KR100755591B1 - 질화물계 발광소자의 제조방법 - Google Patents
질화물계 발광소자의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100755591B1 KR100755591B1 KR1020060056373A KR20060056373A KR100755591B1 KR 100755591 B1 KR100755591 B1 KR 100755591B1 KR 1020060056373 A KR1020060056373 A KR 1020060056373A KR 20060056373 A KR20060056373 A KR 20060056373A KR 100755591 B1 KR100755591 B1 KR 100755591B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- nitride
- light emitting
- based light
- layer
- emitting device
- Prior art date
Links
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 title claims abstract description 72
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 27
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 64
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 39
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 179
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 19
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 14
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 9
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims description 9
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 7
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 claims description 6
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 6
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N Dextrotartaric acid Chemical compound OC(=O)[C@H](O)[C@@H](O)C(O)=O FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N 0.000 claims description 4
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N Tartaric acid Natural products [H+].[H+].[O-]C(=O)C(O)C(O)C([O-])=O FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 235000002906 tartaric acid Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000011975 tartaric acid Substances 0.000 claims description 4
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 5-(5-carboxythiophen-2-yl)thiophene-2-carboxylic acid Chemical compound S1C(C(=O)O)=CC=C1C1=CC=C(C(O)=O)S1 DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910017855 NH 4 F Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N n-(2,4-dichloro-5-propan-2-yloxyphenyl)acetamide Chemical compound CC(C)OC1=CC(NC(C)=O)=C(Cl)C=C1Cl QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 claims description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 3
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 claims description 2
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 6
- AEMRFAOFKBGASW-UHFFFAOYSA-N Glycolic acid Chemical compound OCC(O)=O AEMRFAOFKBGASW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 235000011054 acetic acid Nutrition 0.000 claims 2
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 claims 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 abstract 1
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 21
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 17
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 12
- 239000010408 film Substances 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 10
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 9
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 6
- 238000000313 electron-beam-induced deposition Methods 0.000 description 6
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 6
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 5
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 5
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 4
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- OORRCVPWRPVJEK-UHFFFAOYSA-N 2-oxidanylethanoic acid Chemical compound OCC(O)=O.OCC(O)=O OORRCVPWRPVJEK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YBCVMFKXIKNREZ-UHFFFAOYSA-N acoh acetic acid Chemical compound CC(O)=O.CC(O)=O YBCVMFKXIKNREZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000089 atomic force micrograph Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N dioxoiridium Chemical compound O=[Ir]=O HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 2
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004630 atomic force microscopy Methods 0.000 description 1
- NWAIGJYBQQYSPW-UHFFFAOYSA-N azanylidyneindigane Chemical compound [In]#N NWAIGJYBQQYSPW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- XVVLAOSRANDVDB-UHFFFAOYSA-N formic acid Chemical compound OC=O.OC=O XVVLAOSRANDVDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000578 graft copolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- NIFHFRBCEUSGEE-UHFFFAOYSA-N oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O.OC(=O)C(O)=O NIFHFRBCEUSGEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 239000011342 resin composition Substances 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
- H01L33/22—Roughened surfaces, e.g. at the interface between epitaxial layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
- H01L33/40—Materials therefor
- H01L33/42—Transparent materials
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Weting (AREA)
Abstract
질화물계 발광소자의 제조방법이 개시된다.
본 발명에 따르는 질화물계 발광소자의 제조방법은 n형 반도체층과 p형 반도체층을 포함하는 질화물계 발광체층을 형성하는 단계;
상기 질화물계 발광체층의 상부에 광투과율이 85% 이상인 투명도전층을 형성하는 단계;
상기 투명도전층의 표면을 산도(pH) 6 내지 6.5인 산성용액으로 습식에칭처리하여 표면에 직경이 250 내지 1000 ㎚인 복수개의 돌출부를 형성하는 단계; 및
상기 복수개의 돌출부를 결정화하기 위하여 열처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것으로서, 별도의 마스크를 채용하지 아니하고 습식에칭처리를 통하여 나노스케일(nano-scale)로 전극 표면에 다수개의 돌출부를 형성할 수 있도록 하여, 질화물계 발광소자에서 발생되는 광(photo)이 전극 계면 산란(scattering)되어 외부발광효율이 우수한 특징이 있다.
Description
도 1은 종래의 질화물계 발광소자의 단면도로서, (a)는 종래의 질화물계 발광소자의 제조방법을 모식적으로 나타낸 도면이고, (b)는 종래 제조방법에 의하여 제조된 질화물계 발광소자의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따르는 질화물계 발광소자의 제조방법을 단계별로 나타내는 제조공정도이다.
도 3은 실시예 1에 의하여 제조된 질화물계 발광소자의 투명도전층의 표면상태에 대한 원자힘 현미경(AFM) 사진이다.
도 4는 실시예 1에 의하여 제조된 질화물계 발광소자의 투명도전층의 표면에 대한 주사전자현미경사진(SEM)이다.
도 5는 비교예 1에 의하여 제조된 질화물계 발광소자의 투명도전층 표면에 대한 주사전자현미경사진(SEM)이다.
도 6은 비교예 1에 의하여 제조된 질화물계 발광소자의 투명도전층 표면에 대한 원자힘현미경사진이다.
도 7은 비교예 2에 의하여 제조된 질화물계 발광소자의 투명도전층의 원자힘현미경사진(AFM)이다.
도 8은 실시예 2 내지 4 및 비교예 1에 의하여 제조된 질화물계 발광소자의 저항치(series resistance)를 측정한 결과그래프이다.
도 9는 실시예 2 내지 4 및 비교예 1에 의하여 제조된 질화물계 발광소자의 광출력특성을 측정한 결과그래프이다.
<주요 도면 부호에 대한 설명>
10 : 기판 20 : 버퍼층
30 : n형 반도체층 40 : 활성층
50 : p형 반도체층 60 : 산화막
80 : p형 금속전극 90 : n형 금속전극
본 발명은 질화물계 발광소자의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 별도의 마스크를 채용하지 아니하고 습식에칭처리를 통하여 나노스케일(nano-scale)로 전극 표면에 다수개의 돌출부를 형성할 수 있도록 하여, 질화물계 발광소자에서 발생되는 광(photo)이 전극 계면 산란되어 외부발광효율이 우수한 질화물계 발광소자의 제조방법에 관한 것이다.
최근 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN) 및 질화인듐(InN) 등의 질화물계 화합물 반도체가 열적 및 화학적으로 안정하고, 대체적으로 에너지 밴드 갭(Energy Band Gap)이 큰 특성을 가지므로, 새로운 화합물 반도체 물질로 활발히 연구되어 왔다. 특히, 질화갈륨을 이용한 발광소자, 예를 들면, 발광다이오드(Light Emitting: LED) 및 레이저 다이오드(Laser Diode: LD)가 실용화됨으로써 많은 주목을 받기 시작하였다. 상기 발광소자는 대규모 컬러평판표시장치, 신호등, 실내 조명과 고밀도 광원, 고해상도 출력 시스템, 광통신 등의 다양한 응용 분야를 가지고 있으므로 수 많은 연구자들의 관심의 대상이 되고 있으며 이의 상업화를 위한 시도가 있다. 또한, 질화갈륨계 반도체소자를 이용한 발광소자는 도 1에 도시된 바와 같은 구조로 이루어지는 것이 통상적인데, 이의 제조방법을 도 1을 통하여 간략하게 살펴보면, 먼저 기판(10)을 마련한다. 기판(10)으로는 단결정 사파이어, 갈륨비소 또는 실리콘 재질의 기판이 사용될 수 있다. 그런 다음, 상기 기판(10)의 표면상에 버퍼층(20), 예를 들어 도핑되지 않은 GaN층을 800℃ 이하의 저온에서 성장시킨다. 상기 버퍼층(20)의 적층은 다층으로 형성되는 물질들간의 전기적 특성의 향상 및 물리적 결합을 공고하게 하기 위한 것으로 생략할 수도 있다. 다음으로, 유기금속 화학기상증착(Metalorganic Chemical Vapor Deposition: MOCVD), HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy), 분자선 에피택시(Molecular Beam Epitaxy: MBE) 또는 플라즈마 강화 화학기상증착법(Plasma Enhanced chemical Vapor Deposition: PECVD) 등을 이용하여 상기 버퍼층(20) 상에 제 1 도전형인 n형 반도체층(30), 활성층(40) 및 제 2 도전형인 p형 반도체층(50)을 각각의 정해진 두께로 순차적으로 성장시킨다. 여기서, n형 반도체층(30)은 n형 GaN층과 함께 n형 AlGaN층으로 구성될 수 있다. 마찬가지로, p형 반도체층(50)도 p형 GaN층과 함께 p형 AlGaN층으로 구성될 수 있다. 활성층(40)은 n형 InGaN층으로 구성될 수 있다. 여기 서, 상기 n형 반도체층(30)이 노출되도록 하기 위하여 활성층(40) 및 p형 반도체층(50)의 도면상 점선으로 표시된 영역을 식각한다. 이를 위하여 상기 p형 반도체층(50) 상에 식각 마스크, 예를 들어 이산화규소(SiO2)재질의 산화막(60)을 적층하게 되는데, 일반적인 식각 공정에서 사용되는 통상적인 감광성 고분자 물질의 식각 마스크는 활성층(40) 및 p형 반도체층(50)과의 식각 선택도(etch selectivity)가 낮아서 적절한 식각 마스크로서의 역할을 수행할 수가 없기 때문에 산화막(60)이 식각 마스크로서 사용된다. 상기 산화막(60)이 적층되고 나면, 통상의 사진공정을 이용하여 산화막의 일부분(60b)상에만 감광막(미도시)의 패턴을 형성하고 산화막의 타부분(60a) 상에는 감광막(미도시)의 패턴을 형성하지 않는다.
상기 감광막의 패턴이 형성되고 나면, 감광막의 패턴에 의해 마스킹되지 않은 산화막의 일부분(60a)을 불산 용액으로 습식 식각함으로써 그 아래의 p형 반도체층(50)을 노출시킨다. 이후, 노출된 p형 질화갈륨 반도체층(50) 및 그 하부의 활성층(40)의 일부(점선부분)를 순차적으로 건식 식각함으로써 그 아래의 n형 반도체층(30)을 노출시킨다. 여기서, 상기 p형 반도체층(50) 및 활성층(40)은 모어(Mohr) 경도가 10으로 매우 높고 또한 단단한 물질이어서 통상의 습식 식각(Wet etching)으로 식각하는 것이 거의 불가능하기 때문에 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching: RIE), 전자 사이크로트론 공명(Electron Cyclotron Resonance: ECR), 유도 결합형 플라즈마(Inductively Coupled Plasma) 등과 같은 플라즈마를 이용한 건식 식각공정이 주로 사용된다. 식각률은 식각 기체의 양과 에너지, 반응기 내의 압 력 등을 변경함으로써 조절될 수 있다. 상기 식각 기체로는 Cl2 또는 BCl3의 염소계 기체와 알곤(Ar) 기체가 함께 사용될 수 있다. 상기 n형 반도체층(30)이 노출된 후에 산화막의 일부분(60b)상에 잔류하는 감광막을 현상하여 제거하고, 산화막의 일부분(60b)을 불산 용액으로 습식 에칭하여 그 아래의 p형 반도체층(50)을 노출시킨다. 상기 p형 반도체층(50)이 노출되고 나면, p형 반도체층(50)과 n형 반도체층(30) 상에 각각의 p형 금속전극(80) 및 n형 금속전극(90)의 패턴을 각각 형성한다. 여기서, 상기 p형 금속전극(80)은 니켈/금(Ni/Au)2중층으로 구성되고, n형 금속전극(90)은 니켈/알루미늄(Ni/Al)2중층으로 구성된다.
이와 같은 과정으로 이루어지는 종래 기술에 의한 발광소자 제조방법의 경우, 니켈(Ni)을 기본으로 하는 금속박막은 산소(O2) 분위기에서 열처리되었을 때 10-3～10-4Ω/cm2 정도의 낮은 비접촉저항을 갖는 오믹접촉을 형성하는 것으로 알려져 있다. 이러한 낮은 비접촉저항에 따르면, 500℃-600℃의 산소(O2) 분위기에서 열처리시 질화갈륨(GaN)과 니켈(Ni)의 계면에 p형 반도체 산화물인 니켈산화물(NiO)이 섬(island) 모양의 금(Au)박막 사이와 그 위에 형성됨으로써 쇼트키 장벽의 높이(Schottky barrier height)가 감소된다. 따라서 쇼트키장벽의 높이 감소에 의해, 질화갈륨(GaN) 표면부근에 다수 캐리어인 홀(hole)을 용이하게 공급하여 질화갈륨계 표면 부근에서의 실효 캐리어 농도(effective carrier concentration)가 증가되어 발광효율이 우수해진다.
그러나, 기존의 니켈/금으로 이루어진 p형 금속전극(80)은 약 75% 정도의 낮 은 빛 투과율로 인하여 외부로의 빛 추출효율이 낮아서 차세대 대용량 및 고휘도 발광소자를 구현하는데 상당한 문제점을 가지고 있었다. 따라서, 이러한 외부 발광효율을 개선하고자 반투명의 니켈/금2중층 전극 구조보다 우수한 빛 투과성을 구비한 예컨데 인듐틴옥사이드(ITO) 등과 같은 투명전도성 산화물을 이용하는 기술이 개발되고 있다. 이러한 기술로서 미국공개특허공보 제 2003/0062530 호에서는 1차원 스트립 형태의 패턴(stripe-shaped patterns)을 He-Cd 레이저, Ar 레이저 등에 의한 간섭노출방식(interferomtric exposure)과 전자선노출방식(electron beam exposure)에 의하여 식각하는 기술이 공개되고 있으나, 여기서 전극표면의 조직화 또는 패턴닝은 기본적으로 마스크(mask)와 건식 에칭(dry etching) 등에 의하는 공정으로서 추가 공정을 요구하여 공정비효율 및 제조원가 상승의 문제점이 있었다.
또한, 미국공개특허공보 제2004/0041164 호에서는 포토레지스트 마스크(photoresist mask)와 반응성 이온에칭(reactive ion etching, RIE) 등의 건식에칭에 의하여 빛추출요소(light extraction elements, LEES) 또는 산란층(disperser layers) 등으로 구성된 빛추출구조(light extraction structure)를 발광소자의 표면에 형성하여 외부양자효율(EQE)를 향상시키는 기술이 개시되고 있으나, 상기 건식에칭에 의한 플라즈마식각 속도가 매우 낮으므로 질화갈륨 반도체층의 식각공정에 많은 시간이 소요되고, 플라즈마 식각장치를 구비하는데 많은 경제적 부담을 유발하는 문제점이 있었다.
한편, 대한민국등록특허공보 제0567296호에서는 블럭 공중합체 또는 그래프트 공중합체를 함유하여, 미크로(micron)상 분리 구조를 자기 조직적으로 형성하는 수지 조성물을 이용하여 발광 소자의 표면에 박막을 형성하고, 표면에 형성된 상기 박막의 미크로상 분리 구조의 적어도 한쪽의 상을 선택적으로 제거하고, 나머지의 상을 에칭 마스크로 이용하여 상기 발광 소자의 표면을 에칭함으로써 발광효율을 개선하는 기술이 등록되어 있으나, 이 역시 별도의 에칭마스크를 형성하는 공정이 추가되어 공정손실이 생기는 문제점이 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 별도의 마스크를 채용하지 아니하고 습식에칭처리를 통하여 나노스케일(nano-scale)로 전극 표면에 다수개의 돌출부를 형성할 수 있도록 하여, 질화물계 발광소자에서 발생되는 광(photo)이 전극 계면 산란(scattering)되어 외부발광효율이 우수한 질화물계 발광소자의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여
n형 반도체층과 p형 반도체층을 포함하는 질화물계 발광체층을 형성하는 단계;
상기 질화물계 발광체층의 상부에 광투과율이 85% 이상인 투명도전층을 형성하는 단계;
상기 투명도전층의 표면을 산도(pH) 6 내지 6.5인 산성용액으로 습식에칭처리하여 표면에 직경이 250 내지 1000 ㎚인 복수개의 돌출부를 형성하는 단계; 및
상기 복수개의 돌출부를 결정화하기 위하여 열처리하는 단계;를 포함하는 것 을 특징으로 하는 질화물계 발광소자의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면, 상기 질화물계 발광체층은 근적외선을 내는 구조체로서, 기판, n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층이 순차적으로 적층되어 있는 것일 수 있다.
여기서, 상기 기판과 n형 반도체층의 사이에는 완충층이 더 개재되어 있을 수 있다.
또한, 상기 n형 반도체층은 갈륨나이트라이드(GaN)에 규소(Si), 게루마늄(Ge), 셀륨(Se) 및 텔륨(Te)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나가 도핑(doping)된 것일 수 있다.
아울러, 상기 p형 반도체층은 갈륨나이트라이드(GaN)에 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 및 베릴륨(Be)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나가 도핑된 것일 수 있다.
또한, 상기 기판은 사파이어(Al2O3), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘(Si) 및 갈륨비소(GaAs)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
아울러, 상기 활성층은 단층 또는 다층양자우물(MQW)층일 수 있다.
한편, 상기 투명도전층은 인듐틴옥사이드(ITO), 진크옥사이드(ZnO) 및 이리듐옥사이드(IrO2)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 산성용액은 완충산화물에칭액(buffered oxide etch, BOE), 불산(HF), 염산(HCl), 질산(HNO3), 인산(H3PO4), 황산(H2SO4), 옥살산(oxalic acid), 타르탈산(tartaric acid), 포름산(formic acid), 아세트산(acetic acid), 글리콜산(glycolic acid) 및 불화암모늄(NH4F)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
한편, 상기 에칭하는 시간은 1 내지 12 초일 수 있다.
아울러, 상기 열처리하는 온도는 400 내지 800℃일 수 있다.
또한, 상기 투명도전층의 두께는 400 내지 6000Å일 수 있다.
또한, 상기 돌출부의 직경은 250 내지 700㎚일 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.
그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 도면에서 막 또는 영역들의 크기 또는 두께는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어진 것이다.
도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따르는 질화물계 발광소자의 제조방법을 단계별로 나타내는 제조공정도이다. 도 2를 참조하면, 본 제조방법은 질화물계 발광체층을 형성하는 단계(S1단계)와, 상기 질화물계 발광체층의 상부에 투명도전층을 형성하는 단계(S2단계)와, 상기 투명도전층의 표면을 습식에칭처리하여 크기가 250 내지 1000 ㎚인 복수개의 돌출부를 형성하는 단계(S3단계) 및 상기 복수개의 돌출 부를 열처리하는 단계(S4단계)를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
먼저, S1단계를 살펴보면, n형 반도체층과 p형 반도체층을 포함하는 질화물계 발광체층을 형성하는 단계로서, 상기 질화물계 발광체층은 근자외선 파장의 빛을 내는 것을 특징으로 하는데, 상기 근자외선 파장은 주로 405 ㎚ 이다. 또한, 상기 질화물계 발광체층은 기판, n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 여기서, 상기 기판은 사파이어(Al2O3), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘(Si) 및 갈륨비소(GaAs)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 n형 반도체층은 갈륨나이트라이드(GaN)에 규소(Si), 게루마늄(Ge), 셀륨(Se) 및 텔륨(Te)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나에 n형 물질이 도핑(doping)된 것일 수 있다. 상기 n형 반도체층은 외부에서 소정 전압이 인가되어 통전될 경우에 도핑된 물질과 갈륨나이트라이드와의 사이에 여분의 전자를 가질 수 있는 반도체이다.
한편, 상기 p형 반도체층은 갈륨나이트라이드(GaN)에 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 및 베릴륨(Be)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나에 p형 물질이 도핑된 것일 수 있다. 이는 상기 n형 반도체층과는 달리 상기 갈륨나이트라이드와 도핑된 물질과의 사이에 여분의 정공(hole)을 가지게 된다. 따라서, 외부에서 인가되는 소정 전압에 의하여 상기 n형 반도체와 p형 반도체는 전류를 흘릴 수 있게 된다. 여기서 상기 n형 및 p형 반도체 사이에 전류가 흐를 경우 에 이를 빛에너지로 변환시켜주는 활성층이 개재한다. 상기 활성층은 당업계에서 통상 사용하는 단층 또는 다층양자우물층일 수 있는데, 바람직하게는 상기 다층양자우물층인 경우에는 인듐갈륨나이트라이드/갈륨나이트라이드(InGaN/GaN)층 또는 알루미늄갈륨나이트라이드/갈륨나이트라이드(AlGaN/GaN)일 수 있다.
다음으로, 상기 질화물계 발광체층의 상부에 광투과율이 85% 이상인 투명도전층을 형성하는 단계를 살펴본다. 종래의 금속전극을 사용하는 경우에 광투과율이 75% 정도에 머물던 것에 비하여 본 발명에 따르는 질화물계 발광소자의 제조방법에 의하면 광투과율이 85% 이상이다. 상기 광투과율이 85%이상을 유지하기 위하여는 적층되는 투명도전층의 두께를 조절할 필요가 있다. 상기 투명도전층의 두께는 10 내지 1000 ㎚일 수 있는데, 만일 두께가 10 ㎚ 미만이면, 투명도전층의 두께 균일성(uniformity)를 확보하기 어려울 뿐만 아니라 후공정인 습식에칭공정 조건의 조절이 어렵기 때문에 투명도전층의 손상 우려가 있으며, 만일 두께가 1000㎚를 초과하면, 투명도전층의 광투과율이 85% 미만으로 낮아질 수 있다.
또한, 상기 투명도전층은 인듐(In), 주석(Sn), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 세륨(Ce), 카드뮴(Cd), 마그네슘(Mg), 베릴륨(Be), 은(Ag), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 구리(Cu), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 텅스텐(W), 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn), 알루미늄(Al) 및 란탄(La) 계열의 금속으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 산화시킨 형태일 수 있으며, 바람직하게는 인듐틴옥사이드(ITO), 진크옥사이드(ZnO) 및 이리듐옥사이드(IrO2)로 이루어진 군에서 선택된 어 느 하나일 수 있다.
상기 투명도전층을 적층하는 방법으로는 당업계에서 통상 사용하는 방법인 한 특별하게 한정할 필요는 없으며, 예를 들면, 전자빔 증착(electron beam deposition), 스퍼터링(sputtering), 플라즈마 증착(plasma laser deposition), 이중 열증착(dual-type thermal deposition), 화학기상증착(chemical vapor deposition), 물리기상증착(physical vapor deposition) 등이 있다. 또한, 상기 투명도전층의 하부에는 오믹 접촉 특성을 향상시키기 위하여 금속입자를 더 적층할 수 있는데, 당업계에서 통상 사용하는 것인 한 특별하게 제한할 것은 아니며 예를 들면, 은(Ag)을 이용하여 3㎚ 두께로 적층할 수 있다.
다음으로, 상기 투명도전층의 표면을 산도(pH) 6 내지 6.5인 산성용액으로 습식에칭처리하여 표면에 직경이 250 내지 1000 ㎚인 복수개의 돌출부를 형성하는 단계(S3단계)를 살펴본다. 상기 산성용액은 투명도전층의 표면을 패터닝(patterning)하기 위하여 사용되는 것으로서, 산도(pH)가 6 내지 6.5인 범위내에서 당업계에서 통상 사용하는 산성용액을 사용할 수 있는데, 만일 산도가 6 미만이면, 투명도전층의 표면이 심하게 손상되어 전기적 특성을 상실하게 되고, 만일 산도가 6.5를 초과하면 패터닝이 진행되지 않는다.
또한, 상기 산성용액으로 사용할 수 있는 물질로는 산도가 6 내지 6.5인 범위내에서 당업계에서 통상 사용하는 물질을 이용할 수 있으나, 바람직하게는 완충산화물에칭액(buffered oxide etch, BOE), 불산(HF), 염산(HCl), 질산(HNO3), 인 산(H3PO4), 황산(H2SO4), 옥살산(oxalic acid), 타르탈산(tartaric acid), 포름산(formic acid), 아세트산(acetic acid), 글리콜산(glycolic acid) 및 불화암모늄(NH4F)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 투명도전층을 산성용액으로 에칭처리하면 투명도전층 표면은 복수개의 돌출부가 형성되며 패터닝되는데, 상기 돌출부의 직경이 250 내지 1000㎚가 된다. 이러한 크기의 돌출부에 활성층에서 생성된 빛이 충돌하며 산란(scattering)되어서 외부로의 발광효율이 우수해진다. 만일, 돌출부의 직경이 250 ㎚미만이면, 굴절 현상으로 인한 외부발광효율에 기여하는 면도 있으나 반사효과에 의하여 다시 활성층으로 진입하여 소멸하게 되며, 만일 1000㎚를 초과하면 산란현상뿐만 아니라 반사에 의하여 발광소자 내부로 재진입하여 외부발광효율이 저감된다. 또한, 상기 산성용액에 투명도전층을 에칭하는 시간은 1 내지 12초인 것이 바람직한데, 만일 에칭시간이 1초 미만이면, 돌출부의 크기가 250㎚미만이 되어서 외부발광효율이 저감되며, 12초를 초과하면, 투명전도층이 국부적으로 손상되어서 전기전도성이 떨어지며 저항이 증가하여 결과적으로 구동전압이 증가한다.
마지막으로, 상기 복수개의 돌출부를 결정화하기 위하여 열처리하는 단계를 살펴본다. 상기 복수개의 돌출부는 투명도전층을 습식에칭을 통하여 패터닝한 결과 생기는 것으로서 이를 결정화하여 내구성을 확보할 필요가 있다. 이를 위하여 상기 복수개의 돌출부를 열처리하는데, 열처리 온도는 400 내지 800℃로 한다. 만일 열처리 온도가 400 ℃ 미만이면, 무정형(amorphous)의 투명도전층이 결정화되지 않으 며, 만일 800 ℃를 초과하면, 복수개의 돌출부가 서로 급격하게 응집하여 그 입자 크기가 1000㎚를 초과하게 되어 상술한 바와 같이 외부발광효율이 저감된다.
이하, 본 발명의 실시예를 살펴본다. 그러나, 본 실시예에 의하여 동일 또는 균등한 사상적 범위내에서 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
사파이어로 이루어진 기판의 상부에 순차적으로 버퍼층으로서 갈륨나이트라이드(GaN)층, n형 반도체층으로서 n형 GaN/AlGaN층, 활성층으로서 n형 인듐갈륨나이트라이드(InGaN)층, p형 반도체층(50)도 p형 GaN/AlGaN층이 적층된 질화물계 발광체층을 준비하였다. 다음으로, 상기 n형 반도체층의 상부에 티타늄/알루미늄(Ti/Al)2중층으로 된 n형 금속전극을 형성하였다. 다음으로, 상기 p형 반도체층의 상부에 3㎚ 크기의 은(Ag)입자를 적층하고 전자빔 증착법을 이용하여 500㎚ 두께의 인듐틴옥사이드(ITO)로 이루어진 투명도전층을 적층하였다. 상기 투명도전층을 산도(pH) 6.5인 BOE수용액으로 5초동안 습식에칭하였다. 다음으로, 증류수로 헹구어낸 후에 가열오븐으로 500℃로 가열하여 질화물계 발광소자를 제조하였다.
실시예 2
상기 p형 반도체층의 상부에 전자빔 증착법을 이용하여 600㎚ 두께의 인듐틴옥사이드(ITO)로 이루어진 투명도전층을 적층하였다. 상기 투명도전층을 산도(pH) 6인 옥살산수용액으로 7초동안 습식에칭하였다. 다음으로, 증류수로 헹구어낸 후에 가열오븐으로 600℃로 가열한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 질화물계 발광소자를 제조하였다.
실시예 3
상기 p형 반도체층의 상부에 전자빔 증착법을 이용하여 700㎚ 두께의 인듐틴옥사이드(ITO)로 이루어진 투명도전층을 적층하였다. 상기 투명도전층을 산도(pH) 6.5인 인산수용액으로 10초동안 습식에칭하였다. 다음으로, 증류수로 헹구어낸 후에 가열오븐으로 700℃로 가열한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 질화물계 발광소자를 제조하였다.
실시예 4
상기 p형 반도체층의 상부에 전자빔 증착법을 이용하여 800㎚ 두께의 인듐틴옥사이드(ITO)로 이루어진 투명도전층을 적층하였다. 상기 투명도전층을 산도(pH) 6인 불산수용액으로 12초동안 습식에칭하였다. 다음으로, 증류수로 헹구어낸 후에 가열오븐으로 800℃로 가열한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 질화물계 발광소자를 제조하였다.
비교예 1
사파이어로 이루어진 기판의 상부에 순차적으로 버퍼층으로서 갈륨나이트라이드(GaN)층, n형 반도체층으로서 n형 GaN/AlGaN층, 활성층으로서 n형 인듐갈륨나이트라이드(InGaN)층, p형 반도체층(50)도 p형 GaN/AlGaN층이 적층된 질화물계 발광체층을 준비하였다. 다음으로, 상기 n형 반도체층의 상부에 티타늄/알루미늄(Ti/Al)2중층으로 된 n형 금속전극을 형성하였다. 다음으로, 상기 p형 반도체층의 상부에 3㎚ 크기의 은(Ag)입자를 적층하고 전자빔 증착법을 이용하여 500㎚ 두께의 인듐틴옥사이드(ITO)로 이루어진 투명도전층을 적층하였다. 상기 투명도전층 을 산도(pH) 6.7인 BOE수용액으로 15초동안 습식에칭하였다. 다음으로, 증류수로 헹구어낸 후에 가열오븐으로 900℃로 가열하여 질화물계 발광소자를 제조하였다.
비교예 2
투명도전층을 산도(pH) 5.6인 BOE수용액으로 0.5초동안 습식에칭하였다. 다음으로, 증류수로 헹구어낸 후에 가열오븐으로 350℃로 가열한 점을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 수행하여 질화물계 발광소자를 제조하였다.
시험예 1
투명도전층
표면의
패터닝
(
patterning
) 확인
실시예 1에 의하여 제조된 질화물계 발광소자의 표면상태를 원자힘 현미경(AFM)으로 촬영하였다. 도 3은 실시예 1에 의하여 제조된 질화물계 발광소자의 투명도전층의 표면상태에 대한 원자힘 현미경(AFM) 사진이고, 도 4는 실시예 1에 의하여 제조된 질화물계 발광소자의 투명도전층의 표면에 대한 주사전자현미경사진(SEM)이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 250 내지 700㎚ 크기의 돌출부들이 패터닝되어 있음을 볼 수 있다. 이러한 크기의 돌출부들에 의하여 후면에서 발생되는 근자외선(약405㎚)이 산란되어 광출력특성이 우수해진다.
한편, 비교예 1에 의하여 제조된 질화물계 발광소자의 표면상태를 확인하였다. 도 5는 비교예 1에 의하여 제조된 질화물계 발광소자의 투명도전층 표면에 대한 주사전자현미경사진(SEM)이고, 도 6은 비교예 1에 의하여 제조된 질화물계 발광소자의 투명도전층 표면에 대한 원자힘현미경사진이다. 여기서, 본 명세서에서 첨부된 주사전자현미경사진에서 한 눈금(scale)은 200㎚임을 알 수 있다. 한편, 도 5 및 도 6을 참조하면, 투명도전층 표면이 매우 균일하고 평평하게 되어 있는 것을 볼 수 있는데, 이는 산성용액의 산도가 낮아서 투명도전층의 표면에 에칭에 의한 패터닝이 거의 되지않은 것을 의미한다. 따라서, 이는 후면에서 발생되는 빛이 굴절되어 외부로 조사되는 효과외에도 다시 내부로 반사됨으로써 결과적으로 광출력특성이 저감된다.
또한, 비교예 2에 의하여 제조된 질화물계 발광소자의 투명도전층의 원자힘현미경사진(AFM)을 도 7에 나타내었다. 도 7을 참조하면, 산성용액의 산도가 높아서 투명도전층을 과에칭(overetching)한 결과가 되어서, 그 표면에 형성된 돌출부들의 직경이 1㎛를 초과하고 있음을 볼 수 있는데, 상기 돌출부의 직경이 1㎛를 초과하는 경우에는 후면에서 발생되는 빛이 산란되어 외부로 방출되는 효과외에도 다시 내부로 반사됨으로써 결과적으로 광출력특성이 저감된다.
시험예 2
질화물계 발광소자의 저항치(
series
resistance
) 확인
실시예 2 내지 4 및 비교예 1에 의하여 제조된 질화물계 발광소자의 저항치를 측정하였다. 이는 외부에서 상기 질화물계 발광소자에 정전류를 인가하여 측정하였다. 도 8은 실시예 2 내지 4 및 비교예 1에 의하여 제조된 질화물계 발광소자의 저항치(series resistance)를 측정한 결과그래프이다. 도 8을 참조하면, 패터닝을 위한 에칭 시간이 증가함에 따라 저항치가 증가하는 것을 볼 수 있다. 이는 패터닝이 진행되면서 투명도전층의 표면상태의 거칠기 증가하여 나타나는 것으로서, 결과적으로 산란효과에 의하여 광출력 특성이 증가하게 된다.
시험예3
외부광출력
특성 평가
실시예 2 내지 4 및 비교예 1에 의하여 제조된 질화물계 발광소자의 광출력특성을 평가하였다. 도 9는 실시예 2 내지 4 및 비교예 1에 의하여 제조된 질화물계 발광소자의 광출력특성을 측정한 결과그래프이다. 도 9를 참조하면, 통상의 발광소자의 구동전류인 20㎃에서의 광출력이 비교예 1에 비하여 본 발명에 따르는 실시예 2 내지 4에 의한 질화물계 발광소자가 비교예 1에 의한 것보다 무려 최소 19% 에서 최대 32%의 향상된 결과를 나타냄을 알 수 있다.
본 발명에 의한 질화물계 발광소자의 제조방법에 의하면 별도의 마스크를 채용하지 아니하고 습식에칭처리를 통하여 나노스케일(nano-scale)로 전극 표면에 다수개의 돌출부를 형성할 수 있도록 하여, 질화물계 발광소자에서 발생되는 광(photo)이 전극 계면 산란(scattering)되어 외부발광효율이 우수한 효과를 갖는다.
Claims (13)
- n형 반도체층과 p형 반도체층을 포함하는 질화물계 발광체층을 형성하는 단계;상기 질화물계 발광체층의 상부에 광투과율이 85% 이상인 투명도전층을 형성하는 단계;상기 투명도전층의 표면을 산도(pH) 6 내지 6.5인 산성용액으로 습식에칭처리하여 표면에 직경이 250 내지 1000 ㎚인 복수개의 돌출부를 형성하는 단계; 및상기 복수개의 돌출부를 결정화하기 위하여 열처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 질화물계 발광체층은 근자외선 파장의 빛을 내는 구조체로서, 기판, n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층이 순차적으로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 기판과 n형 반도체층의 사이에는 완충층이 더 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 n형 반도체층은 갈륨나이트라이드(GaN)에 규소(Si), 게루마늄(Ge), 셀륨(Se) 및 텔륨(Te)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나가 도핑(doping)된 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 p형 반도체층은 갈륨나이트라이드(GaN)에 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 및 베릴륨(Be)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나가 도핑된 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 기판은 사파이어(Al2O3), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘(Si) 및 갈륨비소(GaAs)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 활성층은 단층 또는 다층양자우물(MQW)층인 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 투명도전층은 인듐틴옥사이드(ITO), 진크옥사이드(ZnO) 및 틴옥사이드(SnO2)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 산성용액은 완충산화물에칭액(buffered oxide etch, BOE), 불산(HF), 염산(HCl), 질산(HNO3), 인산(H3PO4), 황산(H2SO4), 옥살산(oxalic acid), 타르탈산(tartaric acid), 포름산(formic acid), 아세트산(acetic acid), 글리콜산(glycolic acid) 및 불화암모늄(NH4F)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 에칭하는 시간은 1 내지 12 초인 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 열처리하는 온도는 400 내지 800℃인 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 투명도전층의 두께는 400 내지 6000Å인 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 돌출부의 직경이 250 내지 700㎚인 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자의 제조방법.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020060056373A KR100755591B1 (ko) | 2006-06-22 | 2006-06-22 | 질화물계 발광소자의 제조방법 |
| CN2007101039437A CN101093870B (zh) | 2006-06-22 | 2007-05-15 | 顶部发射氮基发光器件及其制造方法 |
| JP2007150792A JP2008004931A (ja) | 2006-06-22 | 2007-06-06 | 前面発光型窒化物系発光素子の製造方法 |
| US11/812,305 US8227283B2 (en) | 2006-06-22 | 2007-06-18 | Top-emitting N-based light emitting device and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020060056373A KR100755591B1 (ko) | 2006-06-22 | 2006-06-22 | 질화물계 발광소자의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR100755591B1 true KR100755591B1 (ko) | 2007-09-06 |
Family
ID=38736534
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020060056373A KR100755591B1 (ko) | 2006-06-22 | 2006-06-22 | 질화물계 발광소자의 제조방법 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8227283B2 (ko) |
| JP (1) | JP2008004931A (ko) |
| KR (1) | KR100755591B1 (ko) |
| CN (1) | CN101093870B (ko) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100844722B1 (ko) * | 2006-03-07 | 2008-07-07 | 엘지전자 주식회사 | 나노콘 성장방법 및 이를 이용한 발광 다이오드의제조방법 |
| TWI394290B (zh) * | 2006-12-18 | 2013-04-21 | Delta Electronics Inc | 電激發光裝置及其製造方法 |
| JP2008294188A (ja) * | 2007-05-24 | 2008-12-04 | Toyoda Gosei Co Ltd | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| DE102008051048A1 (de) * | 2008-10-09 | 2010-04-15 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optoelektronischer Halbleiterkörper |
| KR101007113B1 (ko) | 2008-11-25 | 2011-01-10 | 엘지이노텍 주식회사 | 반도체 발광소자 및 그 제조방법 |
| US8183575B2 (en) * | 2009-01-26 | 2012-05-22 | Bridgelux, Inc. | Method and apparatus for providing a patterned electrically conductive and optically transparent or semi-transparent layer over a lighting semiconductor device |
| KR101704028B1 (ko) * | 2010-06-21 | 2017-02-07 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광 소자 |
| KR101165259B1 (ko) | 2010-07-08 | 2012-08-10 | 포항공과대학교 산학협력단 | ＭｇＯ피라미드 구조를 갖는 발광소자 및 그 제조방법 |
| US9337366B2 (en) | 2011-07-26 | 2016-05-10 | Micron Technology, Inc. | Textured optoelectronic devices and associated methods of manufacture |
| JP6011108B2 (ja) * | 2011-09-27 | 2016-10-19 | 日亜化学工業株式会社 | 半導体素子 |
| JP5803708B2 (ja) * | 2012-02-03 | 2015-11-04 | 豊田合成株式会社 | 半導体発光素子の製造方法 |
| JP2014045108A (ja) * | 2012-08-28 | 2014-03-13 | Toyoda Gosei Co Ltd | 半導体発光素子 |
| CN103117339A (zh) * | 2013-03-15 | 2013-05-22 | 南京大学 | 基于复合软模板纳米压印技术制备图案化蓝宝石衬底的方法 |
| JP2014183090A (ja) * | 2013-03-18 | 2014-09-29 | Oki Electric Ind Co Ltd | 透明電極構造、窒化物半導体発光ダイオード、及び透明電極成膜方法 |
| US20150200326A1 (en) * | 2014-01-10 | 2015-07-16 | Tsmc Solar Ltd. | Method and apparatus for increasing efficiency of thin film photovoltaic cell |
| US9647172B2 (en) * | 2014-02-07 | 2017-05-09 | Epistar Corporation | Light emitting device |
| JP2015173229A (ja) * | 2014-03-12 | 2015-10-01 | 沖電気工業株式会社 | 透明電極構造、窒化物半導体発光ダイオード、及び透明電極成膜方法 |
| CN106206895A (zh) * | 2016-08-24 | 2016-12-07 | 西安中为光电科技有限公司 | 一种具有双电流扩展层的led及其制作方法 |
| CN106847757B (zh) * | 2017-03-09 | 2019-11-01 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种显示基板及其制作方法、显示装置 |
| CN108878262A (zh) * | 2018-06-12 | 2018-11-23 | 重庆中科渝芯电子有限公司 | 一种高掺杂Si衬底器件底层SI定量去除方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20050100485A (ko) * | 2004-04-14 | 2005-10-19 | 광주과학기술원 | 마스크 없는 선택적 습식식각을 이용하는 ⅲ-질화물계반도체 발광소자의 제조방법 |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3739217A (en) * | 1969-06-23 | 1973-06-12 | Bell Telephone Labor Inc | Surface roughening of electroluminescent diodes |
| US5779924A (en) * | 1996-03-22 | 1998-07-14 | Hewlett-Packard Company | Ordered interface texturing for a light emitting device |
| US6280861B1 (en) * | 1996-05-29 | 2001-08-28 | Idemitsu Kosan Co., Ltd. | Organic EL device |
| JP3801342B2 (ja) * | 1998-02-12 | 2006-07-26 | シャープ株式会社 | 太陽電池用基板、その製造方法及び半導体素子 |
| JP3469484B2 (ja) | 1998-12-24 | 2003-11-25 | 株式会社東芝 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| EP1233082B1 (en) | 1999-11-25 | 2009-01-07 | Idemitsu Kosan Co., Ltd. | Sputtering target, transparent conductive oxide, and method for preparing sputtering target |
| JP5965095B2 (ja) * | 1999-12-03 | 2016-08-10 | クリー インコーポレイテッドＣｒｅｅ Ｉｎｃ． | 内部および外部光学要素による光取出しを向上させた発光ダイオード |
| JP4380083B2 (ja) * | 2001-05-14 | 2009-12-09 | 日立電線株式会社 | 発光ダイオードの製造方法 |
| JP2003016858A (ja) * | 2001-06-29 | 2003-01-17 | Sanyo Electric Co Ltd | インジウムスズ酸化膜の製造方法 |
| JP4084620B2 (ja) * | 2001-09-27 | 2008-04-30 | 信越半導体株式会社 | 発光素子及び発光素子の製造方法 |
| JP3818297B2 (ja) * | 2003-05-27 | 2006-09-06 | 松下電工株式会社 | 半導体発光素子 |
| JP2006066903A (ja) * | 2004-07-29 | 2006-03-09 | Showa Denko Kk | 半導体発光素子用正極 |
| US8115212B2 (en) | 2004-07-29 | 2012-02-14 | Showa Denko K.K. | Positive electrode for semiconductor light-emitting device |
| JP2006080426A (ja) | 2004-09-13 | 2006-03-23 | Sharp Corp | 発光ダイオード |
-
2006
- 2006-06-22 KR KR1020060056373A patent/KR100755591B1/ko active IP Right Grant
-
2007
- 2007-05-15 CN CN2007101039437A patent/CN101093870B/zh active Active
- 2007-06-06 JP JP2007150792A patent/JP2008004931A/ja active Pending
- 2007-06-18 US US11/812,305 patent/US8227283B2/en active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20050100485A (ko) * | 2004-04-14 | 2005-10-19 | 광주과학기술원 | 마스크 없는 선택적 습식식각을 이용하는 ⅲ-질화물계반도체 발광소자의 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101093870B (zh) | 2010-11-03 |
| CN101093870A (zh) | 2007-12-26 |
| US8227283B2 (en) | 2012-07-24 |
| US20080006842A1 (en) | 2008-01-10 |
| JP2008004931A (ja) | 2008-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100755591B1 (ko) | 질화물계 발광소자의 제조방법 | |
| KR101140096B1 (ko) | 나노로드 발광 다이오드 및 이의 제조방법 | |
| US8455282B2 (en) | Method of manufacturing vertical light emitting diode with dual surface pattern to improve light extraction | |
| CN110088921B (zh) | 半导体发光元件及其制造方法 | |
| US20100295088A1 (en) | Textured-surface light emitting diode and method of manufacture | |
| US7521329B2 (en) | Semiconductor light emitting diode having textured structure and method of manufacturing the same | |
| JP2006352129A (ja) | 発光ダイオードの製造方法 | |
| CN111492494B (zh) | 半导体发光元件及其制造方法 | |
| US8404504B1 (en) | Method for making light emitting diode | |
| US8404503B1 (en) | Method for making light emitting diode | |
| US9041030B2 (en) | Light emitting diode | |
| US9029889B2 (en) | Light emitting diode | |
| USRE43426E1 (en) | Fabrication method of transparent electrode on visible light-emitting diode | |
| CN103811614A (zh) | 具有异质材料结构的发光元件及其制造方法 | |
| US8790940B2 (en) | Method for making light emitting diode | |
| KR100608930B1 (ko) | 마스크 없는 선택적 습식식각을 이용하는 ⅲ-질화물계반도체 발광소자의 제조방법 | |
| KR100900644B1 (ko) | 미세패턴 형성방법 및 이를 이용한 반도체 발광소자제조방법 | |
| JP2009094108A (ja) | ＧａＮ系ＬＥＤ素子の製造方法 | |
| JP2006295057A (ja) | 半導体発光素子およびその製法 | |
| JP5037980B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法 | |
| CN217239491U (zh) | 氮化物发光二极管 | |
| KR20150089548A (ko) | 다공성 GaN층을 포함하는 수직형 발광다이오드 및 이의 제조방법 | |
| KR20050001038A (ko) | 반도체 발광 다이오드 및 그 제조 방법 | |
| KR20090002161A (ko) | 반도체 발광소자 및 반도체 발광소자의 제조 방법 | |
| JP6785221B2 (ja) | 半導体発光素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120802 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130731 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140731 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160801 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180731 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190731 Year of fee payment: 13 |