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KR101272704B1 - ＡｌＩｎＧａＰ 활성층을 갖는 발광 다이오드 및 그것을제조하는 방법 - Google Patents

ＡｌＩｎＧａＰ 활성층을 갖는 발광 다이오드 및 그것을제조하는 방법 Download PDF

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KR101272704B1
KR101272704B1 KR1020060094243A KR20060094243A KR101272704B1 KR 101272704 B1 KR101272704 B1 KR 101272704B1 KR 1020060094243 A KR1020060094243 A KR 1020060094243A KR 20060094243 A KR20060094243 A KR 20060094243A KR 101272704 B1 KR101272704 B1 KR 101272704B1
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layer
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semiconductor layers
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이재호
이정훈
김미해
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서울옵토디바이스주식회사
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Abstract

AlGaInP 활성층을 갖는 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법이 개시된다. 이 방법은 희생기판 상에 AlGaInP 활성층을 포함하는 반도체층들을 형성하는 것을 포함한다. 한편, 절연층이 형성된 베이스 기판이 준비된다. 그 후, 상기 반도체층들은 상기 절연층에 본딩되고, 상기 희생기판은 분리된다. 이어서, 상기 베이스 기판 상에서 상기 반도체층들이 패터닝되어 서로 이격된 복수개의 발광셀들이 형성된다. 상기 발광셀들은 각각 패터닝된 제1 도전형 하부 반도체층, AlGaInP 활성층 및 제2 도전형 상부 반도체층을 포함한다. 이때, 상기 각 패터닝된 제1 도전형 하부 반도체층의 일부 영역은 노출된다. 그 후, 상기 발광셀들을 직렬 연결하는 배선들이 형성된다. 이에 따라, 복수개의 발광셀들이 상기 절연층에 의해 상기 베이스 기판으로부터 절연되고 배선들에 의해 서로 직렬연결되어, 교류전원에 의해 구동될 수 있는 발광 다이오드가 제조될 수 있다.
AlGaInP, GaAs, 발광셀, 절연층, 베이스 기판, 희생 기판

Description

ＡｌＩｎＧａＰ 활성층을 갖는 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법{LIGHT EMITTING DIODE HAVING ＡｌＩｎＧａＰ ACTIVE LAYER AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
도 1은 종래의 AlInGaP계 활성층을 갖는 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예들에 따른 AlInGaP계 활성층을 갖는 발광 다이오드의 동작원리를 설명하기 위한 회로도들이다.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 AlInGaP 활성층을 갖는 발광 다이오드를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 AlInGaP 활성층을 갖는 발광 다이오드를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 AlGaInP계 활성층을 갖는 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드는 다수 캐리어가 전자인 N형 반도체와 다수 캐리어가 정공인 P형 반도체가 서로 접합된 구조를 가지는 광전변환 반도체 소자로서, 이들 전자와 정공의 재결합에 의하여 소정의 빛을 발산한다. 특히, AlGaInP계 화합물 반도체는 약 670 nm 파장의 광을 방출하는 고품질 반도체 레이저에 적용되어 왔으며, 또한 알루미늄과 갈륨의 비율을 조정함으로써 560 내지 680 nm 파장 범위의 광을 방출하는 발광 다이오드에 적용되어 왔다.
도 1은 종래의 AlGaInP 활성층을 갖는 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, N형 GaAs 기판(10) 상에 N형 AlGaInP 하부 반도체층(11)이 성장되고, 그 위에 AlGaInP 활성층(12)이 성장된다. 이어서, 상기 AlGaInP 활성층(12) 상에 P형 AlGaInP 상부 반도체층(13)이 성장된다. 이들 반도체층들은 다양한 방법, 예컨대 금속유기화학 기상성장(MOCVD) 또는 분자선 성장(MBE) 기술을 사용하여 성장될 수 있다. 이어서, 상기 상부 반도체층(13) 상에 전극(14)이 형성되고, 상기 기판(10)의 뒷면에 전극(15)이 형성된다.
상기 하부 반도체층(11) 및 상부 반도체층(13)은 전자와 정공이 활성층(12) 내에서 재결합하는 것을 돕기 위한 제한층들(confining layers)로, 상기 활성층(12)에 비해 밴드갭이 큰 물질로 형성된다.
상기 발광 다이오드는 도전성 기판 상에 AlGaInP 에피층들을 성장시키어 발광 다이오드를 제조하므로, 기판의 뒷면에 전극(15)을 형성하여 발광 다이오드를 구동시킬 수 있다.
한편, 상기 발광 다이오드는 비저항이 큰 상부 반도체층(13) 상에 전극(14) 이 형성되므로, 전류분산에 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 투명하고 비저항이 작은 윈도우층을 채택하는 기술이 미국특허 제5,008,718호 및 5,233,204호에 개시된 바 있다. 이들은 전류분산을 균일하게 하기 위해 상부 반도체층(13) 상에 비저항이 작은 윈도우층, 예컨대 GaAsP, AlGaAs 또는 GaP을 성장시키어 발광효율을 개선하고 있다. 또한, 미국특허 제5,376,580호 및 제5,502,316호는 GaAs과 같은 광흡수성 기판 상에 AlGaInP 에피층들을 성장시킨 후, 상기 기판을 분리하고, GaP와 같은 광투과성 기판에 에피층들을 본딩함으로써, 발광효율을 개선하고 있다.
그러나, 발광 다이오드는 순방향 전류에 의해 광을 방출하므로, 종래의 발광 다이오드를 교류전원에 연결하여 동작시킬 경우, 전류의 방향에 따라 온/오프를 반복한다. 따라서, 종래의 발광 다이오드를 교류전원에 직접 연결하여 사용하기 위해서는, 교류를 직류로 변환하는 변환기 등의 부가적인 부속품들이 요구된다. 이러한 부가의 부속품들은 그 부대 비용에 의해 종래의 형광 램프 등을 발광 다이오드로 대체하는 것을 어렵게 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 교류-직류 변환기 없이 교류전원에 연결하여 구동되며, 전류분산 성능이 향상된 AlGaInP계 발광 다이오드 및 그것을 제공하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 기판에 의한 광흡수를 방지하고 발광효율을 개선할 수 있는 AlGaInP계 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법 을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 태양에 따른 AlGaInP계 활성층을 갖는 발광 다이오드는 베이스 기판을 포함한다. 복수개의 금속 패턴들이 상기 베이스 기판 상에 서로 이격되어 위치하고, 상기 베이스 기판과 상기 금속 패턴들 사이에 절연층이 개재된다. 한편, 복수개의 발광셀들이 각각 상기 금속패턴들 상에 위치한다. 상기 발광셀들 각각은 제1 도전형 하부 반도체층, AlGaInP계 활성층 및 제2 도전형 상부 반도체층을 포함한다. 또한, 배선들이 상기 복수개의 발광셀들을 직렬 연결한다. 이에 따라, 상기 금속패턴들에 의해 각 발광셀 내의 전류분산 성능이 향상되며, 각 발광셀들이 배선들에 의해 서로 직렬연결되어, 교류전원에 의해 구동될 수 있는 발광 다이오드가 제공된다.
상기 금속패턴들은 각각 접착금속층 및 반사금속층을 포함할 수 있다. 접착금속층은 발광셀들과 상기 베이스 기판의 접착력을 향상시키며, 반사금속층은 상기 발광셀들에서 상기 베이스 기판 쪽으로 향하는 광을 반사시킨다. 따라서, 상기 베이스 기판의 광흡수에 의한 광손실을 방지할 수 있어 발광효율을 개선할 수 있다.
상기 베이스 기판은 도전성 기판일 수 있다. 상기 금속패턴들이 상기 절연층에 의해 상기 도전성 기판으로부터 전기적으로 절연되므로, 열전도율이 높은 도전성 기판을 채택하여 열방출 성능이 개선된 발광 다이오드를 제공할 수 있다.
상기 각 발광셀들에 있어서, 상기 하부 반도체층의 일 영역이 노출되도록 상기 활성층 및 상부 반도체층은 상기 하부 반도체층의 일부 영역 상에 위치할 수 있 다. 상기 배선들은 각 발광셀의 노출된 하부 반도체층의 일 영역과 그것에 인접한 발광셀의 상부 반도체층을 전기적으로 연결한다.
이와 달리, 상기 발광셀들은 각각 상기 각 금속패턴의 일 영역이 노출되도록 상기 금속패턴들의 일부 영역 상에 위치하고, 상기 배선들은 노출된 상기 각 금속패턴의 일 영역과 그것에 인접한 발광셀의 상부 반도체층을 전기적으로 연결할 수 있다. 이에 따라, 상기 배선들을 금속으로 형성한 경우, 상기 배선들의 접합저항이 감소된다.
한편, 윈도우층이 각각 상기 상부 반도체층 상에 위치할 수 있다. 윈도우층은 비저항이 낮고 투명한 물질로, 상기 각 발광셀 내의 전류분산을 개선시킨다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, AlGaInP계 활성층을 갖는 발광 다이오드 제조 방법이 제공된다. 이 방법은 희생기판 상에 제1 및 제2 도전형 반도체층들과, 상기 반도체층들 사이에 개재된 AlGaInP계 활성층을 포함하는 반도체층들을 형성하는 것을 포함한다. 한편, 상기 희생기판과 별개인 베이스 기판 상에 절연층이 형성된다. 그 후, 상기 절연층과 상기 반도체층들이 본딩되고, 상기 반도체층들로부터 상기 희생기판이 분리된다. 그 후, 상기 반도체층들을 패터닝하여 서로 이격된 복수개의 발광셀들을 형성한다. 상기 발광셀들은 각각 패터닝된 제1 도전형 하부 반도체층, AlGaInP계 활성층 및 제2 도전형 상부 반도체층을 포함한다. 한편, 배선들이 상기 발광셀들을 직렬 연결하도록 형성된다. 이에 따라, 교류전원하에서 교류-직류 변환기 없이 구동가능한 발광 다이오드가 제조될 수 있으며, 상기 발광셀들이 상기 절연층에 의해 상기 베이스 기판으로부터 전기적으로 절연되므로, 열전도율이 높은 도전성 기판 및/또는 광투광성 기판을 상기 베이스 기판으로 채택할 수 있어, 발광 다이오드의 발광효율을 개선할 수 있다.
상기 희생기판은 상기 절연층과 상기 반도체층들을 본딩한 후에 분리될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 반도체층들을 본딩하기 전에 수행될 수 있다. 이 경우, 상기 절연층은 상기 희생기판으로부터 분리된 면에 위치하는 반도체층에 본딩될 수도 있다. 또한, 다른 희생기판을 먼저 상기 반도체층들에 부착한 후, 상기 희생기판을 제거하고, 상기 베이스 기판의 절연층을 상기 반도체층들과 본딩할 수 있다. 그 후, 상기 다른 희생기판이 분리된다.
한편, 상기 반도체층들을 패터닝하는 것은 상기 각 패터닝된 제1 도전형 하부 반도체층의 일부 영역이 노출되도록 수행될 수 있다. 이에 따라, 상기 배선들은 상기 제1 도전형 하부 반도체층들의 노출된 영역들 상에 연결된다.
한편, 상기 절연층과 상기 반도체층들을 본딩하는 것은 접착금속층을 개재하여 수행될 수 있다. 상기 접착금속층은 패터닝되어 서로 이격된 금속패턴들을 형성한다. 이에 따라, 상기 발광셀들이 상기 접착금속층 상에 배치되며, 따라서 각 발광셀 내의 전류분산이 개선된다.
이에 더하여, 상기 절연층과 상기 반도체층들을 본딩하기 전에, 상기 반도체층들 상에 반사금속층이 형성될 수 있다. 상기 반사금속층은 상기 접착금속층과 함께 패터닝되어 상기 금속패턴들을 구성한다. 이에 따라, 상기 발광셀들에서 상기 베이스 기판쪽으로 향하는 광이 상기 반사금속층에서 반사되어 외부로 방출되므로, 상기 베이스 기판에 의한 광손실을 감소시킬 수 있으며, 불투광성 기판을 상기 베 이스 기판으로 채택할 수 있다.
상기 접착금속층은 상기 절연층 및/또는 상기 반도체층들 상부에 형성되어 상기 절연층과 상기 반도체층들 사이에 개재될 수 있다. 특히, 상기 반도체층들 상에 반사금속층이 형성된 경우, 상기 접착금속층은 상기 반사금속층 상에 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 반사금속층이 본딩 공정에 의해 열화되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 복수개의 발광셀들은 각각 상기 제2 도전형 상부 반도체층 상에 위치하는 윈도우층을 더 포함할 수 있다. 윈도우층은 전류분산을 개선하여 발광 다이오드의 발광효율을 향상시킨다.
본 명세서에 있어서, 상기 "절연층"은 일반적으로 비저항이 상온에서 대략 105Ω·㎝ 이상인 반절연층을 포함한다. 한편, 제1 도전형 및 제2 도전형은 각각 N형 및 P형, 또는 P형 및 N형을 나타내는 것으로 상대적으로 사용된다. "하부 반도체층" 및 "상부 반도체층"은 베이스 기판을 기준으로 하여 그 위에 놓인 상대적인 위치를 의미하는 것으로 사용된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
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, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드의 동작원리를 설명하기 위한 회로도들이다.
도 2a를 참조하면, 발광셀들(31a, 31b, 31c)이 직렬 연결되어 제1 직렬 발광셀 어레이(31)를 형성하고, 또 다른 발광셀들(33a, 33b, 33c)이 직렬 연결되어 제2 직렬 발광셀 어레이(33)를 형성한다. 여기서, "직렬 발광셀 어레이"는 다수의 발광셀들이 직렬로 연결된 구조를 의미한다.
상기 제1 및 제2 직렬 어레이들(31, 33)의 양 단부들은 각각 교류전원(35) 및 접지에 연결된다. 상기 제1 및 제2 직렬 어레이들은 교류전원(35)과 접지 사이에서 병렬로 연결된다. 즉, 상기 제1 및 제2 직렬 어레이들의 양 단부들은 서로 전기적으로 연결된다.
한편, 상기 제1 및 제2 직렬 어레이들(31, 33)은 서로 반대 방향으로 흐르는 전류에 의해 발광셀들이 구동되도록 배치된다. 즉, 도시한 바와 같이, 제1 직렬 어레이(31)에 포함된 발광셀들의 양극(anode) 및 음극(cathode)과 제2 직렬 어레이(33)에 포함된 발광셀들의 양극 및 음극은 서로 반대 방향으로 배치된다.
따라서, 교류전원(35)이 양의 위상일 경우, 상기 제1 직렬 어레이(31)에 포함된 발광셀들이 턴온되어 발광하며, 제2 직렬 어레이(33)에 포함된 발광셀들은 턴오프된다. 이와 반대로, 교류전원(35)이 음의 위상일 경우, 상기 제1 직렬 어레이(31)에 포함된 발광셀들이 턴오프되고, 제2 직렬 어레이(33)에 포함된 발광셀들이 턴온된다.
결과적으로, 상기 제1 및 제2 직렬 어레이들(31, 33)이 교류전원에 의해 턴온 및 턴오프를 교대로 반복함으로써, 상기 제1 및 제2 직렬 어레이들을 포함하는 발광 소자는 연속적으로 빛을 방출한다.
하나의 발광 다이오드로 구성된 발광칩들을 도 2a의 회로와 같이 연결하여 교류전원을 사용하여 구동시킬 수 있으나, 발광칩들이 점유하는 공간이 증가한다. 그러나, 본 발명의 발광 소자는 하나의 칩에 교류전원을 연결하여 구동시킬 수 있으므로, 발광 소자가 점유하는 공간이 증가하지 않는다.
한편, 도 2a의 회로는 상기 제1 및 제2 직렬 어레이들의 양단부들이 교류전원(35) 및 접지에 각각 연결되도록 구성하였으나, 상기 양단부들이 교류전원의 양 단자에 연결되도록 구성할 수도 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 직렬 어레이들은 각각 세 개의 발광셀들로 구성되어 있으나, 이는 설명을 돕기 위한 예시이고, 발광셀들의 수는 필요에 따라 더 증가될 수 있다. 그리고, 상기 직렬 어레이들의 수도 더 증가될 수 있다.
도 2b를 참조하면, 발광셀들(41a, 41b, 41c, 41d, 41e, 41f)이 직렬 발광셀 어레이(41)를 구성한다. 한편, 교류전원(45)과 직렬 발광셀 어레이(41) 및 접지와 직렬 발광셀 어레이(41) 사이에 발광셀들(D1, D2, D3, D4)을 포함하는 브리지 정류기가 배치된다. 상기 직렬 발광셀 어레이(41)의 애노드 단자는 상기 발광셀들(D1, D2) 사이의 노드에 연결되고, 캐소드 단자는 발광셀들(D3, D4) 사이의 노드에 연결된다. 한편, 교류전원(45)의 단자는 발광셀들(D1, D4) 사이의 노드에 연결되고, 접지는 발광셀들(D2, D3) 사이의 노드에 연결된다.
상기 교류전원(45)이 양의 위상을 갖는 경우, 브리지 정류기의 발광셀들(D1, D3)가 턴온되고, 발광셀들(D2, D4)가 턴오프된다. 따라서, 전류는 브리지 정류기의 발광셀(D1), 상기 직렬 발광셀 어레이(41) 및 브리지 정류기의 발광셀(D3)를 거쳐 접지로 흐른다.
한편, 상기 교류전원(45)이 음의 위상을 갖는 경우, 브리지 정류기의 발광셀들(D1, D3)가 턴오프되고, 발광셀들(D2, D4)가 턴온된다. 따라서, 전류는 브리지 정류기의 발광셀(D2), 상기 직렬 발광셀 어레이(41) 및 브리지 정류기의 발광셀(D4)를 거쳐 교류전원으로 흐른다.
결과적으로, 직렬 발광셀 어레이(41)에 브리지 정류기를 연결하므로써, 교류전원(45)을 사용하여 직렬 발광셀 어레이(41)를 계속적으로 구동시킬 수 있다. 여기서, 브리지 정류기의 단자들이 교류전원(45) 및 접지에 연결되도록 구성하였으나, 상기 양단부들이 교류전원의 양 단자에 연결되도록 구성할 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 하나의 직렬 발광셀 어레이를 교류전원에 전기적으로 연결하여 구동시킬 수 있으며, 도 2a의 발광소자에 비해 발광셀의 사용효율을 높일 수 있다.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 AlGaInP계 활성층을 갖는 발광 다이오드를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3을 참조하면, 희생기판(51) 상에 제1 도전형 반도체층(59), 제2 도전형 반도체층(55)과 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층들 사이에 개재된 AlGaInP계 활성층(57)을 포함하는 반도체층들이 형성된다. 또한, 상기 반도체층들은 희생기판(51) 상에 형성된 버퍼층(53)을 포함할 수 있으며, 상기 제2 도전형 반도체층(55)을 형성하기 전 윈도우층(54)이 형성될 수 있다.
상기 기판(51)은 AlGaInP계 에피층을 성장시키기에 적합한 격자상수를 갖는 단결정 기판으로, GaAs 또는 GaP 기판일 수 있다. 한편, 상기 버퍼층(53)은 금속유기화학기상증착(metalorganic chemical mechanical deposition; MOCVD), 분자선 성장(molecular beam epitaxy; MBE)법 등을 사용하여 형성될 수 있다. 버퍼층(53)은 AlGaInP계 또는 이와 유사한 격자상수를 갖는 III-V계 물질일 수 있다.
한편, 상기 제1 도전형 반도체층(59) 및 제2 도전형 반도체층(55)은 모두 AlGaInP계 화합물 반도체로 형성될 수 있으며, Al, Ga 및/또는 In의 조성비를 조절하여 상기 활성층(57)에 비해 밴드갭이 큰 물질로 형성된다. 제1 및 제2 반도체층들(59, 55)과 활성층(57)은 모두 MOCVD 또는 MBE 기술을 사용하여 형성될 수 있다.
상기 윈도우층(54)은 제5,008,718호 및 5,233,204호에 개시된 바와 같이, 활성층(57)에서 생성된 광을 투과시키면서 비저항이 작은 물질층, 예컨대 GaAsP, AlGaAs 또는 GaP을 성장시키어 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 베이스 기판(71)이 상기 희생기판(51)과 별개로 준비되고, 상기 베이스 기판(71) 상에 절연층(73)이 형성된다. 상기 베이스 기판(71)은 발광 다이오드의 발광 효율을 향상시키기 위해 선택된다. 특히, 상기 베이스 기판(71)은 열전도율이 높은 도전성 기판일 수 있으며, 몇몇 실시예에 있어서, 투광성 기판일 수 있다. 상기 절연층(73)은 SiO2와 같은 산화층, 또는 반절연층(semi-insulating layer)일 수 있다.
이어서, 상기 절연층(73)과 상기 반도체층들이 서로 마주보도록 본딩된다. 상기 절연층은 반도체층들 상에 직접 본딩될 수 있으며, 이와 달리 접착금속층(75)을 개재하여 본딩될 수 있다. 또한, 상기 접착금속층(75)과 상기 반도체층들 사이에 Ag 또는 Al과 같은 반사금속층(61)이 개재될 수 있다. 상기 접착금속층(75)은 상기 반도체층들 및/또는 상기 절연층(73) 상에 형성될 수 있으며, 상기 반사금속층(61)은 상기 반도체층들 상에 형성될 수 있다. 또한, 접착금속층(75)과 반사금속층(61) 사이에 확산방지층이 개재될 수 있다. 상기 확산방지층은 접착금속층(75)으로부터 반사금속층(61)으로 금속원소가 확산되어 반사금속층(61)의 반사율을 감소시키는 것을 방지한다.
도 5를 참조하면, 희생기판(51)이 반도체층들로부터 분리된다. 희생기판(51)은 습식 또는 건식식각, 폴리싱, 이온밀링 또는 이들을 조합하여 분리될 수 있다. 이때, 상기 버퍼층(53)도 함께 제거될 수 있다.
상기 희생기판(51)은 상기 절연층(73)과 상기 반도체층들을 본딩한 후에 분리될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 절연층(73)과 상기 반도체층들을 본딩하기 전에 분리될 수 있다. 이 경우, 상기 절연층(73)은 상기 희생기판(51)으로부터 분리된 면에 위치하는 반도체층에 본딩될 수도 있다. 또한, 다른 희생기판(도시하지 않음)을 먼저 상기 반도체층들에 부착한 후, 상기 희생기판(51)을 제거하고, 상기 베이스 기판(71)의 절연층(73)을 상기 반도체층들과 본딩할 수 있다. 그 후, 상기 다른 희생기판이 분리된다. 한편, 상기 절연층(73)이 희생기판(51)으 로부터 분리된 면에 위치하는 반도체층에 본딩될 경우, 상기 윈도우층(54)은 제1 도전형 반도체층(55) 상에 위치하도록 형성된다.
도 6을 참조하면, 상기 반도체층들을 패터닝하여 서로 이격된 복수개의 발광셀들을 형성한다. 상기 발광셀들은 각각 패터닝된 제1 도전형 하부 반도체층(55a), AlGaInP계 활성층(57a) 및 제2 도전형 상부 반도체층(59a)을 포함하며, 또한 패터닝된 윈도우층(54a)을 포함할 수 있다. 상기 반도체층들은 사진 및 식각 기술을 사용하여 패터닝될 수 있다.
한편, 접착금속층(61) 및/또는 반사금속층(75) 등이 절연층(73)과 반도체층들 사이에 개재된 경우, 이들도 패터닝되어 서로 이격된 금속패턴들(65)이 형성된다. 상기 패터닝된 제1 도전형 하부 반도체층(55a)은, 도시한 바와 같이, 그 일부 영역이 노출되도록 형성될 수 있다. 다만, 금속패턴들(65)이 형성된 경우, 상기 금속패턴들(65)의 일부 영역들이 노출되고, 상기 제1 도전형 하부 반도체층(55a)의 일부 영역은 노출되지 않을 수도 있다.
도 7을 참조하면, 상기 각 윈도우층(54a) 상에 오믹 콘택층(78)을 형성하고, 상기 각 노출된 제1 도전형 하부 반도체층(55a) 상에 오믹 콘택층(77)을 형성한다. 상기 오믹 콘택층(78)은 윈도우층(54a)에 오믹 콘택되고, 상기 오믹 콘택층(77)은 제1 도전형 하부 반도체층(55a)에 오믹 콘택된다. 한편, 금속패턴들(65)의 일부 영역들이 노출된 경우, 상기 오믹 콘택층(77)은 생략될 수 있다. 이 경우, 상기 금속패턴들(65)이 상기 제1 도전형 하부 반도체층(55a)에 오믹콘택되는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 발광셀들을 전기적으로 연결하는 배선들(79)이 에어브리지(air bridge) 공정에 의해 형성된다. 상기 배선들(79)은 발광셀들을 연결하여 직렬 발광셀 어레이를 형성한다. 상기 베이스 기판(71) 상에 적어도 두개의 직렬 발광셀 어레이들이 형성될 수 있으며, 상기 어레이들은 서로 반대로 흐르는 전류에 의해 구동되도록 배치된다. 이와 달리, 상기 베이스 기판(71) 상에 직렬 발광셀 어레이와 함께 발광셀들로 구성된 브리지 정류기가 형성될 수 있다. 이에 따라, 교류-직류 변환기 없이 교류전원에 연결하여 구동될 수 있는 발광 다이오드가 완성된다.
한편, 발광셀들을 연결하는 배선들은 층덮힘(step cover) 방식으로 형성될 수 있으며, 이에 따라 도 8의 발광 다이오드가 완성된다. 즉, 도 7의 오믹콘택층들(67, 78)이 형성된 후, 베이스 기판(71)의 전면 상에 절연층(87)이 형성된다. 상기 절연층(87)은 예컨대, SiO2로 형성될 수 있다. 이어서, 상기 절연층(87)을 패터닝하여 상기 오믹콘택층들(77, 78)을 노출시키는 개구부들을 형성한다. 그 후, 상기 절연층(87) 상에 도금 또는 증착기술을 사용하여 배선들(89)을 형성함으로써 발광셀들이 전기적으로 연결된다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 상세히 설명한다.
다시, 도 7을 참조하면, 상기 발광 다이오드는 베이스 기판(71)을 포함한다. 상기 베이스 기판(71)은 AlGaInP계 에피층들을 성장시키기에 적합한 단결정 기판일 것을 요하지 않으며, 금속 기판 또는 GaP 기판과 같은 도전성 기판일 수 있다.
상기 베이스 기판 상에 복수개의 금속 패턴들(65)이 서로 이격되어 위치한 다. 상기 베이스 기판과 상기 금속 패턴들 사이에 절연층(73)이 개재되어 상기 금속패턴들(65)을 베이스 기판(71)으로부터 전기적으로 절연시킨다. 상기 각 금속패턴들(65) 상에 발광셀들이 각각 위치한다. 상기 발광셀들은 각각 제1 도전형 하부 반도체층(55a), AlGaInP계 활성층(57a) 및 제2 도전형 상부 반도체층(59a)을 포함한다.
상기 하부 및 상부 반도체층들(55a, 59a)은 상기 활성층(57a)에 비해 밴드갭이 큰 물질로 형성되며, AlGaInP계 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 또한, 상기 활성층(57a)은 AlGaInP계의 단일 양자웰 또는 다중 양자웰일 수 있다.
한편, 상기 하부 반도체층(55a)의 일 영역이 노출되도록 상기 상부 반도체층(59a)은, 도시한 바와 같이, 상기 하부 반도체층(55a)의 일부 영역 상에 위치하고 상기 활성층(59a)은 상기 하부 및 상부 반도체층들(55a, 59a) 사이에 개재될 수 있다. 이와 달리, 상기 금속패턴들(65)의 일부 영역들이 노출되도록 상기 반도체층들이 상기 금속패턴들(65)의 일부 영역들 상에 위치할 수 있다.
한편, 상기 각 제2 도전형 상부 반도체층(59a) 상에 윈도우층(54a)이 위치할 수 있다. 상기 윈도우층은 GaAsP, AlGaAs 또는 GaP 등의 물질로 형성될 수 있으며, 상부 반도체층(59a)에 비해 비저항이 작고 투명한 물질로 형성된다.
한편, 배선들(79)이 상기 발광셀들을 전기적으로 연결한다. 배선들(79)은 하나의 발광셀의 하부 반도체층(55a)과 그것에 이웃하는 발광셀의 윈도우층(54a)을 연결한다. 상기 배선들은, 도시한 바와 같이, 상기 윈도우층(54a) 상에 형성된 오믹 콘택층(78)과 상기 제1 도전형 하부 반도체층(55a)의 노출된 영역 상에 형성된 오믹 콘택층(77)을 연결할 수 있다. 한편, 상기 금속패턴들(65)이 노출된 경우, 상기 배선들은 상기 오믹콘택층(78)과 금속패턴들(65)을 각각 연결할 수 있다. 여기서, 상기 배선들(79)은 에어브리지 공정에 의해 형성된 것으로, 접촉부를 제외한 부분은 베이스 기판(71) 및 발광셀들로부터 물리적으로 떨어져 있다.
상기 배선들(79)에 의해 상기 베이스 기판(71) 상에 적어도 두개의 직렬 발광셀 어레이들이 형성될 수 있다. 상기 직렬 발광셀 어레이들은 서로 반대로 흐르는 전류에 의해 구동되도록 배치된다. 또한, 상기 베이스 기판(71) 상에 직렬 발광셀 어레이와 함께 브리지 정류기가 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 발광 다이오드를 교류전원에 직접 연결하여 구동시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 8을 참조하면, 발광셀들을 연결하는 배선 구조를 제외하면 도 7의 발광 다이오드와 동일한 구성요소들을 갖는다. 즉, 본 실시예에 따른 배선들(89)은 스텝 커버 공정에 의해 형성된 배선들이다. 이를 위해, 배선들(89)을 접촉시키기 위한 부분들을 제외하고, 상기 발광셀들의 모든 층들 및 베이스 기판(71)은 절연층(87)으로 덮혀진다. 그리고, 상기 배선들(89)이 상기 절연층(87) 상에서 패터닝되어 상기 발광셀들을 전기적으로 연결한다.
예컨대, 상기 절연층(87)은 상기 오믹콘택층(78)과, 오믹콘택층(77) 또는 금속패턴(65)을 노출시키는 개구부들을 가지며, 상기 배선들(89)은 상기 개구부들을 통해 이웃하는 발광셀들을 서로 연결하여 직렬 연결한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 교류-직류 변환기 없이 교류전원에 직접 연결하여 구동할 수 있으며, 전류분산 성능이 향상된 AlGaInP계 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법을 제공할 수 있다. 또한, 에피층들을 성장시키는데 사용된 희생기판을 분리하고 광특성이 우수한 베이스 기판을 사용함으로써 기판에 의한 광흡수를 방지하고 발광효율을 개선할 수 있는 AlGaInP계 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법을 제공할 수 있다.

Claims (17)

  1. 베이스 기판;
    상기 베이스 기판 상에 서로 이격되어 위치하는 복수개의 금속 패턴들;
    상기 베이스 기판과 상기 금속 패턴들 사이에 개재된 절연층;
    상기 금속패턴들 상에 위치하고, 각각 제1 도전형 하부 반도체층, AlGaInP계 활성층 및 제2 도전형 상부 반도체층을 포함하는 복수개의 발광셀들; 및
    상기 복수개의 발광셀들을 직렬 연결하는 배선들을 포함하고,
    상기 각 발광셀의 하부 반도체층의 일 영역이 노출되도록 상기 활성층 및 상부 반도체층은 상기 하부 반도체층의 일부 영역 상에 위치하고, 상기 배선들은 각 발광셀의 노출된 상기 하부 반도체층의 일 영역과 그것에 인접한 발광셀의 상부 반도체층을 전기적으로 연결하는 발광 다이오드.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속패턴들은 각각 접착금속층 및 반사금속층을 포함하는 발광 다이오드.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 베이스 기판은 도전성 기판인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수개의 발광셀들은 각각 상기 상부 반도체층 상에 위치하는 윈도우층을 더 포함하는 발광 다이오드.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광셀들은 상기 배선들에 의해 적어도 두 개의 직렬 어레이들로 연결되고, 상기 직렬 어레이들은 서로 역병렬로 연결된 발광 다이오드.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 베이스 기판 상에 위치하고, 상기 직렬연결된 발광셀들에 연결된 브리지 정류기용 발광셀들을 더 포함하는 발광 다이오드.
  9. 희생기판 상에 제1 및 제2 도전형 반도체층들과, 상기 반도체층들 사이에 개재된 AlGaInP계 활성층을 포함하는 반도체층들을 형성하고,
    베이스 기판 상에 절연층을 형성하고,
    상기 절연층과 상기 반도체층들을 본딩하고,
    상기 반도체층들로부터 상기 희생기판을 분리하고,
    상기 반도체층들을 패터닝하여 서로 이격된 복수개의 발광셀들을 형성하되, 상기 발광셀들은 각각 패터닝된 제1 도전형 하부 반도체층, AlGaInP계 활성층 및 제2 도전형 상부 반도체층을 포함하고,
    상기 발광셀들을 직렬 연결하는 배선들을 형성하는 것을 포함하고,
    상기 반도체층들을 패터닝하는 것은 상기 각 패터닝된 제1 도전형 하부 반도체층의 일부 영역이 노출되도록 수행되는 발광 다이오드 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 희생기판을 분리하는 것은 상기 반도체층들을 본딩하기 전에 수행되는 발광 다이오드 제조방법.
  11. 삭제
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 절연층과 상기 반도체층들을 본딩하는 것은 접착금속층을 개재하여 수행되고,
    상기 접착금속층을 패터닝하여 서로 이격된 금속패턴들을 형성하는 것을 더 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 절연층과 상기 반도체층들을 본딩하기 전에, 상기 반도체층들 상에 반사금속층을 형성하는 것을 더 포함하고, 상기 반사금속층은 상기 접착금속층과 함께 패터닝되는 발광 다이오드 제조방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 접착금속층은 상기 반사금속층 상에 형성되어 상기 절연층과 상기 반도체층들 사이에 개재되는 발광 다이오드 제조방법.
  15. 청구항 9에 있어서,
    상기 복수개의 발광셀들은 각각 상기 제2 도전형 상부 반도체층 상에 위치하는 윈도우층을 더 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
  16. 청구항 9에 있어서,
    상기 배선들은 상기 복수개의 발광셀들이 적어도 두개의 직렬 어레이들로 연결되도록 형성되는 발광 다이오드 제조방법.
  17. 청구항 9에 있어서,
    브리지 정류기용 발광셀들을 형성하는 것을 더 포함하되, 상기 브리지 정류기용 발광셀들은 상기 반도체층들을 패터닝하여 상기 복수개의 발광셀들을 형성하는 동안 함께 형성되고, 상기 브리지 정류기용 발광셀들은 배선들에 의해 상기 직렬 연결된 발광셀들에 연결되는 발광 다이오드 제조방법.
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