KR100655163B1 - Light emitting element and method for manufacturing thereof - Google Patents

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KR100655163B1
KR100655163B1 KR1020050062706A KR20050062706A KR100655163B1 KR 100655163 B1 KR100655163 B1 KR 100655163B1 KR 1020050062706 A KR1020050062706 A KR 1020050062706A KR 20050062706 A KR20050062706 A KR 20050062706A KR 100655163 B1 KR100655163 B1 KR 100655163B1
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진용성
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Abstract

A light emitting device is provided to increase light extraction efficiency of a light emitting diode by stacking two disks having different radii to fabricate the light emitting diode. A first gallium nitride layer(120) is formed in a disk type on a substrate(110). A disk-type active layer(130) is formed in a relatively high region of the first gallium nitride layer. A second gallium nitride layer(140) is formed in a disk type on the active region. A first electrode(160) is formed in a relatively low region of the first gallium nitride layer. A second electrode(170) is formed on the second gallium nitride layer. The radius of the first gallium nitride layer is greater than that of the active layer. A current spreading layer(150) is formed as a disk type on the second gallium nitride layer, and the second electrode can be positioned on the current spreading layer.

Description

발광 소자와 이의 제조 방법{LIGHT EMITTING ELEMENT AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}LIGHT EMITTING ELEMENT AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF

도 1은 스넬의 법칙을 설명하는 개략도이다. 1 is a schematic diagram illustrating Snell's law.

도 2는 일반적인 질화갈륨계 발광 다이오드의 구조를 개략적으로 나타내는 사시도이다.2 is a perspective view schematically illustrating a structure of a general gallium nitride based light emitting diode.

도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 발광 다이오드 칩의 본딩 방식을 설명하는 단면도들이다. 3A and 3B are cross-sectional views illustrating a bonding method of the light emitting diode chip illustrated in FIG. 2.

도 4는 일반적인 질화갈륨계 발광 다이오드의 광적출 형상을 설명하는 사시도이다.4 is a perspective view illustrating a light extraction shape of a general gallium nitride based light emitting diode.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하는 사시도이다.5 is a perspective view illustrating a light emitting diode according to a first embodiment of the present invention.

도 6은 도 5에 도시된 발광 다이오드를 절단선 I-I'으로 절단한 단면도이다.FIG. 6 is a cross-sectional view of the light emitting diode shown in FIG. 5 taken along the line II ′.

도 7a 내지 도 7f는 도 5에 도시된 발광 다이오드의 제조 공정을 설명하는 단면도들이다.7A to 7F are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of the light emitting diode shown in FIG. 5.

도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 발광 다이오드의 광적출 효과를 설명하는 개념도들이다. 8A and 8B are conceptual views illustrating the light extraction effect of the light emitting diode according to the present invention.

도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드의 광적출 효율 계산 결과를 나타낸 그래프이다. 9 is a graph showing a light extraction efficiency calculation result of the light emitting diode according to the first embodiment of the present invention.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하는 사시도이다.10 is a perspective view illustrating a light emitting diode according to a second embodiment of the present invention.

도 11은 도 10에 도시된 발광 다이오드를 절단선 II-II'으로 절단한 단면도이다.FIG. 11 is a cross-sectional view of the light emitting diode shown in FIG. 10 taken along a cutting line II-II '.

도 12는 도 10에 도시된 발광 다이오드의 평면도이다.FIG. 12 is a plan view of the light emitting diode of FIG. 10.

도 13a 내지 도 13i는 도 10에 도시된 발광 다이오드의 제조 공정을 설명하는 단면도들이다.13A to 13I are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of the light emitting diode shown in FIG. 10.

도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하는 사시도이다.14 is a perspective view illustrating a light emitting diode according to a third embodiment of the present invention.

도 15는 도 14에 도시된 발광 다이오드의 평면도이다. FIG. 15 is a plan view of the light emitting diode shown in FIG. 14.

도 16은 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 다이오드의 광적출 효율 계산 결과를 나타낸 그래프이다.16 is a graph showing a light extraction efficiency calculation result of the light emitting diode according to the third embodiment of the present invention.

본 발명은 발광 소자와 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 광적출 효율(Extraction efficiency)을 높이기 위한 구조를 갖는 발광 소자와 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a light emitting device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a light emitting device having a structure for increasing the extraction efficiency (Extraction efficiency) and a manufacturing method thereof.

일반적으로 발광 소자인 발광 다이오드는 백열 전구나 형광등을 대체하는 차세대 조명으로 각광받고 있다. 특히, 긴 수명을 가진 대면적 LCD의 조명에 활용되 면서 수요가 더욱 크게 증가할 것으로 예상된다. In general, a light emitting diode, which is a light emitting device, is spotlighted as a next-generation lighting that replaces an incandescent bulb or a fluorescent lamp. In particular, demand is expected to increase further, as it is used for lighting of large area LCDs with long lifespan.

하지만, 발광 다이오드를 구성하는 물질(사파이어 기판, 에피, 에폭시 등) 간의 굴절률 차이에 기인하는 전반사(total reflection)로 인해 발생한 광의 대부분이 밖으로 빠져 나오지 못하고 갇히게 된다. 상기 전반사는 굴절률이 다른 계면에서, 상대적으로 높은 굴절률을 가지는 물질에서 낮은 굴절률을 가지는 물질로 광이 진행할 때 발생된다. 상기 전반사는 스넬의 법칙(Snell'law)에 의해 결정된다. However, most of the light generated by total reflection due to the difference in refractive index between the materials constituting the light emitting diode (sapphire substrate, epi, epoxy, etc.) is trapped. The total reflection occurs when light travels from a material having a relatively high refractive index to a material having a low refractive index at an interface having a different refractive index. The total reflection is determined by Snell'law.

도 1은 스넬의 법칙을 설명하는 개략도이다. 여기서, n1 및 n2는 각각 제1 및 제2 매질의 굴절률이며, θ1 및 θ2는 각각 입사각 및 출사각이다. 여기서 제2 매질의 굴절률이 제1 매질의 굴절률보다 크다.1 is a schematic diagram illustrating Snell's law. Where n1 and n2 are the refractive indices of the first and second media, respectively, and θ1 and θ2 are the incident angle and the exit angle, respectively. Wherein the refractive index of the second medium is greater than the refractive index of the first medium.

도 1을 참조하면, 굴절률이 상대적으로 큰 제2 매질에서 굴절률이 상대적으로 작은 제1 매질로 광이 투과될 때, 투과되는 광의 출사각(θ2)은 입사각(θ1)보다 큰 각도를 갖는다.Referring to FIG. 1, when light is transmitted from the second medium having a relatively large refractive index to the first medium having a relatively small refractive index, the exit angle θ2 of the transmitted light has an angle greater than the incident angle θ1.

특히, 블루 광원으로 널리 사용되는 질화갈륨계 발광 다이오드에 채용되는 사파이어 기판 및 질화갈륨(GaN)층은 굴절률이 각각 1.8 및 2.5이므로 굴절률이 1인 공기층과 심한 차이를 존재한다. 이처럼 큰 굴절률 차이는 발광 다이오드에서 발생된 광의 상당 부분이 내부에 갇히는 원인이 된다. 예를들면, 질화갈륨(GaN)층과 사파이어 기판간의 계면의 임계각은 46도 정도가 된다. 따라서, 46도 보다 큰 입사각을 갖는 광은 질화갈륨(GaN)층 내부에 갇힌다. In particular, the sapphire substrate and the gallium nitride (GaN) layer employed in the gallium nitride-based light emitting diode widely used as a blue light source has a refractive index of 1.8 and 2.5, respectively, and thus there is a significant difference from the air layer having a refractive index of 1. This large difference in refractive index causes a large portion of the light generated by the light emitting diode to be trapped inside. For example, the critical angle of the interface between the gallium nitride (GaN) layer and the sapphire substrate is about 46 degrees. Therefore, light having an angle of incidence greater than 46 degrees is trapped inside the gallium nitride (GaN) layer.

같은 방법으로 계산하면, 사파이어 기판과 공기 계면의 임계각은 33.5도, 질화갈륨(GaN)층과 공기층간의 계면의 임계각은 23.6도 정도이다. 따라서, 33.5도 보 다 큰 입사각을 갖는 광은 사파이어 기판 내부에 갇히고, 23.6도보다 큰 입사각을 갖는 광은 갈륨(GaN)층 내부에 갇힌다.In the same manner, the critical angle between the sapphire substrate and the air interface is 33.5 degrees, and the critical angle between the gallium nitride (GaN) layer and the air layer is about 23.6 degrees. Therefore, light having an incident angle greater than 33.5 degrees is trapped inside the sapphire substrate, and light having an incident angle greater than 23.6 degrees is trapped inside the gallium (GaN) layer.

이처럼, 발광 다이오드에서 발생된 많은 양의 광들이 계면의 전반사 때문에 적출되지 못함에 따라, 전체 발광 다이오드의 외부 양자 효율을 줄이는 원인이 되어 발광 다이오드의 광출력을 감소시키는 문제점이 있다.As such, since a large amount of light generated in the light emitting diode is not extracted due to total reflection of the interface, there is a problem that reduces the external quantum efficiency of the entire light emitting diode, thereby reducing the light output of the light emitting diode.

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 고휘도의 발광 소자를 구현하기 위해 광적출 효율을 높일 수 있는 질화갈륨계 발광 소자를 제공하는 것이다. Accordingly, the technical problem of the present invention is to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide a gallium nitride-based light emitting device that can increase the light extraction efficiency to implement a high brightness light emitting device.

본 발명의 다른 목적은 상기한 발광 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing the above light emitting device.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 발광 소자는 기판, 제1 질화갈륨층, 디스크형 활성층, 제2 질화갈륨층, 제1 전극 및 제2 전극을 포함한다. 상기 제1 질화갈륨층은 상기 기판 위에 디스크 형상으로 형성된다. 상기 디스크형 활성층은 상기 제1 질화갈륨층의 상대적으로 높은 영역에 형성된다. 상기 제2 질화갈륨층은 상기 활성층 위에 디스크 형상으로 형성된다. 상기 제1 전극은 상기 제1 질화갈륨층의 상대적으로 낮은 영역에 형성된다. 상기 제2 전극은 상기 제2 질화갈륨층 위에 형성된다.In order to realize the above object of the present invention, a light emitting device according to an embodiment includes a substrate, a first gallium nitride layer, a disk-type active layer, a second gallium nitride layer, a first electrode, and a second electrode. The first gallium nitride layer is formed in a disk shape on the substrate. The disk-like active layer is formed in a relatively high region of the first gallium nitride layer. The second gallium nitride layer is formed in a disk shape on the active layer. The first electrode is formed in a relatively low region of the first gallium nitride layer. The second electrode is formed on the second gallium nitride layer.

바람직하게, 상기 발광 소자는 상기 제2 질화갈륨층 위에 디스크 형상으로 형성된 전류확산층을 더 포함하고, 상기 제2 전극은 상기 전류확산층 위에 형성된 것을 특징으로 한다.Preferably, the light emitting device further includes a current spreading layer formed in a disk shape on the second gallium nitride layer, and the second electrode is formed on the current spreading layer.

바람직하게, 상기 제1 질화갈륨층의 반경은 상기 활성층의 반경보다 큰 것을 특징으로 한다.Preferably, the radius of the first gallium nitride layer is larger than the radius of the active layer.

바람직하게, 상기 제1 질화갈륨층의 반경과 상기 활성층의 반경의 비율은 4 : 10인 것을 특징으로 한다.Preferably, the ratio of the radius of the first gallium nitride layer and the radius of the active layer is 4:10.

바람직하게, 상기 기판은 상기 디스크 형상을 커버하는 사각 형상을 갖는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 제1 질화갈륨층은 상기 기판의 중심에서 일측으로 치우져진 제1 영역에 형성되고, 상기 제1 영역을 둘러싸는 주변 영역의 일부에 형성되고, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 제1 전극 패드를 더 포함하는 것이 바람직하고, 상기 제1 영역을 둘러싸는 주변 영역의 다른 일부에 형성되고, 상기 제2 전극과 전기적으로 연결된 제2 전극 패드를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 제1 질화갈륨층, 활성층 및 제2 질화갈륨층을 커버하면서, 상기 제1 전극과 상기 제1 전극 패드를 연결하는 제1 연결 부재를 절연시키고, 상기 제2 전극과 상기 제2 전극 패드를 연결하는 제2 연결 부재를 절연시키는 절연층을 더 포함하는 것이 바람직하다. Preferably, the substrate has a rectangular shape that covers the disk shape. Here, the first gallium nitride layer is formed in a first region oriented to one side from the center of the substrate, is formed in a portion of the peripheral region surrounding the first region, the first electrically connected to the first electrode It is preferable to further include an electrode pad, it is preferable to further include a second electrode pad formed in another part of the peripheral region surrounding the first region, and electrically connected to the second electrode. In this case, while covering the first gallium nitride layer, the active layer and the second gallium nitride layer, the first connecting member connecting the first electrode and the first electrode pad is insulated, and the second electrode and the second electrode It is preferable to further include an insulating layer for insulating the second connecting member connecting the pad.

바람직하게, 상기 기판은 디스크 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.Preferably, the substrate is characterized in that it has a disk shape.

바람직하게, 상기 제1 질화갈륨층은 n형 또는 p형으로 도핑되고, 상기 제2 질화갈륨층은 상기 제1 질화갈륨층과 반대 극성으로 도핑되어 p-n 접합면을 형성하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the first gallium nitride layer is doped with n-type or p-type, and the second gallium nitride layer is doped with a polarity opposite to the first gallium nitride layer to form a p-n junction surface.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 발광 소자는 디 스크형 기판, 제1 질화갈륨층, 디스크형 활성층, 제2 질화갈륨층, 제1 전극 및 제2 전극을 포함한다. 상기 제1 질화갈륨층은 상기 디스크형 기판 위에 디스크 형상으로 형성된다. 상기 디스크형 활성층은 상기 제1 질화갈륨층의 상대적으로 높은 영역에 형성된다. 상기 제2 질화갈륨층은 상기 활성층 위에 디스크 형상으로 형성된다. 상기 제1 전극은 상기 제1 질화갈륨층의 상대적으로 낮은 영역에 형성된다. 상기 제2 전극은 상기 제2 질화갈륨층 위에 형성된다.In order to achieve the above object of the present invention, a light emitting device includes a disk substrate, a first gallium nitride layer, a disk active layer, a second gallium nitride layer, a first electrode, and a second electrode. The first gallium nitride layer is formed in a disk shape on the disk substrate. The disk-like active layer is formed in a relatively high region of the first gallium nitride layer. The second gallium nitride layer is formed in a disk shape on the active layer. The first electrode is formed in a relatively low region of the first gallium nitride layer. The second electrode is formed on the second gallium nitride layer.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법은, (a) 기판 상에 제1 질화갈륨층, 활성층 및 제2 질화갈륨층을 순차적으로 성장시키는 단계; (b) 상기 제2 질화갈륨층 위에 전류확산층을 형성하는 단계; (c) 상기 전류확산층과 상기 제2 질화갈륨층 사이에 오믹 접촉을 실현하는 단계; (d) 상대적으로 작은 반경의 디스크 형상을 갖는 제2 질화갈륨층, 활성층 및 제1 질화갈륨의 일부 영역을 형성하는 단계; (e) 상대적으로 큰 반경의 디스크 형상을 갖는 제1 질화갈륨층이 형성되도록 상기 기판의 표면을 노출시키는 단계; 및 (f) 상대적으로 높은 전류확산층의 중앙 영역에 제1 전극을 형성하고, 상대적으로 낮은 제1 질화갈륨층에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.According to one or more exemplary embodiments, a method of manufacturing a light emitting device includes: (a) sequentially growing a first gallium nitride layer, an active layer, and a second gallium nitride layer on a substrate; (b) forming a current spreading layer over the second gallium nitride layer; (c) realizing an ohmic contact between the current spreading layer and the second gallium nitride layer; (d) forming a region of the second gallium nitride layer, the active layer and the first gallium nitride having a relatively small radius disk shape; (e) exposing a surface of the substrate to form a first gallium nitride layer having a relatively large radius disk shape; And (f) forming a first electrode in a central region of the relatively high current spreading layer, and forming a second electrode in the relatively low first gallium nitride layer.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위하여 다른 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법은, (a) 기판 상에 제1 질화갈륨층, 활성층 및 제2 질화갈륨층을 순차적으로 성장시키는 단계; (b) 상기 제2 질화갈륨층 위에 전류확산층을 형성하는 단계; (c) 상기 전류확산층과 상기 제2 질화갈륨층 사이에 오믹 접촉을 실현하는 단계; (d) 상대적으로 작은 반경의 디스크 형상을 갖는 제2 질화갈륨층, 활성층 및 제1 질화갈륨의 일부 영역을 형성하는 단계; (e) 상대적으로 큰 반경의 디스크 형상을 갖는 제1 질화갈륨층이 형성되도록 상기 기판의 표면을 노출시키는 단계; (f) 상기 제1 질화갈륨층 위에 상기 제1 질화갈륨층과 전기적으로 연결된 제1 전극을 형성하는 단계; (g) 상기 단계(f)에 의한 결과물 위에 절연층을 증착하는 단계; (h) 상기 제1 전극의 영역과, p-전극이 형성될 영역의 절연층을 제거하는 단계; 및 (i) 상기 단계(h)에 의해 노출된 제2 질화갈륨층에 전기적으로 연결된 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a light emitting device, including: (a) sequentially growing a first gallium nitride layer, an active layer, and a second gallium nitride layer on a substrate; (b) forming a current spreading layer over the second gallium nitride layer; (c) realizing an ohmic contact between the current spreading layer and the second gallium nitride layer; (d) forming a region of the second gallium nitride layer, the active layer and the first gallium nitride having a relatively small radius disk shape; (e) exposing a surface of the substrate to form a first gallium nitride layer having a relatively large radius disk shape; (f) forming a first electrode electrically connected to the first gallium nitride layer on the first gallium nitride layer; (g) depositing an insulating layer on the resultant of step (f); (h) removing the insulating layer of the region of the first electrode and the region where the p-electrode is to be formed; And (i) forming a second electrode electrically connected to the second gallium nitride layer exposed by step (h).

이러한 발광 소자와 이의 제조 방법에 의하면, 질화갈륨층을 상대적으로 큰 반경의 디스크 형상으로 하고, 활성층을 상대적으로 작은 디스크 형상으로 구현하므로써, 광적출 효율을 높일 수 있다.According to such a light emitting device and a method of manufacturing the same, the light extraction efficiency can be improved by making the gallium nitride layer into a relatively large disk shape and the active layer into a relatively small disk shape.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면에서 여러 층(또는 막) 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 전체적으로 도면 설명시 관찰자 관점에서 설명하였고, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 의미한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail the present invention. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed subject matter is thorough and complete, and that the scope of the invention to those skilled in the art will fully convey. In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., are exaggerated for clarity. As described in the drawing, when it is described from an observer's point of view, when a part such as a layer, a film, an area, or a plate is "on" another part, it is not only when another part is "directly" but also another part in between. It also includes the case. On the contrary, when a part is "just above" another part, it means that there is no other part in the middle.

도 2는 일반적인 질화갈륨계 발광 다이오드의 구조를 개략적으로 나타내는 사시도이다.2 is a perspective view schematically illustrating a structure of a general gallium nitride based light emitting diode.

도 2를 참조하면, 일반적인 질화갈륨계 발광 다이오드는 베이스 기판(10), n-타입 질화갈륨층(11), 활성층(active layer)(12), p-타입 질화갈륨층(13), n-전극(20), p-전극(21), p-타입 투명 전극(22)으로 이루어진다. 동작시, 상기 n-전극(20)과 p-전극(21)을 통해 전류를 흘리면 상기 활성층(12)에서 전자-홀 재결합이 일어나면서 광이 적출(또는 방출)된다.Referring to FIG. 2, a general gallium nitride based light emitting diode includes a base substrate 10, an n-type gallium nitride layer 11, an active layer 12, a p-type gallium nitride layer 13, and n−. The electrode 20, the p-electrode 21, and the p-type transparent electrode 22 are formed. In operation, when current flows through the n-electrode 20 and the p-electrode 21, light is extracted (or emitted) while electron-hole recombination occurs in the active layer 12.

상기 베이스 기판(10) 위에 상기 질화갈륨층(11)을 성장시키기 위해 보통 유기금속화학증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition, 이하 MOCVD) 장치를 이용한다. 상기 베이스 기판(10)은 사파이어 기판 또는 실리콘 카바이드 기판이다.In order to grow the gallium nitride layer 11 on the base substrate 10, a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) apparatus is usually used. The base substrate 10 is a sapphire substrate or a silicon carbide substrate.

먼저, 상기 베이스 기판(10) 위에 질화갈륨층(11)의 성장을 돕기 위한 완충층(buffer layer)(미도시)을 형성하고, 상기 n-타입 질화갈륨층(11), 활성층(active layer)(12) 및 p-타입 질화갈륨층(13)을 차례대로 성장시킨다. First, a buffer layer (not shown) is formed on the base substrate 10 to assist the growth of the gallium nitride layer 11, and the n-type gallium nitride layer 11 and the active layer ( 12) and the p-type gallium nitride layer 13 are grown in sequence.

일반적으로 다이오드는 p-n 접합으로 전류를 흘리기 위해 p-타입 질화갈륨층 상부와 n-타입 질화갈륨층과 연결된 베이스 기판의 하부에 전극을 형성한다. 하지만, 질화갈륨계 발광 다이오드의 기판으로 사용되는 사파이어는 절연체이므로 사파이어 기판(10)에 전극을 형성할 수 없다. 따라서, 상기 n-타입 질화갈륨층(11)에 직접 전극을 형성해야 한다. In general, a diode forms an electrode on top of a p-type gallium nitride layer and a bottom of a base substrate connected to an n-type gallium nitride layer to flow current through a p-n junction. However, since the sapphire used as the substrate of the gallium nitride-based light emitting diode is an insulator, an electrode cannot be formed on the sapphire substrate 10. Therefore, an electrode must be directly formed on the n-type gallium nitride layer 11.

이를 위해 전극이 형성될 부분의 p-타입 질화갈륨층(13), 활성층(12) 및 n-타입 질화갈륨층(11)의 일부 영역을 제거하고, 노출된 n-타입 질화갈륨층(11) 위에 상기 n-전극(20)을 형성한다. p-n 접합면에서 광이 나오기 때문에 전극에 의해 광이 가려지지 않도록 상기 p-전극(21)은 상기 p-타입 투명 전극(22)의 모서리에 형성한다. To this end, some regions of the p-type gallium nitride layer 13, the active layer 12, and the n-type gallium nitride layer 11 of the portion where the electrode is to be formed are removed, and the exposed n-type gallium nitride layer 11 is formed. The n-electrode 20 is formed thereon. Since the light is emitted from the p-n junction surface, the p-electrode 21 is formed at the corner of the p-type transparent electrode 22 so that the light is not obscured by the electrode.

이처럼 상기 p-전극(21)과 n-전극(20)이 모두 상부에 위치한 경우, 상기 p-전극(21)과 n-전극(20)이 서로 다른 면에 평행하게 위치한 일반적인 다이오드 구조에 비해 전류 분포가 균일하지 못하다. As such, when both the p-electrode 21 and the n-electrode 20 are positioned at the top, the current is higher than that of a general diode structure in which the p-electrode 21 and the n-electrode 20 are located in parallel with each other. The distribution is not uniform.

또한, 일반적으로 상기 p-타입 질화갈륨층(13)은 상기 n-타입 질화갈륨층(11)에 비해 저항이 커서 상기 p-타입 질화갈륨층(13) 전체로 전류가 균일하게 흐르기가 더욱 어렵다. 이를 막기 위해 상기 p-타입 질화갈륨층(13) 상부 전면에 얇은 투명 전극을 형성하여 상기 p-타입 질화갈륨층(13) 전면으로 전류가 전달될 수 있도록 한다. In addition, the p-type gallium nitride layer 13 generally has a higher resistance than the n-type gallium nitride layer 11, and thus, it is more difficult for a current to flow uniformly through the p-type gallium nitride layer 13. . To prevent this, a thin transparent electrode is formed on the entire upper surface of the p-type gallium nitride layer 13 so that current can be transferred to the entire surface of the p-type gallium nitride layer 13.

하지만, 투명 전극은 광이 투과될 수 있도록 하기 위해 약 10 나노미터 두께의 매우 얇은 금속층으로 형성되므로 저항이 높다. 상기한 고저항의 투명 전극을 이용하여 p-타입 질화갈륨층 전면으로 균일하게 전류가 전달하는데 한계가 있다. However, the transparent electrode is formed of a very thin metal layer of about 10 nanometers thick in order to allow light to be transmitted, so the resistance is high. There is a limit to uniform current transfer to the entire surface of the p-type gallium nitride layer using the high resistance transparent electrode.

또한, 상기 p-타입 질화갈륨층(13)과의 접촉 저항도 높아 다이오드 특성이 저하되며 열을 발생시키는 요인이 되기도 한다. 상기 투명 전극의 두께를 두껍게 하여 저항을 낮출 수 있지만, 이 경우 전극에 의한 광의 흡수율과 반사율이 높아져 광이 외부로 적출되기 어려워진다.In addition, the contact resistance with the p-type gallium nitride layer 13 is also high, which leads to deterioration of diode characteristics and generation of heat. The thickness of the transparent electrode can be increased to lower the resistance, but in this case, the absorption and reflectance of the light by the electrode become high, making it difficult to extract light to the outside.

이와 같은 단점을 줄이기 위해 플립-칩 본딩(flip chip bonding) 방식을 이용해 발광 다이오드의 발광 효율을 높이는 방법이 제안되었다. 즉, p-타입 질화갈 륨층 전면에 두꺼운 전극을 형성하고, 발광 다이오드 칩을 뒤집어서 플립-칩 본딩(flip chip bonding) 방식으로 패키지에 실장할 수 있다.In order to reduce such drawbacks, a method of increasing light emission efficiency of a light emitting diode using a flip chip bonding method has been proposed. That is, a thick electrode may be formed on the entire surface of the p-type gallium nitride layer, and the LED chip may be inverted to be mounted in a package by flip chip bonding.

도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 발광 다이오드 칩의 본딩 방식을 설명하는 단면도들이다. 특히 도 3a는 와이어 본딩 방식으로 조립된 질화갈륨계 발광 다이오드 칩을 도시하는 단면도이고, 도 3b는 플립칩 본딩 방식으로 조립된 질화갈륨계 발광 다이오드 칩을 도시하는 단면도이다.3A and 3B are cross-sectional views illustrating a bonding method of the light emitting diode chip illustrated in FIG. 2. In particular, FIG. 3A is a cross-sectional view showing a gallium nitride-based LED chip assembled by wire bonding, and FIG. 3B is a cross-sectional view showing a gallium nitride-based LED chip assembled by flip chip bonding.

도 3a에 도시된 바와 같이, 발광 다이오드 칩을 담고 있는 패키지에는 전류를 공급하기 위한 리드 프레임이 배치되어 있다. 상기 리드 프레임 위에 발광 다이오드 칩을 부착하고, 상기 리드 프레임과 상기 발광 다이오드 칩의 n-전극(20) 및 p-전극(21)을 가느다란 금속 와이어(30a, 30b)로 전기적으로 연결한다. 이 경우 p-타입 질화갈륨층 상부를 통해 광이 나올 수 있도록 투명 전극을 얇게 형성한다.As shown in FIG. 3A, a lead frame for supplying a current is disposed in a package containing a light emitting diode chip. A light emitting diode chip is attached on the lead frame, and the lead frame and the n-electrode 20 and the p-electrode 21 of the light emitting diode chip are electrically connected with thin metal wires 30a and 30b. In this case, a thin transparent electrode is formed so that light can be emitted through the p-type gallium nitride layer.

한편, 도 3b에 도시된 바와 같이, 플립-칩 본딩 방식은 리드 프레임과 연결된 또 다른 기판(40)이 배치되고, 상기 기판(40) 상에 발광 다이오드의 전극과 대응되는 위치에 솔더 범프(solder bump)(31b)가 형성된다. 상기 발광 다이오드를 뒤집어서 발광 다이오드의 전극과 상기 솔더 범프(31b)가 서로 연결되도록 발광 다이오드 칩을 부착한다. Meanwhile, as illustrated in FIG. 3B, in the flip-chip bonding method, another substrate 40 connected to the lead frame is disposed, and solder bumps are disposed at positions corresponding to electrodes of the light emitting diodes on the substrate 40. bumps 31b are formed. The light emitting diode is turned upside down to attach a light emitting diode chip such that the electrodes of the light emitting diode and the solder bumps 31b are connected to each other.

도 4는 일반적인 질화갈륨계 발광 다이오드의 광적출 형상을 설명하는 사시도이다.4 is a perspective view illustrating a light extraction shape of a general gallium nitride based light emitting diode.

도 4를 참조하면, 일반적인 질화갈륨계 발광 다이오드(50)는 육면체 형상으로 이루어져, 6개의 광 탈출 원추(escape cone)를 갖는다. 즉, 기판 표면에 수직인 방향으로 2개의 광 탈출 원추와, 기판 표면에 평행인 방향으로 4개의 광 탈출 원추를 갖는다.Referring to FIG. 4, a general gallium nitride-based light emitting diode 50 has a hexahedral shape, and has six escape cones. That is, it has two light escape cones in a direction perpendicular to the substrate surface and four light escape cones in a direction parallel to the substrate surface.

질화갈륨계 발광소자의 경우, 입체각 23.6도 안으로 진행하는 광만 적출되고 나머지는 전반사로 인해 빠져 나오지 못하게 된다. 왜냐하면, 질화갈륨층과 공기 사이의 전반사로 인한 임계각이 약 23.6도 이기 때문이다. 이처럼, 발광 다이오드에서 발생된 많은 양의 광들이 계면의 전반사 때문에 적출되지 못함에 따라, 전체 LED의 외부 양자 효율을 줄이는 원인이 되어 LED의 광출력을 감소시킨다.In the case of the gallium nitride-based light emitting device, only light traveling in the solid angle of 23.6 degrees is extracted and the rest cannot be escaped due to total reflection. This is because the critical angle due to total reflection between the gallium nitride layer and air is about 23.6 degrees. As such, since a large amount of light generated in the light emitting diode is not extracted due to total reflection of the interface, it reduces the external quantum efficiency of the entire LED, thereby reducing the light output of the LED.

<발광 다이오드의 실시예-1><Example-1 of Light Emitting Diode>

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하는 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 발광 다이오드를 절단선 I-I'으로 절단한 단면도이다.5 is a perspective view illustrating a light emitting diode according to a first exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a cross-sectional view of the light emitting diode shown in FIG. 5 taken along the line II ′.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드(100)는 기판(110), n-타입 질화갈륨층(120), 활성층(active layer)(130), p-타입 질화갈륨층(140), 전류확산층(current spreading layer)(150), n-전극(160) 및 p-전극(170)을 포함한다. 동작시, 상기 n-전극(160)과 p-전극(170)을 통해 전류를 흘리면 상기 활성층(130)에서 전자-홀 재결합이 일어나면서 광이 방출된다.5 and 6, the light emitting diode 100 according to the first embodiment of the present invention includes a substrate 110, an n-type gallium nitride layer 120, an active layer 130, and p−. A type gallium nitride layer 140, a current spreading layer 150, an n-electrode 160 and a p-electrode 170 are included. In operation, when current flows through the n-electrode 160 and the p-electrode 170, electron-hole recombination occurs in the active layer 130 to emit light.

상기 기판(110)은 사각 형상을 갖고, 상기 기판(110) 위에 형성된 모든 층들은 디스크 형상을 갖는다. 상기 활성층(130)을 포함한 p-타입 질화갈륨층(140)의 제1 반경(r1)과 상기 n-타입 질화갈륨층(120)의 제2 반경(r2)은 서로 다르게 구성된다. 이때, 상기 제1 반경(r1)은 상기 제2 반경(r2)보다 작다. 바람직하게, r1/r2 < 0.8의 조건을 만족한다.The substrate 110 has a rectangular shape, and all the layers formed on the substrate 110 have a disk shape. The first radius r1 of the p-type gallium nitride layer 140 including the active layer 130 and the second radius r2 of the n-type gallium nitride layer 120 are different from each other. In this case, the first radius r1 is smaller than the second radius r2. Preferably, the condition of r1 / r2 <0.8 is satisfied.

상기 기판(110) 위에는 디스크 형상으로 형성된 n-타입 질화갈륨층(120)이 형성된다. 상기 기판(110)은 사파이어, 수정(Quartz), 산화아연(ZnO), 실리콘 카바이드(SiC) 혹은 질화 금속 버퍼층을 갖는 기판이다. 본 실시예에서 설명되는 각종 질화갈륨계는 (AlxGa1-x)InyN (여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1)의 조건을 만족하는 혼합물이면 무방하다. 상기 기판(110)은 광적출 효율을 보다 증가시키기 위해 상기 n-타입 질화갈륨층(120)에 접하는 면에 일정 거칠기를 더 갖는 것이 바람직하다.The n-type gallium nitride layer 120 formed in a disk shape is formed on the substrate 110. The substrate 110 is a substrate having sapphire, quartz, zinc oxide (ZnO), silicon carbide (SiC), or a metal nitride buffer layer. Various gallium nitride systems described in this embodiment may be a mixture satisfying the conditions of (AlxGa1-x) InyN (here, 0≤x≤1, 0≤y≤1). In order to further increase the light extraction efficiency, the substrate 110 may further have a predetermined roughness on a surface of the substrate 110 which is in contact with the n-type gallium nitride layer 120.

본 실시예에서 설명되는 n-타입 질화갈륨층(120)이나 p-타입 질화갈륨층(140)을 성장시키기 위해서는 보통 유기금속화학증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD), 분자선 에피택시(Molecular Beam Epitaxy, MBE) 또는 하이브리드 기상에피택시(Hydride Vappor Phase Epitaxy, HVPE) 등의 장치를 이용한다. 질화갈륨계 발광 다이오드의 기판으로 사용되는 사파이어는 절연체이므로 상기 기판(110)에 전극을 형성할 수 없다. 따라서, 상기 n-타입 질화갈륨층(120) 위에 전극을 형성해야 한다. 이를 위해 전극이 형성될 부분의 p-타입 질화갈륨층(140), 활성층(130) 및 n-타입 질화갈륨층(120)의 일부 영역은 제거되고, 노출된 n-타입 질화갈륨층(120) 위에 상기 n-전극(160)이 형성된다. In order to grow the n-type gallium nitride layer 120 or the p-type gallium nitride layer 140 described in the present embodiment, usually, organic organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (Molecular Beam) Devices such as Epitaxy (MBE) or Hybrid Vapor Phase Epitaxy (HVPE). Since sapphire used as a substrate of a gallium nitride-based light emitting diode is an insulator, an electrode cannot be formed on the substrate 110. Therefore, an electrode must be formed on the n-type gallium nitride layer 120. To this end, some regions of the p-type gallium nitride layer 140, the active layer 130, and the n-type gallium nitride layer 120 of the portion where the electrode is to be formed are removed, and the exposed n-type gallium nitride layer 120 The n-electrode 160 is formed thereon.

이에 따라, 상기 n-타입 질화갈륨층(120)은 중앙 영역에 대응해서는 제1 높이로 형성되고, 상기 중심 영역을 둘러싸는 주변 영역에 대응해서는 상기 제1 높이보다는 작은 제2 높이로 형성된다. Accordingly, the n-type gallium nitride layer 120 is formed to have a first height corresponding to the central region, and has a second height smaller than the first height to correspond to the peripheral region surrounding the central region.

p-n 접합면에서 광이 나오기 때문에 전극에 의해 광이 가려지지 않도록 상기 p-전극(160)은 상기 전류확산층(150)의 모서리에 형성된다. Since light is emitted from the p-n junction surface, the p-electrode 160 is formed at an edge of the current diffusion layer 150 so that light is not obscured by the electrode.

상기 n-전극(160)과 p-전극(170)이 모두 상부에 위치한 경우, 상기 n-전극(160)과 p-전극(170)은 서로 다른 면에 평행하게 위치한 일반적인 다이오드 구조에 비해 전류 분포가 균일하지 못하다. When both the n-electrode 160 and the p-electrode 170 are located at the top, the n-electrode 160 and the p-electrode 170 have a current distribution in comparison with a general diode structure located parallel to different planes. Is not uniform.

또한, 일반적으로 상기 p-타입 질화갈륨층(140)은 상기 n-타입 질화갈륨층(120)에 비해 저항이 커서 상기 p-타입 질화갈륨층(140) 전체로 전류가 균일하게 흐르기가 더욱 어렵다. 이를 막기 위해 상기 p-타입 질화갈륨층(140) 상부 전면에 얇은 투명 전극인 전류확산층(150)이 형성되어 상기 p-타입 질화갈륨층(140) 전면으로 전류가 전달될 수 있도록 한다. In addition, the p-type gallium nitride layer 140 has a larger resistance than the n-type gallium nitride layer 120, and thus, it is more difficult to uniformly flow current through the p-type gallium nitride layer 140. . In order to prevent this, the current diffusion layer 150, which is a thin transparent electrode, is formed on the entire upper surface of the p-type gallium nitride layer 140 so that the current can be transmitted to the entire surface of the p-type gallium nitride layer 140.

이상에서는 질화갈륨계 반도체층의 예로 n-타입으로 도핑된 n-타입 질화갈륨층(120)을 설명하였으나, p-타입으로 도핑된 p-타입 질화갈륨층에도 적용될 수 있음은 자명하다. 이에 따라, 상기 p-타입 질화갈륨층 위에는 활성층, n-타입 질화갈륨층 및 전류확산층이 형성되고, 상기 전류확산층의 일부 영역에는 p-전극이 형성되고, 일부 영역이 개구되면서 노출된 상기 p-타입 질화갈륨층의 일부 영역에는 n-전극이 형성됨은 자명하다.Although the n-type gallium nitride layer 120 doped with n-type has been described as an example of the gallium nitride-based semiconductor layer, it is obvious that the p-type gallium nitride layer may be applied to the p-type gallium nitride layer. Accordingly, an active layer, an n-type gallium nitride layer, and a current diffusion layer are formed on the p-type gallium nitride layer, a p-electrode is formed in a portion of the current diffusion layer, and the p- is exposed while opening a portion of the current diffusion layer. It is apparent that n-electrodes are formed in some regions of the type gallium nitride layer.

도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조 공정을 설명하는 단면도들이다.7A to 7F are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 사파이어 기판(110)을 준비하고, 상기 사파이어 기판(110) 위에 n-타입 질화갈륨층(120), 활성층(130)(예를들어, MQW; multi quantum well) 및 p-타입 질화갈륨층(140)을 유기금속화학증착법(MOCVD)으로 순차적으로 성장시킨다. 도시하지는 않았으나, 광적출 효율을 보다 증가시키기 위해 상 기 n-타입 질화갈륨층(120)에 접하는 상기 사파이어 기판(110)의 표면에 일정 거칠기를 더 부여할 수도 있다.7A and 7B, a sapphire substrate 110 is prepared, and an n-type gallium nitride layer 120 and an active layer 130 (eg, MQW; multi quantum well) are formed on the sapphire substrate 110. And p-type gallium nitride layer 140 is sequentially grown by organometallic chemical vapor deposition (MOCVD). Although not shown, in order to further increase the light extraction efficiency, the surface of the sapphire substrate 110 in contact with the n-type gallium nitride layer 120 may be further provided with a certain roughness.

도 7c를 참조하면, 전류확산층(150)을 전자 빔 증착법으로 형성한 후, 열처리를 통해 전류확산층(150)과 p-타입 질화갈륨층(140) 사이에 오믹 접촉을 실현한다. 상기 전류확산층(150)은 주로 ITO(Indium Tin Oxide), ATO (Antimony Tin Oxide) 같은 투명 산화물 전극으로 이루어지고, 증발 건조(evaporation) 또는 스퍼터링 방법을 통해 증착된다. 상기 p-타입 질화갈륨층(140)과 ITO는 서로 오믹 접촉을 이루기 어려워 실제로는 p-타입 질화갈륨층(140) 위에 얇은 SLS(Super Lattice Structure)를 도입하여 터널 접촉(tunnel junction)을 만드는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 7C, after the current diffusion layer 150 is formed by electron beam deposition, an ohmic contact is realized between the current diffusion layer 150 and the p-type gallium nitride layer 140 through heat treatment. The current spreading layer 150 mainly consists of a transparent oxide electrode such as indium tin oxide (ITO) or antimony tin oxide (ATO), and is deposited by evaporation or sputtering. Since the p-type gallium nitride layer 140 and the ITO are difficult to make ohmic contact with each other, the tunnel junction is actually formed by introducing a thin SLS (Super Lattice Structure) on the p-type gallium nitride layer 140. desirable.

도 7d를 참조하면, 제1 반경(r1)의 불투명 부재가 형성된 제1 마스크(MA1)를 이용하여 상기 제1 반경(r1)을 갖는 디스크 형상으로 p 형 질화갈륨(140), 활성층(130), n-타입 질화갈륨(120)의 일부분을 건식식각 방법으로 식각한다.Referring to FIG. 7D, the p-type gallium nitride 140 and the active layer 130 have a disk shape having the first radius r1 by using a first mask MA1 having an opaque member having a first radius r1. A portion of the n-type gallium nitride 120 is etched by a dry etching method.

도 7e를 참조하면, 상기 제1 반경(r1)보다 큰 제2 반경(r2)의 불투명 부재가 형성된 제2 마스크(MA2)를 이용하여 상기 제2 반경(r2)을 가지는 디스크 형상으로 나머지 n-타입 질화갈륨층(120)을 기판 표면이 노출될 때까지 건식식각 방법으로 식각한다.Referring to FIG. 7E, the remaining n − may be formed in a disk shape having the second radius r2 by using the second mask MA2 having the opaque member having the second radius r2 greater than the first radius r1. The type gallium nitride layer 120 is etched by a dry etching method until the substrate surface is exposed.

도 7f를 참조하면, 제3 마스크(MA3)를 이용하여 도 7e에 의한 결과물에 p-전극(160)과 n-전극(170)을 형성한다. 구체적으로, 상기 도 7e에 의한 결과물의 영역중 상대적으로 높은 영역, 즉, 전류확산층(150)의 중앙 영역에 Cr/Ni/Au를 증착하여 p-전극(160)을 정의하고, 상대적으로 낮은 영역, 즉 메사 에칭된 n-타입 질화갈 륨층(120) 위에 Ti/Al/Ti/Au, 또는 Cr/Ni/Au를 증착하여 n-전극(170)을 정의한다.Referring to FIG. 7F, the p-electrode 160 and the n-electrode 170 are formed on the resultant of FIG. 7E using the third mask MA3. Specifically, the p-electrode 160 is defined by depositing Cr / Ni / Au in a relatively high region of the resultant region of FIG. 7E, that is, a central region of the current diffusion layer 150, and a relatively low region. That is, the n-electrode 170 is defined by depositing Ti / Al / Ti / Au or Cr / Ni / Au on the mesa-etched gallium nitride layer 120.

이상에서는 p-타입 질화갈륨층(140) 위에 투명한 재질의 전류확산층(150)을 증착시켜 일종의 탑 발광 방식의 발광 다이오드를 일례로 설명하였다. 상기 탑 발광 방식의 발광 다이오드는 상기한 도 3a에 도시된 바와 같이 와이어 본딩 방식으로 조립되어 프론트 방향으로 광을 출사한다.In the above, the current diffusion layer 150 made of a transparent material is deposited on the p-type gallium nitride layer 140. The top light emitting diode is assembled by wire bonding as shown in FIG. 3A and emits light in a front direction.

하지만, 상기 p-타입 질화갈륨층(140)과 오믹(Ohmic) 접촉을 이루면서 높은 반사층을 가지는 p-접촉층을 증착시켜 일종의 바텀 발광 방식의 발광 다이오드에도 적용될 수 있음은 자명하다. 상기 바텀 발광 방식의 발광 다이오드는 상기한 도 3b에 도시된 바와 같이 플립-칩 본딩(flip chip bonding) 방식으로 조립되어 리어 방향으로 광을 출사한다. 상기 p-접촉층은 Ni/Ag, Ni/Al, Pt/Ag 등으로 이루어지고, 증발 건조(evaporation) 또는 스퍼터링 방법, 엑시머 레이저 등을 통해 증착된다.However, the p-type gallium nitride layer 140 is in ohmic (Ohmic) contact with the p-contact layer having a high reflecting layer is deposited, it is obvious that it can be applied to a kind of bottom-emitting light emitting diode. The bottom light emitting diode is assembled by flip chip bonding as shown in FIG. 3B and emits light in the rear direction. The p-contact layer is made of Ni / Ag, Ni / Al, Pt / Ag, and the like, and is deposited through an evaporation or sputtering method, an excimer laser, or the like.

도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 발광 다이오드의 광적출 효과를 설명하는 개념도들이다. 특히, 도 8a는 활성층의 반경이 질화갈륨층의 반경에 가까울 때의 특정 포인트에서 발산된 광적출 효과를 도시하고, 도 8b는 활성층의 변경이 질화갈륨층의 반경에 멀 때의 특정 포인트에서 발산된 광적출 효과를 도시한다.8A and 8B are conceptual views illustrating the light extraction effect of the light emitting diode according to the present invention. In particular, FIG. 8A shows the light extraction effect emitted at a particular point when the radius of the active layer is close to the radius of the gallium nitride layer, and FIG. 8B shows the light extraction effect when the change of the active layer is far from the radius of the gallium nitride layer. The light extraction effect is shown.

도 8a를 참조하면, 활성층(130)의 반경(r1)이 질화갈륨층(120)의 반경(r2)에 가까워지면, 상기 활성층(130)의 반경(r1)의 경계 부근에 존재하는 임의의 점광원에서 출사되는 광은 특정한 방향으로 입사할 때 탈출할 수 없는 경우가 발생한다. 즉, 질화갈륨층(120)을 정의하는 원의 접선의 법선과 광의 입사각이 이루는 각도가 23.6도(여기서는 질화갈륨과 공기 사이의 임계각) 이하인 경우에만 점광원에서 출 사된 광은 탈출할 수 있다. Referring to FIG. 8A, when the radius r1 of the active layer 130 approaches the radius r2 of the gallium nitride layer 120, an arbitrary point exists near the boundary of the radius r1 of the active layer 130. The light emitted from the light source cannot escape when it enters a specific direction. That is, the light emitted from the point light source may escape only when the angle formed between the tangent normal of the circle defining the gallium nitride layer 120 and the incident angle of light is 23.6 degrees or less (in this case, the critical angle between gallium nitride and air).

하지만 도 8b와 같이, 활성층(130)의 반경(r1)이 제로에 근접하도록 작아지면, 임의의 점광원에서 출사되는 모든 광은 원의 중심에 국한(이론적으로 제로에 근접)되므로 점광원에서 출사된 모든 광은 탈출할 수 있게 된다. However, as shown in FIG. 8B, when the radius r1 of the active layer 130 becomes small to be close to zero, all light emitted from any point light source is limited to the center of the circle (theoretically close to zero) and thus is emitted from the point light source. All the lights can escape.

그러나, 활성층(130)의 반경이 제로인 발광 다이오드는 제작할 수 없으므로 활성층(130)의 반경(r1)의 하한 값을 적절히 선정할 필요가 있다. However, since a light emitting diode having a zero radius of the active layer 130 cannot be manufactured, it is necessary to appropriately select the lower limit of the radius r1 of the active layer 130.

활성층(130)의 반경(r1) 대비 질화갈륨층(120)의 반경(r2)의 비율(r1/r2)과 광적출 효율간의 상관 관계를 알아보기 위해 레이 트레이싱(ray tracing)을 통한 전산 모사를 이용하여 조사하여 측정된 결과를 하기하는 도 9에 나타낸다. In order to examine the correlation between the ratio (r1 / r2) of the radius (r2) of the gallium nitride layer 120 to the radius (r1) of the active layer 130 and the light extraction efficiency, a computer simulation through ray tracing is performed. It shows in FIG. 9 which shows the result measured by irradiating using.

도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 활성층과 질화갈륨층간의 반경 비율 대비 발광 다이오드의 광적출 효율을 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing light extraction efficiency of a light emitting diode compared to a radius ratio between an active layer and a gallium nitride layer according to the first embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 일반적인 큐빅형 발광 다이오드(Cubic LED)의 광적출 효율은 대략 28% 정도이다.Referring to FIG. 9, the light extraction efficiency of a typical cubic LED is about 28%.

하지만, 본 발명에 따른 디스크형 발광 다이오드(Disk LED)에서는 질화갈륨층 반경(R1)보다 활성층 반경(r1)을 축소시킴에 따라, 광적출 효율이 증가함을 확인할 수 있다. However, in the disk LED according to the present invention, as the active layer radius r1 is reduced rather than the gallium nitride layer radius R1, the light extraction efficiency increases.

즉, 질화갈륨층(120)의 반경(R1)과 활성층(130)의 반경(r1)이 거의 동일한 경우에는 오히려 큐빅형 발광 다이오드의 광적출 효율보다 낮은 값을 갖는다. That is, when the radius R1 of the gallium nitride layer 120 and the radius r1 of the active layer 130 are substantially the same, the value is lower than the light extraction efficiency of the cubic light emitting diode.

하지만, 활성층(130)의 반경(r1)이 축소되어 질화갈륨층(120)의 반경(R1)보다 80% 내외에 존재하면 광적출 효율은 30% 정도이고, 60% 내외에 존재하면 광적출 효율은 34% 정도이다. 또한, 50% 내외에 존재하면 39% 정도에 도달하고, 40% 이하에서는 광적출 효율이 대략 40%로 유지됨을 확인할 수 있다. However, when the radius r1 of the active layer 130 is reduced to exist within about 80% of the radius R1 of the gallium nitride layer 120, the light extraction efficiency is about 30%. Is about 34%. In addition, when present in about 50% or less reaches 39%, it can be seen that the light extraction efficiency is maintained at about 40% below 40%.

이처럼, 본 발명에 따른 디스크형 발광 다이오드의 광적출 효율은 일반적인 큐빅형 발광 다이오드의 광적출 효율(28%) 보다 최고 40% 정도 증가함을 확인할 수 있다.As such, it can be seen that the light extraction efficiency of the disk type light emitting diode according to the present invention is increased by about 40% more than the light extraction efficiency (28%) of the general cubic light emitting diode.

<발광 다이오드의 실시예-2><Example 2 of Light Emitting Diode>

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하는 사시도이다. 도 11은 도 10에 도시된 발광 다이오드를 절단선 II-II'으로 절단한 단면도이다. 도 12는 도 10에 도시된 발광 다이오드의 평면도이다.10 is a perspective view illustrating a light emitting diode according to a second embodiment of the present invention. FIG. 11 is a cross-sectional view of the light emitting diode shown in FIG. 10 taken along a cutting line II-II '. FIG. 12 is a plan view of the light emitting diode of FIG. 10.

도 10 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 다이오드(200)는 기판(210), n-타입 질화갈륨층(220), 활성층(active layer)(230), p-타입 질화갈륨층(240), 전류확산층(current spreading layer)(250), 절연층(255), n-전극(260), n-전극 패드(262), p-전극(270) 및 p-전극 패드(272)를 포함한다. 동작시, 상기 n-전극(260)과 p-전극(270)을 통해 전류를 흘리면 상기 활성층(230)에서 전자-홀 재결합이 일어나면서 광이 방출된다.10 to 12, the light emitting diode 200 according to the second embodiment of the present invention includes a substrate 210, an n-type gallium nitride layer 220, an active layer 230, and p−. Type gallium nitride layer 240, current spreading layer 250, insulating layer 255, n-electrode 260, n-electrode pad 262, p-electrode 270 and p-electrode Pad 272. In operation, when current flows through the n-electrode 260 and the p-electrode 270, light is emitted while electron-hole recombination occurs in the active layer 230.

상기 기판(210)은 사각 형상을 갖고, 상기 기판(210) 위에 형성된 모든 층들은 디스크 형상을 갖고서, 상기 기판 상에서 한쪽으로 치우쳐 형성된다. 상기 활성층(230)을 포함한 p-타입 질화갈륨층(240)의 제1 반경(r1)과 상기 n-타입 질화갈륨층(220)의 제2 반경(r2)은 서로 다르게 구성된다. 이때, 상기 제1 반경(r1)은 상기 제2 반경(r2)보다 작다. 바람직하게, r1/r2 < 0.8의 조건을 만족한다.The substrate 210 has a quadrangular shape, and all the layers formed on the substrate 210 have a disk shape, and are formed on one side of the substrate. The first radius r1 of the p-type gallium nitride layer 240 including the active layer 230 and the second radius r2 of the n-type gallium nitride layer 220 are different from each other. In this case, the first radius r1 is smaller than the second radius r2. Preferably, the condition of r1 / r2 <0.8 is satisfied.

상기 디스크형 n-타입 질화갈륨층(220)은 상기 기판(210) 위에 한쪽으로 치우쳐져 형성된다. 상기 n-타입 질화갈륨층(220)은 중앙 영역에 대응해서는 제1 높이로 형성되고, 상기 중심 영역을 둘러싸는 주변 영역에 대응해서는 상기 제1 높이보다는 작은 제2 높이로 형성된다. The disk-type n-type gallium nitride layer 220 is formed on one side of the substrate 210. The n-type gallium nitride layer 220 is formed to have a first height corresponding to the central region, and is formed to have a second height smaller than the first height to correspond to the peripheral region surrounding the central region.

상기 전류확산층(250)은 상기 p-타입 질화갈륨층(240) 위에 형성된다.The current spreading layer 250 is formed on the p-type gallium nitride layer 240.

상기 절연층(255)은 n-타입 질화갈륨층(220)의 측면 및 상면과, 상기 활성층(230)의 측면과, 상기 p-타입 질화갈륨층(240)의 측면 및 상면과, 상기 전류확산층(250)의 측면 및 상면을 커버하되, 상기 n-전극(260)이 형성될 영역과, 상기 p-전극(270)이 형성될 영역에 대응해서는 하부층을 노출시킨다.The insulating layer 255 may include a side surface and an upper surface of the n-type gallium nitride layer 220, a side surface of the active layer 230, a side surface and an upper surface of the p-type gallium nitride layer 240, and the current diffusion layer. Covering the side and top surfaces of the 250, the lower layer is exposed to correspond to the region where the n-electrode 260 is to be formed and the region where the p-electrode 270 is to be formed.

상기 p-전극(260)은 p-n 접합면에서 광이 나오기 때문에 전극에 의해 광이 가려지지 않도록 하기 위해 상기 전류확산층(250)의 모서리에 형성된다. p-전극 패드(262)는 상기 n-타입 질화갈륨층(220)이 제거된 상기 기판(210)위에 형성된다. 상기 p-전극(260)과 p-전극 패드(262)를 연결하는 p-전극 연결 부재(263)가 더 형성되고, 상기 p-전극 연결 부재(263)는 상기 n-형 질화갈륨층(220), 활성층(230) 및 p-형 질화갈륨층(250)을 커버하는 절연층(255) 위에 형성되어 전기적으로 절연된다.The p-electrode 260 is formed at an edge of the current diffusion layer 250 to prevent light from being blocked by the electrode because light is emitted from the p-n junction surface. The p-electrode pad 262 is formed on the substrate 210 from which the n-type gallium nitride layer 220 is removed. A p-electrode connecting member 263 connecting the p-electrode 260 and the p-electrode pad 262 is further formed, and the p-electrode connecting member 263 is the n-type gallium nitride layer 220. ) And an insulating layer 255 covering the active layer 230 and the p-type gallium nitride layer 250 to be electrically insulated.

상기 n-전극(260)과 p-전극(270)이 모두 상부에 위치한 경우, 상기 n-전극(260)과 p-전극(270)은 서로 다른 면에 평행하게 위치한 일반적인 다이오드 구조에 비해 전류 분포가 균일하지 못하다. When both the n-electrode 260 and the p-electrode 270 are positioned at the top, the n-electrode 260 and the p-electrode 270 have a current distribution compared to a general diode structure in parallel to different planes. Is not uniform.

상기 n-전극(270)은 절연층(255)에 의해 노출되는 n-형 질화갈륨층(220)의 표면에 형성되고, n-전극 패드(272)는 상기 n-타입 질화갈륨층(220)이 제거된 상기 기판(210)위에 형성된다. 상기 n-전극(270)과 n-전극 패드(272)를 연결하는 n-전극 연결 부재(273)가 더 형성되고, 상기 n-전극 연결 부재(273)는 상기 n-형 질화갈륨층(220), 활성층(230) 및 p-형 질화갈륨층(250)을 커버하는 절연층(255) 위에 형성되어 전기적으로 절연된다.The n-electrode 270 is formed on the surface of the n-type gallium nitride layer 220 exposed by the insulating layer 255, and the n-electrode pad 272 is the n-type gallium nitride layer 220. It is formed on the removed substrate 210. An n-electrode connecting member 273 connecting the n-electrode 270 and the n-electrode pad 272 is further formed, and the n-electrode connecting member 273 is the n-type gallium nitride layer 220. ) And an insulating layer 255 covering the active layer 230 and the p-type gallium nitride layer 250 to be electrically insulated.

도 13a 내지 도 13i는 도 10에 도시된 발광 다이오드의 제조 공정을 설명하는 단면도들이다.13A to 13I are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of the light emitting diode shown in FIG. 10.

도 13a 및 도 13b를 참조하면, 사파이어 기판(210)을 준비하고, 상기 사파이어 기판(210) 위에 n-타입 질화갈륨층(220), 활성층(230)(예를들어, MQW; multi quantum well) 및 p-타입 질화갈륨층(240)을 유기금속화학증착법(MOCVD)으로 순차적으로 성장시킨다.13A and 13B, a sapphire substrate 210 is prepared, and an n-type gallium nitride layer 220 and an active layer 230 (eg, MQW; multi quantum well) are disposed on the sapphire substrate 210. And p-type gallium nitride layer 240 is sequentially grown by organometallic chemical vapor deposition (MOCVD).

도 13c를 참조하면, 전류확산층(250)을 전자 빔 증착법으로 형성한 후, 열처리를 통해 전류확산층(250)과 p-타입 질화갈륨층(240) 사이에 오믹 접촉을 실현한다. 상기 전류확산층(250)은 주로 ITO(Indium Tin Oxide), ATO (Antimony Tin Oxide) 같은 투명 산화물 전극으로 이루어지고, 증발 건조(evaporation) 또는 스퍼터링 방법을 통해 증착된다. 상기 p-타입 질화갈륨층(240)과 ITO는 서로 오믹 접촉을 이루기 어려워 실제로는 p-타입 질화갈륨층(240) 위에 얇은 SLS(Super Lattice Structure)를 도입하여 터널 접촉(tunnel junction)을 만드는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 13C, after forming the current spreading layer 250 by electron beam deposition, an ohmic contact is realized between the current spreading layer 250 and the p-type gallium nitride layer 240 through heat treatment. The current diffusion layer 250 is mainly composed of a transparent oxide electrode such as indium tin oxide (ITO) or antimony tin oxide (ATO), and is deposited by evaporation or sputtering. Since the p-type gallium nitride layer 240 and the ITO are difficult to make ohmic contact with each other, the tunnel junction is actually formed by introducing a thin SLS (Super Lattice Structure) on the p-type gallium nitride layer 240. desirable.

도 13d를 참조하면, 제1 반경(r1)의 불투명 부재가 형성된 제1 마스크(MA1)를 이용하여 상기 제1 반경(r1)을 갖는 디스크 형상으로 p 형 질화갈륨(240), 활성 층(230), n-타입 질화갈륨(220)의 일부분을 건식식각 방법으로 식각한다. 상기 제1 마스크(MA1)에 형성된 불투명 부재는 상대적으로 한쪽으로 치우치도록 형성된다.Referring to FIG. 13D, the p-type gallium nitride 240 and the active layer 230 have a disk shape having the first radius r1 by using a first mask MA1 having an opaque member having a first radius r1. A portion of the n-type gallium nitride 220 is etched by a dry etching method. The opaque member formed on the first mask MA1 is formed to be relatively biased to one side.

도 13e를 참조하면, 상기 제1 반경(r1)보다 큰 제2 반경(r2)의 불투명 부재가 형성된 제2 마스크(MA2)를 이용하여 상기 제2 반경(r2)을 가지는 디스크 형상으로 나머지 n-타입 질화갈륨층(220)을 기판 표면이 노출될 때까지 건식식각 방법으로 식각한다. 상기 제2 마스크(MA2)에 형성된 불투명 부재는 상대적으로 한쪽으로 치우치도록 형성된다.Referring to FIG. 13E, the remaining n− in the shape of a disk having the second radius r2 is formed by using a second mask MA2 having an opaque member having a second radius r2 greater than the first radius r1. The type gallium nitride layer 220 is etched by a dry etching method until the substrate surface is exposed. The opaque member formed on the second mask MA2 is formed to be relatively biased to one side.

도 13f를 참조하면, 도 13e에 의한 결과물 위에 제3 마스크(MA3)를 이용하여 n-타입 질화갈륨층(220) 위에 n-전극(270)을 형성한다.Referring to FIG. 13F, an n-electrode 270 is formed on the n-type gallium nitride layer 220 by using a third mask MA3 on the resultant material of FIG. 13E.

도 13g를 참조하면, 도 13f에 의한 결과물 위의 모든 표면에 절연층(255)을 형성한다.Referring to FIG. 13G, an insulating layer 255 is formed on all surfaces on the resultant shown in FIG. 13F.

도 13h를 참조하면, 제4 마스크(MA4)를 이용하여 n-전극(260) 위와 p-전극(270)이 형성될 영역의 절연층(255)을 제거한다.Referring to FIG. 13H, the insulating layer 255 on the n-electrode 260 and the region where the p-electrode 270 is to be formed is removed using the fourth mask MA4.

도 13i를 참조하면, 제5 마스크(MA5)를 이용하여 p-전극(270), 상기 p-전극(270)에서 연장된 p-전극 패드(272) 및 상기 n-전극(260)에서 연장된 n-전극 패드(262)를 형성한다. Referring to FIG. 13I, a p-electrode 270, a p-electrode pad 272 extending from the p-electrode 270, and an n-electrode 260 extending from the p-electrode 270 are formed using a fifth mask MA5. An n-electrode pad 262 is formed.

<발광 다이오드의 실시예-3><Example-3 of Light Emitting Diode>

도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하는 사시도이고, 도 15는 도 14에 도시된 발광 다이오드의 평면도이다. 특히, 활성층, 질화갈륨층 및 기판이 디스크 형상을 갖는 발광 다이오드를 도시한다.14 is a perspective view illustrating a light emitting diode according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 15 is a plan view of the light emitting diode shown in FIG. 14. In particular, there is shown a light emitting diode in which the active layer, gallium nitride layer and the substrate have a disk shape.

도 14 및 도 15를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 다이오드(300)는 기판(310), n-타입 질화갈륨층(320), 활성층(active layer)(330), p-타입 질화갈륨층(340), 전류확산층(current spreading layer)(350), n-전극(360) 및 p-전극(370)을 포함한다. 동작시, 상기 n-전극(360)과 p-전극(370)을 통해 전류를 흘리면 상기 활성층(330)에서 전자-홀 재결합이 일어나면서 광이 방출된다.14 and 15, a light emitting diode 300 according to a third embodiment of the present invention may include a substrate 310, an n-type gallium nitride layer 320, an active layer 330, and p−. A type gallium nitride layer 340, a current spreading layer 350, an n-electrode 360, and a p-electrode 370 are included. In operation, when current flows through the n-electrode 360 and the p-electrode 370, light is emitted while electron-hole recombination occurs in the active layer 330.

상기 기판(310)은 디스크 형상을 갖고, 상기 기판(310) 위에 형성된 모든 층들은 디스크 형상을 갖는다. 상기 활성층(330)을 포함한 p-타입 질화갈륨층(340)의 제1 반경(r)과 상기 n-타입 질화갈륨층(320)의 제2 반경(R)은 서로 다르게 구성된다. 이때, 상기 제1 반경(r)은 상기 제2 반경(R)보다 작다. 바람직하게, r/R < 0.8의 조건을 만족한다.The substrate 310 has a disk shape, and all the layers formed on the substrate 310 have a disk shape. The first radius r of the p-type gallium nitride layer 340 including the active layer 330 and the second radius R of the n-type gallium nitride layer 320 are different from each other. In this case, the first radius r is smaller than the second radius R. Preferably, the condition of r / R <0.8 is satisfied.

상기 기판(310) 위에는 디스크 형상으로 형성된 n-타입 질화갈륨층(320)이 형성된다. 상기 기판(310)은 사파이어, 수정(Quartz), 산화아연(ZnO), 실리콘 카바이드(SiC) 혹은 질화 금속 버퍼층을 갖는 기판이다. 본 실시예에서 설명되는 각종 질화갈륨계는 (AlxGa1-x)InyN (여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1)의 조건을 만족하는 혼합물이면 무방하다.An n-type gallium nitride layer 320 formed in a disk shape is formed on the substrate 310. The substrate 310 is a substrate having sapphire, quartz, zinc oxide (ZnO), silicon carbide (SiC), or a metal nitride buffer layer. Various gallium nitride systems described in this embodiment may be a mixture satisfying the conditions of (AlxGa1-x) InyN (here, 0≤x≤1, 0≤y≤1).

본 실시예에서 설명되는 n-타입 질화갈륨층(320)이나 p-타입 질화갈륨층(340)을 성장시키기 위해서는 보통 유기금속화학증착법(Metal Organic Chemical Vappor Deposition, MOCVD), 분자선 에피탁시(Molecular Beam Epitaxy, MBE) 또는 (Hydride Vappor Phase Epitaxy, HVPE) 등의 장치를 이용한다. 질화갈륨계 발광 다이오드의 기판으로 사용되는 사파이어는 절연체이므로 상기 기판(310)에 전극을 형 성할 수 없다. 따라서, 상기 n-타입 질화갈륨층(320) 위에 전극을 형성해야 한다. 이를 위해 전극이 형성될 부분의 p-타입 질화갈륨층(340), 활성층(330) 및 n-타입 질화갈륨층(320)의 일부 영역은 제거되고, 노출된 n-타입 질화갈륨층(320) 위에 상기 n-전극(360)이 형성된다. In order to grow the n-type gallium nitride layer 320 or the p-type gallium nitride layer 340 described in the present embodiment, the organic organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (Molecular) Beam Epitaxy (MBE) or (Hydride Vappor Phase Epitaxy, HVPE), etc. are used. Since sapphire used as a substrate of a gallium nitride-based light emitting diode is an insulator, an electrode cannot be formed on the substrate 310. Therefore, an electrode must be formed on the n-type gallium nitride layer 320. To this end, some regions of the p-type gallium nitride layer 340, the active layer 330, and the n-type gallium nitride layer 320 where the electrode is to be formed are removed, and the exposed n-type gallium nitride layer 320 is removed. The n-electrode 360 is formed thereon.

이에 따라, 상기 n-타입 질화갈륨층(320)은 중앙 영역에 대응해서는 제1 높이로 형성되고, 상기 중심 영역을 둘러싸는 주변 영역에 대응해서는 상기 제1 높이보다는 작은 제2 높이로 형성된다. Accordingly, the n-type gallium nitride layer 320 is formed to have a first height corresponding to the central region, and is formed to have a second height smaller than the first height to correspond to the peripheral region surrounding the central region.

p-n 접합면에서 광이 나오기 때문에 전극에 의해 광이 가려지지 않도록 상기 p-전극(360)은 상기 전류확산층(350)의 모서리에 형성된다. Since light is emitted from the p-n junction surface, the p-electrode 360 is formed at an edge of the current diffusion layer 350 so that light is not obscured by the electrode.

본 실시예에서 설명된 디스크 형상의 기판을 제작하는 방법은 다양한 방법이 이용될 수 있다. 그 일례로 디스크 커터 (disk cutter)를 이용하여 수십 um 깊이까지 제작할 수 있다. As a method of manufacturing the disk-shaped substrate described in this embodiment, various methods can be used. For example, a disk cutter can be used to fabricate tens of um deep.

본 실시예에 따른 발광 다이오드의 광적출 효율과 r/R의 상관 관계를 알아보기 위해 레이 트레이싱(ray tracing)을 통한 전산 모사를 이용하여 조사하여 측정된 결과를 도 16에 나타낸다. FIG. 16 shows the results obtained by investigating using computer simulation through ray tracing in order to examine the correlation between light extraction efficiency and r / R of the light emitting diode according to the present embodiment.

도 16은 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 다이오드의 광적출 효율 계산 결과를 나타낸 그래프이다. 16 is a graph showing a light extraction efficiency calculation result of the light emitting diode according to the third embodiment of the present invention.

도 14 내지 도 16을 참조하면, 일반적인 큐빅형 발광 다이오드(Cubic LED)의 광적출 효율은 대략 28% 정도이다.14 to 16, the light extraction efficiency of a typical cubic LED is about 28%.

하지만, 본 발명의 제3 실시예에 따른 디스크형 발광 다이오드(Disk LED)에 서는 질화갈륨층 반경(R)보다 활성층 반경(r)을 축소시킴에 따라, 광적출 효율이 증가함을 확인할 수 있다. However, in the disk-type light emitting diode (Disk LED) according to the third embodiment of the present invention, as the active layer radius (r) is reduced rather than the gallium nitride layer radius (R), it can be seen that the light extraction efficiency increases. .

즉, 질화갈륨층(320)의 반경(R)과 활성층(330)의 반경(r)이 거의 동일한 경우, 디스크형 발광 다이오드의 광적출 효율은 큐빅형 발광 다이오드의 광적출 효율과 동일하다. That is, when the radius R of the gallium nitride layer 320 and the radius r of the active layer 330 are substantially the same, the light extraction efficiency of the disk type light emitting diode is the same as that of the cubic light emitting diode.

하지만, 활성층(330)의 반경(r)이 축소되어 질화갈륨층(320)의 반경(R)보다 80% 내외에 존재하면 광적출 효율은 31% 정도이고, 60% 내외에 존재하면 광적출 효율은 38% 정도이다. 또한, 50% 내외에 존재하면 42% 정도에 도달하고, 40% 이하에서는 광적출 효율이 대략 45%로 유지됨을 확인할 수 있다. However, if the radius (r) of the active layer 330 is reduced to exist within about 80% of the radius (R) of the gallium nitride layer 320, the light extraction efficiency is about 31%. Is about 38%. In addition, the presence of about 50% reaches about 42%, the light extraction efficiency is maintained at about 45% below 40%.

이처럼, 본 발명에 따른 디스크형 발광 다이오드의 광적출 효율은 일반적인 큐빅형 발광 다이오드의 광적출 효율(28%) 보다 최고 45% 정도 증가함을 확인할 수 있다.As such, it can be seen that the light extraction efficiency of the disk type light emitting diode according to the present invention is increased by about 45% more than the light extraction efficiency (28%) of the general cubic light emitting diode.

이상에서 설명한 바와 같이, 실제 디스크 형상의 발광소자를 제작할 때는 활성층의 반경이 n-타입 질화갈륨의 반경의 0.4 배 정도가 가장 적합함을 알 수 있다. As described above, when manufacturing the actual disk-shaped light emitting device, it can be seen that the radius of the active layer is about 0.4 times the radius of the n-type gallium nitride is most suitable.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 서로 다른 반경을 가지는 두 개의 디스크가 적층된 형상으로 발광 다이오드를 제작함으로써, 발광 다이오드의 광적출 효율을 높일 수 있다.As described above, according to the present invention, by manufacturing a light emitting diode having a shape in which two disks having different radii are stacked, the light extraction efficiency of the light emitting diode can be improved.

이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업 자는 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.Although described above with reference to the embodiments, those skilled in the art can be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand.

Claims (20)

기판; Board; 상기 기판 위에 디스크 형상으로 형성된 제1 질화갈륨층; A first gallium nitride layer formed in a disk shape on the substrate; 상기 제1 질화갈륨층의 상대적으로 높은 영역에 형성된 디스크형 활성층; A disk-type active layer formed in a relatively high region of the first gallium nitride layer; 상기 활성층 위에 디스크 형상으로 형성된 제2 질화갈륨층; A second gallium nitride layer formed in a disk shape on the active layer; 상기 제1 질화갈륨층의 상대적으로 낮은 영역에 형성된 제1 전극; 및 A first electrode formed at a relatively low region of the first gallium nitride layer; And 상기 제2 질화갈륨층 위에 형성된 제2 전극을 포함하고,A second electrode formed on the second gallium nitride layer, 상기 제1 질화갈륨층의 반경은 상기 활성층의 반경보다 큰 것을 특징으로 하는 발광 소자. The radius of the first gallium nitride layer is larger than the radius of the active layer, the light emitting device. 제1항에 있어서, 상기 제2 질화갈륨층 위에 디스크 형상으로 형성된 전류확산층을 더 포함하고, 상기 제2 전극은 상기 전류확산층 위에 형성된 것을 특징으로 하는 발광 소자.The light emitting device of claim 1, further comprising a current diffusion layer formed in a disk shape on the second gallium nitride layer, wherein the second electrode is formed on the current diffusion layer. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 제1 질화갈륨층의 반경과 상기 활성층의 반경의 비율은 10:4인 것을 특징으로 하는 발광 소자.The light emitting device of claim 1, wherein a ratio of a radius of the first gallium nitride layer and a radius of the active layer is 10: 4. 제1항에 있어서, 상기 기판은 상기 디스크 형상을 커버하는 사각 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 소자.The light emitting device of claim 1, wherein the substrate has a rectangular shape covering the disk shape. 제5항에 있어서, 상기 제1 질화갈륨층은 상기 기판의 중심에서 일측으로 치우쳐진 제1 영역에 형성되고, 상기 제1 영역을 둘러싸는 주변 영역의 일부에 형성되고, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 제1 전극 패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.The method of claim 5, wherein the first gallium nitride layer is formed in a first region oriented to one side from the center of the substrate, and is formed in a portion of a peripheral region surrounding the first region, and electrically connected to the first electrode. The light emitting device further comprises a first electrode pad connected to. 제6항에 있어서, 상기 제1 영역을 둘러싸는 주변 영역의 다른 일부에 형성되고, 상기 제2 전극과 전기적으로 연결된 제2 전극 패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.The light emitting device of claim 6, further comprising a second electrode pad formed on another portion of the peripheral region surrounding the first region and electrically connected to the second electrode. 제7항에 있어서, 상기 제1 질화갈륨층, 활성층 및 제2 질화갈륨층을 커버하면서, 상기 제1 전극과 상기 제1 전극 패드를 연결하는 제1 연결 부재를 절연시키고, 상기 제2 전극과 상기 제2 전극 패드를 연결하는 제2 연결 부재를 절연시키는 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.The method of claim 7, wherein the first connecting member connecting the first electrode and the first electrode pad is insulated while covering the first gallium nitride layer, the active layer, and the second gallium nitride layer. The light emitting device of claim 1, further comprising an insulating layer for insulating the second connection member connecting the second electrode pad. 제1항에 있어서, 상기 기판은 디스크 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 소자.The light emitting device of claim 1, wherein the substrate has a disk shape. 제1항에 있어서, 상기 제1 질화갈륨층은 n형 또는 p형으로 도핑되고, 상기 제2 질화갈륨층은 상기 제1 질화갈륨층과 반대 극성으로 도핑되어 p-n 접합면을 형성하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.The method of claim 1, wherein the first gallium nitride layer is doped with an n-type or p-type, and the second gallium nitride layer is doped with a polarity opposite to the first gallium nitride layer to form a pn junction surface. Light emitting device. 디스크형 기판;Disc-shaped substrates; 상기 디스크형 기판 위에 디스크 형상으로 형성된 제1 질화갈륨층;A first gallium nitride layer formed in a disk shape on the disk substrate; 상기 제1 질화갈륨층의 상대적으로 높은 영역에 형성된 디스크형 활성층; A disk-type active layer formed in a relatively high region of the first gallium nitride layer; 상기 활성층 위에 디스크 형상으로 형성된 제2 질화갈륨층; A second gallium nitride layer formed in a disk shape on the active layer; 상기 제1 질화갈륨층의 상대적으로 낮은 영역에 형성된 제1 전극; 및 A first electrode formed at a relatively low region of the first gallium nitride layer; And 상기 제2 질화갈륨층 위에 형성된 제2 전극을 포함하고,A second electrode formed on the second gallium nitride layer, 상기 제1 질화갈륨층의 상대적으로 낮은 영역의 반경은 상기 활성층의 반경보다 큰 것을 특징으로 하는 발광 소자.The radius of the relatively low region of the first gallium nitride layer is larger than the radius of the active layer. 제11항에 있어서, 상기 디스크형 기판과 상대적으로 낮은 제1 질화갈륨층의 반경과 상대적으로 높은 제1 질화갈륨층, 활성층 및 제2 질화갈륨층의 반경의 비율은 10:4인 것을 특징으로 하는 발광 소자.The ratio of the radius of the disk-shaped substrate and the relatively low first gallium nitride layer to the radius of the relatively high first gallium nitride layer, active layer and second gallium nitride layer is 10: 4. Light emitting device. 제11항에 있어서, 상기 기판의 배면은 일정 거칠기를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 소자.The light emitting device of claim 11, wherein a rear surface of the substrate has a constant roughness. 제11항에 있어서, 상기 제1 질화갈륨층에 접하는 상기 기판은 일정 거칠기의 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 소자.12. The light emitting device according to claim 11, wherein the substrate in contact with the first gallium nitride layer has a surface of constant roughness. (a) 기판 상에 제1 질화갈륨층, 활성층 및 제2 질화갈륨층을 순차적으로 성장시키는 단계;(a) sequentially growing a first gallium nitride layer, an active layer and a second gallium nitride layer on the substrate; (b) 상기 제2 질화갈륨층 위에 전류확산층을 형성하는 단계; (b) forming a current spreading layer over the second gallium nitride layer; (c) 상기 전류확산층과 상기 제2 질화갈륨층 사이에 오믹 접촉을 실현하는 단계; (c) realizing an ohmic contact between the current spreading layer and the second gallium nitride layer; (d) 상대적으로 작은 반경의 디스크 형상을 갖는 제2 질화갈륨층, 활성층 및 제1 질화갈륨의 일부 영역을 형성하는 단계; (d) forming a region of the second gallium nitride layer, the active layer and the first gallium nitride having a relatively small radius disk shape; (e) 상대적으로 큰 반경의 디스크 형상을 갖는 제1 질화갈륨층이 형성되도록 상기 기판의 표면을 노출시키는 단계; 및 (e) exposing a surface of the substrate to form a first gallium nitride layer having a relatively large radius disk shape; And (f) 상대적으로 높은 전류확산층의 중앙 영역에 제1 전극을 형성하고, 상대적으로 낮은 제1 질화갈륨층에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자의 제조 방법.(f) forming a first electrode in a central region of a relatively high current spreading layer, and forming a second electrode in a relatively low first gallium nitride layer. 제15항에 있어서, 상기 제1 질화갈륨층, 활성층 및 제2 질화갈륨층은 유기금속화학증착법(MOCVD)으로 성장시키는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.The method of claim 15, wherein the first gallium nitride layer, the active layer, and the second gallium nitride layer are grown by organometallic chemical vapor deposition (MOCVD). 제15항에 있어서, 상기 전류확산층은 전자 빔 증착법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.The method of claim 15, wherein the current spreading layer is formed by an electron beam deposition method. 제15항에 있어서, 상기 오믹 접촉은 열처리를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.The method of claim 15, wherein the ohmic contact is performed by heat treatment. (a) 기판 상에 제1 질화갈륨층, 활성층 및 제2 질화갈륨층을 순차적으로 성장시키는 단계;(a) sequentially growing a first gallium nitride layer, an active layer and a second gallium nitride layer on the substrate; (b) 상기 제2 질화갈륨층 위에 전류확산층을 형성하는 단계; (b) forming a current spreading layer over the second gallium nitride layer; (c) 상기 전류확산층과 상기 제2 질화갈륨층 사이에 오믹 접촉을 실현하는 단계; (c) realizing an ohmic contact between the current spreading layer and the second gallium nitride layer; (d) 상대적으로 작은 반경의 디스크 형상을 갖는 제2 질화갈륨층, 활성층 및 제1 질화갈륨의 일부 영역을 형성하는 단계; (d) forming a region of the second gallium nitride layer, the active layer and the first gallium nitride having a relatively small radius disk shape; (e) 상대적으로 큰 반경의 디스크 형상을 갖는 제1 질화갈륨층이 형성되도록 상기 기판의 표면을 노출시키는 단계; (e) exposing a surface of the substrate to form a first gallium nitride layer having a relatively large radius disk shape; (f) 상기 제1 질화갈륨층 위에 상기 제1 질화갈륨층과 전기적으로 연결된 제1 전극을 형성하는 단계; (f) forming a first electrode electrically connected to the first gallium nitride layer on the first gallium nitride layer; (g) 상기 단계(f)에 의한 결과물 위에 절연층을 증착하는 단계; (g) depositing an insulating layer on the resultant of step (f); (h) 상기 제1 전극의 영역과, p-전극이 형성될 영역의 절연층을 제거하는 단계; 및 (h) removing the insulating layer of the region of the first electrode and the region where the p-electrode is to be formed; And (i) 상기 단계(h)에 의해 노출된 제2 질화갈륨층에 전기적으로 연결된 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자의 제조 방법.(i) forming a second electrode electrically connected to the second gallium nitride layer exposed by step (h). 제19항에 있어서, 상기 상대적으로 작은 반경과 상기 상대적으로 큰 반경의 비율은 4 : 10인 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.20. The method of claim 19, wherein the ratio of the relatively small radius and the relatively large radius is 4:10.
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