WO2015060687A1 - 반도체 발광다이오드 - Google Patents

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WO2015060687A1
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전수근
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주식회사 세미콘라이트
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Abstract

본 개시는 복수의 반도체층; 제1 반도체층을 기준으로 활성층의 반대 측에 구비되어, 활성층에서 생성된 빛을 반사하는 제1 반사층; 제2 반도체층을 기준으로 활성층의 반대 측에 구비되어, 활성층에서 생성된 빛을 반사하는 제2 반사층; 그리고, 활성층으로부터 생성된 빛이 복수의 반도체층의 측면으로 방출되는 양을 변화를 주도록 빛을 산란 또는 투과시키는 광 경로 변환층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드(SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DIODE)에 관한 것이다.

Description

반도체 발광다이오드
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 반도체 발광다이오드(SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DIODE)에 관한 것으로, 특히 방출되는 빛의 방위를 전환할 수 있는 측면 발광 반도체 발광다이오드에 관한 것이다.
여기서, 반도체 발광다이오드는 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 반도체 광소자를 의미하며, 3족 질화물 반도체 발광다이오드를 예로 들 수 있다. 3족 질화물 반도체는 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 된 화합물로 이루어진다. 이외에도 적색 발광에 사용되는 GaAs계 반도체 발광다이오드 등을 예로 들 수 있다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
도 1은 미국 등록특허공보 제5,264,715호에 제시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 제1 반도체층(300; 예: n형 반도체층), 전자와 정공의 재결합을 이용하여 빛을 생성하는 활성층(400), 제2 반체층(500; 예: p형 반도체층) 그리고 제1 반도체층(300)과 제2 반도체층(500) 각각에 구비되는 반사층(310,510)을 포함한다. 반사층(310,510)을 구비함으로써, 반도체 발광소자의 상방 또는 하방으로 향하던 빛이 반도체 발광소자의 측면을 통해 외부로 방출된다. 예를 들어, 활성층(400)에서 생성된 빛(L1)은 그냥 측면을 통해 방출되며, 빛(L2)은 반사층(510)에 의해 반사된 다음 측면을 통해 방출된다. 그러나 이 반도체 발광소자는 반도체 발광소자 측면으로의 발광을 원리적으로 제시하고 있을 뿐 실제 효율적인 반도체 발광소자를 제시하고 있지 못하다.
도 2는 미국 등록특허공보 제6,563,142호에 제시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 제1 반도체층(300), 활성층(400), 제2 반도체층(500) 그리고, 금속 반사막인 전극(510)을 포함하며, 활성층(400)에서 생성되는 빛(L1)과 반사층(510)에서 반사된 빛 (L2)이 서로 간섭하여 배광 특성이 너무 민감하게 변하는 문제점이 발생하는데, 이러한 문제점을 해소하기 위해, 반도체층(300 또는 500)에 요철, 계단 또는 거친 표면을 형성하는 방안을 제시하고 있다. 그러나, 반도체층(300 또는 500)에 요철을 형성하는 과정에서, 반도체층의 막질이 손상되는 문제점을 야기할 수 있다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 반도체 발광다이오드에 있어서, 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층, 활성층의 상방에 구비되며 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층 및 활성층의 하방에 구비되며 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층을 가지는 복수의 반도체층; 제1 반도체층을 기준으로 활성층의 반대 측에 구비되어, 활성층에서 생성된 빛을 반사하는 제1 반사층; 제2 반도체층을 기준으로 활성층의 반대 측에 구비되어, 활성층에서 생성된 빛을 반사하는 제2 반사층; 그리고, 활성층으로부터 생성된 빛이 복수의 반도체층의 측면으로 방출되는 양을 변화를 주도록 빛을 산란 또는 투과시키는 광 경로 변환층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드가 제공된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 미국 등록특허공보 제5,264,715호에 제시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 2는 미국 등록특허공보 제6,563,142호에 제시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 본 개시에 따른 반도체 발광다이오드의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 도 3에 도시된 반도체 발광다이오드의 전체 형상의 일 예를 나타내는 도면,
도 5는 본 개시에 따른 반도체 발광다이오드의 다른 일 예를 나타내는 도면,
도 6은 본 개시에 따른 반도체 발광다이오드의 또 다른 일 예를 나타내는 도면,
도 7은 반사층 구조 변경에 따른 각도에 따른 반사율 변화를 나타내는 도면.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).
도 3은 본 개시에 따른 반도체 발광다이오드의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광다이오드는 제1 반도체층(30; 예: n형 GaN), 전자와 정공의 재결합을 이용하여 빛을 생성하는 활성층(40; 예: InGaN/(In)GaN 다중양자우물 구조), 제2 반체층(50; 예: p형 GaN) 그리고 제1 반도체층(30)과 제2 반도체층(50) 각각의 측에 구비되는 반사층(31,51)을 필수적으로 포함한다. 제1 반도체층(30)과 제2 반도체층(50)의 도전성을 바뀔 수 있으며, 각각은 복수의 레이어로 이루어질 수 있고, 3족 질화물 반도체의 경우에, 녹색, 청색, 자외선의 발광이 가능하다.
(1) 본 개시에 따른 반도체 발광다이오드의 첫 번째 특징으로서, 반도체 발광다이오드는 복수의 반도체층(30,40,50)과 반사층(31) 사이에 광 산란면(1)을 구비한다. 광 산란면(1)이 복수의 반도체층(30,40,50)과 반사층(51) 사이에 구비될 수 있음은 물론이다. 즉, 광 산란면(1)은 복수의 반도체층(30,40,50)의 일 측 또는 양 측에 구비될 수 있다. 광 산란면(1)을 구비함으로써, 활성층(30)에서 생성된 빛(L30)이 광 산란면(1)에 의해 산란되어 효과적으로 반도체 발광다이오드의 측면으로 방출될 수 있게 된다. 또한 반사층(31)에 반사시 간섭을 줄일 수 있게 된다. 또한 반사층(31)과 광 산란면(1)을 서로 거리를 두고 구비함으로써, 빛의 반사와 빛의 산란이라는 이질적인 구성을 하나의 반도체 발광다이오드에 구현할 수 있게 된다.
(2) 본 개시에 따른 반도체 발광다이오드의 두 번째 특징으로서, 반사층(31)과 반사층(51) 중의 적어도 하나가 분포 브래그 리플렉터(Distributed Bragg Reflector)를 구비한다. 분포 브래그 리플렉터는 굴절률을 달리하는 두 개의 물질을 반복 적층함으로써 형성되는 반사층으로서, 금속 반사막과 달리 복수의 반도체층(30,40,50)과의 경계에서만 반사가 일어나는 것이 아니라, 분포 브래그 리플렉터를 구성하는 각각의 층의 경계에서 반사가 일어나므로, 반사로 인한 간섭을 줄일 수 있는 이점을 가진다. 분포 브래그 리플렉터는 복수의 반도체층(30,40,50)과 다른 물질로 구성된다. 분포 브래그 리플렉터를 반도체로 구성하는 경우에 반도체간의 굴절률의 차가 적어 반사층으로서의 기능이 떨어진다. 예를 들어, 비도전성 물질이나, 유전체 물질(SiO2의 경우 1.5, TiO2의 경우에 2.4)로 구성될 수 있다.
(3) 본 개시에 따른 반도체 발광다이오드의 세 번째 특징으로서, 반도체 발광다이오드는 복수의 반도체층(30,40,50)과 반사층(31) 사이에 투광성 물질층(1)을 구비한다. 투광성 물질층(1)을 구비함으로써, 반도체 발광다이오드 전체의 측면 길이가 확장되고, 따라서, 측면으로의 광 취출 효율이 향상될 수 있게 된다. 투광성 물질층(1)은 복수의 반도체층(30,40,50)과 다른 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 반도체층(30,40,50)이 3족 질화물 반도체인 경우에 상용의 3족 질화물 반도체 발광다이오드에서 복수의 반도체층(30,40,50)의 두께는 10㎛이하의 두께를 가진다. 투광성 물질층(1)을 이용함으로써, 반도체 발광다이오드의 측면 두께를 50㎛이상, 바람직하게는 80㎛이상, 더욱 바람직하게는 100㎛이상으로 할 수 있게 된다. 투광성 물질층(1)으로 복수의 반도체층(30,40,50)이 성장되는 기판을 이용할 수 있다. 이 때, 복수의 반도체층(30,40,50)과 기판인 투광성 물질층(1) 사이에 추가의 반도체층(20)이 구비될 수 있다. 예를 들어, 3족 질화물 반도체 발광다이오드의 경우에, 저온 성장된 씨앗층(Seed Layer)과 도핑되지 않은 GaN을 제1 반도체층(30; 예: n형 GaN)을 성장하기에 앞서 성장하는 것이 일반적이다. 이 또한 반도체 발광다이오드의 전체 측면 길이를 늘이는데 일조한다.
(4) 본 개시에 따른 반도체 발광다이오드의 네 번째 특징으로서, 반사층(51)이 비도전성 물질로 구성되며, 반도체 발광다이오드는 반사층(51)을 관통하는 전기적 연결(71,81)을 구비하는 전극(70,80)을 구비한다. 전극(70)이 전기적 연결(71)을 통해 제2 반도체층(50)과 전기적으로 연결되며, 전극(80)이 전기적 연결(81)을 통해 제1 반도체층(30)과 전기적으로 연결된다. 전극(80) 측에는 전기단락을 방지하기 위해, 절연층(82)이 구비된다. 전극(80)은 식각되어 노출되는 제1 반도체층(30) 위에 형성되어 절연층(82)이 생략되는 구성도 가능하다. 예를 들어, 반사층(51)은 SiO2/TiO2의 반복 적층으로 형성될 수 있다. 전극(70,80)을 외부 전극(패키지, PCB, COB 등에 마련된 리드 프레임 또는 전극 패턴)에 연결함으로써, 반도체 발광다이오드는 전체적으로 플립 칩(Flip Chip) 형태를 가지게 된다. 반도체 발광다이오드는 와이어 본딩을 이용하지 않는 이점을 가지면서도, 반사층(31)을 구비하여 반도체 발광다이오드의 상방이 아니라 측방으로 빛을 방출한다는 점에서 종래의 플립 칩(Flip Chip) 형태의 반도체 발광다이오드와 구분된다. 반사층(51)은 활성층(40)에 인접하여 위치하므로, 도 2와 관련하여 지적된 문제점(간섭)을 야기할 수 있지만, 반사층(31)이 분포 브래그 리플렉터로 이루어지는 경우에, 전술한 바와 같이, 금속 반사막과 달리 복수의 반도체층(30,40,50)과의 경계에서만 반사가 일어나는 것이 아니라, 적층의 각 경계에서 반사가 일어나므로, 반사로 인한 간섭을 줄일 수 있게 된다. 반사층(51)이 단일의 유전체층 또는 ODR(Omni-Directional Reflector; 예: 두꺼운 SiO2/TiO2/SiO2의 적층 구조물)로 구성될 수 있다. 반사층(51)의 반사율이 떨어지는 경우에, 전극(70,80)이 반사막의 기능을 보조할 수 있다. 이때 전극(70,80) 간의 거리를 좁게 하거나, 양자 사이에 별도의 반사 금속을 구비하는 것도 가능하다.
(5) 본 개시에 따른 반도체 발광다이오드의 다섯 번째 특징으로서, 반도체 발광다이오드는 상방으로의 방 광출이 조절가능하도록 반사층(31)을 구성하는 것이다. 반사층(51)을 측면 방향의 반사층으로 기능유지하되, 반사층(31) 상면으로의 광 방출이 일부 가능하도록 설계하는 것이다.
(6) 상기 특징들이 조합
도 4는 도 3에 도시된 반도체 발광다이오드의 전체 형상의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광다이오드는 전체적으로 육면체의 형상을 가진다. 투광성 물질층(10)은 투명한 물질이라면 어떠한 물질이라도 좋으며, 에폭시 수지, 실리콘, Al2O3, SiC, ZnO 등을 예로 들 수 있다. 에폭시 수지, 실리콘의 경우에, 복수의 반도체층(30,40,50)을 형성한 다음, 그 위에 도포함으로써 형성할 수 있다. 광 산란면(1)이 형성되는 경우에, 성장 기판(도시 생략)을 이용하여 복수의 반도체층(30,40,50)을 형성한 다음, 주지의 공정(Laser Lift-off법, 습식 식각법 등)을 거쳐 성장 기판을 제거할 수 있으며, 성장 기판이 제거된 제1 반도체층(30)에 습식 식각을 통해 거친 표면, 즉 광 산란면(1)을 형성하는 것이 가능하다. 성장 기판을 제거하는 경우에, 제2 반도체층(51)에는 지지 기판이 구비되는 것이 일반적이다. 3족 질화물 반도체 발광다이오드의 경우에, 투광성 물질층(10)을 성장 기판으로 이용할 수 있으며, 주지의 PSS(Patterned Sapphire Substrate) 기술을 이용하여 Al2O3 기판 위에 요철을 형성한 다음, 복수의 반도체층(30,40,50)을 성장시킴으로써, 투광성 물질층(10) 및 광 산란면(1)을 동시에 구비하는 것이 가능해진다. 바람직하게는, 추가의 반도체층(20)이 구비된다. 반사층(31,51)은 도전성 물질(예: Ag, Al와 같은 반사율이 높은 금속) 또는 비도전성 물질(예: SiOx, TiOx, Ta2O5, MgF2와 같은 투광성 유전체 물질)로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 반사층(31,51)은 광 흡수가 적고 비도전성인 투광성 유전체 물질로 된 분포 브래그 리플렉터를 포함한다. 예를 들어, 반사층(31,51)이 SiO2/TiO2로 된 분포 브래그 리플렉터인 경우에, 전자선 증착법(E-Beam Evaporation) 등과 같은 물리 증착법(PVD; Physical Vapor Deposition)에 의해 형성하는 것이 가능하다. 분포 브래그 리플렉터를 구성하는 각각의 층의 두께는 λActive의/4n1, λActive/4n2(여기서, λActive는 활성층(40)의 파장, n1, n2는 분포 브래그 리플렉터 물질들의 굴절률)를 기준으로 설계된다. 여기서 기준으로 설계된다는 것의 의미는 분포 브래그 리플렉터가 반드시 이 기준에 맞는 두께를 가져야 한다는 것을 의미하는 것은 아니다. 분포 브래그 리플렉터는 필요에 따라 기준 두께보다 약간 두껍거나 얇게 형성하는 것이 가능하다. 그러나 이러한 필요가 분포 브래그 리플렉터가 Active/4n1, Active/4n2를 기준으로 설계되어야 한다는 사실을 변경하는 것은 아니다. 분포 브래그 리플렉터가 TiO2/SiO2로 구성되는 경우 각 층은 주어진 파장의 1/4의 광학 두께를 가지도록 설계되며, 적층의 수를 증가시킴으로써, 90%이상의 광 반사율을 가질 수 있다. 통상 20페어 이내의 적층의 가진다. 반사층(51)이 비도전성 물질로 이루어지는 경우에, 복수의 반도체층(30,40,50)으로의 전류를 공급하기 위해 전극(70,80)의 형성이 필요하다. 전극(70,80)은 반사층(51)에 홀 또는 슬릿을 형성한 다음, 이를 도전성 물질로 메워 전기적 연결(71,81)을 복수의 반도체층(30,40,50)과 전기적으로 연통할 수 있게 된다. 두 개의 전극(70,80) 모두가 제2 반도체층(50) 측에 구비되어야 하는 것은 아니지만, 두 개의 전극(70,80) 모두를 제2 반도체층(50) 측에 구비함으로써, 와이어 본딩을 없애는 이점과 방열 효율을 높이는 이점을 가진다. 전극(70,80)은 반도체 발광소자에 이용되는 통상의 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, Ti/Ni/Au의 적층, Cr/Ni/Au의 적층, Ti/Al/Ni/Au의 적층 등으로 형성될 수 있으며, 전기적 연결(71,81)과 함께 형성하는 것이 가능하다.
도 5는 본 개시에 따른 반도체 발광다이오드의 다른 일 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광다이오드는 반도체 발광다이오드 상방으로 빛(Lu) 방출량을 조절할 수 있는 반사층(31)을 포함한다. 측면 발광다이오드를 구현한다는 것은 금속으로 된 반사층 또는 금속으로 된 반사층의 반사율에 대응하는 물질 또는 구성으로 된 반사층을 구비한 반도체 발광다이오드를 의미하지만, 이러한 종래의 반도체 발광다이오드의 Far Field Pattern을 살펴보면 반도체 발광다이오드 상방으로의 광량이 제한되어, 반도체 발광다이오드 상방으로 일정량의 빛이 필요한 경우에 이에 적절히 대응하는 수단을 갖지 못한다. 본 실시예에서, 반사층(31)을 투명한 물질로 구성하고, 반사층(31)의 반사율을 반사층(51)의 반사율보다 낮게 구성함으로써, 이러한 필요에 대응을 할 수 있게 된다.
예를 들어, 반도체 발광다이오드가 450nm 파장의 빛을 발광하는 반도체 발광다이오드이고, 반사층(31)이 SiO2/TiO2로 된 분포 브래그 리플렉터를 가지는 경우에, 다음과 같이 구성할 수 있다.
0.35L/0.35H:6pair + 0.30L/0.30H:6pair + 0.25L/0.25H:7pair
(L은 SiO2, H는 TiO2를 나타내는 광학 두께를 의미하고, 파장은 450nm에서 사용되었으며, 도 7에 0.25L/0.25H의 주기수를 줄여가면서 시행한 시뮬레이션 결과를 나타내었다. 이 때, DBR의 수직 방향으로 기준으로 0°를 이미하고 90°는 수평방향으로 입사되는 각도를 의미한다.)
이들의 페어(pair) 수를 4개이상으로 함으로써, 반사층(51)이 90%이상의 반사율을 가지도록 할 수 있으며, 이들의 페어(pair) 수를 3개 이상으로 함으로써, 반사층(51)이 80%이상의 반사율을 가지도록 할 수 있고, 이들의 페이(pair) 수를 2개 이상으로 함으로써, 반사층(51)이 50%이상의 반사율을 가지도록 할 수 있다.
또한 굴절률의 차이가 작은 물질들로 분포 브래그 리플렉터를 구성하여, 반사율ㅇ르 조절하는 것도 가능하다. 예를 들어, SiN/TiO2, Ta3O5/TiO2, SiO2/SiN, SiO2/Al2O3와 같은 조합으로 분포 브래그 리플렉터를 구성할 수 있다.
또한 분포 브래그 리플렉터를 구성하는 pairs의 수의 조절과 분포 브래그 리플렉터를 구성하는 각 층간의 굴절률의 차이의 조절의 조절을 이용하는 것도 가능하다.
도 6은 본 개시에 따른 반도체 발광다이오드의 또 다른 일 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 반사층(31)에 적어도 하나의 개구(32)를 포함한다. 개구(32)를 통해 활성층(40)에서 생성된 빛의 일부가 반사층(31) 상부로 방출된다. 개구(32)의 수, 크기, 갯수, 위치 등을 조절함으로써, 상방으로 방출되는 광량을 조절할 수 있게 된다. 개구(32)는 구멍, 슬릿 등 다양한 형태를 가질 수 있다. 이때 반사층(31)은 도전성 물질(예: Ag, Al) 또는 비도전성 물질(예: SiO2/TiO2로 된 분포 브래그 리플렉터)로 이루어질 수 있다.
도 7은 반사층 구조 변경에 따른 각도에 따른 반사율 변화를 나타내는 도면으로서, 조건은 전술한 바와 같으며, 페어(pair)의 수가 감소할수록 반사율이 감소하는 것을 알 수 있다. 위의 경우 DBR을 구성하는 것 중에 450nm에 해당되는 층의 변동을 통해서 빛의 상방과 측방의 비율을 예시한 것으로, 0.35 광학두께와 0.30 광학 두께의 주기나 조성들의 변화를 통해서도 상방과 측방의 파워비를 조절할 수 있다. 이는 본 개시의 요지가 DBR의 구성 요소들의 조합과 변형으로 통해서 상방과 측방의 광량의 차이를 조절이 가능함을 의미하는 것으로 본 예시에 한정되는 것은 아니다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 반도체 발광다이오드에 있어서, 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층, 활성층의 상방에 구비되며 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층 및 활성층의 하방에 구비되며 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층을 가지는 복수의 반도체층; 제1 반도체층을 기준으로 활성층의 반대 측에 구비되어, 활성층에서 생성된 빛을 반사하는 제1 반사층; 제2 반도체층을 기준으로 활성층의 반대 측에 구비되어, 활성층에서 생성된 빛을 반사하는 제2 반사층; 그리고, 활성층으로부터 생성된 빛이 복수의 반도체층의 측면으로 방출되는 양을 변화를 주도록 빛을 산란 또는 투과시키는 광 경로 변환층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드. 광 경로 변환층은 측방 광 취출 향상 구조물 또는 제2 반사층에 구비될 수 있다.
(2) 반도체 발광다이오드에 있어서, 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층, 활성층의 상방에 구비되며 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층 및 활성층의 하방에 구비되며 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층을 가지는 복수의 반도체층; 제1 반도체층을 기준으로 활성층의 반대 측에 구비되어, 활성층에서 생성된 빛을 반사하는 제1 반사층; 그리고, 제2 반도체층을 기준으로 활성층의 반대 측에 구비되어, 활성층에서 생성된 빛을 반사하는 제2 반사층;을 포함하고, 활성층으로부터 생성된 빛의 경로를 변경하며, 투광성 물질로 된 측방 광 취출 향상 구조물(Lateral Light-Extraction Enhancer)이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드. 측방 광 취출 향상 구조물(Lateral Light-Extraction Enhancer)은 광 경로 변환으로서 광 산란을 이용하여 빛이 반도체 발광다이오드 측면으로 방출되는 효율을 높이거나, 광 경로 변환으로서 광 반사를 이용하여 빛이 반도체 발광다이오드의 상부 및 하부로 방출되는 것을 줄임으로서 빛이 반도체 발광다이오드 측면으로 방출되는 효율을 높이거나, 측면의 길이를 확장하여 빛이 방출된 확률을 높이거나, 이들의 조합을 통해 빛이 반도체 발광다이오드 측면으로 방출되는 효율을 높이는 구조물을 의미한다.
(3) 측방 광 취출 향상 구조물은 광 산란면을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
(4) 측방 광 취출 구조물은 분포 브래그 리플렉터를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
(5) 측방 광 취출 구조물은 제1 반도체층과 제1 반사층 사이에 구비되는 투광성 물질층인 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
(6) 제2 반사층은 비도전성 반사막이며, 측방 광 취출 구조물은 제2 반도체층을 기준으로 활성층의 반대 측에 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
(7) 광 산란면은 제1 반사층과 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
(8) 제1 반사층 및 제2 반사층 중의 적어도 하나가 분포 브래그 리플렉터를 가지는 측방 광 취출 구조물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
(9) 투광성 물질층은 복수의 반도체층이 성장되는 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
(10) 투광성 물질층에 광 산란면이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
(11) 투광성 물질층은 50㎛이상의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
(12) 비도전성 반사막은 분포 브래그 리플렉터를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
(13) 측방 광 취출 구조물은 금속 반사막을 포함하며, 금속 반사막은 분포 브래그 리플렉터를 관통하여, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
(14) 측방 광 취출 향상 구조물은 분포 브래그 리플렉터, 그리고 제1 반도체층과 제1 반사층 사이에 구비되는 투광성 물질층을 포함하며, 제1 반사층 및 제2 반사층 중의 적어도 하나가 측방 광 취출 향상 구조물의 일부로서 상기 분포 브래그 리플렉터로 되어 있고, 투광성 물질층은 복수의 반도체층이 성장되는 기판을 포함하며, 투광성 물질층이 복수의 반도체층보다 두껍게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
(15) 측방 광 취출 향상 구조물은 광 산란면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
(16) 광 산란면은 투광성 물질층에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
(17) 반도체 발광다이오드에 있어서, 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층, 활성층의 상방에 구비되며 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층 및 활성층의 하방에 구비되며 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층을 가지는 복수의 반도체층; 제1 반도체층을 기준으로 활성층의 반대 측에 구비되어, 활성층에서 생성된 빛을 반사하도록 제1 반사율을 가지는 제1 반사층; 그리고, 제2 반도체층을 기준으로 활성층의 반대 측에 구비되어, 활성층에서 생성된 빛을 반사하는 제2 반사층;으로서, 활성층에서 생성된 빛의 일부가 제2 반사층을 관통하여 상방으로 방출되도록 제1 반사율보다 낮은 제2 반사율을 가지는 제2 반사층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드. 여기서 제2 반사율이 제1 반사율보다 낮다는 것의 의미는 제2 반사층을 구성하는 물질(들)의 반사율이 제1 반사층을 구성하는 물질(들)의 반사율보다 낮은 경우가, 제2 반사층을 구성하는 물질(들)의 반사율이 제1 반사층을 구성하는 물질(들)의 반사율과 같거나 높은 경우에라도 도 6에서와 같이, 개구와 같은 수단을 통해 제2 반사층의 반사량이 제1 반사층의 반사량보다 작은 경우를 포함한다.
(18) 제2 반사층은 분포 브래그 리플렉터를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
(19) 제1 반사층과 제2 반사층은 각각 분포 브래그 리플렉터를 가지며, 제2 반사층의 분포 브래그 리플렉터의 페어(pair) 수가 제1 반사층의 분포 브래그 리플렉터의 페어(pair) 수보다 작은 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
(20) 제1 반사층과 제2 반사층은 각각 분포 브래그 리플렉터를 가지며, 제2 반사층의 분포 브래그 리플렉터를 이루는 물질들의 굴절율의 차이가 제1 반사층의 분포 브래그 리플렉터를 이루는 물질들의 굴절율의 차이보다 작은 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
(21) 제2 반사층은 활성층에서 생성된 빛의 일부가 제2 반사층을 관통하여 상방으로 방출되도록 개구를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
(22) 제2 반사층이 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
(23) 제2 반사층은 50%이상의 빛을 반사하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드. 이러한 구성을 가짐으로써, 반도체 발광다이오드는 측면 발광이 더 강한 반도체 발광다이오드라 할 수 있게 된다.
(24) 제2 반사층은 80%이상의 빛을 반사하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
(25) 제2 반사층과 복수의 반도체층 사이에 광 산란면;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
(26) 제2 반사층과 복수의 반도체층 사이에 투광성 물질층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
본 개시에 따른 하나의 반도체 발광다이오드에 의하면, 측면으로의 발광을 향상할 수 있게 된다.
본 개시에 따른 다른 하나의 반도체 발광다이오드에 의하면, 반사막에 의한 간섭 현상을 줄일 수 있게 된다.
본 개시에 따른 또 다른 하나의 반도체 발광다이오드에 의하면, 플립 칩 형태의 측면 발광 반도체 발광다이오드를 구현할 수 있게 된다.
본 개시에 따른 또 다른 하나의 반도체 발광다이오드에 의하면, 플립 칩 내에 광 산란면을 구비한 반도체 발광다이오드를 구현할 수 있게 된다.
본 개시에 따른 또 다른 하나의 반도체 발광다이오드에 의하면, 상방으로 방출되는 빛의 양을 조절할 수 있게 된다.

Claims (26)

  1. 반도체 발광다이오드에 있어서,
    전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층, 활성층의 상방에 구비되며 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층 및 활성층의 하방에 구비되며 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층을 가지는 복수의 반도체층;
    제1 반도체층을 기준으로 활성층의 반대 측에 구비되어, 활성층에서 생성된 빛을 반사하는 제1 반사층;
    제2 반도체층을 기준으로 활성층의 반대 측에 구비되어, 활성층에서 생성된 빛을 반사하는 제2 반사층; 그리고,
    활성층으로부터 생성된 빛이 복수의 반도체층의 측면으로 방출되는 양을 변화를 주도록 빛을 산란 또는 투과시키는 광 경로 변환층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
  2. 청구항 1에 있어서,
    광 경로 변환층은 활성층으로부터 생성된 빛의 경로를 변경하며, 투광성 물질로 된 측방 광 취출 향상 구조물(Lateral Light-Extraction Enhancer)인 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
  3. 청구항 2에 있어서,
    측방 광 취출 향상 구조물은 광 산란면을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
  4. 청구항 2에 있어서,
    측방 광 취출 구조물은 분포 브래그 리플렉터를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
  5. 청구항 2에 있어서,
    측방 광 취출 구조물은 제1 반도체층과 제1 반사층 사이에 구비되는 투광성 물질층인 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
  6. 청구항 2에 있어서,
    제2 반사층은 비도전성 반사막이며,
    측방 광 취출 구조물은 제2 반도체층을 기준으로 활성층의 반대 측에 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
  7. 청구항 3에 있어서,
    광 산란면은 제1 반사층과 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
  8. 청구항 4에 있어서,
    제1 반사층 및 제2 반사층 중의 적어도 하나가 분포 브래그 리플렉터를 가지는 측방 광 취출 구조물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
  9. 청구항 5에 있어서,
    투광성 물질층은 복수의 반도체층이 성장되는 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
  10. 청구항 5에 있어서,
    투광성 물질층에 광 산란면이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
  11. 청구항 5에 있어서,
    투광성 물질층은 50㎛이상의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
  12. 청구항 6에 있어서
    비도전성 반사막은 분포 브래그 리플렉터를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
  13. 청구항 12에 있어서,
    측방 광 취출 구조물은 금속 반사막을 포함하며,
    금속 반사막은 분포 브래그 리플렉터를 관통하여, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
  14. 청구항 2에 있어서,
    측방 광 취출 향상 구조물은 분포 브래그 리플렉터, 그리고 제1 반도체층과 제1 반사층 사이에 구비되는 투광성 물질층을 포함하며,
    제1 반사층 및 제2 반사층 중의 적어도 하나가 측방 광 취출 향상 구조물의 일부로서 상기 분포 브래그 리플렉터로 되어 있고,
    투광성 물질층은 복수의 반도체층이 성장되는 기판을 포함하며,
    투광성 물질층이 복수의 반도체층보다 두껍게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
  15. 청구항 14에 있어서,
    측방 광 취출 향상 구조물은 광 산란면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
  16. 청구항 15에 있어서,
    광 산란면은 투광성 물질층에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
  17. 청구항 1에 있어서,
    광 경로 변환층은 제2 반사층으로 이루어지며,
    제2 반사층은 활성층에서 생성된 빛의 일부가 제2 반사층을 관통하여 상방으로 방출되도록 제1 반사율보다 낮은 제2 반사율을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
  18. 청구항 17에 있어서,
    제2 반사층은 분포 브래그 리플렉터를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
  19. 청구항 17에 있어서,
    제1 반사층과 제2 반사층은 각각 분포 브래그 리플렉터를 가지며, 제2 반사층의 분포 브래그 리플렉터의 페어(pair) 수가 제1 반사층의 분포 브래그 리플렉터의 페어(pair) 수보다 작은 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
  20. 청구항 17에 있어서,
    제1 반사층과 제2 반사층은 각각 분포 브래그 리플렉터를 가지며, 제2 반사층의 분포 브래그 리플렉터를 이루는 물질들의 굴절율의 차이가 제1 반사층의 분포 브래그 리플렉터를 이루는 물질들의 굴절율의 차이보다 작은 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
  21. 청구항 17에 있어서,
    제2 반사층은 활성층에서 생성된 빛의 일부가 제2 반사층을 관통하여 상방으로 방출되도록 개구를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
  22. 청구항 17에 있어서,
    제2 반사층이 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
  23. 청구항 17에 있어서,
    제2 반사층은 50%이상의 빛을 반사하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
  24. 청구항 17에 있어서,
    제2 반사층은 80%이상의 빛을 반사하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
  25. 청구항 17에 있어서,
    제2 반사층과 복수의 반도체층 사이에 광 산란면;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
  26. 청구항 17에 있어서,
    제2 반사층과 복수의 반도체층 사이에 투광성 물질층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광다이오드.
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