KR20100051933A - Vertical light emitting diode and manufacturing method of the same - Google Patents
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Description
본 발명은 수직구조 발광다이오드에 관한 것으로, 보다 자세하게는 서로 다른 계열의 물질로 이루어진 복수의 패시베이션층을 형성함으로써 누설전류를 최대한 줄임으로써 외부양자효율을 더 좋게 할 수 있는 외부양자효율 개선을 위한 수직구조 발광다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a vertical structure light emitting diode, and more particularly, to form a plurality of passivation layers made of different series materials to reduce the leakage current as much as possible to improve the external quantum efficiency to improve the external quantum efficiency vertical The present invention relates to a structured light emitting diode and a method of manufacturing the same.
발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)는 전기에너지를 빛에너지로 변환시켜주는 반도체 발광 소자로써, 화합물 반도체 단자에 전류를 흘려서 p-n접합 부근 또는 활성층에서 전자와 홀의 결합에 의해 빛을 방출하는 소자이다.A light emitting diode (LED) is a semiconductor light emitting device that converts electrical energy into light energy, and emits light by flowing current through a compound semiconductor terminal and combining light with electrons and holes in a p-n junction or in an active layer.
발광다이오드는 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상 구현이 가능하며, 광변환효율이 높아 소비전력이 낮고, 수명이 1만~5만 시간에 이르며 점등 및 소등시 응답속도가 빠르다. 또한, 점광원으로 다양한 형태로 집적화시킬 수 있고, 작은 사이즈로 만들 수 있어 정교한 디자인이 가능하며 환경친화적이라는 특 성이 있어 차세대 조명용 광원으로 평가받고 있다. 현재 발광다이오드는 대형 옥외 전광판, 액정 디스플레이의 백라이트 등으로 응용 범위를 넓혀가고 있는 실정이다. The light emitting diode can realize various colors by adjusting the composition ratio of the compound semiconductor. The light conversion efficiency is low, the power consumption is low, and the lifespan reaches 10,000 to 50,000 hours, and the response time when the light is turned on and off is fast. In addition, it can be integrated in various forms as a point light source, and can be made in a small size, so that it is possible to design elaborately and be environmentally friendly. Currently, light emitting diodes are expanding their application range to large outdoor billboards and backlights of liquid crystal displays.
발광다이오드는 현재 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체를 이용한 것이 주류를 이루고 있다. 질화갈륨 화합물 반도체(GaN)는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭을 가지고 있어, LED를 포함한 고출력 전자부품 소자 개발 분야에서 많은 주목을 받아왔다.The light emitting diodes are mainly made of III-V compound semiconductors. Since gallium nitride compound semiconductor (GaN) has high thermal stability and wide band gap, it has attracted much attention in the development of high power electronic component devices including LEDs.
도 1에는 종래의 수직형 발광 소자의 일반적인 구조가 도시되어 있다.1 shows a general structure of a conventional vertical light emitting device.
도 1을 참조하면, 종래의 수직형 발광 소자는, 금속 또는 실리콘 지지층(10) 상에, p형 전극(60), p형 반도체층(20), 활성층(30) 및 n형 반도체층(40)이 순차적으로 적층되어 있고, n형 반도체층(40)의 표면 일부분에 n형 전극(70)이 전기적으로 접촉되어 있는 구조를 가지고 있다. 그리고, 측벽을 통해 전류가 누설되는 것을 방지하기 위해 발광 소자의 측벽에 절연물질로 이루어진 패시베이션층(50)을 형성한다.Referring to FIG. 1, a conventional vertical light emitting device includes a p-
p형 전극(60)과 n형 전극(70) 사이에 전압을 인가하면, n형 전극(70)으로부터 n형 반도체층(40)으로 전자가 주입되고, p형 전극(60)으로부터 p형 반도체층(20)으로 정공이 주입된다. 전자와 정공은 활성층(30)에서 만나 재결합하면서 광이 발생되고, 발생된 광은 n형 반도체층(40)을 통과하여 그 표면을 통해 외부로 방출된다.When a voltage is applied between the p-
종래의 공정에서는 사파이어 기판 상에 LPE, MBE, MOVPE 등의 방법을 이용하여 도핑되지 않는 질화갈륨(GaN)층을 에피탁시 성장시키고, 순차적으로 n형 반도체층(40), 활성층(30) 및 p형 반도체층(20)을 적층한 후, 포토리소그래피 공정을 이 용하여 성장된 층들을 건식식각 또는 습식 식각하여 트랜치를 형성한다.In a conventional process, an undoped gallium nitride (GaN) layer is epitaxially grown on a sapphire substrate using a method such as LPE, MBE, MOVPE, and the like to sequentially n-type semiconductor layer 40,
이러한 식각 공정 때문에 식각된 절단면의 각 층들은 심각한 격자 손상을 일으키게 되는 문제점이 있으며, 수차례의 포트리소그래피 공정 및 식각 공정을 거치게 되므로 공정 비용도 많이 들고 이로 인해 생산수율도 감소하였다. 또한, 이러한 문제를 해결하기 위하여 공정중에 열처리 공정을 실시하기도 하나 이 방법으로 모든 격자 손상을 회복시킬 수는 없었다.Due to such an etching process, each layer of the etched cutting surface causes serious lattice damage, and is subjected to several photolithography and etching processes, resulting in a high process cost and a reduction in production yield. In addition, in order to solve this problem, a heat treatment process may be performed during the process, but not all of the lattice damages can be recovered by this method.
또한, 종래의 공정에서는 여러 프로세스를 거친 후 실리콘 기판과 본딩을 하는데, 이때 사파이어 기판에 성장된 각 층들은 수 마이크로미터 두께의 단차를 갖는 구조를 형성하게 되어 있으므로 본딩때 적합한 본딩 조건을 사용하더라고 웨이퍼 레벨에서는 본딩이 잘 이루어지지 않는 부분들이 발생하는 문제점이 있었다. 이러한 결과로 인하여 사파이어 기판을 레이저로 떼어내는 레이저 리프트 오프(Laser Lift-off, LLO) 공정을 실시하고나면 웨이퍼 안에서의 칩 수율이 현저히 떨어지게 된다. 또한, 웨이퍼-웨이퍼(wafer to wafer)간의 공정 수율도 매우 불규칙해서 생산이 잘 되지 못하는 단점이 있다.In addition, in the conventional process, the silicon substrate is bonded after undergoing various processes. At this time, each layer grown on the sapphire substrate forms a structure having a step of several micrometers in thickness. At the level, there were problems in that portions where bonding was not made well. As a result, the chip yield in the wafer is remarkably degraded after the laser lift-off (LLO) process of removing the sapphire substrate with a laser. In addition, the process yield between wafer-wafer (wafer to wafer) is also very irregular, there is a disadvantage that the production is not good.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 서로 다른 계열의 물질로 이루어진 복수의 패시베이션층을 형성함으로써 누설전류를 최대한 줄임으로써 외부양자효율을 더 좋게 하도록 하는 외부양자효율 개선을 위한 수직구조 발광다이오드 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention devised to solve the problems of the prior art as described above for improving the external quantum efficiency to improve the external quantum efficiency by reducing the leakage current to the maximum by forming a plurality of passivation layer made of a different series of materials An object of the present invention is to provide a vertical light emitting diode and a method of manufacturing the same.
또한, 본 발명은 발광부을 형성하기 전에 기판의 양단에 패시베이션층을 먼저 형성함으로써 발광부의 격자결함을 방지하고, 외부양자효율을 증가시켜 높은 발광효율을 얻을 수 있으며, 제조공정이 간단한 외부양자효율 개선을 위한 수직구조 발광다이오드 및 그 제조방법을 제공함에 다른 목적이 있다.In addition, the present invention forms a passivation layer on both ends of the substrate before forming the light emitting portion first to prevent the lattice defects of the light emitting portion, increase the external quantum efficiency to obtain a high luminous efficiency, improve the external quantum efficiency simple manufacturing process Another object is to provide a vertical structure light emitting diode and a method of manufacturing the same.
본 발명의 상기 목적은 실리콘 기판; 상기 실리콘 기판 상에 형성된 p형 전극; 상기 p형 전극 상부의 양단에 형성된 제1패시베이션층; 상기 제1패시베이션층의 안쪽 면에 코팅되어 형성되는 제2패시베이션층; 상기 제2패시베이션층 사이 공간의 p형 전극 상에 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층이 순차적으로 증착되어 형성된 발광부; 및 상기 n형 반도체층 상의 일부분에 형성된 n형 전극을 포함하는 외부양자효율 개선을 위한 수직구조 발광다이오드에 의해 달성된다.The object of the present invention is a silicon substrate; A p-type electrode formed on the silicon substrate; First passivation layers formed at both ends of the upper portion of the p-type electrode; A second passivation layer formed by coating on an inner surface of the first passivation layer; A light emitting part formed by sequentially depositing an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer on a p-type electrode in a space between the second passivation layers; And it is achieved by a vertical structure light emitting diode for improving the external quantum efficiency including an n-type electrode formed on a portion on the n-type semiconductor layer.
또한, 본 발명의 상기 제1패시베이션층과 제2패시배이션층은 서로 다른 계열의 절연물질로 이루어짐이 바람직하다.In addition, the first passivation layer and the second passivation layer of the present invention is preferably made of a different series of insulating materials.
또한, 본 발명의 다른 목적은 실리콘 기판; 상기 실리콘 기판 상에 금속물질이 복수의 층으로 증착되며, 최상단에 위치한 금속층의 양 끝단의 소정 영역만 수직으로 더 높은 길이가 되도록 형성된 p형 전극; 상기 p형 전극 내부 공간의 양단에 형성되되, 최상단에 위치한 상기 금속층의 양 끝단의 높이와 동일한 높이를 갖도록 형성되는 제1패시베이션층; 상기 제1패시베이션층 사이 공간의 p형 전극 상에 언도프된 n형 반도체층, n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층이 순차적으로 증착되어 형성된 발광부; 및 상기 n형 반도체층 상의 일부분에 형성된 n형 전극을 포함하는 외부양자효율 개선을 위한 수직구조 발광다이오드에 의해 달성된다.In addition, another object of the present invention is a silicon substrate; A p-type electrode on which the metal material is deposited in a plurality of layers, the p-type electrode being formed such that only a predetermined region of both ends of the metal layer positioned at the top thereof is vertically higher in length; First passivation layers formed at both ends of the internal space of the p-type electrode and formed to have the same height as that of both ends of the metal layer positioned at the top; A light emitting part formed by sequentially depositing an undoped n-type semiconductor layer, an n-type semiconductor layer, an active layer and a p-type semiconductor layer on the p-type electrode in the space between the first passivation layer; And it is achieved by a vertical structure light emitting diode for improving the external quantum efficiency including an n-type electrode formed on a portion on the n-type semiconductor layer.
또한, 본 발명의 상기 제1패시베이션층의 안쪽 면에 서로 다른 계열의 절연물질로 코팅되어 있는 제2패시베이션층을 더 포함하여 구성됨이 바람직하다.In addition, the inner surface of the first passivation layer of the present invention preferably comprises a second passivation layer is coated with a different series of insulating materials.
또한, 본 발명의 상기 제2패시베이션층의 굴절률은 상기 제1패시베이션층의 굴절률보다 크게 형성됨이 바람직하다.In addition, the refractive index of the second passivation layer of the present invention is preferably larger than the refractive index of the first passivation layer.
또한, 본 발명의 상기 제2패시베이션층의 계면에서의 누설전류는 상기 제1패시베이션층의 계면에서의 누설전류보다 작게 형성됨이 바람직하다.In addition, the leakage current at the interface of the second passivation layer of the present invention is preferably smaller than the leakage current at the interface of the first passivation layer.
또한, 본 발명의 상기 제1패시베이션층 또는 제2패시베이션층은 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 이산화티타늄(TiO2) 및 탄탈륨 산화막(TaxOy) 중 선택된 어느 하나의 절연물질로 이루어짐이 바람직하다.In addition, the first passivation layer or the second passivation layer of the present invention is any one selected from silicon oxide (SiO x ), silicon nitride (SiN x ), titanium dioxide (TiO 2 ) and tantalum oxide film (Ta x O y ). It is preferably made of an insulating material.
또한, 본 발명의 상기 제1패시베이션층의 두께는 4 내지 20㎛, 너비는 20 내지 500㎛임이 바람직하다.In addition, the thickness of the first passivation layer of the present invention is preferably 4 to 20㎛, the width is 20 to 500㎛.
또한, 본 발명의 상기 제2패시베이션층의 너비는 1000Å 내지 10㎛임이 바람직하다.In addition, the width of the second passivation layer of the present invention is preferably 1000mm to 10㎛.
또한, 본 발명의 상기 p형 전극은 니켈, 백금, 은 및 금 중 선택된 어느 하나 이상의 금속물질이 복수 개의 층으로 증착되어 이루어지며, 오믹컨택층과 반사막을 포함하여 구성됨이 바람직하다.In addition, the p-type electrode of the present invention is formed by depositing any one or more metal materials selected from nickel, platinum, silver, and gold in a plurality of layers, and preferably comprises an ohmic contact layer and a reflective film.
또한, 본 발명의 다른 목적은 사파이어 기판 상에 패시베이션층을 증착하는 제1단계; 상기 패시베이션층을 포토리소그래피 공정으로 패터닝하여 상기 사파이어 기판의 양단에만 형성하는 제2단계; 상기 제1패시베이션층의 안쪽 면에 상기 제1패시베이션층과는 다른 계열의 물질을 코팅하여 제2패시베이션층을 형성하는 제3단계; 상기 제2패시베이션층 사이 공간에 언도프된 n형 반도체층, n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 순차적으로 증착하여 발광부를 형성하는 제4단계; 상기 p형 반도체층 상에 금속물질을 복수 개의 층으로 증착하여 p형 전극을 형성하는 제5단계; 상기 p형 전극 상에 실리콘 기판을 접합시킨 후, 레이저 리프트 오프 공정을 이용해 상기 사파이어 기판을 제거하는 제6단계; 상기 사파이어 기판을 제거함으로써 노출된 상기 언도프된 n형 반도체층을 제거하는 제7단계; 및 상기 발광부의 n형 반도체층 상에 n형 전극을 형성하는 제8단계를 포함하는 외부양자효율 개선을 위한 수직구조 발광다이오드의 제조방법에 의해 달성된다.In addition, another object of the present invention is a first step of depositing a passivation layer on the sapphire substrate; A second step of patterning the passivation layer by photolithography to form only at both ends of the sapphire substrate; A third step of forming a second passivation layer by coating a material of a different series from the first passivation layer on an inner surface of the first passivation layer; Forming a light emitting part by sequentially depositing an undoped n-type semiconductor layer, an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer in a space between the second passivation layers; A fifth step of forming a p-type electrode by depositing a plurality of metal materials on the p-type semiconductor layer; Bonding a silicon substrate to the p-type electrode and removing the sapphire substrate using a laser lift-off process; Removing the undoped n-type semiconductor layer by removing the sapphire substrate; And an eighth step of forming an n-type electrode on the n-type semiconductor layer of the light emitting unit, to achieve a vertical structure light emitting diode for improving external quantum efficiency.
또한, 본 발명의 상기 제1패시베이션층 또는 제2패시베이션층은 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 이산화티타늄(TiO2) 및 탄탈륨 산화막(TaxOy) 중 선 택된 어느 하나의 절연물질로 이루어짐이 바람직하다.In addition, the first passivation layer or the second passivation layer of the present invention is any one selected from silicon oxide (SiO x ), silicon nitride (SiN x ), titanium dioxide (TiO 2 ) and tantalum oxide film (Ta x O y ). It is preferably made of an insulating material of.
또한, 본 발명의 상기 제5단계의 p형 전극은, 니켈과 금을 순차적으로 증착한 후, 400 내지 900℃의 온도로 열처리하여 오믹컨택층을 형성하는 단계; 상기 오믹컨택층 상에 은을 1000 내지 5000Å의 두께로 증착하여 반사막을 형성하는 단계; 상기 반사막 상에 니켈과 백금을 순차적으로 증착하는 단계; 및 상기 백금 상에 니켈과 금을 순차적으로 증착하는 단계를 포함함이 바람직하다.In addition, the p-type electrode of the fifth step of the present invention, after depositing nickel and gold sequentially, heat treatment at a temperature of 400 to 900 ℃ to form an ohmic contact layer; Depositing silver on the ohmic contact layer to a thickness of 1000 to 5000 kV to form a reflective film; Sequentially depositing nickel and platinum on the reflective film; And depositing nickel and gold sequentially on the platinum.
또한, 본 발명의 상기 제4단계 이후에, 상기 제1패시베이션층의 상기 발광부와 접하는 반대쪽 면의 소정 영역을 식각하여, 상기 사파이어 기판과 식각되고 남은 제1패시베이션층을 계단식으로 형성하는 단계를 더 포함함이 바람직하다.In addition, after the fourth step of the present invention, a step of forming a first passivation layer etched and remaining on the sapphire substrate by etching a predetermined region of the opposite surface of the first passivation layer in contact with the light emitting portion. It is preferable to further include.
또한, 본 발명의 상기 제5단계의 p형 전극은, 상기 발광부와 제1패시베이션층의 상부 및 제1패시베이션층의 식각된 영역을 뒤덮도록 니켈과 금을 순차적으로 증착한 후, 400 내지 900℃의 온도로 열처리하여 오믹컨택층을 형성하는 단계; 상기 오믹컨택층 상에 은을 1000 내지 5000Å의 두께로 증착하여 반사막을 형성하는 단계; 상기 반사막 상에 니켈과 백금을 차례로 증착하는 단계; 및 상기 백금층 상에 니켈을 증착한 후, 금을 증착하는 단계를 포함함이 바람직하다.In addition, the p-type electrode of the fifth step of the present invention, after sequentially depositing nickel and gold to cover the etched region of the upper portion of the light emitting portion and the first passivation layer and the first passivation layer, 400 to 900 Heat treating at a temperature of about 0 ° C. to form an ohmic contact layer; Depositing silver on the ohmic contact layer to a thickness of 1000 to 5000 kV to form a reflective film; Sequentially depositing nickel and platinum on the reflective film; And after depositing nickel on the platinum layer, depositing gold.
또한, 본 발명의 상기 니켈, 금, 백금은 10nm 이하의 두께로 증착됨이 바람직하다.In addition, the nickel, gold, platinum of the present invention is preferably deposited to a thickness of less than 10nm.
또한, 본 발명의 상기 금속물질은 일렉트로빔(e-beam)증착, 열증착, 전해도금증착 및 무전해도금증착 중 선택된 어느 하나로 증착함이 바람직하다.In addition, the metal material of the present invention is preferably deposited by any one selected from the e-beam deposition, thermal deposition, electroplating deposition and electroless plating deposition.
또한, 본 발명의 상기 제3단계 이후에 상기 발광부의 높이에 맞춰 여분의 상 기 패시베이션층을 습식 또는 건식 식각하여 단차를 맞추는 단계를 더 포함함이 바람직하다.In addition, after the third step of the present invention, it is preferable to further include the step of adjusting the step by wet or dry etching the extra passivation layer in accordance with the height of the light emitting portion.
또한, 본 발명의 상기 제8단계는 플라즈마를 이용한 식각 공정을 이용함이 바람직하다.In addition, the eighth step of the present invention preferably uses an etching process using plasma.
따라서, 본 발명의 외부양자효율 개선을 위한 수직구조 발광다이오드 및 그 제조방법은 서로 다른 계열의 물질로 이루어진 복수의 패시베이션층을 형성함으로써 누설전류를 최대한 적게해 외부양자효율을 더 좋게하는 현저하고도 유리한 효과가 있다.Accordingly, the vertical light emitting diode and its manufacturing method for improving the external quantum efficiency according to the present invention are remarkably improved by reducing the leakage current as much as possible by forming a plurality of passivation layers made of different materials. It has a beneficial effect.
또한, 본 발명의 외부양자효율 개선을 위한 수직구조 발광다이오드 및 그 제조방법은 발광부을 형성하기 전에 기판의 양단에 패시베이션층을 먼저 형성함으로써 발광부의 격자결함을 방지하여 칩의 발광효율을 높일 수 있는 현저하고도 유리한 효과가 있다.In addition, the vertical light emitting diode and its manufacturing method for improving the external quantum efficiency of the present invention by forming a passivation layer on both ends of the substrate before forming the light emitting portion can prevent the lattice defects of the light emitting portion to increase the luminous efficiency of the chip There is a remarkable and advantageous effect.
또한, 본 발명의 외부양자효율 개선을 위한 수직구조 발광다이오드 및 그 제조방법은 제조공정에서 사용되는 감광막의 갯수를 줄일 수 있어 제조단가를 낮출 수 있으며, 간단한 제조공정으로 칩의 생산수율을 높일 수 있는 현저하고도 유리한 효과가 있다.In addition, the vertical structure light emitting diode and its manufacturing method for improving the external quantum efficiency of the present invention can reduce the number of photoresist film used in the manufacturing process can reduce the manufacturing cost, can increase the production yield of the chip by a simple manufacturing process That has a significant and beneficial effect.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims are not to be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to best describe their invention. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 제1실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the first preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, which can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be various equivalents and variations.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 제1실시예에 따른 외부양자효율 개선을 위한 수직구조 발광다이오드는 실리콘 기판(300), 제1패시베이션층(220), 제2패시베이션층(221), 발광부(240), p형 전극(250) 및 n형 전극(260)을 포함한다.Vertical structure light emitting diode for improving external quantum efficiency according to the first embodiment of the present invention is a
실리콘 기판(300)은 하이도핑된 전도성 기판을 사용하며, 상부에는 5 내지 10nm 두께의 니켈(Ni)과 주석(Sn)이 30%이하로 함유된 금/주석 합금이 증착되어 있다.The
본 발명의 제1실시예에서는 실리콘 기판(300)을 사용하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 실리콘 기판 대신 GaAs, GaP, AlGaINP, Ge, SiSe, GaN, AlInGaN, InGaN 등의 다른 이종기판을 사용해도 무방하다.In the first embodiment of the present invention, the
제1패시베이션층(220)과 제2패시베이션층(221)은 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 이산화티타늄(TiO2) 및 탄탈륨 산화막(TaxOy) 중 선택된 어느 하나의 절연물질로 이루어지며, 실리콘 기판의 양단에 형성되어 발광부을 보호한다. 이때, 패시베이션층(220)의 두께(h)는 4 내지 20㎛, 너비(a)는 20 내지 500㎛으로 형성되고, 제2패시베이션층(221)의 너비(b)는 1000Å 내지 10㎛으로 형성됨이 바람직하다.The
제1패시베이션층(220)과 제2패시배이션층(221)은 서로 다른 계열의 절연물질로 이루어진다. 제2패시베이션층(220)의 굴절율은 제1패시베이션층(220)에 비하여 상대적으로 커야하며, 다른 물질과의 계면에서 제2패시베이션층(220)의 누설전류(leakage current)가 제1패시베이션층(220)에 비하여 상대적으로 작아야 한다. 예를 들어, 제1패시베이션층(220)을 실리콘 산화물로 형성할 경우, 제2패시베이션층(221)을 형성할 때는 실리콘 질화물을 사용한다.The
이와 같이, 본 발명에서 제1패시베이션층(220)이 발광부(240)와 맞닿는 부분에 제2패시베이션층(221)을 추가로 더 증착하는 이유는 발광부(240)와 맞닿는 부분에 흐르는 누설전류를 최대한 적게 하기 위해서이다. 절연역할을 하는 제1패시베이션층(220)과 제2패시베이션층(221)을 추가로 넣음으로 인해 더 좋은 외부 양자효율을 갖는 발광다이오드를 제조할 수 있다.As described above, the reason why the
발광다이오드 소자의 원활한 구동을 위해서는 발광부(240)의 두께가 4㎛ 이상 되어야 한다. 본 발명에서는 제1패시베이션층(220)의 두께에 따라 발광부(240) 의 두께가 결정된다. 제1패시베이션층(220)의 두께가 얇으면 발광부(240)를 형성할 때 발광부가 제1패시베이션층(220)을 타고 옆으로 퍼지게 된다. 따라서, 본 발명에서는 제1패시베이션층(220)이 4㎛ 이상의 두께를 갖도록 형성하는 것이다.In order to smoothly drive the LED, the thickness of the
발광부(240)는 제2패시베이션층(221) 사이 공간에 n형 반도체층(242), 활성층(243) 및 p형 반도체층(244)이 순차적으로 증착되어 있으며, 질화물계의 반도체 화합물로 형성되는 것이 바람직하다.In the
n형 반도체층(242)은 GaN계열의 질화물계 화합물 반도체로써 n-GaN 화합물 반도체를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, n형 반도체층(242)은 표면에 요철패턴이 형성될 수도 있는데, 이로 인하여 활성층(243)으로부터 발생된 광을 표면요철 패턴 처리된 계면에서 반사시킬 수 있다.The n-
p형 반도체층(244)은 GaN계열의 질화물계 화합물 반도체로써 p형 도전성 불순물이 도핑된 p-GaN 화합물 반도체를 사용하는 것이 바람직하다.As the p-
활성층(243)은 발광다이오드 소자에 전계를 가했을 때, 전자-정공 쌍의 재결합 등과 같은 캐리어의 재결합에 의하여 빛이 발생되는 물질층으로서 InGaN/GaN의 양자우물(quantum well:QW) 구조로 형성된다. 그 외에 AlGaN, AlInGaN 등의 물질도 활성층으로 이용될 수 있다. 또한, 이러한 활성층은 휘도 향상을 위하여 양자우물 구조가 복수로 형성되어 다중 양자우물(multi quantum well:MQW) 구조를 이룰 수도 있다.The
p형 전극(250)은 니켈(Ni), 백금(Pt), 은(Ag), 금(Au) 등의 금속물질이 복수 개의 층으로 증착된 형태이다. p형 전극(250)은 오믹컨택층(253)과 반사막(254)을 포함하며, 실리콘 기판과 주석(Sn)의 확산(diffusion)을 방지하기 위해 반사막(254) 상에 형성되는 니켈(Ni), 백금(Pt)층과, 그 상부에 1㎛ 정도의 두께로 증착되는 금(Au)층을 포함한다.The p-
오믹컨택층(253)은 니켈(Ni)과 금(Au)이 순차적으로 증착되어 형성되는 것이 바람직하다. 이외에도 루테늄/금(Ru/Au), 니켈/금(Ni/Au) 또는 인듐-주석-산화물(indium-tin-oxide, ITO)와 같은 임의의 적절한 재료로 형성할 수도 있다. 이때, 니켈과 금은 10nm 이하의 두께로 증착되는 것이 바람직하다. 또한, 오믹컨택층(253)은 오믹콘택 특성을 향상시키기 위해서 약 400 내지 900℃의 온도에서 열처리한다.The
반사막(254)은 오믹컨택층(253) 상에 은(Ag)을 1000 내지 5000Å의 두께로 증착하여 형성된다. 반사막(254)은 발광부(240)에서 발생된 빛이 효과적으로 발산될 수 있도록 반사하는 역할을 하며, 은 이외에도 알루미늄(Al)과 같이 높은 반사도를 갖는 물질을 이용할 수도 있다.The
n형 전극(260)은 n형 반도체층(242) 상의 일부 영역에 형성되며, n형 전극으로는 Ti/Al 등의 금속 물질이 사용된다.The n-
도 2 내지 도 15는 본 발명의 제1실시예에 따른 수직구조 발광다이오드 소자의 제조방법을 나타내는 단면도이다.2 to 15 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a vertical light emitting diode device according to a first embodiment of the present invention.
먼저, 도 2를 참조하면, 사파이어 기판(210) 상에 실리콘 산화물(SiOx) 또는 실리콘 질화물(SiNx)을 증착하여 제1패시베이션층(220)을 형성한다. 이때, 제1패시베이션층(220)의 두께가 얇으면 발광부(240)를 형성할 때 금속물질이 제1패시베이 션층(220)을 타고 옆으로 퍼지게 되므로, 제1패시베이션층(220)을 4㎛ 이상의 두께를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.First, referring to FIG. 2, the
그리고, 도 3과 같이, 제1패시베이션층(220)의 좌우 양 끝단에만 패턴이 남도록 감광막(230)을 형성하고, 도 4와 같이, 패터닝된 감광막(230)을 마스크로 삼아 제1패시베이션층(220)을 포토리소그래피 공정 및 식각공정을 이용하여 사파이어 기판(210)의 좌우 양 끝단에만 잔존하도록 패터닝한다.3, the
그런 다음, 도 5와 같이, 패터닝된 제1패시베이션층(220)의 안쪽 면에 제1패시베이션층과는 다른 계열의 물질을 코팅하여 제2패시베이션층(221)을 형성한다. 여기서 제2패시베이션층(221)의 너비는 1000Å 내지 10㎛정도로 형성한다.Then, as shown in FIG. 5, the
다음으로, 도 6과 같이, 제2패시베이션층(221) 사이 공간에 발광부(240)를 형성한다. 우선, 언도프된 n형 반도체층(241)을 성장시킨 후, n형 반도체층(242), 활성층(243), p형 반도체층(244)을 순차적으로 에피택셜 성장시킨다.Next, as illustrated in FIG. 6, the
이때, 유기금속 기상증착법(MOCVD), 분자빔 성장법(MBE), 수소화물 기상증착법(HVPE) 등의 방법을 사용할 수 있다.At this time, methods such as organometallic vapor deposition (MOCVD), molecular beam growth (MBE), hydride vapor deposition (HVPE) and the like can be used.
언도프된 n형 반도체층(241)은 GaN계열의 질화물계 화합물로 이루어지며, 대략 2 내지 3㎛ 정도의 두께로 형성될 수 있다. 또한, n형 반도체층(242)은 n- GaN 화합물 반도체로 이루어지며, 2 내지 3㎛ 정도의 두께로 형성될 수 있고, p형 반도체층(244)은 p-GaN 화합물 반도체로 이루어지며 대략 0.1 내지 0.3㎛ 정도의 두께로 형성될 수 있다. 그리고, 활성층(243)은 대략 0.1 내지 0.2㎛ 정도의 두께로 형성될 수 있다.The undoped n-
이와 같이, 제1패시베이션층(220) 및 제2패시베이션층(221)을 먼저 형성한 후 그 사이 공간에 발광부(240)을 형성하면 발광부 옆 면이 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 추후 p형 전극(250)을 이루는 금속물질을 증착할 때 금속물질이 전체적으로 넓게 형성되어 추후 실리콘 기판과 본딩할 때 본딩이 잘 되로록 하는 장점이 있다.As such, when the
그런 다음 도 7와 같이, 발광부(240)의 높이에 맞춰 여분의 제1패시베이션층(220) 및 제2패시베이션층(221)을 습식 또는 건식식각 방법으로 식각하여 단차를 맞추는 과정이 더 포함될 수도 있다.Then, as illustrated in FIG. 7, the step of etching the
다음으로 도 8과 같이, p형 반도체층(244) 상에 금속물질을 순차적으로 증착하여 p형 전극(250)을 형성한다. 우선, 오믹 컨택을 위하여 니켈(Ni, 251)을 10nm 이하의 두께로 증착한 후, 금(Au, 252)을 10nm 이하의 두께로 증착하여 오믹컨택층(253)을 형성한다. 그리고 나서, 오믹컨택을 좋게 하기 위하여 400 내지 900℃, 바람직하게는 400 내지 600℃의 온도로 열처리한다.Next, as shown in FIG. 8, a metal material is sequentially deposited on the p-
니켈(Ni, 251)과 금(Au, 252)의 두께가 10nm를 넘어가면 발광부에서 발생된 빛이 반사되지 않고, 이들 층에 흡수되게 되므로 10nm 이하의 두께로 형성해야 한다.If the thickness of nickel (Ni, 251) and gold (Au, 252) exceeds 10 nm, the light generated from the light emitting unit is not reflected, and is absorbed by these layers, and thus the thickness of 10 nm or less should be formed.
다음으로 도 9과 같이 은(Ag)을 1000 내지 5000Å의 두께로 증착하여 반사막(254)층을 형성한다. 그리고 나서, 반사막(254)층 위에 니켈(Ni, 255)과 백금(Pt, 256)을 10nm이하의 두께로 순차적으로 증착하는데, 이는 추후 접합되는 실리콘 기판과 주석(Sn)의 diffusion을 방지하기 위함이다. 마지막으로 백금(Pt, 256) 위에 니켈(Ni, 257)을 증착한 후 금(Au, 258)을 1㎛ 정도의 두께로 증착함으로써, p형 전극(250)을 완성한다. 여기서 니켈(Ni, 257)은 백금(Pt, 256)층 상에 금(Au, 258)이 잘 증착되도록 하는 접착제 역할을 한다.Next, as shown in FIG. 9, silver (Ag) is deposited to a thickness of 1000 to 5000 kPa to form a
p형 전극(250)을 구성하는 각각의 금속물질은 일렉트로빔(e-beam)증착 또는 열증착을 이용하거나, 전해도금 또는 무전해도금의 방법으로 증착하는 것이 바람직하다. 이외에도 통상적인 금속층 성장 공정인 스퍼터링, 화학기상증착법, 레이저증착법, 수소화물 기상증착법(HVPE) 등의 공정을 사용할 수도 있다.Each metal material constituting the p-
다음으로 도 10과 같이, 열과 압력을 가하여 p형 전극(250) 상부에 실리콘 기판(300)을 접합시킨다.Next, as shown in FIG. 10, the
여기서 실리콘 기판(300)은 전극역할을 하기 때문에 하이 도핑된 전도성 기판을 사용하는 것이 바람직하다.Since the
또한, 실리콘 기판(300)은 HF용액으로 세척하여 표면의 활성산소층을 제거하고, 니켈(Ni, 310)을 5 내지 10nm 두께로 증착한 후, 주석이 30% 이하로 함유되어 있는 금/주석(Au/Sn) 합금(320)을 증착하여 준비되도록 하는 것이 바람직하다.In addition, the
다음으로 도 11과 같이, 사파이어 기판(210)을 발광부(240)로부터 분리하여 제거하는데, 레이저 리프트 오프(LLO) 공정을 이용하여 분리하는 것이 바람직하다. 사파이어 기판(210)에 레이저 광을 조사하면, 사파이어 기판(210)과 발광부(240) 사이의 계면에 국부적인 열이 발생되고, 이 열에 의해 질화갈륨으로 이루어진 발광부(240)의 표면이 갈륨과 질소가스로 분해, 용융되면서 사파이어 기판(210)이 용이하게 분리된다.Next, as shown in FIG. 11, the
다음으로 도 12와 같이, 사파이어 기판(210)을 제거함으로써 노출된 상기 언도프된 n형 반도체층(241)을 제거한다. 이때, 플라즈마 식각방법을 이용하므로 언도프된 n형 반도체층(241)과 함께 그 옆의 제1패시베이션층(220)과 제2패시베이션층(221)도 같이 식각된다. 그리고, 언도프된 n형 반도체층(241)이 식각되면서 드러나는 n형 반도체층(242)의 일부도 식각되어 표면에 요철(rough) 패턴이 생기게 되는데, 이러한 표면 요철은 오믹컨택의 효율을 좋게 할 뿐만 아니라, 활성층으로부터 발생된 광을 표면요철 패턴 처리된 계면에서 반사시킬 수 있다.Next, as shown in FIG. 12, the undoped n-
다음으로 도 13과 같이, 발광부(240)의 n형 반도체층(242) 상에 n형 전극(260)을 형성한다. n형 전극(260)으로는 Ti/Al 등의 금속 물질이 사용된다.Next, as shown in FIG. 13, an n-
마지막으로, 도 14와 같이, 발광다이오드의 옆의 불필요한 부분을 다이싱하여 제거해 도 15와 같은 본원발명의 제1실시예에 따른 발광다이오드 소자를 완성한다.Finally, as shown in FIG. 14, unnecessary portions next to the light emitting diodes are diced and removed to complete the light emitting diode elements according to the first embodiment of the present invention as shown in FIG.
[다른 실시예][Other Embodiments]
본 발명의 다른 실시예에 따른 수직구조 발광다이오드는 제1실시예에 따른 수직구조 발광다이오드와 같이 실리콘 기판(300), 제1패시베이션층(220), 제2패시베이션층(221), 발광부(240), p형 전극(250) 및 n형 전극(260)을 포함한다. 제2패시베이션층(221)은 형성하지 않아도 무방하다.The vertical light emitting diode according to another embodiment of the present invention is the same as the vertical light emitting diode according to the first embodiment of the
p형 전극(250)의 최상단에 위치한 금속층(251)의 양 끝단의 소정 영역만 수직으로 더 높은 길이가 되도록 형성되며, 그 내부에 제1패시베이션층(220)과 발광 부(240)가 형성된다는 점에서 제1실시예와는 차이가 있다.Only predetermined regions of both ends of the
도 16 내지 도 21은 본 발명의 제2실시예에 따른 수직구조 발광다이오드의 제조방법을 나타낸 단면도이다.16 to 21 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a vertical light emitting diode according to a second embodiment of the present invention.
도 2 내지 도 7까지의 제조공정은 제1실시예와 동일하다.2 to 7 are the same as in the first embodiment.
다음으로 도 16과 같이, 제1패시베이션층(220)의 발광부(240)와 접하는 반대쪽 면의 소정 영역을 식각한다. 이때, 식각되고 남은 제1패시베이션층(220)과 식각에 의해 노출된 사파이어 기판은 계단식의 형태가 된다.Next, as shown in FIG. 16, a predetermined region of the first surface of the
그런 다음, 도 17과 같이, p형 전극을 형성하는데, 발광부(240)와 제1패시베이션층(220) 및 제2패시베이션층(221)의 상부 및 제1패시베이션층이 식각된 영역을 뒤덮도록 니켈(Ni, 251)을 증착한다. 즉, 이러한 공정으로 인하여 발광부(240), 제1패시베이션층(220), 제2패시베이션층(221)이 니켈층으로 둘러싸인 형태가 된다.Next, as shown in FIG. 17, a p-type electrode is formed to cover the etched
이렇게 제1패시베이션층(220)의 표면에 금속물질이 증착되면, 이 금속물질이 발광부(240)에서 발생된 빛을 반사하는 역할을 해주게 되며, 이로 인해 발광다이오드의 빛의 세기가 더 커지게 되는 장점이 있다.When the metal material is deposited on the surface of the
그런 다음 제1실시예에서의 제조방법과 같이, 금을 10nm 이하의 두께로 증착하여 오믹컨택층(253)을 형성한다.Then, as in the manufacturing method of the first embodiment, gold is deposited to a thickness of 10 nm or less to form an
이후의 도 18 내지 도 21의 공정은 제1실시예의 도 10 내지 도 13에서 설명한 것과 동일하므로 여기서는 상세히 설명하지 않기로 한다.18 to 21 are the same as those described with reference to FIGS. 10 to 13 of the first embodiment, and thus will not be described in detail herein.
이렇게 하여 도 21과 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 수직구조 발광다이오드를 완성하게 된다.Thus, as shown in FIG. 21, the vertical light emitting diode according to the second embodiment of the present invention is completed.
도 22는 제2패시베이션층(221)이 형성되지 않은 수직구조 발광다이오드를 나타낸 도면이다.FIG. 22 illustrates a vertical light emitting diode in which the
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.Although the present invention has been shown and described with reference to the preferred embodiments as described above, it is not limited to the above embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.
도 1은 종래의 수직구조 발광다이오드의 단면도,1 is a cross-sectional view of a conventional vertical structure light emitting diode,
도 2 내지 도 15는 본 발명의 제1실시예에 따른 수직구조 발광다이오드의 제조공정도,2 to 15 are manufacturing process diagrams of the vertical structure light emitting diode according to the first embodiment of the present invention;
도 16 내지 도 22는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직구조 발광다이오드의 제조공정도.16 to 22 is a manufacturing process of the vertical structure light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
210 : 사파이어 기판 220 : 제1패시베이션층210: sapphire substrate 220: first passivation layer
221 : 제2패시베이션층 230 : 감광막221: second passivation layer 230: photosensitive film
240 : 발광부 250 : p형 전극240: light emitting unit 250: p-type electrode
260 : n형 전극 300 : 실리콘 기판260 n-
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