KR101625132B1 - Light emitting diode employing non-polar substrate - Google Patents

Light emitting diode employing non-polar substrate Download PDF

Info

Publication number
KR101625132B1
KR101625132B1 KR1020100031058A KR20100031058A KR101625132B1 KR 101625132 B1 KR101625132 B1 KR 101625132B1 KR 1020100031058 A KR1020100031058 A KR 1020100031058A KR 20100031058 A KR20100031058 A KR 20100031058A KR 101625132 B1 KR101625132 B1 KR 101625132B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
layer
nitride semiconductor
light emitting
semiconductor layer
Prior art date
Application number
KR1020100031058A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20110111799A (en
Inventor
김광중
남기범
갈대성
서원철
Original Assignee
서울바이오시스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울바이오시스 주식회사 filed Critical 서울바이오시스 주식회사
Priority to KR1020100031058A priority Critical patent/KR101625132B1/en
Publication of KR20110111799A publication Critical patent/KR20110111799A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101625132B1 publication Critical patent/KR101625132B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/16—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/10—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

비극성 기판을 채택한 발광 다이오드가 개시된다. 이 발광 다이오드는 비극성 질화갈륨계 기판, 상기 기판 상부에 위치하는 제1 질화물 반도체층, 상기 제1 질화물 반도체층 상부에 위치하는 비극성 활성층, 상기 활성층 상부에 위치하는 제2 질화물 반도체층, 상기 제1 질화물 반도체층과 상기 기판 사이에 개재된 절연 패턴, 상기 기판 하부에 위치하는 다층 구조의 분포 브래그 반사층, 및 상기 분포 브래그 반사층을 덮는 보호금속층을 포함하고, 상기 보호금속층은 상기 분포 브래그 반사층을 통해 상기 기판 하부면에 전기적으로 접속된다. 상기 절연 패턴에 의해 광은 산란시킬 수 있고 또한 분포 브래그 반사층을 이용하여 광을 반사시킴으로써 광 추출 효율이 개선된 비극성 발광 다이오드가 제공될 수 있다.A light emitting diode employing a non-polar substrate is disclosed. The light emitting diode includes a nonpolar gallium nitride based substrate, a first nitride semiconductor layer located on the substrate, a nonpolar active layer located on the first nitride semiconductor layer, a second nitride semiconductor layer located on the active layer, A distribution Bragg reflection layer having a multilayer structure positioned at a lower portion of the substrate, and a protective metal layer covering the distribution Bragg reflection layer, wherein the protective metal layer is disposed between the nitride semiconductor layer and the substrate via the distributed Bragg reflection layer, And is electrically connected to the lower surface of the substrate. The light can be scattered by the insulation pattern and the light can be reflected by using the distributed Bragg reflector layer, thereby providing a non-polarized light emitting diode with improved light extraction efficiency.

Description

비극성 기판을 채택한 발광 다이오드{LIGHT EMITTING DIODE EMPLOYING NON-POLAR SUBSTRATE}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a light emitting diode (LED)

본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 특히 비극성 기판을 채택한 발광 다이오드에 관한 것이다.The present invention relates to a light emitting diode, and more particularly to a light emitting diode employing a non-polar substrate.

질화갈륨 계열의 발광 다이오드는 표시소자 및 백라이트로 널리 이용되고 있다. 또한, 발광 다이오드는 기존의 전구 또는 형광등에 비해 소모 전력이 작고 수명이 길어, 백열전구 및 형광등을 대체하여 일반 조명 용도로 그 사용 영역을 넓히고 있다.Gallium nitride based light emitting diodes are widely used as display devices and backlights. In addition, the light emitting diode has a smaller consumed electric power and longer life than conventional light bulbs or fluorescent lamps, and has been widely used for general lighting purposes in place of incandescent lamps and fluorescent lamps.

일반적으로, 질화갈륨 계열의 질화물 반도체는 사파이어 또는 실리콘탄화물과 같은 이종 기판 상에 성장된다. 특히 패터닝된 사파이어 기판 상에 질화물 반도체층들을 형성하고, 이 질화물 반도체층들을 이용하여 발광 다이오드를 제조하는 것이 일반적으로 사용된다. 패터닝된 사파이어 기판은 활성영역에서 기판측으로 진행하는 광을 산란시켜 광추출 효율을 향상시킨다.Generally, a nitride semiconductor of the gallium nitride series is grown on a different substrate such as sapphire or silicon carbide. In particular, it is generally used to form nitride semiconductor layers on a patterned sapphire substrate, and to fabricate light emitting diodes using these nitride semiconductor layers. The patterned sapphire substrate scatters light traveling from the active region to the substrate side to improve light extraction efficiency.

한편, 질화물 반도체는 일반적으로 사파이어 기판의 c면(0001) 상에서 성장되므로 압전 특성을 나타낸다. 압전 특성에 의해 다중양자우물 구조의 활성영역에서 강한 분극전계가 유발되고, 따라서 발광층의 두께를 증가시키는 것이 어려우며, 발광 재결합율이 감소되어 발광출력을 향상시키는데 한계가 있다.On the other hand, a nitride semiconductor generally exhibits piezoelectric characteristics because it is grown on the c-plane (0001) of a sapphire substrate. It is difficult to increase the thickness of the light emitting layer, and the emission recombination rate is reduced to limit the improvement of the light emitting output.

최근, 이러한 분극전계 유발을 방지하기 위해 a면 또는 m면으로 질화물 반도체를 성장시켜 비극성 또는 반극성 발광 다이오드를 제조하는 방법이 연구되고 있다. 비극성 발광 다이오드는 분극전계를 나타내는 극성 발광 다이오드에 비해 발광 재결합율을 증가시켜 발광 효율을 향상시킬 것으로 기대되고 있다. 또한, 상기 비극성 발광 다이오드는 극성 발광 다이오드와 달리 편광된 광을 방출하는 특성을 나타내는 것이 일본 응용물리 학회지(Japanese Journal of Applied Physics, Vol 46, No.42, 2007, pp. L1010-L1012)에 보고된 바 있다. 따라서, 편광광을 필요로하는 다양한 응용 분야에 적합하게 사용될 수 있다.In recent years, a method of manufacturing a non-polar or semi-polar light emitting diode by growing a nitride semiconductor on an a-plane or an m-plane has been studied in order to prevent such a polarization electric field. The nonpolar light emitting diode is expected to improve the light emitting efficiency by increasing the recombination rate of light emission as compared with the polarized light emitting diode showing the polarization electric field. In addition, unlike the polarized light emitting diode, the non-polarized light emitting diode is reported to exhibit the characteristic of emitting polarized light in Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 46, No. 42, 2007, pp. L1010-L1012 . Therefore, it can be suitably used for various applications requiring polarized light.

비극성 질화물 반도체를 성장시키는 방법으로는 예컨대, r면 사파이어 기판을 성장기판으로 사용하여 a면 질화물 반도체를 성장시키는 기술이 연구되고 있다. 그러나 사파이어 기판 상에 성장된 비극성 질화물 반도체는 내부에 실전위와 같은 결함을 많이 포함하며, 따라서 비발광 재결합에 기인하여 발광 효율 향상에 한계가 있다.As a method for growing a nonpolar nitride semiconductor, for example, a technique of growing an a-plane nitride semiconductor using an r-plane sapphire substrate as a growth substrate is being studied. However, nonpolar nitride semiconductors grown on a sapphire substrate contain many defects such as a real electric field therein, and therefore there is a limit to improvement in luminous efficiency due to non-luminescent recombination.

한편, c면 사파이어 기판 상에 성장된 질화갈륨 결정을 떼어내어 c면 이외의 결정면, 예컨대 a면(11-20) 또는 m면(1-100)을 갖는 질화갈륨 기판으로 가공하고, 이를 질화물 반도체의 성장기판으로 사용할 수 있으며, 도전성 GaN 기판 상에 형성된 질화물 반도체층들을 이용하여 수직형 구조의 비극성 발광 다이오드를 제조할 수 있다. 그러나 GaN 기판은 그 위에 성장되는 질화물 반도체와 동종의 기판으로, 패터닝된 사파이어 기판과 같은 효과, 즉 기판측으로 진행하는 광을 산란시켜 광 추출 효율을 향상시키는 효과를 나타내기 어렵다. 나아가, 도전성 GaN 기판을 이용한 수직형 구조의 발광 다이오드는 상부에 형성된 전극과 GaN 기판 하부에 형성된 전극 사이에 전류가 직선적으로 흐르기 때문에, 활성 영역 전체에 걸쳐 전류를 고르게 분산시키기 어렵다.On the other hand, the gallium nitride crystal grown on the c-plane sapphire substrate is removed and processed into a crystal plane other than the c-plane, for example, a gallium nitride substrate having an a-plane (11-20) or an m-plane (1-100) And a non-polarized light emitting diode having a vertical structure can be manufactured using the nitride semiconductor layers formed on the conductive GaN substrate. However, the GaN substrate is a substrate of the same kind as the nitride semiconductor grown on the GaN substrate, and it is difficult to exhibit the same effect as the patterned sapphire substrate, that is, the effect of improving the light extraction efficiency by scattering light traveling to the substrate side. In addition, since the current flows linearly between the electrode formed on the upper portion and the electrode formed on the lower portion of the GaN substrate, it is difficult to evenly distribute the current throughout the active region.

일본 응용물리 학회지(Japanese Journal of Applied Physics) Vol 46, No.42, 2007, pp. L1010-L1012Japanese Journal of Applied Physics Vol 46, No. 42, 2007, pp. L1010-L1012

본 발명이 해결하려는 과제는 광 추출 효율을 향상시킬 수 있는 비극성 발광 다이오드를 제공하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to provide a nonpolar light emitting diode capable of improving light extraction efficiency.

본 발명이 해결하려는 다른 과제는 전류를 분산시킬 수 있는 수직형 구조의 비극성 발광 다이오드를 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to provide a vertical structure nonpolar light emitting diode capable of dispersing current.

본 발명은 비극성 기판을 채택한 발광 다이오드를 제공한다. 이 발광 다이오드는, 비극성 질화갈륨계 기판; 상기 기판 상부에 위치하는 제1 질화물 반도체층; 상기 제1 질화물 반도체층 상부에 위치하는 비극성 활성층; 상기 활성층 상부에 위치하는 제2 질화물 반도체층; 상기 제1 질화물 반도체층과 상기 기판 사이에 개재된 절연 패턴; 상기 기판 하부에 위치하는 다층 구조의 분포 브래그 반사층; 및 상기 분포 브래그 반사층을 덮는 보호금속층을 포함하고, 상기 보호금속층은 상기 분포 브래그 반사층을 통해 상기 기판 하부면에 전기적으로 접속된다.The present invention provides a light emitting diode employing a non-polar substrate. This light emitting diode is composed of a nonpolar gallium nitride based substrate; A first nitride semiconductor layer located on the substrate; A nonpolar active layer located on the first nitride semiconductor layer; A second nitride semiconductor layer located on the active layer; An insulating pattern interposed between the first nitride semiconductor layer and the substrate; A distributed Bragg reflection layer having a multi-layered structure positioned below the substrate; And a protective metal layer covering the distributed Bragg reflection layer, wherein the protective metal layer is electrically connected to the lower surface of the substrate through the distributed Bragg reflection layer.

비극성 질화갈륨계 기판을 채택함으로써 비극성 질화물 반도체층을 성장시킬 수 있으며, 이 기판 상에 절연 패턴을 형성함으로써, 활성층에서 생성되어 기판측으로 향하는 광을 산란시킬 수 있어 광추출 효율을 향상시킬 수 있다. 나아가, 상기 기판 하부면에 다층 구조의 분포 브래그 반사층을 배치함으로써 상기 기판을 통해 기판 하부로 진행하는 광을 반사시킬 수 있어 광 추출 효율을 더욱 증가시킬 수 있다.The nonpolar nitride semiconductor layer can be grown by adopting a nonpolar gallium nitride based substrate. By forming an insulating pattern on the substrate, the light generated in the active layer and directed toward the substrate can be scattered, and the light extraction efficiency can be improved. Further, by disposing a distributed Bragg reflection layer having a multilayer structure on the lower surface of the substrate, light traveling to the lower portion of the substrate can be reflected through the substrate, thereby further increasing the light extraction efficiency.

몇몇 실시예들에 있어서, 상기 기판은 그 하부면에 상기 보호금속층이 접속되는 적어도 하나의 접속 영역을 갖고, 상기 절연 패턴은 적어도 상기 접속 영역의 수직 방향 상부에 위치할 수 있다. 따라서, 제2 질화물 반도체층으로부터 상기 접속 영역으로 전류가 직선적으로 흐르는 것을 방지할 수 있어 전류를 분산시킬 수 있다.In some embodiments, the substrate has at least one connection region to which the protective metal layer is connected at its lower surface, and the insulation pattern may be located at least vertically above the connection region. Therefore, the current can be prevented from flowing linearly from the second nitride semiconductor layer into the connection region, and the current can be dispersed.

상기 절연 패턴은 상기 접속 영역과 동일한 형태의 패턴으로 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 적어도 하나의 접속 영역에 비해 고밀도로 배치될 수 있다. 상기 절연 패턴은 스트라이프 형상, 메쉬 형상 또는 아일랜드 형상으로 배치될 수 있다. 또한, 상기 절연 패턴의 위쪽에 위치하는 질화물 반도체층과 그 아래쪽에 위치하는 질화물 반도체층 또는 상기 기판은 절연 패턴이 형성된 영역 이외의 영역을 통해 서로 전기적으로 연결된다. 예컨대, 상기 절연 패턴이 형성된 영역 이외의 영역은 도전성 질화물 반도체로 채워져 전류 통로를 제공한다.The insulating pattern may be arranged in the same pattern as the connection area, but it is not limited thereto and may be disposed at a higher density than the at least one connection area. The insulating pattern may be arranged in a stripe shape, a mesh shape, or an island shape. In addition, the nitride semiconductor layer located above the insulating pattern and the nitride semiconductor layer located thereunder or the substrate are electrically connected to each other through a region other than the region where the insulating pattern is formed. For example, a region other than the region where the insulating pattern is formed is filled with the conductive nitride semiconductor to provide a current path.

상기 절연 패턴은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 등의 절연 물질로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 에어갭들로 형성될 수 있다. 상기 에어갭들은 질화물 반도체로 둘러싸인다.The insulating pattern may be formed of an insulating material such as silicon oxide or silicon nitride, but is not limited thereto and may be formed of air gaps. The air gaps are surrounded by a nitride semiconductor.

한편, 상기 제2 질화물 반도체층 상부에 투명 전류 확산층이 위치할 수 있다. 투명 전류 확산층은 예컨대, ITO 또는 ZnO 등의 투명한 도전성 산화막으로 형성될 수 있다. 나아가, 상기 투명 전류 확산층이 ZnO로 형성될 경우, 상기 투명 전류 확산층의 표면에 요철이 형성될 수 있다. 상기 요철은 ZnO 층을 패터닝하여 형성될 수 있다.On the other hand, a transparent current diffusion layer may be disposed on the second nitride semiconductor layer. The transparent current diffusion layer may be formed of a transparent conductive oxide film such as ITO or ZnO. Furthermore, when the transparent current diffusion layer is formed of ZnO, concavities and convexities may be formed on the surface of the transparent current diffusion layer. The irregularities may be formed by patterning a ZnO layer.

몇몇 실시예들에 있어서, 적어도 하나의 홈이 상기 제2 질화물 반도체층 및 상기 활성층을 관통할 수 있다. 상기 홈의 측벽은 상기 기판면에 대해 경사질 수 있다. 예컨대, 상기 홈은 단면이 V형으로, 예컨대 뿔 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 활성층에서 생성된 광의 추출 효율을 향상시킬 수 있다.In some embodiments, at least one groove may pass through the second nitride semiconductor layer and the active layer. The side walls of the grooves may be inclined relative to the substrate surface. For example, the groove may have a V-shaped cross section, for example, a horn shape. Thus, extraction efficiency of light generated in the active layer can be improved.

본 발명의 실시예들에 따르면, 비극성 질화갈륨계 기판을 채택하고 이 기판 상부에 절연 패턴을 형성함으로써, 활성층에서 생성되어 기판측으로 향하는 광을 산란시킬 수 있어 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 비극성 발광 다이오드를 제공할 수 있다. 나아가, 상기 기판 하부면에 다층 구조의 분포 브래그 반사층을 배치함으로써 상기 기판을 통해 기판 하부로 진행하는 광을 반사시킬 수 있어 광 추출 효율을 더욱 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 기판 하부면의 전기 접속 영역과 상기 절연 패턴의 위치를 조절함으로써 전류를 분산시킬 수 있는 수직형 구조의 비극성 발광 다이오드를 제공할 수 있다.According to the embodiments of the present invention, a nonpolar gallium nitride-based substrate is used and an insulating pattern is formed on the substrate, whereby light emitted from the active layer toward the substrate can be scattered, A diode can be provided. Further, by disposing a distributed Bragg reflection layer having a multilayer structure on the lower surface of the substrate, light traveling to the lower portion of the substrate can be reflected through the substrate, thereby further increasing the light extraction efficiency. In addition, it is possible to provide a vertical structure nonpolar light emitting diode capable of dispersing electric current by adjusting the electric connection region on the lower surface of the substrate and the position of the insulation pattern.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비극성 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비극성 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비극성 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비극성 발광 다이오드를 설명사기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a non-polarized light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view illustrating a non-polarized light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view illustrating a non-polarized light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view illustrating a non-polarized light emitting diode according to another embodiment of the present invention.

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. In the drawings, the width, length, thickness, etc. of components may be exaggerated for convenience. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

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

도 1을 참조하면, 상기 발광 다이오드는 기판(21), 절연 패턴(23), 제1 질화물 반도체층(25), 활성층(27) 및 제2 질화물 반도체층(29)을 포함한다. 또한, 상기 발광 다이오드는 다층 구조의 분포 브래그 반사층(40), 보호 금속층(45), 투명 전류 확산층(31) 및 전극 패드(33)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the light emitting diode includes a substrate 21, an insulating pattern 23, a first nitride semiconductor layer 25, an active layer 27, and a second nitride semiconductor layer 29. The light emitting diode may include a multi-layer distributed Bragg reflection layer 40, a protective metal layer 45, a transparent current diffusion layer 31, and an electrode pad 33.

기판(21)은 a면 또는 m면의 비극성 질화갈륨계 기판으로 예컨대 n형 도전형의 GaN 기판일 수 있다. 기판(21)은 예컨대 사파이어 기판 상에 성장된 후, 사파이어 기판으로부터 분리되어 준비될 수 있으며, 분포 브래그 반사층(40)을 형성하기 전 연마 가공에 의해 박형화(thinning)된 것일 수 있다.The substrate 21 may be an a-plane or m-plane nonpolar gallium nitride-based substrate, for example, an n-type conductivity-type GaN substrate. The substrate 21 may be, for example, grown on a sapphire substrate, separated from the sapphire substrate and thinned by grinding before forming the distributed Bragg reflection layer 40.

절연 패턴(23)은 기판(21) 상에 위치한다. 절연 패턴(23)은 기판(21) 상에 직접 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 절연 패턴(23)을 형성하기 전, 질화물 반도체층이 먼저 형성될 수도 있다. 절연 패턴(23)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물로 절연층을 형성하고, 절연층을 사진 및 식각 기술을 이용하여 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 절연 패턴(23)은 스트라이프 형상, 메쉬 형상 또는 아일랜드 형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.The insulating pattern 23 is located on the substrate 21. The insulating pattern 23 may be formed directly on the substrate 21, but the present invention is not limited thereto. The nitride semiconductor layer may be formed before the insulating pattern 23 is formed. The insulating pattern 23 can be formed by forming an insulating layer with silicon oxide or silicon nitride, and patterning the insulating layer using photolithography and etching techniques. The insulating pattern 23 may be formed in various shapes such as a stripe shape, a mesh shape, or an island shape.

기판(21) 상부에 발광 구조체(30)가 위치한다. 상기 발광 구조체(30)는 제1 질화물 반도체층(25), 제2 질화물 반도체층(29) 및 상기 제1 및 제2 질화물 반도체층들(25, 29) 사이에 개재된 활성층(27)을 포함한다. 예컨대, 제1 질화물 반도체층은 n형이고, 제2 질화물 반도체층은 p형이다.A light emitting structure 30 is disposed on the substrate 21. The light emitting structure 30 includes an active layer 27 interposed between the first and second nitride semiconductor layers 25 and 29 and the first and second nitride semiconductor layers 25 and 29 do. For example, the first nitride semiconductor layer is n-type and the second nitride semiconductor layer is p-type.

상기 제1 질화물 반도체층(25), 활성층(27) 및 제2 질화물 반도체층(29)은 질화갈륨 계열의 화합물 반도체 물질, 즉, (Al, In, Ga)N으로 형성될 수 있으며, a면 또는 m면의 결정성장면을 갖는다. 상기 활성층(27)은 요구되는 파장의 광 예컨대 자외선 또는 청색광을 방출하도록 조성 원소 및 조성비가 결정된다. 상기 제1 질화물 반도체층(25) 및/또는 제2 질화물 반도체층(29)은, 도시한 바와 같이, 단일층으로 형성될 수 있으나, 다층 구조로 형성될 수도 있다. 또한, 활성층(27)은 단일 양자웰 또는 다중 양자웰 구조로 형성될 수 있다. 다층 구조의 제1 질화물 반도체층(25) 및/또는 제2 질화물 반도체층(29)은 그 내부에 언도프층을 포함할 수도 있다.The first nitride semiconductor layer 25, the active layer 27 and the second nitride semiconductor layer 29 may be formed of a gallium nitride compound semiconductor material, that is, (Al, In, Ga) N, Or an m-plane crystal growth surface. The compositional element and the composition ratio are determined so that the active layer 27 emits light of a desired wavelength, for example, ultraviolet light or blue light. The first nitride semiconductor layer 25 and / or the second nitride semiconductor layer 29 may be formed as a single layer or may have a multilayer structure as shown in the figure. In addition, the active layer 27 may be formed in a single quantum well structure or a multiple quantum well structure. The first nitride semiconductor layer 25 and / or the second nitride semiconductor layer 29 of a multilayer structure may include an undoped layer therein.

상기 절연 패턴(23)은 발광 구조체(30), 예컨대 제1 질화물 반도체층(25)과 기판(21) 사이에 위치한다. 예를 들어, 제1 질화물 반도체층(25)은 절연 패턴(23)이 형성된 기판(21) 상에서 성장될 수 있다. 제1 질화물 반도체층(25)은 절연 패턴(23)이 형성된 영역 이외의 영역에 노출된 기판(21)면에서 성장되어 절연 패턴(23)이 형성된 영역 이외의 영역을 채우고 절연 패턴(23)을 덮는다. 그 후, 상기 제1 질화물 반도체층(25) 상에 활성층(27) 및 제2 질화물 반도체층(29)이 형성된다. 상기 반도체층들(25, 27, 29)은 MOCVD 또는 MBE 기술을 사용하여 형성될 수 있다.The insulating pattern 23 is located between the light emitting structure 30, for example, the first nitride semiconductor layer 25, and the substrate 21. For example, the first nitride semiconductor layer 25 may be grown on the substrate 21 on which the insulating pattern 23 is formed. The first nitride semiconductor layer 25 is grown on the surface of the substrate 21 exposed in a region other than the region in which the insulating pattern 23 is formed to fill the region other than the region where the insulating pattern 23 is formed, Cover. Thereafter, the active layer 27 and the second nitride semiconductor layer 29 are formed on the first nitride semiconductor layer 25. The semiconductor layers 25, 27 and 29 may be formed using MOCVD or MBE techniques.

한편, 투명 전류 확산층(31)이 제2 질화물 반도체층(29) 상에, 예컨대, ITO 또는 ZnO로 형성될 수 있다. 투명 전류 확산층(31)은 제2 질화물 반도체층(29)에 비해 비저항이 낮은 물질로 형성되며, 전류를 분산시키는 역할을 한다. 상기 투명전류 확산층(31) 상에 전극 패드(33)가 형성된다.On the other hand, the transparent current diffusion layer 31 may be formed of, for example, ITO or ZnO on the second nitride semiconductor layer 29. The transparent current diffusion layer 31 is formed of a material having a lower resistivity than the second nitride semiconductor layer 29 and serves to disperse the current. An electrode pad 33 is formed on the transparent current diffusion layer 31.

분포 브래그 반사층(40)은 굴절률이 다른 층들이 교대로 적층된 다층 구조를 가지며, 기판(21)의 하부에 위치한다. 분포 브래그 반사층(45)은 예컨대, SiO2의 제1층과 TiO2의 제2층을 교대로 적층하여 형성될 수 있다. 제1층과 제2층의 두께는 활성층(27)에서 생성된 광의 파장에 대해 높은 반사율을 나타내도록 선택될 수 있으나, 교대로 적층되는 제1층들 또는 제2층들이 모두 동일한 두께를 가질 필요는 없다. 또한, 활성층(27)에서 생성된 광의 파장뿐만 아니라 가시영역의 넓은 파장에 대해 상대적으로 높은 반사율을 갖도록 다수의 분포 브래그 반사층들이 적층될 수도 있다. 다수의 분포 브래그 반사층들을 적층함으로써 가시영역의 넓은 파장에 대해 높은 반사율을 나타낼 수 있다. 예컨대, 본 발명에 따른 비극성 발광 다이오드를 실장하여 백색광을 구현하는 패키지의 경우, 상기 비극성 발광 다이오드에서 생성된 광과 다른 파장의 광이 상기 비극성 발광 다이오드로 입사될 수 있으며, 이때 상기 다른 파장의 광을 다시 반사시킬 수 있어 패키지의 광추출 효율을 개선할 수 있다. The distributed Bragg reflection layer 40 has a multi-layer structure in which layers having different refractive indices are alternately stacked, and is located at the bottom of the substrate 21. [ The distributed Bragg reflector layer 45 may be formed, for example, by alternately laminating a first layer of SiO2 and a second layer of TiO2. The thicknesses of the first and second layers may be selected to exhibit a high reflectance with respect to the wavelength of light generated in the active layer 27, but it is not necessary that the first layers or the second layers, which are alternately stacked, none. In addition, a plurality of distributed Bragg reflector layers may be stacked so as to have a relatively high reflectance for the wavelength of the light generated in the active layer 27 as well as for the wide wavelength of the visible region. By stacking a plurality of distributed Bragg reflector layers, a high reflectivity can be exhibited for a wide wavelength of the visible region. For example, in the case of a package in which a nonpolar light emitting diode according to the present invention is mounted to realize white light, light having a wavelength different from that of light generated in the nonpolar light emitting diode may be incident on the nonpolar light emitting diode, The light extraction efficiency of the package can be improved.

나아가, 상기 분포 브래그 반사층(40)의 첫째층 및 마지막층은 SiO2일 수 있다. SiO2를 분포 브래그 반사층(40)의 첫째층 및 마지막층에 배치함으로써 분포 브래그 반사층(40)을 안정하게 기판(21)에 부착할 수 있고, 분포 브래그 반사층(40)을 보호할 수 있다.Further, the first and last layers of the distributed Bragg reflection layer 40 may be SiO 2 . The distributed Bragg reflection layer 40 can be stably attached to the substrate 21 and the distributed Bragg reflection layer 40 can be protected by disposing SiO 2 on the first layer and the last layer of the distributed Bragg reflection layer 40.

분포 브래그 반사층(40)은 기판(21)의 하부면을 연마하여 기판(21)을 얇게 한 후 형성될 수 있다. 한편, 하부면에 제1층과 제2층을 교대로 적층하여 다층 구조의 분포 브래그 반사층(40)을 형성한 후, 사진 및 식각 공정을 사용하여 기판(21)의 하부의 접속 영역(들)을 노출시키는 개구부(들)을 형성할 수 있다. 그 후, 상기 분포 브래그 반사층(40)을 덮는 보호 금속층(45)이 형성된다. 보호 금속층(45)은 분포 브래그 반사층(40)을 보호하며 또한 기판(21)의 접속 영역들에 전기적으로 접속되어 전극 패드로서의 역할을 수행한다. 보호 금속층(45)은 분포 브래그 반사층(40) 측에 Al 또는 Ag와 같은 반사층을 포함할 수 있으며, 또한 접속 영역에 콘택하는 콘택층을 포함할 수 있다.The distributed Bragg reflection layer 40 may be formed after the lower surface of the substrate 21 is polished to thin the substrate 21. On the other hand, after the first and second layers are alternately laminated on the lower surface to form the multi-layered distributed Bragg reflector layer 40, the connection area (s) under the substrate 21 is removed by photolithography and etching, (S) to expose the openings. Thereafter, a protective metal layer 45 covering the distributed Bragg reflector layer 40 is formed. The protective metal layer 45 protects the distributed Bragg reflection layer 40 and is electrically connected to the connection regions of the substrate 21 to serve as an electrode pad. The protective metal layer 45 may include a reflective layer such as Al or Ag on the side of the distributed Bragg reflection layer 40 and may include a contact layer that contacts the connection region.

한편, 보호 금속층(45)이 전기적으로 접속되는 기판(21)의 접속 영역(들)은 스트라이프 형상, 메쉬 형상 또는 아일랜드 형상등 다양한 형상으로 배치될 수 있다. 나아가, 접속 영역(들) 수직방향 상부에는 절연 패턴(23)이 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 전극 패드(33)측으로부터 접속 영역으로 전류가 직선적으로 흐르는 것을 방지하여 활성층(27)의 넓은 영역에 걸쳐 전류를 분산시킬 수 있다.On the other hand, the connection region (s) of the substrate 21 to which the protective metal layer 45 is electrically connected may be arranged in various shapes such as a stripe shape, a mesh shape, or an island shape. Furthermore, it is preferable that the insulating pattern 23 is arranged on the upper side in the vertical direction of the connection region (s). Thus, current can be prevented from flowing linearly from the electrode pad 33 side to the connection region, and current can be distributed over a wide region of the active layer 27.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비극성 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a non-polarized light emitting diode according to another embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 비극성 발광 다이오드는 앞서 도 1을 참조하여 설명한 발광 다이오드와 대체로 유사하며, 다만, 투명 전류 확산층(31a)이 요철 패턴의 표면을 갖는 것에 차이가 있다. 투명 전류 확산층(31a)은 ZnO로 형성될 수 있으며, ZnO층의 상부면을 패터닝함으로써 요철을 형성할 수 있다. 투명 전류 확산층(31a)의 표면에 요철이 형성됨으로써 광 추출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.Referring to FIG. 2, the nonpolar light emitting diode according to the present embodiment is substantially similar to the light emitting diode described above with reference to FIG. 1, except that the transparent current diffusion layer 31a has the surface of the concavo-convex pattern. The transparent current diffusion layer 31a may be formed of ZnO, and the upper surface of the ZnO layer may be patterned to form irregularities. The light extraction efficiency can be further improved by forming the irregularities on the surface of the transparent current diffusion layer 31a.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비극성 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a non-polarized light emitting diode according to another embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 비극성 발광 다이오드는 앞서 도 1을 참조하여 설명한 발광 다이오드와 대체로 유사하며, 다만, 발광 구조체(30)에 홈들(30a)이 형성된 것에 차이가 있다. 홈(30a)은 투명 전류 확산층(31)을 형성하기 전 또는 그것을 형성한 후에, 제2 질화물 반도체층(29) 및 활성층(27)을 식각함으로써 형성될 수 있다. 또한, 홈(30a)은 제1 질화물 반도체층(25) 내로 연장할 수 있다. 홈(30a)의 측벽은 기판(21) 면에 대해 경사지게 형성될 수 있다. 예컨대, 홈(30a)은 단면이 V형 형상으로 형성되며, 예컨대 원뿔, 사각뿔 등 다양한 뿔 형상으로 형성될 수 있다. 한편, 투명 전류 확산층(31)은 메쉬 형상으로 연결될 수 있다. 홈(30a)을 형성함으로써 발광 구조체(30)에서 생성된 광의 추출 효율을 개선할 수 있다.Referring to FIG. 3, the nonpolar light emitting diode according to the present embodiment is substantially similar to the light emitting diode described above with reference to FIG. 1, except that grooves 30a are formed in the light emitting structure 30. FIG. The groove 30a may be formed by etching the second nitride semiconductor layer 29 and the active layer 27 before or after the transparent current diffusion layer 31 is formed. Further, the groove 30a can extend into the first nitride semiconductor layer 25. The side wall of the groove 30a may be formed to be inclined with respect to the surface of the substrate 21. For example, the groove 30a is formed in a V-shape in cross section and may be formed into various horn shapes such as cones and quadrangular horns. On the other hand, the transparent current diffusion layer 31 may be connected in a mesh shape. By forming the grooves 30a, it is possible to improve the extraction efficiency of the light generated in the light emitting structure 30.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비극성 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating a non-polarized light emitting diode according to another embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 다이오드는 도 1을 참조하여 설명한 발광 다이오드와 대체로 유사하나, 절연 패턴(53)이 에어갭(air gap)들로 형성된 것에 차이가 있다.Referring to FIG. 4, the light emitting diode according to the present embodiment is substantially similar to the light emitting diode described with reference to FIG. 1, except that the insulating pattern 53 is formed with air gaps.

절연 패턴(53)은 기판(21) 상에 질화물 반도체층(53)을 형성하고, 질화물 반도체층(53)을 사진 및 식각 공정을 사용하여 패터닝함으로써 복수의 홈 또는 복수의 트렌치를 형성하고 그 위에 제1 질화물 반도체층(55)을 성장시킴으로써 형성될 수 있다. 식각 공정에 의해 질화물 반도체층(53) 내에 형성된 홈 또는 트렌치의 바닥면은 식각 손상에 의해 제1 질화물 반도체층(55) 성장이 억제되며, 따라서 홈 또는 트렌치 내에 질화물 반도체로 둘러싸인 에어갭이 형성된다. 상기 제1 질화물 반도체층(55) 상에 활성층(27) 및 제2 질화물 반도체층(29)이 형성되어 발광 구조체(60)가 형성된다.The insulating pattern 53 is formed by forming a nitride semiconductor layer 53 on the substrate 21 and patterning the nitride semiconductor layer 53 using a photolithography and etching process to form a plurality of trenches or a plurality of trenches May be formed by growing the first nitride semiconductor layer 55. The growth of the first nitride semiconductor layer 55 is suppressed by etch damage on the bottom surface of the trench or trench formed in the nitride semiconductor layer 53 by the etching process so that an air gap surrounded by the nitride semiconductor is formed in the trench or trench . The active layer 27 and the second nitride semiconductor layer 29 are formed on the first nitride semiconductor layer 55 to form the light emitting structure 60.

상기 에어갭은 절연재료로 형성된 절연 패턴(23)에 비해 더 낮은 굴절률을 가지며, 따라서 광을 더 잘 산란시킬 수 있어 광 추출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.The air gap has a lower refractive index than that of the insulating pattern 23 made of an insulating material, and thus can more efficiently scatter light, thereby further improving light extraction efficiency.

본 실시예에 있어서, 질화물 반도체층(53)에 홈 또는 트렌치를 형성하는 것으로 설명하였으나, 질화물 반도체층(53)을 형성하지 않고, 기판(21) 상부면에 직접 홈 또는 트렌치를 형성하고 제1 질화물 반도체층(55)을 성장시킬 수도 있다.A groove or a trench is formed in the upper surface of the substrate 21 without forming the nitride semiconductor layer 53 and a trench or a trench is formed directly on the upper surface of the substrate 21. In this case, The nitride semiconductor layer 55 may be grown.

또한, 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 투명 전류 확산층(31)의 표면에 요철을 형성할 수도 있으며, 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 홈(30a)을 형성할 수도 있다.Further, as described with reference to Fig. 2, the surface of the transparent current diffusion layer 31 may have irregularities, and the groove 30a may be formed as described with reference to Fig.

Claims (8)

비극성 질화갈륨계 기판;
상기 기판 상부에 위치하는 제1 질화물 반도체층;
상기 제1 질화물 반도체층 상부에 위치하는 비극성 활성층;
상기 활성층 상부에 위치하는 제2 질화물 반도체층;
상기 제1 질화물 반도체층과 상기 기판 사이에 개재된 절연 패턴;
상기 기판 하부에 위치하는 다층 구조의 분포 브래그 반사층; 및
상기 분포 브래그 반사층을 덮는 보호금속층을 포함하고,
상기 보호금속층은 상기 분포 브래그 반사층의 개구부를 통해 상기 기판 하부면에 전기적으로 접속된 발광 다이오드.A nonpolar gallium nitride based substrate;
A first nitride semiconductor layer located on the substrate;
A nonpolar active layer located on the first nitride semiconductor layer;
A second nitride semiconductor layer located on the active layer;
An insulating pattern interposed between the first nitride semiconductor layer and the substrate;
A distributed Bragg reflection layer having a multi-layered structure positioned below the substrate; And
And a protective metal layer covering the distributed Bragg reflection layer,
Wherein the protective metal layer is electrically connected to the lower surface of the substrate through an opening of the distributed Bragg reflection layer. 청구항 1에 있어서,
상기 기판은 그 하부면에 상기 보호금속층이 접속되는 적어도 하나의 접속 영역을 갖고,
상기 절연 패턴은 적어도 상기 접속 영역의 수직 방향 상부에 위치하는 발광 다이오드.The method according to claim 1,
Wherein the substrate has at least one connection region to which the protective metal layer is connected,
Wherein the insulating pattern is located at least in a vertical direction above the connection region. 청구항 2에 있어서,
상기 절연 패턴은 상기 적어도 하나의 접속 영역에 비해 고밀도로 배치된 발광 다이오드.The method of claim 2,
Wherein the insulation pattern is disposed at a higher density than the at least one connection region. 청구항 1에 있어서,
상기 절연 패턴은 질화물 반도체로 둘러싸인 에어갭들로 이루어진 발광 다이오드.The method according to claim 1,
Wherein the insulating pattern comprises air gaps surrounded by a nitride semiconductor. 청구항 1에 있어서,
상기 제2 질화물 반도체층 상부에 위치하는 투명 전류 확산층을 더 포함하는 발광 다이오드.The method according to claim 1,
And a transparent current diffusion layer located above the second nitride semiconductor layer. 청구항 5에 있어서,
상기 투명 전류 확산층은 ZnO로 형성되고, 상기 투명 전류 확산층의 표면에 요철이 형성된 발광 다이오드.The method of claim 5,
Wherein the transparent current diffusion layer is formed of ZnO, and the surface of the transparent current diffusion layer has irregularities. 청구항 1에 있어서,
상기 제2 질화물 반도체층 및 상기 활성층을 관통하는 적어도 하나의 홈을 더 포함하는 발광 다이오드.The method according to claim 1,
And at least one groove penetrating the second nitride semiconductor layer and the active layer. 청구항 7에 있어서,
상기 홈의 측벽은 상기 기판 하부면에 대해 경사진 발광 다이오드.The method of claim 7,
And a side wall of the groove is inclined with respect to the lower surface of the substrate.
KR1020100031058A 2010-04-05 2010-04-05 Light emitting diode employing non-polar substrate KR101625132B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100031058A KR101625132B1 (en) 2010-04-05 2010-04-05 Light emitting diode employing non-polar substrate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100031058A KR101625132B1 (en) 2010-04-05 2010-04-05 Light emitting diode employing non-polar substrate

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110111799A KR20110111799A (en) 2011-10-12
KR101625132B1 true KR101625132B1 (en) 2016-05-27

Family

ID=45027751

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100031058A KR101625132B1 (en) 2010-04-05 2010-04-05 Light emitting diode employing non-polar substrate

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101625132B1 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101327031B1 (en) 2011-10-31 2013-11-13 현대자동차주식회사 Apparatus for detecting durability wiper blade
KR101289442B1 (en) * 2012-03-02 2013-07-24 일진엘이디(주) Nitride based light emitting diode comprising distributed bragg reflector and manufacturing method thereof
WO2015080416A1 (en) * 2013-11-28 2015-06-04 순천대학교 산학협력단 Side-emitting light emitting diode, surface light source, and method for manufacturing same
KR101539994B1 (en) * 2013-11-28 2015-07-30 순천대학교 산학협력단 Edge light emitting diode and method of fabricating the same
CN106784220A (en) * 2016-06-22 2017-05-31 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 Light emitting diode and preparation method thereof

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100576856B1 (en) 2003-12-23 2006-05-10 삼성전기주식회사 Nitride semiconductor light emitting diode and method of manufactruing the same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100576856B1 (en) 2003-12-23 2006-05-10 삼성전기주식회사 Nitride semiconductor light emitting diode and method of manufactruing the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110111799A (en) 2011-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101034053B1 (en) Light emitting device, method for fabricating the light emitting device and light emitting device package
KR101269053B1 (en) Nano lod light emitting device and method of manufacturing the same
TWI750387B (en) Optoelectronic device
US9455378B2 (en) High efficiency light emitting diode and method for fabricating the same
TWI460888B (en) Light emitting device
KR101729263B1 (en) Light emitting device, method for fabricating the light emitting device and light emitting device package
KR101258583B1 (en) Nano lod light emitting device and method of manufacturing the same
CN108140700B (en) Light emitting device
KR100714638B1 (en) Facet extraction type led and method for manufacturing the same
KR101154709B1 (en) Light emitting device, method for fabricating the light emitting device, light emitting device package and lighting system
US20230261157A1 (en) Contact structures of led chips for current injection
JP7224020B2 (en) Semiconductor device, semiconductor device package, and lighting system including the same
TW201322483A (en) Optoelectronic semiconductor chip and method for the production thereof
KR101625132B1 (en) Light emitting diode employing non-polar substrate
KR20120102137A (en) Optoelectronic semiconductor chip
US7960749B2 (en) Light-emitting device structure and semiconductor wafer structure with the same
US20130126829A1 (en) High efficiency light emitting diode
KR101028314B1 (en) Light emitting device and method for fabricating the same
US8735923B2 (en) Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof
KR20130066308A (en) Light emitting device
KR20150107400A (en) Light emitting diode
KR20110132161A (en) Semiconductor light emitting diode and method of manufacturing thereof
KR102563266B1 (en) Light emitting device and light module
KR101171329B1 (en) Light emitting diode
KR20160059221A (en) Light emitting device and lighting system

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee