KR20160092635A - Nano imprint mold manufacturing method, light emitting diode manufacturing method and light emitting diode using the nano imprint mold manufactured by the method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 나노 임프린트 몰드 제조방법, 이를 이용한 발광다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 발광다이오드 제조방법은 임시기판 상에 n형 질화물 반도체층, 발광층 및 p형 질화물 반도체층을 형성하는 단계, p형 질화물 반도체층 상에 p형 반사전극을 형성하는 단계, p형 반사전극상에 전도성 기판을 형성하는 단계, 임시기판을 을 제거하여 n형 질화물 반도체층을 노출시키는 단계, n형 질화물 반도체층 상에 나노 임프린트 레지스트층을 형성하는 단계, 본 발명에 따른 나노 임프린트 몰드 제조방법에 의해 제조된 나노 임프린트 몰드를 나노 임프린트 레지스트층에 가압하여 나노 패턴을 나노 임프린트 레지스트층에 전사하는 단계, 나노 패턴이 형성된 나노 임프린트 레지스트층으로부터 나노 임프린트 몰드를 분리하는 단계 및 나노 패턴이 형성된 나노 임프린트 레지스트층의 일부를 식각하여 n형 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따르면, 발광다이오드의 광추출 효율을 향상시키기 위한 나노 패턴을 효율적이고 경제적으로 형성할 수 있는 나노 임프린트 몰드 제조방법, 이 나노 임프린트 몰드를 이용한 발광다이오드 제조방법 및 발광다이오드가 제공되는 효과가 있다.The present invention relates to a nanoimprint mold manufacturing method, a light emitting diode using the same, and a manufacturing method thereof.
A method of manufacturing a light emitting diode according to the present invention includes the steps of forming an n-type nitride semiconductor layer, a light emitting layer and a p-type nitride semiconductor layer on a temporary substrate, forming a p-type reflective electrode on the p- Forming a nanoimprinted resist layer on the n-type nitride semiconductor layer, forming a nanoimprint mold according to the present invention, forming a nanoimprint layer on the n-type nitride semiconductor layer, A step of separating a nanoimprinted mold from a nanoimprinted resist layer on which a nano pattern is formed, a step of separating the nano imprint mold from the nano imprinted resist layer, Etching the part of the imprint resist layer to form the n-type electrode It is open configuration.
According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a nanoimprint mold capable of efficiently and economically forming a nano pattern for improving light extraction efficiency of a light emitting diode, a method of manufacturing a light emitting diode using the nanoimprint mold, have.
Description
본 발명은 나노 임프린트 몰드 제조방법, 이 방법에 의해 제조된 나노 임프린트 몰드를 이용한 발광다이오드 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 발광다이오드에 관한 것이다. The present invention relates to a nanoimprint mold manufacturing method, a light emitting diode manufacturing method using a nanoimprint mold manufactured by the method, and a light emitting diode manufactured by the method.
백색광원 질화갈륨계 발광다이오드는 에너지 변환 효율이 높고, 수명이 길며, 빛의 지향성이 높고, 저전압 구동이 가능하며, 예열 시간과 복잡한 구동회로가 필요하지 않고, 충격 및 진동에 강하기 때문에 다양한 형태의 고품격 조명 시스템의 구현이 가능해, 가까운 미래에 백열등, 형광등, 수은등과 같은 기존의 광원을 대체할 고체 조명(solid-state lighting) 광원으로 기대되고 있다. White light source Gallium nitride light emitting diode has high energy conversion efficiency, long life, high directivity of light, low voltage drive, no preheating time and complicated driving circuit, strong against impact and vibration, It is expected to be a solid-state lighting light source that can replace existing light sources such as incandescent lamps, fluorescent lamps, and mercury lamps in the near future by enabling high-quality lighting systems.
질화갈륨계 발광다이오드가 기존의 수은등이나 형광등을 대체하여 백색광원으로서 쓰이기 위해서는 열적 안정성이 뛰어나야 할 뿐만 아니라 낮은 소비 전력에서도 고출력 빛을 발할 수 있어야 한다. In order to replace gallium nitride light emitting diode as a conventional white light source in place of conventional mercury vapor lamp or fluorescent lamp, it is required not only to have excellent thermal stability but also to emit high output light even at low power consumption.
현재 백색광원으로 널리 이용되고 있는 수평구조의 질화갈륨계 발광다이오드는 상대적으로 제조단가가 작고 제작 공정이 간단하다는 장점이 있으나, 인가전류가 높고 면적이 큰 고출력의 광원으로 쓰이기에는 부적절하다는 단점이 있다. A gallium nitride based light emitting diode having a horizontal structure widely used as a white light source is advantageous in that it has a relatively small manufacturing cost and a simple manufacturing process but it is disadvantageous in that it is not suitable for use as a high output light source having a high applied current and a large area .
이러한 수평구조 발광다이오드의 단점을 극복하고 대면적의 고출력 발광다이오드 적용이 용이한 소자가 수직구조 발광다이오드이다. A vertically structured light emitting diode is a device that overcomes the disadvantages of such a horizontal light emitting diode and is easy to apply a large area high output light emitting diode.
이러한 수직구조 발광다이오드는 기존의 수평구조 소자와 비교하여 여러 가지 장점을 가지고 있다. Such a vertically structured light emitting diode has various advantages in comparison with a conventional horizontal structure element.
수직구조 발광다이오드에서는 전류 확산 저항이 작아 매우 균일한 전류 확산을 얻을 수 있어 보다 낮은 작동 전압과 큰 광출력을 얻을 수 있으며, 열전도성이 좋은 금속 또는 반도체 기판을 통해 원활한 열방출이 가능하기 때문에 보다 긴 소자 수명과 월등히 향상된 고출력 작동이 가능하다. In the vertical structure light emitting diode, since the current diffusion resistance is small, a very uniform current diffusion can be obtained, a lower operating voltage and a large light output can be obtained, and heat can be released smoothly through a metal or semiconductor substrate having good thermal conductivity. Long device life and significantly improved high power operation are possible.
이러한 수직구조 발광다이오드에서는 최대 인가전류가 수평구조 발광다이오드에 비해 3 내지 4배 이상 증가되므로 조명용 백색광원으로 널리 이용될 것이 확실시 되어, 현재 일본의 Nichia chemical사, 미국의 Philips Lumileds사, 독일의 Osram사와 같은 국외 발광다이오드 선두 기업들과 서울반도체, 삼성전기, LG 이노텍과 같은 국내 기업들이 질화갈륨계 수직 발광다이오드의 상용화 및 성능향상을 위해 활발한 연구 개발을 진행하고 있고, Osram과 같은 일부 기업에서는 이미 관련 제품을 판매하고 있는 실정이다. Since the maximum applied current is increased by 3 to 4 times as much as that of the horizontal structure light emitting diode in the vertical type light emitting diode, it has been confirmed that it will be widely used as a white light source for illumination. Currently, Nichia chemical company in Japan, Philips Lumileds company in USA, Osram Domestic companies such as Seoul Semiconductor, Samsung Electro-Mechanics and LG Innotek are actively researching and developing gallium nitride vertical light emitting diodes for commercialization and performance improvement, and some companies such as Osram have already And sells related products.
질화갈륨계 수직 발광다이오드의 제조에 있어 소자의 광출력을 크게 향상시킬 수 있는 부분이 소자 상부의 n형 반도체층이다. In the production of the gallium nitride-based vertical light emitting diode, the portion where the light output of the device can be greatly improved is the n-type semiconductor layer on the device.
n형 반도체층이 매끄러운 평면인 경우, n형 반도체층과 대기의 큰 굴절률 차이로 인해(n형 반도체층의 굴절률은 2.4 이하이고, 대기의 굴절률은 1임.), 대기와 n형 반도체층의 계면에서 전반사가 발생하여 활성층 즉, 발광층에서 발생된 빛의 상당 부분이 외부로 빠져나올 수 없기 때문에 높은 광출력을 기대할 수 없다. When the n-type semiconductor layer is smooth and planar, the refractive index of the n-type semiconductor layer is 2.4 or less and the refractive index of the atmosphere is 1 owing to a large refractive index difference between the n-type semiconductor layer and the atmosphere. The total reflection occurs at the interface and a large part of the light generated in the active layer, that is, the light emitting layer, can not escape to the outside, so that a high light output can not be expected.
따라서 n형 반도체층 표면을 인위적으로 변형하여 전반사가 일어나는 것을 방지하여 최소한의 손실로 빛을 외부로 빠져 나오게 하는 것이 필요하다. Therefore, it is necessary to artificially deform the surface of the n-type semiconductor layer to prevent the total reflection from occurring, thereby allowing the light to escape to the outside with a minimum loss.
이러한 관점에서 n형 반도체층 표면을 KOH, NaOH와 같은 염기성 용액을 이용한 습식 에칭을 이용하여 n형 반도체층 표면에 피라미드 형태의 나노 구조물을 형성하게 되면 발광 다이오드의 광추출 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다. In this respect, if the surface of the n-type semiconductor layer is formed with a pyramidal nanostructure on the surface of the n-type semiconductor layer by wet etching using a basic solution such as KOH or NaOH, the light extraction efficiency of the light emitting diode can be remarkably improved have.
그러나, 종래의 이러한 습식 에칭을 이용하여 피라미드 구조물을 n형 반도체층에 직접적으로 형성하는 방법은 습식 에칭 과정 중에 n형 전극, 전도성 기판, 발광 다이오드 메사 구조 등을 보호하기 위해 추가적인 보호막 형성 과정이 요구되며, 대면적에 균일한 나노구조물 형성이 어려운 단점을 가지고 있다. However, the conventional method of directly forming the pyramid structure on the n-type semiconductor layer using the wet etching requires additional protective film formation process to protect the n-type electrode, the conductive substrate, the light emitting diode mesa structure, and the like during the wet etching process. And it is difficult to form a uniform nanostructure on a large area.
공개특허공보 제10-2012-0077209호(2012.07.10.)Open Patent Publication No. 10-2012-0077209 (July 10, 2012)
본 발명은 발광다이오드의 광추출 효율을 향상시키기 위한 나노 패턴을 효율적이고 경제적으로 형성할 수 있는 나노 임프린트 몰드 제조방법, 이 나노 임프린트 몰드를 이용한 발광다이오드 제조방법 및 발광다이오드를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다. Disclosed herein is a method for manufacturing a nanoimprint mold capable of efficiently and economically forming a nano pattern for improving light extraction efficiency of a light emitting diode, a method for manufacturing a light emitting diode using the nanoimprint mold, and a light emitting diode do.
또한, 본 발명은 별도의 습식 에칭, 건식 에칭을 사용하지 않고도 광추출 효율 향상을 위한 나노 패턴을 효율적이고 정교하게 형성할 수 있는 발광다이오드 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 발광다이오드를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다. It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a light emitting diode capable of efficiently and precisely forming a nano pattern for improving light extraction efficiency without using a separate wet etching and dry etching and a light emitting diode manufactured by the method It is a technical task.
또한, 본 발명은 단순화된 공정을 통하여 적은 비용으로 대면적에 나노 패턴을 형성하여 높은 광추출 효율을 갖는 발광다이오드 및 그 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다. It is another object of the present invention to provide a light emitting diode having a high light extraction efficiency by forming a nano pattern on a large area at a low cost through a simplified process and a method for manufacturing the same.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 나노 임프린트 몰드 제조방법은, 금속을 이용한 화학 에칭(metal-assisted chemical etching)을 통해 기판 상에 기둥홈 형태의 나노 패턴을 형성하는 단계; 상기 기판에 형성되어 있는 기둥홈 형태의 나노 패턴을 나노 임프린팅 방식으로 나노 임프린트 몰드에 전사하여 상기 나노 임프린트 몰드에 상기 기둥홈 형태의 나노 패턴에 반전된 기둥 형태의 나노 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 기둥 형태의 나노 패턴이 형성되어 있는 나노 임프린트 몰드를 상기 기판으로부터 분리하는 단계;를 포함하여 구성된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a nanoimprint mold, comprising: forming a nano-pattern in the form of a columnar groove on a substrate through metal-assisted chemical etching; Transferring a nano pattern in a columnar groove shape formed on the substrate to a nanoimprint mold by a nanoimprinting method to form a columnar nano pattern inverted in the nano pattern in the nano imprint mold; And separating the nanoimprint mold having the columnar nano patterns from the substrate.
본 발명에 따른 나노 임프린트 몰드 제조방법에 있어서, 상기 금속을 이용한 화학 에칭은, 상기 기판의 일면에 포토레지스트 층을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 층에 레이져 간섭 리소그래피 방법을 통해 나노 식각용 패턴을 형성하는 단계; 상기 나노 식각용 패턴이 형성된 포토레지스트 층에 금속층을 증착하는 단계; 및 상기 금속층이 증착된 기판을 식각 용액에 침지하여 식각하여 상기 기둥홈 형태의 나노 패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. In the method of manufacturing a nanoimprint mold according to the present invention, the chemical etching using the metal may include: forming a photoresist layer on one surface of the substrate; Forming a nano etch pattern on the photoresist layer through a laser interference lithography method; Depositing a metal layer on the photoresist layer in which the nano etch pattern is formed; And etching the substrate on which the metal layer is deposited by immersing the substrate in an etching solution to form the nano-pattern in the form of a columnar groove.
본 발명에 따른 나노 임프린트 몰드 제조방법에 있어서, 상기 레이져 간섭 리소그래피 방법에서, 상기 레이져의 입사각은 5° 내지 45° 인 것을 특징으로 한다. In the method of manufacturing a nanoimprint mold according to the present invention, in the laser interference lithography method, the incident angle of the laser is 5 to 45 degrees.
본 발명에 따른 나노 임프린트 몰드 제조방법에 있어서, 상기 레이져 간섭 리소그래피 방법으로 형성된 나노 식각용 패턴의 주기는 250nm 내지 1um 인 것을 특징으로 한다. In the method of manufacturing a nanoimprint mold according to the present invention, the period of the pattern for nano etching formed by the laser interference lithography method is 250 nm to 1 um.
본 발명에 따른 나노 임프린트 몰드 제조방법에 있어서, 상기 금속층은 Au, Pt, Pd, Ag 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다. In the method of manufacturing a nanoimprint mold according to the present invention, the metal layer may include at least one of Au, Pt, Pd, and Ag.
본 발명에 따른 나노 임프린트 몰드 제조방법에 있어서, 상기 금속층은 전자선 증착법, 열증착법, 스퍼터 증착법 중 적어도 하나 이상의 방법을 사용하는 것을 특징으로 한다. In the method for manufacturing a nanoimprint mold according to the present invention, the metal layer is characterized in that at least one of electron beam deposition, thermal deposition, and sputter deposition is used.
본 발명에 따른 나노 임프린트 몰드 제조방법에 있어서, 상기 식각 용액은 증류수, 불산, 과산화수소의 혼합용액으로 이루어진 것을 특징으로 한다. In the method of manufacturing a nanoimprint mold according to the present invention, the etching solution is formed of a mixed solution of distilled water, hydrofluoric acid, and hydrogen peroxide.
본 발명에 따른 나노 임프린트 몰드 제조방법에 있어서, 상기 불산의 농도는 3몰 내지 5몰이고, 상기 과산화수소의 농도는 0.1몰 내지 1몰인 것을 특징으로 한다. In the nanoimprint mold manufacturing method according to the present invention, the concentration of the hydrofluoric acid is 3 to 5 mol, and the concentration of the hydrogen peroxide is 0.1 to 1 mol.
본 발명의 일 측면에 따른 발광다이오드 제조방법은, 임시기판 상에 n형 질화물 반도체층, 발광층 및 p형 질화물 반도체층을 형성하는 단계; 상기 p형 질화물 반도체층 상에 p형 반사전극을 형성하는 단계; 상기 p형 반사전극 상에 전도성 기판을 형성하는 단계; 상기 임시기판을 제거하여 상기 n형 질화물 반도체층을 노출시키는 단계; 상기 n형 질화물 반도체층 상에 나노 임프린트 레지스트층을 형성하는 단계; 기둥 형태의 나노 패턴이 형성되어 있는 나노 임프린트 몰드를 상기 나노 임프린트 레지스트층에 가압하여 상기 기둥 형태의 나노 패턴에 반전된 기둥홈 형태의 나노 패턴을 상기 나노 임프린트 레지스트층에 전사하는 단계; 상기 기둥홈 형태의 나노 패턴이 형성된 나노 임프린트 레지스트층으로부터 상기 나노 임프린트 몰드를 분리하는 단계; 및 상기 기둥홈 형태의 나노 패턴이 형성된 나노 임프린트 레지스트층의 일부를 식각하여 n형 전극을 형성하는 단계;를 포함하여 구성된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an LED, including: forming an n-type nitride semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type nitride semiconductor layer on a temporary substrate; Forming a p-type reflective electrode on the p-type nitride semiconductor layer; Forming a conductive substrate on the p-type reflective electrode; Removing the temporary substrate to expose the n-type nitride semiconductor layer; Forming a nanoimprinted resist layer on the n-type nitride semiconductor layer; A step of pressing a nano imprint mold having a columnar nano pattern on the nano imprint resist layer to transfer nano patterns in the form of columnar inverted regions to the nano imprint resist layer; Separating the nanoimprint mold from a nanoimprinted resist layer having a nano pattern formed in a columnar groove shape; And forming an n-type electrode by etching a part of the nanoimprinted resist layer in which the nano pattern of the columnar groove shape is formed.
본 발명의 일 측면에 따른 발광다이오드 제조방법에 있어서, 상기 나노 임프린트 몰드는 본 발명에 따른 나노 임프린트 몰드 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 한다. In the method of manufacturing a light emitting diode according to an aspect of the present invention, the nanoimprint mold is manufactured by the nanoimprint mold manufacturing method according to the present invention.
본 발명의 일 측면에 따른 발광다이오드 제조방법에 있어서, 상기 n형 질화물 반도체층과 상기 나노 임프린트 레지스트층 사이에 상기 n형 질화물 반도체층의 굴절률보다 작고 상기 나노 임프린트 레지스트층의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 굴절률 조절층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. In the method of fabricating a light emitting diode according to one aspect of the present invention, the n-type nitride semiconductor layer and the nano imprint resist layer may have a refractive index that is smaller than the refractive index of the n-type nitride semiconductor layer and larger than that of the nanoimprinted resist layer And forming a refractive index control layer.
본 발명의 일 측면에 따른 발광다이오드 제조방법에 있어서, 상기 굴절률 조절층은 상기 발광층으로부터의 광을 서로 다른 굴절률로 굴절시키는 제1굴절률 조절층과 제2굴절률 조절층을 순차적으로 적층하여 형성하는 것을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a light emitting diode, wherein the refractive index control layer is formed by sequentially laminating a first refractive index control layer and a second refractive index control layer which refract light from the light emitting layer at different refractive indexes .
본 발명의 일 측면에 따른 발광다이오드 제조방법에 있어서, 상기 제1굴절률 조절층은 상기 n형 질화물 반도체층 상에 형성되고 상기 제1굴절률 조절층의 굴절률은 상기 n형 질화물 반도체층의 굴절률보다 작고, 상기 제2굴절률 조절층은 상기 제1굴절률 조절층 상에 형성되고 상기 제2굴절률 조절층의 굴절률은 상기 제1굴절률 조절층의 굴절률보다 작고 상기 나노 임프린트 레지스트층의 굴절률보다 큰 것을 특징으로 한다. In one embodiment of the present invention, the first refractive index control layer is formed on the n-type nitride semiconductor layer and the refractive index of the first refractive index control layer is smaller than the refractive index of the n-type nitride semiconductor layer The second refractive index control layer is formed on the first refractive index control layer and the refractive index of the second refractive index control layer is smaller than the refractive index of the first refractive index control layer and greater than the refractive index of the nanoimprinted resist layer .
본 발명의 일 측면에 따른 발광다이오드 제조방법에 있어서, 상기 제1굴절률 조절층은 ZnO, Al-doped ZnO, In-doped ZnO, Ga-doped ZnO, ZrO2, TiO2, SiO2, SiO, Al2O3, CuOX 및 ITO로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다. A light emitting diode manufacturing method according to an aspect of the invention, the first refractive index adjustment layer is ZnO, Al-doped ZnO, In-doped ZnO, Ga-doped ZnO, ZrO 2, TiO 2, SiO 2, SiO, Al 2 O 3 , CuO x, and ITO.
본 발명의 일 측면에 따른 발광다이오드 제조방법에 있어서, 상기 제2굴절률 조절층은 MgO계 산화물인 것을 특징으로 한다. In the method of manufacturing a light emitting diode according to an aspect of the present invention, the second refractive index control layer is an MgO-based oxide.
본 발명의 일 측면에 따른 발광다이오드 제조방법에 있어서, 상기 제2굴절률 조절층을 구성하는 MgO계 산화물은 MgO에 다른 원소를 첨가하여 형성된 다원화합물인 것을 특징으로 한다. In the method of manufacturing a light emitting diode according to one aspect of the present invention, the MgO-based oxide constituting the second refractive index-controlling layer is a multi-component compound formed by adding another element to MgO.
본 발명의 일 측면에 따른 발광다이오드 제조방법에 있어서, 상기 n형 전극은 상기 기둥홈 형태의 나노 패턴이 형성된 나노 임프린트 레지스트층의 일부를 상기 n형 질화물 반도체층이 노출되도록 식각한 후 상기 식각된 영역에 전도성 물질을 증착하여 형성되는 것을 특징으로 한다. In the method of manufacturing an LED according to an aspect of the present invention, the n-type electrode is formed by etching a part of the nanoimprint resist layer in which the nano pattern of the columnar groove shape is formed to expose the n-type nitride semiconductor layer, And a conductive material is deposited on the region.
본 발명의 다른 측면에 따른 발광다이오드 제조방법은, 입사되는 광을 산란시켜 반사시키기 위한 패턴이 형성되어 있는 기판 상에 n형 질화물 반도체층, 발광층 및 p형 질화물 반도체층을 형성하는 단계; 상기 p형 질화물 반도체층, 상기 발광층 및 상기 n형 질화물 반도체층의 일부를 메사 식각하여 상기 n형 질화물 반도체층의 일부를 노출시키는 단계; 상기 p형 질화물 반도체층 상에 투명전극을 형성하는 단계; 상기 투명전극 상에 나노 임프린트 레지스트층을 형성하는 단계; 기둥 형태의 나노 패턴이 형성되어 있는 나노 임프린트 몰드를 상기 나노 임프린트 레지스트층에 가압하여 상기 기둥 형태의 나노 패턴에 반전된 기둥홈 형태의 나노 패턴을 상기 나노 임프린트 레지스트층에 전사하는 단계; 상기 기둥홈 형태의 나노 패턴이 형성된 나노 임프린트 레지스트층으로부터 상기 나노 임프린트 몰드를 분리하는 단계; 및 상기 기둥홈 형태의 나노 패턴이 형성된 나노 임프린트 레지스트층의 일부를 식각하여 p형 반사전극을 형성하고 상기 n형 질화물 반도체층 상에 n형 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a light emitting diode including: forming an n-type nitride semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type nitride semiconductor layer on a substrate on which a pattern for scattering and reflecting incident light is formed; Exposing a part of the n-type nitride semiconductor layer by mesa etching a part of the p-type nitride semiconductor layer, the light emitting layer and the n-type nitride semiconductor layer; Forming a transparent electrode on the p-type nitride semiconductor layer; Forming a nanoimprinted resist layer on the transparent electrode; A step of pressing a nano imprint mold having a columnar nano pattern on the nano imprint resist layer to transfer nano patterns in the form of columnar inverted regions to the nano imprint resist layer; Separating the nanoimprint mold from a nanoimprinted resist layer having a nano pattern formed in a columnar groove shape; And etching a part of the nanoimprinted resist layer in which the nano patterns are formed to form a p-type reflective electrode and forming an n-type electrode on the n-type nitride semiconductor layer.
본 발명의 다른 측면에 따른 발광다이오드 제조방법에 있어서, 상기 나노 임프린트 몰드는 본 발명에 따른 나노 임프린트 몰드 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a light emitting diode, wherein the nanoimprint mold is manufactured by the method of manufacturing a nanoimprint mold according to the present invention.
본 발명의 다른 측면에 따른 발광다이오드 제조방법에 있어서, 상기 투명전극은 ITO인 것을 특징으로 한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a light emitting diode, wherein the transparent electrode is ITO.
본 발명의 다른 측면에 따른 발광다이오드 제조방법에 있어서, 상기 p형 반사전극은 상기 기둥홈 형태의 나노 패턴이 형성된 나노 임프린트 레지스트층의 일부를 상기 투명전극이 노출되도록 식각한 후 상기 식각된 영역에 전도성 물질을 증착하여 형성되는 것을 특징으로 한다. In the method of fabricating a light emitting diode according to another aspect of the present invention, the p-type reflective electrode may be formed by etching a part of the nanoimprint resist layer in which the nano patterns of the columnar grooves are formed to expose the transparent electrode, And is formed by depositing a conductive material.
본 발명에 따르면, 발광다이오드의 광추출 효율을 향상시키기 위한 나노 패턴을 효율적이고 경제적으로 형성할 수 있는 나노 임프린트 몰드 제조방법, 이 나노 임프린트 몰드를 이용한 발광다이오드 제조방법 및 발광다이오드가 제공되는 효과가 있다. According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a nanoimprint mold capable of efficiently and economically forming a nano pattern for improving light extraction efficiency of a light emitting diode, a method of manufacturing a light emitting diode using the nanoimprint mold, have.
또한, 별도의 습식 에칭, 건식 에칭을 사용하지 않고도 광추출 효율 향상을 위한 나노 패턴을 효율적이고 정교하게 형성할 수 있는 발광다이오드 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 발광다이오드가 제공되는 효과가 있다. The present invention also provides a method of manufacturing a light emitting diode capable of efficiently and precisely forming a nano pattern for improving light extraction efficiency without using a separate wet etching and dry etching, and a light emitting diode manufactured by the method.
또한, 단순화된 공정을 통하여 적은 비용으로 대면적에 나노 패턴을 형성하여 높은 광추출 효율을 갖는 발광다이오드 및 그 제조방법이 제공되는 효과가 있다. In addition, a light emitting diode having a high light extraction efficiency by forming a nano pattern on a large area at a low cost through a simplified process and a manufacturing method thereof are provided.
도 1은 종래의 발광다이오드에 있어서, 질화물 반도체층과 대기와의 굴절률 차이 때문에 계면에서 발생하는 내부 전반사로 인하여 광추출 효율이 저하되는 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 있어서, 광진행 경로 상에 나노 패턴을 형성함으로써 발광다이오드의 광추출 효율을 향상시키는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 나노 임프린트 몰드 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 제1실시예에 따른 발광다이오드 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 발광다이오드 제조방법을 나타낸 도면이다. FIG. 1 is a view for explaining a phenomenon in which light extraction efficiency is lowered due to total internal reflection occurring at the interface due to a difference in refractive index between a nitride semiconductor layer and the atmosphere in a conventional light emitting diode.
2 is a view for explaining the principle of improving the light extraction efficiency of a light emitting diode by forming a nanopattern on a light propagation path in the present invention.
FIGS. 3 to 10 are views illustrating a method of manufacturing a nanoimprint mold according to an embodiment of the present invention.
11 to 13 are views showing a method of manufacturing a light emitting diode according to a first embodiment of the present invention.
14 is a view illustrating a method of manufacturing a light emitting diode according to a second embodiment of the present invention.
본 명세서 및 청구범위에서 사용하는 용어나 단어는, 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석될 것이 아니라, '발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다'는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. The terms and words used in the present specification and claims should not be construed to be limited to ordinary or dictionary meanings, but the inventor may appropriately define the concept of the term to describe its invention in the best way Can be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시한 구성은, 본 발명의 바람직한 실시예에 불과한 것일 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해해야 한다. It should be noted that the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention, It should be understood that various equivalents and modifications may be present.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 살펴보기로 한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
먼저, 도 1 과 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 광추출 효율의 향상 효과를 종래의 경우와 대비하여 설명한다. First, the effect of improving the light extraction efficiency according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 in comparison with the conventional case.
도 1은 종래의 발광다이오드에 있어서, 질화물 반도체층과 대기와의 굴절률 차이 때문에 계면에서 발생하는 내부 전반사로 인하여 광추출 효율이 저하되는 현상을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 1 is a view for explaining a phenomenon in which light extraction efficiency is lowered due to total internal reflection occurring at the interface due to a difference in refractive index between a nitride semiconductor layer and the atmosphere in a conventional light emitting diode.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 경우와 같이 매끈한 표면의 반도체 기판의 경우, 질화갈륨 반도체 기판의 굴절률이 약 2.5이고 대기의 굴절률이 1이기 때문에, 두 층간의 굴절률 차이가 커서 경계면에서의 전반사에 대한 임계각이 23.5°에 불과하다. 이로 인하여, 반도체 내부에서 발생한 빛이 외부로 빠져 나오지 못하고, 내부에서 소멸되어 광추출 효율이 낮아지는 문제점이 있다. As shown in FIG. 1, in the case of a semiconductor substrate having a smooth surface as in the conventional case, since the refractive index of the gallium nitride semiconductor substrate is about 2.5 and the refractive index of the atmosphere is 1, the difference in refractive index between the two layers is large, Is only 23.5 degrees. Accordingly, the light generated inside the semiconductor can not escape to the outside, and is extinguished inside, resulting in a problem that the light extraction efficiency is lowered.
도 2는 본 발명에 있어서, 광진행 경로 상에 기둥홈 형태의 나노 패턴을 형성함으로써 발광다이오드의 광추출 효율을 향상시키는 원리를 설명하기 위한 도면이다. 2 is a view for explaining the principle of improving the light extraction efficiency of a light emitting diode by forming a nano pattern in the shape of a column on a light propagation path in the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 반도체층 표면에 기둥홈 형태의 나노구조물을 형성할 경우, 다중 산란에 의해 빛이 대기 중으로 방출될 확률이 급격하게 증가하여 발광다이오드의 광추출 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다.
As shown in FIG. 2, when a nanostructure in the form of a column is formed on the surface of the semiconductor layer, the probability that light is emitted to the atmosphere due to multiple scattering increases sharply, thereby remarkably improving the light extraction efficiency of the light emitting diode .
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3 내지 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 나노 임프린트 몰드 제조방법을 나타낸 도면이다. FIGS. 3 to 10 are views illustrating a method of manufacturing a nanoimprint mold according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일실시예에 따른 나노 임프린트 몰드 제조방법은, 금속을 이용한 화학 에칭(metal-assisted chemical etching)을 통해 실리콘 재질의 기판 상에 기둥홈 형태의 나노 패턴을 형성하는 단계, 상기 기판에 형성되어 있는 기둥홈 형태의 나노 패턴을 나노 임프린팅 방식으로 나노 임프린트 몰드에 전사하여 상기 나노 임프린트 몰드에 상기 기둥홈 형태의 나노 패턴에 반전된 기둥 형태의 나노 패턴을 형성하는 단계, 및 상기 기둥 형태의 나노 패턴이 형성되어 있는 나노 임프린트 몰드를 상기 기판으로부터 분리하는 단계,를 포함하여 구성된다. A method of fabricating a nanoimprint mold according to an embodiment of the present invention includes forming a nano-pattern in the form of a columnar groove on a substrate made of silicon through metal-assisted chemical etching, A step of transferring a nano pattern having a columnar groove shape into a nanoimprinting mold by a nanoimprinting method to form a columnar nano pattern inverted in a nano pattern in a column groove shape in the nanoimprint mold, And separating the nanoimprint mold having the nano pattern formed thereon from the substrate.
한편, 상기 금속을 이용한 화학 에칭은, 상기 실리콘 재질의 기판의 일면에 포토레지스트 층을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 층에 레이져 간섭 리소그래피 방법을 통해 나노 식각용 패턴을 형성하는 단계, 상기 나노 식각용 패턴이 형성된 포토레지스트 층에 금속층을 증착하는 단계 및 상기 금속층이 증착된 기판을 식각 용액에 침지하여 식각하여 상기 기둥홈 형태의 나노 패턴을 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.
The chemical etching using the metal may include forming a photoresist layer on one surface of the silicon substrate, forming a nano etching pattern on the photoresist layer by a laser interference lithography method, Depositing a metal layer on the patterned photoresist layer; and etching the substrate on which the metal layer is deposited by immersing the substrate in an etching solution to form the nano-pattern in the form of a columnar groove.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 실리콘 재질의 기판(10)의 일면에 포토레지스트 층(20)을 형성한다.
First, as shown in FIG. 3, a
다음으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 리소그래피 방법을 통해 포토레지스트 층(20)에 나노 식각용 패턴(20a)을 형성한다. Next, as shown in Fig. 4, a
예를 들어, 리소그래피 방법은 레이져 간섭 리소그래피 법을 사용할 수 있다. For example, the lithographic method can use laser interference lithography.
상기 레이져 리소그래피 법으로 형성할 수 있는 패턴(20a)은 나노홀 또는 나노점 형태이고 패턴의 주기는 250nm 내지 1um 로 형성할 수 있다. 상기의 패턴 조건은 입사되는 레이져의 파장에 영향을 받는 조건으로 입사되는 레이져 325nm 파장에서 공정한계를 나타낸다. 필요에 따라 레이져 파장을 긴 파장 내지 짧은 파장을 사용할 경우 다양한 주기를 갖는 패턴을 형성할 수 있다. The
한편, 상기 레이져 간섭 리소그래피 방법에서, 상기 레이져의 입사각은 5° 내지 45°인 것이 바람직하며, 이는, 레이져의 입사각이 5°미만인 경우에는 간섭이 발생하는 면적이 매우 좁고 간섭되는 레이져의 세기가 매우 강하여 공정조건(노광시간 및 현상 시간)의 조절의 문제점이 있고, 레이져의 입사각이 45°초과인 경우에는 간섭되는 레이져의 세기가 매우 약해져 이론적으로 공정시간이 너무 길어져 산업화에 적용하기 어려운 문제점이 있기 때문이다. P(패턴의 주기)=파장/2sin 입사각으로 정의 된다.
In the laser interference lithography method, it is preferable that the angle of incidence of the laser is in the range of 5 to 45 degrees. If the angle of incidence of the laser is less than 5 degrees, the area where the interference occurs is very narrow, (Exposure time and developing time). When the angle of incidence of the laser is greater than 45 degrees, the strength of the interfering laser is very weak, theoretically, the process time becomes too long and it is difficult to apply to industrialization Because. P (period of the pattern) = wavelength / 2 sin.
다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 나노 식각용 패턴(20a)이 형성된 포토 레지스트 층(20) 상에 금속층(30)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 5, a
예를 들어, 금속층(30)은 Ag, Pt, Au, Pd 등 중 적어도 하나 이상으로 구성될 수 있다.
For example, the
다음으로, 도 6 및 7에 도시된 바와 같이, 나노 식각용 패턴(20a)이 형성된 포토 레지스트 층(20) 상에 금속층(30)이 형성된 실리콘 기판(10)을 금속을 이용한 화학 에칭(metal-assisted chemical etching)을 통해 실리콘 재질의 기판 상에 기둥홈 형태의 나노 패턴을 형성한다. 6 and 7, the
구체적으로, 나노 식각용 패턴(20a)이 형성된 포토 레지스트 층(20) 상에 금속층(30)이 형성된 실리콘 기판(10)을 증류수, 불산, 과산화수소가 혼합된 식각 용액에 침지하여 금속과 접촉한 실리콘 기판(10)이 빠른 속도록 식각되도록 하여 실리콘 기판(10) 상에 기둥홈 형태의 나노 패턴(10a)이 형성되도록 한다. More specifically, the
이때, 상기 불산의 농도는 3몰 내지 5몰가 바람직하고, 상기 과산화수소의 농도는 0.1몰 내지 1몰인 것이 바람직하다. At this time, the concentration of hydrofluoric acid is preferably 3 to 5 mol, and the concentration of hydrogen peroxide is preferably 0.1 mol to 1 mol.
이는, 상기 불산의 농도가 3몰 미만인 경우에는 식각 속도가 너무 느린 문제점이 있고, 상기 불산의 농도가 5몰 초과인 경우에는 실리콘 기판(10) 상에 형성된 패턴이 식각시 유지되는 형상에 해상도가 떨어지는 문제점이 있기 때문이다. When the concentration of hydrofluoric acid is less than 3 moles, the etching rate is too slow. When the concentration of hydrofluoric acid is more than 5 moles, the pattern formed on the
또한, 상기 과산화수소가 농도는 0.1 미만인 경우에는 식각속도가 매우 느린 문제점이 있고, 상기 과산화수소의 농도가 1몰 초과인 경우에는 실리콘 기판(10) 상에 형성된 패턴의 해상도가 떨어지는 문제점이 있기 때문이다. If the concentration of the hydrogen peroxide is less than 0.1, the etch rate is very slow. If the concentration of the hydrogen peroxide is more than 1 mol, the resolution of the pattern formed on the
후술하겠지만, 이렇게 기둥홈 형태의 나노 패턴(10a)이 형성된 질화물 실리콘 기판(10)을 마스터 템플릿으로 사용하여, 나노 임프린트를 위한 고분자 몰드 즉, 나노 임프린트 몰드(40)를 제작할 수 있다. As described below, a polymer mold for a nanoimprint, that is, a
즉, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(10)의 일면에 형성되어 있는 기둥홈 형태의 나노 패턴(10a)을 나노 임프린팅 방식으로 나노 임프린트 몰드(40)에 전사하여 기둥 형태의 나노 패턴(40a)을 갖는 나노 임프린트 몰드(40)를 제작할 수 있다.
8 and 9, a
다음으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 기둥 형태의 나노 패턴(40a)이 형성된 나노 임프린트 몰드(40)를 실리콘 기판(10)으로부터 분리한다. Next, as shown in Fig. 10, the
이와 같은 과정을 통하여 최종적으로 기둥 형태의 나노 패턴(40a)이 형성된 나노 임프린트 몰드(40)가 제조되며, 이 나노 임프린트 몰드(40)는 후술하는 발광다이오드 제조과정에서 기둥홈 형태의 나노 패턴을 형성하기 위한 마스터 템플릿으로 이용된다. Through the above process, a
도 11 내지 도 13은 본 발명의 제1실시예에 따른 발광다이오드 제조방법을 나타낸 도면이다. 11 to 13 are views showing a method of manufacturing a light emitting diode according to a first embodiment of the present invention.
도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 발광다이오드 제조방법은, 임시기판(미도시) 상에 n형 질화물 반도체층(110), 발광층(120) 및 p형 질화물 반도체층(130)을 형성하는 단계, p형 질화물 반도체층(130) 상에 p형 반사전극(140)을 형성하는 단계, p형 반사전극(140) 상에 전도성 기판(150)을 형성하는 단계, 상기 임시기판을 제거하여 n형 질화물 반도체층(110)을 노출시키는 단계, n형 질화물 반도체층(110) 상에 나노 임프린트 레지스트층(160)을 형성하는 단계, 상술한 나노 임프린트 몰드 제조방법에 의해 제조된 나노 임프린트 몰드(40)를 나노 임프린트 레지스트층(160)에 가압하여 기둥홈 형태의 나노 패턴(160a)을 나노 임프린트 레지스트층(160)에 전사하는 단계, 기둥홈 형태의 나노 패턴(160a)이 형성된 나노 임프린트 레지스트층(160)으로부터 나노 임프린트 몰드(40)를 분리하는 단계 및 기둥홈 형태의 나노 패턴(160a)이 형성된 나노 임프린트 레지스트층(160)의 일부를 식각하여 n형 전극(170)을 형성하는 단계를 포함하여 구성된다. 11 to 13, the method of manufacturing a light emitting diode according to the first embodiment of the present invention includes the steps of forming an n-type
구체적으로, 먼저, 임시기판(미도시) 상에 n형 질화물 반도체층(110), 발광층(120) 및 p형 질화물 반도체층(130)을 순차적으로 형성한다. Specifically, first, an n-type
다음으로, p형 질화물 반도체층(130) 상에 p형 반사전극(140)을 형성하고, 상기 p형 반사전극(140) 상에 전도성 기판(150)을 형성한다. 상기 p형 반사전극(140)은 발광층(120)으로부터의 광을 반사시키는 기능을 이울러 수행한다. Next, a p-type
다음으로, 상기 임시기판을 제거하여 n형 질화물 반도체층(110)을 외부로 노출시킨다. Next, the temporary substrate is removed to expose the n-type
다음으로, n형 질화물 반도체층(110) 상에 나노 임프린트 레지스트층(160)을 형성한다. 상기 나노 임프린트 레지스트층(160)은 예를 들어, 스핀 코팅(spin coating) 방식으로 형성될 수 있다. Next, a nanoimprint resist
다음으로, 상술한 나노 임프린트 몰드 제조방법에 의해 제조된 나노 임프린트 몰드(40)를 나노 임프린트 레지스트층(160)에 가압하여 기둥홈 형태의 나노 패턴(160a)을 나노 임프린트 레지스트층(160)에 전사하고, UV 및 열을 가하여 기둥홈 형태의 나노 패턴(160a)이 형성된 나노 임프린트 레지스트층(160)을 경화시킨다. Next, the
다음으로, 기둥홈 형태의 나노 패턴(160a)이 형성된 나노 임프린트 레지스트층(160)으로부터 나노 임프린트 몰드(40)를 분리한다. Next, the
다음으로, 기둥홈 형태의 나노 패턴(160a)이 형성된 나노 임프린트 레지스트층(160)의 일부를 n형 질화물 반도체층(110)이 드러나도록 식각한 후, n형 전극(170)을 형성한다. Next, a part of the nanoimprint resist
예를 들어, 상기 n형 전극(170)은 기둥홈 형태의 나노 패턴(160a)이 형성된 나노 임프린트 레지스트층(160)의 일부를 n형 질화물 반도체층(110)이 노출되도록 식각한 후, 식각된 영역에 전도성 물질을 증착하여 형성할 수 있다. For example, the n-
한편, 본 발명의 제1실시예에 따른 발광다이오드 제조방법은 광추출 효율을 더욱 높이기 위하여 추가적으로 굴절률 조절층(180)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. Meanwhile, the method of fabricating a light emitting diode according to the first embodiment of the present invention may further include forming a refractive index control layer 180 to further increase the light extraction efficiency.
즉, 도 13에 도시된 바와 같이, 나노 임프린트 레지스트층(160)을 형성하기 이전에, n형 질화물 반도체층(110)과 나노 임프린트 레지스트층(160) 사이에 n형 질화물 반도체층(110)의 굴절률보다 작고 나노 임프린트 레지스트층(160)의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 굴절률 조절층(180)을 형성한다. 13, the n-type
상기 굴절률 조절층(180)은 발광층(120)으로부터의 광을 서로 다른 굴절률로 굴절시키는 제1굴절률 조절층(181)과 제2굴절률 조절층(182)을 순차적으로 적층하여 형성될 수 있다. The refractive index control layer 180 may be formed by sequentially laminating a first refractive
제1굴절률 조절층(181)은 n형 질화물 반도체층(110) 상에 형성되고, 제1굴절률 조절층(181)의 굴절률은 n형 질화물 반도체층(110)의 굴절률보다 작고, 제2굴절률 조절층(182)은 제1굴절률 조절층(181) 상에 형성되고 제2굴절률 조절층(182)의 굴절률은 제1굴절률 조절층(181)의 굴절률보다 작고 나노 임프린트 레지스트층(160)의 굴절률보다 크다. The first refractive
이와 같이, n형 질화물 반도체층(110)과 나노 임프린트 레지스트층(160) 사이에 이들 층의 굴절률들의 중간값에 해당하는 굴절률을 갖는 제1굴절률 조절층(181)과 제2굴절률 조절층(182)을 개재시켜 버퍼층의 기능을 수행하도록 함으로써, 광추출 효율을 더욱 높일 수 있다. The first and second refractive index control layers 181 and 182 having refractive indices corresponding to the intermediate values of the refractive indexes of these layers are formed between the n-type
예를 들어, 제1 굴절률 조절층(181)은 ZnO, Al-doped ZnO, In-doped ZnO, Ga-doped ZnO, ZrO2, TiO2, SiO2, SiO, Al2O3, CuOX 및 ITO로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 제2 굴절률 조절층(182)은 MgO계 산화물일 수 있다. For example, the first refractive
제2 굴절률 조절층(182)을 구성하는 MgO계 산화물은 MgO에 다른 원소를 첨가하여 형성된 다원화합물일 수 있다. The MgO-based oxide constituting the second refractive index-controlling layer 182 may be a multi-component compound formed by adding another element to MgO.
제1 굴절률 조절층(181)과 제2 굴절률 조절층(182)으로 선택되는 이들 물질들의 굴절률은 공통적으로 n형 질화물 반도체층(110)의 굴절률과 나노 임프린트 레지스트층(160)의 굴절률의 중간값을 갖는다.
The refractive indices of these materials selected from the first and second refractive index control layers 181 and 182 are commonly set to a value between the refractive index of the n-type
도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 발광다이오드 제조방법을 나타낸 도면이다. 14 is a view illustrating a method of manufacturing a light emitting diode according to a second embodiment of the present invention.
도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 발광다이오드 제조방법은, 입사되는 광을 산란시켜 반사시키기 위한 반구 형상의 패턴이 형성되어 있는 기판(200) 상에 n형 질화물 반도체층(210), 발광층(220) 및 p형 질화물 반도체층(230)을 형성하는 단계, p형 질화물 반도체층(230), 발광층(220) 및 n형 질화물 반도체층(210)의 일부를 메사 식각하여 n형 질화물 반도체층(210)의 일부를 노출시키는 단계, p형 질화물 반도체층(230) 상에 투명전극(240)을 형성하는 단계, 투명전극(240) 상에 나노 임프린트 레지스트층(250)을 형성하는 단계, 상술한 나노 임프린트 몰드(40)를 나노 임프린트 레지스트층(250)에 가압하여 기둥홈 형태의 나노 패턴(250a)을 나노 임프린트 레지스트층(250)에 전사하는 단계, 기둥홈 형태의 나노 패턴(250a)이 형성된 나노 임프린트 레지스트층(250)으로부터 나노 임프린트 몰드(40)를 분리하는 단계 및 기둥홈 형태의 나노 패턴(250a)이 형성된 나노 임프린트 레지스트층(250)의 일부를 식각하여 p형 반사전극(260)을 형성하고 n형 질화물 반도체층(210) 상에 n형 전극(270)을 형성하는 단계를 포함하여 구성된다. 14, a method of manufacturing a light emitting diode according to a second embodiment of the present invention includes a step of forming an n-type nitride semiconductor layer on a
구체적으로, 먼저, 입사되는 광을 산란시켜 반사시키기 위한 반구 형태의 패턴이 형성되어 있는 기판(200) 상에 n형 질화물 반도체층(210), 발광층(220) 및 p형 질화물 반도체층(230)을 순차적으로 형성한다. Specifically, an n-type
상기 기판(200)은 사파이어(Al2O3) 기판일 수 있으며, 이 기판(200)에 형성된 반구 형태의 패턴은 발광층(220)으로부터의 광을 산란시켜 반사시키기 위한 기능을 수행한다. The
다음으로, p형 질화물 반도체층(230), 발광층(220) 및 n형 질화물 반도체층(210)의 일부를 메사 식각하여 n형 질화물 반도체층(210)의 일부를 외부로 노출시킨다. Next, a part of the p-type
다음으로, 메사 식각된 p형 질화물 반도체층(230) 상에 투명전극(240)을 형성하고, 이 투명전극(240) 상에 나노 임프린트 레지스트층(250)을 형성한다. 상기 나노 임프린트 레지스트층(250)은, 예를 들어, 스핀 코팅 방식으로 형성될 수 있고, 상기 투명전극(240)은 ITO(Indium Tin Oxide)일 수 있다. Next, a
다음으로, 상술한 나노 임프린트 몰드 제조방법에 의해 제조된 나노 임프린트 몰드(40)를 나노 임프린트 레지스트층(250)에 가압하여 기둥홈 형태의 나노 패턴(250a)을 나노 임프린트 레지스트층(250)에 전사하고, UV 및 열을 가하여 기둥홈 형태의 나노 패턴(250a)이 형성된 나노 임프린트 레지스트층(250)을 경화시킨다. Next, the
다음으로, 기둥홈 형태의 나노 패턴이 형성된 나노 임프린트 레지스트층(250)으로부터 나노 임프린트 몰드(40)를 분리한다. Next, the
다음으로, 기둥홈 형태의 나노 패턴(250a)이 형성된 나노 임프린트 레지스트층(250)의 일부를 투명전극(240)이 드러나도록 식각한 후 p형 전극(260)을 형성하고, n형 질화물 반도체층(210) 상에 n형 전극(270)을 형성한다. Next, a part of the nanoimprinted resist
예를 들어, 상기 p형 전극(260)은 기둥홈 형태의 나노 패턴(250a)이 형성된 나노 임프린트 레지스트층(250)의 일부를 투명전극(240)이 노출되도록 식각한 후, 식각된 영역에 전도성 물질을 증착하여 형성될 수 있으며, n형 전극(270)은 메사 식각 후에 남아있는 n형 질화물 반도체층(210) 상에 형성될 수 있다. For example, the p-
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 발광다이오드의 광추출 효율을 향상시키기 위한 나노 패턴을 효율적이고 경제적으로 형성할 수 있는 나노 임프린트 몰드 제조방법, 이 나노 임프린트 몰드를 이용한 발광다이오드 제조방법 및 발광다이오드가 제공되는 효과가 있다. As described in detail above, according to the present invention, a nanoimprint mold manufacturing method capable of efficiently and economically forming a nano pattern for improving the light extraction efficiency of a light emitting diode, a method of manufacturing a light emitting diode using the nanoimprint mold, There is an effect that a diode is provided.
또한, 별도의 습식 에칭, 건식 에칭을 사용하지 않고도 광추출 효율 향상을 위한 나노 패턴을 효율적이고 정교하게 형성할 수 있는 발광다이오드 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 발광다이오드가 제공되는 효과가 있다. The present invention also provides a method of manufacturing a light emitting diode capable of efficiently and precisely forming a nano pattern for improving light extraction efficiency without using a separate wet etching and dry etching, and a light emitting diode manufactured by the method.
또한, 단순화된 공정을 통하여 적은 비용으로 대면적에 나노 패턴을 형성하여 높은 광추출 효율을 갖는 발광다이오드 및 그 제조방법이 제공되는 효과가 있다. In addition, a light emitting diode having a high light extraction efficiency by forming a nano pattern on a large area at a low cost through a simplified process and a manufacturing method thereof are provided.
보다 구체적으로, 본 발명 기술은 대면적 공정이 가능한 나노 임프린트 방법을 이용하여 피라미드 나노구조물을 형성하는 기술로서 발광다이오드의 제조 공정에 즉시 적용 가능하다. 또한 수직 구조뿐만 아니라 수평 구조 발광다이오드에도 적용이 가능하며, 제조 공정이 간단하며, 발광다이오드의 광출력을 획기적으로 향상시켜, 백색광원 질화갈륨계 발광다이오드를 이용한 고체 조명 시대의 도래를 보다 앞당길 수 있는 에너지 절약 친환경 기술이다. More specifically, the technique of the present invention is a technique of forming a pyramidal nanostructure using a nanoimprint method capable of a large-area process, and is immediately applicable to a manufacturing process of a light emitting diode. In addition, it can be applied not only to vertical structure but also to horizontal type light emitting diode. It can be manufactured in a simple process and dramatically improves the light output of light emitting diode, so that the time of solid light illumination using white light source gallium nitride light emitting diode It is energy-saving environment-friendly technology.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. In addition, it is a matter of course that various modifications and variations are possible without departing from the scope of the technical idea of the present invention by anyone having ordinary skill in the art.
10: 실리콘 기판
20: 포토레지스트
30: 금속층
40: 나노임프린트 몰드
110, 210: n형 질화물 반도체층
120, 220: 발광층
130, 230: p형 질화물 반도체층
140, 260: p형 반사전극
150: 전도성 기판
160, 250: 임프린트 레지스트층
170, 270: n형 전극
180: 굴절률 조절층
181: 제1굴절률 조절층
182: 제2굴절률 조절층
240: 투명전극10: silicon substrate
20: Photoresist
30: metal layer
40: Nanoimprint mold
110, 210: an n-type nitride semiconductor layer
120, 220: light emitting layer
130, and 230: a p-type nitride semiconductor layer
140, 260: p-type reflection electrode
150: conductive substrate
160, 250: imprint resist layer
170, 270: n-type electrode
180: refractive index control layer
181: first refractive index control layer
182: second refractive index control layer
240: transparent electrode
Claims (21)
금속을 이용한 화학 에칭(metal-assisted chemical etching)을 통해 기판 상에 기둥홈 형태의 나노 패턴을 형성하는 단계;
상기 기판에 형성되어 있는 기둥홈 형태의 나노 패턴을 나노 임프린팅 방식으로 나노 임프린트 몰드에 전사하여 상기 나노 임프린트 몰드에 상기 기둥홈 형태의 나노 패턴에 반전된 기둥 형태의 나노 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 기둥 형태의 나노 패턴이 형성되어 있는 나노 임프린트 몰드를 상기 기판으로부터 분리하는 단계;를 포함하는 나노 임프린트 몰드 제조방법. In the nanoimprint mold manufacturing method,
Forming a nano-pattern in the form of a columnar groove on the substrate through metal-assisted chemical etching;
Transferring a nano pattern in a columnar groove shape formed on the substrate to a nanoimprint mold by a nanoimprinting method to form a columnar nano pattern inverted in the nano pattern in the nano imprint mold; And
And separating the nanoimprint mold having the column-shaped nano patterns from the substrate.
상기 금속을 이용한 화학 에칭은,
상기 기판의 일면에 포토레지스트 층을 형성하는 단계;
상기 포토레지스트 층에 레이져 간섭 리소그래피 방법을 통해 나노 식각용 패턴을 형성하는 단계;
상기 나노 식각용 패턴이 형성된 포토레지스트 층에 금속층을 증착하는 단계; 및
상기 금속층이 증착된 기판을 식각 용액에 침지하여 식각하여 상기 기둥홈 형태의 나노 패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 임프린트 몰드 제조방법. The method according to claim 1,
In the chemical etching using the metal,
Forming a photoresist layer on one side of the substrate;
Forming a nano etch pattern on the photoresist layer through a laser interference lithography method;
Depositing a metal layer on the photoresist layer in which the nano etch pattern is formed; And
And dipping the substrate on which the metal layer is deposited in an etching solution to form a nano-pattern in the form of a columnar groove.
상기 레이져 간섭 리소그래피 방법에서, 상기 레이져의 입사각은 5° 내지 45° 인 것을 특징으로 하는 나노 임프린트 몰드 제조방법. 3. The method of claim 2,
In the laser interference lithography method, the angle of incidence of the laser is in the range of 5 to 45 degrees.
상기 레이져 간섭 리소그래피 방법으로 형성된 나노 식각용 패턴의 주기는 250nm 내지 1um 인 것을 특징으로 하는 나노 임프린트 몰드 제조방법. 3. The method of claim 2,
Wherein the period of the nano etching pattern formed by the laser interference lithography method is 250 nm to 1 mu m.
상기 금속층은 Au, Pt, Pd, Ag 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 임프린트 몰드 제조방법. 3. The method of claim 2,
Wherein the metal layer comprises at least one of Au, Pt, Pd and Ag.
상기 금속층은 전자선 증착법, 열증착법, 스퍼터 증착법 중 적어도 하나 이상의 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 나노 임프린트 몰드 제조방법. 3. The method of claim 2,
Wherein the metal layer is formed using at least one of an electron beam deposition method, a thermal deposition method, and a sputter deposition method.
상기 식각 용액은 증류수, 불산, 과산화수소의 혼합용액으로 이루어진 것을 특징으로 하는 나노 임프린트 몰드 제조방법. 3. The method of claim 2,
Wherein the etching solution comprises a mixed solution of distilled water, hydrofluoric acid, and hydrogen peroxide.
상기 불산의 농도는 3몰 내지 5몰이고, 상기 과산화수소의 농도는 0.1몰 내지 1몰인 것을 특징으로 하는 나노 임프린트 몰드 제조방법. 8. The method of claim 7,
Wherein the concentration of the hydrofluoric acid is 3 mol to 5 mol, and the concentration of the hydrogen peroxide is 0.1 mol to 1 mol.
임시기판 상에 n형 질화물 반도체층, 발광층 및 p형 질화물 반도체층을 형성하는 단계;
상기 p형 질화물 반도체층 상에 p형 반사전극을 형성하는 단계;
상기 p형 반사전극 상에 전도성 기판을 형성하는 단계;
상기 임시기판을 제거하여 상기 n형 질화물 반도체층을 노출시키는 단계;
상기 n형 질화물 반도체층 상에 나노 임프린트 레지스트층을 형성하는 단계;
기둥 형태의 나노 패턴이 형성되어 있는 나노 임프린트 몰드를 상기 나노 임프린트 레지스트층에 가압하여 상기 기둥 형태의 나노 패턴에 반전된 기둥홈 형태의 나노 패턴을 상기 나노 임프린트 레지스트층에 전사하는 단계;
상기 기둥홈 형태의 나노 패턴이 형성된 나노 임프린트 레지스트층으로부터 상기 나노 임프린트 몰드를 분리하는 단계; 및
상기 기둥홈 형태의 나노 패턴이 형성된 나노 임프린트 레지스트층의 일부를 식각하여 n형 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 발광다이오드 제조방법. A method of manufacturing a light emitting diode,
Forming an n-type nitride semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type nitride semiconductor layer on a temporary substrate;
Forming a p-type reflective electrode on the p-type nitride semiconductor layer;
Forming a conductive substrate on the p-type reflective electrode;
Removing the temporary substrate to expose the n-type nitride semiconductor layer;
Forming a nanoimprinted resist layer on the n-type nitride semiconductor layer;
A step of pressing a nano imprint mold having a columnar nano pattern on the nano imprint resist layer to transfer nano patterns in the form of columnar inverted regions to the nano imprint resist layer;
Separating the nanoimprint mold from a nanoimprinted resist layer having a nano pattern formed in a columnar groove shape; And
And forming an n-type electrode by etching a part of the nanoimprinted resist layer having the nano-pattern of the columnar groove shape.
상기 나노 임프린트 몰드는 제1항의 나노 임프린트 몰드 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 발광다이오드 제조방법. 10. The method of claim 9,
Wherein the nanoimprint mold is fabricated by the method of manufacturing the nanoimprint mold according to claim 1.
상기 n형 질화물 반도체층과 상기 나노 임프린트 레지스트층 사이에 상기 n형 질화물 반도체층의 굴절률보다 작고 상기 나노 임프린트 레지스트층의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 굴절률 조절층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 제조방법. 10. The method of claim 9,
And forming a refractive index control layer between the n-type nitride semiconductor layer and the nanoimprinted resist layer, the refractive index control layer having a refractive index smaller than that of the n-type nitride semiconductor layer and higher than that of the nanoimprinted resist layer Of the light emitting diode.
상기 굴절률 조절층은 상기 발광층으로부터의 광을 서로 다른 굴절률로 굴절시키는 제1굴절률 조절층과 제2굴절률 조절층을 순차적으로 적층하여 형성하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 제조방법. 12. The method of claim 11,
Wherein the refractive index control layer is formed by sequentially laminating a first refractive index control layer and a second refractive index control layer which refract light from the light emitting layer to different refractive indexes.
상기 제1굴절률 조절층은 상기 n형 질화물 반도체층 상에 형성되고 상기 제1굴절률 조절층의 굴절률은 상기 n형 질화물 반도체층의 굴절률보다 작고,
상기 제2굴절률 조절층은 상기 제1굴절률 조절층 상에 형성되고 상기 제2굴절률 조절층의 굴절률은 상기 제1굴절률 조절층의 굴절률보다 작고 상기 나노 임프린트 레지스트층의 굴절률보다 큰 것을 특징으로 하는 발광다이오드 제조방법. 13. The method of claim 12,
The first refractive index control layer is formed on the n-type nitride semiconductor layer, the refractive index of the first refractive index control layer is smaller than the refractive index of the n-type nitride semiconductor layer,
Wherein the second refractive index control layer is formed on the first refractive index control layer and the refractive index of the second refractive index control layer is smaller than the refractive index of the first refractive index control layer and greater than the refractive index of the nanoimprinted resist layer. A method of manufacturing a diode.
상기 제1굴절률 조절층은 ZnO, Al-doped ZnO, In-doped ZnO, Ga-doped ZnO, ZrO2, TiO2, SiO2, SiO, Al2O3, CuOX 및 ITO로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 제조방법. 12. The method of claim 11,
Said first refractive index adjustment layer is ZnO, Al-doped ZnO, In -doped ZnO, Ga-doped ZnO, ZrO 2, TiO 2, SiO 2, SiO, Al 2 O 3, CuO X and selected from the group consisting of ITO 1 Wherein the light emitting diode includes a plurality of light emitting diodes.
상기 제2굴절률 조절층은 MgO계 산화물인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 제조방법. 12. The method of claim 11,
Wherein the second refractive index control layer is a MgO-based oxide.
상기 제2굴절률 조절층을 구성하는 MgO계 산화물은 MgO에 다른 원소를 첨가하여 형성된 다원화합물인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 제조방법. 16. The method of claim 15,
Wherein the MgO-based oxide constituting the second refractive index-controlling layer is a multi-component compound formed by adding another element to MgO.
상기 n형 전극은 상기 기둥홈 형태의 나노 패턴이 형성된 나노 임프린트 레지스트층의 일부를 상기 n형 질화물 반도체층이 노출되도록 식각한 후 상기 식각된 영역에 전도성 물질을 증착하여 형성되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 제조방법. 10. The method of claim 9,
Wherein the n-type electrode is formed by etching a part of the nanoimprinted resist layer having the nano pattern of the columnar groove shape to expose the n-type nitride semiconductor layer, and then depositing a conductive material on the etched region. A method of manufacturing a diode.
입사되는 광을 산란시켜 반사시키기 위한 패턴이 형성되어 있는 기판 상에 n형 질화물 반도체층, 발광층 및 p형 질화물 반도체층을 형성하는 단계;
상기 p형 질화물 반도체층, 상기 발광층 및 상기 n형 질화물 반도체층의 일부를 메사 식각하여 상기 n형 질화물 반도체층의 일부를 노출시키는 단계;
상기 p형 질화물 반도체층 상에 투명전극을 형성하는 단계;
상기 투명전극 상에 나노 임프린트 레지스트층을 형성하는 단계;
기둥 형태의 나노 패턴이 형성되어 있는 나노 임프린트 몰드를 상기 나노 임프린트 레지스트층에 가압하여 상기 기둥 형태의 나노 패턴에 반전된 기둥홈 형태의 나노 패턴을 상기 나노 임프린트 레지스트층에 전사하는 단계;
상기 기둥홈 형태의 나노 패턴이 형성된 나노 임프린트 레지스트층으로부터 상기 나노 임프린트 몰드를 분리하는 단계; 및
상기 기둥홈 형태의 나노 패턴이 형성된 나노 임프린트 레지스트층의 일부를 식각하여 p형 반사전극을 형성하고 상기 n형 질화물 반도체층 상에 n형 전극을 형성하는 단계를 포함하는 발광다이오드 제조방법. A method of manufacturing a light emitting diode,
Forming an n-type nitride semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type nitride semiconductor layer on a substrate on which a pattern for scattering and reflecting incident light is formed;
Exposing a part of the n-type nitride semiconductor layer by mesa etching a part of the p-type nitride semiconductor layer, the light emitting layer and the n-type nitride semiconductor layer;
Forming a transparent electrode on the p-type nitride semiconductor layer;
Forming a nanoimprinted resist layer on the transparent electrode;
A step of pressing a nano imprint mold having a columnar nano pattern on the nano imprint resist layer to transfer nano patterns in the form of columnar inverted regions to the nano imprint resist layer;
Separating the nanoimprint mold from a nanoimprinted resist layer having a nano pattern formed in a columnar groove shape; And
And etching a part of the nanoimprinted resist layer having the nano-pattern of the columnar groove to form a p-type reflective electrode, and forming an n-type electrode on the n-type nitride semiconductor layer.
상기 나노 임프린트 몰드는 제1항의 나노 임프린트 몰드 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 발광다이오드 제조방법. 19. The method of claim 18,
Wherein the nanoimprint mold is fabricated by the method of manufacturing the nanoimprint mold according to claim 1.
상기 투명전극은 ITO인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 제조방법. 19. The method of claim 18,
Wherein the transparent electrode is ITO.
상기 p형 반사전극은 상기 기둥홈 형태의 나노 패턴이 형성된 나노 임프린트 레지스트층의 일부를 상기 투명전극이 노출되도록 식각한 후 상기 식각된 영역에 전도성 물질을 증착하여 형성되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 제조방법. 19. The method of claim 18,
Wherein the p-type reflective electrode is formed by etching a part of the nanoimprint resist layer in which the nano pattern of the columnar groove shape is formed to expose the transparent electrode, and then depositing a conductive material on the etched area. Way.
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