KR100826284B1 - 발광 다이오드 및 그 제조방법 - Google Patents

발광 다이오드 및 그 제조방법 Download PDF

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서재원
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발광 다이오드 및 그 제조방법이 개시된다. 상기 발광 다이오드는 발광 구조물 및 기판 사이에 인듐을 포함하는 접합층을 포함한다. 상기 제조방법은 발광 구조물 상에 인듐을 포함하는 접합층을 형성하는 단계를 포함한다.
발광 다이오드, 인듐, ITO, 접착, 투과

Description

발광 다이오드 및 그 제조방법{LIGHT EMITTING DIODE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 발광 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다. 더욱, 자세하게는 본 발명은 인듐을 포함하는 우수한 특성을 갖는 발광 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode:LED)는 전류가 흐를 때 빛을 발산하는 반도체 소자의 일종이다. 상기 빛은 전자(electron) 및 정공(hole)의 결합에 의해 방출되는 에너지로써, 전기발광(electroluminescence)의 형태이다. 상기 발광 다이오드로부터 발산되는 빛의 색상은 사용된 물질의 종류 및 조건에 의해 결정된다.
상기 발광 다이오드는 통상의 전구와 비교할 때, 많은 이점을 갖고 있다. 예컨대, 상기 발광 다이오드는 와트(Watt)당 더 많은 빛을 발산하므로 전력 소모면에서 유리하다. 뿐만 아니라, 상기 발광 다이오드는 칼라 필터(color filter)를 사용하지 않고도 자체적으로 원하는 색상을 나타낼 수 있어 비용면에서 더욱 효율적이다. 또한, 상기 발광 다이오드는 오랜 수명으로도 잘 알려져 있고, 충분히 작게 제작이 가능하며 점등 및 소등 시간이 매우 짧다. 따라서, 상기 발광 다이오드는 램 프 및 디스플레이와 같은 여러 가지 제품에 적용되며 지속적으로 연구되고 있다.
발광 다이오드는 기판 상에 형성된 발광 구조물을 포함한다. 상기 발광 구조물은 상기 기판 상에 순차적으로 형성된 p형 반도체층, 다중 양자 우물(MQW:multi-quantum well) 구조의 활성층 및 n형 반도체층을 포함한다. 상기 n형 반도체층 상에 n형 전극이 구비되고, 상기 발광 구조물이 형성된 기판의 반대면에 p형 전극이 구비될 수 있다.
우수한 특성을 갖는 발광 다이오드를 제공하기 위해, 많은 요소들이 고려된다. 예컨대, 발광 다이오드의 발광 효율 및 발광 다이오드의 물리적 특성은 우수한 발광 다이오드를 제공하기 위해 고려되어야 하나, 동시에 만족시키기에 서로 충돌하는 요소가 있을 수 있다. 따라서, 상기 요소들을 모두 충족하는 것은 어려우므로, 많은 연구가 요구된다.
본 발명의 과제는 우수한 발광 효율을 갖는 발광 다이오드 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 과제는 우수한 물리적 특성을 갖는 발광 다이오드 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드는 기판 상의 반사층, 상기 반사층 상의 인듐 주석 산화막, 상기 인듐 주석 산화막 상의 인듐막, 상기 인듐막 상의 발광 구조물 및 상기 발광 구조물 상의 상부 도전막을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 기판은 p형 불순물로 도핑된 것이고, 상기 발광 구조물은 순차적으로 적층된 p형 반도체층, 활성층 및 n형 반도체층을 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 발광 구조물은 인 및 갈륨을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 반사층은 금속물을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 발광 다이오드는 상기 상부 도전막이 위치한 상기 기판의 일면의 반대 면에 하부 도전막을 더 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 인듐막의 두께는 약 50Å이하일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조방법은 제1면 및 상기 제1면의 반대 면인 제2면을 포함하는 발광 구조물을 제공하는 단계, 상기 제1면 상에 인 듐막을 형성하는 단계, 상기 인듐막 상에 인듐 주석 산화막을 형성하는 단계, 상기 인듐 주석 산화막 상에 반사층을 형성하는 단계, 상기 반사층 상에 제2 기판의 일면을 접합하는 단계 및 상기 제2면 상에 상부 도전막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 인듐막 및 상기 인듐 주석 산화막은 전자빔을 이용하여 형성되며, 상기 방법은 상기 인듐 주석 산화막을 형성하는 단계 후, 열처리 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 인듐 주석 산화막은 스퍼터링 방식으로 형성될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 발광 구조물을 제공하는 단계는 제1 기판 상에 n형 반도체층을 형성하는 단계, 상기 n형 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계 및 상기 활성층 상에 p형 반도체층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 발광 구조물은 인 및 갈륨을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 기판은 n형이고, 상기 제2 기판은 p형일 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 기판은 비소화갈륨을 포함하고, 상기 제2 기판은 실리콘을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 제2면 상에 상부 도전막을 형성하는 단계는 상기 제1 기판을 제거하여 상기 제2면을 노출하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 반사층은 금속물을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 방법은 상기 제2 기판의 상기 일면의 반대면에 하부 도전막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 발광 구조물 및 반사층 사이에 인듐막 및 인듐 주석 산화막이 개재됨으로써, 발광 구조물 및 반사층 간의 접합 특성이 개선될 수 있다. 따라서, 계면간의 접착력이 향상될 수 있고, 접촉 저항이 낮아질 수 있다. 또한, 발광 구조물로부터 발산된 빛이 반사층에서 반사되어 인듐막 및 인듐 주석 산화막을 통해 외부로 방출되어 발광 효율이 향상될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 발광 구조물 상에 얇은 인듐막을 형성함으로써, 간단한 방법으로 발광 다이오드의 물리적 특성 및 발광 효율이 향상될 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 설명한다. 본 발명의 목적(들), 특징(들) 및 장점(들)은 첨부된 도면과 관련된 이하의 실시 예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에서 동일한 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기하였다.
본 명세서에서, 어떤 물질막이 다른 물질막 또는 기판상에 있다고 언급되는 경우에, 그 어떤 물질막은 다른 물질막 또는 기판상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 또 다른 물질막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.
도 1 및 2를 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드 소자가 설명된다.
도 1을 참조하면, 기판(device substrate)(100)이 제공된다. 상기 기판(100)은 실리콘을 포함할 수 있다. 상기 기판(100) 상에 반사층(120)이 놓일 수 있다. 상기 반사층(120)은 금속물을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 금속물은 반사율(reflectance)이 높은 물질일 수 있으며, 금, 은 및/또는 알루미늄을 포함할 수 있다.
상기 반사층(120) 상에 접합층(140)이 놓일 수 있다. 상기 접합층(140)은 상기 반사층(120)으로부터 반사된 빛을 투과시킬 수 있는 투명한 막일 수 있다. 상기 접합층(140)은 인듐을 포함할 수 있다. 상기 접합층(140)은 인듐 주석 산화막(Induim-Tin-Oxide:ITO)(142) 및 인듐막(induim layer)(144)을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 인듐막(144)의 두께는 약 100Å이하일 수 있다. 바람직하게는 약 50Å이하일 수 있다. 더욱 바람직하게는 약 20Å이하일 수 있다.
상기 인듐막(144) 상에 발광 구조물(160)이 놓일 수 있다. 상기 인듐막(144)에 의해 상기 발광 구조물(160) 및 상기 반사층(120) 간의 접합 특성이 향상될 수 있다.
상기 발광 구조물(160) 상에 상부 도전막(180)이 구비될 수 있다.
상기 상부 도전막(180)이 있는 면의 반대면의 상기 기판(100) 상에 하부 도 전막(110)이 구비될 수 있다.
도 2를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 소자가 설명된다. 앞서 설명된 내용과 동일한 내용은 생략된다.
기판(device substrate)(100)이 제공된다. 상기 기판(100)은 p형 불순물로 도핑된 실리콘 기판일 수 있다. 상기 기판(100) 상에 반사층(120)이 놓일 수 있다.
상기 반사층(120) 상에 접합층(140)이 놓일 수 있다. 상기 접합층(140)은 인듐 주석 산화막(Induim-Tin-Oxide:ITO)(142) 및 인듐막(induim layer)(144)을 포함할 수 있다. 상기 인듐막(144)은 발광 구조물에서 생성된 빛을 투과할 수 있는 두께로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 인듐막(144)은 적색 파장 범위의 빛을 투과할 수 있는 두께로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 인듐막(144)의 두께는 적색 빛을 투과하기 위해 약 100Å이하의 두께로 형성될 수 있다. 바람직하게는 약 50Å이하일 수 있다. 더욱 바람직하게는 약 20Å이하일 수 있다.
또는, 상기 접합층(140)은 인듐에 대한 농도 구배를 가질 수 있으며, 상기 농도는 상기 인듐막(144)에서 상기 인듐 주석 산화막(142) 방향으로 낮아질 수 있다.
인듐막(144) 상에 발광 구조물(160)이 놓일 수 있다. 상기 발광 구조물(160)은 순차적으로 적층된 p형 반도체층(162), 활성층(164) 및 n형 반도체층(166)을 포함할 수 있다. 상기 발광 구조물(160)은 적색 발광 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 발광구조물(160)은 인 및 갈륨을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 발광 구조물(160)은 인화갈륨(GaP)을 포함할 수 있다. 상기 인듐막(144)에 의해 상 기 반사층(120) 및 상기 p형 반도체층(162) 간의 접합 특성이 향상될 수 있다. 상기 활성층(164)은 다중 양자 우물(Mmulti-Quantum Well:MQW) 구조일 수 있다.
상기 발광 구조물(160) 상에 상부 도전막(180)이 구비될 수 있다. 예컨대, 상기 상부 도전막(180)은 n형의 전극일 수 있다.
상기 기판(100)은 p형 불순물로 도핑되어 그 자체로 p형 전극으로 사용될 수 있다. 또는 하부 도전막(110)을 더 구비하여 p형 전극으로 사용할 수 있다. 상기 하부 도전막(110)은 상기 상부 도전막(180)이 있는 면의 반대면의 상기 기판(100) 상에 구비될 수 있다. 상기 하부 도전막(110)은 금(Au)을 포함할 수 있다.
도 3 내지 7을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드 소자의 제조방법이 설명된다.
도 3을 참조하면, 제1 기판(growth substrate)(10)이 제공될 수 있다. 상기 제1 기판(10)은 n형의 기판으로써, 예컨대, 비소화갈륨(GaAs)을 포함할 수 있다.
상기 제1 기판(10) 상에 발광 구조물(160)이 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 발광 구조물(160)은 액상 성장법(Liquid Phase Epitaxy:LPE), 기상 성장법(Vapor Phase Epitaxy:VPE), 유기금속 화학기상증착법(MetalOrganic Chemical Vapor Deposition:MOCVD) 및 분자빔 성장법(Molecular Beam Epitaxy:MBE) 등과 같은 에피택시얼(epitaxial) 방법에 의해 형성될 수 있다. 상기 발광 구조물(160)을 형성하기 위해, 상기 제1 기판(10) 상에 n 형 반도체층(166), 활성층(164) 및 p형 반도체층(162)이 순차적으로 형성될 수 있다. 상기 n형 반도체층(166)은 상기 제1 기판(10)으로부터 에피텍시얼(epitaxial) 방식에 의해 형성될 수 있다. 상기 활성 층(164)은 다중 양자 우물(Multi-Quantum Well:MQW) 구조를 가질 수 있다. 상기 발광 구조물(160)은 인 및 갈륨을 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 발광 구조물(160) 상에 접합층(140)이 형성될 수 있다. 상기 접합층(140)은 인듐(induim)을 포함할 수 있다. 상기 접합층(140)을 형성하기 위해, 상기 발광 구조물(160)의 상기 p형 반도체층(162) 상에 인듐막(induim layer)(144) 및 인듐 주석 산화막(Indium Tin Oxide:ITO)(142)이 순차적으로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 인듐막(144) 및 상기 인듐 주석 산화막(142)은 전자빔(electron beam)을 이용하여 형성될 수 있다. 이때, 상기 인듐막(144) 및 상기 인듐 주석 산화막(142)은 열처리될 수 있다. 상기 열처리에 의해, 상기 인듐막(144) 및 상기 인듐 주석 산화막(142) 내의 원자들은 확산될 수 있다. 이에 따라, 상기 인듐막(144)은 인듐이 풍부한 인듐 주석 산화막으로 이해될 수 있다. 상기 인듐막(144) 및 상기 인듐 주석 산화막(142)은 스퍼터링(sputtering) 방식에 의해 형성될 수 있다. 상기 인듐막(144)의 두께가 약 100Å 이상이면, 상기 발광 구조물(160)에서 형성된 빛이 투과할 수 없을 수 있다. 따라서, 상기 인듐막(144)의 두께는 약 100Å 이하일 수 있다. 바람직하게는 약 50Å이하일 수 있다. 더욱 바람직하게는 약 20Å이하일 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 접합층(140) 상에 반사층(120)이 형성될 수 있다. 상기 반사층(120)은 금속물을 포함할 수 있다. 상기 금속물은 반사율이 높은 물질로써, 상기 발광 구조물(160)로부터 발산된 빛을 상기 제1 기판(10) 방향으로 반사할 수 있다. 예컨대, 상기 반사층은 금, 은 및/또는 알루미늄을 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 반사층(120) 상에 제2 기판(100)이 접합될 수 있다. 상기 제2 기판(100)은 p형 불순물로 도핑된 실리콘 기판일 수 있다. 상기 제1 기판(10)은 제거될 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 제1 기판(10)이 제거되어 노출된 상기 n형 반도체층(166) 상에 상부 도전막(180)이 형성될 수 있다. 상기 상부 도전막(180)은 n형의 전극일 수 있다.
상기 반사층(120)이 형성된 상기 제2 기판(100)의 일면의 반대 면에 하부 도전막(110)이 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 하부 도전막(110)은 p형의 전극일 수 있다.
상기 기판의 상, 하부는 외부에서 빛을 감지할 수 있는 면을 기준으로 정의된다. 상기 상부는 외부에서 빛을 감지할 수 있는 부분을 의미한다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하고 설명하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 전술한 바와 같이 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있으며, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한, 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
도 1 및 2는 본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드(Light Emitting Diode:LED)를 나타낸 단면도들이다.
도 3 내지 7은 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드(Light Emitting Diode:LED)의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 제1 기판 100 : 제2 기판, 기판
110 : 하부 도전막 120 : 반사층
140 : 접합층 142 : 인듐 주석 산화막
144 : 인듐막 160 : 발광 구조물
162 : p형 반도체층 164 : 활성층
166 : n형 반도체층 180 : 상부 도전막

Claims (16)

  1. 기판 상의 반사층;
    상기 반사층 상의 인듐 주석 산화막;
    상기 인듐 주석 산화막 상의 인듐막;
    상기 인듐막 상의 발광 구조물; 및
    상기 발광 구조물 상의 상부 도전막을 포함하는 발광 다이오드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 p형 불순물로 도핑된 것이고, 상기 발광 구조물은 순차적으로 적층된 p형 반도체층, 활성층 및 n형 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 발광 구조물은 인 및 갈륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사층은 금속물을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 도전막이 위치한 상기 기판의 일면의 반대 면에 하부 도전막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 인듐막의 두께는 50Å이하인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  7. 제1면 및 상기 제1면의 반대 면인 제2면을 포함하는 발광 구조물을 제공하는 단계;
    상기 제1면 상에 인듐막을 형성하는 단계;
    상기 인듐막 상에 인듐 주석 산화막을 형성하는 단계;
    상기 인듐 주석 산화막 상에 반사층을 형성하는 단계;
    상기 반사층 상에 제2 기판의 일면을 접합하는 단계; 및
    상기 제2면 상에 상부 도전막을 형성하는 단계를 포함하는 발광 다이오드의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 인듐막 및 상기 인듐 주석 산화막은 전자빔을 이용하여 형성되며, 상기 인듐 주석 산화막을 형성하는 단계 후, 열처리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 인듐 주석 산화막은 스퍼터링 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 발광 구조물을 제공하는 단계는:
    제1 기판 상에 n형 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 n형 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계; 및
    상기 활성층 상에 p형 반도체층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 발광 구조물은 인 및 갈륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 기판은 n형이고, 상기 제2 기판은 p형인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 기판은 비소화갈륨을 포함하고, 상기 제2 기판은 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 제2면 상에 상부 도전막을 형성하는 단계는:
    상기 제1 기판을 제거하여 상기 제2면을 노출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조방법.
  15. 제 7 항에 있어서,
    상기 반사층은 금속물을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조방법.
  16. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 기판의 상기 일면의 반대면에 하부 도전막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조방법.
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