KR20090056603A - 반도체 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

반도체 발광소자 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시 예는 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광소자 제조방법은, 분리용 기판 위의 일측에 제 1소거층을 형성하는 단계; 상기 제 1소거층 위에 씨드층을 형성하는 단계; 상기 분리용 기판의 타측에 제 2소거층을 형성하는 단계; 상기 씨드층 및 제 2소거층의 위에 발광 구조물을 형성하는 단계; 상기 발광 구조물 위에 제 2전극층을 형성하는 단계; 상기 제 2전극층부터 제 1소거층 및 제 2소거층 중 어느 하나의 소거층까지 메사 에칭하는 단계; 상기 메사 에칭된 영역을 통해 제 1 및 제 2소거층을 습식 식각하여 분리용 기판을 분리하는 단계를 포함한다.
LED, 수직형 발광소자

Description

반도체 발광소자 및 그 제조방법{Semiconductor light emitting device and fabrication method thereof}
본 발명의 실시 예는 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체(group Ⅲ-Ⅴ nitride semiconductor)는 물리적, 화학적 특성으로 인해 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD) 등의 발광 소자의 핵심 소재로 각광을 받고 있다. Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체는 통상 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 이루어져 있다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode : LED)는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기를 적외선 또는 빛으로 변환시켜서 신호를 주고 받거나, 광원으로 사용되는 반도체 소자의 일종이다.
이러한 질화물 반도체 재료를 이용한 LED 혹은 LD의 광을 얻기 위한 발광 소자에 많이 사용되고 있으며, 핸드폰의 키패드 발광부, 전광판, 조명 장치 등 각종 제품의 광원으로 응용되고 있다.
본 발명의 실시 예는 수직형 칩의 하부 기판을 습식 식각 방법으로 분리할 수 있도록 한 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광소자는, 일부에 씨드층이 삽입된 제 1도전성 반도체층; 상기 제 1도전성 반도체층 위에 형성된 제 1전극층; 상기 제 1도전성 반도체층 아래에 형성된 활성층; 상기 활성층 아래에 형성된 제 2도전성 반도체층; 상기 제 2도전성 반도체층 아래에 형성된 제 2전극층을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광소자 제조방법은, 분리용 기판 위의 일측에 제 1소거층을 형성하는 단계; 상기 제 1소거층 위에 씨드층을 형성하는 단계; 상기 분리용 기판의 타측에 제 2소거층을 형성하는 단계; 상기 씨드층 및 제 2소거층의 위에 발광 구조물을 형성하는 단계; 상기 발광 구조물 위에 제 2전극층을 형성하는 단계; 상기 제 2전극층부터 제 1소거층 및 제 2소거층 중 어느 하나의 소거층까지 메사 에칭하는 단계; 상기 메사 에칭된 영역을 통해 제 1 및 제 2소거층을 습식 식각하여 분리용 기판을 분리하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 의하면, 수직형 칩의 분리용 기판을 습식 식각 방법으로 분리함으로써, LED 소자의 신뢰성을 개 선시켜 줄 수 있다.
또한 분리용 기판과 반도체층 사이에 소거층을 형성시켜 줌으로써, 분리용 기판으로부터 반도체층으로 전달되는 전위를 차단하여, 반도체층의 결함을 개선시켜 줄 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 설명하면 다음과 같다. 이러한 실시 예를 설명함에 있어서, 각 층의 위 또는 아래에 대한 정의는 각 도면을 기준으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 반도체 발광소자(100)는 제 1도전성 반도체층(110), 씨드층(112), 활성층(120), 제 2도전성 반도체층(130), 제 2전극층(140), 전도성 지지기판(150) 및 제 1전극층(170)을 포함한다. 여기서, 상기 제 1도전성 반도체층(110), 활성층(120) 및 제 2도전성 반도체층(130)은 발광 구조물로 정의될 수 있으며, 상기 제 1도전성 반도체층(110) 또는/및 제 2도전성 반도체층(130)의 위 또는 아래에는 다른 층들이 더 형성될 수도 있으며, 이에 한정하지는 않는다.
상기 제 1도전성 반도체층(110)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 등과 같은 화합물 반도체 중 어느 하나로 이루어질 수 있고, 제 1도전형 도펀트(예: Si)가 도핑된다.
상기 씨드층(112)은 제 1도전성 반도체층(110)에 부분적으로 삽입되며, 제 1 도전성 반도체층(110)의 위 표면과 동일한 평면으로 형성 된다. 이러한 씨드층(112)은 제 1도전성 반도체층(110)의 위 표면으로 돌출될 수도 있으며, 또는 식각을 통해 제거될 수도 있다. 또한 상기 씨드층(112)은 적어도 하나가 삽입될 수 있으며, 다양한 형상(육각형 등)으로 형성될 수 있다.
상기 제 1도전성 반도체층(110)의 아래에는 활성층(130)이 형성된다. 상기 활성층(130)은 제 1도전성 반도체층(110)의 아래에 단일 또는 다중 양자우물 구조로 형성되는 데, 예컨대, InGaN 우물층/GaN 장벽층을 한 주기로 하여, 단일 또는 다중 양자 우물 구조로 형성될 수 있다.
상기 활성층(120)의 아래에는 제 2도전성 반도체층(130)이 형성된다. 상기 제 2도전성 반도체층(130)은 제 2도전형 도펀트가 도핑된 p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 상기 p형 반도체층은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 등과 같은 화합물 반도체 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
또한 상기의 제 2도전성 반도체층(130)의 아래에는 제 3도전성 반도체층(미도시)을 형성할 수도 있다. 여기서 제 3도전성 반도체층은 제 1도전성 반도체층(110)과 동일한 n형 반도체층으로 구현될 수 있다. 또한 상기 제 2도전성 반도체층(130) 또는 제 3도전성 반도체층 아래에는 투명전극층이 형성될 수도 있다.
이러한 발광 구조물의 다른 예로서, 제 1도전성 반도체층(110)은 p형 반도체층이고, 제 2도전성 반도체층(130)은 n형 반도체층으로 구현될 수도 있으며, 이에 한정하지는 않는다.
도 2내지 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광소자 제조과정을 나 타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 분리용 기판(101) 위에는 요철 구조의 제 1소거층(103)이 형성된다. 상기 분리용 기판(101)은 사파이어 기판(Al203), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, 그리고 GaAs 등으로 이루어진 군에서 선택되며, 상기 제 1소거층(103)은 분리용 기판(101) 위에 SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2 중에서 선택적으로 형성될 수 있으며, 이에 한정하지는 않는다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 분리용 기판(101)과 제 1소거층(103)의 위에는 씨드층(112A)이 형성된다. 상기 씨드층(112A)은 언도프드 반도체층(undoped GaN층)만 형성하거나, 언도프드 반도체층과 n형 반도체층의 일부분이 형성될 수도 있다.
여기서, 상기 분리용 기판(101) 위에는 버퍼층(미도시)을 형성한 후 씨드층(112)이 형성될 수 있다. 상기 버퍼층은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중에서 선택될 수 있으며, 수 백 옹스트롱(예: 200~500Å)의 두께로 형성될 수 있다.
상기 씨드층(112A) 중에서 제 1소거층(103) 이외의 영역(114)은 식각 방법(예: 건식 식각)으로 제거하게 된다. 이러한 씨드층(112)은 제 1소거층(103) 위에만 형성되어, 씨드층 이후에 성장될 질화물 반도체가 잘 성장될 수 있는 씨드 역할을 수행하게 된다. 이러한 제 1소거층(103) 및 씨드층(112)은 육각형(예: hexagonal) 형상을 갖거나 다양한 패턴(예: 그물 구조 등)으로 형성될 수도 있다.
도 5를 참조하면, 상기 분리용 기판(101) 위에는 제 2소거층(105)이 형성된 다. 상기 제 2소거층(105)은 제 1소거층(103)이 형성되지 않는 영역(114)에 SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2 중에서 선택적으로 형성된다. 상기 제 2소거층(105)은 제 1소거층(103)의 두께와 동일한 두께로 형성하거나 서로 다른 두께로 형성시킬 수 있다. 여기서, 상기 제 2소거층(105)의 두께를 제 1소거층(103) 보다 높거나 낮게 형성하여, 도 1에 도시된 제 1도전성 반도체층(110)의 표면이 요철 구조로 형성되게 할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 씨드층(112) 및 제2소거층(105) 위에는 제 1도전성 반도체층(110)이 형성된다. 상기 제 1도전성 반도체층(110)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 등과 같은 화합물 반도체 중 어느 하나로 이루어질 수 있고, 제 1도전형 도펀트(예: Si)가 도핑된다.
상기 제 1도전성 반도체층(110)의 위에는 활성층(120)이 형성된다. 상기 활성층(120)은 제 1도전성 반도체층(110) 위에 단일 또는 다중 양자우물 구조로 형성되는 데, 예컨대, InGaN 우물층/GaN 장벽층을 한 주기로 하여, 단일 또는 다중 양자 우물 구조로 형성될 수 있다.
상기 활성층(120)의 위에는 제 2도전성 반도체층(130)이 형성된다. 상기 제 2도전성 반도체층(130)은 p형 반도체층으로 구현될 수 있으며, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 등과 같은 화합물 반도체 중 어느 하나로 이루어지며, 제 2도전형 도펀트(예; Mg)가 도핑된다.
또한 상기의 제 2도전성 반도체층(130)의 위에는 제 3도전성 반도체층(미도 시) 또는/및 투명전극층(미도시)이 형성될 수도 있다. 여기서, 상기 제 1도전성 반도체층(110)을 p형 반도체층으로 구현하는 경우, 제 2도전성 반도체층(130)은 n형 반도체층으로 구현될 수도 있다.
상기 제 2도전성 반도체층(130) 위에는 제 2전극층(140)을 형성하게 된다. 이러한 제 2전극층(140)은 메사 에칭 후 전도성 지지기판(150)을 형성하는 과정에서 형성할 수도 있다.
도 7을 참조하면, 상기 제 2전극층(140)이 형성되면, 상기 제 2전극층(140)부터 특정한 소거층이 노출될 때까지 칩 경계 영역(160)을 통해 메사 에칭을 수행하게 된다. 여기서, 상기 제 2도전성 반도체층(130)부터 제 1소거층(103) 또는 제 2소거층(105) 중 어느 한 층이 노출될 때까지 메사 에칭을 하게 된다.
도 8을 참조하면, 상기 제 2전극층(140) 위에는 전도성 재질의 전도성 지지기판(150)이 형성된다. 여기서, 다른 예로서, 제 2도전성 반도체층(130) 위에 제 2전극층(140) 및 전도성 지지기판(150)을 형성한 후, 습식 식각을 통해 에칭 영역의 전도성 지지기판(150)의 식각한 후, 메사 에칭을 수행할 수도 있다.
그리고 상기 제 1소거층(103)(또는 제 2소거층)이 노출되면, 상기 메사 에칭 영역(160)을 통해 화학적 식각액으로 주입하여 제 1 및 제 2소거층(103,105)을 제거하게 된다. 여기서, 상기 제 1 및 제 2소거층(103,105)은 화학적 식각액인 BOE(Buffered Oxide Echant), 불산 등을 이용한 습식 식각을 통해 제거된다.
이때 상기 제 1 및 제 2소거층(103,105)이 제거됨에 따라 상기 분리용 기판(101)이 제 1도전성 반도체층(110)과 씨드층(112)으로부터 분리되고, 개별 칩 단 위로 분리된다. 이러한 분리용 기판의 분리 방식은 레이저를 이용한 물리적 방식으로 분리하지 않기 때문에, 레이저에 의한 반도체층에 미치는 손해를 제거할 수 있다.
그리고 상기 제 1도전성 반도체층(110)의 일부 또는 전 영역에는 도 9와 같이 제 1전극층(170)이 형성된다. 이때 상기 제 1도전성 반도체층(110)에 삽입된 씨드층(112)은 제 1도전성 반도체층(110)과 서로 다른 매질로 작용하여, 외부 발광 효율을 개선시켜 줄 수도 있다. 이때 상기 제 1도전성 반도체층(110)에는 적어도 하나의 씨드층(112)이 육각형 형상으로 삽입되어 있게 된다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "directly"와 "indirectly"의 의미를 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에 서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광소자를 나타낸 측 단면도.
도 2 내지 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광소자의 제조과정을 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 반도체 발광소자 101 : 분리용 기판
103 : 제 1소거층 105 : 제 2소거층
110 : 제 1도전성 반도체층 120 : 활성층
130 : 제 2도전성 반도체층 140 : 제 2전극층
150 : 전도성 지지기판 170 : 제 1전극층

Claims (10)

  1. 일부에 씨드층이 삽입된 제 1도전성 반도체층;
    상기 제 1도전성 반도체층 위에 형성된 제 1전극층;
    상기 제 1도전성 반도체층 아래에 형성된 활성층;
    상기 활성층 아래에 형성된 제 2도전성 반도체층;
    상기 제 2도전성 반도체층 아래에 형성된 제 2전극층을 포함하는 반도체 발광소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2전극층 아래에 형성된 전도성 지지기판을 포함하는 반도체 발광소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 씨드층은 적어도 하나가 육각형 형상으로 형성되는 반도체 발광소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 씨드층의 표면은 제 1도전성 반도체층의 표면과 동일 평면 또는 다른 평면을 이루는 반도체 발광소자.
  5. 분리용 기판 위의 일측에 제 1소거층을 형성하는 단계;
    상기 제 1소거층 위에 씨드층을 형성하는 단계;
    상기 분리용 기판의 타측에 제 2소거층을 형성하는 단계;
    상기 씨드층 및 제 2소거층의 위에 발광 구조물을 형성하는 단계;
    상기 발광 구조물 위에 제 2전극층을 형성하는 단계;
    상기 제 2전극층부터 상기 제 1소거층 및 제 2소거층 중 어느 하나의 소거층까지 메사 에칭하는 단계;
    상기 메사 에칭된 영역을 통해 제 1 및 제 2소거층을 습식 식각하여 분리용 기판을 분리하는 단계를 포함하는 반도체 발광소자 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 씨드층은 언도프드 반도체층으로 이루어지는 반도체 발광소자 제조방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 씨드층 및 제 1소거층은 육각형 형상으로 형성되는 반도체 발광소자 제조방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 제 2소거층과 제 1소거층의 두께는 동일한 두께 또는 서로 다른 두께로 형성되는 반도체 발광소자 제조방법.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 메사 에칭 후, 상기 제 2전극층 위에 전도성 지지기판을 형성하며,
    상기 분리용 기판을 분리한 다음 제 1도전성 반도체층 위에 제 1전극층을 형성하는 반도체 발광소자 제조방법.
  10. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1소거층 또는 제 2소거층은 SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2 중에서 적어도 하나로 이루어지는 반도체 발광소자 제조방법.
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