KR20040067397A - 반도체 발광 다이오드 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 발광 다이오드 제조 방법에 관한 것으로서, 반도체 발광 다이오드에 사용되는 질화물 기판의 하면에 오믹 전극을 증착하고, 증착한 오믹 전극의 하부에 고 반사율을 가진 금속이나 절연체가 사용된 반사막과 본딩용 패드인 n패드 전극을 순차적으로 형성하여 반도체 발광 다이오드의 발광시 n패드전극에 흡수되는 광을 최소한으로 줄여 발광 효율을 증대시킨다.
Description
본 발명은 반도체 발광 다이오드에 사용되는 질화물 기판의 하면에 오믹 전극을 증착하고, 증착한 오믹 전극의 하부에 고 반사율을 가진 금속이나 절연체가 사용된 반사막과 본딩용 패드인 n패드 전극을 순차적으로 형성하여, 발광시, n패드전극에 흡수되는 광을 최소한으로 줄여 발광 효율을 증대시키도록 한 반도체 발광다이오드 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 고 효율의 단파장 광소자에 대한 수요가 늘어남에 따라 이러한 용도에 적합한 것으로 알려져 있는 질화물 반도체에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는데,특히, 청자색 계열의 단파장 광소자 이외에 포스퍼(Phosphor)를 첨가하여 백색광을 만들 수 있게 되면서, 이 분야에 대한 관심이 날로 증대되어지고 있다.
한편, 이러한 질화물 계열의 발광 다이오드와 같은 발광 소자에서는 기판으로 사파이어를 주로 사용하였으나, 질화물과 사파이어는 격자 상수 및 열 팽창 계수의 차이로 인해, 사파이어 기판에 질화물층을 형성하면, 고 밀도의 결정성 결함이 발생하는 문제점이 있었다.
이를 해소하기 위하여 프리 스탠딩(Free standing)된 질화물 기판으로 발광 소자를 제조하려는 시도가 이루어지고 있는데, 이러한 프리 스탠딩 기판 제조 방법은, 사파이어 기판 위에 두꺼운 질화물층을 성장시킨 후, 기계적인 래핑(Mechanical lapping)공정을 수행하거나, 사파이어 기판에 발광를 조사하여, 질화물층과 사파이어 기판의 계면 부분을 녹이는 발광 리프트 오프 공정을 이용하여, 사파이어 기판을 질화물층으로부터 분리하여 프리 스탠딩된 질화물 기판을 얻게 되며, 이러한 프리 스탠딩된 질화물 기판을 이용해 반도체 발광 다이오드를 제조하게 된다.
도 1은 이와 같은 프리 스탠딩된 질화물 기판을 이용해 반도체 발광 다이오드를 제조하는 방법을 도시한 공정 순서도로서, 이에 도시한 바와 같이, 질화물 기판(11) 상면에 MOCVD방법을 이용하여 n형으로 도핑된 질화물층(12)(이하, "n-질화물층"으로 약칭함)과 활성층(13), p형으로 도핑된 질화물층(14)(이하, "p-질화물층"으로 약칭함)을 순차적으로 적층한 다음(도 1a), p-질화물층(14) 상면에 투명한 오믹 전극(15)을 형성하고(도 1b), 열처리를 한 후, 와이어 본딩시 패드로 사용되는 p패드전극(16)을 형성한다(도 1c).
그 다음, 폴리싱 처리된 질화물 기판(11)의 하면에 오믹 전극 및 본딩용 전극으로 사용될 메탈을 증착하여 n패드 전극(17)을 형성한 후(도 1c), 마지막으로, 스크라이빙(도 1d)을 통해 단위 칩별로 분리하여(도 1e) 반도체 발광 다이오드를 제조한다.
이렇게 제작된 반도체 발광 다이오드는 활성층에서 광이 방출되고, 방출된 광은 활성층의 위, 아래로 진행하며, 위로 진행한 광은 투명한 오믹 전극을 통하여 외부로 방출되고, 아래로 진행한 광은 n패드전극에 반사되어 다시 위로 되돌아가서 외부로 방출되는데, 이 때, n패드전극에 반사되어 위로 되돌아가는 광의 양이 적을 뿐만 아니라, 반사되지 않는 많은 양의 광이 n패드 전극에 흡수되어 불필요한 광 손실이 발생하게 되어 발광 효율이 저하되는 문제점이 있어 왔다.
이에 본 발명은 상기한 문제점을 해소시키기 위하여 개발된 것으로, 반도체발광 다이오드의 발광시 n패드전극에 흡수되는 광을 최소한으로 줄여 발광 효율을 증대시키는 반도체 발광 다이오드 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이를 위해, 본 발명은 반도체 발광 다이오드에 사용되는 질화물 기판의 하면에 오믹 전극을 증착하고, 증착한 오믹 전극의 하부에 고 반사율을 가진 금속이나 절연체가 사용된 반사막과 본딩용 패드인 n패드 전극을 순차적으로 형성하도록 한다.
도 1a 내지 도 1e는 일반적인 반도체 발광 다이오드의 제조 방법을 도시한 공정 순서도이고,
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 반도체 발광 다이오드 제조 방법의 제 1 실시예를 도시한 공정 순서도이고,
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 반도체 발광 다이오드 제조 방법의 제 2 실시예를 도시한 공정 순서도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
21 : 질화물 기판 22 : n-질화물층
23 : 활성층 24 : p-질화물층
25 : 제 1 오믹 전극 26 : p패드 전극
27 : 제 2 오믹 전극 28 : 반사막
29 : n패드 전극
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 본 발명인 반도체 발광 다이오드의 제조 방법에 대한 제 1 실시예를 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 설명한다.
< 제 1 실시예 >
우선, 본 발명의 제 1 실시예는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 질화물 기판(21) 상부에 n-질화물층(22), 발광층인 활성층(23), p-질화물층(24)을 순차적으로 적층한다.
이 때, 상기 활성층(23) 상면에 p-질화물층(24)이 증착되면, 특히 p-질화물층(24)에 사용된 도펀트, 예컨대 마그네슘(Mg)을 활성화시키기 위하여 600℃정도의 온도에서 30분 정도 열처리를 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 질화물 기판(21)은 소자 구동시 효율적으로 광을 방출시키기 위해 그 표면을 래핑(lapping)과 폴리싱(polishing)으로 가공하고, 두께가 대략 100㎛ 정도를 가진 것을 사용하는 것이 바람직하다.
다음, 질화물 기판(21) 상부에 n-질화물층(22), 활성층(23), p-질화물층(24)이 순차적으로 적층되면, 상기 p-질화물층(24) 상면에 알루미늄(Al)과 같은 금속(metal)을 증착하여 제 1 오믹 전극(25)을 형성한다.
그런 다음, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 오믹전극(25) 상면에 금속을 증착하고 단위 칩별로 패터닝하여 상기 단위 칩마다 하나의 p패드 전극(26)을 형성하는데, 상기 p패드 전극(26)은 와이어 본딩(wire bonding)시 패드로 사용되며, 제 1 오믹 전극(25)과의 접촉력을 향상시키기 위하여 열처리를 하도록 하는 것이 바람직하다.
이어, 상기 제 1 오믹전극(25) 상면에 p패드 전극(26)이 형성되면, 상기 질화물 기판(21)의 하면에 금속을 증착하고 단위 칩별로 패터닝하여 상기 단위 칩마다 하나의 제 2 오믹전극(27)을 형성한다.
이 때, 상기 금속은 Cr, Ni, Au, Al, Ti, Pt 중에서 선택된 어느 하나를 사용하거나, 또는 이들의 조합으로 이루어진 것을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 제 2 오믹 전극의 두께는 수 ㎛내에서 가능한 얇게 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 질화물 기판(21)의 하면에 제 2 오믹 전극(27)이 형성되면, 이렇게 형성된 제 2 오믹 전극(27)의 하면에 고 반사율의 금속을 증착하여 반사막(28)을 형성한다.
그리고, 반사막(28)이 형성되면, 후속 공정에서 형성되는 n패드 전극과의 부착력을 향상시키기 위하여 500℃ ~ 600℃의 온도로 약 1분간 열처리를 하는 것이 바람직하다.
상기 반사막(28)에 사용되는 고 반사율의 금속은 알루미늄(Al)이나 금(Au)중에서 선택된 어느 하나를 사용하고, 두께는 수 ㎛내에서 약 0.2㎛이상으로 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 제 2 오믹 전극(27)의 하면에 반사막(28)이 형성되면, 형성된 반사막의 하면에 금속을 증착하여 와이어 본딩시 사용되는 n패드 전극(29)을 형성하는데, 상기 금속은 Cr, Ni, Au, Al, Ti, Pt 중에서 선택된 어느 하나를 사용하거나, 또는 이들의 조합으로 이루어진 것을 사용하도록 하는 것이 바람직하다.
마지막으로, 다이아몬드 휠을 이용해 상기 질화물 기판(21)부터 제 1 오믹전극(25)까지 단위 칩별로 스크라이빙(scribing)시켜(도 2c) 분리하여(도 2d) 본 발명의 제 1 실시예를 종료한다.
다음으로는, 또 다른 본 발명인 반도체 발광 다이오드의 제 2 실시예에 대해 도 3a 내지 도 3d를 참조하여 설명한다.
< 제 2 실시예 >
우선, 본 발명의 제 2 실시예는, 도 3a에 도시된 바와 같이, 질화물 기판(31) 상부에 n-질화물층(32), 발광층인 활성층(33), p-질화물층(34)과, 제 1 오믹전극(35)을 순차적으로 적층하고, 상기 제 1 오믹전극(35) 상면에 금속(metal)을 증착하고 패터닝하여 p패드 전극(36)을 형성한다.
상기 질화물 기판(31)은 소자 구동시 효율적으로 광을 방출시키기 위해 그 표면을 래핑(lapping)과 폴리싱(polishing)으로 가공하고, 두께가 대략 100㎛ 정도를 가진 것을 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제 1 오믹 전극(35)은 알루미늄(Al)과 같은 금속(metal)을 증착하여 형성하되, 형성한 후에는 약 500℃~ 600℃정도에서 수분간 열처리를 하여 상기 p패드 전극과의 접착력을 향상시키도록 하는 것이 바람직하다
또한, 상기 p-질화물층(34)의 상면에 제 1 오믹 전극(35)이 적층되면, 적층된 제 1 오믹전극(35) 상면에 p패드 전극(36)을 형성하는데, 이 때, 상기 제 1 오믹 전극(35) 상면에 금속을 증착하고 단위 칩별로 패터닝하여 상기 단위 칩마다 하나의 p패드 전극(36)을 형성하도록 한다.
다음, 상기 제 1 오믹전극(35) 상면에 p패드 전극(36)이 형성되면, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 질화물 기판(31)의 하면에 금속을 증착하고 단위 칩별로 패터닝하여 상기 단위 칩마다 하나의 제 2 오믹전극(37)을 형성한다.
이 때, 상기 금속은 Cr, Ni, Au, Al, Ti, Pt 중에서 선택된 어느 하나를 사용하거나, 또는 이들의 조합으로 이루어진 것을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 제 2 오믹 전극의 두께는 수 ㎛내에서 가능한 얇게 하는 것이 바람직하다.
다음, 상기 질화물 기판(31)의 하면에 제 2 오믹 전극(37)이 형성되면, 이렇게 형성된 제 2 오믹 전극(37)의 하면에 절연막(38)을 증착하고, 상기 절연막(38)의 일영역을 제거하여 상기 제 2 오믹전극(37)의 일부를 노출시킨다.
상기 절연막(38)은 HR 코팅(High Reflective coating)용 절연체를 사용해 상기 제 2 오믹 전극(37)의 하면에 증착하고, 스퍼터(sputter)를 이용해 상기 절연막(38)의 일영역을 제거하여 제 2 오믹전극(37)의 일부를 노출시키며, 상기 절연체는 TiO2, SiO2, Al2O3중에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
마지막으로, 상기 절연막(38)과 노출된 제 2 오믹전극(37)의 상면에 금속을 증착하여 n패드 전극(39)을 형성하고, 다이아몬드 휠을 이용해 상기 질화물 기판(31)부터 제 1 오믹전극(35)까지 단위 칩별로 스크라이빙시켜(도 3c) 분리하여(도 3d) 본 발명의 제 2 실시예를 종료하는데, 상기 n패드 전극(39) 형성시, 사용되는 금속으로는 Cr, Ni, Au, Al, Ti, Pt 중에서 선택된 어느 하나를 사용하거나, 또는 이들의 조합으로 이루어진 것을 사용하도록 하는 것이 바람직하다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 반도체 발광 다이오드 제조 방법은, 반도체 발광 다이오드에 사용되는 질화물 기판의 하면에 오믹 전극을 증착하고, 증착한 오믹 전극의 하부에 고 반사율을 가진 금속이나 절연체가 사용된 반사막과 본딩용 패드인 n패드 전극을 순차적으로 형성하여 반도체 발광 다이오드의 발광시 n패드전극에 흡수되는 광을 최소한으로 줄여 발광 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
Claims (6)
- 질화물 기판 상부에 n-질화물층, 활성층, p-질화물층, 제 1 오믹전극을 순차적으로 적층하고, 상기 제 1 오믹전극 상면에 금속을 증착하고 패터닝하여 p패드 전극을 형성하는 제 1 단계;상기 질화물 기판의 하면에 금속을 증착하고 단위 칩별로 패터닝하여 제 2 오믹전극을 형성하는 제 2 단계;상기 제 2 오믹전극의 하부에 반사막과 n패드 전극을 순차적으로 적층하는 제 3 단계;상기 질화물 기판부터 제 1 오믹전극까지 단위 칩별로 스크라이빙시켜 분리하는 제 4 단계로 이루어지는, 반도체 발광 다이오드 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 단계의 반사막은;금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 다이오드 제조 방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 금속은;알루미늄(Al) 또는 금(Ag)인 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 다이오드 제조 방법.
- 질화물 기판 상부에 n-질화물층, 활성층, p-질화물층, 제 1 오믹전극을 순차적으로 적층하고, 상기 제 1 오믹전극 상면에 금속을 증착하고 패터닝하여 p패드 전극을 형성하는 제 1 단계;상기 질화물 기판의 하면에 금속을 증착하고 단위 칩별로 패터닝하여 제 2 오믹전극을 형성하는 제 2 단계;상기 제 2 오믹전극의 하면에 절연막을 증착하고, 상기 절연막의 일영역을 제거하여 상기 제 2 오믹전극의 일부를 노출시키는 제 3 단계;상기 절연막과 노출된 제 2 오믹전극의 상면에 금속을 증착하여 n패드 전극을 형성하는 제 4 단계;상기 질화물 기판부터 제 1 오믹전극까지 단위 칩별로 스크라이빙시켜 분리하는 제 5 단계로 이루어지는, 반도체 발광 다이오드 제조 방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 제 3 단계의 절연막은;HR 코팅(High Reflective coating)용 절연체로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 다이오드 제조 방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 절연체는;TiO2, SiO2, Al2O3중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 다이오드 제조 방법.
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