KR101658838B1 - 발광 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광 소자는 제1 도전형의 반도체층; 제2 도전형의 반도체층; 및 상기 제1 도전형의 반도체층과 상기 제2 도전형의 반도체층 사이에 활성층을 포함하고, 상기 제1 도전형의 반도체층은 상기 활성층에 대향하는 제1 면과 상기 제1 면의 반대 방향을 향하는 제2 면을 포함하고, 상기 제1 도전형의 반도체층의 측면은 단차가 형성되어 상기 제2 면의 면적이 상기 제1 도전형의 반도체층의 최대 면적보다 작다.

Description

발광 소자 및 그 제조방법{LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근, 발광 소자로써 LED(Light Emitting Diode)를 이용한 장치가 많이 연구되고 있다.
LED는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기 신호를 빛으로 변환시키는 것으로, 제1 도전형의 반도체층, 활성층, 제2 도전형의 반도체층이 적층되어 전원이 인가됨에 따라 상기 활성층에서 빛을 방출한다.
상기 제1 도전형의 반도체층은 n형 반도체층이 되고 상기 제2 도전형의 반도체층은 p형 반도체층이 될 수 있고, 또는 각각 그 반대의 도전형을 가질 수도 있다.
상기 제1 도전형의 반도체층 상에는 제1 전극이 형성되고, 상기 제2 도전형의 반도체층 상에는 제2 전극이 형성된다.
실시예는 새로운 구조를 갖는 발광 소자 및 그 제조방법을 제공한다.
실시예는 광 효율이 향상된 발광 소자 및 그 제조방법을 제공한다.
실시예는 성장 기판의 분리가 용이한 발광 소자 및 그 제조방법을 제공한다.
실시예에 따른 발광 소자는 제1 도전형의 반도체층; 제2 도전형의 반도체층; 및 상기 제1 도전형의 반도체층과 상기 제2 도전형의 반도체층 사이에 활성층을 포함하고, 상기 제1 도전형의 반도체층은 상기 활성층에 대향하는 제1 면과 상기 제1 면의 반대 방향을 향하는 제2 면을 포함하고, 상기 제1 도전형의 반도체층의 측면은 단차가 형성되어 상기 제2 면의 면적이 상기 제1 도전형의 반도체층의 최대 면적보다 작다.
실시예에 따른 발광 소자는 언도프트 질화물층; 및 상기 언도프트 질화물층과 접하고, 제1 도전형의 반도체층, 제2 도전형의 반도체층, 및 상기 제1 도전형의 반도체층과 상기 제2 도전형의 반도체층 사이에 활성층을 포함하는 발광 구조층을 포함하고, 상기 언도프트 질화물층은 상기 제1 도전형의 반도체층에 대향하는 제1 면과 상기 제1 면의 반대 방향을 향하는 제2 면을 포함하고, 상기 언도프트 질화물층의 측면은 단차가 형성되어 상기 제2 면의 면적이 상기 언도프트 질화물층의 최대 면적보다 작다.
실시예에 따른 발광 소자 제조방법은 성장 기판 상에 복수의 발광 구조층 성장 영역을 구분하는 마스크층을 형성하는 단계; 상기 발광 구조층 성장 영역으로부터 제1 도전형의 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형의 반도체층을 포함하는 발광 구조층을 형성하는 단계; 상기 발광 구조층을 선택적으로 제거하여 상기 제1 도전형의 반도체층 상에 제1 전극 및 상기 제2 도전형의 반도체층 상에 제2 전극을 형성하는 단계; 및 상기 성장 기판 및 마스크층을 절단함으로써 상기 성장 기판 및 발광 구조층을 분리하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 발광 소자 제조방법은 성장 기판 상에 복수의 발광 구조층 성장 영역을 구분하는 마스크층을 형성하는 단계; 상기 발광 구조층 성장 영역으로부터 제1 도전형의 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형의 반도체층을 포함하는 발광 구조층을 형성하는 단계; 상기 각각의 발광 구조층 사이에 보호층을 형성하는 단계; 상기 발광 구조층 및 보호층 상에 제2 전극을 형성하는 단계; 상기 성장 기판을 분리하고 상기 마스크층 및 보호층을 제거하는 단계; 상기 제1 도전형의 반도체층 상에 제1 전극을 형성하는 단계; 및 상기 제2 전극을 절단하여 상기 제2 전극 및 발광 구조층을 분리하는 단계를 포함한다.
실시예는 새로운 구조를 갖는 발광 소자 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
실시예는 광 효율이 향상된 발광 소자 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
실시예는 성장 기판의 분리가 용이한 발광 소자 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1 내지 도 4는 제1 실시예에 따른 발광 소자 및 그 제조방법을 설명하는 도면.
도 5 내지 도 7은 제2 실시예에 따른 발광 소자 및 그 제조방법을 설명하는 도면.
도 8 내지 도 11은 제3 실시예에 따른 발광 소자 및 그 제조방법을 설명하는 도면.
도 12 내지 도 15는 제4 실시예에 따른 발광 소자 및 그 제조방법을 설명하는 도면.
도 16은 마스크층과 돌기의 평면상의 형태를 도시한 도면.
도 17은 마스크층의 평면상의 형태를 도시한 도면.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 실시예들에 따른 발광 소자 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 4는 제1 실시예에 따른 발광 소자 및 그 제조방법을 설명하는 도면이다.
먼저, 도 4를 참조하여 제1 실시예에 따른 발광 소자에 대해 설명하면, 제1 실시예에 따른 발광 소자는 성장 기판(10) 상에 제1 도전형의 반도체층(30), 활성층(40) 및 제2 도전형의 반도체층(50)을 포함하는 발광 구조층(60)이 형성되고, 상기 제1 도전형의 반도체층(30) 상에 제1 전극(70)이 형성되고, 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 상에 제2 전극(80)이 형성된다.
상기 성장 기판(10) 상에는 복수의 돌기(11)가 형성된다. 상기 돌기(11)는 반구 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 돌기(11)은 SiO2, SiN, GaO, ZnO, ITO 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 상기 돌기(11)는 상기 활성층(40)에서 방출된 빛이 산란되도록 하여 발광 소자의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 돌기(11)는 다양한 수와 형태를 가질 수 있으며, 반드시 형성되어야 하는 것은 아니다.
상기 제1 도전형의 반도체층(30)은 하부 측면에 단차(31)가 형성된다. 상기 단차(31)는 상기 제1 도전형의 반도체층(30)의 측면들을 따라 주변 영역에 연장되어 형성된다. 상기 단차(31)에 의해 상기 제1 도전형의 반도체층(30)의 일부분은 상기 성장 기판(10)과 이격된다. 또한, 상기 단차(31)는 상기 돌기(11)와 적어도 일부분이 동일 수평면 상에 배치될 수도 있다.
상기 제1 도전형의 반도체층(30)은 상기 활성층(40)과 접하는 제1 면과 상기 제1 면과 반대 방향을 향하는 제2 면을 포함하는데, 상기 제2 면의 면적은 상기 단차(31)로 인해 상기 제1 도전형의 반도체층(30)의 최대 면적보다 작다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 제1 실시예에 따른 발광 소자 제조방법에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 성장 기판(10)이 준비되고, 상기 성장 기판(10) 상에 상기 돌기(11) 및 마스크층(12)을 형성한다.
상기 성장 기판(10)은 사파이어, SiC, Si, GaAs, ZnO, MgO, GaN, Glass 또는 Ga2O3 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 마스크층(12)은 상기 돌기(11)와 동일한 재질로 형성될 수도 있으며, 예를 들어, 상기 마스크층(12)은 SiO2, SiN, GaO, ZnO, ITO 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
도 16은 마스크층과 돌기의 평면상의 형태를 도시한 도면으로, 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 마스크층(12)은 상기 발광 구조층(60)이 성장될 수 있도록 상기 성장 기판(10)이 부분적으로 노출되도록 형성된다. 즉, 상기 마스크층(12)에 의해 복수의 발광 구조층 성장 영역(A)이 구분된다. 상기 마스크층(12) 상에서는 상기 발광 구조층(60)이 성장되지 않으며, 상기 복수의 발광 구조층 성장 영역(A)에서 각각의 발광 구조층(60)이 서로 이격되어 성장된다.
그리고, 상기 마스크층(12)이 형성되지 않은 상기 성장 기판(10)의 발광 구조층 성장 영역(A) 상에는 상기 돌기(11)가 부분적으로 형성된다.
도 17은 마스크층의 평면상의 형태를 도시한 도면으로, 도 17에 도시된 실시예의 경우, 상기 성장 기판(10) 상에 상기 마스크층(12)이 형성되고, 상기 마스크층(12)에 의해 발광 구조층 성장 영역(A)이 구분된다.
도 17의 실시예에서는 상기 돌기(11)는 형성되지 않는다. 상기 마스크층(12)은 측면에 돌출 패턴(12a)이 형성될 수도 있으며, 비록 도시되지는 않았지만 도 16의 실시예에서도 상기 마스크층(12)의 측면에 돌출 패턴(12a)이 형성될 수도 있다. 상기 돌출 패턴(12a)이 형성되는 경우 상기 발광 구조층 성장 영역(A)에서 성장된 상기 제1 도전형의 반도체층(30)의 측면에도 상기 돌출 패턴(12a)에 대응하는 돌출 패턴(미도시)이 형성된다.
도 2를 참조하면, 상기 마스크층(12)과 돌기(11)가 형성된 상기 성장 기판(10) 상에 제1 도전형의 반도체층(30), 활성층(40), 및 제2 도전형의 반도체층(50)을 포함하는 발광 구조층(60)이 성장된다.
상기 제1 도전형의 반도체층(30)은 상기 성장 기판(10) 상에서 성장되어 수직 방향 및 수평 방향 성장을 통해 상기 돌기(11)를 덮고 상기 마스크층(12)을 부분적으로 덮는다.
상기 마스크층(12)은 상기 발광 구조층(60)이 성장될 수 있는 상기 발광 구조층 성장 영역(A)을 구분함으로써, 상기 발광 구조층(60)이 칩 단위로 성장될 수 있도록 한다. 즉, 종래에는 발광 구조층을 형성한 후 이를 칩 단위로 스크라이빙하였으나, 본 실시예에서는 발광 구조층을 칩 단위로 성장되도록 한다.
종래에 상기 발광 구조층을 성장한 후 이를 칩 단위로 스크라이빙하는 경우 벽개면의 결정성이 좋지 않아 벽개면으로 누설전류가 흐르게 된다. 그러나, 본 발명에서는 상기 발광 구조층(60)이 칩 단위로 구분되어 성장됨에 따라 상기 발광 구조층(60)은 고품질의 박막으로 성장되며, 측면의 결정성이 우수하다.
상기 제1 도전형의 반도체층(30)은 Si와 같은 n형 불순물을 포함하는 GaN 기반 반도체층으로 형성될 수 있으며, 상기 제2 도전형의 반도체층(50)은 Mg와 같은 p형 불순물을 포함하는 GaN 기반 반도체층으로 형성될 수 있다.
상기 활성층(40)은 암모니아(NH3), 트리메틸갈륨(TMGa), 트리메틸인듐(TMIn)을 공급하여 형성한 단일양자우물구조 또는 다중양자우물구조를 갖는 InGaN층/GaN층으로 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 제2 도전형의 반도체층(50), 활성층(40) 및 제1 도전형의 반도체층(30)의 일부를 제거하는 메사 식각을 진행한다. 상기 메사 식각에 의해 상기 제1 도전형의 반도체층(30)의 일부는 상측 방향으로 노출된다.
그리고, 상기 제1 도전형의 반도체층(30) 상에 제1 전극(70)을 형성하고, 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 상에 제2 전극(80)을 형성한다.
도 4를 참조하면, 상기 성장 기판(10) 및 상기 마스크층(12)을 절단하여 상기 성장 기판(10) 및 발광 구조층(60)을 칩 단위로 분리하면 제1 실시예에 따른 발광 소자가 제작된다.
상기 성장 기판(10)은 스크라이빙 방식 또는 브레이킹 방식으로 절단될 수 있으며, 상기 마스크층(12)은 에칭 방식으로 제거될 수 있다.
이때, 상기 마스크층(12)을 완전히 제거하거나 일부 잔존시킬 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 마스크층(12)을 완전히 제거하는 경우 상기 제1 도전형의 반도체층(30)의 하부 주변 영역에는 상기 단차(31)가 형성된다. 물론, 상기 마스크층(12)을 일부 잔존시킬 수도 있다.
또한, 도 17에 도시된 바와 같은 마스크층(12)을 형성하는 경우, 상기 단차(31)가 형성된 상기 제1 도전형의 반도체층(30)의 측면에 돌출 패턴이 형성될 수 있다.
도 5 내지 도 7은 제2 실시예에 따른 발광 소자 및 그 제조방법을 설명하는 도면이다. 제2 실시예에 따른 발광 소자 및 그 제조방법을 설명함에 있어서 제1 실시예에 대한 설명과 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
먼저, 도 7을 참조하여 제2 실시예에 따른 발광 소자에 대해 설명하면, 제1 실시예에 따른 발광 소자는 성장 기판(10) 상에 언도프트 질화물층(20)이 형성되고, 상기 언도프트 질화물층(20) 상에 제1 도전형의 반도체층(30), 활성층(40) 및 제2 도전형의 반도체층(50)을 포함하는 발광 구조층(60)이 형성되며, 상기 제1 도전형의 반도체층(30) 상에 제1 전극(70)이 형성되고, 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 상에 제2 전극(80)이 형성된다.
상기 성장 기판(10) 상에는 복수의 돌기(11)가 형성된다. 상기 돌기(11)는 반구 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 돌기(11)은 SiO2, SiN, GaO, ZnO, ITO 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 상기 돌기(11)는 상기 활성층(40)에서 방출된 빛이 산란되도록 하여 발광 소자의 광 추출 효율을 향상시킨다. 상기 돌기(11)는 다양한 수와 형태를 가질 수 있으며, 반드시 형성되어야 하는 것은 아니다.
상기 언도프트 질화물층(20)은 하부 주변 영역에 단차(21)가 형성된다. 상기 단차(21)는 상기 언도프트 질화물층(20)의 측면들을 따라 주변 영역에 연장되어 형성된다. 상기 단차(21)에 의해 상기 언도프트 질화물층(20)의 일부분은 상기 성장 기판(10)과 이격된다. 또한, 상기 단차(21)는 상기 돌기(11)와 적어도 일부분이 동일 수평면 상에 배치된다.
상기 언도프트 질화물층(20)은 상기 제1 도전형의 반도체층(30)과 접하는 제1 면과 상기 제1 면과 반대 방향을 향하는 제2 면을 포함하는데, 상기 제2 면의 면적은 상기 단차(21)로 인해 상기 언도프트 질화물층(30)의 최대 면적보다 작다.
도 5 내지 도 7을 참조하여 제2 실시예에 따른 발광 소자 제조방법에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 도 5를 참조하면, 성장 기판(10)이 준비되고, 상기 성장 기판(10) 상에 상기 돌기(11) 및 마스크층(12)을 형성한다.
상기 성장 기판(10)은 사파이어, SiC, Si, GaAs, ZnO, MgO, GaN, Glass 또는 Ga2O3 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 상기 마스크층(12)은 상기 돌기(11)와 동일한 재질로 형성될 수도 있으며, 예를 들어, 상기 마스크층(12)은 SiO2, SiN, GaO, ZnO, ITO 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 마스크층(12)과 돌기(11)가 형성된 상기 성장 기판(10) 상에 언도프트 질화물층(20)이 성장되고, 상기 언도프트 질화물층(20) 상에 상기 제1 도전형의 반도체층(30), 활성층(40), 및 제2 도전형의 반도체층(50)을 포함하는 발광 구조층(60)이 성장된다.
상기 언도프트 질화물층(20)은 상기 성장 기판(10) 상에서 성장되어 수직 방향 및 수평 방향 성장을 통해 상기 마스크층(12) 및 돌기(11)를 덮는다.
상기 언도프트 질화물층(20)은 의도적으로 제1 도전형의 불순물을 주입하지는 않았으나, 제1 도전형의 전도 특성을 가질 수도 있는 질화물층이며, 예를 들어, 상기 언도프트 질화물층(20)은 Un-GaN층으로 형성될 수도 있다.
상기 제1 도전형의 반도체층(30)은 Si와 같은 n형 불순물을 포함하는 GaN 기반 반도체층으로 형성될 수 있으며, 상기 제2 도전형의 반도체층(50)은 Mg와 같은 p형 불순물을 포함하는 GaN 기반 반도체층으로 형성될 수 있다.
상기 활성층(40)은 암모니아(NH3), 트리메틸갈륨(TMGa), 트리메틸인듐(TMIn)을 공급하여 형성한 단일양자우물구조 또는 다중양자우물구조를 갖는 InGaN층/GaN층으로 형성될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 제2 도전형의 반도체층(50), 활성층(40) 및 제1 도전형의 반도체층(30)의 일부를 제거하는 메사 식각을 진행한다. 상기 메사 식각에 의해 상기 제1 도전형의 반도체층(30)의 일부는 상측 방향으로 노출된다.
그리고, 상기 제1 도전형의 반도체층(30) 상에 제1 전극(70)을 형성하고, 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 상에 제2 전극(80)을 형성한다.
도 7을 참조하면, 상기 성장 기판(10) 및 상기 마스크층(12)을 절단하여 상기 발광 구조층(60)을 칩 단위로 분리하면 발광 소자가 제작된다.
상기 성장 기판(10)은 스크라이빙 방식 또는 브레이킹 방식으로 절단될 수 있으며, 상기 마스크층(12)은 에칭 방식으로 제거될 수 있다.
이때, 상기 마스크층(12)을 완전히 제거하거나 일부 잔존시킬 수 있으며, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 마스크층(12)을 완전히 제거하는 경우 상기 언도프트 질화물층(20)의 하부 주변 영역에는 상기 단차(21)가 형성된다. 물론, 상기 마스크층(12)을 일부 잔존시킬 수도 있다.
또한, 도 17에 도시된 바와 같은 마스크층(12)을 형성하는 경우, 상기 언도프트 질화물층(20)의 상기 단차(21)가 형성된 측면에는 돌출 패턴이 형성될 수 있다.
도 8 내지 도 11은 제3 실시예에 따른 발광 소자 및 그 제조방법을 설명하는 도면이다. 제3 실시예에 따른 발광 소자 및 그 제조방법을 설명함에 있어서 제1 실시예 또는 제2 실시예와 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
먼저, 도 11을 참조하여 제3 실시예에 따른 발광 소자에 대해 설명하면, 제3 실시예에 따른 발광 소자는 제1 도전형의 반도체층(30), 활성층(40) 및 제2 도전형의 반도체층(50)을 포함하는 발광 구조층(60)이 형성되고, 상기 제1 도전형의 반도체층(30) 상에 제1 전극(70)이 형성되고, 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 아래에 제2 전극(110)이 형성된다.
상기 제2 전극(110)은 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 아래에 오믹 접촉층(111)과, 상기 오믹 접촉층(111) 아래에 반사층(112)과, 상기 반사층(112) 아래에 전도성 지지기판(113)을 포함한다.
상기 제1 도전형의 반도체층(30)은 상부 측면에 단차(31)가 형성되고, 상면에는 상면 홈(32)이 형성된다. 상기 상면 홈(32)은 광 결정과 같은 역할을 할 수 있으며, 상기 활성층(40)에서 방출된 광이 효과적으로 외부로 추출될 수 있도록 한다.
상기 제1 도전형의 반도체층(30)은 상기 활성층(40)과 접하는 제1 면과 상기 제1 면과 반대 방향을 향하는 제2 면을 포함하는데, 상기 제2 면의 면적은 상기 단차(31)로 인해 상기 제1 도전형의 반도체층(30)의 최대 면적보다 작다.
도 8 내지 도 11을 참조하여 제3 실시예에 따른 발광 소자 제조방법에 대해 설명하도록 한다.
도 8을 참조하면, 성장 기판(10)이 준비되고, 상기 성장 기판(10) 상에 상기 돌기(11) 및 마스크층(12)을 형성한다.
상기 성장 기판(10)은 사파이어, SiC, Si, GaAs, ZnO, MgO, GaN, Glass 또는 Ga2O3 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 상기 마스크층(12)은 상기 돌기(11)와 동일한 재질로 형성될 수도 있으며, 예를 들어, 상기 마스크층(12)은 SiO2, SiN, GaO, ZnO, ITO 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 마스크층(12)과 돌기(11)가 형성된 상기 성장 기판(10) 상에 상기 제1 도전형의 반도체층(30), 활성층(40), 및 제2 도전형의 반도체층(50)을 포함하는 발광 구조층(60)이 성장된다.
상기 제1 도전형의 반도체층(30)은 상기 성장 기판(10) 상에서 성장되어 수직 방향 및 수평 방향 성장을 통해 상기 마스크층(12) 및 돌기(11)를 덮는다.
상기 제1 도전형의 반도체층(30)은 Si와 같은 n형 불순물을 포함하는 GaN 기반 반도체층으로 형성될 수 있으며, 상기 제2 도전형의 반도체층(50)은 Mg와 같은 p형 불순물을 포함하는 GaN 기반 반도체층으로 형성될 수 있다.
상기 활성층(40)은 암모니아(NH3), 트리메틸갈륨(TMGa), 트리메틸인듐(TMIn)을 공급하여 형성한 단일양자우물구조 또는 다중양자우물구조를 갖는 InGaN층/GaN층으로 형성될 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 발광 구조층(60)은 상기 마스크층(12)에 의해 칩 단위로 구분되어 성장되기 때문에, 인접한 발광 구조층(60) 사이에는 간격이 존재한다. 따라서, 상기 발광 구조층(60)과 발광 구조층(60) 사이에 보호층(90)을 형성한다. 상기 보호층(90)은 폴리이미드 또는 SOG와 같은 물질로 형성될 수 있다.
상기 발광 구조층(60) 및 보호층(90) 상에 상기 제2 전극(110)을 형성한다. 먼저, 오믹 접촉층(111)을 형성하고, 상기 오믹 접촉층(111) 상에 반사층(112)을 형성하고, 상기 반사층(112) 상에 전도성 지지기판(113)을 형성한다.
상기 전도성 지지기판(113)은 구리(Cu), 티탄(Ti), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 또는 전도성 반도체 물질 중 적어도 어느 하나를 포함하여 형성될 수도 있고, 상기 반사층(112)은 광 반사율이 높은 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 또는 니켈(Ni) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속으로 형성될 수도 있다. 또한, 상기 오믹 접촉층(111)은 ITO(Indium-Tin Oxide), ZnO, AZO(Aluminum doped Zinc Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), ZITO(Zinc Indium-Tin Oxide)과 같은 투명 전도 산화물로 형성될 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 성장 기판(10), 마스크층(12), 보호층(90), 돌기(11)를 제거한다. 상기 성장 기판(10)은 레이저 리프트 오프 방법 또는 화학적 리프트 오프 방법으로 제거될 수 있다. 상기 성장 기판(10)과 상기 발광 구조층(60) 사이에는 상기 마스크층(12) 및 돌기(11)가 배치되기 때문에, 상기 성장 기판(10)은 상기 발광 구조층(60)으로부터 용이하게 분리될 수 있다. 즉, 상기 마스크층(12)과 돌기(11)는 상기 발광 구조층(60)과 강한 결합을 갖고 있지 않기 때문에, 상기 마스크층(12) 및 돌기(11)의 면적이 넓을수록 상기 성장 기판(10)의 분리가 용이하다.
상기 성장 기판(10)이 분리됨에 따라 상기 돌기(11)와 마스크층(12)도 쉽게 분리될 수 있으며, 상기 보호층(90)은 에천트를 이용하여 제거할 수 있다.
상기 돌기(11) 및 마스크층(12)이 제거됨에 따라 상기 제1 도전형의 반도체층(30)에는 상면 홈(32) 및 단차(31)가 형성된다.
도 11을 참조하면, 상기 제1 도전형의 반도체층(30) 상에 제1 전극(70)을 형성하고, 상기 제2 전극(110)을 분리하면 제3 실시예에 따른 발광 소자가 제작된다.
도 12 내지 도 15는 제4 실시예에 따른 발광 소자 및 그 제조방법을 설명하는 도면이다. 제4 실시예에 따른 발광 소자 및 그 제조방법을 설명함에 있어서 제1 실시예, 제2 실시예, 또는 제3 실시예와 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
먼저, 도 15를 참조하여 제4 실시예에 따른 발광 소자에 대해 설명하면, 제4 실시예에 따른 발광 소자는 제1 도전형의 반도체층(30), 활성층(40) 및 제2 도전형의 반도체층(50)을 포함하는 발광 구조층(60)이 형성되고, 상기 제1 도전형의 반도체층(30) 상에 언도프트 질화물층(20)이 형성된다.
그리고, 상기 언도프트 질화물층(20)이 선택적으로 제거되어 노출된 상기 제1 도전형의 반도체층(30) 상에 제1 전극(70)이 형성되고, 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 아래에 제2 전극(110)이 형성된다.
상기 제2 전극(110)은 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 아래에 오믹 접촉층(111)과, 상기 오믹 접촉층(111) 아래에 반사층(112)과, 상기 반사층(112) 아래에 전도성 지지기판(113)을 포함한다.
상기 언도프트 질화물층(20)은 상부 측면에 단차(21)가 형성되고, 상면에는 상면 홈(22)이 형성된다. 상기 상면 홈(22)은 광 결정과 같은 역할을 할 수 있으며, 상기 활성층(40)에서 방출된 광이 효과적으로 외부로 추출될 수 있도록 한다.
상기 언도프트 질화물층(20)은 상기 제1 도전형의 반도체층(30)과 접하는 제1 면과 상기 제1 면과 반대 방향을 향하는 제2 면을 포함하는데, 상기 제2 면의 면적은 상기 단차(21)로 인해 상기 언도프트 질화물층(30)의 최대 면적보다 작다.
도 12 내지 도 15를 참조하여 제4 실시예에 따른 발광 소자 제조방법에 대해 설명하도록 한다.
도 12를 참조하면, 성장 기판(10)이 준비되고, 상기 성장 기판(10) 상에 상기 돌기(11) 및 마스크층(12)을 형성한다.
상기 성장 기판(10)은 사파이어, SiC, Si, GaAs, ZnO, MgO, GaN, Glass 또는 Ga2O3 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 상기 마스크층(12)은 상기 돌기(11)와 동일한 재질로 형성될 수도 있으며, 예를 들어, 상기 마스크층(12)은 SiO2, SiN, GaO, ZnO, ITO 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 마스크층(12)과 돌기(11)가 형성된 상기 성장 기판(10) 상에 언도프트 질화물층(20)이 형성되고, 상기 언도프트 질화물층(20) 상에 상기 제1 도전형의 반도체층(30), 활성층(40), 및 제2 도전형의 반도체층(50)을 포함하는 발광 구조층(60)이 성장된다.
상기 언도프트 질화물층(20)은 상기 성장 기판(10) 상에서 성장되어 수직 방향 및 수평 방향 성장을 통해 상기 마스크층(12) 및 돌기(11)를 덮는다.
상기 제1 도전형의 반도체층(30)은 Si와 같은 n형 불순물을 포함하는 GaN 기반 반도체층으로 형성될 수 있으며, 상기 제2 도전형의 반도체층(50)은 Mg와 같은 p형 불순물을 포함하는 GaN 기반 반도체층으로 형성될 수 있다.
상기 활성층(40)은 암모니아(NH3), 트리메틸갈륨(TMGa), 트리메틸인듐(TMIn)을 공급하여 형성한 단일양자우물구조 또는 다중양자우물구조를 갖는 InGaN층/GaN층으로 형성될 수 있다.
도 13을 참조하면, 상기 발광 구조층(60)은 상기 마스크층(12)에 의해 칩 단위로 구분되어 성장되기 때문에, 인접한 발광 구조층(60) 사이에는 간격이 존재한다. 따라서, 상기 발광 구조층(60)과 발광 구조층(60) 사이에 보호층(90)을 형성한다. 상기 보호층(90)은 폴리이미드 또는 SOG와 같은 물질로 형성될 수 있다.
상기 발광 구조층(60) 및 보호층(90) 상에 상기 제2 전극(110)을 형성한다. 먼저, 오믹 접촉층(111)을 형성하고, 상기 오믹 접촉층(111) 상에 반사층(112)을 형성하고, 상기 반사층(112) 상에 전도성 지지기판(113)을 형성한다.
상기 전도성 지지기판(113)은 구리(Cu), 티탄(Ti), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 또는 전도성 반도체 물질 중 적어도 어느 하나를 포함하여 형성될 수도 있고, 상기 반사층(112)은 광 반사율이 높은 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 또는 니켈(Ni) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속으로 형성될 수도 있다. 또한, 상기 오믹 접촉층(111)은 ITO(Indium-Tin Oxide), ZnO, AZO(Aluminum doped Zinc Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), ZITO(Zinc Indium-Tin Oxide)과 같은 투명 전도 산화물로 형성될 수 있다.
도 14를 참조하면, 상기 성장 기판(10), 마스크층(12), 보호층(90), 돌기(11)를 제거한다. 상기 성장 기판(10)은 레이저 리프트 오프 방법 또는 화학적 리프트 오프 방법으로 제거될 수 있다. 상기 성장 기판(10)과 상기 언도프트 질화물층(20) 사이에는 상기 마스크층(12) 및 돌기(11)가 배치되기 때문에, 상기 성장 기판(10)은 상기 언도프트 질화물층(20)으로부터 용이하게 분리될 수 있다. 즉, 상기 마스크층(12)과 돌기(11)는 상기 언도프트 질화물층(20)과 강한 결합을 갖고 있지 않기 때문에, 상기 마스크층(12) 및 돌기(11)의 면적이 넓을수록 상기 성장 기판(10)의 분리가 용이하다.
상기 성장 기판(10)이 분리됨에 따라 상기 돌기(11)와 마스크층(12)도 쉽게 분리될 수 있으며, 상기 보호층(90)은 에천트를 이용하여 제거할 수 있다.
이에 따라 상기 언도프트 질화물층(20)에는 상면 홈(22) 및 단차(21)가 형성된다.
도 15를 참조하면, 상기 언도프트 질화물층(20)을 선택적으로 제거하여 상기 제1 도전형의 반도체층(30)이 노출되도록 하고, 상기 제1 도전형의 반도체층(30) 상에 제1 전극(70)을 형성한다. 그리고, 상기 제2 전극(110)을 분리하면 제4 실시예에 따른 발광 소자가 제작된다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 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.
10: 성장 기판, 11: 돌기, 12: 마스크층, 12a: 돌출 패턴, 20: 언도프트 질화물층, 21: 단차, 30: 제1 도전형의 반도체층, 31: 단차, 40: 활성층, 50: 제2 도전형의 반도체층, 60: 발광 구조층, 70: 제1 전극, 80: 제2 전극, 90: 보호층, 110: 제2 전극, 111: 오믹 접촉층, 112: 반사층, 113: 전도성 지지기판

Claims (20)

  1. 제1 도전형의 반도체층;
    제2 도전형의 반도체층; 및
    상기 제1 도전형의 반도체층과 상기 제2 도전형의 반도체층 사이에 활성층을 포함하고,
    상기 제1 도전형의 반도체층은 상기 활성층에 대향하는 제1 면과 상기 제1 면의 반대 방향을 향하는 제2 면을 포함하고,
    상기 제1 도전형의 반도체층은 상기 제1 도전형의 반도체층의 측면과 상기 제2면 사이에 단차를 가지며,
    상기 단차는 상기 제1 도전형의 반도체층의 제2면의 외측 둘레에 배치되고 상기 제1도전형의 반도체층의 측면보다 내측에 배치된 하면 및 내측면을 가지는 발광 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 도전형의 반도체층의 측면은 돌출부를 포함하는 발광 소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 도전형의 반도체층 아래에 성장 기판을 더 포함하고, 상기 제1 도전형의 반도체층 상에 제1 전극 및 상기 제2 도전형의 반도체층 상에 제2 전극을 더 포함하는 발광 소자.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 성장 기판과 상기 제1 도전형의 반도체층 사이에 돌기를 더 포함하는 발광 소자.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 돌기는 반구 형상으로 형성되고, SiO2, SiN, GaO, ZnO, ITO 중 어느 하나를 포함하는 발광 소자.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 제1 도전형의 반도체층에서 상기 단차의 하면은 상기 성장 기판과 이격되는 발광 소자.
  7. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 도전형의 반도체층의 아래에 제1 전극 및 상기 제2 도전형의 반도체층 위에 제2 전극을 포함하는 발광 소자.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 단차는 상기 제1 도전형의 반도체층의 측면을 따라 상기 제1도전형의 반도체층의 측면으로부터 단차진 발광 소자.
  9. 언도프트 질화물층; 및
    상기 언도프트 질화물층과 접하고, 제1 도전형의 반도체층, 제2 도전형의 반도체층, 및 상기 제1 도전형의 반도체층과 상기 제2 도전형의 반도체층 사이에 활성층을 포함하는 발광 구조층을 포함하고,
    상기 언도프트 질화물층은 상기 제1 도전형의 반도체층에 대향하는 제1 면과 상기 제1 면의 반대 방향을 향하는 제2 면을 포함하고,
    상기 언도프트 질화물층은 상기 언도프트 질화물층의 측면과 상기 제2면 사이에 단차를 가지며,
    상기 단차는 상기 언도프트 질화물층의 제2면의 외측 둘레에 배치되고 상기 언도프트 질화물층의 측면보다 내측에 배치된 하면 및 내측면을 가지는 발광 소자.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 언도프트 질화물층의 측면은 돌출부를 포함하는 발광 소자.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 언도프트 질화물층 아래에 성장 기판을 더 포함하고, 상기 제1 도전형의 반도체층 상에 제1 전극 및 상기 제2 도전형의 반도체층 상에 제2 전극을 더 포함하는 발광 소자.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 성장 기판과 상기 언도프트 질화물층 사이에 돌기를 더 포함하는 발광 소자.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 돌기는 반구 형상으로 형성되고, SiO2, SiN, GaO, ZnO, ITO 중 어느 하나를 포함하는 발광 소자.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 언도프트 질화물층의 상기 단차의 하면은 상기 성장 기판과 이격되는 발광 소자.
  15. 제 9항에 있어서,
    상기 언도프트 질화물층은 상기 제1 도전형의 반도체층 상에 일부분에 배치되고, 상기 언도프트 질화물층이 배치되지 않은 상기 제1 도전형의 반도체층 상에 제1 전극을 더 포함하고, 상기 제2 도전형의 반도체층 아래에 제2 전극을 더 포함하는 발광 소자.
  16. 제 9항에 있어서,
    상기 단차는 상기 언도프트 질화물층의 측면을 따라 상기 언도프트 질화물층의 측면으로부터 단차진 발광 소자.
  17. 성장 기판 상에 복수의 발광 구조층 성장 영역을 구분하는 마스크층을 형성하는 단계;
    상기 발광 구조층 성장 영역으로부터 언도프트 질화물층을 형성하는 단계;
    상기 언도프트 질화물층 상에 제1 도전형의 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형의 반도체층을 포함하는 발광 구조층을 형성하는 단계;
    상기 발광 구조층을 선택적으로 제거하여 상기 제1 도전형의 반도체층 상에 제1 전극 및 상기 제2 도전형의 반도체층 상에 제2 전극을 형성하는 단계;
    상기 성장 기판 및 마스크층을 칩 단위로 절단하는 단계; 및
    상기 마스크층을 제거하는 단계를 포함하며,
    상기 언도프트 질화물층은 상기 제1 도전형의 반도체층에 대향하는 제1 면과 상기 제1 면의 반대 방향을 향하는 제2 면을 포함하고,
    상기 언도프트 질화물층은 상기 언도프트 질화물층의 측면과 제 2면 사이에 상기 마스크층이 제거된 영역에 단차가 배치되며,
    상기 단차는 상기 언도프트 질화물층의 제2면의 외측 둘레에 배치되고 상기 언도프트 질화물층의 측면보다 내측에 배치된 하면 및 내측면을 가지는 발광 소자 제조방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 언도프트 질화물층의 단차의 하면은 상기 언도프트 질화물층의 측면으로부터 단차지며, 상기 성장 기판으로부터 이격되는 발광 소자 제조방법.
  19. 성장 기판 상에 복수의 발광 구조층 성장 영역을 구분하는 마스크층을 형성하는 단계;
    상기 발광 구조층 성장 영역으로부터 언도프트 질화물층을 형성하는 단계;
    상기 언도프트 질화물층 상에 제1 도전형의 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형의 반도체층을 포함하는 발광 구조층을 형성하는 단계;
    상기 각각의 발광 구조층 사이에 보호층을 형성하는 단계;
    상기 발광 구조층 및 보호층 상에 제2 전극을 형성하는 단계;
    상기 성장 기판을 분리하고 상기 마스크층 및 보호층을 제거하는 단계;
    상기 제1 도전형의 반도체층 상에 제1 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 전극을 칩 단위로 절단하는 단계를 포함하며,
    상기 언도프트 질화물층은 상기 제1 도전형의 반도체층에 대향하는 제1 면과 상기 제1 면의 반대 방향을 향하는 제2 면을 포함하고,
    상기 언도프트 질화물층은 상기 언도프트 질화물층의 측면과 제2 면 사이에 상기 마스크층이 제거된 영역에 단차가 배치되며,
    상기 단차는 상기 언도프트 질화물층의 제2 면의 외측 둘레에 배치되고 상기 언도프트 질화물층의 측면보다 내측에 배치된 하면 및 내측면을 가지는 발광 소자 제조방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 제1 도전형의 반도체층 상에 상기 제1 전극을 형성하기 전에 상기 언도프트 질화물층을 선택적으로 제거하는 단계를 더 포함하는 발광 소자 제조방법.
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