KR20110106987A - 발광다이오드 - 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.

Description

고효율 발광다이오드{HIGH EFFICIENCY LIGHT EMITTING DIODE}
본 발명은 발광다이오드 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 성장기판을 제거하고 지지기판 상에 반도체 적층 구조체를 올린 수직형 발광다이오드 구조에 적합한 기술에 관한 것이며, 특히, 수직형 발광다이오드의 반사층 개선과 관련된다.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
바람직하게는, 상기 절연 DBR과 상기 통전 DBR은 폭방향으로 이웃하게 배치된다.
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.
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.
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.
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.
일 실시예에 따라, 상기 반사층은 상기 통전 DBR과 상기 도전성 접착층 사이에 개재된 금속층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 발광다이오드.
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.
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.
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.
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.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 발광다이오드 일부를 확대하여 도시한 단면도이다.
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.
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.
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 일반적인 수직형 발광다이오드와 유사하게 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
도 4를 참조하면, 본 실시 형태의 절연 DBR(22)은 제1 절연 DBR부(222) 및 제2 절연 DBR부(224)를 포함한다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 DBR부

Claims (13)

  1. 지지기판;
    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 폭방향으로 다른 영역에 절연 DBR과 통전 DBR을 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 발광다이오드.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 절연 DBR과 상기 통전 DBR은 폭방향으로 이웃하게 배치된 것을 특징으로 하는 고효율 발광다이오드.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 통전 DBR과 상기 절연 DBR은 격자망과 상기 격자망에 의해 한정된 복수의 격자눈을 포함하는 격자 패턴에 의해 독립적으로 형성된 것을 특징으로 하는 고효율 발광다이오드.
  4. 청구항 1에 있어서, 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 구성된 것을 특징으로 하는 고효율 발광다이오드.
  5. 청구항 1에 있어서, 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 구성된 것을 특징으로 하는 고효율 발광다이오드.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 반사층은 도전성 접착층에 의해 상기 지지기판에 부착되며, 상기 통전 DBR은 상기 도전성 접착층에 의해 상기 지지기판 측의 전극패드와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 고효율 발광다이오드.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 반사층은 상기 통전 DBR과 상기 도전성 접착층 사이에 개재된 금속층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 발광다이오드.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 지지기판은 사파이어 기판인 것을 특징으로 하는 고효율 발광다이오드.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통전 DBR은 ITO층을 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 발광다이오드.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 통전 DBR은 굴절률이 다른 ITO층들을 반복 적층하여 형성된 것을 특징으로 하는 고효율 발광다이오드.
  11. 청구항 1에 있어서, 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 배치된 것을 특징으로 하는 고효율 발광다이오드.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 절연 DBR은,
    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 고효율 발광다이오드.
  13. 청구항 1에 있어서, 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 갖는 것을 특징으로 하는 고효율 발광다이오드.
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