KR101290836B1 - 발광 다이오드 및 그의 제조 방법, 및 발광 다이오드 램프 - Google Patents

Abstract

패키지 내에서 LED칩으로부터의 발광의 손실을 저감하는 동시에, 패키지로부터의 광 취출 효율을 향상하는 것이 가능한 고휘도의 발광 다이오드이며, 발광층(9)을 갖는 발광부(8)를 포함하는 화합물 반도체층(2)과 기판(3)을 구비하고, 기판(3)의 측면에는, 기판(3)보다도 반사율이 높은 외부 반사층(4)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드(1)를 채용한다.

Description

발광 다이오드 및 그의 제조 방법, 및 발광 다이오드 램프{LIGHT-EMITTING DIODE, METHOD FOR PRODUCING SAME, AND LIGHT-EMITTING DIODE LAMP}

본 발명은, 발광 다이오드 및 그의 제조 방법, 및 발광 다이오드 램프에 관한 것이다.

본원은, 2009년 2월 20일에 일본에서 출원된 일본 특허 출원 제2009-038238호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

종래부터, 적색, 주황색, 황색 혹은 황녹색의 가시광을 발하는 고휘도 발광 다이오드(영문 약칭:LED)로서, 인화 알루미늄·갈륨·인듐[조성식 (Al_XGa_{1 -X})_YIn_{1 - Y}P;0≤X≤1, 0<Y≤1]으로 이루어지는 발광층을 구비한 화합물 반도체 LED가 알려져 있다. 이러한 LED에 있어서, (Al_XGa_{1 -X})_YIn_{1 - Y}P (0≤X≤1, 0<Y≤1)로 이루어지는 발광층을 구비한 발광부는, 일반적으로 발광층으로부터 출사되는 발광에 대하여 광학적으로 불투명하고, 또한 기계적으로도 그다지 강도가 없는 비화 갈륨(GaAs) 등의 기판 재료 상에 형성되어 있다.

이로 인해, 최근에는, 보다 고휘도의 가시 LED를 얻기 위해서, 또한 소자의 기계적 강도의 더 한층의 향상을 목적으로 하여, 발광 광에 대해 불투명한 기판 재료를 제거하고, 그 후, 발광 광을 투과 또는 반사하고, 또한 기계 강도적으로 우수한 재료로 이루어지는 지지체층(기판)을 새롭게 접합시켜서 접합형 LED를 구성하는 기술이 개시되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 내지 7 참조).

또한, LED를 사용한 패키지 기술에 있어서는, 종래의 단색 외에, 풀 컬러용으로서 청, 녹, 적색의 LED칩을 동일 패키지에 넣어 3색을 동시에 발광시켜, 백색을 비롯한 폭이 넓은 발광색을 재현할 수 있는 LED 제품이 보급되고 있다.

또한, 특허문헌 8에는, 금속층과 반사층을 접착시킨 유기 접착층에 오믹 금속을 매립한 발광 소자가 기재되어 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허 제3230638호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 평6-302857호 공보 특허문헌 3 : 일본 특허 공개 제2002-246640호 공보 특허문헌 4 : 일본 특허 제2588849호 공보 특허문헌 5 : 일본 특허 공개 제2001-57441호 공보 특허문헌 6 ; 일본 특허 공개 제2007-81010호 공보 특허문헌 7 : 일본 특허 공개 제2006-32952호 공보 특허문헌 8 : 일본 특허 공개 제2005-236303호 공보

상술한 바와 같이, 기판 접합 기술의 개발에 의해 지지체층으로서 적용할 수 있는 기판의 자유도가 증가하여, 비용면, 기계 강도 등 큰 장점을 갖는 Si, Ge, 금속, 세라믹, GaP 기판 등의 적용이 제안되고 있다.

그러나, 이들 기판은, 패키지 내에 탑재된 다른 LED로부터의 발광에 대한 흡수가 커서 발광을 손실하게 되어, 패키지의 밖으로 광을 취출하는 효율이 저하된다는 문제가 있었다. 예를 들어, GaP 기판은, 적색에 대해서는 투명하지만, 청색에 대해서는 광의 흡수가 크다. 특히, 풀 컬러용은, 적, 녹, 청의 3색의 LED칩을 인접해서 배치하기 때문에, 예를 들어 적색 발광의 AlGaInP 발광 다이오드 칩의 기판에 의해, 자신의 적색뿐만 아니라 인접하는 청색, 녹색 LED칩의 발광을 흡수해버려, 패키지 전체의 발광 효율이 저하된다는 과제가 있었다.

본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 패키지 내에서 LED칩으로부터의 발광의 손실을 저감하는 동시에, 패키지로부터의 광 취출 효율을 향상할 수 있는 고휘도의 발광 다이오드 및 그의 제조 방법, 및 발광 다이오드 램프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명은 이하에 관한 것이다.

(1) 발광층을 갖는 발광부를 포함하는 화합물 반도체층과 기판을 구비하고, 상기 기판의 측면에는, 당해 기판보다도 반사율이 높은 외부 반사층이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.

(2) 상기 화합물 반도체층과 상기 기판이 접합되어 있고, 상기 기판이, Si, Ge, 금속, 세라믹, GaP 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전항 (1)에 기재된 발광 다이오드.

(3) 상기 외부 반사층이, 외부 광의 파장대에서 반사율 90% 이상인 것을 특징으로 하는 전항 (1) 또는 (2)에 기재된 발광 다이오드.

(4) 상기 외부 반사층이, 은, 금, 구리, 알루미늄 중 적어도 하나를 포함하는 금속으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전항 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 발광 다이오드.

(5) 상기 외부 반사층의 표면에 안정화층이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전항 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 발광 다이오드.

(6) 상기 화합물 반도체층과 상기 기판과의 사이에 내부 반사층이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전항 (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 발광 다이오드.

(7) 상기 외부 반사층이, 도금법에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 전항 (1) 내지 (6) 중 어느 한 항에 기재된 발광 다이오드.

(8) 상기 발광층이, AlGaInP 또는 AlGaAs층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전항 (1) 내지 (7) 중 어느 한 항에 기재된 발광 다이오드.

(9) 반도체 기판 상에 발광층을 갖는 발광부를 포함하는 화합물 반도체층을 형성하는 공정과, 상기 화합물 반도체층과 기판을 접합하는 공정과, 상기 반도체 기판을 제거하는 공정과, 상기 기판의 측면에 외부 반사층을 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조 방법.

(10) 상기 기판의 측면에 외부 광을 반사하는 외부 반사층을 형성하는 공정이, 도금 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전항 (9)에 기재된 발광 다이오드의 제조 방법.

(11) 발광 다이오드가 2 이상 탑재되어 있는 발광 다이오드 램프이며, 전항 (1) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 발광 다이오드가 적어도 1 이상 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 램프.

(12) 탑재된 발광 다이오드의 발광 파장이 서로 다른 것을 특징으로 하는 전항 (11)에 기재된 발광 다이오드 램프.

(13) 탑재된 발광 다이오드의 칩 높이가 서로 다른 것을 특징으로 하는 전항 (11) 또는 (12)에 기재된 발광 다이오드 램프.

본 발명의 발광 다이오드에 의하면, 기판의 측면에 이 기판보다 반사율이 높은 외부 반사층이 설치된 구성으로 되어 있다. 이 외부 반사층이, 예를 들어 패키지 내에서 인접하는 LED칩으로부터의 발광 등의 외부 광을 반사하기 때문에, 패키지 내에서 LED칩으로부터의 발광의 손실을 저감할 수 있다. 따라서, 패키지로부터의 광 취출 효율을 향상하는 것이 가능한 고휘도의 발광 다이오드를 제공할 수 있다.

본 발명의 발광 다이오드의 제조 방법에 의하면, 기판의 측면에 이 기판보다 반사율이 높은 외부 반사층을 형성하는 공정을 갖는 구성으로 되어 있다. 따라서, 상기 발광 다이오드를 확실하게 제조할 수 있다.

본 발명의 발광 다이오드 램프에 의하면, 발광 다이오드가 2 이상 탑재되어 있는 발광 다이오드 램프에 있어서, 상기 발광 다이오드가 적어도 1 이상 탑재된 구성을 가지고 있다. 상기 발광 다이오드에 설치된 외부 반사층이, 패키지 내에서 인접하는 LED칩으로부터의 발광을 반사하기 때문에, 패키지 내에서 LED칩으로부터의 발광의 손실을 저감할 수 있다. 따라서, 패키지로부터의 광 취출 효율을 향상할 수 있는 발광 다이오드 램프를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태인 발광 다이오드를 도시하는 도면이며, (a)는 평면도, (b)는 (a) 중에 도시하는 A-A'선을 따른 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태인 발광 다이오드의 접합 부분을 설명하기 위한 확대 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태인 발광 다이오드에 사용하는 에피택셜 웨이퍼의 단면 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태인 발광 다이오드에 사용하는 접합 웨이퍼의 단면 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태인 발광 다이오드 램프를 도시하는 도면이며, (a)는 평면도, (b)는 (a) 중에 도시하는 B-B'선을 따른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예의 발광 다이오드 램프를 설명하기 위한 도면이며, (a)는 평면도, (b)는 (a) 중에 도시하는 C-C'선을 따른 단면도이다.

이하, 본 발명을 적용한 일 실시 형태인 발광 다이오드 및 발광 다이오드 램프에 대해 도면을 사용해서 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명에서 사용하는 도면은, 특징을 이해하기 쉽게 하기 위해서 편의상 특징이 되는 부분을 확대하여 나타내는 경우가 있으며, 각 구성 요소의 치수 비율 등이 실제와 동일하다고는 할 수 없다.

<발광 다이오드>

기판 상에 에피택셜 성장한 일반적인 제법으로 제작된 발광 다이오드에 대하여 본 발명을 적용할 수 있다. 그러나, 또한 기판의 선택지가 증가하는 접합 기판을 사용한 발광 다이오드에 대하여 본 발명을 적용하는 것이 보다 바람직하다. 예를 들어, GaAs 기판은, As가 도금액에 녹은 경우에는, 약품 폐기의 경우 As 처리가 필요하게 된다. 또한, 도금액의 종류에 따라서는, As가 도금액의 수명을 짧게 하는 경우도 있다. 한편, 사파이어 기판은, 표면이 불활성으로 도금하기 어려운 재료 중 하나이다. 도금을 용이하게 할 수 있는 접합형이 바람직하다. 특히, 금속 기판은 간이하게 도금을 할 수 있는 적합한 재료이다.

우선, 본 발명을 적용한 일 실시 형태인 발광 다이오드의 구성에 대해서 설명한다.

도 1(a) 및 도 1(b)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 발광 다이오드(LED)(1)는, 화합물 반도체층(2)과 기판(3)이 접합되어 있고, 상기 기판(3)의 측면에 기판(3)보다 반사율이 높은 외부 반사층(4)이 설치되어 개략 구성되어 있다. 구체적으로는, 발광 다이오드(1)는, 화합물 반도체층(2)과 기판(3)이 금속 접속층(5)을 통해 접합되어 있다. 또한, 화합물 반도체층(2)의 상면에는 제1 전극(6)이 설치되어 있고, 기판(3)의 저면에는 제2 전극(7)이 설치되어 있다.

화합물 반도체층(2)은, pn 접합형의 발광부(8)를 포함하는 것이면 특별히 한정되는 것이 아니다. 발광부(8)는, 예를 들어 적색 광원인 (Al_XGa_{1 -X})_YIn_{1 - Y}P (0≤X≤1, 0<Y≤1)로 이루어지는 발광층(9)을 포함하는 화합물 반도체의 적층 구조체이다. 또한, 적 및 적외 발광의 발광층(9)으로서 Al_XGa_(1-X)As를 사용할 수 있다. 상기 발광부(8)는, 풀 컬러용의 적색 광원으로서 사용할 수 있고, InGaN계의 발광부를 사용한 청색, 녹색 광원과 동일한 패키지 내에 사용할 수 있다. 또한, 발광부(8)는, 구체적으로는 예를 들어 도 1(b)에 도시한 바와 같이, 하부 클래드층(10), 발광층(9), 상부 클래드층(11)이 순차 적층되어 구성되어 있다.

발광층(9)은, 언도프, n형 또는 p형 중 어느 하나의 전도형의 (Al_XGa_{1 -X})_YIn_{1 -Y}P (0≤X≤1, 0<Y≤1)로도 구성할 수 있다. 상기 발광층(9)은, 더블 헤테로 구조, 단일(single) 양자 웰(영문 약칭:SQW) 구조, 혹은 다중(multi) 양자 웰(영문 약칭:MQW) 구조 중 어느 것이어도 좋지만, 단색성이 우수한 발광을 얻기 위해서는 MQW 구조로 하는 것이 바람직하다. 또한, 양자 웰(영문 약칭:QW) 구조를 이루는 장벽(barrier)층 및 웰(well)층을 구성하는 (Al_XGa_{1 -X})_YIn_{1 - Y}P (0≤X≤1, 0<Y≤1)의 조성은, 원하는 발광 파장을 귀결시키는 양자 준위가 웰층 내에 형성되도록 결정할 수 있다.

발광부(8)는, 상기 발광층(9)과, 방사 재결합을 초래하는 캐리어(담체;carrier) 및 발광을 발광층(9)에 "가두기" 위해서, 발광층(9)의 하측 및 상측에 대치하여 배치한 하부 클래드(clad)층(10) 및 상부 클래드층(11)을 포함한, 이른바 더블 헤테로(영문 약칭:DH) 구조로 하는 것이 고강도의 발광을 얻는데 있어서 바람직하다. 하부 클래드층(10) 및 상부 클래드층(11)은, 발광층(9)을 구성하는 (Al_XGa_1-X)_YIn_1-YP (0≤X≤1, 0<Y≤1)보다 금지대 폭이 넓은 반도체 재료로 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 발광층(9)과 하부 클래드층(10) 및 상부 클래드층(11)의 사이에, 양 층간에 있어서의 밴드(band) 불연속성을 완만하게 변화시키기 위한 중간층을 설치해도 좋다. 이 경우, 중간층은 발광층(9)과 하부 클래드층(10) 및 상부 클래드층(11)의 중간 금지대 폭을 갖는 반도체 재료로 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 발광부(8)의 상방에는, 오믹(Ohmic) 전극의 접촉 저항을 줄이기 위한 콘택트층, 소자 구동 전류를 발광부의 전반에 평면적으로 확산시키기 위한 전류 확산층, 반대로 소자 구동 전류가 흐르는 영역을 제한하기 위한 전류 저지층이나 전류 협착층 등 공지의 층 구조를 설치해도 좋다. 또한, 발광부(8)는, 상면측(및 저면측)의 극성이 p형, n형 중 어느 쪽이어도 좋다.

기판(3)은, 도 1(b)에 도시한 바와 같이, 발광 다이오드(1)의 기계적 강도의 향상 등을 목적으로 해서 설치되어 있다. 기판(3)의 재질은, 특별히 한정되는 것이 아니라 목적에 따라서 적절히 선택할 수 있다. 기판(3)의 재질로는, 예를 들어 Si, Ge, GaP 반도체, 금속, AlN, 알루미나 등의 세라믹 등을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어 기판(3)의 재질로서 Si, Ge를 사용한 경우에는, 특히 대구경화(大口徑化), 가공성, 기계 강도를 달성할 수 있다는 이점이 있다. 또한, 예를 들어 기판(3)으로서 금속인 구리 합금계의 기판을 사용한 경우에는, 저비용, 열전도가 우수하다는 이점이 있다. 또한, 후술하는 외부 반사층(4)의 형성에 있어서, 금속 기판이나 열전도가 좋은 AlN, SiC는, 도금 프로세스에 적응하기 쉽다는 점에서 적합한 기판 재료이다.

기판(3)의 두께는, 특별히 한정되는 것이 아니라, 광의 취출 효율이나 가공의 용이성 등으로부터 얇은 것이 바람직하지만, 핸들링 시의 깨짐 및 절결, 휘어짐에 의한 수율 저하 등이 발생하지 않도록 재질에 맞춰서 적절히 최적화하는 것이 바람직하다.

외부 반사층(4)은, 도 1(b)에 도시한 바와 같이, 기판(3)의 측면 및 저면과, 기판(3)의 상면에 접속된 금속 접속층의 측면과, 기판(3)의 저면에 설치된 제2 전극(7)의 측면을 피복하고 있다. 상기 외부 반사층(4)은, 주로 외부 광을 반사시키기 위해서 발광 다이오드(1)의 외주 부분(외부)에 설치되어 있다. 또한, 외부 반사층(4)은, 후술하는 바와 같이, 도금법에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

외부 반사층(4)의 재질로는, 특별히 한정되는 것은 아니나, 외부 광의 파장대에서 반사율이 90% 이상인 재료를 사용할 수 있다. 그 중에서도, 가시광 영역의 전역에서 반사율이 90%인 은, 알루미늄, 또는 이들의 합금을 사용하는 것이 특히 바람직하다.

한편, 가시광 영역의 일부 파장대에서 반사율이 90% 이상이 되는 재료로는, 예를 들어 금, 구리를 예시할 수 있다. 여기서, 금은 약 550nm보다 긴 파장에서 반사율이 높아지고, 약 590nm에서 반사율이 90%를 초과한다. 또한, 구리는, 약 600nm보다 긴 파장에서 반사율이 높아지고, 약 610nm에서 반사율이 90%를 초과한다. 이와 같이, 외부 반사층(4)의 재질은, 외부 광의 파장대에 따라서 적절히 선택할 수 있다.

그런데, 종래의 발광 다이오드에서는, 기재로서 GaAs, Si, Ge 기판을 사용한 경우에는, 광의 흡수가 크다는 문제가 있었다. 또한, 예를 들어 기재로서, 구리 합금계의 기판을 사용한 경우에는, 적색의 발광에 대한 반사율은 높지만, 청색, 녹색의 발광에 대하여 광 흡수가 크다는 문제가 있었다. 이에 대해 본 실시 형태의 발광 다이오드(1)에서는, 기판(3)으로서 Si나 Ge 기판, 구리 합금계의 기판을 사용한 경우에도, 외부 반사층(4)의 재질을 외부 광의 파장 영역에 맞춰서 적절히 선택할 수 있기 때문에, 기판(3)의 측면에서의 외부 광의 흡수를 저감할 수 있다.

또한, 외부 반사층(4)의 재질에 따라서는, 외부 반사층(4)의 표면을 안정화시키기 위해서 안정화층(도시 생략)을 설치하는 것이 바람직하다. 상기 안정화층으로는, 예를 들어 외부 반사층(4)의 표면에 처리를 실시해도 좋고 보호막을 형성해도 좋다. 보다 구체적으로는, 외부 반사층(4)으로서 은을 사용한 경우, 은이 공기 중에서 황화 은이 되어 흑색화된다. 이 때문에, 외부 반사층(4)의 표면을 방청용의 약품으로 처리함으로써 안정화층을 형성할 수 있다.

또한, 외부 반사층(4)의 재질로는 비금속도 적용하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 예를 들어 백색의 알루미나, AlN, 수지, 이들의 혼합물 등을 발광 광의 파장 영역에 맞춰서 적절히 선택할 수 있다. 또한, 외부 반사층(4)의 재질로서 비금속을 선택하는 경우는, 외부 반사층(4)의 형성에 연구가 필요해지는 경우가 있다.

금속 접속층(5)은, 도 1(b)에 도시한 바와 같이, 화합물 반도체층(2)과 기판(3)의 사이에 설치되어 있으며, 고휘도화, 도통성, 실장 공정의 안정화가 가능한 적층 구조를 갖고 있다. 구체적으로는, 금속 접속층(5)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 화합물 반도체층(2)의 저면측으로부터, 적어도 내부 반사층(12), 배리어층(13), 접속층(14)이 적층되어 개략 구성되어 있다.

내부 반사층(12)은, 발광 다이오드(1)의 고휘도화를 목적으로 하여, 주로 발광부(8)로부터 기판(3)측에 방출된 광을 반사해서 효율적으로 외부에 취출하기 위해 설치되어 있다. 상기 내부 반사층(12)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 반사막(12a)과 투명 도전막(12b)으로 이루어지는 반사율이 높은 반사 구조를 갖고 있는 것이 바람직하다.

반사막(12a)으로서 반사율이 높은 금속을 적용할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어 은, 금, 알루미늄, 백금 및 이들 금속의 합금을 들 수 있다.

투명 도전막(12b)은, 기판(3)과 반사막(12a)의 사이에 설치되어 있다. 상기 투명 도전막(12b)은, 기판(3)이 반도체 기판인 경우에, 반사막(12a)을 구성하는 금속과 기판(3)을 구성하는 반도체 기판 사이의 확산·반응을 방지할 수 있다. 이로 인해, 내부 반사층(12)의 반사율의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 투명 도전막(12b)으로는, 예를 들어 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO) 등을 사용하는 것이 바람직하다.

배리어층(13)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 내부 반사층(12)과 접속층(14)의 사이에 설치되어 있다. 상기 배리어층(13)은, 내부 반사층(12)을 구성하는 금속과 접속층(14)을 구성하는 금속이 서로 확산하는 것을 억제하여 내부 반사층(12)의 반사율의 저하를 방지하는 기능을 갖고 있다. 배리어층(13)으로는, 예를 들어 텅스텐, 몰리브덴, 티타늄, 백금, 크롬, 탄탈 등의 공지의 고융점 금속을 적용할 수 있다.

접속층(14)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 기판(3)과 대향하는 측에 설치되어 있다. 상기 접속층(14)으로는, 전기 저항이 낮고, 저온에서 접속할 수 있는 재질, 즉, 저융점의 금속으로 이루어지는 층(저융점 금속층)(14a)으로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 상기 저융점 금속층(14a)으로는, In, Sn 메탈 및 공지의 땜납 재료를 적용하는 것이 가능하지만, 화학적으로 안정하고, 융점이 낮은 Au계의 공정(共晶) 금속 재료를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 Au계의 공정 금속 재료로는, 예를 들어 AuSn, AuGe, AuSi 등을 들 수 있다. 또한, 저융점 금속층(14a)으로서 Au계의 공정 금속 재료를 사용하는 경우에는, 저융점 금속층(14a)의 전후로 Au층(14b)을 형성하는 것이 바람직하다. 이렇게 Au층(14b)을 형성함으로써, 용융 후에 조성이 바뀜으로써 융점이 높아져 실장 공정에서의 내열성을 향상시킬 수 있다.

제1 전극(6)은, 화합물 반도체층(2)의 상면에 설치된 저(低)저항의 오믹 접촉 전극이다. 한편, 제2 전극(7)은, 기판(3)의 저면에 설치된 저저항의 오믹 접촉 전극이다. 본 실시 형태에서는, 제1 전극(6)의 극성이 n형이면서 제2 전극(7)의 극성이 p형이거나, 제1 전극(6)의 극성이 p형이면서 제2 전극(7)의 극성이 n형 어느 쪽이어도 좋다.

제1 전극(6)이, 예를 들어 n형 오믹 전극인 경우에는, 예를 들어 AuGe, AuSi 등을 사용해서 형성할 수 있다. 한편, 제2 전극이 예를 들어 p형 오믹 전극인 경우에는, 예를 들어 AuBe, AuZn 등을 사용해서 형성할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 전극(6, 7)의 표면 재질에는, 와이어 본딩에 의한 실장에 대응하기 위해서 금을 사용하는 것이 일반적이다. 또한, 발광부(8)에 전류를 균일하게 확산시키기 위해서, 발광부(8)에 대해 제1 전극(6)의 형상이나 배치를 연구하는 것이 바람직하다. 제1 전극(6)의 형상이나 배치에 대해서는 특별히 제약은 없으며, 공지의 기술을 적용할 수 있다.

<발광 다이오드의 제조 방법>

다음으로, 본 실시 형태의 발광 다이오드(1)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 본 실시 형태의 발광 다이오드(1)의 제조 방법은, 반도체 기판 상에 발광층을 갖는 발광부를 포함하는 화합물 반도체층을 형성하는 공정과, 상기 기판의 측면에 외부 반사층을 형성하는 공정을 적어도 구비하고 있다. 또한, 고휘도인 기판을 접합하는 발광 다이오드의 경우, 상기 화합물 반도체층과 기판을 접합하는 공정과, 상기 반도체 기판을 제거하는 공정을 추가한다.

(화합물 반도체층의 형성 공정)

우선, 도 3에 도시한 바와 같이, 화합물 반도체층(2)을 제작한다. 화합물 반도체층(2)은, 예를 들어 GaAs 단결정 등으로 이루어지는 반도체 기판(15) 상에 Si를 도프한 n형의 GaAs로 이루어지는 완충층(16), 에칭 스톱층(도시 생략), Si를 도프한 n형의 AlGaInP로 이루어지는 콘택트층(17), n형의 상부 클래드층(11), 발광층(9), p형의 하부 클래드층(10), Mg 도프한 p형 GaP층(18)을 순차 적층해서 제작한다. 여기서, 완충층(buffer)(16)은, 반도체 기판(15)과 발광부(8)의 구성층과의 격자 미스 매치를 완화하기 위해서 설치되어 있다. 또한, 에칭 스톱층은, 선택 에칭에 이용하기 위해서 설치되어 있다.

구체적으로는, 상기의 화합물 반도체층(2)을 구성하는 각 층은, 예를 들어 트리메틸알루미늄[(CH₃)₃Al], 트리메틸갈륨[(CH₃)₃Ga] 및 트리메틸인듐[(CH₃)₃In]을 Ⅲ족 구성 원소의 원료로서 사용한 감압 유기 금속 화학 기상 퇴적법(MOCVD법)에 의해 GaAs로 이루어지는 반도체 기판(15) 상에 에피택셜 성장시켜서 적층할 수 있다. Mg의 도핑 원료로는, 예를 들어 비스시클로펜타디에닐 마그네슘(bis-(C₅H₅)₂Mg) 등을 사용할 수 있다. 또한, Si의 도핑 원료로는, 예를 들어 디실란(Si₂H₆) 등을 사용할 수 있다. 또한, V족 구성 원소의 원료로는, 포스핀(PH₃) 또는 아르신(AsH₃) 등을 사용할 수 있다. 또한, 각 층의 성장 온도로는, p형 GaP층(18)에는 750℃를 적용할 수 있고, 그 밖의 각 층에서는 730℃를 적용할 수 있다. 또한, 각 층의 캐리어 농도 및 층 두께는 적절히 선택할 수 있다.

(기판의 접합 공정)

다음으로, 화합물 반도체층(2)과 기판(3)을 접합한다. 화합물 반도체층(2)과 기판(3)의 접합은, 우선 화합물 반도체층(2)을 구성하는 p형 GaP층(18)의 표면을 연마하여 경면 가공한다.

다음으로, 도 4에 도시한 바와 같이, p형 GaP층(18)의 경면 가공한 표면에 오믹 전극을 형성한다. 구체적으로는, 예를 들어 AuBe/Au를 임의의 두께가 되도록 진공 증착법에 의해 적층한다. 그 후, 일반적인 포토리소그래피 수단을 이용해서 패터닝을 행하여 원하는 형상으로 한다. 다음으로, 금속 접속층(5)을 형성한다. 금속 접속층(5)의 형성은, 구체적으로는, 예를 들어 p형 GaP층(18)의 경면 가공한 표면에, 스퍼터법에 의해 투명 도전막(12b)인 ITO막을 0.1μm 성막한 후에, 반사막(12a)인 은 합금막을 0.1μm을 성막해서 내부 반사층(12)을 형성한다. 다음으로, 상기 내부 반사층(12) 상에 배리어층(13)으로서 예를 들어 텅스텐을 0.1μm 성막한다. 다음으로, 상기 배리어층(13) 상에 Au층(14b)을 0.5μm, 저융점 금속층(14a)인 AuSn(공정:융점 283℃)을 1μm, Au를 0.1μm 순차 성막해서 접속층(14)을 형성한다.

다음으로, p형 GaP층(18)의 경면 연마한 표면에 부착하는 기판(3)을 준비한다. 기판(3)으로서, 예를 들어 발광부(8)와 열팽창 계수가 동등한 Ge 기판을 사용한다. 상기 기판(3)의 표면에는, 예를 들어 백금을 0.1μm, 금을 0.5μm의 두께로 성막한다. 다음으로, 일반적인 반도체 재료 부착 장치에, 화합물 반도체층(2)과 기판(3)을 반입해서 장치 내를 진공으로 배기한다. 그 후, 진공을 유지한 부착 장치 내에서 양쪽의 표면을 중첩하고, 가열해서 하중을 가함으로써 접합할 수 있다(도 4 참조).

또한, 화합물 반도체층(2)과 기판(3)의 접속 방법은, 상술한 금속 접속층(5)을 사용한 방법에 제한되는 것이 아니라, 확산 접합, 접착제, 상온 접합 방법 등 공지의 기술을 이용할 수 있으며, 접합 방법의 적합한 구조를 적절히 선택할 수 있다.

(반도체 기판의 제거 공정)

다음으로, 기판(3)과 접합한 화합물 반도체층(2)으로부터, GaAs로 이루어지는 반도체 기판(15) 및 완충층(16)을 암모니아계 에천트에 의해 선택적으로 제거한다.

(제1 및 제2 전극의 형성 공정)

다음으로, 제1 전극(6)을 형성한다. 제1 전극(6)의 형성은, 노출된 콘택트층(17)의 표면에 n형 오믹 전극을 형성한다. 구체적으로는, 예를 들어 AuGe, Ni 합금/Pt/Au를 임의의 두께가 되도록 진공 증착법에 의해 적층한 후, 일반적인 포토리소그래피 수단에 의해 패터닝을 행하여, 제1 전극(6)을 임의의 형상으로 형성한다.

다음으로, 제2 전극(7)을 형성한다. 제2 전극(7)의 형성은, 기판(3)의 저면에 오믹 전극을 형성한다. 구체적으로는, 예를 들어 백금을 0.1μm, 금을 0.5μm의 두께로 성막한다. 그 후, 예를 들어 450℃, 3분간의 조건으로 열처리를 행하여 합금화함으로써, 저저항의 n형 및 p형 오믹 전극을 각각 형성할 수 있다.

(절단 공정)

다음으로, 발광 다이오드(1)를 칩 형상으로 절단한다. 구체적으로는, 우선 칩으로 절단하기 전에, 절단 영역의 발광부(8)를 에칭에 의해 제거한다. 다음으로, 발광부(8) 상에 산화규소 등의 보호막을 형성한다. 상기 보호막은, 다음 공정 이후의 취급을 용이하게 하기 때문에 설치하는 것이 바람직하다. 그 후, 기판과 접속층을 레이저로 0.7mm 피치로 절단한다.

(외부 반사층 형성 공정)

다음으로, 기판(3)의 측면에 외부 반사층(4)을 형성한다. 외부 반사층(4)의 형성 방법은 특별히 한정되는 것이 아니라, 공지의 인쇄 방법, 도포 방법, 도금 방법을 사용할 수 있는데, 균일하면서도 간편하게 금속 피막을 형성하는 것이 가능한 도금 방법이 특히 바람직하다. 외부 반사층(4)의 형성에 도금 방법을 사용하는 경우는, 구체적으로는, 우선 발광부(8)의 표면을 도금액에 내성이 있는 점착 시트 등으로 보호한 후, 예를 들어 은 도금을 행한다. 이로 인해, 기판(3)의 측면 및 저면에, 반사 재료인 은으로 이루어지는 외부 반사층(4)을 형성할 수 있다. 또한, 은으로 이루어지는 반사막은, 가시광(청, 녹, 적)에 대해 95% 이상의 반사율을 갖는다.

이상과 같이 하여, 본 실시 형태의 발광 다이오드(1)를 제조할 수 있다.

<발광 다이오드 램프>

다음으로, 본 발명을 적용한 일 실시 형태인 발광 다이오드 램프의 구성에 대해서 설명한다. 도 5(a) 및 도 5(b)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 발광 다이오드 램프(21)는, 마운트 기판(22)의 표면에 3개의 발광 다이오드(1, 31, 32)가 탑재되어 개략 구성되어 있다. 보다 구체적으로는, 발광 다이오드(1)는, 상술한 바와 같이 GaAs 기판을 사용한 AlGaInP 발광부(8)를 갖는 적색 발광의 다이오드이며, 발광 다이오드(31, 32)는, 사파이어 기판을 사용한 GaInN 발광층을 갖는 청색 및 녹색 발광의 다이오드이다. 또한, 발광 다이오드(1)의 칩 높이가 약 180μm인 것에 반해, 발광 다이오드(31, 32)는 약 80μm이다.

또한, 마운트 기판(22)의 표면에는, 복수의 n 전극 단자(23) 및 p 전극 단자(24)가 설치되어 있고, 발광 다이오드(1)는, 마운트 기판(22)의 p 전극 단자(24) 상에 은(Ag) 페이스트로 고정, 지지(마운트)되어 있다. 그리고, 발광 다이오드(1)의 제1 전극(6)과 마운트 기판(22)의 n 전극 단자(23)가 금선(25)을 사용해서 접속되어 있다(와이어 본딩). 마찬가지로, 발광 다이오드(31, 32)는, p 전극 단자(24) 상에 은(Ag) 페이스트로 고정, 지지(마운트)되어 있고, 도시를 생략한 제1 및 제2 전극이 금선(25)에 의해 n 전극 단자(23) 및 p 전극 단자(24)에 각각 접속되어 있다. 그리고, 마운트 기판(22)의 표면이며, 이들 발광 다이오드(1, 31, 32)의 주위를 덮도록 반사 벽(26)이 설치되어 있고, 상기 반사 벽(26)의 내측 공간은 에폭시 수지 등의 일반적인 밀봉재(27)에 의해 밀봉되어 있다. 이와 같이 하여, 본 실시 형태의 발광 다이오드 램프(21)는, 적·청·녹색의 발광 다이오드가 동일한 패키지 내에 조립된 구성(3 in 1 패키지)으로 되어 있다.

이상과 같은 구성을 갖는 발광 다이오드 램프(21)에 대하여, 적색의 발광 다이오드(1)와 청색 및 녹색 발광의 다이오드(31, 32)를 동시에 발광시킨 경우에 대해서 설명한다.

(내부 발광의 경우와 외부 광의 반사)

도 5(b)에 도시한 바와 같이, 각 발광 다이오드(1, 31, 32)의 발광부로부터의 상측에 대한 발광은, 주된 광 취출면으로부터의 발광이다. 따라서, 발광 다이오드 램프(21)의 외측으로 직접 취출할 수 있다. 또한, 각 발광 다이오드(1, 31, 32)의 발광부로부터의 하측에 대한 발광은, 발광 다이오드 램프(21)의 외측으로는 직접 취출할 수 없다.

여기서, 발광 다이오드(1)는, 화합물 반도체층(2)과 기판(3)의 사이에 금속 접속층(5)을 구성하는 내부 반사층(12)이 설치되어 있다. 이로 인해, 발광 다이오드(1)의 내부 광을 내부 반사층(12)이 반사하기 때문에, 발광부(8)로부터의 발광을 기판(3)이 흡수하지 않아, 발광 다이오드 램프(21)의 외측으로 효율적으로 취출할 수 있다. 따라서, 고휘도의 발광 다이오드(1) 및 발광 다이오드 램프(21)를 제공할 수 있다.

또한, 각 발광 다이오드(1, 31, 32)의 발광부로부터의 주위 방향에 대한 발광은, 발광 다이오드 램프(21)의 외측으로 직접 취출할 수 없다. 여기서, 발광 다이오드 램프(21)는, 마운트 기판(22)의 표면에 반사 벽(26)이 설치되어 있다. 이로 인해, 각 발광 다이오드로부터 주위 방향에 대한 발광은, 상기 반사 벽(26)에 의해 상측으로 반사할 수 있다. 따라서, 발광 다이오드 램프(21)의 광 취출 효율을 향상시킬 수 있다.

그런데, 종래의 발광 다이오드에서는, 화합물 반도체층과 접속된 기판의 측면에 외부 반사층이 설치되어 있지 않았다. 이 때문에, 각 발광 다이오드의 발광부로부터 주위 방향에 대한 발광은, 마운트 기판(22)에 설치된 반사 벽(26)에서 반사하는 광 이외에, 인접하는 발광 다이오드의 기판 측면에 조사되는 경우에, 이 기판 측면에서 반사되지 않고 흡수되는 경우가 있었다. 따라서, 패키지 전체의 발광 효율이 저하한다는 과제가 있었다.

이에 반해, 본 실시 형태의 발광 다이오드 램프(21)는, 발광 다이오드가 2 이상 탑재되어 있고, 화합물 반도체층(2)과 접속된 기판(3)의 측면에 외부 반사층(4)이 설치된 발광 다이오드(1)가 적어도 1 이상 탑재된 구성을 갖고 있다. 이 때문에, 인접하는 발광 다이오드(31, 32)로부터 주위 방향으로의 발광이, 발광 다이오드(1)의 기판(3)의 측면에 조사된 경우에도 흡수되지 않고 외부 반사층(4)에 의해 반사되게 된다. 이와 같이, 기판(3)보다도 반사율이 높은 외부 반사층(4)이 설치된 발광 다이오드(1)를 패키지 내에 갖고 있기 때문에, 패키지 내에서 LED칩으로부터의 발광의 손실을 저감할 수 있다. 따라서, 패키지로부터의 광 취출 효율을 향상할 수 있는 고휘도의 발광 다이오드 램프(21)를 제공할 수 있다.

본 실시 형태의 발광 다이오드 램프(21)에서는, 탑재된 발광 다이오드의 발광 파장이 서로 다른 구성을 갖고 있지만, 탑재된 발광 다이오드의 발광 파장이 모두 동일해도 좋다. 또한, 본 실시 형태의 발광 다이오드 램프(21)에서는, 탑재된 발광 다이오드의 칩 높이가 서로 다른 구성을 갖고 있지만, 탑재된 발광 다이오드의 칩 높이가 모두 동일해도 좋다.

실시예

이하, 본 발명의 효과를 실시예를 사용해서 구체적으로 설명한다. 또한, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것이 아니다.

<비교 시험 1>

본 비교 시험에서는, 본 발명에 관한 발광 다이오드 및 발광 다이오드 램프를 제작한 예를 구체적으로 설명한다. 또한, 본 실시예에서 제작한 발광 다이오드는, AlGaInP 발광부를 갖는 적색 발광 다이오드이다. 또한, 본 실시예에서는, 기판을 접합하는 발광 다이오드보다 간편한, GaAs 기판 상에 설치한 에피택셜 적층 구조체(화합물 반도체층)로 이루어지는 적색의 발광 다이오드를 제작하고, 또한 이들을 함유하는 발광 다이오드 램프의 경우를 예로 들어 본 발명의 효과를 구체적으로 설명한다.

(발광 다이오드의 제작)

제1 실시예 및 제1 비교예의 적색의 발광 다이오드는, 우선 Si를 도프한 n형의 (100)면으로부터 15°기울어진 면을 갖는 GaAs 단결정으로 이루어지는 반도체 기판 상에 순차 적층한 반도체층을 구비한 에피택셜 웨이퍼를 사용해서 제작했다. 적층한 반도체층이란, Si를 도프한 n형의 GaAs로 이루어지는 완충층, Si를 도프한 n형의 (Al_{0 .5}Ga_{0 .5})_0.5In_{0 .5}P로 이루어지는 층(기판을 접합하는 사례의 경우에는 콘택트층이 된다), Si를 도프한 n형의 (Al_{0 .7}Ga_{0 .3})_0.5In_{0 .5}P로 이루어지는 상부 클래드층, 언도프의 (Al_{0 .2}Ga_{0 .8})_0.5In_{0 .5}P/Al_{0 .7}Ga_{0 .3})_0.5In_{0 .5}P의 20쌍으로 이루어지는 발광층 및 Mg를 도프한 p형의 (Al_{0 .7}Ga_{0 .3})_0.5In_{0 .5}P로 이루어지는 하부 클래드층 및 박막 (Al_0.5Ga_0.5)_0.5In_0.5P로 이루어지는 중간층, Mg 도프한 p형 GaP층이다.

상기의 반도체층의 각 층은, 트리메틸알루미늄[(CH₃)₃Al], 트리메틸갈륨[(CH₃)₃Ga] 및 트리메틸인듐[(CH₃)₃In]을 Ⅲ족 구성 원소의 원료에 사용한 감압 유기 금속 화학 기상 퇴적법(MOCVD법)에 의해 GaAs 기판 상에 적층하여 에피택셜 웨이퍼를 형성했다. Mg의 도핑 원료에는 비스시클로펜타디에닐 마그네슘[bis-(C₅H₅)₂Mg]을 사용했다. Si의 도핑 원료에는 디실란(Si₂H₆)을 사용했다. 또한, V족 구성 원소의 원료로는 포스핀(PH₃) 또는 아르신(AsH₃)을 사용했다. GaP층은 750℃에서 성장시키고, 그 밖의 반도체층은 730℃에서 성장시켰다.

GaAs 완충층의 캐리어 농도는 약 2×10¹⁸cm^-3, 또한 층 두께는 약 0.2μm로 했다. (Al_{0 .5}Ga_{0 .5})_0.5In_{0 .5}P로 이루어지는 층은, 캐리어 농도는 약 2×10¹⁸cm^-3, 층 두께는 약 1.5μm로 했다. 상부 클래드층의 캐리어 농도는 약 8×10¹⁷cm^-3, 또한 층 두께는 약 1μm로 했다. 발광층은, 언도프의 0.8μm로 했다. 하부 클래드층의 캐리어 농도는 약 2×10¹⁷cm^-3로 하고, 또한 층 두께는 1μm로 했다. p형 GaP층의 캐리어 농도는 약 3×10¹⁸cm^-3로 하고 층 두께는 3μm로 했다.

다음으로, 제2 전극으로서, 기판의 저면에, AuGe(Ge 질량비 12%) 합금을 두께가 0.15μm, Ni 합금을 두께가 0.05μm, Au를 1μm가 되도록 진공 증착법에 의해 n형 오믹 전극을 형성했다. 그 후, 일반적인 포토리소그래피 수단을 이용해서 패터닝을 실시하여, n형 오믹 전극의 형상을 형성했다.

다음으로, 제1 전극으로서, GaP 표면에, AuBe를 0.2μm, Au를 1μm가 되도록 진공 증착법으로 p형 오믹 전극을 형성했다. 그 후, 450℃에서 3분간 열처리를 행해서 합금화하여, 저저항의 p형 및 n형 오믹 전극을 형성했다.

다음으로, 칩으로 절단하기 전에, 절단 영역의 발광부를 에칭으로 제거했다. 또한, 절단 영역 및 전극 이외의 발광부에 산화규소의 보호막을 형성했다. 그 후, 기판을 다이싱 소로 0.3mm 피치로 절단했다. 그 후, 발광부의 표면을 점착 시트로 보호하여 에칭한 후, Ni 도금을 0.5μm 형성했다. 그 후, 은 도금을 0.2μm 형성하여 기판의 측면과 이면에 외부 반사층을 형성했다. 이와 같이 하여, 칩 높이가 250μm인, 제1 실시예에 사용하는 적색의 발광 다이오드 칩(이하, LED칩이라 기재함)을 제작했다. 또한, Ag 반사막은, 가시광(청, 녹, 적)에 대해 95% 이상의 반사율이었다.

이에 반해, 제1 비교예에 사용하는 적색의 LED칩에는, 기판의 측면과 이면에 외부 반사층을 형성하지 않았다.

(발광 다이오드 램프의 제작)

상기한 바와 같이 해서 제작한 제1 실시예 및 제1 비교예에 사용하는 적색의 LED칩을 사용하여, 도 5에 도시한 바와 같은 풀 컬러용의 LED 램프(발광 다이오드 램프)의 조립을 각각 행하였다(제1 실시예 및 제1 비교예의 LED 램프). 또한, 모든 LED 램프에서, 청색 및 녹색의 LED칩은, 사파이어 기판을 사용한 GaInN 발광층을 구비하고 있으며, 칩 높이를 약 80μm로 했다. 또한, 청색 및 녹색의 LED칩에는, 본 발명의 외부 반사층은 설치하지 않았다.

(발광 특성의 평가 결과)

제1 실시예 및 제1 비교예의 LED 램프에 있어서, 청, 녹, 적의 LED를 1개씩 발광시켜서 각 색의 발광 특성의 평가를 행했다. 표 1에 발광 특성의 평가 결과를 나타낸다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 적색의 LED칩의 측면에 외부 반사층을 형성하지 않은 제1 비교예의 LED 램프에 대하여, 제1 실시예의 LED 램프에서는, 청·녹·적의 각 색에 대하여 모두 광도가 향상하는 것을 확인했다. 특히, 외부 반사층을 설치한 적색의 LED칩에 인접하는 동시에, 적색의 LED칩 높이보다 낮은 청색, 녹색의 LED칩에 대하여 광도의 향상율이 큰 것을 확인했다.

<비교 시험 2>

비교 시험 2와 비교 시험 1의 차이점은, 제2 실시예 및 제2 비교예에 사용하는 LED칩 발광부의 발광 파장이 612nm인 주황색으로 한 점과, 제2 실시예에 사용하는 LED칩에 형성하는 반사막의 재질을 금(Au)으로 한 점이다. 또한, 제2 실시예 및 제2 비교예의 LED 램프는, 동일한 발광 파장 및 동일한 칩 높이의 LED칩 3개를 동일한 패키지로 했다(도 6을 참조). 또한, LED칩 및 LED 램프의 그 밖의 구조에 대해서는, 비교 시험 1의 제1 실시예 및 제1 비교예에서 사용한 LED칩 및 LED 램프와 동일하게 했다.

(발광 다이오드의 제작)

제2 실시예 및 제2 비교예에 사용하는 주황색의 LED칩에는, 기판으로서 단결정 실리콘 기판을 사용하고, 기판 표면과 이면에 각각 오믹 전극을 형성했다. 또한, 단결정 실리콘 기판의 두께는 120μm로 했다.

기판의 절단은 다이싱 소로 0.25mm 크기로 절단했다. 표면 발광부를 보호한 후, 절단에 의한 파쇄층을 에칭 제거하고, 기판의 측면 및 이면에 Ni 도금을 0.2μm 형성한 후, Au 도금을 0.3μm 형성해서 외부 반사층을 형성했다. 또한, Au 반사막은, 파장 612nm에 대하여 94%의 반사율이었다.

이에 반해, 제2 비교예에 사용하는 주황색의 LED칩에는, 기판의 측면과 이면에 외부 반사층을 형성하지 않았다.

(발광 다이오드 램프의 제작)

상기한 바와 같이 해서 제작한 제2 실시예 및 제2 비교예에 사용하는 주황색의 LED칩을 3개 사용하여, 도 6(a) 및 도 6(b)에 도시한 바와 같은 단색의 LED 램프(발광 다이오드 램프)의 조립을 각각 행하였다(제2 실시예 및 제2 비교예의 LED 램프).

(발광 특성의 평가 결과)

제2 실시예 및 제2 비교예의 LED 램프에 있어서, 3개의 LED를 1개씩 발광시켜서 각 LED칩의 발광 특성의 평가를 행했다. 표 2에 발광 특성의 평가 결과를 나타낸다.

표 2에 나타낸 바와 같이, 각 LED칩에 20mA의 전류를 흘렸을 때, 주황색의 LED칩의 측면에 외부 반사층을 형성하지 않은 제2 비교예의 LED 램프에 대하여, 제2 실시예의 LED 램프에서는, 탑재된 3개의 LED칩 모두에서, 모두 광도가 4 내지 6% 향상했다. 즉, Au는 주황색에 대한 반사율이 높은 재료이기 때문에, 패키지 내의 광의 흡수를 저감시켜서 고휘도화가 가능해짐을 확인했다.

<비교 시험 3>

비교 시험 3과 비교 시험 2의 차이점은, 제3 실시예 및 제3 비교예에 사용하는 LED칩 발광부의 발광 파장이 630nm인 적색으로 한 점과, 제3 실시예에 사용하는 LED칩에 형성하는 반사막의 재질을 구리(Cu)로 한 점이다. 또한, LED칩 및 LED 램프의 그 밖의 구조에 대해서는, 비교 시험 2의 제2 실시예 및 제2 비교예에서 사용한 LED칩 및 LED 램프와 동일하게 했다.

(발광 다이오드의 제작)

제3 실시예에 사용하는 적색의 LED칩에 대하여, 기판의 측면 및 이면에 Ni 도금을 0.2μm 형성한 후, Cu 도금을 0.5μm 형성해서 외부 반사층을 형성했다. 또한, Cu 반사막은, 파장 630nm에 대하여 96%의 반사율이었다.

이에 반해, 제3 비교예에 사용하는 적색의 LED칩에는, 기판의 측면과 이면에 외부 반사층을 형성하지 않았다.

(발광 다이오드 램프의 제작)

상기한 바와 같이 해서 제작한 제3 실시예 및 제3 비교예에 사용하는 적색의 LED칩을 3개 사용하여, 도 6(a) 및 도 6(b)에 도시한 바와 같은 단색의 LED 램프(발광 다이오드 램프)의 조립을 각각 행하였다(제3 실시예 및 제3 비교예의 LED 램프).

(발광 특성의 평가 결과)

제3 실시예 및 제3 비교예의 LED 램프에 있어서, 3개의 LED를 1개씩 발광시켜서 각 LED 칩의 발광 특성의 평가를 행하였다. 표 3에 발광 특성의 평가 결과를 나타낸다.

표 3에 나타낸 바와 같이, 각 LED칩에 20mA의 전류를 흘렸을 때, LED칩의 측면에 외부 반사층을 형성하지 않은 제3 비교예의 LED 램프에 대하여, 제3 실시예의 LED 램프에서는, 탑재된 3개의 LED칩 모두에서, 모두 광도가 4 내지 6% 향상했다. 즉, Cu는, 적색에 대한 반사율이 높은 재료이기 때문에, 패키지 내의 광의 흡수를 저감시켜서 고휘도화가 가능해짐을 확인했다.

본 발명의 발광 다이오드는, 패키지 내의 광 흡수를 저감시켜, 종래에 없는 고휘도이며 고효율의 발광 다이오드로서, 각종 표시 램프, 조명 기구 등에 이용할 수 있다.

1, 31, 32 : 발광 다이오드 2 : 화합물 반도체층
3 : 기판 4 : 외부 반사층
5 : 금속 접속층 6 : 제1 전극
7 : 제2 전극 8 : 발광부
9 : 발광층 10 : 하부 클래드층
11 : 상부 클래드층 12 : 내부 반사층
12a : 반사막 12b : 투명 도전막
13 : 배리어층 14 : 접속층
14a : 저융점 금속층 14b : Au층
15 : 반도체 기판 16 : 완충층
17 : 콘택트층 18 : p형 GaP층
21 : 발광 다이오드 램프 22 : 마운트 기판
23 : n 전극 단자 24 : p 전극 단자
25 : 금선 26 : 반사 벽
27 : 밀봉재

Claims (13)

1. 발광 다이오드가 2개 이상 탑재되어 있는 발광 다이오드 램프이며,
   발광층을 갖는 발광부를 포함하는 화합물 반도체층과 기판을 구비하고,
   상기 기판의 측면에는, 당해 기판보다도 반사율이 높은 외부 반사층이 설치되어 있는 발광 다이오드가 적어도 1개 이상 탑재되고,
   상기 외부 반사층이 설치되어 있는 발광 다이오드의 칩 높이가, 외부 반사층이 설치되어 있지않은 발광 다이오드의 칩 높이보다 더 높은 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 램프.
2. 제1항에 있어서, 상기 화합물 반도체층과 상기 기판이 접합되어 있고, 상기 기판이, Si, Ge, 금속, 세라믹, GaP 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 램프.
3. 제1항에 있어서, 상기 외부 반사층이, 외부 광의 파장대에서 반사율 90% 이상인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 램프.
4. 제1항에 있어서, 상기 외부 반사층이, 은, 금, 구리, 알루미늄 중 적어도 하나를 포함하는 금속으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 램프.
5. 제1항에 있어서, 상기 외부 반사층의 표면에 안정화층이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 램프.
6. 제1항에 있어서, 상기 화합물 반도체층과 상기 기판 사이에 내부 반사층이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 램프.
7. 제1항에 있어서, 상기 외부 반사층이, 도금법에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 램프.
8. 제1항에 있어서, 상기 발광층이, AlGaInP 또는 AlGaAs층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 램프.
9. 반도체 기판 상에 발광층을 갖는 발광부를 포함하는 화합물 반도체층을 형성하는 공정과,
   상기 화합물 반도체층과 기판을 접합하는 공정과,
   상기 반도체 기판을 제거하는 공정과,
   상기 기판의 측면에 외부 반사층을 형성하여 발광 다이오드를 제조하는 공정과,
   상기 발광 다이오드를 적어도 1개 이상 탑재하는, 발광 다이오드를 2개 이상 탑재하는 발광 다이오드 램프에 있어서, 상기 외부 반사층이 설치되어 있는 발광 다이오드의 칩 높이가, 외부 반사층이 설치되어 있지않은 발광 다이오드의 칩 높이보다 더 높은 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 램프를 제조하는 공정
   을 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 램프의 제조 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 기판의 측면에 외부 반사층을 형성하여 발광 다이오드를 제조하는 공정이, 도금 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 램프의 제조 방법.
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12. 제1항에 있어서, 탑재된 발광 다이오드의 발광 파장이 서로 다른 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 램프.
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