KR20130129555A - 반도체 발광소자 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 발광소자에 관한 것으로, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물; 및 상기 발광구조물 상에 형성되며, 광 투과성을 갖는 투광성 박막층 및 상기 투광성 박막층 상에 형성되는 복수의 나노 로드를 포함하는 나노 로드층을 구비하는 광 추출층; 을 포함하고, 상기 광 추출층은 PDMS(Polydimethyl siloxane), PDMS에 ZrO2 나노파티클을 첨가한 화합물, PGMA(poly(glycidyl methacrylate))에 TiO2 나노 파티클을 첨가한 화합물, PMMA(Polymethyl Methacrylate)에 BaTiO3 나노 파티클을 첨가한 화합물, 에폭시에 금속화합물을 첨가한 화합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어진 반도체 발광소자를 제공한다.
Description
본 발명은 반도체 발광소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 발광소자는 전류가 가해지면 p, n형 반도체의 접합 부분에서 전자와 정공의 재결합에 기하여, 다양한 색상의 빛을 발생시킬 수 있는 반도체 장치이다. 이러한 반도체 발광소자는 필라멘트에 기초한 발광소자에 비해 긴 수명, 낮은 전원, 우수한 초기 구동 특성, 높은 진동 저항 등의 여러 장점을 갖기 때문에 그 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 특히, 최근에는, 청색 계열의 단파장 영역의 빛을 발광할 수 있는 III족 질화물 반도체가 각광을 받고 있다.
이와 같은 반도체 발광소자에서, 발광 효율, 즉 광 추출 효율을 향상시키기 위하여 발광 소자의 광 추출 영역에 요철 구조를 형성시켜 광 추출 효율을 향상시키고자 하는 연구가 진행되고 있다.
서로 다른 굴절율을 지닌 물질층들의 계면에서는 각 물질층의 굴절율에 따른 광의 진행이 제한을 받는다. 평탄한 계면의 경우, 굴절률이 큰(n>1) 반도체층으로부터 굴절률이 작은 공기층(n=1)으로 광이 진행되는 경우 계면의 수직 방향을 기준으로 소정 각도(임계각) 미만으로 평탄한 계면에 입사해야 한다. 소정 각도 이상으로 입사하는 경우 평탄한 계면에서 전반사가 되어 광 추출 효율이 크게 감소하게 된다. 따라서, 이를 방지하기 위하여 계면에 요철 구조를 도입하는 방법이 시도되었다.
본 발명의 목적은 광 추출 효율이 향상된 반도체 발광소자를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 보다 용이하게 광 추출 효율이 향상된 반도체 발광소자를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은,
제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물; 및 상기 발광구조물 상에 형성되며, 투광성 박막층 및 상기 투광성 박막층 상에 형성되는 복수의 나노 로드를 포함하는 나노 로드층을 구비하는 광 추출층; 을 포함하고, 상기 광 추출층은 PDMS(Polydimethyl siloxane), PDMS에 ZrO2 나노파티클을 첨가한 화합물, PGMA(poly(glycidyl methacrylate))에 TiO2 나노 파티클을 첨가한 화합물, PMMA(Polymethyl Methacrylate)에 BaTiO3 나노 파티클을 첨가한 화합물, 에폭시에 금속화합물을 첨가한 화합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어진 반도체 발광소자를 제공한다.
상기 에폭시에 첨가된 금속화합물은 TiO2, ZrO2 및 ZnO 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 광 추출층은 상기 발광구조물 보다 더 작은 굴절률을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 광 추출층은 광 투과성을 갖는 물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되도록 형성된 제1 전극; 및 상기 투광성 박막층 상에 형성되며 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된 제2 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그 일면에 상기 발광구조물의 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 순차적으로 형성된 반도체 성장용 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 광 추출층은 1 내지 2.5의 굴절률을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면은,
나노 패턴이 형성된 마스터 몰드를 준비하는 단계; 상기 마스터 몰드 상에 주제(elastomer precursor)와 경화제(curing agent)를 혼합하여 형성된 PDMS(Polydimethyl siloxane)를 도포하는 단계; 상기 도포된 PDMS를 경화시키는 단계; 상기 경화된 PDMS를 상기 마스터 몰드에서 분리하여 나노 패턴이 형성된 광 추출층을 형성하는 단계; 및 상기 광 추출층을 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하여 형성된 발광구조물 상에 부착하는 단계;를 포함하는 반도체 발광 소자 제조 방법을 제공한다.
상기 마스터 몰드는 사파이어, 단결정 실리콘, ITO 및 금속으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
상기 주제는 실가드184 A(Sylgard 184 A)일 수 있다.
상기 경화제는 실가드184 B(Sylgard 184B)일 수 있다.
상기 도포된 PDMS를 경화시키는 단계는 50°C 내지 100°C의 온도로 가열하여 경화시킬 수 있다.
상기 도포된 PDMS를 경화시키는 단계는 초음파로 가열하여 경화시킬 수 있다.
상기 도포된 PDMS를 경화시키는 단계 후 상온에서 소성 변형시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 마스터 몰드에서 분리하여 형성된 상기 광 추출층을 상기 발광구조물 상에 부착하기 전에, 상기 광 추출층의 표면에 O2 플라즈마 처리 또는 UV 노광처리 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 광 추출층은 상기 발광구조물 보다 더 작은 굴절률을 갖는 물질인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면은,
나노 패턴이 형성된 마스터 몰드를 준비하는 단계; 상기 마스터 몰드 상에 PDMS에 ZrO2 나노파티클을 첨가한 화합물, PGMA(poly(glycidyl methacrylate))에 TiO2 나노 파티클을 첨가한 화합물, PMMA(Polymethyl Methacrylate)에 BaTiO3 나노 파티클을 첨가한 화합물, 에폭시에 금속화합물을 첨가한 화합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어진 물질을 도포하는 단계; 상기 마스터 몰드 상에 도포된 물질을 경화시키는 단계; 상기 경화된 물질을 상기 마스터 몰드에서 분리하여 나노 패턴이 형성된 광 추출층을 형성하는 단계; 및 상기 광 추출층을 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하여 형성된 발광구조물 상에 부착하는 단계;를 포함하는 반도체 발광 소자 제조 방법을 제공한다.
상기 에폭시에 첨가된 금속화합물은 TiO2, ZrO2 및 ZnO 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 광 추출층은 굴절율이 1 내지 2.5의 굴절률을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 활성 영역에서 방출된 빛이 반도체층 상에 형성된 나노 패턴을 통해 외부로 방출되는 비율이 높아짐에 따라, 반도체 발광소자의 외부 광추출 효율이 증가할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 보다 용이하게 반도체층 상에 나노 패턴을 형성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시형태에 의한 광 추출층을 형성하는 방법을 나타내기 위한 공정도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시형태에 의한 광 추출층을 형성하는 방법을 나타내기 위한 공정도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시형태에 따른 반도체 발광소자(100)는 제1 도전형 반도체층(21), 활성층(22) 및 제2 도전형 반도체층(23)을 포함하는 발광구조물(20)과 상기 발광구조물(20) 상에 형성되는 광 추출층(30)을 포함한다. 상기 광 추출층(30)은 투명한 투광성 박막층(31)과, 상기 투광성 박막층(31) 상에 형성되는 복수의 나노 로드를 포함하는 나노 로드층(32)을 포함할 수 있다. 도 1에서는 상기 나노 로드를 원뿔형상으로 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 삼각뿔, 사각뿔, 원기둥 등 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
상기 발광구조물(20)은 반도체 성장용 기판(10) 상에 형성될 수 있으며, 상기 발광구조물(20)의 제1 및 제2 도전형 반도체층(21, 23) 상에는 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(21, 23) 각각과 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 전극(21a, 23a)이 형성될 수 있다.
상기 반도체 성장용 기판(10)은 사파이어, SiC, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN 등의 물질로 이루어진 기판을 사용할 수 있다. 이 경우, 사파이어는 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 및 a축 방향의 격자상수가 각각 13.001Å과 4.758Å이며, C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등을 갖는다. 이 경우, 상기 C면은 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 성장용 기판으로 주로 사용된다. 버퍼층(미도시)은 질화물 등으로 이루어진 언도프 반도체층으로 채용될 수 있으며, 그 위에 성장되는 반도체층의 격자 결함을 완화시킬 수 있다.
본 실시 형태에서, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(21, 23)은 각각 n형 및 p형 반도체층이 될 수 있으며, 질화물 반도체로 이루어질 수 있다. 따라서, 이에 제한되는 것은 아니지만, 본 실시 형태의 경우, 제1 및 제2 도전형은 각각 n형 및 p형을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 제1 및 제2 도전형 반도체층(21, 23)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 가지며, 예컨대, GaN, AlGaN, InGaN 등의 물질이 이에 해당될 수 있다.
제1 및 제2 도전형 반도체층(21, 23) 사이에 형성되는 활성층(22)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출하며, 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조, 예컨대, InGaN/GaN 구조가 사용될 수 있다. 한편, 제1 및 제2 도전형 반도체층(21, 23)과 활성층(22)은 당 기술 분야에서 공지된 MOCVD, MBE, HVPE 등과 같은 반도체층 성장 공정을 이용하여 형성될 수 있을 것이다.
상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(21, 23) 상에는 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(21, 23) 각각과 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 전극(21a, 23a)이 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1 전극(21a)은 상기 제2 도전형 반도체층(23), 활성층(22) 및 제1 도전형 반도체층(21)의 일부가 식각되어 노출된 제1 도전형 반도체층(21) 상에 형성될 수 있으며, 상기 제2 전극(23a)은, 상기 제2 도전형 반도체층(23) 상에 형성될 수 있다.
이 경우, 제2 도전형 반도체층(23)과 제2 전극(23a) 사이의 오믹 컨택 기능을 향상시키기 위하여 ITO, ZnO 등과 같은 투명 전극이 더 구비될 수 있다. 도 1에 도시된 구조의 경우, 제1 및 제2 전극(21a, 23a)이 동일한 방향을 향하도록 형성되어 있으나, 상기 제1 및 제2 전극(21a, 23a)의 위치 및 연결 구조는 필요에 따라 다양하게 변형될 수 있을 것이다. 또한, 구체적으로 도시하지는 않았으나, 전류의 균일한 분배를 위해 상기 제1 전극(21a)으로부터 연장되는 가지 전극을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 전극(21a)은 본딩 패드로 이해될 수 있을 것이다.
상기 광 추출층(30)은 상기 제2 도전형 반도체층(23) 상에 형성될 수 있으며, 투광성 박막층(31) 및 나노 로드층(32)을 포함할 수 있다. 여기서 상기 투광성 박막층(31) 및 나노 로드층(32)은 공기와 발광구조물(20) 사이의 굴절율을 갖는 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 즉 상기 투광성 박막층(31) 및 나노 로드층(32)은 1 내지 2.5 사이의 굴절율을 갖는 유기 물질 또는 유무기 하이브리드 물질을 이용하여 형성할 수 있다.
구체적으로, 상기 광 추출층(30)을 구성하는 투광성 박막층(31) 및 나노 로드층(32)은 PDMS(Polydimethyl siloxane), PMMA(Polymethyl Methacrylate), PGMA(poly(glycidyl methacrylate)) 또는 에폭시(Epoxy)에 금속화합물을 혼합한 물질 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
즉, 광 추출층(30)을 형성하기 위한 물질로 PDMS에 ZrO2 나노파티클(nano particle)을 첨가한 화합물(굴절율 1.65이하), PMMA에 BaTiO3 나노 파티클(nano particle) 을 첨가한 화합물(굴절율 1.82이하), PGMA(poly(glycidyl methacrylate))에 TiO2 나노 파티클(nano particle)을 첨가한 화합물(굴절율 1.8이하), 에폭시에 금속화합물, 예를 들어 TiO2, ZrO2, ZnO를 첨가한 화합물을 사용할 수 있다.
이때, 상기 투광성 박막층(31)이 상기 제2 도전형 반도체층(23)보다 작은 굴절률을 가짐으로써 제2 도전형 반도체층(23)으로부터 광이 외부로 효과적으로 방출될 수 있다.
이에 대하여 상세히 설명하면, 광이 굴절률이 높은 영역에서 낮은 영역으로 진행할 때, 임계각 이상으로 입사하는 빛은 굴절하지 않고 전반사되며, 굴절률 차이가 큰 경우에 더 많은 빛이 전반사 되게 된다. 본 실시형태의 경우, 발광구조물(20)에서 외부(공기의 굴절률: 1)로 진행하는 빛이 전반사되어 발광구조물(20) 내부에서 소멸되는 비율을 감소시키기 위해, 상기 발광구조물(20)보다 작은 굴절률을 갖는 광 추출층(30)을 구비함으로써 광 추출 효율을 증가시킬 수 있다. 또한 광 추출층(30)에 형성된 나노 로드에 의하여 광 추출 효율을 증가시킬 수 있다.
이하, 도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시형태에 의한 광 추출층을 형성하는 방법을 나타내기 위한 공정도이다.
도 2a 에 도시된 바와 같이, 전자빔리소그래피, 홀로리소그래피, 양극산화알루미늄법(AAO)을 이용하여 기판에 나노 패턴이 형성된 마스터몰드(M)를 제작한다.
마스터몰드(M)를 형성하기 위한 기판은 사파이어, 단결정 실리콘, ITO 또는 금속 등의 물질을 이용할 수 있다.
다음으로, 도 2b에 도시된 바와 같이, 주제(elastomer precursor)인 실가드184 A(Sylgard 184 A)와 경화제(curing agent)인 실가드184 B(Sylgard 184B)의 혼합액인 PDMS(Polydimethyl siloxane, 50)를 나노 패턴이 형성된 상기 마스터몰드(M)에 도포한 뒤 약 50°C 내지 약 100°C의 온도에서 약 2시간 정도 가열하여 경화시킨다. 이때 상기 마스터몰드(M)에 형성된 나노 패턴의 미세한 부분까지 PDMS(Polydimethyl siloxane, 50)를 충전하기 위하여 초음파 환경에서 가열공정을 진행할 수 있다.
상기 경화된 PDMS(Polydimethyl siloxane, 50)는 고분자의 탄성에 의한 복원을 방지하기 위하여 상온에서 1시간 정도 유지하여 소성변형을 유도한다.
다음으로, 도 2c에 도시된 바와 같이, PDMS(Polydimethyl siloxane, 50)의 경화에 의하여, 상기 마스터몰드(M)의 상부에 일정 두께로 형성된 투광성 박막층(31) 및 상기 마스터몰드(M)의 나노 패턴에 의하여 형성된 나노 로드층(32)을 포함하는 광 추출층(30)이 형성된다.
이후 상기 광 추출층(30)을 상기 마스터몰드(M)로부터 분리한다. 상기 경화된 PDMS(Polydimethyl siloxane, 50)는 낮은 표면 에너지(22-24 mJ/m2) 와 탄성을 가지므로 상기 마스터몰드(M)로부터 쉽게 분리 가능하다.
다음으로, 광 추출층(30)의 표면을 O2 플라즈마 처리 또는 UV 노광처리를 통해 표면 에너지를 증가시켜 소자와의 접촉력을 향상시킨다.
다음으로, 도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 광 추출층(30)을 상기 발광구조물(20)상에 부착한다. 여기서 상기 발광구조물(20) 상에서 제1 및 제2 전극(21a, 23a)이 형성된 영역과 대응하는 상기 광 추출층(30) 영역은 패터닝에 의하여 제거할 수 있다.
이와 같이 나노 패턴이 형성된 마스터몰드(M)에 PDMS(Polydimethyl siloxane)를 도포하고 경화시켜, PDMS(Polydimethyl siloxane)에 나노 패턴을 전사하여 광 추출층을 형성하는 방법은, 저온공정이 가능하고, 단가가 저렴하고, 동시에 대면적 구현이 가능하다는 장점이 있다. 또한 나노 패턴을 외부에서 형성하여 발광소자에 직접 부착하면, 발광구조물 상에 직접 나노 패턴을 형성할 경우 발광소자에 발생할 수 있는 데미지(damage)가 발생하지 않으며, 나노 패턴을 형성하는 공정이 더욱 간단해지는 효과가 있다.
이상에서는 PDMS(Polydimethyl siloxane)를 이용하여 나노 패턴이 형성된 광 추출층을 형성하는 방법에 대하여 설명하였다.
그러나, 나노 패턴을 형성하기 위한 물질로 PDMS에 ZrO2 나노파티클(nano particle)을 첨가한 화합물(굴절율 1.65이하), PMMA(Polymethyl Methacrylate)에 BaTiO3 나노 파티클(nano particle) 을 첨가한 화합물(굴절율 1.82이하), PGMA(poly(glycidyl methacrylate))에 TiO2 나노 파티클(nano particle) 을 첨가한 화합물(굴절율 1.8이하) 및 에폭시에 금속화합물, 예를 들어 TiO2, ZrO2, ZnO를 첨가한 화합물을 사용하여 광 추출층을 형성할 수 있다.
이하, 도 1에서와 같은 구조를 갖는 반도체 발광소자(100)를 제조하는 공정을 설명한다.
우선, 반도체 성장용 기판(10) 위에 버퍼층(미도시), 제1 도전형 반도체층(21), 활성층(22) 및 제2 도전형 반도체층(23)을 MOCVD, MBE, HVPE 등과 같은 반도체층 성장 공정을 이용하여 순차적으로 성장시켜 발광구조물(20)을 형성한다. 이 경우, 구조적인 면에서는 발광구조물(20)을 제2 도전형 반도체층(23), 활성층(22) 및 제1 도전형 반도체층(21)을 포함하는 구조로 정의하였으나, 성장 및 식각 공정 측면에서는, 버퍼층(미도시)도 발광구조물을 구성하는 요소로 볼 수 있다.
다음으로, 상기 발광구조물(20) 상면에 광 추출층(30)을 부착한다. 상기 광 추출층(30)의 표면에 O2 플라즈마 처리 또는 UV 노광처리를 하여 표면 에너지를 증가시켜 상기 발광구조물(20)과의 접촉성을 높일 수 있다.
이와 같이 발광구조물(20) 상면에 상기 발광구조물(20)보다 작은 굴절률을 갖는 광 추출층(30)을 구비함으로써 광 추출 효율을 증가시킬 수 있다. 또한 광 추출층(30)에 형성된 나노 로드에 의하여 광 추출 효율을 증가시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시형태에 따른 반도체 발광소자(200)는 도전성 기판(140), 상기 도전성 기판(140) 상에 형성된 발광구조물(120), 상기 발광구조물(120) 상에 형성되며 PDMS(Polydimethyl siloxane), PMMA(Polymethyl Methacrylate), PGMA(poly(glycidyl methacrylate)) 또는 에폭시(Epoxy)에 금속화합물을 혼합한 물질로 이루어지는 광 추출층(130)을 포함할 수 있다. 상기 광 추출층(130)은 투명한 투광성 박막층(131)과, 상기 투광성 박막층(131) 상에 형성되는 복수의 나노 로드를 포함하는 나노 로드층(132)을 포함할 수 있다.
상기 발광구조물(120)은 순차적으로 형성된 제1 도전형 반도체층(121), 활성층(122) 및 제2 도전형 반도체층(123)을 포함할 수 있으며, 상기 제1 도전형 반도체층(121) 상에는 상기 제1 도전형 반도체층(121)에 외부 전기 신호를 인가하기 위한 제1 전극(121a)을 포함할 수 있다.
상기 도전성 기판(140)은, 반도체 성장용 기판(미도시) 상에 순차적으로 형성된 제1 도전형 반도체층(121), 활성층(122) 및 제2 도전형 반도체층(123)으로부터 반도체 성장용 기판을 제거하기 위한 레이저 리프트 오프 등의 공정에서 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(121, 123)과 활성층(122)을 포함하는 발광구조물을 지지하는 지지체의 역할을 수행할 수 있으며, Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, GaAs 중 어느 하나를 포함하는 물질, 예컨대, Si 기판에 Al이 도핑된 물질로 이루어질 수 있다.
본 실시 형태의 경우, 도전성 기판(140)은 도전성 접착층(미도시)을 매개로 발광구조물과 접합될 수 있다. 도전성 접착층은 예컨대, AuSn와 같은 공융 금속 물질을 이용할 수 있을 것이다. 또한 상기 도전성 기판(140)은 상기 제2 도전형 반도체층(123)으로 전기 신호를 인가하는 제2 전극으로 기능할 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이, 전극이 수직 방향으로 형성되는 경우, 전류 흐름 영역이 확대되어 전류 분산 기능이 향상될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시형태에 따른 반도체 발광소자(300)는 반도체 성장용 기판(210), 상기 반도체 성장용 기판(210) 상에 형성된 발광구조물(220) 및 상기 반도체 성장용 기판(210)의 상기 발광구조물(220)이 형성된 면과 대향하는 면에 형성되며 PDMS(Polydimethyl siloxane), PMMA(Polymethyl Methacrylate), PGMA(poly(glycidyl methacrylate)) 또는 에폭시(Epoxy)에 금속화합물을 혼합한 물질로 이루어지는 광 추출층(230)을 포함할 수 있다. 상기 광 추출층(230)은 투명한 투광성 박막층(231)과, 상기 투광성 박막층(231) 상에 형성되는 복수의 나노 로드를 포함하는 나노 로드층(232)을 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(221, 223) 상에는 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(221, 223) 각각과 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 전극(221a, 223a)을 포함할 수 있다.
본 실시형태의 경우, 도 1에 도시된 제1 실시형태와는 달리, 상기 광 추출층은(230) 상기 반도체 성장용 기판(210)의 일면에 형성될 수 있으며, 이때, 상기 광추출층(230)이 형성된 면은 발광소자의 주된 광 추출면으로 제공될 수 있다. 상기 광추출층(230)은 상기 반도체 성장용 기판(210)보다 작은 굴절률을 갖는 물질로 이루어질 수 있다.
도 5는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시형태에 따른 반도체 발광소자(400)는 광 추출층(330)의 형상을 제외한 다른 구성은 모두 본 발명의 제1 실시형태와 동일하다.
즉 본 실시형태에 따른 반도체 발광소자(400)는 제1 도전형 반도체층(321), 활성층(322) 및 제2 도전형 반도체층(323)을 포함하는 발광구조물(320)과 상기 발광구조물(320) 상에 형성되며 PDMS(Polydimethyl siloxane), PMMA(Polymethyl Methacrylate), PGMA(poly(glycidyl methacrylate)) 또는 에폭시(Epoxy)에 금속화합물을 혼합한 물질로 이루어지는 광 추출층(330)을 포함한다. 상기 광 추출층(330)은 투명한 투광성 박막층(331)과, 상기 투광성 박막층(331) 상에 형성되는 복수의 나노 로드를 포함하는 나노 로드층(332)을 포함할 수 있다.
여기서 상기 나노 로드는 도 5에 도시된 바와 같이 원기둥 형상일 수 있다.
상기 발광구조물(320)은 반도체 성장용 기판(310) 상에 형성될 수 있으며, 상기 발광구조물(320)의 제1 및 제2 도전형 반도체층(321, 323) 상에는 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(321, 323) 각각과 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 전극(321a, 323a)이 형성될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시형태에서 광 추출층은 다양한 형태의 반도체 발광소자에서 적용할 수 있으며, 나노 로드는 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이며, 이 또한 첨부된 청구범위에 기재된 기술적 사상에 속한다 할 것이다.
100, 200, 300, 400: 반도체 발광소자
10, 210, 310: 반도체 성장용 기판
21, 121, 221, 321: 제1 도전형 반도체층
22, 122, 222, 322: 활성층
23, 123, 223, 323: 제2 도전형 반도체층
21a, 121a, 221a, 321a: 제1 전극
23a, 223a, 323a: 제2 전극
30, 130, 230, 330: 광 추출층
31, 131, 231, 331: 투광성 박막층
32, 132, 232, 323: 나노 로드층
140: 도전성 기판
10, 210, 310: 반도체 성장용 기판
21, 121, 221, 321: 제1 도전형 반도체층
22, 122, 222, 322: 활성층
23, 123, 223, 323: 제2 도전형 반도체층
21a, 121a, 221a, 321a: 제1 전극
23a, 223a, 323a: 제2 전극
30, 130, 230, 330: 광 추출층
31, 131, 231, 331: 투광성 박막층
32, 132, 232, 323: 나노 로드층
140: 도전성 기판
Claims (19)
- 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물; 및
상기 발광구조물 상에 형성되며, 투광성 박막층 및 상기 투광성 박막층 상에 형성되는 복수의 나노 로드를 포함하는 나노 로드층을 구비하는 광 추출층; 을 포함하고,
상기 광 추출층은 PDMS(Polydimethyl siloxane), PDMS에 ZrO2 나노파티클을 첨가한 화합물, PGMA(poly(glycidyl methacrylate))에 TiO2 나노 파티클을 첨가한 화합물, PMMA(Polymethyl Methacrylate)에 BaTiO3 나노 파티클을 첨가한 화합물, 에폭시에 금속화합물을 첨가한 화합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어진 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 에폭시에 첨가된 금속화합물은 TiO2, ZrO2 및 ZnO 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 광 추출층은 상기 발광구조물 보다 더 작은 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 광 추출층은 광 투과성을 갖는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되도록 형성된 제1 전극; 및
상기 투광성 박막층 상에 형성되며 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된 제2 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
그 일면에 상기 발광구조물의 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 순차적으로 형성된 반도체 성장용 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 광 추출층은 1 내지 2.5의 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 나노 패턴이 형성된 마스터 몰드를 준비하는 단계;
상기 마스터 몰드 상에 주제(elastomer precursor)와 경화제(curing agent)를 혼합하여 형성된 PDMS(Polydimethyl siloxane)를 도포하는 단계;
상기 도포된 PDMS를 경화시키는 단계;
상기 경화된 PDMS를 상기 마스터 몰드에서 분리하여 나노 패턴이 형성된 광 추출층을 형성하는 단계; 및
상기 광 추출층을 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하여 형성된 발광구조물 상에 부착하는 단계;
를 포함하는 반도체 발광 소자 제조 방법.
- 제8항에 있어서,
상기 마스터 몰드는 사파이어, 단결정 실리콘, ITO 및 금속으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어진 반도체 발광 소자 제조 방법.
- 제8항에 있어서,
상기 주제는 실가드184 A(Sylgard 184 A)인 반도체 발광 소자 제조 방법.
- 제8항에 있어서,
상기 경화제는 실가드184 B(Sylgard 184B)인 반도체 발광 소자 제조 방법.
- 제8항에 있어서,
상기 도포된 PDMS를 경화시키는 단계는 50°C 내지 100°C의 온도로 가열하여 경화시키는 반도체 발광 소자 제조 방법.
- 제8항에 있어서,
상기 도포된 PDMS를 경화시키는 단계는 초음파로 가열하여 경화시키는 반도체 발광 소자 제조 방법.
- 제8항에 있어서,
상기 도포된 PDMS를 경화시키는 단계 후 상온에서 소성 변형시키는 단계를 더 포함하는 반도체 발광 소자 제조 방법.
- 제8항에 있어서,
상기 마스터 몰드에서 분리하여 형성된 상기 광 추출층을 상기 발광구조물 상에 부착하기 전에, 상기 광 추출층의 표면에 O2 플라즈마 처리 또는 UV 노광처리 하는 단계를 더 포함하는 반도체 발광 소자 제조 방법.
- 제8항에 있어서,
상기 광 추출층은 상기 발광구조물 보다 더 작은 굴절률을 갖는 물질인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자 제조 방법.
- 나노 패턴이 형성된 마스터 몰드를 준비하는 단계;
상기 마스터 몰드 상에 PDMS에 ZrO2 나노파티클을 첨가한 화합물, PGMA(poly(glycidyl methacrylate))에 TiO2 나노 파티클을 첨가한 화합물, PMMA(Polymethyl Methacrylate)에 BaTiO3 나노 파티클을 첨가한 화합물, 에폭시에 금속화합물을 첨가한 화합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어진 물질을 도포하는 단계;
상기 마스터 몰드 상에 도포된 물질을 경화시키는 단계;
상기 경화된 물질을 상기 마스터 몰드에서 분리하여 나노 패턴이 형성된 광 추출층을 형성하는 단계; 및
상기 광 추출층을 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하여 형성된 발광구조물 상에 부착하는 단계;
를 포함하는 반도체 발광 소자 제조 방법.
- 제17항에 있어서,
상기 에폭시에 첨가된 금속화합물은 TiO2, ZrO2 및 ZnO 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자 제조 방법.
- 제17항에 있어서,
상기 광 추출층은 굴절율이 1 내지 2.5의 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자 제조 방법.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |