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KR20120092325A - 광 결정 구조를 갖는 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법 - Google Patents

광 결정 구조를 갖는 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법 Download PDF

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KR20120092325A
KR20120092325A KR1020110012300A KR20110012300A KR20120092325A KR 20120092325 A KR20120092325 A KR 20120092325A KR 1020110012300 A KR1020110012300 A KR 1020110012300A KR 20110012300 A KR20110012300 A KR 20110012300A KR 20120092325 A KR20120092325 A KR 20120092325A
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KR
South Korea
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semiconductor layer
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pattern
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KR1020110012300A
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서원철
최주원
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서울옵토디바이스주식회사
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Abstract

광 결정 구조를 갖는 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법이 개시된다. 이 발광 다이오드는, 지지 기판, 지지 기판 상에 위치하는 하부 반도체층, 하부 반도체층 상부에 위치하는 상부 반도체층, 하부 반도체층과 상부 반도체층 사이에 위치하는 활성 영역, 및 하부 반도체층 내에 매립된 광 결정 구조를 포함한다. 광 결정 구조에 의해 지지 기판 측으로 진행하는 광의 손실을 방지하고 광 추출 효율을 높일 수 있다.

Description

광 결정 구조를 갖는 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법{LIGHT EMITTING DIODE HAVING PHOTONIC CRYSTAL STRUCTURE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히 광 결정 구조를 갖는 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법에 관한 것이다.
질화갈륨 계열의 발광 다이오드는 표시소자 및 백라이트로 널리 이용되고 있다. 또한, 발광 다이오드는 기존의 전구 또는 형광등에 비해 소모 전력이 작고 수명이 길어, 백열전구 및 형광등을 대체하여 일반 조명 용도로 그 사용 영역을 넓히고 있다. 최근, 365nm 이하의 DUV(deep UV)를 방출하는 발광 다이오드가 개발되고 있으며, DUV 발광 다이오드는 대기 및 수중 멸균, 표면 오염물 제거, 생물제재(bio-agent) 검출기와 같은 광 센서, 폴리머의 UV 경화, 의료용 및 분석 장비 등에 다양하게 적용될 수 있다.
일반적으로, DUV LED는 단파장의 광을 방출하기 위해 n형 AlGaN층과 p형 AlGaN층 사이에 Al을 함유하는 질화갈륨계 우물층을 포함하는 다중양자우물 구조가 개재된 구조를 갖는다. 한편, AlGaN층은 일반적으로 금속과 오믹 접촉하지 못하기 때문에, GaN 또는 Al 함량이 적은 4성분계 AlInGaN p형 콘택층이 채택된다. 그러나, 이러한 p형 콘택층은 DUV에 투명하지 않기 때문에, UV 광은 플립칩 본딩 기술을 이용하여 투명 기판을 통해 방출되고 있다.
그러나, 다중 양자우물 구조에서 방출되는 광 중 상당한 양은 p형 콘택층에 흡수되기 때문에 DUV LED의 광 효율은 매우 낮다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 발광 다이오드 내부에서의 광 손실을 감소시킬 수 있는 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 특히 DUV 발광 다이오드의 광 효율을 개선하기에 적합한 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 태양에 따른 발광 다이오드는, 지지 기판; 상기 지지 기판 상에 위치하는 하부 반도체층; 상기 하부 반도체층 상부에 위치하는 상부 반도체층; 상기 하부 반도체층과 상기 상부 반도체층 사이에 위치하는 활성 영역; 및 상기 하부 반도체층 내에 매립된 광 결정 구조를 포함한다. 상기 광 결정 구조에 의해 지지 기판 측으로 진행하는 광의 손실을 방지하고 광 추출 효율을 높일 수 있다.
한편, 상기 하부 반도체층은 p형 콘택층을 포함하고, 상기 상부 반도체층은 n형 콘택층을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 활성 영역은 AlGaN 우물층을 포함할 수 있으며, 상기 p형 콘택층은 p형 GaN층 또는 p형 AlInGaN층일 수 있다. 상기 발광 다이오드는 상기 AlGaN 우물층에 의해 240nm 내지 365nm의 DUV를 방출할 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 광 결정 구조를 이용하여 광이 상기 p형 콘택층에 의해 흡수되어 손실되는 것을 방지하기 때문에 광 효율을 비약적으로 높일 수 있다. 더욱이, 상기 광 결정 구조가 하부 반도체층 내에 매립되기 때문에, 하부 반도체층의 넓은 면적에 걸쳐 오믹 접촉을 형성할 수 있다.
한편, 상기 광 결정 구조는 상기 지지 기판 면을 따라 정렬된 보이드들의 패턴을 포함할 수 있다. 상기 보이드들의 폭 및 높이는 50nm 내지 200nm 범위 내이고, 상기 보이드들 사이의 거리는 50nm 내지 1um 범위 내일 수 있다.
나아가, 상기 하부 반도체층은 상기 보이드들과 상기 활성 영역 사이에 위치하는 적어도 하나의 AlGaN층을 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 AlGaN층에 의해 보이드들이 활성 영역에 도달하는 것이 방지된다.
또한, 상기 하부 반도체층은 상기 보이드들과 상기 지지 기판 사이에 위치하여 상기 보이드들을 덮는 p형 콘택층을 더 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 상부 반도체층은 거칠어진 표면을 가질 수 있다. 또한, 상기 상부 반도체층은 리세스들의 패턴을 포함할 수 있다. 상기 거칠어진 표면은 리세스들 외부 뿐만 아니라 내부에도 형성되며, 따라서 상부 반도체층의 표면을 통한 광 추출 효율을 더욱 개선할 수 있다. 나아가, 상기 상부 반도체층은 n형 AlGaN층을 포함하고, 상기 거칠어진 표면은 상기 n형 AlGaN층 표면에 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 태양에 따른 발광 다이오드 제조 방법은, 성장 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성 영역 및 제2 도전형 반도체층을 형성하고, 상기 제2 도전형 반도체층을 부분적으로 패터닝하여 보이드들의 패턴을 형성하고, 상기 보이드들의 패턴을 덮는 제2 도전형 콘택층을 형성하고, 상기 제2 도전형 콘택층 상에 오믹 콘택층을 형성하고, 상기 오믹 콘택층 상에 지지 기판을 형성하고, 상기 성장 기판을 제거하고 상기 제1 도전형 반도체층을 노출시키는 것을 포함한다. 상기 보이드들의 패턴에 의해 광 결정 구조가 제공되며, 따라서 지지 기판과 활성 영역 사이의 하부 반도체층 영역 내에 매립된 광 결정 구조를 갖는 발광 다이오드를 제조할 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 보이드들의 패턴을 형성하는 것은, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 나노 임프린트 기술을 이용하여 포토 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 포토 레지스트 패턴을 식각마스크로 사용하여 상기 제2 도전형 반도체층을 부분적으로 식각하는 것을 포함할 수 있다.
다른 실시예들에 있어서, 상기 보이드들의 패턴을 형성하는 것은, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 금속 패턴을 형성하고, 상기 금속 패턴과 상기 제2 도전형 반도체층을 반응시켜 상기 금속 패턴 하부에 상기 금속 패턴에 대응하는 보이드들의 패턴을 형성하고, 상기 금속 패턴의 잔류물을 제거하는 것을 포함할 수 있다.
상기 금속 패턴은 Ta, Ti 및 Cr으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 금속물질을 포함할 수 있다. 이들 금속물질이 질화갈륨 계열의 반도체층과 반응함으로써 반도체층 내에 보이드들이 형성된다.
한편, 상기 제2 도전형 반도체층의 최상층은 p형 AlGaN층, p형 GaN층 또는 p형 AlInGaN층일 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 방법은 상기 노출된 제1 도전형 반도체층에 거칠어진 표면을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 활성 영역에서 생성된 광의 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 방법은 상기 거칠어진 표면을 형성하기 전, 상기 노출된 제1 도전형 반도체층을 패터닝하여 리세스들의 패턴을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 리세스들 외부 및 내부에 거칠어진 표면이 형성되어 광 추출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층은 n형 AlGaN층을 포함할 수 있으며, 상기 n형 AlGaN층에 상기 거칠어진 표면이 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 지지 기판과 활성 영역 사이의 하부 반도체층 내에 매립된 광 결정 구조를 형성함으로써 하부 반도체층에서 광이 손실되는 것을 방지하여 광 효율을 높일 수 있다. 특히, DUV 발광 다이오드와 같이 p형 콘택층에 의해 상당한 양의 광이 손실되는 것을 방지할 수 있어 고 효율의 DUV 발광 다이오드를 제공할 수 있다. 또한, 광 결정 구조가 하부 반도체층 내에 매립되기 때문에, p형 콘택층의 넓은 영역에 걸쳐 오믹 접촉을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2a 내지 2g는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3a 내지 3d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4는 광 결정 구조를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 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 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 발광 다이오드는 지지 기판(51), 하부 반도체층(29, 31, 35), 활성 영역(27), 상부 반도체층(25) 및 광 결정 구조(33v)를 포함한다. 또한, 상기 발광 다이오드는 오믹 콘택층(37), 보호층(39), 본딩 메탈(53) 및 상부 전극(57)을 포함할 수 있다.
상기 지지 기판(51)은, 화합물 반도체층들을 성장시키기 위한 성장 기판과 구분되며, 이미 성장된 화합물 반도체층들에 부착된 기판이다. 상기 기판(51)은 사파이어 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 종류의 절연 또는 도전 기판일 수 있다.
상기 활성 영역(27)은 III-N 계열의 화합물 반도체, 예컨대 (Al, Ga, In)N 반도체로 형성될 수 있으며, 예컨대 AlGaN 우물층과 AlGaN 장벽층을 포함하는 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조일 수 있다. 특히, 상기 활성 영역(27)은 DUV(deep UV)를 방출하기 위한 AlGaN 우물층을 포함할 수 있다.
한편, 상기 하부 반도체층은 활성 영역(27)과 지지 기판(51) 사이에 위치하며, 복수의 층으로 구성될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 상기 하부 반도체층은 Mg이 도핑된 p형일 수 있으며, p형 콘택층(35), p형 클래드층(31) 및 전자 블록층(29)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 전자 블록층(29) 및 p형 클래등층(31)은 활성 영역(27)에서 방출된 광이 투과할 수 있는 밴드갭을 갖는 반도체층으로 형성되며, 예컨대 AlGaN층일 수 있다. 또한, p형 콘택층(35)은 오믹 콘택층(37)이 오믹 접촉할 수 있도록 Al 함량이 적은 AlInGaN층 또는 GaN층일 수 있다. 상기 p형 콘택층(35)은 약 200nm 이하의 두께로 형성될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 상기 하부 반도체층은 앞서 설명한 p형 반도체층들에 한정되지 않으며 다른 기능층들을 더 포함할 수도 있다.
한편, 광 결정 구조는 지지 기판(51) 면을 따라 배열된 보이드들(33v)의 패턴을 포함한다. 상기 보이드들(33v)에 의해 굴절률이 규칙적으로 변하는 광 결정 구조가 제공된다. 이하에서는 상기 보이드들(33v)의 패턴을 광 결정 구조(33v)로 설명한다.
광 결정 구조(33v)는 하부 반도체층 내에 매립된다. 즉, 상기 광 결정 구조(33v)는 하부 반도체층 내부에 위치한다. 도시된 바와 같이, 상기 광 결정 구조(33v)는 p형 AlGaN층(31) 내에 형성될 수 있으며, p형 콘택층(35)으로 덮일 수 있다. 따라서, 상기 광 결정 구조는 p형 콘택층(35)과 p형 클래드층(31)의 계면 근처에 배치될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 보이드들(33v)이 정삼각형 배열로 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 정사각형 배열 등 다양한 형상으로 규칙적으로 배열될 수 있다. 상기 보이드들(33v)의 폭 및 높이는 활성 영역(27)에서 생성되는 광 파장의 약 1/2 미만이며, 예컨대 50nm 내지 200nm 범위 내일 수 있다. 한편, 상기 보이드들(33v) 간의 간격(Sp)은 50nm 내지 1um 범위 내일 수 있다.
상기 광 결정 구조(33v)는 활성 영역(27)에서 생성된 후 지지 기판(51) 측으로 진행하는 광을 반사시키며 또한 반도체층들 내부에서 가이드되는 광을 상부 반도체층(25) 측으로 방출시킨다.
한편, 상기 활성 영역(27) 상에 상부 반도체층(25)이 위치한다. 상기 상부 반도체층(25)은 n형 콘택층(25)을 포함하며, 다른 기능층들(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 상기 n형 콘택층(25)은 예컨대 Si이 도핑된 n형 AlGaN층일 수 있다. 상기 상부 반도체층(25)의 전체 두께는 대략 2 내지 4 um일 수 있다.
상기 상부 반도체층(25)은 거칠어진 표면(R)을 가질 수 있다. 또한, 상기 상부 반도체층(25) 표면에 리세스들(55a)의 패턴이 형성될 수 있으며, 상기 거칠어진 표면(R)은 리세스들(55a)의 내부 및 외부에 형성될 수 있다. 상기 상부 반도체층(25) 상에 상부 전극(57)이 위치할 수 있다.
한편, 오믹 콘택층(37)이 상기 p형 콘택층(35)에 오믹 접촉을 형성한다. 상기 오믹 콘택층은 예컨대 Ni/Au를 포함할 수 있다. 또한, 상기 오믹 콘택층(37)은 반사층, 예컨대 Al층을 포함할 수도 있다. 나아가, 보호층(39)이 오믹 콘택층(37)을 덮어 오믹 콘택층(37)을 보호할 수 있다. 보호층(39)은 예컨대 Ni과 같은 금속층으로 형성될 수 있다. 한편, 상기 지지 기판(51)은 AuSn과 같은 본딩 메탈(53)을 통해 하부 반도체층 측, 예컨대 보호층(39)에 본딩될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 광 결정 구조(33v)가 하부 반도체층 내부에 매립됨으로써 광이 p형 콘택층(35)에 흡수되어 손실되는 것을 완화할 수 있으며, 따라서 발광 다이오드의 광 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, DUV 발광 다이오드의 경우, p형 콘택층(35)에 의한 광 손실이 상당히 크기 때문에, 상기 발광 다이오드는 DUV 발광 다이오드의 광 효율 개선에 특히 적합하다.
한편, 본 실시예에 있어서, 지지 기판(51)이 도전성 기판인 경우, 상기 지지 기판(51)이 하부 전극으로 사용되거나, 상기 지지 기판(51) 하부에 하부 전극이 형성될 수 있다. 이와 달리, 상기 지지 기판(51)이 절연 기판인 경우, 상기 지지 기판(51) 상부에 하부 전극이 형성되어 오믹 콘택층(35)에 전기적으로 접속될 수 있다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 2a를 참조하면, 성장 기판(21) 상에 제1 도전형 반도체층(25), 활성 영역(27) 및 제2 도전형 반도체층(29, 31)을 포함하는 에피층들이 형성된다. 상기 제1 도전형 반도체층(25)은 예컨대 n형 콘택층(25)을 포함하며, 상기 제2 도전형 반도체층은 전자 블록층(29) 및 p형 클래드층(31)을 포함할 수 있다.
상기 성장 기판(21)은, 질화갈륨 계열의 반도체층을 성장시킬 수 있는 기판이면 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 사파이어, SiC, 스피넬, Si, GaN, GaO 또는 ZnO 등일 수 있다.
상기 활성 영역은 요구되는 광의 파장에 따라 그 조성이 조절될 수 있으며, 예컨대, DUV를 방출하기 위해 AlGaN 우물층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 도전형 반도체층(25)은 n형 AlGaN 콘택층을 포함할 수 있으며, 상기 전자 블록층(29) 및 p형 클래드층(31)은 Mg이 도핑된 AlGaN층으로 형성될 수 있다. 상기 에피층들은 MOCVD 또는 MBE 기술을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(25)을 형성하기 전에 버퍼층(23)이 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(23)은 예컨대 AlN로 형성될 수 있다. 나아가, 상기 버퍼층(23) 상에 초격자 구조의 스트레인 제어층(도시하지 않음)이 형성될 수 있다.
도 2b를 참조하면, 상기 제2 도전형 반도체층, 예컨대 p형 클래드층(31)에 보이드들(33v)의 패턴이 형성된다. 상기 보이드들(33v)은 상기 p형 클래드층(31) 상에 나노 임프린트 기술을 이용하여 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로서 이용하여 상기 p형 클래드층(31)을 부분적으로 식각하여 형성될 수 있다. 상기 p형 클래드층(31)은 예컨대, 인산계 용액을 이용한 습식 식각에 의해 식각될 수 있다. 상기 식각이 완료된 후, 포토레지스트 패턴은 제거된다. 상기 보이드들(33v)을 형성하는 동안, 상기 활성 영역(27)이 손상되는 것을 방지하도록 상기 보이드들(33v)은 p형 클래드층(31) 내에 부분적으로 형성된다. 상기 보이드들(33v)은 도 4에 도시된 바와 같은 정삼각형 배열로 배치되도록 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 정사각형 배열 등 다양한 규칙 배열로 형성될 수 있다.
도 2c를 참조하면, 상기 보이드들(33v)의 패턴이 형성된 후, 반도체층을 재성장시켜 상기 보이드들의 패턴을 덮는 제2 도전형 콘택층(35)을 형성한다. 상기 제2 도전형 콘택층(35)은 금속과 오믹 접촉을 형성할 수 있는 반도체층으로 형성되며, 예컨대 p형 GaN 또는 p형 AlInGaN로 형성될 수 있다.
도 2d를 참조하면, 상기 제2 도전형 콘택층(35) 상에 오믹 콘택층(37), 보호층(39)이 형성되고, 본딩 메탈(37)을 통해 지지 기판(51)이 본딩된다.
상기 오믹 콘택층(37)은 Ni/Au로 형성될 수 있으며, 또한 Al과 같은 반사층을 포함할 수 있다. 상기 보호층(39)은 본딩 메탈로부터 오믹 콘택층(37)을 보호하기 위해 형성되며, 예컨대 Ni로 형성될 수 있다. 상기 본딩 메탈(37)은 지지 기판(51)을 본딩하기 위한 것으로 AuSn으로 형성될 수 있다.
도 2e를 참조하면, 상기 지지 기판(51)이 본딩된 후, 성장 기판(21)이 제거되고 제1 도전형 반도체층, 예컨대 n형 콘택층(25)이 노출된다.
상기 성장 기판(21)은 레이저 리프트 오프(LLO), ZnO, ZrN, TiN, CrN, NbN 등의 금속 버퍼층을 이용한 화학 리프트 오프(CLO), 또는 열팽창 계수 차이를 이용한 기판 분리 기술을 이용하여 제거되거나, 기판을 식각 또는 연마하여 제거될 수 있다.
또한, 상기 성장 기판(21)이 제거된 후, 버퍼층(23)도 제거되어 n형 콘택층(25) 표면이 노출된다.
도 2f를 참조하면, 노출된 n형 콘택층(25) 상에 리세스 영역들을 한정하는 포토레지스트 패턴(55)이 형성될 수 있다. 이어서, 도 2g에 도시된 바와 같이, 상기 포토레지스트 패턴(55)을 식각마스크로 사용하여 상기 n형 콘택층(25)을 부분적으로 식각함으로써 리세스들(55a)이 형성된다.
이어서, 상기 리세스들(55a)이 형성된 n형 콘택층(25)의 표면에 PEC와 같은 이방성 습식 에칭을 이용하여 거칠어진 표면(R)을 형성할 수 있으며, 또한 상기 n형 콘택층(25) 상에 상부 전극(57)을 형성함으로써 도 1과 같은 발광 다이오드가 완성된다.
도 3a, 3b, 3c 및 3d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 여기서는 보이드들(33v)을 형성하는 다른 방법이 개시된다.
도 3a를 참조하면, 도 2a를 참조하여 설명한 바와 같이, 성장 기판(21) 상에 제1 도전형 반도체층, 활성 영역(27) 및 제2 도전형 반도체층이 형성된다. 그 후, 상기 제2 도전형 반도체층, 예컨대 p형 AlGaN층(31) 상에 금속 패턴(61)이 형성된다. 상기 금속 패턴(61)은 질화갈륨 계열의 반도체층과 반응하여 질화물을 형성하는 금속으로 형성되며, 예컨대 Ta, Ti 또는 Cr을 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 상기 금속 패턴(61)이 형성된 상태에서, GaN층 또는 AlInGaN층(35a)을 성장시킨다. 예컨대, 성장 기판(21)을 반응 챔버에 로딩하고 성장 기판(21) 온도를 질화갈륨 계열의 반도체층을 성장시키기 위한 온도로 높이고, NH3와 같은 질소 소스 가스를 주입하여 상기 p형 층(35a)을 성장시킬 수 있다. 이때, 상기 금속 패턴(61)과 p형 클래드층(31)의 질소가 반응하여 금속 질화물이 형성되며, 약 900℃ 이상의 온도에서 이 금속 질화물은 불안정하여 가스 중으로 증발한다. 이에 따라, 상기 금속 패턴(61) 하부에 보이드들(33v)이 형성된다. 한편, 클래드층(31)에서 분해된 Ga 등은 NH3 가스와 반응하여 p형 층(35a)이 생성될 수 있다. 따라서 TMG와 같은 Ga 소스를 공급하지 않아도 p형 층(35a)이 형성될 수 있다.
상기 p형 층(35a)은 금속 패턴(61)에 노출된 p형 클래드층(31) 상에서 성장되어 금속 패턴(61) 측면을 덮고 또한 금속 패턴(61)의 상면 일부를 덮을 수 있다.
도 3c를 참조하면, 상기 보이드들(33v)이 형성된 후, 상기 잔류하는 금속 패턴(61)이 제거된다. 금속 패턴(61)은 순수 중에서 초음파 세정 기술을 이용하여 제거될 수 있으며, 또는 금속 패턴(61)은 녹고 질화갈륨 계열의 반도체층은 녹지 않는 용액 중에서 초음파 세정 기술을 이용하여 제거될 수 있다. 이 경우의 용액으로서는 예를 들어, 물, 염산, 물 및 염산, 황산, 물 및 황산, 질산, 물 및 질산, 불화수소, 물 및 불화수소산, 물 및 수산화나트륨, 또는 물 및 수산화칼륨(단 물의 조성은 0~90%) 등을 사용할 수 있다.
도 3d를 참조하면, 상기 보이드들(33v)을 덮는 p형 콘택층(35b)이 형성된다. p형 콘택층(35b)은 GaN층 또는 AlInGaN층으로 형성될 수 있으며, p형 층(35a)과 동일 물질일 수 있다.
그 후, 도 2d 및 2g를 참조하여 설명한 바와 같은 공정들이 진행되어 발광 다이오드가 완성된다.
본 실시예에 따르면, 금속 패턴(61)을 이용하여 보이드들(33v)을 형성하기 때문에, 보이드들(33v)의 패턴을 정밀하게 형성할 수 있으며, 또한 습식 에칭을 이용하여 반도체층을 식각할 필요가 없다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 다이오드는 도 1을 참조하여 설명한 발광 다이오드와 대체로 유사하나, 보이드들(33v)이 p형 클래드층(31), 즉 p형 AlGaN층 내에 형성되는 것이 아니라, p형 GaN층(32) 내에 형성된 것에 차이가 있다. 상기 보이드들(33v)은 p형 AlGaN층(31)에 접할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, p형 GaN층(32)의 일부가 p형 AlGaN층(31)과 보이드들(33v) 사이에 남겨질 수 있다.
본 실시예에 따른 보이드들(33v)은 p형 클래드층(31) 상에 p형 GaN층(32)을 먼저 형성하고, 그 후 상기 p형 GaN층(32)에 도 2b 또는 도 3b를 참조하여 설명한 바와 같이 보이드들(33v)을 형성함으로써 형성될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 종래의 p형 클래드층(31)을 손상시키지 않으면서 p형 GaN층(32) 내에 보이드들을 형성함으로써 제조 공정을 안정화시킬 수 있다.

Claims (19)

  1. 지지 기판;
    상기 지지 기판 상에 위치하는 하부 반도체층;
    상기 하부 반도체층 상부에 위치하는 상부 반도체층;
    상기 하부 반도체층과 상기 상부 반도체층 사이에 위치하는 활성 영역; 및
    상기 하부 반도체층 내에 매립된 광 결정 구조를 포함하는 발광 다이오드.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부 반도체층은 p형 콘택층을 포함하고, 상기 상부 반도체층은 n형 콘택층을 포함하는 발광 다이오드.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 활성 영역은 AlGaN 우물층을 포함하고,
    상기 p형 콘택층은 p형 GaN층 또는 p형 AlInGaN층인 발광 다이오드.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 결정 구조는 상기 지지 기판 면을 따라 정렬된 보이드들의 패턴을 포함하는 발광 다이오드.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 보이드들의 폭 및 높이는 50nm 내지 200nm 범위 내이고,
    상기 보이드들 사이의 거리는 50nm 내지 1um 범위 내인 발광 다이오드.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 하부 반도체층은 상기 보이드들과 상기 활성 영역 사이에 위치하는 적어도 하나의 AlGaN층을 포함하는 발광 다이오드.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 하부 반도체층은 상기 보이드들과 상기 지지 기판 사이에 위치하여 상기 보이드들을 덮는 p형 콘택층을 더 포함하는 발광 다이오드.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 반도체층은 거칠어진 표면을 갖는 발광 다이오드.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 상부 반도체층은 리세스들의 패턴을 포함하는 발광 다이오드.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 상부 반도체층은 n형 AlGaN층을 포함하고, 상기 거칠어진 표면은 상기 n형 AlGaN층 표면에 형성된 발광 다이오드.
  11. 성장 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성 영역 및 제2 도전형 반도체층을 형성하고,
    상기 제2 도전형 반도체층을 부분적으로 패터닝하여 보이드들의 패턴을 형성하고,
    상기 보이드들의 패턴을 덮는 제2 도전형 콘택층을 형성하고,
    상기 제2 도전형 콘택층 상에 오믹 콘택층을 형성하고,
    상기 오믹 콘택층 상에 지지 기판을 형성하고,
    상기 성장 기판을 제거하고 상기 제1 도전형 반도체층을 노출시키는 것을 포함하는 발광 다이오드 제조 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 보이드들의 패턴을 형성하는 것은,
    상기 제2 도전형 반도체층 상에 나노 임프린트 기술을 이용하여 포토 레지스트 패턴을 형성하고,
    상기 포토 레지스트 패턴을 식각마스크로 사용하여 상기 제2 도전형 반도체층을 부분적으로 식각하는 것을 포함하는 발광 다이오드 제조 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 보이드들의 패턴을 형성하는 것은,
    상기 제2 도전형 반도체층 상에 금속 패턴을 형성하고,
    상기 금속 패턴과 상기 제2 도전형 반도체층을 반응시켜 상기 금속 패턴 하부에 상기 금속 패턴에 대응하는 보이드들의 패턴을 형성하고,
    상기 금속 패턴의 잔류물을 제거하는 것을 포함하는 발광 다이오드 제조 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 금속 패턴은 Ta, Ti 및 Cr으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 금속물질을 포함하는 발광 다이오드 제조 방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체층의 최상층은 p형 AlGaN층인 발광 다이오드 제조 방법.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체층의 최상층은 p형 GaN층 또는 p형 AlInGaN층인 발광 다이오드 제조 방법.
  17. 청구항 11에 있어서,
    상기 노출된 제1 도전형 반도체층에 거칠어진 표면을 형성하는 것을 더 포함하는 발광 다이오드 제조 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 거칠어진 표면을 형성하기 전, 상기 노출된 제1 도전형 반도체층을 패터닝하여 리세스들의 패턴을 형성하는 것을 더 포함하는 발광 다이오드 제조 방법.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층은 n형 AlGaN층을 포함하고, 상기 n형 AlGaN층에 상기 거칠어진 표면이 형성되는 발광 다이오드 제조 방법.
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