KR101375107B1 - 반도체 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제 1도전성 반도체층;상기 제 1도전성 반도체층상에 형성된 활성층;상기활성층상에 형성된 제 2도전성 반도체층; 상기 제2도전성 반도체층 상에 형성된 제2전극층을 포함하는 반도체 발광소자에 있어서, 상기 각 층 중 적어도 하나의 일면은 분말의 충돌에 의해서 생기는 거칠기면으로 포함되는 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 발광소자 및 그 제조방법{Light Emitting Deviceand Manufacturing Method of the same}
본 발명은 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는내부 광추출 효율이 향상된 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
반도체 발광소자는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기를 적외선 또는 빛으로 변환시켜서 신호를 주고 받거나, 광원으로 사용되는 반도체 소자의 일종이다.
일반적으로 반도체 발광소자의 광효율은 내부양자효율(Internal Quantum Efficiency)과 광추출효율(LightExtraction Efficiency)에 의해 결정된다. 특히, 광추출효율은 반도체 발광소자의 광학적 인자, 즉 각 구조물의 굴절률 및 계면의 평활도(Flatness) 등에 의해 결정된다.
하지만, 상기한 바와 같은 광추출효율 측면에서 반도체 발광소자는 반도체 물질과 반도체 외부 환경간의 굴절율의 차이로 인한 문제를 가지고 있고, 특히, 최근에 주로 이용되고 있는 질화물 기반의 반도체 발광소자의 경우에는 그 문제가 더욱 심각하다.
즉, LED의 반도체 소재(n=2.5)와 공기(n=1)의 굴절률 차이로 인하여 활성층 내부에서 발광된 빛이 일정 각도(θc)이상이 되면 공기와의 경계면에서 내부로 전반사되어 발광 효율이 감소하는 문제점이 있다.
따라서 내부 전반사를 막아 외부로 방출되는 빛의 양을 향상시키기 위한 광추출(optical extraction) 기술 필요하다.
이에 다수의 문헌에서 반도체층이나전극층의 표면에 거칠기를 증가시킴으로써 광추출효율을 높이는 기술이 알려져 있다. 예컨데, 한국공개특허제10-2010-0077152호, 한국등록특허 제10-1101852호, 한국공개특허 제10-2009-0111711호에는 에피택셜층의바닥면과 상기 상면은 100nm rms 이상의 거칠기(roughness)를 가지게 하거나, 반도체 기판을 기울이면서 회전시켜 거칠기를 가지게 하거나, 블록구조물을 형성하는 방법들이 기재되어 있다.
그러나 기존의 기술들은 주로 거칠기를 형성하기 위한 에칭(etching)을 위하여 RIE/ICP 등 진공 공정을 활용하여 비용이 상승하는 문제가 있고, 포토리소그라피(Photolithography), 마스크 등을 활용할 경우 중간 과정이 복잡한 문제점이 있다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점들을 해결하고자 한 것으로서, 본 발명의 목적은 분말을 분사하여 분사되는 면을 거칠게 하는 저온분사(Cold Spray) 공정을 통해 반도체 발광소자의 광추출효율을 향상시킬 수 있는 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일측면에 따른 반도체 발광소자는,
제1도전성 반도체층;상기 제1도전성 반도체층상에 형성된 활성층;상기활성층상에 형성된 제2도전성 반도체층; 상기 제2도전성 반도체층 상에 형성된 제2전극층을 포함하는 반도체 발광소자에 있어서,
상기 각 층 중 적어도 하나의 일면은 분말의 충돌에 의해서 형성되는 패턴의 거칠기면으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 거칠기면은 상기 제2도전성 반도체층의 상면일부영역 또는 전 영역에 형성될 수 있다.
또한, 상기 거칠기면은 상기 제2전극층의 상면일부영역 또는 전 영역에 형성될수 있다.
또한, 상기 거칠기면은 상기 제1도전성 반도체층의하면의일부영역 또는 전 영역에 형성될 수 있다.
또한, 상기 거칠기면은 분말입자의 평균지름이 500 nm 내지 5㎛인 분말이 충돌하여 침식시킨 패턴을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1도전성 반도체층의 아래에 형성된 언도프드반도체층, 버퍼층, 기판 및 제 1전극층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 거칠기면은 30 내지 200 nm로 형성된다.
또한, 상기 거칠기면에는 상기 분말의 잔유물이 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 반도체 발광소자의 제조방법은 제 1도전성 반도체층; 상기 제 1도전성 반도체층 상에 형성된 활성층; 상기 활성층 상에 형성된 제 2도전성 반도체층; 상기 제2도전성 반도체층 상에 형성된 제2전극층을 포함하는 반도체 발광소자의 제조방법에 있어서, 상기 각 층 중 적어도 하나의 일면은 분말의 충돌에 의해서 생기는 거칠기면을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 분말은 알루미나, 질화알루미늄, 이트리아, 야그, 지르코니아, 실리카, 세륨옥사이드, 탄화규소, 질화규소, 탄화붕소, 질화붕소, 인산 칼슘계 산화물 및 이산화티타늄으로 이루어진 그룹에서 선택되는 단일세라믹이거나, 둘 이상의 세라믹이 혼합된 혼합물일 수 있다.
또한, 상기 거칠기면을 형성하는 단계는 분말을 분사노즐에 주입하고, 상기 분사노즐 내에 흐르는 압축가스의 유동에 의해 분말을 비용융 상태로 200 내지 1500 ㎧의 분말속도로 분사하여 거칠기면을 형성할 수 있다.
또한, 상기 분말입자의 평균지름이 500 nm 내지 5㎛인 것이 바람직하다.
또한, 상기 압축가스의 온도는 15℃ 내지 700 ℃인 것이 바람직하다.
또한, 상기 분말이 분사되는 면의 온도는 15℃ 내지 350 ℃인 것이 바람직하다.
또한 상기 노즐과 분사되는 면간의 거리는 10 내지 50mm 로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 거칠기면을 형성하는 단계는 상기 제 2도전성 반도체층의 상면 일부영역 또는 전 영역에 상기 분말을 충돌시켜 상기 거칠기면을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 거칠기면을 형성하는 단계는 상기 제2전극층의상면일부영역 또는 전 영역에 분말을 충돌시켜 상기 거칠기면을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 거칠기면을 형성하는 단계는 상기 제1도전성 반도체층의하면의일부영역 또는 전 영역에 분말을 충돌시켜 상기 거칠기면을 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 의하면, 저온분사 방법을사용하여 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있는 반도체 발광소자를 간단한 방법으로 제조할 수 있게 된다.
또한 전극층 또는 반도체층등 거칠기를 형성할 층을 자유로이 선택할 수 있을 뿐 아니라, 거칠기의 조절이 간단하게 이루어질 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 반도체 발광소자 및 그 제조방법은 상온에서 진행되므로 추가적인 열처리 불필요한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체 발광소자의 구조도.
도2은 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체 발광소자의 구조도.
도3은 본 발명의 제3실시예에 따른 반도체 발광소자의 구조도.
도 4는 본 발명에 따른 반도체 발광소자에 분말을 충돌시키기 위한 저온분사 장치의 구조도.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체 발광소자의 p-GaN반도체층의 상면의 저온분사 후 표면 전자현미경 사진.
도 6는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체 발광소자의 p-전극층 상면의 저온분사 후 표면 전자현미경 사진.
도 7는 본 발명의 제3실시예에 따른 반도체 발광소자의 n-GaN반도체층의 하면의 저온분사 후 표면 전자현미경 사진.
이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
본 명세서 및 청구범위의 전반에 걸쳐, 다른 언급이 없는 한, 포함(comprise, comprises, comprising)이라는 용어는 언급된 물건, 단계 또는 일군의 물건, 및 단계를 포함하는 것을 의미하고, 임의의 어떤 다른 물건, 단계 또는 일군의 물건 또는 일군의 단계를 배제하는 의미로 상용된 것은 아니다.
한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히, 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다.
본 발명의 일측면은 반도체 발광소자를 제공한다.
본 발명의 제 1실시예에 따른반도체 발광소자는 기판(110), 제 1도전성 반도체층(120), 활성층(130), 제 2도전성 반도체층(140), 제 1전극층(170) 및 제 2전극층(180)을 포함한다. (도 1 참조)
기판(110)은 사파이어, GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, 그리고 GaAs, 도전성 기판 등으로 이루어진군에서 선택될 수 있다.
기판(110) 위에는 버퍼층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(미도시)은 상기 기판(110)과의 격자 상수 차이를 줄여주기 위한 층으로서, GaN버퍼층, AlN버퍼층, AlGaN버퍼층, InGaN버퍼층 등이 선택적으로 형성될 수 있으며, 이에 한정하지는 않는다.
또한 버퍼층 또는 기판(110) 위에는 언도프드(undoped)반도체층(미도시)이 형성될 수 있으며, 상기 언도프드(undoped)반도체층은GaN계로 형성될 수 있다. 기판(110) 위에는 버퍼층 및 언도프드반도체층 중 적어도 한 층을 형성하거나, 두 층 모두가 존재하지 않을 수도 있다.
기판(110) 위에는 제 1도전성 반도체층(120)이 형성된다. 상기 제 1도전성 반도체층(120)은 적어도 한 층이상의 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 상기 n형 반도체층은GaN, AlGaN, InGaN, InN, AlN, AlInGaN등중에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트가 선택적으로 도핑될 수 있다.
여기서 제 1도전성 반도체층(120) 상에는 활성층(130)이 형성된다. 상기 활성층(130)은 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조로 형성된다. 상기 활성층(130)의 일측 또는 양측에는 도전성 클래드층이형성될수 있다.
활성층(130) 상에는 제 2도전성 반도체층(140)이 형성된다. 제 2도전성 반도체층(140)은 적어도 한층 이상의 p형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 상기 p형 반도체층은GaN, AlGaN, InGaN, InN, AlN, AlInGaN등 중에서 선택될 수 있으며, p형 도펀트(예컨데, Mg, Zn)가 도핑된다.
여기서, 상기 제 1도전성 반도체층(120)은 n형 반도체층이고, 제 2도전성 반도체층(140)의 p형 반도체층으로 형성하였으나, 이의 역 구조 예컨대, 제 1도전성 반도체층(120)이 p형 반도체층이고, 제 2도전성 반도체층(140)이n형 반도체층으로형성될 수 있다.
제2도전성 반도체층(140)의 상면 일부 영역 또는 전 영역에는 저온분사에의한 분말의 충돌로 형성되는 제1거칠기면이 형성된다.
일반적으로저온분사는 코팅하고자 하는 물질을 분말화하여 상대적으로 저온에서 초음속으로 가속시켜 모재 표면에 코팅시키는 방법으로서, 초음속으로 움직이는 분말이 기판과 충돌할 때 분말의 운동에너지가 접착력으로 전환이 과정에 있어서 분말이 충분한 속도를 확보할 경우 코팅이 진행된다.
그러나, 분말의 속도가 부족하거나 너무 높으면 코팅이 되지 않고 기판 표면에 분화구(crater)를 형성시킨 후 튀어 나가게 되는데 본 발명은 이 경우에 형성되는 분화구(crater)가 기판 표면에 거칠기(roughness)면을 형성한다.
즉, 제2도전성 반도체 상면에 분말(powder)의 종류와 크기, 가스의 종류, 온도, 압력, 기판 온도, 기판과 노즐 간의 거리 등의 공정변수에 따라 분사되는 면에 거칠기를 가지는 면을 형성할 수 있다.
본 발명의 제 2실시예에 따른 반도체 발광소자는 기판(110), 제 1도전성 반도체층(120), 활성층(130), 제 2도전성 반도체층(140), 제 1전극층(170), 제 2전극층(180), 을 포함한다. (도 2 참조)
제2실시예는 제2전극층의 상면 일부 영역 또는 전 영역에는 저온분사에의한 분말의 충돌로 형성되는 제2거칠기면이 형성된다. 이 때의 제2전극층은 투명전극일 수 있다.
본 발명의 제3실시예에 따른 반도체 발광소자는 제 1도전성 반도체층(120), 활성층(130), 제 2도전성 반도체층(140), 제 1전극층(170), 제 2전극층(180)을 포함한다. (도 3 참조)
제3실시예는 기판이 없으며 제1도전성반도체층(140)상의 하면의 일부 영역 또는 전 영역에는 저온분사에 의한 분말의 충돌로 형성되는 제3거칠기면이 형성된다.
전술한 실시예에 따른 반도체 발광소자의 거칠기면들은 분말과의 충돌에 의해 침식된 표면 거칠기 형상을 가진다.
본 발명의 다른 측면은 반도체 발광소자의 제조방법을 제공한다. 반도체 발광소자의 제조방법은 저온분사 방법으로 제1도전성반도체층의 상면, 제2도전성반도체층의 하면, 제2전극층의 상면 중 적어도 하나의 면에 분말의 충돌에 의해 표면에 거칠기를 부여하는 단계를 포함한다.
일반적으로저온분사는 코팅하고자 하는 물질(분말)을 상대적으로 저온에서 초음속으로 가속시켜 모재 표면에 코팅시키는 방법으로서, 초음속으로 움직이는 분말이 기판과 충돌할 때 분말의 운동에너지가 접착력으로 전환이 과정에 있어서 분말이 충분한 속도를 확보할 경우 코팅이 진행된다.
그러나, 분말의 속도가 부족하거나 너무 높으면 코팅이 되지 않고 기판 표면을 침식하여 분화구(crater)를 형성시킨 후 튀어 나가게 되는데 본 발명은 이 경우에 형성되는 분화구(crater)를 이용하여 기판 표면의 거칠기(roughness)를 조절하는 방법을 제시한다.
분말은 단일세라믹이나 그 혼합물을 사용할 수 있다. 단일세라믹은 산화계, 질화계, 탄화계 세라믹 분말을 사용할 수 있고, 혼합물은 단일세라믹이 2종 이상 혼합된 세라믹을 의미한다.
단일세라믹 분말의 예를 들면 알루미나, 질화알루미늄, 이트리아, 야그, 지르코니아, 실리카, 세륨옥사이드, 탄화규소, 질화규소, 탄화붕소, 질화붕소, 인산 칼슘계 산화물, 이산화티타늄이다.
분말의 입자크기(분말입자의 평균지름)는 일반적으로 10 nm 내지 150㎛의 크기를 가지는 것이 저온분사에 필요한 속도를 확보하는 측면에서 좋다. 또한 더욱 바람직하게는 500 nm 내지 5 ㎛의 크기를 가지는 것이 좋다. 500 nm미만인 경우 분말의 질량이 작아 분화구(crater) 형성에 필요한 충격량을 확보하는데 문제가 있고, 5 ㎛초과하는 경우 생성되는 분화구(crater)의 크기가 너무 커서 거칠기(roughness) 증가가 너무 크다는 문제가 있다.
저온분사 방법은 준비된 분말을 분사노즐에 주입하는 단계, 및 분사노즐 내에 흐르는 운반가스의 유동에 의해 분말을 비용융 상태로 200 내지 1500㎧의 속도로 가속하여 기재의 표면에 분말을 충돌하게 하여 거칠기면을 형성하는 단계를 포함하여 구성할 수 있고, 이와 같은 저온분사를 위한 장치의 개략도는 도 4에 도시한 바와 같다.
즉, 도 4는 본 발명에서 모재(S)에 코팅층을 형성하기 위한 저온 분사(콜드 스프레이) 장치(100)의 개략도를 도시한 도면이다. 분사 장치(1100)는 거칠기면을 형성할 분말을 아음속 또는 초음속으로 가속하여 모재(S)에 제공한다. 이를 위해 상기 분사장치(1100)는 가스 압축기(compressor, 1110), 제1가스히터(1120), 제2가스히터(1121), 분말 공급기(powder feeder, 1130), 분사용 노즐(1140) 및 에어밤브(Air Bomb, 1150)로 구성된다.
가스 압축기(1110)로부터 제공된 압축가스는 분말 공급기(1130)로부터 제공되는 분말을 분사용 노즐(1140)을 통해 분사된다.
상기 분사장치(1000)에서 압축가스 공급 경로상의 가스히터(1120, 1121)는 압축가스의 운동에너지를 증가시켜 분사용 노즐(1140)에서의 분사속도를 높이기 위해 압축가스를 가열하기 위한 부가적인 장치로, 제1가스히터(1120)는 가스 압축기(1110)에 의하여 만들어진 압축가스의 온도가 상온 이하로 떨어지기 때문에 제2가스히터(1121)로 압축가스가 직접 투입될 경우 급격한 온도 변화로 인하여 장치의 손상을 일으킬 수 있기 때문에 예열을 위하여 사용된다. 에어밤브(1150, Air Bomb)는 가스 압축기(1110)에 의하여 만들어진 압축공기를 저장하고 일정한 압력을 공급하기 위한 장치이다.
또한, 도시된 바와 같이, 분사용 노즐(1140)로 분말의 공급을 보다 원활히 하기 위해 가스압축기(1110)의 압축가스 일부는 상기 분말 공급기(1130)로 공급될 수 있다.
분사장치에서 압축가스로는 상용의 가스, 예컨대 헬륨, 질소, 아르곤 및 공기 등이 사용될 수 있으며, 사용 가스의 종류는 분사용 노즐(1140)에서의 분사 속도 및 경제성 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
분사되는 가스속도(Gas Velocity)는 200 내지 1500 ㎧의 속도로 이루어진다. 이와 같은 아음속 내지 초음속의 유동을 발생시키기 위해서는 통상적으로는 상기 도 4에 도시한 바와 같이 분사용 노즐(1140)은 수렴-발산형 노즐 (de Laval-Type)이 사용되고 이러한 수렴 및 발산 과정을 통하여 초음속 유동을 발생시킬 수 있다.
한편 가스속도는 가스압력과 가스온도에 따라 변하는데, 분사시 가스압력은 약3 내지 30kgf/cm2가 바람직하다. 이 때 압력이 30 kgf/cm2를 초과하는 경우 더 많은 압축가스를 필요로 하기 때문에 에어밤브(1150, Air Bomb)의 크기가 커져 장치 구성에 있어 문제점이 있으며 큰 충격량으로 인하여모재에 손상을 일으키는 문제점도 발생한다. 3kgf/cm2미만인 경우 충분한 가스속도를 확보하지 못하여 거칠기를 증가시킬 수 없다는 문제점이 있다.
또한 분사시 가스온도는 15℃ 내지 700 ℃가 바람직하다. 700℃를 초과하는 경우 고온의 가스에 견딜 수 있는 고내열성 장치를 구성해야 하므로 장치 가격이 증가되는 문제점이 있다.
분말속도(Powder Velocity)는 가스속도와 분말의 종류에 따라 변화하며, 200 내지 1500 ㎧의 속도로 모재에 충돌시킨다. 분말속도에 따라서 모재의 표면에 충격량이 달라지므로 원하는 거칠기로 제어가 가능하다. 이 때, 1500m/s를 초과하는 경우 큰 충격량에 의하여 모재가 손상된다는문제점이 있고, 200m/s미만인 경우 분화구(crater) 형성에 필요한 충격량을 확보하지 못한다는문제점이 있다. 이 때 분말속도는 노즐 출구에서 모재 표면까지 이동하는 분말의 속도를 측정하여 알 수 있다.
또한, 기판온도는 15℃내지 350 ℃가 바람직하다. 350 ℃를 초과하는 경우 모재에열충격을 가한다는 문제점이 있다.
기판과 노즐간의 거리는 10 내지 50mm 가 바람직하다. 가스속도는 노즐에서 나온 순간 최대속도를 나타내며, 노즐에서 거리가 멀어질수록 속도가 떨어진다. 50mm 를 초과하는 경우 노즐에서 방출된 분말이 모재까지 이동하는 중에 분말의 속도가 크게 감소하는 문제점이 있고, 10mm 미만인 경우 기판과 노즐간의 거리가 너무 가까워 가스가 모재와 충돌 후 역압(back pressure)이 걸려 분말의 이동을 제한하는 문제점이 있다.
제2도전성 반도체층의 상면, 제1도전성 반도체층의하면의 경우 제2전극층의 상면보다 경도가 높기 때문에 더 큰 충격량을 필요로 한다.
제2전극층 상면의 경우 가스온도를 15℃ 내지 25℃으로 하고 700 ㎧ 내지 900㎧의 분말속도로 30 내지 200nm의 거칠기(roughness)를 확보할 수 있다.
제2도전성 반도체층의 상면, 제1도전성 반도체층의하면의 경우 가스온도를 150℃ 내지 250℃로 하고 900 내지 1100㎧의 분말속도로 30 내지 200nm의 거칠기(roughness)를 확보할 수 있다. 이 때, 거칠기는 표면에 형성되는 침식된 깊이들 의 평균값(Ra)이다.
한편 거칠기면에 충돌하는 분말의 잔유물은 세정되거나 그대로 남아 있을 수 있다.
[제조예]
제조예 1
사파이어 기판에아래로부터 n-GaN계 반도체층, 활성층, 및 p-GaN반도체층을 형성한 후 가스 압축기, 제1가스히터, 제2가스히터, 분말 공급기(powder feeder), 및 분사용 노즐로 구성되는 저온분사장치를 사용하여 p-GaN반도체층의 상면에 가스 압축기로부터 제공된 압축가스에 분말 공급기로부터 제공되는 1 ㎛의 알루미나(Al2O3)분말을 수렴-발산형 노즐 (de Laval-Type)을 통해 약 1000 ㎧의분말속도, 200℃의 가스온도, 20 kgf/cm2, 상온의 기판온도, 20mm의 기판과 노즐간 거리로 분출하여 제1거칠기면을 형성한 후 n-타입 전극층 및 p-타입 전극층을 각각 형성하여 반도체 발광소자를 제조한다.
제조예2
사파이어 기판에아래로부터 n-GaN계 반도체층, 활성층, 및 p-GaN반도체층을 형성한 후 n-타입 전극층 및 p-타입 전극층을 각각 형성하고, 가스 압축기, 제1가스히터, 제2가스히터, 분말 공급기(powder feeder), 및 분사용 노즐로 구성되는 저온분사장치를 사용하여 p-전극층의상면에 가스 압축기로부터 제공된 압축가스에 분말 공급기로부터 제공되는 1 ㎛의 알루미나(Al2O3)분말을 수렴-발산형 노즐 (de Laval-Type)을 통해 약 800 ㎧의분말속도, 상온의 가스온도, 20 kgf/cm2, 상온의 기판온도, 20mm의 기판과 노즐간 거리로 분출하여 제2거칠기면을 형성한 후반도체 발광소자를 제조한다.
제조예3
사파이어 기판에아래로부터 n-GaN계 반도체층, 활성층, 및 p-GaN반도체층을 형성하고 사파이어 기판을 분리한 후 가스 압축기, 제1가스히터, 제2가스히터, 분말 공급기(powder feeder), 및 분사용 노즐로 구성되는 저온분사장치를 사용하여 n-GaN반도체층의 하면에 가스 압축기로부터 제공된 압축가스에 분말 공급기로부터 제공되는 1 ㎛의 알루미나(Al2O3)분말을 수렴-발산형 노즐 (de Laval-Type)을 통해 약 1000 ㎧의분말속도, 200℃의 가스온도, 20 kgf/cm2, 상온의 기판온도, 20mm의 기판과 노즐간 거리로 분출하여 제3거칠기면을 형성한 후 n-타입 전극층 및 p-타입 전극층을 각각 형성하여 반도체 발광소자를 제조한다.
한편 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체 발광소자의 p-GaN반도체층의 상면의 저온분사 후 표면 전자현미경 사진이고, 도 6는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체 발광소자의 p-전극층 상면의 저온분사 후 표면 전자현미경 사진이고, 도 7는 본 발명의 제3실시예에 따른 반도체 발광소자의 n-GaN반도체층의 하면의 저온분사 후 표면 전자현미경 사진이다.
이에 따르면 본 발명에 따른 반도체 발광소자의 각층에 형성되는 거칠기면은 30 내지 200 nm 인 거칠기를 가진다.
이상에서는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 발광소자물에 대해 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 개념을 벗어나지 않고 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.
전술한 발명에 대한 권리범위는 이하의 청구범위에서 정해지는 것으로서, 명세서 본문의 기재에 구속되지 않으며, 청구범위의 균등범위에 속하는 변형과 변경은 모두 본 발명의 범위에 속할 것이다.

Claims (20)

  1. 제1도전성 반도체층;상기 제1도전성 반도체층상에 형성된 활성층;상기활성층상에 형성된 제2도전성 반도체층; 상기 제2도전성 반도체층 상에 형성된 제2전극층을 포함하는 반도체 발광소자에 있어서,
    상기 각 층 중 적어도 하나의 일면은
    평균지름이 500 nm내지 5㎛인 분말이, 헬륨, 질소, 아르곤 및 공기로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 온도 15℃ 내지 700 ℃의 압축가스와의 유동에 의해 비용융상태로 200 내지 1500 ㎧의 분말속도로 상기 일면과 충돌하여 형성하는 패턴의 거칠기면으로 형성되며,
    상기 분말입자와 압축가스가 분사되는 노즐과 상기 일면간의 거리는 10 내지 50mm 인 반도체 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 거칠기면은 상기 제2도전성 반도체층의 상면 일부영역 또는 전 영역에 형성되는 반도체 발광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 거칠기면은 상기 제2전극층의 상면 일부영역 또는 전 영역에 형성되는 반도체 발광소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 거칠기면은 상기 제1도전성 반도체층의 하면의 일부영역 또는 전 영역에 형성되는 반도체 발광소자.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제 1도전성 반도체층의 아래에 형성된 언도프드반도체층, 버퍼층, 기판 및 제 1전극층 중 적어도 하나를 더 포함하는 반도체 발광소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 거칠기면은 30 내지 200 nm로 이루어지는 반도체 발광소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 분말은 산화계, 질화계, 탄화계 단일세라믹 분말이거나, 2종 이상의 상기 단일세라믹 분말이 혼합된 분말인 반도체 발광소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 분말은 알루미나, 질화알루미늄, 이트리아, 야그, 지르코니아, 실리카, 세륨옥사이드, 탄화규소, 질화규소, 탄화붕소, 질화붕소, 인산 칼슘계 산화물, 이산화티타늄으로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 1종 이상의 분말을 포함하는 반도체 발광소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 분말은 거칠기면에는 상기 분말의 잔유물이 포함된 반도체 발광소자.
  11. 제 1도전성 반도체층; 상기 제 1도전성 반도체층 상에 형성된 활성층; 상기 활성층 상에 형성된 제 2도전성 반도체층; 상기 제2도전성 반도체층 상에 형성된 제2전극층을 포함하는 반도체 발광소자의 제조방법에 있어서,
    상기 각 층 중 적어도 한 층의 일면은,
    평균지름이 500 nm내지 5㎛인 분말이, 헬륨, 질소, 아르곤 및 공기로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 온도 15℃ 내지 700 ℃의 압축가스와의 유동에 의해 비용융상태로, 상기 분말입자와 상기 압축가스가 분사되는 노즐과 상기 일면간의 10 내지 50mm의 거리에서 200 내지 1500 ㎧ 분말속도로 상기 일면에 충돌하여 형성하는 패턴의 거칠기면으로 형성하는 단계를 포함하는 반도체 발광소자의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 분말은 산화계, 질화계, 탄화계 단일세라믹 분말이거나, 2종 이상의 상기 단일세라믹 분말이 혼합된 분말인 반도체 발광소자의 제조방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제12항에 있어서,
    상기 분말이 분사되는 면의 온도는 15℃ 내지 350 ℃인 반도체 발광소자의 제조방법.
  17. 삭제
  18. 제16항에 있어서,
    상기 거칠기면을 형성하는 단계는 상기 제 2도전성 반도체층의 상면 일부영역 또는 전 영역에 상기 분말을 충돌시켜 상기 거칠기면을 형성하는 반도체 발광소자 제조방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 거칠기면을 형성하는 단계는 상기 제2전극층의 상면일부영역 또는 전 영역에 분말을 충돌시켜 상기 거칠기면을 형성하는 반도체 발광소자 제조방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 거칠기면을 형성하는 단계는 상기 제1도전성 반도체층의 하면의 일부영역 또는 전 영역에 분말을 충돌시켜 상기 거칠기면을 형성하는 반도체 발광소자 제조방법.

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