KR20100118251A - 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

발광소자 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20100118251A
KR20100118251A KR1020090036984A KR20090036984A KR20100118251A KR 20100118251 A KR20100118251 A KR 20100118251A KR 1020090036984 A KR1020090036984 A KR 1020090036984A KR 20090036984 A KR20090036984 A KR 20090036984A KR 20100118251 A KR20100118251 A KR 20100118251A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
light emitting
quantum well
light
reflective layer
Prior art date
Application number
KR1020090036984A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101064011B1 (ko
Inventor
김선경
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지이노텍 주식회사
Priority to KR1020090036984A priority Critical patent/KR101064011B1/ko
Priority to EP10160767A priority patent/EP2246912A1/en
Priority to US12/768,521 priority patent/US20110037050A1/en
Priority to CN201010169136.7A priority patent/CN101877381B/zh
Publication of KR20100118251A publication Critical patent/KR20100118251A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101064011B1 publication Critical patent/KR101064011B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/08—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a plurality of light emitting regions, e.g. laterally discontinuous light emitting layer or photoluminescent region integrated within the semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/44—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating
    • H01L33/46—Reflective coating, e.g. dielectric Bragg reflector
    • H01L33/465—Reflective coating, e.g. dielectric Bragg reflector with a resonant cavity structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

실시예는 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층, 발광층, 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물을 포함하고, 상기 발광층은 다중 정합 양자우물을 포함하며, 상기 다중 정합 양자우물의 각 양자우물간의 거리는 λ/2n ±Δ이며, λ는 발광되는 빛의 파장, n은 제2 전극층과 상기 발광층 사이에 위치하는 매질의 평균 굴절률이고, Δ는 λ/8n이다.
발광소자, 광추출 효율

Description

발광소자 및 그 제조방법{LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
실시예는 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device:LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체소자로서, 적색 LED가 상품화된 것을 시작으로 녹색 LED와 함께 정보 통신기기를 비롯한 전자장치의 광원으로 이용되어 왔다.
질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발 분야에서 활발히 연구되고 있으며, 현재 질화물 반도체 발광소자의 연구는 발광효율 향상에 주력하고 있다.
반도체 박막 관점에서 고효율의 발광소자 구현을 위해서는 발광층에 주입된 전자와 정공의 발광결합 확률을 증대시킴으로서 내부양자효율을 개선하는 방법과 발광층에서 형성된 빛이 효과적으로 박막 밖으로 빠져나올 수 있도록 광추출 효율을 증대시키는 방법이 요구된다.
내부양자효율을 개선하기 위해서는 고품질의 박막을 성장하는 기술과 양자효과를 극대화 할 수 있도록 박막 적층구조를 최적화 하는 기술이 요구되며, 광추출 효율을 증대시키기 위하여서는 발광소자의 기하학적 형상 제어에 대하여 많은 연구가 진행되고 있다.
실시예는 다중 양자우물을 포함하는 두꺼운 발광층 내에서도 발광패턴 조절효과를 통한 광추출효율 향상을 얻을 수 있는 발광소자 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층, 발광층, 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물을 포함하고, 상기 발광층은 다중 정합 양자우물을 포함하며, 상기 다중 정합 양자우물의 각 양자우물간의 거리는 λ/2n ±Δ이며, λ는 발광되는 빛의 파장, n은 제2 전극층과 상기 발광층 사이에 위치하는 매질의 평균 굴절률이고, Δ는 λ/8n이다.
또한, 실시예에 따른 발광소자의 제조방법은 제1 도전형 반도체층을 형성하는 단계; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 다중 정합 양자우물을 포함하는 발광층을 형성하는 단계; 및 상기 발광층 상에 제2 도전형 반도체층을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 다중 정합 양자우물의 각 양자우물간의 거리가 λ/2n ±Δ이며, λ는 발광되는 빛의 파장, n은 상기 발광층과 제2 전극층 사이에 위치하는 매질의 평균 굴절률이고, Δ는 λ/8n이다.
실시예에 따른 발광소자 및 그 제조방법에 의하면, 다중 양자우물 내 우물 (Well) 간 거리를 조절하여 두꺼운 다중 양자우물을 포함하는 발광층 내에서도 발 광패턴 조절효과를 통한 광추출효율 향상을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
(실시예)
도 1은 실시예에 따른 발광소자의 단면도이며, 도 2은 실시예에 따른 발광소자의 확대 단면도이다.
실시예에 따른 발광소자는 제2 전극층, 상기 제2 전극층 위에 형성된 제2 도전형 반도체층(130), 상기 제2 도전형 반도체층(130) 상에 형성된 다중 정합 양자우물(Multiple Coherent Quantum Wells)을 포함하는 발광층(120) 및 상기 발광층(120) 상에 형성된 제1 도전형 반도체층(110)을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 및 그 제조방법에 의하면, 다중 양자우물 내 우물 (Well) 간 거리를 조절하여 두꺼운 다중 양자우물을 포함하는 발광층 내에서도 발 광패턴 조절효과를 통한 광추출효율 향상을 얻을 수 있다.
발광층 주위에 고 반사율 반사층이 위치하면, 발광층과 반사층의 간격에 따라 발광층의 특성을 조절할 수 있다. 예를 들어, 전기쌍극자 (Electric Dipole)가 고반사율 반사층이 존재하지 않는 단일 유전체 공간 내에 놓여 있는 경우, 방사패턴(emission pattern)은 진동 방향과 수직이 극대 점이 되도록 분포한다.
하지만, 전기 쌍극자 주변에 고 반사율 반사층이 위치하면, 발광특성이 극명하게 달라진다. 전기 쌍극자와 반사층 사이의 거리에 의존하여 수직 방향을 중심으로 빛이 집중될 수도 있고, 반사층의 표면을 따라 빛이 진행하기도 한다.
만약, 반사층인 양자우물로부터 발생한 빛이 주로 수직 방향의 성분을 가지도록 반사층과 발광층 간 거리를 조절하면 발광소자의 광추출효율 향상에 기여할 수 있다.
반사층을 통해 발광층의 패턴이 조절되는 이유는 발광층에서 발생하는 빛과 반사층에서 반사된 빛 사이의 간섭효과 때문이다. 발광층 주위에 반사층이 존재하지 않거나 반사층과 발광층 사이의 거리가 충분히 멀어 반사층에 의한 간섭 효과를 무시할 수 있을때, 발광층에서 발생하는 빛은 모든 방향에 대해 동일한 계수를 가지고 있는 구면 파(spherical wave)로 근사할 수 있다.
이 때, 반사층이 발광층에 근접해 방사패턴(emission pattern)을 조절할 수 있다면, 수직방향에 대해 보강간섭이 일어나는 조건이 유리하다.
이를 수직형 발광소자에 적용하면, 발광층의 양자우물과 반사층 간 거리를 조절하는 것은 제2 도전형 반도체층의 두께일 수 있다.
실시예에서는 3-D FDTD 전산모사를 통해 제2 전극층의 반사층과 발광층 간의 거리를 조절하며 발광패턴 변화에 따른 광추출효율 증가를 산술적으로 계산하였다.
발광층은 x, y, z 방향의 편광이 무작위적으로 섞여 있는 전기쌍극자로 구성될 수 있다. 광추출효율 증가 결과를 살펴보면, 약 λ/4n을 주기로 광추출효율의 극대점과 극소점이 차례로 나타난다는 것을 알 수 있다. 이는 빛의 간섭효과에 의해 방사패턴이 조절된다는 것을 알려주는 증거이다. 실제로 광추출효율의 극대점과 극소점에서의 방사패턴을 관찰하게 되면, 극대점인 경우 수직방향으로 강한 방출이 일어나고 있다. 반면에, 극소점인 경우 수직방향의 빛은 거의 존재하지 않고, 대부분의 빛이 전반사되는 임계각보다 큰 특정 각도로 기울어 진 채 방출한다.
상기 반사층에 의한 발광패턴 조절은 얇은 양자우물을 기초로 예측된 결과이다. 만약, 다중 양자우물의 수가 증가하여 발광층의 두께가 약 λ/2n 보다 크게 되면, 발광패턴 조절 효과는 사라질 수 있다. 그 이유는 보강간섭 조건과 상쇄간섭 조건이 혼합되어, 평균의 발광패턴을 나타내기 때문이다. 그러므로 발광패턴 조절 효과를 이용하려면, 발광층의 두께가 약 λ/2n 미만이 되도록 양자우물의 개수가 적어야 한다. 하지만, 일반적으로 양자우물의 개수가 적어지면, 홀(Hole)과 전자의 속박확률이 낮아져서 내부양자효율이 열화되는 경향을 나타낸다. 따라서 발광패턴 조절효과를 이용하더라도 내부양자효율과 광추출효율을 함께 고려할 때의 최종효율은 증가효과가 없거나 오히려 감소할 수도 있다.
이에 실시예는 두꺼운 다중 양자우물 내에서도 발광패턴 조절효과를 통한 광추출효율 향상을 얻기 위해 다중 양자우물 내의 각 양자우물간의 거리가 λ/2n ± Δ인 구조를 제안한다. 이때, λ는 발광되는 빛의 파장, n은 상기 제2 전극층과 상기 발광층 사이에 위치하는 매질의 평균 굴절률이고, Δ는 λ/8n이다.
실시예의 양자우물(Quantum Wells)은 전자(Electron)와 홀(Hole)의 재결합(Recombination)에 의해 빛이 발생되는 층이이며, 발광층 내에서 실제적인 발광은 양자우물에서 이루어진다.
실시예는 발광층이 반사층으로부터 보강간섭조건에 있을 때, 발광효율이 최대가 되는 점을 이용할 수 있다. 실시예는 수직 방향에 대해 보강간섭이 일어나는 조건에 반사층을 위치시킴으로써 발광층은 수직 방향의 빛을 생성할 수 있다. 즉, 발광층에서 발생하는 빛 중 처음부터 위로 향하는 빛과 아래로 향한 뒤 거울에 반사되어 다시 위로 향하는 빛이 서로 같은 위상의 보강간섭 조건을 이루게 되면, 빛은 처음부터 수직 방향 근처의 빛을 우세하게 만들게 된다.
예를 들어, 상기 반사층(150)과 상기 다중 정합 양자우물 중 상기 반사층(150)과 가장 인접한 양자우물과의 거리는 (2m+1)(λ/4n)-2α±Δ이며, 이때 m은 0 이상의 정수, λ는 발광되는 빛의 파장, n은 상기 발광층과 상기 반사층 사이에 위치하는 매질의 평균 굴절률이고, α는 상기 반사층 내에 빛의 침투 깊이(skin depth)이고, Δ는 λ/8n이다.
빛이 반사층에서 반사될 때, 반사층 표면 내로 일부 침투할 수 있는데, 이를 침투깊이(skin depth)라고 하며, 이에 따라 빛의 이동거리를 증가될 수 있다. 예를 들어, 발광된 빛이 반사층으로 α거리 만큼 침투할 수 있고, 반사층에서 반사된 후 α거리 만큼 다시 침투되므로, 이러한 빛의 이동거리는 총 침투된 거리(2α)만큼 증가될 수 있다. 그러므로, 상기 반사층(150)의 표면과 상기 다중 정합 양자우물 중 상기 반사층(150)과 가장 인접한 양자우물과의 거리에서는 이러한 총 침투된 거리(2α)를 고려하여 설계될 수 있다.
이에 따라 다중 양자우물이라 하더라도 예를 들어, 반사층으로 부터 3λ/4n, 5λ/4n, 7λ/4n 등에 각각의 양자우물이 위치하면, 최대의 발광효율을 얻을 수 있다. 이 때, 다중 양자우물 내의 각 양자우물간의 거리는 λ/2n ±Δ일 수 있다.
실시예에 의하면 각 양자우물 내에서 발생하는 홀전자 재결합(Hole-Electron Recombination)과정에 의해 생성되는 빛은 수직으로 편향된다. 이는 다중 양자우물이 단일 양자우물과 동일한 경향을 나타냄을 의미한다. 즉, 초기 내부양자효율의 희생없이 수직각도로 편향된 발광패턴 조절효과를 얻을 수 있다. 다중 양자우물 내의 모든 우물이 같은 위상을 가지고 양자 효과에 참여한다는 점에 착안하여, 실시예는 이러한 다중 양자우물을 영어로는 "Coherent Multiple Quantum Wells"라고 표현할 수 있고, 한글로는 "결 맞음 다중 양자우물" 또는 "다중 정합 양자우물"이라고 칭할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2은 실시예에 따른 발광소자의 발광층(120)에 대한 확대 단면도이다. 상기 발광층(120)은 제1 양자우물(121), 제2 양자우물(122), 제3 양자우물(123) 등 복수의 양자우물을 포함할 수 있으나 양자우물의 수가 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 제2 전극층의 반사층(150)과 상기 다중 정합 양자우물 중 상기 반사층과 가장 인접한 제1 양자우물(121)과의 거리는 보강간섭 조건인 (2m+1)(λ/4n)±Δ일 수 있다. 이 때, 다중 양자우물 내의 각 양자우물간의 거리는 λ/2n ± Δ일 수 있다.
도 2와 같이, 다중 정합 양자우물 내에 여러 층의 양자우물이 존재하더라도, 각 양자우물 내에 동일한 밀도의 전자 및 홀이 분포하지는 않을 수 있다. 예를 들어, 홀(Hole)의 경우 이동도(Mobility)가 크므로, 홀(Hole)이 공급되는 제2 도전형 반도체층에 가까운 양자우물인 제1 양자우물(121) 영역부터 홀이 채워지기 시작한다. 따라서, 재결합(Recombination)에 참여하는 확률 또한 제1 양자우물(121)이 가장 클 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 설명한다.
실시예는 제1 기판(미도시) 상에 발광구조물을 형성한 후 제1 기판을 제거하는 공정을 설명하나 이에 한정되는 것이 아니며 제2 전극층 등과 같은 전도성 기판 등에 발광구조물을 형성하는 방법도 가능하다.
먼저, 제1 기판(미도시) 상에 제1 도전형 반도체층(110), 발광층(120), 제2 도전형 반도체층(130)을 포함하는 발광구조물을 형성한다. 상기 제1 기판과 상기 제1 도전형 반도체층(110) 사이에 언도프트(undoped) 반도체층이 더 형성될 수도 있다. 또한, 상기 발광구조물은 AlGaInN 반도체층일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 기판은 사파이어(Al2O3) 단결정 기판일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 기판에 대해 습식세척을 실시하여 표면의 불순물을 제거할 수 있다.
이후, 상기 제1 기판 상에 제1 도전형 반도체층(110)을 형성한다. 상기 제1 도전형 반도체층(110)은 화학증착방법(CVD) 혹은 분자선 에피택시 (MBE) 혹은 스퍼터링 혹은 수산화물 증기상 에피택시(HVPE) 등의 방법을 사용하여 형성할 수 있다. 또한, 상기 제1 도전형 반도체층(110)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 실리콘(Si)와 같은 n 형 불순물을 포함하는 실란 가스(SiH4)가 주입되어 형성될 수 있다.
이후, 상기 제1 도전형 반도체층(110) 상에 발광층(120)을 형성한다. 상기 발광층(120)은 제1 도전형 반도체층(110)을 통해서 주입되는 전자와 제2 도전형 반도체층(130)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 발광층(활성층) 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다. 발광층(120)은 에너지 밴드가 서로 다른 질화물 반도체 박막층을 교대로 한 번 혹은 여러 번 적층하여 이루어지는 양자우물구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 발광층(120)은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 트리메틸 인듐 가스(TMIn)가 주입되어 InGaN/GaN 구조를 갖는 다중 양자우물구조가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2와 같이 실시예의 발광층(120)은 제1 양자우물(121), 제2 양자우물(122), 제3 양자우물(123) 등 복수의 양자우물을 포함할 수 있으나 양자우물의 수가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예는 두꺼운 다중 양자우물 내에서도 발광패턴 조절효과를 통한 광추출 효율 향상을 얻기 위해 다중 양자우물 내의 각 양자우물간의 거리가 λ/2n ±Δ인 구조로 형성할 수 있다. 이때, λ는 발광되는 빛의 파장, n은 상기 제2 전극층과 상기 발광층 사이에 위치하는 매질의 평균 굴절률이고, Δ는 λ/8n이다.
실시예에서 다중 정합 양자우물 간의 거리는 배리어(Barrier)가 조절할 수 있으며, 홀(Hole)과 전자(Electron)가 넓어진 배리어를 잘 이동할 수 있도록 에피서장을 진행할 수 있다. 즉, 실시예에서 다중 정합 양자우물은 배리어(Barrier) 두께를 통해 우물(Well) 간 거리를 조절할 수 있으며, 예를 들어, 우물(Well) 및 배리어(Barrier) 두께는 수 nm 이하로 조절하는 것이 가능하나 이에 한정되는 것은 아니다.
이후, 상기 발광층(120) 상에 제2 도전형 반도체층(130)을 형성한다. 예를 들어, 상기 제2 도전형 반도체층(130)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 마그네슘(Mg)과 같은 p 형 불순물을 포함하는 비세틸 사이클로 펜타디에닐 마그네슘(EtCp2Mg){Mg(C2H5C5H4)2}가 주입되어 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 상기 제2 도전형 반도체층(130) 상에 제2 전극층을 형성할 수 있다. 상기 제2 전극층은 오믹층(140), 반사층(150), 접착층(미도시), 제2 기판(미도시) 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 전극층은 오믹층(140)을 포함할 수 있으며, 정공주입을 효율적으로 할 수 있도록 단일 금속 혹은 금속합금, 금속산화물 등을 다중으로 적 층하여 형성할 수 있다. 상기 오믹층(140)은 ITO, IZO(In-ZnO), GZO(Ga-ZnO), AZO(Al-ZnO), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
또한, 상기 제2 전극층은 반사층이나 접착층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 전극층이 반사층(150)을 포함하는 경우 Al, Ag, 혹은 Al이나 Ag를 포함하는 합금을 포함하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 알루미늄이나 은 등은 발광층에서 발생된 빛을 효과적으로 반사하여 발광소자의 광추출 효율을 크게 개선할 수 있다.
실시예는 발광층이 반사층(150)으로부터 보강간섭조건에 있을 때, 발광효율이 최대가 되는 점을 이용할 수 있다. 실시예는 수직 방향에 대해 보강간섭이 일어나는 조건에 반사층(150)을 위치시킴으로써 발광층(120)은 수직 방향의 빛을 생성할 수 있다. 즉, 발광층(120)에서 발생하는 빛 중 처음부터 위로 향하는 빛과 아래로 향한 뒤 거울에 반사되어 다시 위로 향하는 빛이 서로 같은 위상의 보강간섭 조건을 이루게 되면, 빛은 처음부터 수직 방향 근처의 빛을 우세하게 만들게 된다.
예를 들어, 상기 반사층(150)과 상기 다중 정합 양자우물 중 상기 반사층(150)과 가장 인접한 양자우물과의 거리는 (2m+1)(λ/4n)-2α±Δ이며, 이때 m은 0 이상의 정수, λ는 발광되는 빛의 파장, n은 상기 발광층과 상기 반사층 사이에 위치하는 매질의 평균 굴절률이고, α는 상기 반사층 내에 빛의 침투 깊이(skin depth)이고, Δ는 λ/8n이다.
빛이 반사층에서 반사될 때, 반사층 표면 내로 일부 침투할 수 있는데, 이를 침투깊이(skin depth)라고 하며, 이에 따라 빛의 이동거리를 증가될 수 있다.
예를 들어, 발광된 빛이 반사층으로 α거리 만큼 침투할 수 있고, 반사층에서 반사된 후 α거리 만큼 다시 침투되므로, 이러한 빛의 이동거리는 총 침투된 거리(2α)만큼 증가될 수 있다. 그러므로, 상기 반사층(150)의 표면과 상기 다중 정합 양자우물 중 상기 반사층(150)과 가장 인접한 양자우물과의 거리는 이러한 총 침투된 거리(2α)를 고려하여 설계될 수 있다.
이에 따라 다중 양자우물이라하더라도 예를 들어, 3λ/4n, 5λ/4n, 7λ/4n 등에 각각의 양자우물이 위치하면, 최대의 발광효율을 얻을 수 있다. 이 때, 다중 양자우물 내의 각 양자우물간의 거리는 λ/2n ±Δ일 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 전극층의 반사층(150)과 상기 다중 정합 양자우물 중 상기 반사층과 가장 인접한 제1 양자우물(121)과의 거리는 보강간섭 조건인 (2m+1)(λ/4n)±Δ일 수 있다.
또한, 상기 제2 전극층이 접착층(미도시)을 포함하는 경우 상기 반사층이 접착층의 기능을 하거나, 니켈(Ni), 금(Au) 등을 이용하여 접착층을 형성할 수 있다.
또한, 상기 제2 전극층은 제2 기판(미도시)을 포함할 수 있다. 만약, 상기 제1 도전형 반도체층(110)이 50㎛ 이상으로 충분히 두꺼운 경우에는 제2 기판을 형성하는 공정은 생략될 수 있다. 상기 제2 기판은 효율적으로 정공을 주입할 수 있도록 전기 전도성이 우수한 금속, 금속합금, 혹은 전도성 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 기판은 구리(Cu), 구리합금(Cu Alloy) 또는 Si, Mo, SiGe 등일 수 있다. 상기 제2 기판을 형성시키는 방법은 전기화학적인 금속증착방법이나 공융금속을 이용한 본딩 방법 등을 사용할 수 있다.
다음으로, 상기 제1 도전형 반도체층(110)이 노출되도록 상기 제1 기판을 제거한다. 상기 제1 기판을 제거하는 방법은 고출력의 레이저를 이용하여 제1 기판을 분리하거나 화학적 식각 방법을 사용할 수 있다. 또한, 상기 제1 기판은 물리적으로 갈아냄으로써 제거할 수도 있다. 상기 제1 기판의 제거는 제1 도전형 반도체층(110)을 노출시킨다.
이후, 상기 제1 도전형 반도체층(110) 상에 제1 전극(미도시)을 형성할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 및 그 제조방법에 의하면, 다중 양자우물 내 우물 (Well) 간 거리를 조절하여 두꺼운 다중 양자우물을 포함하는 발광층 내에서도 발광패턴 조절효과를 통한 광추출효율 향상을 얻을 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 2은 실시예에 따른 발광소자의 발광층에 대한 확대 단면도.

Claims (9)

  1. 제1 도전형 반도체층, 발광층, 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물을 포함하고,
    상기 발광층은 다중 정합 양자우물을 포함하며,
    상기 다중 정합 양자우물의 각 양자우물간의 거리는 λ/2n ±Δ이며,
    λ는 발광되는 빛의 파장, n은 제2 전극층과 상기 발광층 사이에 위치하는 매질의 평균 굴절률이고, Δ는 λ/8n인 발광소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 발광구조물 상에 반사층을 포함하는 발광소자.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 반사층과 상기 다중 정합 양자우물 중 상기 반사층과 가장 인접한 양자우물과의 거리는 보강간섭 조건에 해당하는 발광소자.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 반사층과 상기 다중 정합 양자우물 중 상기 반사층과 가장 인접한 양자우물과의 거리는 (2m+1)(λ/4n)-2α±Δ이며,
    m은 0 이상의 정수, λ는 발광되는 빛의 파장, n은 상기 발광층과 상기 반사 층 사이에 위치하는 매질의 평균 굴절률이고, α는 상기 반사층 내에 빛의 침투 깊이, Δ는 λ/8n인 발광소자.
  5. 제1 도전형 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 다중 정합 양자우물을 포함하는 발광층을 형성하는 단계; 및
    상기 발광층 상에 제2 도전형 반도체층을 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 다중 정합 양자우물의 각 양자우물간의 거리가 λ/2n ±Δ이며,
    λ는 발광되는 빛의 파장, n은 상기 발광층과 제2 전극층 사이에 위치하는 매질의 평균 굴절률이고, Δ는 λ/8n인 발광소자의 제조방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 다중 정합 양자우물은
    배리어(barrier)를 개재하여 복수의 양자우물을 형성하고,
    상기 배리어의 두께 조절을 통해 각 양자우물간의 거리가 λ/2n ±Δ가 되도록 하는 발광소자의 제조방법.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체층 상에 반사층을 형성하는 단계를 포함하는 발광소자의 제조방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 반사층과 상기 다중 정합 양자우물 중 상기 반사층과 가장 인접한 양자우물과의 거리는 보강간섭 조건에 해당하는 발광소자의 제조방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 반사층과 상기 다중 정합 양자우물 중 상기 반사층과 가장 인접한 양자우물과의 거리는 (2m+1)(λ/4n)-2α±Δ이며,
    m은 0 이상의 정수, λ는 발광되는 빛의 파장, n은 상기 발광층과 상기 반사층 사이에 위치하는 매질의 평균 굴절률이고, α는 상기 반사층 내에 빛의 침투 깊이, Δ는 λ/8n인 발광소자의 제조방법.
KR1020090036984A 2009-04-28 2009-04-28 발광소자 및 그 제조방법 KR101064011B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090036984A KR101064011B1 (ko) 2009-04-28 2009-04-28 발광소자 및 그 제조방법
EP10160767A EP2246912A1 (en) 2009-04-28 2010-04-22 Light emitting device and light emitting device package
US12/768,521 US20110037050A1 (en) 2009-04-28 2010-04-27 Light emitting device and light emitting device package
CN201010169136.7A CN101877381B (zh) 2009-04-28 2010-04-28 发光器件和发光器件封装

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090036984A KR101064011B1 (ko) 2009-04-28 2009-04-28 발광소자 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100118251A true KR20100118251A (ko) 2010-11-05
KR101064011B1 KR101064011B1 (ko) 2011-09-08

Family

ID=42244938

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090036984A KR101064011B1 (ko) 2009-04-28 2009-04-28 발광소자 및 그 제조방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20110037050A1 (ko)
EP (1) EP2246912A1 (ko)
KR (1) KR101064011B1 (ko)
CN (1) CN101877381B (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9276380B2 (en) * 2011-10-02 2016-03-01 Keh-Yung Cheng Spontaneous and stimulated emission control using quantum-structure lattice arrays
CN103647009A (zh) * 2013-12-11 2014-03-19 天津三安光电有限公司 氮化物发光二极管及其制备方法
US9218965B2 (en) * 2014-03-28 2015-12-22 National Tsing Hua University GaN epitaxial growth method
CN105161586A (zh) * 2015-09-29 2015-12-16 山东浪潮华光光电子股份有限公司 具有组合势垒多量子阱的led外延结构及其制备方法
KR102555005B1 (ko) * 2016-11-24 2023-07-14 삼성전자주식회사 반도체 발광 소자 및 반도체 발광 소자의 제조 방법
CN106935151B (zh) * 2017-02-28 2019-04-26 郑清团 晶圆级的微米-纳米级半导体led显示屏及其制备方法
JP2020108087A (ja) * 2018-12-28 2020-07-09 セイコーエプソン株式会社 振動デバイス、電子機器および移動体

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5362977A (en) 1992-12-28 1994-11-08 At&T Bell Laboratories Single mirror light-emitting diodes with enhanced intensity
US6900474B2 (en) 2002-12-20 2005-05-31 Lumileds Lighting U.S., Llc Light emitting devices with compact active regions
TWI312582B (en) * 2003-07-24 2009-07-21 Epistar Corporatio Led device, flip-chip led package and light reflecting structure
TWI254469B (en) * 2004-04-14 2006-05-01 Osram Opto Semiconductors Gmbh Luminous diode chip
DE102005016592A1 (de) 2004-04-14 2005-11-24 Osram Opto Semiconductors Gmbh Leuchtdiodenchip
US7279751B2 (en) * 2004-06-21 2007-10-09 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor laser device and manufacturing method thereof
US20060054919A1 (en) * 2004-08-27 2006-03-16 Kyocera Corporation Light-emitting element, method for manufacturing the same and lighting equipment using the same
US7375379B2 (en) * 2005-12-19 2008-05-20 Philips Limileds Lighting Company, Llc Light-emitting device
KR100869142B1 (ko) 2007-06-25 2008-11-18 서울옵토디바이스주식회사 발광 다이오드 및 그 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
EP2246912A1 (en) 2010-11-03
KR101064011B1 (ko) 2011-09-08
CN101877381B (zh) 2015-07-22
CN101877381A (zh) 2010-11-03
US20110037050A1 (en) 2011-02-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101064053B1 (ko) 발광소자 및 그 제조방법
KR100999779B1 (ko) 발광소자, 발광소자의 제조방법 및 발광소자 패키지
US6992331B2 (en) Gallium nitride based compound semiconductor light-emitting device
US7294862B2 (en) Photonic crystal light emitting device
KR101064006B1 (ko) 발광소자
KR101007139B1 (ko) 발광소자 및 그 제조방법
EP2221873B1 (en) Light emitting device
KR101047720B1 (ko) 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지
KR101064011B1 (ko) 발광소자 및 그 제조방법
CN106058000A (zh) 发光二极管及制造该发光二极管的方法
KR20080087135A (ko) 질화물 반도체 발광 소자
KR20110072424A (ko) 발광 소자, 발광 소자 패키지 및 발광 소자 제조방법
KR101154750B1 (ko) 발광소자 및 그 제조방법
KR20130058406A (ko) 반도체 발광소자
KR100999756B1 (ko) 발광소자 및 그 제조방법
KR101114047B1 (ko) 발광소자 및 그 제조방법
KR20110089701A (ko) 발광소자, 발광소자의 제조방법 및 발광소자 패키지
EP3631866B1 (en) Light emitting diode apparatus and method of manufacturing the same
KR101747349B1 (ko) 반도체 발광소자
KR100952034B1 (ko) 발광 소자 및 그 제조방법
KR20110043282A (ko) 발광소자 및 그 제조방법
KR100969160B1 (ko) 발광소자 및 그 제조방법
KR20110117963A (ko) 질화물 반도체 발광 소자 및 그 제조방법
CN111864019B (zh) 一种具有嵌入式散射层的倒装发光二极管及其制备方法
KR102251237B1 (ko) 발광 소자

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140805

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150806

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160805

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170804

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee