(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の突出部を備えるように基板上に形成されて前記突出部による凹凸表面を有するものであり、突出部の側面が前記基板の上面に対して第１傾斜角α(３５゜≦α≦９０゜)だけ傾いたｎ−ＧａＮ層と、
前記ｎ−ＧａＮ層上にその輪郭に沿って形成されるものであり、前記突出部の側面上に前記基板の上面に対して第２傾斜角β(３５゜≦β≦α)だけ傾いた傾斜面を有する活性層と、
前記活性層上にその輪郭に沿って形成されるものであり、前記活性層の傾斜面上に前記基板の上面に対して第３傾斜角γ(２０゜≦γ<β)だけ傾いた傾斜面を有するｐ−ＧａＮ層と、
前記ｐ−ＧａＮ層上に形成されたｐ−電極と、
前記ｐ−電極に対応して、前記ｎ−ＧａＮ層の所定領域上に形成されたｎ−電極と、
を備えることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
前記第３傾斜角は、２０゜ないし４０゜の範囲の値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。
【請求項３】
前記第１傾斜角は、３５゜ないし７０゜の範囲の値であることを特徴とする請求項２に記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記ｐ−電極は、高い反射率を有する金属物質から形成されたことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記ｐ−ＧａＮ層の傾斜面は、前記活性層の傾斜面及び突出部の側面に対して平行ではないことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項６】
前記ｐ−ＧａＮ層とｐ−電極との間に発光波長の１／４厚さのＳｉＯ２層がさらに介在することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項７】
基板を準備する段階と、
前記基板上にｎ−ＧａＮ層を形成する段階と、
前記ｎ−ＧａＮ層をパターニングして、ｎ−ＧａＮ層にその側面が前記基板の上面に対して第１傾斜角α(３５゜≦α≦９０゜)だけ傾いた複数の突出部を形成する段階と、
前記ｎ−ＧａＮ層上にその輪郭に沿って活性層を形成するが、前記突出部の側面上に前記基板の上面に対して第２傾斜角β(３５゜≦β≦α)だけ傾いた傾斜面を有する活性層を形成する段階と、
前記活性層上にその輪郭に沿ってｐ−ＧａＮ層を形成するが、前記活性層の傾斜面上に前記基板の上面に対して第３傾斜角γ(２０゜≦γ<β)だけ傾いた傾斜面を有するｐ−ＧａＮ層を形成する段階と、
前記ｎ−ＧａＮ層の所定領域を露出させて、その上にｎ−電極を形成する段階と、
前記ｐ−ＧａＮ層上にｐ−電極を形成する段階と、
を備えることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項８】
前記ｐ−ＧａＮ層を形成する段階において、
ｐ−ＧａＮの側方向成長に対する垂直方向成長の比率を制御して、前記第３傾斜角を制御することを特徴とする請求項７に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項９】
前記第３傾斜角は、２０゜ないし４０゜の範囲の値であることを特徴とする請求項７に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項１０】
前記第１傾斜角は、３５゜ないし７０゜の範囲の値であることを特徴とする請求項９に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項１１】
前記ｐ−電極は、高い反射率を有する金属物質から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の製造方法。
【請求項１２】
前記ｐ−ＧａＮ層の傾斜面は、前記活性層の傾斜面及び突出部の側面に対して平行にならないように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の製造方法。
【請求項１３】
前記ｐ−ＧａＮ層を形成する段階とｐ−電極を形成する段階との間に、ｐ−ＧａＮ層上に発光波長の１／４厚さのＳｉＯ２層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の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、発光ダイオード及びその製造方法に係り、より詳細には、発光効率及び光抽出効率が向上するようにその構造が改善された発光ダイオード及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード(ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）は、電気を加えると、電子がエネルギーレベルが高い所から低い所に移動して特定の波長の光を出す半導体素子をいう。ＬＥＤは、コンピュータ本体でハードディスクが回転するときの点滅する小さな緑色光、都心のビル上に設置された大型電光板、及び携帯電話の輝く光など、多様な所で光を作り出す時に使用する。ＬＥＤは、既存の電球に比較して電力消費量が１／１２レベルで非常に少なく、寿命は電球の１００倍以上、電気に対する反応速度も１０００倍以上速くて新しい発光体として注目されており、低電力で高輝度の光を出力することができるので、電光板のようなディスプレイ用として脚光を浴びている。ＬＥＤは、どの化合物半導体(ＧａＰ、ＧａＡｓ)を使うかによって光の色が異なるが、赤色及び緑色光を出すＬＥＤは、数十年前に開発されて多様な産業及び生活家電などに幅広く使われている。
【０００３】
このようなＬＥＤは、光の出射方向によってトップエミット型の発光ダイオード(Ｔｏｐ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＴＬＥＤ)とフリップチップ発光ダイオード(Ｆｌｉｐ−Ｃｈｉｐ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅｓ：ＦＣＬＥＤ)とに分類される。
【０００４】
ＴＬＥＤは、ｐ型化合物半導体層とオーミックコンタクトを形成するｐ型電極を通じて光が出射される構造を有する。前記ｐ型電極は、主にｐ型化合物半導体層上にニッケル(Ｎｉ）層と金(Ａｕｉ）層とが順次に積層された構造を有する。しかし、ニッケル層／金層から形成されたｐ型電極は、半透明性を有し、前記ｐ型電極が適用されたＴＬＥＤは、低光利用効率及び低輝度特性を有する。
【０００５】
ＦＣＬＥＤは、活性層から発生した光がｐ型化合物半導体層上に形成された反射電極で反射され、前記反射光が基板を通じて出射される構造を有する。前記反射電極は、銀(Ａｇ）、アルミニウム(Ａｌ）及びロジウム(Ｒｈ)のような光反射特性に優れた物質から形成される。このような反射電極が適用されたＦＣＬＥＤは、高光利用効率及び高輝度特性を有しうる。
【０００６】
従来、かかるＬＥＤの光出力特性を向上させるためにマイクロ−反射構造を有するＬＥＤが開発された。窒化物半導体を利用したマイクロ−反射構造のＬＥＤ製造時に、ｐ−ＧａＮ層をエッチングして凹凸構造を形成するか、または活性層の下部までエッチングして凹凸構造を形成することができる。しかし、ｐ−ＧａＮ層をエッチングして凹凸構造を形成する場合、ｐ−ＧａＮ層の厚さの減少によって、電流注入に問題が発生しうる。活性層の下部までエッチングして凹凸構造を形成する場合、活性層の面積の減少によって、内部発光効率が減少し、またｎ−ＧａＮ層とｐ−ＧａＮ層との間に電気的絶縁層が必要になって、電極形成工程が複雑になりうる。したがって、このような問題点を改善して、発光効率及び光抽出効率を向上させるためのＬＥＤの構造改善が要求される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が達成しようとする技術的課題は、前記した従来技術の問題点を改善するためのものであり、発光効率及び光抽出効率が向上するようにその構造が改善されたＬＥＤ及びその製造方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によるＬＥＤは、複数の突出部を備えるように基板上に形成されて、前記突出部による凹凸表面を有するものであり、突出部の側面が前記基板の上面に対して第１傾斜角α(３５゜≦α≦９０゜)だけ傾いたｎ−ＧａＮ層と、前記ｎ−ＧａＮ層上にその輪郭に沿って形成されるものであり、前記突出部の側面上に前記基板の上面に対して第２傾斜角β(３５゜≦β≦α)だけ傾いた傾斜面を有する活性層と、前記活性層上にその輪郭に沿って形成されるものであり、前記活性層の傾斜面上に前記基板の上面に対して第３傾斜角γ(２０゜≦γ<β)だけ傾いた傾斜面を有するｐ−ＧａＮ層と、前記ｐ−ＧａＮ層上に形成されたｐ−電極と、前記ｐ−電極に対応して前記ｎ−ＧａＮ層の所定領域上に形成されたｎ−電極と、を備える。
【０００９】
このようなＬＥＤの製造方法は、基板を準備する段階と、前記基板上にｎ−ＧａＮ層を形成する段階と、前記ｎ−ＧａＮ層をパターニングして、ｎ−ＧａＮ層にその側面が前記基板の上面に対して第１傾斜角α(３５゜≦α≦９０゜)だけ傾いた複数の突出部を形成する段階と、前記ｎ−ＧａＮ層上にその輪郭に沿って活性層を形成するが、前記突出部の側面上に前記基板の上面に対して第２傾斜角β(３５゜≦β≦α)だけ傾いた傾斜面を有する活性層を形成する段階と、前記活性層上にその輪郭に沿ってｐ−ＧａＮ層を形成するが、前記活性層の傾斜面上に前記基板の上面に対して第３傾斜角γ(２０゜≦γ<β)だけ傾いた傾斜面を有するｐ−ＧａＮ層を形成する段階と、前記ｎ−ＧａＮ層の所定領域を露出させて、その上にｎ−電極を形成する段階と、前記ｐ−ＧａＮ層上にｐ−電極を形成する段階と、を含む。
【００１０】
望ましくは、前記第３傾斜角は、２０゜ないし４０゜の範囲の値であり、第１傾斜角は、３５゜ないし７０゜の範囲の値である。前記ｐ−電極は、高い反射率を有する金属物質から形成され、望ましくは、前記ｐ−ＧａＮ層とｐ−電極との間に発光波長の１／４厚さのＳｉＯ２層がさらに介在しうる。前記ｐ−ＧａＮ層の傾斜面は、前記活性層の傾斜面及び突出部の側面に対して平行ではないことを特徴とする。
【００１１】
前記のような構成を有する本発明によれば、発光効率及び光抽出効率が向上したＬＥＤが得ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、発光効率及び光抽出効率が向上するように、その構造が改善されたＬＥＤを得ることができる。具体的に、活性層の傾斜角を大きく形成することによって、活性層の面積増加によってＬＥＤの内部発光効率が増加し、かつ、ｐ−ＧａＮ層の傾斜角を活性層の傾斜角より緩やかに形成することによって、前記ｐ−ＧａＮ層上に形成される反射電極の光反射効率が増加しうる。したがって、このような構造を有する本発明によるＬＥＤの光出力は、従来のＬＥＤより４６％以上大きく向上しうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係るＬＥＤ及びその製造方法の望ましい実施形態を添付された図面を参照して詳細に説明する。この過程で図面に示された層や領域などの厚さは、明細書の明確性のために誇張して示した。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態によるＬＥＤの概略的な断面図である。
【００１５】
図１において、前記ＬＥＤは、サファイア基板１０上に順次に積層されたｎ−ＧａＮ層２０、活性層３０、ｐ−ＧａＮ層４０、ｐ−電極５０、及び前記ｎ−ＧａＮ層２０の所定領域上に形成されたｎ−電極６０を備える。このような構造のＬＥＤは、活性層３０から発生した光がｐ−ＧａＮ層４０上に形成されたｐ−電極５０で反射されて、前記反射光がサファイア基板１０を通じて出射される構造を有する。
【００１６】
前記ｎ−ＧａＮ層２０は、複数の突出部２２を有するように形成されて、前記突出部２２による凹凸表面を有する。ここで、前記突出部２２は、その側面２２ａが前記基板１０の上面に対して第１傾斜角α(３５゜≦α≦９０゜)だけ傾いた構造を有する。そして、前記ｎ−ＧａＮ層２０上にその輪郭に沿って均一な厚さに活性層３０が形成されており、前記突出部２２の側面２２ａ上で前記活性層３０は、前記基板１０の上面に対して第２傾斜角β(３５゜≦β≦α)だけ傾いた傾斜面３０ａを有する。ここで、前記第２傾斜角βは、突出部２２の第１傾斜角αより小さいか等しい。前記第２傾斜角βが大きいほど前記活性層３０の表面積が増加し、その面積増加によって、前記活性層３０での発光効率が増加しうる。したがって、前記活性層３０は、第２傾斜角βができる限り大きい値を有するように形成されることが望ましい。
【００１７】
前記ｐ−ＧａＮ層４０は、活性層３０上にその輪郭に沿って形成される。ここで、前記ｐ−ＧａＮ層４０は、前記活性層３０の傾斜面３０ａ上に前記基板１０の上面に対して第３傾斜角γ(２０゜≦γ<β)だけ傾いた傾斜面４０ａを有する。前記ｐ−ＧａＮ層４０の傾斜面４０ａは、活性層３０の傾斜面３０ａより緩やかであることが望ましく、このように緩やかな傾斜のｐ−ＧａＮ層４０が形成される場合、ｐ−ＧａＮ層４０上に形成されるｐ−電極５０での光反射効率が増加しうる。前記ｐ−電極５０は、銀(Ａｇ）、アルミニウム(Ａｌ）及びロジウム(Ｒｈ)のような光反射特性に優れた金属物質から形成される。実験的に、２０゜ないし４０゜の範囲の第３傾斜角γと３５゜ないし７０゜の範囲の第１傾斜角αで、最大の光抽出効率を得ることができた。かかる構造のＬＥＤにおいて、前記ｐ−ＧａＮ層４０の傾斜面４０ａが前記活性層３０の傾斜面３０ａ及び突出部２２の側面２２ａより緩やかに形成されることによって、活性層３０での発光効率及びｐ−電極５０での光反射効率が共に向上して光出力が増加しうる。
【００１８】
望ましくは、前記ｐ−ＧａＮ層４０とｐ−電極５０との間に発光波長の１／４厚さのＳｉＯ２層(図示せず）がさらに介在してもよく、このようなＳｉＯ２層は、ｐ−電極５０での光反射特性を向上させうる。
【００１９】
図２は、ｐ−ＧａＮ層の傾斜角の増加による光抽出効率の変化を示すグラフであり、図３は、活性層の傾斜角の増加による前記活性層の面積変化を示すグラフである。
【００２０】
図２及び図３を参照すれば、ｐ−ＧａＮ層の傾斜角が２０゜ないし３０゜の範囲で光抽出効率が最も大きく増加し、活性層の傾斜角が増加するほど活性層の面積が増加するということが分かった。
【００２１】
図４は、本発明によるＬＥＤの光出力向上を示すグラフである。
【００２２】
図５Ａないし図５Ｇは、本発明の一実施形態によるＬＥＤの製造方法を示すフローチャートである。
【００２３】
図５Ａないし図５Ｃを参照すれば、まず、サファイア基板１０を準備し、その上にｎ−ＧａＮ層１８を所定厚さに形成する。そして、前記ｎ−ＧａＮ層１８を乾式エッチングのような方法でパターニングして、前記ｎ−ＧａＮ層１８にその側面２２ａが前記基板１０の上面に対して第１傾斜角α(３５゜≦α≦９０゜)だけ傾いた複数の突出部２２を形成することによって、突出部２２が設けられたｎ−ＧａＮ層２０を得ることができる。ここで、前記第１傾斜角αは、３５゜ないし７０゜の範囲であることが望ましい。
【００２４】
図５Ｄを参照して、前記ｎ−ＧａＮ層２０上にその輪郭に沿って均一な厚さに活性層３０を形成する。この時、前記突出部２２の側面２２ａ上に前記基板１０の上面に対して第２傾斜角β(３５゜≦β≦α)だけ傾いた活性層３０の傾斜面３０ａを形成する。温度、圧力、及びＶ／ＩＩＩ(ＮＨ３／ＴＭＧａ)比率のような薄膜成長の工程変数を変化させて、前記活性層３０の側方向成長に対する垂直方向成長の比率を制御することによって、前記第２傾斜角βを制御できる。例えば、基本成長条件より温度を高めるか、圧力を下げるか、Ｖ／ＩＩＩ比率を増加させれば、これによってパターンの傾斜度がだんだんと減少する。
【００２５】
図５Ｅを参照して、前記活性層３０上にその輪郭に沿ってｐ−ＧａＮ層４０を形成する。この時、前記活性層３０の傾斜面３０ａ上に前記基板１０の上面に対して第３傾斜角γ(２０゜≦γ<β)だけ傾いたｐ−ＧａＮ層４０の傾斜面４０ａを形成する。ここでも同様に、温度、圧力、及びＶ／ＩＩＩ(ＮＨ３／ＴＭＧａ)比率のような薄膜成長の工程変数を変化させて、前記ｐ−ＧａＮ層４０の側方向成長に対する垂直方向成長の比率を制御して、前記第３傾斜角γを制御できる。例えば、基本成長条件より温度を高めるか、圧力を下げるか、Ｖ／ＩＩＩ比率を増加させれば、これによってパターンの傾斜度がだんだん減少するようになる。前記第３傾斜角γは、２０゜ないし３０゜の範囲であることが望ましい。
【００２６】
図５Ｆ及び図５Ｇを参照して、乾式エッチングのような方法で前記ｎ−ＧａＮ層２０の所定領域を露出させた後、その上に導電性物質でｎ−電極６０を形成する。その後、前記ｐ−ＧａＮ層４０上に銀(Ａｇ）、アルミニウム(Ａｌ）及びロジウム(Ｒｈ)のような光反射特性に優れた金属物質でｐ−電極５０を形成する。前記のような工程を通じて、発光効率及び光抽出効率が向上したＬＥＤを得ることができる。
【００２７】
望ましくは、ｐ−電極５０を形成する前に、前記ｐ−ＧａＮ層４０上に発光波長の１／４厚さのＳｉＯ２層(図示せず)をさらに形成でき、このようなＳｉＯ２層(図示せず）は、ｐ−電極５０での光反射特性を向上させることができる。
【００２８】
図６は、図５Ｃでパターニングされたｎ−ＧａＮ層の上面を示す光学顕微鏡写真を示した図であり、図７は、図５Ｅでｐ−ＧａＮ層の上面を示す光学顕微鏡写真を示した図である。
【００２９】
このような本発明の理解を助けるために、いくつかの模範的な実施形態が説明され、添付された図面に示されたが、このような実施形態は、単に例示的なものに過ぎず、これを制限しないという点と、本発明は、図示及び説明された構造と配列に限定されないという点とが理解されなければならない。これは、多様な他の修正が当業者に可能であるためである。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、ＬＥＤ及びその製造工程に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態によるＬＥＤの概略的な断面図である。
【図２】ｐ−ＧａＮ層の傾斜角の増加による光抽出効率の変化を示すグラフである。
【図３】活性層の傾斜角の増加による前記活性層の面積変化を示すグラフである。
【図４】本発明によるＬＥＤの光出力向上を示すグラフである。
【図５Ａ】本発明の一実施形態によるＬＥＤの製造方法を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態によるＬＥＤの製造方法を示す図である。
【図５Ｃ】本発明の一実施形態によるＬＥＤの製造方法を示す図である。
【図５Ｄ】本発明の一実施形態によるＬＥＤの製造方法を示す図である。
【図５Ｅ】本発明の一実施形態によるＬＥＤの製造方法を示す図である。
【図５Ｆ】本発明の一実施形態によるＬＥＤの製造方法を示す図である。
【図５Ｇ】本発明の一実施形態によるＬＥＤの製造方法を示す図である。
【図６】図５Ｃでパターニングされたｎ−ＧａＮ層の上面を示す光学顕微鏡写真である。
【図７】図５Ｅでｐ−ＧａＮ層の上面を示す光学顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００３２】
１０    基板、
２０    ｎ−ＧａＮ層、
２２    突出部、
２２ａ    突出部の側面、
３０    活性層、
３０ａ    活性層の傾斜面、
４０    ｐ−ＧａＮ層、
４０ａ    ｐ−ＧａＮ層の傾斜面、
５０    ｐ−電極５０、
６０    ｎ−電極、
α    第１傾斜角、
β    第２傾斜角、
γ    第３傾斜角。
【図１】
0004829704.tif 000002
【図２】
0004829704.tif 000003
【図３】
0004829704.tif 000004
【図５Ａ】
0004829704.tif 000005
【図５Ｂ】
0004829704.tif 000006
【図５Ｃ】
0004829704.tif 000007
【図５Ｄ】
0004829704.tif 000008
【図５Ｅ】
0004829704.tif 000009
【図５Ｆ】
0004829704.tif 000010
【図５Ｇ】
0004829704.tif 000011
【図４】
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【図６】
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【図７】
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