KR100638732B1 - 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 5각형 이상의 다각형 또는 원형의 횡단면 형상을 갖는 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은, 사파이어 기판 상에 n형 질화물 반도체층, 활성층 및 p형 질화물 반도체층이 순차적으로 배치된 발광구조물을 형성하는 단계; 원하는 최종 발광소자의 횡단면 형상을 가지며, 서로 소정간격 이격 배치되어 상기 발광구조물의 상면 일부가 노출되도록 상기 발광구조물의 상면에 복수개의 금속층을 형성하는 단계; 상기 복수개의 금속층 사이에 노출된 영역 하부의 발광구조물을 제거하여 최종 발광소자에 해당하는 크기로 상기 발광구조물을 분리하는 단계; 상기 사파이어 기판 하면으로 레이저빔을 조사하여 상기 발광구조물로부터 상기 사파이어 기판을 분리하는 단계 - 여기서, 발광구조물이 최종 발광소자 크기로 완전히 분리됨-; 및 상기 n형 질화물 반도체층의 상기 사파이어 기판이 제거된 면에 본딩패드를 형성하는 단계를 포함하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 제공한다.
수직구조, 질화물 반도체 발광소자, 다각형, 원형, 측면 광추출, 레이저 리프트 오프

Description

수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법{FABRICATING METHOD OF VERTICAL STRUCTURE NITRIDE SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}
도 1의 (a) 및 (b)는 종래의 질화물 반도체 발광소자를 도시한 사시도이다.
도 2는 종래의 질화물 반도체 발광소자에서 발생하는 문제점을 설명하는 개념도이다.
도 3의 (a) 내지 (e)는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 도시한 공정 단면도이다.
도 4의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 도시한 공정 단면도이다.
도 5의 (a) 및 (b)는 본 발명의 금속층을 형성하기 위해 발광구조물 상에 형성되는 마스크 패턴의 예를 도시한 평면도이다.
도 6의 (a) 및 (b)는 도 3 및 도 4에 도시된 공정의 후속 공정을 도시한 공정 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 레이저 조사 영역을 설명하기 위한 개념도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
111 : 사파이어 기판 112 : n형 질화물 반도체층
113 : 활성층 114 : p형 질화물 반도체층
115 : 고반사성 오믹콘택층 121, 122, 123 : 마스크 패턴
131 : 금속층
본 발명은 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 횡단면 형상을 오각형 이상의 다각형 또는 원형으로 제작할 수 있게 함으로써, 발광소자의 측면으로 방출되는 빛을 증가시켜 광추출효율을 개선하고 내부 전반사로 인한 발열을 감소시킬 수 있는 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 질화물 반도체는 GaN, InN, AlN 등과 같은 Ⅲ-Ⅴ족 반도체결정으로서, 단파장광(자외선 내지 녹색광), 특히 청색광을 낼 수 있는 발광소자에 널리 사용된다.
질화물 반도체 발광소자는 결정성장을 위한 격자정합조건을 만족하는 사파이어기판 등의 절연성 기판을 이용하여 제조되므로, p형 및 n형 질화물 반도체층에 연결된 2개의 전극이 발광구조의 상면에 거의 수평으로 배열되는 수평 구조를 취하게 된다. 수평 구조를 갖는 종래의 질화물 반도체 발광소자가 도 1의 (a)에 도시된 다.
종래의 수평구조 질화물 반도체 발광소자는, 사파이어 기판(11) 상에, n형 질화물 반도체층(12), 활성층(13), p형 질화물 반도체층(14) 및 오믹콘택층(15)이 순차적으로 적층되고, n형 질화물 반도체층(12)의 상면 일부를 노출시켜 노출된 영역에 n측 전극(16)을 형성하고, 상기 오믹콘택층(15)의 상면에 p측 전극(17)을 형성한 구조를 갖는다.
이러한 수평 구조의 질화물 반도체 발광소자는, 여러 가지 단점을 갖는다. 먼저, n측 전극(16)으로부터 활성층을 통해 p측 전극(17)으로 향하는 전류흐름이 수평방향을 따라 협소하게 형성될 수 밖에 없다. 이러한 협소한 전류흐름으로 인해, 수평 구조의 질화물 반도체 발광소자는 순방향 전압(Vf)이 증가하여 전류효율이 저하되는 단점이 있다.
또한, 수평 구조의 질화물 반도체 발광소자에서는, 전류밀도의 증가에 의해 열발생량이 크고, 반면에 사파이어 기판의 낮은 열전도성에 의해 열방출이 원활하지 못하므로, 열증가에 따라 사파이어 기판과 질화물 반도체 발광구조물 간에 기계적 응력이 발생하여 소자가 불안정해지는 단점이 있다.
더하여, 수평 구조의 질화물 반도체 발광소자에서는, n측 전극(16)을 형성하기 위해서, 형성되는 n측 전극(16)의 면적보다 크게 활성층(13) 및 p형 질화물 반도체층(14)의 일부영역을 제거하여 n형 질화물 반도체층(12)의 일부 상면을 노출시켜야 하므로, 발광면적이 감소되어 소자크기 대 휘도에 따른 발광효율이 저하된다는 단점도 있다.
이러한, 수평 구조의 질화물 반도체 발광소자의 단점을 개선하기 위해, 레이저 리프트 오프 공정을 이용하여 사파이어 기판을 제거한 수직구조의 질화물 반도체 발광소자의 개발이 적극적으로 이루어지고 있다.
도 1의 (b)는 종래의 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 사시도이다. 도 1의 (b)를 참조하면, 종래의 수직구조 질화물 반도체 발광소자는, 사파이어 기판 상에 n형 질화물 반도체층(12), 활성층(13), p형 질화물 반도체층(14)을 순차적으로 형성한 후, 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off : LLO) 공정을 이용하여 상기 사파이어 기판을 제거하고, 상기 n형 질화물 반도체층(12)을 최상층으로 하여, n형 질화물 반도체층(12)의 상면을 광방출면으로 이용한다. 따라서, 상기 n형 질화물 반도체층(12)의 하면에 형성된 활성층(13), 상기 활성층(13) 하면에 형성된 p형 질화물 반도체층(14), 상기 p형 질화물 반도체층(14)의 하면에 고반사성 오믹콘택층(15) 및 도전성 지지용 기판(18)을 포함하는 구조를 갖는다. 상기 n형 질화물 반도체층(12)의 상면에는 전류 확산의 개선을 위한 투명전극층(19)이 선택적으로 형성될 수 있고, 상기 n형 질화물 반도체층(12)의 상면 또는 투명전극층(19)의 상면에는 n측 전극(16)이 형성되어 상기 n측 전극(16)에 와이어 본딩이 이루어져 전류가 공급된다.
이와 같은, 종래의 수직구조 질화물 반도체 발광소자는 대체로 사각형의 횡단면을 갖는다. 종래의 수직구조 질화물 반도체 발광소자는 사각형의 횡단면을 가지므로, 활성층(13)에서 생성된 빛이 측면을 향해 진행하는 경우, 발광소자를 이루 는 질화물과 외부 공기의 굴절율 차이로 인해, 빛이 소자의 외부로 방출될 수 있는 입사각이 매우 한정된다. 도 2에서와 같이, 발광소자 내 활성층(13)의 일지점(A)에서 생성된 빛은, 소정의 입사각(θ)보다 작은 각도로 진행될 때에만 발광소자의 측면을 통과하여 외부로 방출될 수 있으며, 상기 입사각보다 큰 각도로 진행되는 빛은 소자의 내부로 전반사된다. 전반사된 빛은 발광소자의 내부에서 외부로 방출되지 못하므로, 발광소자의 광추출 효율을 저하시켜 그 휘도가 감소하게 되는 문제점을 발생시킨다. 더불어, 발광소자의 외부로 방출되지 못한 빛은 소자의 내부에서 열로 소진되므로 발광소자의 발열량을 증가시켜, 온도 상승에 의한 발광소자의 특성을 변화시키고 그 수명을 단축시키는 등의 문제점을 발생시킨다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 수직형 질화물 반도체 발광소자의 횡단면 형상을 5각형 이상의 다각형 또는 원형으로 제작할 수 있게 함으로써 발광소자 측면을 통한 광추출 효율을 향상시키고 발열에 의한 소자의 특성 열화를 방지하며 그 수명을 연장시킬 수 있는 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 기술적 구성으로서 본 발명은,
사파이어 기판 상에 n형 질화물 반도체층, 활성층 및 p형 질화물 반도체층이 순차적으로 배치된 발광구조물을 형성하는 단계;
원하는 최종 발광소자의 횡단면 형상을 가지며, 서로 소정간격 이격 배치되어 상기 발광구조물의 상면 일부가 노출되도록 상기 발광구조물의 상면에 복수개의 금속층을 형성하는 단계;
상기 복수개의 금속층 사이에 노출된 영역 하부의 발광구조물을 제거하여 최종 발광소자에 해당하는 크기로 상기 발광구조물을 분리하는 단계;
상기 사파이어 기판 하면으로 레이저빔을 조사하여 상기 발광구조물로부터 상기 사파이어 기판을 분리하는 단계 - 여기서, 발광구조물이 최종 발광소자 크기로 완전히 분리됨-; 및
상기 n형 질화물 반도체층의 상기 사파이어 기판이 제거된 면에 본딩패드를 형성하는 단계를 포함하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 금속층을 형성하는 단계는, 상기 복수개의 금속층이 형성되는 상기 발광구조물의 상면 영역을 노출시키고 이외의 영역을 커버하는 마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 노출된 발광구조물의 상면 영역에 도금법을 이용하여 금속층을 형성하는 단계; 및 상기 마스크 패턴을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게 상기 금속층은 오각형 이상의 다각형 횡단면 또는 원형의 횡단면을 가질 수 있다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 발광구조물을 분리하는 단계는, 상기 복수 개의 금속층 사이에 노출된 영역에 해당하는 상기 발광구조물을 건식식각법으로 제거하는 단계인 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 사파이어 기판을 분리하는 단계는, 상기 최종 발광소자의 크기로 분리된 개별 발광 구조물의 하부에 위치한 사파이어 기판 하면 영역으로 각각 상기 레이저빔을 복수회 조사하는 단계인 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 발광구조물을 형성하는 단계는, 상기 p형 질화물 반도체층의 상면에 도전성 및 반사성을 갖는 고반사성 오믹콘택층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 바람직하게, 상기 고반사성 오믹콘택층은, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 그 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 적어도 하나의 층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 본딩패드를 형성하는 단계는, 상기 n형 질화물 반도체층의 상기 사파이어 기판이 제거된 면에 투명전극층을 형성하는 단계; 및 상기 투명전극층의 하면에 본딩패드를 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 바람직하게, 상기 투명전극층은, 인듐-주석계 산화물(ITO), 인듐 산화물(IO), 주석계 산화물(SnO2), 아연계 산화물(ZnO) 및 인듐-아연계 산화물(IZO)로 구성된 그룹으로부터 선택된 산화물로 이루어진 적어도 한 개의 층으로 형성될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 기술적 구성으로서, 본 발명은,
사파이어 기판 상에 n형 질화물 반도체층, 활성층 및 p형 질화물 반도체층이 순차적으로 배치된 발광구조물을 형성하는 단계;
상기 발광구조물의 일부 영역을 제거하여, 원하는 최종 발광소자의 횡단면 및 크기를 갖는 복수개의 개별 발광구조물로 분리하는 단계;
상기 개별 발광구조물의 상면에 금속층을 형성하는 단계;
상기 사파이어 기판 하면으로 레이저빔을 조사하여 상기 개별 발광구조물로부터 상기 사파이어 기판을 분리하는 단계 - 여기서, 발광구조물이 최종 발광소자 크기로 완전히 분리됨-; 및
상기 n형 질화물 반도체층의 상기 사파이어 기판이 제거된 면에 본딩패드를 형성하는 단계를 포함하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 복수개의 개별 발광구조물로 분리하는 단계는, 상기 복수개의 개별 발광구조물의 상면에 해당하는 상기 발광구조물의 상면 영역을 커버하고, 나머지 영역을 노출시키는 마스크 패턴을 상기 발광구조물의 상면에 형성하는 단계; 및 상기 노출된 영역에 해당하는 상기 발광구조물을 건식식각법으로 제거하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
바람직하게, 상기 최종 발광소자의 횡단면은, 오각형 이상의 다각형 또는 원형일 수 있다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 금속층을 형성하는 단계는, 상기 복수개의 개별 발광구조물 사이에 상기 개별 발광구조물의 높이보다 높은 마스크 패턴을 형 성하는 단계; 상기 개별 발광구조물의 상면에 도금법을 이용하여 금속층을 형성하는 단계; 및 상기 마스크 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 사파이어 기판을 분리하는 단계는, 상기 개별 발광 구조물의 하부에 위치한 사파이어 기판 하면 영역으로 각각 상기 레이저빔을 복수회 조사하는 단계인 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 참조부호를 사용할 것이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법 중 일부 공정을 도시한 공정 단면도이다.
도 3을 참조하면, 먼저 도 3의 (a)와 같이, 사파이어 기판(111) 상에 n형 질화물 반도체층(112), 활성층(113), p형 질화물 반도체층(114) 및 고반사성 오믹 콘택층(115)을 순차적으로 적층하여 발광구조물을 형성한다. 상기 발광구조물의 층구 조에서 상기 고반사성 오믹콘택층(115)은 경우에 따라 생략될 수도 있다. 따라서, 본 발명에서 '발광구조물'의 정의는 사파이어 기판(111) 상에 순차적으로 형성된 n형 질화물 반도체층(112), 활성층(113) 및 p형 질화물 반도체층(114)으로 이루어진 구조물 또는 상기 p형 질화물 반도체층(114) 상에 고반사성 오믹콘택층(115)이 더 형성된 구조물을 의미한다.
상기 사파이어 기판(111)은, 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 방향의 격자상수가 13.001Å, a축 방향으로는 4.765Å의 격자간 거리를 가지며, 사파이어 면방향(orientation plane)으로는 C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등을 갖는 특징이 있다. 이러한 사파이어 기판(111)의 C면의 경우 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 청색 또는 녹색 발광소자용 기판으로 사파이어 기판이 주로 사용된다.
상기 n형 질화물 반도체층(112)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 n 도핑된 반도체 물질로 이루어질 수 있으며, 대표적인 질화물 반도체 물질로는 GaN, AlGaN, GaInN가 있다. 상기 n형 질화물 반도체층(112)의 도핑에 사용되는 불순물로는 Si, Ge, Se, Te 또는 C 등이 사용될 수 있다. 상기 n형 질화물 반도체층(112)은, 상기 반도체 물질을 유기금속 기상증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition : MOCVD), 분자빔 성장법(Molecular Beam Epitaxy : MBE) 또는 하이브리드 기상증착법(Hybride Vapor Phase Epitaxy : HVPE)과 같은 공지의 증착공정을 사용하여 사파이어 기판 상에 성장시킴으로써 형성된 다.
통상적으로, 상기 사파이어 기판(111)과 n형 질화물 반도체층(112) 사이에는 격자부정합을 완화하기 위한 버퍼층이 형성될 수 있다. 이 버퍼층으로는 통상 수 십 ㎚의 두께를 갖는 GaN 또는 AlN 등의 저온핵성장층 및/또는 불순물이 도핑되지 않는 비도핑 질화물층이 사용될 수 있다.
상기 활성층(113)은 빛을 발광하기 위한 층으로서, 단일 또는 다중 양자우물구조를 갖는 GaN 또는 InGaN 등의 질화물 반도체층으로 구성된다. 상기 활성층(113)은 상기 n형 질화물 반도체층(112)과 같이 유기금속 기상증착법, 분자빔 성장법 또는 하이브리드 기상증착법과 같은 공지의 증착공정을 사용하여 형성될 수 있다.
상기 p형 질화물 반도체층(114)은 상기 n형 질화물 반도체층(112)과 마찬가지로, AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 p 도핑된 반도체 물질로 이루어질 수 있으며, 대표적인 질화물 반도체 물질로는 GaN, AlGaN, GaInN가 있다. 상기 p형 질화물 반도체층(114)의 도핑에 사용되는 불순물로는 Mg, Zn 또는 Be 등이 있다. 상기 p형 질화물 반도체층(114)은, 상기 반도체 물질을 유기금속 기상증착법, 분자빔 성장법 또는 하이브리드 기상증착법과 같은 공지의 증착공정을 사용하여 성장시킬 수 있다.
상기 고반사성 오믹콘택층(115)은 비교적 높은 에너지밴드갭을 갖는 p형 질화물 반도체층(114)과의 접촉저항을 낮추는데 적절하면서, 동시에 광 방출면인 n형 질화물 반도체층(112)의 하면으로 향하는 유효휘도를 향상시키기 위한 층으로서 반사율이 높은 금속으로 이루어질 수 있다. 상기 고반사성 오믹콘택층(115)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 그 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 적어도 하나의 층을 포함하는 구조로 형성되는 것이 바람직하다.
이어, 상기 발광구조물의 상면에 복수개의 금속층을 형성하는데 이 공정은 도 3의 (b) 및 도 3의 (c)에 도시된다.
상기 발광구조물의 상면에 형성되는 복수개의 금속층(131)은, 최종 발광소자에 포함되는 요소로서, 최종 제작되는 발광소자의 횡단면과 동일한 형상을 가지며, 서로 소정간격 이격 배치되어 상기 발광구조물의 상면 일부가 노출되도록 상기 발광구조물의 상면에 형성된다. 상기 금속층(131)은 제작되는 개별 발광소자의 p측 전극의 역할을 함과 동시에 상기 발광구조물을 지지하는 지지체의 역할을 수행한다. 따라서, 상기 금속층(131)의 횡단면의 형상은, 최종 제작되는 개별 발광소자의 횡단면 형상과 동일한 형상을 갖는다.
복수개의 금속층을 형성하는 단계를 보다 구체적으로 설명하면, 도 3의 (b)와 같이, 복수개의 금속층이 형성될 상기 발광구조물의 상면 영역을 노출시키고 이외의 영역을 커버하는 마스크 패턴(121)을 형성한다. 이 마스크 패턴은 도 5의 (a)에 상세하게 도시된다. 도 5의 (a)와 같이, 복수개의 금속층이 형성될 발광구조물의 상면 영역(115)은 노출시키고, 이외의 영역을 커버하는 마스트 패턴(121)이 형 성된다. 따라서, 이후 금속층을 형성하는 공정에서, 상기 노출된 발광구조물의 상면 영역(115)에 금속층이 형성되고, 각 금속층은 소정 간격 이격되어 형성된다.
본 발명은 오각형 이상의 다각형 횡단면 또는 원형 횡단면을 갖는 수직구조 질화물 반도체 발광소자를 제조하는 방법을 제공하는데 특징이 있다. 이를 위해, 상기 금속층이 최종 발광소자의 횡단면과 동일한 형상을 가져야 하며, 그 형상은 오각형 이상의 다각형 또는 원형이다. 따라서, 금속층이 형성될 발광구조물의 노출된 상면영역은 금속층의 횡단면, 즉 최종 발광소자의 횡단면과 동일한 형상을 갖도록 마스크 패턴(121)이 형성되어야 한다.
이어, 도 3의 (c)와 같이, 마스크 패턴에 의해 노출된 발광구조물의 상면 영역에 도금법을 이용하여 금속층(131)을 형성한 후, 상기 마스크 패턴(도 3(b)의 121)을 제거한다. 상기 금속층(131)을 형성하데 이용되는 도금법은, 전해도금, 비전해도금, 증착도금 등 금속층을 형성하는데 사용될 수 있는 공지의 도금법을 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 도금법은 도금 시간이 적게 소요되는 전해도금법을 이용하는 것이 바람직하다.
이어, 도 3의 (d)와 같이, 상기 복수개의 금속층(131) 사이에 노출된 영역에 해당하는 상기 발광구조물을 건식식각법으로 제거하여, 상기 발광구조물은 최종 발광소자의 크기로 각각 분리된다. 상기 발광구조물을 구성하는 질화물 반도체 물질은 건식식각에 의해 원하는 횡단면 형상을 갖도록 용이하게 가공될 수 있다. 상기 건식식각은 당 기술분야에 잘 알려진 RIE법 등을 이용하여 이루어질 수 있다. 이 건식식각 공정에서, 상기 금속층(131)을 식각 마스크로 사용할 수 있으므로, 별도 의 식각 마스크를 형성하는 공정을 생략될 수 있다. 상기 식각공정을 통해, 상기 금속층(131)이 갖는 횡단면 형상(오각형 이상의 다각형 또는 원형)을 갖는 최종 발광소자의 크기로 분리된다.
이후의 공정은, 도 6의 (a) 및 (b)에 도시된다.
도 6의 (a)와 같이, 사파이어 기판(111)의 하면로 레이저빔을 조사하여 상기 발광구조물로부터 상기 사파이어 기판(111)을 분리한다. 상기 레이저빔은 사파이어 기판(111)의 전면에 조사되는 것이 아니라, 상기 사파이어 기판(111) 상에 형성된 최종 발광소자의 크기로 분리된 발광구조물 각각에 정렬되어 복수회 조사되는 것이 바람직하다. 이는 도 7을 통해 보다 상세하게 설명된다. 도 7은 레이저빔의 조사 영역을 설명하기 위해 사파이어 기판의 하면을 도시한 것으로, 도 7과 같이, 사파이어 기판(111) 상에 개별 발광소자의 크기로 분리된 발광구조물(S)은 소정의 간격으로 이격되어 형성되고, 레이저빔이 조사되는 영역(L)은 각 분리된 발광구조물(S)의 하부에 해당하는 영역을 포함하는 영역이 된다. 이 때, 상기 레이저빔이 조사되는 영역(L)은 이웃한 발광구조물(S)의 하부 영역을 포함하지 않는 것이 바람직하다. 서로 이웃한 발광구조물(S) 각각에 레이저빔이 조사되는 경우, 발광구조물 사이에 서로 중첩되어 레이저빔이 조사되는 영역(D)이 존재한다. 이 영역(D)은 레이저빔이 중첩되어 조사되므로 과도한 레이저빔이 조사되어 상부의 발광구조물에 손상을 가할 수 있다. 따라서, 상기 레이저빔이 조사되는 영역(L)은 하나의 발광구조물의 하부 영역(S)을 포함하되, 이웃한 발광구조물의 하부영역을 침범하지 않는 영역이 되어야 하며, 레이저빔이 중첩되어 조사되는 영역(D)는 이웃한 발광구조물 간의 이격된 영역이어야 한다.
본 발명에 따른 수직구조 발광소자는 전술한 바와 같이, 오각형 이상의 다각형 또는 원형의 횡단면을 가지므로, 상기 조사되는 레이저빔의 단면 또한 원하는 발광소자의 횡단면과 동일한 형상을 갖는 것이 바람직하다. 이를 위해, 조사되는 레이저빔과 사파이어 기판 사이에 금속물질을 이용한 레이저 마스크를 배치시키는 것이 바람직하다. 즉, 상기 레이저 마스크는 원하는 발광소자의 횡단면 형상을 통과시키는 형태로 제작될 수 있으며, 바람직하게 카메라의 조리개와 같이 복수개의 조리개 날개를 이용하거나 포토공정에서 사용하는 방법과 같이 석영(quartz)판 위에 금속패턴이 형성된 마스크를 이용하여 원하는 다각형의 형상을 제작할 수 있다
이어, 도 6의 (b)와 같이, 상기 n형 질화물 반도체층(112)의 상기 사파이어 기판(111)이 제거된 면에 본딩패드(141)를 형성한다. 상기 본딩패드(141)는 발광소자의 n측 전극의 역할을 수행한다. 이 상기 본딩패드(141)를 형성하는 단계는, 상기 n형 질화물 반도체층(112)의 상기 사파이어 기판(111)이 제거된 면에 투명전극층(미도시)을 형성하는 단계; 및 상기 투명전극층의 하면에 본딩패드(141)를 형성하는 단계로 이루어질 수 있다. 수직구조 질화물 반도체 발광소자는, 상기 n형 질화물 반도체층(112)의 상기 사파이어 기판(111)이 제거된 면이 광 방출면이 된다. 따라서, n측 전극으로부터 공급되는 전류의 전류 확산을 개선하고 동시에 방출되는 광의 손실을 방지할 수 있도록 상기 상기 n형 질화물 반도체층(112)의 상기 사파이 어 기판(111)이 제거된 면에는 투명전극층이 형성되는 것이 바람직하다. 상기 투명전극층은, 인듐-주석계 산화물(ITO), 인듐 산화물(IO), 주석계 산화물(SnO2), 아연계 산화물(ZnO) 및 인듐-아연계 산화물(IZO)로 구성된 그룹으로부터 선택된 산화물로 이루어질 수 있다.
본 발명의 제2 실시형태에 따른 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법이 도 4의 (a) 내지 (e)에 도시된다.
먼저, 도 4의 (a)와 같이, 사파이어 기판(111) 상에 n형 질화물 반도체층(112), 활성층(113) 및 p형 질화물 반도체층(114)이 순차적으로 적층된 발광구조물을 형성한다. 전술한 본 발명의 제1 실시형태와 같이, 상기 p형 질화물 반도체층(114) 상에 고반사성 오믹콘택층(115)이 더 형성될 수 있다. 상기 고반사성 오믹콘택층(115)에 대한 설명은 상기 제1 실시형태의 설명을 통해 이루어졌으므로, 본 실시형태에 대한 설명에서는 생략하기로 한다.
이어 도 4의 (b) 및 (c)와 같이, 상기 발광구조물의 일부 영역을 제거하여, 원하는 최종 발광소자의 횡단면 및 크기를 갖는 복수개의 개별 발광구조물로 분리한다. 상기 발광구조물은 복수개의 개별 발광구조물로 분리하는 공정은, 도 4의 (b)와 같이, 상기 복수개의 개별 발광구조물의 상면에 해당하는 상기 발광구조물의 상면 영역을 커버하고, 나머지 영역을 노출시키는 마스크 패턴(122)을 상기 발광구조물의 상면에 형성한 후, 도 4의 (c)와 같이, 상기 마스크 패턴(122)을 식각마스 크로 이용하여 건식식각법을 이용하여 상기 노출된 영역에 해당하는 상기 발광구조물을 제거할 수 있다. 도 5의 (b)는 상기 마스크 패턴(122)의 형상을 도시한다. 도 5의 (b)와 같이, 상기 마스크 패턴(122)은 복수개의 금속층이 형성될 발광구조물의 상면 영역을 커버하고, 이외의 영역을 노출시키는 형상으로 형성된다. 따라서, 건식식각 공정에서 노출된 부분이 제거되어 최종 발광소자의 횡단면 및 크기를 갖는 개별 발광구조물로 분리된다. 상기 마스크 패턴(122)에 의해 커버되는 영역은 개별 발광소자의 횡단면 형상을 가지며, 도 5의 (b)에서는 육각형 형상을 일례로 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
이어, 도 4의 (d) 및 (e)와 같이, 상기 개별 발광구조물의 상면에 금속층(131)을 형성한다. 상기 금속층(131)을 형성 공정은, 도 4의 (d)와 같이 상기 복수개의 개별 발광구조물 사이에 상기 개별 발광구조물의 높이보다 높은 마스크 패턴(123)을 형성한 후, 도 4의 (e)와 같이, 상기 개별 발광구조물의 상면에 도금법을 이용하여 금속층(131)을 형성하고 상기 마스크 패턴(123)을 제거하는 공정으로 이루어질 수 있다. 상기 금속층(131)을 형성하데 이용되는 도금법은, 전해도금, 비전해도금, 증착도금 등 금속층을 형성하는데 사용될 수 있는 공지의 도금법을 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 도금법은 도금 시간이 적게 소요되는 전해도금법을 이용하는 것이 바람직하다.
본 제2 실시형태는, 상기 제1 실시형태에 비해 마스크 패턴을 형성하는 공정이 1회 더 추가된다. 따라서, 공정의 간소화 측면에서 상기 제1 실시형태가 제2 실시형태에 비해 보다 바람직하다.
이후의 공정은, 도 6의 (a) 및 (b)에 도시된다. 도 6의 (a) 및 (b)에 도시된 공정은 상기 제1 실시형태를 통해 설명된 것과 동일하므로, 본 제2 실시형태에 대한 설명에서는 생략하기로 한다.
전술한 본 발명의 실시형태에 의해 제조되는 수직구조 질화물 반도체 발광소자는 오각형 이상의 다각형 또는 원형의 횡단면을 갖는 각기둥 또는 원기둥의 형상을 갖는다.
더욱 상세하게는, 전술한 본 발명의 실시형태에 따라 제조된 수직구조 질화물 반도체 발광소자는, 오각형 이상의 다각형 또는 원형의 횡단면을 갖는 금속층; 상기 금속층의 상면에 형성된 p형 질화물 반도체층; 상기 p형 질화물 반도체층의 상면에 형성된 활성층; 상기 활성층의 상면에 형성된 n형 질화물 반도체층; 및 상기 n형 질화물 반도체층의 상면에 형성된 본딩패드로 이루어진다. 특히, 상기 금속층, p형 질화물 반도체층, 활성층 및 n형 질화물 반도체층을 포함하는 구조물은, 상기 금속층의 하면 및 상기 n형 질화물 반도체층의 상면을 두 밑면으로 하는 오각기둥 이상의 각기둥 또는 원기둥이 된다.
또한, 전술한 본 발명의 실시형태에서와 같이, 상기 금속층 및 상기 p형 질화물 반도체층의 사이에는 고반사성 오믹콘택층이 더 형성될 수 있으며, 상기 n형 질화물 반도체층 및 상기 본딩패드의 사이에는 투명전극층이 더 형성될 수 있다. 상기 고반사성 오믹콘택층 및 투명전극층의 구성물질에 대해서는 이미 설명한 바와 같으므로 더 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이, 본 발명의 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법에 따르면, 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 형상을 오각 이상의 각기둥 또는 원기둥으로 형성할 수 있다. 이러한 형상의 수직구조 질화물 반도체 발광소자는 오각형 이상의 다각형 또는 원형의 횡단면을 가짐으로써, 발광소자의 측면을 통해 방출되는 빛을 증가시켜 광추출효율을 개선할 수 있으며, 이를 통해 발광소자 내부에서 열으로 소진되는 빛을 감소시켜 발광소자로부터 발생하는 열을 감소시킬 수 있다.
삭제
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 횡단면을 오각형 이상의 다각형 또는 원형으로 형성할 수 있게 함으로써, 발광소자의 측면을 통해 방출되는 빛을 증가시켜 광추출효율을 개선할 수 있으며, 이를 통해 발광소자 내부에서 열으로 소진되는 빛을 감소시켜 발광소자로부터 발생하는 열을 감소시킬 수 있다. 이를 통해, 발광소자로부터 방출되는 빛의 휘도를 증가시킬 수 있는 효과가 있으며, 내부 발열을 감소시켜 발광소자의 수명을 증가시키고 발열으로 인한 발광소자의 특성 열화를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (23)

  1. 사파이어 기판 상에 n형 질화물 반도체층, 활성층 및 p형 질화물 반도체층이 순차적으로 배치된 발광구조물을 형성하는 단계;
    원하는 최종 발광소자의 횡단면 형상을 가지며, 서로 소정간격 이격 배치되어 상기 발광구조물의 상면 일부가 노출되도록 상기 발광구조물의 상면에 복수개의 금속층을 형성하는 단계;
    상기 복수개의 금속층 사이에 노출된 영역 하부의 발광구조물을 제거하여 최종 발광소자에 해당하는 크기로 상기 발광구조물을 분리하는 단계;
    상기 사파이어 기판 하면으로 레이저빔을 조사하여 상기 발광구조물로부터 상기 사파이어 기판을 분리하는 단계 - 여기서, 발광구조물이 최종 발광소자 크기로 완전히 분리됨-; 및
    상기 n형 질화물 반도체층의 상기 사파이어 기판이 제거된 면에 본딩패드를 형성하는 단계를 포함하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속층을 형성하는 단계는,
    상기 복수개의 금속층이 형성되는 상기 발광구조물의 상면 영역을 노출시키고 이외의 영역을 커버하는 마스크 패턴을 형성하는 단계;
    상기 노출된 발광구조물의 상면 영역에 도금법을 이용하여 금속층을 형성하는 단계; 및
    상기 마스크 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속층은 오각형 이상의 다각형 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속층은 원형의 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 발광구조물을 분리하는 단계는,
    상기 복수개의 금속층 사이에 노출된 영역에 해당하는 상기 발광구조물을 건식식각법으로 제거하는 단계인 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 사파이어 기판을 분리하는 단계는,
    상기 최종 발광소자의 크기로 분리된 개별 발광 구조물의 하부에 위치한 사파이어 기판 하면 영역으로 각각 상기 레이저빔을 복수회 조사하는 단계인 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 발광구조물을 형성하는 단계는,
    상기 p형 질화물 반도체층의 상면에 도전성 및 반사성을 갖는 고반사성 오믹콘택층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 고반사성 오믹콘택층은,
    Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 그 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 적어도 하나의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 본딩패드를 형성하는 단계는,
    상기 n형 질화물 반도체층의 상기 사파이어 기판이 제거된 면에 투명전극층을 형성하는 단계; 및
    상기 투명전극층의 하면에 본딩패드를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 투명전극층은,
    인듐-주석계 산화물(ITO), 인듐 산화물(IO), 주석계 산화물(SnO2), 아연계 산화물(ZnO) 및 인듐-아연계 산화물(IZO)로 구성된 그룹으로부터 선택된 산화물로 이루어진 적어도 한 개의 층으로 형성된 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  11. 사파이어 기판 상에 n형 질화물 반도체층, 활성층 및 p형 질화물 반도체층이 순차적으로 배치된 발광구조물을 형성하는 단계;
    상기 발광구조물의 일부 영역을 제거하여, 오각형 이상의 다각형 또는 원형의 횡단면을 갖는 복수개의 개별 발광구조물로 분리하는 단계;
    상기 개별 발광구조물의 상면에 금속층을 형성하는 단계;
    상기 사파이어 기판 하면으로 레이저빔을 조사하여 상기 개별 발광구조물로부터 상기 사파이어 기판을 분리하는 단계 - 여기서, 발광구조물이 최종 발광소자 크기로 완전히 분리됨-; 및
    상기 n형 질화물 반도체층의 상기 사파이어 기판이 제거된 면에 본딩패드를 형성하는 단계를 포함하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 복수개의 개별 발광구조물로 분리하는 단계는,
    상기 복수개의 개별 발광구조물의 상면에 해당하는 상기 발광구조물의 상면 영역을 커버하고, 나머지 영역을 노출시키는 마스크 패턴을 상기 발광구조물의 상면에 형성하는 단계; 및
    상기 노출된 영역에 해당하는 상기 발광구조물을 건식식각법으로 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제11항에 있어서, 상기 금속층을 형성하는 단계는,
    상기 복수개의 개별 발광구조물 사이에 상기 개별 발광구조물의 높이보다 높은 마스크 패턴을 형성하는 단계;
    상기 개별 발광구조물의 상면에 도금법을 이용하여 금속층을 형성하는 단계; 및
    상기 마스크 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  16. 제11항에 있어서, 상기 사파이어 기판을 분리하는 단계는,
    상기 개별 발광 구조물의 하부에 위치한 사파이어 기판 하면 영역으로 각각 상기 레이저빔을 복수회 조사하는 단계인 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  17. 제11항에 있어서, 상기 발광구조물을 형성하는 단계는,
    상기 p형 질화물 반도체층의 상면에 도전성 및 반사성을 갖는 고반사성 오믹콘택층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 고반사성 오믹콘택층은,
    Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 그 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 적어도 하나의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  19. 제11항에 있어서, 상기 본딩패드를 형성하는 단계는,
    상기 n형 질화물 반도체층의 상기 사파이어 기판이 제거된 면에 투명전극층을 형성하는 단계; 및
    상기 투명전극층의 하면에 본딩패드를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 투명전극층은,
    인듐-주석계 산화물(ITO), 인듐 산화물(IO), 주석계 산화물(SnO2), 아연계 산화물(ZnO) 및 인듐-아연계 산화물(IZO)로 구성된 그룹으로부터 선택된 산화물로 이루어진 적어도 한 개의 층으로 형성된 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  21. 오각형 이상의 다각형 또는 원형의 횡단면을 갖는 금속층;
    상기 금속층의 상면에 형성된 p형 질화물 반도체층;
    상기 p형 질화물 반도체층의 상면에 형성된 활성층;
    상기 활성층의 상면에 형성된 n형 질화물 반도체층; 및
    상기 n형 질화물 반도체층의 상면에 형성된 본딩패드를 포함하며,
    상기 금속층, p형 질화물 반도체층, 활성층 및 n형 질화물 반도체층을 포함하는 구조물이 상기 금속층의 하면 및 상기 n형 질화물 반도체층의 상면을 두 밑면으로 하는 오각기둥 이상의 각기둥 또는 원기둥인 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 금속층 및 상기 p형 질화물 반도체층의 사이에, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 그 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 적어도 하나의 층으로 이루어진 고반사성 오믹콘택층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 n형 질화물 반도체층 및 상기 본딩패드의 사이에, 인듐-주석계 산화물(ITO), 인듐 산화물(IO), 주석계 산화물(SnO2), 아연계 산화물(ZnO) 및 인듐-아연계 산화물(IZO)로 구성된 그룹으로부터 선택된 산화물로 이루어진 적어도 하나의 층으로 형성된 투명전극층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
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