KR20050093876A - Light emitting device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 발광 소자는 적어도 하나 이상의 관통홀들이 사파이어 기판에 형성되어 있고; 상기 사파이어 기판 상부에 버퍼층이 형성되어 있고; 상기 버퍼층 상부에 N-질화물계 화합물 반도체층, 활성층, P-질화물계 화합물 반도체층과 P-전극이 순차적으로 적층되어 있고; 상기 관통홀들 내부에 노출된 상기 버퍼층의 하부 각각에 N-전극들이 형성되어 이루어진다. The present invention relates to a light emitting device and a method of manufacturing the same, wherein the light emitting device has at least one through hole formed in the sapphire substrate; A buffer layer is formed on the sapphire substrate; An N-nitride compound semiconductor layer, an active layer, a P-nitride compound semiconductor layer and a P-electrode are sequentially stacked on the buffer layer; N-electrodes are formed in lower portions of the buffer layer exposed in the through-holes.
따라서, 본 발명은 사파이어 기판에 기판을 관통하는 패턴을 형성함으로써, 관통밀도를 줄일 수 있고, 그 관통하는 패턴 내부에 N전극을 형성함으로써, 소자의 박막형이 가능하고, 제조 공정 및 조립 공정을 단순하게 할 수 있으며, 대면적의 발광 소자에도 응용할 수 있는 효과가 발생한다. Accordingly, the present invention can reduce the penetration density by forming a pattern penetrating the substrate on the sapphire substrate, and by forming an N electrode inside the penetrating pattern, a thin film of the device can be formed, and the manufacturing process and the assembly process are simplified. In addition, the effect that can be applied to a large area light emitting device is produced.
Description
본 발명은 발광 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사파이어 기판에 기판을 관통하는 패턴을 형성함으로써, 관통밀도를 줄일 수 있고, 그 관통하는 패턴 내부에 N전극을 형성함으로써, 소자의 박막형이 가능하고, 제조 공정 및 조립 공정을 단순하게 할 수 있으며, 대면적의 발광 소자에도 응용할 수 있는 발광 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting device and a method of manufacturing the same. More particularly, by forming a pattern penetrating a substrate on a sapphire substrate, the penetration density can be reduced, and an N electrode is formed inside the penetrating pattern, thereby providing The present invention relates to a light emitting device and a method for manufacturing the same, which can be a thin film type, can simplify the manufacturing process and assembly process, and can be applied to a large area light emitting device.
일반적으로, III족 질화물계 화합물 반도체는 발광소자인 경우, 발광 스펙트럼이 자외선에서 적색에 이르는 넓은 범위에 걸치는 직접 천이형 반도체로서, 발광 다이오드나 레이저 다이오드 등의 발광 소자에 응용 되고있다. In general, in the case of a light emitting device, a group III nitride compound semiconductor is a direct transition type semiconductor having a broad emission spectrum ranging from ultraviolet to red, and has been applied to light emitting devices such as light emitting diodes and laser diodes.
또한, 그 밴드갭이 넓기 때문에, 다른 반도체를 이용한 소자보다도 고온에 있어서, 안정된 동작을 기대할 수 있기 때문에, FET(Field Effect Transistor)와 같은 트랜지스터에의 응용도 지속적으로 연구되고 있다.In addition, since the band gap is wide, stable operation can be expected at a higher temperature than devices using other semiconductors. Therefore, applications to transistors such as field effect transistors (FETs) have been continuously studied.
통상적으로, 사파이어를 기판 상부에 III족 질화물계 화합물 반도체 에피(Epi)층을 적층하여 발광 소자를 제조하고 있다. Typically, a light emitting device is manufactured by stacking sapphire on a substrate with a group III nitride compound semiconductor Epi layer.
그러나, 사파이어 기판 상부에 III족 질화물계 화합물 반도체를 형성하면, 사파이어와 III족 질화물계 화합물 반도체와의 격자상수 부정합에 의해 관통전위가 발생하고, 이로 인하여 소자특성이 저하되는 문제가 발생된다.However, when the group III nitride compound semiconductor is formed on the sapphire substrate, a through potential is generated due to lattice constant mismatch between the sapphire and the group III nitride compound semiconductor, which causes a problem of deterioration of device characteristics.
더불어, 사파이어 자체가 부도체이기 때문에, 발광 다이오드 칩 제조 공정 시 상부전극 및 하부전극을 동일한 평면상에 할 수밖에 없어, 제조 공정이 복잡할 뿐만 아니라, 조립 공정에서는 어려운 와이어 본딩(Wire bonding) 공정을 수행할 수밖에 없는 단점이 있다. In addition, since the sapphire itself is an insulator, the upper electrode and the lower electrode have to be on the same plane during the manufacturing process of the light emitting diode chip, which not only makes the manufacturing process complicated but also performs the wire bonding process that is difficult in the assembly process. There is a disadvantage that can only be done.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 사파이어 기판에 기판을 관통하는 패턴을 형성함으로써, 관통밀도를 줄일 수 있고, 그 관통하는 패턴 내부에 N전극을 형성함으로써, 소자의 박막형이 가능하고, 제조 공정 및 조립 공정을 단순하게 할 수 있으며, 대면적의 발광 소자에도 응용할 수 있는 발광 소자 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention can reduce the penetration density by forming a pattern through the substrate in the sapphire substrate, and can form a thin film of the device by forming an N electrode inside the pattern. It is an object of the present invention to provide a light emitting device and a method of manufacturing the same, which can simplify the manufacturing process and the assembly process and can be applied to a large area light emitting device.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 적어도 하나 이상의 관통홀들이 사파이어 기판에 형성되어 있고; A preferred aspect for achieving the above objects of the present invention is that at least one through hole is formed in the sapphire substrate;
상기 사파이어 기판 상부에 버퍼층이 형성되어 있고; A buffer layer is formed on the sapphire substrate;
상기 버퍼층 상부에 N-질화물계 화합물 반도체층, 활성층, P-질화물계 화합물 반도체층과 P-전극이 순차적으로 적층되어 있고; An N-nitride compound semiconductor layer, an active layer, a P-nitride compound semiconductor layer and a P-electrode are sequentially stacked on the buffer layer;
상기 관통홀들 내부에 노출된 상기 버퍼층의 하부 각각에 N-전극들이 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 발광 소자가 제공된다.A light emitting device is provided in which N-electrodes are formed in each lower portion of the buffer layer exposed in the through holes.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 다른 양태(樣態)는, 사파이어 기판에 기판을 관통하는 패턴을 형성하는 단계와;Another preferred aspect for achieving the above objects of the present invention comprises the steps of: forming a pattern through the substrate in the sapphire substrate;
상기 기판을 관통하는 패턴이 형성된 사파이어 기판 상부에 버퍼층을 형성하는 단계와; Forming a buffer layer on the sapphire substrate having a pattern penetrating through the substrate;
상기 버퍼층 상부에 N-질화물계 화합물 반도체층, 활성층과 P-질화물계 화합물 반도체층을 순차적으로 형성하는 단계와;Sequentially forming an N-nitride-based compound semiconductor layer, an active layer and a P-nitride-based compound semiconductor layer on the buffer layer;
상기 P-질화물계 화합물 반도체층 상부에 P-전극을 형성하는 단계와;Forming a P-electrode on the P-nitride compound semiconductor layer;
상기 관통하는 패턴 내부에 노출된 상기 버퍼층의 하부에 N-전극을 형성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법이 제공된다.A method of manufacturing a light emitting device is provided, comprising: forming an N-electrode under the buffer layer exposed inside the penetrating pattern.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 또 다른 양태(樣態)는, 사파이어 기판에 기판을 관통하는 상호 이격된 복수개의 관통홀들을 형성하는 단계와; Another preferred aspect for achieving the above object of the present invention comprises the steps of: forming a plurality of spaced apart through holes through the substrate in the sapphire substrate;
상기 관통홀들이 형성된 사파이어 기판 상부에 버퍼층을 형성하는 단계와; Forming a buffer layer on the sapphire substrate on which the through holes are formed;
상기 버퍼층 상부에 N-질화물계 화합물 반도체층, 활성층, P-질화물계 화합물 반도체층과 P-전극을 형성하는 단계와; Forming an N-nitride-based compound semiconductor layer, an active layer, a P-nitride-based compound semiconductor layer, and a P-electrode on the buffer layer;
상기 관통홀들 내부에 노출된 상기 버퍼층의 하부 각각에 N-전극들을 형성하는 단계와; Forming N-electrodes in each lower portion of the buffer layer exposed in the through holes;
상기 적어도 하나 이상의 N-전극들이 포함되는 발광 소자 칩으로 분리하기 위하여, 상기 P-전극에서 상기 사파이어 기판까지 절단하는 단계로 구성된 발광 소자의 제조 방법이 제공된다.In order to separate the light emitting device chip including the at least one N-electrode, there is provided a method of manufacturing a light emitting device comprising cutting from the P-electrode to the sapphire substrate.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 1c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 소자의 제조 공정도로서, 사파이어 기판(100)에 기판을 관통하는 패턴(110)을 형성한다.(도 1a)1A to 1C are manufacturing process diagrams of a light emitting device according to a first embodiment of the present invention, in which a pattern 110 penetrating a substrate is formed on a sapphire substrate 100 (FIG. 1A).
여기서, 상기 기판을 관통하는 패턴(110)은 도 2a와 같은, 스트라이프(Stripe)형(110a) 또는 도 2b와 같은, 격자형(110b)으로 형성하는 것이 바람직하며, 상기 기판을 관통하는 패턴(110)의 관통된 폭(W)은 10 ~ 30㎛인 것이 바람직하다.Here, the pattern 110 penetrating the substrate is preferably formed as a stripe type 110a, as shown in FIG. 2A, or a lattice shape 110b, as shown in FIG. 2B, and the pattern penetrating the substrate ( The penetrated width W of 110 is preferably 10 to 30 μm.
그리고, 상기 기판을 관통하는 패턴(110) 사이 간격(L)은 10 ~ 30㎛인 것이 바람직하다.In addition, the distance L between the patterns 110 penetrating the substrate is preferably 10 to 30 μm.
그 후, 상기 기판을 관통하는 패턴(110)이 형성된 사파이어 기판(100) 상부에 버퍼층(120)을 형성한다.(도 1b)Thereafter, a buffer layer 120 is formed on the sapphire substrate 100 on which the pattern 110 penetrating the substrate is formed (FIG. 1B).
여기서, 상기 버퍼층(120)은 MOCVD 공정 또는 성장 속도가 빠른 HVPE 공정으로 도핑되지 않은 질화물계 화합물 반도체층을 종방향 및 횡방향 에피택셜(Epitaxial) 성장시켜 형성하는 것이 바람직하다.Here, the buffer layer 120 is preferably formed by longitudinally and transverse epitaxial growth of the undoped nitride compound semiconductor layer by a MOCVD process or a HVPE process having a high growth rate.
이 때, 상기 기판을 관통하는 패턴(110) 영역 상부에 형성되는 버퍼층(120)은 횡방향 에피택셜 성장에 의해 형성되기 때문에, 사파이어 기판(100)과 성장되는 버퍼층(120)의 격자상수 부정합에 의한 종방향으로 전파되는 관통전위의 밀도가 줄어들어, 결국, 전(全) 버퍼층(120) 내에서 관통밀도를 줄일 수 있는 것이다.In this case, since the buffer layer 120 formed over the region of the pattern 110 penetrating the substrate is formed by lateral epitaxial growth, the buffer layer 120 may not match the lattice constant mismatch between the sapphire substrate 100 and the grown buffer layer 120. The density of penetration potential propagated in the longitudinal direction is reduced, so that the penetration density in the entire buffer layer 120 can be reduced.
그 다음, 상기 버퍼층(120) 상부에 N-질화물계 화합물 반도체층(130), 활성층(140)과 P-질화물계 화합물 반도체층(150)을 순차적으로 형성하고, 상기 P-질화물계 화합물 반도체층(150) 상부에 P-전극(160)을 형성하고, 상기 관통하는 패턴(110) 내부에 노출된 상기 버퍼층(120)의 하부에 N-전극(170)을 형성한다.(도 1c)Next, an N-nitride-based compound semiconductor layer 130, an active layer 140, and a P-nitride-based compound semiconductor layer 150 are sequentially formed on the buffer layer 120, and the P-nitride-based compound semiconductor layer is sequentially formed. The P-electrode 160 is formed on the upper portion of the 150, and the N-electrode 170 is formed on the lower portion of the buffer layer 120 exposed inside the penetrating pattern 110 (FIG. 1C).
한편, 사파이어 기판 상부에 다수의 발광 소자를 제조하여 하나의 발광 소자 칩으로 분리하려면, 도 3a와 3b에 도시된 바와 같이, 사파이어 기판(200)에 기판을 관통하는 상호 이격된 복수개의 관통홀들(210a,210b,210c,210d)을 형성하고; 상기 관통홀들(210a,210b,210c,210d)이 형성된 사파이어 기판(200) 상부에 버퍼층(220)을 형성하고; 상기 버퍼층(220) 상부에 N-질화물계 화합물 반도체층(230), 활성층(240), P-질화물계 화합물 반도체층(250)과 P-전극(260)을 형성하고; 상기 관통홀들(210a,210b,210c,210d) 내부에 노출된 상기 버퍼층(220)의 하부 각각에 N-전극들(270)을 형성하고; 상기 적어도 하나 이상의 N-전극들이 포함되는 발광 소자 칩으로 분리하기 위하여, 상기 P-전극(260)에서 상기 사파이어 기판(200)까지 절단하는 공정을 수행하면 된다.Meanwhile, in order to manufacture a plurality of light emitting devices on the sapphire substrate and separate the light emitting device chips, as illustrated in FIGS. 3A and 3B, a plurality of spaced through holes penetrating the substrate to the sapphire substrate 200 are provided. (210a, 210b, 210c, 210d); Forming a buffer layer (220) on the sapphire substrate (200) on which the through holes (210a, 210b, 210c, 210d) are formed; Forming an N-nitride compound semiconductor layer 230, an active layer 240, a P-nitride compound semiconductor layer 250, and a P-electrode 260 on the buffer layer 220; Forming N-electrodes (270) in lower portions of the buffer layer (220) exposed inside the through holes (210a, 210b, 210c, 210d); In order to separate the light emitting device chip including the at least one N-electrode, a process of cutting the P-electrode 260 from the sapphire substrate 200 may be performed.
여기서, 상기 절단공정은 웨이퍼를 개별칩으로 분리하기 위한, 통상적인 스크라이빙(Scribing) 및 브레이킹(Breaking) 공정을 포함한다. Here, the cutting process includes a conventional scribing and breaking process for separating the wafer into individual chips.
이 때, 하나의 발광 소자 칩은 도 3b와 같이, 적어도 하나 이상의 관통홀들이 사파이어 기판(200)에 형성되어 있고; 상기 사파이어 기판(200) 상부에 버퍼층(220)이 형성되어 있고; 상기 버퍼층(220) 상부에 N-질화물계 화합물 반도체층(230), 활성층(240), P-질화물계 화합물 반도체층(250)과 P-전극(260)이 순차적으로 적층되어 있고; 상기 관통홀들 내부에 노출된 상기 버퍼층(220)의 하부 각각에 N-전극들(270)이 형성되어 이루어진다.At this time, in one light emitting device chip, at least one through hole is formed in the sapphire substrate 200 as shown in FIG. 3B; A buffer layer 220 is formed on the sapphire substrate 200; An N-nitride-based compound semiconductor layer 230, an active layer 240, a P-nitride-based compound semiconductor layer 250, and a P-electrode 260 are sequentially stacked on the buffer layer 220; N-electrodes 270 are formed in lower portions of the buffer layer 220 exposed in the through-holes.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광 소자의 단면도로서, 이 제 2 실시예에서는 신호등과 같은 대면적 발광 소자를 구현하기 위한 것으로, 전술된 도 3b와 유사한 구조를 가지지만, 도 5와 같은 사파이어 웨이퍼(300)에 관통홀(310)을 형성한 다음, 버퍼층(320), N-질화물계 화합물 반도체층(330), 활성층(340), P-질화물계 화합물 반도체층(350)과 투명전극(360)을 순차적으로 형성하고, 그 후, 상기 투명전극(360) 상부에 상호 이격된 적어도 둘 이상의 P-전극들(371,372,373)을 형성하고, 상기 관통홀들 내부에 노출된 상기 버퍼층(220)의 하부 각각에 N-전극(380)을 형성한다.4 is a cross-sectional view of a light emitting device according to a second embodiment of the present invention. In this second embodiment, a large area light emitting device such as a traffic light is implemented, and has a structure similar to that of FIG. After the through hole 310 is formed in the sapphire wafer 300, the buffer layer 320, the N-nitride-based compound semiconductor layer 330, the active layer 340, and the P-nitride-based compound semiconductor layer 350 are formed. The transparent electrode 360 is sequentially formed, and thereafter, at least two P-electrodes 371, 372, and 373 spaced apart from each other are formed on the transparent electrode 360, and the buffer layer exposed inside the through holes ( N-electrodes 380 are formed in each of the lower portions of 220.
그러므로, 본 발명은 사파이어 기판에 기판을 관통하는 패턴을 형성함으로써, 관통밀도를 줄일 수 있고, 그 관통하는 패턴 내부에 N전극을 형성함으로써, 소자의 박막형이 가능하고, 제조 공정 및 조립 공정을 단순하게 할 수 있는 장점이 있다.Therefore, the present invention can reduce the penetration density by forming a pattern penetrating the substrate in the sapphire substrate, and by forming an N electrode inside the penetrating pattern, a thin film of the device can be formed, and the manufacturing process and the assembly process can be simplified. There is an advantage to this.
본 발명은 사파이어 기판에 기판을 관통하는 패턴을 형성함으로써, 관통밀도를 줄일 수 있고, 그 관통하는 패턴 내부에 N전극을 형성함으로써, 소자의 박막형이 가능하고, 제조 공정 및 조립 공정을 단순하게 할 수 있으며, 대면적의 발광 소자에도 응용할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, by forming a pattern penetrating the substrate on the sapphire substrate, the penetration density can be reduced, and by forming the N electrode inside the penetrating pattern, a thin film of the device can be formed and the manufacturing process and the assembly process can be simplified. In addition, there is an effect that can be applied to a large area light emitting device.
본 발명은 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.Although the invention has been described in detail only with respect to specific examples, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the spirit of the invention, and such modifications and variations belong to the appended claims.
도 1a 내지 1d는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 소자의 제조 공정도1A to 1D are manufacturing process diagrams of a light emitting device according to a first embodiment of the present invention.
도 2a와 2b는 본 발명에 따른 사파이어 기판 상에 형성된 기판을 관통하는 패턴의 형상을 도시한 평면도2A and 2B are plan views showing the shape of a pattern passing through a substrate formed on a sapphire substrate according to the present invention.
도 3a와 3b는 본 발명에 따른 사파이어 기판 상부에 다수의 발광 소자를 제조하여 하나의 발광 소자 칩으로 분리하는 공정을 설명하기 위한 단면도3A and 3B are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a plurality of light emitting devices on an sapphire substrate and separating the light emitting device chips into a single light emitting device chip according to the present invention.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광 소자의 단면도4 is a cross-sectional view of a light emitting device according to a second embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100,200 : 사파이어 기판 110 : 기판을 관통하는 패턴100,200: Sapphire substrate 110: Pattern penetrating the substrate
120,220,320 : 버퍼층 120,220,320: Buffer layer
130,230,330 : N-질화물계 화합물 반도체층 130,230,330: N-nitride compound semiconductor layer
140,240,340 : 활성층 140,240,340: active layer
150,250,350 : P-질화물계 화합물 반도체층150,250,350: P-nitride compound semiconductor layer
160,260,371,372,373 : P-전극 170,270,380 : N-전극 160,260,371,372,373: P-electrode 170,270,380: N-electrode
210a,210b,210c,210d,310 : 관통홀 300 : 사파이어 웨이퍼 210a, 210b, 210c, 210d, 310: Through hole 300: Sapphire wafer
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