WO2015147390A1 - 발광다이오드 및 이의 제조방법 - Google Patents

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gan layer
conductive layer
hole
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이동선
공득조
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이준엽
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    • H10H29/14—Integrated devices comprising at least one light-emitting semiconductor component covered by group H10H20/00 comprising multiple light-emitting semiconductor components

Definitions

  • the present invention relates to a light emitting diode and a method for manufacturing the same, and more particularly to a multi-bonded light emitting diode and a method for manufacturing the same.
  • LED Light Emitting Diode
  • the light emitting diode light source has a smaller form factor than the conventional light source, has a low power consumption, has a fast response speed, and a long lifespan. Therefore, the next generation lighting market based on light emitting diodes (LEDs) is rapidly growing. .
  • the light emitting diode made of group III-V nitride can obtain light in almost full-wavelength region according to the composition of the nitride, and in particular, it has a characteristic capable of generating a blue laser, so that various light emitting diodes can be manufactured. Attempts are underway.
  • a light emitting diode that forms various colors and a conventional technique of implementing white light using the same may include a method of realizing a specific color by exciting a fluorescent material to the light emitting diode.
  • the light emitting diode including the fluorescent material does not have a high color rendering index (CRI) that expresses color rendering fidelity indicating the color reproduction fidelity of an illuminated object, and the color rendering index (CRI) is changed according to the current density, so that Color temperature and color rendering index, which are important factors, are difficult to control, which makes it difficult to secure color stability.
  • the prior art using the quantum dot phosphor can broaden the range of wavelength selection, improve the luminous efficiency by showing a high quantum efficiency, but there is a problem that the reliability is lowered because the physical and chemical stability is weak.
  • the present invention has been made in an effort to provide a light emitting diode and a method of manufacturing the same, which can implement a high pixel, high efficiency display.
  • a first light emitting structure is formed by sequentially stacking a first n-GaN layer, a first active layer, and a first p-GaN layer on a substrate. Forming a conductive layer having at least one hole on the structure, regrowing the first p-GaN layer through at least one hole of the conductive layer, and forming a conductive layer in a region where at least one hole of the conductive layer is disposed; Forming a 2 p-GaN layer, and sequentially laminating a second active layer and a second n-GaN layer on the second p-GaN layer to form a second light emitting structure It is possible to provide a method for manufacturing a diode.
  • a first n-GaN layer, a first active layer, a first p-GaN layer on a substrate to form a first light emitting structure, at least one on the first light emitting structure
  • the first light emitting structure formed on the substrate, the first n-GaN layer, the first active layer, the first p-GaN layer is sequentially stacked, one side of the first n-GaN layer
  • a light emitting diode formed by re-growing a -GaN layer can be provided.
  • a light emitting device including a first light emitting structure in which a first n-GaN layer, a first active layer, and a first p-GaN layer are sequentially stacked on at least one substrate.
  • the light emitting diode can be provided.
  • the present invention can provide a high pixel, high brightness light emitting diode capable of emitting light of a desired color by disposing a plurality of light emitting structures having two or more wavelengths in a single light emitting diode.
  • the conductive layer is a mask pattern for the selective region growth of the light emitting structure, a current diffusion layer for rapid current diffusion of the light emitting structure, and p-type contact
  • the conductive layer is a mask pattern for the selective region growth of the light emitting structure, a current diffusion layer for rapid current diffusion of the light emitting structure, and p-type contact
  • FIGS. 1A to 1E are schematic views illustrating a method of manufacturing a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2A to 2E are schematic views for explaining a method of manufacturing a light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A illustrates a structure of a light emitting diode according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3B illustrates a cross-sectional view of a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing an image of a light emitting diode of a light emitting diode according to an embodiment of the present invention, and a graph showing a spectrum of the light emitting diode.
  • Figure 5a is a structure of a light emitting diode according to another embodiment of the present invention
  • Figure 5b is a schematic diagram showing a cross-section of a light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A is a schematic diagram showing a cross section of a conductive layer according to an embodiment of the present invention
  • Figure 6B is a schematic diagram showing a cross section of an insulating layer according to an embodiment of the present invention.
  • One aspect of the present invention can provide a method of manufacturing a light emitting diode.
  • Method of manufacturing a light emitting diode of the present invention 1) forming a first light emitting structure by sequentially stacking a first n-GaN layer, a first active layer, a first p-GaN layer on a substrate, 2) the first Forming a conductive layer having at least one hole on the light emitting structure, and 3) regrowing the first p-GaN layer through at least one hole of the conductive layer to form at least one hole of the conductive layer.
  • Step 1) is a step of sequentially stacking a first n-GaN layer, a first active layer, and a first p-GaN layer on a substrate to form a first light emitting structure.
  • the substrate may be a substrate capable of single crystal growth of the nitride compound semiconductor layer, and a substrate known for the above-described use may be used.
  • the substrate is, for example, sapphire (Sappaire), silicon (Si), silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), gallium arsenide (GaAs), gallium phosphorus (GaP), indium phosphorus (InP), zinc oxide (ZnO), magnesium oxide (MgO), and lithium aluminate (LiAlO 2 ), any one selected from may be used, but is not limited thereto.
  • sapphire may be used as the substrate.
  • the first n-GaN layer, the first active layer, and the first p-GaN layer formed on the substrate may be made of a III-V nitride compound, and are generally Al x In y Ga z N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ z ⁇ 1, and 0 ⁇ x + y + z ⁇ 1).
  • the first n-GaN layer may be doped with an n-type dopant, and the n-type dopant may be, for example, Si, Ge, Se, or Te.
  • the first p-GaN layer may be doped with a p-type dopant, and the p-type dopant may be, for example, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba, or Be.
  • the doping concentration of the dopant may vary depending on the type of device to be manufactured.
  • the first n-GaN layer and the first p-GaN layer may be formed in a thickness of 1 ⁇ m to 10 ⁇ m, respectively, but are not limited thereto.
  • the first active layer may be a region in the light emitting diode emitting light having a specific wavelength.
  • a wavelength in the range of 430 nm to 470 nm may emit blue light, a wavelength in the range of 530 nm to 550 nm green light, a wavelength in the range of 600 nm to 650 nm red light, and a wavelength in the range of 640 nm to 670 nm red light. Therefore.
  • the light emitting diode may emit light having a specific wavelength by controlling the composition ratio of the nitride compound constituting the first active layer.
  • the second active layer described later may also have the same characteristics.
  • the first active layer may have a multi-quantum well (MQW) structure made of the nitride compound, and may have a single quantum well structure according to an embodiment.
  • the first active layer may be formed to have a thickness in the range of 30 ⁇ m to 60 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the first n-GaN layer, the first active layer, and the first p-GaN layer on the substrate may be formed by a known deposition method, for example, an E-beam Evaporator, a metal organic chemical vapor phase.
  • a metal organic chemical vapor phase Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD), Hydride Vapor Phase Epitaxy (HVPE), Molecular Beam Epitaxy (MBE), Plasma Laser Deposition (PLD), or Sputtering It may be carried out through a deposition method such as sputtering, but is not limited thereto.
  • a portion of the first light emitting structure is mesa-etched to form a first n-GaN layer. Exposing a portion of the -GaN layer to form a first n-type electrode on one side of the exposed first n-GaN layer, but according to an embodiment, Thereafter, since mesa etching may be performed, the timing of performing the mesa etching is not particularly limited.
  • the first n-type electrode may be formed using a known electrode material, for example, Au, Ag, Ni, Co, Cu, Pd, Pt, Ru, Ir, Cr, Mn, Mo, W, It may be made of at least one metal selected from the group of Re, Fe, Sc, Ti, Sn, Ge, Sb, Al, Zn, La-based elements.
  • Step 2) is a step of forming a conductive layer having at least one hole on the first light emitting structure.
  • the conductive layer may be made of a metal having conductivity, and may serve as a mask pattern, a current diffusion layer, and a p-type contact layer according to an embodiment of the present invention described below.
  • the conductive layer is, for example, Co, Ni, Pt, Au, Se, Re, Ir, Pb, Ag, Cr, Zn, and a conductive metal having a work function of 4.4 eV or more, or carbon nanotubes (CNT), graphene It may be made of at least one selected from a fin, indium tin oxide (ITO), ZnO, and IZO.
  • Forming a conductive layer having at least one hole on the first light emitting structure includes depositing a conductive layer on the first light emitting structure, and at least one hole in the deposited conductive layer through a lithography process. It may be to include the step of forming the disposed pattern.
  • Depositing a conductive layer on the first light emitting structure may be formed through a known deposition method, and the deposition method may include, for example, atomic layer deposition (ALD) and chemical vapor deposition (ALD). Chemical Vapor Deposition (CVD), E-beam or Thermal Evaporator (E-beam or Thermal Evaporator), electrochemical deposition (Electrochemistry Deposition) and the like, but may be a deposition method, but is not limited thereto.
  • ALD atomic layer deposition
  • ALD chemical vapor deposition
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • E-beam or Thermal Evaporator E-beam or Thermal Evaporator
  • electrochemical deposition Electrochemistry Deposition
  • the composition temperature and the composition environment may be a known method, and the deposition pressure during deposition may be performed at atmospheric pressure to about 10 -12 Torr, but is not limited thereto.
  • the conductive layer may be formed to a thickness of 10nm to 1 ⁇ m.
  • the thickness of the conductive metal layer is less than 10 nm, the thickness may be difficult to use as a mask pattern for growth of the second p-GaN layer to be described later.
  • the thickness of the conductive layer is greater than 1 ⁇ m, the process of forming the conductive layer may be complicated, and the depth of the hole of the conductive layer is deepened to grow a selective region for forming a second p-GaN layer, which will be described later. It may be difficult to effectively perform selective area growth (SAG).
  • the conductive layer may be optimized by having a thickness of 10nm to 1 ⁇ m.
  • a lithography process may be performed on the conductive layer deposited on the first light emitting structure to form a pattern having at least one hole arranged at regular intervals.
  • the at least one hole may have a circular, elliptical, triangular, or polygonal shape, and the number of the at least one hole may be variously configured according to an embodiment.
  • the lithography process may be performed by a known method, for example, may be performed through a photolithography process and an etching process using a photoresist.
  • step 3 the first p-GaN layer is regrown through at least one hole of the conductive layer to form a second p-GaN layer in a region where at least one hole of the conductive layer is disposed.
  • the second p-GaN layer is formed of GaN doped with a p-type dopant, and forms a second p-GaN layer in a region in which at least one hole of the conductive layer formed on the first light emitting structure is disposed. It may be. That is, the second p-GaN layer is formed on the first p-GaN layer of the first light emitting structure, which is an area in which at least one hole of the conductive layer is not disposed on the first light emitting structure. Can be. By using the structural features as described above, the second p-GaN layer may be formed by regrowth the first p-GaN layer through at least one hole of the conductive layer. It may be formed on the region where the conductive layer is formed and the region where the second p-GaN layer is formed.
  • the method of forming the second p-GaN layer by regrowing the first p-GaN layer may be performed through a selective area growth (SAG) method.
  • the selective region growth method may generally refer to a technique of forming a mask pattern on a substrate to grow a target material only on an exposed region, which is an open region between the mask patterns.
  • a conductive layer having a pattern in which the at least one hole is disposed on the first p-GaN layer serves as a mask pattern, and thus, at least one hole of the conductive layer is disposed in the first p-GaN layer.
  • the second p-GaN layer may be formed by regrowing the first p-GaN layer on the exposed region of the GaN layer. Accordingly, the configuration of the second p-GaN layer may be affected by the structure of at least one hole of the conductive layer serving as the mask pattern.
  • the selective region growth method may be used in a step of sequentially stacking a second active layer and a second n-GaN layer on the second p-GaN layer to be described later to form a second light emitting structure.
  • the second p-GaN layer may be formed to contact the sidewall or the top surface of the conductive layer. That is, when the second p-GaN layer is formed by regrowing the first p-GaN layer through at least one hole of the conductive layer, the second p-GaN layer is formed to contact the sidewall of the conductive layer. Alternatively, it may be formed so as to contact the upper surface of the conductive layer. Accordingly, the second p-GaN layer may be formed to have a diameter size of at least one hole of the conductive layer, or may be formed to have a diameter size of at least one hole of the conductive layer and may be formed on an upper surface of the conductive layer. Can be formed.
  • the second p-GaN layer is formed to be in contact with the upper surface of the conductive layer, so that the size of the second p-GaN layer is not limited to the hole size of the conductive layer, and can be formed in a desired size. have.
  • the size of the second active layer formed on the second p-GaN layer which will be described later, may be enlarged, so that the light emitting region of the second light emitting structure including the same may be expanded.
  • the second p-GaN layer is formed in contact with the sidewall or the top surface of the conductive layer, so that the conductive layer is a p-type contact layer of the second light emitting structure including the second p-GaN layer Can play the role of.
  • the method may further include forming an insulating layer in a region where at least one hole of the conductive layer is not disposed, wherein the insulating layer may have at least one hole corresponding to a position of at least one hole of the conductive layer. That is, before performing step 3), an insulating layer having at least one hole corresponding to the position of at least one hole of the conductive layer may be formed on the conductive layer. Therefore, in step 3), specifically, the first p-GaN layer is regrown through at least one hole of the conductive layer and the insulating layer so that at least one hole of the conductive layer and the insulating layer is disposed. It may be a step of forming a second p-GaN layer on.
  • the insulating layer is formed to insulate the second light emitting structure described later from a p-type electrode formed on one side of the conductive layer, which will be described later, and a second n-type electrode formed on one side of the second n-GaN layer, described later. It may be.
  • the insulating layer is formed on the conductive layer in a region where at least one hole of the conductive layer is not disposed, and is formed through the at least one hole of the conductive layer, or the second p-GaN layer or the second p.
  • the second light emitting structure including the GaN layer may contact the sidewall of the insulating layer.
  • the second p-GaN layer may be formed on the insulating layer. . That is, the second p-GaN layer may be in contact with the sidewall of the conductive layer and the top surface of the insulating layer.
  • the size of the second p-GaN layer may not be limited to the hole size of the insulating layer.
  • the insulating layer may be formed of an insulating material, and silicon oxide or silicon nitride may be used, but is not limited thereto.
  • the insulating layer may be formed of SiO 2 , spin on glass (SOG), or a material having heat resistance at a temperature of 900 ° C. or less.
  • the insulating layer may be formed by atomic layer deposition (ALD), chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), or spin-coating depending on the material to be formed. This can be done in the same way.
  • a second light emitting structure is formed by sequentially stacking a second active layer and a second n-GaN layer on the second p-GaN layer.
  • the second active layer formed on the second p-GaN layer may have a multi-quantum well (MQW) structure made of a nitride compound, and may have a single quantum well structure according to an embodiment. .
  • the second active layer may be formed to have a thickness in the range of 30 ⁇ m to 60 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the second active layer is a region for emitting a specific wavelength in the second light emitting structure like the first active layer described above, and may be formed of a nitride compound having a composition ratio different from that of the first active layer. Accordingly, a nitride compound having the same composition ratio may be formed.
  • the second n-GaN layer formed on the second active layer is a GaN layer doped with an n-type dopant, and may be formed to have a size similar to that of the second active layer. By being disposed on the upper layer, it may be formed as one wide size layer that can cover both the active layer and the region where the active layer is not formed.
  • the step of sequentially stacking the second active layer and the second n-GaN layer on the second p-GaN layer to form the second light emitting structure may be formed through a generally known deposition method.
  • the light emitting diode of the present invention may have a plurality of wavelengths in one light emitting diode. Through the active layer and the plurality of light emitting structures including the same, it may have an effect of emitting light of a desired color.
  • forming a second n-type electrode on one side of the second n-GaN layer, and forming a p-type electrode on one side of the conductive layer It may include.
  • the second n-type electrode and the p-type electrode may be made of a known electrode material, for example, Au, Ag, Ni, Co, Cu, Pd, Pt, Ru, Ir, Cr, Mn, Mo, It may be made of at least one metal selected from the group of W, Re, Fe, Sc, Ti, Sn, Ge, Sb, Al, Zn, La-based elements.
  • the first n-type electrode and the p-type electrode may be electrically connected to each other, and the first light emitting structure may be driven.
  • the second n-type electrode and the p-type electrode may be formed to be electrically connected, whereby the second light emitting structure may be driven.
  • FIGS. 1A to 1E are schematic views illustrating a method of manufacturing a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A illustrates a layer in which a first n-GaN layer 210, a first active layer 220, and a first p-GaN layer 230 are sequentially stacked on a substrate 100.
  • 1 shows that the light emitting structure 200 is formed, and a part of the first light emitting structure 200 is formed to form a first n-type electrode 240 on one side of the first n-GaN layer 210 later. It can be seen that is mesa etched.
  • FIG. 1B illustrates that a conductive layer 300 having at least one hole is formed on the first p-GaN layer 230 of the first light emitting structure 200 formed on the substrate 100.
  • the conductive layer 300 is made of Co, Ni, Pt, Au, Se, Re, Ir, Pb, Ag, Cr, Zn, and a conductive metal having a work function of 4.4 eV or more, carbon nanotubes (CNT), graphene, It may be made of at least one selected from indium tin oxide (ITO), ZnO, and IZO.
  • a pattern may be formed such that at least one hole is disposed in the deposited conductive layer 300 through photolithography.
  • An insulating layer 400 having at least one hole corresponding to at least one hole of the conductive layer 300 may be formed on the conductive layer 300.
  • FIG. 1C illustrates that the first p-GaN layer 230 is regrown to form a second p-GaN layer 530 through a region in which at least one hole of the conductive layer 300 is disposed.
  • the second p-GaN layer 530 may be formed to contact the sidewall or the top surface of the conductive layer 300. That is, the second p-GaN layer 530 may have a form filling the inside of the hole through the hole of the conductive layer 300 and the hole of the insulating layer 400 formed on the conductive layer 300. In addition, as shown in FIG. 1C, it may be formed on the upper surface of the insulating layer 400 on the conductive layer 300.
  • FIG. 1D illustrates that a second light emitting structure 500 is formed by sequentially stacking a second active layer 520 and a second n-GaN layer 510 on the second p-GaN layer 530.
  • the second active layer 520 and the second n-GaN layer 510 have a wide range of the second p-GaN layer formed on the upper surface of the insulating layer as well as the holes of the conductive layer 300 and the insulating layer 400. It can be seen that the second light emitting structure 500 can be formed on the 530 without being limited in size.
  • FIG. 1E illustrates the first n-type electrode 240, the second n-type electrode 540, and the p-type electrode after forming the first light emitting structure 200 and the second light emitting structure 500 as shown in FIG. 1D.
  • the first n-type electrode 240 is mesa-etched a portion of the first light emitting structure 200 in FIG. 1A to expose the first n-GaN layer 210. Can be formed on one side of.
  • the second n-type electrode 540 may be formed on one side of the second n-GaN layer 510, and the p-type electrode 600 may be formed on one side of the upper portion of the conductive layer 300. have.
  • the first n-type electrode 240 may be formed to be electrically connected to the p-type electrode 600 to drive the first light emitting structure 200, and the second n-type electrode 540 may be connected to the p-type electrode 600.
  • the second light emitting structure 500 may be driven by being electrically connected to the type electrode 600.
  • the operation of each light emitting structure can be individually controlled through the three electrodes.
  • Another aspect of the present invention can provide a method of manufacturing a light emitting diode.
  • Method of manufacturing a light emitting diode of the present invention 1) forming a first light emitting structure by sequentially stacking a first n-GaN layer, a first active layer, a first p-GaN layer on a substrate, 2) the second 1) forming a conductive layer having at least one hole on the light emitting structure; and 3) regrowing the first p-GaN layer through at least one hole of the conductive layer to form at least one hole of the conductive layer.
  • Forming a second p-GaN layer group in the region 4) sequentially forming a second active layer group and a second n-GaN layer group on the second p-GaN layer group to form a light emitting structure group It may be to include the step of forming.
  • Forming the conductive layer having at least one hole in the can be formed through the same manufacturing method as described above " 1. Manufacturing method of the light emitting diode (1) ", the " 1. Manufacturing Method Can be used.
  • Step 3) regrows the first p-GaN layer through at least one hole of the conductive layer to form a second p-GaN layer group in a region where at least one hole of the conductive layer is disposed.
  • the second p-GaN layer group includes a plurality of second layers formed in the holes of the respective conductive layers by regrowing the first p-GaN layer in a region where at least one hole of the conductive layer is disposed. It may include a p-GaN layer. Each second p-GaN layer, which is the second p-GaN layer group, may be formed in contact with a sidewall or an upper surface of the conductive layer. Each of the second p-GaN layers may be formed on a portion of an upper surface of the conductive layer, but may not be formed on the entire upper portion of the conductive layer.
  • each of the second p-GaN layers may be formed of the insulating layer. It may also be formed in contact with the inside of the hole. In this case, each of the second p-GaN layers may be limited in size by sidewalls of the holes of the insulating layer.
  • Step 4) is a step of forming a plurality of light emitting structure groups by sequentially stacking a second active layer group and a second n-GaN layer group on the second p-GaN layer group.
  • the active layer group can be formed.
  • Each of the second active layers is preceded by the light emitting region " 1.
  • Method of manufacturing the light emitting diode 1 " As described above, it may be made of a nitride compound.
  • Each of the second active layers may be limited in size by sidewalls of the holes of the insulating layer.
  • An n-GaN layer group can be formed.
  • a portion of each of the second n-GaN layers may be limited in size by sidewalls of holes in the insulating layer, but in some embodiments, may be formed higher than an upper portion of the insulating layer.
  • the second n-GaN layer group may also be formed through a known deposition method.
  • the second p-GaN layer group, the second active layer group, and the second n-GaN layer group may be formed through a selective region growth method.
  • the selective region growth method may generally refer to a technique of forming a mask pattern on a substrate to grow a target material only on an exposed region, which is an open region between the mask patterns.
  • a conductive layer having a pattern in which the at least one hole is disposed on the first p-GaN layer serves as a mask pattern, and thus, at least one hole of the conductive layer is disposed in the first p-GaN layer.
  • the second p-GaN layer group may be formed by regrowing the first p-GaN layer on the region where the GaN layer is exposed.
  • the light emitting structure group may be formed by sequentially stacking the second active layer group and the second n-GaN layer group on the second p-GaN layer group through the selective region growth method. That is, the light emitting structure group may include a plurality of light emitting structures formed by sequentially stacking a second p-GaN layer, a second active layer, and a second n-GaN layer.
  • the size of the light emitting structure group may be limited by a sidewall of a hole of the conductive layer and a sidewall of a hole of the conductive layer and a hole of the insulating layer, and thus, a rod having a micro size on the first light emitting structure. It is possible to form a light emitting structure group consisting of a plurality of light emitting structures having a.
  • the second p-GaN layer group is formed in contact with the sidewall or the top surface of the conductive layer, and as described above in " 1.
  • the conductive layer is It may be used as a p-type contact layer (contact layer) of the light emitting structure group including a second p-GaN layer group.
  • FIGS. 2A to 2E are schematic views for explaining a method of manufacturing a light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A illustrates a layer in which a first n-GaN layer 210, a first active layer 220, and a first p-GaN layer 230 are sequentially stacked on a substrate 100.
  • 1 shows that the light emitting structure 200 is formed, and a part of the first light emitting structure 200 is formed to form a first n-type electrode 240 on one side of the first n-GaN layer 210 later. It can be seen that is mesa etched.
  • the conductive layer 300 is made of Co, Ni, Pt, Au, Se, Re, Ir, Pb, Ag, Cr, Zn, and a conductive metal having a work function of 4.4 eV or more, carbon nanotubes (CNT), graphene, It may be made of at least one selected from indium tin oxide (ITO), ZnO, and IZO.
  • a pattern may be formed such that at least one hole is disposed in the deposited conductive layer 300 through photolithography.
  • An insulating layer 400 having at least one hole corresponding to at least one hole of the conductive layer 300 may be formed on the conductive layer 300.
  • the second p-GaN layer group 730 is formed by regrowing the first p-GaN layer 230 through a region in which at least one hole of the conductive layer 300 is disposed.
  • the second p-GaN layer group 730 may be formed to contact the sidewall or the top surface of the conductive layer 300.
  • the second p-GaN layer group 730 may have a form of filling the inside of the hole through the hole of the conductive layer 300 and the hole of the insulating layer 400 formed on the conductive layer 300.
  • the size of the second p-GaN layer group 730 may be limited by sidewalls of the insulating layer 400.
  • a light emitting structure group 700 is formed by sequentially stacking a second active layer group 720 and a second n-GaN layer group 710 on the second p-GaN layer group 730.
  • the second active layer group 720 may be limited in size by sidewalls of the insulating layer 400.
  • a portion of the second n-GaN layer group 710 may also be limited in size by sidewalls, but may be formed higher than the top of the insulating layer 400 as shown in FIG. 2D.
  • FIG. 2E illustrates a first n-type electrode 240, a second n-type electrode 740, and a p-type electrode after forming the first light emitting structure 200 and the light emitting structure group 700 as shown in FIG. 2D. 600, wherein the first n-type electrode 240 is formed on the first n-GaN layer 210 exposed by mesa etching part of the first light emitting structure 200 in FIG. 3A. It can be formed on one side.
  • the second n-type electrode 740 may be formed on one side of the second n-GaN layer group 710, and the p-type electrode 600 may be formed on one side of the upper portion of the conductive layer 300. Can be.
  • the first n-type electrode 240 may be formed to be electrically connected to the p-type electrode 600 to drive the first light emitting structure 200, and the second n-type electrode 740 may be connected to the p-type electrode 600.
  • the light emitting structure group 700 may be driven by being formed to be electrically connected to the type electrode 600.
  • Another aspect of the present invention can provide a light emitting diode.
  • the light emitting diode of the present invention may be manufactured by the manufacturing method described in " 1. Manufacturing method of the light emitting diode 1 ".
  • the light emitting diode may include a first light emitting structure on which a first n-GaN layer, a first active layer, and a first p-GaN layer are sequentially stacked, and at least one hole formed on the first light emitting structure.
  • the light emitting diodes are manufactured by the manufacturing method described in the section " 1.
  • Method of manufacturing the light emitting diodes 1" the first n-GaN layer, the first active layer, formed on the substrate constituting the light emitting diodes, At least one first light emitting structure in which a first p-GaN layer is sequentially stacked, a conductive layer having at least one hole disposed therein, and formed on top of the conductive layer, and corresponding to a position of at least one hole of the conductive layer
  • the second light emitting structure in which the GaN layers are sequentially stacked may be the same as described in the section " 1.
  • the light emitting diode of the present invention will be omitted by the description of the item “ 1. Manufacturing method of the light emitting diode 1 ", and the specific configuration of the light emitting diode can be described below.
  • FIG. 3A illustrates a structure of a light emitting diode according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3B illustrates a cross-sectional view of a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
  • the prepared substrate 100, the first n-GaN layer 210, the first active layer 220, and the first p-GaN layer 230 are sequentially formed on the substrate 100.
  • the first light emitting structure 200 may be stacked. A portion of the first light emitting structure 200 is mesa-etched so that the first n-type electrode 240 is disposed in an area where a portion of the first n-GaN layer 210 is exposed.
  • a conductive layer 300 having at least one hole disposed on the first light emitting structure 200 may be formed. At least one hole of the conductive layer 300 may be formed in a circular shape.
  • An insulating layer 400 having at least one hole corresponding to a position of at least one hole of the conductive layer may be formed on the conductive layer 300. Thereafter, a plurality of second p-GaN layers 530 may be formed in a region where at least one hole of the conductive layer 300 and the insulating layer 400 is disposed.
  • the second p-GaN layer 530 may be formed by regrowing the first p-GaN layer 230 through at least one hole of the conductive layer 300 and the insulating layer 400.
  • the second p-GaN layer 530 may be formed to contact the sidewall of the conductive layer 300 and the top surface of the insulating layer.
  • a second active layer 520 and a second n-GaN layer 510 may be sequentially stacked on the second p-GaN layer 530. Accordingly, the second light emitting structure 500 may be formed of the second p-GaN layer 530, the second active layer 520, and the second n-GaN layer 510.
  • the second n-type electrode 540 may be formed on one side of the second n-GaN layer 510, and the p-type electrode 600 may be formed on one side of the upper portion of the conductive layer 300.
  • the second p-GaN layer 530 formed by regrowing the first p-GaN layer 230 through the holes of the conductive layer 300 is formed in the conductive layer 300, but also the conductive layer. It can be seen that it is also formed on the insulating layer 400 formed on the (300). Accordingly, the size of the second p-GaN layer 530 may be wide without being limited by the size of the hole of the conductive layer 300 or the size of the conductive layer 300 and the insulating layer 400. It can be seen that. Accordingly, it can be seen that the second active layer 520 and the second n-GaN layer 510 formed on the second p-GaN layer 530 are also formed in a large area without limitation.
  • the light emitting diode is formed in a plurality of rods at a lower portion thereof, and a second p-GaN layer 530 having a flat and wide size may be formed on the upper portion thereof. It can be seen that the shape of the second light emitting structure 500 including the second active layer 520 having a large light emitting area formed on the 530.
  • the second p-GaN layer is formed in contact with a sidewall of at least one hole of the conductive layer and an upper surface of the insulating layer, and the conductive layer may be used as a p-type contact layer of the second light emitting structure.
  • the second light emitting structure may be driven by connecting the p-type electrode formed on one side of the conductive layer and the second n-type electrode formed on the second n-GaN layer.
  • the p-type electrode may also be used to drive the first light emitting structure by connecting to the first n-type electrode.
  • the light emitting diode of the present invention has a structure in which the second p-GaN layer is in contact with a sidewall of at least one hole of the conductive layer and an upper surface of the insulating layer, whereby the conductive layer is the second light emitting structure. It can be used as a p-type contact layer of the, it is possible to control the operation of each of the first light emitting structure and the second light emitting structure separately while using the p-type electrode in common.
  • the light emitting diode of the present invention the first light emitting structure is driven by the connection of the first n-type electrode and the p-type electrode
  • the second light emitting structure is the second n-type electrode and the p-type electrode Driven by the connection of the, the control operation of the first light emitting structure and the second light emitting structure may be independently or correlated.
  • each compound of each light emitting structure can be realized in order to realize a desired wavelength of light within a single light emitting diode.
  • the composition ratio it is possible to control to emit light of different wavelengths or light of the same wavelength.
  • light of various colors may be emitted from one light emitting diode.
  • operation control of each light emitting structure can be correlated with each other, and light of a color that one light emitting diode wants to emit by mixing light emitted by each light emitting structure is emitted. It can be implemented to emit light.
  • FIG. 4 is a diagram showing an image of a light emitting diode and a spectrum of the light emitting diode according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • composition ratios of the nitride compound of the first light emitting structure and the second light emitting structure of the light emitting diode of the present invention are different from each other, so that each light emitting structure is made of green light as shown in FIG. 4 (a). ) And blue light.
  • the light emitting diode of the present invention emits light mixed with the green light and blue light of the first light emitting structure and the second light emitting structure. This may mean that the light emitting diode of the present invention has the effect of realizing light of a specific color desired by combining the first light emitting structure and the second light emitting structure as described above.
  • the light emitting diode has a larger luminous efficiency in a specific wavelength region (green light and blue light) when 20 mA current is supplied than when 5 mA current is supplied. It can be seen that the increase.
  • the light emitting diode of the present invention emits two light emitting diodes in one light emitting diode without mixing specific materials.
  • a structural feature bonded to the structure may have the effect of realizing two or more specific wavelengths of light.
  • by adjusting the composition ratio constituting each of the first light emitting structure and the second light emitting structure can emit light of various colors, it is possible to implement a high pixel.
  • each light emitting structure is individually controlled, the light intensity can be kept constant, and thus can be very usefully applied to related industries.
  • the conductive layer may be used as a current diffusion layer for diffusing current transmitted through the p-type electrode into the first light emitting structure and the second light emitting structure.
  • the conductive layer may be Co, Ni, Pt, Au, Se, Re, Ir, Pb, Ag, Cr, Zn, and a conductive metal having a work function of 4.4 eV or more, or carbon nanotubes (CNT), graphene, or ITO (indium). tin oxide), ZnO, and at least one selected from IZO.
  • the p-type contact layer of the second light emitting structure acts as a p-type contact layer, Due to the characteristics, the current flowing through the p-type electrode formed on one side of the conductive layer may serve to diffuse into the first light emitting structure and the second light emitting structure, respectively.
  • the light emitting diode of the present invention can have a high luminous efficiency.
  • the conductive layer may be used as a mask pattern for growing the second p-GaN layer.
  • the second p-GaN layer is grown by regrowing the first p-GaN layer through at least one hole of the conductive layer, so that the conductive layer serves as a mask pattern for growth of the second p-GaN layer. Can be performed.
  • the second p-GaN layer may be selectively grown to a desired area and have a desired size.
  • the second p-GaN layer may also be disposed on the conductive layer, whereby the emission area of the second active layer formed on the second p-GaN layer may be widened by the arrangement of the second p-GaN layer.
  • the second p-GaN layer is disposed not only in the region in which at least one hole of the conductive layer is disposed but also in the upper portion of the conductive layer, so that the second p-GaN layer is not limited in size to the hole of the conductive layer. Can be formed in a wide size.
  • the second active layer formed on the second p-GaN layer may also be formed in a wide size, and thus may have a structure in which the emission area of the second active layer is widened. As such, the luminous efficiency of the second light emitting structure may also be increased by increasing the light emitting area of the second active layer.
  • the light emitting diode of the present invention further includes an insulating layer formed in a region where at least one hole of the conductive layer is not disposed, wherein the insulating layer is formed of at least one of the conductive layers. It may have at least one hole corresponding to the position of the hole. Accordingly, the second p-GaN layer formed in contact with the sidewall of the conductive layer and the top surface of the insulating layer may have a structure formed not only inside at least one hole of the insulating layer but also on the insulating layer.
  • Another aspect of the present invention can provide a light emitting diode.
  • the light emitting diode of the present invention may be manufactured by the manufacturing method described in " 2. Manufacturing method of the light emitting diode 2 ".
  • the light emitting diode may include a first light emitting structure in which a first n-GaN layer, a first active layer, and a first p-GaN layer are sequentially stacked, and at least one hole formed on the first light emitting structure.
  • Conductive layer a second p-GaN layer group formed in an area in which at least one hole of the conductive layer is disposed, and a second active layer group formed on the second p-GaN layer, and a second n-GaN layer
  • the group may include a light emitting structure group in which the groups are sequentially stacked, and the second p-GaN layer group may be formed by regrowing the first p-GaN layer through at least one hole of the conductive layer.
  • FIG. 5A is a schematic diagram showing a cross-section of a light emitting diode according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 5B is a light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
  • a first light emission in which a first n-GaN layer 210, a first active layer 220, and a first p-GaN layer 230 are sequentially stacked on a substrate 100.
  • the structure 200 is formed, and the conductive layer 300 having a hole is formed on the first light emitting structure 200.
  • a second p-GaN layer group 730 formed by regrowing the first p-GaN layer 230 through the hole in the conductive layer 300 is formed inside the hole of the conductive layer 300.
  • the second p-GaN layer group 730 is formed in contact with the sidewall or the top surface of the conductive layer.
  • An insulating layer 400 having a hole corresponding to the conductive layer 300 is formed on the conductive layer 300, and the second p-GaN layer group 730 is in the hole of the insulating layer 400. It is formed up to a part.
  • the size of the hole of the insulating layer 400 may have a diameter larger than that of the hole of the conductive layer 300.
  • a second active layer group 520 and a second n-GaN layer group 510 may be formed on the second p-GaN layer group 530 so that the light emitting structure group 700 may be stacked.
  • the second n-type electrode 740 may be formed on the 700.
  • the second p-GaN layer group 730 is formed in contact with a sidewall or an upper surface of at least one hole of the conductive layer 300, and the conductive layer 300 is the second p-GaN layer group 730. It may be used as a p-type contact layer (contect layer) of the light emitting structure group 700 including a. Accordingly, the light emitting structure group 700 is connected by connecting the p-type electrode 600 formed on one side of the conductive layer 300 to the second n-type electrode 740 formed on the second n-GaN layer group. Can be driven. The p-type electrode 600 may also be used to drive the first light emitting structure 200 in connection with the first n-type electrode 240.
  • the light emitting diode of the present invention has a structure in which the second p-GaN layer group 730 is in contact with the sidewall or the top surface of at least one hole of the conductive layer 300, thereby providing the conductive layer 300.
  • the light emitting structure group 700 may be used as a p-type contact layer, and thus, each of the first light emitting structures 200 and the light emitting structure group may be used while the p-type electrode 600 is commonly used. The operation of 700 can be individually controlled.
  • the second active layer group 720 and the second n-GaN layer group 710 are in contact with sidewalls of the insulating layer 400.
  • the size of the light emitting structure group 700 is limited by the size of the hole of the conductive layer 300 or the size of the conductive layer 300 and the insulating layer 400.
  • the light emitting diodes are formed on the first light emitting structure 200 by the number of at least one hole of the conductive layer 300, at least one or more, the light emitting having a micro rod shape (micro rod) form Structural group 700 can be configured, and they can all be electrically connected.
  • the number of holes of the conductive layer 300 is not particularly limited.
  • the light emitting structure group includes a plurality of light emitting structures in which a second p-GaN layer, a second active layer, and a second n-GaN layer are sequentially stacked, and the light emitting structure includes at least one hole of the conductive layer. It may be formed independently of each other in the disposed area.
  • the light emitting structure group is formed by sequentially stacking a second p-GaN layer, a second active layer, and a second n-GaN layer by a second p-GaN layer group regrown through the conductive layer having at least one hole.
  • the structure may have a plurality of forms, which may be simultaneously grown, but each light emitting structure may be independently formed in a region in which at least one hole of the conductive layer is disposed.
  • Each of the light emitting structures may be electrically connected to one light emitting group group to emit light, and electrical connections may be configured differently according to embodiments, and the present invention is not particularly limited.
  • FIG. 6A is a schematic diagram showing a cross section of a conductive layer according to an embodiment of the present invention
  • Figure 6B is a schematic diagram showing a cross section of an insulating layer according to an embodiment of the present invention.
  • the conductive layer 300 has a structure in which at least one conductive layer hole 350 is disposed at regular intervals.
  • the second p-GaN layer or the second p-GaN layer is formed by regrowth of the first p-GaN layer formed under the conductive layer 300 in a region where at least one conductive layer hole 350 of the conductive layer 300 is disposed.
  • the second p-GaN layer group may be formed.
  • the conductive layer 300 having at least one conductive layer hole 350 may serve as a mask pattern in which a second p-GaN layer or a second p-GaN layer group may be grown.
  • the insulating layer 400 has a structure in which at least one insulating layer hole 450 is disposed at regular intervals.
  • the insulating layer hole 450 may have a size larger than that of the conductive layer hole 350 of FIG. 6A.
  • the insulating layer 400 having a structure in which at least one insulating layer hole 450 is disposed at a predetermined interval in a form corresponding to the at least one conductive layer hole 350 of the conductive layer 300 of FIG. 6A is formed. 2
  • the light emitting structure or the structure of the light emitting structure group may be formed in various ways according to the embodiment.

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Abstract

발광다이오드 및 이의 제조방법이 제공된다. 상세하게는, 기판 상에 형성된, 제1 n-GaN층, 제1 활성층, 제1 p-GaN층이 순차적으로 적층된 제1 발광구조물, 상기 제1 n-GaN층 상부의 일측에 형성된 제1 n형 전극, 상기 제1 발광구조물 상에 형성된 적어도 하나의 홀이 배치된 전류확산층, 상기 도전층의 적어도 하나의 홀이 배치된 영역에 형성된 제2 p-GaN층 및 상기 제2 p-GaN층 상에 형성된 제2 활성층, 제2 n-GaN층이 순차적으로 적층된 제2 발광구조물, 상기 제2 p-GaN층은, 상기 도전층의 적어도 하나의 홀을 통해 상기 제1 p-GaN층을 재성장시켜 형성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 제공할 수 있다. 본 발명은 한 개의 발광다이오드에 두가지 이상의 파장을 가질 수 있는 복수개의 발광구조물을 배치함으로써 원하는 컬러의 광을 방출할 수 있는 고화소, 고휘도의 발광다이오드를 제공할 수 있다.

Description

발광다이오드 및 이의 제조방법
본 발명은 발광다이오드 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다중 접합된 발광다이오드 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)는 화합물 반도체 재료로 이루어진 발광원을 구성한, 다양한 색의 빛을 구현할 수 있는 반도체 발광소자로서, 일반광원, 표시광원, 특히, 휴대폰 등 모바일 IT기기류의 주광원으로 응용되고 있다. 발광다이오드 광원은 기존의 광원에 비해 극소형의 형태로, 소비 전력이 적고, 빠른 반응속도 및 긴 수명의 우수한 특성을 가지고 있어, 현재 발광다이오드(LED)를 기반으로 하는 차세대 조명시장이 급성장하고 있다. 이와 같이, 발광다이오드의 응용이 확대되면서, 관련시장에서는, 저효율, 저화소의 문제점을 가진 기존 full LED와 같은 저휘도의 범용제품을 개선할 수 있는 고휘도, 고효율의 micro-pixel LED 및 새로운 디스플레이에 대한 기술이 요구되고 있다. 특히, 모바일 디스플레이의 백라이트 광원으로 고특성의 청색(Blue), 백색(White) 발광다이오드에 대한 수요가 증가함에 따라, 이에 대한 개발이 더욱 요구되고 있다.
이러한 발광다이오드를 구성하는 물질로는, 특히, 전자와 정공의 재결합시 발생하는 에너지가 모두 발광형태로 나타날 수 있는 직접 천이형의 큰 에너지 밴드갭을 가진 Ⅲ-Ⅴ족 질화물로 이루어진 화합물 반도체 발광다이오드가 대표적으로 사용되고 있다. 상기 Ⅲ-Ⅴ족 질화물로 이루어진 발광다이오드는 질화물의 조성에 따라 거의 전파장 영역의 빛을 얻을 수 있고, 특히 청색 레이저 발진이 가능한 특성을 가지고 있어 이를 응용한 고화소, 고효율의 발광다이오드 제조에 대한 다양한 시도가 진행되고 있다.
다양한 컬러를 형성하는 발광다이오드 및 이를 이용하여 백색(White)광을 구현하고자 하는 종래의 기술은, 발광다이오드에 형광물질을 여기시킴으로써 특정 컬러를 구현하는 방법을 들 수 있다. 그러나, 상기 형광물질을 포함하는 발광다이오드는 조명된 사물의 색재현 충실도를 나타내는 연색성을 수치로 표현한 연색지수(CRI)가 높지 않고 전류 밀도에 따라 연색지수(CRI)가 변화함으로써, 조명용 광원에서의 중요 요소인 색온도와 연색지수의 조절이 어려워, 색 안정성을 확보하기가 힘든 단점이 있다. 또한, 양자점 형광체를 이용하는 종래 기술은 파장 선택의 폭을 넓힐 수 있고, 높은 양자효율을 나타내어 발광효율을 개선할 수 있으나, 물리화학적 안정성이 취약해 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
이에, 형광체의 개입 없이도 고화소, 고효율의 디스플레이(display)를 구현할 수 있는 발광다이오드에 대한 연구가 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 고화소, 고효율의 디스플레이(display)를 구현할 수 있는 발광다이오드 및 이의 제조방법을 제공하는 데에 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은, 기판 상에 제1 n-GaN층, 제1 활성층, 제1 p-GaN층을 순차적으로 적층하여 제1 발광구조물을 형성하는 단계, 상기 제1 발광구조물 상에 적어도 하나의 홀을 가진 도전층을 형성하는 단계, 상기 도전층의 적어도 하나의 홀을 통해 상기 제1 p-GaN층을 재성장시켜 상기 도전층의 적어도 하나의 홀이 배치된 영역에 제2 p-GaN층을 형성하는 단계, 상기 제2 p-GaN층 상에 제2 활성층, 제2 n-GaN층을 순차적으로 적층하여 제2 발광구조물을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 기판 상에 제1 n-GaN층, 제1 활성층, 제1 p-GaN층을 순차적으로 적층하여 제1 발광구조물을 형성하는 단계, 상기 제1 발광구조물 상에 적어도 하나의 홀을 가진 도전층을 형성하는 단계, 상기 도전층의 적어도 하나의 홀을 통해 제1 p-GaN층을 재성장시켜 상기 도전층의 적어도 하나의 홀이 배치된 영역에 제2 p-GaN층 그룹(group)을 형성하는 단계, 상기 제2 p-GaN층 그룹 상에 제2 활성층 그룹, 제2 n-GaN층 그룹을 순차적으로 적층하여 발광구조그룹을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 또다른 측면은, 기판 상에 형성된, 제1 n-GaN층, 제1 활성층, 제1 p-GaN층이 순차적으로 적층된 제1 발광구조물, 상기 제1 n-GaN층 상부의 일측에 형성된 제1 n형 전극, 상기 제1 발광구조물 상에 형성된 적어도 하나의 홀이 배치된 도전층, 상기 도전층의 적어도 하나의 홀이 배치된 영역에 형성된 제2 p-GaN층 및 상기 제2 p-GaN층 상에 형성된 제2 활성층, 제2 n-GaN층이 순차적으로 적층된 제2 발광구조물, 상기 제2 p-GaN층은, 상기 도전층의 적어도 하나의 홀을 통해 상기 제1 p-GaN층을 재성장시켜 형성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 제공할 수 있다.
본 발명의 또다른 측면은, 기판 상에 형성된 제1 n-GaN층, 제1 활성층, 제1 p-GaN층이 순차적으로 적층된 제1 발광구조물, 상기 제1 발광구조물 상에 형성된 적어도 하나의 홀이 배치된 도전층, 상기 도전층의 적어도 하나의 홀이 배치된 영역에 형성된 제2 p-GaN층 그룹(group) 및 상기 제2 p-GaN층 상에 형성된 제2 활성층 그룹, 제2 n-GaN층 그룹이 순차적으로 적층된 발광구조그룹을 포함하며, 상기 제2 p-GaN층 그룹은, 상기 도전층의 적어도 하나의 홀을 통해 상기 제1 p-GaN층을 재성장시켜 형성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 제공할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 한 개의 발광다이오드에 두가지 이상의 파장을 가질 수 있는 복수개의 발광구조물을 배치함으로써 원하는 컬러의 광을 방출할 수 있는 고화소, 고휘도의 발광다이오드를 제공할 수 있다.
또한, 각각의 발광구조물 사이에 적어도 하나의 홀을 가진 도전층을 배치하여, 상기 도전층을 발광구조물의 선택적 영역 성장을 위한 마스크 패턴, 발광구조물의 빠른 전류확산을 위한 전류확산층, 및 p형 컨택층 등 다양한 역할을 수행할 수 있게 구성함으로써, 간단한 구조로 발광효율을 향상시킬 수 있는 발광다이오드를 제공할 수 있다.
다만, 발명의 효과는 상기에서 언급한 효과로 제한되지 아니하며, 언급되지 않은 또 다른 효과들을 하기의 기재로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드의 제조방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 2a 내지 도 2e는 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드의 제조방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드의 구조, 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드의 단면을 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드의 발광모습을 나타낸 이미지, 및 발광다이오드의 스펙트럼을 나타낸 도표이다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드의 구조, 및 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드의 단면을 나타낸 모식도이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 도전층의 단면을 나타낸 모식도이며, 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연층의 단면을 나타낸 모식도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시 예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
1. 발광다이오드(1)의 제조방법
본 발명의 일 측면은 발광다이오드의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 발광다이오드의 제조방법은 1) 기판 상에 제1 n-GaN층, 제1 활성층, 제1 p-GaN층을 순차적으로 적층하여 제1 발광구조물을 형성하는 단계, 2) 상기 제1 발광구조물 상에 적어도 하나의 홀을 가진 도전층을 형성하는 단계, 3) 상기 도전층의 적어도 하나의 홀을 통해 상기 제1 p-GaN층을 재성장시켜 상기 도전층의 적어도 하나의 홀이 배치된 영역에 제2 p-GaN층을 형성하는 단계, 4) 상기 제2 p-GaN층 상에 제2 활성층, 제2 n-GaN층을 순차적으로 적층하여 제2 발광구조물을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 단계 1)은 기판 상에 제1 n-GaN층, 제1 활성층, 제1 p-GaN층을 순차적으로 적층하여 제1 발광구조물을 형성하는 단계이다.
상기 기판은 질화물계 화합물 반도체층의 단결정 성장이 가능한 기판일 수 있으며, 상기와 같은 용도로 공지된 기판을 사용할 수 있다. 상기 기판은, 예를 들어, 사파이어(Sappaire), 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC), 질화갈륨(GaN), 갈륨비소(GaAs), 갈륨인(GaP), 인듐인(InP), 산화아연(ZnO), 산화마그네슘(MgO), 및 리튬알루미네이트(LiAlO2), 중 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 구체적으로, 상기 기판은, 사파이어를 사용할 수 있다.
상기 기판 상에 형성되는 제1 n-GaN층, 제1 활성층, 제1 p-GaN층은, Ⅲ-Ⅴ족 질화물계 화합물로 이루어진 것일 수 있으며, 일반적으로 AlxInyGazN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, 0≤x+y+z≤1)의 화학식으로 표현되는 화합물 중 선택되는 물질로 형성할 수 있다. 상기 제1 n-GaN층은 n형 도펀트(dophant)로 도핑된 것일 수 있으며, 상기 n형 도펀트는, 예를 들어, Si, Ge, Se, 또는 Te 등일 수 있다. 상기 제1 p-GaN층은 p형 도펀트(dophant)로 도핑된 것일 수 있으며, 상기 p형 도펀트는, 예를 들어, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba, 또는 Be 등일 수 있다. 상기 도펀트의 도핑농도는 제작하고자 하는 소자의 종류에 따라 달라질 수 있다. 상기 제1 n-GaN층 및 제1 p-GaN층은 각각 1㎛ 내지 10㎛ 범위의 두께로 형성할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 제1 활성층은 상기 발광다이오드에 있어서 특정 파장의 광을 방출하는 영역일 수 있다. 일반적으로 430nm 내지 470nm 범위의 파장은 청색광, 530nm 내지 550nm 범위의 파장은 녹색광, 600nm 내지 650nm 범위의 파장은 확색광, 640nm 내지 670nm 범위의 파장은 적색광을 방출할 수 있다. 이에. 상기 제1 활성층을 구성하는 질화물계 화합물의 조성비를 조절하여 특정 파장의 광을 방출할 수 있는 발광다이오드를 구현할 수 있다. 후술하는 제2 활성층도 이와 동일한 특성을 가질 수 있다.
상기 제1 활성층은 상기 질화물계 화합물로 이루어진 다중양자우물(Multi-Quantum Well, MQW) 구조를 가질 수 있으며, 실시예에 따라 단일양자우물 구조를 가질 수 있다. 상기 제1 활성층은 30㎛ 내지 60㎛ 범위의 두께로 형성할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 기판 상에 제1 n-GaN층, 제1 활성층, 제1 p-GaN층은 공지된 증착방법을 통해 형성할 수 있으며, 예를 들어, 전자빔 증착기(E-beam Evaporator), 금속유기화학 기상증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD), 수소화물 기상성장법(Hydride Vapor Phase Epitaxy, HVPE), 분자선 성장법(Molecular Beam Epitaxy, MBE), 플라즈마 레이저 증착법(Plasma Laser Deposition, PLD), 또는, 스퍼터링법(Sputtering) 등의 증착방법을 통해 수행할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 기판 상에 제1 n-GaN층, 제1 활성층, 제1 p-GaN층을 순차적으로 적층한 제1 발광구조물을 형성한 이후에, 상기 제1 발광구조물의 일부를 메사식각하여 제1 n-GaN층의 일부를 노출시켜, 노출된 제1 n-GaN층 상부의 일측에 제1 n형 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으나, 실시예에 따라 후술하는 제2 발광구조물을 형성한 이후에, 메사식각을 수행할 수도 있으므로, 상기 메사식각을 수행하는 시점은 특별히 한정하지는 않는다. 상기 제1 n형 전극은, 공지된 전극물질을 이용하여 형성할 수 있으며, 예를 들어, Au, Ag, Ni, Co, Cu, Pd, Pt, Ru, Ir, Cr, Mn, Mo, W, Re, Fe, Sc, Ti, Sn, Ge, Sb, Al, Zn, La 계열 원소의 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 금속으로 이루어진 것일 수 있다.
상기 단계 2)는 상기 제1 발광구조물 상에 적어도 하나의 홀을 가진 도전층을 형성하는 단계이다.
상기 도전층은 도전성을 가진 금속으로 이루어진 것일 수 있으며, 후술하는 본 발명의 실시예에 따라 마스크 패턴, 전류확산층, 및 p형 컨택층의 역할을 할 수 있다. 상기 도전층은, 예를 들어, Co, Ni, Pt, Au, Se, Re, Ir, Pb, Ag, Cr, Zn, 및 일함수가 4.4eV 이상인 도전성금속, 또는 탄소나노튜브(CNT), 그라핀, ITO(indium tin oxide), ZnO, 및 IZO 중 선택되는 적어도 어느 하나로 이루어진 것일 수 있다.
상기 제1 발광구조물 상에 적어도 하나의 홀을 가진 도전층을 형성하는 단계는, 상기 제1 발광구조물 상에 도전층을 증착하는 단계, 및 리소그래피 공정을 통해 상기 증착된 도전층에 적어도 하나의 홀이 배치된 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
상기 제1 발광구조물 상에 도전층을 증착하는 단계는, 공지된 증착방법을 통해 형성할 수 있으며, 상기 증착방법은, 예를 들어, 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD), 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD), 이빔 또는 열저항 증착법(E-beam or Thermal Evaporator), 전기화학증착법(Electrochemistry Deposition) 등의 증착방법일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 도전층 증착시 조성온도 및 조성환경은 공지된 방법을 이용할 수 있으며, 증착시 조성압력은 대기압 내지 10-12 Torr 정도에서 수행할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 도전층은 10nm 내지 1μm의 두께로 형성할 수 있다. 상기 도전성 금속층의 두께가 10nm 미만인 경우, 두께가 얇아 후술하는 제2 p-GaN층의 성장을 위한 마스크 패턴으로 이용하기 어려울 수 있다. 상기 도전층의 두께가 1μm를 초과하는 경우, 상기 도전층을 형성하는 공정이 복잡해질 수 있으며, 상기 도전층의 홀의 깊이가 깊어져, 후술하는 제2 p-GaN층을 형성하기 위한 선택적 영역 성장(Selective Area Growth, SAG)을 효과적으로 수행하기 어려울 수 있다. 이에, 상기 도전층은 10nm 내지 1μm의 두께를 가짐으로써 최적화될 수 있다.
상기 제1 발광구조물 상에 증착시킨 상기 도전층에 리소그래피 공정을 수행하여 일정한 간격으로 배치된 적어도 하나의 홀을 가진 패턴을 형성할 수 있다. 상기 적어도 하나의 홀은 원형, 타원형, 삼각형, 또는 다각형의 형태를 가질 수 있으며, 적어도 하나의 홀의 개수는 실시예에 따라 다양하게 구성할 수 있다. 상기 리소그래피 공정은 공지된 방법을 통해 수행할 수 있으며, 예를 들어, 포토레지스트를 이용한 포토리소그래피 공정 및 식각공정을 통해 수행할 수 있다.
상기 단계 3)은 상기 도전층의 적어도 하나의 홀을 통해 상기 제1 p-GaN층을 재성장시켜 상기 도전층의 적어도 하나의 홀이 배치된 영역에 제2 p-GaN층을 형성하는 단계이다.
상기 제2 p-GaN층은 p형 도펀트가 도핑된 GaN으로 이루어진 층으로서, 상기 제1 발광구조물 상에 형성시킨 상기 도전층의 적어도 하나의 홀이 배치된 영역에 제2 p-GaN층을 형성하는 것일 수 있다. 즉, 상기 제1 발광구조물 상에 상기 도전층의 적어도 하나의 홀이 배치되지 않은 영역인, 상기 제1 발광구조물의 상기 제1 p-GaN층 상에 상기 제2 p-GaN층을 형성하는 것일 수 있다. 상기와 같은 구조적 특징을 이용하여, 상기 도전층의 적어도 하나의 홀을 통해 상기 제1 p-GaN층을 재성장(regrowth)시켜 제2 p-GaN층을 형성할 수 있다 이에, 상기 제1 발광구조물 상에는 상기 도전층이 형성된 영역 및 상기 제2 p-GaN층이 형성된 영역으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 p-GaN층을 재성장하여 제2 p-GaN층을 형성하는 방법은, 선택적 영역 성장(Selective Area Growth, SAG)방법을 통해 수행될 수 있다. 상기 선택적 영역 성장방법은 일반적으로 기판 상에 마스크 패턴을 형성하여 마스크 패턴 사이의 열린 영역인 노출된 영역 상에만 타겟(target) 물질을 성장하도록 하는 기술을 말하는 것일 수 있다. 본 발명은 상기 제1 p-GaN층 상에 상기 적어도 하나의 홀이 배치된 패턴을 가진 도전층이 마스크 패턴 역할을 수행하는 것으로써, 상기 도전층의 적어도 하나의 홀이 배치되어 제1 p-GaN층이 노출된 영역 상에 제1 p-GaN층을 재성장시켜 제2 p-GaN층을 형성하는 것일 수 있다. 이에, 상기 제2 p-GaN층의 구성은 상기 마스크 패턴 역할을 하는 상기 도전층의 적어도 하나의 홀의 구조에 영향을 받을 수 있다. 또한, 상기 선택적 영역 성장 방법은 후술하는 상기 제2 p-GaN층 상에 제2 활성층과 제2 n-GaN층을 순차적으로 적층하여 제2 발광구조물을 형성하는 단계에서도 사용될 수도 있다.
상기 제2 p-GaN층은 상기 도전층의 측벽 또는 상면에 접촉되도록 형성하는 것일 수 있다. 즉, 상기 제2 p-GaN층이 상기 도전층의 적어도 하나의 홀을 통해 제1 p-GaN층을 재성장시켜 형성할 때, 상기 제2 p-GaN층이 상기 도전층의 측벽에 접촉되도록 형성하고, 또는, 상기 도전층의 상면에도 접촉되도록 형성하는 것일 수 있다. 이에, 상기 제2 p-GaN층은 상기 도전층의 적어도 하나의 홀의 직경 크기로 형성되는 것, 또는 상기 도전층의 적어도 하나의 홀의 직경 크기로 형성된 것과 상기 도전층 상면에 형성된 것을 포함하는 구조로 형성할 수 있다. 상기와 같이, 상기 제2 p-GaN층이 상기 도전층의 상면에 접촉되도록 형성함으로써, 상기 제2 p-GaN층의 크기가 상기 도전층의 홀 크기에 제한되지 않고, 원하는 크기로 형성할 수 있다. 이에, 후술하는 상기 제2 p-GaN층 상에 형성되는 상기 제2 활성층의 크기가 확대될 수 있어, 이를 포함하는 제2 발광구조물의 발광영역이 확대되는 구조를 가질 수 있도록 제조할 수 있다. 또한, 상기 제2 p-GaN층이 상기 도전층의 측벽 또는 상면에 접촉되도록 형성함으로써, 상기 도전층은 상기 제2 p-GaN층을 포함하는 제2 발광구조물의 p형 콘택층(contact layer)의 역할을 수행할 수 있다.
상기 도전층의 적어도 하나의 홀이 배치되지 않은 영역에 절연층을 형성하는 것을 더 포함하며, 상기 절연층은 상기 도전층의 적어도 하나의 홀의 위치와 대응되는 적어도 하나의 홀을 가진 것일 수 있다. 즉, 상기 단계 3)을 수행하기 이전에, 상기 도전층의 적어도 하나의 홀의 위치와 대응되는 적어도 하나의 홀을 가진 절연층을 상기 도전층 상부에 형성하는 단계를 수행할 수 있다. 이에, 상기 단계3)은, 구체적으로, 상기 도전층 및 상기 절연층의 적어도 하나의 홀을 통해 제1 p-GaN층을 재성장시켜 상기 도전층 및 상기 절연층의 적어도 하나의 홀이 배치된 영역에 제2 p-GaN층을 형성하는 단계일 수 있다. 상기 절연층은 후술하는 상기 도전층 상부의 일측에 형성되는 p형 전극 및 상기 제2 n-GaN층 상부의 일측에 형성되는 제2 n형 전극으로부터 후술하는 제2 발광구조물의 절연시키기 위하여 형성하는 것일 수 있다. 상기 절연층은 상기 도전층의 적어도 하나의 홀이 배치되지 않은 영역의 상기 도전층 상에 형성되어, 상기 도전층의 적어도 하나의 홀을 통해 형성하는 상기 제2 p-GaN층 또는 상기 제2 p-GaN층을 포함하는 제2 발광구조물은 상기 절연층 측벽에 접촉될 수 있다. 상기와 같이, 상기 도전층의 적어도 하나의 홀이 배치되지 않은 영역에 적어도 하나의 홀을 가진 절연층을 더 형성하는 경우, 상기 제2 p-GaN층은 상기 절연층 상부에도 형성하는 것일 수 있다. 즉, 상기 제2 p-GaN층은 상기 도전층의 측벽 및 상기 절연층의 상면에 접촉되는 것일 수 있다. 이에, 상기 도전층 상에 형성된 절연층 상부에도 상기 제2 p-GaN층을 형성함으로써, 상기 제2 p-GaN층의 크기가 상기 절연층의 홀 크기에 제한되지 않을 수 있다.
상기 절연층은 절연성 재질로 형성될 수 있으며, 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 상기 절연층은 예를 들어, SiO2, SOG(spin on glass), 또는 900℃ 이하의 온도에서 내열성을 갖는 물질로 형성하는 것일 수 있다. 상기 절연층은 형성하는 물질에 따라 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD), 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD), 물리적기상증착법(Physical Vapor Deposition, PVD), 또는 스핀 코팅(Spin-Coating)과 같은 방법을 통해 수행할 수 있다.
상기 단계 4)는 상기 제2 p-GaN층 상에 제2 활성층, 제2 n-GaN층을 순차적으로 적층하여 제2 발광구조물을 형성하는 단계이다.
상기 제2 p-GaN층 상에 형성되는 상기 제2 활성층은 질화물계 화합물로 이루어진 다중양자우물(Multi-Quantum Well, MQW) 구조를 가질 수 있으며, 실시예에 따라 단일양자우물 구조를 가질 수 있다. 상기 제2 활성층은 30㎛ 내지 60㎛ 범위의 두께로 형성할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 상기 제2 활성층은 앞서 상술한 제1 활성층과 같이 상기 제2 발광구조물에 있어, 특정파장을 발광하는 영역으로서, 상기 제1 활성층과 다른 조성비를 갖는 질화물계 화합물로 구성할 수 있으나, 실시예에 따라 같은 조성비를 갖는 질화물계 화합물을 구성할 수도 있다.
상기 제2 활성층 상에 형성되는 상기 제2 n-GaN층은 n형 도펀트로 도핑된 GaN층으로, 상기 제2 활성층의 크기와 유사한 크기로 형성할 수 있으나, 실시예에 따라서, 발광다이오드의 제일 윗층에 배치됨으로써, 상기 활성층 및 상기 활성층이 형성되지 않은 영역 모두를 덮은 수 있는 하나의 넓은 크기의 층으로 형성할 수도 있다. 제2 p-GaN층 상에 제2 활성층, 제2 n-GaN층을 순차적으로 적층하여 제2 발광구조물을 형성하는 단계는 일반적으로 공지된 증착방법을 통해 형성할 수 있다.
상기와 같이, 기판 상에 제1 발광구조물을 형성하고, 상기 제1 발광구조물 상에 제2 발광구조물을 형성함으로써, 본 발명의 발광다이오드는 하나의 발광다이오드에 두가지 이상의 파장을 가질 수 있는 복수개의 활성층 및 이들을 포함하는 복수개의 발광구조물을 통해 원하는 컬러의 광을 방출할 수 있는 효과를 가질 수 있다.
상기 제2 발광구조물을 형성하는 단계 이후에, 상기 제2 n-GaN층 상부의 일측에 제2 n형 전극을 형성하는 단계, 및 상기 도전층 상부의 일측에 p형 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 n형 전극 및 상기 p형 전극은 공지된 전극물질로 이루어진 것일 수 있으며, 예를 들어, Au, Ag, Ni, Co, Cu, Pd, Pt, Ru, Ir, Cr, Mn, Mo, W, Re, Fe, Sc, Ti, Sn, Ge, Sb, Al, Zn, La 계열 원소의 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 금속으로 이루어진 것일 수 있다.
상기 제1 n형 전극과 상기 p형 전극을 전기적으로 연결하도록 형성할 수 있고, 이에 상기 제1 발광구조물이 구동될 수 있다. 또한, 상기 제2 n형 전극과 상기 p형 전극을 전기적으로 연결하도록 형성할 수 있어, 이에, 상기 제2 발광구조물이 구동될 수 있다.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드의 제조방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 1a 내지 도 1e를 참조하면, 도 1a는 기판(100) 상에 제1 n-GaN층(210), 제1 활성층(220), 제1 p-GaN층(230)이 순차적으로 적층된 제1 발광구조물(200)을 형성한 것을 나타낸 것으로, 추후 상기 제1 n-GaN층(210) 상부의 일측에 제1 n형 전극(240)을 형성하기 위하여 상기 제1 발광구조물(200)의 일부가 메사식각되어 있는 것을 확인할 수 있다.
도 1b는 상기 기판(100) 상에 형성된 상기 제1 발광구조물(200)의 상기 제1 p-GaN층(230) 상에 적어도 하나의 홀을 가진 도전층(300)을 형성한 것을 나타낸 것으로, 상기 도전층(300)은 Co, Ni, Pt, Au, Se, Re, Ir, Pb, Ag, Cr, Zn, 및 일함수가 4.4eV 이상인 도전성금속, 또는 탄소나노튜브(CNT), 그라핀, ITO(indium tin oxide), ZnO, 및 IZO 중 선택되는 적어도 어느 하나로 이루어진 것일 수 있다. 상기 제1 p-GaN층(230) 상부 전면에 상기 도전층을 증착시킨 뒤, 포토리소그래피를 통하여 상기 증착된 도전층(300)에 적어도 하나의 홀이 배치되도록 패턴을 형성할 수 있다. 상기 도전층(300) 상에 상기 도전층(300)의 적어도 하나의 홀과 대응되는 적어도 하나의 홀을 가진 절연층(400)을 형성할 수 있다.
도 1c는 상기 도전층(300)의 적어도 하나의 홀이 배치된 영역을 통해 상기 제1 p-GaN층(230)을 재성장시켜 제2 p-GaN층(530)을 형성하는 것을 나타낸 것으로, 상기 제2 p-GaN층(530)을 상기 도전층(300)의 측벽 또는 상면에 접촉되도록 형성할 수 있다. 즉, 상기 제2 p-GaN층(530)은 상기 도전층(300)의 홀 및 상기 도전층(300) 상에 형성된 절연층(400)의 홀을 통해 홀의 내부를 충진하며 형성하는 형태를 가질 수 있으며, 또한, 도 1c와 같이 상기 도전층(300) 상의 절연층(400) 상면에도 형성할 수 있다.
도 1d는 상기 제2 p-GaN층(530) 상에 순차적으로 제2 활성층(520), 제2 n-GaN층(510)을 적층하여 제2 발광구조물(500)을 형성한 것을 나타낸 것으로, 상기 제2 활성층(520) 및 제2 n-GaN층(510)은 상기 도전층(300) 및 상기 절연층(400)의 홀 뿐만 아니라 절연층 상면에도 형성된 넓은 범위의 상기 제2 p-GaN층(530) 상에, 크기에 제한없이 제2 발광구조물(500)을 형성할 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 1e는 도 1d와 같이 상기 제1 발광구조물(200) 및 제2 발광구조물(500)을 형성시킨 이후에 제1 n형 전극(240), 제2 n형 전극(540), 및 p형 전극(600)을 형성하는 것을 나타낸 것으로, 상기 제1 n형 전극(240)은 도 1a에서 상기 제1 발광구조물(200)의 일부를 메사식각하여 노출되어 있는 제1 n-GaN층(210) 상부의 일측에 형성할 수 있다. 상기 제2 n형 전극(540)은 상기 제2 n-GaN층(510) 상부의 일측에 형성할 수 있으며, 상기 p형 전극(600)은 상기 도전층(300) 상부의 일측에 형성할 수 있다. 상기 제1 n형 전극(240)이 상기 p형 전극(600)과 전기적으로 연결되도록 형성하여 상기 제1 발광구조물(200)을 구동할 수 있으며, 상기 제2 n형 전극(540)이 상기 p형 전극(600)과 전기적으로 연결되도록 형성하여 상기 제2 발광구조물(500)을 구동할 수 있다. 이에, 상기 3개의 전극을 통하여 각각의 발광구조물의 동작을 개별적으로 제어할 수 있다.
2. 발광다이오드(2)의 제조방법
본 발명의 다른 측면은, 발광다이오드의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 발광다이오드의 제조방법은, 1) 기판 상에 제1 n-GaN층, 제1 활성층, 제1 p-GaN층을 순차적으로 적층하여 제1 발광구조물을 형성하는 단계, 2) 상기 제1 발광구조물 상에 적어도 하나의 홀을 가진 도전층을 형성하는 단계, 3) 상기 도전층의 적어도 하나의 홀을 통해 제1 p-GaN층을 재성장시켜 상기 도전층의 적어도 하나의 홀이 배치된 영역에 제2 p-GaN층 그룹(group)을 형성하는 단계, 4) 상기 제2 p-GaN층 그룹 상에 제2 활성층 그룹, 제2 n-GaN층 그룹을 순차적으로 적층하여 발광구조그룹을 형성하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
상기 단계 1)인 기판 상에 제1 n-GaN층, 제1 활성층, 제1 p-GaN층을 순차적으로 적층하여 제1 발광구조물을 형성하는 단계 및 상기 단계 2)인 상기 제1 발광구조물 상에 적어도 하나의 홀을 가진 도전층을 형성하는 단계는 앞서 상술한 "1. 발광다이오드(1)의 제조방법"과 동일한 제조방법을 통하여 형성할 수 있으므로, 상기 "1. 발광다이오드(1)의 제조방법" 을 원용할 수 있다.
상기 단계 3)은 상기 도전층의 적어도 하나의 홀을 통해 제1 p-GaN층을 재성장시켜 상기 도전층의 적어도 하나의 홀이 배치된 영역에 제2 p-GaN층 그룹(group)을 형성하는 단계이다.
상기 제2 p-GaN층 그룹(group)은, 상기 도전층의 적어도 하나의 홀이 배치된 영역에, 상기 제1 p-GaN층을 재성장시켜 각각의 도전층의 홀 내부에 형성된 복수개의 제2 p-GaN층을 포함하는 것일 수 있다. 상기 상기 제2 p-GaN층 그룹(group)인, 각각의 제2 p-GaN층은 상기 도전층의 측벽 또는 상면에 접촉되어 형성하는 것일 수 있다. 상기 각각의 제2 p-GaN층은 실시예에 따라 상기 도전층의 상면 일부에 형성할 수 있으나, 상기 도전층의 상부 전체에 형성되지 않을 수 있다. 상기 도전층의 홀이 배치되지 않은 영역에 상기 도전층의 적어도 하나의 홀과 대응되는 적어도 하나의 홀을 가진 절연층을 더 형성하는 경우, 상기 각각의 제2 p-GaN층은 상기 절연층의 홀 내부에도 접촉되며 형성하는 것일 수 있다. 이 때, 상기 각각의 제2 p-GaN층은 상기 절연층의 홀의 측벽에 의해 그 크기가 제한될 수 있다.
상기 단계 4)는, 상기 제2 p-GaN층 그룹 상에 제2 활성층 그룹, 제2 n-GaN층 그룹을 순차적으로 적층하여 복수개의 발광구조그룹을 형성하는 단계이다.
상기 제2 p-GaN층 그룹인 상기 도전층의 적어도 하나의 홀에 배치된 각각의 제2 p-GaN층 상에 각각의 제2 활성층을 형성하여, 상기 각각의 제2 활성층을 포함하는 제2 활성층 그룹을 형성할 수 있다. 상기 각각의 제2 활성층은 발광영역으로 앞서 "1. 발광다이오드(1)의 제조방법" 에서 설명한 바와 같이, 질화물계 화합물로 이루어진 것일 수 있다. 상기 각각의 제2 활성층은 상기 절연층의 홀의 측벽에 의해 그 크기가 제한될 수 있다.
상기 제2 활성층 그룹인 상기 도전층의 적어도 하나의 홀에 배치된 각각의 제2 활성층 상에 각각의 제2 n-GaN층을 형성하여, 상기 각각의 제2 n-GaN층을 포함하는 제2 n-GaN층 그룹을 형성할 수 있다. 상기 각각의 제2 n-GaN층의 일부는 상기 절연층의 홀의 측벽에 의해 그 크기가 제한될 수 있으나, 실시예에 따라, 상기 절연층의 상부보다 더 높게 형성할 수 있다. 상기 제2 n-GaN층 그룹 또한 공지된 증착방법을 통해 형성할 수 있다.
상기 제2 p-GaN층 그룹, 제2 활성층 그룹, 및 제2 n-GaN층 그룹은 선택적 영역 성장 방법을 통해 형성된 것일 수 있다. 앞서 상술한 바와 같이, 선택적 영역 성장방법은 일반적으로 기판 상에 마스크 패턴을 형성하여 마스크 패턴 사이의 열린 영역인 노출된 영역 상에만 타겟(target) 물질을 성장하도록 하는 기술을 말하는 것일 수 있다. 본 발명은 상기 제1 p-GaN층 상에 상기 적어도 하나의 홀이 배치된 패턴을 가진 도전층이 마스크 패턴 역할을 수행하는 것으로써, 상기 도전층의 적어도 하나의 홀이 배치되어 제1 p-GaN층이 노출된 영역 상에 제1 p-GaN층을 재성장시켜 제2 p-GaN층 그룹을 형성하는 것일 수 있다. 이와 같이, 선택적 영역 성장 방법을 통해 상기 제2 p-GaN층 그룹 상에 제2 활성층 그룹 및 제2 n-GaN층 그룹을 순차적으로 적층하여 발광구조그룹을 형성할 수 있다. 즉, 상기 발광구조그룹은 제2 p-GaN층, 제2 활성층, 제2 n-GaN층이 순차적으로 적층되어 형성되는 발광구조체의 복수개가 형성된 것으로 포함할 수 있다. 상기 도전층의 홀의 측벽 및 또는 상기 도전층의 홀 및 상기 절연층의 홀의 측벽에 의해 상기 발광구조그룹의 크기는 제한적일 수 있으며, 이에, 상기 제1 발광구조물 상에 마이크로 크기의 로드(rod) 형태를 가진 복수개의 발광구조물로 이루어진 발광구조그룹을 형성할 수 있다.
상기와 같이, 상기 제2 p-GaN층 그룹은 상기 도전층의 측벽 또는 상면에 접촉되어 형성하는 것으로, 앞서 "1. 발광다이오드(1)의 제조방법"에서 상술한 바와 같이, 상기 도전층은 제2 p-GaN층 그룹을 포함하는 상기 발광구조그룹의 p형 콘택층(contact layer)으로 사용되는 것일 수 있다.
도 2a 내지 도 2e는 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드의 제조방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 2a 내지 도 2e를 참조하면, 도 2a는 기판(100) 상에 제1 n-GaN층(210), 제1 활성층(220), 제1 p-GaN층(230)이 순차적으로 적층된 제1 발광구조물(200)을 형성한 것을 나타낸 것으로, 추후 상기 제1 n-GaN층(210) 상부의 일측에 제1 n형 전극(240)을 형성하기 위하여 상기 제1 발광구조물(200)의 일부가 메사식각되어 있는 것을 확인할 수 있다.
도 2b는 상기 기판(100) 상에 형성된 상기 제1 발광구조물(200)의 상기 제1 p-GaN층(230) 상에 적어도 하나의 홀을 가진 도전층(300)을 형성한 것을 나타낸 것으로, 상기 도전층(300)은 Co, Ni, Pt, Au, Se, Re, Ir, Pb, Ag, Cr, Zn, 및 일함수가 4.4eV 이상인 도전성금속, 또는 탄소나노튜브(CNT), 그라핀, ITO(indium tin oxide), ZnO, 및 IZO 중 선택되는 적어도 어느 하나로 이루어진 것일 수 있다. 상기 제1 p-GaN층(230) 상부 전면에 상기 도전층을 증착시킨 뒤, 포토리소그래피를 통하여 상기 증착된 도전층(300)에 적어도 하나의 홀이 배치되도록 패턴을 형성할 수 있다. 상기 도전층(300) 상에 상기 도전층(300)의 적어도 하나의 홀과 대응되는 적어도 하나의 홀을 가진 절연층(400)을 형성할 수 있다.
도 2c는 상기 도전층(300)의 적어도 하나의 홀이 배치된 영역을 통해 상기 제1 p-GaN층(230)을 재성장시켜 제2 p-GaN층 그룹(730)을 형성하는 것을 나타낸 것으로, 상기 제2 p-GaN층 그룹(730)을 상기 도전층(300)의 측벽 또는 상면에 접촉되도록 형성할 수 있다. 상기 제2 p-GaN층 그룹(730)은 상기 도전층(300)의 홀 및 상기 도전층(300) 상에 형성된 절연층(400)의 홀을 통해 홀의 내부를 충진하며 형성하는 형태를 가질 수 있으며, 또한, 상기 절연층(400)의 측벽에 의해 상기 제2 p-GaN층 그룹(730)의 크기가 제한될 수 있다.
도 2d는 상기 제2 p-GaN층 그룹(730) 상에 순차적으로 제2 활성층 그룹(720), 제2 n-GaN층 그룹(710)을 적층하여 발광구조그룹(700)을 형성한 것을 나타낸 것으로, 상기 제2 활성층 그룹(720)은 상기 절연층(400)의 측벽에 의해 그 크기가 제한될 수 있다. 또한, 제2 n-GaN층 그룹(710)의 일부도 측벽에 의해 그 크기가 제한될 수 있으나, 도 2d와 같이 상기 절연층(400)의 상부보다 더 높게 형성할 수 있다.
도 2e는 도 2d와 같이 상기 제1 발광구조물(200) 및 발광구조그룹(700)을 형성시킨 이후에 제1 n형 전극(240), 제2 n형 전극(740), 및 p형 전극(600)을 형성하는 것을 나타낸 것으로, 상기 제1 n형 전극(240)은 도 3a에서 상기 제1 발광구조물(200)의 일부를 메사식각하여 노출되어 있는 제1 n-GaN층(210) 상부의 일측에 형성할 수 있다. 상기 제2 n형 전극(740)은 상기 제2 n-GaN층 그룹(710) 상부의 일측에 형성할 수 있으며, 상기 p형 전극(600)은 상기 도전층(300) 상부의 일측에 형성할 수 있다. 상기 제1 n형 전극(240)이 상기 p형 전극(600)과 전기적으로 연결되도록 형성하여 상기 제1 발광구조물(200)을 구동할 수 있으며, 상기 제2 n형 전극(740)이 상기 p형 전극(600)과 전기적으로 연결되도록 형성하여 상기 발광구조그룹을(700)을 구동할 수 있다.
3. 발광다이오드(1)
본 발명의 또다른 측면은, 발광다이오드를 제공할 수 있다.
본 발명의 발광다이오드는, 상기 "1. 발광다이오드(1)의 제조방법" 에서 설명한 제조방법에 의하여 제조된 것일 수 있다. 상기 발광다이오드는, 기판 상에 형성된, 제1 n-GaN층, 제1 활성층, 제1 p-GaN층이 순차적으로 적층된 제1 발광구조물, 상기 제1 발광구조물 상에 형성된 적어도 하나의 홀이 배치된 도전층, 상기 도전층의 적어도 하나의 홀이 배치된 영역에 형성된 제2 p-GaN층 및 상기 제2 p-GaN층 상에 형성된 제2 활성층, 제2 n-GaN층이 순차적으로 적층된 제2 발광구조물을 포함하며, 상기 제2 p-GaN층은, 상기 도전층의 적어도 하나의 홀을 통해 상기 제1 p-GaN층을 재성장시켜 형성된 것일 수 있다.
상기 발광다이오드는 상기 "1. 발광다이오드(1)의 제조방법" 항목에서 설명한 제조방법에 의하여 제조된 것이므로, 상기 발광다이오드를 구성하는 기판 상에 형성된, 제1 n-GaN층, 제1 활성층, 제1 p-GaN층이 순차적으로 적층된 제1 발광구조물, 적어도 하나의 홀이 배치된 도전층, 상기 도전층의 상부에 형성되되, 상기 도전층의 적어도 하나의 홀의 위치와 대응되는 적어도 하나의 홀을 가진 절연층, 및 상기 도전층 및 상기 절연층의 적어도 하나의 홀이 배치된 영역에 형성된 제2 p-GaN층 및 상기 제2 p-GaN층 상에 형성된 제2 활성층, 제2 n-GaN층이 순차적으로 적층된 제2 발광구조물에 관해서는 "1. 발광다이오드(1)의 제조방법" 항목에서 설명한 바와 동일할 수 있다.
이에, 본 발명의 발광다이오드는 "1. 발광다이오드(1)의 제조방법" 항목의 설명을 원용하여 상세한 설명은 생략하도록 하고, 이하에서는 상기 발광다이오드의 특이적인 구성에 대해서 설명할 수 있다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드의 구조 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드의 단면을 나타낸 모식도이다.
도 3a 및 도3b를 참조하면, 준비된 기판(100), 상기 기판(100) 상에 제1 n-GaN층(210), 제1 활성층(220), 제1 p-GaN층(230)이 순차적으로 적층된 제1 발광구조물(200)이 형성될 수 있다. 상기 제1 발광구조물(200)의 일부가 메사식각되어 상기 제1 n-GaN층(210)의 일부가 노출된 영역에 제1 n형 전극(240)이 배치되어 있다. 상기 제1 발광구조물(200) 상에 적어도 하나의 홀이 배치된 도전층(300)이 형성될 수 있다. 상기 도전층(300)의 적어도 하나의 홀은 원형의 형태로 형성될 수 있다. 상기 도전층(300) 상부에, 상기 도전층의 적어도 하나의 홀의 위치와 대응되는 적어도 하나의 홀을 가진 절연층(400)이 형성될 수 있다. 이 후, 상기 도전층(300) 및 상기 절연층(400)의 적어도 하나의 홀이 배치된 영역에 복수개의 제2 p-GaN층(530)이 형성될 수 있다. 상기 제2 p-GaN층(530) 상기 제1 p-GaN층(230)을 상기 도전층(300) 및 상기 절연층(400)의 적어도 하나의 홀을 통해 재성장시켜 형성될 수 있다. 상기 제2 p-GaN층(530)은 상기 도전층(300)의 측벽 및 상기 절연층의 상면에 접촉되도록 형성될 수 있다. 상기 제2 p-GaN층(530) 상에 제2 활성층(520), 제2 n-GaN층(510)이 순차적으로 적층될 수 있다. 이에, 상기 제2 p-GaN층(530), 제2 활성층(520), 제2 n-GaN층(510)으로 이루어진 제2 발광구조물(500)이 형성될 수 있다. 상기 제2 n-GaN층(510) 상부의 일측에 제2 n형 전극(540)이 형성될 수 있고, 상기 도전층(300) 상부의 일측에 p형 전극(600)이 형성될 수 있다.
상기 도전층(300)의 홀을 통해 제1 p-GaN층(230)을 재성장시켜 형성된 제2 p-GaN층(530)이 상기 도전층(300) 내부에 형성되어 있을 뿐만 아니라, 상기 도전층(300) 상에 형성되어 있는 절연층(400) 상부에도 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이에, 상기 제2 p-GaN층(530)의 크기가 상기 도전층(300)의 홀의 크기 또는 상기 도전층(300) 및 상기 절연층(400)의 크기에 제한을 받지 않고 넓게 형성될 수 있는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 p-GaN층(530) 상에 형성되는 제2 활성층(520) 및 제2 n-GaN층(510)도 크기에 제한없이 넓은 면적으로 형성되는 것을 확인할 수 있다. 이에, 상기 발광다이오드는 하부에는 복수개의 로드(rod) 형태로 구성되어 있고, 상부에는 편평하고 넓은 크기의 제2 p-GaN층(530) 상이 형성될 수 있으며, 이에 상기 제2 p-GaN층(530) 상에 형성된 넓은 발광면적을 가진 제2 활성층(520)을 포함하는 제2 발광구조물(500)의 형태를 가질 수 있는 것을 알 수 있다.
상기 제2 p-GaN층은 상기 도전층의 적어도 하나의 홀의 측벽 및 상기 절연층의 상면에 접촉되어 형성된 것으로, 상기 도전층이 상기 제2 발광구조물의 p형 콘택층(contect layer)으로 사용될 수 있다. 이에, 상기 도전층 상부의 일측에 형성된 p형 전극과 상기 제2 n-GaN층 상에 형성된 제2 n형 전극을 연결하여 상기 제2 발광구조물을 구동시킬 수 있다. 앞서 상술한 내용에서, 상기 p형 전극은 제1 n형 전극과 연결하여 제1 발광구조물을 구동시키기 위해서도 사용될 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 발광다이오드는 상기 제2 p-GaN층이 상기 도전층의 적어도 하나의 홀의 측벽 및 상기 절연층의 상면에 접촉되도록 형성된 구조를 가짐으로써, 상기 도전층이 상기 제2 발광구조물의 p형 콘택층(contect layer)으로 사용될 수 있고, 이에 p형 전극을 공통으로 사용하면서도 각각의 제1 발광구조물과 제2 발광구조물의 동작을 개별적으로 제어할 수 있다.
즉, 본 발명의 상기 발광다이오드는, 상기 제1 발광구조물이 상기 제1 n형 전극과 상기 p형 전극의 연결로 구동되고, 상기 제2 발광구조물이 상기 제2 n형 전극과 상기 p형 전극의 연결로 구동되어, 상기 제1 발광구조물과 상기 제2 발광구조물의 동작제어가 독립적 또는 상호연관적으로 이루어지는 것일 수 있다.
상기와 같은 구조적 특징으로 인해 한 개의 발광다이오드 내에서 각각의 발광구조물의 동작제어를 독립적으로 수행할 수 있어, 한 개의 발광다이오드 내에서 원하는 특정파장의 광을 구현하기 위해, 각각의 발광구조물의 화합물 조성비를 다르게 하여 각기 다른 파장의 광, 또는 같은 파장의 광을 발광하도록 제어할 수 있다. 각각 다른 파장의 광을 발광하도록 구성하는 경우, 한 개의 발광다이오드에서 다양한 컬러의 광이 발광될 수 있는 효과를 가질 수 있다. 같은 파장의 광을 발광하도록 구성하는 경우, 한 개의 소자에서 동일한 파장의 광을 두 개의 발광구조물을 통해 구현할 수 있어, 고휘도, 고효율의 효과를 가질 수 있다.
또한, 한 개의 발광다이오드 내에서, 각각의 발광구조물의 동작제어를 상호연관적으로 수행할 수 있어, 각각의 발광구조물이 발광하는 광을 혼합하여 발광시킴으로써 한 개의 발광다이오드가 발광하길 원하는 컬러의 광을 발광하도록 구현할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드의 발광모습을 나타낸 이미지 및 발광다이오드의 스펙트럼을 나타낸 도표이다.
도 4(a)를 참조하면, 본 발명의 발광다이오드의 제1 발광구조물 및 제2 발광구조물의 질화물계 화합물의 조성비를 각각 다르게 조성하여 도 4(a)와 같이 각각의 발광구조물이 녹색광(green) 및 청색광(blue)을 발광하는 것을 확인할 수 있다.
도 4(b)를 참조하면, 본 발명의 발광다이오드의 구조적 특징으로 인해 상기 제1 발광구조물 및 제2 발광구조물의 녹색광과 청색광이 혼합된 광을 방출하는 것을 확인할 수 있다. 이는 본 발명의 발광다이오드가 상기와 같이 상기 제1 발광구조물 및 제2 발광구조물을 접합하여 구성함으로써 원하는 특정 컬러의 광을 구현해 낼 수 있는 효과를 가진다는 것을 의미할 수 있다.
도 4(c)를 참조하면, 상기 발광다이오드의 스펙트럼이 5mA의 전류가 공급되었을 때보다 20mA의 전류가 공급되었을 때에 발광다이오드의 특정 파장 영역(녹색광 및 청색광)대에서 발광효율이 더 큰 폭으로 높아지는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 종래의 발광다이오드가 연색지수의 저하의 문제점을 가진 형광체를 개입하여 특정 파장의 광을 구현한 것과 달리, 본 발명의 발광다이오드는 특정 물질의 혼합없이, 한 개의 발광다이오드에 두 개의 발광구조물을 접합시킨 구조적 특징을 이용하여 두가지 이상의 특정 파장의 광을 구현해 내는 효과를 가질 수 있다. 또한, 각각의 발광구조물인 제1 발광구조물 및 제2 발광구조물을 구성하는 조성비를 조절하여 다양한 색상의 광을 발광할 수 있으므로, 고화소를 구현할 수 있다. 아울러, 각각의 발광구조물이 개별적으로 제어됨으로써, 광의 세기도 일정하게 유지할 수 있어 관련산업에 매우 유용하게 적용될 수 있다.
상기 도전층은 상기 p형 전극을 통해 전달되는 전류를 상기 제1 발광구조물 및 상기 제2 발광구조물로 확산시키는 전류확산층으로 사용되는 것일 수 있다. 상기 도전층은 Co, Ni, Pt, Au, Se, Re, Ir, Pb, Ag, Cr, Zn, 및 일함수가 4.4eV 이상인 도전성금속, 또는 탄소나노튜브(CNT), 그라핀, ITO(indium tin oxide), ZnO, 및 IZO 중 선택되는 적어도 어느 하나로 이루어진 것일 수 있다. 앞서 상술한 바와 같이, 상기 도전층의 측벽 또는 상면이 제2 p-GaN층과 접촉되는 구조적 특징으로 인해 제2 발광구조물의 p형 컨택층의 역할을 수행하면서도, 상기 도전층을 이루는 전도성 물질의 특징으로 인해 상기 도전층 상부의 일측에 형성된 p형 전극을 통해 흐르는 전류를 각각 제1 발광구조물 및 제2 발광구조물로 확산시키는 역할을 수행할 수 있다. 이에, 본 발명의 발광다이오드는 높은 발광효율을 가질 수 있다.
상기 도전층은 상기 제2 p-GaN층의 성장을 위한 마스크 패턴으로 사용될 수 있다. 상기 도전층의 적어도 하나의 홀을 통해 상기 제1 p-GaN층을 재성장시켜 상기 제2 p-GaN층이 성장됨으로써, 상기 도전층은 상기 상기 제2 p-GaN층의 성장을 위한 마스크 패턴 역할을 수행할 수 있다. 이와 같이, 상기 도전성금속을 마스크 패턴으로 사용함으로써 상기 제2 p-GaN층을 원하는 영역에, 원하는 크기로 선택적 영역 성장을 수행할 수 있다.
상기 제2 p-GaN층은 상기 도전층의 상부에도 배치됨으로써, 상기 제2 p-GaN층의 배치에 의해 상기 제2 p-GaN층 상에 형성된 상기 제2 활성층의 발광면적이 넓어지는 것일 수 있다. 즉, 상기 제2 p-GaN층이 상기 도전층의 적어도 하나의 홀이 배치된 영역 뿐만 아니라 상기 도전층의 상부에도 배치됨으로써 상기 제2 p-GaN층이 상기 도전층의 홀을 크기에 제한되지 않고, 넓은 크기로 형성될 수 있다. 이에, 상기 제2 p-GaN층 상에 형성된 제2 활성층도 넓은 크기로 형성될 수 있어, 상기 제2 활성층의 발광면적이 넓어지는 구조를 가질 수 있다. 이와 같이, 제2 활성층의 발광면적의 증대로 제2 발광구조물의 발광효율 또한 높아질 수 있다.
상술한 도 3a 내지 도 3b와 같이, 본 발명의 발광다이오드는 상기 도전층의 적어도 하나의 홀이 배치되지 않은 영역에 형성된 절연층을 더 포함하는 것으로, 상기 절연층은 상기 도전층의 적어도 하나의 홀의 위치와 대응되는 적어도 하나의 홀을 가진 것일 수 있다. 이에, 상기 도전층의 측벽 및 상기 절연층의 상면에 접촉되어 형성된 제2 p-GaN층은 상기 절연층의 적어도 하나의 홀 내부 뿐만 아니라 상기 절연층 상부에도 형성된 구조를 가질 수 있다.
4. 발광다이오드(2)
본 발명의 또다른 측면은, 발광다이오드를 제공할 수 있다.
본 발명의 발광다이오드는, 상기 "2. 발광다이오드(2)의 제조방법" 에서 설명한 제조방법에 의하여 제조된 것일 수 있다. 상기 발광다이오드는, 기판 상에 형성된 제1 n-GaN층, 제1 활성층, 제1 p-GaN층이 순차적으로 적층된 제1 발광구조물, 상기 제1 발광구조물 상에 형성된 적어도 하나의 홀이 배치된 도전층, 상기 도전층의 적어도 하나의 홀이 배치된 영역에 형성된 제2 p-GaN층 그룹(group) 및 상기 제2 p-GaN층 상에 형성된 제2 활성층 그룹, 제2 n-GaN층 그룹이 순차적으로 적층된 발광구조그룹을 포함하며, 상기 제2 p-GaN층 그룹은, 상기 도전층의 적어도 하나의 홀을 통해 상기 제1 p-GaN층을 재성장시켜 형성된 것일 수 있다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드의 구조 및 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드의 단면을 나타낸 모식도이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 기판(100) 상에 제1 n-GaN층(210) 및, 제1 활성층(220), 제1 p-GaN층(230)이 순차적으로 적층된 제1 발광구조물(200)이 형성되어 있고, 상기 제1 발광구조물(200) 상에 홀을 가진 도전층(300)이 형성되어 있다. 상기 도전층(300)을 홀을 통해 제1 p-GaN층(230)을 재성장시켜 형성된 제2 p-GaN층 그룹(730)이 상기 도전층(300) 홀의 내부에 형성되어 있다. 상기 제2 p-GaN층 그룹(730)은 상기 도전층의 측벽 또는 상면과 접촉되어 형성되어 있다.
상기 도전층(300)상에는 상기 도전층(300)과 대응되는 홀을 가진 절연층(400)이 형성되어 있고, 상기 제2 p-GaN층 그룹(730)은 상기 절연층(400)의 홀 내부에 일부까지 형성되어 있다. 이와 같이 구성하기 위해, 상기 절연층(400)의 홀의 크기는 상기 도전층(300)의 홀의 크기보다 큰 직경을 가질 수 있다. 상기 제2 p-GaN층 그룹(530) 상에 제2 활성층 그룹(520) 및 제2 n-GaN층 그룹(510)이 형성되어 발광구조그룹(700)이 적층될 수 있고, 상기 발광구조그룹(700) 상에 제2 n형 전극(740)이 형성될 수 있다.
상기 제2 p-GaN층 그룹(730)은 상기 도전층(300)의 적어도 하나의 홀의 측벽 또는 상면에 접촉되어 형성된 것으로, 상기 도전층(300)이 상기 제2 p-GaN층 그룹(730)을 포함하는 상기 발광구조그룹(700)의 p형 콘택층(contect layer)으로 사용될 수 있다. 이에, 상기 도전층(300) 상부의 일측에 형성된 p형 전극(600)과 상기 제2 n-GaN층 그룹 상에 형성된 제2 n형 전극(740)을 연결하여 상기 발광구조그룹(700)을 구동시킬 수 있다. 상기 p형 전극(600)은 제1 n형 전극(240)과 연결하여 제1 발광구조물(200)을 구동시키기 위해서도 사용될 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 발광다이오드는 상기 제2 p-GaN층 그룹(730)이 상기 도전층(300)의 적어도 하나의 홀의 측벽 또는 상면에 접촉되도록 형성된 구조를 가짐으로써, 상기 도전층(300)이 상기 발광구조그룹(700)의 p형 콘택층(contect layer)으로 사용될 수 있고, 이에, 상기 p형 전극(600)을 공통으로 사용하면서도 상기 각각의 제1 발광구조물(200)과 발광구조그룹(700)의 동작을 개별적으로 제어할 수 있다.
또한, 상기 제2 활성층 그룹(720) 및 제2 n-GaN층 그룹(710)이 상기 절연층(400)의 측벽에 접촉되어 있는 것을 확인할 수 있다. 상기 도전층(300)의 홀의 크기 또는 상기 도전층(300) 및 상기 절연층(400)의 크기에 의해 상기 발광구조그룹(700)의 크기가 제한적으로 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이에, 상기 발광다이오드는, 상기 제1 발광구조물(200) 상에 상기 도전층(300)의 적어도 하나의 홀의 개수만큼, 적어도 하나 이상으로 형성된, 마이크로 크기의 로드(micro rod)형태를 가진 상기 발광구조그룹(700)을 구성할 수 있으며, 이들은 모두 전기적으로 연결되어 있을 수 있다. 상기 도전층(300)의 홀의 개수는 특별히 한정하지 않는다.
상기 발광구조그룹은 제2 p-GaN층, 제2 활성층, 제2 n-GaN층이 순차적으로 적층된 발광구조체가 복수개로 형성된 것을 포함하며, 상기 발광구조체는 상기 도전층의 적어도 하나의 홀이 배치된 영역에 각각 독립적으로 형성된 것일 수 있다. 상기 적어도 하나의 홀을 가지는 도전층을 통해 재성장되는 제2 p-GaN층 그룹에 의해 상기 발광구조그룹은 제2 p-GaN층, 제2 활성층, 제2 n-GaN층이 순차적으로 적층된 발광구조체가 복수개로 형성된 형태를 가질 수 있으며, 이는 동시에 성장을 진행할 수도 있으나, 각각의 발광구조체는 상기 도전층의 적어도 하나의 홀이 배치된 영역에 각각 독립적으로 형성된 것일 수 있다. 상기 각각의 발광구조체는 하나의 발광구조그룹으로 전기적으로 연결되어 발광할 수 있으며, 실시예에 따라 전기적 연결을 다르게 구성할 수도 있어, 특별히 한정하지는 않는다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 도전층의 단면을 나타낸 모식도이며, 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연층의 단면을 나타낸 모식도이다.
도 6a를 참조하면, 상기 도전층(300)은 적어도 하나의 도전층 홀(350)이 일정한 간격으로 배치된 구조를 가지고 있는 것을 확인할 수 있다. 이와 같은 형태의 상기 도전층(300)의 적어도 하나의 도전층 홀(350)이 배치된 영역에 상기 도전층(300) 하부에 형성된 제1 p-GaN층을 재성장시켜 제2 p-GaN층 또는 제2 p-GaN층 그룹을 형성할 수 있다. 상기와 같이 적어도 하나의 도전층 홀(350)이 배치된 상기 도전층(300)은 제2 p-GaN층 또는 제2 p-GaN층 그룹이 성장할 수 있는 마스크 패턴의 역할을 수행할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 상기 절연층(400)은 적어도 하나의 절연층 홀(450)이 일정한 간격으로 배치된 구조를 가지고 있는 것을 확인할 수 있다. 상기 절연층 홀(450)의 크기는 상기 도 6a의 도전층 홀(350)의 크기보다 더 크게 형성된 것일 수 있다. 상기 도 6a의 도전층(300)의 적어도 하나의 도전층 홀(350)과 대응되는 형태로 적어도 하나의 절연층 홀(450)이 일정 간격으로 배치된 구조를 가진 절연층(400)에 의해 제2 발광구조물 또는 발광구조그룹의 구조는 실시예에 따라 다양하게 형성될 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (19)

  1. 기판 상에 형성된 제1 n-GaN층, 제1 활성층, 제1 p-GaN층이 순차적으로 적층된 제1 발광구조물;
    상기 제1 발광구조물 상에 형성된 적어도 하나의 홀이 배치된 도전층;
    상기 도전층의 적어도 하나의 홀이 배치된 영역에 형성된 제2 p-GaN층 및 상기 제2 p-GaN층 상에 형성된 제2 활성층, 제2 n-GaN층이 순차적으로 적층된 제2 발광구조물을 포함하며,
    상기 제2 p-GaN층은, 상기 도전층의 적어도 하나의 홀을 통해 상기 제1 p-GaN층을 재성장시켜 형성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 p-GaN층은 상기 도전층의 측벽 또는 상면에 접촉되어,
    상기 도전층이 상기 제2 발광구조물의 p형 콘택층(contact layer)으로 사용되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발광다이오드는,
    제1 n-GaN층 상부의 일측에 형성된 제1 n형 전극;
    상기 제2 n-GaN층 상부의 일측에 형성된 제2 n형 전극; 및
    상기 도전층 상부의 일측에 형성된 p형 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 발광다이오드는,
    상기 도전층은 상기 p형 전극을 통해 전달되는 전류를 상기 제1 발광구조물 및 상기 제2 발광구조물로 확산시키는 전류확산층으로 사용되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 발광다이오드는,
    상기 제1 발광구조물이 상기 제1 n형 전극과 상기 p형 전극의 연결로 구동되고, 상기 제2 발광구조물이 상기 제2 n형 전극과 상기 p형 전극의 연결로 구동되어, 상기 제1 발광구조물과 상기 제2 발광구조물의 동작제어가 독립적 또는 상호연관적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 도전층은 상기 제2 p-GaN층의 성장을 위한 마스크 패턴으로 사용되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 도전층은 Co, Ni, Pt, Au, Se, Re, Ir, Pb, Ag, Cr, Zn, 및 일함수가 4.4eV 이상인 도전성금속, 또는 탄소나노튜브(CNT), 그라핀, ITO(indium tin oxide), ZnO, 및 IZO 중 선택되는 적어도 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 도전층의 적어도 하나의 홀이 배치되지 않은 영역에 형성된 절연층을 더 포함하는 것으로,
    상기 절연층은 상기 도전층의 적어도 하나의 홀의 위치와 대응되는 적어도 하나의 홀을 가진 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  9. 기판 상에 형성된 제1 n-GaN층, 제1 활성층, 제1 p-GaN층이 순차적으로 적층된 제1 발광구조물;
    상기 제1 발광구조물 상에 형성된 적어도 하나의 홀이 배치된 도전층;
    상기 도전층의 적어도 하나의 홀이 배치된 영역에 형성된 제2 p-GaN층 그룹(group) 및 상기 제2 p-GaN층 상에 형성된 제2 활성층 그룹, 제2 n-GaN층 그룹이 순차적으로 적층된 발광구조그룹을 포함하며,
    상기 제2 p-GaN층 그룹은, 상기 도전층의 적어도 하나의 홀을 통해 상기 제1 p-GaN층을 재성장시켜 형성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 발광구조그룹은 제2 p-GaN층, 제2 활성층, 제2 n-GaN층이 순차적으로 적층된 발광구조체가 적어도 하나 이상으로 형성된 것을 포함하며,
    상기 발광구조체는 상기 도전층의 적어도 하나의 홀이 배치된 영역에 각각 독립적으로 형성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  11. 기판 상에 제1 n-GaN층, 제1 활성층, 제1 p-GaN층을 순차적으로 적층하여 제1 발광구조물을 형성하는 단계;
    상기 제1 발광구조물 상에 적어도 하나의 홀을 가진 도전층을 형성하는 단계;
    상기 도전층의 적어도 하나의 홀을 통해 제1 p-GaN층을 재성장시켜 상기 도전층의 적어도 하나의 홀이 배치된 영역에 제2 p-GaN층을 형성하는 단계;
    상기 제2 p-GaN층 상에 제2 활성층, 제2 n-GaN층을 순차적으로 적층하여 제2 발광구조물을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 발광다이오드의 제조방법은,
    상기 제2 발광구조물을 형성하는 단계 이후에,
    상기 제2 n-GaN층 상부의 일측에 제2 n형 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 도전층 상부의 일측에 p형 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 발광구조물 상에 적어도 하나의 홀을 가진 도전층을 형성하는 단계는,
    상기 제1 발광구조물 상에 도전층을 증착하는 단계; 및
    리소그래피 공정을 통해 상기 증착된 도전층에 적어도 하나의 홀이 배치된 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 도전층은 10nm 내지 1μm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제2 p-GaN층을 형성하는 단계는 선택적 영역 성장(Selective Area Growth, SAG)방법을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제2 p-GaN층은 상기 도전층의 측벽 또는 상면에 접촉되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 도전층의 적어도 하나의 홀이 배치되지 않은 영역에 절연층을 형성하는 것을 더 포함하며,
    상기 절연층은 상기 도전층의 적어도 하나의 홀의 위치와 대응되는 적어도 하나의 홀을 가진 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 절연층은 SiO2, SOG(spin on glass), 또는 900℃ 이하의 온도에서 내열성을 갖는 물질 중 선택되는 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법.
  19. 기판 상에 제1 n-GaN층, 제1 활성층, 제1 p-GaN층을 순차적으로 적층하여 제1 발광구조물을 형성하는 단계;
    상기 제1 발광구조물 상에 적어도 하나의 홀을 가진 도전층을 형성하는 단계;
    상기 도전층의 적어도 하나의 홀을 통해 제1 p-GaN층을 재성장시켜 상기 도전층의 적어도 하나의 홀이 배치된 영역에 제2 p-GaN층 그룹(group)을 형성하는 단계;
    상기 제2 p-GaN층 그룹 상에 제2 활성층 그룹, 제2 n-GaN층 그룹을 순차적으로 적층하여 발광구조그룹을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법.
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