KR100812738B1 - 표면 요철 형성방법 및 그를 이용한 질화물계 반도체발광소자의 제조방법 - Google Patents

표면 요철 형성방법 및 그를 이용한 질화물계 반도체발광소자의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 표면 요철 형성방법 및 그를 이용한 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법에 관한 것으로서, 질화물 반도체층을 구비하는 단계; 상기 질화물 반도체층의 일면 상에, 식각특성이 서로 다른 두 종류의 폴리머를 포함하는 폴리머층을 형성하는 단계; 및 상기 폴리머 중 어느 한 종류의 폴리머를 선택적으로 식각하여, 상기 질화물 반도체층 상에 나머지 폴리머를 소정 간격 이격되도록 잔류시키는 단계;를 포함하는 표면 요철 형성방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 표면 요철 형성방법을 이용한 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법을 제공한다.
발광소자, 표면요철, 폴리머, 합성, 혼합

Description

표면 요철 형성방법 및 그를 이용한 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법{Forming method for surface unevenness and manufacturing method for nitride semiconductor light emitting device using thereof}
도 1은 종래기술에 따른 수평형 질화물계 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 단면도.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 표면 요철 형성방법을 순차적으로 나타낸 공정단면도.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 제1실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법을 순차적으로 나타낸 공정단면도.
도 4는 제1실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 변형예를 나타낸 단면도.
도 5a 내지 도 5g는 본 발명의 제2실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법을 순차적으로 나타낸 공정단면도.
도 6은 제2실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 변형예를 나타낸 단면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10: 질화물 반도체층 20: 폴리머층
20a, 20b: 폴리머 30: 표면 요철
100: 기판 110: 버퍼층
120: n형 질화물 반도체층 130: 활성층
140: p형 질화물 반도체층 150: p형 전극
160: n형 전극 200: 구조지지층
본 발명은 표면 요철 형성방법 및 그를 이용한 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광면에 나노 크기의 표면 요철을 형성하여 외부 양자효율을 향상시킬 수 있는 표면 요철 형성방법 및 그를 이용한 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 발광다이오드(Light Emitting Diode)는 GaAs, AlGaAs, GaN, InGaN 및 AlGaInP 등의 화합물 반도체(compound semiconductor) 재료의 변경을 통해 발광원을 구성함으로써, 다양한 색의 빛을 구현할 수 있는 반도체 발광소자를 말한다.
최근 발광다이오드는, 비약적인 반도체 기술의 발전에 힘입어, 저휘도의 범 용제품에서 탈피하여, 고휘도, 고품질의 제품 생산이 가능해졌다. 또한, 고특성의 청색(Blue), 백색(White) 다이오드의 구현이 현실화됨에 따라서, 발광다이오드는 디스플레이, 차세대 조명원 등으로 그 응용가치가 확대되고 있다.
특히, Ⅲ-Ⅴ족의 질화물을 이용한 화합물 반도체 발광소자는 천이 방식이 레이저 발진 확진 확률이 높은 직접 천이형이고 청색 레이저 발진이 가능한 특성 때문에 주목이 되고 있다.
한편, 이러한 상기 질화물계 반도체 발광소자는 이로부터 추출 가능한 광의 효율 즉, 외부 양자효율을 향상시키기 위하여 광이 추출되는 발광면에 인접한 질화물 반도체층에 표면 요철이 형성되어 있다.
이하, 도 1을 참조하여 종래 기술에 따른 질화물계 반도체 발광소자 중 수평형 질화물계 반도체 발광소자에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 수평형 질화물계 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참고하면, 투명한 기판(100)과, GaN으로 이루어진 버퍼층(110)과, n형 질화물 반도체층(120)과, 활성층(130)과, p형 질화물 반도체층(140)이 순차 결정 성장되어 있으며, 활성층(130) 및 p형 질화물 반도체층(140)의 일부가 식각으로 제거되어, 저면에 n형 질화물 반도체층(120)의 일부를 노출하고 있다.
그리고, 상기 노출된 n형 질화물 반도체층(120) 상에는 n형 전극(160)이 형성되어 있고, p형 질화물 반도체층(140) 상에는 p형 전극(150)이 형성되어 있다. 또한, 상기 p형 질화물 반도체층(140)의 표면에는 외부 양자효율을 향상시키기 위한 표면 요철(30)이 형성되어 있다.
그리고, 상기와 같이 표면 요철(30)을 가지는 질화물계 반도체 발광소자는, 이하와 같이 동작한다.
상기 p형 전극(150)을 통해 주입된 정공은 p형 전극(150)에서 횡방향으로 확대되어, p형 질화물 반도체층(140)으로부터 활성층(130)으로 주입되고, n형 전극(160)을 통해 주입된 전자는 n형 질화물 반도체층(120)으로부터 활성층(130)으로 주입된다. 그리고, 상기 활성층(130) 안에서 정공과 전자가 재결합되어 발광이 일어나게 된다. 이 광은 p형 질화물 반도체층(140)의 표면 요철(30)을 통해 질화물계 반도체 발광소자의 외부로 방출된다.
그런데, 상기와 같은 종래 질화물계 반도체 발광소자의 표면 요철(30)은 포토 리소그라피(Photo lithography)와 이-빔 리소그라피(E-beam lithography) 및 레이저 홀로그라피(Laser Holography) 공정 중 어느 하나의 공정을 이용하여 형성하였다.
그러나, 상기 표면 요철(30)을 포토 리소그라피 공정을 이용하여 형성할 경우, 표면 요철(30)의 크기(d1)를 나노(nano) 크기 이하로 구현하기 어려우며, 구현한다 하더라도 고가의 장비를 갖추어야 하는 문제가 있다.
또한, 상기 표면 요철(30)을 이-빔 리소그라피 공정을 이용하여 형성할 경우 역시, 표면 요철(30)의 크기를 나노 크기 이하로 구현하기 위해선 고가의 장비를 갖추어야 하는 문제가 있으며, 레이저 홀로그라피 공정을 이용할 경우에는, 표면 요철(30)을 나노 크기 이하로 구현할 수는 있지만, 재현성 및 양산성이 낮은 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 별도로 고가의 장비를 필요하지 않고 질화물 반도체층에 나노 크기 이하의 표면 요철을 형성할 수 있는 표면 요철 형성방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 발광면이 나노 크기의 표면 요철을 가지는 질화물계 반도체 발광소자의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 표면 요철 형성방법은, 질화물 반도체층을 구비하는 단계; 상기 질화물 반도체층 상에, 식각특성이 서로 다른 두 종류의 폴리머를 포함하는 폴리머층을 형성하는 단계; 및 상기 폴리머 중 어느 한 종류의 폴리머를 선택적으로 식각하여, 상기 질화물 반도체층 상에 나머지 폴리머를 소정 간격 이격되도록 잔류시키는 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 질화물 반도체층 상에 나머지 폴리머를 소정 간격 이격되도록 잔류시키는 단계 이후에, 상기 나머지 폴리머를 식각 마스크로 이용하여 상기 질화 물 반도체층의 표면 일부를 식각하여 소정 형태의 표면 요철을 형성하는 단계; 및 상기 나머지 폴리머를 제거하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 폴리머층은, 식각특성이 서로 다른 두 종류의 폴리머가 교대로 배열되도록 합성(copolymer) 또는 혼합(blending)하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 폴리머는 나노 이하의 크기를 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 폴리머 중 어느 한 종류의 폴리머를 선택적으로 식각하는 단계는, 습식 식각 또는 건식 식각으로 진행하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1실시예에 의한 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법은, 기판 상에 n형 질화물 반도체층을 형성하는 단계; 상기 n형 질화물 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계; 상기 활성층 위에 p형 질화물 반도체층을 형성하는 단계; 상기 p형 질화물 반도체층 및 활성층의 일부를 메사 식각하여 상기 n형 질화물 반도체층의 일부를 드러내는 단계; 상기 p형 질화물 반도체층 상에 식각특성이 서로 다른 두 종류의 폴리머를 포함하는 폴리머층을 형성하는 단계; 상기 폴리머 중 어느 한 종류의 폴리머를 선택적으로 식각하여, 상기 p형 질화물 반도체층 상에 나머지 폴리머를 소정 간격 이격되도록 잔류시키는 단계; 상기 나머지 폴리머를 식각 마스크로 이용하여 상기 p형 질화물 반도체층의 표면 일부를 식각하여 소정 형태의 표면 요철을 형성하는 단계; 상기 나머지 폴리머를 제거하는 단계; 및 상기 표면 요철이 형성된 p형 질화물 반도체층과 상기 드러난 n형 질화물 반도체층 상에 p형 전극과 n형 전극을 각각 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1실시예의 변형예에 의한 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법은, 기판 상에 n형 질화물 반도체층을 형성하는 단계; 상기 n형 질화물 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계; 상기 활성층 위에 p형 질화물 반도체층을 형성하는 단계; 상기 p형 질화물 반도체층 및 활성층의 일부를 메사 식각하여 상기 n형 질화물 반도체층의 일부를 드러내는 단계; 상기 p형 질화물 반도체층 상에 식각특성이 서로 다른 두 종류의 폴리머를 포함하는 폴리머층을 형성하는 단계; 상기 폴리머 중 어느 한 종류의 폴리머를 선택적으로 식각하여, 상기 p형 질화물 반도체층 상에 나머지 폴리머를 소정 간격 이격되도록 잔류시키는 단계; 및 상기 폴리머가 잔류된 상기 p형 질화물 반도체층과 상기 드러난 n형 질화물 반도체층 상에 p형 전극과 n형 전극을 각각 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2실시예에 의한 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법은, 기판 상에 n형 질화물 반도체층, 활성층 및 p형 질화물 반도체층을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 p형 질화물 반도체층 상에 p형 전극을 형성하는 단계; 상기 p형 전극 상에 구조지지층을 형성하는 단계; 상기 기판을 제거하여 상기 n형 질화물 반도체층의 표면을 드러내는 단계; 상기 드러난 n형 질화물 반도체층 상에 식각특성이 서로 다른 두 종류의 폴리머를 포함하는 폴리머층을 형성하는 단계; 상기 폴리머 중 어느 한 종류의 폴리머를 선택적으로 식각하여, 상 기 n형 질화물 반도체층 상에 나머지 폴리머를 소정 간격 이격되도록 잔류시키는 단계; 상기 나머지 폴리머를 식각 마스크로 이용하여 상기 n형 질화물 반도체층의 표면 일부를 식각하여 소정 형태의 표면 요철을 형성하는 단계; 상기 나머지 폴리머를 제거하는 단계; 및 상기 표면 요철이 형성된 n형 질화물 반도체층 상에 n형 전극을 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2실시예의 변형예에 의한 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법은, 기판 상에 n형 질화물 반도체층, 활성층 및 p형 질화물 반도체층을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 p형 질화물 반도체층 상에 p형 전극을 형성하는 단계; 상기 p형 전극 상에 구조지지층을 형성하는 단계; 상기 기판을 제거하여 상기 n형 질화물 반도체층의 표면을 드러내는 단계; 상기 드러난 n형 질화물 반도체층 상에 식각특성이 서로 다른 두 종류의 폴리머를 포함하는 폴리머층을 형성하는 단계; 상기 폴리머 중 어느 한 종류의 폴리머를 선택적으로 식각하여, 상기 n형 질화물 반도체층 상에 나머지 폴리머를 소정 간격 이격되도록 잔류시키는 단계; 및 상기 폴리머가 잔류된 상기 n형 질화물 반도체층 상에 n형 전극을 형성하는 단계;를 포함한다.
이하 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 병기하였다.
이제 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 요철 형성방법 및 그를 이용한 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
표면 요철 형성방법
도 2a 내지 도 2d를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 표면 요철 형성방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 표면 요철 형성방법을 순차적으로 나타낸 공정단면도이다.
먼저, 도 2a에 도시한 바와 같이, 질화물 반도체층(10) 상에 폴리머층(20)을 도포한다. 상기 폴리머층(20)은 식각특성이 서로 다른 두 종류의 폴리머(20a,20b)를 포함하고 있다. 이 때, 상기 폴리머층(20)은, 상기 식각특성이 서로 다른 두 종류의 폴리머(20a,20b)를 합성(copolymer) 또는 혼합(blending)하여 형성하는 것이 바람직하다. 특히, 상기 폴리머들(20a,20b)을 합성 또는 혼합하는 과정에서, 이들(20a,20b)이 도면에서와 같이 교대로 배열되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 폴리머(20a,20b)의 합성 또는 혼합비는, 원하는 표면 요철의 크기를 고려하여 적당히 조절할 수 있다.
다음으로, 도 2b에 도시한 바와 같이, 상기 폴리머(20a,20b) 중 어느 한 종류의 폴리머(20b)를 선택적으로 식각하여, 상기 질화물 반도체층(10) 상에 나머지 폴리머(20a)를 소정 간격 이격되도록 잔류시킨다.
상기 폴리머(20b)의 식각은, 상기 어느 한 종류의 폴리머(20b)만을 선택적으로 식각할 수 있는 솔벤트(solvent) 등을 이용한 습식 식각으로 진행하거나, 또는 상기 어느 한 종류의 폴리머(20b)에 대한 식각률이 높고, 나머지 폴리머(20a)에 대한 식각률이 낮은 식각 가스 등을 이용한 건식 식각 등으로 진행할 수 있다.
상기 잔류된 나머지 폴리머(20a)는 후속 표면 요철을 형성하기 위한 식각 공정시, 식각 마스크의 역할을 하게 하기 위함이다.
특히, 본 발명은 상기 폴리머(20a,20b)의 크기(d2)가 나노(nano) 이하의 크기를 가짐으로써, 후속 표면 요철을 형성하기 위한 식각 공정시, 종래와 같이 나노 크기의 표면 요철을 형성하기 위한 별도로 고가의 장비를 구비하지 않고도 나노 이하 크기의 표면 요철을 형성하는 것이 가능하다.
그 다음에, 도 2c에 도시한 바와 같이, 상기 나머지 폴리머(20a)를 식각 마스크로 이용하여 상기 질화물 반도체층(10)의 표면 일부를 식각하여 소정 형태의 표면 요철(30)을 형성한다. 이 때, 상기 표면 요철(30)의 크기(d3) 또한, 식각 마스크 역할을 하는 폴리머(20a)의 크기(d2)와 동일한 크기를 갖는다. 즉, 본 발명에 따라 형성된 상기 표면 요철(30)의 크기(d3)는 나노 이하의 크기를 갖게 된다.
또한, 상기 표면 요철(30)을 형성하기 위한 식각 공정은, 건식 식각으로 진 행하는 것이 바람직하며, 상기 표면 요철(30)의 형상은 식각 방법 및 폴리머(20a)의 재질 등에 따라 기둥 모양 또는 원뿔 모양 등 소자의 특성에 맞게 다양한 형상으로 형성할 수 있다.
그런 후에, 도 2d에 도시한 바와 같이, 상기 나머지 폴리머(20a)를 솔벤트를 이용하여 제거한다.
이하, 상술한 표면 요철 형성방법을 이용한 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법에 대하여 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
질화물계 반도체 발광소자의 제조방법
< 제1실시예 >
먼저, 도 3a 내지 도 3f를 참고하여 본 발명의 제1실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 제1실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법을 순차적으로 나타낸 공정단면도로서, 수평구조의 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법을 예시한 것이다.
우선, 도 3a에 도시한 바와 같이, 광투과성인 기판(100) 상에 버퍼층(110)과, n형 질화물 반도체층(120)과 활성층(130) 및 p형 질화물 반도체층(140)을 순차적으로 형성한다.
상기 기판(100)은, 질화물 반도체 단결정을 성장시키기에 적합한 기판으로 서, 바람직하게는 사파이어를 포함하는 투명한 재료를 이용하여 형성되며. 사파이어 이외에, 기판(100)은 징크 옥사이드(zinc oxide, ZnO), 갈륨 나이트라이드(gallium nitride, GaN), 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC) 및 알루미늄 나이트라이드(AlN)로 형성될 수 있다.
상기 버퍼층(110)은, 상기 기판(100) 상에 n형 질화물 반도체층(120)을 성장시키기 전에 상기 기판(100)과의 격자정합을 향상시키기 위한 층으로, 공정 조건 및 소자 특성에 따라 생략 가능하다.
상기 n형 및 p형 질화물 반도체층(120, 140)과 활성층(130)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 물질일 수 있으며, MOCVD 및 MBE 공정과 같은 공지의 질화물 증착 공정을 통해 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 n형 질화물 반도체층(110)은 n형 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 이루어질 수 있으며, n형 도전형 불순물로는 예를 들어, Si, Ge, Sn 등을 사용하며, 상기 p형 질화물 반도체층(140)은 p형 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 이루어질 수 있으며, p형 도전형 불순물로는 예를 들어, Mg, Zn, Be 등을 사용한다.
다음으로, 도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 n형 질화물 반도체층(120)의 일부 영역이 드러나도록, 상기 p형 질화물 반도체층(140) 및 활성층(130)의 일부 영역을 제거하는 메사 식각(mesa etching) 공정을 실시한다. 이는 질화물계 반도체 발광소자 중 수평 구조를 가지는 질화물계 반도체 발광소자를 형성하기 위함이다.
그 다음에, 도 3c에 도시한 바와 같이, 상기 p형 질화물 반도체층(140) 상에 식각특성이 서로 다른 두 종류의 폴리머(20a,20b)를 포함하는 폴리머층(20)을 형성한다. 이 때, 상기 폴리머층(20)은, 상술한 바와 같이, 식각특성이 서로 다른 두 종류의 폴리머(20a,20b)가 교대로 배열되도록, 이들(20a,20b)을 합성(copolymer) 또는 혼합(blending)하여 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 폴리머(20a,20b)들은 나노 이하의 크기를 갖는 것이 바람직하다.
그런 다음, 도 3d에 도시한 바와 같이, 상기 폴리머(20a,20b) 중 어느 한 종류의 폴리머(20b)를 선택적으로 식각하여, 상기 p형 질화물 반도체층(140) 상에 나머지 폴리머(20a)를 소정 간격 이격되도록 잔류시킨다. 이 때, 잔류된 나머지 폴리머(20a)는 후속의 표면 요철을 형성하기 위한 식각 공정시, 식각 마스크의 역할을 하게 하기 위함이다.
특히, 본 발명은, 상술한 바와 같이 상기 폴리머(20a)가 나노 이하의 크기를 가짐으로써, 후속 표면 요철을 형성하기 위한 식각 공정시, 종래와 같이 나노 크기의 표면 요철을 형성하기 위한 별도로 고가의 장비를 구비하지 않고도 나노 이하 크기의 표면 요철을 형성하는 것이 가능하다.
다음으로, 도 3e에 도시한 바와 같이, 상기 나머지 폴리머(20a)를 식각 마스크로 이용하여 상기 p형 질화물 반도체층(140)의 표면 일부를 식각하여 소정 형태의 표면 요철(30)을 형성한다. 이때, 상기 표면 요철(30)의 크기 또한, 식각 마스크 역할을 하는 폴리머(20a)의 크기와 동일한 크기를 가지므로 나노 이하의 크기를 가진다.
또한, 상기 표면 요철(30)을 형성하기 위한 식각 공정은, 건식 식각으로 진행하는 것이 바람직하며, 상기 표면 요철(30)의 형상은 식각 방법 및 폴리머(20a)의 재질 등에 따라 기둥 모양 또는 원뿔 모양 등 소자의 특성에 맞게 다양한 형상으로 형성할 수 있다.
그 다음에, 도 3f에 도시한 바와 같이, 상기 나머지 폴리머(20a)를 솔벤트를 이용하여 제거한다.
그런 다음, 상기 표면 요철(30)이 형성된 p형 질화물 반도체층(140)과 상기 드러난 n형 질화물 반도체층(120) 상에 p형 전극(150)과 n형 전극(160)을 각각 형성한다.
이와 같이, 본 발명은 활성층(130)에서 생성된 빛이 발광하는 발광면 즉, p형 질화물 반도체층(140)에 나노 이하의 크기를 가지는 표면 요철(30)을 고가의 장비 없이 용이하게 형성함으로써, 외부 양자효율을 향상시켜 고휘도를 구현할 수 있는 질화물계 반도체 발광소자를 제공할 수 있다.
변형예
도 4를 참조하여 제1실시예의 변형예에 대해 설명하기로 한다. 다만, 변형예의 구성 중 제1실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고, 변형예에서 달라지는 구성에 대해서만 상술하기로 한다.
도 4는 제1실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 변형예를 나타낸 단면도이다.
제1실시예의 변형예에 따른 질화물계 반도체 발광소자는, 상술한 바와 같은 제1실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자와 대부분의 구성이 동일하고, 다만, 도 3d에서와 같이, 상기 p형 질화물 반도체층(140) 상에 나머지 폴리머(20a)를 소정 간격 이격되도록 잔류시킨 다음에, 상기 나머지 폴리머(20a)를 식각 마스크로 이용한 식각 공정에 의한 표면 요철(30) 형성 공정(도 3e 참조), 및 상기 나머지 폴리머(20a)의 제거 공정(도 3f 참조)을 진행하지 않고, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 폴리머(20a)가 잔류된 p형 질화물 반도체층(140)과, 상기 드러난 n형 질화물 반도체층(120) 상에 p형 전극(150)과 n형 전극(160)을 각각 형성한다는 점에서만 제1실시예와 다르다.
이러한 제1실시예의 변형예에서는, 나머지 폴리머(20a)를 식각 마스크로 이용하지 않고, 그대로 표면 요철로 이용함으로써, 제1실시예에서와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 상기 나머지 폴리머(20a)를 이용한 p형 질화물 반도체층(140) 표면의 식각 공정, 및 상기 나머지 폴리머(20a)의 제거 공정을 수행하지 않아도 됨으로써, 공정을 단순화할 수 있다는 이점이 있다.
< 제2실시예 >
이하, 도 5a 내지 5g를 참고하여 본 발명의 제2실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 5a 내지 도 5g는 본 발명의 제2실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법을 순차적으로 나타낸 공정단면도로서, 수직구조의 질화물계 반도체 발 광소자의 제조방법을 예시한 것이다.
먼저, 도 5a에 도시한 바와 같이, 기판(100) 상에 n형 질화물 반도체층(120)과 다중우물구조인 GaN/InGaN 활성층(130) 및 p형 질화물 반도체층(140)이 순차적으로 적층되어 있는 구조의 발광 구조물을 형성한다.
이때, 상기 발광 구조물이 형성되는 기판(100)은 바람직하게는, 사파이어를 포함하는 투명한 재료를 이용하여 형성하며, 사파이어 이외에, 기판(100)은 징크 옥사이드(zinc oxide, ZnO), 갈륨 나이트라이드(gallium nitride, GaN), 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC) 및 알루미늄 나이트라이드(aluminum nitride, AlN)로 형성할 수 있다.
또한, 상기 n형 및 p형 질화물 반도체층(120, 140) 및 활성층(130)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 질화갈륨계 반도체 물질일 수 있으며, MOCVD 공정과 같은 공지의 질화물 증착 공정을 통해 형성될 수 있다.
한편, 도시하지는 않았지만, 상기 기판(100)과 n형 질화물 반도체층(120)의 사이에 버퍼층을 더 형성하여 상기 기판(100)과 n형 질화물 반도체층(120)의 격자정합을 향상시킬 수도 있다.
다음으로, 도 5b에 도시한 바와 같이, 상기 p형 질화물 반도체층(140) 상에 p형 전극(150)을 형성한다. 그런 다음, 상기 p형 전극(150) 상에 구조지지층(200)을 형성한다.
그 다음에, 도 5c에 도시한 바와 같이, LLO 공정으로 상기 n형 질화물 반도 체층(120)으로부터 상기 기판(100)을 분리시켜, 상기 n형 질화물 반도체층(120)의 표면이 드러나도록 한다.
그런 다음, 도 5d에 도시한 바와 같이, 상기 드러난 n형 질화물 반도체층(120) 상에 식각특성이 서로 다른 두 종류의 폴리머(20a,20b)를 포함하는 폴리머층(20)을 형성한다. 이 때, 상기 폴리머층(20)은, 상술한 바와 같이, 식각특성이 서로 다른 두 종류의 폴리머(20a,20b)가 교대로 배열되도록, 이들(20a,20b)을 합성(copolymer) 또는 혼합(blending)하여 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 폴리머(20a,20b)들은 나노 이하의 크기를 갖는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 5e에 도시한 바와 같이, 상기 폴리머(20a,20b) 중 어느 한 종류의 폴리머(20b)를 선택적으로 식각하여, 상기 n형 질화물 반도체층(120) 상에 나머지 폴리머(20a)를 소정 간격 이격되도록 잔류시킨다. 이 때, 잔류된 나머지 폴리머(20a)는 후속의 표면 요철을 형성하기 위한 식각 공정시, 식각 마스크의 역할을 하게 하기 위함이다.
특히, 본 발명은, 상술한 바와 같이 상기 폴리머(20a)가 나노 이하의 크기를 가짐으로써, 후속의 표면 요철을 형성하기 위한 식각 공정시, 종래와 같이 나노 크기의 표면 요철을 형성하기 위한 별도로 고가의 장비를 구비하지 않고도 나노 이하 크기의 표면 요철을 형성하는 것이 가능하다.
그런 다음, 도 5f에 도시한 바와 같이, 상기 나머지 폴리머(20a)를 식각 마스크로 이용하여 상기 n형 질화물 반도체층(120)의 표면 일부를 식각하여 소정 형태의 표면 요철(30)을 형성한다. 이때, 상기 표면 요철(30)의 크기 또한, 식각 마 스크 역할을 하는 폴리머(20a)의 크기와 동일한 크기를 가지므로 나노 이하의 크기를 가진다.
또한, 상기 표면 요철(30)을 형성하기 위한 식각 공정은, 건식 식각으로 진행하는 것이 바람직하며, 상기 표면 요철(30)의 형상은 식각 방법 및 폴리머(20a)의 재질 등에 따라 기둥 모양 또는 원뿔 모양 등 소자의 특성에 맞게 다양한 형상으로 형성할 수 있다.
그 다음에, 도 5g에 도시한 바와 같이, 상기 나머지 폴리머(20a)를 솔벤트를 이용하여 제거한다. 그런 다음, 상기 표면 요철(30)이 형성된 n형 질화물 반도체층(120) 상에 n형 전극(160)을 형성한다.
이러한 제2실시예는 제1실시예에서와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다.
변형예
도 6을 참조하여 제2실시예의 변형예에 대해 설명하기로 한다. 다만, 변형예의 구성 중 제2실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고, 변형예에서 달라지는 구성에 대해서만 상술하기로 한다.
도 6은 제2실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 변형예를 나타낸 단면도이다.
제2실시예의 변형예에 따른 질화물계 반도체 발광소자는, 상술한 바와 같은 제2실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자와 대부분의 구성이 동일하고, 다만, 도 5e에서와 같이, 상기 n형 질화물 반도체층(120) 상에 나머지 폴리머(20a)를 소 정 간격 이격되도록 잔류시킨 다음에, 상기 나머지 폴리머(20a)를 식각 마스크로 이용한 식각 공정에 의한 표면 요철(30) 형성 공정(도 5f 참조), 및 상기 나머지 폴리머(20a)의 제거 공정(도 5g 참조)을 진행하지 않고, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 폴리머(20a)가 잔류된 n형 질화물 반도체층(120) 상에 n형 전극(150)을 형성한다는 점에서만 제2실시예와 다르다.
이러한 제2실시예의 변형예에서는, 나머지 폴리머(20a)를 식각 마스크로 이용하지 않고, 그대로 표면 요철로 이용함으로써, 제2실시예에서와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 상기 나머지 폴리머(20a)를 이용한 n형 질화물 반도체층(120) 표면의 식각 공정, 및 상기 나머지 폴리머(20a)의 제거 공정을 수행하지 않아도 됨으로써, 공정을 단순화할 수 있다는 이점이 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리 범위는 개시된 실시예에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 나노 이하의 크기를 가지는 폴리머를 식각 마 스크로 이용하여 표면 요철을 형성하거나, 또는 상기 폴리머를 표면 요철로 이용함으로써, 별도의 장비 없이 나노 이하의 크기를 갖는 표면 요철을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명은 질화물계 반도체 발광소자의 발광면과 인접한 질화물 반도체층 표면에 나노 이하의 크기를 가지는 표면 요철을 형성하여 외부 양자효율을 향상시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 고휘도를 구현할 수 있는 질화물계 반도체 발광소자를 제공할 수 있다.

Claims (21)

  1. 질화물 반도체층을 구비하는 단계;
    상기 질화물 반도체층 상에, 식각특성이 서로 다른 두 종류의 폴리머를 포함하는 폴리머층을 형성하는 단계; 및
    상기 폴리머 중 어느 한 종류의 폴리머를 선택적으로 식각하여, 상기 질화물 반도체층 상에 나머지 폴리머를 소정 간격 이격되도록 잔류시키는 단계;
    를 포함하는 표면 요철 형성방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 질화물 반도체층 상에 나머지 폴리머를 소정 간격 이격되도록 잔류시키는 단계 이후에,
    상기 나머지 폴리머를 식각 마스크로 이용하여 상기 질화물 반도체층의 표면 일부를 식각하여 소정 형태의 표면 요철을 형성하는 단계; 및
    상기 나머지 폴리머를 제거하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 요철 형성방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머층은, 식각특성이 서로 다른 두 종류의 폴리머가 교대로 배열되도록 합성(copolymer) 또는 혼합(blending)하여 형성하는 것을 특징으로 하는 표면 요철 형성방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머는 나노 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 표면 요철 형성방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머 중 어느 한 종류의 폴리머를 선택적으로 식각하는 단계는, 습식 식각 또는 건식 식각으로 진행하는 것을 특징으로 하는 표면 요철 형성방법.
  6. 기판 상에 n형 질화물 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 n형 질화물 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계;
    상기 활성층 위에 p형 질화물 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 p형 질화물 반도체층 및 활성층의 일부를 메사 식각하여 상기 n형 질화물 반도체층의 일부를 드러내는 단계;
    상기 p형 질화물 반도체층 상에 식각특성이 서로 다른 두 종류의 폴리머를 포함하는 폴리머층을 형성하는 단계;
    상기 폴리머 중 어느 한 종류의 폴리머를 선택적으로 식각하여, 상기 p형 질화물 반도체층 상에 나머지 폴리머를 소정 간격 이격되도록 잔류시키는 단계;
    상기 나머지 폴리머를 식각 마스크로 이용하여 상기 p형 질화물 반도체층의 표면 일부를 식각하여 소정 형태의 표면 요철을 형성하는 단계;
    상기 나머지 폴리머를 제거하는 단계; 및
    상기 표면 요철이 형성된 p형 질화물 반도체층과 상기 드러난 n형 질화물 반도체층 상에 p형 전극과 n형 전극을 각각 형성하는 단계;
    를 포함하는 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 폴리머층은, 식각특성이 서로 다른 두 종류의 폴리머가 교대로 배열되도록 합성(copolymer) 또는 혼합(blending)하여 형성하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 폴리머는 나노 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 폴리머 중 어느 한 종류의 폴리머를 선택적으로 식각하는 단계는, 습식 식각 또는 건식 식각으로 진행하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법.
  10. 기판 상에 n형 질화물 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 n형 질화물 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계;
    상기 활성층 위에 p형 질화물 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 p형 질화물 반도체층 및 활성층의 일부를 메사 식각하여 상기 n형 질화물 반도체층의 일부를 드러내는 단계;
    상기 p형 질화물 반도체층 상에 식각특성이 서로 다른 두 종류의 폴리머를 포함하는 폴리머층을 형성하는 단계;
    상기 폴리머 중 어느 한 종류의 폴리머를 선택적으로 식각하여, 상기 p형 질화물 반도체층 상에 나머지 폴리머를 소정 간격 이격되도록 잔류시키는 단계; 및
    상기 폴리머가 잔류된 상기 p형 질화물 반도체층과 상기 드러난 n형 질화물 반도체층 상에 p형 전극과 n형 전극을 각각 형성하는 단계;
    를 포함하는 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 폴리머층은, 식각특성이 서로 다른 두 종류의 폴리머가 교대로 배열되도록 합성(copolymer) 또는 혼합(blending)하여 형성하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 폴리머는 나노 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 폴리머 중 어느 한 종류의 폴리머를 선택적으로 식각하는 단계는, 습식 식각 또는 건식 식각으로 진행하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법.
  14. 기판 상에 n형 질화물 반도체층, 활성층 및 p형 질화물 반도체층을 순차적으로 형성하는 단계;
    상기 p형 질화물 반도체층 상에 p형 전극을 형성하는 단계;
    상기 p형 전극 상에 구조지지층을 형성하는 단계;
    상기 기판을 제거하여 상기 n형 질화물 반도체층의 표면을 드러내는 단계;
    상기 드러난 n형 질화물 반도체층 상에 식각특성이 서로 다른 두 종류의 폴리머를 포함하는 폴리머층을 형성하는 단계;
    상기 폴리머 중 어느 한 종류의 폴리머를 선택적으로 식각하여, 상기 n형 질화물 반도체층 상에 나머지 폴리머를 소정 간격 이격되도록 잔류시키는 단계;
    상기 나머지 폴리머를 식각 마스크로 이용하여 상기 n형 질화물 반도체층의 표면 일부를 식각하여 소정 형태의 표면 요철을 형성하는 단계;
    상기 나머지 폴리머를 제거하는 단계; 및
    상기 표면 요철이 형성된 n형 질화물 반도체층 상에 n형 전극을 형성하는 단계;
    를 포함하는 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 폴리머층은, 식각특성이 서로 다른 두 종류의 폴리머가 교대로 배열되도록 합성(copolymer) 또는 혼합(blending)하여 형성하는 것을 특징으로 하는 질화 물계 반도체 발광소자의 제조방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 폴리머는 나노 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 폴리머 중 어느 한 종류의 폴리머를 선택적으로 식각하는 단계는, 습식 식각 또는 건식 식각으로 진행하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법.
  18. 기판 상에 n형 질화물 반도체층, 활성층 및 p형 질화물 반도체층을 순차적으로 형성하는 단계;
    상기 p형 질화물 반도체층 상에 p형 전극을 형성하는 단계;
    상기 p형 전극 상에 구조지지층을 형성하는 단계;
    상기 기판을 제거하여 상기 n형 질화물 반도체층의 표면을 드러내는 단계;
    상기 드러난 n형 질화물 반도체층 상에 식각특성이 서로 다른 두 종류의 폴 리머를 포함하는 폴리머층을 형성하는 단계;
    상기 폴리머 중 어느 한 종류의 폴리머를 선택적으로 식각하여, 상기 n형 질화물 반도체층 상에 나머지 폴리머를 소정 간격 이격되도록 잔류시키는 단계; 및
    상기 폴리머가 잔류된 상기 n형 질화물 반도체층 상에 n형 전극을 형성하는 단계;
    를 포함하는 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 폴리머층은, 식각특성이 서로 다른 두 종류의 폴리머가 교대로 배열되도록 합성(copolymer) 또는 혼합(blending)하여 형성하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법.
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