KR101210970B1 - 산화아연 결정성 막대를 가지는 발광 다이오드 및 이의 제조방법 - Google Patents
산화아연 결정성 막대를 가지는 발광 다이오드 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101210970B1 KR101210970B1 KR1020100067408A KR20100067408A KR101210970B1 KR 101210970 B1 KR101210970 B1 KR 101210970B1 KR 1020100067408 A KR1020100067408 A KR 1020100067408A KR 20100067408 A KR20100067408 A KR 20100067408A KR 101210970 B1 KR101210970 B1 KR 101210970B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- light emitting
- crystalline
- zinc
- layer
- light
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 26
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 138
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims abstract description 69
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 13
- VKYKSIONXSXAKP-UHFFFAOYSA-N hexamethylenetetramine Chemical compound C1N(C2)CN3CN1CN2C3 VKYKSIONXSXAKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 150000003751 zinc Chemical class 0.000 claims description 16
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 14
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 13
- 208000012868 Overgrowth Diseases 0.000 claims description 12
- ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N zinc nitrate Chemical compound [Zn+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 claims description 11
- 229920006317 cationic polymer Polymers 0.000 claims description 10
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 10
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 10
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 9
- 235000010299 hexamethylene tetramine Nutrition 0.000 claims description 9
- 239000004312 hexamethylene tetramine Substances 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 230000007480 spreading Effects 0.000 claims description 7
- 238000003892 spreading Methods 0.000 claims description 7
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- ZOIORXHNWRGPMV-UHFFFAOYSA-N acetic acid;zinc Chemical group [Zn].CC(O)=O.CC(O)=O ZOIORXHNWRGPMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 6
- 239000004246 zinc acetate Substances 0.000 claims description 6
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 claims description 5
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 claims description 5
- NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L zinc sulfate Chemical compound [Zn+2].[O-]S([O-])(=O)=O NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- 229960001763 zinc sulfate Drugs 0.000 claims description 5
- 229910000368 zinc sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 5
- -1 H 2 O 2 Chemical compound 0.000 claims description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 34
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 33
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 29
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 26
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 14
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000003102 growth factor Substances 0.000 description 7
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 description 5
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N Zinc dication Chemical compound [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 description 5
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 5
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 4
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 4
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 4
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 4
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 4
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 4
- 238000011218 seed culture Methods 0.000 description 4
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 3
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 3
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 3
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920002153 Hydroxypropyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 239000001863 hydroxypropyl cellulose Substances 0.000 description 2
- 235000010977 hydroxypropyl cellulose Nutrition 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 238000000025 interference lithography Methods 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 description 2
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000003637 basic solution Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000003966 growth inhibitor Substances 0.000 description 1
- 238000000671 immersion lithography Methods 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 125000000896 monocarboxylic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 238000001127 nanoimprint lithography Methods 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000012858 packaging process Methods 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical class [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- 238000000233 ultraviolet lithography Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers 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 having potential barriers 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 having potential barriers 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
- H01L33/22—Roughened surfaces, e.g. at the interface between epitaxial layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
- H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers 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 having potential barriers 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 having potential barriers 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 having potential barriers 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 having potential barriers 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
- H01L33/16—Semiconductor devices having potential barriers 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 crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers 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 having potential barriers 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
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/28—Materials of the light emitting region containing only elements of Group II and Group VI of the Periodic Table
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
발광 구조체의 표면에 산화아연 결정성 막대 구조가 적용된 발광 다이오드 및 그 제조방법이 개시된다. 광이 추출되는 방향에 구비된 결정성 막대는 구비된다. 발광 구조체로부터 발생된 광이 외부로 추출되는 방향에 형성된 산화아연 결정성 막대는 광의 도파로로 동작하고, 도파로의 측면으로 광이 누설되는 현상을 차단한다.
Description
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광이 진행하는 방향에 배치된 산화아연 재질의 결정성 막대가 적용된 발광 다이오드 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
발광 다이오드는 실리콘 카바이드 계열이 최초로 개발된 이후로 구조 및 제조방법에서 꾸준히 기술적 진보가 이루어지고 있는 분야이다. 특히, 최근에는 질화물계의 발광 다이오드가 개발되고, 다양한 형광물질이 개발되어 백색광이 구현되고 있다. 구현된 백색광은 다양한 조명기구에 장착되고, 그 적용분야는 확대되고 있다. 질화물계가 제조되기 위해서는 까다로운 제조공정이 요구되는데, 이는 발광 다이오드가 화합물 반도체에 기반을 두고 있으며, 에피텍셜 공정이 사용되는데 기인한다. 최근의 발광 다이오드 제품은 높은 휘도특성을 가질 것이 요청된다. 즉, 조명기구 등에 장착되기 위해서는 발광 다이오드가 높은 휘도 및 열적 안정성 등을 가져야 한다.
이러한 문제들을 해결하기 위해 유기금속화학증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)이 이용되고 있으며, 유기금속화학증착법을 통해 고순도의 질화물 단결정의 적층구조가 실현된다. 또한, 발광 다이오드의 광효율 향상을 위해 패키징 과정에서 다양한 기술이 도입되고 있다.
유기금속화학증착법의 사용에 의해 다중양자우물 구조의 실현이 용이해지고, 다중양자우물 구조에 의해 발광층으로부터 발생되는 광의 효율은 상승된다. 이는 내부양자효율의 향상에 관한 것으로 내부양자효율이 향상되기 위해서는 에피텍셜 성장에 의해 형성되는 결정 구조가 적은 결함을 가질 것이 요구된다.
또한, 발광층에서 발생되는 광을 외부로 효율적으로 추출하는 것도 매우 중요시되고 있다. 이는 외부양자효율의 향상으로 표현된다. 외부양자효율의 향상을 위해 광이 진행되는 방향에 배치되는 p타입의 GaN 층의 상부에 요철형상을 제작하기도 한다. 다만, 이러한 요철형상은 그 제조방법에 따라 일정한 형상을 얻기가 힘들고, 오믹특성이 저하되는 문제가 발생되기도 한다. 이외에도 사파이어 기판에 일정한 패턴을 형성하여 광결정 구조를 형성하는 기술이 사용되기도 한다. 광결정 구조는 특정 파장대의 광의 공명현상을 이용하는 것으로 이를 통해 광추출 효율이 상승되기도 한다. 다만, 이러한 기판에 패턴을 형성하는 기술은 이후에 생성되는 GaN 기반의 단결정의 결함을 유발하는 문제점을 안고 있다.
따라서, 기존의 발광층을 구성하는 막질 및 기판에 손상을 가하지 않으면서, 광추출 효율을 상승시킬 수 있는 기술이 요청된다 할 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1 목적은 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 산화아연 재질의 결정성 막대를 이용한 발광 다이오드를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 제2 목적은 상기 제1 목적을 달성하기 위한 발광 다이오드의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 광을 형성하는 발광 구조체; 및 상기 발광 구조체로부터 상기 광이 진행하는 방향에 형성된 산화아연 재질의 결정성 막대를 포함하는 발광 다이오드를 포함하는 발광 다이오드의 제조방법을 제공한다.
상기 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 발광 구조체 상에 씨드층을 형성하는 단계; 및 상기 씨드층 상에 산화아연 재질의 결정성 막대를 형성하는 단계를 포함하는 발광 다이오드의 제조방법을 제공한다.
상술한 본 발명에 따르면, 발광 동작을 수행하는 발광 구조체의 표면에는 산화아연의 결정성 막대 구조가 형성된다. 결정성 막대는 형성된 광이 추출되는 방향에 배치된다. 배치된 결정성 막대는 광의 도파로로 작용하고, 도파로 측면으로의 광의 누설을 방지한다. 이를 통해 높은 광추출 효율을 얻을 수 있다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 산화아연 결정성 막대가 적용된 발광 다이오드 및 그 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 형성된 산화아연 결정성 막대가 적용된 발광다이오드의 특성을 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 결정성 막대를 가지는 발광 다이오드를 도시한 다른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 형성된 산화아연 결정성 막대가 적용된 발광다이오드의 특성을 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 결정성 막대를 가지는 발광 다이오드를 도시한 다른 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
실시예
도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 산화아연 결정성 막대가 적용된 발광 다이오드 및 그 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 1을 참조하면, 기판(100) 상에 발광 구조체(200)가 구비된다.
상기 발광 구조체(200)는 3족-질화물계 또는 2족-산화물계일 수 있다. 또한, 발광 구조체(200)의 종류 및 발광 구조체(200)의 형상에 한정됨이 없이 산화아연 결정성 막대는 적용된다.
따라서, 상기 발광 구조체(200)는 다양한 칩 타입으로 준비될 수 있다. 즉, 노말 타입(normal type), 플립칩 타입(flip-chip type) 및 버티컬 타입(vertical type) 등 다양한 칩 타입이 준비된다.
상기 노말 타입은 사파이어 기판 상에 n형 반도체층, 발광층 및 p형 반도체층이 구비된다. 실시의 형태에 따라 기판과 n형 반도체층 사이에는 버퍼층이 구비될 수 있다. n형 반도체층의 노출된 부위 및 p형 반도체층의 상부에는 각각 전극들이 형성된다. 또한, 발광층의 전면에 전류를 균일하게 전달하기 위해 p형 반도체층 상부에는 전류확산층이 구비될 수 있다. 통상적으로 상기 전류확산층으로는 ITO가 사용된다.
플립칩 타입은 노말 타입과 실질적으로 동일한 칩 구조를 가진다. 다만, 발광층으로부터 생성된 광은 기판 방향으로 추출되는 특징을 가진다. 따라서, 인쇄회로기판 등에 실장되는 경우, 2개의 전극들은 별도의 와이어 본딩없이 인쇄회로기판에 접합된다.
버티컬 타입은 제조공정상 기판과 별도로 억셉터 기판을 도입한다. 또한, 제조단계에서 기판이 분리되는 리프트 오프 공정이 사용된다. 통상적으로 완성된 형태의 버티컬 타입은 억셉터 기판 상에 p형 반도체층, 발광층 및 n형 반도체층이 순차적으로 배치된 구조를 가진다. 또한, n형 반도체층의 상부 및 p형 반도체층과 대향하는 억셉터 기판의 배면에는 전극들이 형성된다. 실시의 형태에 따라 억셉터 기판과 p형 반도체층 사이에는 금속 재질의 반사층이 형성될 수 있다. 또한, 제조방법에 따라 억셉터 기판 상에 n형 반도체층이 먼저 배치될 수도 있다.
설명의 편의와 용이한 이해를 위해 본 실시예의 도 1의 발광 구조체(200)는 노말 타입을 전제로 한다. 따라서, 발광구조체(200)는 기판(100) 상에 n형 반도체층(210), 발광층(220) 및 p형 반도체층(230)이 순차적으로 형성된 구조이다. 또한, p형 반도체층(230) 상에는 전극(300)이 형성된다. 또한, p형 반도체층(230)과 전극(300) 사이에는 투명재질의 도전체인 전류확산층(235)의 더 구비될 수 있다. 또한, 기판(100)과 n형 반도체층(210) 사이에는 격자 불일치를 해소하기위한 버퍼층(205)이 추가적으로 개재될 수 있다.
만일, 발광 다이오드가 플립칩 타입인 경우, 발광 구조체의 상부에는 기판이 배치된다.
이외에도 상기 발광 다이오드가 버티컬 타입인 경우, n형 반도체층 상부에 전극이 구비된다. 실시의 형태에 따라 발광 구조체의 상부는 p형 반도체층 및 전극이 구비될 수 있다.
즉, 본 실시예에서 발광 구조체(200)는 칩의 형태에 따라 달리 설정될 수 있다. 다만, 산화아연 결정성 막대는 발광층(220)에서 형성된 광이 진행하는 방향에 배치되며, 반도체층(210, 230) 및 발광층(220) 사이에 개재되지 않고, 반도체층(210, 230) 또는 발광층(230) 상부에 형성된다. 특히, 플립칩 타입의 경우, 기판을 근거로 하여 형성될 수도 있다. 만일, 버티컬 타입인 경우, 상기 결정성 막대는 n형 반도체층 상부에 형성됨이 바람직하다.
도 2를 참조하면, 상기 발광 구조체(200) 상부에는 씨드층(400)이 형성된다. 상기 씨드층(400)의 형성은 다양한 방법을 통해 형성될 수 있다.
또한, 상기 씨드층(400)은 일정한 배향성을 가질 수 있으며, 불규칙한 배향성을 가질 수 있다.
예컨대, ZnO 파우더와 계면활성제를 혼합하여 용액을 형성하고, 이를 발광 구조체(200)에 스핀코팅하여 씨드층(400)을 형성할 수 있다.
또한, 아연 금속을 발광 구조체(200) 상에 형성하고, pH 10 이상인 용액에 침지시키는 경우, 아연 금속은 용액 중의 산소와 결합하여 ZnO로 형성되고, 이를 씨드층(400)으로 이용할 수 있다.
또한, 상기 씨드층(400)은 수열합성법을 통해 형성될 수 있다.
수열 합성법을 통한 형성을 위해 씨드 배양용액이 준비된다. 씨드 배양용액은 제1 아연염 및 제1 침전제를 포함하고, 이를 극성 용매에 용해시켜 제조된다. 상기 제1 아연염은 아연 이온(Zn2 +)의 공여체로 작용하고, 상기 제1 침전제는 하이드록시기(OH-) 공여체로 작용한다.
상기 제1 아연염은 아연 아세테이트(Zinc acetate), 아연 나이트레이트(Znic nitrate), 아연 설페이트(Zinc sulfate) 또는 아연 클로라이드(Zinc chloride)를 포함한다. 상기 제1 침전제는 NaOH, Na2CO3, LiOH, H2O2, KOH, HMTA(hexamethylenetetramine) 또는 NH4OH를 포함한다. 상기 극성 용매는 물, 알코올 또는 유기용매를 함유할 수 있다. 바람직하게는 상기 극성용매는 물과 알코올을 모두 함유할 수 있다.
상기 씨드 배양용액에 열에너지를 공급하여 산화아연 입자를 형성한다. 열에너지의 공급은 상압에서 50℃ 내지 100℃의 온도범위에서 수행된다.
상기 산화아연 입자의 형성은 하기의 반응식들에 의한다.
[반응식 1]
Zn2 + + 2OH- -> ZnO + H2O
[반응식 2]
Zn2 + + 2OH- <-> Zn(OH)2
[반응식 3]
Zn(OH)2 + 2OH- -> Zn(OH)4 2-
[반응식 4]
Zn(OH)4 2- -> ZnO + H2O + 2OH-
상기 반응식 1 및 반응식 2에서 제1 아연염으로부터 Zn2 +이 공급되고, 제1 침전제로부터 OH-가 공급된다. 2종의 양이온과 음이온은 반응하여 ZnO를 형성하거나 중간체인 Zn(OH)2를 형성한다.
또한, 반응식 3에서 중간체 Zn(OH)2는 OH-와 반응하여 산화아연 성장인자 Zn(OH)4 2-를 형성한다. 이는 반응식 4에서 ZnO를 형성한다.
또한, 산화아연 입자의 크기를 조절하기 위해서는 제1 과성장억제제가 사용될 수 있다. 제1 과성장억제제는 산화아연 입자가 형성된 씨드 배양용액에 투입된다. 상기 제1 과성장억제제는 양이온 폴리머임이 바람직하다. 구체적으로 양이온 폴리머는 아민기를 포함하며, 극성 용매 내에서 우수한 용해도를 가지는 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine:PEI)일 수 있다. 산화아연 성장인자 Zn(OH)4 2-는 양이온 폴리머의 양이온에 결합되어 산화아연의 성장에 참여하는 것을 방해한다. 결국, 제1 과성장억제제를 통해 산화아연 입자의 크기는 조절된다.
계속해서 형성된 산화아연 입자들을 분리하고, 분리된 산화아연 입자들은 용매에 분산된 후, 발광 구조체(200)가 형성된 기판(100)에 대한 스핀코팅을 통해 씨드층(400)으로 형성된다.
상술한 바대로 상기 씨드층(400)은 다양한 방법을 통해 형성될 수 있다. 설명된 방법 이외에도 증발법, MOCVD, 스퍼터링 또는 브러쉬를 이용한 도포를 통해 상기 씨드층(400)은 형성될 수 있다.
이외에도 상기 씨드층(400)은 산화아연 입자의 도포 또는 분산 등을 통해 형성될 수 있다.
상술한 씨드층(400)은 졸-겔 합성법을 통해 형성될 수도 있다. 즉, 먼저, 아연염을 포함하는 수화물을 용매에 용해시켜서, 제1 용액을 형성한다. 상기 아연염은 아연 아세테이트(Zinc acetate), 아연 나이트레이트(Zinc nitrate), 아연 설페이트(Zinc sulfate) 또는 아연 클로라이드(Zinc chloride)일 수 있다. 또한, 상기 용매는 극성용매임이 바람직하다. 예컨대, 에탄올을 용매로 사용하고, ZnC4H10O6? 6H2O를 수화물로 사용하여 제1 용액을 제조할 수 있다.
이어서, 상기 제1 용액을 가열하여 졸 상태로 형성시킨다. 가열온도는 60℃ 내지 100℃ 임이 바람직하다. 만일, 가열온도 60℃ 미만인 경우, 수화물의 해리가 일어나지 않으며, 가열온도가 100℃를 상회하는 경우, ZnO결정이 형성되지 않고, 해리된 상태에서 과성장이 발생된다. 상기 졸 상태에서는 아연염을 포함하는 수화물은 해리된다. 예컨대, ZnC4H10O6? 6H2O를 수화물로 사용한 경우, Zn2 +, CH3COO- 및 H2O가 형성된다.
계속해서, 상기 졸 상태의 용액에 계면활성제를 투입한다. 상기 계면활성제는 졸 상태에 잔류하는 이온 및 각종 화합물과 반응성을 가지지 않으면서, 졸 상태의 용액의 점도 및 이온종 분산도를 상승시킬 수 있는 물질이라면 어느 것이나 사용가능하다. 따라서, 상기 계면활성제는 PEG(Polyethylene Glycol) 또는 HPC(Hydroxypropyl Cellulose)가 사용될 수 있다.
이어서, 계면활성제 및 졸 상태의 용액을 가열하여 계면활성제와 졸 상태의 용액이 혼합되도록 하여 제2 용액을 형성한다. 가열온도는 계면활성제에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 계면활성제로 PEG가 사용되는 경우, 가열온도는 40℃ 내지 80℃가 바람직하다.
제2 용액을 기판(100)의 발광 구조체(200) 상에 스핀코팅한 후, 가열하여 겔 상태를 형성한다. 가열온도는 200℃ 내지 1000℃임이 바람직하다. 만일, 200℃ 미만인 경우, 제2 용액에 포함된 ZnO 이외의 부산물들이 충분히 제거되지 못한다. 또한, 1000℃를 상회하는 경우, 형성되는 씨드층(400)의 결정성이 손상되는 문제가 발생된다. 스핀코팅 후의 가열에 의해 형성되는 씨드층(400)은 하기의 반응식 5에 따른다.
[반응식 5]
Zn2 + + H2O + 2CH3COO- -> ZnO + 2CH3COOH
겔 상태의 씨드층(400)은 C축 방향의 배향성을 가진다. 즉, 졸 상태의 진입시 해리된 이온종들은 스핀코팅 이후의 가열공정에서 산화아연으로 형성되고, C축 방향으로 성장되는 결정성을 나타낸다. 이는 ZnO 결정구조가 가지는 고유한 특성에 따른 현상이다. 즉, ZnO 결정은 [0001]방향으로 높은 성장성을 가지며, 측면방향으로는 낮은 성장성을 가진다. 또한, (0001)면에서는 ZnO의 분극이 나타나고, 측면에서는 분극현상이 나타나지 않는다. 따라서, 스핀코팅 이후에 열처리 공정에서 씨드층(400)은 기판(100)에 수직한 방향으로 성장되는 결정성을 가진다.
또한, 상기 씨드층(400)은 발광 구조체(200) 상에 비교적 균일한 두께를 가지는 막질로 형성될 수 있으며, 규칙적인 배열을 가진 패턴화된 양상을 가질 수 있다.
특히, 발광 구조체(200)상부에 전극(300)이 형성된 경우, 상기 씨드층(400)은 전극(300) 이외의 영역-예컨대, p형 반도체층(230) 또는 전류확산층(235) 상부-에 형성됨이 바람직하다. 전극(300) 이외의 영역에 씨드층(400)을 형성하기 위해서는 전극(300)을 외부로부터 차폐하는 공정이 필요하다. 이를 위하여 전극(300)이 형성된 영역은 포토레지스트 패턴으로 차폐됨이 바람직하다. 전극(300)을 포토레지스트 패턴으로 차폐하는 것은 포토레지스트의 도포와 이에 대한 포토리소그래피 공정을 통해 구현될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 씨드층(400) 상부에 성장 유도층(410)이 형성된다. 상기 성장 유도층(410)은 산화아연 결정성 막대의 수직 성장을 유도하기 위해 구비된다.
상기 성장 유도층(410)은 통상의 포토리소그래피 공정을 통해 형성될 수 있으며, 레이저 간섭 리소그래피 또는 나노임프린트 리소그래피, 전자빔 리소그래피, 자외선 리소그래피, 홀로그래픽 리소그래피 또는 액침 리소그래피 등의 다양한 공정을 통해 형성될 수 있다.
또한, 상기 성장 유도층(410)은 규칙적인 배열을 가지는 일정한 패턴으로 형성될 수 있으며, 성장 유도층(410)의 일부는 씨드층(400)을 차폐하고, 다른 일부 영역은 씨드층(400)을 노출시킨다. 즉, 성장 유도층(410)의 홀은 씨드층(400)의 일부를 개방시킨다.
도 4를 참조하면, 상기 씨드층(400) 상부에 결정성 막대들(420)을 형성한다. 상기 결정성 막대(420)는 산화아연을 포함하며, 결정성 막대(420)의 성장의 주요인자는 씨드층(400)을 근거로 한 결정의 성장에 기인하고, [0001] 방향의 성장이 주도적으로 발생된다. 또한, 상기 결정성 막대들(420)은 규칙적인 배열을 가질 수 있으며, 성장 유도층(410)에 의해 개방된 씨드층(400)에서만 결정성 막대들(420)이 성장할 수 있다.
또한, 상기 결정성 막대들(420)은 상기 발광 구조체(200)가 이루는 상부 평면에 수직한 방향으로 성장될 수 있다. 결정성 막대들(420)이 성장하는 방향은 씨드층(400)을 구성하는 산화아연 입자들의 배향성에 근거한다.
상기 결정성 막대(420)는 증발법, CVD, PVD 또는 ALD 등 다양한 방법을 통해 형성될 수 있다.
상기 결정성 막대(420)는 직경이 나노 사이즈 또는 마이크로 사이즈를 가질 수 있다. 또한, 결정성 막대(420)는 단결정으로 형성됨이 바람직할 것이나, 결정으로의 성장과정에서 발생되는 다른 요인에 의해 일부의 결정성이 훼손될 수도 있다. 다만, 결정성 막대(420)의 형성 및 성장의 주도적인 인자는 산화아연이 가지는 단결정 성장이라 할 것이다.
특히, 상기 결정성 막대(420)는 수열합성법을 통해 형성될 수도 있다. 즉, 수용액 상으로 준비된 막대 배양용액에 씨드층(400)이 형성된 기판(100)을 침지하고, 소정의 열을 가함을 통해 상기 결정성 막대(420)는 형성될 수 있다.
먼저, 막대 배양용액은 제2 아연염, 제2 침전제 및 제2 과성장억제제를 포함한다. 필요에 따라 제2 과성장억제제는 생략될 수 있다.
상기 제2 아연염은 아연 이온의 공여체로 작용하며, 제2 침전제는 하이드록시기 공여체로 작용한다.
먼저, 막대 배양용액 내에 상기 씨드층(400)이 형성된 기판(100)을 침지한 후 열에너지를 인가한다. 상기 열에너지의 인가는 상압 상태에서 50℃ 내지 100℃의 온도로 막대 배양용액을 가열함을 통해 달성된다. 만일 가열온도가 50℃ 미만인 경우, 결정성 막대(420)의 성장이 둔화되어 실질적인 결정성 막대(420)의 성장을 기대하기 힘들다. 또한, 가열온도가 100℃를 상회하는 경우, 막대 배양용액 내의 이온종의 원치않는 반응 등으로 인해 결정성 막대(420)의 결정성이 손상된다.
상기 제2 아연염은 아연 아세테이트(Zinc acetate), 아연 나이트레이트(Zinc nitrate), 아연 설페이트(Zinc sulfate) 또는 아연 클로라이드(Zinc chloride)일 수 있다. 제2 침전제는 NaOH, Na2CO3, LiOH, H2O2, KOH, HMTA(hexamethylenetetramine) 또는 NH4OH일 수 있으며, 바람직하게는 상기 제2 침전제는 HMTA(C6H12N4)일 수 있다. 상기 C6H12N4는 산화아연을 포함하는 결정성 막대(420)를 형성시키기 위한 성장인자들인 NH4 + 및 OH-를 생성시킬 수 있음과 동시에, 성장 속도 및 OH- 농도의 조절이 용이하여 반응속도를 조절할 수 있다.
상기 제2 과성장억제제는 양이온 폴리머를 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 양이온 폴리머는 아민기를 포함하는 폴리머일 수 있으며, 예컨대 알콜 용액 상에서 용해력이 우수한 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine; PEI)일 수 있다.
상기 산화아연을 포함하는 결정성 막대(410)의 성장 매커니즘은 하기 반응식들 6 내지 12에 의해 설명될 수 있다. 상기 제2 침전제로 사용된 헥사민(C6H12N4)은 하기 반응식들 6 및 7에 의해 NH4 +와 OH-를 제공한다. 또한, 상기 아연염으로 사용된 Zn(NO3)2는 반응식 8에 의해 아연이온을 발생시킬 수 있다.
[반응식 6]
C6H12N4 + 6H2O <-> 6CH2O + 4NH3
[반응식 7]
NH3 + H2O <-> NH4 + + OH-
[반응식 8]
Zn(NO3)2 -> Zn2 + + 2NO3 -
상기 반응식들 6 내지 8로부터 발생된 4NH3, 4OH- 및 Zn2 +는 하기 반응식들 9 및 10에 의해 산화아연 재질의 결정성 막대(410)의 성장인자인 Zn(NH3)4 2+, 및 Zn(OH)4 2-를 발생시킨다.
[반응식 9]
Zn2 + + 4NH3 -> Zn(NH3)4 2+
[반응식 10]
Zn2 + + 4OH- -> Zn(OH)4 2-
상기 반응식 9에 의해 발생된 상기 성장인자 Zn(NH3)4 2+는 반응인자인 OH-와의 반응에 의해 하기 반응식 11과 같은 산화아연 결정성 막대들(420)을 생성시킬 수 있으며, 상기 반응식 10에 의해 발생된 상기 성장인자 Zn(OH)4 2-는 하기 반응식 12에 의해 산화아연 결정성 막대들(420)을 생성시킬 수 있다.
[반응식 11]
Zn(NH3)4 2+ + 2OH- -> ZnO + 4NH3 +H2O
[반응식 12]
Zn(OH)4 2- -> ZnO + H2O + 2OH-
산화아연의 경우, C축 방향의 성장이 우세한 결정구조를 가진다. [0001] 방향인 C축 방향으로는 아연과 산소의 분극이 가장 크게 나타나며, 측면방향에서는 분극 현상이 나타나지 않는다. 따라서, 성장에 대한 특별한 억제가 없는 상태에서도 상기 결정성 막대(420)는 C축 방향으로 성장하는 것이 우세할 수 있다. 그 결과, C축 방향인 [0001] 방향으로의 성장이 우세하게 나타난다. 물론, 측면 방향으로의 성장도 지속적으로 일어날 수 있다.
그러나, 상기 막대 배양용액 내에 상기 제2 과성장억제제인 양이온성 폴리머를 첨가하는 경우, 상기 양이온성 폴리머는 상기 성장인자들 중 하나인 Zn(OH)4 2-를 흡착하여 Zn(OH)4 2-가 산화아연을 포함하는 결정성 막대(420)의 성장에 참여하지 못하도록 한다.
만일, 제2 과성장억제제가 도입되는 경우, 양이온성 폴리머는 Zn(OH)4 2-에 흡착할 뿐 아니라, 기 형성된 ZnO 결정구조의 측면에 노출된 음이온성 O2 -를 캡핑하여 측면의 성장을 방해할 수 있다. 따라서, 제2 과성장억제제는 상기 산화아연을 포함하는 결정성 막대(420)가 측면으로 성장하는 것을 방해한다.
한편, 상기 막대 배양 용액은 pH 9 내지 pH 11로 설정될 수 있다. 상기 막대 배양 용액의 pH가 11을 상회하는 경우, 과부식으로 인해 산화아연 결정성 막대(420)의 손상이 발생될 수 있다. 따라서, 바람직하게는 상기 막대 배양 용액은 pH 10으로 설정될 수 있다. 이를 위해 상기 막대 배양 용액 내에 염기성 용액 예를 들어, 암모니아수를 첨가할 수 있다.
특히, 상기 씨드층(400)이 졸-겔 합성법에 의해 형성된 경우, 상기 결정성 막대(420)는 발광 구조체(200)에 대해 전체적으로 수직한 방향성을 가진다. 이는 발광 구조체(200) 표면에 산화아연 입자가 부착되는 프로세스가 아니라, 겔 상태로 형성되는 과정에서 산화아연 입자가 자연스럽게 발광 구조체(200) 표면에 형성되기 때문이다.
특정의 물질이 다른 막질의 상부에 형성되고, 안정적인 상태로 진입하기 위해서는 용액 중에 플로팅되는 상태보다, 하부의 막질에 안착하는 것이 유리하다. 특히, 산화아연의 경우, 동일한 배향으로 인접한 산화아연 입자들과 응집하는 특징을 가진다. 또한, 하부 막질의 표면에 (0001)평면이 배치되는 배향성이 가장 안정적인 특성을 가지게 된다. 따라서, 졸-겔 합성법에 의해 씨드층(400)이 형성된 경우, 이후에 형성되는 결정성 막대들(420)의 다수는 발광 구조체(200)의 상부 표면에 대해 수직한 방향으로 성장되는 방향성을 가진다.
도 5를 참조하면, 발광 구조체(200) 상부에 잔류하는 성장 유도층(410)은 제거된다. 성장 유도층(410)의 제거에 의해 발광 구조체(200) 상부에는 다수의 결정성 막대들(420)이 잔류한다.
상술한 과정을 통해 발광 구조체(200) 상부에는 산화아연의 결정성 막대(420)가 형성된다. 결정성 막대(420)는 발광 구조에서 형성된 광의 도파로로 기능한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 형성된 산화아연 결정성 막대가 적용된 발광다이오드의 특성을 도시한 그래프이다.
도 6를 참조하면, 노말 타입의 칩구조 상에 전류확산층으로 ITO가 형성된다. ITO 상부에는 산화아연 결정성 막대가 형성된다. 또한, 상기 칩은 베어(bare) 칩 상태로 웨이퍼 상태에서 칩의 분리가 완성되지 않은 상태이다.
이어서, 기존의 노말 타입의 발광 다이오드와 상기 기존의 발광 다이오드에 본 발명의 결정성 막대를 적용한 경우의 EL 특성은 상호 비교된다.
기존의 노말 타입의 발광 다이오드는 사파이어 기판 상에 형성된다. 상기 사파이어 기판은 피치가 600nm인 패턴이 형성된다. 상기 패턴의 형상은 대략 원형이다. 기판 상부에는 버퍼층으로 GaN층이 형성된다. 버퍼층은 도핑되지 않은 상태로 두께가 3um이다. 또한, 버퍼층의 상부는 n형의 GaN층이 형성된다. n형의 GaN층을 형성하기 위해 도판트로는 Si가 사용되고, 그 두께는 2.5um이다. 또한, n형의 GaN층 상부에는 다중양자우물 구조의 발광층이 형성된다. 상기 다중양자우물 구조는 3원계로 이루어지고 InGaN로 구성된다. 다중양자우물 구조의 5주기의 구조를 가진다. 또한, 발광층 상부에는 p형의 GaN층이 형성된다. 상기 p형의 GaN층의 두께는 0.14um이고, 도판트로는 Mg이 사용된다.
칩 타입은 노말 타입으로 p형 GaN 층의 상부에는 전류확산층으로 ITO가 구비되고 두께는 250nm이다. 또한, n형 GaN층의 일부 표면은 식각을 통해 노출된 상태이다. 발광에 참여하는 칩의 사이즈는 300*300um 이다. 또한, 본 실시예의 도 6에서 설명되는 칩은 패키징이 수행되기 전단계의 상태이다.
ITO 상부에 형성된 전극을 통해 5mA의 전류를 인가할 때, 종래의 노말 타입 발광 다이오드는 약 450nm의 파장에서 약 30000a.u.의 EL 강도를 가진다. 즉, 종래의 노말 타입의 발광 다이오드의 EL 특성은 상기 도 6에서 점선으로 표시된다.
상술한 기존의 노말 타입의 발광 다이오드 상부에 결정성 막대를 도입한다.
결정성 막대의 형성을 위해 ITO 상부에 씨드층이 형성된다. 씨드층은 졸-겔 방법을 통해 형성된다. 졸-겔 방법에서 아연 이온 공여체로는 아연 아세테이트가 사용되고, 용매는 에탄올이 사용된다. 졸 상태의 제1 용액의 형성을 위해 용액은 65℃에서 30분 가열된다. 계속해서 계면활성제로는 PEG가 사용되어 제2 용액이 형성된다. 제2 용액은 ITO 상부에 코팅되고, 겔 상태로 형성되기 위해 350℃에서 1시간 가열된다. 이를 통해 씨드층이 형성된다.
씨드층 상부에는 성장 유도층이 형성된다. 상기 성장 유도층은 규칙적인 패턴을 가진다. 즉, 이후에 성장되는 결정성 막대가 규칙적인 간격을 가지도록 씨드층 상부에는 성장 유도층인 포토레지스트 패턴이 형성된다. 패턴에서 씨드층의 표면을 개방하는 영역은 원형의 형상을 가지며, 이웃하는 원형 패턴 사이의 피치는 400nm이고, 직경은 150nm이다.
결정성 막대의 성장을 위해 수열합성법이 사용된다. 아연 이온 공여체인 제2 아연염으로는 아연 나이트레이트가 사용되고, 하이드록시기 공여체인 제2 침전제로는 HMTA가 사용된다. 또한, 제2 과성장억제제인 양이온성 폴리머로는 PEI가 사용된다. 이를 통해 결정성 막대는 성장된다.
종래의 발광 다이오드와 동일한 전류가 인가되는 경우, 산화아연 결정성 막대가 도입된 발광 다이오드는 상기 도 6의 실선으로 나타난 바와 같이 450nm의 파장에서 약 60000a.u.의 EL 강도를 가진다.
이는 기존의 노말 타입의 발광 다이오드의 상부에 산화아연 결정성 막대를 도입하는 것만으로 EL 특성이 약 2배 상승하는 것을 나타낸다. 이러한 현상은 산화아연 결정성 막대가 발광 구조물로부터 발생된 광의 도파로 역할을 수행하는 것에 기인한다. 도파로는 산화아연 결정의 [0001]방향으로 진행하고, 진행과정에서 외부로 광이 누설되는 현상을 최소화시킨다. 따라서, 발광 동작에서 발생되는 광의 불필요한 산란이 최소화되고, 외부를 향해 효율적인 광의 전달이 이루어진다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 결정성 막대를 가지는 발광 다이오드를 도시한 다른 단면도이다.
도 7을 참조하면, p형 반도체층(230) 상부에 씨드층(400) 및 결정성 막대(420)가 구비된다. 상기 씨드층(400) 및 결정성 막대(420)의 형성은 상기 도 1 내지 도 5에 설명된 바와 동일하다. 다만, 도 7에서는 전류 확산층(235)의 형성 이전에 씨드층(400) 및 결정성 막대(420)가 구비되는 차이를 가진다. 따라서, 발광 구조체(200) 상부에는 결정성 막대(420)가 구비되고, 결정성 막대(420) 상부에 전류 확산층(235) 및 전극(300)이 형성되는 구조이다.
또한, 전류 확산층(235)은 결정성 막대(420)를 매립한다. 상기 전류 확산층(234)은 투명 전도성 재질이라면 어느 것이나 사용가능할 것이다.
본 발명에서 결정성 막대(420)는 발광 구조체(200)에서 발생되는 광이 추출되는 방향에 위치한다. 또한, 상기 결정성 막대(420)는 기판(100)으로부터 수직으로 성장하는 배향성을 가진다. 이는 [0001]방향으로의 우세한 성장성에 기인한다.
또한, 결정성 막대는 광의 도파로로 기능하고, 결정성 막대 측면으로의 광의 손실을 최소화한다. 따라서, 이를 통해 우수한 광추출 효율을 얻을 수 있다.
본 실시예에서는 결정성 막대의 형성이 노말 타입의 칩 양상에서 이루어지는 것으로 예시하였다. 따라서, 본 발명의 결정성 막대가 플립칩 타입에 적용되는 경우, 결정성 막대는 기판의 상부에 형성될 수 있다. 또한, 본 발명의 결정성 막대가 버티컬 타입에 적용되는 경우, 상기 결정성 막대는 n형 반도체층 상부에 형성될 수 있다.
100 : 기판 200 : 발광 구조체
300 : 전극 400 : 씨드층
410 : 성장 유도층 420 : 결정성 막대
300 : 전극 400 : 씨드층
410 : 성장 유도층 420 : 결정성 막대
Claims (20)
- 광을 형성하는 발광 구조체; 및
상기 발광 구조체로부터 상기 광이 진행하는 방향에 형성된 산화아연 재질의 결정성 막대를 포함하고,
상기 결정성 막대는 규칙적인 배열을 가지고, 상기 발광 구조체 표면으로부터 수직인 방향으로 성장되며, 상기 결정성 막대의 각각은 산화아연의 단결정이며, 상기 결정성 막대는 상기 발광 구조체에서 형성된 광의 도파로이고,
상기 결정성 막대는 상기 발광 구조체의 전류 확산층 상부에 형성되며,
상기 전류 확산층 상부에는 전극이 구비되고, 상기 결정성 막대는 상기 전극을 제외한 상기 전류 확산층 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 광을 형성하는 발광 구조체; 및
상기 발광 구조체로부터 상기 광이 진행하는 방향에 형성된 산화아연 재질의 결정성 막대를 포함하고,
상기 결정성 막대는 규칙적인 배열을 가지고, 상기 발광 구조체 표면으로부터 수직인 방향으로 성장되며, 상기 결정성 막대의 각각은 산화아연의 단결정이며, 상기 결정성 막대는 상기 발광 구조체에서 형성된 광의 도파로이고,
상기 결정성 막대의 상부에는 투명 전도성 재질의 전류 확산층이 구비되고, 상기 전류 확산층은 상기 결정성 막대를 매립하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드. - 제6항에 있어서, 상기 전류 확산층의 상부에는 전극이 배치되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
- 삭제
- 삭제
- 아연염을 포함하는 수화물을 용매에 용해하여 제1 용액을 형성하는 단계;
상기 제1 용액을 가열하여 졸 상태로 형성하는 단계;
상기 졸 상태의 용액에 계면활성제를 투입하여 제2 용액을 형성하는 단계;
상기 제2 용액을 발광 구조체 상에 코팅한 후, 가열하여 겔 상태의 씨드층을 형성하는 단계; 및
상기 씨드층 상에 산화아연 재질의 결정성 막대를 형성하는 단계를 포함하는 발광 다이오드의 제조방법. - 삭제
- 제10항에 있어서, 상기 아연염은, 아연 아세테이트(Zinc acetate), 아연 나이트레이트(Zinc nitrate), 아연 설페이트(Zinc sulfate) 또는 아연 클로라이드(Zinc chloride)인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조방법.
- 삭제
- 제10항에 있어서, 상기 결정성 막대를 형성하는 단계는,
제2 아연염 및 제2 침전제를 포함하는 막대 배양용액을 준비하는 단계; 및
상기 발광 구조체를 상기 막대 배양용액에 침지시키고 열에너지를 인가하여 상기 씨드층을 근거로 상기 결정성 막대를 성장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조방법. - 제14항에 있어서, 상기 제2 아연염은 아연 아세테이트(Zinc acetate), 아연 나이트레이트(Zinc nitrate), 아연 설페이트(Zinc sulfate) 또는 아연 클로라이드(Zinc chloride)인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조방법.
- 제14항에 있어서, 상기 제2 침전제는 NaOH, Na2CO3, LiOH, H2O2, KOH, HMTA(hexamethylenetetramine) 또는 NH4OH를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조방법.
- 제14항에 있어서, 상기 막대 배양용액은, 양이온 폴리머를 가지는 제2 과성장 억제제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조방법.
- 제10항에 있어서, 상기 결정성 막대를 형성하는 단계 이전에, 규칙적인 패턴을 가지는 성장 유도층을 상기 씨드층 상부에 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 성장 유도층에 의해 노출되는 씨드층 표면을 통해 상기 결정성 막대는 성장하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조방법.
- 삭제
- 제10항에 있어서, 상기 결정성 막대는 산화아연의 [0001] 방향을 따라 성장하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조방법.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/KR2010/005064 WO2011149148A1 (en) | 2010-05-28 | 2010-08-02 | Hexagonal crystal structure and light-emitting diode using the same |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US34955910P | 2010-05-28 | 2010-05-28 | |
US61/349,559 | 2010-05-28 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20110131064A KR20110131064A (ko) | 2011-12-06 |
KR101210970B1 true KR101210970B1 (ko) | 2012-12-11 |
Family
ID=45499657
Family Applications (6)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020100055349A KR101209153B1 (ko) | 2010-05-28 | 2010-06-11 | 트리 구조를 가지는 산화아연 및 이를 제조하는 방법 |
KR1020100055365A KR101163369B1 (ko) | 2010-05-28 | 2010-06-11 | 반구형 구조체를 가지는 발광 다이오드 및 이의 제조방법 |
KR1020100055374A KR101211026B1 (ko) | 2010-05-28 | 2010-06-11 | 산화아연 트리를 가지는 발광 다이오드 및 이의 제조방법 |
KR1020100055356A KR101144938B1 (ko) | 2010-05-28 | 2010-06-11 | 반구체를 가지는 육방정계 구조물 및 이의 형성방법 |
KR1020100067399A KR101144947B1 (ko) | 2010-05-28 | 2010-07-13 | 육방정계 구조물 및 이의 제조방법 |
KR1020100067408A KR101210970B1 (ko) | 2010-05-28 | 2010-07-13 | 산화아연 결정성 막대를 가지는 발광 다이오드 및 이의 제조방법 |
Family Applications Before (5)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020100055349A KR101209153B1 (ko) | 2010-05-28 | 2010-06-11 | 트리 구조를 가지는 산화아연 및 이를 제조하는 방법 |
KR1020100055365A KR101163369B1 (ko) | 2010-05-28 | 2010-06-11 | 반구형 구조체를 가지는 발광 다이오드 및 이의 제조방법 |
KR1020100055374A KR101211026B1 (ko) | 2010-05-28 | 2010-06-11 | 산화아연 트리를 가지는 발광 다이오드 및 이의 제조방법 |
KR1020100055356A KR101144938B1 (ko) | 2010-05-28 | 2010-06-11 | 반구체를 가지는 육방정계 구조물 및 이의 형성방법 |
KR1020100067399A KR101144947B1 (ko) | 2010-05-28 | 2010-07-13 | 육방정계 구조물 및 이의 제조방법 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (6) | KR101209153B1 (ko) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102146676B1 (ko) * | 2011-12-16 | 2020-08-24 | 엘지디스플레이 주식회사 | 발광소자, 백라이트 유닛 및 이를 구비한 액정표시장치 |
KR102212803B1 (ko) * | 2014-09-16 | 2021-02-05 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광소자 및 발광소자 패키지 |
-
2010
- 2010-06-11 KR KR1020100055349A patent/KR101209153B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2010-06-11 KR KR1020100055365A patent/KR101163369B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2010-06-11 KR KR1020100055374A patent/KR101211026B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2010-06-11 KR KR1020100055356A patent/KR101144938B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2010-07-13 KR KR1020100067399A patent/KR101144947B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2010-07-13 KR KR1020100067408A patent/KR101210970B1/ko not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Sequential Nucleation and Growth of Complex nanostructured Films(Advanced Functional Materials 2006. 16, 335-344) |
undoped p-type ZnO nanorods synthesized by a hydrothermal method(Advanced Functional Materials 2008, 18, 1020-1030) |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR101144947B1 (ko) | 2012-05-11 |
KR101144938B1 (ko) | 2012-05-11 |
KR20110131062A (ko) | 2011-12-06 |
KR20110131064A (ko) | 2011-12-06 |
KR20110131061A (ko) | 2011-12-06 |
KR101211026B1 (ko) | 2012-12-18 |
KR20110131063A (ko) | 2011-12-06 |
KR20110131060A (ko) | 2011-12-06 |
KR20110131059A (ko) | 2011-12-06 |
KR101163369B1 (ko) | 2012-07-12 |
KR101209153B1 (ko) | 2012-12-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6607614B2 (ja) | 紫外発光ダイオードおよびその製造方法 | |
US8841691B2 (en) | Light emitting diode structure utilizing zinc oxide nanorod arrays on one or more surfaces, and a low cost method of producing such zinc oxide nanorod arrays | |
TWI425560B (zh) | 半導體裝置、發光裝置及其製造方法 | |
JP5323934B2 (ja) | 半導体素子、発光素子及びその製造方法 | |
US7646027B2 (en) | Group III nitride semiconductor stacked structure | |
KR102116831B1 (ko) | Ⅲ질화물계 발광 다이오드 상에 에피택셜 zno를 증착시키는 공정 및 에피택셜 zno를 포함하는 발광 다이오드 | |
JP6152548B2 (ja) | 酸化ガリウム基板及びその製造方法 | |
CN112397618A (zh) | 一种发光二极管的外延结构及其制备方法 | |
TW201817849A (zh) | 具有塗佈之波長轉換奈米粒子 | |
JP2008251569A (ja) | 半導体装置とその製造方法、及びテンプレート基板 | |
KR101210970B1 (ko) | 산화아연 결정성 막대를 가지는 발광 다이오드 및 이의 제조방법 | |
CN112331748A (zh) | 一种发光二极管的外延结构及其制备方法 | |
JP6048896B2 (ja) | 窒化物半導体素子用基板とその製造方法、および赤色発光半導体素子とその製造方法 | |
CN103872200B (zh) | 形成半导体层的方法、半导体发光器件及其制造方法 | |
KR101162090B1 (ko) | 결정성 막대를 이용한 수직형 발광 다이오드의 제조방법 | |
US9034676B2 (en) | Method of fabricating vertical type light-emitting diode and method of separating layers from each other | |
RU2379787C2 (ru) | Белый светоизлучающий диод на основе нитрида металла группы iii | |
PL237260B1 (pl) | Sposób wytwarzania nanostruktur kwantowych/heterostruktur oraz trójskładnikowych związków ZnMgO na podłożach zawierających nanostruktury | |
DE10015371A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung epitaktischer Schichten mittels EGAS-Technik | |
Park et al. | MOCVD GROWTH AND EFFICIENCY IMPROVEMENT FOR ULTRAVIOLET LIGHT EMITTING DIODES | |
Kim et al. | Growth and Characterization of InGaN/GaN LEDs on Corrugated Interface Substrate Using MOCVD |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
AMND | Amendment | ||
AMND | Amendment | ||
X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20151002 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20161004 Year of fee payment: 5 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |