KR20120002822A - 반도체 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 발광 소지 및 그 제조방법에 관한 것으로,
반도체 발광 소자 제조방법은, 요철이 형성된 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물을 형성하는 단계; 상기 발광구조물로부터 상기 기판을 제거하여 상기 요철과 대응되는 형상의 제1 요철부를 노출시키는 단계; 상기 제1 요철부 상에 보호층을 형성하는 단계; 상기 발광구조물의 표면 중 상기 제1 요철부의 볼록부가 노출되도록 상기 보호층의 일부를 제거하는 단계; 및 상기 제1 요철부의 볼록부에 제2 요철부를 형성하는 단계를 포함하고,
반도체 발광 소자는, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물; 상기 발광구조물에 형성되며, 볼록부에 제2 요철부를 갖는 제 1 요철부;및 상기 제1 요철부의 오목부를 채우는 보호층을 포함한다.
반도체 발광 소자 제조방법은, 요철이 형성된 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물을 형성하는 단계; 상기 발광구조물로부터 상기 기판을 제거하여 상기 요철과 대응되는 형상의 제1 요철부를 노출시키는 단계; 상기 제1 요철부 상에 보호층을 형성하는 단계; 상기 발광구조물의 표면 중 상기 제1 요철부의 볼록부가 노출되도록 상기 보호층의 일부를 제거하는 단계; 및 상기 제1 요철부의 볼록부에 제2 요철부를 형성하는 단계를 포함하고,
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Description
본 발명은 반도체 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 결정성이 개선되고, 외부 광 추출 효율이 향상된 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 발광 소자(light emitting diode, LED)는 화합물 반도체의 특성을 이용하여, 전기 에너지를 적외선, 가시광선 또는 빛의 형태로 변환시킨 신호를 발신하는데 사용되는 소자이다. 발광 다이오드는 EL의 일종이며, 현재 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체를 이용한 발광 다이오드가 실용화 되고 있다. Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체는 직접천이형 반도체이며, 다른 반도체를 이용한 소자보다 고온에서 안정된 동작을 얻을 수 있어서, 발광 다이오드(LED)나 레이저 다이오드(laser diode : LD) 등의 발광 소자에 널리 응용되고 있다.
이와 같은 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체는 통상 사파이어(sapphire : Al2O3)를 기판으로 이용하여 그 위에 형성되는 것이 일반적이다. 하지만, 사파이어와 같이 절연성 기판을 사용하는 경우에는 전극의 배열에 큰 제약을 받게 된다. 즉, 종래의 질화물 반도체 발광소자는 전극이 수평 방향으로 배열되는 것이 일반적이므로, 전류 흐름이 협소 해지게 된다. 이러한 협소한 전류 흐름으로 인해, 발광소자의 동작 전압(Vf)이 증가하여 전류효율이 저하되며, 이와 더불어 정전기 방전(Electrostatic discharge)에 취약해지는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 전극이 수직으로 배열된 반도체 발광소자가 연구되고 있다.
이러한 수직 전극 구조를 갖는 반도체 발광소자에서, 발광 효율, 즉 광의 추출 효율을 향상시키기 위하여 발광 소자의 광 추출 영역에 요철 구조를 형성시켜 광 추출 효율을 향상시키고자 하는 연구가 진행되고 있다. 서로 다른 굴절율을 지닌 물질층들의 계면에서는 각 물질층의 굴절율에 따른 광의 진행이 제한을 받는다. 평탄한 계면의 경우, 굴절률이 큰(n>1) 반도체층으로부터 굴절률이 작은 공기층(n=1)으로 광이 진행되는 경우 계면의 수직 방향을 기준으로 소정 각도(임계각) 미만으로 평탄한 계면에 입사해야 한다. 소정 각도 이상으로 입사하는 경우 평탄한 계면에서 전반사가 되어 광 추출 효율이 크게 감소하게 된다. 따라서, 이를 방지하기 위하여 계면에 요철 구조를 도입하는 방법이 시도되고 있다.
계면에 요철 구조를 도입하기 위한 방법 중 하나로, 요철이 형성된 사파이어 기판 상에 질화물 반도체층을 적층한 후, 상기 사파이어 기판을 제거하여 노출된 요철 면을 광추출면으로 이용할 수 있다. 그러나, 사파이어 기판과 같은 성장용 기판 상에 반도체층을 형성하는 경우, 기판과 반도체층 사이의 결정 상수의 차이로 인해 반도체층의 결함이 발생하기 쉽고, 요철 패턴이 형성된 반도체층 상에 습식 식각 등을 이용하여 추가적인 요철 형성시, 결함이 생긴 부위로 식각 용액 등이 흘러들어가 반도체층의 품질을 저하시키고, 불량을 발생시킬 수 있다는 문제가 있다.
본 발명의 일 목적은, 표면 요철 형성 공정시, 반도체층 내부의 결함 사이로 식각 용액이 누설되는 것을 방지하여, 반도체 발광 소자의 품질을 개선할 수 있는 반도체 발광 소자의 제조방법 및
이중 패턴을 형성함으로써 외부 광 추출 효율을 극대화할 수 있는 반도체 발광 소자를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 측면은,
요철이 형성된 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물을 형성하는 단계; 상기 발광구조물로부터 상기 기판을 제거하여 상기 요철과 대응되는 형상의 제1 요철부를 노출시키는 단계; 상기 제1 요철부 상에 보호층을 형성하는 단계; 상기 발광구조물의 표면 중 상기 제1 요철부의 볼록부가 노출되도록 상기 보호층의 일부를 제거하는 단계; 및 상기 제1 요철부의 볼록부에 제2 요철부를 형성하는 단계를 포함하는 반도체 발광 소자 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 보호층이 형성된 면에 포토 레지스트(Photo-Resist)를 도포하여 표면을 평탄화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 보호층의 일부를 제거하는 단계는, 상기 제1 요철부의 볼록부가 노출되도록 상기 포토 레지스트 및 상기 보호층의 일부를 제거하는 단계일 수 있다.
또한, 상기 포토 레지스트 및 보호층의 일부를 제거하는 단계는, 습식 식각에 의해 수행될 수 있다.
또한, 상기 보호층의 일부를 제거하는 단계는, 상기 제1 요철부의 볼록부만 노출되도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자 제조 방법.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제2 요철부 패턴의 크기는 상기 제1 요철부 패턴의 크기보다 작을 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 보호층의 일부를 제거하는 단계는, 화학 기계적 연마, 습식 식각 및 건식 식각 중 어느 하나의 공정에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제2 요철부를 형성하는 단계는, 습식 식각에 의해 수행될 수 있다.
이때, 상기 습식 식각은 KOH 용액을 이용하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제2 요철부를 형성하는 단계 이후에, 상기 제1 요철부의 오목부에 잔류하는 보호층을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 요철부의 오목부에 잔류하는 보호층을 제거하는 단계는, HF 용액을 이용한 습식 식각 공정에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 기판을 제거하는 단계는, 레이저 리프트 오프(laser lift off) 공정에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 보호층은 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 보호층을 형성하는 단계는, 스퍼터링(sputtering) 및 증착 공정 중 적어도 어느 하나의 공정에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은,
제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물; 상기 발광구조물에 형성되며, 볼록부에 제2 요철부를 갖는 제 1 요철부;및 상기 제1 요철부의 오목부를 채우는 보호층을 포함하는 반도체 발광 소자를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 요철부는 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층 중 적어도 하나의 표면에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 보호층은 실리콘 질화물 및 실리콘 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 요철부는 주기적인 패턴을 갖고, 상기 제2 요철부는 비주기적인 패턴을 가질 수 있으며,
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제2 요철부 패턴의 크기는 상기 제1 요철부 패턴의 크기보다 작을 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층은 각각 n형 및 p형 반도체층이고, 상기 n형 반도체층 상에 제1 요철부가 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 발광 소자 제조방법에 따르면, 표면 요철 형성 공정시, 반도체층 내부의 결함 사이로 식각 용액이 누설되는 것을 방지하여, 반도체 발광 소자의 품질을 개선할 수 있고,
이중 패턴을 형성함으로써 외부 광 추출 효율이 향상된 반도체 발광 소자를 제공할 수 있다.
도1 내지 도8은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자의 제조 방법을 나타내기 위한 도면이다.
도 9 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 반도체 발광 소자를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 10은 도 9의 반도체 발광소자를 A-A'기준으로 절단하여 측면에서 바라본 측단면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 반도체 발광소자의 측단면도이다.
도 9 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 반도체 발광 소자를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 10은 도 9의 반도체 발광소자를 A-A'기준으로 절단하여 측면에서 바라본 측단면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 반도체 발광소자의 측단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도1 내지 도8은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자의 제조 방법을 나타내기 위한 도면이다.
우선, 도1에 도시된 바와 같이, 표면에 요철 구조가 형성된 기판(10)을 준비한다. 상기 기판(10)은 사파이어, SiC, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2 , GaN 등의 물질로 이루어진 기판을 사용할 수 있다. 이 경우, 사파이어는 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 및 a측 방향의 격자상수가 각각 13.001Å과 4.758Å이며, C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등을 갖는다. 이 경우, 상기 C면은 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 성장용 기판으로 주로 사용된다. 성장용 기판(0)과 그 상면에 형성되는 질화물 반도체층의 격자 결함을 완화하기 위하여, 상기 성장용 기판(10) 상면에 버퍼층(미도시)을 형성할 수 있다. 버퍼층은 질화물 등으로 이루어진 언도프 반도체층으로 채용될 수 있으며, 그 위에 성장되는 발광구조물의 격자 결함을 완화시킬 수 있다.
상기 기판(10)의 요철 구조는 포토 레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 기판(10)의 일부를 선택적 식각하여 규칙적 또는 불규칙적인 주기를 갖는 요철 패턴을 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 기판(10) 위에 마스크를 이용하여 식각하는 단계에서는, BOE 용액을 식각액으로 하는 습식 식각 방법을 사용하거나 RIE 건식 식각 방법을 사용할 수 있고, 상기 패턴을 형성하기 위한 습식 식각 단계에서는 염산(HCL), 질산(HNO3), 불산(HF), 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 황산(H2SO4), 인산(H3PO4) 및 알루에치(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2) 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 의한 혼합 용액을 식각액으로 사용할 수 있다. 이때, 상기 식각액은 100℃ 이상의 온도로 가열된 상태에서 사용될 수 있다. 한편, 상기 건식 식각은 BCL3, Cl2, HBr, Ar 중 적어도 하나를 식각 가스로 사용할 수 있고, 상기 기판(10)을 식각함에 있어서, 상기 건식 식각과 습식 식각을 병행할 수 있다.
다음으로, 도2를 참조하면, 상기 요철 패턴이 형성된 기판(10) 상에 제1 도전형 반도체층(21), 활성층(22) 및 제2 도전형 반도체층(23)을 포함하는 발광구조물(20)을 형성할 수 있다. 상기 발광구조물(20)을 형성하는 제1 및 제2 도전형 반도체층(21, 23)은 각각 n형 및 p형 반도체층이 될 수 있으며, 질화물 반도체로 이루어질 수 있다. 따라서, 이에 제한되는 것은 아니지만, 본 실시 형태의 경우, 제1 및 제2 도전형은 각각 n형 및 p형 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 제1 및 제2 도전형 반도체층(21, 23)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 가지며, 예컨대, GaN, AlGaN, InGaN 등의 물질이 이에 해당될 수 있다. 제1 및 제2 도전형 반도체층(21, 23) 사이에 형성되는 활성층(22)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출하며, 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조, 예컨대, InGaN/GaN 구조가 사용될 수 있다. 한편, 제1 및 제2 도전형 반도체층(21, 23)과 활성층(22)은 당 기술 분야에서 공지된 MOCVD, MBE, HVPE 등과 같은 반도체층 성장 공정을 이용하여 형성될 수 있을 것이다.
다음으로, 도3에 도시한 바와 같이, 상기 요철 패턴이 형성된 기판(10)을 제거할 수 있다. 도시하지는 않았으나, 도전성 기판을 상기 발광구조물의 상면, 구체적으로 제2 도전형 반도체층(23)의 상면에 부착할 수 있고, 도전성 기판 부착 후에 레이저 리프트 오프 공정 등을 이용하여 상기 성장용 기판(10)을 제거할 수 있다. 상기 도전성 기판(미도시)은 반도체 성장용 기판(10)을 제거하기 위한 레이저 리프트 오프 등의 공정에서 상기 발광구조물(20)을 지지하는 지지체의 역할을 수행하며, Si, GaAs, InP, InAs 등의 반도체 기판, ITO(Indium Tin Oxide), ZrB, ZnO 등의 전도성 산화막, CuW, Mo, Au. Al, Au 등의 금속 기판 중의 어느 하나로 이루어질 수 있다. 본 실시 형태의 경우, 도전성 기판은 도전성 접착층을 매개로 발광구조물(20)과 접합될 수 있으며, 도전성 접착층은 예컨대, AuSn와 같은 공융 금속 물질을 이용할 수 있을 것이다. 또한, 상기 도전성 기판은 전해 도금, 무전해 도금, 열증착(Thermal evaporator), 전자선 증착(e-beam evaporator), 스퍼터(sputter), 화학기상증착(CVD) 등의 방식을 통하여 형성할 수 있다.
본 실시형태에서, 상기 도전성 기판을 지지체로 하여 레이저 리프트 오프나 화학적 리프트 오프 등과 같은 공정을 이용하여 성장용 기판(10)을 제거한 후, 상기 도전성 기판은 제2 도전형 반도체층(23)의 전극으로 기능할 수 있으며, 상기 도전성 기판과 상기 제2 도전형 반도체층(23) 사이에 반사전극층(미도시)이 추가로 개재될 수 있다. 반사전극층은 상기 발광구조물(20)의 활성층에서 방출된 빛을 상기 발광구조물(20)의 상부, 즉, 제1 도전형 반도체층(21) 방향으로 반사하는 기능을 수행할 수 있으며, 나아가, 제1 도전형 반도체층(21)과 오믹 컨택을 이루는 것이 바람직하다. 이러한 기능을 고려하여, 반사금속층은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함할 수 있다.
이 경우, 자세하게 도시하지는 않았으나, 반사금속층은 2층 이상의 구조로 채용되어 반사 효율을 향상시킬 수 있으며, 구체적인 예로서, Ni/Ag, Zn/Ag, Ni/Al, Zn/Al, Pd/Ag, Pd/Al, Ir/Ag. Ir/Au, Pt/Ag, Pt/Al, Ni/Ag/Pt 등을 들 수 있다. 다만, 반사금속층은 본 실시 형태에서 반드시 요구되는 구성은 아니며, 개재되지 않을 수 있다.
상기 성장용 기판(10)과 버퍼층(미도시)을 제거하는 단계에서는, 염산(HCl), 질산(HNO3), 불산(HF), 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 황산(H2SO4), 인산(H3PO4) 및 알루에치(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3+H2O) 중 어느 하나 또는 이들 하나 이상의 조합에 의한 혼합 용액을 식각액으로 사용하는 습식 식각 방법, CMP(chemical mechanical polishing) 및 ICP/RIE 건식 식각 방법 중의 적어도 어느 하나를 이용할 수 있고, 상기 습식 식각 방법과 상기 건식 식각 방법을 함께 사용하여, 상기 습식 식각 방법은 상기 성장용 기판을 식각하는데 사용하고, 상기 건식 식각 방법은 상기 버퍼층을 식각하는 데 사용할 수 있다.
도 3은 상기 성장용 기판(10)이 발광구조물로부터 제거된 상태의 발광구조물(20)을 나타낸다. 상기 발광구조물(20)은 제1 요철부(211)를 갖는 제1 도전형 반도체층(21), 활성층(22) 및 제2 도전형 반도체층(23)을 포함한다. 상기 제1 도전형 반도체층(21)은 요철 패턴이 형성된 성장용 기판(10) 상에 형성되어 상기 기판(10)의 요철 패턴과 맞물리는 형태의 제1 요철부(211)가 형성된다. 상기 제1 요철부(211)는 볼록부(211a)와 오목부(211b)를 포함한다.
다음으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 보호층(30)을 형성할 수 있다. 상기 보호층(30)은 추후 추가적인 패터닝 형성 공정에서 식각 용액이 제1 도전형 반도체층(21)의 결정 결함이 형성된 부위(dislocation bundle)로 침투하는 것을 막아, 고품질의 반도체 발광소자를 제조할 수 있다. 본 실시형태와 같이, 사파이어 기판과 같은 성장용 기판 상에 반도체층을 형성하는 경우, 기판과 반도체층 사이의 결정 상수의 차이로 인해 반도체층의 결함이 발생하기 쉽다. 따라서, 요철 패턴이 형성된 반도체층 상에 습식 식각 등을 이용하여 추가적인 요철 형성시, 결함이 생긴 부위로 식각 용액 등이 흘러들어가 반도체층의 품질을 저하시키고, 불량을 발생시킬 수 있다. 그러나, 본 실시형태와 같이, 제1 요철부(211)가 형성된 제1 반도체층(21) 상에 보호층(30)을 형성하는 경우, 추가적인 요철 형성 과정에서 제1 반도체층(21)의 결함 영역을 통해서 식각액이 침투하는 것을 방지할 수 있다.
상기 보호층(30)은 GaN과 물성이 다른 유, 무기 화합물으로 이루어질 수 있으며, 구체적으로 SiO2와 같은 실리콘 산화물, SiNx로 이루어진 실리콘 질화물, Al2O3, HfO, TiO2, ZrO, ZnO 등을 사용할 수 있고, Mg, Ag, Xn, Sc, Hf, Wr, Te, Se, Ta, W, Nb, Cu, Si, ni, Co, Mo, Cr, Mn, Hg, Pr 또는 La 중 적어도 어느 하나의 첨가물이 포함된 인듐 산화물을 사용할 수 있으며, 당 기술 분야에서 공지된 스퍼터링이나 증착 등의 공정을 적절히 이용할 수 있다.
다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 보호층(30) 상면에 포토레지스트(40)를 도포하여 포토 레지스트(Photo-Resist)층(40)을 형성할 수 있다. 도 5를 참조하면, 상기 제1 도전형 반도체층(21) 상에 형성된 보호층(30)은 증착 또는 스퍼터링 등의 공정을 이용하여 형성되므로, 그 표면에 상기 제1 도전형 반도체층(21)에 형성된 제1 요철부(211)의 요철 형상과 동일한 주기의 요철 패턴을 형성하게 된다. 따라서 상기 보호층(30)의 표면을 평탄화하기 위하여, 그 상면에 포토 레지스트 층(40)을 형성할 수 있다. 상기 포토 레지스트층(40)은 광조사에 의해서 감광부분이 현상액에 용해하지 않게 되거나(네거티브형) 용해하게 되는(포지티브형) 등의 성질을 가진 것으로, 어느 것이 그것들의 성분(일반적으로 유기 고분자)이 유기 용제 중에 용해한 것이다. 상기 포토 레지스트층(40)은 상기 보호층(30) 보다 점성이 약한 물질로 이루어질 수 있고, 따라서, 상기 포토 레지스트층(40)은 상기 보호층(30) 표면에 형성된 요철의 오목부를 메워 평탄한 표면을 제공할 수 있다.
다만, 도 5에 도시된 단계는, 상기 보호층(30)을 제거하여 제1 도전형 반도체층(21)이 일부가 노출되도록 하는 단계에서, 평탄한 표면을 제공하기 위한 것으로, 건식 식각이나 화학적 기계적 연마 공정(Chemical Mechanical Polishing)을 이용하여 상기 보호층(30)의 일부를 제거하는 경우에는 상기 포토 레지스트층(40)을 도포하는 단계를 필요로 하지 않는다. 따라서, 도 5에 도시된 단계는 상기 보호층(30)을 제거하는 공정 종류에 따라, 생략될 수 있는 단계이다.
다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 포토 레지스트층(40)과 보호층(30)의 일부를 식각하여 상기 제1 도전형 반도체층(21)의 일부가 노출되도록 할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 도전형 반도체층(21)에 형성된 제1 요철부(211)의 볼록부(211a)가 노출될 때까지 상기 포토 레지스트층(40) 및 보호층(30)을 차례로 식각할 수 있다. 상기 포토 레지스트층(40)을 형성하지 않은 경우, 상기 보호층(30)의 표면을 화학적 기계적 연마(CMP) 공정을 이용하여 평탄화할 수 있으며, 상기 보호층(30) 상면에 포토 레지스트층(40)을 형성하여 표면을 평탄화한 경우, 상기 포토 레지스트층(40)은 당해 기술 분야에서 공지된 식각 공정, 예컨대, ICP-RIE 등을 이용하여 실행될 수 있다.
다음으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제1 도전형 반도체층(21)에 형성된 제1 요철부(211)의 노출된 볼록부(211a)에 제2 요철부(212)를 형성한다. 상기 제2 요철부(212)는 상기 제1 요철부(211)의 볼록부(211a) 상에 추가적으로 형성되어 상기 제1 도전형 반도체층(21)의 표면적을 증가시킬 수 있으므로, 외부 광 추출 효율이 증가할 수 있다. 상기 제1 및 제2 요철부(211, 212)의 패턴은 규칙적 또는 불규칙적으로 형성될 수 있으나, 상기 제1 요철부(211)가 규칙적인 주기의 패턴을 갖고, 상기 제2 요철부(212)가 불규칙적인 주기의 패턴을 가지는 경우, 상기 주기적인 제1 요철부(211)에서 광추출 산포가 개선되고, 상기 비주기적인 제2 요철부(212)에서 난반사에 의한 산란이 일어나, 외부 광 추출 효율이 증가 될 수 있다. 상기 제1 및 제2 요철부(211, 212)는 상기 발광구조물(20)의 활성층(22)에서 생성된 광자의 산란 특성을 향상시켜 광자를 외부로 효율적으로 방출시키기 위한 것으로, 본 발명의 실시 예에서는 측면 형상을 삼각형으로 나타내었으나, 이는 삼각형에 한정되는 것은 아니며, 반구형, 사각형, 사다리꼴 등 다양한 형상으로 구현될 수 있다.
상기 제1 요철부(211)의 볼록부(211a) 상에 형성되는 제2 요철부(212)는 KOH 와 같은 식각 용액을 이용한 습식 식각 공정을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 습식 식각 공정은 KOH, H3PO4 등의 식각 용액을 이용할 수 있으며, 이러한 공정을 통해 제1 요철부(211)의 볼록부 상에 불규칙적인 주기를 갖는 제2 요철부(212)를 형성할 수 있다. 다만, 이러한 제2 요철부(212)를 형성하는 공정은, 습식 식각 방식에만 제한되는 것은 아니고, ICP-RIE 등을 이용하는 건식 식각 및 습식과 건식 식각을 병행하여 형성할 수도 있다.
본 실시형태의 경우, 상기 제1 도전형 반도체층(21) 상에 형성된 제1 및 제2 요철부(211, 212)에 의하여 외부 광 추출 효율을 극대화할 수 있다. 상기 제1 요철부(211)의 오목부(211b)내에 잔류한 보호층(30)은 상기 발광구조물(20)의 활성층(22)으로부터 방출된 광을 외부로 추출하여 외부 광추출 효율을 향상시킬 수 있도록, 광투과성이 높고, 굴절률 2.5 이하의 물질로 형성할 수 있다.
다음으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제1 요철부(211)의 오목부(211b) 상에 잔류한 보호층(30)을 HF와 같은 식각 용액을 이용하여 습식 식각 함으로써, 제1 및 제2 요철부(211, 212)의 표면이 모두 공기 중에 노출되도록 할 수 있다. 다만, 도 8에 도시된 단계가 반드시 요구되는 것은 아니며, 필요에 따라 상기 제1 요철부의 오목부(211b) 내에 잔류한 보호층(30)을 그대로 두거나, 도 8에 도시된 바와 같이, 선택적으로 상기 오목부(211b)내에 잔류한 보호층(30)을 제거할 수 있다.
도 9 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 반도체 발광 소자를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 9를 참조하면, 본 실시형태에 따른 반도체 발광 소자는 도전성 기판(50) 상에 활성영역(22)을 포함하는 발광구조물(20)이 형성되고, 상기 발광구조물(20) 상에 다수의 볼록부(211a)를 갖는 제1 요철부(211) 및 상기 볼록부(211a) 상에 형성된 제2 요철부(212)가 형성된다. 상기 발광구조물(20)은 제1 도전형 반도체층(21), 활성층(22) 및 제2 도전형 반도체층(23)이 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다.
본 실시 형태에서, 상기 발광구조물(20)을 형성하는 제1 및 제2 도전형 반도체층(21, 23)은 각각 n형 및 p형 반도체층이 될 수 있으며, 질화물 반도체로 이루어질 수 있다. 따라서, 이에 제한되는 것은 아니지만, 본 실시 형태의 경우, 제1 및 제2 도전형은 각각 p형 및 n형 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 제1 및 제2 도전형 반도체층(21, 23)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 가지며, 예컨대, GaN, AlGaN, InGaN 등의 물질이 이에 해당될 수 있다. 제1 및 제2 도전형 반도체층(21, 23) 사이에 형성되는 활성층(22)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출하며, 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조, 예컨대, InGaN/GaN 구조가 사용될 수 있다. 한편, 제1 및 제2 도전형 반도체층(21, 23)과 활성층(22)은 당 기술 분야에서 공지된 MOCVD, MBE, HVPE 등과 같은 반도체층 성장 공정을 이용하여 형성될 수 있을 것이다.
도전성 기판(50)은 반도체 성장용 기판(미도시)를 제거하기 위한 레이저 리프트 오프 등의 공정에서 상기 발광구조물(20)을 지지하는 지지체의 역할을 수행하며, Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, GaAs 중 어느 하나를 포함하는 물질, 예컨대, Si 기판에 Al이 도핑된 물질로 이루어질 수 있다. 본 실시 형태의 경우, 도전성 기판(50)은 도전성 접착층(미도시)을 매개로 발광구조물과 접합될 수 있다. 도전성 접착층은 예컨대, AuSn와 같은 공융 금속 물질을 이용할 수 있을 것이다.
상기 다수의 볼록부(211a) 및 오목부(211b)를 갖는 제1 요철부(211)는 상기 제1 도전형 반도체층(21)의 표면에 형성될 수 있으며, 주기적 또는 비주기적인 패턴으로 형성될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(21) 표면에 형성된 제1 요철부는 상기 제1 도전형 반도체층(21) 표면을 건식 식각 또는 습식 식각 등의 식각 공정을 통해 형성되거나, 요철 구조를 갖는 성장용 기판 상에서 형성된 후, 상기 기판을 제거함으로써, 상기 성장용 기판 상의 요철 구조와 맞물리는 형태의 요철 구조를 형성할 수 있다. 또한, 상기 제1 요철부(211)의 볼록부(211a) 상에 형성된 제2 요철부(212)는 비주기적인 패턴으로 형성될 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같이, 습식 식각, 건식 식각 및 습식과 건식 식각을 병행하는 공정 중 어느 하나에 의해서 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 요철부(211, 212)는 주기적, 또는 비주기적인 패턴을 갖도록 형성될 수 있으나, 상기 제1 요철부(211)가 주기적인 패턴을 갖고, 상기 제2 요철부(212)가 비주기적인 패턴을 가질 때, 광 추출 효율이 보다 향상될 수 있다.
상기 제1 및 제2 요철부(211, 212) 상면에는 제1 도전형 반도체층(21)과 전기적으로 연결된 제1 도전형 전극(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 제1 도전형 전극은 상기 제1 및 제2 요철부(211, 212) 상면 어느 곳에 형성되어도 상관없으나, 상기 제1 도전형 반도체층(21)에 전달되는 전류의 분배를 균일하게 하기 위해서는 상기 제1 및 제2 요철부(211, 212)의 중앙부에 형성할 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 요철부(211, 212)의 표면요철과 중첩하는 곳에 형성되는 경우, 제1 도전형 전극의 접촉면이 표면 요철로 인해 거칠기를 가짐으로써, 전기적인 특성이 낮아지는, 즉, 제2 도전형 전극을 통해 제1 도전형 반도체층(21)으로 유입되는 전류의 저항이 증가하는 문제가 발생할 수 있으므로, 상기 제1 도전형 전극은 상기 요철 패턴과 중첩하지 않는 곳에 형성될 수 있다.
상기 제1 요철부(211)의 오목부(211b)에는, 상기 제2 요철부(212) 형성시 격자 결함부위(dislocation bundle)로 식각 용액이나 가스가 침투하는 것을 방지하기 위하여, 보호층(30)이 형성되어 있으며, 상기 제1 도전형 반도체층(21) 및 상기 보호층(30) 사이의 굴절률 차이로 인해 외부 광 추출 효율을 높일 수 있다. 잔류한 보호층(30)은 상기 발광구조물(20)의 활성층(22)으로부터 방출된 광을 외부로 추출하여 외부 광추출 효율을 향상시킬 수 있도록, 광투과성이 높고, 굴절률 2.5 이하의 물질로 형성할 수 있다.
구체적으로, 상기 보호층(30)은 추후 추가적인 패터닝 형성 공정에서 식각 용액이 제1 도전형 반도체층(21)의 결정 결함이 형성된 부위(dislocation bundle)로 침투하는 것을 막는 기능을 할 수 있다. 상기 제1 요철부(121)가 형성된 반도체층 상에 습식 식각 등을 이용하여 추가적인 제2 요철부(122) 형성시, 결함이 생긴 부위로 식각 용액 등이 흘러들어가 반도체층의 품질을 저하시키고, 불량을 발생시킬 수 있으므로, 제1 요철부(121) 상에 보호층(30)을 형성하는 경우, 추가적인 요철 형성 과정에서 제1 반도체층(21)의 결함 영역을 통해서 식각액이 침투하는 것을 방지할 수 있다.
상기 보호층(30)은 GaN과 물성이 다른 유, 무기 화합물으로 이루어질 수 있으며, 구체적으로 SiO2와 같은 실리콘 산화물, SiNx로 이루어진 실리콘 질화물, Al2O3, HfO, TiO2, ZrO, ZnO 등을 사용할 수 있고, Mg, Ag, Xn, Sc, Hf, Wr, Te, Se, Ta, W, Nb, Cu, Si, ni, Co, Mo, Cr, Mn, Hg, Pr 또는 La 중 적어도 어느 하나의 첨가물이 포함된 인듐 산화물을 사용할 수 있으며, 당 기술 분야에서 공지된 스퍼터링이나 증착 등의 공정을 적절히 이용할 수 있다.
도 10은 도 9의 반도체 발광소자를 A-A'기준으로 절단하여 측면에서 바라본 측단면도이다. 본 실시형태에 따른 반도체 발광소자(100)는, 도전성 기판(50), 상기 도전성 기판(50) 상에 순차적으로 형성된 제2 도전형 반도체층(23), 활성층(22) 및 제1 도전형 반도체층(21)을 포함하는 발광구조물(20)이 형성되어 있으며, 상기 제1 도전형 반도체층(21)은 그 상부에 다수의 볼록부(211a)와 오목부(211b)를 갖는 제1 요철부(211) 및 상기 제1 요철부(211)의 볼록부(211a) 상에 형성된 제2 요철부(212)를 포함하며, 상기 제1 요철부의 오목부를 메우는 형태로 형성된 보호층(30)을 포함한다. 본 실시형태에 따르면, 상기 발광구조물(20)의 활성층(22)으로부터 방출된 빛은 주기적인 제1 요철부(211) 및 비주기적인 제2 요철부(212)를 통해 외부 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 반도체 발광소자의 측단면도이다. 본 실시형태에 따르면, 도 10에 도시된 실시형태와는 달리, 상기 제1 요철부(211)의 오목부(211b)를 메우는 보호층(30)을 제거하여, 상기 제1 및 제2 요철부(211, 212)가 모두 공기 중에 노출된 구조를 가진다. 상기 제1 요철부의 오목부(211b) 내에 형성된 보호층(30)은 식각 용액인 HF 등을 이용해 제거될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이며, 이 또한 첨부된 청구범위에 기재된 기술적 사상에 속한다 할 것이다.
10: 요철이 형성된 기판 20: 발광구조물
21: 제1 도전형 반도체층 22: 활성층
23: 제2 도전형 반도체층 30: 보호층
40: 포토 레지스트층 50: 도전성 기판
211: 제1 요철부 211a: 제1 요철부의 볼록부
211b: 제1 요철부의 오목부 212: 제2 요철부
21: 제1 도전형 반도체층 22: 활성층
23: 제2 도전형 반도체층 30: 보호층
40: 포토 레지스트층 50: 도전성 기판
211: 제1 요철부 211a: 제1 요철부의 볼록부
211b: 제1 요철부의 오목부 212: 제2 요철부
Claims (20)
- 요철이 형성된 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물을 형성하는 단계;
상기 발광구조물로부터 상기 기판을 제거하여 상기 요철과 대응되는 형상의 제1 요철부를 노출시키는 단계;
상기 제1 요철부 상에 보호층을 형성하는 단계;
상기 발광구조물의 표면 중 상기 제1 요철부의 볼록부가 노출되도록 상기 보호층의 일부를 제거하는 단계; 및
상기 제1 요철부의 볼록부에 제2 요철부를 형성하는 단계를 포함하는 반도체 발광 소자 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 보호층이 형성된 면에 포토레지스트를 도포하여 표면을 평탄화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자 제조 방법.
- 제2항에 있어서,
상기 보호층의 일부를 제거하는 단계는, 상기 제1 요철부의 볼록부가 노출되도록 상기 포토 레지스트 및 상기 보호층의 일부를 제거하는 단계인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자 제조 방법.
- 제2항에 있어서,
상기 포토 레지스트 및 보호층의 일부를 제거하는 단계는, 습식 식각에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 보호층의 일부를 제거하는 단계는, 상기 제1 요철부의 볼록부만 노출되도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 요철부 패턴의 크기는 상기 제1 요철부 패턴의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 보호층의 일부를 제거하는 단계는, 화학 기계적 연마, 습식 식각 및 건식 식각 중 어느 하나의 공정에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 요철부를 형성하는 단계는, 습식 식각에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자 제조 방법.
- 제8항에 있어서,
상기 습식 식각은 KOH 용액을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 요철부를 형성하는 단계 이후에, 상기 제1 요철부의 오목부에 잔류하는 보호층을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자 제조 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 제1 요철부의 오목부에 잔류하는 보호층을 제거하는 단계는, HF 용액을 이용한 습식 식각 공정에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 기판을 제거하는 단계는, 레이저 리프트 오프(laser lift off) 공정에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 보호층은 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 보호층을 형성하는 단계는, 스퍼터링(sputtering) 및 증착 공정 중 적어도 어느 하나의 공정에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자 제조 방법.
- 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물;
상기 발광구조물에 형성되며, 볼록부에 제2 요철부를 갖는 제 1 요철부;및
상기 제1 요철부의 오목부를 채우는 보호층
을 포함하는 반도체 발광 소자.
- 제15항에 있어서,
상기 제1 요철부는 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층 중 적어도 하나의 표면에 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제15항에 있어서,
상기 보호층은 실리콘 질화물 및 실리콘 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제15항에 있어서,
상기 제1 요철부는 주기적인 패턴을 갖고, 상기 제2 요철부는 비주기적인 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제15항에 있어서,
상기 제2 요철부 패턴의 크기는 상기 제1 요철부 패턴의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제15항에 있어서,
상기 제1 및 제2 도전형 반도체층은 각각 n형 및 p형 반도체층이고,
상기 n형 반도체층 상에 제1 요철부가 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20140105233A (ko) * | 2013-02-22 | 2014-09-01 | 엘지전자 주식회사 | 성장 기판, 질화물 반도체 소자 및 그 제조 방법 |
Families Citing this family (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0752060A (ja) * | 1993-08-13 | 1995-02-28 | Matsushita Electric Works Ltd | インパクトレンチ |
| KR101842586B1 (ko) * | 2011-04-05 | 2018-03-28 | 삼성디스플레이 주식회사 | 유기 발광 표시 장치 및 이의 제조 방법 |
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| TWI470829B (zh) * | 2011-04-27 | 2015-01-21 | Sino American Silicon Prod Inc | 磊晶基板的製作方法、發光二極體，及其製作方法 |
| KR102022659B1 (ko) * | 2012-02-20 | 2019-11-04 | 서울바이오시스 주식회사 | 고효율 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법 |
| US9263255B2 (en) | 2012-03-19 | 2016-02-16 | Seoul Viosys Co., Ltd. | Method for separating epitaxial layers from growth substrates, and semiconductor device using same |
| CN103474545B (zh) * | 2012-06-07 | 2016-06-08 | 清华大学 | 发光二极管 |
| CN103474543B (zh) * | 2012-06-07 | 2016-06-08 | 清华大学 | 发光二极管 |
| CN103474535B (zh) * | 2012-06-07 | 2016-12-14 | 清华大学 | 发光二极管 |
| CN103474549B (zh) | 2012-06-07 | 2016-12-14 | 清华大学 | 半导体结构 |
| CN103474522B (zh) * | 2012-06-07 | 2016-04-13 | 清华大学 | 发光二极管的制备方法 |
| JP5792694B2 (ja) * | 2012-08-14 | 2015-10-14 | 株式会社東芝 | 半導体発光素子 |
| WO2014061906A1 (ko) * | 2012-10-15 | 2014-04-24 | 서울바이오시스 주식회사 | 성장 기판 분리 방법, 발광 다이오드 제조 방법 및 그것에 의해 제조된 발광 다이오드 |
| JP6248786B2 (ja) * | 2014-04-25 | 2017-12-20 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体素子およびその製造方法 |
| CN104218134B (zh) * | 2014-09-15 | 2017-02-15 | 映瑞光电科技(上海)有限公司 | 一种具有特殊粗化形貌的led垂直芯片结构及其制备方法 |
| CN104766912A (zh) * | 2015-03-30 | 2015-07-08 | 映瑞光电科技(上海)有限公司 | 垂直结构led芯片及其制造方法 |
| CN104966789A (zh) * | 2015-06-30 | 2015-10-07 | 深圳市华星光电技术有限公司 | 一种电荷连接层及其制造方法、叠层oled器件 |
| US9558943B1 (en) * | 2015-07-13 | 2017-01-31 | Globalfoundries Inc. | Stress relaxed buffer layer on textured silicon surface |
| JP7028547B2 (ja) * | 2016-06-20 | 2022-03-02 | 株式会社アドバンテスト | 化合物半導体装置の製造方法 |
| DE102018107615A1 (de) * | 2017-09-06 | 2019-03-07 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips und optoelektronischer Halbleiterchip |
| KR102423192B1 (ko) * | 2017-09-06 | 2022-07-21 | 삼성디스플레이 주식회사 | 폴딩 가능한 디스플레이 장치 및 그 제조방법 |
| US10879420B2 (en) | 2018-07-09 | 2020-12-29 | University Of Iowa Research Foundation | Cascaded superlattice LED system |
| DE102019212944A1 (de) * | 2019-08-28 | 2021-03-04 | OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Halbleiterbauelement, vorrichtung mit einem halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung von halbleiterbauelementen |
| CN116885069B (zh) * | 2023-09-05 | 2023-12-19 | 至芯半导体(杭州)有限公司 | 光提取层、紫外led外延结构及其制备方法和应用 |
| CN117568646B (zh) * | 2023-10-27 | 2024-06-04 | 中国兵器科学研究院宁波分院 | 基于骨架强化的高强韧W-Cu基复合材料的制备方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009084670A1 (ja) * | 2007-12-28 | 2009-07-09 | Nichia Corporation | 半導体発光素子およびその製造方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100461471C (zh) * | 2004-11-11 | 2009-02-11 | 晶元光电股份有限公司 | 高亮度的发光元件及其制造方法 |
| KR100631981B1 (ko) * | 2005-04-07 | 2006-10-11 | 삼성전기주식회사 | 수직구조 ３족 질화물 발광 소자 및 그 제조 방법 |
| KR100610639B1 (ko) * | 2005-07-22 | 2006-08-09 | 삼성전기주식회사 | 수직 구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자 및 그 제조방법 |
| KR100816841B1 (ko) * | 2006-08-14 | 2008-03-26 | 삼성전기주식회사 | 수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자 및 그 제조방법 |
| KR101020363B1 (ko) | 2008-12-03 | 2011-03-08 | 엘에스산전 주식회사 | 기판 모듈 및 기판의 위치 고정 방법 |
-
2010
- 2010-07-01 KR KR1020100063525A patent/KR101671793B1/ko active IP Right Grant
-
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009084670A1 (ja) * | 2007-12-28 | 2009-07-09 | Nichia Corporation | 半導体発光素子およびその製造方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20140105233A (ko) * | 2013-02-22 | 2014-09-01 | 엘지전자 주식회사 | 성장 기판, 질화물 반도체 소자 및 그 제조 방법 |
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