KR20130087766A - Light emitting diode and method of manufacturing the diode - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광 효율을 향상시킬 수 있는 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a light emitting diode and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a light emitting diode and a method of manufacturing the light emitting efficiency can be improved.
발광다이오드(LED, Light Emitting Diode)는 반도체 발광 소자의 일종으로서 기판(substrate) 상에 P-N 다이오드를 성장(growth)시킴으로써 제조된다. 예를 들면, 상기 발광다이오드는 기판 상에 n형 반도체층, 발광영역(light generation region) 및 p형 반도체층을 순차적으로 성장시킨 후, 상기 p형 반도체층의 상부 표면 상에 투명전극 및 p형 전극을 형성하고, 상기 기판을 제거한 후 n형 반도체층 하부에 n형 전극을 형성하여 제조된다. 상기 p형, 또는 n형 반도체층 상의 투명전극을 통해 광(light)이 추출(extract)될 수 있다. Light emitting diodes (LEDs) are a type of semiconductor light emitting devices that are manufactured by growing a P-N diode on a substrate. For example, the light emitting diode sequentially grows an n-type semiconductor layer, a light generation region, and a p-type semiconductor layer on a substrate, and then the transparent electrode and the p-type on the upper surface of the p-type semiconductor layer. After forming the electrode, and removing the substrate, it is manufactured by forming an n-type electrode under the n-type semiconductor layer. Light may be extracted through the transparent electrode on the p-type or n-type semiconductor layer.
상기 P-N 다이오드를 성장시키는 방법으로 수평성장(ELOG, Epitaxial Lateral Overgrowth)이 사용된다. 구체적으로, 먼저 기판 또는 버퍼층 상에 주기적인 패턴 형태의 마스크(mask) 층을 형성시킨 후, 상기 마스크층이 없는 곳(윈도우 영역)의 기판 상에 반도체층을 마스크 두께 이상으로 성장시킨 다음에, 마스크 상부에 반도체층을 수평성장 시키는 것이다. 수평성장에 의해 형성된 반도체층은 쓰래딩 전위(threading dislocation)의 밀도가 크게 줄어들게 되므로, 발광다이오드의 성능을 향상시킬 수 있다. 그러나, 상기 반도체층을 수평성장시키는 경우에도, 상기 반도체층이 상기 기판과 직접 맞닿게 되는 부분에는 상기 쓰래딩 전위를 포함한 결함들이 존재하게 되며, 상기 결함들은 발광영역을 포함한 반도체층 전부에 존재하게 되어 전극에 가해지는 전력이 광으로 전환되는 효율을 나타내는 내부 양자 효율을 저하시킨다. Epitaxial Lateral Overgrowth (ELOG) is used as a method of growing the P-N diode. Specifically, first, a mask layer having a periodic pattern form is formed on the substrate or the buffer layer, and then the semiconductor layer is grown above the mask thickness on the substrate in the absence of the mask layer (window region). The semiconductor layer is grown horizontally on the mask. The semiconductor layer formed by the horizontal growth can greatly reduce the density of threading dislocations, thereby improving the performance of the light emitting diodes. However, even when the semiconductor layer is horizontally grown, defects including the threading potential exist in a portion where the semiconductor layer is in direct contact with the substrate, and the defects exist in all of the semiconductor layers including the light emitting region. This lowers the internal quantum efficiency, which indicates the efficiency with which the power applied to the electrode is converted to light.
본 발명은 내부 양자 효율을 향상시킬 수 있는 발광다이오드를 제공한다. The present invention provides a light emitting diode capable of improving the internal quantum efficiency.
본 발명은 내부 양자 효율을 향상시킬 수 있는 발광다이오드 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a light emitting diode manufacturing method capable of improving the internal quantum efficiency.
본 발명에 따른 발광 다이오드는 n형 화합물 반도체층, 활성층 및 p형 화합물 반도체층을 포함하는 반도체 적층 구조체와, 상기 반도체 적층 구조체의 내부에 구비되는 절연 패턴과, 상기 절연 패턴이 구비된 반도체 적층 구조체 상에 구비되며, 상기 p형 화합물 반도체 층과 접촉하는 제1 투명 전극 및 상기 제1 투명 전극 상에 구비되며, 상기 제1 투명 전극에 전기적으로 접속된 p형 전극을 포함할 수 있다. The light emitting diode according to the present invention comprises a semiconductor laminate including an n-type compound semiconductor layer, an active layer and a p-type compound semiconductor layer, an insulation pattern provided inside the semiconductor laminate, and a semiconductor laminate structure provided with the insulation pattern. And a p-type electrode provided on the first transparent electrode and the first transparent electrode in contact with the p-type compound semiconductor layer and electrically connected to the first transparent electrode.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 발광 다이오드는 상기 절연 패턴이 구비된 반도체 적층 구조체의 하부에 구비되며, 상기 절연 패턴에 의해 분할된 n형 화합물 반도체 층과 접촉하는 제2 투명 전극 및 상기 제1 투명 전극 하부에 구비되며, 상기 제2 투명 전극에 전기적으로 접속되는 n형 전극을 더 포함할 수 있다. According to one embodiment of the invention, the light emitting diode is provided on the lower portion of the semiconductor laminated structure provided with the insulating pattern, the second transparent electrode and the contact with the n-type compound semiconductor layer divided by the insulating pattern and the The electronic device may further include an n-type electrode provided below the first transparent electrode and electrically connected to the second transparent electrode.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 반도체 적층 구조체는 수평 성장을 통해 형성되며, 상기 절연 패턴은 상기 반도체 적층 구조체에서 쓰레딩 전위(threading dislocation)들이 집중된 결함 부위에 위치할 수 있다. In example embodiments, the semiconductor stacked structure may be formed through horizontal growth, and the insulating pattern may be located at a defect site where threading dislocations are concentrated in the semiconductor stacked structure.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 절연 패턴은 상기 반도체 적층 구조체의 상하를 관통할 수 있다.In example embodiments, the insulating pattern may penetrate the top and bottom of the semiconductor laminate.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 절연 패턴은 서로 평행한 다수의 라인 형태로 배치될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the insulating pattern may be arranged in the form of a plurality of lines parallel to each other.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 절연 패턴은 서로 이격된 다수의 도트 형태로 배치될 수 있다. According to one embodiment of the invention, the insulating pattern may be arranged in the form of a plurality of dots spaced apart from each other.
본 발명에 따른 발광 다이오드 제조 방법은 기판에 마스크 패턴을 형성하는 단계와, 상기 마스크 패턴이 형성된 기판 상에 n형 화합물 반도체층, 활성층 및 p형 화합물 반도체층을 포함하는 반도체 적층 구조체를 수평 성장을 통해 형성하는 단계와, 상기 적층 구조체 상에 제1 투명 전극과 p형 전극을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 기판과 마스크 패턴을 제거하는 단계와, 상기 반도체 적층 구조체에서 쓰레딩 전위(threading dislocation)들이 집중된 결함 부위를 제거하는 단계 및 상기 결함 부위가 제거된 영역을 절연 물질로 충진하여 절연 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. The method of manufacturing a light emitting diode according to the present invention includes forming a mask pattern on a substrate, and horizontally growing a semiconductor laminate including an n-type compound semiconductor layer, an active layer, and a p-type compound semiconductor layer on the substrate on which the mask pattern is formed. Forming the first transparent electrode and the p-type electrode sequentially on the stack structure, removing the substrate and the mask pattern, and threading dislocations in the semiconductor stack structure. The method may include removing a concentrated defect site and filling the region from which the defect site is removed with an insulating material to form an insulation pattern.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 발광 다이오드 제조 방법은 상기 적층 구조체 하부에 제2 투명 전극과 n형 전극을 순차적으로 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the method of manufacturing a light emitting diode may further include sequentially forming a second transparent electrode and an n-type electrode under the stack structure.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 기판은 사파이어 기판, 실리콘 및 실리콘 화합물을 포함하는 기판 및 금속과 질소로 이루어진 화합물을 포함하는 기판 중 어느 하나일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the substrate may be any one of a sapphire substrate, a substrate including silicon and a silicon compound, and a substrate including a compound consisting of metal and nitrogen.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 마스크 패턴을 형성하는 단계는 상기 기판 상에 마스크 층을 형성한 후 상기 마스크 층을 선택적으로 식각하여 이루어질 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the forming of the mask pattern may be performed by selectively etching the mask layer after forming the mask layer on the substrate.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 마스크 패턴을 형성하는 단계는 상기 기판의 상부면에 이온 주입 영역을 형성하여 이루어질 수 있다. In example embodiments, the forming of the mask pattern may be performed by forming an ion implantation region on an upper surface of the substrate.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 반도체 적층 구조체에서 쓰레딩 전위들이 집중된 결함 부위를 제거하는 단계는 상기 반도체 적층 구조체에서 상기 기판과 접촉한 영역의 수직 상방 부위를 제거하여 이루어질 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the step of removing a defect site where the threading dislocations are concentrated in the semiconductor stack structure may be performed by removing a vertical upper portion of a region in contact with the substrate in the semiconductor stack structure.
본 발명에 따른 발광 다이오드 및 그 제조 방법은 수평 성장한 반도체 적층 구조체에서 쓰래딩 전위가 집중된 결함 부위를 제거하므로 발광 다이오드의 내부 양자 효율을 향상시킬 수 있다. The light emitting diode and the method of manufacturing the same according to the present invention can improve the internal quantum efficiency of the light emitting diode because the defect region where the threading dislocation is concentrated in the horizontally grown semiconductor laminate structure is removed.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3 내지 도 12는 도 2에 도시된 발광 다이오드 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 1 is a cross-sectional view illustrating a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a light emitting diode manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
3 to 12 are cross-sectional views for describing a method of manufacturing the light emitting diode shown in FIG. 2.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. Hereinafter, a light emitting diode according to an exemplary embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are enlarged to illustrate the present invention in order to clarify the present invention.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a part or a combination thereof is described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view illustrating a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 발광 다이오드(100)는 반도체 적층 구조체(110), 절연 패턴(120), 제1 투명 전극(130), p형 전극(140), 제2 투명 전극(150) 및 n형 전극(160)을 포함한다. Referring to FIG. 1, the
반도체 적층 구조체(110)는 n형 화합물 반도체(111), 활성층(113) 및 p형 화합물 반도체(115)를 포함한다. 반도체 적층 구조체(110)은 Ⅲ-Ⅴ족 또는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체로 형성될 수 있다. The semiconductor stacked
n형 화합물 반도체층(111) 또는 p형 화합물 반도체층(115)은 콘택층과 클래드층을 포함하거나, 초격자층을 포함할 수 있다.The n-type
활성층(113)은 정공이 전자와 재결합하여 광을 발생하는 발광층(light generation layer) 및 상기 발광층의 상하에 각각 배치되는 클래드층(cladding layer)을 포함하는 여러 개의 층으로 구성될 수 있다. 활성층(113)은 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조일 수도 있다.The
한편, 도핑되지 않은 반도체층이 버퍼층(buffer layer)으로써 n형 화합물 반도체층(111)에 포함될 수 있다. n형 화합물 반도체층(111)의 최하단에는 단결정이 아닌 다결정 성장층이 존재할 수 있으며, 상기 다결정 성장층은 n형 화합물 반도체층(111)에 포함될 수 있다.The non-doped semiconductor layer may be included in the n-type
반도체 적층 구조체(110)은 n형 화합물 반도체층(111) 및 p형 화합물 반도체층(115) 사이에 전압이 인가되면 n형 화합물 반도체층(111) 및 p형 화합물 반도체층(115)으로부터 정공들 및 전자들이 발광층으로 주입(injection)되고, 발광층에서는 정공들 및 전자들의 재결합에 의해 광이 발생된다. 상기 발광층에서 발생된 광은 p형 화합물 반도체층(115) 또는 n형 화합물 반도체층(111)을 지나 외부로 방출된다.The
반도체 적층 구조체(110)는 n형 화합물 반도체(111), 활성층(113) 및 p형 화합물 반도체(115)의 순으로 적층되는 것으로 도시되었으나, p형 화합물 반도체(115), 활성층(113) 및 n형 화합물 반도체(111)의 순으로 적층될 수도 있다. Although the semiconductor stacked
상기 반도체 적층 구조체(110)는 마스크 패턴이 형성된 기판 상에서 에피택시(epitaxy) 공정에 의해 형성될 수 있다. 상기 에피택시 공정의 예로는 LPE(Liquid Phase Epitaxy), VPE(Vapor Phase Epitaxy), MBE(Moleculer Beam Epitaxy), CVD(chemical vapor deposition), MOCVD(metalorganic chemical vapor deposition), HVPE(hydride vapor phase epitaxy), ALD(atomic layer deposition) 등을 들 수 있다. The semiconductor stacked
반도체 적층 구조체(110)의 하부면은 평탄한 구조를 갖는 것이 바람직하나, 상기 마스크 패턴의 형태와 동일한 요철 구조를 가질 수도 있다. The lower surface of the
절연 패턴(120)은 반도체 적층 구조체(110)의 내부에 구비된다. 예를 들면, 절연 패턴(120)은 반도체 적층 구조체(110)의 상하를 관통할 수 있다. 다른 예로, 후술하는 결함 부위의 형태에 따라 반도체 적층 구조체(110)의 하부면으로부터 일정 높이까지만 연장할 수도 있다. 절연 패턴(120)은 절연 물질을 포함하며, 상기 절연 물질은 C, Si, Ti, Al 중 적어도 하나를 포함하는 물질일 수 있다. The
절연 패턴(120)은 수평 성장에 의해 형성된 반도체 적층 구조체(110)에서 상기 기판과 반도체 적층 구조체(110)의 격자 상수 차이(lattice mismatch)로 반도체 적층 구조체(110)의 상하 방향을 따라 쓰래딩 전위가 집중되는 결함 부위를 대체한다. 상기 결함 부위는 상기 기판 상에 마스크 패턴의 형태에 따라 달라지므로, 절연 패턴(120)의 형태도 상기 마스크 패턴의 형태에 따라 달라진다. 즉, 절연 패턴(120)은 다양한 형태를 가질 수 있다. 일 예로, 절연 패턴(120)은 서로 평행한 라인 형태를 가질 수 있다. 다른 예로, 절연 패턴(120)은 서로 이격되는 다수의 도트 형태일 수도 있다. 또 다른 예로, 절연 패턴(120)은 격자 형태일 수도 있다.The insulating
절연 패턴(120)이 반도체 적층 구조체(110)의 결함 부위를 대체하므로, 반도체 적층 구조체(110)에서 쓰래딩 전위들을 크게 감소시킬 수 있다. 따라서, 상기 쓰래딩 전위들에 의한 내부 양자 효율 저하를 방지할 수 있다.Since the insulating
제1 투명 전극(130)은 반도체 적층 구조체(110)의 p형 화합물 반도체층(115) 상에 배치되며, p형 화합물 반도체층(115)과 전기적으로 연결된다. 제1 투명 전극(130)은 투명 도전성 산화물 예컨대, ITO(Indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), FTO(Flourine doped tin oxide) 등으로 형성될 수 있다. 또한, 제1 투명 전극(130)은 표면에 요철 구조를 가질 수 있다. 상기 요철 구조는 반도체 적층 구조체(110)의 내부에서 생성된 광의 추출을 돕는다. The first
p형 전극(140)은 제1 투명 전극(130) 상에 위치한다. p형 전극(140)은 제1 투명 전극(130)에 전기적으로 접속된다. p형 전극(140)은 와이어를 본딩하기 위한 패드로 사용될 수 있다. .The p-
제2 투명 전극(150)은 반도체 적층 구조체(110)의 n형 화합물 반도체층(111) 하부에 배치되며, n형 화합물 반도체층(111)과 전기적으로 연결된다. 제2 투명 전극(150)은 투명 도전성 산화물로 형성될 수 있다. 투명 도전성 산화물의 예로는 ITO, IZO, ZnO, FTO 등을 들 수 있다. 또한, 제2 투명 전극(150)은 표면에 요철 구조를 가질 수 있으며, 상기 요철 구조는 이방성 식각에 의해 형성될 수 있다. The second
n형 전극(160)은 상기 제2 투명 전극(150)의 하부에 배치된다. n형 전극(160)은 제2 투명 전극(150)에 전기적으로 접속된다. n형 전극(160)은 와이어를 본딩하기 위한 패드로 사용될 수 있다. .The n-
한편, 도시되지는 않았지만, 반도체 적층 구조체(110)의 하부에 제2 투명 전극(150) 및 n형 전극(160)을 구비하지 않고, n형 전극/반사 구조체를 구비할 수도 있다. n형 전극/반사 구조체는 n형 화합물 반도체층(111)에 오믹 콘택한다. 상기 n형 전극/반사 구조체는 반사층을 포함하며, 상기 반사층이 직접 상기 n형 화합물 반도체층(111)에 접촉할 수 있다. 예를 들면, 상기 반사층은 Ag 또는 Al과 같은 반사 금속으로 형성될 수 있으며, 상기 금속들은 n형 화합물 반도체층(111)에 양호하게 오믹 콘택할 수 있다. 상기 n형 전극/반사 구조체는 상기 반사층을 보호하는 보호 금속층을 더 포함할 수 있다. 상기 보호 금속층의 예로는 Ni을 들 수 있다. Although not shown, the n-type electrode / reflective structure may be provided without the second
발광 다이오드(100)는 반도체 적층 구조체(110)에서 쓰래딩 전위들이 집중된 결함 부위를 절연 패턴(120)으로 대체하므로, 반도체 적층 구조체(110)에 존재하는 결함을 줄일 수 있다. 발광 다이오드(100)로 제공된 전력이 광으로 전환되는 내부 양자 효율을 향상시킬 수 있으므로, 발광 다이오드(100)의 성능을 향상시킬 수 있다.
The
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 3 내지 도 12는 도 2에 도시된 발광 다이오드 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 2 is a flowchart illustrating a light emitting diode manufacturing method according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIGS. 3 to 12 are cross-sectional views illustrating the light emitting diode manufacturing method illustrated in FIG. 2.
도 2 및 도 3을 참조하면, 기판(101) 상에 마스크 패턴(103)을 형성한다(S110). 2 and 3, the
기판(101)의 예로는 사파이어 기판, 실리콘 및 실리콘 화합물을 포함하는 기판 및 금속과 질소로 이루어진 화합물을 포함하는 기판 등을 들 수 있다. 기판(101)은 단결정 기판일 수 있다. Examples of the
마스크 패턴(103)은 기판(101) 상에 마스크 층(미도시)을 형성한 후 상기 마스크 층을 선택적으로 식각하여 형성될 수 있다. 따라서, 마스크 패턴(103)은 기판(101)을 선택적으로 노출하도록 마스킹한다. 마스크 패턴(103)은 실리콘, 포토레지스트 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. The
마스크 패턴(103)은 다양한 형태를 가질 수 있다. 일 예로, 마스크 패턴(103)은 도 3에서와 같이 서로 평행한 라인 형태를 가질 수 있다. 다른 예로, 도 4에서와 같이 마스크 패턴(103)은 서로 이격된 다수의 도트 형태로 기판(101)을 노출하는 형태일 수 있다. 또 다른 예로, 도시되지는 않았지만 마스크 패턴(103)은 서로 이격되는 다수의 도트 형태일 수도 있다. The
한편, 마스크 패턴(103)은 상면에 돌출부(미도시)을 포함할 수 있으며, 상기 돌출부는 반구, 다각기둥, 원기둥, 스트라이프 등의 형상을 가질 수 있다. 상기 돌출부는 리소그래피 공정이나 열처리 공정에 의해 형성될 수 있다. Meanwhile, the
도 6에 도시된 바와 같이, 마스크 패턴(103)은 기판(101)의 상부면에 이온 주입하여 형성될 수 있다. 상기 이온 주입에 사용되는 이온은 N, C, B, Be, Li, Mg, O, F, S, P, As, Sr, Te 및 이들의 화합물 중 선택된 어느 하나를 이용하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 이온 주입 도즈량은 1E17 이온/㎠ 초과 5E18 이온/㎠ 이하로 조절하고, 주입에너지는 30 ~ 50keV로 조절하는 것이 바람직하다. 이때, 마스크 패턴(103)은 기판(101)의 표면에서부터 50 ~ 1㎛의 깊이까지 형성하며, 더 바람직하게는 50 ~ 200nm의 깊이까지 형성될 수 있다.As shown in FIG. 6, the
이온 주입에 의해 형성되는 마스크 패턴(103)도 서로 평행한 라인 형태, 서로 이격된 다수의 도트 형태로 기판(101)을 노출하는 형태, 마스크 패턴(103)은 서로 이격되는 다수의 도트 형태 등을 가질 수 있다. The
도 2 및 도 7을 참조하면, 마스크 패턴(103)이 형성된 기판(101) 상에 n형 화합물 반도체층(111), 활성층(113) 및 p형 화합물 반도체층(115)을 포함하는 반도체 적층 구조체(110)를 형성한다(S120).2 and 7, a semiconductor stacked structure including an n-type
상기 반도체 적층 구조체(110)는 기판(101) 상에서 에피택시(epitaxy) 공정에 의해 형성될 수 있다. 상기 에피택시 공정의 예로는 LPE(Liquid Phase Epitaxy), VPE(Vapor Phase Epitaxy), MBE(Moleculer Beam Epitaxy), CVD(chemical vapor deposition), MOCVD(metalorganic chemical vapor deposition), HVPE(hydride vapor phase epitaxy), ALD(atomic layer deposition) 등을 들 수 있다. The semiconductor stacked
구체적으로, 마스크 패턴(103)이 형성된 기판(101) 상에 제1 반도체층을 형성한 후, 상기 제1 반도체층을 n형으로 도핑하여 n형 화합물 반도체층(111)을 형성한다. n형 화합물 반도체층(111) 상에 활성층(113)을 형성한다. 활성층(113) 상에 제2 반도체층을 형성한 후, 상기 제2 반도체층을 p형으로 도핑하여 p형 화합물 반도체층(115)을 형성한다. Specifically, after the first semiconductor layer is formed on the
다른 예로, 마스크 패턴(103)이 형성된 기판(101) 상에 n형 화합물 반도체층(111)을 성장시키고, n형 화합물 반도체층(111) 상에 활성층(113)을 성장시키고, 활성층(113) 상에 p형 화합물 반도체층(115)을 성장시킬 수도 있다. As another example, the n-type
반도체 적층 구조체(110)은 기판(101)과 접촉하는 부분에서는 수직 성장을 하고, 기판(101)과 접촉하지 않는 마스크 패턴(103) 상에서는 수평 성장(ELOG, Epitaxial Lateral Overgrowth)을 한다. 반도체 적층 구조체(110)에서 상기 수평성장이 일어난 영역은 쓰래딩 전위(threading dislocation)의 밀도가 크게 줄어들어 내부 양자 효율이 향상된다. 하지만, 반도체 적층 구조체(110)에서 상기 수직 성장이 일어난 영역은 기판(101)과 반도체 적층 구조체(110)의 격자 상수 차이(lattice mismatch)로 인해 쓰래딩 전위가 집중되어 있어 내부 양자 효율이 저하된다. 따라서, 반도체 적층 구조체(110)은 기판(101)과 접촉하는 영역의 수직 상방으로 상기 쓰래딩 전위가 집중되는 결함 부위(117)를 갖는다. The
n형 화합물 반도체층(111) 또는 p형 화합물 반도체층(115)은 콘택층과 클래드층을 포함하거나, 초격자층을 포함할 수 있다.The n-type
활성층(113)은 정공이 전자와 재결합하여 광을 발생하는 발광층(light generation layer) 및 상기 발광층의 상하에 각각 배치되는 클래드층(cladding layer)을 포함하는 여러 개의 층으로 구성될 수 있다. 활성층(113)은 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조일 수도 있다. n형 화합물 반도체층(111) 및 p형 화합물 반도체층(115) 사이에 전압이 인가되면 n형 화합물 반도체층(111) 및 p형 화합물 반도체층(115)으로부터 정공들 및 전자들이 발광층으로 주입(injection)되고, 발광층에서는 정공들 및 전자들의 재결합에 의해 광이 발생된다. 상기 발광층에서 발생된 광은 p형 화합물 반도체층(115) 또는 n형 화합물 반도체층(111)을 지나 외부로 방출된다.The
반도체 적층 구조체(110)의 반도체층은 Ⅲ-Ⅴ족 또는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층일 수 있다. 특히, Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체는 고온에서 안정된 동작을 얻을 수 있고, 고출력의 청색광 및 백색광을 얻을 수 있는 물질로 널리 사용되고 있다. 그러나, Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체는 동종의 질화물계 기판을 상용화하기가 어려워 일반적으로 사파이어(sapphire: Al2O3)를 기판 상에 형성될 수 있다. The semiconductor layer of the semiconductor stacked
한편, 도핑되지 않은 반도체층이 버퍼층(buffer layer)으로써 n형 화합물 반도체층(111)에 포함될 수 있다. n형 화합물 반도체층(111)의 최하단에는 단결정이 아닌 다결정 성장층이 존재할 수 있으며, 상기 다결정 성장층은 n형 화합물 반도체층(111)에 포함될 수 있다.The non-doped semiconductor layer may be included in the n-type
상기에서는 반도체 적층 구조체(110)가 n형 화합물 반도체층(111), 활성층(113) 및 p형 화합물 반도체층(115)의 순으로 형성되는 것으로 설명되었지만, p형 화합물 반도체층(115), 활성층(113) 및 n형 화합물 반도체층(111)의 순으로 적층될 수도 있다. Although the
도 2 및 도 8을 참조하면, 반도체 적층 구조체(110) 상에 제1 투명 전극(130)과 p형 전극(140)을 순차적으로 형성한다(S130).2 and 8, the first
제1 투명 전극(130)은 반도체 적층 구조체(110)의 p형 화합물 반도체층(115) 상에 형성된다. 제1 투명 전극(130)은 투명 도전성 산화물 예컨대, ITO(Indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), FTO(Flourine doped tin oxide) 등으로 형성될 수 있다. 또한, 제1 투명 전극(130)을 이방성 식각하여 표면에 요철 구조를 형성할 수 있다. The first
p형 전극(140)은 상기 제1 투명 전극(130) 상에 형성된다. p형 전극(140)은 일반적인 물리, 화학 증착 방법에 의해 형성될 수 있다.The p-
도 2 및 도 9를 참조하면, 기판(101)과 마스크 패턴(103)을 제거한다(S140).2 and 9, the
기판(101)과 마스크 패턴(103)은 리소그래피 공정, 폴리싱 공정, LLO(Laser Lift Off) 공정 등에 의해 제거될 수 있다. 기판(101)과 마스크 패턴(103)이 제거된 후, 반도체 적층 구조체(110)의 하부면은 평탄한 구조를 갖는 것이 바람직하나, 마스크 패턴(103)의 형태와 동일한 요철 구조를 가질 수도 있다. The
도 2 및 도 10을 참조하면, 반도체 적층 구조체(110)에서 쓰레딩 전위(threading dislocation)들이 집중된 결함 부위(117)를 제거한다(S150).2 and 10, the
결함 부위(117)의 제거는 리소그래피 공정, 리액티브 이온 빔을 이용한 에칭 공정, 폴리싱 공정을 포함한다. 일 예로, 반도체 적층 구조체(110)의 하부면에 결함 부위(117)를 노출하는 마스크 패턴(미도시)을 형성한 후, 상기 리소그래피 공정 및 리액티브 이온 빔을 이용한 에칭 공정을 통해 제1 투명 전극(130)이 노출될 때까지 반도체 적층 구조체(110)를 식각하여 결함 부위(117)를 제거한 후, 상기 마스크 패턴을 제거한다. 결함 부위(117)가 제거되면, 반도체 적층 구조체(110)는 다수의 개구(119)들을 갖는다. 예를 들면, 개구(119)들은 반도체 적층 구조체(110)의 상하를 관통하거나, 반도체 적층 구조체(110)의 하부면으로부터 일정 높이까지만 연장할 수 있다.Removal of the
결함 부위(117), 즉 쓰래딩 전위들이 집중된 부위가 제거되므로, 반도체 적층 구조체(110)에서 쓰래딩 전위들을 크게 감소시킬 수 있다. 따라서, 상기 쓰래딩 전위들에 의한 내부 양자 효율 저하를 방지할 수 있다.Since the
도 2 및 도 11을 참조하면, 결함 부위(117)가 제거된 영역을 절연 물질로 충진하여 절연 패턴(120)을 형성한다(S160). 2 and 11, the insulating
절연 패턴(120)은 결함 부위(117)가 제거된 영역, 개구(119)들을 일반적인 물리, 화학 증착 방법에 의해 절연 물질로 충진되어 형성될 수 있다. 상기 절연 물질은 C, Si, Ti, Al 중 적어도 하나를 포함하는 물질일 수 있다. 예를 들면, 절연 패턴(120)은 반도체 적층 구조체(110)의 상하를 관통할 수 있다. 다른 예로, 절연 패턴(120)은 반도체 적층 구조체(110)의 하부면으로부터 일정 높이까지만 연장할 수도 있다.The insulating
도 2 및 도 12를 참조하면, 반도체 적층 구조체(110) 하부에 제2 투명 전극(150)과 n형 전극(160)을 순차적으로 형성한다(S170).2 and 12, the second
제2 투명 전극(150)은 반도체 적층 구조체(110)의 n형 화합물 반도체층(111) 하부에 형성된다. 제2 투명 전극(150)은 투명 도전성 산화물로 형성될 수 있다. 투명 도전성 산화물의 예로는 ITO, IZO, ZnO, FTO 등을 들 수 있다. 또한, 제2 투명 전극(150)을 이방성 식각하여 표면에 요철 구조를 형성할 수 있다. The second
n형 전극(160)은 상기 제2 투명 전극(150)의 하부에 형성된다. n형 전극(160)은 일반적인 물리, 화학 증착 방법에 의해 형성될 수 있다.The n-
제2 투명 전극(150)과 n형 전극(160)을 형성함으로써 발광 다이오드(100)를 완성한다.The
한편, 도시되지는 않았지만, 반도체 적층 구조체(110)의 하부에 제2 투명 전극(150) 및 n형 전극(160)을 형성하지 않고, n형 전극/반사 구조체를 형성할 수도 있다. n형 전극/반사 구조체는 n형 화합물 반도체층(111)에 전기적으로 접촉한다. 상기 n형 전극/반사 구조체는 반사층을 포함하며, 상기 반사층이 상기 n형 화합물 반도체층(111)에 직접 접촉할 수 있다. 예를 들면, 상기 반사층은 Ag 또는 Al과 같은 반사 금속으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 반사층 하부에 상기 반사층을 보호하는 보호 금속층을 더 형성할 수도 있다. 상기 보호 금속층은 Ni을 이용하여 형성될 수 있다. Although not shown, the n-type electrode / reflective structure may be formed without forming the second
상기 발광 다이오드 제조 방법에 따르면, 반도체 적층 구조체(110)에서 쓰래딩 전위들이 집중된 결함 부위를 제거하여 결반도체 적층 구조체(110)에 존재하는 결함을 줄일 수 있다. 따라서, 발광 다이오드(100)로 제공된 전력이 광으로 전환되는 내부 양자 효율을 향상시킬 수 있다. According to the light emitting diode manufacturing method, defects existing in the
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 따르면, 반도체 적층 구조체에서 쓰래딩 전위들이 집중된 결함 부위를 제거하므로, 쓰래딩 전위들에 의한 내부 양자 효율 저하를 줄일 수 있다. 따라서, 내부 양자 효율이 상대적으로 향상된 발광 다이오드를 제조할 수 있다. As described above, according to the light emitting diode according to the present invention and a method of manufacturing the same, since the defect site in which the threading dislocations are concentrated in the semiconductor laminate structure is removed, the internal quantum efficiency decrease due to the threading dislocations can be reduced. Thus, a light emitting diode having relatively improved internal quantum efficiency can be manufactured.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims. It can be understood that it is possible.
100 : 발광 다이오드 101 : 기판
103 : 마스크 패턴 110 : 반도체 적층 구조체
111 : n형 화합물 반도체층 113 : 활성층
115 : p형 화합물 반도체층 117 : 결함 부위
119 : 개구 120 : 절연 패턴
130 : 제1 투명 전극 140 : p형 전극
150 : 제2 투명 전극 160 : n형 전극100: light emitting diode 101: substrate
103
111: n-type compound semiconductor layer 113: active layer
115: p-type compound semiconductor layer 117: defect site
119: opening 120: insulation pattern
130: first transparent electrode 140: p-type electrode
150: second transparent electrode 160: n-type electrode
Claims (12)
상기 반도체 적층 구조체의 내부에 구비되는 절연 패턴;
상기 절연 패턴이 구비된 반도체 적층 구조체 상에 구비되며, 상기 p형 화합물 반도체 층과 접촉하는 제1 투명 전극; 및
상기 제1 투명 전극 상에 구비되며, 상기 제1 투명 전극에 전기적으로 접속된 p형 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.a semiconductor laminate including an n-type compound semiconductor layer, an active layer, and a p-type compound semiconductor layer;
An insulation pattern provided in the semiconductor laminate structure;
A first transparent electrode provided on the semiconductor laminate structure having the insulating pattern and in contact with the p-type compound semiconductor layer; And
And a p-type electrode provided on the first transparent electrode and electrically connected to the first transparent electrode.
상기 제1 투명 전극 하부에 구비되며, 상기 제2 투명 전극에 전기적으로 접속되는 n형 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.The semiconductor device of claim 1, further comprising: a second transparent electrode disposed under the semiconductor laminate structure having the insulating pattern and in contact with the n-type compound semiconductor layer divided by the insulating pattern; And
And a n-type electrode provided under the first transparent electrode and electrically connected to the second transparent electrode.
상기 마스크 패턴이 형성된 기판 상에 n형 화합물 반도체층, 활성층 및 p형 화합물 반도체층을 포함하는 반도체 적층 구조체를 수평 성장을 통해 형성하는 단계;
상기 적층 구조체 상에 제1 투명 전극과 p형 전극을 순차적으로 형성하는 단계;
상기 기판과 마스크 패턴을 제거하는 단계;
상기 반도체 적층 구조체에서 쓰레딩 전위(threading dislocation)들이 집중된 결함 부위를 제거하는 단계: 및
상기 결함 부위가 제거된 영역을 절연 물질로 충진하여 절연 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조 방법.Forming a mask pattern on the substrate;
Forming a semiconductor laminate structure including an n-type compound semiconductor layer, an active layer, and a p-type compound semiconductor layer through horizontal growth on the substrate on which the mask pattern is formed;
Sequentially forming a first transparent electrode and a p-type electrode on the stack structure;
Removing the substrate and the mask pattern;
Removing a defect site in which threading dislocations are concentrated in the semiconductor laminate structure; and
And forming an insulating pattern by filling the region from which the defective portion is removed with an insulating material.
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