KR101744845B1 - 발광다이오드 제조방법 및 이에 의해 제조된 발광다이오드 - Google Patents

발광다이오드 제조방법 및 이에 의해 제조된 발광다이오드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발광다이오드 제조방법 및 이에 의해 제조된 발광다이오드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반사층의 반사도를 향상시킬 수 있는 발광다이오드 제조방법 및 이에 의해 제조된 발광다이오드에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 발광다이오드 제조방법은 기판 상에 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 포함하는 반도체 적층구조를 형성하는 단계; 상기 반도체 적층구조 상에 반사층을 증착하는 단계; 상기 반사층에 전자빔을 조사하는 단계; 및 상기 반사층 상에 패시베이션층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

발광다이오드 제조방법 및 이에 의해 제조된 발광다이오드 {Method for manufacturing light emitting diode and light emitting diode using the same}
본 발명은 발광다이오드 제조방법 및 이에 의해 제조된 발광다이오드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반사층의 반사도를 향상시킬 수 있는 발광다이오드 제조방법 및 이에 의해 제조된 발광다이오드에 관한 것이다.
발광다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전기에너지를 빛에너지로 변환시켜주는 반도체 발광 소자로서, 화합물 반도체 단자에 전류를 흘려서 p-n접합 부근 또는 활성층에서 전자와 홀의 결합에 의해 빛을 방출하는 소자이다. 또한, 발광다이오드는 기존의 백열등 및 형광등과 같은 광원에 비해 수명이 길고 전력소모가 적으며, 전기에너지를 빛에너지로 직접 변환하기 때문에 발광효율이 높고 안전성, 친환경, 다양한 색상의 구현 등의 장점이 있어 LCD 디스플레이, 차량용 전조등, 가로등, 신호등, 광통신용 광원, 장식용 조명 등 다양한 분야에 적용되고 있다.
이러한 발광다이오드 중 플립칩(Flip-chip) 구조와 수직형(vertical) 구조는 높은 광 추출 효율과 높은 휘도의 특성을 가지기 때문에 일반적으로 사용된다. 플립칩 구조와 수직형 구조에서 광 추출 효율을 높이기 위해서는 빛을 반사시켜 한 방향으로 광 추출을 하여야 하기 때문에 반사층을 이용하는데, 반사층의 재료로 반사도가 높고 p형 반도체층과 오믹 접합 특성이 좋은 재료를 사용하여야 한다.
이에 반사층의 재료로 낮은 전기저항과 높은 반사도를 갖는 은(Ag)을 사용할 수 있는데, 은(Ag)은 이종 물질과의 접착력과 후속 공정 중 열적 안정성에 문제가 있어 발광다이오드 칩의 신뢰성에 한계를 가지기 때문에 반사층의 재료로 사용하기에 어려움이 있다.
한국등록특허공보 제10-0619420호
본 발명은 반사층에 전자빔을 조사하여 반사층의 반사도를 향상시킬 수 있는 발광다이오드 제조방법 및 이에 의해 제조된 발광다이오드를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 발광다이오드 제조방법은 기판 상에 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 포함하는 반도체 적층구조를 형성하는 단계; 상기 반도체 적층구조 상에 반사층을 증착하는 단계; 상기 반사층에 전자빔을 조사하는 단계; 및 상기 반사층 상에 패시베이션층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
리프트 오프(lift-off) 공정으로 상기 반사층을 패터닝하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 반사층을 증착하는 단계에서는 상온 내지 150 ℃에서 상기 반사층을 증착할 수 있다.
상기 반사층 상에 배리어 메탈을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
전자빔이 조사된 상기 반사층은 친수성을 가질 수 있다.
상기 패시베이션층을 형성하는 단계는 200 내지 400℃의 온도에서 수행될 수 있다.
상기 반사층은 450 ㎚ 파장에서 90 % 이상의 반사도를 가질 수 있다.
상기 반사층은 은(Ag), 알루미늄(Al), 로듐(Rh) 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드는 본 발명의 일실시예에 따른 발광다이오드 제조방법으로 제조될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 발광다이오드 제조방법은 반사층에 전자빔을 조사하여 반사층의 반사도를 향상시킬 수 있고, 고온의 후속 공정에서 발생하는 반사층의 반사도 저하를 완화시킬 수 있다. 이에 따라 발광다이오드에 반사도가 높은 반사층을 제공할 수 있다.
또한, 반사층으로 은(Ag)을 사용하는 경우에는 반사층에 전자빔을 조사함으로써 은(Ag)의 열적 안정성 문제를 해결할 수 있고, 이에 따라 고온에서 발생하던 은(Ag)의 뭉침 현상을 방지할 수 있어 패시베이션층을 형성하는 고온의 공정을 수행할 수 있다. 그리고 전자빔 조사를 통해 은(Ag) 박막이 가지고 있던 배리어 메탈(Barrier Metal) 등의 이종물질층과의 접착력 문제도 해결할 수 있으며, 상온에서 반사층을 증착하여 리프트 오프(lift-off) 공정으로 반사층을 패터닝할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 발광다이오드 제조방법을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전자빔 조사 시간별 온도에 따른 반사층의 반사도 변화를 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 반사층의 전자빔 조사에 따른 입자 및 결정 특성 변화를 나타낸 그림.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 반사층의 전자빔 조사에 의한 친수성 특징을 나타내는 그림.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 하고, 도면은 본 발명의 실시예를 정확히 설명하기 위하여 크기가 부분적으로 과장될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 발광다이오드 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 발광다이오드 제조방법은 기판 상에 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 포함하는 반도체 적층구조를 형성하는 단계(S100); 상기 반도체 적층구조 상에 반사층을 증착하는 단계(S200); 상기 반사층에 전자빔을 조사하는 단계(S300); 및 상기 반사층 상에 패시베이션층을 형성하는 단계(S400)를 포함할 수 있다.
먼저, 기판 상에 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 포함하는 반도체 적층구조를 형성한다(S100). 상기 기판은 반도체 단결정을 성장시키는데 적합한 기판으로서, 사파이어를 포함하는 투명한 재료를 이용하여 형성될 수 있으며, 사파이어 이외에 산화아연(ZnO), 질화갈륨(GaN), 탄화규소(SiC), 질화알루미늄(AlN) 등으로 형성될 수 있다. 한편, 상기 기판 상에 사파이어와 같은 물질로 형성된 기판과의 격자정합을 향상시키기 위하여 일반적으로 AlN/GaN층 또는 GaN층으로 이루어진 버퍼층이 형성될 수 있으나, 본 발명의 실시예에서는 상기 버퍼층의 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 반도체 적층구조는 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층이 적층되어 형성될 수 있다. 질화갈륨계 반도체를 예로 들어 주로 설명할 것인데, 이러한 재료에 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 n형 반도체층은 상기 기판 상에 형성될 수 있으며, 질화갈륨계 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 n형 반도체층은 n형 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 이루어질 수 있으며, n형 도전형 불순물로는 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn) 등을 사용할 수 있고, 일반적으로 실리콘(Si)을 사용할 수 있다.
상기 활성층은 상기 n형 반도체층 상에 형성될 수 있고, 다중 양자우물(Multi-Quantum Well) 구조의 InGaN/GaN층으로 이루어질 수 있다.
상기 p형 반도체층은 상기 활성층 상에 형성될 수 있으며, 질화갈륨계 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 p형 반도체층은 p형 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 이루어질 수 있으며, p형 도전형 불순물로는 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 베릴륨(Be) 등을 사용할 수 있고, 일반적으로 마그네슘(Mg)을 사용할 수 있다. 상기 p형 반도체층과 상기 활성층의 일부는 식각(Etching) 또는 패터닝(patterning)으로 제거되어 저면에 상기 n형 반도체층의 일부를 노출시킬 수도 있다.
다음으로, 상기 반도체 적층구조 상에 반사층을 증착한다(S200). 상기 반사층은 상기 p형 반도체층 상에 증착될 수 있고, 반사 전극 또는 본딩 메탈로 형성될 수 있다. 그리고 상기 반사층은 은(Ag), 알루미늄(Al), 로듐(Rh) 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 재료로 증착할 수 있고, 상기 활성층에서 발광된 빛 중 빛의 출사면이 아닌 반대 방향으로 방사되는 빛을 빛의 출사면 쪽으로 반사시키는 역할을 할 수 있다. 또한, 상기 반사층은 상기 p형 반도체층이 노출되지 않도록 상기 p형 반도체층의 면적과 동일하게 증착할 수 있는데, 상기 p형 반도체층이 노출되지 않도록 증착하는 경우에는 반사면을 최대한 늘릴 수 있어 반사면에 의해 반사되는 빛을 최대한 많게 할 수 있다.
한편, 상기 반사층은 상기 p형 반도체층과 상기 활성층의 패터닝(또는 식각) 전에 상기 p형 반도체층 상에 증착하고 상기 p형 반도체층과 상기 활성층을 패터닝할 때에 상기 p형 반도체층 및 상기 활성층과 함께 패터닝(또는 제거)할 수도 있으며, 상기 반사층과 상기 p형 반도체층 사이에는 상기 p형 반도체층과의 접착력(adhesion)을 향상시키기 위한 접착층이나 상기 p형 반도체층과의 오믹 컨택(ohmic contact)이 가능하게 하는 오믹컨택층 등이 더 적층될 수도 있다. 그리고 상기 반사층은 전자빔 증착 방법으로 증착될 수 있는데, 이에 한정되지 않고 공지된 다양한 방법으로 상기 반사층을 증착할 수 있다.
이후에, 상기 반사층에 전자빔을 조사한다(S300). 이때, 전자빔의 전원(power)은 RF(Radio Frequency) 전원이 150 W일 수 있고, 직류 전원이 1,500 V일 수 있는데, RF 전원과 직류 전원을 동시에 인가할 수 있다. 상기 반사층에 전자빔을 조사하게 되면, 상기 반사층이 표면 개질되어 상기 반사층의 반사도가 향상될 수 있고, 이종 물질과의 접착력이 향상될 수 있다. 특히, 상기 반사층으로 은(Ag) 박막을 사용하는 경우에 전자빔의 조사가 보다 효과적일 수 있다.
상기 반사층은 은(Ag), 알루미늄(Al), 로듐(Rh) 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 은(Ag), 알루미늄(Al), 로듐(Rh) 중에서 선택된 적어도 어느 하나로 상기 반사층을 형성하면, 상기 반사층에 전자빔을 조사하는 경우에 반사층의 반사도가 향상될 수 있다(도 2 참조). 이에 고온의 후속 공정에서 발생하는 반사층의 반사도 저하를 완화시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 반사층은 낮은 전기저항(또는 좋은 오믹 접합 특성)과 높은 반사도(또는 좋은 광학적 특성)를 갖는 은(Ag)을 포함할 수 있는데, 은(Ag)은 이종 물질과의 접착력과 열적 안정성에 문제가 있다. 이에 은(Ag) 박막 등의 반사층은 패시베이션층 형성 공정, 패키징 공정, 다이 본딩 공정 등의 후속 공정에서 200 내지 400 ℃의 공정 온도로 인해 은(Ag)의 뭉침 현상이 나타나 반사층의 반사도가 낮아지기 때문에 열적 안정성의 개선이 필요하며, 은(Ag) 박막 등의 반사층은 배리어 메탈(Barrier Metal) 등의 이종물질층과의 접착에 문제가 있어 접착력의 개선이 필요하다. 은(Ag) 박막의 경우, 은(Ag)의 낮은 열적 안정성 때문에 200 ℃ 이상의 고온이 되면 은(Ag)의 총 자유에너지(total free energy)를 낮추기 위해 은(Ag)의 뭉침 현상이 나타나게 되고, 이로 인해 은(Ag) 박막에 빛이 투과할 수 있는 틈새가 생기게 되어 은(Ag) 박막의 반사도가 낮아지게 된다. 그리고 은(Ag)은 이종 물질과의 접착력이 좋지 않아 은(Ag) 박막의 박리 현상이 일어나기도 한다.
하지만, 본 발명에서는 은(Ag) 박막 등의 반사층에 전자빔을 조사하여 은(Ag)을 포함하는 반사층의 열적 안정성과 이종물질층과의 접착력을 개선시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전자빔 조사 시간별 온도에 따른 반사층의 반사도 변화를 나타낸 그래프로, 후속 공정시 온도에 따른 반사층의 신뢰성을 확인하기 위하여 온도에 따라 반사층을 5분간 열처리한 모사 실험의 결과 그래프이다. 도 2(a)는 전자빔 조사 시간별 열처리 온도에 따른 반사도 변화를 나타낸 그래프이고, 도 2(b)는 300 ℃의 온도로 열처리한 경우, 전자빔 조사 시간에 따른 반사도 차이를 나타낸 그래프이다.
도 2를 참조하면, 열처리 전(즉, 0 ℃의 열처리 온도)의 반사도들을 통해 은(Ag) 박막에 전자빔을 조사하는 경우가 은(Ag) 박막에 전자빔이 조사되지 않은 경우(즉, 전자빔 미조사)보다 은(Ag) 박막의 반사도가 향상되는 것을 확인할 수 있고, 열처리 온도가 높을수록 전자빔 조사 시간에 따라 반사도의 차이가 많이 나는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 은(Ag), 알루미늄(Al), 로듐(Rh) 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 반사층은 전자빔을 조사하는 경우에 반사층의 반사도가 향상되는 것을 알 수 있다. 그리고 은(Ag) 박막은 열처리 온도가 높을수록 반사도가 낮게 나타나는 것을 확인할 수 있는데, 은(Ag) 박막에 전자빔이 조사되지 않은 경우는 150 ℃보다 높은 열처리 온도에서 급격하게 반사도가 저하되지만, 은(Ag) 박막에 전자빔을 조사한 경우는 은(Ag) 박막에 전자빔이 조사되지 않은 경우보다 반사도의 저하가 완화되는 것을 확인할 수 있으며, 전자빔 조사 시간이 3분 이상에서는 150 ℃보다 높은 열처리 온도에서도 반사도가 급격한 변화없이 450 ㎚ 파장에서 90 % 이상을 유지하는 것을 확인할 수 있다. 이에 은(Ag) 박막의 전자빔 조사 시간이 길수록 은(Ag) 박막의 반사도 변화가 적은 것을 알 수 있고, 열처리 온도가 높을수록 전자빔 조사 시간에 따라 반사도가 확연하게 차이가 나는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 온도에 따른 은(Ag) 박막의 반사도 결과로부터 은(Ag) 박막의 전자빔 조사를 통해 은(Ag) 박막의 열적 안정성이 개선된 것을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 반사층의 전자빔 조사에 따른 입자 및 결정 특성 변화를 나타낸 그림으로, 도 3(a)는 전자빔 조사 시간에 따른 입자 크기의 변화를 나타낸 그래프이고, 도 3(b)는 전자빔 조사 시간에 따른 입자 크기의 변화를 나타낸 전자현미경(Scanning Electron Microscope; SEM) 이미지이며, 도 3(c)는 전자빔 조사 시간에 따른 X-선 회절 특성을 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 은(Ag) 박막의 전자빔 조사 시간이 길어질수록 은(Ag)의 입자 크기(grain size)가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 도 3(a)는 전자후방산란회절(Electron BackScattered Diffraction; EBSD) 분석 결과를 나타내는 것으로서, 수치적으로 전자빔 조사 시간에 따른 은(Ag)의 입자(grain) 크기를 확인할 수 있고, 도 3(b)는 전자현미경(SEM) 분석 결과를 나타내는 것으로, 이미지를 통해 전자빔 조사 시간에 따른 은(Ag)의 입자 크기를 확인할 수 있다.
200 ℃ 이상의 높은 온도에서는 큰 활성화 에너지로 인해서 급격하게 은(Ag)의 입자가 성장하게 되고, 이에 따라 은(Ag)의 뭉침 현상이 발생하게 된다. 하지만, 전자빔 조사에서는 제어 가능한 상태로 서서히 균일하게 은(Ag)의 입자를 성장시켜 은(Ag)의 뭉침 현상이 발생하지 않게 되고, 전자빔 조사에 의해 입자가 성장됨으로써 은(Ag) 박막이 안정화될 수 있다.
전자빔 조사에 의해 은(Ag)의 입자가 성장되어 은(Ag) 박막이 안정화되면, 후속 공정 중 200 ℃ 이상의 높은 공정 온도에서 입자 크기의 변화가 거의 발생하지 않아 은(Ag)의 뭉침 현상이 생기지 않고, 이에 따른 반사도의 저하가 일어나지 않을 수 있다.
따라서, 전자빔 조사를 통해 은(Ag)의 입자 크기가 증가하면, 패시베이션층을 형성하는 등의 고온 공정에서 은(Ag) 박막의 입자 크기의 변화폭이 크지 않아 작은 입자에서 큰 입자로 확산이 줄어들게 되고, 이로 인해 은(Ag)의 뭉침 현상이 완화될 수 있으며, 은(Ag)의 열적 안정성이 개선될 수 있다.
도 3(c)는 X-선 회절(X-Ray Diffraction; XRD) 분석 결과를 나타내는 것으로서, 도 3(c)를 보면 전자빔 조사 시간에 따라 은(Ag)의 (111) 결정 방향이 확연하게 증가하는 것을 확인할 수 있다. 은(Ag)의 경우, 200 ℃ 이상의 고온에서 열적 에너지를 낮추기 위해 결정 배열의 변화가 나타나게 되는데, 열적 에너지를 낮추기 위한 방법으로 표면 에너지(surface energy) 및/또는 변형 에너지(strain-energy)를 낮추기 위한 변화가 나타나게 된다.
은(Ag) 박막의 두께가 0.6㎛ 이하인 경우에는 200 ℃ 이상의 고온에서 표면 에너지를 줄이기 위해 (111) 결정 방향에 지배적인 변화가 나타나게 되고, 은(Ag) 박막의 두께가 1 내지 1.5㎛인 경우에는 200 ℃ 이상의 고온에서 변형 에너지를 줄이기 위해 (100) 결정 방향에 지배적인 변화가 나타나게 된다.
예를 들어, 은(Ag) 박막을 200㎚(0.2㎛)의 두께로 증착하여 전자빔을 조사하면, 200 ℃ 이상의 고온에서 (111) 결정 방향에 지배적인 변화가 나타나는 것처럼 전자빔 조사를 통해 은(Ag)의 결정 성장에 관한 결정 방향의 변화가 (111) 결정 방향에 지배적으로 나타나고, 이러한 변화는 200 ℃ 이상의 고온에서 수행되는 후속 공정시에 나타날 결정 배열의 변화들이 미리 나타난 것이기 때문에 200 ℃ 이상의 고온에서 수행되는 후속 공정시에 은(Ag)의 결정 배열의 변화가 거의 없을 수 있다.
이와 같이, 전자빔 조사를 통해 은(Ag)의 결정 배열의 변화가 확연히 일어나면(또는 두께가 0.6㎛ 이하인 은 박막에서 은(Ag)의 (111) 결정 방향이 확연하게 증가하면), 패시베이션층을 형성하는 등의 후속 고온 공정에서 은(Ag) 박막의 결정 배열의 변화가 거의 일어나지 않아 결정 배열의 변화폭이 줄어들게 되고, 이로 인해 은(Ag)의 뭉침 현상이 완화될 수 있으며, 은(Ag)의 열적 안정성이 개선될 수 있다.
이처럼, 은(Ag) 박막에 전자빔을 조사하면 후속 공정 중 200 ℃ 이상의 높은 공정 온도에서 급격하게 은(Ag)의 입자 크기와 결정 방향이 변화하지 않고, 전자빔 에너지에 의해서 서서히 균일하게 은(Ag)의 입자가 커지고, 안정적으로 은(Ag)의 결정 방향에 변화가 생길 수 있다. 이에 따라 은(Ag)의 뭉침 현상이 일어나지 않을 수 있고, 은(Ag) 박막의 열적 안정성이 개선될 수 있다.
상기 반사층을 증착하는 단계(S200)에서는 상온 내지 150 ℃에서 상기 반사층을 증착할 수 있다. 종래에는 은(Ag)의 열적 안정성 문제로 인해 150 ℃보다 높은 온도에서 고온 증착 방법으로 은(Ag) 박막을 증착하여 은(Ag)의 결정 크기를 증가시킴으로써 은(Ag)의 뭉침 현상을 완화하는 방법이 사용되기도 하였다.
하지만, 상기 반사층은 150 ℃보다 높은 온도에서(또는 고온 증착 방법으로) 증착하게 되면, 은(Ag)의 결정 크기를 증가시킬 수는 있지만, 패터닝을 위한 포토 레지스트(Photo Resist; PR)가 높은 온도(예를 들어, 약 150 ℃ 이상)의 열에 의해 변형이 일어나게 되어 식각 용액(예를 들어, 아세톤)이나 식각 가스를 이용한 리프트 오프(lift-off) 공정으로 완전히 포토 레지스트(PR)가 제거되지 않기 때문에 리프트 오프 공정을 적용할 수 없다는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하고자, 본 발명에서는 상온 내지 150 ℃에서 상기 반사층을 증착하여 포토 레지스트(PR)가 열에 의한 변형을 일으키지 않을 수 있기 때문에 리프트 오프 공정을 자유롭게 적용할 수 있고, 전자빔 조사를 통해 은(Ag)의 결정 크기를 증가시켜 은(Ag)의 뭉침 현상을 완화할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 리프트 오프(lift-off) 공정으로 상기 반사층을 패터닝하는 단계를 더 포함할 수 있다. 리프트 오프 공정을 통해 상기 p형 반도체층 상에만 상기 반사층(특히, 은 박막)을 선택적으로 증착할 수 있다. 이에 따라 식각 용액(예를 들어, 아세톤)이나 식각 가스를 이용하여 패턴된 포토 레지스트(PR)를 제거하는 간단한 공정으로, 상기 반사층을 패터닝할 수 있다. 즉, 상기 기판 상의 전체면에 상기 반사층을 증착한 후, 리프트 오프(lift-off) 공정을 통해 상기 반사층을 선택적으로 패터닝할 수 있다.
그 다음, 상기 반사층 상에 패시베이션층을 형성한다(S400). 발광다이오드 소자는 수분 및 산소에 취약하기 때문에 소자 보호를 위한 패시베이션층을 형성하는 공정이 필요하다. 상기 패시베이션층은 상기 반도체 적층구조에 수분 및/또는 산소가 침투하는 것을 방지하여 발광다이오드 소자를 보호할 수 있다. 예를 들어, 상기 패시베이션층은 SiO2층일 수 있고, 플라스마화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Depostion; PECVD) 공정으로 증착할 수 있는데, 플라스마화학기상증착(PECVD) 공정은 공정 온도가 200 내지 400℃일 수 있다.
상기 패시베이션층을 형성하는 단계(S400)는 200 내지 400℃의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 패시베이션층을 형성하는 단계(S400)는 200 내지 400℃의 고온에서 수행될 수 있는데, 종래에는 상기 반사층으로 은(Ag) 박막을 사용하는 경우에 은(Ag) 박막의 열적 안정성 문제 때문에 상기 패시베이션층을 형성하는 단계(S400)에서 고온의 공정 온도로 인해 은(Ag)의 뭉침 현상이 나타나고, 이에 따라 반사층의 반사도가 저하되는 문제가 있었다.
하지만, 본 발명에서는 상기 패시베이션층을 형성하는 등의 고온 공정 전에 전자빔 조사를 통해 은(Ag)의 뭉침 현상을 완화시킴으로써 은(Ag) 박막의 열적 안정성을 개선시킬 수 있어 상기 반사층의 재료에 관계없이 상기 패시베이션층을 안정적으로 형성할 수 있다.
상기 반사층은 450 ㎚ 파장에서 90 % 이상의 반사도를 가질 수 있다. 상기 반사층은 200 ℃ 이상의 고온에서 결정 배열이 변화하게 되어 상기 반사층의 반사도가 저하되게 된다. 특히, 은(Ag) 박막의 경우에는 200 ℃ 이상의 고온 공정에서 열적 안정성 문제로 인해 은(Ag)의 뭉침 현상이 발생하여 더욱 심한 반사도의 저하 현상이 발생한다.
하지만, 본 발명에서는 전자빔 조사를 통해 은(Ag) 박막의 열적 안정성을 개선하여 은(Ag)의 뭉침 현상을 완화시킴으로써 은(Ag) 박막의 반사도가 저하되는 것을 완화시킬 수 있고, 상기 반사층의 결정 배열의 변화폭을 줄여 상기 반사층의 반사도가 저하되는 것을 완화시킬 수 있다. 이에 따라 본 발명에서는 200 ℃ 이상의 고온에서 수행되는 패시베이션층의 형성 공정 후에도 상기 반사층이 450 ㎚ 파장에서 90 % 이상의 반사도를 가질 수 있다.
도 2를 참조하면, 전자빔 조사 시간이 5분일 때는 높은 온도에서도 은(Ag) 박막의 반사도 차이가 거의 없고, 300 ℃의 온도에서 은(Ag) 박막의 반사도가 95% 이상으로 유지될 수 있다.
이처럼, 본 발명에서는 리프트 오프 공정으로 상기 반사층(특히, 은 박막)을 패터닝할 수 있으면서도 전자빔 조사를 통해 은(Ag)의 뭉침 현상을 완화시킴으로써 은(Ag) 박막의 열적 안정성을 개선시킬 수 있어 상기 반사층의 재료에 상관없이 패시베이션층을 형성하는 등의 후속 고온 공정을 안정적으로 수행할 수 있다. 그리고 전자빔 조사 방법을 통하여 열적 안정성이 개선된 은(Ag) 박막을 반도체 소자(예를 들어, 발광다이오드)에서 p-GaN 반사메탈로 사용하는 경우, 높은 광학적 특성을 가지는 소자 구현이 가능할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 반사층의 전자빔 조사에 의한 친수성 특징을 나타내는 그림으로, 도 4(a)는 전자빔 조사 전의 그림이고, 도 4(b)는 전자빔 조사 후의 그림이다.
도 4를 참조하면, 전자빔이 조사된 상기 반사층은 친수성을 가질 수 있다. 물질은 일반적으로 소수성에서 친수성으로 변화될 때에 표면 에너지가 증가하게 되고, 이로 인하여 접착력(adhesion)이 증가될 수 있다. 소수성과 친수성의 판단은 일반적으로 접촉각(contact angle)을 측정하였을 때에 높은 접촉각(> 90°)을 가지는 경우에는 소수성을 가진다고 하고, 낮은 접촉각(< 90°)을 가지는 경우에는 친수성을 가진다고 표현하는데, 본 발명에서 소수성, 친수성 판단의 기준은 전자빔을 조사하지 않은 은(Ag) 박막에 비해 전자빔을 조사한 은(Ag) 박막의 경우에 친수성 특징을 가진다고 표현하였다. 은(Ag)은 도 4(a)와 같이 전자빔 조사 전에는 소수성의 특징을 갖는데, 도 4(b)와 같이 전자빔 조사 후에는 친수성의 특징으로 변화하게 된다. 은(Ag) 박막에 전자빔을 조사하여 은(Ag) 박막 표면의 소수성기의 특징을 친수성기의 특징으로 변화시킴으로써 은(Ag) 박막의 표면 에너지를 증가시킬 수 있고, 이에 따라 하부 기판과의 밀착력을 강화시킬 수 있다. 이러한 은(Ag) 박막의 특성 변화로 인해 은(Ag)의 이종 물질과의 접착력 문제를 개선할 수 있고, 이로 인해 이종물질층(예를 들어, 상기 p형 반도체층)과 은(Ag) 박막 사이에서 두 박막이 분리되는 박리 현상을 최소화할 수 있다. 한편, 도 3(b)를 보면 전자빔 조사를 통해 은(Ag) 박막이 친수성으로 변화되어 은(Ag) 박막의 표면 거칠기가 좋아진 것을 확인할 수도 있다.
상기 반사층 상에 배리어 메탈(Barrier Metal)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 발광다이오드 제조공정에서 소자들 간의 상호연결(interconnection)을 위해 상부의 반도체층 및/또는 반사층 표면과 일정 부분의 컨택홀(contact hole)을 식각(etching) 기술로 형성한 후에 노출된 반도체층 표면이 메탈층(예를 들어, Al층, Cu층, Ti층, W층 등)과 각각 안정적으로 접착되고 디바이스가 고집적화함에 따라 미세 접합(shallow junction)되어야 하는데, 각각의 반도체층 및/또는 반사층과 메탈층의 반응으로 인한 접합파괴(junction breakdown)가 쉽게 되는 것을 방지하기 위하여 반사층 및/또는 각각의 반도체층 상에 배리어 메탈을 형성할 수 있다. 이때, 반사층 및/또는 각각의 반도체층 표면과 배리어 메탈층 간의 저항을 낮추고 접착을 좋게 하기 위하여 고진공의 챔버 내에서 150 내지 200 ℃로 기판을 가열하여 반사층 및/또는 각각의 반도체층 표면에 남아있는 수분(H2O)이나 산소(O2)등의 불순물을 제거한 후에 배리어 메탈(예를 들어, Ti, Mo, W, Co, Ni, MoSi2 등)을 형성할 수 있다. 그리고 배리어 메탈(Barrier Metal)은 두 접합면 사이 장벽(Barrier)에 해당하는 금속으로 형성될 수 있으며, Ti/TiAlx/Al/TiN, Ti/TiAlx/TiN, TiAlx/TiN, TiAlx/Al/TiN으로 형성될 수도 있다.
종래에는 상기 반사층으로 은(Ag) 박막을 사용하는 경우에 은(Ag) 박막의 이종 물질과의 접착력(adhesion) 문제로 인해 은(Ag) 박막 상에 상기 배리어 메탈을 형성할 때에 상기 배리어 메탈이 은(Ag) 박막 표면에 잘 접착되지 않는 문제가 있었다.
하지만, 본 발명에서는 전자빔 조사를 통해 은(Ag) 박막의 접착력을 개선하여 상기 배리어 메탈이 은(Ag) 박막 표면에 잘 접착되지 않는 문제를 해결할 수 있고, 이에 따라 상기 반사층의 재료에 관계없이 상기 반사층 상에 배리어 메탈을 안정적으로 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 반사층으로 은(Ag) 박막을 사용하는 경우에도 상기 반사층 상에 배리어 메탈을 형성하는 단계를 수행할 수 있다. 그리고 전자빔 조사 방법을 통하여 접착력 문제가 개선된 은(Ag) 박막을 반도체 소자(예를 들어, 발광다이오드)에서 p-GaN 반사메탈로 사용하는 경우, 이종 물질 증착 공정(예를 들어, 전극, 본딩 메탈 등)에서 박리 현상이 발생하지 않는 소자 구현이 가능할 수 있다.
한편, 발광다이오드 칩을 다이 본딩(die bonding)하는 단계와 발광다이오드 칩을 패키징(packaging)하는 단계 등을 더 포함할 수 있다. 이러한 후속 공정은 200 ℃ 이상의 공정 온도에서 수행되는데, 본 발명에서는 전자빔 조사를 통해 은(Ag) 박막의 열적 안정성 문제가 개선되어 상기 반사층으로 은(Ag) 박막을 사용하는 경우에도 이러한 고온의 후속 공정을 은(Ag)의 뭉침 현상이 일어나지 않고 안정적으로 수행할 수 있으며, 상기 반사층의 재료에 관계없이 상기 다이 본딩하는 단계와 상기 패키징하는 단계 등을 안정적으로 수행할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드를 보다 상세히 살펴보는데, 본 발명의 일실시예에 따른 발광다이오드 제조방법과 관련하여 앞서 설명된 부분과 중복되는 사항들은 생략하도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드는 본 발명의 일실시예에 따른 발광다이오드 제조방법으로 제조될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드는 본 발명의 일실시예에 따른 발광다이오드 제조방법으로 제조될 수 있는데, 전자빔 조사를 통해 은(Ag) 박막의 열적 안정성과 이종물질층과의 접착력을 개선시킬 수 있다. 전자빔 조사 방법을 통하여 열적 안정성이 개선된 은(Ag) 박막을 발광다이오드에서 p-GaN 반사메탈로 사용하는 경우, 높은 광학적 특성을 가지는 발광다이오드의 구현이 가능할 수 있으며, 전자빔 조사 방법을 통하여 접착력 문제가 개선된 은(Ag) 박막을 발광다이오드에서 p-GaN 반사메탈로 사용하는 경우, 이종 물질 증착 공정(예를 들어, 전극, 본딩 메탈 등)에서 박리 현상이 발생하지 않는 발광다이오드의 구현이 가능할 수 있다.
상기 p형 반도체층과 상기 반사층 사이에 형성되는 오믹컨택층을 더 포함할 수 있다. 상기 p형 반도체층과의 오믹 컨택(ohmic contact)을 위해 상기 p형 반도체층과 상기 반사층 사이에 상기 p형 반도체층과 오믹 컨택이 가능하게 하는 오믹컨택층을 더 적층할 수 있고, 이에 따라 상기 p형 반도체층과 상기 반사층 간에 오믹 컨택을 형성할 수 있다.
이처럼, 본 발명에서는 반사층에 전자빔을 조사하여 반사층의 반사도를 향상시킬 수 있고, 고온의 후속 공정에서 발생하는 반사층의 반사도 저하를 완화시킬 수 있다. 이에 따라 발광다이오드에 반사도가 높은 반사층을 제공할 수 있다. 또한, 반사층으로 은(Ag)을 사용하는 경우에는 반사층에 전자빔을 조사함으로써 은(Ag)의 열적 안정성 문제를 해결할 수 있고, 이에 따라 고온에서 발생하던 은(Ag)의 뭉침 현상을 방지할 수 있어 패시베이션층을 형성하는 고온의 공정을 수행할 수 있다. 그리고 전자빔 조사를 통해 은(Ag) 박막이 가지고 있던 배리어 메탈(Barrier Metal) 등의 이종물질층과의 접착력 문제도 해결할 수 있으며, 상온에서 반사층을 증착하여 리프트 오프(lift-off) 공정으로 반사층을 패터닝할 수도 있다.
상기 설명에서 사용한 ‘~ 상에’ 형성한다는 의미는 직접 접촉하여 형성하는 경우와 직접 접촉하지는 않지만 상부에 위치하도록 형성하는 경우를 포함하고, 상부면 전체에 형성하는 것뿐만 아니라 부분적으로 형성하는 것과 상부면 전체를 포함하는 더 넓은 영역에 형성하는 것도 가능하며, 위치상 위쪽에 있거나 상부면 및/또는 하부면에 직접 접촉해 있다는 의미로 사용하였다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
S100 : 반도체 적층구조 형성 S200 : 반사층 증착
S300 : 전자빔 조사 S400 : 열처리

Claims (9)

  1. 기판 상에 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 포함하는 반도체 적층구조를 형성하는 단계;
    패턴된 포토 레지스트가 형성된 상기 반도체 적층구조 상에 상온 내지 150 ℃에서 은(Ag)을 포함하는 소수성의 반사층을 증착하는 단계;
    리프트 오프(lift-off) 공정으로 상기 패턴된 포토 레지스트를 제거하여 소수성의 상기 반사층을 패터닝하는 단계;
    소수성의 상기 반사층이 친수성으로 변화되도록 소수성의 상기 반사층에 전자빔을 조사하는 단계; 및
    200 내지 400 ℃의 온도에서 친수성의 상기 반사층 상에 패시베이션층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 패시베이션층을 형성하는 단계 이후에, 친수성의 상기 반사층은 450 ㎚ 파장에서 90 % 이상의 반사도를 갖는 발광다이오드 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 반사층 상에 배리어 메탈을 형성하는 단계를 더 포함하는 발광다이오드 제조방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
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