KR101134840B1 - Light Emitting Device and Method of Manufacturing Thereof - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 발광 소자는 복수개의 나노로드를 포함하는 나노로드 집합체; 복수개가 이격된 상기 나노로드 집합체 상에 제1 도전성 반도체층; 상기 제1 도전성 반도체층 상에 활성층; 및 상기 활성층 상에 제2 도전성 반도체층을 포함한다.The light emitting device according to the embodiment includes a nanorod assembly including a plurality of nanorods; A first conductive semiconductor layer on the plurality of nanorod assemblies spaced apart; An active layer on the first conductive semiconductor layer; And a second conductive semiconductor layer on the active layer.
발광 소자 Light emitting element
Description
본 발명은 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a light emitting device and a method of manufacturing the same.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광 소자이다.Light emitting diodes (LEDs) are semiconductor light emitting devices that convert current into light.
발광 다이오드에 의해 방출되는 빛의 파장은 상기 발광 다이오드를 제조하는데 사용되는 반도체 재료에 따라 결정된다. 이는 방출된 빛의 파장이 가전자대(valence band) 전자들과 전도대(conduction band) 전자들 사이의 에너지 차를 나타내는 반도체 재료의 밴드갭(band-gap)에 따라 결정되기 때문이다.The wavelength of light emitted by the light emitting diode depends on the semiconductor material used to manufacture the light emitting diode. This is because the wavelength of the emitted light is determined in accordance with the band-gap of the semiconductor material, which represents the energy difference between valence band electrons and conduction band electrons.
최근 발광 다이오드는 휘도가 점차 증가하게 되어 디스플레이용 광원, 자동차용 광원 및 조명용 광원으로 사용이 증가하고 있으며, 형광 물질을 이용하거나 다양한 색의 발광 다이오드를 조합함으로써 효율이 우수한 백색 광을 발광하는 발광 다이오드도 구현이 가능하다.Recently, the light emitting diode is gradually increasing in brightness, and is being used as a light source for a display, an automotive light source, and an illumination light source. A light emitting diode that emits white light having high efficiency by using a fluorescent material or by combining various color light emitting diodes. It is also possible to implement.
한편, 발광 다이오드의 휘도는 활성층의 구조, 빛을 외부로 효과적으로 추출할 수 있는 광 추출 구조, 칩의 크기, 발광 다이오드를 포위하는 몰딩부재의 종류 등 다양한 조건들에 의해 좌우된다.On the other hand, the brightness of the light emitting diode depends on various conditions such as the structure of the active layer, the light extraction structure that can effectively extract light to the outside, the size of the chip, the type of the molding member surrounding the light emitting diode.
실시예는 광 추출 효율이 향상된 발광 소자 및 그 제조방법을 제공한다.The embodiment provides a light emitting device having improved light extraction efficiency and a method of manufacturing the same.
실시예는 복수개의 나노로드를 간단하게 제조할 수 있는 발광 소자 제조방법을 제공한다. The embodiment provides a method of manufacturing a light emitting device that can easily manufacture a plurality of nanorods.
실시예는 기판 상에 복수개의 나노로드 및 질화물 반도체를 용이하게 성장할 수 있는 발광 소자 제조방법을 제공한다.The embodiment provides a method of manufacturing a light emitting device capable of easily growing a plurality of nanorods and nitride semiconductors on a substrate.
실시예에 따른 발광 소자는 복수개의 나노로드를 포함하는 나노로드 집합체; 복수개가 이격된 상기 나노로드 집합체 상에 제1 도전성 반도체층; 상기 제1 도전성 반도체층 상에 활성층; 및 상기 활성층 상에 제2 도전성 반도체층을 포함한다.The light emitting device according to the embodiment includes a nanorod assembly including a plurality of nanorods; A first conductive semiconductor layer on the plurality of nanorod assemblies spaced apart; An active layer on the first conductive semiconductor layer; And a second conductive semiconductor layer on the active layer.
실시예에 따른 발광 소자 제조방법은 기판 상에 복수개의 이격된 패턴을 가지는 마스크층을 형성하는 단계; 상기 복수개의 이격된 패턴에 복수개의 나노로드 및 씨드층을 포함하는 나노로드 집합체를 성장하는 단계; 상기 마스크층을 제거하는 단계; 및 상기 기판 및 상기 나노로드 집합체 상에 발광 구조물을 형성하는 단계를 포함한다.In another embodiment, a light emitting device manufacturing method includes: forming a mask layer having a plurality of spaced apart patterns on a substrate; Growing a nanorod aggregate including a plurality of nanorods and seed layers in the plurality of spaced patterns; Removing the mask layer; And forming a light emitting structure on the substrate and the nanorod aggregate.
실시예는 광 추출 효율이 향상된 발광 소자 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.The embodiment can provide a light emitting device capable of improving light extraction efficiency and a method of manufacturing the same.
실시예는 복수개의 나노로드를 간단하게 제조할 수 있는 발광 소자 제조방법 을 제공할 수 있다.The embodiment can provide a method of manufacturing a light emitting device that can easily manufacture a plurality of nanorods.
실시예는 기판 상에 복수개의 나노로드 및 질화물 반도체를 용이하게 성장할 수 있는 발광 소자 제조방법을 제공할 수 있다.The embodiment can provide a method of manufacturing a light emitting device capable of easily growing a plurality of nanorods and nitride semiconductors on a substrate.
본 발명에 따른 실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.In the description of embodiments according to the present invention, each layer (film), region, pattern or structure is "on" or "under" a substrate, each layer (film), region, pad or pattern. In the case of being described as being formed "in", "on" and "under" include both "directly" or "indirectly" formed. In addition, the criteria for the top or bottom of each layer will be described with reference to the drawings.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. In the drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity of description. In addition, the size of each component does not necessarily reflect the actual size.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들에 따른 발광 소자 및 그 제조방법에 대해 설명한다.Hereinafter, a light emitting device and a method of manufacturing the same according to embodiments will be described with reference to the accompanying drawings.
<제1 실시예><First Embodiment>
도 1은 제1 실시예에 따른 발광 소자(100)를 나타내는 도면이다. 1 is a view showing a
도 1을 참조하면, 상기 발광 소자(100)는 기판(110), 복수개의 나노로드(Nanorod) 집합체(115), 비전도성 반도체층(120), 제1 도전성 반도체층(130), 활성층(140), 제2 도전성 반도체층(150), 제1 전극(170) 및 제2 전극(180)을 포함한 다. Referring to FIG. 1, the
상기 기판(110)은 사파이어 기판(Al203), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, GaAs, 금속성 기판 등으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. The
상기 기판(110) 상에는 복수개의 나노로드(Nanorod) 집합체(115)가 서로 이격되어 형성될 수 있다. The plurality of
상기 나노로드 집합체(115)는 복수개의 나노로드를 포함하며, 상기 복수개의 나노로드는 상기 기판(110)에 대하여 수직 방향으로 성장된다. The
상기 나노로드 집합체(115)는 ZnO, In2O3 와 같은 반도체 산화물, GaN과 같은 질화물, SiC와 같은 카바이드, GaAs, GaP, InP, GaInP, AlGaAs 와 같은 Ⅲ-Ⅴ족 또는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체 또는 실리콘(Si) 등으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. The
상기 나노로드 집합체(115)가 성장되는 온도는 60℃ 내지 200℃ 일 수 있다. 상기 온도 범위는 상기 나노로드 집합체(115)를 성장하는 과정에서 형성되는 포토레지스트(Photoresist)가 손상되지 않는 온도 범위이므로 상기 나노로드 집합체(115)를 안정적으로 성장할 수 있다. 이에 대해서는 상기 발광 소자(100)의 제조방법에서 자세히 후술한다. The temperature at which the
상기 나노로드 집합체(115)의 길이는 1μm 내지 100μm 일 수 있으며, 상기 나노로드 집합체(115)에 포함된 각각의 나노로드의 직경은 1nm 내지 1000nm 일 수 있다. The length of the
상기 나노로드 집합체(115)는 상기 발광 소자(100)에서 발광된 빛을 굴절, 회절, 산란 또는 반사시켜서 상기 발광 소자(100)의 외부로 방출하므로, 상기 발광 소자(100)의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. The nanorod
상기 기판(110) 및 상기 나노로드 집합체(115)의 측면 및/또는 상면에는 비전도성 반도체층(120) 및/또는 발광 구조물(145)이 형성될 수 있다. The
즉, 상기 비전도성 반도체층(120)의 두께는 상기 나노로드 집합체(115)의 길이보다 두껍게 형성되거나, 상기 나노로드 집합체(115)의 길이보다 얇도록 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. That is, the thickness of the
상기 발광 구조물(145)은 빛을 발광하는 최소한의 구조물로써, 제1 도전성 반도체층(130), 활성층(140) 및 제2 도전성 반도체층(150)을 포함한다. The
상기 기판(110) 및 상기 나노로드 집합체(115) 상에는 상기 비전도성 반도체층(120)이 형성될 수 있다. 상기 비전도성 반도체층(120)은 상기 제1,제2 도전성 반도체층(130,150)보다 전기전도성이 현저히 낮은 반도체층이며, 예를 들어 불순물을 도핑하지 않은 언도프드(Undoped) 반도체층일 수 있다. The
상기 기판(110)과 상기 비전도성 반도체층(120) 사이에는 버퍼층(미도시)이 삽입될 수 있다. 상기 버퍼층(미도시)은 상기 기판(110)과 상기 비전도성 반도체층(120) 사이의 격자 상수 차이를 줄여주기 위한 층으로, AlInN, InN, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, AlInGaN 등에서 어느 하나로 형성될 수 있다.A buffer layer (not shown) may be inserted between the
한편, 상기 버퍼층(미도시)과 비전도성 반도체층(120)은 적어도 한 층이 형성되거나, 두 층 모두 존재하지 않을 수 있다. Meanwhile, at least one layer of the buffer layer and the
상기 비전도성 반도체층(120) 상에는 제1 도전성 반도체층(130)이 형성된다. 상기 제1 도전성 반도체층(130)은 예를 들어, n형 반도체층을 포함할 수 있는데, 상기 n형 반도체층은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlInN, AlN, InN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가 도핑된다. The first
상기 제1 도전성 반도체층(130) 상에는 상기 활성층(140)이 형성되며, 상기 활성층(140)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. The active layer 140 is formed on the first
상기 활성층(140)의 위 및/또는 아래에는 n형 또는 p형 도펀트가 도핑된 클래드층(미도시)이 형성될 수도 있으며, 상기 클래드층(미도시)은 AlGaN층 또는 InAlGaN층으로 구현될 수 있다. A clad layer (not shown) doped with an n-type or p-type dopant may be formed on and / or under the active layer 140, and the clad layer (not shown) may be implemented as an AlGaN layer or an InAlGaN layer. have.
상기 활성층(140) 상에는 상기 제2 도전성 반도체층(150)이 형성된다. 상기 제2 도전성 반도체층(150)은 예를 들어, p형 반도체층으로 구현될 수 있는데, 상기 p형 반도체층은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlInN, AlN, InN 등에서 선택될 수 있으며, Mg 등의 p형 도펀트가 도핑된다. The second
한편, 상기 제1 도전성 반도체층(130)과 제2 도전성 반도체층(150)에 각각 p형과 n형의 도펀트가 도핑될 수 있으며, 이에 대해 한정하지 않는다. 또한, 도시되 지는 않았지만 상기 제2 도전성 반도체층(150) 상에는 제3 도전성 반도체층(미도시)이 형성될 수 있다. 따라서 상기 반도체 발광 소자(100)는 pn, np, pnp, npn 접합 구조 중 어느 하나로 형성될 수 있다. Meanwhile, p-type and n-type dopants may be doped into the first
상기 제2 도전성 반도체층(150) 상에는 투명 전극층(160)이 형성될 수 있다. 상기 투명 전극층(160)은 ITO, IZO(In-ZnO), GZO(Ga-ZnO), AZO(Al-ZnO), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 포함하며, 이러한 재료로 한정하지는 않는다. The
상기 투명 전극층(160) 상에는 제2 전극(180)이 형성될 수 있으며, 상기 제1 도전성 반도체층(130) 상에는 제1 전극(170)이 형성될 수 있다. 상기 제1, 제2 전극(170,180)은 상기 발광 소자(100)에 전원을 제공한다.The
이하에서는, 도 1 내지 도 8을 참조하여 상기 발광 소자(100)의 제조방법에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing the
도 2를 참조하면, 기판(110) 상에 복수개의 이격된 패턴(118)을 가지는 마스크층(117)이 형성될 수 있다. Referring to FIG. 2, a
상기 기판(110)은 사파이어 기판(Al203), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, GaAs, 금속성 기판 등으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. The
상기 마스크층(117)은 예를 들어, 포토레지스트(PR : Photoresist)로 형성될 수 있으며, 상기 복수개의 이격된 패턴(118)은 포토리소그래피(Photolithography) 공정에 의해 형성될 수 있다. The
한편, 상기 복수개의 이격된 패턴(118)은 전자 빔 리소그래피(E-beam Lithography), 레이저 홀로그램(Laser Hologram), 딥 유브이 스탭퍼(Deep UV Stepper) 등의 리소그래피(Lithography) 공정에 의해 상기 마스크층(117) 상에 형성될 수도 있으며 이에 대해 한정하지 않는다. On the other hand, the plurality of spaced
도 7을 참조하면, 상기 마스크층(117)의 복수개의 이격된 패턴(118)은 다양한 패턴을 가지도록 형성될 수 있으며, 도시된 것처럼 원형의 패턴이 복수개가 이격되도록 형성될 수 있다. 상기 복수개의 이격된 패턴(118)은 이외에도 다양하게 형성될 수 있으며, 예를 들어, 다각형, 타원형 등의 패턴을 가지도록 형성될 수 있다.Referring to FIG. 7, the plurality of spaced
도 3 및 도 8을 참조하면, 상기 기판(110) 상의 상기 복수개의 이격된 패턴(118)에는 나노로드 집합체(115)가 성장되어 형성될 수 있다. 3 and 8, nanorod aggregates 115 may be grown and formed in the plurality of spaced
즉, 상기 기판(110) 상에는 복수개의 상기 나노로드(Nanorod) 집합체(115)가 상기 복수개의 이격된 패턴(118)에 의해 서로 이격되어 형성될 수 있다. That is, the plurality of nanorod aggregates 115 may be formed on the
상기 나노로드 집합체(115)는 복수개의 나노로드(112)를 포함하며, 상기 나노로드(112)는 상기 기판(110)에 대하여 수직 방향으로 성장된다. The
한편, 상기 나노로드 집합체(115)를 성장할 때, 처음에는 씨드층(113)이 형성된 다음에, 상기 씨드층(113) 상에 복수개의 나노로드(112)가 형성된다. 즉, 복수개의 상기 나노로드(112)들은 상기 씨드층(113)에 의해 하단이 서로 연결될 수 있으며, 상기 기판(110) 중 상기 씨드층(113)이 형성된 영역은 상기 씨드층(113)에 의해 노출되지 않을 수 있다. Meanwhile, when the
이처럼, 상기 씨드층(113)에 의해 상기 기판(110)이 노출되지 않는 영역이 생기는 경우, 상기 기판(110) 상에 상기 발광 구조물을 성장할 때, 상기 씨드층(113)이 형성된 영역에는 상기 발광 구조물의 성장이 원활치 못하여 움푹 패이는 등의 현상이 발생하여 상기 발광 소자(100)의 신뢰성을 저하할 수 있다.As such, when a region in which the
도 4를 참조하면, 이러한 현상을 방지하기 위해, 상기 기판(110)이 노출되도록 상기 나노로드 집합체(115)에 에칭을 실시할 수 있다. Referring to FIG. 4, in order to prevent such a phenomenon, the
상기 에칭은 반응성 이온 식각법(RIE : Reactive Ion Etching)을 포함하는 건식 식각일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. The etching may be a dry etching including Reactive Ion Etching (RIE), but is not limited thereto.
상기 에칭에 의해 상기 나노로드 집합체(115)에서 상기 기판(110)이 노출될 수 있으며, 상기 기판(110) 상에 상기 발광 구조물을 원활히 성장시킬 수 있게 된다. The
한편, 상기 에칭은 상기 나노로드 집합체(115)의 전 영역에 대해 실시될 수 있으므로, 상기 에칭에 의해 상기 씨드층(113) 뿐만 아니라, 상기 복수개의 나노로드(112)도 상부가 일부 제거될 수 있다.On the other hand, since the etching may be performed for the entire region of the
따라서, 상기 나노로드 집합체(115)에 상기 에칭을 실시할 경우에는 이를 고려하여 최초에 상기 나노로드 집합체(115)를 약간 길게 성장할 수 있다. 즉, 원하는 상기 나노로드 집합체(115)의 길이가 제1 길이인 경우, 상기 에칭을 고려하여 최초에 상기 나노로드 집합체(115)의 길이를 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이로 성장할 수 있다. Accordingly, when the etching is performed on the
상기 나노로드 집합체(115)는 상기 기판(110) 상에 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 스퍼터링법(Sputtering), 열 또는 전자빔 증발법(Thermal or Electron Beam Evaporation), 펄스레이저 증착법(Pulse Laser Deposition), 기상 이송법(Vapor-Phase Transport Process) 등의 방법을 이용하여 성장될 수 있으며, 바람직하게는 유기금속 화학 증착법(MOCVD : Metal Organic Chemical Vapor Deposition)을 이용하여 성장되어 형성될 수 있다. The
상기 나노로드 집합체(115)는 ZnO, In2O3 와 같은 반도체 산화물, GaN과 같은 질화물, SiC와 같은 카바이드, GaAs, GaP, InP, GaInP, AlGaAs 와 같은 Ⅲ-Ⅴ족 또는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체 또는 실리콘(Si) 등으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. The
상기 나노로드 집합체(115)가 성장되는 온도는 60℃ 내지 200℃ 일 수 있다. 상기 온도 범위는 상기 포토레지스트(Photoresist)가 손상되지 않는 온도 범위이므로 상기 나노로드 집합체(115)를 안정적으로 성장할 수 있다. The temperature at which the
상기 나노로드 집합체(115)의 길이는 1μm 내지 100μm 일 수 있으며, 상기 나노로드 집합체(115)에 포함된 각각의 나노로드의 직경은 1nm 내지 1000nm 일 수 있다. The length of the
상기 나노로드 집합체(115)는 상기 발광 소자(100)에서 발광된 빛을 굴절, 회절, 산란 또는 반사시켜서 상기 발광 소자(100)의 외부로 방출하므로, 상기 발광 소자(100)의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. The
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 기판(110)에서 상기 마스크층(117)을 제거한 다. 상기 마스크층(117)은 에싱(Ashing), 에칭 등에 의해 제거될 수 있으며 이에 대해 한정하지는 않는다. 4 and 5, the
상기 마스크층(117)이 제거되므로, 상기 기판(110)이 노출되게 되어 상기 기판 상에 상기 발광 구조물(145)이 원활하게 성장할 수 있게 된다. Since the
즉, 상기 마스크층(117)을 형성하여, 상기 발광 구조물(145)을 원활히 성장하기 위한 영역을 충분히 확보하면서, 상기 기판(110) 상에 상기 나노로드 집합체(115)를 형성할 수 있다.That is, the
도 6을 참조하면, 상기 기판(110) 및 상기 나노로드 집합체(115) 상에는 비전도성 반도체층(120) 및 발광 구조물(145)이 형성될 수 있다. 상기 발광 구조물(145)은 빛을 발광하는 최소한의 구조물로써, 제1 도전성 반도체층(130), 활성층(140) 및 제2 도전성 반도체층(150)을 포함한다. Referring to FIG. 6, a
상기 비전도성 반도체층(120) 및 발광 구조물(145) 등은 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있다.The
상기 기판(110) 및 상기 나노로드 집합체(115) 상에는 상기 비전도성 반도체층(120)이 형성될 수 있다. 상기 비전도성 반도체층(120)은 상기 제1,제2 도전성 반도체층(130,150)보다 전기전도성이 현저히 낮은 반도체층이며, 예를 들어 불순물을 도핑하지 않은 언도프드(Undoped) 반도체층일 수 있다. The
상기 기판(110)과 상기 비전도성 반도체층(120) 사이에는 버퍼층(미도시)이 삽입될 수 있다. 상기 버퍼층(미도시)은 상기 기판(110)과 상기 비전도성 반도체층(120) 사이의 격자 상수 차이를 줄여주기 위한 층으로, AlInN, InN, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, AlInGaN 등에서 어느 하나로 형성될 수 있다.A buffer layer (not shown) may be inserted between the
한편, 상기 버퍼층(미도시)과 비전도성 반도체층(120)은 적어도 한 층이 형성되거나, 두 층 모두 존재하지 않을 수 있다. Meanwhile, at least one layer of the buffer layer and the
상기 비전도성 반도체층(120) 상에는 제1 도전성 반도체층(130)이 형성된다. 상기 제1 도전성 반도체층(130)은 예를 들어, n형 반도체층을 포함할 수 있는데, 상기 n형 반도체층은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlInN, AlN, InN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가 도핑된다. The first
상기 제1 도전성 반도체층(130) 상에는 상기 활성층(140)이 형성되며, 상기 활성층(140)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. The active layer 140 is formed on the first
상기 활성층(140)의 위 및/또는 아래에는 n형 또는 p형 도펀트가 도핑된 클래드층(미도시)이 형성될 수도 있으며, 상기 클래드층(미도시)은 AlGaN층 또는 InAlGaN층으로 구현될 수 있다. A clad layer (not shown) doped with an n-type or p-type dopant may be formed on and / or under the active layer 140, and the clad layer (not shown) may be implemented as an AlGaN layer or an InAlGaN layer. have.
상기 활성층(140) 상에는 상기 제2 도전성 반도체층(150)이 형성된다. 상기 제2 도전성 반도체층(150)은 예를 들어, p형 반도체층으로 구현될 수 있는데, 상기 p형 반도체층은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlInN, AlN, InN 등에서 선택될 수 있으며, Mg 등의 p형 도펀트가 도핑된다. The second
한편, 상기 제1 도전성 반도체층(130)과 제2 도전성 반도체층(150)에 각각 p형과 n형의 도펀트가 도핑될 수 있으며, 이에 대해 한정하지 않는다. 또한, 도시되지는 않았지만 상기 제2 도전성 반도체층(150) 상에는 제3 도전성 반도체층(미도시)이 형성될 수 있다. 따라서 상기 반도체 발광 소자(100)는 pn, np, pnp, npn 접합 구조 중 어느 하나로 형성될 수 있다. Meanwhile, p-type and n-type dopants may be doped into the first
도 6 및 도 1을 참조하면, 상기 제2 도전성 반도체층(150) 상에는 투명 전극층(160)이 형성될 수 있다. 상기 투명 전극층(160)은 ITO, IZO(In-ZnO), GZO(Ga-ZnO), AZO(Al-ZnO), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 포함하며, 이러한 재료로 한정하지는 않는다. 6 and 1, a
상기 투명 전극층(160) 상에는 제2 전극(180)이 형성될 수 있으며, 상기 제1 도전성 반도체층(130) 상에는 제1 전극(170)이 형성될 수 있다. 이때, 상기 발광 구조물(145)에는 메사 에칭이 실시되어 상기 제1 도전성 반도체층(130)이 노출될 수 있으며, 여기에 상기 제1 전극(170)이 형성될 수 있다. 상기 제1, 제2 전극(170,180)은 상기 발광 소자(100)에 전원을 제공한다.The
<제2 실시예>Second Embodiment
이하, 제2 실시예에 따른 발광 소자(100B) 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명한다. 제2 실시예를 설명함에 있어서, 상기 제1 실시예와 동일한 부분에 대해서는 제1 실시예를 참조하며, 중복 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, the
도 9를 참조하면, 제2 실시예에 따른 발광 소자(100B)는 기판(110), 상기 기판(110) 상에 복수개의 나노로드(112b), 상기 기판(110) 및 복수개의 나노로드(112b) 상에 비전도성 반도체층(120), 상기 비전도성 반도체층(120) 상에 발광 구조물(145)을 포함한다.9, the
상기 발광 구조물(145)은 제1 도전성 반도체층(130), 활성층(140), 제2 도전성 반도체층(150)을 포함할 수 있다.The
상기 제1 도전성 반도체층(130) 상에는 제1 전극(170)이 형성될 수 있다. The
상기 제2 도전성 반도체층(150) 상에는 투명 전극층(160)이 형성될 수 있으며, 상기 투명 전극층(160) 상에는 제2 전극(180)이 형성될 수 있다.The
이하, 도 10 및 도 11을 참조하여 상기 복수개의 나노로드(112b)에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, the plurality of
도 10을 참조하면, 상기 복수개의 나노로드(112b)는 상기 기판(110) 상에 형성된다. Referring to FIG. 10, the plurality of
상기 복수개의 나노로드(112b)는 상기 기판(110)에 대하여 수직 방향으로 성장될 수 있으며, 상기 기판(110) 상에 랜덤(random)하게 형성될 수 있다. The plurality of
한편, 상기 복수개의 나노로드(112b)를 성장할 때, 처음에 씨드층(113b)이 형성된 다음에, 상기 복수개의 나노로드(112b)가 형성된다. 즉, 상기 복수개의 나 노로드(112b)들은 상기 씨드층(113b)에 의해 하단이 서로 연결될 수 있으며, 상기 기판(110)은 상기 씨드층(113b)에 의해 노출되지 않을 수 있다. Meanwhile, when the plurality of
이처럼, 상기 씨드층(113b)에 의해 상기 기판(110)이 노출되지 않게 되면, 상기 기판(110) 상에 질화물 반도체층인 발광 구조물을 원활히 성장하지 못하게 된다.As such, when the
따라서, 도 11을 참조하면, 상기 기판(110)이 노출되도록 상기 씨드층(113b)을 제거하기 위해 상기 복수개의 나노로드(112b)에 에칭을 실시할 수 있다. Therefore, referring to FIG. 11, the plurality of
상기 에칭은 반응성 이온 식각법(RIE : Reactive Ion Etching)을 포함하는 건식 식각일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. The etching may be a dry etching including Reactive Ion Etching (RIE), but is not limited thereto.
상기 에칭에 의해 상기 씨드층(113b)이 제거될 수 있으며, 이에 상기 복수개의 나노로드(112b)들 사이에 상기 기판(110)이 노출되므로, 상기 기판(110) 상에 상기 발광 구조물을 원활히 성장시킬 수 있게 된다. The
한편, 상기 에칭은 상기 복수개의 나노로드(112b) 상에 전체적으로 실시될 수 있으므로, 상기 에칭에 의해 상기 씨드층(113) 뿐만 아니라, 상기 복수개의 나노로드(112b)도 상부가 일부 제거될 수 있다.Meanwhile, since the etching may be performed on the plurality of
따라서, 상기 복수개의 나노로드(112b)에 상기 에칭을 실시할 경우에는 이를 고려하여 최초에 상기 복수개의 나노로드(112b)를 약간 길게 성장할 수 있다. 즉, 원하는 상기 복수개의 나노로드(112b)의 길이가 제1 길이인 경우, 상기 에칭을 고려하여 최초에 상기 복수개의 나노로드(112b)의 길이를 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이로 성장할 수 있다. Therefore, when the etching is performed on the plurality of
상기 복수개의 나노로드(112b)는 상기 기판(110) 상에 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 스퍼터링법(Sputtering), 열 또는 전자빔 증발법(Thermal or Electron Beam Evaporation), 펄스레이저 증착법(Pulse Laser Deposition), 기상 이송법(Vapor-Phase Transport Process) 등의 방법을 이용하여 성장될 수 있으며, 바람직하게는 유기금속 화학 증착법(MOCVD : Metal Organic Chemical Vapor Deposition)을 이용하여 성장되어 형성될 수 있다. The plurality of
상기 복수개의 나노로드(112b)는 ZnO, In2O3 와 같은 반도체 산화물, GaN과 같은 질화물, SiC와 같은 카바이드, GaAs, GaP, InP, GaInP, AlGaAs 와 같은 Ⅲ-Ⅴ족 또는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체 또는 실리콘(Si) 등으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. The plurality of
상기 복수개의 나노로드(112b)가 성장되는 온도는 60℃ 내지 200℃ 일 수 있다. 상기 온도 범위는 상기 포토레지스트(Photoresist)가 손상되지 않는 온도 범위이므로 상기 복수개의 나노로드(112b)를 안정적으로 성장할 수 있다. The temperature at which the plurality of
상기 복수개의 나노로드(112b)의 길이는 1μm 내지 100μm 일 수 있으며, 상기 복수개의 나노로드(112b)에 포함된 각각의 나노로드의 직경은 1nm 내지 1000nm 일 수 있다. The length of the plurality of
상기 복수개의 나노로드(112b)는 상기 발광 소자(100B)에서 발광된 빛을 굴절, 회절, 산란 또는 반사시키므로, 상기 발광 소자(100B)의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. Since the plurality of
<제3 실시예>Third Embodiment
이하, 제3 실시예에 따른 발광 소자(200,200B)에 대해 상세히 설명한다. 제3 실시예를 설명함에 있어서, 상기 제1 실시예와 동일한 부분에 대해서는 제1 실시예를 참조하며, 중복 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, the
도 12를 참조하면, 제3 실시예에 따른 발광 소자(200)는 수직형 발광 소자로 정의될 수 있으며, 복수개의 나노로드 집합체(215), 상기 복수개의 나노로드 집합체(215)의 측면 및 상면에 비전도성 반도체층(220), 상기 비전도성 반도체층(220) 상에 발광 구조물(245), 상기 발광 구조물(245) 상에 반사층(260), 상기 반사층(260) 상에 전도성 지지부재(270)를 포함한다. Referring to FIG. 12, the
또한, 상기 제1 전극(280)이 형성될 위치에만 상기 비전도성 반도체층(220)에 대해 상기 발광 구조물(245)의 제1 도전성 반도체층(230)이 노출되도록 에칭을 실시하여 상기 제1 도전성 반도체층(230)에 제1 전극(280)을 형성할 수 있다.In addition, the first
또는, 상기 비전도성 반도체층(220)의 두께가 상기 나노로드 집합체(215)의 길이보다 얇은 경우, 상기 비전도성 반도체층(220)을 제거하고 상기 제1 전극(280)을 상기 제1 도전성 반도체층(230)에 형성되도록 할 수도 있으며 이에 대해 한정하지는 않는다. 이때, 상기 제1 도전성 반도체층(230) 외부로 돌출된 상기 나노로드 집합체(215)는 에칭을 실시하여 제거될 수 있다. Alternatively, when the thickness of the
상기 발광 구조물(245)은 제1 도전성 반도체층(230), 상기 제1 도전성 반도체층(230) 상에 활성층(240), 상기 활성층(240) 상에 제2 도전성 반도체층(250)을 포함할 수 있다.The
상기 반사층(260)은 반사율이 높은 은(Ag), 은(Ag)을 포함하는 합금, 알루미늄(Al) 또는 알루미늄(Al)을 포함하는 합금 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. The
상기 전도성 지지부재(270)는 티탄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo) 또는 불순물이 주입된 반도체 기판 중 적어도 어느 하나로 형성될 수도 있고, 상기 제1 전극(280)과 함께 상기 발광 소자(200)에 전원을 제공한다.The
상기 복수개의 나노로드 집합체(215)는 상기 발광 소자(200)에서 발광된 빛을 굴절, 회절, 산란 또는 반사시켜서 상기 발광 소자(200)의 외부로 방출하므로, 상기 발광 소자(200)의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.The plurality of nanorod aggregates 215 emits the light emitted from the
<제4 실시예><Fourth Embodiment>
제4 실시예는 상기 제3 실시예와 상기 복수개의 나노로드 집합체(215)가 제거된 점만을 제외하고는 유사하다. 이하, 제4 실시예에 대해서 설명한다. The fourth embodiment is similar to the third embodiment except that the plurality of
도 13을 참조하면, 상기 복수개의 나노로드 집합체(215)는 에칭 등에 의해 적어도 일부가 제거되어 요철패턴(218)이 형성될 수 있으며, 이에 제4 실시예에 따른 발광 소자(200B)가 제공될 수 있다. Referring to FIG. 13, at least a portion of the plurality of nanorod aggregates 215 may be removed by etching or the like to form an
상기 복수개의 나노로드 집합체(215)는 일부만이 제거된 경우에는 상기 요철패턴(218)에는 상기 복수개의 나노로드 집합체(215)의 일부가 잔존할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. When only a part of the plurality of nanorod aggregates 215 is removed, a part of the plurality of nanorod aggregates 215 may remain in the
상기 요철패턴(218)은 다양한 각도로 입사되는 빛을 방출할 수 있으므로, 상기 발광 소자(200B)의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. ISince the
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Features, structures, effects, and the like described in the above embodiments are included in at least one embodiment of the present invention, and are not necessarily limited to only one embodiment. Furthermore, the features, structures, effects, and the like illustrated in each embodiment may be combined or modified with respect to other embodiments by those skilled in the art to which the embodiments belong. Therefore, it should be understood that the present invention is not limited to these combinations and modifications.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.In addition, the above description has been made with reference to the embodiment, which is merely an example, and is not intended to limit the present invention. Those skilled in the art to which the present invention pertains will be illustrated as above without departing from the essential characteristics of the present embodiment. It will be appreciated that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be modified. And differences relating to such modifications and applications will have to be construed as being included in the scope of the invention defined in the appended claims.
도 1 내지 도 13은 실시예들에 따른 발광 소자 및 그 제조방법을 설명하는 도면이다. 1 to 13 illustrate a light emitting device and a method of manufacturing the same according to embodiments.
Claims (17)
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