(57)【要約】      （修正有）【課題】本発明は、光反射型発光ダイオードチップ及びその製造方法に係り、より詳細には、発光効率が改善された光反射型赤外線ダイオードチップ及びその製造方法に関する。【解決手段】本発明による光反射型発光ダイオードチップは、チップの内部にエッチングで形成された内部が空洞となっている複数の光反射用溝に、光反射層１４０を形成したことを特徴とする。前記複数の光反射用溝により光が上方へ反射されて発光ダイオードの光効率の向上を実現する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップの内部に、内部が空いている複数の光反射用溝を有する光反射層を含むことを特徴とする、発光ダイオードチップ。
【請求項２】
前記複数の光反射用溝は、曲線状の溝であることを特徴とする、請求項１に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項３】
前記発光ダイオードチップは、下部電極と、下部電極の上部側の基板と、前記基板の上部の発光層と、前記発光層の上部の上部電極と、を含むことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項４】
前記発光ダイオードチップは、赤外線を放出することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項５】
前記光反射層は、エッチングされた溝を有する前記基板の表面に光反射物質がコーティングされたものであることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項６】
前記光反射性物質は、Ａｕであることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項７】
犠牲基板に発光層を含むエピ層を成長させるステップと；
基板の上部に、内部が空いている複数の光反射用の曲線状の溝を有する光反射層を形成するステップと；
前記光反射層と前記エピ層とを接合するステップと；
前記犠牲基板を除去するステップと；
を含むことを特徴とする、発光ダイオードチップの製造方法。
【請求項８】
前記光反射層は、前記基板の表面をエッチングして曲線状の溝を形成し、前記溝の内部とエッチングされていない前記基板の表面とを光反射性物質でコーティングして形成されることを特徴とする、請求項７に記載の発光ダイオードチップの製造方法。
【請求項９】
前記光反射用溝は、ドライエッチング、ウェットエッチング、又はこれらの組み合わせにより形成されることを特徴とする、請求項７又は請求項８に記載の発光ダイオードチップの製造方法。
【請求項１０】
曲線状の溝がエッチングされた基板と；
前記基板の表面に溝の内部が空いている状態でコーティングされた光反射層と；
前記光反射層に接する任意の下部ウィンドウ層と；
前記下部ウィンドウ層または光反射層の表面に接する赤外線発光層と；
前記赤外線発光層上に形成された上部ウィンドウ層と；
上下電極と；
を含むことを特徴とする、光反射型赤外線発光ダイオードチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光反射型発光ダイオードチップ及びその製造方法に係り、より詳細には、改善された反射率を有する光反射型赤外線発光ダイオードチップ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
反射型赤外線発光ダイオードの構造は、下部基板上に反射層が形成され、反射層上に下部制限層、活性層、及び上部制限層からなる赤外線発光層を有している。赤外線発光層の上部には、光拡散層を有する。
【０００３】
反射層は発光ダイオードの効率を増大させることを目的とするが、実際には反射層によって反射された光の一部が側方へも放出されて減衰し、発光ダイオードの効率を下げる要素となっている。このため、これに対する解決策が求められている。
【０００４】
大韓民国特許第１１６５２５４号には、下部基板との接合過程において、光反射物質が酸化されて劣化する光反射効率を光散乱により補償する方法が開示されている。発光ダイオードは、犠牲基板上に光放射層を成長させ、光放射層上に屈折率の異なる物質からなる複数の絶縁性散乱突起を形成し、散乱突起に金属反射層を形成した後、導電性基板と接合させて製造される。
【０００５】
しかしながら、それにも拘わらず、反射型発光ダイオードから反射される光源が側面へ放出されて効率が低下してしまうという問題は解決されず、この問題を解決する方法に対する要求が続いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】大韓民国特許第１１６５２５４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、光反射率が向上した新しい構造の発光ダイオードチップを提供することである。
【０００８】
本発明が解決しようとする他の課題は、光反射率が向上した新しい構造の発光ダイオードチップの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる課題を解決するために、本発明による発光ダイオードチップは、チップの内部に、内部が空いている複数の光反射用溝を有する光反射層を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明において、発光ダイオードチップは、下部電極と、下部電極の上部側の基板と、基板の上部の発光層と、発光層の上部の上部電極と、を含む発光ダイオードチップであってもよい。
【００１１】
本発明において、発光ダイオードチップは、赤外線を放出する発光ダイオードチップであってもよい。
【００１２】
本発明において、複数の光反射用溝は、前面への反射率が高い井戸状の溝であることが好ましい。
【００１３】
本発明において、発光ダイオードチップは、チップの上部側へ発光層から発光された光と光反射層から反射された光が放出されてもよい。
【００１４】
本発明において、複数の井戸状の溝は、深さと幅または直径が１〜１００μｍであってもよい。好ましくは深さと最大幅または直径が１〜５０μｍ、より好ましくは２０〜３０μｍであってもよい。
【００１５】
本発明において、複数の井戸状の溝は、理論的に限定されるものではないが、光源が側壁から反射された後、上方に向かって放出できるように傾斜した側壁を有することが好ましく、上部から下部に行くほど幅が狭くなる上広下狭の形状を有することがより好ましい。
【００１６】
本発明の一実施形態において、複数の井戸状の溝は、傾斜した側壁と底面とを有し、上部が広く下部が狭い形状、例えば、台形断面の溝であってもよい。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態において、複数の井戸状の溝は、より高い反射率を有するように、壁面および／または床面が曲面をなす曲線状の溝であってもよい。例えば、井戸状の溝は、断面が放物線形状をなす曲線状の溝であってもよい。
【００１８】
本発明において、光反射層は、発光層から放出された光を上方へ再反射させることができるように発光層の下部に位置させ、より好ましくは、エッチングにより溝が形成された基板の上部面に位置させることができる。
【００１９】
本発明において、光反射層は、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌなどの金属から選択でき、好ましくはＡｕである。光反射層は、蒸着層であってもよく、好ましくは、厚さ１００〜１０００ｎｍ、より好ましくは厚さ３００〜４００ｎｍを有していてもよい。
【００２０】
本発明の実施形態において、光反射層と基板との間には、接合性を高めるための接合層をさらに含むことができる。本発明の実施形態において、接合層は、Ｉｎ、Ｓｎ、ＩｎＡｕ、ＳｎＡｕなどから選択でき、好ましくはＩｎＡｕである。接合層は、蒸着層でよく、好ましくは厚さ０．８〜２μｍ、より好ましくは厚さ１．２〜１．５μｍを有していてもよい。本発明の好ましい実施形態において、光反射層と接合層は、エッチングされた基板に先に接合層を蒸着し、次いで光反射層を蒸着してなる。
【００２１】
本発明において、発光層は、下部制限層、活性層及び上部制限層からなっていてもよく、また、下部制限層の下部と上部制限層の上部とには、光拡散のための下部ウィンドウ層と上部ウィンドウ層とをそれぞれ形成してもよい。
【００２２】
本発明は、一側面において、
犠牲基板に発光層を含むエピ層を成長させるステップと；
基板の上部に、内部が空いている複数の光反射用溝を有する光反射層を形成するステップと；
光反射層とエピ層とを接合するステップと；
犠牲基板を除去するステップと；を含む発光ダイオードの製造方法を提供する。
【００２３】
本発明において、光反射層は、基板の表面をエッチングして多数の溝を形成し、エッチングされていない基板の表面と形成された溝の内面とに光反射物質、例えば、光反射性金属、一例としてＡｕまたはＡｇを蒸着して形成される。
【００２４】
本発明において、エッチング工程としては、ウェットおよび／またはドライエッチング工程を行うことができ、好ましくは、台形状の溝にはドライエッチングを行い、曲線状の溝にはウェットエッチングを行う。
【００２５】
本発明の実施形態において、光反射層は、エッチングされた基板の表面に蒸着された接着層の表面に蒸着されることが好ましい。
【００２６】
本発明は、一側面において、
複数の曲線状の溝がエッチングされた基板と；
基板の表面に溝の内部が空いている状態でコーティングされた光反射層と；
光反射層に接する任意の下部ウィンドウ層と；
下部ウィンドウ層または光反射層の表面に接する赤外線発光層と；
赤外線発光層上に形成された上部ウィンドウ層と；
上下電極と；を含むことを特徴とする光反射型赤外線発光ダイオードを提供する。
【００２７】
本発明において、光反射層は、エッチングされていない面に光反射物質がコーティングされた光反射表面と、エッチングされた溝の表面に光反射物質がコーティングされた、内部が空いている光反射用溝と、からなる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明による発光ダイオードチップは、光反射層に入射される光源が側方に広がりながら減衰していくことを防止し、上方へ反射できるようにして光効率を向上させることができる。
【００２９】
また、台形断面のナノ溝は、平面に比べて反射率の向上を図りながらも経済性の観点からも有利な反射面を実現することができ、曲線状の溝は、より高性能な反射面を実現することができるので、様々な需要層のニーズを満たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による赤外線発光ダイオードの断面構造を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による台形状の溝を有する赤外線発光ダイオードの光反射層を拡大した図である。
【図３】本発明の他の一実施形態による曲線状の溝を有する赤外線発光ダイオードの光反射層を拡大した図である。
【図４】本発明による赤外線発光ダイオードの製造過程を示す図である。
【図５】ドライエッチング工程によりｐ−Ｓｉ基板に形成された台形断面の溝の構造を示す断面写真である。
【図６】ウェットエッチング工程によって形成された曲線状の溝の構造を示す断面写真である。
【図７】一般的な反射型赤外線発光ダイオードの光放出経路（ａ）と、本発明による台形断面の溝を有する赤外線発光ダイオードの光放出経路（ｂ）と、本発明による曲線状の溝を有する赤外線発光ダイオードの光放出経路（ｃ）と、を簡単に図式化したものである。
【図８】一般的な反射型９４０ｎｍ赤外線発光ダイオード（ａ）と、本発明による台形断面の溝を有する反射型９４０ｎｍ赤外線発光ダイオード（ｂ）と、曲線状の溝を有する反射型９４０ｎｍ赤外線発光ダイオード（ｃ）と、のフォトルミネセンス（ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎcｅ：ＰＬ）特性を比較したグラフである。
【図９】一般的な反射型９４０ｎｍ赤外線発光ダイオード（ａ）と、台形断面の溝を有する反射型９４０ｎｍ赤外線発光ダイオード（ｂ）と、曲線状の溝を有する反射型９４０ｎｍ赤外線発光ダイオード（ｃ）と、の光効率−電流−電圧（ＬＩＶ）特性の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、実施の形態を通じて本発明を詳細に説明する。本発明の付加的な態様、特徴、及び利点は、後述する代表的な実施の形態の説明を含み、その説明は、添付した図面を参照しつつ理解されなければならない。本発明の明確な理解を助けるために、各図面において、一部の構成要素は、誇張または省略され、または概略的に図示されることがある。また、各構成要素の大きさは、実際の大きさを完全に反映するものではない。 
【００３２】
図１に示すように、本発明による赤外線発光ダイオード１００は、下部電極１１０、基板１２０、接合層１３０、光反射層１４０、下部ウィンドウ層１５０、下部制限層１６０、光活性層１７０、上部制限層１８０、上部ウィンドウ層１９０、および上部電極２００が順に積層される。
【００３３】
基板１２０はエッチングが可能なｐ−Ｓｉ基板であり、接合層１３０はＡｕＩｎ層であり、光反射層１４０はＡｕである。
【００３４】
８５０ｎｍの赤外光を発光する場合、下部ウィンドウ層１５０は、厚さ約６μｍのＡｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ層であり、下部制限層１６０は、ｐ型制限層であり、厚さ約１μｍのＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ層を使用する。光活性層１７０は、繰り返し積層されたＧａＡｓ量子井戸とＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ量子障壁とからなり、上部制限層１８０は、ｎ型制限層であり、厚さ約１μｍのＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ層を使用する。上部ウィンドウ層１９０は、厚さ約３μｍのＡｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ層からなる。
【００３５】
９４０ｎｍの赤外光を発光する場合、下部のウィンドウ層１５０は、厚さ約６μｍのＡｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ層であり、下部制限層１６０は、ｐ型制限層であり、厚さ約１μｍのＧａＡｓ層を使用する。光活性層１７０は、繰り返し積層されたＩｎＧａＡｓ量子井戸とＧａＡｓの量子障壁とからなり、上部制限層１８０は、ｎ型制限層であり、厚さ約１μｍのＧａＡｓ層を使用する。上部ウィンドウ層１９０は、厚さ約３μｍのＡｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ層からなる。
【００３６】
図２及び図３に示すように、台形断面の溝の場合、基板１２０の表面にエッチングによって深さ４０μｍ、床直径３０μｍ、上部直径５０μｍの井戸状の溝１２２が３０〜４０μｍ間隔で基板１２０の表面に形成される。また、放物線断面の曲線状の溝の場合、基板１２０の表面にエッチングによって深さ４０μｍ、上部直径５０μｍの放物線断面を有する 井戸状の溝１２２が３０〜４０μｍ間隔で基板１２０の表面に形成される。
【００３７】
接合層１３０及び光反射層１４０は、基板１２０のエッチングされていない上部表面１２１と、エッチングされた井戸状の溝１２２の内部、すなわち、台形状の溝の場合には、側壁１２３及び底面１２４の表面とに沿って所定の厚さで形成され、曲線状の溝の場合には、溝の内面に沿って所定の厚さで形成される。
【００３８】
下部ウィンドウ層１５０は、基板１２０のエッチングされていない上部表面１２１に形成された接着層１３０と光反射層１４０を介して基板１２０と接合されており、井戸状の溝１２２の場合、内部が空いている状態で接合される。
【００３９】
図４に台形断面の溝を例示として示すと、本発明による赤外線発光ダイオード１００は、図４（ｂ）に示すように、ＧａＡｓのような犠牲基板３００上に上部ウィンドウ層１９０、上部制限層１８０、光活性層１７０、下部制限層１６０、及び下部のウィンドウ層１５０を順に成長させる。また、図４（ａ）に示すように、基板１２０の表面をエッチングして多数のエッチングされた井戸状の溝１２２を形成する。次に、図４（ｃ）に示すように、基板１２０のエッチングされていない上部表面１２１と、井戸状の溝１２２の内面、すなわち、側壁１２３及び床面１２４とに、接合層１３０及び光反射層１４０を順に蒸着する。基板１２０に形成された光反射層１４０と、犠牲基板３００で成長した下部のウィンドウ層１５０とを対面するように積層し、高温で焼結して接合させる。次いで、図４（ｄ）に示すように、犠牲基板３００を除去し、基板１２０の下面と上部ウィンドウ１９０の上面とにそれぞれ下部電極１１０と上部電極２００とを形成する。
【００４０】
基板１２０が表面に形成される台形状の井戸は、ドライエッチングにより、基板１２０の表面にフォトレジスト（ｐｈｏｔｏ−ｒｅｓｉｓｔ：ＰＲ）をコーティングし、その後、現像処理により所定のＰＲパターン層を形成し、真空チャンバー内でアルゴンイオンでスパッタリングして形成される。図５には台形断面の溝を示す。
【００４１】
基板１２０の表面に形成される曲線状の井戸は、基板１２０の表面に所定のパターン層を形成し、ＨＦエッチング液を用いてエッチングしてなる。図６には放物線断面の溝を示す。
【００４２】
図７に示すように、内部が空いている光反射用溝を有しない一般的な反射型赤外線発光ダイオードの光放出経路（ａ）の場合、発光ダイオードの光活性層１７０のある一箇所から放出された光が下部に入射されて平らな光反射層２によって反射されるとき、所定の角度以上では光のほとんどがエピ層１の側面へ放出されることが確認される。本発明において、内部が空いている台形断面の光反射用溝を有する赤外線発光ダイオードの光放出経路（ｂ）の場合、発光ダイオードの光活性層１７０のある一箇所から放出された光の一部を除いてはほとんどが、所定の光反射用溝から光活性層の方向に再放出されることが確認できる。また、本発明において、内部が空いている放物線断面の光反射用溝を有する赤外線発光ダイオードの光放出経路（ｃ）の場合、発光ダイオードの光活性層１７０のある一箇所から放出された光のほとんどが、所定の光反射用溝から光活性層の方向に再放出されることが確認できる。
【００４３】
このような光放出経路の比較から、理論的に限定されるものではないが、光反射用溝を形成したことにより、反射型赤外線発光ダイオードの効率を向上させることができ、さらに、曲線状の溝の方が、発光ダイオード効率をより向上させることができるということがわかる。
【００４４】
図８は、内部が空いている光反射用溝を有しない一般的な反射型９４０ｎｍ赤外線発光ダイオード（ａ）と、内部が空いている台形状の溝を有する反射型９４０ｎｍ赤外線発光ダイオード（ｂ）と、内部が空いている曲線状の溝を有する反射型９４０ｎｍ赤外線発光ダイオード（ｃ）と、のフォトルミネセンス（ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：ＰＬ）特性を示す。
【００４５】
実験で印加されたレーザーパワー（ｌａｓｅｒ  ｐｏｗｅｒ）は約４０ｍＷであり、光反射用溝を有しない一般的な反射型９４０ｎｍ赤外線発光ダイオード（ａ）のＰＬ強度は１．７であり、内部が空いている台形状の溝を有する反射型９４０ｎｍ赤外線発光ダイオード（ｂ）のＰＬ強度は２．１であり、内部が空いている曲線状の溝を有する反射型９４０ｎｍ赤外線発光ダイオード（ｃ）のＰＬ強度は約２．７で、台形状の溝に比べて相対的に約３０％高いＰＬ強度を示した。この結果から、曲線状の溝を有する反射型９４０ｎｍ赤外線発光ダイオードの方が、効率増加の観点からすると非常に効果的な方法の一つであることが判明した。
【００４６】
図９は、内部が空いている光反射用溝を有しない一般的な反射型９４０ｎｍ赤外線発光ダイオード（ａ）と、内部が空いている台形状の光反射用溝を有する反射型９４０ｎｍ赤外線発光ダイオード（ｂ）と、内部が空いている丸底状の光反射用溝を有する反射型９４０ｎｍ赤外線発光ダイオード（ｃ）と、の光効率−電流−電圧（Ｌ−Ｉ−Ｖ）特性の結果を示す。
【００４７】
約１５０ｍＡまで印加される電流値の条件下で電流−電圧（Ｉ−Ｖ）および電流−光効率（Ｉ−Ｌ）値を測定した。その結果、電流−電圧（Ｉ−Ｖ）の特性においては、内部が空いている光反射用溝を適用した場合に、発光ダイオード自体の直列抵抗（ｓｅｒｉｓｅ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）にそれほど影響を与えないのに対して、電流−光効率（Ｉ−Ｌ）の特性においては、内部が空いている台形断面の光反射用溝を適用したダイオードの光効率が、一般的な反射型９４０ｎｍ赤外線発光ダイオード（ｂ）の光効率に比べて約１５％高いということが確認された。さらに、曲線状の光反射用溝を適用したダイオードの光効率は、台形断面の光反射用溝を適用したダイオードに比べて約２３％向上するということが確認された。
【００４８】
かかる結果は、内部が空いている光反射用溝を有する光活性層においては、入射される光をより効果的に上部に反射した結果であるといえる。
【符号の説明】
【００４９】
１１０  下部電極
１２０  基板
１３０  接着層
１４０  光反射層
１５０  下部ウィンドウ層
１６０  下部制限層
１７０  光活性層
１８０  上部制限層
１９０  上部ウィンドウ層
２００  上部電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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