KR20100017390A - 광원 및 장치 - Google Patents

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KR20100017390A
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Abstract

본 발명에 따르면, 디스플레이 및/또는 조명용 광원으로서, 광원은 반도체 층을 포함하는 이종구조체를 포함하고, 이종구조체는 제1 단부와 제2 단부 사이에서 도파관을 형성하며, 이종구조체는 복수의 층을 포함하고 그 복수의 층에 의해 형성되는 광학 활성 구역을 포함하며, 광학 활성 구역은 상기 도파관에 의해 안내되는 광을 방출할 수 있고, 최소한 2가지 상이한 복사 전이가 p측 전극과 n측 전극 사이의 전류에 의해 광학 활성에서 여기가능하며, 상기 최소한 2가지 상이한 복사 전이의 전이 에너지는 광 스펙트럼의 가시 부분의 파장에 대응하고, 광원은 또한 상기 제1 단부 및 제2 단부 중 최소한 하나에 의한 도파관으로부터 다시 도파관으로의 광의 반사를 방지하는 수단을 포함하여, 광원이 초발광 다이오드를 포함하도록 하는, 디스플레이 및/또는 조명용 광원이 제공된다.
광원, 초발광 광원, 디스플레이 장치, 조명 장치, 이종구조체, 도파관

Description

광원 및 장치{LIGHT SOURCE, AND DEVICE}
본 발명은 디스플레이 및/또는 조명 목적으로 가시광을 제공하는 광원 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 광원에 관한 것이다.
반도체 광원은 종래의 램프에 비해 훨씬 긴 수명, 보다 작은 형태 인자(form factor) 및 보다 우수한 에너지 변환 효율을 제공하여, 보다 저렴한 전력 비용을 산출한다. 가시광의 반도체 광원들 중에서, 발광 다이오드(LED)와 레이저 다이오드(LD)가 잘 알려져 있고 대중적이다. 시판되는 모든 선행 기술 반도체 기반 광원은 다음의 2가지 주요 카테고리로 분류될 수 있다.
Figure 112009072778521-PCT00001
발광 다이오드(LED)는 비교적 넓은 스펙트럼을 갖는 비간섭성 광을 생성한다.
Figure 112009072778521-PCT00002
유도 방출 복사에 의한 광 증폭기(레이저)는 좁은 스펙트럼과 고도의 간섭성 광 빔을 생성하며; 좁은 도파관은 전자기 복사를 제한하여, 광의 우수한 섬유내 커플링(in-fiber coupling), 즉 높은 공간 간섭성(spatial coherence)을 산출한다.
LED는 조명뿐만 아니라 교통 신호등, 저 전력 디스플레이 등의 용도로도 대중적이다. 그러나, LED는 단지 비교적 작은 광 출력만을 제공한다. 이 문제점을 극복하기 위해, 보통 방출 영역이 확대되어, 장치의 표면을 증가시킨다. 그러나, 이는 광 빔의 시준(collimation)을 필요로 하는 응용분야에 불리하다. 큰 방출 영역은 방출된 광 빔의 시준에 문제를 초래하며, 빔 품질은 다이 크기에 따라 열화된다. 따라서, 광이 예컨대 도파관 또는 광 변조기 등과 같은 광학 소자에 효율적으로 커플링될 수 없다. 광 출력은 또 다른 관심 사항이다. 고 휘도 LED의 현재 기술은 렌즈에서 1000 루멘을 방출하는 장치가 향후 4-5년간 예견가능하지 않음을 시사한다. 이는 특히 고 출력 프로젝션 장치가 LED 광원을 사용하여서는 실현가능하지 않을 것임을 의미한다.
그러나, 레이저 다이오드(LD)는 고 출력, 콤팩트한 디자인, 광으로의 우수한 에너지 변환, 및 외부 광학 시스템에의 우수한 커플링 효율, 즉 높은 공간 간섭성을 제공한다. LD는 명확하게 지정된 방출 파장을 가지며, 광 스펙트럼의 상이한 파장에 맞게 구성될 수 있다. 사람이 인지할 수 있는 모든 색(백색을 포함)이 3가지 주요 파장(446 nm, 532 nm 및 629 nm)에서의 광 기여분의 중첩에 의해 표현될 수 있기 때문에, LD는 단지 3개의 레이저 광원을 조합함으로써 컬러 디스플레이를 생성하는 이상적인 적격물(candidate)처럼 보인다. 이 기술에 의하면, 이상적으로는 전체 색역(color gamut)을 완성하는 것이 가능하다.
그러나, 실제로는, 레이저 디스플레이로부터의 색 인상(color impression)은 사람에 의해 이상적인 것으로 인지되지 않는 것으로 밝혀졌다. 이러한 이유로, 예컨대 크세논 램프와 같은 에너지 소모성 광대역 광원이 여전히 디스플레이 광원의 시장에서 우세하다. 디스플레이용 레이저 광의 다른 문제점은 반점(speckle) 형성 이다. 반점은 광원의 높은 간섭성에 의해 초래된 간섭 효과에 기인하며, 생성된 디스플레이된 이미지의 왜곡을 초래한다. 이러한 이유로, 선행 기술의 레이저 디스플레이 시스템은 예컨대 광 터널과 같은, 광 간섭성을 줄이기 위한 힘든 고가의 수단을 포함한다. 레이저 디스플레이의 또 다른 단점은 많은 디스플레이 응용분야에 바람직하지 않은 출력 광의 편광이다. 따라서, 레이저 디스플레이는 흔히 탈편광기를 포함한다.
청색 및 녹색 LED와 LD용의 반도체 재료로서, GaN계 화합물이 제시되었다. 일례로서, 미국 특허 출원 공보 US 2005/0127394 호는 활성 층과 초격자 클래딩 층(super lattice cladding layer)을 구비한 질화물 반도체 장치를 개시한다. 이 공보에서, 그러한 구조는 LED 및 LD 둘 다뿐만 아니라, 그 자체로서 큰 선폭을 갖는 적외선 복사를 생성시키는 것으로 알려져 있거나 이용가능한 적합한 거울이 전혀 없는 파장에서 레이저의 대체물(덜 이상적인)로서 알려져 있는 초발광 다이오드(superluminescent light emitting diode)에도 적합한 것으로 언급된다.
본 발명의 목적은, 종래 기술의 광원의 단점들을 극복하고 특히 디스플레이 및 조명 시스템에 적합한 광원을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 디스플레이 및/또는 조명용 광원으로서, 광원은 반도체 층을 포함하는 이종구조체(heterostructure)를 포함하고, 이종구조체는 제1 단부와 제2 단부 사이에서 도파관을 형성하며, 이종구조체는 복수의 층을 포함하고 그 복수의 층에 의해 형성되는 광학 활성 구역을 포함하며, 광학 활성 구역은 상기 도파관에 의해 안내되는 광을 방출할 수 있고, 최소한 2가지 상이한 복사 전이(radiative transition)가 p측(p-side) 전극과 n측(n-side) 전극 사이의 전류에 의해 광학 활성에서 여기가능하며, 상기 최소한 2가지 상이한 복사 전이의 전이 에너지는 광 스펙트럼의 가시 부분의 파장에 대응하고(특히 600 nm보다 짧은 파장에 대응하는), 광원은 또한 상기 제1 단부 및 제2 단부 중 최소한 하나에 의한 도파관으로부터 다시 도파관으로의 광의 반사를 방지하는 수단을 포함하여, 광원이 초발광 다이오드를 포함하도록 하는, 디스플레이 및/또는 조명용 광원이 제공된다.
광학 활성 구역은 바람직하게는 단지 균질한(homogeneous) 층(잠재적으로 수평으로 구조화된)만을 포함하며, 즉 바람직하게는 어떠한 양자 크기 점(dot) 또는 스트라이프(stripe)도 포함하지 않는다. 본 명세서에서 "균질한"은 수평 구속(horizontal confinement)(즉, 층 평면에서의 구속)으로 인해 양자 효과를 유발할 수 있는 크기의 입자(grain) 등이 없음을 의미한다. 이는 광 스펙트럼의 가시 부분에서 방출하는 재료의 양자 점이 전기적으로 접촉하기에 어려워 단지 광 펌핑(optical pumping)에만 적합한 것으로 밝혀졌기 때문이다. 그러나, 본 발명에 따른 광원은 전기적 펌핑(electrical pumping)에 의존한다.
광원은 디스플레이 및/또는 조명 목적을 위한 것이어서, 광원은 그것을 이 목적에 적합하게 하는 추가적인 수단을 포함할 수 있다.
- 광원은 광 재지향기(예컨대 포물형 또는 달리 만곡된 거울, 시준 렌즈 등과 같은)를 포함한 케이싱을 포함할 수 있음;
- 광원은 차광기(light shield)[예컨대 쉐이드(shade)와 같은]를 포함할 수 있음;
- 광원은 예를 들어 백색광을 생성하기 위해 색 변환 염료(color conversion dye)를 포함할 수 있음;
- 광원은 예컨대 접촉 핀/리드 와이어 또는 SMD 접촉 패드와 같은 2차 접촉부를 포함한 케이싱 및/또는 마운트(mount)를 포함할 수 있으며, 이 2차 접촉부는 이종구조체의 접촉부(1차)에 연결됨;
- 예를 들어 광원이 포인터로서의 역할을 하는 경우에, 그립 또는 손잡이가 제공될 수 있음;
- 광원이 디스플레이 장치의 일부분으로서 제공되는 경우에, 장착 수단과 시준 광학장치가 제공될 수 있다.
본 발명은 또한 디스플레이 및 조명 목적으로의 광원의 상응하는 사용, 즉 본 발명에 따른 광원에 의해 광을 생성하는 단계를 포함하는 물체를 조명하는 방법 및/또는 정보를 디스플레이하는 방법에 관한 것이다.
최소한 2가지 상이한 복사 전이는, 제1 변형 실시 형태에 따르면, 광학 활성 구역의 상이한 영역에서의 전이일 수 있다. 예를 들어, 광학 활성 구역은 사이에 장벽 층(barrier layer)을 구비한 복수의 양자 우물(quantum well)을 포함할 수 있으며, 각각의 양자 우물은 광학 활성 영역을 한정하고, 양자 우물은 상이한 재료 조성, 상이한 두께, 상이한 물질 성장 특성, 및 양자 우물에서의 에너지 레벨 차이가 양자 우물들 간에 상이하도록 하는 다른 이유 중 최소한 하나로 인해 상이한 에너지 레벨을 갖는다.
제1 변형 실시 형태의 다른 실시 형태로서, 광학 활성 구역은 상이한 조성의 및/또는 전이 구배(transition gradient)를 갖는 층을 포함할 수 있다. 또 다른 실시 형태에 따르면, 광학 활성 구역은 상이한 크기 및/또는 상이한 조성의 양자 점 및/또는 양자 선(quantum wire)을 혼합(intermingled) 방식으로 또는 상이한 영역에 포함할 수 있다.
최소한 2가지 상이한 복사 전이는, 제2 변형 실시 형태에 따르면, 광학 활성 구역에서의 전하 캐리어의, 기저 상태(ground state)와는 상이한 최소한 2가지 에너지 레벨로의 여기에 기인할 수 있어, 상이한 전하 캐리어의 다시 기저 상태(또는 보다 낮은 여기 상태)로의 전이(복사 전이)가 최소한 2가지 상이한 광자 에너지를 산출한다. 2가지 복사 전이의 여기는, 예를 들어 광학 활성 층과 광학 활성 재료 그 자체를 개재시킨 반도체 재료의 전자 구조를 조정하여, 광학 활성 층에 주입된 전하 캐리어가 전도대(conduction band)에서 최소한 2가지 에너지 상태에, 또는 가전자대(valence band)에서 2가지 에너지 상태에, 또는 상이한 파장에서 발생하여 원하는 효과를 제공하는, 이들 상태 사이에서의 캐리어의 복사 재조합을 유도하도록 상당히 큰 밀도를 갖고서 둘 다에 존재하도록 함으로써 행해질 수 있으며; 전이 사이의 에너지의 차이는 보통 이 경우에 너무 크지 않고, 그렇지 않으면, 상당한 밀도 반전(population inversion)이 그것으로부터 상당한 복사 재조합을 확보하도록 보다 높은 에너지 상태에서 이루어질 수 없다. 이것이 행해질 수 있는 재료 조합의 예는 적은 인듐 함량을 갖는 InGaN 양자 우물을 포함한다.
도파관은 굴절률 도파형(index guided) 또는 이득 도파형(gain guided)일 수 있거나, 둘 다일 수 있다. 굴절률 도파형 도파관은, 도파 영역에서의 굴절률이 그것 주위의 영역에서보다 큰 방식으로 광이 장치 내에서 안내되는 재료의 횡방향 구조체(transversal structuring)를 포함한다. 예를 들어, 리지(ridge)가 장치 상에 제공될 수 있거나, 또는 보다 큰 굴절률 재료의 스트립(매입된 스트립)이 제공되어 광을 안내할 수 있다. 이득 도파형 장치는, 전류가 횡방향으로 구조화되어 흐르지 못하도록 하는 절연 층 및/또는 전극을 구비시킴으로써 전류 유동의 횡방향 구조체를 포함한다.
반사를 방지하는 수단은 다음의 것들 중 최소한 하나를 포함한다.
A. 반사 방지(AR) 코팅;
B. 도파관 방향에 경사진 각도로 위치되는 상기 도파관의 말단면(end facet);
C. 테이퍼를 포함하는 도파관으로서, 이에 의해 도파관이 상기 단부들 중 최소한 하나 쪽으로 벌어지거나 좁아지는 도파관;
D. 상기 제1 파장 및 제2 파장 중 최소한 하나의 광을 흡수하는 구조체를 포함하는 흡수 영역.
조건 B를 보면, 도파관 방향은-본 기술 분야에 알려진 바와 같이-예를 들어 도파관에서 안내되는 광 빔의 중심축의 방향으로서 정의될 수 있으며; 도파관 방향은 각각 도파 재료 및/또는 전류 구속(current confinement)의 구조화에 의해 정의된다. 경사진 각도는 0° 및 90°와는 상이한 각도를 의미하며, 따라서 조건 B에 따른 도파관 방향은 상기 말단면에 수직한 방향에 평행하지 않다.
바람직하게는, 최소한 말단면이 도파관 방향에 경사진 각도로 위치되고, 다른 수단들(AR 코팅, 테이퍼진 도파관, 흡수 영역) 중 최소한 하나가 취해진다.
특정 실시 형태에 따르면, 최소한 조건 B 및 조건 C와 선택적으로 최소한 하나의 또 다른 조건이 충족된다.
특정 실시 형태에 따르면, 광원의 중심 방출 파장은 400 nm 내지 600 nm, 또는 400 nm 내지 560 nm이다(따라서 청색 또는 녹색).
본 발명자에 의하면, 특히 청색 및 녹색 광의 제공원으로서의, 본 발명에 따른 가시광의 광대역 광원용의 재료로서 질화물 화합물이 특히 적합한 것으로 밝혀졌다. 보다 구체적으로는, 이종구조체는 예컨대 0≤x＜1인 InxGa1-xN 또는 AlxGa1-xN와 같은 GaN계 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 활성 층은 x가 0.05 내지 0.35인 InxGa1-xN일 수 있다. 다른 적절한 재료 그룹은 산화아연이다.
본 명세서에서, "수직(vertical)", "수평(horizontal)", "횡방향(transversal)", "종방향(longitudinal)" 등과 같은 용어가 사용된다. 이들 용어는 일반적으로 어떤 기판 상에서 성장하는 층들의 층 구조를 지칭하며, 즉 "수평"이란 층 평면에 평행한 임의의 방향을 나타내고, "수직"이란 그에 수직한 방향을 나타낸다. 이는 물론 광원의 최종 용처에서의 광원의 실제 배향과는 무관하다. "종방향"과 "횡방향"은 수평 방향들로서, "종방향"은 도파 방향에 평행하다.
본 발명의 전술한 및 그 밖의 특징들과 이점들은 첨부 도면들에 도시된 본 발명의 바람직한 실시 형태들의 다음의 보다 상세한 설명에서 추가로 설명될 것이다. 도면들은 모두 개략적으로 도시되고 축척에 맞게 도시되지 않는다. 도면들에서, 동일한 도면 부호는 동일하거나 상응하는 요소를 가리킨다.
도 1은 본 발명에 따른 SLED의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 SLED의 제1 실시 형태의 층 구조의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 SLED의 제1 실시 형태의 층 구조의 단면도이다.
도 4는 제1 굴절률 도파형 변형 실시 형태를 도시한 도면이다.
도 5는 제2 굴절률 도파형 변형 실시 형태를 도시한 도면이다.
도 6은 이득 도파형 구조체를 도시한 도면이다.
도 7은 경사진 도파관을 도시한 도면이다.
도 8은 AR 코팅을 구비한 경사진 도파관을 도시한 도면이다.
도 9는 테이퍼를 구비한 경사진 도파관을 도시한 도면이다.
도 10은 흡수 영역을 구비한 경사진 도파관을 도시한 도면이다.
도 11은 가장자리 방출(edge emission)의 원리를 도시한 도면이다.
도 12는 표면 방출(surface emission)의 원리를 도시한 도면이다.
도 1에 층 구조가 도시된 SLED(1)는 제1 클래딩 층(3)과 제2 클래딩 층(4) 사이에 광학 활성 구역(2)을 포함한다. 예를 들어, 제1 클래딩 층은 제1 전도율 유형의 반도체 재료[예를 들어 n형 반도체(n-doped semiconductor)]로 제조될 수 있고, 제2 클래딩 층은 제2 전도율 유형의 반도체 재료[예컨대 p형 반도체(p-doped semiconductor)와 같은]로 제조될 수 있다. 특정 실시예에서, 제1 클래딩 층(3)은 예컨대 Si와 같은 공여체(donor) 유형 불순물에 의해 도핑된 GaN으로 제조될 수 있고, 제2 클래딩 층은 예컨대 Mg와 같은 수용체(acceptor) 유형 불순물에 의해 도핑된 GaN으로 제조될 수 있다. 이 구조체는 적합한 재료의 기판(미도시) 상에 제공될 수 있다. 기판은 전도성[예를 들어 n형 전도성(n-type conducting)]일 수 있으며, 이 경우에 제1 접촉 전극이 기판의 기저면(bottom side) 상에 배치될 수 있다. 기판은 대안적으로 전기 절연성일 수 있으며, 이 경우에 접촉 층이 제1 클래딩 층(3)과 기판 사이에 배치될 수 있고, 접촉 층과 접촉하는 접촉 전극(미도시)이 도파관으로부터 측방향 거리를 두고서 위치될 수 있다. 이종구조체와 적당한 전극을 접촉시키는 방식은 본 기술 분야에 알려져 있어, 본 명세서에서 더 이상 상세히 설명되지 않을 것이다.
광학 활성 구역(2)은 다음의 도면들을 참조하여 더욱 상세히 설명되는 바와 같은 하나 이상의 광학 활성 영역을 포함할 수 있다. 광학 활성 구역은 수직 방향으로 전류 인가시 가시광을 생성할 수 있다. 보다 구체적으로는, 층 구조체는, 도파관을 따라 이동하는 광이 유도 방출에 의해 생성 및 증폭되도록, 최소한 부분적으로 수평인 도파관을 포함한다.
도 2에 따른 구조체에서의 광학 활성 구역(2)은 복수의(즉, 최소한 2개의) 광학 활성 영역을 포함한다. 도 2의 광학 활성 영역은 수직 방향으로 서로 이격된 2개의 별개의 광학 활성 층(5, 6)에 의해 형성된다. 광학 활성 층(5, 6) 사이에, 그리고 잠재적으로는 또한 광학 활성 층에 인접하여, 장벽 층이 있다. 광학 활성 층은 주위 장벽 층보다(그리고, 최소한 하나의 광학 활성 층이 클래딩 층에 바로 인접하는 경우에, 또한 그 클래딩 층보다) 짧은 밴드갭(bandgap)을 갖는다.
광학 활성 층은 양자 우물 층일 수 있다. 이는, 장벽 층이 활성 층보다 작은 굴절률을 갖고, 전하 캐리어의 파장이 층 두께와 동일한 크기 자리수일 때의 경우이다. 보다 구체적으로는, 활성 층(5, 6)의 두께는 예를 들어 0.02 ㎛보다 작을 수 있다. 양자 우물 층들 사이의 장벽 층(7)의 두께는 대부분의 경우에 양자 우물 층 그 자체의 두께보다 크다. 도시된 2개의 양자 우물 층 대신에, 3개, 4개 또는 그를 초과하는 양자 우물 층이 또한 제공될 수 있다.
도시된 실시 형태에서, 상이한 광학 활성 영역의 밴드갭은 동일하지 않다. 보다 구체적으로는, 층 두께[에너지 부대역(energy subband)의 레벨의 원인이 되는] 및 반도체 재료 조성[3D "벌크(bulk)" 에너지 대역 구조의 원인이 되는] 중 최소한 하나가 2개의 상이한 층 간에 상이하다. 도 2에서는, 제1 양자 우물 층(5)이 제2 양자 우물 층(6)보다 큰 폭으로 도시된다.
장벽 층(7)은 예를 들어 GaN일 수 있고, 활성 층(5, 6)은 x가 청색광 방출에 대해 0.05 내지 0.2이고 녹색광 방출에 대해 0.2 내지 0.35인 InxGa1-xN일 수 있다. 둘 다에서, 장벽 층과 활성 층은 도핑되지 않을 수 있으며, 즉 임의의 의도적인 도핑을 포함할 필요는 없다. x＞0.2에 대해, 어떤 격절(segregation)이 일어날 수 있으며; 예를 들어 인듐 아일랜드(In island)가 형성될 수 있다. 이러한 격절은 적절한 성장 파라미터에 의해서, 예를 들어 저하된 온도에서 InxGa1 - xN 층을 성장시 킴으로써 감소될 수 있다. 또한, 격절은 활성 층-이어서 양자 우물 층이 됨-이 작은 두께를 갖는 경우에 감소될 수 있다. 예를 들어, 각각 작은 두께를 갖고 최소한 2가지 상이한 두께 및/또는 최소한 2가지 상이한 재료 조성(예를 들어 x 값)을 갖는 다수의(4개 이상의) 양자 우물 층이 선택될 수 있다.
도 3의 실시 형태는 그것이 단지 하나의 활성 층(15)만을 포함한다는 점에서 도 2의 실시 형태와 다르며, 이 활성 층은 도시된 구성에서 양자 우물 층이 아니다. 클래딩 층(3, 4), 장벽 층(7) 및 활성 층(15) 사이의 에너지 구조 관계는 한가지 초과의 복사 전이가 광학 활성 층에서 여기될 수 있도록 하는 것이다. 예를 들어 많은 전이 상태를 갖는 아주 큰 양자 우물을 제공할 수 있다. 이어서, 보다 높은 에너지 상태의 밀도가 상당한 전이 레벨을 갖기에 충분히 크도록 캐리어 밀도를 증가시킴으로써 그들 전이 상태를 여기시켜야 한다.
도 3의 도시된 구성에 대한 대안으로서, 단일 활성 층은 또한 양자 우물 층일 수 있다. 또 다른 대안으로서, 구조체는 모두가 또는 최소한 몇몇이 동일한 파장에서 방출하는[즉, 동일한 밴드갭을 갖는; 예를 들어 동등한(equal) 우물] 복수의 광학 활성 층(예컨대 양자 우물 층과 같은)을 포함할 수 있다.
도 4는 굴절률 도파형(index guided) 도파관의 원리를 도시한다. 광학 활성 구역(2)은 전술한 실시 형태들 중 임의의 하나에서와 같이, 또는 본 발명의 임의의 다른 실시 형태에서와 같이 형성될 수 있다. 구조체는 도파관을 한정하는 리지를 포함하며, 이때 도파관 방향은 도면의 도시면 밖으로 향한다. 제2 클래딩 층(4)이 너무 두껍지 않으면, 그러한 리지는 광을 측방향으로 구속할 것이고, 광 빔이 도파 관을 따라 전파되도록 할 것이다. 본 명세서에서, 이 방안은 종종 약한 굴절률 도파형(weakly index guided) 또는 리지 도파형으로 불리운다.
굴절률 도파형 도파관의 다른 실시예가 도 5에 도시되며, 여기서 광학 활성 구역(2)-및/또는 예컨대 클래딩 층 중 최소한 하나와 같은, 광학 활성 구역에서 생성된 광이 내부에서 전파되는 다른 영역-은 다른 재료의 구속 층(52)의 굴절률보다 큰 굴절률의 측방향으로 구속된 층(51)을 포함한다. 그러한 구조체는 또한 "매입 구조 도파관(buried structure waveguide)"으로도 불리운다.
이득 도파형 구조체가 도 6에 도시된다. 제2(상부) 전극(61)은, 수직 전류가 측방향으로 구속되어 광학 활성 영역이 광을 방출할 수 있는 영역을 한정하도록 스트립형이다. 이는 또한 광이 스트립을 따라, 즉 도파 방향을 따라 안내되도록 한다.
굴절률 도파 및/또는 이득 도파에 의해 도파관을 한정하는 다른 방식은 본 기술 분야에 알려져 있으며, 따라서 본 명세서에서 더 이상 상세히 설명되지 않을 것이다.
도 7은 가능한 도파관 구성을 SLED(1)의 개략적인 평면도로 도시한다. SLED 본체는 단부면(end face)들을 구비한 대략적인 직사각형이며(수평 단면에서), 도파관 방향(73)은 단부면들 및 그에 수직한 방향과 각도를 이룬다. 이로 인해, 도파관의 말단면(도시된 구성에서, 말단면은 안내된 광과 단부면의 교차점에 대응하는 단부면의 섹션에 해당함)은 도파관 방향에 경사진 각도로 위치되어, 도파관을 따라 이동하는 광이 말단면에 의해 다시 도파관으로 반사되지 않고, 도파관으로부 터 떨어져 이동된다.
도 8에 따른 구성에서 말단면들 중 최소한 하나는 반사 방지(AR) 코팅(74)을 또한 포함한다. 도시된 실시 형태에서, 양측 단부면(72) 전체가 AR 코팅되지만, 단지 말단면에 해당하는 섹션만을 코팅하는 것이 충분할 수도 있을 것이다. AR 코팅(들)은 광이 SLED(1) 본체 내에서 여러 번 전후 이동하는 것을 방지하는 데 또한 기여한다. AR 코팅은 그 자체로서 본 기술 분야에 알려져 있다. AR 코팅은 예를 들어, 굴절률이 도파 재료의 굴절률과 주위 매질의 굴절률 사이의 기하 평균에 해당하고 두께가 4분의 1 파장인 유전 층에 의해 구성될 수 있다. 예를 들어 그 자체로서 본 기술 분야에 알려져 있는, 복수의 층을 포함하는 AR 코팅의 대안적인 실시 형태들이 또한 사용될 수 있다.
도 9의 구성은 경사진 말단면에 추가하여, 도파관 테이퍼를 포함한다. 말단면 부근의 도파관(71)은 말단면에 근접할수록 벌어진다[그것은 직선형 중간 부분(75)과 말단면(76) 사이에서 벌어지며, 예를 들어 선형으로 벌어짐]. 대안으로서, 도파관은 또한 좁아질 수 있다. 이 테이퍼에 의해, 다시 도파관으로 반사되는 광 부분이 더욱 감소된다. 도 11의 테이퍼는 도 10에서와 같은 AR 코팅과 또한 조합될 수 있다.
도 10은 광학 활성 구역이 전술한 바와 같이 전기적으로 펌핑되는 활성 섹션(77)과, 도파관의 재료가 활성 섹션에서 방출된 파장의 광을 흡수하기에 충분한 흡수 섹션(78)이 도파관(71)에 포함되는 도파관 구조체를 도시한다. 예를 들어, 흡수 섹션(78)에서, 반도체 구조체는 역방향 바이어스되거나 바이어스되지 않을 수 있다. 특히, 접합체의 p측 및 n측은 예를 들어 언급에 의해 본 명세서의 내용으로 편입되는 WO 2005/071762에 기재된 바와 같이 전기적으로 연결될 수 있다.
SLED에서의 광은 도파관에 의해 안내된다. 대부분의 실시 형태들에서, SLED는 도 11에 도시된 바와 같이 가장자리 방출형이며, 여기서 도파관(71)의 말단면은 층 평면에 수직하다. SLED 표면이 방출하게 하기 위해 빔을 수직 방향으로 지향시키도록 층 평면에 대해 각도를 형성하는 반사 구조체(82)에 의해서 도파관의 평면내(in-plane) 부분(81)이 종단되는 대안이 도 12에 도시된다.
본 발명의 범주 및 사상으로부터 벗어나지 않고서 여러 다양한 다른 실시 형태들이 안출될 수 있다.

Claims (18)

  1. 디스플레이 및/또는 조명용 가시광의 광원으로서,
    광원은 반도체 층을 포함하는 이종구조체를 포함하고, 이종구조체는 제1 단부와 제2 단부 사이에서 도파관을 형성하며, 이종구조체는 복수의 층을 포함하고 그 복수의 층에 의해 형성되는 광학 활성 구역을 포함하며, 광학 활성 구역은 상기 도파관에 의해 안내되는 광을 방출할 수 있고, 최소한 2가지 상이한 복사 전이가 p측 전극과 n측 전극 사이의 전류에 의해 광학 활성에서 여기가능하며, 상기 최소한 2가지 상이한 복사 전이의 전이 에너지는 광 스펙트럼의 가시 부분의 파장에 대응하고, 광원은 또한 상기 제1 단부 및 제2 단부 중 최소한 하나에 의한 도파관으로부터 다시 도파관으로의 광의 반사를 방지하는 반사 방지 수단을 포함하여, 광원이 초발광 다이오드를 포함하도록 하는 것을 특징으로 하는 광원.
  2. 제1항에 있어서,
    광학 활성 구역은 최소한 2개의 별개의 광학 활성 영역을 포함하며, 상기 광학 활성 영역 중 제1 광학 활성 영역은 제1 에너지 레벨 차이를 포함하고, 상기 광학 활성 영역 중 제2 광학 활성 영역은 제2 에너지 레벨 차이를 포함하며, 제1 에너지 레벨 차이와 제2 에너지 레벨 차이는 상이하여, 최소한 2가지 상이한 복사 전이는 상기 제1 에너지 레벨 차이와 제2 에너지 레벨 차이를 가로지른 전이를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원.
  3. 제1항에 있어서,
    광학 활성 구역은 다중 복사 전이를 갖는 하나의 광학 활성 영역을 포함하여, 최소한 2가지 상이한 복사 전이는 상기 광학 활성 영역의 단일 재료에서 최소한 3가지 상이한 에너지 레벨 사이의 전이를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원.
  4. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사 방지 수단은,
    - 반사 방지 코팅;
    - 도파관 방향에 경사진 각도로 위치되는 상기 도파관의 말단면;
    - 테이퍼를 포함하여 상기 단부들 중 최소한 하나 쪽으로 벌어지거나 좁아지는 도파관;
    - 상기 제1 파장 및 제2 파장 중 최소한 하나의 광을 흡수하는 구조체를 포함하는 흡수 영역
    중에서 최소한 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원.
  5. 광원은 반도체 층을 포함하는 이종구조체를 포함하고, 이종구조체는 제1 단부와 제2 단부 사이에서 도파관을 형성하며, 이종구조체는 복수의 층을 포함하고 그 복수의 층에 의해 형성되는 광학 활성 영역을 포함하며, 광학 활성 영역은 p측 전극과 n측 전극 사이에서의 전류 생성시 상기 도파관에 의해 안내되는 광을 방출 할 수 있고, 상기 광학 활성 영역의 에너지 레벨 차이는 광 스펙트럼의 가시 부분에서의 방출 파장을 한정하며, 광학 활성 영역은 광 스펙트럼의 가시 부분에서 제1 방출 파장을 한정하는 제1 영역과 광 스펙트럼의 가시 부분에서 제2 방출 파장을 한정하는 제2 영역을 최소한 포함하고, 제2 방출 파장은 제1 방출 파장과 상이하며, 광원은 또한 상기 제1 단부 및 제2 단부 중 최소한 하나에 의한 도파관으로부터 다시 도파관으로의 광의 반사를 방지하는 반사 방지 수단을 포함하여, 광원이 초발광 다이오드이도록 하는 것을 특징으로 하는 광원.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 반사 방지 수단은,
    - 반사 방지 코팅;
    - 도파관 방향에 경사진 각도로 위치되는 상기 도파관의 말단면;
    - 테이퍼를 포함하여 상기 단부들 중 최소한 하나 쪽으로 벌어지거나 좁아지는 도파관;
    - 상기 제1 파장 및 제2 파장 중 최소한 하나의 광을 흡수하는 구조체를 포함하는 흡수 영역
    중에서 최소한 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원.
  7. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    도파관은 굴절률 도파형인 것을 특징으로 하는 광원.
  8. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    도파관은 이득 도파형인 것을 특징으로 하는 광원.
  9. 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 광학 활성 영역과 제2 광학 활성 영역은 층 구조체의 상기 층들에 의해 형성되는 층에 수직한 수직 방향으로 서로에 대해 이격되는 것을 특징으로 하는 광원.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 광학 활성 영역과 제2 광학 활성 영역의 각각은 양자 우물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광원.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    제1 광학 활성 영역과 제2 광학 활성 영역은 균질한 광학 활성 층이고, 제1 광학 활성 층과 제2 광학 활성 층 사이에서 두께 및 반도체 재료 조성 중 최소한 하나가 상이한 것을 특징으로 하는 광원.
  12. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 활성 구역은 갈륨을 포함하는 질화물 반도체 재료를 포함하는 것을 특 징으로 하는 광원.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 활성 구역은 산화아연 반도체 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원.
  14. 디스플레이 및/또는 조명용 가시광의 초발광 광원으로서,
    광원은 반도체 층을 포함하는 이종구조체를 포함하고,
    이종구조체는 제1 단부와 제2 단부 사이에서 도파관을 형성하며,
    이종구조체는 복수의 층을 포함하고 그 복수의 층에 의해 형성되는 광학 활성 구역을 포함하며,
    광학 활성 구역은 p측 전극과 n측 전극 사이에서의 전류의 생성에 의한 전하 캐리어의 주입시 상기 도파관에 의해 안내되는 광을 방출할 수 있고,
    광학 활성 구역은 제1 광학 활성 질화물 반도체 층과 제2 광학 활성 질화물 반도체 층을 포함하며,
    상기 광학 활성 층 중 제1 광학 활성 층은 제1 에너지 레벨 차이를 포함하고, 상기 광학 활성 층 중 제2 광학 활성 층은 제2 에너지 레벨 차이를 포함하며, 제1 에너지 레벨 차이와 제2 에너지 레벨 차이는 상이하고,
    도파관은 도파관 방향에 경사진 각도로 위치되는 말단면을 포함하며,
    도파관은 또한 도파관이 상기 단부들 중 최소한 하나 쪽으로 벌어지거나 좁 아지도록 하는 테이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원.
  15. 제14항에 있어서,
    제1 광학 활성 층 및 제2 광학 활성 층에 더하여, 최소한 하나의 추가 광학 활성 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광원.
  16. 디스플레이 및/또는 조명용 가시광의 초발광 광원으로서,
    광원은 반도체 층을 포함하는 이종구조체를 포함하고,
    이종구조체는 제1 단부와 제2 단부 사이에서 도파관을 형성하며,
    이종구조체는 복수의 층을 포함하고 그 복수의 층에 의해 형성되는 광학 활성 구역을 포함하며,
    광학 활성 구역은 전류의 인가시 상기 도파관에 의해 안내되는 광을 방출할 수 있고,
    광학 활성 구역은 제1 광학 활성 질화물 반도체 층과 제2 광학 활성 질화물 반도체 층을 포함하며,
    제1 광학 활성 질화물 반도체 층과 제2 광학 활성 질화물 반도체 층은 아마도 격절을 제외하고는 균질하고,
    상기 광학 활성 층 중 제1 광학 활성 층은 제1 에너지 레벨 차이를 포함하고, 상기 광학 활성 층 중 제2 광학 활성 층은 제2 에너지 레벨 차이를 포함하며, 제1 에너지 레벨 차이와 제2 에너지 레벨 차이는 상이하고,
    도파관은 도파관 방향에 경사진 각도로 위치되는 말단면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광원.
  17. 디스플레이 및/또는 조명용 가시광의 초발광 광원으로서,
    광원은 반도체 층을 포함하는 이종구조체를 포함하고,
    이종구조체는 제1 단부와 제2 단부 사이에서 도파관을 형성하며,
    이종구조체는 복수의 층을 포함하고 그 복수의 층에 의해 형성되는 광학 활성 구역을 포함하며,
    광학 활성 구역은 전류의 인가시 상기 도파관에 의해 안내되는 광을 방출할 수 있고,
    광학 활성 구역은 제1 광학 활성 양자 우물 반도체 층과 제2 광학 활성 양자 우물 반도체 층을 포함하며,
    상기 제1 양자 우물 반도체 층 및 제2 양자 우물 반도체 층의 두께 및 재료 조성 중 최소한 하나는 상이하고,
    도파관은 도파관 방향에 경사진 각도로 위치되는 말단면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광원.
  18. 디스플레이 및/또는 조명 장치로서,
    장치는 광원을 포함하고, 광원은 반도체 층을 포함하는 이종구조체를 포함하며, 이종구조체는 제1 단부와 제2 단부 사이에서 도파관을 형성하고, 이종구조체는 복수의 층을 포함하고 그 복수의 층에 의해 형성되는 광학 활성 구역을 포함하며, 광학 활성 구역은 상기 도파관에 의해 안내되는 광을 방출할 수 있고, 최소한 2가지 상이한 복사 전이가 p측 전극과 n측 전극 사이의 전류에 의해 광학 활성에서 여기가능하며, 상기 최소한 2가지 상이한 복사 전이의 전이 에너지는 광 스펙트럼의 가시 부분의 파장에 대응하고, 광원은 또한 상기 제1 단부 및 제2 단부 중 최소한 하나에 의한 도파관으로부터 다시 도파관으로의 광의 반사를 방지하는 반사 방지 수단을 포함하여, 광원이 초발광 다이오드이도록 하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 및/또는 조명 장치.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011066137A (ja) * 2009-09-16 2011-03-31 Seiko Epson Corp プロジェクター
DE102010052907A1 (de) * 2010-12-01 2012-06-06 Friedrich-Schiller-Universität Jena Faserverstärkersystem
US9929307B2 (en) * 2014-03-27 2018-03-27 Canon Kabushiki Kaisha Light emitting device, light source system including the light emitting device, and optical coherence tomography including the light source system
JP2017037948A (ja) * 2015-08-10 2017-02-16 セイコーエプソン株式会社 発光装置およびプロジェクター
DE102019100532A1 (de) 2019-01-10 2020-07-16 Osram Opto Semiconductors Gmbh Strahlungsemittierender halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines strahlungsemittierenden halbleiterchips
GB2580956B (en) * 2019-01-31 2023-01-25 Exalos Ag Amplified Spontaneous Emission Semiconductor Source
US20220344523A1 (en) * 2021-04-27 2022-10-27 Globalfoundries U.S. Inc. Photodetectors and absorbers with slanted light incidence
CN114530762A (zh) * 2022-02-18 2022-05-24 中国科学院半导体研究所 一种半导体光放大器芯片

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07106632A (ja) * 1993-09-30 1995-04-21 Victor Co Of Japan Ltd 半導体発光素子アレイ装置
US6600175B1 (en) * 1996-03-26 2003-07-29 Advanced Technology Materials, Inc. Solid state white light emitter and display using same
US6677619B1 (en) 1997-01-09 2004-01-13 Nichia Chemical Industries, Ltd. Nitride semiconductor device
JP2000340883A (ja) * 1999-05-27 2000-12-08 Fujitsu Ltd 多波長発振光半導体装置
US6879610B2 (en) * 2002-09-27 2005-04-12 Sarnoff Corporation Narrow spectral width light emitting devices
TW569475B (en) * 2002-11-08 2004-01-01 United Epitaxy Co Ltd Light emitting diode and method of making the same
US7068905B2 (en) * 2003-03-12 2006-06-27 Daryoosh Vakhshoori Extended optical bandwidth semiconductor source
US7119373B2 (en) * 2004-01-23 2006-10-10 Exalos Ag Sled
JP2005228899A (ja) 2004-02-13 2005-08-25 Kyoto Univ 半導体量子ドット及び微細配線形成方法、及びこれらを用いた半導体デバイスとその製造方法
US7019325B2 (en) 2004-06-16 2006-03-28 Exalos Ag Broadband light emitting device
KR100644967B1 (ko) * 2004-10-27 2006-11-15 한국과학기술연구원 다양한 크기의 양자점으로 이루어진 활성층을 이용하는고휘도 발광소자 및 그 제조 방법
JP4761848B2 (ja) * 2005-06-22 2011-08-31 株式会社東芝 半導体発光装置
US20070029541A1 (en) * 2005-08-04 2007-02-08 Huoping Xin High efficiency light emitting device
KR100691444B1 (ko) 2005-11-19 2007-03-09 삼성전기주식회사 질화물 반도체 발광소자

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JP2010525583A (ja) 2010-07-22
KR101568430B1 (ko) 2015-11-11
US8022389B2 (en) 2011-09-20
JP2013138249A (ja) 2013-07-11

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