WO2022186593A1 - 단일칩 복수 대역 발광 다이오드 및 그 제조 방법 - Google Patents

단일칩 복수 대역 발광 다이오드 및 그 제조 방법 Download PDF

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WO2022186593A1
WO2022186593A1 PCT/KR2022/002925 KR2022002925W WO2022186593A1 WO 2022186593 A1 WO2022186593 A1 WO 2022186593A1 KR 2022002925 W KR2022002925 W KR 2022002925W WO 2022186593 A1 WO2022186593 A1 WO 2022186593A1
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WO
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layer
well
light
light emitting
sub
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PCT/KR2022/002925
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백용현
민대홍
강지훈
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서울바이오시스주식회사
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    • H01L33/24—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 particular shape, e.g. curved or truncated substrate of the light emitting region, e.g. non-planar junction

Definitions

  • the present disclosure relates to a light emitting diode and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a light emitting diode emitting light having a plurality of bands at a single chip level and a method for manufacturing the same.
  • Nitride semiconductors are used as light sources for display devices, traffic lights, lighting, or optical communication devices, and are mainly used for light emitting diodes or laser diodes that emit blue or green light.
  • the nitride semiconductor may be used in a heterojunction bipolar transistor (HBT), a high electron mobility transistor (HEMT), and the like.
  • a light emitting diode using a nitride semiconductor has a heterojunction structure having a quantum well structure between an N contact layer and a P contact layer.
  • the light emitting diode emits light according to the composition of the well layer in the quantum well structure.
  • light emitting diodes are designed to emit light in a spectrum with a single peak, i.e. monochromatic light.
  • the use of the phosphor is accompanied by problems such as the cost of the phosphor itself and a decrease in efficiency known as Stokes shift. In addition, it is accompanied by problems such as many process problems for applying a phosphor on a light emitting diode and yellowing of a carrier supporting the phosphor.
  • An object of the present disclosure is to provide a light emitting diode capable of implementing light of a multi-band spectrum at a single chip level.
  • An object of the present disclosure is to provide a novel technology capable of controlling the relative intensity of multi-bands in a light emitting diode emitting light of a multi-band spectrum.
  • An object of the present disclosure is to provide a method of manufacturing a light emitting diode capable of implementing desired multi-band light at a single chip level.
  • a light emitting diode includes an n-type nitride semiconductor layer, a V-pit generation layer disposed on the n-type nitride semiconductor layer and having V-pits, and a plurality of V-pit generation layers disposed on the V-pit generation layer a sub-emissive layer having a well layer and a plurality of capping layers of an active layer having two well regions, and a p-type nitride semiconductor layer positioned on the active layer, wherein an energy bandgap of the sub-emission layer is larger than an energy bandgap of the first well region, and the light emitting diode is a single chip.
  • the level emits light of at least three different peak wavelengths.
  • the sub-emission layer may emit blue light or green light.
  • the plurality of well layers emit light having a peak wavelength shorter than a peak wavelength of light emitted from the first well region, and emit light having a peak wavelength longer than a peak wavelength of light emitted from the second well region. can do.
  • the well layer of the sub-emission layer may include a first well layer, a second well layer, and a third well layer.
  • the energy bandgap of the first well layer, the second well layer, and the third well layer is substantially the same as each other, is larger than the energy bandgap of the first well region, and is greater than the energy bandgap of the second well region. can be small
  • At least one well layer of the first to third well layers may have an energy bandgap different from that of other well layers.
  • the plurality of well layers emit light having a peak wavelength longer than a peak wavelength of light emitted from the second well region, and emit light having a peak wavelength shorter than a peak wavelength of light emitted from the first well region. can do.
  • An energy bandgap of the third well layer may be smaller than an energy bandgap of the first well layer, the second well layer, and the second well region, and may be larger than an energy bandgap of the first well region.
  • An energy bandgap of the third well layer may have a larger energy bandgap than that of the first well layer, the second well layer, and the active layer.
  • the active layer may emit light of at least two different peak wavelengths at a single chip level.
  • the first well region may emit light having a peak wavelength of a longer wavelength region than that of the second well region.
  • the first well region may emit yellow light
  • the second well region may emit blue light
  • a light emitting diode includes an n-type nitride semiconductor layer; a V-pit generation layer disposed on the n-type nitride semiconductor layer and having V-pits; a sub-emission layer disposed on the V-pit generation layer and having a plurality of well layers and a plurality of capping layers; an active layer disposed on the sub-emission layer and having a first well region formed along a flat surface of the V-pit generation layer and a second well region formed in the V-pit of the V-pit generation layer; and a p-type nitride semiconductor layer positioned on the active layer, wherein the light emitting diode emits light of at least three different peak wavelengths at a single chip level, and is disposed in the middle of the at least three different peak wavelengths.
  • the intensity at the peak wavelength lies between the intensities at the peak wavelengths disposed on either side.
  • the intensity at the at least three different peak wavelengths may increase as the wavelength increases.
  • the intensity at the at least three different peak wavelengths may decrease as the wavelength increases.
  • a half maximum width of the emission spectrum band including the longest wavelength among the at least three different peak wavelengths may be greater than the half maximum width of the spectral bands including other peak wavelengths.
  • the emission spectrum band including the shortest wavelength among the at least three different peak wavelengths may have a left-right asymmetric shape.
  • a peak wavelength disposed in the middle among the at least three different peak wavelengths may be closer to a short-wavelength-side peak wavelength adjacent thereto than a long-wavelength-side peak wavelength adjacent thereto.
  • the at least three different peak wavelengths may have a shortest peak wavelength and a longest peak wavelength, and the intensity change as the wavelength increases from the longest peak wavelength to the long wavelength side decreases from the shortest peak wavelength to the short wavelength side. It may be more gradual than the change in strength with
  • At least two valleys are formed between the at least three different peak wavelengths, and the at least two valleys may have different intensities.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining a light emitting diode according to an embodiment of the present disclosure.
  • Fig. 2A is a schematic partial cross-sectional view showing an enlarged portion of Fig. 1;
  • FIG. 2B is a schematic partial cross-sectional view showing an enlarged view of the sub-emissive layer of FIG. 2A.
  • 3A and 3B are diagrams illustrating the energy band diagram of FIG. 2A.
  • FIG. 4 is a graph showing optical characteristics of a light emitting diode according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining a light emitting diode according to another embodiment of the present disclosure.
  • 6A and 6B are diagrams illustrating the energy band diagram of FIG. 5 .
  • FIG. 7 is a graph showing optical characteristics of the light emitting diode of FIG. 5 .
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view illustrating a light emitting diode according to another embodiment of the present disclosure.
  • 9A and 9B are diagrams illustrating the energy band diagram of FIG. 8 .
  • FIG. 10 is a graph showing optical characteristics of the light emitting diode of FIG. 8 .
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view illustrating a horizontal light emitting device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view illustrating a horizontal light emitting device according to another embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view illustrating a flip-type light emitting device according to another embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view for explaining a light emitting module according to an embodiment of the present disclosure.
  • 15A is a perspective view illustrating a light emitting diode package to which a light emitting diode according to an embodiment of the present invention is applied.
  • Fig. 15B is a plan view of Fig. 15A;
  • Fig. 15C is a cross-sectional view taken along line II' of Fig. 15B.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining a light emitting diode according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2A is an enlarged schematic partial cross-sectional view of a part of FIG. 1
  • FIG. 2B is an enlarged view of the sub-emission layer of FIG. 2A
  • FIGS. 3A and 3B show the energy band diagram of FIG. 2A
  • FIG. 4 is a graph showing optical characteristics of a light emitting diode according to an embodiment of the present disclosure.
  • the light emitting diode includes a substrate 111, a nuclear layer 113, a high-temperature buffer layer 115, an N-type nitride semiconductor layer 117, a V-pit generation layer 119, and a sub It may include an emission layer 120 , an active layer 131 , an electron block layer 133 , and a P-type nitride semiconductor layer 135 .
  • the substrate 111 is for growing a gallium nitride-based semiconductor layer, and sapphire, SiC, Si, GaN, spinel, or the like may be used.
  • the substrate 111 may have protrusions as shown in FIG. 1 , and may be, for example, a patterned sapphire substrate.
  • the present disclosure is not limited thereto, and the substrate 111 may be, for example, a substrate having a flat top surface or a flat sapphire substrate.
  • a nuclear layer 113 may be formed on the substrate 111 .
  • the nuclear layer 113 may be formed of (Al, Ga)N on the substrate 111 at a low temperature of 400° C. to 600° C., for example, of AlGaN or GaN.
  • the composition of the nuclear layer 113 may be changed depending on the substrate 111 .
  • the nucleus layer 113 may be formed of AlGaN
  • the nucleus layer 113 may be formed of GaN.
  • the nuclear layer 113 may be formed to a thickness of about 25 nm.
  • a high-temperature buffer layer 115 may be formed on the nuclear layer 113 .
  • the high temperature buffer layer 115 may be grown at a relatively high temperature in order to mitigate the occurrence of defects such as dislocations between the substrate 111 and the n-type nitride semiconductor layer 117 .
  • the high temperature buffer layer 115 may be formed of undoped GaN or GaN doped with n-type impurities. While the high temperature buffer layer 115 is being formed, a real dislocation may be generated due to a lattice mismatch between the substrate 111 and the high temperature buffer layer 115 .
  • the n-type nitride semiconductor layer 117 may be formed on the high temperature buffer layer 115 .
  • the n-type nitride semiconductor layer 117 is a nitride-based semiconductor layer doped with n-type impurities, and may be, for example, a nitride semiconductor layer doped with Si.
  • the Si doping concentration doped into the n-type nitride semiconductor layer 117 may be 5E17/cm 3 to 5E19/cm 3 .
  • the n-type nitride semiconductor layer 117 may be grown under a growth pressure of 150 Torr to 200 Torr at 1000° C. to 1200° C. (eg, 1050° C.
  • the n-type nitride semiconductor layer 117 may be continuously formed on the high-temperature buffer layer 115 , and the actual potential D formed in the high-temperature buffer layer 115 is the n-type nitride semiconductor layer 117 . can be transferred to The n-type nitride semiconductor layer 117 may be formed to be relatively thinner than the high temperature buffer layer 115 , for example, to have a thickness of about 2.5 ⁇ m.
  • the V-pit generation layer 119 may be formed on the n-type nitride semiconductor layer 117 .
  • the V-pit generation layer 119 may be formed of, for example, a GaN layer.
  • the V-pit generation layer 119 may be grown at a relatively lower temperature than that of the n-type nitride semiconductor layer 117 , for example, about 900° C., and accordingly, the V-pit generation layer 119 in the V-pit generation layer 119 . (119v) may be formed.
  • the V-pit generation layer 119 is grown at a relatively lower temperature than that of the n-type nitride semiconductor layer 117, thereby artificially lowering crystal quality and promoting three-dimensional growth to generate V-pits 119v.
  • the V-pits 119v may have a hexagonal pyramid shape when the growth surface of the nitride semiconductor layer is the C-plane.
  • the V-pits 119v may be formed at the upper end of the actual potential.
  • the V-pit generation layer 119 may be formed to have a thickness smaller than that of the n-type nitride semiconductor layer 117 , for example, to have a thickness of about 450 nm to 600 nm.
  • the size of the V-pits 119v formed in the V-pit generation layer 119 may be adjusted through growth conditions of the V-pit generation layer 119 .
  • the size of the V-pits 119v formed in the V-pit generation layer 119 may affect generation of multi-band spectrum light.
  • the V-pit generation layer 119 is described as a single layer, but is not limited thereto, and may be a multilayer.
  • the V-pit generation layer 119 may include at least two of GaN, AlGaN, InGaN, or AlGaInN layers.
  • the sub-emission layer 120 may be positioned on the V-pit generation layer 119 .
  • the sub-emission layer 120 may emit light having a predetermined energy by recombination of electrons and holes.
  • the sub-emission layer 120 includes a first well layer 121a in contact with the V-pit generation layer 119 , a third well layer 123a in contact with the active layer 131 , and A second well layer 122a interposed between the first well layer 121a and the third well layer 123a may be included.
  • the present disclosure is not limited thereto, and at least one well layer may be formed.
  • the first, second, and third well layers 121a, 122a, and 123a may include a nitride semiconductor layer such as In x Al y Ga 1-xy N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1). and may be, for example, InGaN.
  • the sub-emission layer 120 may further include capping layers 121b, 122b, and 123b, which are respectively positioned on the well layers 121a, 122a, and 123a of the sub-emission layer 121 .
  • the capping layers 121b, 122b, and 123b may be formed of, for example, AlGaN or AlInGaN, and have a higher bandgap than the well layers 121a, 122a, and 123a of the sub-emission layer 120 and serve as capping. can do.
  • the capping layers 121b, 122b, and 123b are the well layers 121a, 122a, 123a of the sub-emission layer 120 or the well layers of the sub-emission layer 120 while the active layer 131 is grown. 121a, 122a, 123a) may be formed to prevent dissociation of In. Accordingly, in the light emitting diode according to an embodiment of the present disclosure, the capping layers 121b, 122b, and 123b may also serve as a barrier layer, and accordingly, the sub-emission layer 120 does not include a separate barrier layer. In this case, the thickness of the light emitting diode may be reduced.
  • the sub-emissive layer 120 may be formed along the adjacent V-pit generating layer 119 , and the sub-emissive layer 120 is a first sub-emission layer formed on the flat surface of the V-pit generating layer 119 . It may include an emission region 120a and a second sub emission region 120b formed in the V-pit 119v.
  • the sub-emission layer 120 may have a flat surface positioned between the plurality of convex regions formed on the substrate 111 and a growth surface forming an acute angle ⁇ .
  • the growth plane forming the acute angle ⁇ may be formed between the c-plane and the m-plane. Also, the distance between the growth plane forming the acute angle and the side surface of the light emitting diode may decrease as it approaches the p-type nitride semiconductor layer 135 .
  • the slope in the V-pit 119v has a relatively low growth rate, and accordingly, the thickness of the second sub-emission region 120b formed on the slope in the V-pit 119v is equal to the thickness of the first sub-emission region. It may be formed to be thinner than the thickness of the region 120a.
  • the second sub-emission region 120b may have a left-right symmetric structure. Also, a point where the slopes of the second sub-emission region 120b intersect may be disposed on the convex portion to overlap one of the convex portions of the substrate 111 .
  • the second sub-emission region 120b may be parallel to the second well region 131d of the active layer 131 .
  • the thickness of the second sub-emission region 120b in the V-pit 119v may vary according to the size of the V-pit 119v.
  • the size of the V-pits 119v may be adjusted by controlling a growth time and a growth temperature of the V-pit generation layer 119 .
  • the well layer included in the second sub-emission region 120b may be formed of InGaN having a lower In content than the well layer included in the first sub-emission region 120a, and the In content is too small to prevent light emission.
  • the present disclosure is not limited thereto, and light may be emitted according to driving conditions.
  • the Al composition contained in the capping layers 121b, 122b, and 123b in the first sub-emission region 120a positioned on the flat surface of the V-pit generation layer 119 is the second sub-emission region 120b.
  • the Al composition contained in the capping layers in the first sub-emission region 120a may be greater than the Al content contained in the capping layers in the second sub-emission region 120b.
  • the sub-emission layer 120 may be grown at a relatively lower temperature than that of the V-pit generation layer 119 , for example, may be grown at 700°C to 800°C.
  • the sub-emission layer 120 may have various energy band gaps according to growth conditions.
  • the active layer 131 may be formed on the sub-emission layer 120 .
  • the active layer 131 may emit light having a predetermined energy by recombination of electrons and holes.
  • the active layer 131 may have a single quantum well structure or a multiple quantum well (MQW) structure in which quantum barrier layers and quantum well layers are alternately stacked.
  • the quantum barrier layer may be formed of a nitride semiconductor layer such as GaN, InGaN, AlGaN, or AlInGaN having a wider bandgap than the quantum well layer.
  • the active layer 131 includes a well layer 131a and a barrier layer 131b, and may be formed in contact with the sub-emission layer 120, but is not limited thereto.
  • a plurality of well layers 131a may be formed to be spaced apart from each other at regular intervals.
  • the active layer 131 may be formed along the V-pits 119v, and the active layer 131 is grown along the V-pits generating layer 120 to form a flat surface of the V-pits generating layer 119 . It may include a first well region 131c grown along the top surface and a second well region 131d grown in the V-pit 119v.
  • a thickness of the second well region 131d of the active layer 131 may be smaller than a thickness of the first well region 131c of the active layer 131 .
  • the thickness of the second well region 131d in the V-pit 119v may vary according to the size of the V-pit 119v.
  • the well layer 131a may be formed of In x Al y Ga 1-xy N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1), and the composition ratio of In, Al, and Ga depends on the required light. can be selected.
  • the barrier layer 131b may be formed of a nitride semiconductor layer such as GaN, InGaN, AlGaN, or AlInGaN, which has a wider energy bandgap than the well layer 131a.
  • the barrier layer 131b may be formed of InGaN having a lower In content than the well layer 131a.
  • a capping layer (not shown) may be interposed between the well layer 131a and the barrier layer 131b.
  • the capping layer may be formed before growth of the barrier layer 131b to prevent dissociation of In in the well layer 131a while the barrier layer 131b is grown.
  • the capping layer may include Al, for example, may be formed of AlGaN or AlInGaN.
  • the Al composition contained in the capping layer includes a first capping layer portion, that is, a portion of the capping layer disposed on the flat surface of the V-pit generating layer 119, and a second capping layer portion, that is, in the V-pit 119v. The portion of the formed capping layer may be different from each other.
  • An Al content in the first capping layer portion may be greater than an Al content in the second capping layer portion.
  • the Al composition in the first capping layer portion may be 10 atomic % or more, further 12 atomic % or more with respect to the total composition in the capping layer, and the Al composition in the second capping layer portion is the total composition in the capping layer. It may be about 5 atomic% or more.
  • the first well region 131c may have a composition emitting light of a multi-band long-wavelength spectrum
  • the second well region 131d may have a composition emitting light of a multi-band short-wavelength spectrum.
  • the first well region 131c may be formed of In x Al y Ga 1-xy N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1) so as to emit yellow light of 560 nm to 590 nm.
  • the second well region 131d may be formed of In x Al y Ga 1-xy N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1) to emit blue and green light of 400 nm to 500 nm.
  • the present disclosure is not limited thereto.
  • the combination of wavelengths of light emitted from the first well region 131c and the second well region 131d is a combination of emitting white light
  • the first well region 131c and the second well region may be emitted with a wavelength of another region.
  • the second well region 131d may be formed on each surface of the V-pit 119v to have the same composition, but is not limited thereto, and may be formed to have a different composition on each surface. Accordingly, the light emitting diode of the present disclosure may implement light having at least two bands at a single chip level using the first well region 131c and the second well region 131d. Accordingly, white light having a correlated color temperature (CCT) of 3000K to 7000K may be displayed, and the correlated color temperature (CCT) may be appropriately adjusted according to the use.
  • CCT correlated color temperature
  • An electron block layer 133 may be formed on the active layer 131 .
  • the electron block layer 133 may be formed of, for example, P-type AlGaN, but is not limited thereto, and may be formed of AlInGaN or the like.
  • the electron block layer 133 may also be formed in the V-pit 119v.
  • the P-type AlGaN of the electron block layer 133 may be expressed by the general formula Al x Ga 1-x N, where x may be greater than 0 and less than 0.3. Meanwhile, in an embodiment of the present disclosure, the thickness of the electron block layer 133 may be less than about 100 nm.
  • the electron block layer 133 may perform an electron blocking function by adjusting the energy band gap and at the same time effectively prevent leakage current.
  • the electron block layer 133 has a relatively wide energy bandgap and prevents electron overflow to increase the electron recombination rate.
  • the p-type nitride semiconductor layer 135 may be formed on the electron block layer 133 .
  • the p-type nitride semiconductor layer 135 may be formed of a semiconductor layer doped with a p-type impurity such as Mg, for example, GaN.
  • the p-type nitride semiconductor layer 135 may be a single layer or a multi-layer, and may include a p-type contact layer.
  • the p-type nitride semiconductor layer 135 may have a concave groove in the V-pit 119v.
  • the p-type nitride semiconductor layer 127 has a concave groove on the V-pit 119v, a path through which light emitted from the second well region 123d passes through the p-type nitride semiconductor layer 127 can be reduced. Accordingly, light loss due to the P-type nitride semiconductor layer 127 may be reduced.
  • FIG. 3A shows the first sub-emission region 120a and the active layer 131 of the sub-emission layer 120 grown along the flat surface of the V-pit generation layer 119 .
  • An energy band diagram of the first well region 131c is shown
  • FIG. 3B is the first of the sub-emission layer 120 grown along the V-pit 119v generated by the V-pit generation layer 119 .
  • the energy band diagram of the second sub-emission region 120b and the second well region 131d of the active layer 131 is shown.
  • the first, second, and third well layers 121a, 122a, and 123a of the sub-emission layer 120 are all grown at the same temperature to have the same energy band gaps Eg1, Eg2, and Eg3.
  • at least one well layer may be grown under a temperature condition different from that of the other two well layers, and thus the well layers 121a, 122a, 123a ), at least one well layer among the energy band gaps Eg1, Eg2, and Eg3 may have different energy band gaps.
  • the size of the energy bandgap may vary depending on the In content.
  • the In content of the sub-emission layer 120 may be the same as that of the first well region 131c of the active layer 131 .
  • the In content may be less than the In content, and may be greater than the In content of the second well region 131d of the active layer 131 .
  • the energy band gaps Eg1 , Eg2 , and Eg3 of the first, second, and third well layers 121a , 122a , 123a of the sub-emission layer 120 are the energy bands of the first well region 131c. It may be larger than the gap Eg4 and may be smaller than the energy bandgap Eg8 of the second well region 131d.
  • the sub-emission layer 120 may have a composition that emits light of a shorter wavelength side spectrum than that of the first well region 131c and has a composition that emits light of a longer wavelength side spectrum than that of the second well region 131d.
  • the energy band gaps of the first, second, and third well layers 121a, 122a, 123a of the sub-emission layer 120 and the well layer 131a of the active layer 131 are those of the sub-emission layer 120 and the active layer.
  • Energy lower than other layers disposed on both sides for example, the n-type nitride semiconductor layer 117 , the high-temperature buffer layer 115 , the p-type nitride semiconductor layer 135 , and the electron block layer 133 or the substrate 111 . It may have a bandgap. Therefore, even if the light generated in the sub-emission layer 120 and the active layer 131 passes through the other layers to be emitted to the outside of the semiconductor layer, the light may be emitted to the outside without light absorption and loss.
  • the layers disposed on both sides of the sub-emission layer 120 and the active layer 131 help light of a plurality of wavelength bands to be mixed and emitted. That is, even when light of different wavelengths is generated in the sub-emission layer 120 and the active layer 131 , the colors of light having different wavelengths may not be distinguished when the light is emitted to the outside of the light emitting diode.
  • Light generated in each of the sub-emission layer 120 and the active layer 131 may be sufficiently mixed in other layers disposed on both sides of the sub-emission layer 120 and the active layer 131 and then emitted, and thus, the outside of the light emitting diode
  • the emitted light can represent mixed color coordinates, making it possible to realize white light.
  • the light generated from the sub-emission layer 120 and the active layer 131 is an n-type nitride semiconductor layer 117, a high-temperature buffer layer 115, a substrate 111, an electron block layer 133, and a p-type It may be mixed in the nitride semiconductor layer 135 .
  • the substrate 111 or the n-type nitride semiconductor layer 117 may be formed to a thickness sufficient for light to be mixed, and thus may be more effective in forming white light.
  • the sub-emission layer 120 and the active layer 131 are disposed close to each other. Light loss can be minimized until lights of different wavelengths are mixed with each other.
  • the sub-emission layer 120 and the active layer 131 receive current through a common n-electrode and p-electrode, the difference and change in current supply between the sub-emission layer 120 and the active layer 131 that generate light is small. so that a uniform current can be supplied. Therefore, even when current on/off occurs or the light emitting diode is driven for a long time, the intensity ratio of the light emitted from the sub light emitting layer 120 and the active layer 131 can be maintained, so that the color coordinate range of the white light can be constantly maintained.
  • FIG. 4 is a graph showing an electroluminescence (EL) intensity of a light emitting diode manufactured according to an embodiment of the present invention.
  • the first well region 131c is formed of In x Al y Ga 1-xy N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1) to emit yellow light having a central wavelength of 560 nm to 590 nm.
  • the sub-emission layer 120 has a smaller In content than the first well region 131c and a higher In content than the second well region 131d, In x Al emitting blue and green light of 400 nm to 500 nm.
  • y Ga 1-xy N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1).
  • the active layer 131 may emit light having at least two bands.
  • the first well region 131c and the second well region 131d are formed together in the same process, it is necessary to control the thickness and In composition of the second well region 131d of the active layer 131 that emits light with a short wavelength. can be difficult That is, since the content of In in the second well region 131d is substantially dependent on the content of In in the first well region 131c, the peak wavelength and intensity of light emitted from the second well region 131d in the short wavelength region. can be difficult to control.
  • the In composition and thickness of the sub-emission layer 120 may be freely adjusted. Accordingly, by disposing the sub-emission layer 120 , it is possible to independently control the peak wavelength of a desired short wavelength region and increase the intensity of light in the corresponding wavelength region.
  • the sub-emission layer 120 may have a composition that emits light having a shorter wavelength than that of the active layer 131 .
  • the peak wavelength of blue emitted from the first sub-emission region 120a of the sub-emission layer 120 and the peak wavelength of blue emitted from the second well region 131d of the active layer 131 may be within a similar wavelength band.
  • a cold white color having a stronger intensity and a correlated color temperature (CCT) of about 6500K may be exhibited.
  • the light emitting diode of this embodiment emits light having at least three peak wavelengths through at least two peak wavelengths emitted from the active layer 131 and at least one peak wavelength emitted from the sub-emission layer 120 into a single chip. It can be implemented in the level, and the peak wavelength band of the emitted light can be adjusted.
  • the light intensity at the shortest peak wavelength is the highest and the light intensity at the longest peak wavelength may be the smallest. That is, as the size of the peak wavelengths increases, the intensity of light may decrease.
  • a peak wavelength disposed in the middle among the three peak wavelengths may be closer to a short wavelength side peak wavelength adjacent thereto than a long wavelength side peak wavelength neighboring it.
  • valleys are formed between at least three peak wavelengths, and the slope of the line connecting the valleys may be in the same direction as the slope of the line connecting intensities at the peak wavelengths. That is, as shown in FIG. 4 , the slope of the line connecting the valleys decreases as the wavelength increases, the same as the slope of the line connecting the intensities at peak wavelengths.
  • the intensity change as the wavelength increases from the longest peak wavelength to the long wavelength side may be more gentle than the intensity change as the wavelength decreases from the shortest peak wavelength to the short wavelength side.
  • the half maximum width of the spectrum of light emitted from the long wavelength region that is, the yellow region, may be larger than the half maximum width of the spectrum of light emitted from other regions. Since the wavelength band of light emitted in the long wavelength region is wide, it is effective in converting white light.
  • the In content may increase in the order of the V-pit generation layer 119 , the sub-emission layer 120 , and the active layer 131 . Accordingly, it is possible to reduce the transfer of stress and strain generated by the lattice mismatch between the nitride semiconductor layer and the substrate 111 to the active layer 131 , and prevent the propagation of defects such as dislocations to the active layer 131 . can do.
  • the sub-emission layer 120 may not only emit light, but may relieve stress caused by lattice mismatch.
  • the lattice constant of the sub-emission layer 120 may have an intermediate value between the lattice constants of the V-pit generation layer 119 and the active layer 131 , and accordingly, the V-pit generation layer 119 and the A difference in lattice constants of the active layer 131 may be reduced. Accordingly, the crystal quality of the active layer 131 may be improved by the sub-emission layer 120 .
  • the sub-emissive layer 120 may serve as a superlattice layer for alleviating a lattice constant difference.
  • the light emitting diode may further include a superlattice layer between the V-pit generation layer 119 and the active layer 131 in addition to the sub-emission layer 120 .
  • the light emitting diode may have a first emission surface and a second emission surface on which the light generated in the sub emission layer 120 and the active layer 131 is emitted on the upper and lower portions of the substrate 111 , respectively. That is, the light generated by the sub-emission layer 120 and the active layer 131 may be emitted toward the upper side of the substrate 111 through the first emission surface, or the second emission surface opposite the first emission surface. may be emitted in a downward direction of the substrate 111 through the .
  • light extraction efficiency emitted to the second emission surface may be higher than that emitted to the first emission surface. This is related to the energy bandgap of the active layer 131 emitting light of a long wavelength and the sub-emission layer 120 emitting light of a short wavelength.
  • the active layer 131 having an energy bandgap lower than the energy bandgap Eg1, Eg2, Eg3 of the sub-emission layer 120 is disposed adjacent to the p-type nitride semiconductor layer 127, the p-type nitride semiconductor Most of the recombination occurs in the active layer 131 due to the high barrier felt by the holes injected from the layer 127 , and the recombination rate in the sub-emission layer 120 decreases, thereby reducing luminous efficiency.
  • the light emitting diode structure according to the embodiment of the present disclosure may be suitable for a light emitting diode having a vertical structure or a flip chip structure that emits light through the second emission surface under the substrate 111 in order to reduce light loss.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a light emitting diode according to another embodiment of the present disclosure
  • FIGS. 6A and 6B are diagrams showing the energy band diagram of FIG. 5
  • FIG. 7 is a graph showing optical characteristics of the light emitting diode according to the present embodiment to be.
  • the light emitting diode according to the present exemplary embodiment is the same as the light emitting diode of the exemplary embodiment of FIG. 1 except for the energy band gap of the third well layer 223a of the sub light emitting layer 220 .
  • the light emitting diode according to this embodiment has a V-pit generation layer 219 , an active layer 231 , a sub light emitting layer 220 , an electron block layer 233 , and a P-type nitride-based light emitting diode similar to the light emitting diode of the embodiment of FIG. 1 .
  • a semiconductor layer 235 may be included.
  • the light emitting diode may include a substrate, a nuclear layer, a high-temperature buffer layer, and an N-type nitride semiconductor layer.
  • the active layer 231 may include a well layer 231a and a barrier layer 231b, and the sub-emission layer 220 includes first to third well layers 221a, 222a, 223a and capping layers 221b; 222b, 223b).
  • the sub-emission layer 220 includes a first well layer 221a in contact with the V-pit generation layer 219 , a third well layer 223a in contact with the active layer 231 , and the first well layer A second well layer 222a may be disposed between the 221a and the third well layer 223a.
  • the sub-emission layer 220 may be grown at a temperature relatively lower than that of the V-pit generation layer 219 , and may be grown at a temperature relatively higher than that of the active layer 231 .
  • the sub-emission layer 220 may be grown at 700°C to 800°C.
  • the sub-emission layer 220 may have various energy band gaps depending on the growth temperature.
  • the growth temperature of at least one of the first, second, and third well layers 221a, 222a, and 223a may be different.
  • the third well layer 223a may be grown at a temperature about 20°C lower than that of the first and second well layers 221a and 222a.
  • 6A is an energy band diagram of a first sub-emission region 220a of the sub-emission layer 220 and a first well region 231c of the active layer 231 formed on the flat surface of the V-pit generation layer 219.
  • 6B is an energy band diagram of the second sub-emission region 220b of the sub-emission layer 220 in the V-pit 219v and the second well region 231d of the active layer 231 .
  • the content of In in the sub-emission layer 220 and the active layer 231 may vary depending on the growth temperature, and the size of the energy bandgap may vary according to the difference in the In content.
  • the In content of the third well layer 223a may be increased by growing the growth temperature of the third well layer 223a to be about 20°C lower than that of the first and second well layers 221a and 222a.
  • the In content of the first and second well layers 221a and 222a may be higher than that of the first and second well layers 221a and 222a.
  • the active layer 231 may be grown at a temperature lower than that of the third well layer 223a.
  • the well layers 231a in the first well region 231c of the active layer 231 are formed in the first sub-emission region ( 220a) may have an In content higher than that of the third well layer 223a, and the well layers 231a in the second well region 231d of the active layer 231 may have a third In content of the second sub-emission region 220b. It may have a higher In content than the well layer 223a.
  • the In content may vary depending on the growth position of the nitride semiconductor layer.
  • the layer grown on the flat surface has a higher In content than the layer grown in the V-pit 219v.
  • the first, second, and third well layers 221a, 222a, and 223a of the second sub-emission region 220b grown in the V-pit 219v are formed in the first sub-emission region 220a, respectively.
  • the In content is smaller than that of the first, second, and third well layers 221a, 222a, and 223a.
  • the second well region 231d of the active layer 231 grown in the V-pit 219v includes a smaller In content than the first well region 231c grown on a flat surface.
  • the second well region 231d of the active layer 231 is grown at a lower temperature than that of the sub-emission layer 220, since it is formed in the V-pit 219v, the second well region 231d of the first sub-emission region 220a is formed in the V-pit 219v.
  • An In content of the well layer 223a may be smaller than that of the In content.
  • the In content of the first and second well layers 221a and 222a of the first sub-emission region 220a is determined by the In content of the first sub-emission region 220a in the third well layer 223a and the first of the active layer 231 . It may be less than the In content of the well region 231c and may be similar to the In content of the second well region 231d of the active layer 231 .
  • the energy bandgap Eg11 of the third well layer 223a of the first sub-emission region 220a is determined by the second well region 231d. ) may be smaller than the energy bandgap Eg16 and may be larger than the energy bandgap Eg12 of the first well region 231c.
  • the energy band gaps Eg9 and Eg10 of the first and second well layers 221a and 222a of the first sub-emission region 220a are formed in the third well layer (
  • the energy bandgap Eg11 of 223a) and the energy bandgap Eg12 of the first well region 231c may be larger than the energy bandgap Eg12 of the second well region 331d, and may be similar to the energy bandgap Eg16 of the second well region 331d.
  • the third well layer 223a of the first sub-emission region 220a emits light having a wavelength shorter than that of the first well region 231c, and the second well region 231d and the first sub-emission region Light having a longer wavelength side spectrum than the first and second well layers 221a and 222a of 220a may be emitted.
  • FIG. 7 is a graph showing the electroluminescence (EL) intensity of the light emitting diode manufactured according to the present embodiment.
  • the first well region 231c is formed of InxAlyGa1-x-yN (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1) to emit yellow light having a central wavelength of 560 nm to 590 nm
  • the third well region 231c is
  • the well layer 223a has a lower In content than the first well region 231c, and has an In content greater than that of the second well region 231d and the first and second well layers 221a and 222a from 400 nm to 500 nm.
  • It is formed of In x Al y Ga 1-xy N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1) that emits blue and green light.
  • the second well region 231d and the first and second well layers 221a and 222a emit blue light having a range of 420 nm to 460 nm
  • the third well layer 223a is blue and green with a range of 460 nm to 500 nm. It can emit a series of light.
  • the light emitting diode according to the present embodiment has the smallest intensity at a peak wavelength of a short wavelength and the highest intensity at a peak wavelength of a long wavelength among peak wavelengths. That is, as the peak wavelength increases, the intensity of emitted light increases. Meanwhile, the full width at half maximum of the spectrum of light emitted from the long wavelength region, that is, the yellow region, may be larger than the full width at half maximum of light emitted from other regions. Also, a peak wavelength disposed in the middle among the three peak wavelengths may be closer to a short wavelength side peak wavelength adjacent thereto than a long wavelength side peak wavelength neighboring it.
  • valleys are formed between at least three peak wavelengths, and the slope of the line connecting the valleys may be in the same direction as the slope of the line connecting intensities at the peak wavelengths. That is, as shown in FIG. 7 , the slope of the line connecting the valleys increases as the wavelength increases, the same as the slope of the line connecting the intensities at peak wavelengths.
  • the peak wavelength of the short wavelength region can be adjusted, and at least two peak wavelengths emitted from the active layer 231 and the sub-emission layer ( 220), light having at least three peak wavelengths may be implemented at a single chip level through at least one peak wavelength.
  • FIGS. 9A and 9B are diagrams showing the energy band diagram of FIG. 8
  • FIG. 10 is an optical characteristic of the light emitting diode according to the present embodiment It is a graph.
  • the light emitting diode is the same as the light emitting diode of FIG. 1 .
  • the light emitting diode according to this embodiment has a V-pit generation layer 319 , an active layer 331 , a sub light emitting layer 320 , an electron block layer 333 , and a P-type nitride-based light emitting diode similar to the light emitting diode of the embodiment of FIG. 1 .
  • a semiconductor layer 335 may be included.
  • the light emitting diode may include a substrate, a nuclear layer, a high-temperature buffer layer, and an N-type nitride semiconductor layer.
  • the active layer 331 may include a well layer 331a and a barrier layer 331b, and the sub-emission layer 320 includes first to third well layers 321a, 322a, 323a and capping layers 321b; 322b, 323b).
  • the sub-emission layer 320 includes a first well layer 321a in contact with the V-pit generation layer 319 , a third well layer 323a in contact with the active layer 331 , and the first well layer A second well layer 322a may be disposed between 321a and the third well layer 323a.
  • the sub-emission layer 320 may be grown at a temperature relatively lower than that of the V-pit generation layer 319 , and may be grown at a temperature relatively higher than that of the active layer 331 .
  • the sub-emission layer 320 may be grown at 700°C to 800°C.
  • the sub-emission layer 320 may have various energy band gaps depending on the growth temperature.
  • a growth temperature of at least one of the first, second, and third well layers 321a, 322a, and 323a may be different from a growth temperature of the other well layer.
  • the third well layer 323a may be grown at a temperature about 10°C higher than that of the first and second well layers 321a and 322a.
  • FIG. 9A shows the first sub-emission region 320a and the active layer 331 of the sub-emission layer 320 grown on the flat surface of the V-pit generation layer 319.
  • 1 shows an energy band diagram of a well region 331c
  • FIG. 9B is a second sub-emission region 320b of the sub-emission layer 320 grown in a V-pit 319v and the second of the active layer 331 An energy band diagram of the well region 331d is shown.
  • the energy bandgap of the sub-emission layer 320 and the active layer 331 may vary according to an In content, and the In content may vary according to a growth temperature and a growth location.
  • the In content of the third well layer 323a may be increased by increasing the growth temperature of the third well layer 323a by about 10° C. higher than that of the first and second well layers 321a and 322a.
  • the In content of the first and second well layers 321a and 322a may be less than that of the first and second well layers 321a and 322a.
  • the In content of the first and second well layers 321a and 322a may be greater than the In content of the third well layer 323a, and the first well region 331c It may be less than the In content of In addition, the In content of the first and second well layers 321a and 321b of the first sub-emission region 320a may be similar to the In content of the second well region 331d.
  • the second well region 331d of the active layer 331 is grown at a temperature lower than that of the first and second well layers 321a and 321b but is grown in the V-pit 319v, so that the second well region 331d of the active layer 331 is grown in the V-pit 319v.
  • the In content of the second well region 331d may be similar to the In content of the first and second well layers 321a and 321b.
  • the energy bandgap Eg19 of the third well layer 323a of the first sub-emission region 320a is determined by the first and second well layers 321a
  • the energy band gaps Eg17 and Eg18 of 322a may be larger than the energy band gaps Eg20 and Eg24 of the active layer 331 .
  • the energy band gaps Eg17 and Eg18 of the first and second well layers 321a and 322a of the first sub-emission region 320a are formed by the third well layer 323a of the first sub-emission region 320a.
  • the energy bandgap Eg19 of the first well region 331c may be smaller than the energy bandgap Eg20 of the first well region 331c, and may be different from the energy bandgap Eg24 of the second well region 331d. may be similar.
  • the third well layer 323a of the first sub-emission region 320a may have a composition that emits light having a shorter wavelength than that of the first and second well layers 321a and 322a and the active layer 331 . .
  • FIG 10 is a graph showing the electroluminescence (EL) intensity of the light emitting diode manufactured according to the present embodiment.
  • the first well region 331c is formed of InxAlyGa1-x-yN (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1) to emit yellow light having a central wavelength of 560 nm to 590 nm
  • the third The well layer 323a is formed of InxAlyGa1-x-yN (InxAlyGa1-x-yN) emitting blue-based light of 400 nm to 500 nm having a lower In content than the first and second well layers 321a and 322a and the second well region 331d. 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1).
  • the third well layer 323a may emit blue light having a range of 420 nm to 440 nm, and the first and second well layers 321a and 322a and the second well region 331d may have a range of 440 nm to 460 nm. Blue light may be emitted.
  • the light emitting diode according to the present embodiment has the smallest intensity at a peak wavelength of a short wavelength among peak wavelengths and the highest intensity at a peak wavelength of a long wavelength. That is, as the peak wavelength increases, the intensity of emitted light increases.
  • the spectrum of the short wavelength region may have a left-right asymmetric shape, and a slope of the short wavelength side with respect to the peak wavelength may have a shape smaller than the slope of the long wavelength side.
  • the full width at half maximum of the spectrum of light emitted from the long wavelength region that is, the yellow region, may be larger than the full width at half maximum of light emitted from other regions.
  • the peak wavelength of the short wavelength region can be adjusted, and at least two peak wavelengths emitted from the active layer 331 and the sub-emission layer ( 320), light having at least three peak wavelengths may be implemented at a single-chip level through at least one peak wavelength.
  • the two peak wavelengths of the active layer 331 may emit white light through a combination of wavelengths of yellow and blue light and blue light emitted from the sub-emission layer 320 .
  • the white light may represent white light having a correlated color temperature (CCT) of 3000K to 7000K, and a correlated color temperature (CCT) may be adjusted according to use.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view illustrating a horizontal light emitting device 100 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the light emitting device 100 includes a substrate 410 , an n-type semiconductor layer 420 , an active layer 430 , a p-type semiconductor layer 440 , an ohmic electrode 451 , and n It may include a type electrode 453 , a p-type electrode 455 , a light transmitting layer 457 , and a reflective layer 459 .
  • the n-type semiconductor layer 420 may include the nuclear layer, the high-temperature buffer layer, and the n-type nitride semiconductor layer described with reference to FIG. 1 .
  • the active layer 430 may include a sub-emission layer and an active layer as described with reference to FIGS.
  • the p-type semiconductor layer may include the electron block layer and the p-type nitride semiconductor layer described with reference to FIG. 1 . That is, the light emitting device 100 according to this embodiment includes an ohmic electrode 451, an n-type electrode 453, a p-type electrode 455, in addition to the light emitting diode described with reference to FIGS. 1, 5, or 8. It includes a light transmitting layer 457 and a reflective film 459 .
  • the light emitting device 100 includes a light emitting diode having the above-described multi-band spectrum, and has a horizontal structure.
  • the p-type semiconductor layer 440 and the active layer 430 may be partially removed, the n-type semiconductor layer 420 may be exposed, and the n-type semiconductor layer 420 with the n-type electrode 453 exposed. may be formed on the Meanwhile, the ohmic electrode 451 may be in ohmic contact with the p-type semiconductor layer 440 , and the p-type electrode 455 may be formed on the ohmic electrode 451 .
  • the light transmitting layer 457 may cover upper portions and sides of the n-type semiconductor layer 420 , the active layer 430 , and the p-type semiconductor layer 440 .
  • the light transmitting layer 457 may have openings exposing the n-type electrode 453 and the p-type electrode 455 .
  • the light transmitting layer 457 may be formed as a single layer, but is not limited thereto, and may include multiple layers.
  • the light transmitting layer 457 may include a light transmitting insulating oxide layer such as SiO2, SiNx, Al2O3, Nb2O5, TiO2, or MgF2.
  • the reflective layer 459 may be disposed under the substrate 410 to face the light transmitting layer 457 .
  • the reflective layer 459 may include a distributed Bragg reflector or a metal reflector.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view illustrating a horizontal light emitting device 200 according to another embodiment of the present disclosure.
  • the light emitting device 200 has a structure substantially similar to that of the light emitting device 200 described with reference to FIG. 11 , except that it further includes a second light transmitting layer 460 .
  • the horizontal light emitting device of FIG. 12 includes a first light transmitting layer 457 and a second light transmitting layer 460 .
  • the first light transmitting layer 457 may be the same as the light transmitting layer 457 described with reference to FIG. 11
  • the second light transmitting layer 460 may be formed of an epoxy molding compound (EMC), polyimide, or It may include a material such as silicone.
  • EMC epoxy molding compound
  • the second light transmitting layer 460 may have a structure different from that of the first light transmitting layer 457 , and may be formed on the substrate 410 , and as shown in FIG. 12 , not only the upper portion of the substrate 410 . Alternatively, the side surface of the substrate 410 may be covered.
  • the light transmitting layer 457 may be formed in multiple layers, or as shown in FIG. 12 , a second light transmitting layer 460 is additionally formed on the first light transmitting layer 457 to form a multi-layered light transmitting layer.
  • the light-transmitting layer may include an anti-reflective coating (AR).
  • the multilayer may comprise, for example, a metal oxide such as SiO2, Al2O3, HfO2, Y2O3, TiO2 or a metal fluoride such as MgF2, CaF2, LaF3, Na3AlF6.
  • the anti-reflection coating layer may be designed in consideration of the peak wavelength of light generated by the active layer 430 .
  • the anti-reflective coating layer may be designed so that the transmittance in the corresponding peak wavelength band is close to 100%.
  • the anti-reflection coating layer may be designed to have high transmittance for light generated by the active layer 430 as well as light of a short wavelength band and a long wavelength band of visible light to improve CRI.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view illustrating a flip-type light emitting device 300 according to another embodiment of the present disclosure.
  • the light emitting device 300 is substantially similar to the light emitting device 100 described with reference to FIG. 11 , but an n-type bump electrode 471 and a p-type bump electrode 473 are further added. In addition, there is a difference in the positions of the light transmitting layer 470 and the reflective film 467 .
  • the light transmitting layer 470 is disposed on the substrate 410 to face the n-type semiconductor layer 420 , and the reflective film 467 includes the n-type semiconductor layer 420 , the p-type semiconductor layer 440 , and the ohmic electrode ( 451 , the n-type electrode 453 , and the p-type electrode 455 are covered.
  • the reflective film 467 has openings exposing the n-type electrode 453 and the p-type electrode 455 .
  • the n-type bump electrode 471 is electrically connected to the n-type electrode 453 through the opening of the reflective film 467
  • the p-type bump electrode 473 is connected to the p-type electrode 455 through the opening of the reflective film 467 . electrically connected to
  • the light emitting device 300 may be flip-bonded on a circuit board using the n-type bump electrode 471 and the p-type bump electrode 473 . Meanwhile, light generated in the active layer 430 may be emitted to the outside through the substrate 410 and the light transmitting layer 470 .
  • the material of the light transmitting layer 470 is not particularly limited, and may include, for example, an epoxy molding compound (EMC), polyimide, or silicon.
  • the light transmitting layer 570 may contain a red phosphor to improve CRI of white light. The red phosphor may improve CRI of white light by converting a portion of the light generated by the light emitting devices 300 into red light.
  • the light transmitting layer 470 may be formed of the same material as the light transmitting layers 457 and 460 described with reference to FIG. 11 or 12 .
  • the light transmitting layer 470 may also cover the side surface as well as the top surface of the substrate 410 .
  • the outer surface of the light transmitting layer 470 may be formed to be substantially the same as the outer surface of the substrate 410 .
  • the light transmitting layer 470 may have a flat top surface along a surface in contact with the substrate 110 , and may be formed to have a constant thickness.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view for explaining the light emitting module 1000 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the light emitting module 1000 may include a circuit board 1001 , light emitting devices 300 , and a light transmitting layer 570 .
  • the circuit board 1001 has a circuit pattern for supplying power to the light emitting devices 300 .
  • the wirings 1003 may be disposed on the upper surface of the circuit board 1001
  • the pads 1007 may be disposed on the bottom surface of the circuit board 1001
  • the wirings 1003 and the pads 1007 may be vias. It can be connected via (1005).
  • the circuit board 1001 may include multiple layers of circuit patterns.
  • the light emitting devices 300 may be mounted on the circuit board 1001 .
  • the light emitting devices 300 may be flip-type light emitting devices as described with reference to FIG. 13 , but are not limited thereto.
  • the light transmitting layer 470 may be omitted.
  • the light emitting device 300 may be bonded to the wirings 1003 of the circuit board 1001 using the n-type bump electrode 471 and the p-type bump electrode 473 .
  • the plurality of light emitting devices 300 may be arranged in various arrangements on the circuit board 1001 .
  • the light emitting devices 300 may be connected to each other in series or in parallel using the wires 1003 on the circuit board 1001 , and are electrically connected to the wires 1003 on the circuit board 1001 to enable individual driving. can be connected to
  • the light transmitting layer 570 may cover the upper surface and the side surface of the light emitting device 300 . As shown in FIG. 14 , each light emitting device 300 may be individually covered with a light transmitting layer 570 , but the present invention is not limited thereto. ) may be covered.
  • the material of the light transmitting layer 570 is not particularly limited, and may include, for example, an epoxy molding compound (EMC), polyimide, or silicon.
  • the light transmitting layer 570 may contain a red phosphor to improve CRI of white light.
  • the red phosphor may improve CRI of white light by converting a portion of the light generated by the light emitting devices 300 into red light.
  • the light transmitting layer 570 may include a flat top surface and a side surface perpendicular to the top surface.
  • the upper surface of the light transmitting layer 570 in contact with the upper surface of the light emitting device 300 may be formed to have a constant thickness.
  • the outer surface of the light transmitting layer 570 may be curved.
  • the shape of the curved surface is a shape in which the width is gradually narrowed from the lower surface to the upper surface when viewed in cross-section, and may be in the form of an outer surface in which the slope of the tangent to the outer surface changes.
  • FIG. 15A is a perspective view for explaining a light emitting device package 2000 to which a light emitting device according to an embodiment of the present invention is applied
  • FIG. 15B is a plan view of FIG. 15A
  • FIG. This is the cross-section taken.
  • the light emitting device package 2000 may include a housing 610 , a light emitting device 620 , a lead frame 630 , and a Zener diode 640 .
  • the housing 610 includes a body 611 , a cover 613 , and a coating 615 in this embodiment.
  • the body portion 611 as shown, has a substantially planar shape and a rectangular shape, and may have a shape surrounding the lead frame 630 to support the lead frame 630 .
  • the housing 610 may have a cavity V having one surface open therein, and the light emitting device 620 may be disposed in the cavity V.
  • the depth of the cavity V may be greater than the height of the light emitting device 620 .
  • the body 611 may be divided into an A region and a B region. Region A may be a region in which the light emitting device 620 is mounted, and region B may be a region in which the Zener diode 640 is mounted.
  • the inclined surface of the cavity V surrounding the light emitting element 620 with respect to the light emitting element 620 may have the same inclined surface.
  • the first body inclined surface 611a formed in the A region may have a curved surface as shown in FIG. 15C , and may be formed so that the slope of the curved surface becomes steeper toward the upper portion.
  • the first body inclined surface 611a formed in the region A is formed in the cavity V of three surfaces except for one surface of the light emitting device 620 .
  • the inner side of the first body inclined surface 611a may be disposed adjacent to the position where the light emitting device 620 is mounted. Accordingly, the light emitted from the light emitting device 620 may be reflected from the first body inclined surface 611a to be emitted upwardly of the light emitting device package 2000 .
  • the second body inclined surface 611b formed in the B region may have a straight cross-section in the present embodiment.
  • the cross-sectional shape is not limited to a straight line, and may be formed in a curved shape.
  • the width of the region B in the vertical direction may be greater than the width in the vertical direction of the region A.
  • a space in which the cover part 613 is formed to cover the second body inclined surface 611b may be secured. This will be described in detail later.
  • the first body inclined surface 611a and the second body inclined surface 611b of the body portion 611 may be in a linear inclined form, and a flat surface is formed in the middle of the inclined linear form.
  • An edge may be formed at a point where the inclined linear cavity surface and the step part meet.
  • the encapsulant forming the primary contacts the edge and is formed to a height not exceeding the corner due to surface tension, and the secondary encapsulant is formed from the upper portion of the primary encapsulant ( 611) can be formed.
  • the cover part 613 is disposed to cover the second body inclined surface 611b formed in the B region, as shown in FIG. 15C .
  • the cover portion 613 is formed to have a thickness that can cover the Zener diode 640 disposed in the region B, and is formed not to exceed the stepped portion 612 .
  • the cover part 613 may have a cover inclined surface 613b formed as a gentle inclined surface.
  • the cover inclined surface 613b may be formed in a curved surface, and may be formed to have a gentle inclination from the upper part to the lower part.
  • the cover portion 613 is described as being formed so as not to exceed the stepped portion 612, but is not limited thereto. If necessary, a portion of the cover portion 613 may exceed the stepped portion 612 and the light emitting device 620 is formed. A part may be formed up to the mounted position. That is, the cover part 613 may be formed to cover the second body inclined surface 611b and the Zener diode 640 using a viscous material including a reflective material. In this case, the reflective material may be TiO 2 and Al 2 O 3 .
  • the cover inclined surface 613b formed in the cavity V of the light emitting device package 2000 may be formed in a shape similar to that of the first body inclined surface 611a. Accordingly, all surfaces of the reflective surface formed in the cavity V may be formed to be substantially the same with respect to the light emitting device 620 .
  • the coating part 615 is formed to cover the first body inclined surface 611a and the cover inclined surface 613b using a coating material including a reflective material.
  • the reflective material may be TiO 2 and Al 2 O 3 . That is, the coating part 615 may be formed to cover the entire area except for the light emitting device 620 in the cavity V of the light emitting device package 2000 . To this end, the upper portion of the light emitting device 620 is masked, and spraying, dispensing, jetting, film attaching, and thin film on the cavity V of the light emitting device package 2000 is applied. It may be formed on the first body inclined surface 611a and the cover inclined surface 613b using methods such as sputtering and e-beam deposition. Accordingly, the first coating inclined surface 615a may be formed in the A region of the cavity V of the light emitting diode package 2000 and the second coating inclined surface 615b may be formed in the B region.
  • An encapsulant for protecting the light emitting device 620 may be formed in the cavity region of the light emitting device package 2000 .
  • the encapsulant is formed of a light-transmitting material, for example, a material such as silicone may be used.
  • a red phosphor may be included in the encapsulant.
  • the phosphor that emit light in the red wavelength region include a nitrogen-containing calcium aluminosilicon (CASN or SCASN)-based phosphor (eg (Sr, Ca)AlSiN3:Eu).
  • manganese-activated fluoride-based phosphor (a phosphor represented by the general formula (I) A2[M1-aMnaF6]).
  • A is at least one selected from the group consisting of K, Li, Na, Rb, Cs and NH4
  • M is selected from the group consisting of a group 4 element and a group 14 element. It is at least 1 type of element, and a satisfies 0 ⁇ a ⁇ 0.2) is mentioned.
  • a representative example of this manganese-activated fluoride-based phosphor is a phosphor of manganese-activated potassium silicon fluoride (eg, K2SiF6:Mn).
  • manganese-activated phosphor (a phosphor represented by the general formula (II) (A4-aBa)m/2+n/2X2m[MX4O2]n) based on an oxiodohalide host lattice.
  • A is hydrogen (H) and/or deuterium (D)
  • B is Li, Na, K, Rb, Cs, NH4, ND4, and/or NR4, wherein R is an alkyl or aryl radical
  • X is F and/or Cl
  • M is Cr, Mo, W and/or Re, and 0 ⁇ a ⁇ 4, 0 ⁇ m ⁇ 10, and 1 ⁇ n ⁇ 10.
  • the light emitting device 620 may be a flip type light emitting device like the flip type light emitting device 300 of FIG. 13 , but is not limited thereto, and the horizontal light emitting devices 100 and 200 of FIG. 11 or 12 . ) may be a similar light emitting device.
  • the light emitting device 620 may include the light emitting diode described with reference to FIGS. 1, 5, or 8 .
  • a light emitting diode that emits light of a plurality of bands at the level of a single chip, and by using this, various white light within a correlated color temperature of 3000K to 7000K can be implemented.
  • a light emitting device or a light emitting module including the light emitting diode may be manufactured to provide a backlight light source, a general illumination light source, or an illumination light source for plant cultivation.
  • light having a spectrum of a plurality of peak wavelengths from one light source may be supplied to a plant.
  • the light emitting diode since it is possible to provide a light emitting diode that emits light having a plurality of bands in a visible light region, light having a similar spectrum to sunlight can be easily realized using the light emitting diode. Furthermore, since the light emitting diode according to the present embodiment can easily control the luminous intensity of a plurality of bands, it is possible to provide a light source for plant cultivation by manufacturing a light emitting diode emitting light of a wavelength band suitable for plant cultivation.
  • the power supply of the light source can be controlled according to the light cycle and dark cycle of the plant. Therefore, it can stimulate the biological rhythm of the plant to promote growth, and in the case of a plant capable of extracting an active substance, it can be effective in increasing the amount of the active substance.
  • light sources having different color coordinates may be disposed. Since light sources with different color coordinates have different stimuli of light provided to plants, they promote the growth of plants that have received various stimuli.
  • the plurality of light sources may emit light having different peak wavelengths, and through this, plants may be supplied with various peak wavelengths, which may be effective in promoting growth.

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Abstract

본 개시의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는, n형 질화물 반도체층, 상기 n형 질화물 반도체층 상에 위치하며 V-피트를 갖는 V-피트 생성층, 상기 V-피트 생성층 상에 위치하며 복수의 우물층 및 복수의 캐핑층을 갖는 서브발광층, 상기 서브발광층 상에 위치하며 상기 V-피트 생성층의 평평한 면을 따라 형성된 제1 우물영역 및 상기 V-피트 생성층의 V-피트 내에 형성된 제2 우물 영역을 갖는 활성층, 및 상기 활성층 상에 위치하는 p형 질화물 반도체층을 포함하고, 상기 서브발광층의 에너지 밴드갭은, 상기 제1 우물영역의 에너지 밴드갭보다 크며, 단일 칩 레벨에서 적어도 3개의 서로 다른 피크 파장의 광을 방출한다.

Description

단일칩 복수 대역 발광 다이오드 및 그 제조 방법
본 개시는 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는, 단일 칩 레벨에서 복수 대역을 갖는 광을 방출하는 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
질화물 반도체는 디스플레이 장치, 신호등, 조명이나 광통신 장치의 광원으로 이용되며, 청색이나 녹색을 발광하는 발광 다이오드(light emitting diode)나 레이저 다이오드(laser diode)에 주로 사용되고 있다. 또한, 질화물 반도체는 이종 접합 바이폴라 트랜지스터(HBT) 및 고전자 이동도 트랜지스터(HEMT) 등에도 사용될 수 있다.
일반적으로, 질화물 반도체를 이용한 발광 다이오드는 N 컨택층과 P 컨택층 사이에 양자우물구조를 갖는 이종접합 구조를 가진다. 발광 다이오드는 양자우물구조 내의 우물층의 조성에 따라 광을 방출한다. 내부 양자 효율을 증가시키고, 광 흡수에 의한 손실을 줄이기 위해 발광 다이오드는 단일 피크를 갖는 스펙트럼의 광, 즉 단색광을 방출하도록 설계된다.
조명 등에서 방출되는 혼색광, 예컨대 백색광은 단일 피크의 단색광으로는 구현이 어렵다. 따라서, 서로 다른 단색광을 방출하는 복수의 발광다이오드들을 함께 사용하거나 발광다이오드에서 방출된 광을 파장변환하는 형광체를 사용하여 백색광을 구현하는 기술이 일반적으로 사용되고 있다.
형광체의 사용은 형광체 자체의 비용이나 스토크 쉬프트로 알려진 효율 저하 등의 문제를 수반한다. 또한, 형광체를 발광 다이오드 상에 도포하기 위한 많은 공정상의 문제점 및 형광체를 담지하는 담지체의 황변과 같은 문제를 수반한다.
복수의 발광 다이오드들을 혼합하여 사용하는 것은 공정을 복잡하게 하며 서로 다른 재료로 제조된 발광 다이오드들을 준비해야 하는 불편함이 있다.
따라서 단일칩의 발광 다이오드를 이용하여 복수 대역의 스펙트럼을 갖는 광을 구현할 수 있다면, 복수의 발광 다이오드들을 사용할 필요가 없으며, 형광체를 사용할 필요가 없어 기존의 많은 문제를 해결할 수 있다.
종래 양자우물 구조 내의 우물층들의 조성을 다양하게 함으로써 멀티 밴드 스펙트럼의 광을 구현하려는 시도가 있었으나, 전자와 정공의 재결합이 주로 특정 우물층에서 발생되기 때문에 멀티 밴드의 광을 생성하기 어렵다. 또한, 멀티 밴드의 광을 생성하더라도 파장 영역에 따른 독립적인 컨트롤이 어려워 효율이 저하되는 문제가 있다.
본 개시 사항이 해결하고자 하는 과제는, 단일칩 레벨에서 멀티 밴드 스펙트럼의 광을 구현할 수 있는 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 개시 사항이 해결하고자 하는 과제는, 멀티 밴드 스펙트럼의 광을 방출하는 발광 다이오드에서 멀티 밴드들의 상대적 강도를 제어할 수 있는 신규한 기술을 제공하는 것이다.
본 개시 사항이 해결하고자 하는 과제는, 단일칩 레벨에서 원하는 멀티 밴드들의 광을 구현할 수 있는 발광 다이오드 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 개시의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는, n형 질화물 반도체층, 상기 n형 질화물 반도체층 상에 위치하며 V-피트를 갖는 V-피트 생성층, 상기 V-피트 생성층 상에 위치하며 복수의 우물층 및 복수의 캐핑층을 갖는 서브발광층, 상기 서브발광층 상에 위치하며 상기 V-피트 생성층의 평평한 면을 따라 형성된 제1 우물영역 및 상기 V-피트 생성층의 V-피트 내에 형성된 제2 우물영역을 갖는 활성층, 및 상기 활성층 상에 위치하는 p형 질화물 반도체층을 포함하고, 상기 서브발광층의 에너지 밴드갭은, 상기 제1 우물영역의 에너지 밴드갭보다 크며, 상기 발광 다이오드는 단일 칩 레벨에서 적어도 3개의 서로 다른 피크 파장의 광을 방출한다.
상기 서브발광층은 청색광 또는 녹색광을 방출할 수 있다.
상기 복수의 우물층은 상기 제1 우물영역에서 방출되는 광의 피크 파장보다 단파장 영역의 피크 파장의 광을 방출하고, 상기 제2 우물영역에서 방출되는 광의 피크 파장보다 장파장 영역의 피크 파장의 광을 방출할 수 있다.
상기 서브발광층의 우물층은 제1 우물층, 제2 우물층 및 제3 우물층을 포함할 수 있다.
상기 제1 우물층, 상기 제2 우물층 및 상기 제3 우물층의 에너지 밴드갭은 서로 실질적으로 동일하고, 상기 제1 우물영역의 에너지 밴드갭보다는 크고, 상기 제2 우물영역의 에너지 밴드갭보다는 작을 수 있다.
상기 제1 내지 제3 우물층들 중 적어도 하나의 우물층은 다른 우물층과 다른 에너지 밴드갭을 가질 수 있다.
상기 복수의 우물층은 상기 제2 우물영역에서 방출되는 광의 피크 파장보다 장파장 영역의 피크 파장의 광을 방출하고, 상기 제1 우물영역에서 방출되는 광의 피크 파장보다 단파장 영역의 피크 파장의 광을 방출할 수 있다.
상기 제3 우물층의 에너지 밴드갭은 상기 제1 우물층, 상기 제2 우물층 및 상기 제2 우물영역의 에너지 밴드갭보다 작을 수 있고, 상기 제1 우물영역의 에너지 밴드갭보다 클 수 있다.
상기 제3 우물층의 에너지 밴드갭은 상기 제1 우물층, 상기 제2 우물층 및 상기 활성층 보다 큰 에너지 밴드갭을 가질 수 있다.
상기 활성층은 단일 칩 레벨에서 적어도 2개의 서로 다른 피크 파장의 광을 방출할 수 있다.
상기 제1 우물영역은 상기 제2 우물영역에 비해 장파장 영역의 피크 파장의 광을 방출할 수 있다.
상기 제1 우물영역은 황색광을 방출하고, 상기 제2 우물영역은 청색광을 방출할 수 있다.
본 개시의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드는, n형 질화물 반도체층; 상기 n형 질화물 반도체층 상에 위치하며 V-피트를 갖는 V-피트 생성층; 상기 V-피트 생성층 상에 위치하며 복수의 우물층 및 복수의 캐핑층을 갖는 서브발광층; 상기 서브발광층 상에 위치하며 상기 V-피트 생성층의 평평한 면을 따라 형성된 제1 우물영역 및 상기 V-피트 생성층의 V-피트 내에 형성된 제2 우물영역을 갖는 활성층; 및 상기 활성층 상에 위치하는 p형 질화물 반도체층을 포함하고, 상기 발광 다이오드는 단일 칩 레벨에서 적어도 3개의 서로 다른 피크 파장의 광을 방출하며, 상기 적어도 3개의 서로 다른 피크 파장 중 중간에 배치되는 피크 파장에서의 강도는 양측에 배치된 피크파장들에서의 강도 사이에 위치한다.
일 실시예에서, 상기 적어도 3개의 서로 다른 피크 파장에서의 강도는 파장이 증가할수록 증가할수 있다.
다른 실시예에서, 상기 적어도 3개의 서로 다른 피크 파장에서의 강도는 파장이 증가할수록 감소할 수 있다.
상기 적어도 3개의 서로 다른 피크 파장 중 제일 긴 파장을 포함하는 발광 스펙트럼 밴드의 반치폭이 다른 피크 파장들을 포함하는 스펙트럼 밴드들의 반치폭보다 클 수 있다.
상기 적어도 3개의 서로 다른 피크 파장 중 제일 짧은 파장을 포함하는 발광 스펙트럼 밴드는 좌우 비대칭 형상을 가질 수 있다.
상기 적어도 3개의 서로 다른 피크 파장 중 중간에 배치된 피크 파장은 그것에 이웃하는 장파장측 피크 파장보다 그것에 이웃하는 단파장측 피크 파장에 더 가까울 수 있다.
상기 적어도 3개의 서로 다른 피크 파장은 제일 짧은 피크 파장과 제일 긴 피크 파장을 가질 수 있으며, 상기 제일 긴 피크 파장에서 장파장측으로 파장이 증가함에 따른 강도 변화가 상기 제일 짧은 피크 파장에서 단파장측으로 파장이 감소함에 따른 강도 변화보다 더 완만할 수 있다.
상기 적어도 3개의 서로 다른 피크 파장 사이에는 적어도 2개의 밸리가 형성되며, 상기 적어도 2개의 밸리는 서로 다른 강도를 가질 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2A는 도 1의 일부를 확대 도시한 개략적인 부분 단면도이다.
도 2B는 도 2A의 서브발광층을 확대 도시한 개략적인 부분 단면도이다.
도 3A 및 3B는 도 2A의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 광학 특성을 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 개시의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 6A 및 도 6B는 도 5의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 5에 따른 발광 다이오드의 광학 특성을 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 9A 및 도 9B는 도 8의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 10은 도 8에 따른 발광 다이오드의 광학 특성을 보여주는 그래프이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 수평형 발광 소자를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 12는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 수평형 발광 소자를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 13은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 플립형 발광 소자를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 14는 본 개시의 일 실시예에 따른 발광 모듈을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 15A는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 적용한 발광다이오드 패키지를 설명하기 위한 사시도이다.
도 15B는 도 15A의 평면도이다.
도 15C는 도 15B의 절취선 I-I'를 따라 취해진 단면도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 개시 사항의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 본 개시 사항이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 본 개시 사항의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 개시 사항은 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.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 2A는 도 1의 일부를 확대 도시한 개략적인 부분 단면도이고, 도 2B는 도 2A의 서브발광층을 확대 도시한 부분 단면도이고, 도 3A 및 도 3B는 도 2A의 에너지 밴드 다이어그램을 나타내고, 도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 광학 특성을 보여주는 그래프이다.
도 1, 도 2A 및 도 2B를 참조하면, 발광 다이오드는 기판(111), 핵층(113), 고온 버퍼층(115), N형 질화물 반도체층(117), V-피트 생성층(119), 서브발광층(120), 활성층(131), 전자블록층(133) 및 P형 질화물 반도체층(135)을 포함할 수 있다.
상기 기판(111)은 질화 갈륨계 반도체층을 성장시키기 위한 것으로, 사파이어, SiC, Si, GaN 및 스피넬 등이 이용될 수 있다. 상기 기판(111)은 도 1에 도시한 바와 같이 돌출부들을 가질 수 있으며, 예를 들어, 패터닝된 사파이어 기판일 수 있다. 하지만 본 개시 사항이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 기판(111)은 예를 들어, 평평한 상면을 갖는 기판일 수 있고, 평평한 사파이어 기판일 수 있다.
상기 기판(111) 상에 핵층(113)이 형성될 수 있다. 핵층(113)은 기판(111) 상에 400℃ 내지 600℃ 저온에서 (Al, Ga)N으로 형성될 수 있으며, 예를 들어, AlGaN 또는 GaN으로 형성될 수 있다. 상기 핵층(113)의 조성은 상기 기판(111)에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(111)이 패터닝된 사파이어 기판인 경우, 상기 핵층(113)은 AlGaN으로 형성될 수 있으며, 상기 기판(111)이 평평한 상면을 갖는 사파이어 기판일 경우, 상기 핵층(113)은 GaN으로 형성될 수 있다. 상기 핵층(113)은 약 25nm두께로 형성될 수 있다.
상기 핵층(113) 상에 고온 버퍼층(115)이 형성될 수 있다. 상기 고온 버퍼층(115)은 상기 기판(111)과 n형 질화물 반도체층(117) 사이에서 전위 등의 결함이 발생하는 것을 완화하기 위해 상대적으로 고온에서 성장될 수 있다. 상기 고온 버퍼층(115)은 언도프 GaN 또는 n형 불순물이 도핑된 GaN으로 형성될 수 있다. 상기 고온 버퍼층(115)이 형성되는 동안 상기 기판(111)과 고온 버퍼층(115) 사이의 격자 부정합에 의해 실전위가 발생할 수 있다.
상기 고온 버퍼층(115) 상에 상기 n형 질화물 반도체층(117)이 형성될 수 있다. 상기 n형 질화물 반도체층(117)은 n형 불순물이 도핑된 질화물계 반도체층으로, 예컨대 Si가 도핑된 질화물 반도체층일 수 있다. 상기 n형 질화물 반도체층(117)에 도핑되는 Si 도핑 농도는 5E17/㎤ 내지 5E19/㎤ 일 수 있다. n형 질화물 반도체층(117)은 MOCVD 기술을 사용하여 챔버 내로 금속 소스 가스를 공급하여 1000℃ 내지 1200℃(예컨대, 1050℃ 내지 1100℃)에서 150Torr 내지 200Torr의 성장 압력 하에서 성장될 수 있다. 이때, 상기 n형 질화물 반도체층(117)은 상기 고온 버퍼층(115) 상에 연속적으로 형성될 수 있으며, 상기 고온 버퍼층(115) 내에 형성된 실전위(D)는 상기 n형 질화물 반도체층(117)으로 전사될 수 있다. 상기 n형 질화물 반도체층(117)은 상기 고온 버퍼층(115)보다 상대적으로 얇게 형성될 수 있으며, 예를 들어, 약 2.5um의 두께로 형성될 수 있다.
상기 V-피트 생성층(119)은 상기 n형 질화물 반도체층(117) 상부에 형성될 수 있다. 상기 V-피트 생성층(119)은 예를 들어, GaN층으로 형성될 수 있다. 상기 V-피트 생성층(119)은 상기 n형 질화물 반도체층(117)보다 상대적으로 낮은 온도, 예컨대 약 900℃에서 성장될 수 있으며, 이에 따라 상기 V-피트 생성층(119)에서 V-피트(119v)들이 형성될 수 있다.
상기 V-피트 생성층(119)이 상기 n형 질화물 반도체층(117)보다 상대적으로 낮은 온도에서 성장됨으로써, 결정 품질을 인위적으로 저하시키고 3차원 성장을 촉진하여 V-피트(119v)를 생성할 수 있다. 상기 V-피트(119v)들은 질화물 반도체층의 성장면이 C면인 경우, 육각뿔 형상을 가질 수 있다. 상기 V-피트(119v)들은 실전위의 상단에서 형성될 수 있다.
상기 V-피트 생성층(119)은 상기 n형 질화물 반도체층(117)보다 얇은 두께로 형성될 수 있으며, 예를 들어 약 450nm 내지 600nm의 두께로 형성될 수 있다. 상기 V-피트 생성층(119)내에 형성되는 상기 V-피트(119v)들의 크기는 상기 V-피트 생성층(119)의 성장 조건 등을 통해 조절될 수 있다. 본 개시 사항의 실시예에 있어서, 상기 V-피트 생성층(119)에 형성된 상기 V-피트(119v)의 크기는 멀티 밴드 스펙트럼의 광을 생성하는 데 영향을 미칠 수 있다. 본 개시의 실시예에 있어서, 상기 V-피트 생성층(119)이 단일층인 것으로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다중층일 수 있다. 예를 들어, 상기 V-피트 생성층(119)은 GaN, AlGaN, InGaN 또는 AlGaInN층들 중 적어도 두 개의 층을 포함할 수 있다.
상기 서브발광층(120)은 상기 V-피트 생성층(119) 상에 위치할 수 있다. 상기 서브발광층(120)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출할 수 있다. 본 개시 사항의 실시예에 있어서, 상기 서브발광층(120)은 상기 V-피트 생성층(119)과 접하는 제1 우물층(121a), 상기 활성층(131)과 접하는 제3 우물층(123a) 및 상기 제1 우물층(121a)과 상기 제3 우물층(123a) 사이에 개재되어 위치하는 제2 우물층(122a)을 포함할 수 있다. 하지만 본 개시 사항이 이에 한정되는 것은 아니며, 적어도 하나의 우물층으로 형성될 수도 있다. 상기 제1, 제2 및 제3 우물층(121a, 122a, 123a)은 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1)과 같은 질화물 반도체층을 포함할 수 있고, 예를 들어, InGaN일 수 있다.
도 2B를 참조하면, 상기 서브발광층(120)은 캐핑층(121b, 122b, 123b)을 더 포함할 수 있고, 상기 서브발광층(121)의 우물층들(121a, 122a, 123a) 상에 각각 위치할 수 있다. 상기 캐핑층들(121b, 122b, 123b)은 예를 들어, AlGaN 또는 AlInGaN으로 형성될 수 있고, 상기 서브발광층(120)의 우물층들(121a, 122a, 123a)보다 높은 밴드갭을 가지고 캐핑 역할을 할 수 있다. 상기 캐핑층들(121b, 122b, 123b)은 상기 서브발광층(120)의 우물층들(121a, 122a, 123a) 또는 상기 활성층(131)을 성장하는 동안 상기 서브발광층(120)의 우물층들(121a, 122a, 123a) 내의 In이 해리되는 것을 방지하기 위해 형성될 수 있다. 따라서, 본 개시 사항의 실시예에 따른 발광 다이오드에서 상기 캐핑층들(121b, 122b, 123b)은 배리어층의 역할도 할 수 있으며, 이에 따라 상기 서브발광층(120)은 별도의 배리어층을 포함하지 않을 수 있어 발광 다이오드의 두께를 줄일 수 있다.
상기 서브발광층(120)은 인접한 상기 V-피트 생성층(119)을 따라 형성될 수 있고, 상기 서브발광층(120)은 상기 V-피트 생성층(119)의 평평한 면 상부에 형성되는 제1 서브발광영역(120a)과 상기 V-피트(119v) 내에 형성되는 제2 서브발광영역(120b)을 포함할 수 있다. 상기 서브발광층(120)은 기판(111)에 형성된 복수의 볼록한 영역들 사이에 위치하는 평탄면과 예각(θ)을 형성하는 성장면을 가질 수 있다. 상기 예각(θ)을 형성하는 성장면은 c면과 m면 사이에 형성될 수 있다. 또한, 상기 예각을 형성하는 성장면과 발광 다이오드의 측면과의 거리는 p형 질화물 반도체층(135)에 가까워질수록 작아질 수 있다.
상기 V-피트(119v) 내의 사면은 상대적으로 성장속도가 낮은 특성을 갖고, 그에 따라 상기 V-피트(119v) 내 사면 상에 형성된 제2 서브발광영역(120b)의 두께는 상기 제1 서브발광영역(120a)의 두께보다 얇게 형성될 수 있다. 제2 서브발광영역(120b)은 좌우대칭 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 제2 서브발광영역(120b)의 사면들이 교차하는 지점은 기판(111)의 볼록부들 중 하나와 중첩되도록 볼록부 상부에 배치될 수 있다. 제2 서브발광 영역(120b)은 활성층(131)의 제2 우물영역(131d)과 평행할 수 있다.
상기 V-피트(119v) 내의 상기 제2 서브발광영역(120b)의 두께는 상기 V-피트(119v) 크기에 따라 다를 수 있다. 상기 V-피트(119v)는 상기 V-피트 생성층(119)의 성장 시간 및 성장 온도 등을 조절함으로써 상기 V-피트(119v)의 크기를 조절할 수 있다. 또한, 상기 제2 서브발광영역(120b)에 포함된 우물층은 상기 제1 서브발광영역(120a)에 포함된 우물층보다 In 함량이 적은 InGaN으로 형성될 수 있고, In 함량이 너무 적어 발광하지 않을 수 있으나, 본 개시 사항이 이에 한정되는 것은 아니며, 구동 조건에 따라 발광할 수도 있다.
또한 상기 V-피트 생성층(119)의 평평한 면 상부에 위치하는 제1 서브발광영역(120a) 내 캐핑층들(121b, 122b, 123b)에 함유되는 Al 조성은 상기 제2 서브발광영역(120b) 내 캐핑층들(121b, 122b, 123b)에 함유되는 Al 조성과 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 서브발광영역(120a) 내 캐핑층들에 함유되는 Al 조성은 상기 제2 서브발광영역(120b) 내 캐핑층들에 함유되는 Al 함량보다 많을 수 있다.
상기 서브발광층(120)은 상기 V-피트 생성층(119)보다는 상대적으로 낮은 온도로 성장될 수 있으며, 예컨대, 700℃ 내지 800℃에서 성장될 수 있다. 상기 서브발광층(120)은 성장 조건에 따라 다양한 에너지 밴드갭을 가질 수 있다.
상기 서브발광층(120) 상에 상기 활성층(131)이 형성될 수 있다. 상기 활성층(131)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출할 수 있다. 상기 활성층(131)은 단일양자우물구조 또는 양자장벽층과 양자우물층이 교대로 적층된 다중양자우물(MQW) 구조를 가질 수 있다. 상기 양자장벽층은 양자우물층에 비해 밴드갭이 넓은 GaN, InGaN, AlGaN 또는 AlInGaN 등의 질화물 반도체층으로 형성될 수 있다.
상기 활성층(131)은 우물층(131a)과 장벽층(131b)을 포함하며, 상기 서브발광층(120)에 접하며 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 복수의 우물층들(131a)이 일정한 간격을 두고 이격 형성될 수 있다. 상기 활성층(131)은 상기 V-피트(119v)를 따라 형성될 수 있으며, 상기 활성층(131)은 상기 V-피트 생성층(120)을 따라 성장되면서 상기 V-피트 생성층(119)의 평평한 상면을 따라 성장된 제1 우물 영역(131c), 상기 V-피트(119v) 내에 성장된 제2 우물영역(131d)을 포함할 수 있다. 상기 활성층(131)의 상기 제2 우물영역(131d)의 두께는 상기 활성층(131)의 상기 제1 우물 영역(131c)의 두께보다 작게 형성될 수 있다. 상기 V-피트(119v) 내의 상기 제2 우물영역(131d)의 두께는 상기 V-피트(119v) 크기에 따라 다를 수 있다.
한편, 상기 우물층(131a)은 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1)으로 형성될 수 있고, In, Al, Ga의 조성비는 요구되는 광에 따라 선택될 수 있다. 상기 장벽층(131b)은 상기 우물층(131a)에 비해 에너지 밴드갭이 넓은 GaN, InGaN, AlGaN 또는 AlInGaN 등의 질화물 반도체층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 우물영역(131c)이 황색 계열의 광을 방출하도록 InGaN으로 형성된 경우, 상기 장벽층(131b)은 상기 우물층(131a)보다 In 함량이 적은 InGaN으로 형성될 수 있다.
상기 우물층(131a)과 장벽층(131b) 사이에 캐핑층(미도시)이 개재될 수 있다. 상기 캐핑층은 상기 장벽층(131b)을 성장하는 동안 상기 우물층(131a) 내의 In이 해리되는 것을 방지하기 위해 상기 장벽층(131b) 성장 전에 형성될 수 있다. 상기 캐핑층은 Al을 포함할 수 있으며, 예를 들어, AlGaN 또는 AlInGaN으로 형성될 수 있다. 상기 캐핑층 내에 함유되는 Al 조성은 제1 캐핑층 부분, 즉 V-피트 생성층(119)의 평평한 면 상부에 배치된 캐핑층 부분과, 제2 캐핑층 부분, 즉 V-피트(119v) 내에 형성된 캐핑층 부분에서 서로 다를 수 있다. 상기 제1 캐핑층 부분 내의 Al 함량이 상기 제2 캐핑층 부분 내의 Al 함량보다 많을 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 캐핑층 부분 내의 Al 조성은 캐핑층 내의 전체 조성에 대해 10 원자% 이상, 나아가 12 원자% 이상일 수 있으며, 상기 제2 캐핑층 부분 내의 Al 조성은 상기 캐핑층 내의 전체 조성에 대해 약 5 원자% 이상일 수 있다.
상기 제1 우물영역(131c)은 멀티 밴드의 장파장측 스펙트럼의 광을 방출하는 조성을 가질 수 있고, 상기 제2 우물영역(131d)은 멀티 밴드의 단파장측 스펙트럼의 광을 방출하는 조성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 우물영역(131c)은 560nm 내지 590nm의 황색 계열의 광을 방출하도록 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1)으로 형성될 수 있으며, 상기 제2 우물영역(131d)은 400nm 내지 500nm의 청색 및 녹색 계열의 광을 방출하도록 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1)으로 형성될 수 있으나, 본 개시 사항이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 우물영역(131c) 및 상기 제2 우물영역(131d)에서 방출되는 광의 각 파장의 조합이 백색의 광을 방출하는 조합이라면, 상기 제1 우물영역(131c) 및 상기 제2 우물영역(131d)에서 방출되는 광은 다른 영역의 파장으로 방출될 수 있다.
상기 제2 우물영역(131d)은 상기 V-피트(119v) 내의 각 면 상에 동일한 조성으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 각 면에 서로 다른 조성으로 형성될 수도 있다. 이에 따라, 본 개시 사항의 발광 다이오드는 상기 제1 우물영역(131c)과 제2 우물영역(131d)을 이용하여 적어도 2개의 밴드를 갖는 광을 단일칩 레벨에서 구현할 수 있다. 이에 따라, 상관 색온도(Correlated Color Temperature: CCT)가 3000K 내지 7000K인 백색의 광을 나타낼 수 있고, 용도에 따라 상관 색온도(Correlated Color Temperature: CCT)를 알맞게 조절할 수 있다.
상기 활성층(131) 상에 전자블록층(133)이 형성될 수 있다. 상기 전자블록층(133)은 예를 들어, P형 AlGaN으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, AlInGaN 등으로 형성될 수 있다. 상기 전자블록층(133)은 상기 V-피트(119v) 내에도 형성될 수 있다. 상기 전자블록층(133)의 P형 AlGaN은 일반식 AlxGa1-xN으로 표현될 수 있으며, 여기서 x는 0보다 크고 0.3보다 작을 수 있다. 한편, 본 개시 사항의 실시예에 있어서, 상기 전자블록층(133)의 두께는 약 100nm 미만일 수 있다.
상기 전자블록층(133)은 에너지 밴드갭을 조절하여 전자 차단 기능을 수행하고 동시에 누설 전류를 효율적으로 방지할 수 있다. 상기 전자블록층(133)은 상대적으로 넓은 에너지 밴드갭을 가지고 전자의 오버플로우를 방지하여 전자의 재결합율을 증가시킨다.
상기 전자블록층(133) 상에 상기 p형 질화물 반도체층(135)이 형성될 수 있다. 상기 p형 질화물 반도체층(135)은 Mg와 같은 p형 불순물이 도핑된 반도체층, 예컨대 GaN으로 형성될 수 있다. 상기 P형 질화물 반도체층(135)은 단일층이나 다중층일 수 있으며, p형 컨택층을 포함할 수 있다. 상기 p형 질화물 반도체층(135)은 상기 V-피트(119v)에 오목한 홈을 가질 수 있다. 상기 p형 질화물 반도체층(127)이 V-피트(119v) 상에 오목한 홈을 갖기 때문에 제2 우물 영역(123d)에서 방출된 광이 P형 질화물 반도체층(127)을 통과하는 경로를 줄일 수 있으며, 이에 따라, P형 질화물 반도체층(127)에 의한 광 손실을 줄일 수 있다.
도 3A 및 도 3B를 참조하면, 도 3A는 상기 V-피트 생성층(119)의 평평한 면을 따라 성장된 상기 서브발광층(120)의 제1 서브발광영역(120a) 및 상기 활성층(131)의 상기 제1 우물영역(131c)의 에너지 밴드 다이어그램을 나타내고, 도 3B는 상기 V-피트 생성층(119)에 의해 생성된 V-피트(119v)를 따라 성장된 상기 서브발광층(120)의 상기 제2 서브발광영역(120b) 및 상기 활성층(131)의 제2 우물영역(131d)의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸다. 본 실시예는 상기 서브발광층(120)의 상기 제1, 제2 및 제3 우물층(121a, 122a, 123a)은 모두 동일한 온도로 성장하여, 동일한 에너지 밴드갭(Eg1, Eg2, Eg3)을 가질 수 있다. 하지만 본 개시 사항이 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시예에 있어서, 적어도 하나의 우물층은 나머지 2개의 우물층과 다른 온도 조건 하에서 성장될 수 있고, 이에 따라 상기 우물층들(121a, 122a, 123a)의 에너지 밴드갭(Eg1, Eg2, Eg3) 중 적어도 하나의 우물층은 에너지 밴드갭이 다를 수 있다.
상기 서브발광층(120) 성장 시 In 함량에 따라 에너지 밴드갭의 크기가 달라질 수 있으며, 예를 들어, 상기 서브발광층(120)의 In 함량은 상기 활성층(131)의 제1 우물영역(131c)의 In 함량보다 적을 수 있고, 상기 활성층(131)의 제2 우물영역(131d)의 In 함량보다 많을 수 있다. 이에 따라, 상기 서브발광층(120)의 제1, 제2 및 제3 우물층(121a, 122a, 123a)의 에너지 밴드갭(Eg1, Eg2, Eg3)은 상기 제1 우물영역(131c)의 에너지 밴드갭(Eg4)보다 클 수 있고, 상기 제2 우물영역(131d)의 에너지 밴드갭(Eg8) 작을 수 있다.
또한, 상기 서브발광층(120)은 상기 제1 우물영역(131c)보다 단파장측 스펙트럼의 광을 방출하는 조성을 가질 수 있고, 상기 제2 우물영역(131d)보다 장파장측 스펙트럼의 광을 방출하는 조성을 가질 수 있다.
상기 서브발광층(120)의 제1, 제2 및 제3 우물층(121a, 122a, 123a)과 활성층(131)의 우물층(131a)의 에너지 밴드갭은 상기 서브발광층(120) 및 상기 활성층의 양측에 배치되는 다른 층들, 예를 들어, n형 질화물 반도체층(117), 고온 버퍼층(115), p형 질화물 반도체층(135), 및 전자 블록층(133) 또는 기판(111)보다 작은 에너지 밴드갭을 가질 수 있다. 따라서 서브 발광층(120) 및 활성층(131)에서 생성된 광들이 반도체 층 외부로 방출되기 위하여 상기 다른 층들을 통과하더라도 광 흡수 및 손실 없이 외부로 방출 될 수 있다.
또한 광 흡수 및 손실이 없기 때문에, 상기 서브발광층(120) 및 상기 활성층(131)의 양측에 배치되는 층들은 복수 파장 대역의 광이 혼합되어 방출되도록 도와준다. 즉, 서브발광층(120) 및 상기 활성층(131)에서 각각 다른 파장의 광이 생성되더라도 발광 다이오드 외부로 광이 방출될 때 서로 다른 파장의 광의 색이 구별되지 않을 수 있다. 서브발광층(120) 및 활성층(131)에서 각각 생성된 광은 서브발광층(120) 및 활성층(131)의 양측에 배치되는 다른 층들에서 충분히 믹싱된 후 방출될 수 있고, 이에 따라, 발광 다이오드의 외부로 방출된 광은 혼합된 색 좌표를 나타낼 수 있어, 백색 광 구현이 가능해진다.
예를 들어, 상기 서브 발광층(120) 및 상기 활성층(131)에서 생성된 광은 n형 질화물 반도체층(117), 고온버퍼층(115), 기판(111), 전자블록층(133), p형 질화물 반도체층(135)에서 혼합될 수 있다. 특히 기판(111) 또는 n형 질화물 반도체층(117)은 광이 혼합되기에 충분한 두께로 형성될 수 있어 백색 광 형성에 더욱 효과적일 수 있다. 또한, 서브발광층(120)과 활성층(131)이 서로 가깝게 배치되기 때문에. 서로 다른 파장의 광들이 서로 혼합될 때까지 광 손실을 최소화시킬 수 있다.
더욱이 서브 발광층(120) 및 활성층(131)은 공통의 n전극과 p전극을 통해 전류를 공급받기 때문에, 광을 생성하는 서브 발광층(120) 및 활성층(131)은 전류 공급의 차이 및 변화가 적도록 균일한 전류를 공급받을 수 있다. 따라서, 전류 온/오프 발생 또는 장시간 발광 다이오드를 구동하더라도 서브 발광층(120) 및 활성층(131)에서 방출되는 광의 강도 비율을 유지시킬 수 있어 백색광의 색좌표 범위를 일정하게 유지시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 발광 다이오드의 전계 발광(electroluminescence: EL) 강도를 보여주는 그래프이다.
여기서, 상기 제1 우물영역(131c)은 중심 파장이 560nm 내지 590nm인 황색 계열의 광을 방출하도록 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1)으로 형성되며, 상기 서브발광층(120)은 상기 제1 우물영역(131c) 보다는 In 함량이 적고, 제2 우물영역(131d) 보다는 In 함량이 많은 400nm 내지 500nm인 청, 녹색 계열의 광을 방출하는 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1)으로 형성된다.
본 실시예에 따르면, 상기 활성층(131)은 적어도 2개의 밴드를 가지는 광을 방출할 수 있다. 다만, 제1 우물 영역(131c) 및 제2 우물 영역(131d)은 동일 공정에서 함께 형성되기 때문에, 단파장을 발광하는 상기 활성층(131)의 제2 우물 영역(131d)의 두께 및 In 조성을 제어하기가 어려울 수 있다. 즉, 상기 제2 우물 영역(131d) 내의 In 함량은 상기 제1 우물 영역(131c)의 In 함량에 실질적으로 종속되므로, 상기 제2 우물 영역(131d)에서 방출되는 단파장 영역의 광의 피크 파장 및 강도를 제어하기가 어려울 수 있다.
이에 반해, 상기 서브발광층(120)은 상기 활성층(131)과 다른 조건에서 성장될 수 있으므로, 상기 서브발광층(120)의 In 조성 및 두께를 자유롭게 조절할 수 있다. 따라서, 서브발광층(120)을 배치함으로써 원하는 단파장 영역의 피크 파장을 독립적으로 제어할 수 있고, 해당 파장 영역의 광의 세기를 증가시킬 수 있다. 상기 서브발광층(120)은 상기 활성층(131)보다 단파장측 스펙트럼의 광을 방출하는 조성을 가질 수 있다. 상기 서브발광층(120)의 제1 서브발광 영역(120a)에서 방출되는 청색의 피크 파장과 상기 활성층(131)의 제2 우물영역(131d)에서 방출되는 청색의 피크 파장은 유사한 파장 대역 내에 있을 수 있으며, 이들을 각각 단독으로 포함하는 발광 다이오드에 비해 더 강한 세기의 차가운 백색, 약 6500K의 상관 색온도(Correlated Color Temperature: CCT)를 나타낼 수 있다.
이에 따라, 본 실시예의 발광 다이오드는 상기 활성층(131)에서 방출되는 적어도 2개의 피크 파장과 상기 서브발광층(120)에서 방출되는 적어도 1개의 피크 파장을 통해 적어도 3개의 피크 파장을 갖는 광을 단일칩 레벨에서 구현할 수 있고, 방출되는 광의 피크 파장 대역을 조절할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 발광 다이오드에서 방출되는 광의 스펙트럼에서 3개의 피크 파장이 관찰되며, 이들 피크 파장들 중 제일 짧은 피크 파장에서의 광의 강도가 제일 높고, 제일 긴 피크 파장에서의 광의 강도가 제일 작을 수 있다. 즉, 피크 파장들의 크기가 증가할 수록 광의 강도가 작아질 수 있다.
또한, 3개의 피크 파장들 중 중간에 배치된 피크 파장은 그것에 이웃하는 장파장측 피크 파장보다 그것에 이웃하는 단파장측 피크 파장에 더 가까울 수 있다. 나아가, 적어도 3개의 피크 파장들 사이에는 밸리들이 형성되며, 밸리들을 연결한 선의 기울기는 피크 파장에서의 강도들을 연결한 선의 기울기와 같은 방향일 수 있다. 즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 밸리들을 연결한 선의 기울기는 피크 파장들에서의 강도들을 연결한 선의 기울기와 동일하게 파장 증가에 따라 감소한다.
한편, 상기 제일 긴 피크 파장에서 장파장측으로 파장이 증가함에 따른 강도 변화가 상기 제일 짧은 피크 파장에서 단파장측으로 파장이 감소함에 따른 강도 변화보다 더 완만할 수 있다. 예를 들어, 장파장 영역, 즉, 황색 영역에서 방출되는 광의 스펙트럼의 반치폭이 다른 영역에서 방출되는 광의 스펙트럼의 반치폭보다 더 클 수 있다. 장파장 영역에서 방출되는 광의 파장 대역이 넓어 백색광 변환에 효과적이다.
한편, 상기 V-피트 생성층(119), 서브발광층(120) 및 상기 활성층(131)의 순서로 In 함량이 증가할 수 있다. 이에 따라, 질화물 반도체층과 기판(111)의 격자 부정합에 의해 발생되는 스트레스 및 스트레인이 상기 활성층(131)으로 전달되는 것을 감소시킬 수 있으며, 전위와 같은 결함이 활성층(131)으로 전파되는 것을 방지할 수 있다. 상기 서브발광층(120)은 광을 방출할 수 있을 뿐만 아니라 격자 부정합으로 발생하는 스트레스를 완화시킬 수 있다. 상기 서브발광층(120)의 격자 상수는 상기 V-피트 생성층(119) 및 상기 활성층(131)의 격자 상수의 중간값을 가질 수 있고, 이에 따라, 상기 V-피트 생성층(119)과 상기 활성층(131)의 격자 상수 차이를 완화할 수 있다. 따라서, 상기 서브발광층(120)에 의해 상기 활성층(131)의 결정 품질이 향상될 수 있다. 상기 서브발광층(120)은 격자 상수 차를 완화시키는 초격자층의 역할을 수행할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 발광 다이오드는 상기 서브발광층(120)에 더하여 상기 V-피트 생성층(119)과 상기 활성층(131) 사이에 초격자층을 더 포함할 수 있다.
상기 발광 다이오드는 기판(111)의 상부 및 하부에 각각 상기 서브발광층(120) 및 상기 활성층(131)에서 생성된 광이 방출되는 제1 출사면 및 제2 출사면을 가질 수 있다. 즉, 상기 서브발광층(120) 및 상기 활성층(131)에서 생성된 광은 제1 출사면을 통해 기판(111) 상부 방향으로 출사될 수 있고, 또는 상기 제1 출사면에 대향하는 제2 출사면을 통해 상기 기판(111)의 하부 방향으로 출사될 수 있다.
상기 서브발광층(120)에서 발광되는 단파장 영역의 광에 대해서는, 상기 제1 출사면으로 방출되는 광 추출 효율보다 상기 제2 출사면으로 방출되는 광 추출 효율이 더 높을 수 있다. 이는 장파장의 광을 방출하는 활성층(131)과 단파장의 광을 방출하는 서브발광층(120)의 에너지 밴드갭과 관련된다.
상기 서브발광층(120)의 에너지 밴드갭(Eg1, Eg2, Eg3) 보다 낮은 에너지 밴드갭을 갖는 상기 활성층(131)이 상기 p형 질화물 반도체층(127)에 인접하여 배치되므로, 상기 p형 질화물 반도체층(127)으로부터 주입되는 정공이 느끼는 높은 배리어로 인해 대부분 상기 활성층(131)에서 재결합이 발생되고, 상기 서브발광층(120)에서의 재결합율이 떨어져 발광 효율이 낮아질 수 있다. 또한, 상기 서브발광층(120)의 우물층들이 활성층(131)의 우물층들의 에너지밴드갭(Eg4)보다 넓은 에너지 밴드갭(Eg1, Eg2, Eg3)을 갖기 때문에, 서브발광층(120)에서 생성된 광의 일부가 활성층(131)에 흡수될 수 있다. 따라서, 본 개시의 실시예에 따른 발광 다이오드 구조는 광 손실을 줄이기 위해 기판(111) 하부의 제2 출사면을 통해 광을 출사하는 플립칩 구조나 수직형 구조의 발광 다이오드에 적합할 수 있다.
이하의 다른 실시예에서는 설명의 중복을 피하기 위해 상술한 실시예와 다른 점을 위주로 설명하며, 동일한 구성부에 대해서는 간략하게 설명하거나 생략하기로 한다.
도 5는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 단면도이고, 도 6A 및 6B는 도 5의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 실시예에 따른 발광 다이오드의 광학 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 다이오드는 서브발광층(220)의 제3 우물층(223a)의 에너지 밴드갭을 제외하면, 도 1의 실시예의 발광 다이오드와 동일하다. 본 실시예에 따른 발광 다이오드는 도 1의 실시예의 발광 다이오드와 유사하게 V-피트 생성층(219), 활성층(231), 서브발광층(220), 전자 블록층(233), 및 P형 질화물계 반도체층(235)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 발광 다이오드는 도시를 생략하였지만, 기판, 핵층, 고온 버퍼층, 및 N형 질화물 반도체층을 포함할 수 있다. 활성층(231)은 우물층(231a) 및 장벽층(231b)을 포함할 수 있으며, 서브발광층(220)은 제1 내지 제3 우물층들(221a, 222a, 223a) 및 캐핑층들(221b, 222b, 223b)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 서브발광층(220)은 V-피트 생성층(219)과 접하는 제1 우물층(221a), 활성층(231)과 접하는 제3 우물층(223a) 및 상기 제1 우물층(221a)과 상기 제3 우물층(223a) 사이에 배치된 제2 우물층(222a)을 포함할 수 있다.
상기 서브발광층(220)은 상기 V-피트 생성층(219)보다 상대적으로 낮은 온도로 성장될 수 있으며, 상기 활성층(231)보다 상대적으로 높은 온도로 성장될 수 있다. 상기 서브발광층(220)은 700℃ 내지 800℃에서 성장될 수 있다. 상기 서브발광층(220)은 성장 온도에 의해 다양한 에너지 밴드갭을 가질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 우물층(221a, 222a, 223a) 중 적어도 하나의 우물층의 성장 온도를 다르게 할 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 우물층(223a)은 상기 제1 및 제2 우물층(221a, 222a)보다 약 20℃ 낮은 온도에서 성장될 수 있다.
도 6A는 V-피트 생성층(219)의 평평한 면 상에 형성된 상기 서브발광층(220)의 제1 서브발광영역(220a) 및 상기 활성층(231)의 제1 우물영역(231c)의 에너지 밴드 다이어그램을 나타내고, 도 6B는 V-피트(219v) 내의 상기 서브발광층(220)의 제2 서브발광영역(220b) 및 상기 활성층(231)의 상기 제2 우물영역(231d)의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸다.
상기 서브발광층(220) 및 상기 활성층(231) 내 In 함량은 성장 온도에 따라 달라질 수 있고, In 함량의 차이에 따라 에너지 밴드갭의 크기가 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 우물층(223a)의 In 함량은 상기 제3 우물층(223a)의 성장 온도를 상기 제1 및 제2 우물층(221a, 222a)에 비해 약 20℃ 낮게 성장함으로써 상기 제1 및 제2 우물층(221a, 222a)의 In 함량보다 높을 수 있다. 활성층(231)은 상기 제3 우물층(223a)보다 낮은 온도로 성장될 수 있으며, 따라서, 활성층(231)의 제1 우물영역(231c) 내 우물층들(231a)은 제1 서브발광영역(220a)의 제3 우물층(223a)보다 높은 In 함량을 가질 수 있으며, 활성층(231)의 제2 우물영역(231d) 내 우물층들(231a)은 제2 서브발광영역(220b)의 제3 우물층(223a)보다 높은 In 함량을 가질 수 있다.
한편, In 함량은 질화물 반도체층의 성장 위치에 따라 다를 수 있으며, 특히, V-피트(219v) 내에 성장되는 층에 비해 평평한 면 상부에 성장되는 층이 더 높은 In 함량을 갖는다. 따라서, V-피트(219v) 내에서 성장된 제2 서브발광영역(220b)의 제1, 제2, 제3 우물층들(221a, 222a, 223a)은 각각 제1 서브발광영역(220a)의 제1, 제2, 제3 우물층들(221a, 222a, 223a)보다 더 적은 In 함량을 포함한다. 또한, V-피트(219v) 내에서 성장된 활성층(231)의 제2 우물영역(231d)은 평평한 면 상에서 성장된 제1 우물영역(231c)보다 더 적은 In 함량을 포함한다.
나아가, 활성층(231)의 제2 우물영역(231d)은 상기 서브발광층(220)보다 보다 낮은 온도에서 성장되지만, V-피트(219v) 내에 형성되기 때문에, 제1 서브발광영역(220a)의 제3 우물층(223a)의 In 함량보다 더 적은 In 함량을 가질 수 있다. 제1 서브발광영역(220a)의 제1 및 제2 우물층(221a, 222a)의 In 함량은 제1 서브발광영역(220a)이 제3 우물층(223a) 및 상기 활성층(231)의 제1 우물영역(231c)의 In 함량보다 적을 수 있고, 상기 활성층(231)의 제2 우물영역(231d)의 In 함량과 유사할 수 있다.
이에 따라, 도 6A 및 도 6B를 비교하여 에너지 밴드 다이어그램을 살펴보면, 상기 제1 서브발광영역(220a)의 상기 제3 우물층(223a)의 에너지 밴드갭(Eg11)은 상기 제2 우물영역(231d)의 에너지 밴드갭(Eg16) 보다 작을 수 있고, 상기 제1 우물영역(231c)의 에너지 밴드갭(Eg12) 보다 클 수 있다. 또한, 상기 제1 서브발광영역(220a)의 상기 제1 및 제2 우물층(221a, 222a)의 에너지 밴드갭(Eg9, Eg10)은 상기 제1 서브발광영역(220a)의 제3 우물층(223a)의 에너지 밴드갭(Eg11) 및 상기 제1 우물영역(231c)의 에너지 밴드갭(Eg12) 보다 클 수 있고, 상기 제2 우물영역(331d)의 에너지 밴드갭(Eg16)과 유사할 수 있다.
상기 제1 서브발광영역(220a)의 제3 우물층(223a)은 상기 제1 우물영역(231c)보다 단파장측 스펙트럼의 광을 방출하고, 상기 제2 우물영역(231d) 및 제1 서브발광영역(220a)의 제1 및 제2 우물층(221a, 222a)보다 장파장측 스펙트럼의 광을 방출할 수 있다.
도 7은 본 실시예에 따라 제작된 발광 다이오드의 전계 발광(electroluminescence: EL) 강도를 보여주는 그래프이다.
여기서, 상기 제1 우물영역(231c)은 중심 파장이 560nm 내지 590nm인 황색 계열의 광을 방출하도록 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1)으로 형성되고, 상기 제3 우물층(223a)은 상기 제1 우물영역(231c) 보다 In 함량이 적고, 상기 제2 우물영역(231d)과 상기 제1 및 제2 우물층(221a, 222a)보다 In 함량이 많은 400nm 내지 500nm의 청, 녹색 계열의 광을 방출하는 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1)으로 형성된다. 상기 제2 우물영역(231d)과 제1 및 제2 우물층(221a, 222a)은 420nm내지 460nm인 청색 계열의 광을 방출하고, 상기 제3 우물층(223a)은 460nm 내지 500nm인 청, 녹색 계열의 광을 방출할 수 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 발광 다이오드는 피크 파장들 중 단파장의 피크 파장에서 강도가 제일 작고, 장파장의 피크 파장에서 강도가 제일 크다. 즉, 피크 파장일 커질수록 방출되는 광의 강도가 증가한다. 한편, 장파장 영역, 즉, 황색 영역에서 방출되는 광의 스펙트럼의 반치폭이 다른 영역에서 방출되는 광의 반치폭보다 클 수 있다. 또한, 3개의 피크 파장들 중 중간에 배치된 피크 파장은 그것에 이웃하는 장파장측 피크 파장보다 그것에 이웃하는 단파장측 피크 파장에 더 가까울 수 있다. 나아가, 적어도 3개의 피크 파장들 사이에는 밸리들이 형성되며, 밸리들을 연결한 선의 기울기는 피크 파장에서의 강도들을 연결한 선의 기울기와 같은 방향일 수 있다. 즉, 도 7에 도시한 바와 같이, 밸리들을 연결한 선의 기울기는 피크 파장들에서의 강도들을 연결한 선의 기울기와 동일하게 파장 증가에 따라 증가한다.
이와 같이, 상기 서브발광층(220)의 적어도 하나의 우물층의 성장 온도를 변경하여, 단파장 영역의 피크 파장을 조절할 수 있고, 상기 활성층(231)에서 방출되는 적어도 2개의 피크 파장과 상기 서브발광층(220)에서 방출되는 적어도 1개의 피크 파장을 통해 적어도 3개의 피크 파장을 갖는 광을 단일칩 레벨에서 구현할 수 있다.
도 8은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 단면도이고, 도 9A 및 도 9B는 도 8의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 도면이고, 도 10은 본 실시예에 따른 발광 다이오드의 광학 특성을 나타내는 그래프이다.
도 8을 참조하면, 서브발광층(320)의 제3 우물층(323a)이 서브발광층(120)의 제3 우물층(123a)보다 더 높은 성장 온도에서 성장된 것을 제외하면, 본 실시예에 따른 발광 다이오드는 도 1의 발광 다이오드와 동일하다. 본 실시예에 따른 발광 다이오드는 도 1의 실시예의 발광 다이오드와 유사하게 V-피트 생성층(319), 활성층(331), 서브발광층(320), 전자 블록층(333), 및 P형 질화물계 반도체층(335)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 발광 다이오드는 도시를 생략하였지만, 기판, 핵층, 고온 버퍼층, 및 N형 질화물 반도체층을 포함할 수 있다. 활성층(331)은 우물층(331a) 및 장벽층(331b)을 포함할 수 있으며, 서브발광층(320)은 제1 내지 제3 우물층들(321a, 322a, 323a) 및 캐핑층들(321b, 322b, 323b)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 서브발광층(320)은 V-피트 생성층(319)과 접하는 제1 우물층(321a), 활성층(331)과 접하는 제3 우물층(323a) 및 상기 제1 우물층(321a)과 상기 제3 우물층(323a) 사이에 배치된 제2 우물층(322a)을 포함할 수 있다.
상기 서브발광층(320)은 상기 V-피트 생성층(319)보다 상대적으로 낮은 온도에서 성장될 수 있으며, 상기 활성층(331)보다 상대적으로 높은 온도에서 성장될 수 있다. 상세하게는, 상기 서브발광층(320)은 700℃ 내지 800℃에서 성장될 수 있다. 상기 서브발광층(320)은 성장 온도에 의해 다양한 에너지 밴드갭을 가질 수 있다. 또한, 상기 제1, 제2 및 제3 우물층(321a, 322a, 323a) 중 적어도 하나의 우물층의 성장 온도는 다른 우물층의 성장온도와 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 우물층(323a)은 상기 제1 및 제2 우물층(321a, 322a)보다 약 10℃ 높은 온도로 성장될 수 있다.
도 9A 및 도 9B를 참조하면, 도 9A는 V-피트 생성층(319)의 평평한 면 상에 성장된 상기 서브발광층(320)의 제1 서브발광영역(320a) 및 상기 활성층(331)의 제1 우물영역(331c)의 에너지 밴드 다이어그램을 나타내고, 도 9B는 V-피트(319v) 내에 성장된 상기 서브발광층(320)의 제2 서브발광영역(320b) 및 상기 활성층(331)의 상기 제2 우물영역(331d)의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸다.
상기 서브발광층(320) 및 상기 활성층(331)의 에너지 밴드갭은 In 함량에 따라 달라질 수 있으며, In 함량은 성장 온도 및 성장 위치에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 우물층(323a)의 In 함량은 상기 제3 우물층(323a)의 성장 온도를 상기 제1 및 제2 우물층(321a, 322a)에 비해 약 10℃ 높게 성장함으로써 상기 제1 및 제2 우물층(321a, 322a)의 In 함량보다 적을 수 있다. 또한, 상대적으로 낮은 성장 온도로 인해 상기 제1 및 제2 우물층(321a, 322a)의 In 함량은 상기 제3 우물층(323a)의 In 함량보다 많을 수 있고, 상기 제1 우물영역(331c)의 In 함량보다 적을 수 있다. 또한, 제1 서브발광영역(320a)의 제1 및 제2 우물층(321a, 321b)의 In 함량은 상기 제2 우물영역(331d)의 In 함량과 유사할 수 있다.
활성층(331)의 상기 제2 우물영역(331d)은 상기 제1 및 제2 우물층(321a, 321b)보다 낮은 온도로 성장되지만 V-피트(319v) 내에 성장되므로, 활성층(331)의 상기 제2 우물영역(331d)의 In 함량은 상기 제1 및 제2 우물층(321a, 321b)의 In 함량과 유사할 수 있다.
도 9A 및 도 9B를 비교하여 에너지 밴드 다이어그램을 살펴보면, 상기 제1 서브발광영역(320a)의 제3 우물층(323a)의 에너지 밴드갭(Eg19)은 상기 제1, 제2 우물층(321a, 322a)의 에너지 밴드갭(Eg17, Eg18) 및 상기 활성층(331) 에너지 밴드갭(Eg20, Eg24)보다 클 수 있다. 또한, 상기 제1 서브발광영역(320a)의 제1 및 제2 우물층(321a, 322a)의 에너지 밴드갭(Eg17, Eg18)은 상기 제1 서브발광영역(320a)의 제3 우물층(323a)의 에너지 밴드갭(Eg19) 보다 작을 수 있고, 상기 제1 우물영역(331c)의 에너지 밴드갭(Eg20) 보다 클 수 있고, 상기 제2 우물영역(331d)의 에너지 밴드갭(Eg24)과는 유사할 수 있다.
상기 제1 서브발광영역(320a)의 제3 우물층(323a)은 상기 제1 및 제2 우물층(321a, 322a) 및 상기 활성층(331)보다 단파장측 스펙트럼의 광을 방출하는 조성을 가질 수 있다.
도 10은 본 실시예에 따라 제작된 발광 다이오드의 전계 발광(electroluminescence: EL) 강도를 보여주는 그래프이다.
여기서, 상기 제1 우물영역(331c)은 중심 파장이 560nm 내지 590nm인 황색 계열의 광을 방출하도록 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1)으로 형성되고, 상기 제3 우물층(323a)은 상기 제1 및 제2 우물층(321a, 322a)과 상기 제2 우물영역(331d) 보다 In 함량이 적은 400nm 내지 500nm의 청색 계열의 광을 방출하는 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1)으로 형성된다. 상기 제3 우물층(323a)은 420nm 내지 440nm인 청색 계열의 광을 방출할 수 있고, 상기 제1 및 제2 우물층(321a, 322a)과 상기 제2 우물영역(331d)은 440nm 내지 460nm인 청색 계열의 광을 방출할 수 있다.
도 10에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 발광 다이오드는 피크 파장들 중 단파장의 피크 파장에서 강도가 제일 작고, 장파장의 피크 파장에서 강도가 제일 크다. 즉, 피크 파장이 커질수록 방출되는 광의 강도가 증가한다. 또한, 단파장 영역의 스펙트럼은 좌우 비대칭 형상을 가지며, 피크 파장을 중심으로 단파장측의 기울기가 장파장측의 기울기보다 작은 형상을 가질 수 있다. 한편, 장파장 영역, 즉, 황색 영역에서 방출되는 광의 스펙트럼의 반치폭이 다른 영역에서 방출되는 광의 반치폭보다 클 수 있다.
이와 같이, 상기 서브발광층(320)의 적어도 하나의 우물층의 성장 온도를 변경하여, 단파장 영역의 피크 파장을 조절할 수 있고, 상기 활성층(331)에서 방출되는 적어도 2개의 피크 파장과 상기 서브발광층(320)에서 방출되는 적어도 1개의 피크 파장을 통해 적어도 3개의 피크 파장을 갖는 광을 단일칩 레벨에서 구현할 수 있다. 나아가, 상기 활성층(331)의 2개의 피크 파장은 황색 계열 및 청색 계열의 광 및 상기 서브발광층(320)에서 방출되는 청색 계열의 광의 파장 조합을 통해 백색의 광을 방출할 수 있다. 상기 백색의 광은 상관 색온도(Correlated Color Temperature: CCT)가 3000K 내지 7000K인 백색의 광을 나타낼 수 있고, 용도에 따라 상관 색온도(Correlated Color Temperature: CCT)를 조절할 수 있다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 수평형 발광 소자(100)를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 소자(100)는 기판(410), n형 반도체층(420), 활성층(430), p형 반도체층(440), 오믹 전극(451), n형 전극(453), p형 전극(455), 광 투과층(457), 및 반사막(459)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, n형 반도체층(420)은 도 1을 참조하여 설명한 핵층, 고온 버퍼층, n형 질화물 반도체층을 포함할 수 있다. 또한, 활성층(430)은 도 1, 도 5, 또는 도 8를 참조하여 설명한 바와 같이 서브발광층과 활성층을 포함할 수 있다. 또한, 본 실시예에서 p형 반도체층은 도 1을 참조하여 설명한 전자 블록층 및 p형 질화물 반도체층을 포함할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 발광 소자(100)는 도 1, 도 5, 또는 도 8을 참조하여 설명한 발광 다이오드에 더하여 오믹 전극(451), n형 전극(453), p형 전극(455), 광 투과층(457), 및 반사막(459)을 포함한다.
발광소자(100)는 상기 설명한 복수대역의 스펙트럼을 가지는 발광 다이오드를 포함하며, 수평형 구조를 갖는다. 식각 공정을 통해 p형 반도체층(440) 및 활성층(430)이 부분적으로 제거되고 n형 반도체층(420)이 노출될 수 있으며, n형 전극(453)이 노출된 n형 반도체층(420) 상에 형성될 수 있다. 한편, 오믹 전극(451)이 p형 반도체층(440)에 오믹 콘택하고, 오믹 전극(451) 상에 p형 전극(455)이 형성될 수 있다. 광 투과층(457)은 n형 반도체층(420), 활성층(430) 및 p형 반도체층(440)의 상부 및 측면을 덮을 수 있다. 광 투과층(457)은 n형 전극(453) 및 p형 전극(455)을 노출시키는 개구부들을 가질 수 있다.
광 투과층(457)은 단일층을 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다중층을 포함할 수 있다. 광 투과층(457)은 SiO2, SiNx, Al2O3, Nb2O5, TiO2, MgF2 등의 광 투과성 절연 산화막을 포함할 수 있다.
반사막(459)은 광 투과층(457)에 대향하여 기판(410)의 하부에 배치될 수 있다. 반사막(459)은 분포 브래그 반사기 또는 금속 반사기를 포함할 수 있다.
도 12는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 수평형 발광 소자(200)를 도시한 개략적인 단면도이다.
본 실시예에 따른 발광 소자(200)는 도 11을 참조하여 설명한 발광 소자(200)와 대체로 유사한 구조를 가지며, 다만, 제2 광 투과층(460)을 더 포함하는 것에 차이가 있다.
보다 구체적으로 도 12의 수평형 발광 소자는 제1 광 투과층(457)과 제2 광 투과층(460)을 포함한다. 제1 광 투과층(457)은 도 11을 참조하여 설명한 광 투과층(457)과 동일할 수 있으며, 제2 광투과층(460)은 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC), 폴리이미드(polyimide), 또는 실리콘(silicone) 등의 재료를 포함할 수 있다. 제2 광 투과층(460)은 제1 광 투과층(457)과 다른 구조를 가질 수 있으며, 기판(410) 상부에 형성될 수도 있고, 도 12에 도시한 바와 같이, 기판(410) 상부뿐만 아니라 기판(410)의 측면을 덮을 수도 있다.
도 11에서 광 투과층(457)을 다중층으로 형성할 수도 있고 도 12와 같이 제1 광 투과층(457)에 제2 광 투과층(460)을 추가로 형성하여 다중층의 광 투과층을 형성할 수 있다. 다중층으로 광 투과층을 형성할 경우, 광 투과층은 무반사 코팅층(AR, Anti-reflective coating)을 포함할 수 있다. 다중층은 예를 들어, SiO2, Al2O3, HfO2, Y2O3, TiO2와 같은 금속 산화물 또는 MgF2, CaF2, LaF3, Na3AlF6 와 같은 금속불화물을 포함할 수 있다.
무반사 코팅층은 활성층(430)에서 생성되는 광의 피크 파장을 고려하여 설계될 수 있다. 먼저 활성층(430)에서 생성되는 광의 피크 파장의 추출 효율을 높이기 위해 해당 피크 파장 대역에서의 투과율을 100%에 근접하도록 무반사 코팅층을 설계할 수 있다. 또한 무반사 코팅층은 활성층(430)에서 생성된 광 뿐만 아니라 CRI을 개선하기 위해 가시광의 단파장 대역 및 장파장 대역의 광에 대해 높은 투과율을 갖도록 설계될 수 있다.
도 13은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 플립형 발광 소자(300)를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 소자(300)는 도 11을 참조하여 설명한 발광 소자(100)와 대체로 유사하나, n형 범프 전극(471) 및 p형 범프 전극(473)을 더 포함하며, 광 투과층(470) 및 반사막(467)의 위치에 차이가 있다.
광 투과층(470)은 n형 반도체층(420)에 대향하여 기판(410) 상에 배치되며, 반사막(467)이 n형 반도체층(420), p형 반도체층(440), 오믹 전극(451), n형 전극(453), 및 p형 전극(455)을 덮는다. 또한, 반사막(467)은 n형 전극(453), 및 p형 전극(455)을 노출시키는 개구부들을 갖는다.
n형 범프 전극(471)은 반사막(467)의 개구부를 통해 n형 전극(453)에 전기적으로 접속하고, p형 범프 전극(473)은 반사막(467)의 개구부를 통해 p형 전극(455)에 전기적으로 접속한다.
발광 소자(300)는 n형 범프 전극(471) 및 p형 범프 전극(473)을 이용하여 회로 기판 상에 플립 본딩될 수 있다. 한편, 활성층(430)에서 생성된 광은 기판(410) 및 광 투과층(470)을 통해 외부로 방출될 수 있다.
광 투과층(470)의 재료는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC), 폴리이미드(polyimide), 또는 실리콘(silicone) 등을 포함할 수 있다. 또한, 광 투과층(570)은 백색광의 CRI를 향상시키기 위해 적색 형광체를 함유할 수도 있다. 적색 형광체는 발광 소자들(300)에서 생성된 광의 일부를 적색광으로 파장변환하여 백색광의 CRI를 향상시킬 수 있다.
상기 광 투과층(470)은 도 11 또는 도 12를 참조하여 설명한 바와 같은 광 투과층(457, 460)과 같은 재료로 형성될 수 있다. 광 투과층(470)은 또한 기판(410)의 상면 뿐만 아니라 측면을 덮을 수도 있다.
상기 광 투과층(470)의 외측면은 기판(410)의 외측면과 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다. 상기 광 투과층(470)은 기판(110)과 접촉하는 면을 따라 평탄하게 상면을 가질 수 있으며, 두께가 일정하도록 형성 될 수 있다.
도 14는 본 개시의 일 실시예에 따른 발광 모듈(1000)을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 14를 참조하면, 발광 모듈(1000)은 회로 기판(1001), 발광 소자들(300) 및 광 투과층(570)을 포함할 수 있다.
회로 기판(1001)은 발광 소자들(300)에 전력을 공급하기 위한 회로 패턴을 갖는다. 예를 들어, 회로 기판(1001)의 상면에 배선들(1003)이 배치될 수 있고, 하면에 패드들(1007)이 배치될 수 있으며, 배선들(1003)과 패드들(1007)은 비아들(1005)을 통해 연결될 수 있다. 회로 기판(1001)은 다중층의 회로 패턴을 포함할 수도 있다.
발광 소자들(300)은 회로 기판(1001) 상에 실장될 수 있다. 발광 소자들(300)은 도 13을 참조하여 설명한 바와 같은 플립형 발광 소자일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 발광 소자(300)에서 광 투과층(470)은 생략될 수도 있다.
발광 소자(300)는 n형 범프 전극(471) 및 p형 범프 전극(473)을 이용하여 회로 기판(1001)의 배선들(1003)에 본딩될 수 있다. 복수개의 발광 소자들(300)이 회로 기판(1001) 상에 다양한 배열로 배치될 수 있다. 발광 소자들(300)은 회로 기판(1001) 상의 배선들(1003)을 이용하여 서로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있으며, 또한, 개별 구동이 가능하도록 회로 기판(1001) 상의 배선들(1003)에 전기적으로 접속될 수 있다.
광 투과층(570)은 발광 소자(300)의 상면 및 측면을 덮을 수 있다. 도 14에 도시한 바와 같이, 각 발광 소자(300)가 개별적으로 광 투과층(570)으로 덮일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 하나의 광 투과층(570)이 복수의 발광 소자들(300)을 덮을 수도 있다.
광 투과층(570)의 재료는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC), 폴리이미드(polyimide), 또는 실리콘(silicone) 등을 포함할 수 있다. 또한, 광 투과층(570)은 백색광의 CRI를 향상시키기 위해 적색 형광체를 함유할 수도 있다. 적색 형광체는 발광 소자들(300)에서 생성된 광의 일부를 적색광으로 파장변환하여 백색광의 CRI를 향상시킬 수 있다.
광 투과층(570)은 평탄한 상면과 상면에 수직한 측면을 포함할 수 있다. 발광 소자(300)의 상면과 접하는 광 투과층(570)의 상면은 두께가 일정하도록 형성될 수 있다. 그러나, 도시하지 않았지만 광 투광층(570)의 외면 형태가 곡면일 수도 있다. 곡면의 형태는 단면으로 볼 때 하면에서 상면으로 갈수록 폭이 점점 좁아지는 형태이며, 외면에서의 접선의 기울기가 변화하는 외면의 형태일 수 있다.
도 15A는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 적용한 발광 소자 패키지(2000)를 설명하기 위한 사시도이고, 도 15B는 도 15A의 평면도이며, 도 15C는 도 15B의 절취선 I-I'를 따라 취해진 단면도이다.
도 15A, 도 15B, 및 도 15C를 참조하면, 상기 발광 소자 패키지(2000)는, 하우징(610), 발광 소자(620), 리드프레임(630) 및 제너 다이오드(640)를 포함할 수 있다.
하우징(610)은, 본 실시예에서, 몸체부(611), 커버부(613) 및 코팅부(615)를 포함한다. 몸체부(611)는, 도시된 바와 같이, 대략 평면상의 형상이 사각형 형상을 가지며, 리드프레임(630)을 지지하도록 리드프레임(630)을 감싸는 형상을 가질 수 있다. 하우징(610)은 내부에 일면이 개방된 캐비티(V)를 가질 수 있으며, 캐비티(V)에 발광 소자(620)가 배치될 수 있다.
여기서, 캐비티(V)의 깊이는 발광 소자(620)의 높이보다 클 수 있다. 이때, 도 15B 및 도 15C에 도시된 바와 같이, 몸체부(611)는, A 영역 및 B 영역으로 구분될 수 있다. A 영역은 발광 소자(620)가 실장되는 영역일 수 있고, B 영역은 제너 다이오드(640)가 실장되는 영역일 수 있다.
몸체부(611)의 A 영역을 보면, 발광 소자(620)를 기준으로 발광 소자(620)를 둘러싸는 캐비티(V)의 경사면이 동일한 경사면을 가질 수 있다. 이때, A 영역에 형성된 제1 몸체 경사면(611a)은, 도 15C에 도시된 바와 같이, 곡면으로 형성될 수 있으며, 상부로 갈수록 곡면의 경사가 급해지도록 형성될 수 있다.
A 영역에 형성된 제1 몸체 경사면(611a)은, 발광 소자(620)의 일면을 제외한 3면의 캐비티(V)에 형성된다. 이때, 제1 몸체 경사면(611a)의 내측은 발광 소자(620)가 실장된 위치에 인접하게 배치될 수 있다. 그에 따라 발광 소자(620)에서 방출된 광은 제1 몸체 경사면(611a)에서 반사되어 발광 소자 패키지(2000)의 상부 방향으로 방출될 수 있다.
그리고 B 영역에 형성된 제2 몸체 경사면(611b)은, 도 15C에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서, 단면의 형상이 직선으로 형성될 수 있다. 하지만, 제1 몸체 경사면(611a)은 경사면으로 형성될 때, 단면 형상이 직선인 것에 한정되는 것은 아니며, 곡선으로 형성될 수도 있다.
B 영역은 도 15B에서 확인할 수 있듯이, 세로 방향의 폭이 A 영역의 세로 방향 폭보다 클 수 있다. 이에 따라, 제2 몸체 경사면(611b)을 덮도록 커버부(613)가 형성될 수 있는 공간이 확보될 수 있다. 이에 대해서는 뒤에서 상세하게 설명된다.
도시하지 않았지만, 다른 형태의 실시예로 몸체부(611)의 제1 몸체 경사면(611a) 및 제2 몸체 경사면(611b)은 기울어진 선형 형태일 수 있으며, 기울어진 선형 형태의 중간에 평탄면을 갖는 스텝부가 형성될 수 있다. 기울어진 선형 형태의 캐비티 면과 스텝부가 만나는 지점에는 모서리가 형성될 수 있다. 이를 통해 캐비티(V) 내부 경사면 면적이 넓어지므로, 캐비티 (V) 내부를 채우는 봉지재와의 접합 면적이 증가하고 수분침투 경로가 길어져 소자의 신뢰성이 향상 될 수 있다. 또한 이중몰딩의 형태로 봉지재를 형성하는 경우, 1차 형성하는 봉지재가 모서리를 컨택하고 표면장력으로 인하여 모서리를 넘지 않는 높이로 형성되며, 2차 봉지재는 상기 1차 봉지재의 상부에서 몸체부(611)의 높이까지 형성될 수 있다.
커버부(613)는 도 15C에 도시된 바와 같이, B 영역에 형성된 제2 몸체 경사면(611b)을 덮도록 배치된다. 커버부(613)는 B 영역에 배치된 제너 다이오드(640)를 덮을 수 있는 두께로 형성되며, 단턱부(612)를 넘지 않을 정도로 형성된다. 그리고 커버부(613)는 도시된 바와 같이, 완만한 경사면으로 형성된 커버 경사면(613b)을 가지 수 있다. 커버 경사면(613b)은 곡면으로 형성될 수 있으며, 상부에서 하부로 갈수록 경사가 완만해지도록 형성될 수 있다.
커버부(613)는 단턱부(612)를 넘지 않도록 형성된 것에 대해 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 커버부(613)의 일부는 단턱부(612)를 넘어 발광 소자(620)이 실장된 위치까지 일부가 형성될 수도 있다. 즉, 커버부(613)는 반사 재료가 포함된 점성이 있는 소재를 이용하여 제2 몸체 경사면(611b)과 제너 다이오드(640)를 덮도록 형성될 수 있다. 이때, 반사 재료는 TiO2 및 Al2O3 등일 수 있다.
이렇게 커버부(613)가 B 영역에 형성됨에 따라 발광 소자 패키지(2000)의 캐비티(V)에 형성된 커버 경사면(613b)은 제1 몸체 경사면(611a)과 유사한 형상으로 형성될 수 있다. 그에 따라 캐비티(V) 내에 형성된 반사면은 발광 소자(620)를 기준으로 모든 면이 거의 동일하게 형성될 수 있다.
코팅부(615)는 반사 재료가 포함된 코팅 재료를 이용하여 제1 몸체 경사면(611a) 및 커버 경사면(613b)을 덮도록 형성된다. 이때, 반사 재료는 TiO2 및 Al2O3 등일 수 있다. 즉, 코팅부(615)는 발광 소자 패키지(2000)의 캐비티(V) 내에 발광 소자(620)를 제외한 전 영역을 덮도록 형성될 수 있다. 이를 위해 발광 소자(620)의 상부를 마스킹하고, 발광 소자 패키지(2000)의 캐비티(V) 상부에서 스프레이(spray), 디스펜싱 (dispensing), 제팅(jetting), 필름 부착(film attach), 박막증착(sputtering) 및 전자빔(e-beam) 증착 등의 방법을 이용하여 제1 몸체 경사면(611a) 및 커버 경사면(613b) 상에 형성될 수 있다. 그에 따라 발광 다이오드 패키지(2000)의 캐비티(V)의 A 영역에 제1 코팅 경사면(615a)이 형성되고, B 영역에 제 2 코팅 경사면(615b)이 형성될 수 있다.
발광 소자 패키지(2000)의 캐비티 영역 내에 발광 소자(620)를 보호하기 위한 봉지재가 형성될 수 있다. 봉지재는 광 투과성 재료로 형성되며, 예를 들어 실리콘과 같은 물질이 사용될 수 있다. CRI가 향상된 백색 광 구현을 위하여, 봉지재에는 적색 형광체가 포함될 수도 있다. 적색 파장 영역을 발광하는 형광체로서는 질소 함유 알루미노실리콘칼슘(CASN 또는 SCASN)계 형광체(예를 들 면 (Sr, Ca)AlSiN3:Eu) 등을 들 수 있다. 이 밖에, 망간 활성 불화물계 형광체(일반식 (I) A2[M1-aMnaF6]로 표현되는 형광체)가 있다. 단, 상기 일반식 (I) 중 A는 K, Li, Na, Rb, Cs 및 NH4로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종이고, M은 제4족 원소 및 제14족 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소이며, a은 0<a<0.2를 충족)을 들 수 있다. 이 망간 활성 불화물계 형광체의 대표예로서는, 망간 활성 불화실리콘칼륨의 형광체(예를 들면 K2SiF6:Mn)가 있다. 또한, 옥시도할라이드(oxiodohalide) 호스트 격자에 기초한 망간 활성 형광체(일반식 (II) (A4-aBa)m/2+n/2X2m[MX4O2]n로 표현되는 형광체)가 있다. 단, 상기 일반식 (II) 중 A는 수소(H) 및/또는 중수소(D)이고, B는 Li, Na, K, Rb, Cs, NH4, ND4, 및/또는 NR4이며, 여기서, R은 알킬 또는 아릴 라디칼이고, X는 F 및/또는 Cl이고, M은 Cr, Mo, W 및/또는 Re이며, 0 ≤ a ≤ 4, 0 < m ≤ 10, 및 1 ≤ n ≤ 10 이다.
본 실시예에서, 상기 발광 소자(620)는 도 13의 플립형 발광 소자(300)와 같은 플립형 발광 소자일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 도 11 또는 도 12의 수평형 발광 소자(100, 200)와 유사한 발광 소자일 수도 있다. 상기 발광 소자(620)는 도 1, 도 5, 또는 도 8을 참조하여 설명한 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 단일칩 레벨에서 복수 대역의 광을 방출하는 발광 다이오드를 제공할 수 있으며, 이를 이용하여 상관색온도 3000K 내지 7000K 내의 다양한 백색광을 구현할 수 있다. 따라서, 상기 발광 다이오드를 포함하는 발광 소자 또는 발광 모듈을 제작하여 백라이트 광원, 일반 조명 광원, 또는 식물 재배용 조명 광원을 제공할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 하나의 광원에서 복수의 피크 파장의 스펙트럼을 갖는 광이 식물에 공급될 수 있다. 즉, 가시광 영역 내에서 복수 대역을 갖는 광을 방출하는 발광 다이오드를 제공할 수 있으므로, 상기 발광 다이오드를 이용하여 태양광에 유사한 스펙트럼의 광을 쉽게 구현할 수 있다. 나아가, 본 실시예에 따른 발광 다이오드는 복수 대역의 광도를 쉽게 조절할 수 있으므로, 식물 재배에 적합한 파장 대역의 광을 방출하는 발광 다이오드를 제작하여 식물 재배용 광원을 제공할 수도 있다.
식물 재배용 광원으로 이용하는 경우, 식물의 명주기와 암주기에 따라 광원의 전원 공급을 컨트롤 할 수 있다. 따라서 식물의 생체리듬에 자극을 주어 생장을 촉진할 수 있고, 유효물질 추출이 가능한 식물의 경우에는 유효물질의 양을 늘리는데 효과적일 수 있다.
복수의 광원들을 배치하는 경우에는 색좌표가 서로 다른 광원들이 배치 될 수 있다. 색좌표가 다른 광원들은 식물에 제공하는 빛의 자극이 서로 다르기 때문에, 다양한 자극을 받은 식물의 생장을 촉진시키게 된다. 또한 복수의 광원들은 피크 파장이 서로 다른 광을 방출할 수 있으며, 이를 통해 식물은 다채로운 피크 파장을 공급받게 되어 생장 촉진에 효과적일 수 있다.
이상에서, 본 개시 사항의 다양한 실시예들에 대해 설명하였으나, 본 개시 사항은 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 또한, 하나의 실시예에 대해서 설명한 사항이나 구성요소는 본 개시 사항의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한 다른 실시예에도 적용될 수 있다.

Claims (20)

  1. n형 질화물 반도체층;
    상기 n형 질화물 반도체층 상에 위치하며 V-피트를 갖는 V-피트 생성층;
    상기 V-피트 생성층 상에 위치하며 복수의 우물층 및 복수의 캐핑층을 갖는 서브발광층;
    상기 서브발광층 상에 위치하며 상기 V-피트 생성층의 평평한 면을 따라 형성된 제1 우물영역 및 상기 V-피트 생성층의 V-피트 내에 형성된 제2 우물영역을 갖는 활성층; 및
    상기 활성층 상에 위치하는 p형 질화물 반도체층을 포함하고,
    상기 서브발광층의 에너지 밴드갭은, 상기 제1 우물영역의 에너지 밴드갭보다 크며,
    단일 칩 레벨에서 적어도 3개의 서로 다른 피크 파장의 광을 방출하는 발광 다이오드.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 서브발광층은 청색광 또는 녹색광을 방출하는 발광 다이오드.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 우물층은 상기 제1 우물영역에서 방출되는 광의 피크 파장보다 단파장 영역의 피크 파장의 광을 방출하고,
    상기 제2 우물영역에서 방출되는 광의 피크 파장보다 장파장 영역의 피크 파장의광을 방출하는 발광 다이오드.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 서브발광층의 우물층은 제1 우물층, 제2 우물층 및 제3 우물층을 포함하는 발광 다이오드.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 우물층, 상기 제2 우물층 및 상기 제3 우물층의 에너지 밴드갭은 서로 실질적으로 동일하고, 상기 제1 우물영역의 에너지 밴드갭보다는 크고, 상기 제2 우물영역의 에너지 밴드갭보다는 작은 발광 다이오드.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 우물층들 중 적어도 하나의 우물층은 다른 우물층과 다른 에너지 밴드갭을 가지는 발광 다이오드.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 복수의 우물층은 상기 제2 우물영역에서 방출되는 광의 피크 파장보다 장파장 영역의 피크 파장의 광을 방출하고,
    상기 제1 우물영역에서 방출되는 광의 피크 파장보다 단파장 영역의 피크 파장의광을 방출하는 발광 다이오드.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제3 우물층의 에너지 밴드갭은 상기 제1 우물층, 상기 제2 우물층 및 상기 제2 우물영역의 에너지 밴드갭보다 작고, 상기 제1 우물영역의 에너지 밴드갭보다 큰 발광 다이오드.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제3 우물층의 에너지 밴드갭은 상기 제1 우물층, 상기 제2 우물층 및 상기 활성층의 에너지 밴드갭보다 큰 발광 다이오드.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 활성층은 단일 칩 레벨에서 적어도 2개의 서로 다른 피크 파장의 광을 방출하는 발광 다이오드.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 우물영역은 상기 제2 우물영역에 비해 장파장 영역의 피크 파장의 광을 방출하는 발광 다이오드.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 우물영역은 황색광을 방출하고,
    상기 제2 우물영역은 청색광을 방출하는 발광 다이오드.
  13. n형 질화물 반도체층;
    상기 n형 질화물 반도체층 상에 위치하며 V-피트를 갖는 V-피트 생성층;
    상기 V-피트 생성층 상에 위치하며 복수의 우물층 및 복수의 캐핑층을 갖는 서브발광층;
    상기 서브발광층 상에 위치하며 상기 V-피트 생성층의 평평한 면을 따라 형성된 제1 우물영역 및 상기 V-피트 생성층의 V-피트 내에 형성된 제2 우물영역을 갖는 활성층; 및
    상기 활성층 상에 위치하는 p형 질화물 반도체층을 포함하고,
    단일 칩 레벨에서 적어도 3개의 서로 다른 피크 파장의 광을 방출하며,
    상기 적어도 3개의 서로 다른 피크 파장 중 중간에 배치되는 피크 파장에서의 강도는 양측에 배치된 피크파장들에서의 강도 사이에 위치하는 발광 다이오드.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 적어도 3개의 서로 다른 피크 파장에서의 강도는 파장이 증가할수록 증가하는 발광 다이오드.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 적어도 3개의 서로 다른 피크 파장에서의 강도는 파장이 증가할수록 감소하는 발광 다이오드.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 적어도 3개의 서로 다른 피크 파장 중 제일 긴 파장을 포함하는 발광 스펙트럼 밴드의 반치폭이 다른 피크 파장들을 포함하는 스펙트럼 밴드들의 반치폭보다 큰 발광 다이오드.
  17. 청구항 13에 있어서,
    상기 적어도 3개의 서로 다른 피크 파장 중 제일 짧은 파장을 포함하는 발광 스펙트럼 밴드는 좌우 비대칭 형상을 가지는 발광 다이오드.
  18. 청구항 13에 있어서,
    상기 적어도 3개의 서로 다른 피크 파장 중 중간에 배치된 피크 파장은 그것에 이웃하는 장파장측 피크 파장보다 그것에 이웃하는 단파장측 피크 파장에 더 가까운 발광 다이오드.
  19. 청구항 13에 있어서,
    상기 적어도 3개의 서로 다른 피크 파장은 제일 짧은 피크 파장과 제일 긴 피크 파장을 가지며,
    상기 제일 긴 피크 파장에서 장파장측으로 파장이 증가함에 따른 강도 변화가 상기 제일 짧은 피크 파장에서 단파장측으로 파장이 감소함에 따른 강도 변화보다 더 완만한 발광 다이오드.
  20. 청구항 13에 있어서,
    상기 적어도 3개의 서로 다른 피크 파장 사이에는 적어도 2개의 밸리가 형성되며,
    상기 적어도 2개의 밸리는 서로 다른 강도를 가지는 발광 다이오드.
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