KR20170041672A - 발광 구조체 - Google Patents

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치엔-후 센
차오-싱 첸
춘-카이 고
샹-징 혼
셍-지에 수
데-샨 쿠오
신-잉 왕
추-린 야오
치엔-푸 황
신-마오 리우
치엔-카이 청
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Abstract

서로 이격되어 있으며 인접한 제1 발광 유닛 및 제2 발광 유닛; 및 상기 제1 발광 유닛과 상기 제2 발광 유닛 상에 배치되어, 상기 제1 발광 유닛과 상기 제2 발광 유닛을 전기적으로 연결하는 전기적 커넥션을 포함하고, 상기 제1 발광 유닛은 제1 측면 및 제2 측면을 포함하고, 상기 제1 측면은 상기 제1 발광 유닛 및 상기 제2 발광 유닛 사이에 있고, 상기 제2 측면은 상기 제1 발광 유닛과 상기 제2 발광 유닛 사이에 있지 않고, 상기 제1 측면은 기울어져 있으며 상기 제2 측면보다 완만한, 구조체.

Description

발광 구조체{LIGHT-EMITTING STRUCTURE}
본 출원은, 2010년 9월 13일에 출원된 미국 가특허출원 제61/382,451호에 대해 우선권을 주장하는, 2011년 9월 13일에 출원된 발명의 명칭이 "LIGHT EMITTING STRUCTURE"인 미국 특허출원 제13/230,988호의 연속 출원이며, 그 내용은 그 전체로서 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 발광 구조체, 더 상세하게는 적어도 두 개의 발광 유닛을 가지는 발광 구조체와 발광 유닛을 연결하는 전기적 커넥션(connection)에 관한 것이다.
발광 다이오드 어레이는 수 개의 발광 다이오드가 직렬 또는 병렬로 전기적으로 연결되어 구성된다. 하나의 다이오드는 트렌치(trench) 또는 그루브(groove)에 의해 다른 다이오드로부터 전기적으로 분리되어 있다. 분리된 다이오드를 연결하기 위하여, 다이오드 사이의 트렌치를 메우기 위한 금속 선 또는 필름이 사용될 수 있다. 그러나, 이 금속 선 또는 필름은 트렌치의 높은 종횡비로 인하여 제조 공정에서 쉽게 손상될 수 있다.
본 발명의 일 구현예는, 서로 이격되어 있으며 인접한 제1 발광 유닛 및 제2 발광 유닛; 및 상기 제1 발광 유닛과 상기 제2 발광 유닛 상에 배치되어, 상기 제1 발광 유닛과 상기 제2 발광 유닛을 전기적으로 연결하는 전기적 커넥션을 포함하고, 상기 제1 발광 유닛은 제1 측면 및 제2 측면을 포함하고, 상기 제1 측면은 상기 제1 발광 유닛 및 상기 제2 발광 유닛 사이에 있고, 상기 제2 측면은 상기 제1 발광 유닛과 상기 제2 발광 유닛 사이에 있지 않고, 상기 제1 측면은 기울어져 있으며 상기 제2 측면보다 완만한, 발광 구조체를 개시한다.
본 발명의 또 다른 구현예는, 서로 이격되어 있으며 인접한 제1 발광 유닛 및 제2 발광 유닛 - 상기 제1 발광 유닛은 상기 제2 발광 유닛을 대향하는 계단형 측면을 포함함 - ; 상기 계단형 측면 상에 형성되어 있는 절연층; 및 상기 절연층 상이 형성되어 있으며, 상기 제1 발광 유닛과 상기 제2 발광 유닛을 전기적으로 연결하는 전기적 커넥션을 포함하는 발광 구조체를 개시한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 두 개의 발광 구조체 유닛 사이의 연결을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 발광 구조체 유닛의 상면도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 트렌치(trench) 매립을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 트렌치 위의 전기적 커넥션(connection)의 상면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 구현예에 따른 두 개의 발광 구조체 유닛 사이의 트렌치 위의 전기적 커넥션의 상면도이다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 발광 구조체 유닛 사이의 상호 연결 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른 수 개의 발광 구조체 유닛의 단면도; 및
도 8a 내지 8f는 본 발명의 일 구현예에 따른 발광 구조체 유닛의 형성 과정을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 일 구현예에 따른 발광 구조체 유닛의 단면도이다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 두 개의 발광 구조체 유닛 사이의 연결을 나타내는 단면도이다. 각각의 좌측 발광 구조체 유닛(10A) 및 우측 발광 구조체 유닛(10B)은, 하층(11A, 11B), 상층(12A, 12B), 하층(11A, 11B)과 상층(12A, 12B) 사이의 발광 접합(13A, 13B), 및 전류 확산층(14A, 14B)을 포함하고, 이것들은 에피택셜 성장(epitaxial growth) 또는 금속 결합, 용융 결합, 및 접착제 결합과 같은 결합 방법에 의해 기판(도시되지 않음)상에 순차적으로 형성된다.
좌측 발광 구조체 유닛(10A) 및 우측 발광 구조체 유닛(10B)은 공통 기판 또는 별개의 기판에 의해 지지되고, 트렌치(trench)(15)에 의해 전기적으로 분리될 수 있다. 예를 들면, 발광 구조체 유닛 (10A) 및 (10B)는 일반적으로, 사파이어, GaAs, Si, 금속, 유리, 또는 PCB와 같은, 하나의 벌크 기판(bulk substrate)상에 형성될 수 있고; 또는 각각의 발광 구조체 유닛은 상술한 것과 같은 그것의 독립적인 벌크 기판상에 형성될 수 있으며, 한편 각각의 독립된 벌크 기판은 기계 장치, 유기 물질, 금속 물질, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 함께 더 통합될 수 있다. 트렌치(15)는, 기판 또는 유닛들 사이의 임의의 층에 도달하거나, 삽입되거나, 관통하도록 형성된다. 트렌치(15)는 적어도 하나의 둥글린 에지(rounded edge) 및/또는 적어도 하나의 모따기한 에지(chamfered edge)의 단면 윤곽을 가진다. 둥글린 에지 및/또는 모따기한 에지는 하나의 층 또는 수 개의 층 위에 형성될 수 있다. 예를 들면, 도면에 나타난 바와 같이, 둥글린 에지(R) 및/또는 모따기한 에지는 하층(11A) 및/또는 하층(11B) 위에 형성될 수도 있다. 그러나, 둥글린 에지 및/또는 모따기한 에지는 또한 상층 및 하층 모두 위에 형성될 수 있다. 둥글린 에지는 바람직하게는 1㎛ 이상의 반지름 (R)을 가진다. 모따기한 에지는 동일하거나 상이한 두 개의 베벨(bevel) 길이 (Lbevel)를 가질 수 있다.
또한, 트렌치의 측벽은 하층의 바닥면에 대하여 80 도를 초과하여 기울어져 있다. 예를 들면, 측벽과 하층의 바닥면 사이의 각 θ는, 도면에 나타난 바와 같이, 80 °, 70 °, 60 °, 50 °, 또는 40 °보다 작다. 각 θ는 또한 80 ° 내지 70 °, 70 ° 내지 60 °, 및 60 ° 내지 40 °와 같은 특정한 범위 이내이다. 또한, 트렌치는 유사한 각 또는 상이한 각으로 기울어진 측벽을 가질 수 있다. 예를 들면, 하나의 측벽은 50 ° 내지 40 °의 각으로 기울어져 있고; 다른 측벽은 60 ° 내지 50 °의 각으로 기울어져 있다. 하나 이상의 측벽이 기울어져 있다면, 트렌치는 높이, 장변, 및 장변에 평행한 단변을 가지는 사다리꼴의 단면을 가진다. 상기 높이는 하층의 두께 또는 상층 및 하층의 총 두께에 근사하다. 예를 들면, 높이는 1 ㎛ 내지 10 ㎛ 사이이고; 장변은 3 ㎛ 내지 10 ㎛의 길이를 가지며; 단변은 1 ㎛ 내지 40 ㎛의 길이를 가지고; 장변과 단변의 비는 3:1 과 1.5:1 사이이다. 구체적으로, 높이는 4 ㎛ 내지 9 ㎛ 사이이고; 장변은 5 ㎛ 내지 40 ㎛ 사이이며; 단변은 2.5 ㎛ 내지 20 ㎛ 사이이다.
유닛들 사이에 전기적인 통로를 만들기 위하여, 전기적 커넥션(connection)(18)은 트렌치(15)를 교락(bridge)하고, 같은 유닛에 속하지 않는, 하층(11A), 하층(11B), 상층(12A), 및 상층(12B) 중 임의의 두 개의 층을 전기적으로 연결한다. 예를 들면, 유닛은 하층(11A) 및 상층(12B), 또는 상층(12A) 및 하층(11B)를 교락하여 직렬 연결로 서로 결합될 수 있고; 유닛은 상층(12A) 및 상층(12B)를 교락하여 병렬 연결로 결합될 수 있다.
전기적 커넥션(18)이 의도하지 않게 다른 층과 접촉하는 것을 방지하기 위하여, 트렌치(15) 및, 하층(11A) 및/또는 하층(11B)의 측벽(들), 트렌치(15)의 에지(edge)(들), 상층(12A) 및/또는 상층(12B)의 측벽(들), 상층(12A) 및/또는 상층(12B)의 상면(들), 및/또는 전류 확산층(14A) 및/또는 전류 확산층(14B)의 바닥면(들)과 같은 트렌치 개구 근처의 일부 영역 위에 분리층(16)도 제공될 수 있다. 선택적으로, 분리층(17)이 분리층(16)과 전기적 커넥션(18) 사이에 추가로 제공될 수 있다. 분리층(17)은, 분리층(16)과 전기적 커넥션(18) 사이의 빈 공간을 채우기 위하여, 분리층(16) 위의 간극(void)을 채우기 위하여, 분리층(16)의 외부 표면을 평탄하게 하기 위하여, 트렌치(15)를 채우기 위하여, 전기적 커넥션(18)을 놓기 위한 평면을 형성하기 위하여, 분리층(16)에 의해 가려지지 않는 영역(들)을 덮기 위하여, ESD 방지를 향상시키기 위하여, 및/또는 전기적 커넥션(18)을 지지하기 위하여 사용될 수 있다.
분리층(16)은 예각인 에지를 가질 수 있고; 따라서 분리층(16) 위에 놓인 층은 분리층(16)의 에지 위의 드롭(drop)을 평탄하게 덮을 수 있다. 에지의 경사는 드롭(drop) 위의 층에 집중된 스트레스를 완화할 수 있다. 예각은 90 °, 80 °, 70 °, 60 °, 또는 50 °보다 작을 수 있다. 분리층(16)뿐 아니라, 분리층(17) 또한 예각인 에지를 가질 수 있다.
또한, 전기적 커넥션(18)을 산화, 부식, 및/또는 손상으로부터 보호하기 위해, 전기적 커넥션(18) 위에 패시베이션(passivation)(19)이 형성될 수 있다. 패시베이션(19)은 전기적 커넥션(18)의 외부 표면(들)뿐 아니라 외부 표면(들)을 넘어선 영역까지 덮을 수 있다. 구체적으로, 패시베이션(19)은 분리층(17), 전류 확산층(14A), 전류 확산층(14B), 상층(12A), 상층(12B), 하층(11A), 및/또는 하층(11B)의 임의의 표면 위에 추가로 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 발광 구조체 유닛의 상면도를 도시한 것이다. 도면에서, 네 개의 직사각형의 발광 구조체 유닛 1, 2, 3, 4가 2x2 배열로 배치되어 있으며; 그러나, 발광 구조체 유닛의 형태, 숫자, 및 배치는 예시에 불과하고 본 발명의 응용과 변형은 제한되지 않는다.
발광 구조체 유닛 1, 2, 3, 4는 트렌치(15)에 의해 좌우로 나뉘어진다. 전기적 커넥션(18)은 하나의 발광 구조체 유닛(예를 들면, 유닛 3)으로부터 다른 발광 구조체 유닛(예를 들면, 유닛 4)까지 트렌치(15)를 교락할 수 있고, 직렬 또는 병렬 연결로서 두 개의 유닛을 결합할 수 있다. 단면 AA'에서 나타난 바와 같이, 전기적 커넥션(18)이 형성되어 있지 않은 트렌치(15)(예를 들면, 유닛 1과 유닛 4 사이)는 더 경사진 측벽을 가지고, 따라서, 트렌치(15) 부근에 더 큰 부피의 발광 구조체 유닛이 존재한다. 대조적으로, 단면 BB'에서 나타난 바와 같이, 전기적 커넥션(18)이 형성된 트렌치(15)(예를 들면, 유닛 3과 유닛 4 사이)는 단면 AA'에서의 측벽과 비교하여 덜 경사진 측벽을 가진다. 일 구현예에서, 발광 구조체 유닛의 일부가 사다리 모양, 및/또는 기울어진 측벽을 가지는 트렌치를 형성하기 위해 제거된다. 다시 말해서, 트렌치는 역-사다리꼴 또는 유사-역-사다리꼴 단면 윤곽을 가진다. 예를 들면, 트렌치를 형성하기 위한 방법은 습식 식각, 건식 식각, 레이저 가공, 다이아몬드 절단과 이들의 임의의 조합에서 선택될 수 있다. 일반적으로, 측벽이 더 경사질수록, 가공 시간이 더 짧아진다.
또한, (도 2에 도시된 바와 같이) 전체 길이 트렌치 Lfull 또는 부분 길이 트렌치 Lpartial 중 어느 하나에 덜 경사진 측벽이 형성될 수 있다. 여기에서 전체 길이 트렌치 Lfull은 발광 구조체 유닛의 너비와 근사한 길이를 가지는 트렌치로 정의되고; 부분 길이 트렌치 Lpartial은 발광 구조체 유닛의 너비보다 작은 길이를 가지는 트렌치로 정의된다. 예를 들면, Lpartial은 10㎛ 내지 100 ㎛ 사이이고; 발광 구조체 유닛의 너비는 100 ㎛ 내지 1000 ㎛ 사이이며; Lpartial과 발광 구조체 유닛의 너비의 비는 1:2 내지 1:10 사이이다. 또한, 전기적 커넥션(18)은, 도 5에 나타난 바와 같이, 상기 전기적 커넥션(18)으로부터 멀리 떨어진 위치로부터 전류가 들어오거나 흘러나가는 회로 망(current network)(20)과 추가적으로 연결될 수 있다.
도 3은 트렌치의 매립을 도시한 것이다. 단계 (1)에서는, 분리층(21)과 하부의 전기적 커넥션(22a)이 두 개의 발광 구조체 유닛 (24), (25) 사이에 형성된 트렌치(23)에 순차적으로 제공된다. 분리층(21)은 발광 구조체 유닛 (24), (25)와의 접촉으로부터 하부의 전기적 커넥션(22a)을 분리할 수 있다. 하부의 전기적 커넥션(22a)은 두 개의 발광 구조체 유닛 (24), (25)를 전기적으로 연결할 수 있다. 하부의 전기적 커넥션(22a)은 증착법 및 식각 공정에 의해 형성될 수 있다. 트렌치(23)는 테이퍼형(tapered) 단면을 가지기 때문에, 따라서 하부의 전기적 커넥션(22a)의 기울어진 부분은 대개 그것의 평평한 부분보다 얇고, 이후의 공정에서 쉽게 손상될 수 있다. 하부의 전기적 커넥션(22a)의 기울어진 부분을 보강하기 위해, 상부의 전기적 커넥션(22b)이 하부의 전기적 커넥션(22a) 위에 추가적으로 제공된다. 상부의 전기적 커넥션(22b)은, 단계 (2)에 나타난 바와 같이, 바람직하게는 기울어진 부분의 상부 또는 트렌치(23) 내부에 제공된다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 두 개의 발광 구조체 유닛 사이의 트렌치 위의 전기적 커넥션의 상면도이다. 전기적 커넥션(250)은 트렌치(23) 위의 교락 부분(250a)과 두 개의 결합 부분(250b)을 가진다. 각각의 두 개의 결합 부분(250b)은 각각의 두 개의 발광 구조체 유닛(26) 위에 있는 양극 또는 음극에 전기적으로 연결되어 있다. 교락 부분(250a)은 BB 단면을 가지고; 결합 부분(250b)은 AA 단면을 가진다. BB 단면은 AA 단면보다 넓은 폭을 가지지만, 두 개의 단면은 단면적 당 일정하거나 고른 전기적 흐름을 달성하기 위해 동일하거나 근사한 면적을 가질 수 있다. 예를 들면, 교락 부분(250a)은 5 ㎛ 내지 50 ㎛의 너비를 가지고; 결합 부분(250b)은 3 ㎛ 내지 15 ㎛의 너비를 가지며, 두 부분 모두 8 ㎛에 근사한 두께를 가진다. 그러나, 두 개의 단면은 또한 사용자의 요구사항 또는 실질적인 제조 공정에 따라 상이한 면적을 가질 수도 있다. 교락 부분(250a)은 기본적인 전기적 커넥션 제조 공정이 완료된 후에 구성될 수 있다. 예를 들면, 기울어진 측벽을 가지는 트렌치(23) 위의 전기적 커넥션(250)은 트렌치와 발광 구조체 유닛(26)의 특정 영역 위에 금속을 증착하여 먼저 형성된다. 그러나 트렌치(23)의 기울어진 측벽 위에 증착된 금속은 대개 발광 구조체 유닛(26) 위에 증착된 금속보다 얇고, 따라서 두 개의 발광 구조체 유닛을 교락하는 증착된 금속은 다양한 단면적을 가진다. 트렌치(23) 위의 금속의 부피 또는 단면적을 증가시키기 위해, 추가-증착 공정이 얇게 증착된 금속 영역 위에 추가적으로 적용되어, 상술한 바와 같은 교락 부분(250a)을 형성한다. 또한, 트렌치(23) 위의 전기적 커넥션(250)의 부피 또는 단면적은, 하나 이상의 보충물을 얇은 전기적 커넥션 부분 위에 결합하는 방법, 및 다른 물질(들)을 증착하는 방법과 같은 다른 방법에 의해 증가될 수 있다. 상기 보충물은 금속 및 세라믹(ceramic)과 같은 것이다. 또한, 두꺼운 전기적 커넥션 부분은 트렌치(23) 위의 부분과 비슷한 정도로 얇아질 수도 있다.
도 5는 본 발명의 다른 구현예에 따른 두 개의 발광 구조체 유닛 사이의 트렌치(23) 위의 전기적 커넥션(250)의 상면도이다. 각각의 발광 구조체 유닛(26)은 하층(27)과 하층(27)보다 작은 면적을 가지는 상층(28)을 포함한다. 하층(27)은 상층(28)을 둘러싸는 메사(mesa) 영역(29)을 가진다. 발광 구조체 유닛(26)은 상층(28) 내부 또는 상층(28)과 하층(27) 사이에 위치한 발광층으로부터 빛을 방출할 수 있다. 발광층이 상층(28) 내부에 위치한다면, 상층(28)은 p-형 반도체층과 n-형 반도체층 및 그 사이에, 협지된(sandwiched) 발광층을 포함할 수 있고; 하층(27)은 상층(28)을 지지하는 캐리어(carrier)를 포함할 수 있다. 상층(28)은 하층(27) 위에 에피택셜 방식으로 성장될 수 있고, 또는 접착제 결합, 금속 결합, 용융 결합, 또는 공융 결합에 의하여 하층(27)과 통합될 수 있다. 발광층이 상층(28)과 하층(27) 사이에 위치한다면, 상층(28) 또는 하층(27) 중 어느 하나는 p-형 반도체층을 포함할 수 있고, 다른 하나는 n-형 반도체층을 포함할 수 있다.
발광 구조체 유닛으로부터 다른 발광 구조체 유닛으로의 전류 통로를 만들기 위하여, 전기적 커넥션(250)이 두 개의 발광 구조체 유닛(26) 위에 제공된다. 도면에 나타난 바와 같이, 전기적 커넥션(250)의 일단은 상층(28) 위에 설치되고, 타단은 하층(27) 위에 설치된다. 그러나, 전기적 커넥션(250)의 양단은 또한 두 개의 상층(28) 또는 두 개의 하층(27) 위에 설치될 수 있다. 전기적 커넥션(250)은 금속, 반도체, 금속 산화물, 또는 이들의 임의의 조합에 의하여 구성될 수 있다. 전기적 커넥션(250)를 형성하기 위해, 금속보다 높은 투명성을 가지는, 금속 산화물이 사용된다면, 그로 인해 더 적은 새는(escaping) 빛 영역이 전기적 커넥션(250)에 의해 차단된다. 금속 산화물은 ITO, IZO, 및 CTO와 같은 것이다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 발광 구조체 유닛 사이의 상호 연결 단면도이다. 각각의 발광 구조체 유닛(26)은 상층(28) 및 에피택셜 성장 및/또는 결합 방법에 의하여 공통 기판(30) 위에 형성된 하층(27)을 포함한다. 결합 방법은 금속 결합, 공융 결합, 접착제 결합, 및 용융 결합을 포함하나 이들에 제한되지는 않는다. 발광 존(zone)(31)은 상층(28) 및 하층(27)에 의해 협지되어 있다. 발광 존(31)은 바이어스 전압(bias voltage)이 상층(28) 및 하층(27)에 가해지는 경우 빛을 발생시킬 수 있다. 발광 존(31)에서 나온 빛은 등방성으로 방사된다.
두 개의 발광 구조체 유닛(26)은 트렌치(23)에 의해 분리된다. 두 개의 발광 구조체 유닛(26)이 직렬 연결로 결합된다면, 분리층(21)은 전기적 커넥션(250)이 하나의 발광 구조체 유닛(26)의 상층(28)과 다른 발광 구조체 유닛(26)의 하층(27)과 닿게 하기 위하여 트렌치(23) 위에 형성된다. 이 구현예에서, 상면뿐 아니라 하층(27)의 측벽의 일부도 노출시키기 위하여 분리층(21)이 형성된다. 하층(27)의 측벽의 노출은 전기적 커넥션(250)과 하층(27) 사이의 접촉 면적을 증가시킬 수 있고, 따라서 전류 밀도는 감소할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른 수 개의 발광 구조체 유닛의 단면도를 도시한 것이다. 수 개의 발광 구조체 유닛(26)은 기판(30)에 의해 지지된다. 두 개의 인접한 발광 구조체 유닛(26)은 트렌치(23)에 의해 분리된다. 본 구현예에서, 트렌치(23)는 사다리꼴-모양이고 좁은 상부의 개구와 넓은 바닥을 가진다. 따라서 트렌치(23)에 인접한 발광 구조체 유닛(26)은, 도면에 나타난 바와 같이, 90 °보다 큰 각도의 언더컷(undercut) 측벽을 가진다. 다시 말해서, 발광 구조체 유닛(26)은 역 사다리꼴 모양을 가진다. 발광 구조체 유닛(26)이 역 사다리꼴의 중간 부분, 중앙 부분, 또는 상단 부분으로부터 빛을 방출할 수 있다면, 후방으로 진행하는 빛은 언더컷 측벽에 의하여 유닛(26)으로부터 떠날(leave) 수 있다. 사다리꼴-모양의 트렌치는 과식각 공정을 사용하여 형성될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 발광 구조체 유닛은 적어도 제1 도전층(예를 들면, 상층), 변환 유닛(예를 들면, 발광 존), 및 제2 도전층(예를 들면, 하층)을 포함할 수 있다. 각각의 제1 도전층 및 제2 도전층은 단일층 또는 1군의 다중층("다중층"은 2개 이상의 층을 의미한다)을 가지고, 두 개의 단일층 또는 2군의 다중층은, 각각 제1 및 제2 도전층 위에 위치하고, 별개의 극성 또는 별개의 도펀트(dopant)를 가진다. 예를 들면, 제1 도전층은 p-형 반도체층이고; 제2 도전층은 n-형 반도체층이다. 제1 도전층과 제2 도전층 사이에 배치된 변환 유닛은 빛 에너지와 전기 에너지가 전이되거나 전이가 유도될 수 있었던 지역이다. 전기 에너지가 빛 에너지로 전이될 수 있는 것으로서 발광 다이오드, 액정 디스플레이, 및 유기 발광 다이오드가 있다. 빛 에너지가 전기 에너지로 전이될 수 있는 것으로서 태양 전지, 및 광전자 다이오드가 있다.
발광 다이오드의 전이된 빛 방출 스펙트럼은 발광 다이오드에서 하나 이상의 층의 물리적 또는 화학적 배치를 변화시킴으로써 제어될 수 있다. 발광 다이오드는 알루미늄 갈륨 인듐 인(AlGaInP) 계열, 질화 알루미늄 갈륨 인듐(AlGaInN) 계열, 및/또는 산화 아연(ZnO) 계열 등의 수 개의 재료로 구성될 수 있다. 전환 유닛은 단일 이종구조(SH), 이중 이종구조(DH), 양면 이중 이종구조(DDH), 또는 다중 양자 우물(MWQ) 구조로 형성될 수 있다. 또한, 방출하는 빛의 파장은 양자 우물 쌍의 수를 변화시킴으로써 제어될 수 있었다.
발광 구조체 유닛(들)의 성장 또는 지지를 위해 사용되는 기판(들)의 재료로서 게르마늄(Ge), 비소화 갈륨(GaAs), 인듐 인(InP), 사파이어, 탄화 규소(SiC), 실리콘(Si), 산화 리튬 알루미늄(LiAlO2), 산화 아연(ZnO), 질화 갈륨(GaN), 질화 알루미늄(AlN), 유리, 복합체, 다이아몬드, CVD 다이아몬드, 다이아몬드상 탄소(DLC) 및 이들의 임의의 조합을 포함하나 이들에 제한되지는 않는다.
도 8a 내지 8f는 본 발명의 다른 구현예에 따른 발광 구조체 유닛(들), 또는 더 구체적으로 발광 다이오드 구조체를, 형성하는 방법을 도시한 것이다. 도 8a을 참조하면, 먼저, 기판(41)이 제공된다. 기판(41)의 재료는 실리콘, 탄화 실리콘, 사파이어, 비소, 인, 산화 아연, 및 산화 마그네슘이 될 수 있다. 그 후, 기판(41)상에 제1 도전율의 에피택시층인 제1 반도체층(42), 활성층(43), 및 제2 도전율의 에피택시층인 제2 반도체층(44)이 형성된다. 제1 반도체층(42) 및 제2 반도체층(44)의 재료로서 인듐-함유 질화물 반도체, 알루미늄-함유 질화물 반도체, 및 갈륨-함유 질화물 반도체를 포함하나 이들에 제한되지는 않는다. 활성층(43)의 재료로서 질화 인듐 갈륨, 인듐 갈륨 알루미늄 인, 질화 알루미늄 갈륨, 비소화 알루미늄 갈륨, 및 비소화 인듐 갈륨을 포함하나 이들에 제한되지는 않는다.
도 8b 내지 8d를 참조하면, 다단계의 패터닝(patterning) 공정이 수행된다. 먼저, 제2 반도체층(44)의 제1 영역이, 사진 식각(photolithography) 및 식각 기술에 의해 제2 반도체층(44)의 안에 오목부(45)를 가지도록, 형성(define)된다. 그 후, 도 8c에 나타난 바와 같이, 제1 반도체층(42)의 표면이 노출될 때까지 제2 반도체층(44)의 일부와 활성층(43)의 일부를 식각하기 위해 2차 식각 공정이 수행된다. 마지막으로, 도 8d에서 나타난 바와 같이, 사진 식각 및 식각 기술을 통해 그 사이에 트렌치(46)을 형성함으로써 제1 반도체층(42)을 나누기 위해 3차 패터닝 공정이 수행된다. 다단계의 패터닝 공정 후에, 발광 다이오드 구조는 도 8d에 나타난 바와 같이 계단형 측벽 윤곽으로 나누어진다.
도 8e를 참조하면, 인접한 발광 다이오드 구조의 계단형 측벽을 덮기 위해 두 개의 나뉘어진 발광 다이오드 구조(40) 사이에 절연층(47)이 추가로 형성된다. 이 때, 절연층(47)은 질화 실리콘, 산화 실리콘, 산화 알루미늄, 및 이들의 조합과 같은 유전 물질로 만들어진다. 그 후, 도 8f에 나타난 바와 같이, 좌측 발광 다이오드 구조의 제1 반도체층(42)과 우측 발광 다이오드 구조의 제2 반도체층(43)을 직렬로 전기적으로 연결하기 위해 도전성 구조체(48)가 절연층(47) 위에 형성된다. 또한, 제1 전극(49a) 및 제2 전극(49b)도 도전성 구조체(48)가 형성되는 동안 동일한 단계 또는 상이한 단계에서 형성될 수 있다.
상기 언급된 패터닝 공정에 더하여, 그레이톤 마스크(gray-tone mask) 또는 하프톤 마스크(half-tone mask)를 사용하여 계단형 측벽 또한 형성될 수 있다. 단일 마스크에 존재하는 상이한 개구율을 이용하여, 단일 단계의 노출을 통해 계단형 측벽 윤곽이 형성될 수 있다.
도 9를 참조하면, 계단형 측벽 구조로 인하여, (화살표로 표시된 바와 같이) 빛은 상이한 각도로 발광 다이오드의 측벽으로 나갈 수 있기 때문에, 상이한 각도로 들어오는 빛은 더 쉽게 추출될 수 있고, 따라서 발광 다이오드 구조의 광 추출 능력이 더 향상될 수 있었다. 또한, 계단형 측벽의 경사는 완만하기 때문에, 발광 다이오드 위의 절연층 및 도전성 구조체의 커버리지 윤곽(coverage profile)은 더 균일할 수 있다.

Claims (13)

  1. 서로 이격되어 있으며 인접한 제1 발광 유닛 및 제2 발광 유닛; 및
    상기 제1 발광 유닛과 상기 제2 발광 유닛 상에 배치되어, 상기 제1 발광 유닛과 상기 제2 발광 유닛을 전기적으로 연결하는 전기적 커넥션
    을 포함하고,
    상기 제1 발광 유닛은 제1 측면 및 제2 측면을 포함하고,
    상기 제1 측면은 상기 제1 발광 유닛 및 상기 제2 발광 유닛 사이에 있으며, 상기 제2 측면은 상기 제1 발광 유닛과 상기 제2 발광 유닛 사이에 있지 않고,
    상기 제1 측면은 기울어져 있으며 상기 제2 측면보다 완만한, 발광 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 발광 유닛은 바닥면을 포함하고, 상기 제1 측면과 상기 바닥면 사이의 각도는 80°보다 작은, 발광 구조체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 발광 유닛은 위에서 볼 때 직사각형 형상을 가지며 4개의 에지(edge)를 가지고,
    상기 제1 측면과 상기 제2 측면은 상이한 에지에 배치되어 있는, 발광 구조체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 발광 유닛과 상기 제2 발광 유닛이 형성되어 있는 기판
    을 더 포함하고,
    상기 기판은 상기 제1 발광 유닛을 대향하는(facing) 상면을 포함하고, 상기 제1 측면과 상기 제2 측면은 상기 상면에 연결되어 있는, 발광 구조체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전기적 커넥션은 상기 제1 측면 상에 배치되어 있는, 발광 구조체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 측면과 상기 전기적 커넥션 사이의 절연층을 더 포함하는 발광 구조체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 측면에는 배치된 전기적 커넥션이 없는, 발광 구조체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 발광 유닛은 하층과 상기 하층의 영역보다 작은 영역을 가지는 상층을 포함하고, 상기 하층은 위에서 볼 때 상기 상층을 둘러싸는 메사(mesa) 영역을 포함하는, 발광 구조체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전기적 커넥션은 상기 메사 영역 상에 배치되어 있는, 발광 구조체.
  10. 서로 이격되어 있으며 인접한 제1 발광 유닛 및 제2 발광 유닛 - 상기 제1 발광 유닛은 상기 제2 발광 유닛을 대향하는 계단형 측면을 포함함 - ;
    상기 계단형 측면 상에 형성되어 있는 절연층; 및
    상기 절연층 상이 형성되어 있으며, 상기 제1 발광 유닛과 상기 제2 발광 유닛을 전기적으로 연결하는 전기적 커넥션
    을 포함하는 발광 구조체.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 계단형 측면은 광 추출면인, 발광 구조체.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 계단형 측면의 경사는 완만한, 발광 구조체.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 발광 유닛과 상기 제2 발광 유닛은 각각, 제1 반도체층과 상기 제1 반도체층 상의 제2 반도체층을 포함하고,
    상기 제1 발광 유닛의 제2 반도체층은, 상기 제1 반도체층의 반대편에 있는 최상단면(topmost surface)을 포함하고,
    상기 전기적 커넥션은 상기 최상단면 상에 형성되어 있는, 발광 구조체.
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