KR20110111981A - Semiconductor light emitting device and fabrication method thereof - Google Patents
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Abstract
실시 예는 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
실시 예에 따른 반도체 발광소자는, 아래에 복수의 로드를 포함하는 제1반도체층; 상기 제1반도체층의 로드 사이에 에어 갭부; 상기 제1반도체층 아래에 상기 로드 및 상기 에어 갭부에 연결된 적어도 하나의 구멍을 포함하는 기판; 및 상기 제1반도체층 위에 형성된 복수의 화합물 반도체층을 포함한다.The embodiment relates to a semiconductor light emitting device and a method of manufacturing the same.
In an embodiment, a semiconductor light emitting device may include a first semiconductor layer including a plurality of rods; An air gap portion between the rods of the first semiconductor layer; A substrate including at least one hole connected to the rod and the air gap portion under the first semiconductor layer; And a plurality of compound semiconductor layers formed on the first semiconductor layer.
Description
실시 예는 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The embodiment relates to a semiconductor light emitting device and a method of manufacturing the same.
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.Group III-V nitride semiconductors are spotlighted as core materials of light emitting devices such as light emitting diodes (LEDs) or laser diodes (LDs) due to their physical and chemical properties. The III-V nitride semiconductor is usually made of a semiconductor material having a composition formula of In x Al y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1).
발광 다이오드(Light Emitting Diode : LED)는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기를 적외선 또는 빛으로 변환시켜서 신호를 주고 받거나, 광원으로 사용되는 반도체 소자의 일종이다.A light emitting diode (LED) is a kind of semiconductor device that transmits and receives a signal by converting electricity into infrared light or light using characteristics of a compound semiconductor.
이러한 질화물 반도체 재료를 이용한 LED 혹은 LD(Laser Diode)의 광을 얻기 위한 발광 소자에 많이 사용되고 있으며, 단말기의 키패드 발광부, 전광판, 조명 장치 등 제품의 광원으로 응용되고 있다. It is widely used as a light emitting device for obtaining light of an LED or LD (Laser Diode) using such a nitride semiconductor material, and is applied as a light source of a product such as a keypad light emitting part of a terminal, an electric signboard, a lighting device, and the like.
실시 예는 반도체층의 결정 결함을 줄이고 광 추출 효과를 개선시켜 줄 수 있는 광자 결정 구조가 형성된 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공한다.The embodiment provides a semiconductor light emitting device having a photonic crystal structure capable of reducing crystal defects of a semiconductor layer and improving light extraction effects, and a method of manufacturing the same.
실시 예는 제1반도체층 아래에 복수의 로드 또는/및 에어 갭부를 포함하는 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공한다.The embodiment provides a semiconductor light emitting device including a plurality of rods and / or air gaps under a first semiconductor layer and a method of manufacturing the same.
실시 예는 기판과 제1반도체층 사이의 마스크층을 노출시킨 후, 상기 마스크층의 제거하여, 상기 마스크층의 크기에 대응되는 에어 갭부를 형성할 수 있도록 한 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공한다.The embodiment provides a semiconductor light emitting device and a method of manufacturing the same, wherein the mask layer between the substrate and the first semiconductor layer is exposed and then the mask layer is removed to form an air gap portion corresponding to the size of the mask layer. do.
실시 예는 제1반도체층 아래에 복수의 로드 및 에어 갭부를 배치하여 성장 기판을 용이하게 제거할 수 있도록 한 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공한다.The embodiment provides a semiconductor light emitting device and a method of manufacturing the same, in which a plurality of rods and air gaps are disposed under a first semiconductor layer so that the growth substrate can be easily removed.
실시 예에 따른 반도체 발광소자는, 아래에 복수의 로드를 포함하는 제1반도체층; 상기 제1반도체층의 로드 사이에 에어 갭부; 상기 제1반도체층 아래에 상기 로드 및 상기 에어 갭부에 연결된 적어도 하나의 구멍을 포함하는 기판; 및 상기 제1반도체층 위에 형성된 복수의 화합물 반도체층을 포함한다. According to an embodiment, a semiconductor light emitting device may include a first semiconductor layer including a plurality of rods below; An air gap portion between the rods of the first semiconductor layer; A substrate including at least one hole connected to the rod and the air gap portion under the first semiconductor layer; And a plurality of compound semiconductor layers formed on the first semiconductor layer.
실시 예에 따른 반도체 발광소자 제조방법은, 기판 위에 복수의 로드 구멍을 갖는 마스크층을 형성하는 단계; 상기 복수의 로드 구멍을 통해 3족-5족 화합물 반도체를 이용하여 복수의 로드를 형성하는 단계; 상기 마스크층을 제거하여 에어 갭부를 형성하는 단계; 및 상기 복수의 로드 위에 제1반도체층을 형성하는 단계를 포함한다. A method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to the embodiment includes forming a mask layer having a plurality of rod holes on a substrate; Forming a plurality of rods using the Group III-V compound semiconductor through the plurality of rod holes; Removing the mask layer to form an air gap portion; And forming a first semiconductor layer on the plurality of rods.
실시 예에 따른 반도체 발광소자 제조방법은, 기판 위에 복수의 로드 구멍을 갖는 마스크층을 형성하는 단계; 상기 복수의 로드 구멍을 통해 제1반도체층을 포함하는 발광 구조물을 형성하는 단계; 상기 기판의 하면을 통해 구멍을 형성하여 상기 마스크층을 노출하는 단계; 상기 마스크층을 제거하여, 상기 제1반도체층 아래에 복수의 로드 및 에어 갭부를 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to the embodiment includes forming a mask layer having a plurality of rod holes on a substrate; Forming a light emitting structure including a first semiconductor layer through the plurality of rod holes; Forming a hole through a lower surface of the substrate to expose the mask layer; Removing the mask layer to form a plurality of rod and air gap portions under the first semiconductor layer.
실시 예는 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다. The embodiment can improve light extraction efficiency.
실시 예는 에피 성장에 따른 결함을 줄일 수 있다.The embodiment can reduce defects due to epitaxial growth.
실시 예는 광자 결정 구조를 이용하여 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다.The embodiment can improve light extraction efficiency by using a photonic crystal structure.
실시 예는 하이브리드 광자 결정을 이용하여 에피 성장에 따른 결정 결함을 줄이고 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다. Embodiments may use hybrid photonic crystals to reduce crystal defects due to epitaxial growth and to improve light extraction efficiency.
실시 예는 반도체 발광소자의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다. The embodiment can improve the reliability of the semiconductor light emitting device.
실시 예는 LLO 방식에 의한 반도체 결정 구조의 손상을 최소화할 수 있다.The embodiment can minimize damage to the semiconductor crystal structure by the LLO method.
도 1내지 도 7은 제1실시 예에 따른 반도체 발광소자 제조과정을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 6을 이용한 수평형 반도체 발광소자이다.
도 9내지 도 15는 제2실시 예에 따른 반도체 발광소자 제조과정을 나타낸 도면이다.
도 16은 도 15를 이용한 수평형 반도체 발광소자를 나타낸 도면이다.
도 17은 도 15를 이용한 수직형 반도체 발광소자를 나타낸 도면이다.
도 18은 도 15를 이용한 수직형 반도체 발광소자를 나타낸 도면이다.
도 19 및 도 20은 제3실시 예에 따른 반도체 발광소자 제조과정을 나타낸 도면이다.
도 21은 실시 예에 따른 발광소자 패키지를 나타낸 측 단면도이다.1 to 7 illustrate a process of manufacturing a semiconductor light emitting device according to the first embodiment.
FIG. 8 is a horizontal semiconductor light emitting device using FIG. 6.
9 to 15 illustrate a process of fabricating a semiconductor light emitting device according to the second embodiment.
FIG. 16 is a view illustrating a horizontal semiconductor light emitting device using FIG. 15.
FIG. 17 illustrates a vertical semiconductor light emitting device using FIG. 15.
FIG. 18 illustrates a vertical semiconductor light emitting device using FIG. 15.
19 and 20 illustrate a process of fabricating a semiconductor light emitting device according to a third embodiment.
21 is a side cross-sectional view showing a light emitting device package according to the embodiment.
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.In the description of an embodiment, each layer (film), region, pattern or structure is formed to be "on" or "under" the substrate, each layer (film), region, pad or pattern. In the case described, "on" and "under" include both the meanings of "directly" and "indirectly". In addition, the criteria for the top or bottom of each layer will be described with reference to the drawings.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.In the drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity of description. In addition, the size of each component does not necessarily reflect the actual size.
도 1내지 도 7은 제1실시 예에 따른 반도체 발광소자 제조과정을 나타낸 도면이다.1 to 7 illustrate a process of manufacturing a semiconductor light emitting device according to the first embodiment.
도 1 및 도 2를 참조하면, 기판(110) 위에는 마스크층(113A)이 형성된다. 상기 기판(110)은 사파이어(Al2O3),SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge 중 적어도 하나를 이용할 수 있다. 여기서, 상기 기판(110) 위에는 버퍼층(미도시)을 형성한 후, 상기 버퍼층(미도시) 위에 상기 마스크층(113A)이 형성될 수 있다.1 and 2, a
상기 마스크층(113A)은 Si02, SiOx, SiNx, SiOxNy, W 등과 같은 물질로 소정 두께 예컨대, 20um 이하로 성장시켜 줄 수 있다. 상가 마스크층(113A)은 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 또는 스퍼터링 방법에 의해 증착된다The
상기 마스크층(113A) 위에 마스크 패턴을 배치한 후, 포토리소그라피와 같은 에칭 방식으로 패터닝하여 복수의 로드 구멍(114)을 형성하게 된다.After the mask pattern is disposed on the
상기 로드 구멍(114)은 기둥 형상 예컨대, 원 기둥 형상 또는 다각 기둥 형상으로 형성될 수 있으며, 이러한 기둥 형상에 대해 한정하지는 않는다. 상기 로드 구멍(114)에는 상기 마스크층(113A)을 통해 상기 기판 상면이 노출될 수 있다. 상기 에칭 방식은 건식 식각 에칭 방식을 이용할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.The
상기 로드 구멍(114)은 일정 간격 또는 불규칙한 간격을 갖고 행/열 방향으로 배치되는 메쉬 형태로 형성될 수 있으며, 이러한 형태는 상기 마스크 패턴에 의해 변경될 수 있다.The
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 마스크층(113A) 사이의 로드 구멍(114)에는 3족-5족 화합물 반도체를 이용한 복수의 로드(115)가 형성되며, 상기 복수의 로드(115)는 상단이 서로 봉합되지 않는 두께로 성장하게 된다. 이러한 로드(115)는 하부의 폭(W1) 보다 상부의 폭(W2)이 큰 상태로 성장을 멈추며, 다른 로드와 봉합되지 않는 형태로 형성하게 된다. 이러한 복수의 로드(115)는 도 4의 평면도와 같이, 인접한 로드(116)들 사이의 일부 영역이 소정 간격으로 되어, 소정의 갭(116)을 갖고 있어, 상기 마스크층(113A)의 상단이 노출된다. 2 and 3, a plurality of
상기 로드(115)는 언도프드 반도체층 또는 제1도전형 도펀트가 도핑된 반도체층을 포함하며, 상기 제1도전형 도펀트는 N형 도펀트를 포함할 수 있다.The
도 3 및 도 5를 참조하면, 상기 갭(116)을 통해 습식 에칭 액을 이용하여, 상기 마스크층(113A)을 제거하게 된다. 상기 습식 에칭은 상기 마스크층(113A)을 에칭할 수 있는 용액(예: HF 또는/및 NH4F 등)을 이용하여 소정 시간 동안 수행되며, 이에 따라 상기 마스크층(113A)은 도 5와 같이 완전하게 제거된다.3 and 5, the
상기 마스크층(113A)이 제거된 영역은 에어 갭부(113)가 형성되며, 상기 에어 갭부(113)는 서로 연결된다. 이에 따라 상기 기판(111) 위에는 에어 갭부(113) 및 복수의 로드(115)가 형성된다. An
상기 복수의 로드(115) 사이의 갭(116)은 5um 이하의 간격 또는 반도체 재료가 상기 에어 갭부(113)를 통해 성장되지 않는 간격으로 형성될 수 있다.The
상기 복수의 로드(115) 위에는 3족-5족 화합물 반도체를 이용한 제1반도체층(121), 상기 제1반도체층(121) 위에 활성층(123), 상기 활성층(123) 위에는 제2도전형 반도체층(125)이 형성될 수 있다. The
상기 제1반도체층(121)은 복수의 로드(115) 위에 단층 구조 또는 다층 구조로 형성될 수 있다. 상기 단층 구조인 경우 제1도전형 반도체층으로 형성될 수 있고, 상기 다층 구조인 경우 하층에 언도프드 반도체층 및 상층에 제1도전형 반도체층이 형성된 구조를 포함할 수 있다.The
상기 3족-5족 화합물 반도체는 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등과 같은 반도체를 포함하며, 상기 제1도전형 반도체층인 경우 상기 3족-5족 화합물 반도체에 제1도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층이 N형 반도체층인 경우, 상기 제1도전형 도펀트는 N형 도펀트로서, Si, Ge, Sn , Se, Te를 포함한다.The Group III-V compound semiconductor includes, for example, a semiconductor such as GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP, and the like. The first conductive dopant may be doped into the Group III-V compound semiconductor. When the first conductive semiconductor layer is an N-type semiconductor layer, the first conductive dopant is an N-type dopant and includes Si, Ge, Sn, Se, and Te.
상기 3족-5족 질화물 반도체의 성장 장비는 전자빔 증착기, PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), PLD(plasma laser deposition), 이중형의 열증착기(dual-type thermal evaporator) 스퍼터링(sputtering), MOCVD(metal organic chemical vapor deposition) 등에 의해 형성할 수 있으며, 이러한 장비로 한정하지는 않는다. The growth equipment of the Group III-V group nitride semiconductors includes electron beam evaporators, physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), plasma laser deposition (PLD), and dual-type thermal evaporator sputtering. ), Metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), and the like, but is not limited thereto.
상기 제1반도체층(121)은 상기 복수의 로드(115)로부터 성장된 후, 상기 에어 갭부(113) 위에 수평 성장이 더 촉진되도록 성장되어 서로 봉합된다. 이러한 제1반도체층(121)은 상면은 평탄하게 성장시켜 줄 수 있다.After the
상기 제1반도체층(121) 및 복수의 로드(115)가 GaN인 경우, CVD(또는 MOCVD) 방법으로 형성할 수 있다. 예를 들면, Ga를 위한 소스 가스에는 트리메틸갈륨(TMGa) 또는 트리에틸갈륨(TEGa) 등의 3족 가스를 사용하며, N을 위한 소스 가스에는 암모니아(NH3), 모노메틸히드라진(MMHy) 또는 디메틸히드라진(DMHy) 등의 5족 가스를 사용할 수 있다. When the
상기 제1반도체층(121)은 성장 온도, 5족 가스와 3족 가스의 비율, 성장 압력과 같은 성장 조건을 조절하여 성장시켜 줄 수 있다. 이 경우, 상기 제1반도체층(121)은 성장 초기에 상기 복수의 로드(115)부터 성장되며(수직 성장 촉진조건), 성장 시간이 지남에 따라 상기 에어 갭부(113)의 갭(116A) 영역에 성장되어 서로 봉합된다(수평 성장 촉진조건). 상기 제1반도체층(121)의 성장시 제1도전형 도펀트를 첨가하여 줄 수 있다. The
상기 수직 성장 촉진조건은 압력을 높이고, 성장 온도는 낮추고, Ga 유량은 많은 조건들을 선택적으로 이용하여 수직 성장시켜 주게 된다. 또한 수평 성장 촉진조건은 상기 수직성장 촉진조건의 성장 온도를 점차 높여 주는 등 상기 수직 성장 조건을 반대 방향으로 제어하여 성장시켜 줄 수 있다. 이러한 성장 조건은 실시 예의 기술적 범위 내에서 조절할 수 있다.The vertical growth promoting condition increases the pressure, lowers the growth temperature, and the Ga flow rate allows vertical growth using a number of conditions selectively. In addition, the horizontal growth promoting conditions may be grown by controlling the vertical growth conditions in the opposite direction, such as gradually increasing the growth temperature of the vertical growth promoting conditions. These growth conditions can be adjusted within the technical scope of the embodiment.
상기 제1반도체층(121)이 에어 갭부(113) 위에 배치됨으로써, 상기 제1반도체층(121) 내에서의 결함을 최소화할 수 있다. 즉, 상기 기판(110)과의 격자 부정합에 의한 결함을 줄여줄 수 있다.Since the
상기 활성층(123)은 단일 양자 우물 구조, 양자 선 구조, 양자 점 구조 또는 다중 양자 우물 구조로 형성될 수 있으며, 청색 파장의 광, 레드 파장의 광, 녹색 파장의 광 등의 가시 광선의 광을 발광하는 재료를 포함할 수 있다. 상기 양자 우물 구조는 우물층과 장벽층이 주기적으로 형성될 수 있으며, 상기 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭으로 형성될 수 있다. 상기 활성층(123)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층이 형성될 수 있으며, 상기 도전형 클래드층은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있다.The
상기 제2도전형 반도체층(125)은 제2도전형 도펀트가 도핑된 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등과 같은 화합물 반도체 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(125)이 P형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 P형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등에서 적어도 하나가 첨가될 수 있다. The second
반도체 발광소자(100)는 상기 제2도전형 반도체층(125) 위에 투명전극층(미도시), 반사전극층(미도시) 및 제1전극(미도시) 중에서 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 투명 전극층은 ITO, ZnO, IrOx, RuOx, NiO의 물질 중에서 선택되어 형성될 수 있다. 상기 반사전극층은 Al, Ag, Pd, Rh, Pt, Ir 등을 선택적으로 포함할 수 있다.The semiconductor
상기 제1반도체층(121)이 P형 반도체층을 포함한 경우, 상기 제2도전형 반도체층(125)은 N형 반도체층으로 구현할 수 있다. 또한 상기 제2도전형 반도체층(125) 위에 N형 반도체층 또는 P형 반도체층을 형성할 수도 있다. 이에 따라 발광 구조물은 N-P 접합 구조, P-N 접합 구조, N-P-N 접합 구조, P-N-P 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다. When the
상기 반도체 발광소자(100)는 도 6 및 도 7과 같이 기판(111) 위에 발광 구조물(121,123,125)이 로드(115)에 의해 이격된 형상으로 배치됨으로써, 에피 성장에 따른 결함을 줄이고 광 추출 효과를 개선시켜 줄 수 있다. 6 and 7, the
상기 제 1반도체층(121)의 굴절률은 2.12~2.44이며, 상기 에어 갭부(113)의 굴절률은 1이다. 이러한 굴절률 차이로 인해 상기 제1반도체층(121) 및 상기 에어 갭부(113)는 진행하는 광의 임계각을 변화시켜 줄 수 있어 광 추출 효과가 개선될 수 있다. 상기 에어 갭부(113)는 상기 제1반도체층(121) 아래에 2차원 광자 결정 구조를 제공함으로써, 광 추출 효과를 개선시켜 줄 수 있다.
The refractive index of the
도 8은 도 6을 이용한 수평형 반도체 발광소자를 나타낸 측 단면도이다.8 is a side cross-sectional view illustrating a horizontal semiconductor light emitting device using FIG. 6.
도 8을 참조하면, 반도체 발광소자(100A)는 메사 에칭을 통해 제1반도체층(121)을 노출시키고 제1전극(131)을 형성하며, 제2도전형 반도체층(125) 위에 제2전극(133)을 형성할 수 있다. Referring to FIG. 8, the semiconductor
여기서, 상기 제2도전형 반도체층(125) 위 또는 상기 제2전극(133) 위에는 광 추출 재료 또는 전류 확산 재료로서 투명 전극층이나 러프니스 구조가 배치될 수 있다.Here, a transparent electrode layer or roughness structure may be disposed on the second
도 9내지 도 15는 제2실시 예에 따른 반도체 발광소자 제조과정을 나타낸 도면이다. 상기 제2실시 예를 설명함에 있어서, 제1실시 예와 동일한 부분에 대해서는 제1실시 예를 참조하며, 중복 설명은 간략하게 설명하기로 한다.9 to 15 illustrate a process of fabricating a semiconductor light emitting device according to the second embodiment. In the description of the second embodiment, the same parts as in the first embodiment are referred to the first embodiment, and redundant description will be briefly described.
도 9 및 도 10을 참조하면, 기판(151) 위에는 마스크층(153A)이 형성된다. 상기 기판(151)은 사파이어(Al2O3),SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge 중 적어도 하나를 이용할 수 있다. 9 and 10, a
상기 마스크층(153A)은 Si02, SiOx, SiNx, SiOxNy, W 등과 같은 물질로 소정 두께 예컨대, 20um 이하로 성장시켜 줄 수 있다. 상가 마스크층(153A)은 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 또는 스퍼터링 방법에 의해 증착된다The
상기 마스크층(153A) 위에 마스크 패턴을 배치한 후, 포토리소그라피와 같은 에칭 방식으로 패터닝하여 복수의 로드 구멍(154)을 형성하게 된다.After the mask pattern is disposed on the
상기 로드 구멍(154)은 기둥 형상 예컨대, 원 기둥 형상 또는 다각 기둥 형상으로 형성될 수 있으며, 이러한 기둥 형상에 대해 한정하지는 않는다. 상기 로드 구멍(154)에는 상기 마스크층(153A)을 통해 상기 기판 상면이 노출될 수 있다. 상기 에칭 방식은 건식 식각 에칭 방식을 이용할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.The
상기 로드 구멍(154)은 일정 간격 또는 불규칙한 간격을 갖고 행/열 방향으로 배치되는 메쉬 형태로 형성될 수 있으며, 이러한 형태는 상기 마스크 패턴에 의해 변경될 수 있다.The
도 11을 참조하면, 상기 마스크층(153A) 사이의 로드 구멍(154)에는 3족-5족 화합물 반도체를 이용한 복수의 로드(155)가 형성되며, 상기 복수의 로드(155)는 상단이 서로 봉합되어 성장되어, 제1반도체층(161)으로 형성된다. Referring to FIG. 11, a plurality of
상기 복수의 로드(155) 위에는 3족-5족 화합물 반도체를 이용한 제1반도체층(161), 상기 제1반도체층(161) 위에는 활성층(163), 상기 활성층(163) 위에는 제2도전형 반도체층(165)이 순차적으로 형성될 수 있다. The
상기 제1반도체층(161)은 복수의 로드(155)와 동일한 물질 또는 다른 물질로 형성될 수 있다. 상기 복수의 로드(155)는 3족-5족 화합물 반도체를 이용한 언도프드 반도체 또는 도전형 반도체로 형성될 수 있다. 상기 제1반도체층(161)은 제1도전형 반도체층으로 형성될 수 있다.The
상기 3족-5족 화합물 반도체는 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등과 같은 반도체를 포함한다. 상기 제1반도체층(161)이 N형 반도체층인 경우, 상기 제1도전형 도펀트는 N형 도펀트로서, Si, Ge, Sn , Se, Te를 포함한다.The Group III-V compound semiconductors include, for example, semiconductors such as GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP, and the like. When the
상기 제1반도체층(161)은 상기 복수의 로드(155)로부터 성장된 후, 상기 마스크층(153A)위에 봉합되며, 그 상면은 상면은 평탄하게 성장될 수 있다. 상기 제1반도체층(161)은 성장 온도, 5족 가스와 3족 가스의 비율, 성장 압력과 같은 성장 조건을 조절하여 성장시켜 줄 수 있다. 이러한 성장 조건은 실시 예의 기술적 범위 내에서 조절할 수 있다.After the
상기 제1반도체층(161)이 상기 마스크층(153A) 위에 배치됨으로써, 상기 제1반도체층(161) 내에서의 결함을 최소화할 수 있다. 즉, 상기 기판(151)과의 격자 부정합에 의한 결함을 줄여줄 수 있다.Since the
상기 제1반도체층(161) 위에 활성층(163) 및 상기 제2도전형 반도체층(165)이 형성된다. 상기 제1반도체층(161), 상기 활성층(163) 및 상기 제2도전형 반도체층(165)는 발광 구조물(160)로 정의될 수 있다. 또한 상기 발광 구조물(160)은 상기 제2도전형 반도체층(125) 위에 N형 반도체층이 적층될 수 있으며, 이러한 발광 구조물과 그 위에 적층되는 물질 층에 대한 설명은 제1실시 예를 참조하기로 한다. An
그리고, 상기 기판(151)의 저면을 통해 상면까지 관통되는 구멍(151A)을 형성하게 된다. 상기 구멍(151A)은 상기 마스크층(153A)을 노출하는 통로로서, 도 12와 같이 복수의 구멍 형태로 형성하거나, 도 13의 구멍(151B)과 같이 다각형 또는 원 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 구멍(151B)은 오픈 루프 형상 또는 폐 루프 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 구멍 형상은 실시 예의 기술적 범위 내에서 다양하게 변경할 수 있다.A
도 14 및 도 15를 참조하면, 칩 경계 영역(D1)에 대해 에칭을 수행하여, 상기 마스크층(153A)의 에지 부분(B1)을 노출시켜 준다.14 and 15, the chip boundary region D1 is etched to expose the edge portion B1 of the
상기 기판(151)의 구멍(151A)과 상기 칩 경계 영역을 통해 상기 마스크층(153A)을 습식 에칭하여, 상기 마스크층(153A)을 제거하게 된다. 상기 습식 에칭은 상기 마스크층(153A)을 에칭할 수 있는 용액(예: HF 또는/및 NH4F 등)을 이용하여 소정 시간 동안 수행되며, 이에 따라 상기 마스크층(153A)은 도 15와 같이 완전하게 제거된다.The
상기 마스크층(153A)이 제거된 영역은 에어 갭부(153)가 형성되며, 상기 에어 갭부(153)는 서로 연결된다. 이에 따라 상기 기판(151)과 상기 제1반도체층(161) 사이에는 에어 갭부(153) 및 복수의 로드(155)가 배치된다. An
반도체 발광소자(101)는 상기 기판(151) 위에 발광 구조물(161,163,165)이 상기 로드(155)를 통해 성장됨으로써, 에피 성장에 따른 결함을 줄이고 광 추출 효과를 개선시켜 줄 수 있다.In the semiconductor
상기 제 1반도체층(161)의 굴절률과 상기 에어 갭부(153)의 굴절률 차이에 의해 진행하는 광의 임계각을 변화시켜 줄 수 있어 광 추출 효과가 개선될 수 있다. 상기 에어 갭부(153)는 상기 제1반도체층(161) 아래에 2차원 광자 결정 구조를 제공함으로써, 광 추출 효과를 개선시켜 줄 수 있다.
The light extraction effect can be improved by changing the critical angle of the light propagated by the difference in the refractive index of the
도 16은 도 15를 이용한 수평형 반도체 발광소자를 나타낸 측 단면도이다.FIG. 16 is a side cross-sectional view illustrating a horizontal semiconductor light emitting device using FIG. 15.
도 16을 참조하면, 반도체 발광소자(101A)는 메사 에칭을 통해 제1반도체층(161)을 노출시키고 제1전극(131)을 형성하며, 제2도전형 반도체층(165) 위에 제2전극(133)을 형성할 수 있다. Referring to FIG. 16, the semiconductor
여기서, 상기 제2도전형 반도체층(165) 위 또는 상기 제2전극(133) 위에는 광 추출 재료 또는 전류 확산 재료로서 투명 전극층이나 러프니스 구조가 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
Here, a transparent electrode layer or a roughness structure may be disposed on the second
도 17은 도 15를 이용한 수직형 반도체 발광소자를 나타낸 측 단면도이다.17 is a side cross-sectional view illustrating a vertical semiconductor light emitting device using FIG. 15.
도 17을 참조하면, 반도체 발광소자(102)는 기판(151) 저면 및 상기 구멍(151A)을 통해 제1전극(131A)을 형성하게 된다. 상기 제1전극(131A)은 상기 기판(151)의 구멍(151A)을 통해 상기 복수의 로드 또는/및 상기 에어 갭부 영역에 형성됨으로써, 상기 제1반도체층(161) 아래에 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라 상기 제1반도체층(161)은 상기 기판 하부를 통해 전원을 공급받게 되며, 이러한 전원 공급 구조는 상기 기판(151)의 구멍(151A) 형상 및 구조에 의해 달라질 수 있다.
Referring to FIG. 17, the semiconductor
도 17은 도 15를 이용한 수직형 반도체 발광소자를 나타낸 측 단면도이다.17 is a side cross-sectional view illustrating a vertical semiconductor light emitting device using FIG. 15.
도 17을 참조하면, 반도체 발광소자(102)는 기판(151) 저면 및 상기 구멍(151A)을 통해 제1전극(131A)을 형성하게 된다. 상기 제1전극(131A)은 상기 기판(151)의 구멍(151A)을 통해 상기 복수의 로드 또는/및 상기 에어 갭부 영역에 형성됨으로써, 상기 제1반도체층(161) 아래에 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라 상기 제1반도체층(161)은 상기 기판 하부를 통해 전원을 공급받게 되며, 이러한 전원 공급 구조는 상기 기판(151)의 구멍(151A) 형상 및 구조에 의해 달라질 수 있다.
Referring to FIG. 17, the semiconductor
도 18은 도 15를 이용한 수직형 반도체 발광소자의 다른 예를 나타낸 도면이다.FIG. 18 is a diagram illustrating another example of the vertical semiconductor light emitting device of FIG. 15.
도 15 및 도 18을 참조하면, 반도체 발광소자(103)는 도 15의 제2도전형 반도체층(165) 위에 제2전극층(133A)을 형성하게 된다. 상기 제2전극층(133A)은 반사 전극층, 전도성 지지부재 등을 이용하여 적어도 한 층으로 형성될 수 있다.15 and 18, the semiconductor
상기 반사 전극층은 Al, Ag, Pd, Rh, Pt, Ir 등을 선택적으로 포함하며, 상기 전도성 지지부재(156)는 구리(Cu-copper), 금(Au-gold), 니켈(Ni-nickel), 몰리브덴(Mo), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC 등) 등을 선택적으로 포함할 수 있다. The reflective electrode layer may optionally include Al, Ag, Pd, Rh, Pt, Ir, and the like, and the conductive support member 156 may be copper (Cu-copper), gold (Au-gold), or nickel (Ni-nickel). , Molybdenum (Mo), copper-tungsten (Cu-W), carrier wafers (eg, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC, etc.) may be optionally included.
그리고, 상기 제1반도체층(161) 아래의 기판(도 15의 151)을 제거한 후, 상기 제1반도체층(161) 아래에 제1전극(131B)을 형성시켜 준다. 상기 기판(도 15의 151)의 제거 방법은 LLO(Laser Lift Off) 방식으로 제거할 수 있으며, After removing the
여기서, 상기 기판 제거시 상기 기판(도 15의 151)이 상기 제1반도체층(161)의 로드(155)로부터 분리됨으로써, 상기 로드 사이의 가스가 에어(Air)를 통해 외부로 방출되므로, 열 팽창계수 차이에 의한 크랙 결함이 반도체층 내부로 전파되는 영역을 최소화하여 소자 수율 및 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다. 즉, 제1반도체층(161)의 로드(155)는 LLO 방식에 의한 반도체층 결정 구조의 손상을 줄여줄 수 있다.Here, when the substrate is removed, the
또한 상기 기판 제거시, 상기 제1반도체층(161)의 로드 사이즈가 상대적으로 좁은 직경일 때, 상기 제1반도체층(161)의 하부 로드에 대한 습식 에칭 속도가 상대적으로 빠르게 진행될 수 있으며, 안정적인 LLO 방식을 제공할 수 있다.In addition, when the substrate is removed, when the rod size of the
상기 기판이 제거된 상기 제 1반도체층(161)의 하면에 대해 ICP/RIE(Inductively coupled Plasma/Reactive Ion Etching) 공정을 수행할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 이 경우 상기 로드(155)의 일부는 제거될 수 있다. An inductively coupled plasma / reactive ion etching (ICP / RIE) process may be performed on the bottom surface of the
상기 제1전극(131B)은 칩 분리 전 또는 칩 분리 후 형성할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1반도체층(161) 아래 표면은 로드(155)가 제거되어, 단순한 평탄한 층 또는 요철 패턴을 갖는 전도성 반도체가 형성될 수 있다. 이러한 특징은 실시 예의 기술적 범위 내에서 변경될 수 있다.The
상기 반도체 발광소자(103)는 상기 메사 에칭 후 익스펜딩 및 브레이킹(expanding & breaking) 공정을 이용하여 칩 단위로 분리하게 된다. 실시 예는 반도체 발광소자 예컨대, LED를 그 예로 설명하였으나, 상기 기판 위에 형성될 수 있는 다른 반도체 소자에도 적용할 수 있으며, 이러한 기술적인 특징은 상기의 실시 예로 한정되지 않는다. The semiconductor
상기 제1전극(131B)은 상기 복수의 로드(155) 및 상기 제1반도체층(153A)에 직접 접촉될 수 있다. 이 경우 상기 복수의 로드(115)는 상기 제1반도체층(161)의 아래에서 러프니스로 동작하게 되므로, 광 추출 효과를 개선시켜 줄 수 있다.
The
도 19 및 도 20은 제3실시 예에 따른 반도체 발광소자 제조과정을 나타낸 도면이다. 상기 제3실시 예를 설명함에 있어서, 제2실시 예와 동일한 부분에 대해서는 제2실시 예를 참조하며, 중복 설명은 간략하게 설명하기로 한다.19 and 20 illustrate a process of fabricating a semiconductor light emitting device according to a third embodiment. In the description of the third embodiment, the same parts as in the second embodiment are referred to the second embodiment, and redundant description thereof will be briefly described.
도 19를 참조하면, 반도체 발광소자(104)는 기판(151) 위에 제3반도체층(170)을 형성한 후, 마스크층(153A)을 형성한 구조이다. 상기 제3반도체층(170)은 2족 내지 6족 화합물 반도체를 이용하여 소정 두께로 형성될 수 있으며, 예컨대 ZnO층, 버퍼층, 언도프드 반도체층 등을 포함할 수 있다. 상기 제3반도체층(170)의 형성 이후의 과정은 제2실시 예와 동일하므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.Referring to FIG. 19, the semiconductor
도 19 및 도 20을 참조하면, 반도체 발광소자(104)는 기판(151)에 구멍(151)을 형성할 때, 상기 제3반도체층(170)까지 제거하는 형태로 형성하고, 상기 마스크층(153A)을 노출시킨 후, 습식 에칭을 통해 상기 마스크층(153A)을 제거할 수 있다. 이 경우 상기 마스크층(153A)과 상기 기판(151) 사이의 제3반도체층(170)은 제거될 수 있고, 남아있을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 19 and 20, when the
상기 마스크층(153A)이 제거된 에어 갭부(153)와 복수의 로드(155)의 영역을 습식 에칭하거나, 레이저 리프트 오프 방식으로 제거함으로써, 상기 기판(151)을 분리시켜 줄 수 있다. 이 경우, 상기 기판(151)은 제3반도체층(170)과 함께 분리된다.The
도 21은 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지의 단면도이다. 21 is a cross-sectional view of a light emitting device package including a light emitting device according to the embodiment.
도 21을 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자 패키지(30)는 몸체(31)와, 상기 몸체(31)에 설치된 제1 리드전극(32) 및 제2 리드전극(33)과, 상기 몸체(31)에 설치되어 상기 제1 리드전극(32) 및 제2 리드전극(3)과 전기적으로 연결되는 상기 실시예(들)에 따른 발광 소자(100A)와, 상기 발광 소자(100A)를 포위하는 몰딩부재(37)를 포함한다.Referring to FIG. 21, the light emitting
상기 몸체(31)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광 소자(100A)의 주위에 경사면이 형성될 수 있다.The
상기 제1 리드전극(32) 및 제2 리드전극(33)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(100A)에 전원을 제공한다. 또한, 상기 제1 리드전극(32) 및 제2 리드전극(33)은 상기 발광 소자(100A)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광 소자(100A)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.The
상기 발광 소자(100A)는 상기 몸체(31) 상에 설치되거나 상기 제1 리드전극(32) 또는 제2 리드전극(33) 상에 설치될 수 있다.The
상기 발광 소자(100A)는 상기 제1 리드전극(32) 및 제2 리드전극(33)과 와이어(36)로 연결하는 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. The
상기 몰딩부재(37)는 상기 발광 소자(100A)를 포위하여 상기 발광 소자(100A)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(37)에는 형광체가 포함되어 상기 발광 소자(100A)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다. 상기 형광체는 상기 발광 소자(100A) 위에 도포되거나 몰딩 부재(37) 내에 첨가되거나, 소정 이격된 형태로 배치될 수 있다.The
상기 실시 예(들)에 따른 발광소자는 수지 재질이나 실리콘과 같은 반도체 기판, 절연 기판, 세라믹 기판 등에 패키징되고, 지시 장치, 조명 장치, 표시 장치 등의 광원으로 사용될 수 있다. 또한 상기 각 실시 예는 각 실시 예로 한정되지 않고, 상기에 개시된 다른 실시 예에 선택적으로 적용될 수 있으며, 각 실시 예로 한정하지는 않는다. The light emitting device according to the embodiment (s) may be packaged in a semiconductor substrate such as a resin material or silicon, an insulating substrate, a ceramic substrate, or the like, and may be used as a light source such as an indicator device, a lighting device, or a display device. In addition, each embodiment is not limited to each embodiment, it can be selectively applied to other embodiments disclosed above, but is not limited to each embodiment.
상기 실시 예(들)에 따른 발광소자 또는 발광 소자 패키지는 기판 상에 하나 또는 복수개의 단위로 어레이되어 발광 모듈로 구성될 수 있으며, 상기 발광 모듈은 지시 장치(예: 신호등), 조명 장치(예: 조명등, 전조등, 가로등, 형광등), 표시 장치(예: LCD 패널) 등의 광원이나 유닛으로 사용될 수 있다. 상기 발광 모듈의 광 출사 경로에는 면광원화하는 도광판, 반사하는 반사판, 광의 확산이나 편광을 조절하는 확산 시트 또는 프리즘 시트 등의 광학 시트, 렌즈 등을 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.또한 상기 각 실시 예는 각 실시 예로 한정되지 않고, 상기에 개시된 다른 실시 예에 선택적으로 적용될 수 있으며, 각 실시 예로 한정하지는 않는다.
The light emitting device or the light emitting device package according to the embodiment (s) may be configured as a light emitting module by being arranged in one or a plurality of units on a substrate, and the light emitting module may be an indicator device (for example, a traffic light) or an illumination device (for example It can be used as a light source or a unit such as a lighting lamp, a headlamp, a street lamp, a fluorescent lamp), or a display device (eg, an LCD panel). The light output path of the light emitting module may include a light guide plate for surface light, a reflecting plate for reflecting light, an optical sheet such as a diffusion sheet or a prism sheet for controlling the diffusion or polarization of light, and the like, but are not limited thereto. Each embodiment is not limited to each embodiment, but may be selectively applied to other embodiments disclosed above, but is not limited to each embodiment.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Features, structures, effects, and the like described in the above embodiments are included in at least one embodiment of the present invention, and are not necessarily limited to only one embodiment. Furthermore, the features, structures, effects, and the like illustrated in each embodiment may be combined or modified with respect to other embodiments by those skilled in the art to which the embodiments belong. Therefore, it should be understood that the present invention is not limited to these combinations and modifications.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the above description has been made based on the embodiments, these are merely examples and are not intended to limit the present invention. Those skilled in the art to which the present invention pertains may not have been exemplified above without departing from the essential characteristics of the present embodiments. It will be appreciated that many variations and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be modified. And differences relating to such modifications and applications will have to be construed as being included in the scope of the invention defined in the appended claims.
101,101A,102,103:반도체 발광소자, 110: 기판, 113A:마스크층, 114:로드구멍, 115:로드, 113A:에어 갭부, 116:갭, 121,161:제1반도체층, 123,163:활성층, 125,165:제2도전형 반도체층,151:기판 101, 101A, 102, 103: semiconductor light emitting element, 110: substrate, 113A: mask layer, 114: rod hole, 115: rod, 113A: air gap portion, 116: gap, 121,161: first semiconductor layer, 123,163: active layer, 125,165: agent 2 conductive semiconductor layer, 151: substrate
Claims (18)
상기 제1반도체층의 로드 사이에 에어 갭부;
상기 제1반도체층 아래에 상기 로드 및 상기 에어 갭부에 연결된 적어도 하나의 구멍을 포함하는 기판; 및
상기 제1반도체층 위에 형성된 복수의 화합물 반도체층을 포함하는 반도체 발광소자.A first semiconductor layer including a plurality of rods below;
An air gap portion between the rods of the first semiconductor layer;
A substrate including at least one hole connected to the rod and the air gap portion under the first semiconductor layer; And
A semiconductor light emitting device comprising a plurality of compound semiconductor layers formed on the first semiconductor layer.
상기 복수의 로드 구멍을 통해 3족-5족 화합물 반도체를 이용하여 복수의 로드를 형성하는 단계;
상기 마스크층을 제거하여 에어 갭부를 형성하는 단계; 및
상기 복수의 로드 위에 제1반도체층을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 발광소자 제조방법.Forming a mask layer having a plurality of rod holes on the substrate;
Forming a plurality of rods using the Group III-V compound semiconductor through the plurality of rod holes;
Removing the mask layer to form an air gap portion; And
And forming a first semiconductor layer on the plurality of rods.
상기 복수의 로드 구멍을 통해 제1반도체층을 포함하는 발광 구조물을 형성하는 단계;
상기 기판의 하면을 통해 구멍을 형성하여 상기 마스크층을 노출하는 단계;
상기 마스크층을 제거하여, 상기 제1반도체층 아래에 복수의 로드 및 에어 갭부를 형성하는 단계를 포함하는 반도체 발광소자 제조방법.Forming a mask layer having a plurality of rod holes on the substrate;
Forming a light emitting structure including a first semiconductor layer through the plurality of rod holes;
Forming a hole through a lower surface of the substrate to expose the mask layer;
Removing the mask layer to form a plurality of rod and air gap portions under the first semiconductor layer.
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WITN | Withdrawal due to no request for examination |