KR20060087171A

KR20060087171A - 대면적 발광 다이오드 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR20060087171A
Application number: KR1020050008068A
Authority: KR
Inventors: 서정훈; 최재완
Original assignee: 엘지전자 주식회사; 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2005-01-28
Filing date: 2005-01-28
Publication date: 2006-08-02
Also published as: KR101018936B1

Abstract

본 발명은 대면적 발광 다이오드 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 복수개의 발광 영역 돌출부들 사이 또는 내부 영역에 있는 메사 식각된 N타입 반도체층의 일부 영역들에 사파이어 기판이 노출되도록 식각된 홈들을 형성하고, 상기 홈들 내부에 반사물질을 채워 광 격리(Optical isolation)부들을 형성함으로써, 광의 전반사로 인해 광이 소자 내부에 갇히는 현상을 줄일 수 있어 발광 효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

대면적, 발광다이오드, 광격리, 측벽, 금속

Description

대면적 발광 다이오드 및 그의 제조 방법 { Large surface light emitting diode and method for fabricating the same }

도 1은 종래 기술에 따른 대면적 발광 다이오드의 단면도

도 2는 도 1의 상면도

도 3a 내지 3e는 본 발명에 따른 대면적 발광 다이오드의 제조 공정도

도 4는 본 발명에 따른 대면적 발광 다이오드의 광 격리(Optical isolation)부에 의해 광이 기판을 통하여 전면으로 방출되는 상태를 도시한 개념도

도 5는 본 발명에 따라 발광 영역에 광 격리부가 형성된 상태의 평면도

도 6a 내지 6c는 본 발명에 따라 발광 영역에 복수개의 광 격리부가 형성된 상태의 평면도

도 7은 본 발명에 따른 광 격리(Optical isolation)부의 형상을 도시한 개략적인 단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 사파이어 기판 110 : N타입 반도체층

115 : 활성층 120 : P타입 반도체층

130a,130b,130c : 발광 영역 돌출부 140 : 홈

150,155 : 광 격리(Optical isolation)부

160 : N전극 170a,170b,170c : P전극

본 발명은 대면적 발광 다이오드 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광 격리부를 발광 영역 사이 또는 내부에 형성하여 광의 전반사 현상을 줄일 수 있어 발광 효율을 증가시킬 수 있는 대면적 발광 다이오드 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 질화갈륨 기술의 발달로 발광 다이오드의 발광 효율은 매우 향상되고 있다.

또한, 조명과 디스플레이 광원을 위한 발광 다이오드로서, 고출력 발광 다이오드를 구현하기 위해 여러 시도가 있다.

이들 중에 통상 사용되는 발광 다이오드보다 큰 면적으로 구현된 대면적 발광 다이오드가 개발되었고, 이 대면적 발광 다이오드는 디스플레이의 백라이트(Back light) 및 조명으로 다양하게 응용이 활발하게 진행되고 있다.

또한, 발광 다이오드의 발광면 상부에 반사막을 형성한 후, 반사막이 하부로 향하게하여 열이 잘 방출되도록 함으로써, 발광 효율을 증가시키는 플립칩(Flip chip) 발광 다이오드의 개발되고 있다.

그러함에도 불구하고, 아직까지 조명용으로 사용되기 위해서는 발광 효율은 더 많이 향상되어야 한다.

특히, 발광 다이오드의 활성층 영역에서 발광된 광이 발광 다이오드 외부로 방출되는 효율은 광 적출 효율(Extraction efficiency)에 있어서 매우 낮은 효율을 보이고 있다.

따라서, 더욱 광 적출 효율을 높이기 위한 연구가 요구된다.

도 1은 종래 기술에 따른 대면적 발광 다이오드의 단면도로서, 사파이어 기판(10) 상부에 N타입 반도체층, 활성층과 P타입 반도체층이 순차적으로 형성되어 있고, 상기 P타입 반도체층에서 N타입 반도체층의 일부까지 메사(Mesa) 식각되어 복수개의 발광 영역 돌출부들(14a,14b,14c,14d)이 형성되어 있고, 상기 복수개의 발광 영역 돌출부들(14a,14b,14c,14d) 각각의 상부에 P전극(16a,16b,16c,16d)이 형성되어 있고, 상기 메사 식각된 N타입 반도체층(11) 상부에 N전극(15)이 형성되어 있다.

여기서, 상기 복수개의 발광 영역 돌출부들(14a,14b,14c,14d) 각각에는 활성층(12)과 P타입 반도체층(13)이 형성되어 있다.

이렇게 구성된 대면적 발광 다이오드는 복수개의 발광 영역 돌출부들에서 광을 방출시킬 수 있기 때문에, 발광 면적이 증가시킬 수 있게된다.

그러나, 이러한 대면적 발광 다이오드는 활성층(12)에서 방출된 광이 사파이어 기판(10)을 통하여 외부로 방출되는데, N타입 반도체층(11)과 사파이어 기판 (10)의 계면에 광이 입사되는 각도가 임계각 이상이 되는 경우에는 전반사가 되어, 소자의 내부에 갇히게 되어 발광 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

도 2는 도 1의 상면도로서, P전극(16a,16b,16c,16d)은 각각의 발광 영역 돌출부들 상부에 형성되는 것이고, N전극(15)은 메사식각된 N타입 반도체층(11) 상부에 형성된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 광 격리부를 발광 영역 사이 또는 내부에 형성하여 광의 전반사 현상을 줄일 수 있어 발광 효율을 증가시킬 수 있는 대면적 발광 다이오드 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 사파이어 기판 상부에 N타입 반도체층, 활성층과 P타입 반도체층이 순차적으로 형성되어 있고;

상기 P타입 반도체층에서 N타입 반도체층의 일부까지 메사(Mesa) 식각되어 복수개의 발광 영역 돌출부들이 형성되어 있고;

상기 복수개의 발광 영역 돌출부들사이의 메사 식각된 N타입 반도체층의 일부 영역들에 상기 사파이어 기판이 노출되도록 식각된 홈들이 형성되어 있고;

상기 홈들 내부에 반사물질이 채워져 이루어진 광 격리(Optical isolation)부들이 형성되어 있고;

상기 광 격리부들 상부에 N전극이 형성되어 있고, 상기 복수개의 발광 영역 돌출부들 각각의 상부에 P전극이 형성되어 이루어진 대면적 발광 다이오드가 제공된다.

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

상기 P타입 반도체층에서 N타입 반도체층의 일부까지 메사(Mesa) 식각하여 복수개의 발광 영역 돌출부들을 형성하는 단계와;

상기 복수개의 발광 영역 돌출부들 사이의 메사 식각된 N타입 반도체층의 일부 영역들을 상기 사파이어 기판이 노출되도록 식각하여 홈들을 형성하는 단계와;

상기 홈들 내부에 반사물질을 증착시켜 광 격리(Optical isolation)부들을 형성하는 단계와;

상기 광 격리부들 상부를 포함한 N타입 반도체층 일부에 N전극을 형성하고, 상기 복수개의 발광 영역 돌출부들 각각의 상부에 P전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성된 대면적 발광 다이오드의 제조 방법이 제공된다.

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

도 3a 내지 3e는 본 발명에 따른 대면적 발광 다이오드의 제조 공정도로서, 사파이어 기판(100) 상부에 N타입 반도체층(110), 활성층(115)과 P타입 반도체층(120)을 순차적으로 적층한다.(도 3a)

그 후, 상기 P타입 반도체층(120)에서 N타입 반도체층(110)의 일부까지 메사(Mesa) 식각하여 복수개의 발광 영역 돌출부들(130a,130b,130c)을 형성한다.(도 3b)

그 다음, 상기 복수개의 발광 영역 돌출부들(130a,130b,130c) 사이의 메사 식각된 N타입 반도체층(110)의 일부 영역들을 상기 사파이어 기판(100)이 노출되도록 식각하여 홈(140)들을 형성한다.(도 3c)

연이어, 상기 홈(140)들 내부에 반사물질을 증착시켜 광 격리(Optical isolation)부(150)들을 형성한다. (도 3d)

마지막으로, 상기 광 격리부(150)들 상부를 포함한 N타입 반도체층 일부에 N전극(160)을 형성하고, 상기 복수개의 발광 영역 돌출부들(130a,130b,130c) 각각의 상부에 P전극(170a,170b,170c)을 형성한다.(도 3e)

이렇게, 제조된 본 발명의 대면적 발광 다이오드는, 도 3e에 도시된 바와 같이, 사파이어 기판(100) 상부에 N타입 반도체층, 활성층과 P타입 반도체층이 순차적으로 형성되어 있고; 상기 P타입 반도체층에서 N타입 반도체층의 일부까지 메사(Mesa) 식각되어 복수개의 발광 영역 돌출부들(130a,130b,130c)이 형성되어 있고; 상기 복수개의 발광 영역 돌출부들(130a,130b,130c) 사이의 메사 식각된 N타입 반도체층(110)의 일부 영역들에 상기 사파이어 기판(100)이 노출되도록 식각된 홈(140)들이 형성되어 있고; 상기 홈(140)들 내부에 반사물질이 채워져 이루어진 광 격리(Optical isolation)부(150)들이 형성되어 있고, 상기 광 격리부(150)들 상부를 포함한 N타입 반도체층 일부에 N전극(160)이 형성되어 있고, 상기 복수개의 발광 영역 돌출부들(130a,130b,130c) 각각의 상부에 P전극(170a,170b,170c)이 형성되어 이루어진다.

도 4는 본 발명에 따른 대면적 발광 다이오드의 광 격리(Optical isolation)부에 의해 광이 기판을 통하여 전면으로 방출되는 상태를 도시한 개념도로서, 각 발광 영역의 활성층에서 방출된 광은 발광 영역 돌출부들 사이에 존재하는 광 격리부(150)에 반사되어 사파이어 기판(100)을 통과하여 기판 전면으로 방출될 수 있기 때문에, 전반사 현상을 줄일 수 있는 것이다.

그리고, 본 발명은 도 4에 도시된 바와 같이, 발광 영역인 발광 영역 돌출부들 내부에도 광 격리부(155)을 형성하면, 광이 기판 전면으로 보다 더 잘 방출되어 전반사 현상을 줄일 수 있게된다.

그러므로, 본 발명은 광 격리부를 발광 영역 사이 또는 내부에 형성하여 광의 전반사 현상을 줄일 수 있어 발광 효율을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.

도 5는 본 발명에 따라 발광 영역에 광 격리부가 형성된 상태의 평면도로서, 발광 영역 내부에 존재하는 광 격리부(155)는, 발광 영역 돌출부 내부 영역에서 N타입 반도체층까지 메사식각되고, 이 메사식각된 N타입 반도체층(110)의 일부영역이 식각되어 형성된 홈에 반사물질이 채워져 형성된다.

도 6a 내지 6c는 본 발명에 따라 발광 영역에 복수개의 광 격리부가 형성된 상태의 평면도로서, 발광 영역 내부에는 적어도 하나 이상의 광 격리부를 형성할 수 있는 데, 도 6a와 6b는 복수개의 광 격리부가 형성된 것을 도시하고 있다.

그리고, 광 격리부의 절단면 형상이 도 6a와 같은 원형(155a,155b), 도 6b와 같은 사각형(155c,155d), 도 6c와 같은 십자형(155e), 루프형(155f)과 링형(155g), 또한 이들을 합성한 형상이 바람직하다.

도 7은 본 발명에 따른 광 격리(Optical isolation)부의 형상을 도시한 개략적인 단면도로서, 광 격리부(150)의 측벽은 경사진 각도로 식각하여 형성하는 것이 바람직하며, 그 경사진 각도(α)는 45 ~ 85°가 바람직하다.

반사물질로는 반사율이 좋은 물질을 사용하며, 반사율을 높이기 위해 고반사 코팅을 할 수 있다. 반사율을 50% 이상인 것으로 한다.

또한, 전기적 특성을 좋게 하기 위해 반사물질을 전도성이 좋으며, n타입 반도체에 오믹접촉을 가지는 금속을 사용함이 바람직하다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 광 격리부를 발광 영역 사이 또는 내부에 형성하여 광의 전반사 현상을 줄일 수 있어 발광 효율을 증가시킬 수 있는 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

사파이어 기판 상부에 N타입 반도체층, 활성층과 P타입 반도체층이 순차적으로 형성되어 있고;

상기 P타입 반도체층에서 N타입 반도체층의 일부까지 메사(Mesa) 식각되어 복수개의 발광 영역 돌출부들이 형성되어 있고;

상기 복수개의 발광 영역 돌출부들사이의 메사 식각된 N타입 반도체층의 일부 영역들에 상기 사파이어 기판이 노출되도록 식각된 홈들이 형성되어 있고;

상기 홈들 내부에 반사물질이 채워져 이루어진 광 격리(Optical isolation)부들이 형성되어 있고;

상기 광 격리부들 상부를 포함한 N타입 반도체층 일부에 N전극이 형성되어 있고, 상기 복수개의 발광 영역 돌출부들 각각의 상부에 P전극이 형성되어 이루어진 대면적 발광 다이오드.
제 1 항에 있어서,

상기 발광 영역 돌출부 내부 영역에서 N타입 반도체층까지 메사식각되고, 이 메사식각된 N타입 반도체층의 일부영역이 식각되어 형성된 홈에 금속이 채워져 형성된 광 격리부가, 각각의 발광 영역 돌출부 내부에 적어도 하나 이상이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 대면적 발광 다이오드.
제 1 항에 있어서,

상기 광 격리부의 측벽은,

45 ~ 85°경사진 각도로 식각되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 대면적 발광 다이오드.
사파이어 기판 상부에 N타입 반도체층, 활성층과 P타입 반도체층을 순차적으로 적층하는 단계와;

상기 P타입 반도체층에서 N타입 반도체층의 일부까지 메사(Mesa) 식각하여 복수개의 발광 영역 돌출부들을 형성하는 단계와;

상기 복수개의 발광 영역 돌출부들 사이의 메사 식각된 N타입 반도체층의 일부 영역들을 상기 사파이어 기판이 노출되도록 식각하여 홈들을 형성하는 단계와;

상기 홈들 내부에 반사물질을 증착시켜 광 격리(Optical isolation)부들을 형성하는 단계와;

상기 광 격리부들 상부를 포함한 N타입 반도체층 일부에 N전극을 형성하고, 상기 복수개의 발광 영역 돌출부들 각각의 상부에 P전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성된 대면적 발광 다이오드의 제조 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 홈들의 측벽은 45 ~ 85°경사진 각도로 식각하여 형성하는 것을 특징으로 하는 대면적 발광 다이오드의 제조 방법.