KR101383161B1 - 발광 다이오드 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
발광 다이오드는 n형 화합물 반도체층, 활성층 및 p형 화합물 반도체층을 포함하는 반도체 적층 구조체, 반도체 적층 구조체를 상하로 관통하도록 구비되는 절연 패턴, 절연 패턴이 구비된 반도체 적층 구조체 상에 구비되며, p형 화합물 반도체 층과 접촉하는 제1 투명 전극, 제1 투명 전극 상에 구비되며, 제1 투명 전극에 전기적으로 접속된 p형 전극, 절연 패턴이 구비된 반도체 적층 구조체의 하부에 구비되며, 절연 패턴에 의해 분할된 n형 화합물 반도체 층과 접촉하는 제2 투명 전극 및 제1 투명 전극 하부에 구비되며, 제2 투명 전극에 전기적으로 접속되는 n형 전극을 포함한다. 반도체 적층 구조체의 결함 부위를 절연 패턴으로 대체하므로, 발광 다이오드의 효율을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광 효율을 향상시킬 수 있는 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
발광다이오드(LED, Light Emitting Diode)는 반도체 발광 소자의 일종으로서 기판(substrate) 상에 P-N 다이오드를 성장(growth)시킴으로써 제조된다. 예를 들면, 상기 발광다이오드는 기판 상에 n형 반도체층, 발광영역(light generation region) 및 p형 반도체층을 순차적으로 성장시킨 후, 상기 p형 반도체층의 상부 표면 상에 투명전극 및 p형 전극을 형성하고, 상기 기판을 제거한 후 n형 반도체층 하부에 n형 전극을 형성하여 제조된다. 상기 p형, 또는 n형 반도체층 상의 투명전극을 통해 광(light)이 추출(extract)될 수 있다.
상기 P-N 다이오드를 성장시키는 방법으로 수평성장(ELOG, Epitaxial Lateral Overgrowth)이 사용된다. 구체적으로, 먼저 기판 또는 버퍼층 상에 주기적인 패턴 형태의 마스크(mask) 층을 형성시킨 후, 상기 마스크층이 없는 곳(윈도우 영역)의 기판 상에 반도체층을 마스크 두께 이상으로 성장시킨 다음에, 마스크 상부에 반도체층을 수평성장 시키는 것이다. 수평성장에 의해 형성된 반도체층은 쓰래딩 전위(threading dislocation)의 밀도가 크게 줄어들게 되므로, 발광다이오드의 성능을 향상시킬 수 있다. 그러나, 상기 반도체층을 수평성장시키는 경우에도, 상기 반도체층이 상기 기판과 직접 맞닿게 되는 부분에는 상기 쓰래딩 전위를 포함한 결함들이 존재하게 되며, 상기 결함들은 발광영역을 포함한 반도체층 전부에 존재하게 되어 전극에 가해지는 전력이 광으로 전환되는 효율을 나타내는 내부 양자 효율을 저하시킨다.
(특허문헌 1) KR10-2009-0079123 A
(특허문헌 1) KR10-2009-0079123 A
본 발명은 내부 양자 효율을 향상시킬 수 있는 발광다이오드를 제공한다.
본 발명은 내부 양자 효율을 향상시킬 수 있는 발광다이오드 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 발광 다이오드는 n형 화합물 반도체층, 활성층 및 p형 화합물 반도체층을 포함하는 반도체 적층 구조체와, 상기 반도체 적층 구조체의 내부에 구비되는 절연 패턴과, 상기 절연 패턴이 구비된 반도체 적층 구조체 상에 구비되며, 상기 p형 화합물 반도체 층과 접촉하는 제1 투명 전극 및 상기 제1 투명 전극 상에 구비되며, 상기 제1 투명 전극에 전기적으로 접속된 p형 전극을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 발광 다이오드는 상기 절연 패턴이 구비된 반도체 적층 구조체의 하부에 구비되며, 상기 절연 패턴에 의해 분할된 n형 화합물 반도체 층과 접촉하는 제2 투명 전극 및 상기 제1 투명 전극 하부에 구비되며, 상기 제2 투명 전극에 전기적으로 접속되는 n형 전극을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 반도체 적층 구조체는 수평 성장을 통해 형성되며, 상기 절연 패턴은 상기 반도체 적층 구조체에서 쓰레딩 전위(threading dislocation)들이 집중된 결함 부위에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 절연 패턴은 상기 반도체 적층 구조체의 상하를 관통할 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 절연 패턴은 서로 평행한 다수의 라인 형태로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 절연 패턴은 서로 이격된 다수의 도트 형태로 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 발광 다이오드 제조 방법은 기판에 마스크 패턴을 형성하는 단계와, 상기 마스크 패턴이 형성된 기판 상에 n형 화합물 반도체층, 활성층 및 p형 화합물 반도체층을 포함하는 반도체 적층 구조체를 수평 성장을 통해 형성하는 단계와, 상기 적층 구조체 상에 제1 투명 전극과 p형 전극을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 기판과 마스크 패턴을 제거하는 단계와, 상기 반도체 적층 구조체에서 쓰레딩 전위(threading dislocation)들이 집중된 결함 부위를 제거하는 단계 및 상기 결함 부위가 제거된 영역을 절연 물질로 충진하여 절연 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 발광 다이오드 제조 방법은 상기 적층 구조체 하부에 제2 투명 전극과 n형 전극을 순차적으로 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 기판은 사파이어 기판, 실리콘 및 실리콘 화합물을 포함하는 기판 및 금속과 질소로 이루어진 화합물을 포함하는 기판 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 마스크 패턴을 형성하는 단계는 상기 기판 상에 마스크 층을 형성한 후 상기 마스크 층을 선택적으로 식각하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 마스크 패턴을 형성하는 단계는 상기 기판의 상부면에 이온 주입 영역을 형성하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 반도체 적층 구조체에서 쓰레딩 전위들이 집중된 결함 부위를 제거하는 단계는 상기 반도체 적층 구조체에서 상기 기판과 접촉한 영역의 수직 상방 부위를 제거하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 발광 다이오드 및 그 제조 방법은 수평 성장한 반도체 적층 구조체에서 쓰래딩 전위가 집중된 결함 부위를 제거하므로 발광 다이오드의 내부 양자 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3 내지 도 12는 도 2에 도시된 발광 다이오드 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3 내지 도 12는 도 2에 도시된 발광 다이오드 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 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. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 발광 다이오드(100)는 반도체 적층 구조체(110), 절연 패턴(120), 제1 투명 전극(130), p형 전극(140), 제2 투명 전극(150) 및 n형 전극(160)을 포함한다.
반도체 적층 구조체(110)는 n형 화합물 반도체(111), 활성층(113) 및 p형 화합물 반도체(115)를 포함한다. 반도체 적층 구조체(110)은 Ⅲ-Ⅴ족 또는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체로 형성될 수 있다.
n형 화합물 반도체층(111) 또는 p형 화합물 반도체층(115)은 콘택층과 클래드층을 포함하거나, 초격자층을 포함할 수 있다.
활성층(113)은 정공이 전자와 재결합하여 광을 발생하는 발광층(light generation layer) 및 상기 발광층의 상하에 각각 배치되는 클래드층(cladding layer)을 포함하는 여러 개의 층으로 구성될 수 있다. 활성층(113)은 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조일 수도 있다.
한편, 도핑되지 않은 반도체층이 버퍼층(buffer layer)으로써 n형 화합물 반도체층(111)에 포함될 수 있다. n형 화합물 반도체층(111)의 최하단에는 단결정이 아닌 다결정 성장층이 존재할 수 있으며, 상기 다결정 성장층은 n형 화합물 반도체층(111)에 포함될 수 있다.
반도체 적층 구조체(110)은 n형 화합물 반도체층(111) 및 p형 화합물 반도체층(115) 사이에 전압이 인가되면 n형 화합물 반도체층(111) 및 p형 화합물 반도체층(115)으로부터 정공들 및 전자들이 발광층으로 주입(injection)되고, 발광층에서는 정공들 및 전자들의 재결합에 의해 광이 발생된다. 상기 발광층에서 발생된 광은 p형 화합물 반도체층(115) 또는 n형 화합물 반도체층(111)을 지나 외부로 방출된다.
반도체 적층 구조체(110)는 n형 화합물 반도체(111), 활성층(113) 및 p형 화합물 반도체(115)의 순으로 적층되는 것으로 도시되었으나, p형 화합물 반도체(115), 활성층(113) 및 n형 화합물 반도체(111)의 순으로 적층될 수도 있다.
상기 반도체 적층 구조체(110)는 마스크 패턴이 형성된 기판 상에서 에피택시(epitaxy) 공정에 의해 형성될 수 있다. 상기 에피택시 공정의 예로는 LPE(Liquid Phase Epitaxy), VPE(Vapor Phase Epitaxy), MBE(Moleculer Beam Epitaxy), CVD(chemical vapor deposition), MOCVD(metalorganic chemical vapor deposition), HVPE(hydride vapor phase epitaxy), ALD(atomic layer deposition) 등을 들 수 있다.
반도체 적층 구조체(110)의 하부면은 평탄한 구조를 갖는 것이 바람직하나, 상기 마스크 패턴의 형태와 동일한 요철 구조를 가질 수도 있다.
절연 패턴(120)은 반도체 적층 구조체(110)의 내부에 구비된다. 예를 들면, 절연 패턴(120)은 반도체 적층 구조체(110)의 상하를 관통할 수 있다. 다른 예로, 후술하는 결함 부위의 형태에 따라 반도체 적층 구조체(110)의 하부면으로부터 일정 높이까지만 연장할 수도 있다. 절연 패턴(120)은 절연 물질을 포함하며, 상기 절연 물질은 C, Si, Ti, Al 중 적어도 하나를 포함하는 물질일 수 있다.
절연 패턴(120)은 수평 성장에 의해 형성된 반도체 적층 구조체(110)에서 상기 기판과 반도체 적층 구조체(110)의 격자 상수 차이(lattice mismatch)로 반도체 적층 구조체(110)의 상하 방향을 따라 쓰래딩 전위가 집중되는 결함 부위를 대체한다. 상기 결함 부위는 상기 기판 상에 마스크 패턴의 형태에 따라 달라지므로, 절연 패턴(120)의 형태도 상기 마스크 패턴의 형태에 따라 달라진다. 즉, 절연 패턴(120)은 다양한 형태를 가질 수 있다. 일 예로, 절연 패턴(120)은 서로 평행한 라인 형태를 가질 수 있다. 다른 예로, 절연 패턴(120)은 서로 이격되는 다수의 도트 형태일 수도 있다. 또 다른 예로, 절연 패턴(120)은 격자 형태일 수도 있다.
절연 패턴(120)이 반도체 적층 구조체(110)의 결함 부위를 대체하므로, 반도체 적층 구조체(110)에서 쓰래딩 전위들을 크게 감소시킬 수 있다. 따라서, 상기 쓰래딩 전위들에 의한 내부 양자 효율 저하를 방지할 수 있다.
제1 투명 전극(130)은 반도체 적층 구조체(110)의 p형 화합물 반도체층(115) 상에 배치되며, p형 화합물 반도체층(115)과 전기적으로 연결된다. 제1 투명 전극(130)은 투명 도전성 산화물 예컨대, ITO(Indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), FTO(Flourine doped tin oxide) 등으로 형성될 수 있다. 또한, 제1 투명 전극(130)은 표면에 요철 구조를 가질 수 있다. 상기 요철 구조는 반도체 적층 구조체(110)의 내부에서 생성된 광의 추출을 돕는다.
p형 전극(140)은 제1 투명 전극(130) 상에 위치한다. p형 전극(140)은 제1 투명 전극(130)에 전기적으로 접속된다. p형 전극(140)은 와이어를 본딩하기 위한 패드로 사용될 수 있다. .
제2 투명 전극(150)은 반도체 적층 구조체(110)의 n형 화합물 반도체층(111) 하부에 배치되며, n형 화합물 반도체층(111)과 전기적으로 연결된다. 제2 투명 전극(150)은 투명 도전성 산화물로 형성될 수 있다. 투명 도전성 산화물의 예로는 ITO, IZO, ZnO, FTO 등을 들 수 있다. 또한, 제2 투명 전극(150)은 표면에 요철 구조를 가질 수 있으며, 상기 요철 구조는 이방성 식각에 의해 형성될 수 있다.
n형 전극(160)은 상기 제2 투명 전극(150)의 하부에 배치된다. n형 전극(160)은 제2 투명 전극(150)에 전기적으로 접속된다. n형 전극(160)은 와이어를 본딩하기 위한 패드로 사용될 수 있다. .
한편, 도시되지는 않았지만, 반도체 적층 구조체(110)의 하부에 제2 투명 전극(150) 및 n형 전극(160)을 구비하지 않고, n형 전극/반사 구조체를 구비할 수도 있다. n형 전극/반사 구조체는 n형 화합물 반도체층(111)에 오믹 콘택한다. 상기 n형 전극/반사 구조체는 반사층을 포함하며, 상기 반사층이 직접 상기 n형 화합물 반도체층(111)에 접촉할 수 있다. 예를 들면, 상기 반사층은 Ag 또는 Al과 같은 반사 금속으로 형성될 수 있으며, 상기 금속들은 n형 화합물 반도체층(111)에 양호하게 오믹 콘택할 수 있다. 상기 n형 전극/반사 구조체는 상기 반사층을 보호하는 보호 금속층을 더 포함할 수 있다. 상기 보호 금속층의 예로는 Ni을 들 수 있다.
발광 다이오드(100)는 반도체 적층 구조체(110)에서 쓰래딩 전위들이 집중된 결함 부위를 절연 패턴(120)으로 대체하므로, 반도체 적층 구조체(110)에 존재하는 결함을 줄일 수 있다. 발광 다이오드(100)로 제공된 전력이 광으로 전환되는 내부 양자 효율을 향상시킬 수 있으므로, 발광 다이오드(100)의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 3 내지 도 12는 도 2에 도시된 발광 다이오드 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 기판(101) 상에 마스크 패턴(103)을 형성한다(S110).
기판(101)의 예로는 사파이어 기판, 실리콘 및 실리콘 화합물을 포함하는 기판 및 금속과 질소로 이루어진 화합물을 포함하는 기판 등을 들 수 있다. 기판(101)은 단결정 기판일 수 있다.
마스크 패턴(103)은 기판(101) 상에 마스크 층(미도시)을 형성한 후 상기 마스크 층을 선택적으로 식각하여 형성될 수 있다. 따라서, 마스크 패턴(103)은 기판(101)을 선택적으로 노출하도록 마스킹한다. 마스크 패턴(103)은 실리콘, 포토레지스트 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
마스크 패턴(103)은 다양한 형태를 가질 수 있다. 일 예로, 마스크 패턴(103)은 도 3에서와 같이 서로 평행한 라인 형태를 가질 수 있다. 다른 예로, 도 4에서와 같이 마스크 패턴(103)은 서로 이격된 다수의 도트 형태로 기판(101)을 노출하는 형태일 수 있다. 또 다른 예로, 도시되지는 않았지만 마스크 패턴(103)은 서로 이격되는 다수의 도트 형태일 수도 있다.
한편, 마스크 패턴(103)은 상면에 돌출부(미도시)을 포함할 수 있으며, 상기 돌출부는 반구, 다각기둥, 원기둥, 스트라이프 등의 형상을 가질 수 있다. 상기 돌출부는 리소그래피 공정이나 열처리 공정에 의해 형성될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 마스크 패턴(103)은 기판(101)의 상부면에 이온 주입하여 형성될 수 있다. 상기 이온 주입에 사용되는 이온은 N, C, B, Be, Li, Mg, O, F, S, P, As, Sr, Te 및 이들의 화합물 중 선택된 어느 하나를 이용하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 이온 주입 도즈량은 1E17 이온/㎠ 초과 5E18 이온/㎠ 이하로 조절하고, 주입에너지는 30 ~ 50keV로 조절하는 것이 바람직하다. 이때, 마스크 패턴(103)은 기판(101)의 표면에서부터 50 ~ 1㎛의 깊이까지 형성하며, 더 바람직하게는 50 ~ 200nm의 깊이까지 형성될 수 있다.
이온 주입에 의해 형성되는 마스크 패턴(103)도 서로 평행한 라인 형태, 서로 이격된 다수의 도트 형태로 기판(101)을 노출하는 형태, 마스크 패턴(103)은 서로 이격되는 다수의 도트 형태 등을 가질 수 있다.
도 2 및 도 7을 참조하면, 마스크 패턴(103)이 형성된 기판(101) 상에 n형 화합물 반도체층(111), 활성층(113) 및 p형 화합물 반도체층(115)을 포함하는 반도체 적층 구조체(110)를 형성한다(S120).
상기 반도체 적층 구조체(110)는 기판(101) 상에서 에피택시(epitaxy) 공정에 의해 형성될 수 있다. 상기 에피택시 공정의 예로는 LPE(Liquid Phase Epitaxy), VPE(Vapor Phase Epitaxy), MBE(Moleculer Beam Epitaxy), CVD(chemical vapor deposition), MOCVD(metalorganic chemical vapor deposition), HVPE(hydride vapor phase epitaxy), ALD(atomic layer deposition) 등을 들 수 있다.
구체적으로, 마스크 패턴(103)이 형성된 기판(101) 상에 제1 반도체층을 형성한 후, 상기 제1 반도체층을 n형으로 도핑하여 n형 화합물 반도체층(111)을 형성한다. n형 화합물 반도체층(111) 상에 활성층(113)을 형성한다. 활성층(113) 상에 제2 반도체층을 형성한 후, 상기 제2 반도체층을 p형으로 도핑하여 p형 화합물 반도체층(115)을 형성한다.
다른 예로, 마스크 패턴(103)이 형성된 기판(101) 상에 n형 화합물 반도체층(111)을 성장시키고, n형 화합물 반도체층(111) 상에 활성층(113)을 성장시키고, 활성층(113) 상에 p형 화합물 반도체층(115)을 성장시킬 수도 있다.
반도체 적층 구조체(110)은 기판(101)과 접촉하는 부분에서는 수직 성장을 하고, 기판(101)과 접촉하지 않는 마스크 패턴(103) 상에서는 수평 성장(ELOG, Epitaxial Lateral Overgrowth)을 한다. 반도체 적층 구조체(110)에서 상기 수평성장이 일어난 영역은 쓰래딩 전위(threading dislocation)의 밀도가 크게 줄어들어 내부 양자 효율이 향상된다. 하지만, 반도체 적층 구조체(110)에서 상기 수직 성장이 일어난 영역은 기판(101)과 반도체 적층 구조체(110)의 격자 상수 차이(lattice mismatch)로 인해 쓰래딩 전위가 집중되어 있어 내부 양자 효율이 저하된다. 따라서, 반도체 적층 구조체(110)은 기판(101)과 접촉하는 영역의 수직 상방으로 상기 쓰래딩 전위가 집중되는 결함 부위(117)를 갖는다.
n형 화합물 반도체층(111) 또는 p형 화합물 반도체층(115)은 콘택층과 클래드층을 포함하거나, 초격자층을 포함할 수 있다.
활성층(113)은 정공이 전자와 재결합하여 광을 발생하는 발광층(light generation layer) 및 상기 발광층의 상하에 각각 배치되는 클래드층(cladding layer)을 포함하는 여러 개의 층으로 구성될 수 있다. 활성층(113)은 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조일 수도 있다. n형 화합물 반도체층(111) 및 p형 화합물 반도체층(115) 사이에 전압이 인가되면 n형 화합물 반도체층(111) 및 p형 화합물 반도체층(115)으로부터 정공들 및 전자들이 발광층으로 주입(injection)되고, 발광층에서는 정공들 및 전자들의 재결합에 의해 광이 발생된다. 상기 발광층에서 발생된 광은 p형 화합물 반도체층(115) 또는 n형 화합물 반도체층(111)을 지나 외부로 방출된다.
반도체 적층 구조체(110)의 반도체층은 Ⅲ-Ⅴ족 또는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층일 수 있다. 특히, Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체는 고온에서 안정된 동작을 얻을 수 있고, 고출력의 청색광 및 백색광을 얻을 수 있는 물질로 널리 사용되고 있다. 그러나, Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체는 동종의 질화물계 기판을 상용화하기가 어려워 일반적으로 사파이어(sapphire: Al2O3)를 기판 상에 형성될 수 있다.
한편, 도핑되지 않은 반도체층이 버퍼층(buffer layer)으로써 n형 화합물 반도체층(111)에 포함될 수 있다. n형 화합물 반도체층(111)의 최하단에는 단결정이 아닌 다결정 성장층이 존재할 수 있으며, 상기 다결정 성장층은 n형 화합물 반도체층(111)에 포함될 수 있다.
상기에서는 반도체 적층 구조체(110)가 n형 화합물 반도체층(111), 활성층(113) 및 p형 화합물 반도체층(115)의 순으로 형성되는 것으로 설명되었지만, p형 화합물 반도체층(115), 활성층(113) 및 n형 화합물 반도체층(111)의 순으로 적층될 수도 있다.
도 2 및 도 8을 참조하면, 반도체 적층 구조체(110) 상에 제1 투명 전극(130)과 p형 전극(140)을 순차적으로 형성한다(S130).
제1 투명 전극(130)은 반도체 적층 구조체(110)의 p형 화합물 반도체층(115) 상에 형성된다. 제1 투명 전극(130)은 투명 도전성 산화물 예컨대, ITO(Indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), FTO(Flourine doped tin oxide) 등으로 형성될 수 있다. 또한, 제1 투명 전극(130)을 이방성 식각하여 표면에 요철 구조를 형성할 수 있다.
p형 전극(140)은 상기 제1 투명 전극(130) 상에 형성된다. p형 전극(140)은 일반적인 물리, 화학 증착 방법에 의해 형성될 수 있다.
도 2 및 도 9를 참조하면, 기판(101)과 마스크 패턴(103)을 제거한다(S140).
기판(101)과 마스크 패턴(103)은 리소그래피 공정, 폴리싱 공정, LLO(Laser Lift Off) 공정 등에 의해 제거될 수 있다. 기판(101)과 마스크 패턴(103)이 제거된 후, 반도체 적층 구조체(110)의 하부면은 평탄한 구조를 갖는 것이 바람직하나, 마스크 패턴(103)의 형태와 동일한 요철 구조를 가질 수도 있다.
도 2 및 도 10을 참조하면, 반도체 적층 구조체(110)에서 쓰레딩 전위(threading dislocation)들이 집중된 결함 부위(117)를 제거한다(S150).
결함 부위(117)의 제거는 리소그래피 공정, 리액티브 이온 빔을 이용한 에칭 공정, 폴리싱 공정을 포함한다. 일 예로, 반도체 적층 구조체(110)의 하부면에 결함 부위(117)를 노출하는 마스크 패턴(미도시)을 형성한 후, 상기 리소그래피 공정 및 리액티브 이온 빔을 이용한 에칭 공정을 통해 제1 투명 전극(130)이 노출될 때까지 반도체 적층 구조체(110)를 식각하여 결함 부위(117)를 제거한 후, 상기 마스크 패턴을 제거한다. 결함 부위(117)가 제거되면, 반도체 적층 구조체(110)는 다수의 개구(119)들을 갖는다. 예를 들면, 개구(119)들은 반도체 적층 구조체(110)의 상하를 관통하거나, 반도체 적층 구조체(110)의 하부면으로부터 일정 높이까지만 연장할 수 있다.
결함 부위(117), 즉 쓰래딩 전위들이 집중된 부위가 제거되므로, 반도체 적층 구조체(110)에서 쓰래딩 전위들을 크게 감소시킬 수 있다. 따라서, 상기 쓰래딩 전위들에 의한 내부 양자 효율 저하를 방지할 수 있다.
도 2 및 도 11을 참조하면, 결함 부위(117)가 제거된 영역을 절연 물질로 충진하여 절연 패턴(120)을 형성한다(S160).
절연 패턴(120)은 결함 부위(117)가 제거된 영역, 개구(119)들을 일반적인 물리, 화학 증착 방법에 의해 절연 물질로 충진되어 형성될 수 있다. 상기 절연 물질은 C, Si, Ti, Al 중 적어도 하나를 포함하는 물질일 수 있다. 예를 들면, 절연 패턴(120)은 반도체 적층 구조체(110)의 상하를 관통할 수 있다. 다른 예로, 절연 패턴(120)은 반도체 적층 구조체(110)의 하부면으로부터 일정 높이까지만 연장할 수도 있다.
도 2 및 도 12를 참조하면, 반도체 적층 구조체(110) 하부에 제2 투명 전극(150)과 n형 전극(160)을 순차적으로 형성한다(S170).
제2 투명 전극(150)은 반도체 적층 구조체(110)의 n형 화합물 반도체층(111) 하부에 형성된다. 제2 투명 전극(150)은 투명 도전성 산화물로 형성될 수 있다. 투명 도전성 산화물의 예로는 ITO, IZO, ZnO, FTO 등을 들 수 있다. 또한, 제2 투명 전극(150)을 이방성 식각하여 표면에 요철 구조를 형성할 수 있다.
n형 전극(160)은 상기 제2 투명 전극(150)의 하부에 형성된다. n형 전극(160)은 일반적인 물리, 화학 증착 방법에 의해 형성될 수 있다.
제2 투명 전극(150)과 n형 전극(160)을 형성함으로써 발광 다이오드(100)를 완성한다.
한편, 도시되지는 않았지만, 반도체 적층 구조체(110)의 하부에 제2 투명 전극(150) 및 n형 전극(160)을 형성하지 않고, n형 전극/반사 구조체를 형성할 수도 있다. n형 전극/반사 구조체는 n형 화합물 반도체층(111)에 전기적으로 접촉한다. 상기 n형 전극/반사 구조체는 반사층을 포함하며, 상기 반사층이 상기 n형 화합물 반도체층(111)에 직접 접촉할 수 있다. 예를 들면, 상기 반사층은 Ag 또는 Al과 같은 반사 금속으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 반사층 하부에 상기 반사층을 보호하는 보호 금속층을 더 형성할 수도 있다. 상기 보호 금속층은 Ni을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 발광 다이오드 제조 방법에 따르면, 반도체 적층 구조체(110)에서 쓰래딩 전위들이 집중된 결함 부위를 제거하여 결반도체 적층 구조체(110)에 존재하는 결함을 줄일 수 있다. 따라서, 발광 다이오드(100)로 제공된 전력이 광으로 전환되는 내부 양자 효율을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 따르면, 반도체 적층 구조체에서 쓰래딩 전위들이 집중된 결함 부위를 제거하므로, 쓰래딩 전위들에 의한 내부 양자 효율 저하를 줄일 수 있다. 따라서, 내부 양자 효율이 상대적으로 향상된 발광 다이오드를 제조할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 발광 다이오드 101 : 기판
103 : 마스크 패턴 110 : 반도체 적층 구조체
111 : n형 화합물 반도체층 113 : 활성층
115 : p형 화합물 반도체층 117 : 결함 부위
119 : 개구 120 : 절연 패턴
130 : 제1 투명 전극 140 : p형 전극
150 : 제2 투명 전극 160 : n형 전극
103 : 마스크 패턴 110 : 반도체 적층 구조체
111 : n형 화합물 반도체층 113 : 활성층
115 : p형 화합물 반도체층 117 : 결함 부위
119 : 개구 120 : 절연 패턴
130 : 제1 투명 전극 140 : p형 전극
150 : 제2 투명 전극 160 : n형 전극
Claims (12)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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- 삭제
- 삭제
- 기판에 마스크 패턴을 형성하는 단계;
상기 마스크 패턴이 형성된 기판 상에 n형 화합물 반도체층, 활성층 및 p형 화합물 반도체층을 포함하는 반도체 적층 구조체를 수평 성장을 통해 형성하는 단계;
상기 반도체 적층 구조체 상에 제1 투명 전극과 p형 전극을 순차적으로 형성하는 단계;
상기 반도체 적층 구조체 하부의 상기 기판과 마스크 패턴을 제거하는 단계;
상기 반도체 적층 구조체에서 상기 기판과 접촉한 영역의 수직 상방 부위를 상기 제1 투명 전극이 노출될 때까지 제거하여, 상기 반도체 적층 구조체에서 쓰레딩 전위(threading dislocation)들이 집중된 결함 부위를 제거하는 단계: 및
상기 결함 부위가 제거된 영역을 절연 물질로 충진하여 절연 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조 방법. - 제7항에 있어서, 상기 반도체 적층 구조체 하부에 제2 투명 전극과 n형 전극을 순차적으로 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 기판은 사파이어 기판, 실리콘 및 실리콘 화합물을 포함하는 기판 및 금속과 질소로 이루어진 화합물을 포함하는 기판 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 마스크 패턴을 형성하는 단계는 상기 기판 상에 마스크 층을 형성한 후 상기 마스크 층을 선택적으로 식각하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 마스크 패턴을 형성하는 단계는 상기 기판의 상부면에 이온 주입 영역을 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조 방법.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |