KR101744933B1 - 고효율 발광 다이오드 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면 고효율 발광 다이오드가 개시된다. 상기 발광 다이오드는,
지지기판;
상기 지지기판 상에 위치하고, p형 화합물 반도체층, 활성층 및 n형 화합물 반도체층을 포함하고, 상기 p형 화합물 반도체층이 상기 n형 화합물 반도체층보다 상기 지지기판 측에 위치하는 반도체 적층 구조체;
상기 p형 화합물 반도체층 및 상기 활성층을 적어도 2 영역으로 나누며 상기 n형 화합물 반도체층을 노출시키고, 상기 n형 화합물 반도체층으로 갈수록 좁아지게 형성된 개구부;
상기 n형 화합물 반도체층의 노출면과 상기 개구부의 측벽을 덮어 형성되는 절연층;
상기 절연층 및 상기 p형 화합물 반도체층을 덮어 상기 p형 화합물 반도체층에 오믹 콘택하는 반사층; 및
상기 n형 화합물 반도체층의 상부에 형성된 n-전극을 포함한다.

Description

고효율 발광 다이오드{HIGH EFFICIENCY LIGHT EMITTING DIODE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판 분리 공정을 적용하여 성장기판을 제거한 질화갈륨 계열의 고효율 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN) 등과 같은 Ⅲ족 원소의 질화물은 열적 안정성이 우수하고 직접 천이형의 에너지 밴드(band) 구조를 가지므로, 최근 가시광선 및 자외선 영역의 발광소자용 물질로 많은 각광을 받고 있다. 특히, 질화인듐갈륨(InGaN)을 이용한 청색 및 녹색 발광 소자는 대규모 천연색 평판 표시 장치, 신호등, 실내 조명, 고밀도광원, 고해상도 출력 시스템과 광통신 등 다양한 응용 분야에 활용되고 있다.
이러한 III족 원소의 질화물 반도체층은 그것을 성장시킬 수 있는 동종의 기판을 제작하는 것이 어려워, 유사한 결정 구조를 갖는 이종 기판에서 금속유기화학기상증착법(MOCVD) 또는 분자선 증착법(molecular beam epitaxy; MBE) 등의 공정을 통해 성장된다. 이종기판으로는 육방 정계의 구조를 갖는 사파이어(Sapphire) 기판이 주로 사용된다. 그러나, 사파이어는 전기적으로 부도체이므로, 발광 다이오드 구조를 제한한다. 이에 따라, 최근에는 사파이어와 같은 이종기판 상에 질화물 반도체층과 같은 에피층들을 성장시키고, 상기 에피층들에 지지기판을 본딩한 후, 레이저 리프트 오프 기술 등을 이용하여 이종기판을 분리하여 수직형 구조의 고효율 발광 다이오드를 제조하는 기술이 개발되고 있다(예컨대, 미국등록특허공보 US6,744,071호 참조).
이러한 수직형 구조의 발광 다이오드는 성장기판 상에 n형 GaN층, 활성층 및 p형 GaN층을 차례로 형성하고, p형 GaN층 상에 p-전극 및 반사 금속층을 형성하고, 그 위에 지지기판을 본딩한 후, 사파이어 기판을 제거하고, 노출된 n형 반도체층 상에 n-전극 또는 n-전극 패드를 형성함으로써 제조된다. 지지기판은 일반적으로 도전 기판이 사용되며 따라서 n-전극과 p-전극이 서로 대향하여 배치된 수직형 구조를 갖는다.
그러나, p형 GaN층에 오믹 콘택하면서 반사층으로 주로 사용되는 Ag는 열 공정에 의해 뭉침 현상이 발생되기 쉽고 또한 발광 다이오드를 구동하는 동안 Ag 원자의 이동(migration)이 발생하여 전류 누설이 발생하기 쉬워 안정한 오믹 금속 반사층을 형성하는 것이 곤란하다. 더욱이, Ag는 금속 물질로서 반사율을 향상시키는 데 한계가 있다.
미국등록특허공보 US6,744,071호
본 발명이 해결하려는 과제는 반도체 발광소자의 칩이 대면적화됨에 따라 활성층에서 생성된 광의 방출경로가 길어지므로 이러한 방출경로를 줄여 생성된 광이 외부로 나가는 것을 개선시킨 고효율 발광 다이오드 및 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하려는 다른 과제는 지지기판 측으로 진행하는 광의 반사율을 향상시킨 고효율 발광 다이오드 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하려는 다른 과제는 수직구조 반도체 발광 다이오드에서 n측과 p측 전극 사이의 전류를 효과적으로 퍼지도록 함으로써 발광 효율과 정전기 내압을 향상시킨 고효율 발광 다이오드 및 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명 일측면에 따르면 고효율 발광 다이오드가 제공되며, 상기 발광 다이오드는,
지지기판;
상기 지지기판 상에 위치하고, p형 화합물 반도체층, 활성층 및 n형 화합물 반도체층을 포함하고, 상기 p형 화합물 반도체층이 상기 n형 화합물 반도체층보다 상기 지지기판 측에 위치하는 반도체 적층 구조체;
상기 p형 화합물 반도체층 및 상기 활성층을 적어도 2 영역으로 나누며 상기 n형 화합물 반도체층을 노출시키고, 상기 n형 화합물 반도체층으로 갈수록 좁아지게 형성된 개구부;
상기 n형 화합물 반도체층의 노출면과 상기 개구부의 측벽을 덮어 형성되는 절연층;
상기 절연층 및 상기 p형 화합물 반도체층을 덮어 상기 p형 화합물 반도체층에 오믹 콘택하는 반사층; 및
상기 n형 화합물 반도체층의 상부에 형성된 n-전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 발광 다이오드는, 상기 절연층에 의하여 n-전극으로부터 하부로 향하는 전류 흐름이 분산되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
바람직하게는 상기 발광 다이오드는, 상기 절연층이 분포 브래그 반사기인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 발광 다이오드는, 상기 분포 브래그 반사기가 SixOyNz, TixOy, TaxOy 및 NbxOy, Al2O3, 및 HfO2 중에서 선택된 적어도 두 개의 층을 교대로 적층하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 발광 다이오드는, 상기 절연층이 Si, Ti, Ta, Nb, In 및 Sn에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 발광 다이오드는, 상기 절연층이 상기 p형 화합물 반도체층의 일부를 덮는 말단부를 갖는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 발광 다이오드는, 상기 개구부가 일 말단에 단차를 가지고 형성되며, 상기 절연층이 상기 단차를 덮도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 발광 다이오드는, 상기 절연층의 일면이 상기 p형 화합물 반도체층과 동일 선상에 위치하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 발광 다이오드는, 상기 개구부가 이중 경사를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 발광 다이오드는, 상기 개구부가 곡선부를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
바람직하게는 상기 발광 다이오드는, 상기 반사층이 Au, Al 또는 Ag로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 고효율 발광 다이오드의 제조 방법이 제공되며, 상기 방법은,
성장기판 상에 n형 화합물 반도체층, 활성층 및 p형 화합물 반도체층을 포함하는 에피층들을 성장시키는 단계;
상기 p형 화합물 반도체층 및 활성층을 식각하여 상기 p형 화합물 반도체층 및 상기 활성층을 적어도 2 영역으로 나누며 상기 n형 화합물 반도체층을 노출시키고, 상기 n형 화합물 반도체층으로 갈수록 좁아지게 개구부를 형성하는 단계;
상기 n형 화합물 반도체층의 노출면과 상기 개구부의 측벽을 덮어 절연층을 형성하는 단계;
상기 절연층 및 상기 p형 화합물 반도체층을 덮어 반사층을 형성하는 단계;
상기 반사층 위에 본딩금속을 개재하여 지지 기판을 본딩하는 단계; 및
상기 성장 기판을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 발광다이오드의 활성층에서 생성된 광이 반사층 또는 분포 브래그 반사기에 의해 반사되어 방출될 수 있도록 함으로써, 그 광의 방출경로를 단축시켜 광 추출 효율이 향상된다. 더욱이, 상기 분포 브래그 반사기를 발광다이오드에 채용하는 경우, 활성층에서 생성되는 광의 파장에 대응하여 반사율을 최적화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 발광다이오드에 있어서, 상기 반사층 내지 분포 브래그 반사기를 형성함으로써 지지기판 측으로 진행하는 광의 반사율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전류차단영역을 형성함으로써, n측 전극의 직하 방향으로 전류가 집중되는 경향을 감소시키고, n측과 p측 전극 사이의 전류를 측 방향으로 유도시켜 n측과 p측 전극 사이의 전류를 효과적으로 퍼지도록 함으로써 발광다이오드의 발광 효율과 정전기 내압을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고효율 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고효율 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 고효율 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 고효율 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 고효율 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 고효율 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 발광 다이오드를 설명하기 위한 평면도이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고효율 발광 다이오드를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고효율 발광 다이오드를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12 내지 도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 고효율 발광 다이오드를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 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.
도면에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있으며, 동일 또는 유사한 참조번호는 동일 또는 유사한 구성요소를 나타내는 것으로 한다.
제1 실시예
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 발광 다이오드는 지지기판(51), 반도체 적층 구조체(20), 개구부(30), 절연층(31), 반사층(41), 본딩 금속(42), n-전극(43) 및 p-전극 패드(45)를 포함할 수 있다.
지지기판(51)은 화합물 반도체층들을 성장시키기 위한 성장기판(21)(도 8 참조)과 구분되며, 이미 성장된 화합물 반도체층들에 부착된 2차 기판이다. 상기 지지기판(51)은 도전성 기판 또는 예를들어, 사파이어 기판과 같은 절연 기판일 수 있다. 여기서, 지지기판(51)을 도전성 기판으로 할 경우는, 반도체 적층 구조체(20)를 지지하는 지지체의 역할 외에도 p측 전극 역할을 할 수 있고, 지지기판(51) 상에 p-전극 패드(45)를 형성할 수 있다.
반도체 적층 구조체(20)는 지지기판(51) 상에 위치하며, n형 화합물 반도체층(23), 활성층(25) 및 p형 화합물 반도체층(27)을 포함한다. 여기서, 상기 반도체 적층 구조체(20)는 일반적인 수직형 발광 다이오드와 유사하게 p형 화합물 반도체층(27)이 n형 화합물 반도체층(23)에 비해 지지기판(51) 측에 가깝게 위치한다. 또한, 반도체 적층 구조체(20)는 지지기판(51)의 일부 영역 상에 위치할 수 있다.
n형 화합물 반도체층(23), 활성층(25) 및 p형 화합물 반도체층(27)은 III-N 계열의 화합물 반도체, 예컨대 (Al, Ga, In)N 반도체로 형성될 수 있다. n형 화합물 반도체층(23) 및 p형 화합물 반도체층(27)은 각각 단일층 또는 다중층일 수 있다. 예를 들어, n형 화합물 반도체층(23) 및/또는 p형 화합물 반도체층(27)은 콘택층과 클래드층을 포함할 수 있으며, 또한 초격자층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 활성층(25)은 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조일 수 있다. 저항이 상대적으로 작은 n형 화합물 반도체층(23)이 지지기판(51)의 반대쪽에 위치함으로써 n형 화합물 반도체층(23)의 상부면에 거칠어진 면을 형성하는 것이 용이하며, 거칠어진 면은 활성층(25)에서 생성된 광의 추출 효율을 향상시킨다.
개구부(30)는 p형 화합물 반도체층(27) 상에 포토리소그래피를 이용하여 일정 패턴을 형성한 후, 일부 영역을 메사에칭함으로써 형성되며, p형 화합물 반도체층(27) 및 활성층(25)과, n형 화합물 반도체층(23)의 일부를 노출시키며, p형 화합물 반도체층(27) 및 활성층(25)을 적어도 2 영역으로 나눌 수 있다.
또한, 개구부(30)는 트렌치, 그루브, 또는 홀(hole)로 형성될 수 있으며, 복수개 형성될 수 있다. 예컨대, 개구부(30)는 트렌치로 형성되어 도 7에 도시된 바와 같이 p형 화합물 반도체층(27) 및 활성층(25)을 4개의 영역으로 나눌 수 있다. 이외에도 개구부(30)는 복수개의 홀들이 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 따라서, 개구부의 개수나 개구부의 특정 형상으로 본 발명이 제한되는 것은 아님을 이해하여야 한다.
절연층(31)은 반도체 적층 구조체(20)의 내부에 형성되어 전류차단 기능을 수행하는 영역으로서, 예를들어 SiO2를 가지고 상기 n형 화합물 반도체층(23)의 노출면과 상기 개구부(30)의 측벽을 덮어 형성된다.
즉, 절연층(31)은 n형 화합물 반도체층(23)과 p측 전극 사이에 흐르는 전류의 방향을 n형 화합물 반도체층(23)의 직하방향이 아닌, 측 방향으로 분산시킴으로써 전류 집중 현상을 완화시킨다.
한편, 상기 절연층(31)은 예를들어, Si, Ti, Ta, Nb, In 및 Sn에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함하거나, SixOyNz, TixOy, TaxOy, NbxOy, Al2O3, 및 HfO2중에서 선택된 적어도 두 개의 층을 교대로 적층하여 형성될 수 있으며 분포 브래그 반사기(DBR)일 수 있다. 여기서, 절연층(31)을 분포 브래그 반사기로 할 경우, 교대로 적층되는 고굴절률층과 저굴절률 층의 광학 두께를 조절하여 특정 파장의 광에 대한 반사율을 극대화할 수 있다. 따라서, 활성층(25)에서 생성되는 광의 파장에 따라 반사율이 최적화된 분포 브래그 반사기를 형성함으로써, 예컨대 자외선, 가시광선 또는 적외선에 대한 높은 반사율을 갖는 고반사 절연층(31)을 형성할 수 있다. 예를들어, 절연층(31)의 첫번째 층은 SixOyNz 또는 Al2O3 으로 형성하고, 두번째 층은 TixOy 또는 HfO2으로 형성할 수 있다. 또한, 상기 첫번째 층은 접착력 향상을 위하여 반도체층과 접하여 형성하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 절연층(31)에 의해 전류차단 기능은 물론, 실시예에 따라, 반도체 적층 구조체(20) 내부에서 진행하는 광을 반사시켜 외부로 향하도록 할 수 있으며, 활성층(25)에서 발생된 광의 방출 경로를 단축시켜 광 손실을 감소시킬 수도 있다. 또한, 도 1 및 도 10에서와 같이 절연층의 말단부(31a, 도 10참조)가 p형 화합물 반도체층(27)의 일부를 덮도록 형성함으로써, 그 말단부(31a)에 의해 지지기판(51) 측으로 향하는 광을 반사시켜 외부로 향하게 할 수도 있다.
특히, 개구부(30) 내의 절연층(31)을 고반사 물질로 형성하는 경우에는 광 추출 효율을 향상시키기 위해, 또는 통상의 절연 물질로 형성하는 경우라도 전류 분산 효과를 높이기 위해, 상기 개구부(30)의 폭은 n형 화합물 반도체층(23)으로 갈수록 좁아지게 형성할 수 있다. 이에 대하여는 후술하기로 한다.
반사층(41)은 상기 절연층(31) 및 상기 p형 화합물 반도체층(27)을 덮어 형성된다. 반사층(41)은 상기 p형 화합물 반도체층(27)에 오믹 콘택하는 반사 금속, 예를들어, 금(Au), 알루미튬(Al), 은(Ag) 등의 도전성 물질을 이용하여 형성될 수 있다.
반사층(41)은 절연층(31)이 분포 브래그 반사기와 같은 고반사 절연층으로 형성되지 않고 SiO2와 같은 투명한 절연층으로서 형성되는 경우, 활성층(25)에서 생성되어 절연층(31)을 통과한 광이 반사층(41)에 의해 반사되어 외부로 방출될 수 있도록 함으로써 광 추출효율을 증가시키는 한편, 지지기판(51) 측으로 진행하는 광의 반사율도 향상시킬 수 있다.
본딩 금속(42)은 지지기판(51)과 반사층(41) 사이에 위치할 수 있다. 본딩 금속(42)은 Au-Sn 및 Cr-Au로 형성될 수 있으며, 공융(eutectic) 본딩에 의해 지지기판(51)을 반도체 적층 구조체(20)에 접착시킨다.
n-전극(43)은 n형 화합물 반도체층(23)에 오믹 콘택할 수 있고, n형 화합물 반도체층(23)의 상부에 형성된다. 다만, 절연층(31) 형성에 의한 전류 분산 효과를 위해서, n-전극(43)은 절연층(31)의 위치에 대응되는 위치에 형성되는 것이 바람직하다.
본 실시예에 따르면, 반사율이 높은 분포 브래그 반사기를 반도체 적층 구조체 내부에 형성하여 활성층에서 생긴 광의 방출경로를 단축시키거나 지지기판 측으로 진행하는 광의 반사율을 높임으로써 광 추출 효율을 증가시킬 수 있고, 반도체 적층 구조체 내부의 절연층에 의해 n측 전극과 p측 전극 사이의 전류를 측방향으로 분산시켜 높은 광효율의 발광 다이오드를 제공할 수 있다.
이하에서는, 도 8 내지 도 10을 참조하여 본 발명에 따른 고효율 발광 다이오드의 제조방법에 대해 간략하게 설명한다.
도 8을 참조하면, 사파이어와 같은 성장기판(21) 상에 n형 화합물 반도체층(23), 활성층(25) 및 p형 화합물 반도체층(27)을 포함하는 에피층들을 성장시킨다.
다음으로, 도 9를 참조하면, 상기 p형 화합물 반도체층(27) 및 활성층(25)을 식각하여 n형 화합물 반도체층(23)의 일부를 노출시키는 개구부(30)를 형성한다. 이때, 개구부(30)의 측벽(30a)은 소정의 각도를 갖고 기울어져 개구부(30)의 상면이 개구부의 바닥면(30b)보다 크게 형성될 수 있다. 또한, 개구부(30)는 메쉬 형상과 같이 n형 화합물 반도체층(23)을 노출시키는 복수의 개구부들을 가질 수 있다.
다음으로, 도 10을 참조하면, n형 화합물 반도체층(23)의 노출면과 상기 개구부(30)의 측벽(30a)을 덮는 절연층(31)을 형성한다. 절연층(31)은 원으로 표시한 것과 같이 절연층의 말단부(31a)가 p형 화합물 반도체층(27)의 일부를 덮도록 형성할 수 있다. 이렇게 함으로써, 절연층(31)을 분포 브래그 반사기로 형성하는 경우, 말단부(31a)에 의해 지지기판(51) 측으로 향하는 광을 반사시킬 수 있다.
다음으로, 도시하지는 않았으나, 상기 절연층(31) 및 상기 p형 화합물 반도체층(27)을 덮는 반사층(41)을 형성한다. 여기서, 반사층(41)은 상기 p형 화합물 반도체층(27)에 오믹 콘택하는 반사 금속, 예를들어, 금(Au), 알루미튬(Al), 은(Ag) 등의 도전성 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 한편, 반도체층과 반사금속 사이에 Pt, Pd 및 Cr 중 하나의 금속을 사이에 추가로 형성할 수 있다. 그 후, 상기 반사층(41) 상에 본딩을 위한 금속층을 형성하고, 지지기판(51) 상에 또한 본딩을 위한 금속층을 형성한 후, 이들 금속층을 서로 본딩한다. 이에 따라, 상기 본딩을 위한 금속층들에 의해 본딩 금속(42)이 형성되고, 지지기판(51)이 화합물 반도체층들(23, 25, 27)에 본딩된다.
그 후, 레이저 리프트 오프 기술 등을 사용하여 성장기판(21)을 제거하고, n형 화합물 반도체층(23)을 노출시킨다. 그 후, 노출된 n형 화합물 반도체층(23)의 상부에 n-전극(43)을 형성하는데, 전술한 바와 같이, n-전극(43)은 절연층(31)의 위치에 대응되도록 형성되는 것이 전류 분산 효과를 위해서 바람직하고, 마지막으로, 개별 발광 다이오드 칩으로 분할하여 도 1에 도시된 발광 다이오드가 완성된다.
제2 실시예
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고효율 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다. 이하, 제1 실시예에서와 동일한 부분의 설명은 설명의 간략화를 위하여 생략하기로 한다.
도 2를 참조하면, 상기 발광 다이오드는 지지기판(151), 반도체 적층 구조체(120), 개구부(130), 절연층(131), 반사층(141), 본딩 금속(142), n-전극(143) 및 p-전극 패드(145)를 포함할 수 있다.
여기서, 다른 구성요소들에 대한 설명은 제1 실시예에서와 마찬가지이나, 절연층(131)의 말단부의 형상은 절연층(31)과 상이하다.
즉, 절연층(131)은 절연층(31)과 같이 p형 화합물 반도체층(127)의 일부를 덮는 말단부(31a)를 갖지 않으며, 도 11에 도시된 바와 같이, 절연층(131)의 말단은 p형 화합물 반도체층(127)의 상면과 동일선상에 위치한다. 이렇게 함으로써, 반사층(141)은 반사층(41)과 달리 좀더 얇게 형성될 수 있다.
다만, 말단부(31a)를 갖지 않는 형상이므로, 절연층(131)을 분포 브래그 반사기로 하는 경우라도, 절연층(131)에 의해 지지기판(151)으로 향하는 광을 반사시키기는 절연층(31)에 비하여 쉽지 않다. 그러나, 절연층(131) 위에 덮이는 반사층(141)의 형성으로, 결국 지지기판(151)으로 향하는 광의 반사율은 증가될 수 있으며, 전체적인 광추출 효율도 증가된다.
한편, 절연층(131)의 형성으로 인한 전류 분산 효과로 인하여 광효율이 증가됨은 물론이다.
도 2에 도시된 발광 다이오드를 제조하기 위한 방법을 더 구체적으로 설명하면, 도 9와 같은 형상의 개구부(130)를 형성하는 단계까지는 제1 실시예와 공통이며, 그 다음으로, 절연층(131)을 형성하는 단계에서, 도 10과 달리, n형 화합물 반도체층(123)의 노출면과 개구부(130)의 측벽 만을 덮도록 절연층(131)을 형성한다. 즉, 절연층(131)은 말단부를 이용하여 p형 화합물 반도체층(127)의 상면 일부를 덮지 않는다. 따라서, 절연층(131)의 말단면은 p형 화합물 반도체층(127)의 상면과 동일 선상에 위치하게 된다.
다음으로, 상기 절연층(131) 및 상기 p형 화합물 반도체층(127)을 덮는 반사층(141)을 형성한 후, 본딩 금속(142)을 형성하고, 지지기판(151)을 반도체 적층 구조체(120)에 본딩하고, 성장기판을 제거하는 등의 과정은 제1 실시예에서와 동일하다.
본 실시예에 따르면, 반사율이 높은 분포 브래그 반사기를 반도체 적층 구조체 내부에 형성하여 활성층에서 생긴 광의 방출경로를 단축시킬 수 있고, 반사층을 이용하여 지지기판 측으로 진행하는 광의 반사율을 높임으로써 광 추출 효율을 증가시킬 수 있고, 반도체 적층 구조체 내부의 절연층에 의해 n측 전극과 p측 전극 사이의 전류를 측방향으로 분산시켜 높은 광효율의 발광 다이오드를 제공할 수 있다. 또한, 반사층을 보다 얇게 형성할 수 있게 된다.
제3 실시예
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 고효율 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다. 이하, 이전 실시예들과 동일한 부분의 설명은 설명의 간략화를 위하여 생략하기로 한다.
도 3을 참조하면, 상기 발광 다이오드는 지지기판(251), 반도체 적층 구조체(220), 개구부(230), 절연층(231), 반사층(241), 본딩 금속(242), n-전극(243) 및 p-전극 패드(245)를 포함할 수 있다.
여기서, 다른 구성요소들에 대한 설명은 이전 실시예들과 마찬가지이나, 개구부(230)의 형상은 개구부(30 및 130)와 상이하고 절연층(231)의 말단부의 형상은 절연층(31 및 131)과 상이하다.
즉, 개구부(230)는 도 12에 원형으로 표시한 바와 같이, 개구부의 측벽(230a) 일 말단에서 연장되는 단차부(230c)를 포함할 수 있다.
또한, 개구부(230)를 상기와 같이 형성함으로써, 절연층(231)은 도 13에 도시된 바와 같이, p형 화합물 반도체층(127)의 높이와 동일 높이로 형성될 수 있게 된다. 즉, 절연층(231)은 n형 화합물 반도체층(223)의 노출면과 개구부(230)의 측벽(230a)은 물론 단차부(230c)를 덮도록 형성되고, 상기 단차부(230c)에 형성된 절연층의 말단부(231a)의 상면은 절연층(230)에 의해 덮히지 않은 p형 화합물 반도체층(227)의 상면과 동일 선상에 위치하게 된다. 이렇게 함으로써, 반사층(241)은 반사층(41)과 달리 절연층(231)이 말단부(231a)를 가지고 형성되더라도 좀더 얇게 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 발광 다이오드의 절연체(231)는 말단부(231a)를 가지므로, 절연층(231)을 분포 브래그 반사기로 하는 경우, 반사층(242)만이 아닌, 절연층의 말단부(231a)에 의해서도 지지기판(251)으로 향하는 광을 반사시켜 광추출 효율을 더욱 향상시킨다.
한편, 절연층(231)의 형성으로 인한 전류 분산 효과로 인하여 광효율이 증가됨은 물론이다.
도 3에 도시된 발광 다이오드를 제조하기 위한 방법을 더 구체적으로 설명하면, 제1 및 제2 실시예에서와 달리, 개구부(230)를 형성하는 단계에 있어서, 도 12와 같이, 개구부(230)는 측벽(230a)의 일 말단으로부터 연장되는 단차부(230c)를 갖도록 형성된다. 그 다음으로, 절연층(231)을 형성하는 단계에 있어서도, n형 화합물 반도체층(223)의 노출면과 개구부(230)의 측벽(230a)은 물론 단차부(230c)를 덮도록 절연층(231)을 형성하고, 이 경우 단차부(230c)에 형성된 절연층의 말단부(231a)의 상면이 절연층(230)에 의해 덮히지 않은 p형 화합물 반도체층(227)의 상면과 동일 선상에 위치하게 한다.
다음으로, 상기 절연층(231) 및 상기 p형 화합물 반도체층(227)을 덮는 반사층(241)을 형성한 후, 본딩 금속(242)을 형성하고, 지지기판(251)을 반도체 적층 구조체(220)에 본딩하고, 성장기판을 제거하는 등의 과정은 이전 실시예들과 동일하다.
본 실시예에 따르면, 반사율이 높은 분포 브래그 반사기를 반도체 적층 구조체 내부에 형성하여 활성층에서 생긴 광의 방출경로를 단축시킬 수 있고, 반사층은 물론 절연체의 말단부(231a)를 이용하여 지지기판 측으로 진행하는 광의 반사율을 높임으로써 광 추출 효율을 증가시킬 수 있고, 반도체 적층 구조체 내부의 절연층에 의해 n측 전극과 p측 전극 사이의 전류를 측방향으로 분산시켜 높은 광효율의 발광 다이오드를 제공할 수 있다. 또한, 절연체의 말단부(231a)가 형성됨에도 불구하고 반사층을 보다 얇게 형성할 수 있게 된다.
그 밖의 실시예
도 4 내지 도 6은 각각 본 발명의 제4 내지 제6 실시예에 따른 고효율 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 발광 다이오드는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같은 형상의 절연체(31, 131, 231) 외에도, 도 4의 절연체(331)와 같이 절연체의 측벽이 이중 경사를 가지거나, 도 5의 절연체(431)와 같이 곡선형태로 형성될 수 있음을 알 수 있다. 또한, 이를 위해서는, 개구부(330, 430)의 형상도 각각 이중 경사 내지 곡선 형태로 형성되어야 한다.
구체적으로, 도 4의 경우, 개구부(330)의 이중 경사면 및 절연체(331)의 이중 경사면 형성시, 이중 경사면을 이루는 기울기가 다른 두개의 변이 서로 만나는 영역은 통상 n형 화합물 반도체층(323) 내에 속하게 된다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 실시예에 따라서는, 이중 경사면 뿐만 아니라, 개구부의 측면 경사를 삼중, 사중 경사등으로 다양하게 변형할 수 있으며, 이때, 기울기가 다른 두개의 변이 서로 만나는 영역은 p형 화합물 반도체층(327) 내에 속할 수도 있다.
이렇게 함으로써, 절연체(331, 431)에 의한 전류 분산 방향 내지 분산 정도가 절연체(31, 131, 231)에 의한 전류의 분산 방향 내지 분산 정도와 달라짐은 물론이고, 활성층에서 생성된 광의 반사방향 내지 출사각도 또한 절연체(31, 131, 231)에 의한 경우와 달라질 수 있다.
한편, 도 6을 참조하면, 도 1과 달리, 반사층(541)의 일면이 절연층(531)의 형상을 따라 절곡되지 않고, 수평면을 이루도록 할 수 있다. 이 경우, 반사층(541)은 다른 실시예들과 달리, 매우 두껍게 형성될 수 있다.
또한, 도 6에서는, p-전극 패드(545')가 반도체 적층 구조체의 외부에 형성된 경우를 점선으로 도시하였다. 즉, 실선으로 도시한 것과 같이, 지지 기판(551) 하부에 p-전극 패드(545')를 형성할 수도 있지만, 지지 기판(551), 본딩 금속(542), 반사층(541)을 반도체 적층 구조체(520)보다 길게 옆으로 연장하고 외부로 노출된 반사층(541)의 상부에 p-전극 패드(545')를 형성할 수도 있다.
또한, 도시하지는 않았으나, 본 발명의 제1 내지 제5 실시예도 도 6의 점선으로 표시한 것과 마찬가지로, p-전극 패드를 반도체 적층 구조체의 외부에 형성할 수 있음을 당업자는 이해할 것이다.
본 발명은 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 정해지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
21 : 성장 기판 23: n형 화합물 반도체층
25: 활성층 27: p형 화합물 반도체층
20: 반도체 적층 구조체 30: 개구부
31 : 절연층 41 : 반사층
42: 본딩 금속 43 : n-전극
45 : p-전극 패드 51: 지지기판

Claims (12)

  1. 지지기판;
    상기 지지기판 상에 위치하고, p형 화합물 반도체층, 활성층 및 n형 화합물 반도체층을 포함하고, 상기 p형 화합물 반도체층이 상기 n형 화합물 반도체층보다 상기 지지기판 측에 위치하는 반도체 적층 구조체;
    상기 p형 화합물 반도체층 및 상기 활성층을 적어도 2 영역으로 나누며 상기 n형 화합물 반도체층을 노출시키고, 상기 n형 화합물 반도체층으로 갈수록 좁아지게 형성된 개구부;
    상기 n형 화합물 반도체층의 노출면과 상기 개구부의 측벽을 덮어 형성되며, 분포 브래그 반사기로 형성된 절연층;
    상기 절연층 및 상기 p형 화합물 반도체층을 덮어 상기 p형 화합물 반도체층에 오믹 콘택하는 반사층; 및
    상기 n형 화합물 반도체층의 상부에 형성된 n-전극을 포함하고,
    상기 절연층은 상기 p형 화합물 반도체층의 일부를 덮는 말단부를 갖고,
    상기 개구부는 일 말단에 단차를 가지고 형성되며, 상기 말단부는 상기 단차를 덮도록 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연층에 의하여 n-전극으로부터 하부로 향하는 전류 흐름이 분산되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 분포 브래그 반사기는 SixOyNz, TixOy, TaxOy, Al2O3, 및 HfO2 중에서 선택된 적어도 두 개의 층을 교대로 적층하여 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 절연층은 Si, Ti, Ta, Nb, In 및 Sn에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 절연층의 말단부의 하면은 상기 p형 화합물 반도체층의 하면과 동일 선상에 위치하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 개구부는 이중 경사를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 개구부는 곡선부를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 반사층은 Au, Al 또는 Ag로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  12. 성장기판 상에 n형 화합물 반도체층, 활성층 및 p형 화합물 반도체층을 포함하는 에피층들을 성장시키는 단계;
    상기 p형 화합물 반도체층 및 활성층을 식각하여 상기 p형 화합물 반도체층 및 상기 활성층을 적어도 2 영역으로 나누며 상기 n형 화합물 반도체층을 노출시키고, 상기 n형 화합물 반도체층으로 갈수록 좁아지게 개구부를 형성하는 단계;
    상기 n형 화합물 반도체층의 노출면과 상기 개구부의 측벽을 덮어 분포 브래그 반사기로 형성된 절연층을 형성하는 단계;
    상기 절연층 및 상기 p형 화합물 반도체층을 덮어 반사층을 형성하는 단계;
    상기 반사층 위에 본딩금속을 개재하여 지지 기판을 본딩하는 단계; 및
    상기 성장 기판을 제거하는 단계를 포함하고,
    상기 절연층은 상기 p형 화합물 반도체층의 일부를 덮는 말단부를 갖고,
    상기 개구부는 일 말단에 단차를 갖도록 형성되며, 상기 말단부는 상기 단차를 덮도록 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조 방법.
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JP2008205005A (ja) * 2007-02-16 2008-09-04 Mitsubishi Chemicals Corp ＧａＮ系ＬＥＤ素子

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