KR20060040923A - Light emitting diode of high efficiency for light extraction and method for fabricating the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고 광적출 효율 발광 다이오드 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 발광 다이오드의 제조 기판 상부면 및 하부면 또는 각각의 상,하부면에 볼록 렌즈 형상 또는 피라미드(Pyramid) 형상과 같은 돌출 패턴을 형성하여 전반사를 줄여 광 적출 효율을 높임으로써, 외부로 방출되는 광량을 증가시킬 수 있는 우수한 효과가 있다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high light extraction efficiency light emitting diode and a method of manufacturing the same, wherein a protruding pattern such as a convex lens shape or a pyramid shape is formed on upper and lower surfaces or upper and lower surfaces of a substrate for manufacturing a light emitting diode. By reducing the total reflection to increase the light extraction efficiency, there is an excellent effect that can increase the amount of light emitted to the outside.
전반사, 발광, 돌출, 효율Total reflection, luminescence, protrusion, efficiency
Description
도 1은 종래 기술에 따른 질화갈륨 발광 다이오드의 단면도1 is a cross-sectional view of a gallium nitride light emitting diode according to the prior art
도 2는 본 발명에 따른 고 광적출 효율 발광 다이오드의 단면도2 is a cross-sectional view of a high light extraction efficiency light emitting diode according to the present invention.
도 3a와 3b는 본 발명에 따른 고 광적출 효율 발광 다이오드의 기판에 형성된 돌출부 패턴 형상을 도시한 단면도3A and 3B are cross-sectional views illustrating protrusion pattern shapes formed on a substrate of a high light extraction efficiency light emitting diode according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 고 광적출 효율 발광 다이오드의 다른 단면도4 is another cross-sectional view of a high light extraction efficiency light emitting diode according to the present invention.
도 5a 내지 5f는 본 발명에 따른 고 광적출 효율 발광 다이오드의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도5A to 5F are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a high light extraction efficiency light emitting diode according to the present invention.
도 6a와 6b는 본 발명에 따라 고 광적출 효율 발광 다이오드의 다른 제조 공정을 설명하기 위한 단면도6A and 6B are cross-sectional views illustrating another manufacturing process of the high light extraction efficiency light emitting diode according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따라 사파이어 기판 상부면에 포토레지스트 패턴이 형성되어 있는 상태의 평면도7 is a plan view of a state in which a photoresist pattern is formed on an upper surface of a sapphire substrate according to the present invention;
도 8a 내지 8c는 본 발명에 따라 사파이어 기판의 상부면에 돌출된 사파이어 패턴을 형성하는 방법을 설명하기 위한 단면도8A to 8C are cross-sectional views illustrating a method of forming a sapphire pattern protruding from an upper surface of a sapphire substrate according to the present invention.
도 9는 본 발명에 따라 피라미드 형상으로 돌출된 사파이어 패턴의 단면도9 is a cross-sectional view of the sapphire pattern protruding into a pyramid shape according to the present invention
도 10은 본 발명에 따른 고 광적출 효율 발광 다이오드가 돌출된 사파이어 패턴에 의해 광의 전반사가 발생되지 않는 것을 설명하는 개략적인 단면도10 is a schematic cross-sectional view illustrating that total reflection of light is not generated by the sapphire pattern protruding from the high light extraction efficiency light emitting diode according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 기판 110 : 돌출된 패턴100: substrate 110: protruding pattern
130 : N타입 반도체층 140 : 양자 우물층130: N-type semiconductor layer 140: quantum well layer
150 : P타입 반도체층 160 : 전류 확산층150: P-type semiconductor layer 160: current diffusion layer
170a,570a: N-금속전극 170b,570b : P-금속전극 170a, 570a: N-
200,300,550 : 사파이어 기판 201,261 : 사파이어 패턴200,300,550: Sapphire substrate 201,261: Sapphire pattern
210 : 포토레지스트 패턴 220 : 버퍼층210: photoresist pattern 220: buffer layer
230 : N-GaN층 240,520 : 양자 우물층230: N-GaN layer 240,520: quantum well layer
250: P-GaN층 310 : 실리콘 산화막 250: P-GaN layer 310: silicon oxide film
320 : 실리콘 산화막 패턴 550a,550b : 돌출된 패턴320: silicon
600 : 서브 마운트 기판600: Submount Substrate
본 발명은 고 광적출 효율 발광 다이오드 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광 다이오드의 제조 기판에 돌출 패턴을 형성하여 전반사를 줄여 광 적출 효율을 높임으로써, 외부로 방출되는 광량을 증가시킬 수 있는 고 광적출 효율 발광 다이오드 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high light extraction efficiency light emitting diode and a method of manufacturing the same, and more particularly, to form a protrusion pattern on the manufacturing substrate of the light emitting diode to reduce the total reflection to increase the light extraction efficiency, thereby increasing the amount of light emitted to the outside A high light extraction efficiency light emitting diode and a method of manufacturing the same.
일반적으로, 질화물 반도체는 자외선에서 가시광선 영역에 이르는 발광파장을 가지고 있고, 화학적 및 열적으로 안정성이 뛰어나 고온이나 고출력 전자소자로의 응용이 활발하게 추진되고 있는 물질이다. In general, nitride semiconductors have a light emission wavelength ranging from ultraviolet light to visible light, and are excellent in chemical and thermal stability, and are being actively promoted for application to high temperature or high power electronic devices.
현재, 가장 활발히 제품개발이 이루어지고 있는 분야는 발광 다이오드와 레이저 다이오드 등의 광소자이며, 현재 청색 및 녹색 발광 다이오드는 시판 중에 있으며, 이외에 더 긴 파장과 자외선 영역의 짧은 파장의 발광 다이오드를 개발하려는 시도도 활발히 이루어지고 있다.At present, the most active product development is optical devices such as light emitting diodes and laser diodes. Currently, blue and green light emitting diodes are commercially available, and in addition to developing light emitting diodes having longer wavelengths and shorter wavelengths in the ultraviolet region. Attempts are being made actively.
III족 질화물계 반도체 활성층을 이용한 발광 다이오드를 사용하여 백색광을 만들려는 시도는 다양하게 이루어지고 있으며, 현재 청색 발광 다이오드와 노란색 포스퍼(Yellow phosphor)를 이용한 제품이 있으며, 이외에 파장이 400nm 이하의 자외선 발광 다이오드와 RGB 포스퍼를 결합하여 백색광을 만들려는 시도도 활발히 이루어지고 있다. Various attempts have been made to produce white light using light emitting diodes using a group III nitride-based semiconductor active layer. Currently, there are products using blue light emitting diodes and yellow phosphors. Attempts have been made to combine white light emitting diodes with RGB phosphors.
또한, 405nm의 레이저 다이오드는 차세대 광기록 매체의 기록용 광원으로 선정되어 출력 및 신뢰성 등을 개선하려는 시도도 활발히 이루어지고 있다. In addition, the 405nm laser diode has been selected as a recording light source for the next generation optical recording media, and efforts have been actively made to improve output and reliability.
이렇듯, 질화물 반도체 물질은 현재 청색 및 녹색, 그리고 백색광원으로의 개발이 활발히 진행되고 있으며, 다양한 응용분야에 활용하기 위해서 고휘도를 얻는 노력이 중심을 이루고 있다. As such, nitride semiconductor materials are currently being actively developed into blue, green, and white light sources, and efforts are being made to obtain high brightness for use in various applications.
고휘도 발광 다이오드를 얻는 방법은 활성층의 품질을 개선하여 내부 양자효율을 올리는 방법이 있다. A method of obtaining a high brightness light emitting diode is to improve the quality of the active layer to increase the internal quantum efficiency.
그리고, 이외에, 활성층에서 발광한 빛을 외부로 방출하는 것을 도와주고, 필요한 방향으로 모으는 방식으로 외부 방출 효율을 증대하는 방식이 있다. In addition, there is a method of increasing the external emission efficiency by helping to emit the light emitted from the active layer to the outside and collecting in the required direction.
현재, 이 내부 효율 및 외부 효율 모두를 증진시키려는 시도가 이루어지고는 있으나, 물질의 품질을 개선하여 내부 효율을 증진시키는 방법에 비하여 소자 전극 설계, 소자 자체의 모양, 패키징 방법 등으로 개선하는 외부 효율 증가 방법에 대한 시도가 활발하기 이루어지고 있다. At present, attempts have been made to improve both the internal efficiency and the external efficiency, but the external efficiency of the device electrode design, the shape of the device itself, and the packaging method is improved compared to the method of improving the quality of the material to improve the internal efficiency. Attempts have been made to increase the number.
현재까지 시도되고 있는 방법은 주로 상부 전극의 투과율을 증진시키거나 모양을 개선하여 방출효율을 개선하는 방식과 패키징할 때, 하부의 사파이어나 옆면으로 방출하는 광을 상부로 모아주도록, 소자 외부에 반사판을 두는 형식이 주를 이루고 있다.The methods tried to date are mainly to improve the transmittance of the upper electrode or improve the shape to improve the emission efficiency, and when packaged, the reflector plate outside the device to collect the light emitted to the upper side to the lower sapphire or side The main form is to put.
한편, 발광 다이오드의 외부양자 효율(External quantum efficiency)은 발광 다이오드의 내부양자효율(Internal quantum efficiency)과 광 적출효율(Light extraction efficiency)의 곱으로 나타난다. Meanwhile, the external quantum efficiency of the light emitting diode is expressed as the product of the internal quantum efficiency and the light extraction efficiency of the light emitting diode.
특히, 고출력 발광 다이오드에서 광 적출(Light extraction)은 광 효율을 결정하는 중요한 변수로서 작용한다. In particular, light extraction in high power light emitting diodes serves as an important parameter in determining the light efficiency.
종래의 발광 다이오드 제조 방식은 광 적출에 한계가 있다. Conventional light emitting diode manufacturing methods have a limitation in light extraction.
도 1은 종래 기술에 따른 질화갈륨 발광 다이오드의 단면도로서, 사파이어 기판(10) 상부에 질화갈륨 버퍼층(11), N-GaN층(12), 다중 양자 우물층(Multi- quantum well, MQW)(13)와 P-GaN층(14)이 순차적으로 형성되어 있고, 상기 P-GaN층(14)에서 N-GaN층(12)까지 메사(Mesa)식각되어 상기 N-GaN층(12)의 일부가 노출되어 있고, 상기 P-GaN층(14) 상부에 전류 확산층(Current Spreading Layer)(15)이 형성되어 있고, 상기 노출된 N-GaN층(12) 상부에 N-금속전극(16)이 형성되어 있고, 상기 전류 확산층(15) 상부에 P-금속전극(17)이 형성되어 있다.1 is a cross-sectional view of a gallium nitride light emitting diode according to the related art, and includes a gallium
이렇게 구성된 질화갈륨 발광 다이오드는 사파이어 기판(10) 상부에 질화갈륨 버퍼층(11), N-GaN층(12), 다중 양자 우물층(13)와 P-GaN층(14)을 MOCVD로 순차적으로 형성한 다음, 상기 P-GaN층(14)에서 N-GaN층(12)까지 메사(Mesa)식각한다.In the gallium nitride light emitting diode configured as described above, the gallium
그 후, 상기 P-GaN층(14) 상부에 전류 확산층(Current Spreading Layer)(15)을 형성한 후, 상기 노출된 N-GaN층(12) 상부에 N-금속전극(16)을 형성하고, 상기 전류 확산층(15) 상부에 P-금속전극(17)을 형성한다.Thereafter, a current spreading
도 1과 같이 다중 양자 우물층에서 발생한 포톤(Photon)들의 상당수가 사파이어와 질화갈륨 계면에서 전반사를 일으키고, 또 사파이어와 그 외부의 공기 또는 레진(Resin)에서도 역시 전반사를 일으키게 되고, 이는 광손실로서 소자의 광 효율을 저하시키는 문제점을 야기시킨다. As shown in FIG. 1, a large number of photons generated in the multi-quantum well layer cause total reflection at the sapphire and gallium nitride interface, and also total reflection in the sapphire and the outside air or resin, which is a light loss. It causes a problem of lowering the light efficiency of the device.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 발광 다이오드의 제조 기판에 돌출 패턴을 형성하여 전반사를 줄여 광 적출 효율을 높임으로써, 외부로 방출되는 광량을 증가시킬 수 있는 고 광적출 효율 발광 다이오드 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention provides a high light extraction efficiency light emitting diode that can increase the amount of light emitted to the outside by forming a protruding pattern on the light emitting diode manufacturing substrate to reduce the total reflection to increase the light extraction efficiency. And a method for producing the same.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 상부면에 돌출된 패턴을 갖는 기판 상부에 반도체 버퍼층, N타입 반도체층, 양자 우물층와 P타입 반도체층이 순차적으로 형성되어 있고; According to a preferred aspect of the present invention, a semiconductor buffer layer, an N-type semiconductor layer, a quantum well layer, and a P-type semiconductor layer are sequentially formed on a substrate having a pattern protruding from an upper surface thereof. ;
상기 P타입 반도체층에서 N타입 반도체층까지 메사(Mesa)식각되어 상기 N타입 반도체층의 일부가 노출되어 있고; Mesa etching from the P-type semiconductor layer to the N-type semiconductor layer to expose a portion of the N-type semiconductor layer;
상기 P타입 반도체층 상부에 전류 확산층(Current Spreading Layer)이 형성되어 있고; A current spreading layer is formed on the P-type semiconductor layer;
상기 노출된 N타입 반도체층 상부에 N-금속전극이 형성되어 있고, 상기 전류 확산층 상부에 P-금속전극이 형성되어 있는 고 광적출 효율 발광 다이오드가 제공된다.An N-metal electrode is formed on the exposed N-type semiconductor layer and a P-metal electrode is formed on the current diffusion layer.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 다른 양태(樣態)는, 사파이어 기판 상부면으로부터 돌출된 패턴을 형성하는 제 1 단계와; Another preferred aspect for achieving the above objects of the present invention is a first step of forming a pattern protruding from the sapphire substrate upper surface;
상기 돌출된 패턴이 형성된 사파이어 기판의 상부면에 반도체 버퍼층, N타입 반도체층, 양자 우물층과 P타입 반도체층을 순차적으로 형성하는 제 2 단계와;A second step of sequentially forming a semiconductor buffer layer, an N-type semiconductor layer, a quantum well layer and a P-type semiconductor layer on an upper surface of the sapphire substrate on which the protruding pattern is formed;
상기 P타입 반도체층에서 N타입 반도체층까지 메사(Mesa)식각하는 제 3 단계와;Mesa etching from the P-type semiconductor layer to the N-type semiconductor layer;
상기 P타입 반도체층 상부에 전류 확산층(Current Spreading Layer)을 형성한 후, 상기 노출된 N타입 반도체층 상부에 N타입 금속전극을 형성하고, 상기 전류 확산층 상부에 P타입 금속전극을 형성하는 제 4 단계를 포함하여 구성된 고 광적출 효율 발광 다이오드의 제조방법이 제공된다.A fourth forming a current spreading layer on the P-type semiconductor layer, forming an N-type metal electrode on the exposed N-type semiconductor layer, and forming a P-type metal electrode on the current diffusion layer Provided is a method of manufacturing a high light extraction efficiency light emitting diode comprising the step.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 고 광적출 효율 발광 다이오드의 단면도로서, 상부면에 돌출된 패턴(110)을 갖는 기판(100) 상부에 반도체 버퍼층(120), N타입 반도체층(130), 양자 우물층(140)와 P타입 반도체층(150)이 순차적으로 형성되어 있고, 상기 P타입 반도체층(150)에서 N타입 반도체층(130)까지 메사(Mesa)식각되어 상기 N타입 반도체층(130)의 일부가 노출되어 있고, 상기 P타입 반도체층(150) 상부에 전류 확산층(Current Spreading Layer)(160)이 형성되어 있고, 상기 노출된 N타입 반도체층(130) 상부에 N-금속전극(170a)이 형성되어 있고, 상기 전류 확산층(160) 상부에 P-금속전극(170b)이 형성되어 있다.2 is a cross-sectional view of a high light extraction efficiency light emitting diode according to the present invention. The
여기서, 상기 기판(100)의 상부면에 형성된 돌출된 패턴(110)은 상기 기판(100)과 동질의 물질로 이루어진 것이 바람직하다.Here, the protruding
그리고, 상기 기판(100)은 사파이어 기판이 바람직하고, 상기 반도체는 GaN이 바람직하다.The
도 3a와 3b는 본 발명에 따른 고 광적출 효율 발광 다이오드의 기판에 형성된 돌출부 패턴 형상을 도시한 단면도로서, 기판의 돌출부 패턴은 복수개의 돌출부들이 상호 이격되어 있으며, 도 3a와 같이, 돌출부 패턴 형상은 볼록렌즈 형상 또는 도 3b와 같이, 피라미드(Pyramid) 형상인 것이 바람직하다.3A and 3B are cross-sectional views illustrating protrusion patterns formed on a substrate of a high light extraction efficiency light emitting diode according to an exemplary embodiment of the present invention. The protrusion patterns of the substrate have a plurality of protrusions spaced apart from each other. Is preferably a convex lens shape or a pyramid shape as shown in FIG. 3B.
도 4는 본 발명에 따른 고 광적출 효율 발광 다이오드의 다른 단면도로서, 상부면에 돌출된 패턴(110)을 갖는 기판(100)의 하부면에도 역시, 돌출된 패턴(111)이 형성되어 있다.4 is another cross-sectional view of the high light extraction efficiency light emitting diode according to the present invention, in which a
도 5a 내지 5f는 본 발명에 따른 고 광적출 효율 발광 다이오드의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도로서, 우선, 사파이어 기판(200) 상부면에 포토리소그래피 공정으로 원형 형상의 포토레지스트 패턴(210)을 형성한다.(도 5a) 5A to 5F are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a high light extraction efficiency light emitting diode according to the present invention. First, a
이때, 포토레지스트 패턴의 두께(t)는 3-10um 정도가 바람직하고, 도 7에 도시된 바와 같이, 패턴된 원의 직경(d)은 3-5um정도가 바람직하다. In this case, the thickness t of the photoresist pattern is preferably about 3-10 μm, and as shown in FIG. 7, the diameter d of the patterned circle is preferably about 3-5 μm.
그 후, 상기 포토레지스트 패턴(210)을 130-150℃ 정도의 오븐이나 핫 플레이트(Hot plate)에서 리플로우(Reflow)시켜, 볼록렌즈 형상으로 만든다.(도 5b) Thereafter, the
그 다음, 볼록렌즈 형상의 포토레지트 패턴(211)을 마스크로 하여 사파이어 기판(200)을 식각하여, 상기 사파이어 기판(200) 상부면에 볼록렌즈 형상의 사파이어 패턴(201)을 만든다.(도 5c)Next, the
이 때, 상기 볼록렌즈 형상의 사파이어 패턴(201)은 평평한 사파이어 기판(200) 상부면이 식각되어 이루어진 것이고, 각 볼록렌즈 형상들이 상호 이격되어 패턴을 이룬다. In this case, the convex lens-shaped sapphire pattern 201 is formed by etching the upper surface of the
여기서, 식각공정은 ICP(Inductive-Coupled Plasma)-RIE(Reactive Ion Etching)법을 사용하며, 개략적인 조건은 아래와 같다. Here, the etching process uses ICP (Inductive-Coupled Plasma) -RIE (Reactive Ion Etching) method, the rough conditions are as follows.
상기 ICP-RIE 식각공정에서는 (Ar + BCl3 + Cl2) 가스를 사용하며, ICP 파워 는 500-800W, RF 바이어스 200V, 작업 압력(Working pressure)은 5mTorr이다. In the ICP-RIE etching process, (Ar + BCl 3 + Cl 2 ) gas is used. The ICP power is 500-800 W, the RF bias is 200 V, and the working pressure is 5 mTorr.
이때, 시간은 포토레지스트 마스크가 완전히 제거될 때까지 진행하면, 볼록렌즈 형상의 사파이어 패턴이 만들어진다. At this time, when the time proceeds until the photoresist mask is completely removed, a convex lens-shaped sapphire pattern is formed.
전술된 공정으로 만들어진, 볼록렌즈 형상의 사파이어 패턴이 형성된 사파이어 기판의 상부면에 질화갈륨 버퍼층(220), N-GaN층(230), 양자 우물층(240)와 P-GaN층(250)을 순차적으로 형성한다.(도 5d)The gallium
그 다음, 상기 P-GaN층(250)에서 N-GaN층(230)까지 메사(Mesa)식각한다.(도 5e)Then, Mesa is etched from the P-
그 후, 상기 P-GaN층(250) 상부에 전류 확산층(Current Spreading Layer)(260)을 형성한 후, 상기 노출된 N-GaN층(230) 상부에 N-금속전극(270a)을 형성하고, 상기 전류 확산층(260) 상부에 P-금속전극(270b)을 형성한다.(도 5f)Thereafter, a current spreading
도 6a와 6b는 본 발명에 따라 고 광적출 효율 발광 다이오드의 다른 제조 공정을 설명하기 위한 단면도로서, 전술된 도 5a 내지 5c의 공정과 동일하게, 상기 사파이어 기판(200) 하부면에 볼록렌즈 형상의 사파이어 패턴(261)을 형성한다.(도 2g와 도 2h)6A and 6B are cross-sectional views illustrating another manufacturing process of a high light extraction efficiency light emitting diode according to the present invention, and the convex lens shape is formed on the lower surface of the
한편, 하기 표 1은 종래의 발광 다이오드의 광 적출효율과 본 발명에 따른 발광 다이오드의 광 적출효율을 측정하여 나타낸 것으로, "Light Tools"라는 시뮬레이터를 사용하여 측정된 종래의 발광 다이오드의 광 적출효율은 25.3%이고, 본 발명의 발광 다이오드의 광 적출효율은 65.5%이므로, 본 발명의 발광 다이오드의 광 적출효율 특성이 우수함을 알 수 있다.Meanwhile, Table 1 shows the light extraction efficiency of the conventional light emitting diode and the light extraction efficiency of the light emitting diode according to the present invention. The light extraction efficiency of the conventional light emitting diode measured using a simulator called "Light Tools" is shown. Is 25.3%, and the light extraction efficiency of the light emitting diode of the present invention is 65.5%, indicating that the light extraction efficiency of the light emitting diode of the present invention is excellent.
그리고, 하기 표 2는 본 발명에 따라 볼록렌즈 형상의 사파이어 패턴 크기에 따라 측정된 광 적출효율을 나타낸 것으로, 렌즈의 직경이 3 ~ 5㎛일 때, 57 ~ 58.5%의 높은 광 적출효율을 나타내었고, 렌즈의 높이를 1㎛이고, 렌즈 직경이 4㎛ 정도일 때, 가장 높은 광 적출효율을 나타내었다.And, Table 2 shows the light extraction efficiency measured according to the sapphire pattern size of the convex lens shape according to the present invention, when the diameter of the lens is 3 ~ 5㎛, shows a high light extraction efficiency of 57 ~ 58.5% When the lens height was 1 탆 and the lens diameter was about 4 탆, the highest light extraction efficiency was obtained.
그러므로, 본 발명에 따른 볼록렌즈 형상의 사파이어 패턴의 직경은 3 ~ 5㎛이 바람직하다.Therefore, the diameter of the convex lens-shaped sapphire pattern according to the present invention is preferably 3 to 5㎛.
도 8a 내지 8c는 본 발명에 따라 사파이어 기판의 상부면에 돌출된 사파이어 패턴을 형성하는 방법을 설명하기 위한 단면도로서, 먼저, 사파이어 기판(300) 상부에 실리콘 산화막(310)을 형성한다.(도 8a)8A to 8C are cross-sectional views illustrating a method of forming a sapphire pattern protruding from an upper surface of a sapphire substrate according to the present invention. First, a
여기서, 상기 실리콘 산화막의 두께는 2~4㎛가 바람직하다.Here, the thickness of the silicon oxide film is preferably 2 ~ 4㎛.
그 후, 상기 실리콘 산화막(310)을 건식식각 및 습식식각을 순차적으로 수행하여 실리콘 산화막 패턴(320)을 형성한다.(도 8b)Thereafter, the
이 때, 상기 실리콘 산화막(310)을 습식식각하는 경우에는, 실리콘 산화막 (310)의 측면에 특정 경사를 만들기 위함이고, 습식 시간을 적절히 조절하여 경사각을 조절할 수 있다.In this case, when wet etching the
그 다음, 상기 실리콘 산화막 패턴(320)을 마스크로 하여 상기 사파이어 기판(300)을 건식 식각하여 상기 사파이어 기판(300) 상부면에 피라미드 형상으로 돌출된 사파이어 패턴을 형성한다.(도 8c)Next, the
이 때, 피라미드 폭과 경사각에 따라 측정된 광 적출 효율을 나타낸 하기 표 3와 같이, 피라미드의 크기와 경사도에 따라 광 적출 효율이 변함을 알 수 있다.At this time, it can be seen that the light extraction efficiency is changed according to the size and the slope of the pyramid as shown in Table 3 showing the light extraction efficiency measured according to the pyramid width and the inclination angle.
즉, 상기 피라미드 형상으로 돌출된 사파이어 패턴의 경사도(α)가 45°~ 65°이고, 상기 사파이어 패턴의 높이(h)가 1㎛이며, 폭(w)이 3 ~ 5㎛일 때, 광 적출효율은 상대적으로 높은 54.6 ~ 61.1로 측정되었다.That is, when the inclination α of the sapphire pattern protruding into the pyramid shape is 45 ° to 65 °, the height h of the sapphire pattern is 1 μm, and the width w is 3 to 5 μm, light extraction is performed. The efficiency was measured at a relatively high 54.6 to 61.1.
그러므로, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 피라미드 형상으로 돌출된 사파이어 패턴의 경사도(α)는 45°~ 65°가 바람직하고, 상기 사파이어 패턴의 높이(h)가 1㎛일 때, 폭(w)은 3 ~ 5㎛가 바람직하다.Therefore, as shown in FIG. 9, the inclination α of the sapphire pattern projecting in the pyramid shape is preferably 45 ° to 65 °, and the width w when the height h of the sapphire pattern is 1 μm. ) Is preferably 3 to 5 µm.
도 10은 본 발명에 따른 고 광적출 효율 발광 다이오드가 돌출된 사파이어 패턴에 의해 광의 전반사가 발생되지 않는 것을 설명하는 개략적인 단면도로서, 본 발명의 고 광 적출 효율 발광 다이오드(500)의 N-금속전극 및 P-금속전극(570a,570b)은 서브 마운트 기판(600)에 본딩되어 있다.10 is a schematic cross-sectional view illustrating that total reflection of light is not generated by the sapphire pattern protruding from the high light extraction efficiency light emitting diode according to the present invention. Electrodes and P-
이 상태에서, 양자 우물층(520)에서 발생된 광은 사파이어 기판(550)의 상, 하부에 형성된 돌출된 패턴(550a,550b)에 의해 입사각과 반사각이 계속 바뀌게 되어, 결국, 전반사가 일어날 확률이 줄어 더 많은 양의 광이 소자로부터 빠져 나올 수 있다.In this state, the light generated in the
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 발광 다이오드의 제조 기판에 돌출 패턴을 형성하여 전반사를 줄여 광 적출 효율을 높임으로써, 외부로 방출되는 광량을 증가시킬 수 있는 우수한 효과가 있다. As described above, the present invention has an excellent effect of increasing the amount of light emitted to the outside by increasing the light extraction efficiency by reducing the total reflection by forming a protruding pattern on the manufacturing substrate of the light emitting diode.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
Although the invention has been described in detail only with respect to specific examples, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the spirit of the invention, and such modifications and variations belong to the appended claims.
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