KR100705225B1 - Method of fabricating vertical type light emitting device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수직형 발광소자의 제조방법에 관한 것으로서, 기판의 선택적인 소자 영역에 질화갈륨(GaN) 계열 물질과 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) 방법을 통해 질화갈륨층을 성장시키는 것을 특징으로 하며, 이후 이와 같이 성장시킨 질화갈륨층 상부에 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Epitaxy) 방법으로 발광구조물 및 전극 등을 성장시키고, 기판을 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off)등의 방법을 통해 제거함으로써, 발광구조물의 결정결함을 낮추고, 내부 양자 효율과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 수직형 발광소자의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a vertical light emitting device, characterized in that the gallium nitride layer is grown on the selective device region of the substrate through a gallium nitride (GaN) -based material and HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) method, Thereafter, the light emitting structure and the electrode are grown on the gallium nitride layer thus grown by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Epitaxy), and the substrate is removed by a laser lift off method to remove the light emitting structure. A method of manufacturing a vertical light emitting device capable of lowering crystal defects and improving internal quantum efficiency and reliability.

수직형, 발광소자, 고효율, 고신뢰성 Vertical type, light emitting device, high efficiency, high reliability

Description

수직형 발광소자의 제조방법{Method Of Fabricating Vertical Type Light Emitting Device}Manufacturing method of vertical light emitting device {Method Of Fabricating Vertical Type Light Emitting Device}

도 1a 또는 도 1b는 일반적인 수평형 발광소자와 수직형 발광소자 구조를 개략적으로 설명하기 위한 단면도.1A or 1B are cross-sectional views schematically illustrating a structure of a general horizontal light emitting device and a vertical light emitting device.

도 2a 내지 도 2h는 본 발명에 따른 바람직한 일 실시 예로써, 수직형 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.2A to 2H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a vertical light emitting device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3a 내지 도 3c는 도 2a와 같은 마스크 물질 패턴을 형성하는 방법에 대한 바람직한 일 실시 예를 설명하기 위한 개략적인 단면도.3A to 3C are schematic cross-sectional views illustrating a preferred embodiment of a method of forming a mask material pattern as shown in FIG. 2A.

<도면의 주요부분에 대한 설명><Description of main parts of drawing>

100. 기판 110. 마스크 물질100. Substrate 110. Mask material

120a, 120b. 질화갈륨층(GaN) 130a, 130b. 발광구조물120a, 120b. Gallium nitride layer (GaN) 130a, 130b. Light emitting structure

131a, 131b. n-반도체층 132a, 132b. 활성층131a, 131b. n-semiconductor layers 132a, 132b. Active layer

133a, 133b. p-반도체층 140a, 140b. 반사형 오믹전극133a, 133b. p-semiconductor layers 140a, 140b. Reflective Ohmic Electrode

150a, 150b. 제 1 전극 160. 지지부150a, 150b. First electrode 160. Support

170a, 170b. 제 2 전극 180a, 180b. 발광소자170a, 170b. Second electrode 180a, 180b. Light emitting element

200. 기판 210. 마스크 물질200. Substrate 210. Mask Material

211. 포토레지스트(Photoresist)층211. Photoresist Layer

본 발명은 수직형 발광소자의 제조방법에 관한 것으로서, 특히, 질화갈륨층의 격자 결함 또는 결정 결함을 최소화시킴으로써, 내부 효율(Internal Efficiency), 광 출력 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 수직형 발광소자의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a vertical light emitting device, and in particular, by minimizing lattice defects or crystal defects of a gallium nitride layer, a vertical light emitting device capable of improving internal efficiency, light output, and reliability. It relates to a manufacturing method.

일반적인 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED) 또는 레이저 다이오드(Laser Diode, LD)등의 발광소자는 백라이트(Backlight), 신호등(Signing), 일반 조명등(General Lighting)과 풀 칼라 디스플레이(Full Color Display)등에 다양하게 응용을 할 수 있는 단일파장의 광원이다.Light emitting devices such as light emitting diodes (LEDs) or laser diodes (LDs) may be used for backlights, signals, general lighting, and full color displays. It is a single wavelength light source that can be applied to various applications.

한편, 질화갈륨(GaN)계열이나 산화아연(ZnO)계열과 같은 물질은 직접 천이형의 큰 에너지 밴드갭(Band Gap)을 가지며, 최근 들어, 자외선(UV), 청색(Blue), 녹색(Green) 파장 영역의 광원으로 상용화되고 있으나, 보다 나은 품질 개선을 위해서, 여전히 많은 연구와 개발이 수행되고 있다.On the other hand, materials such as gallium nitride (GaN) series and zinc oxide (ZnO) series have a large energy band gap of direct transition type, and recently, ultraviolet (UV), blue, and green (Green) Although it is commercialized as a light source in the wavelength range, much research and development is still performed for better quality improvement.

이 중에서, 질화갈륨(GaN) 계열 물질로 이루어진 질화갈륨 기판의 경우 구현이 어렵고, 고가이기 때문에, 발광다이오드(LED)나 레이저 다이오드(LD)와 같은 발 광소자를 제조할 때, 통상적으로, 질화갈륨 기판 이외에 실리콘, 사파이어와 실리콘 카바이드(SiC)등의 다른 물질로 구성된 이종 기판을 사용하고 있다.Among these, gallium nitride substrates made of gallium nitride (GaN) -based materials are difficult to implement and are expensive. Therefore, when manufacturing light emitting devices such as light emitting diodes (LEDs) and laser diodes (LDs), gallium nitride is typically used. In addition to the substrate, a heterogeneous substrate composed of other materials such as silicon, sapphire and silicon carbide (SiC) is used.

그러나, 이러한 이종 기판 위에 질화갈륨(GaN) 계열의 물질을 성장시키는 과정에서, 열팽창 계수와 결정 격자 계수의 차이 등으로 인하여 격자 부정합이나 관통준위(Threading Dislocation)등과 같은 결함이 성장되는 박막 내에 포함되게 된다.However, in the process of growing a gallium nitride (GaN) -based material on the dissimilar substrate, defects such as lattice mismatch or threading dislocation are grown in the thin film due to the difference in thermal expansion coefficient and crystal lattice coefficient. do.

이하, 도면을 참조하여 일반적인 수평형 발광소자와 수직형 발광소자의 구조와 특징에 대해서 개략적으로 설명한다.Hereinafter, a structure and a characteristic of a general horizontal light emitting device and a vertical light emitting device will be described with reference to the drawings.

도 1a는 일반적인 수평형 발광소자의 구조를 설명하기 위해서 개략적으로 나타낸 단면도이다.1A is a cross-sectional view schematically illustrating a structure of a general horizontal light emitting device.

도면에 도시된 바와 같이 종래의 수평형 발광소자는, 기판(10), 버퍼층(11), 발광구조물(12), 전류확산층(13), 제 1 및 제 2 전극(14a, 14b)으로 이루어진다.As shown in the drawing, a conventional horizontal light emitting device includes a substrate 10, a buffer layer 11, a light emitting structure 12, a current diffusion layer 13, and first and second electrodes 14a and 14b.

일반적으로, 상기 기판(10)은 앞에서 언급한 바와 같이 질화갈륨 기판이 아닌 이종 기판을 대체로 사용하는데, 그 중에서도 사파이어가 질화갈륨과 격자 상수나 열팽창 계수의 차이가 크게 나지 않기 때문에, 사파이어 기판을 많이 사용하는 편이다.In general, the substrate 10 generally uses a heterogeneous substrate other than a gallium nitride substrate as mentioned above, and among them, sapphire has a large number of sapphire substrates because gallium nitride does not have a large difference in lattice constant or thermal expansion coefficient I tend to use it.

여기서, 상기 발광구조물(12)은 n-반도체층(12a), 활성층(12b), p-반도체층(12c)로 이루어진다.The light emitting structure 12 may include an n-semiconductor layer 12a, an active layer 12b, and a p-semiconductor layer 12c.

한편, 제 1 전극(14a)과 제 2 전극(14b)은 각각 상기 n-반도체층(12a)과 전 류확산층(13)의 상부에 형성되어 있는 구조이다.On the other hand, the first electrode 14a and the second electrode 14b are formed on the n-semiconductor layer 12a and the current diffusion layer 13, respectively.

그런데, 이러한 수평형 구조에서는 전극의 형성된 구조적인 위치상 전류 확산(Current Spreading)이 나쁘고, 부피가 커서 웨이퍼(Wafer) 상에 대량생산하기가 여렵다는 단점이 있다.However, in such a horizontal structure, the structural positional current spreading of the electrode is poor, and the volume is large, so that it is difficult to mass-produce on a wafer.

이와 반대로, 도 1b에 도시한 바와 같은 수직형 전극 구조에서는 전류 확산이 좋은데, 다시 말해서, 전류의 균일도가 좋고, 발광면적을 넓힐 수 있으며, 열전도도가 낮은 사파이어 대신 열전도도가 높은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 갈륨 비소(GaAs)등의 반도체 기판 및 금속을 사용하여 발광다이오드(LED)의 열특성을 개선할 수 있으며, 또한, 소자의 크기를 줄일 수 있어 웨이퍼당 발광다이오드의 수율을 높일 수 있다는 장점이 있다.On the contrary, in the vertical electrode structure as shown in FIG. 1B, the current spreading is good. In other words, the current uniformity is good, the light emitting area can be increased, and the thermal conductivity is high instead of sapphire. Semiconductor substrates and metals such as germanium (Ge) and gallium arsenide (GaAs) can be used to improve the thermal characteristics of light-emitting diodes (LEDs) and to reduce the size of the device, thereby increasing the yield of light-emitting diodes per wafer. The advantage is that it can be increased.

도 1b는 일반적인 수직형 발광소자의 구조를 개략적으로 나타낸 도면으로서, 도면에 도시된 바와 같이 종래의 수직형 발광소자는, 제 1 전극(24a), 발광구조물(22), 전류확산층(23), 제 2 전극(24b)으로 구성된다.FIG. 1B schematically illustrates a structure of a general vertical light emitting device. As shown in the drawing, a conventional vertical light emitting device includes a first electrode 24a, a light emitting structure 22, a current diffusion layer 23, It consists of the 2nd electrode 24b.

여기서, 상기 발광구조물(22)은 n-반도체층(22a), 활성층(22b), p-반도체층(22c)로 이루어진다.Here, the light emitting structure 22 is composed of an n-semiconductor layer 22a, an active layer 22b, and a p-semiconductor layer 22c.

전체적으로 보면, 상기 제 1 전극(24a) 상부에 상기 발광구조물(22), 전류확산층(23), 제 2 전극(24b)이 아래에서 위로 순차적으로 적층된 구조이다.As a whole, the light emitting structure 22, the current spreading layer 23, and the second electrode 24b are sequentially stacked from the top to the first electrode 24a.

이와 같은, 수직형 구조의 발광소자를 만들기 위해서는 결정질이 좋은 질화갈륨 기판의 적용이 필요하다.In order to make such a light emitting device having a vertical structure, it is necessary to apply a gallium nitride substrate having good crystallinity.

최근 들어, HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) 성장법을 사용하여 질화갈륨(GaN) 기판을 프리스탠딩(Freestanding) 기판으로 만드는 기술이 상용화되고 있지만, 구현하는데 있어서, 2" 기판 구현에서의 휘어짐 문제 등의 아직 많은 어려움이 있으며, 가격도 고가인 문제점이 있다.Recently, a technique of making a gallium nitride (GaN) substrate into a freestanding substrate using a growth vapor phase epitaxy (HVPE) growth method has been commercialized. There are still many difficulties, and there is a problem that the price is also expensive.

따라서, 수직형 구조를 제작하기 위해서, 격자 결함 또는 결정 결함을 낮추고 내부 효율(Internal Efficiency)과 신뢰성을 개선할 수 있으며, 동시에 가격 경쟁력이 있는 발광 소자 구조물을 용이하게 성장시키기 위한 공정 기술이 요구되어 지고 있다.Therefore, in order to fabricate a vertical structure, a process technology is required to reduce lattice defects or crystal defects, improve internal efficiency and reliability, and at the same time, to easily grow a cost-effective light emitting device structure. ought.

이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 기판에서 선택적인 영역에서 발광구조물이 성장되도록 하여, 기판 전체에 발광구조물을 일체로 성장시킬 때 발생하는 기판의 휘어짐을 최소화시키고, 발광소자 내의 결함밀도를 감소시켜, 발광소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 발광소자의 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.In order to solve the problems of the prior art, the present invention allows the light emitting structure to be grown in a selective region of the substrate, thereby minimizing the warpage of the substrate generated when the light emitting structure is integrally grown throughout the substrate, It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a light emitting device capable of reducing the defect density and improving the reliability of the light emitting device.

더불어, 본 발명의 다른 목적은, 종래의 기판 전체에 성장된 발광구조물을 상호 이격된 복수개의 발광소자로 분할하기 위한 기존의 아이솔레이션(Isolation) 공정을 수행하지 않더라도 발광소자를 분리할 수 있도록, 선택적인 영역에 발광구조물을 성장시키는 방법을 제공하는 데 있다.In addition, another object of the present invention is to select the light emitting device to be separated without performing the conventional isolation (Isolation) process for dividing the light emitting structure grown on the entire substrate into a plurality of light emitting devices spaced apart from each other, It is to provide a method for growing a light emitting structure in a specific area.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 발광소자 내의 전류분포가 균일하도록 한 고신뢰성의 수직형 발광소자를 구현하는 데 있다.In addition, another object of the present invention is to implement a highly reliable vertical light emitting device to make the current distribution in the light emitting device uniform.

본 발명의 수직형 발광소자 제조방법에 따르면, 기판 상부에 상호 이격된 복수개의 소자 영역을 제외한 나머지 영역에 마스크 물질을 형성하여, 소자 영역들만 노출되도록 하는 단계; 기판 상부의 노출된 영역들에 질화갈륨층을 각각 형성하는 단계; 질화갈륨층들 상부에 활성층이 있는 발광구조물을 각각 형성하는 단계; 발광구조물들 상부에 제 1 전극을 각각 형성하는 단계; 제 1 전극들 상부에 지지부를 형성하는 단계; 기판을 제거하여 상기 질화갈륨층들 하부를 각각 노출시키는 단계; 질화갈륨층들 하부에 제 2 전극을 각각 형성하는 단계 및; 지지부를 제 1 전극들로부터 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.According to the method of manufacturing a vertical light emitting device of the present invention, forming a mask material on the remaining area except a plurality of device areas spaced apart from each other on the substrate, so that only the device areas are exposed; Forming respective gallium nitride layers in exposed regions of the substrate; Forming light emitting structures each having an active layer on the gallium nitride layers; Forming first electrodes on the light emitting structures; Forming a support on the first electrodes; Removing the substrate to expose the lower portions of the gallium nitride layers, respectively; Forming second electrodes under the gallium nitride layers, respectively; And removing the support from the first electrodes.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 수직형 발광소자 제조방법의 바람직한 일 실시 예에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described in detail a preferred embodiment of the vertical light emitting device manufacturing method of the present invention.

도 2a는 기판(100) 상부에 상호 이격된 복수개의 소자 영역을 제외한 나머지 영역에 마스크 물질(110)을 형성하여, 소자 영역들만 노출되도록 형성한 단계를 나 타낸다.FIG. 2A illustrates a step of forming the mask material 110 in the remaining regions except for the plurality of device regions spaced apart from each other on the substrate 100 to expose only the device regions.

상기 기판은 사파이어(Al2O3) 기판, 실리콘(Si) 기판, 실리콘 카바이드(SiC) 기판, 상부에 질화갈륨이 형성되어 있는 사파이어 기판, 상부에 질화갈륨이 형성되어 있는 실리콘 기판, 상부에 질화갈륨이 형성되어 있는 실리콘 카바이드 기판 중 어느 하나인 것이 바람직하다.The substrate may include a sapphire (Al 2 O 3 ) substrate, a silicon (Si) substrate, a silicon carbide (SiC) substrate, a sapphire substrate having gallium nitride formed thereon, a silicon substrate having gallium nitride formed thereon, and a nitride formed thereon. It is preferable that it is any one of the silicon carbide substrate in which gallium is formed.

그리고, 상기 기판 상부에 상호 이격된 복수개의 소자 영역을 제외한 나머지 영역에 마스크 물질(110)을 형성하는 방법은, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 또는 스퍼터(Sputter)등의 증착 장비를 통해 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, the method of forming the mask material 110 in the remaining regions except for the plurality of device regions spaced apart from each other on the substrate may be performed through deposition equipment such as plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) or sputtering. desirable.

또한, 상기 마스크 물질(110)은 상기 질화갈륨층이 성장되지 않는 물질로 이루어진 것이 바람직한데, 예를 들어서, 실리콘 산화막(SiO2) 또는 Si3N4 인 것이 바람직하다.In addition, the mask material 110 is preferably made of a material in which the gallium nitride layer is not grown. For example, the mask material 110 is preferably a silicon oxide film (SiO 2 ) or Si 3 N 4 .

그런데, 이와 같이 선택적인 영역에만 마스크 물질을 형성하기 위해서는 포토리소그래피(Photolithography) 등을 통한 패터닝(Patterning) 공정을 필요로 한다.However, in order to form the mask material only in the selective region as described above, a patterning process through photolithography or the like is required.

보다 구체적인 방법에 대해서, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 마스크 물질 패턴 형성방법에 대한 설명을 참조한다.For a more specific method, reference is made to the description of the mask material pattern forming method shown in FIGS. 3A to 3C.

도 2b는 기판(100) 상부의 노출된 영역들에 질화갈륨층(120a, 120b)을 각각 형성한 단계를 나타낸다.2B illustrates the steps of forming gallium nitride layers 120a and 120b in exposed regions on the substrate 100, respectively.

여기서, 상기 질화갈륨층(120a, 120b)은 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) 공정을 통해 형성하는 것이 바람직하다.Here, the gallium nitride layers 120a and 120b may be formed through a HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) process.

그리고, 상기 질화갈륨층의 두께는 1㎛ ~ 300㎛ 범위로 성장시키는 것이 바람직하다.In addition, the thickness of the gallium nitride layer is preferably grown in the range of 1㎛ ~ 300㎛.

도 2c는 질화갈륨층들(120a, 120b) 상부에 활성층(132a, 132b)이 있는 발광구조물(130a, 130b)을 각각 형성한 단계를 나타낸다.2C illustrates the steps of forming the light emitting structures 130a and 130b having the active layers 132a and 132b on the gallium nitride layers 120a and 120b, respectively.

구체적으로, 상기 발광구조물(130a, 130b)은 N-반도체층(131a, 131b), 활성층(132a, 132b)과 P-반도체층(133a, 133b)이 순차적으로 적층되어 있는 것이 바람직하다.Specifically, the light emitting structures 130a and 130b may be formed by sequentially stacking the N-semiconductor layers 131a and 131b, the active layers 132a and 132b, and the P-semiconductor layers 133a and 133b.

그리고, 상기 반도체층은 질화갈륨(GaN) 계열의 반도체층인 것이 바람직하다.The semiconductor layer is preferably a gallium nitride (GaN) -based semiconductor layer.

한편, 상기 발광구조물은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 공정을 통해 성장시키는 것이 바람직하다.On the other hand, the light emitting structure is preferably grown through a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) process.

도 2d는 발광구조물들(130a, 130b) 상부에 반사형 오믹전극(140a, 140b)을 형성한 단계를 나타낸다.2D illustrates a step of forming reflective ohmic electrodes 140a and 140b on the light emitting structures 130a and 130b.

이와 같이, 제 1 전극을 형성하기 전에, 상기 발광구조물 상부에 반사형 오 믹전극(140a, 140b)을 형성하는 공정을 더 수행하는 것이 바람직하다.As such, before forming the first electrode, it is preferable to further perform a process of forming the reflective ohmic electrodes 140a and 140b on the light emitting structure.

도 2e는 반사형 오믹전극들(140a, 140b) 상부에 제 1 전극(150a, 150b)을 각각 형성한 단계를 나타낸다.2E illustrates the steps of forming the first electrodes 150a and 150b on the reflective ohmic electrodes 140a and 140b, respectively.

도 2f는 제 1 전극들(150a, 150b) 상부에 지지부(160)를 형성한 단계를 나타낸다.2F illustrates a step of forming the support 160 on the first electrodes 150a and 150b.

여기서, 상기 지지부(160)는 실리콘(Si), 갈륨 비소(GaAs), 게르마늄(Ge) 반도체 기판 또는 CuW 금속기판 중 어느 하나의 기판으로 이루어지며, 상기 제 1 전극들(150a, 150b) 상부에 본딩(Bonding)되어 형성되는 것이 바람직하다.The support part 160 may be formed of any one of silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), germanium (Ge) semiconductor substrates, or a CuW metal substrate, and may be disposed on the first electrodes 150a and 150b. It is preferably formed by bonding.

상기 지지부(160)를 형성하는 다른 방법으로는, 니켈(Ni) 또는 구리(Cu)와 같은 금속의 도금을 통해 형성시킬 수도 있다.As another method of forming the support part 160, the support part 160 may be formed by plating a metal such as nickel (Ni) or copper (Cu).

도 2g는 기판(100)을 제거하여 질화갈륨층들(120a, 120b) 하부를 각각 노출시키고, 질화갈륨층들(120a, 120b) 하부에 제 2 전극(170a, 170b)을 각각 형성한 단계를 나타낸다.2G illustrates removing the substrate 100 to expose the lower portions of the gallium nitride layers 120a and 120b, and to form the second electrodes 170a and 170b under the gallium nitride layers 120a and 120b, respectively. Indicates.

이때, 상기 기판(100)은 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off) 공정 또는 습식 식각 공정을 통해 제거하는 것이 바람직하다.In this case, the substrate 100 may be removed through a laser lift off process or a wet etching process.

도 2h는 지지부(160)를 제 1 전극들(150a, 150b)로부터 제거하여 발광소자들 (180a, 180b)을 낱개로 분리한 단계를 나타낸다.2H illustrates a step of removing the support 160 from the first electrodes 150a and 150b to separately separate the light emitting elements 180a and 180b.

이와 같은 과정을 통해 만들어진 본 발명에 따른 수직형 발광소자는, HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)방법을 통해 성장된 질화갈륨층(120a, 120b)의 모서리(Edge)에서 성장 위치나 조건에 따라 기판의 표면에 대해 수직이거나 일정 각도의 기울기를 가질 수 있다.Vertical light emitting device according to the present invention made through such a process, according to the growth position or conditions at the edge (Edge) of the gallium nitride layer (120a, 120b) grown by HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) method It may be perpendicular to the surface or have an angle of inclination.

이로 인해, 발광소자 내부에 생긴 광을 효과적으로 외부로 방출할 수 있어서, 발광소자의 광 추출 효율(Light Extraction Efficiency)을 개선할 수 있다.As a result, light generated inside the light emitting device can be effectively emitted to the outside, thereby improving light extraction efficiency of the light emitting device.

또한, 기판 상부에서 소자 영역에만 선택적으로 질화갈륨층을 성장시키고, 그 상부에 발광구조물을 성장시키기 때문에, 종래의 기판 전면에 질화갈륨층을 성장시킨 경우에 비해 발광구조물의 휨(Bowing) 현상, 격자 결함 및 결정 결함 등을 최소화할 수 있으며, 따라서, 수직형 발광소자의 신뢰성을 보다 향상시키는 효과가 있다.In addition, since the gallium nitride layer is selectively grown only in the device region on the substrate and the light emitting structure is grown on the upper portion of the substrate, a bowing phenomenon of the light emitting structure is compared with the case where the gallium nitride layer is grown on the entire substrate. Lattice defects, crystal defects, and the like can be minimized, thus improving the reliability of the vertical light emitting device.

그리고, 종래의 기판 전면에 질화갈륨층을 성장시키는 방식의 경우에, 필수적이었던, 단일 소자 크기로 아이솔레이션(Isolation) 하기 위한 건식 식각(Dry Etching) 공정이 본 발명에서는 더 이상 불필요하기 때문에, 공정을 단순화시키는 효과가 있다.And, in the case of the conventional method of growing a gallium nitride layer on the entire surface of the substrate, a dry etching process for isolating to a single device size, which is essential, is no longer necessary in the present invention. It has the effect of simplifying.

한편, 질화갈륨층을 두껍게 성장시킴으로써, 관통준위(Threading Dislocation)가 5x108cm-2 이하로 감소하며, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 방법을 통한 발광구조물의 성장시에도 결정결함을 최소화시킬 수 있기 때문에, 발광소자의 내부 효율(Internal Efficiency)과 신뢰성도 향상시킬 수 있는 장점이 있다.Meanwhile, by growing the gallium nitride layer thickly, the threading dislocation is reduced to 5x10 8 cm -2 or less, and the crystal defects can be minimized even when the light emitting structure is grown through the metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. Therefore, there is an advantage that the internal efficiency and reliability of the light emitting device can also be improved.

이와 같이 제조된 수직형 발광소자는 일반적으로 알려진 수직형 발광소자의 특성과 마찬가지로, 전류 확산(Current Spreading), 즉, 전류의 균일도가 좋고, 발광면적을 넓히거나 열전도도가 낮은 사파이어(Sapphire) 대신 열전도도가 높은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 갈륨 비소(GaAs)등의 반도체 기판 및 금속을 사용하여 발광소자의 열특성을 개선할 수 있으며, 또한, 소자의 크기를 줄일 수 있기 때문에, 웨이퍼(Wafer)당 한번에 집적할 수 있는 발광소자의 수를 늘릴 수 있는 장점이 있다.The vertical light emitting device manufactured as described above is similar to the characteristics of the vertical light emitting device, which is generally known. Instead of sapphire, the current spreading, that is, the current uniformity is good, and the light emitting area is increased or the thermal conductivity is low. By using semiconductor substrates and metals such as silicon (Si), germanium (Ge), and gallium arsenide (GaAs) having high thermal conductivity, the thermal characteristics of the light emitting device can be improved and the size of the device can be reduced. There is an advantage of increasing the number of light emitting devices that can be integrated at one time per wafer.

도 3a 내지 도 3c는 도 2a와 같은 마스크 물질 패턴을 형성하는 방법에 대한 바람직한 일 실시 예를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.3A to 3C are schematic cross-sectional views for describing a preferred embodiment of the method of forming the mask material pattern as shown in FIG. 2A.

도 3a는 기판(200) 상부에 마스크 물질(210)을 도포한 단계이다.3A illustrates a step of applying the mask material 210 on the substrate 200.

상기 기판(200)은 사파이어(Al2O3) 기판, 실리콘(Si) 기판, 실리콘 카바이드(SiC) 기판, 상부에 질화갈륨이 형성되어 있는 사파이어 기판, 상부에 질화갈륨이 형성되어 있는 실리콘 기판, 상부에 질화갈륨이 형성되어 있는 실리콘 카바이드 기판 중 어느 하나인 것이 바람직하다.The substrate 200 may include a sapphire (Al 2 O 3 ) substrate, a silicon (Si) substrate, a silicon carbide (SiC) substrate, a sapphire substrate having gallium nitride formed thereon, a silicon substrate having gallium nitride formed thereon, It is preferable that it is any one of the silicon carbide substrate in which gallium nitride is formed in the upper part.

그리고, 상기 기판(200) 상부에 마스크 물질(210)을 도포는, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 또는 스퍼터(Sputter)등의 증착 장비를 통해 수행한다.The mask material 210 is coated on the substrate 200 through deposition equipment such as plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) or sputtering.

또한, 상기 마스크 물질(210)은 상기 질화갈륨층이 성장되지 않는 물질로 이루어진 것이 바람직한데, 예를 들어서, 실리콘 산화막(SiO2) 또는 Si3N4 인 것이 바람직하다.In addition, the mask material 210 is preferably made of a material in which the gallium nitride layer is not grown. For example, the mask material 210 is preferably a silicon oxide film (SiO 2 ) or Si 3 N 4 .

도 3b는 마스크 물질(210) 상부에 포토레지스트(Photoresist)층(211)을 도포하고, 포토리소그래피(Photolithography) 공정을 통해 포토레지스트층을 소자 패턴이 형성되도록 식각한 단계를 나타낸다.3B illustrates a step of applying a photoresist layer 211 on the mask material 210 and etching the photoresist layer to form a device pattern through a photolithography process.

상기 포토리소그래피(Photolithography) 공정이란 광을 이용하여 패턴(Pattern)을 형성하는 과정을 말하는 것으로서, 이 과정에서 감광재로써 포토레지스트(Photoresist) 물질이 필요하다.The photolithography process refers to a process of forming a pattern using light, and in this process, a photoresist material is required as a photosensitive material.

포토레지스트(Photoresist) 물질은 광과 반응하게 되면, 민감하게 물성이 변하는 특징을 가지고 있다.Photoresist material has a characteristic of sensitively changing physical properties when reacted with light.

여기서는, 상기 마스크 물질(210) 상부에 상기 포토레지스트를 도포하고, 소자 패턴이 새겨진 또 다른 마스크를 통해 포토레지스트층(211) 상부 면을 노광(Exposure)시키고, 현상(Develop) 및 식각(Etching)하여 상기 포토레지스트층(211)에 패턴을 형성시켜 놓은 공정이다.In this case, the photoresist is coated on the mask material 210, the top surface of the photoresist layer 211 is exposed through another mask having an element pattern engraved therein, and the development and etching are performed. By forming a pattern on the photoresist layer 211.

참고로, 노광된 영역을 현상하고 싶을 때는, 포지티브(Positive) 포토레지스트, 노광되지 않은 영역을 현상하고 싶을 때는, 네거티브(Negative) 포토레지스트 물질을 사용하여야 한다.For reference, a negative photoresist material should be used when developing an exposed area, and a positive photoresist when developing an unexposed area.

도 3c는 포토레지스트층(211)에 형성되어 있는 소자 패턴을 통해 마스크 물질(210)을 식각하고, 포토레지스트층(211)을 제거한 단계를 나타낸다.3C illustrates a step of etching the mask material 210 through the device pattern formed on the photoresist layer 211 and removing the photoresist layer 211.

상기 마스크 물질(210)을 식각하는 방법은, 건식 식각 또는 습식 식각을 통해 수행한다.The mask material 210 may be etched by dry etching or wet etching.

그리고, 상기 마스크 물질(210)층을 소자 패턴으로 식각한 다음, 도면에 도시된 바와 같이 상기 포토레지스트층(211)을 제거하는 것이 바람직하다.In addition, after etching the mask material 210 layer using an element pattern, it is preferable to remove the photoresist layer 211 as shown in the figure.

이상, 본 발명의 실시 예에 따른 발명의 구성을 상세히 설명하였지만, 본 발명은 반드시 이러한 실시 예로 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다.While the configuration of the invention according to the embodiment of the present invention has been described in detail, the present invention is not necessarily limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

본 발명의 수직형 발광소자 제조방법에 따르면, 기판 상부에서 소자 영역에만 선택적으로 질화갈륨층을 성장시키고, 그 상부에 발광구조물을 성장시키기 때문에, 종래의 기판 전면에 질화갈륨층을 성장시킨 경우에 비해 발광구조물의 휨(Bowing) 현상, 격자 결함 및 결정 결함 등을 최소화할 수 있는 장점이 있다.According to the vertical light emitting device manufacturing method of the present invention, since the gallium nitride layer is selectively grown on the device region only on the substrate and the light emitting structure is grown on the substrate, the gallium nitride layer is grown on the entire substrate. Compared to the light emitting structure, the bending phenomenon, lattice defects and crystal defects can be minimized.

또한, 본 발명의 수직형 발광소자 제조방법에 따르면, HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)방법을 통해 성장된 질화갈륨층(120a, 120b)의 모서리(Edge)에서 성장 위치나 조건에 따라 기판의 표면에 대해 수직이거나 일정 각도의 기울기를 가질 수 있는데, 이로 인해, 발광소자 내부에 생긴 광을 효과적으로 외부로 방출할 수 있어서, 발광소자의 광 추출 효율(Light Extraction Efficiency)을 개선할 수 있다.In addition, according to the manufacturing method of the vertical light emitting device of the present invention, at the edge (Edge) of the gallium nitride layer (120a, 120b) grown through the HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) method according to the growth position or conditions on the surface of the substrate The light emitting device may have a vertical angle or an inclination with respect to the light emitting device. Thus, light generated inside the light emitting device may be effectively emitted to the outside, thereby improving light extraction efficiency of the light emitting device.

또한, 본 발명의 수직형 발광소자 제조방법에 따르면, 종래의 기판 전면에 질화갈륨층을 성장시키는 방식의 경우에 필수적이던, 단일 소자 크기로 아이솔레이션(Isolation) 하기 위한 건식 식각(Dry Etching) 공정을 더 이상 필요로 하지 않기 때문에, 공정을 단순화시키는 효과가 있다.In addition, according to the manufacturing method of the vertical light emitting device of the present invention, a dry etching process for isolating to a single device size, which is essential for the conventional method of growing a gallium nitride layer on the entire surface of the substrate. Since it is no longer needed, the effect is to simplify the process.

또한, 본 발명의 수직형 발광소자 제조방법에 따르면, 질화갈륨층을 두껍게 성장시킴으로써, 관통준위(Threading Dislocation)가 5x108cm-2 이하로 감소하기 때문에, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 방법을 통한 발광구조물의 성장시에도 결정결함이 줄어들어, 발광소자의 내부 효율(Internal Efficiency)과 신뢰성도 향상시킬 수 있는 장점이 있다.In addition, according to the manufacturing method of the vertical light emitting device of the present invention, by growing the gallium nitride layer thickly, the threading dislocation is reduced to 5x10 8 cm -2 or less, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method Crystal defects are reduced even when the light emitting structure is grown, and there is an advantage of improving internal efficiency and reliability of the light emitting device.

Claims (12)

기판 상부에 상호 이격된 복수개의 소자 영역을 제외한 나머지 영역에 마스크 물질을 형성하여, 소자 영역들만 노출되도록 하는 단계;Forming a mask material on a region other than a plurality of device regions spaced apart from each other on the substrate to expose only the device regions; 상기 기판 상부의 노출된 영역들에 질화갈륨층을 각각 형성하는 단계;Forming gallium nitride layers on exposed regions of the substrate, respectively; 상기 질화갈륨층들 상부에 활성층이 있는 발광구조물을 각각 형성하는 단계;Forming light emitting structures each having an active layer on the gallium nitride layers; 상기 발광구조물들 상부에 제 1 전극을 각각 형성하는 단계;Forming first electrodes on the light emitting structures, respectively; 상기 제 1 전극들 상부에 지지부를 형성하는 단계;Forming a support on the first electrodes; 상기 기판을 제거하여 상기 질화갈륨층들 하부를 각각 노출시키는 단계;Removing the substrate to expose the lower portions of the gallium nitride layers, respectively; 상기 질화갈륨층들 하부에 제 2 전극을 각각 형성하는 단계 및;Forming second electrodes under the gallium nitride layers, respectively; 상기 지지부를 상기 제 1 전극들로부터 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 수직형 발광소자 제조방법.And removing the support from the first electrodes. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판은,The substrate, 사파이어(Al2O3) 기판, 실리콘(Si) 기판, 실리콘 카바이드(SiC) 기판, 상부에 질화갈륨이 형성되어 있는 사파이어 기판, 상부에 질화갈륨이 형성되어 있는 실리콘 기판, 상부에 질화갈륨이 형성되어 있는 실리콘 카바이드 기판 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 수직형 발광소자 제조방법.Sapphire (Al 2 O 3 ) substrate, silicon (Si) substrate, silicon carbide (SiC) substrate, sapphire substrate with gallium nitride formed on top, silicon substrate with gallium nitride formed on top, gallium nitride on top The method of manufacturing a vertical light emitting device, characterized in that any one of the silicon carbide substrate. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 발광구조물은,The light emitting structure, N-GaN층, 활성층과 P-GaN층이 순차적으로 적층된 것을 특징으로 하는 수직형 발광소자 제조방법.The N-GaN layer, the active layer and the P-GaN layer is a vertical light emitting device manufacturing method characterized in that the stacking. 삭제delete 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 마스크 물질은,The mask material is, SiO2 또는 Si3N4 인 것을 특징으로 하는 수직형 발광소자 제조방법.Method of manufacturing a vertical light emitting device, characterized in that SiO 2 or Si 3 N 4 . 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 발광구조물을 형성하는 단계와 상기 발광구조물 상부에 제 1 전극을 형성하는 단계 사이에,Between forming the light emitting structure and forming a first electrode on the light emitting structure, 상기 발광구조물 상부에 반사형 오믹전극을 형성하는 공정을 더 수행하는 것 을 특징으로 하는 수직형 발광소자 제조방법.The method of manufacturing a vertical light emitting device, characterized in that for performing a further step of forming a reflective ohmic electrode on the light emitting structure. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 질화갈륨층은,The gallium nitride layer, HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) 공정을 통해 형성하는 것을 특징으로 하는 수직형 발광소자 제조방법.Vertical light emitting device manufacturing method characterized in that formed through the HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) process. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 질화갈륨층은,The gallium nitride layer, 1㎛ ~ 300㎛의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 수직형 발광소자 제조방법.A vertical light emitting device manufacturing method, characterized in that formed in a thickness of 1㎛ ~ 300㎛. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 발광구조물은,The light emitting structure, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 공정을 통해 성장시키는 것을 특징으로 하는 수직형 발광소자 제조방법.Method of manufacturing a vertical light emitting device, characterized in that it is grown through a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) process. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판은,The substrate, 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off) 공정 또는 습식 식각 공정을 통해 제거 하는 것을 특징으로 하는 수직형 발광소자 제조방법.A method of manufacturing a vertical light emitting device, characterized in that it is removed by a laser lift off process or a wet etching process. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 지지부는,The support portion, 실리콘(Si) 기판, 갈륨 비소(GaAs) 기판, 게르마늄(Ge) 기판, 금속 기판 중 어느 하나의 기판으로 이루어지며,It is made of any one of silicon (Si) substrate, gallium arsenide (GaAs) substrate, germanium (Ge) substrate, metal substrate, 상기 제 1 전극들 상부에 본딩(Bonding)하여 형성하는 것을 특징으로 하는 수직형 발광소자 제조방법.The method of manufacturing a vertical light emitting device, characterized in that formed by bonding (Bonding) on the first electrode. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 지지부는,The support portion, Ni 또는 Cu 금속을 도금하여 형성하는 것을 특징으로 하는 수직형 발광소자 제조방법.Method of manufacturing a vertical light emitting device, characterized in that formed by plating Ni or Cu metal.
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