KR20200018996A - Light emitting diode having light scattering pattern - Google Patents

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허민찬
허진우
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Abstract

Provided is a light emitting diode having a light scattering pattern. According to an embodiment of the present invention, the light emitting diode comprises: a substrate; a semiconductor stacked structure arranged on the substrate and including a first conductive semiconductor layer, an active layer and a second conductive semiconductor layer; and a pattern of light scattering elements arranged between the substrate and the semiconductor stacked structure. The light scattering element includes dielectric layers having different refractive indexes from each other and has a hemisphere shape, a shell shape, or a cone shape.

Description

광 산란 패턴을 갖는 발광 다이오드{LIGHT EMITTING DIODE HAVING LIGHT SCATTERING PATTERN}Light-emitting diodes having a light scattering pattern {LIGHT EMITTING DIODE HAVING LIGHT SCATTERING PATTERN}

본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 특히, 광 산란 패턴을 갖는 발광 다이오드에 관한 것이다.The present invention relates to light emitting diodes, and more particularly to light emitting diodes having a light scattering pattern.

발광 다이오드는 대형 백라이트 유닛(Back Light Unit: BLU), 일반 조명 및 전장 등 다양한 제품에 이용되고 있으며, 또한 소형 가전 제품 및 인테리어 제품에 다양하게 이용되고 있다. Light emitting diodes are used in a variety of products such as large back light units (BLUs), general lighting and electrical equipment, and are also widely used in small home appliances and interior products.

한편, 고효율 발광 다이오드를 제공하기 위해 발광 다이오드의 외부 양자 효율을 높이기 위해 다양한 연구가 수행되어 왔다. 특히, 패터닝된 사파이어 기판은 광 추출 효율을 높이기 위해 적용되고 있다.Meanwhile, various studies have been conducted to increase the external quantum efficiency of light emitting diodes to provide high efficiency light emitting diodes. In particular, the patterned sapphire substrate has been applied to increase the light extraction efficiency.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 높은 광 추출 효율을 갖는 발광 다이오드를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a light emitting diode having a high light extraction efficiency.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 기판 측면 방향에 비해 기판 상면 방향으로 방출되는 광량을 증가시킬 수 있는 발광 다이오드를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a light emitting diode capable of increasing the amount of light emitted in the direction of the upper surface of the substrate as compared to the substrate side direction.

본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는, 기판; 상기 기판 상에 배치되며, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 반도체 적층; 상기 기판과 상기 반도체 적층 사이에 배치된 광 산란 요소들의 패턴을 포함하되, 상기 광 산란 요소는 굴절률이 서로 다른 유전층들을 포함하며, 반구 형상, 포탄 형상, 또는 콘 형상을 갖는다.A light emitting diode according to an embodiment of the present invention, a substrate; A semiconductor stack disposed on the substrate, the semiconductor stack including a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a second conductive semiconductor layer; A pattern of light scattering elements disposed between the substrate and the semiconductor stack, the light scattering elements comprising dielectric layers having different refractive indices and having a hemispherical shape, shell shape, or cone shape.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드는, 기판; 상기 기판 상에 배치되며, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 반도체 적층; 상기 기판과 상기 반도체 적층 사이에 배치된 광 산란 요소들의 패턴을 포함하되, 상기 광 산란 요소는 굴절률이 서로 다른 유전층들을 포함하며, 상기 광 산란 요소는 상기 기판에 접하는 하면을 가지며, 상기 하면으로부터 위로 갈수록 폭이 좁아지되, 상기 광 산란 요소의 최상단은 곡면 또는 첨점이다.In another embodiment, a light emitting diode includes: a substrate; A semiconductor stack disposed on the substrate, the semiconductor stack including a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a second conductive semiconductor layer; A pattern of light scattering elements disposed between the substrate and the semiconductor stack, the light scattering elements including dielectric layers having different refractive indices, the light scattering elements having a bottom surface in contact with the substrate, and upwardly from the bottom surface. Increasingly narrower, the top of the light scattering element is curved or cusp.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드는, 기판; 상기 기판 상에 배치되며, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 반도체 적층; 상기 기판과 상기 반도체 적층 사이에 배치된 광 산란 요소들의 패턴을 포함하되, 상기 광 산란 요소는 굴절률이 서로 다른 유전층들을 포함하며, 상기 광 산란 요소는 상기 기판에 접하는 하면 및 상기 하면에 대향하는 최상단을 포함하고, 상기 하면으로부터 상기 최상단으로 갈수록 폭이 좁아지되, 상기 최상단의 폭은 상기 하면의 폭의 1/10 이하이다.In another embodiment, a light emitting diode includes: a substrate; A semiconductor stack disposed on the substrate, the semiconductor stack including a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a second conductive semiconductor layer; A pattern of light scattering elements disposed between the substrate and the semiconductor stack, wherein the light scattering elements comprise dielectric layers having different refractive indices, the light scattering elements contacting the substrate and the top facing the bottom surface. It includes, the width becomes narrower toward the top end from the lower surface, the width of the upper end is less than 1/10 of the width of the lower surface.

본 발명의 실시예들에 따르면, 기판과 반도체 적층 사이에 굴절률이 서로 다른 유전층들을 포함하는 광 산란 요소를 채택함으로써 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 나아가, 기판 측면으로 방출되는 광에 비해 기판 상면 측으로 방출되는 광량을 증가시킬 수 있다.According to embodiments of the present invention, light extraction efficiency may be improved by adopting light scattering elements including dielectric layers having different refractive indices between the substrate and the semiconductor stack. Furthermore, the amount of light emitted to the upper surface of the substrate may be increased compared to the light emitted to the side of the substrate.

본 발명의 다른 특징 및 장점에 대해서는 뒤에서 설명하는 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다.Other features and advantages of the invention will be apparent from the following detailed description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 광 산란 요소를 설명하기 위해 도 1의 일부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 3은 광 산란 요소들의 다양한 형상을 설명하기 위한 개략적인 사시도들이다.
도 4는 광 산란 요소를 형성하기 위한 유전층들의 증착 조건에 따른 반사율 및 반사 대역을 설명하기 위한 시뮬레이션 그래프이다.
도 5는 종래 기술 및 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 포인팅 벡터 값을 나타내는 그래프이다.
1 is a schematic cross-sectional view for describing a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
2 is an enlarged cross-sectional view of a portion of FIG. 1 to explain a light scattering element.
3 is a schematic perspective view for explaining various shapes of the light scattering elements.
FIG. 4 is a simulation graph for explaining reflectance and reflection band according to deposition conditions of dielectric layers for forming a light scattering element.
5 is a graph illustrating a pointing vector value according to the prior art and various embodiments of the present disclosure.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 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, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 또한, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에" 또는 "상에" 있다고 기재된 경우 각 부분이 다른 부분의 "바로 상부" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라 각 구성요소와 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 개재된 경우도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described embodiments of the present invention; The following embodiments are provided as examples to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art to which the present invention pertains. Accordingly, the invention is not limited to the embodiments described below and may be embodied in other forms. In the drawings, widths, lengths, thicknesses, and the like of components may be exaggerated for convenience. In addition, when one component is described as "on" or "on" another component, each component is different from each other as well as when the component is "right on" or "on" another portion. It also includes a case where another component is interposed therebetween. Like numbers refer to like elements throughout the specification.

본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는, 기판; 상기 기판 상에 배치되며, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 반도체 적층; 상기 기판과 상기 반도체 적층 사이에 배치된 광 산란 요소들의 패턴을 포함하되, 상기 광 산란 요소는 굴절률이 서로 다른 유전층들을 포함하며, 반구 형상, 포탄 형상, 또는 콘 형상을 갖는다.A light emitting diode according to an embodiment of the present invention, a substrate; A semiconductor stack disposed on the substrate, the semiconductor stack including a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a second conductive semiconductor layer; A pattern of light scattering elements disposed between the substrate and the semiconductor stack, the light scattering elements comprising dielectric layers having different refractive indices and having a hemispherical shape, shell shape, or cone shape.

굴절률이 서로 다른 유전층들을 이용하여 광 산란 요소들을 형성함으로써 광 산란 효과를 증가시켜 광 추출 효율을 개선할 수 있다. 더욱이, 이들 광 산란 요소들은 기판의 측면 측으로 방출되는 광에 대해 기판의 상면 측으로 방출되는 광량을 증가시킨다.By forming light scattering elements using dielectric layers having different refractive indices, the light scattering effect may be increased to improve light extraction efficiency. Moreover, these light scattering elements increase the amount of light emitted to the top side of the substrate relative to the light emitted to the side of the substrate.

본 실시예에서, 반구 형상 또는 포탄 형상은 최상단이 완벽하게 곡면인 것만을 의미하는 것은 아니며, 의도적으로 또는 공정 한계로 최상단에 평평한 면이 잔류하는 것을 포함한다. 또한, 콘 형상은 최상단이 완벽하게 첨점인 것만을 의미하는 것은 아니며, 의도적으로 공정 한계로 최상단에 평평한 면이 잔류하는 것을 포함한다. 다만, 최상단에 형성되는 평평한 면은 극히 제한되며, 예를 들어, 광 산란 요소의 하면(바닥면)의 폭의 1/10 이하이다. 따라서, 하면에 비해 1/10 이하의 극히 작은 평평한 면이 최상단에 형성된 경우에도, 반구 형상, 포탄 형상 또는 콘 형상에 포함될 수 있다. In this embodiment, the hemispherical shape or shell shape does not only mean that the top is perfectly curved, but includes the intentional or process limitations that the flat surface remains at the top. In addition, the cone shape does not only mean that the top is perfectly pointed, but intentionally includes the flat surface remaining at the top as a process limit. However, the flat surface formed at the top is extremely limited, for example, 1/10 or less of the width of the bottom surface (bottom surface) of the light scattering element. Therefore, even when an extremely small flat surface of 1/10 or less than the lower surface is formed at the top, it can be included in the hemispherical shape, shell shape or cone shape.

나아가, 상기 광 산란 요소의 콘 형상은 원뿔 형상, 삼각뿔 형상, 측면이 볼록한 원뿔 형상, 밑면이 방패형이며 측면이 볼록한 삼각뿔 형상, 탄도형 원뿔 형상, 또는 하부 측면이 볼록한 탄도형 원뿔 형상을 포함한다.Further, the cone shape of the light scattering element may include a cone shape, a triangular pyramid shape, a convex conical shape at the bottom, a shield shape at the bottom and a convex triangular pyramid shape, a ballistic conical shape, or a ballistic conical shape with the lower side convex. .

한편, 상기 굴절률이 서로 다른 유전층들과 동일한 물질층들 및 동일한 두께들을 갖는 분포 브래그 반사기의 반사 대역의 밴드폭이 40nm 이상일 수 있으며, 상기 활성층에서 방출되는 광의 피크 파장은 상기 밴드폭 내에 위치할 수 있다.Meanwhile, the bandwidth of the reflection band of the distributed Bragg reflector having the same material layers and the same thicknesses as the dielectric layers having different refractive indices may be 40 nm or more, and the peak wavelength of the light emitted from the active layer may be located within the bandwidth. have.

나아가, 상기 광의 피크 파장은 상기 밴드폭 영역의 중심으로부터 상기 밴드폭의 ±10% 이내에 위치할 수 있다.Further, the peak wavelength of the light may be located within ± 10% of the bandwidth from the center of the bandwidth region.

또한, 상기 굴절률이 서로 다른 유전층들과 동일한 물질층들 및 동일한 두께들을 갖는 분포 브래그 반사기의 반사 대역의 밴드폭이 70nm 이상, 나아가 90nm 이상일 수 있다.In addition, the bandwidth of the reflection band of the distributed Bragg reflector having the same material layers and the same thicknesses as those of the dielectric layers having different refractive indices may be 70 nm or more, and more than 90 nm.

한편, 상기 굴절률이 서로 다른 유전층들과 동일한 물질층들 및 동일한 두께들을 갖는 분포 브래그 반사기의 최대 반사율이 20% 내지 90% 범위 내일 수 있다. 이 범위 내에서 발광 다이오드의 광 추출 효율을 개선할 수 있다. 나아가, 상기 최대 반사율은 20% 내지 55% 범위 내일 수 있으며, 이 범위 내에서 공정 마진을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 최대 반사율은 20% 내지 45% 범위 내일 수 있으며, 이 범위 내에서 발광 다이오드의 광 추출 효율을 극대화함과 아울러 공정 마진을 더욱 증가시킬 수 있다.Meanwhile, the maximum reflectance of the distributed Bragg reflector having the same material layers and the same thicknesses as the dielectric layers having different refractive indices may be in a range of 20% to 90%. Within this range, light extraction efficiency of the light emitting diode can be improved. Furthermore, the maximum reflectance may be in the range of 20% to 55%, and increase the process margin within this range. In addition, the maximum reflectance may be in the range of 20% to 45%, within this range may maximize the light extraction efficiency of the light emitting diode and further increase the process margin.

상기 발광 다이오드는 상기 기판과 상기 반도체 적층 사이에 위치하는 핵층을 더 포함할 수 있으며, 상기 핵층은 AlN 또는 Al2O3로 형성될 수 있다.The light emitting diode may further include a nuclear layer positioned between the substrate and the semiconductor stack, and the nuclear layer may be formed of AlN or Al 2 O 3.

나아가,상기 핵층은 Al2O3로 형성될 수 있으며, 상기 핵층은 상기 광 산란 요소들을 덮을 수 있다.Furthermore, the nuclear layer may be formed of Al 2 O 3, and the nuclear layer may cover the light scattering elements.

한편, 상기 기판은 상기 광 산란 요소들의 하부에 돌출부들을 가질 수 있으며, 상기 돌출부들의 높이는 상기 광 산란 요소들의 높이보다 작다.Meanwhile, the substrate may have protrusions under the light scattering elements, and the height of the protrusions is smaller than the height of the light scattering elements.

일 실시예에 있어서, 상기 광 산란 요소들은 하면의 최대 폭이 높이보다 크다. 하면의 폭이 높이보다 크기 때문에 기판 상면 측으로 방출되는 광량을 증가시킬 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시예에 있어서, 상기 광 산란 요소들은 하면의 최대 폭이 높이보다 작을 수 있다. In one embodiment, the light scattering elements have a maximum width of the bottom surface greater than the height. Since the width of the lower surface is larger than the height, the amount of light emitted to the upper surface of the substrate can be increased. However, the present invention is not limited thereto, and in another embodiment, the light scattering elements may have a maximum width of a lower surface of the lower surface than a height.

상기 발광 다이오드는 상기 기판 하부에 위치하는 반사층을 더 포함할 수 있다. 상기 반사층은 금속 반사층 또는 분포 브래그 반사기를 포함할 수 있다.The light emitting diode may further include a reflective layer under the substrate. The reflective layer may comprise a metal reflective layer or a distributed Bragg reflector.

한편, 상기 기판의 측면 측에서의 포인팅 벡터의 크기에 대해 상기 기판의 상면 측에서의 포인팅 벡터의 크기가 4배 이상일 수 있다.Meanwhile, the size of the pointing vector on the upper surface side of the substrate may be four times greater than the size of the pointing vector on the side surface of the substrate.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드는, 기판; 상기 기판 상에 배치되며, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 반도체 적층; 상기 기판과 상기 반도체 적층 사이에 배치된 광 산란 요소들의 패턴을 포함하되, 상기 광 산란 요소는 굴절률이 서로 다른 유전층들을 포함하며, 상기 광 산란 요소는 상기 기판에 접하는 하면을 가지며, 상기 하면으로부터 위로 갈수록 폭이 좁아지되, 상기 광 산란 요소의 최상단은 곡면 또는 첨점이다.In another embodiment, a light emitting diode includes: a substrate; A semiconductor stack disposed on the substrate, the semiconductor stack including a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a second conductive semiconductor layer; A pattern of light scattering elements disposed between the substrate and the semiconductor stack, the light scattering elements including dielectric layers having different refractive indices, the light scattering elements having a bottom surface in contact with the substrate, and upwardly from the bottom surface. Increasingly narrower, the top of the light scattering element is curved or cusp.

상기 굴절률이 서로 다른 유전층들과 동일한 물질층들 및 동일한 두께들을 갖는 분포 브래그 반사기의 반사 대역의 밴드폭이 40nm 이상이고, 상기 활성층에서 방출되는 광의 피크 파장은 상기 밴드폭 내에 위치할 수 있다.The bandwidth of the reflection band of the distributed Bragg reflector having the same material layers and the same thicknesses as the dielectric layers having different refractive indices may be 40 nm or more, and the peak wavelength of the light emitted from the active layer may be located within the bandwidth.

나아가, 상기 굴절률이 서로 다른 유전층들과 동일한 물질층들 및 동일한 두께들을 갖는 분포 브래그 반사기의 최대 반사율이 20% 내지 90% 범위 내일 수 있다.Further, the maximum reflectance of the distributed Bragg reflector having the same material layers and the same thicknesses as the dielectric layers having different refractive indices may be in the range of 20% to 90%.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드는, 기판; 상기 기판 상에 배치되며, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 반도체 적층; 상기 기판과 상기 반도체 적층 사이에 배치된 광 산란 요소들의 패턴을 포함하되, 상기 광 산란 요소는 굴절률이 서로 다른 유전층들을 포함하며, 상기 광 산란 요소는 상기 기판에 접하는 하면 및 상기 하면에 대향하는 최상단을 포함하고, 상기 하면으로부터 상기 최상단으로 갈수록 폭이 좁아지되, 상기 최상단의 폭은 상기 하면의 폭의 1/10 이하이다.In another embodiment, a light emitting diode includes: a substrate; A semiconductor stack disposed on the substrate, the semiconductor stack including a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a second conductive semiconductor layer; A pattern of light scattering elements disposed between the substrate and the semiconductor stack, wherein the light scattering elements comprise dielectric layers having different refractive indices, the light scattering elements contacting the substrate and the top facing the bottom surface. It includes, the width becomes narrower toward the top end from the lower surface, the width of the upper end is less than 1/10 of the width of the lower surface.

일 실시예에 있어서, 상기 기판은 사파이어 기판이고, 상기 광 산란 요소는 SiO2층과 Al2O3층을 포함하며, 상기 광 산란 요소의 Al2O3층이 기판에 접할 수 있다.In one embodiment, the substrate is a sapphire substrate, the light scattering element comprises an SiO 2 layer and an Al 2 O 3 layer, and the Al 2 O 3 layer of the light scattering element may contact the substrate.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들에 대해 설명한다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 2는 광 산란 요소를 설명하기 위해 도 1의 일부분을 확대 도시한 단면도이고, 도 3은 광 산란 요소들의 다양한 형상을 설명하기 위한 개략적인 사시도들이다.1 is a schematic cross-sectional view illustrating a light emitting diode according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a portion of FIG. 1 to explain a light scattering element, and FIG. Schematic perspective views for explaining various shapes.

우선, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 다이오드는 기판(21), 광 산란 요소(23), 핵층(25), 발광 구조체(30), 오믹 전극(37), 및 반사기(41)를 포함한다. First, referring to FIGS. 1 and 2, a light emitting diode according to the present embodiment includes a substrate 21, a light scattering element 23, a nuclear layer 25, a light emitting structure 30, an ohmic electrode 37, and a reflector. (41).

기판(21)은 절연성 또는 도전성 기판일 수 있다. 기판(21)은 발광 구조체(30)를 성장시키기 위한 성장 기판일 수 있으며, 사파이어 기판, 실리콘 카바이드 기판, 실리콘 기판, 질화갈륨 기판, 질화알루미늄 기판 등을 포함할 수 있다. 특히, 기판(21)은 질화갈륨에 비해 더 작은 굴절률을 가질 수 있으며, 예컨대 사파이어 기판일 수 있다.The substrate 21 may be an insulating or conductive substrate. The substrate 21 may be a growth substrate for growing the light emitting structure 30, and may include a sapphire substrate, a silicon carbide substrate, a silicon substrate, a gallium nitride substrate, an aluminum nitride substrate, and the like. In particular, the substrate 21 may have a smaller refractive index than gallium nitride, and may be, for example, a sapphire substrate.

또한, 기판(21)은 광 산란 요소들(23) 하부에 위치하는 돌출부들(21a)을 가질 수 있다. 돌출부(21a)의 폭은 광 산란 요소(23)의 최대 폭과 대체로 유사할 수 있다. 돌출부들(21a)은 광 산란 요소들(23)을 패터닝하는 동안 과식각에 의해 형성될 수 있다. 다만, 돌출부들(21a)의 높이는 광 산란 요소(23)의 높이보다 작다. 돌출부들(21a)의 평면 형상은 후술하는 광 산란 요소들(23)의 하면들의 형상에 대응한다.In addition, the substrate 21 may have protrusions 21a positioned below the light scattering elements 23. The width of the protrusion 21a can be largely similar to the maximum width of the light scattering element 23. The protrusions 21a may be formed by overetching while patterning the light scattering elements 23. However, the height of the protrusions 21a is smaller than the height of the light scattering element 23. The planar shape of the protrusions 21a corresponds to the shape of the lower surfaces of the light scattering elements 23 described later.

광 산란 요소들(23)은 규칙적으로 배치되어 패턴을 형성한다. 광 산란 요소들(23)은 일정한 하면 크기를 가지고 일정한 피치로 배열될 수 있다. 예를 들어, 광 산란 요소들(23)은 벌집 모양으로 배열될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 광 산란 요소들(23)은 매트릭스 형상 등 다양한 형상으로 배열될 수 있다.The light scattering elements 23 are arranged regularly to form a pattern. The light scattering elements 23 can be arranged at a constant pitch with a constant bottom size. For example, the light scattering elements 23 can be arranged in a honeycomb shape. However, the present invention is not limited thereto, and the light scattering elements 23 may be arranged in various shapes such as a matrix shape.

광 산란 요소(23)의 하면의 최대 폭은 그 높이보다 클 수 있다. 예를 들어, 광 산란 요소(23)의 하면은 1 내지 5um일 수 있으며, 그 높이는 0.5 내지 3um일 수 있다. 구체적인 실시예에서, 광 산란 요소(23)은 원뿔 형상을 가질 수 있으며, 하면의 직경은 예를 들어 2.7um이고 높이는 약 1.8um일 수 있으며, 광 산란 요소들(23)은 약 3um의 피치로 벌집 모양으로 배열될 수 있다.The maximum width of the bottom surface of the light scattering element 23 may be greater than its height. For example, the bottom surface of the light scattering element 23 may be 1 to 5 um, and its height may be 0.5 to 3 um. In a specific embodiment, the light scattering elements 23 may have a conical shape, the diameter of the lower surface may be, for example, 2.7 μm and the height may be about 1.8 μm, and the light scattering elements 23 may have a pitch of about 3 μm. It can be arranged in a honeycomb shape.

그러나 광 산란 요소(23)의 형상이 원뿔 형상에 한정되는 것은 아니며, 반구 형상 또는 포탄 형상 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 광 산란 요소(23)의 다양한 형상에 대해서는 도 3을 참조하여 설명된다.However, the shape of the light scattering element 23 is not limited to a cone shape, and may have various shapes such as hemispherical shape or shell shape. Various shapes of the light scattering elements 23 are described with reference to FIG. 3.

우선, 도 3(a)를 참조하면, 광 산란 요소(23)는 하면이 원형인 원뿔 형상일 수 있다. 하면에서 위로 갈수록 폭이 연속적으로 좁아지며, 측면의 기울기는 일정하다. 도면에서 하면의 직경이 높이보다 작은 것으로 도시되지만, 하면의 직경이 높이보다 클 수 있다.First, referring to FIG. 3A, the light scattering element 23 may have a conical shape having a circular bottom surface. The width gradually narrows from the bottom to the top, and the side slope is constant. Although the diameter of the lower surface is shown as being smaller than the height in the figure, the diameter of the lower surface may be larger than the height.

도 3(b)를 참조하면, 광 산란 요소(23)는 하면이 원형인 원뿔 형상을 갖되, 측면이 볼록한 형상을 갖는다. 측면이 볼록한 형상을 갖기 때문에 원뿔 형상에 비해 광이 산란되는 면적을 증가시킬 수 있다.Referring to FIG. 3B, the light scattering element 23 has a conical shape having a circular bottom surface and a convex side surface. Since the side surface has a convex shape, it is possible to increase the area where light is scattered compared to the conical shape.

도 3(c)를 참조하면, 광 산란 요소(23)는 탄도형 원뿔 형상을 가질 수 있다. 즉, 광 산란 요소(23)는 하면이 원형 형상을 갖되, 하부가 원기둥 형상이고, 그 위에 원뿔이 놓여있는 형상을 갖는다.Referring to FIG. 3C, the light scattering elements 23 may have a ballistic cone shape. That is, the light scattering element 23 has a circular shape at the bottom, a cylindrical shape at the bottom, and a cone on which the cone is placed.

도 3(d)를 참조하면, 광 산란 요소(23)는 하면이 삼각형인 삼각뿔 형상을 가질 수 있다. 하면은 예를 들어, 정삼각형일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.Referring to FIG. 3 (d), the light scattering element 23 may have a triangular pyramid shape having a triangular lower surface. The lower surface may be, for example, an equilateral triangle, but is not necessarily limited thereto.

도 3(e)를 참조하면, 광 산란 요소(23)는 삼각뿔 형상을 갖되, 하면 및 측면이 변형된 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 오른쪽에 작게 도시된 바와 같이 하면은 방패 형상일 수 있으며, 측면은 볼록한 형상일 수 있다.Referring to FIG. 3E, the light scattering element 23 may have a triangular pyramid shape, but a lower surface and a side surface thereof may be deformed. For example, as shown small on the right side, the bottom surface may be a shield shape, and the side surface may be a convex shape.

도 3(f)를 참조하면, 광 산란 요소(23)는 반구 형상일 수 있다. 하면은 원형 형상이며, 하면으로부터 위로 갈수록 폭이 좁아지며, 최상단은 곡면이다.Referring to FIG. 3 (f), the light scattering elements 23 may be hemispherical in shape. The lower surface is circular in shape, the width becomes narrower upward from the lower surface, and the uppermost surface is curved.

도 3(g)를 참조하면, 광 산란 요소(23)는 포탄형일 수 있다. 하면은 원형 형상일 수 있으며, 하면으로부터 위로 갈수록 폭이 좁아지되, 반구 형상보다는 상대적으로 기다란 형상을 갖는다. 포탄형은 반구 형상에 비해 산란 면적을 증가시켜 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.Referring to FIG. 3G, the light scattering elements 23 may be shell type. The lower surface may have a circular shape, and the width becomes narrower upward from the lower surface, but has a relatively long shape rather than a hemispherical shape. Shell type can improve the light extraction efficiency by increasing the scattering area compared to the hemispherical shape.

도 3(h)를 참조하면, 광 산란 요소(23)는 타원 반구 형상과 원뿔 형상이 혼합된 형상을 가질 수 있다. 즉, 광 산란 요소(23)는 타원 반구의 하부에 원뿔이 높인 형상을 갖는다.Referring to FIG. 3 (h), the light scattering element 23 may have a shape in which an elliptic hemispherical shape and a cone shape are mixed. That is, the light scattering element 23 has a shape in which the cone is raised under the elliptic hemisphere.

광 산란 요소들(23)은 굴절률이 서로 다른 유전층들(23a, 23b)을 교대로 적층한 후 이들을 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 각각의 광 산란 요소(23)는 SiO2층(굴절률: 약 1.48)과 Al2O3층(굴절률: 약 1.65)이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 기판(21)이 사파이어 기판인 경우, Al2O3층은 사파이어 기판(21)과 동종의 재료이므로 적합하다. 다만, 본 발명이 특정 유전층에 한정되는 것은 아니며, 굴절률이 서로 다른 다양한 유전층들이 사용될 수 있다.The light scattering elements 23 may be formed by alternately stacking dielectric layers 23a and 23b having different refractive indices and then patterning them. For example, each light scattering element 23 may have a structure in which an SiO 2 layer (refractive index: about 1.48) and an Al 2 O 3 layer (refractive index: about 1.65) are alternately stacked. When the substrate 21 is a sapphire substrate, the Al 2 O 3 layer is suitable because it is the same material as the sapphire substrate 21. However, the present invention is not limited to a specific dielectric layer, and various dielectric layers having different refractive indices may be used.

한편, 유전층들의 페어 수는 요구되는 광 산란 요소(23)의 두께 및 반사율 등을 고려하여 설정될 수 있다. 또한, 기판(21)과 접하는 첫번째 유전층(23a)은 상대적으로 낮은 굴절률을 갖는 유전층일 수도 있고, 상대적으로 높은 굴절률을 갖는 유전층일 수도 있다. 다만, 기판(21)이 사파이어 기판(굴절률: 약 1.78)인 경우, 사파이어 기판과 굴절률 차이가 적은 유전층을 첫번째 층으로 함으로써 기판(21)에서 발광 구조체(30) 측으로 입사되는 광의 내부 전반사를 줄일 수 있다. 예를 들어, SiO2층과 Al2O3층을 교대로 적층한 유전층들(23a, 23b)을 이용하여 광 산란 요소들(23)을 형성할 경우, SiO2층 대신, Al2O3층을 첫 번째 층으로 함으로써 사파이어 기판(21)과 광 산란 요소(23) 사이의 굴절률 차이를 줄여 기판(21)과 광 산란 요소(23) 사이의 내부 전반사를 줄일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, SiO2층을 첫 번째 층으로 할 수도 있다.On the other hand, the number of pairs of dielectric layers may be set in consideration of the thickness and reflectance of the light scattering element 23 required. In addition, the first dielectric layer 23a in contact with the substrate 21 may be a dielectric layer having a relatively low refractive index, or may be a dielectric layer having a relatively high refractive index. However, when the substrate 21 is a sapphire substrate (refractive index: about 1.78), the total internal reflection of light incident from the substrate 21 to the light emitting structure 30 can be reduced by using the dielectric layer having a small refractive index difference with the sapphire substrate as the first layer. have. For example, when the light scattering elements 23 are formed using dielectric layers 23a and 23b alternately stacked with an SiO 2 layer and an Al 2 O 3 layer, the sapphire substrate is formed by using the Al 2 O 3 layer as the first layer instead of the SiO 2 layer. The total internal reflection between the substrate 21 and the light scattering elements 23 can be reduced by reducing the difference in refractive index between the 21 and the light scattering elements 23. However, the present invention is not limited thereto, and the SiO 2 layer may be the first layer.

한편, 광 산란 요소(23)의 마지막층은 고굴절률층일 수도 있고, 저굴절률층일 수도 있다. Al2O3층은 그 위에 형성되는 질화갈륨계 발광 구조체(30)의 형성에 유리하므로, Al2O3층을 마지막층으로 사용할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, SiO2층을 마지막으로 할 수도 있다.On the other hand, the last layer of the light scattering element 23 may be a high refractive index layer or a low refractive index layer. Since the Al 2 O 3 layer is advantageous for forming the gallium nitride based light emitting structure 30 formed thereon, the Al 2 O 3 layer can be used as the last layer. However, the present invention is not limited thereto, and the SiO 2 layer may be the last.

한편, 도 3(a) 내지 도 3(h)에 도시한 실시예들에 있어서, 광 산란 요소(23)는 기판(21)에 접하는 평탄한 하면을 가지며, 상기 하면으로부터 위로 갈수록 폭이 좁아지는 형상을 갖는다. 나아가, 위 실시예들에 도시된 바와 같이, 광 산란 요소(23)의 최상단은 곡면이거나 또는 첨점일 수 있다. 그러나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 최상단이 평평한 면을 포함할 수도 있다. 이러한 평평한 면은 반구 형상, 포탄 형상이나 콘을 형성하는 과정에서 의도적으로 또는 공정상 한계에 의해 형성될 수 있다. 다만, 본 발명의 실시예들에 있어서, 최상단에 형성되는 평평한 면의 크기는 극히 제한된다. 특정 실시예에서, 광 산란 요소(23)의 최상단이 평평한 면을 포함할 경우, 최상단의 평평한 면은, 예를 들어, 상기 하면의 폭의 1/10 이하이다.Meanwhile, in the embodiments shown in FIGS. 3A to 3H, the light scattering element 23 has a flat lower surface contacting the substrate 21, and the width becomes narrower from the lower surface upward. Has Furthermore, as shown in the above embodiments, the top of the light scattering element 23 may be curved or cusp. However, the present invention is not necessarily limited thereto, and the top may include a flat surface. Such flat surfaces may be formed intentionally or by process limitations in the process of forming hemispherical, shell or cones. However, in the embodiments of the present invention, the size of the flat surface formed at the top is extremely limited. In a particular embodiment, when the top of the light scattering element 23 comprises a flat surface, the top flat surface is, for example, 1/10 or less of the width of the bottom surface.

광 산란 요소(23)가 하면으로부터 위로 갈수록 폭이 좁아지는 형상을 갖기 때문에, 광 산란 요소(23)에 의한 산란 효과를 증가시킬 수 있다. 광 산란 요소(23)가 기둥 형상을 갖거나, 또는 상대적으로 넓은 최상단의 평평한 면을 가질 경우, 발광 구조체(30)에서 방출된 광이 기판(21)에 진입한 후, 다시 발광 구조체(30) 측으로 재진입하기 어려울 수 있다. 이에 반해, 본 실시예의 광 산란 요소(23)를 채택함으로써 기판(21)에 진입된 광이 발광 구조체(30) 측으로 다시 쉽게 빠져나올 수 있어 광 추출 효율이 개선될 수 있다.Since the light scattering element 23 has a shape that becomes narrower from the lower surface upward, the scattering effect by the light scattering element 23 can be increased. When the light scattering element 23 has a columnar shape or has a relatively wide top flat surface, the light emitted from the light emitting structure 30 enters the substrate 21, and then again the light emitting structure 30. It may be difficult to re-enter to the side. On the contrary, by adopting the light scattering element 23 of the present embodiment, the light entering the substrate 21 can easily escape back to the light emitting structure 30, so that the light extraction efficiency can be improved.

한편, 상기 광 산란 요소(23) 내의 유전층들(23a, 23b)과 동일한 물질층들을 그들과 동일한 두께로 증착한 경우, 반사 대역의 밴드 폭을 갖는 분포 브래그 반사기의 구조를 가질 수 있다. 나아가, 발광 구조체(30)의 활성층(33)에서 방출되는 광의 피크 파장은 상기 밴드폭 내에 위치한다. 특히, 상기 광의 피크 파장은 상기 밴드폭 영역의 중심으로부터 상기 밴드폭의 ±10% 이내에 위치할 수 있다.Meanwhile, when the same material layers as the dielectric layers 23a and 23b in the light scattering element 23 are deposited to the same thickness, they may have a structure of a distributed Bragg reflector having a band width of a reflection band. Further, the peak wavelength of the light emitted from the active layer 33 of the light emitting structure 30 is located within the bandwidth. In particular, the peak wavelength of the light may be located within ± 10% of the bandwidth from the center of the bandwidth region.

한편, 상기 분포 브래그 반사기의 반사 대역의 밴드폭은 40nm 이상일 수 있으며, 나아가, 70nm 이상일 수 있고, 더 나아가, 90nm 이상일 수 있다.Meanwhile, the bandwidth of the reflection band of the distributed Bragg reflector may be 40 nm or more, further, 70 nm or more, and further, 90 nm or more.

반사 대역의 밴드폭이 넓을수록 공정 마진을 증가시킬 수 있어 발광 다이오드의 불량률을 줄일 수 있다.The wider the bandwidth of the reflection band can increase the process margin can reduce the failure rate of the light emitting diode.

한편, 상기 분포 브래그 반사기의 최대 반사율은 20% 내지 90% 범위 내, 나아가, 20% 내지 55% 범위 내, 더 나아가, 20% 내지 45% 범위 내일 수 있다. 일반적으로 분포 브래그 반사기는 대체로 100%에 가까운 반사율을 갖도록 형성되며, 또한, 상기 반사율을 유지하도록 기판(21) 상에 기둥 형상으로 배치될 수 있다. 그러나, 광 산란 요소(23)를 기둥 형상으로 형성할 경우, 기판(21)으로 진입한 광을 추출하기 어려워져 광 추출 효율을 개선하기 어렵다. 본 발명은 광 산란 요소(23)를 특정 형상으로 형성함으로써 반사율을 낮추되 광 산란 효과를 극대화할 수 있으며, 또한, 기판(21)으로 진입한 광을 다시 발광 구조체(30)의 상면 측으로 추출할 수 있어 광 추출 효율을 개선할 수 있다.Meanwhile, the maximum reflectance of the distributed Bragg reflector may be in the range of 20% to 90%, further, in the range of 20% to 55%, further, in the range of 20% to 45%. In general, the distributed Bragg reflector is formed to have a reflectance of approximately 100%, and may also be arranged in a columnar shape on the substrate 21 to maintain the reflectance. However, when the light scattering elements 23 are formed in a columnar shape, it is difficult to extract the light entering the substrate 21, so that it is difficult to improve the light extraction efficiency. According to the present invention, the light scattering element 23 may be formed in a specific shape to lower the reflectance while maximizing the light scattering effect. In addition, light entering the substrate 21 may be extracted to the upper surface side of the light emitting structure 30 again. It can improve the light extraction efficiency.

한편, 핵층(25)은 기판(21)과 상기 반도체 적층(30) 사이에 위치할 수 있다. 일 실시예에서, 핵층(25)은 광 산란 요소들(23) 사이의 기판(21) 상에 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 핵층(25)은 광 산란 요소들(23) 및 기판(21)을 덮을 수 있다.Meanwhile, the nuclear layer 25 may be located between the substrate 21 and the semiconductor stack 30. In one embodiment, the nuclear layer 25 may be formed on the substrate 21 between the light scattering elements 23. In another embodiment, the nuclear layer 25 may cover the light scattering elements 23 and the substrate 21.

상기 핵층(25)은 예를 들어 AlN 또는 Al2O3로 형성될 수 있다. AlN는 질화물계 반도체층을 성장시키기 위한 핵층으로 잘 알려져 있다. 한편, Al2O3는 사파이어 기판(21)과 동종의 재료로 열처리에 의해 재결정화될 수 있으며, 이에 따라, 질화물계 반도체층을 성장시키기 위한 핵층으로 사용될 수 있다.The nuclear layer 25 may be formed of, for example, AlN or Al 2 O 3. AlN is well known as a nuclear layer for growing a nitride based semiconductor layer. Meanwhile, Al 2 O 3 may be recrystallized by heat treatment with the same material as the sapphire substrate 21, and thus, may be used as a nuclear layer for growing a nitride-based semiconductor layer.

발광 구조체(30)는 기판(21) 상에 위치한다. 또한, 발광 구조체(30)는 광 산란 요소들(23)을 덮는다. 발광 구조체(30)는 제1 도전형 반도체층(31), 제1 도전형 반도체층(21) 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층(35), 및 제1 도전형 반도체층(31)과 제2 도전형 반도체층(35)의 사이에 위치하는 활성층(33)을 포함한다. 발광 구조체(30)의 전체 두께는 대략 5 내지 10um 범위 내일 수 있다.The light emitting structure 30 is located on the substrate 21. The light emitting structure 30 also covers the light scattering elements 23. The light emitting structure 30 may include a first conductive semiconductor layer 31, a second conductive semiconductor layer 35 positioned on the first conductive semiconductor layer 21, and a first conductive semiconductor layer 31. The active layer 33 is positioned between the second conductive semiconductor layer 35. The overall thickness of the light emitting structure 30 may be in the range of about 5-10 μm.

한편, 제1 도전형 반도체층(31), 활성층(33) 및 제2 도전형 반도체층(35)은 Ⅲ-Ⅴ 계열 질화물계 반도체를 포함할 수 있고, 예를 들어, (Al, Ga, In)N과 같은 질화물계 반도체를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(31)은 n형 불순물 (예를 들어, Si, Ge. Sn)을 포함할 수 있고, 제2 도전형 반도체층(35)은 p형 불순물 (예를 들어, Mg, Sr, Ba)을 포함할 수 있다. 또한, 그 반대일 수도 있다. 활성층(33)은 다중양자우물 구조(MQW)를 포함할 수 있고, 원하는 파장을 방출하도록 질화물계 반도체의 조성비가 조절될 수 있다. 특히, 본 실시예에 있어서, 제2 도전형 반도체층(35)은 p형 반도체층일 수 있다.Meanwhile, the first conductive semiconductor layer 31, the active layer 33, and the second conductive semiconductor layer 35 may include III-V-based nitride semiconductors, for example, (Al, Ga, In Nitride-based semiconductors such as N). The first conductive semiconductor layer 31 may include n-type impurities (eg, Si, Ge. Sn), and the second conductive semiconductor layer 35 may include p-type impurities (eg, Mg, Sr, Ba). It may also be the reverse. The active layer 33 may include a multi-quantum well structure (MQW), and the composition ratio of the nitride semiconductor may be adjusted to emit a desired wavelength. In particular, in the present embodiment, the second conductivity-type semiconductor layer 35 may be a p-type semiconductor layer.

한편, 오믹 전극(37)은 제2 도전형 반도체층(35) 상에 위치한다. 오믹 전극(37)은 제2 도전형 반도체층(35)에 오믹 컨택할 수 있다. 오믹 전극(37)은 예를 들어, ITO(Indium Tin Oxide), ZnO(Zinc Oxide), ZITO (Zinc Indium Tin Oxide), ZIO (Zinc Indium Oxide), ZTO (Zinc Tin Oxide), GITO (Gallium Indium Tin Oxide), GIO (Gallium Indium Oxide), GZO (Gallium Zinc Oxide), AZO(Aluminum doped Zinc Oxide), FTO(Fluorine Tin Oxide) 등과 같은 광 투과성 도전성 산화물층을 포함할 수 있다. 도전성 산화물은 다양한 도펀트를 포함할 수도 있다.On the other hand, the ohmic electrode 37 is located on the second conductivity type semiconductor layer 35. The ohmic electrode 37 may ohmic contact the second conductive semiconductor layer 35. The ohmic electrode 37 may include, for example, indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), zinc indium tin oxide (ZITO), zinc indium oxide (ZIO), zinc tin oxide (ZTO), gallium indium tin (GITO). It may include a light-transmitting conductive oxide layer, such as oxide (Gide), gallium indium oxide (GIO), gallium zinc oxide (GZO), aluminum doped zinc oxide (AZO), fluorine tin oxide (FTO). The conductive oxide may include various dopants.

광 투과성 도전성 산화물을 포함하는 오믹 전극(37)은 제2 도전형 반도체층(35)과의 오믹 컨택 특성이 우수하며, 광을 투과시킬 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 오믹 전극(37)은 금속층을 포함할 수도 있다.The ohmic electrode 37 including the light transmissive conductive oxide has excellent ohmic contact characteristics with the second conductivity type semiconductor layer 35 and can transmit light. However, the present invention is not limited thereto, and the ohmic electrode 37 may include a metal layer.

오믹 전극(37)의 두께는 제한되지 않으나, 과도하게 두꺼우면 광 흡수에 의한 광 손실 발생될 수 있다. 따라서, 오믹 전극(37)의 두께는 대략 3000Å 이하로 제한된다. The thickness of the ohmic electrode 37 is not limited, but if the thickness is excessively thick, light loss due to light absorption may occur. Therefore, the thickness of the ohmic electrode 37 is limited to approximately 3000 kPa or less.

한편, 반사기(41)는 기판(21) 하부에 위치한다. 반사기(41)는 Ag, Al, Au 등과 같은 금속 반사층 또는 분포 브래그 반사기를 포함할 수 있다. 반사기(41)는 기판(21)을 통과해서 기판(21) 아래쪽으로 진행하는 광을 기판(21) 상면측으로 반사시킨다.The reflector 41 is positioned below the substrate 21. The reflector 41 may include a metal reflective layer such as Ag, Al, Au, or a distributed Bragg reflector. The reflector 41 reflects the light that passes through the substrate 21 and proceeds downward to the substrate 21 toward the upper surface of the substrate 21.

반사기(41)는 굴절률이 서로 다른 유전체층들이 반복 적층되어 형성된 분포 브래그 반사기일 수 있으며, 상기 유전체층들은 TiO2 , SiO2, HfO2, ZrO2, Nb2O5, MgF2등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반사기(41)는 교대로 적층된 TiO2층/SiO2층의 구조를 가질 수 있다. 반사기(41)에 사용되는 분포 브래그 반사기는 활성층(33)에서 생성된 광에 대해 예를 들어 90% 이상, 나아가, 95% 이상의 반사율을 가질 수 있다.The reflector 41 may be a distributed Bragg reflector formed by repeatedly stacking dielectric layers having different refractive indices, and the dielectric layers may include TiO 2 , SiO 2 , HfO 2 , ZrO 2 , Nb 2 O 5 , MgF 2 , and the like. . For example, the reflector 41 may have a structure of alternately stacked TiO 2 layers / SiO 2 layers. The distributed Bragg reflector used in the reflector 41 may have, for example, a reflectance of at least 90%, furthermore at least 95%, for the light generated in the active layer 33.

절연층(37)은 약 2㎛ 내지 5㎛ 두께를 가질 수 있다. 분포 브래그 반사기는 활성층(33)에서 생성되는 광에 대한 반사율이 90% 이상일 수 있으며, 분포 브래그 반사기를 형성하는 복수의 유전체층들의 종류, 두께, 적층 주기등을 제어함으로써 100%에 가까운 반사율이 제공될 수 있다. 더욱이, 상기 분포 브래그 반사기는 활성층(33)에서 생성된 광 이외의 다른 가시광에 대해서도 높은 반사율을 가질 수 있다.The insulating layer 37 may have a thickness of about 2 μm to 5 μm. The distributed Bragg reflector may have a reflectance of 90% or more with respect to the light generated in the active layer 33, and the reflectivity close to 100% may be provided by controlling the type, thickness, lamination period, etc. of the plurality of dielectric layers forming the distributed Bragg reflector. Can be. Moreover, the distributed Bragg reflector may have a high reflectance for visible light other than the light generated in the active layer 33.

본 실시예에 있어서, 발광 다이오드는 수평형 발광 다이오드일 수 있으며, 활성층(33)에서 생성된 광은 대체로 오믹 전극(37)을 투과하여 외부로 방출된다. 특히, 기판(21)의 상면측으로 방출되는 광량은 기판(21)의 측면측으로 방출되는 광량에 비해 4배 이상일 수 있다.In the present embodiment, the light emitting diode may be a horizontal light emitting diode, and light generated in the active layer 33 is generally transmitted through the ohmic electrode 37 and emitted to the outside. In particular, the amount of light emitted to the upper surface side of the substrate 21 may be four times or more than the amount of light emitted to the side surface of the substrate 21.

그러나, 본 발이 수평형 발광 다이오드에 한정되는 것은 아니며, 플립칩형 발광 다이오드일 수도 있다. 이 경우, 오믹 전극(37)은 반사기를 포함할 수 있으며, 반사기(41)는 생략된다.However, the present invention is not limited to the horizontal light emitting diode, and may be a flip chip light emitting diode. In this case, the ohmic electrode 37 may include a reflector, and the reflector 41 is omitted.

도 4는 광 산란 요소를 형성하기 위한 유전층들의 증착 조건에 따른 반사율 및 반사 대역을 설명하기 위한 시뮬레이션 그래프이다.4 is a simulation graph for explaining reflectance and reflection band according to deposition conditions of dielectric layers for forming a light scattering element.

우선, 실제 증착 조건에서 SiO2층 및 Al2O3층의 굴절률을 확인하기 위해 기판들 상에 이들 층을 각각 증착하여 광학 특성을 측정하고, 이로부터 굴절률을 산출하였다. 그 결과, SiO2층의 굴절률은 1.4824이었으며, Al2O3층의 굴절률은 1.65341이었다. 한편, 사파이어 기판의 굴절률은 약 1.78로 Al2O3층의 굴절률보다 높다.First, in order to confirm the refractive indices of the SiO 2 layer and the Al 2 O 3 layer under actual deposition conditions, these layers were respectively deposited on the substrates to measure optical properties, and the refractive indices were calculated therefrom. As a result, the refractive index of the SiO 2 layer was 1.4824, and the refractive index of the Al 2 O 3 layer was 1.65341. On the other hand, the refractive index of the sapphire substrate is about 1.78, which is higher than that of the Al2O3 layer.

사파이어 기판(굴절률: 1.78) 상에 15페어의 SiO2(굴절률: 1.48)/Al2O3(굴절률: 1.65)가 교대로 적층된 구조에서, 각 층들의 두께를 조절하여 반사 대역의 밴드 폭 및 460nm에서의 반사율을 조절하였다.In a structure in which 15 pairs of SiO 2 (refractive index: 1.48) / Al 2 O 3 (refractive index: 1.65) are alternately stacked on a sapphire substrate (refractive index: 1.78), the thickness of each layer is adjusted to reflect the band width of the reflection band and the reflectance at 460 nm. Was adjusted.

여기에 제시된 각 실시예들의 적층 구조는 광 산란 요소들(도 1의 23)을 형성하기 위해 패터닝하기 전의 적층 구조에 대응한다.The stacked structure of each of the embodiments presented herein corresponds to the stacked structure before patterning to form light scattering elements (23 of FIG. 1).

도 4에서 알 수 있듯이, 반사율이 높을 수록 밴드 폭이 좁으며, 밴드 폭을 증가시키기 위해 두께를 조절할 경우, 반사율이 감소한다. 각 반사율에 따른 밴드폭을 표 1에 요약하였다. 여기서, 밴드 폭은 반사 대역에서의 반치폭을 의미한다.As can be seen in Figure 4, the higher the reflectance, the narrower the width of the band, when adjusting the thickness to increase the band width, the reflectance decreases. Bandwidths for each reflectance are summarized in Table 1. Here, the band width means the half width in the reflection band.

반사율(%)reflectivity(%) 9090 7575 5555 4545 3535 2020 밴드폭(nm)Bandwidth (nm) 4343 5454 7676 9797 9595 110110

발광 다이오드의 성능을 고려할 경우, 광 산란 요소(23)는 반사율이 높은 적층 구조를 이용하여 형성하는 것이 유리할 수 있다. 그러나 발광 다이오드에서 방출되는 광의 피크 파장이나, 광 산란 요소들을 형성하는 유전층들의 광학적 특성은 발광 다이오드를 제조하는 과정에서 다양한 요동(fluctuation)을 경험할 수 있다. 따라서, 발광 다이오드의 공정 마진을 고려하여, 넓은 밴드 폭을 갖는 적층 구조를 사용할 필요가 있다. 반사 대역의 밴드 폭이 넓을수록 발광 다이오드의 수율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 반사 대역의 밴드 폭은 활성층(33)에서 생성된 광의 피크 파장을 포함하며 적어도 40nm 이상이어야 하고, 나아가, 더 넓은 밴드 폭이 요구될 수도 있다.In consideration of the performance of the light emitting diode, it may be advantageous to form the light scattering element 23 using a laminated structure having a high reflectance. However, the peak wavelength of the light emitted from the light emitting diodes or the optical characteristics of the dielectric layers forming the light scattering elements may experience various fluctuations in the process of manufacturing the light emitting diodes. Therefore, in consideration of the process margin of the light emitting diode, it is necessary to use a laminated structure having a wide band width. As the band width of the reflection band is wider, the yield of the light emitting diode can be improved. Therefore, the band width of the reflection band includes the peak wavelength of light generated in the active layer 33 and should be at least 40 nm or more, and further, a wider band width may be required.

도 5는 종래 기술 및 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 포인팅 벡터 값을 나타내는 그래프이다. 포인팅 벡터 값은 단위 시간 당, 단위 면적을 통과하는 에너지 흐름을 나타내며, 따라서, 포인팅 벡터 값을 비교함으로써 발광 다이오드에서 방출된 에너지의 흐름을 비교할 수 있다.5 is a graph illustrating a pointing vector value according to the prior art and various embodiments of the present disclosure. The pointing vector value represents the energy flow through the unit area per unit time, and thus, the flow of energy emitted from the light emitting diode can be compared by comparing the pointing vector value.

시뮬레이션에 사용된 발광 다이오드의 구조는 도 1과 유사하며, 사파이어 기판 상에 도 4에서 설명한 적층 구조들을 패터닝하여 직경이 2.7um인 원뿔 형상의 광 산란 요소들을 피치 3.0um의 벌집 모양으로 배열하였으며, 광 산란 요소들의 두께는 2.0 내지 2.4um 범위 내였다. 또한, 발광 구조체의 전체 두께는 7.1um로 설정하고, 오믹 전극으로 48nm 두께의 ITO를 사용하였으며, 기판 하부에 300nm 두께의 Ag 반사기를 설정하였다. 상기 발광 다이오드의 구조에 대해 FDTD(Finite-difference time-domain) 시뮬레이션을 통해 기판 측면 및 상면 측에서의 포인팅 벡터 값을 산출하였으며, 각각의 포인팅 벡터 값 및 전체 포인팅 벡터 값을 그래프에 나타내었다. 한편, 종래의 패터닝된 사파이어 기판(PSS)에 대해서도 유사하게 시뮬레이션을 수행하였으며, 여기서 사파이어 기판 상에 형성된 원뿔 형상의 돌출부들은 직경 2.7um, 높이 1.8um, 피치 3.0um로 하였으며, 나머지 구조는 동일한 조건으로 설정하였다.The structure of the light emitting diode used in the simulation was similar to that of FIG. 1, and the conical light scattering elements having a diameter of 2.7 μm were arranged in a honeycomb with a pitch of 3.0 μm by patterning the stacked structures described in FIG. 4 on the sapphire substrate. The thickness of the light scattering elements was in the range of 2.0 to 2.4 um. In addition, the total thickness of the light emitting structure was set to 7.1 um, 48 nm thick ITO was used as the ohmic electrode, and 300 nm thick Ag reflector was set below the substrate. Pointing vector values on the side and top surfaces of the substrate were calculated through finite-difference time-domain (FDTD) simulations of the structure of the light emitting diode, and each pointing vector value and the total pointing vector value were shown in a graph. On the other hand, the simulation was similarly performed on the conventional patterned sapphire substrate (PSS), wherein the conical protrusions formed on the sapphire substrate were 2.7 um in diameter, 1.8 um in height, and 3.0 um in pitch, and the rest of the structure was the same. Set to.

도 5를 참조하면, 종래의 패터닝된 사파이어 기판(ref.)을 사용한 비교예는 기판 측면에서의 포인팅 벡터 값이 높게 나타났다. 한편, 광 산란 요소들을 사용한 본 발명의 실시예들은 비교예에 비해 기판 상면 측에서의 포인팅 벡터 값이 높게 나타났으며, 전체 포인팅 벡터 값도 높게 나타났다.Referring to FIG. 5, the comparative example using the conventional patterned sapphire substrate (ref.) Showed a high pointing vector value at the side of the substrate. Meanwhile, the embodiments of the present invention using the light scattering elements showed a higher pointing vector value on the upper surface of the substrate and a higher total pointing vector value than the comparative example.

특히, 반사율이 20%인 적층 구조를 패터닝하여 형성된 광 산란 요소를 갖는 실시예에서 가장 양호한 포인팅 벡터 값을 나타내었다. In particular, the best pointing vector value was shown in the embodiment having a light scattering element formed by patterning a laminated structure with a reflectance of 20%.

비교예에 대한 본 실시예들의 포인팅 벡터 값 증가율 및 기판 측면 측에 대한 기판 상면 측의 포인팅 벡터 값의 비율을 표 2에 나타내었다.Table 2 shows the ratio of the pointing vector value increase rate of the present examples to the comparative example and the pointing vector value on the upper surface side of the substrate relative to the side surface of the substrate.

Ref.Ref. R90%R90% R75%R75% R55%R55% R45%R45% R35%R35% R20%R20% 증가율(%)% Growth 0.00.0 10.410.4 16.416.4 8.08.0 11.311.3 12.312.3 16.816.8 Top:SideTop: Side 3.3:13.3: 1 4.5:14.5: 1 4.6:14.6: 1 4.2:14.2: 1 4.7:14.7: 1 4.5:14.5: 1 4.5:14.5: 1

표 2를 참조하면, 실시예들은 대부분 비교예에 비해 10% 이상의 포인팅 벡터 값의 증가율을 나타낸다. 또한, 기판 측면 측에 대한 기판 상면측에서의 포인팅 벡터 값의 비율은 비교예의 경우 3.3: 1이었으나, 실시예들의 경우 모두 4:1을 초과하였다.Referring to Table 2, the examples show an increase rate of the pointing vector value of 10% or more compared to most of the comparative examples. In addition, the ratio of the pointing vector value on the substrate upper surface side to the substrate side surface was 3.3: 1 in the comparative example, but all of the examples exceeded 4: 1.

따라서, 본 발명의 실시예들은 비교예에 비해 기판 상면 측으로의 광 추출 효율이 더 향상된 것임을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the embodiments of the present invention have improved light extraction efficiency toward the upper surface of the substrate compared to the comparative example.

상술한 실시예에서, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 발광 다이오드 칩 및발광 장치를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 상기 발광 다이오드 칩은 소형 발광부가 요구되는 다른 다양한 전자 장치에도 적용될 수 있으며, 예를 들어, 디스플레이 장치 등에도 적용될 수 있다.In the above-described embodiment, the light emitting diode chip and the light emitting device according to various embodiments of the present invention have been described, but the present invention is not limited thereto. The light emitting diode chip may be applied to various other electronic devices requiring a small light emitting unit, for example, to a display device.

Claims (21)

기판;
상기 기판 상에 배치되며, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 반도체 적층;
상기 기판과 상기 반도체 적층 사이에 배치된 광 산란 요소들의 패턴을 포함하되,
상기 광 산란 요소는 굴절률이 서로 다른 유전층들을 포함하며, 반구 형상, 포탄 형상, 또는 콘 형상을 갖는 발광 다이오드.
Board;
A semiconductor stack disposed on the substrate, the semiconductor stack including a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a second conductive semiconductor layer;
A pattern of light scattering elements disposed between the substrate and the semiconductor stack,
The light scattering element includes dielectric layers having different refractive indices and has a hemispherical shape, a shell shape, or a cone shape.
청구항 1에 있어서,
상기 광 산란 요소의 콘 형상은 원뿔 형상, 삼각뿔 형상, 측면이 볼록한 원뿔 형상, 밑면이 방패형이며 측면이 볼록한 삼각뿔 형상, 탄도형 원뿔 형상, 또는 하부 측면이 볼록한 탄도형 원뿔 형상을 포함하는 발광 다이오드.
The method according to claim 1,
The light scattering element has a cone shape of a light emitting diode including a conical shape, a triangular pyramid shape, a convex side shape, a shield shape and a convex side shape triangular pyramid, a ballistic cone shape, or a ballistic cone shape having a lower side convex. .
청구항 1에 있어서,
상기 굴절률이 서로 다른 유전층들과 동일한 물질층들 및 동일한 두께들을 갖는 분포 브래그 반사기의 반사 대역의 밴드폭이 40nm 이상이고,
상기 활성층에서 방출되는 광의 피크 파장은 상기 밴드폭 내에 위치하는 발광 다이오드.
The method according to claim 1,
The bandwidth of the reflection band of the distributed Bragg reflector having the same material layers and the same thicknesses as the dielectric layers having different refractive indices is 40 nm or more,
The peak wavelength of light emitted from the active layer is located within the bandwidth.
청구항 3에 있어서,
상기 광의 피크 파장은 상기 밴드폭 영역의 중심으로부터 상기 밴드폭의 ±10% 이내에 위치하는 발광 다이오드.
The method according to claim 3,
Wherein the peak wavelength of the light is within ± 10% of the bandwidth from the center of the bandwidth region.
청구항 3에 있어서,
상기 굴절률이 서로 다른 유전층들과 동일한 물질층들 및 동일한 두께들을 갖는 분포 브래그 반사기의 반사 대역의 밴드폭이 70nm 이상인 발광 다이오드.
The method according to claim 3,
And a band width of a reflection band of the distributed Bragg reflector having the same material layers and the same thicknesses as the dielectric layers having different refractive indices.
청구항 5에 있어서,
상기 굴절률이 서로 다른 유전층들과 동일한 물질층들 및 동일한 두께들을 갖는 분포 브래그 반사기의 반사 대역의 밴드폭이 90nm 이상인 발광 다이오드.
The method according to claim 5,
And a band width of a reflection band of the distributed Bragg reflector having the same material layers and the same thicknesses as the dielectric layers having different refractive indices of 90 nm or more.
청구항 1에 있어서,
상기 굴절률이 서로 다른 유전층들과 동일한 물질층들 및 동일한 두께들을 갖는 분포 브래그 반사기의 최대 반사율이 20% 내지 90% 범위 내인 발광 다이오드.
The method according to claim 1,
And a maximum reflectance of the distributed Bragg reflector having the same material layers and the same thicknesses as the dielectric layers having different refractive indices in the range of 20% to 90%.
청구항 7에 있어서,
상기 굴절률이 서로 다른 유전층들과 동일한 물질층들 및 동일한 두께들을 갖는 분포 브래그 반사기의 최대 반사율이 20% 내지 55% 범위 내에 있는 발광 다이오드.
The method according to claim 7,
Wherein the maximum reflectance of the distributed Bragg reflector having the same material layers and the same thicknesses as the dielectric layers having different refractive indices is in the range of 20% to 55%.
청구항 8에 있어서,
상기 굴절률이 서로 다른 유전층들과 동일한 물질층들 및 동일한 두께들을 갖는 분포 브래그 반사기의 최대 반사율이 20% 내지 45% 범위 내인 발광 다이오드.
The method according to claim 8,
And a maximum reflectance of the distributed Bragg reflector having the same material layers and the same thicknesses as the dielectric layers having different refractive indices in the range of 20% to 45%.
청구항 1에 있어서,
상기 기판과 상기 반도체 적층 사이에 위치하는 핵층을 더 포함하되,
상기 핵층은 AlN 또는 Al2O3로 형성된 발광 다이오드.
The method according to claim 1,
Further comprising a nuclear layer located between the substrate and the semiconductor stack,
The nuclear layer is a light emitting diode formed of AlN or Al2O3.
청구항 10에 있어서,
상기 핵층은 Al2O3로 형성되되,
상기 핵층은 상기 광 산란 요소들을 덮는 발광 다이오드.
The method according to claim 10,
The nuclear layer is formed of Al2O3,
And the nuclear layer covers the light scattering elements.
청구항 1에 있어서,
상기 기판은 상기 광 산란 요소들의 하부에 돌출부들을 갖되, 상기 돌출부들의 높이는 상기 광 산란 요소들의 높이보다 작은 발광 다이오드.
The method according to claim 1,
The substrate has protrusions under the light scattering elements, the height of the protrusions being less than the height of the light scattering elements.
청구항 1에 있어서,
상기 광 산란 요소들은 하면의 최대 폭이 높이보다 큰 발광 다이오드.
The method according to claim 1,
And the light scattering elements have a maximum width at a lower surface than a height.
청구항 1에 있어서,
상기 기판 하부에 위치하는 반사층을 더 포함하는 발광 다이오드.
The method according to claim 1,
The light emitting diode further comprises a reflective layer positioned below the substrate.
청구항 14에 있어서,
상기 반사층은 금속 반사층 또는 분포 브래그 반사기를 포함하는 발광 다이오드.
The method according to claim 14,
The reflective layer includes a metal reflective layer or a distributed Bragg reflector.
청구항 1에 있어서,
상기 기판의 측면 측에서의 포인팅 벡터의 크기에 대해 상기 기판의 상면 측에서의 포인팅 벡터의 크기가 4배 이상인 발광 다이오드.
The method according to claim 1,
Wherein the size of the pointing vector on the upper surface side of the substrate is four times greater than the size of the pointing vector on the side surface of the substrate.
기판;
상기 기판 상에 배치되며, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 반도체 적층;
상기 기판과 상기 반도체 적층 사이에 배치된 광 산란 요소들의 패턴을 포함하되,
상기 광 산란 요소는 굴절률이 서로 다른 유전층들을 포함하며,
상기 광 산란 요소는 상기 기판에 접하는 하면을 가지며, 상기 하면으로부터 위로 갈수록 폭이 좁아지되, 상기 광 산란 요소의 최상단은 곡면 또는 첨점인 발광 다이오드.
Board;
A semiconductor stack disposed on the substrate, the semiconductor stack including a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a second conductive semiconductor layer;
A pattern of light scattering elements disposed between the substrate and the semiconductor stack,
The light scattering element includes dielectric layers having different refractive indices,
The light scattering element has a bottom surface in contact with the substrate, the width of the light scattering element is narrowed upward from the bottom surface, the top of the light scattering element is a curved surface or a peak.
청구항 17에 있어서,
상기 굴절률이 서로 다른 유전층들과 동일한 물질층들 및 동일한 두께들을 갖는 분포 브래그 반사기의 반사 대역의 밴드폭이 40nm 이상이고,
상기 활성층에서 방출되는 광의 피크 파장은 상기 밴드폭 내에 위치하는 발광 다이오드.
The method according to claim 17,
The bandwidth of the reflection band of the distributed Bragg reflector having the same material layers and the same thicknesses as the dielectric layers having different refractive indices is 40 nm or more,
The peak wavelength of light emitted from the active layer is located within the bandwidth.
청구항 18에 있어서,
상기 굴절률이 서로 다른 유전층들과 동일한 물질층들 및 동일한 두께들을 갖는 분포 브래그 반사기의 최대 반사율이 20% 내지 90% 범위 내인 발광 다이오드.
The method according to claim 18,
And a maximum reflectance of the distributed Bragg reflector having the same material layers and the same thicknesses as the dielectric layers having different refractive indices in the range of 20% to 90%.
기판;
상기 기판 상에 배치되며, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 반도체 적층;
상기 기판과 상기 반도체 적층 사이에 배치된 광 산란 요소들의 패턴을 포함하되,
상기 광 산란 요소는 굴절률이 서로 다른 유전층들을 포함하며,
상기 광 산란 요소는 상기 기판에 접하는 하면 및 상기 하면에 대향하는 최상단을 포함하고, 상기 하면으로부터 상기 최상단으로 갈수록 폭이 좁아지되, 상기 최상단의 폭은 상기 하면의 폭의 1/10 이하인 발광 다이오드.
Board;
A semiconductor stack disposed on the substrate, the semiconductor stack including a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a second conductive semiconductor layer;
A pattern of light scattering elements disposed between the substrate and the semiconductor stack,
The light scattering element includes dielectric layers having different refractive indices,
The light scattering element includes a lower surface in contact with the substrate and an uppermost end facing the lower surface, the width of which is narrowed toward the uppermost end from the lower surface, wherein the uppermost width is 1/10 or less of the width of the lower surface.
청구항 20에 있어서,
상기 기판은 사파이어 기판이고,
상기 광 산란 요소는 SiO2층과 Al2O3층을 포함하며,
상기 광 산란 요소의 Al2O3층이 기판에 접하는 발광 다이오드.
The method of claim 20,
The substrate is a sapphire substrate,
The light scattering element comprises an SiO 2 layer and an Al 2 O 3 layer,
And an Al 2 O 3 layer of the light scattering element in contact with the substrate.
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