KR100722818B1 - Method of manufacturing light emitting diode - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판 상에 N형 반도체층을 형성하는 단계, 상기 N형 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계 및 상기 활성층 상에 P형 반도체층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 P형 반도체층을 형성하는 단계는 표면에 요철이 형성되도록 성장 도중에 고농도 불순물이 도핑된 불순물층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조 방법을 제공한다. The present invention includes forming an N-type semiconductor layer on a substrate, forming an active layer on the N-type semiconductor layer, and forming a P-type semiconductor layer on the active layer, the P-type semiconductor layer The forming step provides a method of manufacturing a light emitting diode, comprising forming an impurity layer doped with a high concentration of impurities during growth such that irregularities are formed on a surface thereof.
또한, 본 발명은 기판 상에 N형 반도체층을 형성하는 단계, 상기 N형 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계 및 상기 활성층 상에 P형 반도체층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 P형 반도체층을 형성하는 단계는 성장 도중에 650 내지 800℃의 성장 온도에서 수소 및 질소 가스의 유량을 증대시켜 표면에 홈을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조 방법을 제공한다. The present invention also includes forming an N-type semiconductor layer on a substrate, forming an active layer on the N-type semiconductor layer, and forming a P-type semiconductor layer on the active layer. Forming the layer provides a method of manufacturing a light emitting diode comprising increasing the flow rate of hydrogen and nitrogen gas at a growth temperature of 650 to 800 ° C. during the growth to form grooves on the surface.
발광 다이오드, LED, 반도체, GaN, 요철 Light Emitting Diode, LED, Semiconductor, GaN, Uneven
Description
도 1은 종래 질화물 반도체 발광 다이오드를 도시한 개략 단면도.1 is a schematic cross-sectional view showing a conventional nitride semiconductor light emitting diode.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 발광 다이오드의 제 1 실시예의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도.2A to 2D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of the first embodiment of the light emitting diode according to the present invention.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 발광 다이오드의 제 2 실시예의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도.3A and 3B are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a second embodiment of the light emitting diode according to the present invention.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명에 따른 발광 다이오드의 효과를 설명하기 위한 개념 단면도.4a to 4b are conceptual cross-sectional views for explaining the effect of the light emitting diode according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
110, 210 : 기판 120, 220 : 버퍼층110, 210:
130, 230 : N형 반도체층 140, 240 : 활성층130, 230: N-
150, 250 : P형 반도체층150, 250: P-type semiconductor layer
본 발명은 발광 다이오드의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 질화 물 반도체 발광 다이오드에 있어서 발광 효율과 휘도를 향상시키기 위한 발광 다이오드의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a light emitting diode, and more particularly, to a method of manufacturing a light emitting diode for improving luminous efficiency and brightness in a nitride semiconductor light emitting diode.
발광 다이오드는 기존의 전구 또는 형광등에 비해 소모 전력이 작고 수명이 길며, 협소한 공간에 설치 가능하고 진동에 강한 특성을 보인다. 이러한 발광 다이오드는 소모 전력의 절감과 내구성 측면에서 우수한 특성을 갖기 때문에 표시 소자 및 백라이트로 이용되고 있으며, 최근 일반 조명 용도로 이를 적용하기 위해 활발한 연구가 진행중이다.The light emitting diode has a smaller power consumption and a longer lifespan than a conventional light bulb or a fluorescent lamp, and can be installed in a narrow space and is strong in vibration. Such light emitting diodes are used as display devices and backlights because they have excellent characteristics in terms of power consumption and durability, and active research is being conducted to apply them to general lighting applications.
상기 화합물 반도체 중에서 질화물계 반도체 물질은 가시광선 및 UV 영역에 대해서 우수한 발광 특성을 보이고 있으며, 고출력, 고주파 전자 소자에 있어서도 사용된다. 특히 질화갈륨(GaN)은 상온에서 3.4 eV의 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.Among the compound semiconductors, nitride-based semiconductor materials exhibit excellent luminescent properties for visible and UV regions, and are also used in high power, high frequency electronic devices. In particular, gallium nitride (GaN) has a direct transition bandgap of 3.4 eV at room temperature and is combined with materials such as indium nitride (InN) and aluminum nitride (AlN) at 1.9 eV (InN) to 3.4 eV (GaN). It has a direct energy bandgap of up to 6.2eV (AlN), which is a material with great potential for application of optical devices due to the wide wavelength range from visible light to ultraviolet light.
도 1은 종래 질화물 반도체 발광 다이오드를 도시한 개략 단면도이다. 1 is a schematic cross-sectional view showing a conventional nitride semiconductor light emitting diode.
도 1을 참조하면, 발광 다이오드는 기판(10)과, 상기 기판(10) 상에 형성된 버퍼층(20)과, 상기 버퍼층(20) 상에 순차적으로 형성된 N형 반도체층(30), 활성층(40) 및 P형 반도체층(50)을 포함한다. Referring to FIG. 1, a light emitting diode includes a
상기 활성층(40)의 상부 및 하부에 각각 형성된 P형 및 N형 반도체층(50, 30)은 활성층(40)에 전류를 공급하여 발광하도록 한다. 일반적으로 질화갈륨 반도 체 발광 다이오드에 있어서, 상기 P형 반도체층(50)으로는 마그네슘(Mg)이 도핑된 GaN 반도체 화합물을 사용하고, 상기 N형 반도체층(30)으로는 실리콘(Si)이 도핑된 GaN 반도체 화합물을 사용한다. P-type and N-
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 결정된다. Indicators indicating the performance of light emitting diodes include light emission efficiency (lm / W), internal quantum efficiency (%), external quantum efficiency (%), and extraction efficiency (%). And the ratio of photons emitted out of the light emitting diode. The higher the extraction efficiency, the brighter the light emitting diode. The extraction efficiency of the light emitting diode is greatly influenced by the shape or surface shape of the chip, the structure of the chip, and the packaging type, so it is necessary to pay close attention when designing the light emitting diode. Light generated in the active layer of the light emitting diode is emitted from six sides of the chip, and the light extraction efficiency is generally determined by the critical angle of the light.
그러나 상기와 같은 종래 발광 다이오드는 발광층에서 생성된 광자의 많은 양이 발광 소자의 외부로 잘 빠져나가지 못하고, 내부에서 전반사를 일으키며 순환하다가 흡수되어 소멸된다. 즉, 전기 에너지가 빛 에너지로 변환되어 소자의 외부로 빠져나오는 발광 효율이 낮은 문제점이 있다. However, in the conventional light emitting diodes as described above, a large amount of photons generated in the light emitting layer does not easily escape to the outside of the light emitting device, and causes a total reflection inside to absorb and disappear. That is, there is a problem that the luminous efficiency of the electrical energy is converted into the light energy to escape to the outside of the device is low.
본 발명은 발광 다이오드의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 질화물 반도체 발광 다이오드에 있어서 발광 효율과 휘도를 향상시키기 위한 발광 다이오드의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a light emitting diode, and more particularly, to a method of manufacturing a light emitting diode for improving luminous efficiency and brightness in a nitride semiconductor light emitting diode.
발광 다이오드는 기존의 전구 또는 형광등에 비해 소모 전력이 작고 수명이 길며, 협소한 공간에 설치 가능하고 진동에 강한 특성을 보인다. 이러한 발광 다이오드는 소모 전력의 절감과 내구성 측면에서 우수한 특성을 갖기 때문에 표시 소자 및 백라이트로 이용되고 있으며, 최근 일반 조명 용도로 이를 적용하기 위해 활발한 연구가 진행중이다.The light emitting diode has a smaller power consumption and a longer lifespan than a conventional light bulb or a fluorescent lamp, and can be installed in a narrow space and is strong in vibration. Such light emitting diodes are used as display devices and backlights because they have excellent characteristics in terms of power consumption and durability, and active research is being conducted to apply them to general lighting applications.
상기 화합물 반도체 중에서 질화물계 반도체 물질은 가시광선 및 UV 영역에 대해서 우수한 발광 특성을 보이고 있으며, 고출력, 고주파 전자 소자에 있어서도 사용된다. 특히 질화갈륨(GaN)은 상온에서 3.4 eV의 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.Among the compound semiconductors, nitride-based semiconductor materials exhibit excellent luminescent properties for visible and UV regions, and are also used in high power, high frequency electronic devices. In particular, gallium nitride (GaN) has a direct transition bandgap of 3.4 eV at room temperature and is combined with materials such as indium nitride (InN) and aluminum nitride (AlN) at 1.9 eV (InN) to 3.4 eV (GaN). It has a direct energy bandgap of up to 6.2eV (AlN), which is a material with great potential for application of optical devices due to the wide wavelength range from visible light to ultraviolet light.
도 1은 종래 질화물 반도체 발광 다이오드를 도시한 개략 단면도이다. 1 is a schematic cross-sectional view showing a conventional nitride semiconductor light emitting diode.
도 1을 참조하면, 발광 다이오드는 기판(10)과, 상기 기판(10) 상에 형성된 버퍼층(20)과, 상기 버퍼층(20) 상에 순차적으로 형성된 N형 반도체층(30), 활성층(40) 및 P형 반도체층(50)을 포함한다. Referring to FIG. 1, a light emitting diode includes a
상기 활성층(40)의 상부 및 하부에 각각 형성된 P형 및 N형 반도체층(50, 30)은 활성층(40)에 전류를 공급하여 발광하도록 한다. 일반적으로 질화갈륨 반도체 발광 다이오드에 있어서, 상기 P형 반도체층(50)으로는 마그네슘(Mg)이 도핑된 GaN 반도체 화합물을 사용하고, 상기 N형 반도체층(30)으로는 실리콘(Si)이 도핑된 GaN 반도체 화합물을 사용한다. P-type and N-
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 결정된다. Indicators indicating the performance of light emitting diodes include light emission efficiency (lm / W), internal quantum efficiency (%), external quantum efficiency (%), and extraction efficiency (%). And the ratio of photons emitted out of the light emitting diode. The higher the extraction efficiency, the brighter the light emitting diode. The extraction efficiency of the light emitting diode is greatly influenced by the shape or surface shape of the chip, the structure of the chip, and the packaging type, so it is necessary to pay close attention when designing the light emitting diode. Light generated in the active layer of the light emitting diode is emitted from six sides of the chip, and the light extraction efficiency is generally determined by the critical angle of the light.
그러나 상기와 같은 종래 발광 다이오드는 발광층에서 생성된 광자의 많은 양이 발광 소자의 외부로 잘 빠져나가지 못하고, 내부에서 전반사를 일으키며 순환하다가 흡수되어 소멸된다. 즉, 전기 에너지가 빛 에너지로 변환되어 소자의 외부로 빠져나오는 발광 효율이 낮은 문제점이 있다. However, in the conventional light emitting diodes as described above, a large amount of photons generated in the light emitting layer does not easily escape to the outside of the light emitting device, and causes a total reflection inside to absorb and disappear. That is, there is a problem that the luminous efficiency of the electrical energy is converted into the light energy to escape to the outside of the device is low.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 기판 상에 N형 반도체층을 형성하는 단계, 상기 N형 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계 및 상기 활성층 상에 P형 반도체층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 P형 반도체층을 형성하는 단계는 표면에 요철이 형성되도록 성장 도중에 고농도 불순물이 도핑된 불순물층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조 방법을 제공한다. The present invention includes the steps of forming an N-type semiconductor layer on the substrate, forming an active layer on the N-type semiconductor layer and forming a P-type semiconductor layer on the active layer in order to achieve the above object The forming of the P-type semiconductor layer may include forming an impurity layer doped with a high concentration of impurities during growth such that irregularities are formed on a surface thereof.
상기 P형 반도체층을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 TMGa, NH3 가스와 P 형 불순물 공급을 위한 가스를 주입하여 제 1 P형 반도체층을 성장시키는 단계, 상기 TMGa 가스의 주입을 멈추고 P형 또는 N형 불순물 공급을 위한 소스를 주입하여 고농도 불순물이 도핑된 불순물층을 형성하는 단계 및 상기 요철 상에 다시 TMGa, NH3 가스와 P형 불순물 공급을 위한 가스를 주입하여 제 2 P형 반도체층을 성장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. The forming of the P-type semiconductor layer includes growing a first P-type semiconductor layer by injecting TMGa, NH 3 gas and a gas for supplying P-type impurities onto the substrate, and stopping the injection of the TMGa gas Forming an impurity layer doped with a high concentration of impurities by injecting a source for supplying an N-type or N-type impurity and again injecting TMGa, NH 3 gas and a gas for supplying P-type impurities onto the unevenness Growing a layer.
상기 P형 불순물 공급을 위한 가스는 CP2Mg 가스를 포함하고, 상기 N형 불순물 공급을 위한 가스는 실란(SiH4), 디실란(Si2H6) 또는 테트라에톡시실란(Si(OEt)4)을 포함할 수 있다. The gas for supplying the P-type impurity includes CP 2 Mg gas, and the gas for supplying the N-type impurity is silane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ) or tetraethoxysilane (Si (OEt)). 4 ) may be included.
본 발명은 기판 상에 N형 반도체층을 형성하는 단계, 상기 N형 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계 및 상기 활성층 상에 P형 반도체층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 P형 반도체층을 형성하는 단계는 성장 도중에 650 내지 800℃의 성장 온도에서 수소 및 질소 가스의 유량을 증대시켜 표면에 홈을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조 방법을 제공한다. The present invention includes forming an N-type semiconductor layer on a substrate, forming an active layer on the N-type semiconductor layer, and forming a P-type semiconductor layer on the active layer, the P-type semiconductor layer Forming step provides a method of manufacturing a light emitting diode comprising the step of forming a groove on the surface by increasing the flow rate of hydrogen and nitrogen gas at a growth temperature of 650 to 800 ℃ during growth.
상기 P형 반도체층을 형성하는 단계는, 상기 수소 및 질소 가스의 유량을 10 내지 40% 증대시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. Forming the P-type semiconductor layer, characterized in that it comprises the step of increasing the flow rate of the hydrogen and nitrogen gas by 10 to 40%.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예에 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 완전 하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you.
본 발명은 N형 반도체층, 활성층, P형 반도체층이 순차적으로 형성된 반도체 발광 다이오드에 있어서, P형 반도체층 상에 요철 또는 홈을 형성함으로써, 광의 임계각을 변화시키고 용이하게 광을 추출할 수 있어 발광 다이오드의 발광 효율을 개선할 수 있다. According to the present invention, in a semiconductor light emitting diode in which an N-type semiconductor layer, an active layer, and a P-type semiconductor layer are sequentially formed, irregularities or grooves are formed on the P-type semiconductor layer, thereby changing the critical angle of the light and easily extracting the light. The luminous efficiency of the light emitting diode can be improved.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 발광 다이오드의 제 1 실시예의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도들이다. 2A to 2D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a first embodiment of a light emitting diode according to the present invention.
반도체의 증착 및 성장 방법으로는 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 강화 화학 증착법(PECVD; Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy)등을 포함한 다양한 방법을 사용할 수 있으며, 본 실시예에서는 유기금속 화학 증착법(MOCVD)을 사용한다. As the deposition and growth method of semiconductor, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), chemical vapor deposition (CVD), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), molecular beam growth method Various methods including (MBE; Molecular Beam Epitaxy) and Hydride Vapor Phase Epitaxy (HVPE) can be used. In this embodiment, organometallic chemical vapor deposition (MOCVD) is used.
도 2a를 참조하면, 기판 상에 순차적으로 버퍼층, N형 반도체층, 활성층을 형성한다. Referring to FIG. 2A, a buffer layer, an N-type semiconductor layer, and an active layer are sequentially formed on a substrate.
상기 기판(110)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(110)을 사용한다. 본 실시예는 사파이어(Al2O3)로 구성된 결정 성장 기 판(110)을 사용한다. The
상기 버퍼층(120)은 상기 기판 상에 결정 성장시 기판과 후속층들의 격자 부정합을 줄이기 위한 것으로, 반도체 재료인 GaN, InN 또는 AlN을 포함하여 형성할 수 있다. The
상기 N형 반도체층(120)은 전자가 생성되는 층으로, N형 불순물이 도핑된 질화물 반도체층을 사용한다. 본 실시예는 상기 N형 반도체층(120)으로 실리콘(Si) 원자가 도핑된 GaN층을 형성한다.The N-
상기 활성층(130)은 소정의 밴드 갭과 양자 우물이 만들어져 전자 및 정공이 재결합되는 영역으로, InGaN을 포함하여 형성할 수 있다. 또한, 활성층(130)을 이루는 물질의 종류에 따라 전자 및 전공이 결합하여 발생하는 발광 파장이 변화된다. 따라서, 목표로 하는 파장에 따라 활성층(130)에 포함되는 반도체 재료를 조절하는 것이 바람직하다. The
도 2b를 참조하면, 표면에 소정의 요철이 형성된 P형 반도체층(150)을 형성하기 위하여, 먼저 기존의 공정을 통해 상기 활성층(140) 상에 제 1 P형 반도체층(150a)을 형성한다. 이 때, 형성하고자 하는 P형 반도체층(150) 두께의 50 내지 80% 정도로 형성한다.Referring to FIG. 2B, in order to form the P-type semiconductor layer 150 having predetermined irregularities on its surface, first, the first P-
P형 반도체층(150)은 정공이 생성되는 층으로, P형 불순물이 도핑된 질화물 반도체층을 사용한다. 본 실시예는 상기 P형 반도체층(150)으로 Mg이 도핑된 GaN층을 형성한다. 여기서, Ga를 위한 소스 가스로는 트리메틸갈륨(TMGa) 또는 트리에틸 갈륨(TEGa)을 사용할 수 있고, N을 위한 소스 가스로는 암모니아(NH3), 모노메틸히드라진(MMHy) 또는 디메틸히드라진(DMHy)을 사용할 수 있고, Mg을 위한 소스 가스로는 CP2Mg를 사용할 수 있다. The P-type semiconductor layer 150 is a layer in which holes are generated, and uses a nitride semiconductor layer doped with P-type impurities. In this embodiment, a GaN layer doped with Mg is formed as the P-type semiconductor layer 150. Here, trimethylgallium (TMGa) or triethyl gallium (TEGa) may be used as a source gas for Ga, and ammonia (NH 3 ), monomethylhydrazine (MMHy), or dimethylhydrazine (DMHy) may be used as a source gas for N. CP 2 Mg may be used as the source gas for Mg.
도 2c를 참조하면, 상기 제 1 P형 반도체층(150a) 상에 고농도 불순물이 도핑된 불순물층(155)을 형성한다. 이 때, 도핑 농도는 1×1020 내지 1×1021인 것이 바람직하다. 상기 불순물층(155)은 1000 내지 2000Å 두께인 것이 바람직하며, 상기 고농도 불순물은 표면에 소정의 거칠기가 형성되는 것을 유도하는 역할을 한다. Referring to FIG. 2C, an
이를 위해 TMGa, NH3, CP2Mg 가스를 사용하여 상기 제 1 P형 반도체층(150a)을 형성한 후, 수분간 TMGa의 주입을 멈추고 P형 또는 N형 불순물 공급을 위한 소스를 주입하면 도면에 도시한 바와 같은 표면 형상을 얻을 수 있다. 예를 들어, Mg 또는 Si의 공급을 위한 소스를 주입하여 상기 불순물이 고농도로 도핑된 불순물층(155)을 형성한다. 여기서 Si을 위한 소스 가스로는 실란(SiH4), 디실란(Si2H6) 또는 테트라에톡시실란(Si(OEt)4)을 사용할 수 있다. To this end, after forming the first P-
도 2d를 참조하면, 상기와 같이 형성된 불순물층(155) 상에 연속하여 제 2 P형 반도체층(150b)을 성장함으로써, 표면에 요철이 형성된 P형 반도체층(150)을 형성한다. 즉, 상술한 바와 같이 표면에 소정의 거칠기가 형성된 고농도 불순물이 도핑된 불순물층(155)을 형성한 후 다시 TMGa, NH3, CP2Mg 가스를 주입하면, 상기 불순물층(155)을 따라 성장되어 표면에 요철이 형성된 P형 반도체층(150)을 형성할 수 있다. Referring to FIG. 2D, the second P-
이와 같이 본 발명은 P형 반도체층의 성장 도중에 고농도 불순물이 도핑된 불순물층을 형성하여 표면에 요철이 형성된 P형 반도체층을 포함한 발광 다이오드를 제조할 수 있다. As described above, according to the present invention, an impurity layer doped with a high concentration of impurities may be formed during the growth of a P-type semiconductor layer, thereby manufacturing a light emitting diode including a P-type semiconductor layer having irregularities on its surface.
상술한 본 발명의 발광 다이오드의 제조 방법은 이에 한정되지 않고, 다양한 공정과 제조 방법이 소자의 특성 및 공정의 편의에 따라 변경되거나 추가될 수 있다. 예를 들어, 광효율을 증가시키기 위해 보다 큰 에너지 밴드갭을 갖는 AlGaN 등의 P형 클래딩층(cladding layer)을 상기 활성층(140)과 P형 반도체층(150) 사이에 추가적으로 구성할 수도 있다.The method of manufacturing the light emitting diode of the present invention described above is not limited thereto, and various processes and manufacturing methods may be changed or added according to the characteristics of the device and the convenience of the process. For example, in order to increase light efficiency, a P-type cladding layer such as AlGaN having a larger energy band gap may be further configured between the
이와 같이 본 실시예는 상술한 공정을 통해 P형 반도체층의 표면에 요철을 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. As described above, the present embodiment can improve the luminous efficiency compared to the conventional light emitting device by forming irregularities on the surface of the P-type semiconductor layer through the above-described process. This is because photons that have been reflected on conventional flat surfaces exit outside without being reflected by various angle surfaces.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 발광 다이오드의 제 2 실시예의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도들이다. 3A and 3B are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a second embodiment of a light emitting diode according to the present invention.
도 3a를 참조하면, 기판(210) 상에 순차적으로 버퍼층(220), N형 반도체층(230), 활성층(240)을 형성한다. 이는 상기 제 1 실시예의 경우와 동일하며, 중복되는 설명은 생략한다. Referring to FIG. 3A, the
도 3b를 참조하면, 상기 활성층(240) 상에 홈(255)을 포함한 P형 반도체층(250)을 형성한다. 이를 위해 기존의 P형 반도체층을 형성하기 위한 공정 도중, 캐 리어 가스로 사용되는 수소(H2)와 질소(N2) 가스의 주입량을 높이며 온도를 낮추어 성장시키는 것을 특징으로 한다. Referring to FIG. 3B, a P-
즉, 캐리어 가스인 수소(H2)와 질소(N2) 가스의 주입과 동시에 TMGa, NH3, CP2Mg 가스를 사용하여 800 내지 1000℃의 성장 온도에서 상기 P형 반도체층(250)을 성장시킨다. 이러한 성장 도중에, 바람직하게는 50 내지 80% 성장시킨 후, 상기 수소(H2)와 질소(N2) 가스의 주입량을 10 내지 40% 높이고 650 내지 800℃로 온도를 낮추어 성장시키면 도시한 바와 같은 홈(255)을 형성할 수 있다. 상기 수소(H2) 가스는 P형 반도체층(250)의 표면에 존재하는 전위(dislocation)과 같은 격자 결함 부위를 식각하는 역할을 한다. 이는 상기 격자 결함 부위가 열역학적으로 불안정하여 다른 부위에 비해 우선적으로 식각되기 때문이다. 이러한 홈(255)은 육각형 형태의 피라미드 형상으로 형성되고, 단면상으로는 하측으로 갈수록 좁아지는 V자 형상으로 형성된다. That is, the P-
상술한 본 발명의 발광 다이오드의 제조 방법은 이에 한정되지 않고, 다양한 공정과 제조 방법이 소자의 특성 및 공정의 편의에 따라 변경되거나 추가될 수 있다. The method of manufacturing the light emitting diode of the present invention described above is not limited thereto, and various processes and manufacturing methods may be changed or added according to the characteristics of the device and the convenience of the process.
이와 같이 본 실시예는 상술한 공정을 통해 P형 반도체층(250) 상에 홈(255)을 형성함으로써, 종래의 발광 소자에 비하여 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 이는 종래의 평탄한 표면에서 반사되었던 광자가 다양한 각의 표면에 의해 반사되지 않 고 외부로 빠져나가기 때문이다. As described above, according to the present exemplary embodiment, the
본 발명은 수평형, 수직형 또는 플립칩 구조 등의 다양한 구조를 갖는 발광 다이오드에 적용될 수 있으며, 다양한 공정과 제조 방법이 소자의 특성 및 공정의 편의에 따라 변경되거나 추가될 수 있다. 예를 들어 수평형 발광 다이오드의 경우에, 상술한 공정을 통해 기판 상에 N형 반도체층, 활성층, 요철 또는 홈을 포함한 P형 반도체층을 형성한 후, 소정의 식각 공정을 통해 상기 P형 반도체층 및 활성층의 일부를 제거하여 상기 N형 반도체층의 일부를 노출시키고, P형 반도체층과 노출된 N형 반도체층 상에 P형 전극 및 N형 전극을 형성한다. The present invention can be applied to light emitting diodes having various structures such as horizontal, vertical, or flip chip structures, and various processes and manufacturing methods can be changed or added according to the characteristics of the device and the convenience of the process. For example, in the case of a horizontal light emitting diode, the P-type semiconductor layer including the N-type semiconductor layer, the active layer, the unevenness or the groove is formed on the substrate through the above-described process, and then the P-type semiconductor is formed through a predetermined etching process. A portion of the layer and the active layer are removed to expose a portion of the N-type semiconductor layer, and a P-type electrode and an N-type electrode are formed on the P-type semiconductor layer and the exposed N-type semiconductor layer.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명에 따른 발광 다이오드의 효과를 설명하기 위한 개념 단면도이다.4A to 4B are conceptual cross-sectional views for explaining the effect of the light emitting diode according to the present invention.
발광 다이오드의 광효율은 내부 양자 효율과 외부 양자 효율로 나타낼 수 있는데, 내부 양자 효율은 활성층의 설계나 품질에 따라서 결정된다. 외부 양자 효율의 경우 활성층에서 생성되는 광자가 발광 다이오드의 외부로 나오는 정도에 따라서 결정된다. 도 4a를 살펴보면, P형 반도체층 상부가 평탄한 표면을 갖는 경우에, 일부의 광자가 반도체층 간의 계면에서 투과하지 못하고 반사되어 나오며, 임계각보다 큰 각도로 활성층에서 방출된 광은 계면에서 전반사되어 외부로 투과하지 못한다. 그러나, 도 4b에서와 같이 P형 반도체층의 표면에 요철이 형성되거나 홈이 형성된 경우에, 다양한 각을 갖는 표면이 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.The light efficiency of the light emitting diode can be represented by internal quantum efficiency and external quantum efficiency, and the internal quantum efficiency is determined according to the design and quality of the active layer. In the case of external quantum efficiency, the amount of photons generated in the active layer comes out of the light emitting diode. Referring to FIG. 4A, when the upper surface of the P-type semiconductor layer has a flat surface, some photons do not penetrate at the interface between the semiconductor layers and are reflected. It does not penetrate into. However, in the case where irregularities are formed or grooves are formed on the surface of the P-type semiconductor layer as shown in FIG. 4B, the surfaces having various angles change the critical angle of the light to help extract light more easily. Accordingly, the probability that light generated in the active layer is emitted to the outside of the light emitting diode without total reflection is increased, thereby significantly improving the external quantum efficiency.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허 청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail using the preferable Example, the scope of the present invention is not limited to a specific Example and should be interpreted by the attached Claim. In addition, those skilled in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.
본 발명에 의한 발광 다이오드의 제조 방법은 P형 반도체층의 표면에 요철 또는 홈을 형성함으로써 발광 효율, 외부 양자 효율, 추출 효율 등의 특성을 향상시키고 신뢰성을 확보하여, 고광도, 고휘도의 광을 발광할 수 있는 장점이 있다. The method of manufacturing a light emitting diode according to the present invention improves the characteristics such as light emission efficiency, external quantum efficiency, extraction efficiency, and the like by forming irregularities or grooves on the surface of the P-type semiconductor layer to ensure reliability, and emit light of high brightness and high brightness. There is an advantage to this.
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