KR20090049065A - 발광 다이오드 외부 광효율 개선 - Google Patents

발광 다이오드 외부 광효율 개선 Download PDF

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Abstract

발광 다이오드의 외부 광 효율을 개선하는 방법이 개시되며, 상기 방법은 표면 텍스쳐링을 형성하기 위해 발광 다이오드의 n형층의 외부면을 식각하는 단계를 포함하며, 상기 표면 텍스쳐링은 광출사량을 증가시기키 위해 내부광 반사를 감소시킨다. 이에 해당하는 발광 다이오드도 개시된다.
표면 텍스쳐링, 마이크로렌즈, 표면 거칠게 하기

Description

발광 다이오드 외부 광효율 개선{IMPROVEMENTS IN EXTERNAL LIGHT EFFICIENCY OF LIGHT EMITTING DIODES}
본 발명은 발광 다이오드의 외부 광효율의 개선에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 이에 한정되는 것은 아니나, 마이크로렌즈들 및/또는 표면 거칠게 하기 등을 포함하는 표면 텍스쳐링(surface texturing)을 가지는 발광 다이오드와, 상기 발광 다이오드의 광 출사면 상에 상기 표면 텍스쳐링을 하는 방법에 관한 것이다.
Ga-N계 발광 다이오드(LED)들은 최근 몇년 동안 집중적으로 연구되고 발전되어 왔다. 고효율, 고성능(high power)의 Ga-N계 LED는 영상 장치, 교통 신호, 이동/휴대 전화 및 이와 비슷한 기기용 백라이트, 그리고 백색 광원들과 같은 어플리케이션용으로 관심을 끌어 왔다. 이러한 Ga-N계 LED가 주요 조명 시장에서 성공하기 위해서는 비용을 절감하고 광 출사 효율을 개선하는 것이 중요한 요소이다.
일반적으로, GaN계 LED의 내부 양자 효율(ηi)은 결정의 품질과 에피택셜 층의 구조로 인해 100%보다 상당히 작은 값을 갖는다. 보통 내부 양자 효율(ηi)은 약 70% 내지 80%의 값에 이를 수 있다. 이보다 높은 값은 얻기 어려운 것으로 알려져 있다. 외부 양자 효율(ηext)은 내부 양자 효율보다 훨씬 더 낮다. 이는 기존의 GaN계 LED의 광 추출 효율이 내부 광 반사량의 총량에 의해 제한되기 때문인데, 상 기 내부 광 반사는 공기의 굴절율(n=1)에 비해 높은 GaN의 굴절율(n≒5) 때문에 반도체-공기 경계면에서 일어난다. 활성 영역에서 발생하는 광의 임계각은 단지 23° 정도이다. 발생된 광의 대부분은 기판으로 반복적으로 반사되다가 결국 흡수된다. 측면과 바닥으로 발산되는 광이 무시할 만큼 작다고 가정하면, 소량의 광(4%)만이 상기 표면으로부터 추출될 수 있다.
금속유기 화학 기상 증착(MOCVD; metalorganic chemical vapor deposition)으로 성장된 기존의 GaN계 LED들은 비도전성 사파이어 기판을 이용한다. 상기 사파이어 기판의 에피택셜층들은 일반적으로 n형으로 도핑되고 비교적 두꺼운 GaN층과, p형으로 도핑되고 비교적 얇은 GaN층 사이에 샌드위치된 발광층(활성 영역)으로 이루어진다. 상기 n형 GaN층은 상기 사파이어에 복수 층(GaN, AlGaN, InGaN이나 AlGaInN 등과 같은 GaN계 물질들로 만들어진 n형 반도체에 비도핑 또는 도핑됨)의 스택(stack)으로 형성되며, 상기 p형 GaN층은 상기 사파이어로부터 이격되어 복수층(GaN, AlGaN, InGaN이나 AlGaInN 등과 같은 GaN계 물질들로 만들어진 p형 반도체에 비도핑 또는 도핑됨)의 스택으로 형성된다. 최상부 p-GaN 표면 에피택셜층은 광 추출 표면으로 자주 사용되는 Ga-극성층(Ga-Polar)이다. 상기 사파이어 기판은 열전도율이 낮고 전류 밀도들이 비교적 높아서 동작하는 동안 상기 활성층으로부터의 과도하게 열이 발생하기 때문에 상기 디바이스의 성능을 떨어뜨리는 데 일조한다. 이와 동시에, 비교적 얇은 상기 p-GaN층(통상 0.5 마이크로미터 이하)과 p-GaN의 높은 고유 저항(resistivity)은 플라즈마 손상에 매우 민감하며 건식 표면 텍스쳐링에 사용하기는 어렵다. 이에 더해, Ga-극성 GaN은 화학적으로 안정하며 N-극성 GaN보다 건식 식각을 하기가 더 어렵다. 상기 활성 영역의 다른 쪽, 즉, 상기 활성 영역의 n-GaN층은 보통 상기 p형 GaN층보다 훨씬 두꺼우며(2 내지 5 마이크로미터 두께), 그 두께 때문에 표면 텍스쳐링을 만들기에 이상적이다. 그러나, 이러한 부분은 상기 활성 영역의 하부 및 상기 사파이어 상에 있다. 상기 사파이어가 제거되지 않으면 표면 텍스쳐링하기는 불가능하다.
이러한 문제들을 해결하기 위해, 상기 사파이어를 그 위에 성장된 GaN 에피택셜 박막들로부터 분리하기 위해 GaN LED의 수직 레이저 리프트오프(vertical laser liftoff)와 그외 방법들이 개발되었다. 노출된 N-극성 n-GaN 표면에 표면을 거칠게 하기 위한 다른 기술 또한 개발되어 왔는데, ICP 플라즈마 식각 및 습식 식각 등이 포함된다.
발광 다이오드의 외부면 상에 마이크로렌즈들을 형성하는 것이 제안되었다. 그러나, 이것은 상기 활성 영역이 p형 GaN층 상의 발광면에 가깝고, 상기 마이크로렌즈들을 형성하는 것이나 표면을 거칠게 하는 것이 상기 활성 영역에 손상을 일으킬 수 있으므로 사실상 불가능하다.
바람직한 제1 관점에 따르면, 발광 다이오드들의 외부 발광 효율을 개선시키기 위한 방법이 제공되는 바, 상기 방법은 표면 텍스쳐링을 형성하기 위해 발광 다이오드 n형층 외부면을 식각하는 단계를 포함하며, 상기 표면 텍스쳐링은 내부 광반사를 감소시켜 광 출사량을 높인다.
바람직한 제2 관점에 따르면, 식각에 의해 형성된 표면 텍스쳐링을 가지는 발광 다이오드 n형층 외부면을 포함하는 발광 다이오드가 제공되는 바, 상기 표면 텍스쳐링은 상기 발광 다이오드의 광 출사량과 외부 발광 효율을 향상시키도록 내부 광 반사를 감소시키기 위한 것이다.
바람직한 제3 관점에 따르면 발광 다이오드 n형층 외부면과, 상기 n형층 외부면 상에 형성된 다른 물질층을 포함하는 발광 다이오드가 제공되는 바, 상기 다른 물질층의 최외각층은 상기 발광 다이오드의 광 출사량과 외부 광 효율을 증가시기키 위해 내부 광 반사가 감소되도록 표면 텍스쳐링된다.
상기한 관점들 모두를 만족시키기 위해, 상기 활성층은 양자 우물(quantum well), 양자 우물들, 양자점(quantum dot)들, 및 양자 와이어(quantum wire)들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 표면 텍스쳐링 단계는 화학 용액으로 습식 식각하는 단계일 수 있다. 상기 화학 용액은 예정된 시간 동안 온도를 높인 수산화칼륨 수용액일 수 있다. 식각하는 동안 상기 발광 다이오드를 교반(agitation)하는 단계가 수행될 수 있다. 상기 교반은 자외선 방사(放射)에 의한 것일 수 있다. 이에 더해, 또는 이를 대신하여, 상기 표면 텍스쳐링은 건식 식각에 의한 것일 수 있다. 건식 식각은 플라즈마 식각, 플라즈마 충격 또는 레이저 프로세싱일 수 있다. 상기 건식 식각은 상기 습식 식각을 수행하기 이전이나 이후에 수행될 수 있다.
상기 표면 텍스쳐링은 표면 거칠게 하기, 마이크로 렌즈들 및 표면이 거칠게 형성된 마이크로 렌즈들, 구멍들, 공동(void)들, 기둥(pillar)들 및 비아(via)들 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 상기 마이크로 렌즈들은 반구형, 실질적인 반구형, 편평한 상면을 가지는 반구형, 구의 일부, 피라밋형, 원통형 및 입방형 중에 선택될 수 있다. 상기 마이크로 렌즈들은 하기한 값을 가질 수 있다.
(a) 2 내지 3㎛ 범위의 마이크로 렌즈들 사이 간격,
(b) 실질적으로 6㎛인 피치,
(c) 실질적으로 2㎛인 반지름
상기 마이크로 렌즈는 실질적으로 피라밋형일 수 있으며, 실질적으로 각도가 58°인 면(facet)들을 가질 수 있다. 상기 표면 텍스쳐링은 외부면의 일부분 상에 있을 수 있다. 상기 표면 텍스쳐링은 상기 외부면 상의 전류 분산 어레이의 연결부들과 외측부 사이에 형성된 발광 공간(light space)에 있을 수 있다.
상기 n형층의 외부면 상에는 제1 오믹 콘택트가 형성될 수 있으며, p형층 외부면 상에는 제2 오믹 콘택트가 형성될 수 있다. 상기 제2 오믹 콘택트는 발광 다이오드의 광 발산을 증진시키기 위해 광을 반사할 수 있다. 상기 제2 오믹 콘택트는 금속들이나 금속의 합금들의 복수층들의 스택을 포함할 수 있다. 상기 금속은 은, 알루미늄 또는 다른 고(高)반사 금속일 수 있다. 상기 고반사 금속은 상기 발광 다이오드의 광반사를 증진시키기 위한 광 반사층용으로 사용될 수 있다. 상기 제2 오믹 콘택트는 p형층 외부면 전체를 덮을 수 있다. 선택적으로, 상기 제2 오믹 콘택트는 p형층 외부면의 일부를 덮을 수 있으며, p형층 외부면의 남은 부분의 적어도 일부분은 상기 발광 다이오드의 광 방출을 증진시키기 위해 광을 반사시키기 위한 반사 물질 중 적어도 하나로 덮힌다.
상기 p형층, 상기 활성층 및 상기 n형층은, 예를 들어, GaN, InGaN, AlGaN, AlGaInN, InN 및 AlN과 같은 GaN계 물질 중 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
표면 택스쳐링은 또한 상기 p형층, 상기 오믹 콘택트 층, 및 상기 콘택트 층 중 적어도 어느 하나의 층을 표면 텍스쳐링함으로써 p형 측 상에 있을 수 있다.
본 발명이 충분이 이해되고 실제로 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위해 한정되지 않은 실시예의 방식으로 본 발명의 바람직한 실시예만을 기재하며, 상세한 설명에는 상기 기재에 첨부된 예시적인 도면들이 참조된다.
도 1은 제1 실시예의 수직 단면도이다.
도 2는 도 1의 일부 확대도이다.
도 3은 도 2의 오른쪽 확대도이다.
도 4는 도 1의 실시예의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 디바이스의 일부를 나타낸 마이크로사진이다.
도 6은 제2 실시예의 주사 전자 현미경(scanning electron microscope)의 이미지이다.
도 7은 도 6의 일부의 세부 이미지이다.
도 8은 서로 다른 식각 시간들에 대한 L-I 특성의 그래프이다.
도 9는 서로 다른 식각 시간들에 대한 I-V 특성 그래프이다.
도 10은 제3 실시예의 확대 측면도이다.
도 11은 제4 실시예의 확대 측면도이다.
도 12는 제5 실시예의 확대 측면도이다.
도 1 내지 4를 참조하면, 제1 실시예에 따른 발광 다이오드(100)이 도시되어 있다. 상기 발광 다이오드(100)은
도전성 금속으로 이루어진 제1 콘택트층(101);
시드층(seed layer, 102), 반사층(103);
오믹 콘택트층(104);
예컨대 GaN과 같은 p형 물질층(105) ;
활성층(106)을 형성하는 복수 개의 에피택셜층; 및
예컨대 GaN과 같은 n형 도전층(107)을 포함한다.
어느 층이든 복수 개의 층으로 적층된 스택일 수 있다. 상기 n형층(107)은 비교적 두껍고 상기 p형층(105)은 비교적 얇다. 상기 활성층(106)은 양자 우물, 양자 우물들, 양자점들 및 양자 와이어들 중 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
상기 도전층(107)은 상기 활성층(106)에서 발생한 광의 전달을 위한 것이며, 상기 광은 도전층(107)의 외부 광 출사면(108)을 통해 지나간다. 상기 외부면(108)은 공기와 n-GaN 경계면의 외부면이다. 결합 패드(bonding pad, 109)는 상기 외부면(108) 상에 형성된다. 전류 분산 어레이(current dissipation array)(110) 또한 상기 외부면(108) 상에 형성될 수 있다.`
상기 외부면은 총 내부 반사량을 감소시켜 외부 광효율을 개선하도록 표면 텍스쳐링될 수 있다. 표면 텍스쳐링은 표면을 거칠게 하기, 마이크로 렌즈들, 표면을 거칠게 한 마이크로 렌즈들, 구멍들, 공동들, 기둥들, 그리고 비아들 중의 하나 이상일 수 있다. 표면 텍스쳐링을 하는 하나의 방법은 상기 외부면(108)을 식각하여 상기 외부면(108)에 복수 개의 마이크로 렌즈들(111)을 형성하는 것이다. 상기 마이크로렌즈들(111)은 바람직하게는 반구형이나 반구형에 가깝게 될 수 있다. 그러나, 예컨대, 상면이 편평한 반구형, 구의 일부, 피라밋형, 원통형, 입방형 등과 같은 다른 적절한 형상일 수 있다.
상기 마이크로렌즈들(111)은 임의의 적절한 크기와 간격을 가질 수 있다. 예컨대, 마이크로렌즈들(111) 사이의 간격은 2 또는 3㎛ 정도일 수 있고, 피치(인접한 마이크로렌즈들(111)의 중심 사이의 간격)는 약 6㎛ 정도일 수 있으며, 각 마이크로렌즈들은 약 2㎛ 정도의 반지름을 가질 수 있다.
도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 화살표(211, 212, 213)는 활성층(106)에서 형성되어 상기 층(107)을 통과하는 광을 나타낸 것이다. 상기 광의 대부분은 마이크로렌즈(111)을 통과하거나 상기 공기/GaN 경계면의 내부면(114)에 입사될 것이다. 임계각보다 작은 각도(215)에서 광선(211, 212, 213)의 입사각이 마이크로렌즈들(111) 사이의 내부면(114)이나 마이크로렌즈들(111)의 내면(113)에 접촉할 때, 상기 광은 내면(113)과 내부면(114)을 통과할 것이며, 이에 따라 상기 LED(100)로부터 출사될 것이다. 만약 상기 각도(215)가 임계각보다 큰 경우, 상기 광은 내면(113)과 내부면(114)에 의해 반사될 것이다. 상기 각도(215)는 입사 광선(214)과, 상기 광선(214)이 면(113, 114)으로 입사하는 곳에서의 접선(517)에 수직한 선(516) 사이의 각도이다. 상기 임계각은 상기 각도(214)가 각각 내면(113)이나 내부면(114)를 관통하기 보다는 광선(214)이 내면(113)이나 내부면(114)에 의해 반사 될 때의 각도이다. 상기 임계각은 n-GaN층(107)의 물질과 광선(214)의 파장에 따라 달라질 것이다. 만약 상기 각도(215)가 0°이면, 상기 광선(214)은 내면(113)이나 내부면(114)에 영향을 받지 않고 관통할 것이다. 만약 상기 각도(215)가 임계각과 0°사이에 있다면, 상기 광선(214)은 내면(113)이나 내부면(114)을 관통하기는 하나 굴절될 수 있다. 가능한 상기 각도(215) 범위는 20 내지 35°이다. 상술한 바와 같이, 대부분의 GaN 물질들과 LED들에 대해, 임계각은 약 23°이다.
따라서, 상기 마이크로렌즈들(111)의 물질, 크기, 형태 및 간격을 조절하기 위해 발광 다이오드(100)로부터 출사하는 광의 방향과 범위를 조절하는 것이 가능하다. 이는 LED(100)이 집광된 광선으로 출사할 수 있는 범위일 수 있다.
도 4와 도 11은 외부면(108) 상의 전류 분산 어레이(109, 110)에서의 마이크로렌즈들(111)의 배열을 도시한 것이다. 어레이(109, 110)의 본질, 목적 및 구조는 "Electrical Current Distribution in Light Emitting Devices"라는 제목의 발명에 대한 본사의 공동 출원 진행 건(싱가포르 특허 번호는 아직 알려지지 않음)에 충분히 개시되어 있으며, 상기 내용은 본 명세서에 그 전체가 개시된 것과 같이 본 명세서에 참조로서 편입된다.
상기 어레이(109, 110)는 연결부들(115)에 의해 상기 결합 패드(109)에 연결된 외측부 (110)를 포함한다. 연결부들(115)과 외측부(110)의 사이에는 마이크로렌즈들(111)이 위치한 다수의 발광 공간들(light spaces, 421, 422, 423, 424)이 있다. 상기 발광 공간들(421, 422, 423, 424) 각각은 실질적으로 동일한 크기와 형태를 가질 수 있으며, 서로 다른 크기와 형태를 가질 수도 있다. 상기 각 발광 공간 들(421, 422, 423, 424) 내의 마이크로렌즈(111)의 개수와 상기 마이크로렌즈들(111)이 배열된 방식은 하나의 영역부터 다음 영역까지 동일할 수도 있고 다를 수도 있다. 반사층(116)은 어레이(109, 110)의 하부나 내부에 형성될 수 있다.
상기 마이크로렌즈는 상기 반도체 LED의 일부를 식각함으로써 형성할 수 있다. 먼저 상기 표면 상에 포토레지스트가 회전형성된 다음, 기준 포토리소그래피를 통해 레지스트 상에 패턴들이 형성된다. 이러한 포토레지스트 패턴들은 마이크로렌즈들 형성 동안 후속 식각 마스크의 역할을 한다. 상기 포토레지스트 대신 다른 물질들이 식각 마스크로 사용될 수 있다. 식각하고 포토레지스트 잔류물을 제거한 다음에 상기 마이크로렌즈들이 형성된다.
제2 실시예에 있어서, 상기 표면 텍스쳐링은 외부면(108)의 전부나 일부를 결정학적 습식 식각으로 표면을 거칠게 형성한 것이다. 이것은 상기 n-GaN 표면(108)을 예컨대, 예정된 시간 동안 실온부터 200℃까지와 같은 온도에서 수산화칼륨 수용액에 넣음으로써 이루어진다. 상기 기간은 몇 초보다 짧을 수 있으며 수 시간에 이를 수 있다. 예컨대, 상기 온도는 90℃일 수 있으며, 상기 예정된 시간은 7분일 수 있다. 상기 수산화칼륨 수용액은 2M 수산화 칼륨 용액일 수 있으며, 이와 다른 농도가 사용될 수 있다. 도 6은 상기 표면(108)이 작은 그레인들로 거칠어진 것을 도시하고 있으며, 도 7은 상기 n-GaN 표면(108)의 표면 형상(morphology)가 서브마이크론 단위의 높은 레벨의 거칠기를 나타내며 조밀한 6각형의 피라미드 구조가 형성되어 있음을 도시하고 있다. 상기 피라미드의 면들은 평면에 있어서 약 58°4°로 기울어져 있다.
식각하는 동안 상기 발광 다이오드를 교반할 수 있다. 상기 교반은 자외선 방사(放射) 에 의한 것일 수 있다. 추가적으로 또는 선택적으로, 상기 표면 텍스쳐링은 건식 식각에 의한 것일 수 있다. 상기 건식 식각은 플라즈마 식각, 플라즈마 충격 또는 레이저 프로세싱일 수 있다. 상기 건식 식각은 상기 습식 식각 이전이나 이후에 수행될 수 있다.
이러한 조밀한 나노팁 피라미드형 구조들은 GaN계 LED들의 광 추출 효율을 증가시키기 위해 나노렌즈들로 사용될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 대형 피라미드들의 일부는 끊어져 있으며, 작은 새 피라미드 팁들이 그것들의 상면에 형성되었다. 상기 새로운 작은 피라미드들은 시간이 지남에 따라 성장한다. 이러한 방식으로 n-GaN 표면(108)의 식각이 계속될 수 있다.
도 8은 서로 다른 식각 시간에 따른 표면(108)으로부터의 전기장 발광(EL, electrical luminescence) 출력(output power) 대(對) 주입 전류(L-I)를 도시한 것이다. 상기 데이터는 KOH 습식 식각 이전과 이후 동일한 LED 다이(die)들로부터 얻은 것으로, 다이싱(dicing) 하기 전에 웨이퍼 상에서 측정되었으며, 표면 형상 이외의 다른 요소는 무시될 수 있었다. 주어진 전류에서의 출력은 표면을 거칠게 한 이후 현저하게 증가하였다. 7분 동안의 KOH 식각 이후, 광 출력은 2.5 내지 3배로 증가하였다.
도 9는 KOH 식각 이전과 이후의 측정된 I-V 특성 비교를 도시한 것이다. KOH 식각 이후 순방향 전압 강하값(Vf)의 하락는 주로 N-금속의 감소에 기인한다. Ti/A1/Ti/Au N-금속 내의 알루미늄은 KOH로 식각하는 동안 천천히 감소한다. 이런 문제는 표면을 거칠게 하는 단계 이후에 N-금속을 증착함으로써 해결될 수 있다. 역 누설 전류(reverse leakage current)는 식각 시간이 늘어난다고 해서 하락하는 것은 아니다.
도 10은 마이크로렌즈들(111)의 외측면(112) 상에 표면 거칠기(1001)를 결합한 제2 실시예를 도시한 것이다. 상기 표면 거칠기(1001)는 표면(108)의 전부 또는 일부 상에 및/또는 마이크로렌즈들(111)의 전부 또는 일부 상에 있을 수 있다. 이러한 방식으로 n-GaN 표면(108)은 처리되지 않은 표면 및/또는 표면이 거칠게(1001) 처리된 표면 및/또는 마이크로렌즈들(111) 및/또는 표면이 거칠게(1001) 된 마이크로렌즈들(111)을 가질 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 또 다른 물질 층(1130)이 n형층 외부면(108) 상에 형성될 수 있다. 이것은 상기 표면이 표면 텍스쳐링되기 이전이나 이후에 수행될 수 있다. 또 다른 물질 층의 최외각 표면(1131)은 발광 다이오드의 출사광과 외부 광 효율을 증가시키기 위해 내부 광 반사량을 감소시키도록 표면 텍스쳐링된다.
상기 오믹 콘택트층(104)는 p형층(105)의 외부면 상에 형성된다. 상기 오믹 콘택트 (104)는 상기 발광 다이오드의 광 출사를 증진시키기 위해 광을 반사시킬 수 있다. 상기 오믹 콘택트층(104)는 금속들과 상기 금속의 합금들의 복수 층으로 된 스택을 포함할 수 있다. 상기 금속은 은, 알루미늄 또는 다른 반사율이 높은 금속일 수 있다. 상기 반사율이 높은 금속은 상기 발광 다이오드의 광 반사를 증진시키기 위한 반사층을 위한 것일 수 있다. 상기 제2 오믹 콘택트층(104)은 상기 p형(105) 외부면 전체를 덮을 수 있다. 선택적으로, 상기 오믹 콘택트층(104)는 p형 층(105) 외부면 일부를 덮을 수 있으며, p형층(105) 외부면의 남은 부분은 적어도 일부가 상기 발광 다이오드의 광 출사량을 증진시키도록 광을 반사시키기 위해서 적어도 하나의 반사 물질로 덮일 수 있다.
상기 p형층(105), 상기 활성층(106) 및 n형층(107)은 예컨대 GaN, InGaN, AlGaN, AlGaInN, InN 및 AlN와 같은 GaN계 물질들 중 하나 이상일 수 있다.
상기 n형층(107) 상의 표면 텍스쳐링에 더해, p형 측 상에 표면 텍스쳐링이 수행될 수 있다. 이것은 p형층(105) 및/또는 콘택트층(101) 및/또는 오믹 콘택트층(104) 상일 수 있다.
상술한 기재에 있어서 본 발명의 바람직한 실시예들이 기재되었지만, 세부 사항에 있어서 설계나 구조의 많은 변화와 변경이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 가능할 수 있음이 당업자에게 이해되어야 할 것이다.

Claims (45)

  1. 발광 다이오드의 n형층의 외부면을 식각하여 표면 텍스쳐링을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 표면 텍스쳐링은 내부 광 반사를 감소시켜 광 출사량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 외부 광 효율 개선 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광 다이오드는 n형층과, 상기 p형층과 상기 n형층 물질층 사이에 활성층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 외부 광 효율 개선 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 활성층은 양자 우물, 양자 우물들, 양자점들, 및 양자 와이어들로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 외부 광 효율 개선 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 텍스쳐링은 화학 용액을 이용한 습식 식각에 의한 것임을 특징으로 하는 발광 다이오드의 외부 광 효율 개선 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 화학 용액은 수산화칼륨 수용액이며, 상기 식각은 소정 기간 동안 소정 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 외부 광 효율 개선 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 식각 동안 상기 발광 다이오드의 교반이 수행되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 외부 광 효율 개선 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 교반은 자외선 방사에 의한 것임을 특징으로 하는 발광 다이오드의 외부 광 효율 개선 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 식각은 건식 식각인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 외부 광 효율 개선 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 건식 식각은 플라즈마 식각, 플라즈마 충격 및 레이저 프로세싱으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 외부 광 효율 개선 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 건식 식각은 습식 식각 이전 또는 이후에 수행되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 외부 광 효율 개선 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 텍스쳐링은 표면 거칠게 하기, 마이크로렌즈들, 및 표면이 거칠게 된 마이크로렌즈들, 구멍들, 공동들, 기둥들 및 비아들로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 외부 광 효율 개선 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 마이크로렌즈들은 반구형, 실질적인 반구형, 상면이 편평한 반구형, 구의 일부, 피라미드형, 원통형, 및 입방형으로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 외부 광 효율 개선 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 마이크로렌즈들은
    (a) 2 내지 3㎛ 범위의 마이크로 렌즈들 사이 간격,
    (b) 실질적으로 6㎛인 피치,
    (c) 실질적으로 2㎛인 반지름
    을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 외부 광 효율 개선 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 마이크로렌즈들은 실질적으로 피라미드형이며, 실질적으로 58°의 각도에서 면들을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 외부 광 효율 개선 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 텍스쳐링은 상기 외부면의 일부 상에 해당하는 것을 특징으로 발광 다이오드의 외부 광 효율 개선 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 표면 텍스쳐링은 상기 외부면 상의 전류 분산 어레이의 연결부들과 외측부 사이에 형성된 발광 공간들에 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 외부 광 효율 개선 방법.
  17. 제2항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 n형층 상의 외부면 상에 제1 오믹 콘택트가 형성되고, 상기 p형층 외부면 상에 제2 오믹 콘택트가 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 외부 광 효율 개선 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제2 오믹 콘택트는 상기 발광 다이오드의 광 방출을 증진시키기 위해 광을 반사할 수 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 외부 광 효율 개선 방법.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    상기 제2 오믹 콘택트는 금속들 및 상기 금속들의 합금들의 복수의 층으로 된 스택을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 외부 광 효율 개선 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 금속은 은과 알루미늄 중 적어도 하나를 포함하는 고반사 금속인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 외부 광 효율 개선 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 고반사 금속은 상기 발광 다이오드의 광 반사를 증진시키기 위한 광 반사층용인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 외부 광 효율 개선 방법.
  22. 제17항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 오믹 콘택트는 상기 p형층 외부면 전체를 덮는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 외부 광 효율 개선 방법.
  23. 제17항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 오믹 콘택트는 상기 p형층 외부면 일부면을 덮고, 상기 p형층 외부면의 남은 부분은 적어도 일부가 상기 발광 다이오드의 광 출사를 증진시키도록 광을 반사시키기 위한 적어도 하나의 반사 물질로 덮인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 외부 광 효율 개선 방법.
  24. 제2항 내지 제23항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 p형층, 상기 활성층 및 상기 n형층은 GaN, InGaN, AlGaN, AlGaInN, InN 및 AlN로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 외부 광 효율 개선 방법.
  25. 식각에 의해 형성된 표면 텍스쳐링을 가지는 발광 다이오드의 n형층 외부면을 포함하며, 상기 표면 텍스쳐링은 상기 발광 다이오드의 광 출사량과 외부 광 효율을 증가시키도록 내부 광 반사를 감소시키기 위한 것임을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  26. 발광 다이오드의 n형층의 외부면과 상기 n형층의 외부면 상에 형성된 다른 물질층을 포함하며, 상기 다른 물질층의 최외곽층은 상기 발광 다이오드의 광 출사량과 외부 광 효율을 증가시키기 위해 내부 광 반사를 감소시키도록 표면이 텍스쳐 링된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  27. 제25항 또는 제26항에 있어서,
    상기 발광 다이오드는 p형층과, 상기 p형층과 상기 n형층 사이에 활성층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 활성층은 양자 우물, 양자 우물들, 양자점들, 및 양자 와이어들로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  29. 제25항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 텍스쳐링은 표면 거칠게 하기, 마이크로렌즈들, 및 표면이 거칠게된 마이크로렌즈들, 구멍들, 공동들, 기둥들 및 비아들로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 마이크로렌즈들은 반구형, 실질적인 반구형, 상면이 편평한 반구형, 구의 일부, 피라미드형, 원통형, 및 입방형으로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  31. 제29항 또는 제30항에 있어서,
    상기 마이크로렌즈들은
    (a) 2 내지 3㎛ 범위의 마이크로 렌즈들 사이 간격,
    (b) 실질적으로 6㎛인 피치,
    (c) 실질적으로 2㎛인 반지름
    을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  32. 제30항에 있어서,
    상기 마이크로렌즈들은 실질적으로 피라미드형이며, 실질적으로 58°의 각도에서 면들을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  33. 제25항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 텍스쳐링은 상기 외부면의 일부 상에 해당하는 것을 특징으로 발광 다이오드.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 표면 텍스쳐링은 상기 표면 텍스쳐링은 상기 외부면 상의 전류 분산 어레이의 연결부들과 외측부 사이에 형성된 발광 공간들에 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  35. 제27항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 n형층 상의 외부면 상에 제1 오믹 콘택트가 형성되고, 상기 p형층 외부면 상에 제2 오믹 콘택트가 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 제2 오믹 콘택트는 상기 발광 다이오드의 광 방출을 증진시키기 위해 광을 반사할 수 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  37. 제35항 또는 제36항에 있어서,
    상기 제2 오믹 콘택트는 금속들 및 상기 금속들의 합금들의 복수의 층으로 된 스택을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 금속은 은과 알루미늄 중 적어도 하나를 포함하는 고반사 금속인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 고반사 금속은 상기 발광 다이오드의 광 반사를 증진시키기 위한 광 반사층용인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  40. 제35항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 오믹 콘택트는 상기 p형층 외부면 전체를 덮는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  41. 제35항 내지 제39항 중 어느 한 항에 잇어서,
    상기 제2 오믹 콘택트는 상기 p형층 외부면 일부면을 덮고, 상기 p형층형층면의 남은 부분은 적어도 일부가 상기 발광 다이오드의 광 출사를 증진시키도록 광을 반사시키기 위한 적어도 하나의 반사 물질로 덮인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  42. 제27항 내지 제41항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 p형층, 상기 활성층 및 상기 n형층은 GaN, InGaN, AlGaN, AlGaInN, InN 및 AlN로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  43. 제25항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 p형 측 상에 표면 텍스쳐링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 p형 측 상에 형성된 표면 텍스쳐링은 상기 p형층, 상기 오믹 콘택트층, 및 상기 콘택트층으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 한 층인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  45. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 p형층, 상기 오믹 콘택트층, 및 상기 콘택트층으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 한 층을 표면 텍스쳐링하여 p형 측 상에 표면 텍스쳐링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 외부 광 효율 개선 방법.
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