KR20070093653A

KR20070093653A - 발광 다이오드의 제조방법

Info

Publication number: KR20070093653A
Application number: KR1020060023747A
Authority: KR
Inventors: 이혁민; 김현경; 김동준; 백형기; 신현수
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2006-03-14
Filing date: 2006-03-14
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2026-03-14
Also published as: KR100780175B1

Abstract

광 추출 효율을 더욱 향상시킬 수 있고 또한 칩 분리를 안정적으로 수행할 수 있게 하는 발광 다이오드 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 발광 다이오드 제조방법은, 복수의 소자 영역을 갖는 기판 상에 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층이 순차 적층된 발광 구조물을 형성하는 단계와; 상기 복수의 소자 영역들 간의 경계부에서 상기 n형 반도체층을 식각하여 상기 발광 구조물에 소자 분리용 트렌치를 형성하는 단계와; 상기 소자 분리용 트렌치에서 상기 기판을 절단하여 칩 분리하는 단계를 포함한다. 상기 소자 분리용 트렌치 형성 단계에서, 상기 트렌치 측면에 형성되어 상기 n형 반도체층에 거칠기를 제공하는 요철을 형성한다.

질화물 반도체, 발광 소자, LED, 광 추출 효율

Description

발광 다이오드의 제조방법{Method for Manufacturing Light Emitting Diode}

도 1의 (a) 내지 (c)는 종래 기술에 따른 발광 다이오드의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광 다이오드 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.

도 7 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 발광 다이오드 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.

도 11은 본 발명의 실시형태에 따른 제조방법에서 사용될 수 있는 소자 분리용 트렌치 형성을 위한 식각 마스크를 나타내는 평면도이다.

도 12는 본 발명의 실시형태에 따른 제조방법에서 사용될 수 있는 메사 식각용 식각 마스크를 나타내는 평면도이다.

도 13은 종래예 및 실시예들에 따른 발광 다이오드의 발광부를 나타낸 사진들이다.

도 14는 종래예 및 실시예들에 따른 발광 다이오드에 있어서, 출사 각도에 따른 절대광량 분포를 나타내는 칩 방사 패턴(chip radiation pattern) 분석 그래프이다.

도 15는 종래예 및 실시예들에 따른 발광 다이오드에 이어서, 출사 각도에 따른 상대광량 분포를 나타내는 정규화된 칩 방사 패턴(normalized chip radiation) 분석 그래프이다.

도 16은 종래예 및 실시예들에 따른 발광 다이오드의 광도를 나타내는 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100, 200: 발광 다이오드 101: 사파이어 기판

103: n형 질화물 반도체층 105: 활성층

107: p형 질화물 반도체층 109, 119: 요철

110: 소자 분리용 트렌치 111: p측 전극

113: n측 전극

본 발명은 발광 다이오드의 제조방법에 관한 것으로, 특히 소자 외부로의 광추출 효율을 향상시킬 수 있고 칩 분리시 소자 손상을 방지할 수 있는 발광 다이오드의 제조방법에 관한 것이다.

질화물 반도체 발광 다이오드(이하, LED라고도 함)가 개발된 후, LCD 백라이트(LCD backlight), 카메라용 플래쉬, 조명 등 다양한 분야에서 LED가 차세대 광원 으로 주목받고 있다. 일반적으로, LED의 본체부를 구성하는 질화물 반도체(Al_xGa_yIn_(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1))는 에폭시 또는 공기 등의 외부 환경에 비해 높은 굴절율을 가지고 있다. 에폭시와 질화물 반도체간의 큰 굴절율 차이로 인해, 질화물 반도체 LED 내부에서 생성된 광자들 중 상당한 부분은 계면에서 반복적으로 반사됨으로써 외부로 탈출하지 못하고, 소자 내부에서 소멸된다. 이에 따라, 질화물 반도체 LED의 외부 양자 효율은 급격히 감소된다.

이러한 외부 양자 효율의 저감 문제를 해결하고자 여러 기술이 제안되었다. 예를 들어, LED 구조 자체를 변형하거나 질화물 반도체층 표면에 요철 패턴 등의 표면 텍스쳐(texure)를 형성하는 기술이 제안되었다. 도 1의 (a) 내지 (c)는 종래 기술의 일례에 따른 질화물 반도체 LED의 제조방법을 나타내는 단면도들이다.

도 1을 참조하면, 먼저 사파이어 기판(11) 상에 n형 질화물 반도체층(13), 활성층(15) 및 p형 질화물 반도체층(17)을 성장시킨다(도 1의 (a)). 그 후, p형 반도체층(17), 활성층(15) 및 n형 질화물 반도체층(13)의 일부를 메사 식각(mesa-etching)하여, n형 질화물 반도체층(13)의 일부가 노출되도록 한다(도 1의 (b)). 이 경우, 소자 상면으로의 광추출 효율을 높이기 위해, p형 반도체층(17) 상면 및/또는 메사 식각에 의해 노출된 n형 반도체층(13) 상면에 거칠기(roughness)를 제공하도록 요철 또는 텍스쳐(texture)(19, 29)를 형성할 수 있다. 그 후, p형 반도체 층(17) 및 노출된 n형 반도체층(13) 상에 각각 p측 전극(21) 및 n측 전극(23)을 형성함으로써, LED를 얻게 된다(도 1의 (c)).

그러나, 상기 요철(19, 29)을 형성하더라도 소자 측면에서의 내부 전반사의 가능성은 여전히 존재하며, 측방향의 빛에 대해서는 충분한 광 추출 증대 효과를 얻을 수 없게 된다. 특히, 측방향으로 나오는 빛의 광량은 전체 광량에서 상당한 부분을 차지하기 때문에, 측방향 빛의 광추출량을 높이지 않고서는 고효율의 반도체 LED를 얻기 힘들다. 또한, 질화물층(13, 15, 17)의 총 두께가 수십㎛ 이하 점을 고려할 때, 상기 요철 (19, 29)은 수 ㎛ 이하의 크기로 매우 작게 형성되어야 한다. 따라서, 요철(19, 29)을 형성하기 위한 사진 식각 공정이 매우 어렵게 된다. 이러한 문제들은 질화물 반도체 LED 뿐만 아니라 다른 화합물 반도체 LED에서도 발생될 수 있다.

한편, 웨이퍼 기판에서 다수의 LED 칩을 얻고자 할때, 칩 분리 공정(미도시)을 필수적으로 거치게 되는데, 칩 분리시 소자 손상등이 발생하기가 쉽다. 예컨대, 절단 휠, 다이싱 쏘(dicing saw) 또는 식각 등의 방법으로 칩 분리할 경우, 미스 얼라인(misalignment) 등으로 인해 기판이나 반도체층에 원하지 않는 기계적 손상이 발생할 수 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 광 추출 효율을 더욱 향상시킬 수 있고 또한 칩 분리를 안정적으로 수행할 수 있게 하는 LED 제조방법을 제공하는 것이다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 LED 제조방법은,

복수의 소자 영역을 갖는 기판 상에 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층이 순차 적층된 발광 구조물을 형성하는 단계와;

상기 복수의 소자 영역들 간의 경계부에서 상기 n형 반도체층을 식각하여 상기 발광 구조물에 소자 분리용 트렌치를 형성하는 단계와;

상기 소자 분리용 트렌치에서 상기 기판을 절단하여 칩 분리하는 단계를 포함하고,

상기 소자 분리용 트렌치 형성 단계에서, 상기 트렌치 측면에 형성되어 상기 n형 반도체층에 거칠기를 제공하는 요철을 형성하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 소자 분리용 트렌치 측면에 형성된 상기 요철은, 상기 소자 분리용 트렌치 형성을 위한 식각에 의해 형성된다. 특히, 상기 소자 분리용 트렌치 측면의 상기 요철은 상기 소자 분리용 트렌치 형성을 위한 식각 마스크를 이용하여 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 식각 마스크의 외주부는 요철 형상을 갖는다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 소자 분리용 트렌치 형성 단계 전에 상기 각각의 소자 영역에서 상기 n형 반도체층의 일부가 노출되도록 상기 발광 구조물을 메사 식각하는 단계를 더 포함한다. 이 경우, 상기 메사 식각 단계와 상기 칩 분리 단계 사이에, 상기 p형 반도체층의 상면과 상기 메사 식각에 의해 노출된 n형 반도체층의 일부 상면에 각각 p측 전극과 n측 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 p측 전극 및 n측 전극 형성 단계는, 상기 소자 분리용 트렌치 형성 단계 후에 실행된다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 소자 분리용 트렌치 형성 단계 후에 상기 각각의 소자 영역에서 상기 n형 반도체층의 일부가 노출되도록 상기 발광 구조물을 메사 식각하는 단계를 더 포함한다. 이 경우, 상기 메사 식각 단계와 상기 칩 분리 단계 사이에, 상기 p형 반도체층의 상면과 상기 메사 식각에 의해 노출된 n형 반도체층의 일부 상면에 각각 p측 전극과 n측 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 메사 식각 단계에서, 상기 메사 식각에 의해 노출되는 상기 발광 구조물의 측면에 요철을 형성한다. 상기 메사 식각시 형성되는 요철도, 메사 식각용 식각 마스크(외주부가 요철 형상을 가짐)를 이용하여 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 칩 분리 단계는, 상기 소자 분리용 트렌치에서 상기 기판을 스크라이빙(scribing; 선긋기)하는 단계와; 개별 소자로 절단되도록 상기 소자 분리용 트렌치에서 상기 기판을 브레이킹(breaking; 쪼개기)하는 단계를 포함한다. 이와 같이 소자 분리용 트렌치에서 스크라이빙과 브레이킹 공정을 실시함으로써, 칩 분리 공정을 용이하고 안정적으로 실행할 수 있게 된다.

상기 n형 반도체, 활성층 및 p형 반도체층은 질화물 반도체로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 기판은 사파이어 기판일 수 있다. 또한, 상기 기판은 SiC 기판 또는 GaN 기판 등의 도전성 기판일 수도 있다. 상기 반도체층이 질화물 반도체로 이루어진 경우, 상기 소자 분리용 트렌치 측면에 형성된 상기 요철의 사이즈(또는 요철 패턴의 한 주기 길이)는 50 내지 100nm인 것이 바람직하다.

본 발명은 광 추출 효율을 더욱 향상시키면서 칩 분리를 안정적으로 수행할 수 있게 하는 방안을 제공한다. 이를 위해 소자 분리용 트렌치 형성시 n형 반도체층에 거칠기를 제공하는 요철 또는 텍스쳐를 상기 트렌치 측면에 형성한다. 또한, 소자 분리용 트렌치를 미리 형성한 후 이 트렌치에서 칩 분리를 실행한다.

본 명세서에서, '질화물 반도체'란, Al_xGa_yIn_(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 표현되는 2성분계(bianary), 3성분계(ternary) 또는 4성분계 (quaternary) 화합물 반도체를 의미한다. 또한, '질화물 반도체 LED'란, 그 LED의 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층이 질화물 반도체로 되어 있다는 것을 의미한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광 다이오드 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다. 도 2 및 도 3은 단면도이며, 도 4 내지 6의 (a)는 단면도를 나타내고, 도 4 내지 6의 (b)는 그 평면도를 나타낸다.

먼저, 도 2를 참조하면, 사파이어 기판(101) 상에 n형 질화물 반도체층(103), 활성층(105) 및 p형 질화물 반도체층(107)을 순차적으로 성장시켜, 기판(101) 상에 발광 구조물(150)을 형성한다. 상기 사파이어 기판(101)은 다수의 LED 칩을 동시에 얻을 수 있도록 복수의 소자 영역(A)을 갖는다. 예컨대, 사파이어 기판(101)은 복수의 소자 영역을 갖는 사파이어 웨이퍼일 수 있다.

다음으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 소자 영역(A)에서 n형 반도체층103)의 일부가 노출되도록 p형 반도체층(107), 활성층(105) 및 n형 반도체층(103)의 일부를 메사 식각한다. 이에 따라, 각 소자 영역(A)에서는 n형 반도체층(103)의 상면 일부가 노출된다. 이 노출된 n형 반도체(103) 상면에는 추후 n측 전극이 형성된다.

다음으로, 도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 복수의 소자 영역들 간의 경계부에서 n형 반도체(103)을 식각하여 발광 구조물(150)에 소자 분리용 트렌치(110)를 형성한다. 여기서, 도 4의 (a)는 도 4의 (b)의 라인 X-X'를 따라 자른 단면도에 해당한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 소자 분리용 트렌치(110) 형성시, 트렌치(110)의 측면에는 n형 반도체층(103)에 거칠기를 제공하는 요철(109) 또는 텍스쳐가 형성된다. 이 요철(109)은 규칙적으로 연장되어 주기적인 패턴을 형성할 수 있다.

바람직하게는, 소자 분리용 트렌치(110) 측면에 형성된 요철(109)은, 소자 분리용 트렌치 형성을 위한 식각에 의해 형성된다. 구체적으로 말해서, 소자 분리용 트렌치(110) 측면에 형성된 요철(109)은 소자 분리용 트렌치(110) 형성을 위한 식각 마스크를 이용하여 형성될 수 있다. 이러한 식각 마스크의 예가 도 11에 도시되어 있다. 도 11을 참조하면, 상기 트렌치(110) 식각용 식각 마스크(50)의 외주부 는 요철 형상(59)을 갖는다. 이러한 요철 형상(59)을 갖는 식각 마스크(50)를 사용하여 트렌치(110) 식각을 실시함으로써, 그 요철 형상(59)이 트렌치(110)의 측면, 즉 메사 아래의 n형 반도체층(103) 측면에 전사된다. 이에 따라, 트렌치(110) 측면의 n형 반도체층(103)에는 요철(109)이 형성된다.

나중에 복수의 LED로 칩 분리된 후에는, 트렌치(110) 측면에 형성된 상기 요철(109)은 LED 소자의 최외각 측면에 있게 된다. 이에 따라, 상기 요철(109)은 최종 구조물(LED)에 있어서 측방향으로 입사하는 빛의 전반사 가능성을 줄임으로써 광추출 효율을 높이는 역할을 한다. 이와 같이 본 발명에 따르면, 각 소자의 최외각 측면에 요철을 형성하기 위해 별도의 요철 또는 텍스쳐 형성 공정을 필요로 하지 않으며, 소자 분리용 트렌치(110)를 형성함에 따라 소자 최외각 측면에 요철(109)이 자연스럽게 형성되어진다. 따라서, 본 발명에 따르면, 광추출 효율을 증대시킬 뿐만 아니라 공정이 단순화된다.

소자 분리용 트렌치(110) 측면에 형성된 상기 요철(109)의 사이즈(또는 요철 패턴의 한 주기 길이)(d)는 50 내지 100nm인 것이 바람직하다. 요철(109)의 사이즈(d)가 50nm보다 작을 경우 정확한 요철 형태를 구현하기가 공정상 쉽지 않을 수 있다. 또한 상기 요철(109)의 사이즈(d)가 100nm 이상인 경우에는 빛의 난반사(로 인한 전반사 억제)가 어려워질 수 있기 때문에, 100nm 이하의 요철 사이즈가 효과적이다.

다음으로, 도 5의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, p형 질화물 반도체층(107)의 상면과 메사 식각에 의해 노출된 n형 반도체층(103)의 일부 상면에 각각 p측 전극(111) 및 n측 전극(113)을 형성한다. 본 실시형태에서는 소자 분리용 트렌치(110) 형성 후에 p측 및 n측 전극(111, 113)을 형성하지만, 이와 달리 소자 분리용 트렌치(110) 형성 전에 p측 전극 및 n측 전극(111, 113)을 형성할 수도 있다. 그러나, 소자 분리용 트렌치 식각은 통상적으로 ICP-RIE(유도결합 반응성 이온 에칭) 등의 건식 식각으로 실시되기 때문에, 트렌치 식각시 전극 물질을 손상시킬 수 있다. 따라서, 트렌치(110) 식각 후에 p측 전극(111) 및 n측 전극(113)을 형성하는 것이 더 바람직하다.

다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 소자 분리용 트렌치(110)에서 절단선(L)을 따라 사파이어 기판(101)을 완전히 절단함으로써 칩 분리한다. 이에 따라, 최외각 측면에 요철(109)이 형성된 복수의 질화물 반도체 LED(100)를 얻게 된다. 사파이어 기판(101)의 절단을 통한 칩 분리 전에 미리 소자 분리용 트렌치(110)를 형성하였기 때문에, 칩 분리 공정이 용이해지고 칩 분리시 반도체층(103, 105, 107)이나 사파이어 기판(101)의 원치 않는 손상이 크게 억제된다. 즉, 상기 트렌치(110)는 절단 영역을 명확히 한정해주기 때문에 칩 분리시의 미스얼라인(misalignment)을 줄여준다. 또한 칩 분리 전에 미리 소자 분리용 트렌치(110)를 형성함으로써 칩 분리시 기계적 충격이 절감된다. 따라서, 상기 트렌치(110)로 인 해 칩 분리 공정이 더 안정적이게 된다.

바람직하게는, 상기 칩 분리 공정은, 스크라이빙(scribing; 선긋기) 공정과 브레이킹((breaking; 쪼개기) 공정에 의해 구현될 수 있다. 즉, 다이아몬드 등을 사용하여 소자 분리용 트렌치(110)에서 사파이어 기판(101)을 스크라이빙하고, 그 후 개별 소자로 절단되도록 기판(101)에 압력을 가하여 소자 분리용 트렌치(110)에서 사파이어 기판(101)을 브레이킹할 수 있다. 이와 같이 소자 분리용 트렌치(110)에서 스크라이빙과 브레이킹 공정을 실시함으로써, 칩 분리 공정을 더욱 용이하고 안정적으로 실행할 수 있게 된다.

전술한 실시형태에서는, 메사 식각(도 3 참조) 후에 소자 분리용 트렌치 식각을 실시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 발광 구조물(150)에 먼저 소자 분리용 트렌치를 형성하고, 그 후에 n형 반도체층(103)의 일부 상면을 노출시키기 위한 메사 식각을 실시할 수도 있다.

도 7 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 발광 다이오드 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다. 본 실시형태에서는, 소자 분리용 트렌치 형성시 그 트렌치 측면에 요철을 형성할 뿐만 아니라, 메사 식각시 그 식각 측면에도 요철을 형성한다.

먼저 도 2와 같이 사파이어 기판(101) 상에 반도체층들(103, 105, 107)을 형성한 후, n형 반도체층(107)의 일부 상면이 노출되도록 메사 식각한다(도 7 참조). 이 때, 메사 식각에 의해 노출된 발광 구조물(103, 105, 107)의 측면에 요철(119)을 형성한다. 이 요철(119)도, 전술한 최외각 요철(109)과 마찬가지로, 식각 마스크를 이용하여 형성될 수 있다. 이러한 메사 식각용 식각 마스크의 일례가 도 12에도시되어 있다.

도 12을 참조하면, 메사 식각용 식각 마스크(60)의 외주부는 요철 형상(69)을 갖는다. 이러한 요철 형상(69)을 갖는 식각 마스크(60)를 사용하여 메사 식각을 실시함으로써, 그 요철 형상(69)이 메사부 측면 즉 메사 식각에 의해 노출된 반도체층(103, 105, 107)의 측면에 전사된다. 이에 따라, 메사 식각에 의해 노출된 반도체층(103, 105, 107)의 측면에는 요철(119)이 형성된다. 나중에 복수의 LED로 칩 분리된 후에는, 상기 요철(119)은 최종 구조물(LED)에 있어서 측방향으로 입사하는 빛의 전반사 가능성을 줄임으로써 광추출 효율을 높이는 역할을 한다.

이와 같이 본 실시형태에 따르면, 메사부 측면에 요철을 형성하기 위해 별도의 요철 또는 텍스쳐 형성 공정을 필요로 하지 않는다. 즉, n형 반도체층(103)의 일부 상면을 노출시키기 위한 메사 식각시, 그 식각 측면에는 요철(119)이 자연스럽게 형성되어진다. 따라서, 본 실시형태에 따르면, 광추출 효율을 증대시킬 뿐만 아니라 공정이 단순화된다.

메사 식각 후에는, 도 8에 도시된 바와 같이 소자 분리용 트렌치(110)를 형성한다. 이 경우에도, 트렌치(110) 형성시 도 11에 도시된 바와 같은 식각 마스크(50)를 이용함으로써 트렌치(110) 측면의 n형 반도체층(104)에 요철(109)을 형성한다. 따라서, 본 실시형태에서는 메사부 측면과 소자 분리용 트렌치 측면에 요철(109, 119)이 형성된다. 이에 따라, 외부 추출 효율은 더욱 크게 향상될 수 있다.

다음으로, 도 9에 도시된 바와 같이, p측 전극(111)과 n측 전극(113)을 형성한다. 그 후, 도 10에 도시된 바와 같이 소자 분리용 트레치(110)에서 절단선(L)을 따라 기판(101)을 절단함으로써 칩 분리를 실행한다. 이에 따라 최외각 측면 및 메사 측면에 각각 요철(109, 119)이 형성된 복수의 질화물 반도체 LED를 얻게 된다. 칩 분리 공정은 소자 분리용 트렌치(110)에서의 스크라이빙 및 브레이킹을 통해서 실시될 수 있다.

도 7 내지 도 10의 실시형태에서는, 메사 식각(도 7 참조) 후에 소자 분리용 트렌치 식각을 실시하였다. 그러나, 먼저 요철 측면을 갖는 소자 분리용 트렌치를 형성하고(트렌치 식각), 그 후에 요철 측면을 갖는 메사부를 형성할 수도 있다(메사 식각).

전술한 실시형태들에서는, n형 반도체, 활성층 및 p형 반도체층은 질화물 반 도체이다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 예컨대, GaAs계 또는 GaP계 반도체 LED 등 다른 화합물 반도체 LED의 제조방법에도 적용될 수 있다. 또한, 전술한 실시형태들에서는 기판으로서 절연성 기판인 사파이어 기판을 사용하고 있으나, 이와 달리 SiC 기판 또는 GaN 기판 등의 다른 기판을 사용할 수도 있다.

실시예

본 발명자들은 본 발명의 광 특성 개선 효과를 확인하기 위해, 실시예1, 실시예2 및 종래예에 따라 질화물 반도체 LED를 제조하였다. 그 실시예1, 실시예2 및 종래예 LED의 광특성(예컨대, 광 파워, 칩 방사 패턴 분석, 광도 등)을 측정 또는 분석하여 도 13 내지 도 16에 도시하였다.

상기 실시예1의 샘플은 도 2 내지 도 6의 공정을 거쳐 제조된 질화물 반도체 LED(최외각 측면에 요철 패턴 형성)이다. 상기 실시예2의 샘플은 도 7 내지 도 10의 공정을 거쳐 제조된 질화물 반도체 LED(최외각 및 메사부 측면에 요철 패턴 형성)이다. 또한, 상기 비교예의 샘플은 최외각 측면 또는 메사부 측면 어디에도 요철이 형성되어 있지 않은 질화물 반도체 LED이다.

도 13은 상기 종래예 및 실시예들에 따른 발광 다이오드의 발광부를 나타낸 평면도 사진으로서, 도 13의 (a)는 종래예의 사진이고, 도 13의 (b)는 실시예1의 사진이며, 도 13의 (c)는 실시예2의 사진이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 실시예 들에서는 추출되는 광량이 종래예에 비하여 크다는 것을 알 수 있다. 특히, 실시예2의 샘플(최외각 및 메사 측면에 요철이 형성됨)에서, 발광 구조물 측면으로부터 추출되는 광량이 크게 증가하였음을 알 수 있다. 광출력(광파워) 측정 결과, 종래예의 광출력은 9.35 mW인 반면에, 실시예1 및 실시예2의 광출력은 각각 9.7 mW 및 9.91 mW임을 확인하였다.

도 14는 종래예, 실시예1 및 실시예2에 따른 발광 다이오드에 있어서, 출사 각도에 따른 절대광량 분포를 나타내는 칩 방사 패턴(chip radiation pattern) 분석 그래프이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 최외각 측면에 요철이 형성됨으로써 측면쪽의 절대광량이 증가되었다. 특히 메사 측면에도 요철을 형성한 경우 측면광의 절대광양이 가장 크게 증가하였다.

도 15는 종래예, 실시예1 및 실시예2에 따른 발광 다이오드에 이어서, 출사 각도에 따른 상대광량 분포를 나타내는 정규화된 칩 방사 패턴(normalized chip radiation pattern) 분석 그래프이다. 도 15의 그래프는 도 14의 그래프를 상대적으로 표준화한 것으로, 동일 광량일 때 각 샘플에서 방출되는 광자의 방향성을 도 15의 그래프로부터 알 수 있다.

도 16은 종래예, 실시예들에 따른 LED의 광도(luminous intensity; lv)를 나타내는 그래프이다. 도 16의 그래프는, 각 샘플을 동일 구조의 LED 패키지에 실장 한 상태에서 측정한 광도를 나타낸다. 도 16에 도시된 바와 같이, 실시예1 및 2는 종래예에 비하여 광도가 우수하며, 특히 실시예2에서 광도가 가장 우수하다. 이러한 광도 개선 효과는, 최외각 측면 또는 메사부 측면에 형성된 요철(109, 119)에 기인한다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 또한, 본 발명은 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 소자 분리용 트렌치 측면에 또는 소자 분리용 트렌치 및 메사부 측면에 요철을 형성함으로써, 측면광의 광 추출량을 증대시킬 수 있다. 이에 따라, 전체적인 광 추출 효율 및 발광 효율이 크게 개선된다. 또한, 칩 분리 전에 소자 분리용 트렌치를 형성함으로써, 칩 분리를 용이하고 안정적으로 수행할 수 있게 된다. 더 나아가, 요철 측면을 형성하기 위한 별도의 공정을 필요로 하지 않으므로, 공정이 단순하고 저비용이다.

Claims

복수의 소자 영역을 갖는 기판 상에 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층이 순차 적층된 발광 구조물을 형성하는 단계;

상기 복수의 소자 영역들 간의 경계부에서 상기 n형 반도체층을 식각하여 상기 발광 구조물에 소자 분리용 트렌치를 형성하는 단계; 및

상기 소자 분리용 트렌치에서 상기 기판을 절단하여 칩 분리하는 단계를 포함하고,

상기 소자 분리용 트렌치 형성 단계에서, 상기 트렌치 측면에 형성되어 상기 n형 반도체층에 거칠기를 제공하는 요철을 형성하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 소자 분리용 트렌치 측면에 형성된 상기 요철은, 상기 소자 분리용 트렌치 형성을 위한 식각에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
제2항에 있어서,

상기 소자 분리용 트렌치 측면의 상기 요철은, 상기 소자 분리용 트렌치 형성을 위한 식각 마스크를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제 조방법.
제1항에 있어서,

상기 소자 분리용 트렌치 형성 단계 전에 상기 각각의 소자 영역에서 상기 n형 반도체층의 일부가 노출되도록 상기 발광 구조물을 메사 식각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
제4항에 있어서,

상기 메사 식각 단계와 상기 칩 분리 단계 사이에, 상기 p형 반도체층의 상면과 상기 메사 식각에 의해 노출된 n형 반도체층의 일부 상면에 각각 p측 전극과 n측 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
제5항에 있어서,

상기 p측 전극 및 n측 전극 형성 단계는, 상기 소자 분리용 트렌치 형성 단계 후에 실시되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 소자 분리용 트렌치 형성 단계 후에, 상기 각각의 소자 영역에서 상기 n형 반도체층의 일부가 노출되도록 상기 발광 구조물을 메사 식각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
제7항에 있어서,

상기 메사 식각 단계와 상기 칩 분리 단계 사이에, 상기 p형 반도체층의 상면과 상기 메사 식각에 의해 노출된 n형 반도체층의 일부 상면에 각각 p측 전극과 n측 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
제4항 또는 제7항에 있어서,

상기 메사 식각 단계에서, 상기 메사 식각에 의해 노출되는 상기 발광 구조물의 측면에 요철을 형성하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
제9항에 있어서,

상기 메사 식각 단계에서 형성되는 상기 요철은, 메사 식각용 식각 마스크를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 칩 분리 단계는, 상기 소자 분리용 트렌치에서 상기 기판을 스크라이빙하는 단계와; 개별 소자로 절단되도록 상기 소자 분리용 트렌치에서 상기 기판을 브레이킹하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 n형 반도체, 활성층 및 p형 반도체층은 질화물 반도체로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
제12항에 있어서,

상기 기판은 사파이어 기판인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
제12항에 있어서,

상기 소자 분리용 트렌치 측면에 형성된 상기 요철의 사이즈는 50 내지 100nm인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.