KR100808012B1 - Light emitting diode having improved efficiency and manufacuring method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 개선된 발광 효율을 갖는 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 상기 발광 다이오드는 반도체막 내에 다수 개의 산란점들이 불규칙하게 배치되며, 상기 산란점들은 산화막 또는 질화막으로 이루어지거나 빈 공간으로 형성되되, 상기 산란점의 하부면에는 다수의 요철부들이 불규칙하게 형성되어 있어 그 표면이 평탄하지 않는 것을 특징으로 한다. 상기 산란점들은 산화막 또는 질화막으로 이루어지거나, 내부가 중공 상태인 공간 산란점으로 이루어지기도 한다. The present invention relates to a light emitting diode having improved luminous efficiency and a method of manufacturing the same. In the light emitting diode, a plurality of scattering points are irregularly disposed in a semiconductor film, and the scattering points are formed of an oxide film or a nitride film or formed into an empty space, and a plurality of irregularities are irregularly formed on a lower surface of the scattering point. Its surface is not flat. The scattering points may be formed of an oxide film or a nitride film, or may be formed of a spatial scattering point having a hollow inside.
본 발명에 의하여 하부면이 평탄하지 않는 산란점들을 구비하는 발광 다이오드는 생성된 빛이 활성층내에서 내부 전반사되는 것을 방지하여 산란효과를 증대시키고, 그 결과 발광 효율을 증대시킬 수 있게 된다. According to the present invention, a light emitting diode having scattering points having an uneven bottom surface prevents the generated light from totally reflecting inside the active layer, thereby increasing the scattering effect, and as a result, the luminous efficiency.
산란점, 발광 다이오드, 전반사 Scatter Point, Light Emitting Diode, Total Reflection
Description
도 1은 종래의 기술에 따른 산란점들을 설명하기 위하여 예시적으로 도시한 단면도들이다. 1 is an exemplary cross-sectional view for explaining scattering points according to the related art.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조 방법에 의해 형성된 하부면이 평탄하지 않은 산란점들을 예시적으로 도시한 단면도들이다. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating scattering points in which a lower surface of the lower surface formed by a method of manufacturing a light emitting diode according to an exemplary embodiment of the present invention is not flat.
도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따라 하부면이 평탄하지 않은 산화막 등의 산란점을 갖는 발광 다이오드를 제조하는 과정을 순차적으로 도시한 단면도들이다. 3 is a cross-sectional view sequentially illustrating a process of manufacturing a light emitting diode having a scattering point, such as an oxide film having a non-flat lower surface, according to a first embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따라 표면에 다수의 요철부들이 불규칙하게 형성된 반도체막의 표면을 예시적으로 보여주는 SEM 사진이다. FIG. 4 is an SEM image exemplarily illustrating a surface of a semiconductor film in which a plurality of irregularities are irregularly formed on a surface according to the first embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따라 하부면이 평탄하지 않은 산란점들이 형성된 상태를 예시적으로 보여주는 SEM 사진이다. FIG. 5 is an SEM image exemplarily showing a state in which scattering points are formed in which the lower surface is not flat according to the first embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따라 하부면이 평탄하지 않는 공간 산란점을 갖는 발광 다이오드를 제조하는 과정을 순차적으로 도시한 단면도들이다. 6 is a cross-sectional view sequentially illustrating a process of manufacturing a light emitting diode having a spatial scattering point of which the lower surface is not flat according to the second embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따라 하부면이 평탄하지 않는 공간 산란점을 갖는 발광 다이오드를 제조하는 과정을 순차적으로 도시한 단면도들이다. 7 is a cross-sectional view sequentially illustrating a process of manufacturing a light emitting diode having a spatial scattering point of which the lower surface is not flat according to the third embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따라 하부면이 평탄하지 않은 산화막 등의 산란점과 공간 산란점을 갖는 발광 다이오드를 제조하는 과정을 순차적으로 도시한 단면도들이다. FIG. 8 is a cross-sectional view sequentially illustrating a process of manufacturing a light emitting diode having a scattering point and a spatial scattering point of an oxide film having an uneven bottom surface according to a fourth embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
300, 600, 700, 800 : 기판300, 600, 700, 800: substrate
101, 102, 103, 201, 202, 203 : 산란점101, 102, 103, 201, 202, 203: scattering point
332, 632, 832 : 산화막 산란점332, 632, 832: oxide film scattering point
652, 750, 840 : 공간 산란점652, 750, 840: space scattering point
본 발명은 개선된 발광 효율을 갖는 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 하부면이 평탄하지 않는 산란점들을 구비하는 반도체막을 이용하여 제작된 발광 다이오드 및 반도체막 내에 하부면이 평탄하지 않는 산란점들을 형성하는 제조 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
발광 다이오드(Light Emitting Diode)는 반도체의 PN 접합을 이용하여 외부로부터 인가된 전류를 빛으로 직접 변환시키는 반도체 광소자이다. 상기 발광 다이오드는 크게 P형 반도체막, N형 반도체막, 그리고 P형 반도체막과 N형 반도체막사이에 형성되는 활성층으로 구성되며, 상기 활성층에서 생성된 빛이 외부로 방출된다. A light emitting diode is a semiconductor optical device that directly converts an electric current applied from the outside into light using a PN junction of a semiconductor. The light emitting diode is largely composed of a P-type semiconductor film, an N-type semiconductor film, and an active layer formed between the P-type semiconductor film and the N-type semiconductor film, and light generated in the active layer is emitted to the outside.
현재 빛의 3원색인 적색, 녹색, 청색을 발광 다이오드로 모두 구현이 가능한 상태이며, 상기 발광 다이오드는 크기, 환경, 에너지 절약면에서 우수한 장점이 부각되고 있어서 그 응용 분야가 다양하게 확대되고 있다. 이러한 발광 다이오드들은 최근에 휴대폰, PDA 등과 같은 소형 이동 통신 기기의 광원으로 널리 사용되고 있으며, 중대형 액정 디스플레이의 광원 등으로도 그 응용 분야가 확대되고 있다. 이와 같이 응용 분야가 확대되고 광원 등으로 사용됨에 따라, LED에 대한 발광 효율의 개선이 많이 요구되고 있다. Currently, the three primary colors of light, red, green, and blue can all be implemented as light emitting diodes, and the light emitting diodes have excellent advantages in terms of size, environment, and energy saving. Recently, the light emitting diodes have been widely used as light sources of small mobile communication devices such as mobile phones and PDAs, and their application fields have also been expanded to light sources of medium and large liquid crystal displays. As the field of application is expanded and used as a light source, there is a great demand for improvement of luminous efficiency for LEDs.
발광 다이오드의 동작 원리를 간단히 살펴 보면, 발광 다이오드에 전류를 인가함에 따라, P형 반도체막의 정공과 N형 반도체막의 전자가 활성층에서 재결합하면서 빛을 방출한다. 활성층에서 생성된 빛은 모든 방향으로 방출되는데, 이러한 빛이 이종 재료를 만났을 때에는 계면에서 전반사를 일으키는 조건을 만족시키는 입사 각도를 가지고 있는 빛은 이종 재료를 투과하여 외부로 나오지 못하고, 다이오드 내부에서 전반사를 거듭하다가 결국 소멸되어 버린다. 전반사를 일으키는 각도는 두 매질의 굴절율로 결정되는데, 두 매질의 계면에서의 굴절율의 차이가 클수록 전반사되지 않고 통과할 수 있는 각도의 폭이 좁아지게 된다. 그러므로, 실제 발광 다이오드에서 나오는 빛은 활성층에서 발생한 빛 중 일부가 전반사되지 않고 LED를 탈출한 것이고, 나머지는 LED 내부에서 소멸된다. Briefly looking at the operation principle of the light emitting diode, as a current is applied to the light emitting diode, holes of the P-type semiconductor film and electrons of the N-type semiconductor film is recombined in the active layer to emit light. Light generated in the active layer is emitted in all directions. When the light encounters a dissimilar material, light having an angle of incidence that satisfies the condition causing total reflection at the interface does not penetrate through the dissimilar material and is totally reflected inside the diode. Over and over again. The angle causing the total reflection is determined by the refractive indices of the two media. The larger the difference in the refractive index at the interface between the two media, the narrower the angle that can pass through without total reflection. Therefore, the light emitted from the actual light emitting diode is a part of the light emitted from the active layer escapes the LED without total reflection, and the rest is extinguished inside the LED.
이러한 단점을 개선하기 위하여 이종 매질이 만나는 계면에 요철을 형성하여 빛의 산란이 이루어지도록 하여 LED의 휘도를 증가시키는 방안들이 연구되어 왔고, 실제로 발광 다이오드들에 적용되고 있다. In order to improve these disadvantages, methods for increasing the brightness of LEDs by forming irregularities at the interface where heterogeneous media meet to allow scattering of light have been studied and are actually applied to light emitting diodes.
한국 특허 제 10-452749호인 '고밀도 미세 표면 격자를 가진 Ⅲ-질화물 반도체 발광 소자'는 이종 매질이 만나는 계면에 요철을 형성하는 기술을 제안하였다. 제안된 특허는 LED 칩을 제작하는 공정 중 노출된 N형 반도체 막에 요철을 주는 방법을 사용하고 있다. 하지만, 이는 요철이 형성되는 면적이 한정되어 있는 문제점이 있다. Korean Patent No. 10-452749, “III-nitride semiconductor light emitting device having a high density fine surface lattice,” has proposed a technique for forming irregularities at an interface where heterogeneous media meet. The proposed patent uses a method of giving irregularities to the exposed N-type semiconductor film during the manufacturing process of the LED chip. However, this has a problem in that the area where the unevenness is formed is limited.
한편, 미국 특허 US 006821804호는 'Enhanced light extraction in LEDs through the use of internal and external optical elements'로서, P형 반도체막 또는 사파이어 기판과 N형 반도체막과의 계면상에 반도체막과 굴절율이 다른 광적출 요소 어레이 또는 디스퍼서층을 삽입하는 기술을 개시한다. 전술한 특허에 개시된 요소의 형상은 대개 둥근 형태 또는 기울어진 직선을 일부 가지고 있는 형태로써, 활성층에서 발생한 빛이 전술한 요소의 계면에서 산란되어 다이오드 칩의 외부로 방출이 용이하도록 함으로써, LED의 휘도를 증가시키게 된다. On the other hand, US Patent US 006821804 is 'Enhanced light extraction in LEDs through the use of internal and external optical elements', a light having a different refractive index and semiconductor film on the interface between the P-type semiconductor film or the sapphire substrate and the N-type semiconductor film A technique for inserting an array of extraction elements or a dispenser layer is disclosed. The shape of the element disclosed in the above-mentioned patent is usually a round shape or a shape having a part of an inclined straight line, and the light generated in the active layer is scattered at the interface of the above-described element to facilitate the emission to the outside of the diode chip. Will increase.
한편, 발광 다이오드의 휘도를 증가시키기 위하여 굴절율이 다른 산란점들을 반도체막에 삽입하는 종래의 기술들은 산란점의 형태를 변형시킴으로써, 산란이 효과적으로 이루어질 수 있도록 한다. 도 1은 종래의 기술에 따른 산란점의 형상들을 예시적으로 도시한 단면도들이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 활성층에서 발생한 빛은 산란점의 기울어진 각도에 의해 산란을 일으켜 상부로 재반사되지만, 일부 빛은 산란점을 통과하여 반도체막과 하부 기판의 계면에서 재반사되어 상부로 향하게 된다. 이러한 빛에 대해 산란점들의 평평한 하부면은 위로 향하는 빛을 반사시켜 다시 하부로 향하게 함으로써 외부로 탈출하는 것을 방해하게 된다. On the other hand, conventional techniques of inserting scattering points having different refractive indices into a semiconductor film in order to increase the brightness of the light emitting diodes can be scattered by effectively modifying the shape of the scattering point. 1 is a cross-sectional view illustrating exemplary shapes of a scattering point according to the related art. As shown in FIG. 1, light generated in the active layer is scattered by the inclination angle of the scattering point and reflected back upwards, but some light passes through the scattering point and is reflected back at the interface between the semiconductor film and the lower substrate, You will be directed to. For this light, the flat lower surface of the scattering points reflects the upward light and directs it downward, thereby preventing it from escaping outside.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 하부면에 불규칙한 요철부들이 형성되어 하부면이 평탄하지 않는 산란점들을 갖는 반도체막을 구비하는 발광 다이오드를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention for solving the above problems is to provide a light emitting diode having a semiconductor film having scattering points in which irregular irregularities are formed on a lower surface thereof and the lower surface is not flat.
본 발명의 다른 목적은 발광 다이오드를 구성하는 반도체막내에 하부면에 불규칙한 요철부들이 형성되어 하부면이 평탄하지 않는 산란점들을 갖는 발광 다이오드의 제조 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a light emitting diode having irregular scattering points formed on the bottom surface of the semiconductor film constituting the light emitting diode, the bottom surface of which is not flat.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징은 기판위에 형성된 다수 개의 반도체막들로 이루어지는 발광 다이오드에 관한 것으로서, 상기 발광 다이오드는 상기 반도체막의 내부 또는 반도체막들 사이에 형성되는 계면에 다수 개의 산란점들을 구비하되, 상기 산란점들은 하부면에 요철부가 불규칙하게 형성되어 하부면이 평탄하지 않은 것을 특징으로 한다.A feature of the present invention for achieving the above-described technical problem relates to a light emitting diode comprising a plurality of semiconductor films formed on a substrate, the light emitting diode is a plurality of scattering at the interface formed inside or between the semiconductor film Although the points are provided, the scattering points are irregularities are formed irregularly on the lower surface is characterized in that the lower surface is not flat.
전술한 특징을 갖는 발광 다이오드의 상기 산란점은 산화막 또는 질화막으로 이루어지는 산란점이거나, 내부가 중공인 공간 산란점인 것을 특징으로 한다.The scattering point of the light emitting diode having the above characteristics is a scattering point consisting of an oxide film or a nitride film, or a space scattering point having a hollow inside.
본 발명의 다른 특징은 하부면이 평탄하지 않은 산란점을 갖는 발광 다이오드의 제조 방법에 관한 것으로서, 상기 제조 방법은Another aspect of the present invention relates to a method of manufacturing a light emitting diode having a scattering point of which the lower surface is not flat.
(a) 기판위에 제1 반도체막을 형성하고, 상기 제1 반도체막위에 적어도 하나 이상의 제1 마스크 입자들을 불규칙하게 형성하는 단계, (a) forming a first semiconductor film on the substrate and irregularly forming at least one first mask particle on the first semiconductor film,
(b) 상기 제1 마스크 입자들을 마스크로 하여 상기 제1 반도체막을 부분 식 각한 후 상기 제1 마스크 입자들을 제거하여 상기 제1 반도체막의 표면에 요철부들을 불규칙하게 형성하는 단계,(b) partially etching the first semiconductor film by using the first mask particles as a mask, and then removing the first mask particles to irregularly form irregularities on the surface of the first semiconductor film;
(c) 상기 제1 반도체막위에 제1 물질을 증착하여 제1 물질막을 형성하고, 상기 제1 물질막위에 적어도 하나 이상의 제2 마스크 입자들을 불규칙하게 형성하는 단계,(c) depositing a first material on the first semiconductor film to form a first material film, and irregularly forming at least one or more second mask particles on the first material film,
(d) 상기 제2 마스크 입자들을 마스크로 하여 상기 제1 물질막을 부분 식각한 후 상기 제2 마스크 입자들을 제거하여 제1 물질로 이루어지는 산란점을 형성하는 단계, (d) partially etching the first material film using the second mask particles as a mask, and then removing the second mask particles to form a scattering point formed of the first material;
(e) 상기 산란점이 형성된 제1 반도체막위에 제2 반도체막을 재성장시키는 단계를 구비하여, 하부면에 요철부가 불규칙하게 형성되어 하부면이 평탄하지 않은 산란점을 갖는다.(e) re-growing the second semiconductor film on the first semiconductor film on which the scattering point is formed, and irregularities are irregularly formed on the lower surface to have a scattering point at which the lower surface is not flat.
본 발명의 다른 특징에 따른 하부면이 평탄하지 않은 산란점을 갖는 발광 다이오드의 제조 방법에 관한 것으로서, According to another aspect of the invention relates to a method of manufacturing a light emitting diode having a scattering point of which the lower surface is not flat,
(a) 기판위에 제1 반도체막을 형성하고, 상기 제1 반도체막위에 적어도 하나 이상의 제1 마스크 입자들을 불규칙하게 형성하는 단계,(a) forming a first semiconductor film on the substrate and irregularly forming at least one first mask particle on the first semiconductor film,
(b) 상기 제1 마스크 입자들을 마스크로 하여 상기 제1 반도체막을 부분 식각한 후 상기 제1 마스크 입자들을 제거하여, 상기 제1 반도체막의 표면에 요철부들을 불규칙하게 형성하는 단계,(b) partially etching the first semiconductor film using the first mask particles as a mask, and then removing the first mask particles to irregularly form irregularities on the surface of the first semiconductor film;
(c) 상기 제1 반도체막위에 제1 물질을 증착하여 제1 물질막을 형성하고, 상기 제1 물질막위에 적어도 하나 이상의 제2 마스크 입자들을 불규칙하게 형성하는 단계,(c) depositing a first material on the first semiconductor film to form a first material film, and irregularly forming at least one or more second mask particles on the first material film,
(d) 상기 제2 마스크 입자들을 마스크로 하여 상기 제1 물질막을 부분 식각한 후 상기 제2 마스크 입자들을 제거하여 제1 물질로 이루어지는 산란점들을 형성하는 단계, (d) partially etching the first material film using the second mask particles as a mask, and then removing the second mask particles to form scattering points formed of the first material;
(e) 상기 산란점들을 마스크로 하여 상기 제1 반도체막을 깊게 부분 식각하는 단계,(e) deeply etching the first semiconductor film using the scattering points as a mask,
(f) 상기 산란점을 제거하는 단계, (f) removing the scattering point,
(g) 상기 산란점이 제거된 제1 반도체막의 전체 표면에 제2 반도체막을 재성장시키는 단계를 구비하여, 제1 반도체막의 깊게 부분 식각된 영역에는 제2 반도체막이 재성장되지 않게 되어, 하부면에 요철부가 불규칙하게 형성되어 하부면이 평탄하지 않으면서 내부가 중공인 공간 산란점을 갖는다. (g) re-growing the second semiconductor film over the entire surface of the first semiconductor film from which the scattering point is removed, so that the second semiconductor film is not regrown in the deeply etched region of the first semiconductor film, and the uneven portion It is irregularly formed and has a spatial scattering point that is hollow inside without having a flat bottom surface.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 하부면이 평탄하지 않은 산란점을 갖는 발광 다이오드의 제조 방법은, According to still another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a light emitting diode having an uneven scattering point.
(a) 기판위에 제1 반도체막을 형성하고, 상기 제1 반도체막위에 적어도 하나 이상의 제1 마스크 입자들을 불규칙하게 형성하는 단계,(a) forming a first semiconductor film on the substrate and irregularly forming at least one first mask particle on the first semiconductor film,
(b) 상기 제1 마스크 입자들을 마스크로 하여 상기 제1 반도체막을 부분 식각한 후 상기 제1 마스크 입자들을 제거하여 상기 제1 반도체막의 표면에 요철부들을 불규칙하게 형성하는 단계,(b) partially etching the first semiconductor film using the first mask particles as a mask, and then removing the first mask particles to irregularly form irregularities on the surface of the first semiconductor film,
(c) 상기 제1 반도체막위에 제1 물질을 증착하여 제1 물질막을 형성하고, 상기 제1 물질막위에 적어도 하나 이상의 제2 마스크 입자들을 불규칙하게 형성하는 단계,(c) depositing a first material on the first semiconductor film to form a first material film, and irregularly forming at least one or more second mask particles on the first material film,
(d) 상기 제2 마스크 입자들을 마스크로 하여 상기 제1 물질막을 식각하여 제1 물질로 이루어지는 산란점을 형성하는 단계, (d) etching the first material layer using the second mask particles as a mask to form a scattering point formed of the first material;
(e) 상기 산란점이 노출될 수 있도록 상기 제1 반도체막위에 제2 반도체막을 재성장시키는 단계,(e) regrowing a second semiconductor film on the first semiconductor film to expose the scattering point,
(f) 상기 산란점을 식각하여 제거한 후, 상기 제2 반도체막위에 제3 반도체막을 재성장시키는 단계를 구비하여, 하부면이 평탄하지 않으면서 내부가 중공인 공간 산란점을 갖는다. (f) removing the scattering point by etching and regrowing the third semiconductor film on the second semiconductor film to have a hollow space scattering point without the bottom surface being flat.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 하부면이 평탄하지 않은 산란점을 갖는 발광 다이오드의 제조 방법은,According to still another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a light emitting diode having an uneven scattering point.
(a) 기판위에 제1 반도체막을 형성하고, 상기 제1 반도체막위에 적어도 하나 이상의 제1 마스크 입자들을 불규칙하게 형성하는 단계,(a) forming a first semiconductor film on the substrate and irregularly forming at least one first mask particle on the first semiconductor film,
(b) 상기 제1 마스크 입자들을 마스크로 하여 상기 제1 반도체막을 부분 식각하고 상기 제1 마스크 입자들을 제거하여, 제1 반도체막의 표면에 요철부들을 불규칙하게 형성하는 단계,(b) partially etching the first semiconductor film using the first mask particles as a mask and removing the first mask particles to irregularly form irregularities on the surface of the first semiconductor film,
(c) 상기 제1 반도체막위에 제1 물질을 증착하여 제1 물질막을 형성하고, 상기 제1 물질막위에 적어도 하나 이상의 제2 마스크 입자들을 불규칙하게 형성하는 단계,(c) depositing a first material on the first semiconductor film to form a first material film, and irregularly forming at least one or more second mask particles on the first material film,
(d) 상기 제2 마스크 입자들을 마스크로 하여 상기 제1 물질막을 부분 식각하여 제1 물질로 이루어지는 제1 산란점을 형성하는 단계, (d) partially etching the first material film using the second mask particles as a mask to form a first scattering point made of a first material,
(e) 상기 제1 산란점을 마스크로 하여 상기 제1 반도체막을 깊게 부분 식각하는 단계,(e) deeply etching the first semiconductor film using the first scattering point as a mask;
(f) 상기 제1 반도체막의 전체 표면에 제2 반도체막을 재성장시켜, 공간 산란점을 형성하는 단계를 구비하여, 하부면이 평탄하지 않으면서 내부가 중공인 공간 산란점 및 하부면이 평탄하지 않은 제1 물질로 이루어지는 제1 산란점을 갖는다.(f) re-growing the second semiconductor film over the entire surface of the first semiconductor film to form a spatial scattering point, wherein the lower surface is hollow and the hollow space scattering point and the lower surface are not flat. It has a first scattering point made of the first material.
전술한 특징들을 갖는 본 발명에 따른 발광 다이오드들은 반도체막 내부에 또는 반도체막들사이의 계면에 하부면이 평탄하지 않은 산란점들을 구비함으로써, 발광 효율을 증가시킬 수 있게 된다. The light emitting diodes according to the present invention having the above-mentioned features have scattering points of which the lower surface is not flat in the semiconductor film or at the interface between the semiconductor films, thereby increasing the luminous efficiency.
제1 실시예First embodiment
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 하부면이 평탄하지 않는 산란점들을 갖는 발광 다이오드의 제조 방법에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 발명에 따른 산란점들은 하부면에 불규칙한 요철부들이 형성되어 하부면이 평탄하지 않는 것을 특징으로 한다. 도 2는 본 발명에 따른 산란점들을 예시적으로 도시한 단면도들이다. Hereinafter, a method of manufacturing a light emitting diode having scattering points in which a lower surface thereof is not flat according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Scattering points according to the present invention is characterized in that the irregular surface is formed on the lower surface is not flat bottom surface. 2 is a cross-sectional view illustrating exemplary scattering points according to the present invention.
이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 산화막 산란점들을 갖는 발광 다이오드의 제조 방법에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 3은 본 실시예에 따른 산화막 산란점들을 갖는 발광 다이오드의 제조 방법을 순차적으로 도시한 단면도들이다. 본 실시예에서는 사진식각공정(포토리소그래피 공정)없이 하부면에 요철부가 형성된 산화막 산란점을 갖는 발광 다이오드를 제조한 다. Hereinafter, a method of manufacturing a light emitting diode having oxide film scattering points according to a first exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 5. 3 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a light emitting diode having oxide film scattering points according to the present embodiment. In this embodiment, a light emitting diode having an oxide film scattering point having an uneven portion formed on a lower surface thereof without a photolithography process (photolithography process) is manufactured.
도 3의 (a)를 참조하면, 먼저 단결정 반도체막 성장용 기판(300)위에 반도체막(310)을 소정 두께만큼 성장시킨다. Referring to FIG. 3A, first, a
다음, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 성장된 반도체막(310)위에 소정의 금속 박막을 증착 형성한 후 소정의 조건에서 열처리함으로써, 금속 박막이 용융되고, 용융된 금속 입자들이 표면 장력에 의해 인접한 금속 입자들과 국부적으로 서로 뭉쳐지게 되어, 반도체막(310)위에 미세한 금속 입자 덩어리들이 불규칙하게 형성된다. 이러한 금속 입자 덩어리들을 마스크 입자(320)로 사용한다. Next, as shown in FIG. 3B, a predetermined metal thin film is deposited on the grown
이때, 마스크 입자들을 형성하는 금속 박막으로 사용되는 물질은 Sn, In, Zn, Cu, Ag, Au 등을 사용할 수 있다. 금속 박막에 대한 열처리의 온도 및 시간은 금속의 종류에 따라 결정되는데, 금(Au)의 경우에는 섭씨 약 700°~ 900°정도에서 약 1분 정도 열처리하는 것이 바람직하다. 금(Au)의 녹는점은 섭씨 1064°정도이나, 얇은 박막은 실제로 이보다 낮은 온도인 약 700°~ 900°정도에서 금속 입자 덩어리들이 형성된다. In this case, a material used as the metal thin film for forming the mask particles may be Sn, In, Zn, Cu, Ag, Au, and the like. Temperature and time of the heat treatment for the metal thin film is determined according to the type of metal, in the case of gold (Au) it is preferable to heat treatment for about 1 minute at about 700 ° ~ 900 ° Celsius. The melting point of Au is around 1064 degrees Celsius, but thin films actually form agglomerates of metal particles at temperatures around 700 ° to 900 °.
따라서, 반도체막위에 증착되는 금속 박막의 종류, 두께, 증착 혼합물의 조성, 열처리 및 후처리의 조건 등에 의해 마스크 입자의 크기나 조밀도등이 결정된다. Therefore, the size and density of the mask particles are determined by the type, thickness, composition of the deposition mixture, conditions of heat treatment and post-treatment, etc. of the metal thin film deposited on the semiconductor film.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마스크 입자 형성 공정에 대한 다른 실시 형태는, 사진 식각 공정을 이용하여 감광성 필름으로 수 ㎛ 크기의 패턴을 형성하고, 상기 패턴을 식각 마스크로 사용할 수도 있다. 하지만, 본 실시 형태는 미세한 크기(적어도 수㎛ 이하)의 입자 마스크를 얻기 위해서는 보다 정밀한 고가의 노광 장비를 필요로 하며, 그 결과 전체 제조 단가가 상승될 수는 있다. Meanwhile, in another embodiment of the mask particle forming process according to a preferred embodiment of the present invention, a pattern having a size of several μm may be formed of a photosensitive film using a photolithography process, and the pattern may be used as an etching mask. However, the present embodiment requires a more expensive and expensive exposure equipment to obtain a particle mask having a fine size (at least several μm or less), and as a result, the overall manufacturing cost can be increased.
다음, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 반도체막위에 형성된 불규칙하게 형성된 금속물질의 마스크 입자들을 마스크로 하여, 상기 반도체막(310)을 건식 식각함으로써, 반도체막의 표면에 불규칙한 요철부가 형성되어 반도체막의 표면이 평탄하지 않게 된다. 상기 요철부들이 불규칙하게 형성된 후, 반도체막위에 남아있는 마스크 입자들은 산이나 염기 용액 등을 이용하여 제거한다. 도 4는 본 실시예에 따라 불규칙한 요철부에 의해 표면이 평탄하지 않은 반도체막(310)을 예시적으로 도시한 SEM 사진으로서, 전체적으로 볼록한 형태의 요철부들이 불규칙하게 형성되어 있다. Next, as shown in (c) of FIG. 3, by dry etching the
다음, 도 3의 (d)에 도시된 바와 같이, 표면이 평탄하지 않은 반도체막(310)위에 산화막(330)을 일정 두께로 증착하고, 산화막(330)위에 금속 박막을 증착시킨 후 열처리함으로써 금속 물질로 이루어지는 마스크 입자들(340)을 다시 형성한다. Next, as shown in (d) of FIG. 3, the
다음, 도 3의 (e)에 도시된 바와 같이, 불규칙하게 형성된 마스크 입자들(340)을 마스크로 하여 산화막(330)을 부분식각한 후, 도 3의 (f)에 도시된 바와 같이 상기 마스크 입자들(340)을 제거함으로써, 산화막 산란점들(332)이 반도체막(310)위에 불규칙하게 형성된다. Next, as shown in (e) of FIG. 3, after partially etching the
다음, 도 3의 (g)에 도시된 바와 같이 산란점이 형성된 반도체막위에 전체적으로 반도체막(350)을 재성장시킨다. 그 결과, 하부면에 요철부가 형성되어 하부면이 평탄하지 않은 산화막 산란점들을 반도체막의 내부 또는 계면에 형성할 수 있게 된다. Next, as shown in FIG. 3G, the
도 5는 요철부가 불규칙하게 형성된 반도체막 위에 도 3의 제조 방법에 따라 표면에 요철부가 형성되어 평탄하지 않은 반도체막위에 형성된 산란점들, 즉 하부면에 요철부가 형성되어 하부면이 평탄하지 않은 산란점들을 예시적으로 보여 주는 SEM 사진이다. FIG. 5 illustrates scattering points formed on an uneven semiconductor film due to irregularities formed on a surface of the semiconductor film in which irregularities are irregularly formed, that is, irregularities formed on a lower surface of the semiconductor film. SEM photograph showing the points by way of example.
한편, 본 실시예에 따른 산란점들은 산화막을 증착시키고 이를 금속 마스크 입자들을 이용하여 부분 식각함으로써 형성되는 것이나, 다른 실시형태로서 산화막을 대신하여 질화막을 사용하여 산란점들을 형성할 수도 있다. Meanwhile, the scattering points according to the present exemplary embodiment are formed by depositing an oxide film and partially etching the oxide film using metal mask particles. Alternatively, the scattering points may be formed using a nitride film instead of the oxide film.
제2 실시예Second embodiment
이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 제조 방법을 순차적으로 설명한다. 본 발명의 제2 실시예는 하부면이 평탄하지 않은 공간 산란점들이 형성된 반도체막으로 이루어지는 LED 제조 방법에 관한 것이다. 한편, 전술한 제1 실시예에서의 설명과 중복되는 설명은 생략한다. Hereinafter, a method of manufacturing an LED according to a second exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6. A second embodiment of the present invention relates to a method of manufacturing an LED, which is formed of a semiconductor film having space scattering points of which the bottom surface is not flat. On the other hand, description overlapping with the description in the above-described first embodiment will be omitted.
제2 실시예는 제1 실시예의 제조 공정 중 도 3의 (f) 공정까지 동일하다. 도 6의 (a)는 제1 실시예에서의 제조 공정과 동일한 공정에 의해 단결정 반도체 기판(600)위에 표면이 평탄하지 않은 반도체막(610)이 형성되며, 그 위에 산화막 또는 질화막으로 이루어진 산란점들(632)들이 형성된다. 이때, 식각되는 너비에 대해 식각 깊이가 깊을수록, 공간 산란점의 형성이 용이하므로, 반도체막(610)은 두껍게 형성하는 것이 바람직하며, 본 실시예에 따른 반도체막(610)은 소정의 두께만큼(예컨대, 약 2 ㎛ 정도) 두껍게 형성하는 것이 바람직하다. The second embodiment is identical to the process of FIG. 3 (f) in the manufacturing process of the first embodiment. 6A illustrates a
다음, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 산화막 등으로 이루어진 산란점들(632)을 마스크로 하여 반도체막(610)을 깊게 건식 식각한다. 이때, 반도체막에 대한 건식 식각 공정은 반도체막의 전체 표면에 균일하게 부분 식각됨으로써, 원래 반도체막의 표면에 형성되었던 요철부들이 하부 식각면에 그대로 나타나게 된다. Next, as shown in FIG. 6B, the
다음, 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이, 마스크로 사용된 산화막 또는 질화막으로 이루어지는 산란점들(632)을 제거하고, 그 상부에 반도체막(640)을 재성장한다. 그 결과, 깊게 부분 식각된 반도체막의 평탄하지 않은 상부면이 수평 방향 및/또는 수직 방향으로 성장되어 서로 결합함으로써, 깊게 부분 식각된 부분에는 반도체막이 재성장되지 않게 되고 그 결과 공간 산란점들(650)이 형성된다. Next, as shown in FIG. 6C, scattering
본 실시예에 따른 공간 산란점들은 그 하부면이 불규칙한 요철부 모양으로 이루어져 하부면이 평탄하지 않으며, 그 상부면도 불규칙한 각도로 이루어진다.The spatial scattering points according to the present exemplary embodiment have a lower surface having an irregular concave-convex shape and the lower surface is not flat, and the upper surface has an irregular angle.
제3 실시예Third embodiment
이하, 도 7을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 제조 공정을 순차적으로 설명한다. 제3 실시예는 하부면이 평탄하지 않는 요철부로 이루어지는 공간 산란점을 갖는 LED 제조 공정에 관한 것으로서, 도 7을 참조하여 제3 실시에에 따른 LED 제조 공정을 순차적으로 설명한다. 전술한 실시예들에 대한 설명들과 중복되는 설명은 그 기재를 생략한다. Hereinafter, an LED manufacturing process according to a third exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7. The third embodiment relates to a LED manufacturing process having a spatial scattering point consisting of an uneven portion of which the lower surface is not flat, and the LED manufacturing process according to the third embodiment will be sequentially described with reference to FIG. 7. Description overlapping with the description of the above embodiments will be omitted.
도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 단결정 반도체 기판(700)위에 표면이 평탄하지 않은 반도체막(710)이 형성되며, 상기 반도체막(710)위에 산화막 또는 질화막으로 이루어진 산란점(720)들이 형성된다. As shown in FIG. 7A, a
다음, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 표면이 평탄하지 않은 산란점들(720)이 형성된 반도체막(710)위에 반도체막(730)을 재성장시킨다. 이때, 재성장되는 반도체막(730)은 산란점들(720)의 표면이 노출되도록 재성장시키는 것이 바람직하다. Next, as shown in FIG. 7B, the
다음, 도 7의 (c)에 도시된 바와 같이, 반도체막(730)을 재성장시킨 후 산화막 또는 질화막으로 이루어지는 산란점들(720)을 식각한다. Next, as shown in FIG. 7C, after scattering the
다음, 도 7의 (d)에 도시된 바와 같이, 앞 공정에 의해 산란점들(720)이 식각됨으로써, 산란점들이 배치된 위치가 트렌치와 같이 부분적으로 깊게 식각된 반도체막(730)위에 반도체막(745)을 다시 재성장시킨다. 그 결과, 깊게 식각된 트렌치의 내부에는 반도체막이 재성장되지 않음으로써 공간 산란점들(750)이 형성된다. Next, as shown in FIG. 7D, the scattering points 720 are etched by the previous process, so that the positions where the scattering points are disposed are partially etched on the
제4 실시예Fourth embodiment
이하, 도 8을 참조하여 본 발명의 제4 실시에에 따른 LED 제조 방법을 순차적으로 설명한다. 전술한 제1 실시예의 설명과 중복되는 설명은 생략한다. 제4 실시예는 하부면이 평탄하지 않은 산화막 산란점 및 하부면이 평탄하지 않은 공간 산란점을 모두 구비하는 반도체막을 제공하는 LED 제조 공정에 관한 것이다. Hereinafter, an LED manufacturing method according to a fourth exemplary embodiment of the present invention will be described sequentially with reference to FIG. 8. Description overlapping with the description of the above-described first embodiment will be omitted. The fourth embodiment relates to an LED manufacturing process for providing a semiconductor film having both an oxide film scattering point with an uneven bottom surface and a space scattering point with an uneven bottom surface.
제4 실시예는 제1 실시예의 제조 공정 중 도 3의 (f) 공정까지 동일하다. 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 실시예에서의 제조 공정과 동일한 공정에 의해 단결정 반도체 기판(800)위에 표면이 평탄하지 않은 반도체막(810)이 형성되며, 그 위에 산화막 또는 질화막으로 이루어진 산란점들(832)들이 형성된다. 이때, 식각되는 너비에 대해 식각 깊이가 깊을수록, 공간 산란점의 형성이 용이하므로, 반도체막(810)은 두껍게 형성하는 것이 바람직하며, 본 실시예에 따른 반도체막(810)은 소정의 두께만큼(예컨대, 약 2 ㎛ 정도) 두껍게 형성하는 것이 바람직하다. The fourth embodiment is the same as the process of FIG. 3 (f) in the manufacturing process of the first embodiment. As shown in Fig. 8A, a
다음, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 산화막 등으로 이루어진 산란점들(832)을 마스크로 하여 반도체막(810)을 깊게 건식 식각한다. 이때, 반도체막에 대한 건식 식각 공정은 반도체막의 전체 표면에 균일하게 식각됨으로써, 원래 반도체막의 표면에 형성되었던 불규칙한 요철부들이 하부 식각면에 그대로 나타나게 된다. Next, as shown in FIG. 8B, the
다음, 도 8의 (c)에 도시된 바와 같이, 마스크로 사용된 산화막 산란점들(832)을 제거하지 않고, 반도체막(810)위에 반도체막(830)을 재성장시킨다. 그 결과, 깊게 부분 식각된 반도체막의 일부 영역에는 반도체막이 재성장되지 않음으로써, 공간 산란점들(840)이 형성된다. Next, as shown in FIG. 8C, the
본 실시예에 의하여, 반도체막내에 하부면이 평탄하지 않은 산화막 산란점(832) 및 하부면이 평탄하지 않은 공간 산란점(840)을 형성하게 된다. According to the present embodiment, an oxide
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에서 산란점의 구성 물질, 반도체막위에 요철부를 형성하는 방법 등은 제조 공정의 효율을 향상시키기 위하여 다양하게 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고, 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments thereof, this is merely an example and is not intended to limit the present invention, and those skilled in the art do not depart from the essential characteristics of the present invention. It will be appreciated that various modifications and applications which are not illustrated above in the scope are possible. For example, in the exemplary embodiment of the present invention, the constituent material of the scattering point, the method of forming the uneven portion on the semiconductor film, and the like may be variously modified to improve the efficiency of the manufacturing process. And differences relating to such modifications and applications should be construed as being included in the scope of the invention defined in the appended claims.
본 발명에 의하여, 발광 다이오드에 하부면에 요철부들이 불규칙하게 형성되어 하부면이 평탄하지 않은 산란점을 구비함으로써, 산란점의 상부의 기울기에 의해 빛의 산란이 향상되고, 산란점을 통과한 후에 하부면의 요철부들에 의해 다시 반사되어 상부로 향하는 빛은 산란점의 평탄하지 않은 하부면에 의해 산란된다. According to the present invention, irregularities are irregularly formed in the lower surface of the light emitting diode, so that the lower surface has an uneven scattering point, so that scattering of light is improved by the inclination of the upper portion of the scattering point, The light that is later reflected back by the uneven portions of the lower surface and directed upward is scattered by the uneven lower surface of the scattering point.
그 결과, 평탄한 하부면을 갖는 종래의 산란점들이 내부 전반사되어 흡수되는 것에 비해, 본 발명에 따른 발광 다이오드는 내부 전반사에 의한 빛의 흡수를 방지하여 외부 방출 효율을 증가시키고, 그 결과 빛의 산란 효과를 증가시켜 발광 성능을 향상시키고 휘도 성능을 향상시킬 수 있게 된다. As a result, compared with conventional scattering points having a flat bottom surface, which are totally internally absorbed, the light emitting diode according to the present invention prevents absorption of light by total internal reflection, thereby increasing external emission efficiency, and consequently scattering light. By increasing the effect, it is possible to improve the luminous performance and to improve the luminance performance.
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