KR101455798B1 - Nitride light emitting device having improved light emitting efficiency using plasmons - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광효율이 개선된 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 발광소자는, p형 반사성 콘택층(110)과; 상기 p형 반사성 콘택층(110) 상부에 형성된 p형 질화물층(120)과; 상기 p형 질화물층(120) 상부에 형성된 활성층(130)과; 상기 활성층(130) 상부에 형성된 n형 질화물층(140)과; 금속 나노입자(151)를 포함한 절연층(152)에 의해 절연이 이루어져 상기 p형 반사성 콘택층(110), p형 질화물층(120) 및 활성층(130)을 관통하여 선단부가 상기 n형 질화물층(140)과 콘택이 이루어지도록 마련되는 n형 전극(153)을 갖는 플라즈몬 발생부(150);를 포함하여, 수직형 질화물 발광소자에서 국부적인 플라즈몬 공명(Plasmon Resonance) 효과에 의한 발광효율을 높일 수가 있으며, 또한 출광면에 광 추출효율에 불리한 전극 배치구조를 배제하여 발광효율을 더욱 개선할 수 있다.The present invention relates to a light emitting device having improved light emitting efficiency and a method of manufacturing the same, and a light emitting device of the present invention includes a p-type reflective contact layer 110; A p-type nitride layer 120 formed on the p-type reflective contact layer 110; An active layer 130 formed on the p-type nitride layer 120; An n-type nitride layer 140 formed on the active layer 130; Type nitride layer 120 and the active layer 130 to form an n-type nitride layer 151. The n-type nitride layer 152 is formed of a metal nano- (150) having an n-type electrode (153) provided to be in contact with the n-type nitride semiconductor layer (140), thereby increasing the luminous efficiency due to a local plasmon resonance effect in the vertical nitride light emitting device And the light emitting efficiency can be further improved by excluding the electrode arrangement structure which is disadvantageous for the light extraction efficiency on the light emitting surface.
Description
본 발명은 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 트렌치 구조의 n형 전극 및 n형과 p형 질화물 반도체 층내에 구비된 금속나노입자 층을 통해 발광면적의 손실 없이 국부적인 플라즈몬 공명(Plasmon Resonance) 현상을 이용하여 발광효율이 개선된 고효율 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a light emitting device and a method of fabricating the same, and more particularly, to a method of manufacturing a light emitting device and a method of manufacturing the same, which are capable of achieving local plasmon resonance without loss of a light emitting area through n-type electrodes of a trench structure and metal nano- Efficiency light emitting device and a method of manufacturing the same.
고휘도 발광소자로 현재 관심을 받는 재료로는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체, 특히 Ⅲ족-질화물 재료인 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 및 질소(N)의 2원, 3원 및 4원 합금을 포함한다.Materials that are currently of interest as high-brightness light emitting devices include, but are not limited to, semiconductors of III-V semiconductors, in particular Al, Al, Ga, Quaternary alloy.
한편 질화물계열의 발광소자는 재료의 굴절률 문제로 인하여 낮은 광추출 효율을 보여주고 있으며, 이는 GaN의 굴절률(약 2.4)과 공기의 굴절률(약 1.0) 차이가 커서 반도체 발광소자에서 발생된 빛의 상당 부분이 전반사되어 외부로 방출되지 못하고 소자 내에서 흡수되어 소멸되어 발광효율이 낮다.On the other hand, the nitride-based light emitting device shows a low light extraction efficiency due to the refractive index of the material, and the difference between the refractive index of GaN (about 2.4) and the refractive index of air (about 1.0) Part is totally reflected and is not emitted to the outside, is absorbed in the device and is destroyed, and the luminous efficiency is low.
이러한 질화물계열의 발광소자의 낮은 발광효율을 개선하기 위하여 표면 플라즈몬 공명을 이용하여 반도체 발광소자의 발광효율을 개선하고자 하는 제안이 있다.In order to improve the low luminous efficiency of such a nitride-based light emitting device, there is a proposal to improve the luminous efficiency of the semiconductor light emitting device using surface plasmon resonance.
예를 들어, 공개특허공보 제10-2011-0103229호(공개일자: 2011.09.20)(이하, "선행문헌1"이라 함)는 반도체 발광소자를 개시하고 있으며, 제1도전형 반도체층과, 나노로드와, 나노로드를 덮도록 형성된 활성층과, 활성층을 덮도록 형성되어 금속물질을 구비하여 금속물질의 표면 플라즈몬이 활성층에서 발광된 빛과 공명을 일으키는 플라즈몬 발생부를 포함하여 발광 효율이 개선된 반도체 발광소자를 제안하고 있다.For example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 10-2011-0103229 (published on September 20, 2011) (hereinafter referred to as "Prior Art Document 1") discloses a semiconductor light emitting device comprising a first conductive semiconductor layer, A nano rod, an active layer formed so as to cover the nano-rod, and a plasmon generator which is formed to cover the active layer and which has a metal material and causes a surface plasmon of a metal material to resonate with light emitted from the active layer. A light emitting element is proposed.
다른 예로써, 등록특허공보 제10-1011108호(등록일자: 2011.01.19)(이하, "선행문헌2"라 함)는 선택적 표면 플라즈몬 결합을 이용한 발광소자 및 그 제종방법을 개시하고 있으며, P형 클래드층의 요철 구조 중 활성층에 인접한 오목부 영역에만 금속나노입자층을 선택적으로 형성시킴으로써, 표면 플라즈몬과 빛의 공명 내지 결합 효과를 더욱 개선하여 발광 효율을 개선하고자 하는 발광소자과 그 제조방법을 제안하고 있다.As another example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-1011108 (registered on January 19, 2011) (hereinafter referred to as "Prior Art 2") discloses a light emitting device using selective surface plasmon coupling and a method for the same, The present inventors have proposed a light emitting device and a method of manufacturing the same that improve the luminous efficiency by further improving the resonance or coupling effect of light with surface plasmons by selectively forming a metal nanoparticle layer only in the concave region adjacent to the active layer among the concave- have.
그러나, 이와 같은 선행문헌1,2는 수직형 발광소자로써 전극이 발광소자 상부의 일부 영역을 덮는 구조로써 전극에서의 광 흡수가 발생하여 발광면적이 상대적으로 감소하여 광효율 개선이 불리한 문제점을 갖고 있다.
However, in the prior arts 1 and 2, the vertical light emitting device has a structure in which the electrode covers a part of the upper part of the light emitting device, and absorption of light by the electrode occurs, resulting in a relatively decreased light emitting area, .
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 개선하여 트렌치 상에 형성된 n형 전극 부위에 금속 나노입자 층을 형성하고, 상기 n형 전극 이외 부분의 활성층 상부 또는 하부에 각각 구비된 금속 나노입자 층을 형성해, 상기 금속 나노입자 층과 활성층 사이의 국부적인 플라즈몬 공명(Plasmon Resonance) 효과에 의한 발광효율을 높이고자 하는 것으로, 특히 수직형 발광소자의 출광면에 광 추출효율에 불리한 전극 배치구조를 배제하여 발광효율을 더욱 개선할 수 있는 발광소자 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a metal nanoparticle layer formed on an n-type electrode portion formed on a trench and a metal nanoparticle layer, In order to enhance the luminous efficiency due to the local plasmon resonance effect between the metal nanoparticle layer and the active layer, particularly, it is possible to eliminate the electrode arrangement structure which is disadvantageous for the light extraction efficiency on the light emitting surface of the vertical type light emitting device, And a method of manufacturing the same.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 발광소자는, p형 반사성 콘택층과; 상기 p형 반사성 콘택층 상부에 형성된 p형 질화물층과; 상기 p형 질화물층 상부에 형성된 활성층과; 상기 활성층 상부에 형성된 n형 질화물층과; 금속 나노입자를 포함한 절연층에 의해 절연이 이루어져 상기 p형 반사성 콘택층, p형 질화물층 및 활성층을 관통하여 선단부가 상기 n형 질화물층과 콘택이 이루어지도록 마련되는 n형 전극을 갖는 플라즈몬 발생부에 의해 달성된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a light emitting device comprising: a p-type reflective contact layer; A p-type nitride layer formed on the p-type reflective contact layer; An active layer formed on the p-type nitride layer; An n-type nitride layer formed on the active layer; An n-type electrode provided on the p-type reflective contact layer, the p-type nitride layer, and the active layer, the n-type electrode being formed to be insulated by an insulating layer including metal nano- Lt; / RTI >
바람직하게는 본 발명의 발광소자에 있어서, 상기 p형 질화물층에는 금속 나노입자를 포함한 절연재를 갖는 제2플라즈몬 발생부를 포함하며, 제2플라즈몬 발생부의 금속 나노입자는 활성층으로부터 100㎚ 이내에 분포될 수 있으며, 제2플라즈몬 발생부는 활성층을 관통하여 위치할 수 있다.Preferably, in the light emitting device of the present invention, the p-type nitride layer includes a second plasmon generator having an insulating material including metal nanoparticles, and the metal nanoparticles of the second plasmon generator may be distributed within 100 nm from the active layer And the second plasmon generator may be positioned through the active layer.
바람직하게는 본 발명의 발광소자에 있어서, 금속 나노입자의 사이즈는 1㎚ ~ 100㎚인 것을 특징으로 한다. Preferably, in the light emitting device of the present invention, the size of the metal nanoparticles is 1 nm to 100 nm.
다음으로, 본 발명에 따른 발광소자의 제조방법은, 성장기판에 n형 질화물층, 활성층, 및 p형 질화물층을 순차적으로 적층하는 제1단계와; 상기 p형 질화물층 및 활성층을 관통하여 상기 n형 질화물층의 일정 깊이까지 트렌치 구조를 형성하는 제2단계와; 상기 P형 질화물층의 표면에 p형 반사성 콘택층을 형성하는 제3단계와; 상기 트렌치 구조 내에 금속 나노입자가 절연되어 분포하도록 상기 트렌치 구조의 표면을 포함하여 상기 p형 반사성 콘택층 표면에 절연층을 형성하는 제4단계와; 제4단계의 트렌치 구조 내에 n형 전극을 형성하는 제5단계와; 상기 n형 전극과 절연층 표면에 도전층을 형성하고 기판을 본딩하는 제6단계와; 상기 n형 질화물층에 접합된 성장기판을 분리하는 제7단계에 의해 달성될 수 있다.Next, a method of manufacturing a light emitting device according to the present invention includes a first step of sequentially laminating an n-type nitride layer, an active layer, and a p-type nitride layer on a growth substrate; A second step of penetrating the p-type nitride layer and the active layer to form a trench structure to a predetermined depth of the n-type nitride layer; A third step of forming a p-type reflective contact layer on the surface of the p-type nitride layer; A fourth step of forming an insulating layer on the surface of the p-type reflective contact layer including the surface of the trench structure so that metal nanoparticles are insulated and distributed in the trench structure; A fifth step of forming an n-type electrode in the trench structure of the fourth step; A sixth step of forming a conductive layer on the surface of the n-type electrode and the insulating layer and bonding the substrate; And a seventh step of separating the growth substrate bonded to the n-type nitride layer.
바람직하게는 본 발명의 방법에 있어서, 상기 제7단계 다음에 측벽 에칭 후, 상기 p형 반사성 콘택층에 p형 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 또한, 상기 제7단계는 성장기판의 분리가 이루어진 n형 질화물층 표면에 러프니스를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
The method may further include forming a p-type electrode in the p-type reflective contact layer after the sidewall etching after the seventh step. In the seventh step, And forming a roughness on the surface of the n-type nitride layer having been separated.
본 발명에 따른 반도체 발광소자는, 트렌치 상에 형성된 n형 전극 주위에 금속 나노입자 층이 형성되며, 상기 n형 전극 이외 부분의 활성층의 상부 또는 하부에 각각 금속 나노입자 층이 개재된다. 수직형 질화물 발광소자에서 국부적인 플라즈몬 공명(Plasmon Resonance) 효과에 의한 발광효율을 높일 수가 있으며, 활성층에서 발생하는 광과 플라즈몬 발생부와의 산란 (scattering), 회절 (diffraction), 굴절률 차이에 의해 광 경로를 변화시킴으로써 광 추출효율을 증가시킬 수 있다. 또한 출광면에 광 추출효율에 불리한 전극 배치구조를 배제하여 발광효율을 더욱 개선할 수 있다.In the semiconductor light emitting device according to the present invention, a metal nanoparticle layer is formed around an n-type electrode formed on a trench, and a metal nanoparticle layer is interposed on an upper portion or a lower portion of an active layer other than the n-type electrode. It is possible to increase the luminous efficiency due to the local plasmon resonance effect in the vertical type nitride light emitting device and to improve the light emission efficiency by the scattering, diffraction and refractive index difference between the light generated in the active layer and the plasmon generating part, The light extraction efficiency can be increased by changing the path. Further, the light emitting efficiency can be further improved by eliminating the electrode arrangement structure which is disadvantageous for the light extraction efficiency on the light emitting surface.
또한 본 발명에 따른 반도체 발광소자의 제조방법은, 수직형 질화물 발광소자에서 트렌치 구조를 갖는 플라즈몬 발생부 내에 n형 전극이 형성될 수 있는 효율적인 발광소자의 제조공정을 제공할 수 있는 효과가 있다.
Also, the method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention can provide an efficient manufacturing process of a light emitting device in which an n-type electrode can be formed in a plasmon generating portion having a trench structure in a vertical type nitride light emitting device.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 발광소자의 단면 구성을 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 발광소자의 단면 구성을 보여주는 도면,
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 발광소자의 단면 구성을 보여주는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 발광소자의 제조공정을 간략히 보여주는 도면.1 is a cross-sectional view of a light emitting device according to a first embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view illustrating a light emitting device according to a second embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a light emitting device according to a third embodiment of the present invention.
4 is a view schematically showing a manufacturing process of a light emitting device according to the present invention.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 발광소자의 단면 구성을 보여주는 도면으로, 본 발명의 발광소자(100)는, 기판(101) 상부에 P형 반사성 콘택층(110), p형 질화물층(120), 활성층(130) 및 n형 질화물층(140)이 적층된 수직형 소자로써, 트렌치(trench) 구조의 플라즈몬 발생부(150)를 포함한다.
1 is a cross-sectional view of a light emitting device according to a first embodiment of the present invention. In the
기판(101)은 발광소자가 마련되는 기저층으로 제공되며, GaN계 기판, SiC 또는 SI 기판, ZnO, 사파이어 기판 등이 이용될 수가 있다. The
기판(101) 상부에는 도전층(102)과 절연층(103)이 형성될 수 있으며, 도전층(102)은 플라즈몬 발생부(150)를 구성하는 n형 전극(153)과 콘택되어 전극층으로 제공될 수 있다.A
p형 반사성 콘택층(110)은 활성층(130)에서 발생된 빛과 플라즈몬 공명 효과에 의해 증폭된 빛을 상부로 반사시켜 광출력을 개선하게 되며, 상면 일부 영역에 p형 전극(111)이 형성될 수 있다. The p-type
이러한 p형 반사성 콘택층(110)으로는 고반사성의 금속재료가 사용될 수 있으며, 예를 들어 은(sliver) 또는 알루미늄(Al)이 사용되어 비교적 낮은 광 흡수와 낮은 컨택트 저항을 제공할 수 있으며, 낮은 광 흡수와 낮은 컨택트 저항을 위하여 금속(metal) 또는 반금속(semi-metal)이 조합된 다층(multi-layer) 구조가 이용될 수도 있을 것이다.As the p-type
p형 질화물층(120)과 n형 질화물층(140)은 각각 p형 불순물과 n형 불순물이 도핑된 p형- 및 n형-의 질화물 반도체층으로써, 질화물 반도체로는 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 및 질소(N)의 2원, 3원 및 4원 합금을 포함하며, 예시적으로 GaN, AlN, InN, AlGaN, AlInN, GaInN, AlInGaN 등이 이에 해당될 수 있다.The p-
활성층(130)은 p형 질화물층(120)과 n형 질화물층(140) 사이에 적층되어 마련되며, 인듐 및 갈륨을 함유하는 질화물 반도체로 형성된 단층 또는 다층의 양자우물구조(quantum well structure)에 의해 제공될 수 있으며, 전자와 정공의 재결합이 이루어져 빛의 방출이 이루어진다.The
플라즈몬 발생부(150)는 p형 반사성 콘택층(110), p형 질화물층(120) 및 활성층(130)을 관통하여 상측 선단부가 n형 질화물층(140) 내에 위치하게 되는 트렌치(trench) 구조를 가지며, n형 전극(153)은 상측 선단부가 n형 질화물층(140)과 콘택이 이루어지며 그 이외 부분은 금속 나노입자(151)를 포함한 절연층(152)에 의해 p형 반사성 콘택층(110), p형 질화물층(120) 및 활성층(130)과는 절연이 이루어진다. n형 전극(153) 하단부는 도전층(102)과 접촉이 이루어진다.The
본 발명에서 금속 나노입자(151)는 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu) 또는 금(Au), Ni, Ti, Pt, Pd, Cr 등의 하나의 금속 또는 이들의 합금(alloy) 형태가 해당될 수 있으며, 사이즈는 플라즈몬 공명 효과의 향상을 위하여 대략 1㎚ ~ 300㎚가 바람직할 것이다.
In the present invention, the
이러한 본 발명의 발광소자(100)는 활성층(130)에서 발생된 빛과 금속 나노입자(151)들의 상호 작용에 의해 금속 나노입자 표면에 위치한 전자가 공진적으로 진동하는 표면 플라즈몬 공명 현상을 발생시켜 활성층(130)의 발광 재결합 속도가 증가하여 발광 효율을 높일 수가 있다.The
한편, 본 발명의 발광소자(100)에서 p형 반사성 콘택층(110)은 활성층(130)에서 발생된 빛과 플라즈몬 공명 효과에 의해 증폭된 빛을 상부로 반사시켜 광출력을 보다 개선할 수가 있다.Meanwhile, in the
또한, 본 발명의 발광소자(100)는 n형 전극(153)이 소자 상부로 노출되지 않는 구조를 제공하여 출광면 상에 전극이 배치됨으로써 발생할 수 있는 전극에서의 광흡수로 인한 발광 효율 저하를 방지할 수가 있으며, 균일한 전류퍼짐(current spreading) 효과에 의해 유효 발광면적의 증가를 유도해 광출력을 개선시킬 수 있다.In addition, the
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 발광소자의 단면 구성을 보여주는 도면이며, 도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 발광소자의 단면 구성을 보여주는 도면으로, 제1실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고 중복되는 것은 생략하고 설명하도록 한다.FIG. 2 is a cross-sectional view of a light emitting device according to a second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view of a light emitting device according to a third embodiment of the present invention. The same reference numerals are used for the same components, and redundant descriptions are omitted.
도 2 및 도 3에 예시된 것과 같이, 플라즈몬 발생부(150)와는 별개로 하여 p형 질화물층(120)에는 금속 나노입자(161)(171)를 포함한 절연재(162)(172)를 갖는 제2플라즈몬 발생부(160)(170)를 더 포함할 수 있으며, 따라서 플라즈몬 발생부(150)와 그 주변에 배치되는 제2플라즈몬 발생부(160)(170)에서 동시에 국부적 플라즈몬 공명 효과를 발생시켜 내부양자효율과 광추출 효율 향상을 유도하여 광출력을 개선할 수 있다.2, and 3, the p-
한편, 도 3에서와 같이, 제2플라즈몬 발생부(170)는 활성층(130)을 관통하여 n형 질화물층(140)의 일부 영역까지 트렌치(trench) 구조를 형성할 수가 있을 것이다.3, the
다른 한편으로, 제2실시예(도 2 참고)와 제3실시예(도 3 참고)의 조합된 트렌치(trench) 구조의 제2플라즈몬 발생부(160)(170)가 플라즈몬 발생부(150) 주변에 마련될 수 있음을 이해하여야 한다.
On the other hand, the second plasmon generator 160 (170) of the trench structure of the second embodiment (see FIG. 2) and the third embodiment (see FIG. 3) It should be understood that it may be provided in the vicinity.
도 4는 본 발명에 따른 발광소자의 제조공정을 간략히 보여주는 도면으로, 이를 참고하여 본 발명에 따른 발광소자의 제조방법을 설명하도록 한다.FIG. 4 is a view illustrating a manufacturing process of the light emitting device according to the present invention. Referring to FIG. 4, a method of manufacturing the light emitting device according to the present invention will be described.
제1단계(a)는 성장기판(10)에 n형 질화물층(140), 활성층(130), 및 p형 질화물층(120)을 순차적으로 적층하는 과정이다. 도시하지는 않았지만, 성장기판(10)위에 n형 질화물층(140)을 성장시키기 이전에 성장기판(10)과 n형 질화물층(140) 사이의 격자 부정합을 완화하기 위한 버퍼층을 먼저 성장시킬 수 있다. 이러한 버퍼층은 AlN 또는 GaN을 포함하는 저온핵성장층 일 수 있다.In the first step (a), the n-
본 실시예서 p형 질화물층(120)과 n형 질화물층(140)은 각각 알루미늄-인듐-갈륨-질소(AlxInyGazN:x+y+z=1,0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1)로 형성된 p-AlxInyGazN와 n-AlxInyGazN으로 예시하고 있으며, 활성층은 인듐 및 갈륨, 알루미늄 및 갈륨을 함유하는 질화물 반도체로 형성된 다중 양자우물(Multi Quantum Well; MQW) 구조에 의해 형성됨을 예시하고 있다.In this embodiment, the p-
한편, 성장기판(10)은 질화물 반도체의 성장이 용이하며 고온에서 안정한 사파이어 기판이 사용될 수 있다. 질화물 반도체 층의 성장은 유기금속 기상증착법(MOCVD), 분자빔성장법(MBE), 하이브리드 기상증착법(HVPE) 등과 같은 반도체 성장 장비를 사용하여 순차적으로 형성할 수 있으며, 특히 유기금속화학증착법이 적용될 수 있다. On the other hand, the
제2단계(b)는 p형 질화물층(120) 및 활성층(130)을 관통하여 n형 질화물층(140)의 일정 깊이까지 포토레지스트를 마스크로 사용해 식각공정을 이용하여 트렌치 구조(TS)를 형성한다. 상기 트렌치 구조는 발광소자 내에서 하나 또는 복수의 규칙적 또는 불규칙적인 패턴화된 모양을 가질 수 있다. 또한, 상기 패턴의 배열 주기와 크기 및 개수는 발광 소자의 표면 플라즈몬 공명 효과 및 발광 효율을 극대화하기 위해서 선택될 수 있다. 식각 방법으로 ICP(Inductively Coupled Plasma)/RIE(Reactive Ion Etching) 방법을 이용할 수 있다.The second step (b) uses the photoresist as a mask to penetrate the p-
제3단계(c)는 트렌치 구조 형성 이외의 표면에 포토제지스트를 사용해 마스킹을 한 후, P형 질화물층(120)의 표면에 p형 반사성 콘택층(110)을 형성한다. 마스킨 된 영역의 포토제지스트를 리프트 오프(lift-off) 방법을 사용해 제거한다.In the third step (c), the p-type
제4단계(d)(e)(f)는 트렌치 구조(TS) 내에 금속 나노입자(151)가 전기적으로 절연되어 분포하도록 트렌치 구조(TS)의 표면을 포함하여 p형 반사성 콘택층(110) 표면에 절연층(103)(152)을 형성한다. 참고로, 본 실시예에서 트렌치 구조(TS) 표면에 형성된 절연층은 도면부호 152로 표시하고 있으며, p형 반사성 콘택층(110) 표면에 형성된 절연층은 도면부호 103으로 표시하였으나 모두 동일한 재료에 의해 절연층이 형성될 수 있음을 이해하여야 한다.The fourth step (d) (e) (f) includes the step of forming the p-type
제4단계에서 금속 나노입자는 주지의 어닐링(annealing), 디핑(dipping), 스핀코팅(spin coating), 스프레이 코팅(spray-coating) 등의 방법에 의해 형성될 수가 있을 것이다. 플라즈몬 공명효과의 특성을 결정하는 금속 나노입자의 사이즈 밀도는 어닐링 시간 및 온도, 디핑 시간 및 횟수, 스핀코팅 시간 및 속도에 의해 결정될 수 있다. In the fourth step, metal nanoparticles may be formed by well-known methods such as annealing, dipping, spin coating, and spray-coating. The size density of the metal nanoparticles determining the properties of the plasmon resonance effect can be determined by annealing time and temperature, dipping time and frequency, spin coating time and speed.
본 실시예에서는 제1절연층(103a)을 트렌치 구조(TS)와 p형 반사성 콘택층(110) 표면에 얇은 두께로 형성(d)한 후에, 금속 나노입자(151)를 트렌치 구조(TS) 내의 제1절연층(103a) 표면에 형성(e)하고 트렌치 구조(TS) 내에 절연재료를 채운 후에 n형 질화물층(140)과의 n형 전극 접촉을 위해서 다시 트렌치 구조(TS)를 형성하여 절연층(103)(152)이 형성(f)됨을 보여주고 있다. 이러한 제1절연층(103a) 형성은 양자우물에 금속이 직접 접촉할 경우에 발광특성의 저하를 야기할 수 있는 금속 및 금속 나노입자를 통한 누설(leakage)을 방지할 수 있다. 본 발명의 구체적인 예로, 절연층으로 사용할 수 있는 물질은 통상적으로 반도체 분야에서 유전물질로 사용되는 이산화 실리콘(SiO2), 질화 실리콘(Si3N4), SOG(spin-on-glass) 등이 가능하다. 또한, n형 전극 접촉을 위한 재트렌치 형성방법은 특정 방식으로 한정된 것은 아니지만, 포토레지스트를 마스크로 사용해 습식 화학 식각 또는 건식 식각을 이용할 수 있다.이러한 트렌치 구조의 형성은 일정역역 내에서 균일한 형태를 갖도록 하는 것이 바람직하다. The
제5단계(g)는 제4단계에서 형성된 트렌치 구조 내에 n형 질화물층(140)과의전기적 연결을 위해 도전성 재료를 채워서 n형 전극(151)을 형성한다.In the fifth step (g), the n-
제6단계(h)는 n형 전극(151)과 절연층(103) 표면에 도전층(102)을 형성하고 기판(101)을 본딩한다. 기판 본딩(접착)을 위해 사용되는 도전층은 AuSn과 같은 공융금속물질을 사용할 수 있다. 본딩용 기판은 성장기판을 분리하는 리프트오프 공정 과정에서 반도체 층과 활성층을 포함하는 발광소자가 휘거나 부분적으로 떨어지는 것을 방지하는 동시에 안정적으로 지지하는 역할을 한다. In the sixth step (h), a
제7단계(i)는 n형 질화물층(140)에 접합된 성장기판(10)을 분리한다.In a seventh step (i), the
성장기판(10)은 리프트 오프(lift off) 공정에 의해 분리가 이루어질 수 있으며, 리프트 오프 공정은 레이저를 이용하는 레이저 리프트 오프 공정 또는 화학적으로 분리하는 화학적 리프트 오프 공정이 사용될 수 있을 것이다. The
한편, 성장기판(10)의 분리가 이루어진 n형 질화물층(140) 표면은 소자 내에서 발생된 빛이 외부로 방출되는 효과를 극대화하기 위하여 러프니스(roughness)(141)를 형성할 수 있으며, 러프니스의 형태로는 구형, 반구형, 육각뿔형, 또는 마이크로 렌즈 어레이 등에 해당될 수가 있을 것이다.On the other hand, the surface of the n-
다음으로 이와 같이 제작된 발광소자는 측벽 에칭 후에 p형 반사성 콘택층(110)에 전기적 연결을 위한 p형 전극(111)을 형성하는 단계(j)를 포함할 수 있다.Next, the light emitting device thus manufactured may include a step (j) of forming a p-
한편, 본 실시예에서 구체적으로 설명하지는 않았으나, 제2플라즈몬 발생부는 플라즈몬 발생부를 형성하는 과정((b) 내지 (f))과 유사하게 형성될 수 있을 것이다. 플라즈몬 공명 현상이 발생가능한 조건으로 활성층과 플라즈몬 발생부(금속나노입자 형성부) 간의 거리가 특히 중요하며, 제2플라즈몬 발생부의 금속 나노입자는 활성층에서 일정거리 이하에서 분포되어야 하며, 구체적으로 100nm 이하가 바람직하다.
Meanwhile, although not described in detail in this embodiment, the second plasmon generator may be formed similar to the process (b) to (f) for forming the plasmon generator. The distance between the active layer and the plasmon generating part (metal nanoparticle forming part) is particularly important, and the metal nanoparticles of the second plasmon generating part should be distributed at a certain distance or less from the active layer under conditions in which plasmon resonance can occur. Specifically, .
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventions. It will be apparent to those of ordinary skill in the art.
100 : 발광소자 101 : 기판
102 : 도전층 103 : 절연층
110 : p형 반사성 콘택층 111 : p형 전극
120 : p형 질화물층 130 : 활성층
140 : n형 질화물층 150 : 플라즈몬 발생부
151 : 금속 나노입자 152 : 절연층
153 : n형 전극 160, 170 : 제2플라즈몬 발생부100: light emitting element 101: substrate
102: conductive layer 103: insulating layer
110: p-type reflective contact layer 111: p-type electrode
120: p-type nitride layer 130: active layer
140: n-type nitride layer 150: plasmon generator
151: metal nanoparticles 152: insulating layer
153: n-
Claims (8)
상기 p형 반사성 콘택층 상부에 형성된 p형 질화물층과;
상기 p형 질화물층 상부에 형성된 활성층과;
상기 활성층 상부에 형성된 n형 질화물층과;
금속 나노입자를 포함한 절연층에 의해 절연이 이루어지고 상기 p형 반사성 콘택층, p형 질화물층 및 활성층을 관통하여 선단부가 상기 n형 질화물층과 콘택이 이루어지도록 마련되는 n형 전극을 갖는 플라즈몬 발생부;를 포함하는 발광소자.a p-type reflective contact layer;
A p-type nitride layer formed on the p-type reflective contact layer;
An active layer formed on the p-type nitride layer;
An n-type nitride layer formed on the active layer;
A n-type electrode having an n-type electrode formed on the p-type reflective contact layer, the p-type nitride layer, and the active layer, the n-type nitride layer having a front end contacted with the n-type nitride layer, And a light emitting element.
상기 p형 질화물층 및 활성층을 관통하여 상기 n형 질화물층의 일정 깊이까지 트렌치 구조를 형성하는 제2단계와;
상기 P형 질화물층의 표면에 p형 반사성 콘택층을 형성하는 제3단계와;
상기 트렌치 구조 내에 금속 나노입자가 절연되어 분포가 이루어지도록 상기 트렌치 구조의 표면을 포함하여 상기 p형 반사성 콘택층 표면에 절연층을 형성하는 제4단계와;
제4단계의 트렌치 구조 내에 n형 전극을 형성하는 제5단계와;
상기 n형 전극과 절연층 표면에 도전층을 형성하고 기판을 본딩하는 제6단계와;
상기 n형 질화물층에 접합된 성장기판을 분리하는 제7단계를 포함하는 발광소자의 제조방법.A first step of sequentially laminating an n-type nitride layer, an active layer, and a p-type nitride layer on a growth substrate;
A second step of penetrating the p-type nitride layer and the active layer to form a trench structure to a predetermined depth of the n-type nitride layer;
A third step of forming a p-type reflective contact layer on the surface of the p-type nitride layer;
A fourth step of forming an insulating layer on the surface of the p-type reflective contact layer including the surface of the trench structure so that metal nanoparticles are insulated and distributed in the trench structure;
A fifth step of forming an n-type electrode in the trench structure of the fourth step;
A sixth step of forming a conductive layer on the surface of the n-type electrode and the insulating layer and bonding the substrate;
And a seventh step of separating the growth substrate bonded to the n-type nitride layer.
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KR20100085329A (en) * | 2009-01-20 | 2010-07-29 | 삼성엘이디 주식회사 | Semiconductor light emitting device |
KR20120138725A (en) * | 2010-07-08 | 2012-12-26 | 삼성전자주식회사 | Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same |
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