KR102357825B1 - 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

실시 예는 제1방향으로 배치되는 제1반도체층, 활성층, 및 제2반도체층을 포함하는 발광 구조물; 및 상기 발광 구조물상에 배치되는 광추출층;을 포함하고, 상기 광추출층은 Al을 포함하고, 상기 Al의 함량은 상기 제1방향으로 상이한 발광소자 및 발광소자 제조방법을 개시한다.

Description

발광소자 및 그 제조방법{Light Emitting Device and Method for the same}
실시 예는 발광소자 및 제조방법에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device, LED)는 전기에너지를 빛 에너지로 변환하는 화합물 반도체 소자로서, 화합물반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
질화물반도체 발광소자는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비 전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 갖고 있다. 따라서, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
최근 자외선 발광소자에 대한 연구가 활발하나, 아직까지 자외선 발광소자는 수직형으로 구현하기 어려운 문제가 있으며, 광 추출 효율이 저하되는 문제가 있다.
실시 예는 수직형 발광소자를 제공한다.
또한, 광 추출 효율이 개선된 발광소자를 제공한다.
실시 예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자는, 제1방향으로 배치되는 제1반도체층, 활성층, 및 제2반도체층을 포함하는 발광 구조물; 및 상기 발광 구조물상에 배치되는 광추출층;을 포함하고, 상기 광추출층은 Al을 포함하고, 상기 Al의 함량은 상기 제1방향으로 상이하게 형성된다.
상기 광추출층은 상기 발광 구조물에서 멀어질수록 Al 함량이 낮아질 수 있다.
상기 광추출층은 복수 개의 서브층을 포함하고, 상기 복수 개의 서브층은 AlGaN을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 서브층 중에서 상기 발광 구조물과 가장 가까운 제1서브층의 Al 함량은 상기 발광 구조물과 가장 먼 제2서브층의 Al 함량보다 높을 수 있다.
상기 광추출층은 복수 개의 요철을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 요철의 높이는 10nm이상일 수 있다.
상기 광추출층은 두께 방향으로 Al 함량이 연속적으로 변화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 제조방법은, 기판상에 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 버퍼층상에 발광 구조물을 형성하는 단계; 상기 기판 및 상기 버퍼층의 일부를 제거하는 단계; 및 상기 잔존하는 버퍼층에 요철 패턴을 형성하여 광추출층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 버퍼층을 형성하는 단계에서, 상기 버퍼층은 성장 방향으로 Al의 농도가 상이하도록 형성한다.
상기 버퍼층은 제1버퍼층 및 제2버퍼층을 포함하고, 상기 제2버퍼층은 상기 성장 방향으로 Al 농도가 낮아지는 제1조절층 및 Al 농도가 높아지는 제2조절층을 포함할 수 있다.
상기 버퍼층은 상기 제1조절층과 제2조절층 사이에 배치되는 분리층을 포함할 수 있다.
상기 제1조절층과 제2조절층은 AlGaN을 포함하고, 상기 분리층은 GaN을 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 수직형 자외선 발광소자를 제조할 수 있다.
또한, 자외선 발광소자의 광 추출 효율을 개선할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자의 개념도이고,
도 2는 도 1의 광추출층을 보여주는 도면이고,
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 제조방법을 설명하기 위한 순서도이고,
도 4는 버퍼층의 Al 함량 변화를 보여주는 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예를 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명 실시 예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 실시 예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 실시 예의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 2 구성 요소는 제 1 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 1 구성 요소도 제 2 구성 요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명 실시 예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자의 개념도이고, 도 2는 도 1의 광추출층을 보여주는 도면이다.
도 1을 참고하면, 실시 예에 따른 발광소자는 제1방향(X 방향)으로 복수의 층이 배치되는 발광 구조물(110), 및 발광 구조물(110)상에 배치되는 광추출층(160)을 포함한다. 여기서, 제1방향(X 방향)은 발광소자의 두께 방향 또는 성장 방향일 수 있다.
광추출층(160)은 발광 구조물(110)에서 생성된 광을 외부로 방출하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 광추출층(160)은 발광 구조물(110)의 성장 단계에서 성장기판과 발광 구조물(110)의 격자 부정합을 완화하는 버퍼층의 역할을 수행할 수 있다.
광추출층(160)은 제1방향으로 Al 함량이 상이할 수 있다. 구체적으로 광추출층(160)은 발광 구조물(110)에서 멀어질수록 Al 함량이 낮아질 수 있다. 이러한 구조는 자외선 발광소자의 에피 성장에 유리할 수 있다.
도 2를 참고하면, 광추출층(160)은 복수 개의 서브층(161, 162, 163)을 포함할 수 있고, 각 층은 AlGaN층일 수 있다. 복수 개의 층은 Al 함량이 변화하는 구간을 경계로 정해진 가상의 층일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 광추출층(160)은 경계가 없이 Al 함량이 연속적으로 변화할 수도 있다. 광추출층(160)의 두께는 200nm 내지 600nm일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2에서는 광추출층(160)이 3개의 서브층을 포함하는 것으로 도시되었으나 이에 한정되는 것은 아니다. 광추출층(160)은 4개 이상의 복수 개의 층으로 구성될 수도 있고 2개 이하의 층일 수도 있다. 즉, 층의 개수는 Al 함량을 순차적으로 변화시킬 수 있도록 적절히 조절될 수 있다.
복수 개의 층(161, 162, 163) 중에서 제2반도체층과 가장 가까운 제1서브층(161)의 Al 함량은 제2반도체층과 가장 먼 제3서브층(163)의 Al 함량보다 높을 수 있다. 여기서, Al 함량은 Ga과의 관계에서 정해진 상대적인 값일 수 있다. 일 예로, Al 함량이 30%인 경우 Ga의 함량은 70%일 수 있다.
제1서브층(161)과 제3서브층(163) 사이에 배치된 제2서브층(162)의 Al 함량은 제1서브층(161)의 Al함량보다 낮고 제3서브층(163)의 Al 함량보다 높을 수 있다.
제3서브층(163)의 Al 함량은 10% 내지 40% 또는 30% 내지 40%일 수 있다. 또한, 제1서브층(161)의 Al 함량은 40% 내지 60%일 수 있다. 이러한 구조는 자외선 발광소자의 에피 성장에 유리할 수 있다. 일 예로, 제1서브층(161)은 Al0 .5GaN이고, 제3서브층(163)은 Al0.35GaN일 수 있으나 이에 한정하지 않는다.
광추출층(160)의 상면에는 복수 개의 요철(163a)이 형성될 수 있다. 요철(163a)의 직경 또는 깊이는 10nm이상일 수 있다. 또한, 요철(163a)의 직경 또는 깊이는 200nm 내지 400nm일 수 있다. 요철(163a)의 형상은 특별히 제한되지 않는다. 요철(163a)은 제1서브층(161) 및 제2서브층(162)에까지 형성될 수도 있다.
다시 도 1을 참고하면, 발광 구조물(110)은 제1반도체층(111), 활성층(112), 및 제2반도체층(113)을 포함한다. 일 예로 발광 구조물(110)에서 방출되는 광은 자외선 파장대일 수도 있고, 가시광 파장대일 수도 있으며, 적외선 파장대일 수도 있다. 원하는 발광 파장대의 광을 생성하기 위해 각 층의 구성요소는 적절히 조절될 수 있다.
제1반도체층(111)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1반도체층(111)에 제1도펀트가 도핑될 수 있다. 제1반도체층(111)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다. 제1도펀트가 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트인 경우, 제1도펀트가 도핑된 제1반도체층(111)은 n형 반도체층일 수 있다.
실시 예의 발광소자가 자외선(UV), 심자외선(Deep UV) 또는 무분극 발광 소자일 경우, 제1반도체층(111)은 InAlGaN 및 AlGaN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1반도체층(111)이 AlGaN인 경우 Al의 함량은 50% 이상일 수 있다. 즉, 제1반도체층(111)의 Al 함량은 제3광추츨층(163)의 Al 함량보다 높을 수 있다.
활성층(112)은 제1반도체층(111)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 제2반도체층(113)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 만나는 층이다. 활성층(112)은 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 그에 상응하는 파장을 가지는 빛을 생성한다. 자외선 파장대의 광을 생성하기 위해 Al의 함량은 30% 이상일 수 있다.
활성층(112)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(Multi Quantum Well; MQW) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있으며, 활성층(112)의 구조는 이에 한정하지 않는다.
활성층(112)이 우물 구조로 형성되는 경우, 활성층(112)의 우물층/장벽층은 AlGaN/AlGaN, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 우물층은 장벽층의 밴드 갭보다 작은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
제2반도체층(113)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2반도체층(113)에 제2도펀트가 도핑될 수 있다. 제2반도체층(113)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 또는 AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 선택된 물질로 형성될 수 있다. 제2도펀트가 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트인 경우, 제2도펀트가 도핑된 제2반도체층(113)은 p형 반도체층일 수 있다. 실시 예의 발광소자가 자외선 발광소자인 경우 제2반도체층은 InAlGaN 및 AlGaN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, Al의 함량은 50%이상일 수 있다.
발광 구조물(110)은 n형 반도체층인 제1반도체층(111)과 p형 반도체층인 제2반도체층(113)을 포함하여 이루어지거나, p형 반도체층인 제1반도체층(111)과 n형 반도체층인 제2반도체층(113)을 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 발광 구조물(110)은 제2반도체층(113)과 활성층(112) 사이에 n형 또는 p형 반도체층이 더 형성된 구조일 수 있다. 즉, 실시 예의 발광 구조물(110)은 np, pn, npn, pnp 접합 구조 중 적어도 어느 하나의 구조로 형성될 수 있는 것으로, 실시 예의 발광 구조물(110)은 n형 반도체층과 p형 반도체층을 포함하는 다양한 구조일 수 있다.
제1반도체층(111) 및 제2반도체층(113) 내의 불순물의 도핑 농도는 균일 또는 불균일하게 형성될 수 있다. 즉, 발광 구조물(110)의 도핑 구조는 다양하게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
제1도전층(130)은 제1반도체층(111)과 전기적으로 연결된다. 구체적으로 제1도전층(130)은 복수 개의 관통전극(131) 및 오믹전극(132)을 포함할 수 있다. 관통전극(131)은 발광 구조물(110)에 형성된 비아홀에 배치될 수 있다. 제1도전층(130)은 하부에 배치된 도전성 기판(150)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1도전층(130)은 투명 전도성 산화막(Tranparent Conductive Oxide; TCO)으로 형성될 수 있다. 투명 전도성 산화막은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), AZO(Aluminum Zinc Oxide), AGZO(Aluminum Gallium Zinc Oxide), IZTO(Indium Zinc Tin Oxide), IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IGTO(Indium Gallium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), IZON(IZO Nitride), ZnO, IrOx, RuOx 및 NiO 등에서 선택될 수 있다.
제1도전층(130)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 등과 같은 불투명 금속을 포함할 수도 있다. 또한, 제1도전층(130)은 투명 전도성 산화막과 불투명 금속이 혼합된 하나 또는 복수 개의 층으로 형성될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
제2도전층(120)은 제2반도체층(113)과 전기적으로 연결된다. 제2도전층(120)은 복수 개의 관통전극(131)의 사이 영역에 배치될 수 있다. 제2도전층(120)은 일 영역이 노출되어 전극패드(170)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제2도전층(120)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 및 Hf 등과 같이 반사율이 높은 물질로 형성되거나, 상기 반사율이 높은 물질과 IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등과 같은 투명 전도성 물질이 혼합되어 형성될 수 있다.
제2도전층(120)은 오믹층(121)을 더 포함할 수 있다. 오믹층(121)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 또는 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되지 않는다.
절연층(140)은 SiO2, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, TiO2, AlN, Ta2O5 등으로 이루어진 군에서 적어도 하나가 선택되어 형성될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다. 절연층(140)은 관통전극(131)을 활성층(112), 및 제2반도체층(113)과 전기적으로 절연할 수 있다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 제조방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 4는 본 발명에 따른 발광소자의 버퍼층의 개념도이고, 도 5는 도 4의 버퍼층의 Al 함량 변화를 보여주는 그래프이다.
도 3a 내지 도 3e를 참고하면, 실시예에 따른 발광소자 제조방법은, 성장기판상에 버퍼층을 형성하는 단계와, 버퍼층상에 발광 구조물을 형성하는 단계와, 기판 및 버퍼층의 일부를 제거하는 단계, 및 잔존하는 버퍼층에 요철 패턴을 형성하여 광추출층을 형성하는 단계를 포함한다.
도 3a를 참고하면 버퍼층을 형성하는 단계는, 성장기판(191)상에 제1버퍼층(192) 및 제2버퍼층(160, 170, 180)을 형성할 수 있다. 제1버퍼층(192)은 AlN층일 수 있다.
제1버퍼층(192)은 2㎛ 내지 6㎛의 두께로 형성할 수 있다. 필요에 따라 성장기판(191)의 표면을 질화 처리하여 AlON층을 형성한 후, 그 위에 제1버퍼층(192)을 형성할 수도 있다. 제1버퍼층(192)의 두께는 제2버퍼층(160, 170, 180)의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다.
제2버퍼층은 성장 방향으로 제1조절층(170), 분리층(180), 및 제2조절층(160)을 포함할 수 있다. 제1조절층(170)과 제2조절층(160)을 상대적으로 에너지 밴드갭이 큰 층일 수 있고, 분리층(180)은 상대적으로 에너지 밴드갭이 작은 층일 수 있다. 이하에서는 제1조절층(170)과 제2조절층(160)은 AlGaN층이고, 분리층(180)은 GaN층인 것으로 설명하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4를 참고하면, 제1조절층(170)은 성장 방향(D)으로 Al 함량이 감소하도록 성장시키고, 제2조절층(160)은 성장 방향(D)으로 Al 함량이 높아지도록 성장시킬 수 있다. 즉, 제1조절층(170)은 성장 방향(D)으로 에너지 밴드갭이 작아지도록 성장시키고, 제2조절층(160)은 성장 방향(D)으로 에너지 밴드갭이 높아지도록 성장시킬 수 있다.
제1조절층(170)과 제2조절층(160)은 복수 개의 서브층을 포함할 수 있다. 여기서, 서브층은 Al 함량이 변화하는 구간을 경계로 정해진 가상의 층일 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 제1조절층(170)과 제2조절층(160)은 성장 방향으로 Al 함량이 연속적으로 변화할 수도 있다. 또한, 각각의 서브층은 두께 방향으로 Al 함량이 변화할 수도 있다.
분리층(180)은 GaN층일 수 있다. 분리층(180)은 LLO 공정에서 레이저를 흡수하여 분리되는 층일 수 있다. 일반적으로 GaN층의 에너지 밴드갭은 AlN층 및 AlGaN층의 에너지 밴드갭에 비해 상대적으로 낮다. 따라서, LLO 공정시 대부분의 레이저는 분리층(180)에 흡수될 수 있다. Ga은 융점이 약 30도로 낮으므로 레이저 조사시 분해되어 매끄러운 분리면을 제공할 수 있다. 따라서, 광 추출 효율을 개선할 수 있다.
분리층(180)의 두께는 1 내지 20nm일 수 있다. 분리층(180)의 두께가 1nm 내지 20nm를 만족하는 경우 충분히 레이저를 흡수하여 분리될 수 있으면서 격자 부정합을 완화하는 버퍼층의 기능을 저하시키지 않을 수 있다.
분리층(180)은 레이저 흡수율이 높으므로 상대적으로 두께를 얇게 형성할 수 있다. 따라서 제2버퍼층의 두께를 줄일 수 있다. 이에 비해 AlGaN층을 분리층으로 사용하는 경우, 레이저를 흡수할 수 있는 정도까지 충분히 Al 함량을 낮춰야 하므로 상대적으로 두께가 두꺼워질 수 있다.
제1조절층(170)은 복수 개의 서브층(171, 172, 173)을 가질 수 있다. 복수 개의 서브층 중에서 제1버퍼층(192)과 가장 가까운 제1하부층(173)의 Al 함량은 제1버퍼층(192)과 가장 먼 제1상부층(171)의 Al 함량보다 높을 수 있다.
제1하부층(173)은 제1버퍼층(192)과의 격자 부정합을 해소하기 위해 Al 함량이 상대적으로 높을 수 있고, 제1상부층(171)은 분리층(180)과의 격자 부정합을 해소하기 위해 Al 함량이 상대적으로 낮을 수 있다. 일 예로, 제1하부층(173)의 Al 함량은 60% 내지 99%일 수 있다. 제1상부층(171)의 Al 함량은 10 내지 40% 또는 30 내지 40%일 수 있다.
제2조절층(160)은 복수 개의 서브층(161, 162, 163)을 가질 수 있다. 복수 개의 서브층 중에서 분리층(180)과 가장 가까운 제2하부층(163)의 Al 함량은 분리층(180)과 가장 먼 제2상부층(161)의 Al 함량보다 낮을 수 있다.
제2하부층(163)은 분리층(180)과의 격자 부정합을 해소하기 위해 Al 함량이 상대적으로 낮을 수 있고, 제2상부층(161)은 발광 구조물(110)과의 격자 부정합을 해소하기 위해 Al 함량이 상대적으로 높을 수 있다. 일 예로, 제2하부층(163)의 Al 함량은 10 내지 40% 또는 30 내지 40%일 수 있다. 제2상부층(161)의 Al 함량은 40 내지 60%일 수 있다.
즉, 제1조절층(170)과 제2조절층(160)은 그 사이에 분리층(180)을 형성할 수 있도록 Al의 함량이 조절된 층일 수 있다. 제1하부층(173)의 Al 함량은 제2상부층(161)의 Al 함량보다 높을 수 있다. 제1하부층(173)은 제1버퍼층(192)과 격자 부정합을 완화하기 위해 Al 함량이 상대적으로 더 높을 수 있다. 제1상부층(171)의 Al 함량은 제2하부층(163)의 Al 함량과 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다.
제2조절층(160)의 두께와 제1조절층(170)의 두께는 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다. 일 예로, 제1조절층(170)의 두께는 제2조절층(160)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 제1조절층(170)은 Al 함량 변화가 제2조절층(160)보다 크기 때문이다.
도 3b를 참고하면, 발광 구조물을 형상하는 단계는, 버퍼층 상에 제1반도체층(111), 활성층(112), 및 제2반도체층(113)을 순서대로 적층할 수 있다. 발광 구조물(110)의 형성방법에는 제한이 없다. 실시 예의 발광소자가 자외선 발광소자인 경우 발광 구조물(110)은 50%이상의 Al을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이 제2조절층(160)의 제2상부층(161)은 Al 함량이 40% 내지 60%이므로 발광 구조물(110)과의 격자 부정합이 해소될 수 있다.
도 3c를 참고하면, 성장기판과 버퍼층의 일부를 제거하는 단계는 성장기판(191) 측에서 레이저(L)를 조사하여 성장기판(191)과 제1버퍼층(192), 및 제1조절층(170)을 분리할 수 있다. 레이저(L)는 248nm 파장대를 갖는 KrF 레이저일 수 있으나 이에 한정하지 않는다.
성장기판(191)과 제1버퍼층(192)은 에너지 밴드갭이 6.2eV이상이므로 레이저를 흡수하지 않는다. 제1조절층(170)은 상대적으로 Al 함량이 낮은 일부 구간(예: 제1상부층)이 레이저를 일부 흡수할 수 있다. 그러나, 대부분의 레이저는 분리층에 의해 흡수될 수 있다. 분리층(180)의 두께가 1nm 내지 20nm인 경우, 레이저는 대부분 분리층(180)에 흡수되므로 제2조절층(160)에 영향을 미치지 않을 수 있다. 따라서, 발광 구조물(110)에 가해지는 스트레스를 완화할 수 있다.
분리층은 GaN층이므로 레이저를 흡수하여 Ga와 N이 쉽게 분리될 수 있다. 따라서, LLO 공정 후 매끄러운 표면을 얻을 수 있어 광 추출 효율이 개선될 수 있다. 그러나, AlGaN층은 분리시 Al이 분리된 층의 경계면에 흡착되어 매끄러운 표면을 얻기 어려운 문제가 있다.
도 3d를 참고하면, 제2반도체층(113)상에 제2도전층(120)을 형성한 후 발광 구조물(110)의 제1반도체층(111) 일부까지 관통하는 비아홀을 복수 개 형성할 수 있다. 이후, 제1절연층(140)을 비아홀의 측면 및 제2도전층(120)상에 형성할 수 있다.
제1도전층(130)은 제1절연층(140)상에 형성될 수 있다. 제1도전층(130)은 제1절연층(140)에 의해 제2도전층(120)과 전기적으로 절연될 수 있다.
도 3e를 참고하면, 제1도전층(130)의 하부에 도전성 기판(150)을 형성하고, 메사 식각에 의해 노출된 제2전극층(120)상에는 전극패드(170)를 형성할 수 있다.
광추출층(160)은 LLO 공정 후 잔류된 제2조절층일 수 있다. 광추출층(160)의 상부에는 복수 개의 요철(163a)을 형성할 수 있다. 요철(163a)의 직경 또는 깊이는 10nm이상으로 형성할 수 있다. 일 예로, 요철(163a)의 직경 또는 깊이는 200nm 내지 400nm일 수 있다. 요철(163a)패턴의 형상은 특별히 제한되지 않는다. LLO 공정에서 일부 분리층이 제2조절층(160)상에 잔존할 수 있으나, 요철(163a)의 깊이가 200nm 내지 400nm로 형성하는 경우 잔존하는 분리층을 유효하게 제거할 수 있다.
실시 예의 발광 소자는 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등의 광학 부재를 더 포함하여 이루어져 백라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또한, 실시 예의 발광 소자는 표시 장치, 조명 장치, 지시 장치에 더 적용될 수 있다.
이 때, 표시 장치는 바텀 커버, 반사판, 발광 모듈, 도광판, 광학 시트, 디스플레이 패널, 화상 신호 출력 회로 및 컬러 필터를 포함할 수 있다. 바텀 커버, 반사판, 발광 모듈, 도광판 및 광학 시트는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 이룰 수 있다.
반사판은 바텀 커버 상에 배치되고, 발광 모듈은 광을 방출한다. 도광판은 반사판의 전방에 배치되어 발광 모듈에서 발산되는 빛을 전방으로 안내하고, 광학 시트는 프리즘 시트 등을 포함하여 이루어져 도광판의 전방에 배치된다. 디스플레이 패널은 광학 시트 전방에 배치되고, 화상 신호 출력 회로는 디스플레이 패널에 화상 신호를 공급하며, 컬러 필터는 디스플레이 패널의 전방에 배치된다.
그리고, 조명 장치는 기판과 실시 예의 발광 소자를 포함하는 광원 모듈, 광원 모듈의 열을 발산시키는 방열부 및 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 광원 모듈로 제공하는 전원 제공부를 포함할 수 있다. 더욱이 조명 장치는, 램프, 해드 램프, 또는 가로등 등을 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명 실시 예는 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 실시 예의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명 실시 예가 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
110: 발광 구조물
160: 광추출층, 제2조절층
170: 제1조절층
180: 분리층
191: 성장기판
192: 제1버퍼층

Claims (11)

  1. 기판상에 버퍼층을 형성하는 단계;
    상기 버퍼층상에 발광 구조물을 형성하는 단계;
    상기 기판 및 상기 버퍼층의 일부를 제거하는 단계; 및
    상기 잔존하는 버퍼층에 요철 패턴을 형성하여 광추출층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 버퍼층을 형성하는 단계에서,
    상기 버퍼층은 성장 방향으로 Al의 농도가 상이하도록 버퍼층을 형성하고,
    상기 버퍼층은 제1버퍼층 및 제2버퍼층을 포함하고,
    상기 제2버퍼층은 상기 성장 방향으로 Al 농도가 낮아지는 제1조절층 및 Al 농도가 높아지는 제2조절층을 포함하는 발광소자 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 버퍼층은 상기 제1조절층과 제2조절층 사이에 배치되는 분리층을 포함하는 발광소자 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1조절층과 제2조절층은 AlGaN을 포함하고, 상기 분리층은 GaN을 포함하는 발광소자 제조방법.
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