KR20050072640A - 광자 결정 구조를 이용한 ｌｅｄ 발광소자 및 그의 제조방법 - Google Patents

광자 결정 구조를 이용한 ｌｅｄ 발광소자 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광자 결정(Photonic crystal) 구조를 이용한 LED 발광 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 기판과; 상기 기판 상에 형성된 n형층과 ; 상기 n형층 상에 형성된 발광층과; 상기 발광층 상에 형성된 p형층과; 상기 p형층 상에 형성된 상부 전극을 포함하며, 상기 상부 전극은 광자 결정 구조를 구비하는 LED 발광 소자를 제공하는 것을 특징으로 한다.

Description

광자 결정 구조를 이용한 ＬＥＤ 발광소자 및 그의 제조 방법{LED using Photonic crystal structure and method of fabricating the same}
본 발명은 LED 발광 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광자결정(Photonic crystal)을 이용한 LED 발광 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
현재 사용되거나 연구되고 있는 발광소자들 중에서 많은 소자들이 점발광소자들이다. 이러한 점발광소자들은 내부의 한점에서 발생한 광자(광)가 공간상의 전방향으로 나아가게 된다. 최근에 관심을 모으고 있는 유기 EL이나 LED 등의 발광소자들은 박막형 소자로써 발광층 외에도 수많은 박막층으로 구성되어 있는 특징을 가진다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 종래 기술에 대하여 설명한다.
도 1은 종래의 LED 발광 소자를 설명하는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 대표적인 점발광 소자인 일반적인 LED 발광 소자는 버퍼층(110, GaN 20㎚)과 불순물이 주입되지 않은 GaN(120, 4㎛)가 형성되어 있는 기판(100) 상에 PIN 접합(junction)을 만들어주기 위하여 상부와 하부의 p-GaN층(150)과 n-GaN층(130) 사이에 단일 발광층, 양자 우물, 양자점등을 이용한 발광층(140, InGaN/GaN MQW)가 형성되고, p-GaN층(150) 상에는 전기적 접촉과 정공 주입을 위한 p형 투명 금속 전극(160)이 형성된 구조를 갖는다. 이때, 상기 p형 투명 금속 전극(160)을 이루는 금속은 불투명한 성질이 있으므로, 가능한 얇게 형성하며, 대략 30Å 정도의 두께로 증착되며, p형 투명 금속 전극(160)의 투과율은 대략 70% 정도의 값을 갖는다.
상기한 바와 같은 구조를 구비하는 일반적인 LED는 내부의 발광층(140)에서 발생한 광자가 다수의 박막층을 통과할 때 굴절율에 따라서 굴절률이 낮은 층에서 높은 층으로 갈 때는 문제가 없지만 그 반대인 굴절률이 높은 층에서 낮은 층으로 진행할 때에는 임계각 이상에서는 전반사가 일어나게 된다.
도 1에서와 같이, 일반적인 LED 구조에서는 일반적으로 모든 층이 비슷한 굴절률을 가지다가 표면층, 즉 p형 투명 금속 전극(160)과 대기와의 경계면에서 큰 차이의 굴절률 감소가 일어나게 된다. 따라서 상기 p형 투명 금속 전극(160)과 대기와의 경계면에서 광자들은 전반사되어 다시 LED 내부로 돌아가게 된다. 이러한 이유로 특수한 층을 넣지 않은 일반적인 LED 구조의 경우는 전체 발광된 광자의 5% 만이 외부로 나가서 실제적인 발광을 이루게 된다. 나머지 95%는 내부에서 전반사되면서 열로 소실되어 LED 소자의 열적 열화를 일으키기도 한다.
이러한 전반사를 방지하기 위하여, 최근에서는 LED 발광 소자의 발광 효율을 증대시키기 위하여 LED 발광 소자 내부에 광자결정 구조를 형성하는 방법이 도입되었다.
상기 광자결정은 유전체를 주기적으로 배열한 물질을 일컫는다. 일반적으로 결정구조를 갖는 물질들은 그 물질을 구성하는 원자나 분자들의 규칙적인 배열로 인하여 주기적인 포텐셜이 생겨 전자들의 움직임(propagation)에 영향을 미친다. 이로 인하여 생기는 중요한 현상이 바로 밴드 갭(band gap)의 형성이다.
E. 야블로노비치 등(E. Yablonovitch, et al.)이 Phys. Rev. Lett. 63, 1950(1989)에 개재한 논문과 E. 야블로노비치(E. Yablonovitch )가 Phys. Rev. Lett. 58, 2059 (1987)에 개재한 논문에 상기 광자 결정에 대해 개시되어 있다.
상기 논문을 참조하면, 상기 밴드 갭(band gap) 개념이 광자에서도 마찬가지로 적용되는데, 이 때는 유전체가 광자에 대한 포텐셜(potential)의 역할을 한다. 이 경우도 전자의 경우와 마찬가지로 밴드 갭(band gap)이 형성되는데 이를 전자의 밴드 갭(electronic band gap)과 구별하여 광자 밴드 갭(photonic band gap)이라고 부른다. 광에 대하여 포텐셜로 작용하는 것이 유전체이므로 이를 주기적으로 배열하면 광자 밴드 갭(Photonic band gap)이 생겨 특정한 파장을 가진 전자기파를 선택적으로 통과시킬 수도 있고 진행을 막을 수도 있다.
이러한 광자결정의 특성을 이용하면 우리가 원하는 파장의 광자를 전반사가 일어나지 않게 만들어 줄 수 있다. 특히, 굴절율이 높은 층에서 낮은 층으로 바뀌는 경계면에 이러한 광자 결정 구조를 형성함으로써 전반사를 막고 그 경계면에 도달하는 광자의 다수를 외부로 뽑아낼 수 있음이 알려져 있다.
국내 공개 특허 2003-0026450 및 국내 공개 특허 2003-0025683에서는 LED 발광 소자 내에 다양한 광자 결정 구조를 형성하여 광자 결정 구조가 없는 발광 소자에 비해서 발광효율의 증대가 일어날 수 있음이 개시되었다. 그러나, 상기한 특허에서는 광자 결정 구조를 발광층에 이-빔(e-beam) 리소그래피를 사용하여 형성되도록 한다. 따라서, 이-빔(e-beam) 리소그래피 방식의 단점이 소자 제작이 어려우며, 발광 소자의 제조 공정 시간이 많이 걸리는 문제점으로 인하여 사실상 대량 생산 방식의 적용이 불가능하며, 제조 단가가 증가하는 문제점이 있다. 또한, 발광층에 형성된 광자 결정 구조의 표면에서 광자가 소멸하는 현상이 발생하여 발광 효율이 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 광자 결정 구조를 갖는 상부 전극을 구비함으로써, 발광 효율이 향상된 LED 발광 소자 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 기판과; 상기 기판 상에 형성된 n형층과 ; 상기 n형층 상에 형성된 발광층과; 상기 발광층 상에 형성된 p형층과; 상기 p형층 상에 형성된 상부 전극을 포함하며, 상기 상부 전극은 광자 결정 구조를 구비하는 LED 발광 소자를 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 상부 전극의 굴절률은 하층의 p형층보다는 작은 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 상부 전극의 굴절률은 1.4 내지 2.0인 것이 바람직하다.
상기 상부 전극에 구비되는 광자 결정 구조로 작용하며, 양각부와 음각부로 이루어지는 요철의 주기는 발광층에서 발생하는 광의 파장의 1/5배 내지 4배인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 상부 전극에 구비되는 광자 결정 구조로 작용하는 요철의 주기는 100Å 내지 20000Å이며, 상기 양각부와 음각부의 비율은 1이상인 것이 바람직하다.
상기 상부 전극은 광자 결정 구조를 구비하는 20㎚ 내지 1000㎚의 두께를 갖는 투명한 전도성의 산화물 전극으로 이루어진다.
상기 상부 전극은 10㎚ 내지 200㎚의 두께를 갖으며, 광자 결정 구조를 구비하는 금속 전극으로 이루어진다.
상기 상부 전극은 10㎚ 내지 200㎚의 두께를 갖으며, 광자 결정 구조를 구비하는 금속 전극과, 20㎚ 내지 1000㎚의 두께를 갖으며, 광자 결정 구조를 구비하는 투명한 전도성의 산화물 전극으로 이루어진다.
상기 상부 전극은 20㎚ 내지 1000㎚의 두께를 갖으며, 광자 결정 구조를 구비하는 투명한 전도성의 산화물 전극과, 10㎚ 내지 200㎚의 두께를 갖으며, 광자 결정 구조를 구비하는 금속 전극으로 이루어진다.
또한, 본 발명은 기판과; 상기 기판 상에 형성된 n형층과 ; 상기 n형층 상에 형성된 발광층과; 상기 발광층 상에 형성된 p형층과; 상기 p형층 상에 형성된 상부 전극을 포함하며, 상기 발광층에서 발광되는 광이 굴절률이 높은 층에서 굴절률이 낮은 층으로 전파되는 경계면에 광자 결정 구조가 형성되어 있는 LED 발광 소자를 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기 광자 결정 구조는 상기 상부 전극과 대기와의 경계면에 형성된다. 또는 상기 광자 결정 구조는 상기 p형층과 상기 상부 전극과의 경계면에 형성된다.
또한, 본 발명은 기판 상에 형성된 n형층을 형성하는 단계와; 상기 n형층 상에 발광층을 형성하는 단계와; 상기 발광층 상에 p형층을 형성하는 단계와; 상기 p형층 상에 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 상부 전극은 광자 결정 구조를 구비하는 LED 발광 소자의 제조 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기 광자 결정 구조는 레이저 홀로그램 리소그래피 또는 EUV 리소그래피 방법으로 형성되는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 설명한다.
본 발명에 따른 LED 발광 소자는 상부 전극에 광자 결정 구조를 형성한 것을 특징으로 한다. 상기 광자 결정 구조는 상기 상부 전극이 패터닝되어 형성된 요철 구조로 이루어지며, 요철의 주기는 LED 발광 소자에 발광되는 광의 파장에 따라 다르다. 또한, 상기 상부 전극은 금속 전극, 투명한 전도성의 산화물 전극 또는 이들의 조합으로 이루어진다.
(실시예 1)
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 발광 소자를 설명하기 위한 공정 단면도이다.
제 1 실시예에 따른 LED 발광 소자는 투명한 전도성의 산화물로 이루어지는 상부 전극(250)에 광자 결정 구조로 작용하는 요철을 구비하는 구조를 갖는다.
도 2a를 참조하면, 두께 80㎛의 사파이어 기판(200) 상에 버퍼층(210)을 형성한다. 상기 버퍼층(210)은 GaN으로 이루어진다.
상기 버퍼층(210)을 형성한 후, 상기 버퍼층(210) 상에 불순물이 도핑되지 않은 GaN층(220)을 4㎛의 두께로 형성한다.
이때, 상기 버퍼층(210)은 상기 GaN층(220)이 우수한 결정성을 갖도록 성장하기 위한 핵생성 자리, 즉 시드(seed)로 작용한다. 따라서, 상기 GaN층(220)이 우수한 결정성을 갖도록 형성됨으로써, LED 발광 소자의 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 GaN층(220)을 형성한 후, GaN에 n형 불순물이 주입된 n-GaN층, 즉 n형층(230)을 2㎛의 두께로 형성한다.
상기 n형층(230)을 형성한 후, 상기 n형층(230) 상에 InGaN/GaN로 이루어지는 발광층(240)을 형성한다.
상기 발광층(240)을 형성한 후, 상기 발광층(240) 상에 GaN에 p형 불순물이 주입된 p-GaN층, 즉 p형층(250)을 2㎛의 두께로 형성한다. 이때, 상기 p형층(250)에 사용되는 p-GaN은 굴절률이 2.3 내지 2.7인 것이 바람직하다.
상기 p형층(250)을 형성한 다음, 상기 p형층(250) 상에 ITO, IZO 등의 투명한 전도성의 산화물을 증착하여 상부 전극(260)을 형성한다. 이때, 상부 전극(260)은 20㎚ 내지 1000㎚의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 상부 전극(260)으로 사용되는 물질의 굴절률은 1.4 내지 2.0인 것이 바람직하다.
상기 상부 전극(260)을 형성한 후에, 상기 상부 전극(260) 상에 포토레지스트를 1000Å 내지 3000Å의 두께로 도포한다. 그런 다음, 상기 포토레지스트를 레이저 홀로그램 리소그래피 또는 EUV 리소그래피 등을 통하여 노광하여 포토레지스트 패턴(270)을 형성한다.
이때, 상기 포토레지스트 패턴(270)의 요철의 반복 주기는 상기 발광층(240)에서 발광되는 광의 파장의 1/5배 내지 4배인 것이 바람직하다. 이는 이후에 형성되는 상부 전극의 광자 결정 구조 요철의 반복 주기를 결정하는 것으로, 상기 광자 결정 구조는 상기 발광층(240)에서 발광된 광이 상부 전극과 대기와의 경계면에서 전반사되는 것을 방지하기 위함이다.
도 2b를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(270)을 형성한 후, 상기 포토레지스트 패턴(260)을 마스크로 하여 상기 투명한 전도성의 산화물로 이루어지는 상부 전극(260)을 식각하여 광자결정 구조로 작용하며, 양각부와 음각부로 이루어지는 요철이 형성된 상부 전극(265)을 형성한다.
이때, 상기 광자 결정 구조로 작용하는 요철의 주기, 즉 하나의 양각부와 하나의 음각부의 폭의 합은 LED 발광 소자에서 발광되는 광의 파장의 1/5배 내지 4배로 형성되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 광자 결정 구조로 작용하는 요철의 주기(L)는 100Å 내지 20000Å인 것이 바람직하다.
또한, 상기 광자 결정 구조의 요철은 양각부와 음각부로 이루어지며, 상기 양각부 및 음각부의 폭이 상기 광자 결정 구조의 요철의 주기에서 차지하는 비율은 0 내지 1이다. 즉, 상기 양각부 및 음각부의 폭을 다양하게 형성할 수 있다.
한편, 도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 광자 결정 구조의 평면상 배열을 설명하기 위한 도면으로, 상기 광자 결정 구조 요철의 양각부와 음각부 중 어느 하나, 예를 들면 양각부에 한정하여 도시한 평면 구조도이다.
상기 광자 결정 구조는 도 3a와 같이 정사각형 격자 모양(square lattice type)을 가질 수도 있고, 도 3b와 같이 삼각형 격자 모양(triangular lattice type)을 가질 수도 있으며, 도 3c와 같이 벌집 격자 모양(honeycomb lattice type)을 가질 수도 있다. 물론, 도 3d와 같이 자유스러운 격자 모양(random lattice pattern)을 할 수도 있다.
상기 광자 결정 구조를 구비하는 상부 전극(265)을 형성한 이후에는, 도면상에 도시하지 않았으나, 일반적인 LED 발광 소자의 제조 방법에 따라 LED 발광 소자를 형성한다.
상기 광자 결정 구조를 구비하는 LED 발광 소자의 발광 효율을 측정하면, 종래의 LED 발광 소자의 발광 효율을 100%라고 하였을 때, 350%의 발광 효율을 나타낸다.
즉, 상기 광자 결정 구조가 형성된 상부 전극(265)은 요철에 의하여 발광층(240)에서 발광되는 광이 전반사되는 것을 방지하여 LED 발광 소자의 발광 효율을 높이게 된다.
또한, 상기 광자 결정 구조를 레이저 홀로그램 리소그래피 또는 EUV 리소그래피 방법을 통하여 형성함으로써, 종래의 이-빔(e-beam) 리소그래피 방법을 통하여 상기 광자 결정 구조를 형성하는 방법에 비하여 소자의 제작이 간단하여, 제조 공정 시간이 단축되며, 제조 단가가 낮아지는 장점이 있다.
(실시예 2)
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
제 2 실시예에 따른 LED 발광 소자는 제 1 실시예에 따른 LED 발광 소자와 구조적으로 유사하다. 다만, 상부 전극(360)이 20㎚ 내지 200㎚의 두께를 갖는 얇은 금속막으로 이루어지는 구조를 갖는 것만이 다르다. 이는, 상기 상부 전극(360)으로 사용되는 상기 금속막이 너무 두꺼울 경우, 발광층에서 발광되는 광의 투과율이 감소하기 때문이다.
제 2 실시예에 따른 LED 발광 소자의 광자 결정 구조 요철의 주기(L)은 제 1 실시예와 마찬가지로 발광층(340)에서 발광되는 광의 파장의 1/5배 내지 4배인 것이 바람직하다.
제 2 실시예에 따른 광자 결정 구조를 구비하는 LED 발광 소자의 발광 효율을 측정하면, 종래의 LED 발광 소자의 발광 효율을 100%라고 하였을 때, 170%의 발광 효율을 나타낸다.
(실시예 3)
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 LED 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
제 3 실시예에 따른 LED 발광 소자는 제 1 실시예에 따른 LED 발광 소자와 구조적으로 유사하다. 다만, 상부 전극(460)이 광자 결정 구조를 구비하는 금속 전극(461)이 10㎚ 내지 200㎚의 두께로 형성되고, 상기 금속 전극(461) 상에 다시 20㎚ 내지 1000㎚의 두께를 갖는 투명한 전도성의 산화물 전극(465)이 형성된 2중 전극 구조를 갖는 것만이 다르다.
이때, 상기 투명한 전도성의 산화물 전극(465)은 하부의 금속 전극(461)의 광자 결정 구조 요철을 따라 요철이 형성되어, 패터닝 공정을 수행하지 않더라도 광자 결정 구조를 구비하게 된다.
또한, 상기 산화물 전극(465)은 20㎚ 내지 1000㎚의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 이는 상기 산화물 전극(465)의 두께가 너무 두꺼울 경우 상기 광자 결정 구조로 작용하는 요철의 평탄화가 일어날 수 있기 때문이다.
제 3 실시예에 따른 LED 발광 소자의 광자 결정 구조 요철의 주기도 제 1 실시예와 마찬가지로 발광층(440)에서 발광되는 광의 파장의 1/5배 내지 4배인 것이 바람직하다.
제 3 실시예에 따른 광자 결정 구조를 구비하는 LED 발광 소자의 발광 효율을 측정하면, 종래의 LED 발광 소자의 발광 효율을 100%라고 하였을 때, 270%의 발광 효율을 나타낸다.
(실시예 4)
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 LED 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
제 4 실시예에 따른 LED 발광 소자는 제 1 실시예에 따른 LED 발광 소자와 구조적으로 유사하다. 다만, 상부 전극(560)은 광자 결정 구조를 구비하는 투명한 전도성의 산화물 전극(565) 상에 금속 전극(561)이 형성된 2중 전극 구조를 갖는 것만이 다르다.
이때, 상기 금속 전극(561)은 하부의 산화물 전극(565)의 광자 결정 구조 요철을 따라 요철이 형성되어, 패터닝 공정을 수행하지 않더라도 광자 결정 구조를 구비하게 된다.
또한, 상기 산화물 전극(565)은 20㎚ 내지 1000㎚의 두께를 갖는 것이 바람직하며, 상기 금속 전극(561)은 10㎚ 내지 200㎚의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 이는 제 2 실시예 및 제 3 실시예에서와 같이, 상기 금속 전극(361)의 두께가 너무 두꺼울 경우 발광층(540)에서 발광되는 광의 투과율이 감소하며, 상기 광자 결정 구조로 작용하는 요철의 평탄화가 일어날 수 있기 때문이다.
제 4 실시예에 따른 LED 발광 소자의 광자 결정 구조 요철의 주기도 제 1 실시예와 마찬가지로 발광층(530)에서 발광되는 광의 파장의 1/5배 내지 4배인 것이 바람직하다.
제 4 실시예에 따른 광자 결정 구조를 구비하는 LED 발광 소자의 발광 효율을 측정하면, 종래의 LED 발광 소자의 발광 효율을 100%라고 하였을 때, 220%의 발광 효율을 나타낸다.
상기한 제 1 실시예 내지 제 4 실시예에 따르면, LED 발광 소자의 상부 전극에 광자 결정 구조를 형성함으로써, 종래의 LED 발광 소자에 비하여 발광 효율이 월등히 향상됨을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 상부 전극과 대기와의 경계면에 광자 결정 구조를 형성하였으나, 하부 구조 내에서 전반사가 발생하는 경계면, 즉 발광층에서 발광된 광이 굴절률이 큰 층에서 굴절률이 작은 층으로 전파되는 경계면에 광자 결정 구조를 형성하여 하부 구조 내에서 발생하는 전반사를 방지할 수도 있다. 예를 들면, 2.3 내지 2.7의 굴절률을 갖는 p형층과 1.4 내지 2.0의 굴절률을 갖는 상부 전극의 경계면에 광자 결정 구조를 형성할 수도 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 본 발명은 광자 결정 구조를 갖는 상부 전극을 구비함으로써, 발광 효율이 향상된 LED 발광 소자 및 그의 제조 방법을 제공할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 LED 발광 소자를 설명하는 단면도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 발광 소자를 설명하기 위한 공정 단면도.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 광자 결정 구조의 평면상 배열을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED 발광 소자를 설명하는 단면도.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 LED 발광 소자를 설명하는 단면도.
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 LED 발광 소자를 설명하는 단면도.
(도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명)
200, 300, 400, 500; 기판 210, 310, 410, 510; 버퍼층
220, 320, 420, 520; GaN층 230, 330, 430, 530; n-GaN층
240, 340, 440, 540; 발광층 250, 350, 450, 550; p-GaN층
260, 360, 460, 560; 상부 전극

Claims (16)

  1. 기판과;
    상기 기판 상에 형성된 n형층과 ;
    상기 n형층 상에 형성된 발광층과;
    상기 발광층 상에 형성된 p형층과;
    상기 p형층 상에 형성된 상부 전극을 포함하며,
    상기 상부 전극은 광자 결정 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 발광 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 전극의 굴절률은 하층의 p형층보다는 작은 것을 특징으로 하는 LED 발광 소자.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 상부 전극의 굴절률은 1.4 내지 2.0인 것을 특징으로 하는 LED 발광 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 전극에 구비되는 광자 결정 구조로 작용하며, 양각부와 음각부로 이루어지는 요철의 주기는 발광층에서 발생하는 광의 파장의 1/5배 내지 4배인 것을 특징으로 하는 LED 발광 소자.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 상부 전극에 구비되는 광자 결정 구조로 작용하는 요철의 주기는 100Å 내지 20000Å인 것을 특징으로 하는 LED 발광 소자.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 양각부 또는 음각부의 폭이 상기 광자 결정 구조 요철의 주기에서 차지하는 비율은 0 이상인 것을 특징으로 하는 LED 발광 소자.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 전극은 광자 결정 구조를 구비하는 20㎚ 내지 1000㎚의 두께를 갖는 투명한 전도성의 산화물 전극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 LED 발광 소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 전극은 10㎚ 내지 200㎚의 두께를 갖으며, 광자 결정 구조를 구비하는 금속 전극인 것을 특징으로 하는 LED 발광 소자.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 전극은
    10㎚ 내지 200㎚의 두께를 갖으며, 광자 결정 구조를 구비하는 금속 전극과,
    상기 금속 전극 상에 형성되어 20㎚ 내지 1000㎚의 두께를 갖으며, 광자 결정 구조를 구비하는 투명한 전도성의 산화물 전극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 LED 발광 소자.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 전극은
    20㎚ 내지 1000㎚의 두께를 갖으며, 광자 결정 구조를 구비하는 투명한 전도성의 산화물 전극과,
    상기 산화물 전극 상에 형성되어, 10㎚ 내지 200㎚의 두께를 갖으며, 광자 결정 구조를 구비하는 금속 전극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 LED 발광 소자.
  11. 기판과;
    상기 기판 상에 형성된 n형층과 ;
    상기 n형층 상에 형성된 발광층과;
    상기 발광층 상에 형성된 p형층과;
    상기 p형층 상에 형성된 상부 전극을 포함하며,
    상기 발광층에서 발광되는 광이 굴절률이 높은 층에서 굴절률이 낮은 층으로 전파되는 경계면에 광자 결정 구조가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 LED 발광 소자.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 광자 결정 구조는 상기 상부 전극과 대기와의 경계면에 형성된 것을 특징으로 하는 LED 발광 소자.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 광자 결정 구조는 상기 p형층과 상기 상부 전극과의 경계면에 형성된 것을 특징으로 하는 LED 발광 소자.
  14. 기판 상에 형성된 n형층을 형성하는 단계와;
    상기 n형층 상에 발광층을 형성하는 단계와;
    상기 발광층 상에 p형층을 형성하는 단계와;
    상기 p형층 상에 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 상부 전극은 광자 결정 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 발광 소자의 제조 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 광자 결정 구조는 레이저 홀로그램 리소그래피 또는 EUV 리소그래피 방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 발광 소자의 제조 방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 광자 결정 구조는 상기 상부 전극과 대기와의 경계면에 형성된 것을 특징으로 하는 LED 발광 소자의 제조 방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100832070B1 (ko) * 2006-08-10 2008-05-27 삼성전기주식회사 질화갈륨계 발광 다이오드 소자
US7964877B2 (en) 2006-07-03 2011-06-21 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Polarized semiconductor light emitting device with light guiding portions formed within
US8680549B2 (en) 2010-03-10 2014-03-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor light-emitting device and lighting instrument employing the same
US9806231B2 (en) 2010-08-23 2017-10-31 Intellectual Discovery Co., Ltd. Semiconductor light-emitting device having a photonic crystal pattern formed thereon, and method for manufacturing same

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100993094B1 (ko) 2010-02-01 2010-11-08 엘지이노텍 주식회사 발광소자 및 발광소자 패키지
KR101529817B1 (ko) * 2014-02-25 2015-06-17 성균관대학교산학협력단 이중 광자결정 구조를 포함하는 발광 다이오드

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4041516A (en) 1974-01-04 1977-08-09 Litronix, Inc. High intensity light-emitting diode
JP3576859B2 (ja) * 1999-03-19 2004-10-13 株式会社東芝 発光装置及びそれを用いたシステム
JP4492986B2 (ja) * 2000-04-24 2010-06-30 パナソニック株式会社 半導体面発光素子
JP4724281B2 (ja) 2000-09-14 2011-07-13 キヤノン株式会社 表示装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7964877B2 (en) 2006-07-03 2011-06-21 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Polarized semiconductor light emitting device with light guiding portions formed within
KR100832070B1 (ko) * 2006-08-10 2008-05-27 삼성전기주식회사 질화갈륨계 발광 다이오드 소자
US8680549B2 (en) 2010-03-10 2014-03-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor light-emitting device and lighting instrument employing the same
US9040324B2 (en) 2010-03-10 2015-05-26 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor light-emitting device, lighting instrument employing the same and process for production of the semiconductor light-emitting device
US9806231B2 (en) 2010-08-23 2017-10-31 Intellectual Discovery Co., Ltd. Semiconductor light-emitting device having a photonic crystal pattern formed thereon, and method for manufacturing same

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