KR20140063229A - 발광다이오드 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
발광다이오드 및 이의 제조방법을 제공한다. 발광다이오드는 발광다이오드를 제공한다. 상기 발광다이오드는 제1 도전형 클래드층을 구비한다. 상기 제1 도전형 클래드층 하부에 활성층이 위치한다. 상기 활성층 하부에 제2 도전형 클래드층이 위치한다. 상기 제2 도전형 클래드층 하부에, 상기 제2 도전형 클래드층에 전기적으로 접속하고 도전성 유기물질을 함유하는 지지기판이 위치한다.
Description
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 발광다이오드에 관한 것이다.
발광다이오드는 n형 반도체층, p형 반도체층, 및 상기 n형 및 p형 반도체층들 사이에 위치하는 활성층을 구비하는 소자로서, 상기 n형 및 p형 반도체층들에 순방향 전계가 인가되었을 때 상기 활성층 내로 전자와 정공이 주입되고, 상기 활성층 내로 주입된 전자와 정공이 재결합하면서 광을 방출한다.
이러한 발광다이오드에서, 상기 n형 및 p형 반도체층들 각각에 전기적으로 접속하는 n형 및 p형 전극들이 수직 방향으로 위치하는 소자를 수직형 발광다이오드라고 한다. 이러한 수직형 발광다이오드를 제조함에 있어서, 대한민국 공개특허 제2012-0099544호는 지지기판인 금속기판을 p형 반도체층 상에 배치한 후, n형 반도체층에 접해 있는 결정성장기판을 제거하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 상기 금속기판은 반도체층과의 열팽창 계수차이에 의해 휘어질 수 있어, 반도체층과의 계면 분리 등 신뢰성 저하를 유발할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 신뢰성이 향상된 발광다이오드 및 그의 제조방법을 제공함에 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 발광다이오드를 제공한다. 상기 발광다이오드는 제1 도전형 클래드층을 구비한다. 상기 제1 도전형 클래드층 하부에 활성층이 위치한다. 상기 활성층 하부에 제2 도전형 클래드층이 위치한다. 상기 제2 도전형 클래드층 하부에, 상기 제2 도전형 클래드층에 전기적으로 접속하고 도전성 유기물질을 함유하는 지지기판이 위치한다.
상기 도전성 유기물질은 탄소, 전도성 고분자, 또는 이들의 복합물질일 수 있다. 상기 탄소는 흑연, 카본 블랙, 탄소나노튜브(CNT), 그라핀(graphene), 또는 이들의 복합물질일 수 있다. 상기 전도성 고분자는 폴리아세틸렌 (polyacetylene), 폴리아닐린 (polyaniline), 폴리피롤 (polypyrrole), 폴리티오펜(polythiophene), 또는 이들의 복합물질일 수 있다. 상기 지지기판은 금속 입자를 포함할 수 있다. 상기 금속 입자는 니켈, 백금, 은, 금, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 지지기판은 탄소 기판일 수 있다. 상기 탄소 기판은 흑연, 카본 블랙, 탄소나노튜브(CNT), 그라핀(graphene), 또는 이들의 복합물질을 포함할 수 있다. 상기 탄소 기판은 내부에 함침된 금속 입자들을 포함할 수 있다.
상기 제2 도전형 클래드층과 상기 지지기판 사이에 도전성 접착제층이 위치할 수 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 발광다이오드의 제조방법을 제공한다. 성장기판 상에 제1 도전형 클래드층을 형성한 후, 상기 제1 도전형 클래드층 상에 활성층을 형성한다. 상기 활성층 상에 제2 도전형 클래드층을 형성한다. 상기 제2 도전형 클래드층 상에 도전성 유기물질을 함유하는 지지기판을 형성한다. 상기 성장기판을 제거한다.
본 발명에 따르면, 도전성 유기물질을 함유하는 지지기판은 유연성으로 인해 후속 공정에서 열이 가해지더라도 상기 반도체 구조체와 계면 분리가 일어나기 어려우며, 취성(brittleness)이 적어 깨질 염려가 적을 수 있다. 따라서, 이를 포함하는 발광다이오드의 신뢰성이 향상될 수 있다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
본 명세서에서 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 또한, 본 명세서에서 위쪽, 상(부), 상면 등의 방향적인 표현은 아래쪽, 하(부), 하면 등의 의미로도 이해될 수 있다. 즉, 공간적인 방향의 표현은 상대적인 방향으로 이해되어야 하며, 절대적인 방향을 의미하는 것처럼 한정적으로 이해되어서는 안 된다. 이와 더불어서, 본 명세서에서 "제1" 또는 "제2"는 구성요소들에 어떠한 한정을 가하려는 것은 아니며, 다만 구성요소들을 구별하기 위한 용어로서 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하여 위하여 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 1a을 참조하면, 성장기판(10) 상에 제1 도전형 클래드층(13)을 형성한다. 상기 제1 도전형 클래드층(13) 상에 활성층(15)과 제2 도전형 클래드층(17)을 차례로 형성한다. 상기 제1 도전형 클래드층(13), 활성층(15), 및 제2 도전형 클래드층(17)은 발광구조체를 형성할 수 있다.
상기 성장기판(10)은 사파이어(Al2O3), 실리콘 카바이드(SiC), 질화갈륨(GaN), 질화인듐갈륨(InGaN), 질화알루미늄갈륨(AlGaN), 질화알루미늄(AlN), 갈륨 산화물(Ga2O3), 또는 실리콘 기판일 수 있다. 구체적으로 상기 성장기판(10)은 GaN 기판일 수 있다.
상기 제1 도전형 클래드층(13)은 질화물계 반도체층으로서, n형 도펀트가 도핑된 층일 수 있다. 일 예로서, 상기 제1 도전형 클래드층(13)은 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, x+y≤1)층에 n형 도펀드로서 Si가 도핑된 층일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 도전형 클래드층(13)은 Si가 도핑된 GaN층일 수 있다. 이와는 달리, 상기 제1 도전형 클래드층(13)은 서로 다른 조성을 갖는 복수의 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, x+y≤1)층들을 구비할 수도 있다. 상기 성장기판(10)이 GaN 기판이고 상기 제1 도전형 클래드층(13)이 GaN층인 경우에, 다른 종류의 성장기판(10)을 사용하는 경우에 비해 격자결함이 거의 없는 고품질의 상기 제1 도전형 클래드층(13)을 얻을 수 있다.
상기 활성층(15)은 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)층일 수 있고, 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조(multi-quantum well; MQW)를 가질 수 있다. 일 예로서, 상기 활성층(15)은 InGaN층 또는 AlGaN층의 단일 양자 우물 구조, 또는 InGaN/GaN, AlGaN/(In)GaN, 또는 InAlGaN/(In)GaN의 다층구조인 다중 양자 우물 구조를 가질 수 있다.
상기 제2 도전형 클래드층(17) 또한 질화물계 반도체층일 수 있고, p형 도펀트가 도핑된 층일 수 있다. 일 예로서, 상기 제2 도전형 클래드층(17)은 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)층에 p형 도펀드로서 Mg 또는 Zn가 도핑된 층일 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 도전형 클래드층(17)은 Mg가 도핑된 GaN층일 수 있다. 이와는 달리, 상기 제2 도전형 클래드층(17)은 서로 다른 조성을 갖는 복수의 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)층들을 구비할 수도 있다. 상기 제1 도전형 클래드층(13), 상기 활성층(15), 및 상기 제2 도전형 클래드층(17)은 MOCVD법 또는 MBE법을 사용하여 형성할 수 있다.
상기 제1 도전형 클래드층(13)을 형성하기 전에 상기 성장기판(10) 상에 버퍼층(미도시)을 형성할 수 있다. 상기 버퍼층은 ZnO층, AlxGa1-xN(0≤x≤1)층 또는 CrN층일 수 있다. 상기 성장기판(10)이 GaN 기판이고 상기 제1 도전형 클래드층(13)이 GaN층인 경우에, 상기 버퍼층은 생략될 수 있다.
상기 제2 도전형 클래드층(17) 상에 상기 제2 도전형 클래드층(17)에 오믹 접촉된 오믹 접촉층(19)을 형성한다. 이를 위해, 상기 제2 도전형 클래드층(17) 상에 도전층을 적층하고 열처리할 수 있다. 상기 오믹 접촉층(19)은 Pt층, Pt 합금층, Ni층, Ni 합금층, 또는 이들의 다중층일 수 있다.
상기 오믹 접촉층(19) 상에 도전성 유기물질을 함유하는 지지기판(20)을 형성할 수 있다. 상기 도전성 유기물질은 탄소, 전도성 고분자, 또는 이들의 복합물질일 수 있고, 상기 지지기판(20)은 상기 도전성 유기물질이 수지 바인더 내에 분산된 형태를 가질 수 있다. 상기 탄소는 흑연, 카본 블랙, 탄소나노튜브(CNT), 그라핀(graphene), 또는 이들의 복합물질일 수 있으며, 상기 전도성 고분자는 폴리아세틸렌 (polyacetylene), 폴리아닐린 (polyaniline), 폴리피롤 (polypyrrole), 폴리티오펜(polythiophene), 또는 이들의 복합물질일 수 있다. 이와 더불어서, 상기 지지기판(20)은 금속 입자 예를 들어, 니켈, 백금, 은, 금, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 금속 입자들로 인해 상기 지지기판(20)의 도전성이 향상될 수 있다. 상기 금속 입자들은 구형, 침상형 또는 나노와이어 형태를 가질 수 있다.
일 예로서, 상기 지지기판(20)은 탄소 기판일 수 있다. 이러한 탄소 기판은 흑연, 카본 블랙, 탄소나노튜브(CNT), 그라핀(graphene) 등을 피치(pitch)나 합성수지 등의 탄소전구체로 이루어진 바인더에 혼합한 후, 가압성형하여 제조된 것일 수 있다. 이러한 탄소 기판은 미세 구멍을 다수 포함할 수 있는데, 액상함침법, 기상침투법 등을 사용하여 상기 미세 구멍 내에 금속 입자들을 함침시킬 수 있다. 이러한 탄소 기판 내에는 카본블랙이 약 30 내지 40% 함유될 수 있다.
상기 지지기판(20)은 이를 별도로 성형한 후 상기 제2 도전형 클래드층(17) 또는 상기 오믹 접촉층(19) 상에 부착시킬 수 있다. 이와는 달리, 상기 지지기판(20)은 상기 제2 도전형 클래드층(17) 또는 상기 오믹 접촉층(19) 상에 코팅법 또는 증착법을 사용하여 형성할 수도 있다.
상기 지지기판(20)을 상기 제2 도전형 클래드층(17) 상에 형성하기 전에, 상기 제2 도전형 클래드층(17, 또는 상기 오믹 접촉층(19)) 또는 상기 지지기판(20) 상에 도전성 접착제층(미도시)을 형성할 수 있다. 상기 도전성 접착제층은 상기 지지기판(20)과 상기 제2 도전형 클래드층(17, 또는 상기 오믹 접촉층(19)) 사이의 접착력을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 상기 도전성 접착제층은 수지 바인더 내에 은, 동, 니켈, 카본, 알루미늄, 도금 등의 도전성 필러가 분산되어 있는 층일 수 있다.
상기 도전성 유기물질을 함유하는 지지기판(20)은 유연성으로 인해 후속 공정에서 열이 가해지더라도 상기 반도체 구조체와 계면 분리가 일어나기 어려우며, 취성(brittleness)이 적어 깨질 염려가 적을 수 있다. 따라서, 발광다이오드의 신뢰성이 향상될 수 있다.
도 1b를 참조하면, 상기 성장기판(10)을 제거하여 상기 제1 도전형 클래드층(13)을 노출시킬 수 있다. 일 예로서, 상기 성장기판(10)이 사파이어 기판인 경우에 LLO(Laser Lift-Off)법을 사용하여 상기 성장기판(10)을 제거할 수 있다. 다른 예로서, 상기 성장기판(10)이 GaN 기판인 경우에는 상기 GaN 기판은 그라인딩에 의해 제거될 수 있다.
도 1c를 참조하면, 상기 성장기판(10)의 제거에 의해 노출된 상기 제1 도전형 클래드층(13) 상에 제1 전극(12)을 형성할 수 있다. 상기 제1 전극(12)은 Al층, Pt층, Ni층, 또는 Au층일 수 있다. 또한, 상기 도전성 유기층(20)의 하부에 제2 전극(미도시)을 형성할 수 있다. 그러나, 상기 제2 전극을 형성하지 않는 경우에도 상기 도전성 유기층(20) 자체가 제2 전극의 역할을 수행할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.
10: 성장기판 13: 제1 도전형 클래드층
15: 활성층 17: 제2 도전형 클래드층
19: 오믹 접촉층 20: 지지기판
12: 전극
15: 활성층 17: 제2 도전형 클래드층
19: 오믹 접촉층 20: 지지기판
12: 전극
Claims (20)
- 제1 도전형 클래드층;
상기 제1 도전형 클래드층 하부에 위치하는 활성층;
상기 활성층 하부에 위치하는 제2 도전형 클래드층; 및
상기 제2 도전형 클래드층 하부에서 상기 제2 도전형 클래드층에 전기적으로 접속하고 도전성 유기물질을 함유하는 지지기판을 포함하는 발광다이오드. - 제1항에 있어서,
상기 도전성 유기물질은 탄소, 전도성 고분자, 또는 이들의 복합물질인 발광다이오드. - 제2항에 있어서,
상기 탄소는 흑연, 카본 블랙, 탄소나노튜브(CNT), 그라핀(graphene), 또는 이들의 복합물질인 발광다이오드. - 제2항에 있어서,
상기 전도성 고분자는 폴리아세틸렌 (polyacetylene), 폴리아닐린 (polyaniline), 폴리피롤 (polypyrrole), 폴리티오펜(polythiophene), 또는 이들의 복합물질인 발광다이오드. - 제1항에 있어서,
상기 지지기판은 금속 입자를 포함하는 발광다이오드. - 제5항에 있어서,
상기 금속 입자는 니켈, 백금, 은, 금, 또는 이들의 조합을 포함하는 발광다이오드. - 제1항에 있어서,
상기 지지기판은 탄소 기판인 발광다이오드. - 제7항에 있어서,
상기 탄소 기판은 흑연, 카본 블랙, 탄소나노튜브(CNT), 그라핀(graphene), 또는 이들의 복합물질을 포함하는 기판인 발광다이오드. - 제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 탄소 기판은 내부에 함침된 금속 입자들을 포함하는 발광다이오드. - 제1항에 있어서,
상기 제2 도전형 클래드층과 상기 지지기판 사이에 위치하는 도전성 접착제층을 더 포함하는 발광다이오드. - 성장기판 상에 제1 도전형 클래드층을 형성하는 단계;
상기 제1 도전형 클래드층 상에 활성층을 형성하는 단계;
상기 활성층 상에 제2 도전형 클래드층을 형성하는 단계;
상기 제2 도전형 클래드층 상에 도전성 유기물질을 함유하는 지지기판을 형성하는 단계; 및
상기 성장기판을 제거하는 단계를 포함하는 수직형 발광다이오드 제조방법. - 제11항에 있어서,
상기 도전성 유기물질은 탄소, 전도성 고분자, 또는 이들의 복합물질인 발광다이오드 제조방법. - 제12항에 있어서,
상기 탄소는 흑연, 카본 블랙, 탄소나노튜브(CNT), 그라핀(graphene), 또는 이들의 복합물질인 발광다이오드 제조방법. - 제12항에 있어서,
상기 전도성 고분자는 폴리아세틸렌 (polyacetylene), 폴리아닐린 (polyaniline), 폴리피롤 (polypyrrole), 폴리티오펜(polythiophene), 또는 이들의 복합물질인 발광다이오드 제조방법. - 제11항에 있어서,
상기 지지기판은 금속 입자를 포함하는 발광다이오드 제조방법. - 제15항에 있어서,
상기 금속 입자는 니켈, 백금, 은, 금, 또는 이들의 조합을 포함하는 발광다이오드 제조방법. - 제11항에 있어서,
상기 지지기판은 탄소 기판인 발광다이오드 제조방법. - 제17항에 있어서,
상기 탄소 기판은 흑연, 카본 블랙, 탄소나노튜브(CNT), 그라핀(graphene), 또는 이들의 복합물질을 포함하는 기판인 발광다이오드 제조방법. - 제17항 또는 제18항에 있어서,
상기 탄소 기판은 내부에 함침된 금속 입자들을 포함하는 발광다이오드 제조방법. - 제11항에 있어서,
상기 지지기판을 형성하기 전에, 상기 제2 도전형 클래드층 또는 상기 지지기판 상에 도전성 접착제층을 형성하는 단계를 더 포함하는 발광다이오드 제조방법.
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2012
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