KR101004858B1 - 화합물 반도체 발광 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화합물 반도체 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, Si-Al 합금 기판; 상기 Si-Al 합금 기판의 상면 및 하면에 형성된 보호층; 및 상기 Si-Al 합금 기판의 상면에 형성된 상기 보호층 상에 순차적으로 적층되어 있는 p형 반도체층, 활성층 및 n형 반도체층;을 포함하는 화합물 반도체 발광 소자를 제공하며, 또한 본 발명은 상기 화합물 반도체 발광 소자의 제조방법을 제공한다.
발광 소자, Si-Al 합금 기판, 보호층

Description

화합물 반도체 발광 소자 및 그 제조방법{Compound semiconductor light emitting device and method for manufacturing the same}
본 발명은 화합물 반도체 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, Si-Al 합금 기판의 표면에 보호층을 형성한 화합물 반도체 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
AlxGayIn(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 표현되는 GaN계 반도체는 청색, 자외선 영역의 발광에 적합한 화합물 반도체 물질로서, 청색 또는 녹색 발광 다이오드(LED) 소자에 사용되고 있다. 일반적으로 사용되는 GaN계 LED는 사파이어 기판 상에 순차 성장된 n형 GaN계 반도체층, 활성층 및 p형 GaN계 반도체층과 2개의 전극(n측 전극 및 p측 전극)을 포함한다. 성장용 기판으로 사용되는 사파이어 기판은 절연성 물질이기 때문에, 상기 2개의 전극은 수평하게 배치된다.
이러한 수평구조 GaN계 LED에서는 2개의 전극이 모두 소자의 상부에 배치되 어 있기 때문에, LED 소자의 면적이 넓어져야 한다. 또한, 전류 확산을 위한 투명 전극과 n측 전극이 서로 가깝게 위치해 있기 때문에, 정전기에 의한 결함에 취약하다.
상기한 단점을 갖는 수평구조 GaN계 LED 대신에, 최근에는 GaN계 반도체 성장용 기판으로서 도전성 SiC 기판을 사용한 수직구조 GaN계 LED가 사용되고 있다. 그러나, 이 경우 고가의 SiC 기판을 사용하여야 하는 문제가 있다.
또 다른 형태의 수직구조 GaN계 LED는, 도전성 기판의 접합 공정과 사파이어 기판의 분리 공정을 통해 제조된다. 예를 들어, 한국공개특허공보 10-2004-0058479호에는, 도전성 접착층에 의해 GaN계 반도체층에 접합된 Si 기판 등의 도전성 기판을 포함하는 수직구조 GaN계 LED를 개시하고 있다.
그러나, 상기한 바와 같이 Si 기판 등과 같은 도전성 기판의 접합 공정과 사파이어 기판의 분리 공정을 거치는 기존의 수직구조 GaN계 LED의 경우, 레이저 조사에 의한 사파이어 기판 분리시, GaN계 반도체층에 크랙 등과 같은 결함이 발생하게 된다. 이는 도전성 기판 재료인 Si의 열팽창 계수(약 2.6 ppm/K)가 사파이어 기판의 열팽창 계수(6 내지 7 ppm/K)보다 훨씬 작은 데에 기인한다.
구체적으로 설명하면, 약 200 내지 400℃의 온도에서 Si 재질의 도전성 기판을 GaN계 반도체층에 접합한 후 상온으로 냉각시키면, 상기 도전성 기판은 작게 수축되는데에 반하여 사파이어 기판은 많이 수축된다. 이에 따라, 사파이어 기판에는 큰 인장력(tensile stress)이 가해짐으로써, 도전성 기판과 사파이어 기판은 휘어지게 된다. 이와 같이 인장력으로 인해 휘어진 상태에서 레이저 조사에 의해 사 파이어 기판을 분리하게 되면, 사파이어 기판과 GaN계 반도체층 사이의 계면에 기계적 충격이 가해져서 GaN계 반도체층 상에 많은 크랙이 생기는 것이다.
이에 따라 최근에는 상기 도전성 기판으로서 Si 기판 대신에 사파이어 기판과의 열팽창 계수가 유사한 Si-Al 합금 기판을 사용함으로써, 크랙 발생이 적은 고품질의 수직구조 반도체 발광 소자를 얻을 수 있게 되었다.
그러나, 상기 Si-Al 합금 기판을 이용하는 경우, 발광 소자 제조공정에서 사용되는 화학물질 중 산, 알칼리 등의 케미칼 침투에 의해 상기 Si-Al 합금 기판의 Al 금속이 쉽게 에칭되어 Si-Al 합금 기판의 표면에 요철이 심하게 형성되고, 이로 인해 상기 Si-Al 합금 기판 상에 접합되는 GaN계 반도체층이 벗겨지는 불량이 발생하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은, Si-Al 합금 기판의 표면에 산, 알칼리 등의 케미칼 침투를 막는 보호층을 추가로 형성하여, 상기 Si-Al 합금 기판의 Al 금속이 케미칼에 의해 에칭되는 것을 방지할 수 있는 화합물 반도체 발광 소자 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 Si-Al 합금 기판 표면의 조도를 개선할 수 있는 화합물 반도체 발광 소자 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 의한 화합물 반도체 발광 소자는, Si-Al 합금 기판; 상기 Si-Al 합금 기판의 상면 및 하면에 형성된 보호층; 및 상기 Si-Al 합금 기판의 상면에 형성된 상기 보호층 상에 순차적으로 적층되어 있는 p형 반도체층, 활성층 및 n형 반도체층;을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 보호층은 금속 또는 전도성 유전체로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 금속은 Ni, Au, Cu, W, Cr, Mo, Pt, Ru, Rh, Ti 및 Ta 중 어느 하나, 또는 상기 금속 군 중 적어도 둘 이상의 합금으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 전도성 유전체는 ITO, IZO 및 CIO로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 보호층은 0.01 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하의 두께로 형성된 것일 수 있다.
또한, 상기 Si-Al 합금 기판의 상면에 형성된 상기 보호층과 상기 p형 반도체층 사이에 형성된 접합 금속층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 접합 금속층과 상기 p형 반도체층 사이에 형성된 반사 금속층을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 의한 화합물 반도체 발광 소자의 제조방법은, 성장용 기판 상에 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 순차적으로 형성하는 단계; 보호층이 표면에 형성된 Si-Al 합금 기판을 준비하는 단계; 상기 p형 반도체층 상에, 상기 보호층이 표면에 형성된 상기 Si-Al 합금 기판을 접합하는 단계; 상기 성장용 기판을 상기 n형 반도체층으로부터 분리하는 단계; 상기 n형 반도체층 상에 n측 전극을 복수개 형성하는 단계; 및 상기 n측 전극 사이의 상기 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층, 보호층 및 Si-Al 합금 기판을 다이싱하여 칩단위로 분리하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 보호층이 표면에 형성된 Si-Al 합금 기판을 준비하는 단계에서, 상기 보호층은 금속 또는 전도성 유전체를 이용하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 보호층이 금속으로 형성되는 경우, 상기 금속은 무전해 도금, 금속 증착, 스퍼터(sputter) 및 CVD 중 어느 하나의 방식으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 보호층이 전도성 유전체로 형성되는 경우, 상기 전도성 유전체는 증착 또는 스퍼터 방식으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 보호층은 상기 Si-Al 합금 기판의 표면에 0.01 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하의 두께로 형성될 수 있다.
또한, 상기 보호층이 표면에 형성된 Si-Al 합금 기판을 준비하는 단계 이후에, 상기 보호층의 표면을 CMP 처리하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 보호층이 표면에 형성된 상기 Si-Al 합금 기판을 접합하는 단계는, 상기 보호층이 표면에 형성된 상기 Si-Al 합금 기판을 상기 p형 반도체층 상에 직접 접합함으로써 실시될 수 있다.
또한, 상기 보호층이 표면에 형성된 상기 Si-Al 합금 기판을 접합하는 단계는, 접합 금속층을 이용하여 상기 p형 반도체층 상에 상기 보호층이 표면에 형성된 상기 Si-Al 합금 기판을 접합함으로써 실시될 수 있다.
또한, 상기 p형 반도체층을 형성하는 단계 이후에, 상기 p형 반도체층 상에 반사 금속층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 실시예에 의한 화합물 반도체 발광 소자는, Si-Al 합금 기판; 상기 Si-Al 합금 기판의 상면에 상기 Si-Al 합금 기판의 일부를 드러내도록 형성된 보호층; 상기 보호층을 포함한 상기 Si-Al 합금 기판의 상면에 형성된 도전층; 상기 도전층 상에 순차적으로 적층되어 있는 p형 반도체층, 활성층 및 n형 반도체층; 및 상기 Si-Al 합금 기판의 하면에 형성된 콘택 금속층;을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 보호층은 절연재로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 실시예에 의한 화합물 반도체 발광 소자의 제조방법은, 성장용 기판 상에 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 순차적으로 형성하는 단계; 상면 일부를 제외한 나머지 부분 상에 보호층이 형성된 Si-Al 합금 기판을 준비하는 단계; 상기 보호층을 포함한 상기 Si-Al 합금 기판의 상면에 도전층을 형성하는 단계; 상기 p형 반도체층 상에, 상기 Si-Al 합금 기판의 상면에 형성된 상기 도전층을 접합하는 단계; 상기 성장용 기판을 상기 n형 반도체층으로부터 분리하는 단계; 상기 n형 반도체층 상에 n측 전극을 복수개 형성하는 단계; 상기 보호층을 포함한 상기 Si-Al 합금 기판의 하면을 래핑하는 단계; 상기 Si-Al 합금 기판의 하면에 콘택 금속층을 형성하는 단계; 및 상기 n측 전극 사이의 상기 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층, 도전층, 보호층, Si-Al 합금 기판 및 콘택 금속층을 다이싱하여 칩단위로 분리하는 단계;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 상면 일부를 제외한 나머지 부분 상에 보호층이 형성된 Si-Al 합금 기판을 준비하는 단계는, 상기 Si-Al 합금 기판의 전체 표면에 보호층을 형성하는 단계; 및 상기 보호층의 일부를 제거하여 상기 Si-Al 합금 기판의 상면 일부를 드러내는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 Si-Al 합금 기판의 전체 표면에 보호층을 형성하는 단계에서, 상기 보호층은 절연재를 이용하여 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 화합물 반도체 발광 소자 및 그 제조방법에 의하면, Si-Al 합금 기판의 표면에 산, 알칼리 등의 케미칼 침투를 막는 보호층을 추가로 형성하여, 상기 Si-Al 합금 기판의 Al 금속이 케미칼에 의해 에칭되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 Si-Al 합금 기판의 표면에 요철이 형성되는 것을 막아, 상기 Si-Al 합금 기판 상에 접합되는 발광 구조물이 벗겨지는 불량 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 상기 Si-Al 합금 기판 표면에 형성되는 보호층으로서 금속을 사용할 경우, 상기 금속 재질의 보호층에 의해 표면의 조도를 개선할 수 있으므로, 상기 Si-Al 합금 기판과 발광 구조물 간의 접합을 견고하게 하고, 접합 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 화합물 반도체 발광 소자 및 그 제조방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
< 제1 실시예 >
제1 실시예에 따른 화합물 반도체 발광 소자의 구조에 관한 실시예
도 1을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 화합물 반도체 발광 소자에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 화합물 반도체 발광 소자의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 화합물 반도체 발광 소자(100)는 Si와 Al의 합금으로 이루어진 기판(이하, 'Si-Al 합금 기판'이라 함)(101), 및 상기 Si-Al 합금 기판(101)의 상면 및 하면에 형성된 보호층(120)을 포함한다.
상기 Si-Al 합금 기판(101)의 상면에 형성된 상기 보호층(120) 상에는, 접합 금속층(102), 반사 금속층(103), p형 반도체층(104), 활성층(105) 및 n형 반도체층(106)이 순차적으로 적층되어 있다.
상기 p형 및 n형 반도체층(104, 106)과 활성층(105)은 GaN계 반도체, 즉 AlxGayIn(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1) 반도체 재료 등으로 이루어질 수 있으며, 발광 구조물을 이룬다. 상기 n형 반도체층(106) 상에는 n측 전극(107)이 형성되어 있다.
상기 접합 금속층(102)과 상기 p형 반도체층(104) 사이에 개재된 상기 반사 금속층(103)은, 반도체층으로부터 입사된 빛을 상방향으로 반사시킴으로써 화합물 반도체 발광소자(100)의 휘도를 더욱 증가시킨다.
상기 반사 금속층(103)은 고반사율의 금속, 예를 들어 Au, Ag, Al, Rh 및 이들 중 둘 이상의 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택된 금속 등으로 이루어질 수 있다. 그러나, 상기 반사 금속층(103)은 필요에 따라 형성되지 않을 수도 있다.
상기 접합 금속층(102)은 상기 Si-Al 합금 기판(101)을 발광 구조물에 접합시키는 역할을 한다. 상기 접합 금속층(102)으로는 Au 등이 사용될 수 있다.
여기서, 본 발명의 제1 실시예에서는 화합물 반도체 발광 소자(100)가 상기 접합 금속층(102)을 포함하고 있지만, 이러한 접합 금속층(102) 없이 상기 Si-Al 합금 기판(101)이 p형 반도체층(104) 상에 직접 접합되어 있을 수도 있다.
그리고, 본 발명의 제1 실시예에 따른 화합물 반도체 발광 소자(100)는, 상기한 바와 같이 Si-Al 합금 기판(101)을 도전성 기판으로 사용한다. 이러한 Si-Al 합금은 열팽창 계수, 열전도도, 기계적 가공성 및 가격의 측면에서 유리한 장점이 있다.
즉, 상기 Si-Al 합금 기판(101)의 열팽창 계수는 사파이어 기판(도 2의 도면부호 '150' 참조)의 열팽창 계수(약 6 내지 7 ppm/K)와 유사하다. 따라서, Si-Al 합금 기판(101)을 사용하여 화합물 반도체 발광 소자(100)를 제조하는 경우, 기존의 Si로 이루어진 도전성 기판의 접합 공정과 레이저 조사에 의한 사파이어 기판의 분리 공정시 발생하였던 기판의 휨 현상과 발광 구조물에서의 크랙 발생 현상을 크게 감소시켜 결함이 적은 고품질의 화합물 반도체 발광 소자(100)를 얻을 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 Si-Al 합금 기판(101)의 열전도도는 약 120 내지 180 W/mㆍK 로서 열 방출 특성이 우수하다. 뿐만 아니라, 고압에서 Si와 Al을 용융시킴으로써 Si-Al 합금 기판(101)을 용이하게 제조할 수 있기 때문에, Si-Al 합금 기판(101)을 낮은 비용으로 손쉽게 얻을 수 있다.
특히, 본 발명의 제1 실시예에 따른 화합물 반도체 발광 소자(100)에 있어서, 상기 Si-Al 합금 기판(101)의 상하면에는 상기 Si-Al 합금 기판(101)으로의 케미칼 침투(chemical attack)를 막아주는 보호층(120)이 추가로 형성되어 있다.
여기서, 상기 보호층(120)은 금속 또는 전도성 유전체 등으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 보호층(120)이 금속으로 이루어지는 경우, 상기 금속은 Ni, Au, Cu, W, Cr, Mo, Pt, Ru, Rh, Ti 및 Ta 중 어느 하나, 또는 상기 금속 군 중 적어도 둘 이상의 합금으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 보호층(120)이 전도성 유전체로 이루어지는 경우, 상기 전도성 유전체는 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), 또는 CIO(Copper Indium Oxide) 등으로 이루어질 수 있다.
상기 보호층(120)이 금속으로 이루어질 경우, 상기 보호층(120)은 무전해 도금 방식에 의해 형성된 것일 수 있다. 이때, 상기 Si-Al 합금 기판(101)과 상기 금속 재질의 보호층(120) 사이에는 상기 보호층(120)의 도금 공정에서 씨드(seed) 역할을 하는 씨드(seed) 금속층(110)이 더 형성되어 있을 수 있다. 상기 씨드 금속층(110)은 Ti/Au 등으로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 금속 재질의 보호층(120)은 상기한 바와 같은 무전해 도금 방식 이외에도, 금속 증착, 스퍼터(sputter), 또는 CVD(chemical vapor deposition) 방식 등에 의해 형성된 것일 수 있다.
또한, 상기 보호층(120)이 전도성 유전체로 이루어지는 경우, 상기 전도성 유전체 재질의 보호층(120)은 증착 또는 스퍼터 방식 등에 의해 형성된 것일 수 있 다.
이러한 보호층(120)은 0.01 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하의 두께로 형성되는 것이 바람직하며, 1 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하의 두께로 형성되는 것이 보다 바람직하다.
제1 실시예에 따른 화합물 반도체 발광 소자의 제조방법에 관한 실시예
이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 화합물 반도체 발광 소자의 제조방법에 대하여 도 2 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명한다.
도 2 내지 도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 화합물 반도체 발광 소자의 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도이다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 성장용 기판으로서 사파이어 기판(150)을 준비한 다음, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 사파이어 기판(150) 상에 n형 반도체층(106), 활성층(105) 및 p형 반도체층(104)을 순차적으로 형성한다.
다음으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 p형 반도체층(104) 상에 고 반사율의 금속재료, 예컨대 Au, Al, Ag 또는 Rh 등을 이용하여 반사 금속층(103)을 형성한다. 여기서, 상기 반사 금속층(103)은 필요에 따라 형성되지 않을 수도 있다.
그런 다음, 도 5에 도시된 바와 같이, Si-Al 합금 기판(101)의 표면에 보호층(120)을 형성한다. 상기 보호층(120)은 금속 또는 전도성 유전체를 이용하여 형성할 수 있다.
여기서, 상기 보호층(120)이 금속으로 형성되는 경우, 상기 보호층(120)은 Ni, Au, Cu, W, Cr, Mo, Pt, Ru, Rh, Ti 및 Ta 중 어느 하나, 또는 상기 금속 군 중 적어도 둘 이상의 합금으로 이루어질 수 있으며, 무전해 도금, 금속 증착, 스퍼터(sputter) 또는 CVD 등의 방식으로 형성할 수 있다.
이때, 상기 금속 재질의 보호층(120)을 무전해 도금 방식으로 형성할 경우, 상기 Si-Al 합금 기판(101)의 표면에 보호층(120)을 형성하기 전에 상기 보호층(120)의 도금 공정에서 씨드 역할을 하는 씨드(seed) 금속층(110)을 추가로 형성할 수도 있다.
또한, 상기 보호층(120)이 전도성 유전체로 형성되는 경우에는, 상기 보호층(120)은 ITO, IZO, 또는 CIO 등으로 이루어질 수 있으며, 증착 또는 스퍼터 방식 등으로 형성할 수 있다.
상기 보호층(120)은 상기 Si-Al 합금 기판(101)의 표면 전체에 걸쳐 0.01 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하의 두께로 형성하는 것이 바람직하며, 1 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하의 두께로 형성하는 것이 보다 바람직하다.
상기 보호층(120)이 0.01㎛ 보다 얇은 두께로 형성되는 경우 상기 보호층(120)이 후술하는 HCl, HF, KOH 등의 케미칼 침투를 막는 역할을 제대로 하기 어렵고, 20 ㎛ 보다 두껍게 형성되는 경우 상기 Si-Al 합금 기판(101)의 열팽창 계수가 변할 수 있으므로, 상기 보호층(120)은 상기한 범위의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
이때, 도면에 도시하지는 않았으나, 상기 보호층(120)을 형성한 다음, 상기 보호층(120)의 표면을 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 처리하여 표면 조도를 개선시킬 수도 있다.
상술한 바와 같이 보호층(120)이 표면에 형성된 Si-Al 합금 기판(101)을 준비한 후, 도 6에 도시된 바와 같이 접합 금속층(102)을 이용하여 상기 반사 금속층(103) 상에, 상기 보호층(120)이 표면에 형성된 상기 Si-Al 합금 기판(101)을 접합한다.
여기서, 상술한 바와 같이 상기 접합 금속층(102)을 이용하여 Si-Al 합금 기판(101)을 접합할 수도 있으나, 상기 접합 금속층(102)을 이용하지 않고 상기 보호층(120)이 표면에 형성된 Si-Al 합금 기판(101)을 상기 반사 금속층(103) 상에 직접 접합할 수도 있다.
그런 다음, 도 7에 도시된 바와 같이, 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off; LLO) 공정으로 상기 사파이어 기판(150)을 상기 n형 반도체층(106)으로부터 분리한다. 상기 사파이어 기판(150)의 분리 후에는 HCl, HF 및 KOH 등의 케미칼을 사용한 클리닝(cleaning) 공정이 진행될 수 있다.
그 후에, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 사파이어 기판(150)의 분리에 의해 노출된 상기 n형 반도체층(106) 상에 복수개의 n측 전극(107)을 형성한다.
여기서, 상기 n측 전극(107)을 형성하기 전에, 소자의 광추출 효율을 향상시키기 위해 상기 n형 반도체층(106)의 표면에 KOH 등을 사용한 텍스처링(texturing) 공정을 수행할 수도 있다.
그 다음에, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 n측 전극(107) 사이의 n형 반도체층(106), 활성층(105), p형 반도체층(104), 반사 금속층(103), 접합 금속층(102), 보호층(120), 씨드 금속층(110) 및 Si-Al 합금 기판(101)을 다이 싱(dicing)하여 칩단위로 분리한다. 이에 따라, 본 발명의 제1 실시예에 따른 화합물 반도체 발광 소자(100)를 얻게 된다.
이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에서는 상기 Si-Al 합금 기판(101)의 표면에 Ni과 같은 보호층(120)을 추가로 형성함으로써, 상기 사파이어 기판(150)의 분리 후에 진행되는 클리닝 공정에서 사용되는 HCl, HF, KOH 등의 케미칼이나, n형 반도체층(106)의 표면 텍스처링(texturing) 공정에서 사용되는 KOH 등에 의해, 상기 Si-Al 합금 기판(101)의 Al 금속이 에칭되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. 따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따르면 상기 Si-Al 합금 기판(101)의 표면에 요철이 형성되는 것을 막아, 상기 Si-Al 합금 기판(101) 상에 접합되는 발광 구조물이 벗겨지는 불량 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 보호층(120)으로서 Ni 등과 같은 금속을 사용하는 경우, Si-Al 합금 기판(101)의 표면 조도를 개선하여 상기 Si-Al 합금 기판(101)과 발광 구조물 간의 접합을 견고하게 할 수 있는 이점이 있다.
즉, 종래에는 Si-Al 합금 기판(101)이 접합 금속층(102) 형성 전에 자연산화막 제거를 위한 산(acid) 등의 화학물질을 이용한 클리닝 공정을 거치면서, Si-Al 합금 기판(101) 표면의 Al 금속이 에칭되면서 평균 200 내지 500 ㎚의 표면 요철이 형성되었으나, 본 발명의 제1 실시예에서와 같이 Si-Al 합금 기판(101)의 표면에 보호층(120)으로서 Ni 등의 금속을 형성한 후, Ni CMP(Chemical Mechanical Polishing) 처리를 하면 표면 요철이 5 ㎚ 이하로 줄어들어 거울면과 같이 표면 조도가 개선될 수가 있다.
이와 같이, Si-Al 합금 기판(101)의 표면 조도가 개선됨으로써, 상기 Si-Al 합금 기판과 발광 구조물 간의 접합을 견고하게 하고, 접합 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
< 제2 실시예 >
제2 실시예에 따른 화합물 반도체 발광 소자의 구조에 관한 실시예
도 10을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 화합물 반도체 발광 소자에 대하여 상세히 설명한다. 다만, 제2 실시예의 구성 중 제1 실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고, 제2 실시예에서 달라지는 구성에 대해서만 상술하기로 한다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 화합물 반도체 발광 소자의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 화합물 반도체 발광소자(100)는, 제1 실시예에 따른 화합물 반도체 발광소자와 대부분의 구성이 동일하고, 다만, 상기 보호층(120)이 상기 Si-Al 합금 기판(101)의 상면 및 하면 전체에 형성되지 않고, 상기 Si-Al 합금 기판(101)의 상면에 상기 Si-Al 합금 기판(101)의 일부를 드러내도록 형성되어 있으며, 상기 보호층(120) 및 상기 보호층(120)에 의해 드러난 상기 Si-Al 합금 기판(101)의 상면에는 도전층(122)이 더 형성되어 있고, 상기 Si-Al 합금 기판(101)의 하면에는 콘택 금속층(123)이 형성되어 있다는 점에서만 제1 실시예와 다르다.
특히, 본 발명의 제2 실시예에 따른 화합물 반도체 발광 소자에 있어서, 상기 보호층(120)은 금속이나 전도성 유전체가 아닌 절연재로 이루어지는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 화합물 반도체 발광 소자는, 상기 보호층(120)이 금속이나 전도성 유전체가 아닌 절연재로 이루어지는 대신에, 상기 보호층(120)이 형성된 Si-Al 합금 기판(101)과 상기 보호층(120) 상부의 발광 구조물 간의 통전을 위하여, 상기 보호층(120)이 상기 Si-Al 합금 기판(101)의 상면 일부를 드러내도록 형성되고, 상기 보호층(120)을 포함한 상기 Si-Al 합금 기판(101)의 상면에 도전층(122)이 추가로 형성되는 것이다.
여기서, 상기 도전층(122)은 금속 등으로 이루어질 수 있다.
제2 실시예에 따른 화합물 반도체 발광 소자의 제조방법에 관한 실시예
이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 화합물 반도체 발광 소자의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 다만, 제2 실시예에의 구성 중 제1 실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고, 제2 실시예에서 달라지는 구성에 대해서만 상술하기로 한다.
먼저, 앞서의 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 사파이어 기판(150) 상에 n형 반도체층(106), 활성층(105), p형 반도체층(104) 및 반사 금속층(103)을 순차로 형성한다. 여기서, 상기 반사 금속층(103)은 필요에 따라 형성되지 않을 수도 있다.
그런 다음, 도 11에 도시된 바와 같이, Si-Al 합금 기판(101)의 표면 전체에 보호층(120)을 형성한다.
여기서, 상기 보호층(120)은 절연재로 이루어질 수 있다. 상기 절연재로 이루어지는 보호층(120)은 CVD 또는 코팅 방식 등에 의해 0.01 ㎛ 이상 1 ㎛ 이하의 두께로 형성할 수 있다.
이때, 도면에 도시하지는 않았으나, 상기 보호층(120)을 형성한 다음, 상기 보호층(120)의 표면을 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 처리할 수도 있다.
다음으로, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 보호층(120)의 일부를 식각 방식 등에 의해 제거하여 상기 Si-Al 합금 기판(101)의 상면 일부를 드러낸다.
그 다음에, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 보호층(120)을 포함한 상기 Si-Al 합금 기판(101)의 상면에 도전층(122)을 형성한다.
그런 다음, 도 14에 도시된 바와 같이, 접합 금속층(102)을 이용하여 상기 반사 금속층(103) 상에, 상기 Si-Al 합금 기판(101) 상면에 형성된 상기 도전층(122)을 접합한다.
그런 후에, 도 15에 도시된 바와 같이, 레이저 리프트 오프 공정으로 상기 사파이어 기판(150)을 상기 n형 반도체층(106)으로부터 분리한다.
여기서, 상기 사파이어 기판(150)의 분리 후에는 HCl, HF 및 KOH 등의 케미칼을 사용한 클리닝 공정이 진행될 수 있다. 이때, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 상기 Si-Al 합금 기판(101)의 표면에 상기 보호층(120) 및 상기 도전층(122)이 형성되어 있으므로, 상기 클리닝 공정에서 사용되는 케미칼에 의해 상기 Si-Al 합 금 기판(101)의 Al 금속이 에칭되는 것을 방지할 수 있다.
그 후에, 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 사파이어 기판(150)의 분리에 의해 노출된 상기 n형 반도체층(106) 상에 복수개의 n측 전극(107)을 형성한다.
여기서, 상기 n측 전극(107)을 형성하기 전에, 소자의 광추출 효율을 향상시키기 위해 상기 n형 반도체층(106)의 표면에 KOH 등을 사용한 텍스처링(texturing) 공정을 수행할 수도 있다. 이 때, 본 실시예에 따르면, 상기 Si-Al 합금 기판(101)의 표면에 보호층(120) 및 도전층(122)이 형성되어 있으므로, 상기 텍스처링 공정에서 사용되는 케미칼에 의해 상기 Si-Al 합금 기판(101)의 Al 금속이 에칭되는 것을 방지할 수 있다.
그 다음에, 도 17에 도시된 바와 같이, 래핑(lapping) 공정을 수행하여 상기 보호층(120)을 포함한 상기 Si-Al 합금 기판(101)의 하면을 일정 두께만큼 제거한다.
그런 다음, 도 18에 도시된 바와 같이, 상기 래핑 공정에 의해 드러난 상기 Si-Al 합금 기판(101)의 하면에 콘택 금속층(123)을 형성한다.
그런 후에, 도 19에 도시된 바와 같이, 상기 n측 전극(107) 사이의 n형 반도체층(106), 활성층(105), p형 반도체층(104), 반사 금속층(103), 접합 금속층(102), 도전층(122), 보호층(120), Si-Al 합금 기판(101) 및 콘택 금속층(123)을 다이싱(dicing)하여 칩단위로 분리한다. 이에 따라, 본 발명의 제2 실시예에 따른 화합물 반도체 발광 소자(100)를 얻게 된다.
이러한 본 발명의 제2실시예에 따른 화합물 반도체 발광 소자의 제조방법은, 제1실시예에서와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 화합물 반도체 발광 소자의 구조를 나타내는 단면도.
도 2 내지 도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 화합물 반도체 발광 소자의 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 화합물 반도체 발광 소자의 구조를 나타내는 단면도.
도 11 내지 도 19는 본 발명의 제2 실시예에 따른 화합물 반도체 발광 소자의 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100: 화합물 반도체 발광 소자 101: Si-Al 합금 기판
102: 접합 금속층 103: 반사 금속층
104: p형 반도체층 105: 활성층
106: n형 반도체층 107: n측 전극
110: 씨드 금속층 120: 보호층
122: 도전층 123: 콘택 금속층
150: 사파이어 기판

Claims (21)

  1. Si-Al 합금 기판;
    상기 Si-Al 합금 기판의 상면 및 하면에 형성된 보호층; 및
    상기 Si-Al 합금 기판의 상면에 형성된 상기 보호층 상에 순차적으로 적층되어 있는 p형 반도체층, 활성층 및 n형 반도체층;
    을 포함하는 화합물 반도체 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보호층은 금속 또는 전도성 유전체로 이루어진 화합물 반도체 발광 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 금속은 Ni, Au, Cu, W, Cr, Mo, Pt, Ru, Rh, Ti 및 Ta 중 어느 하나, 또는 상기 금속 군 중 적어도 둘 이상의 합금으로 이루어진 화합물 반도체 발광 소자.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전도성 유전체는 ITO, IZO 및 CIO로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나로 이루어진 화합물 반도체 발광 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보호층은 0.01 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하의 두께로 형성된 화합물 반도체 발광 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 Si-Al 합금 기판의 상면에 형성된 상기 보호층과 상기 p형 반도체층 사이에 형성된 접합 금속층을 더 포함하는 화합물 반도체 발광 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 접합 금속층과 상기 p형 반도체층 사이에 형성된 반사 금속층을 더 포함하는 화합물 반도체 발광 소자.
  8. Si-Al 합금 기판;
    상기 Si-Al 합금 기판의 상면에 상기 Si-Al 합금 기판의 일부를 드러내도록 형성된 보호층;
    상기 보호층을 포함한 상기 Si-Al 합금 기판의 상면에 형성된 도전층;
    상기 도전층 상에 순차적으로 적층되어 있는 p형 반도체층, 활성층 및 n형 반도체층; 및
    상기 Si-Al 합금 기판의 하면에 형성된 콘택 금속층;
    을 포함하는 화합물 반도체 발광 소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 보호층은 절연재로 이루어진 화합물 반도체 발광 소자.
  10. 성장용 기판 상에 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 순차적으로 형성하는 단계;
    보호층이 표면에 형성된 Si-Al 합금 기판을 준비하는 단계;
    상기 p형 반도체층 상에, 상기 보호층이 표면에 형성된 상기 Si-Al 합금 기판을 접합하는 단계;
    상기 성장용 기판을 상기 n형 반도체층으로부터 분리하는 단계;
    상기 n형 반도체층 상에 n측 전극을 복수개 형성하는 단계; 및
    상기 n측 전극 사이의 상기 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층, 보호층 및 Si-Al 합금 기판을 다이싱하여 칩단위로 분리하는 단계;
    를 포함하는 화합물 반도체 발광 소자의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 보호층이 표면에 형성된 Si-Al 합금 기판을 준비하는 단계에서,
    상기 보호층은 금속 또는 전도성 유전체를 이용하여 형성되는 화합물 반도체 발광 소자의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 보호층이 금속으로 형성되는 경우, 상기 금속은 무전해 도금, 금속 증착, 스퍼터(sputter) 및 CVD 중 어느 하나의 방식으로 형성되는 화합물 반도체 발광 소자의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 보호층이 전도성 유전체로 형성되는 경우, 상기 전도성 유전체는 증착 또는 스퍼터 방식으로 형성되는 화합물 반도체 발광 소자의 제조방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 보호층은 상기 Si-Al 합금 기판의 표면에 0.01 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하의 두께로 형성된 화합물 반도체 발광 소자의 제조방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 보호층이 표면에 형성된 Si-Al 합금 기판을 준비하는 단계 이후에,
    상기 보호층의 표면을 CMP 처리하는 단계;를 더 포함하는 화합물 반도체 발광 소자의 제조방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 보호층이 표면에 형성된 상기 Si-Al 합금 기판을 접합하는 단계는, 상기 보호층이 표면에 형성된 상기 Si-Al 합금 기판을 상기 p형 반도체층 상에 직접 접합함으로써 실시되는 화합물 반도체 발광 소자의 제조방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 보호층이 표면에 형성된 상기 Si-Al 합금 기판을 접합하는 단계는, 접합 금속층을 이용하여 상기 p형 반도체층 상에 상기 보호층이 표면에 형성된 상기 Si-Al 합금 기판을 접합함으로써 실시되는 화합물 반도체 발광 소자의 제조방법.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 p형 반도체층을 형성하는 단계 이후에, 상기 p형 반도체층 상에 반사 금속층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 화합물 반도체 발광 소자의 제조방법.
  19. 성장용 기판 상에 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 순차적으로 형성하는 단계;
    상면 일부를 제외한 나머지 부분 상에 보호층이 형성된 Si-Al 합금 기판을 준비하는 단계;
    상기 보호층을 포함한 상기 Si-Al 합금 기판의 상면에 도전층을 형성하는 단계;
    상기 p형 반도체층 상에, 상기 Si-Al 합금 기판의 상면에 형성된 상기 도전층을 접합하는 단계;
    상기 성장용 기판을 상기 n형 반도체층으로부터 분리하는 단계;
    상기 n형 반도체층 상에 n측 전극을 복수개 형성하는 단계;
    상기 보호층을 포함한 상기 Si-Al 합금 기판의 하면을 래핑하는 단계;
    상기 Si-Al 합금 기판의 하면에 콘택 금속층을 형성하는 단계; 및
    상기 n측 전극 사이의 상기 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층, 도전층, 보호층, Si-Al 합금 기판 및 콘택 금속층을 다이싱하여 칩단위로 분리하는 단계;
    를 포함하는 화합물 반도체 발광 소자의 제조방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 상면 일부를 제외한 나머지 부분 상에 보호층이 형성된 Si-Al 합금 기판을 준비하는 단계는,
    상기 Si-Al 합금 기판의 전체 표면에 보호층을 형성하는 단계; 및
    상기 보호층의 일부를 제거하여 상기 Si-Al 합금 기판의 상면 일부를 드러내는 단계;
    를 포함하는 화합물 반도체 발광 소자의 제조방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 Si-Al 합금 기판의 전체 표면에 보호층을 형성하는 단계에서,
    상기 보호층은 절연재를 이용하여 형성되는 화합물 반도체 발광 소자의 제조 방법.
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