KR100886821B1 - 전기적 특성을 향상한 광자결정 발광 소자 및 제조방법 - Google Patents
전기적 특성을 향상한 광자결정 발광 소자 및 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 전기적 특성을 향상한 광자결정 발광 소자 및 제조방법에 관한 것으로 기판의 상부에 적층되는 제 1도핑층을 포함하고, 상기 제 1도핑층 일측에 메사 식각 된 저면에 적층되는 제 1전극을 포함하며, 상기 제 1도핑층의 식각되지 않은 부분의 상부에 적층되는 활성층을 포함한다. 그리고, 상기 활성층의 상부에 격자구조로 적층되는 제 2도핑층을 포함하며, 상기 제 2도핑층의 돌출된 부분에 적층되는 투명전극을 포함하고, 상기 투명전극이 적층 된 제 2도핑층의 일측에 적층되는 제 2전극을 포함한다. 본 발명에 의하면, 투명전극과 제 2도핑층을 동시에 식각함에 따라 플리즈마 식각에 대한 데미지를 방지하여 전기적 특성을 향상시키고, 스카라이브레인(scribe lane) 상에 격자구조를 형성하여 발광 소자의 광추출 효율을 증가시킨다.
발광소자, 투명전극, 메사 식각, 격자구조
Description
도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광결정 발광 소자의 단면도.
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광결정 발광 소자의 상면도.
도 3 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 투명전극과 제2도핑층 동시 식각에 따른 광결정 발광 소자의 제조방법을 나타낸 플로우 차트.
도 4 는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 보호막 증착에 따른 광결정 발광 소자의 제조방법을 나타낸 플로우 차트.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 기판 110 : 제 1도핑층
120 : 활성층 130 : 제 2도핑층
140 : 투명전극 150 : 제 1전극
160 : 제 2전극
본 발명은 두 개의 상반된 도핑층 사이에 활성층을 포함한 발광 소자의 상부에 투명전극을 증착 후, 광결정 패턴을 형성한 후에 나노 사이즈 패터닝을 실시하고, 상기 투명전극과 하나의 도핑층을 함께 식각하여 플라즈마 데미지를 갖는 영역에 전극 컨택 없이 전류를 주입함에 따라 전기적 특성의 열화를 방지하는 전기적 특성을 향상한 광자결정 발광 소자 및 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 발광 다이오드는 두 개의 도핑층 사이에 바이어스를 인가하면 정공과 전자가 활성층으로 주입되어 재결합하여 광을 발생하며, 발생한 광은 소자의 모든 노출면으로 방출된다.
이때, 통상적으로 굴절률이 높아서 프레넬(Fresnel) 손실과 내부 전반사에 의한 손실이 발생하게 되는데, 이와 같이 발광 다이오드에서 외부로 방출되는 광의 손실을 방지하기 위하여 광결정(Photoing crystal) 패턴을 형성하였다.
그러나, 상기 광결정 패턴을 형성하는 방법에서 플라즈마 식각을 통해 격자구조가 형성되게 되는데, 이때의 데미지에 의하여 발광 다이오드의 전기적 특성이 열화되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 불편함을 해결하기 위하여 투명 전극과 제 2도핑층을 동시에 식각하여 플리즈마 데미지에 의해 전기적 특성이 열화 되는 것을 방지하고, 제 1전극 컨택을 위하여 진행되는 메사 식각 시에 스크라이브레인(scribe lane)상에 격자구조가 형성되어 광추출 효율을 극대화하는 전기적 특성을 향상한 광자결정 발광 소자 및 제조방법을 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 전기적 특성을 향상한 광자결정 발광 소자 및 제조방법에 있어서, 발광소자의 상부에 투명 전극을 증착한 후 나노 사이즈 패터닝을 실시하여, 투명전극과 제 2전극층을 동시에 식각하고, 메사 식각을 통해 제 1전극을 적층하여 제작함으로 스크라이브 레인(scribe lane) 상에 격자구조를 형성한다.
본 발명에서 기판, 제 1전극을 포함하는 제 1도핑층, 활성층 및 제 2전극과 투명전극을 포함하는 제 2도핑층을 포함하는 발광 소자에 있어서, 상기 제 1전극과 상기 제 2전극의 스크라이브 레인(scribe lane) 상에 격자구조를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 기판의 상부에 적층되는 제 1도핑층을 포함하고, 상기 제 1도핑층 일측에 메사 식각 된 저면에 적층되는 제 1전극을 포함하며, 상기 제 1도핑층의 식각되지 않은 부분의 상부에 적층되는 활성층을 포함한다. 그리고, 상기 활성층의 상부에 격자구조로 적층되는 제 2도핑층을 포함하며, 상기 제 2도핑층의 돌출된 부 분에 적층되는 투명전극을 포함하고, 상기 투명전극이 적층 된 제 2도핑층의 일측에 적층되는 제 2전극을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 제 1도핑층 및 제 2도핑층은 질화갈륨(GaN)을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 활성층은 양자우물층(MQW)인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 기판은 사파이어 기판인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 제 1전극과 제 2전극은 상이한 극성을 나타내는 것이 바람직하다.
본 발명에서 제 1도핑층, 활성층 및 제 2도핑층이 순차적으로 적층 된 발광 소자의 제조방법에 있어서, 상기 제 2도핑층의 상부에 투명전극이 증착되는 1단계를 포함하고, 상기 투명전극의 상부에 나노 사이즈의 패터닝을 실시하는 2단계를 포함한다. 그리고, 상기 패터닝을 따라 상기 투명전극과 상기 제 2도핑층을 동시에 식각하여 격자구조를 형성하는 3단계를 포함하며, 상기 3단계를 통해 형성된 발광 소자의 일측면에 메사 식각을 실행하고, 상기 식각 된 저면에 제 1전극을 형성하는 4단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 3단계에서는 식각 된 발광소자의 일측 상부에 제 2전극을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
제 1도핑층, 활성층 및 제 2도핑층이 순차적으로 적층 된 발광 소자의 제조방법에 있어서, 상기 제 2도핑층의 상부에 보호막이 증착되는 1단계를 포함하고, 상기 보호막의 상부에 나노 사이즈의 패터닝을 실시하는 2단계를 포함하며, 상기 패터닝을 따라 식각 마스크 물질을 증착하고 상기 제 2 도핑층을 식각하여 격자구조를 형성하는 3단계를 포함한다. 그리고, 상기 보호막과 상기 식각 마스크 물질을 제거하는 4단계를 포함하며, 상기 4단계를 통해 형성된 발광 소자의 일측면에 메사 식각을 실행하고, 상기 식각 된 저면에 제 1전극을 형성하는 5단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 마스크 물질은 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4), 포토레지스터(photoresist), 아이티오(ITO) 및 금속물질을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 금속물질은 크롬(Cr), 니켈(Ni) 및 금(Au)을 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광결정 발광 소자의 단면도이다.
도 1 을 참조하면, 기판(100), 제 1도핑층(110), 활성층(120), 제 2도핑층(130), 투명전극(140), 제 1전극(150) 및 제 2전극(160)을 포함한다.
상기 기판(100)은 열전도율이 낮은 사파이어 기판을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 제 1도핑층(110)은 N 반도체층 또는 P 반도체층으로 형성되며, 상기 제 2도핑층(130)과 서로 상이한 극성을 나타낸다. 본 발명에서는 상기 제 1도핑층(100)을 N 반도체층으로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 활성층(120)은 상기 제 1도핑층의 상부에 적층되며, 상기 제 1도핑층 및 제 2도핑층에서 발생하는 전자와 정공이 유입되어 전류를 흐르게 하여 빛을 방출하는 것으로 본 발명에서는 양자우물층(MQW)을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 제 2도핑층(130)은 본 발명에서 P 반도체층으로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 투명전극(140)은 광투과율이 높은 박막 전극으로서 산화 제이주석,삼산화인듐, 이산화티탄 등으로 구성된다.
상기 투명전극(140)은 상기 제 2도핑층(130)의 상부에 적층되며, 상기 투명전극(140)의 상부에 식각 마스크 물질로 나노 사이즈의 패터닝을 실시하고, 상기 투명전극(140)과 상기 제 2도핑층(130)을 동시에 식각함으로써 격자구조를 형성한다.
상기 제 1전극(150)은 본 발명에서 제 1도핑층과 같은 극성을 갖으며 N 전극을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제 1전극(150)은 상기의 투명전극(140)과 상기 제 2도핑층(130)이 동시에 식각됨에 따라 형성된 상기 격자구조의 일측에 메사 식각을 형성하여 형성된 저 면에 적층된다.
상기 제 2 전극(160)은 상기의 투명전극(140)과 상기 제 2도핑층(130)이 동시에 식각됨에 따라 형성된 격자구조의 일측에 적층되며, 본 발명에서는 상기 제 1전극(150)과 상이한 극성을 갖으며, P 전극을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면 상기 제 1전극(150)과 상기 제 2전극(160) 사이에 형성되는 스크라이브레인(scribe lane) 상에 격자구조를 형성함에 따라 광추출 효율을 극대화할 수 있다.(도 2 참조)
도 3 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 투명전극과 제2도핑층 동시식각에 따른 광결정 발광 소자의 제조방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 3 을 참조하면, 제 1도핑층, 활성층 및 제 2도핑층이 순차적으로 적층된 발광소자의 상부에 투명전극이 증착(S300)되는데, 상기 투명전극은 막 형태로 광투과율이 높은 박막 전극을 사용한다.
상기 증착된 투명전극의 상부에 식각 마스크 물질로 사용될 수 있는 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4), 포토레지스터(photoresist), 아이티오(ITO) 및 크롬(Cr), 니켈(Ni) 및 금(Au) 등을 포함한 금속물질을 증착한 후 나노 사이즈 패터닝(S310)을 실시한다.
이때, 패터닝 방법은 기존에 사용된 이빔, 레이저 홀로그래피, 나노임프린트 등의 방법을 사용한다.
이후, 상기 식각 마스크 물질에 대하여 식각 공정을 진행하고 이를 마스크로 하여 상기 투명전극과 상기 제 2도핑층을 동시에 식각(S320)이 가능한다.
상기와 같이 동시에 식각이 이뤄짐에 따라 제조 공정이 단순화되고, 상기 식각에 따라 격자구조가 형성된다.
상기 격자구조의 일측면에 제 2전극을 적층하고, 다른 일측면에 메사 식각(S330)을 실시하여, 상기 식각된 저면에 제 1전극을 적층한다.
이에 따라, 하나의 기판에 제 1전극 및 제 2전극이 형성되며, 상기 전극 사이인 스카라이브레인(scribe lane) 상에 격자구조가 형성됨에 따라 발광 효율을 극대화할 수 있다.
도 4 는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 보호막 증착에 따른 광결정 발광 소자의 제조방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 4 를 참조하면, 제 1도핑층, 활성층 및 제 2도핑층이 순차적으로 적층된 발광소자의 상부에 보호막을 증착(S400)한 후, 나노 패터닝을 형성(S410)하여, 식각 마스크 물질을 형성(S420)한다.
상기 마스크 물질을 형성한 후에 상기 제 2도핑층을 식각(S430)하고, 상기 보호막과 상기 마스크 물질을 제거(S440)한 후 일측면에 메사식각(S450)을 실시하여, 상기 식각된 저면에 제1전극을 적층한다.
상기와 같은 방법은 광결정 발광소자 제작시 전류 주입을 위해 형성되는 패드전극과 반도체 사이의 접촉저항이 증가하여 발광소자 특성이 열화되는 것을 방지하기 위하여 나노 패터닝 진행 후에 식각 마스크를 증착하고, 그 후 패드 영역을 보호할 수 있는 패터닝 작업을 추가하여 나노 식각을 진행한다.
상기의 방법은 제작 공정이 추가되기는 하지만, 발광소자의 전기적 특성이 열화되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 스크라이브레인(scribe lane) 상에 격자구조가 형성되어 발광 소자의 광 효율을 향상시키는 효과가 있다.
그리고, 투명전극과 제 2도핑층을 동시에 식각함에 따라 제조 공정이 단순화되는 효과가 있다.
또한, 투명전극을 적층 후 식각 과정이 이루어짐에 따라 플리즈마 식각에 대한 데미지를 방지하여 전기적 특성을 향상시키는 효과가 있다.
Claims (12)
- 기판과,상기 기판의 상부에 적층된 제 1도핑층과,상기 제 1도핑층의 일측의 메사 식각된 저면에 적층된 제 1전극과,상기 제 1도핑층의 식각되지 않은 부분의 상부에 적층된 활성층과,상기 활성층의 상부에 순차로 적층된 제 2도핑층 및 투명전극과,상기 제 2도핑층 및 투명전극의 일측에 적층된 제 2전극을 포함하는 발광소자에 있어서,상기 제 1전극과 상기 제 2전극 사이 영역의 제 2도핑층 및 투명전극은, 제 2도핑층의 상층부가 격자구조이고, 상기 격자구조의 상부면에만 투명전극이 설치되는 것을 특징으로 하는 전기적 특성을 향상한 광자결정 발광 소자.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1도핑층 및 제 2도핑층은 질화갈륨(GaN)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적 특성을 향상한 광자결정 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 활성층은 양자우물층(MQW)인 것을 특징으로 하는 전기적 특성을 향상한 광자결정 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 사파이어 기판인 것을 특징으로 하는 전기적 특성을 향상한 광자결정 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1전극은 제 1도핑층과 같은 극성을 가진 전극이고, 상기 제 2전극은 제 2도핑층과 같은 극성을 가진 전극으로서, 각각 N 전극과 P전극 중에 선택되는 반대 전극인 것을 특징으로 하는 전기적 특성을 향상한 광자결정 발광 소자.
- 기판 위에 제 1도핑층, 활성층 및 제 2도핑층이 순차적으로 적층된 발광 소자의 제조방법에 있어서,상기 제 2도핑층의 상부에 투명전극을 증착하는 1단계;상기 투명전극의 상부에 나노 사이즈의 패터닝을 실시하는 2단계;상기 패터닝을 따라 상기 투명전극과 상기 제 2 도핑층의 상부층을 동시에 식각하여 격자구조를 형성하고, 제 2도핑층의 격자구조의 돌출된 상부면에 투명전극이 구비된 구조를 형성하는 3단계; 및상기 3단계를 통해 형성된 발광 소자의 일측에 메사 식각을 실행하여 상기 식각된 저면에 제 1전극을 형성하고, 상기 발광 소자의 타측 상부에 제 2전극을 형성하는 4단계를 포함하는 전기적 특성을 향상한 광자결정 발광 소자 제조방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 나노 사이즈의 패터닝 방법은 이빔, 레이저 홀로그래피, 나노임프린트 중에서 선택된 어느 하나의 방법인 것을 특징으로 하는 전기적 특성을 향상한 광자결정 발광 소자 제조방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 2단계의 나노 사이즈 패터닝은 상기 투명전극 상부에 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4), 포토레지스터(photoresist), 아이티오(ITO), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 및 금(Au)으로 구성된 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 물질을 식각 마스크 물질로 하여 수행되는 것을 특징으로 하는 전기적 특성을 향상한 광자결정 발광 소자 제조방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 제 1전극은 제 1도핑층과 같은 극성을 가진 전극이고, 상기 제 2전극은 제 2도핑층과 같은 극성을 가진 전극으로서, 각각 N 전극과 P전극 중에 선택되는 반대 전극인 것을 특징으로 하는 전기적 특성을 향상한 광자결정 발광 소자 제조방법.
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
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