KR100612592B1 - Light emitting diode having a thermal conductive substrate and method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
열전도성 기판을 갖는 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법이 개시된다. 이 발광 다이오드는 열전도성 기판을 포함한다. 열전도성 기판 상에 서로 이격된 발광셀들이 위치한다. 이 발광셀들은 각각 하부 반도체층, 하부 반도체층의 일부 영역 상부에 위치하는 상부 반도체층 및 하부 반도체층과 상부 반도체층 사이에 개재된 활성층을 포함한다. 또한, 열전도성 기판과 발광셀들 사이에 절연층이 개재된다. 이에 더하여, 금속배선들이 발광셀들의 상부 반도체층들과 그것에 인접한 발광셀들의 하부 반도체층들을 전기적으로 연결한다. 이에 따라, 발광셀들이 열전도성 기판 상에서 동작하므로, 열방출 특성이 개선된다.Disclosed are a light emitting diode having a thermally conductive substrate and a method of manufacturing the same. This light emitting diode comprises a thermally conductive substrate. Light emitting cells spaced apart from each other are positioned on the thermally conductive substrate. Each of the light emitting cells includes a lower semiconductor layer, an upper semiconductor layer positioned over a portion of the lower semiconductor layer, and an active layer interposed between the lower semiconductor layer and the upper semiconductor layer. In addition, an insulating layer is interposed between the thermally conductive substrate and the light emitting cells. In addition, metal wires electrically connect the upper semiconductor layers of the light emitting cells and the lower semiconductor layers of the light emitting cells adjacent thereto. Accordingly, since the light emitting cells operate on the thermally conductive substrate, heat dissipation characteristics are improved.
발광 다이오드, 발광셀, 열전도성 기판, 반절연층 Light-emitting diodes, light-emitting cells, thermally conductive substrates, semi-insulating layers
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.2 to 6 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.7 to 10 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
본 발명은 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열전도성 기판을 갖는 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a light emitting diode and a method of manufacturing the same, and more particularly to a light emitting diode having a thermally conductive substrate and a method of manufacturing the same.
발광 다이오드는 N형 반도체와 P형 반도체가 서로 접합된 구조를 가지는 광전변환 반도체 소자로서, 전자와 정공의 재결합에 의하여 빛을 발산한다. 이러한 발광 다이오드는 표시소자 및 백라이트로 널리 이용되고 있다. 또한, 발광 다이오드는 기존의 전구 또는 형광등에 비해 소모 전력이 작고 수명이 길어, 백열전구 및 형광등을 대체하여 일반 조명 용도로 그 사용 영역을 넓히고 있다.A light emitting diode is a photoelectric conversion semiconductor device having a structure in which an N-type semiconductor and a P-type semiconductor are bonded to each other, and emit light by recombination of electrons and holes. Such light emitting diodes are widely used as display devices and backlights. In addition, the light emitting diode consumes less power and has a longer lifespan than existing light bulbs or fluorescent lamps, thereby replacing its incandescent lamps and fluorescent lamps, thereby expanding its use area for general lighting.
발광 다이오드는 교류전원하에서 전류의 방향에 따라 온/오프를 반복한다. 따라서, 발광 다이오드를 교류전원에 직접 연결하여 사용할 경우, 발광 다이오드가 연속적으로 빛을 방출하지 못하며, 역방향 전류에 의해 쉽게 파손되는 문제점이 있다.The light emitting diode is repeatedly turned on and off in accordance with the direction of the current under AC power. Therefore, when the light emitting diode is directly connected to an AC power source, the light emitting diode does not emit light continuously and is easily damaged by reverse current.
이러한 발광 다이오드의 문제점을 해결하여, 고전압 교류전원에 직접 연결하여 사용할 수 있는 발광 다이오드가 국제공개번호 WO 2004/023568(Al)호에 "발광 성분들을 갖는 발광소자"(LIGHT-EMITTING DEVICE HAVING LIGHT-EMITTING ELEMENTS)라는 제목으로 사카이 등(SAKAI et. al.)에 의해 개시된 바 있다.In order to solve the problem of the light emitting diode, a light emitting diode that can be directly connected to a high voltage AC power source is disclosed in International Publication No. WO 2004/023568 (Al). EMITTING ELEMENTS, which was disclosed by SAKAI et. Al.
상기 WO 2004/023568(Al)호에 따르면, LED들이 사파이어 기판과 같은 절연성 기판 상에 2차원적으로 직렬연결되어 LED 어레이를 형성한다. 이러한 두개의 LED 어레이들이 상기 사파이어 기판 상에서 역병렬로 연결된다. 그 결과, AC 파워 서플라이에 의해 구동될 수 있는 단일칩 발광소자가 제공된다.According to WO 2004/023568 (Al), the LEDs are two-dimensionally connected in series on an insulating substrate such as a sapphire substrate to form an LED array. These two LED arrays are connected in anti-parallel on the sapphire substrate. As a result, a single chip light emitting device that can be driven by an AC power supply is provided.
그러나, 사파이어 기판은 열전도율이 상대적으로 낮아 열 방출이 원활하지 못하다. 이러한 열방출의 한계는 상기 발광장치의 최대 광출력의 한계로 이어진다. 따라서, 고전압 교류전원하에서 최대 광출력을 증가시키기 위해 열방출 특성을 향상시키는 것이 요구된다.However, the sapphire substrate has a relatively low thermal conductivity, which leads to poor heat dissipation. This limit of heat dissipation leads to a limit of the maximum light output of the light emitting device. Therefore, it is required to improve heat dissipation characteristics in order to increase the maximum light output under high voltage AC power supply.
또한, 이러한 발광소자는 LED 어레이들이 교류전원하에서 교대로 동작하므 로, 발광셀들이 동시에 동작하는 경우에 비해 광출력이 상당히 제한적이다. 따라서, 최대 광출력을 증가시키기 위해 각 발광셀들의 광추출효율을 개선시킬 필요가 있다.In addition, since the LED arrays alternately operate under an AC power source, the light emitting device has a significantly limited light output compared to the case where the light emitting cells operate simultaneously. Therefore, it is necessary to improve the light extraction efficiency of each light emitting cell in order to increase the maximum light output.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 교류전원하에서 구동가능하며, 열방출 특성이 향상된 발광 다이오드를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a light emitting diode which can be driven under an AC power source and has improved heat dissipation characteristics.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 광추출효율이 향상된 발광 다이오드를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a light emitting diode having improved light extraction efficiency.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 열방출 특성 및/또는 광추출효율이 향상된 발광 다이오드를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a light emitting diode having improved heat emission characteristics and / or light extraction efficiency.
상기 기술적 과제들을 달성하기 위하여, 본 발명은 열전도성 기판을 갖는 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명의 일 태양에 따른 상기 발광 다이오드는 열전도성 기판을 포함한다. 상기 열전도성 기판 상에 발광셀들이 서로 이격되어 위치한다. 상기 발광셀들은 각각 하부 반도체층, 상기 하부 반도체층의 일부 영역 상부에 위치하는 상부 반도체층 및 상기 하부 반도체층과 상기 상부 반도체층 사이에 개재된 활성층을 포함한다. 또한, 상기 열전도성 기판과 상기 발광셀들 사이에 절연층 또는 반절연층이 개재된다. 한편, 금속배선들이 상기 발광셀들의 상부 반도체층들과 그것에 인접한 발광셀들의 하부 반도체층들을 전기적으로 연결한다. 이에 따라, 열전도성 기판 상에서 발광셀들이 동작하므로, 열방출 특 성을 향상시킬 수 있다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a light emitting diode having a thermally conductive substrate and a method of manufacturing the same. The light emitting diode according to one aspect of the invention comprises a thermally conductive substrate. The light emitting cells are spaced apart from each other on the thermally conductive substrate. Each of the light emitting cells includes a lower semiconductor layer, an upper semiconductor layer positioned over a portion of the lower semiconductor layer, and an active layer interposed between the lower semiconductor layer and the upper semiconductor layer. In addition, an insulating layer or a semi-insulating layer is interposed between the thermally conductive substrate and the light emitting cells. Meanwhile, metal wires electrically connect the upper semiconductor layers of the light emitting cells and the lower semiconductor layers of the light emitting cells adjacent thereto. Accordingly, since the light emitting cells operate on the thermally conductive substrate, heat emission characteristics can be improved.
여기서, 상기 열전도성 기판은 사파이어 기판에 비해 열전도율이 큰 기판을 의미한다. 상기 열전도성 기판은 도전성 기판일 수 있다. 한편, "반절연층"(semi-insulating layer)은 일반적으로 비저항이 상온에서 대략 105Ω·㎝ 이상인 고저항 물질층을 나타낸다. 본 명세서에 있어서, 특별한 언급이 없는 한, 반절연층은 절연층을 포함한다.Here, the thermally conductive substrate means a substrate having a higher thermal conductivity than the sapphire substrate. The thermally conductive substrate may be a conductive substrate. On the other hand, a "semi-insulating layer" generally refers to a layer of high resistance material whose resistivity is at least about 10 5 Ω · cm at room temperature. In the present specification, unless otherwise stated, the semi-insulating layer includes an insulating layer.
전극 패드가 상기 상부 반도체층 상에 형성되어 상기 금속배선에 연결될 수 있다. 상기 전극 패드는 상기 상부 반도체층과 오믹접촉된다. 또한, 상기 전극 패드와 상기 상부 반도체층 사이에 투명전극층이 개재될 수 있다.An electrode pad may be formed on the upper semiconductor layer and connected to the metal wiring. The electrode pad is in ohmic contact with the upper semiconductor layer. In addition, a transparent electrode layer may be interposed between the electrode pad and the upper semiconductor layer.
상기 발광셀의 하부 반도체층 및 상부 반도체층은 P형 및 N형 반도체층, 또는 N형 및 P형 반도체층일 수 있다. 바람직하게는, 상기 하부 반도체층이 P형 반도체층이고, 상기 상부 반도체층이 N형 반도체층이다. 이에 더하여, 상기 각 상부 반도체층의 상부면은 거칠게 형성될 수 있다. 상기 상부 반도체층이 상부면이 거칠게 형성됨에 따라, 상기 활성층에서 상기 상부 반도체층으로 방출된 광의 광 추출 효율이 개선된다.The lower semiconductor layer and the upper semiconductor layer of the light emitting cell may be P-type and N-type semiconductor layers, or N-type and P-type semiconductor layers. Preferably, the lower semiconductor layer is a P-type semiconductor layer, and the upper semiconductor layer is an N-type semiconductor layer. In addition, the top surface of each upper semiconductor layer may be roughened. As the upper surface of the upper semiconductor layer is formed to be rough, the light extraction efficiency of light emitted from the active layer to the upper semiconductor layer is improved.
본 발명의 다른 태양에 따른 발광 다이오드 제조방법은 제1 기판 상에 버퍼층, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 반도체층들을 형성하는 것을 포함한다. 또한, 상기 제1 기판과 별개인 열전도성의 제2 기판 상에 절연층 또는 반절연층이 형성된다. 그 후, 상기 제2 도전형 반도체층과 상기 절연층 또는 반절연층이 서로 마주보도록 상기 반도체층들과 상기 절연층 또는 반절연층이 접합된다. 이어서, 상기 제1 기판을 상기 반도체층들로부터 분리된다. 그 후, 상기 반도체층들을 패터닝하여 서로 이격된 하부 반도체층들, 상기 각 하부 반도체층의 일부영역 상부에 위치하는 상부 반도체층 및 상기 하부 반도체층과 상부 반도체층 사이에 개재된 활성층을 포함하는 발광셀들이 형성된다. 그 후, 상기 발광셀들의 상부 반도체층들과 그것에 인접한 발광셀들의 하부 반도체층들을 전기적으로 연결하는 금속배선들이 형성된다. 이에 따라, 열전도성 기판 상에 발광셀들이 형성된 발광 다이오드를 제조할 수 있다.A method of manufacturing a light emitting diode according to another aspect of the present invention includes forming semiconductor layers including a buffer layer, a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a second conductive semiconductor layer on a first substrate. In addition, an insulating layer or a semi-insulating layer is formed on a second thermally conductive substrate separate from the first substrate. Thereafter, the semiconductor layers and the insulating layer or the semi-insulating layer are bonded so that the second conductive semiconductor layer and the insulating layer or the semi-insulating layer face each other. Subsequently, the first substrate is separated from the semiconductor layers. Thereafter, the semiconductor layers are patterned to emit light including lower semiconductor layers spaced apart from each other, an upper semiconductor layer positioned above a portion of each lower semiconductor layer, and an active layer interposed between the lower semiconductor layer and the upper semiconductor layer. Cells are formed. Thereafter, metal interconnections are formed to electrically connect the upper semiconductor layers of the light emitting cells and the lower semiconductor layers of the light emitting cells adjacent thereto. Accordingly, a light emitting diode in which light emitting cells are formed on a thermally conductive substrate can be manufactured.
상기 반도체층들을 패터닝하여 서로 이격된 하부 반도체층들을 형성한 후, 노출된 상기 절연층 또는 반절연층을 제거할 수 있다. 이에 따라, 상기 절연층 또는 반절연층을 통한 누설전류가 방지된다.The semiconductor layers may be patterned to form lower semiconductor layers spaced apart from each other, and then the exposed insulating layer or semi-insulating layer may be removed. Accordingly, leakage current through the insulating layer or the semi-insulating layer is prevented.
한편, 상기 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층은 N형 및 P형 반도체층, 또는 P형 및 N형 반도체층일 수 있다. 바람직하게는, 상기 제1 도전형 반도체층은 N형 반도체층이고, 상기 제2 도전형 반도체층은 P형 반도체층이다.The first conductive semiconductor layer and the second conductive semiconductor layer may be N-type and P-type semiconductor layers, or P-type and N-type semiconductor layers. Preferably, the first conductivity type semiconductor layer is an N type semiconductor layer, and the second conductivity type semiconductor layer is a P type semiconductor layer.
상기 제1 기판을 분리시킨 후, 잔존하는 상기 버퍼층은 제거된다. 이에 따라, 상기 N형 반도체층의 상부면이 노출된다. After separating the first substrate, the remaining buffer layer is removed. Accordingly, the top surface of the N-type semiconductor layer is exposed.
상기 노출된 N형 반도체층의 표면은 광추출효율을 개선시키기 위해 거칠게 형성될 수 있다.The exposed surface of the N-type semiconductor layer may be roughened to improve light extraction efficiency.
예컨대, 상기 N형 반도체층의 표면을 거칠게 형성하는 것은 PEC(photoelectrochemical) 에칭 기술을 사용하여 수행될 수 있다. 이와 달리, 상 기 N형 반도체층의 표면을 거칠게 형성하는 것은 상기 노출된 N형 반도체층 상에 금속층을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 금속층을 열처리하여 금속 아일랜드들을 형성하고, 상기 아일랜드들을 식각마스크로 사용하여 상기 N형 반도체층의 일부를 식각할 수 있다. 이에 따라, 거친 표면을 갖는 N형 반도체층이 형성된다.For example, roughening the surface of the N-type semiconductor layer may be performed using a photoelectrochemical (PEC) etching technique. Alternatively, roughening the surface of the N-type semiconductor layer may include forming a metal layer on the exposed N-type semiconductor layer. The metal layer may be heat-treated to form metal islands, and a portion of the N-type semiconductor layer may be etched using the islands as an etching mask. As a result, an N-type semiconductor layer having a rough surface is formed.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are provided as examples to ensure that the spirit of the present invention can be fully conveyed to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the embodiments described below and may be embodied in other forms. And, in the drawings, the width, length, thickness, etc. of the components may be exaggerated for convenience. Like numbers refer to like elements throughout.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 열전도성 기판(51) 상에 반절연층(53)이 서로 이격되어 위치한다. 상기 열전도성 기판(51)은 사파이어 기판에 비해 열전도율이 큰 기판이면 제한이 없으며, 금속기판 또는 도전형 단결정 기판일 수 있다.Referring to FIG. 1, the semi-insulating layers 53 are spaced apart from each other on the thermally
상기 반절연층은 절연성 산화막 또는 반절연층일 수 있으며, 열전도율이 큰 물질이 바람직하다. 상기 반절연층은 언도우프트(undoped) 반도체층으로 형성될 수 있으며, 언도우프트 반도체층이 N형 또는 P형 반도체층인 경우, 이를 보상하기 위한 이온을 카운터 도우핑하여 형성될 수 있다.The semi-insulating layer may be an insulating oxide film or a semi-insulating layer, and a material having high thermal conductivity is preferable. The semi-insulating layer may be formed of an undoped semiconductor layer. If the undoped semiconductor layer is an N-type or P-type semiconductor layer, the semi-insulating layer may be formed by counter-doping ions to compensate for this.
상기 각 반절연층(53) 상에 발광셀(30)이 위치한다. 상기 발광셀(30)은 하부 반도체층(29a), 활성층(27a) 및 상부 반도체층(25a)을 포함한다. 상기 상부 반도체층(25a)은 상기 하부 반도체층(29a)의 일부 영역 상에 위치하며, 상기 활성층(27a)은 하부 반도체층(29a)과 상부 반도체층(25a) 사이에 개재된다. 상기 하부 반도체층 및 상부 반도체층은 P형 및 N형 반도체층들, 또는 N형 및 P형 반도체층들일 수 있다. 여기서는, 상기 하부 반도체층(29a)이 P형 반도체층이고, 상기 상부 반도체층(25a)이 N형 반도체층(25a)인 경우에 대해 설명한다.The light emitting
N형 반도체층(25a)은 N형 AlxInyGa1 -x- yN(0≤x,y,x+y≤1)으로 형성될 수 있으며, N형 클래드층을 포함할 수 있다. 또한, P형 반도체층(29a)은 P형 AlxInyGa1 -x-yN(0≤x,y,x+y≤1)으로 형성될 수 있으며, P형 클래드층을 포함할 수 있다. 상기 N형 반도체층(25a)은 실리콘(Si)을 도우핑하여 형성할 수 있으며, P형 반도체층(29a)은 아연(Zn) 또는 마그네슘(Mg)을 도우핑하여 형성할 수 있다.N-type semiconductor layer (25a) may include a cladding layer N-type Al x In y Ga 1 -x- y N may have a (0≤x, y, x + y≤1 ), N -type. In addition, the P-
활성층(27a)은 전자 및 정공이 재결합되는 영역으로서, InGaN을 포함하여 이루어진다. 상기 활성층(27a)을 이루는 물질의 종류에 따라 발광셀에서 방출되는 발광 파장이 결정된다. 상기 활성층(27a)은 양자우물층과 장벽층이 반복적으로 형성된 다층막일 수 있다. 상기 장벽층과 우물층은 일반식 AlxInyGa1 -x- yN(0≤x,y,x+y≤1)으로 표현되는 2원 내지 4원 화합물 반도체층들일 수 있다.The
일반적으로, 열전도성 기판(51)과 발광셀(30) 사이에 버퍼층이 개재되나, 본 발명에 따른 실시예들에 있어서 버퍼층이 개재되지 않으며, 반절연층(53)이 개재된다.In general, a buffer layer is interposed between the thermally
한편, 금속배선들(57)이 N형 반도체층(25a)과 그것에 인접한 발광셀의 P형 반도체층(29a)을 전기적으로 연결한다. 이를 위해, 상기 각 N형 반도체층(25a) 상에 전극 패드(55a)가 형성될 있다. 상기 전극 패드(55a)는 상기 N형 반도체층(25a)과 오믹접촉하여 접촉저항을 낮춘다. 또한, 상기 P형 반도체층(29a)의 일부에 전극패드(55b)가 형성될 수 있다. 상기 전극 패드(55b)는 P형 반도체층(29a)과 오믹접촉하여 접촉저항을 낮춘다. 따라서, 상기 금속배선(57)은, 도시한 바와 같이, 상기 N형 반도체층(25a) 상의 전극 패드(55a)와 상기 P형 반도체층(29a) 상의 전극 패드(55b)를 연결하여, 발광셀들(30)을 전기적으로 연결한다. 상기 금속배선들(57)에 의해 발광셀들(30)은 직렬 연결된 어레이를 형성한다. 상기 기판(51) 상에 두개 이상의 직렬 연결된 발광셀들의 어레이들이 형성될 수 있으며, 이 어레이들이 서로 역병렬로 연결되어 교류 전원에 의해 구동될 수 있다.Meanwhile, the
한편, 본 실시예에 있어서, 상기 반절연층(53)이 서로 분리된 것으로 설명하였으나, 상기 반절연층(53)은 서로 연결되어 연속적일 수 있다.Meanwhile, in the present embodiment, the
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다. 여기서, 도 1의 부호와 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다. 따라서, 도 1에 도시한 실시예와 다른 점에 대해서 구체적으로 설명한다.10 is a cross-sectional view for describing a light emitting diode according to another exemplary embodiment of the present invention. Here, the same reference numerals as those of Fig. 1 denote the same components. Therefore, a different point from the embodiment shown in FIG. 1 is demonstrated concretely.
도 10을 참조하면, 도 1의 N형 반도체층(25a)과 달리, 본 실시예에 따른 N형 반도체층(65a)의 상부면은 표면이 거칠게 형성된다. 이에 따라, 발광셀(70)은 거친 표면의 상부면을 가지며, 그 결과 상부면에서 굴절률 차이에 기인한 전반사를 감소시키어 광추출효율이 개선된다.Referring to FIG. 10, unlike the N-
상기 거친 표면은 상기 N형 반도체층(65a)의 전면에 형성될 수 있으며, 거친 표면의 일부분에 전극패드가 형성될 수 있다. 이와 달리, 상기 거친 표면은 N형 반도체층(65a)의 일부 영역을 제외한 영역에 선택적으로 형성될 수 있으며, 상기 일부 영역에 전극 패드(55a)가 형성될 수 있다.The rough surface may be formed on the entire surface of the N-
본 실시예에 따르면, N형 반도체층(65a)의 표면을 거칠게 형성하여, 발광셀(70)에서 상부로 방출되는 광의 추출효율을 개선시킬 수 있다.According to the present embodiment, the surface of the N-
이하, 본 실시예들에 따른 발광 다이오드 제조방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a light emitting diode manufacturing method according to the present embodiments will be described in detail.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.2 to 6 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 제1 기판(21) 상에 버퍼층(23), 제1 도전형 반도체층(25), 활성층(27) 및 제2 도전형 반도체층(29)을 포함하는 반도체층들을 형성한다.Referring to FIG. 2, semiconductor layers including a buffer layer 23, a first
상기 제1 기판(21)은 사파이어 기판과 같이, 투광성이며, 상기 반도체층들에 격자 정합하는 기판이 유리하다.The
상기 버퍼층(23) 및 반도체층들(25, 27, 29)은 금속유기 화학기상증착(MOCVD), 분자선 성장(MBE) 또는 수소화물 기상 성장(HVPE) 방법 등을 사용하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 반도체층들(25, 27, 29)은 동일한 공정챔버에서 연속적으로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(23)은 상기 제1 기판(21)과 반도체층들(25, 27, 29)의 격자 부정합을 완화할 수 있으면, 특별이 제한되지 않으며, 예컨대 언도프트 GaN로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 도전형 및 제2 도전형 반도체층은 P형 및 N형 반도체층, 또는 N형 및 P형 반도체층일 수 있다.The buffer layer 23 and the semiconductor layers 25, 27, and 29 may be formed using metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam growth (MBE), or hydride vapor deposition (HVPE). In addition, the semiconductor layers 25, 27, and 29 may be continuously formed in the same process chamber. The buffer layer 23 is not particularly limited as long as it can mitigate lattice mismatch between the
한편, 상기 제1 기판(21)과 별개의 열전도성 제2 기판(51) 상에 반절연층(53)이 형성된다. 상기 제2 기판(51)은 열전도성 기판으로 사파이어 기판에 비해 열전도율이 큰 기판이다. 상기 제2 기판(51)은 금속기판 또는 도전형 기판일 수 있다.Meanwhile, a
도 3을 참조하면, 상기 제2 도전형 반도체층(29)과 상기 반절연층(53)이 서로 마주보도록 상기 기판들을 접합시킨다.Referring to FIG. 3, the substrates are bonded so that the second conductivity-
그 후, 상기 제1 기판(21) 쪽에서 레이저(31)를 조사한다. 상기 레이저(31)는 예컨대 KrF(248nm) 레이저일 수 있다. 제1 기판(21)이 사파이어 기판과 같이 투광성 기판이므로, 상기 레이저는 제1 기판(21)을 통과하고, 버퍼층(23)에 의해 흡수된다. 이에 따라, 상기 버퍼층(23)과 상기 제1 기판(21)의 계면에서 상기 흡수된 방사 에너지에 의해 상기 버퍼층(23)이 분해(decomposition)되어, 상기 기판(21)이 상기 반도체층들로부터 분리된다.Thereafter, the
도 4를 참조하면, 상기 기판(21)이 분리된 후, 잔존하는 버퍼층(23)을 제거하여 상기 N형 반도체층(25)의 표면을 노출시킨다. 상기 버퍼층(23)은 식각 기술 또는 폴리싱 기술을 사용하여 제거될 수 있다.Referring to FIG. 4, after the
도 5를 참조하면, 사진 및 식각 기술을 사용하여 상기 반도체층들(25, 27, 29)을 패터닝하여 서로 이격된 발광셀(30)들을 형성한다.Referring to FIG. 5, the semiconductor layers 25, 27, and 29 are patterned using photolithography and etching techniques to form light emitting
상기 각 발광셀(30)은 하부 반도체층(29a), 활성층(27a) 및 상부 반도체층(25a)을 포함한다. 상기 상부 반도체층(25a)은 상기 하부 반도체층(29a)의 일부 영역 상부에 위치하며, 상기 활성층(27a)은 상부 반도체층(25a)과 하부 반도체층 (29a) 사이에 개재된다. 이에 따라, 상기 하부 반도체층(29a)의 일부 영역이 노출된다. 한편, 상기 반절연층(53)은 상기 하부 반도체층(29a)을 형성한 후, 연속적으로 식각하여 서로 고립시킬 수 있다.Each of the light emitting
도 6을 참조하면, 상기 각 발광셀(30)의 상부 반도체층(25a)과 그것에 인접한 발광셀(30)의 하부 반도체층(29a)을 전기적으로 연결하는 금속배선들(57)이 형성된다. 상기 금속배선들(57)은 상기 발광셀들(30)을 연결하여 직렬 연결된 발광셀들의 어레이를 형성한다. 이러한 어레이들은 두개 이상 형성될 수 있으며, 이들 어레이들이 역병렬로 연결되어 교류전원하에서 구동될 수 있는 발광 다이오드가 제공된다.Referring to FIG. 6,
한편, 상기 금속배선들을 형성하기 전, 상기 상부 반도체층(25a) 및 하부 반도체층(29a) 상에 전극패드들(55a, 55b)가 형성될 수 있다. 상기 전극 패드(55a)는 상부 반도체층(25a)에 오믹접촉되고, 상기 전극패드(55b)는 하부 반도체층(29a)에 오믹접촉되어 접촉저항을 감소시킨다. 상기 금속배선들(57)은 상기 전극패드들(55a, 55b)을 연결한다.Meanwhile,
본 실시예에 따르면, 열전도성 기판 상에 발광셀들을 형성할 수 있어, 교류전원하에서 구동가능하며, 열방출 특성이 향상된 발광 다이오드를 제공할 수 있다.According to the present embodiment, it is possible to form light emitting cells on a thermally conductive substrate, thereby providing a light emitting diode that can be driven under an AC power source and has improved heat dissipation characteristics.
한편, 본 실시예에 있어서, 상기 제1 반도체층이 P형 반도체층인 경우, 상기 버퍼층(23)을 제거한 후, 상기 P형 반도체층 상에 투명전극을 형성할 수 있다.In the present exemplary embodiment, when the first semiconductor layer is a P-type semiconductor layer, after the buffer layer 23 is removed, a transparent electrode may be formed on the P-type semiconductor layer.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.7 to 10 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 본 실시예의 발광 다이오드 제조방법은 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한 바와 동일한 공정을 거친다. 이에 따라, 제2 기판(51) 상에 반절연층(53)이 위치하고, 상기 반절연층(53) 상에 제2 도전형 반도체층(29), 활성층(27) 및 제1 도전형 반도체층(25)을 포함하는 반도체층들이 접합되어 위치한다.Referring to FIG. 7, the light emitting diode manufacturing method of the present embodiment is subjected to the same process as described with reference to FIGS. 2 to 4. Accordingly, the
본 실시예에 있어서, 상기 제1 도전형 반도체층(25)은 N형 반도체층이고, 상기 제2 도전형 반도체층(29)은 P형 반도체층인 것이 바람직하다.In the present embodiment, it is preferable that the first
도 8을 참조하면, 상기 노출된 N형 반도체층(25)의 표면을 거칠게 하여 거친 표면을 갖는 N형 반도체층(65)이 형성된다. 상기 N형 반도체층의 표면을 거칠게 하는 것은 예컨대, PEC(photoelectrochemical) 에칭 기술을 사용하여 수행될 수 있다. PEC 에칭기술로 N형 반도체층의 표면을 거칠게 하는 것은 2004년 2월 9일에 공개된 논문 "Increase in the extraction efficiency of GaN-based light-emitting diodes via surface roughening"(APPLIED PHYSICS LETTERS, VOL 84, NO.6, p855-857)에 개시되어 있다. 이 논문에 따르면, KOH 용액 및 Xe 램프를 사용한 PEC 에칭 기술을 사용하여 N형 반도체층의 표면을 거칠게 할 수 있으며, 이에 따라 광추출효율이 향상된다.Referring to FIG. 8, the exposed N-
이와 달리, 상기 N형 반도체층(25)의 표면을 거칠게 하는 것은 건식식각을 사용하여 수행될 수 있다. 즉, 상기 N형 반도체층(25) 상에 금속층을 형성하고, 상기 금속층에 열을 가하여, 상기 금속층을 금속 아일랜드들로 만든다. 그 후, 상기 금속 아일랜드들을 식각마스크로 사용하여 상기 N형 반도체층(25)을 식각하여 거친 표면을 갖는 N형 반도체층(65)을 형성한다. 잔류하는 금속 아일랜드들은 습식 식각 등을 사용하여 제거된다.Alternatively, roughening the surface of the N-
한편, 상기 공정을 수행하는 동안, 상기 N형 반도체층(25)의 일부 영역 상에 마스크를 사용하여 평평한 부분을 만들 수 있다. Meanwhile, during the process, a flat portion may be formed using a mask on a portion of the N-
도 9를 참조하면, 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 사진 및 식각 기술을 사용하여 상기 반도체층들(65, 27, 29)을 패터닝하여 서로 이격된 발광셀들(70)을 형성한다. 상기 각 발광셀(70)은 하부 반도체층(29a), 상기 하부 반도체층(29a)의 일부 영역 상에 형성된 상부 반도체층(65a) 및 상기 상부 반도체층과 하부 반도체층 사이에 개재된 활성층(27a)을 포함한다.Referring to FIG. 9, as described with reference to FIG. 5, the semiconductor layers 65, 27, and 29 are patterned using photolithography and etching techniques to form light emitting
한편, 상기 하부 반도체층(29a)을 형성한 후, 노출된 상기 반절연층(53)을 식각하여 제거할 수 있다. 이에 따라, 상기 발광셀들(70) 사이의 상기 열전도성 기판(51)이 노출될 수 있다.Meanwhile, after the
도 10을 참조하면, 도 6을 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 발광셀들(70)의 상부 반도체층(25a)과 그것에 인접한 발광셀들(70)의 하부 반도체층(29a)을 전기적으로 연결하는 금속배선들(57)이 형성된다. 또한, 도 6에서 설명한 바와 같이, 전극 패드들(55a, 55b)이 형성될 수 있다. 상기 전극 패드(55a)는 상부 반도체층(65a)의 상기 평평한 영역 상에 형성될 수 있다. 상부 반도체층(65a) 상에 평평한 영역이 형성되지 않은 경우, 상기 전극 패드(55a)는 상부 반도체층(65a)의 거친 표면 상에 형성된다.Referring to FIG. 10, as described with reference to FIG. 6, the
본 실시예에 따르면, 발광셀(70)의 상부면, 즉 N형 반도체층의 표면을 거칠게 형성하여 광추출효율을 개선한 발광 다이오드를 제공할 수 있다.According to the present exemplary embodiment, a light emitting diode having an improved light extraction efficiency may be provided by forming a rough surface of the upper surface of the
본 발명의 실시예들에 따르면, 교류전원하에서 구동가능하며, 열방출 특성이 향상된 발광 다이오드를 제공할 수 있으며, 이에 더하여 광추출효율이 향상된 발광 다이오드를 제공할 수 있다. 또한, 교류전원하에서 구동가능하며, 열방출 특성 및/또는 광추출효율이 향상된 발광 다이오드를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.According to the embodiments of the present invention, it is possible to provide a light emitting diode which can be driven under an AC power source and has improved heat dissipation characteristics, and in addition, a light emitting diode having improved light extraction efficiency can be provided. In addition, the present invention can provide a method for manufacturing a light emitting diode that can be driven under an AC power source and has improved heat emission characteristics and / or light extraction efficiency.
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