KR20120019655A - 반도체 발광소자 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 발광소자 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시 형태는 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 순차적으로 성장시켜 발광구조물을 형성하는 단계와, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 투명 전도성 산화물 또는 금속으로 이루어진 도전막을 형성하는 단계 및 스파이크 어닐링, 플래시 어닐링 및 레이저 어닐링으로 구성된 그룹으로 선택된 하나의 공정을 적용하여 상기 도전막을 어닐링하는 단계를 포함하는 반도체 발광소자 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따라 얻어진 반도체 발광소자의 경우, 어닐링 시간을 최소화함으로써 발광구조물에 미치는 열적 피해를 최소화함으로써 오믹 컨택 기능 등을 위하여 채용되는 투명 전도성 산화막이나 금속막의 결정성이 향상될 수 있으며, 이에 따라 발광 특성을 향상될 수 있다.
본 발명에 따라 얻어진 반도체 발광소자의 경우, 어닐링 시간을 최소화함으로써 발광구조물에 미치는 열적 피해를 최소화함으로써 오믹 컨택 기능 등을 위하여 채용되는 투명 전도성 산화막이나 금속막의 결정성이 향상될 수 있으며, 이에 따라 발광 특성을 향상될 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 발광소자 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로, 전기적 특성과 광학 특성이 향상될 수 있는 어닐링 공정에 관한 것이다.
반도체 발광소자 중 하나인 발광 다이오드는 전류가 가해지면 p, n형 반도체의 접합 부분에서 전자와 정공의 재결합에 기하여, 다양한 색상의 빛을 발생시킬 수 있는 반도체 장치이다. 이러한 발광 다이오드는 필라멘트에 기초한 광원에 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 III족 질화물 반도체를 이용한 발광소자는 기판 상에 n형 및 p형 반도체층과 그 사이에 형성된 활성층을 구비하는 발광구조물을 성장시킴으로써 얻어지며, 이 경우, 발광구조물의 표면에는 투명 전도성 산화막이나 금속 반사막 등이 형성된다. 이는 외부 전극과의 오믹컨택 기능 또는 반사 기능을 수행하기 위한 것이다. 이러한 투명 전도성 산화막이나 금속 반사막의 경우, 높은 수준의 전기 전도성과 투광성을 갖기 위해서는 결정성이 우수할 필요가 있으며, 결정성이 나빠지면 발광구조물의 품질이 우수하더라도 전체 소자의 특성이 크게 저하된다. 따라서, 당 기술 분야에서는 발광소자에 사용되는 투명 전도성 산화막이나 금속 반사막의 결정성을 향상시킬 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명의 일 목적은 오믹 컨택 기능 등을 위하여 채용되는 투명 전도성 산화막이나 금속막의 결정성을 향상시킬 수 있는 어닐링 공정을 적용함으로써 소자의 발광 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 발광소자 제조방법을 제공하는 것에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 실시 형태는,
기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 순차적으로 성장시켜 발광구조물을 형성하는 단계와, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 투명 전도성 산화물 또는 금속으로 이루어진 도전막을 형성하는 단계 및 스파이크 어닐링, 플래시 어닐링 및 레이저 어닐링으로 구성된 그룹으로 선택된 하나의 공정을 적용하여 상기 도전막을 어닐링하는 단계를 포함하는 반도체 발광소자 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 도전막을 어닐링하는 단계 전에 상기 도전막은 비정질 상태일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 도전막을 어닐링하는 단계는 1초 이하의 시간 동안 실행될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 도전막을 어닐링하는 단계는 상기 도전막에만 에너지가 인가되도록 실행될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 도전막을 형성하는 단계는 상기 도전막을 이루는 소스 물질을 상기 제2 도전형 반도체층 상에 증착하는 단계를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 발광구조물을 일부 제거하여 제1 도전형 반도체층 표면을 노출시키는 단계와, 상기 노출된 제1 도전형 반도체층 표면에 제1 전극을 형성하는 단계 및 상기 도전막 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 도전막은 투광성 오믹컨택층일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 도전막 상에 도전성 지지체를 형성하는 단계와, 상기 기판을 상기 발광구조물로부터 분리하는 단계 및 상기 기판이 분리되어 노출된 제1 도전형 반도체층 표면에 제1 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 도전막은 반사금속층일 수 있다.
본 발명을 이용하여 제조된 반도체 발광소자의 경우, 어닐링 시간을 최소화함으로써 발광구조물에 미치는 열적 피해를 최소화함으로써 오믹 컨택 기능 등을 위하여 채용되는 투명 전도성 산화막이나 금속막의 결정성이 향상될 수 있으며, 이에 따라 발광 특성을 향상될 수 있다.
도 1 내지 10은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자 제조방법을 개략적으로 나타내는 공정 단면도이며, 이 중에서, 도 4 내지 7은 각각 퍼니스(furnace) 어닐링, 스파이크(spike) 어닐링, 플래시(flash) 어닐링 및 레이저(laser) 어닐링의 열 이력 곡선(a)과 어닐링 깊이에 따른 온도 분포(b)를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
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 10은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자 제조방법을 개략적으로 나타내는 공정 단면도이다. 이 중에서, 도 4 내지 7은 각각 퍼니스(furnace) 어닐링, 스파이크(spike) 어닐링, 플래시(flash) 어닐링 및 레이저(laser) 어닐링의 열 이력 곡선(a)과 어닐링 깊이에 따른 온도 분포(b)를 개략적으로 나타낸 그래프이다. 본 실시 형태에 따른 반도체 발광소자 제조방법을 설명하면, 우선, 도 1에 도시된 것과 같이, 기판(100) 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.
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 p형을 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, 제2 도전형 반도체층(103) 상에 도전막(104)을 형성한다. 도전막(104)은 투명 전도성 산화물(Tranparent Conductive Oxide)로 이루어지며, 오믹 컨택과 전류 분산 기능을 위한 것이다. 투명 전도성 산화물로는 ITO, CIO, ZnO 등을 예로 들 수 있다. 본 단계에서의 도전막(104)은 어닐링을 거치기 전으로서 비정질(amorphos) 상태로 형성되며, 증착 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 비정질 상태의 도전막(104)은 소자에 적용될 수 있는 수준의 전기 전도성과 투광성을 제공하지 못하며, 후속 어닐링 공정을 요한다.
다음으로, 도 3에 도시된 것과 같이, 어닐링 장치(200)를 이용하여 비정질 도전막(104)에 에너지를 인가한다. 본 실시 형태의 경우, 레이저(L)를 비정질 도전막(104)에 조사함으로써 어닐링을 수행한다. 이 경우, 레이저(L)를 비정질 도전막(104) 표면을 따라 이동시키면서 비정질 도전막(104) 전체를 어닐링할 수 있다. 도 4 내지 7을 참조하여 4종의 어닐링 공정을 비교하면, 우선, 도 4의 퍼니스 어닐링은 승온 속도와 강온 속도가 느린 것이 특징이며, 이에 따라, 어닐링 대상물은 두께 방향으로 균일한 온도 분포를 가질 수 있다. 다음으로, 도 5의 스파이크 어닐링과 도 6의 플래시 어닐링은 각각 상대적으로 짧은 시간 동안 램프를 이용하여 어닐링 대상물에 에너지를 인가함으로써 열처리를 수행하는 것으로서, 플래시 어닐링이 스파이크 어닐링보다 짧은 시간 안에 이루어진다. 스파이크 어닐링과 플래시 어닐링은 퍼니스 어닐링과 비교하여 승온과 강온 시간이 짧으며, 특히, 플래시 어닐링의 경우, 어닐링 대상은 표면과 그 내부에서 온도 분포가 다소 불균일하게 된다. 마지막으로, 도 7의 레이저 어닐링은 앞서 설명한 어닐링 공정과 비교하여 가장 짧은 시간 동안 실행될 수 있으며, 예를 들어, 어닐링 대상에 순간적으로 1회 조사에 의해서도 어닐링이 수행될 수 있다.
한편, 투명 전도성 산화물로 이루어진 비정질 도전막(104)은 어닐링 시간을 증가시킬수록 전기전도성과 투광성이 향상되는 경향을 보이며, 이는 어닐링 과정에서 투명 전도성 산화물의 입계 성장이 증가되면서 결정성이 생기기 때문이다. 따라서, 비정질 도전막(104)을 충분한 시간 동안 어닐링하기 위하여 퍼니스 어닐링을 수행하는 것이 바람직하나, 상대적으로 긴 시간 동안의 퍼니스 어닐링 과정에서, 도저막(103) 하부에 위치한 발광구조물을 이루는 반도체층에 열적으로 영향을 미치게 된다. 따라서, 퍼니스 어닐링의 경우에는 어닐링 온도와 시간을 높이는데 한계가 있으며, 본 실시 형태에서는 가급적 열을 인가하는 시간을 짧게 하기 위하여 레이저 어닐링을 사용하였다. 레이저 어닐링을 이용할 경우, 발광구조물을 제외하고 비정질 도전막(104)에만 국부적으로 고밀도의 에너지를 인가할 수 있으므로, 발광구조물에 미치는 열적인 영향을 최소화시킨 상태로 비정질 도전막(104)을 결정화시킬 수 있다. 다만, 본 실시 형태에서는 레이저 어닐링을 이용한 예를 설명하고 있으나, 짧은 시간, 예컨대, 대략 1초 이하의 시간 안에 실행될 수 있는 다른 어닐링 공정, 즉, 스파이크 어닐링 및 플래시 어닐링도 이용될 수 있다.
본 어닐링 단계에 의하여, 도 8에 도시된 것과 같이, 비정질 도전막(104)은 결정성을 갖는 도전막(104`)으로 변화될 수 있으며, 이렇게 얻어진 도전막(104`)은 전기 전도성과 투광성이 향상되어 발광소자의 투명 전극으로 유용하게 사용될 수 있다. 나아가, 앞서 설명한 바와 같이, 어닐링 과정 중에 발광구조물에 미치는 열적인 영향이 최소화되어 소자의 발광 특성이 저하되는 것도 방지할 수 있다.
다음으로, 소자에 전기 신호를 인가하기 위한 제1 및 제2 전극(105a, 105b)을 형성한다. 본 실시 형태의 경우, 발광구조물과 도전막(104`)의 일부를 제거하여 노출된 제1 도전형 반도체층(101)의 표면에 제1 전극(105a)을 형성하고, 도전막(104`) 상에 제2 전극(105b)을 형성하였다. 다만, 실시 형태에 따라, 도전막(104a)을 형성하기 전에 발광구조물의 일부를 제거하여 제1 전극(105a) 형성을 위한 영역을 확보하여 둘 수도 있을 것이다.
한편, 본 실시 형태에서는 투명 전도성 산화물로 이루어진 도전막(104`)을 예로 들었으나, 도 10에 도시된 것과 같이, 도전막(104``)은 Ag, Al 등과 같은 반사금속층이 될 수도 있다. 반사금속층(104``)은 발광소자가 플립 칩 구조에 실장될 경우에 활성층(102)에서 방출된 광을 기판(100) 방향으로 반사시키는 기능을 수행하며, 앞선 실시 형태와 마찬가지로, 레이저 어닐링(또는 스파이크, 플래시 어닐링)에 의하여 결정화됨으로써 반사 성능이 향상되고, 발광구조물의 특성 저하를 방지할 수 있다. 이러한 금속 반사막은 수직 구조 소자에서도 이용될 수 있다.
구체적으로, 도 11은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 반도체 발광소자 제조방법에 의하여 얻어질 수 있는 반도체 발광소자를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 11을 참조하면, 수직구조 반도체 발광소자는 제1 도전형 반도체층(201), 활성층(202) 및 제2 도전형 반도체층(203)로 구성된 발광구조물을 구비하며, 제2 도전형 반도체층(203)의 표면에 반사금속층(204)과 도전성 지지체(205)가 형성된다. 도전성 지지체(205)는 발광구조물을 지지하는 지지체의 역할을 수행하며, Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, GaAs 중 어느 하나를 포함하는 물질, 예컨대, Si 기판에 Al이 도핑된 물질로 이루어질 수 있다. 반도체 성장용 기판 - 도 10에서는 미도시, 도 1의 기판(100)에 해당 - 은 레이저 리프트 오프와 같은 공정으로 제거되며, 반도체 성장용 기판이 제거되어 노출된 제1 도전형 반도체층(201)의 표면에는 제1 전극(206)이 형성된다. 반사금속층(204)은 Ag, Al 등과 같은 금속으로 이루어지며, 본 발명에서 제안하는 레이저 어닐링 등과 같이 짧은 시간에 수행되는 열처리 거침으로써, 오믹 컨택 기능과 광 반사 기능의 향상을 기대할 수 있다.
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
104: 비정질 도전막 104`: 결정성을 갖는 도전막
104``, 204: 반사금속층 205: 도전성 지지체
102: 활성층 103: 제2 도전형 반도체층
104: 비정질 도전막 104`: 결정성을 갖는 도전막
104``, 204: 반사금속층 205: 도전성 지지체
Claims (9)
- 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 순차적으로 성장시켜 발광구조물을 형성하는 단계;
상기 제2 도전형 반도체층 상에 투명 전도성 산화물 또는 금속으로 이루어진 도전막을 형성하는 단계; 및
스파이크 어닐링, 플래시 어닐링 및 레이저 어닐링으로 구성된 그룹으로 선택된 하나의 공정을 적용하여 상기 도전막을 어닐링하는 단계;
를 포함하는 반도체 발광소자 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 도전막을 어닐링하는 단계 전에 상기 도전막은 비정질 상태인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 도전막을 어닐링하는 단계는 1초 이하의 시간 동안 실행되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 도전막을 어닐링하는 단계는 상기 도전막에만 에너지가 인가되도록 실행되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 도전막을 형성하는 단계는 상기 도전막을 이루는 소스 물질을 상기 제2 도전형 반도체층 상에 증착하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 발광구조물을 일부 제거하여 제1 도전형 반도체층 표면을 노출시키는 단계;
상기 노출된 제1 도전형 반도체층 표면에 제1 전극을 형성하는 단계; 및
상기 도전막 상에 제2 전극을 형성하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
- 제6항에 있어서,
상기 도전막은 투광성 오믹컨택층인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 도전막 상에 도전성 지지체를 형성하는 단계;
상기 기판을 상기 발광구조물로부터 분리하는 단계; 및
상기 기판이 분리되어 노출된 제1 도전형 반도체층 표면에 제1 전극을 형성하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
- 제8항에 있어서,
상기 도전막은 반사금속층인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 제조방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020100082986A KR20120019655A (ko) | 2010-08-26 | 2010-08-26 | 반도체 발광소자 제조방법 |
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|---|---|---|---|
| KR1020100082986A KR20120019655A (ko) | 2010-08-26 | 2010-08-26 | 반도체 발광소자 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| KR1020100082986A KR20120019655A (ko) | 2010-08-26 | 2010-08-26 | 반도체 발광소자 제조방법 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013183876A1 (ko) * | 2012-06-08 | 2013-12-12 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광소자, 발광소자 패키지 및 라이트 유닛 |
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-
2010
- 2010-08-26 KR KR1020100082986A patent/KR20120019655A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2013183876A1 (ko) * | 2012-06-08 | 2013-12-12 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광소자, 발광소자 패키지 및 라이트 유닛 |
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