KR20130037625A - Light emitting diode and manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 발광다이오드 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 녹색 빛을 생성하는 발광다이오드 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a light emitting diode and a method for manufacturing the same, and more particularly to a light emitting diode for producing green light and a method for manufacturing the same.
최근, 갈륨 나이트라이드(GaN) 기반의 백색 발광다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 형광등을 뛰어넘는 우수한 효율을 가지고 있어 차세대 조명으로 각광을 받고 있다. 조명용 백색 LED는 현재 다양한 방법으로 제작되나 가장 일반적인 방법은 청색(blue) LED에 황색(Yellow) 형광체를 도포하여 백색 빛을 만들고 있다. 따라서 고효율의 blue LED에 대한 연구는 매우 발전했으며, 그 효율 또한 매우 높은 수준을 가진다. LED는 빛을 내는 소자로 빛의 삼원색인 RGB색을 모두 구현하면 그 사용처는 일반조명뿐 아니라, 다양한 색상을 구현하는 감성조명, 디스플레이, 의료/바이오, 농생명 등 매우 광범위하다. 현재의 기술은 GaN 기반의 blue LED의 경우 외부양자효율이 30% 이상이고 GaAs 기반의 red LED의 경우 외부양자효율이 50%이상의 성능을 보이나 상대적으로 green LED 기술은 매우 미약하여 외부양자효율이 10% 내외의 수준에 머무는 상태이다. Recently, gallium nitride (GaN) -based white light emitting diodes (LEDs) have gained attention as next generation lights because they have excellent efficiency over fluorescent lamps. White LEDs for illumination are currently manufactured in various ways, but the most common method is to produce white light by applying a yellow phosphor to a blue LED. Therefore, the research on high efficiency blue LED has developed very much, and its efficiency is also very high. LED is a device that emits light, and when all three primary colors of light are realized, its use is not only general lighting but also emotional lighting, display, medical / bio, and agri-life that realizes various colors. Current technology shows that the external quantum efficiency is over 30% for GaN-based blue LEDs and the external quantum efficiency is over 50% for GaAs-based red LEDs, but the green quantum efficiency is relatively weak and the external quantum efficiency is 10. It is at the level of around%.
도 1은 LED의 파장별 외부양자효율을 나타내는 그래프이다. 1 is a graph showing the external quantum efficiency of each LED of the wavelength.
도 1을 참조하면, 극성(polar(C-Plane))기판 위에 성장된 인듐갈륨나이트라이드(InGaN) 발광 층(10)은 550nm 내지 600nm의 녹색에서 황색까지의 파장 대역에서 효율이 낮게 나타나는 그린 갭(green gap, 12)을 가질 수 있다. 그린 갭(12)은 주로 InGaN 발광 층(10)과 격저 정합을 이루는 기판의 부재에 의해 발생되고 있다. 녹색파장의 InGaN 발광 층(10)은 약 30%이상 고농도의 인듐 조성이 요구되고, 격자부정합(misfit dislocation)에 의한 다량의 스트레인(strain)이 발생되기 쉽다. 때문에, InGaN 발광층(10)은 GaN 기판 또는 (SiC) 기판 상에 형성될 때 격자부정합이 최소화될 수 있다. 그러나, 대면적의 GaN 기판 또는 SiC 기판은 고가이기 때문에 생산성을 감소시킬 수 있다. 반면, 반극성 기판 상에 성장된 InGaN 발광 층(20)은 520nm 내지 600nm의 녹색에서 황색 파장대역까지 그린 갭(12)을 갖지 않고 극성 기판 상에 성장된 InGaN에 비해 높은 효율을 가질 수 있다. 마찬가지로, 반극성 InGaN 발광 층(20)은 저가의 대면적 반극성 GaN 성장 기판을 요구하고 있기 때문에 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다. Referring to FIG. 1, the indium gallium nitride (InGaN)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 발광효율을 극대화할 수 있는 발광다이오드 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a light emitting diode and a method of manufacturing the same that can maximize the luminous efficiency.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 생산성을 극대화할 수 있는 발광다이오드 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다. In addition, another technical problem to be achieved by the present invention is to provide a light emitting diode and a manufacturing method thereof that can maximize productivity.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 발광 다이오드는, 제 1 전극 층; 상기 제 1 전극 층 상의 발광 층; 상기 발광 층 상의 제 2 전극 층; 및 상기 제 2 전극 층 상에 형성되고, 상기 발광 층에서 생성되는 빛의 추출 효율을 증가시키는 요철들을 갖는 버퍼 층을 포함한다.In order to achieve the above technical problem, the light emitting diode of the present invention, the first electrode layer; A light emitting layer on the first electrode layer; A second electrode layer on the light emitting layer; And a buffer layer formed on the second electrode layer and having irregularities that increase extraction efficiency of light generated in the light emitting layer.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 요철들은 각각의 반폭 이하의 간격을 가질 수 있다.According to one embodiment of the invention, the irregularities may have a spacing of less than half each width.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 요철들은 각각 적어도 하나의 갈륨나이트라이드(0001) 경사면을 가질 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the irregularities may each have at least one gallium nitride inclined surface.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 버퍼 층은 반극성 갈륨나이트라이드(1-101) 평탄면을 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the buffer layer may have a semipolar gallium nitride (1-101) flat surface.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 발광 층은 인듐갈륨나이트라이드 우물 층과 갈륨나이트라이드 장벽층들을 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the light emitting layer may include an indium gallium nitride well layer and gallium nitride barrier layers.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 버퍼 층은 1.22 이상의 굴절률을 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the buffer layer may have a refractive index of 1.22 or more.
본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드의 제조방법은, 대면적 실리콘(100) 기판을 부분적으로 식각하여 실리콘(111) 경사면을 노출하는 트렌치들 형성하는 단계; 상기 트렌치들 내의 상기 실리콘(111) 면들에서 성장되는 갈륨나이트라이드(0001) 경사면과, 상기 실리콘(100) 기판의 상부면이상으로 성장되는 반극성 갈륨나이트라이드(1-101) 평탄면을 갖는 버퍼 층을 형성하는 단계; 상기 반극성 갈륨나이트라이드(1-101) 상에 제 1 전극 층을 형성하는 단계; 상기 제 1 전극 층 상에 발광 층을 형성하는 단계; 상기 발광 층 상에 제 2 전극 층을 형성하는 단계; 및 상기 대면적 실리콘(100) 기판을 제거하는 단계를 포함한다According to another exemplary embodiment of the present disclosure, a method of manufacturing a light emitting diode may include forming trenches that partially expose a
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 버퍼층의 형성 단계는, 상기 트렌치들의 상기 실리콘(111) 면들을 노출하는 마스크 패턴들을 형성하는 단계; 상기 실리콘(111) 면들에서 성장되는 갈륨나이트라이드(0001) 경사면을 갖고, 상기 반극성 갈륨나이트라이드(1-101) 평탄면을 갖는 반극성 갈륨나이트라이드 패턴들을 형성하는 단계; 및 상기 반극성 갈륨나이트라이드 패턴들을 측면 성장시켜 상기 반극성 갈륨나이트라이드(1-101) 평탄면을 연결하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the forming of the buffer layer may include forming mask patterns exposing the
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 반극성 갈륨나이트라이드(1-101) 평탄면의 연결 단계는, 증착 가장자리 과성장 조건의 금속유기화학기상증착 방법을 포함할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the connecting of the semi-polar gallium nitride (1-101) flat surface may include a metal organic chemical vapor deposition method of the deposition edge overgrowth conditions.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 실리콘(100) 기판은 수산화칼륨 용액의 화학적 리프트 오프에 의해 제거될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 트렌치들의 형성 단계는, 상기 대면적 실리콘(100) 기판 상에 마스크 패턴들을 형성하는 단계; 상기 마스크 패턴들을 식각 마스크로 사용한 식각 공정으로 상기 대면적 실리콘(100) 기판의 일부를 제거하여 상기 실리콘(111) 면을 노출하는 상기 트렌치들을 형성하는 단계; 및 상기 마스크 패턴들을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the forming of the trenches may include forming mask patterns on the large area silicon (100) substrate; Removing portions of the large-area silicon (100) substrate by an etching process using the mask patterns as an etching mask to form the trenches exposing the silicon (111) surface; And removing the mask patterns.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 식각 공정은 수산화칼륨 용액을 사용한 습식식각방법을 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the etching process may include a wet etching method using a potassium hydroxide solution.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 마스크 패턴들은 실리콘 질화막을 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the mask patterns may include a silicon nitride film.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 전극 층과 상기 제 2 전극 층을 스터드 범프들과 오믹 금속 층에 의해 리셉터 기판에 플립칩 본딩하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the method may further include flip chip bonding the first electrode layer and the second electrode layer to a receptor substrate by means of stud bumps and an ohmic metal layer.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예적 구성에 따르면, 실리콘(100) 기판에 실리콘(111) 경사면을 갖는 트렌치를 형성하고, 상기 실리콘(111) 경사면으로부터 GaN(0001) 경사면과 GaN(1-101) 반극성면을 가지는 GaN 층을 성장한다. 각각의 반극성 GaN 층을 측방향 성장이 주로 되는 성장모드로 전환하여 실리콘 기판 전면을 덮는 대면적의 반극성 GaN(1-101)면을 가지는 버퍼 층을 형성한다. 버퍼 층 상에 제 1 전극 층, 발광 층, 및 제 2 전극 층을 형성한다. 이후, 버퍼 층으로부터 실리콘(100) 기판을 제거한다. 버퍼 층의 GaN 요철들은 InGaN 발광층의 빛의 추출효율을 증가시킬 수 있다. As described above, according to the exemplary embodiment of the present invention, a trench having a
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 및 그의 제조방법은 발광 효율 및 생산성을 극대화할 수 있다.Therefore, the light emitting diode and the manufacturing method thereof according to the embodiment of the present invention can maximize the luminous efficiency and productivity.
도 1은 LED의 파장별 외부양자효율을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드를 나타내는 단면도이다.
도 3 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드의 제조방법을 순차적으로 나타낸 단면도들이다.1 is a graph showing the external quantum efficiency of each LED of the wavelength.
2 is a cross-sectional view showing a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
3 to 12 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in different forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. As used herein, the terms 'comprises' and / or 'comprising' mean that the stated element, step, operation and / or element does not imply the presence of one or more other elements, steps, operations and / Or additions. In addition, since they are in accordance with the preferred embodiment, the reference numerals presented in the order of description are not necessarily limited to the order.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드를 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드(100)는 제 1 및 제 2 전극 층들(109, 113) 사이의 다중양자우물 발광 층(110)과, 상기 제 1 전극 층(109) 상에 형성된 요철 패턴들(106)을 갖는 버퍼 층(108)을 포함할 수 있다. 버퍼 층(108)의 요철 패턴들(106)은 다중양자우물 발광층(110)에서 생성된 빛의 전반사를 방지하여 광 추출 효율을 증가시킬 수 있다.2, a
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드(100)는 발광 효율을 증대 또는 극대화할 수 있다.Therefore, the
발광다이오드(100)는 스터드 범프들(119)에 의해 리셉터 기판(117)상에 연결될 수 있다. 리셉터 기판(117)은 주로 실리콘 기판을 사용한다. 스터드 범프들(119)은 제 1 전극 층(109)과 반사막(116)을 리셉터 기판(117)에 전기적으로 연결할 수 있다. 제 1 전극 층(109)과 스터드 범프들(119) 사이에 제 1 오믹 금속 층(115)이 배치될 수 있다. 또한, 스터드 범프들(119)와 리셉터 기판(117) 사이에 베이스 금속 층(118)이 더 배치될 수 있다.The
제 1 및 제 2 전극 층들(109, 113)은 각각 n형 갈륨나이트라이드(n-GaN)와, p형 갈륨나이트라이드(p-GaN)를 포함할 수 있다. 다중양자우물 발광 층(110)은 교번하여 적층되는 인듐갈륨나이트라이드(InGaN) 우물층 (111)과, 갈륨나이트라이드(GaN) 장벽 층(112)를 포함할 수 있다. 인듐갈륨나이트라이드 우물 층(111)은 갈륨나이트라이드(GaN) 장벽 층(112)보다 낮은 밴드갭을 갖고 녹색 파장대(510 ~ 560nm) 빛을 생성할 수 있다. The first and
버퍼 층(108)은 반극성 갈륨나이트라이드(GaN)를 포함할 수 있다. 반극성 갈륨나이트라이드(GaN)는 약 1.22이상의 굴절률을 가질 수 있다. 버퍼 층(108)은 반극성 갈륨나이트라이드(1-101) 평탄면(107)을 갖고, 갈륨나이트라이드(0001) 경사면(142)을 갖는 요철 패턴들(106)을 포함할 수 있다. 갈륨나이트라이드(0001) 경사면(142)은 갈륨나이트라이드(1-101) 평탄면(107)에 대해 약 62°정도 기울어진다. 즉, 반극성 갈륨나이트라이드(1-101) 평탄면(107)에 수직으로 입사되는 빛을 약 28°이하의 각도로 집광시킬 수 있다. 또한, 요철 패턴들(106)은 반극성 갈륨나이트라이드(1-101) 평탄면(107)에 수직으로 입사되는 빛을 전반사하지 않고 외부로 방출시킬 수 있다. 요철 패턴들(106)은 각각의 반폭(half width) 이하의 간격(distance)을 가질 수 있다. 예를 들어, 4um 폭의 요철 패턴들(106)은 약 2um 이하의 거리로 이격될 수 있다. 요철 패턴들(106)은 광 추출효율을 증가시킬 수 있다. 요철 패턴들(106)은 버퍼 층(108)의 씨드 층으로서, 대면적 반극성 갈륨나이트라이드 면을 형성할 수 있다.The
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드(100)는 발광 효율을 극대화할 수 있다. Therefore, the
이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드(100)의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.The manufacturing method of the
도 3 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드(100)의 제조방법을 순차적으로 나타낸 단면도들이다.3 to 12 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a
도 3을 참조하면, 먼저, 대면적의 실리콘(100) 기판(Si(100) substrate, 101) 상에 유전체 마스크 패턴들(102)을 형성한다. 유전체 마스크 패턴들(102)은 제 1 포토레지스트 패턴들(미도시)를 식각 마스크로 사용한 패터닝 공정에 의해 형성될 수 있다. 유전체 마스크 패턴들(102)은 실리콘질화막(SiNx)을 포함할 수 있다. 유전체 마스크 패턴들(102)은 줄무늬(stripe)로 형성될 수 있다. 유전체 마스크 패턴들(102)은 실리콘(100) 면(face, 104)을 덮을 수 있다. 실리콘(100) 기판(101)은 실리콘(100) 평탄면(104)을 가질 수 있다.Referring to FIG. 3, first,
도 4를 참조하면, 유전체 마스크 패턴(102)로부터 노출된 실리콘(100) 기판(101)을 식각하여 실리콘(111)면(Si(111) facet, 103)의 경사면(incline side wall)을 갖는 트렌치(130)를 형성한다. 실리콘(100) 기판(101)은 수산화칼륨(KOH)에 의해 식각될 수 있다. 예를 들면, 수산화칼륨은 실리콘(100) 기판(101)의 식각 시에 실리콘(100)면에 대해 방향성을 갖고 식각할 수 있다. 실리콘(111) 경사면이 노출될 수 있다. 또한, 실리콘(100) 평탄면(104)은 트렌치(130)의 바닥에서 다시 형성될 수 있다. Referring to FIG. 4, a trench having an incline side wall of a
도 5를 참조하면, 유전체 마스크 패턴들(102)은 제거하고, 실리콘(111) 면(103)을 선택적으로 노출시키는 2차 유전체 마스크 패턴들(105)를 형성한다. 유전체 마스크 패턴들(105)은 화학기상증착방법(Chemical Vapor Deposition: CVD)에 의해 형성된 (실리콘 산화막 SiO2) 또는 실리콘 질화막(SiN)을 포함할 수 있다. 유전체 마스크 패턴들(105)은 포토리소그래피 공정을 통해 형성된 제 2 포토레지스트 패턴들(미도시)을 식각 마스크로 사용하는 식각 공정에 의해 실리콘(111) 면(103) 상에서 제거될 수 있다. Referring to FIG. 5,
도 6을 참조하면, 실리콘(111)면(103)으로부터 성장되는 반극성면을 가지는 갈륨나이트라이드 층들(semipolar GaN triangle layer, 예를 들어, 요철 층들(106))을 형성한다. 반극성면을 가지는 갈륨나이트라이드 층들(106)은 금속유기화학기상증착방법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition: MOCVD)에 의해 트렌치(130) 내에서 삼각형 모양으로 형성될 수 있다. 반극성면을 가지는 갈륨나이트라이드 층들(106)은 실리콘(111)면(103) 상에서 <0001> 방향으로 성장될 수 있다. 반극성면을 가지는 갈륨나이트라이드 층들(106)은 실리콘(111)면(103) 상의 갈륨나이트라이드(0001) 경사면(142)과, 반극성 갈륨나이트라이드(1-101) 평탄면(107)을 가질 수 있다. Referring to FIG. 6, gallium nitride layers (eg, uneven layers 106) having semi-polar surfaces grown from the
도 1 및 도 7을 참조하면, 반극성면을 가지는 갈륨나이트라이드 층들(106)을 측면 성장(lateral growth)시켜 대면적의 버퍼 층(108)을 형성한다. 버퍼 층(108)은 측면성장방식(Epitaxial Lateral OverGrowth): ELOG) 조건의 MOCVD에 의해 형성될 수 있다. ELOG 조건은 MOCVD에서의 성장조건을 변화시키는 방법을 포함할 수 있다. 버퍼 층(108)은 대면적의 반극성 갈륨나이트라이드(1-101) 평탄면(107)을 가질 수 있다. 또한, 버퍼 층(108)은 반극성 갈륨나이트라이드 패턴들의 요철 패턴들(106)을 포함할 수 있다.1 and 7, gallium nitride layers 106 having a semipolar plane are laterally grown to form a large
도 8을 참조하면, 버퍼 층(108) 상에 제 1 전극 층(109)과, 다중양자우물 발광층(110)과, 제 2 전극 층(113)을 형성한다. 제 1 전극 층(109)은 금속유기화학기상증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition: MOCVD)방법으로 형성된 n형 갈륨 나이트라이드(n-GaN)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극 층(109)은 약 3~7 x 1018/cm3 정도의 실리콘과 같은 제 1 도전성 불순물로 도핑된 갈륨 나이트라이드를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 8, a
다중양자우물 발광층(110)은 MOCVD방법으로 형성된 인듐갈륨나이트라이드 우물층(111)과, 갈륨나이트라이드 장벽층(112)을 포함할 수 있다. 인듐갈륨나이트라이드 우물층(111)은 약 25% 내지 약 40% 정도의 고농도를 갖는 인듐을 포함할 수 있다. 인듐갈륨나이트라이드 우물층(111)은 약 5 nm 이하의 두께를 갖고, 갈륨나이트라이드 장벽층(112)은 약 10 nm 정도의 두께를 가질 수 있다. 다중양자우물 발광층(110)은 3쌍 내지 7쌍 정도의 인듐갈륨나이트라이드 우물층(111)과, 갈륨나이트라이드 장벽층(112)을 포함할 수 있다. The multi-quantum well emitting
제 2 전극 층(113)은 MOCVD방법으로 형성된 p형 갈륨나이트라이드(p-GaN)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2 전극 층(113)은 약 5 x1017/cm3 내지 1 x 1018/cm3 정도 Mg와 같은 제 2 도전성 불순물로 도핑된 갈륨나이트라이드를 포함할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 제 1 전극 층(109) 층과 다중양자우물 발광층(110) 사이에 응력조절층이 배치될 수 있고, 상기 다중양자우물 발광층(110)과 제 2 전극 층(113) 사이에 전류차단층 (current blocking layer) 또는 전자차단층 (electron blocking layer: EBL)이 배치될 수 있다. The
도 10를 참조하면, 제 2 전극 층(113) 및 다중양자우물 발광 층(110)의 일부를 제거하여 제 1 전극 층(109)을 노출시키고, 상기 제 1 전극 층(109) 상에 제 1 오믹 금속 층(115)을 형성한다. 제 1 전극 층(109)은 콘택 홀들(미도시)에 의해 노출될 수 있다. 콘택 홀들은 제 3 포토레지스트 패턴들(미도시)을 식각 마스크로 사용한 상기 제 2 전극 층(113) 및 다중양자우물 발광 층(110)의 건식식각방법 또는 습식식각방법에 의해 노출될 수 있다. 건식식각방법은 ICP (inductive coupled plasma) 방식을 포함할 수 있다. 콘택 홀들은 0.8~1.2um 깊이를 가질 수 있다. 또한, 제 1 오믹 금속 층(115)은 금속의 증착 공정과, 제 4 포토레지스트 패턴들(미도시)를 식각 마스크로 사용하여 제 2 전극 층(113) 상의 금속을 제거하는 식각 공정에, 의해 콘택 홀들 내의 제 1 전극 층(109) 상에 형성될 수 있다. Referring to FIG. 10, portions of the
도 11을 참조하면, 제 2 전극 층(113) 상에 반사 층(116)을 형성한다. 반사 층(116)은 금, 은, 알루미늄 또는 텅스텐과 같은 금속 층을 포함할 수 있다. 제 2 전극 층(116)은 제 5 포토레지스트 패턴들(미도시) 상에 증착되는 금속 층의 리프트 오프 공정에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 리프트 오프 공정은 제 1 오믹 금속 층(115)과 제 1 전극 층(109) 상의 제 1 포토레지스트 패턴들과, 제 2 전극 층(113) 상에 금속 층을 형성한 후 제 1 포토레지스트 패턴들과 그의 상부에 형성된 금속 층을 제거하는 공정이다. 이때, 금속 층은 열 증착(thermal evaporation) 방식이나 전자빔 증착(e-beam evaporation) 방식, 스퍼터(sputter) 방식 등으로 증착될 수 있다. 도시되지 않았지만, 제 2 전극 층(113)과 반사막(116) 사이에 확산 방지막이 더 형성될 수 있다. Referring to FIG. 11, the
도 12을 참조하면, 반사 층(116)과 콘택 전극 층(115)에 스터드 범프들(119), 베이스 전극 층(118), 및 리셉터 기판(117)을 연결한다. 리셉터 기판(117)은 스터드 범프들(119)와 베이스 전극 층(118)에 의해 반사 층(116)과 콘택 전극 층(115)에 플립칩 본딩될 수 있다. 리셉터 기판(117)은 열전도도 및 기계적 강도가 높은 실리콘 기판을 포함할 수 있다. 스터드 범프들(110)은 연성이 높은 금(Au)을 포함할 수 있다. 12, the stud bumps 119, the
도 12를 참조하면, 실리콘(100) 기판(101)을 제거한다. 가시광에 대해 불투명한 실리콘(100) 기판(101)은 제거될 수 있다. 실리콘(100) 기판(101)은 수산화칼륨(KOH) 용액의 화학적 lift-off (CLO: chemical lift-off) 방식에 의해 제거될 수 있다. 이때, 리셉터 기판(117)이 실리콘으로 이루어질 때, 상기 리셉터 기판(117)은 포토레지스트 또는 보호막에 의해 수산화 칼륨으로부터 보호될 수 있다. 버퍼 층(108)의 요철 패턴들(106)은 실리콘(100) 기판(101)의 식각에 의해 외부로 노출될 수 있다. 요철 패턴들(106)은 버퍼 층(108)에 대해 별도의 텍스쳐링 공정을 수행하지 않고도 빛의 추출 효율을 증가시킬 수 있다. Referring to FIG. 12, the
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드(100)의 제조방법은 생산성을 극대화할 수 있다. Therefore, the manufacturing method of the
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative and non-restrictive in every respect.
101: 실리콘(100) 기판 102: 유전체 마스크 패턴들
103: 실리콘(111) 경사면 104: 실리콘(100) 평탄면
105: 유전체 마스크 패턴들 106: 반극성 GaN 패턴들
107: 반극성 GaN(1-101) 평탄면 108: 버퍼 층
109: 제 1 전극 층들 110: 다중양자우물 발광 층
111: GaN 우물 층들 112: GaN 장벽 층
113: 제 2 전극 층 115: 제 1 오믹 금속 층
116: 반사 층 117: 리셉터 기판
118: 베이스 금속 층 119: 스터드 범프들
120: 요철 패턴들 130: 트렌치
142: 반극성 GaN(0001) 경사면101
103:
105: dielectric mask patterns 106: semipolar GaN patterns
107: semipolar GaN (1-101) flat surface 108: buffer layer
109: first electrode layers 110: multi-quantum well light emitting layer
111: GaN well layers 112: GaN barrier layer
113: second electrode layer 115: first ohmic metal layer
116: reflective layer 117: receptor substrate
118: base metal layer 119: stud bumps
120: uneven patterns 130: trench
142: semipolar GaN (0001) slope
Claims (14)
상기 제 1 전극 층 상의 발광 층;
상기 발광 층 상의 제 2 전극 층; 및
상기 제 2 전극 층 상에 형성되고, 상기 발광 층에서 생성되는 빛의 추출 효율을 증가시키는 요철들을 갖는 버퍼 층을 포함하는 발광다이오드.A first electrode layer;
A light emitting layer on the first electrode layer;
A second electrode layer on the light emitting layer; And
And a buffer layer formed on the second electrode layer, the buffer layer having irregularities that increase extraction efficiency of light generated in the light emitting layer.
상기 요철들은 각각의 반폭 이하의 간격을 갖는 발광다이오드.The method of claim 1,
The concave-convex light emitting diodes each have an interval of less than half width.
상기 요철들은 각각 적어도 하나의 갈륨나이트라이드(0001) 경사면을 갖는 발광다이오드.The method of claim 2,
The irregularities each have at least one gallium nitride inclined surface.
상기 버퍼 층은 반극성 갈륨나이트라이드(1-101) 평탄면을 갖는 발광다이오드.The method of claim 1,
The buffer layer has a semipolar gallium nitride (1-101) flat surface.
상기 발광 층은 인듐갈륨나이트라이드 우물 층과 갈륨나이트라이드 장벽층들을 포함하는 발광다이오드.The method of claim 1,
Wherein the light emitting layer comprises an indium gallium nitride well layer and a gallium nitride barrier layer.
상기 버퍼 층은 1.22 이상의 굴절률을 갖는 발광다이오드.The method of claim 1,
The buffer layer has a refractive index of at least 1.22.
상기 트렌치들 내의 상기 실리콘(111) 면들에서 성장되는 갈륨나이트라이드(0001) 경사면과, 상기 실리콘(100) 기판의 상부면이상으로 성장되는 반극성 갈륨나이트라이드(1-101) 평탄면을 갖는 버퍼 층을 형성하는 단계;
상기 반극성 갈륨나이트라이드(1-101) 상에 제 1 전극 층을 형성하는 단계;
상기 제 1 전극 층 상에 발광 층을 형성하는 단계;
상기 발광 층 상에 제 2 전극 층을 형성하는 단계; 및
상기 대면적 실리콘(100) 기판을 제거하는 단계를 포함하는 발광다이오드의 제조방법.Partially etching the large area silicon (100) substrate to form trenches exposing the silicon 111 inclined surface;
A buffer having a gallium nitride (0001) inclined surface grown on the silicon 111 surfaces in the trenches and a semipolar gallium nitride (1-101) flat surface grown above the upper surface of the silicon 100 substrate. Forming a layer;
Forming a first electrode layer on the semipolar gallium nitride (1-101);
Forming a light emitting layer on the first electrode layer;
Forming a second electrode layer on the light emitting layer; And
Method of manufacturing a light emitting diode comprising the step of removing the large area silicon (100) substrate.
상기 버퍼 층의 형성 단계는,
상기 트렌치들의 상기 실리콘(111) 면들을 노출하는 마스크 패턴들을 형성하는 단계;
상기 실리콘(111) 면들에서 성장되는 갈륨나이트라이드(0001) 경사면을 갖고, 상기 반극성 갈륨나이트라이드(1-101) 평탄면을 갖는 반극성 갈륨나이트라이드 패턴들을 형성하는 단계; 및
상기 반극성 갈륨나이트라이드 패턴들을 측면 성장시켜 상기 반극성 갈륨나이트라이드(1-101) 평탄면을 연결하는 단계를 포함하는 발광다이오드의 제조방법.The method of claim 7, wherein
Forming the buffer layer,
Forming mask patterns exposing the silicon (111) surfaces of the trenches;
Forming semipolar gallium nitride patterns having a gallium nitride inclined surface grown on the silicon (111) surfaces and having the semipolar gallium nitride (1-101) flat surface; And
And growing the semipolar gallium nitride patterns laterally to connect the semipolar gallium nitride (1-101) flat surfaces.
상기 반극성 갈륨나이트라이드(1-101) 평탄면의 연결 단계는, 측면성장 조건의 금속유기화학기상증착 방법을 포함하는 발광다이오드의 제조방법..The method of claim 8,
The connecting step of the semi-polar gallium nitride (1-101) flat surface, the method of manufacturing a light emitting diode comprising a metal organic chemical vapor deposition method of the side growth conditions.
상기 실리콘(100) 기판은 수산화칼륨 용액의 화학적 리프트 오프에 의해 제거되는 발광다이오드의 제조방법.The method according to claim 6,
The silicon (100) substrate is a method of manufacturing a light emitting diode is removed by the chemical lift-off of potassium hydroxide solution.
상기 트렌치들의 형성 단계는,
상기 대면적 실리콘(100) 기판 상에 마스크 패턴들을 형성하는 단계;
상기 마스크 패턴들을 식각 마스크로 사용한 식각 공정으로 상기 대면적 실리콘(100) 기판의 일부를 제거하여 상기 실리콘(111) 면을 노출하는 상기 트렌치들을 형성하는 단계; 및
상기 마스크 패턴들을 제거하는 단계를 포함하는 발광다이오드의 제조방법.The method according to claim 6,
Forming the trenches,
Forming mask patterns on the large area silicon (100) substrate;
Removing portions of the large-area silicon (100) substrate by an etching process using the mask patterns as an etching mask to form the trenches exposing the silicon (111) surface; And
And removing the mask patterns.
상기 식각 공정은 수산화칼륨 용액을 사용한 습식식각방법을 포함하는 발광다이오드의 제조방법.The method of claim 11,
The etching process is a method of manufacturing a light emitting diode comprising a wet etching method using a potassium hydroxide solution.
상기 마스크 패턴들은 실리콘 질화막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법.The method of claim 11,
The mask pattern is a method of manufacturing a light emitting diode comprising a silicon nitride film.
상기 제 1 전극 층과 상기 제 2 전극 층을 스터드 범프들과 오믹 금속 층에 의해 리셉터 기판에 플립칩 본딩하는 단계를 더 포함하는 발광다이오드의 제조방법.
The method according to claim 6,
Flip chip bonding the first electrode layer and the second electrode layer to a receptor substrate by means of stud bumps and an ohmic metal layer.
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---|---|---|---|
US13/609,352 US20130087763A1 (en) | 2011-10-06 | 2012-09-11 | Light emitting diode and method of manufacturing the same |
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KR1020110101988 | 2011-10-06 |
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---|---|---|---|---|
CN109378369A (en) * | 2018-12-04 | 2019-02-22 | 西安赛富乐斯半导体科技有限公司 | The epitaxial layer and its manufacturing method of semi-polarity gallium nitride with the face (20-2-1) |
-
2012
- 2012-03-07 KR KR1020120023634A patent/KR20130037625A/en not_active Application Discontinuation
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