KR101265641B1 - 반도체 발광 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로 특히, 높은 특성의 균질성과 재현성을 가질 수 있는 반도체 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계와; 버퍼층 상에 질화물 결정층을 선택적으로 성장하는 단계와; 상기 질화물 결정층 상에 다층 구조의 질화물 반도체층을 형성하는 단계와; 상기 질화물 반도체층 상에 제1전극을 형성하는 단계와; 상기 제1전극 상에 보조기판을 부착하는 단계와; 상기 질화물 결정층으로부터 기판을 분리하는 단계와; 상기 기판이 분리된 질화물 결정층 상에 제2전극을 형성하는 단계와; 상기 소자 구조를 벽개하여 거울면을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
반도체, 레이저, 발광 소자, 질화물, 벽개.

Description

반도체 발광 소자 및 그 제조방법 {Semiconductor light emiting device and method for making the same}
도 1은 기판 상에 버퍼층을 형성한 단계를 나타내는 단면도이다.
도 2는 버퍼층 상에 선택 성장용 마스크를 형성한 단계를 나타내는 단면도이다.
도 3은 릿지 구조의 질화물 결정층을 형성한 단계를 나타내는 단면도이다.
도 4는 레이저 소자 구조의 질화물 반도체층을 형성한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 5는 질화물 반도체층의 상세 구조를 나타내는 단면도이다.
도 6은 광 도파로를 형성한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 7은 전류 협착층을 형성한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 8은 제1전극을 형성한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 9는 보조 기판을 부착한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 10은 선택 성장용 마스크를 제거한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 11은 기판을 분리한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 12는 제2전극을 형성한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 13은 보조 기판을 분리한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 14는 벽개에 의하여 거울면을 형성한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 15는 제작된 소자 구조를 나타내는 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>
10 : 기판 20 : 버퍼층
30 : 선택 성장용 마스크 40 : 질화물 결정층
50 : 질화물 반도체층 60 : 전류 협착층
70 : 제1전극 80 : 보조 기판
90 : 제2전극 100 : 소자
110 : 벽개면
본 발명은 반도체 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로 특히, 높은 특성의 균질성과 재현성을 가질 수 있는 반도체 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
청자색 반도체 레이저는 최근 기술적 진보에 힘입어 상용화되어 HD-DVD나 Blue-ray Disk system 등 고밀도 정보 기록기기, 디스플레이, 조명용 장치 등의 광원으로서 사용되고 있다.
그러나 아직 충분히 크지 않은 출력과 짧은 수명, 높은 가격이 시장의 확장에 걸림돌이 되고 있어, 보다 높은 광 출력 및 높은 신뢰성을 갖는 소자를 저가로 생산할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
최근에 HVPE 법 등과 같은 기상 증착법을 이용하여 비평형 상태에서 두꺼운 막을 성장한 후 모체가 되었던 사파이어 또는 GaAs 등의 기판을 제거하는 방법으로 넓은 면적을 갖는 단결정 GaN 계열 기판을 제작하는 기술이 개발되었다.
그러나 이러한 기상 성장법으로 제작하는 단결정 GaN 계열 기판은 대형의 ingot을 절단하여 얻는 Si 단결정 기판과는 달리, 사파이어 등의 모체 기판 위에 두꺼운 GaN 결정막을 각각 성장하여 생산하기 때문에 각 기판 간의 균질성을 안정적으로 확보하기에 어려움이 있고, 모체 기판과의 열팽창계수의 차이로 인하여 두꺼운 GaN 막이 응력을 받아 휘어지거나 결정 결함이 많이 발생할 수 있다.
또한, 모체 기판을 제거하는 복잡한 후공정이 요구되어 생산원가의 저감에 큰 문제점과 한계를 가지고 있기 때문에 고품질 단결정 GaN 기판은 매우 높은 가격을 가지고 공급 수량도 극히 제한되어 있는 실정이다.
그 결과, 단결정 GaN 계열 기판 위에 제작한 반도체 소자의 특성 및 재현성이 불균질한 각 기판 상태에 크게 영향을 받아 크게 달라지는 문제점이 있어 양품의 수율이 낮은 상태이다.
이러한 배경에 의해 고품질 및 균질한 단결정 GaN 계열 기판을 저가격으로 생산할 수 있는 기술이나, 또는 소자 제작 후 GaN 계열 기판을 다시 사용하여 항상 동일한 기판으로 소자를 재현성 있게 제작할 수 있는 기술이 요망되고 있다.
본 발명의 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 소자 제작 비용을 절감하고, 또한 소자 특성의 균질성과 결정 성장을 포함한 제작 공정의 재현성을 향상시킬 수 있는 반도체 발광 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제 1관점으로서, 본 발명은, 반도체 발광 소자에 있어서, 제1전극과; 상기 제1전극 상에 위치하는 릿지 구조의 반도체 결정층과; 상기 반도체 결정층 상에 위치하며, 활성층과, 상기 활성층 상에 위치하는 전자장벽층과, 상기 활성층과 전자장벽층 사이에 위치하는 중간층을 포함하는 다층 구조의 반도체층과; 상기 반도체층 상에 위치하는 광도파로와; 상기 광도파로 상에 위치하며 상기 광도파로의 일부를 개구하는 전류협착층과; 상기 전류협착층 상에 위치하는 제2전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제 2관점으로서, 본 발명은, 기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계와; 버퍼층 상에 질화물 결정층을 선택적으로 성장하는 단계와; 상기 질화물 결정층 상에 다층 구조의 질화물 반도체층을 형성하는 단계와; 상기 질화물 반도체층 상에 제1전극을 형성하는 단계와; 상기 제1전극 상에 보조기판을 부착하는 단계와; 상기 질화물 결정층으로부터 기판을 분리하는 단계와; 상기 기판이 분리된 질화물 결정층 상에 제2전극을 형성하는 단계와; 상기 소자 구조를 벽개하여 거울면을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 버퍼층은, 금속을 포함할 수 있으며, 특히, 상기 버퍼층은, Ni, Ti, Cr, Ta, Mo, Mg, Zn, Ga, Al, Cu, Co, Fe, W, 및 V 중 어느 하나 또는 이들의 합금, 또는 이들의 질화 금속 또는 산화 금속으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 버퍼층은, 질화물 또는 산화물로 형성될 수 있으며, 특히, 상기 버퍼층은, B, Si, Ru, Mn, Zr, Hf, Sr, Rb, Be, 및 Li 중 어느 하나 이상을 포함하는 질화물 또는 산화물로 형성될 수 있다.
상기 질화물 결정층 또는 질화물 반도체층은, 상측으로 갈수록 폭이 좁아지는 이른바 릿지(ridge) 구조로 형성될 수 있다.
상기 질화물 결정층은, 상기 버퍼층 상에 형성된 선택 성장용 마스크 상에 형성될 수 있으며, 상기 선택 성장용 마스크는, 한 쌍 이상의 띠 형상일 수 있다.
한편, 상기 다층 구조의 질화물 반도체층을 형성하는 단계는, 제1클래드층을 형성하는 단계와; 상기 제1클래드층 상에 제1광가이드층을 형성하는 단계와; 상기 제1광가이드층 상에 활성층을 형성하는 단계와; 상기 활성층 상에 제2광가이드층을 형성하는 단계와; 상기 제2광가이드층 상에 제2클래드층을 형성하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 제2클래드층은, 광 가이드용 스트라이프 구조로 패터닝될 수 있고, 상기 제2광가이드층과, 제2클래드층의 일부를 덮는 절연층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 기판을 분리하는 단계는, 식각 또는 레이저를 조사하여 분리할 수 있고, 상기 소자 구조를 벽개하여 거울면을 형성하는 단계는, 레이저 스크라이빙을 이용하여 벽개할 수 있다.
한편, 상기 질화물 결정층은, 상기 다층 구조의 질화물 반도체층보다 두껍게 형성될 수 있으며, 상기 질화물 결정층은, 산소 또는 규소로 도핑될 수 있다.
상기 질화물 결정층은, HVPE(hydride vapor phase epitaxy)법으로 형성될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1과 같이, 모체 기판(10) 상에 버퍼층(20)을 형성한다. 기판(10)은 단결정 GaN 기판을 이용할 수 있으며, 사파이어 기판이나 기타 반도체 기판도 이용할 수 있다.
버퍼층(20)은 수 내지 수십 nm 두께로 형성하며, 이러한 버퍼층(20)은 질화 금속 박막 버퍼층을 모체 기판 위에 직접 성장하는 것이 바람직하다. 그러나 이러한 버퍼층은 금속층을 증착한 후 고온의 질소나 암모니아 가스 등의 분위기에 노출시켜 질화시키거나, 산소를 포함한 가스 분위기에 노출시켜 산화시켜 형성하여도 무방하다.
상기 버퍼층(20)은, 금속을 포함할 수 있으며, 특히, Ni, Ti, Cr, Ta, Mo, Mg, Zn, Ga, Al, Cu, Co, Fe, W, 및 V 중 어느 하나 또는 이들의 합금, 또는 이들의 질화 금속 또는 산화 금속으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 버퍼층(20)은, 질화물 또는 산화물로 형성될 수 있으며, 특히, B, Si, Ru, Mn, Zr, Hf, Sr, Rb, Be, 및 Li 중 어느 하나 이상을 포함하는 질화물 또는 산화물로 형성될 수 있다.
이러한 버퍼층(20) 위에 질화물이나 SiO2와 같은 산화물과 같은 유전체 물질이나, 텅스텐(W) 등과 같이, 고온에서 표면에 GaN 계열 재료의 결정이 성장되지 않는 물질로 박막을 형성하고, 이 박막을 통상의 포토 리소그래피(photolithography) 공정을 이용하여 띠(stripe) 형태로 가공하여, 도 2와 같이 선택 성장용 마스크(30)를 제작한다.
이때, 이러한 띠 형태의 마스크(30)의 방향을 질화물 반도체의 [1-100] 결정 방향에 평행하도록 정렬시키면 이 방향에 수직인 [11-20] 결정면이 자연 벽개면이 되므로, 자연 벽개 방법을 이용하여 레이저 소자의 거울면을 형성하기에 유리하다.
예를 들어, 건식 식각법 등 자연 벽개 방법 이외의 방법으로 레이저 소자의 거울면을 형성할 경우에는 띠 형태의 마스크(30)의 방향을 다른 결정 방향으로 정렬시켜도 무방하다.
상술한 버퍼층(20) 형성 공정은 모체 기판(10) 위에 마스크(30)를 먼저 제작 후에 실시하여도 유사한 효과를 얻을 수 있다. 나아가, 모체 기판(10) 위에 버퍼층(20) 형성 공정 중에 질화 또는 산화 공정만을 마스크(30) 제작 후에 실시하여도 된다.
이와 같이, 버퍼층(20)과 마스크(30)를 형성한 모체 기판(10)을 반도체 결정 성장용 반응로에 장입하고, 도 3에서와 같이, 질화갈륨 반도체와 같은 물질로 릿지(ridge) 형태의 질화물 결정층(40)을 선택적으로 성장한다.
이때, 이러한 질화물 결정층(40)의 선택적 성장 과정은, 버퍼층(20)을 반도체 결정 성장용 반응로 내에서 형성하고, 이 반응로 내에서 이러한 버퍼층(20)의 형상 과정에 이어서 실시간으로 성장되어도 무방하다(in-situ 성장).
또한, 금속 버퍼층(20)의 질화 또는 산화 공정이 실시된 후에 릿지 형태의 질화물 결정층(40) 결정이 실시간으로 이어져 성장될 수도 있다.
고온에서 GaN 계열 반도체 결정을 성장할 때, 상술한 선택 성장용 마스크(30) 위에서는 반도체 결정 성장이 거의 일어나지 않고 버퍼층(20) 위에서만 성장이 이루어지기 때문에 릿지 형태의 질화물 결정층(40) 결정이 용이하게 얻어질 수 있다.
이러한 릿지 형태의 질화물 결정층(40) 결정의 단면 모양은 마스크(30)의 재 질과 성장 조건에 의존하며, 일반적으로 직사각형이나 사다리꼴 형태를 이루게 되나, 경우에 따라 고차원 결정면을 포함한 다각형 형태를 이룰 수도 있다.
릿지 형태의 질화물 결정층(40) 결정의 성장은 결정 성장 속도가 빠른 HVPE 법을 이용하는 것이 결정 성장 시간을 단축할 수 있는 면에서는 바람직하나 소자의 구조에 따라 MOCVD(metal organic chemical vapor deposition) 법 혹은 MBE(molecular beam epitaxy) 법이 이용될 수도 있다.
HVPE 법을 이용하는 경우에는 릿지 형태의 질화물 결정층(40) 결정을 성장 후에 반응로에서 꺼낸 후, 다시 MOCVD 또는 MBE 장치의 반응로에 장입하여 이후의 과정이 이루어진다.
또한, MOCVD 법을 이용한 경우에는 연속적으로 이러한 릿지 형태의 질화물 결정층(40) 결정 위에, 도 4에서 도시하는 바와 같이, 다층 구조의 레이저 소자용 질화물 반도체층(50)을 성장한다.
이러한 다층 구조의 질화물 반도체층(50)은, 도 5에서와 같이, 제1클래드층(51), 제1광가이드층(52), 양자우물구조의 활성층(53), 제2광가이드층(54), 및 제2클래드층(55) 등으로 이루어질 수 있다.
이와 같은 질화물 반도체층(50) 결정 성장 후 단일모드 발진과 낮은 발진개시 전류를 얻기 위하여, 도 6에서와 같이, 질화물 반도체층(50)의 제2클래드층(55)의 일부를 광 도파로(56)용 띠(stripe) 형 구조로 가공한다.
이러한 광 도파로(56)를 형성한 후에는 도 7과 같이, 상기 띠 형 구조의 윗면과 측면, 또는 윗면만을 제외한 소자 윗면에 전류 협착용 절연체 박막을 형성하 여 전류 협착층(60)을 형성한다.
이와 같이 개방된 부분을 포함한 전류 협착층(60) 위에, 도 8에서와 같이, 금속층으로 이루어진 제1전극(70)을 형성한다.
고출력 레이저 소자를 제작하기 위해서는 상술한 전류 협착층(60)을 활성층(53)이나 광가이드층(52, 54) 근방에 설치하는 이너 스트라이프(inner strip)형으로 제작하는 것이 바람직하며, 이는 더욱 효과적으로 고밀도 전류를 활성층(53)에 공급하고 제1전극(70)의 접촉저항을 저감시키며 열 방출을 향상시킬 수 있어 유리하다.
이와 같이, 제1전극(70)을 형성한 후, 이 제1전극(70) 상부에, 도 9와 같이, 사파이어, 금속, 반도체 등으로 이루어지는 보조기판(80)을 왁스 등의 접착력을 가진 접착제(81)를 이용하여 부착한다.
그 후에, 도 10에서와 같이, HF나 BOE 등과 같은 식각 용액을 이용하여 선택 성장용 마스크(30)를 용해시키고 왕수 또는 강산 등을 이용하여 버퍼층(20)만 횡방향으로 선택적으로 식각하여, 도 11에서와 같이, 모체 기판(10)으로부터 릿지 형태의 질화물 결정층(40)을 분리시킨다.
모체 기판(10)으로부터 릿지 형태의 질화물 결정층(40)을 분리시키는 방법으로는 선택적 화학적 식각법과 광학적인 방법으로서 레이저 리프트 오프 방법을 이용할 수 있다. 이러한 두 방법 중 선택적 화학 식각법이 모체 기판(10) 표면에 손상을 주지 않아서 보다 바람직하나, 레이저 리프트 오프 방법을 이용하여도 무방하다.
일반적인 레이저 리프트 오프 방법은 고출력 레이저를 기판(10) 뒷면에 조사하면 높은 광 에너지가 기판(10)과 반도체 결정과의 계면 근방 또는 버퍼층(20)에서 흡수되어 계면 근방 또는 버퍼층(20)의 질화물 또는 산화물을 질소(산소)와 금속으로 열분해시키어 박막이 기판(10)으로부터 분리된다.
이후, 도 12에서와 같이, 모체 기판(10)으로부터 분리되어 보조기판(80)에 부착되어 있는 릿지 형태의 질화물 결정층(40)의 노출된 면에 제2전극(90)을 형성하고, 보조기판(80)과의 사이에 있는 접착제를 용매제 등을 이용하여 용해시킴으로써 도 13에서와 같이 막대 형상의 구조체를 얻는다.
다음에는, 띠(stripe) 형 구조의 광 도파로(56)와 수직한 방향으로 레이저 발진용 거울면(110)을 형성한다. 이러한 거울면(110) 형성 방법의 한 예로서 도 14에서 도시하는 바와 같이, 광 도파로(56)에 수직한 방향(A - A' 및 B - B' 부분; 자연 벽개면)을 따라 기계적 스크라이빙(scribing)을 실시하거나, 또는 고출력 레이저 빔을 이용한 스크라이빙을 실시한 후 벽개하여 거울면을 형성하여 개개의 소자(100)를 제작한다.
이러한 스크라이빙 공정은 의도하는 곳에서 자연 벽개가 용이하게 일어나도록 하기 위함으로 막대 형상의 결정의 측면, 상면 또는 하면의 일부 또는 전체를 의도적으로 상처를 내어 그곳으로부터 자연 벽개가 일어나도록 하는 것이다.
이때, 여러 개의 릿지 형태의 질화물 결정층이 보조용 기판에 부착된 채로 일괄적으로 스크라이빙을 행하거나 개개의 막대 형상으로 분리한 후, 한 개씩 순차적으로 행하여도 무방하다.
이와 같은 과정에 의하여 제작된 소자(100)는 도 15와 같은 구조를 이룰 수 있다.
필요에 따라, 이러한 벽개면에 보호막, 저반사막 또는 고반사막(도시되지 않음)을 형성하여 반사율을 조절하거나 열화를 억제하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 고품질 단결정 GaN 계열 기판을 이용하여 레이저 소자를 제작한 후, 이 소자를 모체가 된 기판으로부터 분리하고, 이 모체 기판을 재사용할 수 있도록 할 수 있다.
따라서, 소자 제작 비용을 절감하고, 또한 소자 특성의 균질성과 결정 성장을 포함한 제작 공정의 재현성을 향상시킬 수 있는 반도체 레이저 소자의 제조방법을 제공할 수 있는 것이다.
또한, 개별 소자 분리 공정과 거울면 형성 공정이 일괄 공정이 되어 개별 소자 분리 공정이 필요 없고, 벽개를 하기 위하여 기판을 얇게 가공하는 연마 공정 등 기계적인 충격을 주는 공정이 필요 없어, 소자 제작 공정이 간편하여 높은 공정 수율을 얻을 수 있다.
더구나 본 발명은 GaN 계열 물질을 이용하는 발광 다이오드와 고속 고출력 전자 소자 등의 분야에서도 적용이 가능하다. 일반적인 연마공정으로는 두께가 수십 마이크로미터(㎛) 이하의 소자 제작은 연마 공정 중 충격에 의한 손상 등으로 현실적으로 곤란하나, 본 발명에 의하여 수 ㎛ 정도 두께의 소자를 용이하게 제작할 수 있기 때문에 소자 특성의 향상, 특히 방열 특성이 개선되는 효과를 얻을 수 있다.
상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 형태의 변형이 가능하고, 이러한 기술적 사상의 여러 실시 형태는 모두 본 발명의 보호범위에 속함은 당연하다.
이상과 같은 본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.
첫째, 모체 기판을 재사용 가능하고 반복 사용되도록 함으로써 소자 특성의 균질성가 결정 성장을 포함한 제작 공정의 재현성을 향상시킬 수 있다.
둘째, 소자 제작 공정이 간편하여 높은 공정 수율을 얻을 수 있다.
셋째, 레이저 공진기 길이를 각 소자마다 필요에 따라 자유로이 조절하여 제작할 수 있다.
넷째, 소자의 방열특성이 개선될 수 있다.

Claims (15)

  1. 기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계;
    버퍼층 상에 선택 성장용 마스크를 형성하는 단계;
    상기 마스크를 이용하여, 성장 방향으로 폭이 좁아지는 경사면을 가지는 질화물 결정층을 선택적으로 성장하는 단계;
    상기 질화물 결정층 상에 상기 질화물 결정층보다 얇은 두께를 가지는 다층 구조의 질화물 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 질화물 반도체층 상에 제1전극을 형성하는 단계;
    상기 제1전극 상에 보조기판을 부착하는 단계;
    상기 질화물 결정층으로부터 기판을 분리하는 단계;
    상기 기판이 분리된 질화물 결정층 상에 제2전극을 형성하는 단계;
    상기 보조기판을 분리하는 단계; 및
    상기 질화물 결정층 및 질화물 반도체층을 포함하는 구조를 벽개하여 거울면을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 버퍼층은, 금속, 질화물, 산화물 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 보조기판을 부착하는 단계에서, 상기 보조기판은 사파이어, 금속, 반도체 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 질화물 결정층은, HVPE 법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 마스크는 띠 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 띠 형태의 마스크는, 질화물 반도체층의 [1-100] 결정 방향에 평행하도록 정렬되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 다층 구조의 질화물 반도체층을 형성하는 단계는,
    제1클래드층을 형성하는 단계와;
    상기 제1클래드층 상에 제1광가이드층을 형성하는 단계와;
    상기 제1광가이드층 상에 활성층을 형성하는 단계와;
    상기 활성층 상에 제2광가이드층을 형성하는 단계와;
    상기 제2광가이드층 상에 제2클래드층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 제2클래드층을 광 도파로용 띠 형 구조로 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 띠 형 구조의 상면만을 노출시키는 전류 협착층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 제조방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 벽개에 의하여 이루어지는 면에 보호막, 저반사막 또는 고반사막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 제조방법.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 거울면을 형성하는 단계는, 기계적 스크라이빙 또는 레이저 빔을 이용한 스크라이빙 하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 제조방법.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 버퍼층을 형성하는 단계는,
    금속층을 형성하는 단계; 및
    상기 금속층을 질화 또는 산화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 제조방법.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 보조기판을 부착하는 단계는, 접착제를 이용하여 부착하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 제조방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 보조기판을 분리하는 단계는, 상기 접착제를 용해시킴으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 제조방법.
  15. 삭제
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3878868B2 (ja) 2002-03-01 2007-02-07 シャープ株式会社 GaN系レーザ素子
KR101527261B1 (ko) 2009-04-03 2015-06-08 오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하 광전 소자의 제조 방법, 광전 소자, 및 복수 개의 광전 소자를 포함하는 소자 장치
WO2011069242A1 (en) * 2009-12-09 2011-06-16 Cooledge Lighting Inc. Semiconductor dice transfer-enabling apparatus and method for manufacturing transfer-enabling apparatus
US8334152B2 (en) 2009-12-18 2012-12-18 Cooledge Lighting, Inc. Method of manufacturing transferable elements incorporating radiation enabled lift off for allowing transfer from host substrate
JP7048875B2 (ja) * 2017-08-30 2022-04-06 日亜化学工業株式会社 発光装置の製造方法
JP7182057B2 (ja) * 2019-02-22 2022-12-02 日亜化学工業株式会社 発光素子の製造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100705225B1 (ko) * 2005-12-15 2007-04-06 엘지전자 주식회사 수직형 발광소자의 제조방법
JP2007116192A (ja) * 2002-03-26 2007-05-10 Sanyo Electric Co Ltd 窒化物系半導体装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3876649B2 (ja) * 2001-06-05 2007-02-07 ソニー株式会社 窒化物半導体レーザ及びその製造方法
US20070221932A1 (en) * 2006-03-22 2007-09-27 Sanyo Electric Co., Ltd. Method of fabricating nitride-based semiconductor light-emitting device and nitride-based semiconductor light-emitting device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007116192A (ja) * 2002-03-26 2007-05-10 Sanyo Electric Co Ltd 窒化物系半導体装置
KR100705225B1 (ko) * 2005-12-15 2007-04-06 엘지전자 주식회사 수직형 발광소자의 제조방법

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