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KR20070079528A - 질화물 반도체 발광 다이오드 및 이의 제조 방법 - Google Patents

질화물 반도체 발광 다이오드 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR20070079528A
KR20070079528A KR1020060010284A KR20060010284A KR20070079528A KR 20070079528 A KR20070079528 A KR 20070079528A KR 1020060010284 A KR1020060010284 A KR 1020060010284A KR 20060010284 A KR20060010284 A KR 20060010284A KR 20070079528 A KR20070079528 A KR 20070079528A
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서울옵토디바이스주식회사
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Abstract

본 발명은 기판, 상기 기판 상에 형성된 질화물 반도체층, 상기 질화물 반도체층 상에 형성된 ITO 마스크 패턴, 상기 질화물 반도체층 및 ITO 마스크 패턴 상에 측면 성장에 의해 형성된 N형 반도체층 및 상기 N형 반도체층 상에 형성된 P형 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 제공한다.
본 발명은 질화물 반도체 발광 다이오드에 있어서 측면 성장에 의해 질화물 반도체층을 형성함으로써, 결정 결함을 감소시켜 반도체층의 결정성을 향상시킬 수 있다. 이로 인해 발광 다이오드의 성능을 향상시키고 신뢰성을 확보할 수 있다.
특히, 측면 성장을 위한 마스크 패턴으로 전기 전도도가 높은 ITO를 사용함으로써, 전류 확산 특성을 개선하여 발광 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
발광 다이오드, LED, 측면 성장, 질화 갈륨, ITO

Description

질화물 반도체 발광 다이오드 및 이의 제조 방법 {Nitride semiconductor Light-emitting diode and Method of manufacturing the same}
도 1은 종래 질화물 반도체 발광 다이오드를 도시한 개략 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략 단면도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 ITO 마스크 패턴의 예를 도시한 단면도.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 발광 다이오드의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 발광 다이오드의 일실시예를 도시한 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 발광 다이오드의 다른 실시예를 도시한 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 발광 다이오드의 또다른 실시예를 도시한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 기판 20 : 질화물 반도체층
30 : ITO 마스크 패턴 40 : N형 반도체층
50 : 활성층 60 : P형 반도체층
본 발명은 발광 다이오드 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 질화물 반도체 발광 다이오드에 있어서 측면 성장을 이용하여 결정 결함을 줄이고 전류 확산 특성을 개선하여 발광 효율을 향상시킬 수 있는 발광 다이오드 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드는 기존의 전구 또는 형광등에 비해 소모 전력이 작고 수명이 길며, 협소한 공간에 설치 가능하고 진동에 강한 특성을 보인다. 이러한 발광 다이오드는 소모 전력의 절감과 내구성 측면에서 우수한 특성을 갖기 때문에 표시 소자 및 백라이트로 이용되고 있으며, 최근 일반 조명 용도로 이를 적용하기 위해 활발한 연구가 진행중이다.
상기 화합물 반도체 중에서 질화물계 반도체 물질은 가시광선 및 UV 영역에 대해서 우수한 발광 특성을 보이고 있으며, 고출력, 고주파 전자 소자에 있어서도 사용된다. 특히 질화갈륨(GaN)은 상온에서 3.4 eV의 직접 천이형 밴드갭(direct bandgap)을 가지며 질화인듐(InN), 질화알루미늄(AlN) 같은 물질과 조합하여 1.9eV(InN)에서 3.4eV(GaN), 6.2eV(AlN)까지 직접 에너지 밴드갭을 가지고 있어서 가시광에서부터 자외선 영역까지 넓은 파장 영역 때문에 광소자의 응용 가능성이 매우 큰 물질이다.
그러나 이러한 질화물 반도체는 격자 정합이 되는 기판이 부재하고, 격자 상수 및 열팽창 계수의 차이가 커서 양질의 질화물 반도체 박막의 성장이 매우 어려운 실정이다.
도 1은 종래 질화물 반도체 발광 다이오드를 도시한 개략 단면도이다.
도 1을 참조하면, 발광 다이오드는 기판(1)과, 상기 기판(1) 상에 형성된 버퍼층(2)과, 상기 버퍼층(2) 상에 순차적으로 형성된 N형 반도체층(3), 활성층(4) 및 P형 반도체층(5)을 포함한다.
상기 활성층(4)의 상부 및 하부에 각각 형성된 P형 및 N형 반도체층(5, 3)은 활성층(4)에 전류를 공급하여 발광하도록 한다. 일반적으로 질화갈륨 반도체 발광 다이오드에 있어서, 상기 P형 반도체층(5)으로는 마그네슘(Mg)이 도핑된 GaN 반도체 화합물을 사용하고, 상기 N형 반도체층(3)으로는 실리콘(Si)이 도핑된 GaN 반도체 화합물을 사용한다.
이러한 발광 다이오드는 AlN 또는 저온의 GaN의 버퍼층을 형성한 후에 질화물 반도체 박막을 성장시키는 방법으로 큰 격자 상수 및 열팽창 계수의 부정합도를 완화시킬 수 있었다. 그럼에도 불구하고 버퍼층은 기판과의 격자 상수 및 열팽창 계수의 부정합도로 인한 결정 결함을 갖고, 그 결정 결함은 그대로 질화물 반도체 박막에 전달되어 약 109/cm2 정도의 관통 전위(threading dislocation)를 포함하며 이는 고품질의 질화물 반도체 박막을 형성하는데 여전히 어려움이 있다.
이에 결정 결함을 감소시키기 위한 또다른 방법으로, 측면 성장에 의해 질화물 반도체 박막을 성장시키는 방법이 개시되어 있다.
측면 에피 성장(LEO; lateral epitaxial overgrowth) 공정은 질화물 반도체 박막이 사파이어, 실리콘, 탄화규소 등의 이종 물질 기판 상에서 마스크 또는 기판 의 패턴에 따라서 선택적으로 수직, 수평 성장하고, 수평 성장 영역에서 관통 전위가 차단됨으로써 표면으로의 침투를 억제할 수 있다. 예를 들어, 마스크 패턴이 형성된 경우 마스크의 패턴에 따라 질화물 반도체 박막의 측면 성장이 이루어지고, 마스크 패턴이 형성된 부분은 결함의 전파가 억제된다. Pendeo-Epitaxy(PE), Cantilever Epitaxy(CE), Lateral Epitaxy on Pattened Sapphire(LEPS) 등의 기술도 모두 수평 성장을 통하여 관통 전위가 표면으로 침투하는 것을 억제하는 기술로, 상기 LEO 기술에서 변형된 것들이다.
종래 발광 다이오드는 이러한 측면 에피 성장 공정시 SiO2 또는 SiN 등의 절연 물질을 이용하여 마스크 패턴을 형성하였다. 그러나, 이러한 절연 물질의 마스크 패턴은 N형 반도체층의 전류 흐름에 아무 영향을 미치지 못하며, 오히려 절연 특성으로 인해 전류의 흐름을 막을 수 있는 우려가 있다. 이에 따라 종래 발광 다이오드는 전류 확산(current spreading) 특성이 좋지 않아 발광 효율의 저하를 야기하는 단점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 질화물 반도체 발광 다이오드에 있어서 측면 성장 공정을 이용하여 질화물 반도체층의 결정 겸함을 감소시키고, ITO 패턴을 형성함으로써 우수한 전류 확산 특성을 얻을 수 있는 발광 다이오드 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여 기판, 상기 기판 상에 형성된 질화물 반도체층, 상기 질화물 반도체층 상에 형성된 ITO 마스크 패턴, 상기 질화물 반도체층 및 ITO 마스크 패턴 상에 측면 성장에 의해 형성된 N형 반도체층 및 상기 N형 반도체층 상에 형성된 P형 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 제공한다.
상기 ITO 마스크 패턴은 스트라이프형 또는 격자형 구조를 포함할 수 있으며, 상기 질화물 반도체층은 상기 ITO 마스크 패턴에 따라 오목형성된 요철을 포함할 수 있다.
상기 기판과 질화물 반도체층 사이에 질화갈륨(GaN), 질화인듐(InN) 또는 질화알루미늄(AlN)을 포함하는 버퍼층을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 기판 상에 질화물 반도체층을 형성하는 단계, 상기 질화물 반도체층 상에 ITO 마스크 패턴을 형성하는 단계, 상기 질화물 반도체층 및 ITO 마스크 패턴 상에 측면 성장으로 N형 반도체층을 형성하는 단계 및 상기 N형 반도체층 상에 P형 반도체층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조 방법을 제공한다.
상기 ITO 마스크 패턴을 형성하는 단계 이후에, 상기 ITO 마스크 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 질화물 반도체층의 소정 부분을 식각하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 기판과 질화물 반도체층 사이에 질화갈륨(GaN), 질화인듐(InN) 또는 질화알루미늄(AlN)을 포함하는 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 2는 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 2를 참조하면, 발광 다이오드는 기판(10)과, 기판(10) 상에 형성된 질화물 반도체층(20), 상기 질화물 반도체층(20) 상에 형성된 마스크 패턴(30), 상기 질화물 반도체층(20) 및 마스크 패턴(30) 상에 측면 성장에 의해 형성된 N형 반도체층(40), 상기 N형 반도체층(40) 상에 형성된 활성층(50) 및 P형 반도체층(60)을 포함한다. 상기 마스크 패턴(30)으로는 전기 전도도가 높은 ITO(Indium tin oxide)를 사용한다.
질화물 반도체는 격자 정합이 되는 기판이 부재하고, 격자 상수 및 열팽창 계수의 차이가 크기 때문에 양질의 질화물 반도체 박막 성장이 매우 어렵다. 따라서 본 발명은 측면 성장에 의해 질화물 반도체 박막을 형성함으로써, 결정 결함을 감소시키고자 한다. 특히, 상기 측면 성장을 위한 마스크 패턴으로 전기 전도도가 높은 ITO를 사용하여 우수한 전류 확산 특성을 얻을 수 있다.
상기 기판(10)은 사파이어(Al2O3), 탄화규소(SiC) 또는 실리콘(Si) 등이 사용된다.
상기 질화물 반도체층(20)은 도핑되지 않은(undoped) 질화물 반도체층이다. 상기 질화물 반도체층(20)은 상기 마스크 패턴(30)에 따라 오목 형성된 요철을 더 포함할 수도 있다.
상기 질화물 반도체층(20) 상에 형성되는 마스크 패턴(30)은 상기 언급한 바와 같이 ITO를 사용한다. 이는 도 3a에 도시한 바와 같이 스트라이프형 구조로 형성되거나, 도 3b에 도시한 바와 같이 격자형 구조로 형성될 수 있다. 상기 마스크 패턴(30)의 구조는 이에 한정되지 않고 다양하게 형성될 수 있다.
상기 질화물 반도체층(20) 및 마스크 패턴(30) 상에 측면 성장에 의해 형성되는 상기 N형 반도체층(40)은 전자가 생성되는 층으로, N형 불순물이 주입된 질화갈륨(GaN)을 사용하는 것이 바람직하고, 이에 한정되지 않고 다양한 반도체 성질의 물질층이 가능하다.
상기 활성층(50)은 소정의 밴드 갭을 가지며 양자 우물이 만들어져 전자 및 정공이 재결합되는 영역으로, InGaN을 포함하여 형성될 수 있다. 활성층(50)을 이루는 물질의 종류에 따라 전자 및 전공이 결합하여 발생하는 발광 파장이 변화된다. 따라서, 목표로 하는 파장에 따라 활성층(50)에 포함되는 반도체 재료를 조절하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 P형 반도체층(60)은 정공이 생성되는 층으로, P형 불순물이 도핑 된 질화갈륨(GaN)을 사용하는 것이 바람직하고, 이에 한정되지 않고 다양한 반도체 성질의 물질층이 가능하다.
본 발명의 발광 다이오드는 상술한 설명에 한정되지 않고, 소자의 특성 및 공정의 편의에 따라 상기 물질층이 생략 및 변경되거나, 또는 다양한 물질층이 추가될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(10)과 질화물 반도체층(20) 사이에 기판(10)과 후속층들의 격자 부정합을 줄이기 위해 버퍼층(미도시)을 더 포함할 수도 있다. 상기 버퍼층은 반도체 재료인 질화갈륨(GaN), 질화인듐(InN) 또는 질화알루미늄(AlN)을 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 광효율을 증가시키기 위해 보다 큰 에너지 밴드갭을 갖는 AlGaN 등의 P형 클래딩층(cladding layer)을 상기 활성층(50)과 P형 반도체층(60) 사이에 추가적으로 구성할 수도 있다.
또한 도면에는 상기 마스크 패턴(30)이 형성된 질화물 반도체층(20) 상에 측면 성장에 의해 형성된 N형 반도체층(40)을 포함하지만, 반도체 박막의 결정성을 더욱 향상시키기 위해 상기 마스크 패턴(30)이 형성된 질화물 반도체층(20)과 N형 반도체층(40) 사이에 별도의 질화물 반도체층을 더 포함할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 발광 다이오드는 측면 성장에 의해 질화물 반도체층을 형성함으로써, 결정 결함을 감소시켜 반도체 박막의 결정성을 향상시킬 수 있다. 이로 인해 발광 다이오드의 성능을 향상시키고 신뢰성을 확보할 수 있다. 또한 측면 성장을 위한 마스크 패턴으로 전기 전도도가 높은 ITO를 사용함으로써, 전류 확산 특성을 개선하여 발광 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 발광 다이오드의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4a를 참조하면, 기판(10) 상에 질화물 반도체층(20)을 형성한다.
상기 기판(10)은 발광 다이오드를 제작하기 위한 통상의 웨이퍼를 지칭하는 것으로, Al2O3, SiC, ZnO, Si, GaAs, GaP, LiAl2O3, BN, AlN 및 GaN 중 적어도 어느 하나의 기판(10)을 사용한다. 본 실시예는 사파이어(Al2O3)로 구성된 결정 성장 기판(10)을 사용한다.
상기 기판(10) 상에 결정 성장시 기판(10)과 후속층들의 격자 부정합을 줄이기 위한 버퍼층(미도시)을 형성할 수 있다. 버퍼층은 반도체 재료인 질화갈륨(GaN), 질화인듐(InN) 또는 질화알루미늄(AlN)을 포함하여 형성한다.
상기 질화물 반도체층(20)은 도핑되지 않은(undoped) 질화물 반도체층으로, 질화갈륨(GaN)을 사용할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 상기 질화물 반도체층(20) 상에 ITO로 이루어진 마스크 패턴(30)을 형성한다. 이를 위해 상기 질화물 반도체층(20) 상에 소정의 증착 공정을 통해 ITO층을 형성한다. 상기 ITO층 상에 감광막을 도포한 마음, 소정의 마스크를 이용한 사진 식각 공정을 통해 감광막 패턴을 형성한다. 상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 하는 식각 공정을 실시하여 상기 ITO층의 일부를 제거함으로써 마스크 패턴(30)을 형성할 수 있다.
이러한 마스크 패턴(30)은 도 3a에 도시한 바와 같이 스트라이프형 구조로 형성할 수 있다. 또한, 전류 확산 효과를 더욱 높이기 위하여 도 3b에 도시한 바와 같이 다수의 스프라이프가 모두 연결된 격자형 구조로 형성할 수도 있다. 물론 상술한 마스크 패턴은 이에 한정되지 않고 매우 다양하게 형성할 수 있다.
도 4c를 참조하면, 상기 마스크 패턴(30)이 형성된 질화물 반도체층(20) 상에 N형 반도체층(40)을 형성한다. 이를 위해 상기 질화물 반도체층(20) 및 마스크 패턴(30) 상에 측면 성장으로 인해 형성된 반도체층에 N형 불순물을 주입하여 N형 반도체층(40)을 형성한다.
상기 N형 반도체층(40)은 전자가 생성되는 층으로, N형 화합물 반도체층과 N형 클래드층으로 형성할 수 있다. 이 때, N형 화합물 반도체 층은 N형 불순물이 도핑되어 있는 GaN을 사용하는 것이 바람직하며, 이에 한정되지 않고 다양한 반도체 성질의 물질층이 가능하다.
마스크 패턴(30)이 형성되지 않은 노출된 질화물 반도체층(20)의 표면에 반도체 박막이 성장하고, 상기 마스크 패턴(30)에서는 측면 성장이 이루어져, 전체적으로 평탄한 표면을 갖는 N형 반도체층(40)을 형성할 수 있다. 이 때, 상기 마스크 패턴(30)이 형성된 영역은 상기 질화물 반도체층(20)으로부터 결정 결함의 전달이 억제되고, 측면 성장에 의해 결정 결함이 존재하지 않는다.
이와 같이 측면 성장에 의해 형성되는 N형 반도체층(40)은 결정 결함이 감소되어 고품질의 반도체 박막을 형성할 수 있다.
또는 상기 ITO의 마스크 패턴(30)을 형성하고, 상기 마스크 패턴(30)을 식각 마스크로 하여 상기 질화물 반도체층(20)의 소정 부분을 식각한 후 N형 반도체층(40)을 형성할 수도 있다. 이러한 경우에 N형 반도체층(40)의 형성시, 식각된 질화 물 반도체층(20)의 측면으로부터 측면 성장이 이루어지며 상부로 성장되고, 마스크 패턴(30)의 상부에서도 측면 성장이 이루어진다. 따라서 측면 성장으로 인해 결정 결함을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 4d를 참조하면, 상기 N형 반도체층(40) 상에 순차적으로 활성층(50), P형 반도체층(60)을 형성한다.
상기 활성층(50)은 소정의 밴드 갭과 양자 우물이 만들어져 전자 및 정공이 재결합되는 영역으로서, InGaN을 포함하여 형성할 수 있다. 또한, 활성층(50)을 이루는 물질의 종류에 따라 전자 및 전공이 결합하여 발생하는 발광 파장이 변화된다. 따라서, 목표로 하는 파장에 따라 활성층(50)에 포함되는 반도체 재료를 조절하는 것이 바람직하다.
또한 상기 P형 반도체층(60)은 정공이 생성되는 층으로, P형 클래드층과 P형 화합물 반도체층으로 형성할 수 있다. 이 때, P형 화합물 반도체층은 P형 불순물이 도핑되어 있는 AlGaN을 사용하는 것이 바람직하며, 이에 한정되지 않고 다양한 반도체 성질의 물질층이 가능하다.
상술한 물질층들은 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PCVD; Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등을 포함한 다양한 증착 및 성장 방법을 통해 형성된다.
이로써, ITO 마스크 패턴을 이용하여 측면 성장시킨 고품질의 질화물 반도체 층을 포함하는 발광 다이오드를 제조할 수 있다.
상술한 본 발명의 발광 다이오드의 제조 방법은 이에 한정되지 않고, 다양한 공정과 제조 방법이 소자의 특성 및 공정의 편의에 따라 변경되거나 추가될 수 있다. 예를 들어, 상기 마스크 패턴이 형성된 질화물 반도체층 상에 별도의 질화물 반도체층을 측면 성장에 의해 형성한 후, N형 반도체층을 형성할 수도 있다.
도 5는 본 발명에 따른 발광 다이오드의 일실시예를 도시한 단면도이다.
도면을 참조하면, 발광 다이오드는 기판(100)과, 기판(100) 상에 형성된 질화물 반도체층(110), 상기 질화물 반도체층(110) 상에 형성된 ITO로 이루어진 마스크 패턴(120), 상기 질화물 반도체층(110) 및 마스크 패턴(120) 상에 형성된 N형 반도체층(130), 상기 N형 반도체층(130)의 일부에 형성된 활성층(140) 및 P형 반도체층(150)을 포함하고, 상기 P형 반도체층(150)과 노출된 N형 반도체층(130) 상에 형성된 P형 전극(160)과 N형 전극(170)을 포함한다. 상기 질화물 반도체층(110)은 질화갈륨(GaN)을 포함하여 형성한다.
본 실시예의 마스크 패턴(120)은 격자형 구조로 형성하였으나, 도 6에 도시한 경우와 같이 상기 ITO로 이루어진 마스크 패턴(220)을 다수개의 직선이 N형 전극에서 P형 전극으로 향하는 방향으로 연장된 스트라이프형 구조로 형성하여 전류 확산 효과를 기대할 수 있다.
본 실시예의 제조 공정에 대해 간략히 설명하면 다음과 같다.
상기 설명한 제조 방법을 통해 기판(100) 상에 GaN 반도체층(110)과 ITO의 마스크 패턴(120)을 형성한 후, 측면 성장에 의해 N형 반도체층(130)을 형성한다. 그리하여 결정 결함이 감소된 N형 반도체층(130)을 얻을 수 있다. 본 실시예는 상기 N형 반도체층(130)으로 실리콘(Si) 원자가 도핑된 GaN층을 형성한다.
상기 N형 반도체층(130) 상에 목표로 하는 파장에 따라 반도체 재료를 조절하여 활성층(140)을 형성한다. 본 실시예는 390 내지 550㎚의 녹색 발광에서 UV 발광에까지 가능한 InGaN/GaN을 성장한다.
상기 활성층(140) 상에 P형 불순물이 도핑된 P형 반도체층(150)을 형성한다. 본 실시예는 상기 P형 반도체층(150)으로 마그네슘(Mg) 원자가 도핑된 GaN층을 형성한다.
다음으로, 소정의 식각 공정을 통해 상기 P형 반도체층(150) 및 활성층(140)의 일부를 제거하여 상기 N형 반도체층(130)의 일부를 노출시킨 후, P형 반도체층(150)과 노출된 N형 반도체층(130) 상에 P형 전극(160) 및 N형 전극(170)을 형성한다.
이를 위해 P형 반도체층(150) 상에 식각 마스크 패턴을 형성한 다음, 건식 또는 습식 식각 공정을 실시하여 P형 반도체층(150) 및 활성층(140)을 제거하여 N형 반도체층(130)을 노출시킨다. 이후, 상기 식각 마스크 패턴을 제거하고, P형 반도체층(150)과 노출된 N형 반도체층(130) 상에 P형 전극(160) 및 N형 전극(170)을 형성한다.
상기 P형 반도체층(150)과 상기 P형 전극(160) 사이에 P형 반도체층(150)의 저항을 줄이고 광의 투과율을 향상시키기 위해 투명전극층을 더 형성할 수 있다. 상기 투명전극층으로는 ITO(Indium Tin Oxide), ZnO 또는 전도성을 갖는 투명 금속 을 사용할 수 있다. 또한, 상기 P형 전극(160) 및 N형 전극(170)을 형성하기 전에 P형 반도체층(150) 또는 노출된 N형 반도체층(130) 상부에 전류의 공급을 원활히 하기 위한 별도의 오믹금속층을 더 형성할 수도 있다. 상기 오믹금속층으로는 Cr, Au를 사용할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 발광 다이오드의 또다른 실시예를 도시한 단면도이다.
도면을 참조하면, 발광 다이오드는 기판(300)과, 기판(300) 상에 요철을 갖는 질화물 반도체층(310), 상기 요철의 돌출된 상면에 형성된 ITO로 이루어진 마스크 패턴(320), 상기 질화물 반도체층(310) 및 마스크 패턴(320) 상에 형성된 N형 반도체층(330)을 포함한다. 또는 상기 N형 반도체층(230)의 일부에 형성된 활성층(340) 및 P형 반도체층(350)을 포함하고, 상기 P형 반도체층(350)과 노출된 N형 반도체층(330) 상에 형성된 P형 전극(360)과 N형 전극(370)을 포함한다. 상기 질화물 반도체층(310)은 질화갈륨(GaN)을 포함하여 형성한다.
본 실시예는 상기 제 1 실시예와 거의 동일하며, 상기와 중복되는 구체적인 설명은 생략한다. 본 실시예는 기판(300) 상에 형성되는 질화물 반도체층(310)이 요철을 포함하여 그 측면에서도 측면 성장이 일어나는 것을 특징으로 한다. 즉, N형 반도체층(330)의 형성시, 식각된 질화물 반도체층의 측면으로부터 측면 성장이 이루어지며 상부로 성장되고, 마스크 패턴(320)의 상부에서도 측면 성장이 이루어진다. 따라서 측면 성장으로 인해 결정 결함을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
이를 위해 상기와 마찬가지로 기판(300) 상에 GaN 반도체층(310)과 ITO의 마 스크 패턴(320)을 형성한 후, 상기 마스크 패턴(320)을 식각 마스크로 하여 상기 GaN 반도체층(310)의 소정 부분을 식각한다. 그 다음에 측면 성장에 의해 N형 반도체층(330)을 형성하여 결정 결함이 감소된 N형 반도체층(330)을 얻을 수 있다.
이후, 상기 N형 반도체층(330) 상에 순차적으로 활성층(340), P형 반도체층(350)을 형성한다.
다음으로, 소정의 식각 공정을 통해 상기 P형 반도체층(350) 및 활성층(340)의 일부를 제거하여 상기 N형 반도체층(330)의 일부를 노출시킨 후, P형 반도체층(350)과 노출된 N형 반도체층(330) 상에 P형 전극(360) 및 N형 전극(370)을 형성한다.
이와 같이 본 발명은 측면 성장에 의해 질화물 반도체층을 형성함으로써, 결정 결함을 감소시켜 반도체 박막의 결정성을 향상시킬 수 있다. 이로 인해 발광 다이오드의 성능을 향상시키고 신뢰성을 확보할 수 있다. 또한 측면 성장을 위한 마스크 패턴으로 전기 전도도가 높은 ITO를 사용함으로써, 전류 확산 특성을 개선하여 발광 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허 청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
본 발명은 질화물 반도체 발광 다이오드에 있어서 측면 성장에 의해 질화물 반도체층을 형성함으로써, 결정 결함을 감소시켜 반도체층의 결정성을 향상시킬 수 있다. 이로 인해 발광 다이오드의 성능을 향상시키고 신뢰성을 확보할 수 있다.
특히, 측면 성장을 위한 마스크 패턴으로 전기 전도도가 높은 ITO를 사용함으로써, 전류 확산 특성을 개선하여 발광 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (7)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성된 질화물 반도체층;
    상기 질화물 반도체층 상에 형성된 ITO 마스크 패턴;
    상기 질화물 반도체층 및 ITO 마스크 패턴 상에 측면 성장에 의해 형성된 N형 반도체층; 및
    상기 N형 반도체층 상에 형성된 P형 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 ITO 마스크 패턴은 스트라이프형 또는 격자형 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 질화물 반도체층은 상기 ITO 마스크 패턴에 따라 오목형성된 요철을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 기판과 질화물 반도체층 사이에 질화갈륨(GaN), 질화인듐(InN) 또는 질 화알루미늄(AlN)을 포함하는 버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  5. 기판 상에 질화물 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 질화물 반도체층 상에 ITO 마스크 패턴을 형성하는 단계;
    상기 질화물 반도체층 및 ITO 마스크 패턴 상에 측면 성장으로 N형 반도체층을 형성하는 단계; 및
    상기 N형 반도체층 상에 P형 반도체층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 ITO 마스크 패턴을 형성하는 단계 이후에,
    상기 ITO 마스크 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 질화물 반도체층의 소정 부분을 식각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조 방법.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 기판과 질화물 반도체층 사이에 질화갈륨(GaN), 질화인듐(InN) 또는 질화알루미늄(AlN)을 포함하는 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조 방법.
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Patent event date: 20120913

Patent event code: PB09011R02I

B601 Maintenance of original decision after re-examination before a trial
PB0601 Maintenance of original decision after re-examination before a trial

Comment text: Report of Result of Re-examination before a Trial

Patent event code: PB06011S01D

Patent event date: 20130607

J301 Trial decision

Free format text: TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20130401

Effective date: 20140324

PJ1301 Trial decision

Patent event code: PJ13011S01D

Patent event date: 20140326

Comment text: Trial Decision on Objection to Decision on Refusal

Appeal kind category: Appeal against decision to decline refusal

Request date: 20130401

Decision date: 20140324

Appeal identifier: 2013101002492