KR20050049390A - 발광 다이오드 및 반도체 발광 장치 - Google Patents

발광 다이오드 및 반도체 발광 장치 Download PDF

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KR20050049390A
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사이토히로히사
히로세요시유키
나가이요우이치
기타바야시히로유키
이케다아야코
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스미토모덴키고교가부시키가이샤
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Abstract

발광 다이오드(1)는 반도체 적층부(6)와, 광반사층(17 및 19)과, 광반사막(25)과, 형광판(27)을 구비한다. 반도체 적층부(6)는 기판(7)상에 n형 클래드층(9), 활성층(11), p형 클래드층(13), 및 p형 컨택트층(15)이 순차 적층되어 이루어진다. 광반사층(17 및 19)은 각각 p형 컨택트층(15)상 및 기판(7)의 이면(7b)상에 마련된다. 광반사막(25)은 반도체 적층부(6)의 3개의 측면 위에 마련된다. 형광판(27)은 반도체 적층부(6)의 측면 중 광반사막(25)이 없는 측면에 부착된다. 활성층(11)으로부터 나온 청색광(L1)은 각 광반사층에서 반사되어, 형광판(27)이 마련된 측면에 모인다. 청색광(L1)의 일부는 형광판(27)에서 황색광(L2)이 되어, 청색광(L1) 및 황색광(L2)에 의한 백색광이 출사된다.

Description

발광 다이오드 및 반도체 발광 장치{LIGHT-EMITTING DIODE AND SEMICONDUCTOR LIGHT-EMITTING DEVICE}
본 발명은 발광 다이오드 및 반도체 발광 장치에 관한 것이다.
최근, 청색 발광 다이오드(LED)나 자외 LED라고 하는 단파장의 LED와, 이들의 LED로부터의 빛에 의해서 형광을 발하는 형광체를 이용한 백색 LED가 열심히 개발되고, 실용화되어 있다. 이러한 백색 LED는 예컨대 액정 화면의 백라이트용의 광원으로서 이용된다. 도 13a 및 도 13b는 백색 LED의 예를 도시하는 단면도이다. 도 13a에 도시하는 백색 LED(100a), 및 도 13b에 도시하는 백색 LED(100b)는 청색 LED(101)와, 청색 LED(101)를 오목부(102a) 내에 수용하는 케이스(102)와, 오목부(102a)를 덮고 청색 LED(101)로부터의 청색광(L5)을 받아 황색광(L6)을 발광하는 고체형의 형광체(103)를 구비하고 있다. 그리고, 청색 LED(101)로부터의 청색광(L5)과, 형광체(103)로부터의 황색광(L6)이 혼색됨으로써 백색광이 실현된다.
또한, 도 13a 및 도 13b에 도시한 것 이외에도, 예컨대 형광체를 포함하는 수지로 청색 LED를 덮은 구성이 특허 공개 평07-99345호 공보 및 특허 공개 평10-93146호 공보에 개시되어 있다. 또한, 청색 LED상에 형광체를 도포한 구성이 특허 공개 평11-31845호 공보 및 특허 공개 평11-46019호 공보에 개시되어 있다. 또한, 스퍼터법을 이용하여 청색 LED상에 형광체막을 형성한 구성이 특허 공개 평11-46015호 공보에 개시되어 있다.
특허 공개 평07-99345호 공보 및 특허 공개 평10-93146호 공보에 개시된 구성과 같이, 형광체를 포함하는 수지로 청색 LED를 덮는 구성의 백색 LED에는 다음과 같은 문제가 있다. 즉, 수지에 형광체를 혼입할 때는 일반적으로 분말형의 형광체를 이용하지만, 이 분말형의 형광체가 수지내에서 응집하기 쉽워, 균일한 형광(황색광)을 얻기 어렵다. 따라서, 백색광도 균일하지 않아 색얼룩이 생겨 버린다.
또한, 특허 공개 평11-31845호 공보 및 특허 공개 평11-46019호 공보에 개시된 구성에서는 청색 LED상에 형광체를 도포하고 있다. 그러나, 형광체를 균일한 두께로 도포하는 것은 어렵고, 또한 형광체의 분말 혹은 페이스트를 도포하기 위한 특별한 장치가 필요하게 된다. 또한, 특허 공개 평11-46015호 공보와 같이 스퍼터법을 이용하여 형광체막을 형성하는 방법은 필요한 두께의 형광체막을 형성하기 위해서 많은 시간이 필요하기 때문에, 생산성이 나빠 실용적이지 않다.
상기한 각 문제점을 감안하여 본 발명자들은 고체형의 형광체를 이용하면 두께를 조정하기 쉽기 때문에 균일한 형광을 얻을 수 있어, 백색광의 색얼룩을 억제할 수 있다고 생각했다. 그러나, 예컨대 도 13a에 도시한 구성에서는 리드핀(104a)과 청색 LED(101)를 연결하는 와이어(105)를 통과시키기 위해서 형광체(103)를 가지고 오목부(102a)를 전부 덮을 수 없어, 황색광(L6)의 분포에 차이가 생길 우려가 있다. 또한, 도 13b에 도시한 구성에서는 형광체(103)가 오목부(102a)를 완전히 덮고 있지만, 오목부(102a)가 청색 LED(101)의 가로 방향으로 넓어지고 있기 때문에, 청색 LED(101)의 바로 윗쪽과 주변부에서 청색광(L5)의 광강도에 차이가 생길 우려가 있다. 따라서, 이들의 구성에서는 백색광에 색얼룩이 생길 가능성이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 색얼룩을 억제한 발광색을 얻을 수 있는 발광 다이오드 및 반도체 발광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위해서 본 발명에 의한 제1 발광 다이오드는 (1) 질화물 반도체로 이루어지고, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 및 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 마련되어 제1 파장대의 빛을 발생시키는 활성층을 갖는 반도체 적층부와, (2) 제1 도전형 반도체층의 활성층과 대향하는 면과는 반대측의 면 위에 마련된 제1 광반사층과, (3) 제2 도전형 반도체층의 활성층과 대향하는 면과는 반대측의 면 위에 마련된 제2 광반사층과, (4) 반도체 적층부의 측면 위에 마련되고, 제1 파장대의 빛을 받아 제2 파장대의 빛을 발생시키는 형광체를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기한 제1 발광 다이오드에서는 반도체 적층부가 제1 반사층과 제2 반사층 사이에 개재되어 있기 때문에, 활성층으로부터 나온 제1 파장대의 빛은 제1 및 제2 반사층에서 반사되어, 반도체 적층부의 측면으로부터 출사되게 된다. 그리고, 반도체 적층부의 측면에는 형광체가 마련되어 있기 때문에, 형광체가 제1 파장대의 빛에 의해서 여기되어, 제2 파장대의 빛이 발생한다. 이렇게 해서, 제1 파장대의 빛과 제2 파장대의 빛에 따라서 변환된 발광색을 얻을 수 있다. 상기한 제1 발광 다이오드에 의하면, 활성층으로부터의 제1 파장대의 빛이 반도체 적층부의 측면에 모이는 동시에, 형광체가 반도체 적층부의 측면에 마련되어 있기 때문에, 형광체의 두께를 임의로 조정함으로써 제2 파장대의 빛의 강도를 제1 파장대의 빛의 강도와 적합시키는 것을 용이하게 할 수 있다. 따라서, 색얼룩을 억제한 발광색을 얻을 수 있다.
또한, 발광 다이오드는 반도체 적층부가 제1 도전형 반도체층과 제1 광반사층 사이에 GaN계 화합물로 이루어지는 기판을 더 구비하는 것을 특징으로 해도 좋다. 일반적으로, 기판은 예컨대 에피텍셜 성장 등에 의해 형성되는 반도체층보다도 충분히 두껍다. 따라서, 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층이 기판상에 마련됨으로써, 이들의 층에 공급되는 전류가 기판내에서 확산하기 때문에, 활성층에서 발생하는 제1 파장대의 빛이 활성층의 면방향으로(즉, 반도체 적층부의 측면을 향하여) 넓어지게 된다. 따라서, 이 발광 다이오드에 의하면 반도체 적층부의 측면으로부터 제1 파장대의 빛을 보다 효율적으로 추출할 수 있다.
또한, 발광 다이오드는 형광체가 반도체 적층부의 측면에 첩부된 형광판인 것을 특징으로 해도 좋다. 형광판은 그 두께를 조정하는 것이 용이하기 때문에, 발광 다이오드가 형광체로서 형광판을 구비함으로써, 색얼룩을 억제한 발광색을 용이하게 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 제2 발광 다이오드는 (5) 질화물 반도체로 이루어지고, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 및 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 마련되어 제1 파장대의 빛을 발생시키는 활성층을 갖는 반도체 적층부와, (6) 제1 도전형 반도체층의 활성층과 대향하는 면과는 반대측의 면 위에 마련된 제1 광반사층과, (7) 제2 도전형 반도체층의 활성층과 대향하는 면과는 반대측의 면 위에 마련된 제2 광반사층을 구비하고, 반도체 적층부는 제1 도전형 반도체층과 제1 광반사층 사이에 위치하고 GaN계 화합물로 이루어지는 기판을 더 가지며, 기판은 제1 파장대의 빛을 받아 제2 파장대의 빛을 발생시키는 형광원을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 제2 발광 다이오드에서는 반도체 적층부가 형광원을 포함하는 기판을 갖고 있기 때문에, 활성층으로부터 나온 제1 파장대의 빛의 일부에 의해서 기판의 형광원이 여기되어, 기판내에서 제2 파장대의 빛이 발생한다. 그리고, 제1 및 제2 파장대의 빛은 제1 및 제2 광반사층에서 반사되고, 서로 혼합되어 반도체 적층부의 측면으로부터 출사되게 된다. 이렇게 해서, 제1 파장대의 빛과 제2 파장대의 빛에 따라서 변환된 발광색을 얻을 수 있다. 상기한 제2 발광 다이오드에 의하면, 활성층으로부터의 제1 파장대의 빛과 기판내에서 발생한 제2 파장대의 빛이 반도체 적층부의 측면에 모이기 때문에, 반도체 적층부의 측면으로부터 출사되는 제1 및 제2 파장대의 빛의 광강도를 서로 적합시키는 것을 용이하게 할 수 있다. 따라서, 색얼룩을 억제한 발광색을 얻을 수 있다.
또한, 발광 다이오드는 반도체 적층부의 복수의 측면 중 광출사면을 제외한 측면 위에 마련된 광반사막을 더 구비하는 것을 특징으로 해도 좋다. 이것에 의해서, 반도체 적층부의 측면 중 특정한 측면(광출사면)에 제1 파장대의 빛(및 제2 파장대의 빛)을 모을 수 있기 때문에, 빛의 출사 방향을 한정하여 빛의 추출 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 제1 반도체 발광 장치는 상기한 어느 하나의 발광 다이오드가 적층 방향으로 복수개 겹쳐 배치되어 있는 것을 특징으로 한다. 이 반도체 발광 장치에 의하면, 비교적 큰 광량의 빛을 용이하게 얻을 수 있는 동시에, 비교적 소형으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 제2 반도체 발광 장치는 상기한 어느 하나의 발광 다이오드를 적어도 하나 구비하는 반도체 발광 장치로서, 광추출면과, 광추출면의 반대측에 있고 제1 및 제2 파장대의 빛을 반사하는 광반사면과, 광추출면이 연장되어 있는 방향 및 반사면이 연장되어 있는 방향과 교차하는 측면을 갖는 도광판을 더 구비하고, 발광 다이오드는 반도체 적층부의 측면과 도광판의 측면이 대향하도록 도광판에 장착되어 있는 것을 특징으로 한다. 이 반도체 발광 장치에서는 발광 다이오드의 반도체 적층부의 측면으로부터 도광판의 측면에 빛을 제공하기 때문에, 도광판의 두께는 반도체 적층부의 두께와 같으면 좋다. 따라서, 종래의 백라이트 등의 반도체 발광 장치와 비교하여, 도광판을 얇게 할 수 있다. 또한, 발광 다이오드로서 상기한 어느 하나의 발광 다이오드를 구비하고 있기 때문에, 발광색의 색얼룩이 억제된 빛을 광추출면에서 출사할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명에 의한 발광 다이오드 및 반도체 발광 장치의 실시예를 상세히 설명한다. 또, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복하는 설명을 생략한다.
(제1 실시예)
도 1은 본 발명에 의한 발광 다이오드의 제1 실시예를 도시하는 일부를 잘라낸 사시도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 발광 다이오드(1)는 발광부(3)와, 발광부(3)의 측면에 부착된 형광부(5)를 갖고 있다. 발광부(3)는 반도체 적층부(6)와, 반도체 적층부(6)상에 마련된 광반사층(19)(제1 광반사층)과, 광반사층(19)상에 마련된 캐소드 전극(21)과, 반도체 적층부(6)의 광반사층(19)과는 반대측의 면 위에 마련된 광반사층(17)(제2 광반사층)과, 반도체 적층부(6)의 측면 위에 마련된 절연층(23)과, 절연층(23)상에 마련된 광반사막(25)을 구비하고 있다.
반도체 적층부(6)는 기판(7)을 구비하고 있다. 또한, 반도체 적층부(6)는 기판(7)상에 적층된 n형 클래드층(9)이라고 하는 제1 도전형 반도체층을 구비하고 있다. 또한, 반도체 적층부(6)는 n형 클래드층(9)상에 마련된 활성층(11)을 구비하고 있다. 또한, 반도체 적층부(6)는 활성층(11)상에 순서대로 적층된 p형 클래드층(13) 및 p형 컨택트층(15)이라고 하는 제2 도전형 반도체층을 구비하고 있다.
기판(7)은 도전성을 갖는 GaN계 화합물로 이루어진다. 본 실시예에서는 기판(7)은 GaN으로 이루어진다. 기판(7)은 활성층(11)에서 발생하는 빛(L1)을 투과시킬 수 있다. 기판(7)의 비저항율은 예컨대 0.5 Ωcm 이하이다. 또, 기판(7)의 두께는 예컨대 100 μm∼200 μm 이다. 또한, 기판(7)의 평면 치수는 예컨대 한 변이 0.5∼30 mm인 직사각형이다.
n형 클래드층(9)은 n형의 불순물이 도핑된 질화물 반도체로 이루어진다. 예컨대, 본 실시예에서는 n형 클래드층(9)은 Si가 도핑된 AlX1Ga1-X1N(0≤X1<1)으로 이루어진다. n형 클래드층(9)은 기판(7)의 주면(7a)상에 형성되어 있다.
활성층(11)은 전류(캐리어)가 주입되는 것에 의해 제1 파장대의 빛(L1)을 발생시키는 층이다. 본 실시예에서는 제1 파장대는 예컨대 청색광이 되는 파장대(420 nm∼490 nm)이다. 활성층(11)은 n형 클래드층(9)상에 형성되어 있고, 다중 양자 우물 구조를 갖고 있다. 여기서, 도 2는 본 실시예에 있어서의 활성층(11)의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 2를 참조하면, 활성층(11)은 배리어층(38a∼38c) 및 웰층(39a 및 39b)을 갖고 있다. 즉, 활성층(11)은 배리어층(38a), 웰층(39a), 배리어층(38b), 웰층(39b), 및 배리어층(38c)이 순서대로 적층됨으로써 구성되어 있다.
배리어층(38a∼38c) 및 웰층(39a 및 39b)은 AlX2InY2Ga1-X2-Y2N(0≤X2<1, 0≤Y2<1, 0≤X2+Y2<1) 등의 GaN계 반도체로 이루어진다. 본 실시예에서는 배리어층(38a∼38c)의 조성은 0<X2<1 또한 Y2=0이며, 웰층(39a 및 39b)의 조성은 0<X2<1 또한 0<Y2<1이다. 배리어층(38a∼38c) 및 웰층(39a 및 39b)의 조성은 배리어층(38a∼38c)의 밴드갭이 웰층(39a 및 39b)보다도 커지도록 조정되어 있다. 이 구성에 의해, 활성층(11)에 주입된 캐리어가 웰층(39a 및 39b)에 갇힌다.
다시 도 1을 참조하여, p형 클래드층(13)은 p형의 불순물이 도핑된 질화물 반도체로 이루어진다. 예컨대, 본 실시예에서는 p형 클래드층(13)은 Mg가 도핑된 AlX1Ga1-X1N(0≤X1<1)로 이루어진다. p형 클래드층(13)은 활성층(11)상에 형성되어 있고, 활성층(11)은 n형 클래드층(9)과 p형 클래드층(13) 사이에 마련되게 된다.
p형 컨택트층(15)은 p형 클래드층(13)과 애노드 전극(후술)을 전기적으로 접속하기 위한 층이며, p형의 불순물이 도핑된 질화물 반도체로 이루어진다. 예컨대, 본 실시예에서는 p형 컨택트층(15)은 Mg가 토핑된 GaN으로 이루어진다. p형 컨택트층(15)은 p형 클래드층(13)상에 형성되어 있다.
광반사층(17)은 p형 컨택트층(15)의 활성층(11)과 대향하는 면과는 반대측의 면 위에 마련되어 있다. 광반사층(17)은 p형 컨택트층(15)상의 전면에 걸쳐 마련되는 것이 바람직하다. 광반사층(17)은 예컨대 Ag나 Al이라고 하는 금속으로 이루어지고, 활성층(11)에서 발생한 빛(L1)을 반사한다. 본 실시예에서는 광반사층(17)은 애노드 전극을 겸하고 있다. 애노드 전극은 광반사층(17)과는 별도로 마련되더라도 좋다. 또한, 광반사층(17)과 p형 컨택트층(15) 사이에 옴 접촉이 실현되어 있더라도 좋다.
광반사층(19)은 n형 클래드층(9)의 활성층(11)과 대향하는 면과는 반대측의 면 위에 마련되어 있다. 광반사층(17)은 n형 클래드층(9)상의 전면에 걸쳐 마련되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 반도체 적층부(6)가 기판(7)을 갖기 때문에, 광반사층(19)은 기판(7)의 이면(7b)상에 마련되어 있다. 광반사층(19)은 광반사층(17)과 같이, 예컨대 Ag나 Al이라고 하는 금속으로 이루어지고, 활성층(11)에서 발생한 빛(L1)을 반사한다. 본 실시예에서는 광반사층(19)은 캐소드 전극(21)과는 별도로 마련되어 있지만, 광반사층(19)이 캐소드 전극을 겸하고 있더라도 좋다. 또한, 광반사층(19)과 기판(7) 사이에 옴 접촉이 실현되어 있더라도 좋다.
광반사막(25)은 반도체 적층부(6)의 측면 중 광출사면(6a)을 제외한 측면 위에 절연층(23)을 사이에 두고 마련되어 있다. 본 실시예에서는 광반사막(25) 및 절연층(23)은 반도체 적층부(6)의 4개의 측면 중 3개의 측면 위에 마련되어 있다. 그리고, 광반사막(25)이 마련되어 있지 않은 측면이 광출사면(6a)이 된다. 광반사막(25)은 절연층(23)에 의해서 반도체 적층부(6), 광반사층(17 및 19), 및 캐소드 전극(21)과 절연되어 있다. 광반사막(25)은 광반사층(17 및 19)과 같이, 예컨대 Ag나 Al이라고 하는 금속으로 이루어진다. 광반사막(25)은 활성층(11)에서 발생한 빛(L1)을 반사한다.
형광부(5)는 형광판(27) 및 접착층(29)을 갖고 있다. 형광판(27)은 빛(L1)을 받아 해당 빛(L1)보다도 장파장의 제2 파장대의 빛(L2)을 발생시키는 형광체가 고체형으로 성형되어 이루어진다. 본 실시예에서는 제2 파장대는 예컨대 황색광이 되는 파장대(500 nm∼700 nm)이며, 형광체는 예컨대 ZnSSe이다. 형광판(27)은 반도체 적층부(6)의 측면 위에 접착층(29)에 의해서 첩부되어 있다. 본 실시예에서는 형광판(27)은 반도체 적층부(6)의 4개의 측면 중 광반사막(25)이 마련되어 있지 않은 하나의 측면(즉, 광출사면(6a)) 위에 마련되어 있다. 또, 반도체 적층부(6)의 측면과 교차하는 방향의 형광판(27)의 두께는 형광판(27)에서 발생하는 형광(황색광)(L2)의 광량이 해당 황색광(L2)과 청색광(L1)에 따라 원하는 색조의 백색광이 되도록 조정되어 있다.
상기한 구성을 구비하는 발광 다이오드(1)의 동작은 이하와 같다. 애노드 전극을 겸하는 광반사층(17)과 캐소드 전극(21) 사이에 발광 다이오드(1)의 외부로부터 구동 전압이 인가되면, 광반사층(17)과 캐소드 전극(21) 사이에 전계가 발생한다. 그리고, 캐리어가 활성층(11)내의 웰층(39a, 39b)에 집중한다. 이에 따라, 활성층(11)에서 청색광(L1)이 발생한다. 활성층(11)에서 발생한 청색광(L1)은 광반사층(17 및 19), 및 광반사막(25)에서 반사된 후, 광출사면(6a)에 집중한다. 청색광(L1)의 일부는 형광판(27)을 여기하여 황색광(L2)이 된다. 또한, 다른 청색광(L1)은 형광판(27)을 투과한다. 이렇게 해서, 청색광(L1) 및 황색광(L2)이 생성되고, 백색광이 되어 발광 다이오드(1)의 외부로 출사된다.
다음에, 본 실시예에 의한 발광 다이오드(1)의 제조 방법에 관해서 설명한다. 도 3a∼도 6b는 발광 다이오드(1)의 제조 방법에 관해서 설명하기 위한 도면이다.
우선, 도 3a에 도시한 바와 같이, 도전성의 GaN으로 이루어지는 웨이퍼형의 기판(7)을 준비한다. 그리고, 도 3b에 도시한 바와 같이, 웨이퍼형의 기판(7)의 주면(7a)상에 n형 클래드층(9), 활성층(11), p형 클래드층(13), 및 p형 컨택트층(15)을 순서대로 에피텍셜 성장시킨다. 계속해서, 도 3c에 도시한 바와 같이, p형 컨택트층(15)상에 광반사층(17)을 증착 등에 의해 형성하고, 기판(7)의 이면(7b)상에 광반사층(19) 및 캐소드 전극(21)을 증착 등에 의해 순서대로 형성한다.
계속해서, 도 4a에 도시한 바와 같이, 캐소드 전극(21) 및 광반사층(17) 위에 각각 레지스트(50a 및 50b)를 도포한다. 계속해서, 도 4b에 도시한 바와 같이, 웨이퍼형의 기판(7) 및 각 층을 두께 방향으로 절단하여 소정의 크기의 칩(4)을 형성한다. 이 때, 기판(7), n형 클래드층(9), 활성층(11), p형 클래드층(13), 및 p형 컨택트층(15)을 포함하는 반도체 적층부(6)가 형성된다. 계속해서, 도 5a에 도시한 바와 같이 칩(4)의 하나의 측면을 밑으로 하여 각 칩(4)을 나열하고, 칩(4)의 노출면에 절연층(23) 및 광반사막(25)을 스퍼터나 증착 등에 의해 순서대로 형성한다. 이렇게 해서, 도 5b에 도시한 바와 같이, 칩(4)의 일측면 이외의 모든 면에 절연층(23) 및 광반사막(25)이 형성된다.
계속해서, 도 6a에 도시한 바와 같이, 레지스트(50a 및 50b)를 제거한다. 이에 따라, 캐소드 전극(21)상 및 광반사층(17)상에 형성되어 있던 절연층(23) 및 광반사막(25)이 제거되어, 절연층(23) 및 광반사막(25)은 반도체 적층부(6)의 3개의 측면 위에만 형성되게 된다. 이렇게 해서, 발광부(3)가 완성된다. 계속해서, 도 6b에 도시한 바와 같이, 반도체 적층부(6)의 측면 중 절연층(23) 및 광반사막(25)이 마련되어 있지 않은 측면에 접착층(29)을 도포하고, 그 위에서 형광판(27)을 첩부한다. 이렇게 해서 형광부(5)가 형성되어, 발광 다이오드(1)가 완성된다.
이상에 설명한 본 실시예에 의한 발광 다이오드(1)는 이하의 효과를 갖는다. 즉, 발광 다이오드(1)에 의하면, 활성층(11)으로부터의 청색광(L1)이 반도체 적층부(6)의 측면에 모이는 동시에, 형광판(27)이 반도체 적층부(6)의 측면에 마련되어 있기 때문에, 형광판(27)의 두께를 임의로 조정함으로써 황색광(L2)의 강도를 청색광(L1)의 강도와 적합시키는 것을 용이하게 할 수 있다. 따라서, 색얼룩을 억제한 백색광을 발광시킬 수 있다.
또한, 본 실시예와 같이, 발광 다이오드(1)에서는 반도체 적층부(6)가 n형 클래드층(9)과 광반사층(19) 사이에 기판(7)을 구비하고 있는 것이 바람직하다. 기판(7)은 예컨대 에피텍셜 성장 등에 의해 형성되는 반도체층보다도 충분히 두껍다. 따라서, n형 클래드층(9), 활성층(11), 및 p형 클래드층(13)이 기판(7)상에 마련됨으로써, 이들의 층에 공급되는 전류가 기판(7)내에서 확산하기 때문에, 활성층(11)에 있어서의 청색광(L1)의 발생 부분이 활성층(11)의 적층 방향과 교차하는 방향으로(즉, 반도체 적층부(6)의 측면을 향하여) 넓어지게 된다. 따라서, 이 발광 다이오드(1)에 의하면, 반도체 적층부(6)의 측면으로부터 청색광(L1)을 보다 효율적으로 추출할 수 있다.
또한, 발광 다이오드는 본 실시예와 같이 형광체로서 형광판(27)을 구비하고 있는 것이 바람직하다. 형광판(27)의 두께를 조정함으로써 용이하게 황색광(L2)의 강도를 조정할 수 있기 때문에, 본 실시예에 의한 발광 다이오드(1)에 의하면, 색얼룩을 억제한 백색광을 용이하게 얻을 수 있다.
또한, 본 실시예와 같이, 발광 다이오드(1)에서는 반도체 적층부(6)의 4개의 측면 중 3개의 측면 위에 광반사막(25)이 마련되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해서, 반도체 적층부(6)의 측면 중 특정한 측면(광출사면(6a))에 청색광(L1)을 모을 수 있기 때문에, 백색광의 출사 방향을 한정하여 빛의 추출 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 실시예에 의한 발광 다이오드(1)는 종래의 면 발광형의 발광 다이오드와는 달리 측면으로부터 빛을 추출하기 때문에, 복수의 발광 다이오드(1)를 겹쳐도 비교적 작은 치수로 끝난다. 따라서, 원하는 광량을 얻기 위해서 복수의 발광 다이오드(1)를 마련하는 것이 용이해진다. 또한, 본 실시예에 의한 발광 다이오드(1)는 형광체 혼입 수지를 이용한 종래의 발광 다이오드와는 달리 고체형의 형광체(형광판(27))를 이용하고 있기 때문에, 반도체 적층부(6)에 형광체를 용이하게 부착할 수 있어, 발광 다이오드(1)의 생산성 및 수율이 향상된다.
(변형예)
도 7a 및 도 7b는 상기한 제1 실시예의 변형예를 설명하기 위한 도면이다. 도 7a는 제1 실시예에 의한 발광 다이오드(1)를 도시하는 사시도이며, 도 7b는 그 변형예에 의한 발광 다이오드(1a)를 도시하는 사시도이다. 본 발명에 의한 발광 다이오드는 도 7a의 발광 다이오드(1)와 같이 반도체 적층부의 4개의 측면 중 하나의 측면에 형광판(27)을 갖는 구성 이외에도, 도 7b의 발광 다이오드(1b)와 같이 4개의 측면 전부에 형광판(27)을 갖는 구성이라도 좋다. 이 경우, 광반사막은 측면에는 마련되지 않는다. 이와 같이, 반도체 적층부의 측면 중 하나 이상의 임의의 측면에 형광판(27)을 마련하여, 해당 측면을 광출사면으로 할 수 있다.
(제2 실시예)
도 8은 본 발명에 의한 발광 다이오드의 제2 실시예로서, 발광 다이오드(1b)를 도시하는 일부를 잘라낸 사시도이다. 발광 다이오드(1b)가 제1 실시예의 발광 다이오드(1)와 다른 두가지 점은 (1) 발광 다이오드(1b)가 형광판(27) 및 접착층(29)을 구비하고 있지 않다는 점과, (2) 기판(8)이 형광원(20)을 포함하고 있다는 점이다. 발광 다이오드(1b)의 다른 구성에 관해서는 제1 실시예의 발광 다이오드(1)와 같기 때문에 설명을 생략한다.
기판(8)은 도전성을 갖는 GaN계 화합물로 이루어진다. 또한, 기판(8)은 제1 파장대의 빛(청색광(L1))을 받아 제2 파장대의 빛(황색광(L3))을 발생시키는 형광원(20)을 포함하고 있다. 즉, GaN 기판(8)을 기상 성장법 등에 의해서 성장시킬 때에, 산소나 탄소 등의 불순물을 첨가하거나, 결정 결함(질소 공공(空孔))을 도입할 수 있다. 산소, 탄소 등의 불순물, 혹은 질소 공공 등의 결정 결함은 청색광(L1)을 받아 형광(황색광(L3))을 발생시키는 형광원(20)이 된다. 예컨대, 이러한 형광원(20)에 480 nm보다 짧은 파장의 빛을 조사하면, 520 nm∼650 nm의 넓은 파장 범위의 형광이 발생한다. 형광의 중심 파장 및 발광 스펙트럼은 불순물의 종류, 불순물의 첨가량, 혹은 결정 결함의 양에 의해서 조정된다.
발광 다이오드(1b)에서는 형광원(20)을 포함하는 기판(8)을 반도체 적층부(6)가 갖고 있기 때문에, 활성층(11)으로부터 나온 청색광(L1)의 일부에 의해서 기판(8)의 형광원(20)이 여기되어, 기판(8)내에서 황색광(L3)이 발생한다. 그리고, 청색광(L1) 및 황색광(L3)은 광반사층(17 및 19) 및 광반사막(25)에서 반사되고, 서로 혼합되어, 반도체 적층부(6)의 일측면인 광출사면(6a)으로부터 출사되게 된다. 이렇게 해서, 청색광(L1)과 황색광(L3)에 의한 백색광을 얻을 수 있다.
본 변형예에 의한 발광 다이오드(1b)에 의하면, 활성층(11)으로부터의 청색광(L1)과 기판(8)내에서 발생한 황색광(L3)이 반도체 적층부(6)의 측면(광출사면(6a))에 모이기 때문에, 반도체 적층부(6)의 측면으로부터 출사되는 청색광(L1) 및 황색광(L3)의 광강도를 서로 적합시키는 것을 용이하게 할 수 있다. 따라서, 색얼룩을 억제한 백색광을 발광시킬 수 있다.
(변형예)
도 9a 및 도 9b는 상기한 제2 실시예의 변형예를 설명하기 위한 도면이다. 도 9a는 제2 실시예에 의한 발광 다이오드(1b)를 도시하는 사시도이며, 도 9b는 그 변형예에 의한 발광 다이오드(1c)를 도시하는 사시도이다. 본 발명에 의한 발광 다이오드는 도 9a의 발광 다이오드(1b)와 같이 반도체 적층부의 4개의 측면 중 3개의 측면에 광반사막(25)을 구비하는 구성 이외에도, 도 9b의 발광 다이오드(1c)와 같이 광반사막(25)을 구비하는 않는 구성이라도 좋다. 이와 같이, 반도체 적층부의 측면 중 임의의 측면에 광반사막(25)을 마련하여, 그 이외의 측면을 광출사면(6a)으로 할 수 있다.
(제3 실시예)
도 10a 및 도 10b는 본 발명에 의한 반도체 발광 장치의 제3 실시예를 도시하는 단면도이다. 우선, 도 10a를 참조하면, 본 실시예에 의한 반도체 발광 장치(2)는 제1 실시예의 발광 다이오드(1)와, 케이스(41)와, 리드핀(47a 및 47b)을 구비하고 있다. 발광 다이오드(1)는 케이스(41)에 마련된 오목부(41a) 내에 배치되어 있다. 또한, 발광 다이오드(1)는 형광판(27)을 갖는 측면(광출사면)과는 반대측의 측면이 오목부(41a)의 저면과 대향하도록 배치되어 있다. 또, 발광 다이오드(1)를 보호하기 위해서 오목부(41a)를 투명한 수지로 매립하더라도 좋다.
또한, 오목부(41a)의 저면에는 케이스(41)와 일체로 형성된 볼록형부(45)가 마련되어 있고, 발광 다이오드(1)의 캐소드 전극(21) 및 애노드 전극(광반사층(17))(모두 도 1 참조) 중 한쪽의 전극이 볼록형부(45)의 측면에 접촉하도록 발광 다이오드(1)가 위치 결정되어 있다. 케이스(41)는 리드핀(47b)과 전기적으로 접속되어 있고, 따라서, 발광 다이오드(1)의 한쪽의 전극은 리드핀(47b)과 전기적으로 접속된다. 발광 다이오드(1)의 다른쪽의 전극은 와이어(49)를 통해 리드핀(47a)에 전기적으로 접속되어 있다. 리드핀(47a)은 케이스(41)에 절연 재료를 통해 고정되어 있다.
도 10b에는 본 실시예에 의한 별도의 반도체 발광 장치(2a)가 도시되어 있다. 이 반도체 발광 장치(2a)가 상기한 반도체 발광 장치(2)와 다른 점은 발광 다이오드(1)를 복수개 구비하고 있다는 점이다. 즉, 반도체 발광 장치(2a)는 제1 실시예의 발광 다이오드(1)를 2개 구비하고 있고, 이들 발광 다이오드(1)가 광출사면과는 반대측의 측면이 오목부(41a)의 저면과 대향하도록 오목부(41a) 내에 각각 배치되어 있다. 즉, 이들 발광 다이오드(1)는 활성층이 연장되는 방향이 오목부(41a)의 저면과 교차하도록 배치되어 있다. 또한, 2개의 발광 다이오드(1)는 두께 방향으로 겹쳐 배치되어 있다. 또한, 2개의 발광 다이오드(1)는 서로의 전극이 직렬로 접속되어 있고, 리드핀(47a 및 47b)을 통해 구동 전압이 인가되는 구조로 되어 있다.
도 10a에 도시한 반도체 발광 장치(2), 또는 도 10b에 도시한 반도체 발광 장치(2a)에 있어서, 리드핀(47a 및 47b)에 반도체 발광 장치(2)의 외부로부터 구동 전압이 인가되면, 해당 구동 전압은 발광 다이오드(1)의 애노드 전극(광반사층(17))과 캐소드 전극(21) 사이에 가해진다. 그리고, 제1 실시예에서 설명한 바와 같이, 발광 다이오드(1)의 일측면, 즉 형광판(27)이 마련된 반도체 적층부(6)의 측면으로부터 청색광 및 황색광에 의한 백색광이 출사된다. 백색광은 반도체 발광 장치(2)(또는 2a)의 외부를 향해서 출사된다.
본 실시예에 의한 반도체 발광 장치(2 또는 2a)에 의하면, 제1 실시예의 발광 다이오드(1)를 구비함으로써, 색얼룩이 억제된 백색광을 발광시킬 수 있다. 또한, 반도체 발광 장치(2a)에 의하면, 발광 다이오드(1)를 복수개 구비함으로써, 비교적 큰 광량의 백색광을 용이하게 얻을 수 있다. 또한, 발광 다이오드(1)는 측면으로부터 빛을 출사하는 구성이기 때문에, 발광 다이오드(1)를 두께 방향으로 중첩할 수 있어, 복수의 발광 다이오드(1)를 구비하면서도 비교적 소형으로 할 수 있다.
(제4 실시예)
도 11은 본 발명에 의한 반도체 발광 장치의 제4 실시예를 도시하는 사시도이다. 또한, 도 12a는 도 11에 도시하는 반도체 발광 장치(2b)의 I-I 단면을 도시하는 단면도이다. 본 실시예의 반도체 발광 장치(2b)는 액정 표시 장치 등에 이용되는 소위 백라이트이다. 도 11 및 도 12a를 참조하면, 본 실시예에 의한 반도체 발광 장치(2b)는 발광 다이오드(1d)와 도광판(37)을 구비하고 있다. 발광 다이오드(1d)는 제1 실시예의 발광 다이오드(1)와 같은 구성을 갖고 있고, 발광부(3)의 평면 형상이 예컨대 0.5 mm ×30 mm의 직사각형으로 되어 있다. 발광 다이오드(1d)에 있어서 형광판(27)은 반도체 적층부(6)의 긴 변측의 측면에 마련되어 있다. 또한, 발광 다이오드(1d)는 반도체 적층부(6)의 긴 변측의 측면과 도광판(37)의 측면이 대향하도록 도광판(37)에 부착되어 있다.
도광판(37)은 백색광을 도광하여 면 발광하는 부재이다. 도광판(37)은 예컨대 아크릴이나 폴리카보네이트라고 하는 백색광을 확산하는 부재로 이루어지는 것이 바람직하다. 도광판(37)은 측면에 부착된 발광 다이오드(1d)로부터 백색광(L4)을 취득하여, 해당 백색광(L4)을 주면(37a)으로부터 출사한다. 즉, 주면(37a)이 도광판(37)에 있어서의 광추출면으로 되어 있다. 또한, 도광판(37)의 주면(37a)과는 반대측의 이면(37b)에는 예컨대 Al 등으로 이루어지는 금속막(35)이 형성되어 있어, 백색광(L4)을 반사한다. 즉, 도광판(37)의 이면(37b)은 청색광 및 황색광으로 이루어지는 백색광(L4)을 반사하는 광반사면으로 되어 있다.
발광 다이오드(1d)으로부터 출사된 백색광(L4)은 도광판(37)의 내부를 지나, 그 일부가 금속막(35)에서 반사되어, 도광판(37)의 주면(37a)에 달한다. 이 때, 백색광(L4)은 도광판(37)의 내부에서 확산된다. 이렇게 해서, 백색광(L4)이 도광판(37)의 주면(37a)(광추출면)으로부터 대략 균일하게 출사되어, 도광판(37)이 면 발광한다.
본 실시예에 의한 반도체 발광 장치(2b)는 이하의 효과를 갖는다. 즉, 반도체 발광 장치(2b)에서는 발광 다이오드(1d)의 반도체 적층부(6)의 측면으로부터 도광판(37)의 측면에 빛을 제공하기 때문에, 도광판(37)의 두께는 반도체 적층부(6)의 두께와 같으면 좋다. 따라서, 종래의 백라이트 등의 반도체 발광 장치와 비교하여 도광판(37)을 얇게 할 수 있다.
여기서, 도 12b는 비교를 위해 종래의 백라이트를 도시하는 단면도이다. 도 12b를 참조하면, 종래의 백라이트(110)는 도광판(113)과 면 발광형의 발광 다이오드(114)를 구비하고 있다. 발광 다이오드(114)는 광출사면인 주면(114a)이 도광판(113)의 측면과 대향하도록 도광판(113)의 측면에 부착되어 있다. 도광판(113)의 이면(113b)에는 형광체(112)가 부착되어 있고, 발광 다이오드(114)로부터의 청색광(L7)의 일부가 형광체(112)에 입사함으로써 황색광(L8)이 발생한다. 도광판(113)의 주면(113a)에는 확산층(115)이 마련되어 있어, 청색광(L7) 및 황색광(L8)이 확산층(115) 내부에서 확산한다. 이렇게 해서, 백색광(L9)이 출사된다.
도 12b에 도시한 바와 같은 종래의 백라이트(110)에서는 발광 다이오드(114)의 광출사면인 주면(114a)의 폭에 따른 두께가 도광판(113)에 필요하기 때문에, 도광판(113)이 비교적 두껍게 되어 버린다. 또한, 도광판(113)의 이면에 형광체(112)를 마련하고 있기 때문에, 백라이트(110)의 두께가 더욱 늘어나게 된다. 최근의 휴대 전화 등과 같이 액정 화면을 갖는 장치는 점차로 소형화가 이루어지고 있어, 액정 화면용의 백라이트도 박형화가 갈망되고 있다. 본 실시예에 의한 반도체 발광 장치(2b)에 의하면, 도광판(37)의 두께를 얇게 하는 것이 가능해져, 액정 화면을 갖는 장치의 소형화에 기여할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의한 반도체 발광 장치(2b)는 발광 다이오드로서 제1 실시예의 발광 다이오드(1)와 같은 구성을 갖는 발광 다이오드(1d)를 구비하고 있기 때문에, 색얼룩이 억제된 백색광(L4)을 이면(37b)에서 반사하면서 주면(37a)(광추출면)으로부터 출사할 수 있다. 또, 본 실시예의 반도체 발광 장치(2b)는 1개의 발광 다이오드(1d)를 구비하고 있지만, 광출사 방향을 일치시킨 복수의 발광 다이오드를 도광판(37)의 측면에 부착하더라도 좋다.
본 발명에 의한 발광 다이오드 및 반도체 발광 장치는 상기한 실시예 및 변형예에 한정되는 것이 아니라, 그 외에도 여러 가지 변형이 가능하다. 예컨대, 상기한 각 실시예의 발광 다이오드는 기판으로서 GaN계 화합물로 이루어지는 기판을 구비하고 있다. 기판은 이것에 한하지 않고, 예컨대 도전성의 SiC, AlN, 혹은 Si 등으로 이루어지더라도 좋다.
또한, 광반사층 및 광반사막으로서 금속이 이용되고 있지만, 광반사층 및 광반사막의 재료로서는 이외에도 예컨대 빛을 반사하도록 굴절률이 조정된 포토닉 결정 등을 적합하게 이용할 수 있다. 또한, 광반사막은 형광판의 두께 방향을 따르는 측면에도 더 마련되더라도 좋다. 이에 따라, 형광판의 측면으로부터 빛이 누설되는 것을 막아, 백색광의 색얼룩을 보다 억제할 수 있다.
본 발명에 의한 발광 다이오드 및 반도체 발광 장치에 의하면, 색얼룩을 억제한 발광색을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 발광 다이오드의 제1 실시예를 도시하는 일부를 잘라낸 사시도.
도 2는 제1 실시예에 있어서의 활성층의 구성을 도시하는 단면도.
도 3a 내지 도 3c는 발광 다이오드의 제조 방법에 관해서 설명하기 위한 도면.
도 4a 및 도 4b는 발광 다이오드의 제조 방법에 관해서 설명하기 위한 도면.
도 5a 및 도 5b는 발광 다이오드의 제조 방법에 관해서 설명하기 위한 도면.
도 6a 및 도 6b는 발광 다이오드의 제조 방법에 관해서 설명하기 위한 도면.
도 7a는 제1 실시예에 의한 발광 다이오드를 도시하는 사시도.
도 7b는 제1 실시예의 변형예에 의한 발광 다이오드를 도시하는 사시도.
도 8은 본 발명에 의한 발광 다이오드의 제2 실시예를 도시하는 일부를 잘라낸 사시도.
도 9a는 제2 실시예에 의한 발광 다이오드를 도시하는 사시도.
도 9b는 제2 실시예의 변형예에 의한 발광 다이오드를 도시하는 사시도.
도 10a 및 도 10b는 본 발명에 의한 반도체 발광 장치의 제3 실시예를 도시하는 단면도.
도 11은 본 발명에 의한 반도체 발광 장치의 제4 실시예를 도시하는 사시도.
도 12a는 도 11에 도시하는 반도체 발광 장치의 I-I 단면을 도시하는 단면도.
도 12b는 비교를 위해 종래의 백라이트를 도시하는 단면도.
도 13a 및 도 13b는 백색 LED의 예를 도시하는 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 발광 다이오드
3 : 발광부
5 : 형광부
6 : 반도체 적층부
7 : 기판
9 : n형 클래드층
11 : 활성층
13 : p형 클래드층
15 : p형 컨택트층
17 : 제1 광반사층
19 : 제2 광반사층
21 : 캐소드 전극
23 : 절연층, 25 : 광반사막

Claims (11)

  1. 질화물 반도체로 이루어지고, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 마련되어 제1 파장대의 빛을 발생시키는 활성층을 갖는 반도체 적층부와,
    상기 제1 도전형 반도체층의 상기 활성층과 대향하는 면과는 반대측의 면 위에 마련된 제1 광반사층과,
    상기 제2 도전형 반도체층의 상기 활성층과 대향하는 면과는 반대측의 면 위에 마련된 제2 광반사층과,
    상기 반도체 적층부의 측면 위에 마련되고, 상기 제1 파장대의 빛을 받아 제2 파장대의 빛을 발생시키는 형광체
    를 구비하는 발광 다이오드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반도체 적층부는 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제1 광반사층 사이에 GaN계 화합물로 이루어지는 기판을 더 구비하는 것인 발광 다이오드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 형광체는 상기 반도체 적층부의 상기 측면에 첩부된 형광판인 것인 발광 다이오드.
  4. 제2항에 있어서, 상기 형광체는 상기 반도체 적층부의 상기 측면에 첩부된 형광판인 것인 발광 다이오드.
  5. 질화물 반도체로 이루어지고, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 마련되어 제1 파장대의 빛을 발생시키는 활성층을 갖는 반도체 적층부와,
    상기 제1 도전형 반도체층의 상기 활성층과 대향하는 면과는 반대측의 면 위에 마련된 제1 광반사층과,
    상기 제2 도전형 반도체층의 상기 활성층과 대향하는 면과는 반대측의 면 위에 마련된 제2 광반사층을 구비하고,
    상기 반도체 적층부는 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제1 광반사층 사이에 위치하고 GaN계 화합물로 이루어지는 기판을 더 가지며, 상기 기판은 상기 제1 파장대의 빛을 받아 제2 파장대의 빛을 발생시키는 형광원을 포함하는 것인 발광 다이오드.
  6. 제1항에 있어서, 상기 반도체 적층부의 복수의 측면 중 광출사면을 제외한 측면 위에 마련된 광반사막을 더 구비하는 발광 다이오드.
  7. 제2항에 있어서, 상기 반도체 적층부의 복수의 측면 중 광출사면을 제외한 측면 위에 마련된 광반사막을 더 구비하는 발광 다이오드.
  8. 제3항에 있어서, 상기 반도체 적층부의 복수의 측면 중 광출사면을 제외한 측면 위에 마련된 광반사막을 더 구비하는 발광 다이오드.
  9. 제5항에 있어서, 상기 반도체 적층부의 복수의 측면 중 광출사면을 제외한 측면 위에 마련된 광반사막을 더 구비하는 발광 다이오드.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재한 발광 다이오드가 적층 방향으로 복수개 겹쳐 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 장치.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재한 발광 다이오드를 적어도 하나 구비하는 반도체 발광 장치로서,
    광추출면과, 상기 광추출면의 반대측에 있고 상기 제1 및 제2 파장대의 빛을 반사하는 광반사면과, 상기 광추출면이 연장되어 있는 방향 및 상기 반사면이 연장되어 있는 방향과 교차하는 측면을 갖는 도광판을 더 구비하며,
    상기 발광 다이오드는 상기 반도체 적층부의 상기 측면과 상기 도광판의 상기 측면이 대향하도록 상기 도광판에 장착되어 있는 것인 반도체 발광 장치.
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