심자외 LED 및 그 제조 방법 document_id 1020177021838

[청구항 1] 설계 파장을 λ로 하는 심자외 led로서, 반사 전극층과, 극박막 금속층과, 투명 p형 algan 콘택층을, 기판과는 반대측으로부터 이 순서로 가지고, 상기 투명 p형 algan 콘택층의 두께 방향의 범위 내에 설치된 제1 포토닉 결정 주기 구조를 가지고, 상기 제1 포토닉 결정 주기 구조는, 공기와 상기 투명 p형 algan 콘택층과의 주기 구조를 갖는 제1 구조체로 이루어지고, 또한 상기 제1 포토닉 결정 주기 구조는 포토닉 밴드 갭을 갖는 것을 특징으로 하는 심자외 led [청구항 2] 청구항 1에 있어서,상기 제1 포토닉 결정 주기 구조는,또한, 두께 방향으로 상기 반사 전극층의 범위까지연장설치되어있는것을특징으로 하는심자외 led. [청구항 3] 청구항 1 또는 2에 있어서,상기 포토닉 밴드 갭은 te 편광 성분에 대해 열려 있고, 또한,파장 λ, 상기 제1 구조체의 주기 a 및 상기 제1 구조체를 구성하는 2개의 재료의 평균 굴절률 naｖ가 브래그 조건을 만족하고, 또한,당해 브래그 조건의 차수 m은 2＜m＜5의 범위에 있고, 또한,상기 제1 구조체의 깊이 h를상기주기3이상으로하는것을특징으로 하는심자외 led. [청구항 4] 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,상기 제1 포토닉 결정 주기 구조는 나노 임프린트 리소그래피법에 의한 전사 기술을 이용하여형성된것특징으로 하는심자외 led. [청구항 5] 청구항 4에 있어서,상기 제1 포토닉 결정 주기 구조는 유동성이 높은 레지스트와 에칭 선택비가 높은 레지스트에 의한 2층 레지스트법을 이용한 드라이 에칭을 이용하여형성된것특징으로 하는심자외 led. [청구항 6] 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,상기 제1 포토닉 결정 주기 구조의 파라미터는,주기 구조 파라미터인 주기 a와 상기 제1 구조체의 반경 r의 비(r/a)를 가결정하는 스텝과,상기 제1 구조체의 각각의 굴절률 n1과 n2, 및 이들과 상기 r/a로부터 평균 굴절률 naｖ를 산출하고, 이것을 브래그 조건의 식에 대입하고, 차수 m마다의 주기 a와 반경 r을 얻는 스텝과,상기 r/a 및 파장 λ 및 상기 굴절률 n1, n2로부터 얻어지는 각 구조체의 유전율 ε1 및 ε2를 이용한 평면파 전개법에 의해, te광의 포토닉 밴드 구조를 해석하는 스텝과,te광의 제1 포토닉 밴드와 제2 포토닉 밴드간의 pbg가 최대가 되는 r/a를, 상기 가결정의 r/a의 값을 바꾸어 반복적으로 수행하는 해석에 의해 결정하는 스텝과,상기 pbg가 최대가 되는 r/a에 대해 브래그 조건의 차수 m에 따른 개별 주기 a 및 반경 r, 및 임의의 주기 구조의 깊이 h를 변수로서 수행하는 유한 시간 영역 차분법(fdtd법)에 따른 시뮬레이션 해석에 의해, 상기 파장 λ에 대한 광취출 효율을 요구하는 스텝과,상기fdtd법에 따른 시뮬레이션을 반복적으로 수행함으로써, 상기 파장 λ에 대한 광취출 효율이 최대가 되는 브래그 조건의 차수 m과, 그 차수 m에 대응하는 주기 구조 파라미터의 주기 a, 반경 r, 및 깊이 h를 결정하는 스텝을 갖는 파라미터 계산 방법에 의해구한것특징으로 하는심자외 led. [청구항 7] 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,상기 기판의 이면(측)에 다른 굴절률을 갖는 2개의 구조체로 이루어진 제2 포토닉 결정 주기 구조를 가지고,상기 제2 포토닉 결정 주기 구조는,공기와 기판의 매질과의 주기 구조를 갖는제2구조체로이루어진것을특징으로 하는심자외 led. [청구항 8] 청구항 7에 있어서,상기 제2 포토닉 결정 주기 구조는,진공 중의 설계 파장 λv와 주기 구조의 파라미터인 주기 a와 반경 r은 브래그 조건을 만족하고, r/a가 0.20에서 0.40까지의 범위에 있어서, tm광의 포토닉 밴드 구조에 있어서 2개의 포토닉 밴드 갭을 제4 포토닉 밴드 이내로 가지고, 또한,상기 포토닉 밴드 갭은 tm광에 대해 열리기 때문에 투과 효과가 커지고, 또한상기 r/a는 차수 m=3 또는 4에 있어서, 각 포토닉 밴드 갭의 최대값에 대응하는 값이며, 또는,상기 r/a는 차수 m=3 또는 4에 있어서, 상기 포토닉 밴드 구조의 종축(ωa/2πc)이 진공 중의 파장 λv로 환산되었을 때, 제2 포토닉 밴드(2ndpb)의 대칭점인 γ점, m점, k점 중 어느 하나에 있어서 진공 중의 파장 λv×m과 점으로 접하거나 가장 접근하는 값이며, 또는상기 r/a는 차수 m=3일 때, 상기 포토닉 밴드 구조의 종축(ωa/2πc)의 진공 중의 파장 λv×3이, 제4 포토닉 밴드(4thpb)를 5정수배와 6정수배한 각 제4 포토닉 밴드(4thpb) 상의 어느 하나의 대칭점과 점으로 접하거나 가장 접근하는 값이며, 또는상기 r/a는 차수 m=4일 때, 상기 포토닉 밴드 구조의 종축(ωa/2πc)의 진공 중의 파장 λv×4가 제4 포토닉 밴드(4thpb)를 6정수배, 7정수배, 8정수배한 각 제4 포토닉 밴드(4thpb) 상의 어느 하나의 대칭점과 점으로 접하거나 가장 접근하는 값이며, 또한각 주기 구조 파라미터는 선택된 각 r/a와 0.5a 이상의 깊이 h로 이루어진 포토닉 결정을 fdtd법에 의해 계산하고, 광취출 효율 증감율과 배광성이 최적화되도록최종결정된파라미터인심자외 led. [청구항 9] 청구항 8에 있어서,상기 제2 포토닉 결정 주기 구조의 파라미터는,주기 구조 파라미터인 주기 a와 제2 구조체의 반경 r의 비(r/a)를 변화시키는 제1 스텝과,상기 제2 구조체의 각각의 굴절률 n1과 n2, 및 이들과 상기 r/a로부터 평균 굴절률 naｖ를 산출하고, 이것을 브래그 조건의 식에 대입하고, 차수 m=3과 m=4에 대해, 주기 a와 반경 r을 얻는 제2 스텝과,상기 r/a 및 상기 파장 λ 및 상기 굴절률 n1, n2로부터 얻어지는 각 구조체의 유전율 ε1 및 ε2를 이용한 평면파 전개법에 의해, tm광의 포토닉 밴드 구조를 해석하는 제3 스텝과,tm광의 제2 포토닉 밴드(2ndpb)와 제4 포토닉 밴드(4thpb)의 종축(ωa/2πc)을 진공 중의 파장 λv로 환산하고, 차수 m=1에 대해 λv와 ka/2π의 포토닉 밴드 구조를 얻는 제4 스텝과,차수 m=3 및 m=4에 대해, tm광의 제2 포토닉 밴드(2ndpb)와 제4 포토닉 밴드(4thpb)에 있어서의 각 대칭점에서의 진공 중의 파장 λv×m과 점으로 접하거나 가장 접근하는 r/a를 구하여 최적화 후보로 하는 제5 스텝과,상기 제5 스텝에서 선택된 r/a에 대응하는 포토닉 결정의 광취출 효율 증감율과 배광성을,fdtd법으로 계산하고, 깊이에 관해서는 차수 m=3~4에 있어서 가장 큰 주기 a의 0.5배 이상의 임의의 값을 선택하는 제6 스텝을 갖는 파라미터 계산 방법에 의해구한것특징으로 하는심자외 led. [청구항 10] 청구항 7에 있어서,상기 제2 포토닉 결정 주기 구조의 파라미터는,주기 구조 파라미터인 주기 a와 구조체의 반경 r의 비(r/a)를 변화시키는 제1 스텝과,상기 제2 구조체의 각각의 굴절률 n1과 n2, 및 이들과 상기 r/a로부터 평균 굴절률 naｖ를 산출하고, 이것을 브래그 조건의 식에 대입하고, 차수 m=3과 m=4에 대해 주기 a와 반경 r을 얻는 제2 스텝과,상기 r/a 및 상기 파장 λ 및 상기 굴절률 n1, n2로부터 얻어지는 각 구조체의 유전율 ε1 및 ε2를 이용한 평면파 전개법에 의해, tm광의 포토닉 밴드 구조를 해석하여 얻어지는 2개의 포토닉 밴드 갭의 최대값에 대응하는 차수 m=3 및 4인 r/a를 최적화의 후보로 하는 제3 스텝과,tm광의 제2 포토닉 밴드(2ndpb)와 제4 포토닉 밴드(4thpb)의 종축(ωa/2πc)을 진공 중의 파장 λv로 환산하고, 차수 m=1에 대해 λv와 ka/2π의 포토닉 밴드 구조를 얻는 제4 스텝과,차수 m=3 및 m=4에 대해, tm광의 제2 포토닉 밴드(2ndpb)와 제4 포토닉 밴드(4thpb)에 있어서의 각 대칭점에서의 진공 중의 파장 λv×m과 점으로 접하거나 가장 접근하는 r/a를 구하여 최적화 후보로 하는 제5 스텝과,상기 제5 스텝에서 선택된 r/a에 대응하는 포토닉 결정의 광취출 효율 증감율과 배광성을 fdtd법으로 계산하고, 깊이에 관해서는 차수 m=3~4에서 가장 큰 주기 a의 0.5배 이상의 임의의 값을 선택하는 제6 스텝과,광취출 효율(lee) 증감율이 크고, 배광성이 좋은 r/a 및 차수 m를 선택하고, 직경, 주기, 깊이의 파라미터가 결정되는 제7 스텝을 갖는 파라미터 계산 방법에 의해구한것특징으로 하는심자외 led. [청구항 11] 청구항 7에 있어서,상기 제2 포토닉 결정 주기 구조는 나노 임프린트 리소그래피법에 의한 전사 기술을 이용하여형성된것특징으로 하는심자외 led. [청구항 12] 청구항 11에 있어서,상기 제2 포토닉 결정 주기 구조는 유동성이 높은 레지스트와 에칭 선택비가 높은 레지스트에 의한 2층 레지스트법을 이용한 드라이 에칭을 이용하여형성된것특징으로 하는심자외 led. [청구항 13] 청구항 7에 있어서,상기 제1 포토닉 결정 주기 구조와 상기 제2 포토닉 결정 주기 구조와의 사이에 도파로구조마련한것을특징으로 하는심자외 led. [청구항 14] 청구항 13에 있어서,상기 도파로 구조는,상기 기판 표면에 설치되는 삼각추 형상의 나노 pss 주기 구조와, 상기 나노 pss 주기 구조와 두께 방향으로 연속적으로 형성된 육각뿔대 주상으로 이루어진 aln결합필러주기구조갖는것을특징으로 하는심자외 led. [청구항 15] 청구항 13 또는 14에 기재된 심자외 led에 있어서,상기 기판이 박리되고, 상기 반사 전극층에 지지 기판접착된심자외 led. [청구항 16] 청구항 14에 기재된 심자외 led에 있어서,상기 나노pss 주기 구조를 포함하는 상기 기판이 제거되고, 상기 aln 결합 필러 주기 구조가 광취출면측마련되어 있는심자외 led. [청구항 17] 청구항 13 내지 16 중 어느 한 항에 있어서,외led의 외측에 심자외광에 대해 투명한 수지가 마련되고, 상기 수지의 굴절률이 공기보다 크고 상기 기판을 포함하는 화합물 반도체층의 굴절률보다 작은 것특징으로 하는심자외 led. [청구항 18] 청구항 17에 있어서,외led의 측벽의 외측에al 반사막을 설치하고, 상기 al 반사막은 상기 al 반사막에 도달한 심자외광이 반사되어 상기 심자외 led의 상부 방향으로 전파되도록 형성된구조갖는것을특징으로 하는심자외 led. [청구항 19] 청구항 1 내지 18 중 어느 한 항에 있어서,상기 극박막 금속층은,두께정도인것을특징으로 하는심자외 led. [청구항 22] 반사 전극층과, 극박막 금속층과, 투명 p형 algan 콘택층을 기판과는 반대측으로부터 이 순서로 가지고, 상기 투명 p형 algan 콘택층측의 상기 기판 표면에 설치되는 삼각추공 또는 원추공의 나노 pss 주기 구조로부터 결정 성장된 aln 결합 필러 주기 구조가 평탄한 aln막이 되는 버퍼층을 갖는 것을 특징으로 하는 심자외 led [청구항 23] 청구항 22에 있어서,콘택하고있는것을특징으로 하는심자외 led. [청구항 24] 청구항 22 또는 23에 있어서,상기 삼각추공 또는 원추공은 습식 에칭에 의해형성되는것을특징으로 하는심자외 led. [청구항 25] 청구항 22 내지 24 중 어느 한 항에 있어서,상기 나노pss 주기 구조의 상기 삼각추공 또는 원추공으로부터 선택적으로 형성된 상기 aln결합필러주기구조의종단형성되는것을특징으로 하는심자외 led. [청구항 26] 청구항 25에 있어서,상기aln 결합 필러 주기 구조는 에피택셜 성장에 의해형성되는것을특징으로 하는심자외 led. [청구항 27] 청구항 22 내지 26 중 어느 한 항에 기재된 심자외 led에 있어서,상기 나노pss 주기 구조를 포함하는 상기 기판제거되고,상기 aln 결합 필러 주기 구조를 광취출면으로 한 심자외 led.