KR101859476B1 - 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광 소자들 사이의 더미 영역에 제1 전극을 형성하여 유효 발광 영역을 늘려 광 추출 효율을 향상시키고 전류 분산을 증가시킬 수 있는 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 기판 상에 복수개의 발광 소자 영역과 상기 발광 소자 영역 사이의 더미 영역을 정의하는 단계; 상기 기판 상에 제1 도전형 질화물 반도체층, 활성층, 제2 도전형 질화물 반도체층 및 오믹콘택을 위한 투명전극층을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 제1 도전형 질화물 반도체층 표면이 노출되도록 상기 더미 영역의 상기 활성층, 제2 도전형 질화물 반도체층 및 투명전극층을 제거하여 메사 구조를 형성하는 단계; 상기 노출된 제1 도전형 질화물 반도체층상에 제1 전극을 형성하고, 상기 투명전극층상에 제2 전극을 형성하는 단계; 그리고 상기 제1 및 제2 전극이 형성된 상기 기판을 단위 발광 소자 영역별로 컷팅하는 단계를 포함하여 이루어진 것이다.

Description

질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법 {Method for manufacturing nitride semiconductor light emitting device}
본 발명은 질화물 반도체 발광 소자에 관한 것으로, 특히 유효 발광 면적을 넓히고 전류 분산을 균일하게 하여 광학적 및 전기적 특성과 소자의 신뢰도를 향상시키기 위한 질화물 반도체 발광 소자 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 질화물 반도체는 GaN, InN, AlN 등과 같은 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정으로서, 단파장 광 (자외선 내지 녹색광), 특히 청색광을 낼 수 있는 발광소자에 널리 사용된다. 이러한 질화물 반도체 발광 소자는 결정 성장을 위한 격자 정합 조건을 만족하는 사파이어 기판이나 SiC 기판 등의 절연성 기판을 이용하여 제조 되므로, 통상적으로 p형 및 n형 질화물 반도체층에 연결된 2개의 전극이 발광 구조의 상면에 거의 수평으로 배열되는 플래너(planar) 구조를 갖는다.
이러한 플래너 구조 질화물 반도체 발광 소자는, 2개의 전극이 발광 구조물 상하면에 각각 배치된 버티컬(Vertical) 구조 발광 소자에 비해 전류가 전체 발광 영역에 균일하게 분산되지 못하므로, 발광에 가담하는 유효 면적이 크지 못하고, 발광 면적당 발광 효율도 낮다는 문제가 있었다. 특히 조명용과 같은 고출력이 요구되는 비교적 큰 면적을 갖는 발광 소자에서 이러한 전류 분산 문제는 보다 심각해진다.
이러한 전류 분산 문제를 해결하기 위한 종래의 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도이고, 도 2는 도 1의 I-I 선상의 단면도이다.
먼저, 하나의 기판상에는 복수개의 발광 소자 영역이 정의되어 기판상에 복수개의 발광 소자가 형성된 후 단위 발광 소자 별로 컷팅된다.
사파이어 또는 SiC 기판(11) 상에 복수개의 발광 소자 영역(1)과 상기 발광 소자 영역 사이의 더미 영역(2)을 정의한다.
그리고, 상기 기판(11) 상에 제1 도전형(n형) 질화물 반도체층(12), 활성층(14), 제2 도전형(p형) 질화물 반도체층(15) 및 오믹콘택을 위한 투명전극층(16)을 차례로 형성한다.
그리고, 감광막(도면에는 도시되지 않음)을 이용한 사진 석판술(Photo lithorgaph)을 이용하여, 상기 더미 영역(2) 및 발광 소자 영역중 가장자리 부분을 선택적으로 식각하여, 상기 제1 도전형 질화물 반도체층(12) 표면이 노출되도록 메사 구조를 형성한다.
상기 노출된 제1 도전형 질화물 반도체층(12)과 상기 상기 투명전극층(16)을 포함한 기판 전면에 금속층을 증착하고 선택적으로 제거하여 상기 제1 도전형 질화물 반도체층(12)과 상기 상기 투명전극층(16)상에 각각 제1 및 제2 전극(18,19)을 형성한다. 이 때, 상기 제 1 전극(18)은 상기 발광 소자 영역중 가장자리 부분에 형성되고, 더미 영역에는 형성되지 않는다.
일반적으로 질화물계 반도체층의 활성층 전체에 전류 주입이 어려운 문제점을 가지고 있다. 이러한 부분을 해결하기 위해 본딩 패드를 형성하고 연장 전극을 형성한다. 즉 상기 제1 및 제2 전극(18,19)은 각각 와이어 본딩 시의 콘택영역에 형성된 제1 및 제2 본딩패드(18a,19a)와 그로부터 연장된 제1 및 제2 연장전극(18b,19b)으로 구성된다. 상기 제1 및 제2 본딩패드(18a,19a)는 대향하는 양변에 위치하고, 상기 제1 연장전극(18b)은 상기 제2 본딩패드(19a)를 향해 양변을 따라 연장되며, 상기 제2 연장전극(19b)은 상기 제1 연장전극(18b)이 양측에 일정한 간격으로 위치하도록 중심부를 따라 연장된다.
이와 같이, 제1 및 제2 전극(18,19)은 상기 제1 및 제2 연장전극(18b,19b)을 비교적 일정한 간격으로 배열하므로 전류 분산을 고려한다.
그러나, 발광 영역이 상대적으로 줄어들어 그 만큼의 광 추출 효율을 감소시킨다.
이러한 문제는 조명용 LED와 같은 대면적 발광소자에서 보다 심각해지며, 이로 인해 발광효율의 향상효과를 충분히 기대하기 어렵다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 발광 소자들 사이의 더미 영역에 제1 전극을 형성하여 유효 발광 영역을 늘려 광 추출 효율을 향상시키고 전류 분산을 증가시킬 수 있는 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법은, 기판 상에 복수개의 발광 소자 영역과 상기 발광 소자 영역 사이의 더미 영역을 정의하는 단계; 상기 기판 상에 제1 도전형 질화물 반도체층, 활성층, 제2 도전형 질화물 반도체층 및 오믹콘택을 위한 투명전극층을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 제1 도전형 질화물 반도체층 표면이 노출되도록 상기 더미 영역의 상기 활성층, 제2 도전형 질화물 반도체층 및 투명전극층을 제거하여 메사 구조를 형성하는 단계; 상기 노출된 제1 도전형 질화물 반도체층상에 제1 전극을 형성하고, 상기 투명전극층상에 제2 전극을 형성하는 단계; 그리고 상기 제1 및 제2 전극이 형성된 상기 기판을 단위 발광 소자 영역별로 컷팅하는 단계를 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 기판을 단위 발광 소자 영역별로 컷팅하는 단계는, 상기 기판의 배면쪽에서 레이저를 조사하여 단위 발광 소자 별로 컷팅함에 특징이 있다.
상기 제1 및 제2 전극은 각각 와이어 본딩 시의 콘택 영역에 형성된 제1 및 제2 본딩패드와, 그로부터 연장된 제1 및 제2 연장전극을 구비하고, 상기 제1 연장 전극은 더미 영역에 형성됨에 특징이 있다.
상기 제1 및 제2 전극은 각각 와이어 본딩 시의 콘택 영역에 형성된 제1 및 제2 본딩패드와, 그로부터 연장된 제1 및 제2 연장전극을 구비하고, 상기 제1 본딩 패드와 제1 연장 전극이 모두 더미 영역에 형성됨에 특징이 있다.
상기 제1 및 제2 전극은 각각 와이어 본딩 시의 콘택 영역에 형성된 제1 및 제2 본딩패드와, 그로부터 연장된 제1 및 제2 연장전극을 구비하고, 상기 제1 및 제2 본딩패드는 각각 대향하는 양변에 위치하고, 상기 제1 연장전극은 상기 제2 본딩패드를 향해 양변을 따라 연장되며, 상기 제2 연장전극은 상기 제1 연장전극이 양측에 일정한 간격으로 위치하도록 중심부를 따라 연장됨에 특징이 있다.
상기 제1 및 제2 전극은 각각 와이어 본딩 시의 콘택 영역에 형성된 제1 및 제2 본딩패드와, 그로부터 연장된 제1 및 제2 연장전극을 구비하고, 상기 제1 본딩 패드는 발광 소자 영역의 일측 모서리에 형성되고, 제1 연장 전극은 발광 소자 영역의 장축 방향을 따라 형성되고,
상기 제2 본딩 패드는 상기 제1 본딩패드의 대각선 방향의 모서리 부분에 형성되고, 상기 제2 연장 전극은 상기 제1 연장 전극과 평행하도록 상기 제1 연장 전극과 대향하는 발광 소자 영역의 장축 방향을 따라 형성됨에 특징이 있다.
상기 제1 전극은 와이어 본딩 시의 콘택 영역에 형성된 제1 본딩패드 및 그로부터 연장된 제1 연장전극을 구비하고, 상기 제2 전극은 와이어 본딩 시의 콘택 영역에 형성된 제2 본딩패드를 구비하고, 상기 제1 본딩 패드는 발광 소자 영역의 일측 단변 영역에 형성되고, 상기 제1 연장 전극이 발광 소자 영역 주변의 4변에 형성되고, 상기 제2 본딩 패드는 상기 투명전극층상에 형성됨에 특징이 있다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
발광 소자들 사이의 더미 영역에 제1 전극을 형성하므로, 발광 소자 영역에 제2 도전형(p형) 질화물 반도체층 및 오믹콘택을 위한 투명전극층의 면적을 최대한 확보할 수 있으므로, 유효 발광 영역을 늘려 광 추출 효율을 향상시키고 전류 분산을 증가시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도
도 2는 도 1의 I-I' 선상의 단면도
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도
도 4는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ' 선상의 단면도
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도
도 6은 발명의 제 3 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도이고, 도 4는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ' 선상의 단면도이다.
먼저, 하나의 기판상에는 복수개의 발광 소자 영역이 정의되어 기판상에 복수개의 발광 소자가 형성된 후 단위 발광 소자 별로 컷팅된다.
따라서, 사파이어 또는 SiC 기판(11) 상에 복수개의 발광 소자 영역(1)과 상기 발광 소자 영역 사이의 더미 영역(2)을 정의한다.
그리고, 상기 기판(11) 상에 제1 도전형(n형) 질화물 반도체층(12), 활성층(14), 제2 도전형(p형) 질화물 반도체층(15) 및 오믹콘택을 위한 투명전극층(16)을 차례로 형성한다.
그리고, 감광막(도면에는 도시되지 않음)을 이용한 사진 석판술(Photo lithorgaph)을 이용하여, 상기 제1 도전형 질화물 반도체층(12) 표면이 노출되도록상기 더미 영역(2)의 상기 활성층(14), 제2 도전형(p형) 질화물 반도체층(15) 및 오믹콘택을 위한 투명전극층(16)을 선택적으로 제거하여 메사 구조를 형성한다.
상기 노출된 제1 도전형 질화물 반도체층(12)과 상기 투명전극층(16)을 포함한 기판 전면에 금속층을 증착하고 선택적으로 제거하여, 상기 제1 도전형 질화물 반도체층(12)상에 제1 전극(18)을 형성하고, 상기 투명전극층(16)상에 제2 전극(19)을 형성한다.
그리고, 레이저 등을 이용하여 상기 기판(11)을 단위 발광 소자 영역(1)별로 컷팅한다. 이 때, 상기 기판(11)의 배면쪽에서 레이저를 조사하여 단위 발광 소자 별로 컷팅하고, 레이저의 에너지를 조절하여, 기판(11) 컷팅 시 상기 제1 전극(18)이 단위 발광 소자 별로 분리 되도록 한다.
상기 제1 및 제2 전극(18,19)은 각각 와이어 본딩 시의 콘택 영역에 형성된 제1 및 제2 본딩패드(18a,19a)와, 그로부터 연장된 제1 및 제2 연장전극(18b,19b)으로 구성된다.
여기서, 상기 제1 전극(18)의 제1 본딩 패드(18a)와 제1 연장 전극(18b)이 모두 더미 영역에 형성되거나, 적어도 상기 제1 연장 전극(18b)은 더미 영역에 형성된다.
즉, 상기 제1 도전형 질화물 반도체층(12) 표면이 노출되도록 상기 더미 영역(2)의 상기 활성층(14), 제2 도전형(p형) 질화물 반도체층(15) 및 오믹콘택을 위한 투명전극층(16)을 선택적으로 제거하여 메사 구조를 형성할 때, 상기 제1 전극(18)의 제1 본딩 패드(18a)가 형성되는 영역의 발광 소자 영역의 일부를 제거하여, 상기 제1 전극(18)의 제1 본딩 패드(18a)를 형성할 경우는, 상기 제1 연장 전극(18b)만 더미 영역에 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 본딩패드(18a,19a)는 대향하는 양변에 위치하고, 상기 제1 연장전극(18b)은 상기 제2 본딩패드(19a)를 향해 양변을 따라 연장되며, 상기 제2 연장전극(19b)은 상기 제1 연장전극(18b)이 양측에 일정한 간격으로 위치하도록 중심부를 따라 연장된다.
이와 같이, 제1 및 제2 전극(18,19)은 상기 제1 및 제2 연장전극(18b,19b)을 비교적 일정한 간격으로 배열하므로 전류 분산을 고려한다.
이와 같이, 상기 제1 전극(18)의 제1 본딩 패드(18a)와 제1 연장 전극(18b)이 모두 더미 영역에 형성되거나, 적어도 상기 제1 연장 전극(18b)은 더미 영역에 형성되므로, 발광 영역이 상대적으로 증가하여 그 만큼의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기에서, 제1 전극 및 제2 전극(18, 19)의 패턴이 상기 제 1 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 단지 제1 전극(18)의 전부 또는 일부가 발광 소자 영역 사이의 더미 영역에 형성될 수 있다.
예를 들면, 도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법은 본 발명의 제 1 실시예와 같으나, 제1 및 제2 전극의 패턴에 차이가 있다.
즉, 제1 전극(18)은 일측 모서리와 발광 소자 영역의 장축 방향에 형성한다. 상기 제1 전극(18)의 제1 본딩 패드(18a)가 발광 소자 영역의 일측 모서리에 형성되고, 제1 전극(18)의 제1 연장 전극(18b)이 발광 소자 영역의 장축 방향을 따라 형성된다.
그리고, 제2 전극(19)은 상기 투명전극층(16)상에 형성되고, 상기 제2 전극(19)의 제2 본딩 패드(19a)는 상기 제1 전극(18)의 제1 본딩패드(18a)의 대각선 방향의 모서리 부분에 형성되고, 상기 제2 전극(19)의 제2 연장 전극(19b)은 상기 제1 전극(18)의 제1 연장 전극(18b)과 평행하도록 상기 제1 전극(18)의 제1 연장 전극(18b)과 대향하는 발광 소자 영역의 장축 방향을 따라 형성된다.
물론, 상기 제1 전극(18)의 제1 본딩 패드(18a)와 제1 연장 전극(18b)이 모두 더미 영역에 형성되거나, 적어도 상기 제1 연장 전극(18b)은 더미 영역에 형성되므로, 발광 영역이 상대적으로 증가하여 그 만큼의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 6은 발명의 제 3 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법은 본 발명의 제 1 실시예와 같으나, 마찬가지로, 제1 및 제2 전극의 패턴에 차이가 있다.
즉, 제1 전극(18)은 발광 소자 영역 사이의 더미 영역의 4변 주변에 형성한다. 상기 제1 전극(18)의 제1 본딩 패드(18a)가 발광 소자 영역의 일측 단변 영역에 형성되고, 제1 전극(18)의 제1 연장 전극(18b)이 4변에 형성된다.
그리고, 제2 전극(19)은 상기 투명전극층(16)상에 제2 본딩 패드(19a)만을 구비하여 형성된다.
물론, 상기 제1 전극(18)의 제1 본딩 패드(18a)와 제1 연장 전극(18b)이 모두 더미 영역에 형성되거나, 적어도 상기 제1 연장 전극(18b)은 더미 영역에 형성되므로, 발광 영역이 상대적으로 증가하여 그 만큼의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광 소자는, 발광 소자들 사이의 더미 영역에 제1 전극을 형성함에 특징이 있는 것으로, 발광 소자의 제1 및 제2 전극 패턴에 관계 없이, 모든 질화물 반도체 발광 소자에 적용할 수 있다. 발광 소자 영역에 제2 도전형(p형) 질화물 반도체층 및 오믹콘택을 위한 투명전극층의 면적을 최대한 확보할 수 있으므로, 유효 발광 영역을 늘려 광 추출 효율을 향상시키고 전류 분산을 증가시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
11: 기판 12: 제1 도전형 질화물 반도체층
14: 활성층 15: 제2 도전형 질화물 반도체층
16: 투명전극층 18, 19: 전극
18a, 19a: 본딩 패드 18b, 19b: 연장 전극

Claims (7)

  1. 기판 상에 복수개의 발광 소자 영역과 상기 발광 소자 영역 사이의 더미 영역을 정의하는 단계;
    상기 기판 상에 제1 도전형 질화물 반도체층, 활성층, 제2 도전형 질화물 반도체층 및 오믹콘택을 위한 투명전극층을 순차적으로 형성하는 단계;
    상기 제1 도전형 질화물 반도체층 표면이 노출되도록 상기 더미 영역의 상기 활성층, 제2 도전형 질화물 반도체층 및 투명전극층을 제거하여 메사 구조를 형성하는 단계;
    상기 노출된 제1 도전형 질화물 반도체층상에 제1 전극을 형성하고, 상기 투명전극층상에 제2 전극을 형성하는 단계; 그리고
    상기 제1 및 제2 전극이 형성된 상기 기판을 단위 발광 소자 영역별로 컷팅하는 단계를 포함하고,
    상기 단위 발광 소자 영역별로 컷팅하는 단계는,
    상기 기판의 배면쪽에서 레이저를 조사하여 단위 발광 소자 별로 컷팅하고, 레이저의 에너지를 조절하여, 기판 컷팅 시 상기 제1 전극이 단위 발광 소자 별로 분리 되도록 함을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극은 각각 와이어 본딩 시의 콘택 영역에 형성된 제1 및 제2 본딩패드와, 그로부터 연장된 제1 및 제2 연장전극을 구비하고,
    상기 제1 연장 전극은 더미 영역에 형성됨을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극은 각각 와이어 본딩 시의 콘택 영역에 형성된 제1 및 제2 본딩패드와, 그로부터 연장된 제1 및 제2 연장전극을 구비하고,
    상기 제1 본딩 패드와 제1 연장 전극이 모두 더미 영역에 형성됨을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극은 각각 와이어 본딩 시의 콘택 영역에 형성된 제1 및 제2 본딩패드와, 그로부터 연장된 제1 및 제2 연장전극을 구비하고,
    상기 제1 및 제2 본딩패드는 각각 대향하는 양변에 위치하고, 상기 제1 연장전극은 상기 제2 본딩패드를 향해 양변을 따라 연장되며, 상기 제2 연장전극은 상기 제1 연장전극이 양측에 일정한 간격으로 위치하도록 중심부를 따라 연장됨을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극은 각각 와이어 본딩 시의 콘택 영역에 형성된 제1 및 제2 본딩패드와, 그로부터 연장된 제1 및 제2 연장전극을 구비하고,
    상기 제1 본딩 패드는 발광 소자 영역의 일측 모서리에 형성되고, 제1 연장 전극은 발광 소자 영역의 장축 방향을 따라 형성되고,
    상기 제2 본딩 패드는 상기 제1 본딩패드의 대각선 방향의 모서리 부분에 형성되고, 상기 제2 연장 전극은 상기 제1 연장 전극과 평행하도록 상기 제1 연장 전극과 대향하는 발광 소자 영역의 장축 방향을 따라 형성됨을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전극은 와이어 본딩 시의 콘택 영역에 형성된 제1 본딩패드 및 그로부터 연장된 제1 연장전극을 구비하고, 상기 제2 전극은 와이어 본딩 시의 콘택 영역에 형성된 제2 본딩패드를 구비하고,
    상기 제1 본딩 패드는 발광 소자 영역의 일측 단변 영역에 형성되고, 상기 제1 연장 전극이 발광 소자 영역 주변의 4변에 형성되고,
    상기 제2 본딩 패드는 상기 투명전극층상에 형성됨을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법.
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JP2004228290A (ja) * 2003-01-22 2004-08-12 Toyoda Gosei Co Ltd 半導体発光素子及びその製造方法
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