KR20060077801A

KR20060077801A - 고출력 발광 다이오드 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR20060077801A
Application number: KR1020040117766A
Authority: KR
Inventors: 하준석; 이현재
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-12-31
Filing date: 2004-12-31
Publication date: 2006-07-05
Also published as: JP2006191068A; EP1677366A2; CN100517777C; US20060145174A1; JP4721166B2; CN1822400A; EP1677366A3; US7939841B2; EP1677366B1

Abstract

본 발명은 고출력 발광 다이오드 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 발광 다이오드의 측벽을 경사지게 형성하고, 그 경사진 측벽에 반사막을 형성함으로써, 측벽 외부로 방출되는 광을 반사막에서 반사시켜 소자의 상부로 방출시켜 광출력을 향상시킬 수 있고, 추가적인 패시베이션(Passivation) 공정을 수행하지 않아도 되는 효과가 있다.

발광다이오드, 반사막, 측벽, 경사, 각도

Description

고출력 발광 다이오드 및 그의 제조 방법 { High output light emitting diode and method for fabricating the same }

도 1은 종래 기술에 따른 발광 다이오드의 단면도

도 2는 종래 기술에 따른 플립칩(Flip chip) 발광 다이오드가 서브 마운트(Sub mount)기판에 본딩되어 있는 상태를 도시한 모식적인 단면도

도 3a 내지 3e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고출력 발광 다이오드의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고출력 발광 다이오드가 반사판에 본딩되어 광이 출력되는 상태를 설명하는 모식적인 단면도

도 5a 내지 5e는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고출력 발광 다이오드의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고출력 발광 다이오드에서 광이 출력되는 상태를 설명하는 모식적인 단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100,200 : 기판 110,210 : N타입 반도체층

120,220 : 활성층 130,230 : P타입 반도체층

140,250 : 반사막 150,260 : N전극

160,240 : P전극 170 : 발광 다이오드

180 : 본딩물질 190 : 반사판

본 발명은 고출력 발광 다이오드 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광 다이오드의 측벽을 경사지게 형성하고, 그 경사진 측벽에 반사막을 형성함으로써, 측벽 외부로 방출되는 광을 반사막에서 반사시켜 소자의 상부로 방출시켜 광출력을 향상시킬 수 있는 고출력 발광 다이오드 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 발광 다이오드는 총 천연색 전광판, 신호등, 휴대폰용 키패드 광원, 조명용 광원, LCD 백라이트(Backlight) 등 여러 가지 응용 분야에 사용되고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 발광 다이오드의 단면도로서, 기판(10) 상부에 N타입 반도체층(11), 활성층(12)과 P타입 반도체층(13)이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 P타입 반도체층(13)에서 N타입 반도체층(11)의 일부까지 메사(Mesa) 식각되어 있고, 상기 P타입 반도체층(13) 상부에 투명 전극(14)이 형성되어 있고, 상기 메사 식각된 N타입 반도체층(11) 상부에 N전극(15)이 형성되어 있고, 상기 투명 전극(14) 상부에 P전극(16)이 형성되어 이루어진다.

이러한 발광 다이오드는 N전극(15)과 P전극(16)으로 전류를 흘리면, 활성층(12)에서는 광이 생성되어 소자의 외부로 방출되게 된다.

이런, 발광 다이오드의 광출력을 높이기 위한 방법들이 많이 시도되고 있는데, 플립칩(Flip chip) 구조의 소자 제작도 이러한 맥락이다.

도 2는 종래 기술에 따른 플립칩(Flip chip) 발광 다이오드가 서브 마운트(Sub mount)기판에 본딩되어 있는 상태를 도시한 모식적인 단면도로서, 플립칩 발광 다이오드는 도 1의 발광 다이오드 구조에서 P타입 반도체층(13) 상부에 P전극용 반사막(16)을 형성하고, 이 반사막(16)과 N전극(15)을 솔더(20a,20b)와 같은 전도성 본딩 물질로 서브 마운트 기판(30)에 본딩시키고, 기판(10) 방향으로 광을 방출시킨다.

즉, 플립칩 형태의 광소자는 활성층(12)에서 방출된 광이 반사막(16)에서 반사되어 기판(10)을 통하여 소자 외부로 방출되는 것이다.

그러나, 이런 플립칩 형태의 광소자에서 방출되는 광은 소자의 모든 면에서 방출되기 때문에, 소자의 측면에서 방출되는 광은 낭비되는 경우가 발생된다.

특히, 소자의 벽개면이 수직인 경우, 소자 측면에서 방출되는 광의 일부는 벽개면에서 전반사되어 소자 내부에 갇혀 외부로 나오지 못하게 되어 결국, 광 손실이 되는 문제점을 야기시킨다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 발광 다이오드의 측벽을 경사지게 형성하고, 그 경사진 측벽에 반사막을 형성함으로써, 측벽 외부로 방출되는 광을 반사막에서 반사시켜 소자의 상부로 방출시켜 광출력을 향상시킬 수 있고, 추가적인 패시베이션(Passivation) 공정을 수행하지 않아도 되는 고출력 발광 다이오드 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, N타입 반도체층, 활성층과 P타입 반도체층이 순차적으로 적층되어 있는 구조물을 구비하여 상기 활성층에서 광이 방출되는 발광 다이오드에 있어서,

상기 N타입 반도체층, 활성층과 P타입 반도체층이 적층되어 있는 구조물의 측벽 전면이 경사져 있고, 그 경사진 측벽 전체에 상기 활성층에서 방출되는 광을 반사시키는 반사막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고출력 발광 다이오드가 제공된다.

상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 다른 양태(樣態)는, 기판 상부에 N타입 반도체층, 활성층과 P타입 반도체층을 순차적으로 적층하는 단계와;

상기 P타입 반도체층에서 N타입 반도체층의 일부까지 식각된 측벽이 경사지도록 메사(Mesa) 식각하는 단계와;

상기 메사 식각된 영역을 제외한, N타입 반도체층, 활성층과 P타입 반도체층의 나머지 측벽을 식각하여 경사진 측벽을 형성하는 단계와;

상기 경사진 측벽에 반사막을 증착하는 단계와;

상기 메사 식각된 N타입 반도체층 상부에 N전극을 형성하고, 상기 P타입 반도체층 상부에 P전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성된 고출력 발광 다이오드의 제조 방법이 제공된다.

상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 또 다른 양태(樣態)는, 기판 상부에 N타입 반도체층, 활성층과 P타입 반도체층을 순차적으로 적층하는 단계와;

상기 P타입 반도체층에서 N타입 반도체층의 일부까지 식각하여, 식각된 측벽에 경사를 형성하는 단계와;

상기 기판을 상기 N타입 반도체층으로부터 이탈시키는 단계와;

상기 P타입 반도체층 하부에 반사용 P전극을 형성하는 단계와;

상기 경사진 측벽에 반사막을 형성하고, 상기 N타입 반도체층 상부에 N전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성된 고출력 발광 다이오드의 제조 방법이 제공된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 3a 내지 3e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고출력 발광 다이오드의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도로서, 기판(100) 상부에 N타입 반도체층(110), 활 성층(120)과 P타입 반도체층(130)을 순차적으로 적층하고(도 3a), 그 후, 상기 P타입 반도체층(130)에서 N타입 반도체층(110)의 일부까지 측벽에 경사지도록 메사(Mesa) 식각한다.(도 3b)

즉, 도 3b의 공정에서, 식각된 측벽은 일정 각도(α1)로 식각된다.

이렇게, 식각된 측벽을 경사지도록 하려면, 상기 P타입 반도체층(130) 상부에 식각될 영역을 제외한 영역에 마스크를 형성하고, 상기 마스크로 마스킹하여 건식 식각하면, 경사진 측벽을 구현할 수 있다.

연이어, 상기 메사 식각된 영역을 제외한, N타입 반도체층(110), 활성층(120)과 P타입 반도체층(130)의 나머지 측벽을 식각하여 경사진 측벽을 형성한다.(도 3c)

이 때, 상기 나머지 측벽의 경사진 각도(α2)는 상기 메사 식각된 측벽의 경사진 각도(α1)과 동일하거나, 또는 다를 수도 있다.

그리고, 상기 경사진 각도(α1, α2)는 30 ~ 70도가 바람직하다.

그 후, 상기 경사진 측벽에 반사막(140)을 증착한다.(도 3d)

상기 반사막(140)의 증착시키기 용이하게 하기 위하여, 경사진 측벽을 형성하는 것이다.

여기서, 상기 반사막은 AR(Anti Reflection)막과 반사층이 적층된 막, 또는 HR(High Reflection)막인 것이 바람직하다.

상기 HR막은 반사율이 높은 절연막으로서, 그 자체로서 발광 다이오드 측면에서 방출되는 광을 반사시킬뿐만 아니라, 소자의 패시베이션(Passivation) 역할을 수행함으로서, 소자의 보호막 역할도 수행하게 된다.

그리고, 상기 AR막은 그 자체가 투과율이 높은 절연막으로서 반사막 역할을 수행하지 못하지만, 광 투과율이 높기 때문에 AR막 외부에 반사층을 형성하면, 훌륭한 반사체의 역할을 수행하고, 소자 보호의 역할을 수행할 수 있는 것이다.

상기 반사층은 Ag 또는 Al과 같은 금속 물질로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

마지막으로, 상기 메사 식각된 N타입 반도체층(110) 상부에 N전극(150)을 형성하고, 상기 P타입 반도체층(130) 상부에 P전극(160)을 형성한다.(도 3e)

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고출력 발광 다이오드가 반사판에 본딩되어 광이 출력되는 상태를 설명하는 모식적인 단면도로서, 전술된 도 3a 내지 3e와 같은 공정에 의하여 제조된, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고출력 발광 다이오드는 기판(100) 상부에 N타입 반도체층(110), 활성층(120)과 P타입 반도체층(130)이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 P타입 반도체층(130)에서 N타입 반도체층(110)의 일부까지 메사(Mesa) 식각되어 있고, 상기 메사 식각된 측벽 및, P타입 반도체층(130), 활성층(120)과 N타입 반도체층(110)의 측벽은 경사져 있고, 상기 경사진 측벽에는 반사막(140)이 형성되어 있고, 상기 메사 식각된 N타입 반도체층(110) 상부에 N전극(150)이 형성되어 있고, 상기 P타입 반도체층(130) 상부에 P전극(160)이 형성되어 이루어진다.

이렇게 구성된 발광 다이오드(170)는 반사판(190) 상부에 본딩물질(180)로 본딩되게 되는데, 활성층(120)에서 방출된 광은 발광 다이오드(170)의 측벽에 형성 된 반사막(140)에 반사되어 소자의 P타입 반도체층(130) 상부로 방출되게 된다.

그러므로, 측벽으로 광이 방출되지 않고, 소자 상부로 광이 직진하여 방출되기 때문에 광출력을 향상시킬 수 있게 된다.

도 5a 내지 5e는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고출력 발광 다이오드의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도로서, 기판(200) 상부에 N타입 반도체층(210), 활성층(220)과 P타입 반도체층(230)을 순차적으로 적층한다.(도 5a)

그 다음, 상기 P타입 반도체층(230)에서 N타입 반도체층(210)의 일부까지 식각하여, 식각된 측벽에 경사를 형성한다.(도 5b)

여기서, 식각된 측벽은 일정 각도(α1)로 식각된다.

그 후, 상기 기판(200)을 상기 N타입 반도체층(210)으로부터 이탈시킨다.(도 5c)

연이서, 상기 P타입 반도체층(230) 하부에 반사용 P전극(240)을 형성한다.(도 5d)

계속하여, 상기 경사진 측벽에 반사막(250)을 형성하고, 상기 N타입 반도체층(210) 상부에 N전극(260)을 형성한다.(도 5e)

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고출력 발광 다이오드에서 광이 출력되는 상태를 설명하는 모식적인 단면도로서, 전술된 도 5a 내지 5e와 같은 공정에 의하여 제조된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고출력 발광 다이오드는 P타입 반도체층(230) 상부에 활성층(220)과 N타입 반도체층(210)이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 P타입 반도체층(230), 활성층(220)과 N타입 반도체층(210)의 측벽은 경사 져 있고, 상기 경사진 측벽에는 반사막(250)이 형성되어 있고, 상기 P타입 반도체층(230) 하부에 반사용 P전극(240)이 형성되어 있고, 상기 N타입 반도체층(210) 상부에는 N전극(260)이 형성되어 이루어진다.

상기와 같이 구성된 발광 다이오드는 활성층(220)에서 방출된 광은, 발광 다이오드의 측벽에 형성된 반사막(250)과 반사용 P전극(240)에 반사되고, 소자의 상부인 N타입 반도체층(130) 외부로 방출되게 된다.

따라서, 본 발명의 제 2 실시예와 같은 발광 다이오드에서도 측벽으로 광이 방출되지 않고, 소자 상부로 광이 직진하여 방출되기 때문에 광출력을 향상시킬 수 있게 된다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 발광 다이오드의 측벽을 경사지게 형성하고, 그 경사진 측벽에 반사막을 형성함으로써, 측벽 외부로 방출되는 광을 반사막에서 반사시켜 소자의 상부로 방출시켜 광출력을 향상시킬 수 있고, 추가적인 패시베이션(Passivation) 공정을 수행하지 않아도 되는 우수한 효과가 있다.

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.

Claims

N타입 반도체층, 활성층과 P타입 반도체층이 순차적으로 적층되어 있는 구조물을 구비하여 상기 활성층에서 광이 방출되는 발광 다이오드에 있어서,

상기 N타입 반도체층, 활성층과 P타입 반도체층이 적층되어 있는 구조물의 측벽 전면이 경사져 있고, 그 경사진 측벽 전체에 상기 활성층에서 방출되는 광을 반사시키는 반사막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고출력 발광 다이오드.
제 1 항에 있어서,

상기 측벽의 경사진 각도는 30 ~ 70도인 것을 특징으로 하는 고출력 발광 다이오드.
제 1 항에 있어서,

상기 반사막은,

AR(Anti Reflection)막과 반사층이 적층된 막, 또는 HR(High Reflection)막인 것을 특징으로 하는 고출력 발광 다이오드.
기판 상부에 N타입 반도체층, 활성층과 P타입 반도체층을 순차적으로 적층하는 단계와;

상기 P타입 반도체층에서 N타입 반도체층의 일부까지 식각된 측벽이 경사지도록 메사(Mesa) 식각하는 단계와;

상기 메사 식각된 영역을 제외한, N타입 반도체층, 활성층과 P타입 반도체층의 나머지 측벽을 식각하여 경사진 측벽을 형성하는 단계와;

상기 경사진 측벽에 반사막을 증착하는 단계와;

상기 메사 식각된 N타입 반도체층 상부에 N전극을 형성하고, 상기 P타입 반도체층 상부에 P전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성된 고출력 발광 다이오드의 제조 방법.
기판 상부에 N타입 반도체층, 활성층과 P타입 반도체층을 순차적으로 적층하는 단계와;

상기 P타입 반도체층에서 N타입 반도체층의 일부까지 식각하여, 식각된 측벽에 경사를 형성하는 단계와;

상기 기판을 상기 N타입 반도체층으로부터 이탈시키는 단계와;

상기 P타입 반도체층 하부에 반사용 P전극을 형성하는 단계와;

상기 경사진 측벽에 반사막을 형성하고, 상기 N타입 반도체층 상부에 N전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성된 고출력 발광 다이오드의 제조 방법.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

상기 측벽의 경사진 각도는 30 ~ 70도인 것을 특징으로 하는 고출력 발광 다이오드의 제조 방법.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

상기 반사막은,

AR(Anti Reflection)막과 반사층이 적층된 막, 또는 HR(High Reflection)막인 것을 특징으로 하는 고출력 발광 다이오드의 제조 방법.