JP2013532908A - ナノインプリントモールドの製造方法、この方法により製造されたナノインプリントモールドを用いた発光ダイオードの製造方法、及びこの方法により製造された発光ダイオード - Google Patents

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Abstract

本発明は、ナノインプリントモールドの製造方法、それを用いた発光ダイオード、及びその製造方法に関する。
本発明による発光ダイオードの製造方法は、仮基板上に、ｎ型窒化物半導体層、発光層、及びｐ型窒化物半導体層を形成するステップと、ｐ型窒化物半導体層上にｐ型電極を形成するステップと、ｐ型電極上に導電性基板を形成するステップと、仮基板を除去して、ｎ型窒化物半導体層を露出させるステップと、ｎ型窒化物半導体層上にナノインプリントレジスト層を形成するステップと、ナノインプリントモールドをナノインプリントレジスト層に加圧し、ナノパターンをナノインプリントレジスト層に転写するステップと、ナノパターンが形成されたナノインプリントレジスト層からナノインプリントモールドを分離するステップと、ナノパターンが形成されたナノインプリントレジスト層の一部をエッチングしてｎ型電極を形成するステップと、を含んで構成される。
本発明によれば、発光ダイオードの光取り出し効率を向上させるためのナノパターンを、効率的且つ経済的に形成することができるナノインプリントモールドの製造方法、このナノインプリントモールドを用いた発光ダイオードの製造方法、及び発光ダイオードが提供される効果がある。

Description

本発明は、ナノインプリントモールドの製造方法、この方法により製造されたナノインプリントモールドを用いた発光ダイオードの製造方法、及びこの方法により製造された発光ダイオードに関する。
白色光源窒化ガリウム系発光ダイオードは、エネルギー変換効率が高く、寿命が長く、光の指向性が高く、低電圧駆動が可能であって、予熱時間と複雑な駆動回路が不要であり、また、衝撃や振動に強いことから、多様な形態の高品格照明システムの具現が可能であるため、近いうちに、白熱燈、蛍光燈、水銀燈のような既存の光源を代替する固体照明（ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ ｌｉｇｈｔｉｎｇ）光源として期待されている。窒化ガリウム系発光ダイオードが、従来の水銀燈や蛍光燈に代わって白色光源として用いられるためには、熱的安全性に優れていなければならず、さらには、低消費電力でも高出力の光を発しなければならない。現在、白色光源に広く用いられている水平構造の窒化ガリウム系発光ダイオードは、相対的に製造単価が小さく、作製工程が簡単であるという長所はあるが、印加電流が高く、面積が大きい高出力の光源として用いるには不適切であるという短所がある。このような水平構造の発光ダイオードの短所を克服して、大面積の高出力発光ダイオードの適用が容易な素子が、垂直構造の発光ダイオードである。このような垂直構造の発光ダイオードは、従来の水平構造素子と比べて様々な長所を有している。垂直構造の発光ダイオードでは、電流拡散抵抗が小さく、非常に均一な電流拡散を得ることができるため、より低い作動電圧及び大きい光出力を得ることができ、熱伝導性の良い金属または半導体基板を介して円滑な熱放出が可能であるため、より長い素子寿命及び遥かに向上した高出力作動が可能である。このような垂直構造の発光ダイオードでは、最大の印加電流が、水平構造の発光ダイオードに比べて３倍乃至４倍以上増加するため、照明用の白色光源に広く利用されることが確実視され、現在、日本のＮｉｃｈｉａ ｃｈｅｍｉｃａｌ社、米国のＰｈｉｌｉｐｓ Ｌｕｍｉｌｅｄｓ社、ドイツのＯｓｒａｍ社等のような外国の発光ダイオード先頭企業と、ソウル半導体、三星電機、ＬＧイノテックのような韓国内企業とが、窒化ガリウム系垂直発光ダイオードの商用化及び性能向上のために活発な研究開発を進めており、Ｏｓｒａｍのような一部企業では、既に関連製品の販売を行っている現状である。
窒化ガリウム系垂直発光ダイオードの製造において、素子の光出力を大きく向上することができる部分が、素子上部のｎ型半導体層である。ｎ型半導体層が滑らかな平面である場合、ｎ型半導体層と大気との大きな屈折率差によって（ｎ型半導体層の屈折率は２.４以下で、大気の屈折率は１である。）、大気とｎ型半導体層との界面で全反射が発生し、活性層、すなわち、発光層で発生した光の相当な部分が外部に抜け出ることができなくなるため、高い光出力を期待することができない。したがって、ｎ型半導体層の表面を人為的に変形して全反射が生じることを防止し、最小限の損失で光が外部に抜け出るようにすることが必要である。このような観点で、ｎ型半導体層の表面をＫＯＨ、ＮａＯＨのような塩基性溶液を用いた湿式エッチングを行い、ｎ型半導体層表面にピラミッド状のナノ構造物を形成するようになると、発光ダイオードの光取り出し効率を画期的に向上させることができる。
しかし、従来のこのような湿式エッチングを用いてピラミッド構造物をｎ型半導体層に直接に形成する方法は、湿式エッチング過程の中に、ｎ型電極、伝導性基板、発光ダイオードのメサ構造などを保護するために、更なる保護膜の形成過程が求められ、大面積で均一なナノ構造物の形成が困難である短所を有している。
本発明は、発光ダイオードの光取り出し効率を向上させるためのナノパターンを、効率的且つ経済的に形成することができるナノインプリントモールドの製造方法、このナノインプリントモールドを用いた発光ダイオードの製造方法、及び発光ダイオードを提供することを技術的課題とする。
また、本発明は、別途の湿式エッチング、乾式エッチングを用いることなくても、光取り出し効率の向上のためのナノパターンを効率的且つ精巧に形成することができる発光ダイオードの製造方法、及びその方法により製造された発光ダイオードを提供することを技術的課題とする。
さらに、本発明は、単純化した工程を通じて、少ない費用で、大面積でナノパターンを形成し、高い光取り出し効率を有する発光ダイオード及びその製造方法を提供することを技術的課題とする。
このような課題を解決すべく、本発明によるナノインプリントモールドの製造方法は、窒化物半導体基板の一面に、前記窒化物半導体基板を支持するための支持基板を形成するステップと、前記支持基板が形成されている窒化物半導体基板を、水酸化カリウム水溶液と水酸化ナトリウム水溶液のうちから選択された１つのエッチング溶液に浸漬した後、紫外線を照射する光化学エッチングを通じて、ピラミッド状のナノパターンを前記窒化物半導体基板の他面に形成するステップと、前記窒化物半導体基板の他面に形成されているピラミッド状のナノパターンを、ナノインプリンティング方式でナノインプリントモールドに転写するステップと、前記ピラミッド状のナノパターンが形成されたナノインプリントモールドを前記窒化物半導体基板から分離するステップと、を含んで構成される。
前記エッチング溶液のモル濃度と前記光化学エッチング時間のうちの少なくとも１つを調節して、前記ナノインプリントモールドのナノパターンの大きさを調節することを特徴とする。
前記エッチング溶液のモル濃度は、１Ｍ以上８Ｍ以下であり、前記光化学エッチング時間は、１分以上６０分以下であることを特徴とする。
本発明の一側面による発光ダイオードの製造方法は、仮基板上に、ｎ型窒化物半導体層、発光層、及びｐ型窒化物半導体層を形成するステップと、前記ｐ型窒化物半導体層上にｐ型電極を形成するステップと、前記ｐ型電極上に導電性基板を形成するステップと、前記仮基板を除去して、前記ｎ型窒化物半導体層を露出させるステップと、前記ｎ型窒化物半導体層上にナノインプリントレジスト層を形成するステップと、本発明によるナノインプリントモールドの製造方法により製造されたナノインプリントモールドを前記ナノインプリントレジスト層に加圧し、前記ナノインプリントモールドに形成されているピラミッド状のナノパターンを前記ナノインプリントレジスト層に転写するステップと、前記ナノパターンが形成されたナノインプリントレジスト層から前記ナノインプリントモールドを分離するステップと、前記ナノパターンが形成されたナノインプリントレジスト層の一部をエッチングし、ｎ型電極を形成するステップと、を含んで構成される。
本発明の一側面による発光ダイオードの製造方法において、さらに、前記ｎ型窒化物半導体層と前記ナノインプリントレジスト層との間に、前記ｎ型窒化物半導体層の屈折率よりも小さく、且つ前記ナノインプリントレジスト層の屈折率よりも大きい屈折率を有する屈折率調節層を形成するステップを含むことを特徴とする。
本発明の一側面による発光ダイオードの製造方法において、前記屈折率調節層は、前記発光層からの光を互いに異なる屈折率で屈折させる、第１の屈折率調節層と第２の屈折率調節層とを順次に積層して形成することを特徴とする。
本発明の一側面による発光ダイオードの製造方法において、前記第１の屈折率調節層は、前記ｎ型窒化物半導体層上に形成され、前記第１の屈折率調節層の屈折率は、前記ｎ型窒化物半導体層の屈折率よりも小さく、前記第２の屈折率調節層は、前記第１の屈折率調節層上に形成され、前記第２の屈折率調節層の屈折率は、前記第１の屈折率調節層の屈折率よりも小さく、且つ前記ナノインプリントレジスト層の屈折率よりも大きいことを特徴とする。
本発明の一側面による発光ダイオードの製造方法において、前記第１の屈折率調節層は、ＺｎＯ、Ａｌ−ｄｏｐｅｄ ＺｎＯ、Ｉｎ−ｄｏｐｅｄ ＺｎＯ、Ｇａ−ｄｏｐｅｄ ＺｎＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＳｉＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＣｕＯＸ及びＩＴＯからなる群より選択された１種以上を含むことを特徴とする。
本発明の一側面による発光ダイオードの製造方法において、前記第２の屈折率調節層は、ＭｇＯ系酸化物であることを特徴とする。
本発明の一側面による発光ダイオードの製造方法において、前記第２の屈折率調節層を構成するＭｇＯ系酸化物は、ＭｇＯに他の元素を添加して形成された多元化合物であることを特徴とする。
本発明の一側面による発光ダイオードの製造方法において、前記ｎ型電極は、前記ナノパターンが形成されたナノインプリントレジスト層の一部を、前記ｎ型窒化物半導体層が露出されるようにエッチングした後、前記エッチングされた領域に導電性物質を蒸着して形成することを特徴とする。
本発明の一側面による発光ダイオードは、本発明の一側面による発光ダイオードの製造方法により製造されたものであることを特徴とする。
本発明の他の側面による発光ダイオードの製造方法は、入射する光を散乱して反射させるためのパターンが形成されている基板上に、ｎ型窒化物半導体層、発光層、及びｐ型窒化物半導体層を形成するステップと、前記ｐ型窒化物半導体層、前記発光層、及び前記ｎ型窒化物半導体層の一部をメサエッチングし、前記ｎ型窒化物半導体層の一部を露出させるステップと、前記ｐ型窒化物半導体層上に透明電極を形成するステップと、前記透明電極上にナノインプリントレジスト層を形成するステップと、本発明によるナノインプリントモールドの製造方法により製造されたナノインプリントモールドを前記ナノインプリントレジスト層に加圧し、前記ナノインプリントモールドに形成されているピラミッド状のナノパターンを前記ナノインプリントレジスト層に転写するステップと、前記ナノパターンが形成されたナノインプリントレジスト層から前記ナノインプリントモールドを分離するステップと、前記ナノパターンが形成されたナノインプリントレジスト層の一部をエッチングしてｐ型電極を形成し、前記ｎ型窒化物半導体層上にｎ型電極を形成するステップと、を含んで構成される。
本発明の他の側面による発光ダイオードの製造方法において、前記透明電極がＩＴＯであることを特徴とする。
本発明の他の側面による発光ダイオードの製造方法において、前記ｐ型電極は、前記ナノパターンが形成されたナノインプリントレジスト層の一部を、前記透明電極が露出されるようにエッチングした後、前記エッチングされた領域に導電性物質を蒸着して形成されることを特徴とする。
本発明の他の側面による発光ダイオードは、本発明の他の側面による発光ダイオードの製造方法により製造されたものであることを特徴とする。
本発明によれば、発光ダイオードの光取り出し効率を向上させるためのナノパターンを、効率的且つ経済的に形成することができるナノインプリントモールドの製造方法、このナノインプリントモールドを用いた発光ダイオードの製造方法、及び発光ダイオードが提供される効果がある。
また、別途の湿式エッチング、乾式エッチングを用いることなくても、光取り出し効率の向上のためのナノパターンを効率的且つ精巧に形成することができる発光ダイオードの製造方法、及びその方法により製造された発光ダイオードが提供される効果がある。
さらに、単純化した工程を通じて、少ない費用で、大面積でナノパターンを形成し、高い光取り出し効率を有する発光ダイオード及びその製造方法が提供される効果がある。
従来の発光ダイオードにおいて、窒化物半導体層と大気との屈折率差のために、界面で発生する内部全反射により光取り出し効率が低下する現象を説明するための図である。 本発明において、光の進行経路上にピラミッド状のナノパターンを形成することにより、発光ダイオードの光取り出し効率を向上させる原理を説明するための図である。 本発明の一実施例によるナノインプリントモールドの製造方法を示した図である。 本発明の一実施例によるナノインプリントモールドの製造方法を示した図である。 本発明の一実施例によるナノインプリントモールドの製造方法を示した図である。 本発明の一実施例によるナノインプリントモールドの製造方法を示した図である。 本発明の一実施例によるナノインプリントモールドの製造方法を示した図である。 本発明の一実施例によるナノインプリントモールドの製造方法によってナノインプリントモールドに形成されたピラミッド状のナノパターンを、電子顕微鏡で撮影した写真である。 本発明の一実施例によるナノインプリントモールドの製造方法において、エッチング溶液のモル濃度及び光化学エッチング時間によるナノインプリントモールドのピラミッドナノパターンの大きさの変化を、電子顕微鏡で撮影した写真である。 本発明の第１実施例による発光ダイオードの製造方法を示した図である。 本発明の第１実施例による発光ダイオードの製造方法を示した図である。 本発明の第１実施例による発光ダイオードの製造方法を示した図である。 本発明の第１実施例による発光ダイオードの製造方法を示した図である。 本発明の第１実施例による発光ダイオードの製造方法を示した図である。 本発明の第１実施例による発光ダイオードの製造方法を示した図である。 本発明の第１実施例による発光ダイオードの製造方法を示した図である。 本発明の第１実施例による発光ダイオードの製造方法を示した図である。 本発明の第１実施例による発光ダイオードの製造方法を示した図である。 本発明の第２実施例による発光ダイオードの製造方法を示した図である。 本発明の第２実施例による発光ダイオードの製造方法を示した図である。 本発明の第２実施例による発光ダイオードの製造方法を示した図である。 本発明の第２実施例による発光ダイオードの製造方法を示した図である。 本発明の第２実施例による発光ダイオードの製造方法を示した図である。 本発明の第２実施例による発光ダイオードの製造方法を示した図である。 本発明の第２実施例による発光ダイオードの製造方法を示した図である。
先ず、図１と図２を参照し、本発明による光取り出し効率の向上効果を、従来の場合と対比して説明する。
図１は、従来の発光ダイオードにおいて、窒化物半導体層と大気との屈折率差のために、界面で発生する内部全反射によって光取り出し効率が低下する現象を説明するための図である。
図１を参照すると、従来の場合のように滑らかな表面の半導体基板である場合、窒化ガリウム半導体基板の屈折率が約２.５であり、大気の屈折率が１であるため、両層の間の屈折率差が大きく、境界面での全反射に対する臨界角が２３.５度に過ぎない。したがって、半導体内部で発生した光が外部に抜け出ることができずに、内部で消滅してしまい、光取り出し効率が低くなる問題点がある。
図２は、本発明において、光の進行経路上にピラミッド状のナノパターンを形成することにより、発光ダイオードの光取り出し効率を向上させる原理を説明するための図である。
図２を参照すると、半導体層表面にピラミッド状のナノ構造物を形成する場合、多重散乱によって光が大気中に放出される確率が急激に増加し、発光ダイオードの光取り出し効率を画期的に向上することができる。
以下においては、添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施例を詳しく説明する。
図３乃至図７は、本発明の一実施例によるナノインプリントモールドの製造方法を示した図である。
図３乃至図７を参照すると、本発明の一実施例によるナノインプリントモールドの製造方法は、窒化物半導体基板２０の一面に支持基板１０を形成するステップと、ピラミッド状のナノパターンを窒化物半導体基板２０の他面に形成するステップと、ピラミッド状のナノパターンを、ナノインプリンティング方式でナノインプリントモールド３０に転写するステップと、ピラミッド状のナノパターンが形成されたナノインプリントモールド３０を窒化物半導体基板２０から分離するステップと、を含んで構成される。
まず、図３を参照すると、窒化物半導体基板２０の一面に、窒化物半導体基板２０を構造的に支持するための支持基板１０を形成する。例えば、窒化物半導体基板２０は、ＧａＮであってもよい。
次いで、図４を参照すると、支持基板１０が形成されている窒化物半導体基板２０を、水酸化カリウム水溶液と水酸化ナトリウム水溶液のうちから選択されたいずれかのエッチング溶液に浸漬した後、紫外線を照射する光化学エッチングを通じて、ピラミッド状のナノパターンを窒化物半導体基板２０の他面に形成する。
窒化物半導体基板２０がＧａＮの場合、Ｗｕｒｔｚｉｔｅ結晶構造を有するＧａＮは、結晶面に沿って蝕刻率（ｅｔｃｈｉｎｇ ｒａｔｅ）が異なるため、異方性エッチング（ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｅｔｃｈｉｎｇ）が行われる。特に、（０００−１）結晶面に沿ってはエッチングがほとんど行われないため、図８のようなピラミッド構造を有するようになる。一方、エッチング溶液のモル濃度と光化学エッチング時間のうちの少なくとも１つを調節して、ナノインプリントモールド３０のナノパターンの大きさを調節することが可能である。例えば、エッチング溶液のモル濃度は、１モル（Ｍ）以上８モル（Ｍ）以下であり、前記光化学エッチング時間は、１分（ｍｉｎ）以上６０分（ｍｉｎ）以下であることが好ましい。図９は、エッチング溶液のモル濃度及び光化学エッチング時間によるナノパターンの大きさの変化を電子顕微鏡で撮影し、比較した写真である。図９を参照すると、エッチング溶液の濃度及び光化学エッチング時間を調節して、生成されるピラミッドナノパターンの大きさを容易に調節可能であることが分かる。
後述するが、このようにピラミッドナノパターンが形成された窒化物半導体基板２０をマスターテンプレートに用い、ナノインプリントのための高分子モールド、すなわち、ナノインプリントモールド３０を作製する。
すなわち、図５及び図６を参照すると、窒化物半導体基板２０の他面に形成されているピラミッド状のナノパターンを、ナノインプリンティング方式でナノインプリントモールド３０に転写する。
次いで、図７を参照すると、ピラミッド状のナノパターンが形成されたナノインプリントモールド３０を窒化物半導体基板２０から分離する。図８は、図７の符号Ａの部分を電子顕微鏡で撮影した写真である。
このような過程を通じて、最終的にピラミッド状のナノパターンが形成されたナノインプリントモールド３０が製造され、このナノインプリントモールド３０は、後述する発光ダイオードの製造過程において、ナノパターンを形成するためのマスターテンプレートとして用いられる。
図１０乃至図１８は、本発明の第１実施例による発光ダイオードの製造方法を示した図である。
図１０乃至図１８を参照すると、本発明の第１実施例による発光ダイオードの製造方法は、仮基板１００上に、ｎ型窒化物半導体層１１０、発光層１２０、及びｐ型窒化物半導体層１３０を形成するステップと、ｐ型窒化物半導体層１３０上にｐ型電極１４０を形成するステップと、ｐ型電極１４０上に導電性基板１５０を形成するステップと、仮基板１００を除去してｎ型窒化物半導体層１１０を露出させるステップと、ｎ型窒化物半導体層１１０上にナノインプリントレジスト層１６０を形成するステップと、本発明によるナノインプリントモールドの製造方法により製造されたナノインプリントモールド３０をナノインプリントレジスト層１６０に加圧し、ナノパターンをナノインプリントレジスト層１６０に転写するステップと、ナノパターンが形成されたナノインプリントレジスト層１６０からナノインプリントモールド３０を分離するステップと、ナノパターンが形成されたナノインプリントレジスト層１６０の一部をエッチングし、ｎ型電極１７０を形成するステップと、を含んで構成される。
まず、図１０を参照すると、仮基板１００上に、ｎ型窒化物半導体層１１０、発光層１２０、及びｐ型窒化物半導体層１３０を順次に形成する。
次いで、図１１を参照すると、ｐ型窒化物半導体層１３０上にｐ型電極１４０を形成し、このｐ型電極１４０上に導電性基板１５０を形成する。ｐ型電極１４０は、発光層１２０からの光を反射させる機能を併せて遂行する。
次いで、図１２を参照すると、仮基板１００を除去し、ｎ型窒化物半導体層１１０を外部に露出させる。
次いで、図１３を参照すると、ｎ型窒化物半導体層１１０上にナノインプリントレジスト層１６０を、例えば、スピンコーティング（ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ）方式で形成する。
次いで、図１４及び図１５を参照すると、先に詳述した本発明の一実施例によるナノインプリントモールドの製造方法により製造されたナノインプリントモールド３０をナノインプリントレジスト層１６０に加圧し、ナノパターンをナノインプリントレジスト層１６０に転写する。
次いで、図１６を参照すると、ピラミッド状のナノパターンが形成されたナノインプリントレジスト層１６０からナノインプリントモールド３０を分離し、ナノインプリントレジスト層１６０にＵＶ及び熱を加えて、ピラミッド状のナノパターンが形成されたナノインプリントレジスト層１６０を硬化させる。
次いで、図１７を参照すると、ピラミッド状のナノパターンが形成されたナノインプリントレジスト層１６０の一部を、ｎ型窒化物半導体層１１０が露出されるようにエッチングした後、ｎ型電極１７０を形成する。例えば、このｎ型電極１７０は、ピラミッド状のナノパターンが形成されたナノインプリントレジスト層１６０の一部を、ｎ型窒化物半導体層１１０が露出されるようにエッチングした後、エッチングされた領域に導電性物質を蒸着して形成することができる。
一方、本発明の第１実施例は、光取り出し効率をより一層上げるために、さらに屈折率調節層１８０を形成するステップを含むことができる。
すなわち、図１８を参照すると、ナノインプリントレジスト層１６０を形成する前に、ｎ型窒化物半導体層１１０とナノインプリントレジスト層１６０との間に、ｎ型窒化物半導体層１１０の屈折率よりも小さく、且つナノインプリントレジスト層１６０の屈折率よりも大きい屈折率を有する屈折率調節層１８０を形成する。
この屈折率調節層１８０は、発光層１２０からの光を互いに異なる屈折率で屈折させる、第１の屈折率調節層１８１と第２の屈折率調節層１８２とを順次に積層して形成することができる。
第１の屈折率調節層１８１は、ｎ型窒化物半導体層１１０上に形成され、第１の屈折率調節層１８１の屈折率は、ｎ型窒化物半導体層１１０の屈折率よりも小さく、第２の屈折率調節層１８２は、第１の屈折率調節層１８１上に形成され、第２の屈折率調節層１８２の屈折率は、第１の屈折率調節層１８１の屈折率よりも小さく、且つナノインプリントレジスト層１６０の屈折率よりも大きい。このように、ｎ型窒化物半導体層１１０とナノインプリントレジスト層１６０との間に、これらの層の屈折率の中間値に当たる屈折率を有する、第１の屈折率調節層１８１と第２の屈折率調節層１８２を介在させてバッファ層の機能を行わせることにより、光取り出し効率をより一層上げることができる。
例えば、第１の屈折率調節層１８１は、ＺｎＯ、Ａｌ−ｄｏｐｅｄ ＺｎＯ、Ｉｎ−ｄｏｐｅｄ ＺｎＯ、Ｇａ−ｄｏｐｅｄ ＺｎＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＳｉＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＣｕＯＸ及びＩＴＯからなる群より選択された１種以上を含んでいてもよく、第２の屈折率調節層１８２は、ＭｇＯ系酸化物であってもよい。第２の屈折率調節層１８２を構成するＭｇＯ系酸化物は、ＭｇＯに他の元素を添加して形成された多元化合物であってもよい。第１の屈折率調節層１８１および第２の屈折率調節層１８２として選択されるこれらの物質の屈折率は、共通的に、ｎ型窒化物半導体層１１０の屈折率とナノインプリントレジスト層１６０の屈折率の中間値を有する。
以上で詳しく説明したように、本発明によれば、発光ダイオードの光取り出し効率を向上させるためのナノパターンを、効率的且つ経済的に形成することができるナノインプリントモールドの製造方法、このナノインプリントモールドを用いた発光ダイオードの製造方法、及び発光ダイオードが提供される効果がある。
また、別途の湿式エッチング、乾式エッチングを用いることなくても、光取り出し効率の向上のためのナノパターンを効率的且つ精巧に形成することができる発光ダイオードの製造方法、及びその方法により製造された発光ダイオードが提供される効果がある。
さらに、単純化した工程を通じて、少ない費用で、大面積でナノパターンを形成し、高い光取り出し効率を有する発光ダイオード及びその製造方法が提供される効果がある。
より具体的に、本発明の技術は、大面積工程が可能であるナノインプリント方法を用いてピラミッド状のナノ構造物を形成する技術であって、発光ダイオードの製造工程に直ちに適用可能である。また、垂直構造だけではなく、水平構造の発光ダイオードにも適用することが可能であり、製造工程が簡単で、発光ダイオードの光出力を画期的に向上させ、白色光源窒化ガリウム系発光ダイオードを用いた固体照明時代の到来をさらに繰り上げることができる、省エネルギーで且つ環境にやさしい技術である。
以上で本発明に関する技術思想を、添付の図面とともに詳述したが、これは、本発明の好ましい実施例を例示的に説明したものであって、本発明を限定するものではない。また、この技術分野における通常の知識を有する者であれば、誰でも、本発明の技術思想の範疇を離脱しない範囲内で多様な変形及び模倣が可能であることは言うまでもない。
図１９乃至図２５は、本発明の第２実施例による発光ダイオードの製造方法を示した図である。
図１９乃至図２５を参照すると、本発明の第２実施例による発光ダイオードの製造方法は、入射する光を散乱して反射させるためのパターンが形成されている基板２００上に、ｎ型窒化物半導体層２１０、発光層２２０、及びｐ型窒化物半導体層２３０を形成するステップと、ｐ型窒化物半導体層２３０、発光層２２０及びｎ型窒化物半導体層２１０の一部をメサエッチングし、ｎ型窒化物半導体層２１０の一部を露出させるステップと、ｐ型窒化物半導体層２３０上に透明電極２４０を形成するステップと、透明電極２４０上にナノインプリントレジスト層２５０を形成するステップと、本発明によるナノインプリントモールドの製造方法により製造されたナノインプリントモールド３０をナノインプリントレジスト層２５０に加圧し、ナノパターンをナノインプリントレジスト層２５０に転写するステップと、ナノパターンが形成されたナノインプリントレジスト層２５０からナノインプリントモールド３０を分離するステップと、ナノパターンが形成されたナノインプリントレジスト層２５０の一部をエッチングしてｐ型電極２６０を形成し、ｎ型窒化物半導体層２１０上にｎ型電極２７０を形成するステップと、を含んで構成される。
まず、図１９を参照すると、入射する光を散乱して反射させるためのパターンが形成されている基板２００上に、ｎ型窒化物半導体層２１０、発光層２２０、及びｐ型窒化物半導体層２３０を順次に形成する。基板２００は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板であってもよく、この基板２００に形成されたパターンは、発光層２２０からの光を散乱して反射させるための機能を遂行する。
次いで、図２０を参照すると、ｐ型窒化物半導体層２３０、発光層２２０、及びｎ型窒化物半導体層２１０の一部をメサエッチングし、ｎ型窒化物半導体層２１０の一部を外部に露出させる。
次いで、図２１を参照すると、メサエッチングされたｐ型窒化物半導体層２３０上に透明電極２４０を形成し、この透明電極２４０上にナノインプリントレジスト層２５０を、例えば、スピンコーティング方式で形成する。透明電極２４０は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）であってもよい。
次いで、図２２及び図２３を参照すると、先に詳述した本発明の一実施例によるナノインプリントモールドの製造方法により製造されたナノインプリントモールド３０をナノインプリントレジスト層２５０に加圧し、ナノパターンをナノインプリントレジスト層２５０に転写する。
次いで、図２４を参照すると、ピラミッド状のナノパターンが形成されたナノインプリントレジスト層２５０からナノインプリントモールド３０を分離し、ナノインプリントレジスト層２５０にＵＶ及び熱を加えて、ピラミッド状のナノパターンが形成されたナノインプリントレジスト層２５０を硬化させる。
次いで、図２５を参照すると、ピラミッド状のナノパターンが形成されたナノインプリントレジスト層２５０の一部を、透明電極２４０が露出されるようにエッチングした後、ｐ型電極２６０を形成し、ｎ型窒化物半導体層２１０上にｎ型電極２７０を形成する。例えば、このｐ型電極２６０は、ピラミッド状のナノパターンが形成されたナノインプリントレジスト層２５０の一部を、透明電極２４０が露出されるようにエッチングした後、エッチングされた領域に導電性物質を蒸着して形成することができ、ｎ型電極２７０は、メサエッチングの後に残っているｎ型窒化物半導体層２１０上に形成することができる。

Claims (16)

  1. ナノインプリントモールドの製造方法において、
    窒化物半導体基板の一面に、前記窒化物半導体基板を支持するための支持基板を形成するステップ；
    前記支持基板が形成されている窒化物半導体基板を、水酸化カリウム水溶液と水酸化ナトリウム水溶液のうちから選択された１つのエッチング溶液に浸漬した後、紫外線を照射する光化学エッチングを通じて、ピラミッド状のナノパターンを前記窒化物半導体基板の他面に形成するステップ；
    前記窒化物半導体基板の他面に形成されているピラミッド状のナノパターンを、ナノインプリンティング方式でナノインプリントモールドに転写するステップ；及び、
    前記ピラミッド状のナノパターンが形成されたナノインプリントモールドを前記窒化物半導体基板から分離するステップ、を含む、ナノインプリントモールドの製造方法。
  2. 前記エッチング溶液のモル濃度と前記光化学エッチング時間のうちの少なくとも１つを調節して、前記ナノインプリントモールドのナノパターンの大きさを調節することを特徴とする、請求項１に記載のナノインプリントモールドの製造方法。
  3. 前記エッチング溶液のモル濃度は、１モル（Ｍ）以上８モル（Ｍ）以下であり、前記光化学エッチング時間は、１分（ｍｉｎ）以上６０分（ｍｉｎ）以下であることを特徴とする、請求項２に記載のナノインプリントモールドの製造方法。
  4. 発光ダイオードの製造方法において、
    仮基板上に、ｎ型窒化物半導体層、発光層、及びｐ型窒化物半導体層を形成するステップ；
    前記ｐ型窒化物半導体層上にｐ型電極を形成するステップ；
    前記ｐ型電極上に導電性基板を形成するステップ；
    前記仮基板を除去して、前記ｎ型窒化物半導体層を露出させるステップ；
    前記ｎ型窒化物半導体層上にナノインプリントレジスト層を形成するステップ；
    請求項１の方法により製造されたナノインプリントモールドを前記ナノインプリントレジスト層に加圧し、前記ナノインプリントモールドに形成されているピラミッド状のナノパターンを前記ナノインプリントレジスト層に転写するステップ；
    前記ナノパターンが形成されたナノインプリントレジスト層から前記ナノインプリントモールドを分離するステップ；及び、
    前記ナノパターンが形成されたナノインプリントレジスト層の一部をエッチングし、ｎ型電極を形成するステップ、を含む、発光ダイオードの製造方法。
  5. さらに、前記ｎ型窒化物半導体層と前記ナノインプリントレジスト層との間に、前記ｎ型窒化物半導体層の屈折率よりも小さく、且つ前記ナノインプリントレジスト層の屈折率よりも大きい屈折率を有する屈折率調節層を形成するステップを含むことを特徴とする、請求項４に記載の発光ダイオードの製造方法。
  6. 前記屈折率調節層は、前記発光層からの光を互いに異なる屈折率で屈折させる、第１の屈折率調節層と第２の屈折率調節層とを順次に積層して形成することを特徴とする、請求項５に記載の発光ダイオードの製造方法。
  7. 前記第１の屈折率調節層は、前記ｎ型窒化物半導体層上に形成され、前記第１の屈折率調節層の屈折率は、前記ｎ型窒化物半導体層の屈折率よりも小さく、
    前記第２の屈折率調節層は、前記第１の屈折率調節層上に形成され、前記第２の屈折率調節層の屈折率は、前記第１の屈折率調節層の屈折率よりも小さく、且つ前記ナノインプリントレジスト層の屈折率よりも大きいことを特徴とする、請求項６に記載の発光ダイオードの製造方法。
  8. 前記第１の屈折率調節層は、ＺｎＯ、Ａｌ−ｄｏｐｅｄ ＺｎＯ、Ｉｎ−ｄｏｐｅｄ ＺｎＯ、Ｇａ−ｄｏｐｅｄ ＺｎＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＳｉＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＣｕＯＸ及びＩＴＯからなる群より選択された１種以上を含むことを特徴とする、請求項６に記載の発光ダイオードの製造方法。
  9. 前記第２の屈折率調節層は、ＭｇＯ系酸化物であることを特徴とする、請求項６に記載の発光ダイオードの製造方法。
  10. 前記第２の屈折率調節層を構成するＭｇＯ系酸化物は、ＭｇＯに他の元素を添加して形成された多元化合物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。
  11. 前記ｎ型電極は、前記ナノパターンが形成されたナノインプリントレジスト層の一部を、前記ｎ型窒化物半導体層が露出されるようにエッチングした後、前記エッチングされた領域に導電性物質を蒸着して形成することを特徴とする、請求項４に記載の発光ダイオードの製造方法。
  12. 請求項４乃至１１のいずれか一項に記載した発光ダイオードの製造方法により製造されたことを特徴とする、発光ダイオード。
  13. 発光ダイオードの製造方法において、
    入射する光を散乱して反射させるためのパターンが形成されている基板上に、ｎ型窒化物半導体層、発光層、及びｐ型窒化物半導体層を形成するステップ；
    前記ｐ型窒化物半導体層、前記発光層、及び前記ｎ型窒化物半導体層の一部をメサエッチングし、前記ｎ型窒化物半導体層の一部を露出させるステップ；
    前記ｐ型窒化物半導体層上に透明電極を形成するステップ；
    前記透明電極上にナノインプリントレジスト層を形成するステップ；
    請求項１の方法により製造されたナノインプリントモールドを前記ナノインプリントレジスト層に加圧し、前記ナノインプリントモールドに形成されているピラミッド状のナノパターンを前記ナノインプリントレジスト層に転写するステップ；
    前記ナノパターンが形成されたナノインプリントレジスト層から前記ナノインプリントモールドを分離するステップ；及び、
    前記ナノパターンが形成されたナノインプリントレジスト層の一部をエッチングしてｐ型電極を形成し、前記ｎ型窒化物半導体層上にｎ型電極を形成するステップ、を含む、発光ダイオードの製造方法。
  14. 前記透明電極が、ＩＴＯであることを特徴とする、請求項１３に記載の発光ダイオードの製造方法。
  15. 前記ｐ型電極は、前記ナノパターンが形成されたナノインプリントレジスト層の一部を、前記透明電極が露出されるようにエッチングした後、前記エッチングされた領域に導電性物質を蒸着して形成されることを特徴とする、請求項１３に記載の発光ダイオードの製造方法。
  16. 請求項１３乃至１５のいずれか一項に記載の発光ダイオードの製造方法により製造されたことを特徴とする、発光ダイオード。
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