KR101563157B1 - 마이크로 로드를 포함하는 발광 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

마이크로 로드를 포함하는 발광 소자 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101563157B1
KR101563157B1 KR1020090008540A KR20090008540A KR101563157B1 KR 101563157 B1 KR101563157 B1 KR 101563157B1 KR 1020090008540 A KR1020090008540 A KR 1020090008540A KR 20090008540 A KR20090008540 A KR 20090008540A KR 101563157 B1 KR101563157 B1 KR 101563157B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
micro
layer
rod
refractive index
forming
Prior art date
Application number
KR1020090008540A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20100089338A (ko
Inventor
이문상
윤대호
박성수
Original Assignee
삼성전자주식회사
성균관대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사, 성균관대학교산학협력단 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020090008540A priority Critical patent/KR101563157B1/ko
Publication of KR20100089338A publication Critical patent/KR20100089338A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101563157B1 publication Critical patent/KR101563157B1/ko

Links

Images

Landscapes

  • Led Devices (AREA)

Abstract

마이크로 로드를 포함하는 발광 소자 및 그 제조 방법이 개시된다. 개시된 발광 소자는 굴절율이 다른 물질들을 교대로 형성한 반사층을 포함하며, 반사층 내부의 홀로부터 형성된 마이크로 로드를 포함한다.

Description

마이크로 로드를 포함하는 발광 소자 및 그 제조 방법{Light emitting device comprising micro-rod and manufacturing method of the same}
본 발명의 실시예는 마이크로 로드를 포함하는 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 굴절율이 서로 다른 물질들이 교대로 형성된 반사 패턴 및 마이크로 로드를 포함하는 발광 소자에 관한 것이다.
나노 와이어(nanowire)는 우수한 전기적, 광학적 특성과 전자 소자로서의 응용 가능성을 인정받아 최근에 많은 연구가 진행되고 있다.
반도체 물질 중 하나인 GaN은 종래의 Si 반도체나 GaAs 화합물 반도체와는 달리 직접 천이형의 밴드갭 구조를 가지면서 In 이나 Al의 합금을 통해 1.9 ~ 6.2eV 까지 밴드갭 조절이 가능함으로 광소자로서의 이용 가치가 매우 높다. 그리고, 항복 전압이 높고 고온에서도 안정된 특성을 지니므로 종래의 반도체 재료로 구현하기 어려운 고출력 소자나 고온 전자 소자 등 여러 분야에 유용되고 있다. 예를 들어 풀칼라 디스플레이(full color display)를 이용한 대형 전광판이나, 신호등, 광기록 매체의 광원, 자동차 엔진의 고출력 트랜지스터 등에 이용되고 있다.
종래 GaN 기반의 전자 소자, 예를 들어 질화물 반도체 발광 다이오드는 일반 적으로 2차원 구조의 박막 형태로 구현되었다. 그러나 박막 형태의 발광 다이오드는 에피탁샬(epitaxial) 성장 시 기판과의 격자 상수와 열팽창 계수의 차이로 결함이 크게 발생하는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 기판과 GaN 사이에 Al1-xGaxN(0<x≤1) 층을 삽입하여 결함 밀도를 많이 감소 시킬 수 있었다. 결과적으로 GaN 계열의 발광 다이오드와 레이저 다이오드 등의 발광소자 특성에 있어 많은 개선이 이루어졌고, 현재 상용화가 이루어지고 있다. 그러나, 이러한 방법을 사용하여 GaN 박막을 성장시키는 경우에도 108cm-2 이상의 결함 밀도가 소자 내의 박막에 포함되어 있어 결함 밀도를 줄이고 효율을 높이기 위한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.
GaN 나노 와이어를 포함하여 형성된 발광 소자는 나노 와이어의 표면 결함 밀도가 소자의 스케일에 비하여 상대적으로 크기 때문에 누설 전류(leakage current)가 발생할 수 있다. 이에 따라 발광 소자의 동작 특성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예에서는, 격자 상수 차이와 열팽창 계수 차이로 생기는 결함을 줄여 결정성이 향상된 마이크로 로드를 포함하여 소자의 발광 면적을 증가시키고, 발광 효율을 향상시킨 마이크로 로드를 포함하는 발광 소자 및 그의 제조 방법을 제공한다.
전도성 기판;
상기 전도성 기판 상에 형성된 반사층;
상기 반사층의 홀 내부로부터 돌출되어 형성된 마이크로 로드;
상기 반사층 상부 및 상기 마이크로 로드 측부에 형성된 충진층; 및
상기 마이크로 로드 및 상기 충진층 상에 형성된 투명 전극;을 포함하는 마이크로 로드를 포함하는 발광 소자를 제공한다.
상기 마이크로 로드는 반사전도층, n-GaN층, 활성층 및 p-GaN층을 포함할 수 있다.
상기 활성층은 In1-xGaxN(0<x≤1)으로 형성된 것일 수 있다.
상기 반사층은 굴절율이 높은 제 1물질과 굴절율이 낮은 제 2물질이 교대로 형성된 다층 구조일 수 있다.
상기 제 1물질은 굴절율이 1.8 이상이며, 상기 제 2물질은 굴절율이 1.5 이 하일 수 있다.
상기 충진층은 Si 산화물 또는 Si 질화물로 형성된 것일 수 있다.
또한, 기판 상에 반사층을 형성하고 상기 반사층에 상기 기판을 노출시키는 다수의 홀을 형성하는 단계;
상기 홀 내부 및 상기 반사층 표면을 돌출하는 마이크로 로드를 형성하는 단계;
상기 반사층 상부 및 상기 마이크로 로드 측부에 충진층을 형성하는 단계; 및
상기 충진층 및 상기 마이크로 로드 상에 투명 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 마이크로 로드를 포함하는 발광 소자의 제조 방법을 제공한다.
상기 홀 내부로부터 반사전도층, n-GaN층, 활성층 및 p-GaN층을 순차적으로 형성함으로써 상기 마이크로 로드를 형성할 수 있다.
굴절율이 높은 제 1물질과 굴절율이 낮은 제 2물질을 교대로 형성하여 상기 반사층을 형성할 수 있다.
상기 반사층 상에 포토 레지스트를 형성하고 포토리소그래피 공정을 실시함으로써 상기 홀을 형성할 수 있다.
상기 마이크로 로드는 MOCVD, MBE 또는 HVPE로 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면 균일성 및 신뢰성이 향상된 마이크로 로드를 포함하는 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 마이크로 로드의 성장을 위한 마스크 패턴을 반사막으로 사용하고, 식각 또는 연마 공정이 아닌 성장 공정으로 마이크로 로드를 형성하여 간단하면서 경제성이 우수한 발광 소자의 제조 방법을 제공할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 마이크로 로드를 포함하는 발광 소자를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 기판(10), 기판(10) 상에 형성된 반사층(11), 반사층(11)의 홀 내부로부터 돌출되어 형성된 마이크로 로드(13a, 13b, 13c, 13d), 반사층(11) 상의 마이크로 로드(13a, 13b, 13c, 13d) 사이에 형성된 충진층(14) 및 마이크로 로드(13a, 13b, 13c, 13d) 및 충진층(14) 상에 형성된 투명 전극(15)을 포함한다.
이하, 도 1의 각 층에 해당하는 물질에 대해 살펴보고자 한다.
기판(10)은 통상적으로 반도체 소자에서 사용되는 전도성 기판을 사용할 수 있으며, 예를 들어, GaN, Si, GaAs, CuW 등을 사용할 수 있다.
반사층(11)은 본 발명의 실시예에 의한 발광 소자 형성 시 마이크로 로드(13a, 13b, 13c, 13d)를 성장시키기 위한 패턴 마스크(pattern mask) 역할을 하는 것으로, 소자를 완성한 뒤에는 마이크로 로드(13a, 13b, 13c, 13d)에서 방출된 광을 반사시키는 역할을 한다. 반사층(11)은 굴절율이 높은 제 1물질(H)과 굴절율이 낮은 제 2물질(L)이 교대로 형성된 다층 구조를 지니고 있으며, 형성 횟수에는 제한이 없다. 여기서 제 1물질은 굴절율이 약 1.8 이상인 절연 물질일 수 있으며, 제 2물질은 굴절율이 약 1.5 이하인 물질일 수 있으며, 이에 한정되지 아니하며, 굴절율이 상대적으로 차이가 나는 것이면 사용할 수 있다. 예를 들어, 굴절율이 높은 물질(H)로 Ti 산화물을 사용할 수 있으며, 굴절율이 낮은 물질(L)로 Si 산화물을 사용할 수 있다.
마이크로 로드(13a, 13b, 13c, 13d)는 반사전도층(13a), n-GaN층(13b), 활성층(13c) 및 p-GaN층(13d)을 포함할 수 있다. 반사전도층(13a)은 AlN/GaN 등의 분산 브래그 반사기(distributed Bragg reflector; DBR) 구조일 수 있으며, Zr1-xHfxB2 (0 ≤ x < 1)등의 전도성을 지니며 활성층(13c)의 방출 광의 파장을 반사하는 특성을 지닌 물질로 형성된 것일 수 있다. 활성층(13c)은 In1-xGaxN(0<x≤1)으로 형성된 것일 수 있다. 마이크로 로드(13a, 13b, 13c, 13d)는 기둥 형태 뿐만 아니라 측면이 경사진 형태로도 형성된 것일 수 있다. 본 발명의 실시예에 의한 마이크로 로드를 포함하는 발광 소자는 마이크로 로드(13a, 13b, 13c, 13d)는 활성층(13c)에서 방출된 광이 하부의 반사층(11) 및 반사전도층(13a)에 의해 반사되어 투명 전극(15) 방향으로 방출되는 수직형 발광 소자이다.
충진층(14)은 마이크로 로드(13a, 13b, 13c, 13d)들의 사이를 충진하기 위한 것으로, 마이크로 로드(13a, 13b, 13c, 13d)의 기계적 강도 유지, 반사층(11) 보호 및 투명 전극(15) 증착을 위해 형성된다. 충진층(14)은 Si 산화물, Si 질화물 등의 절연 물질로 형성된 것일 수 있다.
투명 전극(15)은 통상적인 발광 소자의 투명 전극 물질로 형성할 수 있으며, 예를 들어 ITO(Indium, Tin, Oxide)로 형성된 것일 수 있다.
이하, 도 2a 내지 도 2h를 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 마이크로 로드를 포함하는 발광 소자의 제조 방법에 대해 상세히 설명하고자 한다.
도 2a를 참조하면, 먼저 기판(10)을 마련한다. 여기서, 기판(10)은 통상적으로 반도체 소자에서 사용되는 전도성 기판을 사용할 수 있으며, 예를 들어, GaN, Si, GaAs, CuW 등을 사용할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 기판(10) 상에 다층 구조의 반사층(11)을 형성한다. 반사층(11)은 굴절율이 높은 물질(11a, 11c) 및 굴절율이 낮은 물질(11b, 11d)을 교대로 형성하여 다층 구조 형태로 형성한다. 반사층(11)은 제조 과정에서 마이크로 로드의 형성을 위한 반사 패턴 마스크(reflective pattern mask)의 역할을 할 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 고굴절율 물질인 TiO2와 저굴절율 물질인 SiO2를 교대로 증착할 수 있다. 이때, 반사층(11)을 구성하는 층의 횟수에는 제한이 없다,
도 2c 및 도 2d를 참조하면, 반사층(11)을 마이크로 로드의 성장을 위한 마스크로 사용하기 위해 반사층(11) 상에 포토 레지스트(12)를 도포하고, 포토리소그라피(photo-lithography) 공정을 실시한다. 그리고, 예를 들어 건식 에칭 공정에 의해 반사층(11) 내에 소정 간격으로 기판(10)을 노출시키는 다수의 홀(h)을 형성 한다. 구체적으로 예를 들어, 홀(h)의 직경은 2μm, 홀(h)의 간격은 5μm로 형성할 수 있다.
도 2e를 참조하면, 홀(h) 내부로부터 반사층(11) 표면을 돌출하도록 마이크로 로드(13a, 13b, 13c, 13d)를 성장시킨다. 구체적으로 MOCVD, MBE, HVPE 등의 공정으로 방법으로 반사전도층(13a), n-GaN층(13b), 활성층(13c) 및 p-GaN층(13d)을 순차적으로 형성시킨다. 반사전도층(13a)은 약 10-100nm의 길이로 형성할 수 있다. 구체적으로 반사전도층(13a)을 ZrB2로 형성하는 경우 소스 물질로 Zr(BH4)4을 이용하여 섭씨 약 500-1100도의 온도 범위에서 MBE로 형성할 수 있다. 그리고, MOCVD 공정으로 섭씨 약 500-1100도의 온도 범위에서 n-GaN층(13b), In1-xGaxN(0<x≤1) 활성층(13c) 및 p-GaN층(13d)를 순차적으로 형성할 수 있다. 이 때, 마이크로 로드(13a, 13b, 13c, 13d)는 반사층(11) 상에 돌출되어 형성된다.
도 2f를 참조하면, 반사층(11) 상부 및 마이크로 로드(13a, 13b, 13c, 13d)들 사이에 충진재(filler)를 도포하여 충진층(14)을 형성한다. 충진재(14)는 통상적인 반도체 소자의 절연 물질로 사용되는 Si 산화물 또는 Si 질화물 등으로 형성할 수 있다.
도 2g를 참조하면, 마이크로 로드(13a, 13b, 13c, 13d)의 표면을 노출시키기 위하여 충진층(14)을 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 수행한다.
도 2h를 참조하면, 마이크로 로드(13a, 13b, 13c, 13d) 및 충진층(14) 상에 투명 전극(15)을 형성한다. 투명 전극(15)은 통상적인 반도체 소자의 투명 전극 물 질로 형성할 수 있으며, 구체적으로 ITO(Indium-Tin-Oxide)로 형성할 수 있다. 구체적으로 ITO를 약 500nm 두께 범위로 형성한다. 그리고, 섭씨 약 400-500도의 열처리 공정을 실시하여 오믹 콘택(ohmic contact)을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 마이크로 로드를 포함하는 발광 소자를 나타낸 도면이다.
도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 실시예에 의한 마이크로 로드를 포함하는 발광 소자의 제조 방법을 나타낸 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10... 기판 11... 반사층
12... 포토 레지스트 13... 마이크로 로드
13a... 반사전도층 13b... n-GaN층
13c... 활성층 13d... p-GaN층
14... 충진층 15... 투명 전극

Claims (13)

  1. 전도성 기판;
    상기 전도성 기판 상에 형성된 반사층;
    상기 반사층의 홀 내부로부터 돌출되어 형성된 마이크로 로드;
    상기 반사층 상부 및 상기 마이크로 로드 측부에 형성된 충진층; 및
    상기 마이크로 로드 및 상기 충진층 상에 형성된 투명 전극;을 포함하며,
    상기 마이크로 로드는 반사전도층, n-GaN층, 활성층 및 p-GaN층을 포함하는 마이크로 로드를 포함하는 발광 소자.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 활성층은 In1-xGaxN(0<x≤1)으로 형성된 마이크로 로드를 포함하는 발광 소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 반사층은 굴절율이 높은 제 1물질과 굴절율이 낮은 제 2물질이 교대로 형성된 다층 구조인 마이크로 로드를 포함하는 발광 소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1물질은 굴절율이 1.8 이상이며, 상기 제 2물질은 굴절율이 1.5 이하인 마이크로 로드를 포함하는 발광 소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 충진층은 Si 산화물 또는 Si 질화물로 형성된 마이크로 로드를 포함하는 발광 소자.
  7. 기판 상에 반사층을 형성하고 상기 반사층에 상기 기판을 노출시키는 다수의 홀을 형성하는 단계;
    상기 홀 내부 및 상기 반사층 표면을 돌출하는 마이크로 로드를 형성하는 단계;
    상기 반사층 상부 및 상기 마이크로 로드 측부에 충진층을 형성하는 단계; 및
    상기 충진층 및 상기 마이크로 로드 상에 투명 전극을 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 마이크로 로드는 상기 홀 내부로부터 반사전도층, n-GaN층, 활성층 및 p-GaN층을 순차적으로 형성함으로써 상기 마이크로 로드를 형성하는 마이크로 로드를 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 제 7항에 있어서,
    굴절율이 높은 제 1물질과 굴절율이 낮은 제 2물질을 교대로 형성하여 상기 반사층을 형성하는 마이크로 로드를 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 반사층 상에 포토 레지스트를 형성하고 포토리소그래피 공정을 실시함으로써 상기 홀을 형성하는 마이크로 로드를 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 제 1물질은 굴절율이 1.8 이상이며, 상기 제 2물질은 굴절율이 1.5 이하인 마이크로 로드를 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 충진층은 Si 산화물 또는 Si 질화물로 형성하는 마이크로 로드를 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
  13. 제 7항에 있어서,
    상기 마이크로 로드는 MOCVD, MBE 또는 HVPE로 형성하는 마이크로 로드를 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
KR1020090008540A 2009-02-03 2009-02-03 마이크로 로드를 포함하는 발광 소자 및 그 제조 방법 KR101563157B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090008540A KR101563157B1 (ko) 2009-02-03 2009-02-03 마이크로 로드를 포함하는 발광 소자 및 그 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090008540A KR101563157B1 (ko) 2009-02-03 2009-02-03 마이크로 로드를 포함하는 발광 소자 및 그 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100089338A KR20100089338A (ko) 2010-08-12
KR101563157B1 true KR101563157B1 (ko) 2015-10-26

Family

ID=42755236

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090008540A KR101563157B1 (ko) 2009-02-03 2009-02-03 마이크로 로드를 포함하는 발광 소자 및 그 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101563157B1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101010790B1 (ko) * 2009-05-28 2011-01-25 한국광기술원 반사패턴층을 구비하는 발광다이오드 및 이의 제조방법
KR101891777B1 (ko) 2012-06-25 2018-08-24 삼성전자주식회사 유전체 리플렉터를 구비한 발광소자 및 그 제조방법
US9190563B2 (en) 2013-11-25 2015-11-17 Samsung Electronics Co., Ltd. Nanostructure semiconductor light emitting device
KR102415405B1 (ko) * 2021-03-30 2022-06-29 한양대학교 에리카산학협력단 나노와이어형 발광소자를 이용한 표시 장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100661960B1 (ko) 2005-09-28 2006-12-28 엘지전자 주식회사 발광 다이오드 및 그 제조 방법
JP2008244302A (ja) 2007-03-28 2008-10-09 Matsushita Electric Works Ltd 化合物半導体発光素子およびそれを用いる照明装置ならびに化合物半導体発光素子の製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100661960B1 (ko) 2005-09-28 2006-12-28 엘지전자 주식회사 발광 다이오드 및 그 제조 방법
JP2008244302A (ja) 2007-03-28 2008-10-09 Matsushita Electric Works Ltd 化合物半導体発光素子およびそれを用いる照明装置ならびに化合物半導体発光素子の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100089338A (ko) 2010-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5097532B2 (ja) 化合物半導体発光素子の製造方法
TWI482262B (zh) 發光裝置及其製造方法
US10186635B2 (en) Method of forming a light emitting diode structure and a light diode structure
KR101898679B1 (ko) 나노구조 발광소자
JP4992282B2 (ja) 発光ダイオード、発光ダイオードの製造方法、発光ダイオードバックライト、発光ダイオード照明装置、発光ダイオードディスプレイおよび電子機器
KR102322841B1 (ko) 발광소자 및 이를 포함하는 발광소자 어레이
CN109841714B (zh) 垂直结构近紫外发光二极管及其制备方法
KR100887067B1 (ko) 나노 패턴 구조를 지닌 반도체 발광 소자의 제조 방법
KR101515100B1 (ko) 발광 다이오드 및 그 제조 방법
KR20090022424A (ko) 질화물계 발광 소자 및 그 제조방법
KR20120092326A (ko) 광 결정 구조를 갖는 비극성 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법
JP2012114407A (ja) 垂直型発光素子の製造方法およびその発光素子用の基板モジュール
JP2007288195A (ja) 放射線放出体、及び放射線放出体を製造するための方法
US7772600B2 (en) Light emitting device having zener diode therein and method of fabricating the same
JP2011513954A (ja) オプトエレクトロニクス素子およびオプトエレクトロニクス素子の製造方法
KR102094471B1 (ko) 질화물 반도체층의 성장방법 및 이에 의하여 형성된 질화물 반도체
KR101737981B1 (ko) 마이크로 어레이 형태의 질화물 발광 소자 및 그 제조 방법
KR101563157B1 (ko) 마이크로 로드를 포함하는 발광 소자 및 그 제조 방법
KR20130099574A (ko) 질화갈륨 기판을 갖는 발광 다이오드
KR100921462B1 (ko) 수직형 발광 소자
KR20110103686A (ko) 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR20070029223A (ko) 광결정 반사층을 갖는 공진형 양자구조의 화합물 반도체광소자
KR20140098564A (ko) 반도체 발광소자
KR20080030042A (ko) 질화물 다층 양자 웰을 가지는 나노막대 어레이 구조의발광 다이오드
TWI443864B (zh) Fabrication of crystalline structure

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180917

Year of fee payment: 4