KR101088476B1 - Light emitting diode and method for fabricating the same - Google Patents
Light emitting diode and method for fabricating the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR101088476B1 KR101088476B1 KR20090098745A KR20090098745A KR101088476B1 KR 101088476 B1 KR101088476 B1 KR 101088476B1 KR 20090098745 A KR20090098745 A KR 20090098745A KR 20090098745 A KR20090098745 A KR 20090098745A KR 101088476 B1 KR101088476 B1 KR 101088476B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- type semiconductor
- photonic crystal
- semiconductor layer
- light emitting
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
발광다이오드 및 이의 제조방법을 제공한다. 상기 발광다이오드는 기판 상에 배치된 제1형 반도체층, 상기 제1형 반도체층 상에 배치된 활성층, 상기 활성층 상에 배치된 제2형 반도체층, 및 상기 제2형 반도체층 상에 배치되고, 하기 수학식 1의 두께를 가지는 반사방지막과 상기 반사방지막 내에 포토닉밴드갭을 형성하기 위해 주기적으로 배열된 다수개의 홀들을 구비하는 반사방지 광결정층을 포함한다. Provided are a light emitting diode and a method of manufacturing the same. The light emitting diode is disposed on a first type semiconductor layer disposed on a substrate, an active layer disposed on the first type semiconductor layer, a second type semiconductor layer disposed on the active layer, and the second type semiconductor layer. An anti-reflection photonic crystal layer having an anti-reflection film having a thickness of Equation 1 and a plurality of holes periodically arranged to form a photonic band gap in the anti-reflection film.
<수학식 1> &Quot; (1) "
d=(2n+1)λ/4nc d = (2n + 1) λ / 4n c
상기 수학식 1에서, 상기 d는 반사방지 광결정층의 두께를 나타내고, 상기 λ은 상기 활성층에서 발생되는 빛의 파장을 나타내고, 상기 n은 정수를 나타내고, 상기 nc는 반사방지 광결정층의 굴절률을 나타낸다. In Equation 1, d represents the thickness of the antireflective photonic crystal layer, λ represents the wavelength of light generated in the active layer, n represents an integer, and n c represents the refractive index of the antireflective photonic crystal layer. Indicates.
발광 다이오드, 반사방지 광결정층, 프레즈넬 반사, 전반사 Light Emitting Diode, Antireflective Photonic Crystal Layer, Fresnel Reflection, Total Reflection
Description
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발광 다이오드 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a light emitting diode, and more particularly to a light emitting diode and a method of manufacturing the same.
발광 다이오드(Light emitting diode; LED)는 화합물 반도체의 PN 접합 다이오드에 순방향 전류가 흐를 때 빛을 발하는 현상을 이용한 소자로서, 디스플레이 소자의 광원으로 주로 이용되고 있다.A light emitting diode (LED) is a device using a phenomenon of emitting light when a forward current flows through a PN junction diode of a compound semiconductor, and is mainly used as a light source of a display device.
이러한 발광다이오드는 전구와 같은 필라멘트가 요구되지 않으며, 진동에 강하고, 긴 수명을 가지고 있으며, 반응속도가 빠른 등의 우수한 특성을 나타낸다. Such a light emitting diode does not require a filament such as a light bulb, exhibits excellent characteristics such as being resistant to vibration, having a long lifetime, and having a fast reaction speed.
그러나, 이러한 발광다이오드는 이러한 장점이 있음에도 불구하고, 반도체층과 상기 반도체층과 맞닿는 공기층과의 굴절률 차이로 인한 프레즈넬 반사와, 이종 매질 사이에서 발생되는 전반사에 의해 발광다이오드 소자로부터 발생된 광이 외부로 빠져나오지 못하고 내부에 갇힐 수 있다. 이에 따라, 발광효율이 저하되는 등의 문제점이 발생될 수 있다. However, although the light emitting diode has such an advantage, light generated from the light emitting diode device due to Fresnel reflection due to the difference in refractive index between the semiconductor layer and the air layer in contact with the semiconductor layer and total reflection generated between different media is It can be trapped inside without getting out. Accordingly, problems such as deterioration of luminous efficiency may occur.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 소자의 발광효율을 향상시킬 수 있는 발광 다이오드 및 이의 제조방법을 제공함에 있다. The technical problem to be solved by the present invention is to provide a light emitting diode and a method for manufacturing the same that can improve the luminous efficiency of the device.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 발광다이오드를 제공한다. 상기 발광다이오드는 기판 상에 배치된 제1형 반도체층, 상기 제1형 반도체층 상에 배치된 활성층, 상기 활성층 상에 배치된 제2형 반도체층, 및 상기 제2형 반도체층 상에 배치되고, 하기 수학식 1의 두께를 가지는 반사방지막과 상기 반사방지막 내에 포토닉밴드갭을 형성하기 위해 주기적으로 배열된 다수개의 홀들을 구비하는 반사방지 광결정층을 포함한다. In order to achieve the above technical problem, an aspect of the present invention provides a light emitting diode. The light emitting diode is disposed on a first type semiconductor layer disposed on a substrate, an active layer disposed on the first type semiconductor layer, a second type semiconductor layer disposed on the active layer, and the second type semiconductor layer. An anti-reflection photonic crystal layer having an anti-reflection film having a thickness of Equation 1 and a plurality of holes periodically arranged to form a photonic band gap in the anti-reflection film.
<수학식 1> &Quot; (1) "
d=(2n+1)λ/4nc d = (2n + 1) λ / 4n c
상기 수학식 1에서, 상기 d는 반사방지 광결정층의 두께를 나타내고, 상기 λ은 상기 활성층에서 발생되는 빛의 파장을 나타내고, 상기 n은 정수를 나타내고, 상기 nc는 반사방지 광결정층의 굴절률을 나타낸다. In Equation 1, d represents the thickness of the antireflective photonic crystal layer, λ represents the wavelength of light generated in the active layer, n represents an integer, and n c represents the refractive index of the antireflective photonic crystal layer. Indicates.
상기 반사방지막은 상기 제2형 반도체층의 굴절률보다 작은 굴절률을 가지는 물질을 사용할 수 있으며, 일 예로서, 상기 반사방지막은 SixOy, ITO, MgO, SixNy 또는 ZnO으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다. The anti-reflection film may be formed of a material having a refractive index smaller than that of the second type semiconductor layer. For example, the anti-reflection film may be formed of Si x O y , ITO, MgO, Si x N y, or ZnO. It may be any one selected.
상기 발광다이오드는 상기 반사방지 광결정층에 포토닉밴드갭을 형성하기 위해 상기 홀들은 발광되는 빛의 주기와 동일한 주기를 가지고, 상기 발광되는 빛의 반파장 정도의 간격을 가질 수 있다. 상기 홀들은 직사각형 배열 또는 육각형 배열을 가질 수 있으며, 상기 발광다이오드는 홀들 내의 제2형 반도체층 상에 배치되는 무기물층 또는 유기물층을 더 포함할 수 있다. The light emitting diodes may have a period equal to a period of light emitted to form a photonic band gap in the antireflective photonic crystal layer, and may have an interval of about half the wavelength of the emitted light. The holes may have a rectangular arrangement or a hexagonal arrangement, and the light emitting diode may further include an inorganic layer or an organic layer disposed on the second type semiconductor layer in the holes.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 발광다이오드 제조방법을 제공한다. 상기 발광다이오드 제조방법은 기판 상에 제1형 반도체층을 형성하는 단계, 상기 제1형 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계, 상기 활성층 상에 제2형 반도체층을 형성하는 단계, 및 상기 제2형 반도체층 상에 상기 수학식 1의 두께를 가지는 반사방지막과 상기 반사방지막 내에 포토닉밴드갭을 형성하기 위해 주기적으로 배열된 다수개의 홀들을 구비하는 반사방지 광결정층을 형성하는 단계를 포함한다. Another aspect of the present invention provides a light emitting diode manufacturing method for achieving the above technical problem. The light emitting diode manufacturing method includes forming a first type semiconductor layer on a substrate, forming an active layer on the first type semiconductor layer, forming a second type semiconductor layer on the active layer, and Forming an antireflective photonic crystal layer having an antireflection film having a thickness of Equation 1 and a plurality of holes periodically arranged in the antireflection film to form a photonic bandgap on the second semiconductor layer; .
상기 반사방지 광결정층은 상기 제2형 반도체층 상에 반사방지막을 형성하는 단계, 및 상기 반사방지막을 광결정 구조로 패터닝하여, 상기 반사방지막 내에 다수개의 홀들을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. The anti-reflection photonic crystal layer may include forming an anti-reflection film on the second type semiconductor layer, and patterning the anti-reflection film into a photonic crystal structure to form a plurality of holes in the anti-reflection film.
상술한 바와 같이 상기 수학식 1을 만족하는 반사방지 광결정층을 구비함으 로써 상기 제2형 반도체층 및 공기 사이의 계면에서 발생되는 전반사 및 프레즈넬 반사를 방지할 수 있으므로, 수직방향으로의 발광효율의 향상과 더불어, 수평방향으로의 발광효율을 증가시킬 수 있다. As described above, by providing the antireflection photonic crystal layer satisfying Equation 1, total reflection and Fresnel reflection generated at the interface between the second semiconductor layer and the air can be prevented, so that the luminous efficiency in the vertical direction In addition to the improvement of the luminous efficiency, the luminous efficiency in the horizontal direction can be increased.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a preferred embodiment of the present invention. Hereinafter, the same reference numerals are used for the same components in the drawings, and duplicate descriptions of the same components are omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 구조를 도시한 단면도이고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사방지 광결정층의 구조를 도시한 모식도들이다. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a light emitting diode according to an embodiment of the present invention, Figures 2a and 2b are schematic diagrams showing the structure of an antireflective photonic crystal layer according to an embodiment of the present invention.
도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 상기 기판(10) 상에 핵생성층(미도시)을 형성하고, 상기 핵생성층을 기반으로 하여, 상기 기판(10) 상에 제1형 반도체층(22)을 형성한다. 상기 기판(10)은 Al2O3(사파이어), SiC, ZnO, Si, GaAs, LiAl2O3, InP, BN, AlN 또는 GaN 기판일 수 있다. 바람직하게는 상기 기판(10)은 Al2O3 기판일 수 있다.1, 2A, and 2B, a nucleation layer (not shown) is formed on the
상기 제1형 반도체층(22)은 제1형 불순물 즉, n형 불순물이 주입된 질화물계 반도체층일 수 있다. 일 예로서, 상기 제1형 반도체층(22)은 Si 또는 N, B, P의 n형 불순물이 주입된 GaN층, AlxGa(1-x)N(0≤x≤1)층 또는 AlxGayInzN(0≤x,y,z≤1, x+y+z=1)층일 수 있다. The first
상기 제1형 반도체층(22) 상에 활성층(24)을 형성한다. 상기 활성층(24)은 양자점 구조 또는 다중양자우물 구조(Multi Quantum Well Structure)를 가질 수 있다. 상기 활성층(24)이 다중양자우물 구조를 갖는 경우에, 상기 활성층(24)은 우물층으로서 InGaN층과 장벽층인 GaN층의 다중 구조를 가질 수 있다.An
상기 활성층(24) 상에 제2형 반도체층(26)을 형성한다. 상기 제2형 반도체층(26)은 제2형 불순물 즉, p형 불순물이 주입된 질화물계 반도체층일 수 있다. 일 예로서, 상기 제2형 반도체층(26)은 Mg 또는 N, P, As, Zn, Li, Na, K 또는 Cu등의 p형 불순물이 주입된 GaN층, AlxGa(1-x)N(0≤x≤1)층 또는 AlxGayInzN(0≤x,y,z≤1, x+y+z=1)층일 수 있다.The second
상기 제2형 반도체층(26) 상에 전류 스프레딩층(28)을 형성할 수 있다. 상기 전류 스프레딩층(28)은 투명 도전막 예를 들어, ITO(Indium Tin Oxide)막, ZnO막 또는 MgO막일 수 있다. 그러나, 상기 전류 스프레딩층(28)은 생략될 수 있다.The current spreading
상기 제1형 반도체층(22), 상기 활성층(24), 상기 제2형 반도체층(26) 및 상 기 전류 스프레딩층(28)은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 기술 또는 MBE(Molecular Beam Epitaxy) 기술을 사용하여 형성할 수 있다.The first
상기 전류 스프레딩층(28) 상에 하기 수학식 1의 두께를 가지는 반사방지막(30a)과 상기 반사방지막(30a) 내에 포토닉밴드갭을 형성하기 위해 주기적으로 배열된 다수개의 홀들(30b)을 구비하는 반사방지 광결정층(30)을 형성한다. 이때, 상기 반사방지 광결정층(30)에 포토닉밴드갭을 형성하기 위해서, 상기 홀들(30b)은 발광되는 빛의 주기와 동일한 주기(a)를 가지고, 상기 발광되는 빛의 반파장 정도의 간격(w)을 가질 수 있다. The
<수학식 1>&Quot; (1) "
d=(2n+1)λ/4nc d = (2n + 1) λ / 4n c
상기 수학식 1에서, 상기 d는 상기 반사방지 광결정층의 두께를 나타내고, 상기 λ은 상기 활성층에서 발생되는 빛의 파장을 나타내고, 상기 n은 정수를 나타내고, 상기 nc는 상기 반사방지 광결정층의 굴절률을 나타낸다. In Equation 1, d represents the thickness of the antireflective photonic crystal layer, λ represents the wavelength of light generated in the active layer, n represents an integer, and n c represents the antireflective photonic crystal layer. Refractive index is shown.
일반적으로, 굴절률이 다른 두 매체 사이의 계면 즉, 제2형 반도체층(26)과 공기 사이의 계면에 빛이 도달되는 경우, 일부는 상기 계면을 투과하여 외부로 방출되지만, 나머지 일부는 상기 제2형 반도체층(26)의 표면에서 반사되어 반대 방향 즉, 활성층(24) 방향으로 다시 되돌아가게 된다. In general, when light reaches the interface between two media having different refractive indices, that is, the interface between the type 2
이렇게 굴절률이 다른 두 매체 사이의 계면에서 일어나는 반사를 프레즈넬 반사라고 하는데, 이러한 프레즈넬 반사가 진행되는 경우, 발광다이오드는 다수의 산란광에 의해 발광효율이 저하될 수 있다. The reflection occurring at the interface between two media having different refractive indices is called Fresnel reflection. When such Fresnel reflection proceeds, the light emitting diode may be degraded by a plurality of scattered light.
그러나, 본 발명의 일 실시예와 같이 상기 제2형 반도체층(26) 상에 상기 수학식 1의 두께를 만족하는 반사방지 광결정층(30)을 형성하는 경우, 상기 공기 및 상기 반사방지 광결정층(30) 사이의 제1 계면에서 발생된 빛과, 상기 반사방지 광결정층(30) 및 제2형 반도체층(26) 사이의 제2 계면 사이에서 발생된 빛이 180°의 위상차를 가질 수 있으므로, 상기 제1 계면에서 발생된 빛과 제2 계면에서 발생된 빛은 서로 상쇄간섭을 일으킬 수 있다. 따라서, 불필요한 산란광들이 소멸되고, 특정 파장대의 빛의 강도가 증가될 수 있다.However, when the antireflective
또한, 일반적인 발광다이오드는 상기와 같은 프레즈넬 반사 외에도, 발광된 빛을 소자 내에 가두는 전반사가 동반될 수 있다. 이러한 경우, 소자의 광추출 효율이 저하되어, 발광효율이 매우 낮아질 수 있다. In addition, in addition to the Fresnel reflection as described above, a general light emitting diode may be accompanied by total reflection to trap the emitted light in the device. In this case, the light extraction efficiency of the device is lowered, the luminous efficiency can be very low.
그러나, 본 발명의 일 실시예와 같이 상기 제2형 반도체층(26) 상에 상기 발광되는 빛의 주기와 동일한 주기를 가지고, 상기 발광되는 빛의 반파장 정도의 간격을 가지는 홀들(30b)을 구비하는 반사방지 광결정층(30)을 형성하는 경우, 반사방지 광결정층(30)에 주기적으로 배치된 홀들(30b)에 의해 굴절률이 주기적으로 변화되어, 빛이 산란될 수 있므로 상기 빛의 다중 산란에 의해 상기 홀들(30b)이 형성된 영역에는 포토닉밴드갭(Photonic band gap)이 형성될 수 있다. However, as shown in the embodiment of the present invention, the
이러한 경우, 상기 반사방지 광결정층(30)은 빛을 특정 방향으로 방향으로 방출시키는 특성을 가질 수 있다. 즉, 상기 활성층(24)에서 발광된 빛은 상기 홀들(30b)에는 유입되거나 통과되지 못하고, 상기 홀들(30b) 사이의 영역 즉, 반사방지 광결정층(30)을 통하여 빛이 투과될 수 있다. In this case, the antireflection
따라서, 상기 발광된 빛은 상기 홀들(30b) 영역에서 수평방향으로 이동되다가 상기 반사방지 광결정층(30)에 도달되면, 수직방향으로 빛을 방출시킬 수 있으므로, 수평방향 및 수직방향에서의 광추출 효율이 극대화될 수 있다. Therefore, the emitted light is moved in the horizontal direction in the
상기 반사방지 광결정층(30)은 상기 제2형 반도체층(26) 상에 반사방지막(30a)을 형성하고, 상기 반사방지막(30a)을 광결정 구조로 패터닝하여 상기 반사방지막(30a) 내에 홀들(30b)을 형성할 수 있다. 상기 패터닝은 나노 임프린트법 또는 마스크 패턴을 이용한 리소그라피법을 사용하여 형성할 수 있다. 상기 반사방지막(30a)은 상기 홀들(30b)이 사각형 배열(도 2a) 또는 육각형 배열(도 2b)로 배치될 수 있도록 패터닝할 수 있다. The anti-reflection
이때, 상기 홀들(30b) 내에는 공기로 채워질 수 있으나, 무기물 또는 유기물을 채워 넣어 매질을 다양하게 변화시키고, 빛의 진행방향을 제어할 수 있다. In this case, the
상기 반사방지막(30a)은 상기 제2형 반도체층(26)의 굴절률보다 작은 굴절률을 가지는 물질을 사용할 수 있으며, 이때, 상기 제2형 반도체층(26)은 2.3~2.5의 굴절률을 갖는 물질을 사용할 수 있다. 일 예로서, 상기 반사방지막(30a)은 SixOy, ITO, MgO, SixNy 또는 ZnO으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다. The
상기 반사방지 광결정층(30), 전류스프레딩층(28), 제2형 반도체층(26) 및 활성층(24)을 차례로 메사식각하여 제1형 반도체층(22)의 상부면 일부를 노출시킬 수 있다. 이에 따라 노출된 제1형 반도체층(22)의 상부면에 상에 금속전극(32)을 배치시킬 수 있다. 상기 금속전극(32)은 Al 및/또는 Ag를 함유할 수 있다. 구체적으로 상기 금속전극(32)은 Ti/Al 또는 NiO/Au일 수 있다. The antireflective
본 발명의 일 실시예에서는 발광다이오드를 수평구조로 형성하였으나, 상기 메사식각을 수행하지 않고, 상기 발광다이오드를 수직구조로 형성할 수도 있다. In one embodiment of the present invention, the light emitting diodes are formed in a horizontal structure, but the light emitting diodes may be formed in a vertical structure without performing the mesa etching.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예들(examples)을 제시한다. 다만, 하기의 실험예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예들에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples are provided to aid in understanding the present invention. However, the following experimental examples are only for helping understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the following experimental examples.
<실험예>Experimental Example
사파이어 기판 상에 500℃의 온도에서 질화갈륨 핵생성층을 300Å의 두께로 형성한 후, 상기 질화갈륨 핵생성층 상에 MOCVD법을 사용하여 제1형 반도체층으로서 Si을 도핑한 n형 AlGaInN층을 2㎛ 두께로 형성였다. 이어, 상기 n형 AlGaInN층 상에 8nm의 GaN층과 2nm의 InGaN층을 적층하여 다중양자우물 구조의 활성층을 형성하고, 상기 활성층 상에 제2형 반도체층으로서 Mg를 도핑한 p형 AlGaInN층을 0.2㎛ 두께로 형성하였다. An n-type AlGaInN layer formed by forming a gallium nitride nucleation layer at a temperature of 500 ° C. on a sapphire substrate with a thickness of 300 GPa and then doped with Si as a first type semiconductor layer by MOCVD on the gallium nitride nucleation layer. Was formed to a thickness of 2 μm. Subsequently, an 8 nm GaN layer and a 2 nm InGaN layer are stacked on the n-type AlGaInN layer to form an active layer having a multi-quantum well structure, and a p-type AlGaInN layer doped with Mg as a second type semiconductor layer is formed on the active layer. It was formed to a thickness of 0.2 μm.
이어, 상기 p형 AlGaInN층 상에 반사방지막으로서 SiO2층을 형성하고, 상기 SiO2층을 직사각형 배열로 패터닝하여, 상기 반사방지막 내에 홀들을 형성함으로서 반사방지 광결정층을 형성하였다. 이와 같이 제조된 발광다이오드를 4개 준비하고, 상기 발광다이오드들에 구비된 반사방지 광결정층들 각각의 두께, 너비 및 주기를 각각 (a)74nm(λ/4nc), 139nm 및 312nm (b)151nm(2λ/4nc), 156nm 및 312nm, (c)235nm(3λ/4nc), 179nm 및 312nm, (d)302nm(4λ/4nc), 298nm 및 312nm로 하였다. Subsequently, an SiO 2 layer was formed as an antireflection film on the p-type AlGaInN layer, and the SiO 2 layer was patterned in a rectangular array to form holes in the antireflection film to form an antireflection photonic crystal layer. Four LEDs thus prepared are prepared, and the thickness, width, and period of each of the anti-reflective photonic crystal layers provided in the LEDs are (a) 74 nm (λ / 4 n c ), 139 nm, and 312 nm (b), respectively. It was set to 151nm (2λ / 4n c), 156nm and 312nm, (c) 235nm (3λ / 4n c), 179nm and 312nm, (d) 302nm (4λ / 4n c), 298nm and 312nm.
또한, 상기 반사방지 광결정층의 유무에 따른 발광다이오드의 발광효율을 알아보고자 상기와 동일하게 제조되되, 반사방지 광결정층을 구비하지 않은 발광다이오드(e) 및 홀들을 구비하지 않고, 반사방지막 만을 구비하는 발광다이오드(f)를 별도로 제조하였다. 이때, 상기 반사방지막의 두께는 235nm(3λ/4nc)로 하였다. In addition, in order to determine the luminous efficiency of the light emitting diode according to the presence or absence of the anti-reflective photonic crystal layer, the light emitting diode (e) and holes without the anti-reflective photonic crystal layer are not provided and only the anti-reflection film is provided. A light emitting diode (f) was prepared separately. In this case, the thickness of the anti-reflection film was set to 235 nm (3λ / 4n c ).
하기 표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사방지 광결정층의 유무 및 반사방지 광결정층의 두께 변화에 따른 발광효율 변화도를 나타내는 광학현미경 이미지들이다. 이때, 하기 표 1에 따른 이미지는 소자 내에서 반사된 빛들을 이미지화한 것들로서, 실제 소자를 통해 방출되는 빛은 소자를 통해 투과된 빛들일 수 있다. Table 1 below is an optical microscope image showing the change in luminous efficiency according to the presence or absence of the antireflective photonic crystal layer and the thickness change of the antireflective photonic crystal layer according to an embodiment of the present invention. At this time, the image according to Table 1 are images of the light reflected in the device, the light emitted through the actual device may be the light transmitted through the device.
상기 표 1을 참조하면, 반사방지 광결정층이 구비되지 않은 발광다이오드(e), 반사방지막 만을 구비한 발광다이오드(f) 및 반사방지 광결정층을 구비하지만 상기 수학식 1을 만족하지 않은 발광다이오드들(a, b, c)로부터 방출되는 빛의 강도는 매우 낮거나, 청색에 가까운 빛들이 확인되는 것을 통해, 이와 같은 발광다이오드들은 상기 청색을 제외한 파장 즉, 적색에 가까운 파장대의 빛이 상기 소자들로부터 방출될 수 있음을 알 수 있는 반면, 수학식 1을 만족하는 반사방지 광결정층을 구비하는 발광다이오드(c)는 빛의 강도가 매우 높고, 적색에 가까운 빛이 확인되는 것을 통해 상기 수학식 1을 만족하는 반사방지 광결정층을 구비하는 경우, 청색에 가까운 파장대의 빛을 확보할 수 있음을 예측할 수 있다. Referring to Table 1, light emitting diodes (e) having no antireflective photonic crystal layer, light emitting diodes (f) having only an antireflective film, and light emitting diodes having an antireflective photonic crystal layer but not satisfying Equation 1 above The intensity of the light emitted from (a, b, c) is very low, or light close to blue is identified, such that the light emitting diodes are light in the wavelength range except the blue, that is, near the red light On the other hand, the light emitting diode (c) having an antireflective photonic crystal layer satisfying Equation 1 has a very high light intensity, and light close to red is confirmed by Equation 1 above. When the antireflective photonic crystal layer having the satisfactory value is provided, it can be predicted that light of a wavelength band close to blue can be secured.
이와 같은 결과를 통해, 반사방지 광결정층은 구비 유무와 더불어, 두께가 중요한 요인이 되는 것을 확인할 수 있다. Through these results, it can be confirmed that the thickness of the antireflection photonic crystal layer is provided with the presence or absence of an important factor.
<제조예 1><Manufacture example 1>
사파이어 기판 상에 500℃의 온도에서 질화갈륨 핵생성층을 300Å의 두께로 형성한 후, 상기 질화갈륨 핵생성층 상에 MOCVD법을 사용하여 제1형 반도체층으로서 Si을 도핑한 n형 AlGaInN층을 2㎛ 두께로 형성였다. 이어, 상기 n형 AlGaInN층 상에 8nm의 GaN층과 2nm의 InGaN층을 적층하여 다중양자우물 구조의 활성층을 형성하고, 상기 활성층 상에 제2형 반도체층으로서 Mg를 도핑한 p형 AlGaInN층을 0.2㎛ 두께로 형성하였다. An n-type AlGaInN layer formed by forming a gallium nitride nucleation layer at a temperature of 500 ° C. on a sapphire substrate with a thickness of 300 GPa and then doped with Si as a first type semiconductor layer by MOCVD on the gallium nitride nucleation layer. Was formed to a thickness of 2 μm. Subsequently, an 8 nm GaN layer and a 2 nm InGaN layer are stacked on the n-type AlGaInN layer to form an active layer having a multi-quantum well structure, and a p-type AlGaInN layer doped with Mg as a second type semiconductor layer is formed on the active layer. It was formed to a thickness of 0.2 μm.
이어, 상기 p형 AlGaInN층 상에 반사방지막으로서 235nm(3λ/4nc)의 두께로 SiO2층을 형성하고, 상기 SiO2층을 직사각형 배열로 패터닝하여, 상기 SiO2층 내에 너비(w)가 179nm이고, 주기(a)가 312nm인 다수개의 홀들을 형성시켰다.Subsequently, an SiO 2 layer is formed on the p-type AlGaInN layer as an anti-reflection film at a thickness of 235 nm (3λ / 4n c ), and the SiO 2 layer is patterned in a rectangular array to have a width w in the SiO 2 layer. A plurality of holes of 179 nm and period a of 312 nm were formed.
상기 SiO2층, ITO층, p형 AlGaInN층 및 GaN/InGaN층을 차례로 패터닝하여 상기 n형 AlGaInN층의 일부를 노출시키고, 상기 n형 AlGaInN층 상에 금속전극으로서 Ti/Al을 형성하였다. The SiO 2 layer, the ITO layer, the p-type AlGaInN layer, and the GaN / InGaN layer were sequentially patterned to expose a portion of the n-type AlGaInN layer, and Ti / Al was formed on the n-type AlGaInN layer as a metal electrode.
<비교예 1>Comparative Example 1
상기 제조예 1과 동일하되, 상기 반사방지 광결정층이 구비되지 않은 발광다이오드를 제조하였다. As in Preparation Example 1, a light emitting diode having no antireflection photonic crystal layer was prepared.
<비교예 2>Comparative Example 2
상기 제조예 1과 동일하되, 상기 반사방지 광결정층을 형성하지 않고, 상기 제2형 반도체층 상에 반사방지막으로서, 두께가 235nm인 SiO2층을 형성하여, 발광다이오드를 제조하였다. A light emitting diode was manufactured in the same manner as in Preparation Example 1, except that the anti-reflective photonic crystal layer was not formed and a SiO 2 layer having a thickness of 235 nm was formed on the second semiconductor layer as an anti-reflection film.
도 3a 및 도 3b는 각각 제조예 1에 따른 발광다이오드의 수직방향 및 수평방향으로 방출된 빛의 강도를 나타내는 그래프들이다. 3A and 3B are graphs showing the intensity of light emitted in the vertical direction and the horizontal direction of the light emitting diode according to Preparation Example 1, respectively.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 465nm의 파장대에서 반사방지 광결정층을 구비하는 발광다이오드(제조예 1)로부터 수직방향 및 수평방향으로 방출된 빛의 강도는 반사방지 광결정층을 구비하지 않은 발광다이오드(비교예 1)로부터 수직방향 및 수평방향으로 방출된 빛의 강도에 비해 광추출 효율이 각각 약 2.5배씩 증가된 것을 알 수 있다. 3A and 3B, the intensity of light emitted in the vertical direction and the horizontal direction from the light emitting diode (Preparation Example 1) having an antireflective photonic crystal layer in a wavelength range of 465 nm is determined. It can be seen from (Comparative Example 1) that the light extraction efficiency is increased by about 2.5 times as compared with the intensity of light emitted in the vertical and horizontal directions.
이와 같은 결과로부터, 상기 반사방지 광결정층이 발광효율의 향상에 기인한다는 사실을 확인할 수 있으며, 수직방향으로의 발광효율뿐만 아니라, 수평방향으로의 발광효율도 증대시켜 줄 수 있음을 확인할 수 있다. From this result, it can be confirmed that the antireflection photonic crystal layer is due to the improvement of the luminous efficiency, and it can be confirmed that not only the luminous efficiency in the vertical direction but also the luminous efficiency in the horizontal direction can be increased.
도 4a 내지 도 4c는 각각 비교예 1, 비교예 2 및 제조예 1에 따른 발광다이오드들의 광흐름을 확인하기 위한 Full Wave 시뮬레이션 결과이다. 상기 시뮬레이션은 유전알고리즘 기법(Genetic Algorithm; Ga)을 적용한 FDTD(Finite Difference Time Domain) 계산툴을 이용하여 실행하였다. 4A to 4C are full wave simulation results for confirming light flow of light emitting diodes according to Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Preparation Example 1, respectively. The simulation was performed using a Finite Difference Time Domain (FDTD) calculation tool applying Genetic Algorithm (Ga).
상기와 같은 각 발광다이오드들의 시뮬레이션 결과를 통해 발광다이오드들의 내부에서 외부로 방출되는 수직방향 및 수평방향에서의 빛의 강도를 확인할 수 있다. 여기에서 외부로 방출되는 빛이 청색에 가까울수록 빛의 강도는 낮아짐을 나타내고, 빛이 적색에 가까울수록 빛의 강도는 증가됨을 나타내며, 빛이 백색이 되는 경우, 빛의 강도는 최대가 됨을 나타낼 수 있다. Through the simulation results of the light emitting diodes as described above, the intensity of light in the vertical and horizontal directions emitted from the inside of the light emitting diodes to the outside can be confirmed. Herein, the closer the light emitted to the outside is to the blue, the lower the intensity of the light is. The closer to the red, the higher the intensity of the light is, and when the light becomes white, the intensity of the light may be the maximum. have.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반사방지 광결정층을 구비한 발광다이오드(도 4c, 제조예 1)는 반사방지 광결정층을 구비하지 않은 발광다이오드(도 4a, 비교예 1) 및 반사방지막 만을 구비한 발광다이오드(도 4b, 비교예 2)에 비하여 수직방향으로 방출되는 빛의 영역이 매우 증가되는 것을 알 수 있다. 4A to 4C, a light emitting diode having an antireflective photonic crystal layer (FIG. 4C, Preparation Example 1) according to an embodiment of the present invention is compared with a light emitting diode having no antireflective photonic crystal layer (FIG. 4A). It can be seen that the area of light emitted in the vertical direction is greatly increased compared to Example 1) and the light emitting diode having only the anti-reflection film (FIG. 4B, Comparative Example 2).
이에 더하여, 반사방지 광결정층을 구비한 발광다이오드(제조예 1)는 반사방지 광결정층을 구비하지 않은 발광다이오드들(비교예 1, 비교예 2)에 비하여 수평방향 및 수직방향으로 방출된 빛이 적색 및 백색의 영역이 증가되는 것을 알 수 있다. In addition, the light emitting diode (preparation example 1) having the antireflective photonic crystal layer has light emitted in the horizontal and vertical directions compared to the light emitting diodes (comparative example 1 and comparative example 2) which do not have the antireflective photonic crystal layer. It can be seen that the red and white areas are increased.
이는 상기 반사방지 광결정층이 다수의 홀들을 구비함으로써 측면으로 갇히는 빛을 수직으로 전환시켜 전반사를 방지하고, 동시에 상기 반사방지 광결정층을 수학식 1의 두께로 형성시킴으로써 프레즈넬 반사를 억제시켰기 때문인 것으로 사료된다. This is because the antireflective photonic crystal layer has a plurality of holes to prevent the total reflection by vertically converting the light trapped in the side, and at the same time to form the thickness of the antireflective photonic crystal layer to suppress the Fresnel reflection It is feed.
도 5는 비교예 1, 비교예 2 및 제조예 1에 따른 발광다이오드들의 광추출 효율을 정량적으로 도시한 그래프이다.FIG. 5 is a graph quantitatively illustrating light extraction efficiency of light emitting diodes according to Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Preparation Example 1. FIG.
도 5를 참조하면, 제조예 1에 따른 반사방지 광결정층을 구비한 발광다이오드(제조예 1)는 반사방지 광결정층을 구비하지 않은 발광다이오드(비교예 1) 및 반사방지막을 구비한 발광다이오드(비교예 2)에 비해 외부로 방출되는 빛의 양이 현저하게 증가된 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 5, a light emitting diode (preparation example 1) having an antireflective photonic crystal layer according to Preparation Example 1 includes a light emitting diode having a nonreflective photonic crystal layer (Comparative Example 1) and a light emitting diode having an antireflection film ( It can be seen that the amount of light emitted to the outside is significantly increased compared to Comparative Example 2).
이와 같은 결과는 상기 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 설명한 이미지와도 부합된다. This result is also consistent with the image described with reference to FIGS. 4A to 4C.
따라서, 이와 같은 결과를 통해 소정의 두께를 가지는 반사방지막을 패터닝하여 형성된 반사방지 광결정층을 구비함으로써 빛의 진행 방향을 조절할 수 있음을 확인할 수 있다. Therefore, it can be seen from the above result that the light propagation direction can be adjusted by providing an antireflection photonic crystal layer formed by patterning an antireflection film having a predetermined thickness.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims It can be understood that
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 구조를 도시한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사방지 광결정층의 구조를 도시한 모식도들이다. 2A and 2B are schematic diagrams showing the structure of an antireflective photonic crystal layer according to an embodiment of the present invention.
도 3a 및 도 3b는 각각 제조예 1에 따른 발광다이오드의 수직방향 및 수평방향으로 방출된 빛의 강도를 나타내는 그래프들이다. 3A and 3B are graphs showing the intensity of light emitted in the vertical direction and the horizontal direction of the light emitting diode according to Preparation Example 1, respectively.
도 4a 내지 도 4c는 각각 비교예 1, 비교예 2 및 제조예 1에 따른 발광다이오드들의 광흐름을 확인하기 위한 Full Wave 시뮬레이션 결과이다. 4A to 4C are full wave simulation results for confirming light flow of light emitting diodes according to Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Preparation Example 1, respectively.
도 5는 비교예 1, 비교예 2 및 제조예 1에 따른 발광다이오드들의 광추출 효율을 정량적으로 도시한 그래프이다.FIG. 5 is a graph quantitatively illustrating light extraction efficiency of light emitting diodes according to Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Preparation Example 1. FIG.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR20090098745A KR101088476B1 (en) | 2009-10-16 | 2009-10-16 | Light emitting diode and method for fabricating the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR20090098745A KR101088476B1 (en) | 2009-10-16 | 2009-10-16 | Light emitting diode and method for fabricating the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20110041763A KR20110041763A (en) | 2011-04-22 |
KR101088476B1 true KR101088476B1 (en) | 2011-11-30 |
Family
ID=44047565
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR20090098745A KR101088476B1 (en) | 2009-10-16 | 2009-10-16 | Light emitting diode and method for fabricating the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101088476B1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050205883A1 (en) | 2004-03-19 | 2005-09-22 | Wierer Jonathan J Jr | Photonic crystal light emitting device |
KR100631414B1 (en) | 2005-05-19 | 2006-10-04 | 삼성전기주식회사 | Semiconductor light emitting diode and method of manufacturing the same |
KR100754936B1 (en) | 2006-03-22 | 2007-09-03 | 인하대학교 산학협력단 | Light emitting diode and manufacturing method thereof |
-
2009
- 2009-10-16 KR KR20090098745A patent/KR101088476B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050205883A1 (en) | 2004-03-19 | 2005-09-22 | Wierer Jonathan J Jr | Photonic crystal light emitting device |
KR100631414B1 (en) | 2005-05-19 | 2006-10-04 | 삼성전기주식회사 | Semiconductor light emitting diode and method of manufacturing the same |
KR100754936B1 (en) | 2006-03-22 | 2007-09-03 | 인하대학교 산학협력단 | Light emitting diode and manufacturing method thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20110041763A (en) | 2011-04-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100896576B1 (en) | Nitride-based semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same | |
US8124990B2 (en) | Semiconductor light emitting device having an electron barrier layer between a plurality of active layers | |
KR101125395B1 (en) | Light emitting device and fabrication method thereof | |
KR20100055750A (en) | Semiconductor light emitting device and fabrication method thereof | |
KR20070081184A (en) | Nitride-based semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same | |
KR20100050430A (en) | Light emitting device with fine pattern | |
US10020425B2 (en) | Light-emitting diode and method for manufacturing same | |
KR20090022424A (en) | Nitride light emitting device and method of making the same | |
KR101662037B1 (en) | Light Emitting Device and method for manufacturing the same | |
US11158666B2 (en) | Multiple wavelength light-emitting diode epitaxial structure with asymmetric multiple quantum wells | |
CN103811614B (en) | Light emitting element with hetero-material structure and manufacturing method thereof | |
JP2005191220A (en) | Semiconductor light emitting element and its manufacturing method | |
KR20110111799A (en) | Light emitting diode employing non-polar substrate | |
TWI437731B (en) | Semiconductor optoelectronic device with enhanced light extraction efficiency and fabricating method thereof | |
KR101862407B1 (en) | Nitride semiconductor light emitting device and Method for fabricating the same | |
KR101814283B1 (en) | Light Emitting Diode With Multiple n Contact Structure | |
KR101088476B1 (en) | Light emitting diode and method for fabricating the same | |
KR100771792B1 (en) | Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method of the same | |
TW201511328A (en) | Light emitting diode | |
KR101459770B1 (en) | group 3 nitride-based semiconductor devices | |
TWI446575B (en) | Optoelectronic semiconductor chip and method for its manufacture | |
KR20090112854A (en) | Group 3 nitride-based semiconductor light emitting diodes and methods to fabricate them | |
KR100650996B1 (en) | A nitride semiconductor light emitting diode comprising a surface portion having a fine protrusion formed thereon and a method of manufacturing the same | |
KR101259991B1 (en) | Method for fabricating a compound semiconductor device | |
KR102724445B1 (en) | Light emitting device and manufacturing method of the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20141001 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20151002 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20161004 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170926 Year of fee payment: 7 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |