KR100767658B1 - Method for nitride light emitting devices - Google Patents
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Abstract
질화물 발광소자 제조 방법에 관한 것으로, 기판 상에 발광소자 구조 성장 및 전극형성 공정단계를 거쳐 형성된 웨이퍼(wafer)에 벽개면을 형성하고, 그 벽개면에 유황처리를 한 다음 AR(Anti-Reflection) 코팅, HR (High -Reflection) 코팅처리를 한 소자를 단위 소자로 제작한다. 따라서, 본 발명에 따라 제작된 질화물 발광소자는 뎅글링 본드(dangling bond)에 의한 결함을 줄여, 벽개면에서의 빛의 흡수에 의한 발광소자 신뢰성의 저하를 방지하고, 고출력 구현시 발생하는 벽개면 손상을 방지할 수 있다. The present invention relates to a nitride light emitting device manufacturing method, wherein a cleaved surface is formed on a wafer formed through a light emitting device structure growth and an electrode forming process step on a substrate, and the cleaved surface is sulfur-treated, and then an anti-reflection (AR) coating, A device coated with HR (High-Reflection) coating is manufactured as a unit device. Therefore, the nitride light emitting device manufactured according to the present invention reduces defects caused by dangling bonds, prevents degradation of light emitting device reliability due to absorption of light on the cleaved surface, and prevents cleavage surface damage occurring at high power. You can prevent it.
질화물 발광소자, 유황 처리, 뎅글링 본드, 밴드갭 Nitride Light Emitting Diode, Sulfur Treatment, Dangling Bond, Band Gap
Description
도 1 는 질화물 발광소자의 구조 단면도와 각 층에 따른 에너지 밴드갭 1 is a cross-sectional view of a structure of a nitride light emitting device and an energy band gap according to each layer
도 2a 내지 도 2d 는 종래 기술에 따른 질화물 발광소자의 제조공정을 보여주는 공정사시도2a to 2d is a process perspective view showing a manufacturing process of the nitride light emitting device according to the prior art
도 3a 내지 도 3e 는 본 발명에 따른 질화물 발광소자의 제조공정을 보여주는 공정사시도3a to 3e is a process perspective view showing a manufacturing process of the nitride light emitting device according to the present invention
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings
11 : 기판 12 : 활성층 11
31 : 제 2 전극 32 : 제 1 전극31: second electrode 32: first electrode
33 : 제 2 반도체층 34 : 제 1 반도체층33: second semiconductor layer 34: first semiconductor layer
41 : 벽개면 42 : 유황처리 41: cleaved surface 42: sulfur treatment
43 : HR(High-Reflection) 코팅 43: HR (High-Reflection) Coating
44 : AR(Anti-Reflection) 코팅 44: AR (Anti-Reflection) Coating
45 : 칩-바45 chip-bar
본 발명은 청색 대역 파장을 갖는 질화물 발광소자 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a nitride light emitting device having a blue band wavelength.
일반적으로 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체를 이용한 광소자 및 전자 소자는 이미 많은 개발이 되어 있으며 실제로 자외선 또는 가시광선 영역의 레이저 다이오드,발광 다이오드는 여러 분야에 응용되고 있으며 앞으로도 그 사용 용도가 더 넓혀지고 있다. In general, optical devices and electronic devices using III-V nitride semiconductors have already been developed. Actually, laser diodes and light emitting diodes in the ultraviolet or visible light range have been applied to various fields, and their use has been expanded in the future. .
또한, 약 1.95∼6eV의 밴드갭 에너지를 가지는 질화물 반도체를 이용하여 발광 다이오드(LED) 및 레이저 디이오드(LD)가 반도체 발광소자의 재료로 주목받아 왔고, 최근에는 고휘도의 청색 발광 다이오드, 녹색 발광 다이오드가 실제로 사용되고 있다.In addition, light emitting diodes (LEDs) and laser diodes (LDs) have been attracting attention as materials for semiconductor light emitting devices using nitride semiconductors having a bandgap energy of about 1.95 to 6 eV. In recent years, high luminance blue light emitting diodes and green light emitting diodes have been attracting attention. Diodes are actually used.
이러한 발광 다이오드구조는 p-n 접합을 가지는 이중헤테로구조를 가진다. 종래의 발광 다이오드 구조는 기본적으로 InGaN 으로 이루어지는 활성층이 AlGaN 으로 각각 이루어 지는 n,p 타입 피복층 사이에 위치하는 이중헤테로구조를 가진다. 레이저 디이오드의 경우 발광 다이오드와 유사한 구조를 가지나, 광과 캐리어가 각각 제한되는 분리제한된 구조를 일반적으로 가진다. This light emitting diode structure has a double heterostructure having a p-n junction. The conventional light emitting diode structure has a double hetero structure in which an active layer made of InGaN is basically located between n and p type coating layers made of AlGaN. Laser diodes have a similar structure to light emitting diodes, but generally have a discrete, confined structure in which light and carrier are limited respectively.
종래 기술에 따른 질화물 발광소자 제조방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. Referring to the accompanying drawings, a method for manufacturing a nitride light emitting device according to the prior art is as follows.
도 1 에 도시된 바와 같이 AlGaN 활성층은 P,N 형 광가이드층 사이에 위치하고, 그 주변으로 P,N 형 캐리어 제한층인 클레딩층이 존재한다. 활성층은 InGaN 등으로 이루어 지고, 광가이드층을 GaN 등으로 이루어지며, 클레딩층은 AlGaN 등으로 이루어진다. As shown in FIG. 1, the AlGaN active layer is positioned between the P, N type light guide layers, and a cladding layer, which is a P, N type carrier limiting layer, is present around the AlGaN active layer. The active layer is made of InGaN, the light guide layer is made of GaN, and the cladding layer is made of AlGaN.
도 2a 내지 도 2d 는 종래 기술에 따른 질화물 발광소자의 제조 공정을 보여주는 공정사시도이다. 2A to 2D are process perspective views illustrating a manufacturing process of a nitride light emitting device according to the prior art.
먼저, 도 2a 에 도시된 바와 같이, 화합물 반도체들을 성장시킨 후, 전극을 형성하여 소자를 완성한다.First, as shown in FIG. 2A, after compound semiconductors are grown, electrodes are formed to complete the device.
이어, 도 2b 에 도시한 바와 같이 도 2a 에서 에칭(etching) 및 P,N형 전극형성이 끝난 소자를 분리하여 벽개면을 형성한 다음, 도 2c 에 도시한 바와 같이, 양쪽 벽개면에 각각 AR(Anti-Reflection) 코팅 및 HR(High-Reflection) 코팅을 한다.Subsequently, as shown in FIG. 2B, a cleaved surface is formed by separating the elements that have been etched and formed in P and N-type electrodes in FIG. 2A, and then, as shown in FIG. -Reflection coating and HR (High-reflection) coating.
그리고, 마지막으로 도 2d 에 도시한 바와 같이, 벽개면에 각각 AR코팅 및 HR코팅된 소자를 칩으로 분리하여 단위 소자를 제작한다.And finally, as shown in Figure 2d, to separate the AR-coated and HR-coated elements on the cleaved surface with a chip to produce a unit device.
이 때 갈륨(Ga), 질소(N), 인(In), 알루미늄(Al)등의 분자들이 소자 내부에서는 공유결합을 이루고 있지만 소자의 표면인 벽개면(41) 부분에서는 Ga와 N이 결합하지 못한 불안정한 본드(bond)인 뎅글링 본드(dangling bond)가 존재하게 된다. 이 본드에 의해 밴드갭(band gap)이 줄어드는 효과를 가지므로 발광장치로 이용하기 위해 소자에 전류를 가하면 활성층에 의해 방출한 빛이 줄어든 밴드갭으로 인해 다시 빛이 흡수되어 소자가 열화되기 때문에 소자가 제대로 동작하지 않고, 고출력을 얻기 위한 소자로 동작할 수 없게 된다.At this time, molecules such as gallium (Ga), nitrogen (N), phosphorus (In), and aluminum (Al) form covalent bonds inside the device, but Ga and N do not bond at the
이상에서 설명한 종래 기술에 따른 질화물 발광소자 제조 방법에는 다음과 같은 문제점이 있다. The nitride light emitting device manufacturing method according to the related art described above has the following problems.
첫째, 소자의 벽개면에 불안전한 뎅글링 본드(dangling bond)가 존재하여 밴드갭(band gap)이 줄어드는 효과를 가지므로 발광장치로 이용하기 위해 소자에 전류를 가하면 활성층에 의해 방출한 빛이 줄어든 밴드갭으로 인해 다시 빛이 흡수되어 소자가 열화되기 때문에 소자 신뢰성에 문제가 있었다.First, the unsafe dangling bond is present on the cleaved surface of the device, which reduces the band gap. Therefore, when a current is applied to the device for use as a light emitting device, the light emitted by the active layer is reduced. Since the gap absorbs light again and degrades the device, there is a problem in device reliability.
둘째, 고출력을 위해서는 많은 전류를 가해야 하는데 많은 전류를 가하게 되는 만큼 활성층에서 방출한 빛이 많아지고 방출한 빛이 많은 만큼 벽개면에 많은 빛이 흡수되어 벽개면에 열이 발생하여 소자 벽개면이 녹는 현상이 발생하기 때문에 벽개면 손상을 초래하여 고출력의 구현시 문제점이 있었다.Second, a lot of current needs to be applied for high output. As much current is applied, more light is emitted from the active layer, and as much light is emitted, a lot of light is absorbed on the cleaved surface and heat is generated on the cleaved surface. Since it causes damage to the cleaved surface, there was a problem in the implementation of high power.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 소자 벽개면 부분의 결함으로 인한 소자의 신뢰성의 저하를 방지하고 출력을 높일 수 있는 질화물 발광 소자 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a nitride light emitting device capable of preventing a decrease in reliability of a device due to a defect in a device cleaved surface and increasing output.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 질화물 발광소자 제조 방법은 양측에 벽개면을 갖는 질화물 발광 소자 제조방법에 있어서, 양측의 기판 중 일측에 제 1 반도체층, 활성층, 제 2 반도체층을 순차적으로 형성하는 제 1 단계, 상기 기판의 다른 측과 제 2 반도체층 상에 각각 전극을 형성하고, 소자(chip bar)를 분리하여 상기 소자 양측에 벽개면을 형성하는 제 2 단계, 상기 분리된 소자들을 유황처리하여 상기 벽개면의 결함(defect)을 제거하는 제 3 단계, 그리고, 상기 소자의 일측 벽개면에 HR(High-Reflection) 코팅을 하고, 다른 측 벽개면에 AR(Anti-Reflection) 코팅을 하여 칩(chip)으로 분리하는 제 4 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제 3 단계는 상기 분리된 소자들을 암모늄 설파이드 용액에 담그는 단계와, 상기 소자를 암모늄 설파이드 용액으로부터 꺼내 세척하는 단계와, 상기 소자를 베이킹(baking)하는 단계를 더 포함한다.
이때, 상기 암모늄 설파이드 용액의 온도는 -10℃ ∼ 100℃ 이고, 상기 베이킹의 온도는 10℃ ∼ 600℃이며, 상기 베이킹 시간은 2시간 이하이다.
또한, 상기 제 3 단계는 상기 분리된 소자의 양측 벽개면에 황(sulfur)이나 황화아연(ZnS) 중 적어도 어느 하나를 이용하여 증착하는 단계와, 상기 소자를 베이킹하는 단계를 더 포함한다.In the nitride light emitting device manufacturing method according to the present invention for achieving the above object in the nitride light emitting device manufacturing method having a cleaved surface on both sides, the first semiconductor layer, the active layer, the second semiconductor layer on one side of the substrate on both sides sequentially Forming the electrodes on the other side of the substrate and the second semiconductor layer, and separating the chip bars to form cleavage surfaces on both sides of the substrate, and separating the separated devices. The third step of removing the defects of the cleaved surface by sulfur treatment, and HR (High-Reflection) coating on one cleaved surface of the device, AR (Anti-Reflection) coating on the other cleaved surface chip ( a fourth step of separating into a chip).
Here, the third step further includes immersing the separated devices in an ammonium sulfide solution, removing the devices from the ammonium sulfide solution, washing them, and baking the devices.
At this time, the temperature of the ammonium sulfide solution is -10 ℃ to 100 ℃, the temperature of the baking is 10 ℃ to 600 ℃, the baking time is 2 hours or less.
The third step may further include depositing at least one of sulfur or zinc sulfide (ZnS) on both cleaved surfaces of the separated device, and baking the device.
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이와 같이 제작되는 본 발명은 벽개 부분에 유황처리하여 불안전한 뎅글링 본드로 인해 밴드갭(band gap)이 줄어드는 효과를 방지하여 종래의 줄어든 밴드갭으로 인한 벽개면에서의 빛의 흡수를 막아서 소자가 열화되는 것을 막을 수 있기 때문에 소자의 신뢰성과 고출력을 구현할 수 있다.The present invention manufactured as described above prevents the effect of reducing the band gap due to the unsafe dangling bond by sulfur treatment of the cleaved portion, thereby preventing the absorption of light from the cleaved surface due to the conventional reduced band gap, thereby deteriorating the device. This prevents the device from failing, resulting in device reliability and high power.
본 발명의 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.The objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the detailed description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 반도체 발광소자 제조 방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.A preferred embodiment of the method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 빛이 나오는 벽개 부분의 뎅글링 본드(dangling bond)를 제거하여, 소자 신뢰성 확보 및 고출력의 레이저(laser)를 구현할 수 있도록 하기 위해서 벽개면에 유황(sulfur)처리를 함으로써 뎅글링 본드를 제거하는 것이다.The present invention removes the dangling bond by removing sulfur from the cleaved portion to remove the dangling bond, and to secure device reliability and to implement a laser of high power. It is.
이때, 유황처리는 양쪽 벽개면에 모두 실시하며, 유황처리 물질로는 암모늄 설파이드 용액, 황 또는 황화 아연(ZnS)박막 증착 등으로 행할 수 있다.At this time, sulfur treatment is performed on both cleaved surfaces, and the sulfur treatment material may be performed by ammonium sulfide solution, sulfur or zinc sulfide (ZnS) thin film deposition, or the like.
질화물 반도체의 소자 내부에서는 갈륨(Ga), 질소(N), 인(In),알루미늄(Al)등의 분자들이 서로 공유결합을 하고 있어서 결합을 하고 있지만 소자에 벽개면(mirror)을 형성하면 이 부분에서 소자 내부와는 달리 결합을 할 수 없는 본드 들이 생겨나게 된다. 이 본드들을 뎅글링 본드(dangling bond)라고 하며, 이 본 드들이 결함으로 작용하게 된다. In the device of the nitride semiconductor, gallium (Ga), nitrogen (N), phosphorus (In), aluminum (Al) and other molecules are covalently bonded to each other, but the bond is formed when the cleavage surface (mirror) is formed in the device Unlike inside the device, bonds are created that cannot be bonded. These bonds are called dangling bonds, and these bonds act as defects.
레이저로 동작시키기 위해 소자에 전류를 가하게 되면, 소자 내부에서 발생한 빛들이 양쪽 벽개면에 순차적으로 아주 빠른 시간 동안(ps order) 반사되어 증폭된 후, 벽개면을 통하여 소자 외부로 빛을 방출하게 된다.When a current is applied to the device to operate with a laser, the light generated inside the device is reflected and amplified on both cleaved surfaces in rapid succession (ps order), and then emits light through the cleaved surface to the outside of the device.
이때 벽개면에 뎅글링 본드의 결합이 존재하게 되면, 이 결함이 마치 밴드갭이 줄어드는 효과를 나타내어 빛을 흡수하게 되어 소자가 열화되므로 소자의 신뢰성에 막대한 영향을 미치게 된다.At this time, when a dangling bond bond is present on the cleaved surface, the defect exhibits the effect of reducing the bandgap and absorbs light, thereby deteriorating the device, which greatly affects the reliability of the device.
또, 고출력화를 위해서는 더 많은 전류를 가해야 하는데, 그로 인해 더 많은 빛이 벽개면에 흡수되어 흡수된 빛에 의해 벽개면에 열이 발생하게 되어 결국은 소자 벽개면이 녹아 버리는 현상이 발생한다. In addition, in order to increase the output power, more current must be applied, which causes more light to be absorbed by the cleaved surface and heat is generated on the cleaved surface by the absorbed light, resulting in melting of the cleaved surface of the device.
이런 현상들을 방지하기 위해서는 소자 벽개면의 뎅글링 본드를 제거하는 것이 근본적인 치유책이다.To prevent these symptoms, removing the dangling bonds on the cleaved surface of the device is a fundamental cure.
종래의 방법으로는 뎅글링 본드가 반드시 생기므로, 본 발명은 이미 생성된 뎅글링 본드를 사후에 처리해 주는 것을 목적으로 한다.Since a dangling bond always arises by the conventional method, this invention aims at the post-treatment of the already produced dangling bond.
도 3a 내지 도 3e 는 본 발명에 따른 질화물 발광소자의 제조 공정을 보여 주는 구조 사시도이다.3A to 3E are structural perspective views showing a manufacturing process of the nitride light emitting device according to the present invention.
먼저, 도 3a 에 도시된 바와 같이 기판 위에 제 1 반도체층, 활성층, 제 2 반도체층을 차례로 형성한다.
여기서, 기판은 실리콘, SiC 등의 이종 기판을 이용한다.First, as shown in FIG. 3A, a first semiconductor layer, an active layer, and a second semiconductor layer are sequentially formed on a substrate.
Here, the board | substrate uses heterogeneous board | substrates, such as a silicon and SiC.
이어, 도 3b 에 도시된 바와 같이 완성된 소자를 잘라 벽개면(41)을 형성한다.
Subsequently, the cleaved
그리고, 도 3c 에 도시된 바와 같이 소자 벽개면의 뎅글링 본드를 제거하기 위하여 소자 벽개면(41)에 유황처리(42)를 하는데, 다음 두 가지 방법을 이용할 수 있다.In addition, as illustrated in FIG. 3C,
첫 번째 방법은 암모늄 설파이드 용액에 담근 후, 다시 꺼내어 디아이 워터(DI water)로 씻어 오븐(oven)에 넣어서 베이킹(baking)한다. 이 때, 암모늄 설파이드라는 용액은 약 -10℃ ∼ 100℃ 이고, 베이킹 공정 온도범위는 약10℃ ∼ 600℃로 하여 2시간 이하로 하며, 진공상태에서도 할 수 있다. The first method is to soak in ammonium sulfide solution, take it out again, wash it with DI water and place it in an oven for baking. At this time, the solution of ammonium sulfide is about -10 ° C to 100 ° C, and the baking process temperature range is about 10 ° C to 600 ° C, which is 2 hours or less, and can be performed in a vacuum state.
두 번째 방법으로, 칩-바(45)형태의 소자 벽개면(41)들이 한 면을 이룰 수 있도록 칩-바(45)들을 세워서 밀착시킨 후, 양쪽 벽개면(41)에 황이나 황화아연(ZnS) 등을 적어도 2회 증착하여 벽개면(41)에 상기 물질들이 쌓이도록 한다.그 후, 베이킹공정을 하여 황을 밀착시키거나, 아연(Zn)을 제거하는 공정을 한다. In the second method, the chip-
이와 같이, 유황처리하여 뎅글링 본드를 제거한 다음 도 3d 에 도시된 바와 같이 유황처리(42)된 벽개면(41)의 한 쪽면에 AR코팅(Anti-Reflection Coating:44)을 하고, 또 다른 면에 HR코팅(High-Reflection Coating:43)을 수행한다. As such, after the sulfur treatment to remove the dangling bond, AR coating (Anti-Reflection Coating: 44) on one side of the cleaved
그리고 마지막으로 도 3e 에서와 같이 코팅된 소자를 단위 소자로 제작함으로써 제작을 완료한다.And finally, manufacturing is completed by manufacturing a coated device as a unit device as shown in FIG. 3e.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 질화물 발광소자 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다. The nitride light emitting device manufacturing method according to the present invention as described above has the following effects.
첫째, 소자 벽개면에서의 뎅글링 본드(dangling bond)를 없애기 위해 벽개면에 유황(sulfur)처리를 함으로써, 뎅글링 본드에 의한 결함을 줄여, 벽개면에서의 빛의 흡수에 의한 소자 신뢰성의 저하를 방지하는 효과를 가진다.First, sulfur treatment is applied to the cleaved surface to remove the dangling bond on the cleaved surface, thereby reducing defects caused by the dangling bond, thereby preventing deterioration of device reliability due to absorption of light on the cleaved surface. Has an effect.
둘째, 고출력을 얻기 위해 많은 전류를 가할 때 벽개면에 많은 빛이 흡수되어 열이 발생하기 때문에 유황처리를 함으로써 소자 벽개면이 손상되는 것을 방지 할 수 있으므로 고출력 구현의 효과를 가진다.Second, since a lot of light is absorbed on the cleaved surface to generate heat when a large amount of current is applied to obtain a high output, the sulfur cleavage can prevent damage to the cleaved surface of the device.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.
Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the embodiments, but should be defined by the claims.
Claims (4)
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