KR100690323B1 - 배선들을 갖는 교류용 발광 다이오드 및 그것을 제조하는방법 - Google Patents

배선들을 갖는 교류용 발광 다이오드 및 그것을 제조하는방법 Download PDF

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Abstract

배선들을 갖는 교류용 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법이 개시된다. 이 발광 다이오드는 기판 상에 서로 이격되어 위치하는 발광셀들을 포함한다. 이 발광셀들은 각각 하부 반도체층, 하부 반도체층의 일 영역 상부에 위치하는 상부 반도체층 및 하부 반도체층과 상부 반도체층 사이에 개재된 활성층을 포함한다. 또한, 발광셀들은 그 측벽들이 기판의 상부면에 대해 경사지게 형성되어 위로 갈수록 폭이 좁아진다. 한편, 절연층이 발광셀들의 전면을 덮는다. 절연층은 하부 반도체층들의 다른 영역들 및 상부 반도체층들 상에 각각 형성된 개구부들을 갖는다. 배선들이 절연층 상에 형성되어 개구부들을 통해 하부 반도체층들 및 상부 반도체층들에 전기적으로 연결된다. 배선들은 인접한 발광셀들의 하부 반도체층들과 상부 반도체층들을 각각 전기적으로 연결한다. 따라서, 배선들이 절연층 상에 형성되므로, 배선들의 단선 및 단락을 방지할 수 있어 신뢰성 있는 교류용 발광 다이오드를 제공할 수 있다.
발광 다이오드, 교류 동작, 배선, 반도체층, 절연층, 포토레지스트

Description

배선들을 갖는 교류용 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법{LIGHT EMITTING DIODE FOR AC OPERATION WITH WIRES AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
도 1은 종래의 교류용 발광 다이오드를 설명하기 위한 평면도이다.
도 2는 도 1의 절취선 IV-IV를 따라 취해진 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 교류용 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 교류용 발광 다이오드를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
본 발명은 교류용 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배선들의 단선 및/또는 배선들에 의한 단락을 방지할 수 있는 교류용 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법에 관한 것이다.
질화갈륨(GaN) 계열의 발광 다이오드가 약 10년 동안 적용되고 개발되어 왔다. GaN 계열의 LED는 LED 기술을 상당히 변화시켰으며, 현재 천연색 LED 표시소 자, LED 교통 신호기, 백색 LED 등 다양한 응용에 사용되고 있다. 최근, 고효율 백색 LED는 형광 램프를 대체할 것으로 기대되고 있으며, 특히 백색 LED의 효율(efficiency)은 통상의 형광램프의 효율에 유사한 수준에 도달하고 있다.
일반적으로, 발광 다이오드는 순방향 전류에 의해 광을 방출하며, 직류전류의 공급을 필요로 한다. 따라서, 발광 다이오드는, 교류전원에 직접 연결하여 사용할 경우, 전류의 방향에 따라 온/오프를 반복하며, 그 결과 연속적으로 빛을 방출하지 못하고, 역방향 전류에 의해 쉽게 파손되는 문제점이 있다.
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.
도 1은 상기 WO 2004/023568(Al)호에 따른 교류용 발광 다이오드를 설명하기 위한 부분적인 평면도이고, 도 2는 도 1의 절취선 IV-IV를 따라 취해진 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 기판(10) 상에 복수개의 발광셀들(1)이 형성된다. 또한, 발광셀들(1) 상에 p-전극(22) 및 n-전극(24)이 형성된다. 에어브리지 배선(28)이 인접한 발광셀들의 p-전극(22)과 n-전극(24)을 전기적으로 연결하여, 복수개의 발광셀들(1)을 직렬 연결한다.
각 발광셀은 n-GaN층(14), p-GaN층(20)을 포함한다. 도시하지는 않았지만, n-GaN층(14)과 p-GaN층(20) 사이에 InGaN 활성층이 개재될 수 있다. p-전극(22)은 상기 p-GaN층(20) 상에 형성되고, n-전극(24)은 상기 n-GaN층(14) 상에 형성된다. 한편, 에어브리지 배선(28)은 n-전극(24)과 p-전극(22)을 전기적으로 연결한다.
상기 WO 2004/023568(Al)호에 따르면, LED들(발광셀들)이 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.
그러나, 도 2에 도시한 바와 같이, p-전극(22)과 n-전극(24)을 연결하는 배선(28)은 에어브리지 배선으로, 접촉부들 이외 부분은 공중에 떠 있게 된다. 이러한 에어브리지 배선(28)은 외압에 의해 단선되기 쉬우며, 또한 외압에 의한 변형에 의해 단락을 유발하기 쉽다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 외압에 의해 배선들이 단선 또는 단락되는 것을 방지할 수 있는 교류용 발광 다이오드를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 배선들을 형성한 후에 잔존하는 금속물질이 발광셀들을 단락시키는 것을 방지할 수 있는 교류용 발광 다이오드를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 배선들의 단선 및/또는 단락을 방지할 수 있는 교류용 발광 다이오드를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제들을 이루기 위하여, 본 발명의 일 태양은 안정한(robust) 배선들을 갖는 교류용 발광 다이오드를 제공한다. 이 발광 다이오드는 기판 상에 서로 이격되어 위치하는 발광셀들을 포함한다. 상기 발광셀들은 각각 하부 반도체층, 상기 하부 반도체층의 일 영역 상부에 위치하는 상부 반도체층 및 상기 하부 반도체층과 상기 상부 반도체층 사이에 개재된 활성층을 포함한다. 또한, 상기 발광셀들은 그 측벽들이 상기 기판의 상부면에 대해 경사지게 형성되어 위로 갈수록 폭이 좁아진다. 절연층이 상기 발광셀들의 전면을 덮는다. 상기 절연층은 상기 하부 반도체층들의 다른 영역들 및 상기 상부 반도체층들 상에 각각 형성된 개구부들을 갖는다. 배선들이 상기 절연층 상에 형성되어 상기 개구부들을 통해 상기 하부 반도체층들 및 상기 상부 반도체층들에 전기적으로 연결된다. 상기 배선들은 인접한 발광셀들의 상기 하부 반도체층들과 상기 상부 반도체층들을 각각 전기적으로 연결한다. 상기 배선들이 절연층 상에 형성되므로, 배선들의 단선 및 배선들에 의한 단락을 방지할 수 있어 신뢰성 있는 교류용 발광 다이오드를 제공할 수 있다.
상기 발광셀들 각각의 하부 반도체층의 측벽들이 상기 기판의 상부면과 이루는 경사각이 15도 내지 80도의 범위 내일 수 있다. 이에 따라, 금속층을 증착한 후 패터닝하여 상기 배선들을 형성할 수 있어 안정한 배선들을 쉽게 형성할 수 있다.
전극패드들이 상기 하부 반도체층들의 다른 영역들과 상기 절연층 사이에 개재될 수 있다. 상기 전극패드들은 상기 하부 반도체층들의 다른 영역들 상에 형성된 개구부들에 의해 노출된다. 이에 따라, 상기 배선들은 상기 전극패드들에 접촉되어 상기 하부 반도체층에 전기적으로 연결된다.
또한 투명전극층들이 상기 상부 반도체층들과 상기 절연층 사이에 개재될 수 있다. 상기 투명전극층들은 상기 상부 반도체층들 상에 형성된 개구부들에 의해 노출된다. 이에 따라, 상기 배선들은 상기 투명전극층들에 접촉되어 상기 상부 반도체층에 전기적으로 연결된다. 상기 투명전극층들은 상기 상부 반도체층들에 전류를 분산시키며, 상기 활성층에서 생성된 광을 투과시킨다.
절연보호막이 상기 배선들 및 상기 절연층을 덮을 수 있다. 상기 절연보호막은 배선들이 외압에 의해 변형되는 것을 방지하며, 또한 수분 등에 의해 배선들이 오염되는 것을 방지한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 다른 태양은 안정한 배선들을 갖는 교류용 발광 다이오드 제조방법을 제공한다. 이 방법은 기판 상에 서로 이격된 발광셀들을 형성하는 것을 포함한다. 상기 발광셀들은 각각 하부 반도체층, 상기 하부 반도체층의 일 영역 상부에 위치하는 상부 반도체층 및 상기 하부 반도체층과 상기 상부 반도체층 사이에 개재된 활성층을 포함하고, 상기 발광셀들의 측벽들은 상기 기판의 상부면에 대해 경사지게 형성되어 위로 갈수록 폭이 좁아진다. 연속적인(conformal) 절연층이 상기 발광셀들을 갖는 기판 상에 형성된다. 이어서, 상기 절연층을 패터닝하여 상기 하부 반도체층들의 다른 영역들 및 상기 상부 반도체층들 상에 개구부들이 형성된다. 그 후, 상기 절연층 상에 배선들이 형성된다. 상기 배선들은 상기 개구부들을 통해 상기 하부 반도체층들 및 상기 상부 반도체층들에 전기적으로 연결되고, 인접한 발광셀들의 상기 하부 반도체층들과 상기 상부 반도체층들을 각각 전기적으로 연결한다. 본 태양에 따르면, 발광셀들의 측벽들이 경사지게 형성되므로, 상기 절연층을 연속적으로 형성하는 것이 쉽다. 또 한 연속적인(conformal) 절연층을 형성할 수 있어, 상기 절연층이 발광셀들의 단락을 방지한다. 이에 더하여, 상기 절연층에 의해 지지되는 배선들을 형성할 수 있어 신뢰성 있는 교류용 발광 다이오드를 제조할 수 있다.
한편, 상기 절연층을 형성하기 전, 전극패드들이 상기 발광셀들의 하부 반도체층들의 다른 영역들 상에 형성될 수 있다. 상기 전극패드들은 상기 하부 반도체층들의 다른 영역들 상에 형성된 개구부들에 의해 노출된다. 즉, 상기 전극패드들은 상기 절연층에 개구부들을 형성하는 동안 노출되어 상기 하부 반도체층들이 노출되는 것을 방지한다. 이에 따라, 상기 하부 반도체층들이 상기 개구부들을 형성하는 동안 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 절연층을 형성하기 전, 투명전극층들이 상기 발광셀들의 상부 반도체층들 상에 형성될 수 있다. 상기 투명전극층들은 상기 상부 반도체층들 상에 형성된 개구부들에 의해 노출된다. 상기 상부 반도체층들 상에 투명전극층들이 형성되므로, 상기 배선들은 상기 투명전극층들에 접촉된다. 따라서, 상기 배선들의 물질 선택의 폭이 넓어진다.
한편, 상기 발광셀들을 형성하는 것은 상기 기판 전면에 하부 반도체층, 활성층 및 상부 반도체층을 형성하는 것을 포함한다. 상기 상부 반도체층 상에 발광셀 영역들을 한정하는 포토레지스트 패턴들이 형성될 수 있다. 그 후, 상기 포토레지스트 패턴들의 측벽들이 상기 기판 상부면에 대해 경사지도록 상기 포토레지스트 패턴들이 리플로우(reflow)된다. 이어서, 상기 포토레지스트 패턴들을 식각마스크로 사용하여 상기 상부 반도체층, 활성층 및 하부 반도체층이 차례로 식각된다. 이 에 따라, 경사진 측벽들을 갖도록 발광셀 영역들이 분리된다.
한편, 상기 포토레지스트 패턴들은 상기 포토레지스트 패턴들의 측벽들이 상기 기판 상부면에 대해 15도 내지 80도 범위 내의 경사각을 갖도록 리플로우될 수 있다. 80도 이하의 경사각은 연속적인 절연층 형성 및 배선들을 형성하기 위해 요구되며, 15도 이상의 경사각은 충분한 발광영역들을 확보하기 위해 요구된다.
이에 더하여, 상기 상부 반도체층, 활성층 및 하부 반도체층을 차례로 식각한 후, 상기 상부 반도체층 및 활성층을 다시 패터닝하여 상기 하부 반도체층을 노출시킬 수 있다. 이와 달리, 상기 상부 반도체층, 활성층 및 하부 반도체층을 차례로 식각하기 전, 상기 상부 반도체층 및 활성층을 패터닝하여 상기 하부 반도체층을 노출시킬 수도 있다.
한편, 상기 배선들을 형성하는 것은 상기 절연층 상에 배선영역들을 한정하는 개구부들을 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 이어서, 상기 개구부들 내에 금속층이 도금된다. 그 후, 상기 포토레지스트 패턴이 제거되어 배선들이 형성된다.
이와 달리, 상기 배선들을 형성하는 것은 상기 절연층을 갖는 기판 상에 금속층을 증착하는 것을 포함할 수 있다. 이어서, 상기 금속층을 패터닝함으로써 배선들이 형성된다. 상기 발광셀들의 측벽이 경사져 있기 때문에, 금속층은 상기 절연층 상에 연속적으로 형성된다. 따라서, 금속층을 증착하고 이를 패터닝하여 배선들을 형성하는 것이 수월하게 수행될 수 있다. 또한, 절연층이 상기 발광셀들의 측벽들을 덮고 있으므로, 금속층 물질이 발광셀들을 단락시키는 것을 방지할 수 있 다.
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.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 교류용 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 단일 기판(51) 상에 복수개의 발광셀들(56)이 이격되어 위치한다. 상기 기판(51)은 절연 또는 도전성 기판일 수 있으며, 예컨대 사파이어 또는 탄화실리콘(SiC) 기판일 수 있다.
상기 발광셀들(56) 각각은 하부 반도체층(55), 상기 하부 반도체층의 일영역 상에 위치하는 상부 반도체층(59) 및 상기 하부 반도체층과 상부 반도체층 사이에 개재된 활성층(57)을 포함한다. 여기서, 상기 하부 및 상부 반도체층은 각각 n형 및 p형, 또는 p형 및 n형이다.
하부 반도체층(55), 활성층(57) 및 상부 반도체층(59)은 각각 질화갈륨 계열의 반도체 물질 즉, (B, Al, In, Ga)N으로 형성될 수 있다. 상기 활성층(57)은 요구되는 파장의 광 예컨대 자외선 또는 청색광을 방출하도록 조성 원소 및 조성비가 결정되며, 하부 반도체층(55) 및 상부 반도체층(59)은 상기 활성층(57)에 비해 밴 드갭이 큰 물질로 형성된다.
상기 하부 반도체층(55) 및/또는 상부 반도체층(59)은, 도시한 바와 같이, 단일층으로 형성될 수 있으나, 다층 구조로 형성될 수도 있다. 또한, 활성층(57)은 단일 양자웰 또는 다중 양자웰 구조를 가질 수 있다.
한편, 발광셀들(56)과 기판(51) 사이에 버퍼층(53)이 개재될 수 있다. 버퍼층(53)은 기판(51)과 그 위에 형성될 하부 반도체층(55)의 격자부정합을 완화시키기 위해 채택된다. 버퍼층(53)은, 도시한 바와 같이 연속적일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 하부 반도체층들(55) 아래에 한정되어 위치할 수 있다.
발광셀들(56)의 측벽들은 기판(51) 상부면에 대해 경사지게 형성되어 위로 갈수록 폭이 좁아진다. 상기 측벽들의 경사는 활성층(57)에서 생성된 광의 방출 효율을 향상시키며, 상기 발광셀들(56) 위에 형성될 다른 층들의 연속적인(conformal) 증착을 돕는다. 본 실시예에 있어서, 상기 발광셀들(56) 각각의 하부 반도체층(55)의 측벽들이 기판(51)의 상부면과 이루는 경사각은 15도 내지 80도의 범위 내일 수 있다.
절연층(69)이 발광셀들(56)의 전면을 덮는다. 절연층(69)은 하부 반도체층들(55)의 다른 영역들, 즉 상부 반도체층(59)이 형성된 영역에 인접하는 영역 상에 개구부들을 가지며, 또한 상부 반도체층들(59) 상에 개구부들을 갖는다. 상기 개구부들은 서로 이격되어 위치하며, 따라서 발광셀들(56)의 측벽들은 절연층(69)에 의해 덮인다. 절연층(69)은 또한 발광셀들(56) 사이 영역들 내의 기판(51) 또는 버퍼 층(53)을 덮을 수 있다. 절연층(69)은 실리콘산화막(SiO2)으로 형성될 수 있다.
배선들(71)이 절연층(69) 상에 형성된다. 배선들(71)은 상기 개구부들을 통해 하부 반도체층들(55) 및 상부 반도체층들(59)에 전기적으로 연결된다. 또한 배선들(71)은 인접한 발광셀들(56)의 하부 반도체층들(55)과 상부 반도체층들(59)을 각각 전기적으로 연결하여 발광셀들(56)의 직렬 어레이를 형성한다. 이러한 어레이들이 복수개 형성될 수 있으며, 복수개의 어레이들이 서로 역병렬로 연결되어 교류전원에 연결되어 구동될 수 있다. 또한, 발광셀들의 직렬 어레이에 연결된 브리지 정류기(도시하지 않음)가 형성될 수 있으며, 상기 브리지 정류기에 의해 상기 발광셀들이 교류전원하에서 구동될 수도 있다. 상기 브리지 정류기는 상기 발광셀들(56)과 동일한 구조의 발광셀들을 배선들(71)을 이용하여 결선함으로써 형성할 수 있다. 상기 배선들은 도전 물질, 예컨대 다결정 실리콘과 같은 도핑된 반도체 물질 또는 금속으로 형성될 수 있다.
한편, 하부 반도체층들(55)의 다른 영역들과 절연층(69) 사이에 전극패드들(67)이 개재될 수 있다. 전극패드들(67)은 하부 반도체층들(55)의 다른 영역들 상에 형성된 상기 개구부들에 의해 노출된다. 전극패드들(67)은 하부반도체층들(55)에 오믹콘택된다. 상기 배선들(71)은 상기 개구부들에 의해 노출된 전극패드들(67)에 접촉되어 하부 반도체층들(55)에 전기적으로 연결된다.
또한, 투명전극층들(65)이 상부 반도체층들(59)과 절연층(69) 사이에 개재될 수 있다. 투명전극층들(65)은 상부 반도체층들(59) 상에 형성된 상기 개구부들에 의해 노출된다. 투명전극층들(65)은 활성층(57)에서 생성된 광을 투과시키며, 상부 반도체층들(59)에 전류를 분산시키어 공급한다. 상기 배선들(71)은 상기 개구부들에 의해 노출된 투명전극층들(65)에 접촉되어 상부 반도체층들(55)에 전기적으로 연결된다. 한편, 상기 투명전극층들(65) 상에 전극패드들(도시하지 않음)이 더 형성될 수 있으며, 상기 배선들(71)은 상기 전극패드들에 접촉될 수 있다.
한편, 절연보호막(73)이 상기 배선들(71) 및 상기 절연층(69)을 덮을 수 있다. 절연보호막(73)은 배선들(71)이 수분 등에 의해 오염되는 것을 방지하며, 외압에 의해 배선들(71)이 손상되는 것을 방지한다. 절연보호막(73)은 투광성물질, 예컨대 실리콘산화막으로 형성될 수 있다.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 교류용 발광 다이오드를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4를 참조하면, 기판(51) 상에 하부 반도체층(55), 활성층(57) 및 상부 반도체층(59)이 형성된다. 또한, 하부 반도체층(55)을 형성하기 전, 기판(51) 상에 버퍼층(53)이 형성될 수 있다.
상기 기판(51)은 사파이어(Al2O3), 탄화실리콘(SiC), 산화아연(ZnO), 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs), 갈륨인(GaP), 리튬-알루미나(LiAl2O3), 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN) 또는 질화갈륨(GaN) 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 기판(51) 상에 형성될 반도체층의 물질에 따라 다양하게 선택될 수 있다.
버퍼층(53)은 기판(51)과 그 위에 형성될 반도체층(55)의 격자부정합을 완화 하기 위해 형성되며, 예컨대 질화갈륨(GaN) 또는 질화알루미늄(AlN)으로 형성될 수 있다. 상기 기판(51)이 도전성 기판인 경우, 상기 버퍼층(53)은 절연층 또는 반절연층으로 형성되는 것이 바람직하며, AlN 또는 반절연 GaN로 형성될 수 있다.
하부 반도체층(55), 활성층(57) 및 상부 반도체층(59)은 각각 질화갈륨 계열의 반도체 물질 즉, (B, Al, In, Ga)N로 형성될 수 있다. 상기 하부 및 상부 반도체층(55, 59) 및 활성층(57)은 금속유기화학기상증착(MOCVD), 분자선 성장(molecular beam epitaxy) 또는 수소화물 기상 성장(hydride vapor phase epitaxy; HVPE) 기술 등을 사용하여 단속적으로 또는 연속적으로 성장될 수 있다.
여기서, 상기 하부 및 상부 반도체층들은 각각 n형 및 p형, 또는 p형 및 n형이다. 질화갈륨 계열의 화합물 반도체층에서, n형 반도체층은 불순물로 예컨대 실리콘(Si)을 도핑하여 형성될 수 있으며, p형 반도체층은 불순물로 예컨대 마그네슘(Mg)을 도핑하여 형성될 수 있다.
상기 상부 반도체층(59) 상에 발광셀 영역들을 한정하는 포토레지스트 패턴들(63)이 형성된다. 상기 포토레지스트 패턴들은 발광셀 영역들을 덮도록 형성된다. 한편, 측벽들이 기판(51) 상부면에 대해 경사지도록 상기 포토레지스트 패턴들(63)은 리플로우(reflow)된다. 상기 포토레지스트 패턴들(63)의 측벽들이 기판(51) 상부면에 대해 15도 내지 80도 범위 내의 경사각을 갖도록 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴들(63)을 식각마스크로 사용하여 상부 반도체층(59), 활성층(57) 및 하부 반도체층(55)을 차례로 식각한다. 이에 따라, 포토레지스트 패턴들(63)의 형상이 상기 반도체층들(59, 57, 55)에 전사되어 측벽들이 경사진 발광셀 영역들이 분리된다. 상기 식각 공정에 의해 버퍼층(53)이 노출될 수 있으며, 노출된 버퍼층(53)은 과식각에 의해 제거될 수 있다.
그 후, 상기 포토레지스트 패턴들(63)을 제거하고, 상기 상부 반도체층 및 활성층을 다시 패터닝하여 상기 식각된 하부 반도체층들(55)을 노출시킨다. 이때, 노출된 하부 반도체층들은 과식각에 의해 부분적으로 식각될 수 있다. 그 결과, 기판(51) 상에 서로 이격된 발광셀들(56)이 형성된다. 상기 발광셀들(56) 각각은 식각되어 서로 이격된 하부 반도체층(56), 상기 하부 반도체층(56)의 일 영역 상부에 위치하는 상부 반도체층(57) 및 상기 하부 반도체층(55)과 상기 상부 반도체층(57) 사이에 개재된 활성층(57)을 포함하고, 상기 하부 반도체층(56)의 다른 영역은 노출된다. 또한, 발광셀들(56)의 측벽들 대부분은 기판(51) 상부면에 대해 경사지게 형성된다. 한편, 하부 반도체층들(55)의 다른 영역들과 인접한 상부 반도체층들(59)의 측벽들은, 도시한 바와 같이 경사지게 형성될 수 있으나, 수직하게 형성될 수도 있다.
도 6을 참조하면, 상기 발광셀(56)의 상부 반도체층(59) 상에 투명전극층(65)이 형성될 수 있다. 상기 투명전극층(65)은 인디움 틴 산화막(ITO) 또는 Ni/Au와 같은 투명금속으로 형성된다. 또한, 상기 하부 반도체층들(55)의 다른 영역들 상에 전극패드들(67)이 형성될 수 있다. 상기 전극패드들(67)은 상기 하부 반도체층들(55)에 오믹콘택된다.
상기 투명전극층(65)은 포토레지스트 패턴들(63)을 형성하기 전, 상부 반도체층(59) 상에 형성될 수도 있다. 이때, 투명전극층(65)은 상부 반도체층과 함께 패터닝된다.
도 7을 참조하면, 발광셀들(56)을 갖는 기판(51) 상에 연속적인 절연층(69)이 형성된다. 절연층(69)은 발광셀들(56)의 측벽 및 상부면을 덮고, 발광셀들(56) 사이 영역의 기판(51) 상부를 덮는다. 상기 절연층(69)은 화학기상증착(CVD) 기술을 사용하여 예컨대 실리콘 산화막으로 형성될 수 있다.
상기 발광셀들(56)의 측벽들이 경사지게 형성되어 있으므로, 상기 절연층(69)은 발광셀들(56)의 측벽들을 쉽게 덮을 수 있다. 상부 반도체층(59) 및 활성층(57)의 전체 두께가 얇고, 또한 상부 반도체층들(59) 사이의 공간이 넓기 때문에, 상기 하부 반도체층들(55)의 다른 영역들에 인접한 상부 반도체층들(59)의 측벽들도 절연층(69)에 의해 쉽게 덮일 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 절연층(69)을 패터닝하여 하부 반도체층들(55)의 다른 영역들 및 상부 반도체층들(59) 상에 개구부들이 형성된다. 전극패드들(67) 및 투명전극층들(65)이 형성된 경우, 상기 개구부들에 의해 전극패드들(67) 및 투명전극층들(65)이 노출된다.
상기 개구부들은 사진 및 식각 공정을 사용하여 형성될 수 있으며, 전극패드들(67)은 절연층(69)을 식각하는 동안 하부 반도체층들(55)이 손상되는 것을 방지한다.
도 9를 참조하면, 상기 개구부들을 갖는 절연층(69) 상에 배선들(71)이 형성된다. 상기 배선들(71)은 상기 개구부들을 통해 하부 반도체층들(55) 및 상부 반도체층들(59)에 전기적으로 연결되고, 인접한 발광셀들(56)의 하부 반도체층들(55)과 상부 반도체층들(59)을 각각 전기적으로 연결하여 직렬 연결된 어레이들을 형성한다.
상기 배선들(71)은 도금 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 즉, 상기 절연층(69) 상에 배선 영역을 한정하는 개구부들을 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 개구부들 내에 금속층을 도금한 후, 상기 포토레지스트 패턴을 제거함으로써 배선들(71)을 형성할 수 있다.
이와 달리, 상기 배선들(71)은, 화학기상증착 또는 물리기상증착 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 즉, 전자빔 증착(e-beam evaporation)과 같은 기상증착 기술을 사용하여 금속층을 형성한 후, 이를 사진 및 식각 공정을 사용하여 패터닝함으로써 배선들(71)을 형성할 수 있다. 상기 발광셀들(56)의 측벽들이 경사져 있으므로, 금속층은 발광셀들의(56) 측벽 상부에 연속적으로 형성된다. 또한, 절연층(69)이 발광셀들(56)의 측벽들을 덮고 있으므로, 금속층 패터닝 후 잔존하는 금속물질에 의해 발광셀들(56)이 단락되는 것을 방지할 수 있다.
상기 배선들(71)이 형성된 기판(51) 상에 보호절연막(73)이 형성된다. 상기 보호절연막(73)은 화학기상증착 기술을 사용하여, 투광성 물질, 예컨대 실리콘 산화막으로 형성될 수 있다. 그 결과, 도 1의 교류용 발광 다이오드가 완성된다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 외압에 의해 배선들이 단선 또는 단락되는 것을 방지할 수 있어 신뢰성 있는 교류용 발광 다이오드를 제공할 수 있으며, 배선들을 형성하는 동안 잔존하는 금속 등의 도전성 물질이 발광셀들을 단락시키는 것을 방지할 수 있다. 또한, 절연층에 의해 지지되는 배선들을 형성할 수 있어 신뢰성 있는 교류용 발광 다이오드를 제조할 수 있다.

Claims (13)

  1. 기판 상에 서로 이격되어 위치하고, 각각 하부 반도체층, 상기 하부 반도체층의 일 영역 상부에 위치하는 상부 반도체층 및 상기 하부 반도체층과 상기 상부 반도체층 사이에 개재된 활성층을 포함하고, 측벽들이 상기 기판의 상부면에 대해 경사지게 형성되어 위로 갈수록 폭이 좁아지는 발광셀들;
    상기 발광셀들의 전면을 덮되, 상기 하부 반도체층들의 다른 영역들 및 상기 상부 반도체층들 상에 각각 형성된 개구부들을 갖는 절연층;
    상기 절연층 상에 형성되어 상기 개구부들을 통해 상기 하부 반도체층들 및 상기 상부 반도체층들에 전기적으로 연결되고, 인접한 발광셀들의 상기 하부 반도체층들과 상기 상부 반도체층들을 각각 전기적으로 연결하는 배선들을 포함하는 교류용 발광 다이오드.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광셀들 각각의 하부 반도체층의 측벽들이 상기 기판의 상부면과 이루는 경사각이 15도 내지 80도의 범위 내인 것을 특징으로 하는 교류용 발광 다이오드.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부 반도체층들의 다른 영역들과 상기 절연층 사이에 개재된 전극패드 들을 더 포함하고, 상기 전극패드들은 상기 하부 반도체층들의 다른 영역들 상에 형성된 개구부들에 의해 노출되는 교류용 발광 다이오드.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 상부 반도체층들과 상기 절연층 사이에 개재된 투명전극층들을 더 포함하고, 상기 투명전극층들은 상기 상부 반도체층들 상에 형성된 개구부들에 의해 노출되는 교류용 발광 다이오드.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 배선들 및 상기 절연층을 덮는 절연보호막을 더 포함하는 교류용 발광 다이오드.
  6. 기판 상에 서로 이격된 발광셀들을 형성하되, 상기 발광셀들은 각각 하부 반도체층, 상기 하부 반도체층의 일 영역 상부에 위치하는 상부 반도체층 및 상기 하부 반도체층과 상기 상부 반도체층 사이에 개재된 활성층을 포함하고, 상기 발광셀들의 측벽들은 상기 기판의 상부면에 대해 경사지게 형성되어 위로 갈수록 폭이 좁아지고,
    상기 발광셀들을 갖는 기판 상에 연속적인 절연층을 형성하고,
    상기 절연층을 패터닝하여 상기 하부 반도체층들의 다른 영역들 및 상기 상부 반도체층들 상에 개구부들을 형성하고,
    상기 절연층 상에 배선들을 형성하되, 상기 배선들은 상기 개구부들을 통해 상기 하부 반도체층들 및 상기 상부 반도체층들에 전기적으로 연결되고, 인접한 발광셀들의 상기 하부 반도체층들과 상기 상부 반도체층들을 각각 전기적으로 연결하는 것을 포함하는 교류용 발광 다이오드 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 절연층을 형성하기 전, 상기 발광셀들의 하부 반도체층들의 다른 영역들 상에 전극패드들을 형성하는 것을 더 포함하고, 상기 전극패드들은 상기 하부 반도체층들의 다른 영역들 상에 형성된 개구부들에 의해 노출되는 교류용 발광 다이오드 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 절연층을 형성하기 전, 상기 발광셀들의 상부 반도체층들 상에 투명전극층들을 형성하는 것을 더 포함하고, 상기 투명전극층들은 상기 상부 반도체층들 상에 형성된 개구부들에 의해 노출되는 교류용 발광 다이오드 제조방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 발광셀들을 형성하는 것은,
    상기 기판 전면에 하부 반도체층, 활성층 및 상부 반도체층을 형성하고,
    상기 상부 반도체층 상에 발광셀 영역들을 한정하는 포토레지스트 패턴들을 형성하고,
    상기 포토레지스트 패턴들의 측벽들이 상기 기판 상부면에 대해 경사지도록 상기 포토레지스트 패턴들을 리플로우하고,
    상기 포토레지스트 패턴들을 식각마스크로 사용하여 상기 상부 반도체층, 활성층 및 하부 반도체층을 차례로 식각하는 것을 포함하는 교류용 발광 다이오드 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 포토레지스트 패턴들을 리플로우하는 것은 상기 포토레지스트 패턴들의 측벽들이 상기 기판 상부면에 대해 15도 내지 80도 범위 내의 경사각을 갖도록 수행되는 교류용 발광 다이오드 제조방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 상부 반도체층, 활성층 및 하부 반도체층을 차례로 식각한 후, 상기 상부 반도체층 및 활성층을 다시 패터닝하여 상기 하부 반도체층을 노출시키는 것을 더 포함하는 교류용 발광 다이오드 제조방법.
  12. 청구항 6에 있어서,
    상기 배선들을 형성하는 것은
    상기 절연층 상에 배선 영역을 한정하는 개구부들을 갖는 포토레지스트 패턴 을 형성하고,
    상기 개구부들 내에 금속층을 도금하고,
    상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 것을 포함하는 교류용 발광 다이오드 제조방법.
  13. 청구항 6에 있어서,
    상기 배선들을 형성하는 것은
    상기 절연층을 갖는 기판 상에 금속층을 증착하고,
    상기 금속층을 패터닝하는 것을 포함하는 교류용 발광 다이오드 제조방법.
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