KR101775123B1 - Nitride light emitting device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로 특히, 질화물계 발광 소자의 제조방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 제1면 및 제2면을 갖는 질화물계 반도체층; 상기 제1면 상에 위치하는 요철 구조; 상기 요철 구조 상에 위치하는 제1전극; 상기 제2면 상에 위치하는 광 추출층; 상기 광 추출층 상에 위치하는 제2전극; 및 상기 질화물계 반도체층의 적어도 일측면 상에 위치하는 보호층을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a nitride-based light emitting device. The present invention relates to a nitride semiconductor layer having a first surface and a second surface; A concavo-convex structure located on the first surface; A first electrode located on the concave-convex structure; A light extracting layer located on the second side; A second electrode located on the light extracting layer; And a protective layer located on at least one side of the nitride based semiconductor layer.
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로 특히, 질화물계 발광 소자의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a nitride-based light emitting device.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 잘 알려진 반도체 발광 소자로서, 1962년 GaAsP 화합물 반도체를 이용한 적색 LED가 상품화 된 것을 시작으로 GaP:N 계열의 녹색 LED와 함께 정보 통신기기를 비롯한 전자장치의 표시 화상용 광원으로 이용되어 왔다.Light emitting diodes (LEDs) are well-known semiconductor light emitting devices that convert current into light. In 1962, red LEDs using GaAsP compound semiconductors were commercialized. GaP: N series green LEDs and information communication devices As a light source for a display image of an electronic device.
이러한 LED에 의해 방출되는 광의 파장은 LED를 제조하는데 사용되는 반도체 재료에 따른다. 이는 방출된 광의 파장이 가전자대(valence band) 전자들과 전도대(conduction band) 전자들 사이의 에너지 차를 나타내는 반도체 재료의 밴드갭(band-gap)에 따르기 때문이다. The wavelength of the light emitted by these LEDs depends on the semiconductor material used to fabricate the LED. This is because the wavelength of the emitted light depends on the band gap of the semiconductor material, which represents the energy difference between the valence band electrons and the conduction band electrons.
질화 갈륨 화합물 반도체(Gallium Nitride: GaN)는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭(0.8 ~ 6.2eV)을 가지고 있어, LED를 포함한 고출력 전자부품 소자 개발 분야에서 많은 주목을 받아왔다. Gallium nitride semiconductors (GaN) have high thermal stability and wide bandgap (0.8 to 6.2 eV), and have attracted much attention in the field of high output electronic component development including LEDs.
이에 대한 이유 중 하나는 GaN이 타 원소들(인듐(In), 알루미늄(Al) 등)과 조합되어 녹색, 청색 및 백색광을 방출하는 반도체 층들을 제조할 수 있기 때문이다.One of the reasons for this is that GaN can be combined with other elements (indium (In), aluminum (Al), etc.) to produce semiconductor layers emitting green, blue and white light.
이와 같이 방출 파장을 조절할 수 있기 때문에 특정 장치 특성에 맞추어 재료의 특징들에 맞출 수 있다. 예를 들어, GaN를 이용하여 광기록에 유익한 청색 LED와 백열등을 대치할 수 있는 백색 LED를 만들 수 있다. Since the emission wavelength can be controlled in this manner, it can be tailored to the characteristics of the material according to the specific device characteristics. For example, GaN can be used to create a white LED that can replace the blue LEDs and incandescent lamps that are beneficial for optical recording.
이러한 GaN 계열 물질의 이점들로 인해, GaN 계열의 LED 시장이 급속히 성장하고 있다. 따라서, 1994년에 상업적으로 도입한 이래로 GaN 계열의 광전자장치 기술도 급격히 발달하였다. Due to the advantages of such GaN-based materials, the GaN-based LED market is rapidly growing. Therefore, GaN-based optoelectronic device technology has rapidly developed since its commercial introduction in 1994.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 질화물 반도체 후막을 이용하여 다양한 구조를 가지는 발광 소자를 제공하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a light emitting device having various structures using a nitride semiconductor thick film.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여, 제1면 및 제2면을 갖는 질화물계 반도체층; 상기 제1면 상에 위치하는 요철 구조; 상기 요철 구조 상에 위치하는 제1전극; 상기 제2면 상에 위치하는 광 추출층; 상기 광 추출층 상에 위치하는 제2전극; 및 상기 질화물계 반도체층의 적어도 일측면 상에 위치하는 보호층을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a nitride semiconductor light emitting device comprising: a nitride semiconductor layer having a first surface and a second surface; A concavo-convex structure located on the first surface; A first electrode located on the concave-convex structure; A light extracting layer located on the second side; A second electrode located on the light extracting layer; And a protective layer located on at least one side of the nitride based semiconductor layer.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.The present invention has the following effects.
첫째, 질화물 반도체 후막(20)을 이용함으로써 수직형 발광 다이오드 구조를 제작하는 내용을 포함하며, 이러한 구조는 대리 기판을 이용할 필요가 없다.Firstly, the vertical nitride semiconductor light emitting diode structure is manufactured by using the nitride semiconductor
둘째, 이러한 대리 기판을 제작하기 위한 웨이퍼 본딩(wafer bonding)이나 전기도금(electroplating) 등의 복잡한 공정을 제거하여 제작 공정을 단순화시키는 동시에 이러한 복잡한 공정에서 야기되는 발광 다이오드(LED) 특성 저하를 방지하는 효과를 얻을 수 있다. 또한 구조적인 제약이 크게 감소하여, 위에서 설명한 바와 같은 수직형 LED의 구조를 다양화시킬 수 있다.Second, complicated processes such as wafer bonding and electroplating are removed to fabricate such a substitute substrate, thereby simplifying the fabrication process and preventing deterioration of LED characteristics caused by such complicated processes. Effect can be obtained. Also, the structural constraints are greatly reduced, and the structure of the vertical LED as described above can be diversified.
세째, 후막에 의하여 반도체층이 두껍기 때문에 자체적인 전도성에 의해 전류를 고르게 퍼뜨릴 수 있다. 따라서, 전류를 고르게 퍼뜨리기 위한 구조, 예를 들어, CBL층과 같은 구조를 적용하지 않아도 충분한 전기적 특성을 얻을 수 있다.Third, since the semiconductor layer is thick by the thick film, the current can be spread evenly by its own conductivity. Therefore, it is possible to obtain a sufficient electric characteristic without applying a structure for evenly spreading the current, for example, a structure such as a CBL layer.
도 1 내지 도 14는 발광 소자 제작 과정의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 15 내지 도 21은 도 1 내지 도 14의 제작 과정에 의하여 제작되는 발광 소자 구조의 예를 나타내는 단면도이다.
도 22 내지 도 27은 발광 소자 제작 과정의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 28 내지 도 30은 도 22 내지 도 27의 제작 과정에 의하여 제작되는 발광 소자 구조의 예를 나타내는 단면도이다.
도 31 및 도 32는 발광 소자 구조에 의한 전류 흐름의 향상을 나타내는 개략도이다.1 to 14 are sectional views showing an example of a manufacturing process of a light emitting device.
15 to 21 are cross-sectional views illustrating an example of the structure of a light emitting device manufactured by the manufacturing process of FIGS. 1 to 14.
22 to 27 are cross-sectional views showing another example of a manufacturing process of a light emitting device.
FIGS. 28 to 30 are cross-sectional views illustrating an example of the structure of a light emitting device manufactured by the manufacturing process of FIGS. 22 to 27. FIG.
31 and 32 are schematic diagrams showing improvement of current flow by the light emitting device structure.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. Rather, the intention is not to limit the invention to the particular forms disclosed, but rather, the invention includes all modifications, equivalents and substitutions that are consistent with the spirit of the invention as defined by the claims.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. It will be appreciated that when an element such as a layer, region or substrate is referred to as being present on another element "on," it may be directly on the other element or there may be an intermediate element in between .
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
Although the terms first, second, etc. may be used to describe various elements, components, regions, layers and / or regions, such elements, components, regions, layers and / And should not be limited by these terms.
먼저, 발광 소자 제작을 위한 박막 생장이 이루어진다. First, thin film growth is performed for manufacturing a light emitting device.
도 1에서 도시하는 바와 같이, 박막 생장은, 먼저 성장 기판(10) 상에 질화물 반도체(GaN) 기판으로 작용할 수 있는 질화물 반도체 후막(20)이 형성될 수 있다. As shown in FIG. 1, in the thin film growth, a nitride semiconductor
이때, 성장 기판(10)은 사파이어(sapphire) 또는 실리콘 카바이드(SiC)와 같은 이종 기판이 이용될 수 있고, 질화물 반도체 후막(20)의 두께는 적어도 50 ㎛ 이상으로 제작될 수 있으며, 기판으로서 작용할 수 있도록 대략 300 ㎛까지의 두께를 가질 수 있다.At this time, the
이러한 질화물 반도체 후막(20)은 n-형 전도성을 가질 수 있으나, 경우에 따라 p-형 전도성을 가질 수도 있다.The nitride semiconductor
이후에, 도 2에서와 같이, 성장 기판(10)은 질화물 반도체 후막(20)으로부터 분리된다. 이때, 분리 방법은 리프트 오프 방법이 이용될 수 있으며, 이러한 리프트 오프 방법은 레이저를 이용한 리프트 오프(LLO), 식각을 이용하는 화학식 리프트 오프(CLO), 열적 리프트 오프 중 어느 하나의 방법이 이용될 수 있다.Thereafter, as shown in FIG. 2, the
한편, 그 이외에도 박막 성장 후 쿨링(cooling) 단계에서 내재된 스트레인(strain)을 이용해 자체적으로 분리하는 열적 쇼크(thermal shock) 방법 및 기계적인 방법도 이용 가능하다.In addition, a thermal shock method and a mechanical method for separating the thin film by itself using the strain inherent in the cooling step after the growth of the thin film can also be used.
이후, 도 3에서와 같이, 이러한 질화물 반도체 후막(20) 상에 질화물 반도체 박막(30)을 성장시킨다. 이러한 질화물 반도체 박막(30)은, n-형 반도체층(31), 활성층(32), 및 p-형 반도체층(33)을 포함할 수 있다. 만일 후막(20)이 p-형 전도성을 가진다면 n-형 반도체층(31)과 p-형 반도체층(33)의 위치는 도 3과 반대일 수 있다.Thereafter, as shown in FIG. 3, the nitride semiconductor
도 4에서와 같이, 이와 같이 성장된 질화물 반도체 박막(30)은 개별 소자로 분리될 영역(34)을 구분하는 분리 식각(isolation etching)을 통하여 개별 소자 영역으로 분리될 수 있다. 이와 같은 분리 식각으로는 건식 식각 또는 화학적 식각 방법이 이용될 수 있다.As shown in FIG. 4, the nitride semiconductor
이때, 경우에 따라, 도 5에서와 같이, 이러한 분리 식각을 수행하기 이전에 박막(30)의 표면에 광 추출 구조(40)를 형성할 수도 있으며, 이러한 광 추출 구조(40)는 표면 거칠기, 광 전해 식각, 질화물 반도체 아일랜드, 광결정 중 어느 하나일 수 있다.5, the
이 경우에 이러한 광 추출 구조(40)가 형성되는 면은 p-형 반도체층(33)의 외측면일 수 있다.In this case, the surface on which the
한편, 상술한 과정과 달리, 질화물 반도체 후막(20) 성장 이후에 성장 기판(10)을 분리하지 않고 연속하여 상술한 바와 같은 과정으로 질화물 반도체 박막(30)을 형성할 수 있으며, 질화물 반도체 박막(30) 성장 이후에 성장 기판(10)을 분리할 수도 있다.Unlike the above process, the nitride semiconductor
이때, 성장 기판(10), 질화물 반도체 후막(20), 질화물 반도체 박막(30), 및 성장 기판(10) 분리에 관한 사항은 위에서 설명한 바와 동일할 수 있다.
The separation of the
다음에는 도 6에서와 같이, 질화물 반도체 박막(30) 상에 p-형 전극 구조(50)를 제작하게 되는데, 먼저, 개별 소자 분리 영역으로 구분된 박막(30) 상에 투명 전도성층(51)을 형성하고, 이 투명 전도성층(51) 상에 p-전극(52)을 형성할 수 있다.6, a p-
이때, 투명 전도성층(51)과 p-전극(52)은 각 개별 소자 영역으로 구분된 박막(30) 상에 패터닝되어 형성될 수 있다. 투명 전도성층(51)은 투명 전도성 산화물이 이용될 수 있다.At this time, the transparent
도 7에서와 같이, 경우에 따라 이러한 투명 전도성층(51) 상에는 광 추출 패턴(53)이 형성될 수도 있다.
As shown in FIG. 7, a
이후, 도 8에서와 같이, p-형 전극 구조(50)의 주변과 질화물 반도체 박막(30)의 적어도 일부를 감싸는 보호층(60)을 형성할 수 있다.8, a
이러한 보호층(60)은 도 8에서와 같이, p-형 전극 구조(50)를 제외한 반도체 박막(30)의 상면과, 박막(30)의 측면 모두를 감싸도록 형성될 수 있고, 경우에 따라 반도체 박막(30)의 상면 또는 측면에만 위치할 수도 있다. 또한, 반도체 박막(30)의 상면의 일부 또는 측면의 일부에만 위치할 수도 있다.8, the
이러한 보호층(60)은, SiO2, SiNx, 및 SiONx 중 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다. 또한, 이러한 보호층(60)은 패시베이션 층(passivation layer)으로 작용할 수 있으며, 반도체 박막(30)의 외측면을 보호함과 동시에 정전기에 의한 박막(30)의 손상 등을 방지할 수 있다.
The
이후, 도 9에서와 같이, 질화물 반도체 후막(20)의 후면에 n-형 전극 구조(70)를 형성한다. 이러한 n-형 전극 구조(70)를 형성하기 전에, 경우에 따라, 래핑(lapping) 공정에 의하여 후막(20)을 적당한 두께로 얇게 할 수 있고, 이에 더하여 래핑된 표면을 폴리싱(polishing) 하는 공정이 추가될 수도 있다.Thereafter, as shown in FIG. 9, an n-
이러한 폴리싱 공정은 저저항을 가지며 견고한 n-형 전극 구조(70)를 형성하기 적당한 표면을 형성하는 의미가 있다.This polishing process has the meaning of forming a suitable surface to form a rigid n-
n-형 전극 구조(70)는 도 9에서와 같이, n-형 반사형 전극(71)일 수 있고, 도 10에서와 같은 투명 전극(72)과 n-형 전극(73)일 수 있으며, 또한 도 11과 같이 n-형 전극(73)만으로 구성될 수도 있다.The n-
이때, 도 10에서와 같이 투명 전극(72)과 n-형 전극(73)을 형성하는 경우에는 추가적으로 도 12과 같이 투명 전극(72)에 광 추출 패턴(74)을 형성할 수도 있다.In this case, when the
여기서 투명 전극(72)은 투명 전도성 산화물이 이용될 수 있고, 경우에 따라 두께가 매우 얇은 금속층이 이용될 수도 있다.Here, the
한편, n-형 전극 구조(70)를 형성하는 질화물 반도체 후막(20)의 하면은 상술한 성장 기판(10)을 분리한 면으로서, 이러한 면은 질소 면(N face)이 될 수 있다.On the other hand, the lower surface of the nitride semiconductor
즉, 질화물 반도체 구조의 외면은 극성 면을 가질 수 있으며, 이러한 극성 면은 갈륨 극성 면(Ga-polar face) 또는 질소 극성 면(N-polar face)을 이루게 된다.That is, the outer surface of the nitride semiconductor structure may have a polar face, and the polar face forms a Ga-polar face or an N-polar face.
이러한 질소 극성 면에 n-형 전극 구조(70)를 형성하는데 있어서, 도 13과 같이, 오믹 접점 구조 향상을 위한 요철 구조(21)를 형성할 수 있다. 즉, 이러한 요철 구조(21)를 형성한 면에 n-형 전극 구조(70)를 형성할 수 있다.In forming the n-
이와 같은 요철 구조(21)는 후막(20)의 하부 면에 형성되며, 랜덤 구조를 가질 수 있고, 경우에 따라, 복수의 단위 형상으로 이루어질 수도 있다.The
이때, 이러한 단위 형상은 원뿔 형상, 다각 기둥, 스트라이프 형상 등이 될 수 있으며, 또한, 상부 폭이 하부 폭보다 좁은 다각 기둥, 스트라이프 형상의 삼각 기둥 등의 다양한 형상(도시되지 않음)을 이룰 수 있다.At this time, the unit shape may be a conical shape, a polygonal column, a stripe shape, or the like, and may have various shapes (not shown) such as a polygonal column and a stripe-shaped triangular column whose upper width is narrower than the lower width .
그리고 이러한 요철 구조(21)의 크기는 3㎛ ~ 6㎛일 수 있으며, 요철 구조의 측면 경사각은 45°~ 80°을 이룰 수 있다.The size of the concavo-
또한, 경우에 따라, 이러한 요철 구조(21) 상에 나노 필라(Nano Pillar) 구조를 더 형성할 수도 있다(도시되지 않음).In some cases, a nano pillar structure may be further formed on the concave-convex structure 21 (not shown).
이와 같이, 질화물 반도체 후막(20)의 질소 극성 면(N-polar face)에 요철 구조(21)를 형성하게 되면, 오믹 특성이 상대적으로 우수하지 않은 질소 극성 면의 상대 면적은 줄이면서 전체 표면적을 증가시킬 수 있어, 낮은 접촉 저항을 제공할 수 있고, 방열 특성을 향상시킬 수 있다. As described above, when the concave-
이러한, 요철 구조(21)는 포토 마스크를 이용한 패터닝에 의해 형성할 수 있고, 또한 ICP-RIE(Inductively Coupled Plasma - Reactive Ion Etching), ECR-RIE(Electron Cyclotron Resonance - Reactive Ion Etching), IBE(Ion Beam Etching), 헬리콘 플라즈마 에칭(Helicon Plasma Etching) 등의 건식 식각법에 의해 형성할 수 있는데, 이때 사용되는 마스크로는 SiO2, 포토 레지스트(Photo Resist), 금속 등을 이용할 수 있다.The concave and
그리고 요철 구조(21)를 형성함에 있어서, 건식 식각 후 KOH, H3PO4 등의 용액을 이용하여 습식 식각하면 이 요철 구조(21) 상에 제작되는 n-형 전극 구조(70)의 특성이 더 향상될 수 있다.In forming the concave and
한편, 이러한 요철 구조(21)의 크기는 수 ㎛의 크기를 가질 수 있는데, 대략 3 내지 5㎛의 크기를 가질 수 있다.On the other hand, the size of the concave-
또한, 요철 구조(21)의 측면 경사각은 45°내지 80°로 형성될 수 있는데, 그 이유 중 하나는 요철 구조(21)의 측면 경사각이 45°이하가 되면, 질소 극성 면의 상대 면적을 충분히 작아지지 않아서 원하는 정도의 오믹 특성을 얻기에 용이하지 않을 수 있고, 요철 구조의 측면 경사각이 80°이상이 되면 이후에 n-형 전극 구조(70)를 형성하기 어려워질 수 있기 때문이다.One of the reasons is that when the side inclination angle of the concave and
이러한 요철 구조(21)의 측면 경사각은 식각 조건을 변경함으로써 조절할 수 있는데, 예를 들어 건식 식각의 경우 플라즈마 파워 및 식각 가스의 조절에 의해 요철 구조(21)의 측면 경사각을 조절할 수 있다. The lateral inclination angle of the concave and
또한, 요철 구조(21)의 측면 경사각은 전체 소자의 방열특성에도 영향을 미칠 수 있다.In addition, the side inclination angle of the
한편, 요철 구조(21)는 질화물 반도체 후막(20)의 질소 극성 면(후면)에 나노 입자를 도포한 후, 이를 마스크로 하여 이 질소 극성 면을 식각 함으로써 형성할 수도 있다.On the other hand, the
이에 의하면 나노 입자의 크기에 따라 수 ㎛부터 수 ㎚의 크기를 갖는 나노 필라(Nano Pillar) 형태의 요철 구조를 형성할 수 있는데, 이 경우 나노 필라의 크기는 10 내지 1000㎚로 형성할 수 있다.According to this, a nano pillar-shaped concave-convex structure having a size of several micrometers to several nanometers can be formed according to the size of the nanoparticles. In this case, the size of the nanofiller can be 10 to 1000 nm.
또한, 이러한 나노 필라는 포토 마스크를 이용한 패터닝 및 건식 식각에 의해 형성된 요철 구조(21)상에 형성될 수 있다.In addition, such a nanofiller can be formed on the concavo-
즉, 질소 극성 면에 포토 마스크를 이용한 패터닝 및 건식 식각 방법으로 요철 구조(21)를 형성한 후, 이러한 요철 구조(21) 상부에 나노 입자를 도포하고 식각하여 나노 필라를 형성할 수 있으며, 이 경우 오믹 특성 및 방열 특성을 보다 향상시킬 수 있다.
That is, after forming the concave-
이상과 같이 하부의 n-형 전극 구조(70)가 형성된 이후에는 도 14에서와 같이, 개별 소자 분리 영역(34)에 따라 개별 소자로 분리하게 된다. 도 14에서 n-형 전극 구조(70)는 도 9와 같은 구조를 가지는 것으로 도시하였으나, 그 외에 위에서 설명한 다양한 구조를 가질 수 있음은 물론이다.After the lower n-
이러한 개별 소자 분리 과정은 주로 질화물 반도체 후막(20)을 분리하는 과정으로 이루어질 수 있으며, 스크라이빙 및/또는 브레이킹 공정에 의하여 이루어질 수 있다.The individual element isolation process may be performed by separating the nitride semiconductor
스크라이빙 공정은 레이저를 이용하거나 식각을 이용할 수 있다. 이러한 스크라이빙 공정에 의하여 소자가 완전히 분리될 수도 있으며, 경우에 따라서는 스크라이빙 공정과 브레이킹 공정이 함께 수행될 수도 있다. 즉, 소자 분리 영역에 스크라이빙을 수행한 이후에 이 스크라이빙 된 방향을 따라 브레이킹이 이루어질 수도 있다.The scribing process can be performed using a laser or etching. The element may be completely separated by such a scribing process, and in some cases, the scribing process and the braking process may be performed together. That is, after performing scribing in the element isolation region, braking may be performed along the scribed direction.
이와 같은 공정에 의하여 개별 소자의 제작이 이루어지게 된다.
Individual devices are fabricated by such a process.
한편, 상술한 과정과 달리, 성정 기판(10)의 분리 과정의 순서가 다르게 이루어질 수 있다. 즉, 위에서 설명한 바와 같이, 후막(20) 성장 또는 후막(20) 상에 박막(30)을 성장한 직후에 성장 기판(10)을 분리하지 않고, p-형 전극 구조(40)의 형성 및 보호층의 형성이 이루어진 이후에 성장 기판(10)을 분리할 수도 있다.In the meantime, unlike the above-described process, the order of the separation process of the
그 외의 과정은 위에서 설명한 바와 동일할 수 있다.
The other process may be the same as described above.
이상과 같은 과정에 의하여 제작될 수 있는 발광 소자의 예를 설명하면 아래와 같다. 여기서 설명하는 소자 구조는 질화물 반도체 후막(20)의 하면에 요철 구조(21)를 가지는 것으로 도시되었지만, 경우에 따라 이러한 요철 구조(21)가 생략될 수도 있음은 물론이다.An example of a light emitting device that can be manufactured by the above process will be described below. Although the element structure described here is shown as having a concave-
이와 같은 소자 구조는 위에서 설명한 특징들이 조합되어 다양한 예를 이룰 수 있다. 즉, 위에서 설명한 질화물 반도체 후막(20), 질화물 반도체 박막(30), 광 추출 구조(40), p-형 전극 구조(50), 보호층(60), 및 n-형 전극 구조(70)의 각 특징들이 다양하게 조합되어 소자 구조를 이룰 수 있다. 그 중에서 몇 가지 예를 설명하면 다음과 같다.Such a device structure can be variously combined with the above-described features. That is, the nitride semiconductor
먼저, 위에서 설명한 도 14와 같은 구조는 보다 상세하게 도시하면 도 15와 같은 구조를 이룰 수 있다.First, the structure as shown in FIG. 14 described above can be structured as shown in FIG. 15 in more detail.
또한, 나머지 구조는 도 15와 거의 동일한 구조를 가지면서 도 5와 같이, 질화물 반도체 박막(30)에 광 추출 구조(40)가 형성된 상태에서 공정이 진행된다면 도 16과 같은 구조를 이룰 수 있다. 즉, 박막(30)의 p-형 반도체층(33) 상에 광 추출 구조(40)가 위치하고, 이 광 추출 구조(40)가 형성된 박막(30) 상에 투명 전도성층(51)과 p-전극(52)으로 이루어지는 p-형 전극 구조(50)가 위치할 수 있다.15, if the nitride semiconductor
질화물 반도체 후막(20)과 질화물 반도체 박막(30)의 n-형 반도체층(31)은 구분되어 도시되었으나, 하나의 n-형 반도체 구조로 보여질 수도 있다. 이는 물질과 전기적 성질이 거의 동일하기 때문이다. 이와 같은 사항도 여기서 설명하는 모든 소자 구조의 예에 있어서 공통적으로 적용될 수 있다.Although the nitride semiconductor
도 17과 도 18에서는 질화물 반도체 박막(30)에 광 추출 구조(40)가 위치하는 상태에서의 다른 예들을 나타내고 있다.17 and 18 show other examples in a state in which the
도 17에서는 도 16의 구조와 거의 유사하나, n-형 전극 구조(70)로서 도 10을 참조하여 설명한 바와 같은 투명 전극(72)과 n-형 전극(73)을 가지는 것이 다르다. 즉, n-형 전극 구조(70) 이외에는 도 16의 구조와 동일한 예를 나타내고 있다.In Fig. 17, the structure is substantially similar to that of Fig. 16, except that the n-
또한, 도 18에서는 광 추출 구조(40) 상에 p-형 전극(52)이 위치하고, 질화물 반도체 후막(20)의 요철 구조(21) 상에 n-형 전극 구조(70)이 위치하는 구조의 소자의 예를 나타내고 있다. 이외에 설명되지 않은 부분은 다른 예와 동일할 수 있다.18 shows a structure in which the p-
도 19에서는 n-형 전극 구조(70)가 투명 전극(72)과 n-형 전극(73)을 가지는 사항 이외에는 도 15의 구조와 동일한 예를 나타내고 있다.In Fig. 19, the same structure as that of Fig. 15 is shown except that the n-
한편, 도 20에서는 도 7을 참조하여 설명한 바와 같이, 투명 전도성층(51)이 광 추출 패턴(53)을 가지는 예를 나타내고 있다. 즉, p-형 전극 구조(50)로서 광 추출 패턴(53)을 가지는 투명 전도성층(51)과 p-형 전극(52)을 가지는 경우를 설명하고 있으며, 그 외의 경우는 도 15의 경우와 동일하다.On the other hand, FIG. 20 shows an example in which the transparent
도 21에서는 p-형 전극 구조(50)가 광 추출 패턴(53)을 가지는 투명 전도성층(51)과 p-형 전극(52)으로 이루어지고, n-형 전극 구조(70) 또한 광 추출 패턴(74)을 가지는 투명 전극(72)과 n-형 전극(73)으로 이루어지는 예를 도시하고 있다.21, the p-
도 17 내지 도 19, 그리고 도 21에서 도시하는 예에서는 발광 소자 구동시에 발생하는 빛이 n-형 반도체층(31)의 방향, 즉, 질화물 반도체 후막(20)을 향하는 방향으로 방출될 수 있다.In the example shown in Figs. 17 to 19 and 21, light generated at the light emitting element driving can be emitted in the direction of the n-
이러한 경우에는 양쪽 방향으로 방출되는 빛을 모두 이용할 수 있으며, 경우에 따라, 소자를 도시한 상태에서 90도 회전시킨 상태로 패키징하여 이용할 수도 있다.
In this case, both light emitted in both directions may be used, and in some cases, the device may be packaged while being rotated by 90 degrees in the state shown in the figure.
이하에서는 위에서 설명한 구조와 달리 n-형 반도체층(31)이 상측을 향하게 되는 구조 및 그 제조방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a structure in which the n < - > -
우선, 성장 기판(10)에 질화물 반도체 후막(20)을 성장시키고, 그 후에 성장 기판(10)을 분리한 후에 반도체 박막(30)을 성장하는 과정은 위에서 설명한 도 1 내지 도 4의 과정과 동일하다.The process of growing the nitride semiconductor
그 후에는, 도 22에서와 같이, 반도체 박막(30)의 p-형 반도체층(33) 상에 p-형 반사전극(54)을 형성한다. 이러한 p-형 반사전극(54)은 p-형 반도체층(33)과의 접점층과 반사전극의 역할을 겸할 수 있고, 별도의 층으로 이루어진 접점층과 반사전극의 결합일 수도 있다.Thereafter, as shown in Fig. 22, a p-type
이러한 p-형 반사전극(54) 상에는 도 23과 같이, p-형 전극(55)이 형성되고, 반도체 박막(30)의 드러난 부분에 보호층(60)이 형성된다. 이러한 보호층(60)에 대한 사항도 위에서 설명한 바와 동일할 수 있다.A p-
다음, 도 24에서와 같이, 질화물 반도체 후막(20)의 하측면에는 광 추출 구조(22)를 형성할 수 있고, 이 광 추출 구조(22)가 형성된 면에 n-형 전극(76)을 형성하여 n-형 전극 구조(70)를 이룰 수 있다.24, a
한편, 도 25에서와 같이, 광 추출 구조(22)가 형성된 질화물 반도체 후막(20)의 하측면에 n-형 투명전극(75)을 형성하고, 이 n-형 투명전극(75) 상에 n-형 전극(76)을 형성하여 n-형 전극 구조(70)를 이룰 수도 있다.25, an n-type
또한, 도 26에서와 같이, 질화물 반도체 후막(20)의 하측면에 광 추출 구조를 형성하지 않고, 여기에 n-형 투명 전극(75)을 형성한 후, 도 27에서와 같이, 이 n-형 투명 전극(75) 상에 광 추출 구조(77)를 형성할 수도 있다. 그리고 이러한 광 추출 구조(77)가 형성된 n-형 투명 전극(75) 상에 n-형 전극(76)을 형성하는 것이다.26, after the n-type
이후에 각 구조는 개별 소자 분리 영역에 따라 개별 소자로 분리될 수 있다.Each structure can then be separated into individual elements depending on the individual element isolation regions.
도 28은 위에서 설명한 도 24와 같은 구조에서 개별 소자로 분리되고 상하 위치가 역전된 상태의 소자 구조를 나타낸다. 즉, 질화물 반도체 후막(20)의 상측에 광 추출 구조(22)가 위치하고, 이 광 추출 구조(22)가 위치한 면에 n-형 전극(76)이 위치하며, 반도체 박막(30)의 하측에 p-형 반사전극(54)과 p-형 전극(55)으로 이루어지는 p-형 전극 구조(50)가 위치한다. Fig. 28 shows a device structure in a state in which the upper and lower positions are reversed and separated into individual devices in the structure shown in Fig. 24 described above. That is, the
여기서 보호층(60)은 질화물 반도체 박막(60)을 덮고 있으나, 경우에 따라 질화물 반도체 후막(20)의 일부분도 덮도록 형성될 수 있다. Here, the
그외의 부분은 위에서 설명된 바와 동일하게 적용될 수 있다.Other portions can be applied as described above.
도 29는 도 25와 같은 구조가 개별 소자로 분리되고 상하 위치가 역전된 상태의 소자 구조를 나타내고 있다. 또한, 도 30은 도 27에서 설명한 구조가 개별 소자로 분리되고 상하 위치가 역전된 상태의 소자 구조를 나타내고 있다. 각각의 구성요소에 대한 사항은 위에서 설명한 바와 동일할 수 있다.
FIG. 29 shows a device structure in which the structure as shown in FIG. 25 is separated into individual devices and the up and down positions are reversed. Fig. 30 shows a device structure in which the structure described in Fig. 27 is separated into individual devices and the top and bottom positions are reversed. The matters for each component may be the same as described above.
이상과 같이 설명한 발광 소자는 질화물 반도체 후막(20)을 이용함으로써 수직형 발광 다이오드 구조를 제작하는 내용을 포함하며, 이러한 구조는 대리 기판을 이용할 필요가 없다.The light emitting device described above includes the content of fabricating the vertical type light emitting diode structure by using the nitride semiconductor
따라서, 이러한 대리 기판을 제작하기 위한 웨이퍼 본딩(wafer bonding)이나 전기도금(electroplating) 등의 복잡한 공정을 제거하여 제작 공정을 단순화시키는 동시에 이러한 복잡한 공정에서 야기되는 발광 다이오드(LED) 특성 저하를 방지하는 효과를 얻을 수 있다. 또한 구조적인 제약이 크게 감소하여, 위에서 설명한 바와 같은 수직형 LED의 구조를 다양화시킬 수 있다.Therefore, complicated processes such as wafer bonding and electroplating for fabricating such a surrogate substrate are eliminated to simplify the fabrication process and to prevent deterioration of LED characteristics caused by such complicated fabrication processes Effect can be obtained. Also, the structural constraints are greatly reduced, and the structure of the vertical LED as described above can be diversified.
고품위 박막을 두껍고 안정적이게 성장하는 기술 및 장비가 나날이 발전하고 있다. 가장 대표적인 방법은 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)일 수 있지만 이외에도 최근에 LPE(Liquid Phase Epitaxy) 및 MOCVD(Metalorganic Chemical Vapor Epitaxy) 방법을 이용하여 고품위 박막을 두껍게 성장하는 기술도 발표되고 있다. Techniques and equipment for thick and stable growth of high-quality thin films are evolving day by day. The most representative method is Hydride Vapor Phase Epitaxy (HVPE). Recently, however, techniques for thickening a high-quality thin film using LPE (Liquid Phase Epitaxy) and MOCVD (Metalorganic Chemical Vapor Epitaxy) have been disclosed.
이와 같은 방법을 이용하여 사파이어(sapphire) 또는 실리콘 카바이드(SiC)와 같은 성장 기판 상에 50㎛ 이상의 두꺼운 질화물 반도체 후막을 성장한 후 기판만 분리하면 대리 기판 없이도 자체를 지지할 수 있고, 소자 제작 공정에서 핸들링이 가능하다. By using such a method, a thick nitride semiconductor thick film having a thickness of 50 μm or more is grown on a growth substrate such as sapphire or silicon carbide (SiC), and then only the substrate is separated. Handling is possible.
이와 같은 두꺼운 반도체 박막(후막) 특징을 이용하면 수직형 LED 공정을 위에서 설명한 바와 같이 크게 단순화시킬 수 있다. 우선 대리기판이 필요 없기 때문에 대리기판 제공을 위한 공정이 불필요해지고 여기서 야기되는 여러 문제점도 함께 제거된다. Using such a thick semiconductor thin film (thick film) feature, the vertical LED process can be greatly simplified as described above. First, since a surrogate substrate is not necessary, a process for providing a surrogate substrate becomes unnecessary, and various problems caused therefrom are also eliminated.
또한, 후막에 의하여 반도체층이 두껍기 때문에 도 31 및 도 32에서 도시하는 바와 같이, 자체적인 전도성에 의해 전류를 고르게 퍼뜨릴 수 있다. 따라서, 전류를 고르게 퍼뜨리기 위한 구조, 예를 들어, CBL층과 같은 구조를 적용하지 않아도 충분한 전기적 특성을 얻을 수 있다.Further, since the semiconductor film is thick due to the thick film, the current can be evenly spread by its own conductivity, as shown in Figs. Therefore, it is possible to obtain a sufficient electric characteristic without applying a structure for evenly spreading the current, for example, a structure such as a CBL layer.
한편, 대리 기판을 이용하는 구조에서는 대리 기판에서의 광흡수를 방지하기 위해 p-형 반도체층 면에 반사전극을 형성하고 반대 n-형 반도체층 면을 통해 광을 추출하는 구조를 사용하였으나 두꺼운 박막(후막) 기반의 기술을 사용하면 위에서 설명한 바와 같은 다양한 수직형 LED 구조가 구현 가능한 것이다.On the other hand, in the structure using a surrogate substrate, a reflective electrode is formed on the p-type semiconductor layer surface and light is extracted through the surface of the opposite n-type semiconductor layer in order to prevent light absorption in the surrogate substrate. Thick film-based technology, various vertical LED structures as described above can be implemented.
10: 성장 기판 20: 질화물 반도체 후막
30: 질화물 반도체 박막 40: 광 추출 구조
50: p-형 전극 구조 60: 보호층
70: n-형전극 구조10: growth substrate 20: nitride semiconductor thick film
30: nitride semiconductor thin film 40: light extracting structure
50: p-type electrode structure 60: protective layer
70: n-type electrode structure
Claims (18)
상기 질소 극성 면인 제1면 상에 위치하고, 45°내지 80°의 측면 경사각을 가지는 요철 구조;
상기 제2면 상에 위치하는 질화물 반도체 박막;
상기 요철 구조 상에 위치하고 반사 전극으로 작용하는 제1전극;
상기 질화물 반도체 박막 상에 위치하는 광 추출층;
상기 광 추출층 상에 위치하는 제2전극; 및
상기 질화물 반도체 박막의 적어도 일측면 상에 위치하는 보호층을 포함하는 질화물계 발광 소자.A nitride semiconductor thick film having a first face which is a nitrogen polar face, a second face which is a gallium polar face, and which has a thickness of 50 to 300 mu m;
A concavo-convex structure located on the first polar side of the nitrogen surface and having a side inclination angle of 45 ° to 80 °;
A nitride semiconductor thin film disposed on the second surface;
A first electrode located on the concave-convex structure and serving as a reflective electrode;
A light extraction layer located on the nitride semiconductor thin film;
A second electrode located on the light extracting layer; And
And a protective layer located on at least one side of the nitride semiconductor thin film.
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2010
- 2010-08-20 KR KR1020100080740A patent/KR101775123B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
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