KR101126300B1 - 탄소나노튜브가 채워진 홀패턴을 구비하는 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법을 개시한다. 본 발명은 본 발명은 주기적인 홀패턴을 투명 전극층에 광결정 구조로서 형성하여, 광추출 효율을 향상시킬뿐만 아니라, 투명 전극층에 홀패턴을 형성함으로써, 투명 전극층과 반도체층과 접합하는 면적을 감소시켜 접촉 저항을 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 홀패턴 내부에 전도도가 뛰어나면서도 투과성이 양호한 탄소나노튜브를 채움으로써 투명 전극층의 전도도를 향상시켜 전류 분산 효과를 높이고, current crowding을 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 발광 소자에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 광결정 구조인 홀패턴을 포함하는 반도체 발광소자에 관한 것이다.
최근 질화갈륨계 (GaN) 발광다이오드 (light-emitting diodes, LEDs)는 녹색, 청색, 그리고 자외선 영역의 발광소자로 이용되면서 많은 주목을 받고 있다. 하지만 GaN 반도체와 공기와의 굴절률 차이로 인하여 동일한 내부양자효율을 갖는 LED를 제작하여도 빛을 외부로 방출하는 능력은 광추출 효율에 의해서 달라지게 된다.
즉, LED 내부의 다중양자우물 (multiple quantum wells, MQWs)에서 발생한 빛이 외부로 방출될 때, 질화갈륨 (n=2.4)과 공기 (n=1)와의 굴절률 차이로 인하여 빛이 방출될 수 있는 임계각(critical angle)이 감소하게 되고, 내부전반사 (total interal-reflection, TIR) 효과에 의해 약 90% 이상의 빛의 손실이 발생하게 되어, LED의 광추출 효율 및 광출력을 감소시키는 결정적인 원인을 제공하게 된다.
따라서, 이를 극복하기 위한 플립칩(flip-chip) 구조, chip shaping, 표면 요철형성 (surface texturing), 요철이 형성된 사파이어 기판 (patterned sapphire substrate: PSS), 광결정 (photonic crystal) 기술, 반사방지막 (anti-reflection layer) 구조 등을 이용한 다양한 방법들이 연구되고 있다.
하지만, 이러한 연구들은 발광다이오드의 기판과 평행한 방향인 윗면 혹은 아랫면에 패턴을 주어 광추출 효율을 향상시키기 위한 구조들로서, 이러한 종래 기술의 경우에는 광추출 효율이 개선되기는 하지만, 패턴형성시 사용되는 물리ㅇ화학적 식각공정에 의한 박막 표면의 공정상 손상으로 인하여 LED 소자의 전기적 특성이 열화되는 문제점이 발생하고, 특히, LED 소자의 광추출 효율을 향상시키기 위해서 일반적으로 이용되는 투명 전극층에 광결정 패턴을 형성한 경우에는 전류 확산이 원활하지 않아, 전류 주입 효율이 저하되어 current crowding 이 발생하는 문제점이 나타난다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 반도체 발광 소자의 발광 효율 및 전기적 특성이 모두 향상된 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 반도체 발광 소자는, 기판; 상기 기판에 형성되어, 순방향 전압이 인가되면 빛을 발생시키는 반도체층; 상기 반도체층 위에 형성되고, 홀패턴이 형성된 제 1 투명 전극층; 및 상기 홀패턴 내부에 채워진 탄소나노튜브를 포함한다.
또한, 상술한 반도체 발광 소자는 상기 제 1 투명 전극층 위에 형성된 제 2 투명 전극층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 투명 전극층은 상기 제 1 투명 전극층과 동일한 물질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 반도체층은 상기 기판위에 n-GaN층, 활성층, 및 p-GaN층이 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다.
한편, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 반도체 발광 소자는, 반사층; 상기 반사층 위에 형성된 제 2 투명 전극층; 상기 제 2 투명 전극층 위에 형성되고, 홀패턴이 형성된 제 1 투명 전극층; 상기 제 1 투명 전극층의 홀패턴에 채워진 탄소나노튜브; 및 상기 제 1 투명 전극층 위에 형성되어, 순방향 전압이 인가되면 빛을 발생시키는 반도체층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 투명 전극층은 상기 제 2 투명 전극층과 동일한 물질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 반도체층은 상기 제 1 투명 전극층 위에 p-GaN층, 활성층, 및 n-GaN층이 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다.
한편, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 반도체 발광 소자 제조 방법은, (a) 순방향 전압이 인가되면 빛을 발생시키는 반도체층을 기판에 형성하는 단계; (b) 제 1 투명 전극층을 상기 반도체층 위에 형성하는 단계; 및 (c) 상기 제 1 투명 전극층에 홀 패턴을 형성하고, 상기 제 1 투명 전극층에 형성된 홀패턴 내부에 탄소나노튜브를 채우는 단계를 포함한다.
또한, 상기 (c) 단계는, (c1) 상기 제 1 투명 전극층 위에 포토 레지스트층을 형성하는 단계; (c2) 상기 포토 레지스트층에 홀 패턴을 형성하는 단계; 및 (c3) 상기 포토 레지스트층에 형성된 홀 패턴을 이용하여 상기 제 1 투명 전극층을 식각하여 상기 제 1 투명 전극층에 홀패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (c2) 단계는, Laser-interference lithography 또는 nano-structure lithography 방식을 이용하여 상기 포토 레지스트층에 홀패턴을 형성할 수 있다.
또한, 상기 (c) 단계는, (c4) 상기 제 1 투명 전극층 위에 탄소나노튜브가 포함된 용액을 딥핑(dipping)하여 상기 홀패턴 내부에 탄소나노튜브를 채우는 단계; 및 (c5) 상기 홀패턴이 형성된 포토 레지스트층을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상술한 반도체 발광 소자 제조 방법은, (d) 상기 제 1 투명 전극층과 동일한 물질로, 상기 제 1 투명 전극층 위에 제 2 투명 전극층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상술한 반도체 발광 소자 제조 방법은, (e) 상기 제 2 투명 전극층 위에 반사층 및 접착층을 차례로 형성하는 단계; (f) 상기 접착층과 서브마운트 기판위에 형성된 솔더를 접합하는 단계; 및 (g) 상기 기판과 상기 반도체층 사이를 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 광결정 구조로서 주기적인 홀패턴을 투명 전극층에 형성하여, 광추출 효율을 향상시킬뿐만 아니라, 투명 전극층과 반도체층과 접합하는 면적을 감소시켜 접촉 저항을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 홀패턴 내부에 전도도가 뛰어나면서도 투과성이 양호한 탄소나노튜브를 채움으로써 투명 전극층의 전도도를 향상시켜 전류 분산 효과를 높이고, current crowding을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 구조를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제 1 투명 전극층의 평면도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 제 1 투명 전극층 및 제 2 투명 전극층에서 빛이 방출되는 예를 도시한 도면이다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 탄소나노튜브가 채워진 홀패턴을 구비하는 반도체 발광 소자를 제조하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 구조를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른, 수직형(vertical) 구조의 반도체 발광소자의 구조를 도시한 도면이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 수직형 반도체 발광 소자의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제 1 투명 전극층의 평면도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 제 1 투명 전극층 및 제 2 투명 전극층에서 빛이 방출되는 예를 도시한 도면이다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 탄소나노튜브가 채워진 홀패턴을 구비하는 반도체 발광 소자를 제조하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 구조를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른, 수직형(vertical) 구조의 반도체 발광소자의 구조를 도시한 도면이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 수직형 반도체 발광 소자의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 다만, 도 1 내지 도 7d에 도시된 각 층의 두께는 설명의 편의를 위해서 과장된 것임을 주의해야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 구조를 도시하는 도면이다.
도 1에 도시된 반도체 발광 소자는 현재 가장 일반화된 Top-emitting 구조의 발광 소자로서, 본 발명의 바람직할 제 1 실시예에서는 반도체 물질로서 질화물계 물질이 이용된 질화물계 발광소자를 예시적으로 설명한다.
도 1을 참조하면, 제 1 실시예에 따른 반도체 발광 소자는, 기판(110)위에 버퍼층(120)이 형성되고, 버퍼층(Un-doped GaN:120)위에 순전압이 인가되면 빛을 발생시키는 반도체층(130~150)이 형성되며, 반도체층위에 투명 전극층(160,170)이 형성되고, 투명 전극층(160,170) 위에 전극 콘택(180)이 형성되어 있으며, 제 1 반도체층(130) 위에도 전극 콘택(190)이 형성되어 있다. 또한, 반도체층은 제 1 반도체층(n-GaN층:130), 활성층(140) 및 제 2 반도체층(p-GaN층:150)이 순차적으로 형성된다. 본 발명의 특징은 투명 전극층(160,170)의 구조에 있고, 기판(110)위에 차례로 형성된 버퍼층(120) 및 반도체층(130~150)의 구성은 종래 기술과 동일하므로, 버퍼층(120) 및 반도체층에 대한 구체적인 설명은 생략하고, 투명 전극층(160,170)을 형성하는 구성을 중심으로 본 발명을 설명한다.
도 1에 도시된 투명 전극층은 제 1 투명 전극층(160)과 제 2 투명 전극층(170)이 차례로 적층되어 구성되고, 제 1 투명 전극층(160)은 내부에 주기적인 홀패턴(162)이 형성되어 있으며, 홀패턴(162)의 내부에는 탄소나노튜브(200)(Carbon NanoTube(CNT))가 채워져 있다.
제 1 투명 전극층(160)과 제 2 투명 전극층(170)은 서로 다른 물질로 형성될 수도 있으나, 서로 동일한 물질로 형성되는 것이 바람직하고, 제 2 투명 전극층(170)은 홀패턴(162)을 덮도록 제 1 투명 전극층(160) 위에 형성되어 있다. 도 1에서는 설명의 편의를 위해서 제 1 투명 전극층(160)과 제 2 투명 전극층(170) 사이에 점선으로 표시하였다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제 1 투명 전극층(160)의 평면도를 도시한 도면이다.
도 2를 더 참조하여 설명하면, 제 1 투명 전극층(160)에는 일정한 간격으로 홀패턴(162)이 형성되어 있고, 홀패턴(162) 내부에는 탄소나노튜브(200)가 채워져 있다. 주기적으로 형성된 홀패턴(162)은 제 1 투명 전극층(160)에 광결정 구조를 형성하여, 광추출 효율을 향상시킨다. 또한, 제 1 투명 전극층(160)에 홀패턴(162)을 형성함으로써, 제 1 투명 전극층(160)과 반도체층이 접합하는 면적이 감소하여 접촉 저항을 감소시킬 수 있다.
탄소나노튜브(200)는 탄소원자 하나가 주위의 다른 탄소원자 3개와 sp2 결합을 하여 육각형 벌집무늬를 형성한 관형상의 구조로서, 이 튜브의 직경이 대략 수 나노미터(nanometer, nm) 정도로 극히 작기 때문에 나노튜브라고 칭해진다. 탄소나노튜브(200)는 구리와 같은 높은 전기전도도를 나타내고, 다이아몬드와 같은 열전도도를 나타내며, 철강보다 훨씬 높은 강도를 나타내고, 광투과율이 매우 뛰어나다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 탄소나노튜브(200)는 홀패턴(162) 내부에 채워져서, 투명 전극층의 전도도를 향상시켜 전류 분산 효과를 높이고, current crowding을 방지하며, 광투과율이 우수하여 광추출 효율을 향상시킨다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 제 1 투명 전극층(160) 및 제 2 투명 전극층(170)에서 빛이 방출되는 예를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 제 1 투명 전극층(160)에 주기적으로 형성된 홀패턴(162)이 광결정 구조를 형성하여 광추출 효율을 향상시키고, 광결정 구조를 형성함으로써 전기전도도가 떨어지는 문제점은 광결정 구조인 홀패턴(162) 내부에 전도도가 뛰어난 탄소나노튜브(200)를 채움으로써 해결하였다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 탄소나노튜브(200)가 채워진 홀패턴(162)을 구비하는 반도체 발광 소자를 제조하는 방법을 설명하는 도면이다.
먼저, 도 4a를 참조하면, 일반적인 발광 다이오드 제조 공정에 따라서, 반도체 기판(110)위에, 버퍼층(Un-doped GaN)(120), 제 1 반도체층(n-GaN층)(130), 활성층(140), 및 제 2 반도체층(p-GaN층)(150)을 순차적으로 형성한다.
그 후, 도 4b에 도시된 바와 같이, 제 2 반도체층(150) 위에 인듐틴옥사이드(ITO)와 같은 투명 전극층의 형성에 이용될 수 있는 물질을 이용하여 제 1 투명 전극층(160)을 형성하고, 제 1 투명 전극층(160) 위에 감광 물질을 스핀 코팅하여 포토 레지스트층(300)을 형성한다.
포토 레지스트층(300)이 형성된 후, 포토 레지스트층(300) 위에, laser-interference lithography (LIL) 또는 nano-structure lithography (NSL) 방법을 이용하여 2차원 광결정 홀패턴(hole-pattern) 구조를 형성하고(도 4c 참조), ICP/RIE 공정을 이용하여 제 2 반도체층(p-GaN층)(150)층의 일부가 드러나도록 제 1 투명 전극층(160)을 충분히 식각함으로써, 제 1 투명 전극층(160)에 홀패턴 구조(162)를 형성한다(도 4d 참조). 도 4d의 식각 공정을 수행한 후 공정간 발생한 손상을 회복시키기 위하여 염산 (HCl) 용액을 이용하여 표면을 rinsing할 수 있다.
그 후, 탄소나노튜브(200)가 포함된 용액을 제 1 투명 전극층(160)과 포토 레지스트층(300)이 식각된 기판위에 떨어뜨려 딥핑(dipping)하고, 용액을 증발시켜 제 1 투명 전극층(160) 상의 홀패턴(162)에 탄소나노튜브(200)를 채운다(도 4e 참조). 이 때, 잔존하는 포토 레지스트층(300)의 상부에도 탄소나노튜브(200)가 존재한다.
잔존하는 포토 레지스트층(300)을 제거하면 광결정 구조를 이루도록 홀패턴(162)이 형성된 제 1 투명 전극층(160)과, 각 홀패턴(162)에 채워진 탄소나노튜브(200)가 드러나고, 도 4f에 도시된 바와 같이, 투명 전극층을 형성히기 위한 물질(예컨대, ITO)을 그 위에 증착하여, 제 2 투명 전극층(170)이 홀패턴(162)을 덮도록 형성한다. 이 때, 제 1 투명 전극층(160)과 제 2 투명 전극층(170)은 동일한 물질로 형성되는 것이 바람직하다.
제 2 투명 전극층(170)까지 형성되면, 일반적인 Top-emitting 방식의 발광소자와 마찬가지로, 기판의 측면을 제 1 반도체층(n-GaN층)(130)이 드러날때까지 식각하여 전극 콘택(n 전극 콘택:190)을 Ni, Au 등의 물질로 형성하고, 제 2 투명 전극층(170) 위에도 제 2 반도체층(150)에 대응되는 전극 콘택(p 전극 콘택:180)을 Ni, Au 등의 물질로 형성하여 도 1에 도시된 바와 같은 반도체 발광 소자를 완성한다.
지금까지 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 구조 및 그 제조 방법에 대해서 설명하였다. 상술한 제 1 실시예로부터 다양한 변형예가 도출될 수 있으며, 도 5에 도시된 본 발명의 바람직한 제 2 실시예는 상술한 제 1 실시예에서 제 2 투명 전극층(170)을 형성하는 과정을 생략하여, 반도체층위에 홀패턴(162)이 형성된 제 1 투명 전극층(160)과 홀패턴(162)에 채워진 탄소나노튜브(200)가 외부로 드러나도록 구성된다.
이러한 제 2 실시예의 경우에도, 홀패턴(162)으로 구현된 광결정 구조가 제 1 투명 전극층(160)에 형성되어 있으므로, 광추출 효율이 향상되고, 반도체층과의 접촉 면적이 감소되어 접촉 저항이 감소되며, 홀패턴(162)을 형성함으로써 발생하는 전류 분산이 저해되는 문제점은 홀패턴(162)에 전기전도도가 높은 탄소나노튜브(200)를 채움으로써 해결하였다.
제 2 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 제조 방법은, 상술한 제 1 실시예의 도 4a 내지 도 4e를 참조하여 설명한 것과 동일한 공정을 수행하고, 도 4e에 도시된 공정에서 포토 레지스트층(300)만을 제거하고, 일반적인 Top-emitting 방식의 발광소자와 마찬가지로, 기판(110)의 측면을 제 1 반도체층(n-GaN층)(130)이 드러날때까지 식각하여 전극 콘택(n 전극 콘택)을 Ni, Au 등의 물질로 형성하고, 제 2 투명 전극층(170) 위에도 제 2 반도체층(150)에 대응되는 전극 콘택(p 전극 콘택)을 Ni, Au 등의 물질로 형성하여 도 5에 도시된 바와 같은 반도체 발광 소자를 완성한다. 이 경우에, 탄소나노튜브의 성질에 따라서 홀패턴 내부에 채워진 탄소나노튜브는 외부로 방출되지 않는다.
지금까지 상술한 제 1 및 제 2 실시예의 경우에는 본 발명이 Top-emitting 방식의 반도체 발광 소자에 적용된 예를 설명하였다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른, 수직형(vertical) 구조의 반도체 발광소자의 구조를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 제 3 실시예에 따른 반도체 발광 소자는 오믹 메탈층(510,530)이 형성된 서브마운트 기판(520)위에 반도체층과 서브마운트 기판(520)을 접합하기 위한 접착층(490)이 형성되어 있고, 접착층(490) 위에 반사층(480)이 형성되어 있다.
반사층(480) 위에는 제 2 투명 전극층(470)이 형성되어 있고, 제 2 투명 전극층(470) 위에는 홀패턴(462)이 형성된 제 1 투명 전극층(460)이 형성되어 있으며, 홀패턴(462) 내부에는 탄소나노튜브(200)가 채워져있다.
또한, 홀패턴(462)이 형성된 제 1 투명 전극층(460) 위에는 일반적인 수직 구조의 LED 발광 소자와 마찬가지로, 제 2 반도체층(p-GaN층)(450), 활성층(440), 및 제 1 반도체층(n-GaN층)(430)이 형성되어 있으며, 제 1 반도체층(430) 위에는 전극 콘택(600)이 형성되어 있다.
제 3 실시예의 경우에도, 제 1 및 제 2 실시예와 동일하게, 제 1 투명 전극층(460)에 홀패턴(462)을 형성함으로써, 제 1 투명 전극층(460)과 제 2 반도체층(450)간의 접합면적을 감소시켜 접촉저항을 감소시킬 수 있을뿐만 아니라, 홀패턴(462) 내부에 탄소나노튜브(200)를 채움으로써 전기전도도를 향상시켜, 전류분산 효율을 향상시킬 수 있다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 수직형 반도체 발광 소자의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
먼저, 도 7a를 참조하면, 먼저, 제 1 실시예와 동일한 방식으로 사파이어 기판과 같이, 일반적으로 수직구조의 발광 소자의 생성에 이용되는 기판(410)(이하에서는 사파이어 기판을 예시적으로 설명함) 위에, 버퍼층(420), 제 1 반도체층(n-GaN층)(430), 활성층(440), 제 2 반도체층(p-GaN층)(450), 탄소나노튜브(200)가 채워진 홀패턴(462)이 형성된 제 1 투명 전극층(460), 및 제 2 투명 전극층(470)을 차례로 형성한다. 그 후, 제 2 투명 전극층(470)의 상부에 Ag, Al, Pt, Au, Ni, Ti, ITO 또는 이들의 조합으로 이루어는 물질로 반사층(480)을 형성하고, 반사층(480) 위에 서브마운트 기판(520)과의 접착을 위한 접착층(490)을 형성한다.
한편, 도 7a 에 도시된 반도체층이 접착될 서브마운트 기판(520)은, 도 7b 에 도시된 바와 같이, 약 100㎛ 정도의 두께를 갖는 기판(410)의 양면을 폴리싱한 후, 폴리싱된 기판(410)의 상면과 하면에 오믹 메탈층(510,530)을 형성하고, 오믹 메탈층(530) 위에 사파이어 기판(410)에 형성된 반도체층과 접합하기 위한 솔더(solder;540)를 1㎛ 이상의 두께로 형성한다.
그 후, 반도체층이 형성된 사파이어 기판(410)이 위로 오도록 사파이어 기판(410)에 형성된 접착층(490)과 서브 마운트 기판(410)에 형성된 솔더(540)를 서로 접합하고, 사파이어 기판(410)을 분리하기 위해서 245~305㎚ 의 UV 레이저를 사파이어 기판(410)을 통해서 조사한다(도 7c 참조).
조사된 레이저는 사파이어 기판(410)을 투과하여 사파이어 기판(410)과 버퍼층(Un-doped GaN:420)의 경계면에서 흡수되어, GaN 물질이 Ga 과 N2로 분리된다. 이때 형성된 N2 는 외부로 방출되고, 계면에는 Ga 만이 남게되는데, 융점이 30℃ 정도인 Ga 은 가해진 열에 의해서 용융되고, 따라서 사파이이 기판(410)은 반도체층으로부터 분리되어 서브마운트 기판(520)상에는 발광 소자의 반도체층만 남게 된다(도 7d 참조).
사파이어 기판(410)이 분리된 후의 반도체층의 최상면인 버퍼층(420)은 표면에 어느 정도의 두께를 갖는 손상된 층으로 남게된다. 따라서, 이 손상된 부분을 제거하고 제 1 반도체층(n-GaN층)(430) 위에 전극을 형성하기 위해서 버퍼층(420)을 제거하여 제 1 반도체층(430)이 드러날때까지 식각하고, 식각 과정중에 발생한 크리스탈 손상을 회복하기 위해서 열처리를 수행한다.
그 후, 상술한 공정을 통해서 표면으로 드러난 제 1 반도체층(n-GaN층)(430)의 표면위에 n형 전극 콘택(600)을 형성하여 도 6에 도시된 바와 같은, 수직 구조의 반도체 발광 소자를 제조한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
110, 410 기판
120, 420 버퍼층
130, 430 제 1 반도체층(n-GaN층)
140, 440 활성층
150, 450 제 2 반도체층(p-GaN층)
160, 460 제 1 투명 전극층
170, 470 제 2 투명 전극층
180, 190 전극 콘택
480 반사층
490 접착층
510, 530 오믹 메탈층
520 서브마운트 기판
120, 420 버퍼층
130, 430 제 1 반도체층(n-GaN층)
140, 440 활성층
150, 450 제 2 반도체층(p-GaN층)
160, 460 제 1 투명 전극층
170, 470 제 2 투명 전극층
180, 190 전극 콘택
480 반사층
490 접착층
510, 530 오믹 메탈층
520 서브마운트 기판
Claims (13)
- 기판;
상기 기판에 형성되어, 순방향 전압이 인가되면 빛을 발생시키는 반도체층;
상기 반도체층 위에 형성되고, 홀패턴이 형성된 제 1 투명 전극층; 및
상기 홀패턴 내부에 채워진 탄소나노튜브를 포함하고,
상기 반도체층은 상기 기판위에 n-GaN층, 활성층, 및 p-GaN층이 순차적으로 적층되어 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 투명 전극층 위에 형성된 제 2 투명 전극층을 더 포함하는 것을 더 포함하는 반도체 발광 소자. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 투명 전극층은 상기 제 1 투명 전극층과 동일한 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자. - 삭제
- 반사층;
상기 반사층 위에 형성된 제 2 투명 전극층;
상기 제 2 투명 전극층 위에 형성되고, 홀패턴이 형성된 제 1 투명 전극층;
상기 제 1 투명 전극층의 홀패턴에 채워진 탄소나노튜브; 및
상기 제 1 투명 전극층 위에 형성되어, 순방향 전압이 인가되면 빛을 발생시키는 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 투명 전극층은 상기 제 2 투명 전극층과 동일한 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자. - 제 5 항에 있어서,
상기 반도체층은 상기 제 1 투명 전극층 위에 p-GaN층, 활성층, 및 n-GaN층이 순차적으로 적층되어 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자. - (a) 순방향 전압이 인가되면 빛을 발생시키는 반도체층을 기판에 형성하는 단계;
(b) 제 1 투명 전극층을 상기 반도체층 위에 형성하는 단계; 및
(c) 상기 제 1 투명 전극층에 홀 패턴을 형성하고, 상기 제 1 투명 전극층에 형성된 홀패턴 내부에 탄소나노튜브를 채우는 단계;를 포함하고,
상기 (a) 단계는
상기 기판위에 n-GaN층, 활성층, 및 p-GaN층이 순차적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자 제조 방법. - 제 8 항에 있어서, 상기 (c) 단계는
(c1) 상기 제 1 투명 전극층 위에 포토 레지스트층을 형성하는 단계;
(c2) 상기 포토 레지스트층에 홀 패턴을 형성하는 단계; 및
(c3) 상기 포토 레지스트층에 형성된 홀 패턴을 이용하여 상기 제 1 투명 전극층을 식각하여 상기 제 1 투명 전극층에 홀패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자 제조 방법. - 제 9 항에 있어서, 상기 (c2) 단계는
Laser-interference lithography 또는 nano-structure lithography 방식을 이용하여 상기 포토 레지스트층에 홀패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자 제조 방법. - 제 9 항에 있어서, 상기 (c) 단계는
(c4) 상기 제 1 투명 전극층 위에 탄소나노튜브가 포함된 용액을 딥핑(dipping)하여 상기 홀패턴 내부에 탄소나노튜브를 채우는 단계; 및
(c5) 상기 홀패턴이 형성된 포토 레지스트층을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자 제조 방법. - 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
(d) 상기 제 1 투명 전극층과 동일한 물질로, 상기 제 1 투명 전극층 위에 제 2 투명 전극층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자 제조 방법. - 제 12 항에 있어서,
(e) 상기 제 2 투명 전극층 위에 반사층 및 접착층을 차례로 형성하는 단계;
(f) 상기 접착층과 서브마운트 기판위에 형성된 솔더를 접합하는 단계; 및
(g) 상기 기판과 상기 반도체층 사이를 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자 제조 방법.
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