KR100878937B1 - 질화물 발광 다이오드 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 질화물 발광 다이오드 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 상기 n-GaN기판(10)의 하부가 식각공정으로 제거하여 n-GaN기판(10) 상부의 단면적보다 하부의 단면적이 작게 형성하고, n-메탈층(16)의 단면적을 상기 n-GaN기판(10) 하부 단면적과 동일하게 형성하여, 상기 n-메탈층(16)의 단면적을 활성층(12)의 단면적보다 작게 형성함으로써, 활성층에서 질화물 발광 다이오드 후면으로 방사되는 광의 흡수면적을 줄이고, 이 광을 접시형 반사판에서 반사시켜 외부로 방출함으로써, 발광 효율을 증가시킬 수 있는 효과가 발생한다.

질화물, 발광, 효율, 식각

Description

질화물 발광 다이오드 및 그의 제조방법{Nitride light emitting diode and method for manufacturing the same}

도 1a 내지 1d는 종래 기술에 따른 질화물 발광 다이오드의 제조 공정도이다.

도 2는 종래의 기술에 따른 질화물 발광 다이오드가 패키징되어 광을 방출하는 개념도이다.

도 3a 내지 3e는 본 발명에 따른 질화물 발광 다이오드의 제조 공정도이다.

도 4는 본 발명에 따른 질화물 발광 다이오드가 패키징되어 광을 방출하는 개념도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : n-GaN기판 11 : n-클래드층

12 : 활성층 13 : p-클래드층

14 : p-GaN층 15 : p-메탈층

16 : n-메탈층 20 : 포토레지스트층

41,42 : 홈 50 : 접시형 반사판

본 발명은 질화물 발광 다이오드 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 n-메탈층의 단면적을 활성층의 단면적보다 작게 형성함으로써, 활성층에서 질화물 발광 다이오드 후면으로 방사되는 광의 흡수면적을 줄이고, 이 광을 접시형 반사판에서 반사시켜 외부로 방출함으로써, 발광 효율을 증가시킬 수 있는 질화물 발광 다이오드 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드의 제조 기술은 최근 10 여년 간 많은 발전을 했다.

특히, 성장 방법과 구조에 대한 이해가 진전됨에 따라 발광 다이오드의 특성, 즉, 휘도, 출력, 구동 전압, 정전 특성과 신뢰성에서도 상당한 개선이 이루어졌다.

계속적인 개선에도 불구하고, 여전히 고 출력화 및 저 구동 전압에 대한 요구가 높고, 장파장(노란색광과 적색광) 및 단파장(자외선)을 출력하는 질화물 반도체 발광다이오드에 대한 연구가 필요한 실정이다.

이런 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체를 이용한 발광 다이오드의 휘도 또는 출력은 여러 가지 요인에 의해서 영향을 받지만, 크게는 활성층의 구조, 발광 다이오드 칩 사이즈, 램프 조립시 몰드(Mold)의 종류 및 각도 등에 의해서 좌우된다.

도 1a 내지 1d는 종래 기술에 따른 질화물 발광 다이오드의 제조 공정도로써, 먼저, n-GaN기판(10)의 상부에 n-클래드층(11), 활성층(12), p-클래드층(13)과 p-GaN층(14)을 순차적으로 적층하고(도 1a), 상기 p-GaN층(14)의 상부에 p-메탈층(15)을 형성하고, 상기 n-GaN기판(10)의 하부에 n-메탈층(16)을 형성한다.(도 1b)

그 다음, 각각의 질화물 발광 다이오드를 분리하기 위하여, 상기 p-메탈층(15)을 식각하여, 단일의 질화물 발광 다이오드 상부에만 p-메탈층(15a,15b,15c)이 형성되도록 한다.(도 1c)

연이어, 상기 p-메탈층들이 사이를 스크라이빙(Scribing)하여 질화물 발광 다이오드들을 분리시킨다.(도 1d)

여기서, 제 1 내지 3 질화물 발광 다이오드들(31,32,33)이 분리되어 있다.

즉, 제 1 질화물 발광 다이오드(31)는 하부에는 n-메탈층(16a)이 형성되어 있고, 상기 n-메탈층(16a)의 상부에 n-GaN기판(10a), n-클래드층(11a), 활성층(12a), p-클래드층(13a), p-GaN층(14a)과 p-메탈층(15a)이 순차적으로 형성되어 있어 p-메탈층(15a)으로부터 인가된 전류에 의하여 활성층(12a)에 광이 방출된다.

도 2는 종래의 기술에 따른 질화물 발광 다이오드가 패키징되어 광을 방출하는 개념도로써, 도 1d에 도시된 단일의 질화물 발광 다이오드는 발광 다이오드에서 방출되는 광을 외부로 원활히 방출하고자, 반사율이 우수한 알루미늄 재질의 접시형 반사판(50)에 접착제(40)에 의해 실장되고, 이 질화물 발광 다이오드의 p-메탈층(15)과 n-메탈층(16)은 접시형 반사판(50)의 후면에 돌출된 한 쌍의 리드(51,52)에 각각 연결되어 있다.

이러한 질화물 발광 다이오드는 활성층(12)에서 발생된 광이 활성층(12)과 수직한 p-메탈층(15) 방향으로 방출되며, 더불어 활성층(12)의 측면과 n-메탈층(16) 방향으로도 광이 방사된다.

이렇게 활성층(12)의 측면으로 누출되는 광은 접시형 반사판(50)에서 반사되어 외부로 방출되고, 발광 다이오드의 광 효율을 증가시킬 수 있지만, n-메탈층(16) 방향으로 방사되는 광은 n-메탈층(16)에서 흡수되어, 질화물 발광 다이오드의 발광 효율이 저감되는 단점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, n-메탈층의 단면적을 활성층의 단면적보다 작게 형성함으로써, 활성층에서 질화물 발광 다이오드 후면으로 방사되는 광의 흡수면적을 줄이고, 이 광을 접시형 반사판에서 반사시켜 외부로 방출함으로써, 발광 효율을 증가시킬 수 있는 질화물 발광 다이오드 및 그의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, n-GaN기판(10)의 상부에 n-클래드층(11), 활성층(12), p-클래드층(13)과 p-GaN층(14)이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 p-GaN층(14)의 상부에 p-메탈층(15)이 형성되고, 상기 n-GaN기판(10)의 하부에 n-메탈층(16)이 형성된 질화물 발광 다이오드에 있어서,

상기 n-메탈층(16)의 단면적이 활성층(12)의 단면적보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드가 제공된다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 다른 양태(樣態)는, n-GaN 기판의 상부에 n-클래드층, 활성층, p-클래드층과 p-GaN층을 순차적으로 적층하고, 상기 p-GaN층의 상부에 p-메탈층을 형성하고, 상기 n-GaN기판의 하부에 n-메탈층을 형성하는 제 1 단계와;

상기 n-메탈층이 상부로 향하고, p-메탈층이 하부로 향하도록 위치시키고, 상기 n-메탈층을 등 간격으로 식각한 후, 상기 식각된 n-메탈층을 감싸서, 노출된 n-GaN기판에 의해 각각 분리된 포토레지스트층을 형성하는 제 2 단계와;

상기 포토레지스트층을 마스크로 노출된 n-GaN기판과, 상기 포토레지스트층의 하부를 식각하여 상기 n-메탈층과 n-메탈층 사이에 각각 홈을 형성하는 제 3 단계와;

상기 포토레지스트층을 제거하고, n-메탈층들이 사이의 홈들을 스크라이빙(Scribing)하여 질화물 발광 다이오드들을 분리시키는 제 4 단계로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드의 제조방법이 제공된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 3a 내지 3e는 본 발명에 따른 질화물 발광 다이오드의 제조 공정도로써, n-GaN기판(10)의 상부에 n-클래드층(11), 활성층(12), p-클래드층(13)과 p-GaN층(14)을 순차적으로 적층하고(도 3a), 상기 p-GaN층(14)의 상부에 p-메탈층(15)을 형성하고, 상기 n-GaN기판(10)의 하부에 n-메탈층(16)을 형성하고, 상기 n-메탈층(16)이 상부로 향하고, p-메탈층(15)이 하부로 향하도록, 위치시킨 다.(도 3b)

그 후, 각각의 질화물 발광 다이오드를 분리하기 위하여, 상기 n-메탈층(16)을 등 간격으로 식각하고, 그 다음, 상기 식각된 n-메탈층(16a,16b,16c)을 감싸서, 노출된 n-GaN기판(10)에 의해 각각 분리되는 포토레지스트층(20)을 형성한다.(도 3c)

연이어서, 상기 포토레지스트층(20)을 마스킹하여 노출된 n-GaN기판(10)과, 상기 포토레지스트층(20)의 하부를 식각하여 상기 n-메탈층과 n-메탈층 사이에 각각 홈(41,42)을 형성한다.(도 3d)

여기서, 상기 노출된 n-GaN기판(10)과, 상기 포토레지스트층(20)의 하부 식각은 RIE(Reactive Ion Etching)법을 이용하는 것이 바람직하며, 최초 식각면이 넓고 더 식각될수록 좁아지는 형태로 식각되어 홈을 형성하는 것이 바람직하며, 결국, n-메탈층(16a,16b,16c)에서 식각된 n-GaN기판면까지는 경사져 있는(도 3d의 'a'형상) 것이 바람직하다.

따라서, n-메탈층의 단면적은 활성층의 단면적보다 작게 형성하여, 활성층에서 질화물 발광 다이오드 후면으로 방사되는 광의 흡수면적을 줄이고, 이 광을 접시형 반사판에서 반사시켜 외부로 방출함으로써, 발광 효율을 증가시키게 된다.

마지막으로, 상기 포토레지스트층(20)을 제거하고, n-메탈층들이 사이의 홈들을 스크라이빙(Scribing)하여 질화물 발광 다이오드들을 분리시킨다.(도 3e)

도 4는 본 발명에 따른 질화물 발광 다이오드가 패키징되어 광을 방출하는 개념도로써, 도 2에 도시된 바와 같이, 종래에는 n-메탈층의 단면적이 활성층의 단 면적이 거의 동일하게 형성되어, 활성층에서 질화물 발광 다이오드 후면으로 방사되는 광을 n-메탈층에서 흡수하였는데, 본 발명에서는 n-메탈층의 단면적이 활성층의 단면적보다 작게 형성되어, 질화물 발광 다이오드 후면으로 방사되는 광은 n-메탈층을 만나지 않고, 접시형 반사판(50)에서 반사되어, 외부로 방출되게 된다.

그러므로, 질화물 발광 다이오드의 발광효율을 증대시킬 수 있게 되는 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 n-메탈층의 단면적을 활성층의 단면적보다 작게 형성함으로써, 활성층에서 질화물 발광 다이오드 후면으로 방사되는 광의 흡수면적을 줄이고, 이 광을 접시형 반사판에서 반사시켜 외부로 방출함으로써, 발광 효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (9)

1. n-GaN기판의 상부에 n-클래드층, 활성층, p-클래드층과 p-GaN층이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 p-GaN층의 상부에 p-메탈층이 형성되고, 상기 n-GaN기판의 하부에 n-메탈층이 형성된 질화물 발광 다이오드에 있어서,

   상기 n-메탈층의 단면적이 상기 활성층의 단면적보다 작고,

   상기 n-GaN기판 상부의 단면적보다 하부의 단면적이 작은 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드.
2. 삭제
3. n-GaN기판의 상부에 n-클래드층, 활성층, p-클래드층과 p-GaN층을 순차적으로 적층하고, 상기 p-GaN층의 상부에 p-메탈층을 형성하고, 상기 n-GaN기판의 하부에 n-메탈층을 형성하는 제 1 단계와;

   상기 n-메탈층이 상부로 향하고, p-메탈층이 하부로 향하도록 위치시키고, 상기 n-메탈층을 등 간격으로 식각한 후, 상기 식각된 n-메탈층을 감싸고, 상기 n-GaN기판을 노출시키는 포토레지스트층을 형성하는 제 2 단계와;

   상기 포토레지스트층을 마스크로 노출된 n-GaN기판과, 상기 포토레지스트층의 하부를 식각하여 상기 n-메탈층과 n-메탈층 사이에 각각 홈을 형성하는 제 3 단계와;

   상기 포토레지스트층을 제거하고, n-메탈층들이 사이의 홈들을 스크라이빙(Scribing)하여 복수개의 질화물 발광 다이오드들로 분리시키는 제 4 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드의 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 노출된 n-GaN기판과, 상기 포토레지스트층의 하부 식각은 RIE(Reactive Ion Etching)법을 이용하여 식각하는 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드의 제조방법.
5. 삭제
6. 광을 방출하는 활성층이 포함된 질화물 발광 구조물과;

   상기 질화물 발광 구조물에 형성된 한 쌍의 전극들로 구성되며,

   상기 한 쌍의 전극들 중 하나의 단면적이 상기 활성층의 단면적보다 작고,

   상기 질화물 발광 구조물은,

   n-영역, 활성층과 p-영역으로 구성되어 있으며,

   상기 한 쌍의 전극들 중 하나는 n-영역에 형성되어 있고, 상기 한 쌍의 전극들 중 다른 하나는 p-영역에 형성되어 있고,

   상기 n-영역은 상기 질화물 발광 구조물의 하부에 위치되어 있고,

   상기 n-영역 상부의 단면적보다 상기 n-영역 하부의 단면적이 작은 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제

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