KR101048595B1 - 광반사 구조체를 구비하는 발광 다이오드 및 그의 제조방법 - Google Patents

광반사 구조체를 구비하는 발광 다이오드 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

발광 다이오드 및 그의 제조방법을 제공한다. 발광 다이오드는 제1 클래드층, 활성층 및 제2 클래드층을 구비하는 발광 구조체 및 상기 발광 구조체의 적어도 일측면과 이격하여 배치된 광반사 구조체를 포함한다. 또한, 발광 다이오드의 제조방법은 기판 상에 제1 클래드층, 활성층 및 제2 클래드층을 구비하는 발광 구조체 및 상기 발광 구조체의 적어도 일측면과 이격하여 배치된 광반사 베이스 구조체를 형성하는 단계 및 상기 광반사 베이스 구조체의 측면을 덮는 광반사층을 형성하여 광반사 구조체를 형성하는 단계를 포함한다.
발광다이오드, 광반사 구조체, 광출력 효율, 광 직진성

Description

광반사 구조체를 구비하는 발광 다이오드 및 그의 제조방법{Light emitting diode including light reflection structure and method for fabricating the same}
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광반사 구조체를 구비하는 발광 다이오드에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light emitting diode; LED)는 화합물 반도체의 PN 접합 다이오드에 순방향 전류가 흐를 때 빛을 발하는 현상을 이용한 소자로서, 디스플레이 소자의 광원으로 주로 이용되고 있다.
이러한 발광다이오드는 전구와 같은 필라멘트가 요구되지 않으며, 진동에 강하고, 긴 수명을 가지고 있으며, 반응속도가 빠른 등의 우수한 특성을 나타낸다.
그러나, 발광다이오드의 내부로부터 외부로 방출되는 광은 한 방향으로 진행되지 않고, 여러 방향으로 분산되어 진행되므로, 광 직진성이 떨어지는 문제점이 발생된다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 과제는 분산되는 광을 반사시킬 수 있는 광반사 구조체를 구비하는 발광 다이오드 및 그의 제조방법을 제공하는데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단은 제1 클래드층, 활성층 및 제2 클래드층을 구비하는 발광 구조체 및 상기 발광 구조체의 적어도 일측면과 이격하여 배치된 광반사 구조체를 포함하는 발광다이오드를 제공한다.
상기 광반사 구조체는 상기 발광 구조체의 모든 측면과 이격하여 배치될 수 있다. 상기 광반사 구조체는 상부 방향으로 폭이 점차 감소할 수 있다. 상기 광반사 구조체는 광반사 베이스 구조체 및 상기 광반사 베이스 구조체의 측면을 덮는 광반사층을 구비할 수 있다. 상기 광반사층은 상기 광반사 베이스 구조체의 상부면으로 연장될 수 있다. 상기 광반사층은 Al층, Ag층 또는 그의 합금층일 수 있다. 상기 광반사 베이스 구조체는 제1 클래드층, 활성층 및 제2 클래드층을 구비할 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 제2 수단은 기판 상에 제1 클래드층, 활성층 및 제2 클래드층을 구비하는 발광 구조체 및 상기 발광 구조체의 적어도 일측면과 이격하여 배치된 광반사 베이스 구조체를 형성하는 단계 및 상기 광반사 베이스 구조체의 측면을 덮는 광반사층을 형성하여 광반사 구조체를 형성하는 단계를 포함하 는 발광 다이오드의 제조방법을 제공한다.
상기 제1 클래드층, 활성층 및 제2 클래드층은 MOCVD 또는 MBE 기술을 사용하여 형성할 수 있다. 상기 광반사 구조체는 상기 발광 구조체의 모든 측면과 이격하여 배치될 수 있다.
상기 발광 구조체 및 상기 광반사 베이스 구조체를 형성하는 것은 상기 기판 상에 제1 클래드층을 형성하는 단계, 상기 제1 클래드층 상에 절연막 패턴을 형성하는 단계 및 상기 절연막 패턴이 형성되지 않은 상기 제1 클래드층 상에 활성층 및 제2 클래드층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 발광 구조체 및 상기 광반사 베이스 구조체를 형성하는 것은 상기 기판 상에 제1 클래드층, 활성층 및 제2 클래드층을 형성하는 단계 및 상기 제2 클래드층, 활성층 및 제1 클래드층을 차례로 패터닝하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제2 클래드층, 활성층 및 제1 클래드층을 패터닝하는 것은 하프톤 마스크를 사용하여 형성할 수 있다.
상기 광반사 베이스 구조체는 상부방향으로 폭이 점차 감소하도록 형성할 수 있다. 상기 광반사층은 Al층, Ag층 또는 그의 합금층일 수 있다. 상기 발광 구조체의 제1 클래드층 및 제2 클래드층과 각각 전기적으로 접속하는 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 전극 및 제2 전극은 상기 광반사층을 형성하는 단계에서 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이 제1 클래드층, 활성층 및 제2 클래드층을 구비하는 발광 구조체 및 상기 발광 구조체의 적어도 일측면과 이격하여 배치된 광반사 베이스 구 조체를 포함하는 발광다이오드를 제조하였다. 그런 후, 상기 광반사 베이스 구조체의 측면을 덮는 광반사층을 형성하여 광반사 구조체를 형성하였다.
그 결과, 상기 광반사 구조체가 소자 내부로부터 외부로 광이 방출될 때 여러 방향으로 분산되는 광을 반사시킴으로써, 광 직진성이 향상될 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드의 제조방법을 나타내는 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드를 나타낸 레이아웃도이다. 또한, 도 1f에 도시된 발광다이오드의 단면은 도 2의 절단선 I-I'를 따라 취해진 단면에 대응한다.
도 1a를 참조하면, 기판(10) 상에 제1 클래드층(12)을 형성할 수 있다. 상기 기판(10)은 Al2O3(사파이어), SiC, ZnO, Si, GaAs, LiAl2O3, InP, BN, AlN 또는 GaN 기판일 수 있다. 바람직하게는 상기 기판(10)은 Al2O3 기판일 수 있다.
상기 제1 클래드층(12)은 제1형 불순물 예를들어, n형 불순물이 주입된 반도체층일 수 있다. 상기 n형 반도체층은 Al, Ga 또는 In등의 불순물이 주입된 질화물계 반도체층 또는 산화아연계 반도체층일 수 있다.
상기 제1 클래드층(12) 상에 활성층(14)이 형성될 수 있다. 상기 활성층은(14) 질화물계층 또는 산화아연계층일 수 있다. 상기 활성층(14)이 질화물계층인 경우에 상기 질화물계층은 InGaN층 또는/및 GaN층일 수 있으며, 상기 활성층(14)인 산화아연계층인 경우에 상기 산화아연계층은 ZnMgO층 또는 ZnCdO층일 수 있다.
상기 활성층(14) 상에 제2 클래드층(16)을 형성할 수 있다. 상기 제2 클래드층(16)은 제2형 불순물 즉, p형 불순물이 주입된 반도체층일 수 있다. 상기 p형 반도체층은 P, Re, Li, Na, K, Cs, Sb 또는 Pb등의 p형 불순물이 주입된 질화물계 반도체층 또는 산화아연계 반도체층일 수 있다.
상기 제1 클래드층(12), 상기 활성층(14) 및 상기 제2 클래드층(16)은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 기술 또는 MBE(Molecular Beam Epitaxy) 기술을 사용하여 형성할 수 있다.
도 1b를 참조하면, 상기 제1 클래드층(12) 상에 포토레지스트를 도포하여 포토레지스트막을 형성하고, 이를 패터닝하여 포토레지스트 패턴(17)을 형성할 수 있다.
도 1c를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(17)을 마스크로 하여 상기 제2 클래드층(16) 및 상기 활성층(14)을 차례로 식각함으로써 광반사 베이스 구조체(21) 및 발광 구조체(30)를 형성할 수 있다. 이때, 상기 제1 클래드층(12) 일부 또한 식각할 수 있다. 이에 따라 상기 구조체들(21, 30)의 양측벽과 상기 제1 클래드층(12)의 상부는 노출될 수 있다.
도 1d를 참조하면, 상기 광반사 베이스 구조체들(21)의 측면을 덮는 광반사층(22)을 형성하여 광반사 구조체(20)를 형성할 수 있다. 상기 광반사층(22)은 상기 광반사 베이스 구조체(21)의 상부면으로 연장되어 있을 수도 있다. 상기 광반사층(22)은 이빔증발기(e-beam evaporator), 스퍼터(Sputter), 열증발기(Thermal evaporator)를 사용하여 형성하되, 새도우 마스크(shadow mask)를 사용하여 상기 광반사 베이스 구조체들(21)의 상부 및 측면 상에 선택적으로 형성할 수 있다. 상기 광반사층(22)은 Al, Ag 또는 그의 합금을 이용하여 형성할 수 있다.
도 1e를 참조하면, 상기 발광 구조체(30)의 노출된 제1 클래드층(12) 및 제2 클래드층(16)에 각각 전기적으로 접속하는 제1 전극(18) 및 제2 전극(19)을 형성할 수 있다. 상기 전극들(18, 19)은 Al 및/또는 Ag를 함유할 수 있으며, 구체적으로 상기 전극들(18, 19)은 Ti/Al 또는 NiO/Au일 수 있다.
상기 전극들(18, 19) 및 상기 광반사층(22)은 동일단계에 형성될 수도 있다. 이와 같이 상기 전극들(18, 19) 및 상기 광반사층(22)을 동일단계에 형성하는 경우, 공정을 단축시킬 수 있고, 제조비용을 절감할 수 있다.
상기 노출된 제1 클래드층(12), 전극들(18, 19), 광반사 구조체들(20), 및 상기 발광 구조체들(30) 상에 봉지층(24)을 형성할 수 있다. 상기 봉지층(24)은 실 리콘 고분자(silicone polymer)막, 또는 에폭시 수지(epoxy resin)막일 수 있다. 상기 봉지층(24)은 단위 발광다이오드들을 형성하기 위한 소잉(sowing) 과정에서 상기 제1 클래드층(12), 전극들(18, 19), 광반사 베이스 구조체들(20), 및 발광 구조체들(30)이 오염되지 않도록 보호하는 역할을 할 수 있다.
도 1f 및 도 2를 참조하면, 상기 스크라이브 레인(SL)을 따라 봉지층(24), 광반사 구조체(20), 제1 클래드층(12) 및 기판(10)을 절단하여 상기 단위 발광다이오드들(UC1)을 서로 분리시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 발광다이오드(UC1)는 기판(10) 상에 제1 클래드층(22), 활성층(24) 및 제2 클래드층(26)을 구비하는 발광 구조체(30), 상기 발광 구조체(30)의 적어도 일측면과 이격하여 배치된 광반사 구조체(20)를 포함할 수 있다. 상기 광반사 구조체(20)는 상기 발광 구조체(30)의 모든 측면과 이격하여 배치될 수도 있다.
상술한 바와 같이 광반사 구조체가 구비된 발광다이오드는 소자 내부로부터 외부로 광이 방출될 때 여러 방향으로 분산되는 광을 반사시킴으로써, 광 직진성을 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 광 출력 효율이 향상될 수 있다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드의 제조방법을 나타내는 개략도이다. 이하에 서술하는 것을 제외하고는 상술한 도 1a 내지 도 1f와 동일한 방법을 사용하여 발광다이오드를 제조하였다.
도 3a를 참조하면, 기판(10) 상에 하부 제1 클래드층(12a)을 형성할 수 있 다. 상기 하부 제1 클래드층(12a) 상에 절연막 패턴(13)을 형성할 수 있다. 상기 절연막 패턴(13)은 SiO2 또는 Si3N4의 물질을 사용하여 형성할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 상기 절연막 패턴(13)이 형성되지 않은 상기 하부 제1 클래드층(12a) 상에 차례로 상부 제1 클래드층(12b), 활성층(14) 및 제2 클래드층(16)을 성장시킬 수 있다.
상기 제1 클래드층(12)은 하부 제1 클래드층(12a) 및 상부 제1 클래드층(12b)을 개별 공정으로 형성하지 않고, 상기 기판(10) 상에 제1 클래드층(12)을 형성한 후에 상기 절연막 패턴(13)을 형성할 수도 있다. 이 경우, 상기 절연막 패턴(13)이 형성되지 않은 상기 제1 클래드층(12) 상에 차례로 활성층(14) 및 제2 클래드층(16)이 형성될 수 있다.
상기 절연막 패턴(13)은 상기 상부 제1 클래드층(12b) 또는 활성층(14)을 형성하기 위한 씨드 생성이 어렵기 때문에 상기 절연막 패턴(13) 상에는 상기 상부 제1 클래드층(12b) 또는 활성층(14)이 형성되지 않을 수 있다. 따라서, 상기 상부 제1 클래드층(12b) 또는 활성층(14)은 상기 절연막 패턴(13)이 배치된 영역을 제외한 영역에만 형성될 수 있다.
그 결과, 제1 클래드층(12), 활성층(14) 및 제2 클래드층(16)을 구비하는 발광구조체(30) 및 상기 발광 구조체(30)의 적어도 일측면과 이격하여 배치된 광반사 베이스 구조체(21)가 형성될 수 있다.
상기 하부 제1 클래드층(12a), 상부 제1 클래드층(12b), 상기 활성층(14) 및 상기 제2 클래드층(16)은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 기술 또는 MBE(Molecular Beam Epitaxy) 기술을 사용하여 형성할 수 있다.
상기 절연막 패턴(13)을 제거할 수 있다. 상기 절연막 패턴(13)은 식각제를 이용하여 제거할 수 있다. 예컨대, 상기 절연막이 SiO2인 경우에 상기 식각제는 불산(HF) 용액을 사용할 수 있으며, 상기 절연막이 Si3N4인 경우에 상기 식각제는 인산(H3PO4) 용액을 사용할 수 있다.
도 3c를 참조하면, 상기 광반사 베이스 구조체들(21)의 측면을 덮는 광반사층(22)을 형성하여 광반사 구조체(20)를 형성할 수 있다. 상기 광반사층(22)은 상기 광반사 베이스 구조체(21)의 상부면으로 연장되어 있을 수도 있다.
상기 광반사층(22)은 이빔증발기(e-beam evaporator), 스퍼터(Sputter), 열증발기(Thermal evaporator)를 사용하여 형성할 수 있으며, Al, Ag 또는 그의 합금을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 발광 구조체(30)의 제1 클래드층(12) 및 제2 클래드층(16)과 각각 전기적으로 접속하는 제1 전극(18) 및 제2 전극(19)을 형성할 수 있다. 상기 전극들(18, 19)은 Al 및/또는 Ag를 함유할 수 있으며, 구체적으로 상기 전극들(18, 19)은 Ti/Al 또는 NiO/Au일 수 있다.
상기 광반사층(22) 및 상기 전극들(18, 19)은 동일단계에 형성될 수도 있다. 이 경우, 공정을 단축시킬 수 있고, 제조비용을 절감할 수 있다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드의 제조방법을 나타내는 개략도이다. 이하에 서술하는 것을 제외하고는 상술한 도 1a 내지 도 1f와 동일한 방법을 사용하여 발광다이오드를 제조하였다.
도 4a를 참조하면, 기판(10) 상에 차례로 제1 클래드층(12), 활성층(14) 및 제2 클래드층(16)을 형성하고, 상기 제2 클래드층(16) 상에 포토레지스트층(15)을 형성할 수 있다.
상기 제1 클래드층(12), 상기 활성층(14) 및 상기 제2 클래드층(16)은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 기술 또는 MBE(Molecular Beam Epitaxy) 기술을 사용하여 형성할 수 있으며, 상기 포토레지스트층(15)은 스핀코팅을 사용하여 형성할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 상기 포토레지스트층(15) 상에 마스크(40)를 배치시킬 수 있다. 상기 마스크(40)를 사용하여 포토레지스트 패턴(17)을 형성할 수 있다. 상기 마스크(40)는 광투과정도가 영역별로 조절된 하프톤 마스크(half tone mask)일 수 있다. 상기 하프톤 마스크는 광차단부(40a), 광투과부(40b) 및 광반투과부(40c)를 구비할 수 있다. 상기 광반투과부(40c)는 광투과 정도가 부분별로 조절된 영역을 가질 수 있다.
상기 포토레지스트층(15)은 광차단부(40a), 광투과부(40b) 및 광반투과부(40c)를 투과한 광에 노출되어 식각정도가 서로 다른 각각의 제1 포토레지스트 패턴(17a), 제2 포토레지스트 패턴(17b), 및 제3 포토레지스트 패턴(17c)이 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 포토레지스트 패턴(17a)은 식각되지 않은 상태의 패턴을 나타낼 수 있으며, 상기 제2 포토레지스트 패턴(17b)은 식각되어 제거된 영역을 나타낼 수 있다. 또한, 제3 포토레지스트 패턴(17c)은 일부가 식각되어 제거된 패턴을 나타낼 수 있다. 상기 제3 포토레지스트 패턴(17c)은 상부 방향으로 폭이 점차 감소하는 형상을 가질 수 있다.
도 4c를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴들(도 4b의 17)을 마스크로 하여 패터닝함으로써 제1 클래드층(12), 활성층(14) 및 제2 클래드층(16)을 구비하는 발광구조체(30) 및 상기 발광 구조체(30)의 적어도 일측면과 이격하여 배치된 광반사 베이스 구조체(21)를 형성할 수 있다. 이때, 상기 광반사 베이스 구조체(21)는 상기 포토레지스트 패턴(17b)의 형상에 따라 상부 방향으로 폭이 점차 감소하는 형상을 가질 수 있다. 상기 발광구조체(30) 및 상기 광반사 베이스 구조체(21)는 건식식각을 사용하여 형성할 수 있으며, 상기 건식식각에 사용되는 식각가스는 CF4, CH4, C2 또는 F6등일 수 있다.
도 4d를 참조하면, 상기 광반사 베이스 구조체(21)의 측면을 덮는 광반사층(22)을 형성하여 광반사 구조체(20)를 형성할 수 있다. 또한, 상기 발광 구조체(30)의 제1 클래드층(12) 및 제2 클래드층(16)에 각각 전기적으로 접속하는 제1 전극(18) 및 제2 전극(19)을 형성할 수 있다. 상기 광반사층(22) 및 상기 전극들(18, 19)은 동일 공정에서 수행될 수도 있다.
상기와 같이 상부 방향으로 폭이 점차 감소하는 광반사 구조체를 구비하는 발광 다이오드는 분산되는 광의 수용면적을 넓히고, 반사되는 양을 증가시킬 수 있 다. 따라서, 광 직진성이 더욱 향상될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 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.
도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드의 제조방법을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드를 나타낸 레이아웃도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드의 제조방법을 나타내는 개략도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드의 제조방법을 나타내는 개략도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 기판 12: 제1 클래드층
14: 활성층 16: 제2 클래드층
18: 제1 전극 19: 제2 전극
20: 광반사 구조체 21: 광반사 베이스 구조체
22: 광반사층 24: 봉지층
30: 발광 구조체

Claims (17)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 기판 상에 제1 클래드 패턴, 활성 패턴 및 제2 클래드 패턴을 구비하는 발광 구조체, 및 상기 발광 구조체의 적어도 일측면과 이격하여 배치되고, 상기 제1 클래드 패턴과 연결된 제1 패턴, 상기 활성 패턴과 동일한 레벨에 위치하는 제2 패턴, 및 상기 제2 클래드 패턴과 동일한 레벨에 위치하는 제3 패턴을 구비하는 광반사 베이스 구조체를 형성하는 단계;
    상기 광반사 베이스 구조체의 측면을 덮어 상기 제1 패턴의 측면 및 상기 제3 패턴의 측면에 접하는 광반사층을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 발광 구조체 및 상기 광반사 베이스 구조체를 형성하는 것은,
    상기 기판 상에 하부 제1 클래드층을 형성하는 단계;
    상기 하부 제1 클래드층 상에 절연막 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 절연막 패턴이 형성되지 않은 상기 하부 제1 클래드층 상에 활성층 및 제2 클래드층을 형성하여, 상기 제1 클래드 패턴, 상기 활성 패턴, 상기 제2 클래드 패턴, 상기 제1 패턴, 상기 제2 패턴 및 상기 제3 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 발광 다이오드의 제조방법.
  9. 삭제
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 광반사 베이스 구조체는 상기 발광 구조체의 모든 측면과 이격하여 배치된 발광다이오드의 제조방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 광반사층은 Al층, Ag층 또는 그의 합금층인 발광 다이오드의 제조방법.
  16. 제 8 항에 있어서,
    상기 발광 구조체의 상기 제1 클래드 패턴 및 상기 제2 클래드 패턴과 각각 전기적으로 접속하는 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드의 제조방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 제2 전극은 상기 광반사층을 형성하는 단계에서 형성되는 발광 다이오드의 제조방법.
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