KR20070035260A

KR20070035260A - 질화물 발광 다이오드

Info

Publication number: KR20070035260A
Application number: KR1020050089911A
Authority: KR
Inventors: 임시종
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사; 엘지전자 주식회사
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2007-03-30
Also published as: KR101131349B1

Abstract

본 발명은 질화물 발광 다이오드에 관한 것으로, 오믹컨택(Ohmic Contact)층 위에 형성된 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층, 상기 In_XAl_YGa_ZN층 위에 형성된 P-GaN층, 상기 P-GaN층 위에 형성된 활성층, 상기 활성층 위에 형성된 N-GaN층 및 상기 N-GaN층 위에 형성된 N-전극을 포함하여 구성된다.

본 발명은 기판을 제거하고 In_XAl_YGa_ZN층을 지지부로 이용함으로써 활성층에서 방출되는 빛이 발광 다이오드 내부에서 흡수되는 것을 감소시킴으로써 높은 발광 효율을 갖는다.

질화물 발광 다이오드, 빛의 흡수, 전반사

Description

질화물 발광 다이오드{Nitride Based Light Emitting Diode}

도 1은 종래의 기술에 따른 발광 다이오드의 개략적인 구성을 나타내는 단면도,

도 2a 내지 2c는 본 발명에 따른 질화물 발광 다이오드의 일실시예의 제조수순을 나타내는 단면도,

도 3 및 4는 본 발명에 따른 질화물 발광 다이오드의 다른 실시예를 나타내는 단면도,

도 5a 내지 5e는 본 발명에 따른 질화물 발광 다이오드의 다른 실시예의 제조수순을 나타내는 단면도,

도 6은 본 발명에 따른 질화물 발광 다이오드의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.

***도면의 주요 부호의 설명***

10 : 기판 11 : N-GaN층

12 : 활성층 13 : P-GaN층

14 : In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층

15 : N-전극 16 : P-전극

17 : 오믹컨택층 18 : 반사층

21 : 도핑되지 않은 U-GaN층 30 : 캐리어 기판

본 발명은 질화물 발광 다이오드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광 구조물 내에서의 빛의 흡수를 감소시키는 질화물 발광 다이오드에 관한 것이다.

질화물 발광 다이오드는 전자가 천이될 때 빛을 방출하는 현상을 이용한 발광 소자로서, 질화물 발광 다이오드의 발광은 반도체 전도대(Conduction Band)의 전자들이 가전자대(Valence Band)의 정공(Hole)과 재결합하는 과정에서 일어난다.

발광 다이오드는 종래의 광원에 비해 소형이고, 수명은 길며, 전기 에너지가 빛에너지로 직접 변환하기 때문에 전력이 적게 들고 효율이 좋다. 또한 고속응답이라 자동차 계기류의 표시소자, 광통신용 광원 등 각종 전자기기의 표시용 램프, 숫자표시 장치나 계산기의 카드 판독기 등에 쓰이고 있다.

최근 질화물 반도체를 이용한 질화물 발광 다이오드는 활성층의 밴드갭(Band Gap)의 범위가 넓어서 조성에 따라 가시광의 전 영역에서의 발광이 가능한 물질로 알려져 있다. 이 발광 다이오드는 그 응용영역이 매우 넓으며 점차 응용의 범위가 확대, 증가되는 추세에 있어 고품위의 발광 다이오드의 개발이 매우 중요하다.

도 1은 일반적인 질화물 발광 다이오드의 단면도로서, 사파이어 기판(110) 상부에 N-GaN층(111), 활성층(112)과 P-GaN층(113)이 순차적으로 형성되어 있고; 상기 P-GaN층(113)에서 N-GaN층(111)까지 메사(Mesa)식각되어 있고; 상기 메사 식각된 N-GaN층(111) 상부에 N-전극(115)이 형성되어 있고; 상기 P-GaN층(113) 상부에 P-전극(114)이 형성되어 있다.

이렇게 해서 완성된 칩은 P-전극(114)에 양의 부하를, N-전극(115)에 음의 부하를 가하게 되면, P-GaN층(113)과 N-GaN층(111)으로부터 각각 정공과 전자들이 활성층(112)으로 모여 재결합함으로써 활성층(112)에서 발광을 하게 된다.

활성층에서 발광된 빛은 발광 구조 내부를 진행하면서, 투과, 반사 또는 흡수된다. 원하지 않는 방향으로 투과 또는 반사되는 빛은 반사층 등을 개재하여 빛의 진행 방향을 조절할 수 있으나, 흡수되는 빛에 의하여 전체 광량이 감소되는 문제점이 있다.

이러한 발광 구조물 내부에서의 빛의 흡수는 질화물 발광 다이오드에 있어서, 광효율 저하의 주요원인 중 하나이다. 따라서, 질화물 발광 다이오드의 효율을 향상시키고 적용 영역을 확대시키기 위하여 발광 구조물 내에서 빛의 흡수가 적은 질화물 발광 다이오드가 필요하다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기판을 제거하고 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층을 형성함으로써, 발광 구조물 내에서의 빛의 흡수를 감소시키는 질화물 발광 다이오드를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 오믹컨택(Ohmic Contact)층 위에 형성된 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층, 상기 In_XAl_YGa_ZN층 위에 형성된 P-GaN층, 상기 P-GaN층 위에 형성된 활성층, 상기 활성층 위에 형성된 N-GaN층 및 상기 N-GaN층 위에 형성된 N-전극을 포함하여 구성되는 질화물 발광 다이오드다.

또, 오믹컨택층 위에 형성된 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층, 상기 In_XAl_YGa_ZN층 위에 형성된 P-GaN층, 상기 P-GaN층 위에 형성된 활성층, 상기 활성층 위에 형성된 N-GaN층 및 상기 N-GaN층 위에 형성된 N-전극을 포함하여 구성되는 질화물 발광 다이오드에 상기 N-GaN층과 N-전극 사이에 형성된 반사층을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드다.

또, 오믹컨택층 위에 형성된 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층, 상기 In_XAl_YGa_ZN층 위에 형성된 P-GaN층, 상기 P-GaN층 위에 형성된 활성층, 상기 활성층 위에 형성된 N-GaN층 및 상기 N-GaN층 위에 형성된 N-전극을 포함하여 구성되는 질화물 발광 다이오드에 상기 오믹컨택층 아래에 형성된 반사층을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드다.

또, 오믹컨택층 위에 형성된 P-GaN층, 상기 P-GaN층 위에 형성된 활성층, 상기 활성층 위에 형성된 N-GaN층, 상기 N-GaN층 위에 형성된 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층 및 상기 In_XAl_YGa_ZN층 위에 형성된 N-전극을 포함하여 구성되는 질화물 발광 다이오드다.

또, 오믹컨택층 위에 형성된 P-GaN층, 상기 P-GaN층 위에 형성된 활성층, 상기 활성층 위에 형성된 N-GaN층, 상기 N-GaN층 위에 형성된 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤ y≤1, 0≤z<1)층 및 상기 In_XAl_YGa_ZN층 위에 형성된 N-전극을 포함하여 구성되는 질화물 발광 다이오드에 상기 오믹컨택층 아래에 형성된 반사층을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드다.

또, 오믹컨택층 위에 형성된 P-GaN층, 상기 P-GaN층 위에 형성된 활성층, 상기 활성층 위에 형성된 N-GaN층, 상기 N-GaN층 위에 형성된 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층 및 상기 In_XAl_YGa_ZN층 위에 형성된 N-전극을 포함하여 구성되는 질화물 발광 다이오드에 상기 In_XAl_YGa_ZN층과 N-전극 사이에 형성된 반사층을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드다.

또, In_XAl_YGa_ZN층(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1) 위에 형성되며 일부가 메사 식각된 P-GaN층, 상기 P-GaN층의 식각되지 않은 상면에 형성된 활성층, 상기 활성층 위에 형성된 N-GaN층, 상기 P-GaN층의 식각된 상면에 형성된 P-전극 및 상기 N-GaN층 위에 형성된 N-전극을 포함하여 구성되는 질화물 발광 다이오드다.

또, In_XAl_YGa_ZN층(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1) 위에 형성되며 일부가 메사 식각된 P-GaN층, 상기 P-GaN층의 식각되지 않은 상면에 형성된 활성층, 상기 활성층 위에 형성된 N-GaN층, 상기 P-GaN층의 식각된 상면에 형성된 P-전극 및 상기 N-GaN층 위에 형성된 N-전극을 포함하여 구성되는 질화물 발광 다이오드에 상기 N-GaN층과 N-전극 사이에 형성된 반사층을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드다.

또, In_XAl_YGa_ZN층(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1) 위에 형성되며 일부가 메사 식각된 P-GaN층, 상기 P-GaN층의 식각되지 않은 상면에 형성된 활성층, 상기 활성층 위에 형성된 N-GaN층, 상기 P-GaN층의 식각된 상면에 형성된 P-전극 및 상기 N-GaN층 위에 형성된 N-전극을 포함하여 구성되는 질화물 발광 다이오드에 상기 In_XAl_YGa_ZN층과 P-GaN층 사이에 형성된 반사층을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드다.

본 발명의 특징은 질화물 발광 다이오드에 있어서, 기판을 제거하고 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층을 지지층으로 사용하는 것이다. 상기 In_XAl_YGa_ZN층의 밴드갭은 활성층의 밴드갭보다 크도록 구성한다. 일반적으로 반도체층의 밴드갭이 클수록 흡수하는 빛의 파장이 짧아진다. 따라서, 본 발명에 따른 발광 다이오드는 발광 구조물의 흡수 파장을 바꿈으로써 활성층에서 방출하는 빛을 흡수하지 않고 발광 다이오드 외부로 투과시킬 수 있도록 하여 발광 효율을 증가시킨다.

또, 본 발명의 In_XAl_YGa_ZN층은 발광 다이오드의 계면에서 일어나는 전반사를 감소시키는 역할을 한다. 상기 활성층에서 방출된 빛은 P-GaN층, N-GaN층 등을 통과하여 다이오드 외부로 빠져나가는데, 이 때 각 층의 굴절율 차이 또는 발광 구조물과 외부환경(공기, 합성 수지 등)와의 굴절율 차이에 의하여 전반사가 일어난다. 전반사란, 빛이 일정한 각(임계각) 이상으로 입사할 경우 매질의 굴절율 차이에 의하여 매질이 맞닿는 계면에서 전부 반사되는 것을 말한다. 상기 전반사된 광은 계면을 따라 이동하여 발광 구조물의 측면으로 빠져나가거나 발광 구조물내에서 흡수, 감쇄되어 광효율 저하의 중요한 원인이 된다.

전반사는 밀도가 높은 매질에서 밀도가 낮은 매질로 입사할 경우에 일어나며, 매질간의 굴절율 차이가 클수록 잘 일어나는데, 본 발명은 In_XAl_YGa_ZN층을 포함하여 발광 구조물과 외부와의 굴절율 차이를 감소시킴으로써 전반사를 감소시키는 효과가 있다.

상기 In_XAl_YGa_ZN층은 조성비를 조절하거나 도핑을 함으로써 전도성을 갖도록 하는 것이 발광 다이오드를 수직형으로 제조할 수 있어 바람직하다. 상기 In_XAl_YGa_ZN층이 절연성을 갖는 경우에는 수평형 발광 다이오드로 제조가능하다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 기술적 특징을 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명은 실시예에 의하여 보다 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이고, 첨부된 특허청구범위에 의하여 정해지는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

도 2a 내지 2c는 본 발명에 따른 질화물 발광 다이오드의 일실시예의 제조수순을 나타내는 단면도로서, 기판(10) 위에 도핑되지 않은 U-GaN층(21), N-GaN층(11), 활성층(12), P-GaN층(13), In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층(14), 오믹컨택층(17), 반사층(18)을 순차적으로 적층하여 발광 구조물을 형성하는 단계, 상기 기판(10) 및 U-GaN층(21)을 제거하는 단계, 상기 N-GaN층의 U-GaN층이 제거된 면에 N-전극(15)을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 질화물 발광 다이오드는 반사층(18) 위에 형성된 오믹컨택층(17), 상기 오믹컨택층 위에 형성된 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층(14), 상기 In_XAl_YGa_ZN층 위에 형성된 P-GaN층(13), 상기 P-GaN층 위에 형성된 활성층(12), 상기 활성층 위에 형성된 N-GaN층(11) 및 상기 N-GaN층 위에 형성된 N-전극(15)을 포함하여 구성된다.

먼저, 기판(10) 위에 도핑되지 않은 U-GaN층(21), N-GaN층(11), 활성층(12), P-GaN층(13), In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층(14), 오믹컨택층(17), 반사층(18)을 순차적으로 적층하여 발광 구조물을 형성한다(도 2a).

상기 기판은 사파이어(Sapphire) 기판, 실리콘(Si) 기판, 산화아연(ZnO)기 판 또는 질화물 반도체 기판 중 어느 하나 또는, 기판에 GaN, InGaN, AlGaN, AlInGaN 중에서 적어도 어느 하나가 적층된 템플레이트(Template) 기판이 사용될 수 있다.

상기 N-GaN층, 활성층, P-GaN층의 형성방법으로는 얇은 GaN층을 증착할 수 있는 것이면 제한없이 사용될 수 있으나, 바람직하기로는 유기금속 화학증착법(MOCVD)이 적당하다.

N-GaN층을 형성하기 위하여 GaN층의 형성과정에서 적절한 도펀트(Dopant)로 도핑을 한다. N 도핑을 위한 도펀트로는 실리콘, 게르마늄, 셀레늄, 텔루륨, 탄소 등을 사용할 수 있다. 실리콘을 사용할 경우 도핑 농도는 10¹⁷/cm³ 정도가 일반적이다. 상기 N-GaN층은 도핑농도를 다르게 하여 N⁺ 및 N^- 의 이층 구조로 형성할 수도 있다.

본 발명에서는 도핑되지 않은 U-GaN층(미도시)을 먼저 기판 위에 형성한 다음, 그 위에 N-GaN층을 형성한다. 이는 기판 위에 N-GaN층을 형성할 경우 격자 주기가 급격히 변함으로 인하여 결함이 발생되어 박막특성이 저하되는 것을 방지하기 위한 것이다. 상기 U-GaN층은 생략될 수 있다.

상기 활성층은 발광 다이오드에 있어서 빛을 방출하는 부분이다. Al_XGa_YIn₁ _{- X-Y}N(0≤x<1, 0<y<1)의 일반식으로 나타낼 수 있으며, 질화 알루미늄, 질화갈륨 및 질화인듐과 같은 2원계와 질화갈륨-인듐 및 질화갈륨-알루미늄과 같은 3원계를 포함한다. Ⅲ족원소는 붕소, 탈륨 등으로 일부 치환될 수 있으며, 질소는 인, 비소, 안티몬 등으로 일부 치환될 수 있다.

상기 활성층은 성분 조성을 변화시킴으로써 방출하는 빛의 파장을 조절할 수 있다. 예컨대 청색빛을 방출하기 위해서는 약 22% 정도의 인듐이 포함된다. 또, 녹색빛을 방출하기 위해서는 약 40% 정도의 인듐이 포함된다.

상기 P-GaN층의 도펀트로는 마그네슘, 아연, 베릴륨, 칼슘, 스트론튬, 바륨 등이 사용될 수 있다. 상기 P-GaN층도 N-GaN층과 같이, P⁺ 및 P^-의 이층구조로 형성하는 것이 가능하다.

상기 발광 구조물의 형성에 있어서, 바람직하기로는 기판 위에 N-GaN층, 활성층, P-GaN층을 순서대로 적층한 다음, 상기 P-GaN층을 활성화하는 것이 좋다. 상기 활성화 단계는 P-GaN층의 도펀트인 마그네슘 등이 수소와 결합하여 결함으로 작용하는 것을 방지하기 위하여 마그네슘과 수소의 결합을 끊는 것이다. 보다 상세하게는 600℃에서 약 20분 정도 열처리하며, 후술할 In_XAl_YGa_ZN층, 오믹컨택층 또는 반사층을 형성한 다음에 열처리할 수도 있다.

상기 In_XAl_YGa_ZN층의 형성은 다른 에피층의 형성과 같이 유기금속 화학증착법을 이용하거나 웨이퍼 퓨전을 이용하여 형성한다. 웨이퍼 퓨전은 다른 웨이퍼 상에서 In_XAl_YGa_ZN층을 형성한 다음 상기 발광 구조물 위에 접합시키고 In_XAl_YGa_ZN층이 형성된 기판을 제거하는 방법이다.

전술하였듯이, 상기 In_XAl_YGa_ZN층은 활성층보다 밴드갭이 크도록 하여 활성층에서 방출되는 빛이 흡수되지 않도록 한다. 본 실시예의 발광 다이오드는 수직형 발광 다이오드이므로, 상기 In_XAl_YGa_ZN층은 Al 조성을 높게하거나 도핑을 함으로써 전도성을 갖도록 한다. 도핑에 있어서 N 또는 P 도핑에 사용되는 도펀트가 사용될 수 있다.

상기 In_XAl_YGa_ZN층의 두께는 특별한 제한은 없으나, 발광 구조물을 지지하기 위해서는 실용적으로 2~500㎛ 정도가 적당하다.

상기 오믹컨택층의 재질은 활성층으로부터 방출된 빛의 진행방향이 어느쪽이길 원하는지에 따라 달라진다. 빛의 진행방향을 오믹컨택층 쪽으로 하고자 하는 경우에는 투명 전도성 산화물(Transparent Conducting Oxide)인 것이 바람직하다. 투명 전도성 산화물로는 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)등이 사용될 수 있다. 투명 전도성 산화물은 오믹컨택층의 역할을 할 수 있으므로, 오믹컨택층을 따로 형성할 필요가 없는 유리한 점이 있을 뿐만 아니라, 광투과도가 90% 이상이므로 광추출 효율을 증가시킬 수 있다.

반대로 빛의 진행방향을 N-GaN층 쪽으로 하고자 하는 경우, 즉 플립칩 형태로 사용하고자 하는 경우에는 상기 오믹컨택층은 니켈(Ni)/금(Au)의 금속 박막으로 형성하는 것이 좋다.

상기 반사층은 활성층으로부터 방출된 빛의 진행방향을 원하는 쪽으로 조절하기 위한 것이다. 상기 반사층으로는 은, 알루미늄, 아연, 금, 백금, 티타늄, 팔라듐, 게르마늄, 구리, 니켈, 스트론튬 등의 금속과 산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 티타늄 등 산화물 또는 질화물이 사용될 수 있다. 상기 반사층은 생략될 수 있으며, 후술하듯이 N-GaN층과 N-전극 사이에 형성될 수 있다.

다음으로, 상기 기판(10) 및 U-GaN층(21)을 제거한다(도 2b). 본 실시예에서는 기판을 제거하기 위해 레이저 리프트오프(Lift-off) 방법을 이용한다. 보다 상세하게는 245~305nm의 UV-레이저를 기판을 통하여 조사한다. 조사된 레이저는 기판을 투과하여 기판과 GaN층의 경계면에서 흡수되어 GaN은 Ga와 N₂로 분리되고 N₂는 가스 상태로 외부로 빠져나오므로 계면에는 Ga만 남게 된다. Ga는 융점이 30℃정도이므로 열에 의해 쉽게 녹아 기판이 제거된다.

상기 기판과 접하고 있던 U-GaN층은 레이저에 의해 손상되므로, 전극을 형성 하기 위해서는 U-GaN층을 제거하여 N-GaN층이 드러나도록 한다. 먼저, 기판을 제거하는 과정에서 형성된 Ga를 묽은 염산용액을 사용하여 제거를 하여 이후의 식각 공정을 용이하도록 한 다음, 건식 식각을 이용하여 U-GaN층을 제거한다. U-GaN층을 제거한 후에는 식각 공정 중 손상된 결정을 회복하기 위해 열처리를 할 수 있다.

다음으로, 상기 U-GaN층이 제거된 N-GaN층 면에 N-전극(16)을 형성한다(도 2c). 바람직하기로는 전류가 고르게 분산되도록 십자 형상으로 형성하는 것이 좋다.

본 발명에 따른 질화물 발광 다이오드는 도 3에 도시된 바와 같이, 오믹컨택층(17) 위에 형성된 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층(14), 상기 In_XAl_YGa_ZN층 위에 형성된 P-GaN층(13), 상기 P-GaN층 위에 형성된 활성층(12), 상기 활성층 위에 형성된 N-GaN층(11), 상기 N-GaN층 위에 형성된 반사층(18) 및 상기 반사층 위에 형성된 N-전극(15)을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 구조는 본 발명의 질화물 발광 다이오드를 플립칩 형태로 사용하기 위하여 N-GaN층 쪽에 반사층을 형성한 것이다.

또, 도 4에 도시된 바와 같이, In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층(14) 위에 형성되며 일부가 메사 식각된 P-GaN층(13), 상기 P-GaN층의 식각되지 않은 상면에 형성된 활성층(12), 상기 활성층 위에 형성된 N-GaN층(11), 상기 P-GaN층의 식각된 상면에 형성된 P-전극(16), 상기 N-GaN층의 상면에 형성된 N-전극(15)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 실시예는 수평형 발광 다이오드로서, In_XAl_YGa_ZN층이 절연성일 경우에 사용될 수 있다. 상기 실시예는 발광 구조물을 형성한 다음, 기판을 제거하고 P-GaN층의 상면의 일부가 드러나도록 상기 발광 구조물을 메사 식각한 후, N-GaN층 위에 N-전극, P-GaN층의 식각된 상면에 P-전극을 형성하여 제조할 수 있다.

상기 실시예는 발광 효율을 증가시키기 위하여 In_XAl_YGa_ZN층(14)과 P-GaN층(13) 사이 또는 N-GaN층(11)과 N-전극(15) 사이에 반사층(미도시)을 더 포함하여 형성될 수 있다.

도 5a 내지 5e는 본 발명에 따른 질화물 발광 다이오드의 다른 실시예의 제조수순을 나타내는 단면도로서, 기판(10) 위에 도핑되지 않은 U-GaN층(21), N-GaN층(11), 활성층(12), P-GaN층(13), 오믹컨택층(17), 반사층(18)을 순차적으로 적층하여 발광 구조물을 형성하는 단계(도 5a), 상기 발광 구조물 위에 캐리어 기판(30)을 본딩하는 단계(도 5b), 상기 기판(10) 및 U-GaN층(21)을 제거하는 단계(도 5c), 상기 N-GaN층의 U-GaN층이 제거된 면에 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층(14) 및 N-전극(15)을 순차적으로 형성하는 단계(도 5d), 상기 캐리어 기판을 제 거하는 단계(도 5e)를 포함하여 이루어진다. 도 5e에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 질화물 발광 다이오드는 반사층(18) 위에 형성된 오믹컨택층(17), 상기 오믹컨택층 위에 형성된 P-GaN층(13), 상기 P-GaN층 위에 형성된 활성층(12), 상기 활성층 위에 형성된 N-GaN층(11), 상기 N-GaN층 위에 형성된 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층(14), 상기 In_XAl_YGa_ZN층 위에 형성된 N-전극(15)을 포함하여 구성된다.

본 실시예는 캐리어 기판을 이용하여 기판을 제거한 다음, N-GaN층 쪽에 In_XAl_YGa_ZN층을 형성함으로써 In_XAl_YGa_ZN층 - N-GaN층 - 활성층 - P-GaN층의 순서로 적층된 발광 다이오드를 구현하기 위한 것이다.

캐리어 기판으로는 사파이어(Sapphire) 기판, 실리콘(Si) 기판, 산화아연(ZnO)기판 또는 질화물 반도체 기판 중 어느 하나 또는, 기판에 GaN, InGaN, AlGaN, AlInGaN 중에서 적어도 어느 하나가 적층된 템플레이트(Template) 기판이 사용될 수 있다.

상기 캐리어 기판을 본딩하는 구체적인 방법으로는 Pb/Sn/Ag 또는 Au/Sn 로 이루어지는 솔더(Solder)를 캐리어 기판에 형성한 다음, 발광 구조물에 본딩하는 방법이 있다. 또, 솔더 대신 포토 레지스트(Photo Resist)를 사용할 수도 있다. 포토 레지스트를 사용하여 본딩하는 경우 나중에 캐리어 기판의 제거가 보다 용이하다는 장점이 있다.

본 발명에 따른 질화물 발광 다이오드는 도 6에 도시된 바와 같이, 오믹컨택층(17) 위에 형성된 P-GaN층(13), 상기 P-GaN층 위에 형성된 활성층(12), 상기 활성층 위에 형성된 N-GaN층(11), 상기 N-GaN층 위에 형성된 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층(14), 상기 In_XAl_YGa_ZN층 위에 형성된 반사층(18) 및 상기 반사층 위에 형성된 N-전극(15)을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 구조는 본 발명의 질화물 발광 다이오드를 플립칩 형태로 사용하기 위하여 N-GaN층 쪽에 반사층을 형성한 것이다.

본 발명에 따른 질화물 발광 다이오드에 와이어를 연결하고 외장재를 형성하여 패키지 형태로 제조하는 방법은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적 지식을 가진 자에게는 자명할 것인바, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 질화물 발광 다이오드는 기판 대신 In_XAl_YGa_ZN층을 지지부로 사용함으로써, 활성층에서 방출된 빛이 기판에서 흡수되는 것을 방지하여 발광 효율이 높다.

또, 본 발명에 따른 질화물 발광 다이오드는 수직형 구조를 가짐으로써 동일 웨이퍼에서 생산되는 발광 다이오드의 수가 많아 생산수율이 높고, 전류의 흐름이 효율적인 유리한 점이 있다.

또, 본 발명에 따른 질화물 발광 다이오드는 투명 전도성 산화물로 이루어진 오믹컨택층을 구비함으로써, 광추출 효율을 증가시켜 발광효율이 높다.

또, 본 발명에 따른 질화물 발광 다이오드는 반사층을 구비함으로써, 발광 효율이 높으며, 플립칩 타입으로의 적용이 가능하다.

Claims

오믹컨택층 위에 형성된 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층;

상기 In_XAl_YGa_ZN층 위에 형성된 P-GaN층;

상기 P-GaN층 위에 형성된 활성층;

상기 활성층 위에 형성된 N-GaN층; 및

상기 N-GaN층 위에 형성된 N-전극을 포함하여 구성되는 질화물 발광 다이오드.
제1항에 있어서,

상기 오믹컨택층 아래에 형성된 반사층을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드.
제1항에 있어서,

상기 N-GaN층과 N-전극 사이에 형성된 반사층을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드.
In_XAl_YGa_ZN층(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1) 위에 형성되며 일부가 메사 식각된 P-GaN층;

상기 P-GaN층의 식각되지 않은 상면에 형성된 활성층;

상기 활성층 위에 형성된 N-GaN층;

상기 P-GaN층의 식각된 상면에 형성된 P-전극; 및

상기 N-GaN층 위에 형성된 N-전극을 포함하여 구성되는 질화물 발광 다이오드.
제4항에 있어서,

상기 In_XAl_YGa_ZN층과 P-GaN층 사이에 형성된 반사층을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드.
제4항에 있어서,

상기 N-GaN층과 N-전극 사이에 형성된 반사층을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드.
오믹컨택층 위에 형성된 P-GaN층;

상기 P-GaN층 위에 형성된 활성층;

상기 활성층 위에 형성된 N-GaN층;

상기 N-GaN층 위에 형성된 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층; 및

상기 In_XAl_YGa_ZN층 위에 형성된 N-전극을 포함하여 구성되는 질화물 발광 다이오드.
제7항에 있어서,

상기 오믹컨택층 아래에 형성된 반사층을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드.
제7항에 있어서,

상기 In_XAl_YGa_ZN층과 N-전극 사이에 형성된 반사층을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드.
제1항 내지 제9항 중 어느 하나에 있어서,

상기 In_XAl_YGa_ZN층의 두께는 2~500㎛인 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드.
제1항 내지 제9항 중 어느 하나에 있어서,

상기 In_XAl_YGa_ZN층은 활성층보다 밴드갭이 크도록 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드.
제1항 내지 제3항 및 제7항 내지 제9항 중 어느 하나에 있어서,

상기 In_XAl_YGa_ZN층은 N 또는 P 도핑된 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드.
제1항 내지 제9항 중 어느 하나에 있어서,

상기 오믹컨택층은 투명 전도성 산화물로 이루어진 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드.
제1항 내지 제9항 중 어느 하나에 있어서,

상기 오믹컨택층은 니켈(Ni)/금(Au)의 금속 박막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드.