(57)【要約】  本発明は表面放出型発光ダイオードに多層構造の反射器を集積して発光ダイオードの効率を向上させる高効率発光ダイオード及びその製造方法に関する。高効率のための反射器を半導体工程である乾式エッチング及び湿式エッチングを利用して発光ダイオードに集積して実現する。電流を流して活性層で生成された光は素子内で多様な方向へ進行するが、これを側面に形成された複数の反射器によって表面へ反射させて光をさらに多く集積する。提案された発光ダイオード構造は従来の構造に比べてより効率的であるので、低電力及び高輝度光源に作ることが可能であり、従来の半導体工程を利用した複雑性が少ない技術である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１表面に対称構造の凹凸部を有する化合物半導体基板;
前記対称構造の凹凸部の間で、前記半導体基板の上部に位置した活性層;
前記対称構造の凹凸部の間で、前記活性層上に配置されたｐ型半導体層;
前記対称構造の凹凸部の間で、前記ｐ型半導体層上に配置された正極;
前記正極の上部面を除いた前記半導体基板の前記凹凸部を含む前記第１表面の外形に沿って積層された絶縁層;
前記正極の上部と前記正極に隣接した前記絶縁層の傾斜面上に配置された反射層;及び
前記半導体基板の前記第１表面と反対側に対向する第２表面の周縁に配置された負極を含むことを特徴とする高効率発光ダイオード。
【請求項２】
前記反射層は１つ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の高効率発光ダイオード。
【請求項３】
前記反射層は前記絶縁層の傾斜面の一部に形成したりまたは前記反射層を前記絶縁層の傾斜面に形成しないことを特徴とする、請求項１に記載の高効率発光ダイオード。
【請求項４】
化合物半導体基板を準備する段階;
前記化合物半導体基板の表面上に活性層とｐ型半導体層を順次に積層する段階;
前記ｐ型半導体層上の所定の部分に正極を形成する段階;
前記正極を覆う階段式構造の第１マスキングパターンと前記第１マスキングパターンと離隔して前記ｐ型半導体層を部分的に覆う第２マスキングパターンを含むマスキングパターンを形成する段階;
前記マスキングパターン、前記活性層、前記ｐ型半導体層及び前記半導体基板を前記マスキングパターンが所定の厚さとなるように乾式エッチングする段階;及び
前記構造物を湿式エッチングして正極周囲に階段形の構造を有するなだらかな多層の凸型及び凹型反射器を作る段階を含むことを特徴とする高効率発光ダイオードの製造方法。
【請求項５】
前記マスキングパターンはシリコン窒化膜、シリコン酸化膜またはその２つの混合膜からなることを特徴とする、請求項４に記載の高効率発光ダイオードの製造方法。
【請求項６】
前記乾式エッチングは塩素（Ｃｌ２）ガスや臭化水素（ＨＢｒ）ガスあるいはこれらが含まれた混合ガスを使用した反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）装置または誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）装置などのプラズマエッチング装置を利用して行われることを特徴とする、請求項４に記載の高効率発光ダイオードの製造方法。
【請求項７】
前記湿式エッチングは
ＨＢｒ+Ｈ３ＰＯ４+Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７の混合溶液、
ＨＢｒ+Ｈ２Ｏ２+Ｈ２Ｏの混合溶液、そして
Ｂｒ２+メタノールの混合溶液で構成される群から選択された１つを利用して行われることを特徴とする、請求項４に記載の高効率発光ダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体発光ダイオードに関し、より詳しくは発光効率を高めるための改善された多層反射器構造を有する発光ダイオード及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光体として発光ダイオード（ＬＥＤ）は光通信、表示装置などの多様な応用範囲を有しており、主にＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮなどとこれらを混合させた半導体物質を基本として作られる。
【０００３】
発光ダイオードは発光領域から発生した光を外部へ放出する方法に応じて表面放出型と端面放出型に分類される。表面放出型は接合面に垂直な方向に光を出す構造で、活性層で発生した光が自己吸収損失をほとんど受けずに外部へ放出されるので高効率を実現するのに非常に利点があった。
【０００４】
しかし、従来の表面放出型発光ダイオードはいかなる物質で作っても光が放出される外部の空気より発光ダイオードを構成する物質の光屈折率が大きいので、全反射によって表面に対して特定角度以下で入射する光のみ外部へ放出できる。
【０００５】
通常製造されるＬＥＤチップは切断によって直六面体形になる。この場合、放出できない光は何回も反射させても入射角度が変わらないので、その分、効率が低下する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の目的は発光効率を向上させる多層反射器構造の高効率発光ダイオード及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明の一側面による高効率発光ダイオードは、第１表面に対称構造の凹凸部を有する化合物半導体基板;前記対称構造の凹凸部の間で、前記半導体基板の上部に位置した活性層;前記対称構造の凹凸部の間で、前記活性層上に配置されたｐ型半導体層;前記対称構造の凹凸部の間で、前記ｐ型半導体層上に配置された正極;前記正極の上部面を除いた前記半導体基板の前記凹凸部を含む前記第１表面の外形に沿って積層された絶縁層;前記正極の上部と前記正極に隣接した前記絶縁層の傾斜面上に配置された反射層;及び、前記半導体基板の前記第１表面と反対側に対向する第２表面の周縁に配置された負極を含む。
【０００８】
好ましくは、前記反射層は１つ以上である。
【０００９】
本発明の他の側面によると高効率発光ダイオードを製造するための方法が提供される。前記方法は、化合物半導体基板を準備する段階;前記化合物半導体基板の表面上に活性層とｐ型半導体層を順次に積層する段階;前記ｐ型半導体層上の所定の部分に正極を形成する段階;前記正極を覆う階段式構造の第１マスキングパターンと前記第１マスキングパターンと離隔して前記ｐ型半導体層を部分的に覆う第２マスキングパターンを含むマスキングパターンを形成する段階;前記マスキングパターン、前記活性層、前記ｐ型半導体層及び前記半導体基板を前記マスキングパターンが所定の厚さでとなるように乾式エッチングする段階;及び、前記構造物を湿式エッチングして正極周囲に階段形の構造を有するなだらかな多層の凸型及び凹型反射器を作る段階を含む。
【００１０】
前記マスキングパターンはシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、そして前記シリコン窒化膜とシリコン酸化膜の混合膜で構成される群から選択された１つからなることができる。
【００１１】
前記乾式エッチングは塩素（Ｃｌ２）ガスや臭化水素（ＨＢｒ）ガスあるいはこれらが含まれた混合ガスを使用した反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）装置または誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）装置などのプラズマエッチング装置を利用して行うことができる。
【００１２】
前記湿式エッチングは、ＨＢｒ+Ｈ３ＰＯ４+Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７の混合溶液、ＨＢｒ+Ｈ２Ｏ２+Ｈ２Ｏの混合溶液、そしてＢｒ２+メタノールの混合溶液で構成される群から選択された１つを利用して行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による高効率発光ダイオード及びその製造方法は従来の構造に比べてより効率的であるので、低電力及び高輝度の光源として利用できる。さらに、ＬＥＤを従来の半導体工程を利用して製造できるので、製造工程が複雑にならない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
このようになる本発明を添付した図面を参照して詳しく説明する。本発明の実施例は多様な形態に変更することができ、本発明の範囲が下記で説明する実施例によって限定されると解釈されてはいけない。本発明の実施例は当業界で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状などはより明確な説明を強調するために誇張されたものであり、図面で同一な符号で示された要素は同一な要素を意味する。
【００１５】
図１は本発明の一実施例による高効率発光ダイオードの断面図である。
【００１６】
図１を参照すると、本発明の高効率発光ダイオードは第１表面に対称構造の凹凸部１７を有する化合物半導体基板１５と、前記対称構造の凹凸部１７の間で、前記半導体基板の上部に位置した活性層１４と、前記対称構造の凹凸部１７の間で、前記活性層１４の上に配置されたｐ型半導体層１３と、前記対称構造の凹凸部１７の間で、前記ｐ型半導体層１３の上に配置された正極１１と、前記正極１１の上部面を除いた前記半導体基板１５の前記凹凸部１７を含む前記第１表面の外形に沿って積層された絶縁層１２と、前記正極１１の上部と前記正極１１に隣接した前記絶縁層１２の傾斜面上に配置された反射層１９と、前記半導体基板１５の第１表面と反対側に対向する第２表面の周縁に配置された負極１６を含む。
【００１７】
図１の発光ダイオードは階段形凹凸構造の反射層１９と絶縁層１２からなる凹凸部１７を有する。この凹凸部１７は正極１１と負極１６に電圧が印加される時、活性層１４から出る光を反射させて光効率を上げる。つまり、臨界角以下の角度で出る光も同時に反射させて全体的な光効率を高める。
【００１８】
前記実施例で示された反射層１９は３つであるが、これに限定されず、所望する素子の特性と生産費用を考慮してその数が増減してもよい。
【００１９】
次に、図１の構造を有する発光ダイオードを製造するための方法を図２乃至図４を参照して説明する。
【００２０】
まず、図２を参照すると、化合物半導体基板１５ａ、例えば、ＧａＡｓまたはＩｎＰ基板が準備される。準備された半導体基板１５ａの第１面、つまり、上部面に活性層２２とｐ型半導体層２４が形成される。その後、ｐ型半導体層２４上の所定の部分に正極１１が形成される。正極１１とｐ型半導体層２４上にマスキング材２６を形成し、半導体リソグラフィ工程と乾式エッチング工程で正極１１とその周辺に階段形のマスキングパターン２６を形成する。
【００２１】
ここで、マスキング材２６はシリコン窒化膜（ＳｉＮＸ）、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）またはその２つの混合膜を使用することができる。
【００２２】
次に、図３を参照すると、図２のように処理された半導体基板は塩素（Ｃｌ２）ガスや臭化水素（ＨＢｒ）ガスあるいはこれらが含まれた混合ガスを使用した乾式エッチング工程でエッチングされる。前記エッチング工程はマスキングパターン２６が所定の厚さだけ残るまで進められる。乾式エッチングによって露出される複数の層、つまり、マスキングパターン２６、ｐ型半導体層２４、活性層２２及びその下部の半導体基板１５ａがエッチングされて図３に示されたように階段形構造で形成される。
【００２３】
乾式エッチングのための装置としては半導体工程で一般に使用される反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）装置または誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）装置などのプラズマエッチング装置を全て使用することができる。塩素ガスや臭化水素ガスを利用して乾式エッチングすると、シリコン窒化膜やシリコン酸化膜に比べてＧａＡｓやＩｎＰが１０倍以上の速い速度でエッチングされるので、半導体基板に形成される階段構造は図２に示された構造で深さ方向に拡大された形状になる。これより、乾式エッチング段階で階段構造の深さが決定される。
【００２４】
次に、図４を参照すると、乾式エッチング段階（図３）まで形成された構造に湿式エッチングを行い、露出された半導体表面をなだらかにした多層構造反射器を形成した形態である。ＧａＡｓやＩｎＰに対してこのような特性を有する湿式エッチング溶液としてはＨＢｒ+Ｈ３ＰＯ４+Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７の混合溶液、ＨＢｒ+Ｈ２Ｏ２+Ｈ２Ｏの混合溶液またはＢｒ２+メタノールの混合溶液などがある。
【００２５】
以上で説明したように、本発明は前記実施例に限定されず、請求範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、当該発明が属する分野で通常の知識を有する者であれば誰でも多様な変更実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例による発光ダイオードの構造を示す断面図である。
【図２】図１の発光ダイオードを製造するための方法を示す断面図である。
【図３】図１の発光ダイオードを製造するための方法を示す断面図である。
【図４】図１の発光ダイオードを製造するための方法を示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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