KR101155773B1 - 수직형 발광다이오드의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 수직형 발광다이오드 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수직형 발광다이오드의 제조방법에 관한 것으로서, 기판상에 n형반도체박막을 성장시키는 n형반도체층 형성단계; 상기 n형반도체층 상에 절연물질로 코팅된 패턴 형태의 금속마스크를 성장시키는 금속마스크 형성단계; n형반도체박막을 재성장시키는 동시에, 상기 금속마스크 하부의 n형반도체층을 식각하는 재성장단계; 상기 재성장단계 이후에, 상기 금속마스크 하부의 잔여 n형반도체층을 식각용액 또는 레이저를 이용하여 식각함으로써, 상기 기판을 제거하는 기판제거단계; 상기 재성장단계를 거친 n형반도체층 상부에 p형반도체박막을 성장시키는 p형반도체층 형성단계; 상기 재성장단계를 거친 n형반도체층과 상기 p형반도체층 사이에 양자점구조 또는 다중양자우물구조를 갖는 활성층을 형성시키는 활성층 형성단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 추가적인 결정성장층 없이 바로 기판위에 반도체박막을 성장시키고, 절연물질로 코팅된 금속마스크를 반도체박막 사이에 삽입하여 금속마스크와 반도체박막 성장시 들어가는 운반가스와의 화학반응을 이용하여 금속마스크 하단의 반도체박막을 식각함으로써, 식각용액과 결정성장층 없이도 효과적으로 기판을 제거할 수 있으며, 종래와 달리, 결정성장층 없이 화학반응에 의해 식각되므로, 반도체박막 성장시 열팽창계수 등의 차이로 인해 발생되는 결함을 방지할 수 있으며, 기판제거시 반도체박막에 손상을 주지 않는 장점이 있다.
본 발명에 의하면, 추가적인 결정성장층 없이 바로 기판위에 반도체박막을 성장시키고, 절연물질로 코팅된 금속마스크를 반도체박막 사이에 삽입하여 금속마스크와 반도체박막 성장시 들어가는 운반가스와의 화학반응을 이용하여 금속마스크 하단의 반도체박막을 식각함으로써, 식각용액과 결정성장층 없이도 효과적으로 기판을 제거할 수 있으며, 종래와 달리, 결정성장층 없이 화학반응에 의해 식각되므로, 반도체박막 성장시 열팽창계수 등의 차이로 인해 발생되는 결함을 방지할 수 있으며, 기판제거시 반도체박막에 손상을 주지 않는 장점이 있다.
Description
본 발명은 수직형 발광다이오드의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 수직형 발광다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속마스크를 이용한 화학적 기판제거방식을 이용하여, 절연물질로 코팅된 금속마스크의 ELOG 성장법을 이용한 고품위 박막성장과 함께 식각용액 없이 금속마스크와 운반가스의 화학반응을 통해 기판을 효과적으로 제거할 수 있는 수직형 발광다이오드의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 수직형 발광다이오드에 관한 것이다.
최근 고출력 발광다이오드를 구현하기 위해서 기존의 수평형 발광다이오드를 대체하는 수직형 발광다이오드가 제안되고 있다. 수직형 발광다이오드는 사파이어 기판으로부터 발광다이오드 구조의 분리를 통해서 효율적인 열 방출 및 발광 출력을 증가시키는 장점을 갖는다.
일반적으로 수직형 발광다이오드는 레이저 기판제거법(Laser lift-off)과 화학적 기판제거법(Chemical lift-off)을 이용하여 제작되고 있다. 하지만 레이저 기판제거법은 기판 분리 시에 사용하는 고출력 레이저로 인하여 질화갈륨 박막에 손상을 주고, 칩의 크기가 커지는 것에 따라 균열이 발생하기 쉬운 문제점이 있다.
따라서 금속 질화물 결정 성장층을 이용한 선택 에칭을 통하여 사파이어 기판과 금속 지지층에 의하여 지지받고 있는 발광다이오드를 분리하는 화학적 기판제거법이 제안되고 있다.
수직형 발광다이오드 제작을 위하여 화학적 기판 제거 기법을 이용한 경우로는 Jun-Seok Ha 외 9명이 (IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 20, NO. 3(2008)) CrN의 결정 성장층을 이용하여 발광다이오드 구조를 성장한 뒤, CrN 층의 습식 식각을 통하여 기판을 제거하여 수직형 발광다이오드를 제작한 결과를 보고한 바 있다. 그러나 이와 같은 결정 성장층을 이용한 화학적 기판 제거법은 결정 성장층을 이용한 박막 성장 시 이종 성장 층에 의한 결함 생성으로 인하여 좋은 막질의 박막 성장이 어려운 문제가 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 추가적인 결정성장층 없이 바로 기판위에 반도체박막을 성장시키고, 절연물질로 코팅된 금속마스크를 반도체박막 사이에 삽입하여 금속마스크와 반도체박막 성장시 들어가는 운반가스와의 화학반응을 이용하여 금속마스크 하단의 반도체박막을 식각함으로써, 식각용액과 결정성장층 없이도 효과적으로 기판을 제거하는 것을 목적으로 한다.
또한, 종래와 달리, 결정성장층 없이 화학반응에 의해 식각되므로, 반도체박막 성장시 열팽창계수 등의 차이로 인해 발생되는 결함을 방지할 수 있으며, 기판제거시 반도체박막에 손상을 주지 않는 수직형 발광다이오드의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
뿐만 아니라, 반도체박막 내부에 형성된 금속마스크는 금속마스크 상부의 반도체박막 성장시 기판에서 올라오는 결함들을 물리적으로 차단하여 고품위 박막을 형성할 수 있는 수직형 발광다이오드의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 금속마스크에 코팅된 절연물질은 반도체박막의 재성장시 금속마스크가 분해되어 금속마스크 상부의 반도체박막으로 분해되는 문제를 해결하여, 안정한 반도체박막층의 재성장이 가능한 수직형 발광다이오드의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 화학적 식각에 의해 불균일한 표면을 형성함으로써, 발광다이오드로부터 외부로 방출되는 빛이 전반사에 의해 다이오드 내부에 갇히는 현상을 방지하고, 외부양자 효율을 향상시킬 수 있는 수직형 발광다이오드의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수직형 발광다이오드의 제조방법은, 기판상에 n형반도체박막을 성장시키는 n형반도체층 형성단계; 상기 n형반도체층 상에 절연물질로 코팅된 패턴 형태의 금속마스크를 성장시키는 금속마스크 형성단계; n형반도체박막을 재성장시키는 동시에, 상기 금속마스크 하부의 n형반도체층을 식각하는 재성장단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 재성장단계 이후에, 상기 금속마스크 하부의 잔여 n형반도체층을 식각용액 또는 레이저를 이용하여 식각함으로써, 상기 기판을 제거하는 기판제거단계; 상기 재성장단계를 거친 n형반도체층 상부에 p형반도체박막을 성장시키는 p형반도체층 형성단계; 상기 재성장단계를 거친 n형반도체층과 상기 p형반도체층 사이에 양자점구조 또는 다중양자우물구조를 갖는 활성층을 형성시키는 활성층 형성단계; 상기 재성장단계를 거친 n형반도체층 및 상기 p형반도체층 각각에 전기적으로 접속된 제 1전극 및 제 2전극을 형성하는 전극형성단계;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 n형반도체층 형성단계, 재성장단계 또는 p형반도체층 형성단계 중 적어도 하나는 에피택셜 수평 과성장(Epitaxial Lateral Overgrowth,ELOG) 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하며, 상기 n형반도체층 형성단계에서, 상기 n형반도체박막의 두께는 1㎛ 내지 5㎛인 것을 특징으로 한다.
상기 금속마스크 형성단계에서, 상기 절연물질은 질화규소(SiNx) 또는 이산화규소(SiO2) 중 적어도 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하며, 상기 금속마스크 형성단계에서, 상기 금속마스크 형성단계에서, 상기 패턴은 나노임프린트법, 포토리소그래피법, 레이저 홀로그램을 이용한 리소그래피법, 건식식각법 또는 습식식각법으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 재성장단계는, 운반가스를 이용하여, 상기 금속마스크의 패턴 사이에 노출된 n형반도체층을 재성장시키며, 상기 운반가스와 상기 금속마스크간의 화학반응으로 인해 상기 금속마스크 하부의 n형반도체층이 식각되어 보이드(Void)를 형성하는 것을 특징으로 하며, 상기 재성장단계에서, 상기 운반가스는 수소, 과산화수소 또는 수증기 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 운반가스에 알루미늄, 갈륨, 인듐 또는 질소 중 적어도 하나로 이루어진 반응가스를 더 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 기판제거단계에서, 상기 식각용액은 수산화칼륨, 수산화나트륨, 플루오르산, 염화수소 또는 황산 중 적어도 하나로 이루어지며, 상기 레이저는 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off) 방식으로 사용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 n형반도체층, 상기 p형반도체층 또는 상기 활성층 중 적어도 하나는 SiC, ZnO, Si, GaAs, NCO, BN, AlN, GaN, MgxZnyCdZO층 (0≤x, y, z≤1) 또는 AlxGa(1-x)N(0≤x≤1) 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수직형 발광다이오드는, 제 2전극; n형반도체층; p형반도체층; 제 1전극;을 포함하여 이루어지며, 상기 n형반도체층의 하부는 불균일한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 수직형 발광다이오드의 제조방법에 따르면, 추가적인 결정성장층 없이 바로 기판위에 반도체박막을 성장시키고, 절연물질로 코팅된 금속마스크를 반도체박막 사이에 삽입하여 금속마스크와 반도체박막 성장시 들어가는 운반가스와의 화학반응을 이용하여 금속마스크 하단의 반도체박막을 식각함으로써, 식각용액과 결정성장층 없이도 효과적으로 기판을 제거할 수 있는 장점이 있다.
또한, 종래와 달리, 결정성장층 없이 화학반응에 의해 식각되므로, 반도체박막 성장시 열팽창계수 등의 차이로 인해 발생되는 결함을 방지할 수 있으며, 기판제거시 반도체박막에 손상을 주지 않는 장점이 있다.
뿐만 아니라, 반도체박막 내부에 형성된 금속마스크는 금속마스크 상부의 반도체박막 성장시 기판에서 올라오는 결함들을 물리적으로 차단하여 고품위 박막을 형성할 수 있는 장점이 있다.
또한, 금속마스크에 코팅된 절연물질은 반도체박막의 재성장시 금속마스크가 분해되어 금속마스크 상부의 반도체박막으로 분해되는 문제를 해결하여, 안정한 반도체박막층의 재성장이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 화학적 식각에 의해 불균일한 표면을 형성함으로써, 발광다이오드로부터 외부로 방출되는 빛이 전반사에 의해 다이오드 내부에 갇히는 현상을 방지하고, 외부양자 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 수직형 발광다이오드를 나타낸 단면도
도 2는 본 발명에 의해 제조된 수직형 발광다이오드를 나타낸 단면도
도 3은 본 발명에 따른 수직형 발광다이오드의 제조방법을 순차적으로 나타낸 순서도
도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 발광다이오드의 제조방법을 나타낸 개략도
도 5는 본 발명의 절연물질로 코팅된 금속마스크에 대해 전자주자현미경으로 촬영한 사진
도 6은 본 발명의 절연물질로 코팅된 금속마스크를 이용하여 재성장된 반도체박막에 대해 전자주자현미경으로 촬영한 사진
도 7은 본 발명의 절연물질(SiO2)로 코팅된 금속마스크를 이용하여 재성장된 반도체박막에 대해 전자투과현미경으로 촬영한 사진
도 8은 본 발명의 기판제거단계(S40)에서, 에칭용액을 이용하여 잔여 반도체박막을 제거하는 것을 에칭시간에 따라 전자주자현미경으로 촬영한 사진
도 2는 본 발명에 의해 제조된 수직형 발광다이오드를 나타낸 단면도
도 3은 본 발명에 따른 수직형 발광다이오드의 제조방법을 순차적으로 나타낸 순서도
도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 발광다이오드의 제조방법을 나타낸 개략도
도 5는 본 발명의 절연물질로 코팅된 금속마스크에 대해 전자주자현미경으로 촬영한 사진
도 6은 본 발명의 절연물질로 코팅된 금속마스크를 이용하여 재성장된 반도체박막에 대해 전자주자현미경으로 촬영한 사진
도 7은 본 발명의 절연물질(SiO2)로 코팅된 금속마스크를 이용하여 재성장된 반도체박막에 대해 전자투과현미경으로 촬영한 사진
도 8은 본 발명의 기판제거단계(S40)에서, 에칭용액을 이용하여 잔여 반도체박막을 제거하는 것을 에칭시간에 따라 전자주자현미경으로 촬영한 사진
이하, 본 발명에 의한 수직형 발광다이오드의 제조방법에 대하여 본 발명의 바람직한 하나의 실시형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시목적을 위한 것이고, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
도 3 및 도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 수직형 발광다이오드의 제조방법은, n형반도체층 형성단계(S10), 금속마스크 형성단계(S20), 재성장단계(S30), 기판제거단계(S40), 활성층 형성단계(S50), p형반도체층 형성단계(S60), 전극형성단계(S70)를 포함하여 이루어진다.
먼저, n형반도체층 형성단계(S10)는 기판(10)상에 n형반도체박막(20,22)을 성장시키는 단계이다. 이는 수직형 발광다이오드 제조를 위한 기초과정으로, 도 4a에 단면이 나타나 있다.
여기서, 상기 n형반도체박막의 두께는 1㎛ 내지 5㎛인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 2㎛ 내지 3㎛, 가장 바람직하게는 2㎛인 것이 효과적이다. 1㎛미만인 경우에는 두께가 너무 얇아서, 기판분리가 어려운 문제가 있으며, 5㎛를 초과하는 경우에는 금속마스크와의 거리가 멀어질수록 화학반응에 의한 식각이 충분히 되지 않아 기판분리시 반도체박막에 손상이 발생하는 문제가 있다.
상기 기판(10)은 Al2O3(사파이어), SiC, ZnO, Si, GaAs, LiAl2O3, InP, BN, AlN 또는 GaN 기판인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 Al2O3(사파이어)재질로 이루어지는 것이 효과적이다.
다음으로, 금속마스크 형성단계(S20)는 상기 n형반도체층(20) 상에 절연물질로 코팅된 패턴 형태의 금속마스크(30)를 성장시키는 단계이다. 이는 도 4b에 나타나 있다.
여기서, 상기 절연물질은 절연가능한 어떠한 물질을 사용해도 무방하나, 수차례의 실험결과, 본 발명의 효과를 극대화시키기 위해서는 질화규소(SiNx) 또는 이산화규소(SiO2)중 적어도 하나로 이루어지는 것이 바람직하다. 질화규소나 이산화규소를 사용하거나 이들을 혼합하여 사용하는 경우에는 이하 재성장단계(S30)에서 금속마스크(30)가 분해되어 n형반도체층 상부(21)로 분해되지 않아, 고품질의 반도첵 박막층을 형성할 수 있다.
또한, 상기 금속마스크 형성단계(S20)에서, 상기 패턴은 나노임프린트법, 포토리소그래피법, 레이저 홀로그램을 이용한 리소그래피법, 건식식각법 또는 습식식각법으로 형성으로 형성되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 포토리소그래피법을 사용하는 것이 본 발명의 금속마스크 형성에 가장 적합하다.
또한, 상기 패턴은 마이크로 단위 또는 나노 단위의 사이즈를 가지는 것이 본 발명에 있어서 가장 효과적이며,
이러한 패턴은 금속마스크 하부의 n형반도체층(22)을 일부 노출시킴으로써, 재성장을 가능하게 한다. 도 5는 이러한 포토리소그래피법에 의해 제작된 절연물질이 코팅된 금속마스크를 전자주사현미경으로 촬영한 사진이다.
여기서, 금속 마스크(30)는 고융점 금속막인 것이 바람직하며, 이는 이하의 반도체박막 성장시 수행되는 열처리에 의해 용해되지 않을 정도의 융점을 갖는 금속인 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는 텅스텐(W), 탄탈륨(TA) 또는 몰리브덴(Mo)을 사용하는 것이 본 발명의 금속마스크 효과를 극대화시킬 수 있다.
상기 금속 마스크(30)는 n형반도체층(20) 상에 금속층을 형성한 후에, 상기 금속층을 상기의 포토리소그래피법에 의해 패터닝하여 형성하는 것이 바람직하다.
그 결과, 상기 n형반도체층(20) 상에 금속 마스크(30)가 배치될 수 있으며, 상기 금속 마스크(30)의 패턴 사이에 n형반도체층(20)이 노출될 수 있다.
또한, 상기 금속층은 전자선증착 또는 스퍼터링을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.
재성장단계(S30)는 n형반도체박막(20)을 재성장시키는 동시에, 상기 금속마스크(30) 하부의 n형반도체층(22)을 식각하는 단계이다. 이는 본 발명의 핵심단계로써, n형반도체박막(20)을 성장시키는 운반가스로 인해 금속마스크(30)와 금속마스크(30) 하부의 n형반도체층(22)과의 화학반응을 일으킴으로써, 금속마스크(30) 하부의 n형반도체층(22)의 식각하는 과정이다.
즉, 재성장단계(S30)는 운반가스를 이용하여, 상기 금속마스크(30)의 패턴 사이에 노출된 n형반도체층(20)을 재성장시키며, 상기 운반가스와 상기 금속마스크(30)간의 화학반응으로 인해 상기 금속마스크(30) 하부의 n형반도체층(22)이 식각되어 보이드(Void)(23)를 형성하는 것을 특징으로 한다. 도 4c에 나타나 있는 바와 같다.
여기서, 상기 운반가스는 수소, 과산화수소 또는 수증기 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 상기 운반가스에 알루미늄, 갈륨, 인듐 또는 질소 중 적어도 하나로 이루어진 반응가스를 더 포함하는 것이 효과적이다.
상기 금속 마스크(30)는 상기 운반가스를 수소 라디칼 등으로 분해시키기 위한 촉매로 작용될 수 있다. 상기 금속 마스크(30)를 통과한 수소 라디칼 등은 상기 금속 마스크(30) 하부에 배치된 n형반도체층(22)을 선택적으로 식각할 수 있으며, 이를 위해, 금속 마스크(30)는 다소 낮은 밀도를 가질 수 있다.
상기 보이드(Void)는 이하의 기판제거단계(S40)에서 기판이 용이하게 제거되로록 하는 역할을 한다. 이는 도 6에 나타나 있다.
다음으로, 기판제거단계(S40)는 상기 재성장단계(S30) 이후에, 상기 금속마스크(30) 하부의 잔여 n형반도체층을 식각용액 또는 레이저를 이용하여 식각함으로써, 상기 기판(10)을 제거하는 단계이다. 이는 상기 식각 후에 남아있는 n형반도체층을 제거함으로써, 기판을 완전히 제거하기 위한 공정으로, 도 4f에 나타나 있다.
상기 기판제거단계(S40)에서, 수차례의 실험결과, 본 발명의 효과를 극대화하기 위해서, 상기 식각용액은 수산화칼륨, 수산화나트륨, 플루오르산, 염화수소 또는 황산 중 적어도 하나로 이루어지는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 수산화칼륨을 사용하는 것이 가장 효과적이다.
또한, 상기 레이저는 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off) 방식으로 사용됨으로써, 잔여 n형반도체층을 제거하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 발광 구조체(S)로부터 기판(10)을 제거한 이후에, 금속 마스크 (30)를 제거할 수 있는데, 이는 일반적인 금속용 식각제을 사용하여 제거할 수 있다.
활성층 형성단계(S50)는 상기 재성장단계(S30)를 거친 n형반도체층(20)과 상기 p형반도체층(50) 사이에 양자점구조 또는 다중양자우물구조를 갖는 활성층(40)을 형성시키는 단계이다. 이는 필수적인 단계는 아니나, 발광다이오드의 광효율을 높이기 위해 필요한 과정이며, 도 4d에 나타나 있다.
여기서 형성되는 활성층(40)은 상기 재성장단계(S30)를 거친 n형반도체층(20)과 상기 p형반도체층(50) 사이에서 전자, 홀(hole)들의 재결합에 의해 광을 방출시키는 층으로, 본 발명의 활성층(40)은 양자점 구조 또는 다중양자우물 구조(Multiple Quantum Wells Structure)를 가지는 것이 광효율을 증가시키는 데 효과적이다.
상기 활성층(40)은 상기 전자 및 홀들이 서로 재결합될 때 에너지 갭에 해당하는 파장광이 방출되며, 상기 에너지 갭이 큰 경우, 단파장 즉, 자외선광이 방출되며, 에너지 갭이 작은 경우, 장파장, 즉, 적외선광이 방출된다. 상기 활성층(40)은 생략될 수 있으므로, 생략되는 경우, 상기 재성장단계(S30)를 거친 n형반도체층(20)과 상기 p형반도체층(50)은 p-n 접합에 의해 파장광을 발생시킨다.
도 4e에 나타난 바와 같이, 상기 활성층(40) 상에 p형반도체층(50)을 형성하여 상기 재성장단계(S30)를 거친 n형반도체층(20), 활성층(40) 및 p형반도체층(50)을 구비하는 발광 구조체(S)를 형성할 수 있다. 상기 활성층(40)이 생략되는 경우에 발광 구조체(S)는 상기 재성장단계(S30)를 거친 n형반도체층(20) 및 p형반도체층(50)으로 구비될 수 있다.
p형반도체층 형성단계(S60)는 상기 재성장단계(S30)를 거친 n형반도체층 상부(21)에 p형반도체박막을 성장시키는 단계이다. 이는 도 4e에 나타나 있다.
상기 n형반도체층 형성단계(S10), 재성장단계(S30) 또는 p형반도체층 형성단계(S50) 중 적어도 하나는 에피택셜 수평 과성장(Epitaxial Lateral Overgrowth,ELOG) 방식으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이를 통해 수평성장된 단결정층이 형성된다.
일반적으로, 결함은 수평방향보다는 수직방향으로 더 쉽게 전파하는 경향이 있으나, 상술한 바와 같이 형성된 수평성장된 단결정층 특히, 금속 마스크(30) 상에 배치된 n형반도체층(21)은 금속 마스크(30)의 마이크로 패턴에 의해 결함의 전파가 차단되어 결함밀도가 매우 낮은 장점이 있다. 상기 ELOG법은 MOCVD, MOVPE, LPE, MBE 또는 HVPE 기술을 사용하여 수행할 수 있다.
상기 n형반도체층 형성단계(S10), 재성장단계(S30) 또는 p형반도체층 형성단계(S50)에는 열처리가 수행될 수 있다. 상기 열처리는 가스들의 반응을 촉진시켜 성장을 촉진시킬 수 있으며, 상기 열처리는 500℃ 내지 1000℃의 온도 범위에서 수행되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 700℃ 내지 800℃에서 수행되는 것이 효과적이다. 500℃ 미만의 경우에는 반응성이 낮은 문제가 있으며, 1000℃를 초과하는 경우에는 비경제적인 문제가 있다.
상기 n형반도체층(20), 상기 p형반도체층(50) 또는 상기 활성층(40) 중 적어도 하나는 SiC, ZnO, Si, GaAs, NCO, BN, AlN, GaN, MgxZnyCdZO층 (0≤x, y, z≤1) 또는 AlxGa(1-x)N(0≤x≤1) 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
마지막으로, 전극형성단계(S70)는 상기 재성장단계(S30)를 거친 n형반도체층(20) 및 상기 p형반도체층(50) 각각에 전기적으로 접속된 제 1전극(61) 및 제 2전극(62)을 형성하는 단계이다. 이는 도 4g에 나타나 있다.
상기 전극들(61,62)은 Al 또는 Au 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 Ti/Al 또는 NiO/Au로 이루어지는 것이 가장 효과적이다.
또한, 도 4g에 나타난 바와 같이, 제 2전극(62)과 직접적으로 연결된 n형반도체층(20) 하부의 표면은 불균일하다. 이러한 불균일한 표면은 발광다이오드로부터 외부로 방출되는 빛이 전반사에 의해 다이오드 내부에 갇히는 현상을 방지하고, 외부양자 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 7에 나타난 바와 같이, 본 발명의 절연물질이 코팅된 금속마스크를 이용하여 박막을 재성장시킨 결과, 박막의 막질이 현저히 우수해짐을 알 수 있다.
또한, 도 8은 (a)는 에칭전, (b)는 에칭 10분후, (c)는 에칭 20분후, (d)는 에칭 40분 후를 촬영한 사진으로, 에칭시간이 길어질수록 반도체박막이 제거됨을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
10: 기판
20: n형반도체층
21: n형반도체층 상부
22: n형반도체층 하부
23: 보이드(Void)
30: 금속마스크
40: 활성층
50: p형반도체층
60: 전극
61: 제 1전극
62: 제 2전극
S: 발광구조체
100: 기판
200: 결정성장층
300: n형반도체층
400: 활성층
500: p형반도체층
20: n형반도체층
21: n형반도체층 상부
22: n형반도체층 하부
23: 보이드(Void)
30: 금속마스크
40: 활성층
50: p형반도체층
60: 전극
61: 제 1전극
62: 제 2전극
S: 발광구조체
100: 기판
200: 결정성장층
300: n형반도체층
400: 활성층
500: p형반도체층
Claims (16)
- 기판상에 n형반도체박막을 성장시키는 n형반도체층 형성단계;
상기 n형반도체층 상에 절연물질로 코팅된 패턴 형태의 금속마스크를 성장시키는 금속마스크 형성단계;
n형반도체박막을 재성장시키는 동시에, 상기 금속마스크 하부의 n형반도체층을 식각하는 재성장단계;를 포함하여 이루어지며,
상기 재성장단계는, 운반가스를 이용하여, 상기 금속마스크의 패턴 사이에 노출된 n형반도체층을 재성장시키며, 상기 운반가스와 상기 금속마스크간의 화학반응으로 인해 상기 금속마스크 하부의 n형반도체층이 식각되어 보이드(Void)를 형성하는 것을 특징으로 하는 수직형 발광다이오드의 제조방법
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 재성장단계 이후에, 상기 금속마스크 하부의 잔여 n형반도체층을 식각용액 또는 레이저를 이용하여 식각함으로써, 상기 기판을 제거하는 기판제거단계;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직형 발광다이오드의 제조방법 - 제 1항에 있어서,
상기 재성장단계를 거친 n형반도체층 상부에 p형반도체박막을 성장시키는 p형반도체층 형성단계;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직형 발광다이오드의 제조방법
- 제 4항에 있어서,
상기 재성장단계를 거친 n형반도체층과 상기 p형반도체층 사이에 양자점구조 또는 다중양자우물구조를 갖는 활성층을 형성시키는 활성층 형성단계;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직형 발광다이오드의 제조방법
- 제 4항에 있어서,
상기 재성장단계를 거친 n형반도체층 및 상기 p형반도체층 각각에 전기적으로 접속된 제 1전극 및 제 2전극을 형성하는 전극형성단계;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직형 발광다이오드의 제조방법
- 제 4항에 있어서,
상기 n형반도체층 형성단계, 재성장단계 또는 p형반도체층 형성단계 중 적어도 하나는 에피택셜 수평 과성장(Epitaxial Lateral Overgrowth,ELOG) 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직형 발광다이오드의 제조방법
- 제 1항에 있어서,
상기 n형반도체층 형성단계에서, 상기 n형반도체박막의 두께는 1㎛ 내지 5㎛인 것을 특징으로 하는 수직형 발광다이오드의 제조방법
- 제 1항에 있어서,
상기 금속마스크 형성단계에서, 상기 절연물질은 질화규소(SiNx) 또는 이산화규소(SiO2) 중 적어도 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직형 발광다이오드의 제조방법
- 제 1항에 있어서,
상기 금속마스크 형성단계에서, 상기 패턴은 나노임프린트법, 포토리소그래피법, 레이저 홀로그램을 이용한 리소그래피법, 건식식각법 또는 습식식각법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 수직형 발광다이오드의 제조방법
- 제 1항에 있어서,
상기 재성장단계에서, 상기 운반가스는 수소, 과산화수소 또는 수증기 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직형 발광다이오드의 제조방법
- 제 11항에 있어서,
상기 운반가스에 알루미늄, 갈륨, 인듐 또는 질소 중 적어도 하나로 이루어진 반응가스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 발광다이오드의 제조방법
- 제 3항에 있어서,
상기 기판제거단계에서, 상기 식각용액은 수산화칼륨, 수산화나트륨, 플루오르산, 염화수소 또는 황산 중 적어도 하나로 이루어지며, 상기 레이저는 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off) 방식으로 사용되는 것을 특징으로 하는 수직형 발광다이오드의 제조방법
- 제 5항에 있어서,
상기 n형반도체층, 상기 p형반도체층 또는 상기 활성층 중 적어도 하나는 SiC, ZnO, Si, GaAs, NCO, BN, AlN, GaN, MgxZnyCdZO층 (0≤x, y, z≤1) 또는 AlxGa(1-x)N(0≤x≤1) 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직형 발광다이오드의 제조방법
- 제 1항, 제 3항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따라 제조된 수직형 발광다이오드
- 제 15항에 있어서,
상기 수직형 발광다이오드는,
제 2전극;
n형반도체층;
p형반도체층;
제 1전극;을 포함하여 이루어지며,
상기 n형반도체층의 하부는 불균일한 것을 특징으로 하는 수직형 발광다이오드
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