KR20080102497A - 반도체 발광 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

반도체 발광 소자 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20080102497A
KR20080102497A KR1020070049058A KR20070049058A KR20080102497A KR 20080102497 A KR20080102497 A KR 20080102497A KR 1020070049058 A KR1020070049058 A KR 1020070049058A KR 20070049058 A KR20070049058 A KR 20070049058A KR 20080102497 A KR20080102497 A KR 20080102497A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
semiconductor layer
conductive semiconductor
lens pattern
concave lens
light emitting
Prior art date
Application number
KR1020070049058A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101393785B1 (ko
Inventor
손효근
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
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 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지이노텍 주식회사
Priority to KR1020070049058A priority Critical patent/KR101393785B1/ko
Priority to PCT/KR2008/002836 priority patent/WO2008143460A1/en
Priority to CN200880022537.0A priority patent/CN101689593B/zh
Priority to EP08753631.4A priority patent/EP2156478B1/en
Priority to US12/451,622 priority patent/US8093611B2/en
Publication of KR20080102497A publication Critical patent/KR20080102497A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101393785B1 publication Critical patent/KR101393785B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02455—Group 13/15 materials
    • H01L21/02458—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02538—Group 13/15 materials
    • H01L21/0254—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02658—Pretreatments
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
    • H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0093—Wafer bonding; Removal of the growth substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02378—Silicon carbide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02381—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/0242—Crystalline insulating materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02455—Group 13/15 materials
    • H01L21/02461—Phosphides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02455—Group 13/15 materials
    • H01L21/02463—Arsenides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/0257—Doping during depositing
    • H01L21/02573—Conductivity type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/40—Materials therefor
    • H01L33/405—Reflective materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

본 발명의 실시 예는 반도체 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광 소자는 제 1도전성 반도체층; 상기 제 1도전성 반도체층에 형성된 오목형 렌즈 패턴; 상기 오목형 렌즈 패턴 및 제 1도전성 반도체층의 위에 형성된 제 2도전성 반도체층; 상기 제 2도전성 반도체층 위에 형성된 활성층; 상기 활성층 위에 형성된 제 3도전성 반도체층을 포함한다.
LED, 렌즈 패턴, 반도체층

Description

반도체 발광 소자 및 그 제조방법{Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof}
도 1은 본 발명의 제 1실시 예에 따른 반도체 발광소자를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 제 2실시 예에 따른 수직형 반도체 발광소자를 나타낸 단면도.
도 3a ~ 도 3g는 도 2의 반도체 발광소자의 제조 과정을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 제 3실시 예에 따른 수평형 반도체 발광소자를 나타낸 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 반도체 발광 소자 102 : 기판
103 : 볼록형 렌즈 패턴 104 : 제 1도전성 반도체층
106 : 오목형 렌즈 패턴 108 : 제 2도전성 반도체층
110 : 활성층 112 : 제 3도전성 반도체층
114 : 반사 전극 116 : 전도성 지지기판
120 : 제 1전극
본 발명의 실시 예는 반도체 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 발광 다이오드(Light Emitting Diode : LED)는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기를 적외선 또는 빛으로 변환시켜서 신호를 주고 받거나, 광원으로 사용되는 반도체 소자의 일종이다.
발광 다이오드는 저전압으로 고효율의 광을 발생시키므로 에너지 절감 효과가 뛰어나며, 최근 들어 발광 다이오드의 한계였던 휘도 문제가 크게 개선되면서 백라이트 유닛(Backlight Unit), 전광판, 표시기, 가전제품, 각종 자동화 기기 등 산업 전반에 걸쳐 사용되고 있다.
질화 갈륨(GaN)계 발광 다이오드는 발광 스펙트럼이 자외선으로부터 적외선에 이르기까지 광범위하게 형성되며, 비소(As), 수은(Hg) 등의 환경 유해 물질을 포함하고 있지 않기 때문에 환경 친화적인 면에서도 높은 호응을 얻고 있다.
종래의 GaN계 발광 다이오드는 절연 물질인 사파이어(Al2O3)를 기판으로 사용하기 때문에, 두 전극 즉, p-전극과 n-전극이 거의 수평한 방향으로 형성될 수 밖에 없으며, 전압 인가시에 n-전극으로부터 활성층을 통해 p-전극으로 향하는 전류 흐름이 수평 방향을 따라 협소하게 형성될 수밖에 없다. 이러한 협소한 전류 흐름으로 인해, 상기 발광 다이오드는 순방향 전압이 증가하여 전류 효율이 저하된다.
그리고, 상기 종래의 GaN계 발광 다이오드는 상기 n-전극을 형성하기 위해서, 적어도 상기 n-전극의 면적보다 넓게 상기 활성층의 일부 영역을 제거해야 하 므로 발광 면적이 감소하여 소자 크기 대비 휘도에 따른 발광 효율이 저하되는 문제점이 있다.
또한 상기 종래의 GaN계 발광 다이오드는 전류 밀도의 증가에 의해 열 발생량이 큰데 반하여 상기 사파이어 기판은 열도전성이 낮아 열 방출이 원활히 이루어지지 못하므로, 열 증가에 따라 상기 사파이어 기판과 GaN계 발광 구조물간에 기계적응력이 발생하여 소자가 불안정해지는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 최근에 레이저 리프트 오프(LL0 : Laser Lift Off) 공정을 통해 사파이어 기판을 제거한 수직형 GaN계 발광 다이오드가 개발되고 있으며, 상기 수직형 GaN계 발광 다이오드는 종래의 GaN계 발광 다이오드와는 달리 전극의 형태가 발광 구조물의 하부면과 상부면에 형성된다.
그러나, 수직형 발광 다이오드로부터 사파이어 기판이 제거될 경우, 사파이어 기판에 형성된 패턴(PSS: patterned sapphire substrate)에 의한 광 추출 효율의 증가를 기대할 수 없게 된다.
본 발명의 실시 예는 발광 구조물의 적어도 한 반도체층에 오목형 렌즈 패턴을 형성할 수 있도록 한 반도체 발광 소자 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예는 적어도 하나의 n형 반도체층에 오목형 렌즈 패턴을 형성함으로써, 광 추출 효율을 증가시켜 줄 수 있도록 한 반도체 발광 소자 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광 소자는 제 1도전성 반도체층; 상기 제 1도전성 반도체층에 형성된 오목형 렌즈 패턴; 상기 오목형 렌즈 패턴 및 제 1도전성 반도체층의 위에 형성된 제 2도전성 반도체층; 상기 제 2도전성 반도체층 위에 형성된 활성층; 상기 활성층 위에 형성된 제 3도전성 반도체층을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광 소자는 볼록형 렌즈 패턴을 갖는 기판; 상기 기판 위에 형성된 제 1n형 반도체층; 상기 제 1n형 반도체층에 형성된 오목형 렌즈 패턴; 상기 제 1n형 반도체층 위에 형성된 제 2n형 반도체층; 상기 제 2n형 반도체층 위에 형성된 활성층; 상기 활성층 위에 형성된 p형 반도체층을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광 소자 제조방법은 제 1도전성 반도체층을 형성하는 단계; 상기 제 1도전성 반도체층에 오목형 렌즈 패턴을 형성하는 단계; 상기 오목형 렌즈 패턴 및 제 1도전성 반도체층의 위에 제 2도전성 반도체층을 형성하는 단계; 상기 제 2도전성 반도체층 위에 활성층을 형성하는 단계; 상기 활성층 위에 제 3도전성 반도체층을 형성하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광소자를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 반도체 발광소자(100)는 기판(102), 제 1도전성 반도체층(104), 제 1도전성 반도체층(104)에 형성된 오목형 렌즈 패턴(106), 제 2도전성 반도체층(108), 활성층(110), 제 3도전성 반도체층(112)을 포함한다.
상기 기판(102)은 사파이어(Al203), 실리콘 카바이드(SiC), 갈륨 아세나이트(GaAs) 등 중에서 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 기판(102) 위에는 제 1도전성 반도체층(104)이 형성된다. 상기 제 1도전성 반도체층(104)는 n형 도펀트가 도핑된 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 상기 기판(102) 위에 1~100um의 두께로 형성될 수 있는 데, 최적 두께는 4um 정도이다. 이러한 기판(102)과 제 1도전성 반도체층(104) 사이에는 버퍼층 또는/및 언도프드 GaN층이 한 층 이상 형성될 수도 있다.
상기 오목형 렌즈 패턴(106)은 상기 제 1도전성 반도체층(104)의 표면에 소정 깊이를 갖고 오목형으로 다수개가 형성된다.
상기 오목형 렌즈 패턴(106)은 렌즈로 사용이 가능한 물질을 포함할 수 있는 데, 예컨대, Si02, ITO(Indium Tin Oxide), Al203 등의 물질 중에서 선택적으로 구현할 수 있다.
상기 오목형 렌즈 패턴(106)은 표면이 구형, 삼각형 또는 사각형 등과 같은 다각형 중에서 적어도 한 형태로 각각 형성될 수 있으며, 일정한 형태를 갖지 않는 불규칙한 형상으로 형성될 수도 있다. 또한 오목형 렌즈 패턴(106)은 소정 길이를 갖는 패턴들이 적어도 한 번은 교차되는 구조로 형성될 수도 있다.
이러한 오목형 렌즈 패턴(106)의 높이는 0.01~50um이고, 오목형 렌즈 패턴(106)의 넓이는 0.01~1000um로 형성될 수 있는 데, 최적의 높이 및 넓이는 3um 정도가 된다. 또한 오목형 렌즈 패턴(106)과 인접한 오목형 렌즈 패턴(106)간의 간격은 0.001~1000um로 형성될 수 있는 데, 오목형 렌즈 패턴(106) 간의 최적 간격은 1um정도이다.
상기 제 2도전성 반도체층(108)은 n형 도펀트가 도핑된 n형 반도체층으로 구현할 수 있으며, 상기 제 1도전성 반도체층(104) 위에 1~100um의 두께로 형성될 수 있는 데, 최적의 두께는 2um 정도이다.
여기서 제 1 및 제 2도전성 반도체층(104,108)은 n형 반도체층이며, 상기 n형 반도체층은 GaN층, AlGaN층, InGaN층 등과 같은 GaN계 화합물 반도체 중에서 어느 하나로 구현될 수 있다. 여기서, n형 GaN층은 예를 들면, NH3(3.7×10- 2몰/분), TMGa(1.2×10-4 몰/분) 및 n형 도펀트(예: Si)를 포함한 실란가스(6.3×10-9몰/분)를 공급하여 형성될 수 있으며, 이러한 조건은 성장되는 층의 두께에 따라 변경될 수도 있다.
그리고 상기 오목형 렌즈 패턴(106)의 표면은 제 1도전성 반도체층(104)과 동일한 평면에 형성됨으로써, 제 2도전성 반도체층(108)의 성장에 따른 전기적 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또한 오목형 렌즈 패턴(106)은 부도체(Si02)가 아닌 전도체(예: ITO)를 형성될 수 도 있어, 부도체 물질의 오목형 렌즈 패턴(106)에 의해 발광소자의 동작 전압이 증가되는 것을 방지할 수 있다.
상기 활성층(110)은 제 2도전성 반도체층(108) 위에 단일 또는 다중 양자우 물 구조로 형성되는 데, 예컨대, InxGa1 -xN(0<x≤1)로 이루어진다.
상기 활성층(110) 위에는 제 3도전성 반도체층(112)이 형성된다. 상기 제 3도전성 반도체층(112)은 p형 도펀트가 도핑된 p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 상기 p형 반도체층은 GaN층, AlGaN층, InGaN층 등과 같은 GaN계 화합물 반도체 중에서 어느 하나로 구현될 수 있다.
또한 상기의 제 3도전성 반도체층(112) 위에는 제 4도전성 반도체층(미도시) 또는 투명 전극(미도시)을 형성할 수도 있다. 여기서 제 4도전성 반도체층은 n형 반도체층으로 구현될 수 있다.
이러한 발광 구조물(활성층 및 반도체층 포함)에 대해 부분 식각 과정을 거친 후, 제 2도전성 반도체층(108) 위에 제 1전극(미도시)를 형성해 주고, 제 3도전성 반도체층(112) 위에 제 2전극(미도시)을 형성해 줄 수 있다.
도 2는 본 발명의 제 2실시 예에 따른 수직형 반도체 발광소자를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 반도체 발광소자(100)는 제 1도전성 반도체층(104), 제 1도전성 반도체층(104)에 형성된 오목형 렌즈 패턴(106), 제 2도전성 반도체층(108), 활성층(110), 제 3도전성 반도체층(112), 반사 전극(114), 전도성 지지기판(116)을 포함한다.
상기 제 1 및 제 2도전성 반도체층(104,108)은 n형 반도체층으로 구현되며, 상기 제 1도전성 반도체층(104)의 아래에는 기판(도 1의 102)을 레이저 리프트 오 프(LLO) 과정을 통해 제거한 후, 제거된 제 1도전성 반도체층(104)의 아래에 제 1전극(120)을 형성해 준다.
상기 제 3도전성 반도체층(112)은 p형 반도체층으로 구현되며, 상기 제 3도전성 반도체층(112) 위의 일부 영역 또는 전 영역에는 반사 전극(114)이 형성된다. 상기 반사 전극(114)은 외부로부터의 전류를 발광구조물에 안정적으로 공급할 수 있도록 오믹 컨택트(ohmic contact)하는 p형 전극으로 기능할 수도 있다. 여기서, p형 전극은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 그 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 적어도 하나의 층을 포함하는 구조로 형성될 수 있다.
상기 반사 전극(114) 위에는 전도성 지지기판(123)이 형성된다. 상기 전도성 지지기판(116)은 구리 또는 금으로 이루어질 수 있으며, 구리에 도금이나 웨이퍼 본딩 기술을 이용하여 형성하게 된다. 상기 전도성 지지기판(116)은 발광구조물 상부에 형성함으로써 간단한 접합만으로도 수직형 구조를 제조할 수 있으며, 또한 금속의 특성상 높은 열과 전기 도전성을 가지기 때문에 소자 제조 및 구동에 있어서 아주 유용하다는 장점이 있다.
여기서 오목형 렌즈 패턴(106)은 전도성 지지기판(116)이 서브 마운트(Sub mount)에 탑재되는 경우, 발광 구조물 내에서 오목형 렌즈 패턴(106)이 볼록 렌즈 형상으로 배치되므로, 내부에서 방출되는 광에 대한 외부 발광 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
이러한 반도체 발광소자(100)는 pn, np, npn, pnp 등의 접합 구조로 구현할 수 있으며, 오목형 렌즈 패턴(106)은 다수의 n형 반도체층 또는 p형 반도체층 중에서 어느 한 층에 형성할 수 있다. 또한 오목형 렌즈 패턴(106)의 물질은 오목형 렌즈 패턴(106)과 접하는 반도체층인 제 1 및 제 2도전성 반도체층(104,108)의 물질과 굴절률이 다를 수도 있다.
도 3a~3g는 도 2의 수직형 반도체 발광소자의 제조 과정을 나타낸 도면이다.
도 3a를 참조하면, 기판(102) 위에 제 1도전성 반도체층(104)을 형성하게 된다. 이러한 제 1도전성 반도체층(104)은 n형 반도체층으로서, GaN층, AlGaN층, InGaN층 등과 같은 GaN계 화합물 반도체 중에서 선택적으로 구성할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 상기 제 1도전성 반도체(104)의 표면에는 포토 레지스트 공정을 통해 포토 레지스트 패턴(105)을 형성해 준다. 이때, 오목 렌즈 패턴이 형성될 영역은 포토 레지스트 패턴을 제거하고, 오목형 렌즈 패턴이 형성되지 않는 영역에 포토 레지스트 패턴(105)을 남겨두게 된다. 여기서, 오목형 렌즈 패턴이 형성될 영역의 표면 형상은 구, 다각형, 패턴 교차형 중에서 어느 한 형태로 형성될 수 있다.
그리고, 포트 레지스트 패턴이 형성되지 않는 영역에 대해 에칭 공정을 통해 예를 들어, 반구 형태의 홈(즉, 렌즈 패턴 홈)(106A)을 형성하게 된다. 여기서, 에칭 공정은 습식 또는 건식 식각 방법을 사용할 수 있다.
도 3c를 참조하면, 상기 반구 형태로 에칭된 홈(106A)을 갖는 제 1도전성 반도체층(104) 위에 렌즈 패턴 박막(106B)을 증착하게 된다. 여기서, 렌즈 패턴 박 막(106B)은 스퍼터, 전자 빔 증착 장비, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 장비를 선택적으로 이용하여, Si02, ITO(Indium Tin Oxide), Al203 등의 물질 중의 어느 하나로 형성될 수 있다.
도 3d를 참조하면, 상기 렌즈 패턴 박막(106B)에 대해 습식 또는 건식 식각 방법을 사용하여, 오목형 렌즈 패턴 형상이 남아있도록 제 1도전성 반도체층(104)의 윗부분에 대해 식각하게 된다. 여기서 건식 식각 장비는 예컨대, ICP 장비를 이용할 수 있다. 이에 따라 제 1도전성 반도체층(104) 위의 렌즈 패턴 박막이 일정 두께로 식각됨으로써, 제 1도전성 반도체층(104)의 반구 형태의 홈에 오목형 렌즈 패턴(106)만이 남게 된다. 이러한 오목형 렌즈 패턴(106)의 표면은 제 1도전성 반도체층(104)의 표면과 평면을 이루게 된다.
상기 오목형 렌즈 패턴(106)은 표면이 구형, 삼각형 또는 사각형 등과 같은 다각형 중에서 적어도 한 형태로 각각 형성될 수 있으며, 일정한 형태를 갖지 않는 불규칙한 형상으로 형성할 수 있다. 또한 오목형 렌즈 패턴(106)은 소정 길이를 갖는 패턴들이 적어도 한 번은 교차되는 구조로 형성할 수도 있다.
이러한 오목형 렌즈 패턴(106)의 높이는 0.01~50um이고, 오목형 렌즈 패턴(106)의 넓이는 0.01~1000um로 형성될 수 있는 데, 최적 높이 및 넓이는 3um 정도된다. 또한 오목형 렌즈 패턴(106)과 인접한 오목형 렌즈 패턴(106)간의 간격은 0.001~1000um로 형성될 수 있는 데,오목형 렌즈 패턴간의 최적 간격은 1um정도이다.
도 3e를 참조하면, 상기 제 1도전성 반도체층(104) 위에 제 2도전성 반도체 층(108), 활성층(110), 제 3도전성 반도체층(112)을 차례대로 적층하게 되며, 상기 제 3도전성 반도체층(112) 위의 일부 또는 전 영역에 반사전극(114)을 형성하게 된다. 여기서, 제 1 및 제 2도전성 반도체층(104,108)은 n형 반도체층으로 구현하고, 제 3도전성 반도체층(112)은 p형 반도체층으로 구현할 수 있으며, 또는 이의 역 구조로 구현할 수 있다.
이러한 발광구조물의 물질층들은 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy), 전자 빔 증착 장비 등을 포함한 다양한 증착 및 성장 방법을 통해 형성될 수 있으며, 본 발명은 이에 한정하지 않는다.
도 3f를 참조하면, 상기 반사 전극(114) 위에 전도성 지지기판(116)을 형성한 후, 레이저 리프트 오프(LLO) 과정을 통해 제 1도전성 반도체층(104) 아래에 형성된 기판(102)을 제거하게 된다. 이때 기판이 제거됨으로써, 발광 구조물의 상부 및 하부에 도전성 부재가 배치된다.
도 3g와 같이, 전도성 지지기판(116)이 발광 구조물의 하부에 놓이도록 역으로 배치한 후, 제 1도전성 반도체층(104) 위에 제 1전극(120)을 형성하게 된다. 여기서, 각 층의 위 또는 아래에 대한 표기는 해당 도면을 기준으로 설명하기로 한다. 이때, 전도성 지지기판(116)이 발광 구조물의 하부에 놓이게 되면, 활성층(110) 위에 제 1도전성 반도체층(104)이 배치되며, 상기 제 1도전성 반도체층(104) 위에 배치된 오목형 렌즈 패턴(106)은 활성층(110)에 대해 볼록형태로 제 공됨으로써, 발광 구조물에서 방출되는 광이 상기 오목형 렌즈 패턴(106)에 의해 외부 광 추출 효율이 개선될 수 있다.
도 4는 제 3실시 예에 따른 수평형 반도체 발광소자를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 반도체 발광소자(100)는 기판(102)에 볼록형 렌즈 패턴(103)을 형성하게 된다. 상기 볼록형 렌즈 패턴(103)은 스트라이프 타입의 요철 형태 또는 반구 형태로 형성될 수 있다.
이러한 기판(102) 위에 제 1도전성 반도체층(104)이 형성되고, 상기 제 1도전성 반도체층(104)에 오목형 렌즈 패턴(106)을 형성하게 된다.
이와 같이, 제 1도전성 반도체층(104)에 형성된 오목형 렌즈 패턴(106)과 기판(102) 위에 형성된 볼록형 렌즈 패턴(103)을 제공함으로써, 발광 구조물 내부에서 발생되는 광의 외부 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "directly"와 "indirectly"의 의미를 모두 포함한다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 의하면, 복수개의 n형 반도체층 사이에 오목형 렌즈 패턴을 형성함으로써, 발광소자의 전기적인 특성 저하 없이, 외부 광 추출 효율을 개선할 수 있다.
또한 기판의 볼록형 렌즈 패턴과 그 위의 반도체층에 오목형 렌즈 패턴을 형성함으로써, 외부 광 추출 효율을 개선될 수 있다.

Claims (19)

  1. 제 1도전성 반도체층;
    상기 제 1도전성 반도체층에 형성된 오목형 렌즈 패턴;
    상기 오목형 렌즈 패턴 및 제 1도전성 반도체층의 위에 형성된 제 2도전성 반도체층;
    상기 제 2도전성 반도체층 위에 형성된 활성층;
    상기 활성층 위에 형성된 제 3도전성 반도체층을 포함하는 반도체 발광 소자.
  2. 볼록형 렌즈 패턴을 갖는 기판;
    상기 기판 위에 형성된 제 1n형 반도체층;
    상기 제 1n형 반도체층에 형성된 오목형 렌즈 패턴;
    상기 제 1n형 반도체층 위에 형성된 제 2n형 반도체층;
    상기 제 2n형 반도체층 위에 형성된 활성층;
    상기 활성층 위에 형성된 p형 반도체층을 포함하는 반도체 발광 소자.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 오목형 렌즈 패턴은 SiO2, ITO, Al203 중 적어도 하나로 형성되는 반도체 발광 소자.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 오목형 렌즈 패턴의 표면은 구형, 다각형, 패턴 교차형 중 적어도 한 형태로 형성되는 반도체 발광 소자.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 오목형 렌즈 패턴의 표면은 그 패턴이 형성된 반도체층의 표면과 동일한 평면에 형성되는 반도체 발광 소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1도전성 반도체층 및 제 2도전성 반도체층 중 적어도 한 층은 1~100um로 형성되는 반도체 발광 소자.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1도전성 반도체층의 두께는 제 2도전성 반도체층의 두께보다 2배 두껍게 형성되는 반도체 발광 소자.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 오목형 렌즈 패턴의 높이는 0.01~50um로 형성되는 반도체 발광 소자.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 오목형 렌즈 패턴의 넓이는 0.01~1000um로 형성되는 반도체 발광 소자.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 오목형 렌즈 패턴 간의 간격은 0.001~1000um로 형성되는 반도체 발광 소자.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2도전성 반도체층은 n형 반도체층이며,
    상기 제 3도전성 반도체층은 p형 반도체층으로 형성되는 반도체 발광 소자.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1도전성 반도체층의 아래에 형성된 제 1전극;
    상기 제 3도전성 반도체층 위에 형성된 반사 전극;
    상기 반사 전극 위에 형성된 전도성 지지기판을 포함하는 반도체 발광 소자.
  13. 제 1도전성 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 제 1도전성 반도체층에 오목형 렌즈 패턴을 형성하는 단계;
    상기 오목형 렌즈 패턴 및 제 1도전성 반도체층의 위에 제 2도전성 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 제 2도전성 반도체층 위에 활성층을 형성하는 단계;
    상기 활성층 위에 제 3도전성 반도체층을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 발광 소자 제조방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 오목형 렌즈 패턴을 형성하는 단계는, 상기 제 1도전성 반도체층에 포토 레지스트 패턴을 이용하여 오목 렌즈형 홈을 형성하는 단계; 상기 오목 렌즈형 홈이 형성된 제 1도전성 반도체층 위에 렌즈 패턴 막을 형성하는 단계; 상기 렌즈 패턴 막을 제 1도전성 반도체층의 상면까지 제거하여 오목형 렌즈 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 발광소자 제조방법.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 오목형 렌즈 패턴은 스퍼터, 전자 빔 증착 장비, MOCVD 중 어느 하나를 이용하여 형성하는 반도체 발광 소자 제조방법.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 제 1도전성 반도체층의 아래에 형성된 볼록형 렌즈 패턴을 갖는 기판 또는 제 1전극을 포함하는 반도체 발광 소자 제조방법.
  17. 제 13항에 있어서,
    상기 제 3도전성 반도체층 위에는 제 4도전성 반도체층 또는 제 2전극이 형성되는 반도체 발광 소자 제조방법.
  18. 제 13항에 있어서,
    상기 오목형 렌즈 패턴은 구, 다각형, 패턴 교차형 중 적어도 한 형태로 형성되는 반도체 발광 소자 제조방법.
  19. 제 13항에 있어서,
    상기 오목형 렌즈 패턴은 상기 오목형 렌즈 패턴과 굴절률이 다르며, SiO2, ITO, Al203 중 적어도 하나로 형성되는 반도체 발광 소자 제조방법.
KR1020070049058A 2007-05-21 2007-05-21 반도체 발광 소자 및 그 제조방법 KR101393785B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070049058A KR101393785B1 (ko) 2007-05-21 2007-05-21 반도체 발광 소자 및 그 제조방법
PCT/KR2008/002836 WO2008143460A1 (en) 2007-05-21 2008-05-21 Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same
CN200880022537.0A CN101689593B (zh) 2007-05-21 2008-05-21 半导体发光器件及其制造方法
EP08753631.4A EP2156478B1 (en) 2007-05-21 2008-05-21 Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same
US12/451,622 US8093611B2 (en) 2007-05-21 2008-05-21 Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070049058A KR101393785B1 (ko) 2007-05-21 2007-05-21 반도체 발광 소자 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080102497A true KR20080102497A (ko) 2008-11-26
KR101393785B1 KR101393785B1 (ko) 2014-05-13

Family

ID=40032107

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070049058A KR101393785B1 (ko) 2007-05-21 2007-05-21 반도체 발광 소자 및 그 제조방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8093611B2 (ko)
EP (1) EP2156478B1 (ko)
KR (1) KR101393785B1 (ko)
CN (1) CN101689593B (ko)
WO (1) WO2008143460A1 (ko)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2467911B (en) * 2009-02-16 2013-06-05 Rfmd Uk Ltd A semiconductor structure and a method of manufacture thereof
US8405068B2 (en) * 2009-07-22 2013-03-26 Rfmd (Uk) Limited Reflecting light emitting structure and method of manufacture thereof
KR101274651B1 (ko) 2010-11-30 2013-06-12 엘지디스플레이 주식회사 발광 다이오드 및 이의 제조 방법
TWI449224B (zh) * 2011-02-25 2014-08-11 Univ Nat Chiao Tung 半導體發光元件
KR101803569B1 (ko) * 2011-05-24 2017-12-28 엘지이노텍 주식회사 발광 소자
FR2984769B1 (fr) * 2011-12-22 2014-03-07 Total Sa Procede de texturation de la surface d'un substrat de silicium, substrat structure et dispositif photovoltaique comportant un tel substrat structure
US9093420B2 (en) 2012-04-18 2015-07-28 Rf Micro Devices, Inc. Methods for fabricating high voltage field effect transistor finger terminations
US9124221B2 (en) 2012-07-16 2015-09-01 Rf Micro Devices, Inc. Wide bandwidth radio frequency amplier having dual gate transistors
US9147632B2 (en) 2012-08-24 2015-09-29 Rf Micro Devices, Inc. Semiconductor device having improved heat dissipation
US9142620B2 (en) 2012-08-24 2015-09-22 Rf Micro Devices, Inc. Power device packaging having backmetals couple the plurality of bond pads to the die backside
US8988097B2 (en) 2012-08-24 2015-03-24 Rf Micro Devices, Inc. Method for on-wafer high voltage testing of semiconductor devices
US9917080B2 (en) 2012-08-24 2018-03-13 Qorvo US. Inc. Semiconductor device with electrical overstress (EOS) protection
US9202874B2 (en) 2012-08-24 2015-12-01 Rf Micro Devices, Inc. Gallium nitride (GaN) device with leakage current-based over-voltage protection
US9070761B2 (en) 2012-08-27 2015-06-30 Rf Micro Devices, Inc. Field effect transistor (FET) having fingers with rippled edges
WO2014035794A1 (en) 2012-08-27 2014-03-06 Rf Micro Devices, Inc Lateral semiconductor device with vertical breakdown region
US9325281B2 (en) 2012-10-30 2016-04-26 Rf Micro Devices, Inc. Power amplifier controller
US9455327B2 (en) 2014-06-06 2016-09-27 Qorvo Us, Inc. Schottky gated transistor with interfacial layer
US9536803B2 (en) 2014-09-05 2017-01-03 Qorvo Us, Inc. Integrated power module with improved isolation and thermal conductivity
US10062684B2 (en) 2015-02-04 2018-08-28 Qorvo Us, Inc. Transition frequency multiplier semiconductor device
US10615158B2 (en) 2015-02-04 2020-04-07 Qorvo Us, Inc. Transition frequency multiplier semiconductor device
US10892381B2 (en) * 2018-02-28 2021-01-12 Sensor Electronic Technology, Inc. Semiconductor structure with layer having protrusions
CN112397621B (zh) * 2020-10-30 2022-03-18 华灿光电(苏州）有限公司 紫外发光二极管的外延片及其制备方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7193246B1 (en) 1998-03-12 2007-03-20 Nichia Corporation Nitride semiconductor device
WO2001041225A2 (en) * 1999-12-03 2001-06-07 Cree Lighting Company Enhanced light extraction in leds through the use of internal and external optical elements
DE60233386D1 (de) * 2001-02-14 2009-10-01 Toyoda Gosei Kk Verfahren zur herstellung von halbleiterkristallen und halbleiter-leuchtelementen
KR100581831B1 (ko) * 2004-02-05 2006-05-23 엘지전자 주식회사 발광 다이오드
KR100568297B1 (ko) * 2004-03-30 2006-04-05 삼성전기주식회사 질화물 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법
KR100616596B1 (ko) * 2004-07-09 2006-08-28 삼성전기주식회사 질화물 반도체 소자 및 제조방법
KR20060038756A (ko) * 2004-11-01 2006-05-04 엘지이노텍 주식회사 발광 다이오드 및 그 제조방법
KR100657941B1 (ko) * 2004-12-31 2006-12-14 삼성전기주식회사 요철 구조를 포함하는 발광 소자 및 그 제조 방법
KR100631981B1 (ko) * 2005-04-07 2006-10-11 삼성전기주식회사 수직구조 ３족 질화물 발광 소자 및 그 제조 방법
KR100750932B1 (ko) * 2005-07-31 2007-08-22 삼성전자주식회사 기판 분해 방지막을 사용한 단결정 질화물계 반도체 성장및 이를 이용한 고품위 질화물계 발광소자 제작

Also Published As

Publication number Publication date
US8093611B2 (en) 2012-01-10
CN101689593A (zh) 2010-03-31
KR101393785B1 (ko) 2014-05-13
US20100133567A1 (en) 2010-06-03
WO2008143460A1 (en) 2008-11-27
EP2156478A1 (en) 2010-02-24
CN101689593B (zh) 2014-12-24
EP2156478A4 (en) 2015-09-16
EP2156478B1 (en) 2018-08-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101393785B1 (ko) 반도체 발광 소자 및 그 제조방법
KR100872717B1 (ko) 발광 소자 및 그 제조방법
US8263985B2 (en) Semiconductor light emitting device having one or more recesses on a layer
KR101007099B1 (ko) 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR101125395B1 (ko) 발광소자 및 그 제조방법
KR101103882B1 (ko) 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR101154709B1 (ko) 발광 소자, 발광 소자 제조방법, 발광 소자 패키지 및 조명 시스템
KR101007117B1 (ko) 반도체 발광소자 및 그 제조방법
US20210036187A1 (en) Semiconductor device
US8405101B2 (en) Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same
TWI437737B (zh) 發光二極體結構及其製造方法
KR20110077707A (ko) 수직형 발광 다이오드 및 그 제조방법
KR100992749B1 (ko) 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR20100020375A (ko) 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR100663016B1 (ko) 수직형 발광 다이오드 및 그 제조방법
JP2012080104A (ja) 半導体発光素子及びその製造方法
CN108140697B (zh) 发光器件
KR20120005662A (ko) 발광 소자
KR100999695B1 (ko) 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR20090026688A (ko) 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR100721143B1 (ko) 질화갈륨계 발광다이오드
KR102234117B1 (ko) 발광소자 및 조명시스템
KR101710889B1 (ko) 발광 소자
KR100986485B1 (ko) 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR20180004457A (ko) 콘택층들을 갖는 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법

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: 20170405

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180409

Year of fee payment: 5