KR19980014878A - 양자상자형 발광 다이오드(led) 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광 다이오드(LED)를 이루는 활성층상에 양성감광 물질을 도포한뒤 레이저의 사진식각으로 활성층을 원하는 모양으로 패턴하는 공정을 이용하여 양자상자를 형성함으로써 양자상자를 규칙적으로 배열하여 양자상자의 위치 및 크기를 정확히 조절할 수가 있고 양자상자의 밀도를 정확히 조절할 수 있는 양자상자형 발광 다이오드(LED) 및 그의 제조방법을 제공함을 목적으로 하고 있다.

본 발명의 양자상자형 발광 다이오드(LED)의 제조방법은, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판상에 제 1 도전형을 갖는 클래드층을 형성하는 단계; 상기 제 1 도전형 클래드층상에 활성층 물질의 드보로이 파장 이하의 두께로 활성층을 형성하는 단계; 상기 활성층상에 양성감광 물질을 도포하여 감광막을 형성한후 레이저광을 이용 마스크를 형성하고 이 마스크를 사용 활성층을 사진식각한후 상기 감광막을 제거하여 원하는 모양의 패턴으로 양자상자를 형성하는 단계; 상기 양자상자를 포함하는 전면에 제 2 도전형 클래드층을 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 하고 있다.

또한 본 발명의 양자상자형 발광 다이오드는 기판; 상기 기판상에 형성된 제 1 도 전형 클래드층; 상기 제 1 도전형 클래드층상에 활성층으로 작용하고 소정의 규칙적인 배열의 패턴 및 상기 활성층으로 작용하는 물질의 드보로이 파장 이하의 두께를 가지는 양자상자; 상기 양자상자를 포함하는 전면에 형성된 제 2 도전형 클래드층을 구비함을 특징으로 하고 있다.

Description

양자상자형 발광 다이오드(LED) 및 그의 제조방법

본 발명은 양자상자(Quantum dot)형 발광 다이오드(LED) 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 양자상자의 위치와 단위면적당 양자상자의 수를 정확히 조절함으로서 양자상자를 규칙적으로 배열할 수 있고 양자상자의 밀도를 정확하게 조절할 수 있도록 한 양자상자형 발광 다이오드(LED) 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

종래에는 도 1 에 도시되어 있는 바와 같이, 양자상자형 발광 다이오드(LED)를 제조할때 기판(1)상에 형성된 제 1 클래드층(2)위에 양자상자를 이루는 물질을 성장시킨 후 무작위적인 식각공정을 행하고 남은 부분을 이용하여 양자상자를 구성하였다.

그후 이 양자상자위에 다시 제 1 클래드층과 반대되는 도전형의 제 2 클래드층을 형성하여 발광소자에 이용하였다.

그러나, 종래 방식에서는 제 1 클래드층(2)위에 양자상자(3)를 이루는 물질을 성장시킨후 무작위적으로 식각공정을 행하여 양자상자(3)를 구성하기 때문에 양자상자(3)가 제 1 클래드층(2)위에 랜덤하게 산재하는 구조로 형성하였다. 따라서 양자상자를 규칙적으로 배열할 수 없었을 뿐만 아니라 양자상자의 단위면적당 갯수를 정확히 할수 없게 되어 양자상자의 밀도를 정확히 조절할 수 없다는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 감안하여 발명한 것으로, 발광 다이오드(LED)를 이루는 활성층상에 양성감광 물질을 도포한뒤 레이저의 사진식각으로 활성층을 원하는 모양으로 패턴하는 공정을 이용하여 양장사자를 형성함으로써 양자상자를 규칙적으로 배열하여 양자상자의 위치 및 크기를 정확히 조절할 수가 있고 양자상자의 밀도를 정확히 조절할 수 있는 양자상자형 발광 다이오드(LED) 및 그의 제조방법을 제공함을 목적으로 하고 있다.

도 1은 종래의 양자상자형 발광 다이오드(LED)에 있어서 양자상자가 분포된 상태를 모식적으로 나타낸 도면,

도 2는 본 발명의 양자상자형 발광 다이오드(LED)에 있어서 소정패턴의 양자상자를 얻기 위한 중간공정 상태를 모식적으로 나타낸 사시도,

도 3은 도 2의 A-A선을 절취한 상태의 단면도,

도 4는 본 발명의 1실시예인 양자상자형 발광 다이오드(LED)의 단면을 모식적으로 나타낸 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1, 10 : 기판2, 11 : 제 1 도전형 클래드층

3, 15 : 양자상자12 : 활성층

13 : 감광막14 : 레이저 광에 의한 감광된 영역

16 : 제 2 도전형 클래드층17 : 접촉층

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양자상자형 발광 다이오드(LED)의 제조방법은, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판상에 제 1 도전형을 갖는 클래드층을 형성하는 단계; 상기 제 1 도전형 클래드층상에 활성층 물질의 드보로이 파장 이하의 두께로 활성층을 형성하는 단계; 상기 활성층상에 양성감광 물질을 도포하여 감광막을 형성한후 레이저광을 이용 마스크를 형성하고 이 마스크를 사용 활성층을 사진식각한후 상기 감광막을 제거하여 원하는 모양의 패턴으로 양자상자를 형성하는 단계; 상기 양자상자를 포함하는 전면에 제 2 도전형 클래드층을 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 하고 있다.

또한 본 발명의 양자상자형 발광 다이오드(LED)는, 기판; 상기 기판상에 형성된 제 1 도전형 클래드층; 상기 제 1 도전형 클래드층상에 활성층으로 작용하고 소정의 규칙적인 배열의 패턴 및 상기 활성층으로 작용하는 물질의 드보로이 파장 이하의 두께를 가지는 양자상자; 상기 양자상자를 포함하는 전면에 형성된 제 2 도전형 클래드층을 구비함을 특징으로 하고 있다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부도면에 근거하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 양자상자형 발광 다이오드 (LED)의 단면을 모식적으로 나타낸것이다.

본 발명의 양자상자형 발광 다이오드(LED)는 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 갈륨아세나이드(GaAs)의 기판(10)상에 약 1000Å 두께의 N형의 알미늄 갈륨아세나이드(AlGaAs)으로 형성된 제 1 도전형 클래드층(11)이 형성되어 있고, 상기 클래드층(11)위에는 약 100Å(갈륨아세나이드(GaAs)의 드브로이 파장은 약 200Å)으로 형성되고 규칙적으로 배열되어 활성층으로 작용하는 양자상자(15)가 형성되어 있고, 상기 양자상자(15)를 포함하는 층위에는 약 1000Å 두께의 P형 알미늄 갈륨아세나이드로 형성되는 제 2 도전형 클래드층(16)이 형성되어 있으며, 제 2 도전형 클래드층(16)위에는 오믹특성을 얻기 위해 약 500Å 두께의 갈륨아세나이드의 접촉층(17)이 형성되어 있다.

한편, 이와 같은 본 발명의 양자상자형 발광 다이오드(LED)의 제조방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 양자상자형 LED의 중가제조 공정까지 만들어진 제품을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 A-A'선을 절취한 단면을 나타낸 단면도이다. 도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이, 갈륨아세나이드(GaAs)의 가판(10)위에 두께 약 1000Å으로 N형인 알미늄 갈륨아세나이드(AlGaAs)의 클래드층(11)을 형성하고, 갈륨아세나이드로 형성되고 갈륨아세나이드의 드보로이 파장 이하인 100Å 두께로 상기 클래드층(11)위에 활성층(12)을 형성한다.

이때 활성층의 두께가 활성층 물질의 드브로이 파장과 비슷하거나 그 보다 작게 함으로써 양자효과를 얻을 수 있으며, 에너지 밴드 갭에 있어서는 이종접합(Hetero juction) 을 형성하기 위해 클래드층(11)의 밴드갭이 활성층(12)의 에너지 밴드갭보다 크게 하여야 한다.

그리고 이 활성층(12)에는 양성감광물질(Postitive Photoresist : Positive PR)을 도포하여 감광막(13)을 형성한다. 이어 레이저광을 원하는 위치에 조사한다. 이때 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 감광막(13)은 레이저광에 감광된 규칙적인 배열의 패턴을 갖는 영역(14)과 나머지 감광되지 않는 영역으로 구분되며, 이와 같은 상태의 시료를 현상시키면 감광막(13)의 광에 감광된 영역(14)은 남고 감광되지 않은 나머지 영역은 없어진다.

그후 도 4에 도시된 바와 같이, 시료를 건식(Dry) 또는 습식(Wet) 식각공정을 통하여 식각하면 감광막(13)의 레이저광에 감광된 영역(14)에 의해 마스크된 부분의 활성층(12)은 남게 되나 마스크가 되지 않은 나머지 부분의 활성층(12)은 제거되며 이어 남아 있는 감광막(14)을 제거하면 양자상자(15)가 형성된다. 그후 꼭 필요한 것은 아니지만 인터페이스 특성을 향상시키기 위해 습식식각 공정을 한번더 행할 수 있으며 그위에 재성장(Regrowth) 공정을 통하여 약 1000Å 두께의 상기 N형 클래드층(11)과 동일물질인 P 형의 클래드층(16)을 형성하고 그위에 약 500Å의 갈륨 아세나이드으 접촉층(17)을 형성하면 양자상자형 발광 다이오드 구조가 얻어진다.

이 구조는 이중 이종접합(Double hetero junction; DH) 구조를 갖는 발광 다이오드(LED) 구조이다.

한편, 상기 실시예에서는 클래드층(16)위에 접촉층(17)을 형성하였으나 이는 필요에 따라 생략할 수도 있으며, 그리고 기판(11)과 제 1 도전형 클래드층(12) 사이에는 인터페이스 특성을 향상시키기 위해 버퍼층으로 에피성장층을 더 추가하여 구성하는 것도 바람직하다.

그리고 클래드층을 형성할때 클래드층(11)은 N형, 클래드층(16)은 P형으로 하였으나 이는 반대로 하여도 되며 상기 실시예의 각 층을 형성하는 물질이나 두께는 필요에 따라 당업자가 선택하여 사용될 수 있음은 말할 것도 없다.

이와 같이 구성된 본 발명에 있어서, 통상의 사진석판 공정에서는 음성감광 물질을 사용하나 본 발명에서는 제 1 클래드층(11)상에 양성 감광물질로된 감광막(13)을 형성하고 이 감광막(13)위에 레이저광을 주기적으로 조사한후 현상하여 남겨진 광에 감광된 영역(14)을 마스크로 하여 점모양등의 양자상자(15)가 만들어지기 때문에 레이저광 조사부위가 바로 양자상자가 형성될 부위로 되어 양자상자의 단위 면적당의 갯수를 매우 정확히 조절할 수 있고, 또 양자상자의 크기 및 위치도 정확히 조절할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 기판을 준비하는 단계;

   상기 기판상에 제 1 도전형을 갖는 클래드층을 형성하는 단계;

   상기 제 1 도전형 클래드층상에 활성층 물질의 드보로이 파장 이하의 두께로 활성층을 형성하는 단계;

   상기 활성층상에 양성감광 물질을 도포하여 감광막을 형성한 후 레이저광을 이용 마스크를 형성하고 이어 이 마스크를 사용 활성층을 사진식각한후 상기 감광막을 제거하여 원하는 모양의 패턴으로 양자상자를 형성하는 단계;

   상기 양자상자를 포함하는 전면에 제 2 도전형 클래드층을 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 양자상자형 발광 다이오드(LED)의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 도전형 클래드층위에 오믹특성을 개선하기 위해 접촉층을 형성하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 양자상자형 발광 다이오드(LED)의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 기판의 준비단계와 제 1 도전형 클래드층 형성단계 사이에 인터페이스 특성을 향상하도록 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 양자상자형 발광 다이오드(LED)의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 양자상자를 형성한후 바로 이어서 인터페이스 특성을 개선하도록 습식식각 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 양자상자형 발광 다이오드(LED)의 제조방법.
5. 기판;

   상기 기판상에 형성된 제 1 도전형 클래드층;

   상기 제 1 도전형 클래드층상에 활성층으로 작용하고 소정의 규칙적인 배열의 패턴 및 상기 활성층으로 작용하는 물질의 드보로이 파장 이하의 두께를 가지는 양자상자;

   상기 양자상자를 포함하는 전면에 형성된 제 2 도전형 클래드층을 구비함을 특징으로 하는 양자상자형 발광 다이오드(LED).
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제 2 도전형 클래드층위에는 오믹특성을 개선하기 위한 접촉층이 더 형성된 것을 특징으로 하는 양자상자형 발광 다이오드(LED).
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 기판과 상기 제 1 도 전형 클래드층 사이에는 인터페이스 특성을 개선하기 위한 버퍼층의 더 형성된 것을 특징으로 하는 양자상자형 발광 다이오드(LED).