KR20070111659A - 발광 다이오드 제조방법 - Google Patents
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Abstract
발광 다이오드 제조방법이 개시된다. 본 발명에 따른 발광 다이오드 제조방법은 기판을 준비하는 단계, 기판상에 하부 반도체층, 활성층 및 상부 반도체층을 형성하는 단계, 상부 반도체층 상에 그 측벽이 기판 상부면에 대해 경사지도록 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 사용하여 상부 반도체층, 활성층 및 하부 반도체층을 차례로 식각하는 단계를 포함한다. 이에 따라, 발광된 빛이 측면에서 보다 쉽게 외부로 방출되어 발광소자의 발광효율이 높아진다.
발광 다이오드, 반도체층, 포토레지스트, 발광 효율
Description
도 1은 일반적인 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조되는 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3 내지 도 10는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 6는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명은 발광 다이오드 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 경사진 측벽을 구비하여 발광효율이 높은 발광 다이오드 제조방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emiting Diode: LED)는 P형 반도체와 N형 반도체가 접합된 구조를 갖는 광전변환 소자로서, 순방향 전압을 가하면 P형 반도체와 N형 반도체의 접합부분을 통해 전자와 정공이 이동하면서 재결합하여 빛을 발산한다. 이때 방출되는 빛의 색상은 갭 에너지에 의해 결정되므로 반도체 재료의 선택에 따라 원하는 색상의 빛을 방출하는 발광 다이오드를 제조할 수 있다.
이러한 발광 다이오드는 다양한 발광 색상으로 다양한 색상 구현이 가능하여각종 전자 제품류와 계기판, 전광판 등에 표시소자 및 백라이트로 널리 이용되고 있다.
또한, 발광 다이오드는 기존의 백열전구 또는 형광등과 같은 조명기구에 비해 전력 소모가 작고 수명이 길어, 기존 조명기구를 대체하여 일반 조명 용도로 그 사용 영역을 넓히고 있다. 다만, 발광 다이오드를 일반 조명 용도로 사용하기 위해서는 발광 다이오드의 발광 효율을 높이는 것이 상당히 중요하며 이를 위해 다양한 기술이 개발되고 있다.
도 1은 종래의 발광 다이오드의 개략적인 종 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기판(11) 상에 반도체층들(16)이 형성된다. 반도체층들(16)로는, N형 반도체 층(15), 활성층(17) 및 P형 반도체 층(19)이 순차적으로 형성된다. 또한, 일반적으로 기판(11)과 N형 반도체 층(15) 사이의 격자 부정합을 완화하기 위해 버퍼층(13)이 형성되고, P형 반도체 층(19) 상에 금속층(21)이 더 형성된다.
그리고, N형 반도체 층(15) 상에 형성된 금속층(21), P형 반도체 층(19), 활성층(17)이 차례로 식각되어 N형 반도체 층(15)의 상부면이 노출되고, 발광 다이오드(1)에 금속배선을 형성하기 위해 P형 반도체층(19)의 상부 금속층(21) 상에 패드(23)가 형성되며, 노출된 N형 반도체층(15) 상에도 패드가 형성된다.
이와 같이 형성된 종래의 발광 다이오드는, 반도체층들(16)의 측벽들이 기판 의 상부면과 수직으로 형성되며, 활성층(17)에서 상측으로 발광된 빛은 금속층(21)을 통해 발광 다이오드의 상부면을 통해 방출된다.
한편, 활성층(17)에서 반도체층의 측벽을 향해 발광된 빛은 상기한 바와 같이 수직으로 형성된 측벽에 도달하면 그 입사각이 커짐에 따라 반도체층들과 공기와의 굴절율 차이로 인해 공기 중으로 쉽게 방출되지 못하고 반도체 층들의 내부로 전반사되어 발광 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 측면 발광효율이 높은 발광 다이오드 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제들을 달성하기 위하여, 본 발명은 발광 다이오드 제조방법을 개시한다. 본 발명의 일 태양에 따른 발광 다이오드 제조방법은, 기판을 준비하는 단계, 상기 기판상에 하부 반도체층, 활성층 및 상부 반도체층을 형성하는 단계, 상기 상부 반도체층 상에 그 측벽이 상기 기판 상부면에 대해 경사지도록 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 및 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 사용하여 상기 상부 반도체층, 활성층 및 하부 반도체층을 차례로 식각하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 포토레지스트 패턴 형성단계는, 발광 영역을 한정하는 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴의 측벽이 상기 기판 상부면에 대해 경사지도록 상기 포토레지스트 패턴을 리플로우한다.
그리고, 상기 포토레지스트 패턴을 리플로우하는 것은 상기 포토레지스트 패턴의 측벽이 상기 기판 상부면에 대해 10도 내지 80도 범위 내의 경사각을 갖도록 수행되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 활성층에서 발광된 빛이 측면에서 보다 쉽게 공기 중으로 방출되어 발광효율이 높은 발광소자를 제조할 수 있다.
한편, 본 발광 다이오드 제조방법은, 상기 포토레지스트 패턴을 형성하기 전, 상기 상부 반도체층의 일부면에 발광 영역의 상부면을 한정하는 식각정지 패턴을 형성하는 단계를 더 포함한다.
그리고, 상기 식각정지 패턴은 금속으로 형성되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조되는 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 기판(101) 상에 반도체층들(106)이 위치한다. 상기 기판(101)은 절연 또는 도전성 기판일 수 있으며, 예컨대 사파이어 또는 탄화실리콘(SiC) 기판일 수 있다. 또한, 상기 기판(101)은 그 상부면 및/또는 하부면이 패 터닝된 기판일 수 있다.
상기 반도체층들(106)은 하부 반도체층(105), 상기 하부 반도체층의 일영역 상에 위치하는 상부 반도체층(109) 및 상기 하부 반도체층과 상부 반도체층 사이에 개재된 활성층(107)을 포함한다. 여기서, 상기 하부 및 상부 반도체층은 각각 n형 및 p형, 또는 p형 및 n형이다.
하부 반도체층(105), 활성층(107) 및 상부 반도체층(109)은 각각 질화갈륨 계열의 반도체 물질 즉, (B, Al, In, Ga)N으로 형성될 수 있다. 상기 활성층(107)은 요구되는 파장의 광 예컨대 자외선 또는 청색광을 방출하도록 조성 원소 및 조성비가 결정되며, 하부 반도체층(105) 및 상부 반도체층(109)은 상기 활성층(107)에 비해 밴드갭이 큰 물질로 형성된다.
상기 하부 반도체층(105) 및/또는 상부 반도체층(109)은, 도시한 바와 같이, 단일층으로 형성될 수 있으나, 다층 구조로 형성될 수도 있다. 또한, 활성층(107)은 단일 양자웰 또는 다중 양자웰 구조를 가질 수 있다.
한편, 반도체층들(106)과 기판(101) 사이에 버퍼층(103)이 개재될 수 있다. 버퍼층(103)은 기판(101)과 그 위에 형성될 하부 반도체층(105)의 격자부정합을 완화시키기 위해 채택된다.
반도체층들(106)의 측벽은 기판(101) 상부면에 대해 경사지게 형성되어 위로 갈수록 폭이 좁아진다. 상기 측벽의 경사는 활성층(107)에서 생성된 광의 방출 효율을 향상시킨다. 본 실시예에 있어서, 상기 반도체층들(106)의 하부 반도체층(105)의 측벽이 기판(101)의 상부면과 이루는 경사각은 10도 내지 80도의 범위 내일 수 있다.
한편, 하부 반도체층(105)에 전극패드(119)가 형성될 수 있다. 전극패드(119)는 하부 반도체층(105)에 오믹콘택된다. 그리고, 배선(미도시)이 전극패드(117)에 접촉되어 하부 반도체층(105)에 전기적으로 연결된다.
또한, 투명전극층(115)이 상부 반도체층(109)에 형성될 수 있다. 투명전극층(115)은 활성층(107)에서 생성된 광을 투과시키며, 상부 반도체층(109)에 전류를 분산시키어 공급한다. 한편, 상기 투명전극층(115) 상에 전극패드(117)가 더 형성될 수 있으며, 와이어(미도시)가 상기 전극패드(117)에 본딩된다.
도 3 내지 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조되는 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도들이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광 다이오드 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 우선 기판(101)을 준비한다(S201). 상기 기판(101)은 예컨대 사파이어 기판 또는 탄화실리콘 기판일 수 있다.
이어서, 상기 기판(101) 상에 반도체층들을 형성한다(S203). 도 3을 참조하면, 기판(101) 상에 하부 반도체층(105), 활성층(107) 및 상부 반도체층(109)이 형성된다. 또한, 하부 반도체층(105)을 형성하기 전, 기판(101) 상에 버퍼층(103)이 형성될 수 있다.
상기 기판(101)은 사파이어(Al2O3), 탄화실리콘(SiC), 산화아연(ZnO), 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs), 갈륨인(GaP), 리튬-알루미나(LiAl2O3), 질화붕소(BN), 질 화알루미늄(AlN) 또는 질화갈륨(GaN) 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 기판(101) 상에 형성될 반도체층의 물질에 따라 다양하게 선택될 수 있다.
버퍼층(103)은 기판(101)과 그 위에 형성될 반도체층(105)의 격자부정합을 완화하기 위해 형성되며, 예컨대 질화갈륨(GaN) 또는 질화알루미늄(AlN)으로 형성될 수 있다. 상기 기판(101)이 도전성 기판인 경우, 상기 버퍼층(103)은 절연층 또는 반절연층으로 형성되는 것이 바람직하며, AlN 또는 반절연 GaN로 형성될 수 있다.
하부 반도체층(105), 활성층(107) 및 상부 반도체층(109)은 각각 질화갈륨 계열의 반도체 물질 즉, (B, Al, In, Ga)N로 형성될 수 있다. 상기 하부 및 상부 반도체층(105, 109) 및 활성층(107)은 금속유기화학기상증착(MOCVD), 분자선 성장(molecular beam epitaxy) 또는 수소화물 기상 성장(hydride vapor phase epitaxy; HVPE) 기술 등을 사용하여 단속적으로 또는 연속적으로 성장될 수 있다.
여기서, 상기 하부 및 상부 반도체층들은 각각 n형 및 p형, 또는 p형 및 n형이다. 질화갈륨 계열의 화합물 반도체층에서, n형 반도체층은 불순물로 예컨대 실리콘(Si)을 도핑하여 형성될 수 있으며, p형 반도체층은 불순물로 예컨대 마그네슘(Mg)을 도핑하여 형성될 수 있다.
상기 상부 반도체층(109) 상에 발광 영역을 한정하는 포토레지스트 패턴들(113)을 형성한다(S207). 상기 포토레지스트 패턴은 발광 영역의 상부면을 덮도록 형성된다. 한편, 그 측벽이 기판(101) 상부면에 대해 경사지도록 상기 포토레지스트 패턴들(113)은 리플로우(reflow)된다. 이에 따라, 상기 포토레지스트 패 턴(113)의 측벽이 기판(101) 상부면에 대해 10도 내지 80도 범위 내의 경사각을 갖도록 형성될 수 있다.
한편, 상기 포토레지스트 패턴(113)을 형성하기 전, 발광 영역의 상부면을 한정하는 식각정지 패턴(111)을 형성할 수 있다(S205). 상기 식각정지 패턴(111)은 상기 반도체층들(105, 107, 109)을 식각하는 에천트에 대해 낮은 식각선택 특성을 갖는 물질로 형성되는 것이 바람직하며, 예컨데 금속물질로 형성될 수 있다.
이어서, 상기 포토레지스트 패턴(113)을 식각마스크로 사용하여 상부 반도체층(109), 활성층(107) 및 하부 반도체층(105)을 차례로 식각한다(S209). 이에 따라, 포토레지스트 패턴들(113)의 형상이 상기 반도체층들(109, 107, 105)에 전사되어 도 4에 도시된 바와 같이 그 측벽이 경사진 반도체층들이 형성된다. 상기 식각 공정에 의해 버퍼층(103)이 노출될 수 있으며, 노출된 버퍼층(103)은 과식각에 의해 제거될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(113) 및 식각정지 패턴(111)을 제거하고, 상기 상부 반도체층(109) 및 활성층(107)을 다시 패터닝하여 상기 식각된 하부 반도체층(105)을 노출시킨다(S211). 이때, 노출된 하부 반도체층(105)은 과식각에 의해 부분적으로 식각될 수 있다. 그 결과, 기판(101) 상에 경사진 측벽을 갖는 반도체층들(106)이 형성된다. 상기 반도체층들(106)은 하부 반도체층(105), 상기 하부 반도체층(105)의 일 영역 상부에 위치하는 상부 반도체층(109) 및 상기 하부 반도체층(105)과 상기 상부 반도체층(109) 사이에 개재된 활성층(107)을 포함하고, 상기 하부 반도체층(105)의 다른 영역은 노출된다. 또한, 반도체층들(106)의 측벽 대부분은 기판(101) 상부면에 대해 경사지게 형성된다. 한편, 하부 반도체층(105)의 다른 영역과 인접한 상부 반도체층(109)의 측벽은, 도시한 바와 같이 수직하게 형성될 수 있으나, 경사지게 형성될 수도 있다.
도 5를 참조하면, 상기 반도체층들(106)의 상부 반도체층(109) 상에 투명전극층(115)이 형성될 수 있다. 상기 투명전극층(115)은 인디움 틴 산화막(ITO) 또는 Ni/Au와 같은 투명금속으로 형성된다. 또한, 상기 하부 반도체층(105) 상에 전극패드(119)가 형성될 수 있다. 상기 전극패드(117)는 상기 하부 반도체층들(105)에 오믹콘택된다.
상기 투명전극층(115)은 포토레지스트 패턴(113)을 형성하기 전, 상부 반도체층(109) 상에 형성될 수도 있다. 이때, 투명전극층(115)은 상부 반도체층과 함께 패터닝된다.
한편, 상기 투명전극층(115) 상에 전극패드(117)가 더 형성될 수 있으며, 와이어가 상기 전극패드(117)에 본딩될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 기판상에 형성된 반도체층들의 측벽을 경사지도록 하여 활성층에서 발광된 빛이 반도체층들의 측면에서 보다 쉽게 공기 중으로 방출되어 발광소자의 발광효율이 높아진다.
Claims (5)
- 기판을 준비하는 단계;상기 기판상에 하부 반도체층, 활성층 및 상부 반도체층을 형성하는 단계;상기 상부 반도체층 상에 그 측벽이 상기 기판 상부면에 대해 경사지도록 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 사용하여 상기 상부 반도체층, 활성층 및 하부 반도체층을 차례로 식각하는 단계;를 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 포토레지스트 패턴 형성단계는, 발광 영역을 한정하는 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴의 측벽이 상기 기판 상부면에 대해 경사지도록 상기 포토레지스트 패턴을 리플로우하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
- 청구항 2에 있어서,상기 포토레지스트 패턴을 리플로우하는 것은 상기 포토레지스트 패턴의 측벽이 상기 기판 상부면에 대해 10도 내지 80도 범위 내의 경사각을 갖도록 수행되는 발광 다이오드 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 포토레지스트 패턴을 형성하기 전, 상기 상부 반도체층의 일부면에 발광 영역을 한정하는 식각정지 패턴을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
- 청구항 4에 있어서상기 식각정지 패턴은 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
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