KR20120031388A - 고효율 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법 - Google Patents
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Abstract
고효율 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법이 개시된다. 이 발광 다이오드는, 기판; 각각 제1 도전형 상부 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 하부 반도체층을 포함하는 제1 발광셀 및 제2 발광셀; 제1 및 제2 발광셀들과 기판 사이에 위치하여 제1 및 제2 발광셀들을 기판으로부터 절연시키고, 굴절률이 다른 절연층을 반복하여 적층한 분포 브래그 반사기인 중간 절연층; 중간 절연층과 각 발광셀 사이에 위치하고, 제1 및 제2 발광셀들 각각의 제2 도전형 하부 반도체층에 접촉하는 투명 오믹 콘택층; 및 제1 발광셀의 제1 도전형 상부 반도체층과 제2 발광셀의 제2 도전형 하부 반도체층에 접촉하는 투명 오믹 콘택층을 전기적으로 연결하는 연결부를 포함한다.
Description
본 발명은 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판 분리 공정을 적용한 고효율 발광 다이오드 및 및 그것을 제조하는 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드는 N형 반도체와 P형 반도체를 가지는 반도체 소자로서, 전자와 정공의 재결합에 의하여 빛을 발산한다. 이러한 발광 다이오드는 표시소자 및 백라이트로 널리 이용되고 있다. 또한, 발광 다이오드는 기존의 전구 또는 형광등에 비해 소모 전력이 작고 수명이 길어, 백열전구 및 형광등을 대체하여 일반 조명 용도로 그 사용 영역을 넓히고 있다.
최근, 발광 다이오드를 교류전원에 직접 연결하여 연속적으로 빛을 방출하는 교류용 발광 다이오드가 제품화되고 있다. 고전압 교류전원에 직접 연결하여 사용할 수 있는 발광 다이오드는, 예를 들어, 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 개시되어 있다.
상기 WO 2004/023568(Al)호에 따르면, LED들이 사파이어 기판과 같은 절연성 기판 상에 2차원적으로 연결된 직렬 LED 어레이들이 형성된다. LED 어레이들이 직렬 연결됨으로써 고전압에서 구동될 수 있는 발광 다이오드가 제공될 수 있다. 또한, 이러한 LED 어레이들이 상기 사파이어 기판 상에서 역병렬로 연결되어, AC 파워 서플라이에 의해 구동될 수 있는 단일칩 발광소자가 제공된다.
상기 AC-LED는 성장 기판으로 사용된 기판, 예컨대 사파이어 기판 상에 발광셀들을 형성하므로, 발광셀들의 구조에 제한이 따르며, 광추출 효율을 향상시키는데 한계가 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 기판 분리 공정을 적용하여 직렬 연결된 발광셀들을 갖는 발광 다이오드, 예컨대 AC-LED를 제조하는 방법이 연구되고 있다.
도 1은 종래기술에 따른 직렬 연결된 발광셀들을 갖는 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 발광 다이오드는 기판(51), 본딩 메탈(41), 접착층(39), 중간절연층(37), 장벽 금속층(35), 반사 금속층(33), 복수의 발광셀(2개만 도시함, S1, S2), 절연층(53) 및 연결부(55)를 포함한다.
기판(51)은 성장기판(도시하지 않음)과 구별되며, 성장 기판 상에 질화물 반도체층들(25, 27, 29)을 성장시킨 후 본딩 메탈(41)을 통해 본딩된 2차 기판이다.
한편, 상기 발광셀(S1, S2)은 n형 질화물 반도체층(25), 활성층(27) 및 p형 질화물 반도체층(29)을 포함하며, n형 질화물 반도체층(25)의 상부면에 거친 표면(R)이 형성될 수 있다.
상기 기판(51)과 발광셀들(S1, S2) 사이에 중간 절연층(37)이 개재되어 발광셀들(S1, S2)과 기판(51)을 전기적으로 절연시킨다. 또한, 중간절연층(37)과 발광셀들(S1, S2) 사이에 반사금속층(33) 및 장벽금속층(35)이 개재된다. 반사금속층(33)은 발광셀(S1, S2)에서 생성되어 기판(51)쪽으로 향하는 광을 반사시킴으로써 발광 효율을 개선한다. 상기 장벽금속층(35)은 반사금속층(33)을 덮어 반사금속층(33)의 확산을 막고 또한 반사금속층(33)이 산화되는 것을 방지한다. 나아가, 장벽금속층(35)의 일부가 발광셀(S2) 아래의 영역에서 셀 분리 영역으로 연장되어 노출된다.
연결부(55)는 발광셀(S1)의 n형 반도체층(25)과 장벽 금속층(35)을 연결하여 발광셀들(S1, S2)을 직렬 연결한다. 또한, 절연층(53)이 발광셀들(S1, S2)과 연결부(55) 사이에 개재되어 n형 반도체층(25)과 p형 반도체층(29)이 연결부(55)에 의해 전기적으로 단락되는 것을 방지한다.
반사금속층(33)으로는 일반적으로 은(Ag)이 사용되는데, Ag는 산화력이 매우 강하고 열에 의한 확산이 쉽게 발생한다. 더욱이, 발광셀들(S1, S2)을 분리할 때 사용되는 식각 가스, 예컨대 BCl3/Cl2 가스는 Ag와 화학반응을 하여 쉽게 식각 부산물(by-product)을 생성하며, 이 식각 부산물이 발광셀(S1, S2)의 측면에 달라붙어 전기적 단락을 유발할 수 있다. 이를 방지하기 위해, 종래기술은 장벽 금속층(35)으로 반사금속층(33)을 덮고 발광셀(S1, S2) 분리 공정에서 장벽금속층(35)이 노출되도록 하고 있다.
그러나, 상기 종래 기술에 따르면, 반사금속층(33)을 보호하기 위해 장벽 금속층(35)이 추가되어야 하므로, 금속층 증착 공정이 복잡해진다. 더욱이, 반사금속층(33)을 형성한 후, 장벽금속층(35)이 반사금속층(33)을 덮기 때문에, 반사금속층(33)의 측면에서 단차가 발생한다. 이 단차는 반사금속층(33)의 두께가 증가할수록 커진다. 특히, 장벽금속층(35)을 복수의 금속층을 증착하여 형성하는 경우, 이 단차 부분에서 스트레스가 집중되어 장벽 금속층(35)의 크랙이 유발될 가능성이 높다. 특히, 기판(51)이 상대적으로 높은 온도에서 본딩되기 때문에, 기판(51)을 본딩하는 동안, 단차 부분에 크랙이 발생하여 소자 불량이 유발될 수 있다.
한편, 상기 반사금속층(33)을 Ag로 형성함으로써 다른 금속층에 비해 반사율을 상대적으로 높일 수 있지만, 더욱 안정한 반사층을 채택함과 아울러 Ag에 비해 반사율을 더욱 높일 수 있는 새로운 기술이 요구된다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 금속 식각 부산물에 의한 발광셀 내 전기적 단락을 방지할 수 있는 고효율 발광 다이오드 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 반사율이 더 개선된 발광 다이오드 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는, 공정을 단순화하고 신뢰성을 향상시킬 수 있는 발광 다이오드 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 태양에 따른 발광 다이오드는, 기판; 각각 제1 도전형 상부 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 하부 반도체층을 포함하는 제1 발광셀 및 제2 발광셀; 상기 제1 및 제2 발광셀들과 상기 기판 사이에 위치하여 상기 제1 및 제2 발광셀들을 상기 기판으로부터 절연시키고, 굴절률이 다른 절연층을 반복하여 적층한 분포 브래그 반사기인 중간 절연층; 상기 중간 절연층과 상기 각 발광셀 사이에 위치하고, 상기 제1 및 제2 발광셀들 각각의 제2 도전형 하부 반도체층에 접촉하는 투명 오믹 콘택층; 및 상기 제1 발광셀의 제1 도전형 상부 반도체층과 상기 제2 발광셀의 제2 도전형 하부 반도체층에 접촉하는 투명 오믹 콘택층을 전기적으로 연결하는 연결부(connector)를 포함한다.
상기 중간 절연층은 예컨대 SiO2/TiO2 또는 SiO2/Nb2O5를 반복하여 적층한 다층막으로 형성될 수 있으며, 일반적으로 SiO2의 접착력이 우수하기 때문에, 상기 제1 및 제2 발광셀들 측에 가까운 상기 제1 절연 반사층의 첫번째 층 및 제2 절연 반사층의 첫번째층은 SiO2로 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 중간 절연층은 청색광, 녹색광 및 적색광 영역의 파장에 대해 95% 이상, 바람직하게는 99% 이상의 반사율을 나타낼 수 있다.
상기 투명 오믹 콘택층은 인디움 틴 산화막(ITO) 또는 아연 산화막(ZnO)일 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 반사금속층이 상기 중간 절연층과 상기 기판 사이에 개재될 수 있다. 반사금속층은 예컨대, Al일 수 있으며, DBR을 투과하는 광을 다시 반사시켜 반사율을 더욱 향상시킨다.
한편, 상기 발광 다이오드는 상기 제1 발광셀과 제2 발광셀 사이에 셀 분리 영역을 가지며, 상기 제2 발광셀의 제2 도전형 하부 반도체층에 접촉하는 투명 오믹 콘택층은 상기 셀 분리 영역으로 연장된다.
이때, 상기 연결부의 일 단부가 상기 제1 발광셀의 제1 도전형 상부 반도체층에 접촉하고, 상기 연결부는 상기 일 단부로부터 상기 제1 발광셀의 측면을 따라 연장하고, 상기 연결부의 타 단부는 상기 셀 분리 영역에서 상기 투명 오믹 콘택층에 접촉할 수 있다.
또한, 상기 발광 다이오드는 상기 연결부와 상기 제1 발광셀의 측면 사이에 개재되어 상기 연결부를 상기 제1 발광셀의 측면으로부터 절연시키는 제1 절연층을 더 포함할 수 있다. 나아가, 상기 발광 다이오드는 상기 제1 발광셀 및 제2 발광셀과 함께 상기 연결부를 덮는 제2 절연층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 발광셀들의 제1 도전형 상부 반도체층은 거칠어진 표면을 가질 수 있으며, 상기 제2 절연층은 상기 제1 도전형 상부 반도체층의 거칠어진 표면을 덮을 수 있다. 이때, 상기 제2 절연층의 표면은 상기 제1 도전형 상부 반도체층의 거칠어진 표면을 따라 요철형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 거칠어진 표면을 통한 광 추출 효율이 더욱 개선된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 발광 다이오드 제조방법이 제공된다. 이 방법은, 성장 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 성장시키고, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 서로 이격된 투명 오믹 콘택층들을 형성하고, 상기 투명 오믹 콘택층들 상에 굴절률이 서로 다른 절연층을 반복 적층하여 상기 투명 오믹 콘택층들을 덮는 분포 브래그 반사기의 중간 절연층을 형성하고, 상기 중간 절연층 상에 2차 기판을 본딩하고, 상기 성장 기판을 제거하여 제1 도전형 반도체층을 노출시키고, 상기 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 식각하여 제1 발광셀 및 제2 발광셀을 정의하도록 셀 분리 영역을 형성하되, 상기 셀 분리 영역에 상기 제2 발광셀 하부의 투명 오믹 콘택층이 노출되고, 상기 제1 발광셀 및 제2 발광셀의 측면 중 적어도 일부를 덮는 제1 절연층을 형성하고, 상기 제1 발광셀의 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 발광셀 하부의 투명 오믹 콘택층을 전기적으로 연결하는 연결부를 형성하는 것을 포함한다.
한편, 상기 2차 기판을 본딩하기 전에, 상기 중간 절연층 상에 반사금속층이 형성될 수 있다. 또한, 상기 노출된 제1 도전형 반도체층에 거칠어진 표면이 형성될 수 있다.
나아가, 상기 방법은 상기 제1 및 제2 발광셀들과 함께 상기 연결부를 덮는 제2 절연층을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제2 절연층은 상기 제1 도전형 반도체층의 거칠어진 표면을 따라 형성되어 요철형상을 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, 분포 브래그 반사기를 이용하여 반사층을 형성함으로써 종래의 금속 반사층에 비해 활성층에서 생성된 광에 대해 더 높은 반사율을 가지어 광 추출 효율이 향상된다. 나아가, 투명 오믹 콘택층을 이용하여 오믹 콘택을 형성하기 때문에, 투명 오믹 콘택층을 보호하기 위한 장벽 금속층을 별도로 형성할 필요가 없으므로 공정을 단순화할 수 있고, 나아가 신뢰성이 높은 발광 다이오드를 제공할 수 있다. 더욱이, 투명 오믹 콘택층을 채택함으로써 식각 공정 동안 전기적 단락을 유발하는 식각 부산물 생성을 억제할 수 있다.
이에 더하여, 상기 중간 절연층을 청색광, 녹색광 및 적색광의 넓은 가시영역에서 높은 반사율을 갖는 분포 브래그 반사기로 형성할 수 있으며, 이 경우, 외부에서 발광 다이오드 내부로 진입하는 광에 대해서도 높은 반사율을 나타내기 때문에, 다색광, 예컨대 백색광을 구현하는 발광 다이오드 패키지에서 높은 광 효율을 나타낼 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 직렬연결된 발광셀들을 갖는 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 3은 도 2의 절취선 A-A를 따라 취해진 단면도이다.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 3은 도 2의 절취선 A-A를 따라 취해진 단면도이다.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
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 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 3은 도 2의 절취선 A-A를 따라 취해진 단면도이다.
도 2 및 3을 참조하면, 상기 발광 다이오드는 기판(151), 제1 및 제2 발광셀들(S1, S2), 중간 절연층(137), 투명 오믹 콘택층들(135), 연결부(155)를 포함한다. 또한, 상기 발광 다이오드는, 반사 금속층(138), 접착층(139) 및 본딩 메탈(141)을 포함할 수 있으며, 또한 제1 절연층(153) 및 제2 절연층(157)을 포함할 수 있다.
상기 기판(151)은, 화합물 반도체층들을 성장시키기 위한 성장기판과 구분되며, 이미 성장된 화합물 반도체층들에 부착된 기판이다. 상기 기판(151)은 상기 기판(51)은 사용 목적에 따라 다양하게 선택될 수 있으며, 특히 방열 특성을 개선하기 위해 열전도율이 높은 재료, 예컨대 Si, SiC, AlN 또는 금속 재료의 기판일 수 있다. 그러나, 상기 기판은 특별히 한정되는 것은 아니며, 다른 종류의 절연 또는 도전 기판일 수 있다. 특히, 반도체층들의 성장 기판으로 사파이어 기판을 사용하는 경우, 성장 기판과 동일한 열팽창계수를 갖도록, 상기 기판(151)이 사파이어 기판일 수 있다.
상기 발광셀들(S1, S2)은 셀 분리 영역(130a)에 의해 분리된다. 상기 발광셀들(S1, S2)은 각각 제1 도전형의 상부 반도체층(125), 활성층(127) 및 제2 도전형의 하부 반도체층(129)을 포함하는 반도체 스택(130)을 포함한다. 상기 활성층(127)은 상기 상부 및 하부 반도체층들(125, 129) 사이에 개재된다. 한편, 상기 셀 분리 영역(130a)은 제1 도전형의 상부 반도체층(125), 활성층(127) 및 제2 도전형의 하부 반도체층(129)을 관통하여 발광셀들(S1, S2)을 분리한다.
상기 활성층(127), 상기 상부 및 하부 반도체층들(125, 129)은 III-N 계열의 화합물 반도체, 예컨대 (Al, Ga, In)N 반도체로 형성될 수 있다. 상기 상부 및 하부 반도체층들(125, 129)은 각각 단일층 또는 다중층일 수 있다. 예를 들어, 상기 상부 및/또는 하부 반도체층(125, 129)은 콘택층과 클래드층을 포함할 수 있으며, 또한 초격자층을 포함할 수 있다. 상기 활성층(127)은 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조일 수 있다. 바람직하게, 상기 제1 도전형은 n형이고, 상기 제2 도전형은 p형이다. 저항이 상대적으로 작은 n형 반도체층으로 상부 반도체층(125)을 형성할 수 있어, 상부 반도체층(125)의 두께를 상대적으로 두껍게 형성할 수 있다. 따라서, 상기 상부 반도체층(125)의 상부면에 거칠어진 면(R)을 형성하는 것이 용이하며, 거칠어진 면(R)은 활성층(127)에서 발생된 광의 추출 효율을 향상시킨다.
중간 절연층(137)은 기판(151)과 발광셀들(S1, S2) 사이에 위치하여 발광셀들(S1, S2)을 기판(151)으로부터, 또는 본딩 메탈(141)로부터 절연시킨다. 중간 절연층(137)은 굴절률이 다른 물질층들, 예컨대 SiO2/TiO2 또는 SiO2/Nb2O5를 반복 적층하여 형성한 분포 브래그 반사기일 수 있다.
상기 중간 절연층(137)은 활성층(127)에서 생성된 광에 대해 상대적으로 높은 반사율을 갖는다. 예컨대, 상기 활성층이 청색광을 생성하는 경우, 상기 중간 절연층(137)은 400~500nm 파장 범위의 광에 대한 반사율이 높도록 형성된다. 또한, 일반적으로 SiO2가 TiO2 또는 Nb2O5에 비해 반도체층에 대한 접착력이 우수하므로, SiO2를 발광셀들(S1, S2)에 가까운 첫째층으로 하는 것이 바람직하다.
이와 달리, 상기 중간 절연층(137)은 청색광에 대해서뿐만 아니라, 녹색광 및 적색광에 대한 반사율이 높도록 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 중간 절연층은 청색광, 녹색광 및 적색광의 파장 영역에 대해 95% 이상, 더 바람직하게는 98% 이상의 반사율을 갖는 분포 브래그 반사기로 형성될 수 있다.
한편, 상기 중간 절연층(137)과 상기 각 발광셀(S1, S2) 사이에 투명 오믹 콘택층(135)이 개재된다. 투명 오믹 콘택층(135)은 예컨대, ITO 또는 ZnO로 형성될 수 있으며, 제2 도전형 하부 반도체층(129)에 오믹콘택한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 제2 발광셀(S2) 하부의 투명 오믹 콘택층(135)은 셀 분리 영역(130a)으로 연장될 수 있다.
한편, 상기 기판(151)과 중간 절연층(137) 사이에 반사금속층(138)이 개재될 수 있다. 반사금속층(138)은 활성층(127)에서 생성된 광이 중간 절연층(137)을 투과할 경우, 이 광을 반사시킨다. 따라서, 본딩 메탈(141) 또는 기판(151)에서 광이 손실되는 것을 방지할 수 있다. 상기 반사금속층(138)은 예컨대 알루미늄(Al)으로 형성될 수 있다.
상기 기판(151)은 본딩 메탈(141)을 통해 중간 절연층(137) 또는 반사금속층(138)에 본딩될 수 있다. 상기 본딩 메탈(141)의 접착력을 향상시키기 위해 접착층(139)이 본딩 메탈(141)과 중간 절연층(137) 사이에 개재될 수 있다. 상기 본딩 메탈(141)은 기판(151)을 발광셀들(S1, S2)상에 본딩하기 위한 금속 재료로서 Au/Sn으로 형성될 수 있다. 한편, 상기 접착층(139)은 예컨대, Cr/Au로 형성될 수 있다.
한편, 상기 연결부(155)는 제1 발광셀(S1)의 제1 도전형 상부 반도체층(125)과 제2 발광셀(S2) 하부의 투명 오믹 콘택층(135)을 전기적으로 연결한다. 예컨대, 상기 연결부의 일 단부가 제1 발광셀(S1)의 제1 도전형 상부 반도체층(125)에 접촉하고, 상기 일 단부로부터 제1 발광셀(S1)의 측면을 따라 연장하며, 타 단부가 셀 분리 영역(130a)으로 연장된 투명 오믹 콘택층(135)에 접촉한다. 이에 따라, 발광셀들(S1, S2)이 연결부(155)를 통해 직렬 연결된다. 나아가, 도 2에 도시되듯이, 상기 발광셀들(S1, S2) 상에 전극 연장부(155a)가 형성될 수 있다. 전극 연장부(155a)는 발광셀(S1, S2) 내의 전류 분산을 돕기 위해 형성되며, 그 구조는 특별히 한정되지 않는다. 또한, 투명 오믹 콘택층 상에 접촉하는 접촉면을 증가시키기 위해 투명 오믹 콘택층 상에 전극 연장부(155b)가 형성될 수도 있다. 상기 전극 연장부들(155a, 155b)은 연결부(155)와 함께 동일한 공정에서 동일한 재료로 형성될 수 있다.
한편, 제1 절연층(153)이 제1 발광셀(S1)의 측면과 연결부(155) 사이에 개재되어, 연결부(155)에 의해 제1 도전형 상부 반도체층(125)과 제2 도전형 하부 반도체층(129)이 전기적으로 단락되는 것을 방지한다. 제1 절연층(153)은 특별히 한정되는 것은 아니나, 예컨대 SiO2로 형성될 수 있다.
또한, 제2 절연층(157)이 제1 및 제2 발광셀들(S1, S2), 연결부(155) 및 제1 절연층(153)을 덮을 수 있다. 제2 절연층(157)은 또한 제1 도전형 상부 반도체층(125)의 거칠어진 표면을 따라 형성되어 요철 형상을 가질 수 있다. 제2 절연층(157)은 외부의 힘 또는 수분과 같은 외부 환경으로부터 발광 다이오드를 보호한다. 제2 절연층(157)은 SiO2 또는 Si3N4 등으로 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 2개의 발광셀들(S1, S2)만을 도시 및 설명하였으나, 더 많은 수의 발광셀들이 기판(151) 상에 배열될 수 있으며, 이들 발광셀들이 복수의 연결부(155)를 통해 서로 직렬, 병렬 및/또는 역병렬 연결될 수 있다. 나아가, 상기 발광셀들을 이용하여 브리지 정류 회로를 구성할 수도 있다.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4를 참조하면, 성장 기판(121) 상에 제1 도전형 반도체층(125), 활성층(127) 및 제2 도전형 반도체층(129)을 포함하는 화합물 반도체층들의 반도체 스택(130)이 형성된다. 성장 기판(121)은 사파이어 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 이종기판일 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(125)이 성장 기판(121)쪽에 가깝게 위치한다. 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층들(125, 129)은 각각 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 활성층(127)은 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조로 형성될 수 있다.
상기 화합물 반도체층들은 III-N 계열의 화합물 반도체로 형성될 수 있으며, 금속유기화학기상증착법(MOCVD) 또는 분자선 증착법(molecular beam epitaxy; MBE) 등의 공정에 의해 희생 기판(121) 상에 성장될 수 있다.
한편, 화합물 반도체층들을 형성하기 전, 버퍼층(미도시됨)이 형성될 수 있다. 버퍼층은 희생 기판(121)과 화합물 반도체층들의 격자 부정합을 완화하기 위해 채택되며, 질화갈륨 또는 질화알루미늄 등의 질화갈륨 계열의 물질층일 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 반도체 스택(130) 상에 서로 이격된 투명 오믹 콘택층들(135)이 형성된다. 투명 오믹 콘택층들(135)은 발광셀 영역에 대응하여 형성되며, 그 일부가 발광셀 영역 밖으로 연장하도록 형성된다. 투명 오믹 콘택층(135)은 예컨대 ITO 또는 ZnO와 같은 투명 도전성 산화막으로 형성될 수 있다. 투명 오믹 콘택층들(135)은 제2 도전형 반도체층(129)에 오믹 콘택한다.
이어서, 상기 투명 오믹 콘택층(135)을 덮는 중간 절연층(137)이 형성된다. 중간 절연층(137)은 굴절률이 서로 다른 절연층을 반복 적층한 분포 브래그 반사기로 형성된다. 예컨대, 상기 중간 절연층(137)은 SiO2/TiO2 또는 SiO2/Nb2O5를 반복 적층하여 형성할 수 있다. 상기 중간 절연층(137)을 형성하는 각 절연층의 두께를 조절함으로써 청색광, 녹색광 및 적색광의 넓은 파장 범위에 걸쳐 반사율이 높은 분포 브래그 반사기가 형성될 수 있다. 그 후, 상기 중간 절연층(137) 상에 반사금속층(138)이 형성될 수 있다. 반사금속층(138)은 예컨대 알루미늄(Al)으로 형성될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 반사 금속층(138) 상에 접착층(139)이 형성될 수 있으며, 상기 접착층(139) 상에 본딩 메탈(141)이 형성되고 2차 기판(151)이 본딩될 수 있다. 상기 접착층(139)은 예컨대 Cr/Au로 형성될 수 있으며, 본딩 금속(147)은 예를 들어 AuSn(80/20wt%)으로 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 기판(121)이 제거된다. 기판(121)은 레이저 리프트 오프(LLO) 공정과 같은 공지의 기판 분리 공정을 적용하여 제거될 수 있다. 기판(121)이 제거됨에 따라 제1 도전형 반도체층(125)의 표면이 노출된다.
도 8을 참조하면, 노출된 제1 도전형 반도체층(125)에 거칠어진 표면(R)이 형성될 수 있다. 거칠어진 표면(R)은 노출된 제1 도전형 반도체층(125)의 전체 표면에 형성될 수 있으나, 도시한 바와 같이, 일부 영역에 한정되도록 형성될 수 있다. 예컨대, 거칠어진 표면을 형성할 영역을 노출시키도록 제1 도전형 반도체층(125) 상에 마스크(도시하지 않음)를 형성한 후, 광전화학(PEC) 식각을 이용하여 한정된 영역에 거칠어진 표면을 형성할 수 있다.
한편, 제1 도전형 반도체층(125), 활성층(127) 및 제2 도전형 반도체층(129)을 식각하여 셀 분리 영역(130a)을 형성함으로써 제1 및 제2 발광셀들(S1, S2)을 분리한다. 제2 발광셀(S2) 하부의 투명 오믹 콘택층(135)이 셀 분리 영역(130a)에 의해 노출된다. 이때, 상기 투명 오믹 콘택층(135)은 투명 도전성 산화막으로 형성되어 있어 도전성의 식각 부산물 형성이 억제된다. 따라서, 투명 오믹 콘택층(135)의 식각 부산물에 의한 전기적 단란이 방지된다.
상기 거칠어진 표면을 형성하는 공정은 셀 분리 영역(130a)을 형성한 후에 수행될 수도 있다.
도 9를 참조하면, 상기 발광셀들(S1, S2)의 측면을 덮는 제1 절연층(153)이 형성된다. 제1 절연층(153)은 SiO2로 형성될 수 있으며, 발광셀들(S1, S2)의 측면 중 적어도 일부를 덮는다. 특히, 상기 제1 절연층(153)은 셀 분리 영역(130a)의 바닥 및 셀 분리 영역(130a)의 내벽을 덮을 수 있다. 한편, 상기 제1 절연층(153)은 투명 오믹 콘택층(135)을 노출시키는 개구부(153a)를 갖도록 패터닝될 수 있다.
그 후, 제1 발광셀(S1)의 제1 도전형 반도체층(125)과 셀 분리 영역(130a)에 노출된 투명 오믹 콘택층(135)을 전기적으로 연결하는 연결부(155)가 형성된다. 연결부(155)는 리프트 오프 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 연결부(155)를 형성하는 동안, 전극 연장부들(도 2의 155a, 155b)이 함께 형성될 수 있다.
이어서, 상기 제1 및 제2 발광셀들(S1, S2), 연결부(155) 및 제1 절연층(153)을 덮는 제2 절연층(157)이 형성될 수 있다. 상기 제2 절연층(157)은 전극 패드들(도시하지 않음)을 제외하고 발광 다이오드의 상부면을 덮을 수 있으며, 이에 따라 외부 환경으로부터 발광 다이오드가 보호될 수 있다.
그 후, 단일화 공정을 통해 복수의 발광셀들(S1, S2)을 포함하는 개별 발광 다이오드가 완성된다.
Claims (13)
- 기판;
각각 제1 도전형 상부 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 하부 반도체층을 포함하는 제1 발광셀 및 제2 발광셀;
상기 제1 및 제2 발광셀들과 상기 기판 사이에 위치하여 상기 제1 및 제2 발광셀들을 상기 기판으로부터 절연시키고, 굴절률이 다른 절연층을 반복하여 적층한 분포 브래그 반사기인 중간 절연층;
상기 중간 절연층과 상기 각 발광셀 사이에 위치하고, 상기 제1 및 제2 발광셀들 각각의 제2 도전형 하부 반도체층에 접촉하는 투명 오믹 콘택층; 및
상기 제1 발광셀의 제1 도전형 상부 반도체층과 상기 제2 발광셀의 제2 도전형 하부 반도체층에 접촉하는 투명 오믹 콘택층을 전기적으로 연결하는 연결부(connector)를 포함하는 발광 다이오드. - 청구항 1에 있어서,
상기 투명 오믹 콘택층은 인디움 틴 산화막(ITO)인 발광 다이오드. - 청구항 1에 있어서,
상기 중간 절연층과 상기 기판 사이에 개재된 반사금속층을 더 포함하는 발광 다이오드. - 청구항 1에 있어서,
상기 발광 다이오드는 상기 제1 발광셀과 제2 발광셀 사이에 셀 분리 영역을 갖고,
상기 제2 발광셀의 제2 도전형 하부반도체층에 접촉하는 투명 오믹 콘택층은 상기 셀 분리 영역으로 연장된 발광 다이오드. - 청구항 4에 있어서,
상기 연결부의 일 단부가 상기 제1 발광셀의 제1 도전형 상부 반도체층에 접촉하고, 상기 연결부는 상기 일 단부로부터 상기 제1 발광셀의 측면을 따라 연장하고, 상기 연결부의 타 단부는 상기 셀 분리 영역에서 상기 투명 오믹 콘택층에 접촉하는 발광 다이오드. - 청구항 5에 있어서,
상기 연결부와 상기 제1 발광셀의 측면 사이에 개재되어 상기 연결부를 상기 제1 발광셀의 측면으로부터 절연시키는 제1 절연층을 더 포함하는 발광 다이오드. - 청구항 6에 있어서,
상기 제1 발광셀 및 제2 발광셀과 함께 상기 연결부를 덮는 제2 절연층을 더 포함하는 발광 다이오드. - 청구항 7에 있어서,
상기 제1 및 제2 발광셀들의 제1 도전형 상부 반도체층은 거칠어진 표면을 갖고,
상기 제2 절연층은 상기 제1 도전형 상부 반도체층의 거칠어진 표면을 덮되, 상기 제2 절연층의 표면은 상기 제1 도전형 상부 반도체층의 거칠어진 표면을 따라 요철형상을 갖는 발광 다이오드. - 성장 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 성장시키고,
상기 제2 도전형 반도체층 상에 서로 이격된 투명 오믹 콘택층들을 형성하고,
상기 투명 오믹 콘택층들 상에 굴절률이 서로 다른 절연층을 반복 적층하여 상기 투명 오믹 콘택층들을 덮는 분포 브래그 반사기의 중간 절연층을 형성하고,
상기 중간 절연층 상에 2차 기판을 본딩하고,
상기 성장 기판을 제거하여 제1 도전형 반도체층을 노출시키고,
상기 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 식각하여 제1 발광셀 및 제2 발광셀을 정의하도록 셀 분리 영역을 형성하되, 상기 셀 분리 영역에 상기 제2 발광셀 하부의 투명 오믹 콘택층이 노출되고,
상기 제1 발광셀 및 제2 발광셀의 측면 중 적어도 일부를 덮는 제1 절연층을 형성하고,
상기 제1 발광셀의 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 발광셀 하부의 투명 오믹 콘택층을 전기적으로 연결하는 연결부를 형성하는 것을 포함하는 발광 다이오드 제조방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 투명 오믹 콘택층은 ITO인 발광 다이오드 제조방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 2차 기판을 본딩하기 전에, 상기 중간 절연층 상에 반사금속층을 형성하는 것을 더 포함하는 발광 다이오드 제조방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 노출된 제1 도전형 반도체층에 거칠어진 표면을 형성하는 것을 더 포함하는 발광 다이오드 제조방법. - 청구항 12에 있어서,
상기 제1 및 제2 발광셀들과 함께 상기 연결부를 덮는 제2 절연층을 형성하는 것을 더 포함하되,
상기 제2 절연층은 상기 제1 도전형 반도체층의 거칠어진 표면을 따라 형성되어 요철형상을 갖는 발광 다이오드 제조방법.
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