KR20130143110A - 초격자 전류 확산층을 갖는 횡 접촉형 청색 발광 다이오드 - Google Patents

초격자 전류 확산층을 갖는 횡 접촉형 청색 발광 다이오드 Download PDF

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Abstract

횡 접촉형 청색 LED 장치는 절연 기판 위에 배치된 PAN 구조를 포함한다. 기판은 그 위에 성장된 GaN의 템플릿 층을 갖는 사파이어 기판일 수 있다. PAN 구조는 n-형 GaN 층, 인듐을 포함하는 발광 활성층, 및 p-형 GaN 층을 포함한다. n-형 GaN 층은 적어도 500 nm의 두께를 갖는다. 저 저항 층(LRL)은 기판과 PAN 구조 사이에 배치되어, LRL이 n-층의 하부와 접촉된다. 한 예에서, LRL은 시트 저항이 n-형 GnA 층의 시트 저항보다 낮은 AlGaN/GaN의 초격자 구조이다. LRL은 n-형 GaN 층 아래에서 횡 방향으로 전류를 유도함으로써 전류 크라우딩을 감소시킨다. LRL은 하부 GaN 템플릿 내의 변위 스레드(dislocation threads)가 PAN 구조 내로 위로 확장하는 것을 방지함으로써 결함 밀도를 감소시킨다.

Description

초격자 전류 확산층을 갖는 횡 접촉형 청색 발광 다이오드{LATERALLY CONTACTED BLUE LED WITH SUPERLATTICE CURRENT SPREADING LAYER}
본 발명은 일반적으로 횡 접촉형 GaN 계열 청색 발광 다이오드(LED)에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 전기 에너지를 광으로 변환하는 고체 상태 장치이다. 전압이 도핑된 층 양단에 인가될 때 반대로 도핑된 층 사이에 샌드위치된 반도체 물질의 활성층에서 광이 방출된다. 다른 물질로 만들어지고 서로 다른 구조를 가지며 여러 가지 방법으로 동작하는 다양한 LED 장치 구조가 있다. 일부는 레이저 광을 방출하고, 다른 일부는 비 단색(non-monochromatic) 광을 생성한다. 일부는 특정 용품의 성능에 최적화되어 있다. 일부는 고전력 장치이며, 다른 것은 그렇지 않다. 일부는 적외선 광을 방출하는 반면, 다른 일부는 다양한 색상의 가시광을 방출하며, 또 다른 일부는 자외선을 방출한다. 일부는 제조하기에 비싼 반면, 다른 일부는 덜 비싸다. 상업용 일반 조명 용품의 경우, 소위 "횡 접촉형(laterally contacted)" 청색 LED 구조가 종종 높은 전류 밀도에서 사용된다. 인듐-갈륨-질화물을 포함하는 다중 양자 우물(MQW) 활성층을 갖는 그러한 청색 LED는 예를 들어, 평방 센티미터 당 38 암페어 이상의 평균 전류 밀도를 가지면서 440 나노미터에서 500 나노미터까지의 범위의 파장을 갖는 비 단색 광을 방출할 수 있다. 방출된 청색 광의 일부를 흡수하는 형광체 코팅이 제공될 수 있다. 형광체는 전체 LED 장치가 방출하는 광이 더 넓은 범위의 파장을 갖도록 다른 파장의 광을 방출하기 위해 차례대로 형광을 낸다. 이러한 청색 LED 장치의 개선이 요구되고 있다.
횡 접촉형 청색 LED 장치는 절연 기판 위에 배치된 PAN 구조를 포함한다. PAN 구조는 레이저 광을 생성하기 위한 캐비티가 아니라, 오히려 비 단색 광을 생성하기 위한 n-형 층, 발광 활성층, 및 p-형 층을 포함한다. 2개의 반대로 도핑된 층 사이에 활성층을 샌드위치시킨 구조를 여기에서는 "PAN 구조"라고 한다. 한 예에서, 절연 기판은 사파이어 기판이고, n-형 층은 최소한 500 나노미터의 두께를 갖는 n-도핑된 갈륨-질화물층이며, 활성층은 일정량의 인듐을 포함하는 다중 양자 우물(MQW) 구조이고, 그리고 p-형 층은 p-도핑된 갈륨-질화물층이다.
절연 기판과 상부의 PAN 구조 사이에 저 저항 층(LRL)이 배치되어, LRL의 상면 경계 부분이 PAN 구조의 n-층의 하면 경계 부분과 접촉되게 된다. 한 예에서의 LRL은 복수의 주기를 갖는 초격자 구조인데, 여기서 적어도 하나의 주기는 알루미늄-갈륨-질화물 서브층과 갈륨-질화물 서브층을 포함한다. LRL은 상부의 PAN 구조의 n-형 층보다 상대적으로 더 큰 도전성을 갖는다. 그 상면의 경계에서 보면, LRL는 시트 저항을 갖는다. 그 하면의 경계에서 보면, n-형 층은 시트 저항을 갖는다. LRL의 시트 저항은 n-형 층의 시트 저항보다 작다.
청색 LED 장치는 횡 접촉형 장치이다. 제1 전극은 n-형 층의 일부 위에 배치되어 전기 접촉된다. 접촉이 이루어진 n-형 층은 LRL 초격자 층 위에 있다. 제2 전극은 p-형 층의 일부 위에 배치되어 전기 접촉된다. 두 전극은 청색 LED 장치의 상부로부터 액세스할 수 있다. 반사 층은 기판의 하부면을 커버하도록 형성된다. 청색 LED 장치가 동작 중일 때, 전류는 절연 기판을 통과하지 않고, 제2 전극으로부터 p-형 층을 통해, 활성층을 통해, n-형 층을 통해 아래로 및 옆으로, 그리고 제1 전극으로 흐른다.
LRL 층의 제1 기능은 n-형 층 아래로의 횡 전류 흐름을 촉진하는 것이다. 동작 중에, n-형 층의 일부로부터, 일부 전류가 LRL 층 내로 흘러내리고, LRL 층을 통해 옆으로, 그리고 n-형 층의 다른 부분 내로 다시 위로 흘러서 제1 전극으로 흐른다. LRL 층을 통한 이러한 전류의 흐름은 전류 확산을 촉진하고 LED 장치 내에서의 전류 크라우딩을 감소시킨다.
LRL 층의 제2 기능은 PAN 구조의 n-형 층 내에서 및 다른 상부의 층 내에서의 격자 변위 결함의 밀도를 감소시키는 것이다. 한 예에서, 절연 기판은 사파이어 기판이고, 갈륨-질화물의 템플릿 층은 사파이어 기판 위에 성장된다. LRL 층은 템플릿 층 위에 차례대로 형성된다. 사파이어 물질과 갈륨-질화물 물질 사이의 상이한 격자 상수로 인해, 갈륨-질화물이 사파이어 위에 성장되어 갈륨-질화물이 격자 변위 결함을 갖게 된다. 갈륨-질화물의 층 이후에 층이 형성되기 때문에, 이러한 결함이 이후의 각 층에서 반복되어, 격자 결함의 "스레드(threads)"라고 하는 것을 형성한다. 이들 스레드는 사파이어로부터 갈륨-질화물 계면으로 상향 확장한다. 이들 스레드의 일부는 갈륨-질화물 템플릿 층을 통해 계속 확장할 수 있다. 갈륨-질화물 템플릿 층 위에 배치된 LRL 층은 이들 변위 스레드를 차단하여, 스레드가 LRL 층을 지나서 상부의 n-형 갈륨-질화물층 내로 확장되지 않게 한다. 따라서, PAN 구조의 n-형 갈륨-질화물층은 하부의 갈륨-질화물 템플릿 층의 더 높은 변위 결함 밀도를 나타내지 않는다. n-형 갈륨-질화물층의 감소된 변위 결함 밀도는 LED 장치의 성능을 향상시킨다.
더 자세한 내용과 실시 형태 및 기술은 아래의 자세한 설명에 설명되어 있다. 이 요약이 발명을 정의하는 것은 아니다. 본 발명은 청구 범위에 의해 정의된다.
동일한 부호가 동일한 구성 요소를 나타내는 첨부 도면은 본 발명의 실시 형태를 도시한다.
도 1은 청색 LED 장치의 평면도이다.
도 2는 도 1의 청색 LED 장치의 단순화된 단면 구성도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 청색 LED 장치의 각 층의 조성, 구조 및 두께를 기술하는 테이블이다.
도 4는 도 1 및 도 2의 청색 LED 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
도 5는 하나의 새로운 양태에 따른 방법의 흐름도이다.
본 발명의 일부 실시 형태가 상세히 참조되고, 그 예는 첨부 도면에서 설명된다. 하기 설명 및 청구범위에서, 제1 층이 제2 층 "위에" 배치되는 것으로 하면, 그것은 제1 층이 제2 층 위에 직접 있을 수 있고, 또는 중간층 또는 층들이 제1 층과 제2 층 사이에 있는 것으로 이해되어 진다. "위에", "아래에", "위로", "아래로", "상부", "하부", "상향", "하향", "종 방향", 및 "횡 방향" 등의 용어는 본 설명서에서 설명되는 청색 LED의 상이한 부분들 사이의 상대적 방향을 설명하는데 사용되고, 그리고 설명되는 전반적인 청색 LED 구조가 실제로 3 차원 공간에서 소정의 방식으로 배향될 수 있다는 것이 이해되어 진다.
도 1은 하나의 새로운 양태에 따른 청색 발광 다이오드(LED) 장치(1)의 평면도이다. 청색 LED 장치(1)는 제1 전극(2)과 제2 전극(3)을 포함한다. 제1 전극(2)은 금속의 본딩 패드이다. 제2 전극(3)은 투명 도전층(TCL)(4)과 금속의 본딩 패드(5)를 포함한다. 제2 전극은 LED 장치(1)의 표면의 70 %보다 많이 커버한다. 두 전극의 본딩 패드들이 도 1의 관점에서 서로에 대하여 횡 방향으로 나타나도록 LED 구조의 동일한 측에 배치되기 때문에 LED 장치(1)는 "횡 접촉형" LED 장치라 한다. 금속의 양쪽 본딩 패드(2 및 5)는 LED 장치의 상부로부터 액세스할 수 있다.
도 2는 도 1의 LED 장치(1)의 단면도이다. LED 장치(1)의 하부 층은 사파이어 기판(6)(Al2O3)와 같이, 청색 광에 실질적으로 투명한 기판이다. 이 기판은 전기 절연성이다. n-도핑된 갈륨-질화물(n-GaN)의 템플릿 층(7)은 사파이어 기판(6) 위에 배치된다. 본 실시 예에서, 템플릿 층(7)은 2000 nm의 두께를 갖는다. 갈륨-질화물은 입방 센티미터 당 1x1018 원자의 농도로 n-형 도펀트 실리콘으로 도핑되어 있다. 다른 실시 형태에서, 템플릿 층(7)은 도핑되지 않은 갈륨-질화물(u-GaN)이다.
저 저항 층(LRL)(8)은 템플릿 층(7) 위에 배치된다. LRL(8)은 상부의 n-형 접촉 층보다 낮은 시트 저항을 갖고 있기 때문에 "저 저항"이라고 한다. 본 실시 예에서 LRL(8)은 5 주기를 갖는 초격자 구조이다. 5 주기 각각은 알루미늄-갈륨-질화물(AlGaN)의 상대적으로 얇은 서브층과 갈륨-질화물(GaN)의 상대적으로 두꺼운 서브층을 포함한다. 한 예에서는, 알루미늄-갈륨-질화물 서브층은 갈륨-질화물 서브층의 절반 두께 미만이다. 알루미늄-갈륨-질화물 서브층 내에서의 알루미늄과 갈륨의 상대적 농도는 Al0 .3Ga0 .7N으로 주어진다. LRL(8)의 각각의 얇은 알루미늄-갈륨-질화물 서브층은 갈륨-질화물의 인접한 두꺼운 층 및/또는 갈륨-질화물의 인접한 두꺼운 서브층에 대해 스트레인된다. 이와 같이, 알루미늄-갈륨-질화물 서브층은 격자 상수 갈륨-질화물에 대해 스트레인된다. 본 실시 예에서, 하부의 갈륨-질화물 템플릿 층(7) 위에 접촉하여 배치된 제1 주기의 하부 서브층은 알루미늄-갈륨-질화물의 서브층이다. LRL(8)의 물질은 입방 센티미터 당 1x1018 원자의 농도로 실리콘으로 도핑된다. 초격자는 소위, 전자 가스의 영역이 갈륨-질화물 서브층 내에 형성되도록 구조화되어 있다. 본 분야에서 이해되는 바와 같이, 이러한 전자는 높은 이동도를 갖는다. 이로 인해, 전체 LRL(8)은 원하는 낮은 저항을 갖게 된다. 상면 경계로부터 고려해 보면, 본 실시 예에서의 LRL(8)은 상부의 n-형 층의 시트 저항보다 낮은 시트 저항을 갖는다.
n-형 층(9)은 LRL(8) 위에 배치된다. 이러한 n-형 층(9)은 2000 nm의 두께를 갖는 n-도핑된 갈륨-질화물층이다. 갈륨-질화물은 입방 센티미터 당 5x1018 원자의 농도로 n-형 도펀트 실리콘으로 도핑된다. 본 실시 예에서, 그 하면의 경계에서 고려하면, n-형 층(9)은 실온에서 평방 당 약 18 옴(평방 당 15 옴보다 큼)인 시트 저항을 갖는다. n-형 층(9)은 너무 얇게 될 수 없거나 전류 크라우딩을 줄이기 위한 하부의 LRL 초격자의 능력이 실질적으로 저하되어, 결과적으로 n-형 층(9)이 500 nm 두께보다 커야 한다.
스트레인 방출 층(strain release layer)(10)은 n-형 층(9) 위에 배치된다. 본 실시 예에서, 스트레인 방출 층(10)은 30 주기를 포함하는데, 여기서 각 주기는 인듐-갈륨-질화물 서브층과 갈륨-질화물 서브층을 포함한다. 인듐-갈륨-질화물 서브층은 2 nm의 두께를 갖고 In0 .05Ga0 .95N으로 주어진 인듐 농도를 갖는다. 갈륨-질화물 서브층은 2 nm의 두께를 갖는다. 전체 스트레인 방출 층(10)은 120 nm의 두께를 갖는다.
활성층(11)은 스트레인 방출 층(10) 위에 배치된다. 활성층(11)은 10 주기를 포함하는데, 여기서 각 주기는 인듐-갈륨-질화물 서브층과 갈륨-질화물 서브층을 포함한다. 인듐-갈륨-질화물 서브층은 3 nm의 두께를 갖는다. 갈륨-질화물 서브층은 1O nm의 두께를 갖는다. 활성층(11)은 130 nm의 총 두께를 갖는다.
활성층(11) 위에는 p-형 층(12)이 배치된다. p-형 층(12)은 균일하게 도핑된 p-형 갈륨-질화물의 단일 층이다. 본 실시 예에서, p-형 층(12)의 상부면은 레이저 다이오드에 통상 제공되어 전류를 집중시키는 것과 같은, 전류 집중 리지 구조가 없다. p-형 층(12)은 300 ㎚의 두께를 갖는다. 갈륨-질화물은 입방 센티미터 당 1x1020 원자의 농도로 p-형 도펀트 마그네슘으로 전체에 걸쳐 균일하게 도핑된다. n-형 층(9), 스트레인 방출 층(10), 활성층(11) 및 p-형 층(12)은 함께 PAN 구조라고 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, p-형 층(12) 위에 배치된 것은 제2 전극(3)의 투명 도전막(TCL)(4)이다. 본 실시 예에서, TCL은 인듐-주석-산화물(ITO)의 80 nm의 두꺼운 층이다. 제1 전극(2)의 금속 본딩 패드는 340 nm의 두께를 갖는 다층 금속 구조(Ti-Al-Ni-Au)이다. 제2 전극(3)의 금속 본딩 패드(5)는 220 nm의 두께를 갖는 다층 금속 구조(Ni-Au)이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 청색 LED 장치(1)의 구성 층의 조성, 구조 및 두께를 기술하는 테이블이다.
도 4는 도 1 및 도 2의 청색 LED 장치(1)의 동작을 도시하는 단면도이다. 제2 전극(3)으로부터 제1 전극(2)으로 전류가 흐르면, 전자와 정공은 활성층(11) 내에서 결합하여, 비 단색 광(14)을 방출한다. LED 장치(1)는 방출된 광(14)이 약 440 nm에서 약 500 nm까지의 범위의 파장을 갖는다는 점에서 "청색" LED 장치로 불리워진다. 광(14)은 여러 방향으로 방출되고, 광의 일부는 LED 장치로부터 빠져나오는 도중에 p-층(12)을 통과한다.
"횡 접촉형" 청색 LED 구조에서, 전류 흐름은 활성층의 상면 경계의 영역에 걸쳐 균일한 전류 밀도로 광 생성 활성층을 통해 아래로 통과해야 한다. 일단 전류가 활성층을 통해 아래로 수직 통과하면, 전류는 일반적으로, 횡 방향으로 변위된 제1 전극으로 n-형 층을 통해 회전하고 횡 방향으로 흐르기 때문에, 더 높은 전류 밀도로 집중된다. 그럼에도 불구하고, n-층에서의 전류 밀도에서 지역화된 피크는 최소화되어야 한다. 실제 LED 디바이스에서는, 그러나, 다른 부분에 있어서보다 활성층의 일부분에서 상당히 높은 전류 밀도가 존재할 정도로 전류 크라우딩이 발생할 수 있다. 작은 LED 구조를 통해 큰 전류가 강제되는 상업용 조명 용품에 사용되는 청색 LED에서는, 전류 크라우딩이 지역화된 이들 영역을 통해 흐르는 전류는 LED 장치가 고장날 수 있을 정도로 매우 클 수 있다. 고장이 발생하지 않으면, 원하지 않는 지역화된 전류 크라우딩은 그럼에도 불구하고, 고장을 유발하지 않고 LED 구조를 통해 유도될 수 있는 최대 전류를 줄일 수 있다.
하나의 새로운 양태에 따라, LRL(8)은 상부의 층 내에서 전류 크라우딩을 감소시키거나 및/또는 상부의 층 내에서 최대 전류 밀도를 감소시키기는 데에 있어서 제1 기능을 제공한다. LRL(8)은 상부의 n-형 층(9)에 비해 상대적으로 도전성이 있다. LRL(8)은 n-형 층(9)의 직접 아래에 접촉하여 배치된다. 따라서, 일부 전류는 도 4의 화살표(13)에 의해 개념적으로 표시된 바와 같이 LRL(8)을 통해 횡 방향으로 유도된다.
한 예에서, n-형 갈륨-질화물층(9)의 시트 저항은 층(9)/층(8) 계면의 시트 저항을 보면, LRL(8)의 시트 저항보다 높다. 이러한 목적을 위한 층의 시트 저항은 다양한 공지의 파괴, 비파괴, 직접 및 간접 방법으로 측정할 수 있다. 직접적이고 파괴적인 한 방법에서는, 해당 층 위의 모든 LED 장치 층은 연마되거나 제거된다. 알려진 화학 기계적 연마 및 에칭 기술이 사용될 수 있다. 해당 층의 노출된 상면은 그 다음 절연 기판에 부착되고, 해당 층 아래의 모든 층은 연마되거나 제거된다. 남게 되는 것은 LED 장치의 모든 다른 층과 분리되어, 절연 기판에 장착된 해당 층이다. 그 다음, 분리된 층의 시트 저항은 층의 노출된 상면을 프로빙(probing)함으로써 측정된다. 본 실시 예에서, 이러한 절차를 사용하는 경우, 약 2000 nm의 두께의 n-형 갈륨-질화물층(9)의 시트 저항은, 평방 당 15 옴보다 크게 되는 것으로 측정되는 반면, 하부의 LRL(8)의 시트 저항은 층(9)의 시트 저항보다 낮다.
LRL(8)은 사파이어 기판 위에 성장된 갈륨-질화물 템플릿 위에 낮은 결함 막의 성장을 촉진하는데 제2 기능을 제공한다. 사파이어 기판 위에 성장된 갈륨-질화물 에피택셜 층은 GaN 계열 LED의 PAN 구조를 제작하기에 좋은 기반이 되는 것이 입증되었다. 사파이어 위에 성장된 갈륨-질화물에서의 격자 변위 밀도는 일반적으로 평방 센티미터 당 5x108 변위 미만이다. 따라서, 사파이어는 일반적으로 청색 GaN 계열 LED용의 양호한 기판이 되는 것으로 간주된다. 그럼에도 불구하고, 사파이어와 갈륨-질화물 간에는 여전히 격자 상수 차가 존재한다. 따라서, 갈륨-질화물 템플릿 층을 사파이어 기판 위에 성장시킬 때, 성장하는 갈륨-질화물에서 일부 격자 변위가 발생한다. 하나의 새로운 양태에 따라, LED 장치(1) 내에 LRL(8)을 제공하면, 청색 LED의 상부의 에피택셜 층 내에서 그렇지 않을 경우에 발생할 수 있는 것보다 더 낮은 격자 결함 밀도로 이어진다. LRL(8)의 초격자는 PAN 구조의 n-층이 n-도핑된 AlGaN인 딥(deep) UV LED에 사용된 AlxGa1 - xN/AlyGa1 - yN 초격자가 아니다. 청색 LED에 사용되는 경우에 그러한 AlxGa1 - xN/AlyGa1 - yN의 초격자는 실제로 변위 밀도를 증가시킬 수 있다. 도 1 및 도 2의 청색 LED 장치에 있어서, n-층(9)은 실질적으로 알루미늄을 포함하지 않은 n-도핑된 갈륨-질화물이다. 따라서, LRL(8)은 AlGaN/GaN의 초격자이다. 초격자의 AlGaN 서브층은 갈륨-질화물의 두꺼운 층의 격자에 대해 및/또는 갈륨-질화물의 두꺼운 서브층의 격자에 대해 스트레인된다. 그러므로, LRL(8)의 격자 상수는 하부의 갈륨-질화물 템플릿 층(7)의 격자 상수와 거의 일치하여, 계면에서의 스트레스를 감소시키고, 템플릿 층(7)으로부터 상향으로 결함 스레드를 지속적으로 형성하는 것을 방지한다. LRL(8)의 초격자는 템플릿 층(7) 내의 변위의 스레드가 n-형 층(9) 내로 상향 확장하는 것을 차단한다. 도 4에서의 참조 부호 (15)는 그러한 하나의 변위 스레드를 식별한다. 이러한 변위 스레드(15)는 기판-대-템플릿 계면(16)으로부터 상향 확장되지만, 이는 LRL(8)에 의해 종단된다. n-형 층(9)과 같은 LED의 에피택셜 층이 나중에 LRL(8) 위에 성장되면, 에피택셜 층은 동일 스레드(15)의 연속을 포함하지 않는다.
도 5는 방법(100)의 흐름도이다. 저 저항 층(LRL)은 사파이어 기판 층 위에 제공된다(단계 101). 한 예에서, LRL은 주기를 갖는 초격자 구조이다. 적어도 하나의 주기는 알루미늄-갈륨-질화물 서브층과 갈륨-질화물 서브층을 포함한다. 알루미늄-갈륨-질화물 서브층은 갈륨-질화물 격자에 대해 스트레인된다. 그 상면의 경계에서 보면, LRL은 상부의 n-형 층의 시트 저항보다 낮은 시트 저항을 갖는다. 한 예에서, 이러한 LRL은 도 2의 LRL(8)이고 상부의 n-형 층은 도 2의 층(9)이다.
n-형 갈륨-질화물층은 LRL 위에 접촉하여 제공된다(단계 102). 이러한 n-형 갈륨-질화물층은 적어도 500 nm 두께이다. 그 하면의 경계에서 보면, n-형 갈륨-질화물층은 평방 당 15 옴보다 큰 시트 저항을 갖는다. 한 예에서, 이 n-형 갈륨-질화물층은 도 2의 층(9)이다.
활성층은 n-형 갈륨-질화물층 위에 제공된다(단계 103). 한 예에서, 활성층은 인듐-갈륨-질화물 서브층과 갈륨-질화물 서브층을 포함하는 다중 양자 우물 구조인 도 2의 층(11)이다. 한 예에서, 스트레인 방출 층은 활성층과 하부의 n-형 갈륨-질화물층 사이에 배치된다. 또 다른 예에서, 중간 스트레인 방출 층은 존재하지 않는다.
p-형 갈륨-질화물층은 활성층 위에 제공된다(단계 104). 한 예에서, p-형 갈륨-질화물층은 도 2의 층(12)이다.
제1 전극이 제공된다(단계 105). 제1 전극은 n-형 갈륨-질화물층의 적어도 일부 위에 전기 접촉하여 배치된다. 한 예에서, 제1 전극은 도 2의 전극(2)이다.
제2 전극이 제공된다(단계 106). 제2 전극은 p-형 갈륨-질화물층의 적어도 일부 위에 전기 접촉하여 배치된다. 한 예에서, 상기 제2 전극은 도 2의 전극(3)이다. 반사 층은 기판의 하면을 커버하도록 형성된다. 동작 중에, 전류는 제2 전극으로부터, p-형 갈륨-질화물층을 통해, 활성층을 통해, n-형 갈륨-질화물층을 통해, 그리고 제1 전극으로 흘러서, LED 장치가 비 단색 청색 광을 방출하게 한다. 일부 전류는 n-형 갈륨-질화물층으로부터 아래로, LRL을 통해 횡 방향으로 흐르고, 그리고 n-형 갈륨-질화물층 내로 위로, 그리고 제1 전극으로 흐른다.
방법(100)의 단계(101-106)는 다른 엔터티에 LED 장치를 판매하거나, 그렇지 않으면 다른 엔터티에 LED 장치를 공급하거나 전달함으로써 동시에 실시될 수 있다. 방법(100)은 또한 LED 장치의 제조에서 단계(101-106)를 순차적으로 수행함으로써 실행될 수 있다. LED 장치의 예는 도 1 및 도 2의 LED 장치(1)이다.
어떤 특정 실시 형태가 교시 용도로 설명되어 있지만, 이 특허 문서의 지침은 일반적인 적용을 위한 것이고, 위에서 설명한 특정 실시 형태에 한정되지는 않는다. LRL은 수많은 다른 적절한 방법으로 제조될 수 있다. 한 예에서, LRL은 주기를 갖는데, 여기서 각 주기는 제1 알루미늄-갈륨-질화물층과 제2 알루미늄-갈륨-질화물층을 포함하는데, 여기서 2개의 서브층에서의 알루미늄 농도는 서로 다르다. 2개의 서브층의 구성은 AlxGa1 - xN/AlyGa1 - yN로 주어지는데, 여기서 x와 y는 서로 0이 아닌 숫자이다. LRL의 알루미늄-갈륨-질화물 서브층과 갈륨-질화물 서브층이 서로 다른 두께로 되어 있는 특정 예가 위에서 설명되어 있지만, 다른 예에서, 서브층은 실질적으로 동일한 두께로 되어 있다. AlGaN/GaN 또는 AlGaN/AlGaN 초격자에 있어서, 알루미늄을 포함하는 서브층 중 하나에서의 알루미늄 농도는 등급화될 수 있다. LRL은 AlInN/GaN 초격자일 수 있다. LRL은 각 주기가 3개의 서브층을 포함하는 AlGaN/AlGaN/GaN 초격자일 수 있다.
청색 LED가 사파이어 기판과 상부의 n-형 갈륨-질화물층 사이에 배치되는 LRL와 관련하여 위에서 설명되어 있지만, 기판은 사파이어일 필요가 없고, 오히려 다른 적절한 절연 기판 또는 다른 적절한 도전성 기판일 수 있다. 템플릿 층은 모든 예에서 n-형 갈륨-질화물일 필요는 없고, 오히려 다른 적합한 템플릿 물질일 수 있다. 예를 들어, 알루미늄-질화물의 템플릿 층은 실리콘의 기판 위에 접촉하여 사용될 수 있다. 따라서, 상기 실시 형태의 다양한 수정, 적응, 그리고 다양한 기능의 조합은 청구 범위에 기재된 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실행될 수 있다.

Claims (19)

  1. 비 단색 광(non-monochromatic light)을 방출하기 위한 발광 다이오드(LED) 장치로서,
    기판 층;
    상기 기판 층 위에 배치된 저 저항 층- 상기 저 저항 층은 복수의 주기를 포함하고, 상기 저 저항 층의 상기 주기 중 적어도 하나의 주기는 알루미늄-갈륨-질화물 서브층과 갈륨-질화물 서브층을 포함-;
    상기 저 저항 층 위에 접촉하여 배치되고, 적어도 500 nm보다 큰 두께를 갖는 n-형 층;
    상기 n-형 층 위에 배치된 활성층- 상기 활성층은 복수의 주기를 포함하고, 상기 활성층의 상기 주기 중 적어도 하나의 주기는 인듐-갈륨-질화물 서브층과 갈륨-질화물 서브층을 포함-;
    상기 활성층 위에 배치된 p-형 층;
    상기 n-형 층의 적어도 일부 위에 전기 접촉하여 배치된 제1 전극; 및
    상기 p-형 층의 적어도 일부 위에 전기 접촉하여 배치된 제2 전극
    을 포함하고,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 전류 흐름이 상기 비 단색 광을 방출하게 하고 상기 p-층을 통과시키게 하는, 발광 다이오드 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저 저항 층은 시트 저항을 갖고 있고, 상기 n-형 층은 시트 저항을 갖고 있으며, 상기 저 저항 층의 상기 시트 저항은 상기 n-형 층의 상기 시트 저항보다 작은, 발광 다이오드 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 저 저항 층의 상기 적어도 하나의 주기의 상기 알루미늄-갈륨-질화물 서브층은 상기 저 저항 층의 갈륨-질화물 서브층에 대해 스트레인되는(strained), 발광 다이오드 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 저 저항 층의 상기 적어도 하나의 주기의 상기 알루미늄-갈륨-질화물 서브층은 상기 저 저항 층의 상기 적어도 하나의 주기의 상기 갈륨-질화물 서브층의 두께의 절반보다 작은, 발광 다이오드 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 주기의 상기 알루미늄-갈륨-질화물 서브층은 일정한 두께를 갖고 있고, 상기 저 저항 층의 상기 적어도 하나의 주기의 상기 갈륨-질화물 서브층은 일정한 두께를 갖고 있으며, 상기 적어도 하나의 주기의 상기 갈륨-질화물 서브층의 상기 두께는 상기 적어도 하나의 주기의 상기 갈륨-질화물 서브층의 두께와 실질적으로 동일한, 발광 다이오드 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 n-형 층과 상기 활성층 사이에 배치된 초격자 층을 더 포함하고,
    상기 초격자 층은 복수의 주기를 포함하고, 상기 초격자 층의 상기 주기 중 적어도 하나의 주기는 제1 인듐 농도를 갖는 제1 인듐-갈륨-질화물 서브층을 포함하고 제2 인듐 농도를 갖는 제2 인듐-갈륨-질화물 서브층을 포함하며, 상기 제1 인듐 농도는 상기 제2 인듐 농도와는 다른, 발광 다이오드 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 n-형 층과 상기 활성층 사이에 배치된 초격자 층을 더 포함하고,
    상기 초격자 층은 복수의 주기를 포함하고, 상기 초격자 층의 상기 주기 중 적어도 하나의 주기는 인듐-갈륨-질화물 서브층과 갈륨-질화물 서브층을 포함하는, 발광 다이오드 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 기판 층은 청색 광에 실질적으로 투명한 절연 기판 층인, 발광 다이오드 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 기판 층은 사파이어 층이고,
    상기 발광 다이오드 장치는,
    상기 기판 층과 상기 저 저항 층 사이에 배치된 템플릿 층을 더 포함하고,
    상기 템플릿 층은 도핑되지 않은 갈륨-질화물과 n-형 갈륨-질화물로 이루어진 그룹으로부터 얻어진 물질의 층인, 발광 다이오드 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제2 전극은 투명 도전층과 금속의 본딩 패드를 포함하는, 발광 다이오드 장치.
  11. 비 단색 광을 방출하기 위한 발광 다이오드(LED) 장치로서,
    사파이어 기판 층;
    상기 기판 층 위에 배치된 저 저항 층- 상기 저 저항 층은 시트 저항을 갖고 있고, 상기 저 저항 층은 복수의 주기를 포함하며, 상기 주기 중 적어도 하나의 주기는 갈륨-질화물 서브층을 포함-;
    상기 저 저항 층 위에 접촉하여 배치된 n-형 층- 상기 n-형 층은 적어도 500 nm의 두께를 갖고 있고, 상기 n-형 층은 상기 저 저항 층의 상기 시트 저항보다 높은 시트 저항을 가짐-;
    상기 n-형 층 위에 배치된 활성층- 상기 활성층은 복수의 주기를 포함하고, 상기 활성층의 상기 주기 중 적어도 하나의 주기는 인듐-갈륨-질화물 서브층과 갈륨-질화물 서브층을 포함-;
    상기 활성층 위에 배치된 p-형 층;
    상기 n-형 층의 적어도 일부 위에 전기 접촉하여 배치된 제1 전극; 및
    상기 p-형 층의 적어도 일부 위에 전기 접촉하여 배치된 제2 전극
    을 포함하고,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 전류 흐름이 상기 비 단색 광을 방출하게 하여 상기 광의 적어도 일부가 상기 p-층을 통과하게 하는, 발광 다이오드 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 n-형 층과 상기 활성층 사이에 배치된 스트레인 방출 층(strain release layer)을 더 포함하는, 발광 다이오드 장치.
  13. 사파이어 기판 위에 저 저항 층을 제공하는 단계- 상기 저 저항 층은 복수의 주기를 포함하고, 상기 주기 중 적어도 하나의 주기는 갈륨-질화물 서브층과 알루미늄-갈륨-질화물 서브층을 포함-;
    상기 저 저항 층 위에 접촉하여 n-형 갈륨-질화물층을 제공하는 단계- 상기 n-형 갈륨-질화물층은 적어도 500 nm의 두께를 갖고 있으며, 상기 n-형 갈륨-질화물층은 상기 저 저항 층의 시트 저항보다 큰 시트 저항을 가짐-;
    상기 n-형 갈륨-질화물층 위에 인듐을 포함하는 활성층을 제공하는 단계;
    상기 활성층 위에 p-형 갈륨-질화물층을 제공하는 단계;
    상기 n-형 갈륨-질화물층의 적어도 일부 위에 전기 접촉하여 배치되는 제1 전극을 제공하는 단계; 및
    상기 p-형 갈륨-질화물층의 적어도 일부 위에 전기 접촉하여 배치된 제2 전극을 제공하여, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 전류 유도가 비 단색 광을 상기 활성층으로부터 방출시킴으로써, 상기 광의 적어도 일부가 상기 p-형 갈륨-질화물층을 통과하게 하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 저 저항 층의 상기 시트 저항은 실온에서 평방 당 15 옴보다 작고, 상기 n-형 갈륨-질화물층의 상기 시트 저항은 실온에서 평방 당 15 옴보다 큰, 방법.
  15. 비 단색 광을 방출하기 위한 발광 다이오드(LED) 장치로서,
    기판 층;
    적어도 500 nm의 두께를 갖는 n-형 갈륨-질화물층;
    상기 n-형 갈륨-질화물층 위에 배치된 활성층- 상기 활성층은 복수의 주기를 포함하고, 상기 활성층의 상기 주기 중 적어도 하나의 주기는 일정량의 인듐을 포함-;
    상기 활성층 위에 배치된 p-형 갈륨-질화물층;
    상기 n-형 갈륨-질화물층의 적어도 일부 위에 배치된 제1 전극;
    상기 제1 전극과 제2 전극 사이의 전류 흐름이 비 단색 광을 방출시키게 하고 상기 p-형 갈륨-질화물층을 통과시키도록 상기 p-형 갈륨-질화물층의 적어도 일부 위에 배치된 제2 전극; 및
    전류를 확산하기 위한 수단- 상기 수단은 상기 n-형 갈륨-질화물층의 시트 저항보다 낮은 시트 저항을 갖고 있으며, 상기 수단은 상기 n-형 갈륨-질화물층과 접촉하여 있고 상기 기판 층과 상기 n-형 갈륨-질화물층 사이에 배치됨-
    을 포함하는, 발광 다이오드 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 기판 층은 사파이어 기판 층이고, 상기 전류를 확산하는 수단은 갈륨-질화물의 템플릿 층 위에 접촉하여 배치되어 있고, 상기 갈륨-질화물의 템플릿 층은 상기 기판 층 위에 접촉하여 배치되어 있는, 발광 다이오드 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 전류 확산 수단은,
    갈륨-질화물의 서브층; 및
    상기 갈륨-질화물의 서브층과 접촉하여 있고 상기 갈륨-질화물의 서브층에 대해 스트레인되는 알루미늄-갈륨-질화물의 서브층- 상기 알루미늄-갈륨-질화물의 서브층은 상기 갈륨-질화물의 서브층의 두께의 절반보다 작음-
    을 포함하는, 발광 다이오드 장치.
  18. 비 단색 광을 방출하기 위한 발광 다이오드(LED) 장치로서,
    사파이어 기판 층;
    상기 사파이어 기판 층 위에 배치된 초격자 층- 상기 초격자 층은 복수의 주기를 포함하고, 상기 저 저항 층의 상기 주기 중 적어도 하나의 주기가 알루미늄-갈륨-질화물 서브층과 갈륨-질화물 서브층을 포함-;
    상기 초격자 층 위에 접촉하여 배치된 n-형 갈륨-질화물층- 상기 n-형 갈륨-질화물층은 적어도 500 nm보다 두꺼운 두께를 가짐-;
    상기 n-형 갈륨-질화물층 위에 배치된 활성층- 상기 활성층은 복수의 주기를 포함하고, 상기 활성층의 상기 주기 중 적어도 하나의 주기는 인듐-갈륨-질화물 서브층과 갈륨-질화물 서브층을 포함-;
    상기 활성층 위에 배치된 p-형 갈륨-질화물층;
    상기 n-형 갈륨-질화물층의 적어도 일부 위에 전기 접촉하여 배치된 제1 전극; 및
    상기 p-형 갈륨-질화물층의 적어도 일부 위에 전기 접촉하여 배치된 제2 전극을 포함하고,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 전류 흐름이 비 단색 광을 상기 발광 다이오드 장치로부터 방출되게 하는, 발광 다이오드 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 초격자 층은 갈륨-질화물의 템플릿 층 위에 접촉하여 배치되고, 상기 갈륨-질화물의 템플릿 층은 상기 사파이어 기판 층 위에 접촉하여 배치되는, 발광 다이오드 장치.
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