KR101272708B1 - Light emitting diode with improved luminous efficiency and method for fabricating the same - Google Patents

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Abstract

개선된 발광 효율을 갖는 발광다이오드가 개시된다. 이 발광다이오드는 기판 상에 서로 이격되어 위치하는 발광셀들; 상기 각 발광셀의 상부면에 위치하는 투명전극층; 인접한 발광셀들을 전기적으로 연결하는 배선들; 상기 배선들과 상기 발광셀들 사이에 위치하여 상기 배선들에 의한 발광셀 내 단락을 방지하는 절연층; 및 상기 발광셀들 및 상기 기판 상에 형성된 마이크로 렌즈를 포함하고, 상기 각 발광셀은 하부 반도체층, 상기 하부 반도체층 상부에 위치하는 상부 반도체층, 상기 하부 반도체층과 상기 상부 반도체층 사이에 개재된 활성층을 포함하고, 상기 하부 반도체층은 상기 발광셀의 둘레를 따라 그 측벽에 단차부를 갖는다.A light emitting diode having improved luminous efficiency is disclosed. The light emitting diodes include light emitting cells spaced apart from each other on a substrate; A transparent electrode layer on an upper surface of each light emitting cell; Wires for electrically connecting adjacent light emitting cells; An insulating layer disposed between the wirings and the light emitting cells to prevent a short circuit in the light emitting cell by the wirings; And microlenses formed on the light emitting cells and the substrate, wherein each light emitting cell is interposed between a lower semiconductor layer, an upper semiconductor layer positioned above the lower semiconductor layer, and between the lower semiconductor layer and the upper semiconductor layer. An active layer, and the lower semiconductor layer has a stepped portion at a sidewall of the lower semiconductor layer along a circumference of the light emitting cell.

Description

개선된 발광 효율을 갖는 발광다이오드 및 제조방법{LIGHT EMITTING DIODE WITH IMPROVED LUMINOUS EFFICIENCY AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}LIGHT EMITTING DIODE WITH IMPROVED LUMINOUS EFFICIENCY AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME

본 발명은 발광다이오드에 관한 것으로, 특히 개선된 발광 효율을 갖는 발광다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to light emitting diodes, and more particularly, to light emitting diodes having improved luminous efficiency and a method of manufacturing the same.

질화갈륨(GaN) 계열의 발광다이오드가 개발된 이래, GaN 계열의 LED는 현재 천연색 LED 표시소자, LED 교통 신호기, 백색 LED 등 다양한 응용에 사용되고 있다.Since the development of gallium nitride (GaN) -based light emitting diodes, GaN-based LEDs have been used in various applications such as natural color LED display devices, LED traffic signals, and white LEDs.

질화갈륨 계열의 발광다이오드는 일반적으로 사파이어와 같은 기판 상에 에피층들을 성장시키어 형성되며, N형 반도체층, P형 반도체층 및 이들 사이에 개재된 활성층을 포함한다. 한편, 상기 N형 반도체층 상에 N-전극 패드가 형성되고, 상기 P형 반도체층 상에 P-전극 패드가 형성된다. 상기 발광다이오드는 상기 전극패드들을 통해 외부 전원에 전기적으로 연결되어 구동된다. 이때, 전류는 P-전극 패드에서 상기 반도체층들을 거쳐 N-전극 패드로 흐른다.A gallium nitride-based light emitting diode is generally formed by growing epi layers on a substrate such as sapphire, and includes an N-type semiconductor layer, a P-type semiconductor layer, and an active layer interposed therebetween. Meanwhile, an N-electrode pad is formed on the N-type semiconductor layer, and a P-electrode pad is formed on the P-type semiconductor layer. The light emitting diodes are electrically connected to and driven by an external power source through the electrode pads. At this time, current flows from the P-electrode pad to the N-electrode pad through the semiconductor layers.

일반적으로 P형 반도체층은 높은 비저항을 가지므로, P형 반도체층 내에서 전류가 고르게 분산되지 못하고, 상기 P-전극 패드가 형성된 부분에 전류가 집중되며, 가장자리를 통해 전류가 집중적으로 흐르는 문제점이 발생된다. 전류 밀집(current crowing)은 발광영역의 감소로 이어지고, 결과적으로 발광효율을 떨어뜨린다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, P형 반도체층 상에 비저항이 낮은 투명전극층을 형성하여 전류분산을 도모하는 기술이 사용된다. 하지만, 투명전극층의 우수한 전기 전도성에도 불구하고, 전류가 전극 패드 주위에 밀집되는 현상이 발생하며, 투명전극층이 어느 정도의 빛의 반사나 굴절을 유도할 수 있으나, 투명전극층과 외부와의 굴절률 차이로 인하여 내부 전반사로 인한 광의 손실이 발생된다.In general, since the P-type semiconductor layer has a high specific resistance, current is not evenly distributed in the P-type semiconductor layer, current is concentrated in a portion where the P-electrode pad is formed, and current flows intensively through an edge. Is generated. Current crowing leads to a reduction of the light emitting area, which in turn lowers the light emitting efficiency. In order to solve this problem, a technique of forming a transparent electrode layer having a low specific resistance on the P-type semiconductor layer to achieve current dispersion is used. However, despite the excellent electrical conductivity of the transparent electrode layer, a phenomenon occurs in which current is concentrated around the electrode pad, and the transparent electrode layer may induce a certain amount of light reflection or refraction, but the refractive index difference between the transparent electrode layer and the outside This causes light loss due to total internal reflection.

P-전극 패드로부터 유입된 전류가 투명전극층에서 분산되어 상기 P-형 반도체층으로 유입되기 때문에 발광다이오드의 발광영역을 넓힐 수 있다. 그러나, 투명전극층은 광을 흡수하기 때문에 그 두께가 제한되며, 따라서 전류분산에 한계가 있다. 특히, 고출력을 위해 사용되는 약 1㎟ 이상의 대면적 발광다이오드에서 투명전극층을 이용한 전류분산은 한계가 있다.Since the current flowing from the P-electrode pad is dispersed in the transparent electrode layer and flows into the P-type semiconductor layer, the light emitting area of the light emitting diode can be widened. However, since the transparent electrode layer absorbs light, its thickness is limited, and thus there is a limit in current dispersion. In particular, current dispersion using a transparent electrode layer is limited in a large area light emitting diode of about 1 mm 2 or more used for high power.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 대면적 발광다이오드에서 전류 분산을 개선하기 위해 전극 연장부들이 채택되고 있다. 예컨대, 한국 특허공개공보 제10-2009-0060271호는 전류 분산을 위한 전극 연장부들을 갖는 발광다이오드를 개시한다. 종래기술에 따르면, 전류 분산을 위한 전극 연장부들을 포함하는 구조와 함께 발광다이오드의 상부면에 투명전극층을 포함한다. 투명전극층은 전극 연장부들과 함께 전류 분산을 돕는다.To solve this problem, electrode extensions are employed to improve current dispersion in large area light emitting diodes. For example, Korean Patent Publication No. 10-2009-0060271 discloses a light emitting diode having electrode extensions for current dispersion. According to the prior art, the transparent electrode layer is included on the upper surface of the light emitting diode with the structure including the electrode extensions for current dispersion. The transparent electrode layer, along with the electrode extensions, aids in current dissipation.

그러나 종래 기술에 따르면, 상대적으로 넓은 면적을 점유하는 연장부 및 복수의 n-전극 패드들을 형성하기 위해, 상대적으로 넓은 면적의 활성층 및 상부 반도체층을 제거해야 한다. 따라서, 발광면적이 상당히 감소하며, 이에 따라 광 출력이 감소한다. 또한, 복수개의 n- 및 p-전극 패드들을 채택함으로써 전류를 분산시킬 수 있지만, 복수의 전극 패드는 향후 본딩 와이어 공정 등의 공정수를 증가시켜 패키지 수율을 떨어뜨릴 수 있다. 더욱이, n-전극 패드와 p-전극 패드가 서로로 대향하므로, 서로 가까운 전극 패드들 사이에서 전류가 집중적으로 흐르기 쉽고, 이에 따라 발광다이오드의 중심 영역에서 광의 방출이 불균일하게 나타날 수 있다.However, according to the prior art, it is necessary to remove the relatively large area of the active layer and the upper semiconductor layer in order to form the extension and the plurality of n-electrode pads that occupy a relatively large area. Therefore, the light emitting area is considerably reduced and thus the light output is reduced. In addition, although the current can be distributed by adopting a plurality of n- and p-electrode pads, the plurality of electrode pads may reduce the package yield by increasing the number of processes such as a bonding wire process in the future. Furthermore, since the n-electrode pads and the p-electrode pads face each other, it is easy for the current to flow intensively between the electrode pads close to each other, so that light emission in the central region of the light emitting diode may appear uneven.

한편, 발광다이오드의 광 추출 효율을 개선하기 위해 패터닝된 사파이어 기판이 일반적으로 사용되고 있다. 사파이어 기판 상의 패턴은 활성층에서 생성된 광을 산란 또는 반사시킴으로써 광이 내부 전반사에 의해 발광다이오드 내에서 손실되는 것을 감소시키고, 이에 따라 광 추출 효율을 향상시킨다.Meanwhile, a patterned sapphire substrate is generally used to improve light extraction efficiency of a light emitting diode. The pattern on the sapphire substrate reduces the loss of light in the light emitting diode by total internal reflection by scattering or reflecting the light generated in the active layer, thereby improving the light extraction efficiency.

사파이어 기판 상의 패턴을 이용하여 광 추출 효율 개선이 기대되지만, 질화갈륨계 화합물 반도체의 굴절률이 상대적으로 높기 때문에 내부 전반사에 의해 발광다이오드 내부에서 광이 손실될 가능성이 여전히 존재한다. 따라서, 광추출 효율을 개선하기 위한 노력이 계속해서 요구되고 있다.Although light extraction efficiency is expected to be improved by using a pattern on a sapphire substrate, there is still a possibility that light is lost inside the light emitting diode due to total internal reflection because the refractive index of the gallium nitride compound semiconductor is relatively high. Therefore, efforts to improve the light extraction efficiency continue to be demanded.

한국특허공개공보 제10-2009-0060271호Korean Patent Publication No. 10-2009-0060271

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 개선된 발광 효율을 갖는 발광다이오드 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a light emitting diode having an improved luminous efficiency and a method of manufacturing the same.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 광 추출 효율을 개선할 수 있는 발광다이오드 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a light emitting diode and a method of manufacturing the same that can improve the light extraction efficiency.

본 발명의 일측면에 의하면, 기판 상에 서로 이격되어 위치하는 발광셀들; 상기 각 발광셀의 상부면에 위치하는 투명전극층; 인접한 발광셀들을 전기적으로 연결하는 배선들; 상기 배선들과 상기 발광셀들 사이에 위치하여 상기 배선들에 의한 발광셀 내 단락을 방지하는 절연층; 및 상기 발광셀들 및 상기 기판 상에 형성된 마이크로 렌즈를 포함하고, 상기 각 발광셀은 하부 반도체층, 상기 하부 반도체층 상부에 위치하는 상부 반도체층, 상기 하부 반도체층과 상기 상부 반도체층 사이에 개재된 활성층을 포함하고, 상기 하부 반도체층은 상기 발광셀의 둘레를 따라 그 측벽에 단차부를 갖는 발광 다이오드가 제공된다.According to an aspect of the invention, the light emitting cells are spaced apart from each other on the substrate; A transparent electrode layer on an upper surface of each light emitting cell; Wires for electrically connecting adjacent light emitting cells; An insulating layer disposed between the wirings and the light emitting cells to prevent a short circuit in the light emitting cell by the wirings; And microlenses formed on the light emitting cells and the substrate, wherein each light emitting cell is interposed between a lower semiconductor layer, an upper semiconductor layer positioned above the lower semiconductor layer, and between the lower semiconductor layer and the upper semiconductor layer. The light emitting diode includes an active layer, and the lower semiconductor layer has a stepped portion at a sidewall of the lower semiconductor layer.

상기 발광 다이오드는 상기 마이크로 렌즈를 덮는 절연 보호막을 더 포함할 수 있다.The light emitting diode may further include an insulating protective layer covering the micro lens.

상기 마이크로 렌즈는 상기 투명전극층의 굴절률과 상기 절연 보호막의 중간 굴절율을 가지는 물질로 형성된 것일 수 있다.The micro lens may be formed of a material having a refractive index of the transparent electrode layer and an intermediate refractive index of the insulating protective layer.

상기 마이크로 렌즈는 폴리머로 형성된 것일 수 있다.The micro lens may be formed of a polymer.

상기 상부 반도체층은 질화갈륨계 반도체층이고, 상기 투명전극층은 ITO층이며, 상기 마이크로 렌즈는 폴리머이며, 절연 보호막은 SiO2로 형성된 것일 수 있다.The upper semiconductor layer may be a gallium nitride-based semiconductor layer, the transparent electrode layer may be an ITO layer, the microlens may be a polymer, and the insulating protective layer may be formed of SiO 2 .

상기 마이크로 렌즈는 상기 투명전극층 상부에서 그 수직 단면이 위로 올라갈수록 폭이 좁아지는 형상을 가질 수 있다.The micro lens may have a shape in which the width of the micro lens becomes narrower as the vertical section thereof rises upward from the transparent electrode layer.

상기 마이크로 렌즈는 상기 투명전극층 상부에서 그 수평 단면이 원형, 타원형, 육각형, 사각형 또는 삼각형일 수 있다.The microlens may have a circular, elliptical, hexagonal, rectangular, or triangular cross section at the top of the transparent electrode layer.

상기 전류 차단부는 SiO2, Al2O3, Si3N4 또는 TiO2인 것일 수 있다.The current blocking unit may be SiO 2 , Al 2 O 3 , Si 3 N 4, or TiO 2 .

상기 전류 차단부는 DBR일 수 있다.The current blocking unit may be a DBR.

상기 DBR은 저굴절율층과 고굴절율층이 연속적으로 반복 적층된 구조를 가지며, 상기 저굴절율층은 SiO2 또는 Al2O3가 이용되고, 상기 고굴절율층은 Si3N4 또는 TiO2가 이용되는 것일 수 있다.The DBR has a structure in which a low refractive index layer and a high refractive index layer are successively laminated, and the low refractive index layer is SiO 2 or Al 2 O 3 , and the high refractive index layer is Si 3 N 4 or TiO 2 . It may be.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 기판 상에 하부 반도체층, 활성층 및 상부 반도체층을 형성하고, 상기 상부 반도체층 상에 투명전극층을 형성하고, 상기 투명전극층, 상부 반도체층 및 활성층과 함께 상기 하부 반도체층의 일부를 식각하여 복수의 메사들을 형성하고, 상기 하부 반도체층을 식각하여 서로 전기적으로 분리된 발광셀들을 형성하고, 상기 발광셀들을 갖는 기판 상에 연속적인 절연층을 형성하고, 상기 절연층을 패터닝하여 상기 하부 반도체층들을 노출시키는 개구부들 및 상기 상부 반도체층들을 노출시키는 개구부들을 형성하고, 상기 절연층 상에 배선들을 형성하여 인접한 발광셀들을 연결하고, 상기 분리된 발광셀과 기판위에 복수의 마이크로 렌즈를 형성하는 것을 포함하는 발광 다이오드 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, a lower semiconductor layer, an active layer and an upper semiconductor layer are formed on a substrate, a transparent electrode layer is formed on the upper semiconductor layer, and the lower semiconductor is formed together with the transparent electrode layer, the upper semiconductor layer and the active layer. A portion of the layer is etched to form a plurality of mesas, the lower semiconductor layer is etched to form light emitting cells electrically separated from each other, a continuous insulating layer is formed on the substrate having the light emitting cells, and the insulating layer Patterning the openings to expose the lower semiconductor layers and the openings to expose the upper semiconductor layers, and forming wirings on the insulating layer to connect adjacent light emitting cells, and to form a plurality of light emitting cells on the separated light emitting cell and the substrate. Provided is a light emitting diode manufacturing method comprising forming a micro lens of the present invention.

상기 발광 다이오드 제조 방법은 상기 복수의 마이크로 렌즈를 덮는 절연 보호막을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.The light emitting diode manufacturing method may further include forming an insulating protective film covering the plurality of micro lenses.

상기 발광 다이오드 제조 방법은 상기 하부 반도체층, 활성층, 및/또는 상부 반도체층의 일부에 전류 차단층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The light emitting diode manufacturing method may further include forming a current blocking layer on a portion of the lower semiconductor layer, the active layer, and / or the upper semiconductor layer.

본 발명의 실시예들에 따르면, 투명전극층상에 마이크로 렌즈들을 형성함으로서, 광 추출 효율을 크게 높일 수 있다. 또한, 배선의 하부에 형성된 전류 차단층은 발광다이오드의 전면적에 대하여 전류가 균일하게 흐르도록 하여 전극 주위에 전류가 집중되는 전류 밀집 현상을 줄이는 전류 분산 효과를 제공한다. According to embodiments of the present invention, by forming micro lenses on the transparent electrode layer, it is possible to greatly increase the light extraction efficiency. In addition, the current blocking layer formed on the lower portion of the wiring allows the current to flow uniformly with respect to the entire area of the light emitting diode, thereby providing a current dispersion effect of reducing the current concentration phenomenon in which the current is concentrated around the electrode.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 6은 마이크로 렌즈의 다양한 형상을 설명하기 위한 평면도이다.
도 7 및 도 8은 마이크로 렌즈의 형상을 설명하기 위한 사진이다.
1 is a schematic cross-sectional view for describing a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
2 to 5 are schematic cross-sectional views for describing a light emitting diode manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
6 is a plan view for explaining various shapes of a microlens.
7 and 8 are photographs for explaining the shape of the micro lens.

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.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in other forms. And in the drawings, the width, length, thickness, etc. of the components may be exaggerated for convenience. Like numbers refer to like elements throughout.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 상기 발광 다이오드는 기판(51), 발광셀들(56), 투명전극층(61), 절연층(67), 배선(69), 마이크로 렌즈(71), 및 절연 보호막(72)을 포함한다. 또한, 상기 발광 다이오드는 버퍼층(53)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, the light emitting diode includes a substrate 51, light emitting cells 56, a transparent electrode layer 61, an insulating layer 67, a wiring 69, a micro lens 71, and an insulating protective film 72. ). In addition, the light emitting diode may include a buffer layer 53.

상기 기판(51)은 절연 또는 도전성 기판일 수 있으며, 예컨대 사파이어 또는 탄화실리콘(SiC) 기판일 수 있다. 단일 기판(51) 상에 복수개의 발광셀들(56)이 이격되어 위치한다. 상기 발광셀들(56) 각각은 하부 반도체층(55), 상기 하부 반도체층의 일영역 상에 위치하는 상부 반도체층(59) 및 상기 하부 반도체층(55)과 상부 반도체층(59) 사이에 개재된 활성층(57)을 포함한다. 여기서, 상기 하부 및 상부 반도체층은 각각 n형 및 p형, 또는 p형 및 n형이다.The substrate 51 may be an insulating or conductive substrate, for example, a sapphire or silicon carbide (SiC) substrate. The plurality of light emitting cells 56 are spaced apart from each other on the single substrate 51. Each of the light emitting cells 56 is disposed between the lower semiconductor layer 55, the upper semiconductor layer 59 positioned on one region of the lower semiconductor layer, and the lower semiconductor layer 55 and the upper semiconductor layer 59. And an intervening active layer 57. The lower and upper semiconductor layers are n-type and p-type, or p-type and n-type, respectively.

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 밴드갭이 큰 물질로 형성된다.The lower semiconductor layer 55, the active layer 57, and the upper semiconductor layer 59 may be formed of a gallium nitride-based semiconductor material, that is, (B, Al, In, Ga) N, respectively. The active layer 57 has a composition element and composition ratio determined so as to emit light having a desired wavelength such as ultraviolet light or blue light, and the lower semiconductor layer 55 and the upper semiconductor layer 59 have a bandgap compared to the active layer 57. It is formed of large material.

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.The lower semiconductor layer 55 and / or the upper semiconductor layer 59 may be formed as a single layer, as shown, but may be formed in a multilayer structure. In addition, the active layer 57 may have a single quantum well or multiple quantum well structures.

상기 하부 반도체층(55)은 측벽에 그 둘레를 따라 형성된 단차부를 갖는다. 여기서, 하부 반도체층(55)에 형성된 단차부를 기준으로 상기 단차부 위쪽에 형성된 발광셀 부분을 메사로 정의한다. 상기 메사 측벽은 기판(51) 상부면에 대해 위로 올라갈수록 메사의 폭이 좁아지도록 경사질 수 있다. 기판(51) 상부면에 대한 메사 측벽의 경사각은 15도 내지 80도 범위 내 일 수 있다. 한편, 상기 메사 아래에 위치하는 하부 반도체층(55) 또한 기판(51)으로부터 위로 올라갈수록 경사진 측벽을 가질 수 있다. 기판(51) 상부면에 대한 하부 반도체층(55) 측벽의 경사각은 15도 내지 80도 범위 내 일 수 있다. 하부 반도체층(55)이 단차부를 갖기 때문에 발광셀들(56) 위에 형성될 다른 층들, 예컨대 절연층(67) 및 배선(69)의 연속적인(conformal) 증착을 돕는다. The lower semiconductor layer 55 has a stepped portion formed on a sidewall of the lower semiconductor layer 55. Here, the light emitting cell portion formed above the stepped portion is defined as mesa based on the stepped portion formed in the lower semiconductor layer 55. The mesa sidewall may be inclined such that the width of the mesa becomes narrower as it rises with respect to the upper surface of the substrate 51. The inclination angle of the mesa sidewall with respect to the upper surface of the substrate 51 may be in the range of 15 degrees to 80 degrees. Meanwhile, the lower semiconductor layer 55 positioned below the mesa may also have a sidewall inclined upward from the substrate 51. The inclination angle of the sidewalls of the lower semiconductor layer 55 with respect to the upper surface of the substrate 51 may be in a range of 15 degrees to 80 degrees. Since the lower semiconductor layer 55 has a stepped portion, it helps the continuous deposition of other layers to be formed on the light emitting cells 56, for example, the insulating layer 67 and the wiring 69.

상기 메사 측벽의 경사각은 그 아래의 하부 반도체층(55) 측벽의 경사각과 동일할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 이들 경사각은 서로 다르게 조절될 수 있다. 예컨대, 메사 측벽의 경사각이 하부 반도체층(55) 측벽의 경사각보다 작을 수 있다. 이에 따라, 활성층(57)에서 생성된 광이 메사 측벽을 통해 쉽게 방출될 수 있어 광 추출 효율을 향상시킬 수 있으며, 발광셀 영역을 상대적으로 넓게 확보할 수 있다.The inclination angle of the mesa sidewall may be the same as the inclination angle of the lower side of the lower semiconductor layer 55, but is not limited thereto. These inclination angles may be adjusted differently. For example, the inclination angle of the mesa sidewall may be smaller than the inclination angle of the sidewall of the lower semiconductor layer 55. Accordingly, light generated in the active layer 57 may be easily emitted through the mesa sidewalls, thereby improving light extraction efficiency and securing a light emitting cell region relatively wide.

한편, 상기 발광셀들(56) 각각은 배선(69)의 하부에 전류 차단층(58)을 가질 수 있다. 전류 차단층(58)은 하부 반도체층(55), 활성층(57) 또는 상부 반도체층(59)에 형성될 수 있다. 전류 차단층(58)은 상부 반도체층(59)의 상부에 형성된 배선(69)으로부터 직접 전류가 흐르는 것을 차단하여 투명 전극층(61)에서 넓은 전류 확산이 가능하게 한다. 전류 차단층(58)은 예컨대, SiO2, Al2O3, Si3N4 또는 TiO2인 와 같은 절연물질이 사용될 수 있으며, 서로 다른 굴절률을 가진 물질을 번갈아 적층하여 형성된 DBR(Distributed Bragg Reflector)일 수 있다. 상기 DBR은 저굴절율층과 고굴절율층이 연속적으로 반복 적층된 구조를 가질 수 있으며, 예컨대, 상기 저굴절율층은 SiO2 또는 Al2O3가 이용되고, 상기 고굴절율층은 Si3N4 또는 TiO2가 이용될 수 있다.Meanwhile, each of the light emitting cells 56 may have a current blocking layer 58 under the wiring 69. The current blocking layer 58 may be formed in the lower semiconductor layer 55, the active layer 57, or the upper semiconductor layer 59. The current blocking layer 58 blocks current flowing directly from the wiring 69 formed on the upper semiconductor layer 59 to enable wide current diffusion in the transparent electrode layer 61. As the current blocking layer 58, an insulating material such as SiO 2 , Al 2 O 3 , Si 3 N 4, or TiO 2 may be used, and the distributed bragg reflector formed by alternately stacking materials having different refractive indices. May be). The DBR may have a structure in which a low refractive index layer and a high refractive index layer are successively stacked, for example, the low refractive index layer is SiO 2 or Al 2 O 3 is used, the high refractive index layer is Si 3 N 4 or TiO 2 can be used.

한편, 발광셀들(56)과 기판(51) 사이에 버퍼층(53)이 개재될 수 있다. 버퍼층(53)은, 기판(51)이 성장기판인 경우, 기판(51)과 그 위에 형성될 하부 반도체층(55)의 격자부정합을 완화시키기 위해 채택된다.Meanwhile, a buffer layer 53 may be interposed between the light emitting cells 56 and the substrate 51. The buffer layer 53 is employed to mitigate lattice mismatch between the substrate 51 and the lower semiconductor layer 55 to be formed thereon when the substrate 51 is a growth substrate.

투명 전극층(61)은 각 발광셀(56) 상에 위치한다. 투명 전극층(61)은 상부 반도체층(59) 상부면 상에 위치할 수 있으며, 상부 반도체층(59)의 면적보다 좁은 면적을 갖는다. 즉, 투명 전극층(61)은 상부 반도체층(59)의 가장자리로부터 리세스될 수 있다. 따라서, 투명 전극층(61)의 가장자리에서 발광셀(56)의 측벽을 통해 전류가 집중되는 것을 방지할 수 있다. The transparent electrode layer 61 is positioned on each light emitting cell 56. The transparent electrode layer 61 may be located on an upper surface of the upper semiconductor layer 59 and has an area smaller than that of the upper semiconductor layer 59. That is, the transparent electrode layer 61 may be recessed from the edge of the upper semiconductor layer 59. Accordingly, it is possible to prevent the current from being concentrated through the sidewall of the light emitting cell 56 at the edge of the transparent electrode layer 61.

한편, 절연층(67)이 발광셀들(56)의 전면을 덮는다. 절연층(67)은 하부 반도체층들(55) 상에 개구부들을 가지며, 또한 상부 반도체층들(59) 또는 투명 전극층(61) 상에 개구부들을 갖는다. 한편, 발광셀들(56)의 측벽들은 절연층(67)에 의해 덮인다. 절연층(67)은 또한 발광셀들(56) 사이 영역들 내의 기판(51)을 덮을 수 있다. 절연층(67)은 실리콘산화막(SiO2) 또는 실리콘 질화막으로 형성될 수 있다.Meanwhile, the insulating layer 67 covers the entire surface of the light emitting cells 56. The insulating layer 67 has openings on the lower semiconductor layers 55 and also has openings on the upper semiconductor layers 59 or the transparent electrode layer 61. Meanwhile, sidewalls of the light emitting cells 56 are covered by the insulating layer 67. The insulating layer 67 may also cover the substrate 51 in the regions between the light emitting cells 56. The insulating layer 67 may be formed of a silicon oxide film (SiO 2 ) or a silicon nitride film.

배선들(69)이 절연층(67) 상에 형성된다. 배선들(69)은 상기 개구부들을 통해 하부 반도체층들(55) 및 상부 반도체층들(59)에 전기적으로 연결된다. 상기 배선(69)은 투명전극층(61)을 통해 상부 반도체층(59)에 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 배선들(69)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(69)을 이용하여 결선함으로써 형성할 수 있다. 상기 배선들은 도전 물질, 예컨대 다결정 실리콘과 같은 도핑된 반도체 물질 또는 금속으로 형성될 수 있다.Wirings 69 are formed on the insulating layer 67. The wirings 69 are electrically connected to the lower semiconductor layers 55 and the upper semiconductor layers 59 through the openings. The wiring 69 may be electrically connected to the upper semiconductor layer 59 through the transparent electrode layer 61. Meanwhile, the wirings 69 electrically connect the lower semiconductor layers 55 and the upper semiconductor layers 59 of adjacent light emitting cells 56 to form a series array of light emitting cells 56. A plurality of such arrays may be formed, and a plurality of arrays may be connected in antiparallel to each other and connected to an AC power source to be driven. Further, a bridge rectifier (not shown) connected to the serial array of the light emitting cells may be formed, and the light emitting cells may be driven by the bridge rectifier under the AC power. The bridge rectifier may be formed by connecting the light emitting cells having the same structure as the light emitting cells 56 using the wirings 69. The wirings may be formed of a conductive material, such as a doped semiconductor material or metal, such as polycrystalline silicon.

마이크로 렌즈(71)가 상기 배선들(69) 및 상기 절연층(67)을 덮어 형성된다. 마이크로 렌즈(71)는 반구형상의 볼록한 표면을 가지어 볼록 렌즈의 기능을 할 수 있다. 마이크로 렌즈(71)의 수평 방향 직경은 마이크로미터 크기, 예컨대 약 9㎛일 수 있다. 마이크로 렌즈(71)는 상기 투명전극층(69)보다 굴절률이 낮은 물질, 예컨대 폴리머로 형성될 수 있다. 폴리머는 예컨대, 폴리머는 예컨대, PI(polymide), SU-8(epoxy resin), SOG(spin on glass) PMMA (poly methylmethacrylate), PDMS (poly dimethylsioxane), PC(poly carbonate), 실리콘 겔(silicon gel), 또는 레진(resin)이 사용될 수 있다. 투명전극층(69) 및/또는 마이크로 렌즈(71)의 굴절률은 그와 접하는 물질층의 굴절률에 따라 달라질 수 있으나, 상부 반도체층이 대략 굴절률 2.45인 질화갈륨 반도체층인 경우, 굴절률 2.04인 ITO층이 투명전극층으로 선호되며, 절연 보호막(72)으로 굴절률이 1.54인 SiO2를 사용한다고 할 때, 마이크로 렌즈의 굴절률은 투명 전극층(69)과 절연 보호막(72)의 중간 굴절율인 1.67 ~ 1.8 내에서 선택되어 사용되는 것이 좋다. 마이크로 렌즈는 절연성을 갖는 것이 좋으나 도전성을 갖는 것도 고려될 수 있다.The micro lens 71 covers the wirings 69 and the insulating layer 67. The microlens 71 has a hemispherical convex surface and can function as a convex lens. The horizontal diameter of the micro lens 71 may be a micrometer size, such as about 9 μm. The micro lens 71 may be formed of a material having a refractive index lower than that of the transparent electrode layer 69, for example, a polymer. Polymers are, for example, polymers such as polymide (PI), epoxy resin (SU-8), spin on glass (SOG) poly methylmethacrylate (PMMA), poly dimethylsioxane (PDMS), poly carbonate (PC), silicone gel ) Or resin may be used. The refractive index of the transparent electrode layer 69 and / or the microlens 71 may vary depending on the refractive index of the material layer in contact therewith. However, when the upper semiconductor layer is a gallium nitride semiconductor layer having a refractive index of approximately 2.45, the ITO layer having a refractive index of 2.04 is When SiO 2 having a refractive index of 1.54 is used as the insulating protective film 72, the refractive index of the microlenses is selected within 1.67 to 1.8, which is an intermediate refractive index of the transparent electrode layer 69 and the insulating protective film 72. It is good to be used. It is preferable that the microlens has insulation, but it may be considered to have conductivity.

한편, 절연 보호막(72)이 마이크로 렌즈(71)를 덮을 수 있다. 절연 보호막(72)은 마이크로 렌즈(71), 배선들(69)이 수분 등에 의해 오염되는 것을 방지하며, 외압에 의해 배선들(69)이 손상되는 것을 방지한다. 절연 보호막(72)은 투광성 물질, 예컨대 실리콘산화막(SiO2) 또는 실리콘질화막으로 형성될 수 있다.On the other hand, the insulating protective film 72 may cover the micro lens 71. The insulating protective film 72 prevents the microlens 71 and the wirings 69 from being contaminated by moisture or the like, and prevents the wirings 69 from being damaged by external pressure. The insulating protective layer 72 may be formed of a light transmissive material such as silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride.

도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.2 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.

도 2를 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.2, a lower semiconductor layer 55, an active layer 57, and an upper semiconductor layer 59 are formed on a substrate 51. In addition, before the lower semiconductor layer 55 is formed, the buffer layer 53 may be formed on the substrate 51.

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.The substrate 51 may include sapphire (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), zinc oxide (ZnO), silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), gallium phosphorus (GaP), and lithium-alumina (LiAl 2 O). 3 ), but may be boron nitride (BN), aluminum nitride (AlN) or gallium nitride (GaN) substrate, but is not limited thereto, and may be variously selected according to the material of the semiconductor layer to be formed on the substrate 51. have.

버퍼층(53)은 기판(51)과 그 위에 형성될 반도체층(55)의 격자부정합을 완화하기 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.The buffer layer 53 is formed to mitigate lattice mismatch between the substrate 51 and the semiconductor layer 55 to be formed thereon, and may be formed of, for example, gallium nitride (GaN) or aluminum nitride (AlN). When the substrate 51 is a conductive substrate, the buffer layer 53 is preferably formed of an insulating layer or a semi-insulating layer, and may be formed of AlN or semi-insulating GaN.

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.The lower semiconductor layer 55, the active layer 57, and the upper semiconductor layer 59 may be formed of a gallium nitride-based semiconductor material, that is, (B, Al, In, Ga) N, respectively. The lower and upper semiconductor layers 55 and 59 and the active layer 57 use metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy, or hydride vapor phase epitaxy (HVPE) technology. Can be grown intermittently or continuously.

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.The lower and upper semiconductor layers are n-type and p-type, or p-type and n-type, respectively. In the gallium nitride-based compound semiconductor layer, the n-type semiconductor layer may be formed by doping silicon (Si) as an impurity, for example, and the p-type semiconductor layer may be formed by doping magnesium (Mg) as an impurity.

전류 차단층(58)은 상부 반도체층(59)의 영역 중에 배선(69)의 아래 부분에 형성되며, 하부 반도체층(55), 활성층(57) 및/또는 상부 반도체층(59)의 일부 영역에 형성될 수 있다. 전류 차단층(58)은 예컨대, SiO2, Al2O3, Si3N4 또는 TiO2인 와 같은 절연물질이 사용될 수 있으며, 서로 다른 굴절률을 가진 물질을 번갈아 적층하여 형성된 DBR일 수 있다.The current blocking layer 58 is formed in the lower portion of the wiring 69 in the region of the upper semiconductor layer 59, and the partial region of the lower semiconductor layer 55, the active layer 57 and / or the upper semiconductor layer 59 is formed. Can be formed on. As the current blocking layer 58, an insulating material such as SiO 2 , Al 2 O 3 , Si 3 N 4, or TiO 2 may be used, and the current blocking layer 58 may be a DBR formed by alternately stacking materials having different refractive indices.

상기 전류 차단층(58) 및 상부 반도체층(59) 상에 투명전극층(61)이 형성된다. 상기 투명전극층(61)은 인디움틴산화막(ITO)과 같은 도전성 산화물로 형성될 수 있다. 이후, 포토레지스트 패턴(미도시됨)을 식각마스크로 사용하여 투명전극층(61), 상부 반도체층(59), 활성층(57)과 함께 하부 반도체층(55)의 일부를 식각한다. 이에 따라, 포토레지스트 패턴의 형상이 상기 반도체층들(59, 57, 55)에 전사되어 측벽들이 경사진 메사들이 형성된다.The transparent electrode layer 61 is formed on the current blocking layer 58 and the upper semiconductor layer 59. The transparent electrode layer 61 may be formed of a conductive oxide such as indium tin oxide (ITO). Subsequently, a portion of the lower semiconductor layer 55 is etched together with the transparent electrode layer 61, the upper semiconductor layer 59, and the active layer 57 using a photoresist pattern (not shown) as an etching mask. Accordingly, the shape of the photoresist pattern is transferred to the semiconductor layers 59, 57, and 55 to form mesas having sloped sidewalls.

이어서, 포토레지스트 패턴이 메사들 상에 잔류하는 동안, 습식 식각 공정에 의해 투명전극층(61)이 리세스될 수 있다. 상기 투명전극층(61)은 에천트 및 식각 시간을 조절하여 메사 상의 상부 반도체층(59)의 가장자리로부터 리세스될 수 있다. 그 후, 포토레지스트 패턴이 제거된다.Subsequently, while the photoresist pattern remains on the mesas, the transparent electrode layer 61 may be recessed by a wet etching process. The transparent electrode layer 61 may be recessed from an edge of the upper semiconductor layer 59 on the mesa by adjusting an etchant and an etching time. Thereafter, the photoresist pattern is removed.

이후, 상기 복수의 메사들을 덮고 발광셀 영역들을 한정하는 포토레지스트 패턴(미도시됨)을 식각마스크로 사용하여 하부 반도체층(55)을 식각하여 분리된 발광셀들(56)이 형성된다. 이때, 버퍼층(53)도 함께 식각되어 기판(51) 상부면이 노출될 수 있다.Thereafter, the lower semiconductor layer 55 is etched using a photoresist pattern (not shown) covering the plurality of mesas and defining the light emitting cell regions, thereby forming separated light emitting cells 56. In this case, the buffer layer 53 may also be etched together to expose the upper surface of the substrate 51.

포토레지스트 패턴을 식각마스크로 사용하여 하부 반도체층(55)을 식각하는 동안 메사들은 포토레지스트 패턴에 덮혀 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 메사들의 셀 분리 공정에서 손상받는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 셀 분리 공정에 의해 하부 반도체층(55)에 도시한 바와 같이 단차부가 생성된다. 그 후, 포토레지스트 패턴이 제거된다.The mesas are preferably covered by the photoresist pattern while the lower semiconductor layer 55 is etched using the photoresist pattern as an etching mask. Accordingly, it can be prevented from being damaged in the cell separation process of mesas. In addition, as shown in the lower semiconductor layer 55, the stepped portion is generated by the cell separation process. Thereafter, the photoresist pattern is removed.

도 3을 참조하면, 발광셀들(56)을 갖는 기판(51) 상에 연속적인 절연층(67)이 형성된다. 절연층(67)은 발광셀들(56)의 측벽 및 상부면을 덮고, 발광셀들(56) 사이 영역의 기판(51) 상부를 덮는다. 상기 절연층(67)은 화학기상증착(CVD) 기술을 사용하여 예컨대 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막으로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 3, a continuous insulating layer 67 is formed on a substrate 51 having light emitting cells 56. The insulating layer 67 covers the sidewalls and the top surface of the light emitting cells 56 and covers the upper portion of the substrate 51 in the region between the light emitting cells 56. The insulating layer 67 may be formed of, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film using chemical vapor deposition (CVD) technology.

상기 발광셀들(56)의 측벽들이 경사지게 형성되어 있으며, 더욱이 하부 반도체층(55)에 단차부가 형성되어 있으므로, 상기 절연층(67)은 발광셀들(56)의 측벽들을 쉽게 덮을 수 있다.Since the sidewalls of the light emitting cells 56 are formed to be inclined, and the stepped portion is formed in the lower semiconductor layer 55, the insulating layer 67 may easily cover the sidewalls of the light emitting cells 56.

상기 절연층(67)은 사진 및 식각 공정에 의해 패터닝되어 하부 반도체층(55)을 노출시키는 개구부들 및 상부 반도체층(59) 또는 투명전극층(61)을 노출시키는 개구부들을 가질 수 있다.The insulating layer 67 may have openings that are patterned by photolithography and etching to expose the lower semiconductor layer 55, and openings that expose the upper semiconductor layer 59 or the transparent electrode layer 61.

도 4를 참조하면, 상기 개구부들을 갖는 절연층(67) 상에 배선들(69)이 형성된다. 상기 배선들(69)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 연결한다.Referring to FIG. 4, wirings 69 are formed on the insulating layer 67 having the openings. The wirings 69 are electrically connected to the lower semiconductor layers 55 and the upper semiconductor layers 59 through the openings, and the lower semiconductor layers 55 and the upper semiconductors of adjacent light emitting cells 56. Each of the layers 59 is electrically connected.

상기 배선들(69)은 도금 기술 또는 전자빔 증착과 같은 기상증착 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 발광셀들(56)의 측벽들 상에, 즉 하부 반도체층(55)의 측벽에 단차부가 형성되어 있으므로, 배선들(69)이 발광셀(56)의 측벽에 안정되게 형성될 수 있어, 배선의 단선 및/또는 단락을 방지할 수 있다.The wires 69 may be formed using a vapor deposition technique such as plating technique or electron beam deposition. Since the stepped portions are formed on the sidewalls of the light emitting cells 56, that is, the sidewalls of the lower semiconductor layer 55, the wirings 69 may be stably formed on the sidewalls of the light emitting cells 56. Disconnection and / or short circuit of the wiring can be prevented.

도 5를 참조하면, 상기 배선들(69)이 형성된 기판(51) 상에 마이크로 렌즈(71)가 형성된다. 마이크로 렌즈(71)는 배선들(69)이 형성된 기판(51)상에 폴리머층을 형성한 후 습식 식각 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 마이크로 렌즈(71)는 메사 측벽 및 메사 식각에 의해 노출된 제1 도전형 하부 반도체층(23)의 일부영역을 덮을 수 있다. 이와 달리, 폴리머층을 형성한 다음 포토레지스트 패턴(미도시됨)을 리플로우 기술 등을 이용하여 렌즈 형상에 대응하도록 형성하고, 이를 식각 마스크로 사용하여 폴리머층을 건식 식각함으로써 마이크로 렌즈(71)을 형성할 수도 있다.Referring to FIG. 5, a micro lens 71 is formed on a substrate 51 on which the wires 69 are formed. The microlens 71 may be formed using a wet etching process after forming a polymer layer on the substrate 51 on which the wirings 69 are formed. The micro lens 71 may cover a portion of the first conductivity type lower semiconductor layer 23 exposed by the mesa sidewall and the mesa etching. Alternatively, the microlens 71 may be formed by forming a polymer layer and then forming a photoresist pattern (not shown) to correspond to the lens shape using a reflow technique or the like, and dry etching the polymer layer using this as an etching mask. May be formed.

도 6은 마이크로 렌즈의 다양한 형상을 설명하기 위한 평면도이다.6 is a plan view for explaining various shapes of a microlens.

한편, 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈(71)는 평면도에서 보아 원형 또는 타원형일 수 있다. 즉, 마이크로 렌즈의 수평 단면은 원형 또는 타원형일 수 있다. 그러나, 마이크로 렌즈(71)의 수평 단면은 원형 또는 타원형에 한정되는 것은 아니며, 도 6(b) 및 6(c)에 도시된 바와 같이 육각형 또는 삼각형일 수도 있으며, 사각형일 수도 있다. 특히, 상기 마이크로 렌즈의 수평 단면 형상이 육각형 또는 삼각형인 경우, 이들 마이크로 렌즈(71)를 더 조밀하게 배치할 수 있다.On the other hand, as shown in Figure 6 (a), the micro lens 71 may be circular or elliptical in plan view. That is, the horizontal cross section of the micro lens may be circular or elliptical. However, the horizontal cross section of the micro lens 71 is not limited to a circle or an ellipse, and may be a hexagon or a triangle as shown in FIGS. 6 (b) and 6 (c), or may be a quadrangle. In particular, when the horizontal cross-sectional shape of the microlenses is hexagonal or triangular, these microlenses 71 can be arranged more densely.

상기 마이크로 렌즈의 형상은 제조의 용이성, 광 추출 효율 등을 고려하여 다양하게 선택될 수 있으며, 수평 단면과 수직단면의 형상을 적절히 조합하여 선택될 수 있다. 수직 단면이 삼각형 형상이고, 수평 단면이 도 6(c)에 도시된 바와 같은 삼각형 형상인 경우, 상기 마이크로 렌즈는 삼각 피라미드, 즉 사면체 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 마이크로 렌즈로 입사된 광이 외부로 용이하게 방출될 수 있다.The shape of the micro lens may be variously selected in consideration of ease of manufacture, light extraction efficiency, and the like, and may be selected by appropriately combining the shape of the horizontal cross section and the vertical cross section. When the vertical cross section is a triangular shape and the horizontal cross section is a triangular shape as shown in FIG. 6C, the microlens may have a triangular pyramid, that is, a tetrahedral shape. Accordingly, the light incident on the micro lens can be easily emitted to the outside.

아울러, 마이크로 렌즈(71)는 도 7에 도시된 바와 같이 표면이 매끄러운 면을 가질 수 도 있으며, 도 8에 도시된 바와 같이 표면에 거친 면을 가지도록 형성될 수 도 있다. 이와 같이, 투명전극층(69) 및 메사 측벽에 다양한 형상의 마이크로 렌즈(71)를 배치함으로써, 활성층(25)에서 생성된 광이 마이크로 렌즈(71)를 통해 외부로 방출될 수 있어 광 추출 효율을 개선할 수 있다.In addition, the micro lens 71 may have a smooth surface as shown in FIG. 7, or may be formed to have a rough surface on the surface as shown in FIG. 8. As such, by arranging the microlenses 71 having various shapes on the transparent electrode layer 69 and the mesa sidewalls, light generated in the active layer 25 may be emitted to the outside through the microlenses 71 to improve light extraction efficiency. It can be improved.

마이크로 렌즈(71)이 형성된 기판(51)상에 보호절연막(72)이 형성된다. 상기 보호절연막(72)은 화학기상증착 기술을 사용하여, 투광성 물질, 예컨대 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막으로 형성될 수 있다. 그 결과, 도 1의 발광 다이오드가 완성된다.The protective insulating film 72 is formed on the substrate 51 on which the microlenses 71 are formed. The protective insulating layer 72 may be formed of a light transmissive material such as a silicon oxide film or a silicon nitride film by using a chemical vapor deposition technique. As a result, the light emitting diode of FIG. 1 is completed.

51 : 기판 53 : 버퍼층
55 : 하부 반도체층 56 : 발광셀
57 : 활성층 58 : 전류 차단층
59 : 상부 반도체층 61: 투명 전극층
67 : 절연층 69 : 배선
71 : 마이크로 렌즈 72 : 절연 보호막
51 substrate 53 buffer layer
55 lower semiconductor layer 56 light emitting cell
57: active layer 58: current blocking layer
59: upper semiconductor layer 61: transparent electrode layer
67 insulation layer 69 wiring
71: microlens 72: insulating protective film

Claims (13)

기판 상에 서로 이격되어 위치하는 발광셀들;
상기 각 발광셀의 상부면에 위치하는 투명전극층;
인접한 발광셀들을 전기적으로 연결하는 배선들;
상기 배선들과 상기 발광셀들 사이에 위치하여 상기 배선들에 의한 발광셀 내 단락을 방지하는 절연층; 및
마이크로 렌즈를 포함하고,
상기 각 발광셀은 하부 반도체층, 상기 하부 반도체층 상부에 위치하는 상부 반도체층, 상기 하부 반도체층과 상기 상부 반도체층 사이에 개재된 활성층을 포함하고, 상기 하부 반도체층은 상기 발광셀의 둘레를 따라 그 측벽에 단차부를 구비하며,
상기 각 발광셀들은 상기 하부 반도체층, 활성층 또는 상부 반도체층 중 적어도 하나의 층의 측벽이 상기 기판에 대해 경사지도록 구비되며,
상기 마이크로 렌즈는 상기 투명전극층, 배선들, 절연층 및 상기 발광셀들의 측벽 상에 위치하는 발광 다이오드.
Light emitting cells spaced apart from each other on a substrate;
A transparent electrode layer on an upper surface of each light emitting cell;
Wires for electrically connecting adjacent light emitting cells;
An insulating layer disposed between the wirings and the light emitting cells to prevent a short circuit in the light emitting cell by the wirings; And
Including microlens,
Each of the light emitting cells includes a lower semiconductor layer, an upper semiconductor layer positioned above the lower semiconductor layer, and an active layer interposed between the lower semiconductor layer and the upper semiconductor layer, wherein the lower semiconductor layer surrounds the light emitting cell. Along the sidewalls,
Each of the light emitting cells is provided such that sidewalls of at least one of the lower semiconductor layer, the active layer, and the upper semiconductor layer are inclined with respect to the substrate,
The micro lens is a light emitting diode positioned on the transparent electrode layer, the wiring, the insulating layer and the side walls of the light emitting cells.
청구항 1에 있어서,
상기 마이크로 렌즈를 덮는 절연 보호막을 더 포함하는 발광 다이오드.
The method according to claim 1,
The light emitting diode further comprises an insulating protective film covering the micro lens.
청구항 2에 있어서, 상기 마이크로 렌즈는 상기 투명전극층의 굴절률과 상기 절연 보호막의 중간 굴절율을 가지는 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드.The light emitting diode of claim 2, wherein the microlens is formed of a material having a refractive index of the transparent electrode layer and an intermediate refractive index of the insulating protective layer. 청구항 3에 있어서, 상기 마이크로 렌즈는 폴리머로 형성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드.The light emitting diode of claim 3, wherein the micro lens is formed of a polymer. 청구항 4에 있어서, 상기 상부 반도체층은 질화갈륨계 반도체층이고, 상기 투명전극층은 ITO층이며, 상기 절연 보호막은 SiO2로 형성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드.The light emitting diode of claim 4, wherein the upper semiconductor layer is a gallium nitride based semiconductor layer, the transparent electrode layer is an ITO layer, and the insulating protective layer is formed of SiO 2 . 청구항 1에 있어서, 상기 마이크로 렌즈는 상기 투명전극층 상부에서 그 수직 단면이 위로 올라갈수록 폭이 좁아지는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.The light emitting diode of claim 1, wherein the microlens has a shape in which the width of the microlens becomes narrower as the vertical section thereof rises upward from the transparent electrode layer. 청구항 1에 있어서,
상기 마이크로 렌즈는 상기 투명전극층 상부에서 그 수평 단면이 원형, 타원형, 육각형, 사각형 또는 삼각형인 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
The method according to claim 1,
The microlens is a light emitting diode, characterized in that the horizontal cross-section on the transparent electrode layer is a circular, elliptical, hexagonal, square or triangular.
청구항 1에 있어서,
상기 발광셀들 각각은 적어도 상부 반도체층에 구비되되, 상기 배선의 하부에 대응하는 일정 영역에 구비된 전류 차단층을 포함하며,
상기 전류 차단층은 SiO2, Al2O3, Si3N4 또는 TiO2인 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
The method according to claim 1,
Each of the light emitting cells is provided in at least an upper semiconductor layer, and includes a current blocking layer provided in a predetermined area corresponding to a lower portion of the wiring.
The current blocking layer is a light emitting diode, characterized in that SiO 2 , Al 2 O 3 , Si 3 N 4 or TiO 2 .
청구항 1에 있어서,
상기 발광셀들 각각은 전류 차단층을 더 포함하되,
상기 전류 차단층은 적어도 상기 발광셀들 각각의 상부 반도체층에 구비되고, 상기 배선의 하부에 대응하는 일정 영역에 구비되며,
상기 전류 차단층은 DBR인 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
The method according to claim 1,
Each of the light emitting cells further includes a current blocking layer,
The current blocking layer is provided in at least an upper semiconductor layer of each of the light emitting cells, and is provided in a predetermined area corresponding to a lower portion of the wiring,
The current blocking layer is a light emitting diode, characterized in that the DBR.
청구항 9에 있어서,
상기 DBR은 저굴절율층과 고굴절율층이 연속적으로 반복 적층된 구조를 가지며,
상기 저굴절율층은 SiO2 또는 Al2O3가 이용되고,
상기 고굴절율층은 Si3N4 또는 TiO2가 이용되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
The method according to claim 9,
The DBR has a structure in which a low refractive index layer and a high refractive index layer are continuously stacked repeatedly,
The low refractive index layer is SiO 2 or Al 2 O 3 is used,
The high refractive index layer is a light emitting diode, characterized in that Si 3 N 4 or TiO 2 is used.
기판 상에 하부 반도체층, 활성층 및 상부 반도체층을 형성하고,
상기 상부 반도체층 상에 투명전극층을 형성하고,
상기 투명전극층, 상부 반도체층 및 활성층과 함께 상기 하부 반도체층의 일부를 식각하여 복수의 메사들을 형성하고,
상기 하부 반도체층을 식각하여 서로 전기적으로 분리된 발광셀들을 형성하고,
상기 발광셀들을 갖는 기판 상에 연속적인 절연층을 형성하고,
상기 절연층을 패터닝하여 상기 하부 반도체층들을 노출시키는 개구부들 및 상기 투명전극층들을 노출시키는 개구부들을 형성하고,
상기 절연층이 형성된 기판 상에 배선들을 형성하되, 상기 각 배선들은 상기 발광셀들 중 어느 하나의 발광셀의 하부 반도체층과 상기 어느 하나의 발광셀과 이웃하는 발광셀의 투명전극층을 상기 하부 반도체층과 투명전극층을 노출하는 상기 개구부들을 통해 연결하여 인접한 발광셀들을 연결하도록 형성하고,
상기 발광셀들, 투명전극층, 배선들 및 절연층이 형성된 기판 상부에 폴리머층을 형성한 후, 상기 폴리머층의 일부를 식각하여 복수의 마이크로 렌즈를 형성하는 것을 포함하며,
상기 각 발광셀들은 상기 하부 반도체층, 활성층 또는 상부 반도체층 중 적어도 하나의 층의 측벽이 상기 기판에 대해 경사지도록 구비되며,
상기 복수의 마이크로 렌즈는 투명전극층, 배선들, 절연층 및 상기 발광셀들의 측벽 상에 위치하도록 형성되는 발광 다이오드 제조방법.
Forming a lower semiconductor layer, an active layer and an upper semiconductor layer on the substrate,
Forming a transparent electrode layer on the upper semiconductor layer,
A portion of the lower semiconductor layer is etched together with the transparent electrode layer, the upper semiconductor layer, and the active layer to form a plurality of mesas.
Etching the lower semiconductor layer to form light emitting cells electrically separated from each other,
Forming a continuous insulating layer on the substrate having the light emitting cells,
Patterning the insulating layer to form openings exposing the lower semiconductor layers and openings exposing the transparent electrode layers,
Wirings are formed on a substrate on which the insulating layer is formed, wherein each of the wirings includes a lower semiconductor layer of one of the light emitting cells and a transparent electrode layer of a light emitting cell neighboring the one of the light emitting cells. Connecting through the openings exposing the layer and the transparent electrode layer to connect adjacent light emitting cells,
Forming a polymer layer on the substrate on which the light emitting cells, the transparent electrode layer, the wirings, and the insulating layer are formed, and then etching a part of the polymer layer to form a plurality of micro lenses;
Each of the light emitting cells is provided such that sidewalls of at least one of the lower semiconductor layer, the active layer, and the upper semiconductor layer are inclined with respect to the substrate,
The plurality of micro lenses are formed on the transparent electrode layer, the wiring, the insulating layer and the side walls of the light emitting cells.
청구항 11에 있어서,
상기 복수의 마이크로 렌즈를 덮는 절연 보호막을 형성하는 것을 더 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
The method of claim 11,
The method of claim 1, further comprising forming an insulating protective film covering the plurality of micro lenses.
청구항 11에 있어서,
상기 기판 상에 하부 반도체층, 활성층 및 상부 반도체층을 형성하고, 상기 투명전극층을 형성하기 전에,
상기 배선의 하부에 대응하는 적어도 상기 상부 반도체층의 일정 영역에 구비된 전류 차단층을 형성하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
The method of claim 11,
Before forming a lower semiconductor layer, an active layer and an upper semiconductor layer on the substrate, and before forming the transparent electrode layer,
And forming a current blocking layer provided in at least a portion of the upper semiconductor layer corresponding to the lower portion of the wiring.
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