KR101615564B1 - Manufacturing method for vertical-light emitting diode and vertical-light emitting diode - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수직형 발광다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 수직형 발광다이오드는 p-n접합 구조를 갖는 질화물 반도체를 기반으로 하며, p형 클래드층 상에 p형 클래드층과 굴절율이 상이하며 패턴 구조를 갖는 투명소재층을 형성한다. 투명소재층 상에는 p-전극으로서 반사 금속 전극층을 형성한다. 투명소재층에 입체적인 패턴을 형성한 후 p-전극을 증착함으로써 p-전극에 패턴이 형성된다. p-전극에 형성된 패턴에 의해 활성층에서 방출된 빛이 넓은 방사각으로 방출되며, 패턴된 형태와 물질의 굴절률에 따라 반사율을 향상시킨다.
본 발명에 따른 수직형 발광다이오드는 간단한 공정에 의해 제조되면서도, p-전극의 패턴에 의해 빛이 넓은 각도로 방출되어 높은 반사효율로 인해서 고효율의 수직형 발광다이오드를 제공할 수 있다.The present invention relates to a vertical type light emitting diode and a method of manufacturing the same. The vertical light emitting diode according to the present invention is based on a nitride semiconductor having a pn junction structure and forms a transparent material layer having a pattern structure different in refractive index from the p-type clad layer on the p-type clad layer. On the transparent material layer, a reflective metal electrode layer is formed as a p-electrode. A pattern is formed on the p-electrode by forming a three-dimensional pattern on the transparent material layer and then depositing the p-electrode. The light emitted from the active layer is emitted at a wide radiation angle by the pattern formed on the p-electrode, and the reflectance is improved according to the patterned shape and the refractive index of the material.
The vertical type light emitting diode according to the present invention is manufactured by a simple process, and the light is emitted at a wide angle by the pattern of the p-electrode, thereby providing a highly efficient vertical light emitting diode with high reflection efficiency.
Description
본 발명은 수직형 발광다이오드 제조 방법 및 수직형 발광다이오드에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 p-n접합 구조를 갖는 질화물 반도체 기반의 수직형 발광다이오드 제조 방법에 있어서, p형 클래드층 상에 p형 클래드층과 굴절율이 상이한 투명소재층을 형성하는 단계, 투명소재층 상에 패턴을 형성하는 단계, 패턴이 형성된 투명소재층 상에 p-전극으로서 반사 금속 전극층을 형성하는 단계를 포함하며, 투명전극층의 패턴 구조에 의해 p-전극에 패턴이 형성됨으로써 빛의 반사율을 높이고 넓은 방사각을 구현하는 수직형 발광다이오드 제조 방법 및 수직형 발광다이오드에 관한 것이다. The present invention relates to a vertical type light emitting diode manufacturing method and a vertical type light emitting diode, and more particularly, to a method of manufacturing a vertical type light emitting diode based on a nitride semiconductor having a pn junction structure, Forming a transparent material layer having a different refractive index from each other, forming a pattern on the transparent material layer, and forming a reflective metal electrode layer as a p-electrode on the transparent material layer having the pattern formed thereon, The present invention relates to a method of manufacturing a vertical type light emitting diode and a vertical type light emitting diode in which a pattern is formed on a p-electrode by a structure to increase a reflectance of light and realize a wide radiation angle.
LED는 반도체의 특성을 이용하여 전기적 신호를 빛으로 변환시키는 소자로서, 1962년 적색을 발광하는 LED가 개발된 이후로 사용되는 재료에 따라 적외선, 가시광선, 자외선 영역까지 다양한 발광색을 내는 LED가 개발되고 있다. 특히, 수직형 LED는 저비용으로 및 안전하게 자외선을 추출할 수 있어 다양한 분야에서 활용되고 있다.LEDs are devices that convert electrical signals into light using the characteristics of semiconductors. Since the development of LEDs that emit red light in 1962, LEDs have been developed that emit various colors of light ranging from infrared, visible, and ultraviolet . In particular, vertical LEDs are being used in various fields because they can extract ultraviolet rays safely and at low cost.
일반적으로 LED는 40% 이상의 변환 효율을 가지며, 나머지 에너지는 열에너지로 변환된다. 따라서 이러한 LED의 방열 문제를 해결하기 위하여 수직형 전극 구조를 갖는 LED를 많이 사용하고 있다. 한국등록특허 제10-0705225호에는 수직형 발광 소자의 제조방법에 대하여 개시되어 있다. 수직형 발광 소자는 발광 구조물과 한 쌍의 전극이 순차적으로 적층되어 구성된다. 하지만, 반사 전극으로 사용되는 p-전극은 표면이 평탄하여 빛이 주로 수직 방향으로만 반사되어 방사각이 좁다는 문제가 있다. Generally, LEDs have a conversion efficiency of 40% or more, and the remaining energy is converted into heat energy. Therefore, in order to solve the problem of heat dissipation of the LED, many LEDs having a vertical electrode structure are used. Korean Patent No. 10-0705225 discloses a method of manufacturing a vertical type light emitting device. The vertical light emitting device includes a light emitting structure and a pair of electrodes sequentially stacked. However, the p-electrode used as the reflective electrode has a problem that the surface is flat and the light is mainly reflected only in the vertical direction and the radiation angle is narrow.
이에 방출되는 빛의 방사각을 수평 방향으로 분산시켜 방사각을 넓히고, 광 추출 효율을 높일 수 있는 고효율의 수직형 LED의 개발이 필요하다.Therefore, it is necessary to develop a high efficiency vertical type LED capable of increasing the light extraction efficiency by dispersing the radiation angle of the emitted light in the horizontal direction to increase the radiation angle.
본 발명의 목적은 수직형 발광다이오드에서 방출되는 빛의 반사율과 방사각을 크게 하여 발광 효율이 높은 수직형 발광다이오드 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a vertical type light emitting diode having a high light emitting efficiency by increasing the reflectance and the radiation angle of light emitted from a vertical type light emitting diode and a method of manufacturing the same.
본 발명의 목적은 다양한 형상의 패턴으로 반사율을 향상시키고 방사각을 필요에 따라 조절할 수 있는 수직형 발광다이오드 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a vertical type light emitting diode capable of improving the reflectance with various patterns and adjusting the radiation angle as needed, and a method of manufacturing the same.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 수직형 발광다이오드 제조 방법은 p-n접합 구조를 갖는 질화물 반도체 기반의 수직형 발광다이오드 제조 방법에 있어서, p형 클래드층 상에 p형 클래드층과 굴절율이 상이한 투명소재층을 형성하는 단계, 투명소재층 상에 패턴을 형성하는 단계, 패턴이 형성된 투명소재층 상에 p-전극으로서 반사 금속 전극층을 형성하는 단계를 포함한다.In accordance with an aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a vertical type light emitting diode based on a nitride semiconductor having a pn junction structure, comprising the steps of: forming a p- Forming a transparent material layer having a different refractive index from the transparent material layer, forming a pattern on the transparent material layer, and forming a reflective metal electrode layer as a p-electrode on the transparent material layer having the pattern formed thereon.
본 발명의 다른 실시예에 따른 수직형 발광다이오드 제조 방법에서 투명소재층은 두께가 10nm 이상 15㎛ 이하가 되도록 형성된다.In the vertical type light emitting diode manufacturing method according to another embodiment of the present invention, the transparent material layer is formed to have a thickness of 10 nm or more and 15 m or less.
본 발명의 다른 실시예에 따른 수직형 발광다이오드 제조 방법에서 투명소재층은 p형 클래드층 상부 전면에 증착 형성되고, 투명소재층에 형성된 패턴 구조는 최소 두께와 최대 두께의 차가 10nm 이상 10㎛ 이하일 수 있다.In the vertical type light emitting diode manufacturing method according to another embodiment of the present invention, the transparent material layer is deposited on the entire upper surface of the p-type cladding layer, and the pattern structure formed on the transparent material layer has a difference between the minimum thickness and the maximum thickness of 10 nm or more and 10 m or less .
본 발명의 다른 실시예에 따른 수직형 발광다이오드 제조 방법에서 투명소재층은 p형 클래드층 상부에 부분적으로 증착 형성되고, 투명소재층에 형성된 패턴 구조의 두께는 10nm 이상 10㎛ 이하일 수 있다.In the method of manufacturing a vertical type light emitting diode according to another embodiment of the present invention, the transparent material layer is partially deposited on the p-type cladding layer, and the thickness of the pattern structure formed on the transparent material layer may be 10 nm or more and 10 m or less.
본 발명의 다른 실시예에 따른 수직형 발광다이오드 제조 방법에서 투명소재층은 ITO, ZnO, MgO, SnO, In2O3, Ga2O3, BeO, SiO2, Si3N4, CuO, Cu2O, WO3, TiO2, AgO, Ag2O, NiO의 금속 산화물 그룹 또는 AlN, InN, BN의 질화물 그룹 중 선택된 적어도 하나의 물질로 형성될 수 있다.In the method of fabricating a vertical type light emitting diode according to another embodiment of the present invention, the transparent material layer may include at least one of ITO, ZnO, MgO, SnO, In 2 O 3 , Ga 2 O 3 , BeO, SiO 2 , Si 3 N 4 , 2 O, WO 3 , TiO 2 , AgO, Ag 2 O, a metal oxide group of NiO, or a nitride group of AlN, InN, or BN.
본 발명의 다른 실시예에 따른 수직형 발광다이오드 제조 방법에서 투명소재층의 패턴 구조는 규칙적인 배열로 형성될 수 있다.In the vertical type light emitting diode manufacturing method according to another embodiment of the present invention, the pattern structure of the transparent material layer may be formed in a regular arrangement.
본 발명의 다른 실시예에 따른 수직형 발광다이오드 제조 방법에서 투명소재층의 패턴 구조는 원형 또는 다각형일 수 있다.In the vertical type light emitting diode manufacturing method according to another embodiment of the present invention, the pattern structure of the transparent material layer may be circular or polygonal.
본 발명의 다른 실시예에 따른 수직형 발광다이오드 제조 방법에서 투명소재층의 패턴 구조는 일자 또는 격자 형태일 수 있다.In the vertical type light emitting diode manufacturing method according to another embodiment of the present invention, the pattern structure of the transparent material layer may be in the form of a straight line or a lattice.
본 발명의 다른 실시예에 따른 수직형 발광다이오드 제조 방법에서 투명소재층의 패턴 구조는 적어도 2가지의 패턴 형태가 혼합된 불규칙적인 배열로 형성될 수 있다.In the vertical type light emitting diode manufacturing method according to another embodiment of the present invention, the pattern structure of the transparent material layer may be formed in an irregular arrangement in which at least two pattern shapes are mixed.
본 발명의 다른 실시예에 따른 수직형 발광다이오드 제조 방법에서 반사 금속 전극층은 Ag, Al, In, Ti, Ni, Cu, Cr, Au, Pd, W, Pt 중 적어도 하나의 금속으로 형성될 수 있다.The reflective metal electrode layer may be formed of at least one metal selected from the group consisting of Ag, Al, In, Ti, Ni, Cu, Cr, Au, Pd, W, and Pt in the method of manufacturing a vertical LED according to another embodiment of the present invention .
본 발명의 실시예에 따른 수직형 발광다이오드는 수직형 발광다이오드 제조 방법에 의해 제조될 수 있다.The vertical type light emitting diode according to the embodiment of the present invention can be manufactured by a vertical type light emitting diode manufacturing method.
본 발명의 수직형 발광다이오드 및 그 제조 방법은 p-전극 상에 패턴을 형성하여 빛의 반사율을 높이고 방출되는 빛의 방사각을 크게 하며, 굴절율의 차이로 인해서 빛의 반사가 증가하고 그로 인해서 발광다이오드의 발광 효율을 높일 수 있다.The vertical type light emitting diode and the method of manufacturing the same according to the present invention increase the reflectance of light and increase the radiation angle of emitted light by forming a pattern on the p-electrode, increase the reflection of light due to difference in refractive index, Emitting efficiency of the diode can be increased.
본 발명의 수직형 발광다이오드 및 그 제조 방법은 p-전극 상의 패턴을 다양한 형상으로 형성함으로써 방사각을 필요에 따라 조절할 수 있다.The vertical type light emitting diode and the method of manufacturing the same of the present invention can form a pattern on the p-electrode in various shapes to adjust the radiation angle as needed.
도 1의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 수직형 발광다이오드를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수직형 발광다이오드에서 빛이 방출되는 것을 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 도 3m은 본 발명의 실시예에 따른 수직형 발광다이오드에서 발광다이오드의 각 층을 형성하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 4의 (a) 및 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직형 발광다이오드에서 투명소재층의 패턴의 형상이 타원형일 때 이에 따른 p-전극의 형상을 나타내는 도면이다.
도 5의 (a) 및 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직형 발광다이오드에서 투명소재층의 패턴의 형상이 사각뿔형일 때 이에 따른 p-전극의 형상을 나타내는 도면이다.
도 6의 (a) 및 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직형 발광다이오드에서 투명소재층의 패턴의 형상이 사각뿔대형일 때 이에 따른 p-전극의 형상을 나타내는 도면이다.
도 7의 (a) 및 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직형 발광다이오드에서 투명소재층의 패턴의 형상이 일자형일 때 이에 따른 p-전극의 형상을 나타내는 도면이다.
도 8의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직형 발광다이오드에서 투명소재층의 다양한 패턴 형상을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직형 발광다이오드에서 투명소재층의 패턴의 형상이 불규칙적인 경우를 나타내는 도면이다.
도 10의 (a) 및 (b)는 본 발명에 실시예에 따른 투명소재층의 증착 형태를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직형 발광다이오드에서 투명소재층이 p형 클래드층 상에 부분적으로 증착된 것을 나타내는 도면이다.1 (a) and 1 (b) are schematic views showing a vertical type light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
2 is a view illustrating light emission in a vertical type light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
3A to 3M are views illustrating a process of forming each layer of a light emitting diode in a vertical type light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
4A and 4B are views showing the shape of a p-electrode according to another embodiment of the present invention when the shape of the transparent material layer is elliptical in the vertical type light emitting diode.
5A and 5B are views showing the shape of a p-electrode according to another embodiment of the present invention when the shape of a pattern of a transparent material layer is a quadrangular pyramid shape in a vertical type light emitting diode.
6 (a) and 6 (b) are views showing the shape of a p-electrode according to another embodiment of the present invention when the pattern of the transparent material layer in the vertical type light emitting diode has a quadrangular pyramid shape.
7A and 7B are views showing the shape of a p-electrode according to another embodiment of the present invention when the shape of the pattern of the transparent material layer is a straight shape.
8A to 8D are views showing various pattern shapes of a transparent material layer in a vertical type light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
9 is a view showing a case where the shape of the pattern of the transparent material layer in the vertical type light emitting diode according to another embodiment of the present invention is irregular.
10 (a) and 10 (b) are views showing a deposition form of a transparent material layer according to an embodiment of the present invention.
11 is a view showing that a transparent material layer is partially deposited on a p-type cladding layer in a vertical type light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Note that, in the drawings, the same components are denoted by the same reference symbols as possible. Further, the detailed description of known functions and configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted. For the same reason, some of the components in the drawings are exaggerated, omitted, or schematically illustrated.
도 1의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 수직형 발광다이오드를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수직형 발광다이오드에서 빛이 방출되는 것을 나타내는 도면이다. FIG. 1 is a schematic view of a vertical type light emitting diode according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of a vertical type light emitting diode according to an embodiment of the present invention. FIG.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수직형 발광다이오드(1000)는 캐리어(1100), p-전극(1200), 투명소재층(1300), p형 클래드층(1400), 활성층(1500), n형 클래드층(1600), n-전극(1700)을 포함한다.1, a vertical
p-전극(1200)은 캐리어(1100) 상에 위치한다. p-전극(1200)은 반사 금속 전극으로 형성된다. p-전극(1200)은 ITO, ZnO, Ga2O3, MgO, MgZnO, ZnGaO 등의 금속 산화물 그룹과 In, Sn, Ag, Au, Al, Ti, Ni, Cu, Cr, Ru, Pd, W, Pt 등의 금속 그룹 중에서 선택된 금속 산화물 또는 금속으로 형성되며, ITO, ZnO, Ga2O3, MgO, MgZnO, ZnGaO 등의 금속 산화물 그룹과 In, Sn, Ag, Au, Al, Ti, Ni, Cu, Cr, Ru, Pd, W, Pt 등의 금속 그룹 중에서 선택된 하나의 금속 산화물 또는 금속, 두 가지 이상의 합금으로 형성될 수 있다. The p-
p-전극(1200)은 형성 후 진공 또는 질소나 산소 분위기에서 100 ~ 700℃ 온도로 열처리될 수 있다. 본 실시예에서는 p-전극(1200)이 반사 금속 전극의 역할을 하지만, 오믹 전극을 이루는 p-전극(1200) 외에 추가적으로 반사층을 더 구비할 수도 있다. p-전극 및 반사층은 Ag, Al, Ni, Cu, Cr, Au, Cr, Pd 등의 단일 금속 또는 이들 금속의 합금 등으로 형성될 수 있다. The p-
p-전극(1200)에는 패턴이 형성되어 있다. 예를 들어, p-전극(1200)의 상면에는 반구형의 패턴 배열이 형성될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, p-전극(1200)에 형성된 패턴에 의해 빛이 반사됨에 따라 빛이 방출되는 각이 넓어지며, 발광다이오드의 방사각이 넓어진다. 굴절률의 차이가 있는 투명물질을 사용하여 패터닝 하였기 때문에 그로 인해서 반사율 또한 증가할 수 있다. The p-
p-전극(1200) 상에는 투명소재층(1300)이 위치한다. GaN 계열의 물질은 굴절율이 2.35 정도로, 빛이 발광다이오드 외부로 방출될 때 발광다이오드 내부에서 전반사되지 않고 외부로 방출되는 각도가 좁다. 이를 위해, 본 발명에서는 p-전극(1200)에 패턴을 형성하여, p-전극(1200), 즉 반사 전극에서 빛을 다양한 각도로 반사시켜, 빛이 방출되는 각도를 넓게 한다. 투명소재층(1300)은 p-전극(1200)의 패터닝을 위한 것으로, 필요에 따라 다양한 형상으로 패터닝된다. 투명소재층(1300)의 두께는 수십nm 내지 수십 ㎛이며, ITO, ZnO, Ga2O3, NiO, Cu2O, CuO, 등으로 형성될 수 있다. 투명소재층(1300)은 식각에 의해 입체적 형상으로 패터닝된다. 투명소재층(1300)의 굴절율은 후술할 p형 클래드층의 굴절율과 상이하다.On the p-
또한 투명 전극과 같은 전도성 물질 외에도 p-층의 일부분에만 패턴을 형성할 수 있게 산화물을 적용할 수 있다. 이 경우 기존의 전도성 투명 전극 외에도 비전도성 투명 물질을 사용하여 패터닝할 수 있다. 비전도성 투명 물질로는 SiO2, Al2O3, AlN 등의 소재를 적용할 수 있다. In addition to the conductive material such as the transparent electrode, the oxide can be applied to form a pattern only in a part of the p-layer. In this case, in addition to the conventional conductive transparent electrode, patterning can be performed using a nonconductive transparent material. As the nonconductive transparent material, materials such as SiO 2 , Al 2 O 3 , and AlN can be used.
투명소재층(1300) 위에 p형 클래드층(1400)이 위치하며, p형 클래드층(1400) 상에는 활성층(1500)이 위치한다. 활성층(1500) 상에는 n형 클래드층(1600)이 위치한다. n형 클래드층(1600)의 상면에는 요철 구조(texturing)가 형성될 수 있으며, 이를 통해 광추출 효율을 높일 수 있다. The p-
n형 클래드층(1600) 상에 n-전극(1700)을 증착시킨다. n-전극(1700)은 Ti, Cr 또는 Al과 같은 금속 또는 ITO, ZnO 같은 투명 전극으로 형성될 수 있다. n형 클래드층(1600)과 n-전극(1700) 사이에 오믹접촉층이 형성될 수도 있다. An n-
p-전극(1200) 및 n-전극(1700) 상에 와이어 본딩을 위한 본딩 패드(미도시)가 형성된다.
A bonding pad (not shown) for wire bonding is formed on the p-
도 3a 내지 도 3m은 본 발명의 실시예에 따른 수직형 발광다이오드에서 발광다이오드의 각 층을 형성하는 과정을 나타내는 도면이다. 3A to 3M are views illustrating a process of forming each layer of a light emitting diode in a vertical type light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 수직형 발광다이오드를 제조하기 위해, 도 3a에 도시된 바와 같이, 기판(1010) 상에 버퍼층(1020)을 증착시킨다. 기판(1010)으로는 일반적으로 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC), 사파이어(Al2O3), 갈륨비소(GaAs) 등이 사용된다. 본 실시예에서는 기판(1100)으로서 사파이어 기판을 사용한다. 사파이어 기판은 광추출 효과가 뛰어나며 내구성이 강하다는 장점이 있다. 본 실시예에서는 기판(1100)으로서 사파이어 기판(sapphire substrate)을 사용하지만, 이에 한정하지는 않으며 다양한 기판이 사용될 수 있다.In order to manufacture a vertical type light emitting diode according to the present invention, a
기판(1010) 상에 버퍼층(1020)을 형성한다. 버퍼층(1020)은 기판과 그 위에 성장되는 층 사이의 스트레스를 완충시키기 위한 층으로 사용된다. 버퍼층(1020)은 기판(1010) 상에 격자 정합(lattice match)을 위해 형성된다. 기판(1010) 위에 금속층을 성장시키는 과정에서 기판과 성장되는 층 사이의 격자 상수가 불일치하는데 이런 경우 전위(dislocation)와 같은 결함이 발생하여 결정질을 저하시킬 수 있다. 버퍼층(1020)에 의해 이와 같은 결함을 줄일 수 있다.A
다음으로, 도 3b에 도시된 바와 같이, 버퍼층(1020) 상에 n형 클래드층(1600)을 증착시킨다. n형 클래드층(1600)은 주로 GaN 또는 AlGaN으로 형성된다. Next, as shown in FIG. 3B, an n-
n형 클래드층(1600) 위에는 활성층(1500)이 형성된다(도 3c). 활성층(1500)은 전자와 정공이 재결합하여 빛을 발생시키는 층으로, 활성층(1500)을 구성하는 물질의 종류와 활성층(1400)의 두께에 따라 발광다이오드에서 방출되는 빛의 파장이 결정된다. An
도 3d에 도시된 바와 같이, 활성층(1500) 위에는 p형 클래드층(1400)을 증착킨다. p형 클래드층(1400)은 GaN 또는 AlGaN 등의 물질로 형성될 수 있다.As shown in FIG. 3D, a p-
도 3e에 도시된 바와 같이, p-전극(1200)의 패턴을 형성하기 위하여 p형 클래드층(1400) 상에 투명소재층(1300)을 증착한다. 투명소재층(1300)을 형성하는 물질의 굴절율은 p형 클래드층(1400)의 굴절율과 상이하다. 투명소재층(1300)은 스퍼터링, 전자빔, 레이저빔 등을 이용하여 증착될 수 있다. 증착되는 투명소재층(1300)의 두께는 10nm 내지 15㎛일 수 있다. 투명소재층(1300)은 ITO, ZnO, Ga2O3, NiO, Cu2O, CuO, MgO, SnO, In2O3, BeO, SiO2, Si3N4, WO3, TiO2, AgO, Ag2O 등의 금속 산화물 그룹 또는 AlN, InN, BN의 질화물 그룹 중 선택된 하나의 물질이나 둘 이상의 합금으로 형성될 수 있다. 투명소재층(1300)은 p-전극(1200)의 패터닝을 위해 다양한 형상으로 패터닝된다. As shown in FIG. 3E, a
도 3f에 도시된 바와 같이, 투명소재층(1300)에 패턴을 형성하기 위하여 투명소재층(1300) 상에 포토레지스트(1320)를 도포한다. 포토레지스트(1320)를 도포한 투명소재층(1300)의 상부면에 마스크 패턴(1340)을 위치시키고, 자외선을 조사한다(도 3g). 노광시킨 투명소재층(1300)을 습식 식각하여 포토레지스트(1320)가 제거된 투명소재층(1300)의 부분을 더욱 깊이 식각시킴으로써 포토레지스트(1320) 상의 패턴대로 투명소재층(1300)에 입체적 패턴을 형성시킨다(도 3h 및 도 3i). 투명소재층(1300)의 입체적 패턴에 있어 가장 두께가 얇은 부분과 가장 두께가 두꺼운 부분의 두께 차이는 10nm 내지 10㎛가 되도록 형성할 수 있다.As shown in FIG. 3F, a
도 3i에 도시된 바와 같이, 투명소재층(1300)은 반구형으로 양각 식각된다. 투명소재층(1300) 위에는 p-전극(1200)이 증착된다(도 3j). p-전극(1200)은 Ag, Au, Ni, Ru, Ir, Ni, Cu, Cr 등의 금속 또는 합금으로 형성된다. p-전극(1200)은 오믹 전극을 이루며, 활성층에서 방출된 빛을 반사시키는 반사 금속 전극이다. p-전극(1200)을 형성한 후, 질소 또는 산소 또는 진공 분위기에서 100~700℃ 온도로 열처리할 수 있다. 본 실시예에서는 p-전극(1200)이 반사 금속 전극의 역할을 하지만, 오믹 전극을 이루는 p-전극(1200)을 형성한 후 p-전극(1200) 상에 추가적으로 반사층을 더 구비할 수도 있다. p-전극 및 반사층은 Ag, Al, Ni, Cu, Cr, Au, Cr, Pd 등의 단일 금속 또는 이들 금속의 합금으로 형성될 수 있다. As shown in Figure 3i, the
또한, 투명소재층(1300)으로서 투명 전극과 같은 전도성 물질 외에도 p-층의 일부분에만 패턴을 형성할 수 있게 산화물을 적용할 수 있다. 이 경우 기존의 전도성 투명 전극 외에도 비전도성 투명 물질을 사용하여 패터닝할 수 있다. 비전도성 투명물질로는 SiO2, Al2O3, AlN 등의 소재를 적용할 수 있다. In addition, as the
p-전극(1200)은 입체적 패턴이 형성된 투명소재층(1300) 상에 형성됨으로써 p-전극(1200)과 투명소재층(1300)의 경계면에 굴곡을 가지는 형상이 된다. 제조된 발광다이오드(1000)를 역전시키면, 투명소재층(1300)이 양각 형상이기 때문에 p-전극(1200)은 음각의 패턴을 갖게 된다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, p-전극(1200)은 반구형의 음각 패턴을 갖고, 방출된 빛은 패턴이 형성된 p-전극(1200)에 의해 반사되어 보다 넓은 방사각으로 방출된다. The p-
p-전극(1200) 상에는 캐리어(1100)가 형성된다(도 3k). 캐리어(1100)는 전기 도금 또는 무전해 도금의 방법으로 형성될 수도 있고, 스퍼터링이나 도전성 기판의 웨이퍼 본딩에 의해 형성될 수도 있다. 캐리어의 두께는 0.5 내지 200㎛이다. A
이 후, 레이저 리프트 오프(laser lift off, LLO) 공정에 의해 기판(1010)을 제거한다. 사파이어 기판(1010)에 레이저를 조사하면 질화갈륨으로 이루어진 버퍼층(1020)의 표면이 갈륨(Ga)과 질소 가스(N2)로 분해되며 기판(1010)이 분리된다. 본 실시예에서는 레이저 리프트 오프 공정에 의해 기판(1010)을 분리하지만, 화학적 리프트 오프(chamical lift off)를 이용할 수도 있다. 기판(1010) 제거 후 식각에 의해 버퍼층(1020)을 제거한다. Thereafter, the
기판(1010) 및 버퍼층(1020)을 제거시킨 발광다이오드를 반전시키면, 도 3l에 도시된 바와 같이, 캐리어(1100) 상에는 p-전극(1200), 투명소재층(1300), p형 클래드층(1400), 활성층(1500), n형 클래드층(1600)이 순차적으로 적층된 상태가 된다. 버퍼층(1020)을 식각함으로써 노출된 n형 클래드층(1600)의 면을 거칠게 하여 표면에 요철구조(texturing)를 형성할 수 있으며 이를 통해서 수직형 발광다이오드의 광추출 효율을 높일 수 있다. The p-
반전된 발광다이오드의 n형 클래드층(1600) 상에 n-전극(1700)을 증착시킨다. n-전극(1700)은 Ti, Cr 또는 Al과 같은 금속 또는 ITO, ZnO 같은 투명 전극으로 형성될 수 있다. n-전극(1700)은 반전된 발광다이오드(1000)의 최상층에 위치한다. n-전극(1700)은 n형 클래드층(1600) 상에서 적은 면적을 차지하지만, n-전극(1700)을 오믹 접촉으로 형성함으로써 n-전극(1700)이 차지하는 면적을 줄이면서도 전류 퍼짐이 좋고 발광 효율도 좋은 발광다이오드를 제조할 수 있다. And the n-
p-전극(1200) 및 n-전극(1700) 형성 후, p-전극(1200) 및 n-전극(1700) 상에 와이어 본딩을 위한 본딩 패드가 형성된다.After forming the p-
발광다이오드의 측벽에는 절연 물질로 이루어진 패시베이션층(passivation layer)(미도시)이 형성될 수도 있다. 패시베이션층은 발광다이오드 소자를 보호하고 발광다이오드 소자의 측벽으로부터 전류가 누설되는 것을 방지한다. 패시베이션층은 SiO2, SixNy 등을 증착하여 형성할 수 있다. 패시베이션층의 두께는 200 nm~1 ㎛ 정도로 형성될 수 있다. 발광다이오드의 제조를 완료한 후 다이싱하여, 각각의 발광다이오드로 분리한다.
A passivation layer (not shown) made of an insulating material may be formed on the sidewall of the light emitting diode. The passivation layer protects the light emitting diode elements and prevents leakage of current from the side walls of the light emitting diode elements. The passivation layer may be formed by depositing SiO 2 , Si x N y, or the like. The thickness of the passivation layer may be about 200 nm to 1 占 퐉. After the fabrication of the light emitting diodes is completed, the light emitting diodes are separated by dicing.
도 4의 (a) 및 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직형 발광다이오드에서 투명소재층의 패턴의 형상이 타원형일 때 이에 따른 p-전극의 형상을 나타내는 도면이고, 도 5의 (a) 및 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직형 발광다이오드에서 투명소재층의 패턴의 형상이 사각뿔형일 때 이에 따른 p-전극의 형상을 나타내는 도면이며, 도 6의 (a) 및 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직형 발광다이오드에서 투명소재층의 패턴의 형상이 사각뿔대형일 때 이에 따른 p-전극의 형상을 나타내는 도면이고, 도 7의 (a) 및 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직형 발광다이오드에서 투명소재층의 패턴의 형상이 일자형일 때 이에 따른 p-전극의 형상을 나타내는 도면이며, 도 8의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직형 발광다이오드에서 투명소재층의 다양한 패턴 형상을 나타내는 도면이며, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직형 발광다이오드에서 투명소재층의 패턴의 형상이 불규칙적인 경우를 나타내는 도면이다.4 (a) and 4 (b) are views showing the shape of the p-electrode when the shape of the pattern of the transparent material layer in the vertical type light emitting diode according to another embodiment of the present invention is elliptical, 6A and 6B are views showing the shape of the p-electrode when the shape of the pattern of the transparent material layer is a quadrangular pyramid in the vertical type light emitting diode according to another embodiment of the present invention, 7A and 7B are views showing the shape of the p-electrode when the pattern of the transparent material layer in the vertical type light emitting diode according to another embodiment of the present invention is a quadrangular pyramid, FIGS. 8A to 8D are views showing the shape of the p-electrode when the shape of the pattern of the transparent material layer in the vertical type light emitting diode according to another embodiment of the present invention is a straight shape, In a vertical type light emitting diode according to another embodiment of the present invention, FIG. 9 is a view showing a case where a pattern of a transparent material layer is irregular in a vertical type light emitting diode according to another embodiment of the present invention. FIG.
도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 발광다이오드(1000)의 제조 과정에서 투명소재층(1300)은 타원형으로 식각될 수 있다. 투명소재층(1300)의 식각 과정에서 마스크 패턴을 타원형으로 형성한 후 노광시켜 타원형의 입체 패턴을 형성한다. 타원형의 포토레지스트(1320)가 형성된 투명소재층(1300)을 습식 식각에 의해 식각한다. 이 때 식각시키는 시간을 조절하여 입체 패턴의 높이 및 패턴 어레이의 간격을 조절할 수 있다. As shown in FIG. 4 (a), the
타원형의 패턴이 형성된 투명소재층(1300) 위에 p-전극(1200)을 증착시킨다. p-전극(1200)은 투명소재층(1300) 위에 그대로 적층되므로, 투명소재층(1300)과의 경계면이 입체적으로 형성된다. 즉, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 투명소재층(1300)에 형성된 타원형의 양각 패턴에 의해 p-전극(1200)에는 타원형의 음각 패턴이 형성된다. p-전극(1200)은 반사 전극으로 활성층에서 방출된 빛이 p-전극(1200)에 형성된 패턴에 의해 반사되어, 발광다이오드의 반사율이 높을 뿐 아니라 빛이 수평 방향으로 분산된다. A p-
본 발명은 마스크 패턴의 형상 및 투명소재층(1300)의 재질, 식각 정도를 조절하여 투명소재층(1300)의 형태를 다양하게 형성할 수 있으며, 이러한 투명소재층(1300)의 형상, 패턴이 형성된 높이 및 간격에 의해 다양한 패턴을 갖는 p-전극(1200)을 형성할 수 있다. 본 실시예에서는 습식 식각의 경우를 예로 들었지만, 이에 한정하지 않으며 건식 식각의 방법으로 투명소재층(1300)을 형성할 수 있다. 투명소재층(1300)에 형성되는 패턴의 높이는 10nm 이상 10㎛ 이하일 수 있다. 투명소재층(1300)의 패턴 구조는 패턴이 규칙적인 배열 또는 적어도 2가지의 패턴 형태가 혼합된 불규칙적인 배열로 형성될 수 있다.The shape of the
도 5 내지 도 7에는 투명소재층(1300)의 형상이 사각뿔 형상 및 사각뿔대 형상, 일자형 형상인 경우가 도시되어 있다. 투명소재층(1300)의 입체적 형상에 의해 투명소재층(1300) 상에 증착되는 p-전극(1200)에 사각뿔 형상 및 사각뿔대 형상, 일자형 형상의 패턴이 음각으로 형성된다. 사각뿔이나 사각뿔대 형상 외에도 다양한 다각뿔 또는 다각뿔대 형상으로 패턴을 형성할 수 있으며, 패턴 형상이 일자형이나 격자 형태를 가질 수도 있다. 이는 증착되는 투명소재층(1300)의 소재에 따라서도 달라질 수 있으며, 예를 들어 투명소재층을 형성하는 물질이 특정한 결정성을 가진 경우 사각뿔이나 사다리꼴 형상의 패턴이 형성되며, SiO2의 경우 습식으로 식각하는 경우 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 6각형 또는 6각 기둥의 형태가 될 수 있다.5 to 7 show a case where the
한편, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 투명소재층(1300)의 패턴의 크기를 작게 형성할 수도 있다. 수 nm 내지 수십 nm 단위의 작은 패턴을 배열함으로써 방출되는 빛을 넓은 각도로 반사시킬 수 있다. 도 8의 (c)에는 투명 소재층(1300)에 발광 다이오드의 폭 방향을 따라 일자로 형성된 패턴이 배열된 것이 도시되어 있다. 또한, 이러한 일자형의 패턴을 두 번의 식각을 거쳐 다른 방향으로 형성하여 격자형의 패턴을 형성할 수도 있다(도 8의 (d)). 이 경우 발광다이오드의 폭 방향 및 길이 방향으로 형성된 일자형 패턴의 높이를 달리 하여 방사각이 다른 패턴을 형성할 수도 있다.On the other hand, as shown in FIG. 8B, the pattern size of the
투명소재층(1300)의 패턴을 어떻게 형성하느냐에 따라 p-전극(1200)의 패턴을 조절할 수 있으며, p-전극(1200)에 형성된 패턴의 깊이, 간격에 따라 반사 각도가 달라진다. p-전극(1200)의 패턴 형태를 조절함으로써 빛의 반사율 및 방사각을 조절할 수 있다. The pattern of the p-
한편, 본 실시예에서는 패턴의 형태가 규칙적으로 배열된 경우를 예로 들었지만, 도 9에 도시된 바와 같이, 패턴의 형태가 2 이상의 패턴 구조가 혼합되어 불규칙적으로 배열되어 있을 수도 있다. 이 경우 다양한 형태의 패턴을 크기 또는 간격을 달리하여 배열할 수도 있다.
In this embodiment, the patterns are regularly arranged. However, as shown in FIG. 9, pattern structures of two or more patterns may be mixed and irregularly arranged. In this case, various types of patterns may be arranged with different sizes or intervals.
도 10의 (a) 및 (b)는 본 발명에 실시예에 따른 투명소재층의 증착 형태를 나타내는 도면이고, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직형 발광다이오드에서 투명소재층이 p형 클래드층 상에 부분적으로 증착된 것을 나타내는 도면이다.FIG. 10A and FIG. 10B are views showing a deposition form of a transparent material layer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a cross-sectional view of a vertical light emitting diode according to another embodiment of the present invention, Type cladding layer.
투명소재층(1300)은 p형 클래드층(1400) 상부 전체에 증착될 수도 있고, 부분적으로 증착되어 패턴이 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 투명소재층(1300)은 도 10의 (a)에 도시된 바와 같이, p형 클래드층(1400) 상부 전면에 증착 형성된다. 투명소재층(1300)을 p형 클래드층(1400) 상부 전면에 증착한 후, 투명소재층(1300)의 일부 두께만을 식각하여 패턴을 형성한다. p-전극(1200)은 p형 클래드층(1400)과 투명소재층(1300)을 사이에 두고 적층된다. 이 때, 형성된 투명소재층(1300)에서 투명소재층(1300)의 최소 두께와 최대 두께의 차이, 즉 형성된 패턴의 높이는 10nm 이상 10㎛ 이하일 수 있다. 이는 투명소재층(1300)을 형성하는 물질이나 원하는 방사각에 따라 달라질 수 있다. The
한편, p형 클래드층(1400)과 p-전극(1200) 사이에 패터닝을 위해서 추가적으로 증착되는 투명소재층(1300)은 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이, p형 클래드층(1400)의 일부 면적에만 증착 형성될 수도 있다. 이를 위해, 투명소재층(1300)을 p형 클래드층(1400)의 전체 면적에 증착한 후 p형 클래드층(1400)의 일부가 노출될 때까지 식각하거나, 투명소재층(1300)을 p형 클래드층(1400)의 일부에 증착한 후 식각에 의해 패턴을 형성할 수 있다. On the other hand, the
도 11에 도시된 바와 같이, 투명소재층(1300)을 p형 클래드층(1400)의 일부 면적에만 증착 형성한 후에 p-전극(1200)을 그 위에 전체적으로 증착한다. 이 경우 p-전극(1200)은 부분적으로 p형 클래드층(1400)과 직접적으로 접촉하게 된다. 이러한 방식은 투명소재층의 물질이 전도체인 경우와 비전도체인 경우 모두 패터닝 물질로 사용할 수 있는 장점이 있다. 특히 비전도성 물질로서 SiO2, Si3N4, Al2O3 등과 같이 많이 사용되는 비전도성 투명 소재는 습식으로 식각되기 때문에 패터닝 공정이 수월하고, 굴절율 차이로 인해서 p-전극인 금속 반사 전극과 관계없이 자체적으로 반사를 할 수 있기 때문에 전체 p-전극의 반사율을 증가시킬 수 있다. 11, after the
투명소재층(1300)이 p형 클래드층(1400)에 부분적으로 증착되는 경우, 투명소재층(1300)의 두께, 즉 형성된 패턴의 높이는 10nm 이상 10㎛ 이하일 수 있다.
When the
본 발명에 따른 수직형 발광다이오드는 투명소재층의 식각에 의해 p-전극의 패턴을 형성한다. 즉, 원하는 형태로의 식각이 용이한 투명소재층에 패턴을 형성한 후, 패턴이 형성된 투명소재층에 p-전극을 형성함으로써 p-전극이 손상되는 일 없이 다양한 패턴을 형성할 수 있다. 이에 따라 빛의 반사율이 높아지고 발광다이오드의 방사각을 넓게 할 수 있을 뿐 아니라 필요에 따라 패턴을 조절함으로써 방사각을 조절할 수 있다. 본 발명에 따른 수직형 발광다이오드는 패턴이 형성된 투명소재층을 이용하여 발광된 빛의 반사율을 높이고 방사각을 넓게 구현할 수 있어 조명용 발광다이오드에서 보다 효과적이다.
The vertical light emitting diode according to the present invention forms a pattern of p-electrodes by etching a transparent material layer. That is, various patterns can be formed without damaging the p-electrode by forming a pattern in a transparent material layer which is easy to etch in a desired shape and then forming a p-electrode in a transparent material layer in which a pattern is formed. Accordingly, the reflectance of light is increased and the emitting angle of the light emitting diode can be widened, and the radiation angle can be adjusted by adjusting the pattern as necessary. The vertical type light emitting diode according to the present invention is more effective in the light emitting diode because it can increase the reflectance of light emitted by using a patterned transparent material layer and realize a wide radiation angle.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.It should be noted that the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are only illustrative of the present invention in order to facilitate description of the present invention and to facilitate understanding of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.
1000 : 수직형 발광다이오드 1010 : 기판
1020 : 버퍼층 1100 : 캐리어
1200 : p-전극 1300 : 투명소재층
1320 : 포토레지스트 1340 : 마스크 패턴
1400 : p형 클래드층 1500 : 활성층
1600 : n형 클래드층 1700 : n-전극1000: vertical type light emitting diode 1010: substrate
1020: buffer layer 1100: carrier
1200: p-electrode 1300: transparent material layer
1320: Photoresist 1340: Mask pattern
1400: p-type cladding layer 1500: active layer
1600: n-type cladding layer 1700: n-electrode
Claims (4)
p형 클래드층 상에 상기 p형 클래드층과 굴절율이 상이하고 비전도성 투명 물질인 투명소재층을 두께가 10nm 이상 10㎛ 이하가 되도록 부분적으로 증착 형성하는 단계;
상기 투명소재층이 부분적으로 증착된 p형 클래드층 상에 p-전극으로서 반사 금속 전극층을 형성하는 단계; 및
상기 반사 금속 전극층 상에 반사층을 형성하는 단계;를 포함하고,
부분적으로 증착된 상기 투명소재층에 의해 형성된 패턴 구조는 규칙적인 배열을 가지며,
상기 투명소재층에 의해 형성된 패턴에 의하여 상기 반사 금속 전극층이 입체적인 패턴을 가지며,
상기 반사 금속 전극층은 부분적으로 p형 클래드층과 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는 수직형 발광다이오드 제조 방법.A method of fabricating a nitride-based semiconductor light emitting diode having a pn junction structure,
forming a transparent material layer having a refractive index different from that of the p-type cladding layer and being a nonconductive transparent material on the p-type cladding layer so as to have a thickness of 10 nm or more and 10 m or less;
Forming a reflective metal electrode layer as a p-electrode on the p-type cladding layer on which the transparent material layer is partially deposited; And
And forming a reflective layer on the reflective metal electrode layer,
The pattern structure formed by the partially deposited layer of transparent material has a regular arrangement,
Wherein the reflective metal electrode layer has a three-dimensional pattern by a pattern formed by the transparent material layer,
Wherein the reflective metal electrode layer partially contacts the p-type cladding layer.
상기 투명소재층에 의해 형성된 패턴 구조는 원형 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 수직형 발광다이오드 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the pattern structure formed by the transparent material layer is circular or polygonal.
상기 투명소재층에 의해 형성된 패턴 구조는 일자 또는 격자 형태인 것을 특징으로 하는 수직형 발광다이오드 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the pattern structure formed by the transparent material layer has a shape of a straight line or a lattice.
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