KR20150020096A - 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법이 개시된다. 이 발광 다이오드는, 기판 상에 서로 이격되어 위치하는 제1 발광셀 및 제2 발광셀; 제1 발광셀에 전기적으로 접속된 제1 투명 전극층; 제1 발광셀을 제2 발광셀에 전기적으로 연결하는 배선; 및 제1 절연층을 포함한다. 또한, 제1 투명 전극층은 제1 발광셀의 상면에서 제1 발광셀에 접속함과 아울러, 제1 발광셀의 측면의 적어도 일부를 덮는다. 나아가, 제1 절연층은 제1 투명 전극층을 제1 발광셀의 측면으로부터 이격시킨다. 이에 따라, 투명 전극층의 저항 성분을 줄여 발광 다이오드의 순방향 전압을 낮출 수 있다.

Description

발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법{LIGHT EMITTING DIODE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단일 기판 상에서 복수의 발광셀들이 배선들에 의해 서로 연결된 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법에 관한 것이다.
GaN 계열의 LED는 현재 천연색 LED 표시소자, LED 교통 신호기, 백색 LED 등 다양한 응용에 사용되고 있다. 최근, 고효율 백색 LED의 발광 효율은(luminous efficiency)은 통상의 형광램프의 효율보다 우수하여 일반 조명 분야에서도 형광 램프를 대체할 것으로 기대되고 있다.
일반적으로, 발광 다이오드는 약 2 내지 4V의 저전압 순방향 전압 하에서 광을 방출하며, 직류전류의 공급을 필요로 한다. 또한, 발광 다이오드는, 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 발광 다이오드의 문제점을 해결하여, 고전압 교류전원에 직접 연결하여 사용할 수 있는 발광 다이오드가 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.
상기 WO 2004/023568(Al)호에 따른 교류용 발광 다이오드는 에어 브리지 배선으로 복수의 발광 요소들을 역병렬 연결하여 교류 전원에서 구동된다. 이러한 에어브리지 배선은 외압에 의해 단선되기 쉬우며, 또한 외압에 의한 변형에 의해 단락을 유발하기 쉽다.
한편, 에어 브리지 배선의 단점을 해결하기 위한 고전압 교류용 발광 다이오드가 예를 들어 대한민국 등록특허 10-069023호, 대한민국 등록특허 10-1186684호 등에 개시된 바 있다.
도 1은 종래의 복수의 발광셀들을 갖는 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 2 및 도 3은 각각 도 1의 절취선 A-A를 따라 취해진 단면도들이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 발광 다이오드는 기판(21), 복수개의 발광셀들(26; S1, S2), 투명 전극층(31), 절연층(33) 및 배선(35)을 포함한다. 또한, 상기 발광셀들(26)은 각각 하부 반도체층(25), 활성층(27) 및 상부 반도체층(29)을 포함하고, 기판(21)과 상기 발광셀들(26) 사이에 버퍼층(23)이 개재될 수 있다.
상기 발광셀들(26)은 기판(21) 상에 성장된 하부 반도체층(25), 활성층(27) 및 상부 반도체층(29)을 패터닝하여 형성되며, 각 발광셀(S1, S2) 상에 투명전극층(31)이 형성된다. 특히, 각 발광셀들(26)은 배선(35) 접속을 위해 활성층(27) 및 상부 반도체층(29)이 부분적으로 제거됨으로써 상면 일부분이 노출된 하부 반도체층(25)을 갖는다.
그 후, 발광셀들(26)을 덮는 절연층(33)이 형성된다. 절연층(33)은 발광셀들(26)의 측면을 덮는 측면 절연층(33a) 및 투명 전극층(31)을 덮는 절연 보호층(33b)을 포함한다. 절연층(33)은 투명 전극층(31)의 일부를 노출시키는 개구부(33hp) 및 하부 반도체층(25)을 노출시키는 개구부(33hn)를 갖는다. 이어서, 절연층(33) 상에 배선(35)이 형성되며, 배선(35)의 제1 접속부(35p)는 절연층(33)의 개구부(33hp)를 통해 하나의 발광셀(S1)의 투명 전극층(31)에 접속하고, 배선(35)의 제2 접속부(35n)는 절연층(33)의 개구부(33hn)를 통해 인접한 다른 하나의 발광셀(S2)의 하부 반도체층(25)에 접속한다. 상기 제2 접속부(35n)는 활성층(27) 및 상부 반도체층(29)이 부분적으로 제거됨으로써 노출된 하부 반도체층(25)의 상면에 접속한다.
종래 기술에 따르면, 배선(35)이 절연층(33) 상에 형성되므로, 에어브리지 배선과 달리, 외력에 의해 변형되는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 배선(35)이 측면 절연층(33a)에 의해 발광셀(26)로부터 이격되므로, 배선(35)에 의한 발광셀(26)의 단락을 방지할 수 있다.
그러나 종래 기술에 따른 발광 다이오드는 발광셀(26)의 영역에 전류를 분산시키는데 한계가 있다. 즉, 전류가 발광셀(26) 영역에서 균일하게 분산되지 못하고, 투명 전극층(31)에 접속된 배선(35)의 제1 접속부(35p) 영역의 하부로 집중되는 문제가 있다. 전류 밀도가 증가할수록 전류 집중 문제는 더욱 커진다.
또한, 투명 전극층(31)은 상부 반도체층(29)의 영역 내에 한정되어 위치한다. 이에 따라, 투명 전극층(31)이 상대적으로 좁은 면적을 갖기 때문에, 발광 다이오드의 저항을 증가시키며, 결과적으로, 발광 다이오드의 순방향 전압(Vf)을 증가시킨다. 발광셀들(26)의 개수가 증가할수록, 투명 전극층(31)의 저항 성분을 무시할 수 없게 된다.
한편, 전류 집중 문제를 해결하기 위해, 투명 전극층(31)과 발광셀(26) 사이에 전류 차단층(30)을 배치하여 배선(35)의 제1 접속부(35p) 아래에 전류가 집중되는 것을 방지하는 기술이 연구되고 있다.
도 3은 종래 기술에 따른 전류 차단층(30)을 갖는 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 전류 차단층(30)은 배선(35)의 제1 접속부(35p) 아래에 위치한다. 전류 차단층(30)은 제1 접속부(35p)로부터 바로 아래의 상부 반도체층(29)으로 흐르는 전류를 차단한다. 이에 따라, 배선(35)의 접속부(35p) 아래에서 전류가 집중되는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 상기 전류 차단층(30)을 분포 브래그 반사기와 같은 반사기로 형성함으로써 활성층(27)에서 생성된 광이 배선(35)의 제1 접속부(35p)에 흡수되는 것을 방지할 수 있다.
그러나, 도 3과 같이 전류 차단층(30)을 추가로 형성할 경우, 전류 차단층(30)을 형성하기 위한 사진 및 식각 공정이 추가되며, 이에 따라 공정 안정성을 확보하기 어렵고, 제조 비용이 증가한다. 특히, 전류 차단층(30)이 투명 전극층(31) 외부에 노출될 경우, 후속 공정에서 BOE 등에 의해 전류 차단층(30)이 손상될 수도 있다. 따라서, 종래 기술에 따르면, 전류 차단층(30)을 사용할 경우, 전류 차단층(30)이 후속 공정에서 손상되는 것을 방지하기 위해, 도 3에 도시한 것과 같이, 전류 차단층(30)을 투명 전극층(31)으로 덮는 것과 같은 대책이 요구된다.
또한, 투명 전극층(31)은 상부 반도체층(29)의 영역 내에 한정되어 위치하므로, 상부 반도체층(29)의 전 영역에 걸쳐 전류를 고르게 분산하기 어려우며, 투명 전극층(31)의 좁은 면적이 기인한 발광 다이오드의 저항 문제는 여전하다.
특허문헌1: 국제공개번호 WO 2004/023568(Al)호 특허문헌2: 대한민국 등록특허공보 10-069023호 특허문헌3: 대한민국 등록특허 10-1186684호
본 발명이 해결하려는 과제는, 투명 전극층의 저항 성분을 감소시킬 수 있는 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는, 제조 공정을 단순화하여 공정 안정성을 확보할 수 있는 발광 다이오드 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는, 전류 차단층이 후속 공정에서 손상될 염려가 없는 발광 다이오드 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 태양에 따른 발광 다이오드는, 기판 상에 서로 이격되어 위치하는 제1 발광셀 및 제2 발광셀; 상기 제1 발광셀에 전기적으로 접속된 제1 투명 전극층; 상기 제1 발광셀을 제2 발광셀에 전기적으로 연결하는 배선; 및 제1 절연층을 포함한다. 또한, 상기 제1 투명 전극층은 상기 제1 발광셀의 상면에서 상기 제1 발광셀에 접속함과 아울러, 상기 제1 발광셀의 측면의 적어도 일부를 덮는다. 나아가, 상기 제1 절연층은 상기 제1 투명 전극층을 상기 제1 발광셀의 측면으로부터 이격시킨다.
상기 제1 투명 전극층이 상기 제1 발광셀의 측면으로 연장되므로, 제1 투명 전극층의 면적을 증가시킬 수 있으며, 따라서, 투명 전극층의 저항 성분을 줄일 수 있다. 이에 따라, 발광 다이오드의 저항이 감소하며, 그 결과 발광 다이오드의 순방향 전압(Vf)을 감소시킬 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 제1 발광셀의 상면에서 상기 배선과 상기 제1 발광셀 사이에 위치하여 전류를 차단하는 제2 절연층을 더 포함할 수 있다. 나아가, 상기 제2 절연층은 상기 제1 절연층과 동일 재료로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 절연층과 제2 절연층을 함께 형성할 수 있어 공정을 단순화할 수 있다.
한편, 상기 제2 절연층은 상기 제1 투명 전극층 아래에 위치하고, 상기 배선은 상기 제1 투명 전극층에 접속될 수 있다.
상기 제1 투명 전극층은 상기 제1 발광셀의 적어도 3 측면을 덮을 수 있다. 또한, 제1 투명 전극층은 제1 발광셀의 상면 전체를 덮을 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 제1 투명 전극층은 제1 발광셀 근처에 위치하며, 제2 발광셀로부터 이격될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 제1 투명 전극층의 일부는 제2 발광셀의 측면의 일부를 덮을 수 있다.
한편, 상기 제1 및 제2 발광셀들은 각각 하부 반도체층, 상부 반도체층 및 상기 하부 반도체층과 상부 반도체층 사이에 위치하는 활성층을 포함할 수 있다. 상기 제1 투명 전극층은 상부 반도체층에 전기적으로 접속되고, 상기 배선의 일단은 상기 제1 투명 전극층에 전기적으로 접속되고, 상기 배선의 타단은 제2 발광셀의 하부 반도체층에 전기적으로 접속된다. 여기서, 상기 하부 반도체층, 활성층 및 상부 반도체층은 각각 질화갈륨계 반도체층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 하부 반도체층 및 상부 반도체층은 각각 n형 및 p형 일 수 있으나, 그 반대일 수도 있다.
한편, 상기 배선과 상기 제1 투명 전극층은 서로 중첩하는 영역 전체에 걸쳐 절연물질이 개재됨이 없이 직접 접속될 수 있다. 이에 따라, 종래 기술에 비해, 배선과 제1 투명 전극층의 접속 영역을 증가시키거나 또는 제1 투명 전극층 상부에 위치하는 배선의 면적을 감소시킬 수 있다.
한편, 상기 발광 다이오드는, 상기 제1 발광셀의 상부 반도체층 상에 위치하는 제2 절연층을 더 포함하며, 상기 제2 절연층은 적어도 상기 제1 투명 전극층과 상기 배선이 접속하는 영역 하부에 위치할 수 있다. 이에 따라, 전류가 배선의 접속 영역 하부에 집중되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제1 발광셀과 제2 발광셀은 서로 동일한 구조를 가질 수 있다. 나아가, 각 발광셀 상의 투명 전극층 또한 서로 동일한 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 태양에 따른 발광 다이오드 제조 방법은, 기판 상에 서로 이격된 제1 발광셀 및 제2 발광셀을 형성하고, 상기 제1 발광셀의 측면의 적어도 일부를 덮는 제1 절연층을 형성하고, 상기 제1 발광셀에 전기적으로 접속하는 제1 투명 전극층을 형성하되, 상기 제1 투명 전극층의 일부는 상기 제1 발광셀의 측면의 적어도 일부를 덮고, 상기 제1 발광셀과 제2 발광셀을 전기적으로 연결하는 배선을 형성하는 것을 포함한다. 상기 배선의 일 단부는 상기 제1 투명 전극층에 전기적으로 접속된다. 상기 제1 투명 전극층의 일부가 상기 제1 발광셀의 측면을 덮도록 형성함으로써 제1 투명 전극층의 저항 성분을 줄일 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 제1 절연층과 함께 상기 제1 발광셀의 상면에서 상기 배선의 일 단부와 상기 제1 발광셀 사이에 위치하는 제2 절연층이 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 배선의 일 단부 아래에서 전류가 집중되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 제1 투명 전극층은 상기 제1 절연층에 의해 상기 제1 발광셀의 측면으로부터 이격될 수 있다.
또한, 상기 제1 투명 전극층은 상기 제1 발광셀의 적어도 3 측면을 덮을 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 제1 투명 전극층은 제2 발광셀로부터 이격될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 제1 투명 전극층은 상기 제2 발광셀의 측면의 일부를 덮을 수 있다.
한편, 상기 제1 및 제2 발광셀은 각각 하부 반도체층, 상부 반도체층 및 상기 하부 반도체층과 상부 반도체층 사이에 위치하는 활성층을 포함하고, 상기 배선의 타 단부는 상기 제2 발광셀의 하부 반도체층에 전기적으로 접속될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 투명 전극층이 발광셀들의 측면을 덮으며, 따라서, 종래 기술의 투명 전극층에 비해 상대적으로 넓은 면적을 가질 수 있다. 이에 따라, 투명 전극층의 저항 성분을 줄일 수 있어 발광 다이오드 순반향 전압을 낮출 수 있다. 또한, 전류 차단층의 역할을 하는 제2 절연층을 제1 절연층과 동일 공정으로 형성함으로써 발광 다이오드 제조 공정을 단순화할 수 있다. 또한, 상기 제1 절연층 및 제2 절연층 형성 이후에, BOE를 이용한 산화물 식각 공정을 제거함으로써 후속 공정에서 제1 및 제2 절연층이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 2 및 도 3은 각각 종래의 발광 다이오드를 설명하기 위해 도 1의 절취선 A-A를 따라 취해진 개략적인 단면도들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위해 도 4의 절취선 B-B를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도 6 내지 도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 12는 도 11의 절취선 B-B를 따라 취해진 단면도이다.
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 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 5는 도 4의 절취선 B-B를 따라 취해진 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 발광 다이오드는 기판(51), 발광셀들(S1, S2), 제1 절연층(60a), 제2 절연층(60b), 투명전극층(61) 및 배선(65)를 포함한다. 또한, 상기 발광 다이오드는 버퍼층(53)을 포함할 수 있다.
상기 기판(51)은 절연 또는 도전성 기판일 수 있으며, 예컨대 사파이어 기판, 질화갈륨 기판, 탄화실리콘(SiC) 기판 또는 실리콘 기판일 수 있다. 나아가, 상기 기판(51)은 패터닝된 사파이어 기판과 같이 상면에 요철 패턴(도시하지 않음)을 갖는 기판일 수 있다.
단일 기판(51) 상에 제1 발광셀(S1) 및 제2 발광셀(S2)이 이격되어 위치한다. 상기 제1 및 제2 발광셀들(S1, S2)은 질화갈륨계 반도체로 이루어질 수 있다. 상기 제1 및 제2 발광셀들(S1, S2) 각각은 하부 반도체층(55), 상기 하부 반도체층의 일 영역 상에 위치하는 상부 반도체층(59) 및 상기 하부 반도체층과 상부 반도체층 사이에 개재된 활성층(57)을 포함하는 적층 구조(56)를 갖는다. 여기서, 상기 하부 및 상부 반도체층(55, 59)은 각각 n형 및 p형인 것으로 설명하지만, 그 반대일 수도 있다.
하부 반도체층(55), 활성층(57) 및 상부 반도체층(59)은 각각 질화갈륨 계열의 반도체 물질 즉, (Al, In, Ga)N으로 형성될 수 있다. 상기 활성층(57)은 요구되는 파장의 광 예컨대 자외선 또는 청색광을 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.
상기 제1 및 제2 발광셀들(S1, S2)은 경사진 측면을 가질 수 있으며, 측면의 경사각은 기판(51) 상부면에 대해 예컨대 15도 내지 80도 범위 내 일 수 있다.
상기 활성층(57) 및 상부 반도체층(59)이 하부 반도체층(55)의 일부 영역 상에 위치하고, 하부 반도체층(55)의 다른 영역은 도 5에 도시한 바와 같이 노출될 수 있다. 이와 달리, 상기 하부 반도체층(55)의 상면은 활성층(57)에 의해 완전히 덮일 수 있으며, 그 측면만이 노출될 수도 있다.
도 5에서, 제1 발광셀(S1)과 제2 발광셀(S2)의 일부를 도시하고 있지만, 제1 발광셀(S1)과 제2 발광셀(S2)은 도 4에 도시한 바와 같이 유사하거나 동일한 구조를 가질 수 있다. 즉, 제1 발광셀(S1)과 제2 발광셀(S2)은 동일한 질화갈륨계 반도체 적층 구조를 가질 수 있으며, 또한 동일한 구조의 경사진 측면을 가질 수 있다.
한편, 발광셀들(S1, S2)과 기판(51) 사이에 버퍼층(53)이 개재될 수 있다. 버퍼층(53)은, 기판(51)이 성장기판인 경우, 기판(51)과 그 위에 형성될 하부 반도체층(55)의 격자부정합을 완화시키기 위해 채택된다.
투명 전극층(61)은 각 발광셀(S1, S2) 상에 위치한다. 즉, 제1 투명 전극층(61)이 제1 발광셀(S1) 상에 위치하며, 제2 투명 전극층(61)이 제2 발광셀(S2) 상에 위치한다. 투명 전극층(61)은 상부 반도체층(59) 상부면 상에 위치하여 상부 반도체층(59)에 접속할 수 있다.
한편, 제1 및/또는 제2 투명 전극층(61)은 제1 및/또는 제2 발광셀(S1, S2)의 측면의 일부를 덮을 수 있으며, 적어도 3 측면을 덮을 수 있다. 도 4에 도시한 실시예에서, 제1 및 제2 투명 전극층(61)은 각각 제1 및 제2 발광셀(S1, S2)의 4 측면을 덮고 있다.
따라서, 상기 투명 전극층(61)은 대응하는 발광셀(S1 또는 S2)의 상면 면적보다 더 넓은 면적을 가질 수 있다. 또한, 투명 전극층(61)은 상부 반도체층(59)의 상면 전체를 덮을 수 있다. 투명 전극층(61)이 대응하는 발광셀(S1 또는 S2)보다 더 넓은 면적을 가지며, 따라서, 투명 전극층(61)의 저항 성분이 감소된다. 상기 제2 발광셀(S2) 상에 위치한 상기 투명 전극층(61)은 상기 제2 발광셀(S2)의 상부 반도체층(59)와 접하고, 제1 절연층(60a)에 의해 상기 제2 발광셀(S2)의 하부 반도체층(55)으로부터 절연된다. 즉, 상기 투명 전극층(61)은 노출된 상기 상부 반도체층(59)과 접하고, 노출된 상기 하부 반도체층(55)를 덮는 상기 제1 절연층(60a) 상에 위치할 수 있다.
한편, 제1 절연층(60a)은 투명 전극층(61)을 대응하는 발광셀(S1, S2)의 측면으로부터 이격시켜 발광셀(S1 또는 S2)이 투명 전극층(61)에 의해 전기적으로 단락되는 것을 방지한다. 제1 절연층(60a)은 발광셀들(S1, S2)의 가장자리를 따라 그 측면을 덮을 수 있다. 나아가, 상기 제1 절연층(60a)은 발광셀들(S1, S2) 주위의 기판(51) 상면을 덮을 수 있다. 한편, 상기 제1 절연층(60a)은 하부 반도체층(55)을 노출시키는 개구부(60hn) 및 상부 반도체층(59)을 노출시키는 개구부(60hp)를 가진다. 투명 전극층(61)은 각 발광셀(S1, S2)의 상면에 형성된 개구부(60hp)를 통해 상부 반도체층(59)에 접속한다. 상기 제1 절연층(60a)이 상부 반도체층(59)의 상면 가장자리를 따라 형성됨으로써 투명 전극층(61)이 상부 반도체층(59)의 가장자리로부터 리세스되어 상부 반도체층(59)에 접속할 수 있다. 따라서, 상부 반도체층(59)의 가장자리에서 발광셀(S1, S2)의 측벽을 통해 전류가 집중되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 제2 절연층(60b)은 각 발광셀(S1, S2) 상에 위치할 수 있으며, 투명 전극층(61)과 발광셀(S1, S2) 사이에 위치한다. 투명 전극층(61)의 일부는 제2 절연층(60b) 상에 위치한다. 제2 절연층(60b)은 각 발광셀(S1, S2)의 가장자리 근처에 위치할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 각 발광셀(S1, S2)의 중앙 영역에 위치할 수도 있다. 제2 절연층(60b)은 제1 절연층(60a)과 동일한 물질, 예컨대 실리콘 산화물이나 실리콘 질화물로 형성될 수 있다.
배선(65)은 제1 발광셀(S1)과 제2 발광셀(S2)을 전기적으로 연결한다. 배선(65)은 제1 접속부(일 단부, 65p)와 제2 접속부(타 단부, 65n)를 포함한다. 제1 접속부(65p)는 제1 발광셀(S1) 상의 투명 전극층(61)에 전기적으로 접속되고, 제2 접속부(65n)는 제2 발광셀(S2)의 하부 반도체층(55)에 전기적으로 접속된다. 제2 접속부(65n)는 특히 제1 절연층(60a)의 개구부(60hn)를 통해 하부 반도체층(55)에 접속될 수 있다. 상기 배선(65)의 제1 및 제2 접속부들(65p, 65n)에 의해 제1 발광셀(S1)과 제2 발광셀(S2)이 직렬 연결된다.
한편, 제1 접속부(65p)는 제1 발광셀(S1)의 일측 가장자리에 가깝게 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 발광셀(S1)의 중앙 영역에 배치될 수도 있다.
배선(65)은 투명 전극층(61)과 중첩하는 전 영역에서 투명 전극층(61)에 접촉할 수 있다. 종래 기술에서는 절연층(33)의 일부가 투명 전극층(31)과 배선(35) 사이에 위치하나, 본 실시예에 있어서, 배선(65)과 투명 전극층(61)은 그들 사이에어떠한 절연물질도 없이 직접 접촉한다.
또한, 상기 제1 발광셀(S1) 상에서 상기 배선(65)과 투명 전극층(61)이 중첩하는 전 영역에 걸쳐 제2 절연층(60a)이 위치할 수 있다.
한편, 본 실시예에 있어서, 상기 제2 접속부(65n)가 노출된 하부 반도체층(55)의 상면에 접속하는 것으로 도시 및 설명하지만, 제2 접속부(65n)는 제2 발광셀(S2)의 경사진 측면, 특히 제2 발광셀(S2)의 하부 반도체층(55)의 경사진 측면에 접촉할 수 있다. 이 경우, 하부 반도체층(55)의 상면을 노출할 필요는 없으며, 제1 절연층(60a)은 하부 반도체층(55)의 경사진 측면을 노출한다.
본 실시예에 있어서, 제1 발광셀(S1)과 제2 발광셀(S2)의 두 개의 발광셀들을 예시하였으나, 본 발명은 두 개의 발광셀들에 한정되는 것은 아니며, 더 많은 발광셀들이 배선들(65)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 배선들(65)은 인접한 발광셀들의 하부 반도체층들(55)과 투명 전극층들(61)을 각각 전기적으로 연결하여 발광셀들의 직렬 어레이를 형성할 수 있다. 단일 기판(51) 상에 단일의 직렬 어레이가 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 직렬 어레이들이 형성되고, 이들 어레이들이 병렬 연결되거나 역병렬 연결될 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(S1, S2)과 동일한 구조의 발광셀들을 배선들(65)을 이용하여 결선함으로써 형성할 수 있다.
도 6 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 6을 참조하면, 기판(51) 상에 하부 반도체층(55), 활성층(57) 및 상부 반도체층(59)을 포함하는 반도체 적층 구조(56)가 형성된다. 또한, 하부 반도체층(55)을 형성하기 전, 기판(51) 상에 버퍼층(53)이 형성될 수 있다.
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. 또한, 상기 기판(51)은 패터닝된 사파이어 기판과 같이 상면에 요철 패턴을 가질 수 있다.
버퍼층(53)은 기판(51)과 그 위에 형성될 반도체층(55)의 격자부정합을 완화하기 위해 형성되며, 예컨대 질화갈륨(GaN) 또는 질화알루미늄(AlN)으로 형성될 수 있다. 상기 기판(51)이 도전성 기판인 경우, 상기 버퍼층(53)은 절연층 또는 반절연층으로 형성되는 것이 바람직하며, AlN 또는 반절연 GaN로 형성될 수 있다.
하부 반도체층(55), 활성층(57) 및 상부 반도체층(59)은 각각 질화갈륨 계열의 반도체 물질 즉, (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 p형인 것으로 설명하지만, 그 반대일 수도 있다. 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.
도 7을 참조하면, 사진 및 식각 공정을 이용하여 서로 이격된 복수의 발광셀들(S1, S2)을 형성한다. 각 발광셀들(S1, S2)은 경사진 측면을 갖도록 형성될 수 있으며, 각 발광셀들(S1, S2)의 하부 반도체층(55)의 상면 일부분이 노출된다.
상기 발광셀들(S1, S2)은 메사 식각을 통해 하부 반도체층(55)을 먼저 노출시킨 후, 셀 분리 공정을 통해 서로 이격되도록 형성될 수 있다. 이와 달리, 상기 발광셀들(S1, S2)은 먼저 셀 분리 공정을 통해 서로 이격될 수 있으며, 그 후 메사 식각을 통해 하부 반도체층(55)을 노출할 수도 있다.
다만, 배선을 경사진 측면에 접속시키는 경우, 상기 하부 반도체층(55)의 상면을 노출시키는 메사 식각 공정은 생략될 수도 있다.
도 8을 참조하면, 제1 발광셀(S1) 상의 일부 영역을 덮는 제2 절연층(60b)과 함께 제1 발광셀(S1) 측면을 덮는 제1 절연층(60b)을 형성한다. 상기 제1 절연층(60a)은 또한 연장하여 제1 발광셀(S1)과 제2 발광셀(S2) 사이의 영역을 덮을 수 있다. 제1 절연층(60a)은 상부 반도체층(59)을 노출시키는 개구부(60hp)와 하부 반도체층(55)을 노출시키는 개구부(60hn)을 가진다. 한편, 상기 제1 절연층(60a)과 제2 절연층(60b)은 서로 연결될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 서로 이격될 수도 있다.
상기 제1 절연층(60a) 및 제2 졀연층(60b)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물로 동일 공정에 의해 함께 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 및 제2 절연층(60a, 60b)은 우선 절연재료 층을 증착하고, 이를 사진 및 식각 공정을 이용하여 패터닝함으로써 형성될 수 있다.
도 9를 참조하면, 이어서, 제1 및 제2 발광셀(S1, S2) 상에 투명 전극층(61)이 형성된다. 투명 전극층(61)은 인디움틴산화물(ITO) 또는 아연산화물과 같은 도전성 산화물 또는 Ni/Au와 같은 금속층으로 형성될 수 있다. 투명 전극층(61)은 개구부(60hp)를 통해 상부 반도체층(59)에 접속되며 또한 제2 절연층(60b)을 덮는다.
나아가, 투명 전극층(61)은 발광셀(S1, S2)의 측면을 덮는다. 투명 전극층(61)은 대응하는 발광셀(S1, S2)의 적어도 3측면을 덮을 수 있다. 다만, 투명 전극층(61)은 개구부(60hn) 외부에 형성되어 하부 반도체층(53)이 노출되도록 한다.
한편, 투명 전극층(61)은 제1 절연층(61a)에 의해 발광셀(S1, S2)의 측면으로부터 이격된다. 또한, 제1 발광셀(S1) 상의 제1 투명 전극층(61)은 제2 발광셀(S2) 상의 제2 투명 전극층(61)으로부터 이격되며, 또한, 제2 발광셀(S2)로부터 이격될 수 있다.
상기 투명 전극층(61)은 리프트 오프 기술을 이용하여 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 사진 및 식각 공정을 이용하여 형성될 수도 있다.
도 10을 참조하면, 투명 전극층(61) 상에 배선(65)이 형성된다. 배선(65)은 제1 접속부(65p) 및 제2 접속부(65n)을 가지며, 제1 접속부(65p)가 제1 발광셀(S1)의 제1 투명 전극층(61)에 접속하고, 제2 접속부(65n)가 제2 발광셀(S2)의 하부 반도체층(55)에 접속한다. 상기 배선(65)은 리프트 오프 기술을 사용하여 형성될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제1 절연층(60a)과 제2 절연층(60b)을 동시에 형성할 수 있어 공정을 단순화할 수 있다. 더욱이, 제1 및 제2 절연층(60a, 60b)을 형성한 후, BOE를 사용하는 식각 공정이 없어, 후속 공정에 의해 제1 및 제2 절연층(60a, 60b)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이고, 도 12는 도 11의 절취선 B-B를 따라 취해진 단면도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 다이오드는 도 4 및 도 5 참조하여 설명한 발광 다이오드와 대체로 유사하나, 투명 전극층(61)의 형성 위치에 차이가 있다.
즉, 도 4 및 도 5의 실시예에서, 투명 전극층(61)은 대응하는 발광셀(S1 또는 S2)의 4 측면을 덮도록 형성되며, 이웃하는 발광셀로부터 이격된다. 이에 반해, 본 실시예에 있어서는, 제1 투명 전극층(61)이 제1 발광셀(S1)의 3 측면을 덮으면서 또한 연장하여 제2 발광셀(S2)의 측면 일부를 덮는다.
제1 투명 전극층(61)은 제2 발광셀(S2)의 하부 반도체층(55)에 접속할 수도 있다. 다만, 제1 투명 전극층(61)은 제2 투명 전극층으로부터 이격되며, 또한, 제2 발광셀(S2)의 상부 반도체층(59)으로부터 이격된다.
본 실시예에 따르면, 투명 전극층(61)을 이용하여 이웃하는 발광셀들(S1, S2) 사이에서 전류를 공급할 수 있으므로, 발광 다이오드의 순방향 전압을 더욱 낮출 수 있다.
본 실시예에 따른 제조 방법은 앞의 실시예의 제조 방법과 유사하므로 중복을 피하기 위해 상세한 설명은 생략한다.
이상, 본 발명의 다양한 실시예들에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이들 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않으면서 다양하게 변형될 수 있다.
*

Claims (16)

  1. 기판 상에 서로 이격되어 위치하는 제1 발광셀 및 제2 발광셀;
    상기 제1 발광셀에 전기적으로 접속된 제1 투명 전극층;
    상기 제1 발광셀을 제2 발광셀에 전기적으로 연결하는 배선; 및
    제1 절연층을 포함하되,
    상기 제1 투명 전극층은 상기 제1 발광셀의 상면에서 상기 제1 발광셀에 접속함과 아울러, 상기 제1 발광셀의 측면의 적어도 일부를 덮고,
    상기 제1 절연층은 상기 제1 투명 전극층을 상기 제1 발광셀의 측면으로부터 이격시키는 발광 다이오드.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 발광셀의 상면에서 상기 배선과 상기 제1 발광셀 사이에 위치하여 전류를 차단하는 제2 절연층을 더 포함하는 발광 다이오드.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 절연층은 상기 제1 절연층과 동일 재료로 형성된 발광 다이오드.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 제2 절연층은 상기 제1 투명 전극층 아래에 위치하고, 상기 배선은 상기 제1 투명 전극층에 접속된 발광 다이오드.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 투명 전극층은 상기 제1 발광셀의 적어도 3 측면을 덮는 발광 다이오드.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 투명 전극층의 일부는 제2 발광셀의 측면의 일부를 덮는 발광 다이오드.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 발광셀들은 각각 하부 반도체층, 상부 반도체층 및 상기 하부 반도체층과 상부 반도체층 사이에 위치하는 활성층을 포함하고,
    상기 제1 투명 전극층은 상부 반도체층에 전기적으로 접속되고,
    상기 배선의 일단은 상기 제1 투명 전극층에 전기적으로 접속되고, 상기 배선의 타단은 제2 발광셀의 하부 반도체층에 전기적으로 접속된 발광 다이오드.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 배선과 상기 제1 투명 전극층은 서로 중첩하는 영역 전체에 걸쳐 절연물질이 개재됨이 없이 직접 접속된 발광 다이오드.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 발광셀의 상부 반도체층 상에 위치하는 제2 절연층을 더 포함하되,
    상기 제2 절연층은 적어도 상기 제1 투명 전극층과 상기 배선이 접속하는 영역 하부에 위치하는 발광 다이오드.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 발광셀과 제2 발광셀은 서로 동일한 구조를 갖는 발광 다이오드.
  11. 기판 상에 서로 이격된 제1 발광셀 및 제2 발광셀을 형성하고,
    상기 제1 발광셀의 측면의 적어도 일부를 덮는 제1 절연층을 형성하고,
    상기 제1 발광셀에 전기적으로 접속하는 제1 투명 전극층을 형성하되, 상기 제1 투명 전극층의 일부는 상기 제1 발광셀의 측면의 적어도 일부를 덮고,
    상기 제1 발광셀과 제2 발광셀을 전기적으로 연결하는 배선을 형성하는 것을 포함하되, 상기 배선의 일 단부는 상기 제1 투명 전극층에 전기적으로 접속된 발광 다이오드 제조 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 절연층과 함께 상기 제1 발광셀의 상면에서 상기 배선의 일 단부와 상기 제1 발광셀 사이에 위치하는 제2 절연층이 형성되는 발광 다이오드 제조 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 투명 전극층은 상기 제1 절연층에 의해 상기 제1 발광셀의 측면으로부터 이격되는 발광 다이오드 제조 방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 투명 전극층은 상기 제1 발광셀의 적어도 3 측면을 덮는 발광 다이오드 제조 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 투명 전극층은 상기 제2 발광셀의 측면의 일부를 덮는 발광 다이오드 제조 방법.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 및 제2 발광셀은 각각 하부 반도체층, 상부 반도체층 및 상기 하부 반도체층과 상부 반도체층 사이에 위치하는 활성층을 포함하고,
    상기 배선의 타 단부는 상기 제2 발광셀의 하부 반도체층에 전기적으로 접속된 발광 다이오드 제조 방법.
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