KR20150072068A - 개선된 광 추출 효율을 갖는 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

개선된 광 추출 효율을 갖는 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법이 개시된다. 이 발광 다이오드는, 표면에 돌출부들을 갖는 기판; 및 기판 상에 위치하는 발광 구조체를 포함하며, 이 발광 구조체는 제1 도전형 반도체층; 제1 도전형 반도체층의 제1 영역 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층; 및 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 위치하는 활성층을 포함한다. 한편, 돌출부들 중 일부는 제1 도전형 반도체층의 제2 영역을 관통한다. 제1 도전형 반도체층을 관통하는 돌출부들을 통해 기판으로부터 제1 도전형 반도체층을 거치지 않고 절연층 또는 대기로 광을 방출할 수 있어 광 추출 효율을 높일 수 있다.

Description

개선된 광 추출 효율을 갖는 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법{LED HAVING IMPROVED LIGHT EXTRACTION EFFICIENCY AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히 개선된 광 추출 효율을 갖는 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법에 관한 것이다.
AlGaInN계의 질화물 반도체는 풀컬러 디스플레이, 교통 신호등, 일반조명 및 광통신 기기의 광원으로서 자외선, 청/녹색 발광 다이오드(light emitting diode) 또는 레이저 다이오드(laser diode)에 널리 사용되고 있다.
일반적으로, 질화갈륨계 반도체는 사파이어 기판과 같은 이종 기판 상에 성장되며, 성장된 반도체층들을 패터닝하여 발광 다이오드를 제조한다. 특히, 사파이어 기판은 전기적으로 부도체이므로, 반도체층들 상에 전극 패드들이 형성된다. 이러한 발광 다이오드는 전극들이 사파이어 기판 상부에서 수평적으로 배치되기 때문에 수평형 발광 다이오드로 불린다.
종래, 수평형 발광 다이오드의 광 추출 효율을 개선하기 위해 많은 노력이 있어 왔다. 예를 들면, 반도체층의 표면 또는 투명 전극층의 표면에 광 추출을 위한 추출 패턴을 형성하거나, 패터닝된 사파이어 기판을 사용하는 것이 있다.
사파이어 기판과 질화갈륨계 반도체층은 서로 다른 굴절률을 가지며, 따라서, 이 굴절률 차이에 기인하여 내부 전반사가 발생된다. 사파이어 기판과 질화갈륨 반도체층의 계면에서 내부 전반사하는 광은 대체로 외부로 방출되지 못하고 질화갈륨계 반도체층에 흡수되어 손실된다. 위와 같은 내부 전반사에 의한 광 손실을 줄이기 위해, 패터닝된 사파이어 기판(PSS)이 사용된다. 패터닝된 사파이어 기판은 사파이어 기판 표면에 돌출 패턴을 가진다. 이 돌출 패턴은 광을 산란시키거나 광의 진행 반향을 변화시키며, 이에 따라, 내부 전반사를 거쳐 질화갈륨계 반도체층 내에서 손실될 광을 외부로 방출할 수 있다.
도 1은 종래의 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 2는 도 1의 점선으로 표시된 부분을 확대한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 발광 다이오드는 대체로 기판(21), 발광 구조체(30), 투명 전극층(31), 절연층(33), 제1 및 제2 전극들(35a, 35b) 및 반사기(37)를 포함한다.
기판(21)은 도 2에 도시한 바와 같이 그 표면에 돌출부들(21a)의 패턴을 가진다. 돌출부들(21a)은 특정 형상에 한정되는 것은 아니며 다양한 형상을 가질 수 있다.
발광 구조체(30)는 기판(21) 상에 위치한다. 발광 구조체(30)는 제1 도전형 질화갈륨계 반도체층(25), 활성층(27) 및 제2 도전형 질화갈륨계 반도체층(29)을 포함한다. 일반적으로, 제1 도전형은 n형이고 제2 도전형은 p형이다.
한편, 도 2에 도시한 바와 같이, 발광 구조체(30)와 기판(21) 사이에 버퍼층(23)이 배치될 수 있다. 버퍼층(23)은 일반적으로 언도프트 질화갈륨계층으로 형성된다. 버퍼층(23)은 통상 기판(21) 상의 돌출부들(21a)을 덮는다. 돌출부들(21a)은 따라서 버퍼층(23) 내에 매립된다.
절연층(33)은 발광 구조체(30)를 덮으며 또한 기판(21)의 일부를 덮을 수 있다. 한편, 기판(21)의 뒷면에 반사기가 배치된다. 반사기는 금속층 또는 분포 브래그 반사기 등으로 형성된다.
종래 기술에 따르면, 활성층(27)에서 생성된 광의 일부가 기판(21) 측으로 진행하여 질화갈륨계 반도체층(25 또는 23)과 기판(21)의 계면에 도달한다. 이 광의 일부는 돌출부들(21a)에서 산란되며 따라서 진행 방향을 바꾸어 제1 도전형 반도체층(25)으로 재입사된다.
한편, 질화갈륨계 반도체층(25 또는 23)과 기판(21)의 계면을 통과한 광은 반사기(37)에서 반사되어 다시 발광 구조체(30) 측으로 진행한다. 이 광의 일부는 제1 도전형 질화갈륨계 반도체층(25)으로 재입사된다.
그런데, 제1 도전형 질화갈륨계 반도체층(25)으로 재입사된 광의 일부는, 도2에 도시한 바와 같이, 제1 도전형 질화갈륨계 반도체층(25)과 절연층(33)의 계면으로 입사될 것이다. 이러한 일부 광은 기판(21)의 표면에서 반사되어 제1 도전형 반도체층(25)으로 재입사된 광 및 반사기(37)에서 반사되어 제1 도전형 반도체층(25)으로 입사된 광을 포함한다.
한편, 제1 도전형 질화갈륨계 반도체층(25)의 굴절률은 약 2.4이고, SiO2 절연층(33)의 굴절률은 약 1.6이다. 따라서, 이 광의 일부는 제1 도전형 질화갈륨계 반도체층(25)과 절연층(33)의 계면에서 내부 전반사된다. 또한, 절연층(33) 내부로 진입한 광의 일부는 다시 절연층(33)과 공기(굴절률: 약 1)의 계면에서 내부 전반사된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 개선된 광 추출 효율을 갖는 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 종래 기술에 비해 공정이 복잡해지는 것을 방지하면서 광 추출 효율을 개선할 수 있는 발광 다이오드 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 태양에 따른 발광 다이오드는, 표면에 돌출부들을 갖는 기판; 및 상기 기판 상에 위치하는 발광 구조체를 포함하며, 상기 발광 구조체는 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층의 제1 영역 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층; 및 상기 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 위치하는 활성층을 포함한다. 한편, 상기 돌출부들 중 일부는 상기 제1 도전형 반도체층의 제2 영역을 관통한다.
제1 도전형 반도체층을 관통하는 돌출부들을 통해 기판으로부터 제1 도전형 반도체층을 거치지 않고 절연층 또는 대기로 광을 방출할 수 있어 광 추출 효율을 높일 수 있다.
한편, 상기 제1 도전형 반도체층의 제1 영역 아래에 위치하는 돌출부들은 상기 제1 도전형 반도체층에 의해 덮인다. 나아가, 상기 돌출부들은 2.5㎛ 이상의 높이를 가질 수 있다. 상기 돌출부들은 상기 활성층보다 아래에 위치한다. 따라서, 돌출부에 의해 활성층의 결정 품질이 나빠지는 것을 방지할 수 있다.
상기 발광 다이오드는, 상기 제1 도전형 반도체층을 관통하는 돌출부들을 덮는 절연층을 더 포함할 수 있다. 상기 절연층은 상기 기판보다 낮은 굴절률을 가진다. 나아가, 상기 절연층은 상기 돌출부들 상부에 볼록부들을 가질 수 있다. 볼록부들에 의해 절연층과 공기의 계면에서 내부 전반사를 줄여 광 추출 효율을 더욱 개선할 수 있다.
상기 발광 다이오드는, 상기 발광 구조체에 대향하여 상기 기판의 하면에 배치된 반사기를 더 포함할 수 있다. 반사기는 기판 뒷면으로 입사되는 광을 기판 상면측으로 반사시킴으로써 광 효율을 개선한다.
또한, 상기 발광 다이오드는, 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 기판 사이에 배치된 언도프트 버퍼층을 더 포함할 수 있다. 상기 돌출부들은 상기 언도프트 버퍼층을 관통한다. 상기 언도프트 버퍼층을 배치함으로써, 그 위에 양호한 결정 품질의 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 성장시킬 수 있다.
나아가, 상기 발광 다이오드는, 상기 제1 도전형 반도체층의 제2 영역 상에 접속된 제1 전극; 및 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제2 전극을 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 제1 도전형 반도체층은 n형 질화갈륨계 반도체층을 포함할 수 있으며, 상기 제2 도전형 반도체층은 p형 질화갈륨계 반도체층을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 태양에 따른 발광 다이오드 제조 방법은, 표면에 돌출부들을 갖는 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 성장시키고, 상기 제1 도전형 반도체층이 노출되도록 상기 제2 도전형 반도체층 및 활성층을 부분적으로 제거하고, 상기 돌출부들이 부분적으로 노출되도록 상기 노출된 제1 도전형 반도체층을 두께 방향으로 부분적으로 제거하는 것을 포함한다.
기판 표면에 형성된 돌출부들이 제1 도전형 반도체층의 외부에 노출됨으로써 발광 다이오드의 광 추출 효율을 개선할 수 있다. 더욱이, 본 발명에 따른 발광 다이오드 제조 방법은 종래의 발광 다이오드 제조 방법에 새로운 공정 단계, 예를 들면 사진 공정이나 식각 공정을 추가하는 것이 아니므로, 공정이 복잡해지지 않는다.
한편, 상기 발광 다이오드 제조 방법은, 상기 돌출부들이 노출된 후, 절연층을 형성하여 상기 노출된 돌출부를 덮는 것을 더 포함할 수 있다. 나아가, 상기 절연층은 상기 돌출부들 상부에 볼록부들을 가질 수 있다.
상기 발광 다이오드 제조 방법은, 상기 제1 도전형 반도체층을 성장시키기 전에, 상기 기판 상에 버퍼층을 성장시키는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 버퍼층은 상기 돌출부들의 높이보다 작은 두께로 성장될 수 있다.
나아가, 상기 돌출부들은 2.5㎛ 이상의 두께를 가지며, 상기 제1 도전형 반도체층은 상기 돌출부들을 덮도록 성장될 수 있다.
상기 발광 다이오드 제조 방법은, 상기 기판의 뒷면에 반사기를 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 발광 다이오드 제조 방법은, 상기 두께 방향으로 부분적으로 제거된 제1 도전형 반도체층 상에 제1 전극을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 1 도전형 반도체층은 n형 질화갈륨계 반도체층을 포함할 수 있으며, 상기 제2 도전형 반도체층은 p형 질화갈륨계 반도체층을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 기판 표면에 형성된 돌출부들이 제1 도전형 반도체층의 일부 영역을 관통함으로써 광 추출 효율이 개선된 발광 다이오드를 제공한다. 나아가, 종래 기술과 동일한 공정 단계들을 이용하여 발광 다이오드를 제조하기 때문에, 종래 기술에 비해 공정이 복잡해지는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 원형 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 3의 점선으로 표시한 부분을 확대 도시한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 그리고, 도면에 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 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 4는 도 3의 점선으로 표시한 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 발광 다이오드는, 기판(51), 버퍼층(53), 발광 구조체(60), 투명 전극층(61), 절연층(63), 제1 및 제2 전극들(65a, 65b) 및 반사기(67)를 포함할 수 있다.
기판(51)은 질화갈륨계 반도체층을 성장시킬 수 있는 성장 기판으로서, 예컨대 패터닝된 사파이어 기판일 수 있다. 기판(51)은, 도 4에 도시한 바와 같이, 그 표면에 돌출부들(51a)의 패턴을 가진다. 돌출부들(51a)은 특정 형상에 한정되는 것은 아니며 다양한 형상을 가질 수 있다.
돌출부들(51a)은 소정의 높이를 가진다. 돌출부들(51a)은 종래의 패터닝된 사파이어 기판에 사용되는 돌출부에 비해 상대적으로 더 큰 높이를 가질 수 있으며, 예를 들어, 2.5㎛이상일 수 있다. 돌출부들(51a)이 2.5㎛ 이상의 상대적으로 큰 높이를 가지므로, 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 도전형 반도체층(55)을 쉽게 관통할 수 있다. 돌출부들(51a)의 높이 상한은 제1 도전형 반도체층의 두께 등을 고려하여 설정될 수 있다. 돌출부들(51a)의 높이는 버퍼층(53)과 제1 도전형 반도체층(55)의 두께합보다 작은 높이를 가진다, 예를 들어, 돌출부들(51a)의 상한은 5㎛ 이하일 수 있다.
상기 돌출부들(51a)은 기판(51)의 표면을 사진 및 식각 기술을 이용하여 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 기판(51)은 건식 또는 습식 식각을 이용하여 식각될 수 있다.
발광 구조체(60)는 기판(51) 상에 위치한다. 발광 구조체(60)는 제1 도전형 반도체층(55), 활성층(57) 및 제2 도전형 반도체층(59)을 포함한다. 일반적으로, 제1 도전형은 n형이고 제2 도전형은 p형이다.
제1 도전형 반도체층(55)은 n형 불순물이 도핑된 질화갈륨계 반도체층, 예컨대 Si이 도핑된 질화갈륨계 반도체층을 포함한다. 제1 도전형 반도체층(55)은 GaN층을 포함할 수 있으며, 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(55)에 도핑되는 Si 도핑농도는 5×1017/㎤ ~5×1019/㎤ 범위 내일 수 있다.
제1 도전형 반도체층(55)은 상대적으로 두꺼운 제1 영역과 상대적으로 얇은 제2 영역을 포함한다. 제1 도전형 반도체층(55)의 제1 영역은 돌출부들(51a)을 덮어 매립한다. 따라서, 제1 영역 아래의 돌출부들(51a)은 활성층(57)보다 아래에 위치한다. 한편, 제1 도전형 반도체층(55)의 제2 영역 아래의 돌출부들(51a)은 제1 도전형 반도체층(55)을 관통하여 제1 도전형 반도체층(55)의 제2 영역의 상면보다 위로 돌출한다.
한편, 제2 도전형 반도체층(59)은 제1 도전형 반도체층(55)의 제1 영역 상에 위치하며, 활성층(57)은 제1 도전형 반도체층(55)과 제2 도전형 반도체층(59) 사이에 위치한다.
활성층(57)은 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조를 가질 수 있으며, 질화갈륨계 반도체층으로 형성된 우물층 및 장벽층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 활성층(57)의 우물층은 InGaN으로 형성될 수 있으며, 장벽층은 GaN으로 형성될 수 있다.
상기 활성층(57)의 장벽층 및 우물층은 활성층의 결정 품질을 향상시키기 위해 불순물이 도핑되지 않은 언도프트층으로 형성될 수 있으나, 순방향 전압을 낮추기 위해 일부 또는 전체 활성 영역 내에 불순물이 도핑될 수도 있다.
제2 도전형 반도체층(59)은 Mg과 같은 p형 불순물이 도핑된 질화갈륨계 반도체층, 예컨대 GaN층을 포함한다. 제2 도전형 반도체층(59)은 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있으며, 전자 블록층을 포함할 수 있다.
한편, 발광 구조체(60)와 기판(51) 사이에 버퍼층(53)이 위치할 수 있다. 버퍼층(53)은 통상 저온 버퍼층(핵층) 및 고온 버퍼층을 포함할 수 있다. 저온 버퍼층은 예컨대 AlN 또는 GaN일 수 있으며, 고온 버퍼층은 GaN로 형성될 수 있다. 버퍼층(53)은 돌출부들(51a)의 높이보다 작은 두께를 가진다. 예를 들어, 버퍼층(53)은 2㎛ 이하일 수 있다. 따라서, 돌출부들(51a)은 버퍼층(53)을 관통한다.
투명 전극층(61)은 제2 도전형 반도체층(59) 상에 위치하며, 제2 도전형 반도체층(59)에 전기적으로 접속한다. 투명 전극층(61)은 투명 도전성 산화물(TCO) 또는 투명 금속층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 투명 전극층(61)은 인디움 틴 산화막 또는 Ni/Au로 형성될 수 있다.
절연층(63)은 발광 구조체(60) 및 투명 전극층(61)을 덮으며 또한 제1 도전형 반도체층(55)의 제2 영역을 덮는다. 나아가, 절연층(63)의 일부는 기판(51)을 덮을 수도 있다. 절연층(63)은 또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 제2 영역을 관통하는 돌출부들(51a)을 덮을 수 있다. 절연층(63)은 돌출부들(51a) 돌출부들(51a) 상에 볼록부들(63a)을 가질 수 있다. 볼록부들(63a)은 절연층(63)을 통해 외부로 방출되는 광의 광 추출 효율을 향상시킨다.
한편, 제1 전극(65a)은 제1 도전형 반도체층(55)의 제1 영역 상에 위치하여 제1 도전형 반도체층(55)에 전기적으로 접속할 수 있다. 제1 전극(65)은 또한 제1 도전형 반도체층(55)을 관통하는 돌출부들(51a)을 덮을 수 있다. 한편, 제2 전극(65b)은 제2 도전형 반도체층(59)에 전기적으로 접속한다. 제2 전극(65b)은 투명 전극층(61) 상에 형성되고 투명 전극층(61)을 통해 제2 도전형 반도체층(59)에 전기적으로 접속할 수 있다.
한편, 반사기(67)는 기판(51)의 뒷면에 위치한다. 반사기(67)는 반사 금속층 또는 분포 브래그 반사기일 수 있다. 반사기(67)는 기판(51)을 통해 기판 뒷면으로 진행하는 광을 반사시킨다.
본 실시예에 따르면, 반사기(67)에서 반사된 광이 제1 도전형 반도체층(55)의 제1 영역으로 진행할 때, 돌출부들(51a)을 통해 직접 절연층(63)으로 입사될 수 있다. 절연층(63)은 기판(51)보다 낮은 굴절률을 가지며, 따라서, 기판(51), 절연층(63) 및 대기의 순으로 순차적으로 굴절률이 낮아지는 방향으로 광이 진행할 수 있다. 이에 따라, 내부 전반사에 의한 광 손실을 감소시킬 수 있다.
나아가, 활성층(57)에서 생성된 광의 일부는 돌출부들(51a)에서 반사되어 제1 영역 상의 절연층(63)으로 입사될 수 있다. 절연층(63)이 볼록부들(63a)을 가지므로, 이들 광 또한 볼록부들(63a)을 통해 외부로 방출될 수 있어 내부 전반사에 의한 광 손실을 더욱 줄일 수 있다.
이하에서, 상기 발광 다이오드 제조 방법에 대해 설명한다. 본 발명에 따른 발광 다이오드 제조 방법은 대체로 종래 기술의 발광 다이오드 제조 방법과 유사하며, 따라서 차이점을 상세히 설명하기로 한다.
다시, 도 3 및 도 4를 참조하면, 우선, 표면에 돌출부들(51a)을 갖는 기판(51)이 준비된다. 기판(51)은 예컨대, 2인치, 4인치 또는 6인치의 패터닝된 사파이어 기판일 수 있다. 돌출부들(51a)은 사진 및 식각 기술을 이용하여 형성될 수 있다. 이때, 상기 돌출부들(51a)은 2.5㎛ 이상의 높이를 갖도록 형성된다. 돌출부들(51a)의 상한은 후속 에피층들의 두께를 고려하여 한정될 수 있으며, 예컨대 5㎛ 이하일 수 있다.
이어서, 상기 기판(51) 상에 제1 도전형 반도체층(55), 활성층(57) 및 제2 도전형 반도체층(59)이 성장된다. 제1 도전형 반도체층(55)을 성장시키기 위해 버퍼층(53)이 먼저 성장될 수 있다.
버퍼층(53)은 통상 저온 버퍼층(핵층) 및 고온 버퍼층을 포함할 수 있다. 저온 버퍼층은 기판(51) 상에 400~600℃의 저온에서 (Al, Ga)N로 형성될 수 있다. 예컨대, 저온 버퍼층은 GaN 또는 AlN로 형성된다. 저온 버퍼층은 약 25nm의 두께로 형성될 수 있다. 고온 버퍼층은 기판(51)과 제1 도전형 반도체층(55) 사이에서 전위와 같은 결함발생을 완화하기 위한 층으로, 상대적으로 고온에서 성장된다. 고온 버퍼층은 결정 품질을 향상시키기 위해 언도프트 질화갈륨계층으로 형성될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 고온 버퍼층이 n형 불순물이 도핑된 질화갈륨계 반도체층으로 형성될 수도 있다.
버퍼층(53), 제1 도전형 반도체층(55), 활성층(57) 및 제2 도전형 반도체층(59)은 MOCVD 기술을 사용하여 챔버 내로 금속 소스 가스를 공급하여 기판(51) 상에 성장될 수 있다. 여기서, 제1 도전형 반도체층(55)은 n형 질화갈륨계 반도체층을 포함하는 단일층 또는 다중층일 수 있으며, 제2 도전형 반도체층(59)은 p형 질화갈륨계 반도체층을 포함하는 단일층 또는 다중층일 수 있다.
이어서, 제2 도전형 반도체층(59) 상에 투명 전극층(61)이 형성될 수 있다. 투명 전극층(61)은 인디움 틴 산화막과 같은 투명 도전성 산화물 또는 Ni/Au와 같은 투명 금속층으로 형성될 수 있다. 투명 전극층(61)은 또한 제2 도전형 반도체층(59)에 오믹 콘택할 수 있다.
한편, 상기 제1 도전형 반도체층(55)이 노출되도록 제2 도전형 반도체층(59) 및 활성층(57)을 부분적으로 제거한다. 또한, 돌출부들(51a)이 부분적으로 노출되도록 상기 노출된 제1 도전형 반도체층(55)을 두께 방향으로 부분적으로 제거한다. 이 공정은 메사 식각 공정으로 잘 알려져 있다. 다만, 본 실시예에서는, 상기 메사 식각 공정 동안, 제1 도전형 반도체층(55)이 노출되는 영역(제2 영역)에서 돌출부들(51a)이 함께 노출되는 점에 특징이 있다.
이어서, 상기 투명 전극층(61) 및 노출된 제1 도전형 반도체층(55)을 덮는 절연층(63)을 형성한다. 절연층(63)은 예컨대 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막으로 형성될 수 있다. 절연층(63)은 또한 돌출부들(51a)을 덮을 수 있으며, 돌출부들(51a) 상부에 볼록부들(63a)을 가질 수 있다. 도면에서, 볼록부들(63a)이 반구형상인 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 절연층(63)은 투명 전극층(61)을 노출시키는 개구부 및 제1 도전형 반도체층(55)을 노출시키는 개구부를 가질 수 있다.
제1 전극은(65a) 제1 도전형 반도체층(55)의 제2 영역, 즉, 노출된 제1 도전형 반도체층(55) 상에 형성되고, 제2 전극(65b)은 투명 전극층(61) 상에 형성될 수 있다. 제1 전극(65a) 및 제2 전극(65b)은 절연층(63)의 개구부들 내에 형성될 수 있다.
이어서, 기판(51)의 뒷면을 연마하여 기판(51)의 두께를 감소시킨 후, 기판(51)의 뒷면에 반사기(67)를 형성할 수 있다. 반사기(67)은 Al과 같은 반사 금속층 또는 유전율이 서로 다른 유전층들을 적층한 분포 브래그 반사기로 형성될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 종래의 발광 다이오드 제조 방법과 동일한 공정 순서에 따라 발광 다이오드를 제조하며, 다만, 돌출부들(51a)의 높이와 메사 식각 공정에서 메사 식각의 정도를 다르게 할 뿐이다. 따라서, 종래 기술에 비해 발광 다이오드 제조 방법이 복잡해지지 않는다.
한편, 본 발명에 따른 발광 다이오드 제조 방법은 종래 표면에 거칠어진 면을 형성하는 다른 기술들, 예컨대, 투명 전극층에 광 추출 패턴을 형성하는 기술과 함께 사용될 수도 있을 것이다.

Claims (18)

  1. 표면에 돌출부들을 갖는 기판; 및
    상기 기판 상에 위치하는 발광 구조체를 포함하되,
    상기 발광 구조체는 제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층의 제1 영역 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층; 및
    상기 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 위치하는 활성층을 포함하고,
    상기 돌출부들 중 일부는 상기 제1 도전형 반도체층의 제2 영역을 관통하는 발광 다이오드.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층의 제1 영역 아래에 위치하는 돌출부들은 상기 제1 도전형 반도체층에 의해 덮인 발광 다이오드.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 돌출부들은 2.5㎛ 이상의 높이를 갖되, 상기 활성층보다 아래에 위치하는 발광 다이오드.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층을 관통하는 돌출부들을 덮는 절연층을 더 포함하는 발광 다이오드.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 절연층은 상기 기판보다 낮은 굴절률을 가지는 발광 다이오드.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 절연층은 상기 돌출부들 상부에 볼록부들을 가지는 발광 다이오드.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광 구조체에 대향하여 상기 기판의 하면에 배치된 반사기를 더 포함하는 발광 다이오드.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층과 상기 기판 사이에 배치된 언도프트 버퍼층을 더 포함하되,
    상기 돌출부들은 상기 언도프트 버퍼층을 관통하는 발광 다이오드.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층의 제2 영역 상에 접속된 제1 전극; 및
    상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제2 전극을 더 포함하는 발광 다이오드.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층은 n형 질화갈륨계 반도체층을 포함하고,
    상기 제2 도전형 반도체층은 p형 질화갈륨계 반도체층을 포함하는 발광 다이오드.
  11. 표면에 돌출부들을 갖는 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 성장시키고,
    상기 제1 도전형 반도체층이 노출되도록 상기 제2 도전형 반도체층 및 활성층을 부분적으로 제거하고,
    상기 돌출부들이 부분적으로 노출되도록 상기 노출된 제1 도전형 반도체층을 두께 방향으로 부분적으로 제거하는 것을 포함하는 발광 다이오드 제조 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 돌출부들이 노출된 후, 절연층을 형성하여 상기 노출된 돌출부를 덮는 것을 더 포함하는 발광 다이오드 제조 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 절연층은 상기 돌출부들 상부에 볼록부들을 갖는 발광 다이오드 제조 방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층을 성장시키기 전에, 상기 기판 상에 버퍼층을 성장시키는 것을 더 포함하되,
    상기 버퍼층은 상기 돌출부들의 높이보다 작은 두께로 성장되는 발광 다이오드 제조 방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 돌출부들은 2.5㎛ 이상의 두께를 가지며, 상기 제1 도전형 반도체층은 상기 돌출부들을 덮도록 성장되는 발광 다이오드 제조 방법.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 기판의 뒷면에 반사기를 형성하는 것을 더 포함하는 발광 다이오드 제조 방법.
  17. 청구항 11에 있어서,
    상기 두께 방향으로 부분적으로 제거된 제1 도전형 반도체층 상에 제1 전극을 형성하는 것을 더 포함하는 발광 다이오드 제조 방법.
  18. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층은 n형 질화갈륨계 반도체층을 포함하고,
    상기 제2 도전형 반도체층은 p형 질화갈륨계 반도체층을 포함하는 발광 다이오드 제조 방법.
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CN111480241A (zh) * 2019-08-05 2020-07-31 厦门三安光电有限公司 一种倒装发光二极管

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