WO2015080508A1 - 유전체층을 가진 발광 다이오드 - Google Patents

유전체층을 가진 발광 다이오드 Download PDF

Info

Publication number
WO2015080508A1
WO2015080508A1 PCT/KR2014/011524 KR2014011524W WO2015080508A1 WO 2015080508 A1 WO2015080508 A1 WO 2015080508A1 KR 2014011524 W KR2014011524 W KR 2014011524W WO 2015080508 A1 WO2015080508 A1 WO 2015080508A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
dielectric layer
layer
dielectric
emitting diode
light emitting
Prior art date
Application number
PCT/KR2014/011524
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김두성
김승용
송정섭
김극
주정일
Original Assignee
일진엘이디(주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 일진엘이디(주) filed Critical 일진엘이디(주)
Publication of WO2015080508A1 publication Critical patent/WO2015080508A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/44—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating
    • H01L33/46—Reflective coating, e.g. dielectric Bragg reflector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/10—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector

Definitions

  • the present invention relates to light emitting diodes, and more particularly, to light emitting diodes capable of widening the light emission distribution of light emitted to the outside by a dielectric layer.
  • LEDs Light emitting diodes
  • LEDs are devices that convert electrical energy into light and generally produce light in at least one active layer between layers doped with impurities of opposite polarity. That is, when bias is applied to both sides of the active layer, holes and electrons are injected into the active layer, and light is generated by recombination.
  • an n-type semiconductor layer and a p-type semiconductor layer are positioned to form a light emitting structure.
  • the dielectric layer is added to the emission surface to increase the light emission distribution.
  • the dielectric layer repeatedly implements a structure in which dielectrics having different refractive indices are stacked.
  • the dielectric layer has good transmittance at short wavelength and long wavelength. That is, part of the light incident on the dielectric layer is transmitted and part is waveguided. Therefore, in order to broaden the light emission distribution, it is preferable that the transmittance is high at a wide range of wavelengths. In addition, the optical output needs to be improved at the same time as the light emission distribution is widened.
  • 7,367,691 discloses three layers of the first layer with the highest refractive index / the second layer with the smallest refractive index / the third layer with the middle refractive index, for example TiO 2 layer / SiO 2 layer / Ta 2 O 5 A layer of repeated dielectric layers is provided.
  • Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2004-327581 discloses a dielectric layer in which an Al 2 O 3 / Ta 2 O 5 layer is repeated. However, it is not possible to obtain a dielectric layer having a wide light emission distribution and an improved optical output with the dielectric layers proposed in the above patents.
  • An object of the present invention is to provide a light emitting diode having a dielectric layer that broadens the light emission distribution of light emitted from an emission surface and improves optical output.
  • a light emitting diode having a dielectric layer for solving the problems of the present invention is a composite dielectric layer formed by combining a first dielectric layer stacked while repeating a long wavelength dielectric layer / high transmittance dielectric layer and a second dielectric layer stacked while repeating a short wavelength dielectric layer / high transmittance dielectric layer. It includes.
  • the long wavelength dielectric may be any one selected from TiO 2 and NbO 5 , and TiO 2 is preferable.
  • the short wavelength dielectric may be any one selected from Ta 2 O 5 , HfO 2 , ZrO 2 , and Si 3 N 4 , and Ta 2 O 5 is preferable.
  • the high transmittance dielectric may be any one selected from oxides of B, Pb, and Si, and SiO 2 is preferable.
  • the composite dielectric layer is formed by combining a first dielectric layer stacked while the TiO 2 layer / SiO 2 layer is repeated and a second dielectric layer stacked while the Ta 2 O 5 layer / SiO 2 layer is repeated.
  • the dielectric layer may have 20 to 50 layers.
  • the thickness of the first dielectric layer is preferably 120 ⁇ m to 210 ⁇ m, and the thickness of the second dielectric layer is 80 ⁇ m to 170 ⁇ m.
  • the thickness of the TiO 2 layer of the first dielectric layer is 30 nm to 80 nm, and the thickness of the SiO 2 layer of the first dielectric layer is 85 nm to 135 nm.
  • the thickness of the Ta 2 O 5 layer of the second dielectric layer may be 30 nm to 80 nm, and the thickness of the SiO 2 layer of the second dielectric layer may be 45 nm to 95 nm.
  • the embodiment of the present invention combines the first dielectric layer having high transmittance at long wavelength and the second dielectric layer having high transmittance at short wavelength, thereby widening the light emission distribution of the light emitted from the exit surface.
  • the optical output of the light emitting diode can be increased by combining the first dielectric layer and the second dielectric layer.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a light emitting diode having a dielectric layer according to the present invention.
  • Figure 2 is a graph showing the transmittance (%) according to the wavelength (nm) of the dielectric layer applied to the present invention.
  • FIG. 3 is a graph representing reflectance (%) according to an incident angle of a first dielectric layer, a second dielectric layer, and a dielectric layer combining the same.
  • Embodiments of the present invention provide a light emitting diode having a dielectric layer that broadens the light emission distribution of light emitted from an exit surface and improves optical output by combining a first dielectric layer having a high transmittance at a long wavelength and a second dielectric layer having a high transmittance at a short wavelength.
  • the structures of the first dielectric layer and the second dielectric layer will be described in detail, and the effect of the light emission distribution obtained by combining the first dielectric layer and the second dielectric layer will be described in detail.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a light emitting diode having a dielectric layer according to an embodiment of the present invention.
  • the light emitting diode is shown as a flip type as an example, but may be applied to other types of diodes within the scope of the present invention.
  • a light emitting diode of the present invention includes a substrate 22 and a light emitting structure including a first semiconductor layer 19, an active layer 18, and a second semiconductor layer 17 positioned on one side of the substrate 22. And 20.
  • the first semiconductor layer 19 may be mesa-etched and exposed for a portion to be supplied with a current later.
  • a composite dielectric layer 50 including the first dielectric layer 30 and the second dielectric layer 40 according to an embodiment of the present invention is stacked.
  • the substrate 22 includes sapphire (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), gallium arsenide (GaAs), silicon (Si), germanium (Ge), zinc oxide (ZnO), magnesium oxide ( MgO), aluminum nitride (AlN), borate nitride (BN), gallium phosphide (GaP), indium phosphide (InP), lithium-aluminum oxide (LiAl 2 O 3 ) It can be any one.
  • the light emitting structure 20 may have a plurality of conductive semiconductor layers having any one of an np junction structure, a pn junction structure, an npn junction structure, and a pnp junction structure based on the substrate 22.
  • the first semiconductor layer 19 is an n-type semiconductor layer
  • the second semiconductor layer 17 refers to a p-type semiconductor layer.
  • the n-type impurity may be at least one selected from Si, Ge, Sn, Se, and Te.
  • the p-type impurity may be at least one selected from Mg, Zn, Ca, Sr, Be, and Ba.
  • the active layer 18 has a lower energy band gap than the first and second semiconductor layers 19 and 17, light emission may be activated.
  • the active layer 18 may emit light of various wavelengths and may emit infrared light, visible light, or ultraviolet light, for example.
  • the active layer 18 may be a single quantum well (SQW) or a multi quantum well (MQW).
  • the active layer 18 may have a stacked structure of a quantum well layer and a quantum barrier layer, and the number of the quantum well layer and the quantum barrier layer may be variously changed as necessary.
  • the active layer 18 may have, for example, a GaN / InGaN / GaN MQW structure or a GaN / AlGaN / GaN MQW structure. However, this is exemplary and the active layer 18 varies in wavelength of light emitted depending on the constituent material.
  • the reflective layer 16, the barrier layer 14, and the first bonding pad 10 are sequentially formed on the second semiconductor layer 17, and the second bonding pad 12 is formed on the first semiconductor layer 19. It is.
  • the reflective layers 16 may also function to reflect output light.
  • the reflective layer 16 may be at least one layer selected from the group consisting of Al, Cu, Au, Pt, Pd, Rh, Ni, W, Mo, Cr, Ti, or a composite layer thereof. Suitably, either Ag or Al or Ag alloy or Al alloy may be used.
  • the barrier layer 14 may perform a function of preventing the first bonding pad 10 material and the reflective layer 16 material from interfacing with each other and deteriorating characteristics of the reflective layer (particularly, reflectance and contact resistance).
  • the material of the barrier layer 14 may be, for example, Ti, TiW alloy, W, Pt, Ni or a combination thereof.
  • the first and second bonding pads 10 and 12 are conductive materials, for example Au, Ag, Al, Pd, Ti, Cr, Ni, Sn, Cr, Pt, W, Co, Ir, Rh, Ru, Zn, Mg, and the like and alloys thereof.
  • the bonding pads 10 and 12 may be composed of a single layer or multiple layers, for example, multiple layers such as Ti / Al, Cr / Au, Ti / Au, Au / Sn.
  • Dielectrics applied to light emitting diodes are classified into low refractive index dielectrics having a refractive index of 1.5 or less, medium refractive index dielectrics having a refractive index of greater than 1.5 and 2.3 or less, and high refractive index dielectrics having a refractive index of greater than 2.3.
  • Low refractive index dielectrics include SiO 2 , MgF 2 , and medium refractive index dielectrics are Al 2 O 3 , ZrO 2 , MgO, Ta 2 O 5 , SnO 2 , ZnO, B 2 O 3 , Li 2 O, SrO, HfO 2 , SiON x , BaO, and the like, and high refractive index dielectrics include TiO 2 and CeO 2 .
  • DBR Distributed Bragg Reflection
  • the dielectric having excellent distribution reflection characteristics may be selected in consideration of refractive index and transmittance.
  • An embodiment of the present invention defines a dielectric having a high transmittance as a high transmittance dielectric, and the corresponding dielectric includes oxides of B, Pb, and Si, and SiO 2 is preferable.
  • the short wavelength dielectric includes Ta 2 O 5 , HfO 2 , ZrO 2 , Si 3 N 4 , and Ta 2 O 5 is preferable
  • the long wavelength dielectric includes TiO 2 , NbO 5 , and TiO 2 .
  • the composite dielectric layer 50 of the present invention is formed by repeatedly stacking the first dielectric layer 30 and the short wavelength dielectric layer 41 and the high transmittance dielectric layer 42 while the long wavelength dielectric layer 31 and the high transmittance dielectric layer 32 are repeated.
  • the second dielectric layer 40 is combined.
  • the high-permeability dielectric layer 32 of the first dielectric layer 30 and the high-permeability dielectric layer 42 of the second dielectric layer 40 are preferably formed of the same dielectric, preferably a SiO 2 layer.
  • a layer may be provided between the substrate 22 and the first dielectric layer 30 to impart another function.
  • the composite dielectric layer 50 of the present invention may have 20 to 50 layers. When the composite dielectric layer 50 of the present invention is smaller than 20 layers, it is difficult to secure sufficient reflectivity. If the composite dielectric layer 50 is smaller than 50, the increase in the reflection effect is not large, but the process time and the cost thereof are large.
  • the long wavelength dielectric layer 31 presents a TiO 2 layer and the short wavelength dielectric layer 41 presents a Ta 2 O 5 layer.
  • the first dielectric layer 30 is formed by repeatedly stacking TiO 2 layer 31 / SiO 2 layer 32
  • the second dielectric layer 40 is formed of Ta 2 O 5 layer 41 / SiO 2 layer ( 42 is repeatedly stacked
  • the composite dielectric layer 50 of the present invention is a dielectric layer in which the first and second dielectric layers 30 and 40 are hybridized.
  • the TiO 2 layer and the Ta 2 O 5 layer will be described.
  • the first dielectric layer 30 is preferably 120 ⁇ m to 210 ⁇ m, and the thickness of the second dielectric layer 40 is preferably 80 ⁇ m to 170 ⁇ m. Because, if less than or greater than the thickness range, it is outside the wavelength band to be implemented in the present invention.
  • the thickness of the TiO 2 layer 31 in the first dielectric layer 30 is preferably 30 nm to 80 nm, and the thickness of the SiO 2 layer 32 is preferably 85 nm to 135 nm.
  • the thickness of the TiO 2 layer 31 and the thickness of the SiO 2 layer 32 in the first dielectric layer 30 are thresholds that emit light in the long wavelength region 500 to 750 nm calculated by applying ⁇ / 4.
  • the thickness of the Ta 2 O 5 layer 41 in the second dielectric layer 40 is preferably 30 nm to 80 nm, and the thickness of the SiO 2 layer 42 is 45 nm to 95 nm.
  • the thickness of the Ta 2 O 5 layer 41 and the thickness of the SiO 2 layer 42 in the second dielectric layer 40 are thresholds for emitting light in the short wavelength region 300 to 550 nm calculated by applying ⁇ / 4.
  • FIG. 2 is a graph showing the transmittance (%) according to the wavelength (nm) of the dielectric layer applied to the embodiment of the present invention. In addition, the transmittance (%) was measured when the incident angle is 0 degrees.
  • the transmittance (%) in order to measure the transmittance (%) according to the wavelength (nm), 300 nm to 450 nm is referred to as a short wavelength region, and 450 nm to 800 nm is referred to as a long wavelength region.
  • the classification of the wavelength (nm) is not particularly critical, and can be inferred sufficiently in view of the object of the present invention by those skilled in the art.
  • the short wavelength dielectric and the long wavelength dielectric were defined as the density (number of peaks / wavelength range) in which the transmittance (%) was close to the SiO 2 layer in each wavelength (nm) region.
  • the Ta 2 O 5 layer had many peaks approaching the transmittance (%) of the SiO 2 layer, but the TiO 2 layer had no peaks approaching. Accordingly, the Ta 2 O 5 layer is a short-wavelength dielectric layer that is excellent in light transmittance (%) in the short wavelength region compared to the TiO 2 layer. In the long wavelength region, the TiO 2 layer had a larger peak near the transmittance (%) of the SiO 2 layer than the Ta 2 O 5 layer. That is, the TiO 2 layer had three peaks, but only two Ta 2 O 5 layers.
  • the first dielectric layer and the second dielectric layer were prepared as shown in Table 1 below.
  • the first dielectric layer of the present invention had a thickness in the range of 138.34 ⁇ m to 192.09 ⁇ m, and the second dielectric layer exhibited a range of 100.27 ⁇ m to 149.52 ⁇ m.
  • the TiO 2 layer of the first dielectric layer was 41.84 nm to 66.36 nm, and the SiO 2 layer was in the range of 96.50 nm to 125.73 nm.
  • the Ta 2 O 5 layer of the second dielectric layer had a range of 46.46 nm to 66.69 nm, and the SiO 2 layer had a range of 53.81 nm to 88.92 nm.
  • FIG. 3 is a graph representing reflectance (%) according to an incident angle of a first dielectric layer, a second dielectric layer, and a dielectric layer of the present invention in combination with each other. At this time, the first and second dielectric layers and the dielectric layer of the present invention were produced as shown in Table 1, respectively.
  • the dielectric layer of the present invention showed a higher reflectance (%) than the first dielectric layer and the second dielectric layer.
  • the reflectance (%) of the first dielectric layer was slightly higher than the dielectric layer of the present invention, but was significantly lower in the whole region.
  • the reflectance (%) of the second dielectric layer was slightly higher than that of the dielectric layer of the present invention, it showed a lower value than the dielectric layer of the present invention as a whole.
  • the distribution of was uneven. Accordingly, it was found that it is preferable to combine the first dielectric layer and the second dielectric layer as shown in Table 1, rather than to use the first dielectric layer and the second dielectric layer alone as the dielectric layers of the light emitting diode.
  • Table 2 shows the optical power (PO, mW) of the conventional dielectric layer and the light emitting diode to which the dielectric layer of the present invention is attached.
  • the conventional first and second dielectric layers and the dielectric layer of the present invention were prepared as shown in Table 1.
  • the optical output of the reference dielectric layer was 192.3 mW.
  • the light emitting diode with the conventional first dielectric layer exhibited an optical output of 200.6 mW, which is about 4.31% increased from the reference 192.3 mW.
  • the conventional second dielectric layer it was 201.3 mW, which was about 4.95% higher than the reference.
  • the light emitting diode with the dielectric layer of the present invention increased the optical output by about 5.55% compared to the reference. It was found that the optical output is higher when the first and second dielectric layers are used in combination as in the embodiment of the present invention, rather than when the first and second dielectric layers are used alone.

Landscapes

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

Abstract

출사면에서 방출되는 광의 발광 분포를 넓히고, 광학적 출력을 개선시키는 유전체층을 가진 발광 다이오드를 제시한다. 그 다이오드는 장파장 유전체층/고투과율 유전체층이 반복되면서 적층된 제1 유전체층 및 단파장 유전체층/고투과율 유전체층이 반복되면서 적층된 제2 유전체층이 결합하여 이루어진 복합 유전체층을 포함하고, 바람직한 복합 유전체층은 TiO2층/SiO2층이 반복되면서 적층된 제1 유전체층 및 Ta2O5층/SiO2층이 반복되면서 적층된 제2 유전체층이 결합된 것이다.

Description

유전체층을 가진 발광 다이오드
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유전체층에 의해 외부로 방출되는 광의 발광 분포를 넓힐 수 있는 발광 다이오드에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 전기 에너지를 광으로 변환시키는 소자이며, 일반적으로 반대 극성을 가진 불순물로 도핑된 층들 사이에 있는 적어도 하나의 활성층에서 광이 생성된다. 즉, 활성층의 양측에 바이어스가 인가되면, 활성층 내로 정공 및 전자가 주입되어 재결합함으로써 광이 생성된다. 상기 활성층의 양측은 n형 반도체층 및 p형 반도체층이 위치하여 발광 구조체를 이룬다. 그런데, 발광 다이오드는 발광되는 영역이 광이 출사되는 출사면에 제한되기 때문에, 상기 출사면에 유전체층을 덧붙여서 발광 분포를 높이고 있다. 일반적으로, 유전체층은 굴절율이 서로 다른 유전체가 적층된 구조를 반복하여 구현한다.
그런데, 발광 다이오드의 상기 출사면에서 발광 분포를 넓히려면, 상기 유전체층이 단파장 및 장파장에서 투과율이 좋은 것이 요구된다. 즉, 유전체층으로 입사되는 광은 일부는 투과되고 일부는 도파되므로, 발광 분포를 넓히기 위해서 넓은 영역의 파장에서 투과율이 높은 것이 좋다. 또한, 발광 분포가 넓어지는 것과 동시에 광학적 출력도 개선될 필요가 있다. 미국등록특허 제7,367,691호는 굴절율이 가장 큰 제1층/굴절율이 가장 작은 제2층/굴절율이 중간인 제3층의 3개의 층, 예를 들어 TiO2층/SiO2층/Ta2O5층이 반복되는 유전체층을 제시하고 있다. 일본공개특허 제2004-327581호는 Al2O3/Ta2O5층이 반복되는 유전체층이 개시되어 있다. 하지만, 상기 특허들에서 제시된 유전체층으로는 넓은 발광 분포와 개선된 광학적 출력을 가진 유전체층을 얻을 수 없다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 출사면에서 방출되는 광의 발광 분포를 넓히고, 광학적 출력을 개선시키는 유전체층을 가진 발광 다이오드를 제공하는 데 있다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 유전체층을 가진 발광 다이오드는, 장파장 유전체층/고투과율 유전체층이 반복되면서 적층된 제1 유전체층 및 단파장 유전체층/고투과율 유전체층이 반복되면서 적층된 제2 유전체층이 결합하여 이루어진 복합 유전체층을 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 장파장 유전체는 TiO2, NbO5 중에 선택된 어느 하나일 수 있으며, TiO2가 바람직하다. 상기 단파장 유전체는 Ta2O5, HfO2, ZrO2, Si3N4 중에 선택된 어느 하나일 수 있으며, Ta2O5가 바람직하다. 상기 고투과율 유전체는 B, Pb 및 Si의 산화물 중에 선택된 어느 하나일 수 있으며, SiO2가 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 복합 유전체층은 TiO2층/SiO2층이 반복되면서 적층된 제1 유전체층 및 Ta2O5층/SiO2층이 반복되면서 적층된 제2 유전체층이 결합되어 이루어질 수 있다. 또한, 상기 유전체층은 20 내지 50층을 가질 수 있다. 한편, 상기 제1 유전체층의 두께는 120㎛ 내지 210㎛, 상기 제2 유전체층의 두께는 80㎛ 내지 170㎛가 바람직하다. 상기 제1 유전체층의 TiO2층의 두께는 30nm 내지 80nm이고, 상기 제1 유전체층의 SiO2층의 두께는 85nm 내지 135nm인 것이 좋다. 상기 제2 유전체층의 Ta2O5층의 두께는 30nm 내지 80nm이고, 상기 제2 유전체층의 SiO2층의 두께는 45nm 내지 95nm일 수 있다.
본 발명의 유전체층을 가진 발광 다이오드에 의하면, 본 발명의 실시예는 장파장에서 투과율이 높은 제1 유전체층과 단파장에서 투과율이 높은 제2 유전체층을 조합함으로써, 출사면에서 방출되는 광의 발광 분포를 넓힐 수 있다. 또한, 제1 유전체층과 제2 유전체층을 조합함으로써, 발광 다이오드의 광학적 출력을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 유전체층을 가진 발광 다이오드를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 적용된 유전체층의 파장(nm)에 따른 투과율(%)을 보여주는 그래프이다.
도 3은 본 발명을 이루는 제1 유전체층, 제2 유전체층 및 이를 조합한 유전체층의 입사각에 따른 반사율(%)를 표현한 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 본 실시예에서 언급하는 위와 아래는 직접 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 모든 것을 포함한다. 또한, 상기 위, 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
본 발명의 실시예는 장파장에서 투과율이 높은 제1 유전체층과 단파장에서 투과율이 높은 제2 유전체층을 조합함으로써, 출사면에서 방출되는 광의 발광 분포를 넓히고 광학적 출력을 개선하는 유전체층을 가진 발광 다이오드를 제시한다. 이를 위해, 제1 유전체층 및 제2 유전체층의 구조에 대하여 상세하게 알아보고, 제1 유전체층 및 제2 유전체층이 조합으로 얻어지는 발광 분포의 효과를 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 유전체층을 가진 발광 다이오드를 나타내는 단면도이다. 여기서, 발광 다이오드는 플립(flip) 형태를 사례로 제시하였으나, 본 발명의 범주 내에서 다른 형태의 다이오드에도 적용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 발광 다이오드는 기판(22) 및 기판(22)의 일측에 위치하는 제1 반도체층(19), 활성층(18) 및 제2 반도체층(17)으로 이루어진 발광 구조체(20)를 포함한다. 경우에 따라, 제1 반도체층(19)은 메사(mesa) 식각되어 추후에 전류를 공급받는 부분을 위해 노출될 수 있다. 기판(22)의 타측에는 본 발명의 실시예에 의한 제1 유전체층(30) 및 제2 유전체층(40)으로 이루어진 복합 유전체층(50)이 적층되어 있다. 기판(22)은 사파이어(Al2O3), 실리콘 탄화물(SiC), 갈륨 질화물(GaN), 갈륨 비소(GaAs), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 아연 산화물(ZnO), 마그네슘 산화물(MgO), 알루미늄 질화물(AlN), 붕산 질화물(BN), 갈륨 인화물(GaP), 인듐 인화물(InP), 리튬-알루미늄 산화물(LiAl2O3) 중 어느하나일 수 있다.
발광 구조체(20)는 복수의 도전형 반도체층이 기판(22)을 기준으로 np 접합 구조, pn 접합 구조, npn 접합 구조, pnp 접합 구조 중 어느 하나를 가질 수 있다. 예를 들어, np 접합 구조인 경우, 제1 반도체층(19)은 n형 반도체층이고, 제2 반도체층(17)는 p형 반도체층을 지칭한다. 발광 구조체(20)가 np 접합 구조인 경우, 제1 반도체층(19)은 n형 불순물이 도핑된 n형 AlxInyGazN(0≤x, y, z ≤1, x+y+z=1), n형 GaN 등을 포함할 수 있다. 이때, 상기 n형 불순물은 Si, Ge, Sn, Se 및 Te 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다. 제2 반도체층(17)은 p형 불순물이 도핑된 p형 AlxInyGazN(0≤x, y, z≤ 1, x+y+z=1), p형 GaN 등을 사용할 수 있다. 상기 p형 불순물은 Mg, Zn, Ca, Sr, Be, 및 Ba 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
활성층(18)은 제1 및 제2 반도체층(19, 17)에 비하여 낮은 에너지 밴드갭을 가지므로 발광을 활성화할 수 있다. 활성층(18)은 다양한 파장의 광을 방출할 수 있으며, 예를 들어 적외선, 가시광선, 또는 자외선을 방출할 수 있다. 활성층(18) 은 Ⅲ족-V족 화합물 물질을 포함할 수 있고, AlxInyGazN (0≤x, y, z ≤1, x+y+z=1), InGaN 또는 AlGaN을 포함할 수 있다. 또한, 활성층(18)은 단일양자우물(Single Quantum Well, SQW) 또는 다중양자우물(Multi Quantum Well, MQW)일 수 있다. 나아가, 활성층(18)은 양자 우물층과 양자 장벽층의 적층 구조를 가질 수 있고, 상기 양자 우물층과 상기 양자 장벽층의 개수는 필요에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 활성층(18)은, 예컨대 GaN/InGaN/GaN MQW 구조 또는 GaN/AlGaN/GaN MQW 구조를 이룰 수 있다. 그러나 이는 예시적이며, 활성층(18)은 구성 물질에 따라 방출되는 광의 파장이 달라진다.
제2 반도체층(17) 상에는 반사층(16), 장벽층(14) 및 제1 본딩패드(10)이 순차적으로 형성되어 있고, 제1 반도체층(19) 상에는 제2 본딩패드(12)가 형성되어 있다. 반사층(16)은 각각 도전층으로서의 기능에 더하여, 출력광을 반사시키는 기능도 이룰 수 있다. 반사층(16)은 Al, Cu, Au, Pt, Pd, Rh, Ni, W, Mo, Cr, Ti로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나의 층 또는 그들의 복합층일 수 있다. 적합하게는, Ag 또는 Al 중의 어느 하나 또는 Ag 합금 또는 Al 합금으로 한다. 장벽층(14)은 제1 본딩 패드(10) 물질과 반사층(16) 물질이 계면에서 융화되어 반사층의 특성(특히, 반사율 및 접촉저항)을 저하하는 것을 방지하는 기능을 수행할 수 있다. 장벽층(14)의 재료는 예를 들어, Ti, TiW 합금, W, Pt, Ni 또는 이들의 조합일 수 있다. 제1 및 제2 본딩 패드(10, 12)는 도전성 물질로서, 예를 들어 Au, Ag, Al, Pd, Ti, Cr, Ni, Sn, Cr, Pt, W, Co, Ir, Rh, Ru, Zn, Mg 등 및 이들의 합금을 포함할 수 있다. 본딩 패드(10, 12)은 단일층으로 구성되거나 또는 다중층으로 구성될 수 있고, 예를 들어 Ti/Al, Cr/Au, Ti/Au, Au/Sn과 같은 다중층으로 구성될 수 있다.
한편, 발광 다이오드에 적용되는 유전체는 굴절율이 1.5 이하의 저굴절율 유전체, 굴절율이 1.5보다 크고 2.3 이하인 중굴절율 유전체 및 굴절율이 2.3보다 큰 고굴절율 유전체로 구분된다. 저굴절율 유전체는 SiO2, MgF2 등이 있고, 중굴절율 유전체는 Al2O3, ZrO2, MgO, Ta2O5, SnO2, ZnO, B2O3, Li2O, SrO, HfO2, SiONx, BaO 등이 있으며, 고굴절율 유전체는 TiO2, CeO2 등이 있다. 발광 다이오드의 유전체층은 광을 투과하기도 하지만, 광을 선택하여 반사시키는 분포 반사(DBR; Distributed Bragg Reflection)의 역할도 수행하므로, 투과율이 좋은 유전체와 분포 반사 특성이 우수한 유전체를 적층하여 사용한다. 분포 반사 특성이 우수한 유전체는 앞에서 설명한 바와 같이, 굴절율 및 투과율을 고려하여 선정할 수 있다. 본 발명의 실시예는 상기 투과율이 좋은 유전체를 고투과율 유전체라고 정의하고, 이에 해당하는 유전체는 B, Pb 및 Si의 산화물이 있으며, SiO2가 바람직하다. 또한, 투과율의 측면에서, 단파장 유전체는 Ta2O5, HfO2, ZrO2, Si3N4가 있으며 Ta2O5가 바람직하고, 장파장 유전체는 TiO2, NbO5가 있으며 TiO2가 좋다.
본 발명의 복합 유전체층(50)은 장파장 유전체층(31)/고투과율 유전체층(32)이 반복되면서 적층된 제1 유전체층(30)과 단파장 유전체층(41)/고투과율 유전체층(42)이 반복되면서 적층된 제2 유전체층(40)이 결합하여 이루어진다. 이때, 제1 유전체층(30)의 고투과율 유전체층(32) 및 제2 유전체층(40)의 고투과율 유전체층(42)은 동일한 유전체로 형성되는 것이 바람직하고, SiO2층이 좋다. 이때, 기판(22)과 제1 유전체층(30) 사이에는 다른 기능을 부여하는 층이 존재할 수도 있다. 본 발명의 복합 유전체층(50)은 20 내지 50층을 가질 수 있다. 본 발명의 복합 유전체층(50)이 20층보다 작으면 충분한 반사율을 확보하기 어렵고, 50보다 크면 반사효과의 증가는 크지 않은 반면 공정시간 및 그에 따른 비용이 커진다.
본 발명의 바람직한 실시예는 장파장 유전체층(31)은 TiO2층, 단파장 유전체층(41)은 Ta2O5층을 제시한다. 구체적으로, 제1 유전체층(30)은 TiO2층(31)/SiO2층(32)이 반복하여 적층된 것이고, 제2 유전체층(40)은 Ta2O5층(41)/SiO2층(42)이 반복하여 적층된 것이며, 본 발명의 복합 유전체층(50)은 제1 및 제2 유전체층(30, 40)이 복합(hybrid)된 유전체층이다. 이하에서는 TiO2층 및 Ta2O5층을 중심으로 설명하기로 한다.
한편, 제1 유전체층(30)은 120㎛~210㎛가 바람직하고, 제2 유전체층(40)의 두께는 80㎛~170㎛가 바람직하다. 왜냐하면, 상기 두께 범위보다 작거나 크면, 본 발명에서 구현하고자 하는 파장대역을 벗어난다. 또한, 제1 유전체층(30)에서 TiO2층(31)의 두께는 30nm~80nm, SiO2층(32)의 두께는 85nm~135nm가 바람직하다. 상기 제1 유전체층(30)에서 TiO2층(31)의 두께 및 SiO2층(32)의 두께는 λ/4를 적용하여 계산한 장파장 영역 500~750nm에서 빛을 발하게 하는 임계치이다. 나아가, 제2 유전체층(40)에서 Ta2O5층(41)의 두께는 30nm~80nm, SiO2층(42)의 두께는 45nm~95nm가 바람직하다. 제2 유전체층(40)에서 Ta2O5층(41)의 두께 및 SiO2층(42)의 두께는 λ/4를 적용하여 계산한 단파장 영역 300~550nm에서 빛을 발하게 하는 임계치이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 적용된 유전체층의 파장(nm)에 따른 투과율(%)을 보여주는 그래프이다. 또한, 상기 투과율(%)은 입사각이 0도일 때의 값을 측정하였다.
도 2를 참조하면, 본 발명에서는 파장(nm)에 의한 투과율(%)을 측정하기 위하여, 300nm 내지 450nm는 단파장 영역, 450nm 내지 800nm는 장파장 영역이라고 한다. 그런데, 상기 파장(nm)의 분류는 특별한 임계적인 의의는 없으며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 목적에 비추어 충분하게 유추할 수 있는 것이다. 또한, 단파장 유전체 및 장파장 유전체는 각 파장(nm)의 영역에서 투과율(%)이 SiO2층에 근접하는 밀도(피크의 개수/파장 범위)로 정의하였다.
구체적으로, 상기 단파장 영역에서는 Ta2O5층이 SiO2층의 투과율(%)에 근접하는 피크(peak)가 많았으나, TiO2층은 근접하는 피크(peak)가 없었다. 이에 따라, Ta2O5층은 TiO2층에 비해 단파장 영역에서 광 투과율(%)이 우수한 단파장 유전체층이다. 상기 장파장 영역에서는 TiO2층은 SiO2층의 투과율(%)에 근접하는 피크(peak)가 Ta2O5층에 비해 상대적으로 많았다. 즉, TiO2층은 상기 피크의 수가 3개 이었으나, Ta2O5층은 2개에 불과하였다.
이하 본 발명은 아래와 같은 실시예에 의거하여 보다 상세하게 설명하기로 한다. 단 아래의 예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며 이에 한정하지 않는다.
(실시예)
본 발명의 실시예는 제1 유전체층 및 제2 유전체층을 다음과 같은 표 1과 같이 제조하였다.
표 1
Figure PCTKR2014011524-appb-T000001
표 1에 의하면, 제1 유전체층은 TiO2층/SiO2층이 11층이 적층되었고, 제2 유전체층은 Ta2O5층/SiO2층이 9층이 적층되었다. 본 발명의 제1 유전체층은 그 두께가 138.34㎛에서 192.09㎛의 범위 내에 있었고, 제2 유전체층은 100.27㎛에서 149.52㎛의 범위를 나타내었다. 또한, 제1 유전체층의 TiO2층은 41.84nm~66.36nm, SiO2층은 96.50nm~125.73nm의 범위에 있었다. 제2 유전체층의 Ta2O5층은 46.46nm~66.69nm, SiO2층은 53.81nm~88.92nm의 범위를 가졌다.
도 3은 본 발명의 실시예를 이루는 제1 유전체층, 제2 유전체층 및 이를 조합한 본 발명의 유전체층의 입사각에 따른 반사율(%)를 표현한 그래프이다. 이때, 제1, 제2 유전체층 및 본 발명의 유전체층은 각각 표 1에서와 같이 제작되었다.
도 3에 의하면, 입사각이 약 30도로부터 90도의 범위에서, 일부 각도 영역을 제외하고, 본 발명의 유전체층은 제1 유전체층 및 제2 유전체층에 비해 높은 반사율(%)을 보이고 있었다. 구체적으로, 약 40도에서 약 50도 영역에서, 제1 유전체층의 반사율(%)이 본 발명의 유전체층보다 약간 높으나, 전체 영역에서는 현저하게 낮았다. 또한, 약 55도에서 약 65도 영역에서, 제2 유전체층의 반사율(%)이 본 발명의 유전체층보다 약간 높았으나, 전체적으로 보아 본 발명의 유전체층에 비해 낮은 값을 나타내고, 각도에 따른 반사율(%)의 분포가 불균일하였다. 이에 따라, 발광 다이오드의 유전체층으로 제1 유전체층 및 제2 유전체층을 단독으로 사용하는 경우보다 표 1에서와 같이, 제1 유전체층과 제2 유전체층을 결합하여 사용하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있었다.
표 2는 종래의 유전체층 및 본 발명의 유전체층이 부착된 발광 다이오드의 광학적 출력(PO, mW)을 보여주는 것이다. 이때, 종래의 제1, 제2 유전체층 및 본 발명의 유전체층은 표 1에서와 같이 제작되었다. 이때, 기준이 되는 유전체층의 광학적 출력은 192.3mW이었다.
표 2
유전체층 광학적 출력(㎽)
종래의 제1 유전체층 200.6
종래의 제2 유전체층 201.3
본 발명의 유전체층 203.6
표 2에 따르면, 종래의 제1 유전체층이 부착된 발광 다이오드는 기준인 192.3mW보다 약 4.31%가 증가된 200.6mW의 광학적 출력을 나타내었다. 또한, 종래의 제2 유전체층의 경우는 기준보다 약 4.95%가 증가된 201.3mW이었다. 이에 반해, 본 발명의 유전체층이 부착된 발광 다이오드는 기준에 비해 광학적 출력이 약 5.55%만큼 증가되었다. 이는 제1 및 제2 유전체층을 단독으로 사용하는 경우보다, 본 발명의 실시예와 같이 제1 및 제2 유전체층을 조합하여 사용하는 경우가 광학적 출력이 높아짐을 알 수 있었다.
이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
[부호의 설명]
10, 12; 본딩패드
14; 장벽층 16; 반사층
20; 발광 구조체 22; 기판
30; 제1 유전체층 40; 제2 유전체층
50; 복합 유전체층

Claims (12)

  1. 기판을 포함하는 발광 다이오드에 있어서,
    상기 기판에 부착되며,
    장파장 유전체층/고투과율 유전체층이 반복 적층된 제1 유전체층 및 단파장 유전체층/고투과율 유전체층이 반복 적층된 제2 유전체층이 결합하여 이루어진 복합 유전체층을 포함하는 유전체층을 가진 발광 다이오드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 장파장 유전체는 TiO2, NbO5 중에 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유전체층을 가진 발광 다이오드.
  3. 제2항에 있어서, 상기 장파장 유전체는 TiO2인 것을 특징으로 하는 유전체층을 가진 발광 다이오드.
  4. 제1항에 있어서, 상기 단파장 유전체는 Ta2O5, HfO2, ZrO2, Si3N4 중에 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유전체층을 가진 발광 다이오드.
  5. 제4항에 있어서, 상기 단파장 유전체는 Ta2O5인 것을 특징으로 하는 유전체층을 가진 발광 다이오드.
  6. 제1항에 있어서, 상기 고투과율 유전체는 B, Pb 및 Si의 산화물 중에 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유전체층을 가진 발광 다이오드.
  7. 제6항에 있어서, 상기 고투과율 유전체는 SiO2인 것을 특징으로 하는 유전체층을 가진 발광 다이오드.
  8. 제1항에 있어서, 상기 복합 유전체층은 TiO2층/SiO2층이 반복 적층된 제1 유전체층 및 Ta2O5층/SiO2층이 반복 적층된 제2 유전체층이 결합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유전체층을 가진 발광 다이오드.
  9. 제8항에 있어서, 상기 복합 유전체층은 20층 내지 50층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유전체층을 가진 발광 다이오드.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제1 유전체층의 두께는 120㎛ 내지 210㎛이고, 상기 제2 유전체층의 두께는 80㎛ 내지 170㎛인 것을 특징으로 하는 유전체층을 가진 발광 다이오드.
  11. 제8항에 있어서, 상기 제1 유전체층의 TiO2층의 두께는 30nm 내지 80nm이고, 상기 제1 유전체층의 SiO2층의 두께는 85nm 내지 135nm인 것을 특징으로 하는 유전체층을 가진 발광 다이오드.
  12. 제8항에 있어서, 상기 제2 유전체층의 Ta2O5층의 두께는 30nm 내지 80nm이고, 상기 제2 유전체층의 SiO2층의 두께는 45nm 내지 95nm인 것을 특징으로 하는 유전체층을 가진 발광 다이오드.
PCT/KR2014/011524 2013-11-29 2014-11-28 유전체층을 가진 발광 다이오드 WO2015080508A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130146908A KR20150062352A (ko) 2013-11-29 2013-11-29 유전체층을 가진 발광 다이오드
KR10-2013-0146908 2013-11-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015080508A1 true WO2015080508A1 (ko) 2015-06-04

Family

ID=53199387

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2014/011524 WO2015080508A1 (ko) 2013-11-29 2014-11-28 유전체층을 가진 발광 다이오드

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20150062352A (ko)
WO (1) WO2015080508A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220359794A1 (en) * 2021-05-08 2022-11-10 Lextar Electronics Corporation Light-emitting diode structure

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101683683B1 (ko) * 2015-06-18 2016-12-09 주식회사 세미콘라이트 반도체 발광소자
WO2016159744A1 (ko) 2015-04-03 2016-10-06 주식회사 세미콘라이트 반도체 발광소자
KR20160149363A (ko) 2015-06-17 2016-12-28 삼성전자주식회사 반도체 발광소자

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005101536A (ja) * 2003-08-28 2005-04-14 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体レーザ素子
JP2008186819A (ja) * 2003-06-16 2008-08-14 Ind Technol Res Inst 発光装置及び全方向性反射器
KR101091027B1 (ko) * 2011-07-08 2011-12-09 (주)큐엠씨 발광 다이오드의 제조 방법 및 장치
KR20130010461A (ko) * 2010-02-18 2013-01-28 브리스톨-마이어스 스큅 컴퍼니 Ｉｌ―２３에 결합하는 피브로넥틴 기반 스캐폴드 도메인 단백질
US20130058102A1 (en) * 2011-09-01 2013-03-07 Bridgelux, Inc. Distributed Bragg Reflector for Reflecting Light of Multiple Wavelengths from an LED

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008186819A (ja) * 2003-06-16 2008-08-14 Ind Technol Res Inst 発光装置及び全方向性反射器
JP2005101536A (ja) * 2003-08-28 2005-04-14 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体レーザ素子
KR20130010461A (ko) * 2010-02-18 2013-01-28 브리스톨-마이어스 스큅 컴퍼니 Ｉｌ―２３에 결합하는 피브로넥틴 기반 스캐폴드 도메인 단백질
KR101091027B1 (ko) * 2011-07-08 2011-12-09 (주)큐엠씨 발광 다이오드의 제조 방법 및 장치
US20130058102A1 (en) * 2011-09-01 2013-03-07 Bridgelux, Inc. Distributed Bragg Reflector for Reflecting Light of Multiple Wavelengths from an LED

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220359794A1 (en) * 2021-05-08 2022-11-10 Lextar Electronics Corporation Light-emitting diode structure

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150062352A (ko) 2015-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101332053B1 (ko) 반도체 발광 소자
TWI446589B (zh) A semiconductor light-emitting element, a light-emitting device using a semiconductor light-emitting element, and an electronic device
KR101290629B1 (ko) 광전 소자 및 그 제조방법
EP3264476B1 (en) Light emitting diode chip
JP4899825B2 (ja) 半導体発光素子、発光装置
US9142715B2 (en) Light emitting diode
WO2012157163A1 (ja) 半導体発光素子
KR20130024852A (ko) 반도체 발광소자
JP2009164423A (ja) 発光素子
JP2005183911A (ja) 窒化物半導体発光素子及び製造方法
KR20040010419A (ko) 반도체 발광소자
KR20080030035A (ko) 반도체발광소자 및 그 제조방법
US20030085851A1 (en) High-brightness light emitting diode
WO2015080508A1 (ko) 유전체층을 가진 발광 다이오드
JP4164689B2 (ja) 半導体発光素子
US20180026162A1 (en) Light-Emitting Diode With Transparent Conductive Electrodes For Improvement in Light Extraction Efficiency
KR100897595B1 (ko) 인듐주석산화물 투명전극 직접 접촉층을 포함하는 발광다이오드 및 그의 제조방법
KR20120126856A (ko) 반도체 발광다이오드 칩 및 이를 이용한 발광장치
TW201727938A (zh) 具有反射式層序列的發光二極體晶片
WO2014035205A2 (ko) 발광 분포가 우수한 반도체 발광소자
JP2003179255A (ja) 光の抽出を改善すべくフリップチップ発光ダイオードに量子井戸を選択的に設ける方法
WO2015072746A1 (ko) 반도체 발광소자
WO2012067428A2 (ko) 3족 질화물 반도체 발광소자
WO2015093807A1 (ko) 다층의 나노입자층을 가진 발광 다이오드
CN105051916B (zh) 用于光电子器件的反射性的接触层系统及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14865217

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14865217

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1