KR20110114812A - 지향특성 조절이 가능한 발광다이오드 및 그 제조방법 - Google Patents

지향특성 조절이 가능한 발광다이오드 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20110114812A
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Abstract

본 발명은 발광다이오드(Light Emitting Diode; LED)에 관한 것으로서, 발광다이오드에서 발생되는 빛의 지향특성을 용이하게 조절하고, LED 패키지 형성시 발생하는 광손실을 극소화시키기 위한 발광다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
보다 더 구체적으로 본 발명은 서브스트레이트 기판; 상기 서브스트레이트 기판상에 제 1반도체층, 활성층, 제 2반도체층 순으로 형성되어 이루어지며, 상기 활성층 및 제 2반도체층이 메사식각되어 제 1반도체층의 일정영역이 소정 폭을 갖는 형태로 노출되는 발광 구조물; 상기 제 2반도체층 상에 형성되는 투명전극; 상기 제 1반도체층의 노출된 영역에 형성되는 제 1전극; 및 상기 투명전극 상에 형성되는 제 2전극;을 포함하는 발광다이오드에 있어서, 상기 발광다이오드의 일면에, 상기 발광다이오드의 일면과 다른 굴절률을 가지며 복수의 요철 형태 구조체를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 제공한다.

Description

지향특성 조절이 가능한 발광다이오드 및 그 제조방법 {LED for being able to adjust the Directivity characteristic and Its manufacturing method}
본 발명은 발광다이오드(Light Emitting Diode; LED)에 관한 것으로서, 발광다이오드에서 발생되는 빛의 지향특성을 용이하게 조절하고, LED 패키지 형성시 발생하는 광손실을 극소화시키기 위한 발광다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)로 구성된 조명기구 등은 기존의 백열등 또는 형광등에 비해 수명이 길고 상대적으로 저전력을 소비하며 제조공정에서 수은을 사용하지 않아 친환경적인 장점 등으로 인하여 수요가 폭발적으로 증가하고 있으며, 발광 다이오드는 발광을 이용한 표시 장치는 물론이고 조명장치나 LCD 표시장치의 백라이트 소자에도 응용되는 등 적용 영역이 점차 다양해지고 있다. 특히 발광 다이오드는 비교적 낮은 전압으로 구동이 가능하면서도 높은 에너지 효율로 인해 발열이 낮고 수명이 긴 장점을 가지고 있으며, 종래에는 구현이 어려웠던 백색광을 고휘도로 제공할 수 있는 기술이 개발됨에 따라 현재 사용되고 있는 대부분의 광원 장치를 대체할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
발광 다이오드는 전기 에너지를 빛으로 변환시키는 고체 소자의 일종으로서, 일반적으로 2개의 상반된 도핑층 사이에 개재된 반도체 재료의 활성층을 포함한다. 2개의 도핑층 양단에 바이어스가 인가되면, 정공과 전자가 활성층으로 주입된 후 그곳에서 재결합되어 빛이 발생되며, 활성층에서 발생된 빛은 모든 방향으로 방출되어 모든 노출 표면을 통해 반도체 칩밖으로 방출되게 된다.
도 1은 종래기술에 따른 발광다이오드의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 서브스트레이트 기판(110) 상에 순차적으로 제 1반도체층(120), 활성층(130) 및 제 2반도체층(140)을 형성한다. 그 후 상기 제 2반도체층(140)과 활성층(130)은 그 일부 영역을 식각 등의 공정으로 제거하여 제 1반도체층의 일부 상면이 노출된 구조를 형성하게 된다. 이 후 상기 노출된 제 1반도체층(120) 상에는 제 1전극(170)이 형성되고 제 2반도체층(140) 상에는 제 2전극(160)을 형성하면 발광 다이오드의 구조가 완성되게 된다. 다만, 상기 제 2반도체층(140)과 제 2전극(160)사이에 오믹접촉을 위한 투명전극(150)이 구비되기도 한다.
종래의 발광 다이오드 구조에 있어서, 빛의 삼원색에 해당하는 청색 발광 다이오드를 고출력화, 고효율화 하려는 노력이 계속되어 왔으며, 기존의 청색 발광 다이오드를 제작하는 기술은 질화물 반도체 에피를 성장시키기 위하여 사파이어(Al2O3)나 실리콘카바이드(SiC) 기판을 사용하였다.
도 2는 종래기술에 따른 발광다이오드의 지향특성을 나타낸 전산모사 결과도이다.
도 2를 참조하면 발광다이오드의 광을 면발광 형태를 가지게 되어 지향 특성 조절이 난이하다는 점을 알 수 있다.
이러한, 종래의 발광다이오드는 칩 구조적으로 면발광 형태를 가지게 되며, 패키지에서는 이러한 광들을 한 곳으로 모으거나, 퍼지게 하기 위하여 몰딩 재료나 몰딩 형태, 반사컵 변화 등 다양한 방법들이 연구되어지고 있다.
그러나, 종래기술에 의할 경우, 패키지 공정상에 변화를 주는 것은 생산공정의 소요비용 상승의 문제점이 있으며, 칩(Chip) 자체의 지향 특성이 변화하지 않는 한 광손실을 감수해야 하는 치명적인 문제점이 있었다.
따라서 이를 해결하기 위하여 발광 표면에 광자결정 구조를 형성하거나 기판에 요철 구조를 형성하여 발광다이오드의 지향성의 조절이 용이한 발광다이오드 및 그 제조방법이 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 발광다이오드 칩 레벨에서 빛의 지향 특성을 조절하여 내부 전반사에 의한 발광소자의 추출 효율이 저하되는 것을 방지하고 광 추출효율이 높은 발광다이오드 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 발광다이오드의 발광 표면에 지향 특성 조절을 위한 요철 구조체의 형성에 있어서, 다양한 형성방법을 제공함에 따라 발광다이오드의 다양한 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 서브스트레이트 기판; 상기 서브스트레이트 기판상에 제 1반도체층, 활성층, 제 2반도체층 순으로 형성되어 이루어지며, 상기 활성층 및 제 2반도체층이 메사식각되어 제 1반도체층의 일정영역이 소정 폭을 갖는 형태로 노출되는 발광 구조물; 상기 제 2반도체층 상에 형성되는 투명전극; 상기 제 1반도체층의 노출된 영역에 형성되는 제 1전극; 및 상기 투명전극 상에 형성되는 제 2전극;을 포함하는 발광다이오드에 있어서, 상기 발광다이오드의 일면에, 상기 발광다이오드의 일면과 다른 굴절률을 가지며 복수의 요철 형태 구조체를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 제공한다.
본 발명에서 상기 요철 형태 구조체는, GaN, Si3N4, SOG, SiOX, TiOX, HfOX, 또는 나노 파티클(Nano Particle) 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 물질을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 포함한다.
본 발명에서 상기 요철 형태 구조체의 각각의 두께는 5nm 내지 100um 인 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 포함한다.
본 발명에서 상기 요철 형태 구조체간의 간격은 100nm 내지 800nm 인 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
본 발명에서 상기 발광다이오드의 일면으로부터 상기 요철 형태 구조체의 상면까지의 거리는 5nm 내지 10um 인 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 포함한다.
본 발명에서 상기 요철 형태 구조체의 각각의 단면은 사각형, 원뿔, 사다리꼴, 구형 또는 반구형의 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 포함한다.
본 발명은 서브스트레이트 기판상에 제 1반도체층, 활성층 및 제 2반도체층을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 제 1반도체층의 일부 상면이 노출되도록 상기 활성층 및 제 2반도체층의 소정영역을 식각하는 단계; 상기 제 2반도체층 상에 투명전극을 형성하는 단계; 상기 투명전극 상에 제 2전극을 형성하는 단계; 상기 제 1반도체층이 노출된 영역에 제 1전극을 형성하는 단계; 및 상기 발광다이오드의 일면에, 상기 발광다이오드의 일면과 다른 굴절률을 가진 요철 형태의 구조체를 형성하는 단계;를 포함하는 발광다이오드의 제조방법을 제공한다.
본 발명에서 상기 요철 형태 구조체 형성단계는, 상기 발광다이오드의 일면에 GaN, SiO2, Si3N4, 또는 SOG 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 물질로 형성되는 반도체층을 패터닝하고 재성장시켜 요철 형태의 구조체를 형성하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법을 포함한다.
본 발명에서 상기 요철 형태 구조체 형성단계는, 상기 발광다이오드의 일면에 SiOx, TiOx, 또는 HfOx 중에서 선택되는 어느 하나의 박막을 증착하고 소정영역을 식각하여 요철 형태의 구조체를 형성하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법을 포함한다.
본 발명에서 상기 요철 형태 구조체 형성단계는, 상기 발광다이오드의 일면에 SiOx, TiOx, 또는 HfOx 중에서 선택되는 어느 하나의 박막을 패터닝하여 증착하고, 이를 성장시켜 요철 형태의 구조체를 형성하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법을 포함한다.
본 발명에서 상기 요철 형태 구조체 형성단계는, 상기 발광다이오드의 일면에 나노 파티클(Nano Particle)을 분사하여 요철 형태의 구조체를 형성하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법을 포함한다.
본 발명에 의해 발광다이오드의 발광 표면에 지향 특성 조절을 위한 요철 구조체를 구비함으로 인해 내부 전반사에 의한 발광소자의 추출 효율이 저하 되는 것을 방지하고 광 추출효율이 높은 발광다이오드를 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의해, 발광다이오드의 발광 표면에 지향 특성 조절을 위한 요철 구조체의 형성에 있어서, 다양한 형성방법을 제공함에 따라 지향특성 조절이 가능한 발광다이오드의 다양한 제조방법을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 발광다이오드의 구성도.
도 2는 종래기술에 따른 발광다이오드의 지향특성을 나타낸 전산모사 결과도.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 지향특성 조절이 가능한 발광다이오드의 단계별 제조구성도.
도 3h는 본 발명의 일실시예에 따른 요철 형태 구조체의 두께 및 간격을 나타낸 일예시도.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일실시예에 따른 지향특성 조절이 가능한 발광다이오드의 지향특성을 나타낸 전산모사 결과도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 지향특성 조절이 가능한 발광다이오드의 제조방법의 순서도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 지향특성 조절이 가능한 발광다이오드의 단계별 제조구성도이다.
본 발명에 의한 지향특성 조절이 가능한 발광다이오드는, 서브스트레이트 기판; 상기 서브스트레이트 기판상에 제 1반도체층, 활성층, 제 2반도체층 순으로 형성되어 이루어지며, 상기 활성층 및 제 2반도체층이 메사식각되어 제 1반도체층의 일정영역이 소정 폭을 갖는 형태로 노출되는 발광 구조물; 상기 제 2반도체층 상에 형성되는 투명전극; 상기 제 1반도체층의 노출된 영역에 형성되는 제 1전극; 및 상기 투명전극 상에 형성되는 제 2전극;을 포함하는 발광다이오드에 있어서, 상기 발광다이오드의 일면에, 상기 발광다이오드의 일면과 다른 굴절률을 가지며 복수의 요철 형태 구조체를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 제공한다.
본 발명에 의해 발광다이오드의 발광 표면에 지향 특성 조절을 위한 요철 구조체를 구비함으로 인해 내부 전반사에 의한 발광소자의 추출 효율이 저하 되는 것을 방지하고 광 추출효율이 높은 발광다이오드를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의해, 발광다이오드의 발광 표면에 지향 특성 조절을 위한 요철 구조체의 형성에 있어서, i) 반도체층을 재성장하는 방법, ii)SiOx, TiOx, HfOx 등의 옥사이드막을 증착하고 식각하는 방법, iii) 옥사이드 막을 패터닝한 후 성장시키는 방법, iv) 나노 파티클을 표면에 형성 하는 방법 등의 다양한 형성방법을 제공함에 따라 지향특성 조절이 가능한 발광다이오드의 다양한 제조방법을 제공할 수 있다.
도 3a를 참조하면, 서브스트레이트 기판상에 제 1반도체층, 활성층 및 제 2반도체층이 순차적으로 형성된 모습을 도시하고 있다.
본 발명에서 상기 서브스트레이트 기판(110)은 실리콘, 실리콘카바이드, GaN 또는 사파이어 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 물질을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 제 1반도체층(120)은 n형 반도체층으로 구성할 수도 있고, p형 반도체층으로 구성할 수도 있다. 다만 이하에서는 설명의 용이성을 위해 제 1반도체층(120)을 n형 질화물 반도체층으로 구성하고, 제 2반도체층(140)을 p형 질화물 반도체층으로 구성한 경우를 기준으로 설명하기로 한다.
본 발명은 발명의 필요에 따라 서브스트레이트 기판(110)과 제 1반도체층(120)상에 버퍼층(미도시)을 더 포함하여 발광다이오드 소자를 구성할 수도 있을 것이다. 이러한 버퍼층은 기판과 반도체층의 격자상수 차이를 줄여주기 위한 것으로써, AlInN구조, InGaN/GaN초격자구조, InGaN/GaN적층구조, AlInGaN/InGaN/GaN의 적층구조 중에서 선택되어 형성될 수 있다.
본 발명에서 질화갈륨(GaN)계 반도체층을 이용하는 경우, 서브스트레이트 기판(110) 상에 제 1반도체층(120)인 n형 질화갈륨층(n-GaN)층, 다중양자우물구조로 형성되어 광을 방출하는 활성층(130)과, 제 2반도체층(140)인 p형 질화갈륨층(p-GaN)층을 포함하여 구성될 수 있다.
서브스트레이트 기판(110)상에 또는 상기 버퍼층(미도시)상에는 제 1반도체층(120)이 형성되는데, n형 반도체층은 n형 질화갈륨층(n-GaN)층으로 형성될 수 있으며, 실리콘이 도핑될 수 있다. 제 1반도체층(120)은 n-GaN층으로 형성될 수있으며, 실리콘(Si)을 도펀트(Dopant)로 사용하여 도핑될 수 있다. 고온에서 진행되며 암모니아(NH₃)를 캐리어가스로 Ga, N, Si를 화합물로 결합시킬 수 있다.
상기 제 1반도체층(120)이 형성된 후, 활성층(130)을 형성하게 되는데, InGaN으로된 발광체 물질을 첨가한 반도체 층일 수 있고 이외에도 AlGaN, AlInGaN 등의 물질도 활성층(130)으로 이용될 수 있다. 이때 활성층(130)은 InGaN/GaN 양자우물(QW) 구조를 이룰 수 있으며, 휘도 향상을 위하여 양자우물 구조가 복수로 형성되어 다중 양자우물(MQW) 구조를 이룰 수 있다.
상기 활성층(130)이 형성된 후, 활성층 상에 제 2반도체층(140)이 형성되는데, p-GaN층으로 형성될 수 있으며, 마그네슘(Mg)을 도펀트로 사용할 수 있다. 본 공정도 고온에서 진행되며 암모니아(NH₃) 캐리어가스로 Ga, N, Mg를 화합물로 결합시킬 수 있다.
이 때, 상기 제 1반도체층, 활성층 및 제 2반도체층의 순차적 형성단계는, RTP법(Rapid Thermal Process), MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 또는 RTA(Rapid Thermal Annealing)법 중에서 선택되는 어느 하나의 방법을 이용하여 반도체 박막을 성장시킬 수 있다.
도 3b를 참조하면, 활성층 및 제 2반도체층의 소정영역을 식각하여 제 1반도체층의 상면이 노출된 모습을 도시하고 있다.
상기 활성층(130) 및 제 2반도체층(140)의 소정영역의 식각은 제 1전극(170) 형성을 위함인데, 이때, 습식 식각방법(Wet Etching) 또는 건식식각(Dry Etching) 방법이 이용될 수 있다.
도 3c를 참조하면, 제 2반도체층의 상면에 투명전극을 형성한 모습을 도시하고 있다.
상기 투명전극(150)은 상기 제 2반도체층(140)과 제 2전극(150)사이에 오믹접촉을 위한 투과성 산화막으로써, ITO, ZnO, RuOx, TiOx, IrOx 중에서 선택되는 어느 하나의 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 또한, 발명의 필요에 따라서는 하나의 층이 아닌 복수의 층으로 형성될 수도 있을 것이다.
도 3d를 참조하면, 상기 투명전극상에 제 2전극이 형성된 모습과 상기 노출된 제 1반도체층의 상면에 제 1전극을 형성한 모습을 도시하고 있다.
도 3e를 참조하면, 상기 제 2전극이 형성되지 아니한 투명전극의 소정영역 상에 요철형태 구조체가 형성된 모습을 도시하고 있다.
도 3e에서는 요철 형태 구조체(180)를 막대(Rod)형으로 형성한 경우를 도시하고 있다. 다만, 본 발명에서는 이에 한정되지 않고, 상기 요철 형태 구조체(180)의 각각의 단면은 사각형, 원뿔, 사다리꼴, 구형 또는 반구형의 형태를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 요철 형태 구조체(180)는, GaN, Si3N4, SOG, SiOX, TiOX, HfOX, 또는 나노 파티클(Nano Particle) 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 물질을 이용하여 형성할 수 있다. 상기의 물질들은 발광다이오드의 발광면보다 고굴절률을 가지는 물질로써 이러한 물질을 이용하여 요철 형태 구조체(180)를 형성하는 경우, i) 내부 전반사에 의한 발광소자의 추출 효율이 저하 되는 것을 방지하고, 빛의 반사와 산란효과를 증대시켜 광 추출효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, ii) 발광다이오드에서 방출되는 광의 지향조절을 용이하게 하므로 면발광 형태를 조절하여 다양한 어플리케이션(Application)에 응용할 수 있는 장점이 있다.
도 3f를 참조하면, 발광다이오드의 측면에 요철형태 구조체가 형성된 모습을 도시하고 있고, 도 3g를 참조하면, 서브스트레이트 기판의 하부면에 요철형태 구조체가 형성된 모습을 도시하고 있다.
본 발명에서는 발광다이오드의 상면에만 상기 요철형태 구조체(180)를 형성하는 것에 한정하지 않고, 필요에 따라 발광다이오드의 일측면에 요철형태 구조체(180)를 형성하는 것도 가능하고(도 3f 참조), 발광다이오드의 하부면인 서브스트레이트 기판(110)의 하부면에 요철형태 구조체(180)를 형성하는 것도 가능하다.
도 3f 내지 도 3g는 막대(rod)형 요철형태 구조체를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않고, 그 단면이 사각형, 원뿔, 사다리꼴, 구형 또는 반구형의 형태를 가지는 요철형태 구조체를 구비할 수 있음은 물론이다.
도 3h는 본 발명의 일실시예에 따른 요철 형태 구조체의 두께 및 간격을 나타낸 일예시도이다.
도 3h를 참조하면, 상기 요철 형태 구조체의 각각의 두께(220)는 5nm 내지 100um 인 것이 바람직하다. 또한, 상기 요철 형태 구조체간의 간격(230)은 100nm 내지 800nm 인 것이 바람직하며, 상기 발광다이오드의 일면으로부터 상기 요철 형태 구조체의 상면까지의 거리(210)는 5nm 내지 10um 인 것이 바람직하다.
다만, 반드시 이에 한정되지 않고, 발광다이오드의 용도 등에 따라 요철 형태 구조체의 두께(220), 간격(230) 및 발광다이오드의 일면으로부터 상기 요철 형태 구조체의 상면까지의 거리(210)를 임의대로 조정할 수도 있을 것이다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일실시예에 따른 지향특성 조절이 가능한 발광다이오드의 지향특성을 나타낸 전산모사 결과도이다.
도 4a 내지 도 4c는 요철 구조체간 간격이 300nm이고, 요철 구조체간 피치(Pitch)가 600nm인 경우로써, i) 도 4a는 요철 구조체의 상면으로부터 발광다이오드 표면까지의 거리가 0.5 um인 경우의 전산모사 결과도이고, ii) 도 4b는 요철 구조체의 상면으로부터 발광다이오드 표면까지의 거리가 0.7 um인 경우의 전산모사 결과도이며, iii) 도 4c는 요철 구조체의 상면으로부터 발광다이오드 표면까지의 거리가 1.0 um인 경우의 전산모사 결과도이다.
도 4d 내지 도 4e는 요철 구조체간 간격이 400nm이고, 요철 구조체간 피치(Pitch)가 700nm인 경우로써, iv) 도 4d는 요철 구조체의 상면으로부터 발광다이오드 표면까지의 거리가 0.07 um인 경우의 전산모사 결과도이고, ii) 도 4e는 요철 구조체의 상면으로부터 발광다이오드 표면까지의 거리가 0.5 um인 경우의 전산모사 결과도이다.
따라서, 도 2와 더불어 도 4a 내지 도 4e를 참조할 때, 종래기술에 의한 발광다이오드가 면발광 형태의 빛을 출사하고 있음에 비해, 본 발명에 의한 지향조절이 가능한 발광다이오드에 의할 경우, 요철 형태 구조체의 형태, 깊이 또는 크기의 조절에 따라 발광다이오드 자체의 지향 특성을 자유로이 조절할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 지향특성 조절이 가능한 발광다이오드의 제조방법의 순서도이다.
먼저 서브스트레이트 기판상에 제 1반도체층, 활성층 및 제 2반도체층을 순차적으로 형성하는 단계를 거친다.(S501)
이후 상기 제 1반도체층의 일부 상면이 노출되도록 상기 활성층 및 제 2반도체층의 소정영역을 식각하는 단계를 거치게 된다.(S502)
이후 상기 제 2반도체층 상에 투명전극을 형성하는 단계를 거친다.(S503) 이는 제 2반도체층과 제 2전극간 오믹접촉을 용이하게 하기 위함이다.
이후 상기 투명전극 상에 제 2전극을 형성하고, 상기 제 1반도체층이 노출된 영역에 제 1전극을 형성하는 단계를 거친다. (S504)
이후 상기 발광다이오드의 일면에, 상기 발광다이오드의 일면과 다른 굴절률을 가진 요철 형태의 구조체를 형성하는 단계를 거치게 된다.(S505)
상기 요철 형태 구조체는 발광다이오드의 발광면보다 고굴절률을 가지는 물질로 형성되는데, GaN, Si3N4, SOG, SiOX, TiOX, HfOX, 또는 나노 파티클(Nano Particle) 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 물질을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 요철 형태 구조체의 각각의 두께는 5nm 내지 100um 인 것이 바람직하다. 또한, 상기 요철 형태 구조체간의 간격은 100nm 내지 800nm 인 것이 바람직하며, 상기 발광다이오드의 일면으로부터 상기 요철 형태 구조체의 상면까지의 거리는 5nm 내지 10um 인 것이 바람직하다.
상기 요철 형태 구조체의 각각의 단면은 사각형, 원뿔, 사다리꼴, 구형 또는 반구형의 형태를 가지도록 형성할 수 있다.
본 발명에서 상기 요철형태 구조체의 형성방법은 다양하게 적용될 수 있다.
첫째로, 상기 발광다이오드의 일면에 GaN, SiO2, Si3N4, 또는 SOG 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 물질로 형성되는 반도체층을 패터닝하고 재성장시켜 요철 형태의 구조체를 형성할 수 있다.
즉, GaN, SiO2, Si3N4, 또는 SOG 등의 물질을 패터닝하고 증착시킨 후, 유기금속 화학증착(MOCVD), MBE(Molecular Beam Epitaxy), 스퍼터(sputter), 전자빔(E-beam) 장비 등을 이용하여 재성장시켜 요철 형태 구조체를 형성할 수 있다.
둘째로, 상기 발광다이오드의 일면에 SiOx, TiOx, 또는 HfOx 중에서 선택되는 어느 하나의 박막을 증착하고 소정영역을 식각하여 요철 형태의 구조체를 형성하는 것도 가능하다.
즉, 상기 발광다이오드의 일면에 SiOx, TiOx, 또는 HfOx 등의 박막을 증착하고 요철 형태 구조체간의 간격영역에 해당하는 부분을 습식식각(Wet Etching) 또는 건식식각(Dry Etchin)에 의해 제거하면 요철 형태 구조체가 형성될 것이다. 이 때에는 요철형태 구조체의 크기를 고려하여 박막의 두께를 결정하여 증착하여야 할 것이다.
셋째로, 상기 발광다이오드의 일면에 SiOx, TiOx, 또는 HfOx 중에서 선택되는 어느 하나의 박막을 패터닝하여 증착하고, 이를 성장시켜 요철 형태의 구조체를 형성할 수 있다.
즉, SiOx, TiOx, 또는 HfOx 등의 박막을 패터닝하여 증착하고, 이를 유기금속 화학증착(MOCVD), MBE(Molecular Beam Epitaxy), 스퍼터(sputter), 전자빔(E-beam) 장비 등을 이용하여 성장시켜 요철형태의 구조체를 형성할 수 있을 것이다.
넷째로, 상기 발광다이오드의 일면에 나노 파티클(Nano Particle)을 분사하여 요철 형태의 구조체를 형성하는 것도 가능하다.
즉, 발광다이오드의 일면을 포토레지스트 등을 이용하여 패터닝하고, 이 영역상에 나노 파티클(Nano Particle)을 분사하여 요철 형태의 구조체를 형성하게 될 것이다.
이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
110: 서브스트레이트 기판
120: 제 1반도체층
130: 활성층
140: 제 2반도체층
150: 투명전극
160: 제 2전극
170: 제 1전극
180: 요철형태 구조체
190: 발광다이오드의 일면
210: 요철형태 구조체의 상면으로부터 발광다이오드 일면까지의 거리
220: 요철형태 구조체의 두께
230: 요철형태 구조체간 간격

Claims (11)

  1. 서브스트레이트 기판;
    상기 서브스트레이트 기판상에 제 1반도체층, 활성층, 제 2반도체층 순으로 형성되어 이루어지며, 상기 활성층 및 제 2반도체층이 메사식각되어 제 1반도체층의 일정영역이 소정 폭을 갖는 형태로 노출되는 발광 구조물;
    상기 제 2반도체층 상에 형성되는 투명전극;
    상기 제 1반도체층의 노출된 영역에 형성되는 제 1전극; 및
    상기 투명전극 상에 형성되는 제 2전극;을 포함하는 발광다이오드에 있어서,
    상기 발광다이오드의 일면에, 상기 발광다이오드의 일면과 다른 굴절률을 가지며 복수의 요철 형태 구조체를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 요철 형태 구조체는,
    GaN, Si3N4, SOG, SiOX, TiOX, HfOX, 또는 나노 파티클(Nano Particle) 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 물질을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 요철 형태 구조체의 각각의 두께는 5nm 내지 100um 인 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 요철 형태 구조체간의 간격은 100nm 내지 800nm 인 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 발광다이오드의 일면으로부터 상기 요철 형태 구조체의 상면까지의 거리는 5nm 내지 10um 인 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 요철 형태 구조체의 각각의 단면은 사각형, 원뿔, 사다리꼴, 구형 또는 반구형의 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  7. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 하나의 발광다이오드의 제조방법에 있어서,
    서브스트레이트 기판상에 제 1반도체층, 활성층 및 제 2반도체층을 순차적으로 형성하는 단계;
    상기 제 1반도체층의 일부 상면이 노출되도록 상기 활성층 및 제 2반도체층의 소정영역을 식각하는 단계;
    상기 제 2반도체층 상에 투명전극을 형성하는 단계;
    상기 투명전극 상에 제 2전극을 형성하는 단계;
    상기 제 1반도체층이 노출된 영역에 제 1전극을 형성하는 단계; 및
    상기 발광다이오드의 일면에, 상기 발광다이오드의 일면과 다른 굴절률을 가지며 복수의 요철 형태 구조체를 형성하는 단계;
    를 포함하는 발광다이오드의 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 요철 형태 구조체 형성단계는,
    상기 발광다이오드의 일면에 GaN, SiO2, Si3N4, 또는 SOG 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 물질로 형성되는 반도체층을 패터닝하고 재성장시켜 요철 형태의 구조체를 형성하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 요철 형태 구조체 형성단계는,
    상기 발광다이오드의 일면에 SiOx, TiOx, 또는 HfOx 중에서 선택되는 어느 하나의 박막을 증착하고 소정영역을 식각하여 요철 형태의 구조체를 형성하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 요철 형태 구조체 형성단계는,
    상기 발광다이오드의 일면에 SiOx, TiOx, 또는 HfOx 중에서 선택되는 어느 하나의 박막을 패터닝하여 증착하고, 이를 성장시켜 요철 형태의 구조체를 형성하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법.
  11. 제 7항에 있어서, 상기 요철 형태 구조체 형성단계는,
    상기 발광다이오드의 일면에 나노 파티클(Nano Particle)을 분사하여 요철 형태의 구조체를 형성하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법.
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