KR20120029276A - 질화물 단결정 제조 방법, 이를 이용한 질화물 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 측면은, 제 1 및 제 2 도전형 반도체층과 그 사이에 위치하는 활성층을 포함하며, 내부에는 적어도 하나 이상의 그래핀으로 이루어진 마스크패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 질화물 단결정 제조 방법, 이를 이용한 질화물 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
질화갈륨은 트랜지스터, 발광 다이오드를 포함하여 폭넓게 사용되고 있다. 이러한 질화갈륨을 성장시키는 데 중요한 과제는 결함밀도가 낮은 질화갈륨 반도체층을 제조하는 것이다.
최근에는, 측면성장 방식을 이용하여 반도체층을 형성하는 기술이 발광다이오드 제조분야, 특히, GaN계 발광다이오드의 제조분야에서 제안된 바 있다. 즉, 유기 금속 화학 기상 증착(MOCVD)등을 거쳐 반도체층을 기판 위에 성장시키고, 그 성장을 멈춘 후, 이미 성장된 반도체층 위에 SiO2로 이루어진 스트라이프 형상의 패턴층을 형성하고, 그 다음, 패턴층이 형성된 반도체층 위에 다른 반도체층을 횡방향 에피 성장시켜, 그 횡방향 성장된 반도체층에서 전위 등의 격자 결함을 줄이도록 한다.
그러나 이와 같은 경우, SiO2자체의 절연특성으로 인하여 전류전압 특성에 부정적인 영향을 끼치게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 일 목적은 반도체층에서 전위 등의 격자 결함을 줄이면서도, 우수한 전류전압 특성을 구비하는 질화물 단결정 제조 방법, 이를 이용한 질화물 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 실현하기 위해서, 본 발명은,
기판 상에 질화물 베이스층을 형성하는 단계, 상기 질화물 베이스층 상에 복수의 개구를 가지며 그래핀으로 이루어진 마스크층을 형성하는 단계 및 상기 복수의 개구로부터 상기 마스크층 상면으로 질화물 단결정층을 측방향 과성장(lateral overgrowth)하는 단계를 포함하는 질화물 단결정 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 측방향 과성장하는 단계 후에, 상기 질화물 단결정층을 수직방향으로 성장시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 마스크층은 상기 질화물 베이스층 및 상기 질화물 단결정층의 성장과 함께 인시튜(in-situ) 성장되어 얻어질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 측방향 과성장된 질화물 단결정층은 제 1 질화물 단결정층이고, 상기 복수의 개구를 갖는 마스크층은 복수의 제 1 개구를 갖는 제 1 마스크층이며, 상기 제 1 질화물 단결정층을 측방향 과성장하는 단계 후에, 상기 제 1 질화물 단결정층 상에 상기 제 1 개구와 오프셋된 위치에 복수의 제 2 개구를 가지며 그래핀으로 이루어진 제 2 마스크층을 형성하는 단계와, 상기 제 2 마스크층의 제 2 개구로부터 상기 제 2 마스크층 상면으로 질화물 단결정층을 측방향 과성장 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 질화물 베이스층을 형성하는 단계 전에, 상기 기판 상에 버퍼층을 형성하는단계를 더 포함하며, 상기 질화물 베이스층을 형성하는 단계는, 상기 버퍼층 상에 상기 질화물 베이스층을 형성하는 단계일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 질화물 단결정층은 유기금속기상에피택시(MOCVD)법으로 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면은, 제 1 질화물 단결정층;상기 제 1 질화물 단결정층 상면에 형성된 복수의 개구를 가지며 그래핀으로 이루어진 마스크층 및 상기 복수의 개구에 노출된 상기 제 1 질화물 단결정층 영역과 상기 마스크층 상에 형성된 제 2 질화물 단결정층을 질화물 단결정 박막을 제공한다.
한편, 본 발명의 다른 측면은,
기판 상에 질화물 베이스층을 형성하는 단계, 상기 질화물 베이스층 상에 복수의 개구를 가지며 그래핀으로 이루어진 마스크층을 형성하는 단계, 상기 복수의 개구로부터 상기 마스크층 상면으로 제 1 도전형 질화물 반도체층을 측방향 과성장하는 단계 및 상기 제 1 도전형 질화물 반도체층 상에 활성층 및 제 2 도전형 질화물 반도체층을 순차적으로 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 마스크층은 상기 질화물 베이스층 및 상기 제 1 도전형 질화물 반도체층의 성장과 함께 인시튜 성장되어 얻어질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 질화물 베이스층을 형성하는 단계 전에, 상기 기판 상에 버퍼층을 형성하는단계를 더 포함하며, 상기 질화물 베이스층을 형성하는 단계는, 상기 버퍼층 상에 상기 질화물 베이스층을 형성하는 단계일 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 측면은,
기판, 상기 기판 상에 형성된 질화물 베이스층, 상기 질화물 베이스층 상면에 형성된 복수의 개구를 가지며 그래핀으로 이루어진 마스크층, 상기 복수의 개구에 노출된 상기 질화물 베이스층 영역과 상기 마스크층 상에 형성된 제 1 도전형 질화물 반도체층, 상기 제 1 도전형 질화물 반도체층 상에 활성층 및 제 2 도전형 질화물 반도체층을 순차적으로 형성하는 단계를 포함하는 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.
한편, 본 발명의 또 다른 측면은,
반도체 성장용 기판 상에 질화물 베이스층을 형성하는 단계, 상기 질화물 베이스층 상에 복수의 개구를 가지며 그래핀으로 이루어진 마스크층을 형성하는 단계, 상기 복수의 개구로부터 상기 마스크층 상면으로 제 2 도전형 질화물 반도체층을 측방향 과성장하는 단계, 상기 제 2 도전형 질화물 반도체층 상에 활성층 및 제 1 도전형 질화물 반도체층을 순차적으로 형성하는 단계 및 상기 제 1 도전형 반도체층 상에 제 1 도전형 컨택층을 형성하는 단계, 상기 제 2 도전형 질화물 반도체층이 외부로 노출되도록 상기 반도체 성장용 기판을 제거하는 단계를 포함하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법을 제공한다.
한편, 본 발명의 또 다른 측면은,
반도체 성장용 기판 상에 질화물 베이스층을 형성하는 단계, 상기 질화물 베이스층 상에 복수의 개구를 가지며 그래핀으로 이루어진 마스크층을 형성하는 단계, 상기 복수의 개구로부터 상기 마스크층 상면으로 제 2 도전형 질화물 반도체층을 측방향 과성장하는 단계, 상기 제 2 도전형 질화물 반도체층 상에 활성층 및 제 1 도전형 질화물 반도체층을 순차적으로 형성하여 발광구조물을 완성하는 단계, 상기 발광구조물 상에 제 1 도전형 컨택층을 형성하는 단계, 상기 제1 도전형 컨택층 및 발광구조물에 상기 제 1 도전형 컨택층, 제1 도전형 질화물 반도체층 및 활성층을 관통하며, 상기 제 1 도전형 질화물 반도체층이 저면으로 노출되는 형상을 갖는 적어도 하나의 홈을 형성하는 단계, 상기 제 1 도전형 컨택층의 상부 및 상기 홈의 측벽을 덮도록 절연체를 형성하는 단계, 상기 홈 내부와 상기 절연체 상에 도전 물질을 형성하여 상기 제 2 도전형 질화물 반도체층과 접속된 도전성 비아를 형성하는 단계, 상기 도전성 비아와 접속되도록 상기 절연체 상에 도전성 기판을 형성하는 단계, 상기 제 2 도전형 질화물 반도체층이 외부로 노출되도록 상기 반도체 성장용 기판을 제거하는 단계 및 상기 발광구조물을 일부 제거하여 상기 제 1 도전형 컨택층을 노출시키는 단계를 포함하는 반도체 발광소자 제조방법을 제공한다.
한편, 본 발명의 또 다른 측면은,
반도체 성장용 기판 상에 질화물 베이스층을 형성하는 단계, 상기 질화물 베이스층 상에 복수의 개구를 가지며 그래핀으로 이루어진 마스크층을 형성하는 단계, 상기 복수의 개구로부터 상기 마스크층 상면으로 제 2 도전형 질화물 반도체층을 측방향 과성장하는 단계, 상기 제 2 도전형 질화물 반도체층 상에 활성층 및 제 1 도전형 질화물 반도체층을 순차적으로 형성하여 발광구조물을 완성하는 단계, 상기 발광구조물 상에 상기 제 1 도전형 질화물 반도체층 및 활성층을 관통하며 상기 제1 도전형 반도체층이 저면으로 노출되는 적어도 하나의 홈을 형성하는 단계, 상기 제 1 도전형 질화물 반도체층 상면 중 일부와 상기 홈의 측벽을 덮도록 제 1 절연체를 형성하는 단계, 상기 홈 내부와 상기 절연체 상에 도전 물질을 형성하여 상기 제 2 도전형 반도체층과 접속된 도전성 비아를 구비하는 제2 도전형 전극을 형성하는 단계, 상기 제 2 도전형 전극을 덮도록 제 2 절연체를 형성하는 단계, 상기 제 1 도전형 질화물 반도체층 상에 상기 제 1 도전형 질화물 반도체층과 전기적으로 연결되도록 도전성 기판을 형성하는 단계, 상기 발광구조물 및 상기 제1 절연체를 일부 제거하여 상기 제 2 도전형 전극을 노출시키는 단계 및 상기 제 2 도전형 질화물 반도체층이 외부로 노출되도록 상기 반도체 성장용 기판을 제거하는 단계를 포함하는 반도체 발광소자 제조방법을 제공한다.
한편, 본 발명의 또 다른 측면은,
기판 상에 질화물 베이스층을 형성하는 단계, 상기 질화물 베이스층 상에 복수의 개구를 가지며 그래핀으로 이루어진 마스크층을 형성하는 단계, 상기 복수의 개구로부터 상기 마스크층 상면으로 제 2 도전형 질화물 반도체층을 측방향 과성장하는 단계, 상기 제 2 도전형 질화물 반도체층 상에 활성층 및 제 1 도전형 질화물 반도체층을 순차적으로 형성하여 발광구조물을 완성하는 단계, 상기 발광구조물 상에 제 1 도전형 컨택층을 형성하는 단계, 상기 제1 도전형 컨택층 및 발광구조물에 상기 제 1 도전형 컨택층, 제1 도전형 질화물 반도체층 및 활성층을 관통하며, 상기 제 1 도전형 질화물 반도체층이 저면으로 노출되는 형상을 갖는 적어도 하나의 홈을 형성하는 단계, 상기 제 1 도전형 컨택층의 상부 및 상기 홈의 측벽을 덮도록 절연체를 형성하는 단계, 상기 홈 내부와 상기 절연체 상에 도전 물질을 형성하여 상기 제 2 도전형 질화물 반도체층과 접속된 도전성 비아를 형성하는 단계, 상기 도전성 비아와 접속되도록 상기 절연체 상에 제 2 전극을 형성하는 단계, 상기 제 2 전극 상에 절연성 기판을 배치하는 단계, 상기 절연성 기판 및 제 2 전극을 관통하며, 상기 제 1 도전형 컨택층의 저면이 노출되는 형상을 갖는 적어도 하나의 홈에 도전 물질로 형성되는 제 1 연결부를 구비하는 단계 및 상기 절연성 기판 을 관통하며, 상기 제 2 전극의 저면이 노출되는 형상을 갖는 적어도 하나의 홈에 도전 물질로 형성되는 제 2 연결부를 구비하는 단계를 포함하는 반도체 발광소자 제조방법을 제공한다.
본 발명에서 제안하는 질화물 단결정 제조 방법, 이를 이용한 질화물 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법을 사용하는 경우, 반도체층의 성장시 전위 등의 격자 결함을 줄이면서도, 우수한 전류전압 특성을 갖는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 질화물 단결정 제조 방법을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 질화물 단결정 제조 방법을 이용하여 제조된 반도체 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 질화물 단결정 제조 방법의 일부 단계를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 각각 다른 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 본 발명의 또 다른 실시 형태에 반도체 발광 소자의 제조 방법에 따라 제조된 반도체 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 질화물 단결정 제조 방법을 이용하여 제조된 반도체 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 질화물 단결정 제조 방법의 일부 단계를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 각각 다른 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 본 발명의 또 다른 실시 형태에 반도체 발광 소자의 제조 방법에 따라 제조된 반도체 발광 소자를 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 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 단면도이다.
먼저 도 1(a)를 참조하면, 기판(11)상에 질화물 베이스층(12A)을 형성한다.
이 경우, 기판(11)은 사파이어(Al2O3), 탄화실리콘(SiC), 산화아연(ZnO), 실리콘(Si), 스피넬(spinel), 갈륨비소(GaAs), 갈륨인(GaP), 리튬-알루미나(LiAl2O3), 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN), 질화갈륨(GaN), 산화아연(ZNO) 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 기판(11) 상에 형성될 반도체층의 물질에 따라 다양하게 선택될 수 있다.
또한, 질화물 베이스층(12A)은 예를 들어, InxAlyGa1 -x- yN(0≤x, 0≤y, x+y≤1)층으로 이루어질 수 있다.
또한, 도시하지는 않았으나, 기판(11)과 질화물 베이스층(12A) 사이에는 상호간의 격자부정합 및 열 팽창 계수의 차이를 완화하기 위한 버퍼층을 더 형성할 수 있고, 버퍼층은 저온 성장 GaN층 또는 AlN층으로 이루어질 수 있으며, 상기 질화물 베이스층(12A) 및 버퍼층은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법, 유기금속기상에피택시법(MOVPE) 또는 MBE(Molecular Beam Epitaxy)법 등과 같은 공지의 증착 공정을 사용하여 성장될 수 있을 것이다.
다음으로 도 1(b)를 참조하면, 성장된 질화물 베이스층(12A) 상에 마스크층(15)을 형성한다. 이 경우, 상기 마스크층(15)은, 반도체층의 성장시 전위(dislocation)을 감소시켜 고품질의 반도체층 형성이 가능하도록 하는 역할을 한다.
또한, 상기 마스크패턴(16)은 그래핀 성분을 포함하는데, 구체적으로, 그래핀은 원자 한 개의 두께를 가진 2차원 탄소 구조체로서, 연필에서 발견되는 흑연(graphite, 그래파이트)에서 만들어진다. 그래핀은 몇 가지 특수한 물리적 성질을 갖고 있다. 이 성질들 중 하나는 그래핀 내의 전자들이 정지 질량이 없는 상대론적 입자처럼 행동하고 초속 약 1 백만 미터로 움직인다는 것이다. 비록 이 속도가 진공 중의 빛의 속도보다 300배나 느린 것이지만 일반 도체나 반도체 내의 전자의 속도보다는 훨씬 빠른 것이다. 그러므로 그래핀은 매우 훌륭한 열 및 전기의 전도체이다. 나아가, 그래핀은 지구상에 다량 존재하는 흑연이 원료이므로 채취가 용이하고 안정적이다. 또한 투명하기 때문에 발광효율 면에서도 이득을 볼 수 있고 투명하기 때문에 손실되는 빛의 양은 적다. 그리고 그래핀은 매우 높은 열전도도를 가지고 있기 때문에 소자에서 발생하는 열의 분산에 유리하여 소자의 온도를 낮추는 효과를 볼 수 있다. 이것은 반도체 발광 소자의 발광 효율을 더 좋게 하며 소자의 수명 단축을 방지하여 장수명화를 가능하게 하는 결과를 가져온다.
따라서, 상기 그래핀을 이용하여 마스크층(15)을 형성하는 경우, 종래의 SiO2로 이루어진 마스크 패턴을 포함하는 반도체 발광 소자에 비하여 전기 전도도, 방열 특성 및 광투과성이 우수한 반도체 발광 소자를 얻을 수 있다.
또한, 상기 마스크층(15)은 실시 형태에 따라 다양한 두께, 형상을 가지는 패턴이 되도록 적절히 형성할 수 있다. 즉, 마스크층(15)이 질화물 베이스층(12A)을 노출하는 영역이 지나치게 작은 경우, 전위를 차단하여 결함이 없는 반도체층을 성장하는 데에는 효과적일 수 있으나, 후술하는 바와 같이 질화물 베이스층(12A) 상에 후속 공정에 따른 층을 형성하는 경우 질화물 베이스층(12A)과 상기 후속 공정에 따른 층이 충분히 접촉할 수 있는 영역이 확보되지 못하여 결과적으로 성장이 원하는 정도로 이루어지지 못할 가능성이 존재하게 된다.
또한, 상기 마스크층(15)은 상술한 질화물 베이스층(12A)과 마찬가지로 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법, 유기금속기상에피택시법(MOVPE) 또는 MBE(Molecular Beam Epitaxy)법 등과 같은 공지의 증착 공정을 사용하여 성장될 수 있을 것이고, 바람직하게는, 상술한 질화물 베이스층(12A)의 성장과, 후술할 질화물 단결정층과 함께 인시츄(In-situ)성장될 수 있다.
다음으로 도 1(c) 를 참조하면, 상술한 바와 같이 형성된 마스크층(15) 의 개구부 내에, 질화물 단결정층(12B)이 수직 성장 된다. 여기서, 수직이라는 용어는 기판(11)면에 수직이라는 의미이다. 하부 질화갈륨층(56)이 성장 매개변수의 적절한 조절 및 하부 질화갈륨층(56)의 적절한 패터닝에 의해 마스크층(15)을 사용하지 않고 측면으로 성장될 수도 있을 것이다.
2차원의 측면 성장이 과성장된 질화갈륨 반도체층을 형성하는데 사용되어질 수 있다. 예를 들어, 마스크층(15)은 <1 -1 0 0> 와 <1 1 -2 0>와 같은 두 개의 직교하는 방향을 따라 확장하는 개구부를 갖도록 패터닝될 수 있다. 그리하여 개구부는 직교하는 줄무늬 패턴의 사각형을 형성할 수 있다. 이 경우, 사각형의 변의 비는 바람직하게는 {1 1 -2 0} 면과 {1 -1 0 1} 면의 성장속도의 비에 비례하게, 예컨대 1.4:1의 비로 할 수 있다.
또한, 질화물 단결정층(12B)은 약 1000~1100℃의 온도 및 45 Torr의 압력에서 유기금속기상에피택시법에 의해 형성될 수 있다. 또한, 질화물 단결정층(12B)을 형성하기 위해 13~39 ×10-6 ㏖/min의 트리에틸갈륨(TEG) 전구체 및 1500 sccm의 암모니아(NH3)전구체가 3000 sccm의 H2 희석액과 함께 사용될 수 있다.
다음으로 도 1(d) 를 참조하면, 상술한 바와 같이 수직 성장 된 질화물 단결정층(12B)상에, 질화물 베이스층(12A)에 대향하여 마스크층(15)상으로, 질화물 단결정층(12B)이 측면으로 확장되어 성장된다. 이러한 질화물 단결정층(12B)의 성장은 위에서 언급한 유기금속기상에피택시법을 사용하여 형성될 수 있다. 여기서 사용된 측면이라는 용어는 기판(11) 면에 평행한 방향을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 측면으로 형성된 질화물 단결정층(12B)은 수직으로 성장된 질화물 단결정층(12B)과 그 계면에서 합체되어 연속된 단일의 단결정 질화갈륨 반도체층, 즉, 제 1 도전형 반도체층(12)을 형성한다. 이 경우, 측면으로 형성된 질화물 단결정층(12B)의 전위밀도는 통상적으로 측면방향으로는 수직방향과는 동일한 밀도로 전파되지는 않는다고 알려져 있다. 그리하여, 측면으로 형성된 질화물 단결정층(12B)은 상대적으로 낮은 결함밀도를 갖는데, 예컨대 56㎝-2 보다 작은 값이다. 이에 따라 측면으로 형성된 질화물 단결정층(12B)은 양호한 품질을 갖는 질화갈륨 반도체물질이 될 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 성장된 질화물 베이스층(12A) 및 질화물 단결정층(12B)은, 질화물 단결정 박막의 형태로 형성될 수 있다.
또한, 이와 관련하여 도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예로서, 제 1 질화물 단결정층(12B1)은 제 1 개구(15A1)를 갖는 제 1 마스크층(15A)으로 하부의 질화물 베이스층(12A) 마스킹하고 상기 제 1 질화물 단결정층(12B1)을 상기 제 1 개구(15A1)를 통해 성장시켜 제 1 질화물 단결정층(12B1)을 형성함에 의해 제조되고, 제 1 질화물 단결정층(12B1)은 제 2 개구(15B1)를 가진 제 2 마스크(15B)로 마스킹되는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제 2 개구(15B1)는 상기 제 1 개구(15A1)로부터 측면방향으로 오프셋(offset)되어 있다. 즉, 상기 제 1 질화물 단결정층(12B1)은 상기 제 2 개구(15B1)를 통하여 상기 제 2 마스크층(15B) 위로 성장되고, 그 위에 제 2 질화물 단결정층(12B2)이 형성될 수 있다.
이와 같이 함으로써, 비록 전위결함이 상기 하부 질화갈륨층으로부터 상기 제 1 마스크 개구부 위의 성장된 질화갈륨층으로 수직방향으로 전파될 수도 있지만, 상기 제 1 과성장된 질화갈륨층은 상대적으로 결함이 적다. 또한, 상기 제 2 개구부 어레이가 제 1 개구부 어레이로부터 측면으로 오프셋되어 있기 때문에 상대적으로 저결함인 상기 과성장된 제 1 질화갈륨층은 상기 제 2 개구부 어레이를 통하여 제 2 마스크 위로 진행하여 고품질의 질화물 반도체층을 성장시킬 수 있다.
다음으로 도 1(e)를 참조하면, 상술한 제 1 도전형 반도체층(12) 상에 활성층(13) 및 제 2 도전형 반도체층(14)이 성장된다. 이 경우, 활성층(13)은 다중양자우물(multi-quantum well) 구조의 다른 조성으로 구성된 그룹 3족 질화물계 InxAlyGa1-x-yN(0≤x, 0≤y, x+y≤1)층으로 이루어질 수 있으며, 제 2 도전형 반도체층(44)은 p형 InxAlyGa1 -x- yN(0≤x, 0≤y, x+y≤1)층으로 구성될 수 있다. 또한, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 또는 MBE(Molecular Beam Epitaxy)법 등과 같은 공지의 증착 공정을 사용하여 성장될 수 있을 것이다. 또한, 상기 제 1 도전형 반도체층(12), 활성층(13) 및 제 2 도전형 반도체층(14)은 동일한 공정 챔버 내에서 연속적으로 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 그래핀을 이용하여 반도체층 내부의 마스크층(15)을 형성하는 경우, 제 2 질화물 단결정층(12B)의 횡방향 성장은 기판과 제 1 및 제 2 질화물 단결정층(12A, 12B) 사이의 열팽창율 및 격자 불일치로 야기되는 전위 등의 격자 결함을 억제하여 줄 뿐만 아니라, 종래의 SiO2로 이루어진 마스크층 포함하는 반도체 발광 소자에 비하여 전기 전도도, 방열 특성 및 광투과성이 우수한 반도체 발광 소자를 얻을 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자는 기판(21)상에 제 1 도전형 반도체층(22), 활성층(23), 제 2 도전형 반도체층(24)이 순차 적층된 구조를 가지며, 상기 제 1 및 제 2 도전형 반도체층(22, 24)과 전기적으로 각각 연결된 제 1 및 제 2 전극(26, 27)을 구비하는 형태로 제공될 수 있다.
이 경우, 제 1 도전형 반도체층(22)은 질화물 베이스층 및 질화물 단결정층(22A, 22B)이 순차 형성되어 구성되며, 상기 질화물 베이스층 및 질화물 단결정층(22A, 22B) 사이에는 마스크층(25)이 형성될 수 있다.
이 경우, 상기 질화물 반도체 발광소자는,
기판 상에 질화물 베이스층을 형성하고, 상기 질화물 베이스층 상에 복수의 개구를 가지며 그래핀으로 이루어진 마스크층을 형성하며, 상기 복수의 개구로부터 상기 마스크층 상면으로 제 1 도전형 질화물 반도체층을 측방향 과성장하여 그 위에 활성층 및 제 2 도전형 질화물 반도체층을 순차적으로 형성하는 단계를 통하여 제조될 수 있다.
또한, 상기 마스크층은 상기 질화물 베이스층 및 상기 제 1 도전형 질화물 반도체층의 성장과 함께 인시튜 성장되어 얻어질 수 있을 것이다.
또한, 상술한 바와 마찬가지로, 상기 질화물 베이스층을 형성하는 단계 전에, 상기 기판 상에 버퍼층을 형성할 수 있으며, 상기 질화물 베이스층은, 상기 버퍼층 상에 형성될 수 있다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 단면도이다.
우선, 도 4(a)에 도시된 것과 같이, 기판(41) 상에 질화물 베이스층(42A)을 형성하고, 상기 질화물 베이스층(42A) 상에 복수의 개구를 가지며 그래핀으로 이루어진 마스크층(45)을 형성하며, 상기 복수의 개구로부터 상기 마스크(45)층 상면으로 제 2 도전형 질화물 반도체층(42B)을 측방향 과성장하여 그 위에 활성층(43) 및 제 1 도전형 질화물 반도체층(44)을 순차적으로 형성하는 단계를 통하여 발광 구조물을 형성할 수 있다.
다음으로, 도 4(b)에 도시된 것과 같이, 제 1 도전형 반도체층(44) 상에 제 1 도전형 컨택층(46)을 형성한다. 제 1 도전형 컨택층(46)은 광 반사 기능과 제 1 도전형 반도체층(44)과 오믹 컨택 기능을 고려하여 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함하도록 형성할 수 있으며, 당 기술 분야에서 공지된 스퍼터링이나 증착 등의 공정을 적절히 이용할 수 있다.
다음으로, 도 4(c)에 도시된 바와 같이, 제 2 도전형 반도체층(42)이 노출되도록 반도체 성장용 기판(41)을 제거한다. 이 경우, 반도체 성장용 기판(41)은 레이저 리프트 오프나 화학적 리프트 오프 등과 같은 공정을 이용하여 제거될 수 있다. 도 4(c)는 반도체 성장용 기판(41)이 아직 제거되지 않은 상태로서, 도 4(b)와 비교하여 180°회전시켜 도시하였다.
또한, 도 4(d)에 도시된 바와 같이, 제 2 도전형 반도체층(42) 상에 전극 패드(47)를 형성하는 공정이 부가될 수 있다.
도 5는, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 단면도이다.
우선, 도 5(a)에 도시된 것과 같이, 반도체 성장용 기판(51) 상에 질화물 베이스층(52A)을 형성하고, 상기 질화물 베이스층(52A) 상에 복수의 개구를 가지며 그래핀으로 이루어진 마스크층(55)을 형성하며, 상기 복수의 개구로부터 상기 마스크(55)층 상면으로 제 2 도전형 질화물 반도체층(52B)을 측방향 과성장하여 그 위에 활성층(53) 및 제 1 도전형 질화물 반도체층(54)을 순차적으로 형성하는 단계를 통하여 발광 구조물을 형성할 수 있다. 또한, 제 1 도전형 반도체층(54) 상에 제 1 도전형 컨택층(56)을 형성한다. 제 1 도전형 컨택층(56)의 효과 및 형성 방법은 직전의 실시예에서 설명한 것과 같다.
다음으로, 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 제 1 도전형 컨택층(56) 및 상기 발광구조물에 홈을 형성한다. 구체적으로, 상기 홈은 후속 공정에서 도전성 물질을 충진하여 제 2 도전형 반도체층(52)과 연결되는 도전성 비아를 형성하기 위한 것으로서, 제 1 도전형 컨택층(56), 제 1 도전형 반도체층(54) 및 활성층(53)을 관통하며, 제 1 도전형 반도체층(54)이 저면으로 노출되는 형상을 갖는다. 이 경우, 홈 형성 공정은, 당 기술 분야에서 공지된 식각 공정, 예컨대, ICP-RIE 등을 이용하여 실행될 수 있다.
다음으로, 도 5(c)에 도시된 바와 같이, SiO2, SiOxNy, SixNy 등과 같은 물질을 증착시켜 제 1 도전형 컨택층(56)의 상부 및 상기 홈의 측벽을 덮도록 절연체(57)를 형성한다. 이 경우, 상기 홈의 저면에 해당하는 제 2 도전형 반도체층(52)은 적어도 일부가 노출될 필요가 있으므로, 절연체(57)는 상기 홈의 저면 전체를 덮지 않는 범위에서 형성되는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 5(d)에 도시된 바와 같이, 상기 홈 내부와 절연체(57) 상에 도전 물질을 형성하여 도전성 비아(v) 및 도전성 기판(58)을 형성한다. 이에 따라, 도전성 기판(58)은 제 2 도전형 반도체층(52)과 접속되는 도전성 비아(v)와 연결된 구조가 된다. 도전성 기판(58)은 Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, GaAs 중 어느 하나를 포함하는 물질로 이루어질 수 있으며, 도금, 스퍼터링, 증착 등의 공정으로 적절히 형성될 수 있다. 이 경우, 도전성 비아(v)와 도전성 기판(58)을 동일한 물질로 형성할 수 있으나, 경우에 따라, 도전성 비아(v)는 도전성 기판(58)과 다른 물질로 이루어져 서로 별도의 공정으로 형성될 수도 있다. 예컨대, 도전성 비아(v)를 증착 공정으로 형성한 후, 도전성 기판(58)은 미리 형성되어 발광구조물에 본딩될 수 있을 것이다.
다음으로, 도 5(e)에 도시된 바와 같이, 제 2 도전형 반도체층(52)이 노출되도록 반도체 성장용 기판(51)을 제거한다. 이 경우, 반도체 성장용 기판(51)은 레이저 리프트 오프나 화학적 리프트 오프 등과 같은 공정을 이용하여 제거될 수 있다. 도 5(e)는 반도체 성장용 기판(51)이 제거된 상태로서, 도 5(d)와 비교하여 180°회전시켜 도시하였다.
다음으로, 도 5(f)에 도시된 바와 같이, 상기 발광구조물, 즉, 제 1 도전형 반도체층(54), 활성층(53) 및 제 2 도전형 반도체층(52)을 일부 제거하여 제 1 도전형 컨택층(56)을 노출시킨다. 이는 노출된 제 1 도전형 컨택층(56)을 통하여 전기 신호를 인가하기 위한 것이다.
또한, 도 5(g)에 도시된 바와 같이, 제 1 도전형 컨택층(56)의 노출 영역 상에 전극 패드를 형성하는 공정을 부가하여 질화물 반도체 발광소자를 완성할 수 있다. 제 1 도전형 컨택층(56)을 노출시키기 위하여, 발광구조물을 ICP-RIE 등의 방법으로 식각할 수 있다.
도 6은, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 단면도이다. 이 경우, 도 5(a) 내지 도 5(b)에서 설명한 공정은 본 실시 형태에서도 그대로 채용될 수 있다. 이하에서는 제 1 도전형 컨택층(66)과 발광구조물에 홈을 형성하는 단계의 후속 공정을 설명한다.
우선, 도 6(a)에 도시된 바와 같이, SiO2, SiOxNy, SixNy 등과 같은 물질을 증착시켜 제 1 도전형 컨택층(66)의 상부 및 상기 홈의 측벽을 덮도록 절연체(67)를 형성한다. 여기서, 절연체(67)는 후속 공정에서 제 2 전극(68)을 덮도록 형성되는 절연체와 구별하기 위해 제 1 절연체로 칭할 수 있다. 이전 실시 형태와 다른 점은 절연체(67)가 제 1 도전형 컨택층(66)의 상면 전체에 형성되지 않으며, 이는 도전성 기판(69)과 제 1 도전형 컨택층(66)이 접속되어야 하기 때문이다. 즉, 절연체(67)는 제 1 도전형 컨택층(66)의 상면 중 일부, 구체적으로, 제 2 도전형 반도체층(62)과 연결되는 제 2 전극(68)이 형성될 영역을 미리 고려하여 형성될 수 있다.
다음으로, 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 홈 내부와 절연체(67) 상에 도전 물질을 형성하여 제 2 전극(68)을 형성한다. 이에 따라, 제 2 전극(68)은 제 2 도전형 반도체층(62)과 접속되는 도전성 비아(v)를 구비할 수 있다. 본 단계의 경우, 제 2 전극(68)이 형성될 영역에 대응하여 미리 절연체(67)가 형성되어 있어 이를 따라 제 2 전극(68)을 형성할 수 있으며, 특히, 외부로 노출되어 전기 연결부로 기능할 수 있도록 도전성 비아(v)로부터 수평 방향으로 연장되도록 형성하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 6(c)에 도시된 바와 같이, 제 2 전극(68)을 덮도록 절연체(67)를 형성하고 그 위에 제 1 도전형 컨택층(66)과 전기적으로 연결되도록 도전성 기판(69)을 형성한다. 이 경우, 본 공정에서 형성되는 절연체(67)는 제 2 절연체로 칭할 수 있으며, 앞서 형성된 절연체와 더불어 하나의 절연 구조를 이룰 수 있다. 본 공정에 의하여, 제 2 전극(68)은 제 1 도전형 컨택층(66), 도전성 기판(69) 등과 전기적으로 분리될 수 있다.
다음으로, 도 6(d)에 도시된 바와 같이, 제 2 도전형 반도체층(62)이 노출되도록 반도체 성장용 기판(61)을 제거한다.
또한, 도 6(e)에 도시된 바와 같이, 발광구조물을 일부 제거하여 제 2 전극(68)을 노출시키는 단계는 앞서 설명한 공정을 이용할 수 있을 것이다.
도 7은, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 질화물 반도체 발광 소자를 나타낸다. 이 경우, 도 6에서 설명한 공정은 도 6(e) 단계를 제외하고는 본 실시 형태에서도 그대로 채용될 수 있으며, 도 6(c)단계에서 관통홀을 형성하고 상기 관통홀을 통하여 기판(79)을 제 1 도전형 콘택층 및 제 2 전극(78)이 형성되며, 절연층(77)을 통하여 서로 전기적으로 절연되면서 기판(79) 방향으로 연장되어 노출된 구조를 구비할 수 있도록 하는 단계가 더 포함될 수 있을 것이다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이며, 이 또한 첨부된 청구범위에 기재된 기술적 사상에 속한다 할 것이다.
11, 21, 41, 51, 61, 71: 기판
12, 22, 44, 54, 64, 74: 제 1 도전형 반도체층
12A, 22A, 42A, 52A, 62A, 72A,: 질화물 베이스층
12B, 22B, 42B, 52B, 62B, 72B: 질화물 단결정층
13, 23, 43, 53, 63, 73: 활성층
14, 24, 42, 52, 62, 72: 제 2 도전형 반도체층
15, 25, 45, 55, 65, 75,: 마스크패턴
46, 56, 66, 76: 제 1 도전형 컨택층
57, 67, 77: 절연층
26: 제 1 전극
27, 47, 68, 78: 제 2 전극
58: 도전성 기판
12, 22, 44, 54, 64, 74: 제 1 도전형 반도체층
12A, 22A, 42A, 52A, 62A, 72A,: 질화물 베이스층
12B, 22B, 42B, 52B, 62B, 72B: 질화물 단결정층
13, 23, 43, 53, 63, 73: 활성층
14, 24, 42, 52, 62, 72: 제 2 도전형 반도체층
15, 25, 45, 55, 65, 75,: 마스크패턴
46, 56, 66, 76: 제 1 도전형 컨택층
57, 67, 77: 절연층
26: 제 1 전극
27, 47, 68, 78: 제 2 전극
58: 도전성 기판
Claims (15)
- 기판 상에 질화물 베이스층을 형성하는 단계;
상기 질화물 베이스층 상에 복수의 개구를 가지며 그래핀으로 이루어진 마스크층을 형성하는 단계; 및
상기 복수의 개구로부터 상기 마스크층 상면으로 질화물 단결정층을 측방향 과성장(lateral overgrowth)하는 단계를 포함하는 질화물 단결정 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 측방향 과성장하는 단계 후에, 상기 질화물 단결정층을 수직방향으로 성장시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 단결정 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 마스크층은 상기 질화물 베이스층 및 상기 질화물 단결정층의 성장과 함께 인시튜(in-situ) 성장되어 얻어지는 것을 특징으로 하는 질화물 단결정 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 측방향 과성장된 질화물 단결정층은 제 1 질화물 단결정층이고, 상기 복수의 개구를 갖는 마스크층은 복수의 제 1 개구를 갖는 제 1 마스크층이며,
상기 제 1 질화물 단결정층을 측방향 과성장하는 단계 후에,
상기 제 1 질화물 단결정층 상에 상기 제 1 개구와 오프셋된 위치에 복수의 제 2 개구를 가지며 그래핀으로 이루어진 제 2 마스크층을 형성하는 단계와,
상기 제 2 마스크층의 제 2 개구로부터 상기 제 2 마스크층 상면으로 질화물 단결정층을 층방향 과성장 하는 단계를 더 포함하는 질화물 단결정 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 질화물 베이스층을 형성하는 단계 전에, 상기 기판 상에 버퍼층을 형성하는단계를 더 포함하며, 상기 질화물 베이스층을 형성하는 단계는, 상기 버퍼층 상에 상기 질화물 베이스층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 질화물 단결정 제조방법 - 제 1항에 있어서,
상기 질화물 단결정층은 유기금속기상에피택시(MOCVD)법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 단결정 제조방법. - 제 1 질화물 단결정층;
상기 제 1 질화물 단결정층 상면에 형성된 복수의 개구를 가지며 그래핀으로 이루어진 마스크층; 및
상기 복수의 개구에 노출된 상기 제 1 질화물 단결정층 영역과 상기 마스크층 상에 형성된 제 2 질화물 단결정층을 포함하는 질화물 단결정 박막. - 기판 상에 질화물 베이스층을 형성하는 단계;
상기 질화물 베이스층 상에 복수의 개구를 가지며 그래핀으로 이루어진 마스크층을 형성하는 단계;
상기 복수의 개구로부터 상기 마스크층 상면으로 제 1 도전형 질화물 반도체층을 측방향 과성장하는 단계; 및
상기 제 1 도전형 질화물 반도체층 상에 활성층 및 제 2 도전형 질화물 반도체층을 순차적으로 형성하는 단계를 포함하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 마스크층은 상기 질화물 베이스층 및 상기 제 1 도전형 질화물 반도체층의 성장과 함께 인시튜 성장되어 얻어지는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 질화물 베이스층을 형성하는 단계 전에, 상기 기판 상에 버퍼층을 형성하는단계를 더 포함하며, 상기 질화물 베이스층을 형성하는 단계는, 상기 버퍼층 상에 상기 질화물 베이스층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법. - 기판;
상기 기판 상에 형성된 질화물 베이스층;
상기 질화물 베이스층 상면에 형성된 복수의 개구를 가지며 그래핀으로 이루어진 마스크층;
상기 복수의 개구에 노출된 상기 질화물 베이스층 영역과 상기 마스크층 상에 형성된 제 1 도전형 질화물 반도체층;
상기 제 1 도전형 질화물 반도체층 상에 순차적으로 형성된 활성층 및 제 2 도전형 질화물 반도체층을 포함하는 질화물 반도체 발광소자. - 반도체 성장용 기판 상에 질화물 베이스층을 형성하는 단계;
상기 질화물 베이스층 상에 복수의 개구를 가지며 그래핀으로 이루어진 마스크층을 형성하는 단계;
상기 복수의 개구로부터 상기 마스크층 상면으로 제 2 도전형 질화물 반도체층을 측방향 과성장하는 단계;
상기 제 2 도전형 질화물 반도체층 상에 활성층 및 제 1 도전형 질화물 반도체층을 순차적으로 형성하는 단계; 및
상기 제 1 도전형 반도체층 상에 제 1 도전형 컨택층을 형성하는 단계;
상기 제 2 도전형 질화물 반도체층이 외부로 노출되도록 상기 반도체 성장용 기판을 제거하는 단계;
를 포함하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법. - 반도체 성장용 기판 상에 질화물 베이스층을 형성하는 단계;
상기 질화물 베이스층 상에 복수의 개구를 가지며 그래핀으로 이루어진 마스크층을 형성하는 단계;
상기 복수의 개구로부터 상기 마스크층 상면으로 제 2 도전형 질화물 반도체층을 측방향 과성장하는 단계;
상기 제 2 도전형 질화물 반도체층 상에 활성층 및 제 1 도전형 질화물 반도체층을 순차적으로 형성하여 발광구조물을 완성하는 단계;
상기 발광구조물 상에 제 1 도전형 컨택층을 형성하는 단계;
상기 제1 도전형 컨택층 및 발광구조물에 상기 제 1 도전형 컨택층, 제1 도전형 질화물 반도체층 및 활성층을 관통하며, 상기 제 1 도전형 질화물 반도체층이 저면으로 노출되는 형상을 갖는 적어도 하나의 홈을 형성하는 단계;
상기 제 1 도전형 컨택층의 상부 및 상기 홈의 측벽을 덮도록 절연체를 형성하는 단계;
상기 홈 내부와 상기 절연체 상에 도전 물질을 형성하여 상기 제 2 도전형 질화물 반도체층과 접속된 도전성 비아를 형성하는 단계;
상기 도전성 비아와 접속되도록 상기 절연체 상에 도전성 기판을 형성하는 단계;
상기 제 2 도전형 질화물 반도체층이 외부로 노출되도록 상기 반도체 성장용 기판을 제거하는 단계; 및
상기 발광구조물을 일부 제거하여 상기 제 1 도전형 컨택층을 노출시키는 단계;
를 포함하는 반도체 발광소자 제조방법. - 반도체 성장용 기판 상에 질화물 베이스층을 형성하는 단계;
상기 질화물 베이스층 상에 복수의 개구를 가지며 그래핀으로 이루어진 마스크층을 형성하는 단계;
상기 복수의 개구로부터 상기 마스크층 상면으로 제 2 도전형 질화물 반도체층을 측방향 과성장하는 단계;
상기 제 2 도전형 질화물 반도체층 상에 활성층 및 제 1 도전형 질화물 반도체층을 순차적으로 형성하여 발광구조물을 완성하는 단계;
상기 발광구조물 상에 상기 제 1 도전형 질화물 반도체층 및 활성층을 관통하며 상기 제1 도전형 반도체층이 저면으로 노출되는 적어도 하나의 홈을 형성하는 단계;
상기 제 1 도전형 질화물 반도체층 상면 중 일부와 상기 홈의 측벽을 덮도록 제 1 절연체를 형성하는 단계;
상기 홈 내부와 상기 절연체 상에 도전 물질을 형성하여 상기 제 2 도전형 반도체층과 접속된 도전성 비아를 구비하는 제2 도전형 전극을 형성하는 단계;
상기 제 2 도전형 전극을 덮도록 제 2 절연체를 형성하는 단계;
상기 제 1 도전형 질화물 반도체층 상에 상기 제 1 도전형 질화물 반도체층과 전기적으로 연결되도록 도전성 기판을 형성하는 단계;
상기 발광구조물 및 상기 제1 절연체를 일부 제거하여 상기 제 2 도전형 전극을 노출시키는 단계; 및
상기 제 2 도전형 질화물 반도체층이 외부로 노출되도록 상기 반도체 성장용 기판을 제거하는 단계;
를 포함하는 반도체 발광소자 제조방법. - 기판 상에 질화물 베이스층을 형성하는 단계;
상기 질화물 베이스층 상에 복수의 개구를 가지며 그래핀으로 이루어진 마스크층을 형성하는 단계;
상기 복수의 개구로부터 상기 마스크층 상면으로 제 2 도전형 질화물 반도체층을 측방향 과성장하는 단계;
상기 제 2 도전형 질화물 반도체층 상에 활성층 및 제 1 도전형 질화물 반도체층을 순차적으로 형성하여 발광구조물을 완성하는 단계;
상기 발광구조물 상에 제 1 도전형 컨택층을 형성하는 단계;
상기 제1 도전형 컨택층 및 발광구조물에 상기 제 1 도전형 컨택층, 제1 도전형 질화물 반도체층 및 활성층을 관통하며, 상기 제 1 도전형 질화물 반도체층이 저면으로 노출되는 형상을 갖는 적어도 하나의 홈을 형성하는 단계;
상기 제 1 도전형 컨택층의 상부 및 상기 홈의 측벽을 덮도록 절연체를 형성하는 단계;
상기 홈 내부와 상기 절연체 상에 도전 물질을 형성하여 상기 제 2 도전형 질화물 반도체층과 접속된 도전성 비아를 형성하는 단계;
상기 도전성 비아와 접속되도록 상기 절연체 상에 제 2 전극을 형성하는 단계;
상기 제 2 전극 상에 절연성 기판을 배치하는 단계;
상기 절연성 기판 및 제 2 전극을 관통하며, 상기 제 1 도전형 컨택층의 저면이 노출되는 형상을 갖는 적어도 하나의 홈에 도전 물질로 형성되는 제 1 연결부를 구비하는 단계; 및
상기 절연성 기판 을 관통하며, 상기 제 2 전극의 저면이 노출되는 형상을 갖는 적어도 하나의 홈에 도전 물질로 형성되는 제 2 연결부를 구비하는 단계;
를 포함하는 반도체 발광소자 제조방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020100091272A KR20120029276A (ko) | 2010-09-16 | 2010-09-16 | 질화물 단결정 제조 방법, 이를 이용한 질화물 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법 |
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| KR1020100091272A KR20120029276A (ko) | 2010-09-16 | 2010-09-16 | 질화물 단결정 제조 방법, 이를 이용한 질화물 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법 |
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| KR1020100091272A KR20120029276A (ko) | 2010-09-16 | 2010-09-16 | 질화물 단결정 제조 방법, 이를 이용한 질화물 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법 |
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103374751A (zh) * | 2012-04-25 | 2013-10-30 | 清华大学 | 具有微构造的外延结构体的制备方法 |
| CN103377876A (zh) * | 2012-04-25 | 2013-10-30 | 清华大学 | 外延结构体的制备方法 |
| CN103378224A (zh) * | 2012-04-25 | 2013-10-30 | 清华大学 | 外延结构的制备方法 |
| KR20140127567A (ko) * | 2013-04-25 | 2014-11-04 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광소자 및 이를 구비하는 조명 시스템 |
| US9123871B1 (en) | 2014-02-21 | 2015-09-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of manufacturing light emitting diode package |
| KR20160049555A (ko) * | 2014-10-01 | 2016-05-10 | 전북대학교산학협력단 | 그래핀 전극을 갖는 발광다이오드와 그 제조방법 |
-
2010
- 2010-09-16 KR KR1020100091272A patent/KR20120029276A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103374751A (zh) * | 2012-04-25 | 2013-10-30 | 清华大学 | 具有微构造的外延结构体的制备方法 |
| CN103377876A (zh) * | 2012-04-25 | 2013-10-30 | 清华大学 | 外延结构体的制备方法 |
| CN103378224A (zh) * | 2012-04-25 | 2013-10-30 | 清华大学 | 外延结构的制备方法 |
| CN103374751B (zh) * | 2012-04-25 | 2016-06-15 | 清华大学 | 具有微构造的外延结构体的制备方法 |
| CN103378224B (zh) * | 2012-04-25 | 2016-06-29 | 清华大学 | 外延结构的制备方法 |
| KR20140127567A (ko) * | 2013-04-25 | 2014-11-04 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광소자 및 이를 구비하는 조명 시스템 |
| US9123871B1 (en) | 2014-02-21 | 2015-09-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of manufacturing light emitting diode package |
| KR20160049555A (ko) * | 2014-10-01 | 2016-05-10 | 전북대학교산학협력단 | 그래핀 전극을 갖는 발광다이오드와 그 제조방법 |
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