KR20110095640A - 반도체 발광소자 제조방법 및 이에 의하여 제조된 반도체 발광소자 - Google Patents

반도체 발광소자 제조방법 및 이에 의하여 제조된 반도체 발광소자 Download PDF

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KR20110095640A
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Abstract

본 발명은 반도체 발광소자 제조방법 및 이에 의하여 제조된 반도체 발광소자에 관한 것으로서, 본 발명의 일 측면은 서로 대향하는 제1 및 제2 주면을 갖는 기판의 상기 제1 주면 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 순차적으로 성장시켜 발광구조물을 형성하는 단계와, 상기 기판의 상기 제2 주면에 적어도 하나의 레이저 흡수 영역을 갖는 반사막을 형성하는 단계 및 상기 발광구조물의 상부 중 상기 레이저 흡수 영역에 대응하는 위치로부터 상기 발광구조물 및 상기 기판을 향하여 레이저를 조사하여 상기 발광구조물 및 상기 기판을 소자 단위로 스크라이빙하는 단계를 포함하는 반도체 발광소자 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 반도체 발광소자 제조방법을 사용할 경우, 스텔스 레이저를 이용하여 스크라이빙 공정을 수행할 수 있으므로, 발광구조물의 측면에 의도하지 않는 광 흡수층이 발생하는 현상을 최소화할 수 있다. 따라서, 이에 의하여 얻어진 반도체 발광소자의 신뢰성과 발광 효율이 향상될 수 있다.

Description

반도체 발광소자 제조방법 및 이에 의하여 제조된 반도체 발광소자 {Manufacturing Method of Semiconductor Light Emitting Device and Semiconductor Light Emitting Device Manufactured by the Same}
본 발명은 반도체 발광소자 제조방법 및 이에 의하여 제조된 반도체 발광소자에 관한 것으로서, 특히, 소자 단위 분리를 위한 스크라이빙 공정 시 발광구조물에 미치는 피해가 최소화될 수 있는 반도체 발광소자 제조방법에 관한 것이다.
반도체 발광소자는 전류가 가해지면 p, n형 반도체의 접합 부분에서 전자와 정공의 재결합에 기하여, 다양한 색상의 빛을 발생시킬 수 있는 반도체 장치이다. 이러한 반도체 발광소자는 필라멘트에 기초한 발광소자에 비해 긴 수명, 낮은 전원, 우수한 초기 구동 특성, 높은 진동 저항 등의 여러 장점을 갖기 때문에 그 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 특히, 최근에는, 청색 계열의 단파장 영역의 빛을 발광할 수 있는 III족 질화물 반도체가 각광을 받고 있다.
이러한 반도체 발광소자의 경우, 일반적으로, 기판 상에 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 순차적으로 성장시켜 발광적층체를 형성한 후 이를 소자 단위로 절단하기 위한 스크라이빙 공정이 요구된다. 스크라이빙 공정의 경우, 다이아몬드 팁을 이용한 기계적 스크라이빙이나 레이저 스크라이빙을 이용할 수 있는데, 기계적 스크라이빙의 경우, 기판 이면에 금속 반사막을 적용한 경우에는 사용하기 어려운 문제가 있으며, 이는 연성을 갖는 금속에 다이아몬드 팁으로 홈을 형성하기 어렵기 때문이다. 레이저 스크라이빙의 경우, 기판 이면에 금속 반사막이 적용된 경우에도 이용될 수 있으나, 스크라이빙 과정 중에 레이저 빔에 의하여 발광구조물(특히, 측면 부분)에 파편(debris)이 흡착되거나 결정 변화가 일어날 수 있으며, 이러한 영역은 광 흡수층으로 작용하여 발광효율이 저하시키는 문제가 있다.
본 발명의 일 목적은 소자 단위 분리를 위한 스크라이빙 공정 시 발광구조물에 미치는 피해가 최소화될 수 될 수 있는 반도체 발광소자 제조방법을 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 반도체 발광소자 제조방법에 의하여 얻어진 반도체 발광소자를 제공하는 것에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 측면은,
서로 대향하는 제1 및 제2 주면을 갖는 기판의 상기 제1 주면 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 순차적으로 성장시켜 발광구조물을 형성하는 단계와, 상기 기판의 상기 제2 주면에 적어도 하나의 레이저 흡수 영역을 갖는 반사막을 형성하는 단계 및 상기 발광구조물의 상부 중 상기 레이저 흡수 영역에 대응하는 위치로부터 상기 발광구조물 및 상기 기판을 향하여 레이저를 조사하여 상기 발광구조물 및 상기 기판을 소자 단위로 스크라이빙하는 단계를 포함하는 반도체 발광소자 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 발광구조물을 2개 이상의 영역에서 일부 제거되어 상기 제1 도전형 반도체층을 소자 단위로 노출시키는 단계와, 상기 제1 도전형 반도체층의 노출 면 상에 제1 전극을 형성하는 단계 및 상기 제2 도전형 반도체층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 반사막 중 상기 레이저 흡수 영역을 제외한 영역은 Ag 또는 Al을 포함하는 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 레이저의 파장은 800 ~ 1200㎚일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 레이저 흡수 영역은 금속 또는 합금으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 레이저 흡수 영역은 금속산화물로 이루어질 수 있다. 이와 달리, 상기 레이저 흡수 영역은 C, Cu 및 Ti으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나의 물질로 이루어질 수도 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 반사막을 형성하는 단계 전에 상기 기판을 랩핑하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면은,
서로 대향하는 제1 및 제2 주면을 갖는 기판과, 상기 기판의 상기 제1 주면 상에 형성되며, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 구비하는 발광구조물과, 상기 기판의 상기 제2 주면에 형성된 반사막 및 상기 반사막의 측단부에 형성된 레이저 흡수 영역을 포함하는 반도체 발광소자를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 레이저 흡수 영역은 상기 기판 및 상기 발광구조물의 일 측면과 동일한 면을 이룰 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 레이저 흡수 영역은 파장이 800 ~ 1200㎚인 레이저를 흡수할 수 있는 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 레이저 흡수 영역은 금속 또는 합금으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 레이저 흡수 영역은 금속산화물로 이루어질 수 있다. 이와 달리, 상기 레이저 흡수 영역은 C, Cu 및 Ti으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나의 물질로 이루어질 수도 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 반사막은 Ag 또는 Al을 포함하는 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 발광소자 제조방법을 사용할 경우, 스텔스 레이저를 이용하여 스크라이빙 공정을 수행할 수 있으므로, 발광구조물의 측면에 의도하지 않는 광 흡수층이 발생하는 현상을 최소화할 수 있다. 따라서, 이에 의하여 얻어진 반도체 발광소자의 신뢰성과 발광 효율이 향상될 수 있다.
도 1 내지 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1 내지 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자 제조방법을 개략적으로 나타내는 공정 단면도이다. 또한, 도 8은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 단면도로서, 본 발명에서 제안하는 제조방법에 의하여 얻어진 구조에 해당한다.
본 실시 형태에 따른 반도체 발광소자 제조방법을 설명하면, 우선, 도 1에 도시된 것과 같이, 서로 대향하는 제1 및 제2 주면을 갖는 기판(100)을 마련하여 기판(100)의 제1 주면 상에 제1 도전형 반도체층(101), 활성층(102) 및 제2 도전형 반도체층(103)을 순차적으로 형성한다. 이 경우, 제1 도전형 반도체층(101), 활성층(102) 및 제2 도전형 반도체층(103)을 구비하는 구조를 발광구조물로 칭할 수 있다. 본 실시 형태의 경우, 상기 발광구조물은 스크라이빙(scribing) 공정에 의하여 복수 개의 단위 발광소자로 분리될 수 있다.
기판(100)은 반도체 성장용 기판으로 제공되며, 사파이어, SiC, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN 등과 같이 전기 절연성 및 도전성 물질로 이루어진 기판을 사용할 수 있다. 이 경우, 가장 바람직하게 사용될 수 있는 것은 전기 절연성을 갖는 사파이어로서 전기 절연성 기판(100)을 사용함에 따라 후술할 바와 같이, 제1 도전형 반도체층(101)에 연결되는 전극 형성을 위한 에칭 공정이 수반된다. 사파이어는 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 및 a측 방향의 격자상수가 각각 13.001Å과 4.758Å이며, C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등을 갖는다. 이 경우, 상기 C면은 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 성장용 기판으로 주로 사용된다.
제1 및 제2 도전형 반도체층(101, 103)은 각각 n형 및 p형 반도체층이 될 수 있으며, 질화물 반도체로 이루어질 수 있다. 따라서, 이에 제한되는 것은 아니지만, 본 실시 형태의 경우, 제1 및 제2 도전형은 각각 n형 및 9형 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 제1 및 제2 도전형 반도체층(101, 103)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 가지며, 예컨대, GaN, AlGaN, InGaN 등의 물질이 이에 해당될 수 있다. 제1 및 제2 도전형 반도체층(101, 103) 사이에 형성되는 활성층(102)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출하며, 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조, 예컨대, InGaN/GaN 구조가 사용될 수 있다. 발광구조물을 구성하는 제1 및 제2 도전형 반도체층(101, 103)과 활성층(102)은 MOCVD, MBE, HVPE 등과 같은 당 기술 분야에서 공지된 공정을 이용하여 성장될 수 있다.
다음으로, 도 2에 도시된 것과 같이, 발광구조물의 일부를 제거하여 제1 도전형 반도체층(101)을 노출시킨다. 여기서, 제1 도전형 반도체층(101)의 노출 영역은 얻고자하는 단위 발광소자의 수에 해당한다. 상기 발광구조물의 일부를 제거하기 위하여 ICP-RIE 등과 같은 적절한 식각 공정을 이용할 수 있다. 다만, 본 단계의 경우, 제1 도전형 반도체층(101)을 노출시켜 전극을 형성하기 위한 것으로서 만약, 제1 도전형 반도체층(101)을 노출시킬 필요가 없는 경우, 예컨대, 기판(100)이 도전성 기판인 경우라면 생략될 수 있을 것이다. 한편, 도 2에서는 기판(100) 상에 2개의 발광소자가 형성된 구조를 나타내고 있으나, 3개 이상의 발광소자가 형성될 수 있음은 당업자에게 자명한 사항이라 할 것이다.
다음으로, 도 3에 도시된 것과 같이, 제1 도전형 반도체층(101)의 노출면에는 제1 전극(104a)을 형성하고, 제2 도전형 반도체층(103) 상에는 제2 전극(104b)을 형성한다. 제1 및 제2 전극(104a, 104b)은 각각 제1 및 제2 도전형 반도체층(101, 103)과 오믹 컨택을 이루는 부분과 본딩 패드 부분으로 나뉘어 다층 전극 구조를 가질 수 있으며, 적절히 선택된 금속 물질을 증착이나 스퍼터링과 같은 방법으로 형성될 수 있을 것이다. 이 경우, 도시하지는 않았으나, 오믹 컨택 기능과 전류분산 기능을 위하여 제2 도전형 반도체층(103)과 제2 전극(104b) 사이에는 ITO 등을 이용하여 형성된 투명 전극이 개재될 수 있다.
다음으로, 도 4에 도시된 것과 같이, 기판(100)을 랩핑(lapping)하여 두께를 감소시킨다. 본 랩핑 단계는 최종 발광소자에 포함되는 요소인 기판(100)의 두께를 감소시킴으로써 소자의 크기를 줄이고 방열 성능 등을 향상하기 위한 것으로 기판(100)의 상기 제2 주면 방향에서 실행될 수 있다. 다만, 본 랩핑 단계의 경우, 본 발명에서 필수적으로 요구되는 공정은 아니며, 기판(100)의 두께가 초기부터 얇게 제공될 경우라면 생략될 수 있을 것이다.
다음으로, 도 5에 도시된 것과 같이, 기판(100)의 제2 주면에 반사막(105)을 형성하되, 그 중 일부 영역은 다른 물질을 이용하여 레이저 흡수 영역(106)을 형성한다. 반사막(105)은 Ag나 Al 등과 같이 광 반사율이 상대적으로 높은 금속 물질을 이용하여 형성되며, 레이저 흡수 영역(106)을 제외하고 기판(100) 표면에 증착을 하거나 박막을 접합하는 등의 방식으로 형성될 수 있다. 고 반사 물질로 이루어진 반사막(105)은 소자, 특히, 활성층(102)에서 방출된 빛을 상부를 향하도록 반사하는 기능을 한다. 레이저 흡수 영역(106)은 소자 단위로 분리될 영역, 스크라이빙 영역에 형성되며, 레이저 스크라이빙 과정에서 레이저 빔을 흡수하는 물질로 이루어진다. 본 실시 형태의 경우, 후술할 바와 같이, 상대적으로 장 파장, 예컨대, 약 800 ~ 1200㎚의 파장을 갖는 스텔스 레이저(stealth laser)를 사용하므로, 레이저 흡수 영역(106)은 이러한 스텔스 레이저를 흡수하기 위한 물질로 이루어질 수 있다. 레이저 흡수 영역(106)은 금속 또는 합금으로 이루어지거나 이 외에도 레이저를 흡수할 수 있는 물질이면 모두 사용이 가능하며, 예를 들어, 금속산화물이나 C, Cu, Ti 등과 같은 물질로 이루어질 수 있다.
다음으로, 도 6에 도시된 것과 같이, 레이저 스크라이빙 공정을 수행하여 서로 연결되어있는 발광구조물을 발광소자 단위로 분리한다. 앞서 설명한 것과 같이, 본 실시 형태에서 사용되는 레이저 광원(107)은 약 800 ~ 1200㎚의 파장을 갖는 스텔스 레이저(L)를 방출하며, 반사막(105)과 레이저 흡수 영역(106)의 반대편, 즉, 상기 발광구조물의 상부 중 레이저 흡수 영역(106)에 대응하는 위치로부터 상기 발광구조물과 기판(100)에 조사된다. 스텔스 레이저(L)를 이용한 스크라이빙 공정을 사용할 경우, UV 레이저와 비교하여 발광구조물 표면에 파편이 흡착되거나 발광구조물을 이루는 물질의 결정 구조가 변화하는 문제를 현저히 줄일 수 있다.
다만, 스텔스 레이저(L)를 이용한 스크라이빙 공정에서는 스텔스 레이저(L)가 Ag나 Al과 같은 고반사 물질에 의하여 반사된다면 초점 형성 자체가 되지 않을 수 있으며, 이 경우, 스크라이빙이 불가해진다. 본 실시 형태에서는 기판(100)의 제2 주면 중에서 스텔스 레이저(L)가 조사되는 스크라이빙 영역에 대응하는 곳에 스텔스 레이저(L)를 흡수할 수 할 수 있는 물질로 이루어진 레이저 흡수 영역(106)을 형성함으로써 도 7에 도시된 것과 같이, 발광구조물이나 기판(100) 내부에서 스텔스 레이저(L)의 초점(C)이 형성될 수 있도록 하였다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 스크라이빙 공정을 이용하여 비교적 간단하고 용이하게 단위 소자를 분리할 수 있으며, 그 과정에서 발광구조물의 성능에 악 영향을 미칠 가능성을 최소화할 수 있다.
한편, 상기와 같은 스크라이빙 공정에 의하여 분리된 단위 발광소자는 도 8에 도시된 것과 같다. 본 발명에서 제안하는 공정에 의하여 얻어진 반도체 발광소자의 경우, 기판(100)의 제2 주면에는 반사막(105)이 형성되되, 상기 제2 주면 중 일부 영역에는 스텔스 레이저(L)를 흡수할 수 있는 물질로 이루어진 레이저 흡수 영역(106)이 형성된다. 이 경우, 앞서 설명한 것과 같이, 레이저 흡수 영역(106)은 스크라이빙 영역에 위치하므로, 도 8에 도시된 것과 같이, 레이저 흡수 영역(106)의 측면은 상기 발광구조물 및 기판(100)의 일 측면과 동일한 면을 이루게 될 것이다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
100: 기판 101: 제1 도전형 반도체층
102: 활성층 103: 제2 도전형 반도체층
104a, 104b: 제1 및 제2 전극 105: 반사막
106: 레이저 흡수 영역 107: 레이저 광원
L: 스텔스 레이저

Claims (15)

  1. 서로 대향하는 제1 및 제2 주면을 갖는 기판의 상기 제1 주면 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 순차적으로 성장시켜 발광구조물을 형성하는 단계;
    상기 기판의 상기 제2 주면에 적어도 하나의 레이저 흡수 영역을 갖는 반사막을 형성하는 단계; 및
    상기 발광구조물의 상부 중 상기 레이저 흡수 영역에 대응하는 위치로부터 상기 발광구조물 및 상기 기판을 향하여 레이저를 조사하여 상기 발광구조물 및 상기 기판을 소자 단위로 스크라이빙하는 단계;
    를 포함하는 반도체 발광소자 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광구조물을 2개 이상의 영역에서 일부 제거되어 상기 제1 도전형 반도체층을 소자 단위로 노출시키는 단계;
    상기 제1 도전형 반도체층의 노출 면 상에 제1 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 도전형 반도체층 상에 제2 전극을 형성하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반사막 중 상기 레이저 흡수 영역을 제외한 영역은 Ag 또는 Al을 포함하는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 레이저의 파장은 800 ~ 1200㎚인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 흡수 영역은 단일 금속 또는 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 흡수 영역은 금속산화물로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 흡수 영역은 C, Cu 및 ti으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반사막을 형성하는 단계 전에 상기 기판을 랩핑하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
  9. 서로 대향하는 제1 및 제2 주면을 갖는 기판;
    상기 기판의 상기 제1 주면 상에 형성되며, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 구비하는 발광구조물;
    상기 기판의 상기 제2 주면에 형성된 반사막; 및
    상기 반사막의 측단부에 형성된 레이저 흡수 영역;
    을 포함하는 반도체 발광소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 레이저 흡수 영역은 상기 기판 및 상기 발광구조물의 일 측면과 동일한 면을 이루는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 레이저 흡수 영역은 파장이 800 ~ 1200㎚인 레이저를 흡수할 수 있는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 레이저 흡수 영역은 단일 금속 또는 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 레이저 흡수 영역은 금속산화물로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 레이저 흡수 영역은 C, Cu 및 Ti으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 반사막은 Ag 또는 Al을 포함하는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2013134096A1 (en) * 2012-03-09 2013-09-12 Electro Scientific Industries, Inc. Sidewall texturing of light emitting diode structures
KR101378946B1 (ko) * 2013-01-10 2014-04-04 주식회사 세미콘라이트 반도체 발광소자의 제조 방법
KR101378948B1 (ko) * 2013-01-10 2014-04-17 주식회사 세미콘라이트 반도체 발광소자

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