KR100634306B1

KR100634306B1 - 발광 다이오드 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR100634306B1
Application number: KR1020050025413A
Authority: KR
Inventors: 이상준
Original assignee: 서울옵토디바이스주식회사
Priority date: 2005-03-28
Filing date: 2005-03-28
Publication date: 2006-10-16
Also published as: KR20060103619A

Abstract

본 발명은 기판, 상기 기판 상에 순차적으로 형성된 n형 질화물 반도체층, p형 질화물 반도체층, 상기 p형 질화물 반도체층 상에 p형 질화물 반도체층의 일부를 노출시키도록 요철이 형성된 n-GaN 또는 InGaN층 및 상기 n-GaN 또는 InGaN층 요철을 포함하는 p형 질화물 반도체층 상에 형성된 전극층을 포함하는 발광 다이오드 및 이의 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 의한 발광 다이오드 및 이의 제조 방법은 발광 효율, 외부 양자 효율, 추출 효율 등의 특성을 향상시키고 신뢰성을 확보하여, 고광도, 고휘도의 광을 발광할 수 있는 장점이 있다. 또한, 기존 공정을 연장하여 작업함으로써 공정을 단순화하고 원가를 절감하며 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

발광 소자, 질화물 반도체, GaN, 투명 전극, ITO, 외부 양자 효율, 추출 효율

Description

발광 다이오드 및 이의 제조 방법 {Light emitting diode and Method of manufacturing the same}

도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 따른 발광 다이오드의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 발광 다이오드의 효과를 설명하기 위한 개념 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 기판 20 : n형 반도체층

30 : 활성층 40 : p형 반도체층

50 : n-GaN 또는 InGaN층 50′: 요철

60 : 전극층

본 발명은 발광 다이오드 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 질화물계 반도체 발광 다이오드에 있어서 발광 효율과 휘도를 향상시키기 위한 발광 다이오드 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

발광 다이오드(light emission diode; LED)는 반도체의 p-n 접합 구조를 이용하여 주입된 소수 캐리어(전자 또는 양공)를 만들고 이들의 재결합에 의하여 소정의 빛을 발산하는 소자를 지칭하며, GaAs, AlGaAs, GaN, InGaN 및 AlGaInP 등의 화합물 반도체(compound semiconductor) 재료의 변경을 통해 발광원을 구성함으로써 다양한 색을 구현할 수 있다. 예를 들어 GaAsP 등을 이용하여 적색 발광 다이오드를 형성할 수 있고, GaP, InGaN 등을 이용하여 녹색 발광 다이오드를 형성할 수 있고, InGaN/GaN 더블 헤테로(double hetero) 구조를 이용하여 청색 발광 다이오드를 형성할 수 있고, AlGaN/GaN 또는 AlGaN/AlGaN 구조를 이용하여 UV 발광 다이오드를 형성할 수 있다. 특히, GaN은 상온에서 3.4eV의 직접 천이형 밴드갭(direct bandgap)을 가지며 질화인듐(InN), 질화알루미늄(AlN) 같은 물질과 조합하여 1.9eV (InN)에서 3.4eV (GaN), 6.2eV (AlN)까지 직접 에너지 밴드갭을 가지고 있어서 가시광에서부터 자외선 영역까지 넓은 파장 영역 때문에 광소자의 응용 가능성이 매우 큰 물질이다. 이처럼 파장 조절이 가능하여 단파장 영역의 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드에 의한 천연색(full-color) 구현이 가능해짐으로써 디스플레이 영역은 물론 일반 조명시장으로의 파급 효과가 매우 커질 것으로 예상된다．

발광 다이오드는 기존의 전구 또는 형광등에 비해 소모 전력이 작고 수명이 길며, 협소한 공간에 설치 가능하고 진동에 강한 특성을 보인다. 이러한 발광 소자는 표시 소자 및 백라이트로 이용되고 있으며, 소모 전력의 절감과 내구성 측면에서 우수한 특성을 갖기 때문에 최근 일반 조명 용도로 이를 적용하기 위해 활발한 연구가 진행중이다. 이후, 대형 LCD-TV 백라이트, 자동차 헤드라이트, 일반 조명에 까지 응용이 확대될 것으로 예상되며, 이를 위해서는 발광 다이오드의 발광 효율의 개선이 필요하고, 열방출 문제를 해결하여야 하며, 발광 다이오드의 고휘도화, 고출력화를 달성하여야 한다.

현재 발광 다이오드의 성능을 높이기 위한 많은 기술들이 개발되고 있으며, 그 중 광추출 효율을 높이기 위하여 패턴 형성된 기판(Patterned Substrate)을 사용하는 방법이 있다. 발광 다이오드의 성능을 나타내는 지표는 발광 효율(lm/W), 내부 양자 효율(%), 외부 양자 효율(%), 추출 효율(%) 등 여러 가지가 있는데, 추출 효율은 발광 다이오드에 주입된 전자와 발광 다이오드 밖으로 방출되는 광자의 비에 의하여 결정되며 추출 효율이 높을수록 발광 다이오드가 밝은 것을 의미한다. 발광 다이오드의 추출 효율은 칩의 모양이나 표면 형태, 칩의 구조, 패키징 형태에 의하여 많은 영향을 받기 때문에 발광 다이오드를 설계할 때 세심한 주의가 필요하다.

발광 다이오드의 활성층에서 생성된 빛은 칩의 6개의 면으로부터 방출되고, 광추출 효율은 일반적으로 광의 임계각에 의하여 결정되며 발광 다이오드 내부에서 생성된 빛은 대부분 내부 반사에 의하여 밖으로 방출되지 못한채 발광 다이오드 내부에서 소멸된다. 그러나 패턴 형성된 기판에 질화물 반도체를 성장시키면 평탄한 기판 상에 질화물 반도체를 성장시킨 경우보다 현저하게 우수한 광출력 특성을 얻을 수 있다. 이는 질화물 반도체 박막의 결정성 향상으로 인한 결정 결함이 줄어 들어 내부 양자 효율이 개선되고, 기판 위에 형성된 패턴이 광의 내부 반사 경로를 변화시켜 광추출 효율이 개선되었기 때문이다.

그러나 일반적으로 패턴 형성된 기판을 이용하여 발광 다이오드를 형성할 경우, 공정 중에 기판에 폴리머 등을 이용한 패턴(pattern)을 형성하는 단계, 패턴 형성된 기판을 에칭하는 단계, 에칭된 기판 상의 폴리머를 제거하는 단계 등의 새로운 공정들이 추가되기 때문에 단가를 상승시키며, 작업 공정상 번거로움을 증가시킨다. 뿐만 아니라 기판에 에칭 공정을 실시한 후 기판 표면에는 에칭으로 인한 스트레스가 존재하기 때문에, 이러한 스트레스가 기판 상에 성장되는 질화물 반도체 박막에 전달되어 고품질의 박막 성장을 어렵게 한다.

또한, 발광 다이오드의 고휘도화를 위해 n형 전극 주변을 에칭하거나, p형 반도체층 상에 거칠기를 주는 방법을 사용할 수 있다. 그러나 n형 전극 주변을 에칭하는 경우에, 실제 발광 다이오드 칩 상에서는 휘도가 증가하는 효과를 얻을 수 있으나 패키징 후에는 휘도가 거의 증가하지 않는다. 또한 p형 반도체층 상에 거칠기를 주는 경우에는 그 거칠기가 기판과 기판 상에 형성되는 질화물 반도체층 사이의 결정 격자 상수 차이로 인한 관통 전위(threading dislocation)로부터 형성되는데, 이는 그 폭이 좁고 매우 깊은 것으로 알려져 있다. 따라서 이러한 거칠기가 형성된 p형 반도체층 상에 전극층을 증착시키게 되면, p형 반도체층 상에 깊고 좁게 형성된 거칠기의 내부에 전극층의 증착이 제대로 이루어지지 않는다. 즉, p형 반도체층 상에 거칠기를 주는 경우에는 전극층과 p형 반도체층 간의 접촉이 용이하지 않아 접촉 저항이 커지는 문제점이 있다.

종래에는 발광 다이오드 상에 Ni, Al, Ti, Au 등의 금속 원소를 사용한 광투과성 전극을 전극층으로 사용하였다. 그러나 Ni, Al, Ti, Au 등을 사용한 광투과성 전극은 광투과성을 좋게 하기 위해 얇게 형성할 수 밖에 없기 때문에 면저항이 높아 전류 집중화 문제가 발생하고, 광투과율이 좋지 않은 문제점이 있다. 이에 따라 투명 전극 기술에 대한 관심이 증대하였고, ITO(Indium tin oxide) 투명 전극의 개발로 광투과율 향상과 전류 확산을 용이하게 할 수 있었다. 그러나 ITO를 사용하는 경우에는 휘도가 향상되지만 발광하는 빛 중 완전 반사가 일어나는 각 이상의 빛을 외부로 방출시킬 수 없다는 단점을 가지고 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 발광 효율, 외부 양자 효율, 추출 효율 등의 특성을 향상시키고 신뢰성을 확보하여, 고광도, 고휘도의 광을 발광할 수 있는 발광 다이오드 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 기존 공정을 연장함으로써 공정을 단순화하고 원가를 절감하며 생산성을 향상시킬 수 있는 발광 다이오드 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 기판, 상기 기판 상에 순차적으로 형성된 n형 질화물 반도체층, p형 질화물 반도체층, 상기 p형 질화물 반도체층 상에 p형 질화물 반도체층의 일부를 노출시키도록 요철이 형성된 n-GaN 또는 InGaN층 및 상기 n-GaN 또는 InGaN층 요철을 포함하는 p형 질화물 반도체층 상에 형성된 전극층을 포함하는 발광 다이오드를 제공한다.

상기 n형 질화물 반도체층과 p형 질화물 반도체층 사이에 활성층을 더 포함 할 수 있고, 상기 전극층은 Ni, Al, Ti, Au 등의 금속 원소를 사용한 광투과성 전극 또는 ITO일 수 있다.

또한 본 발명은 기판 상에 n형 질화물 반도체층, p형 질화물 반도체층을 순차적으로 성장시키는 단계, 상기 p형 질화물 반도체층 상에 n-GaN 또는 InGaN층을 성장시키는 단계, 상기 n-GaN 또는 InGaN층을 식각하여 상기 p형 질화물 반도체층의 일부를 노출시키며 요철을 형성하는 단계, 상기 n-GaN 또는 InGan층의 요철을 포함하는 p형 질화물 반도체층 상에 전극층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조 방법을 제공한다.

상기 n-GaN 또는 InGaN 층은 10 내지 1000Å의 두께로 성장될 수 있으며, 상기 n-GaN 또는 InGan층의 식각 공정은 상기 n형 질화물 반도체층, 활성층, p형 질화물 반도체층, n-GaN 또는 InGaN 층이 순차적으로 형성된 기판을 KOH 또는 NaOH 용액 상에서 Pt 전극과 Hg 램프를 이용하여 습식 식각할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 발광 다이오드 및 이의 제조 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

본 발명은 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층이 순차적으로 형성된 반도체 발광 다이오드에 있어서, p형 반도체층 상에 추가로 n형 GaN 또는 InGaN층을 성장시키고 그의 일부를 식각하여, p형 반도체층의 일부를 노출시키며 n형 GaN 또는 InGaN층의 요철을 형성한다. n형 GaN 또는 InGaN층의 요철로 인하여 광의 임계각을 변화시키고 용이하게 광을 추출할 수 있어 발광 다이오드의 발광 효율을 개선할 수 있다.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 따른 발광 다이오드의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 1a를 참조하면, 기판(10) 상에 버퍼층(미도시), n형 반도체층(20), 활성층(30) 및 p형 반도체층(40)을 순차적으로 형성한다.

기판(10)은 발광 다이오드를 제작하기 위한 통상의 웨이퍼를 지칭하는 것으로, Al₂O₃, SiC, ZnO, Si, GaAs, GaP, LiAl₂O₃, BN, AlN 및 GaN 중 적어도 어느 하나의 기판(10)을 사용한다. 본 실시예에서는 사파이어로 구성된 결정 성장 기판을 사용한다.

버퍼층(미도시)은 결정 성장시에 기판(10)과 후속층들의 격자 부정합을 줄이기 위한 층으로서, 반도체 재료인 GaN 또는 AlN을 포함한다. 그러나 이에 한정되지 않고, 버퍼층을 형성하지 않을 수도 있다.

n형 반도체층(20)은 전자가 생성되는 층으로서, n형 화합물 반도체층과 n형 클래드층으로 형성될 수 있다. 이 때, n형 화합물 반도체 층은 n형 불순물이 도핑되어 있는 GaN을 사용하는 것이 바람직하며, 이에 한정되지 않고 다양한 반도체 성질의 물질층이 가능하다. p형 반도체층(40)은 정공이 생성되는 층으로서, p형 클래드층과 p형 화합물 반도체층으로 형성될 수 있다. 이 때, p형 화합물 반도체층은 p 형 불순물이 도핑되어 있는 AlGaN을 사용하는 것이 바람직하며, 이에 한정되지 않고 다양한 반도체 성질의 물질층이 가능하다.

활성층(30)은 소정의 밴드 갭과 양자 우물이 만들어져 전자 및 정공이 재결합되는 영역으로서, InGaN을 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 활성층(30)을 이루는 물질의 종류에 따라 전자 및 전공이 결합하여 발생하는 발광 파장이 변화된다. 따라서, 목표로 하는 파장에 따라 활성층(30)에 포함되는 반도체 재료를 조절하는 것이 바람직하다.

상술한 물질층들은 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PCVD; Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등을 포함한 다양한 증착 및 성장 방법을 통해 형성된다.

이는 일반적으로 화합물 반도체를 제조하기 위한 기존 공정과 동일하며, 도 1b에 도시한 바와 같이 본 실시예는 기존 공정을 연장하여 상기 p형 반도체층(40) 상에 n형 GaN층 또는 InGaN층(50)을 성장시킨다. 본 발명의 n형 GaN층 또는 InGaN 층(50)은 상기와 같은 동일한 증착 방법을 통해 형성되며, 10 내지 5000Å까지 성장시키는 것이 바람직하다.

도 1c를 참조하면, 표면 처리 공정을 통해 n형 GaN층 또는 InGaN층(50)의 일부를 제거하여 요철(50′) 형상을 형성하며 p형 반도체층(40)의 일부를 노출시킨다. 이를 위해 본 실시예는 PEC 공정을 이용하여 n형 GaN층 또는 InGaN층(50)의 일 부를 제거한다. PEC 공정은 KOH 또는 NaOH와 같은 용액 속에서 Pt 전극과 Hg 램프를 사용하는 방법으로, 그 과정은 대략적으로 다음과 같다.

먼저, 상술한 대로 기판(10) 상에 버퍼층, n형 반도체층(20), 활성층(30), P형 반도체층(40) 및 n형 GaN층 또는 InGaN층(50)을 순차적으로 형성한 웨이퍼를 준비한다. 이렇게 준비된 웨이퍼에 Pt를 이용하여 코팅하는데, 이는 웨이퍼 전면에 이루어지는 것이 아니라 가장자리로부터 5㎜이내에만 실시한다. 이렇게 코팅된 웨이퍼를 0.5 내지 10M의 KOH 또는 NaOH 용액 속에 담근다. 반응의 진행 속도를 일정하게 유지하기 위하여 KOH 또는 NaOH 용액은 스터링(stirring)을 통해 반응기 속의 농도를 항상 일정하게 유지하여야 한다. KOH 또는 NaOH 속에 담긴 웨이퍼에 Hg 램프를 통하여 10초 내지 300분 동안 조사한다. 이 때, Hg 램프는 반응이 일어나는 동안 계속 일정하게 유지하여 조사할 수 있고, 반응의 속도를 조절하기 위한 펄스(pulse) 형태로 조절하여 조사할 수도 있다. 이와 같이 조사하면 p형 반도체층(40) 상에 성장되어 있는 n형 GaN층 또는 InGaN층의(50) 표면에서 광화학 반응이 일어나고, 도 1c에 도시한 바와 같은 표면 형상을 얻을 수 있다.

즉, n형 GaN층 또는 InGaN층(50)의 일부가 제거되어 p형 반도체층(40)을 노출시키며, 제거되지 않은 n형 GaN층 또는 InGaN층(50)의 일부는 p형 반도체층(40) 상에 다수 개의 요철(50′)을 형성하며 존재한다. p형 반도체층(40)의 일부는 노출되기도 하고, 제거되지 않은 n형 GaN층 또는 InGaN층의 요철(50′)에 의해 보이지 않기도 한다.

제거되지 않은 n형 GaN층 또는 InGaN층의 다수 개의 요철(50′)은 도시된 바 와 같이 삼각형 모양의 피라미드 형상으로 형성된다. n형 GaN층 또는 InGaN층의 요철(50′)이 차지하는 면적은 p형 반도체층(40) 전체 면적의 약 10 내지 100%가 되도록 한다. 여기에서 n형 GaN층 또는 InGaN층의 요철(50′)이 차지하는 면적이 100%이라 함은, n형 GaN층 또는 InGaN층(50)상에 요철(50′)은 형성되지만, p형 반도체층(40)은 노출되지 않았음을 의미한다. 즉, n형 GaN층 또는 InGaN층(50)을 제거하여 노출된 p형 반도체층(40)의 면적이 전체 면적의 약 0 내지 90%인 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 p형 반도체층(20) 상에 형성된 n형 GaN층 또는 InGaN층의 다수 개의 요철(50′)을 형성함으로써, 종래의 발광 소자에 비하여 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 이는 종래의 평탄한 표면에서 반사되었던 광자가 다양한 각의 표면에 의해 반사되지 않고 외부로 빠져나가기 때문이다.

도 1d를 참조하면, 상기 n형 GaN층 또는 InGaN층의 요철(50′)이 형성된 p형 반도체층(40) 상에 전류 확산을 용이하게 하기 위한 전극층(60)을 형성한다.

일반적으로 ITO와 같은 투명 전극을 p형 반도체층 상에 증착하면 옴 특성이 나타나지 않기 때문에 다이오드로서의 기능을 수행하기 어렵다. 그러므로 p형 반도체층의 경계면 상에 고농도의 n형 불순물 도핑을 실시하거나 n형 반도체층을 얇게 형성한 후 ITO를 증착하여야 옴특성을 얻을 수 있다. 또한, 도 1b에 도시한 바와 같이 p형 반도체층(40) 상에 n형 GaN층 또는 InGaN층(50)을 성장하게 되면 일반적으로 알려진 Ni, Al, Ti, Au 등을 사용한 광투과성 전극을 형성할 수 없다.

본 실시예의 경우에는 도 1c에 도시된 바와 같이 p형 반도체층(40)의 일부가 노출되어 있기 때문에 Ni, Al, Ti, Au 등을 사용한 광투과성 전극을 증착하여도 p형 반도체층(40)가 일부 노출된 부분에 증착하여 옴 특성을 관찰할 수 있고 접촉 저항을 효율적으로 감소시킬 수 있다. 또한, p형 반도체층(40)의 노출되는 영역을 작게 하면 p형 반도체층(40)상에 형성된 n-GaN 또는 InGaN층(50)을 이용하여 ITO를 증착할 수 있어 발광 효율을 향상시킬 수 있고, 뿐만 아니라 n형 GaN층 또는 InGaN층(50)에 요철(50′)을 형성하므로 광추출 효율 역시 향상시킬 수 있다.

이 때, p형 반도체층(40)이 노출되는 영역의 정도에 따라 바람직한 특성의 전극층을 형성할 수 있다. 즉, n형 GaN층 또는 InGaN층(50)을 제거하여 노출된 p형 반도체층(40)의 면적이 전체 면적의 약 0 내지 40%인 경우에는 ITO와 같은 투명 전극을 증착하는 것이 바람직하다. n형 GaN층 또는 InGaN층(50)을 제거하여 노출된 p형 반도체층(40)의 면적이 전체 면적의 약 41 내지 60%인 경우에는 ITO 또는 Ni, Al, Ti, Au 등을 사용한 광투과성 전극의 어느 하나를 증착하여 전극층을 형성할 수 있다. 또한, n형 GaN층 또는 InGaN층(50)을 제거하여 노출된 p형 반도체층(40)의 면적이 전체 면적의 약 61 내지 90%인 경우에는 Ni, Al, Ti, Au 등을 사용한 광투과성 전극을 증착하는 것이 바람직하다.

이와 같이 본 실시예는 전극층의 형성에 있어서 원하는 목적에 따라, 또한 n형 GaN층 또는 InGaN층(50)과 p형 반도체층(40)의 노출 비율에 따라 전극층의 재질을 달리하여 다양하게 형성할 수 있으며 공정상 유연성을 향상시키는 장점이 있다.

또한, 본 실시예는 종래 p형 반도체층에 거칠기를 형성한 경우에 비해 접촉 저항을 효율적으로 감소시킬 수 있기 때문에 발광 다이오드의 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 즉, 종래에는 좁고 깊게 형성된 거칠기로 인해 전극층의 증착이 어려웠지만, 본 발명은 p형 반도체층(40) 상에 형성된 n형 GaN층 또는 InGaN층의 요철(50′)로 인해 전극층이 증착할 수 있는 표면적이 증가되기 때문에 전극층의 증착을 용이하게 하고, 그로 인해 종래 접촉 저항이 커지는 문제점을 해결할 수 있다.

상술한 본 발명의 발광 소자의 제조는 일 실시예일뿐 이에 한정되지 않고, 다양한 공정과 제조 방법이 소자의 특성 및 공정의 편의에 따라 변경되거나 추가될 수 있다. 즉, 앞서 언급한 공정을 이용하여 수평형의 발광 다이오드를 제작할 수 있다. 기판 상에 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층을 순차적으로 적층한 후, n형 GaN층 또는 InGaN 층을 성장시킨다. PEC 공정에 의해 상기 n형 GaN층 또는 InGaN 층의 일부를 제거하여 소정의 요철을 형성하며 p형 반도체층의 일부를 노출시킨 다음, 마스크를 이용한 사진 식각 공정을 실시하여 n형 반도체층의 일부를 노출시킨다. 상기 요철을 포함하는 p형 반도체층 상에 전극층을 형성한다. 물론 상술한 예에 한정된 구조가 아닌 다른 다양한 구조가 가능하다.

이와 같이 본 발명의 발광 다이오드는 일반적인 반도체 공정을 사용하여 발광 다이오드를 제조하는 기존 공정에서 크게 벗어나지 않아 작업 공정상 번거로움을 없애고 생산성을 향상시킬 수 있다.

도 2a 내지 도 2b는 본 발명에 따른 발광 다이오드의 효과를 설명하기 위한 개념 단면도이다.

발광 다이오드의 광효율은 내부 양자 효율과 외부 양자 효율로 나타낼 수 있 는데, 내부 양자 효율은 활성층의 설계나 품질에 따라서 결정된다. 외부 양자 효율의 경우 활성층에서 생성되는 광자가 발광 다이오드의 외부로 나오는 정도에 따라서 결정된다. 도 2a를 살펴보면, 반도체층 상부의 평탄한 표면에 전극층이 형성되는 경우에, 일부의 광자가 반도체층과 전극층 간의 그 계면에서 투과하지 못하고 반사되어 나오며, 임계각보다 큰 각도로 활성층에서 방출된 광은 계면에서 전반사되어 외부로 투과하지 못한다. 그러나, 도 2b에서와 같이 반도체층 상에 요철을 형성하고 전극층을 형성하는 경우에, 표면의 요철이 광의 임계각을 변화시켜 보다 용이하게 광을 추출할 수 있게 돕는다. 따라서 활성층에서 발생한 광이 전반사되지 않고 발광 다이오드의 외부로 방출될 확률이 높아져 외부 양자 효율이 현저하게 향상된다.

본 발명에 의한 발광 다이오드 및 이의 제조 방법은 발광 효율, 외부 양자 효율, 추출 효율 등의 특성을 향상시키고 신뢰성을 확보하여, 고광도, 고휘도의 광을 발광할 수 있는 장점이 있다.

또한, 기존 공정을 연장하여 작업함으로써 공정을 단순화하고 원가를 절감하며 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

기판;

상기 기판 상에 순차적으로 형성된 n형 질화물 반도체층, p형 질화물 반도체층;

상기 p형 질화물 반도체층 상에 p형 질화물 반도체층의 일부를 노출시키도록 요철이 형성된 n-GaN 또는 InGaN층; 및

상기 n-GaN 또는 InGaN층 요철을 포함하는 p형 질화물 반도체층 상에 형성된 전극층을 포함하는 발광 다이오드.
청구항 1에 있어서,

상기 n형 질화물 반도체층과 p형 질화물 반도체층 사이에 활성층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 전극층은 Ni, Al, Ti, Au 등의 금속 원소를 사용한 광투과성 전극 또는 ITO인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
기판 상에 n형 질화물 반도체층, p형 질화물 반도체층을 순차적으로 성장시키는 단계;

상기 p형 질화물 반도체층 상에 n-GaN 또는 InGaN층을 성장시키는 단계;

상기 n-GaN 또는 InGaN층을 식각하여 상기 p형 질화물 반도체층의 일부를 노출시키며 요철을 형성하는 단계;

상기 n-GaN 또는 InGan층의 요철을 포함하는 p형 질화물 반도체층 상에 전극층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조 방법.
청구항 4에 있어서,

상기 n-GaN 또는 InGaN 층은 10 내지 1000Å의 두께로 성장되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조 방법.
청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,

상기 n-GaN 또는 InGan층의 식각 공정은 상기 n형 질화물 반도체층, 활성층, p형 질화물 반도체층, n-GaN 또는 InGaN 층이 순차적으로 형성된 기판을 KOH 또는 NaOH 용액 상에서 Pt 전극과 Hg 램프를 이용하여 습식 식각하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조 방법.