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KR101346802B1 - Light emitting diode with improved light extraction efficiency and method of fabricating the same - Google Patents

Light emitting diode with improved light extraction efficiency and method of fabricating the same Download PDF

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KR101346802B1
KR101346802B1 KR1020120043115A KR20120043115A KR101346802B1 KR 101346802 B1 KR101346802 B1 KR 101346802B1 KR 1020120043115 A KR1020120043115 A KR 1020120043115A KR 20120043115 A KR20120043115 A KR 20120043115A KR 101346802 B1 KR101346802 B1 KR 101346802B1
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KR
South Korea
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light emitting
layer
light
material layer
semiconductor layer
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KR1020120043115A
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KR20130120107A (en
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이종람
송양희
유철종
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포항공과대학교 산학협력단
주식회사 포스코엘이디
서울바이오시스 주식회사
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Abstract

개선된 광 추출 효율을 갖는 발광다이오드 및 그 제조 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 발광다이오드는, 하부 반도체층, 활성층, 상부 반도체층을 포함하는 발광 구조체, 상기 발광 구조체 상에 위치하며 상기 상부 반도체층의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 광 추출 구조체를 포함하고, 상기 광 추출 구조체는 고화 물질층을 포함함과 아울러 상부에 나노 패턴을 갖고, 상기 광 추출 구조체는 하부 영역에 비해 상부 영역이 더 낮은 굴절률을 갖는다.
상기 하부 영역에 비해 상기 상부 영역이 더 낮은 굴절률을 갖는 상기 광 추출 구조체에 의해 광의 소자내의 내부 전반사를 감소시킬 수 있어 발광다이오드의 광 추출 효율을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발광다이오드 제조 방법은 점성을 갖는 물질로부터 고화된 물질층을 포함하는 광 추출 구조체를 포함하여 단순화된 공정으로 신뢰성있는 발광다이오드를 제조하는 방법을 제공한다.
Disclosed are a light emitting diode having improved light extraction efficiency and a method of manufacturing the same. The light emitting diode according to the present invention includes a light emitting structure including a lower semiconductor layer, an active layer, and an upper semiconductor layer, a light extracting structure positioned on the light emitting structure and having a refractive index lower than that of the upper semiconductor layer. The extraction structure includes a layer of solidification material and has a nanopattern on top, and the light extraction structure has a lower refractive index in the upper region than in the lower region.
Compared with the lower region, the upper region may reduce total internal reflection of light in the device by the light extracting structure having a lower refractive index, thereby improving light extraction efficiency of the light emitting diode.
In addition, the light emitting diode manufacturing method according to the present invention provides a method for manufacturing a reliable light emitting diode in a simplified process including a light extraction structure comprising a layer of material solidified from a viscous material.

Description

개선된 광 추출 효율을 갖는 발광다이오드 및 그것을 제조하는 방법{LIGHT EMITTING DIODE WITH IMPROVED LIGHT EXTRACTION EFFICIENCY AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}LIGHT EMITTING DIODE WITH IMPROVED LIGHT EXTRACTION EFFICIENCY AND METHOD OF FABRICATING THE SAME

본 발명은 발광다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광 추출 구조체를 적용하여 광 추출 효율이 개선된 발광다이오드 및 그것을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a light emitting diode, and more particularly, to a light emitting diode having improved light extraction efficiency by applying a light extraction structure and a method of manufacturing the same.

백색광원 질화갈륨계 발광다이오드는 에너지 변환 효율이 높고, 수명이 길며, 저전압 구동이 가능하며 복잡한 구동회로가 필요치 않은 등의 장점이 있어, 가까운 미래에 백열등, 형광등, 수은등과 같은 기존의 광원을 대체할 고체 조명(solid-state lighting)으로 기대를 모으고 있다. 이러한 질화갈륨계 발광다이오드가 기존의 광원을 대체하여 새로운 백색광원으로 사용되기 위해서는 열적 안정성이 뛰어나야 할 뿐만 아니라 낮은 소비 전력에서도 고출력 빛을 발할 수 있어야 하므로, 발광다이오드의 효율은 앞으로의 발광다이오드 이용에 있어서 매우 중요한 문제이다.The white light source gallium nitride-based light emitting diode has the advantages of high energy conversion efficiency, long life, low voltage driving and no complicated driving circuit, so it replaces existing light sources such as incandescent lamp, fluorescent lamp and mercury lamp in the near future. We are looking forward to solid-state lighting. In order to use the gallium nitride-based light emitting diode as a new white light source to replace the existing light source, the gallium nitride-based light emitting diode must not only have excellent thermal stability but also be able to emit high output light at low power consumption. Is a very important issue.

발광다이오드의 발광 효율은 내부 양자 효율(internal quantum efficiency), 광 추출 효율(extraction efficiency) 에 의해 주로 결정된다. 특히 광 추출 효율은 활성층에서 방출된 광자들이 발광다이오드 외부, 즉 자유 공간으로 방출되는 비율을 의미하는데, 이러한 광 추출 효율이 낮은 경우 소자의 내부 양자 효율이 높다고 하더라도 자유 공간으로 빠져나오는 광자의 수가 적어지게 되므로 발광다이오드의 실제 광원으로서의 효율은 크게 떨어지게 된다. The luminous efficiency of the light emitting diode is mainly determined by the internal quantum efficiency and the light extraction efficiency. In particular, the light extraction efficiency refers to the rate at which photons emitted from the active layer are emitted to the outside of the light emitting diode, that is, to the free space. When the light extraction efficiency is low, the number of photons exiting into the free space is small even though the internal quantum efficiency of the device is high. As a result, the efficiency of the light emitting diode as an actual light source is greatly reduced.

종래의 발광다이오드를 보면, 광이 자유 공간으로 빠져나오는 경로에서 GaN계 기판(nGaN=2.4), 사파이어 기판(nsapphire=1.77), ITO 전극(nITO=1.9)등과 공기(nair=1.0)간의 계면에서 굴절률의 차이로 인한 내부 전반사가 발생하여 상당한 양의 빛이 포획(trapped)되어 광 추출 효율이 크게 떨어지는 문제가 있었다. 이에 상기의 내부 전반사 현상을 효과적으로 줄이고 광 추출 효율을 높이기 위해, 소자를 에칭하여 빛이 방출되기 쉬운 구조를 만들거나, LED칩 구조를 바꾸거나, 반사판을 제거하거나, 또는 LED 칩의 표면을 가공하는 등 여러 기술들이 연구 개발되고 있다. In the conventional light emitting diode, a GaN-based substrate (n GaN = 2.4), a sapphire substrate (n sapphire = 1.77), an ITO electrode (n ITO = 1.9), and air (n air = 1.0) in a path through which light escapes to free space Internal total reflection occurs due to the difference in refractive index at the interface between), which causes a considerable amount of light to be trapped, resulting in a significant drop in light extraction efficiency. In order to effectively reduce the total internal reflection phenomenon and increase the light extraction efficiency, the device may be etched to form a structure that is easy to emit light, change the structure of the LED chip, remove the reflector, or process the surface of the LED chip. Several technologies are being researched and developed.

구체적으로, PSS(Patterned Sapphire Substrate) 표면가공기술, p-GaN 러프니스(roughness) 성장기술, PBG(photonic Band Gap) 기술, 레이저를 이용한 표면가공기술, 표면 플라즈몬 형성기술, 골드 입자 배열을 이용한 표면가공 기술 등이 연구, 개발되어 사용되고 있다.Specifically, PSS (Patterned Sapphire Substrate) surface processing technology, p-GaN roughness growth technology, photonic band gap (PBG) technology, surface processing technology using laser, surface plasmon formation technology, surface using gold particle array Processing technology is researched, developed and used.

그러나, 상기의 기술들은 공정방법이 매우 복잡하고 고가의 장비들을 사용하여 공정단가를 상승시키고, 아울러 p형 반도체층은 그 두께가 얇고 도핑에 의한 전기 전도도가 상대적으로 낮아 표면 형상을 변형시키기 어려운 단점이 있다. 또한, 높은 에너지를 이용하는 공정들은 발광다이오드 소자를 손상시킬 수 있어 발광다이오드 소자의 신뢰성이 떨어지는 단점이 있다.However, the above-mentioned techniques are difficult to deform the surface shape because the process method is very complicated and expensive equipment is used to increase the process cost, and the p-type semiconductor layer is thin and its electrical conductivity due to doping is relatively low. There is this. In addition, processes using high energy may damage the light emitting diode device, which may lower the reliability of the light emitting diode device.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광 추출 효율이 개선되도록 광 추출 구조체를 갖는 발광다이오드 및 그것을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a light emitting diode having a light extraction structure and a method of manufacturing the same so that the light extraction efficiency is improved.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 개선된 광 추출 효율을 갖는 것과 동시에 공정이 간단하면서도 신뢰성이 확보되는 발광다이오드의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a light emitting diode having improved light extraction efficiency and a simple and reliable process.

본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드는, 하부 반도체층, 활성층, 상부 반도체층을 포함하는 발광 구조체; 상기 발광 구조체 상에 위치하며 상기 상부 반도체층의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 광 추출 구조체를 포함하고, 상기 광 추출 구조체는 고화 물질층을 포함함과 아울러 상부에 나노 패턴을 갖고, 상기 광 추출 구조체는 하부 영역에 비해 상부 영역이 더 낮은 굴절률을 갖는다.In one embodiment, a light emitting diode includes: a light emitting structure including a lower semiconductor layer, an active layer, and an upper semiconductor layer; And a light extracting structure positioned on the light emitting structure and having a refractive index lower than that of the upper semiconductor layer, wherein the light extracting structure includes a solidified material layer and has a nanopattern thereon. The upper region has a lower refractive index than the lower region.

상부에 나노 패턴을 가지며 상기 하부 영역에 비해 상기 상부 영역이 더 낮은 굴절률을 갖는 상기 광 추출 구조체에 의해 내부 전반사를 감소시키면서 광을 방출할 수 있어 발광다이오드의 광 추출 효율을 개선할 수 있다.The light extraction structure having a nano pattern on the top and the light extraction structure having a lower refractive index than the bottom area can emit light while reducing total internal reflection, thereby improving light extraction efficiency of the light emitting diode.

상기 광 추출 구조체는 상기 나노패턴을 갖는 상부 물질층; 및 상기 상부 물질층과 상기 상부 반도체층 사이에 개재되는 하부 물질층을 포함하되, 상기 하부 물질층은 적어도 하나의 고화 물질층을 포함할 수 있다.The light extracting structure includes an upper material layer having the nanopattern; And a lower material layer interposed between the upper material layer and the upper semiconductor layer, wherein the lower material layer may include at least one solidification material layer.

또한, 상기 광 추출 구조체는 하부로부터 상부까지 굴절률이 연속적으로 작아질 수 있다.In addition, the light extraction structure may be continuously reduced in refractive index from the bottom to the top.

아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드는 상기 반도체층 및 상기 광 추출 구조체 사이에 위치하는 투명전극을 더 포함할 수 있고, 상기 투명전극은 ITO, ZnO 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 형성될 수 있다.In addition, the light emitting diode according to an embodiment of the present invention may further include a transparent electrode positioned between the semiconductor layer and the light extraction structure, the transparent electrode is formed of any one or a mixture of ITO, ZnO Can be.

상기 광 추출 구조체는 나노 임프린트 레진, 포토레지스트, 폴리이미드, 졸-겔, 및 SOG에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.The light extracting structure may include any one selected from nanoimprint resin, photoresist, polyimide, sol-gel, and SOG, or a mixture thereof.

상기 적어도 하나의 고화 물질층은 상기 상부 물질층과 상기 상부 반도체층 사이에 위치하는 제1 고화 물질층; 및 상기 제1 고화 물질층과 상기 상부 물질층 사이에 위치하는 제2 고화 물질층을 포함하고, 상기 제1 고화 물질층은 SOG로 형성되고, 상기 제2 고화 물질층은 ITO로 형성될 수 있다.The at least one solid material layer may include a first solid material layer disposed between the upper material layer and the upper semiconductor layer; And a second solidifying material layer positioned between the first solidifying material layer and the upper material layer, wherein the first solidifying material layer is formed of SOG, and the second solidifying material layer may be formed of ITO. .

또한, 상기 광 추출 구조체는 최하부 고화 물질층으로부터 상기 상부 물질층까지 굴절률이 순차적으로 작아질 수 있다.In addition, the light extracting structure may sequentially decrease the refractive index from the lowermost solidified material layer to the upper material layer.

상기 하부 물질층 내의 고화 물질층 각각은 발광 파장의 0.5 배인 광학두께를 갖는 발광다이오드.Each solidifying material layer in the lower material layer has an optical thickness of 0.5 times the emission wavelength.

상기 나노패턴은 뿔 형상, 반구 형상, 또는 실린더 형상을 포함할 수 있고, 또한 상기 나노패턴은 벌집모양 구조일 수 있다.The nanopattern may include a horn shape, a hemispherical shape, or a cylinder shape, and the nanopattern may have a honeycomb structure.

상기 발광 구조체는 하부 반도체층의 일부 영역이 노출된 메사 구조일 수 있으며, 상기 투명 전극에 연결되는 제1 전극 및 상기 하부 반도체층에 연결되는 제2 전극을 더 포함할 수 있고, 상기 하부 물질층은 상기 노출된 하부 반도체층을 덮을 수 있다.The light emitting structure may have a mesa structure in which a portion of the lower semiconductor layer is exposed, and may further include a first electrode connected to the transparent electrode and a second electrode connected to the lower semiconductor layer, and the lower material layer May cover the exposed lower semiconductor layer.

본 발명의 일실시예에 따른 발광다이오드 제조방법은, 하부 반도체층, 활성층, 및 상부 반도체층을 포함하는 발광 구조체를 형성하고, 상기 발광 구조체 상에 상기 상부 반도체층에 비해 낮은 굴절률을 갖고 상부에 나노 패턴을 갖는 광 추출 구조체를 형성하는 것을 포함하되, 상기 광 추출 구조체를 형성하는 것은 상기 발광 구조체 상에 고화 물질층을 형성하는 것을 포함하고, 상기 광 추출 구조체는 하부 영역에 비해 상부 영역이 더 낮은 굴절률을 갖을 수 있다.The light emitting diode manufacturing method according to an embodiment of the present invention, forming a light emitting structure including a lower semiconductor layer, an active layer, and an upper semiconductor layer, and has a lower refractive index than the upper semiconductor layer on the light emitting structure Forming a light extracting structure having a nanopattern, wherein forming the light extracting structure includes forming a solidified material layer on the light emitting structure, the light extracting structure having a top region more than a bottom region; It can have a low refractive index.

상기 광 추출 구조체를 형성하는 것은, 고화 물질층을 형성하는 것을 포함함으로써 단순화되고 신뢰성이 높은 공정을 통해 광 추출 구조체를 형성할 수 있고, 이로인해 광 추출 효율을 개선할 수 있다.Forming the light extracting structure may include forming a solidified material layer to form the light extracting structure through a simplified and highly reliable process, thereby improving light extraction efficiency.

한편, 상기 광 추출 구조체를 형성하는 것은, 상기 발광 구조체 상에 적어도 하나의 고화 물질층을 포함하는 하부 물질층을 형성하고, 상기 하부 물질층 상에 상기 나노 패턴을 갖는 상부 물질층을 형성하는 것을 포함할 수 있다.The forming of the light extracting structure may include forming a lower material layer including at least one solidifying material layer on the light emitting structure, and forming an upper material layer having the nanopattern on the lower material layer. It may include.

또한, 상기 광 추출 구조체를 형성하는 것은, 상기 발광 구조체 상에 밀도가 다른 둘 이상의 예비 물질이 혼합된 예비 물질 혼합물을 도포하고, 상기 예비 물질이 밀도에 따라 배열되도록 상기 예비 물질 혼합물을 상기 발광 구조체 상에서 유지하고, 상기 예비 물질 혼합물을 고화하여 고화 물질층을 형성하는 것을 포함할 수 있다.The forming of the light extracting structure may include applying a preliminary material mixture in which at least two preliminary materials having different densities are mixed on the light emitting structure, and converting the preliminary material mixture into the light emitting structure such that the preliminary materials are arranged according to the density. Retaining in the phase and solidifying the preliminary material mixture to form a solid material layer.

상기 광 추출 구조체를 형성하기 전에, 상기 발광 구조체 상에 투명전극을 형성하는 것을 더 포함할 수 있고, 상기 상부 반도체층 및 상기 활성층의 일부를 식각하여 상기 하부 반도체층의 일부 영역을 노출하는 것을 더 포함할 수 있다.Before forming the light extracting structure, the method may further include forming a transparent electrode on the light emitting structure, and etching a portion of the upper semiconductor layer and the active layer to expose a portion of the lower semiconductor layer. It may include.

또한, 상기 하부 반도체층 및 상부 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 것을 더 포함할 수 있고, 상기 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 것은 상기 광 추출 구조체의 일부 영역을 식각하여 상기 상부 반도체층 및 상기 하부 반도체층 일부 영역을 노출하는 것을 포함할 수 있다.The method may further include forming a first electrode and a second electrode electrically connected to the lower semiconductor layer and the upper semiconductor layer, and forming the first electrode and the second electrode may be a partial region of the light extracting structure. Etching may include exposing a portion of the upper semiconductor layer and the lower semiconductor layer.

한편, 상기 고화 물질층을 형성하는 것은, 상기 발광 구조체 상에 스핀코팅, 바 코팅, 및 닥터 블레이드 중 어느 하나의 방법으로 예비 물질을 도포하고, 상기 예비 물질을 고화하는 것을 포함할 수 있고, 상기 예비 물질은 나노 임프린트 레진, 포토레지스트, 폴리이미드, 졸-겔, 및 SOG에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.The forming of the solid material layer may include applying a preliminary material to the light emitting structure by any one of spin coating, bar coating, and a doctor blade, and solidifying the preliminary material. The preliminary material may comprise any one selected from nanoimprint resin, photoresist, polyimide, sol-gel, and SOG or mixtures thereof.

상기 하부 물질층 내의 고화 물질층 각각은 발광 파장의 0.5 배인 광학 두께를 갖을 수 있다.Each layer of solidification material in the lower material layer may have an optical thickness that is 0.5 times the emission wavelength.

또한, 상기 하부 물질층은 제1 고화물질층 및 상기 제1 고화물질층 상에 위치하는 제2 고화물질층을 포함하고, 상기 제1 고화물질층은 SOG로 형성되고, 상기 제2 고화물질층은 ITO로 형성될 수 있다.In addition, the lower material layer includes a first solid material layer and a second solid material layer positioned on the first solid material layer, wherein the first solid material layer is formed of SOG and the second solid material layer May be formed of ITO.

한편, 상기 광 추출 구조체를 형성하는 것은, 상기 발광 구조체 상에 예비 물질을 도포하고, 상기 예비 물질에 나노 임프린트 몰드의 패턴을 전사하고, 상기 예비 물질을 고화시키는 것을 포함할 수 있고, 상기 나노 임프린트 몰드의 패턴을 전사하는 것은, 상기 예비 물질에 대하여 상기 나노 임프린트 몰드를 1-3 바(bar)의 압력으로 가압할 수 있다.The forming of the light extracting structure may include coating a preliminary material on the light emitting structure, transferring a pattern of a nano imprint mold to the preliminary material, and solidifying the preliminary material. Transferring the pattern of the mold may pressurize the nanoimprint mold to a pressure of 1-3 bar against the preliminary material.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 발광다이오드는 GaN계 반도체층보다 낮은 굴절률을 갖으면서 동시에 상부 영역의 굴절률이 하부 영역의 굴절률보다 낮은 광 추출 구조체를 포함함으로써 내부 전반사를 감소시켜 광 추출 효율을 개선하는 효과가 있다.As described above, the light emitting diode according to the present invention includes a light extracting structure having a lower refractive index than that of the GaN-based semiconductor layer and at the same time having a lower refractive index than that of the lower region, thereby reducing total internal reflection to improve light extraction efficiency. It works.

또한, 고화 물질을 이용하여 광 추출 구조체를 형성함으로써 발광 다이오드의 제조 공정을 단순화할 수 있으며 발광 다이오드의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. In addition, by forming the light extraction structure using the solidified material it is possible to simplify the manufacturing process of the light emitting diode and to improve the reliability of the light emitting diode.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드를 설명하기 위한 단면도 이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드와 비교 대상 발광다이오드들 간의 광 추출 효율을 비교하여 도시한 그래프이다.
1 is a cross-sectional view for describing a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view for describing a light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view for describing a light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
4 to 8 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
9 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
10 to 12 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a graph illustrating light extraction efficiency between light emitting diodes and light emitting diodes to be compared according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상부에" 또는 "상에" 있다고 기재된 경우 각 부분이 다른 부분의 "바로 상부" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라 각 부분과 다른 부분의 사이에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are provided by way of example so that those skilled in the art can sufficiently convey the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in other forms. In the drawings, the width, length, thickness, etc. of components may be exaggerated for convenience. It will also be appreciated that where parts of a layer, film, area, plate, etc. are described as being "on top" or "on" another part, And includes another portion between the other portions. Like numbers refer to like elements throughout.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도 이다.1 is a cross-sectional view illustrating a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 상기 발광 다이오드는, 기판(17), 발광 구조체(10), 광 추출 구조체(20)를 포함한다. 나아가, 상기 발광 다이오드는 제1 전극(31), 제2 전극(33), 및 투명 전극(19)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the light emitting diode includes a substrate 17, a light emitting structure 10, and a light extracting structure 20. Furthermore, the light emitting diode may further include a first electrode 31, a second electrode 33, and a transparent electrode 19.

상기 기판(17)은 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 사파이어 기판, SiC 기판, 스피넬 기판, Si 기판 또는 GaN계 기판일 수 있다. 상기 기판(17)은 성장기판일 수 있다. 또한, 상부면에 패터닝된 사파이어 기판(PSS)과 같은 소정의 패턴을 가질 수 있다. The substrate 17 is not particularly limited, and may be, for example, a sapphire substrate, a SiC substrate, a spinel substrate, a Si substrate, or a GaN based substrate. The substrate 17 may be a growth substrate. In addition, the upper surface may have a predetermined pattern, such as a patterned sapphire substrate (PSS).

상기 기판(17) 상부에 발광 구조체(10)가 위치한다. 상기 발광 구조체(10)는 하부 반도체층(11), 활성층(13), 및 상부 반도체층(15)을 포함하며, 상기 활성층(13)은 하부 반도체층(11)과 상부 반도체층(15) 사이에 위치한다. 여기서, 상부 및 하부 반도체층(11, 15)은 서로 다른 도전형 반도체로서, 예컨대 상부 반도체층(15)은 p형이고, 하부 반도체층(11)은 n형일 수 있고, 또는 그 반대일 수 있다. 또한, 상기 기판(17)과 발광 구조체(10) 사이에 버퍼층이 개재될 수 있다.The light emitting structure 10 is positioned on the substrate 17. The light emitting structure 10 includes a lower semiconductor layer 11, an active layer 13, and an upper semiconductor layer 15, and the active layer 13 is disposed between the lower semiconductor layer 11 and the upper semiconductor layer 15. Located in Here, the upper and lower semiconductor layers 11 and 15 may be different conductive semiconductors, for example, the upper semiconductor layer 15 may be p-type, and the lower semiconductor layer 11 may be n-type or vice versa. . In addition, a buffer layer may be interposed between the substrate 17 and the light emitting structure 10.

상기 하부 반도체층(11), 활성층(13), 및 상부 반도체층(15)은 GaN계 화합물 반도체 물질((Al, Ga, In)N)로 형성될 수 있다. 상기 활성층(13)은 필요로하는 파장의 광을 방출하도록, 예컨대 청색광 또는 자외선을 방출하도록 조성원소 및 조성비가 조절된 GaN계 화합물로 형성될 수 있다. 하부 반도체층(11) 및 상부 반도체층(15)은 각각 단일층 또는 다중층일 수 있다. 예를 들어, 하부 반도체층(11) 및/또는 상부 반도체층(15)은 콘택층과 클래드층을 포함할 수 있으며, 또한 초격자층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 활성층(13)은 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조(Multi Quantum Well, MQW)일 수 있다.The lower semiconductor layer 11, the active layer 13, and the upper semiconductor layer 15 may be formed of a GaN-based compound semiconductor material ((Al, Ga, In) N). The active layer 13 may be formed of a GaN-based compound whose composition element and composition ratio are adjusted to emit light of a required wavelength, for example, to emit blue light or ultraviolet light. The lower semiconductor layer 11 and the upper semiconductor layer 15 may each be a single layer or multiple layers. For example, the lower semiconductor layer 11 and / or the upper semiconductor layer 15 may include a contact layer and a cladding layer, and may also include a superlattice layer. In addition, the active layer 13 may be a single quantum well structure or a multi quantum well structure (MQW).

상기 발광 구조체(10)의 반도체층들(11, 13, 15)은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy), 또는 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)기술을 사용하여 형성될 수 있으며, 사진 및 식각 공정을 사용하여 상기 하부 반도체층(11)의 일부 영역이 노출되도록 패터닝될 수 있다. 상기 활성층(13) 및 상기 상부 반도체층(15)이 메사 구조를 갖도록 패터닝될 수 있다.The semiconductor layers 11, 13, and 15 of the light emitting structure 10 may be formed using a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), a molecular beam epitaxy (MBE), or a hybrid vapor phase epitaxy (HVPE) technology. By using a photo process and an etching process, a portion of the lower semiconductor layer 11 may be patterned to be exposed. The active layer 13 and the upper semiconductor layer 15 may be patterned to have a mesa structure.

한편, 상기 투명 전극(19)은 상기 상부 반도체층(15) 상에 위치할 수 있으며, 상기 광 추출 구조체(20) 아래에 위치할 수 있다. 상기 투명 전극은 ITO, IZO, 또는 ZnO 중 어느 하나로 형성될 수 있고, 또는 이들의 혼합물로 형성될 수 있다. 또한, 상기 투명 전극(19)은 100~500nm의 두께를 가질 수 있다.The transparent electrode 19 may be positioned on the upper semiconductor layer 15 and may be positioned below the light extracting structure 20. The transparent electrode may be formed of any one of ITO, IZO, or ZnO, or may be formed of a mixture thereof. In addition, the transparent electrode 19 may have a thickness of 100 ~ 500nm.

상기 광 추출 구조체(20)는 상기 발광 구조체(10) 상에 위치한다. 상기 광 추출 구조체(20)는 제1 고화 물질층(21), 제2 고화 물질층(23), 및 상부 물질층(25)을 포함할 수 있다. 또한, 상부 물질층(25)은 상면에 나노패턴(25a)을 포함할 수 있다. 도시하지 않았으나, 상기 광 추출 구조체(20)는 더 적은 수의 층을 포함할 수 있고, 또는 더 많은 수의 층을 포함할 수 있다. The light extracting structure 20 is located on the light emitting structure 10. The light extracting structure 20 may include a first solidified material layer 21, a second solidified material layer 23, and an upper material layer 25. In addition, the upper material layer 25 may include a nanopattern 25a on the top surface. Although not shown, the light extracting structure 20 may include fewer layers, or may include more layers.

상기 광 추출 구조체(20)의 각 층은 액상물질이나 졸 물질과 같이 코팅이 가능한 점성을 갖는 예비 물질을 고화시켜 형성될 수 있다. 예컨대, 나노 임프린트 레진, 포토레지스트, 폴리이미드, 졸-겔(sol-gel), 및 SOG(Spin-on-Glass)에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 고화 물질층(21)은 SOG로 형성될 수 있고, 상기 제2 고화 물질층(23)은 ITO sol-gel로 형성될 수 있으며, 상기 상부 물질층(25)은 PUA(Polyurethane acrylate)로 형성될 수 있다.Each layer of the light extracting structure 20 may be formed by solidifying a preliminary material having a viscosity that may be coated, such as a liquid material or a sol material. For example, it may be formed of any one selected from nanoimprint resin, photoresist, polyimide, sol-gel, and spin-on-glass (SOG) or a mixture thereof. Specifically, the first solidified material layer 21 may be formed of SOG, the second solidified material layer 23 may be formed of ITO sol-gel, and the upper material layer 25 may be formed of PUA ( Polyurethane acrylate) may be formed.

상기 광 추출 구조체(20)의 각 층은, 상기 점성을 갖는 예비 물질이 스핀코팅, 바 코팅, 및 닥터 블레이드 등의 방법으로 도포된 후, 열경화 또는 자외선 경화 등의 방법으로 고화되어 형성될 수 있다. 상기 제1 고화 물질층(21) 및 상기 제2 고화 물질층(23)은 내부에서 보강간섭을 일으켜 투과도를 개선할 수 있도록, 활성층(13)으로부터 방출되는 광의 파장의 0.5배에 해당되는 광학적 두께(optical thickness)를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 고화 물질층(21)은 상기 상부 반도체층(15) 상에 형성된 층의 두께보다 상기 하부 반도체층(11) 상에 형성된 층이 더 두껍게 형성될 수 있다. 이때, 상기 제1 고화 물질층(21)은 발광 구조체(10)의 메사 측벽을 덮을 수 있다.Each layer of the light extracting structure 20 may be formed by applying the viscous preliminary material by spin coating, bar coating, doctor blade, or the like, and then solidifying by thermosetting or ultraviolet curing. have. The first solidified material layer 21 and the second solidified material layer 23 have an optical thickness corresponding to 0.5 times the wavelength of light emitted from the active layer 13 so as to cause reinforcement interference and improve transmittance therein. It may have an optical thickness, but is not limited thereto. The first solidified material layer 21 may have a thicker layer formed on the lower semiconductor layer 11 than the thickness of the layer formed on the upper semiconductor layer 15. In this case, the first solid material layer 21 may cover the mesa sidewall of the light emitting structure 10.

상기 광 추출 구조체(20)는 상기 발광 구조체(10)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는다. 나아가, 상기 광 추출 구조체(20)는 상기 투명 전극(19)보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 또한, 상기 광 추출 구조체(20)는 하부 영역에 비해 상부 영역이 더 낮은 굴절률을 가질 수 있으며, 굴절률의 변화는 연속적일 수 있고, 또는 순차적으로 단속적일 수 있다. 예컨대, 제1 고화 물질층(21)은 굴절률이 1.75인 SOG로 형성될 수 있고, 제2 고화 물질층(23)은 ITO sol-gel을 이용하여 형성된 굴절률이 1.6인 ITO로 형성될 수 있으며, 상부 물질층(25)은 굴절률이 1.45인 PUA로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 광 추출 구조체(20)의 각각의 물질층(21, 23, 25) 간의 굴절률 차이가 작아지게 되므로, 굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 작은 매질로 광이 입사할 때 계면에서 발생되는 전반사 현상을 효과적으로 방지할 수 있어 광 추출 효율을 개선할 수 있다.The light extracting structure 20 has a refractive index lower than that of the light emitting structure 10. In addition, the light extracting structure 20 may have a lower refractive index than the transparent electrode 19. In addition, the light extracting structure 20 may have a lower refractive index in the upper region than in the lower region, and the change in the refractive index may be continuous, or may be sequentially intermittent. For example, the first solidified material layer 21 may be formed of SOG having a refractive index of 1.75, and the second solidified material layer 23 may be formed of ITO having a refractive index of 1.6 formed using ITO sol-gel. The upper material layer 25 may be formed of PUA having a refractive index of 1.45. Accordingly, the difference in refractive index between the material layers 21, 23, and 25 of the light extracting structure 20 is reduced, so that total reflection generated at the interface when light is incident on the medium having a small refractive index from the medium having a large refractive index The phenomenon can be effectively prevented, so that the light extraction efficiency can be improved.

한편, 상기 광 추출 구조체(20)는 상부에 나노패턴(25a)을 갖는다. 발광다이오드 상면에 나노패턴(25a)을 형성함으로써 방출되는 광이 계면에서 임계각을 벗어나지 않도록 할 수 있고, 이로 인해 내부 전반사 현상을 방지하여 광 추출 효율을 개선할 수 있다. On the other hand, the light extraction structure 20 has a nano-pattern 25a on the top. By forming the nanopattern 25a on the upper surface of the light emitting diode, the emitted light may be kept from the critical angle at the interface, thereby preventing total internal reflection and improving light extraction efficiency.

상기 나노패턴(25a)은 나노 임프린팅 공정을 이용하여 형성될 수 있으며, 뿔 형상, 반구 형상, 또는 실린더 형상 등을 가질 수 있다. 예컨대, 도 1에 도시된 상기 나노패턴(25a)은 밑 지름 400nm, 높이 200nm, 간격 400nm인 원뿔 형상이고, 이들 원뿔은 벌집모양의 구조로 배치된다. 상기 나노패턴(25a)을 형성하는 나노 임프린팅 공정은 후술하여 상세히 설명한다.The nanopattern 25a may be formed using a nanoimprinting process, and may have a horn shape, a hemispherical shape, a cylinder shape, or the like. For example, the nanopattern 25a shown in FIG. 1 has a cone shape having a bottom diameter of 400 nm, a height of 200 nm, and a gap of 400 nm, and these cones are arranged in a honeycomb structure. The nanoimprinting process for forming the nanopattern 25a will be described in detail later.

상기 발광다이오드는 상부 반도체층(15) 상에 위치하는 제1 전극(31) 및 상기 하부 반도체층(11)이 노출된 영역 상에 위치하는 제2 전극(33)을 포함한다. 여기서, 상기 제1 전극(31)은 상부 반도체층(15)에 전기적으로 접속되고, 상기 제2 전극(33)은 상기 하부 반도체층(11)에 전기적으로 접속된다.The light emitting diode includes a first electrode 31 positioned on the upper semiconductor layer 15 and a second electrode 33 positioned on an area where the lower semiconductor layer 11 is exposed. Here, the first electrode 31 is electrically connected to the upper semiconductor layer 15, and the second electrode 33 is electrically connected to the lower semiconductor layer 11.

상기 전극들(31, 33)은 상기 광 추출 구조체(20)를 사진 및 식각 공정을 이용하여 상기 투명 전극(19) 또는 상기 상부 반도체층(15), 및 상기 하부 반도체층(11)이 노출되도록 하여 노출된 영역상에 형성될 수 있다. 또한, 상기 전극들(31, 33)은 상기 광 추출 구조체(20)로부터 돌출되어 형성될 수 있다.The electrodes 31 and 33 may expose the transparent electrode 19, the upper semiconductor layer 15, and the lower semiconductor layer 11 by using a photolithography and etching process on the light extracting structure 20. Can be formed on the exposed area. In addition, the electrodes 31 and 33 may protrude from the light extracting structure 20.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드를 설명하기 위한 단면도 이다. 2 is a cross-sectional view for describing a light emitting diode according to another exemplary embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 상기 발광다이오드는, 기판(47), 발광 구조체(40), 광 추출 구조체(50)를 포함한다. 나아가, 상기 발광 다이오드는 전극(61) 및 본딩층(49) 을 더 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 발광다이오드는 도 1을 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드와 대체로 유사하나, 다만 수직 구조의 발광다이오드인 점에서 다르다.Referring to FIG. 2, the light emitting diode includes a substrate 47, a light emitting structure 40, and a light extracting structure 50. Furthermore, the light emitting diode may further include an electrode 61 and a bonding layer 49. The light emitting diode shown in FIG. 2 is generally similar to the light emitting diode according to the exemplary embodiment of the present invention described with reference to FIG. 1, except that the light emitting diode is a light emitting diode having a vertical structure.

상기 기판(47)은 지지 기판으로서 금속 기판 또는 반도체 기판과 같은 도전성 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 절연성 기판일 수도 있다. 상기 기판(47)은 예컨대, 사파이어, Si, GaAs, GaP, AlGaINP, Ge, SiSe, GaN, AlInGaN 또는 InGaN 등으로 형성된 기판이나, Al, Zn, Ag, W, Ti, Ni, Au, Mo, Pt, Pd, Cu, Cr 또는 Fe의 단일 금속 또는 이들의 적층이나 합금을 포함하는 기판일 수 있다. The substrate 47 may be a conductive substrate such as a metal substrate or a semiconductor substrate as a support substrate, but is not limited thereto and may be an insulating substrate. The substrate 47 is, for example, a substrate formed of sapphire, Si, GaAs, GaP, AlGaINP, Ge, SiSe, GaN, AlInGaN or InGaN, but Al, Zn, Ag, W, Ti, Ni, Au, Mo, Pt It may be a substrate containing a single metal of Pd, Cu, Cr or Fe or a stack or alloy thereof.

상기 기판(47)과 상기 발광 구조체(40) 사이에 본딩층(49)이 위치할 수 있다. 또한, 본딩층(49)과 발광 구조체(40) 사이에 반사층(도시하지 않음) 및 확산방지층(도시하지 않음)이 더 개재될 수 있으며, 반사층은 활성층(43)으로부터 방출되어 하향하는 광을 반사되도록 하고, 확산방지층은 본딩층(49)으로부터 금속원소들이 반사층으로 확산되거나 반사층의 반사물질이 본딩층(49)으로 확산되는 것을 방지하여 반사층의 반사도를 유지시킨다.A bonding layer 49 may be located between the substrate 47 and the light emitting structure 40. In addition, a reflective layer (not shown) and a diffusion barrier layer (not shown) may be further interposed between the bonding layer 49 and the light emitting structure 40, and the reflective layer reflects light emitted from the active layer 43 and downwards. The diffusion barrier layer prevents the diffusion of metal elements from the bonding layer 49 into the reflective layer or the reflection material of the reflective layer into the bonding layer 49 to maintain the reflectivity of the reflective layer.

상기 본딩층(49) 상에 발광 구조체(40)가 위치한다. 상기 발광 구조체(40)는 하부 반도체층(41), 활성층(43), 및 상부 반도체층(45)을 포함하며, 상기 활성층(43)은 하부 반도체층(41)과 상부 반도체층(45) 사이에 위치한다. 여기서, 상부 및 하부 반도체층(11, 15)은 서로 다른 도전형 반도체로서, 예컨대 상부 반도체층(15)은 n형이고, 하부 반도체층(11)은 p형일 수 있고, 또는 그 반대일 수 있다.The light emitting structure 40 is positioned on the bonding layer 49. The light emitting structure 40 includes a lower semiconductor layer 41, an active layer 43, and an upper semiconductor layer 45, and the active layer 43 is disposed between the lower semiconductor layer 41 and the upper semiconductor layer 45. Located in Here, the upper and lower semiconductor layers 11 and 15 may be different conductive semiconductors, for example, the upper semiconductor layer 15 may be n-type, and the lower semiconductor layer 11 may be p-type or vice versa. .

상기 하부 반도체층(41), 활성층(43), 및 상부 반도체층(45)은 GaN계 화합물 반도체 물질((Al, Ga, In)N)로 형성될 수 있다. 상기 활성층(43)은 필요로하는 파장의 광을 방출하도록, 예컨대 청색광 또는 자외선을 방출하도록 조성원소 및 조성비가 조절된 GaN계 화합물로 형성될 수 있다. 하부 반도체층(41) 및 상부 반도체층(45)은 각각 단일층 또는 다중층일 수 있다. 예를 들어, 하부 반도체층(41) 및/또는 상부 반도체층(45)은 콘택층과 클래드층을 포함할 수 있으며, 또한 초격자층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 활성층(13)은 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조(Multi Quantum Well, MQW)일 수 있다.The lower semiconductor layer 41, the active layer 43, and the upper semiconductor layer 45 may be formed of GaN-based compound semiconductor material ((Al, Ga, In) N). The active layer 43 may be formed of a GaN-based compound whose composition element and composition ratio are adjusted to emit light of a required wavelength, for example, to emit blue light or ultraviolet light. The lower semiconductor layer 41 and the upper semiconductor layer 45 may each be a single layer or multiple layers. For example, the lower semiconductor layer 41 and / or the upper semiconductor layer 45 may include a contact layer and a cladding layer, and may also include a superlattice layer. In addition, the active layer 13 may be a single quantum well structure or a multi quantum well structure (MQW).

상기 광 추출 구조체(50)는 상기 발광 구조체(40) 상에 위치한다. 상기 광 추출 구조체(50)는 제1 고화 물질층(51), 제2 고화 물질층(53), 및 상부 물질층(55)을 포함할 수 있다. 또한, 상부 물질층(55)은 상면에 나노패턴(55a)을 포함할 수 있다. 도 2에 도시하지 않았으나, 상기 광 추출 구조체(20)는 더 적은 수의 층을 포함할 수 있고, 또는 더 많은 수의 층을 포함할 수 있다. The light extracting structure 50 is located on the light emitting structure 40. The light extracting structure 50 may include a first solid material layer 51, a second solid material layer 53, and an upper material layer 55. In addition, the upper material layer 55 may include a nanopattern 55a on the top surface. Although not shown in FIG. 2, the light extraction structure 20 may include fewer layers, or may include more layers.

상기 광 추출 구조체(50) 및 나노패턴(55a)은 도 1을 참조하여 설명한 광 추출 구조체(20) 및 나노패턴(25a)과 대체로 유사하며, 따라서 자세한 설명은 생략한다.The light extraction structure 50 and the nanopattern 55a are generally similar to the light extraction structure 20 and the nanopattern 25a described with reference to FIG. 1, and thus, detailed description thereof will be omitted.

상기 발광다이오드는 상부 반도체층(45) 상에 위치하는 전극(61)을 포함한다. 상기 전극(61)은 상부 반도체층(45)에 전기적으로 접속된다.The light emitting diode includes an electrode 61 positioned on the upper semiconductor layer 45. The electrode 61 is electrically connected to the upper semiconductor layer 45.

상기 전극(61)은 상기 광 추출 구조체(50)를 사진 및 식각 공정을 이용하여 상기 상부 반도체층(45)이 노출되도록 하여, 노출된 영역상에 형성될 수 있다. 또한, 상기 전극(61)은 상기 광 추출 구조체(50)로부터 돌출되어 형성될 수 있다.The electrode 61 may be formed on the exposed region by allowing the light extracting structure 50 to expose the upper semiconductor layer 45 by using a photolithography and etching process. In addition, the electrode 61 may be formed to protrude from the light extracting structure 50.

한편, 상기 기판((47)이 도전성 기판인 경우, 상기 기판(47)이 전극으로 사용될 수 있으며, 또는 상기 기판(47) 하부에 금속 전극이 추가될 수 있다. 이와 달리, 상기 기판(47)이 절연성 기판인 경우, 상기 하부 반도체층(41)에 전기적으로 접속된 전극이 상기 기판(47) 상부 또는 하부에 추가로 형성될 수 있다.Meanwhile, when the substrate 47 is a conductive substrate, the substrate 47 may be used as an electrode, or a metal electrode may be added below the substrate 47. Alternatively, the substrate 47 may be added. In the case of the insulating substrate, an electrode electrically connected to the lower semiconductor layer 41 may be further formed above or below the substrate 47.

한편, 도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.3 is a cross-sectional view for describing a light emitting diode according to another embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 발광다이오드는, 기판(17), 발광 구조체(10), 광 추출 구조체(71)를 포함한다. 나아가, 상기 발광 다이오드는 제1 전극(31), 제2 전극(33), 및 투명 전극(19)을 더 포함할 수 있다. 상기 도 3을 참조하여 설명하는 발광다이오드는 광 추출 구조체(71)에 차이가 있는 점을 제외하면 도 1을 참조하여 설명한 발광다이오드와 대체로 유사하다. 이하, 상기 광 추출 구조체(71)에 대하여 설명한다.Referring to FIG. 3, the light emitting diode includes a substrate 17, a light emitting structure 10, and a light extracting structure 71. Furthermore, the light emitting diode may further include a first electrode 31, a second electrode 33, and a transparent electrode 19. The light emitting diode described with reference to FIG. 3 is generally similar to the light emitting diode described with reference to FIG. 1 except that there is a difference in the light extraction structure 71. Hereinafter, the light extraction structure 71 will be described.

상기 광 추출 구조체(71)는 상기 발광 구조체(10) 상에 위치하고, 상면에 나노패턴(71a)을 포함한다. The light extracting structure 71 is positioned on the light emitting structure 10 and includes a nanopattern 71a on an upper surface thereof.

상기 광 추출 구조체(71)는 상기 발광 구조체(10)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는다. 나아가, 상기 광 추출 구조체(71)는 투명 전극(19)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 또한, 상기 광 추출 구조체(71)는 하부 영역에 비해 상부 영역이 더 낮은 굴절률을 가질 수 있으며, 굴절률의 변화는 연속적일 수 있다. 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 광 추출 구조체(71)의 상하 방향을 따라 굴절률이 다르게 형성되어 굴절률 그레이딩층을 형성할 수 있다.The light extracting structure 71 has a refractive index lower than that of the light emitting structure 10. In addition, the light extracting structure 71 may have a refractive index lower than that of the transparent electrode 19. In addition, the light extracting structure 71 may have a lower refractive index in the upper region than in the lower region, and the change in the refractive index may be continuous. For example, as shown in FIG. 3, the refractive index may be differently formed along the vertical direction of the light extracting structure 71 to form a refractive index grading layer.

상기 광 추출 구조체(71)는 액상물질이나 졸 물질과 같이 코팅이 가능한 점성을 갖는 예비 물질로부터 고화되어 형성될 수 있다. 예컨대, 나노 임프린트 레진, 포토레지스트, 폴리이미드, 졸-겔(sol-gel), 및 SOG(Spin-on-Glass)에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 형성될 수 있다. 또한, 상기 광 추출 구조체(71)는, 상기 예비 물질이 스핀코팅, 바 코팅, 및 닥터 블레이드 등의 방법으로 도포된 후, 열경화 또는 자외선 경화 등의 방법으로 고화되어 형성될 수 있다. 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 광 추출 구조체(71)의 굴절률이 연속적으로 변화되도록, 둘 이상의 상기 예비 물질을 혼합하여 예비 물질 혼합물을 제조한 후, 이를 발광 구조체(10) 상에 도포한 후 유지시키면, 밀도에 따라 상하로 배열된다. 즉, 밀도가 높은 물질은 하부 영역에 위치하고, 밀도가 낮은 물질은 상대적으로 상부 영역에 위치하게 된다. The light extracting structure 71 may be formed by solidifying from a preliminary material having a viscosity that may be coated, such as a liquid material or a sol material. For example, it may be formed of any one selected from nanoimprint resin, photoresist, polyimide, sol-gel, and spin-on-glass (SOG) or a mixture thereof. In addition, the light extracting structure 71 may be formed by applying the preliminary material by a method such as spin coating, bar coating, and doctor blade, and then solidifying by a method such as thermosetting or ultraviolet curing. For example, as shown in FIG. 3, two or more of the above preliminary materials are mixed to prepare a preliminary material mixture such that the refractive index of the light extracting structure 71 is continuously changed, and then applied onto the light emitting structure 10. If kept after, it is arranged up and down according to the density. That is, the higher density material is located in the lower region, the lower density material is located in the relatively upper region.

이후, 상기 예비 물질 혼합물을 열경화 또는 자외선 경화 등의 방법으로 고화시키면, 밀도가 상하 방향으로 연속적으로 변화화하는 광 추출 구조체(71)가 형성된다. 일반적으로, 밀도가 큰 물질일 수록 밀도가 작은 물질에 비하여 상대적으로 굴절률이 크게 되므로, 상기 광 추출 구조체(71)는 하부 영역에 비하여 상부 영역이 더 낮은 굴절률을 갖으면서 동시에 연속적으로 굴절률이 변하게되는 굴절률 그레이딩층으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 광 추출 구조체(71)의 굴절률이 발광 구조체(10)로부터 바깥쪽으로 향해 낮아지고, 발광다이오드와 자유공간의 계면에서의 굴절률 차이가 작아져, 광의 전반사 현상을 방지할 수 있어 광 추출 효율을 개선할 수 있다.Thereafter, when the preliminary material mixture is solidified by a method such as thermosetting or ultraviolet curing, a light extraction structure 71 is formed in which the density continuously changes in the vertical direction. In general, since a material having a higher density has a larger refractive index than a material having a lower density, the light extracting structure 71 has a lower refractive index than the lower region, and the refractive index continuously changes at the same time. It may be formed of a refractive index grading layer. As a result, the refractive index of the light extracting structure 71 is lowered outward from the light emitting structure 10, the difference in refractive index at the interface between the light emitting diode and the free space is reduced, and the total reflection phenomenon of the light can be prevented. The efficiency can be improved.

상기 나노패턴(71a)은 도 1을 참조하여 설명한 바와 대체로 유사하며, 상기한 바와 같이 후술하여 상세히 설명한다.The nanopattern 71a is generally similar to that described with reference to FIG. 1, and will be described in detail later as described above.

본 실시예에 있어서, 광 추출 구조체(71)가 수평형 구조의 발광 다이오드 상에 형성된 것을 도시 및 설명하였으나, 도 2에 도시된 바와 같은 수직형 구조의 발광 다이오드에도 적용될 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 광 추출 구조체(71)와 같이 연속적으로 굴절률이 감소하는 굴절률 그레이딩층이 도 2의 광 추출 구조체(50) 대신에 사용될 수 있다.In the present embodiment, although the light extraction structure 71 is formed and described on the light emitting diode of the horizontal structure, it can be applied to the light emitting diode of the vertical structure as shown in FIG. In other words, a refractive index grading layer in which the refractive index continuously decreases, such as the light extraction structure 71 according to the present embodiment, may be used instead of the light extraction structure 50 of FIG. 2.

또한, 본 실시예에 있어서, 광 추출 구조체(71)가 모두 굴절률 그레이딩층으로 형성되는 것으로 설명하지만, 광 추출 구조체(71) 내의 일부가 굴절률 그레이딩층으로 형성될 수도 있다. 예컨대, 발광 구조체(10) 상에 굴절률 그레이딩층을 형성하고, 그 위에 다시 도 1을 참조하여 설명한 바와 같은 나노패턴을 갖는 상부 물질층을 형성할 수도 있다.Incidentally, in the present embodiment, it will be described that all of the light extracting structure 71 is formed of the refractive index grading layer, but a part of the light extracting structure 71 may be formed of the refractive index grading layer. For example, a refractive index grading layer may be formed on the light emitting structure 10, and an upper material layer having a nanopattern as described with reference to FIG. 1 may be formed thereon.

이하, 도 4 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 발광다이오드의 제조 방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a light emitting diode according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 12.

도 4 내지 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 발광다이오드의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.4 to 8 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.

먼저 도 4를 참조하면, 기판(17) 상에 하부 반도체층(11), 활성층(13), 및 상부 반도체층(15)을 포함하는 에피층들을 성장시켜 발광 구조체(10)를 형성한다. 상기 에피층들(11, 13, 15)은 MOCVD, MBE, 또는 HVPE와 같은 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 하부 반도체층(11)을 성장시키기 전에 버퍼층(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 상기 하부 반도체층(11)과 상기 상부 반도체층(15)은 서로 다른 도전형으로, 예컨대, 하부 반도체층(11)은 n형 도전형 반도체층이고 상부 반도체층(15)은 p형 도전형 반도체층일 수 있고, 또는 그 반대일 수 있다.First, referring to FIG. 4, an epitaxial layer including the lower semiconductor layer 11, the active layer 13, and the upper semiconductor layer 15 is grown on the substrate 17 to form the light emitting structure 10. The epi layers 11, 13, 15 may be formed using a technique such as MOCVD, MBE, or HVPE. A buffer layer (not shown) may be formed before the lower semiconductor layer 11 is grown. The lower semiconductor layer 11 and the upper semiconductor layer 15 have different conductivity types, for example, the lower semiconductor layer 11 is an n-type conductive semiconductor layer and the upper semiconductor layer 15 is a p-type conductive semiconductor. It may be a layer or vice versa.

그 후, 상기 발광 구조체(10)를 메사 식각하여 상기 하부 반도체층(11)의 일부 영역을 노출시킨다. 상기 발광 구조체(10)는 사진 및 식각 공정을 통해 패터닝될 수 있다. Thereafter, the light emitting structure 10 is mesa-etched to expose a portion of the lower semiconductor layer 11. The light emitting structure 10 may be patterned through a photolithography and an etching process.

이어서, 상기 발광 구조체(10)의 메사 상에, 즉, 상기 상부 반도체층(15) 상에 투명 전극(19)이 형성될 수 있다. 상기 투명 전극(19)은 전자빔 증발(e-beam evaporation), 스퍼터링, 열 증착 공정을 통해서 형성될 수 있다. 이때, 상기 투명 전극(19)은 ITO, ZnO, 및 IZO에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 형성될 수 있고, 약 100~500nm의 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 상기 투명 전극(19)은 상기 상부 반도체층(15)에 오믹 컨택될 수 있다.Subsequently, a transparent electrode 19 may be formed on the mesa of the light emitting structure 10, that is, on the upper semiconductor layer 15. The transparent electrode 19 may be formed through e-beam evaporation, sputtering, or thermal deposition. In this case, the transparent electrode 19 may be formed of any one or a mixture thereof selected from ITO, ZnO, and IZO, and may be formed to have a thickness of about 100 to 500 nm. The transparent electrode 19 may be in ohmic contact with the upper semiconductor layer 15.

상기 투명 전극(19)은 예컨대 리프트 오프 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 또한, 본 실시예에 있어서, 메사 식각 후에 투명 전극(19)을 형성하는 것으로 설명하지만, 메사 식각 전에 투명 전극(19)을 먼저 형성할 수도 있다.The transparent electrode 19 may be formed using, for example, a lift off process. In the present embodiment, the transparent electrode 19 is formed after mesa etching, but the transparent electrode 19 may be formed first before the mesa etching.

도 5를 참조하면, 상기 발광 구조체(10) 상에 제1 고화 물질층(21) 및 제2 고화 물질층(23)을 형성한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 두 개의 고화 물질층(21, 23)이 형성되었으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 더 적거나 또는 더 많은 수의 고화 물질층이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 5, a first solidified material layer 21 and a second solidified material layer 23 are formed on the light emitting structure 10. As illustrated in FIG. 5, two solid material layers 21 and 23 are formed in the present exemplary embodiment, but the present invention is not limited thereto, and fewer or more solid material layers may be formed.

상기 제1 고화 물질층(21) 및 제2 고화 물질층(23)은 액상물질이나 졸 물질과 같은 점성을 갖는 예비 물질로부터 고화되어 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 예비 물질은 나노 임프린트 레진, 포토레지스트, 폴리이미드, 졸-겔(sol-gel), 및 SOG(Spin-on-Glass)에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 형성될 수 있다.The first solidification material layer 21 and the second solidification material layer 23 may be formed by solidification from a preliminary material having a viscosity such as a liquid material or a sol material. For example, the preliminary material may be formed of any one selected from nanoimprint resin, photoresist, polyimide, sol-gel, and spin-on-glass (SOG) or a mixture thereof.

한편, 상기 고화 물질층들(21, 23)의 형성 방법을 보면, 상기 예비 물질을 상기 발광 구조체(10) 상에 도포한다. 이때, 상기 점성을 갖는 물질을 스핀코팅, 바 코팅, 및 닥터 블레이드 방법으로 도포할 수 있다. 상기 예비 물질은 상기 상부 반도체층(15) 위에 도포된 두께보다 상기 하부 반도체층(11) 상에 더 두껍게 도포될 수 있고, 상기 예비 물질은 상기 발광 구조체(10)의 메사 측벽을 덮을 수 있다. 상기 예비 물질 도포 후, 열경화 또는 자외선 경화 방법 등으로 고화하여 각각의 고화 물질층(21, 23)을 형성할 수 있다. 상기 제1 고화 물질층(21) 및 상기 제2 고화 물질층(23)은 내부에서 보강간섭을 일으켜 투과도를 개선할 수 있도록, 활성층(13)으로부터 방출되는 광의 파장의 0.5배에 해당되는 광학적 두께(optical thickness)로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기와 같이 예비 물질을 스핀코팅, 바 코팅, 및 닥터 블레이드 등의 방법으로 도포한 후 고화시켜 고화 물질층을 형성하는 것은, 단순화된 공정을 통해 각각의 층을 쉽게 형성할 수 있고, 각각의 층의 두께 조절이 용이하여 신뢰성을 높일 수 있는 장점이 있다.Meanwhile, in the method of forming the solidified material layers 21 and 23, the preliminary material is coated on the light emitting structure 10. At this time, the viscous material may be applied by spin coating, bar coating, and doctor blade methods. The preliminary material may be thicker on the lower semiconductor layer 11 than the thickness applied on the upper semiconductor layer 15, and the preliminary material may cover the mesa sidewall of the light emitting structure 10. After applying the preliminary material, the solidified material layers 21 and 23 may be formed by solidification by a thermosetting or ultraviolet curing method. The first solidified material layer 21 and the second solidified material layer 23 have an optical thickness corresponding to 0.5 times the wavelength of light emitted from the active layer 13 so as to cause reinforcement interference and improve transmittance therein. It may be formed with an optical thickness, but is not limited thereto. As described above, applying the preliminary material by a method such as spin coating, bar coating, and doctor blade and then solidifying to form a layer of the solid material can easily form each layer through a simplified process, and each layer The thickness can be easily adjusted to increase the reliability.

다시 도 5를 참조하면, 상기 제1 고화 물질층(21) 및 상기 제2 고화 물질층(23)의 굴절률은 상기 발광 구조체(10)의 굴절률보다 낮게 되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 고화 물질층(23)의 굴절률이 상기 제1 고화 물질층(21)의 굴절률보다 더 낮게 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 고화 물질층(21)은 굴절률이 1.75인 SOG로 형성될 수 있고, 제2 고화 물질층(23)은 굴절률이 1.6인 ITO sol-gel로 형성될 수 있다. Referring back to FIG. 5, the refractive indices of the first solidified material layer 21 and the second solidified material layer 23 may be formed to be lower than the refractive index of the light emitting structure 10. In addition, the refractive index of the second solid material layer 23 may be lower than the refractive index of the first solid material layer 21. For example, the first solidified material layer 21 may be formed of SOG having a refractive index of 1.75, and the second solidified material layer 23 may be formed of ITO sol-gel having a refractive index of 1.6.

도 5에 도시한 바와 같이, 각각의 고화 물질층(21, 23)의 굴절률의 변화는 단속적일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고, 연속적으로 굴절률이 변화하는 굴절률 그레이딩층을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 5, the change in the refractive index of each of the solidified material layers 21 and 23 may be intermittent, but is not limited thereto. The refractive index grading layer may continuously change the refractive index.

도 6을 참조하면, 상기 제2 고화 물질층(23) 상에 상부 물질층(22)을 형성하기 위해, 액상물질이나 졸 물질과 같은 점성을 갖는 예비 물질(22)을 상기 제2 고화 물질층(23) 상에 도포한다. 이때, 상기 예비 물질(22)은 나노 임프린트 레진, 포토레지스트, 폴리이미드, 졸-겔(sol-gel), 및 SOG(Spin-on-Glass)에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있다.Referring to FIG. 6, in order to form the upper material layer 22 on the second solidified material layer 23, a preliminary material 22 having a viscosity such as a liquid material or a sol material is added to the second solidified material layer. It is apply | coated on (23). In this case, the preliminary material 22 may be any one selected from nanoimprint resin, photoresist, polyimide, sol-gel, and spin-on-glass (SOG), or a mixture thereof.

다음으로, 도 7을 참조하면, 상기 제2 고화 물질층(23) 상에 도포된 예비 물질(22)에 나노 임프린트 몰드(80)를 대응시켜 나노패턴(25a)을 형성함과 동시에 상기 예비 물질(22)을 고화하여 상부 물질층(25)을 형성한다. 보다 상세하게는, 나노 임프린트 몰드(80)를 상기 예비 물질(22)에 대응시켜 압력을 가하는 것과 동시에, 열경화 또는 자외선 경화의 방법 등으로 고화할 수 있다. 또는, 상기 제2 고화 물질층(23) 상에 도포된 예비 물질(22)에 나노 임프린트 몰드(80)를 대응시켜 나노패턴(25a)을 형성한 후, 상기 예비 물질(22)을 고화하여 상부 물질층(25)을 형성할 수 있다. Next, referring to FIG. 7, the nanoimprint mold 80 is corresponded to the preliminary material 22 applied on the second solid material layer 23 to form the nanopattern 25a and at the same time, the preliminary material. The 22 is solidified to form the upper material layer 25. In more detail, the nanoimprint mold 80 may be pressed in correspondence with the preliminary material 22 and may be solidified by a method of thermosetting or ultraviolet curing. Alternatively, the nanoimprint mold 80 may be corresponded to the preliminary material 22 applied on the second solid material layer 23 to form a nanopattern 25a, and then the preliminary material 22 may be solidified to form an upper portion. The material layer 25 may be formed.

이후, 상기 나노 임프린트 몰드(80)를 상기 광 추출 구조체(20)로부터 분리한다. 상기 나노 임프린트 몰드(80)를 상기 예비 물질(22)에 대응시키기 전에, 대응되는 면에 접착방지(Anti-adhesion)처리 공정을 수행하는 것을 더 포함할 수 있다.Thereafter, the nanoimprint mold 80 is separated from the light extraction structure 20. Before the nanoimprint mold 80 corresponds to the preliminary material 22, the method may further include performing an anti-adhesion treatment on a corresponding surface.

상기 상부 물질층(25)은 상기 제1 고화 물질층(21) 및 상기 제2 고화 물질층(23)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖도록 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 고화 물질층(21)은 굴절률이 1.75인 SOG로 형성될 수 있고, 제2 고화 물질층(23)은 굴절률이 1.6인 ITO sol-gel로 형성될 수 있으며, 상부 물질층(25)은 굴절률이 1.45인 PUA로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 광 추출 구조체(20)의 각각의 물질층(21, 23, 25) 간의 굴절률 차이가 작아지게 되므로, 굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 작은 매질로 광이 입사할 때 계면에서 발생되는 전반사 현상을 효과적으로 방지할 수 있어 광 추출 효율을 개선할 수 있다.The upper material layer 25 may be formed to have a refractive index lower than that of the first solidified material layer 21 and the second solidified material layer 23. For example, the first solidified material layer 21 may be formed of SOG having a refractive index of 1.75, the second solidified material layer 23 may be formed of an ITO sol-gel having a refractive index of 1.6, and an upper material layer 25 ) May be formed of PUA having a refractive index of 1.45. Accordingly, the difference in refractive index between the material layers 21, 23, and 25 of the light extracting structure 20 is reduced, so that total reflection generated at the interface when light is incident on the medium having a small refractive index from the medium having a large refractive index The phenomenon can be effectively prevented, so that the light extraction efficiency can be improved.

한편, 상기 나노 임프린트 몰드(80)는 다양한 형상의 나노패턴을 갖을 수 있으며, 예컨대, 뿔 형상, 반구 형상, 또는 실린더 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 나노 임프린트 몰드(80)의 나노패턴은 각각의 형상들이 벌집모양 구조를 가질 수 있다. 상기 나노 임프린트 몰드(80)의 형상에 대응하는 형상으로 상기 광 추출 구조체(20) 상에 나노패턴(25a)이 형성된다.On the other hand, the nano imprint mold 80 may have a nano pattern of various shapes, for example, may have a horn shape, hemispherical shape, or a cylinder shape. In addition, the nano-pattern of the nano-imprint mold 80 may have a honeycomb structure of each shape. The nanopattern 25a is formed on the light extracting structure 20 in a shape corresponding to that of the nanoimprint mold 80.

나노패턴(25a)이 상기 광 추출 구조체(20) 상에 형성되므로써, 내부 전반사 현상을 방지할 수 있어 광 추출 효율을 개선시킬 수 있다. 또한, 나노 임프린팅 공정을 이용하여 나노패턴을 형성하는 경우, 간단한 공정으로 나노패턴을 형성할 수 있고, 대면적 기판에도 용이하게 나노패턴을 형성할 수 있으며, 수평형 및 수직형 발광다이오드 모두에 용이하게 나노패턴을 형성하면서도 발광다이오드에 손상을 줄 수 있는 종래의 패터닝 공정을 이용하지 않고도 나노패턴을 형성할 수 있어, 신뢰성이 높은 단순화된 공정으로 나노패턴을 형성할 수 있다.Since the nanopattern 25a is formed on the light extracting structure 20, total internal reflection may be prevented, thereby improving light extraction efficiency. In addition, when the nano-pattern is formed using the nano-imprinting process, the nano-pattern can be formed by a simple process, and the nano-pattern can be easily formed on a large-area substrate. The nanopattern can be formed without using a conventional patterning process that can damage the light emitting diode while easily forming the nanopattern, thereby forming the nanopattern in a simplified and highly reliable process.

도 8을 참조하면, 상기 광 추출 구조체(20)의 일부 영역을 사진 및 식각 공정을 이용하여 패터닝한다. 패터닝을 통해서 노출 영역(32, 34)을 형성할 수 있고, 상기 노출 영역(32, 34)을 통하여 상기 투명 전극(19) 및 상기 하부 반도체층(11)이 노출될 수 있다. 상기 광 추출 구조체(20)는 건식 및/또는 습식 식각 공정을 이용하여 패터닝될 수 있다. 발광 구조체(10)를 손상시키지 않기 위해 습식 식각 공정이 선호된다. 또한, 건식 식각을 이용하여 광 추출 구조체(20)의 일부를 식각하고 그 후, 습식 식각 공정을 이용하여 투명 전극(19) 및 하부 반도체층(11)을 노출시킬 수도 있다. 예컨대, PUA로 형성된 상기 상부 물질층(25)은 산소 플라즈마를 이용하여 일부 영역을 식각할 수 있고, ITO로 형성된 상기 제2 고화 물질층(23)은 염산을 이용하여 일부 영역을 식각할 수 있고, SOG로 형성된 상기 제1 고화 물질층(21)은 불화수소 용액을 이용하여 일부 영역을 식각할 수 있다.Referring to FIG. 8, a portion of the light extracting structure 20 is patterned using a photolithography and an etching process. The exposed regions 32 and 34 may be formed through patterning, and the transparent electrode 19 and the lower semiconductor layer 11 may be exposed through the exposed regions 32 and 34. The light extraction structure 20 may be patterned using a dry and / or wet etching process. A wet etching process is preferred in order not to damage the light emitting structure 10. In addition, a portion of the light extracting structure 20 may be etched using dry etching, and then the transparent electrode 19 and the lower semiconductor layer 11 may be exposed using a wet etching process. For example, the upper material layer 25 formed of PUA may etch a partial region using an oxygen plasma, and the second solid material layer 23 formed of ITO may etch a partial region using hydrochloric acid. The first solidified material layer 21 formed of SOG may etch a portion of the first solidified material layer 21 using a hydrogen fluoride solution.

상기 노출 영역(32, 34)에 제1 전극(31) 및 제2 전극(33)을 형성한다. 상기 전극들(31, 33)은 상기 광 추출 구조체(20)로부터 돌출되어 형성될 수 있다. 상기 제1 전극(31) 및 제2 전극(33)이 형성되어, 도 1에 도시된 바와 같은 발광다이오드가 제공된다.The first electrode 31 and the second electrode 33 are formed in the exposed regions 32 and 34. The electrodes 31 and 33 may protrude from the light extracting structure 20. The first electrode 31 and the second electrode 33 are formed to provide a light emitting diode as shown in FIG.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.9 is a cross-sectional view for describing a light emitting diode manufacturing method according to another exemplary embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 다이오드 제조 방법에 있어서, 발광 구조체(40) 상에 광 추출 구조체(50)를 형성하는 것은 도 4 내지 도 8을 참조하여 설명한 바와 대체로 유사하다. 다만, 상기 발광 구조체(40)가 수직형 구조이고, 상기 광 추출 구조체(50)의 노출 영역(62)이 다르게 형성된 것에 차이가 있다.Referring to FIG. 9, in the light emitting diode manufacturing method according to the present embodiment, forming the light extracting structure 50 on the light emitting structure 40 is generally similar to that described with reference to FIGS. 4 to 8. However, there is a difference in that the light emitting structure 40 has a vertical structure, and the exposed area 62 of the light extracting structure 50 is formed differently.

즉, 통상의 수직형 구조 발광 다이오드 제조 방법과 같이 우선 지지기판(47) 상에 발광 구조체(40)를 부착하고 성장기판이 제거된다. 그 후, 발광 구조체(40) 상에 도 4 내지 도 8을 참조하여 설명한 바와 같이 광 추출 구조체(50)가 형성되고, 상기 광 추출 구조체(50)의 일부 영역이 제거되어 발광 구조체(40)의 일부 영역이 노출된다. 그 후, 노출된 상기 발광 구조체(40)의 일부 영역 상에 전극이 형성되어 도 2의 발광 다이오드가 제공될 수 있다.That is, the light emitting structure 40 is first attached to the support substrate 47 and the growth substrate is removed as in the conventional vertical structure light emitting diode manufacturing method. Thereafter, as described with reference to FIGS. 4 to 8, the light extracting structure 50 is formed on the light emitting structure 40, and a portion of the light extracting structure 50 is removed to remove the light emitting structure 40. Some areas are exposed. Thereafter, an electrode may be formed on a portion of the exposed light emitting structure 40 to provide the light emitting diode of FIG. 2.

도 10 내지 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.10 to 12 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting diode according to another embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 기판(17), 발광 구조체(10), 및 투명 전극(19)을 형성한다. 이후, 상기 발광 구조체(10) 상에 액상물질이나 졸 물질과 같은 점성을 갖는 예비 혼합 물질층(72)을 형성한다.Referring to FIG. 10, as described with reference to FIG. 4, a substrate 17, a light emitting structure 10, and a transparent electrode 19 are formed. Thereafter, a premixed material layer 72 having a viscosity such as a liquid material or a sol material is formed on the light emitting structure 10.

상기 예비 혼합 물질층(72)은 나노 임프린트 레진, 포토레지스트, 폴리이미드, 졸-겔(sol-gel), 및 SOG(Spin-on-Glass)에서 선택된 이들의 혼합물로 형성될 수 있으며, 상기 혼합물은 적어도 둘 이상의 다른 밀도를 갖는 물질이 혼합된 점성을 갖는 예비 물질 혼합물일 수 있다.The premix material layer 72 may be formed of a mixture thereof selected from nanoimprint resin, photoresist, polyimide, sol-gel, and spin-on-glass (SOG). May be a preliminary material mixture having a viscosity of at least two different density materials mixed.

상기 예비 혼합 물질층(72)은 점성을 갖는 예비 물질 혼합물을 스핀코팅, 바 코팅, 및 닥터 블레이드 등의 방법으로 도포하여 형성될 수 있다.The preliminary mixed material layer 72 may be formed by applying a viscous preliminary material mixture by spin coating, bar coating, or a doctor blade.

이후, 소정의 시간동안 예비 혼합 물질층(72)을 고화하지 않고 유지한다. 바람직하게는 15~30시간동안 유지될 수 있다. 소정의 시간이 지난 후, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 예비 혼합 물질층(72)은 혼합물 내의 각각의 물질들이 상하 방향으로 밀도에 따라 배열되어, 예비 혼합 물질층(72)의 하부 영역은 상대적으로 밀도가 높은 물질이 위치하고, 상부 영역은 상대적으로 밀도가 낮은 물질이 위치하게 된다. 일반적으로 밀도가 높을 수록 물질의 굴절률이 높아지게 되므로, 상기 예비 혼합 물질층(72)은 점성을 갖는 굴절률 그레이딩층(74)으로 형성될 수 있다.Thereafter, the premixed material layer 72 is maintained without solidifying for a predetermined time. Preferably it can be maintained for 15 to 30 hours. After a predetermined time, as shown in FIG. 11, the premixed material layer 72 is arranged according to the density of the respective materials in the mixture in the vertical direction, so that the lower region of the premixed material layer 72 The relatively dense material is located, and the upper region is located a relatively low density material. In general, the higher the density, the higher the refractive index of the material. Thus, the premixed material layer 72 may be formed of a refractive index grading layer 74 having a viscosity.

도 12를 참조하면, 상기 점성을 갖는 굴절률 그레이딩층(74)에 나노패턴(71a)을 형성하고, 동시에 이를 고화시켜 광 추출 구조체(71)를 형성한다. 또한 나노패턴(71a)을 먼저 형성하고, 점성을 갖는 굴절률 그레이딩층(74)을 고화시킬 수 있으며, 또는 그 반대일 수 있다. Referring to FIG. 12, the nanopattern 71a is formed on the refractive index grading layer 74 having the viscosity and simultaneously solidified to form the light extracting structure 71. In addition, the nanopattern 71a may be formed first, and the refractive index grading layer 74 may be solidified, or vice versa.

상기 점성을 갖는 굴절률 그레이딩층(74)을 고화시키는 것은 도 7 내지 도 8을 참조하여 설명한 바와 같은 상부 물질층(25)을 고화시키는 것과 대체로 유사하므로, 이하 상세한 설명은 생략한다.The solidification of the viscous grading index layer 74 is generally similar to that of the upper material layer 25 as described with reference to FIGS.

또한, 상기 나노패턴(71a)을 형성하는 것은 도 7 내지 도 8을 참조하여 설명한 바와 같은 나노패턴(25a)을 형성하는 것과 대체로 유사하므로, 이하 상세한 설명은 생략한다.In addition, since forming the nanopattern 71a is substantially similar to forming the nanopattern 25a as described with reference to FIGS. 7 to 8, detailed description thereof will be omitted.

상기 광 추출 구조체(71)는 하부 영역에 비하여 상부 영역이 더 낮은 굴절률을 갖으면서 동시에 연속적으로 굴절률이 변하게되는 굴절률 그레이딩층으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 광 추출 구조체(71)의 굴절률이 발광 구조체(10)로부터 바깥쪽으로 향해 낮아지고, 발광다이오드와 자유공간의 계면에서의 굴절률 차이가 작아져 광의 전반사 현상을 방지할 수 있어 광 추출 효율을 개선할 수 있다.The light extracting structure 71 may be formed of a refractive index grading layer in which the upper region has a lower refractive index than the lower region and simultaneously the refractive index is continuously changed. Accordingly, the refractive index of the light extracting structure 71 is lowered outwardly from the light emitting structure 10, and the difference in refractive index at the interface between the light emitting diode and the free space is reduced, thereby preventing total reflection of light, thereby preventing light extraction efficiency. Can be improved.

이후, 상기 광 추출 구조체(71)의 일부 영역을 사진 및 식각 공정을 이용하여 패터닝하여 노출 영역(32, 34)을 형성할 수 있고, 형성된 노출 영역(32, 34)에 제1 전극(31) 및 제2 전극(33)을 형성할 수 있다. 상기 전극들(31, 33)을 형성하면 도 3을 참조하여 설명한 것과 같은 발광다이오드가 완성된다.Subsequently, a portion of the light extracting structure 71 may be patterned using photo and etching processes to form exposed regions 32 and 34, and the first electrode 31 may be formed in the exposed regions 32 and 34. And a second electrode 33. When the electrodes 31 and 33 are formed, a light emitting diode as described with reference to FIG. 3 is completed.

본 실시예에 있어서, 수평형 발광 구조체 상에 광 추출 구조체(71)를 형성한 것에 대해 설명하였지만, 수직형 구조의 발광 구조체 상에 광 추출 구조체(71)를 형성할 수도 있다.In the present embodiment, the light extraction structure 71 is formed on the horizontal light emitting structure, but the light extraction structure 71 may be formed on the light emitting structure of the vertical structure.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드와 비교 대상 발광다이오드들 간의 광 추출 효율을 비교하여 도시한 그래프이다.FIG. 13 is a graph illustrating light extraction efficiency between light emitting diodes and light emitting diodes to be compared according to an embodiment of the present invention.

비교예 1은 광 추출 구조체를 형성하지 않고, 발광 구조체 상에 투명전극을 형성하고 투명 전극을 통해 광을 방출하는 발광 다이오드의 광 추출 효율을 나타내고, 비교예 2는 투명전극 상에 나노 패턴을 갖는 상부 물질층을 형성한 발광 다이오드의 광 추출 효율을 나타낸다. 한편, 실험예는 도 1에 도시한 바와 같이 발광 구조체 및 투명 전극 상에 제1 고화 물질층, 제2 고화 물질층, 및 나노 패턴을 갖는 상부 물질층을 갖는 광 추출 구조체를 형성한 발광 다이오드의 광 추출 효율을 나타낸다. 여기서, 비교예 1의 광 추출 효율을 기준으로 비교예 2 및 실험예의 광추출 효율을 상대값으로 나타내었다.Comparative Example 1 shows the light extraction efficiency of the light emitting diode which forms a transparent electrode on the light emitting structure and emits light through the transparent electrode without forming a light extraction structure, and Comparative Example 2 has a nano pattern on the transparent electrode The light extraction efficiency of the light emitting diode in which the upper material layer is formed is shown. On the other hand, the experimental example is a light emitting diode having a light extracting structure having a first solidified material layer, a second solidified material layer, and an upper material layer having a nano-pattern on the light emitting structure and the transparent electrode as shown in FIG. Light extraction efficiency. Here, the light extraction efficiency of Comparative Example 2 and Experimental Example is shown as a relative value based on the light extraction efficiency of Comparative Example 1.

도 13을 참조하면, 비교예 1의 광 추출 정도를 1로 하였을 때, 비교예 2의 광 추출 효율은 1.32이며, 실험예의 광 추출 비율은 1.49이다. 즉, 광 추출 구조체가 발광 구조체 상에 형성됨으로써 49%의 광 추출 효율이 증가된다. 이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드가 단순히 나노 패턴을 갖는 상부물질층만을 형성한 경우에 비해 더 개선된 광 추출 효율을 보임을 알 수 있다.Referring to FIG. 13, when the light extraction degree of Comparative Example 1 is 1, the light extraction efficiency of Comparative Example 2 is 1.32, and the light extraction ratio of Experimental Example is 1.49. That is, since the light extraction structure is formed on the light emitting structure, the light extraction efficiency of 49% is increased. Through this, it can be seen that the light emitting diode according to an embodiment of the present invention shows more improved light extraction efficiency than when only the upper material layer having the nanopattern is formed.

이상에서, 본 발명의 다양한 실시예들 및 특징들에 대하여 설명하였지만, 상술한 다양한 실시예들 및 특징들에 본 발명이 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 특허청구범위에 의한 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능하다.In the above, various embodiments and features of the present invention have been described, but the present invention is not limited to the various embodiments and features described above, and the scope does not depart from the technical spirit of the claims of the present invention. Many variations and modifications are possible.

Claims (27)

하부 반도체층, 활성층, 상부 반도체층을 포함하는 발광 구조체;
상기 발광 구조체 상에 위치하며 상기 상부 반도체층의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 광 추출 구조체를 포함하고,
상기 광 추출 구조체는 고화 물질층을 포함함과 아울러 상부에 나노 패턴을 갖고,
상기 광 추출 구조체는 하부 영역에 비해 상부 영역이 더 낮은 굴절률을 갖고,
상기 광 추출 구조체는,
상기 나노패턴을 갖는 상부 물질층; 및
상기 상부 물질층과 상기 상부 반도체층 사이에 개재되는 하부 물질층을 포함하되,
상기 하부 물질층은 적어도 하나의 고화 물질층을 포함하며,
상기 적어도 하나의 고화 물질층은,
상기 상부 물질층과 상기 상부 반도체층 사이에 위치하는 제1 고화 물질층; 및
상기 제1 고화 물질층과 상기 상부 물질층 사이에 위치하는 제2 고화 물질층을 포함하고,
상기 제1 고화 물질층은 SOG로 형성되고,
상기 제2 고화 물질층은 ITO로 형성된 발광다이오드.
A light emitting structure including a lower semiconductor layer, an active layer, and an upper semiconductor layer;
A light extraction structure positioned on the light emitting structure and having a refractive index lower than that of the upper semiconductor layer;
The light extracting structure includes a solid material layer and has a nanopattern on the top,
The light extracting structure has a lower refractive index in the upper region than in the lower region,
The light extraction structure,
An upper material layer having the nanopattern; And
A lower material layer interposed between the upper material layer and the upper semiconductor layer,
The lower material layer comprises at least one layer of solidifying material,
The at least one layer of solidified material,
A first solidified material layer positioned between the upper material layer and the upper semiconductor layer; And
A second solidified material layer positioned between the first solidified material layer and the upper material layer;
The first solidified material layer is formed of SOG,
The second solid material layer is formed of ITO.
삭제delete 하부 반도체층, 활성층, 상부 반도체층을 포함하는 발광 구조체;
상기 발광 구조체 상에 위치하며 상기 상부 반도체층의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 광 추출 구조체를 포함하고,
상기 광 추출 구조체는 고화 물질층을 포함함과 아울러 상부에 나노 패턴을 갖고,
상기 광 추출 구조체는 하부 영역에 비해 상부 영역이 더 낮은 굴절률을 가지며,
상기 광 추출 구조체는 하부로부터 상부까지 굴절률이 연속적으로 작아지는 발광다이오드.
A light emitting structure including a lower semiconductor layer, an active layer, and an upper semiconductor layer;
A light extraction structure positioned on the light emitting structure and having a refractive index lower than that of the upper semiconductor layer;
The light extracting structure includes a solid material layer and has a nanopattern on the top,
The light extracting structure has a lower refractive index in the upper region than in the lower region,
The light extracting structure is a light emitting diode in which the refractive index is continuously reduced from the bottom to the top.
청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
상기 반도체층 및 상기 광 추출 구조체 사이에 위치하는 투명전극을 더 포함하는 발광다이오드.
The method according to claim 1 or 3,
The light emitting diode further comprises a transparent electrode positioned between the semiconductor layer and the light extraction structure.
청구항 4에 있어서,
상기 투명전극은 ITO, IZO, 및 ZnO 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 형성된 발광다이오드.
The method of claim 4,
The transparent electrode is a light emitting diode formed of any one or a mixture of ITO, IZO, and ZnO.
청구항 3에 있어서,
상기 광 추출 구조체는 나노 임프린트 레진, 포토레지스트, 폴리이미드, 졸-겔, 및 SOG에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함하는 발광다이오드.
The method according to claim 3,
The light extracting structure includes a light emitting diode including any one selected from nanoimprint resin, photoresist, polyimide, sol-gel, and SOG or a mixture thereof.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
상기 나노패턴은 뿔 형상, 반구 형상, 또는 실린더 형상을 포함하는 발광다이오드.
The method according to claim 1 or 3,
The nanopattern may include a horn shape, a hemispherical shape, or a cylinder shape.
청구항 10에 있어서,
상기 나노패턴은 벌집모양 구조를 갖는 발광다이오드.
The method of claim 10,
The nanopattern is a light emitting diode having a honeycomb structure.
청구항 4에 있어서,
상기 발광 구조체는 하부 반도체층의 일부 영역이 노출된 메사 구조인 발광다이오드.
The method of claim 4,
The light emitting diode is a light emitting diode having a mesa structure in which a portion of the lower semiconductor layer is exposed.
청구항 12에 있어서,
상기 투명 전극에 연결되는 제1 전극 및 상기 하부 반도체층에 연결되는 제2 전극을 더 포함하는 발광다이오드.
The method of claim 12,
The light emitting diode further comprises a first electrode connected to the transparent electrode and a second electrode connected to the lower semiconductor layer.
청구항 13에 있어서,
상기 하부 물질층은 상기 노출된 하부 반도체층을 덮는 발광 다이오드.
The method according to claim 13,
The lower material layer covers the exposed lower semiconductor layer.
하부 반도체층, 활성층, 및 상부 반도체층을 포함하는 발광 구조체를 형성하고,
상기 발광 구조체 상에 상기 상부 반도체층에 비해 낮은 굴절률을 갖고 상부에 나노 패턴을 갖는 광 추출 구조체를 형성하는 것을 포함하되,
상기 광 추출 구조체를 형성하는 것은 상기 발광 구조체 상에 고화 물질층을 형성하는 것을 포함하고,
상기 광 추출 구조체는 하부 영역에 비해 상부 영역이 더 낮은 굴절률을 갖고,
상기 광 추출 구조체를 형성하는 것은,
상기 발광 구조체 상에 적어도 하나의 고화 물질층을 포함하는 하부 물질층을 형성하고,
상기 하부 물질층 상에 상기 나노 패턴을 갖는 상부 물질층을 형성하는 것을 포함하며,
상기 하부 물질층은 제1 고화물질층 및 상기 제1 고화물질층 상에 위치하는 제2 고화물질층을 포함하고,
상기 제1 고화물질층은 SOG로 형성되고, 상기 제2 고화물질층은 ITO로 형성된 발광다이오드 제조 방법.
Forming a light emitting structure including a lower semiconductor layer, an active layer, and an upper semiconductor layer,
Forming a light extraction structure having a low refractive index compared to the upper semiconductor layer and having a nano-pattern on the light emitting structure,
Forming the light extracting structure includes forming a solidified material layer on the light emitting structure,
The light extracting structure has a lower refractive index in the upper region than in the lower region,
Forming the light extraction structure,
Forming a lower material layer including at least one solidifying material layer on the light emitting structure,
Forming an upper material layer having the nanopattern on the lower material layer,
The lower material layer includes a first solid material layer and a second solid material layer positioned on the first solid material layer,
Wherein the first solid material layer is formed of SOG, and the second solid material layer is formed of ITO.
삭제delete 하부 반도체층, 활성층, 및 상부 반도체층을 포함하는 발광 구조체를 형성하고,
상기 발광 구조체 상에 상기 상부 반도체층에 비해 낮은 굴절률을 갖고 상부에 나노 패턴을 갖는 광 추출 구조체를 형성하는 것을 포함하되,
상기 광 추출 구조체를 형성하는 것은 상기 발광 구조체 상에 고화 물질층을 형성하는 것을 포함하고,
상기 광 추출 구조체는 하부 영역에 비해 상부 영역이 더 낮은 굴절률을 가지며,
상기 광 추출 구조체를 형성하는 것은,
상기 발광 구조체 상에 밀도가 다른 둘 이상의 예비 물질이 혼합된 액상의 예비 물질 혼합물을 도포하고,
상기 액상의 예비 물질 혼합물을 상기 발광 구조체 상에서 유지하여 상기 액상의 예비 물질 혼합물을 밀도에 따라 배열시키고,
상기 액상의 예비 물질 혼합물을 고화하여 고화 물질층을 형성하는 것을 포함하는 발광다이오드 제조 방법.
Forming a light emitting structure including a lower semiconductor layer, an active layer, and an upper semiconductor layer,
Forming a light extraction structure having a low refractive index compared to the upper semiconductor layer and having a nano-pattern on the light emitting structure,
Forming the light extracting structure includes forming a solidified material layer on the light emitting structure,
The light extracting structure has a lower refractive index in the upper region than in the lower region,
Forming the light extraction structure,
Applying a liquid preliminary mixture of two or more preliminary materials having different densities onto the light emitting structure,
Holding the liquid preliminary material mixture on the light emitting structure to arrange the liquid preliminary material mixture according to the density,
And solidifying the liquid preparative material mixture to form a solidified material layer.
청구항 15 또는 청구항 17에 있어서,
상기 광 추출 구조체를 형성하기 전에, 상기 발광 구조체 상에 투명전극을 형성하는 것을 더 포함하는 발광다이오드 제조 방법.
The method according to claim 15 or 17,
Before forming the light extracting structure, further comprising forming a transparent electrode on the light emitting structure.
청구항 18에 있어서,
상기 고화 물질층을 형성하기 전에, 상기 상부 반도체층 및 상기 활성층의 일부를 식각하여 상기 하부 반도체층의 일부 영역을 노출하는 것을 더 포함하는 발광다이오드 제조 방법.
19. The method of claim 18,
And forming a portion of the upper semiconductor layer and the active layer to expose a portion of the lower semiconductor layer before forming the solidified material layer.
청구항 17에 있어서,
상기 고화 물질층을 형성하는 것은,
상기 발광 구조체 상에 스핀코팅, 바 코팅, 및 닥터 블레이드 중 어느 하나의 방법으로 예비 물질을 도포하고,
상기 예비 물질을 고화하는 것을 포함하는 발광다이오드 제조 방법.
18. The method of claim 17,
Forming the solidified material layer,
Applying a preliminary material on the light emitting structure by any one of spin coating, bar coating, and doctor blade;
A method of manufacturing a light emitting diode comprising solidifying the preliminary material.
청구항 20에 있어서,
상기 예비 물질은 나노 임프린트 레진, 포토레지스트, 폴리이미드, 졸-겔, 및 SOG에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함하는 발광다이오드 제조 방법.
The method of claim 20,
The preliminary material comprises a light emitting diode including any one selected from nanoimprint resin, photoresist, polyimide, sol-gel, and SOG or a mixture thereof.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 19에 있어서,
상기 하부 반도체층 및 상부 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 것을 더 포함하는 발광 다이오드 제조 방법.
The method of claim 19,
And forming a first electrode and a second electrode electrically connected to the lower semiconductor layer and the upper semiconductor layer.
청구항 26에 있어서,
상기 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 것은 상기 광 추출 구조체의 일부 영역을 식각하여 상기 상부 반도체층 및 상기 하부 반도체층 일부 영역을 노출하는 것을 포함하는 발광다이오드 제조 방법.
27. The method of claim 26,
The forming of the first electrode and the second electrode includes etching the partial region of the light extracting structure to expose the upper semiconductor layer and the lower semiconductor layer partial region.
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