KR101598845B1 - manufacturing method of complex pattern with GaN light emitting doide using wet etching and GaN light emitting doide thereby - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 발광 다이오드의 광 추출 효율을 향상시키기 위해 습식 식각을 통한 복합패턴을 제조하고, 이를 GaN계 발광 다이오드에 적용한 것이다.In order to improve light extraction efficiency of a light emitting diode, a composite pattern is formed by wet etching and applied to a GaN light emitting diode.
최근 발광 빛의 발광 효율이 좋고, 소비전력이 적으며, 램프 수명이 긴 발광다이오드(LED, Light Emitting Diode)에 대한 관심이 증가하고 있다.In recent years, there has been an increasing interest in light emitting diodes (LEDs) having good luminous efficiency, low power consumption, and long lamp life.
일반적으로 발광다이오드는 광 추출 효율을 증가시키기 위해 PSS(Patterned Sapphire Substrate) 표면가공기술, p-GaN Roughess 성장기술, PBG(Photonic Band Gap) 기술, 수직형 구조를 통한 전류 확산 개선, 발광다이오드 소자 하부에 반사막 삽입, 발광다이오드 소자 표면의 요철화 등과 같은 기술이 연구되어 지고 있다In general, light emitting diodes are required to improve the light extraction efficiency by using PSS (Patterned Sapphire Substrate) surface processing technology, p-GaN roughness growth technology, PBG (Photonic Band Gap) A technique of inserting a reflective film on the surface of the light emitting diode,
본질적으로 고효율의 소자를 구현하기 위해서는 굴절률이 다른 두 매질 간의 빛의 반사량을 줄이는 기술이 필수적으로 요구되며, 이를 위한 소자 박막의 기하학적 형상 구현에 대하여 많은 연구가 진행되고 있다.In order to realize an essentially high-efficiency device, a technique of reducing the amount of light reflection between two media having different refractive indexes is indispensably required. Many studies are being conducted on the geometrical shape of the device thin film.
종래 기술로서, 발광 소자 및 그 제조방법(등록번호 10-1134810호), 마이크로 나노 조합구조의 제조방법 및 마이크로 나노 조합구조가 집적된 광소자의 제조방법(등록번호 10-1250450호), 질화갈륨계 발광다이오드 소자의 제조방법(등록번호 10-0735488호) 등이 있다.As a conventional technique, a light emitting device and its manufacturing method (Registration No. 10-1134810), a method of manufacturing a micro-nano combination structure and a method of manufacturing an optical element in which a micro-nano combination structure is integrated (Registration No. 10-1250450) And a method of manufacturing a light emitting diode device (Registration No. 10-0735488).
먼저, 첫 번째 기술은 광추출 효율을 향상시키고자 복합주기 패턴을 형성시킨 것으로서, 일반적인 사진 식각(Lithography) 방법과 건식 식각으로 첫First, the first technique is to form a complex periodic pattern to improve the light extraction efficiency, and a general photolithography method and a dry etching method
번째 패턴을 형성하고, 추가적인 습식 식각을 통해 두 번째 패턴을 형성하여 복합주기 패턴을 형성한 것이다.And a second pattern is formed through additional wet etching to form a complex periodic pattern.
두 번째 기술은 기판 상에 마이크로 구조 형성 후 금속박막 증착, 열처리, 전면 식각을 이용하여 마이크로 구조 상에 광파장 이하의 주기를 갖는 끝이 뾰족한 쐐기형 또는 파라볼라형의 무반사 나노구조를 형성함으로써, 공기와 반도체 물질간의 굴절률차로 인해 발생하는 프레넬 반사 및 전반사를 최소화할 수 있도록 한 마이크로 나노 조합구조에 관한 것이다.The second technique is to form a wedge-shaped or parabolic-type anti-reflection nanostructure having a period shorter than the wavelength of light on the microstructure by metal thin film deposition, heat treatment, and front etching after the microstructure is formed on the substrate, To a micro-nano combination structure capable of minimizing Fresnel reflection and total reflection caused by a difference in refractive index between semiconductor materials.
세 번째 기술은 질화갈륨층 상면에 사진 식각 공정으로 통해 질화갈륨층과 유사한 굴절율을 가지면서 가시광선 대역에서 흡수가 적은 매질은 TiO2로 이루어진 표면 요철을 형성하되, 표면 요철의 피치 및 높이를 광추출 효율을 극대화시킬 수 있는 조건으로 균일하게 형성함으로써 외부 발광 효율 및 양자 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 것이다.The third technique is to form the surface irregularities composed of TiO 2 with a refractive index similar to that of the gallium nitride layer through a photolithography process on the upper surface of the gallium nitride layer and a small absorption in the visible light band, And uniformly formed under conditions that maximize efficiency, thereby improving external light emission efficiency and quantum efficiency.
상기의 기술들은 건식식각/습식 식각, 건식식각/건식식각, TiO2 요철 형성 후/습식 식각 등의 방법을 이용하여 복합패턴을 형성함으로서, 광추출효율을 향상시키고자 하는 것으로서, 제조방법이 복잡하고 비경제적인 문제점이 있다.The above techniques are intended to improve the light extraction efficiency by forming a composite pattern using dry etch / wet etch, dry etch / dry etch, TiO 2 concave / convex etch / wet etch, And there are uneconomical problems.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 일반적인 사진 식각 공정과 습식 식각 공정을 통해 두 가지 이상의 패턴이 복합된 복합패턴을 제조하여 우수한 광 추출 효율을 가지는 복합패턴이 형성된 GaN계 발광 다이오드의 제조방법 및 이에 의한 복합패턴이 형성된 GaN계 발광 다이오드의 제공을 그 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a GaN-based light emitting diode in which a composite pattern in which two or more patterns are combined through a general photolithography process and a wet etching process, And a GaN-based light emitting diode having a composite pattern formed thereon.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 발광 다이오드의 제조방법에 있어서, 기판 상에 p형 전극을 형성하는 단계와, 상기 p형 전극 상에 p형 GaN계 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 p형 GaN계 반도체층 상에 전자와 정공을 발생시켜 빛을 방출하는 GaN계 활성층을 형성하는 단계와, 상기 GaN계 활성층 상층에 n형 GaN계 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 n형 GaN계 반도체층 상에 1차 패턴의 형상에 대응되어, 상기 n형 GaN계 반도체층의 일부 영역을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 노출된 n형 GaN계 반도체층 상에 버퍼층을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 제거하여 버퍼층으로 이루어진 마스크 패턴층을 형성하는 단계와, 상기 마스크 패턴층을 마스크로 하여 습식 식각을 진행하여 상기 1차 패턴의 모양에 대응하여 2차 패턴이 복합된 복합패턴을 상기 n형 GaN계 반도체층에 형성하는 단계 및 상기 복합패턴이 형성된 n형 GaN계 반도체층 상의 일부 영역에 n형 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 습식 식각을 통한 복합패턴이 형성된 GaN계 발광 다이오드의 제조방법 및 이에 의해 제조된 GaN계 발광 다이오드를 기술적 요지로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a light emitting diode, including: forming a p-type electrode on a substrate; forming a p-type GaN based semiconductor layer on the p- Type GaN-based semiconductor layer; forming a GaN-based active layer that emits light by generating electrons and holes on the GaN-based semiconductor layer; forming an n-type GaN-based semiconductor layer on the GaN- Forming a photoresist pattern corresponding to the shape of the primary pattern on the layer so as to expose a part of the n-type GaN-based semiconductor layer; forming a buffer layer on the exposed n-type GaN- Forming a mask pattern layer made of a buffer layer by removing the photoresist pattern; and performing wet etching using the mask pattern layer as a mask to form a second pattern corresponding to the shape of the primary pattern, Forming a composite pattern on the n-type GaN-based semiconductor layer; and forming an n-type electrode on a part of the n-type GaN-based semiconductor layer on which the composite pattern is formed. A method of manufacturing a GaN light emitting diode having a composite pattern formed therein, and a GaN light emitting diode manufactured thereby.
또한, 상기 버퍼층은, 상기 n형 GaN계 반도체층의 습식 식각 정도에 비해 상대적으로 적은 습식 식각 정도를 가지는 것이 바람직하며, SiO2, SiN, Cr, Ni, Cu 및 Al 중에 어느 하나의 재료로 형성되는 것이 바람직하다.The buffer layer preferably has a wet etching degree that is relatively low compared to the wet etching degree of the n-type GaN-based semiconductor layer. The buffer layer is formed of any one of SiO 2 , SiN, Cr, Ni, Cu, and Al .
또한, 상기 습식 식각은, 상기 마스크 패턴층의 아래로까지 침투하여 식각되는 언더컷 형태로 진행되는 것이 바람직하다.Preferably, the wet etching proceeds in an undercut shape that penetrates down to the mask pattern layer and is etched.
또한, 상기 습식 식각 시 사용되는 습식 식각 용액은, 상기 마스크 패턴층은 식각시키지 않는 것을 선택하거나, 상기 마스크 패턴층의 습식 식각 속도가 상기 n형 GaN계 반도체층의 습식 식각 속도보다 상대적으로 느린 용액 내지 혼합 용액을 사용하는 것이 바람직하며, 또한, 상기 습식 식각 용액은, 상기 n형 GaN계 반도체층을 비등방성 식각으로 요철구조를 만들 수 있는 것을 사용하는 것이 바람직하다.The wet etching solution used in the wet etching may be one in which the mask pattern layer is not etched or a wet etching rate of the mask pattern layer is lower than a wet etching rate of the n-type GaN- It is preferable that the wet etching solution is one which can form an irregular structure by anisotropic etching of the n-type GaN-based semiconductor layer.
여기에서, 상기 1차 패턴은 상기 2차 패턴에 비해 상대적으로 크기가 큰 패턴인 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the primary pattern is a pattern having a relatively large size as compared with the secondary pattern.
본 발명은 일반적인 사진 식각과 습식 식각 공정으로 두 가지 이상의 복합된 복합패턴을 제조함으로써, 하나의 패턴 또는 표면 거칠기로 이루어지는 광추출 구조에 비해 우수한 광추출 효율을 가지는 GaN계 발광 다이오드를 제공하는 효과가 있다.The present invention provides a GaN-based light emitting diode having excellent light extraction efficiency compared to a light extraction structure comprising one pattern or surface roughness by producing two or more combined composite patterns by a general photolithography and wet etching process have.
도 1 - 본 발명에 따른 습식 식각을 통한 복합패턴의 제조방법에 대한 모식도.
도 2 - 본 발명에 따른 복합패턴 형성을 위한 습식 식각이 진행되는 과정에 대한 모식도.
도 3(a) - 일반적인 습식 식각 공정만을 진행한 경우(roughening)의 패턴의 형상을 나타낸 도.
도 3(b), (c) - 본 발명의 실시예에 따른 사진을 나타낸 도1 is a schematic view of a method of manufacturing a composite pattern by wet etching according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of a wet etching process for forming a composite pattern according to the present invention. FIG.
Fig. 3 (a) is a view showing a pattern of a pattern of roughening only in a general wet etching process.
Figs. 3 (b) and 3 (c) are photographs showing a photograph according to an embodiment of the present invention
본 발명은 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체를 이용한 발광 소자에 관한 것으로서, 특히 GaN 계열의 양자우물구조를 이용한 발광 다이오드의 제조방법 및 이에 의해 제조된 발광 다이오드에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting device using a III-V group compound semiconductor, and more particularly, to a method of manufacturing a light emitting diode using a GaN-based quantum well structure and a light emitting diode manufactured thereby.
본 발명에서는 광추출 효율 향상을 위해 양자우물층 상층에 일반적인 사진 식각 공정 방법과 한 번의 습식 식각 공정만으로 두 가지 이상의 복합된 패턴을 형성함으로써, 하나의 패턴 또는 표면 거칠기로 이루어지는 광 추출 구조에 비해 우수한 광 추출 구조를 매우 단순한 공정으로 제조할 수 있어 광전자 소자 분야에 용이하게 적용할 수 있도록 하는 것이다.
In the present invention, in order to improve the light extraction efficiency, two or more combined patterns are formed on the upper layer of the quantum well layer by a general photolithography process and a single wet etching process, so that it is superior to the light extracting structure of one pattern or surface roughness The light extracting structure can be manufactured by a very simple process so that it can be easily applied to the field of optoelectronic devices.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 습식 식각을 통한 복합패턴의 제조방법에 대한 모식도를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 복합패턴 형성을 위한 습식 식각이 진행되는 과정에 대한 모식도를 나타낸 것이고, 도 3(a)는 일반적인 습식 식각 공정만을 진행한 경우(roughening)의 패턴의 형상을 나타낸 것이며, 도 3(b),(c)는 본 발명의 실시예에 따른 사진을 나타낸 것이다.FIG. 1 is a schematic view of a method of producing a composite pattern by wet etching according to the present invention. FIG. 2 is a schematic view of a wet etching process for forming a composite pattern according to the present invention. (a) shows a pattern of a roughening pattern only in a general wet etching process, and FIGS. 3 (b) and 3 (c) show photographs according to an embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이, 본 발명은 발광 다이오드의 제조방법에 있어서, 기판 상에 p형 전극을 형성하는 단계와, 상기 p형 전극 상에 p형 GaN계 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 p형 GaN계 반도체층 상에 전자와 정공을 발생시켜 빛을 방출하는 GaN계 활성층을 형성하는 단계와, 상기 GaN계 활성층 상층에 n형 GaN계 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 n형 GaN계 반도체층 상에 1차 패턴의 형상에 대응되어, 상기 n형 GaN계 반도체층의 일부 영역을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 노출된 n형 GaN계 반도체층 상에 버퍼층을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 제거하여 버퍼층으로 이루어진 마스크 패턴층을 형성하는 단계와, 상기 마스크 패턴층을 마스크로 하여 습식 식각을 진행하여 상기 1차 패턴의 모양에 대응하여 2차 패턴이 복합된 복합패턴을 상기 n형 GaN계 반도체층에 형성하는 단계 및 상기 복합패턴이 형성된 n형 GaN계 반도체층 상의 일부 영역에 n형 전극을 형성하는 단계로 크게 이루어진다.As shown, the present invention provides a method of manufacturing a light emitting diode, comprising: forming a p-type electrode on a substrate; forming a p-type GaN based semiconductor layer on the p-type electrode; Type GaN-based semiconductor layer; forming a GaN-based active layer that emits light by generating electrons and holes on the semiconductor layer; forming an n-type GaN-based semiconductor layer on the GaN-based active layer; Forming a photoresist pattern corresponding to the shape of the primary pattern and exposing a part of the n-type GaN-based semiconductor layer, forming a buffer layer on the exposed n-type GaN-based semiconductor layer, Forming a mask pattern layer made of a buffer layer by removing the resist pattern; and performing a wet etching process using the mask pattern layer as a mask to form a composite Is made large to turn to the step and the step of forming an n-type electrode on a portion of the n-type GaN-based semiconductor layer formed of said composite pattern that is formed on the n-type GaN-based semiconductor layer.
즉, 활성층인 다중양자우물층 상층의 n형 GaN계 반도체층 상에 1차 패턴 및 2차 패턴이 복합된 복합패턴을 형성하여, 광추출 효율을 향상시키도록 하는 것이다.That is, a composite pattern in which a primary pattern and a secondary pattern are combined on the n-type GaN-based semiconductor layer on the upper layer of the multiple quantum well layer which is the active layer is formed to improve the light extraction efficiency.
본 발명에 따른 발광 다이오드는 기판 상에 p형 전극을 형성하고, 그 상층에 p형 GaN계 반도체층을 형성하고, 상기 p형 GaN계 반도체층 상에 GaN계 활성층을 형성하며, 상기 GaN계 활성층 상층에 n형 GaN계 반도체층을 형성한다.The light emitting diode according to the present invention includes a p-type electrode on a substrate, a p-type GaN-based semiconductor layer on the p-type electrode, a GaN-based active layer on the p-type GaN-based semiconductor layer, And an n-type GaN-based semiconductor layer is formed on the upper layer.
그리고, 상기 n형 GaN계 반도체층 상에 포토레지스트 층을 형성한 후, 사진 식각 공정을 통해 1차 패턴의 형상에 대응되어, n형 GaN계 반도체층의 일부 영역을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하게 되는데, 이는 일반적으로 마이크로 싸이즈(수 ㎛)의 패턴으로 형성되며, 이는 본 발명에서의 1차 패턴의 모양 및 싸이즈를 결정짓게 된다.Then, after forming a photoresist layer on the n-type GaN-based semiconductor layer, a photoresist pattern is formed through a photolithography process to expose a part of the n-type GaN-based semiconductor layer corresponding to the shape of the primary pattern , Which is generally formed in a pattern of micro-size (several mu m), which determines the shape and size of the primary pattern in the present invention.
그리고, 상기 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 n형 GaN계 반도체층 상에 버퍼층을 형성하고, 포토레지스트 패턴을 제거함으로써, 버퍼층으로 이루어진 마스크 패턴층을 형성한다.After the photoresist pattern is formed, a buffer layer is formed on the n-type GaN-based semiconductor layer, and the photoresist pattern is removed to form a mask pattern layer made of a buffer layer.
상기 버퍼층으로 이루어진 마스크 패턴층을 마스크로 하여 습식 식각을 진행하게 되며, 상기 1차 패턴의 모양에 대응하여 습식 식각에 따른 2차 패턴을 형성하게 된다. 즉, 마이크로 싸이즈의 1차 패턴의 주기성을 따라서 습식 식각에 따른 나노싸이즈의 2차 패턴이 형성되게 되는 것이다.The wet etching is performed using the mask pattern layer made of the buffer layer as a mask and a secondary pattern corresponding to the shape of the primary pattern is formed according to the wet etching. That is, a secondary pattern of nano-size according to the wet etching is formed according to the periodicity of the primary pattern of micro-size.
그 다음, 상기 복합패턴이 형성된 n형 GaN계 반도체층 상에 사진 식각에 의한 패터닝 공정에 의해, 상기 복합패턴이 형성된 n형 GaN계 반도체층 상의 일부 영역에 n형 전극을 형성한다.Next, an n-type electrode is formed on a part of the n-type GaN-based semiconductor layer on which the composite pattern is formed by a patterning process by photolithography on the n-type GaN-based semiconductor layer on which the composite pattern is formed.
즉, 상기 n형 GaN계 반도체층 상에 사진 식각 공정에 의한 1차 패턴에 대응되는 형상의 마스크 패턴층을 형성하고 이를 습식 식각 마스크로 하여 2차 패턴을 형성하여, 상기 n형 GaN계 반도체층 상에 1차 패턴을 따라서 습식 식각에 의한 2차 패턴이 형성된 복합패턴을 형성하는 것이다. That is, a mask pattern layer having a shape corresponding to the primary pattern formed by the photolithography process is formed on the n-type GaN-based semiconductor layer and a secondary pattern is formed using the wet etching mask to form the n-type GaN- To form a composite pattern in which a secondary pattern is formed by wet etching along a primary pattern.
이에 의해 싸이즈가 다른 패턴으로 이루어진 복합패턴이 활성층(다중양자우물층) 상층의 n형 GaN계 반도체층 상에 형성되어, 단일 패턴 또는 불규칙한 요철형태의 패턴에 비해 광추출 효율이 더욱 향상되게 되는 것이다.(March 2011, Vol. 19, No. S2)
As a result, a composite pattern of different sizes is formed on the n-type GaN-based semiconductor layer in the upper layer of the active layer (multiple quantum well layer), so that the light extraction efficiency is further improved as compared with the single pattern or the irregular concave- (March 2011, Vol. 19, No. S2)
한편, 상기 습식 식각은 상기 마스크 패턴층의 아래로까지 침투하여 식각되는 언더컷 형태로 진행되어, 마스크 패턴층의 아래로 언더컷 식각되면서 1차 패턴의 주기성을 따라 2차 패턴이 형성되게 되는 것이다. 즉, 마스크 패턴층이 박리될 때까지 과하게 식각이 이루어지도록 하는 것이다.Meanwhile, the wet etching proceeds to an undercut shape penetrating down to the mask pattern layer to be etched, and a second pattern is formed along the periodicity of the first pattern while undercut etching down the mask pattern layer. That is, etching is carried out excessively until the mask pattern layer is peeled off.
상기 버퍼층은 n형 GaN계 반도체층과의 습식 식각 선택비를 증가시키기 위한 것으로서, 습식 식각에 의해 상기 버퍼층보다 n형 GaN계 반도체층의 에칭이 과도하게 이루어지도록 하여 1차 패턴을 따라서 2차 패턴이 형성되도록 하면서, 상기 버퍼층이 깨끗하게 제거되도록 하기 위한 것이다.The buffer layer is for increasing the wet etching selectivity with respect to the n-type GaN-based semiconductor layer. By etching the n-type GaN-based semiconductor layer more than the buffer layer by wet etching, So that the buffer layer is cleanly removed.
또한, 상기 버퍼층으로 이루어진 마스크 패턴층은 상기 n형 GaN계 반도체층의 습식 식각 속도에 비해 상대적으로 작은 습식 식각 속도를 가지도록 하며, 이러한 버퍼층으로 SiO2, SiN, Cr, Ni 및 Al 중에 어느 하나를 사용한다.In addition, the mask pattern layer made of the buffer layer has a wet etching rate which is relatively small compared to the wet etching rate of the n-type GaN-based semiconductor layer, and any one of SiO 2 , SiN, Cr, Lt; / RTI >
이러한 버퍼층을 형성하고, 습식 식각을 진행하게 되면 상기 마스크 패턴층의 아래로까지 침투하여 식각되는 언더컷 형태로 진행되어, 마스크 패턴층의 아래로 언더컷 식각되면서 1차 패턴의 주기성을 따라 2차 패턴이 형성되게 되는 것이다. 즉, 마스크 패턴층이 박리될 때까지 과하게 식각이 이루어지도록 하는 것이다.When the wet etching is performed, the buffer layer penetrates down to the mask pattern layer and is etched. Then, undercut etching is performed under the mask pattern layer, and a secondary pattern is formed along the periodicity of the first pattern . That is, etching is carried out excessively until the mask pattern layer is peeled off.
여기에서 상기 습식 식각 용액은 상기 마스크 패턴층을 식각시키지 않는 것으로 선택하거나 적어도 상기 마스크 패턴층의 습식 식각 속도가 상기 n형 GaN계 반도체층의 습식 식각 속도보다 느린 용액 내지 혼합용액으로 사용한다.Here, the wet etching solution may be selected so as not to etch the mask pattern layer, or at least a solution or mixed solution in which the wet etching rate of the mask pattern layer is slower than the wet etching rate of the n-type GaN-based semiconductor layer.
또한, 상기 습식 식각 용액은 상기 n형 GaN계 반도체층을 비등방성 식각으로 요철구조를 가지는 2차 패턴을 만들 수 있는 용액 내지 혼합용액을 사용한다.
The wet etching solution uses a solution or a mixed solution capable of forming a secondary pattern having an irregular structure by anisotropically etching the n-type GaN-based semiconductor layer.
이에 의해 사진 식각 공정 방법에 의해 기본적으로 마이크로 싸이즈의 1차 패턴의 모양을 결정 짓고, 여기에 습식 식각 공정을 수행하면, 상기 1차 패턴의 모양에 대응하여 요철형태를 가지는 상기 1차 패턴의 크기보다 작은 나노싸이즈의 2차 패턴으로 이루어진 복합패턴이 형성된 기판(넓은 의미의 기판, 구조지지층을 기반으로 하는 n형 GaN계 반도체층을 포함하는 화합물 반도체)을 제조할 수 있게 된다. Accordingly, when the shape of the primary pattern of the microsize is basically determined by the photolithography process and the wet etching process is performed on the primary pattern, the size of the primary pattern having the concavoconvex shape corresponding to the shape of the primary pattern It becomes possible to manufacture a substrate on which a composite pattern composed of a secondary pattern of a smaller nano-size is formed (a compound semiconductor including a broad substrate, a n-type GaN-based semiconductor layer based on a structure supporting layer).
이러한 복합패턴이 형성된 기판은 발광 다이오드 특히 청색 발광 다이오드에 적용됨으로써, 기존의 단일 패턴 또는 불규칙한 요철 패턴에 비하여 우수한 광추출 효율을 가지는 발광 다이오드를 제공할 수 있게 되는 것이다.
The substrate on which such a composite pattern is formed is applied to a light emitting diode, and particularly to a blue light emitting diode, thereby providing a light emitting diode having an excellent light extraction efficiency as compared with a conventional single pattern or an irregular concave-convex pattern.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 대해서 설명하고자 한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
먼저, 본 발명에 따른 기판은 청색 LED의 제공을 위한 구조지지층, 그 상층에 결합금속층(bonding metal)을 에피탁셜하게 증착된 것을 사용한다.First, a substrate according to the present invention uses a structure supporting layer for providing a blue LED, and a bonding metal layer epitaxially deposited thereon.
상기 기판 상층에 p형 전극을 형성하고, 그 상층에 p형 GaN계 반도체층 및 GaN계 활성층, n형 GaN계 반도체층을 순차적으로 형성한다. 여기에서, p형 GaN계 반도체는 GaN에 Mg를 도핑하여 사용하며, n형 GaN계 반도체는 GaN에 Si를 도핑하여 사용한다. 그리고, 상기 GaN계 활성층은 InGaN/GaN이 반복적으로 적층된 멀티층으로 구성된다.A p-type electrode is formed on the substrate, and a p-type GaN-based semiconductor layer, a GaN-based active layer, and an n-type GaN-based semiconductor layer are sequentially formed thereon. Here, the p-type GaN-based semiconductor is used by doping GaN with Mg, and the n-type GaN-based semiconductor is used by doping GaN with Si. The GaN-based active layer is composed of multiple layers in which InGaN / GaN is repeatedly stacked.
상기 n형 GaN계 반도체층 상에 포토레지스트 층을 증착하고 사진 식각 공정을 통해 1차 패턴 형성을 위한 포토레지스트 패턴을 형성한다. 그리고, 상기 n형 GaN계 반도체층 상에 버퍼층으로 SiO2를 증착하고, 포토레지스트 패턴을 제거함으로써, 버퍼층으로 이루어진 마스크 패턴층을 형성한다.A photoresist layer is deposited on the n-type GaN-based semiconductor layer and a photoresist pattern for forming a primary pattern is formed through a photolithography process. Then, SiO 2 is deposited as a buffer layer on the n-type GaN-based semiconductor layer and the photoresist pattern is removed to form a mask pattern layer made of a buffer layer.
그리고, 습식 식각 공정으로, 습식 식각 용액은 KOH 용액을 사용하되, KOH:DI가 1:4의 비율로 50℃에서, 20분간 습식 식각을 진행하여 1차 패턴의 주기성에 대응하여 나노싸이즈의 요철이 형성된 2차 패턴을 제작한다. 그리고, 복합패턴이 형성된 n형 GaN계 반도체층 상의 일부 영역에 사진 식각 공정에 의해 n형 전극을 형성한다.In wet etching, the wet etching solution was wet etched using KOH solution at a ratio of KOH: DI of 1: 4 at 50 ° C for 20 minutes, so that the irregularities of the nano- Thereby forming a secondary pattern. Then, an n-type electrode is formed on a part of the n-type GaN-based semiconductor layer on which the composite pattern is formed by a photolithography process.
도 3(a)는 일반적인 습식 식각 공정만을 진행한 경우(roughening)의 패턴의 형상을 나타낸 것이고, 도 3(b),(c)는 본 발명의 일실시예에 따라 제작된 샘플의 사진을 나타낸 것(3-D roughening)이다.3 (a) shows a pattern of a roughening pattern in a general wet etching process, and FIGS. 3 (b) and 3 (c) show photographs of a sample prepared according to an embodiment of the present invention (3-D roughening).
도 3(b)의 원형은 마스크 패턴층이 형성되어 있던 영역으로써, 습식 식각이 연속적으로 진행되면서, 마스크 패턴층 하측으로 언더컷이 형성되면서 마스크 패턴층이 최종적으로 제거된 상태를 나타낸 것이다.3 (b) is a region where the mask pattern layer was formed, and the mask pattern layer was finally removed while an undercut was formed under the mask pattern layer while the wet etching continued.
도 3(c)는 이러한 영역을 확대하여 관찰한 것으로서, 마스크 패턴층이 형성되어 있지 않았던 영역은 일반 습식 식각에 의한 큰 콘(cone) 형태의 패턴이 형성되었으며, 마스크 패턴층이 제거된 영역에는 언더컷에 의한 습식 식각 용액이 마스크 패턴층과 n형 GaN계 반도체층 사이에 스며들면서 비교적 작은 콘(cone) 형태의 집합으로 패턴이 형성되었음을 확인할 수 있었다.3C is an enlarged view of this region. In the region where the mask pattern layer is not formed, a large cone-shaped pattern is formed by a general wet etching. In the region where the mask pattern layer is removed, It can be confirmed that the wet etching solution by undercut penetrates between the mask pattern layer and the n-type GaN-based semiconductor layer, and the pattern is formed as a set of a relatively small cone shape.
이러한 복합패턴은 1차 패턴에 의해 결정짓게 되는 주기적으로 형성된 마이크로 패턴과, 마이크로 싸이즈의 패턴을 기본 바탕으로 하여 습식 식각 공정에 의한 비등방성 식각으로 나노 싸이즈의 요철 구조를 이루는 2차 패턴이 형성되어 있음을 확인할 수 있으며, 이러한 패턴의 형태는 단일 패턴 또는 불규칙한 요철형태의 패턴에 비해 광추출 효율을 더욱 향상시키게 된다.Such a composite pattern is formed by a periodically formed micropattern which is determined by the primary pattern and a secondary pattern which forms a concavo-convex structure of nano-size by anisotropic etching by a wet etching process based on the microsize pattern And the shape of such a pattern further improves the light extraction efficiency as compared with a pattern of a single pattern or an irregular concavo-convex pattern.
이러한 샘플을 이용하여 CL(cathode luminance) 세기를 측정한 결과, 기존 대비하여 본 발명에 따른 복합패턴을 형성한 기판(3-D roughening)을 사용한 경우 광추출 효율이 70% 정도 향상되었음을 확인할 수 있었다. 일반적인 roughening의 경우에는 광추출 효율이 60% 정도 향상되었다.
As a result of measuring the intensity of the cathode ray (CL) using these samples, it was confirmed that the light extraction efficiency was improved by about 70% when the substrate (3-D roughening) on which the composite pattern according to the present invention was formed was used . In the case of general roughening, the light extraction efficiency was improved by 60%.
이와 같이, 본 발명은 일반적인 사진 식각 방법과 습식 식각으로 두 가지 이상의 복합된 복합패턴을 제조함으로써, 하나의 패턴 또는 표면 거칠기로 이루어지는 광추출 구조에 비해 우수한 광추출 구조를 매우 단순한 공정으로 제조할 수 있어, 광전자 소자 분야에 널리 용이하게 적용할 수 있게 되는 것이다.As described above, the present invention can manufacture a light extracting structure superior in light extraction structure composed of one pattern or surface roughness to a very simple process by producing two or more combined composite patterns by a general photolithography method and wet etching Therefore, it can be widely applied to the field of optoelectronic devices.
Claims (8)
기판 상에 p형 전극을 형성하는 단계;
상기 p형 전극 상에 p형 GaN계 반도체층을 형성하는 단계;
상기 p형 GaN계 반도체층 상에 전자와 정공을 발생시켜 빛을 방출하는 GaN계 활성층을 형성하는 단계;
상기 GaN계 활성층 상층에 n형 GaN계 반도체층을 형성하는 단계;
상기 n형 GaN계 반도체층 상에 1차 패턴의 형상에 대응되어, 상기 n형 GaN계 반도체층의 일부 영역을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
상기 노출된 n형 GaN계 반도체층 상에 버퍼층을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 제거하여 버퍼층으로 이루어진 마스크 패턴층을 형성하는 단계;
상기 마스크 패턴층을 마스크로 하여 습식 식각을 진행하여 상기 1차 패턴의 모양에 대응하여 2차 패턴이 복합된 복합패턴을 상기 n형 GaN계 반도체층에 형성하는 단계; 및
상기 복합패턴이 형성된 n형 GaN계 반도체층 상의 일부 영역에 n형 전극을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지되,
상기 버퍼층은,
상기 n형 GaN계 반도체층의 습식 식각 정도에 비해 상대적으로 적은 습식 식각 정도를 가지고,
상기 습식 식각은,
상기 마스크 패턴층의 아래로까지 침투하여 식각되는 언더컷 형태로 진행되며,
상기 습식 식각시 사용되는 습식 식각 용액은,
상기 n형 GaN계 반도체층을 비등방성 식각으로 요철구조를 만들 수 있는 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 습식 식각을 통한 복합패턴이 형성된 GaN계 발광 다이오드의 제조방법.A method of manufacturing a light emitting diode,
Forming a p-type electrode on the substrate;
Forming a p-type GaN-based semiconductor layer on the p-type electrode;
Forming a GaN-based active layer that emits light by generating electrons and holes on the p-type GaN-based semiconductor layer;
Forming an n-type GaN-based semiconductor layer on the GaN-based active layer;
Forming a photoresist pattern on the n-type GaN-based semiconductor layer corresponding to the shape of the primary pattern and exposing a part of the n-type GaN-based semiconductor layer;
Forming a buffer layer on the exposed n-type GaN-based semiconductor layer and removing the photoresist pattern to form a mask pattern layer made of a buffer layer;
Forming a n-type GaN-based semiconductor layer on the nitride-based semiconductor layer by wet etching using the mask pattern layer as a mask to form a composite pattern in which a secondary pattern is formed corresponding to the shape of the primary pattern; And
And forming an n-type electrode on a part of the n-type GaN-based semiconductor layer on which the composite pattern is formed,
The buffer layer may be formed,
Type GaN-based semiconductor layer has a wet etching degree that is relatively low compared to the wet etching degree of the n-type GaN-
The wet-
The mask pattern layer is etched to penetrate down to the bottom of the mask pattern layer,
The wet etching solution used in the wet etching may be,
Wherein the n-type GaN-based semiconductor layer is anisotropically etched to form a concavo-convex structure.
SiO2, SiN, Cr, Ni, Cu 및 Al 중에 어느 하나의 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 습식 식각을 통한 복합패턴이 형성된 GaN계 발광 다이오드의 제조방법.The optical information recording medium according to claim 1,
Wherein the first electrode is formed of any one of SiO 2 , SiN, Cr, Ni, Cu, and Al.
상기 마스크 패턴층은 식각시키지 않는 것을 선택하거나, 상기 마스크 패턴층의 습식 식각 속도가 상기 n형 GaN계 반도체층의 습식 식각 속도보다 상대적으로 느린 용액 내지 복합 용액을 사용하는 것을 특징으로 하는 습식 식각을 통한 복합패턴이 형성된 GaN계 발광 다이오드의 제조방법.The method of claim 1, wherein the wet etching solution used in the wet etching comprises:
Wherein the mask pattern layer is not etched or a solution or complex solution in which the wet etching rate of the mask pattern layer is slower than the wet etching rate of the n-type GaN-based semiconductor layer is used. A method for manufacturing a GaN-based light emitting diode,
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