KR101743026B1 - 자외선 발광 다이오드 및 이의 제조방법 - Google Patents

자외선 발광 다이오드 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101743026B1
KR101743026B1 KR1020160051009A KR20160051009A KR101743026B1 KR 101743026 B1 KR101743026 B1 KR 101743026B1 KR 1020160051009 A KR1020160051009 A KR 1020160051009A KR 20160051009 A KR20160051009 A KR 20160051009A KR 101743026 B1 KR101743026 B1 KR 101743026B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
layer
light emitting
active region
semiconductor layer
Prior art date
Application number
KR1020160051009A
Other languages
English (en)
Inventor
이동선
공득조
이준엽
박문도
Original Assignee
광주과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 광주과학기술원 filed Critical 광주과학기술원
Priority to KR1020160051009A priority Critical patent/KR101743026B1/ko
Priority to US15/495,050 priority patent/US10177284B2/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101743026B1 publication Critical patent/KR101743026B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/483—Containers
    • H01L33/486—Containers adapted for surface mounting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission
    • H01L27/153—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars
    • H01L27/156—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars two-dimensional arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0075—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/10—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H01L33/24—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate of the light emitting region, e.g. non-planar junction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/38—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape
    • H01L33/387—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape with a plurality of electrode regions in direct contact with the semiconductor body and being electrically interconnected by another electrode layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1204—Optical Diode
    • H01L2924/12041—LED
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0025—Processes relating to coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
    • H01L2933/0066—Processes relating to semiconductor body packages relating to arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
    • H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/44—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/44—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating
    • H01L33/46—Reflective coating, e.g. dielectric Bragg reflector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

측면 발광 동작이 수행되는 자외선 발광 다이오드 및 그 제조방법이 개시된다. 기판으로부터 함몰된 활성 영역의 내부에 발광 구조체가 형성되며, 발광 구조체는 기판의 표면과 평행한 방향의 성장을 통해 형성된다. 또한, 발광 구조체 상부 또는 하부에는 반사 금속층이 형성되어, 발광 구조체의 성장 방향인 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 자외선을 배출할 수 있다.

Description

자외선 발광 다이오드 및 이의 제조방법{UV-Light Emitting Diode and Methode of manufacturing the same}
본 발명은 자외선 발광 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적층 구조의 측면으로 발광이 진행되는 자외선 발광 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
자외선 발광 다이오드는 100nm 내지 400nm 파장의 광을 생성하는 발광 다이오드이며, 생성되는 광의 종류에 따라 UVA, UVB 및 UVC로 당업계에서는 분류되고 있다.
상용화된 자외선 발광 다이오드는 AlGaN을 기반물질로 이용하고 있으며, Al의 분률에 따라 파장대가 결정되는 특징이 있다. 즉, 양자우물구조에서 Al의 분률이 높을수록 단파장의 광을 형성한다. 또한, 제조공정은 기존의 청색 발광 다이오드와 유사한 특징이 있으나, p형 반도체층의 형성에서는 일정한 차이를 보이고 있다.
즉, 자외선 발광 다이오드에서 p형 반도체층을 형성하기 위해서는 AlGaN의 화합물 반도체에 Mg가 도판트로 사용된다. 다만, AlGaN의 가전자대와 Mg의 전도대 사이의 에너지 레벨의 차이는 0.35eV이다. 이는 매우 높은 에너지 레벨의 차이를 보이는 것으로 p형 반도체층으로 도판트를 활성화하여 정공을 형성하는데 장애 요인이 된다.
예컨대, 청색 발광 다이오드에 사용되는 p형 반도체층의 경우, GaN의 가전자대와 Mg의 전도대의 에너지 레벨의 차이는 0.15eV 내지 0.17eV이다. 도판트가 활성화되어 GaN에서 정공이 형성되기 위해서는 GaN의 전자가 Mg의 전도대로 이동하는 현상이 발생되어야 하며, 이를 위해서는 GaN 에는 0.15eV 내지 0.17eV 이상의 에너지가 공급되어야 한다. 이를 위해 청색 발광 다이오드에서는 p형 반도체층을 MOCVD 공정을 통해 형성한 다음, 약 700℃ 이상에서 열처리하는 공정이 수반된다. 다만, 열처리가 수행된다 하더라도 활성화율은 10% 정도에 머무는 것으로 알려져 있다.
반면, AlGaN을 기반물질로 사용하는 자외선 발광 다이오드는 p형 반도체층을 형성하기 위해 Mg을 도판트로 이용하더라도 정공 형성에는 상당한 제약이 따른다. 즉, AlGaN과 Mg의 에너지 레벨의 차이는 상대적으로 매우 높으므로 도판트의 활성화는 미미한 수준이 된다. 당업계에 알려진 바로는 도판트의 활성화율은 1% 내지 3% 정도로 알려져 있다. 따라서, AlGaN을 이용하여 p형 반도체층을 형성하더라도 낮은 정공의 밀도로 인해 p형 반도체층은 높은 저항률을 가지며, 양자우물구조에 공급되는 정공의 양은 미미하여 원하는 휘도의 발광 동작을 구현할 수 없는 문제가 있다.
이를 해결하기 위해 p형의 AlGaN 상부에 p형의 GaN층이 추가로 도입된다. 즉, p형의 GaN층의 도입을 통해 발광 동작에 필요한 정공의 밀도는 확보될 수 있다. 다만, 상술한 구조는 발광 동작 시에 치명적인 문제점을 가진다. 이는 GaN층이 가지는 밴드갭 에너지에 기인하는 것으로 양자우물구조에서 생성된 자외선이 p형의 GaN층에서 흡수되는 문제가 발생된다. 따라서, 양자우물구조에서 생성된 자외선은 외부로 추출되지 못하고, 대부분이 흡수되는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 제1 기술적 과제는 적층 구조의 측면을 통해 발광되는 자외선 발광 다이오드를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 제2 기술적 과제는 상기 제1 기술적 과제를 달성하기 위한 자외선 발광 다이오드의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 제1 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 기판; 상기 기판의 표면으로부터 함몰되고, 기판의 저면과 측면을 노출하는 활성 영역; 상기 활성 영역 상부 및 상기 활성 영역의 측면에 형성되고, 상기 활성 영역의 일부 측면을 노출하는 절연물층; 상기 일부 노출된 활성 영역의 측면을 근거로 기판과 평행한 제1 방향으로 성장된 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 가지는 발광 구조체; 상기 n형 반도체층 상에 형성된 음극; 및 상기 p형 반도체층 상에 형성된 양극을 포함하는 자외선 발광 다이오드를 제공한다.
또한, 본 발명의 상기 제1 기술적 과제는, 기판의 표면으로부터 함몰되어 정의된 활성 영역; 상기 활성 영역 내의 제1 방향을 따라 형성되고, n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 가지고, 자외선을 형성하는 발광 구조체; 상기 발광 구조체의 n형 반도체층에 전기적으로 연결된 음극; 및 상기 p형 반도체층에 전기적으로 연결된 양극을 포함하고, 상기 자외선은 상기 발광 구조체의 형성 방향인 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 배출되는 것을 특징으로 하는 자외선 발광 다이오드의 제공을 통해서도 달성될 수 있다.
또한, 상기 제2 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 기판에 대한 선택적 식각을 통해 기판의 표면으로부터 함몰된 활성 영역을 형성하는 단계; 상기 활성 영역의 측벽 일부를 노출하고, 상기 기판의 돌출부 상부, 상기 활성 영역의 저면 및 상기 활성 영역의 나머지 측벽을 차폐하는 절연물층을 형성하는 단계; 상기 노출된 활성 영역을 근거로 상기 절연물층을 성장의 종점으로 하여 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 가지는 발광 구조체를 상기 기판의 표면과 평행하는 제1 방향으로 형성하는 단계; 및 상기 n형 반도체층 상의 음극 및 상기 p형 반도체층 상의 양극을 형성하는 단계를 포함하는 자외선 발광 다이오드의 제조방법을 제공한다.
상술한 본 발명에 따르면, 발광 구조체의 형성을 위한 결정 성장 방향인 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 음극과 양극이 형성된다. 즉, 결정 성장 방향의 측면에 전극들이 형성된다. 또한, 결정 성장은 기판의 평면으로부터 평행한 방향으로 진행되며, 기판으로부터 함몰된 활성 영역 내로 제한된다. 따라서, 다수의 발광 구조체는 동일한 규격과 사이즈로 별도의 분리 공정없이도 형성될 수 있다.
특히, 활성층에서 형성된 자외선이 결정 성장 방향에 배치된 p형 반도체층에 일부 흡수될 수는 있으나, 활성층의 하부 또는 상부에 배치된 반사 금속층을 통해 외부로 원활하게 배출될 수 있다. 따라서, 광추출 효율은 증가될 수 있다. 또한, 활성 영역의 사이즈, 다양한 배치 및 동일 평면에 형성된 전극들의 배선 상의 배치를 통해 원하는 휘도의 자외선을 얻을 수 있는 잇점이 있다.
또한, c축으로 결정 성장된 자외선 발광 다이오드의 경우, 형성되는 자외선은 c축 방향으로 일부가 진행되나, c축에 수직인 결정 성장의 측면 방향으로 상당부분 배출되는 특징이 있다. 따라서, 본 발명의 자외선 발광 구조는 결정 성장의 측면으로 자외선의 배출이 극대화되어 외부 광추출 효율의 향상을 꾀할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 자외선 발광 다이오드를 개시한 단면도이다.
도 2 내지 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따라 상기 도 1의 자외선 발광 다이오드의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자외선 발광 다이오드의 상부 평면 투시도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자외선 발광 다이오드를 개시한 단면도이다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자외선 발광 다이오드의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
제1 실시예
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 자외선 발광 다이오드를 개시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 자외선 발광 다이오드는 기판(100), 반사 금속층(110), 절연물층(120), 발광 구조체(130), 음극(140) 및 양극(150)을 포함한다.
상기 기판(100)은 Al2O3, GaN 또는 AlN 조성을 가질 수 있다. 다만, 상기 기판(100)은 발광 구조체(130)의 형성이 원활한 격자 상수와 결정 구조를 가짐이 바람직하다. 예컨대, 상기 기판(100)은 제1 방향이 c축 방향인 육방정계 구조를 가짐이 바람직하다.
또한, 상기 기판(100)은 임의의 기판 상에 형성된 특정의 막질일 수 있다. 예컨대, 사파이어 기판 상에 형성된 GaN층이 상기 기판(100)으로 사용될 수 있다.
또한, 상기 기판(100)은 평활한 형태로 제공되지 아니하며, 활성 영역(105)이 정의된 형태로 제공된다. 활성 영역(105)은 기판(100)의 표면으로부터 함몰된 부위를 지칭하며, 활성 영역(105)에서 발광 구조체(130)가 형성된다. 즉, 기판(100)의 표면으로부터 함몰된 활성 영역(105) 내에서 화합물 반도체의 결정성장이 일어난다. 또한, 결정성장의 방향은 기판과 평행한 제1 방향임이 바람직하다.
상기 기판(100)의 표면의 함몰에 의해 정의되는 활성 영역(105)은 저면에 기판(100)의 표면을 노출하고, 측면으로는 기판(100)의 돌출부의 측면을 노출한다. 또한, 활성 영역(105)을 정의하는 기판(100)의 저면과 측면은 서로 다른 재질일 수 있다. 만일, 성장용 기판 상에 형성된 화합물 반도체층이 기판(100)으로 사용되는 경우, 화합물 반도체층의 선택적 식각에 의해 성장용 기판의 표면이 노출된다면, 기판(100)의 측면은 화합물 반도체층으로 구성될 수 있다.
상기 기판(100) 상에는 반사 금속층(105)이 구비된다. 특히, 상기 반사 금속층(105)은 활성 영역(105)의 저면에 형성되며, 기판(100)이 함몰된 부위 상에 형성된다. 발광 구조체(130)에서 형성된 자외선은 반사 금속층(110)에 의해 제2 방향으로 배출된다.
상기 반사 금속층(110)은 Cr, Ag 또는 이들이 합금일 수 있으며, 광의 반사 기능을 수행할 수 있는 물질이라면 어느 것이나 가능할 것이다.
상기 반사 금속층(110) 상에는 절연물층(120)이 구비된다. 상기 절연물층(120)은 활성 영역(105)의 저면에 형성되며, 절연물층(120)의 일부는 활성 영역(105)의 측벽을 따라 형성된다. 상기 절연물층(120)은 SiO2 또는 SiN으로 구성될 수 있으며, 발광 구조체(130)의 형성공정에 용융되지 않고 물성과 형상을 유지할 수 있는 절연물이라면 어느 것이라도 가능할 것이다.
또한, 상기 절연물층(120)은 활성 영역(105)을 정의하는 기판(100)의 측벽의 일부를 노출하는 양상으로 형성된다.
상기 절연물층(120) 상에는 발광 구조체(130)가 형성된다. 상기 발광 구조체(130)는 기판(100)과 평행한 방향인 제1 방향으로 성장된 양상을 가진다. 제1 방향으로 성장된 발광 구조체(130)는 제1 방향의 일측에서 기판(100)의 측벽과 접하며, 제1 방향의 타측에서는 절연물층(120)과 접하는 양상으로 형성된다.
상기 발광 구조체(130)는 n형 반도체층(131), 활성층(132), p형 접합층(133) 및 p형 반도체층(134)을 가진다.
n형 반도체층(131)은 AlGaN으로 구성될 수 있으며, 도판트로 Si가 이용될 수 있다. n형 반도체층(131)의 형성은 통상의 MOCVD 공정으로 이루어지며, Al의 전구체로는 TMAl, Ga의 전구체로는 TMGa, N의 전구체로는 NH3가 이용되고, Si의 전구체로는 SiH4가 이용된다. 특히, n형 반도체층(131)은 활성 영역(105)을 정의하는 기판(100)의 내부 측벽으로부터 성장된 양상을 가질 수 있으며, 실시의 형태에 따라 기판(100)의 측벽과 n형 반도체층(131) 사이에는 버퍼층 또는 다른 기능성 막질이 개입될 수 있다.
상기 n형 반도체층(131)의 제1 방향으로 신장된 측면에는 활성층(132)이 구비된다. 상기 활성층(132)은 다중양자우물구조를 가짐이 바람직하다. 따라서, 활성층(132)은 AlInGaN 또는 AlGaN으로 구성된다. 활성층(132)은 통상의 MOCVD 공정으로 형성될 수 있으며, Al의 전구체로는 TMAl, In의 전구체로는 TMIn, Ga의 전구체로는 TMGa, N의 전구체로는 NH3가 이용된다. 우물층의 형성을 위해 Al 또는 In의 분율은 조절된다. 즉, Al 또는 In의 분율이 증가할수록 전도대와 가전자대 사이의 밴드갭은 감소하는 특징이 있으므로 형성하고자 하는 자외선의 파장에 상응하여 Al 또는 In의 분율은 조절된다. 또한, 장벽층은 우물층에 비해 Al 또는 In의 분율이 상대적으로 낮은 특징을 가진다.
활성층(132)의 제1 방향으로 신장된 측면에는 p형 접합층(133)이 구비된다. 상기 p형 접합층(133)은 AlGaN의 재질을 가짐이 바람직하다. 특히, 결정성장 과정에서 활성층(132)의 성장은 c축 방향으로 진행됨이 바람직하며, 성장된 활성층(132)의 측면은 노출된다. 따라서, n형 반도체층(131), 활성층(132) 및 p형 접합층(133)도 c축으로 성장하는 양상을 가진다. 따라서, 활성층(132)의 제1 방향으로 노출된 성장의 말단을 근거로 p형 접합층(133)의 성장은 이루어질 수 있다. p형 접합층(133)의 형성을 위해 AlGaN의 결정 성장 과정에서 도판트로 Mg가 사용된다. 도판트 Mg의 전구체로는 Cp2Mg(Bis (cyclopentadienyl) magnesium)이 사용될 수 있다. 다만, Mg의 도핑이 일어나더라도 p형 접합층(133)에서의 순수한 정공의 밀도는 작은 수준이므로 발광 동작에 큰 영향을 미치지 않는다.
p형 접합층(133)의 제1 방향으로 신장된 말단에는 p형 반도체층(134)이 형성된다. 상기 p형 반도체층(134)은 GaN으로 구성됨이 바람직하며 도판트로는 Mg가 사용된다. p형 반도체층(134)은 제1 방향으로 신장되며, p형 접합층(133)과 절연물층(120) 사이에 형성된다. 또한, 상기 p형 접합층(133)은 제1 방향으로 c축 성장을 한 양상을 가지며, 활성 영역(105)의 측벽에 형성된 절연물층(120)과 접하도록 형성된다.
또한, 실시의 형태에 따라 활성층(132)과 p형 접합층(133) 사이에는 전자 차단층이 구비될 수 있다. 상기 전자 차단층은 제1 방향으로 활성층(132)을 향해 유입된 전자가 p형 접합층(133)으로 오버플로우되는 현상을 방지한다. 이를 위해 전자 차단층은 AlN 또는 AlGaN을 가질 수 있다.
또한, 기판(100)의 n형 반도체층(131)으로부터 제2 방향으로 음극(140)이 형성된다. 즉, n형 반도체층(131) 상에는 음극(140)이 형성되며, 상기 음극(140)은 n형 반도체층(131)과 전기적으로 연결되며, 실시의 형태에 따라서 음극(140)의 일부는 기판(100) 상에 걸쳐 형성될 수 있다.
활성 영역(105)을 중심으로 음극(140)과 대향하는 방향에는 양극(150)이 형성된다. 양극(150)은 p형 반도체층(134)과 전기적으로 연결된다. 이를 위해 양극(150)은 p형 반도체층(134) 상에 형성된다. 또한, 실시의 형태에 따라 양극(150)의 일부는 기판(100) 상에 걸쳐서 형성될 수 있다.
상기 도 1에서 음극(140)과 양극(150)에 인가된 전압에 의해 n형 반도체층(131)의 전자는 제1 방향으로 활성층(132)으로 이동하고, p형 반도체층(134)의 정공은 제1 방향과 반대 방향으로 활성층(133)으로 이동한다. 활성층(133)에서 형성된 다중양자우물구조에 의해 정공과 전자는 재결합되고, 발광 동작이 수행된다. 다만, 활성층(132)에서 형성된 자외선은 반사 전극층(110)에 의해 제1 방향으로 수직인 제2 방향으로 배출된다.
또한, 상기 도 1에서 실시의 형태에 따라 상기 p형 접합층(133)은 생략될 수 있다. 예컨대 활성층(132)으로부터 제1 방향으로 p형 반도체층(134)이 직접 형성될 수도 있다. p형 반도체층(134)으로는 AlGaN 또는 GaN이 사용될 수 있다.
도 2 내지 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따라 상기 도 1의 자외선 발광 다이오드의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 2를 참조하면, 기판(100)에 대한 식각 공정을 통해 활성 영역이 형성된다. 상기 기판(100)은 Al2O3, GaN 또는 AlN 조성을 가짐이 바람직하다.
먼저, 평활한 기판의 표면에 식각 마스크가 형성된다. 상기 식각 마스크는 포토레지스트의 도포 및 노광 공정에 따른 레지스트 패턴의 형성에 의해 형성될 수 있으며, 식각 마스크는 SiN 등의 하드 마스크로 구성될 수도 있다. 형성된 식각 마스크를 근거로 습식 또는 건식 식각이 수행되면, 식각 마스크 하부의 기판은 잔류하고, 그 이외의 영역은 식각된다. 이를 통해 표면으로부터 함몰된 활성 영역(105)이 형성된다. 또한, 상기 기판(100)은 당업자가 발광 다이오드 성장용 기판으로 이해하는 기판 이외에 특정의 막질을 지칭할 수 있다. 이는 하기의 도 3에 설명된다.
도 3을 참조하면, 성장용 기판(10) 상에 MOCVD 또는 MOVPE 공정을 통해 화합물 반도체층이 형성된다. 화합물 반도체층은 설명의 편의상 기판(100)으로 지칭한다. 예컨대, 성장용 기판(10)은 사파이어 기판일 수 있으며, 화합물 반도체층인 기판(100)은 GaN을 가질 수 있다. 다만, 화합물 반도체층인 기판(100)은 도핑되지 않은 상태임이 바람직하다. 화합물 반도체층은 도핑되지 않은 경우, 부도체의 특성을 가진다.
이어서, 형성된 기판(100) 상에 통상의 포토리소그래피 공정을 통해 식각 마스크를 형성하고, 상기 도 2에 설명된 바와 같은 식각 공정을 통해 활성 영역(105)을 형성할 수 있다.
또한, 상기 도 3에서는 활성 영역(105)의 저면에는 기판(100)이 노출된 것으로 개시되나, 식각의 깊이에 따라 성장용 기판(10)이 노출되어도 무방하다. 만일, 활성 영역(105)의 저면이 식각에 의해 노출된 성장용 기판(10)인 경우, 활성 영역(105)의 저면과 측면은 서로 다른 재질로 구성된다. 즉, 기판(100)을 구성하는 측면은 성장된 화합물 반도체층이 되며, 활성 영역(105)의 저면은 성장용 기판(10)의 표면이 된다.
도 4를 참조하면, 기판(100) 상에 반사 금속층(110)이 형성된다. 반사 금속층(110)은 활성 영역(105)의 저면에 형성된다. 또한, 반사 금속층(110)은 활성 영역(105)의 저면 일부에 형성될 수도 있다. 반사 금속층(110)은 포토레지스트를 이용한 리프트-오프 공정 또는 파인 메탈 마스크를 이용한 열증착 공정을 통해 형성될 수 있으며, 형성 공정에 특별한 제한을 두지 않는다.
파인 메탈 마스크를 이용할 경우, 활성 영역(105)의 저면에 대응하는 파인 메탈 마스크는 오픈되고, 오픈된 영역을 통해 반사 금속층(110)은 증착될 수 있다.
계속해서 반사 금속층(110)이 형성된 기판(100)의 전면에 절연물층(120)이 형성된다. 상기 절연물층(120)은 SiO2 또는 SiN의 재질을 가짐이 바람직하다. 특히, MOCVD 또는 MOVPE 공정을 통해 활성층(132)의 형성시, 활성층(132)의 성장이 이루이지지 않는 재질의 부도체이고, 광투과성을 가진 물질이라면 절연물층(120)으로 사용가능할 것이다. 이를 통해 활성 영역(105)의 측벽, 반사 금속층(110) 및 기판(100)의 돌출 부위를 차폐하는 절연물층(120)이 형성된다.
도 5를 참조하면, 절연물층(120)에 대한 선택적 식각을 통해 활성 영역(105)의 측면을 노출시킨다. 이를 통해 기판(100)의 돌출 부위의 일부 측면은 노출된다. 또한, 활성 영역(105)의 측면 이외의 영역은 절연물층(120)으로 차폐된 상태가 된다.
절연물층(120)에 대한 선택적 식각은 경사 식각을 통해 수행될 수 있다. 예컨대, 상기 기판(100)이 이루는 평면으로부터 45도 미만의 각도로 건식 식각이 수행되는 경우, 에천트가 진행하는 방향과 마주보는 면은 식각의 정도가 커지며, 이를 통해 활성 영역(105)의 측면이 노출된다. 또한, 절연물층(120)에 대한 선택적 식각은 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용한 건식 또는 습식 식각을 통해 달성될 수 있다. 포토레지스트 패턴은 활성 영역(105)의 일부 측벽을 오픈하는 패턴으로 형성되고, 오픈된 영역에 대한 식각을 통해 활성 영역(105)의 측벽은 개방될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 도 5에 개시된 구조물에 대해 화합물 반도체 결정 성장이 수행된다. 즉, 상기 도 5에서 오픈된 활성 영역(105)의 측벽을 기반으로 발광 구조체(130)가 성장된다. 예컨대 상기 도 5에서 오픈된 활성 영역(105)이 c평면이라면, 이를 근거로 n형 반도체층(131)이 먼저 형성된다. 상기 n형 반도체층(131)은 AlGaN 재질을 가지며 도판트로는 Si가 사용된다. 결정 성장의 방향은 제1 방향이며, 일부 공정 설계에 따라 제2 방향으로의 결정 성장이 진행될 수도 있겠으나 제1 방향을 따라 진행되는 결정 성장에 비해 미미한 정도이다. 또한, 활성 영역(105)의 저면은 절연물층(120)으로 차폐되고, 활성 영역(105) 내에서 오픈된 활성 영역(105)의 측벽과 대향하는 측벽도 절연물층(120)으로 차폐된 상태이므로 결정 성장의 양상은 일방향 성장이 주도적이다.
계속해서 제1 방향으로 성장된 n형 반도체층(131)의 말단으로부터 활성층(132)의 성장이 개시된다. 활성층(132)은 다중양자우물구조를 가짐이 바람직하다. 활성층(132)의 장벽층 및 우물층은 AlInGaN 또는 AlGaN을 포함함이 바람직하다.
이어서 제1 방향으로 성장된 활성층(132)의 성장의 말단을 근거로 제1 방향의 성장을 통한 p형 접합층(132)이 형성된다. p형 접합층(133)은 AlGaN 재질을 가지며, Mg을 도판트로 이용하여 p형의 도전형을 가진다. 상기 p형 접합층(133)은 이후에 형성되는 p형 반도체층(134)과 활성층(132) 사이의 격자 부정합을 해소하는 역할을 수행할 수 있으며, p형 반도체층(134)에서 공급되는 정공을 활성층(132)으로 전달하는 역할도 수행할 수 있다.
또한, 제1 방향으로 성장된 p형 접합층(133)의 말단을 근거로 p형 반도체층(134)이 형성된다. 상기 p형 반도체층(134)은 GaN을 포함하며, 도판트로는 Mg가 이용된다. 특히, 상기 p형 반도체층(134)은 제1 방향으로 성장되며, 성장의 종점은 활성 영역(105)으로부터 돌출된 기판(100)의 측벽 또는 활성 영역의 측벽에 형성된 절연물층(120)이 된다. 절연물층(120)을 통해 화합물 반도체의 성장은 차단되므로 활성 영역(105)의 함몰된 공간을 매립하는 발광 구조체(130)가 형성된다.
계속해서, 활성 영역(105)을 정의하는 기판(100)의 돌출부 상에 형성된 절연물층(120)은 제거된다. 기판(100)의 돌출부 상에 형성된 절연물층(120)의 제거는 통상의 식각 공정을 통해서 수행될 수 있겠으나, 화학적 기계적 연마 공정(Chemical Mechanical Polishing)을 통해 수행됨이 바람직하다. 이는 평탄화 공정으로 정의될 수 있다.
예컨대, 발광 구조체(130)가 제1 방향으로 주도적 성장이 이루어지더라도, 제2 방향으로 일부 성장될 수 있다. 제2 방향으로의 일부 성장은 기판(100)의 돌출부보다 높은 위치에 발광 구조체(130)의 일부가 돌출되는 현상을 유발한다. 이는 화학적 기계적 연마 공정을 통해 제거될 수 있는 잇점이 있다.
이를 통해 동일 평면 상에 활성층(132), n형 반도체층(131) 및 p형 반도체층(134)이 노출된다.
도 7을 참조하면, 도 6의 구조물에 대해 음극(140) 및 양극(150)의 형성공정이 수행된다. 음극(140) 및 양극(150)의 재질은 통상의 자외선 발광 다이오드의 제조공정에서 사용되는 재질과 동일하다.
다만, 음극(140)과 양극(150)은 동일 평면 상에 형성된다. 또한, 실시의 형태에 따라 음극(140)은 n형 반도체층(131)과 기판(100)의 돌출부 상에 걸쳐서 형성될 수 있으며, 양극(150)은 p형 반도체층(134)과 기판(100)의 돌출부 상에 걸쳐서 형성될 수 있다.
본 실시예에서 발광 구조체(130)는 기판(100)이 이루는 평면과 평행한 제1 방향으로 성장한다. 또한, 제1 방향으로의 성장은 기판(100)으로부터 함몰된 활성 영역(105)으로 제한된다. 발광 구조체(130)에서 생성된 자외선은 하부에 배치된 반사 금속층(110)에 의해 반사되고, 제2 방향으로 배출된다. 또한, 기판(100)의 저면으로부터 제2 방향에는 양극(150) 및 음극(140)이 배치된다. 즉, 음극(140) 및 양극(150)은 성장이 진행되는 면의 측면에 배치된다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자외선 발광 다이오드의 상부 평면 투시도이다.
도 8을 참조하면, 설명의 편의를 위해 반사 금속층의 구성은 도면에서 생략된 상태이나, 함몰된 활성 영역(105)의 저면에 반사 금속층이 배치된 상태로 이해되어야 한다.
또한, 반사 금속층의 상부 및 활성 영역(105)의 측벽을 둘러싸면서 절연물층(120)이 형성된다. 다만, 절연물층(120)은 기판(100)의 돌출 부위의 일부 측벽 또는 활성 영역(105)의 일부 측벽을 개방시킨다. 개방된 기판(100)의 측벽을 근거로 발광 구조체(130)의 결정 성장이 수행된다. 이를 통해 활성 영역(105)을 매립하는 n형 반도체층(131), 활성층(132), p형 접합층(133) 및 p형 반도체층(134)이 형성된다.
활성 영역들(105)은 복수개 형성될 수 있으며, 활성 영역(105)을 매립하는 발광 구조체들(130)도 복수개 형성될 수 있다. 또한, 발광 구조체(130)의 노출된 면과 기판(100)의 노출된 면은 동일 평면을 형성한다. 따라서, 각각의 발광 구조체(130)를 전기적으로 연결하는 음극(140) 및 양극(150)도 동일 평면 상에 형성된다.
예컨대, 상기 도 8에 도시된 바대로 음극(140)은 복수개의 활성 영역들(105) 내에 형성된 n형 반도체층들(131)을 동시에 연결할 수 있는 배선 타입을 가질 수 있으며, 이를 음극 배선으로 지칭한다. 또한, 양극(150)은 복수개의 p형 반도체층들(134)을 동시에 연결하는 배선 타입으로 형성될 수 있으며, 이를 양극 배선으로 지칭한다.
또한, 음극 배선은 음극 패드(161)와 전기적으로 연결되며, 양극 배선은 양극 패드(162)와 전기적으로 연결될 수 있다. 형성된 배선 구조를 통해 복수개의 발광 구조체(130)는 동시에 발광 동작을 수행할 수 있으며, 패키지 공정에서의 편리성은 증대된다.
제2 실시예
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자외선 발광 다이오드를 개시한 단면도이다.
도 9을 참조하면, 기판(200) 상에 활성 영역(205)이 정의된다. 기판(200)의 재질은 상기 도 1에서 설명된 바와 동일하다.
특히, 상기 기판(200)의 표면의 함몰에 의해 정의되는 활성 영역(205)은 저면에 기판(200)의 표면을 노출하고, 측면으로는 기판(200)의 돌출부의 측면을 노출한다. 또한, 활성 영역(205)을 정의하는 기판(200)의 저면과 측면은 서로 다른 재질일 수 있다. 만일, 성장용 기판 상에 형성된 화합물 반도체층이 기판(200)으로 사용되는 경우, 화합물 반도체층의 선택적 식각에 의해 성장용 기판의 표면이 노출된다면, 기판(200)의 측면은 화합물 반도체층으로 구성될 수 있다.
활성 영역(205)의 측벽의 일부는 발광 구조체(230)와 접하며, 활성 영역(205)의 다른 측벽 및 저면에는 절연물층(220)이 구비된다. 상기 절연물층(220)은 SiO2 또는 SiN임이 바람직하다.
또한, 활성 영역(205)의 함몰 부위는 발광 구조체(230)로 매립된다. 상기 발광 구조체(230)는 기판(200)의 개방된 측벽으로부터 성장된 n형 반도체층(231), 활성층(232), p형 접합층(233) 및 p형 반도체층(234)으로 구성되며, 재질과 형성의 방법은 상기 도 1에서 설명된 바와 동일하다.
또한, 상기 n형 반도체층(231) 상에는 음극(240)이 형성되고, 상기 p형 반도체층(234) 상에는 양극(250)이 형성된다. 상기 음극(240)과 양극(250)은 동일 평면 상에 형성된다.
또한, 음극(240)과 양극(250)이 형성된 기판(200)의 표면 상에는 층간 절연막(260)이 형성되며, 층간 절연막(260)을 관통하는 비아 컨택들(271, 272)이 형성된다. 즉, 제1 비아 컨택(271)은 음극(240)에 연결되고, 제2 비아 컨택(272)은 양극(250)에 전기적으로 연결된다. 특히, 층간 절연막(260)은 투명성 재질임이 바람직하며, SiO2 또는 SiN을 포함할 수 있다.
층간 절연막(260)의 상부에는 반사 금속층(210)이 형성된다. 상기 도 9에서 반사 금속층(210)은 제2 방향으로 발광 구조체(230) 상부에 형성된 것으로 도시된다. 즉, 상기 도 1에서는 기판(100)의 활성 영역(105)의 저면에 형성되어, 발광 구조체(130)에서 생성되는 자외선을 제2 방향으로 배출하는 역할을 수행하나, 도 9에 개시된 반사 금속층(210)은 발광 구조체(230)에서 생성된 광을 제2 방향의 역방향인 기판(200)을 향해 배출하는 동작을 수행한다. 또한, 상기 반사 금속층(210)의 재질은 상기 도 1에 설명된 바와 동일하며, 반사 금속층(210)은 활성층(232)에서 생성된 자외선을 제2 방향의 역방향으로 반사할 수 있도록 배치된다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자외선 발광 다이오드의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10을 참조하면, 제1 실시예에서 개시된 도 2 및 도 3와 동일하게 기판(200) 상에 활성 영역(205)이 정의된다. 기판(200)은 설명된 바와 같이 결정 성장을 위한 통상의 기판일 수 있으며, 별도의 기판 상에 성장된 화합물 반도체층일 수 있다.
기판(200)의 표면으로부터 함몰된 활성 영역(205)이 정의된 기판(200)에 대한 통상의 증착 공정을 통해 절연물층(220)이 형성되며, 절연물층(220)이 형성된 기판(200)에 대한 경사 식각 등의 공정을 통해 활성 영역(205)의 돌출부의 일부 측벽이 노출된다. 따라서, 절연물층(220)은 기판(200)의 돌출부의 상면을 차폐하고, 활성 영역(205)의 저면 및 일부의 측면을 차폐하며, 활성 영역(205)의 다른 측면을 개방한다.
도 11을 참조하면, 절연물층(220)이 형성된 활성 영역(205) 내부에 발광 구조체(230)가 형성된다. 발광 구조체(230)는 기판(200)의 활성 영역(205)에서 개방된 측벽의 결정 구조를 근거로 n형 반도체층(231), 활성층(232), p형 접합층(233) 및 p형 반도체층(234)의 순서로 순차적으로 형성되며, 결정 성장의 방향은 제1 방향이 주도적이다. 또한, 절연물층(220)에는 결정 성장이 이루어지지 않으므로 개방된 측벽에 대향하는 절연물층(220)의 측벽은 성장의 말단이 된다.
계속해서 기판(200)의 돌출부 상에 형성된 절연물층(220)에 대한 평탄화 공정이 수행된다. 이를 통해 상기 도 11에 도시된 바대로 제2 방향으로는 기판(200)의 돌출부, 절연물층(220)의 일부 및 발광 구조체(230) 성장의 측면이 노출된다. 즉, 평탄화 공정을 통해 기판의 돌출부 상에 형성된 절연물층(220)은 제거된다.
도 12를 참조하면, 도 11에 개시된 구조물에 대해 음극(240) 및 양극(250)이 형성된다. 음극(240)과 양극(250)은 포토레지스트를 이용한 통상이 리프트 오프 공정을 통해 형성될 수 있다. 또한, 음극(240)과 양극(250)은 동일 평면 상에 형성된다. 계속해서, 음극(240)과 양극(250) 및 노출된 발광 구조체(230)의 측면을 차폐하는 층간 절연막(260)이 형성된다. 층간 절연막(260)은 통상의 증착 공정을 통해 형성된다.
도 13을 참조하면, 음극(240) 및 양극(250) 상에 비아홀을 형성하고, 금속물의 매립을 통한 비아 컨택들(271, 272)이 형성된다. 이를 통해 n형 반도체층(231) 및 p형 반도체층(234)은 외부와 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 층간 절연막(260)의 상부 및 활성층(232)의 상부에 걸쳐 반사 금속층(210)이 형성된다. 실시의 형태에 따라 반사 금속층(210)이 먼저 형성되고, 그 후에 비아 컨택들(271, 272)이 형성될 수 있다.
제1 방향으로 이동하는 전자 및 제1 방향과 역방향으로 이동하는 정공은 활성층(232)에서 양자 구속되고, 재결합에 따른 발광 동작이 수행된다. 활성층(232)에서 형성된 자외선은 제2 방향을 따라 기판(200)의 상부에 형성된 반사 금속층(210)에 의해 제2 방향의 역방향인 기판(200)을 향해 배출된다.
본 실시예에 따르면, 발광 구조체를 중심으로 기판과 대향하는 면에 반사 금속층이 형성되어 생성되는 자외선은 기판 방향으로 진행된다. 또한, 음극과 양극은 동일 평면 상에 형성되며, 전극 형성의 용이성은 증가된다.
또한, 본 발명에서는 발광 구조체의 형성을 위한 결정 성장 방향인 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 음극과 양극이 형성된다. 즉, 결정 성장 방향의 측면에 전극들이 형성된다. 또한, 결정 성장은 기판의 평면으로부터 평행한 방향으로 진행되며, 기판으로부터 함몰된 활성 영역 내로 제한된다. 따라서, 다수의 발광 구조체는 동일한 규격과 사이즈로 별도의 분리 공정없이도 형성될 수 있다.
특히, 활성층에서 형성된 자외선이 결정 성장 방향에 배치된 p형 반도체층에 일부 흡수될 수는 있으나, 활성층의 하부 또는 상부에 배치된 반사 금속층을 통해 외부로 원활하게 배출될 수 있다. 따라서, 광추출 효율은 증가될 수 있다. 또한, 활성 영역의 사이즈, 다양한 배치 및 동일 평면에 형성된 전극들의 배선 상의 배치를 통해 원하는 휘도의 자외선을 얻을 수 있는 잇점이 있다.
100, 200 : 기판 110, 210 : 반사 금속층
120, 220 : 절연물층 130, 230 : 발광 구조체
140, 240 : 음극 150, 250 : 양극

Claims (20)

  1. 기판;
    상기 기판의 표면으로부터 함몰되고, 기판의 저면과 측면을 노출하는 활성 영역;
    상기 활성 영역의 제1 방향 측벽을 제외한, 상기 기판의 돌출부 상부, 활성 영역의 저면 및 나머지 측벽에 형성된 절연물층;
    일부 노출된 상기 활성 영역의 측면을 근거로 기판과 평행한 제1 방향으로 성장된 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 가지는 발광 구조체;
    상기 n형 반도체층 상에 형성된 음극; 및
    상기 p형 반도체층 상에 형성된 양극을 포함하는 자외선 발광 다이오드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판은 Al2O3, GaN 또는 AlN을 포함하는 것을 특징으로 한 자외선 발광 다이오드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기판의 저면과 상기 기판의 측면은 서로 다른 재질을 가지는 것을 특징으로 하는 자외선 발광 다이오드.
  4. 제1항에 있어서, 상기 발광 구조체는 상기 활성 영역 내에 형성된 것을 특징으로 하는 자외선 발광 다이오드.
  5. 제4항에 있어서, 상기 n형 반도체층, 상기 활성층 및 상기 p형 반도체층은 c축 방향의 결정 성장이 주도적인 것을 특징으로 하는 자외선 발광 다이오드.
  6. 제1항에 있어서, 상기 음극와 상기 양극은 동일 평면 상에 형성된 것을 특징으로 하는 자외선 발광 다이오드.
  7. 제1항에 있어서, 상기 기판의 저면과 상기 절연물층 사이에는 반사 금속층이 더 포함된 것을 특징으로 하는 자외선 발광 다이오드.
  8. 제7항에 있어서, 상기 반사 금속층은 상기 활성층에서 형성된 자외선을 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 배출하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광 다이오드.
  9. 제1항에 있어서, 상기 자외선 발광 다이오드는
    상기 발광 구조체, 상기 음극 및 상기 양극 상에 형성된 층간 절연막; 및
    상기 층간 절연막 상에 형성되고, 상기 활성층에 대응하는 위치에 형성된 반사 금속층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광 다이오드.
  10. 제9항에 있어서, 상기 자외선 발광 다이오드는
    상기 층간 절연막을 관통하고, 상기 음극에 전기적으로 연결되는 제1 비아 컨택; 및
    상기 층간 절연막을 관통하고, 상기 양극에 전기적으로 연결되는 제2 비아 컨택을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광 다이오드.
  11. 기판의 표면으로부터 함몰되어 정의된 활성 영역;
    상기 활성 영역 내의 제1 방향 측벽을 제외한, 상기 기판의 돌출부 상부, 활성 영역의 저면 및 나머지 측벽에 형성된 절연물층:
    상기 활성 영역 내의 제1방향 측벽을 근거로 제1 방향을 따라 형성되고, n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 가지고, 자외선을 형성하는 발광 구조체;
    상기 발광 구조체의 n형 반도체층에 전기적으로 연결된 음극; 및
    상기 p형 반도체층에 전기적으로 연결된 양극을 포함하고,
    상기 자외선은 상기 발광 구조체의 형성 방향인 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 배출되는 것을 특징으로 하는 자외선 발광 다이오드.
  12. 제11항에 있어서, 상기 n형 반도체층의 전자와 상기 p형 반도체층의 정공은 상기 기판의 표면과 평행하게 이동하여 상기 활성층에 공급되는 것을 특징으로 하는 자외선 발광 다이오드.
  13. 기판에 대한 선택적 식각을 통해 기판의 표면으로부터 함몰된 활성 영역을 형성하는 단계;
    상기 활성 영역 내의 제1 방향 측벽을 노출하고, 상기 기판의 돌출부 상부, 상기 활성 영역의 저면 및 상기 활성 영역의 나머지 측벽을 차폐하는 절연물층을 형성하는 단계;
    상기 노출된 활성 영역을 근거로 상기 절연물층을 성장의 종점으로 하여 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 가지는 발광 구조체를 상기 기판의 표면과 평행하는 제1 방향으로 형성하는 단계; 및
    상기 n형 반도체층 상의 음극 및 상기 p형 반도체층 상의 양극을 형성하는 단계를 포함하는 자외선 발광 다이오드의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 활성 영역을 형성하는 단계 이후에, 상기 활성 영역의 저면 상에 반사 금속층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광 다이오드의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 절연물층은 상기 반사 금속층을 차폐하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광 다이오드의 제조방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 발광 구조체를 형성하는 단계 이후에, 상기 기판에 대한 평탄화 공정을 수행하여 상기 기판의 돌출부 상부에 형성된 상기 절연물층을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광 다이오드의 제조방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 음극과 상기 양극을 형성하는 단계 이후에,
    상기 음극과 상기 양극 및 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 노출된 상기 발광 구조체 상에 층간 절연막을 형성하는 단계; 및
    상기 층간 절연막 상에 반사 금속층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광 다이오드의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 반사 금속층은 상기 활성층과 제2 방향으로 대응하는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 자외선 발광 다이오드의 제조방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 층간 절연막을 형성하는 단계 이후에,
    상기 층간 절연막을 관통하는 비아컨택을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광 다이오드의 제조방법.
  20. 제13항에 있어서, 상기 활성 영역을 형성하는 단계는,
    성장용 기판 상에 상기 기판으로 화합물 반도체층을 형성하는 단계; 및
    상기 화합물 반도체층에 대한 선택적 식각을 통해 상기 화합물 반도체 표면으로부터 함몰된 상기 활성 영역을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광 다이오드의 제조방법.
KR1020160051009A 2016-04-26 2016-04-26 자외선 발광 다이오드 및 이의 제조방법 KR101743026B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160051009A KR101743026B1 (ko) 2016-04-26 2016-04-26 자외선 발광 다이오드 및 이의 제조방법
US15/495,050 US10177284B2 (en) 2016-04-26 2017-04-24 Ultraviolet light emitting diode and method of manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160051009A KR101743026B1 (ko) 2016-04-26 2016-04-26 자외선 발광 다이오드 및 이의 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101743026B1 true KR101743026B1 (ko) 2017-06-15

Family

ID=59217381

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160051009A KR101743026B1 (ko) 2016-04-26 2016-04-26 자외선 발광 다이오드 및 이의 제조방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10177284B2 (ko)
KR (1) KR101743026B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001308458A (ja) * 2000-04-27 2001-11-02 Sony Corp 半導体発光素子およびその製造方法ならびに半導体装置およびその製造方法
JP2007201018A (ja) * 2006-01-24 2007-08-09 Sharp Corp 窒化物半導体発光素子とその製造方法
JP2007201019A (ja) * 2006-01-24 2007-08-09 Sharp Corp 窒化物半導体発光素子とその製造方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010114956A1 (en) * 2009-04-02 2010-10-07 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Devices formed from a non-polar plane of a crystalline material and method of making the same
US9153545B2 (en) * 2010-12-20 2015-10-06 Rohm Co., Ltd. Light-emitting element unit and light-emitting element package
KR102038885B1 (ko) * 2013-05-27 2019-10-31 삼성전자주식회사 반도체 발광소자
US9048387B2 (en) * 2013-08-09 2015-06-02 Qingdao Jason Electric Co., Ltd. Light-emitting device with improved light extraction efficiency

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001308458A (ja) * 2000-04-27 2001-11-02 Sony Corp 半導体発光素子およびその製造方法ならびに半導体装置およびその製造方法
JP2007201018A (ja) * 2006-01-24 2007-08-09 Sharp Corp 窒化物半導体発光素子とその製造方法
JP2007201019A (ja) * 2006-01-24 2007-08-09 Sharp Corp 窒化物半導体発光素子とその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US10177284B2 (en) 2019-01-08
US20170309788A1 (en) 2017-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7613219B2 (en) Semiconductor devices having self aligned semiconductor mesas and contact layers
KR101277445B1 (ko) 반도체 발광소자 및 그 제조방법
JP2008515180A (ja) テクスチャード発光ダイオード
US20150129915A1 (en) Light-emitting diode provided with substrate having pattern on rear side thereof, and method for manufacturing same
JP2006310785A (ja) 横電流抑止の発光ダイオードおよびその製造方法
JP2009076896A (ja) 半導体発光素子
KR20120058137A (ko) 발광소자 및 그 제조방법
KR101368687B1 (ko) 초격자 구조를 이용한 질화물계 반도체 발광 소자의 제조 방법
CN103811614B (zh) 具有异质材料结构的发光元件及其制造方法
US9306120B2 (en) High efficiency light emitting diode
KR101845611B1 (ko) 발광창 전극 구조가 구비된 고효율 발광다이오드 제작 방법
JP5396049B2 (ja) 発光素子及びその製造方法
KR101743026B1 (ko) 자외선 발광 다이오드 및 이의 제조방법
KR101303589B1 (ko) 질화물계 반도체 발광 소자 및 그의 제조 방법
KR101295468B1 (ko) 발광소자 및 그 제조방법
KR102250512B1 (ko) 발광소자 및 조명시스템
KR20190111339A (ko) 반도체 소자
KR102217128B1 (ko) 발광 다이오드 및 그 제조 방법
KR20130046402A (ko) 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR102490260B1 (ko) 발광 소자 및 발광 소자 패키지
US11682747B2 (en) Ultraviolet light emitting element and light emitting element package including the same
KR101115538B1 (ko) 발광소자와 그 제조방법
KR20090002161A (ko) 반도체 발광소자 및 반도체 발광소자의 제조 방법
KR102328477B1 (ko) 발광 소자 및 이를 구비한 라이트 유닛
KR102303497B1 (ko) 발광 소자, 발광 소자 제조 방법 및 발광 소자 패키지

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant