KR101128612B1 - 발광 소자 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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본 발명은 발광 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 상부에 상호 이격되어 형성되며, 제 1 극성(Polarity)층, 활성층과 제 2 극성층으로 이루어진 복수개의 발광 구조물과; 상기 복수개의 발광 구조물 사이에 채워진 절연 물질과; 상기 복수개의 발광 구조물과 절연 물질 상부에 형성된 제 2 전극을 포함하여 구성된다.
따라서, 본 발명은 마스크 패턴을 이용하여 소자를 형성하고, 탑/다운(Top/down)형 소자를 제조함으로써, 결함밀도를 줄임과 동시에 정전기 방전(Electrostatic discharge) 결함을 줄일 수 있고, 레이저 리트트 오프공정을 수행하지 않고 기판을 제거하여 레이저에 의한 열적에너지 및 열진동으로 크랙과 같은 손상이 발생되지 않아, 소자의 특성을 우수히 할 수 있는 효과가 있다.
발광소자, 절연물질, 기판, 제거, 정전기
Description
도 1은 종래 기술에 따른 발광 다이오드에서 정전기 방전(Electrostatic discharge) 결함이 증가되는 영역을 설명하는 단면도
도 2는 일반적으로 성장된 반도체층의 표면사진도
도 3은 본 발명에 따른 발광 소자의 개략적인 구조를 도시한 단면도
도 4는 본 발명에 따른 발광 소자에 존재하는 복수개의 발광 구조물의 평면도
도 5a 내지 5k는 본 발명에 따른 발광 소자의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110,140 : 전극 120,255 : 발광 구조물
121,123,230,250 : 극성층 122,240 : 활성층
130,270 : 절연물질 141,341 : 오믹 전극
142,342 : 반사용 전극 200 : 기판
210 : 버퍼층 220,260 : 마스크 패턴
370 : 전극
본 발명은 발광 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마스크 패턴을 이용하여 소자를 형성하고, 탑/다운(Top/down)형 소자를 제조함으로써, 결함밀도를 줄임과 동시에 정전기 방전 결함을 줄일 수 있고, 레이저 리트트 오프공정을 수행하지 않고 기판을 제거하여 레이저에 의한 열적에너지 및 열진동으로 크랙과 같은 손상이 발생되지 않아, 소자의 특성을 우수히 할 수 있는 발광 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자에 정전기 방전(Electrostatic discharge) 결함은 소자 구동상의 치명적인 문제로 소자의 불량을 유발하게 된다.
특히, 질화갈륨계의 발광 다이오드에 있어 정전기 방전에 의한 불량을 개선하기 위해 많은 노력하고 있는데, 그 원인은 대부분 결정 내부의 결함(Defect) 또는 전위(Dislocation)에 의해 발생된다는 논문들이 많이 발표되고 있다.
특히, 관통전위(Threading dislocation)와 금속 컨택의 가장자리 영역이 서로 만나는 지점에서 이러한 정전기 방전 불량이 주로 발생되게 되는데, 발표된 논문에 의하면 관통전위에서 전류의 밀도가 다른 부위에 비해 현저히 높게 되어 소자 의 내부 일부를 파괴시켜 발생되는 것으로 보고되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 발광 다이오드에서 정전기 방전(Electrostatic discharge) 결함이 증가되는 영역을 설명하는 단면도로서, 발광 다이오드(30)는 사파이어 기판(20) 상부에 N-반도체층(21), 활성층(22)과 P-반도체층(23)이 순차적으로 형성되어 있고, 상기 P-반도체층(23)에서 N-반도체층(21)의 일부까지 제거되어 있고, 상기 제거된 N-반도체층(21) 상부에 N-전극(25)이 형성되어 있고, 상기 P-반도체층(23) 상부에 P-전극(24)이 형성되어 구성된다.
이렇게, 구성된 발광 다이오드(30)는 사파이어 기판(20) 상부에서 소자의 에피(Epi)층을 형성하기 때문에, 사파이어 기판(20)과 소자의 에피층의 격자 불일치로 관통전위(Threading Dislocation, TD)(27)와 같이 결함이 생성된다
이 관통전위(27)는 사파이어 기판(20)과 N-반도체층(21) 계면에서 생성되어 활성층(22)과 P-반도체층(23)으로 전파된다.
그러므로, 발광 다이오드의 하부에는 사파이어 기판이 존재하게 되어, 전극은 소자 상부에 형성할 수 밖에 없다.
그러나, 전극이 소자 상부에 형성되어, 도 1에 도시된 바와 같이, N-전극(25)과 P-전극(24) 사이에 흐르는 전류는 'A'영역에서 집중되게 되고, 이 집중된 전류는 관통전위에 의해 정전기 방전(Electrostatic discharge) 불량을 발생시킨다.
도 2는 일반적으로 성장된 반도체층의 표면사진도로서, 도면에 도시된 바와 같이, 성장된 반도체층(10)의 표면에는 관통전위(Threading Dislocation, TD)에 의 해 검은 점들로 보이는 피트(Pit)들(11)이 발생되게 된다.
그리고, 반도체층의 표면에서 발생된 피트(11)는 관통전위가 한곳에 집중되어 발생된다.
이러한, 관통전위들의 집합체인 표면 피트들은 소자 제작에 있어 많은 문제를 발생시키는 불순물들로 작용하고, 특히 패드 금속의 가장자리(Edge) 영역의 피트들에서 전류밀도가 과밀화되어 소자의 불량을 만들게 된다.
즉, 전자 소자의 특성상 전류 인입부위의 금속층 가장자리 영역이 다른 영역에 비해 전류가 과밀화되는데, 이러한 영역에 관통전위에 의한 피트들이 존재할 경우, 전류는 피트 영역으로 집중되어 전류의 더 큰 과밀화를 초래하게 되며, 이렇게 큰 전류에 의해 정전기 방전(Electrostatic discharge) 불량을 야기시킨다.
이러한 이유에 의해서, 종래 기술에서는 사파이어 기판을 제거하기 위하여 레이저 리프트 오프(Laser lift off)공정을 수행하였으나, 레이저에 의한 열적에너지 및 열진동으로 발광 다이오드에 크랙과 같은 손상을 인가하는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 마스크 패턴을 이용하여 소자를 형성하고, 탑/다운(Top/down)형 소자를 제조함으로써, 결함밀도를 줄임과 동시에 정전기 방전 결함을 줄일 수 있고, 레이저 리트트 오프공정을 수행하지 않고 기판을 제거하여 레이저에 의한 열적에너지 및 열진동으로 크랙과 같은 손 상이 발생되지 않아, 소자의 특성을 우수히 할 수 있는 발광 소자 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 제 1 전극과;
상기 제 1 전극 상부에 상호 이격되어 형성되며, 제 1 극성(Polarity)층, 활성층과 제 2 극성층으로 이루어진 복수개의 발광 구조물과;
상기 복수개의 발광 구조물 사이에 채워진 절연 물질과;
상기 복수개의 발광 구조물과 절연 물질 상부에 형성된 제 2 전극을 포함하여 구성된 발광 소자가 제공된다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 다른 양태(樣態)는, 기판 상부에 버퍼층을 형성하고, 상기 버퍼층 상부에 제 1 마스크 패턴을 형성하는 단계와;
상기 제 1 마스크 패턴을 감싸도록 상기 버퍼층 상부에서 제 1 극성층을 성장시키는 단계와;
상기 제 1 극성층 상부에 활성층과 제 2 극성층을 순차적으로 형성하는 단계와;
상기 제 2 극성층 상부에 상기 제 1 마스크 패턴과 수직선상으로 일치되는 제 2 마스크 패턴을 형성하는 단계와;
상기 제 2 마스크 패턴으로 마스킹하여 상기 제 2 극성층에서 제 1 극성층까지 선택적으로 식각하여, 상호 이격된 복수개의 발광 구조물들을 형성하는 단계와;
상기 식각된 영역에 절연물질을 채워넣는 단계와;
상기 절연물질과 복수개의 발광 구조물들 상부에 오믹전극과 반사용 전극이 적층된 전극을 형성하는 단계와;
상기 제 1 마스크 패턴을 식각하여 상기 기판과 버퍼층을 이탈시키는 단계와;
상기 제 1 마스크 패턴의 식각으로 노출된 제 1 극성층과 절연물질 하부에 전극을 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자의 제조 방법이 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 발광 소자의 개략적인 구조를 도시한 단면도로서, 제 1 전극(110)과; 상기 제 1 전극(110) 상부에 상호 이격되어 형성되며, 제 1 극성(Polarity)층(121), 활성층(122)과 제 2 극성층(123)으로 이루어진 복수개의 발광 구조물(120)과; 상기 복수개의 발광 구조물(120) 사이에 채워진 절연 물질(130)과; 상기 복수개의 발광 구조물(120)과 절연 물질(130) 상부에 형성된 제 2 전극(140)을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 제 1 전극(110)은 광을 투과할 수 있는 전극이고, 상기 제 2 전극(140)은 도 3에 도시된 바와 같이, 오믹전극(141)과 반사용 전극(142)이 적층된 이루어진 것이 바람직하다.
그리고, 상기 복수개의 발광 구조물(120)은 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 전극(110) 상부에 상호 이격되어 있다.
상기 제 1과 2 극성층(121,123)은 GaN, InGaN과 AlGaN계 중 어느 하나의 물질로 형성한다.
또한, 상기 제 1 극성층(121)과 제 2 극성층(123) 상호 반대되는 극성을 갖는 층이며, 예를 들어, 상기 제 1 극성층(121)이 N타입이면, 상기 제 2 극성층(123)은 P타입이다.
도 5a 내지 5k는 본 발명에 따른 발광 소자의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도로서, 먼저, 기판(200) 상부에 버퍼층(210)을 형성하고, 상기 버퍼층(210) 상부에 제 1 마스크 패턴(220)을 형성한다.(도 5a)
상기 제 1 마스크 패턴(220)은 상호 이격되어 있는 섬(Island) 형상의 패턴이다.
여기서, 상기 제 1 마스크 패턴(220)은 관통전위의 전파를 차단하는 마스크 패턴을 지칭한다.
그 후, 상기 제 1 마스크 패턴(220)을 감싸도록 상기 버퍼층(210) 상부에서 제 1 극성층(230)을 성장시킨다.(도 5b)
상기 제 1 마스크 패턴(220)은 산화막과 같은 물질이고, 상기 제 1 극성층(230)이 상기 버퍼층(210) 표면에서 성장되면서, 상기 제 1 마스크 패턴(220) 상부에서 측면 성장되어 합체되게 된다.
결국, 상기 제 1 극성층(230)을 성장시키는 방법은 ELO(Epitaxital Lateral Overgrowth) 방식을 이용하는 것이므로, 관통전위와 같은 결함이 줄어들게 된다.
연이어, 상기 제 1 극성층(230) 상부에 활성층(240)과 제 2 극성층(250)을 순차적으로 형성한다.(도 5c)
계속하여, 상기 제 2 극성층(250) 상부에 상기 제 1 마스크 패턴(220)과 수직선상으로 일치되는 제 2 마스크 패턴(260)을 형성한다.(도 5d)
상기 제 2 마스크 패턴(260)은 식각 방지를 위한 마스크 패턴이다,
이어서, 상기 제 2 마스크 패턴(260)으로 마스킹하여 상기 제 2 극성층(250)에서 제 1 극성층(230)까지 선택적으로 식각하여, 상호 이격된 복수개의 발광 구조물들(255)을 형성한다.(도 5e)
여기서, 상기 식각은 상기 제 2 극성층(250)에서 제 1 극성층(230)까지인 상기 제 1 마스크 패턴(220) 상면 선상 'A'까지 식각하는 것이다,
그 다음, 상기 식각된 영역에 절연물질(270)을 채워넣는다.(도 5f)
상기 절연물질(270)은 액상(液狀)의 절연물질이 바람직하고, 이 액상의 절연물질을 상기 식각된 영역에 충진시킨 후, 열을 인가하면 고상(固狀)이 된다.
그러므로, 상기 절연물질(270)은 폴리이미드(Polyimide) 또는 SOG(Spin on glass)로 사용한다.
또한, 상기 절연물질(270)은 열전도도가 우수한 물질을 사용함으로써, 각각의 발광 구조물에서 발생되는 열을 외부로 원활히 방출시킬 수 있다.
그 후, 상기 절연물질(270)과 복수개의 발광 구조물들(235) 상부에 오믹전극(341)과 반사용 전극(342)이 적층된 전극을 형성한다.(도 5g)
연이어, 상기 제 1 마스크 패턴(220)을 식각하여 상기 기판(200)과 버퍼층(210)을 이탈시킨다.(도 5h)
전술된 바와 같이, 상기 제 1 마스크 패턴(220)이 산화막인 경우, BOE(Buffed oxide etchant)와 같은 습식 식각 에천트로 상기 산화막을 제거하는 것이다.
이 때, 상기 제 1 마스크 패턴(220)은 식각되어 제거되고, 상기 제 1 마스크 패턴(220) 사이에 존재하는 제 1 극성층과 절연물질 사이의 계면은 본딩된 상태가 아니므로, 쉽게 분리된다.
그러므로, 본 발명은 레이저 리프트 오프공정을 수행하지 않고 기판을 제거하여 레이저에 의한 열적에너지 및 열진동으로 크랙과 같은 손상이 발생되지 않아, 소자의 특성을 우수히 할 수 있는 장점이 있다.
마지막으로, 상기 제 1 마스크 패턴(220)의 식각으로 노출된 제 1 극성층(230)과 절연물질(270) 하부에 전극(370)을 형성한다.(도 5i)
상기 전극(370)은 광을 투과할 수 있는 투명전극이다.
따라서, 본 발명은 채워지는 절연물질이 유전체 물질로 이루어져 전극이 형성시 인가되는 열에 의한 반응이 적어 소자의 전기적 특성과 광학적 특성이 퇴화되지 않고, 발광 구조물들 사이를 전기적으로 격리시켜 소자의 보호층으로 사용된다.
또한, 본 발명은 마스크 패턴을 이용하여 소자를 형성하고, 전극이 탑/다운(Top/down)에 있는 소자를 제조함으로써, 결함밀도를 줄임과 동시에 정전기 방전 결함을 줄일 수 있는 장점이 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 마스크 패턴을 이용하여 소자를 형성하고, 탑/다운(Top/down)형 소자를 제조함으로써, 결함밀도를 줄임과 동시에 정전기 방전 결함을 줄일 수 있고, 레이저 리트트 오프공정을 수행하지 않고 기판을 제거하여 레이저에 의한 열적에너지 및 열진동으로 크랙과 같은 손상이 발생되지 않아, 소자의 특성을 우수히 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
Claims (6)
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- 기판 상부에 버퍼층을 형성하고, 상기 버퍼층 상부에 제 1 마스크 패턴을 형성하는 단계와;상기 제 1 마스크 패턴을 감싸도록 상기 버퍼층 상부에서 제 1 극성층을 성장시키는 단계와;상기 제 1 극성층 상부에 활성층과 제 2 극성층을 순차적으로 형성하는 단계와;상기 제 2 극성층 상부에 상기 제 1 마스크 패턴과 수직선상으로 일치되는 제 2 마스크 패턴을 형성하는 단계와;상기 제 2 마스크 패턴으로 마스킹하여 상기 제 2 극성층에서 제 1 극성층까지 선택적으로 식각하여, 상호 이격된 복수개의 발광 구조물들을 형성하는 단계와;상기 식각된 영역에 절연물질을 채워넣는 단계와;상기 절연물질과 복수개의 발광 구조물들 상부에 오믹전극과 반사용 전극이 적층된 전극을 형성하는 단계와;상기 제 1 마스크 패턴을 식각하여 상기 기판과 버퍼층을 이탈시키는 단계와;상기 제 1 마스크 패턴의 식각으로 노출된 제 1 극성층과 절연물질 하부에 전극을 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 제 1 마스크 패턴은,상호 이격되어 있는 섬(Island) 형상의 패턴인 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 절연물질을 채워넣는 단계는,액상(液狀)의 절연물질을 상기 식각된 영역에 충진시키는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.
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| Date | Code | Title | Description |
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| N231 | Notification of change of applicant | ||
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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