KR100609119B1 - 수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자의 제조방법 - Google Patents

수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자의 제조방법 Download PDF

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조효경
김제원
김민주
박영호
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자의 제조방법에 관한 것으로, 사파이어기판상에 n형 질화갈륨층, 활성층 및 p형 질화갈륨층을 순차적으로 형성하여 질화갈륨계 LED 구조물을 형성하는 단계; 상기 질화갈륨계 LED 구조물을 소정 간격으로 식각함으로써, 상기 질화갈륨계 LED 구조물을 제1차 아이솔레이션(isolation)시키는 단계; 상기 제1차 아이솔레이션된 질화갈륨계 LED 구조물상에 도전성기판을 접합하는 단계; 상기 도전성기판을 접합한 후, 상기 사파이어기판을 제거하는 단계; 상기 사파이어기판을 제거한 후 노출된 상기 질화갈륨계 LED 구조물을 소자 크기대로 식각함으로써, 상기 질화갈륨계 LED 구조물을 제2차 아이솔레이션(isolation)시키는 단계; 및 상기 도전성기판 하면에 p형 전극을 형성하고, 상기 사파이어기판을 제거한 후 노출된 상기 질화갈륨계 LED 구조물상에 n형 전극을 형성한 후, 소자분리공정을 행하는 단계를 포함하는 것을 주요한 특징으로 함으로써, LED 소자의 제조 과정에서 상기 질화갈륨계 LED 구조물에 가해지는 스트레스를 줄일 수 있고, 또한 양질의 LED 소자를 제조할 수 있는 이점이 있다.
발광다이오드, LED, 수직구조 발광다이오드, 아이솔레이션, 사파이어기판

Description

수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자의 제조방법{Manufacturing method of vertically structured GaN type LED device}
도 1 및 도 2a는 종래의 수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자의 공정단면도
도 2b는 종래기술의 문제점을 나타내기 위한 사진
도 3a 내지 도 3k는 본 발명의 제1실시예로서의 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제2실시예로서의 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도
도 5는 본 발명의 제1실시예에 의해 종래기술의 문제점을 해결한 것을 나타내기 위한 사진
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
305: 사파이어기판 310: n형 질화갈륨층
315: 활성층 320: p형 질화갈륨층
325: 질화갈륨계 LED 구조물 330: 틈
335, 435: 반사막 340: 반사막 구성물
345, 445: 베리어막 350: 베리어막 구성물
355, 455: 제1본딩층 360: 제2본딩층
365: 도전성기판 370: 본딩층
375: 본딩층 구성물 380, 410: 패턴
385: n형 전극 390: p형 전극
본 발명은 수직구조(수직전극형) 질화갈륨(GaN)계 발광다이오드(Light Emitting Diode; 이하, 'LED'라 칭함) 소자의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사파이어기판을 제거한 후 노출된 질화갈륨계 LED 구조물상에 n형 전극을 형성하고, 도전성기판상에는 p형전극을 형성한 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 질화갈륨계 LED는 사파이어 기판위에 성장하지만, 사파이어 기판은 단단하고 전기적으로 부도체이며 열전도 특성이 좋지 않아 질화갈륨계 LED의 크기를 줄여 제조원가를 절감하거나, 광출력, ESD(electostatic discharge)같은 칩의 특성을 개선시키는데 한계가 있다. 특히, LED의 고출력화를 위해서는 대전류 인가가 필수이기 때문에 LED의 열 방출 문제를 해결하는 것이 중요하다. 이러한 문제를 해결하기 위한 수단으로, 종래에는 레이저 리프트 오프(Laser Lift-Off:LLO; 이하, 'LLO' 라 칭함)를 이용하여 사파이어 기판을 제거한 수직구조 질화갈륨계 LED가 제안되었다.
종래의 수직구조 질화갈륨계 LED는 첨부된 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 사파이어기판(105)상에 n형 질화갈륨층(110), 활성층(115), p형 질화갈륨층(120)을 순차적으로 결정성장시키고, p형 질화갈륨층(120) 위에 p형 전극 또는 p형 전극 및 반사막(125)을 형성한 후, 금속 공융(eutectic)접합층(130)을 형성한다. 이때, 상기 공융접합층(130)은 실리콘(Si) 기판(135)을 공융 접합법으로 부착하기 위하여 형성하는 것으로, 제1금속막(130a)과 제2금속막(130b)으로 구성된 금속합금층이다. 이때, 상기 금속합금층은 납(Pb), 인(In), 주석금(AuSn), 주석(Sn), 금(Au) 등의 금속을 이용하여 증착한다. 그 다음, 상기 공융접합층(130)에 소정의 온도와 압력을 가한 후 상기 공융접합층(130)상에 실리콘기판(135)을 접합한다. 그 후, LLO 공정을 통해 상기 사파이어 기판(105)을 제거한 후, 상기 n형 질화갈륨층(110)상에 n형 전극(205)을 형성하고 이후 레이저 또는 건식식각공정을 통하여 소자분리 공정을 수행하거나 또는 소자분리 공정 후 n형 전극(205)을 형성함으로써 수직구조 질화갈륨계 LED 소자를 완성하였다(도 2a참조).
그러나, 상술한 종래기술에 있어서, 상기 실리콘기판(135)을 접합하는 과정 및/또는 LLO 공정을 통해 상기 사파이어기판(105)을 제거하는 과정 등에서 상기 n형 질화갈륨층(110), 활성층(115) 및 p형 질화갈륨층(120) 등이 스트레스(stress)를 받아 깨지는 현상이 발생하는 문제점이 있었다.
상기 n형 질화갈륨층(110), 활성층(115) 및 p형 질화갈륨층(120) 등이 스트레스(stress)를 받아 깨지는 현상을 방지하기 위해서, 상기 n형 질화갈륨층(110), 활성층(115) 및 p형 질화갈륨층(120) 등으로 형성된 질화갈륨계 LED 구조물을 미리 소자크기대로 식각한 후, 상기 실리콘기판(135)을 접합하고 상기 사파이어기판(105)을 제거하는 공정 등을 행함으로써 상기 질화갈륨계 LED 구조물에 가해지는 스트레스를 줄이는 방법을 생각할 수 있으나, 그러한 방법에 있어서도 상기 질화갈륨계 LED 구조물의 식각된 면이 제조 공정 중에 계속 노출됨으로써, 상기 질화갈륨계 LED 구조물의 식각된 면에 외부적인 충격이 가해지게 된다.
특히 그러한 충격이 상기 활성층(115)의 식각된 면에 가해지는 경우 상기 활성층(115)의 식각된 면 부근에 전기적 쇼트(short) 등이 발생하게 되고, 결과적으로 불량한 LED 소자를 제조하게 되는 문제점이 있게 된다.
또한, 도 2b에 도시한 바와 같이, 상기 질화갈륨계 LED 구조물 위에 본딩층을 형성할 경우 상기 본딩층의 가장자리 부근에 접합되지 않는 공간(260)이 형성됨으로써 불량한 LED 소자를 제조하게 되는 문제점이 있게 된다.
따라서 본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 제조 공정 중에 질화갈륨계 LED 구조물에 가해지는 스트레스를 줄이고, 또한 제조 공정중에 상기 질화갈륨계 LED 구조물에 외부적인 충격이 가해지더라도 양질의 LED 소자를 제조할 수 있는 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법은, 사파이어기판상에 n형 질화갈륨층, 활성층 및 p형 질화갈륨층을 순 차적으로 형성하여 질화갈륨계 LED 구조물을 형성하는 단계; 상기 질화갈륨계 LED 구조물을 소정 간격으로 식각함으로써, 상기 질화갈륨계 LED 구조물을 제1차 아이솔레이션(isolation)시키는 단계; 상기 제1차 아이솔레이션된 질화갈륨계 LED 구조물상에 도전성기판을 접합하는 단계; 상기 도전성기판을 접합한 후, 상기 사파이어기판을 제거하는 단계; 상기 사파이어기판을 제거한 후 노출된 상기 질화갈륨계 LED 구조물을 소자 크기대로 식각함으로써, 상기 질화갈륨계 LED 구조물을 제2차 아이솔레이션(isolation)시키는 단계; 및 상기 도전성기판 하면에 p형 전극을 형성하고, 상기 사파이어기판을 제거한 후 노출된 상기 질화갈륨계 LED 구조물상에 n형 전극을 형성한 후, 소자분리공정을 행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1차 아이솔레이션시키는 방법은, 최종적으로 제조되는 LED 소자의 둘레를 구성하는 각 변보다 큰 길이의 변을 갖도록 상기 질화갈륨계 LED 구조물을 격자형상으로 식각함으로써 격자형상의 틈을 형성하고, 상기 틈의 너비는 약 10㎛인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 도전성기판을 접합하는 방법은, 상기 도전성기판 하면에 제2본딩층을 형성하는 단계; 상기 제1차 아이솔레이션된 질화갈륨계 LED 구조물상에 제1본딩층을 형성하는 단계; 및 상기 제1본딩층과 상기 제2본딩층을 고온-고압하에서 접합하여 본딩층을 형성함으로써 상기 도전성기판을 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1차 아이솔레이션된 질화갈륨계 LED 구조물상에 도전성기판을 접합하는 단계는, 상기 제1차 아이솔레이션된 질화갈륨계 LED 구조물을 형성한 후, 상기 질화갈륨계 LED 구조물상에 반사막을 형성하는 단계; 및 상기 반사막상에 본딩층을 형성하여 도전성기판을 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1차 아이솔레이션된 질화갈륨층 LED 구조물상에 도전성기판을 접합하는 단계는, 상기 제1차 아이솔레이션된 질화갈륨계 LED 구조물을 형성한 후, 상기 질화갈륨계 LED 구조물상에 반사막을 형성하는 단계; 상기 반사막상에, 상기 반사막과 본딩층 사이에서 발생하는 확산(diffusion)을 방지하기 위한 베리어(barrier)막을 형성하는 단계; 및 상기 베리어막상에 본딩층을 형성하여 도전성기판을 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2차 아이솔레이션(isolation)시키는 방법은, 상기 사파이어기판을 제거한 후 노출된 상기 질화갈륨계 LED 구조물상에 LED 소자의 크기에 상응하는 크기로 패턴을 형성하는 단계; 상기 패턴을 마스크로 사용하여 상기 질화갈륨계 LED 구조물을 LED 소자의 크기대로 식각하는 단계; 및 상기 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 다른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법은, 사파이어기판상에 n형 질화갈륨층, 활성층 및 p형 질화갈륨층을 순차적으로 형성하여 질화갈륨계 LED 구조물을 형성하는 단계; 상기 질화갈륨계 LED 구조물을 소정 간격으로 식각함으로써, 상기 질화갈륨계 LED 구조물을 제1차 아이솔레이션(isolation)시키는 단계; 상기 제1차 아이솔레이션된 질화갈륨계 LED 구조물상에, 제1차 아이솔레이션된 부분을 차단하기 위한 패턴을 형성하는 단계; 상기 패턴이 형성된 상기 질화갈륨계 LED 구조물상에 본딩층을 형성하는 단계; 상기 패턴을 제거한 후, 상기 본딩층을 접합면으로 하여 상기 본딩층상에 도전성기판을 접합하는 단계; 상기 도전성기판을 접합한 후, 상기 사파이어기판을 제거하는 단계; 상기 사파이어기판을 제거한 후 노출된 상기 질화갈륨계 LED 구조물을 소자 크기대로 식각함으로써, 상기 질화갈륨계 LED 구조물을 제2차 아이솔레이션(isolation)시키는 단계; 및 상기 도전성기판 하면에 p형 전극을 형성하고, 상기 사파이어기판을 제거한 후 노출된 상기 질화갈륨계 LED 구조물상에 n형 전극을 형성한 후, 소자분리공정을 행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1차 아이솔레이션시키는 방법은, 최종적으로 제조되는 LED 소자의 둘레를 구성하는 각 변보다 큰 길이의 변을 갖도록 상기 질화갈륨계 LED 구조물을 격자형상으로 식각함으로써 격자형상의 틈을 형성하고, 상기 틈의 너비는 약 10㎛인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 도전성기판을 접합하는 방법은, 상기 도전성기판 하면에 제2본딩층을 형성하는 단계; 상기 패턴이 형성된 상기 질화갈륨층 LED 구조물상에 제1본딩층을 형성하는 단계; 및 상기 패턴을 제거한 후, 상기 제1본딩층과 상기 제2본딩층을 고온-고압하에서 접합하여 본딩층을 형성함으로써 상기 도전성기판을 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 패턴이 형성된 상기 질화갈륨층 LED 구조물상에 본딩층을 형성하는 단계는, 상기 패턴이 형성된 상기 질화갈륨계 LED 구조물상에 반사막을 형성하는 단계; 및 상기 반사막상에 상기 본딩층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징 으로 한다.
또한, 상기 패턴이 형성된 상기 질화갈륨층 LED 구조물상에 본딩층을 형성하는 단계는, 상기 패턴이 형성된 상기 질화갈륨계 LED 구조물상에 반사막을 형성하는 단계; 상기 반사막상에, 상기 반사막과 본딩층 사이에서 발생하는 확산(diffusion)을 방지하기 위한 베리어(barrier)막을 형성하는 단계; 및 상기 베리어막상에 상기 본딩층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2차 아이솔레이션(isolation)시키는 방법은, 상기 사파이어기판을 제거한 후 노출된 상기 질화갈륨계 LED 구조물상에 LED 소자의 크기에 상응하는 크기로 패턴을 형성하는 단계; 상기 패턴을 마스크로 사용하여 상기 질화갈륨계 LED 구조물을 LED 소자의 크기대로 식각하는 단계; 및 상기 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명에 의한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하되, 중복되는 부분에 대한 설명은 생략하도록 한다.
< 제1실시예 >
도 3a 내지 도 3k는 본 발명의 제1실시예로서의 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.
먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이, 사파이어기판(305)상에 n형 질화갈륨층(310), 활성층(315) 및 p형 질화갈륨층(320)을 순차적으로 형성하여 질화갈륨계 LED 구조물(325)을 형성한다.
그 다음, 도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 질화갈륨계 LED 구조물(325)을 소정 간격으로 식각하여 틈(330)을 형성함으로써, 상기 질화갈륨계 LED 구조물(325)을 제1차적으로 아이솔레이션(isolation)시킨다.
여기서, 상기 틈(330)이 상기 질화갈륨계 LED 구조물(325)에 격자형상으로 형성되도록 식각하는데, 상기 격자형상의 틈(330) 사이의 길이(L)가 최종적으로 제조되는 LED 소자의 둘레를 구성하는 각각의 변보다 큰 길이를 갖도록 식각한다.
이때, 상기 틈(330)은 이후에 진행되는 공정, 특히 상기 사파이어기판(305)의 제거 공정 중에 상기 질화갈륨계 LED 구조물(325)에 가해지는 스트레스(stress)를 완충시키는 작용을 하게 된다.
그리고, 상기 틈(330)의 너비는 약 10㎛내외가 되도록 한다.
만약, 상기 틈(330)의 너비가 10㎛미만으로 형성된다면 상기 질화갈륨계 LED 구조물(325)에 가해지는 스트레스를 줄이는 완충작용을 기대하기 어렵고, 상기 틈(330)의 너비가 10㎛를 초과한다면 상기 종래기술분야에서 설명한 바와 같이, 제조 공정 중에 발생하는 외부적인 충격에 따라 상기 활성층(315)의 식각된 면 부근에 발생된 전기적 쇼트(short) 부분이, LED 소자 크기대로 식각하는 제2차 아이솔레이션 공정 후에도 계속 남게됨으로써 불량한 LED 소자를 제조하게 된다. 따라서, 상기 틈(330)의 너비는 약 10㎛내외임이 바람직하다.
상기 틈(330)은 레이저 스크라이빙(scribing) 또는 일반적인 에칭(etching) 공정을 행하여 형성할 수 있다.
그 다음, 도 3c에 도시한 바와 같이, 상기 질화갈륨계 LED 구조물(325)상에, 상기 활성층(315)에서 형성된 광자의 외부 방출 효율을 향상시키기 위한 반사막(335)을 형성한다. 상기 반사막(335)은 Al, Ag, Rh 등의 금속을 증착하여 형성할 수 있다.
이때, 상기 반사막(335)의 증착과정에서, 상기 틈(330) 사이로 상기 반사막(335)을 구성하는 물질이 흘러 내려가 상기 틈(330)의 하부에 반사막 구성물(340)이 형성될 수 있다.
한편, 상기 반사막(335)의 형성 공정은 본 실시예에서 선택적인 공정이다.
그 다음, 도 3d에 도시한 바와 같이, 상기 반사막(335)상에 베리어(barrier)막(345)을 형성한다.
상기 베리어막(345)은 상기 반사막(335)과 상기 베리어막(345)상에 형성될 본딩층 사이에 열에 의한 확산(diffusion)을 방지하는 작용을 한다. 상기 베리어막(345)은 텅스텐 또는 텅스텐 합금 등의 금속막을 증착하여 형성할 수 있다.
이때, 상기 베리어막(345)의 증착과정에서, 상기 틈(330) 사이로 상기 베리어막(345)을 구성하는 물질이 흘러 내려가 상기 틈(330)의 하부에 이미 형성되어 있는 상기 반사막 구성물(340) 위에 베리어막 구성물(350)이 형성될 수 있다.
마찬가지로, 상기 베리어막(345)의 형성 공정은 본 실시예에서 선택적인 공정이다.
그 다음, 도 3e 및 도 3f에 도시한 바와 같이, 상기 베리어막(345)상에 제1본딩층(355)을 형성하고, 또한 도전성기판(365) 하면에 제2본딩층(360)을 형성한 후, 도 3f에 도시한 바와 같이, 상기 제1본딩층(355)과 제2본딩층(360)을 고온-고압(예를 들어, 350℃-2.8MPa)하에서 접합함으로써, 상기 도전성기판(365)을 상기 베리어막(345)에 접합한다.
여기서, 상기 접합된 제1본딩층(355)과 제2본딩층(360)을 통틀어 본딩층(370)으로 정의한다.
그리고, 상기 제1본딩층(355)과 제2본딩층(360)은 금속, 예를 들어 Pd, In 등을 증착하여 형성한다.
이때, 상기 제1본딩층(355)의 증착과정에서, 상기 틈(330) 사이로 상기 제1본딩층(355)을 구성하는 물질이 흘러 내려가 상기 틈(330)의 하부에 이미 형성되어 있는 베리어막 구성물(350) 위에 본딩층 구성물(375)이 형성될 수 있다.
여기서, 상기 도전성기판(365)으로서 금속기판 또는 고농도의 실리콘기판을 사용할 수 있는데, 금속기판일 경우, Cu, Ni, Co, W, Mo, Au, Al, Pt, Pd, Ti, Ta, Sn, Fe, Cr(구리, 니켈, 코발트, 텅스텐, 몰리브덴, 금, 알루미늄, 백금, 팔라듐, 티타늄, 탄탈룸, 주석, 철, 크롬)등의 금속 또는 그 합금으로 구성된 금속기판일 수 있다.
상기 도전성기판(365)은 LED 소자의 제조공정 및 LED 소자의 최종 패키징 공정시에 발생할 수 있는 외부의 충격에 의해 소자가 손상을 받지 않도록 소자의 형태를 유지하는 작용을 하고, 또한 LED 소자에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 기능을 한다.
한편, 본 실시예에서의 선택적인 공정인 상기 반사막(335) 형성공정과 상기 베리어막(345) 형성공정이 생략된다면, 상기 본딩층(370) 및 도전성기판(365)은 상기 질화갈륨계 LED 구조물(325)상에 형성될 것이다.
그 다음, 도 3g에 도시한 바와 같이, LLO 공정을 통하여 상기 사파이어기판(305)을 제거한다.
이때, 상기 틈(330) 사이에 형성되어 있는 상기 반사막 구성물(340), 베리어막 구성물(350) 및 본딩층 구성물(375)이 상기 사파이어기판(305)의 소정 부분에 붙어있음으로 인하여, 상기 반사막 구성물(340), 베리어막 구성물(350) 및 본딩층 구성물(375)이 상기 사파이어기판(305)과 함께 제거될 수 있다.
만약, 상기 반사막 구성물(340), 베리어막 구성물(350) 및 본딩층 구성물(375)이 상기 사파이어기판(305)과 함께 제거되지않고 상기 틈(330) 사이에 남아있게 되는 경우에는, 후술하는 바와 같이 상기 질화갈륨계 LED 구조물(325)이 제2차적으로 아이솔레이션되는 과정에서 상기 구성물들(340,350,375)이 제거된다.
그 다음, 도 3h 및 도 3i에 도시한 바와 같이, 상기 사파이어기판(305)을 제거한 후 노출된 상기 질화갈륨계 LED 구조물(325)을 최종적인 LED 소자의 크기대로 식각함으로써, 상기 질화갈륨계 LED 구조물(325)을 제2차적으로 아이솔레이션시킨다.
여기서, 상기 질화갈륨계 LED 구조물(325)을 제2차적으로 아이솔레이션시키는 방법을 설명하면, 먼저 도 3h에 도시한 바와 같이, 상기 사파이어기판(305)을 제거한 후 노출된 상기 질화갈륨계 LED 구조물(325)상에 최종적인 LED 소자의 크기에 상응하는 크기로 패턴(380)을 형성한다.
상기 패턴(380)은 포토레지스트, SiO2, 금속 등으로 형성할 수 있다.
그 다음, 도 3i에 도시한 바와 같이, 상기 패턴(380)을 마스크로 사용하여 상기 질화갈륨계 LED 구조물(325)을 최종적인 LED 소자의 크기대로 식각함으로써, 상기 질화갈륨계 LED 구조물(325)을 제2차적으로 아이솔레이션시킨다.
이때, 상기 질화갈륨계 LED 구조물(325)을 제1차적으로 아이솔레이션한 후 노출된 상기 질화갈륨계 LED 구조물(325)의 식각된 면이 상기 사파이어기판(305)의 제거 공정 등을 진행하면서 손상을 받았을 지라도, 본 공정에서 그러한 손상부분(예를 들어, 상기 활성층(315)의 전기적 쇼트부분)이 모두 식각됨으로써, 결과적으로 양질의 LED 소자를 제조할 수 있게 된다.
또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 종래기술의 문제점으로 지적하였던,상기 제1본딩층(355)과 제2본딩층(360)의 가장자리 부근에 형성된 접합되지 않는 공간이 본 공정에서 모두 제거됨으로써 양질의 LED 소자를 제조할 수 있게 된다.
한편, 상기 사파이어기판(305)의 제거 공정에서 상기 사파이어기판(305)과 함께 제거되지 않은 구성물들(340,350,375)이 본 공정에서 모두 식각됨으로써, 상기 질화갈륨계 LED 구조물(325)에서 모두 제거된다.
그 다음, 상기 패턴(380)을 제거하는데, 상기 패턴(380)이 포토레지스트인 경우에는 아세톤 등의 일반적인 유기용제를 사용하여 제거하고, 상기 패턴(380)이 SiO2인 경우에는 불산용액을 사용하여 제거하며, 상기 패턴(380)이 금속인 경우에는 그 금속을 제거하는 전용 에천트(etchant)를 사용하여 제거한다.
그 다음, 도 3j에 도시한 바와 같이, 상기 패턴(380)이 제거된 상기 질화갈륨계 LED 구조물(325)상에{보다 상세히 설명하면, 상기 질화갈륨계 LED 구조물(325)을 구성하는 n형 질화갈륨층(310)상에} n형 전극(385)을 형성하고, 상기 도전성기판(365)의 하면에 p형 전극(390)을 형성한다.
다만, 경우에 따라서는 상기 p형 전극(390)이 상기 도전성기판(365)의 하면에 형성되지 않고, 상기 p형 질화갈륨층(320) 또는 상기 반사막(335)상에 형성될 수도 있다.
그 다음, 도 3k에 도시한 바와 같이, 제2차적으로 아이솔레이션한 과정에서 식각되지 않은 부분을 다이싱(dicing) 또는 브레이킹(breaking)하여 소자로서 분리함으로써, 본 실시예에 의한 LED 소자를 완성한다.
< 제2실시예 >
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제2실시예로서의 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.
먼저, 도 4a에 도시한 바와 같이, 사파이어기판(405)상에 질화갈륨계 LED 구조물(425)을 형성한 다음, 상기 질화갈륨계 LED 구조물(425)을 소정 간격으로 식각하여 틈(430)을 형성함으로써, 상기 질화갈륨계 LED 구조물(425)을 제1차적으로 아이솔레이션(isolation)시킨다.
여기서, 상기 틈(430)은 상술한 제1실시예와 동일하게 형성한다.
그 다음, 도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 질화갈륨계 LED 구조물(425) 위의 틈(430)이 형성된 부분을 차단하기 위한 패턴(460)을 형성한다.
상기 패턴(380)은 포토레지스트, SiO2, 금속 등으로 형성할 수 있다.
그 다음, 도 4c에 도시한 바와 같이, 상기 패턴(460)이 형성된 질화갈륨계 LED 구조물(425)상에 반사막(435), 베리어막(445) 및 제1본딩층(455)을 순차적으로 형성한다.
이때, 상술한 제1실시예와 달리, 상기 반사막(435), 베리어막(445) 및 제1본딩층(455)을 증착하는 과정에서, 상기 패턴(460)이 상기 반사막(435), 베리어막(445) 및 제1본딩층(455)을 구성하는 구성물이 상기 틈(430) 사이로 흘러들어가는 것을 차단함으로써, 상기 틈(430) 사이에 상기 반사막(435), 베리어막(445) 및 제1본딩층(455)을 구성하는 구성물들이 형성되지 않는다.
한편, 본 실시예에서의 상기 반사막(435) 및 베리어막(445) 형성공정은, 상술한 제1실시예와 같이 선택적인 공정이다.
그 다음, 도 4d에 도시한 바와 같이, 상기 패턴(460)을 제거하는데, 상기 패턴(460)이 포토레지스트인 경우에는 아세톤 등의 일반적인 유기용제를 사용하여 제거하고, 상기 패턴(460)이 SiO2인 경우에는 불산용액을 사용하여 제거하며, 상기 패턴(460)이 금속인 경우에는 그 금속을 제거하는 전용 에천트(etchant)를 사용하여 제거한다.
그 후, 도전성기판 하면에 제2본딩층을 형성하여 상기 도전성기판을 상기 베리어막(445)에 접합하는 공정을 행하는 등의 상술한 제1실시예의 공정을 동일하게 진행하여 본 실시예에 의한 발광다이오드 소자의 제조를 완성한다.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 특허청구범위에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함되는 것으로 보아야 할 것이다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자의 제조방법에 의하면, 질화갈륨계 LED 구조물에 미세한 틈을 형성하여 상기 질화갈륨계 LED 구조물을 제1차적으로 아이솔레이션시킴으로써, LED 소자의 제조 과정에서 상기 질화갈륨계 LED 구조물에 가해지는 스트레스를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 질화갈륨계 LED 구조물을 제1차적으로 아이솔레이션한 후 노출된 상기 질화갈륨계 LED 구조물의 식각된 면이 사파이어기판의 제거 공정 등을 진행하면서 손상을 받았을 지라도, 제2차적으로 아이솔레이션하는 공정에서 그러한 손상부분(예를 들어, 상기 활성층의 전기적 쇼트부분)이 모두 식각됨으로써, 결과적으로 양질의 LED 소자를 제조할 수 있는 이점이 있다.

Claims (13)

  1. 사파이어기판상에 n형 질화갈륨층, 활성층 및 p형 질화갈륨층을 순차적으로 형성하여 질화갈륨계 LED 구조물을 형성하는 단계;
    상기 질화갈륨계 LED 구조물을 소정 간격으로 식각함으로써, 상기 질화갈륨계 LED 구조물을 제1차 아이솔레이션(isolation)시키는 단계;
    상기 제1차 아이솔레이션된 질화갈륨계 LED 구조물상에 도전성기판을 접합하는 단계;
    상기 도전성기판을 접합한 후, 상기 사파이어기판을 제거하는 단계;
    상기 사파이어기판을 제거한 후 노출된 상기 질화갈륨계 LED 구조물을 소자 크기대로 식각함으로써, 상기 질화갈륨계 LED 구조물을 제2차 아이솔레이션(isolation)시키는 단계; 및
    상기 도전성기판 하면에 p형 전극을 형성하고, 상기 사파이어기판을 제거한 후 노출된 상기 질화갈륨계 LED 구조물상에 n형 전극을 형성한 후, 소자분리공정을 행하는 단계를 포함하는 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1차 아이솔레이션시키는 방법은,
    최종적으로 제조되는 LED 소자의 둘레를 구성하는 각 변보다 큰 길이의 변을 갖도록 상기 질화갈륨계 LED 구조물을 격자형상으로 식각함으로써 격자형상의 틈을 형성하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도전성기판을 접합하는 방법은,
    상기 도전성기판 하면에 제2본딩층을 형성하는 단계;
    상기 제1차 아이솔레이션된 질화갈륨계 LED 구조물상에 제1본딩층을 형성하는 단계; 및
    상기 제1본딩층과 상기 제2본딩층을 고온-고압하에서 접합하여 본딩층을 형성함으로써 상기 도전성기판을 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1차 아이솔레이션된 질화갈륨계 LED 구조물상에 도전성기판을 접합하는 단계는,
    상기 제1차 아이솔레이션된 질화갈륨계 LED 구조물을 형성한 후, 상기 질화갈륨계 LED 구조물상에 반사막을 형성하는 단계; 및
    상기 반사막상에 본딩층을 형성하여 도전성기판을 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1차 아이솔레이션된 질화갈륨층 LED 구조물상에 도전성기판을 접합하는 단계는,
    상기 제1차 아이솔레이션된 질화갈륨계 LED 구조물을 형성한 후, 상기 질화갈륨계 LED 구조물상에 반사막을 형성하는 단계;
    상기 반사막상에, 상기 반사막과 본딩층 사이에서 발생하는 확산(diffusion)을 방지하기 위한 베리어(barrier)막을 형성하는 단계; 및
    상기 베리어막상에 본딩층을 형성하여 도전성기판을 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2차 아이솔레이션(isolation)시키는 방법은,
    상기 사파이어기판을 제거한 후 노출된 상기 질화갈륨계 LED 구조물상에 LED 소자의 크기에 상응하는 크기로 패턴을 형성하는 단계;
    상기 패턴을 마스크로 사용하여 상기 질화갈륨계 LED 구조물을 LED 소자의 크기대로 식각하는 단계; 및
    상기 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법.
  7. 사파이어기판상에 n형 질화갈륨층, 활성층 및 p형 질화갈륨층을 순차적으로 형성하여 질화갈륨계 LED 구조물을 형성하는 단계;
    상기 질화갈륨계 LED 구조물을 소정 간격으로 식각함으로써, 상기 질화갈륨계 LED 구조물을 제1차 아이솔레이션(isolation)시키는 단계;
    상기 제1차 아이솔레이션된 질화갈륨계 LED 구조물상에, 제1차 아이솔레이션된 부분을 차단하기 위한 패턴을 형성하는 단계;
    상기 패턴이 형성된 상기 질화갈륨계 LED 구조물상에 본딩층을 형성하는 단계;
    상기 패턴을 제거한 후, 상기 본딩층을 접합면으로 하여 상기 본딩층상에 도전성기판을 접합하는 단계;
    상기 도전성기판을 접합한 후, 상기 사파이어기판을 제거하는 단계;
    상기 사파이어기판을 제거한 후 노출된 상기 질화갈륨계 LED 구조물을 소자 크기대로 식각함으로써, 상기 질화갈륨계 LED 구조물을 제2차 아이솔레이션(isolation)시키는 단계; 및
    상기 도전성기판 하면에 p형 전극을 형성하고, 상기 사파이어기판을 제거한 후 노출된 상기 질화갈륨계 LED 구조물상에 n형 전극을 형성한 후, 소자분리공정을 행하는 단계를 포함하는 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1차 아이솔레이션시키는 방법은,
    최종적으로 제조되는 LED 소자의 둘레를 구성하는 각 변보다 큰 길이의 변을 갖도록 상기 질화갈륨계 LED 구조물을 격자형상으로 식각함으로써 격자형상의 틈을 형성하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법.
  9. 제2항 또는 제8항에 있어서,
    상기 틈의 너비가 10㎛인 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 도전성기판을 접합하는 방법은,
    상기 도전성기판 하면에 제2본딩층을 형성하는 단계;
    상기 패턴이 형성된 상기 질화갈륨층 LED 구조물상에 제1본딩층을 형성하는 단계; 및
    상기 패턴을 제거한 후, 상기 제1본딩층과 상기 제2본딩층을 고온-고압하에서 접합하여 본딩층을 형성함으로써 상기 도전성기판을 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 패턴이 형성된 상기 질화갈륨층 LED 구조물상에 본딩층을 형성하는 단계는,
    상기 패턴이 형성된 상기 질화갈륨계 LED 구조물상에 반사막을 형성하는 단계; 및
    상기 반사막상에 상기 본딩층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 패턴이 형성된 상기 질화갈륨층 LED 구조물상에 본딩층을 형성하는 단계는,
    상기 패턴이 형성된 상기 질화갈륨계 LED 구조물상에 반사막을 형성하는 단계;
    상기 반사막상에, 상기 반사막과 본딩층 사이에서 발생하는 확산(diffusion)을 방지하기 위한 베리어(barrier)막을 형성하는 단계; 및
    상기 베리어막상에 상기 본딩층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 제2차 아이솔레이션(isolation)시키는 방법은,
    상기 사파이어기판을 제거한 후 노출된 상기 질화갈륨계 LED 구조물상에 LED 소자의 크기에 상응하는 크기로 패턴을 형성하는 단계;
    상기 패턴을 마스크로 사용하여 상기 질화갈륨계 LED 구조물을 LED 소자의 크기대로 식각하는 단계; 및
    상기 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈 륨계 LED 소자의 제조방법.
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