높일 수 있다.
일반적으로, 분포 브래그 반사기는 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, 분포 브래그 반사기(45)가 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.
본 실시예에 있어서, 제1 분포 브래그 반사기(40)와 제2 분포 브래그 반사기(50)의 두개의 반사기들에 대해 설명하지만, 더 많은 수의 반사기들이 사용될 수도 있다. 이 경우, 상대적으로 장파장에 대해 반사율이 높은 반사기들이 발광 구조체(30)에 상대적으로 가깝게 위치하는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시예에 있어서, 상기 제1 분포 브래그 반사기(40)내의 제1 재료층들(40a)의 두께는 서로 다를 수도 있으며, 또한, 제2 재료층들(40b)의 두께는 서로 다를 수도 있다. 또한, 상기 제2 분포 브래그 반사기(50) 내의 제1 재료층들(40a)의 두께는 서로 다를 수도 있으며, 또한, 제2 재료층들(50b)의 두께는 서로 다를 수 있다. 상기 각 재료층들의 두께는 가시광선의 전 파장 영역에 걸쳐 90% 이상, 바람직하게는 95%이상, 더 바람직하게는 99% 이상의 반사율을 갖도록 선택될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 재료층들(40a, 40b, 50a, 50b)이 SiO2 또는 TiO2로 형성되는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 재료층들, 예컨대 Si3N4, Nb2O5, 화합물 반도체 등으로 형성될 수도 있다. 다만, 상기 제1 재료층(40a)과 상기 제2 재료층(40b)의 굴절률 차이 및 상기 제3 재료층(50a)과 상기 제4 재료층(50b)의 굴절률 차이가 각각 0.5보다 큰 것이 바람직하다.
나아가, 상기 분포 브래그 반사기(45)의 첫째층 및 마지막층은 SiO2일 수 있다. SiO2를 분포 브래그 반사기(45)의 첫째층 및 마지막층에 배치함으로써 제1 브래그 반사기(40) 안정하게 기판(21)에 부착할 수 있고, 또한 제2 분포 브래그 반사기(50)를 보호할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분포 브래그 반사기(55)를 설명하기 위한 단면도이다. 앞서 도 3에서는, 분포 브래그 반사기(45)가 제1 분포 브래그 반사기(40)와 제2 분포 브래그 반사기(50)의 적층 구조인 것으로 도시 및 설명하였다. 이와 달리, 본 실시예에 따른 분포 브래그 반사기(55)에서는 제1 재료층(40a)과 제2 재료층(40b)의 복수개의 쌍들과 제3 재료층(50a)과 제4 재료층(50b)의 복수개의 쌍들이 서로 섞여 있다. 즉, 제3 재료층(50a)과 제4 재료층(50b)의 적어도 하나의 쌍이 제1 재료층(40a)과 제2 재료층(40b)의 복수개의 쌍들 사이에 위치하며, 또한, 제1 재료층(40a)과 제2 재료층(40b)의 적어도 하나의 쌍이 제3 재료층(50a)과 제4 재료층(50b)의 복수개의 쌍들 사이에 위치한다. 여기서, 상기 제1 내지 제4 재료층들(40a, 40b, 50a, 50b)의 광학 두께는 가시광선 영역의 넓은 범위에 걸쳐 광에 대한 높은 반사율을 갖도록 제어된다.
앞에서 가시광선의 넓은 파장 영역에 걸쳐 반사율이 높은 분포 브래그 반사기에 대해 몇몇 예를 들어 설명하였지만, 굴절률이 서로 다른 층들을 반복하여 적층함으로써 다양한 구조의 분포 브래그 반사기를 형성할 수 있으며, 이들 층들의 광학 두께를 제어함으로써 가시광선 영역의 전체 파장 영역에 걸쳐 높은 반사율을 갖는 분포 브래그 반사기를 형성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 다이오드는 도 1을 참조하여 설명한 발광 다이오드와 대체로 유사하나, 내부에 절연 패턴, 예컨대 에어갭들(30a)을 포함하는 제3 질화물 반도체층(30)이 제2 질화물 반도체층(31)과 활성층(27) 사이에 위치하는 것에 차이가 있다.
즉, 제3 질화물 반도체층(30)이 활성층(27) 상부의 클래드층(29) 상에 위치하며, 제3 질화물 반도체층(30) 상에 제2 질화물 반도체층(31)이 위치한다. 상기 에어갭들(30a)은 활성층(27)에서 생성된 광을 산란시켜 광추출 효율을 향상시키며, 제3 질화물 반도체층(30)의 저항을 증가시켜 전류 분산을 돕는다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 다이오드는 도 5를 참조하여 설명한 발광 다이오드와 대체로 유사하나, 내부에 절연 패턴, 예컨대 에어갭들(30a)을 포함하는 제3 질화물 반도체층(30)이 클래드층(29)과 활성층(27) 사이에 위치하는 것에 차이가 있다. 본 실시예에 따르면, 상기 에어갭들(30a)을 활성층(27)에 더 가깝게 배치할 수 있다.
도 5 및 6의 실시예에 있어서, 상기 에어갭들(30a)은 활성층(27)이 성장된 후에 제3 질화물 반도체층(30) 내에 형성되므로, 제1 질화물 반도체층(25)과 활성층(27) 사이에 위치하는 경우에 비해 활성층(27)에 더 가깝게 위치할 수 있으며, 예컨대 50nm~1000nm 범위 내에서 활성층(27)으로부터 떨어져 위치할 수 있다.
앞의 실시예들에 있어서, 절연 패턴, 예컨대 에어갭들이 활성층(27)의 아래쪽 또는 위쪽에 배치된 발광 다이오드에 대해 설명하였으나, 상기 에어갭들은 활성층(27)의 양쪽에 배치될 수도 있다.
앞의 설명에서, 에어갭들의 폭(W) 및 높이(H), 에어갭들간의 간격(L) 및 이격 거리(D)의 범위에 대해 설명했지만, 이들 치수 범위는 에어갭들뿐만 아니라, 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물로 형성된 절연패턴에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
Claims (11)
- 기판;
상기 기판 상부에 위치하는 제1 질화물 반도체층;
상기 제1 질화물 반도체층 상부에 위치하는 활성층;
상기 활성층 상부에 위치하는 제2 질화물 반도체층;
상기 제1 질화물 반도체층과 상기 활성층 사이에 또는 상기 제2 질화물 반도체층과 상기 활성층 사이에 개재되고, 내부에 절연 패턴을 포함하는 제3 질화물 반도체층; 및
상기 기판 하부에 위치하는 다층 구조의 분포 브래그 반사기를 포함하고,
상기 절연 패턴은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물로 형성된 발광 다이오드. - 청구항 1에 있어서,
상기 분포 브래그 반사기는 청색 파장 영역의 제1 파장의 광, 녹색 파장 영역의 제2 파장의 광 및 적색 파장 영역의 제3 파장의 광에 대해 90% 이상의 반사율을 갖는 발광 다이오드. - 기판;
상기 기판 상부에 위치하는 제1 질화물 반도체층;
상기 제1 질화물 반도체층 상부에 위치하는 활성층;
상기 활성층 상부에 위치하는 제2 질화물 반도체층;
상기 제1 질화물 반도체층과 상기 활성층 사이에 또는 상기 제2 질화물 반도체층과 상기 활성층 사이에 개재되고, 내부에 절연 패턴을 포함하는 제3 질화물 반도체층; 및
상기 기판 하부에 위치하는 다층 구조의 분포 브래그 반사기를 포함하고,
상기 분포 브래그 반사기는 청색 파장 영역의 제1 파장의 광, 녹색 파장 영역의 제2 파장의 광 및 적색 파장 영역의 제3 파장의 광에 대해 90% 이상의 반사율을 갖는 발광 다이오드. - 청구항 2 또는 3에 있어서,
상기 분포 브래그 반사기 하부에 반사 금속층을 더 포함하는 발광 다이오드. - 청구항 4에 있어서,
상기 절연 패턴과 상기 활성층 사이에 클래드층을 더 포함하는 발광 다이오드. - 청구항 1 내지 3의 어느 한 항에 있어서,
상기 절연 패턴과 상기 활성층 사이에 클래드층을 더 포함하는 발광 다이오드. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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