KR20000008284A - Light emitting diode and fabricating method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 디스플레이 소자에 관한 것으로, 특히 발광 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a display device, and more particularly to a light emitting diode and a method of manufacturing the same.
일반적으로, 청색광 및 녹색광을 방출하는 GaN 발광 다이오드는 기존의 AlGaInP/GaAs를 기반으로 하는 적색 발광 다이오드와 함께 옥내외용 전광판을 구성하기 위해 필요한 RGB(Red-Green-Blue)에 필수적인 광원으로써, 그 수요가 점점 증가하는 추세이다.In general, GaN light emitting diodes emitting blue light and green light are essential light sources for red-green-blue (RGB) required to construct indoor and outdoor display boards with red light emitting diodes based on existing AlGaInP / GaAs. Is an increasing trend.
현재, 청색 발광 다이오드는 일본의 Nichia, Toyoda gosei를 선두로 개발되어 판매되고 있는데, 일반적인 발광 다이오드의 구조 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Currently, blue light emitting diodes are developed and marketed by Nichia, Toyoda gosei, of Japan, which will be described below with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 1c는 종래 기술에 따른 발광 다이오드의 제조공정을 보여주는 도면으로서, 먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이 사파이어 기판(1) 위에 MOCVD를 이용하여 GaN 또는 AlN으로 이루어진 버퍼층(2)을 형성하고, 그 위에 N-GaN층(3)을 형성한다.1A to 1C illustrate a manufacturing process of a light emitting diode according to the prior art. First, as shown in FIG. 1A, a buffer layer 2 made of GaN or AlN is formed on a sapphire substrate 1 using MOCVD. The N-GaN layer 3 is formed thereon.
이어, N-GaN층(3) 위에 InGaN 또는 InGaN/GaN MQW(Multi Quantum Well)로 이루어진 활성층(4) 및 P-GaN층(5)을 연속적으로 적층한 다음, 활성화시킨다.Subsequently, an active layer 4 made of InGaN or InGaN / GaN Multi Quantum Well (MQW) and a P-GaN layer 5 are successively stacked on the N-GaN layer 3 and then activated.
그리고, 도 1b에 도시된 바와 같이, P-GaN층(5)의 소정 영역 및 그 하부에 있는 활성층(4), N-GaN층(3)의 일부분을 식각한다.As shown in FIG. 1B, a portion of the active layer 4 and the N-GaN layer 3 under the predetermined region and the lower portion of the P-GaN layer 5 are etched.
이어, 도 1c에 도시된 바와 같이, P-GaN층(5) 위에는 P형 전극(6)을, 노출된 N-GaN층(3) 위에는 N형 전극(7)을 각각 형성한 후, 사파이어 기판(1)을 적당한 두께(약 100㎛ 이하)로 연마하고, 스크라이빙(scribing) 및 브레이킹(breaking)공정을 이용하여 칩(chip)으로 분리하여 발광 다이오드를 제작한다.Subsequently, as shown in FIG. 1C, a P-type electrode 6 is formed on the P-GaN layer 5, and an N-type electrode 7 is formed on the exposed N-GaN layer 3, respectively. (1) is ground to an appropriate thickness (about 100 mu m or less), and separated into chips using a scribing and breaking process to produce a light emitting diode.
이와 같이 제작된 발광 다이오드의 동작을 설명하면 다음과 같다.The operation of the light emitting diode manufactured as described above is as follows.
도 2는 종래 기술에 따른 발광 다이오드의 광 방출을 보여주는 도면으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 먼저 N형 전극(7)과 P형 전극(6)에 전압을 인가하면 P-GaN층(5)으로부터 정공들이, N-GaN층(3)으로부터 전자들이 활성층(4)으로 이동하여 활성층(4)에서 전자와 정공의 재결합에 의해 이 활성층(4)의 에너지 간격에 해당하는 광이 나오게 된다.FIG. 2 is a view showing light emission of a light emitting diode according to the prior art. As shown in FIG. 2, when a voltage is first applied to the N-type electrode 7 and the P-type electrode 6, the P-GaN layer 5 is applied. Holes from the N-GaN layer 3 move to the active layer 4, and light corresponding to the energy interval of the active layer 4 is emitted by recombination of electrons and holes in the active layer 4.
이 광들은 사방팔방으로 방출되는데, 그 중에서도 주로 표면쪽으로 많이 방출이 되고 모서리 부분쪽에서도 광의 일부가 방출된다.These lights are emitted in all directions, among them, mainly toward the surface, and part of the light is emitted from the corners.
모서리 부분으로 나온 광은 스템(stem)(9)의 반사면에 반사되어 다시 표면쪽으로 향하게 된다.The light exiting the corner is reflected by the reflecting surface of the stem 9 and directed back towards the surface.
한편, 활성층(4) 아랫쪽으로 방출된 광은 N-GaN층(3) 및 사파이어 기판(1)을 투과하여 사파이어 기판(1)의 뒷표면에서 일부는 반사되어 표면쪽으로 나오기도 하고 대부분은 사파이어 기판(1)의 뒷표면이 거칠기 때문에 난반사되어 흩어지거나 또는 발광 다이오드 칩을 스템(9)과 붙일 때 사용되는 실버 페이스트(silver paste)(8)에 흡수되어 버린다.On the other hand, the light emitted below the active layer 4 passes through the N-GaN layer 3 and the sapphire substrate 1, and some of the light is reflected from the back surface of the sapphire substrate 1 to the surface and most of the sapphire substrate Since the back surface of (1) is rough, it is diffusely reflected and scattered, or it is absorbed by the silver paste 8 used when attaching a light emitting diode chip to the stem 9.
그러므로 활성층(4) 아래로 향하는 광의 손실이 많이 생기게 되는 문제가 발생한다.Therefore, a problem arises in that a lot of loss of light directed under the active layer 4 occurs.
종래 기술에 따른 발광 다이오드 및 그 제조방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.The light emitting diode and its manufacturing method according to the prior art have the following problems.
종래에는 활성층 아랫 부분쪽으로 광의 손실이 많아 발광 다이오드의 휘도가 떨어진다.In the related art, light is lost toward the lower portion of the active layer, so that the luminance of the light emitting diode is reduced.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 휘도를 높일 수 있는 발광 다이오드 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a light emitting diode and a method of manufacturing the same, which can increase the brightness.
도 1a 내지 1c는 종래 기술에 따른 발광 다이오드의 제조공정을 보여주는 도면1A to 1C illustrate a manufacturing process of a light emitting diode according to the prior art.
도 2는 종래 기술에 따른 발광 다이오드의 광 방출을 보여주는 도면2 shows light emission of a light emitting diode according to the prior art;
도 3a 내지 3c는 본 발명 제 1 실시예에 따른 발광 다이오드 제조공정을 보여주는 공정단면도3A to 3C are process cross-sectional views showing a light emitting diode manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명 제 1 실시예에 따른 발광 다이오드의 광 방출을 보여주는 도면4 is a view showing light emission of a light emitting diode according to a first embodiment of the present invention;
도 5a 내지 5d는 본 발명 제 2 실시예에 따른 발광 다이오드 제조공정을 보여주는 공정단면도5A through 5D are cross-sectional views illustrating a light emitting diode manufacturing process according to a second embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명 제 2 실시예에 따른 발광 다이오드의 광 방출을 보여주는 도면6 is a view showing light emission of a light emitting diode according to a second embodiment of the present invention;
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings
11 : 기판 12 : 버퍼층11 substrate 12 buffer layer
13 : n형 GaN 에피택셜층 14 : DBR층13: n-type GaN epitaxial layer 14: DBR layer
15 : 활성층 16 : p형 GaN 에피택셜층15 active layer 16 p-type GaN epitaxial layer
17 : p형 전극 18 : n형 전극17: p-type electrode 18: n-type electrode
19 : 실버 페이스트 20 : 스템19: silver paste 20: stem
21 : 고반사물질층21: high reflective material layer
본 발명에 따른 발광 다이오드의 주요특징은 기판 위에 n형 에피택셜층, 활성층, p형 에피택셜층이 형성된 발광 다이오드의 n형 에피택셜층 내에 낮은 굴절률을 갖는 물질과 높은 굴절률을 갖는 물질이 교대로 적층된 DBR(Distributed-Bragg Reflector)층이 형성되는데 있다.The main feature of the light emitting diode according to the present invention is a material having a low refractive index and a material having a high refractive index alternately in an n-type epitaxial layer of a light-emitting diode in which an n-type epitaxial layer, an active layer, and a p-type epitaxial layer are formed on a substrate. A stacked Distributed-Bragg Reflector (DBR) layer is formed.
본 발명에 따른 발광 다이오드의 다른 특징은 기판 위에 n형 에피택셜층, 활성층, p형 에피택셜층이 형성된 발광 다이오드의 기판 하부에 광을 반사하는 고반사율을 갖는 고반사물질층이 형성되는데 있다.Another feature of the light emitting diode according to the present invention is that a high reflective material layer having a high reflectance reflecting light is formed on a substrate under an n-type epitaxial layer, an active layer, and a p-type epitaxial layer.
본 발명에 따른 발광 다이오드 제조방법의 특징은 기판 위에 버퍼층, n형 제 1 GaN층, DBR층, n형 제 2 GaN층, 활성층 그리고 p형 GaN층을 순차적으로 형성하는 스텝과, p형 GaN층의 일정영역 및 그 하부에 있는 활성층과 n형 제 2 GaN층의 일부를 식각하는 스텝과, n형 제 2 GaN층과 p형 GaN층 위에 각각 전극을 형성하는 스텝으로 이루어지는데 있다.The LED manufacturing method according to the present invention is characterized by sequentially forming a buffer layer, an n-type first GaN layer, a DBR layer, an n-type second GaN layer, an active layer and a p-type GaN layer on a substrate, and a p-type GaN layer. Etching a portion of the active layer and a portion of the n-type second GaN layer at a predetermined region and the bottom thereof, and forming an electrode on the n-type second GaN layer and the p-type GaN layer, respectively.
본 발명에 따른 발광 다이오드 제조방법의 다른 특징은 기판 위에 버퍼층, n형 GaN층, 활성층 그리고 p형 GaN층을 순차적으로 형성하는 스텝과, p형 GaN층의 일정영역 및 그 하부에 있는 활성층과 n형 GaN층의 일부를 식각하는 스텝과, n형 GaN층과 p형 GaN층 위에 각각 전극을 형성하는 스텝과, 기판 하부에 고반사물질층을 형성하는 스텝으로 이루어지는데 있다.Other features of the method of manufacturing a light emitting diode according to the present invention include the steps of sequentially forming a buffer layer, an n-type GaN layer, an active layer and a p-type GaN layer on the substrate, a predetermined region of the p-type GaN layer, and the active layer and the n below A step of etching part of the type GaN layer, a step of forming an electrode on the n-type GaN layer and a p-type GaN layer, respectively, and a step of forming a high reflective material layer under the substrate.
상기와 같은 특징을 갖는 발광 다이오드 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.A light emitting diode having the above characteristics and a method of manufacturing the same will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 개념은 활성층 아랫부분으로 광이 통과하지 못하도록 n형 에피택셜층 내에 낮은 굴절률을 갖는 물질과 높은 굴절률을 갖는 물질을 교대로 적층하여 고반사율을 갖는 DBR(Distributed-Bragg Reflector)층을 형성하거나, 또는 기판 아랫쪽의 광의 난반사를 방지하기 위해 기판 하부에 광을 반사하는 유전물질막이나 금속물질막을 형성함으로써, 광의 손실을 줄여 발광 다이오드의 휘도를 증가시키는데 있다.The concept of the present invention alternately stacks a material having a low refractive index and a material having a high refractive index in the n-type epitaxial layer to prevent light from passing through the lower portion of the active layer to form a distributed-bragg reflector (DBR) layer having a high reflectance. Alternatively, by forming a dielectric material film or a metal material film that reflects light in the lower part of the substrate to prevent diffuse reflection of light under the substrate, the light loss is reduced to increase the brightness of the light emitting diode.
도 3a 내지 3c는 본 발명 제 1 실시예에 따른 발광 다이오드 제조공정을 보여주는 공정단면도로서, 도 3a에 도시된 바와 같이, 사파이어 기판(11) 위에 GaN 버퍼층(12)을 MOCVD로 성장시킨 다음, 버퍼층(12) 위에 n형 불순물을 도핑(doping)시킨 n형 GaN 에피택셜층(13)을 약 2㎛ 두께로 성장시킨다.3A to 3C are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a light emitting diode according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3A, a GaN buffer layer 12 is grown on a sapphire substrate 11 by MOCVD and then a buffer layer. The n-type GaN epitaxial layer 13 doped with n-type impurities on (12) is grown to a thickness of about 2 mu m.
그리고, n형 GaN 에피택셜층(13) 위에 낮은 굴절률을 갖는 물질과 높은 굴절률을 갖는 물질을 교대로 적층하여 고반사율을 갖는 DBR(Distributed-Bragg Reflector)층(14)을 형성하고, 다시 그 위에 n형 GaN 에피택셜층(13)을 약 2㎛ 두께로 성장시킨 다음, 연속적으로 활성층(15) 및 p형 불순물을 도핑시킨 p형 GaN 에피택셜층(16)을 일정 두께로 성장시킨다..In addition, a material having a low refractive index and a material having a high refractive index are alternately stacked on the n-type GaN epitaxial layer 13 to form a distributed-bragg reflector (DBR) layer 14 having a high reflectance, and again thereon. The n-type GaN epitaxial layer 13 is grown to a thickness of about 2 μm, and then the active layer 15 and the p-type GaN epitaxial layer 16 doped with p-type impurities are grown to a predetermined thickness.
여기서, DBR층(14)은 InGaN/GaN 또는 AlGaN/GaN 으로 이루어진다.Here, the DBR layer 14 is made of InGaN / GaN or AlGaN / GaN.
이어, 도 3b에 도시된 바와 같이, RIE(Reactive Ion Etching) 식각 방법으로 일정영역의 p형 GaN 에피택셜층(16) 및 그 하부에 있는 활성층(15)과 n형 GaN 에피택셜층(13)의 일부분을 선택적으로 식각한다.Subsequently, as shown in FIG. 3B, the p-type GaN epitaxial layer 16 and the active layer 15 and the n-type GaN epitaxial layer 13 in a predetermined region are formed by a reactive ion etching (RIE) etching method. Optionally etch a portion of.
그리고, 도 3c에 도시된 바와 같이, n형 GaN 에피택셜층(13) 위에 n형 전극(18)을 형성하고, p형 GaN 에피택셜층(16) 위에 p형 전극(17)을 형성한다.3C, the n-type electrode 18 is formed on the n-type GaN epitaxial layer 13, and the p-type electrode 17 is formed on the p-type GaN epitaxial layer 16.
이어, 랩핑(lapping)공정으로 기판(11)의 뒷면을 갈아내고, 스크라이빙(scribing) 및 브레이킹(breaking)공정을 이용하여 칩(chip)으로 분리하여 발광 다이오드를 제작한다.Subsequently, the back surface of the substrate 11 is ground by a lapping process, and a light emitting diode is manufactured by separating the chip into chips by using a scribing and breaking process.
이와 같이 제작된 발광 다이오드의 동작은 종래와 같으나 도 4에 도시된 바와 같이, 활성층(15)에서 발생한 광이 활성층(15) 아랫쪽으로 통과하지 않고 n형 GaN 에피택셜층(13) 내부에 형성된 DBR(14)층에 반사되어 광이 표면으로 방출된다는 점이 다르다.The operation of the light emitting diode manufactured as described above is the same as in the related art, but as shown in FIG. 4, the light generated in the active layer 15 does not pass under the active layer 15, but is formed in the n-type GaN epitaxial layer 13. The difference is that light is emitted to the surface reflected by the (14) layer.
즉, 종래의 구조에서는 활성층 아랫부분으로 광의 손실이 매우 크지만 본 발명의 구조에서는 이를 많이 줄일 수 있으므로 광 방출 향상에 따른 발광 다이오드의 휘도를 높일 수 있다.That is, in the conventional structure, the loss of light is very large in the lower portion of the active layer, but in the structure of the present invention, since it can be reduced a lot, it is possible to increase the brightness of the light emitting diode according to the improved light emission.
이러한 본 발명 제 1 실시예는 청색빛을 발하는 GaN 발광 다이오드 이외에도 적색 및 녹색 발광 다이오드에 적용하여도 상당한 효과를 볼 수 있다.This first embodiment of the present invention can be applied to red and green light emitting diodes in addition to the blue light emitting GaN light emitting diodes.
본 발명 제 1 실시예와 같은 방법 이외에도 하기에 기술한 제 2 실시예로도 휘도 향상에 좋은 효과가 있다.In addition to the same method as the first embodiment of the present invention, the second embodiment described below also has a good effect on improving the luminance.
도 5a 내지 5d는 본 발명 제 2 실시예에 따른 발광 다이오드 제조공정을 보여주는 공정단면도로서, 도 5a에 도시된 바와 같이, 사파이어 기판(11) 위에 GaN 버퍼층(12), n형 GaN 에피택셜층(13), 활성층(15), p형 GaN 에피택셜층(16)을 연속적으로 성장시킨다..5A through 5D are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a light emitting diode according to a second exemplary embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5A, a GaN buffer layer 12 and an n-type GaN epitaxial layer (sapphire) are formed on a sapphire substrate 11. 13), the active layer 15 and the p-type GaN epitaxial layer 16 are grown continuously.
이어, 도 5b에 도시된 바와 같이, RIE(Reactive Ion Etching) 식각 방법으로 일정영역의 p형 GaN 에피택셜층(16) 및 그 하부에 있는 활성층(15)과 n형 GaN 에피택셜층(13)의 일부분을 선택적으로 식각한다.Subsequently, as shown in FIG. 5B, the p-type GaN epitaxial layer 16 and the active layer 15 and the n-type GaN epitaxial layer 13 in a predetermined region are formed by a reactive ion etching (RIE) etching method. Optionally etch a portion of.
그리고, 도 5c에 도시된 바와 같이, n형 GaN 에피택셜층(13) 위에 n형 전극(18)을 형성하고, p형 GaN 에피택셜층(16) 위에 p형 전극(17)을 형성한다.5C, the n-type electrode 18 is formed on the n-type GaN epitaxial layer 13, and the p-type electrode 17 is formed on the p-type GaN epitaxial layer 16.
이어, 도 5d에 도시된 바와 같이, 랩핑(lapping)공정으로 기판(11)의 뒷면을 갈아내고, 폴리싱(polishing)한 다음, 이 폴리싱된 기판(11) 위에 고반사물질층(21)을 도포하여 광의 반사가 잘 일어날 수 있도록 한다.Subsequently, as shown in FIG. 5D, the back surface of the substrate 11 is ground, polished, and coated with a high reflective material layer 21 on the polished substrate 11 by lapping. So that light reflection can occur well.
여기서, 고반사물질층(21)은 Si3N4, SiO2, Al2O3등과 같은 유전체를 교대로 도포하거나 조합하한 고반사율을 갖는 막으로 이루어지거나, Au, Al, Ag, Pt, Ti 등과 같은 금속물질로 이루어진다.Here, the high reflective material layer 21 is made of a film having a high reflectivity by applying or combining dielectrics such as Si 3 N 4 , SiO 2 , Al 2 O 3, or the like, or Au, Al, Ag, Pt, Ti It is made of a metal material such as.
그리고, 제 1 실시예와 마찬가지로 스크라이빙(scribing) 및 브레이킹(breaking)공정을 이용하여 칩(chip)으로 분리하여 발광 다이오드를 제작한다.As in the first embodiment, a light emitting diode is manufactured by separating the chip into chips using a scribing process and a breaking process.
이와 같이 제 2 실시예에서는 도 6에 도시된 바와 같이, 기판(11) 하부에 형성된 고반사물질층(21)으로 인하여 발광 다이오드 구동시, 활성층(15)에서 발생한 광이 기판(11)쪽으로 투과할 때 기판(11)의 뒷면에서 반사가 일어나 다시 소자의 표면쪽으로 투과, 방출되므로 종래의 구조에서 일어나는 기판 뒷면에서의 난반사 및 실버 페이스트 등에 의한 광흡수를 줄일 수 있다.As described above, in the second embodiment, as shown in FIG. 6, light generated in the active layer 15 is transmitted to the substrate 11 when the LED is driven due to the high reflective material layer 21 formed under the substrate 11. When the reflection occurs at the back side of the substrate 11 and then transmitted and emitted toward the surface of the device, light absorption due to diffuse reflection and silver paste at the back side of the substrate, which occurs in the conventional structure, may be reduced.
본 발명에 따른 발광 다이오드 및 그 제조방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.The light emitting diode and its manufacturing method according to the present invention have the following effects.
본 발명의 발광 다이오드는 활성층에서 발생한 광이 기판 뒷면에서의 난반사나 조립시 사용하는 실버 페이스트 등에 의한 광흡수에 의해 광이 손실되는 것을 방지할 수 있어 소자의 휘도를 크게 향상시킨다.The light emitting diode of the present invention can prevent the light generated by the active layer from being lost due to light reflection due to diffuse reflection on the back surface of the substrate or silver paste used in assembling, thereby greatly improving the luminance of the device.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1998
- 1998-07-11 KR KR1019980028023A patent/KR20000008284A/en not_active Application Discontinuation
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