KR100856089B1 - 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수직구조 질화갈륨계 LED 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히, 기판 상에 n형 질화갈륨계 반도체층과 활성층 및 p형 질화갈륨계 반도체층이 순차 적층되어 있는 발광 구조물을 형성하는 단계; 상기 발광 구조물을 식각하여 단위 LED 소자의 크기로 분리하는 단계; 상기 분리된 발광 구조물 상에 p형 전극을 형성하는 단계; 상기 분리된 발광 구조물의 사이에 비전도성 물질을 충진하는 단계; 상기 결과의 구조물 상에 금속 시드층을 형성하는 단계; 상기 발광 구조물 사이의 영역을 제외한 상기 금속 시드층 상에 제1도금층을 형성하는 단계; 상기 제1도금층 및 상기 제1도금층 사이의 상기 금속 시드층 표면에 제2도금층을 형성하는 단계; 상기 기판을 상기 발광 구조물로부터 분리하는 단계; 상기 기판이 분리되어 노출된 상기 발광 구조물 사이의 상기 비전도성 물질을 제거하는 단계; 상기 n형 질화갈륨계 반도체층 상에 n형 전극을 형성하는 단계; 및 상기 발광 구조물 사이의 상기 금속 시드층 및 상기 제2도금층 부분을 제거하는 단계를 통해 제작된 수직구조 질화갈륨계 LED 소자 및 그 제조방법을 제공한다.
수직구조, 질화갈륨계, LED, 소자분리, 포토레지스트

Description

수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자 및 그 제조방법{Vertically structured GaN type Light Emitting Diode device And Manufacturing Method thereof}
도 1a 내지 도 1f는 종래 기술에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도.
도 2a 내지 도 2m은 본 발명의 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 사파이어 기판 120: 발광 구조물
121: n형 질화갈륨계 반도체층 122: 활성층
123: p형 질화갈륨계 반도체층 130: 전류저지층
140: 보호막 150: p형 전극
PR1: 제1포토레지스트 160: 금속 시드층
PR2: 제2포토레지스트 170: 구조지지층
170a: 제1도금층 170b: 제2도금층
121a: 표면 요철 h: 콘택홀
180: n형 전극 100: LED 소자
본 발명은 수직구조(수직전극형) 질화갈륨계(GaN) 발광다이오드(Light Emitting Diode; 이하, 'LED'라 칭함) 소자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 수직구조 질화갈륨계 LED 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 질화갈륨계 LED 소자는 사파이어 기판 위에 성장하지만, 이러한 사파이어 기판은 단단하고 전기적으로 부도체이며 열전도 특성이 좋지 않아 질화갈륨계 LED 소자의 크기를 줄여 제조원가를 절감하거나, 광출력 및 칩의 특성을 개선시키는데는 한계가 있었다. 특히, LED 소자의 고출력화를 위해서는 대전류 인가가 필수이므로, LED 소자의 열 방출 문제를 해결하는 것이 매우 중요하다.
이러한 문제를 해결하기 위한 수단으로 종래에는 레이저 리프트 오프(Laser Lift-Off:LLO; 이하, 'LLO' 라 칭함) 기술에 의해 사파이어 기판을 제거한 수직구조 질화갈륨계 LED 소자가 제안되었다.
이하, 도 1a 내지 도 1f를 참조하여 종래 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 1a 내지 도 1f는 종래 기술에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조 방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도이다.
우선, 도 1a에 도시한 바와 같이, 사파이어 기판(110) 상에 질화갈륨계 반도체층으로 이루어진 발광 구조물(120)을 형성한다. 이때, 상기 발광 구조물(120)은 n형 질화갈륨계 반도체층(121)과 다중우물구조인 GaN/InGaN 활성층(122) 및 p형 질화갈륨계 반도체층(123)을 순차적으로 적층되어 있는 구조를 가진다.
이어서, 도 1b에 도시한 바와 같이, 상기 p형 질화갈륨계 반도체층(123) 상에 복수의 p형 전극(150)을 형성한다. 이 때, 상기 p형 전극(150)은, 전극과 반사막의 역할을 한다.
다음으로, 도 1c에 도시한 바와 같이, 상기 발광 구조물(120)을 반응성 이온에칭(RIE) 공정 등에 의해 단위 LED 소자의 크기로 분리한다.
이어서, 도 1d에 도시한 바와 같이, 상기 결과의 전체 구조물 상에 상기 p형 전극(150)을 노출시키도록 보호막(140)을 형성한다. 그런 다음, 상기 보호막(140) 및 p형 전극(150) 상에 금속 시드층(160)을 형성하고 나서, 상기 금속 시드층(160)을 이용하여 전해 도금 또는 무전해 도금하여 도금층으로 이루어진 구조지지층(170)을 형성한다. 상기 구조지지층(170)은 최종적인 LED 소자의 지지층 및 전극으로서의 역할을 수행한다. 이 때, 상기 구조지지층(170)은 각 발광 구조물(120) 사이의 영역에도 형성되어, 이 영역에는 비교적 두꺼운 두께의 구조지지층(170)이 형성된다.
그런 다음, 도 1e에 도시한 바와 같이, LLO 공정을 통해 상기 사파이어 기판(110)을 상기 발광 구조물(120)로부터 분리한다.
그 다음에, 도 1f에 도시한 바와 같이, 상기 사파이어 기판(110)으로부터 분리되어 노출된 상기 n형 질화갈륨계 반도체층(121) 상에 n형 전극(180)을 각각 형성한 후, 상기 구조지지층(170)을 다이싱(dicing) 또는 레이저 스크라이빙(laser scribing) 공정에 의해 단위 LED 소자의 크기로 분리하여 복수의 질화갈륨계 LED 소자(100)를 형성한다.
그러나, 비교적 두꺼운 두께를 갖는 상기 구조지지층(170)의 다이싱 또는 레이저 스크라이빙 공정을 진행하는 과정에서, 상기 발광 구조물(120)이 깨지거나 손상될 수 있다.
*그리고, 상기 구조지지층(170)의 형성시에 상기 발광 구조물(120)과, 각 발광 구조물(120)의 사이에 형성된 상기 구조지지층(170)의 열팽창 계수 차이에 의해, 상기 구조지지층(170)을 포함한 전체 구조물의 휨 현상이 발생됨으로써, 후속 공정을 진행하기가 용이하지 않다.
또한, 상기 금속 시드층(160)을 구성하는 원자들이 활성층(122)으로 침투함으로써 정션 리키지(junction leakage) 및 쇼트(short) 현상 등이 발생되는 문제점이 있다.
상술한 바와 같이, 종래 기술에 따라 수직구조 질화갈륨계 LED 소자를 제조하게 되면, 상기 문제점들로 인하여 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 신뢰성이 낮아지는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 소자 분리를 위한 다이싱 또는 스크라이빙 공정을 용이하게 하고, 구조지지층을 포함한 전체 구조물의 휨 현상 및 쇼트 현상 등을 방지하여, 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 수직구조 질화갈륨계 LED 소자 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 기판 상에 n형 질화갈륨계 반도체층과 활성층 및 p형 질화갈륨계 반도체층이 순차 적층되어 있는 발광 구조물을 형성하는 단계; 상기 발광 구조물을 식각하여 단위 LED 소자의 크기로 분리하는 단계; 상기 분리된 발광 구조물 상에 p형 전극을 형성하는 단계; 상기 분리된 발광 구조물의 사이에 비전도성 물질을 충진하는 단계; 상기 결과의 구조물 상에 금속 시드층을 형성하는 단계; 상기 발광 구조물 사이의 영역을 제외한 상기 금속 시드층 상에 제1도금층을 형성하는 단계; 상기 제1도금층 및 상기 제1도금층 사이의 상기 금속 시드층 표면에 제2도금층을 형성하는 단계; 상기 기판을 상기 발광 구조물로부터 분리하는 단계; 상기 기판이 분리되어 노출된 상기 발광 구조물 사이의 상기 비전도성 물질을 제거하는 단계; 상기 n형 질화갈륨계 반도체층 상에 n형 전극을 형성하는 단계; 및 상기 발광 구조물 사이의 상기 금속 시드층 및 상기 제2도금층 부분을 제거하는 단계;를 포함하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 본 발명의 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에서, 상기 비전도성 물질은 포토레지스트인 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명의 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에서, 상기 p형 전극을 형성하는 단계 이전에, 상기 분리된 각 발광 구조물을 포함한 기판의 상부 표면을 따라 절연층을 형성하는 단계; 및 상기 절연층을 선택적으로 식각하여 상기 발광 구조물의 상면 중앙부에 전류저지층을 형성함과 동시에, 상기 발광 구조물의 양측면에 보호막을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명의 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에서, 상기 발광 구조물을 형성하는 단계 이후에, 래핑(lapping) 및 폴리싱(polishing) 공정을 통해 상기 기판의 하부를 소정 두께만큼 제거하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명의 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에서, 상기 발광 구조물 사이의 영역을 제외한 금속 시드층 상에 제1도금층을 형성하는 단계는, 상기 발광 구조물 사이의 금속 시드층 상에 포토레지스트를 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 사이의 금속 시드층 상에 제1도금층을 형성하는 단계; 및 상기 포토레지스트를 제거하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명의 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에서, 상기 발광 구조물 사이의 상기 금속 시드층 및 상기 제2도금층 부분을 제거하는 단계는, 다이싱, 스크라이빙 및 습식 식각 중 어느 하나의 공정으로 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명의 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에서, 상기 n형 질화갈륨계 반도체층 상에 n형 전극을 형성하는 단계 이전에, 상기 n형 질화갈륨계 반도체층의 표면에 표면 요철을 형성하는 단계; 및 상기 n형 전극이 형성될 상기 n형 질화갈륨계 반도체층 부분을 소정 두께만큼 제거하여 콘택홀을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명의 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에서, 상기 제1도금층은, Ni 및 Au가 순차 적층된 2층 구조로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명의 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에서, 상기 제2도금층은, Au, Ni 및 Au가 순차 적층된 3층 구조로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 n형 전극; 상기 n형 전극 하면에 형성된 발광 구조물; 상기 발광 구조물의 측벽에 형성된 보호막; 상기 보호막이 형성된 발광 구조물 하면에 형성된 p형 전극; 상기 발광구조물 및 상기 p형 전극의 전면에 형성된 금속 시드층; 및 상기 금속 시드층 하부에 형성된 도전성 기판을 포함하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자를 제공한다.
상기 발광 구조물은, n형 질화갈륨계 반도체층, 활성층, p형 질화갈륨계 반도체층을 포함하며, 상기 n형 질화갈륨계 반도체층 상면은, 요철형태로 형성될 수도 있다.
또한, 상기 발광 구조물 하면의 중앙부에 전류저지층을 더 포함할 수도 있다.
그리고, 상기 도전성 기판은 제1도금층 및 제2도금층으로 구성되어 있으며, 상기 제1도금층은, Ni 및 Au가 순차 적층된 2층 구조로 형성되고, 상기 제2도금층은, Au, Ni 및 Au가 순차 적층된 3층 구조로 형성되어 있다.
또한, 본 발명은 도전성 기판; 상기 도전성 기판 상부에 형성된 금속 시드층; 상기 금속 시드층의 중앙부에 형성된 전류저지층; 상기 금속 시드층 상의 전규저지층의 양측에 형성된 제1전극; 상기 제1전극 상에 형성된 발광 구조물의 외곽면에 형성된 보호막; 및 상기 발광 구조물 상에 형성된 제2전극을 포함하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자를 제공한다.
이때에도, 상기 발광 구조물은, p형 질화갈륨계 반도체층, 활성층, n형 질화갈륨계 반도체층을 포함하여 구성되며, 상기 n형 질화갈륨계 반도체층 상면은, 요철형태로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 제1전극은 p형 전극이고, 상기 제2전극은 n형 전극일 수 있다.
또한, 상기 도전성 기판은 제1도금층 및 제2도금층으로 구성되어 있으며, 상기 제1도금층은, Ni 및 Au가 순차 적층된 2층 구조로 형성되고, 상기 제2도금층은, Au, Ni 및 Au가 순차 적층된 3층 구조로 형성된다.
이하 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나 타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 병기하였다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에 대하여 도 2a 내지 도 2m을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 2a 내지 도 2m은 본 발명의 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도이다.
우선, 도 2a에 도시한 바와 같이, 기판(100) 상에 질화갈륨계 반도체층으로 이루어진 발광 구조물(120)을 형성한다. 이 때, 상기 발광 구조물(120)은 n형 질화갈륨계 반도체층(121)과 다중우물구조인 GaN/InGaN 활성층(122) 및 p형 질화갈륨계 반도체층(123)을 순차적으로 적층되어 있는 구조를 가진다.
여기서, 상기 기판(110)은 바람직하게, 사파이어를 포함하는 투명한 재료를 이용하여 형성하며, 사파이어 이외에, 징크 옥사이드(zinc oxide, ZnO), 갈륨 나이트라이드(gallium nitride, GaN), 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC) 및 알루미늄 나이트라이드(aluminum nitride, AlN) 등으로 형성할 수 있다.
또한, 상기 n형 및 p형 질화갈륨계 반도체층(121, 123) 및 활성층(122)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 질화갈륨계 반도체 물질일 수 있으며, MOCVD 및 MBE 공정과 같은 공지의 질화물 증착공정을 통해 형성될 수 있다.
한편, 상기 활성층(122)은 하나의 양자우물층 또는 더블헤테로 구조로 형성될 수 있다. 또한, 상기 활성층(122)은 이를 구성하고 있는 인듐(In)의 양으로 다이오드가 녹색 발광 소자인지 청색 발광 소자인지를 결정한다. 보다 상세하게는 청색빛을 갖는 발광소자에 대해서는, 약 22% 범위의 인듐이 사용되며, 녹색빛을 갖는 발광소자에 대해서는, 약 40% 범위의 인듐이 사용된다. 즉, 상기 활성층(122)을 형성하는데 사용되는 인듐의 양은 필요로 하는 청색 또는 녹색 파장에 따라 변한다.
따라서, 상기 활성층(122)은 상술한 바와 같이, 질화갈륨계 LED 소자의 특성 및 신뢰성에 매우 큰 영향을 미치므로, 전반적인 질화갈륨계 LED 소자 제조 공정에 있어서, 도전물 침투 등과 같은 불량으로부터 안전하게 보호되어야 한다.
다음으로, 도 2b에 도시한 바와 같이, 래핑(lapping) 및 폴리싱(polishing) 공정을 통해 상기 기판(110)의 하부를 소정 두께만큼 제거한다. 상기 래핑 및 폴리싱 공정은 후속적으로 진행될 사파이어 기판의 LLO 공정을 용이하게 수행하기 위한 것으로서, 이는 생략이 가능하다.
그런 다음, 도 2c에 도시한 바와 같이, 상기 발광 구조물(120)을 식각하여 단위 LED 소자의 크기로 분리한다. 이와 같이 발광 구조물(120)을 미리 식각하여 서로 분리함에 따라, 후속의 LLO 공정 시 레이저(laser)에 의해 발광 구조물(120)을 구성하는 질화갈륨계 반도체층이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
그 다음에, 상기 분리된 각 발광 구조물(120)을 포함한 기판(110)의 상부 표면을 따라 절연층(도시안함)을 형성한 후, 이를 선택적으로 식각하여 도 2d에 도시 한 바와 같이, 상기 발광 구조물(120)의 상면 중앙부에 전류저지층(current blocking layer; 130)을 형성함과 동시에, 상기 발광 구조물(120)의 양측면에 보호막(140)을 형성한다.
여기서, 상기 전류저지층(130)은, 후속적으로 형성되는 n형 전극(180)의 하부에 집중되는 전류를 그 이외의 영역으로 확산시켜, 전류 확산 효율을 증가시키고, 이를 통해 균일한 발광을 얻을 수 있도록 해준다.
다음으로, 도 2e에 도시한 바와 같이, 상기 전류저지층(130)이 형성되지 않은 상기 발광 구조물(120) 상에 p형 전극(150)을 형성한다. 상기 p형 전극(150)은, 전극과 반사막의 역할을 동시에 할 수 있도록 Ag 계열 또는 Al 계열 등의 물질을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 p형 전극(150)은 상기한 바와 같이, 전류저지층(130)이 형성되지 않은 부분에 형성할 수도 있지만, 상기 발광 구조물(120) 상에 상기 전류저지층(130)을 덮도록 형성할 수도 있다.
그런 다음, 도 2f에 도시한 바와 같이, 상기 분리된 각 발광 구조물(120)의 사이에 비전도성 물질, 예컨대 제1포토레지스트(PR1)를 충진시킨다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1포토레지스트(PR1)는, 후속적으로 형성되는 금속 시드층(160)을 구성하는 원자들이 활성층(122)으로 침투하는 것을 차단하여 정션 리키지 및 쇼트 현상 등을 방지하게 된다.
그 다음에, 도 2g에 도시한 바와 같이, 상기 결과의 구조물 상에 금속 시드층(160)을 형성한다. 상기 금속 시드층(160)은, 후술하는 구조지지층(170)의 도금 공정 시 결정핵 역할을 한다. 이러한 금속 시드층(160)은 스퍼터링(sputtering)법 또는 진공증착법 등의 방법으로 형성될 수 있다.
그런 후에, 도 2h에 도시한 바와 같이, 상기 발광 구조물(120) 사이의 금속 시드층(160) 상에 제2포토레지스트(PR2)를 형성한 다음, 상기 제2포토레지스트(PR2) 사이의 금속 시드층(160) 상에 전기 도금하여 제1도금층(170a)을 형성한다. 이 때, 상기 제1도금층(170a)은, Ni 및 Au가 순차 적층된 2층 구조로 형성하는 것이 바람직하다. 이 중에서, 상기 Au는 상기 Ni의 표면 산화를 방지하고, 후술하는 제2도금층(170b)과의 밀착력을 향상시키기 위한 것이다.
다음으로, 도 2i에 도시한 바와 같이, 상기 제2포토레지스트(PR2)를 제거하고 나서, 상기 제1도금층(170a)과 상기 제1도금층(170a) 사이의 금속 시드층(160)의 표면에 제2도금층(170b)을 형성하여, 상기 제1 및 제2도금층(170a,170b)으로 구성되는 구조지지층(170)을 형성한다.
상기 제2도금층(170b)은, Au, Ni 및 Au가 순차 적층된 3층 구조로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 제2도금층(170b)을 구성하는 Au 중 최하부의 Au는 상기 제1도금층(170a)과의 밀착력을 향상시키기 위한 것이고, 최상부의 Au는 Ni의 표면 산화를 방지하고, 후속의 패키징 공정 중 다이 본딩(die bonding) 공정에서의 밀착력을 향상시키기 위한 것이다.
한편, 종래에는 각 발광 구조물(120) 사이의 영역에까지 형성된 구조지지층(170)과 상기 발광 구조물(120)의 열팽창 계수 차이에 의해, 상기 구조지지층(170)을 포함한 전체 구조물의 휨 현상이 발생되었으나, 본 발명의 실시예에 의 하면, 상기와 같이 분리된 각 발광 구조물(120)의 사이에 구조지지층 대신에 제1포토레지스트(PR1)가 형성되고, 본 발명에 의한 구조지지층(170)은 발광 구조물(120)의 상부에만 일정한 두께로 형성됨으로써, 구조지지층(170)을 포함한 전체 구조물의 휨 현상을 방지할 수 있는 바, 후속 공정 진행의 어려움을 극복할 수 있다.
상기 구조지지층(170)은 최종적인 LED 소자의 지지층 및 전극으로서의 역할을 수행한다. 또한, 상기 구조지지층(170)은 열전도가 우수한 금속, 예컨대 Ni 및 Au 등으로 이루어지므로, LED 소자에서 발생하는 열을 외부로 쉽게 방출할 수 있다. 따라서, LED 소자에 고전류가 인가되어도 열을 효율적으로 방출할 수 있으므로, 고전류에서도 LED 소자의 특성이 열화되는 현상을 방지할 수 있다.
그런 다음, 도 2j에 도시한 바와 같이, LLO 공정을 통해 상기 기판(110)을 상기 발광 구조물(120)로부터 분리한다.
이어서, 도 2k에 도시한 바와 같이, 상기 기판(110)이 분리되어 노출된 상기 발광 구조물(120) 사이의 보호막(140) 부분과 상기 제1포토레지스트(PR1)를 제거한 후, 상기 n형 질화갈륨계 반도체층(121)의 표면에, 광추출 효율을 높이기 위하여 표면 요철(121a)을 형성한다.
그 다음에, 도 2l에 도시한 바와 같이, n형 전극(180)이 형성될 상기 n형 질화갈륨계 반도체층(121) 부분을 소정 두께만큼 제거하여 콘택홀(h)을 형성한 후, 상기 콘택홀(h) 상에 n형 전극(180)을 형성한다.
그런 다음, 도 2m에 도시한 바와 같이, 상기 발광 구조물(120) 사이의 금속 시드층(160) 및 제2도금층(170b) 부분을 다이싱(dicing) 공정에 의해 단위 LED 소 자의 크기로 분리하여 복수의 질화갈륨계 LED 소자(100)를 형성한다. 상기 LED 소자(100)의 분리는, 상기한 다이싱 공정 이외에, 레이저 스크라이빙 또는 습식 식각 공정 등을 통해 이루어질 수 있다.
여기서, 종래기술에 따른 LED 소자(100)의 최종적인 분리는, 비교적 두꺼운 두께를 갖는 구조지지층(170)의 다이싱을 통해 이루어졌으나, 본 발명의 실시예에서는, 상기 LED 소자(100)의 최종적인 분리가, 종래의 구조지지층에 비해 훨씬 얇은 두께를 갖는 금속 시드층(160) 및 제2도금층(170b)의 다이싱을 통해 이루어지기 때문에, 상기 다이싱 공정 시 발광 구조물(120)이 깨지거나 손상되는 것을 막을 수 있다.
한편,도 2m에 도시된 바와 같이, 상기한 바와 같은 공정을 통해 제작된 본 발명의 수직구조 질화갈륨계 LED 소자는, 도전성 기판(170)과, 상기 도전성 기판(170) 상면에 형성된 금속시드층(160) 및 상기 금속시드층(160) 상에 형성된 발광 구조물(120)로 구성된다.
상기 도전성 기판(170)은 제1도금층(170a)과 제2도금층(170b)으로 이루어지며, 공정과정에서 전술한 바와 같이, 상기 제1도금층(170a)은, Ni 및 Au가 순차 적층된 2층 구조로 형성되고, 상기 제2도금층(170b)은, Au, Ni 및 Au가 순차 적층된 3층 구조로 형성된다.
상기 발광 구조물(120)은, n형 질화갈륨계 반도체층(121), 활성층(122), p형 질화갈륨계 반도체층(123)으로 이루어지며, 상기 발광 구조물(120)의 외곽부에는 보호막(140)이 형성된다.
또한, 상기 p형 질화갈륨계 반도체층(123)의 하면 중앙부에는 전류저지층(130)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 전류저지층(130)의 양측의 p형 질화갈륨계 반도체층(123) 상에는 p형 전극(150)이 형성되고, 상기 n형 질화물계 반도체층(121) 상면에는 n형 전극(180)이 형성된다.
그리고, 상기 n형 질화물계 반도체층(121)의 상면은 광추출 효율을 높이기 위한 요철(121a)이 형성되어 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리 범위는 개시된 실시예에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 발광 구조물을 단위 LED 소자의 크기로 분리한 다음, 상기 분리된 각 발광 구조물의 사이에 포토레지스트를 충진시킴으로써, 금속 시드층을 구성하는 원자들이 활성층으로 침투하는 것을 차단하여 정션 리키지 및 쇼트 현상 등을 방지할 수 있고, 구조지지층을 포함한 전체 구조물의 휨 현상을 방지하여 후속 공정의 진행을 용이하게 할 수 있다.
또한, 본 발명은 LED 소자의 최종적인 분리가, 기존의 구조지지층에 비해 훨 씬 얇은 두께를 갖는 금속 시드층 및 제2도금층의 다이싱 공정 등을 통해 이루어지므로, 상기 다이싱 공정시 발광 구조물이 깨지거나 손상되는 것을 막을 수 있는 등 소자 분리 공정을 용이하게 진행할 수 있다.
따라서, 본 발명은 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (24)

  1. 기판 상에 n형 질화갈륨계 반도체층과 활성층 및 p형 질화갈륨계 반도체층이 순차 적층되어 있는 발광 구조물을 형성하는 단계;
    상기 발광 구조물을 식각하여 단위 LED 소자의 크기로 분리하는 단계;
    상기 분리된 발광 구조물 상에 p형 전극을 형성하는 단계;
    상기 분리된 발광 구조물의 사이에 비전도성 물질을 충진하는 단계;
    상기 결과의 구조물 상에 금속 시드층을 형성하는 단계;
    상기 발광 구조물 사이의 영역을 제외한 상기 금속 시드층 상에 제1도금층을 형성하는 단계;
    상기 제1도금층 및 상기 제1도금층 사이의 상기 금속 시드층 표면에 제2도금층을 형성하는 단계;
    상기 기판을 상기 발광 구조물로부터 분리하는 단계;
    상기 기판이 분리되어 노출된 상기 발광 구조물 사이의 상기 비전도성 물질을 제거하는 단계;
    상기 n형 질화갈륨계 반도체층 상에 n형 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 발광 구조물 사이의 상기 금속 시드층 및 상기 제2도금층 부분을 제거하는 단계;
    를 포함하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비전도성 물질은 포토레지스트인 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 p형 전극을 형성하는 단계 이전에,
    상기 분리된 각 발광 구조물을 포함한 기판의 상부 표면을 따라 절연층을 형성하는 단계; 및
    상기 절연층을 선택적으로 식각하여 상기 발광 구조물의 상면 중앙부에 전류저지층을 형성함과 동시에, 상기 발광 구조물의 양측면에 보호막을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발광 구조물을 형성하는 단계 이후에,
    래핑(lapping) 및 폴리싱(polishing) 공정을 통해 상기 기판의 하부를 소정 두께만큼 제거하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 발광 구조물 사이의 영역을 제외한 금속 시드층 상에 제1도금층을 형성하는 단계는,
    상기 발광 구조물 사이의 금속 시드층 상에 포토레지스트를 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트 사이의 금속 시드층 상에 제1도금층을 형성하는 단계; 및
    상기 포토레지스트를 제거하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 발광 구조물 사이의 상기 금속 시드층 및 상기 제2도금층 부분을 제거하는 단계는,
    다이싱, 스크라이빙 및 습식 식각 중 어느 하나의 공정으로 수행하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 n형 질화갈륨계 반도체층 상에 n형 전극을 형성하는 단계 이전에,
    상기 n형 질화갈륨계 반도체층의 표면에 표면 요철을 형성하는 단계; 및
    상기 n형 전극이 형성될 상기 n형 질화갈륨계 반도체층 부분을 소정 두께만큼 제거하여 콘택홀을 형성하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1도금층은, Ni 및 Au가 순차 적층된 2층 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2도금층은, Au, Ni 및 Au가 순차 적층된 3층 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자의 제조방법.
  10. n형 전극;
    상기 n형 전극 하면에 형성된 발광 구조물;
    상기 발광 구조물의 외곽면에 형성된 보호막;
    상기 보호막이 형성된 발광 구조물 하면에 형성된 p형 전극;
    상기 발광 구조물 하면에 형성된 전류저지층;
    상기 발광구조물 및 상기 전류저지층을 비롯한 상기 p형 전극의 전면에 형성된 금속 시드층; 및
    상기 금속 시드층 하부에 형성된 도전성 기판을 포함하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 발광 구조물은, n형 질화갈륨계 반도체층, 활성층, p형 질화갈륨계 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 n형 질화갈륨계 반도체층 상면은, 요철형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자.
  13. 삭제
  14. 제10항에 있어서,
    상기 도전성 기판은 제1도금층 및 제2도금층으로 구성된 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1도금층은, Ni 및 Au가 순차 적층된 2층 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제2도금층은, Au, Ni 및 Au가 순차 적층된 3층 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자.
  17. 도전성 기판;
    상기 도전성 기판 상부에 형성된 금속 시드층;
    상기 금속 시드층의 중앙부에 형성된 전류저지층;
    상기 금속 시드층 상의 전규저지층의 양측에 형성된 제1전극;
    상기 제1전극 상에 형성된 발광 구조물의 외곽면에 형성된 보호막; 및
    상기 발광 구조물 상에 형성된 제2전극을 포함하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 발광 구조물은, p형 질화갈륨계 반도체층, 활성층, n형 질화갈륨계 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 n형 질화갈륨계 반도체층 상면은, 요철형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제1전극은 p형 전극인 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 제2전극은 n형 전극인 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 도전성 기판은 제1도금층 및 제2도금층으로 구성된 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제1도금층은, Ni 및 Au가 순차 적층된 2층 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 제2도금층은, Au, Ni 및 Au가 순차 적층된 3층 구조로 형성된 것을 특 징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자.
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