KR102044838B1 - 보론 나이트라이드 방열 패턴층을 갖는 기판을 채용한 발광 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

보론 나이트라이드 방열 패턴층을 갖는 기판을 채용한 발광 소자 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

무기물 지지체; 및 상기 무기물 지지체 상에 형성된 보론 나이트라이드(BN) 패턴층을 포함하는 발광 소자용 기판과 이의 제조방법이 제공된다. 또한 이 기판을 이용한 발광 소자 및 이의 제조방법이 제공된다. 본원 발명에 따른 발광소자는 열전도도가 높은 BN 방열 패턴 층이 사파이어와 같은 무기물 지지체 위에 형성된 기판을 이용함으로써 발광 소자의 부피가 작으면서도 발광 소자에서 발생하는 열을 외부로 신속하게 방출할 수 있다. 따라서 본원 발명에 따른 발광 소자는 열방출 효율과 결정품질이 증가하고 이로 인한 발광 소자의 광학적 특성이 향상되는 효과를 갖는다. 또한 발광 소자의 작동 수명이 늘어날 것으로 기대된다.

Description

보론 나이트라이드 방열 패턴층을 갖는 기판을 채용한 발광 소자 및 그 제조방법{Light Emitting Devices with boron nitride heat-sink pattern layer and manufacturing method thereof}
본 발명은 발광 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 발광 소자의 발광 특성을 개선할 수 있는 보론 나이트라이드(BN) 방열 패턴층을 갖는 기판을 채용한 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
현재 발광 소자에서 발생하는 열의 방출 특성을 향상시켜 전력 손실을 줄이고 효율 향상을 도모하는 방법에는 크게 두 가지 방법이 있다. 첫 번째 방법은 발광 소자 외부에 방열판 또는 방열 테이프를 부착하여 열 방출을 향상시키는 방법으로서 이는 현재 가장 많이 사용되는 기술이다. 두 번째 방법은 발광 소자 내부에서 열 방출을 향상시키는 방법으로 수직형의 발광 소자 제작, 그래핀층(graphene layer) 또는 반사 거울층 등을 설치하는 등의 시도가 이에 해당한다.
그러나, 첫 번째 방법에서는 발광 소자 외부에 방열판 또는 방열 테이프를 부착하여야 하기 때문에 발광 소자의 부피가 커져서 박형의 발광 소자 응용에 어려움이 있고, 빗물과 같은 수분의 누수 등에 의하여 그 작동 성능이 크게 감소할 수 있으며, 이는 발광 소자 효율을 크게 저하시킬 수 있다. 두 번째 방법에서의 수직형 발광 소자는 갈륨 나이트라이드 기판을 성장시키기 위해 사용되는 열전도도가 매우 낮은 사파이어 기판을 레이저로 분리시킨 후 메탈 전극을 형성하는 것으로서, 그 공정이 매우 복잡하고 고비용이 요구된다. 발광 소자 내부에 그래핀층 또는 반사 거울층을 삽입 설치하는 방법도 공정이 번거로우며, 이들은 전기전도도가 매우 큰 소재이기 때문에 발광 소자 작동에 문제를 야기할 수 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 첫 번째 기술적 과제는 간편한 공정으로 얻을 수 있으며 발광 소자의 발광 특성을 개선할 수 있는 방열 패턴층을 갖는 기판을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 두 번째 기술적 과제는 상기한 방열 패턴층을 갖는 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 세 번째 기술적 과제는 상기한 기판을 채용함으로써 간편한 공정으로 얻을 수 있으며 발광 특성이 개선된 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 네 번째 기술적 과제는 상기 발광 특성이 개선된 발광 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 첫 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 일 측면은, 무기물 지지체; 및
상기 무기물 지지체 상에 형성된 보론 나이트라이드(BN) 패턴층을 포함하는 발광 소자용 기판을 제공한다.
여기에서, 상기 무기물 지지체의 면적을 기준으로 상기 보론 나이트라이드(BN) 패턴층의 면적 비율은 20 내지 80 %일 수 있다.
상기 두 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 다른 측면은,
무기물 지지체를 준비하는 단계;
상기 무기물 지지체 상에 탄소 함유 유기물 또는 무기물 전구체 패턴층을 형성하는 단계;
질소를 포함하는 가스 분위기 하에서 보론 함유 화합물의 존재하에서 상기 탄소 함유 유기물 또는 무기물 전구체 패턴층을 구비하는 상기 무기물 지지체를 가열 처리하여 상기 탄소 함유 유기물 또는 무기물 전구체 패턴층을 보론 나이트라이드(BN) 패턴층으로 전환하는 단계를 포함하는 발광 소자용 기판의 제조방법을 제공한다.
여기에서, 상기 탄소 함유 유기물 또는 무기물 전구체 패턴층을 형성하는 단계는, 상기 무기물 지지체의 전면을 피복하는 상기 탄소 함유 유기물 또는 무기물 전구체의 층을 형성한 후 사진 식각 공정을 이용하여 상기 층의 일부분을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 탄소 함유 유기물 또는 무기물 전구체의 층은 스핀 코팅, 침지 코팅, 스프레이 코팅 또는 증착으로 실시될 수 있다.
상기 탄소 함유 유기물 또는 무기물 전구체의 층의 일부분을 제거하는 단계는 상기 무기물 지지체의 면적을 기준으로 상기 탄소 함유 유기물 또는 무기물 전구체의 패턴층의 면적 비율이 20 내지 80 %가 되도록 습식 식각 공정 또는 건식 식각 공정을 이용하여 실시될 수 있다.
상기 가열 처리는 상기 탄소 함유 유기물 또는 무기물 전구체 패턴층을 BN 패턴층으로 전환할 수 있다면 특별히 한정되지 않지만, 1000 ~ 2000 ℃의 온도, 1×101 ~ 1.013×105 Pa의 압력, 0.5 ~ 10 L/min의 질소를 포함하는 가스 유량, 및 1 ~ 10 hr의 지속 시간의 조건으로 실시될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 무기물 지지체는 사파이어(Al2O3), 실리콘(Si), 실리콘카바이드(SiC), 질화갈륨(GaN), 게르마늄(Ge), 비소화갈륨(GaAs), 산화아연(ZnO), 실리콘게르마늄(SiGe), 산화 갈륨(Ga2O3), 산화리튬갈륨(LiGaO2), 산화리튬알루미늄(LiAlO2), 또는 산화마그네슘알루미늄(MgAl2O4)에서 선택될 수 있다.
상기 탄소 함유 유기물 전구체는 탄소 함유 유기 고분자이면 특별히 한정되지 않으며, 상기 탄소 함유 무기물 전구체는 그래파이트(graphite), 그래핀, 그래핀 산화물(graphene oxide), 활성탄, 탄소 나노 튜브 및 카본 블랙으로부터 선택된 것과 같은 탄소 함유 무기물일 수 있다.
세 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면은, 무기물 지지체와 상기 무기물 지지체 상에 형성된 보론 나이트라이드(BN) 패턴층을 포함하는 기판;
상기 기판상의 보론 나이트라이드(BN) 패턴층 상에 형성된 제1 도전형 반도체층;
상기 제1 도전형 반도체 층상에 형성된 활성층;
상기 활성층 상에 형성된 제2 도전형 반도체층;
상기 제1 도전형 반도체층상에 형성된 제1 전극; 및
상기 제2 도전형 반도체층상에 형성된 제2 전극을 포함하는 발광 소자를 제공한다.
여기에서, 상기 제1 도전형 반도체 층은 n형 반도체층이고, 상기 제2 도전형 반도체층은 p형 반도체층일 수 있다. 바람직하게는, 상기 무기물 지지체는 사파이어(Al2O3)이고, 상기 n형 반도체층은 n형 질화갈륨(GaN)층이고, 상기 p형 반도체층은 p형 질화갈륨(GaN)층일 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 BN 패턴층을 피복하여 평탄화하는 버퍼층을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 버퍼층은 불순물이 도핑되지 않은 언도프 질화갈륨(GaN)층일 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성된 오믹 콘택층을 더 포함하고, 이때 상기 제2 전극은 상기 오믹 콘택층의 일부 영역 상에 형성되는 형태일 수 있다.
상기 네 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면은,
무기물 지지체와 상기 무기물 지지체 상에 형성된 보론 나이트라이드(BN) 패턴층을 포함하는 기판을 제공하는 단계;
상기 기판상의 보론 나이트라이드(BN) 패턴층 상에 상기 보론 나이트라이드(BN) 패턴층을 피복하는 제1 도전형 반도체층을 형성하는 단계;
상기 제1 도전형 반도체 층상에 형성된 활성층을 형성하는 단계;
상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층을 형성하는 단계;
상기 제1 도전형 반도체층상의 일부 영역에 제1 전극을 형성하는 단계; 및
상기 제2 도전형 반도체층상의 일부 영역에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자의 제조 방법을 제공한다.
여기에서 선택적으로 상기 제1 도전형 반도체층을 형성하는 단계 이전에 상기 BN 패턴층을 피복하여 평탄화하는 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 제1 전극을 형성하는 단계 이전에 상기 제2 도전형 반도체층 상에 오믹 콘택층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 이때 상기 제1 전극은 상기 제1 도전형 반도체층상의 일부 영역 상에 형성되고, 상기 제2 전극은 상기 오믹 콘택층의 일부 영역 상에 형성될 수 있다.
상기한 본원 발명에 따르면, 일반적인 반도체 제조 공정에서 일상적으로 사용되는 스핀 코팅, 스프레이 코팅 또는 딥 코팅과 같은 코팅 공정 및 사진 식각 공정을 이용하여 탄소 함유 유기물 또는 무기물 전구체 패턴층을 사파이어(Al2O3)와 같은 무기물 지지체 상에 형성한 후, 수평형 또는 수직형 전기로 내에서 상기 패턴층을 일정한 조건하에서 고온 가열 처리를 함으로써 상기 패턴층을 고품질의 BN 방열 패턴층으로 쉽게 전환시킬 수 있다. BN은 또한 열전도도가 아주 우수하다. 따라서 본원 발명에 따르면 간편한 공정으로 발광 소자의 발광 특성을 개선할 수 있는 방열 패턴층을 갖는 기판을 용이하게 대량생산할 수 있다.
상기한 본원 발명에 따른 구조를 갖는 발광 소자는 열전도도가 높은 BN 방열 패턴 층을 사파이어와 같은 무기물 지지체와 발광 소자 구성요소, 예를 들면 갈륨나이트라이드(GaN)와 같은 제1 도전형 반도체층의 사이에 형성시킴으로써 발광 소자의 부피가 작으면서도 발광 소자에서 발생하는 열을 외부로 신속하게 방출할 수 있다. 따라서 본원 발명에 따른 발광 소자는 열방출 효율과 결정품질이 증가하고 이로 인한 발광 소자의 광학적 특성이 향상되는 효과를 갖는다. 또한 발광 소자의 작동 수명이 늘어날 것으로 기대된다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광 소자용 기판(100)을 나타내는 측단면도이다.
도 2 내지 6은 본 발명의 일 실시형태에 따라 도 1에 도시된 기판(100)을 이용하여 발광 소자를 제조하는 공정 순서를 나타내는 측단면도들이다.
도 7은 도 1에 도시된 기판(100) 상에서 성장된 BN 방열 패턴 층(103)을 레이저 라만 분광 분석법으로 분석한 결과를 나타낸다.
도 8은 도 1에 도시된 기판(100) 상에서 성장된 BN 방열 패턴 층(103)의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지를 나타낸다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 BN 방열 패턴 층을 갖는 발광 소자용 기판 및 이를 채용한 발광소자 및 이들의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광 소자용 기판(100)을 나타내는 측단면도이다. 도 1을 참조하면, 발광 소자용 기판(100)은 무기물 지지체(101), 및 무기물 지지체(101) 상에 형성된 보론 나이트라이드(BN) 패턴층(103)을 포함한다. 무기물 지지체(101)의 면적을 기준으로 상기 보론 나이트라이드(BN) 패턴층(103)의 면적 비율은 20 내지 80 %, 예를 들면 30 내지 70 %, 구체적으로 40 내지 70 %, 또는 50 내지 70 % 또는 60 내지 70 %일 수 있다. BN 방열 패턴층 상에는 갈륨 나이트라이드 등과 같은 반도체층이 잘 성장하지 않는다. 따라서 상기 면적 비율을 상기한 수치 범위 이내로 조절하여 사파이어 지지체와 같은 무기물 지지체의 일부 면적을 노출하도록 BN 방열 패턴층을 패터닝함으로써 우수한 방열 효과와 적절한 발광 소자 제조 효율을 조화시킬 수 있다.
BN 패턴층(103)의 형태는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 도 1에 도시된 바와 같이 복수 개의 라인으로 이루어진 스트라이프 형태일 수 있다.
무기물 지지체(101)로는 필요에 따라 절연성, 도전성 또는 반도체 지지체가사용될 수 있다. 예를 들어, 무기물 지지체(101)는 사파이어(Al2O3), 실리콘(Si), 실리콘카바이드(SiC), 질화갈륨(GaN), 게르마늄(Ge), 비소화갈륨(GaAs), 산화아연(ZnO), 실리콘게르마늄(SiGe), 산화 갈륨(Ga2O3), 산화리튬갈륨(LiGaO2), 산화리튬알루미늄(LiAlO2), 또는 산화마그네슘알루미늄(MgAl2O4)에서 선택될 수 있다. GaN 물질의 에피성장을 위해서는 동종 지지체인 GaN 지지체가 좋으나, GaN 지지체는 제조상의 어려움으로 생산단가가 높은 문제가 있다. 이종 지지체로는 사파이어, 실리콘 카바이드(SiC), 실리콘 지지체 등이 주로 사용되고 있으며, 가격이 비싼 실리콘 카바이드 지지체에 비해 사파이어 또는 실리콘 지지체가 더 많이 활용되고 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시형태에서 발광 소자용 기판(100)은 사파이어 지지체(101), 및 사파이어 지지체(101) 상에 형성된 보론 나이트라이드(BN) 방열 패턴층(103)을 포함한다. 본 발명의 바람직한 다른 실시형태에서 발광 소자용 기판(100)은 사파이어 지지체(101), 사파이어 지지체(101) 상에 형성된 보론 나이트라이드(BN) 방열 패턴층(103), 및 사파이어 지지체(101)와 BN 방열 패턴층(103) 위에 성장된 언도프 갈륨나이트라이드 층을 이하에서 설명하는 버퍼층(도 2의 105)으로서 포함하며, 사파이어 지지체의 면적 대비 BN 방열 패턴층이 차지하는 면적은 60 내지 70 %이다.
일반적인 발광 소자는 사파이어 지지체 위에 갈륨나이트라이드를 성장시켜 제작을 하게 되는데, 이때 사용되는 사파이어 지지체의 열전도도가 매우 낮아 고출력 발광 소자 동작시 발생되는 열에 의하여 발광특성이 저하되기 쉽다. 본 발명에 따른 기판을 채용한 발광 소자는 열전도도가 높은 BN 방열 패턴층이 사파이어 지지체와 같은 무기물 지지체 위에 형성된 기판을 사용하기 때문에 열방출효율이 높아서 발광소자가 고출력으로 동작하는 경우에도 발생하는 열을 외부로 잘 방출할 수 있기 때문에 이로 인하여 발광 소자의 발광특성이 향상된다.
상기 BN 방열 패턴층은 육방정계 h-BN 및/또는 입방정계 c-BN를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 발광 소자에서 BN 방열 패턴층은 이 발광 소자 내의 방열 경로인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 BN 방열 패턴 층을 갖는 발광 소자용 기판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 위에서 상술한 무기물 지지체를 준비한 후, 상기 무기물 지지체 상에 탄소 함유 유기물 또는 무기물 전구체 패턴층을 형성한다.
이를 위하여, 전형적으로 상기 무기물 지지체 상의 전면을 피복하는 탄소 함유 유기물 또는 무기물 전구체의 층을 형성한다. 탄소 함유 유기물 전구체는 탄소 함유 유기 고분자이면 특별히 한정되지 않으며, 탄소 함유 무기물 전구체는 그래파이트(graphite), 그래핀, 그래핀 산화물(graphene oxide), 활성탄, 탄소 나노 튜브 및 카본 블랙으로부터 선택된 것과 같은 탄소 함유 무기물일 수 있다. 탄소 함유 유기 고분자의 구체적인 예로서는 상업적으로 입수가능한 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아닐린, 폴리이미드 등을 들 수 있다. 탄소 함유 유기물 또는 무기물 전구체의 층은 스핀 코팅, 침지 코팅, 스프레이 코팅 또는 증착 공정으로 실시될 수 있다. 상기 증착 공정으로는 화학적 기상 증착; 및 e-beam 증착, 열증착, 스퍼터링과 같은 물리적 기상 증착 공정을 사용재료의 특성을 감안하여 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
그 후, 반도체 제조 공정에서 일반적으로 사용되는 포토레지스트를 이용한 사진 식각 공정을 이용하여 상기 무기물 지지체의 전면을 코팅한 탄소 함유 유기물 또는 무기물 전구체의 층을 패터닝함으로써 상기 층의 일부분을 제거하여 무기물 지지체의 일부 표면을 노출시킨다. 이때, 무기물 지지체의 면적을 기준으로 탄소 함유 유기물 또는 무기물 전구체의 패턴층의 면적 비율이 20 내지 80 %가 되도록 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이 포토레지스트 패턴의 형태는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 복수 개의 라인으로 이루어진 스트라이프 형태일 수 있다. 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크 패턴으로 이용하여 탄소 함유 유기물 또는 무기물 전구체 패턴층을 패터닝할 때, 이들 재료를 식각하는 공정으로서는 일반적인 반도체 소자 제조 공정에서 사용되는 습식 식각 공정 또는 건식 식각 공정을 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.
이어서, 질소를 포함하는 가스 분위기 하에서 보론 함유 화합물의 존재하에서 탄소 함유 유기물 또는 무기물 전구체 패턴층을 구비하는 무기물 지지체를 가열 처리하여 탄소 함유 유기물 또는 무기물 전구체 패턴층을 보론 나이트라이드(BN) 패턴층으로 전환한다.
상기 가열 처리는 상기 탄소 함유 유기물 또는 무기물 전구체 패턴층을 BN 패턴층으로 전환할 수 있다면 특별히 한정되지 않지만, 1000 ~ 2000 ℃의 온도, 1×101 ~ 1.013×105 Pa의 압력, 0.5 ~ 10 L/min의 질소를 포함하는 가스 유량, 및 1 ~ 10 hr의 지속 시간의 조건으로 실시될 수 있다. 예를 들면, 수평형 또는 수직형 전기로 내에 위치하는 그래파이트 도가니 안에 상기 탄소 함유 유기물 또는 무기물 전구체 패턴층을 구비하는 무기물 지지체를 넣고 상기 조건하에서 가열 처리하면, 상기 탄소 함유 유기물 또는 무기물 전구체 패턴층이 그래파이트 유사 구조로 전환되고, 이 그래파이트 유사 구조를 질소를 포함하는 가스에서 유래하는 질소 원자와 보론 옥사이드(B2O3)와 같은 보론 함유 화합물에서 유래하는 보론 원자가 치환하여 양호한 결정특성을 갖는 보론 나이트라이드(BN) 패턴층으로 성장시킨다. 질소를 포함하는 가스의 구체적인 예는 질소 가스, 암모니아(NH3) 가스, 및 요소 증기를 포함한다.
이하, 상술한 본 발명의 BN 방열 패턴 층을 갖는 발광 소자용 기판을 채용한 발광소자 및 이들의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 발광 소자는 상기한 양호한 결정특성을 갖는 BN 방열 패턴 층을 갖는 기판 위에 발광 소자 구조를 직접 성장시켜 방열특성이 개선되고 부피가 작은 발광 소자이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따라 도 1에 도시된 기판(100)을 이용하여 제조된 발광 소자(200)를 나타내는 측단면도이다. 도 2를 참조하면, 발광 소자(200)는 무기물 지지체(101)와 상기 무기물 지지체(101) 상에 형성된 BN 패턴층(103)을 포함하는 기판(100), 및 이 기판(100) 위에 순차적으로 적층된, BN 패턴층(103)을 피복하여 평탄화하는 선택적인 버퍼층(105), 제1 도전형 반도체층(107), 활성층(109), 및 제2 도전형 반도체층(111)을 갖는다. 여기서, 상기 제1 도전형 반도체층(107), 활성층(109), 및 제2 도전형 반도체층(111)은 발광 적층체(120)로 통칭될 수 있다.
무기물 지지체(101)는 제1 도전형 반도체층(107)의 하부에 배치되어 제1 도전형 반도체층(107)을 지지할 수 있다. 무기물 지지체(101), 및 특히 열전도도가 큰 BN 패턴층(103)은 제1 도전형 반도체층(107)으로부터 열을 전달받을 수 있으며, 전달받은 열을 외부로 방출할 수 있다. 무기물 지지체(101)는 광투과적 성질을 가질 수 있다. 무기물 지지체(101)는 광투과성 물질을 사용하거나 또는 일정 두께 이하로 형성하는 경우 광투과적 성질을 가질 수 있다. 무기물 지지체(101)는 광추출 효율을 증대시키기 위하여 제1 도전형 반도체층(107)보다 작은 굴절률을 가질 수 있다.
무기물 지지체(101)로는 필요에 따라 절연성, 도전성 또는 반도체 지지체가 사용될 수 있다. 예를 들어, 무기물 지지체(101)는 사파이어(Al2O3), 실리콘(Si), 실리콘카바이드(SiC), 질화갈륨(GaN), 게르마늄(Ge), 비소화갈륨(GaAs), 산화아연(ZnO), 실리콘게르마늄(SiGe), 산화 갈륨(Ga2O3), 산화리튬갈륨(LiGaO2), 산화리튬알루미늄(LiAlO2), 또는 산화마그네슘알루미늄(MgAl2O4)에서 선택될 수 있다. GaN 물질의 에피성장을 위해서는 동종 지지체인 GaN 지지체가 좋으나, GaN 지지체는 그 제조상의 어려움으로 생산단가가 높은 문제가 있다. 이종 지지체로는 사파이어, 실리콘 카바이드(SiC), 실리콘 지지체 등이 주로 사용되고 있으며. 가격이 비싼 실리콘 카바이드 지지체에 비해 사파이어 또는 실리콘 지지체가 더 많이 활용되고 있다. 이종 지지체를 사용할 때는 지지체 물질과 박막 물질 사이의 격자상수의 차이로 인해 전위(dislocation) 등 결함이 증가한다. 또한, 지지체 재료와 박막 재료 사이의 열팽창계수의 차이로 인해 온도 변화시 휨이 발생하고, 휨은 박막 크랙의 원인이 될 수 있다. 선택적으로, 무기물 지지체(101)와 GaN계인 제1 도전형 반도체층(107) 사이에 양 물질 사이의 격자 상수 차이를 감소시키기 위한 버퍼층(105)을 이용해 이러한 문제를 감소시킬 수도 있다.
무기물 지지체(101)는 LED 구조 성장 전 또는 후에 LED 칩의 광 또는 전기적 특성을 향상시키기 위해 칩 제조 과정에서 완전히 또는 부분적으로 제거되거나 패터닝하는 경우도 있다.
예를 들어, 사파이어 지지체인 경우는 레이저를 지지체를 통해 반도체층과의 계면에 조사하여 지지체를 분리할 수 있으며, 실리콘이나 실리콘 카바이드 지지체는 연마/식각 등의 방법에 의해 제거할 수 있다. 사파이어 지지체의 경우, 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 및 a측 방향의 격자상수가 각각 13.001과 4.758이며, C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등을 갖는다. 이 경우, 상기 C면은 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 성장용 지지체로서 주로 사용된다.
무기물 지지체의 다른 재료로는 Si 지지체를 들 수 있으며, 대구경화에 보다 적합하고 상대적으로 가격이 낮아 양산성이 향상될 수 있다. (111)면을 지지체면으로 갖는 Si 지지체가 GaN와의 격자 상수의 차이가 17% 정도로 격자 상수의 차이로 인한 결정 결함의 발생을 억제하는 기술이 필요하다. 또한, 실리콘과 GaN 간의 열팽창률의 차이는 약 56%정도로, 이 열팽창률 차이로 인해서 발생한 웨이퍼 휨을 억제하는 기술이 필요하다. 웨이퍼 휨으로 인해, GaN 박막의 균열을 가져올 수 있고, 공정 제어가 어려워 동일 웨이퍼 내에서 발광 파장의 산포가 커지는 등의 문제를 발생시킬 수 있다.
실리콘(Si) 지지체는 GaN계 반도체에서 발생하는 빛을 흡수하여 발광소자의 외부 양자 효율이 낮아지므로, 필요에 따라 상기 지지체를 제거하고 반사층이 포함된 Si, Ge, SiAl, 세라믹, 또는 금속 지지체 등의 지지체를 추가로 형성하여 사용할 수 있다.
상기 Si 지지체와 같이 이종 지지체 상에 GaN 박막을 성장시킬 때, 지지체 물질과 박막 물질 사이의 격자 상수의 불일치로 인해 전위 밀도가 증가하고, 열팽창 계수 차이로 인해 크랙 및 휨이 발생할 수 있다. 발광 적층체(120)의 전위 및 균열을 방지하기 위한 목적으로 지지체(101)와 발광 적층체 사이에 버퍼층(105)이 배치될 수 있다. 버퍼층(105)은 활성층 성장시 지지체의 휘는 정도를 조절해 웨이퍼의 파장 산포를 줄이는 기능도 한다.
상기 버퍼층(102)은 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1), 특히 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, 또는 InGaNAlN를 사용할 수 있다. 버퍼층은 특히 불순물이 도핑되지 않은 언도프 GaN층일 수 있다.
Si 지지체는 GaN와 열팽창 계수 차이가 크기 때문에, 실리콘 지지체에 GaN계 박막 성장시, 고온에서 GaN 박막을 성장시킨 후, 상온으로 냉각시 지지체와 박막 간의 열팽창 계수의 차이에 의해 GaN 박막에 인장 응력이 가해져 균열이 발생하기 쉽다. 균열을 막기 위한 방법으로 성장 중에 박막에 압축 응력이 걸리도록 성장하는 방법을 이용해 인장 응력을 보상한다.
실리콘(Si)은 GaN와의 격자 상수 차이로 인해, 결함 발생 가능성도 크다. Si 지지체를 사용하는 경우는 결함 제어뿐만 아니라 휨을 억제하기 위한 응력 제어를 동시에 해줘야 하기 때문에 복합 구조의 버퍼층을 사용할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(107) 및 제2 도전형 반도체층(111)은 각각 n형 및 p형 불순물이 도핑된 n형 반도체층 및 p형 반도체로 이루어질 수 있으며, 다만, 이에 제한되는 것은 아니고 반대로 각각 p형 및 n형 반도체층이 될 수도 있다. 예를 들어, 제1 도전형 반도체층(107) 및 제2 도전형 반도체층(111)은 3족 질화물 반도체, 예컨대, AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 상기 n형 반도체층은 n형 질화갈륨(GaN)층이고, 상기 p형 반도체층은 p형 질화갈륨(GaN)층일 수 있다. 물론, 이에 한정되지 않으며, AlGaInP계열 반도체나 AlGaAs계열 반도체와 같은 물질도 이용될 수 있을 것이다.
제1 도전형 반도체층(107) 및 제2 도전형 반도체층(111)은 단층 구조로 이루어질 수 있지만, 이와 달리, 필요에 따라 서로 다른 조성이나 두께 등을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형 반도체층(107) 및 제2도전형 반도체층(111)은 각각 전자 및 정공의 주입 효율을 개선할 수 있는 캐리어 주입층을 구비할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(107)의 위에는 활성층(109)이 형성된다. 활성층(109)은 단일 양자 우물, 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자 우물(MQW), 양자 선(quantum wire) 구조 또는 양자 점(quantum dot) 구조를 선택적으로 포함하며, 우물층과 장벽층의 주기를 포함한다. 상기 우물층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함하며, 상기 장벽층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함할 수 있다. 다중 양자우물(MQW) 구조, 예컨대, 질화물 반도체일 경우, GaN/InGaN 구조가 사용될 수 있다. 상기 우물층/장벽층의 주기는 예컨대, InGaN/GaN, GaN/AlGaN, InGaN/AlGaN, InGaN/InGaN, InAlGaN/InAlGaN의 적층 구조를 이용하여 1주기 이상으로 형성될 수 있다. 상기 장벽층은 상기 우물층의 밴드 갭보다 높은 밴드 갭을 가지는 반도체 물질로 형성될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(107), 활성층(109) 및 제2 도전형 반도체층(111)은 MOCVD 장치를 사용하여 제조될 수 있는데, BN 패턴층(103)을 형성한 무기물 지지체(101)를 설치한 반응 용기 내에 반응 가스로 유기 금속 화합물 가스(예, 트리메틸 갈륨 (TMG), 트리메틸알루미늄(TMA) 등)와 질소 함유 가스(암모니아(NH3) 등)를 공급하고, 지지체의 온도를 900℃~1100℃의 고온으로 유지하고, 지지체 상에 질화 갈륨계 화합물 반도체를 성장하면서, 필요에 따라 불순물 가스를 공급해, 질화 갈륨계 화합물 반도체를 언도프, n형, 또는 p형으로 적층한다. n형 불순물로는 Si이 잘 알려져 있고, p 형 불순물으로서는 Zn, Cd, Be, Mg, Ca, Ba 등이 있으며, 주로 Mg, Zn이 사용될 수 있다.
상기 발광 소자(200)는 제2 도전형 반도체층(111)의 상부에 오믹 콘택층(미도시)를 더 포함할 수 있다. 오믹 콘택층은 불순물 농도를 상대적으로 높게 해서 오믹 컨택 저항을 낮추어 소자의 동작 전압을 낮추고 소자 특성을 향상시킬 수 있다. 오믹 컨택층은 GaN, InGaN, ZnO, 또는 그래핀층으로 구성될 수 있다.
상기 발광 소자(200)는 전원을 공급하기 위한 제1 전극(113) 및 제2 전극(115)을 더 포함할 수 있다. 제1 전극(113) 및 제2 전극(115)으로는 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함할 수 있으며, Ni/Ag, Zn/Ag, Ni/Al, Zn/Al, Pd/Ag, Pd/Al, Ir/Ag. Ir/Au, Pt/Ag, Pt/Al, Ni/Ag/Pt 등과 같이 2층 이상의 구조로 채용될 수 있다. 제2 도전형 반도체층 상에 오믹 콘택층(미도시)이 형성된 경우, 제2 전극(115)은 오믹 콘택층의 일부 영역 상에 형성된다.
도 1에 도시된 발광 소자, 예를 들면 LED 칩은 하나의 예로 제1 전극(113) 및 제2 전극(115)이 광추출면과 동일한 면을 향하고 있는 구조이나 광추출면과 반대 방향으로 되는 플립칩 구조, 제1 전극 및 제2 전극을 상호 반대되는 면에 형성된 수직구조, 전류 분산의 효율 및 방열 효율을 높이기 위한 구조로 칩에 여러 개의 비아를 형성하여 전극 구조를 채용한 수직수평 구조 등 다양한 구조로 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 발광 패키지는 인쇄 회로 기판; 상기 인쇄 회로 기판 위에 실장된, 본 발명에 따른 상술한 발광 소자; 및 상기 발광 소자를 봉지하는 봉지재를 포함한다.
이하, 상술한 본 발명의 BN 방열 패턴 층을 갖는 발광 소자용 기판을 채용한 발광소자 및 이들의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 2 내지 6은 본 발명의 일 실시형태에 따라 도 1에 도시된 기판(100)을 이용하여 발광 소자를 제조하는 공정 순서를 나타내는 측단면도들이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 도 1에 도시된 무기물 지지체(101)와 무기물 지지체(101) 상에 형성된 보론 나이트라이드(BN) 패턴층을 포함하는 기판(100)을 준비한다. 먼저, 무기물 지지체(101) 위에 제1 도전형 반도체층(107)을 형성하기 이전에 보론 나이트라이드(BN) 패턴층(103)을 피복하여 평탄화하는 버퍼층(105)을 형성한다. 이어서 버퍼층(105) 위에 제1 도전형 반도체층(107)을 형성할 수 있다. 기판(100), 버퍼층(105) 및 제1 도전형 반도체층(110)의 구체적인 구성에 대해서는 도 6을 참조하여 설명하였으므로 여기서는 추가적인 설명을 생략한다.
제1 도전형 반도체층(107)이 n-GaN층인 기판(100)이 장입된 반응 챔버 내에 갈륨 전구체, 질소 전구체, n-형 도펀트의 전구체 및 캐리어 가스가 반응 챔버 내로 공급될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(107)의 형성은, 예를 들면, 유기금속 화학기상증착(MOCVD)에 의하여 수행될 수 있다. 그러나, 이러한 증착 방법에 한정되는 것은 아니다.
갈륨 전구체는, 예를 들면, 트리메틸갈륨(trimethylgallium, TMG), 트리에틸갈륨(triethylgallium, TEG), 염화디에틸갈륨(diethylgallium chloride) 등일 수 있다. 상기 질소 전구체는, 예를 들면, 암모니아, 질소, 암모니아 및/또는 질소의 플라즈마 여기된 종일 수 있다. 일부 실시형태예에서는, n-형 도펀트는 실리콘이고, 그의 전구체는 실란일 수 있다.
도 4를 참조하면, 제1 도전형 반도체층(107) 위에 활성층(109)을 형성한다. 활성층(109)이 InGaN 우물층과 GaN 장벽층을 포함하는 다중 양자 우물인 경우, 장벽층을 형성하기 위해 반응 챔버 내에 갈륨 소스 가스 및 질소 소스 가스를 공급할 수 있고, 또한 우물층을 형성하기 위해 반응 챔버 내에 인듐 소스 가스를 더 공급할 수 있다. 상기 장벽층 및 우물층을 형성하기 위한 소스 가스는 반응 챔버 내에 동시에 공급될 수도 있고 또는 교대 방식으로 순차적으로 공급될 수 있다.
도 5를 참조하면, 활성층(109) 위에 제2 도전형 반도체층(111)을 형성할 수 있다. 제2 도전형 반도체층(111)이 p-GaN층인 경우, 반응 챔버 내에 갈륨 전구체, 질소 전구체를 공급함으로써 반응이 수행될 수 있다. p-형 도펀트의 전구체는, 예를 들면, Cp2Mg가 이용될 수 있지만 여기에 한정되는 것은 아니다.
도 6을 참조하면, 제2 도전형 반도체층(111) 위에 선택적으로 오믹 콘택층(미도시)을 형성한 후 메사를 형성하여 제1 도전형 반도체층(107)을 노출시킨다. 그 후, 제1 도전형 반도체층(107) 및 제2 도전형 반도체층(111) 위에 각각 제1 전극(113) 및 제2 전극(115)을 형성할 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 참조하여 본 발명을 더 상세히 설명하지만, 이들 실시예는 단지 본 발명을 더 명확하게 이해하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
실시예 1
두께 약 430 ㎛ 및 직경 약 2 인치의 사파이어 지지체를 아세톤, 이소프로필알코올(IPA) 및 탈이온수의 순서로 각각 5분씩 세척하였다.
세척이 끝난 사파이어 지지체 위에 시판 포지티브형 포토레지스트 조성물(제조사: AZ Electronic Materials, 제품명: GXR-601)을 점적한 후 약 4000 rpm의 회전속도에서 약 60초 동안 스핀코팅하고 약 100~150℃의 온도에서 약 1~2분 동안 건조하여 두께 약 3 ㎛의 탄소 함유 유기물 전구체층을 형성하였다. 이어서 복수개의 라인을 구비한 패턴의 마스크를 통하여 자외선 노광장치(제조사: Karl Suss, 모델명: MA6)의 출력을 조절하여 약 100~500 mJ/cm2의 에너지를 조사하고 현상액(AZ Electronic Materials, 제품명: AZ300MIF)으로 습식 현상하여 스트라이프 패턴의 포토레지스트 패턴으로 이루어진 탄소 함유 유기물 전구체 패턴층을 형성하였다.
수평형 퍼니스(제조사: 나실테크(주)) 내에 그래파이트 홀더를 설치하고 이 홀더내에 보론 소스로서 B2O3 파우더를 충전하고, 그 위에 탄소 함유 유기물 전구체 패턴층이 형성된 상기 사파이어 지지체를 장착하였다.
질소를 포함하는 가스로서 질소 가스를 유량 약 2 L/min으로 유지하면서, 퍼니스 온도는 30℃에서 1600℃까지 5 ℃/min으로 승온시켰으며, 약 1600℃에서 약 5시간 동안 유지하였다. 퍼니스 내의 압력은 1.013×105 Pa(상압)으로 유지하였다. 이에 의하여 탄소 함유 유기물 전구체 패턴층을 BN 방열 패턴층으로 전환시켰다.
BN 방열 패턴층이 형성된 후, 1600℃에서 30℃까지 5℃/min으로 냉각시켰으며, 냉각 후 형성된 BN 방열 패턴층의 특성을 분석하기 위하여 라만 분광 분석 및 주사 전자 현미경 분석을 실시하였다.
도 7은 상기 BN 방열 패턴층을 레이저 라만 분광 분석법으로 분석한 결과를 나타낸다. 도 7을 참조하면, 약 1365 cm-1의 라만 이동(Raman shift) 위치에서 육방정계 BN의 특징적인 h-BN 피크를 관찰할 수 있다.
도 8은 상기 BN 방열 패턴층의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지를 나타낸다. 도 8을 참조하면, 수 마이크로미터 크기의 그레인 바운더리가 형성되었음을 확인할 수 있다.
실시예 2
두께 약 430 ㎛ 및 직경 약 2 인치의 사파이어 지지체를 아세톤, 이소프로필알코올(IPA) 및 탈이온수의 순서로 각각 5분씩 세척하였다.
세척이 끝난 사파이어 지지체 위에 PMMA 레지스트(제조사: MicroChem사, 상품명: NANOTM PMMA)를 점적한 후 약 4000 rpm의 회전속도에서 약 60초 동안 스핀코팅하고 약 170℃의 온도에서 약 30분 동안 건조하여 두께 약 100~200 nm의 PMMA 층을 형성하였다. 이어서 복수개의 라인을 구비한 패턴의 마스크를 통하여 파장 248nm의 DUV를 약 600 mJ/cm2의 에너지를 조사하고 MIBK(메틸이소부틸케톤):IPA의 1:1 혼합 용제를 이용하여 습식 현상하여 스트라이프 패턴의 PMMA 패턴으로 이루어진 탄소 함유 유기물 전구체 패턴층을 형성하였다.
수평형 퍼니스(제조사: 나실테크(주)) 내에 그래파이트 홀더를 설치하고 이 홀더내에 보론 소스로서 B2O3 파우더를 충전하고, 그 위에 PMMA 패턴층이 형성된 상기 사파이어 지지체를 장착하였다.
질소를 포함하는 가스로서 질소 가스를 유량 약 2 L/min으로 유지하면서, 퍼니스 온도는 30℃에서 1600℃까지 5 ℃/min으로 승온시켰으며, 약 1600℃에서 약 5시간 동안 유지하였다. 퍼니스 내의 압력은 1.013×105 Pa(상압)으로 유지하였다. 이에 의하여 PMMA 패턴층을 BN 방열 패턴층으로 전환시켰다.
BN 방열 패턴층이 형성된 후, 1600℃에서 30℃까지 5℃/min으로 냉각시켰으며, 냉각 후 형성된 BN 방열 패턴층의 특성을 분석하기 위하여 라만 분광 분석 및 주사 전자 현미경 분석을 실시하였다.
실시예 3
두께 약 430 ㎛ 및 직경 약 2 인치의 사파이어 지지체를 아세톤, 이소프로필알코올(IPA) 및 탈이온수의 순서로 각각 5분씩 세척하였다.
세척이 끝난 사파이어 지지체 위에 시판 포지티브형 포토레지스트 조성물(제조사: AZ Electronic Materials, 제품명: AZ 5214E)을 점적한 후 약 4000 rpm의 회전속도에서 약 60초 동안 스핀코팅하고 약 110~120℃의 온도에서 약 1~2분 동안 건조하여 두께 약 1.5~2 ㎛의 포토레지스트층을 형성하였다. 이어서 복수개의 라인을 구비한 패턴의 마스크를 통하여 자외선 노광장치(제조사: Karl Suss, 모델명: MA6)의 출력을 조절하여 약 200~400 mJ/cm2의 에너지를 조사하고 현상액(AZ Electronic Materials, 제품명: AZ 351B)으로 습식 현상하여 스트라이프 패턴의 포토레지스트 패턴을 형성하였다.
상기 포토레지스트 패턴의 전면 위에 공지의 방법에 따라 직접 제조한 그래핀 산화물(GO)을 물에 현탁한 현탁액을 100 내지 150℃의 온도 및 약 1 nm/min의 스프레이 속도로 스프레이 코팅하여 상기 사파이어 지지체의 전면 위에 두께 약 1~10 nm의 GO층을 형성하였다.
이어서 포토레지스트 제거액(제조사: AZ Electronic Materials, 제품명: AZ 100 Remover)을 이용하여 상기 포토레지스트 패턴을 세척함으로써 상기 포토레지스트 패턴 및 그 위에 형성된 그래핀 산화물을 함께 제거함으로써 사파이어 지지체 위에 GO 패턴층만 남겼다.
수직형 퍼니스(제조사: 나실테크(주)) 내에 그래파이트 홀더를 설치하고 이 홀더내에 보론 소스로서 B2O3 파우더를 충전하고, 그 위에 GO 패턴층이 형성된 상기 사파이어 지지체를 장착하였다.
질소를 포함하는 가스로서 질소 가스를 유량 약 2 L/min으로 유지하면서, 퍼니스 온도는 30℃에서 1600℃까지 5 ℃/min으로 승온시켰으며, 약 1600℃에서 약 5시간 동안 유지하였다. 퍼니스 내의 압력은 1.013×105 Pa(상압)으로 유지하였다. 이에 의하여 GO 패턴층을 BN 방열 패턴층으로 전환시켰다.
BN 방열 패턴층이 형성된 후, 1600℃에서 30℃까지 5℃/min으로 냉각시켰으며, 냉각 후 형성된 BN 방열 패턴층의 특성을 분석하기 위하여 라만 분광 분석 및 주사 전자 현미경 분석을 실시하였다.
실시예 4
두께 약 430 ㎛ 및 직경 약 2 인치의 사파이어 지지체를 아세톤, 이소프로필알코올(IPA) 및 탈이온수의 순서로 각각 5분씩 세척하였다.
세척이 끝난 사파이어 지지체 위에 시판 포지티브형 포토레지스트 조성물(제조사: AZ Electronic Materials, 제품명: AZ 5214E)을 점적한 후 약 4000 rpm의 회전속도에서 약 60초 동안 스핀코팅하고 약 110~120℃의 온도에서 약 1~2분 동안 건조하여 두께 약 1.5~2 ㎛의 포토레지스트층을 형성하였다. 이어서 복수개의 라인을 구비한 패턴의 마스크를 통하여 자외선 노광장치(제조사: Karl Suss, 모델명: MA6)의 출력을 조절하여 약 200~400 mJ/cm2의 에너지를 조사하고 현상액(AZ Electronic Materials, 제품명: AZ 351B)으로 습식 현상하여 스트라이프 패턴의 포토레지스트 패턴을 형성하였다.
상기 포토레지스트 패턴의 전면 위에 그래파이트(제조사: 태원과학, 제품명: graphite target)를 원료로 이용하여 전압 400 V, 전류 300 mA, Ar 50 sccm, 및 210 mTorr 조건에서 약 10~60 분 동안 플라즈마 보조 스퍼터링(plasma-enhanced reactive magnetron sputtering) 증착 공정을 실시하여 두께 약 10 nm ~ 1㎛의 그래파이트 층을 형성하였다.
이어서 포토레지스트 제거액(제조사: AZ Electronic Materials, 제품명: AZ 100 Remover)을 이용하여 상기 포토레지스트 패턴을 세척함으로써 상기 포토레지스트 패턴 및 그 패턴 위에 형성된 그래파이트를 함께 제거함으로써 사파이어 지지체 위에 그래파이트 패턴층 만을 남겼다.
수직형 퍼니스(제조사: 나실테크(주)) 내에 그래파이트 홀더를 설치하고 이 홀더내에 보론 소스로서 B2O3 파우더를 충전하고, 그 위에 그래파이트 패턴층이 형성된 상기 사파이어 지지체를 장착하였다.
질소를 포함하는 가스로서 질소 가스를 유량 약 2 L/min으로 유지하면서, 퍼니스 온도는 30℃에서 1600℃까지 5 ℃/min으로 승온시켰으며, 약 1600℃에서 약 5시간 동안 유지하였다. 퍼니스 내의 압력은 1.013×105 Pa(상압)으로 유지하였다. 이에 의하여 그래파이트 패턴층을 BN 방열 패턴층으로 전환시켰다.
BN 방열 패턴층이 형성된 후, 1600℃에서 30℃까지 5℃/min으로 냉각시켰으며, 냉각 후 형성된 BN 방열 패턴층의 특성을 분석하기 위하여 라만 분광 분석 및 주사 전자 현미경 분석을 실시하였다.
100: 기판
200: 발광 소자
101: 무기물 지지체
103: 보론 나이트라이드(BN) 패턴층
105: 버퍼층
107: 제1 도전형 반도체층
109: 활성층
111: 제2 도전형 반도체층
120: 발광 적층체
113: 제1 전극
115: 제2 전극.

Claims (22)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 무기물 지지체를 준비하는 단계;
    상기 무기물 지지체 상에 탄소 함유 유기물 또는 무기물 전구체 패턴층을 형성하는 단계;
    질소를 포함하는 가스 분위기 하에서 보론 함유 화합물의 존재하에서 상기 탄소 함유 유기물 또는 무기물 전구체 패턴층을 구비하는 상기 무기물 지지체를 가열 처리하여 상기 탄소 함유 유기물 또는 무기물 전구체 패턴층을 보론 나이트라이드(BN) 패턴층으로 전환하는 단계를 포함하는 발광 소자용 기판의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 탄소 함유 유기물 또는 무기물 전구체 패턴층을 형성하는 단계는,
    상기 무기물 지지체의 전면을 피복하는 상기 탄소 함유 유기물 또는 무기물 전구체의 층을 형성한 후 사진 식각 공정을 이용하여 상기 층의 일부분을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자용 기판의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 탄소 함유 유기물 또는 무기물 전구체의 층은 스핀 코팅, 침지 코팅, 스프레이 코팅 또는 증착으로 실시되는 것을 특징으로 하는 발광 소자용 기판의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 탄소 함유 유기물 또는 무기물 전구체의 층의 일부분을 제거하는 단계는 상기 무기물 지지체의 면적을 기준으로 상기 탄소 함유 유기물 또는 무기물 전구체의 패턴층의 면적 비율이 20 내지 80 %가 되도록 습식 식각 공정 또는 건식 식각 공정을 이용하여 실시되는 것을 특징으로 하는 발광 소자용 기판의 제조방법.
  8. 제4항에 있어서, 상기 가열 처리는 1000 ~ 2000 ℃의 온도, 1×101 ~ 1.013×105 Pa의 압력, 0.5 ~ 10 L/min의 질소를 포함하는 가스 유량, 및 1 ~ 10 hr의 지속 시간의 조건으로 실시되는 것을 특징으로 하는 발광 소자용 기판의 제조방법.
  9. 제4항에 있어서, 상기 무기물 지지체는 사파이어(Al2O3), 실리콘(Si), 실리콘카바이드(SiC), 질화갈륨(GaN), 게르마늄(Ge), 비소화갈륨(GaAs), 산화아연(ZnO), 실리콘게르마늄(SiGe), 산화 갈륨(Ga2O3), 산화리튬갈륨(LiGaO2), 산화리튬알루미늄(LiAlO2), 또는 산화마그네슘알루미늄(MgAl2O4)에서 선택되는 발광 소자용 기판의 제조방법.
  10. 제4항에 있어서, 상기 탄소 함유 유기물 전구체는 탄소 함유 유기 고분자인 것을 특징으로 하는 발광 소자용 기판의 제조방법.
  11. 제4항에 있어서, 상기 탄소 함유 무기물 전구체는 그래파이트(graphite), 그래핀, 그래핀 산화물(graphene oxide), 활성탄, 탄소 나노 튜브 및 카본 블랙으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 발광 소자용 기판의 제조방법.
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  20. 무기물 지지체를 준비하는 단계;
    상기 무기물 지지체 상에 탄소 함유 유기물 또는 무기물 전구체 패턴층을 형성하는 단계;
    질소를 포함하는 가스 분위기 하에서 보론 함유 화합물의 존재하에서 상기 탄소 함유 유기물 또는 무기물 전구체 패턴층을 구비하는 상기 무기물 지지체를 가열 처리하여 상기 탄소 함유 유기물 또는 무기물 전구체 패턴층을 보론 나이트라이드(BN) 패턴층으로 전환함으로써, 상기 무기물 지지체 상에 형성된 상기 보론 나이트라이드(BN) 패턴층을 포함하는 기판을 제공하는 단계;
    상기 기판상의 상기 보론 나이트라이드(BN) 패턴층 상에 상기 보론 나이트라이드(BN) 패턴층을 피복하는 제1 도전형 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 제1 도전형 반도체 층상에 형성된 활성층을 형성하는 단계;
    상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 제1 도전형 반도체층상의 일부 영역에 제1 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 도전형 반도체층상의 일부 영역에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제1 도전형 반도체층을 형성하는 단계 이전에 상기 보론 나이트라이드(BN) 패턴층을 피복하여 평탄화하는 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.
  22. 제20항에 있어서, 상기 제1 전극을 형성하는 단계 이전에 상기 제2 도전형 반도체층 상에 오믹 콘택층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 이때 상기 제2 전극은 상기 오믹 콘택층의 일부 영역 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.
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