KR101350812B1 - 반도체 발광 다이오드 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속 전극, 상기 금속 전극 상에 n형 반도체 물질로 형성된 기둥지지부와, 상기 기둥지지부 상에 n형 반도체 물질로 다수의 기둥 모양으로 형성된 기둥부를 포함하는 n형 클래딩, 상기 기둥부의 상면과 측면을 둘러싸며 컨포멀하게 형성되고, 상기 기둥부 사이의 기둥지지부 상에 컨포멀하게 형성되며, 양자우물층과 장벽층이 교대로 적층된 활성부, 상기 활성부 상에 p형 반도체 물질로 컨포멀하게 형성된 p형 클래딩 및 상기 p형 클래딩 상에 형성된 투명 전극을 포함하며, 상기 기둥부와 상기 기둥지지부는 일체로 형성되는 반도체 발광 다이오드를 제공한다.
Description
본 발명은 가시광선이나 자외선 파장의 빛을 발광하는 반도체 발광 다이오드 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기둥부와 기둥지지부를 포함하는 클래딩을 형성하고, 기둥부와 기둥지지부를 따라서 활성층을 컨포멀(conformal)하게 형성함으로써 유효 발광 면적을 효과적으로 증가시킬 수 있는 반도체 발광 다이오드 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 GaN에 Al 또는 In을 첨가한 반도체 발광 다이오드(LED : light emitting diode)는 에너지 절약을 극대화시킬 수 있는 차세대 발광소자로 각광받고 있으며, 그 영역이 가시광선 및 자외선 스펙트럼까지 응용이 확대되고 있다.
상술한 반도체 발광 다이오드의 발광 효율을 향상시키기 위하여 빛을 방출하는 활성층을 다중 양자 우물(multi quantum well) 구조로 형성시키는 방법이 한국특허 공개 제 10-2010-0006547호에 제안되었다.
그런데 상술한 문헌에 기재된 반도체 발광 다이오드는 발광 면적 손실을 감소시키기 위한 것으로서, 유효 발광 면적을 충분히 확보하기가 어려웠다.
따라서 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 기둥부와 기둥지지부를 포함하는 클래딩을 형성하고, 기둥부와 기둥지지부를 따라서 활성층을 컨포멀(conformal)하게 형성함으로써 유효 발광 면적을 효과적으로 증가시킬 수 있는 반도체 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
또한 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상술한 반도체 발광 다이오드를 용이하게 제조할 수 있는 반도체 발광 다이오드의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드는 금속 전극, 상기 금속 전극 상에 n형 반도체 물질로 형성된 기둥지지부와, 상기 기둥지지부 상에 n형 반도체 물질로 다수의 기둥 모양으로 형성된 기둥부를 포함하는 n형 클래딩, 상기 기둥부의 상면과 측면을 둘러싸며 컨포멀하게 형성되고, 상기 기둥부 사이의 기둥지지부 상에 컨포멀하게 형성되며, 양자우물층과 장벽층이 교대로 적층된 활성부, 상기 활성부 상에 p형 반도체 물질로 컨포멀하게 형성된 p형 클래딩 및 상기 p형 클래딩 상에 형성된 투명 전극을 포함하며, 상기 기둥부와 상기 기둥지지부는 일체로 형성된다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드는 투명 전극, 상기 투명 전극 상에 n형 반도체 물질로 형성된 기둥지지부와, 상기 기둥지지부 상에 n형 반도체 물질로 다수의 기둥 모양으로 형성된 기둥부를 포함하는 n형 클래딩, 상기 기둥부의 상면과 측면을 둘러싸며 컨포멀하게 형성되고, 상기 기둥부 사이의 기둥지지부 상에 컨포멀하게 형성되며, 양자우물층과 장벽층이 교대로 적층된 활성부, 상기 활성부 상에 p형 반도체 물질로 컨포멀하게 형성된 p형 클래딩 및 상기 p형 클래딩 상에 형성된 금속 전극을 포함하며, 상기 기둥부와 상기 기둥지지부는 일체로 형성된한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드는 금속 전극, 상기 금속 전극 상에 p형 반도체 물질로 형성된 기둥지지부와, 상기 기둥지지부 상에 p형 반도체 물질로 다수의 기둥 모양으로 형성된 기둥부를 포함하는 p형 클래딩, 상기 기둥부의 상면과 측면을 둘러싸며 컨포멀하게 형성되고, 상기 기둥부 사이의 기둥지지부 상에 컨포멀하게 형성되며, 양자우물층과 장벽층이 교대로 적층된 활성부, 상기 활성부 상에 n형 반도체 물질로 컨포멀하게 형성된 n형 클래딩 및 상기 n형 클래딩의 상부에 형성된 투명 전극을 포함하며, 상기 기둥부와 상기 기둥지지부는 일체로 형성된한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제 4 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드는 투명 전극, 상기 투명 전극 상에 p형 반도체 물질로 형성된 기둥지지부와, 상기 기둥지지부 상에 p형 반도체 물질로 다수의 기둥 모양으로 형성된 기둥부를 포함하는 p형 클래딩, 상기 기둥부의 상면과 측면을 둘러싸며 컨포멀하게 형성되고, 상기 기둥부 사이의 기둥지지부 상에 컨포멀하게 형성되며, 양자우물층과 장벽층이 교대로 적층된 활성부, 상기 활성부 상에 n형 반도체 물질로 컨포멀하게 형성된 n형 클래딩 및 상기 n형 클래딩의 상부에 형성된 금속 전극을 포함하며, 상기 기둥부와 상기 기둥지지부는 일체로 형성된한다.
상기와 같은 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드의 제조 방법은 반도체 기판 상에 n형 반도체 물질로 형성된 기둥지지부와, 상기 기둥지지부 상에 n형 반도체 물질로 다수의 기둥 모양으로 형성된 기둥부를 포함하는 n형 클래딩을 형성하는 단계, 상기 기둥부의 상면과 측면을 둘러싸며 컨포멀하게 양자우물층과 장벽층을 교대로 적층하고, 상기 기둥부 사이의 기둥지지부 상에 컨포멀하게 양자우물층과 장벽층을 교대로 적층하여 활성부를 형성하는 단계, 상기 활성부 상에 p형 반도체 물질로 컨포멀하게 p형 클래딩을 형성하는 단계, 상기 p형 클래딩 상에 투명 전극을 형성하는 단계 및 상기 기둥부가 형성되지 않은 기중지지부의 저면에 금속 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 기둥부와 상기 기둥지지부는 일체로 형성된다.
본 발명의 실시예들에 따른 반도체 발광 다이오드는 기둥부와 기둥지지부를 포함하는 클래딩을 형성하고, 기둥부와 기둥지지부를 따라서 활성층을 컨포멀(conformal)하게 형성함으로써 유효 발광 면적을 효과적으로 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 발광 다이오드의 제조 방법은 상술한 반도체 발광 다이오드를 용이하게 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드의 사시도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드의 단면도.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드의 제조 공정을 도시한 단면도들.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드의 사시도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드의 단면도.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드의 사시도.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드의 단면도.
도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드의 사시도.
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드의 단면도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드의 단면도.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드의 제조 공정을 도시한 단면도들.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드의 사시도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드의 단면도.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드의 사시도.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드의 단면도.
도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드의 사시도.
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드의 단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드는 도 1 및 도 2에 도시된 것처럼, 금속 전극(1100), n형 클래딩(1210, 1221, 1222, 1223, 1224, 1225, 1226), 활성부(1300), p형 클래딩(1400) 및 투명 전극(1500)을 포함하여 구성될 수 있다.
n형 클래딩(1210, 1221, 1222, 1223, 1224, 1225, 1226)은 금속 전극(1100) 상에 n형 반도체 물질로 형성된 기둥지지부(1210)와, 기둥지지부(1210) 상에 n형 반도체 물질로 다수의 기둥 모양으로 형성된 기둥부(1221, 1222, 1223, 1224, 1225, 1226)를 포함하며, 이러한 n형 클래딩(1210, 1221, 1222, 1223, 1224, 1225, 1226)은 n형 GaN로 형성될 수 있다.
한편, 활성부(1300)는 기둥부(1221, 1222, 1223, 1224, 1225, 1226)를 둘러싸며 컨포멀하게 형성되고, 기둥부(1221, 1222, 1223, 1224, 1225, 1226) 사이의 기둥지지부(1210) 상에 컨포멀하게 형성되며, 양자우물층과 장벽층이 교대로 적층된다.
구체적으로, 활성부(1300)는 AlGaN 양자우물층과 AlGaN 장벽층이 교대로 적층되며, 필요에 따라서는 AlGaN 양자우물층과 AlGaN 장벽층이 교대로 다수 적층될 수 있다.
또한, p형 클래딩(1400)은 활성부(1300) 상에 p형 반도체 물질로 컨포멀하게 형성되며, 이러한 p형 클래딩(1400)은 p형 GaN로 형성될 수 있다.
한편, 투명 전극(1500)은 ITO나 FTO 등의 투명 도전 물질로 p형 클래딩(1400) 상에 형성된다.
이하에서는 도 3a 내지 도 3f를 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드의 제조 방법에 대해서 설명한다.
먼저, 도 3a에 도시된 것처럼, 사파이어 같은 반도체 기판(1000) 상에 n형 반도체 물질로 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition; ALD) 등을 이용하여 n형 클래딩(1210, 1221, 1222, 1223, 1224, 1225, 1226)의 기둥지지부(1210)를 형성한다. 여기에서, n형 클래딩(1210, 1221, 1222, 1223, 1224, 1225, 1226)의 기둥지지부(1210)는 n형 GaN으로 형성될 수 있다.
다음으로, 기둥지지부(1210) 상에 n형 반도체 물질로 다수의 기둥 모양으로 n형 클래딩(1210, 1221, 1222, 1223, 1224, 1225, 1226)의 기둥부(1221, 1222, 1223, 1224, 1225, 1226)를 형성한다. 여기에서, n형 클래딩(1210, 1221, 1222, 1223, 1224, 1225, 1226)의 기둥부(1221, 1222, 1223, 1224, 1225, 1226)는 n형 GaN으로 형성될 수 있다.
구체적으로 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition; ALD) 등을 이용하여 벌크를 형성하고 식각법 등을 이용하여 다수의 기둥 모양을 형성한다.
다른 방법으로는 기둥지지부(1210) 상에 PR(Photo Resist) pattern 등을 이용하여 n형 반도체 물질의 일부만 상부에 드러나도록 하고, 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition; ALD) 등을 이용하여 상부에 드러난 n형 반도체 물질 상에 다시 n형 반도체 물질을 선택적으로 성장시킴으로써 n형 클래딩(1210, 1221, 1222, 1223, 1224, 1225, 1226)의 기둥부(1221, 1222, 1223, 1224, 1225, 1226)를 형성할 수도 있다.
다음으로, 기둥부(1221, 1222, 1223, 1224, 1225, 1226)를 둘러싸며 컨포멀하게 양자우물층과 장벽층을 교대로 적층하고, 기둥부(1221, 1222, 1223, 1224, 1225, 1226) 사이의 기둥지지부(1210) 상에 컨포멀하게 양자우물층과 장벽층을 교대로 적층하여 활성부(1300)를 형성한다.
구체적으로, AlGaN 양자우물층과 AlGaN 장벽층을 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition; ALD) 등을 이용하여 기둥부(1221, 1222, 1223, 1224, 1225, 1226)를 둘러싸며 컨포멀하게 적층하며, AlGaN 양자우물층과 AlGaN 장벽층을 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition; ALD) 등을 이용하여 기둥부(1221, 1222, 1223, 1224, 1225, 1226) 사이의 기둥지지부(1210) 상에 컨포멀하게 적층한다.
여기에서, 활성부(1300)는 필요에 따라서는 AlGaN 양자우물층과 AlGaN 장벽층이 교대로 다수 적층될 수 있다.
다음으로, 활성부(1300) 상에 p형 반도체 물질로 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition; ALD) 등을 이용하여 컨포멀하게 p형 클래딩(1400)을 형성한다. 여기에서, p형 클래딩(1400)은 p형 GaN으로 형성될 수 있다.
다음으로, 사파이어 같은 반도체 기판(1000)을 제거하고, 기둥부(1221, 1222, 1223, 1224, 1225, 1226)가 형성되지 않은 기중지지부(1210)의 저면에 Titanium, Silver, Copper alloy 등의 반사 도전 물질로 스퍼터링법이나 전기도금법 등을 이용하여 금속 전극(1100)을 형성한다.
다음으로, p형 클래딩(1400) 상에 ITO나 FTO 등의 투명 도전 물질로 스퍼터링법 등을 이용하여 투명 전극(1500)을 형성한다.
여기에서, 반드시 금속 전극(1100)을 형성한 후에 투명 전극(1500)을 형성할 필요는 없으며, 투명 전극(1500)을 형성한 후에 금속 전극(1100)을 형성해도 무방하다.
도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드에 대해서 설명한다. 이하에서는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드와의 차이점에 대해서만 설명하기로 한다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드는 투명 전극(2100) 상에 n형 반도체 물질로 형성된 기둥지지부(2210)와, 기둥지지부(2210) 상에 n형 반도체 물질로 다수의 기둥 모양으로 형성된 기둥부(2221, 2222, 2223, 2224, 2225, 2226)를 포함하는 n형 클래딩(2210, 2221, 2222, 2223, 2224, 2225, 2226)이 형성되고, p형 클래딩(2400) 상에 금속 전극(2500)이 형성된다.
도 6 및 도 7을 참조하여, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드에 대해서 설명한다. 이하에서는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드와의 차이점에 대해서만 설명하기로 한다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드는 금속 전극(3100) 상에 p형 반도체 물질로 형성된 기둥지지부(3210)와, 기둥지지부(3210) 상에 p형 반도체 물질로 다수의 기둥 모양으로 형성된 기둥부(3221, 3222, 3223, 3224, 3225, 3226)를 포함하는 p형 클래딩(3210, 3221, 3222, 3223, 3224, 3225, 3226)이 형성되고, 활성부(3300) 상에 n형 반도체 물질로 컨포멀하게 n형 클래딩(3400)이 형성되며, n형 클래딩(3400) 상에 투명 전극(3500)이 형성된다.
도 8 및 도 9를 참조하여, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드에 대해서 설명한다. 이하에서는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드와의 차이점에 대해서만 설명하기로 한다.
본 발명의 제 4 실시예에 따른 반도체 발광 다이오드는 투명 전극(4100) 상에 p형 반도체 물질로 형성된 기둥지지부(4210)와, 기둥지지부(4210) 상부에 p형 반도체 물질로 다수의 기둥 모양으로 형성된 기둥부(4221, 4222, 4223, 4224, 4225, 4226)를 포함하는 p형 클래딩(4210, 4221, 4222, 4223, 4224, 4225, 4226)이 형성되고, n형 클래딩(4400) 상에 금속 전극(4500)이 형성된다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다.
오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
Claims (20)
- 금속 전극;
상기 금속 전극 상에 n형 반도체 물질로 형성된 기둥지지부와, 상기 기둥지지부 상에 n형 반도체 물질로 다수의 기둥 모양으로 형성된 기둥부를 포함하는 n형 클래딩;
상기 기둥부의 상면과 측면을 둘러싸며 컨포멀하게 형성되고, 상기 기둥부 사이의 기둥지지부 상에 컨포멀하게 형성되며, 양자우물층과 장벽층이 교대로 적층된 활성부;
상기 활성부 상에 p형 반도체 물질로 컨포멀하게 형성된 p형 클래딩; 및
상기 p형 클래딩 상에 형성된 투명 전극을 포함하며,
상기 기둥부와 상기 기둥지지부는 일체로 형성되는 반도체 발광 다이오드.
- 제1항에 있어서,
상기 n형 클래딩은 n형 GaN로 형성되고, 상기 p형 클래딩은 p형 GaN로 형성된 반도체 발광 다이오드.
- 삭제
- 삭제
- 투명 전극;
상기 투명 전극 상에 n형 반도체 물질로 형성된 기둥지지부와, 상기 기둥지지부 상에 n형 반도체 물질로 다수의 기둥 모양으로 형성된 기둥부를 포함하는 n형 클래딩;
상기 기둥부의 상면과 측면을 둘러싸며 컨포멀하게 형성되고, 상기 기둥부 사이의 기둥지지부 상에 컨포멀하게 형성되며, 양자우물층과 장벽층이 교대로 적층된 활성부;
상기 활성부 상에 p형 반도체 물질로 컨포멀하게 형성된 p형 클래딩; 및
상기 p형 클래딩 상에 형성된 금속 전극을 포함하며,
상기 기둥부와 상기 기둥지지부는 일체로 형성되는 반도체 발광 다이오드.
- 제5항에 있어서,
상기 n형 클래딩은 n형 GaN로 형성되고, 상기 p형 클래딩은 p형 GaN로 형성된 반도체 발광 다이오드.
- 삭제
- 삭제
- 금속 전극;
상기 금속 전극 상에 p형 반도체 물질로 형성된 기둥지지부와, 상기 기둥지지부 상에 p형 반도체 물질로 다수의 기둥 모양으로 형성된 기둥부를 포함하는 p형 클래딩;
상기 기둥부의 상면과 측면을 둘러싸며 컨포멀하게 형성되고, 상기 기둥부 사이의 기둥지지부 상에 컨포멀하게 형성되며, 양자우물층과 장벽층이 교대로 적층된 활성부;
상기 활성부 상에 n형 반도체 물질로 컨포멀하게 형성된 n형 클래딩; 및
상기 n형 클래딩의 상부에 형성된 투명 전극을 포함하며,
상기 기둥부와 상기 기둥지지부는 일체로 형성되는 반도체 발광 다이오드.
- 제9항에 있어서,
상기 n형 클래딩은 n형 GaN로 형성되고, 상기 p형 클래딩은 p형 GaN로 형성된 반도체 발광 다이오드.
- 삭제
- 삭제
- 투명 전극;
상기 투명 전극 상에 p형 반도체 물질로 형성된 기둥지지부와, 상기 기둥지지부 상에 p형 반도체 물질로 다수의 기둥 모양으로 형성된 기둥부를 포함하는 p형 클래딩;
상기 기둥부의 상면과 측면을 둘러싸며 컨포멀하게 형성되고, 상기 기둥부 사이의 기둥지지부 상에 컨포멀하게 형성되며, 양자우물층과 장벽층이 교대로 적층된 활성부;
상기 활성부 상에 n형 반도체 물질로 컨포멀하게 형성된 n형 클래딩; 및
상기 n형 클래딩의 상부에 형성된 금속 전극을 포함
상기 기둥부와 상기 기둥지지부는 일체로 형성되는 반도체 발광 다이오드.
- 제13항에 있어서,
상기 n형 클래딩은 n형 GaN로 형성되고, 상기 p형 클래딩은 p형 GaN로 형성된 반도체 발광 다이오드.
- 삭제
- 삭제
- 반도체 기판 상에 n형 반도체 물질로 형성된 기둥지지부와, 상기 기둥지지부 상에 n형 반도체 물질로 다수의 기둥 모양으로 형성된 기둥부를 포함하는 n형 클래딩을 형성하는 단계;
상기 기둥부의 상면과 측면을 둘러싸며 컨포멀하게 양자우물층과 장벽층을 교대로 적층하고, 상기 기둥부 사이의 기둥지지부 상에 컨포멀하게 양자우물층과 장벽층을 교대로 적층하여 활성부를 형성하는 단계;
상기 활성부 상에 p형 반도체 물질로 컨포멀하게 p형 클래딩을 형성하는 단계;
상기 p형 클래딩 상에 투명 전극을 형성하는 단계; 및
상기 기둥부가 형성되지 않은 기중지지부의 저면에 금속 전극을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 기둥부와 상기 기둥지지부는 일체로 형성되는 반도체 발광 다이오드의 제조 방법.
- 제17항에 있어서,
상기 n형 클래딩은 n형 GaN로 형성되고, 상기 p형 클래딩은 p형 GaN로 형성된 반도체 발광 다이오드의 제조 방법.
- 삭제
- 삭제
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