KR20120031207A - 발광다이오드 및 그 제조방법 - Google Patents

발광다이오드 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20120031207A
KR20120031207A KR1020120024512A KR20120024512A KR20120031207A KR 20120031207 A KR20120031207 A KR 20120031207A KR 1020120024512 A KR1020120024512 A KR 1020120024512A KR 20120024512 A KR20120024512 A KR 20120024512A KR 20120031207 A KR20120031207 A KR 20120031207A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light emitting
layer
electrode
semiconductor layer
insulating
Prior art date
Application number
KR1020120024512A
Other languages
English (en)
Inventor
김창연
윤여진
Original Assignee
서울옵토디바이스주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울옵토디바이스주식회사 filed Critical 서울옵토디바이스주식회사
Priority to KR1020120024512A priority Critical patent/KR20120031207A/ko
Publication of KR20120031207A publication Critical patent/KR20120031207A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission
    • H01L27/153—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars
    • H01L27/156—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars two-dimensional arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system containing nitrogen
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/40—Materials therefor
    • H01L33/42—Transparent materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls

Abstract

발광다이오드가 개시된다. 이 발광다이오드는, 기판 상에 형성되는 복수의 절연성 격벽들과, 상기 복수의 격벽들 중 이웃하는 격벽들 사이에 각각 위치하도록, 상기 기판 상에 형성된 복수의 발광셀들과, 상기 발광셀들 사이를 전기적으로 연결하는 연결수단을 포함한다.

Description

발광다이오드 및 그 제조방법{LIGHT EMITTING DIODE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 교류 발광다이오드용으로 적합한 발광다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 이웃하는 발광셀들 사이의 배선 연결 공정, 특히, 스텝커버 방식으로 이루어지는 배선 연결 공정에서, 두 발광셀들의 전극간 높이 차이로 야기되는 문제 및/또는 도전성 배선층을 절연시키는데 있어서의 어려움을 개선하기 위한 발광다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
질화갈륨(GaN) 계열의 발광다이오드가 약 10년 동안 적용되고 개발되어 왔다. GaN 계열의 발광다이오드는 LED(Light Emitting Device) 기술을 상당히 변화시켰으며, 현재 천연색 LED 표시소자, LED 교통 신호기, 백색 LED 등 다양한 응용에 사용되고 있다. 최근, 고효율 백색 LED는 형광 램프를 대체할 것으로 기대되고 있으며, 특히 백색 LED의 효율(efficiency)은 통상의 형광램프의 효율에 유사한 수준에 도달하고 있다.
일반적으로, 발광다이오드는 순방향 전류에 의해 광을 방출하며, 직류전류의 공급을 필요로 한다. 따라서, 발광다이오드는, 교류전원에 직접 연결하여 사용할 경우, 전류의 방향에 따라 온/오프를 반복하며, 그 결과 연속적으로 빛을 방출하지 못하고, 역방향 전류에 의해 쉽게 파손되는 문제점이 있다.
이러한 발광다이오드의 문제점을 해결하여, 고전압 교류전원에 직접 연결하여 사용할 수 있는 발광다이오드가 국제공개번호 WO 2004/023568(Al)호에 "발광 성분들을 갖는 발광소자"(LIGHT-EMITTING DEVICE HAVING LIGHT-EMITTING ELEMENTS)라는 제목으로 사카이 등(SAKAI et. al.)에 의해 개시된 바 있다.
도 1은 상기 WO 2004/023568(Al)호에 따른 교류용 발광다이오드를 설명하기 위한 부분적인 평면도이고, 도 2는 도 1의 절취선 IV-IV를 따라 취해진 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 기판(10) 상에 복수개의 발광셀들(1)이 형성된다. 또한, 발광셀들(1) 상에 p-전극(22) 및 n-전극(24)이 형성된다. 에어브리지 배선(28)이 인접한 발광셀들의 p-전극(22)과 n-전극(24)을 전기적으로 연결하여, 복수개의 발광셀들(1)을 직렬 연결한다.
각 발광셀은 n-GaN층(14), p-GaN층(20)을 포함한다. 도시하지는 않았지만, n-GaN층(14)과 p-GaN층(20) 사이에 InGaN 활성층이 개재될 수 있다. p-전극(22)은 상기 p-GaN층(20) 상에 형성되고, n-전극(24)은 상기 n-GaN층(14) 상에 형성된다. 한편, 에어브리지 배선(28)은 n-전극(24)과 p-전극(22)을 전기적으로 연결한다.
상기 WO 2004/023568(Al)호에 따르면, LED들(발광셀들)이 사파이어 기판과 같은 절연성 기판 상에 2차원적으로 직렬 연결되어 LED 어레이를 형성한다. 이러한 두개의 LED 어레이들이 상기 사파이어 기판 상에서 역병렬로 연결된다. 그 결과, AC 파워 서플라이에 의해 구동될 수 있는 단일칩 발광소자가 제공된다.
그러나, 도 2에 도시한 바와 같이, p-전극(22)과 n-전극(24)을 연결하는 배선(28)은 에어브리지 배선으로, 접촉부들 이외 부분은 공중에 떠 있게 된다. 이러한 에어브리지 배선(28)은 외압에 의해 단선되기 쉬우며, 또한 외압에 의한 변형에 의해 단락을 유발하기 쉽다.
이에 대하여, 종래에는 이웃하는 발광셀들 사이를 에어브리지 배선이 아닌, 도전성 물질층으로 된 배선, 즉, 배선층으로 연결한 발광다이오드가 제안된 바 있으며,이러한 발광다이오드 기술은 예를 들면, 본 출원인에게 특허 허여된 한국특허 제0690323호 등에 개시되어 있다.
그러나, 종래의 발광다이오드는, 이웃하는 발광셀들의 전극들 사이의 높이 차에 의해, 신뢰성 있는 배선이 어렵다. 또한, 도전성 배선층 외에, 그 도전성 배선층을 반도체층들로부터 절연시키는 절연층이 필요한데, 그 절연층을 추가로 형성하는데 따른 복잡한 공정들이 요구된다. 또한, 배선층과 절연층이 길게 그리고 큰 굴곡으로 연장되어야 하므로, 그 층들의 불량에 의한 쇼트 등의 위험은 여전히 존재한다.
따라서, 본 발명의 기술적 과제는, 이웃하는 발광셀의 전극들 사이에 연결되는 배선(특히, 배선층)을 받쳐주는 수단의 제공을 통해, 배선의 신뢰성을 향상시킨 발광다이오드 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 기술적 과제는, 종래 배선층과 반도체층 사이의 절연을 위해 요구되던 절연층을 생략할 수 있게 해주어, 공정을 단순화시킨 발광다이오드 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 발광다이오드는, 기판 상에 형성되는 복수의 절연성 격벽들과, 상기 복수의 격벽들 중 이웃하는 격벽들 사이에 각각 위치하도록, 상기 기판 상에 형성된 복수의 발광셀들과, 상기 발광셀들 사이를 전기적으로 연결하는 연결수단을 포함한다.
바람직하게는, 상기 복수의 절연성 격벽들 각각은, 상기 기판 상에 형성되고 복수의 개구부들을 갖는 절연성 박막의 일부이며, 상기 복수의 개구부들에는 반도체층들이 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수의 발광셀들 각각은, 하부 반도체층, 상기 하부 반도체층의 일부 영역에 차례로 형성되는 활성층 및 상부 반도체층을 포함할 수 있으며, 상기 연결수단은, 상기 이웃하는 발광셀들 사이에서, 상기 하부 반도체층 측의 제1 전극과 상기 상부 반도체층 측의 제2 전극을 연결할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 절연성 격벽들은 상기 상부 반도체층의 높이 이상의 높이로 형성될 수 있고, 상기 연결수단은, 상기 제1 전극으로부터 해당 절연성 격벽의 측면 일부와 상면을 거쳐 상기 제2 전극까지 연장되는 도전형 배선층을 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따라, 상기 절연성 격벽들은 상기 활성층과 상기 상부 반도체층 사이의 높이로 형성될 수 있고, 상기 연결수단은 상기 제1 전극으로부터 해당 절연성 격벽의 상면 및 상기 상부 반도체층의 측면을 거쳐 상기 제2 전극까지 연장되는 도전성 배선층을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따라, 상기 절연성 격벽들은 상기 활성층보다 낮은 높이로 형성되며, 상기 연결수단은, 도전성 배선층과, 그 도전성 배선층을 발광셀의 반도체층들과 절연시키는 절연층으로 이루어진 채, 상기 제1 전극으로부터 해당 절연성 격벽의 상면 및 상기 발광셀의 측면을 거쳐 상기 제2 전극까지 연장될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로, 상기 복수의 발광셀들 각각은, 하부 반도체층, 상기 하부 반도체층의 일부 영역에 차례로 형성되는 활성층 및 상부 반도체층을 포함하며, 상기 연결수단은, 상기 이웃하는 발광셀들의 하부 반도체층들 각각에 있는 제1 전극들 사이를 연결하는 것일 수 있다.
*본 발명의 또 다른 실시예로, 상기 복수의 발광셀들 각각은, 하부 반도체층, 상기 하부 반도체층의 일부 영역에 차례로 형성되는 활성층 및 상부 반도체층을 포함하며, 상기 연결수단은, 상기 이웃하는 발광셀들의 상부 반도체층들 각각에 있는 제2 전극들 사이를 연결하는 것일 수 있다.
이때, 이웃하는 발광셀들의 제1 전극과 제2 전극을 연결하는 제1 연결수단, 이웃하는 발광셀들의 제1 전극과 제1 전극을 연결하는 제2 연결수단 및/또는 이웃하는 발광셀의 제2 전극과 제2 전극을 연결하는 제3 연결수단이 하나의 발광다이오드 상에서 존재할 수 있다.
상기 절연성 격벽들은 SiO2, Si3N4 , 아몰퍼스 실리콘(amorphous silicon)으로 형성되는 것이 바람직하지만, 반도체를 성장시키는 조건에 견딜 수 있는 다양한 절연성 금속 또는 비금속 화합물로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 발광다이오드 제조방법은, 기판 상에 제공되는 복수의 절연성 격벽들을 형성하는 단계와, 상기 복수의 격벽들 중 이웃하는 격벽들 사이에 각각 위치하도록, 상기 기판 상에 복수의 발광셀들을 형성하는 단계와, 상기 절연성 격벽들 중 하나에 받쳐지는 연결수단을 이용하여, 이웃하는 발광셀들 사이를 전기적으로 연결하는 배선 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 절연성 격벽들을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 절연성 박막을 형성하는 단계와, 상기 절연성 박막을 패턴 식각하여, 상기 기판을 노출시키는 복수의 개구부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 발광셀들을 형성하는 단계는, 상기 복수의 개구부들 각각을 높이 방향으로 채우도록 반도체층들을 상기 기판 상에서 성장시킬 수 있다.
더 바람직하게는, 상기 발광셀들을 형성하는 단계는, 상기 반도체층들이 하부 반도체층과, 상기 하부 반도체층의 일부 영역에 차례로 형성되는 활성층 및 상부 반도체층을 포함하도록 하고, 상기 배선 단계는, 상기 이웃하는 발광셀들 사이에서, 상기 하부 반도체층 측의 제1 전극과 상기 상부 반도체층 측의 제2 전극을 상기 연결수단으로 연결할 수 있다.
*일 실시예에 따라, 상기 절연성 격벽들을 형성하는 단계는, 절연성 격벽을 상기 상부 반도체층의 높이 이상의 높이로 형성할 수 있고, 상기 배선 단계는, 상기 제1 전극으로부터 상기 절연성 격벽의 측면 일부와 상면을 거쳐 상기 제2 전극까지 연장되는 도전성 배선층을 형성할 수 있다.
다른 실시예에 따라, 상기 절연성 격벽들을 형성하는 단계는, 절연성 격벽을 상기 상부 반도체층과 상기 활성층 사이의 높이로 형성할 수 있고, 상기 배선 단계는, 상기 제1 전극으로부터 상기 절연성 격벽의 상면 및 상기 상부 반도체층의 측면을 거쳐 상기 제2 전극까지 연장되는 도전성 배선층을 형성할 수 있다.
또 다른 실시예에 따라, 상기 절연성 격벽들을 형성하는 단계는, 상기 절연성 격벽을 상기 활성층보다 낮은 높이로 형성하고, 상기 배선 단계는, 도전성 배선층 및 그 도전성 배선층을 발광셀의 반도체층들과 절연시키는 절연층을, 상기 제1 전극으로부터 상기 절연성 격벽의 상면 및 상기 발광셀의 측면을 거쳐 상기 제2 전극까지 연장되도록 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이웃하는 발광셀의 전극들 사이에 연결되는 배선(특히, 배선층)을 받쳐주는 수단의 제공을 통해, 배선의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 종래 배선층과 반도체층 사이의 절연을 위해 요구되던 절연층을 생략할 수 있게 해주어 공정을 단순화시키면서도, 균일하지 않게 형성되는 절연층의 파손으로 인해 야기되는 쇼트 등의 위험성을 차단할 수 있게 해준다.
도 1은 종래의 교류용 발광 다이오드를 설명하기 위한 평면도.
도 2는 도 1의 절취선 IV-IV를 따라 취해진 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드를 설명하기 위한 단면도.
도 4 내지 도 6은 도 3에 도시된 발광다이오드의 제조방법을 설명하기 위한 도면들.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드를 설명하기 위한 단면도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드를 설명하기 위한 단면도.
도 9는 도 8에 도시된 발광다이오드의 제조방법을 설명하기 위한 도면.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 교류용 발광다이오드를 보여주는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예의 발광다이오드는 하나의 기판(51)과 복수의 발광셀(56)들 포함한다. 상기 기판(51) 상에 복수의 발광셀(56)들이 이격되어 위치한다. 상기 기판(51)은 절연 또는 도전성 기판일 수 있으며, 예컨대 사파이어 또는 탄화실리콘(SiC) 기판일 수 있다. 또한, 상기 기판(51) 상에는 복수의 절연성 격벽(72)들이 서로 이격되어 형성되며, 그 복수의 절연성 격벽(72)들 중 이웃하는 두 절연성 격벽들(72, 72) 사이에 상기 복수의 발광셀들 중 해당 발광셀(56)이 꼭 맞게 위치한다.
이하 자세히 설명되는 바와 같이, 상기 절연성 격벽(72)들은, 상기 기판 상에 형성되고 복수의 개구부들을 갖는 절연성 박막의 일부로서, 상기 복수의 개구부들 중 이웃하는 개구부들 사이에 한정되는 것일 수 있다. 그리고, 상기 발광셀의 반도체층들은 상기 개구부들을 높이 방향으로 채우도록 형성되는 것들일 수 있다.
상기 발광셀(56) 각각은 하부 반도체층(55), 상기 하부 반도체층(55)의 일부 영역 상에 위치하는 상부 반도체층(59) 및 상기 하부 반도체층(55)과 상부 반도체층(59) 사이에 개재된 활성층(57)을 포함한다. 여기에서, 상기 하부 및 상부 반도체층은 각각 n형 및 p형, 또는 p형 및 n형일 수 있다.
하부 반도체층(55), 활성층(57) 및 상부 반도체층(59)은 각각 질화갈륨 계열의 반도체 물질 즉, (B, Al, In, Ga)N으로 형성될 수 있다. 상기 활성층(57)은 요구되는 파장의 광 예컨대 자외선 또는 청색광 또는 기타 다른 파장의 광을 방출하도록 조성 원소 및 조성비가 결정되며, 하부 반도체층(55) 및 상부 반도체층(59)은 상기 활성층(57)에 비해 밴드갭이 큰 물질로 형성된다.
상기 하부 반도체층(55) 및/또는 상부 반도체층(59)은, 도시한 바와 같이, 단일층으로 형성될 수 있으나, 다층 구조로 형성될 수도 있다. 또한, 활성층(57)은 단일 양자웰 또는 다중 양자웰 구조를 가질 수 있다. 한편, 발광셀(56)과 기판(51) 사이에는 미도시된 버퍼층이 개재될 수 있다. 버퍼층은 기판(51)과 그 위에 형성될 하부 반도체층(55)의 격자부정합을 완화시키기 위해 선택적으로 채택될 수 있다.
도 1에 도시된 발광다이오드를 보면, 발광셀들(56)의 측벽들이 수직면으로 되어 있지만, 발광셀이 기판 상부면에 대해 경사지게 형성되어 위로 갈수록 폭이 좁아질 수 있다. 그 경우, 그에 상응하게, 전술한 절연성 격벽은 위로 갈수록 폭이 좁아지도록 경사진 벽면을 가질 수 있을 것이다. 한국특허 제0690323호에는 활성층에서 생성된 광의 방출 효율을 향상시키고, 상기 발광셀들 위에 형성될 다른 층들의 연속적인(conformal) 증착을 도울 목적으로 기판 상부면과 대략 15도 내지 80도 범위에서 경사진 측면을 가진 발광셀을 개시하고 있다.
본 실시예의 발광다이오드는 이웃하는 발광셀들(56, 56)들 사이를 전기적으로 연결하는 연결수단을 포함한다. 각각의 발광셀들은 제1 전극(67)과 제2 전극(65)을 구비한다. 제1 전극(67)은 하부 반도체층(본 실시예에서는, n형 반도체층; 55) 측에 위치하고, 제2 전극(65)은 하부 반도체층(본 실시예에서는, p형 반도체층; 59) 측에 위치한다.
본 실시예에서, 제1 전극(67)은 상기 하부 반도체층(55)의 노출 영역에 형성된 전극 패드이고, 제2 전극(65)은, 상기 상부 반도체층(59)의 상면에 형성된 투명전극층(65a)과 상기 투명전극층(65a) 상에 형성된 전극 패드(65b)를 포함한다. 대안적으로, 상기 제1 전극은 투명전극층과 전극 패드 중 어느 하나만을 전극으로 이용할 수 있다.
한편, 상기 발광다이오드는, 이웃하는 발광셀들 사이에서, 제1 전극(67)과 제2 전극(65)을 연결하는 연결수단을 포함하되, 그 연결수단은, 예를 들면, 스텝커버 공정에 의해 형성된 도전성의 배선층(80)을 포함한다. 이때, 상기 절연성 격벽(72)들은 상기 상부 반도체층(59)과 같거나 큰 높이로 형성되며, 따라서, 상기 배선층(80)은, 하나의 발광셀(56)의 제1 전극(67)으로부터 이웃하는 다른 발광셀(56)의 제 2 전극(65)까지, 해당 절연성 격벽(72)의 측면 일부와 상면을 거쳐 연장된다.
상기 절연성 격벽(72)에 의해 상기 발광셀(56)의 반도체층들 측면이 절연 상태로 덮이므로, 종래에 반드시 필요하였던 별도의 절연층이 요구되지 않는다. 이때, 상기 절연성 격벽(72)은 상기 배선층(80)을 신뢰성 있게 받쳐주는 역할을 한다. 변형적인 실시예로, 스텝커버 공정이 아닌 에어브리지 공정에 의해 형성되는 배선(예컨대, 본딩와이어)이 적용된 경우를 상정하면, 그 배선이 상기 절연성 격벽에 의해 받쳐질 수 있으므로, 그와 같은 적용에서도, 절연성 격벽은 이점을 제공할 수 있을 것이다.
도시하지는 않았지만, 상기 배선층(80)까지 형성된 발광다이오드의 상부 외곽을 전체적으로 덮는 절연 보호층이 더 형성될 수 있으며, 이러한 절연 보호층과 관련하여서는, 한국특허 제0690323호에 개시되어 있다.
전술한 연결수단, 즉, 배선층(80)은 인접하는 발광셀(56)들의 하부 반도체층들(55)과 상부 반도체층들(59)을 각각 전기적으로 연결하여 발광셀들(56)의 직렬 어레이를 형성한다. 이러한 어레이들이 복수개로 형성될 수 있으며, 복수개의 어레이들이 서로 역병렬로 연결되어 교류전원에 연결되어 구동될 수 있다. 또한, 발광셀들의 직렬 어레이에 연결된 브리지 정류기(도시하지 않음)가 형성될 수 있으며, 상기 브리지 정류기에 의해 상기 발광셀들이 교류전원하에서 구동될 수도 있다. 상기 브리지 정류기는 상기 발광셀들(56)과 동일한 구조의 발광셀들을 연결수단을 이용하여 결선함으로써 형성할 수 있다. 여기에서, 전술한 배선층(80)은, 도전 물질, 예컨대, 금속 또는 다결정 실리콘과 같은 도핑된 반도체 물질에 의해 형성될 수 있다.
본 실시예에서, 제2 전극(65)의 투명전극층(65a)은 활성층(57)으로부터 생성되며, 더 나아가, 상기 상부 반도체층(59)을 통과한 광을 투과시키며, 상부 반도체층들(59)에 전류를 분산시키어 공급하는 역할을 할 수 있다.
이제 도 4 내지 도 6을 참조하여 전술한 발광다이오드의 제조방법을 설명한다.
도 4의 (a) 및 (b)는 기판 상의 복수의 절연성 격벽을 형성하는 공정을 보여준다.
먼저 도 4의(a)를 참조하면, 기판(51) 상에 절연성 박막(70)이 형성된다.
상기 기판(51)은 사파이어(Al2O3), 탄화실리콘(SiC), 산화아연(ZnO), 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs), 갈륨인(GaP), 리튬-알루미나(LiAl2O3), 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN) 또는 질화갈륨(GaN) 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 기판(51) 상에 형성될 반도체층의 물질에 따라 다양하게 선택될 수 있다. 상기 절연성 박막(70)은 고온에 안정적인 투광성의 절연물질, 바람직하게는, SiO2 또는 Si3N4 를 상기 기판(51)의 상면에 증착하여 형성될 수 있다. 상기 절연성 박막(70)의 높이는 추후 형성될 발광셀의 상부 반도체층 높이 이상이 되도록 정해진다. 여기에서, 상기 절연성 박막의 증착 방식으로는 예를 들면 화학기상증착(CVD)이 이용될 수 있다.
다음 도 4의 (b)를 참조하면, 절연성 박막(70)에 복수의 개구부(71)들이 형성된다. 상기 복수의 개구부(71)들은, 마스크에 의해 가려지지 않은 절연성 박막(70)의 여러 영역에 대하여, 그 절연성 박막(70)을 패턴 식각하는 공정에 의해 형성된다. 전술한 절연성 격벽(72)은 이웃하는 개구부(71)들 사이에는 한정되어 자연적으로 형성되는 것이다. 상기 개구부(71)들의 크기 및 형상은 그 개구부(71) 내를 채우면서 형성될 발광셀의 크기 및 형상에 의해 정해진다.
도 5의 (a), (b) 및 (c)는 발광셀(56)들 각각을 상기 개구부(71)들 각각의 내부, 즉, 이웃하는 절연성 격벽(72)들 사이에 형성하는 공정을 보여준다.
먼저 도 5의 (a)를 참조하면, 상기 개구부(71; 도 4 참조)들 각각의 내부에서 그것을 채우면서, 상기 기판(51) 상에 하부 반도체층(55), 활성층(57) 및 상부 반도체층(59)이 형성된다. 또한, 하부 반도체층(55)을 형성하기 전에, 기판(51) 상에 버퍼층이 형성될 수 있다. 상기 버퍼층은 기판(51)과 그 위에 형성될 반도체층(55)의 격자부정합을 완화하기 위해 형성되며, 예컨대 질화갈륨(GaN) 또는 질화알루미늄(AlN)으로 형성될 수 있다.
하부 반도체층(55), 활성층(57) 및 상부 반도체층(59)은 각각 질화갈륨 계열의 반도체 물질 즉, (B, Al, In, Ga)N로 형성될 수 있다. 상기 하부 및 상부 반도체층(55, 59) 및 활성층(57)은 금속유기화학기상증착(MOCVD), 분자선 성장(molecular beam epitaxy) 또는 수소화물 기상 성장(hydride vapor phase epitaxy; HVPE) 기술 등을 사용하여 단속적으로 또는 연속적으로 성장될 수 있다.
여기서, 상기 하부 및 상부 반도체층들은 각각 n형 및 p형, 또는 p형 및 n형이다. 질화갈륨 계열의 화합물 반도체층에서, n형 반도체층은 불순물로 예컨대 실리콘(Si)을 도핑하여 형성될 수 있으며, p형 반도체층은 불순물로 예컨대 마그네슘(Mg)을 도핑하여 형성될 수 있다. 이때, 상기 반도체층들(55, 57, 59)은, 절연성 박막(70)의 개구부 내에서 성장하여 형성되므로, 그 반도체층들을 포함하는 발광셀들은 별도의 식각 공정 없이도 서로에 대해 이격되어 위치된다.
도 5의 (b)를 참조하면, 상기 상부 반도체층(59) 및 활성층(57)을 다시 패터닝 식각하여 하부 반도체층(55)들 각각의 일부 영역을 노출시킨다. 이때, 노출된 하부 반도체층들은 과식각에 의해 부분적으로 식각될 수 있다. 이에 따라, 기판(51) 상에는 메사형(즉, 수평형) 구조의 발광셀들(56)이 절연성 격벽(72)에 의해 이격, 절연된 채 형성된다.
상기 발광셀들(56) 각각은 식각되어 서로 이격된 하부 반도체층(56), 상기 하부 반도체층(55)의 일 영역 상부에 위치하는 상부 반도체층(59) 및 상기 하부 반도체층(55)과 상기 상부 반도체층(59) 사이에 개재된 활성층(57)을 포함하고, 상기 하부 반도체층(55)의 다른 영역은 노출된다.
도 5의 (c)를 참조하면, 상부 반도체층(59) 상에는, 제2 전극(65)의 일부로서, 투명전극층(65a)이 형성될 수 있다. 상기 투명전극층(65a)은 인디움 틴 산화막(ITO) 또는 Ni/Au와 같은 투명금속으로 형성된다. 또한, 상기 투명전극층(65a) 상에는 제2 전극(65)의 일부로서, 전극 패드(65b)가 형성된다.
또한, 상기 하부 반도체층들(55)의 노출된 영역에는, 제1 전극(67)으로서의 전극패드가 형성된다. 상기 전극패드, 즉, 제1 전극(67)은 상기 하부 반도체층(55)에 오믹콘택된다.
다음 도 6을 참조하면, 가상의 배선라인이 열린 마스크층(M)으로 발광다이오드의 주요 부분들을 마스킹 한 후, 그 배선라인에 상응하게 배선층(80)을 증착 형성한다. 이때, 상기 배선라인은 제1 전극(67)으로부터 제2 전극(65), 특히, 제2 전극(65)의 전극패드(65b)까지 최단 경로를 이룬다. 따라서, 상기 배선층(80; 도 3 참조) 또한 상기 제1 전극(67)과 제2 전극(65) 사이에 최단 경로를 이루면서 형성된다. 본 실시예에서, 상기 배선층(80)은 하나의 발광셀(56)의 제1 전극(67)으로부터 이웃하는 다른 발광셀(56)의 제2 전극(65)까지, 해당 절연성 격벽(72)의 측면 일부와 상면을 거쳐 연장된다.
상기 배선 라인을 따라 배선층을 형성하고, 그 후, 상기 마스크층(M)을 제거하면, 도 1에 도시된 것과 같은 구조의 발광다이오드가 제조될 수 있다. 대안적으로, 상기 마스크층(M)을 제거하지 않는 것도 고려될 수 있으며, 이 경우, 상기 마스크층(M)이 보호 절연층의 역할을 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드를 보여준다.
도 7을 참조하면, 본 실시예의 발광다이오드는, 앞선 실시예에서와 다르게, 절연성 격벽(72)의 높이가 활성층(57)의 높이와 상부 반도체층(59)의 높이 사이에서 정해진다. 또한, 도전성 배선층(80)은, 하나의 발광셀(56)의 제1 전극(67)으로부터 해당 절연성 격벽(72)의 상면 및 이웃하는 다른 발광셀(56)의 상부 반도체층(59)의 측면을 거쳐 그 위의 제2 전극(65)까지 연장된다. 본 실시예의 발광다이오드는, 앞선 실시예에서와 마찬가지로, 상기 도전성 배선층(80)과 발광셀의 반도체층들 사이를 절연시키는 별도의 절연층이 요구되지 않는다. 그 이유는 하나의 발광셀의 하부 반도체층 측에 있는 전극이 다른 발광셀의 상부 반도체층 측에 있는 전극에 바로 연결되기 때문이다.
도 7에 도시된 발광다이오드 제조방법은, 절연성 격벽(72)의 일부인 절연성 박막의 높이를 다르게 형성하는 것을 제외하면, 앞선 실시예에 따른 제조방법과 실질적으로 같거나 유사할 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드를 보여준다.
도 8을 참조하면, 본 실시예의 발광다이오드는, 앞선 실시예들과 다르게, 절연성 격벽(72)들의 높이가 활성층(57)보다 낮은 높이로 형성된다. 더 나아가, 본 실시예의 발광다이오드는 절연성 격벽(72)들의 높이가 하부 반도체층(55)의 상면보다 낮게 위치한다. 이에 따라, 이웃하는 발광셀들을 연결하는 연결수단은, 도전성 배선층(80)과 함께, 그 도전성 배선층(80)을 발광셀의 반도체층들과 절연시켜주는 절연층(82)을 더 포함한다. 상기 절연층(82)은 절연성과 투광성을 갖는 예를 들면, SiO2와 같은 재료를 도전성 배선층 형성 전에 증착 형성하여 얻어질 수 있다. 상기 절연층(82)과 관련하여서는 한국특허 제0690323호를 참조한다.
도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 절연층(82)은, 배선층의 형성 전에, 발광다이오드의 상측, 즉, 발광셀(56)과, 절연성 격벽(72)을 포함하는 절연성 박막을 모두 덮도록 형성된다. 다음, 제1 전극(67)의 전극패드와 제2 전극(65)의 전극패드(65b)를 개구하는 패터닝 식각이 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이 수행된다. 그 위에, 배선층(80)을 형성하면, 그 배선층(80)의 일부가 상기 개구된 영역의 전극들에 연결된다. 그 다음, 배선층(80)에 의해 덮여지지 않는 절연층 일부를 제거하여, 도 8에 도시된 것과 같은 발광다이오드를 제작할 수 있다.
위 실시예들의 설명에서는, 도전성 배선층을 포함하는 연결수단이 이웃하는 발광셀들의 상부 반도체층과 하부 반도체층의 전극들 사이를 전기적으로 연결하는 것만이 설명되었지만, 이웃하는 발광셀들의 하부 반도체층들에 있는 제1 전극들 사이를 전기적으로 연결하는 다른 연결수단, 또는, 이웃하는 발광셀들의 상부 반도체층들에 있는 제2 전극들 사이를 전기적으로 연결하는 또 다른 연결수단도 본 발명의 범위 내에 있으며, 전술한 것과 같은 다른 구성의 연결수단들이 하나의 발광다이오드 내에 포함될 수도 있을 것이다.

Claims (9)

  1. 기판 상에 형성되는 복수의 절연성 격벽들;
    상기 복수의 격벽들 중 이웃하는 격벽들 사이에 각각 위치하도록, 상기 기판 상에 형성된 복수의 발광셀들; 및
    상기 발광셀들 사이를 전기적으로 연결하는 연결수단을 포함하는 발광다이오드.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연성 격벽들은 상부로 가면서 폭이 점점 좁아지는 형상을 하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 발광셀들 각각은, 하부 반도체층, 상기 하부 반도체층의 일부 영역에 차례로 형성되는 활성층 및 상부 반도체층을 포함하며,　　　
    상기 연결수단은, 상기 이웃하는 발광셀들 사이에서, 상기 하부 반도체층 측의 제1 전극과 상기 상부 반도체층 측의 제2 전극을 연결하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 절연성 격벽들은 이웃하는 적어도 하나의 상기 상부 반도체층의 높이 이상의 높이로 형성되며, 상기 연결수단은, 상기 제1 전극으로부터 해당 절연성 격벽의 측면 일부와 상면을 거쳐 상기 제2 전극까지 연장되는 도전성 배선층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 절연성 격벽들은 상기 활성층과 상기 상부 반도체층 사이의 높이로 형성되며, 상기 연결수단은 상기 제1 전극으로부터 해당 절연성 격벽의 상면 및 상기 상부 반도체층의 측면을 거쳐 상기 제2 전극까지 연장되는 도전성 배선층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  6. 청구항 3에 있어서, 상기 절연성 격벽들은 상기 활성층보다 낮은 높이로 형성되며, 상기 연결수단은, 도전성 배선층과, 그 도전성 배선층을 발광셀의 반도체층들과 절연시키는 절연층으로 이루어진 채, 상기 제1 전극으로부터 해당 절연성 격벽의 상면 및 상기 발광셀의 측면을 거쳐 상기 제2 전극까지 연장된 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  7. 청구항 4 내지 6 에 있어서, 상기 배선층은 투명전극층인 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  8. 청구항 4 내지 6 에 있어서, 상기 배선층은 투명전극층과 금속층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  9. 청구항 4 내지 6 에 있어서, 상기 배선층은 도핑된 반도체물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
KR1020120024512A 2012-03-09 2012-03-09 발광다이오드 및 그 제조방법 KR20120031207A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120024512A KR20120031207A (ko) 2012-03-09 2012-03-09 발광다이오드 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120024512A KR20120031207A (ko) 2012-03-09 2012-03-09 발광다이오드 및 그 제조방법

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080082406A Division KR20100023564A (ko) 2008-08-22 2008-08-22 발광다이오드 및 그 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20120031207A true KR20120031207A (ko) 2012-03-30

Family

ID=46134792

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120024512A KR20120031207A (ko) 2012-03-09 2012-03-09 발광다이오드 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20120031207A (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101288908B1 (ko) * 2012-04-20 2013-07-23 주식회사 세미콘라이트 반도체 발광소자
KR20160099832A (ko) 2015-02-13 2016-08-23 (주)창조프린팩 포장용 종이박스
KR20170018632A (ko) 2015-08-10 2017-02-20 (주)창조프린팩 포장용 종이박스

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101288908B1 (ko) * 2012-04-20 2013-07-23 주식회사 세미콘라이트 반도체 발광소자
KR20160099832A (ko) 2015-02-13 2016-08-23 (주)창조프린팩 포장용 종이박스
KR20170018632A (ko) 2015-08-10 2017-02-20 (주)창조프린팩 포장용 종이박스

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100690323B1 (ko) 배선들을 갖는 교류용 발광 다이오드 및 그것을 제조하는방법
KR101269053B1 (ko) 나노 로드 발광 소자 및 그 제조 방법
US10333031B2 (en) Light emitting element and lighting device
TWI538265B (zh) 發光元件及其製造方法
US9735329B2 (en) Light emitting diode
KR101115535B1 (ko) 확장된 금속 반사층을 갖는 플립 본딩형 발광다이오드 및그 제조방법
CN104377218B (zh) 发光二极管
KR101017394B1 (ko) 발광 소자 및 그것을 제조하는 방법
KR20100079843A (ko) 복수개의 비극성 발광셀들을 갖는 발광 소자 및 그것을 제조하는 방법
KR20140125521A (ko) 반도체 발광소자
KR20100079693A (ko) 복수개의 비극성 발광셀들을 갖는 발광 소자 및 그것을 제조하는 방법
JP5816243B2 (ja) 発光素子及び発光素子パッケージ
JP2010087515A (ja) 発光素子及びその製造方法
KR100999800B1 (ko) 발광 소자 패키지 및 그 제조방법
KR101769048B1 (ko) 발광 소자, 이를 포함하는 발광소자 패키지 및 조명 장치
KR100757800B1 (ko) 절연보호막을 갖는 교류용 발광 다이오드 및 그것을제조하는 방법
US8735923B2 (en) Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof
KR20110044188A (ko) 확장된 금속 반사층을 갖는 플립 본딩형 발광다이오드 및 그 제조방법
KR20120031207A (ko) 발광다이오드 및 그 제조방법
KR101171326B1 (ko) 발광 소자 및 이의 제조 방법
KR20100023564A (ko) 발광다이오드 및 그 제조방법
KR101171327B1 (ko) 발광 소자 및 그것을 제조하는 방법
KR20100036032A (ko) 발광 소자
KR101057770B1 (ko) 발광 소자 및 그 제조방법
KR101239859B1 (ko) 발광 소자 및 이의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
J201 Request for trial against refusal decision
AMND Amendment
B601 Maintenance of original decision after re-examination before a trial
J301 Trial decision

Free format text: TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20130705

Effective date: 20140923