KR20110109497A - High efficiency light emitting diode and method for fabricating the same - Google Patents
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Abstract
고효율 발광 다이오드가 개시된다. 이 발광 다이오드는 지지기판상에 위치하는 반도체 적층 구조체를 포함한다. 반도체 적층 구조체는 p형 화합물 반도체층, 활성층 및 n형 화합물 반도체층을 포함하며, p형 화합물 반도체층이 n형 화합물 반도체층보다 지지기판 측에 위치한다. 개구부가 p형 화합물 반도체층 및 활성층을 적어도 2 영역으로 나누며 n형 화합물 반도체층을 노출시킨다. 한편, 절연층이 n형 화합물 반도체층의 노출면과 개구부의 측벽을 덮는다. 또한 투명 전극층이 절연층 및 p형 화합물 반도체층을 덮어 p형 화합물 반도체층에 오믹 콘택한다. 고반사 절연층이 투명 전극층을 덮어 형성되어 활성층에서 지지기판쪽으로 향하는 광을 반사시킨다. p-전극이 고반사 절연층을 덮어 형성되고, n-전극이 n형 화합물 반도체층의 상부에 형성된다. 상기 고반사 절연층은 상기 투명 전극층을 노출시키도록 일부가 제거되며, p-전극은 노출된 투명 전극층에 전기적으로 연결된다. 고반사 절연층에 의해 지지기판 측으로 진행하는 광의 반사율을 향상시킬 수 있는 고효율 발광 다이오드가 제공될 수 있다.A high efficiency light emitting diode is disclosed. This light emitting diode includes a semiconductor laminate structure located on a support substrate. The semiconductor laminate structure includes a p-type compound semiconductor layer, an active layer and an n-type compound semiconductor layer, wherein the p-type compound semiconductor layer is located on the side of the supporting substrate rather than the n-type compound semiconductor layer. An opening divides the p-type compound semiconductor layer and the active layer into at least two regions and exposes the n-type compound semiconductor layer. On the other hand, the insulating layer covers the exposed surface of the n-type compound semiconductor layer and the sidewalls of the opening. In addition, the transparent electrode layer covers the insulating layer and the p-type compound semiconductor layer to make ohmic contact with the p-type compound semiconductor layer. A high reflection insulating layer is formed covering the transparent electrode layer to reflect light from the active layer toward the support substrate. The p-electrode is formed to cover the high reflection insulating layer, and the n-electrode is formed on the n-type compound semiconductor layer. The high reflection insulating layer is partially removed to expose the transparent electrode layer, and the p-electrode is electrically connected to the exposed transparent electrode layer. A high-efficiency light emitting diode capable of improving the reflectance of light traveling toward the support substrate side by the high reflection insulating layer can be provided.
Description
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판 분리 공정을 적용하여 성장기판을 제거한 질화갈륨 계열의 고효율 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a light emitting diode, and more particularly, to a gallium nitride-based high efficiency light emitting diode having a growth substrate removed by applying a substrate separation process and a method of manufacturing the same.
일반적으로 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN) 등과 같은 Ⅲ족 원소의 질화물은 열적 안정성이 우수하고 직접 천이형의 에너지 밴드(band) 구조를 가지므로, 최근 가시광선 및 자외선 영역의 발광소자용 물질로 많은 각광을 받고 있다. 특히, 질화인듐갈륨(InGaN)을 이용한 청색 및 녹색 발광 소자는 대규모 천연색 평판 표시 장치, 신호등, 실내 조명, 고밀도광원, 고해상도 출력 시스템과 광통신 등 다양한 응용 분야에 활용되고 있다.In general, nitrides of group III elements, such as gallium nitride (GaN) and aluminum nitride (AlN), have excellent thermal stability and have a direct transition type energy band structure. It is attracting much attention as a substance. In particular, blue and green light emitting devices using indium gallium nitride (InGaN) have been used in various applications such as large-scale color flat panel display devices, traffic lights, indoor lighting, high density light sources, high resolution output systems, and optical communications.
이러한 III족 원소의 질화물 반도체층은 그것을 성장시킬 수 있는 동종의 기판을 제작하는 것이 어려워, 유사한 결정 구조를 갖는 이종 기판에서 금속유기화학기상증착법(MOCVD) 또는 분자선 증착법(molecular beam epitaxy; MBE) 등의 공정을 통해 성장된다. 이종기판으로는 육방 정계의 구조를 갖는 사파이어(Sapphire) 기판이 주로 사용된다. 그러나, 사파이어는 전기적으로 부도체이므로, 발광 다이오드 구조를 제한한다. 이에 따라, 최근에는 사파이어와 같은 이종기판 상에 질화물 반도체층과 같은 에피층들을 성장시키고, 상기 에피층들에 지지기판을 본딩한 후, 레이저 리프트 오프 기술 등을 이용하여 이종기판을 분리하여 수직형 구조의 고효율 발광 다이오드를 제조하는 기술이 개발되고 있다(예컨대, 미국등록특허공보 US6,744,071호 참조).Such a nitride semiconductor layer of Group III elements is difficult to fabricate homogeneous substrates capable of growing them, and therefore, such as metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE), etc., on heterogeneous substrates having a similar crystal structure. Is grown through the process. As a hetero substrate, a sapphire substrate having a hexagonal structure is mainly used. However, sapphire is an electrically insulator, thus limiting the light emitting diode structure. Accordingly, recently, epitaxial layers, such as nitride semiconductor layers, are grown on dissimilar substrates such as sapphire, bonding supporting substrates to the epitaxial layers, and then separating the dissimilar substrates using a laser lift-off technique. Techniques for producing high efficiency light emitting diodes of construction have been developed (see, eg, US Pat. No. 6,744,071).
이러한 수직형 구조의 발광 다이오드는 성장기판 상에 n형 GaN층, 활성층 및 p형 GaN층을 차례로 형성하고, p형 GaN층 상에 p-전극 및 반사 금속층을 형성하고, 그 위에 지지기판을 본딩한 후, 사파이어 기판을 제거하고, 노출된 n형 반도체층 상에 n-전극 또는 n-전극 패드를 형성함으로써 제조된다. 지지기판은 일반적으로 도전 기판이 사용되며 따라서 n-전극과 p-전극이 서로 대향하여 배치된 수직형 구조를 갖는다.Such a vertical light emitting diode has an n-type GaN layer, an active layer, and a p-type GaN layer sequentially formed on a growth substrate, a p-electrode and a reflective metal layer formed on the p-type GaN layer, and a support substrate is bonded thereon. Thereafter, the sapphire substrate is removed and manufactured by forming an n-electrode or an n-electrode pad on the exposed n-type semiconductor layer. A support substrate is generally used as a conductive substrate and thus has a vertical structure in which n-electrodes and p-electrodes are disposed to face each other.
그러나, p형 GaN층에 오믹 콘택하면서 반사층으로 주로 사용되는 Ag는 열 공정에 의해 뭉침 현상이 발생되기 쉽고 또한 발광 다이오드를 구동하는 동안 Ag 원자의 이동(migration)이 발생하여 전류 누설이 발생하기 쉬워 안정한 오믹 금속 반사층을 형성하는 것이 곤란하다. 더욱이, Ag는 금속 물질로서 반사율을 향상시키는 데 한계가 있다.However, Ag, which is mainly used as a reflective layer while ohmic contacting a p-type GaN layer, is easily agglomerated by a thermal process, and migration of Ag atoms is likely to occur due to migration of the Ag atoms while driving a light emitting diode. It is difficult to form a stable ohmic metal reflective layer. Moreover, Ag is a metal material and has a limit in improving reflectance.
본 발명이 해결하려는 과제는 활성층에서 생성된 광이 외부로 나가는 것을 개선시킴으로써 새로운 구조의 고효율 발광 다이오드 및 제조 방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a high efficiency light emitting diode and a manufacturing method of a new structure by improving the outgoing light generated in the active layer.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는 지지기판 측으로 진행하는 광의 반사율을 향상시킨 고효율 발광 다이오드 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to provide a high efficiency light emitting diode and a method of manufacturing the same, which improves the reflectance of light traveling to the support substrate side.
본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드는, 지지기판; 상기 지지기판 상에 위치하고, p형 화합물 반도체층, 활성층 및 n형 화합물 반도체층을 포함하고, 상기 p형 화합물 반도체층이 상기 n형 화합물 반도체층보다 상기 지지기판 측에 위치하는 반도체 적층 구조체; 상기 p형 화합물 반도체층 및 상기 활성층을 적어도 2 영역으로 나누며 상기 n형 화합물 반도체층을 노출시키는 개구부; 상기 n형 화합물 반도체층의 노출면과 상기 개구부의 측벽을 덮는 절연층; 상기 절연층 및 상기 p형 화합물 반도체층을 덮어 상기 p형 화합물 반도체층에 오믹 콘택하는 투명 전극층; 상기 투명 전극층을 덮어 형성되어 상기 활성층에서 상기 지지기판쪽으로 향하는 광을 반사시키는 고반사 절연층; 상기 고반사 절연층을 덮어 형성되는 p-전극; 및 상기 n형 화합물 반도체층의 상부에 형성된 n-전극을 포함한다. 상기 고반사 절연층은 상기 투명 전극층을 노출시키도록 일부가 제거되며, 상기 p-전극은 상기 노출된 상기 투명 전극층에 전기적으로 연결된다.The light emitting diode according to the embodiments of the present invention, the support substrate; A semiconductor stacked structure on the support substrate, the semiconductor stacked structure comprising a p-type compound semiconductor layer, an active layer, and an n-type compound semiconductor layer, wherein the p-type compound semiconductor layer is located closer to the support substrate than the n-type compound semiconductor layer; An opening that divides the p-type compound semiconductor layer and the active layer into at least two regions and exposes the n-type compound semiconductor layer; An insulating layer covering an exposed surface of the n-type compound semiconductor layer and sidewalls of the opening; A transparent electrode layer covering the insulating layer and the p-type compound semiconductor layer and ohmic contacting the p-type compound semiconductor layer; A high reflection insulating layer formed to cover the transparent electrode layer and reflect light from the active layer toward the support substrate; A p-electrode formed to cover the high reflection insulating layer; And an n-electrode formed on the n-type compound semiconductor layer. The high reflection insulating layer is partially removed to expose the transparent electrode layer, and the p-electrode is electrically connected to the exposed transparent electrode layer.
상기 발광 다이오드는 p-전극 패드를 더 포함하되, 상기 p-전극의 일부가 상기 반도체 적층 구조체 외부에 노출되고, 상기 p-전극 패드는 상기 노출된 p-전극 상에 위치할 수 있다.The light emitting diode may further include a p-electrode pad, wherein a portion of the p-electrode may be exposed to the outside of the semiconductor stack structure, and the p-electrode pad may be located on the exposed p-electrode.
상기 고반사 절연층은 분포 브래그 반사기(DBR)일 수 있다. 상기 고반사 절연층은 Si, Ti, Ta, Nb, In 및 Sn에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 고반사 절연층은 SixOyNz, TixOy, TaxOy 및 NbxOy에서 선택된 적어도 두 개의 층을 교대로 적층하여 형성될 수 있다.The high reflection insulating layer may be a distributed Bragg reflector (DBR). The high reflection insulating layer may include at least one element selected from Si, Ti, Ta, Nb, In, and Sn. Specifically, the high reflection insulating layer may be formed by alternately stacking at least two layers selected from Si x O y N z , Ti x O y , Ta x O y and Nb x O y .
상기 발광 다이오드는 상기 p-전극과 상기 지지기판 사이에 위치하는 본딩 금속을 더 포함할 수 있다. 상기 본딩 금속이 상기 반도체 적층 구조체를 상기 지지기판에 결합시킨다.The light emitting diode may further include a bonding metal positioned between the p-electrode and the support substrate. The bonding metal couples the semiconductor laminate to the support substrate.
상기 투명 전극층은 바람직하게 투명 금속 또는 투명 도전성 산화막일 수 있다.The transparent electrode layer may preferably be a transparent metal or a transparent conductive oxide film.
상기 고반사 절연층은 상기 투명 전극층을 노출시키는 복수의 개구부들을 가질 수 있으며, 상기 p-전극은 상기 복수의 개구부들을 채울 수 있다.The high reflection insulating layer may have a plurality of openings exposing the transparent electrode layer, and the p-electrode may fill the plurality of openings.
상기 개구부의 폭은 상기 n형 화합물 반도체층으로 갈수록 좁아지게 형성될 수 있다. 이에 따라, 활성층에서 생성된 광이 효과적으로 고반사 절연층에 의해 반사될 수 있다.The width of the opening may be formed to become narrower toward the n-type compound semiconductor layer. Accordingly, light generated in the active layer can be effectively reflected by the high reflection insulating layer.
본 발명의 다른 측면에 의한 발광 다이오드 제조 방법은, 성장기판 상에 n형 화합물 반도체층, 활성층 및 p형 화합물 반도체층을 포함하는 에피층들을 성장시키는 단계; 상기 p형 화합물 반도체층 및 활성층을 식각하여 n형 화합물 반도체층을 노출시키는 개구부를 형성하는 단계; 상기 n형 화합물 반도체층의 노출면과 상기 개구부의 측벽을 덮는 절연층을 형성하는 단계; 상기 절연층 및 상기 p형 화합물 반도체층을 덮는 투명 전극층을 형성하는 단계; 상기 투명 전극층을 덮어 고반사 절연층을 형성하는 단계; 상기 투명 전극층을 노출시키기 위해 고반사 절연층의 일부를 제거하는 단계; 상기 고반사 절연층위에 p-전극을 덮어 형성하는 단계; 상기 p-전극위에 본딩금속을 개재하여 지지 기판을 본딩하는 단계; 및 상기 성장 기판을 제거하는 단계를 포함한다. 상기 p-전극은 상기 노출된 상기 투명 전극층에 전기적으로 연결된다. 상기 고반사 절연층은 분포 브래그 반사기일 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a light emitting diode manufacturing method comprising: growing epitaxial layers including an n-type compound semiconductor layer, an active layer, and a p-type compound semiconductor layer on a growth substrate; Etching the p-type compound semiconductor layer and the active layer to form an opening exposing the n-type compound semiconductor layer; Forming an insulating layer covering an exposed surface of the n-type compound semiconductor layer and sidewalls of the opening; Forming a transparent electrode layer covering the insulating layer and the p-type compound semiconductor layer; Covering the transparent electrode layer to form a high reflection insulating layer; Removing a portion of the highly reflective insulating layer to expose the transparent electrode layer; Forming a p-electrode on the high reflection insulating layer; Bonding a support substrate to the p-electrode through a bonding metal; And removing the growth substrate. The p-electrode is electrically connected to the exposed transparent electrode layer. The high reflection insulating layer may be a distributed Bragg reflector.
본 발명에 따르면, 활성층에서 생성된 광이 고반사 절연층에 의해 반사될 수있게 함으로써, 광 방출 경로를 단축시켜 광 추출 효율을 향상시킬 수 있는 고효율 발광 다이오드를 제공할 수 있다. 또한, 고반사 절연층을 채택함으로써 지지기판 측으로 진행하는 광의 반사율을 향상시킨 고효율 발광 다이오드를 제공할 수 있다. 더욱이, 상기 고반사 절연층을 분포 브래그 반사기로 형성할 수 있어, 활성층에서 생성되는 광의 파장에 대응하여 반사율을 최적화할 수 있다.According to the present invention, by allowing the light generated in the active layer to be reflected by the high reflection insulating layer, it is possible to provide a high efficiency light emitting diode which can shorten the light emission path and improve the light extraction efficiency. In addition, by adopting a high reflection insulating layer, it is possible to provide a high-efficiency light emitting diode having improved reflectance of light propagating toward the support substrate. Furthermore, the highly reflective insulating layer can be formed with a distributed Bragg reflector, so that the reflectance can be optimized according to the wavelength of light generated in the active layer.
또한, 본 발명에 따르면, 전류차단영역을 형성함으로써, n측 전극의 직하 방향으로 전류가 집중되는 경향을 감소시키고, n측과 p측 전극 사이의 전류를 측 방향으로 유도시켜 n측과 p측 전극 사이의 전류를 효과적으로 퍼지도록 함으로써 발광다이오드의 발광 효율과 정전기 내압을 향상시킬 수 있다.Further, according to the present invention, by forming the current blocking region, the tendency of the current is concentrated in the direction directly below the n-side electrode, and induces the current between the n-side and p-side electrode in the lateral direction n-side and p-side By effectively spreading the current between the electrodes it is possible to improve the luminous efficiency and electrostatic breakdown voltage of the light emitting diode.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 발광 다이오드를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 발광 다이오드를 설명하기 위한 평면도이다.
도 4 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 발광 다이오드를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 p-전극 패드가 반도체 적층 구조체의 외부에 형성된 고효율 발광 다이오드를 설명하기 위한 도면이다.1 is a cross-sectional view illustrating a high efficiency light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view illustrating a high efficiency light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
3 is a plan view illustrating a high efficiency light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
4 to 12 are views for explaining a method of manufacturing a high efficiency light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram for describing a high-efficiency light emitting diode in which a p-electrode pad is formed outside of a semiconductor laminate structure according to an exemplary embodiment.
이하, 첨부한 도면을 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, 도면에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described embodiments of the present invention; The following embodiments are provided as examples to ensure that the spirit of the present invention to those skilled in the art will fully convey. Accordingly, the present invention is not limited to the embodiments described below and may be embodied in other forms. In the drawings, widths, lengths, thicknesses, and the like of components may be exaggerated for convenience.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 발광 다이오드를 설명하기 위한 사시도이고, 도 3은 평면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a high efficiency light emitting diode according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view illustrating a high efficiency light emitting diode according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a plan view thereof.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 발광 다이오드는 지지기판(51), 반도체 적층 구조체(30), 개구부(31), 절연층(32), 투명 전극층(33), 고반사 절연층(34), p-전극(41), 본딩 금속(42), n-전극(45)을 포함한다.1 to 3, the light emitting diode includes a
지지기판(51)은 화합물 반도체층들을 성장시키기 위한 성장기판과 구분되며, 이미 성장된 화합물 반도체층들에 부착된 2차 기판이다. 상기 지지기판(51)은 사파이어 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 종류의 절연 또는 도전 기판일 수 있다. 예컨대, Si, SiC, AlN, Si-Al, CuW 중 하나일 수 있다. 특히, 성장 기판으로 사파이어 기판 또는 CuW을 사용하는 경우, 성장 기판과 동일한 열팽창계수를 갖기 때문에 지지기판을 본딩하고 성장기판을 제거할 때, 웨이퍼 휨을 방지할 수 있어 바람직하다.The
반도체 적층 구조체(30)는 지지기판(51) 상에 위치하며, p형 화합물 반도체층(27), 활성층(25) 및 n형 화합물 반도체층(23)을 포함한다. 여기서, 상기 반도체 적층 구조체(30)는 일반적인 수직형 발광 다이오드와 유사하게 p형 화합물 반도체층(27)이 n형 화합물 반도체층(23)에 비해 지지기판(51) 측에 가깝게 위치한다. 반도체 적층 구조체(30)는 지지기판(51)의 일부 영역 상에 위치할 수 있다.The semiconductor stacked
n형 화합물 반도체층(23), 활성층(25) 및 p형 화합물 반도체층(27)은 III-N 계열의 화합물 반도체, 예컨대 (Al, Ga, In)N 반도체로 형성될 수 있다. n형 화합물 반도체층(23) 및 p형 화합물 반도체층(27)은 각각 단일층 또는 다중층일 수 있다. 예를 들어, n형 화합물 반도체층(23) 및/또는 p형 화합물 반도체층(27)은 콘택층과 클래드층을 포함할 수 있으며, 또한 초격자층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 활성층(25)은 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조일 수 있다. 저항이 상대적으로 작은 n형 화합물 반도체층(23)이 지지기판(51)의 반대쪽에 위치함으로써 n형 화합물 반도체층(23)의 상부면에 거칠어진 면을 형성하는 것이 용이하며, 거칠어진 면은 활성층(25)에서 생성된 광의 추출 효율을 향상시킨다.The n-type
개구부(들)(31)는 p형 화합물 반도체층(27) 및 활성층(25)을 통해 n형 화합물 반도체층(23)을 노출시키며, p형 화합물 반도체층(27) 및 활성층(25)을 적어도 2 영역으로 나눌 수 있다. 개구부(31)는 트렌치, 그루브, 또는 홀(hole)로 형성될 수 있으며, 복수개 형성될 수 있다. 예컨대, 개구부(31)는 트렌치로 형성되어 도 3에 도시된 바와 같이 p형 화합물 반도체층(27) 및 활성층(25)을 4개의 영역으로 나눌 수 있다. 이외에도 개구부(31)는 복수개의 홀들이 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 따라서, 개구부의 개수나 개구부의 특정 형상으로 본 발명이 제한되는 것은 아님을 이해하여야 한다.The opening (s) 31 expose the n-type
절연층(32)은 상기 n형 화합물 반도체층(23)의 노출면과 상기 개구부(31)의 측벽을 덮는다. 절연층(32)은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물 중 하나일 수 있다. 절연층(32)은 투명 전극층(33)과 n형 화합물 반도체층(23), 활성층(25) 및 p형 화합물 반도체층(27)을 절연시킨다.The insulating
또한, 절연층(32)은 반도체 적층 구조체(20)의 내부에 형성되어 전류차단 기능을 수행할 수 있다. 즉, 절연층(32)은 n형 화합물 반도체층(23)과 p측 전극 사이에 흐르는 전류의 방향을 n형 화합물 반도체층(23)의 직하방향이 아닌, 측 방향으로 분산시킴으로써 전류 집중 현상을 완화시킬 수 있다.In addition, the insulating
투명 전극층(33)은 상기 절연층(32) 및 상기 p형 화합물 반도체층(27)을 덮어 형성된다. 투명 전극층(33)은 상기 p형 화합물 반도체층(27)에 오믹 콘택한다. 투명 전극층(33)은 Ni/Au와 같은 투명 금속, 예컨대 ITO, ZnO 등과 같은 투명 도전성 산화막, 또는 반사 금속으로 형성될 수 있다. 이외에도, 투명 전극층(33)은 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh) 또는 니켈(Ni) 중 적어도 하나의 금속물질을 포함하여 형성될 수 있다. 투명 전극층(33)은 하나의 층으로 이루어질 수 있으며, 복수의 층으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 백금(Pt)을 제1 층으로 형성하고 그 위에 은(Ag)을 제2 층으로 형성할 수 도 있다.The
고반사 절연층(34)은 상기 투명 전극층(33)을 덮어 형성된다. 고반사 절연층(34)은 활성층(25)에서 상기 지지기판(51)쪽으로 향하는 광을 반사시킨다. 고반사 절연층(34)은 투명 전극층(33)을 노출시키는 복수의 개구부들(34a)을 갖도록 형성될 수 있다. The high
고반사 절연층(34)은 Al이나 Ag보다 반사율이 높은 절연층으로 형성되며, 예컨대 Si, Ti, Ta, Nb, In 및 Sn에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다. 또한, 상기 고반사 절연층(34)은 SixOyNz, TixOy, TaxOy 및 NbxOy에서 선택된 적어도 두 개의 층을 교대로 적층하여 형성될 수 있으며, 분포 브래그 반사기(DBR)일 수 있다. 분포 브래그 반사기는 교대로 적층되는 고굴절률층과 저굴절률 층의 광학 두께를 조절하여 특정 파장의 광에 대한 반사율을 극대화할 수 있다. 따라서, 활성층(25)에서 생성되는 광의 파장에 따라 반사율이 최적화된 분포 브래그 반사기를 형성함으로써, 예컨대 자외선, 가시광선 또는 적외선에 대한 높은 반사율을 갖는 고반사 절연층(34)을 형성할 수 있다. 바람직하게는, 고반사 절연층(34)을 형성할 때, SixOyNz 층을 상기 투명 전극층(33)과 접촉하는 최외각 절연층으로 사용할 수 있다. 이는 투명 전극층(33)과 SixOyNz층과의 접착력이 다른 물질보다 높기에 고반사 절연층(34)과 투명 전극층(33)사이의 필링현상을 방지할 수 있다.The high
상기 고반사 절연층(34)에 의해 반도체 적층 구조체(30) 내부에서 진행하는 광을 반사시킬 수 있으며, 따라서 반도체 적층 구조체(30) 내부에서 광 경로를 단축시켜 광 손실을 감소시킬 수 있다. 특히, 개구부(31) 내의 고반사 절연층(34)에 의해 광 추출을 향상시키기 위해, 상기 개구부(31)의 폭이 n형 화합물 반도체층(23)으로 갈수록 좁아지게 형성될 수 있다.The high
p-전극(41)은 고반사 절연층(34)을 덮어 형성된다. p-전극(41)은 예컨대 반사 금속으로 형성될 수 있다. 상기 p-전극(41)의 일부는 반도체 적층 구조체(30)의 외부로 노출될 수 있다.The p-
한편, n-전극(45)이 n형 화합물 반도체층(23)의 상부에 형성된다. n-전극(45)은 n형 화합물 반도체층(23)에 오믹 콘택할 수 있다. On the other hand, the n-
본딩 금속(42)은 지지기판(51)과 p-전극(41) 사이에 위치할 수 있다. 본딩 금속(42)은 Au-Sn으로 형성될 수 있으며, 공융(eutectic) 본딩에 의해 지지기판(51)을 반도체 적층 구조체(30)에 접착시킨다.The
본 실시예에 따르면, Al이나 Ag에 비해 공정 안정성이 우수하고 반사율이 높은 고반사 절연층(34)을 채택하여 지지기판(51) 측으로 진행하는 광의 반사율을 높임으로써 광 추출 효율이 높은 고효율 발광 다이오드를 제공할 수 있다.According to the present embodiment, a high-efficiency light emitting diode having high light extraction efficiency by adopting a high
이하에서는, 도 4 내지 도 12를 참조하여 본 발명에 따른 고효율 발광 다이오드의 제조방법에 대해 간략하게 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a high efficiency light emitting diode according to the present invention will be briefly described with reference to FIGS. 4 to 12.
도 4를 참조하면, 사파이어와 같은 성장기판(21) 상에 n형 화합물 반도체층(23), 활성층(25) 및 p형 화합물 반도체층(27)을 포함하는 에피층들을 성장시킨다. Referring to FIG. 4, epitaxial layers including an n-type
도 5를 참조하면, 상기 p형 화합물 반도체층(27) 및 활성층(25)을 식각하여 n형 화합물 반도체층(23)을 노출시키는 개구부(31)를 형성한다. 개구부(31)는 메쉬 형상과 같이 n형 화합물 반도체층(23)을 노출시키는 복수의 개구부들을 가질 수 있다. Referring to FIG. 5, the p-type
도 6을 참조하면, n형 화합물 반도체층(23)의 노출면과 상기 개구부(31)의 측벽을 덮는 절연층(32)을 형성한다. 절연층(32)은 상기 개구부(31)내의 측벽을 덮는다. 절연층(32)은 상기 개구부(31)의 바닥면, 즉 n형 화합물 반도체층(23)도 덮는다. Referring to FIG. 6, the insulating
도 7을 참조하면, 상기 절연층(32) 및 상기 p형 화합물 반도체층(27)을 덮는 투명 전극층(33)을 형성한다. Referring to FIG. 7, a
도 8을 참조하면, 투명 전극층(33)을 덮어 고반사 절연층(34)을 형성한다. 고반사 절연층(34)은 Al이나 Ag보다 반사율이 높은 절연층이 이용될 수 있다. 예컨대 Si, Ti, Ta, Nb, In 및 Sn에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다. 고반사 절연층(34)은 SixOyNz, TixOy, TaxOy 및 NbxOy에서 선택된 적어도 두 개의 층을 교대로 적층하여 형성될 수 있으며, 분포 브래그 반사기(DBR)일 수 있다. 분포 브래그 반사기는 교대로 적층되는 고굴절률층과 저굴절률 층의 광학 두께를 조절하여 특정 파장의 광에 대한 반사율을 극대화할 수 있다.Referring to FIG. 8, the high
도 9를 참조하면, 투명 전극층(33)을 노출시키기 위해 고반사 절연층(34)의 일부를 제거한다. 즉, 고반사 절연층(34)에 투명 전극층(33)을 노출시키는 복수의 개구부들(34a)을 형성한다. 상기 개구부들(34a)는 상기 절연층(32)의 상부를 따라 형성될 수 있다. 더욱이, 상기 개구부들(34a)는 투명 전극층(33)을 통하여 형성될 수 있다.9, a portion of the high
도 10을 참조하면, 고반사 절연층(34)위에 p-전극(41)을 덮어 형성한다. 이때, p-전극(41)은 고반사 절연층(34)에 형성된 복수의 개구부(34a)들을 채울 수 있다. 이렇게 함으로써, p-전극(41)은 노출된 투명 전극층(33)에 전기적으로 연결될 수 있다.Referring to FIG. 10, the p-
도 11을 참조하면, 상기 p-전극(41) 상에 본딩을 위한 금속층이 형성되고, 지지기판(51) 상에 또한 본딩을 위한 금속층이 형성되고, 이들 금속층을 서로 본딩한다. 이에 따라, 상기 본딩을 위한 금속층들에 의해 본딩 금속(42)이 형성되고, 지지기판(51)이 화합물 반도체층들(23, 25, 27)에 본딩된다.Referring to FIG. 11, a metal layer for bonding is formed on the p-
도 12를 참조하면, 레이저 리프트 오프 기술 등을 사용하여 성장기판을 제거하고, n형 화합물 반도체층(23)을 노출시킨다. 그 후, 노출된 n형 화합물 반도체층(23)의 상부에 n-전극(45)을 형성하고 개별 발광 다이오드 칩으로 분할하여 도 1에 도시된 발광 다이오드가 완성된다.Referring to FIG. 12, the growth substrate is removed using a laser lift-off technique or the like to expose the n-type
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 p-전극 패드가 반도체 적층 구조체의 외부에 형성된 고효율 발광 다이오드를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 13 is a diagram for describing a high-efficiency light emitting diode in which a p-electrode pad is formed outside of a semiconductor laminate structure according to an exemplary embodiment.
도 13을 참조하면, 도 1에 도시된 발광 다이오드의 구조와 유사하며, 다만, 지지 기판(51), 본딩 금속(42), p-전극(41)이 반도체 적층 구조체(30)보다 길게 연장되어 있다. 이에 따라, p-전극(41)이 반도체 적층 구조체(30)의 외부로 노출되어 있다. 외부로 노출된 p-전극(41)의 상부에는 p-전극 패드(43)가 형성되어 있다.Referring to FIG. 13, it is similar to the structure of the light emitting diode shown in FIG. 1, except that the
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.The present invention is not limited to the above described embodiments, and various modifications and changes can be made by those skilled in the art, which are included in the spirit and scope of the present invention as defined in the appended claims.
21 : 성장 기판 23: n형 화합물 반도체층
25: 활성층 27: p형 화합물 반도체층
30: 반도체 적층 구조체 31: 개구부
32 : 절연층 33: 고반사 절연층
34: 고반사 절연층 34a : 개구부
41 : p-전극 42: 본딩 금속
43 : p-전극 패드 45 : n-전극
51: 지지기판21: growth substrate 23: n-type compound semiconductor layer
25: active layer 27: p-type compound semiconductor layer
30: semiconductor laminated structure 31: opening
32: insulating layer 33: high reflection insulating layer
34: high
41: p-electrode 42: bonding metal
43: p-electrode pad 45: n-electrode
51: support substrate
Claims (11)
상기 지지기판 상에 위치하고, p형 화합물 반도체층, 활성층 및 n형 화합물 반도체층을 포함하고, 상기 p형 화합물 반도체층이 상기 n형 화합물 반도체층보다 상기 지지기판 측에 위치하는 반도체 적층 구조체;
상기 p형 화합물 반도체층 및 상기 활성층을 적어도 2 영역으로 나누며 상기 n형 화합물 반도체층을 노출시키는 개구부;
상기 n형 화합물 반도체층의 노출면과 상기 개구부의 측벽을 덮는 절연층;
상기 절연층 및 상기 p형 화합물 반도체층을 덮어 상기 p형 화합물 반도체층에 오믹 콘택하는 투명 전극층;
상기 투명 전극층을 덮어 형성되어 상기 활성층에서 상기 지지기판쪽으로 향하는 광을 반사시키는 고반사 절연층;
상기 고반사 절연층을 덮어 형성되는 p-전극; 및
상기 n형 화합물 반도체층의 상부에 형성된 n-전극을 포함하되,
상기 고반사 절연층은 상기 투명 전극층을 노출시키도록 일부가 제거되며,
상기 p-전극은 상기 노출된 상기 투명 전극층에 전기적으로 연결되는 발광 다이오드.Support substrate;
A semiconductor stacked structure on the support substrate, the semiconductor stacked structure comprising a p-type compound semiconductor layer, an active layer, and an n-type compound semiconductor layer, wherein the p-type compound semiconductor layer is located closer to the support substrate than the n-type compound semiconductor layer;
An opening that divides the p-type compound semiconductor layer and the active layer into at least two regions and exposes the n-type compound semiconductor layer;
An insulating layer covering an exposed surface of the n-type compound semiconductor layer and sidewalls of the opening;
A transparent electrode layer covering the insulating layer and the p-type compound semiconductor layer and ohmic contacting the p-type compound semiconductor layer;
A high reflection insulating layer formed to cover the transparent electrode layer and reflect light from the active layer toward the support substrate;
A p-electrode formed to cover the high reflection insulating layer; And
Including an n-electrode formed on the n-type compound semiconductor layer,
The high reflection insulating layer is partially removed to expose the transparent electrode layer,
And the p-electrode is electrically connected to the exposed transparent electrode layer.
p-전극 패드를 더 포함하되,
상기 p-전극의 일부가 상기 반도체 적층 구조체 외부에 노출되고,
상기 p-전극 패드는 상기 노출된 p-전극 상에 위치하는 발광 다이오드.The method according to claim 1,
Further comprising a p-electrode pad,
A portion of the p-electrode is exposed outside the semiconductor laminate,
And the p-electrode pad is located on the exposed p-electrode.
상기 고반사 절연층은 분포 브래그 반사기인 발광 다이오드.The method according to claim 1,
The high reflection insulating layer is a distributed Bragg reflector.
상기 고반사 절연층은 SixOyNz, TixOy, TaxOy 및 NbxOy에서 선택된 적어도 두 개의 층을 교대로 적층하여 형성된 발광 다이오드. The method according to claim 1,
The high reflection insulating layer is formed by alternately stacking at least two layers selected from Si x O y N z , Ti x O y , Ta x O y and Nb x O y .
상기 고반사 절연층은 Si, Ti, Ta, Nb, In 및 Sn에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함하는 발광 다이오드.The method according to claim 1,
The high reflection insulating layer includes at least one element selected from Si, Ti, Ta, Nb, In and Sn.
상기 p-전극과 상기 지지기판 사이에 위치하는 본딩 금속을 더 포함하는 발광 다이오드.The method according to claim 1,
And a bonding metal positioned between the p-electrode and the support substrate.
상기 투명 전극층은 투명 금속 또는 투명 도전성 산화막인 발광 다이오드.The method according to claim 1,
The transparent electrode layer is a transparent metal or a transparent conductive oxide film.
상기 고반사 절연층은 상기 투명 전극층을 노출시키는 복수의 개구부들을 가지며,
상기 p-전극은 상기 복수의 개구부들을 채우는 발광 다이오드.The method according to claim 1,
The high reflection insulating layer has a plurality of openings exposing the transparent electrode layer,
The p-electrode fills the plurality of openings.
상기 개구부의 폭은 상기 n형 화합물 반도체층으로 갈수록 좁아지게 형성된 발광 다이오드.The method according to claim 1,
The width of the opening is formed narrower toward the n-type compound semiconductor layer.
상기 p형 화합물 반도체층 및 활성층을 식각하여 n형 화합물 반도체층을 노출시키는 개구부를 형성하는 단계;
상기 n형 화합물 반도체층의 노출면과 상기 개구부의 측벽을 덮는 절연층을 형성하는 단계;
상기 절연층 및 상기 p형 화합물 반도체층을 덮는 투명 전극층을 형성하는 단계;
상기 투명 전극층을 덮어 고반사 절연층을 형성하는 단계;
상기 투명 전극층을 노출시키기 위해 고반사 절연층의 일부를 제거하는 단계;
상기 고반사 절연층위에 p-전극을 덮어 형성하는 단계;
상기 p-전극위에 본딩금속을 개재하여 지지 기판을 본딩하는 단계; 및
상기 성장 기판을 제거하는 단계를 포함하되,
상기 p-전극은 상기 노출된 상기 투명 전극층에 전기적으로 연결되는 발광 다이오드 제조 방법.Growing epitaxial layers including an n-type compound semiconductor layer, an active layer and a p-type compound semiconductor layer on the growth substrate;
Etching the p-type compound semiconductor layer and the active layer to form an opening exposing the n-type compound semiconductor layer;
Forming an insulating layer covering an exposed surface of the n-type compound semiconductor layer and sidewalls of the opening;
Forming a transparent electrode layer covering the insulating layer and the p-type compound semiconductor layer;
Covering the transparent electrode layer to form a high reflection insulating layer;
Removing a portion of the highly reflective insulating layer to expose the transparent electrode layer;
Forming a p-electrode on the high reflection insulating layer;
Bonding a support substrate to the p-electrode through a bonding metal; And
Removing the growth substrate;
And the p-electrode is electrically connected to the exposed transparent electrode layer.
상기 고반사 절연층은 분포 브래그 반사기인 발광 다이오드 제조 방법.The method according to claim 10,
The high reflection insulating layer is a distributed Bragg reflector manufacturing method.
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