KR102364807B1 - 발광 소자 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법은 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치한 활성층, 상기 활성층 상에 위치한 제2 도전형 반도체층을 형성하고; 상기 제2 도전형 반도체층 상에 단결정 ZnO를 포함하는 ZnO 투명 전극을 형성하고; 상기 ZnO 투명 전극을 부분적으로 노출시키는 개구부를 포함하는 마스크를 형성하고; 상기 ZnO 투명 전극 중 상기 개구부에 의해 노출된 부분을 제거하여 상기 제2 도전형 반도체층을 노출시키고; 상기 제2 도전형 반도체층 중 상기 개구부에 의해 노출된 부분 및 상기 부분의 하부에 위치한 활성층을 제거하여 제1 도전형 반도체층을 노출시키고; 상기 마스크를 제거하고; 상기 제1 도전형 반도체층 중 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층이 제거되어 노출된 영역 상에 제1 전극을 형성하고; 및 상기 ZnO 투명 전극 상에 제2 전극을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 발광 소자 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로 동일 마스크를 사용하여 ZnO 투명 전극과 발광 구조체를 식각하는 것을 포함하는 발광 소자 제조 방법에 관한 것이다.
질화물계 반도체를 이용하는 발광 다이오드와 같은 발광 소자에 있어서, 질화물계 p형 반도체층은 n형 반도체층에 비해 상대적으로 낮은 전기 도전성을 갖는다. 이로 인하여, p형 반도체층에서 전류가 수평방향으로 효과적으로 분산되지 않아, 반도체층의 특정 부분에 전류가 집중되는 현상이 발생한다(current crowding). 이를 개선하기 위해 p형 반도체층의 전극 하부에 전류 차단층(current blocking layer, CBL)을 위치시킬 수 있으며, 나아가 전류 차단층 및 p형 반도체층 상에 ITO 등의 투명 전극을 위치시킬 수 있다. 일반적으로 n형 반도체층을 노출시키도록 활성층과 p형 반도체층을 식각하는 공정(이하, 메사 공정)이 먼저 이루어지면, 노출된 n형 반도체층을 기준으로 CBL이 형성될 위치가 정해진다. 따라서, CBL을 형성하는 공정에 앞서, 메사 공정이 이루어져야 하므로, 메사 공정과 ITO 등의 투명 전극을 식각하는 공정은 각각 별개로 진행될 수 밖에 없다. 이들 공정들 각각에 패터닝(patterning)을 위한 마스크가 요구되므로, 공정이 번거로워지고, 제조 단가가 높아지는 문제가 있다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는, 전자 차단층을 포함하지 않으나, 전류 분산 효율이 우수한 발광 소자 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 마스크 개수의 감소로 공정이 간소화되며, 제조 단가가 줄어들 수 있는 발광 소자 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법은 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치한 활성층, 상기 활성층 상에 위치한 제2 도전형 반도체층을 형성하고; 상기 제2 도전형 반도체층 상에 단결정 ZnO를 포함하는 ZnO 투명 전극을 형성하고; 상기 ZnO 투명 전극을 부분적으로 노출시키는 개구부를 포함하는 마스크를 형성하고; 상기 ZnO 투명 전극 중 상기 개구부에 의해 노출된 부분을 제거하여 상기 제2 도전형 반도체층을 노출시키고; 상기 제2 도전형 반도체층 중 상기 개구부에 의해 노출된 부분 및 상기 부분의 하부에 위치한 활성층을 제거하여 제1 도전형 반도체층을 노출시키고; 상기 마스크를 제거하고; 상기 제1 도전형 반도체층 중 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층이 제거되어 노출된 영역 상에 제1 전극을 형성하고; 및 상기 ZnO 투명 전극 상에 제2 전극을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
상기 ZnO 투명 전극의 두께는 800nm 내지 900nm일 수 있다.
상기 ZnO 투명 전극의 하면의 전 영역은 상기 제2 도전형 반도체층의 상면과 접할 수 있다.
상기 ZnO 투명 전극을 제거하는 것과 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 제거하는 것은 동일한 방법으로 이루어질 수 있다.
상기 ZnO 투명 전극을 형성하는 것은, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 ZnO 시드층을 형성하고; 및 상기 ZnO 시드층 상에 상기 ZnO 시드층을 시드로 ZnO 벌크층을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
상기 ZnO 시드층을 형성하는 것은, 스핀 코팅법을 이용하여 상기 제2 도전형 반도체층 상에 ZnO층을 형성하고; 및 상기 ZnO층을 열처리하는 것을 포함하고, 상기 ZnO 시드층은 상기 제2 도전형 반도체층과 오믹 컨택할 수 있다.
상기 ZnO 벌크층을 형성하는 것은, 수열합성법을 이용하여 상기 ZnO 시드층 상에 단결정 ZnO를 형성하고; 및 상기 단결정 ZnO를 열처리하는 것을 포함할 수 있다.
상기 발광 소자 제조 방법은 상기 기판의 하면에 분포 브래그 반사기를 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, ZnO 투명 전극에 의해 충분한 전류 분산이 이루어질 수 있으므로, 전류 차단층이 생략될 수 있으므로, ESD(electrostatic discharge)에 대한 내성이 개선될 수 있으며, 제조 공정이 간소화될 수 있다. 또한, 전류 차단층이 형성될 위치를 지정하기 위해 제1 도전형 반도체층을 노출시켜 기준 라인을 형성하지 않아도 되므로, 제2 도전형 반도체층 및 활성층을 부분적으로 제거하여 제1 도전형 반도체층을 부분적으로 노출시키는 공정과 ZnO 투명 전극의 일부를 제거하여 패턴화하는 공정이 동일 마스크를 사용하여 진행될 수 있다. 이에 따라, 제조 공정이 간소화되며, 제조 단가가 줄어들 수 있다.
도 1 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법에 의해 제조된 발광 소자를 조명 장치에 적용한 예를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법에 의해 제조된 발광 소자를 디스플레이 장치에 적용한 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 11는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법에 의해 제조된 발광 소자를 디스플레이 장치에 적용한 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 12은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법에 의해 제조된 발광 소자를 헤드 램프에 적용한 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법에 의해 제조된 발광 소자를 조명 장치에 적용한 예를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법에 의해 제조된 발광 소자를 디스플레이 장치에 적용한 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 11는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법에 의해 제조된 발광 소자를 디스플레이 장치에 적용한 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 12은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법에 의해 제조된 발광 소자를 헤드 램프에 적용한 예를 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 또한, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에" 또는 "상에" 있다고 기재된 경우 각 부분이 다른 부분의 "바로 상부" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라 각 구성요소와 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 개재된 경우도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이하 설명되는 반도체층들에 대한 각 조성비, 성장 방법, 성장 조건, 두께 등은 예시에 해당하며, 하기 기재된 바에 따라 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, AlGaN로 표기되는 경우, Al과 Ga의 조성비는 통상의 기술자의 필요에 따라 다양하게 적용될 수 있다. 또한, 이하 설명되는 반도체층들은 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자(이하, "통상의 기술자")에게 일반적으로 알려진 다양한 방법을 이용하여 성장될 수 있으며, 예를 들어, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy) 또는 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등의 기술을 이용하여 성장될 수 있다.
또한, 후술하는 실시예들에서, 단결정 ZnO로 지칭되는 물질은 소정의 결정 구조를 갖는 ZnO를 포함하며, 예를 들어, 우르짜이트(wurtzite) 결정 구조를 갖는 ZnO를 포함할 수 있다. 또한, 단결정 ZnO는 열역학적 진성 결함(intrinsic defect)을 포함하는 단결정일 수 있고, 또한, 제조 공정 등에서 발생할 수 있는 미소량의 결함, 예를 들어, 공공 결함, 전위(dislocation), 그레인 바운더리(grain boundary) 등을 포함하는 단결정일 수 있다. 또한, 단결정 ZnO는 미소량의 불순물을 포함하는 단결정일 수 있다. 즉, 의도하지 않거나 피할 수 없는 결함 또는 불순물을 포함하는 단결정 ZnO 역시 본 명세서에서 지칭하는 단결정 ZnO에 모두 포함될 수 있다.
도 1 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 1을 참조하면, 기판(100) 상에 발광 구조체(110)가 형성될 수 있다.
기판(100)은 발광 구조체(110)를 성장시킬 수 있는 기판이면 한정되지 않으며, 예를 들어, 사파이어 기판, 실리콘 카바이드 기판, 질화갈륨 기판, 질화알루미늄 기판, 실리콘 기판 등일 수 있다. 특히, 본 실시예에 있어서, 기판(110)은 패터닝된 사파이어 기판(PSS)일 수 있다.
발광 구조체(110)는 제1 도전형 반도체층(111), 제1 도전형 반도체층(111) 상에 위치하는 활성층(112) 및 활성층 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층(113)을 포함한다. 제1 도전형 반도체층(111), 활성층(112) 및 제2 도전형 반도체층(113)은 Ⅲ-Ⅴ 계열 화합물 반도체를 포함할 수 있고, 예를 들어, (Al, Ga, In)N과 같은 질화물계 반도체를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(111)은 n형 불순물(예를 들어, Si)을 포함할 수 있다. 제2 도전형 반도체층(113)은 p형 불순물(예를 들어, Mg)을 포함할 수 있다. 또한, 그 반대일 수도 있다. 활성층(112)은 다중양자우물 구조(MQW)를 포함할 수 있고, 원하는 피크 파장의 광을 방출하도록 그 조성비가 결정될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(111), 활성층(112), 및 제2 도전형 반도체층(113)은 금속유기화학 기상증착(MOCVD) 또는 분자선 에피택시(MBE) 등의 기술을 이용하여 기판(100) 상에 성장될 수 있다. 기판(100)은 발광 소자가 제조된 후, LLO(laser lift off) 등을 통해 제거될 수 있다.
도 2를 참조하면, 제2 도전형 반도체층(113) 상에 ZnO 투명 전극(120)이 형성될 수 있다. ZnO 투명 전극(120)을 형성하는 것은, ZnO 시드층(미도시)을 형성하고, ZnO 시드층 상에 ZnO 벌크층(미도시)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. ZnO 벌크층은 상기 ZnO 시드층을 시드로 성장될 수 있다.
구체적으로, 발광 구조체(110) 상에 ZnO 시드층을 형성한다. ZnO 시드층은 제2 도전형 반도체층(113) 상에 형성된다. ZnO 시드층은 제2 도전형 반도체층(113)과 오믹 컨택을 형성할 수 있다.
ZnO 시드층은 다양한 방법을 통해 제2 도전형 반도체층(113) 상에 형성될 수 있고, 예컨대, 스핀 코팅법을 통해 제2 도전형 반도체층(113) 상에 형성될 수 있다. ZnO 시드층을 형성하는 것은, ZnO 입자를 포함하는 용액을 발광 구조체(110) 상에 스핀 코팅하는 것을 포함할 수 있다. 또한, ZnO 시드층을 형성하는 것은, 스핀 코팅으로 형성된 ZnO층을 열처리하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 ZnO층의 열처리는 N2분위기에서 약 450 내지 550℃ 온도 조건으로 수행될 수 있다. 상기 열처리를 통해 ZnO 시드층은 제2 도전형 반도체층(113)과 오믹 컨택을 형성할 수 있다.
이와 달리, ZnO 시드층은 수열합성법, 졸-겔 합성법, 원자층 증착법(atomic layer deposition, ALD), 펄스 레이져 증착법(pulsed laser deposition, PLD), 분자선 에피택시법(MBE), 금속유기화학기상증착법(MOCVD), 라디오 주파수 스퍼터링법(RF-sputtering)과 같은 진공 증착법, 전기화학 증착법, 딥 코팅법(dip coating)등을 통해서 형성될 수도 있다.
또한, ZnO 시드층은 발광 구조체(110)의 결정 구조와 유사한 구조의 결정 구조를 갖는 단결정 구조를 포함할 수 있다. ZnO 단결정의 경우, 질화물계 반도체, 예를 들어, GaN과 대체로 유사한 격자 상수를 갖는 우르짜이트 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, ZnO 단결정은 질화물계 반도체와 동일한 배향성을 갖는 단결정 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 제2 도전형 반도체층(113)이 c면의 성장면((0001))을 갖는 경우, ZnO 시드층 역시 (0001)면을 따르는 배향성을 갖는 결정 구조를 가질 수 있다. 따라서, ZnO 시드층을 포함하는 ZnO 투명 전극(120)은 제2 도전형 반도체층(113)과의 접합성이 우수하여, 투명 전극의 박리로 인한 발광 소자의 전기적 특성 저하 및 발광 강도 저하를 방지할 수 있으며, 발광 소자의 신뢰성이 향상될 수 있다. 나아가, ZnO 시드층은 언도핑된 ZnO 단결정으로 형성될 수 있다. ZnO 시드층이 언도핑된 ZnO로 형성되어, ZnO 시드층의 결정성이 향상될 수 있다.
ZnO 시드층은 후술하는 ZnO 벌크층(미도시)을 성장시킬 수 있는 시드(seed) 역할을 할 수 있으며, 또한, 상술한 바와 같이 제2 도전형 반도체층(113)과의 오믹 컨택을 형성하는 역할을 할 수 있다. 특히, ZnO 시드층은 언도핑된 ZnO로 형성되어, 후속 공정에서 형성되는 ZnO 벌크층의 결정성을 향상시킬 수 있다. ZnO 시드층은 후술하는 ZnO 벌크층보다 얇은 두께를 가질 수 있고, 예를 들어, 수 내지 수십 nm의 두께를 가질 수 있다.
이어서, ZnO 시드층 상에 ZnO 벌크층을 형성하여, ZnO 투명 전극을 형성한다. 이에 따라, 발광 구조체(110) 및 발광 구조체(110) 상에 위치하는 ZnO 투명 전극(120)이 형성될 수 있다.
ZnO 벌크층은 다양한 방법을 통해 제2 도전형 반도체층(113) 상에 형성될 수 있고, 예컨대, 수열합성법을 통해 제2 도전형 반도체층(113) 상에 형성될 수 있다. ZnO 벌크층을 형성하는 것은, ZnO 전구체를 포함하는 용액을 이용하여 수열합성법을 통해 발광 구조체(110) 상에 단결정 ZnO층을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 이때, 상기 단결정 ZnO층은 ZnO 시드층으로부터 성장되어 형성된 것일 수 있다. 또한, ZnO 벌크층을 형성하는 것은, 수열합성을 통해 형성된 단결정 ZnO층을 열처리하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 ZnO층의 열처리는 N2분위기에서 약 200 내지 300℃ 온도 조건으로 수행될 수 있다. 상기 열처리를 통해 ZnO 벌크층의 시트 저항이 감소될 수 있고, 광 투과성이 향상(흡광성 저하)될 수 있다.
ZnO 벌크층을 형성하는 방법은 이에 한정되지 않으며, ZnO 벌크층이 ZnO 시드층과 실질적으로 동일한 결정성을 갖도록하는 방법이면 제한되지 않는다. 예컨대, ZnO 벌크층은 졸-겔 합성법, 원자층 증착법(atomic layer deposition, ALD), 펄스 레이져 증착법(pulsed laser deposition, PLD), 분자선 에피택시법(MBE), 금속유기화학기상증착법(MOCVD), 라디오 주파수 스퍼터링법(RF-sputtering)과 같은 진공 증착법, 전기화학 증착법, 딥 코팅법(dip coating), 스핀 코팅법 등을 통해서 형성될 수도 있다.
ZnO 투명 전극(120)의 두께는 800nm 이상일 수 있으며, 구체적으로, 800 내지 900nm의 두께로 형성될 수 있다. ZnO 투명 전극(120)의 전체 두께가 약 800nm 이상으로 증가함에 따라, ZnO 투명 전극(120)의 격자 부정합으로 인하여 발생하는 스트레스 및 스트레인이 급격하게 감소할 수 있다. 이에 따라, ZnO 투명 전극(120)를 약 800nm 이상의 두께로 형성함으로써, ZnO 투명 전극(120)의 결정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 단결정 ZnO는 ITO 투명 전극에 비해 광 투과도가 우수하여, 단결정 ZnO는 ITO 투명 전극에 비해 더욱 두꺼운 두께로 형성될 수 있다. ITO 투명 전극은 200nm 이상으로 형성되는 경우, 낮은 광 투과도로 인하여 ITO 투명 전극에서의 광 흡수율이 증가한다. 반면, 단결정 ZnO는 광 투과도가 상대적으로 우수하여, 수백 nm 이상의 두께로 형성될 수 있으며, 나아가, 수 ㎛의 두께로 형성되더라도 단결정 ZnO에서의 광 흡수율 증가가 크지 않아 발광 소자의 광 추출 효율이 향상될 수 있다. 즉, 약 800nm 이상의 두께의 ZnO 투명 전극(120)은 ITO 투명 전극과 유사한 광 투과도를 갖거나 더 높은 광투과도를 가질 수 있다. 따라서, ZnO 투명 전극(120)이 약 800nm 이상의 두께를 가짐으로써, 결정성이 향상됨과 동시에 ZnO 투명 전극(120)에서의 전류 분산 효율이 향상될 수 있다. 이에 따라, 본 실시예의 발광 소자는 ITO 투명 전극이 적용된 발광 소자에 비해 낮은 순방향 전압(Vf)을 갖고, 높은 발광 효율을 갖는다.
ZnO 투명 전극(120)의 전류 분산 효율이 향상됨에 따라, 발광 소자는 ZnO 투명 전극(120) 하부에 전류 차단층(current blocking layer, CBL)을 포함하지 않을 수 있다. 구체적으로, ZnO 투명 전극(120)의 하면의 전 영역은 제2 도전형 반도체층(113)의 상면과 접할 수 있다. 일반적으로, 전류 분산 효율을 위해 전류 차단층을 사용하나, 본 발명에 따른 발광 소자는 ZnO 투명 전극(120)을 포함하므로, 전류 차단층을 사용하지 않더라도 충분한 전류 분산 효과를 이룰 수 있다. 또한, 전류 차단층이 생략되면서, 전류 차단층에 의해 가중되었던 ESD(electrostatic discharge) 문제도 해결될 수 있다. 나아가, 전류 차단층 형성 공정이 불필요하여 공정이 간소화될 수 있다.
나아가, 전류 차단층이 생략될 수 있어서, 전류 차단층이 형성될 위치를 지정하기 위해 제1 도전형 반도체층(111)을 노출시켜 기준 라인을 형성하지 않아도 된다. 따라서, 제1 도전형 반도체층(111)을 부분적으로 노출시키는 공정이 ZnO 투명 전극(120)을 형성하는 공정에 보다 선행되지 않을 수 있다. 이에 따라, 제2 도전형 반도체층(113) 및 활성층(112)을 부분적으로 제거하여 제1 도전형 반도체층(111)을 부분적으로 노출시키는 공정과 ZnO 투명 전극(120)의 일부를 제거하여 패턴화하는 공정이 동일 마스크를 사용하여 진행될 수 있다. 이에 따라, 제조 공정이 간소화되며, 제조 단가가 줄어들 수 있다.
도 3을 참조하면, ZnO 투명 전극(120) 상에 마스크(130)가 형성될 수 있다. 구체적으로, 마스크(130)는 ZnO 투명 전극(120)을 부분적으로 노출시키는 개구부(130a)를 포함할 수 있다. 개구부(130a)는 ZnO 투명 전극(120), 제2 도전형 반도체층(113) 및 활성층(112) 중 제거될 영역을 지정하는 역할을 한다. 마스크(130)는 감광성 수지일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4를 참조하면, ZnO 투명 전극(120) 중 개구부(130a)에 의해 노출된 부분을 제거하여 제2 도전형 반도체층(113)을 노출시킨다. ZnO 투명 전극(120)은 습식 에칭(wet etching)을 통해서 제거될 수 있다. 이 때, ZnO 투명 전극(120)의 옆면은 BOE 등의 에칭 용매에 의해 식각될 수 있으며, ZnO 투명 전극(120)의 옆면이 특정 결정면을 따라 식각될 수 있다. 결과적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 에칭에 의해 노출되는 ZnO 투명 전극(120)의 옆면은 제2 도전형 반도체층(113)의 상면과 수직일 수 있다. 또한, ZnO 투명 전극(120)의 식각 속도가 빠르므로, ZnO 투명 전극(120)의 옆면은 개구부(130a)의 측면과 일치하지 않을 수 있다. 구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, ZnO 투명 전극(120)의 측면은 마스크(130)의 측면보다 안쪽으로 함몰되도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 후술할 메사(M) 형성 시, ZnO 투명 전극(120)은 제2 도전형 반도체층(113)의 상면 외곽으로부터 일정 거리만큼 리세스(recess)된 형태로 형성될 수 있다.
본 실시예에서는 습식 에칭을 통해 ZnO 투명 전극(120)을 제거했으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 습식 에칭이 아닌 건식 에칭(dry etching)을 통해 ZnO 투명 전극(120)을 제거할 수도 있다. 이 경우, 건식 에칭을 통해 제2 도전형 반도체층(113) 및 활성층(112)을 부분적으로 제거하는 공정이 순차적으로 이어져서 진행될 수 있으므로, 공정이 간소화될 수 있다.
도 5를 참조하면, 제2 도전형 반도체층(113) 중 개구부(130a)에 의해 노출된 부분 및 상기 부분의 하부에 위치한 활성층(112)을 제거하여 제1 도전형 반도체층(111)을 노출시킬 수 있다. 구체적으로, 제2 도전형 반도체층(113)과 활성층(112)은 ICP 등의 건식 에칭을 통해 부분적으로 제거될 수 있다. ZnO 투명 전극(120)을 제거하는 것과 제2 도전형 반도체층(113) 및 활성층(112)을 제거하는 것은 동일한 방법으로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 모두 건식 에칭일 수 있다. 본 실시예에서는 제2 도전형 반도체층(113)과 활성층(112)을 건식 에칭을 통해 제거 하였으나, 반드시 제거 방법이 건식 에칭에 한정되는 것은 아니다.
제1 도전형 반도체층(111) 중 상기 공정을 통해 노출되는 영역은 제2 도전형 반도체층(113) 및 활성층(112)을 부분적으로 제거하여 제2 도전형 반도체층(113) 및 활성층(112)을 포함하는 메사(M)를 형성함으로써 제공될 수 있다. 메사(M)의 측면은, 도 5에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 리플로우(photo resist reflow)와 같은 기술을 사용함으로써 경사지게 형성될 수 있다. 또는, 발광 구조체(110)는 제2 도전형 반도체층(113) 및 활성층(112)을 관통하여 제1 도전형 반도체층(111)을 노출시키는 적어도 하나의 홀(미도시)을 포함할 수도 있다. 이 후, 도 6에 도시된 바와 같이, 마스크(130)가 제거될 수 있다.
도 7을 참조하면, 제1 전극(140) 및 제2 전극(150)이 형성될 수 있다.
제1 전극(140)은 제1 도전형 반도체층(111) 중 제2 도전형 반도체층(113) 및 활성층(113)이 제거되어 노출된 영역 상에 형성될 수 있다. 제1 전극(140)은 제1 도전형 반도체층(111)과 전기적으로 접속할 수 있다. 제1 전극(140)은 Al층과 같은 고반사 금속층을 포함할 수 있으며, 고반사 금속층은 Ti, Cr 또는 Ni 등의 접착층 상에 형성될 수 있다. 또한, 고반사 금속층 상에 Ni, Cr, Au 등의 단층 또는 복합층 구조의 보호층이 형성될 수 있다. 제1 전극(140)은 예컨대, Ti/Al/Ti/Ni/Au 의 다층 구조를 가질 수 있다. 제1 전극(140)은 금속 물질을 증착하고, 이를 패터닝하여 형성될 수 있다. 제1 전극(140)은 전자선 증착법, 진공 증착법, 스퍼터법(sputter) 또는 금속유기화학 기상증착(MOCVD) 등의 기술을 이용하여 형성될 수 있다.
제2 전극(150)은 ZnO 투명 전극(120) 상에 형성될 수 있다. 제2 전극(150)은 제2 도전형 반도체층(113)과 전기적으로 접속할 수 있다. 제2 전극(150)은 반사층 및 상기 반사층을 덮는 보호층을 포함할 수 있다. 제2 전극(150)은 제2 도전형 반도체층(113)과 오믹 컨택되는 것과 더불어, 광을 반사시키는 기능을 할 수 있다. 따라서, 상기 반사층은 높은 반사도를 가지면서 제2 도전형 반도체층(113)과 오믹 접촉을 형성할 수 있는 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 반사층은 Ni, Pt, Pd, Rh, W, Ti, Al, Ag 및 Au 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 반사층은 단일층 또는 다중층을 포함할 수 있다. 제2 전극(150)은 전자선 증착법, 진공 증착법, 스퍼터법(sputter) 또는 금속유기화학 기상증착(MOCVD) 등의 기술을 이용하여 형성될 수 있다.
본 발명의 발광 소자는 분포 브래그 반사기(160)를 더 포함할 수 있다. 도 8을 참조하면, 기판(100)의 하면에 분포 브래그 반사기(160)를 형성할 수 있다. 분포 브래그 반사기(160)는 활성층(113)에서 생성된 광 중 기판(100)의 하면으로 출사되는 광을 반사시키는 역할을 하여, 광 추출 효율을 개선시킬 수 있다. 분포 브래그 반사기는 교대로 적층된 TiO2층/SiO2층의 구조를 포함할 수 있으며, 각 층의 두께를 조절하여 반사되는 광의 파장을 조절할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법에 의해 제조된 발광 소자를 조명 장치에 적용한 예를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 9을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치는, 확산 커버(1010), 발광 소자 모듈(1020) 및 바디부(1030)를 포함한다. 바디부(1030)는 발광 소자 모듈(1020)을 수용할 수 있고, 확산 커버(1010)는 발광 소자 모듈(1020)의 상부를 커버할 수 있도록 바디부(1030) 상에 배치될 수 있다.
바디부(1030)는 발광 소자 모듈(1020)을 수용 및 지지하여, 발광 소자 모듈(1020)에 전기적 전원을 공급할 수 있는 형태이면 제한되지 않는다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 바디부(1030)는 바디 케이스(1031), 전원 공급 장치(1033), 전원 케이스(1035), 및 전원 접속부(1037)를 포함할 수 있다.
전원 공급 장치(1033)는 전원 케이스(1035) 내에 수용되어 발광 소자 모듈(1020)과 전기적으로 연결되며, 적어도 하나의 IC칩을 포함할 수 있다. 상기 IC칩은 발광 소자 모듈(1020)로 공급되는 전원의 특성을 조절, 변환 또는 제어할 수 있다. 전원 케이스(1035)는 전원 공급 장치(1033)를 수용하여 지지할 수 있고, 전원 공급 장치(1033)가 그 내부에 고정된 전원 케이스(1035)는 바디 케이스(1031)의 내부에 위치할 수 있다. 전원 접속부(115)는 전원 케이스(1035)의 하단에 배치되어, 전원 케이스(1035)와 결속될 수 있다. 이에 따라, 전원 접속부(115)는 전원 케이스(1035) 내부의 전원 공급 장치(1033)와 전기적으로 연결되어, 외부 전원이 전원 공급 장치(1033)에 공급될 수 있는 통로 역할을 할 수 있다.
발광 소자 모듈(1020)은 기판(1023) 및 기판(1023) 상에 배치된 발광 소자(1021)를 포함한다. 발광 소자 모듈(1020)은 바디 케이스(1031) 상부에 마련되어 전원 공급 장치(1033)에 전기적으로 연결될 수 있다.
기판(1023)은 발광 소자(1021)를 지지할 수 있는 기판이면 제한되지 않으며, 예를 들어, 배선을 포함하는 인쇄회로기판일 수 있다. 기판(1023)은 바디 케이스(1031)에 안정적으로 고정될 수 있도록, 바디 케이스(1031) 상부의 고정부에 대응하는 형태를 가질 수 있다. 발광 소자(1021)는 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
확산 커버(1010)는 발광 소자(1021) 상에 배치되되, 바디 케이스(1031)에 고정되어 발광 소자(1021)를 커버할 수 있다. 확산 커버(1010)는 투광성 재질을 가질 수 있으며, 확산 커버(1010)의 형태 및 광 투과성을 조절하여 조명 장치의 지향 특성을 조절할 수 있다. 따라서 확산 커버(1010)는 조명 장치의 이용 목적 및 적용 태양에 따라 다양한 형태로 변형될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법에 의해 제조된 발광 소자를 디스플레이 장치에 적용한 예를 설명하기 위한 단면도이다.
본 실시예의 디스플레이 장치는 표시패널(2110), 표시패널(2110)에 광을 제공하는 백라이트 유닛(BLU1) 및, 상기 표시패널(2110)의 하부 가장자리를 지지하는 패널 가이드(2100)를 포함한다.
표시패널(2110)은 특별히 한정되지 않고, 예컨대, 액정층을 포함하는 액정표시패널일 수 있다. 표시패널(2110)의 가장자리에는 상기 게이트 라인으로 구동신호를 공급하는 게이트 구동 PCB가 더 위치할 수 있다. 여기서, 게이트 구동 PCB(2112, 2113)는 별도의 PCB에 구성되지 않고, 박막 트랜지스터 기판상에 형성될 수도 있다.
백라이트 유닛(BLU1)은 적어도 하나의 기판(2150) 및 복수의 발광 소자(2160)를 포함하는 광원 모듈을 포함한다. 나아가, 백라이트 유닛(BLU1)은 바텀커버(2180), 반사 시트(2170), 확산 플레이트(2131) 및 광학 시트들(2130)을 더 포함할 수 있다.
바텀커버(2180)는 상부로 개구되어, 기판(2150), 발광 소자(2160), 반사 시트(2170), 확산 플레이트(2131) 및 광학 시트들(2130)을 수납할 수 있다. 또한, 바텀커버(2180)는 패널 가이드(2100)와 결합될 수 있다. 기판(2150)은 반사 시트(2170)의 하부에 위치하여, 반사 시트(2170)에 둘러싸인 형태로 배치될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 반사 물질이 표면에 코팅된 경우에는 반사 시트(2170) 상에 위치할 수도 있다. 또한, 기판(2150)은 복수로 형성되어, 복수의 기판(2150)들이 나란히 배치된 형태로 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 단일의 기판(2150)으로 형성될 수도 있다.
발광 소자(2160)는 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 발광 소자(2160)들은 기판(2150) 상에 일정한 패턴으로 규칙적으로 배열될 수 있다. 또한, 각각의 발광 소자(2160) 상에는 렌즈(2210)가 배치되어, 복수의 발광 소자(2160)들로부터 방출되는 광을 균일성을 향상시킬 수 있다.
확산 플레이트(2131) 및 광학 시트들(2130)은 발광 소자(2160) 상에 위치한다. 발광 소자(2160)로부터 방출된 광은 확산 플레이트(2131) 및 광학 시트들(2130)을 거쳐 면 광원 형태로 표시패널(2110)로 공급될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자는 본 실시예와 같은 직하형 디스플레이 장치에 적용될 수 있다.
도 11는 일 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법에 의해 제조된 발광 소자를 디스플레이 장치에 적용한 예를 설명하기 위한 단면도이다.
본 실시예에 따른 백라이트 유닛이 구비된 디스플레이 장치는 영상이 디스플레이되는 표시패널(3210), 표시패널(3210)의 배면에 배치되어 광을 조사하는 백라이트 유닛(BLU2)을 포함한다. 나아가, 상기 디스플레이 장치는, 표시패널(3210)을 지지하고 백라이트 유닛(BLU2)이 수납되는 프레임(240) 및 상기 표시패널(3210)을 감싸는 커버(3240, 3280)를 포함한다.
표시패널(3210)은 특별히 한정되지 않고, 예컨대, 액정층을 포함하는 액정표시패널일 수 있다. 표시패널(3210)의 가장자리에는 상기 게이트 라인으로 구동신호를 공급하는 게이트 구동 PCB가 더 위치할 수 있다. 여기서, 게이트 구동 PCB는 별도의 PCB에 구성되지 않고, 박막 트랜지스터 기판상에 형성될 수도 있다. 표시패널(3210)은 그 상하부에 위치하는 커버(3240, 3280)에 의해 고정되며, 하부에 위치하는 커버(3280)는 백라이트 유닛(BLU2)과 결속될 수 있다.
표시패널(3210)에 광을 제공하는 백라이트 유닛(BLU2)은 상면의 일부가 개구된 하부 커버(3270), 하부 커버(3270)의 내부 일 측에 배치된 광원 모듈 및 상기 광원 모듈과 나란하게 위치되어 점광을 면광으로 변환하는 도광판(3250)을 포함한다. 또한, 본 실시예의 백라이트 유닛(BLU2)은 도광판(3250) 상에 위치되어 광을 확산 및 집광시키는 광학 시트들(3230), 도광판(3250)의 하부에 배치되어 도광판(3250)의 하부방향으로 진행하는 광을 표시패널(3210) 방향으로 반사시키는 반사시트(3260)를 더 포함할 수 있다.
광원 모듈은 기판(3220) 및 상기 기판(3220)의 일면에 일정 간격으로 이격되어 배치된 복수의 발광 소자(3110)를 포함한다. 기판(3220)은 발광 소자(3110)를 지지하고 발광 소자(3110)에 전기적으로 연결된 것이면 제한되지 않으며, 예컨대, 인쇄회로기판일 수 있다. 발광 소자(3110)는 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자를 적어도 하나 포함할 수 있다. 광원 모듈로부터 방출된 광은 도광판(3250)으로 입사되어 광학 시트들(3230)을 통해 표시패널(3210)로 공급된다. 도광판(3250) 및 광학 시트들(3230)을 통해, 발광 소자(3110)들로부터 방출된 점 광원이 면 광원으로 변형될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자는 본 실시예와 같은 에지형 디스플레이 장치에 적용될 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법에 의해 제조된 발광 소자를 헤드 램프에 적용한 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 12를 참조하면, 상기 헤드 램프는, 램프 바디(4070), 기판(4020), 발광 소자(4010) 및 커버 렌즈(4050)를 포함한다. 나아가, 상기 헤드 램프는, 방열부(4030), 지지랙(4060) 및 연결 부재(4040)를 더 포함할 수 있다.
기판(4020)은 지지랙(4060)에 의해 고정되어 램프 바디(4070) 상에 이격 배치된다. 기판(4020)은 발광 소자(4010)를 지지할 수 있는 기판이면 제한되지 않으며, 예컨대, 인쇄회로기판과 같은 도전 패턴을 갖는 기판일 수 있다. 발광 소자(4010)는 기판(4020) 상에 위치하며, 기판(4020)에 의해 지지 및 고정될 수 있다. 또한, 기판(4020)의 도전 패턴을 통해 발광 소자(4010)는 외부의 전원과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 발광 소자(4010)는 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자를 적어도 하나 포함할 수 있다.
커버 렌즈(4050)는 발광 소자(4010)로부터 방출되는 광이 이동하는 경로 상에 위치한다. 예컨대, 도시된 바와 같이, 커버 렌즈(4050)는 연결 부재(4040)에 의해 발광 소자(4010)로부터 이격되어 배치될 수 있고, 발광 소자(4010)로부터 방출된 광을 제공하고자하는 방향에 배치될 수 있다. 커버 렌즈(4050)에 의해 헤드 램프로부터 외부로 방출되는 광의 지향각 및/또는 색상이 조절될 수 있다. 한편, 연결 부재(4040)는 커버 렌즈(4050)를 기판(4020)과 고정시킴과 아울러, 발광 소자(4010)를 둘러싸도록 배치되어 발광 경로(4045)를 제공하는 광 가이드 역할을 할 수도 있다. 이때, 연결 부재(4040)는 광 반사성 물질로 형성되거나, 광 반사성 물질로 코팅될 수 있다. 한편, 방열부(4030)는 방열핀(4031) 및/또는 방열팬(4033)을 포함할 수 있고, 발광 소자(4010) 구동 시 발생하는 열을 외부로 방출시킨다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자는 본 실시예와 같은 헤드 램프, 특히, 차량용 헤드 램프에 적용될 수 있다.
Claims (8)
- 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치한 활성층, 상기 활성층 상에 위치한 제2 도전형 반도체층을 형성하고;
상기 제2 도전형 반도체층 상에 단결정 ZnO를 포함하는 ZnO 투명 전극을 형성하고;
상기 ZnO 투명 전극을 부분적으로 노출시키는 개구부를 포함하는 마스크를 형성하고;
상기 ZnO 투명 전극 중 상기 개구부에 의해 노출된 부분을 제거하여 상기 제2 도전형 반도체층을 노출시키고;
상기 제2 도전형 반도체층 중 상기 개구부에 의해 노출된 부분 및 상기 부분의 하부에 위치한 활성층을 제거하여 제1 도전형 반도체층을 노출시키고;
상기 마스크를 제거하고;
상기 제1 도전형 반도체층 중 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층이 제거되어 노출된 영역 상에 제1 전극을 형성하고; 및
상기 ZnO 투명 전극 상에 제2 전극을 형성하는 것을 포함하고,
상기 ZnO 투명 전극을 형성하는 것은,
상기 제2 도전형 반도체층 상에 ZnO 시드층을 형성하고; 및
상기 ZnO 시드층 상에 상기 ZnO 시드층을 시드로 ZnO 벌크층을 형성하는 것을 포함하는 발광 소자 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 ZnO 투명 전극의 두께는 800nm 내지 900nm인 발광 소자 제조 방법.
- 청구항 2에 있어서,
상기 ZnO 투명 전극의 하면의 전 영역은 상기 제2 도전형 반도체층의 상면과 접하는 발광 소자 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 ZnO 투명 전극을 제거하는 것과 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 제거하는 것은 동일한 방법으로 이루어지는 발광 소자 제조 방법.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 ZnO 시드층을 형성하는 것은,
스핀 코팅법을 이용하여 상기 제2 도전형 반도체층 상에 ZnO층을 형성하고; 및
상기 ZnO층을 열처리하는 것을 포함하고,
상기 ZnO 시드층은 상기 제2 도전형 반도체층과 오믹 컨택하는 발광 소자 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 ZnO 벌크층을 형성하는 것은,
수열합성법을 이용하여 상기 ZnO 시드층 상에 단결정 ZnO를 형성하고; 및
상기 단결정 ZnO를 열처리하는 것을 포함하는 발광 소자 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 기판의 하면에 분포 브래그 반사기를 형성하는 것을 더 포함하는 발광 소자 제조 방법.
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