KR101165993B1 - Fabrication method for light emitting diode with embedded metal nano-particles using semiconductor wafer bonding technology - Google Patents
Fabrication method for light emitting diode with embedded metal nano-particles using semiconductor wafer bonding technology Download PDFInfo
- Publication number
- KR101165993B1 KR101165993B1 KR1020100073522A KR20100073522A KR101165993B1 KR 101165993 B1 KR101165993 B1 KR 101165993B1 KR 1020100073522 A KR1020100073522 A KR 1020100073522A KR 20100073522 A KR20100073522 A KR 20100073522A KR 101165993 B1 KR101165993 B1 KR 101165993B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- type
- light emitting
- layer
- emitting diode
- semiconductor layer
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/04—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
- H01L33/06—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/0004—Devices characterised by their operation
- H01L33/0008—Devices characterised by their operation having p-n or hi-lo junctions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/14—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/20—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/36—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
- H01L2933/0008—Processes
- H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
Abstract
본 발명은 반도체 발광다이오드의 제조방법에 관한 것으로서, 반도체 웨이퍼 접합기술을 사용하여 p형 또는 n형 도핑 반도체층 내부에 금속 나노입자를 삽입시킨 구조의 발광다이오드를 제작하는 것을 서술한다.
금속 나노입자를 발광다이오드의 활성층으로부터 50nm 이하로 근접시킬 경우 금속입자의 국소화된 표면 플라즈몬 현상에 의해 활성층의 광 방출효율이 크게 증대될 수 있는데, 본 발명에 의한 n형(또는 p형) 반도체 도핑층/금속 나노입자층과 p형(또는 n형) 반도체 도핑층/활성층으로 구성된 이종의 웨이퍼를 접합하는 제조 방법은 임베디드된 금속 나노입자 발광다이오드의 효과적인 제조를 가능하게 한다.
특히, 본 발명에 의한 제조방법에서는 금속 나노입자가 반도체층 성장을 위한 높은 온도의 영향을 받지 않음으로써 원하는 구조의 금속 나노입자를 효과적으로 형성시킬 수 있을 뿐 아니라, 활성층과의 간격 조절이 용이하여 높은 효율의 임베디드 금속 나노입자 발광다이오드를 기대할 수 있다. The present invention relates to a method for fabricating a semiconductor light emitting diode, and describes manufacturing a light emitting diode having a structure in which metal nanoparticles are inserted into a p-type or n-type doped semiconductor layer using a semiconductor wafer bonding technique.
When the metal nanoparticles are brought close to 50 nm or less from the active layer of the light emitting diode, the light emission efficiency of the active layer may be greatly increased due to the localized surface plasmon phenomenon of the metal particles. The n-type (or p- The manufacturing method of bonding different kinds of wafers composed of the layer / metal nanoparticle layer and the p-type (or n-type) semiconductor doping layer / active layer enables effective manufacture of the embedded metal nanoparticle light emitting diode.
Particularly, in the manufacturing method according to the present invention, since the metal nanoparticles are not affected by the high temperature for growth of the semiconductor layer, it is possible to effectively form the metal nanoparticles having a desired structure, Efficiency embedded metal nanoparticle light emitting diodes can be expected.
Description
본 발명은 반도체 발광다이오드의 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는, 반도체 웨이퍼 접합기술을 사용하여 p형 또는 n형 반도체 도핑층 내부에 금속 나노입자를 삽입시킨 구조의 발광다이오드를 제작하는 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor light emitting diode, and more particularly, to a method of manufacturing a light emitting diode having a structure in which metal nanoparticles are inserted into a p- or n-type semiconductor doping layer using a semiconductor wafer bonding technique .
발광다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 반도체에 전압을 가할 때 생기는 발광현상을 이용하는 것이며, 이는, 1923년 탄화규소 결정의 발광 관측에서 비롯되었는데, 즉, 1923년에 비소화갈륨(GaAs) p-n 접합에서의 고 발광효율이 발견되면서부터 그 연구가 활발하게 진행되었다. Light Emitting Diode (LED) is a light emitting phenomenon that occurs when a voltage is applied to a semiconductor, which was derived from the emission observation of silicon carbide crystals in 1923, that is, in 1923, a gallium arsenide (GaAs) pn junction And the research has been actively carried out since the high luminous efficiency in.
이후, 1960년대 말에는 이러한 연구들이 실용화되기에 이르러 각종 전자기기의 표시용 램프, 숫자 표시장치나 계산기의 카드 판독기 등에 널리 쓰이고 있으며, 최근에는 유비쿼터스(ubiquitous)의 실현을 위한 각종 응용분야, 신호등, 실외 풀 칼라 디스플레이, LCD(Liquid Crystal Display)의 백라이트 유닛(backlight units), 조명 등, 더욱 많은 분야에 응용될 것으로 기대되고 있다. In the late 1960s, these studies have been put into practical use, and they have been widely used for display lamps for various electronic apparatuses, card readers for numeric display devices and calculators. In recent years, various fields for realizing ubiquitous, It is expected to be applied to many fields such as an outdoor full color display, a backlight unit of a liquid crystal display (LCD), and an illumination.
이에 따라, 추후 더 적은 전력소비로 더 높은 발광효율을 가지는 발광다이오드가 요구될 것이 명백하다. Accordingly, it is clear that a light emitting diode having higher luminous efficiency with lower power consumption will be required later.
그러나 기존의 발광다이오드는, 활성층의 내부 양자효율(Internal Quantum Efficiency)과 구조적인 특성의 한계에 의한 광 추출효율(Optical Extraction Efficiency)이 정해져 있고, 이는 발광다이오드의 전광 변환효율 및 광 방출효율에 있어 제약을 가져오게 된다. However, in the conventional light emitting diodes, the internal quantum efficiency of the active layer and the optical extraction efficiency due to the limitations of the structural characteristics are determined. This is because the efficiency of light conversion and light emission efficiency of the light emitting diode Constraints.
특히, 활성층의 내부 양자효율을 개선시키기 위한 방안으로 양자우물 활성층(Quantum Well Active Layer)에 금속 나노입자 또는 금속 박막을 수십 나노미터 이내로 근접시켜 양자우물 활성층의 내부 양자효율을 증대시키는 기술이 주목받고 있다. Particularly, as a method for improving the internal quantum efficiency of the active layer, a technique of increasing the internal quantum efficiency of a quantum well active layer by bringing a metal nanoparticle or a metal thin film into a quantum well active layer within a few tens of nanometers have.
이는, 근접한 금속 구조물이 양자우물 발광체에 이득(Gain)을 줄 수 있기 때문이며, 양자우물 내의 쌍극자와 금속 구조물간의 표면 플라즈몬 공명 결합(Surface Plasmon Resonance Coupling)을 유도함으로써 양자우물의 내부 양자효율을 수 배 ~ 수십 배 증대시킬 수 있게 된다. This is because the adjacent metal structure can give gain to the quantum well emitter, and by inducing the surface plasmon resonance coupling between the dipole and the metal structure in the quantum well, the internal quantum efficiency of the quantum well can be multiplied by several times It is possible to increase it by several times.
하지만, 이러한 표면 플라즈몬 공명 결합을 유도하기 위해서는, 양자우물 활성층과 금속 구조물의 간격이 약 42nm 이내(청색 발광 질화갈륨의 경우)로 제한되며, 이는 p형 또는 n형 도핑 반도체층의 공핍 거리(Depletion Width) 보다도 짧은 거리이므로(p형 도핑 질화갈륨의 경우 약 76nm), 제조상 많은 어려움이 있다. However, in order to induce such surface plasmon resonance coupling, the gap between the quantum well active layer and the metal structure is limited to within about 42 nm (in the case of blue luminescent gallium nitride), which is caused by the depletion distance of the p- (About 76 nm in the case of p-type doped gallium nitride), there is a great deal of difficulty in manufacturing.
또한, 최근에는 반도체 물질을 성장(Epi-growth)시킬 때, 잠시 공정을 멈추고 금속 나노구조를 형성시킨 후 다시 상부의 반도체 물질을 성장시키는 방법으로 임베디드 금속 나노입자 발광다이오드를 제조하는 방법이 제시되었다. Recently, a method of fabricating an embedded metal nano-particle light emitting diode has been proposed by a method of stopping a process for forming a metal nanostructure and then growing a semiconductor material on the upper part when the semiconductor material is grown (Epi-growth) .
그러나 이러한 방법 역시, 반도체 물질의 높은 성장온도(질화갈륨의 경우 약 770~970℃)로 인해 금속 물질의 증발 또는 변형이 생기거나, 양자우물층의 질적 저하가 유발되는 등, 추가적인 공정상의 문제로 표면 플라즈몬 공명 결합에 의한 내부 양자효율의 높은 증대를 기대하기 어렵다. However, this method is also accompanied by additional process problems, such as evaporation or deformation of the metal material due to the high growth temperature of the semiconductor material (about 770 to 970 ° C. in the case of gallium nitride), or deterioration of the quantum well layer It is difficult to expect a high increase in internal quantum efficiency due to surface plasmon resonance coupling.
아울러, 보다 구체적인 종래기술의 예로서는, 예를 들면, 미국특허 US 6,534,798호(2003.03.18)의 "Surface plasmon enhanced light emitting diode and method of operation for the same" 및 연구논문 J. Vuckovic, M. Loncar, and A. Scherer, "Surface Plasmon Enhanced Light-Emitting Diode", IEEE Journal of quantum electronics, 36, 1131, (2000)과 같은 것들이 있다. In addition, examples of the more specific prior art are described in, for example, U.S. Patent No. 6,534,798 (2003.03.18) "Surface plasmon enhanced light emitting diode and method of operation for the same" and research paper J. Vuckovic, M. Loncar, and A. Scherer, "Surface Plasmon Enhanced Light-Emitting Diode ", IEEE Journal of quantum electronics, 36, 1131, (2000).
상기 특허문헌에 기재된 방법은, 표면 플라즈몬이 증가된 LED 및 그 동작방법에 관한 것으로, 제 1 및 제 2 평행층(parallel layer)을 가지는 활성 발광 반도체층(active light emitting semiconductor layer)과, 상기 반도체층의 제 1 표면에 배치되는 광학 반사층(optically reflecting layer) 및 상기 활성 발광 반도체층의 제 2 표면에 배치되는 광학 반사 격자(optically reflecting grating)을 포함하여 구성되고, 상기 격자는 표면 플라즈몬파(surface plasmon wave)가 상기 격자를 통해 결합되도록(coupled through) 선택된 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 것이다. The method disclosed in the patent document relates to an LED having increased surface plasmon and an operation method thereof, and more particularly to an active light emitting semiconductor layer having first and second parallel layers, An optically reflective layer disposed on a first surface of the layer and an optically reflecting grating disposed on a second surface of the active light emitting semiconductor layer, the grating comprising a surface plasmon wave a plasma wave is coupled through the grating.
그러나 상기 특허문헌에는, 상기한 바와 같이 최근 주목받고 있는 기술인 금속 나노입자가 임베디드된 발광다이오드의 구조와 제조방법에 대하여는 전혀 개시되어 있지 않다. However, the above patent document does not disclose a structure and a manufacturing method of a light emitting diode in which metal nanoparticles are embedded as a technology that has been attracting attention as described above.
뿐만 아니라, 상기 문헌에 기재된 공정방법인 전자 빔 리소그래피와 이온 빔 밀링기법은 긴 공정시간, 높은 단가 등으로, 공정 양산화에는 적합하지 않은 단점을 가지고 있다. In addition, electron beam lithography and ion beam milling, which are the process methods described in the above document, have a disadvantage that they are not suitable for mass production of a process due to long process time, high unit cost, and the like.
또한, 다른 종래기술의 예로서, 예를 들면, Chu-Young cho 외 7명, "Surface plasmon-enhanced light-emitting diodes using silver nanoparticles embedded in p-GaN", Nanotechnology 21, 205201, (2010), 또는, Min-Ki Kwon외 6명, "Surface-Plasmon-Enhanced Light-Emitting Diodes", Advanced Materials 20, 1253, (2008)과 같은 연구논문이 있다. As another example of the related art, for example, Chu-Young Cho et al., "Surface plasmon-enhanced light emitting diodes using silver nanoparticles embedded in p-GaN ", Nanotechnology 21, 205201, , Min-Ki Kwon et al., 6, "Surface-Plasmon-Enhanced Light-Emitting Diodes", Advanced Materials 20, 1253, (2008).
즉, 상기한 2건의 문헌에는, 금속 나노입자(Ag)가 p-GaN 또는 n-GaN 반도체 층에 내장된 청색 발광다이오드의 효율증대 및 구조가 제시되어 있으며, 그 제조방법에 있어서, 금속 나노구조를 형성시킨 후 다시 상부의 반도체 물질을 성장시키는 방법으로 임베디드 금속 나노입자 발광다이오드를 제조하는 방법의 기술내용이 개시되어 있다. That is, the above-mentioned two documents disclose an increase in efficiency and structure of a blue light emitting diode in which metal nanoparticles (Ag) are embedded in a p-GaN or n-GaN semiconductor layer. In the manufacturing method, And then growing the semiconductor material on the upper portion of the semiconductor nanoparticle light emitting diode, thereby manufacturing an embedded metal nanoparticle light emitting diode.
그러나 상기 2건의 문헌에 기재된 방법은, 금속 나노입자를 발광 다이오드의 활성층에 근접시킨 임베디드 금속 나노입자 발광다이오드의 구조의 제조시에 있어서, 높은 성장온도에 의해 금속 나노입자의 증발 또는 변형, 활성영역의 질적 저하가 유발될 수 있다는 단점이 있는 것이었다. However, in the method described in the above two documents, in manufacturing the structure of the embedded metal nano-particle light emitting diode in which the metal nanoparticles are brought close to the active layer of the light emitting diode, the evaporation or deformation of the metal nano- There is a disadvantage in that quality deterioration can be caused.
따라서 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점들을 모두 해결할 수 있는 새로운 발광다이오드의 제조방법을 제공하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 장치나 방법은 제공되지 못하고 있는 실정이다. Therefore, it is desirable to provide a method of manufacturing a new light emitting diode capable of solving all the problems of the related art as described above, but a device or a method that satisfies all of the requirements has not been provided yet.
본 발명은, 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 반도체 물질을 성장시킬 때 잠시 공정을 멈추고 금속 나노구조를 형성시킨 후 다시 상부의 반도체 물질을 성장시키는 방법으로 임베디드 금속 나노입자 발광다이오드를 제조하는 기존 방식은 반도체 물질의 높은 성장온도(질화갈륨의 경우 약 770~970℃)로 인해 금속 물질의 증발 또는 변형이 생기거나 양자우물 층의 질적 저하가 유발되는 등, 추가적인 공정상의 문제로 표면 플라즈몬 공명 결합에 의한 내부양자효율의 높은 증대를 기대하기 어려웠던 단점을 해결하여, 반도체 웨이퍼 접합기술(Semiconductor Wafer Bonding Technology)을 사용한 임베디드 금속 나노입자 발광다이오드의 효과적인 제조방법을 제공하고자 하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device, The conventional method of manufacturing embedded metal nanoparticle light emitting diodes is that the evaporation or deformation of the metal material occurs due to the high growth temperature of the semiconductor material (about 770 to 970 ° C. in the case of gallium nitride), or the quality of the quantum well layer is lowered It is difficult to expect a high increase of the internal quantum efficiency due to the surface plasmon resonance coupling due to an additional process problem. Thus, it is possible to effectively manufacture an embedded metal nanoparticle light emitting diode using semiconductor wafer bonding technology And the like.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 표면 플라즈몬 공명 결합에 의한 양자우물 활성층의 내부 양자효율 증대효과를 극대화할 수 있는 반도체 웨이퍼 접합기술을 적용한 임베디드 금속 나노입자 발광다이오드의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다. It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing an embedded metal nano-particle LED employing a semiconductor wafer bonding technique capable of maximizing an internal quantum efficiency increasing effect of a quantum well active layer by surface plasmon resonance bonding.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 반도체 웨이퍼 접합기술을 적용한 임베디드 금속 나노입자 발광다이오드의 제조방법에 있어서, 성장기판(growth substrate), 무도핑 반도체층(undopped semiconductor), n형 도핑 반도체층(n-type semiconductor) 및 금속 나노입자층(metal nano-particles)을 차례로 적층하여 웨이퍼를 형성하는 단계와, p형 도핑 반도체층(p-type semiconductor), 양자우물 활성층(multi quantum wells active layer) 및 n형 도핑 반도체 스페이서(n-type semiconductor spacer)로 구성된 또 다른 웨이퍼를 형성하는 단계와, 그 후, 상기 웨이퍼들을 각각 접합하여 상기 양자우물 활성층에 상기 금속 나노입자를 근접시킴으로써, 상기 n형 도핑 반도체층 내에 임베디드된 금속 나노입자 발광다이오드를 제조하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법이 제공된다, According to an aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating an embedded metal nano-particle light emitting diode (LED) using a semiconductor wafer bonding technique, comprising the steps of: forming a growth substrate, an undoped semiconductor layer, A step of forming a wafer by sequentially laminating an n-type semiconductor layer and a metal nano-particle layer on a substrate; forming a p-type semiconductor layer, a multi quantum wells active layer and an n-type semiconductor spacer, and thereafter joining the wafers to each other to bring the metal nanoparticles in proximity to the quantum well active layer, and a step of fabricating a metal nano-particle light-emitting diode embedded in the n-type doped semiconductor layer. The production method of the Eau is provided,
여기서, 상기 방법은, n형 도핑과 p형 도핑을 각각 반대로 행하여 상기한 각 단계를 수행하도록 구성할 수도 있다. Here, the method may be configured to perform each of the above steps by reversing the n-type doping and the p-type doping.
또한, 상기 방법은, 상기 n형 도핑 반도체층과 상기 p형 도핑 반도체 층 및 상기 양자우물 활성층을 각각 독립적으로 성장시켜 접합하도록 구성된 것을 특징으로 한다. In addition, the method is characterized in that the n-type doped semiconductor layer, the p-type doped semiconductor layer, and the quantum well active layer are independently grown and bonded.
아울러, 상기 금속 나노입자는, 상기 양자우물 활성층과 수 나노미터 ~ 수십 나노미터의 간격으로 근접하여 배치되며, 이때, 상기 n형 또는 p형 도핑 반도체 스페이서의 두께를 조절하여 상기 양자우물 활성층과 상기 금속 나노입자 사이의 간격을 조절하도록 구성된 것을 특징으로 한다. The metal nanoparticles may be disposed adjacent to the quantum well active layer at an interval of several nanometers to several tens of nanometers. The thickness of the n-type or p-type doped semiconductor spacer may be controlled, And adjusting the interval between the metal nanoparticles.
여기서, 상기 금속 나노입자는, 상기 양자우물 활성층과 50nm 이내로 근접하여 위치하도록 삽입되도록 구성된 것을 특징으로 한다. Here, the metal nanoparticles are inserted so as to be positioned within 50 nm of the quantum well active layer.
또한, 상기 방법은, 상기 양자우물 활성층과의 표면 플라즈몬 공명 결합을 위해 상기 금속 나노입자 대신 금속 박막을 사용하도록 구성된 것을 특징으로 한다. In addition, the method is characterized in that a metal thin film is used instead of the metal nanoparticles for surface plasmon resonance bonding with the quantum well active layer.
또한, 본 발명에 따르면, 발광다이오드의 제조방법에 있어서, 성장기판, 무도핑 반도체층, n형 도핑 반도체층, 금속 나노입자, 양자우물 활성층, p형 도핑 반도체층 및 투명 전류 확산층(transparent current spreading layer)이 차례로 적층되는 형태로 이종의 웨이퍼가 접합된 구조를 형성하는 단계와, 상부 또는 하부의 성장기판을 레이저 절단가공(Laser Lift-off)이나 스마트 컷(Smart Cut) 등의 추가공정을 통해 제거하는 단계와, 식각 공정을 통해 p형 및 n형 접촉전극(contact electrode)을 각각 형성하는 단계를 포함하여 구성되고, 그것에 의해 발광다이오드 칩을 형성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a light emitting diode, comprising the steps of: growing a substrate, a undoped semiconductor layer, an n-type doped semiconductor layer, a metal nanoparticle, a quantum well active layer, a p- forming a structure in which different types of wafers are bonded to each other in the form of stacking a plurality of layers on a substrate in the order of a first layer and a second layer; And forming a p-type contact electrode and an n-type contact electrode through an etching process, respectively, thereby forming a light emitting diode chip. The method of manufacturing a light emitting diode according to claim 1, / RTI >
여기서, 상기 방법은, n형 도핑과 p형 도핑을 각각 반대로 행하여 상기한 각 단계를 수행하도록 구성할 수도 있다. Here, the method may be configured to perform each of the above steps by reversing the n-type doping and the p-type doping.
또한, 상기 방법은, 상기 n형 도핑 반도체층과 상기 p형 도핑 반도체 층 및 상기 양자우물 활성층을 각각 독립적으로 성장시켜 접합하도록 구성된 것을 특징으로 한다. In addition, the method is characterized in that the n-type doped semiconductor layer, the p-type doped semiconductor layer, and the quantum well active layer are independently grown and bonded.
아울러, 상기 금속 나노입자는, 상기 양자우물 활성층과 수 나노미터 ~ 수십 나노미터의 간격으로 근접하여 배치되며, 이때, 상기 n형 또는 p형 도핑 반도체 스페이서의 두께를 조절하여 상기 양자우물 활성층과 상기 금속 나노입자 사이의 간격을 조절하도록 구성된 것을 특징으로 한다. The metal nanoparticles may be disposed adjacent to the quantum well active layer at an interval of several nanometers to several tens of nanometers. The thickness of the n-type or p-type doped semiconductor spacer may be controlled, And adjusting the interval between the metal nanoparticles.
여기서, 상기 금속 나노입자는, 상기 양자우물 활성층과 50nm 이내로 근접하여 위치하도록 삽입되도록 구성된 것을 특징으로 한다. Here, the metal nanoparticles are inserted so as to be positioned within 50 nm of the quantum well active layer.
또한, 상기 방법은, 상기 양자우물 활성층과의 표면 플라즈몬 공명 결합을 위해 상기 금속 나노입자 대신 금속 박막을 사용하도록 구성된 것을 특징으로 한다. In addition, the method is characterized in that a metal thin film is used instead of the metal nanoparticles for surface plasmon resonance bonding with the quantum well active layer.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 금속 나노입자가 반도체층의 성장을 위한 높은 온도에 영향받지 않으므로, 표면 플라즈몬 공명 결합 효과를 극대화시킬 수 있도록 금속 나노입자의 구조를 설계할 수 있다. As described above, according to the present invention, since the metal nanoparticles are not affected by the high temperature for growth of the semiconductor layer, the structure of the metal nanoparticles can be designed to maximize the surface plasmon resonance coupling effect.
또한, 본 발명에 따르면, 활성층과의 간격 조절이 용이하여 높은 효율의 임베디드 금속 나노입자 발광다이오드를 구현할 수 있다. In addition, according to the present invention, it is possible to realize an embedded metal nano-particle light emitting diode with high efficiency by easily adjusting the gap with the active layer.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 접합기술을 적용한 임베디드 금속 나노입자 발광다이오드의 제조방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 의해 제조된 임베디드 금속 나노입자 발광다이오드 웨이퍼의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 의해 제조된 임베디드 금속 나노입자 발광다이오드 칩의 예를 개략적으로 나타내는 도면이다. 1 is a view schematically showing a method of manufacturing an embedded metal nano-particle light emitting diode to which a semiconductor wafer bonding technique according to the present invention is applied.
2 is a view schematically showing a configuration of an embedded metal nanoparticle light emitting diode wafer manufactured by the present invention.
3 is a schematic view illustrating an example of an embedded metal nanoparticle light emitting diode chip manufactured by the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 접합기술을 적용한 임베디드 금속 나노입자 발광다이오드의 제조방법의 상세한 내용에 대하여 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing an embedded metal nano-particle light emitting diode to which the semiconductor wafer bonding technique according to the present invention is applied will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다. Hereinafter, it is to be noted that the following description is only an embodiment for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to the contents of the embodiments described below.
먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 접합기술을 적용한 임베디드 금속 나노입자 발광다이오드의 제조방법에 대하여 설명한다. First, referring to FIG. 1, a method of fabricating an embedded metal nano-particle light emitting diode to which the semiconductor wafer bonding technique according to the present invention is applied will be described.
도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 접합기술을 적용한 임베디드 금속 나노입자 발광다이오드의 제조방법을 개략적으로 나타내는 도면이다. Referring to FIG. 1, FIG. 1 is a view schematically showing a method of manufacturing an embedded metal nano-particle light emitting diode to which a semiconductor wafer bonding technique according to the present invention is applied.
즉, 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 접합기술을 적용한 임베디드 금속 나노입자 발광다이오드의 제조방법은, 먼저, 성장기판(growth substrate)(104), 무도핑 반도체층(undopped semiconductor)(103), n형 도핑 반도체층(n-type semiconductor)(102) 및 금속 나노입자층(metal nano-particles)(101)이 차례로 적층되어 구성된 웨이퍼와, p형 도핑 반도체층(p-type semiconductor)(105), 양자우물 활성층(multi quantum wells active layer)(107) 및 n형 도핑 반도체 스페이서(n-type semiconductor spacer)(106)로 구성된 웨이퍼를 각각 독립적으로 성장시킨다. 1, a method of fabricating an embedded metal nano-particle light emitting diode using the semiconductor wafer bonding technique according to the present invention includes a
그 후, 이들을 각각 접합하여, 양자우물 활성층(107)에 수 나노미터 ~ 수십 나노미터의 간격으로 금속 나노입자(101)를 근접시킴으로써, n형 도핑 반도체층(102) 내에 임베디드된 금속 나노입자 발광다이오드를 제조하게 된다. Thereafter, these are bonded to each other, and the
여기서, 양자우물 활성층(107)과 금속 나노입자(101) 사이의 간격은, n형 또는 p형 도핑 반도체 스페이서(106)의 두께를 조절하여 양자우물 활성층(107)과 금속 나노입자(101) 사이의 간격을 조절하도록 구성할 수 있다. The spacing between the quantum well
또한, 양자우물 활성층(107)과의 표면 플라즈몬 공명 결합을 위해, 상기한 금속 나노입자(101) 대신, 도시하지는 않았으나, 금속 박막을 사용하는 구성으로 하는 것도 가능하다. In addition, for the surface plasmon resonance coupling with the quantum well
아울러, 상기한 실시예에 있어서, p형과 n형을 반대로 성장시킬 경우는, p형 도핑 반도체층 내에 금속 나노입자가 임베디드된 형태의 구조로 형성하는 것 또한 가능하다. In addition, in the above embodiment, when p-type and n-type are grown opposite to each other, it is also possible to form the structure in which metal nanoparticles are embedded in the p-type doped semiconductor layer.
계속해서, 도 2는 상기한 바와 같이 하여 본 발명의 실시예에 의해 제조된 임베디드 금속 나노입자 발광다이오드 웨이퍼를 개략적으로 나타낸 도면이다. 2 is a schematic view of an embedded metal nanoparticle light emitting diode wafer manufactured according to an embodiment of the present invention as described above.
즉, 도 2를 참조하면, 상, 하부에 독립적인 이종의 웨이퍼를 성장시키기 위한 두 가지의 성장기판(201, 201) 및 무도핑 반도체층(202, 202)이 있고, n형(또는 p형) 도핑 반도체층(203 또는 207) 내부의 웨이퍼 본딩 접합부(wafer bonding region)(206)의 영역에 금속 나노입자(205)가 삽입되어 있다. 2, there are two
여기서, 금속 나노입자(205)는, 예를 들면, 양자우물 활성층(204)과 50nm 이내로 근접하여 위치하도록 삽입되어 있다. Here, the
또한, 도 3은 상기한 바와 같이 하여 제조된 본 발명의 실시예에 따른 임베디드 금속 나노입자 발광다이오드 칩의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. FIG. 3 is a schematic view illustrating the structure of an embedded metal nanoparticle light emitting diode chip according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
즉, 도 3을 참조하면, 상기한 바와 같이 하여 성장기판(307), 무도핑 반도체층(306), n형 도핑 반도체층(303b), 금속 나노입자(305), 양자우물 활성층(304), p형 도핑 반도체층(303a) 및 투명 전류 확산층(transparent current spreading layer)(302)이 차례로 적층되는 형태로 이종의 웨이퍼가 접합된 구조로부터, 상부 또는 하부의 성장기판(307)을 레이저 절단가공(Laser Lift-off)이나 스마트 컷(Smart Cut) 등의 추가공정을 통해 제거하고, 식각 공정과 p형 및 n형 접촉전극(contact electrode)(301a, 301b)을 각각 형성하는 공정을 통해 발광다이오드 칩을 구성할 수 있다. 3, the
따라서 상기한 바와 같이 하여 반도체층 내에 금속 나노입자가 임베디드된 형태의 발광다이오드 구조를 제공함으로써, 금속 나노입자가 반도체층의 성장을 위한 높은 온도에 영향받지 않으므로 표면 플라즈몬 공명 결합 효과를 극대화시킬 수 있도록 금속 나노입자의 구조를 설계할 수 있으며, 또한, 활성층과의 간격 조절이 용이하여 높은 효율의 임베디드 금속 나노입자 발광다이오드를 구현할 수 있다. Therefore, by providing the light emitting diode structure in which the metal nanoparticles are embedded in the semiconductor layer as described above, the metal nanoparticles are not affected by the high temperature for growth of the semiconductor layer, so that the surface plasmon resonance coupling effect can be maximized The structure of the metal nanoparticles can be designed and the distance between the metal nanoparticles and the active layer can be easily controlled, thereby realizing a highly efficient embedded metal nanoparticle light emitting diode.
이상 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 접합기술을 적용한 임베디드 금속 나노입자 발광다이오드의 제조방법의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the following claims and their equivalents. I will work.
101. 금속 나노입자 102. n형(p형) 도핑 반도체층
103. 무도핑 반도체 층 104. 성장기판
105. p형(n형) 도핑 반도체층 106. n형(p형) 도핑 반도체 스페이서
107. 양자우물 활성층 201. 성장기판
202. 무도핑 반도체층 203. p형(n형) 도핑 반도체층
204. 양자우물 활성층 205. 금속 나노입자
206. 웨이퍼 본딩 접합부 207. n형(p형) 도핑 반도체층
301a. p형 접촉전극 301b. n형 접촉전극
302. 투명 전류확산층 303a. p형 도핑 반도체층
303b. n형 도핑 반도체층 304. 양자우물 활성층
305. 임베디드 금속 나노입자 306. 무도핑 반도체층
307. 성장기판 101.
105. A p-type (n-type) doped
107. Quantum well
202. A
204. Quantum well
206.
301a. p-
302. Transparent
303b. n-type doped
305. Embedded
307. Growth substrate
Claims (12)
제 1 성장기판(growth substrate) 상에 제 1 무도핑 반도체층(undopped semiconductor)을 적층하는 단계와, 상기 제 1 무도핑 반도체층 상에 n형 도핑 반도체층(n-type semiconductor)을 적층하는 단계 및 상기 n형 도핑 반도체층 상에 금속 나노입자층(metal nano-particles)을 적층하는 단계를 포함하는 제 1 웨이퍼를 형성하는 단계;
제 2 성장기판상에 제 2 무도핑 반도체층을 적층하는 단계와, 상기 제 2 무도핑 반도체층 상에 p형 도핑 반도체층(p-type semiconductor)을 적층하는 단계와, 상기 p형 도핑 반도체층 상에 양자우물 활성층(multi quantum wells active layer)을 적층하는 단계 및 상기 양자우물 활성층 상에 n형 도핑 반도체 스페이서(n-type semiconductor spacer)를 적층하는 단계를 포함하는 제 2 웨이퍼를 형성하는 단계; 및
상기 반도체 스페이서의 두께를 조절하는 것에 의해 상기 양자우물 활성층과 상기 금속 나노입자층 사이의 간격을 조절하여 상기 양자우물 활성층에 상기 금속 나노입자층이 근접하도록 상기 제 1 웨이퍼와 상기 제 2 웨이퍼를 접합함으로써, 상기 n형 도핑 반도체층 내에 금속 나노입자가 임베디드된 임베디드 금속 나노입자 발광다이오드를 제조하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 웨이퍼 및 상기 제 2 웨이퍼는 각각 별도로 형성되어 접합되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법.
A method of fabricating an embedded metal nano-particle light emitting diode using a semiconductor wafer bonding technique,
Doping a first undoped semiconductor layer on a first growth substrate; laminating an n-type doped semiconductor layer on the first undoped semiconductor layer; And laminating metal nano-particles on the n-type doped semiconductor layer;
Doped semiconductor layer on a second growth substrate; laminating a p-type doped semiconductor layer on the second undoped semiconductor layer; and depositing a second doped semiconductor layer on the p- Forming a quantum well active layer on the quantum well active layer; and laminating an n-type semiconductor spacer on the quantum well active layer. And
And adjusting the distance between the quantum well active layer and the metal nanoparticle layer by adjusting the thickness of the semiconductor spacer to bond the first wafer and the second wafer so that the metal nanoparticle layer is close to the quantum well active layer, Forming an embedded metal nano-particle light-emitting diode in which metal nanoparticles are embedded in the n-type doped semiconductor layer,
Wherein the first wafer and the second wafer are separately formed and bonded to each other.
n형 도핑과 p형 도핑을 각각 반대로 행하여 상기 제 1 웨이퍼 및 상기 제 2 웨이퍼를 형성하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법.
The method according to claim 1,
wherein the first wafer and the second wafer are formed by reversing the n-type doping and the p-type doping, respectively.
상기 금속 나노입자는, 상기 양자우물 활성층과 50nm 이내로 근접하여 위치하도록 삽입되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the metal nanoparticles are inserted into the quantum well active layer so as to be located within a distance of 50 nm or less.
상기 양자우물 활성층과의 표면 플라즈몬 공명 결합을 위해 상기 금속 나노입자 대신 금속 박막을 사용하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein a metal thin film is used in place of the metal nanoparticles for surface plasmon resonance bonding with the quantum well active layer.
청구항 1항 또는 2항에 기재된 방법을 이용하여, 성장기판, 무도핑 반도체층, n형 도핑 반도체층, 금속 나노입자, 양자우물 활성층, p형 도핑 반도체층 및 투명 전류 확산층(transparent current spreading layer)이 차례로 적층되는 형태로 이종의 웨이퍼가 접합된 구조를 형성하는 단계;
상부 또는 하부의 성장기판을 레이저 절단가공(Laser Lift-off)이나 스마트 컷(Smart Cut)을 포함하는 공정 중 적어도 하나의 공정을 통해 제거하는 단계; 및
식각 공정을 통해 p형 및 n형 접촉전극(contact electrode)을 각각 형성하여 발광다이오드 칩을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법.
A method of manufacturing a light emitting diode,
Doped semiconductor layer, an n-type doped semiconductor layer, a metal nanoparticle, a quantum well active layer, a p-type doped semiconductor layer, and a transparent current spreading layer by using the method described in claim 1 or 2, Forming a structure in which heterogeneous wafers are bonded to each other in a stacked manner;
Removing the upper or lower growth substrate through at least one of a process including a laser lift-off process or a Smart Cut process; And
And forming a p-type contact electrode and an n-type contact electrode through an etching process, respectively, to manufacture a light emitting diode chip.
n형 도핑과 p형 도핑을 각각 반대로 행하여 상기 발광다이오드 칩을 형성하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법.
8. The method of claim 7,
wherein the light emitting diode chip is formed by reversing the n-type doping and the p-type doping, respectively.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100073522A KR101165993B1 (en) | 2010-07-29 | 2010-07-29 | Fabrication method for light emitting diode with embedded metal nano-particles using semiconductor wafer bonding technology |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100073522A KR101165993B1 (en) | 2010-07-29 | 2010-07-29 | Fabrication method for light emitting diode with embedded metal nano-particles using semiconductor wafer bonding technology |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20120011596A KR20120011596A (en) | 2012-02-08 |
| KR101165993B1 true KR101165993B1 (en) | 2012-07-18 |
Family
ID=45835789
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020100073522A KR101165993B1 (en) | 2010-07-29 | 2010-07-29 | Fabrication method for light emitting diode with embedded metal nano-particles using semiconductor wafer bonding technology |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101165993B1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9676047B2 (en) | 2013-03-15 | 2017-06-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of forming metal bonding layer and method of manufacturing semiconductor light emitting device using the same |
| US10546765B2 (en) | 2016-09-12 | 2020-01-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Wafer perforating device |
-
2010
- 2010-07-29 KR KR1020100073522A patent/KR101165993B1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Journal of the Optical Society of America B, 25권, 2008년 10월, G. Sun et al., 1748-1755.* |
| Microelectronic Engineering, 86권, 2009년 1월, J. H. Sung et al., 1120-1123.* |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9676047B2 (en) | 2013-03-15 | 2017-06-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of forming metal bonding layer and method of manufacturing semiconductor light emitting device using the same |
| US10546765B2 (en) | 2016-09-12 | 2020-01-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Wafer perforating device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20120011596A (en) | 2012-02-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI697133B (en) | Optoelectronic device | |
| EP1526583B1 (en) | Photonic crystal light emitting device | |
| KR100649769B1 (en) | Semiconductor light emitting diode and method for fabricating the same | |
| TWI419367B (en) | Optoelectronic device and method for manufacturing the same | |
| US8183576B2 (en) | Light-emitting diodes including perpendicular-extending nano-rods | |
| US8519430B2 (en) | Optoelectronic device and method for manufacturing the same | |
| US8344409B2 (en) | Optoelectronic device and method for manufacturing the same | |
| KR20120057298A (en) | Light emitting device and method of manufacturing thereof | |
| CN101937953A (en) | GaN-based light emitting diode and preparation method thereof | |
| KR20090101604A (en) | Group 3 nitride-based semiconductor light emitting diodes and methods to fabricate them | |
| KR101643757B1 (en) | Light emitting device and method of manufacturing the same | |
| US11695095B2 (en) | Integration of III-Nitride nanowire on transparent conductive substrates for optoelectronic and electronic devices | |
| KR101011108B1 (en) | Nitrides light emitting device selectively using the coupling effect between surface plasmons and active layer and method for manufacturing it | |
| US20130134457A1 (en) | Optoelectronic device and method for manufacturing the same | |
| TWI614916B (en) | Optoelectronic device and method for manufacturing the same | |
| KR101165993B1 (en) | Fabrication method for light emitting diode with embedded metal nano-particles using semiconductor wafer bonding technology | |
| US6909108B2 (en) | Structure of quantum dot light emitting diode and method of fabricating the same | |
| KR101203538B1 (en) | Metallic nanoparticles-embedded light emitting diode structure with conducting intermediate layer | |
| JP4998701B2 (en) | III-V compound semiconductor light emitting diode | |
| EP4044263A1 (en) | SINGLE-END ELECTRICAL CONTACTING AND SINGLE-END CHARGE CARRIER INJECTING µLED LIGHT-EMITTING AND DISPLAY DEVICE AND PREPARATION METHOD THEREFOR | |
| TWI431810B (en) | Optoelectronic device and method for manufacturing the same | |
| CN107591463B (en) | Light emitting module and method for manufacturing light emitting module | |
| CN110931609A (en) | Inverted ultraviolet light-emitting diode and preparation method thereof | |
| CN213304155U (en) | Composite Micro-LED chip structure capable of reducing side wall defects | |
| TWI528592B (en) | Optoelectronic device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150626 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160602 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170626 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |