KR102022658B1 - Semiconductor device having insulation structure and method of fabricating the same - Google Patents

Semiconductor device having insulation structure and method of fabricating the same Download PDF

Info

Publication number
KR102022658B1
KR102022658B1 KR1020120114133A KR20120114133A KR102022658B1 KR 102022658 B1 KR102022658 B1 KR 102022658B1 KR 1020120114133 A KR1020120114133 A KR 1020120114133A KR 20120114133 A KR20120114133 A KR 20120114133A KR 102022658 B1 KR102022658 B1 KR 102022658B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
semiconductor
mask
mask pattern
layer
Prior art date
Application number
KR1020120114133A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20140047872A (en
Inventor
허정훈
최주원
이준희
김창연
Original Assignee
서울바이오시스 주식회사
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 서울바이오시스 주식회사 filed Critical 서울바이오시스 주식회사
Priority to KR1020120114133A priority Critical patent/KR102022658B1/en
Priority to CN201380053692.XA priority patent/CN104737310B/en
Priority to PCT/KR2013/009055 priority patent/WO2014061940A1/en
Priority to DE112013004996.1T priority patent/DE112013004996T5/en
Priority to US14/053,098 priority patent/US9111840B2/en
Priority to TW102137139A priority patent/TWI636583B/en
Publication of KR20140047872A publication Critical patent/KR20140047872A/en
Priority to US14/796,421 priority patent/US9537045B2/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102022658B1 publication Critical patent/KR102022658B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor 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
    • H01L33/44Semiconductor 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/15Devices 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
    • H01L27/153Devices 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
    • H01L27/156Devices 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor 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
    • H01L33/005Processes
    • H01L33/0093Wafer bonding; Removal of the growth substrate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor 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
    • H01L33/02Semiconductor 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
    • H01L33/20Semiconductor 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008Processes
    • H01L2933/0025Processes relating to coatings

Landscapes

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

Abstract

절연 구조체를 갖는 반도체 소자 및 그것을 제조하는 방법이 개시된다. 이 반도체 소자는, 기판; 기판 상에 위치하는 질화갈륨 계열의 반도체 적층체; 및 기판과 반도체 적층체 사이에 위치하여, 반도체 적층체를 기판으로부터 절연시키는 절연 구조체를 포함한다. 또한, 절연 구조체는, 마스크 영역과 개구부 영역을 갖는 마스크 패턴; 및 마스크 패턴의 개구부 영역에 위치하는 공동을 포함한다. 이에 따라, 상기 반도체 적층체는 마스크 패턴과 공동에 의해 상기 기판으로부터 전기적으로 절연될 수 있다.Disclosed are a semiconductor device having an insulating structure and a method of manufacturing the same. This semiconductor element comprises a substrate; A gallium nitride based semiconductor laminate positioned on the substrate; And an insulating structure positioned between the substrate and the semiconductor laminate to insulate the semiconductor laminate from the substrate. The insulating structure may further include a mask pattern having a mask region and an opening region; And a cavity located in the opening region of the mask pattern. Accordingly, the semiconductor laminate may be electrically insulated from the substrate by the mask pattern and the cavity.

Description

절연 구조체를 갖는 반도체 소자 및 및 그것을 제조하는 방법{SEMICONDUCTOR DEVICE HAVING INSULATION STRUCTURE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}A semiconductor device having an insulating structure and a method of manufacturing the same {SEMICONDUCTOR DEVICE HAVING INSULATION STRUCTURE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}

본 발명은 반도체 소자 및 그것을 제조하는 방법에 관한 것으로, 반도체 적층체를 기판으로부터 절연시키는 절연 구조체를 갖는 반도체 소자 및 그것을 제조하는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and to a semiconductor device having an insulating structure that insulates a semiconductor laminate from a substrate and a method of manufacturing the same.

질화갈륨계 화합물 반도체는 가시광 및 자외선 발광 소자나 고출력 전자 소자 등에 사용되고 있다. 질화갈륨계 화합물 반도체층은 통상 MBE, MOCVD 또는 HVPE 등의 성장 기술을 사용하여 기판 상에 성장된다.Gallium nitride compound semiconductors are used in visible and ultraviolet light emitting devices, high power electronic devices and the like. A gallium nitride compound semiconductor layer is usually grown on a substrate using a growth technique such as MBE, MOCVD or HVPE.

일반적으로 질화갈륨계 화합물 반도체는 사파이어 기판과 같은 이종 기판 상에서 성장된다. 반도체 적층체가 사파이어 기판 상에 성장되며, 반도체 적층체를 이용하여 다양한 반도체 소자가 제조될 수 있다.In general, gallium nitride compound semiconductors are grown on heterogeneous substrates, such as sapphire substrates. The semiconductor laminate is grown on a sapphire substrate, and various semiconductor devices can be manufactured using the semiconductor laminate.

최근, 고전압에서 구동하기 위해 배선을 이용하여 단일 기판 상에서 복수의 반도체 적층체를 직렬 연결한 발광 소자가 사용되고 있다. 이러한 발광 소자는, 일반적으로 절연 기판인 사파이어 기판을 성장 기판으로 사용하여 형성된다. 따라서, 반도체 적층체들 사이의 전기적 절연은 성장 기판 상에 성장된 반도체층들을 기판이 노출되도록 패터닝함으로써 상대적으로 쉽게 달성될 수 있다.Recently, a light emitting device in which a plurality of semiconductor laminates are connected in series on a single substrate using a wiring to drive at high voltage has been used. Such a light emitting element is generally formed using a sapphire substrate which is an insulating substrate as a growth substrate. Thus, electrical isolation between semiconductor stacks can be achieved relatively easily by patterning the semiconductor layers grown on the growth substrate to expose the substrate.

그러나, 사파이어 기판 상에서 성장된 반도체 적층체는 상대적으로 높은 결정 결함 밀도를 갖는다. 더욱이, c면을 성장면으로 갖는 사파이어 기판 상에서 C축 방향으로 성장된 질화갈륨계 화합물 반도체는 자발 분극 및 압전 분극에 의한 극성을 나타내며, 따라서 전자와 정공의 재결합율이 낮아져 발광 효율 개선에 한계가 있다.However, semiconductor laminates grown on sapphire substrates have a relatively high crystal defect density. Furthermore, gallium nitride compound semiconductors grown in the C-axis direction on a sapphire substrate having a c plane as a growth plane exhibit polarity due to spontaneous polarization and piezoelectric polarization, and thus, the recombination rate of electrons and holes is lowered, thereby limiting the improvement in luminous efficiency. have.

사파이어 기판의 한계를 극복하기 위해, 최근에는 질화갈륨 기판을 성장 기판으로 사용하여 질화갈륨계 화합물 반도체를 성장시키는 기술이 개발되고 있다. 동종 기판인 질화갈륨 기판을 성장기판으로 사용하기 때문에 결정 결함 밀도를 대폭적으로 낮출 수 있다. 나아가, 비극성 또는 반극성 질화갈륨 기판을 성장 기판으로 사용할 경우, 결정 품질이 양호한 비극성 또는 반극성 질화갈륨계 화합물 반도체를 성장시킬 수 있어 분극에 의한 문제를 해결할 수 있다.In order to overcome the limitation of the sapphire substrate, recently, a technique for growing a gallium nitride compound semiconductor using a gallium nitride substrate as a growth substrate has been developed. Since a gallium nitride substrate, which is a homogeneous substrate, is used as a growth substrate, the crystal defect density can be significantly reduced. Furthermore, when a nonpolar or semipolar gallium nitride substrate is used as a growth substrate, it is possible to grow a nonpolar or semipolar gallium nitride compound semiconductor having good crystal quality, thereby solving the problem due to polarization.

그러나, 질화갈륨 기판은 사파이어 기판과 달리 전기 전도성을 갖는다. 질화갈륨 기판의 제조 방법을 제어하여 상대적으로 고저항의 질화갈륨 기판을 제조하더라도, 반도체 적층체에 비해 질화갈륨 기판이 매우 두껍기 때문에 질화갈륨 기판을 통한 전류 누설을 무시할 수 없다. 따라서, 질화갈륨 기판과 같은 전기 전도성 기판 상에서 복수의 반도체 적층체를 직렬 연결하기 위해서는, 복수의 반도체 적층체와 기판을 절연시킬 필요가 있다.However, gallium nitride substrates have electrical conductivity unlike sapphire substrates. Even if a gallium nitride substrate having a relatively high resistance is manufactured by controlling a method of manufacturing a gallium nitride substrate, current leakage through the gallium nitride substrate cannot be ignored because the gallium nitride substrate is very thick compared to the semiconductor laminate. Therefore, in order to connect a plurality of semiconductor laminates in series on an electrically conductive substrate such as a gallium nitride substrate, it is necessary to insulate the plurality of semiconductor laminates and the substrate.

질화갈륨 기판과 반도체 적층체를 절연시키기 위해 p형 불순물이 카운터 도핑된 질화갈륨계 반절연층이 사용될 수 있다. 그러나, p형 불순물을 카운터 도핑하는 것으로는 균일한 절연층을 형성하는데 한계가 있다. 더욱이, 반절연층은 전류를 완전히 차단하지 못하므로, 반절연층을 통한 전류 누설이 쉽게 발생될 수 있다.To insulate the gallium nitride substrate and the semiconductor laminate, a gallium nitride based semi-insulating layer doped with p-type impurities may be used. However, counter-doping p-type impurities has a limit in forming a uniform insulating layer. Moreover, since the semi-insulating layer does not completely block the current, leakage of current through the semi-insulating layer can easily occur.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 반도체 적층체를 기판으로부터 절연시킬 수 있는 새로운 절연 구조를 갖는 반도체 소자 및 그것을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a novel insulating structure capable of insulating a semiconductor laminate from a substrate, and a method of manufacturing the same.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 반도체 적층체로부터 기판으로의 전류 누설을 차단할 수 있는 반도체 소자 및 그것을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of blocking current leakage from a semiconductor laminate to a substrate and a method of manufacturing the same.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, GaN 기판을 성장기판으로 사용하여 서로 직렬 연결된 복수의 반도체 적층체를 갖는 반도체 소자, 특히 발광 소자를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a semiconductor device, in particular a light emitting device, having a plurality of semiconductor laminates connected in series with a GaN substrate as a growth substrate.

본 발명의 일 태양에 따른 반도체 소자는, 기판; 상기 기판 상에 위치하는 질화갈륨 계열의 반도체 적층체; 및 상기 기판과 상기 반도체 적층체 사이에 위치하여, 상기 반도체 적층체를 상기 기판으로부터 절연시키는 절연 구조체를 포함한다. 또한, 상기 절연 구조체는, 마스크 영역과 개구부 영역을 갖는 마스크 패턴; 및 상기 마스크 패턴의 개구부 영역에 위치하는 공동을 포함한다. 이에 따라, 상기 반도체 적층체는 마스크 패턴과 공동에 의해 상기 기판으로부터 전기적으로 절연될 수 있다.According to one aspect of the present invention, a semiconductor device includes: a substrate; A gallium nitride based semiconductor laminate positioned on the substrate; And an insulating structure positioned between the substrate and the semiconductor laminate to insulate the semiconductor laminate from the substrate. The insulating structure may include a mask pattern having a mask region and an opening region; And a cavity positioned in the opening region of the mask pattern. Accordingly, the semiconductor laminate may be electrically insulated from the substrate by the mask pattern and the cavity.

한편, 상기 반도체 소자는 상기 절연 구조체와 상기 기판 사이에 위치하는 질화갈륨 계열의 희생층을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 공동의 일부는 상기 마스크 영역과 상기 희생층 사이에 위치할 수 있다. 한편, 상기 희생층은 1E17/cm3 내지 1E19/cm3 범위 내의 Si 도핑 농도를 가질 수 있다. 따라서, 상기 반도체 적층체는 상기 마스크 패턴과 상기 공동에 의해 상기 희생층으로부터 전기적으로 절연되며, 결과적으로, 상기 기판으로부터 전기적으로 절연된다.The semiconductor device may further include a gallium nitride-based sacrificial layer disposed between the insulating structure and the substrate. In addition, a portion of the cavity may be located between the mask region and the sacrificial layer. Meanwhile, the sacrificial layer may have a Si doping concentration within the range of 1E17 / cm 3 to 1E19 / cm 3 . Thus, the semiconductor laminate is electrically insulated from the sacrificial layer by the mask pattern and the cavity, and as a result, electrically insulated from the substrate.

상기 기판은 질화갈륨 계열의 반도체층을 성장시킬 수 있는 기판이면 특별히 한정되지 않는다. 본 발명은 상기 기판이 도전성인 경우에 특히 유용하나, 상기 기판이 비도전성인 경우에도 적용될 수 있다. 특히, 상기 기판은 극성, 비극성 또는 반극성의 질화갈륨 기판일 수 있다.The substrate is not particularly limited as long as it is a substrate capable of growing a gallium nitride series semiconductor layer. The present invention is particularly useful when the substrate is conductive, but may also be applied when the substrate is non-conductive. In particular, the substrate may be a polar, nonpolar or semipolar gallium nitride substrate.

상기 마스크 패턴은 절연물질로 형성되며, 예컨대, SiO2, SiN, MgO, TaO, TiO2 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다.The mask pattern may be formed of an insulating material, for example, SiO 2 , SiN, MgO, TaO, TiO 2, or a combination thereof.

상기 마스크 패턴은 마스크 영역이 특정 형상을 갖는 양각 패턴 또는 개구부 영역이 특정 형상을 갖는 음각 패턴일 수 있다. 예컨대, 상기 마스크 영역이 스트라이프, 원형, 직사각형, 마름모 또는 육각형 형상일 수 있으며, 또는, 개구부 영역이 원형, 직사각형, 마름모 또는 육각형 형상일 수 있다.The mask pattern may be an embossed pattern in which the mask area has a specific shape or an intaglio pattern in which the opening area has a specific shape. For example, the mask area may have a stripe, circle, rectangle, rhombus, or hexagon shape, or the opening area may have a circle, rectangle, rhombus, or hexagon shape.

상기 반도체 소자는 발광 소자일 수 있으나, 본 발명은 발광 소자에 한정되는 것은 아니다. 기판으로부터 전기적으로 절연된 반도체 적층체를 이용하는 다양한 전자 소자에 또한 적용될 수 있다.The semiconductor device may be a light emitting device, but the present invention is not limited to the light emitting device. It can also be applied to various electronic devices utilizing semiconductor laminates that are electrically insulated from the substrate.

한편, 상기 기판 상에 복수의 반도체 적층체가 위치할 수 있으며, 상기 절연 구조체는 상기 기판과 상기 복수의 반도체 적층체 사이에 위치할 수 있다. 이에 따라, 상기 복수의 반도체 적층체가 상기 기판으로부터 전기적으로 절연된다.Meanwhile, a plurality of semiconductor stacks may be located on the substrate, and the insulating structure may be located between the substrate and the plurality of semiconductor stacks. Thus, the plurality of semiconductor laminates are electrically insulated from the substrate.

한편, 상기 반도체 소자는, 상기 복수의 반도체 적층체를 서로 직렬 연결하는 적어도 하나의 배선을 더 포함할 수 있다. 따라서, 고전압하에서 구동되는 반도체 적층체의 직렬 어레이가 형성될 수 있다. The semiconductor device may further include at least one wiring that connects the plurality of semiconductor laminates in series. Thus, a series array of semiconductor stacks driven under high voltage can be formed.

몇몇 실시예들에 있어서, 절연층이 상기 배선과 상기 기판 사이에 개재되어 상기 기판으로부터 상기 배선을 절연시킬 수 있다. 또한, 상기 절연층은 상기 반도체 적층체의 측면을 덮어 상기 배선에 의해 반도체 적층체들이 단락되는 것을 방지할 수 있다.In some embodiments, an insulating layer may be interposed between the wiring and the substrate to insulate the wiring from the substrate. In addition, the insulating layer may cover the side surface of the semiconductor laminate to prevent the semiconductor laminates from being shorted by the wiring.

다른 실시예들에 있어서, 상기 반도체 소자는, 상기 복수의 반도체 적층체 사이에서 상기 마스크 패턴과 동일 레벨에 위치하는 분리마스크를 더 포함할 수 있다. 상기 분리마스크는 상기 배선 하부에 위치하며, 상기 배선과 상기 기판을 절연시킨다. 나아가, 상기 분리 마스크는 상기 마스크 패턴과 동일한 물질로 형성될 수 있다.In example embodiments, the semiconductor device may further include a separation mask positioned at the same level as the mask pattern between the plurality of semiconductor stacks. The separation mask is positioned under the wiring and insulates the wiring from the substrate. In addition, the separation mask may be formed of the same material as the mask pattern.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 성장 기판 및 성장 기판으로부터 절연된 반도체 적층체를 갖는 반도체 소자 제조 방법이 제공된다. 이 방법은, 성장 기판을 준비하고; 상기 성장 기판 상에 희생층 및 마스크 패턴을 형성하되, 상기 마스크 패턴은 마스크 영역과 개구부 영역을 갖고, 상기 희생층은 상기 마스크 패턴의 개구부 영역에 노출되고; 전기화학식각(ECE)을 이용하여 상기 희생층을 식각하고; 상기 마스크 패턴을 덮는 질화갈륨계 반도체 적층체를 성장하는 것을 포함한다.According to another aspect of the present invention, a semiconductor device manufacturing method having a growth substrate and a semiconductor laminate insulated from the growth substrate is provided. This method comprises preparing a growth substrate; Forming a sacrificial layer and a mask pattern on the growth substrate, wherein the mask pattern has a mask region and an opening region, and the sacrificial layer is exposed to the opening region of the mask pattern; Etching the sacrificial layer using electrochemical etching (ECE); Growing a gallium nitride based semiconductor laminate covering the mask pattern.

전기화학식각을 이용함으로써 상기 희생층에 공동이 형성될 수 있으며, 따라서 마스크 패턴과 공동에 의해 상기 반도체 적층체를 성장 기판으로부터 전기적으로 절연시킬 수 있다.By using electrochemical etching, a cavity may be formed in the sacrificial layer, and thus the semiconductor laminate may be electrically insulated from the growth substrate by a mask pattern and a cavity.

한편, 상기 마스크 패턴은 상기 희생층 상에 형성될 수 있다.The mask pattern may be formed on the sacrificial layer.

몇몇 실시예들에 있어서, 상기 반도체 적층체를 형성하는 동안, 상기 희생층에 공동이 형성될 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 반도체 적층체를 형성하기 전에 미리 상기 희생층에 공동이 형성될 수도 있다.In some embodiments, a cavity may be formed in the sacrificial layer while forming the semiconductor laminate. However, the present invention is not limited thereto, and a cavity may be formed in the sacrificial layer before forming the semiconductor laminate.

상기 희생층은 1E17/cm3 내지 1E19/cm3 범위 내의 Si 도핑 농도를 갖는 질화갈륨 계열의 반도체층일 수 있으며, 바람직하게는 1E18/cm3 이상, 더 바람직하게는 3E18/cm3 이상의 Si 도핑 농도를 가질 수 있다.The sacrificial layer is 1E17 / cm 3 to 1E19 / cm 3 may be a semiconductor layer of GaN-based having a Si doping concentration in the range of, preferably, 1E18 / cm 3 or more, more preferably 3E18 / cm 3 or more Si doping concentration It can have

몇몇 실시예들에 있어서, 상기 희생층은 일 단계의 전압이 인가되어 부분적으로 식각될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 희생층은 적어도 두 단계의 전압이 인가되어 부분적으로 식각될 수 있으며, 이때, 먼저 인가된 전압이 나중에 인가된 전압에 비해 낮다. 이에 따라, 상기 희생층의 표면에 상대적으로 작은 미세 기공이 형성되어, 표면은 상대적으로 양호한 결정성을 유지하며, 상기 희생층의 내부에 상대적으로 큰 미세 기공들이 생성된다. In some embodiments, the sacrificial layer may be partially etched by applying a voltage of one step. In other embodiments, the sacrificial layer may be partially etched by applying at least two levels of voltage, wherein the first applied voltage is lower than the later applied voltage. As a result, relatively small micropores are formed on the surface of the sacrificial layer, so that the surface maintains relatively good crystallinity, and relatively large micropores are generated inside the sacrificial layer.

몇몇 실시예들에 있어서, 상기 반도체 소자 제조 방법은, 상기 성장된 질화갈륨계 반도체 적층체를 패터닝하여 서로 분리된 복수의 반도체 적층체를 형성하는 것을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 성장 기판 상에 성장 기판으로부터 전기적으로 절연된 복수의 반도체 적층체를 제조할 수 있다. 나아가, 상기 반도체 소자 제조 방법은, 상기 서로 분리된 복수의 반도체 적층체를 전기적으로 직렬 연결하는 적어도 하나의 배선을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.In some embodiments, the semiconductor device manufacturing method may further include forming a plurality of semiconductor laminates separated from each other by patterning the grown gallium nitride based semiconductor laminate. Accordingly, a plurality of semiconductor laminates electrically insulated from the growth substrate can be manufactured on the growth substrate. Furthermore, the method of manufacturing a semiconductor device may further include forming at least one wiring electrically connecting the plurality of semiconductor laminates separated from each other.

다른 실시예들에 있어서, 상기 반도체 소자 제조 방법은, 상기 질화갈륨계 반도체 적층체를 성장하기 전에, 상기 마스크 패턴을 복수의 영역으로 분리하는 분리 마스크를 형성하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 질화갈륨계 반도체 적층체는 상기 분리 마스크 상에서 서로 이격되도록 성장된다. 이에 따라, 상기 분리 마스크에 의해 복수의 반도체 적층체가 형성되며, 따라서, 성장된 반도체 적층체를 분리하기 위한 패터닝 공정을 생략할 수 있다.In other embodiments, the method of manufacturing the semiconductor device may further include forming a separation mask that separates the mask pattern into a plurality of regions before growing the gallium nitride based semiconductor laminate. The gallium nitride based semiconductor laminates are grown to be spaced apart from each other on the separation mask. As a result, a plurality of semiconductor laminates are formed by the separation mask, and thus a patterning process for separating the grown semiconductor laminates can be omitted.

또한, 상기 분리 마스크는 상기 마스크 패턴을 형성하는 동안 함께 형성될 수 있다. 따라서, 상기 분리 마스크는 마스크 패턴의 마스크 재료와 동일한 물질로 형성될 수 있다.In addition, the separation mask may be formed together while forming the mask pattern. Therefore, the separation mask may be formed of the same material as the mask material of the mask pattern.

한편, 상기 반도체 소자 제조 방법은, 서로 이격된 복수의 반도체 적층체를 전기적으로 직렬 연결하는 적어도 하나의 배선을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the method of manufacturing a semiconductor device may further include forming at least one wiring electrically connecting a plurality of semiconductor laminates spaced apart from each other.

본 발명의 실시예들에 따르면, 마스크 패턴과 공동을 이용하여 반도체 적층체를 기판으로부터 절연시킬 수 있다. 상기 마스크 패턴과 공동에 의해 반도체 적층체로부터 기판으로의 전류 누설을 차단할 수 있다. 이에 따라, GaN 기판과 같이 전기 전도성을 갖는 기판을 성장기판으로 사용하면서도 서로 직렬 연결된 복수의 반도체 적층체를 갖는 반도체 소자, 특히 발광 소자를 제공할 수 있다.According to embodiments of the present invention, the semiconductor laminate may be insulated from the substrate by using a mask pattern and a cavity. Current leakage from the semiconductor laminate to the substrate can be blocked by the mask pattern and the cavity. Accordingly, a semiconductor device, in particular a light emitting device, having a plurality of semiconductor laminates connected in series with each other while using a substrate having an electrical conductivity such as a GaN substrate as a growth substrate can be provided.

나아가, GaN 기판을 성장 기판으로 사용할 수 있어, 결정 품질이 양호한 반도체 적층체를 성장시킬 수 있으며, 따라서 고효율의 발광 소자를 제공할 수 있다. 더욱이, 비극성 또는 반극성의 반도체 적층체를 이용할 수 있어 분극에 의한 광 효율 한계를 극복할 수 있다.Furthermore, a GaN substrate can be used as a growth substrate, and thus a semiconductor laminate having good crystal quality can be grown, and thus a light emitting device having high efficiency can be provided. Moreover, nonpolar or semipolar semiconductor laminates can be used to overcome the light efficiency limitations due to polarization.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4 내지 도 6은 각각 본 발명의 실시예들에 따른 마스크 패턴을 설명하기 위한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10은 전기화학식각을 이용하여 형성한 공동을 보여주는 SEM 사진이다.
1 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
2 and 3 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
4 to 6 are plan views illustrating mask patterns according to embodiments of the present invention, respectively.
7 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device in accordance with still another embodiment of the present invention.
8 and 9 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with another embodiment of the present invention.
10 is an SEM photograph showing a cavity formed by using electrochemical etching.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타내며, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are provided as examples to ensure that the spirit of the present invention can be fully conveyed to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the embodiments described below and may be embodied in other forms. In the drawings, the same reference numerals denote the same components, and the width, length, thickness, etc. of the components may be exaggerated for convenience.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자를 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 상기 반도체 소자는, 기판(110), 절연 구조체(140) 및 반도체 적층체(200)를 포함한다. 나아가, 반도체 소자는, 희생층(120), 투명 전극(190), 절연층(210) 및 배선(220)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the semiconductor device includes a substrate 110, an insulating structure 140, and a semiconductor laminate 200. Furthermore, the semiconductor device may further include a sacrificial layer 120, a transparent electrode 190, an insulating layer 210, and a wiring 220.

기판(110)은 질화갈륨계 반도체층을 성장시키는데 사용되는 성장 기판이면 특별히 한정되지 않는다. 특히, 상기 기판(110)은 질화갈륨 기판, 실리콘 기판, SiC 기판과 같은 전기 전도성을 갖는 기판일 수 있다. 그러나, 본 발명은 상기 기판(110)이 전기 전도성인 것에 반드시 한정되지는 않으며, 상기 기판(110)은 사파이어 기판과 같은 절연성 기판일 수도 있다.The substrate 110 is not particularly limited as long as it is a growth substrate used for growing a gallium nitride based semiconductor layer. In particular, the substrate 110 may be a substrate having electrical conductivity such as a gallium nitride substrate, a silicon substrate, or a SiC substrate. However, the present invention is not necessarily limited to that the substrate 110 is electrically conductive, and the substrate 110 may be an insulating substrate such as a sapphire substrate.

기판(110)은 특히 질화갈륨 기판일 수 있는데, 이 경우, 질화갈륨 기판은 c면 성장면을 갖는 극성 기판, a면이나 m면과 같은 비극성 성장면을 갖는 비극성 기판, 또는 (20-21), (20-2-1), (10-11), (10-1-1), (11-22), (11-2-2), (30-31), (30-3-1) 등의 반극성 성장면을 갖는 반극성 기판일 수 있다.Substrate 110 may in particular be a gallium nitride substrate, in which case the gallium nitride substrate is a polar substrate having a c-plane growth plane, a nonpolar substrate having a non-polar growth plane such as a plane or m plane, or (20-21) , (20-2-1), (10-11), (10-1-1), (11-22), (11-2-2), (30-31), (30-3-1) It may be a semipolar substrate having a semipolar growth surface such as.

반도체 적층체(200)가 기판(110) 상에 위치한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 단일의 기판(110) 상에 복수의 반도체 적층체(200)가 셀 분리 영역(200a)에 의해 서로 분리되어 위치할 수 있다. 반도체 적층체(200)는 질화갈륨계열의 반도체층들을 포함하며, 특히, 제1 질화물 반도체층(160), 활성층(170) 및 제2 질화물 반도체층(180)을 포함할 수 있다.The semiconductor laminate 200 is positioned on the substrate 110. As illustrated in FIG. 1, a plurality of semiconductor stacks 200 may be separated from each other by a cell isolation region 200a on a single substrate 110. The semiconductor laminate 200 may include gallium nitride-based semiconductor layers, and in particular, may include a first nitride semiconductor layer 160, an active layer 170, and a second nitride semiconductor layer 180.

상기 제1 질화물 반도체층(160)은 제1 도전형의 불순물이 도핑된 질화물 반도체층, 예컨대 n형 불순물이 도핑된 Ⅲ-N 계열의 화합물 반도체, 예컨대 (Al, In, Ga)N 계열의 질화물 반도체층으로 형성될 수 있으며, 질화갈륨층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 질화물 반도체층(160)은 의도적으로 불순물이 도핑되지 않은 언도프트 층을 포함할 수도 있다. The first nitride semiconductor layer 160 is a nitride semiconductor layer doped with a first conductivity type impurity, for example, a III-N type compound semiconductor doped with n-type impurity, such as (Al, In, Ga) N-based nitride It may be formed of a semiconductor layer, it may include a gallium nitride layer. In addition, the first nitride semiconductor layer 160 may include an undoped layer that is not intentionally doped with impurities.

상기 활성층(170)은 Ⅲ-N 계열의 화합물 반도체, 예컨대 (Al, Ga, In)N 반도체층으로 형성될 수 있으며, 단일 양자웰 구조 또는 웰층(미도시)과 장벽층(미도시)이 교대로 적층된 다중 양자웰 구조일 수 있다.The active layer 170 may be formed of a III-N-based compound semiconductor, for example, an (Al, Ga, In) N semiconductor layer, and a single quantum well structure or a well layer (not shown) and a barrier layer (not shown) are alternated. It may be a multi-quantum well structure stacked with.

상기 제2 질화물 반도체층(180)은 제2 도전형 불순물, 예컨대, P형 불순물이 도핑된 Ⅲ-N 계열의 화합물 반도체, 예컨대 (Al, Ga, In)N 계열의 Ⅲ족 질화물 반도체층을 포함하며, 예컨대 GaN층을 포함할 수 있다.The second nitride semiconductor layer 180 includes a III-N-based compound semiconductor doped with a second conductivity type impurity, such as a P-type impurity, for example, an (Al, Ga, In) N-based group III nitride semiconductor layer. For example, it may include a GaN layer.

한편, 절연 구조체(140)가 기판(110)과 반도체 적층체(200) 사이에 위치하여, 반도체 적층체(200)를 기판(110)으로부터 전기적으로 절연시킨다. 절연 구조체(140)는 복수의 반도체 적층체(200)를 기판(110)으로부터 전기적으로 절연시킬 수 있다.On the other hand, the insulating structure 140 is positioned between the substrate 110 and the semiconductor laminate 200 to electrically insulate the semiconductor laminate 200 from the substrate 110. The insulating structure 140 may electrically insulate the plurality of semiconductor laminates 200 from the substrate 110.

절연 구조체(140)는 마스크 영역과 개구부 영역을 갖는 마스크 패턴(130)과 마스크 패턴(130)의 개구부 영역에 위치하는 공동(150a)을 포함한다. 마스크 패턴(130)은 양각 패턴 또는 음각 패턴일 수 있다. 예컨대, 마스크 패턴(130)의 마스크 영역이 스트라이프 형상, 원형, 직사각형, 마름모, 육각형 등의 특정 형상을 가질 수 있다. 이와 달리, 마스크 패턴(130)의 개구부 영역이 원형, 직사각형, 마름모, 육각형 등의 특정 형상을 가질 수 있다.The insulating structure 140 includes a mask pattern 130 having a mask region and an opening region and a cavity 150a positioned in the opening region of the mask pattern 130. The mask pattern 130 may be an embossed pattern or an engraved pattern. For example, the mask area of the mask pattern 130 may have a specific shape such as a stripe shape, a circle, a rectangle, a rhombus, and a hexagon. Alternatively, the opening region of the mask pattern 130 may have a specific shape such as a circle, a rectangle, a rhombus, or a hexagon.

마스크 패턴(130)은 절연물질을 이용하여 형성된다. 이러한 절연물질은, 예컨대 SiO2, SiN, MgO, TaO, TiO2 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다.The mask pattern 130 is formed using an insulating material. Such an insulating material may be formed of, for example, SiO 2 , SiN, MgO, TaO, TiO 2, or a combination thereof.

공동(150a)은 빈 공간으로서 전기적으로 절연성을 갖는다. 공동(150a)은 반도체 적층체(200) 하부 영역 내에 위치하는 마스크 패턴(130)의 개구부 영역 전체에 형성된다. 따라서, 상기 반도체 적층체(200)는 마스크 패턴(130)의 마스크 영역과 상기 공동(150a)에 의해 기판(110)으로부터 전기적으로 절연된다. 도 1에 도시한 바와 같이, 공동(150a)은 마스크 패턴(130)이 위치하는 레벨보다 아래에 위치하며, 그 일부가 마스크 영역과 중첩하도록 마스크 영역 아래에 위치할 수 있다. 따라서, 마스크 영역의 하부면이 공동(150a)에 노출될 수 있다.The cavity 150a is electrically insulating as an empty space. The cavity 150a is formed in the entire opening region of the mask pattern 130 positioned in the lower region of the semiconductor stack 200. Therefore, the semiconductor laminate 200 is electrically insulated from the substrate 110 by the mask region of the mask pattern 130 and the cavity 150a. As illustrated in FIG. 1, the cavity 150a may be positioned below the level at which the mask pattern 130 is located, and may be positioned below the mask region so that a part thereof overlaps with the mask region. Thus, the bottom surface of the mask area may be exposed to the cavity 150a.

본 실시예에 있어서, 공동(150a)이 마스크 패턴(130)의 하부에 위치하고, 마스크 패턴(130)의 측면이 제1 질화물 반도체층(160)에 의해 덮인 것으로 도시하였으나, 마스크 패턴(130)의 측면이 공동(150a)에 노출될 수도 있다.In the present exemplary embodiment, although the cavity 150a is positioned below the mask pattern 130 and the side surface of the mask pattern 130 is covered by the first nitride semiconductor layer 160, the mask pattern 130 may be formed. The side may be exposed to the cavity 150a.

희생층(120)이 절연 구조체(140)와 기판(110) 사이에 위치할 수 있다. 즉, 절연 구조체(140)가 희생층(120) 상에 위치할 수 있다. 희생층(120)은 1E17/cm3 내지 1E19/cm3 범위 내의 Si 도핑 농도를 갖는 질화갈륨계 반도체, 예컨대 GaN으로 형성될 수 있다. 희생층(120)은 바람직하게 1E18/cm3 이상, 더 바람직하게는 3E18/cm3 이상의 Si 도핑 농도를 가질 수 있다.The sacrificial layer 120 may be located between the insulating structure 140 and the substrate 110. That is, the insulating structure 140 may be located on the sacrificial layer 120. The sacrificial layer 120 may be formed of a gallium nitride based semiconductor, such as GaN, having a Si doping concentration within the range of 1E17 / cm 3 to 1E19 / cm 3 . The sacrificial layer 120 may have a preferably, 1E18 / cm 3 or more, more preferably 3E18 / cm 3 or more Si doping concentration.

공동(150a)은 희생층(120)의 상부 표면에 위치하여 제1 도전형 반도체층(160)을 희생층(120)으로부터 전기적으로 절연시키며, 결과적으로, 기판(110)으로부터 전기적으로 절연시킨다.The cavity 150a is positioned on the top surface of the sacrificial layer 120 to electrically insulate the first conductivity-type semiconductor layer 160 from the sacrificial layer 120, and consequently, to electrically insulate the substrate 110.

셀 분리 영역(200a)은 반도체 적층체(200)를 복수의 셀 영역으로 분리한다. 셀 분리 영역(200a)은 반도체 적층체(200)뿐만 아니라 희생층(120)을 분리할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 두 개의 반도체 적층체(200)가 도시되어 있지만, 본 발명은 두 개의 반도체 적층체(200)에 한정되는 것이 아니며, 셀 분리 영역(200a)에 의해 분리된 두 개 이상의 더 많은 반도체 적층체(200)들을 포함할 수 있다.The cell isolation region 200a separates the semiconductor stack 200 into a plurality of cell regions. The cell isolation region 200a may separate the sacrificial layer 120 as well as the semiconductor stack 200. In this embodiment, two semiconductor laminates 200 are shown, but the present invention is not limited to two semiconductor laminates 200, and two or more further separated by cell isolation regions 200a. Many semiconductor stacks 200 may be included.

한편, 하나 이상의 배선들(220)이 서로 분리된 반도체 적층체들(200)을 전기적으로 연결할 수 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 배선(220)은 반도체 적층체들(200)을 직렬 연결할 수 있다. 즉, 배선(220)의 일 단부는 하나의 반도체 적층체(200)의 제1 질화물 반도체층(160)에 전기적으로 연결되고, 타 단부는 다른 하나의 반도체 적층체(200)의 제2 질화물 반도체층(180)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 방식으로 두 개 이상의 더 많은 반도체 적층체들(200)이 전기적으로 연결될 수 있으며, 따라서 단일 기판(110) 상에 원하는 전압의 고전압하에서 구동될 수 있는 직렬 어레이가 제공될 수 있다. Meanwhile, one or more wires 220 may electrically connect the semiconductor stacks 200 separated from each other. As illustrated in FIG. 1, the wiring 220 may connect the semiconductor stacks 200 in series. That is, one end of the wiring 220 is electrically connected to the first nitride semiconductor layer 160 of one semiconductor laminate 200, and the other end of the wiring 220 is the second nitride semiconductor of the other semiconductor laminate 200. It may be electrically connected to layer 180. In this way two or more more semiconductor stacks 200 can be electrically connected, so a series array can be provided on a single substrate 110 that can be driven under a high voltage of a desired voltage.

한편, 상기 반도체 적층체(200) 상에, 예컨대 제2 질화물 반도체층(180) 상에 투명 전극층(190)이 위치할 수 있다. 투명 전극층(190)은 제2 질화물 반도체층(180)에 전기적으로 콘택하고, 상기 배선(220)의 일 단부는 상기 투명 전극층(190)에 접속할 수 있다.The transparent electrode layer 190 may be positioned on the semiconductor laminate 200, for example, on the second nitride semiconductor layer 180. The transparent electrode layer 190 may be in electrical contact with the second nitride semiconductor layer 180, and one end of the wiring 220 may be connected to the transparent electrode layer 190.

한편, 상기 배선(220)과 반도체 적층체(200)의 단락을 방지하기 위해 절연층(210)이 반도체 적층체(200)와 배선(220) 사이에 개재될 수 있다. 절연층(210)은 또한 배선(220)과 기판(110)의 단락을 방지하기 위해 배선(220)과 기판(110) 사이에 개재될 수 있다.Meanwhile, an insulating layer 210 may be interposed between the semiconductor laminate 200 and the wiring 220 to prevent a short circuit between the wiring 220 and the semiconductor laminate 200. The insulating layer 210 may also be interposed between the wiring 220 and the substrate 110 to prevent shorting of the wiring 220 and the substrate 110.

본 실시예에 따르면, 반도체 적층체(200)를 성장 기판(110)으로부터 전기적으로 절연시킬 수 있는 절연 구조체(140)가 제공된다. 따라서, 질화갈륨 기판과 같은 도전성 기판을 성장 기판으로 사용할 경우에도, 반도체 적층체(200)와 기판(110) 사이의 전기적 절연을 달성할 수 있다. 이에 따라, 반도체 적층체(200)로부터 기판(110)으로 흐르는 누설전류를 차단할 수 있으며, 그 결과, 복수의 반도체 적층체를 직렬 연결하여 고전압하에서 구동할 수 있는 발광 소자를 제공할 수 있다.According to the present embodiment, an insulating structure 140 capable of electrically insulating the semiconductor laminate 200 from the growth substrate 110 is provided. Therefore, even when a conductive substrate such as a gallium nitride substrate is used as the growth substrate, electrical insulation between the semiconductor laminate 200 and the substrate 110 can be achieved. Accordingly, the leakage current flowing from the semiconductor stack 200 to the substrate 110 can be blocked, and as a result, a light emitting device capable of driving under high voltage by connecting a plurality of semiconductor stacks in series can be provided.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.2 and 3 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.

우선, 도 2(a)를 참조하면, 성장 기판(110)이 준비된다. 성장 기판(110)은 사파이어 기판, GaN 기판, 실리콘 카바이드(SiC) 기판 또는 실리콘(Si) 기판 등일 수 있으며, 특히, 성장 기판(110)은 극성, 비극성 또는 반극성의 GaN 기판일 수 있다.First, referring to FIG. 2A, a growth substrate 110 is prepared. The growth substrate 110 may be a sapphire substrate, a GaN substrate, a silicon carbide (SiC) substrate, a silicon (Si) substrate, or the like. In particular, the growth substrate 110 may be a polar, nonpolar, or semipolar GaN substrate.

성장 기판(110) 상에 희생층(120)이 형성된다. 희생층(120)은 예컨대 MOCVD(metalorganic chemical vapour deposition)나 MBE(molecular beam epitaxy) 등의 기술을 이용하여 성장 기판(110) 상에 성장될 수 있다. 희생층(120)은 1E17/cm3 내지 1E19/cm3 범위 내의 불순물 농도를 가질 수 있다. 희생층(120)은 바람직하게 1E18/cm3 이상, 더 바람직하게는 3E18/cm3 이상의 Si이 도핑된 질화갈륨계, 예컨대 GaN층으로 형성될 수 있다. 이하에 설명하는 질화물 계열의 반도체층들은 상기 희생층(120)과 같이 MOCVD 또는 MBE 기술을 이용하여 성장될 수 있으며, 이에 대해 별도의 언급은 하지 않는다.The sacrificial layer 120 is formed on the growth substrate 110. The sacrificial layer 120 may be grown on the growth substrate 110 using, for example, metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE). The sacrificial layer 120 may have an impurity concentration within the range of 1E17 / cm 3 to 1E19 / cm 3 . The sacrificial layer 120 may be preferably 1E18 / cm 3 or more, more preferably 3E18 / cm 3 or more Si-doped gallium nitride, for example, a GaN layer. The nitride-based semiconductor layers described below may be grown by using MOCVD or MBE technology, like the sacrificial layer 120, and the description thereof is not described.

도 2(b)를 참조하면, 상기 희생층(120) 상에 마스크 패턴(130)이 형성된다. 마스크 패턴(130)은 절연물질로 형성되며, 예컨대 예컨대 SiO2, SiN, MgO, TaO, TiO2 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 마스크 패턴(130)은 도 4(a)에 도시한 바와 같이 각 마스크 영역이 스트라이프 형상을 가질 수 있으며, 또한, 도 4(b)에 도시한 바와 같이 서로 다른 방향으로 연장하는 스트라이프들이 교차하는 형상을 가질 수 있다. 이와 달리, 상기 마스크 패턴(130)은 양각 패턴으로서, 도 5(a)에 도시한 바와 같이, 마스크 영역이 육각형 형상을 가질 수 있으며, 또는 도 6(a)에 도시한 바와 같이, 마스크 영역이 마름모 형상을 가질 수 있다. 이와 달리, 상기 마스크 패턴(130)은 음각 패턴으로서, 도 5(b)에 도시한 바와 같이, 개구부 영역이 육각형 형상을 가질 수 있으며, 또는 도 6(b)에 도시한 바와 같이, 개구부 영역이 마름모 형상을 가질 수 있다. 상기 마스크 패턴(130)은 또한 마스크 영역이 원형 또는 직사각형 형상인 양각 패턴 또는 개구부 영역이 원형 또는 직사각형 형상인 음각 패턴일 수도 있다.Referring to FIG. 2B, a mask pattern 130 is formed on the sacrificial layer 120. The mask pattern 130 may be formed of an insulating material, for example, SiO 2 , SiN, MgO, TaO, TiO 2, or a combination thereof. As shown in FIG. 4A, the mask pattern 130 may have a stripe shape, and as shown in FIG. 4B, stripes extending in different directions may cross each other. Can have In contrast, the mask pattern 130 is an embossed pattern, and as shown in FIG. 5A, the mask region may have a hexagonal shape, or as shown in FIG. 6A, the mask region may be It may have a rhombus shape. Alternatively, the mask pattern 130 is an intaglio pattern, and as shown in FIG. 5B, the opening region may have a hexagonal shape, or as shown in FIG. 6B, the opening region may be formed. It may have a rhombus shape. The mask pattern 130 may also be an embossed pattern in which the mask area is circular or rectangular, or an intaglio pattern in which the opening area is circular or rectangular.

도 2(c)를 참조하면, 전기화학 식각(electro chemical etching; ECE)을 이용하여 상기 희생층(120)을 부분적으로 식각하여 희생층(120) 내에 미세기공들(150)을 형성한다.Referring to FIG. 2C, the sacrificial layer 120 is partially etched using electrochemical etching (ECE) to form micropores 150 in the sacrificial layer 120.

상기 전기화학 식각 공정은 희생층(120)이 형성된 성장 기판(110)과 음극 전극(예, Pt 전극)을 ECE 용액에 담근 후, 희생층(120)에 양의 전압을 인가하고 음극 전극에 음의 전압을 인가하여 수행되며, ECE 용액의 몰농도, 공정 시간 및 인가 전압을 조절하여 미세 기공들(150)의 크기를 조절할 수 있다.In the electrochemical etching process, the growth substrate 110 and the cathode electrode (eg, Pt electrode) on which the sacrificial layer 120 is formed are immersed in an ECE solution, and then a positive voltage is applied to the sacrificial layer 120 and a negative electrode is applied to the cathode electrode. It is performed by applying a voltage of the, it is possible to adjust the size of the micro-pores 150 by adjusting the molar concentration, the process time and the applied voltage of the ECE solution.

상기 ECE 용액은 전해질 용액일 수 있으며, 예컨대, 옥살산(oxalic acid), HF 또는 NaOH를 포함하는 전해질 용액일 수 있다.The ECE solution may be an electrolyte solution, for example, an electrolyte solution including oxalic acid, HF or NaOH.

본 실시예에 있어서, 희생층(120)은 동일 전압, 예컨대 10~60V 범위의 전압을 연속하여 인가하는 1단계 전기화학 식각(ECE)에 의해 부분적으로 식각될 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 초기에 상대적으로 낮은 전압을 인가하고, 그 후, 상대적으로 높은 전압을 인가하는 2단계 전기화학 식각(ECE)에 의해 부분적으로 식각될 수 있다. 도 2(c)는 2단계 전기화학 식각에 의해 형성된 미세기공들(152, 154)을 나타내고 있으며, 미세기공(152)은 상대적으로 낮은 전압을 인가하는 1단계에서 형성되고, 상대적으로 큰 미세기공(154)은 상대적으로 높은 전압을 인가하는 2단계에서 형성된다. 예를 들어, 20℃의 0.3M 옥살산 용액을 이용하여 6E18/cm3의 Si 도핑 농도를 갖는 희생층(120)에 대해, 1단계는 8~9V의 전압을 인가하고, 2단계는 15~17V의 전압을 인가하여 전기화학 식각이 수행될 수 있다.In the present embodiment, the sacrificial layer 120 may be partially etched by one-step electrochemical etching (ECE) that continuously applies the same voltage, for example, a voltage in the range of 10 to 60V. However, the present invention is not limited thereto, and may be partially etched by two-step electrochemical etching (ECE) that initially applies a relatively low voltage and then applies a relatively high voltage. FIG. 2 (c) shows micropores 152 and 154 formed by two-step electrochemical etching, and micropores 152 are formed in one step of applying a relatively low voltage, and relatively large micropores. 154 is formed in two steps of applying a relatively high voltage. For example, the sacrificial layer 120 having a Si doping concentration of 6E18 / cm 3 using a 0.3M oxalic acid solution at 20 ° C. was applied at a voltage of 8 to 9 V in the first step and 15 to 17 V in the second step. The electrochemical etching may be performed by applying a voltage of.

2단계 전기화학 식각을 이용함으로써, 희생층(120)의 표면은 상대적으로 양호한 결정성을 유지할 수 있으며, 아울러, 희생층(120)의 내부에 상대적으로 큰 미세 기공들(154)을 형성할 수 있어 후속 공정에 유리하다.By using a two-step electrochemical etching, the surface of the sacrificial layer 120 can maintain relatively good crystallinity, and can also form relatively large micropores 154 inside the sacrificial layer 120. It is advantageous for the subsequent process.

도 2(d)를 참조하면, 상기 희생층(120)을 씨드로 사용하여 제1 질화물 반도체층(160), 활성층(170) 및 제2 질화물 반도체층(180)을 포함하는 질화물 반도체 적층체(200)가 성장된다. 질화물 반도체 적층체(200)는 수평 성장에 의해 희생층(120) 뿐만 아니라 마스크 패턴(130)을 덮는다.Referring to FIG. 2D, a nitride semiconductor laminate including a first nitride semiconductor layer 160, an active layer 170, and a second nitride semiconductor layer 180 using the sacrificial layer 120 as a seed ( 200) is grown. The nitride semiconductor laminate 200 covers the mask pattern 130 as well as the sacrificial layer 120 by horizontal growth.

상기 제1 질화물 반도체층(160)은 단일층일 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다중층일 수도 있다. 이러한 다중층은 언도프트 층과 도핑 층을 포함할 수 있다.The first nitride semiconductor layer 160 may be a single layer, but is not limited thereto and may be a multilayer. Such multilayers may include an undoped layer and a doped layer.

한편, 상기 반도체 적층체(200)를 성장하는 동안, 미세기공들(152, 154)이 서로 합쳐지고 또한 성장하여 공동(150a)이 형성된다. 상기 공동(150a)은 상기 마스크 패턴(130)의 개구부 영역 내에서 희생층(120)과 제1 질화물 반도체층(160)을 전기적으로 분리하도록 형성된다. 도 2(d)에 있어서, 상기 공동(150a) 상부에 희생층(120)의 일부가 잔류할 수 있다. 이와 달리, 상기 공동(150a) 상부의 희생층(120) 부분은 모두 제거될 수 있다.Meanwhile, during the growth of the semiconductor stack 200, the micropores 152 and 154 merge with each other and grow to form a cavity 150a. The cavity 150a is formed to electrically separate the sacrificial layer 120 and the first nitride semiconductor layer 160 in the opening region of the mask pattern 130. In FIG. 2D, a portion of the sacrificial layer 120 may remain on the cavity 150a. Alternatively, all of the portions of the sacrificial layer 120 on the cavity 150a may be removed.

도 3(a)를 참조하면, 앞에서 설명한 바와 같이, 상기 반도체 적층체(200)를 형성하는 동안, 희생층(120) 내의 미세기공들(152, 154)에 의해 희생층(120)에 공동(150a)이 형성된다. 여기서, 도 3(a)는 도 2(d)와 동일한 공정단계를 나타내며, 단순히 스케일만을 달리하여 표현한 것이다.Referring to FIG. 3A, as described above, during the formation of the semiconductor stack 200, the voids 152 and 154 in the sacrificial layer 120 are formed in the sacrificial layer 120 by the micropores 152 and 154. 150a) is formed. Here, FIG. 3 (a) shows the same process steps as FIG. 2 (d) and is simply expressed by different scales.

상기 제1 질화물 반도체층(160)은 제1 도전형의 불순물이 도핑된 질화물 반도체층, 예컨대 n형 불순물이 도핑된 Ⅲ-N 계열의 화합물 반도체, 예컨대 (Al, In, Ga)N 계열의 질화물 반도체층으로 형성될 수 있으며, 질화갈륨층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 질화물 반도체층(160)은 의도적으로 불순물이 도핑되지 않은 언도프트 층을 포함할 수도 있다. The first nitride semiconductor layer 160 is a nitride semiconductor layer doped with a first conductivity type impurity, for example, a III-N type compound semiconductor doped with n-type impurity, such as (Al, In, Ga) N-based nitride It may be formed of a semiconductor layer, it may include a gallium nitride layer. In addition, the first nitride semiconductor layer 160 may include an undoped layer that is not intentionally doped with impurities.

상기 활성층(170)은 Ⅲ-N 계열의 화합물 반도체, 예컨대 (Al, Ga, In)N 반도체층으로 형성될 수 있으며, 단일 양자웰 구조 또는 웰층(미도시)과 장벽층(미도시)이 교대로 적층된 다중 양자웰 구조일 수 있다.The active layer 170 may be formed of a III-N-based compound semiconductor, for example, an (Al, Ga, In) N semiconductor layer, and a single quantum well structure or a well layer (not shown) and a barrier layer (not shown) are alternated. It may be a multi-quantum well structure stacked with.

상기 제2 질화물 반도체층(180)은 제2 도전형 불순물, 예컨대, P형 불순물이 도핑된 Ⅲ-N 계열의 화합물 반도체, 예컨대 (Al, Ga, In)N 계열의 Ⅲ족 질화물 반도체층을 포함하며, 예컨대 GaN층을 포함할 수 있다.The second nitride semiconductor layer 180 includes a III-N-based compound semiconductor doped with a second conductivity type impurity, such as a P-type impurity, for example, an (Al, Ga, In) N-based group III nitride semiconductor layer. For example, it may include a GaN layer.

도 3(b)를 참조하면, 상기 성장된 질화물 반도체 적층체(200)를 패터닝하여 셀 분리 영역(200a)이 형성된다. 셀 분리 영역(200a)은 사진 및 식각 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 셀 분리 영역(200a)에 의해 복수의 셀 영역으로 분리된 복수의 질화물 반도체 적층체들(200)이 형성된다.Referring to FIG. 3B, a cell isolation region 200a is formed by patterning the grown nitride semiconductor stack 200. The cell isolation region 200a may be formed using a photolithography and an etching process. A plurality of nitride semiconductor stacks 200 separated into a plurality of cell regions are formed by the cell isolation region 200a.

한편, 도시한 바와 같이, 셀 분리 영역(200a)은 또한 희생층(120)을 분리할 수 있으며, 따라서, 기판(110) 표면이 셀 분리 영역(200a)에 노출될 수 있다.Meanwhile, as shown, the cell isolation region 200a may also separate the sacrificial layer 120, and thus the surface of the substrate 110 may be exposed to the cell isolation region 200a.

덧붙여, 각 반도체 적층체(200)의 제2 질화물 반도체층(180) 및 활성층(170)이 부분적으로 식각되어 제1 질화물 반도체층(160)의 상부면이 부분적으로 노출된다. 제1 질화물 반도체층(160)의 상부면을 노출시키는 공정은 셀 분리 영역(200a)을 형성하기 전 또는 후에 수행될 수 있다.In addition, the second nitride semiconductor layer 180 and the active layer 170 of each semiconductor laminate 200 are partially etched to partially expose the top surface of the first nitride semiconductor layer 160. The process of exposing the top surface of the first nitride semiconductor layer 160 may be performed before or after forming the cell isolation region 200a.

도 3(c)를 참조하면, 상기 제2 질화물 반도체층(180) 상에 투명 전극층(190)이 형성될 수 있다. 투명 전극층(190)은 ITO와 같은 투명 산화물 또는 Ni/Au와 같은 금속층으로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 3C, a transparent electrode layer 190 may be formed on the second nitride semiconductor layer 180. The transparent electrode layer 190 may be formed of a transparent oxide such as ITO or a metal layer such as Ni / Au.

본 실시예에 있어서, 반도체 적층체(200)를 분리하고 제1 질화물 반도체층(160)의 상부면을 부분적으로 노출한 후에 투명 전극층(190)을 형성하는 것으로 설명하지만, 투명 전극층(190)은 반도체 적층체(200)를 분리하기 전에 형성될 수도 있으며, 제1 질화물 반도체층(160)의 상부면을 노출시키기 전에 형성될 수도 있다.In the present embodiment, it is described that the transparent electrode layer 190 is formed after the semiconductor laminate 200 is separated and the upper surface of the first nitride semiconductor layer 160 is partially exposed. It may be formed before the semiconductor laminate 200 is separated, or may be formed before exposing the upper surface of the first nitride semiconductor layer 160.

한편, 상기 반도체 적층체들(200)의 측면을 덮는 절연층(210)이 형성될 수 있다. 절연층(210)은 또한 노출된 기판(110) 표면을 덮을 수 있으며, 투명 전극층(190)의 일부를 덮을 수 있다. 다만, 상기 절연층(210)은 제1 질화물 반도체층(160)의 상부 표면의 적어도 일부 및 투명 전극층(190)의 상부 표면의 적어도 일부 노출시키도록 형성된다.Meanwhile, an insulating layer 210 may be formed to cover side surfaces of the semiconductor stacks 200. The insulating layer 210 may also cover the exposed surface of the substrate 110 and may cover a portion of the transparent electrode layer 190. However, the insulating layer 210 is formed to expose at least a portion of the upper surface of the first nitride semiconductor layer 160 and at least a portion of the upper surface of the transparent electrode layer 190.

도 3(d)를 참조하면, 반도체 적층체들(200)을 서로 직렬 연결하는 배선(220)이 형성된다. 배선(220)은 절연층(210) 상에 형성되어 반도체 적층체들(200)의 측면으로부터 절연되며 또한 기판(110)으로부터 절연된다. 배선(220)의 일 단부는 하나의 반도체 적층체(200)의 제1 질화물 반도체층(160)에 전기적으로 연결되고, 타 단부는 다른 하나의 반도체 적층체(200)의 제2 질화물 반도체층(180)에 전기적으로 연결된다.Referring to FIG. 3 (d), the wiring 220 connecting the semiconductor stacks 200 to each other in series is formed. The wiring 220 is formed on the insulating layer 210 to be insulated from the side surfaces of the semiconductor stacks 200 and is also insulated from the substrate 110. One end of the wiring 220 is electrically connected to the first nitride semiconductor layer 160 of one semiconductor laminate 200, and the other end thereof is the second nitride semiconductor layer of the other semiconductor laminate 200 ( 180 is electrically connected.

배선들(220)에 의해 복수의 반도체 적층체들(200)이 다양하게 연결될 수 있다. 이에 따라, 단일 기판(110) 상에 직렬 연결, 병렬 연결, 역병렬 연결 또는 직병렬 혼합 연결 등 복수의 반도체 적층체들(200)의 다양한 결선이 이루어질 수 있다. 이러한 복수의 반도체 적층체들(200)을 포함하도록 기판(110)을 분할하여 복수의 반도체 적층체들(200)을 갖는 반도체 소자, 예컨대 발광 소자가 제조될 수 있다.The plurality of semiconductor stacks 200 may be variously connected by the wirings 220. Accordingly, various wirings of the plurality of semiconductor stacks 200 may be formed on the single substrate 110, such as series connection, parallel connection, anti-parallel connection, or serial / parallel mixed connection. The semiconductor device having the plurality of semiconductor stacks 200 may be manufactured by dividing the substrate 110 to include the plurality of semiconductor stacks 200.

본 실시예에 있어서, 단일 기판(110) 상에 복수의 반도체 적층체들(200)를 갖는 반도체 소자 제조 방법을 설명하였다. 그러나, 본 실시예는 또한 기판(110) 상에 단일의 반도체 적층체(200)를 갖는 반도체 소자를 제조에 적용될 수도 있다.In the present embodiment, a method of fabricating a semiconductor device having a plurality of semiconductor stacks 200 on a single substrate 110 has been described. However, the present embodiment can also be applied to manufacturing a semiconductor device having a single semiconductor stack 200 on the substrate 110.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자를 설명하기 위한 단면도이다.7 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device in accordance with still another embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 반도체 소자는 도 1을 참조하여 설명한 반도체 소자와 대체로 유사하나, 셀 분리 영역(300a)의 바닥에 분리 마스크(132)가 위치하는 것에 차이가 있다. 이에 따라, 희생층(120)은 셀 분리 영역(300a)에 의해 분리되지 않고 연속적으로 잔류할 수 있다. Referring to FIG. 7, the semiconductor device according to the present exemplary embodiment is generally similar to the semiconductor device described with reference to FIG. 1, except that the isolation mask 132 is positioned at the bottom of the cell isolation region 300a. Accordingly, the sacrificial layer 120 may remain continuously without being separated by the cell isolation region 300a.

분리 마스크(132)는 마스크 패턴(130)과 동일 레벨에 위치할 수 있다. 즉, 분리 마스크(132)는 희생층(120) 상에 형성될 수 있으며, 반도체 적층체들(200) 사이에 위치한다. 도 7에 도시한 바와 같이, 분리 마스크(132)의 가장자리는 반도체 적층체들(200) 하부에 위치할 수 있다.The isolation mask 132 may be positioned at the same level as the mask pattern 130. That is, the isolation mask 132 may be formed on the sacrificial layer 120 and is located between the semiconductor stacks 200. As illustrated in FIG. 7, an edge of the isolation mask 132 may be located under the semiconductor stacks 200.

도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 공동(150a)은 마스크 패턴(130)의 개구부 영역들에 위치한다. 나아가, 공동(150a)은 마스크 패턴(130)과 분리 마스크(132) 사이의 개구부 영역에 위치할 수 있다.As described with reference to FIG. 1, the cavity 150a is positioned in the opening regions of the mask pattern 130. Further, the cavity 150a may be located in the opening region between the mask pattern 130 and the separation mask 132.

배선(220)은 분리 마스크(132)에 의해 희생층(120)으로부터 전기적으로 절연된다. 절연층(210)이 분리 마스크(132)와 배선(220) 사이에 추가로 개재될 수도 있다.The wiring 220 is electrically insulated from the sacrificial layer 120 by the isolation mask 132. The insulating layer 210 may be further interposed between the separation mask 132 and the wiring 220.

본 실시예에 따르면, 셀 분리 영역(300a)이 희생층(120) 상부에 위치하므로, 앞의 실시예에 비해 그 깊이를 감소시킬 수 있다. 따라서, 배선(220)이 형성되는 깊이를 줄일 수 있어, 배선(220)의 단선을 방지할 수 있으며, 나아가, 반도체 적층체들(200)의 크기를 증가시킬 수 있다.According to the present exemplary embodiment, since the cell isolation region 300a is positioned above the sacrificial layer 120, the depth of the cell isolation region 300a may be reduced as compared with the previous exemplary embodiment. Therefore, the depth at which the wiring 220 is formed can be reduced, thereby preventing disconnection of the wiring 220, and further increasing the size of the semiconductor laminates 200.

도 8 및 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법을 설명하기 위한 평면도 및 단면도들이다. 여기서, 도 8(a)는 마스크 패턴(130) 및 분리 마스크(132)를 나타내는 평면도이고, 도 8(b)는 도 8(a)의 절취선 A-A를 따라 취해진 단면도이다.8 and 9 are plan and cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with still another embodiment of the present invention. Here, FIG. 8A is a plan view showing the mask pattern 130 and the separation mask 132, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the cutting line A-A of FIG. 8A.

도 8 (a) 및 (b)를 참조하면, 우선, 도 1(a)를 참조하여 설명한 바와 같이, 기판(110) 상에 희생층(120)이 형성된다. 또한, 도 1(b)를 참조하여 설명한 바와 같이, 희생층(120) 상에 마스크 패턴(130)이 형성된다. 다만, 본 실시예에 있어서, 마스크 패턴(130)은 복수의 영역으로 분리되어 형성된다. 마스크 패턴(130)은 예컨대 분리 마스크(132)에 의해 복수의 영역으로 분리될 수 있다. 분리 마스크(132)는 마스크 패턴(130)과 동일한 재료로 동일 공정에 의해 형성될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 분리 마스크(132)는 마스크 패턴(130)과 다른 절연물질로서 다른 공정에 의해 형성될 수도 있다.Referring to FIGS. 8A and 8B, first, as described with reference to FIG. 1A, a sacrificial layer 120 is formed on a substrate 110. In addition, as described with reference to FIG. 1B, a mask pattern 130 is formed on the sacrificial layer 120. However, in the present exemplary embodiment, the mask pattern 130 is divided into a plurality of regions. The mask pattern 130 may be separated into a plurality of regions by, for example, the separation mask 132. The isolation mask 132 may be formed of the same material as the mask pattern 130 by the same process. However, the present invention is not limited thereto, and the isolation mask 132 may be formed by another process as an insulating material different from the mask pattern 130.

상기 분리 마스크(132)는 셀 분리 영역(도 7의 300a)에 대응하여 형성되며, 상기 각 마스크 패턴(130)은 셀 영역에 대응하여 형성된다. 여기서, 상기 분리 마스크(132)가 셀 분리 영역(300a)에 대응하여 형성되는 것으로 설명하지만, 분리 마스크(132)는 소자 분리 영역, 즉 스크라이빙 라인에도 형성될 수 있다.The isolation mask 132 is formed corresponding to the cell isolation region 300a of FIG. 7, and each mask pattern 130 is formed corresponding to the cell region. Here, although the isolation mask 132 is described as being formed corresponding to the cell isolation region 300a, the isolation mask 132 may also be formed in the device isolation region, that is, the scribing line.

여기서, 상기 마스크 패턴(130)은 도 1(b), 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한 바와 같은 스트라이프 패턴, 또는 양각이나 음각 패턴일 수 있다.The mask pattern 130 may be a stripe pattern as described with reference to FIGS. 1B and 4 to 6, or an embossed or intaglio pattern.

도 9(a)를 참조하면, 도 1(c)를 참조하여 설명한 바와 같이, 전기화학 식각(ECE)을 이용하여 마스크 패턴(130)의 개구부 영역에 노출된 희생층(120)이 부분적으로 식각된다.Referring to FIG. 9A, as described with reference to FIG. 1C, the sacrificial layer 120 exposed to the opening region of the mask pattern 130 is partially etched using electrochemical etching (ECE). do.

도 9(b)를 참조하면, 희생층(120)을 씨드로 사용하여 반도체 적층 구조(200)가 성장된다. 다만, 본 실시예에 있어서, 분리 마스크(132) 상에서 질화물 반도체 적층체(200)의 성장이 차단되므로, 질화물 반도체 적층체(200)의 성장 공정에 의해 분리 마스크(132) 상에 셀 분리 영역(300a)이 형성되고, 이에 따라 질화물 반도체 적층체(200)가 복수의 셀 영역으로 분리된다. 즉, 셀 분리 영역(300a)이 반도체 적층체(200)의 성장 공정에 의해 자가 정렬되며, 셀 분리 영역(300a)을 형성하기 위한 별도의 패터닝 공정은 생략된다.Referring to FIG. 9B, the semiconductor stack 200 is grown using the sacrificial layer 120 as a seed. However, in the present embodiment, since the growth of the nitride semiconductor laminate 200 is blocked on the isolation mask 132, the cell isolation region () may be formed on the isolation mask 132 by the growth process of the nitride semiconductor laminate 200. 300a) is formed, whereby the nitride semiconductor laminate 200 is separated into a plurality of cell regions. That is, the cell isolation region 300a is self-aligned by the growth process of the semiconductor stack 200, and a separate patterning process for forming the cell isolation region 300a is omitted.

도 9(c)를 참조하면, 각 반도체 적층체(200)의 제2 질화물 반도체층(180) 및 활성층(170)이 부분적으로 식각되어 제1 질화물 반도체층(160)의 상부면이 부분적으로 노출된다. 상기 제2 질화물 반도체층(180) 및 활성층(170)은 사진 및 식각 공정을 이용하여 식각될 수 있다.Referring to FIG. 9C, the second nitride semiconductor layer 180 and the active layer 170 of each semiconductor laminate 200 are partially etched to partially expose the top surface of the first nitride semiconductor layer 160. do. The second nitride semiconductor layer 180 and the active layer 170 may be etched using a photolithography and an etching process.

도 9(d)를 참조하면, 도 3(c)를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 제2 질화물 반도체층(180) 상에 투명 전극층(190)이 형성될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 제1 질화물 반도체층(160)의 상부면을 부분적으로 노출한 후에 투명 전극층(190)을 형성하는 것으로 설명하지만, 제1 질화물 반도체층(160)의 상부면을 노출시키기 전에 형성될 수도 있다.Referring to FIG. 9D, as described with reference to FIG. 3C, a transparent electrode layer 190 may be formed on the second nitride semiconductor layer 180. In the present embodiment, the transparent electrode layer 190 is formed after partially exposing the top surface of the first nitride semiconductor layer 160, but before exposing the top surface of the first nitride semiconductor layer 160. It may be formed.

또한, 도 3(c)를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 반도체 적층체들(200)의 측면 및 투명 전극층(190)의 일부를 덮는 절연층(210)이 형성될 수 있다. 절연층(210)은 또한 분리 마스크(132)를 덮을 수 있다.In addition, as described with reference to FIG. 3C, an insulating layer 210 may be formed to cover side surfaces of the semiconductor stacks 200 and a part of the transparent electrode layer 190. Insulating layer 210 may also cover isolation mask 132.

그 후, 도 3(d)를 참조하여 설명한 바와 같이, 반도체 적층체들(200)을 서로 직렬 연결하는 배선(220)이 형성된다. 다만, 분리 마스크(132)가 배선(220)과 기판(110) 사이에 위치하여 이들을 서로 절연시킬 수 있다. 또한, 절연층(210)이 상기 분리 마스크(132)와 배선(220) 사이에 개재될 수 있다.Thereafter, as described with reference to FIG. 3D, a wiring 220 for connecting the semiconductor stacks 200 in series with each other is formed. However, the separation mask 132 may be positioned between the wiring 220 and the substrate 110 to insulate them from each other. In addition, an insulating layer 210 may be interposed between the separation mask 132 and the wiring 220.

배선들(220)에 의해 복수의 반도체 적층체들(200)이 다양하게 연결될 수 있다. 이에 따라, 단일 기판(110) 상에 직렬 연결, 병렬 연결, 역병렬 연결 또는 직병렬 혼합 연결 등 복수의 반도체 적층체들(200)의 다양한 결선이 이루어질 수 있다. 이러한 복수의 반도체 적층체들(200)을 포함하도록 기판(110)을 분할하여 복수의 반도체 적층체들(200)을 갖는 반도체 소자, 예컨대 발광 소자가 제조될 수 있다.The plurality of semiconductor stacks 200 may be variously connected by the wirings 220. Accordingly, various wirings of the plurality of semiconductor stacks 200 may be formed on the single substrate 110, such as series connection, parallel connection, anti-parallel connection, or serial / parallel mixed connection. The semiconductor device having the plurality of semiconductor stacks 200 may be manufactured by dividing the substrate 110 to include the plurality of semiconductor stacks 200.

본 실시예에 따르면, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 반도체 소자 제조 방법과 달리, 복수의 반도체 적층체(200)를 형성하기 위해 패터닝 공정을 수행할 필요가 없다. 또한, 셀 분리 영역(300a)이 앞의 실시예의 셀 분리 영역(200a)보다 얕게 형성되기 때문에, 배선(220)을 용이하게 형성할 수 있다. 따라서, 셀 분리 영역(300a)의 폭을 상대적으로 좁게 하여 발광 면적을 증가시키거나, 또는 반도체 적층체(200)의 측면을 더 경사지게 형성하여 광 효율을 개선할 수 있다.According to the present exemplary embodiment, unlike the semiconductor device manufacturing method described with reference to FIGS. 2 and 3, it is not necessary to perform a patterning process to form the plurality of semiconductor laminates 200. In addition, since the cell isolation region 300a is formed to be shallower than the cell isolation region 200a of the previous embodiment, the wiring 220 can be easily formed. Accordingly, the light emitting area may be increased by narrowing the width of the cell isolation region 300a or the side surface of the semiconductor laminate 200 may be inclined to improve light efficiency.

도 10은 전기화학식각(ECE)을 이용하여 형성한 공동(150a)을 보여주는 SEM 사진이다. 여기서, 질화갈륨 기판(110) 상에 희생층(120)으로서 약 6E18/cm3의 Si을 도핑한 GaN층을 성장하고, 희생층(120) 상에 약 4㎛의 폭을 갖는 스트라이프 형상의 SiO2 마스크 패턴(130)을 형성하였다. 각 스트라이프 사이의 간격은 약 5㎛로 하였다. 그 후, 20℃ 0.3M의 옥살산 용액을 이용하여, 1단계는 8V의 전압을 인가하고, 2단계는 15V의 전압을 인가하여 전기화학 식각을 수행하였으며, 그 위에 약 6㎛의 질화갈륨계 반도체 적층체(200)를 성장시켰다.FIG. 10 is a SEM photograph showing a cavity 150a formed using electrochemical etching (ECE). Here, a GaN layer doped with Si of about 6E18 / cm 3 as a sacrificial layer 120 is grown on the gallium nitride substrate 110, and a stripe SiO 2 having a width of about 4 μm is formed on the sacrificial layer 120. The mask pattern 130 was formed. The space | interval between each stripe was about 5 micrometers. Then, using an oxalic acid solution at 20 ° C of 0.3M, the first step was applied with a voltage of 8V, the second step was applied with a voltage of 15V, and electrochemical etching was performed thereon. The laminate 200 was grown.

도 10에 보이듯이, 마스크 패턴(130)의 하부에서 마스크 패턴(130)의 개구부 영역에 공동(150a)이 형성된 것이 관찰된다. 마스크 패턴(130)과 공동(150a)에 의해 반도체 적층체(200)는 희생층(120)으로부터 전기적으로 절연되며, 결과적으로 기판(110)으로부터 절연된다.As shown in FIG. 10, it is observed that the cavity 150a is formed in the opening area of the mask pattern 130 under the mask pattern 130. The semiconductor laminate 200 is electrically insulated from the sacrificial layer 120 by the mask pattern 130 and the cavity 150a, and as a result, from the substrate 110.

도 10에 보이듯이, 공동(150a)의 일부가 마스크 패턴(130)의 마스크 영역 하부로 연장할 수도 있으나, 본 발명은 이러한 공동(150a)에 한정되는 것은 아니며, 전기화학식각을 이용하여 다양하게 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 공동(150a)은 마스크 패턴(130)의 개구부 영역에 한정되도록 형성될 수도 있다.As shown in FIG. 10, a portion of the cavity 150a may extend below the mask region of the mask pattern 130, but the present invention is not limited to the cavity 150a, and variously using electrochemical etching. Can be formed. For example, the cavity 150a may be formed to be limited to the opening region of the mask pattern 130.

앞에서 다양한 실시예들에 대해 설명하였지만, 본 발명은 특정 실시예에 한정되는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 특정 실시예에서 설명된 구성요소는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한 다른 실시예에도 적용될 수 있다.While various embodiments have been described above, the invention should not be construed as limited to the specific embodiments. In addition, the components described in a specific embodiment may be applied to other embodiments without departing from the spirit of the present invention.

110: 성장 기판, 120: 희생층
130: 마스크 패턴, 140: 절연 구조체,
150a: 공동, 160: 제1 질화물 반도체층,
170: 활성층, 180: 제2 질화물 반도체층,
190: 투명 전극층, 200: 질화물 반도체 적층체,
200a, 300a: 셀 분리 영역, 210: 절연층,
220: 배선
110: growth substrate, 120: sacrificial layer
130: mask pattern, 140: insulating structure,
150a: cavity, 160: first nitride semiconductor layer,
170: active layer, 180: second nitride semiconductor layer,
190: transparent electrode layer, 200: nitride semiconductor laminate,
200a, 300a: cell isolation region, 210: insulating layer,
220: wiring

Claims (23)

기판;
상기 기판 상에 위치하는 질화갈륨 계열의 반도체 적층체;
상기 기판과 상기 반도체 적층체 사이에 위치하여, 상기 반도체 적층체를 상기 기판으로부터 절연시키는 절연 구조체; 및
상기 절연 구조체와 상기 기판 사이에 위치하는 질화갈륨 계열의 희생층을 포함하되,
상기 절연 구조체는,
마스크 영역과 개구부 영역을 갖는 마스크 패턴; 및
상기 마스크 패턴의 개구부 영역에 위치하는 공동을 포함하고,
상기 공동은 상기 마스크 패턴이 위치하는 레벨보다 아래에 위치하며,
상기 공동의 일부는 마스크 영역과 중첩하도록 상기 마스크 영역 아래에서 상기 마스크 영역과 상기 희생층 사이에 위치하는 반도체 소자.
Board;
A gallium nitride based semiconductor laminate positioned on the substrate;
An insulating structure positioned between the substrate and the semiconductor laminate to insulate the semiconductor laminate from the substrate; And
Including a gallium nitride-based sacrificial layer between the insulating structure and the substrate,
The insulating structure,
A mask pattern having a mask region and an opening region; And
A cavity located in an opening region of the mask pattern,
The cavity is located below the level where the mask pattern is located,
A portion of the cavity positioned between the mask region and the sacrificial layer below the mask region so as to overlap a portion of the cavity.
삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 희생층은 1E17/cm3 내지 1E19/cm3 범위 내의 Si 도핑 농도를 갖는 반도체 소자.
The method according to claim 1,
The sacrificial layer has a Si doping concentration within the range of 1E17 / cm 3 to 1E19 / cm 3 .
청구항 1에 있어서,
상기 기판은 극성, 비극성 또는 반극성의 질화갈륨 기판인 반도체 소자.
The method according to claim 1,
And the substrate is a polar, nonpolar or semipolar gallium nitride substrate.
청구항 1에 있어서,
상기 마스크 패턴은 SiO2, SiN, MgO, TaO 및 TiO2로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 절연물질로 형성된 반도체 소자.
The method according to claim 1,
The mask pattern is a semiconductor device formed of at least one insulating material selected from the group consisting of SiO 2 , SiN, MgO, TaO and TiO 2 .
청구항 1에 있어서,
상기 마스크 패턴은 마스크 영역이 스트라이프, 원형, 직사각형, 마름모 또는 육각형 형상의 양각 패턴인 반도체 소자.
The method according to claim 1,
The mask pattern is a semiconductor device in which the mask area is an embossed pattern of stripe, circle, rectangle, rhombus or hexagon shape.
청구항 1에 있어서,
상기 마스크 패턴은 개구부 영역이 원형, 직사각형, 마름모 또는 육각형 형상의 음각 패턴인 반도체 소자.
The method according to claim 1,
The mask pattern is a semiconductor device in which the opening region is an intaglio pattern of a circular, rectangular, rhombus, or hexagonal shape.
청구항 1에 있어서,
상기 반도체 소자는 발광 소자인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
The method according to claim 1,
The semiconductor device is a semiconductor device, characterized in that the light emitting device.
청구항 1, 및 청구항 4 내지 9의 어느 한 항에 있어서,
상기 기판 상에 복수의 반도체 적층체가 위치하고,
상기 절연 구조체는 상기 기판과 상기 복수의 반도체 적층체 사이에 위치하는 반도체 소자.
The method according to any one of claims 1 and 4 to 9,
A plurality of semiconductor laminates are located on the substrate,
And the insulating structure is positioned between the substrate and the plurality of semiconductor laminates.
청구항 10에 있어서,
상기 복수의 반도체 적층체를 서로 직렬 연결하는 적어도 하나의 배선을 더 포함하는 반도체 소자.
The method according to claim 10,
And at least one wiring for connecting the plurality of semiconductor laminates in series with each other.
청구항 10에 있어서,
상기 복수의 반도체 적층체 사이에서 상기 마스크 패턴과 동일 레벨에 위치하는 분리마스크를 더 포함하는 반도체 소자.
The method according to claim 10,
And a separation mask positioned at the same level as the mask pattern between the plurality of semiconductor laminates.
청구항 12에 있어서,
상기 분리 마스크는 상기 마스크 패턴과 동일한 물질로 형성된 반도체 소자.
The method according to claim 12,
The isolation mask is formed of the same material as the mask pattern.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020120114133A 2012-10-15 2012-10-15 Semiconductor device having insulation structure and method of fabricating the same KR102022658B1 (en)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120114133A KR102022658B1 (en) 2012-10-15 2012-10-15 Semiconductor device having insulation structure and method of fabricating the same
CN201380053692.XA CN104737310B (en) 2012-10-15 2013-10-10 Semiconductor device and its manufacture method
PCT/KR2013/009055 WO2014061940A1 (en) 2012-10-15 2013-10-10 Semiconductor device and method of fabricating the same
DE112013004996.1T DE112013004996T5 (en) 2012-10-15 2013-10-10 Semiconductor device and method for its production
US14/053,098 US9111840B2 (en) 2012-10-15 2013-10-14 Semiconductor device and method of fabricating the same
TW102137139A TWI636583B (en) 2012-10-15 2013-10-15 Semiconductor device and method of fabricating the same
US14/796,421 US9537045B2 (en) 2012-10-15 2015-07-10 Semiconductor device and method of fabricating the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120114133A KR102022658B1 (en) 2012-10-15 2012-10-15 Semiconductor device having insulation structure and method of fabricating the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140047872A KR20140047872A (en) 2014-04-23
KR102022658B1 true KR102022658B1 (en) 2019-09-18

Family

ID=50654222

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120114133A KR102022658B1 (en) 2012-10-15 2012-10-15 Semiconductor device having insulation structure and method of fabricating the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102022658B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010147166A (en) 2008-12-17 2010-07-01 Stanley Electric Co Ltd Method for manufacturing semiconductor element
US20110233734A1 (en) * 2007-02-07 2011-09-29 Micron Technology, Inc. Methods of Forming One or More Covered Voids in a Semiconductor Substrate, Methods of Forming Field Effect Transistors, Methods of Forming Semiconductor-On-Insulator Substrates, Methods of Forming a Span Comprising Silicon Dioxide, Methods of Cooling Semiconductor Devices, Methods of Forming Electromagnetic Radiation Emitters and Conduits, Methods of Forming Imager Systems, Methods of Forming Nanofluidic Channels, Fluorimetry Methods, and Integrated Circuitry

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3346735B2 (en) * 1998-03-03 2002-11-18 日亜化学工業株式会社 Nitride semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same
KR101203141B1 (en) * 2005-02-05 2012-11-20 서울옵토디바이스주식회사 Light emitting device having a plurality of light emitting cells insulated from a substrate and method of fabricating the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110233734A1 (en) * 2007-02-07 2011-09-29 Micron Technology, Inc. Methods of Forming One or More Covered Voids in a Semiconductor Substrate, Methods of Forming Field Effect Transistors, Methods of Forming Semiconductor-On-Insulator Substrates, Methods of Forming a Span Comprising Silicon Dioxide, Methods of Cooling Semiconductor Devices, Methods of Forming Electromagnetic Radiation Emitters and Conduits, Methods of Forming Imager Systems, Methods of Forming Nanofluidic Channels, Fluorimetry Methods, and Integrated Circuitry
JP2010147166A (en) 2008-12-17 2010-07-01 Stanley Electric Co Ltd Method for manufacturing semiconductor element

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140047872A (en) 2014-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9537045B2 (en) Semiconductor device and method of fabricating the same
JP6025933B2 (en) Manufacturing method of light emitting diode
CN104011885B (en) Light emitting diode with the substrate of relief pattern including the substrate and the method for manufacturing the diode
TWI559573B (en) Light emitting diode
US9514926B2 (en) Substrate recycling method
JP2021509534A (en) How to Porous Materials and Semiconductor Structures
US9373496B2 (en) Substrate recycling method and recycled substrate
KR20100079693A (en) Light emitting device having plurality of non-polar light emitting cells and method of fabricating the same
US20100055818A1 (en) Light-Emitting Diode on a Conductive Substrate
KR20120115775A (en) Light emitting diode and method for fabricating the same
KR101111748B1 (en) Method of manufacturing vertical structure nitride-gallium-based semiconductor light emitting device
KR102022658B1 (en) Semiconductor device having insulation structure and method of fabricating the same
KR20140047871A (en) Semiconductor device and method of fabricating the same
KR20140047870A (en) Method of separating growth substrate from epitaxial layer, method of fabricating ligh emitting diode using the same and ligh emitting diode fabricated by the same
KR101984934B1 (en) Method of recycling a substrate and recycled substrate
KR20140047869A (en) Method of separating growth substrate from epitaxial layer and method of fabricationg ligh emitting diode using the same
KR101701041B1 (en) Light emitting diode formed on silicon polyhedron and method for fabricating the same
KR102052179B1 (en) Method of recycling a substrate and recycled substrate
KR101319218B1 (en) Method of lifting-off substrate
KR20150060405A (en) Light emitting diode having a plurality of light emitting cells and method of fabricating the same
KR20130031864A (en) Light emitting diode having plurality of semiconductor stacks
KR20130068390A (en) Semi-polar led and method of fabrication the same
KR20130070292A (en) Semi-polar led
KR20120073396A (en) Light emitting diode and method of fabricating the same

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant