KR100700529B1 - Light emitting diode with current spreading layer and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 발광 다이오드의 구조를 보인 단면도.1 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional light emitting diode.
도 2a 내지 도 2e는 종래 발광 다이오드 제조 과정을 보인 수순 단면도.Figure 2a to 2e is a cross-sectional view showing a conventional light emitting diode manufacturing process.
도 3은 본 발명 일 실시예의 구조를 보인 단면도.Figure 3 is a cross-sectional view showing the structure of an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명 다른 실시예의 구조를 보인 단면도.Figure 4 is a cross-sectional view showing the structure of another embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명 또다른 실시예의 구조를 보인 단면도.Figure 5 is a cross-sectional view showing the structure of another embodiment of the present invention.
도 6a내지 도 6d는 상기 도 3의 구조를 제조하는 과정을 보인 수순 단면도.6a to 6d is a cross-sectional view showing a process of manufacturing the structure of FIG.
도 7a내지 도 7d는 상기 도 4의 구조를 제조하는 과정을 보인 수순 단면도.7A to 7D are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing the structure of FIG. 4.
도 8a내지 도 8d는 상기 도 5의 구조를 제조하는 과정을 보인 수순 단면도.8a to 8d is a cross-sectional view showing a process of manufacturing the structure of FIG.
도 9는 본 발명에 적용할 수 있는 전류 확산층의 패턴 예들을 보인 평면도.9 is a plan view showing examples of patterns of the current diffusion layer applicable to the present invention.
다른 실시예들의 나노-로드 형태를 보인 평면도.Top view showing the nano-rod shape of other embodiments.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
110: 기판 120: 버퍼층110: substrate 120: buffer layer
130: 제 1 n-GaN층 135: 제 1계면층130: first n-GaN layer 135: first interface layer
140, 141: 금속 전류 확산패턴 142: 산화물 전도층140 and 141: metal current diffusion pattern 142: oxide conductive layer
145: 제 2계면층 150: 제 2 n-GaN층145: second interface layer 150: second n-GaN layer
151: 저온 n-GaN층 152: 고온 n-GaN층151: low temperature n-GaN layer 152: high temperature n-GaN layer
153: 제 2 n-GaN층 160: 활성층153: second n-GaN layer 160: active layer
170: p-클래딩층 180: p-GaN층170: p-cladding layer 180: p-GaN layer
190: p 전극 200: n 전극190: p electrode 200: n electrode
본 발명은 전류 확산층을 구비한 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체를 이용한 측면 전류 주입형 발광 다이오드에서, 측면 전류 특성이 나쁜 n 콘택층 내부에 전류 확산에 도움을 주는 전류 확산층 패턴을 형성하도록 하여 효율을 높이고 정전기에 대한 내성을 높이도록 한 전류 확산층을 구비한 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting diode having a current spreading layer and a method of manufacturing the same, and particularly to a side current injection type light emitting diode using a III-V nitride semiconductor, which helps to spread current inside an n contact layer having poor side current characteristics. The present invention relates to a light emitting diode having a current spreading layer which is formed to form a current spreading layer pattern to increase efficiency and tolerate static electricity, and a method of manufacturing the same.
Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체는 그 응용 분야에 있어서 청색/녹색 발광 다이오드(LED)를 비롯한 광소자 및 MOSFET, HEMT 등의 고속 스위칭, 고출력 소자인 전자소자에 응용되고 있다. 특히, Ⅲ족 질화물 반도체를 이용한 발광소자는 가시광선에서 자외선까지의 영역에 대응하는 직접 천이형 밴드갭을 갖고, 고효율 광 방출을 실현할 수 있다. 따라서, 상기 반도체는 주로 LED 또는 레이저 다이오드(LD)로 활용되고 있으며 보다 용이한 제조 공정과 보다 높은 광 효율을 얻기 위한 연구가 지속되고 있다.The III-V nitride semiconductors have been applied to optical devices including blue / green light emitting diodes (LEDs) and electronic devices that are high-speed switching and high-output devices such as MOSFETs and HEMTs. In particular, the light emitting device using the group III nitride semiconductor has a direct transition band gap corresponding to the region from visible light to ultraviolet light, and high efficiency light emission can be realized. Therefore, the semiconductor is mainly used as an LED or a laser diode (LD), and researches for obtaining an easier manufacturing process and higher light efficiency have been continued.
상기 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체 중 대표적으로 질화갈륨(GaN)이 사용되는데 이 는 결정 성장 방식으로 기판상에 성장되며, 도핑되는 물질에 따라 p형 또는 n형으로 활성화되어 PN접합 다이오드로 구성되게 된다. 그러나, 현재까지의 기술로는 상기 질화물 반도체(GaN)가 직접 성장할 수 있을 정도로 격자 구조가 일치하는 단결정 기판을 대량으로 제조할 수 없기 때문에 사파이어(Al2O3) 단결정 또는 탄화 실리콘(SiC) 단결정과 같은 이종 재료로 이루어진 기판이 주로 사용된다.Among the III-V nitride semiconductors, gallium nitride (GaN) is typically used, which is grown on a substrate by a crystal growth method, and is activated in a p-type or n-type according to a doped material to be composed of a PN junction diode. . However, sapphire (Al 2 O 3 ) single crystals or silicon carbide (SiC) single crystals cannot be manufactured in a large amount because a single crystal substrate having a lattice structure that is large enough to directly grow the nitride semiconductor (GaN) can be manufactured by the present technology. Substrates made of heterogeneous materials such as are mainly used.
상기 이종 기판 및 이 기판에서 에피택셜 성장된 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체 결정 사이에는, 큰 격자 부정합이 나타난다. 예를 들어, 사파이어(Al2O3)와 질화갈륨(GaN) 사이에는 16%의 격자 부정합이 나타나고, 탄화 실리콘(SiC)과 질화갈륨 사이에는 6%의 격자 부정합이 나타난다. 상기와 같이 큰 격자 부정합이 나타나는 경우, 해당 기판에서 질화물 반도체 결정을 에피택셜 성장시키는 것은 어려우며, 비록 성장시킬 수 있다 하더라도 결성성이 양호하지 않아 활용 가치가 없게 된다. 따라서, MOCVD(metal-organic chemical vapor deposition; 유기-금속 화학 기상 성장)법에 의해 Ⅲ족 질화물 반도체를 사파이어 단결정 또는 SiC 단결정의 기판에서 에피택셜 성장시키는 경우, (Al)GaN으로 이루어진 저온 버퍼 층을 상기 기판에 우선 증착한 다음, 고온에서 Ⅲ족 질화물 반도체 결정을 그 위에 에피택셜 성장시키는 방법을 사용한다. Large lattice mismatch appears between the dissimilar substrate and the III-V nitride semiconductor crystal epitaxially grown on the substrate. For example, a lattice mismatch of 16% appears between sapphire (Al 2 O 3 ) and gallium nitride (GaN), and a lattice mismatch of 6% appears between silicon carbide (SiC) and gallium nitride. When such a large lattice mismatch occurs, it is difficult to epitaxially grow nitride semiconductor crystals on the substrate, and even though it can be grown, the formation is not good and it is not useful. Therefore, when epitaxially growing a group III nitride semiconductor on a substrate of sapphire single crystal or SiC single crystal by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) method, a low temperature buffer layer made of (Al) GaN is formed. Deposition is first carried out on the substrate, followed by epitaxial growth of group III nitride semiconductor crystals thereon at high temperature.
도 1은 종래 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체를 이용한 발광 다이오드의 구조를 보인 단면도로서, 도시한 경우는 전극이 모두 전면 방향에 적용되는 측면 전류 주입 방식 발광 다이오드의 구조이다.FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a light emitting diode using a group III-V nitride semiconductor, and in the case of FIG. 1, a side current injection type light emitting diode in which all electrodes are applied in a front direction.
그 구조를 간단히 설명하면, 우선 사파이어 기판(10) 상에 격자 부정합을 해소하기 위해 도핑 없이 저온으로 형성된 GaN 버퍼층(20)이 있고, 그 상부에 n형 불순물을 포함하여 성장시킨 제1 및 제 2 n-GaN층(30, 40)이 위치한다. 그리고, 그 상부에 다양한 구성(단일 활성층, 양자우물 구조, 다중 양자우물 구조 등) 중 하나로 이루어진 활성층(50)이 있으며, 그 상부에 p형 불순물을 포함시켜 성장시킨 p-GaN층(70)이 위치한다. 도시된 경우에는 발광 효율을 높이기 위해 상기 p-GaN층(70)과 활성층(50) 사이에 p-클래드층(60)이 더 형성된 구조이며, 상기 활성층(50)과 n-GaN층(40) 사이에 n-클래드층(미도시)이 더 형성될 수도 있다.Briefly describing the structure, first, there is a
그리고, 상기 제 1 n-GaN층(30) 상부에 n 전극(45)이 위치하고, 상기 p-GaN층(70) 상부에 p 전극(80)이 위치한다. 고른 전류 분포를 위해 상기 p-GaN층(70) 전면에 투명 전극(미도시)을 더 형성하기도 한다. 여기서, 상기 n-GaN층(30)을 n-콘택층, p-GaN층(70)을 p-콘택층이라 통칭할 수 있다.The n-
상기 설명된 구조를 제조하는 과정을 다음의 도 2a 내지 도 2e에 도시된 수순 단면도를 통해 설명하도록 한다. The process of manufacturing the above-described structure will be described through the procedure cross-sectional view shown in FIGS. 2A to 2E.
먼저 도 2a에 도시한 바와 같이 사파이어 기판(10) 상부에 격자 부정합을 해소하기 위해 도핑 없이 저온으로 GaN 버퍼층(20)을 형성하고, 그 상부에 n형 불순물인 Si 등을 포함시켜 n-GaN층(30, 40)을 높은 온도에서 성장시켜 형성한다.First, as shown in FIG. 2A, a
상기 사파이어 기판(10)은 산화막 또는 이와 유사한 것을 그 표면으로부터 제거하기 위해 성장 장치(growing apparatus)에서 1,000 내지 1,200℃의 고온으로 가열된다. 그 다음, 성장 장치의 온도를 대략 400~600℃의 온도로 낮추어, GaN 저 온 버퍼층(20)을 형성한다. The
상기 저온 버퍼층(20)은 MOCVD법을 사용하여 성장되는데, 유기 금속 원료 및 질소원을 동시에 공급하여 3,000 내지 10,000의 Ⅴ/Ⅲ 비율로 에피택셜 성장된다. 상기 Ⅴ/Ⅲ 비율이란 MOCVD법에 의해 ⅢㆍⅤ족 화합물 반도체 결정을 성장시킬 경우 반응 장치에서 통과하는 Ⅲ족 원소를 함유하는 분자의 몰 수와 Ⅴ족 원소를 함유하는 분자의 몰 수의 비율을 의미한다.The low
상기와 같은 저온 버퍼 층을 사용하는 성장법 이외에, 대략 900 내지 1200℃의 높은 성장 온도에서 질화 알루미늄(AlN) 층을 기판에 성장시켜 형성한 다음, 질화 갈륨을 그 위에 성장시키는 방법도 알려져 있으나, 사파이어 기판을 이용하는 경우에는 대부분 저온 버퍼층(20)을 이용하여 질화 갈륨을 에피택셜 성장시키게 된다.In addition to the growth method using the above-described low temperature buffer layer, a method of growing an aluminum nitride (AlN) layer on a substrate at a high growth temperature of approximately 900 to 1200 ° C. and then growing gallium nitride thereon is also known. In the case of using a sapphire substrate, gallium nitride is epitaxially grown using the low
그 다음, 상기 저온 버퍼층(20) 상에 위치한 n형 GaN층(30, 40)을 형성하는 과정은 상기 저온 버퍼층(20)과 유사하게 MOCVD법을 사용하여 성장되지만, 그 성장 공정은 900℃ 이상의 고온에서 실시된다. 이는 질소의 전구체(precursor)로 암모니아(NH3)가 사용되며, 캐리어 가스는 H2가 사용되기 때문인데, 상기 암모니아는 열적으로 매우 안정하기 때문에 900℃ 이상에서도 수%의 암모니아만이 열분해되어 질소 소스로서 GaN 성장에 기여한다. 물론, 그 이하의 온도에서도 성장은 가능하다. 따라서, 열분해 효율을 높이기 위해 고온성장이 불가피하며 결정성이 좋은 GaN 성장을 위해 일반적으로 4,000 내지 10,000의 Ⅴ/Ⅲ 분율을 이용한다. 이때, 성장되는 GaN에 Si과 같은 불순물을 포함시켜 n-GaN층(30, 40)으로 동작하도록 한다.Then, the process of forming the n-
그리고, 도 2b에 도시한 바와 같이 상기 형성된 n-GaN층(30, 40) 상부에 활성층(50)을 형성하는데, 이는 단일 활성층 구조, 양자 우물 구조, 복수의 양자 우물 구조가 적층된 다중 양자우물 구조로 형성될 수 있다. 양자 우물 구조는 활성층(InGaN층)이 두 개의 전하 구속층((Al)GaN층) 사이에 위치하도록 하여 빛의 파장을 조절하고 양자 효율을 향상시키도록 한 것으로, 최근에는 도시된 바(50)와 같은 다중 양자 우물 구조가 일반적으로 사용되고 있다. 상기 활성층(50) 상하부에 캐리어 구속 효과(carrier confinement)를 증가시키기 위해 n형, p형 초격자층(superlattice)이 삽입되기도 한다. As shown in FIG. 2B, an
그리고, 도 2c에 도시한 바와 같이 상기 형성된 활성층(50) 상부에 p-클래딩층(60)을 형성하고, 그 상부에 p-GaN층(70)을 형성한다. 상기 p-클래딩층(60)은 필수적인 것은 아니지만, 상기 활성층(50)과 Mg를 불순물로 하여 p형으로 활성화된 p-GaN층(70) 사이에 추가되어 캐리어 농도를 높이는데 사용된다. 상기 p-클래딩층(60)은 상기 p-GaN층(70)의 Mg가 상기 활성층(50)에 유입되지 않게 보호해야 하므로 두꺼워야 하고, 상기 활성층(50)에서의 전자와 홀의 재결합을 용이하게 할만큼 충분히 얇아야 하며 이것이 활성층(50)으로부터의 포톤 방출을 최대로 하는데 도움을 주게 된다. 따라서, 그 두께는 상기 특성들을 고려하여 적절하게 설정되어야 한다. 일반적으로 AlxGa1 - xN이 주로 사용된다.As shown in FIG. 2C, a p-
상기 p-GaN층(70)은 앞서 설명한 n-GaN층(30, 40)과 같이 유사한 기체 분위 기와 온도에서 성장되며, GaN 성장 중에 Mg를 주입하여 p-GaN이 되도록 한다. 그러나 알려진 바와 같이 질소 전구체로 사용되는 암모니아가 제공하는 수소와 주입된 Mg가 결합하여 Mg-H를 형성하므로 성장 직후의 비활성화 된 p형 GaN 박막은 열처리 과정인 LEEBI(Low Energy Electron Beam Irradiation)나 고온 어닐링(Rapid Temperature Annealing, Furnace Annealing 등) 과정을 통해 활성화시켜 p형 특성을 얻도록 해야 한다.The p-
상기 p-GaN층(70) 형성 후 그 상부에 전류 확산 특성을 개선하기 위한 투명 전극등을 더 형성하기도 한다.After the p-
그리고, 도 2d에 도시한 바와 같이 상기 형성된 구조물을 전면 방출형 소자로 사용하기 위해서 전극을 형성하는데, 구조물의 상하부에 각각 전극을 형성하는 수직 구조와, 도시된 바와 같이 구조물의 일부를 제거하여 n-GaN층(30)을 노출시켜 전극을 형성하는 수평 구조(측면 전류 주입 방식)가 대표적이다. 도시된 경우는 수평 구조로서, 상기 n-GaN층(30)이 노출되도록 소자 일부 영역의 p-GaN층(70), p-클래딩층(60), 활성층(50) 및 제 2 n-GaN층(40)을 제거하여 제 1 n-GaN층(30)을 노출시킨다.And, as shown in Figure 2d to form the electrode to use the formed structure as a front emission type element, a vertical structure for forming the electrodes on the upper and lower portions of the structure, respectively, as shown to remove a portion of the structure n The horizontal structure (side current injection method) which exposes -
그리고, 도 2e에 도시한 바와 같이 상기 제 1 n-GaN층(30)과 p-GaN층(70) 일부에 각각 n 전극(45)과 p 전극(80)을 형성한다. As shown in FIG. 2E, n-
그러나, 상기 도시한 일반적인 측면형 발광 다이오드 구조는 전류가 상기 p 전극(80)에서 n 전극(45)까지의 최단 거리인 메사 구조물 측면을 따라 주로 흐르기 때문에 발광 효율이 낮으며, 이를 다소간 해소하기 위해 p-콘택인 p-GaN층(70) 상 에 투명 전극을 형성하기도 하지만, 실제로 문제가 되는 부분은 n-콘택인 n-GaN층(30)에서의 전류 확산이므로 이를 해소하기 어렵게 되어 효율 향상은 미비하다.However, the general side-side light emitting diode structure shown in the drawing has low luminous efficiency because current mainly flows along the side of the mesa structure, which is the shortest distance from the p-
또한, 이러한 좋지 않은 전류 확산은 신뢰성과 밀접한 영향을 주는 ESD(Electro-Static Discharge)의 내성을 낮추어 소자가 역전압 인가나 정전기 등에 취약하게 된다. 그로인해, 고가의 LED 소자의 경우 이러한 소자 자체의 ESD 특성이 좋지 않으면 별도로 제너 다이오드 등을 패키지에 내장시키는 등의 추가적인 구성이 요구되기도 한다. 하지만, 이러한 제너 다이오드의 추가는 광도 저하, 원가 상승 및 공정수 증가와 같은 문제가 발생하므로 소자 자체의 ESD 내성을 증가시키기 위한 연구가 지속적으로 실시되고 있다.In addition, such poor current spreading lowers the resistance of electro-static discharge (ESD), which has a close effect on reliability, making the device vulnerable to reverse voltage application or static electricity. Therefore, in the case of expensive LED devices, if the ESD characteristics of the devices themselves are not good, additional configurations such as incorporating a zener diode in a package may be required. However, since the addition of the zener diode causes problems such as lower brightness, increased cost, and increased number of processes, studies to increase the ESD resistance of the device itself have been continuously conducted.
상기한 바와 같이 종래 일반적인 측면 전류 주입형 발광 다이오드는 인가되는 전압에 의한 전류 흐름이 균일하게 분산되어 소자 전체에 제공되지 않고 특정 영역에만 집중되기 때문에 발광 효율이 낮으며, 이러한 전류의 집중은 역전압이나 정전기 등에 의한 내성을 낮추어 소자의 신뢰성이 낮아지는 문제점이 있었다. 이를 해소하기 위해 별도의 제너 다이오드를 더 연결하는 방식이 있으나, 공정 및 비용이 크게 증가하고 소자의 광량을 저하시키는 문제점이 있었다. As described above, the conventional general side current injection type light emitting diode has low luminous efficiency because the current flow by the applied voltage is uniformly distributed and is not provided to the entire device, but is concentrated only in a specific region, and the concentration of the current is reverse voltage. There is a problem in that the reliability of the device is lowered by lowering the resistance by static electricity or the like. In order to solve this problem, there is a method of connecting a separate zener diode, but there is a problem in that the process and cost are greatly increased and the light quantity of the device is reduced.
상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 실제 측면 전류 주입형 발광 다이오드에서 균일한 전류 확산을 방해하는 주된 요인인 n-콘택층의 측면 전류 확산 특성을 개선하기 위해 높은 전도도의 물질을 상기 n-콘택층 내부에 형성하도록 하여 측면 전류 확산 특성을 획기적으로 개선하면서 특정 방향으로 광을 집중시키거나 구 동 전압을 낮추고 ESD 내성을 높일 수 있도록 한 전류 확산층을 구비한 발광 다이오드 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. In view of the above problems, the present invention provides a high conductivity material to improve the lateral current spreading characteristics of the n-contact layer, which is a main factor preventing uniform current spreading in the lateral current injection type light emitting diode. The present invention provides a light emitting diode having a current spreading layer and a method of manufacturing the same, which can be formed inside, which can concentrate light in a specific direction, lower driving voltage, and increase ESD resistance while significantly improving side current spreading characteristics. There is this.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 질화물 반도체로 형성된 제 1 n-콘택층과; 상기 제 1 n-콘택층 상부에 위치하거나 혹은 표면에 매립되어 형성된 전류 확산 패턴과; 상기 구조물 상부에 형성된 제 2 n-콘택층과; 상기 제 2n-콘택층 상부에 차례로 형성된 활성층 및 p-콘택층을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises a first n-contact layer formed of a nitride semiconductor; A current spreading pattern formed on the first n-contact layer or buried in a surface thereof; A second n-contact layer formed on the structure; And an active layer and a p-contact layer sequentially formed on the second n-contact layer.
상기 전류 확산 패턴은 900℃ 이상의 융점을 가진 금속 재질로 이루어진 것을 특징으로 한다. The current spreading pattern is made of a metal material having a melting point of 900 ℃ or more.
위에서, 상기 전류 확산 패턴은 W, Cr, Ti 중 하나로 이루어진 것을 특징으로 한다.In the above, the current spreading pattern is characterized in that consisting of one of W, Cr, Ti.
상기 전류 확산 패턴은 Ag를 포함하는 반사도가 높은 금속 중 하나로 이루어진 것을 특징으로 한다. The current spreading pattern may be made of one of highly reflective metals including Ag.
상기 전류 확산 패턴은 금속보다 높은 에너지 밴드갭을 가지며, 금속보다 용융점이 높은 산화물 전도층인 것을 특징으로 한다. The current diffusion pattern has an energy band gap higher than that of metal, and is an oxide conductive layer having a higher melting point than that of metal.
위에서, 상기 산화물 전도층은 ITO, RuOx 중 하나인 것을 특징으로 한다.In the above, the oxide conductive layer is characterized in that one of ITO, RuO x .
위에서, 상기 산화물 전도층으로 이루어진 전류 확산층과 그 하부 혹은 상부에 위치한 n-콘택층 사이에 접촉저항 감소를 위한 계면층이 더 형성된 것을 특징으로 한다. In the above, the interface layer for reducing the contact resistance is further formed between the current diffusion layer consisting of the oxide conductive layer and the n-contact layer located below or above.
또한, 본 발명은 상기 제 1 n-콘택층 상부 혹은 표면 내부에 전류 확산층 패턴을 형성하는 단계와; 상기 전류 확산층 패턴을 형성하는 단계에서, 900℃ 이상의 융점을 가진 금속을 성막한 후 패터닝하여 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the present invention comprises the steps of forming a current diffusion layer pattern on or inside the first n-contact layer; In the forming of the current spreading layer pattern, the method may further include forming a metal having a melting point of 900 ° C. or more after forming a pattern.
상기 전류 확산층 패턴을 형성하는 단계에서, 상기 제 1 n-콘택층의 표면 일부에 복수의 그루브를 형성한 후 Ag 혹은 그와 유사한 반사도 및 전도도를 가지는 금속을 상기 그루부에 선택적으로 매립하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In the forming of the current spreading layer pattern, forming a plurality of grooves on a portion of the surface of the first n-contact layer and then selectively embedding Ag or a metal having similar reflectivity and conductivity into the grooves. It is characterized by including.
상기 전류 확산층 패턴을 형성하는 단계에서, 금속보다 높은 에너지 밴드갭을 가지며, 금속보다 용융점이 높은 전도성 산화물을 성막한 후 패터닝하여 상기 전류 확산층 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The forming of the current spreading layer pattern may include forming the current spreading layer pattern by depositing and patterning a conductive oxide having an energy bandgap higher than that of a metal and having a melting point higher than that of the metal.
상기 같은 본 발명을 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.When described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention as follows.
도 3 내지 도 5는 본 발명 실시예들의 단면도를 보인 것으로, 측면 전류 주입형 발광 다이오드의 n-콘택층 내부에 측면 방향 전류 확산을 용이하게 할 수 있도록 전류 확산층을 더 형성한 실시예들이다. 다양한 Ⅲ-Ⅴ족 반도체가 사용될 수 있으나 여기서는 질화물 반도체, 특히 질화 갈륨(GaN)을 이용하여 형성한 발광 다이오드들을 예로 들어 그 구성과 제조 방법들을 설명하도록 한다.3 to 5 are cross-sectional views of embodiments of the present invention, in which a current spreading layer is further formed to facilitate lateral current spreading inside an n-contact layer of the side current injection type light emitting diode. Various III-V semiconductors may be used, but the configuration and manufacturing methods will be described using light-emitting diodes formed of nitride semiconductors, in particular, gallium nitride (GaN).
먼저, 도 3은 본 발명 일 실시예로서, 기판(110) 상에 형성된 저온 버퍼막(120) 상부에 형성된 n-GaN층(130, 150) 사이에 측면 전류 확산을 위한 금속의 전류 확산 패턴(140)을 더 형성한 구조를 가진다. 그리고, 상기 n-GaN층(150) 상부에 일반적인 LED 구조와 동일하게 확산층(160)과 p-클래딩층(170) 및 p-GaN층(180)이 순차적으로 형성되어 있으며 그 상부에 p전극(190)이 위치하고, 노출된 상기 n-GaN층(130) 상부에 n전극(200)이 위치하고 있다.First, FIG. 3 is a diagram illustrating a current spreading pattern of a metal for lateral current diffusion between n-
일반적인 경우, 이러한 측면 전류 주입형 구조의 LED에 전압이 인가되면 주로 n-GaN층의 낮은 측면 전류 전도성에 의해 소자의 일부가 제거되어 형성된 메사 구조의 측면을 따라 전류가 집중되어 흐르게 되지만, 도시된 경우에서는 상기 n-GaN층(130, 150) 내부에 측면 전류 전도성을 보강하기 위한 전류 확산 패턴(140)이 형성되어 있으므로 이를 통해 전류가 균등하게 소자 전체로 흐르게 된다. 따라서, 이 경우 소자에 인가하는 전압에 대비한 휘도 효율이 높아지고, 역전압이나 정전기에 의한 순간 전압도 소자 전체가 분산하여 해소하기 때문에 ESD 내성도 증가하게 되며, 이러한 ESD 내성의 증가는 소자의 수명과 신뢰성을 크게 개선시킬 수 있는 요인이 된다.In general, when a voltage is applied to the LED of the side current injection type structure, current is concentrated in the side of the mesa structure formed by removing part of the device mainly by the low side current conductivity of the n-GaN layer. In this case, since the
상기 도시된 도 3의 구성은 본 발명의 가장 기본적인 전류 확산 패턴 구조를 보이는 것으로, 그 구성 역시 기존의 측면 전류 주입형 발광 다이오드의 제 1 n-GaN층(130)과 제 2 n-GaN층(150) 사이에 금속 패턴을 더 형성하여 이를 전류 확산 패턴(140)으로 활용한 것이다. 3 shows the most basic current spreading pattern structure of the present invention, and also the first n-
하지만, 상기 전류 확산 패턴(140)으로 임의의 금속을 사용할 수는 없는데, 이는 상기 전류 확산 패턴(140) 상부에 형성되는 n-GaN층(140)이 900℃ 이상의 고온에서 성장되어야 하기 때문으로, 도 3에 도시한 구조에 적용할 수 있는 전류 확산 패턴(140)은 용융점이 900℃ 이상의 금속 재질을 가져야 한다. 이렇게 높은 용 융점을 가지며, 측면 전도도 향상을 위해 높은 전도도를 가지는 물질로는 대표적으로 W, Cr, Ti 등이 있으며, 이들 중 하나를 사용하는 것이 바람직하다. However, any metal may not be used as the current spreading
도 4는 본 발명의 다른 실시예의 단면도로서, 도 3에 도시한 경우와 상기 전류 확산 패턴(140)으로 사용되는 금속의 특성 및 재질이 상이한 것이다. 즉, 도 3에 도시된 방식으로 적용되는 전류 확산 패턴이 비록 공정은 간단하지만 발생되는 광을 흡수할 수 있기 때문에, 도 4에 도시된 구조에서 사용되는 전류 확산 패턴(141)의 재질은 Ag와 같이 반사도가 높으면서 전류 전도도가 높은 금속을 사용한다. 상기 Ag는 반사도가 높아 전류 확산 패턴(141)으로 적용되면 그 상부에 형성된 활성층에서 발생되는 광을 반사시켜 전면 방향의 휘도를 높여줄 수 있는 부가적인 기능도 할 수 있게 된다. 그러나, Ag와 같이 반사도가 높고 전도도 역시 높은 금속은 용융점(961.9℃)이 일반적으로 GaN층을 형성할 경우 사용되는 온도인 1000℃보다 낮기 때문에 직접 제 1 n-GaN층(130) 상에 성막한 후 패터닝하는 방식으로는 적용이 어렵다. 따라서, 도시된 바와 같이 제 1 n-GaN층(130) 표면에 매립하는 방식으로 전류 확산 패턴(141)이 형성된다. 그리고, 그 상부에 형성되는 제 2 n-GaN층(151, 152)은 역시 1000℃ 이상의 고온에서 성장되면 상기 전류 확산 패턴(141)으로 사용된 금속 물질이 유동하거나 기화시킬 수 있으므로 800℃이하의 온도로 형성된 저온 부분(151)과 그 상부에는 일반적인 고온으로 형성된 나머지 부분(152)으로 이루어지게 된다.4 is a cross-sectional view of another embodiment of the present invention, in which the characteristics and materials of the metal used as the
도 5는 본 발명의 또다른 실시예의 단면도로서, 도 3 또는 도 4에 도시한 경우와 다르게 후면으로 방출되는 광을 이용하고자 하는 경우, 전류 확산 패턴(142) 에 의한 광 손실을 줄이기 위해 해당 전류 확산 패턴(142)을 광의 흡수율이 낮은 산화물 전도층으로 형성한 경우이다. 상기 산화물 전도층은 금속보다 에너지 밴드갭이 더 크고, 900℃ 이상의 고온에서 견딜 수 있도록 용융점이 높은 ITO나 RuOx를 사용한다. 그러나, 상기 산화물 전도층으로 이루어지는 전류 확산 패턴(142)은 GaN층들과의 오믹(ohmic) 특성이 좋지 않기 때문에 그 하부 및 상부에 각각 계면층(135, 145)이 더 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 각 계면층은 InxGa(1-x)N(0≤x<1)의 조성을 가져 일측면의 GaN과 타측면의 산화물 전도층과의 접촉 저항을 줄일 수 있다.FIG. 5 is a cross-sectional view of another embodiment of the present invention. In the case where the light emitted to the rear surface is different from the case illustrated in FIG. 3 or 4, the current is reduced to reduce the light loss caused by the
상기한 실시예들과 같이 기본적인 측면 전류 주입형 발광 다이오드 구조에서 n-콘택층의 구조를 다양화하는 것으로 취약한 n-콘택층의 전류 확산 특성을 크게 개선할 수 있게 된다. 상기된 각각의 전류 확산 패턴의 재질 및 특성에 따라 그 구조들 및 제조 방법들이 상이하게 되는데, 이하 상기 각 실시예들의 구체적인 제조 과정 및 특징들을 첨부된 도면들을 통해 설명하도록 한다. By varying the structure of the n-contact layer in the basic side current injection type light emitting diode structure as described above, the current spreading characteristics of the weak n-contact layer can be greatly improved. The structures and manufacturing methods are different according to the materials and characteristics of the respective current diffusion patterns described above. Hereinafter, specific manufacturing processes and features of the respective embodiments will be described with reference to the accompanying drawings.
먼저, 도 6a 내지 도 6d는 도 3에 도시된 본 발명 일 실시예의 구조를 제조하는 공정들 중에서 중요한 부분들을 설명하기 위한 수순 단면도들로서, 도시한 바와 같이 제 1 n-GaN층(130) 상에 직접 전류 확산 패턴(140)을 형성하는 방식을 보인 것이다.First, FIGS. 6A to 6D are procedure cross-sectional views for explaining important parts of processes for fabricating the structure of the exemplary embodiment of the present invention shown in FIG. 3, and are shown on the first n-
도 6a에 도시한 바와 같이 실리콘이나 사파이어와 같은 기판(110) 상에 격자 부정합을 해소하기 위해 도핑 없이 저온(400~600℃)으로 버퍼층(120)을 형성하고, 그 상부에 n형 불순물인 Si 등을 포함시켜 제 1 n-GaN층(130)을 높은 온도(900℃ 이상, 일반적으로 1000℃ 이상)에서 성장시켜 형성한다. 상기 저온 버퍼층(120)이나 제 1 n-GaN층(130)의 제조 방법은 종래와 같이 MOCVD법에 의한 저온/고온 성장 방법을 사용한다. 최근에는 격자 부정합에 의한 버퍼층(120) 형성의 부작용을 해소하기 위해 제한적이지만 직접 GaN을 기판 형태로 제조하여 적용하는 경우도 있으며, 상기 저온 버퍼층(120) 역시 다양한 종류의 재료들이 실험되고 있다. 그러나, 본 발명에서는 이러한 저온 버퍼층(120)의 종류나 상기 기판(100)의 종류는 발명의 특징과는 무관하며, 단지 제 1 n-콘택층(130)을 에피 성장법에 의해 성장시키는 모든 종류의 발광 다이오드 제조 방법에 모두 적용할 수 있다. 상기 제 1 n-GaN층(130)은 1~10㎛의 두께로 형성하는 것이 좋다.As shown in FIG. 6A, the
그리고, 도 6b에 도시한 바와 같이 상기 형성된 제 1 n-GaN층(130) 상부에 금속 전류 확산 패턴(140)을 형성하기 위해 금속막을 성막한 후 패터닝한다. 상기 금속 전류 확산 패턴(140)의 두께는 10~10000Å 정도가 되도록 한다. 상기 금속막은 후속되는 제 2 n-GaN층의 성장 온도에 노출되어야 하므로 900℃ 이상의 온도에서도 용융되지 않는 높은 용융점을 가진 금속이어야 하고, 박막 공정을 통한 성막 및 패터닝이 용이해야 하므로 W, Cr, Ti 등의 금속을 이용하며, 스퍼터링 혹은 이-빔 증착 방법을 통해 상기 제 1n-GaN층(130) 상에 해당 금속을 증착한 후 포토 공정을 통해 패터닝함으로써 상기 금속 전류 확산 패턴(140)을 형성할 수 있다.As shown in FIG. 6B, a metal film is formed and patterned to form a metal
이때, 상기 형성되는 금속 전류 확산 패턴(140)의 패턴 형태는 대단히 다양할 수 있으나, 후속되는 제 2 n-GaN층의 성장이 상기 패턴(140)이 형성되지 않아 노출되는 제 1 n-GaN층(130)을 기반으로 실시되므로 대략적으로 상기 패턴은 사각형인 경우 각 변이 0.1~10㎛의 길이를 가지도록 정의되고, 원형인 경우 지름이 0.1~10㎛의 길이를 가지도록 정의되며, 다각형인 경우 가장 긴 폭이 상기 동일한 영역의 길이를 가지도록 정의되는 것이 바람직하고, 각각의 패턴들 사이에 노출되는 제 1 n-GaN층(130)의 노출 폭 역시 0.1~10㎛가 되는 것이 바람직하다.At this time, the pattern shape of the formed metal
그리고, 도 6c에 도시한 바와 같이 상기 형성된 금속 전류 확산 패턴(140) 및 노출된 제 1 n-GaN층(130) 상부에 제 2 n-GaN층(150)을 성장시킨다. 상기 제 2 n-GaN층(150) 역시 MOCVD법으로 고온(900℃ 이상)에서 상기 제 1 n-GaN층(130) 상에 성장되며, 공정 조건의 조절에 의해 측면으로도 성장하게 되므로 상기 형성된 금속 전류 확산 패턴(140) 상부 영역까지도 제 2 n-GaN층(150)이 형성되게 된다. 구체적으로, 상기 제 2 n-GaN층(150)은 GaN, InxGa(1-x)N(x>0) 또는 AlGa(1-y)N(y<1) 층으로 이루어질 수 있으며, 그 두께는 0.1~10㎛ 정도가 적당하다.As shown in FIG. 6C, a second n-
그리고, 도 6d에 도시한 바와 같이 상기 형성된 제 2 n-GaN층(150) 상부에 일반적인 발광 다이오드 제조 방법에 따라 순차적으로 활성층(160), p-클래딩층(170) 및 p-GaN층(180)을 형성한다. 구체적인 각 층들의 구조 및 형성 방법, 그리고 조성들은 종래의 다양한 발광 다이오드 제조 방법과 동일하며, 상기 활성층(160) 형성 공정 이후의 공정들은 본 발명과 직접적인 연관이 없으므로 명료한 설명을 위해 생략하도록 한다. As shown in FIG. 6D, the
상기 설명한 본 발명 일 실시예의 전류 확산 패턴(140)은 용융점이 높은 금 속 재료를 이용하여 형성한 것이므로 상기 설명한 제조 과정을 통해 알 수 있듯이 공정이 비교적 간단하다. 그러나, 상기 구조는 전류 확산 특성을 개선하여 종래 보다는 높은 광 효율을 보이기는 하지만, 전류 확산 패턴(140)으로 사용되는 금속이 높은 용융점을 가지는 금속이므로 반사도가 낮아 활성층(160)에서 방출되는 포톤을 일부 흡수할 수 있다. Since the
따라서, 도 4에 도시한 바와 같이 반사도가 높은 금속을 전류 확산 패턴으로 적용하도록 한 구조에서 주의할 부분들과 특징이 되는 부분들을 다음의 도 7a 내지 도 7d에 도시한 수순 단면도를 통해 설명하도록 하나. Therefore, in the structure in which the highly reflective metal is applied to the current spreading pattern as shown in FIG. 4, the parts to be noted and the features to be described will be explained through the procedure cross-sectional views shown in FIGS. 7A to 7D. .
먼저, 도 7a에 도시한 구조는 앞서 설명한 도 6a와 동일한 과정을 통해 형성된다. 즉, 저온에서 버퍼막(120)을 형성하고, 그 상부에 고온에서 제 1 n-GaN층(130)을 1~10㎛의 두께로 성장시킨다. First, the structure shown in FIG. 7A is formed through the same process as FIG. 6A described above. That is, the
그리고, 도 7b에 도시한 바와 같이 상기 형성된 제 1 n-GaN층(130)의 표면 일부를 식각하여 전류 확산 패턴(141)이 형성될 영역에 그루브(groove) 형태의 홈을 형성하고, 해당 홈에 Ag와 같이 용융점은 낮아도 반사도가 높은 금속을 채워넣고 블래이딩 하는 방식으로 금속 전류 확산 패턴(141)이 제 1 n-GaN층(130)에 매립되도록 한다. 이는 상기 Ag와 같이 용융점이 1000℃ 미만인 금속이 후속하는 제 2 n-GaN층을 고온에서 형성하는 과정에서 녹아 패턴 형태가 바뀌지 않도록 하기 위한 것이다. 따라서, 상기 전류 확산 패턴(141)으로 사용될 수 있는 금속은 비록 용융점은 낮더라도 반사도 및 전도도가 높은 금속이어야 하며, 끓는점이 GaN층 성장 온도보다는 높아야 한다. 이 경우에서도 상기 형성되는 금속 전류 확산 패턴(141)은 대단히 다양할 수 있으나, 후속되는 제 2 n-GaN층의 성장이 상기 패턴(141) 사이로 노출되는 제 1 n-GaN층(130)을 기반으로 실시되므로 대략적으로 상기 패턴은 사각형인 경우 각 변이 0.1~10㎛의 길이를 가지도록 정의되고, 원형인 경우 지름이 0.1~10㎛의 길이를 가지도록 정의되며, 다각형인 경우 가장 긴 폭이 상기 동일한 영역의 길이를 가지도록 정의되는 것이 바람직하고, 각각의 패턴들 사이에 노출되는 제 1 n-GaN층(130)의 노출 폭 역시 0.1~10㎛가 되는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 7B, a portion of the surface of the formed first n-
그리고, 도 7c에 도시한 바와 같이 상기 형성된 금속 전류 확산 패턴(141) 및 노출된 제 1 n-GaN층(130) 상부에 제 2 n-GaN층(151, 152)을 성장시킨다. 이때, 상기 도시된 것 처럼 상기 제 2 n-GaN층(151, 152)은 두개의 층으로 구분되어 형성되는 것이 바람직한데, 하부에 형성되는 제 2 n-GaN층(151)은 800℃ 이하의 저온에서 성장시켜 상기 형성된 저융점 금속 전류 확산 패턴(141)의 기화를 방지하면서 후속되는 고온 공정들로부터 상기 금속 전류 확산 패턴(141)을 보호한다. 그 상부에 형성되는 제 2 n-GaN층(152)은 900℃ 이상의 일반적인 고온 공정으로 성장시켜 형성한다. 상기 제 2 n-GaN층(151) 역시 공정 조건의 조절에 의해 측면으로도 성장하게 되므로 상기 형성된 금속 전류 확산 패턴(141) 상부 영역까지도 제 2 n-GaN층(151)이 형성되게 된다. 구체적으로, 상기 제 2 n-GaN층(151, 152)은 GaN, InxGa(1-x)N(x>0) 또는 AlGa(1-y)N(y<1) 층으로 이루어질 수 있으며, 그 두께는 0.1~10㎛ 정도가 적당하다. 이중에서 저온에서 형성되는 제 2 n-GaN층(151)의 두께는 0.01~10㎛ 범위가 되도록 한다. As shown in FIG. 7C, second n-
물론, 사용되는 금속 재질이 반사도가 높고 기화점이 높다면 상기 제 2 n-GaN층(151)과 같은 저온 보호 GaN층은 생략되고 제 2 n-GaN층(152)과 같은 고온 공정에서 성장된 n-GaN층을 직접 적용할 수도 있다.Of course, if the metal material used has high reflectivity and a high vaporization point, a low temperature protective GaN layer such as the second n-
그리고, 도 7d에 도시한 바와 같이 상기 형성된 제 2 n-GaN층(151, 152) 상부에 일반적인 발광 다이오드 제조 방법에 따라 순차적으로 활성층(160), p-클래딩층(170) 및 p-GaN층(180)을 형성한다. As shown in FIG. 7D, the
상기 설명한 본 발명 다른 실시예의 전류 확산 패턴(141)은 용융점은 다소 낮지만 반사도가 높은 금속 재료를 이용하여 형성한 것이므로 상기 설명한 제조 과정을 통해 알 수 있듯이 공정이 앞서 설명했던 도 3의 구조를 제조 하기 위한 공정들(도 6a내지 도 6d)에 비해 약간 복잡하지만, 전류 확산 패턴(141)이 반사도가 높기 때문에 상기 활성층(160)에서 방출되는 포톤을 흡수하지 않고 전면으로 반사시켜 전면 휘도가 높아지게 된다. 즉, 전류 확산 특성을 개선하여 인가되는 전압에 대한 광 방출량을 높이고, 상기 전류 확산 패턴(141)에 의해 전면으로 광을 집중시키도록 하여 목표 방향의 휘도를 높일 수 있게 된다. Since the
상기 도 3 및 도 4의 경우는 전극이 형성된 전면으로 방출되는 광을 이용하기 위한 구조에는 적합하지만, 사파이어가 형성된 후면으로 방출되는 광을 이용하고자 하는 경우에는 상기 전류 확산 패턴이 광 방출 경로에 위치하고 있으므로 적용이 어렵게 된다. 특히, 최근 적용되는 플립칩 본딩형 발광 다이오드를 구성할 경우, 전극이 형성되지 않은 방향으로 방출되는 광을 이용하여 광 효율을 높이고자 하므로, 이 경우에 적용하기 위해서는 상기 전류 확산 패턴이 광을 흡수, 또는 반 사시키지 않아야 한다. 즉, 투명한 전류 확산 패턴이 요구되는 것이며 이는 본 발명의 또다른 실시예인 도 5의 구조가 필요함을 의미한다.3 and 4 are suitable for a structure for using light emitted to the front surface where the electrode is formed, but when using the light emitted to the back surface where the sapphire is formed, the current diffusion pattern is located in the light emission path. Therefore, application becomes difficult. In particular, in the case of configuring a recently applied flip chip bonding type light emitting diode, since the light efficiency is improved by using light emitted in a direction in which no electrode is formed, the current diffusion pattern absorbs light to apply in this case. It must not be reflected or reflected. That is, a transparent current spreading pattern is required, which means that the structure of FIG. 5, which is another embodiment of the present invention, is required.
도 8a 내지 도 8d는 상기 도 5에 도시한 구조를 제조하기 위한 수순 단면도로서, 도시한 바와 같이 광을 흡수하거나 반사하지 않는 투명한 전류 확산 패턴으로 산화물 전도층을 이용하는 경우의 제조 방법을 보인 것이다. 8A to 8D are cross-sectional views for manufacturing the structure shown in FIG. 5 and show a manufacturing method in the case of using the oxide conductive layer in a transparent current diffusion pattern that does not absorb or reflect light as shown.
먼저, 도 8a에 도시한 바와 같이 기본적으로 제 1 n-GaN층(130) 까지 성장시키는 방법은 도 6a 및 도 7a에 설명한 바와 같다.First, as shown in FIG. 8A, the method of growing up to the first n-
그리고, 도 8b에 도시한 바와 같이 상기 형성된 제 1 n-GaN층(130) 상부에 후속되는 전류 확산 패턴과 상기 제 1 n-GaN층(130) 사이의 오믹 특성을 개선하여 접촉 저항을 줄이기 위해 제 1계면층(135)으로 InxGa(1-x)N(0≤x<1)를 10Å~10㎛ 두께로 형성한다. 이는 필수적인 것은 아니지만 소자의 특성을 유지하기 위해 적용하는 것이 바람직하다. In addition, as shown in FIG. 8B, in order to reduce contact resistance by improving an ohmic characteristic between the current diffusion pattern following the first n-
그리고, 도 8c에 도시한 바와 같이 상기 제 1계면층(135) 상부에 스퍼터링 혹은 이-빔 증착법으로 전도성 산화물을 증착하고 이를 패터닝하여 전류 확산 패턴(142)을 형성하며, 그 상부에 다시 후속하는 n-GaN층과의 접촉저항을 줄이기 위해 제 2계면층(145)으로 InxGa(1-x)N(0≤x<1)를 10Å~10㎛ 두께로 형성한 후 그 상부에 제 2 n-GaN층(153)을 성장시켜 형성한다. 역시, 상기 제 2계면층(145)이 필수적이지는 않으나 적용하는 것이 소자 특성을 유지하는데 바람직하다. 상기 제 2 n-GaN층(153)은 상기 전도성 산화물로 이루어진 전류 확산 패턴(142)의 용융을 방지하기 위해 600~1200℃ 범위로 성장 온도가 조절될 수 있으며 GaN, InxGa(1-x)N, AlyGa(1-y)N(0<x, y<1)층을 0.1~10㎛ 정도 성장시켜 형성한다.As shown in FIG. 8C, a conductive oxide is deposited on the
상기 전류 확산 패턴(142)으로 사용되는 전도성 산화물은 광을 흡수하지 않고 투과시켜야 하므로 에너지 밴드갭이 금속에 비해 커야 하며 금속보다 용융점이 높아야 한다. 일반적으로 전도성 산화물은 일반적인 금속보다 용융점이 높기 때문에 제 2 n-GaN층(153)을 높은 온도에서 성장시킬 수 있다. 이러한 전도성 산화물로 적당한 소재로 ITO, RuOx등이 적용될 수 있으며, 그 높이는 10~10000Å 두께가 되도록 형성한다. 이 경우에서도 상기 형성되는 산화물 전류 확산 패턴(142)은 대단히 다양할 수 있으나, 후속되는 제 2 n-GaN층(153) 혹은 제 2 계면층(145)의 성장이 상기 패턴(142) 사이로 노출되는 제 1 n-GaN층(130) 혹은 제 1 계면층(135)을 기반으로 실시되므로 대략적으로 상기 패턴은 사각형인 경우 각 변이 0.1~10㎛의 길이를 가지도록 정의되고, 원형인 경우 지름이 0.1~10㎛의 길이를 가지도록 정의되며, 다각형인 경우 가장 긴 폭이 상기 동일한 영역의 길이를 가지도록 정의되는 것이 바람직하고, 각각의 패턴들 사이에 노출되는 제 1 n-GaN층(130) 혹은 제 1 계면층(135)의 노출 폭 역시 0.1~10㎛가 되는 것이 바람직하다.Since the conductive oxide used as the current spreading
그리고, 도 8d에 도시한 바와 같이 상기 형성된 제 2 n-GaN층(153) 상부에 일반적인 발광 다이오드 제조 방법에 따라 순차적으로 활성층(160), p-클래딩층(170) 및 p-GaN층(180)을 형성한다. As shown in FIG. 8D, the
상기 전술했던 3가지 실시예들 외에 더 다양한 제조 공정들 및 구조들이 적 용될 수 있으나, 본 발명은 측면 전류 주입형 발광 다이오드 구조 중에서 측면 전류 확산 특성이 좋지 않은 n-콘택층 내부에 측면 전류 확산에 도움이 되는 전류 확산 패턴을 더 포함시키는 구조 및 이를 제조하기 위한 공정들을 모두 포괄한다는 것에 주의한다. In addition to the above-described three embodiments, more various manufacturing processes and structures may be applied. However, the present invention is directed to lateral current spreading inside an n-contact layer having poor side current spreading characteristics among side current injection type LED structures. Note that it encompasses both a structure that further includes a helpful current spreading pattern and the processes for making it.
상기 전류 확산 패턴들은 다양한 패턴 형태들을 가질 수 있는데, 그 중의 일부를 도 9에 도시하였다. 상기 실시예는 도 3의 구조에 적용될 수 있는 패턴들을 보인 것으로 도 4내지 도 5의 구조에도 동일하게 적용될 수 있다.The current spreading patterns may have various pattern shapes, some of which are illustrated in FIG. 9. The above embodiment shows patterns that can be applied to the structure of FIG. 3 and may be equally applied to the structure of FIGS. 4 to 5.
도 9a는 스트라이프 형태를 가진 전류 확산 패턴(140)이 제 1 n-GaN층(130) 상에 형성된 경우를 보인 것으로, 상기 스트라이프 패턴의 폭은 0.1~10㎛이며, 상기 스트라이프 패턴들 사이에 노출되는 제 1 n-GaN층(130)의 폭 역시 0.1~10㎛가 되는 것이 바람직하다.FIG. 9A illustrates a case in which a
도 9b는 사각형 전류 확산 패턴을 보인 것이고, 도 9c는 다각형 전류 확산 패턴을 보인 것이며, 도 9d는 원형 전류 확산 패턴을 보인 것이다. 이 경우에도 상기와 같이 각 패턴의 폭은 0.1~10㎛이며, 상기 패턴들 사이에 노출되는 제 1 n-GaN층(130)의 폭 역시 0.1~10㎛가 되는 것이 바람직하다.FIG. 9B shows a rectangular current spreading pattern, FIG. 9C shows a polygonal current spreading pattern, and FIG. 9D shows a circular current spreading pattern. In this case, the width of each pattern is 0.1 to 10 μm as described above, and the width of the first n-
따라서, 전류 확산 패턴들의 다양한 구조들은 본 발명에 포괄되는 개념으로 해석될 수 있으므로 구체적인 전류 확산 패턴들의 구조 및 형상으로 인해 본 발명이 제한되지는 않는다는데 주의한다. Therefore, it is noted that the present invention is not limited to the structure and shape of the specific current spreading patterns because various structures of the current spreading patterns may be interpreted as a concept encompassed by the present invention.
상기한 바와 같이 본 발명 발광 다이오드 및 그 제조 방법은 측면 전류 주입 형 발광 다이오드에서 균일한 전류 확산을 방해하는 주된 요인인 n-콘택층의 측면 전류 확산 특성을 개선하기 위해 높은 전도도의 물질을 상기 n-콘택층 내부에 형성하도록 함으로써, 측면 전류 확산 특성을 획기적으로 개선하면서 상기 높은 전도도의 물질이 특정 방향으로 광을 집중시키거나 광을 투과시키는 등의 광 효율을 높이는 역할도 할 수 있어 구동 전압을 낮추고 ESD 내성 및 휘도를 높일 수 있는 뛰어난 효과가 있다. 특히 ESD 내성의 증가는 소자의 수명과 신뢰성을 크게 높일 수 있도록 하는 효과가 있다.As described above, the light emitting diode of the present invention and a method of manufacturing the same have a high conductivity material so as to improve the lateral current spreading characteristics of the n-contact layer, which is a main factor preventing the uniform current spreading in the lateral current injection type light emitting diodes. By forming the inside of the contact layer, the side current diffusion characteristics can be improved, and the high conductivity material can also serve to enhance light efficiency, such as focusing or transmitting light in a specific direction, thereby increasing the driving voltage. It has an excellent effect of lowering and increasing ESD immunity and brightness. In particular, increased ESD immunity has the effect of significantly increasing device lifetime and reliability.
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