KR100962900B1 - 반도체 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실시 예는 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
실시 예에 따른 반도체 발광소자는, 제1도전형 반도체층, 활성층 및 제2도전형 반도체층의 적층 구조를 포함하는 발광 구조물; 상기 제2도전형 반도체층 위에 형성된 전극층; 상기 전극층 위에 형성된 전도성 지지부재; 상기 전도성 지지부재의 외측에 형성된 도금층을 포함한다.
LED, 수직형 구조
Description
실시 예는 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체(group Ⅲ-Ⅴ nitride semiconductor)는 물리적, 화학적 특성으로 인해 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD) 등의 발광 소자의 핵심 소재로 각광을 받고 있다. Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체는 통상 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 이루어져 있다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode : LED)는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기를 적외선 또는 빛으로 변환시켜서 신호를 주고 받거나, 광원으로 사용되는 반도체 소자의 일종이다.
이러한 질화물 반도체 재료를 이용한 LED 혹은 LD는 광을 얻기 위한 발광 소자에 많이 사용되고 있으며, 핸드폰의 키패드 발광부, 전광판, 조명 장치 등 각종 제품의 광원으로 응용되고 있다.
실시 예는 칩을 지지하는 전도성 지지부재의 열 처리를 통해 웨이퍼의 휨이나 칩의 휨을 방지할 수 있도록 한 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공한다.
실시 예는 전도성 지지부재의 외측에 도금층을 형성해 줌으로써, 칩 분리가 용이하도록 한 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공한다.
실시 예에 따른 반도체 발광소자는, 제1도전형 반도체층, 활성층 및 제2도전형 반도체층의 적층 구조를 포함하는 발광 구조물; 상기 제2도전형 반도체층 위에 형성된 전극층; 상기 전극층 위에 형성된 전도성 지지부재; 상기 전도성 지지부재의 외측에 형성된 도금층을 포함한다.
실시 예에 따른 반도체 발광소자 제조방법은, 제1도전형 반도체층, 활성층 및 제2도전형 반도체층이 적층된 발광 구조물을 형성하는 단계; 상기 제2도전형 반도체층 위에 전극층을 형성하는 단계; 상기 전극층 위의 내측 영역에 전도성 지지부재를 형성하는 단계; 상기 전도성 지지부재를 열 처리하는 단계; 상기 전도성 지지부재의 측면에 도금층을 형성하는 단계를 포함한다.
실시 예는 LED 칩의 휨을 방지할 수 있는 효과가 있다
실시 예는 반도체 발광소자의 제조시 웨이퍼의 휨 발생을 억제할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 설명하면 다음과 같다. 이러한 실시 예를 설명함에 있어서, 각 층의 위 또는 아래에 대한 정의는 각 도면을 기준으로 설명하기로 한다.
도 1은 제1실시 예에 따른 반도체 발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 반도체 발광소자(100)는 제 1도전성 반도체층(110), 활성층(120), 제 2도전성 반도체층(130), 보호층(140), 전극층(150), 전도성 지지부재(160), 도금층(170) 및 제 1전극(115)을 포함한다.
상기 제 1도전형 반도체층(110)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 상기 n형 반도체층은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 등과 같은 화합물 반도체 중 어느 하나로 이루어질 수 있고, n형 도펀트(예; Si, Ge, Sn , Se, Te 등)가 도핑된다.
상기 제 1도전형 반도체층(110)의 아래에는 소정 패턴의 제 1전극(115)이 형성된다.
상기 제 1도전형 반도체층(110) 위에는 활성층(120)이 형성되며, 상기 활성층(120)은 단일 또는 다중 양자우물 구조로 형성되는 데, 예컨대, InGaN 우물층/GaN 장벽층을 한 주기로 하여, 단일 또는 다중 양자 우물 구조로 형성될 수 있다. 상기 활성층(120)은 발광 재료에 따라 양자 우물층 및 양자 장벽층의 재료가 달라질 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 활성층(120)의 위 또는/및 아래에는 클래드층이 형성될 수도 있다.
상기 활성층(120) 위에는 제 2도전형 반도체층(130)이 형성되며, 상기 제 2도전형 반도체층(130)은 p형 도펀트가 도핑된 p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 상기 p형 반도체층은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 등과 같은 화합물 반도체 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 상기 p형 도펀트는 Mg, Be, Zn 등의 원소계열을 포함한다.
상기 제1도전형 반도체층(110), 활성층(120) 및 제2도전형 반도체층(130)은 발광 구조물(135)로 정의될 수 있다. 상기 발광 구조물은 상기의 N-P 접합 구조뿐만 아니라, P-N 접합, N-P-N 접합, P-N-P 접합 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광 구조물(135)의 외벽 둘레는 커팅된 홈(137)에 의해 칩 크기보다 안쪽으로 배치된다. 즉, 상기 발광 구조물(135)의 직경은 칩 직경 또는 상기 전극층(150)의 직경보다는 작거나, 또는 상기 전극층(150)의 외측단에 수직한 연장 선상보다는 안쪽에 배치된다.
상기 제2도전형 반도체층(130) 위에는 전극층(150)이 형성된다. 상기 전극층(150)은 Al, Ag, Pd, Rh, Pt 등 중에서 적어도 하나 또는 이들의 합금 등으로 형성될 수 있다. 또한 상기 전극층(150)은 오믹 특성을 갖는 반사 전극 재료로 형성될 수 있으며, 또한 씨드 금속으로 이용될 수도 있다.
상기 발광 구조물(135)의 외측에는 보호층(140)이 형성될 수 있으며, 상기 보호층(140) 위에는 상기 전극층(150)이 연장되어 형성될 수 있다.
상기 보호층(140)은 상기 제2도전형 반도체층(130) 위의 외측에 틀 형태로 소정 두께 및 소정 폭으로 형성된다. 상기 보호층(140)의 외측 단은 칩 외부에 노출되어 있어서, 상기 전극층(150), 상기 전도성 지지부재(160), 상기 도금층(170)과 상기 발광 구조물(135)의 간격을 이격시켜 줄 수 있다.
상기 보호층(140)은 투과성, 절연 특성 또는 오믹 특성을 갖는 재질 중에서 선택적으로 형성될 수 있으며, 예컨대, SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2, SiOx, ITO, IZO, AZO 등 중에서 어느 하나로 형성될 수 있다. 상기 보호층(140)은 레이저 스크라이빙시 조사되는 레이저가 투과되거나, 레이저로 인해 금속 물질의 파편이 발생되지 않는 물질로 형성되기 때문에, 발광 구조물의 측벽에서의 층간 단락 문제를 방지할 수 있다. 상기 보호층(140)은 형성하지 않을 수도 있다.
상기 전극층(150) 위에는 전도성 지지부재(160)가 형성될 수 있으며, 상기 전도성 지지부재(160)는 베이스 전극용 기판으로서, 구리 또는 금과 같은 물질로 형성될 수 있다.
상기 전극층(150)의 끝단 위에는 상기 전도성 지지부재(160)의 외측 표면에 상기 도금층(170)이 형성된다. 상기 도금층(170)은 칩 경계 영역에 형성되는 구조로서, 구리 또는 금으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 전도성 지지부재(160)는 열 처리를 수행한 층이며, 상기 도금층(170)은 열 처리를 수행하지 않는 층이다. 상기 열 처리된 상기 전도성 지지부재(160)는 자체 탄성이 최소화되며, 또 질화물 반도체(예: GaN)과의 스트레스를 개선시켜 줌으로써, 칩의 휨을 방지할 수 있다.
또한 상기 도금층(170)의 칩 경계 영역 또는 칩 분리 영역에서 열 처리되지 않는 층이기 때문에, 레이저 스크라이버(laser scriber)에 의해 쉽게 칩을 분리할 수 있다.
상기 반도체 발광소자(100)는 전도성 지지부재(160)와 질화물 반도체 사이의 스트레스를 개선하여 레이저 리프트 오프(LLO) 과정시 웨이퍼(wafer)가 휘어지는 문제를 해결할 수 있다. 또한 상기 전도성 지지부재(160)와 질화물 반도체 사이의 열 팽창계수 차이를 개선시켜 줄 수 있다.
도 2 내지 도 11은 제1실시 예에 따른 반도체 발광소자 제조과정을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 기판(101) 위에는 제 1도전형 반도체층(110)이 형성되고, 상기 제 1도전형 반도체층(110) 위에는 활성층(120)이 형성되며, 상기 활성층(120) 위에는 제 2도전형 반도체층(130)이 형성된다.
상기 기판(101)은 사파이어 기판(Al203), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, 그리고 GaAs 등으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 이러한 기판(101) 위에는 버퍼층 또는/및 언도프드 반도체층이 형성될 수도 있으며, 박막 성장 후 제거될 수도 있다. 상기 기판(101) 위에는 요철 패턴이 형성될 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제 1도전형 반도체층(110)은 n형 반도체층으로, 상기 제 2도전형 반도체층(130)은 p형 반도체층으로 구현할 수 있으며, 상기 n형 반도체층은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 등과 같은 화합물 반도체 중 어느 하나로 이루어질 수 있고, n형 도펀트(예; Si, Ge, Sn , Se, Te 등)가 도핑된다. 상기 p형 반 도체층은 Mg와 같은 p형 도펀트가 도핑되며, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 등과 같은 화합물 반도체 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층(110), 상기 활성층(120), 상기 제2도전형 반도체층(130)의 위 또는/및 아래에는 다른 반도체층이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1도전형 반도체층(110), 상기 활성층(120), 상기 제2도전형 반도체층(130)은 발광 구조물(135)로 정의될 수 있다. 또한 상기 발광 구조물(135)은 N-P 접합, P-N 접합, N-P-N 접합, P-N-P 접합 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2도전형 반도체층(130)의 칩 경계 영역에는 보호층(140)이 형성되며, 상기 보호층(140)은 투과성, 절연 특성 또는 오믹 특성을 갖는 재질 중에서 선택적으로 형성될 수 있으며, 예컨대, SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2, SiOx, ITO, IZO, AZO 등 중에서 어느 하나로 형성될 수 있다. 상기 보호층(140)은 레이저 스크라이빙시 조사되는 레이저가 투과되거나, 레이저로 인해 금속 물질의 파편이 발생되지 않는 물질로 형성되기 때문에, 칩 분리시 발광 구조물(135)의 측벽에서의 층간 단락 문제를 방지할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 제2도전형 반도체층(130) 및 상기 보호층(140) 위에는 전극층(150)이 형성되며, 상기 전극층(150)은 씨드 금속, 오믹 금속, 반사 금속 특성을 갖는 재료 예컨대, Al, Ag, Pd, Rh, Pt 등 중에서 적어도 하나 또는 합금 등으로 형성될 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 전극층(150) 위에는 칩 분리 부분에 PR(photo resist) 공정에 의해 마스크층(155)이 형성된다. 상기 마스크층(155)의 두께는 변경될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 전극층(150) 위에는 전도성 지지부재(160)이 형성된다. 상기 전도성 지지부재(160)는 상기 전극층(150)을 씨드 금속으로 하여, 전해 도금 공정에 의해 구리 또는 금을 이용하여 소정 두께로 형성된다. 이때 상기 마스크층(155) 위에는 상기 전도성 지지부재(160)가 형성되지 않게 되므로, 상기 전도성 지지부재(160)의 사이에 홈(160A)으로 존재하게 된다.
이후, 상기 전도성 지지부재(160)에 대해 소정 온도(예: 300~600℃), 분위기 가스(예: N2, O2, Air)에서 열 처리를 수행하게 된다. 여기서, 상기 열 처리 장비는 예컨대, RTP(Rapid Thermal Process) 시스템으로 이용할 수 있다. 상기 전도성 지지부재(160)를 열 처리하기 때문에, 상기 전도성 지지부재(160)의 자체 탄성이 최소화되며, 상기 상기 질화물 반도체(예: GaN)와의 스트레스를 개선시켜 줄 수 있다. 이에 따라 상기 전도성 지지부재(160)에 의해 휨을 방지할 수 있다.
상기 마스크층(155)은 상기 열처리 전 또는 후에 제거될 수 있다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 상기 전도성 지지부재(160)의 상면 및 측면에는 상기 도금층(170)이 형성된다. 상기 도금층(170)은 상기 분리 홈(160)에 노출된 상기 전극층(150) 또는/및 상기 전도성 지지부재(160)를 씨드 금속으로 하여, 구리 또는 금으로 소정 두께로 형성된다.
상기 도금층(170)은 상기 분리 홈 영역의 전극층(150) 위, 상기 전도성 지지부재(160)의 상면 및 측면에 형성된다. 상기 도금층(170)은 칩 분리를 위해 열 처 리 하지 않게 된다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 도금층(170)이 형성되면, 상기 기판(101)을 물리적 또는/및 화학적 제거 방법으로 제거하게 된다. 상기 기판(101)의 제거 방법은 레이저 리프트 오프(LLO : Laser Lift Off) 과정으로 제거하게 된다. 즉, 상기 기판(101)에 일정 영역의 파장을 가지는 레이저를 조사하는 방식(LLO : Laser Lift Off)으로 상기 기판(101)을 분리시켜 준다. 또는 상기 기판(101)과 상기 제 1도전형 반도체층(110) 사이에 다른 반도체층(예: 버퍼층)이 형성된 경우, 습식 식각 액을 이용하여 상기 버퍼층을 제거하여, 상기 기판(101)을 분리할 수도 있다. 상기 기판(101)이 제거된 상기 제 1도전형 반도체층(110)의 표면에 대해 ICP/RIE(Inductively coupled Plasma/Reactive Ion Etching) 방식으로 연마하는 공정을 수행할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
여기서, 상기 전도성 지지부재(160)가 열 처리된 상태이기 때문에, 레이저 리프트 오프 과정 후 상기 전도성 지지부재(160)와 질화물 반도체(예: GaN) 사이의 스트레스를 줄여줌으로써, 웨이퍼 전체가 오목 또는 볼록하게 휘어지는 문제를 해결할 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 칩과 칩 경계 영역(즉, 채널 영역)에 대해 상기 보호층(140)이 노출될 때까지 에칭(예: 메사 에칭)하여, 상기 발광 구조물(135)의 칩 경계 영역을 제거하여 분리 홈(138)을 형성하고, 상기 제1도전형 반도체층(110)의 아래에 소정 패턴의 제1전극(115)을 형성하게 된다. 여기서, 상기 제1전극(170)의 형성 과정은 상기 메사 에칭 전 또는 메사 에칭 후 또는 칩 분리 후 수행될 수 있 으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 칩 단위로 분리하여 개별 반도체 발광소자(100)가 완성된다. 상기 칩 단위의 분리 과정은 레이저 스크라이버(Laser Scriber)를 레이저를 상기 도금층(170)을 따라 집광시켜 줌으로써, 상기 도금층(170)에는 크랙이 발생된다. 이때 상기 도금층(170)을 기준으로 브레이킹(Breaking) 공정을 수행하여 개별 칩으로 분리하게 된다. 이때 상기 도금층(170)은 열 처리를 수행하지 않았기 때문에, 상기 레이저 스크라이버 공정 및 브레이킹 공정이 용이하게 진행될 수 있으며, 칩 분리가 용이한 효과가 있다.
도 12는 제2실시 예에 따른 반도체 발광소자를 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 반도체 발광소자(100A)는 보호층(140A)에 분리 돌기(145)가 포함된다. 상기 보호층(140A)은 투광성 절연 재질로 형성될 수 있으며, 예컨대, SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2, SiOx 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 상기 보호층(140A)의 분리 돌기(145)는 발광 구조물(135)의 외측 둘레를 따라 틀 형태로 형성되며, 상기 제1도전형 반도체층(110)의 일부 영역까지로 형성될 수 있다. 이에 따라 상기 발광 구조물(135)은 활성 영역(A1)과 비 활성 영역(A2)으로 구분할 수 있다. 상기 발광 구조물(135)의 외측 둘레가 비 활성 영역(A2)으로 형성됨으로써, 외부에서 습기가 침투하더라도 전기적인 문제를 해결할 수 있고, 활성 영역(A1)에는 큰 영향을 주지 않게 된다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조 물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "directly"와 "indirectly"의 의미를 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 제 1실시 예에 따른 반도체 발광소자를 나타낸 측 단면도이다.
도 2 내지 도 11은 제1실시 예에 따른 반도체 발광소자 제조과정을 나타낸 도면이다.
도 12는 제2실시 예에 따른 반도체 발광소자를 나타낸 측 단면도이다.
Claims (11)
- 제1도전형 반도체층, 활성층 및 제2도전형 반도체층의 적층 구조를 포함하는 발광 구조물;상기 제2도전형 반도체층 위에 형성된 전극층;상기 전극층 위에 형성된 전도성 지지부재;상기 전도성 지지부재의 외측에 형성된 도금층을 포함하는 반도체 발광소자.
- 제 1항에 있어서,상기 도금층은 상기 전극층 위의 외측 둘레, 상기 전도성 지지부재의 외측면 및 상면에 형성되는 반도체 발광소자.
- 제 1항에 있어서,상기 발광 구조물의 외측 둘레는 상기 전극층의 외측 단에 비해 안쪽으로 커팅되며,상기 전극층과 상기 제2도전형 반도체층의 사이의 외측 둘레에 틀 형태로 형성된 보호층을 포함하는 반도체 발광소자.
- 제 3항에 있어서,상기 보호층은 SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2, SiOx, ITO, IZO, AZO 중 적어도 하 나를 포함하는 반도체 발광소자.
- 제 1항에 있어서,상기 전도성 지지부재 및 도금층은 구리 또는 금으로 형성되며,상기 전도성 지지부재는 열 처리된 반도체 발광소자.
- 제 3항에 있어서,상기 보호층은 투과성 절연 재질로 형성되며, 상기 발광 구조물의 외벽 안쪽의 둘레를 따라 상기 제1도전형 반도체층의 일부까지 연장된 분리 돌기를 포함하는 반도체 발광소자.
- 제1도전형 반도체층, 활성층 및 제2도전형 반도체층이 적층된 발광 구조물을 형성하는 단계;상기 제2도전형 반도체층 위에 전극층을 형성하는 단계;상기 전극층 위의 내측 영역에 전도성 지지부재를 형성하는 단계;상기 전도성 지지부재를 열 처리하는 단계;상기 전도성 지지부재의 측면에 도금층을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 발광소자 제조방법.
- 제7항에 있어서,상기 제1도전형 반도체층은 기판 위에 형성되고,상기 도금층 형성 후 상기 기판을 제거하고 상기 제1도전형 반도체층의 아래에 제1전극을 형성하는 반도체 발광소자 제조방법.
- 제7항에 있어서,상기 도금층은 상기 전극층 위의 외측 상면, 상기 전도성 지지부재의 외측면 및 상면에 형성되는 반도체 발광소자 제조방법.
- 제7항에 있어서,상기 전극층의 형성 전에 상기 제2도전형 반도체층 위의 칩 경계 영역에 보호층을 형성하는 단계를 포함하며,상기 보호층은 상기 전극층과 상기 제2도전형 반도체층 사이의 외측 둘레에 틀 형태로 형성되는 반도체 발광소자 제조방법.
- 제7항에 있어서,상기 전도성 지지부재 및 도금층은 구리 또는 금을 이용한 도금 공정으로 형성되며,상기 도금층은 레이저 스크라이버를 이용한 칩 분리에 사용되는 반도체 발광소자 제조방법.
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