KR101126961B1 - 발광다이오드 및 이의 제조방법 - Google Patents

발광다이오드 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

제1 n-형 반도체층, 상기 제1 n-형 반도체층에 형성된 활성층, 상기 활성층에 형성된 p-형 반도체층, 상기 적층된 제1 n-형 반도체층, 활성층 및 p-형 반도체층의 전 층을 선택적으로 부분 관통하도록 형성된 제2 n-형 반도체층 및 상기 제2 n-형 반도체층과 상기 적층된 제1 n-형 반도체층, 활성층 및 p-형 반도체층 사이에 절연층을 포함하는 발광다이오드를 개시한다.

Description

발광다이오드 및 이의 제조방법{LIGHT EMITTING DIODE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 백색 발광다이오드 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 발광다이오드는 전자와 홀의 재결합에 기초하여 발광하는 반도체 소자로서 광통신, 전자기기에서 여러 형태의 광원으로 널리 사용되고 있다. 질화갈륨(GaN)은 청색 발광다이오드 소자를 제조하는 화합물로 각광받고 있다.
반도체를 이용한 백색 발광다이오드는 수명이 길고, 소형화가 가능하며 저전압으로 구동이 가능하다는 특징으로 인해 기존의 발광소자를 대체할 수 있는 차세대 발광다이오드 중 하나로써 각광받고 있다.
이러한 백색 발광다이오드를 제조하는 기존의 방법으로는 삼색(적색, 녹색, 청색) 발광다이오드를 모두 사용하는 방법이 있으나, 이는 제조 비용이 고가이고, 구동회로가 복잡하기 때문에 제품의 크기가 커진다는 단점을 가진다.
종래 발광다이오드 칩을 제조하는 공정은, 식각한 후, 식각 데미지를 제거하고, 투명전극층을 증착한 후 n-metal 및 p-metal을 증착함으로써 이루어졌다. 이와 같이 식각 공정에 의하는 경우, 식각 깊이가 작은 경우에는 n 전극과 p 전극이 서로 쇼트를 일으키게 되고, 식각 깊이가 너무 깊은 경우에는 n-GaN 이후까지의 공정을 진행할 경우 전류가 통하지 않는 경우가 발생하게 된다.
뿐만 아니라, ICP를 이용하여 건식 식각을 하는 경우, 식각된 면이 고르지 않거나, 식각면의 플라즈마 데미지, PR의 잔류 여부에 따라 누설 전류가 발생할 수 있는 문제점이 있었고, 이는 발광다이오드의 신뢰성에 치명적인 약점이 되는 것이었다.
또한, 식각 후 식각의 단차로 인하여 이후 공정을 진행할 때 PR 코팅, 포토리소그래피 공정에 있어서 미스 얼라인(miss-align)이 발생할 수 있는 문제점이 있었다.
본 발명은 발광다이오드를 식각 공정에 의해 발광다이오드를 제조하는 경우에 발생할 수 있는 상기와 문제점을 해결하기 위하여 식각 공정에 의하지 않는 발광다이오드의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는 제1 n-형 반도체층, 상기 제1 n-형 반도체층에 형성된 활성층, 상기 활성층에 형성된 p-형 반도체층, 상기 적층된 제1 n-형 반도체층, 활성층 및 p-형 반도체층의 일부에 형성된 제2 n-형 반도체층 및 상기 제2 n-형 반도체층과 상기 적층된 제1 n-형 반도체층, 활성층 및 p-형 반도체층 사이에 절연층을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조방법은, 사파이어 기판 상에 제1 n-형 반도체층을 성장시키는 단계, 상기 n-형 반도체층에 활성층을 성장시키는 단계, 상기 활성층에 p-형 반도체층을 성장시키는 단계, 상기 적층된 n-형 반도체층, 활성층 및 p-형 반도체층의 전 층을 선택적으로 부분 관통하는 제2 n-형 반도체층을 형성하는 단계 및 상기 제2 n-형 반도체층과 상기 적층된 제1 n-형 반도체층, 활성층 및 p-형 반도체층 사이에 절연층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조방법은, 사파이어 기판 상에 제1 n-형 반도체층을 성장시키는 단계, 상기 n-형 반도체층에 활성층을 성장시키는 단계, 상기 활성층에 p-형 반도체층을 성장시키는 단계, 상기 적층된 n-형 반도체층, 활성층 및 p-형 반도체층의 전 층을 선택적으로 부분 관통하는 절연층을 형성하는 단계 및 상기 절연층의 내부에 상기 적층된 n-형 반도체층, 활성층 및 p-형 반도체층의 전 층을 선택적으로 부분 관통하도록 제2 n-형 반도체층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예 따른 발광 다이오드는, 상기 절연층 및 제2 n-형 반도체층의 형성이 이온주입에 의해 형성되는 것을 특징으로 하며, 상기 이온주입은 Si, Te, Zn, Mg, Ca, Ar, Be, O, Au, Ti, C, H 및 He 으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 이온을 주입함으로써 이루어진다.
상기 제1 및 제2 n-형 반도체층은 n-GaN을 포함하고, 상기 p-형 반도체층은 p-GaN을 포함하며, 상기 활성층은 MQW층일 수 있다.
본 발명에 따르면, 식각 공정에 의해 발생할 수 있는 누설전류 발생 및 공정의 복잡화라는 단점을 극복할 수 있고, 적은 비용 및 단순화된 제조 공정을 통하여 효율적으로 발광다이오드를 제조할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 본 발명은 실시예에 의하여 제한되거나 한정되는 것은 아니며, 본 설명에서 동일한 부호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드의 측단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드는, 사파이어 기판(100), n-형 반도체층(200), 상기 n-형 반도체층(200)에 적층되는 활성층(300), 상기 활성층(300) 상에 적층되는 p-형 반도체층(400), 제2 n-형 반도체층(500) 및 절연층(600)을 포함한다.
제2 n-형 반도체층(500)은 상기 적층된 n-형 반도체층(200), 활성층(300) 및 p-형 반도체층(400)의 일부에 형성되고, 절연층(600은) 상기 제2 n-형 반도체층(500)과 상기 적층된 제1 n-형 반도체층(200), 활성층(300) 및 p-형 반도체층(300) 사이에 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드의 제조방법은 사파이어 기판 상(100)에 제1 n-형 반도체층(200)을 성장시키는 단계, 상기 n-형 반도체층(200)에 활성층(300)을 성장시키는 단계, 상기 활성층(300)에 p-형 반도체층(400)을 성장시키는 단계, 상기 적층된 n-형 반도체층(200), 활성층(300) 및 p-형 반도체층(400)으로 이루어진 발광구조물의 일부가 상기 p-형 반도체층(400)에서부터 상기 제1 n-형 반도체층(200)이 노출될 때까지 제거되고 제2 n-형 반도체층(500)을 형성하는 단계 및 상기 제2 n-형 반도체층(500)과 상기 적층된 제1 n-형 반도체층(200), 활성층(300) 및 p-형 반도체층(400) 사이에 절연층(600)을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 적층된 제1 n-형 반도체층(200), 활성층(300) 및 p-형 반도체층(400)에 상기 적층된 전 층을 선택적으로 부분 관통하는 절연층(600)을 먼저 형성한 후에 그 내부에 제2 n-형 반도체층(500)을 형성할 수 있다.
사파이어 기판(100) 상에 제1 n-형 반도체층(200)을 성장시키는 단계는, 사파이어 기판(100)에 제1 n-형 반도체층(200), 예컨대 n-GaN을 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)함으로써 이루어질 수 있다.
활성층(300)은 제1 n-형 반도체층(200)에 적층되며, 활성층(300)은 MQW층일 수 있다.
상기 활성층(300) 상에 p-형 반도체층(400)을 적층하여 형성하며, p-형 반도체층(400)으로는 p-GaN을 포함한다.
제2 n-형 반도체층(500)은 적층된 제1 n-형 반도체층(200), 활성층(300) 및 p-형 반도체층(400)으로 이루어진 상기 발광구조물의 일부에 상기 p-형 반도체층(400)에서부터 상기 제1 n-형 반도체층(200)이 노출될 때까지 이온 주입 방법을 통하여 형성하며, Si, Te, Zn, Mg, Ca, Ar, Be, O, Au, Ti, C, H 및 He 으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 이온을 주입함으로써 형성된다.
절연층(600)은 제2 n-형 반도체층(500)과 상기 적층된 제1 n-형 반도체층(200), 활성층(300) 및 p-형 반도체층(400) 사이에 형성되며, 제2 n-형 반도체층(500)과 마찬가지로 이온주입에 의해 형성된다. 절연층(600) 역시 Si, Te, Zn, Mg, Ca, Ar, Be, O, Au, Ti, C, H 및 He 으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 이온을 주입함으로써 형성된다.
상기와 같이 제조된 발광다이오드는 조명용, 산업용 등 다양한 분야에 적용될 수 있다. 즉, 즉, 백색 나노 발광다이오드(10)는 모바일용 및 LCD 백라이트, 자동차, 조명에 이르기까지 다양한 분야에서 이용될 수 있다.
또한, 종래에는 식각 공정을 이용하여 발광다이오드를 제조함으로써 식각된 면이 고르지 않거나, 식각면의 플라즈마 데미지, PR의 잔류 여부에 따라 누설 전류가 발생할 수 있는 문제점이 있었으나, 본원발명과 같이 이온주입에 의해 n-형 반도체층과 절연층을 형성함으로써 비용이 절감되고 제조공정이 획기적으로 단순화된 공정으로 발광다이오드를 제조할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드의 측단면도이다.

Claims (13)

  1. 제1 n-형 반도체층;
    상기 제1 n-형 반도체층에 형성된 활성층;
    상기 활성층에 형성된 p-형 반도체층;
    상기 적층된 제1 n-형 반도체층, 활성층 및 p-형 반도체층으로 이루어진 발광구조물의 일부가 상기 p형 반도체층에서부터 상기 제1n형 반도체층이 노출될 때까지 제거되어 형성되는 제2 n-형 반도체층; 및
    상기 제2 n-형 반도체층과 상기 적층된 제1 n-형 반도체층, 활성층 및 p-형 반도체층 사이에 절연층을 포함하는 발광다이오드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연층 및 상기 제2 n-형 반도체층은 이온주입에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이온주입은, Si, Te, Zn, Mg, Ca, Ar, Be, O, Au, Ti, C, H 및 He 으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 이온을 주입하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 n-형 반도체층은 n-GaN을 포함하고, 상기 p-형 반도체층은 p-GaN을 포함하는 발광다이오드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 활성층은 MQW층인 발광다이오드.
  6. 삭제
  7. 사파이어 기판 상에 제1 n-형 반도체층을 성장시키는 단계;
    상기 제1 n-형 반도체층에 활성층을 성장시키는 단계;
    상기 활성층에 p-형 반도체층을 성장시키는 단계;
    상기 적층된 제1 n-형 반도체층, 활성층 및 p-형 반도체층으로 이루어진 발광구조물의 일부에 대해 상기 p형 반도체층에서부터 상기 제1n형 반도체층이 노출될 때까지 제2 n-형 반도체층을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 n-형 반도체층과 상기 적층된 제1 n-형 반도체층, 활성층 및 p-형 반도체층 사이에 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 발광다이오드의 제조방법.
  8. 사파이어 기판 상에 제1 n-형 반도체층을 성장시키는 단계;
    상기 제1 n-형 반도체층에 활성층을 성장시키는 단계;
    상기 활성층에 p-형 반도체층을 성장시키는 단계;
    상기 적층된 제1 n-형 반도체층, 활성층 및 p-형 반도체층으로 이루어진 발광구조물의 일부에 대해 상기 p형 반도체층에서부터 상기 제1 n-형 반도체층이 노출될 때까지 절연층을 형성하는 단계; 및
    상기 절연층의 내부에 상기 적층된 제1 n-형 반도체층, 활성층 및 p-형 반도체층으로 이루어진 발광구조물의 일부에 대해 상기 p형 반도체층에서부터 상기 제1 n-형 반도체층이 노출될 때까지 제2 n-형 반도체층을 형성하는 단계를 포함하는 발광다이오드의 제조방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 절연층 및 상기 제2 n-형 반도체층은 이온주입에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 이온주입은, Si, Te, Zn, Mg, Ca, Ar, Be, O, Au, Ti, C, H 및 He 으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 이온을 주입하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법.
  11. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 n-형 반도체층은 n-GaN을 포함하고, 상기 p-형 반도체층은 p-GaN을 포함하는 발광다이오드의 제조방법.
  12. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 활성층은 MQW층인 발광다이오드의 제조방법.
  13. 삭제
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