KR100907524B1 - Light emitting diode device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광 다이오드 소자에 있어서 균일한 전류 분포를 이루기 위한 전극 구조 및 그 형성 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르는 발광 다이오드 소자는 기판 위에 형성된 제1 반도체층; 상기 제1 반도체층의 일부 영역 위에 형성되며, 상기 제1 반도체층과 반대 도전형(conductive-type)을 가지는 제2 반도체층; 상기 제2 반도체층 위에 형성된 제2 전극; 및 상기 제1 반도체층 위에 형성된 제1 전극을 포함하며, 상기 제1 전극은 상부에 제2 반도체층이 형성되지 않은 영역에 형성되며, 띠 형상으로 연장되는 부분을 포함하는 제1 투명 전극; 및 상기 제1 투명 전극과 연결되는 전도성 패드를 포함한다. 이러한 구조에 의해 p-n 접합면으로 흐르는 전류가 국부적으로 몰리는 현상을 억제함과 동시에 보조 전극에 의한 광효율 손실을 최소화하여, 발광 다이오드의 발광 효율을 극대화할 수 있다.The present invention relates to an electrode structure for forming a uniform current distribution in a light emitting diode device and a method of forming the same. A light emitting diode device according to the present invention includes a first semiconductor layer formed on a substrate; A second semiconductor layer formed over a portion of the first semiconductor layer and having a conductive type opposite to the first semiconductor layer; A second electrode formed on the second semiconductor layer; And a first electrode formed on the first semiconductor layer, wherein the first electrode is formed in a region where the second semiconductor layer is not formed and includes a portion extending in a band shape; And a conductive pad connected to the first transparent electrode. By this structure, the current flowing to the p-n junction surface can be suppressed locally, and the light efficiency loss caused by the auxiliary electrode can be minimized, thereby maximizing the light emitting efficiency of the light emitting diode.
발광 다이오드, 투명 전극, 보조 전극, 전류 분포 Light Emitting Diode, Transparent Electrode, Auxiliary Electrode, Current Distribution
Description
본 발명은 발광 다이오드(diode) 소자와 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 발광 다이오드 소자에 있어서 균일한 전류 분포를 이루기 위한 전극 구조 및 그 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting diode device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an electrode structure for forming a uniform current distribution in a light emitting diode device and a method of forming the same.
일반적으로 빛을 발하기 위한 소자로 사용되는 발광 다이오드는 백열전구나 형광등을 대체하는 차세대 조명으로 각광받고 있다. 특히, 질화갈륨(GaN)을 이용하는 청색 발광 다이오드가 개발되면서 모든 색의 구현이 가능하게 되었으며, 이에 따라 다양한 방면에서 수요가 더욱 크게 증가하고 있다. 발광 다이오드는 반도체의 빠른 처리 속도와 낮은 전력 소모 등의 장점과 함께, 환경 친화적이면서도 에너지 절약 효과가 높아서 차세대 국가 전략 품목으로 꼽히고 있다.BACKGROUND ART In general, a light emitting diode used as a device for emitting light is spotlighted as a next-generation lighting that replaces an incandescent lamp or a fluorescent lamp. In particular, as a blue light emitting diode using gallium nitride (GaN) has been developed, it is possible to realize all colors, and accordingly, demand in various fields is increasing. Light-emitting diodes are considered as next-generation national strategic items because they have the advantages of fast processing speed and low power consumption of semiconductors and environmentally friendly and high energy saving effect.
이러한 발광 다이오드의 일반적인 구조는 다음과 같다.The general structure of such a light emitting diode is as follows.
도 1은 일반적인 발광 다이오드의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 2는 일반적인 발광 다이오드의 구조를 개략적으로 나타낸 평면도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 준비된 기판(10) 위에 제1 반도체층(11)을 형성한다. 상기의 제1 반도체층(11) 위에 상기의 제1 반도체층(11)과 반대 극성을 가지는 제2 반도체층(12)을 형성하여 p-n 접합면(20)을 만들 수 있다. 즉, 제1 반도체층(11)이 p형으로 도핑되어 있다면 제1 반도체층(11) 위에 n형으로 도핑된 제2 반도체층(12)을 형성하고, 제1 반도체층(11)이 n형으로 도핑되어 있으면 제1 반도체층(11) 위에 p형으로 도핑된 제2 반도체층(12)을 형성할 수 있다. 이렇게 형성된 p-n 접합면(20)으로 전류를 흘리기 위해 제2 반도체층(12)과 접한 표면에 제2 금속 전극(14)을 형성한다. 이때 p-n 접합면(20)으로 전류가 균일하게 흐를 수 있도록 제2 반도체층(12)의 상부면과 제2 금속 전극(14) 사이에 전류 분포용 투명 전극(13)을 형성할 수 있다. 또한, 제1 금속 전극(15)을 형성시키기 위하여 건식 식각 방법을 사용하여 소자 구조 중 가장 위쪽에 있는 제2 반도체층(12)에서부터 제1 반도체층(11)의 일부분까지 식각한다. 식각이 끝난 후 포토 리소그래피 공정을 이용하여 패턴을 형성하고 전자빔 증착법 등을 사용하여 제1 금속 전극(15)을 형성한다. 이후 외부 전원과의 와이어 접촉을 위한 패드(도시하지 않음)를 형성한다. 이와 같이 제작된 발광 다이오드의 제2 금속 전극(14)과 제1 금속 전극(15)을 통해 전류를 흘리면 p-n 접합면에서 빛이 방출된다.1 is a perspective view schematically illustrating a structure of a general light emitting diode, and FIG. 2 is a plan view schematically illustrating a structure of a general light emitting diode. As shown in FIG. 1, the
이러한 구조의 발광 다이오드에서, 상기 제1 금속 전극(15)은 도 2에 도시된 것과 같이, 발광 다이오드 소자의 한쪽 끝 부분에 위치한다. 상기 제1 금속 전극(15)이 형성되기 위해서는 전술한 바와 같이, 발광 기능을 하는 반도체층을 식각하여야 하기 때문에, 소자의 효율성을 위해서는 식각되는 반도체층, 즉 제1 금속 전극(15)이 형성되는 면적이 작을수록 유리하다. 또한, 발광 영역의 유효 면적을 극대화하기 위해서는 그 테두리 둘레를 가능한 감소시키는 것이 유리하므로, 제1 금속 전극(15)의 위치는 대부분 소자의 끝 부분에 형성되는 것이 일반적이다.In the light emitting diode of this structure, the
하지만, 제1 금속 전극(15)의 면적이 작고, 소자의 한 쪽 방향으로 치우쳐서 위치하는 경우, 후술하는 것과 같이 전류의 집중 현상 등의 문제점이 발생한다. However, when the area of the
도 3은 도 1에 도시된 발광 다이오드의 등가 회로도이다. 3 is an equivalent circuit diagram of the light emitting diode shown in FIG. 1.
도 3에 도시된 바와 같이, 제2 금속 전극(14)에서 제1 금속 전극(15)까지 흐를 수 있는 전류의 경로는 하부의 제1 금속 전극(15)의 위치에 따라 다양하게 존재한다. As shown in FIG. 3, a path of a current that may flow from the
여기서 가장 짧은 경로를 편의상 제1 경로(path 1)이라 하고, 제1 금속 전극(15)으로부터 가장 먼 쪽의 경로를 제2 경로(path 2)로 칭하기로 한다. 즉, 제1 경로(Path 1)는, 상기 제2 전극(14) 하부의 상기 투명 전극(13)을 통해 상기 제1 전극(15) 근처까지 전류가 흐르고, 상기 제1 전극(15) 근처에서 발광 다이오드의 p-n 접합면을 통해 전류가 흐른 뒤 상기 제1 전극(15)에 도달하는 경로이다. 또한, 제2 경로(Path 2)는 상기 제1 전극(15)에서 멀리 떨어진 곳에서 p-n 접합면(20)을 통해 전류가 흐른 뒤 제1 반도체층(11)을 따라 전류가 흘러 상기 제1 전극(15)에 도달하는 경로이다.Here, the shortest path is referred to as a first path (path 1) for convenience, and the path farthest from the
전도성 물질인 상기 투명 전극(13)의 저항보다 상기 제1 반도체층(11)의 저항이 더 크기 때문에 상기 제1 반도체층(11)을 통해 전류가 흐르기가 쉽지 않다. 즉, 상기 제2 경로(Path 2)보다는 상기 제1 경로(Path 1)로 전류가 흐르는 경향이 더 크다. 이러한 해석에 따라, 상기 제1 전극(15)에서 먼 곳보다는 상기 제1 전 극(15)과 가까운 곳에서 p-n 접합면(20)으로 흐르는 전류의 양이 많다.Since the resistance of the
이러한 전류의 집중 현상이 발생하게 되면, 전류가 잘 전달되지 않는 영역, 즉 제1 전극(15)으로부터 멀리 떨어져 있는 영역에서는 발광 효율이 현저히 떨어지게 되는 것이다. 즉, 전자-정공의 농도가 상대적으로 높은 부분에서 전자-정공 결합에 의한 발광의 세기가 크고 파장이 짧아지는 반면에, 전자-정공의 농도가 상대적으로 낮은 부분에서는 이러한 결합에 의한 발광의 세기가 상대적으로 작고, 파장도 길어지게 된다. 또한, 이 경우 파장이 짧은 빛은 상대적으로 파장이 긴 빛 영역으로 일부 흡수되어, 소자의 발광에 있어서 내부 양자 효율을 저하시키는 문제점이 있다.When such a concentration of current occurs, the luminous efficiency is remarkably degraded in a region where current is not easily transmitted, that is, a region far from the
이러한 전류의 집중 현상을 해소하기 위하여 다양한 제1 전극의 구조를 고려할 수 있다. In order to solve the concentration phenomenon of the current, various first electrode structures may be considered.
도 4는 다양한 형태의 제1 전극을 가지는 발광 다이오드의 구조를 개략적으로 나타낸 평면도이다. 도 1 및 도 2에서와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 번호를 사용하였다.4 is a plan view schematically illustrating a structure of a light emitting diode having various types of first electrodes. The same reference numerals are used for the same components as in FIGS. 1 and 2.
도면 번호 (a)는 도 1 및 도 2에서 도시한 것과 동일한 구조의 발광 다이오드로, 금속 패드(15a)만을 제1 전극에 사용한 형태이다. 도면 번호 (b)에 도시한 제1 전극의 구조는 금속 패드(15a) 외에 이로부터 제2 전극(14)을 향해 뻗어 있는 띠 형상의 금속 보조 전극(15b)을 구비하고 있는 형태이다. 도면 번호 (c)에 도시한 제1 전극의 구조는 띠 형상의 금속 보조 전극(15c)이 발광 다이오드의 측면 테두리를 따라서 뻗어 있는 형태이며, 도면 번호 (d)에 도시한 제1 전극의 구조는 띠 형상의 금속 보조 전극(15d)이 발광 다이오드의 측면 테두리를 둘러 싼 닫힌 루프(loop) 형태를 가진다. Reference numeral (a) is a light emitting diode having the same structure as shown in Figs. 1 and 2, in which only the
도면 번호 (b) 내지 (d)에 소개된 형태의 제 1 전극의 구조들은 전술한 것과 같은 전류 집중의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제 1 전극으로부터 제 2 전극에 이르는 경로를 최대한 균일하게 하여 전류의 흐름을 분산시키려는 것이다.The structures of the first electrode of the type introduced in the reference numerals (b) to (d) are for solving the problem of current concentration as described above, and by making the path from the first electrode to the second electrode as uniform as possible To distribute the flow of
하지만, 이러한 구조를 도입하는 경우, 유효 발광 면적이 줄어들며, 또한 금속 성분의 보조 전극으로 인해 빛이 차단되어 광출력이 줄어드는 단점이 있다.However, when such a structure is introduced, the effective light emitting area is reduced, and light is blocked due to the auxiliary electrode of the metal component, thereby reducing the light output.
도 5는 도 4에 도시한 발광 다이오드의 전극 면적에 대한 구동 전압 및 광출력의 실험 결과를 나타낸 그래프이다. FIG. 5 is a graph showing experimental results of driving voltage and light output with respect to the electrode area of the light emitting diode shown in FIG. 4.
그래프의 가로축은 제1 전극(15)의 면적(㎛2)을 나타내고, 세로축 중에서 좌측의 축은 각각의 발광 다이오드의 구동에 필요한 전압(V)을 나타내며, 우측의 세로축은 각각의 발광 다이오드로부터의 광출력(mW)을 나타낸다. 도 4에 도시한 발광 다이오드 각각에 대한 면적 및 측정값들을, 도 4에서와 동일한 도면 번호를 사용하여 네모 형태(광출력) 및 다이아몬드 형태(구동 전압)의 점으로 그래프 상에 표시하였다.The horizontal axis of the graph represents the area (μm 2 ) of the
그래프에서 알 수 있듯이, 금속 보조 전극의 사용으로 인해 제1 전극의 면적이 증가할수록, 발광에 필요한 구동 전압은 낮아지지만, 발광 다이오드로부터의 광출력도 함께 낮아지는 것을 볼 수 있다.As can be seen from the graph, as the area of the first electrode increases due to the use of the metal auxiliary electrode, the driving voltage required for light emission is lowered, but the light output from the light emitting diode is also lowered.
이러한 현상이 발생하는 원인으로는 제1 전극의 면적이 증가함에 따라 상대 적으로 발광 다이오드 층의 면적이 감소하는 것에 기인하는 면도 있지만, 실제 측정값은 이러한 발광 다이오드 층의 면적 감소로 인한 손실보다도 더 큰 광출력 감소의 양상을 보이고 있다. 이는, 금속으로 형성되는 보조 전극에 의해서 발광되어 나오는 빛이 일부 흡수되기 때문이다.This phenomenon is caused by the decrease of the area of the LED layer relatively as the area of the first electrode increases, but the actual measurement is more than the loss due to the decrease of the area of the LED layer. It shows a big decrease in light output. This is because part of the light emitted by the auxiliary electrode formed of the metal is absorbed.
도 6은 도 4에 도시한 발광 다이오드에서의 광출력 저하를 설명하기 위한 도면이다. 도 4의 도면 번호 (c)의 발광 다이오드의 평면도(좌측)와 이에 대해서 AA' 직선에 따라 자른 단면도(우측)를 도시하였다. FIG. 6 is a view for explaining light output reduction in the light emitting diode shown in FIG. 4. The top view (left side) of the light emitting diode of FIG. 4 (c) and the cross section (right side) cut along the AA 'straight line are shown.
발광 다이오드의 p-n 접합면 내지는 활성층(13)에서 발생한 빛은, 제2 반도체층(12)과 그 위의 투명 전극(13)을 지나서 방출되는 것이 그 주요한 부분을 차지하지만, 그 외에도 반도체층의 측면을 통해 방출되기도 하며, 일부는 화살표(30)로 표시한 것과 같이 하부 기판에 반사되어 방출되기도 한다. 이 때, 도 6에 도시한 바와 같이, 제1 전극의 금속 보조 전극(15c)이 방출되는 빛의 경로에 있는 경우에 그 빛의 방출을 차단 혹은 흡수하게 되는 것이다.Light emitted from the pn junction surface or the
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 고출력, 고휘도의 대면적 발광 다이오드를 구현하기 위해 균일한 전류 분포를 유도하는 전극 구조를 가진 발광 다이오드 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a light emitting diode device having an electrode structure for inducing a uniform current distribution to implement a large area light emitting diode of high power, high brightness.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드 소자는, 기판; 상기 기판 위에 형성된 제1 반도체층; 상기 제1 반도체층의 일부 영역 위에 형성되며, 상기 제1 반도체층과 반대 도전형(conductive-type)을 가지는 제2 반도체층; 상기 제2 반도체층 위에 형성된 제2 전극; 및 상기 제1 반도체층 위에 형성된 제1 전극을 포함하며, 상기 제1 전극은 상부에 제2 반도체층이 형성되지 않은 영역에 형성되며, 띠 형상으로 연장되는 부분을 포함하는 제1 투명 전극; 및 상기 제1 투명 전극과 연결되는 전도성 패드를 포함한다.In order to achieve the above technical problem, a light emitting diode device according to an embodiment of the present invention includes a substrate; A first semiconductor layer formed on the substrate; A second semiconductor layer formed over a portion of the first semiconductor layer and having a conductive type opposite to the first semiconductor layer; A second electrode formed on the second semiconductor layer; And a first electrode formed on the first semiconductor layer, wherein the first electrode is formed in a region where the second semiconductor layer is not formed and includes a portion extending in a band shape; And a conductive pad connected to the first transparent electrode.
상기 제1 전극의 전도성 패드는 상기 제1 반도체층의 가장자리 영역에 위치하고, 상기 제1 투명 전극은 상기 제1 반도체층의 가장자리의 전부 또는 일부를 따라서 띠 형상으로 형성되는 부분을 포함할 수 있으며, 상기 제1 반도체층과 상기 제1 투명 전극 사이에 금속 박막층이 형성될 수 있다. 이때, 상기 금속 박막층은 상기 발광 다이오드 소자에서 발생한 빛을 투과할 수 있는 두께로 형성될 수 있다. 상기 제1 전극의 전도성 패드는 반원 형태의 금속 층으로 형성될 수 있다.The conductive pad of the first electrode may be positioned in an edge region of the first semiconductor layer, and the first transparent electrode may include a portion formed in a band shape along all or part of an edge of the first semiconductor layer. A metal thin film layer may be formed between the first semiconductor layer and the first transparent electrode. In this case, the metal thin film layer may be formed to a thickness that can transmit light generated by the light emitting diode device. The conductive pad of the first electrode may be formed of a semicircular metal layer.
본 발명의 다른 실시예에 따르는 발광 다이오드 소자의 제조 방법은, 준비된 기판 위에 제1 반도체층을 형성하는 단계; 상기 제1 반도체층 상부에, 상기 제1 반도체층과 반대인 도전형의 제2 반도체층을 형성하는 단계; 상기 제2 반도체층의 일부를 선택적으로 식각하여, 제1 반도체층의 일부를 노출시키는 단계; 상기 제2 반도체층 위에 제2 전극을 형성하는 단계; 상기 제1 반도체층의 노출된 영역 위에 띠 형상으로 패터닝(patterning)된 부분을 포함하는 제1 투명 전극을 형성하는 단계; 및 상기 제1 투명 전극과 연결되는 전도성 패드를 형성하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a light emitting diode device, including: forming a first semiconductor layer on a prepared substrate; Forming a second semiconductor layer of a conductive type opposite to the first semiconductor layer on the first semiconductor layer; Selectively etching a portion of the second semiconductor layer to expose a portion of the first semiconductor layer; Forming a second electrode on the second semiconductor layer; Forming a first transparent electrode on the exposed region of the first semiconductor layer, the first transparent electrode including a portion patterned in a band shape; And forming a conductive pad connected to the first transparent electrode.
상기 제1 투명 전극을 형성하는 단계는, 제1 투명 전극층을 형성하는 단계; 및 상기 제1 투명 전극층을, 상기 제1 반도체층의 테두리를 따라서 띠 형상으로 형성되도록 패터닝하는 단계를 포함할 수 있으며, 또한 상기 제1 투명 전극층을 형성하는 단계에 앞서서 금속 박막층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 금속 박막층은 상기 제1 투명 전극층과 같은 형태로 패터닝되는 것으로 할 수 있다.The forming of the first transparent electrode may include forming a first transparent electrode layer; And patterning the first transparent electrode layer to have a band shape along an edge of the first semiconductor layer, and further comprising forming a metal thin film layer before forming the first transparent electrode layer. The metal thin film layer may be patterned in the same form as the first transparent electrode layer.
본 발명의 실시예에 따르면, p-n 접합면으로 흐르는 전류가 국부적으로 몰리는 현상을 억제함과 동시에 보조 전극에 의한 광효율 손실을 최소화하는 전극 구조를 제공함으로써 발광 다이오드의 발광 효율을 극대화할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the light emitting efficiency of the light emitting diode may be maximized by providing an electrode structure which minimizes local current flow to the p-n junction and minimizes light efficiency loss caused by the auxiliary electrode.
또한, 하부 전극의 보조 전극 및 금속 패드의 형성 공정을 상부 전극의 투명 전극 및 금속 전극 형성 공정과 동시에 진행함으로써 공정 비용 및 시간을 절감할 수 있다.In addition, the process cost and time can be reduced by performing the process of forming the auxiliary electrode and the metal pad of the lower electrode simultaneously with the process of forming the transparent electrode and the metal electrode of the upper electrode.
이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조 방법에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a light emitting diode according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 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 뜻한다.In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., are exaggerated for clarity. When a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be "on" another part, this includes not only the other part being "right over" but also another part in the middle. On the contrary, when a part is "just above" another part, there is no other part in the middle.
본 발명의 실시예는 상기와 같은 보조 전극에 의한 광 차단 효과를 방지 혹 은 감소시키기 위해 보조 전극을 투명 전극으로 형성하는 것을 특징으로 한다. 즉, 제1 반도체 층에 형성되는 제1 전극에 있어서, 금속 패드 외의 보조 전극 부분은 "실질적으로 투명"한 전극을 사용하는 것이다. 여기서 "실질적으로 투명"하다는 의미는, 다이오드에서 발생하는 빛을 투과시키는 성질이 있다는 것을 의미하며, 반드시 100%에 달하는 투과성이 있음을 의미하는 것은 아니다. 즉, 일반적으로 제2 반도체 층의 상부에 위치하는 투명 전극 용도로 사용되는 ITO 물질처럼 50% 내지 90% 정도의 광투과율이 있는 것으로도 그 효과는 현저한 것이다.An embodiment of the present invention is characterized in that the auxiliary electrode is formed as a transparent electrode in order to prevent or reduce the light blocking effect by the auxiliary electrode as described above. That is, in the first electrode formed on the first semiconductor layer, the auxiliary electrode portions other than the metal pads use an electrode that is "substantially transparent". Here, the term "substantially transparent" means that there is a property of transmitting light generated from the diode, and does not necessarily mean that there is a transmittance of 100%. That is, the effect is remarkable even when there is a light transmittance of about 50% to 90% as in the ITO material which is generally used for the transparent electrode positioned on the second semiconductor layer.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 발광 다이오드의 구조를 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 8은 도 7에서 도시한 발광 다이오드를 BB' 직선에 따라서 자른 상태를 나타낸 단면도이다.7 is a plan view schematically illustrating a structure of a light emitting diode according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a state in which the light emitting diode illustrated in FIG. 7 is cut along a line BB ′.
하부에 사파이어나 실리콘 카바이드 등으로 형성되는 기판(100)이 있고, 상기 기판(100) 위에 형성된 제1 반도체층(110)이 형성된다. 상기 제1 반도체층(110) 위에는 제2 반도체층(120)이 형성되며, p-n 접합면(200)을 형성하기 위해서 상기 제1 반도체층과 반대 도전형(conductive-type)을 가진다. 즉, 제1 반도체층(110)이 p형으로 도핑되어 있다면 제1 반도체층(110) 위에 n형으로 도핑된 제2 반도체층(120)을 형성하고, 반대로 제1 반도체층(110)이 n형으로 도핑되어 있으면 제1 반도체층(110) 위에 p형으로 도핑된 제2 반도체층(120)을 형성할 수 있다. 또한, 제1 반도체층(110)과 제2 반도체층(120) 사이에는 실질적으로 도핑이 되지 않은 반도체층(미도시함)을 삽입하여 발광을 위한 활성층으로 작용하게 할 수 있다. 발광 다이오드의 반도체층은 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 방출할 수 있는 물 질이 사용되며, 특히 3족-질화물 계열(예를 들어, 질화갈륨 등)의 화합물 반도체는 직접형 재결합을 하기 때문에 발광 다이오드의 반도체층 물질로 적합하다.There is a
상기 반도체층에 발광을 위한 전류 주입을 위한 전극 형성을 위해, 상기 제1 반도체층(110)에 대해서는 제1 전극(150), 상기 제2 반도체층(120) 위에는 제2 전극(130, 140)이 형성된다. In order to form an electrode for current injection for light emission in the semiconductor layer, a
상기 제1 반도체층(110)과 연결되는 제1 전극(150)의 형성을 위해서, 제2 반도체층(120) 및 그 하부의 활성층(미도시함)을 선택적으로 식각하여, 제1 반도체층(110)의 일부 영역을 노출시킨다. 이렇게 노출된 제1 반도체층(110)의 일부 영역에 제1 전극(150)을 형성한다. 상기 제1 전극은 전도성 패드(151) 및 상기 전도성 패드(151)와 연결되는 가는 띠 형상의 투명 전극(152)을 포함한다.In order to form the
상기 전도성 패드(151)는 도 7에서 도시한 것과 같은 반원에 가까운 모양이 공정 용이성 및 소자 효율성의 측면에서 유리하나, 이러한 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 전도성 패드의 위치도 소자의 한쪽 면의 가운데에 위치하는 것이 일반적일 것이나, 이에 한정되지는 않는다.The
상기 투명 전극(152)의 형태는 발광 다이오드의 유효 면적의 손실을 최소화하기 위해서 가는 띠 형상으로 이루어지는 것이 바람직하며, 도 7에서와 같이 발광 다이오드의 테두리 쪽을 따라서 둘러싸는 형태로 형성하는 것이 공정 용이성 및 발광 효율성 측면에 있어서 유리하다. 하지만, 보조 전극의 기능을 하게 되는 상기 투명 전극(152)의 형태는 이에 한정되지 않고, 도 4의 (b)나 (d)와 같은 형태 및 이와 유사한 변형이 가능함은 당업자에게 있어서 자명할 것이다.The
상기 제1 전극에서, 전도성 패드(151)는 직접적으로 전원이 공급되거나, 외부로 전류를 전달하는 역할을 하게 되므로, 저항이 낮고 전도성이 안정적인 금속 계열의 전도체가 주로 사용되며, 투명 전극(152)은 광투광성이 좋은 ITO 등의 투명한 전도성 산화물이 사용될 수 있다. In the first electrode, since the
또한, ITO 등의 전도성 산화물을 사용하는 경우, 그 하부의 반도체층(특히 3족 질화물계 화합물 반도체층)과 오믹 접합을 이루기 어려운 것이 일반적이므로, 상기 투명한 전도성 산화물(152a)과 상기 제1 반도체층(110) 사이에 금속 박막층(152b)을 삽입할 수 있다. 상기 금속 박막층(152b)은 상기 투명한 전도성 산화물(152a)과 상기 제1 반도체층(110) 사이에서 오믹 접합을 이루기 위한 목적을 이루는 범위에서 가능한 얇은 박막 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 이를 위해서, 상기 금속 박막층(152b)은 Cr, Al, Ti, W, Hf 등의 금속으로 형성될 수 있고, 그 두께는 1Å 내지 100Å로 하여, 오믹 접합을 이루면서도 광투과성을 유지할 수 있도록 한다.In addition, in the case of using a conductive oxide such as ITO, it is generally difficult to form an ohmic junction with a lower semiconductor layer (particularly, a group III nitride compound semiconductor layer). Thus, the transparent
한편, 상기 제2 전극층은 전류 분포를 위해 상기 제2 반도체층의 전체 면을 덮는 제2 투명 전극층(130)과 전원 공급 패드 등의 역할을 하게 되는 금속 전극(140)으로 구성될 수 있다. The second electrode layer may include a second
도 9a 내지 도 9d는 도 7에 도시한 발광 다이오드를 제조하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따르는 방법에 있어서 대표적인 단계를 나타낸 단면도이다. 여기서는 도 7에 도시한 발광 다이오드를 직선 CC'에 대해서 절단한 단면에 대해 도시하였다.9A to 9D are cross-sectional views showing exemplary steps in the method according to an embodiment of the present invention for manufacturing the light emitting diode shown in FIG. Here, the cross section which cut | disconnected the light emitting diode shown in FIG. 7 with respect to straight line CC 'is shown.
먼저, 도 9a에 도시한 것과 같이, 준비된 기판(100) 위에 제1 반도체층(110) 및 제2 반도체층(120) 등을 형성하고, 상기 제2 반도체층(120)의 일부를 선택적으로 식각하여, 제1 반도체층(110)의 일부 영역을 노출시킨다. 선택적 식각에 의해 노출되는 제1 반도체층(110) 영역의 패턴은 도 7 등과 같이 전도성 패드와 그 보조 전극의 형성 패턴을 고려하여 정해진다.First, as shown in FIG. 9A, the
상기 제1 반도체층(110)의 일부 영역이 노출된 이후에는, 도 9b에 도시한 것과 같이, 상기 노출된 제1 반도체층(110) 위에 오믹 접합을 위한 금속 박막층(152b)을 형성하고, 오믹 접합 형성을 위해 필요한 열처리를 한다. 또한, 이 단계에서 상기 제2 반도체층(120) 위에도 동시에 금속 박막층(미도시함)이 형성되어, 오믹 접합 형성을 위해 사용될 수 있다. 여기서, 오믹 접합 형성을 위한 열처리 조건은 일반적인 구조의 발광 다이오드에서 제2 반도체층과 그 위의 투명 전극 사이에 오믹 접합을 위해 가하는 조건과 유사하므로, 여기서는 그 자세한 조건 등의 설명을 생략하기로 한다. After a portion of the
이후, 도 9c에 도시한 바와 같이, 상기 금속 박막층(152b) 위에 ITO와 같은 투명한 전도성 산화물층(152a)을 형성한다. 이때도 하부 금속 박막층(152b)과의 오믹 접합 형성을 위해 열처리를 진행할 수 있다. 이렇게 형성된 금속 박막층(152b)과 그 위의 전도성 산화물층(152a)은 투명한 보조 전극으로서의 기능을 하게되므로, 발광 다이오드의 테두리를 따라서 형성되는 띠 형상으로 패터닝된다. 이때, 상기 제2 반도체층(120)의 위에도 같은 물질로 이루어지는 제2 투명 전극(130)이 동시에 형성되고 패터닝 될 수 있다. 제2 투명 전극(130)은 전류 분포의 효율성을 극대화하기 위한 목적으로 형성되는 것이므로, 상기 제2 반도체층의 상부 표면을 최대한 덮을 수 있는 형태로 형성된다.Thereafter, as shown in FIG. 9C, a transparent
투명 전극(152a, 130)의 형성이 완료된 후에, 상기 제1 투명 전극(150)과 연결되는 금속 계열의 전도성 패드(151)를 형성하고, 제2 투명 전극(130)의 위에는 제2 전극의 금속 전극(140)을 형성한다. 상기 전도성 패드(151) 및 상기 제2 전극의 금속 전극(140)은 동일한 물질로 형성가능하며, 또한 동일한 마스크를 사용하여 한번의 사진식각 공정을 통해 형성될 수 있다.After the formation of the
이상에서는 현재로서 실질적이라 고려되는 실시예를 참고로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것으로 이해되어서는 안 된다. 오히려, 전술한 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.In the above, the present invention has been described with reference to the presently considered embodiments, but the present invention should not be understood as being limited to the above embodiments. Rather, it should be construed as including all modifications of the range which are easily changed by those skilled in the art from the above-described embodiment of the present invention and considered equivalent.
도 1은 일반적인 발광 다이오드의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a general light emitting diode.
도 2는 일반적인 발광 다이오드의 구조를 개략적으로 나타낸 평면도이다. 2 is a plan view schematically illustrating a structure of a general light emitting diode.
도 3은 도 1에 도시된 발광 다이오드의 등가 회로도이다. 3 is an equivalent circuit diagram of the light emitting diode shown in FIG. 1.
도 4는 다양한 형태의 제1 전극을 가지는 발광 다이오드의 구조를 개략적으로 나타낸 평면도이다.4 is a plan view schematically illustrating a structure of a light emitting diode having various types of first electrodes.
도 5는 도 4에 도시한 발광 다이오드의 전극 면적에 대한 구동 전압 및 광출력을 나타낸 그래프이다.FIG. 5 is a graph showing the driving voltage and the light output with respect to the electrode area of the light emitting diode shown in FIG. 4.
도 6은 도 4에 도시한 발광 다이오드에서의 광출력 저하를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 6 is a view for explaining light output reduction in the light emitting diode shown in FIG. 4.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 발광 다이오드의 구조를 개략적으로 나타낸 평면도이다.7 is a plan view schematically showing the structure of a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
도 8은 도 7의 도시한 발광 다이오드를 BB' 직선에 따라서 자른 상태를 나타낸 단면도이다.FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating the light emitting diode of FIG. 7 taken along a line BB ′. FIG.
도 9a 내지 도 9d는 도 7의 도시한 발광 다이오드를 제조하는 방법에 있어서 대표적인 단계를 나타낸 정면도 및 평면도이다.9A to 9D are front and plan views illustrating exemplary steps in the method of manufacturing the light emitting diode shown in FIG. 7.
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