KR20130009399A - 발광다이오드용 기판의 제조방법, 이에 의해 제조된 발광다이오드용 기판 및 이 발광다이오드용 기판을 구비한 발광다이오드의 제조방법 - Google Patents

발광다이오드용 기판의 제조방법, 이에 의해 제조된 발광다이오드용 기판 및 이 발광다이오드용 기판을 구비한 발광다이오드의 제조방법 Download PDF

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손준호
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Abstract

본 발명은 발광다이오드용 기판의 제조방법, 이에 의해 제조된 발광다이오드용 기판 및 이 발광다이오드용 기판을 구비한 발광다이오드의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 발광다이오드용 기판의 제조방법은, 소정의 기판부재의 상면을 상기 기판부재에 비해 건식에칭이 용이한 물질로 이루어진 나노구조체로 코팅하는 단계; 상기 나노구조체를 마스크로 이용하여 상기 기판부재와 함께 건식에칭함으로써 상기 기판부재의 상면에 상면 요철부를 형성하는 단계; 상기 기판부재의 하면을 상기 나노구조체로 코팅하는 단계; 및 상기 나노구조체를 마스크로 이용하여 상기 기판부재와 함께 건식에칭함으로써 상기 기판부재의 하면에 하면 요철부를 형성하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 제조단가가 높고 복잡한 포토리소그래피 패터닝을 사용하지 않고도 나노구조체를 코팅하여 이를 마스크로 이용해 건식에칭하는 방식으로 용이하게 요철부가 형성된 발광다이오드용 기판을 제조할 수 있으므로, 그 제조 시간 및 단가를 절감할 수 있고, 기판부재의 상ㆍ하면에 각각 상ㆍ하면 요철부가 형성됨으로써, 기판과 제1반도체층의 계면에서는 상면 요철부에 의해 계면의 전반사 특성이 감소하면서 광 추출효율이 향상되고, 이어 기판의 하측 표면에서 하면 요철부에 의해 기판 표면의 전반사 특성이 감소하면서 광 추출효율이 더욱 향상될 수 있다.

Description

발광다이오드용 기판의 제조방법, 이에 의해 제조된 발광다이오드용 기판 및 이 발광다이오드용 기판을 구비한 발광다이오드의 제조방법 {METHOD OF MANUFACTURING SUBSTRATE FOR LIGHT EMITTING DIODE, SUBSTRATE FOR LIGHT EMITTING DIODE MANUFACTURED BY THE METHOD AND METHOD OF MANUFACTURING LIGHT EMITTING DIODE WITH THE SUBSTRATE}
본 발명은 발광다이오드용 기판의 제조방법, 이에 의해 제조된 발광다이오드용 기판 및 이 발광다이오드용 기판을 구비한 발광다이오드의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제조 시간 및 단가를 절감할 수 있고, 발광다이오드의 광 추출효율을 더욱 향상시킬 수 있는 발광다이오드용 기판의 제조방법, 이에 의해 제조된 발광다이오드용 기판 및 이 발광다이오드용 기판을 구비한 발광다이오드의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 발광다이오드는 반도체의 p-n 접합에 전압을 인가하면 n영역에 있는 전자가 p영역의 정공과 만나서 재결합할 때에 빛을 방출하는 원리를 이용하여 전류를 직접 빛으로 변환시키는 소자로서, 에너지 변환 효율이 좋고, 수명이 길며, 빛의 지향성이 좋고, 저전압 구동이 가능할 뿐만 아니라, 예열 시간이나 복잡한 구동회로가 필요하지 않고, 충격 및 진동에도 강하기 때문에, 백열등, 형광등, 수은등과 같은 기존의 광원을 대체할 차세대 광원으로 주목받고 있다.
이러한 발광다이오드의 효율의 개선은 크게 두 가지 방향으로 이루어지는데, 그 첫째는 결정질 및 에피층 구조에 의해 결정되는 내부 양자 효율을 증가시키는 것이고, 둘째는 발생한 빛이 최대한 발광다이오드의 외부로 방출될 수 있도록 광 추출효율을 향상시키는 것이다.
이 중 광 추출효율 향상의 경우, 용이한 열 방출 구조를 개발하거나 층간 계면에서의 전반사 등으로 인한 내부 광 손실을 최소화하는 형태로 이루어지는데, 이처럼 층간 계면에서의 전반사로 인한 내부 광 손실을 최소화하기 위해서는 층간 계면을 패터닝 처리함으로써 층간 계면의 전반사 특성을 감소시키는 방식이 알려져 있다.
도 1은 이렇게 층간 계면의 전반사 특성을 감소시키기 위해 기판부재(11)의 상면을 패터닝 처리하여 요철부(11-1)를 형성한 질화갈륨계 수평형 발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
종래의 발광다이오드용 기판(10, 이하 줄여서 '기판'이라 한다)을 이용한 발광다이오드의 경우, 활성층(30)에서 생성된 빛이 제1반도체층(20)과 기판(10)을 순서대로 통과하여 발광다이오드의 전방측으로 방출될 때에, 제1반도체층(20)과 기판(10)의 계면에서 빛의 일부가 전반사 되면서 발광다이오드의 전방측으로 방출되지 못하고 내부에서 소실되는데, 기판부재(11)의 상면에 형성된 요철부(11-1)로 인해 제1반도체층(20)과 기판(10) 사이 계면의 이러한 전반사 특성이 감소하여 발광다이오드 내부에서 소실되는 빛의 양이 줄어든다.
종래의 기판(10)의 제조방법은, 기판부재(11)의 상면에 요철부(11-1)를 형성할 때에, 포토리소그래피 방식을 이용한다. 즉, 기판부재(11)의 상면에 건식 식각 보호막을 리소그래피를 이용하여 패턴 형성한 후, 건식 식각을 하는 방식이다.
그러나 이러한 종래의 기판(10)의 제조방법에 사용되는 포토리소그래피 방식은 건식 식각 보호막을 패턴 형성하는 과정이 복잡할 뿐만 아니라, 장시간이 소요되고, 제조 단가도 높은 문제점이 있다.
또한, 종래의 기판(10)을 이용한 발광다이오드는 기판(10)의 제1반도체층(20) 측의 계면의 전반사 특성만 감소시키므로 발광다이오드의 광 추출효율을 크게 향상시키지는 못하는 한계가 있다.
뿐만 아니라, 포토리소그래피 방식에서 건식 식각 보호막이 위치했던 요철부의 돌출부분에 평평한 면이 존재하므로, 국소적으로 전반사 특성이 감소하지 않은 평평한 부분이 다수 존재하므로, 광 추출효율 향상의 효과를 극대화시킬 수 없는 단점이 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 제조단가가 높고 복잡한 포토리소그래피 패터닝을 거치지 않고 간편하게 건식에칭을 위한 마스크를 기판부재의 표면에 형성하여 용이하게 요철부를 형성할 수 있고, 반도체층과 접한 기판의 상면뿐만 아니라 공기와 접한 기판의 표면의 전반사 특성도 감소시킬 수 있으며, 평평한 면이 존재하지 않게 요철부를 형성하여 전반사 특성 감소의 효과를 극대화시킬 수 있는 발광다이오드용 기판의 제조방법, 이에 의해 제조된 발광다이오드용 기판 및 이 발광다이오드용 기판을 구비한 발광다이오드의 제조방법을 제공하고자 한다.
상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 발광다이오드용 기판의 제조방법은, 제1반도체층, 활성층 및 제2반도체층이 상면에 순차 형성되는 발광다이오드용 기판의 제조방법으로서, 소정의 기판부재의 상면을 상기 기판부재에 비해 건식에칭이 용이한 물질로 이루어진 나노구조체로 코팅하는 단계; 상기 나노구조체를 마스크로 이용하여 상기 기판부재와 함께 건식에칭함으로써 상기 기판부재의 상면에 상면 요철부를 형성하는 단계; 상기 기판부재의 하면을 상기 나노구조체로 코팅하는 단계; 및 상기 나노구조체를 마스크로 이용하여 상기 기판부재와 함께 건식에칭함으로써 상기 기판부재의 하면에 하면 요철부를 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 나노구조체는 구형일 수 있다.
상기 나노구조체의 직경은 100㎚ ~ 3㎛일 수 있다.
상기 나노구조체는 실리카(SiO2), 유리, 폴리스티렌(polystyrene) 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어질 수 있다.
상기 나노구조체로 코팅하는 단계는, 상기 나노구조체가 균일한 단일층을 이루도록 스핀 코팅하는 단계;일 수 있다.
상기 발광다이오드용 기판의 제조방법은, 상기 상면 요철부 상에 상기 기판부재와 상기 제1반도체층의 원자 간의 간격차이나 열팽창률 차이로 인한 결함 발생을 방지하는 버퍼층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 발광다이오드용 기판은, 제1반도체층, 활성층 및 제2반도체층이 상면에 순차 형성되는 발광다이오드용 기판으로서, 소정의 기판부재; 및 상기 기판부재의 상면과 하면을 상기 기판부재에 비해 건식에칭이 용이한 물질로 이루어진 나노구조체로 각각 코팅하고 건식에칭함으로써, 상기 기판부재의 상면과 하면에 각각 형성된 상ㆍ하면 요철부;를 포함한다.
상기 상ㆍ하면 요철부는, 상기 기판부재의 상면과 하면을 구형의 상기 나노구조체로 각각 코팅하고 건식에칭함으로써, 반구형으로 형성될 수 있다.
상기 발광다이오드용 기판은, 상기 기판부재와 상기 제1반도체층의 원자 간의 간격차이나 열팽창률 차이로 인한 결함 발생을 방지하도록 상기 상면 요철부 상에 형성되는 버퍼층;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광다이오드의 제조방법은, 소정의 기판부재의 상면을 상기 기판부재에 비해 건식에칭이 용이한 물질로 이루어진 나노구조체로 코팅하는 단계; 상기 나노구조체를 마스크로 이용하여 상기 기판부재와 함께 건식에칭함으로써 상기 기판부재의 상면에 상면 요철부를 형성하는 단계; 상기 상면 요철부 상에 제1반도체층, 활성층 및 제2반도체층을 순차 형성하는 단계; 상기 기판부재의 하면을 상기 나노구조체로 코팅하는 단계; 및 상기 나노구조체를 마스크로 이용하여 상기 기판부재와 함께 건식에칭함으로써 상기 기판부재의 하면에 하면 요철부를 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 나노구조체는 구형일 수 있다.
상기 나노구조체의 직경은 100㎚ ~ 3㎛일 수 있다.
상기 나노구조체는 실리카(SiO2), 유리, 폴리스티렌(polystyrene) 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어질 수 있다.
상기 나노구조체로 코팅하는 단계는, 상기 나노구조체가 균일한 단일층을 이루도록 스핀 코팅하는 단계;일 수 있다.
상기 발광다이오드의 제조방법은, 상기 상면 요철부 상에 상기 기판부재와 상기 제1반도체층의 원자 간의 간격차이나 열팽창률 차이로 인한 결함 발생을 방지하는 버퍼층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
이러한 본 발명의 발광다이오드용 기판의 제조방법, 이에 의해 제조된 발광다이오드용 기판 및 이 발광다이오드용 기판을 구비한 발광다이오드의 제조방법에 의하면, 제조단가가 높고 복잡한 포토리소그래피 패터닝을 사용하지 않고도 나노구조체를 코팅하여 이를 마스크로 이용하여 건식에칭하는 방식으로 용이하게 요철부가 형성된 발광다이오드용 기판을 제조할 수 있으므로, 그 제조 시간 및 단가를 절감할 수 있다.
이러한 나노구조체의 코팅 작업은 간편한 스핀 코팅 방식을 통해 이루어짐으로써, 나노구조체를 손쉽게 균일한 단일층을 이루도록 기판부재에 코팅할 수 있다.
또한, 기판부재의 상ㆍ하면에 각각 상ㆍ하면 요철부가 형성됨으로써, 기판과 제1반도체층의 계면에서는 상면 요철부에 의해 계면의 전반사 특성이 감소하면서 광 추출효율이 향상되고, 이어 공기와 접한 기판의 하측 표면에서 하면 요철부에 의해 기판 표면의 전반사 특성이 감소하면서 광 추출효율이 더욱 향상될 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 나노구조체는 구형으로 구비되어 이를 마스크로써 건식에칭하여 상면 요철부와 하면 요철부의 형상을 평평한 면이 존재하지 않는 반구형으로 형성할 수 있으므로, 요철부를 통한 계면의 전반사 특성 감소를 극대화시켜 광 추출효율을 더욱 제고할 수 있다.
도 1은 일면에 요철부가 형성된 종래의 발광다이오드용 기판을 이용한 질화갈륨계 수평형 발광다이오드의 개략적인 단면도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광다이오드용 기판의 제조방법으로 제조된 발광다이오드용 기판을 이용한 질화갈륨계 수평형 발광다이오드의 개략적인 단면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광다이오드용 기판의 제조방법을 도시한 순서도,
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광다이오드용 기판의 제조방법을 설명하기 위한 개략도,
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광다이오드용 기판의 제조방법을 통해 기판부재에 형성된 상면 요철부의 주사전자현미경 사진,
도 6a 및 도 6b는 일면에 요철부가 형성된 종래의 발광다이오드용 기판을 이용한 발광다이오드 및 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광다이오드용 기판을 이용한 발광다이오드의 광 추출효율에 대한 시뮬레이션 결과를 각각 보여주는 결과창이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, '당업자'라 한다)가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 그 범위가 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명에 있어서, '구형' 이란 한 점에서 같은 거리에 있는 모든 점으로 이루어진 입체 모양이라는 수학적 정의의 구뿐 아니라, 외견상 둥글게 생긴 형상의 것을 모두 포괄하며, '나노구조체'란 크기 10㎛ 이하의 구조체를 의미한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광다이오드용 기판의 제조방법을 통해 제조된 발광다이오드용 기판(100, 이하 줄여서 '기판'이라고 한다)을 이용한 질화갈륨계 수평형 발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광다이오드용 기판의 제조방법을 통해 제조된 기판(100)은 소정의 기판부재(110)의 상면과 하면에 각각 상ㆍ하면 요철부(111, 112)가 형성되며, 상면 요철부(111) 상에는 기판부재(110)와 제1반도체층(200)의 원자 간의 간격 차이나 열팽창률 차이로 인한 결함 발생을 방지하는 버퍼층(120)이 형성된다.
즉, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광다이오드용 기판(100)은 기판부재(110)의 상ㆍ하면에 각각 상ㆍ하면 요철부(111, 112)가 형성되는데, 이 상ㆍ하면 요철부(111, 112)는 반구형으로 이루어지는 특징이 있다.
이와 같은 기판(100) 상에 n형 질화갈륨계 반도체로 이루어진 제1반도체층(200), 전자와 정공이 결합하면서 빛이 발생하는 다층 양자 우물층을 포함하는 활성층(300), p형 질화갈륨계 반도체로 이루어진 제2반도체층(400)을 순서대로 형성하고, 제1반도체층(200)과 제2반도체층(400)에 전압을 인가하기 위한 제1패드(210), 투명전극(410) 및 제2패드(420)를 형성함으로써, 발광다이오드가 제조된다.
이하, 도 3 내지 도 6b를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판(100)의 제조방법을 포함하는 발광다이오드의 제조방법을 구체적으로 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판(100)은 복잡한 포토리소그래피 패터닝을 사용하지 않고 간편한 나노구조체(NS)의 코팅 작업을 통해 건식에칭을 위한 마스크를 형성하고, 기판(100)의 상ㆍ하면에서 모두 전반사 특성이 감소할 수 있도록 기판부재(110)의 상ㆍ하면에 각각 상ㆍ하면 요철부(111, 112)를 형성하며, 전반사 특성 감소의 효과를 극대화시킬 수 있게 마스크 역할을 하는 나노구조체(NS)의 형상을 구형으로 적용함으로써 건식에칭을 통해 상ㆍ하면 요철부(111, 112)가 반구형으로 형성되는 것이 주된 특징이다.
먼저, 도 4a와 같은 소정의 플레이트 형상의 기판부재(110)를 준비하고, 도 4b에 도시된 바와 같이 기판부재(110)의 상면을 이 기판부재(110)보다 건식에칭이 용이한 물질로 이루어진 구형의 나노구조체(NS)로 코팅한다(s100).
이러한 나노구조체(NS) 코팅은 나노구조체(NS)가 기판부재(110)의 상면에서 균일한 단일층을 이루도록, 구형의 나노구조체(NS)를 기판부재(110)의 상면에 떨어뜨려놓은 후 분산될 수 있도록 1분 정도를 유지한 후 스핀 코팅을 하는 형태로 진행되는 것이 바람직하다.
이러한 스핀 코팅은 나노구조체(NS)가 균일한 단일층을 잘 이룰 수 있도록 단계적으로 진행되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 먼저 200rpm에서 1분간 스핀 코팅을 한 후 800rpm에서 30초간, 마지막으로 1200rpm에서 10초간 이루어지는 형태로 스핀 코팅이 진행될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 나노구조체(NS)는 스핀 코팅을 통해 균일한 단일층을 이루기 용이하고, 건식에칭시에 상ㆍ하면 요철부(111, 112)를 반구형으로 형성할 수 있는 구형으로 구비되었으나, 그 형상이 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 나노구조체(NS)는 그 직경이 500㎚인 나노구조체(NS)를 사용하였으나, 그 크기는 이에 한정되지 않고 100㎚ ~ 3㎛ 범위의 직경을 갖는 나노구조체(NS)라면 자유롭게 적용될 수 있다.
그러나 나노구조체(NS)의 크기가 100㎚ 미만이거나 3㎛를 초과하는 것은 바람직하지 않은데, 그 이유는 이렇게 나노구조체(NS)의 직경이 100㎚ 미만이거나 3㎛를 초과하는 경우에는 충분한 높낮이를 갖는 요철부가 형성되지 않거나 요철부 간의 간격이 너무 넓게 형성됨으로써, 계면의 전반사 특성을 충분히 감소시키지 못하기 때문이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 기판부재(110)는 산화알루미늄으로 구비되고, 나노구조체(NS)는 구형의 실리카 나노구조체로 구비되었으나, 이에 한정되지 않고 실리카와 다른 에칭비를 필요로 하는 경우에는 나노구조체(NS)는 유리나 폴리스티렌 등으로 이루어질 수도 있고, 실리카, 유리, 폴리스티렌 중 선택된 복수의 혼합 물질로 이루어질 수도 있다.
다음, 도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같이, 구형의 나노구조체(NS)로 균일하게 코팅되어 있는 기판부재(110)의 상면을 ICP(Inductive Coupled Plasma) 에칭장비를 이용하여 건식에칭함으로써, 반구형으로 이루어진 상면 요철부(111)를 형성한다(s200).
이때, 건식에칭은 Cl2와 BCl3가스를 7:3의 비율로 혼합하여 사용하며, 이때 플라즈마 파워는 약 300Watt에서 척바이어스(chuck bias) -300Volt를 이용해 에칭할 수 있다.
이렇게 구형의 나노구조체(NS)가 균일하게 코팅된 기판부재(110)의 상면을 건식에칭하면, 건식에칭이 더 용이한 나노구조체(NS)가 기판부재(110)보다 더 빠르게 에칭되고, 나노구조체(NS)의 크기가 줄어들면서 자연히 기판부재(110)의 상면에 대한 에칭 범위가 넓어지며 반구형으로 이루어진 상면 요철부(111)가 형성된다.
이처럼 형성된 상면 요철부(111)는 기판부재(110)와 제1반도체층(200)의 계면의 전반사 특성을 감소시킴으로써, 이 계면을 통과하는 빛이 전반사로 인해 발광다이오드의 내부에서 소실되지 않고 최대한 발광다이오드의 전방측(기판의 공기와 접한 표면 측)으로 방출될 수 있게 한다.
도 5a 및 도 5b는 이렇게 나노구조체(NS)를 코팅하고 이 나노구조체(NS)를 마스크로써 건식에칭함으로써 기판부재(110)의 상면에 형성된 반구형의 상면 요철부(111)의 주사전자현미경 사진이다.
그러나 상면 요철부(111)의 형상이 반드시 반구형으로 한정되는 것은 아니며, 기판부재(110)와 나노구조체(NS) 사이의 에칭속도 차이를 고려하여 건식에칭 조건을 변경함으로써, 상면 요철부(111)는 다른 형상으로 구현될 수도 있다.
그 다음, 도 4d에 도시된 바와 같이, 기판부재(110)와 제1반도체층(200)의 원자 간의 간격 차이나 열팽창률 차이로 인한 결함 발생을 방지하는 버퍼층(120)을 상면 요철부(111) 상에 형성한다(s300). 이와 같은 버퍼층(120)은 필수적으로 구비되어야 하는 것은 아니며, 당업자에게 자명하게 알려진 다양한 물질들이 적용될 수 있다.
계속해서, 기판(100)의 버퍼층(120) 상에 n형 질화갈륨계 반도체로 이루어진 제1반도체층(200), 전자와 정공이 결합하면서 빛이 발생하는 다층 양자 우물층을 포함하는 활성층(300), p형 질화갈륨계 반도체로 이루어진 제2반도체층(400)을 순서대로 에피성장으로 형성한다(s400).
이후, 도 4e에 도시된 바와 같이, 기판부재(110)와 공기의 계면의 전반사 특성도 감소시켜 전반사로 인한 빛의 손실을 최소화하기 위해, 기판부재(110)의 하면에도 동일한 방식으로 하면 요철부(112)를 형성한다.
구체적으로 설명하면, 그 상면에 제1반도체층(200), 활성층(300), 제2반도체층(400)이 형성된 기판(100)을 뒤집어, 기판부재(110)의 하면을 상기 나노구조체(NS)로 스핀 코팅한다(s500).
다음, 기판부재(110)의 하면에 단일층으로 균일하게 코팅된 나노구조체(NS)를 마스크로써 기판부재(110)의 하면을 건식에칭함으로써, 반구형으로 이루어진 하면 요철부(112)를 형성한다(s600).
그 후, 도 4g에 도시된 바와 같이, 제1ㆍ제2반도체층(200, 400)에 각각 전압을 인가하기 위한 제1패드(210), 투명전극(410) 및 제2패드(420)를 형성하여(s700), 질화갈륨계 수평형 발광다이오드의 제조를 완료한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서는 질화갈륨계 수평형 발광다이오드를 제조하는 경우를 설명하였으나, 이에 한정하지 않고 본 발명에 따른 기판(110)의 제조방법 및 발광다이오드의 제조방법은, 다른 반도체를 이용한 발광다이오드나 수직형 발광다이오드에도 유사하게 응용 적용될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 상면에만 요철부가 형성된 종래의 기판을 이용하여 제조된 발광다이오드 및 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판(100)을 이용하여 제조된 발광다이오드의 광 추출효율에 대한 시뮬레이션 결과를 각각 보여주는 시뮬레이션 프로그램의 결과창이다.
도 6a가 종래의 기판을 이용하여 제조된 발광다이오드의 시뮬레이션 결과로써 총 광 추출효율이 약 66.36%인 반면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판(100)을 이용하여 제조된 발광다이오드의 시뮬레이션 결과는 그 총 광 추출효율이 약 77.64%로써, 종래의 기판을 이용한 발광다이오드에 비해 약 11.28%가 향상된 것을 확인할 수 있다.
이는 종래의 기판을 이용한 발광다이오드를 기준으로 동일한 조건에서의 광 추출량이 약 16.98%이나 상승한다는 것을 의미하는데, 발광다이오드의 하측으로 추출되는 광량에 비해, 상측으로 추출되는 광량이 11.15%에서 20.58%로 특히 많이 증가한 것을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 발광다이오드용 기판의 제조방법, 이에 의해 제조된 발광다이오드용 기판 및 이 발광다이오드용 기판을 구비한 발광다이오드의 제조방법에 의하면, 제조단가가 높고 복잡한 포토리소그래피 패터닝을 사용하지 않고도 나노구조체(NS)를 코팅하여 이를 마스크로 이용하여 건식에칭하는 방식으로 용이하게 요철부(111, 112)가 형성된 발광다이오드용 기판(100)을 제조할 수 있으므로, 그 제조 시간 및 단가를 절감할 수 있고, 기판부재(110)의 상ㆍ하면에 각각 상ㆍ하면 요철부(111, 112)가 형성됨으로써, 기판(100)과 제1반도체층(200)의 계면에서는 상면 요철부(111)에 의해 계면의 전반사 특성이 감소하면서 광 추출효율이 향상되고, 이어 기판(100)의 하측 표면에서 하면 요철부(112)에 의해 기판 표면의 전반사 특성이 감소하면서 광 추출효율이 더욱 향상될 수 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부되어 있는 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
＊ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ＊
100 : 기판 110 : 기판부재
111 : 상면 요철부 112 : 하면 요철부
120 : 버퍼층 200 : 제1반도체층
210 : 제1패드 300 : 활성층
400 : 제2반도체층 410 : 투명전극
420 : 제2패드 NS : 나노구조체

Claims (15)

  1. 제1반도체층, 활성층 및 제2반도체층이 상면에 순차 형성되는 발광다이오드용 기판의 제조방법으로서,
    소정의 기판부재의 상면을 상기 기판부재에 비해 건식에칭이 용이한 물질로 이루어진 나노구조체로 코팅하는 단계;
    상기 나노구조체를 마스크로 이용하여 상기 기판부재와 함께 건식에칭함으로써 상기 기판부재의 상면에 상면 요철부를 형성하는 단계;
    상기 기판부재의 하면을 상기 나노구조체로 코팅하는 단계; 및
    상기 나노구조체를 마스크로 이용하여 상기 기판부재와 함께 건식에칭함으로써 상기 기판부재의 하면에 하면 요철부를 형성하는 단계;
    를 포함하는 발광다이오드용 기판의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 나노구조체는 구형인 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 기판의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 나노구조체의 직경은 100㎚ ~ 3㎛인 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 기판의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 나노구조체는 실리카(SiO2), 유리, 폴리스티렌(polystyrene) 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 기판의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 나노구조체로 코팅하는 단계는,
    상기 나노구조체가 균일한 단일층을 이루도록 스핀 코팅하는 단계;
    인 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 기판의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 발광다이오드용 기판의 제조방법은,
    상기 상면 요철부 상에 상기 기판부재와 상기 제1반도체층의 원자 간의 간격차이나 열팽창률 차이로 인한 결함 발생을 방지하는 버퍼층을 형성하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 기판의 제조방법.
  7. 제1반도체층, 활성층 및 제2반도체층이 상면에 순차 형성되는 발광다이오드용 기판으로서,
    소정의 기판부재; 및
    상기 기판부재의 상면과 하면을 상기 기판부재에 비해 건식에칭이 용이한 물질로 이루어진 나노구조체로 각각 코팅하고 건식에칭함으로써, 상기 기판부재의 상면과 하면에 각각 형성된 상ㆍ하면 요철부;
    를 포함하는 발광다이오드용 기판.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 상ㆍ하면 요철부는,
    상기 기판부재의 상면과 하면을 구형의 상기 나노구조체로 각각 코팅하고 건식에칭함으로써, 반구형으로 형성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 기판.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 발광다이오드용 기판은,
    상기 기판부재와 상기 제1반도체층의 원자 간의 간격차이나 열팽창률 차이로 인한 결함 발생을 방지하도록 상기 상면 요철부 상에 형성되는 버퍼층;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 기판.
  10. 소정의 기판부재의 상면을 상기 기판부재에 비해 건식에칭이 용이한 물질로 이루어진 나노구조체로 코팅하는 단계;
    상기 나노구조체를 마스크로 이용하여 상기 기판부재와 함께 건식에칭함으로써 상기 기판부재의 상면에 상면 요철부를 형성하는 단계;
    상기 상면 요철부 상에 제1반도체층, 활성층 및 제2반도체층을 순차 형성하는 단계;
    상기 기판부재의 하면을 상기 나노구조체로 코팅하는 단계; 및
    상기 나노구조체를 마스크로 이용하여 상기 기판부재와 함께 건식에칭함으로써 상기 기판부재의 하면에 하면 요철부를 형성하는 단계;
    를 포함하는 발광다이오드의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 나노구조체는 구형인 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 나노구조체의 직경은 100㎚ ~ 3㎛인 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 나노구조체는 실리카(SiO2), 유리, 폴리스티렌(polystyrene) 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 나노구조체로 코팅하는 단계는,
    상기 나노구조체가 균일한 단일층을 이루도록 스핀 코팅하는 단계;
    인 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 발광다이오드의 제조방법은,
    상기 상면 요철부 상에 상기 기판부재와 상기 제1반도체층의 원자 간의 간격차이나 열팽창률 차이로 인한 결함 발생을 방지하는 버퍼층을 형성하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014204912A1 (en) * 2013-06-18 2014-12-24 Glo-Usa, Inc. Stopping an etch in a planar layer after etching a 3d structure
WO2014204921A1 (en) * 2013-06-18 2014-12-24 Glo-Usa, Inc. Removal of 3d semiconductor structures by dry etching
WO2015122652A1 (ko) * 2014-02-11 2015-08-20 포항공과대학교 산학협력단 나노구조체 전사를 이용한 발광다이오드 제조방법과 그 발광다이오드
US9142730B2 (en) 2013-09-25 2015-09-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of manufacturing semiconductor light emitting device

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100568297B1 (ko) * 2004-03-30 2006-04-05 삼성전기주식회사 질화물 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법
US7476910B2 (en) * 2004-09-10 2009-01-13 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor light emitting device and method for manufacturing the same
KR100644052B1 (ko) * 2004-11-08 2006-11-10 엘지전자 주식회사 고 광적출 효율 발광 다이오드 및 그의 제조 방법
JP2007019318A (ja) * 2005-07-08 2007-01-25 Sumitomo Chemical Co Ltd 半導体発光素子、半導体発光素子用基板の製造方法及び半導体発光素子の製造方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014204912A1 (en) * 2013-06-18 2014-12-24 Glo-Usa, Inc. Stopping an etch in a planar layer after etching a 3d structure
WO2014204921A1 (en) * 2013-06-18 2014-12-24 Glo-Usa, Inc. Removal of 3d semiconductor structures by dry etching
US9059355B2 (en) 2013-06-18 2015-06-16 Glo Ab Stopping an etch in a planar layer after etching a 3D structure
US9368672B2 (en) 2013-06-18 2016-06-14 Glo Ab Removal of 3D semiconductor structures by dry etching
US9741895B2 (en) 2013-06-18 2017-08-22 Glo Ab Removal of 3D semiconductor structures by dry etching
US9142730B2 (en) 2013-09-25 2015-09-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of manufacturing semiconductor light emitting device
WO2015122652A1 (ko) * 2014-02-11 2015-08-20 포항공과대학교 산학협력단 나노구조체 전사를 이용한 발광다이오드 제조방법과 그 발광다이오드

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