KR20130104921A - High efficiency light emitting diode and method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 질화갈륨 기판을 성장기판으로 사용한 고효율 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a light emitting diode and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a high efficiency light emitting diode using a gallium nitride substrate as a growth substrate and a method of manufacturing the same.
일반적으로 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN) 등과 같은 Ⅲ족 원소의 질화물은 열적 안정성이 우수하고 직접 천이형의 에너지 밴드(band) 구조를 가지므로, 최근 가시광선 및 자외선 영역의 발광소자용 물질로 많은 각광을 받고 있다. 특히, 질화인듐갈륨(InGaN)을 이용한 청색 및 녹색 발광 소자는 대규모 천연색 평판 표시 장치, 신호등, 실내 조명, 고밀도광원, 고해상도 출력 시스템과 광통신 등 다양한 응용 분야에 활용되고 있다.In general, nitrides of group III elements, such as gallium nitride (GaN) and aluminum nitride (AlN), have excellent thermal stability and have a direct transition type energy band structure. It is attracting much attention as a substance. In particular, blue and green light emitting devices using indium gallium nitride (InGaN) have been used in various applications such as large-scale color flat panel display devices, traffic lights, indoor lighting, high density light sources, high resolution output systems, and optical communications.
이러한 III족 원소의 질화물 반도체층은 그것을 성장시킬 수 있는 동종의 기판을 제작하는 것이 어려워, 유사한 결정 구조를 갖는 이종 기판에서 금속유기화학기상증착법(MOCVD) 또는 분자선 증착법(molecular beam epitaxy; MBE) 등의 공정을 통해 성장되어 왔다. 이종기판으로는 육방 정계의 구조를 갖는 사파이어(Sapphire) 기판이 주로 사용된다. 최근에는 사파이어와 같은 이종기판 상에 질화물 반도체층과 같은 에피층들을 성장시키고, 상기 에피층들에 지지기판을 본딩한 후, 레이저 리프트 오프 기술 등을 이용하여 이종기판을 분리하여 수직형 구조의 고효율 발광 다이오드를 제조하는 기술이 개발되고 있다. 사파이어와 같은 이종 기판과 그 위에 성장된 에피층은 서로 다른 물성을 갖기 때문에, 이들 사이의 계면을 이용하여 용이하게 성장 기판을 분리할 수 있다.Such a nitride semiconductor layer of Group III elements is difficult to fabricate homogeneous substrates capable of growing them, and therefore, such as metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE), etc., on heterogeneous substrates having a similar crystal structure. It has been grown through the process of. A sapphire substrate having a hexagonal system structure is mainly used as a heterogeneous substrate. Recently, epitaxial layers such as nitride semiconductor layers are grown on dissimilar substrates such as sapphire, bonding supporting substrates to the epitaxial layers, and then dissociating dissimilar substrates using a laser lift-off technique. Techniques for manufacturing light emitting diodes have been developed. Since a heterogeneous substrate such as sapphire and an epitaxial layer grown thereon have different physical properties, the growth substrate can be easily separated by using an interface between them.
그러나, 이종 기판 상에 성장된 에피층은 성장 기판과의 격자 부정합 및 열팽창 계수 차이에 기인하여 전위 밀도가 상대적으로 높다. 사파이어 기판 상에 성장된 에피층은 일반적으로 1E8/㎠ 이상의 전위밀도를 갖는 것으로 알려져 있다. 이러한 높은 전위밀도를 갖는 에피층으로는 발광 다이오드의 발광 효율을 개선하는데 한계가 있다.However, epitaxial layers grown on dissimilar substrates have a relatively high dislocation density due to lattice mismatch with the growth substrate and differences in coefficient of thermal expansion. Epilayers grown on sapphire substrates are generally known to have dislocation densities of at least 1E8 / cm 2. The epitaxial layer having such a high dislocation density has a limit in improving the luminous efficiency of the light emitting diode.
한편, 최근, 질화갈륨 기판을 성장기판으로 사용하여 에피층을 성장시켜 발광 다이오드를 제조하는 연구가 시도되고 있다. 그런데, 질화갈륨 기판은 그 위에 성장된 에피층과 동종이므로, 에피층으로부터 질화갈륨 기판을 분리하여 수직형 구조의 고효율 발광 다이오드를 제조하는 것이 곤란하다.On the other hand, in recent years, a research has been attempted to produce a light emitting diode by growing an epi layer using a gallium nitride substrate as a growth substrate. However, since the gallium nitride substrate is the same as the epitaxial layer grown on it, it is difficult to separate the gallium nitride substrate from the epitaxial layer to manufacture a high efficiency light emitting diode having a vertical structure.
본 발명이 해결하려는 과제는, 성장 기판을 제거한 수직형 구조의 고효율 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a high efficiency light emitting diode having a vertical structure from which a growth substrate is removed and a method of manufacturing the same.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 광 추출 효율이 개선된 고효율 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a high efficiency light emitting diode having improved light extraction efficiency and a method of manufacturing the same.
본 발명은 고효율 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명의 일 태양에 따른 발광 다이오드는, 지지기판; 상기 지지기판 상에 위치하고, 질화갈륨 계열의 p형 반도체층, 질화갈륨 계열의 활성층 및 질화갈륨 계열의 n형 반도체층을 포함하는 반도체 적층 구조체; 상기 지지기판과 상기 반도체 적층 구조체 사이에서 상기 p형 반도체층에 오믹 콘택하는 p 전극층; 상기 반도체 적층 구조체 상에 위치하고 요철패턴을 갖는 투명 산화물층을 포함하고, 상기 반도체 적층 구조체는 5×106/㎠ 이하의 전위 밀도를 갖도록 형성된다.The present invention provides a high efficiency light emitting diode and a method of manufacturing the same. A light emitting diode according to an aspect of the present invention, the support substrate; A semiconductor stacked structure disposed on the support substrate and including a gallium nitride-based p-type semiconductor layer, a gallium nitride-based active layer, and a gallium nitride-based n-type semiconductor layer; A p-electrode layer ohmic contacting the p-type semiconductor layer between the support substrate and the semiconductor stacked structure; A transparent oxide layer is disposed on the semiconductor laminate structure and has a concave-convex pattern. The semiconductor laminate structure is formed to have a dislocation density of 5 × 10 6 / cm 2 or less.
낮은 전위 밀도 및 반도체층들의 결정 품질에 의해 전류 밀도 증가에 따라 발생되는 발광 다이오드의 드룹 현상을 완화할 수 있다. 상기 반도체 적층 구조체는 질화갈륨 기판 상에 성장된 반도체층들로 형성될 수 있다. 아울러, 요철패턴을 갖는 투명 산화물층을 이용하여 광을 추출할 수 있어 발광 다이오드의 광 추출 효율을 개선할 수 있다.Due to the low dislocation density and the crystal quality of the semiconductor layers, the droop phenomenon of the light emitting diode generated as the current density increases. The semiconductor stack structure may be formed of semiconductor layers grown on a gallium nitride substrate. In addition, light may be extracted using the transparent oxide layer having the uneven pattern, thereby improving light extraction efficiency of the light emitting diode.
본 발명의 또 다른 태양에 따른 발광 다이오드는, 지지기판; 상기 지지기판 상에 위치하고, 질화갈륨 계열의 p형 반도체층, 질화갈륨 계열의 활성층 및 질화갈륨 계열의 n형 반도체층을 포함하는 반도체 적층 구조체; 상기 지지기판과 상기 반도체 적층 구조체 사이에서 상기 p형 반도체층에 오믹 콘택하는 p 전극층; 상기 지지기판과 상기 반도체 적층 구조체 사이에 위치하고, 상기 p형 반도체층 및 활성층을 관통하는 관통홀을 통해 상기 n형 반도체층에 접속된 n 전극층; 및 상기 p 전극층과 상기 n 전극층을 절연시키는 절연층을 포함하고, 상기 반도체 적층 구조체는 5×106/㎠ 이하의 전위 밀도를 갖도록 형성된다.According to another aspect of the present invention, a light emitting diode includes: a support substrate; A semiconductor stacked structure disposed on the support substrate and including a gallium nitride-based p-type semiconductor layer, a gallium nitride-based active layer, and a gallium nitride-based n-type semiconductor layer; A p-electrode layer ohmic contacting the p-type semiconductor layer between the support substrate and the semiconductor stacked structure; An n-electrode layer disposed between the support substrate and the semiconductor stack structure and connected to the n-type semiconductor layer through a through hole passing through the p-type semiconductor layer and the active layer; And an insulating layer insulating the p electrode layer and the n electrode layer, wherein the semiconductor laminate structure is formed to have a dislocation density of 5 × 10 6 / cm 2 or less.
p 전극층 및 n 전극층을 반도체 적층 구조체와 지지기판 사이에 배치함으로써 광 방출면에서 광 손실이 발생하는 것을 방지할 수 있다.By disposing the p electrode layer and the n electrode layer between the semiconductor laminate structure and the support substrate, it is possible to prevent the light loss from occurring on the light emitting surface.
본 발명의 또 다른 태양에 따른 발광 다이오드 제조 방법은, 질화갈륨 기판 상에 제1 질화갈륨층, 희생층 및 제2 질화갈륨층을 형성하되, 상기 희생층은 상기 질화갈륨층에 비해 좁은 밴드갭을 갖고, 상기 제2 질화갈륨층 및 희생층을 관통하는 홈을 형성하고, 상기 제2 질화갈륨층 상에 질화갈륨 계열의 반도체층들을 성장시켜 반도체 적층 구조체를 형성하고, 상기 반도체 적층 구조체 상에 지지기판을 형성하고, 상기 희생층을 식각하여 상기 반도체 적층 구조체로부터 상기 질화갈륨 기판을 제거하는 것을 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a light emitting diode manufacturing method, wherein a first gallium nitride layer, a sacrificial layer, and a second gallium nitride layer are formed on a gallium nitride substrate, and the sacrificial layer has a narrower bandgap than that of the gallium nitride layer. And a groove penetrating the second gallium nitride layer and the sacrificial layer, and growing a gallium nitride-based semiconductor layer on the second gallium nitride layer to form a semiconductor laminate structure, and on the semiconductor laminate structure Forming a support substrate, and etching the sacrificial layer to remove the gallium nitride substrate from the semiconductor laminate.
상기 희생층은 광 강화 화학 식각 기술을 이용하여 식각될 수 있다.The sacrificial layer may be etched using light enhanced chemical etching techniques.
본 발명에 따르면, 질화갈륨 기판을 성장기판으로 사용하여 반도체층들을 성장시킴으로써 전위밀도가 낮은 반도체 적층 구조체를 형성할 수 있다. 나아가, 상기 반도체 적층 구조체로부터 질화갈륨 기판을 제거하여 수직형 구조의 발광 다이오드를 제조함으로써 고효율 발광 다이오드를 제공할 수 있다. 또한, 질화갈륨 기판 상에 성장된 반도체층들은 전위밀도가 매우 낮기 때문에 종래의 광전화학 식각으로는 거칠어진 표면을 제공하는데 한계가 있어 광 추출 효율을 개선하기 어려우나, 본 발명에 따르면, 요철 패턴을 갖는 투명산화물층을 이용하여 발광 다이오드의 광추출 효율을 개선할 수 있다.According to the present invention, a semiconductor laminate structure having a low dislocation density can be formed by growing semiconductor layers using a gallium nitride substrate as a growth substrate. Furthermore, a high efficiency light emitting diode can be provided by removing a gallium nitride substrate from the semiconductor laminate to manufacture a light emitting diode having a vertical structure. In addition, since the semiconductor layers grown on the gallium nitride substrate have a very low dislocation density, it is difficult to improve the light extraction efficiency because the conventional photochemical etching has a limitation in providing a rough surface. By using the transparent oxide layer having a light extraction efficiency of the light emitting diode can be improved.
나아가, 희생층을 식각하여 질화갈륨 기판을 반도체 적층 구조체로부터 분리하기 때문에, 질화갈륨 기판을 재사용할 수 있다.Further, the gallium nitride substrate can be reused because the sacrificial layer is etched to separate the gallium nitride substrate from the semiconductor stack structure.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 질화갈륨 기판 분리 공정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1 is a cross-sectional view illustrating a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
2 to 6 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
7 is a schematic view for explaining a gallium nitride substrate separation process according to an embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional view for describing a light emitting diode according to another exemplary embodiment of the present invention.
9 to 12 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타내며, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in other forms. In the drawings, the same reference numerals denote the same elements, and the width, length, thickness, and the like of the elements may be exaggerated for convenience.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 상기 발광 다이오드는 지지기판(31), 반도체 적층 구조체(30), p 전극층(27), 본딩 메탈(33), 투명 산화물층(35) 및 n-전극 패드(37)를 포함한다. 또한, 상기 발광 다이오드는 본딩 패드(39)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the light emitting diode includes a
지지기판(31)은 화합물 반도체층들을 성장시키기 위한 성장기판과 구분되며, 이미 성장된 화합물 반도체층들에 부착된 2차 기판이다. 상기 지지기판(31)은 도전성 기판, 예컨대 금속 기판 또는 반도체 기판일 수 있다.The
반도체 적층 구조체(30)는 지지기판(31) 상에 위치하며, p형 화합물 반도체층(25), 활성층(23) 및 n형 화합물 반도체층(21)을 포함한다. 여기서, 상기 반도체 적층 구조체(30)는 p형 화합물 반도체층(25)이 n형 화합물 반도체층(21)에 비해 지지기판(31) 측에 가깝게 위치한다. The
n형 화합물 반도체층(21), 활성층(23) 및 p형 화합물 반도체층(25)은 III-N 계열의 화합물 반도체, 예컨대 (Al, Ga, In)N 반도체로 형성될 수 있다. n형 화합물 반도체층(21) 및 p형 화합물 반도체층(25)은 각각 단일층 또는 다중층일 수 있다. 예를 들어, n형 화합물 반도체층(21) 및/또는 p형 화합물 반도체층(25)은 콘택층과 클래드층을 포함할 수 있으며, 또한 초격자층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 활성층(23)은 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조일 수 있다.The n-type
상기 반도체 적층 구조체(30)는 5×106/㎠ 이하의 전위 밀도를 갖도록 형성될 수 있다. 사파이어 기판 상에 성장되는 반도체층들은 일반적으로 1×108/㎠ 이상의 높은 전위밀도를 갖는다. 이에 반해, 본 발명에 따른 반도체 적층 구조체(30)는 질화갈륨 기판을 성장기판으로 사용하여 성장된 반도체층들(21, 23, 25)을 이용함으로써 5×106/㎠ 이하의 낮은 전위밀도를 갖도록 형성될 수 있다. 상기 전위 밀도의 하한은 특별히 한정되지 않으나 1×104/㎠ 이상 또는 1×106/㎠ 이상일 수 있다. 반도체 적층 구조체(30) 내의 전위 밀도를 낮춤으로써 전류 증가에 따라 발생되는 드룹을 완화할 수 있다.The semiconductor stacked
p-전극층(27)은 p형 화합물 반도체층(25)과 지지기판(31) 사이에 위치한다. 상기 p-전극층(27)은 상기 p형 화합물 반도체층(25)에 오믹 콘택하며, 반사 금속층 및 장벽 금속층을 포함할 수 있다. 상기 반사 금속층 예컨대 Ag와 같은 반사층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 장벽 금속층은 반사 금속층을 덮어 반사 금속층의 금속 물질, 예컨대 Ag의 확산을 방지한다. 장벽 금속층은 예컨대, Ni층을 포함할 수 있다.The p-
한편, 지지기판(31)은 상기 p-전극층(27) 상에 본딩 메탈(33)을 통해 본딩될 수 있다. 본딩 메탈(33)은 예컨대 Au-Sn으로 공융 본딩을 이용하여 형성될 수 있다. 이와 달리, 지지기판(31)은 예컨대 도금 기술을 사용하여 p-전극층(27) 상에 형성될 수도 있다.Meanwhile, the
상기 본딩 패드(39)는 상기 지지기판(31) 하부에 형성된다. 상기 본딩 패드(39)는 Au-Sn과 같은 공융 본딩에 적합한 금속 물질로 형성될 수 있다. 상기 본딩 패드(39)는 발광 다이오드를 인쇄회로기판이나 리드 프레임 등에 실장할 때 사용되며, 열 전도율이 높은 금속 물질로 형성되어 발광 다이오드의 방열 특성을 개선한다.The
한편, 반도체 적층 구조체(30) 상에, 즉 n형 화합물 반도체층(21) 상에 투명 산화물층(35)이 위치할 수 있다. 상기 투명 산화물층(35)은 그 표면에 요철 패턴을 갖도록 패터닝될 수 있다. 상기 투명 산화물층(35)은 예컨대 ZnO나 ITO와 같은 도전성 산화물층 또는 SiO2와 같은 절연성 산화물층으로 형성될 수 있다. 상기 투명 산화물층(35)은 상기 요철패턴에 의해 반도체 적층 구조체(30)에서 생성된 광을 외부로 양호하게 방출할 수 있다.Meanwhile, the
한편, 상기 투명 산화물층(35) 상에 n-전극 패드(37)가 위치할 수 있다. 상기 n-전극 패드(37)은 투명 산화물층(35)을 통해 상기 n형 화합물 반도체층(21)에 전기적으로 접속할 수 있다. 이와 달리, 상기 n-전극 패드(37)는 직접 상기 n형 화합물 반도체층(21)에 접촉할 수 있으며, 이를 위해, 상기 투명 산화물층(35)에 n형 화합물 반도체층(21)을 노출시키는 개구부가 형성될 수 있다.Meanwhile, the n-
본 실시예에 있어서, n형 화합물 반도체층(21) 상에 요철패턴을 갖는 투명 산화물층(35)이 위치하는 것으로 설명하였지만, 상기 투명 산화물층(35) 대신에 또는 투명 산화물층(35)에 더하여 상기 n형 화합물 반도체층(21)의 표면에 거칠어진 표면 또는 광 추출을 위한 요철 패턴이 형성될 수도 있다.In the present embodiment, the
도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.2 to 6 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 질화갈륨 기판(11) 상에 제1 질화갈륨층(13), 희생층(15) 및 제2 질화갈륨층(17)이 성장된다. 여기서, 상기 희생층(15)은 제1 질화갈륨층(13)에 비해 밴드갭이 좁은 질화갈륨계 층, 예컨대 InGaN으로 형성될 수 있다. 상기 제1 질화갈륨층(13)은 의도적인 불순물 도핑없이 언도프트-GaN으로 형성되며, 상기 희생층(15)은 Si와 같은 n형 불순물을 도핑하여 형성될 수 있다. 상기 제1 질화갈륨층(13)은, 희생층(15)이 식각될 때, 질화갈륨 기판(11)이 손상되는 것을 방지하는 기능을 수행한다.Referring to FIG. 2, a first
한편, 상기 제2 질화갈륨층(17)은 의도적인 불순물 도핑없이 언도프트-GaN으로 형성될 수 있으며, 향후 에피층 성장을 위한 씨드층으로 사용될 수 있다.Meanwhile, the second
도 3을 참조하면, 상기 제2 질화갈륨층(17) 및 희생층(15)을 패터닝하여 홈(19)을 형성한다. 상기 홈(19)은 제1 질화갈륨층(13)을 관통할 수도 있다. 상기 홈(19)은 건식 식각 기술 또는 레이저 스크라이빙 기술을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 제2 질화갈륨층(17) 및 제1 질화갈륨층(17)을 이용하기 때문에, 상기 홈(19)의 깊이는 희생층(15)의 두께보다 더 크다.Referring to FIG. 3, the second
상기 홈(19)은 스트라이프 형상으로 배열되도록 복수개가 형성될 수도 있으며, 메쉬 형상으로 서로 연결될 수도 있다. 홈(19)과 홈(19) 사이의 간격은 약 1cm 이하인 것이 바람직하다. 나아가, 상기 홈(19)은 발광 다이오드의 칩 사이즈에 대응하도록 형성될 수도 있으며, 더 조밀하게 형성될 수도 있다.The
도 4를 참조하면, 상기 제2 질화갈륨층(17) 상에 질화갈륨 계열의 n형 반도체층(21), 질화갈륨 계열의 활성층(23) 및 질화갈륨 계열의 p형 반도체층(25)을 포함하는 반도체 적층 구조체(30)가 형성된다. 상기 n형 반도체층(21)은 제2 질화갈륨층(17) 상에 성장되며, 측면 성장에 의해 상기 홈(19)을 덮는다. 상기 활성층(23) 및 p형 반도체층(25)은 상기 n형 반도체층(21) 상에서 성장된다.Referring to FIG. 4, the gallium nitride-based n-
상기 n형 및 p형 반도체층들(21, 25)은 각각 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 활성층(23)은 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조로 형성될 수 있다. 상기 질화갈륨 기판(11) 상에서 성장됨으로써 상기 반도체층들(21, 23, 25)은 약 5×106/㎠ 이하의 전위 밀도를 갖도록 형성될 수 있다.The n-type and p-type semiconductor layers 21 and 25 may be formed in a single layer or multiple layers, respectively. In addition, the
상기 제1 및 제2 질화갈륨층(13, 17), 상기 희생층(15) 및 상기 화합물 반도체층들(21, 23, 25)은 금속유기화학기상증착법(MOCVD) 또는 분자선 증착법(molecular beam epitaxy; MBE) 등의 공정에 의해 성장될 수 있다.The first and second gallium nitride layers 13 and 17, the
도 5를 참조하면, 상기 반도체 적층 구조체(30) 상에 p 전극층(27)이 형성된다. p 전극층(27)은 p형 반도체층(25)에 오믹 콘택한다. 또한, 상기 p 전극층(27)은 반사 금속층 및 장벽금속층을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5,
이어서, 상기 p 전극층(27) 상에 지지기판(31)이 부착된다. 지지기판(31)은 반도체 적층 구조체(30)와 별도로 제작된 후, 본딩 메탈(33)을 통해 p 전극층(27) 상에 본딩될 수 있다. 이와 달리, 상기 지지기판(31)은 p 전극층(27) 상에서 도금되어 형성될 수 있다. 상기 지지기판(31)은 도전성 기판, 예컨대 금속 또는 반도체 기판일 수 있다.Subsequently, a
도 6을 참조하면, 상기 지지기판(31)이 형성된 후, 상기 질화갈륨 기판(11)이 제거되고, 제2 질화갈륨층(17)이 제거되어 반도체 적층 구조체(30)의 n형 반도체층(21) 표면이 노출된다. 제2 질화갈륨층(17)은 건식 식각 또는 연마 또는 폴리싱 기술을 이용하여 제거될 수 있다.Referring to FIG. 6, after the
상기 질화갈륨 기판(11)은 광 강화 화학 식각 기술을 이용하여 반도체 적층 구조체(30)로부터 분리될 수 있다. 도 7은 상기 질화갈륨 기판(11)의 분리 공정을 설명하기 위한 개략도이다.The
도 7을 참조하면, 우선 도 5에서 설명한 바와 같이 지지기판(31)이 형성된 후, KOH 또는 NaOH의 용액(110)이 담긴 수조(100)에 질화갈륨 기판(11)을 포함하는 전체 대상물을 넣는다. 한편, UV 램프(40)를 이용하여 상기 질화갈륨 기판(11)을 통해 광을 조사한다. 이때, UV 램프(40)에서 발생되는 광(L1) 중 희생층(15)에 흡수될 파장의 광(L2)을 제외하고, 질화갈륨 기판(11)에 흡수될 파장의 광은 필터(45)를 이용하여 미리 필터링한다. 상기 필터(45)는 예컨대, 사파이어 기판(41) 상에 질화갈륨층(43)을 성장시켜 형성될 수 있다. 따라서, 상기 질화갈륨층(43)이 질화갈륨 기판(11)에 흡수되는 파장의 광을 미리 차단한다.Referring to FIG. 7, first, as shown in FIG. 5, after the
이에 따라, 질화갈륨 기판(11)을 투과하는 광(L2)이 수조(100) 내의 질화갈륨 기판(11)을 통해 희생층(15)에 조사된다. 희생층(15)은 홈(19)의 내벽에 측면이 노출되어 있으며, 또한 상기 광(L2)을 흡수한다. 이에 따라, 홈(19) 내에 침투한 KOH 또는 NaOH 용액(110)에 의해 희생층(15)이 식각된다.Accordingly, the light L2 passing through the
상기 UV 램프(40) 대신 특정 파장의 광, 즉, 질화갈륨 기판(11)을 투과하고 희생층(15)에 흡수되는 파장의 광을 방출하는 레이저 또는 발광 다이오드를 이용하여 광을 조사할 수도 있다.Instead of the
본 실시예에 따르면, 기판(11) 상에 홈(19)이 형성되기 때문에 희생층(15)이 기판(11)의 가장자리 영역뿐만 아니라 내측 영역에서도 식각된다. 따라서, 기판(11)의 크기가 상대적으로 큰 경우에도, 질화갈륨 기판(11)을 반도체 적층 구조체(30)로부터 쉽게 분리할 수 있다. 나아가, 홈(19)과 홈(19) 사이의 간격을 조절함으로써 희생층(15)의 각 시간을 적당히 조절할 수 있다.According to the present exemplary embodiment, since the
상기 질화갈륨 기판(11)이 제거된 후, 앞서 설명한 바와 같이, 제2 질화갈륨층(17)이 제거될 수 있다. 이에 따라, n형 반도체층(21) 표면이 노출되며, 이 n형 반도체층(21)을 부분적으로 식각하여 거칠어진 표면 또는 요철 패턴을 형성할 수도 있다. 또한, 상기 n형 반도체층(21) 상에 투명 산화물층(도 1의 35)을 증착하고 이를 패터닝하여 요철패턴을 형성할 수도 있다. 그 후, n 전극패드(37) 및 본딩 패드(39)가 형성될 수 있으며, 개별 발광 다이오드로 분할함으로써 도 1의 발광 다이오드가 완성된다.After the
종래 사파이어 기판을 성장 기판으로 사용할 경우, 사파이어 기판은 그 위에 성장된 반도체층들과 물성이 다르기 때문에, 기판과 반도체층들 사이의 계면을 이용하여 사파이어 기판이 쉽게 분리될 수 있다. 그러나, 질화갈륨 기판(11)을 성장기판으로 사용한 경우, 질화갈륨 기판(11)과 그 위에 성장된 반도체층들(21, 23, 25)은 동종의 재료이므로, 기판(11)과 반도체층들(21, 23, 25) 사이의 계면을 이용하여 기판(11)을 분리하는 것이 곤란하다.When the conventional sapphire substrate is used as a growth substrate, since the sapphire substrate has different physical properties from those of the semiconductor layers grown thereon, the sapphire substrate can be easily separated by using an interface between the substrate and the semiconductor layers. However, when the
이에 따라, 본 발명에서는 희생층(15)을 이용하여 상기 질화갈륨 기판(11)을 분리한다. 따라서 상기 질화갈륨 기판(11)을 손상시키지 않고 반도체 적층 구조체(30)로부터 분리할 수 있다. 분리된 질화갈륨 기판(11)은 손상되지 않기 때문에 성장기판으로 재사용될 수 있다.Accordingly, in the present invention, the
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.8 is a cross-sectional view for describing a light emitting diode according to still another embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 상기 발광 다이오드는 지지기판(51), 반도체 적층 구조체(30), p 전극층(27a), 절연층(29), n 전극층(47), 본딩 메탈(53), 투명 산화물층(55) 및 p-전극 패드(57)를 포함한다. 또한, 상기 발광 다이오드는 본딩 패드(59)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8, the light emitting diode includes a
여기서, 반도체 적층 구조체(30), 지지기판(51), 본딩 메탈(53), 투명 산화물층(55), 본딩 패드(59)는 도 1의 발광 다이오드와 유사하므로 상세한 설명은 생략한다. 다만, 상기 반도체 적층 구조체(30)는 지지기판(51)의 일부 영역 상에 위치할 수 있다. 즉, 지지기판(51)이 반도체 적층 구조체(30)에 비해 상대적으로 넓은 면적을 가지며, 반도체 적층 구조체(30)는 상기 지지기판(51)의 일부 영역 상에 위치한다. 나아가, 상기 반도체 적층 구조체(30)는 p형 반도체층(25) 및 활성층(23)을 관통하는 관통홀(30a)을 갖는다. 하나 이상의 관통홀들(30a)이 형성될 수 있으며, 복수의 관통홀들(30a)이 고르게 분산되어 위치할 수 있다.Here, since the
한편, p 전극층(27a)은 도 1을 참조하여 설명한 p 전극층(27)과 유사하게 p형 반도체층(25)에 오믹 콘택하며, 반사 금소기층 및 장벽 금속층을 포함할 수 있다. 상기 p 전극층(27a)은 p형 반도체층(25)에 콘택하며, 상기 관통홀(30a)을 노출시키는 개구부를 갖는다.The p-
한편, n 전극층(47)은 반도체 적층 구조체(30)와 지지기판(51) 사이에 위치하며, 상기 관통홀(30a)을 통해 n형 반도체층(21)에 전기적으로 접속한다. 상기 n 전극층(47)은 p 전극층(27a), p형 반도체층(25) 및 활성층(23)으로부터 절연되도록 이격되어 위치한다.Meanwhile, the
절연층(29)은 상기 n 전극층(47)과 p 전극층(27a) 사이에 위치하여 상기 n 전극층(47)과 p 전극층(27a)을 이격시킨다. 예컨대, 상기 절연층(29)은 p 전극층(27a)의 하부면을 덮는다. 나아가, 상기 절연층(29)은 관통홀(30a)의 내벽을 덮어 p형 반도체층(25)과 활성층(23)을 n 전극층(47)으로부터 절연시킨다.The insulating
한편, 상기 p 전극층(27a)은 반도체 적층 구조체(30)의 하부 영역 바깥으로 연장하며, 상기 p 전극 패드(57)는 상기 연장된 p 전극층(27a) 상에 위치한다.Meanwhile, the
본 실시예에 따르면, n 전극층(47)이 지지기판(51)과 반도체 적층 구조체(30) 사이에 위치한다. 따라서, 활성층(23)에서 투명 산화물층(55)을 통해 방출되는 광이 도 1과 같은 n 전극 패드(37)에 의해 손실되는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 복수의 관통홀들(30a)을 이용할 경우, n 전극층(47)이 n형 반도체층(21)의 다수 지점에서 접촉할 수 있으므로, 발광 다이오드 내부에서 전류를 고르게 분산시킬 수 있다.According to the present embodiment, the
도 9 내지 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.9 to 12 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting diode according to still another embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 질화갈륨 기판(11) 상에 제1 질화갈륨층(13), 희생층(15), 제2 질화갈륨층(17)을 성장하고, 홈(19)을 형성하고, 상기 제2 질화갈륨층(17) 상에 n형 반도체층(21), 활성층(23) 및 p형 반도체층(25)을 포함하는 반도체 적층 구조체(30)를 성장한다.Referring to FIG. 9, as described with reference to FIGS. 2 to 4, the first
그 후, 상기 반도체 적층 구조체(30) 상에 p 전극층(27a)를 형성한다. 상기 p 전극층(27a)은 개구부를 갖도록 형성된다. 이어서, 상기 반도체 적층 구조체(30)를 패터닝하여 제2 반도체층(25) 및 활성층(23)을 관통하는 관통홀(30a)을 형성한다. 상기 p 전극층(27a)은 상기 관통홀(30a)을 형성한 후에 형성될 수도 있다. 상기 관통홀(30a)은 하나의 발광 다이오드 영역 내에 하나 또는 복수개 형성될 수 있다.After that, a p-
도 10을 참조하면, 상기 p 전극층(27a)을 덮는 절연층(29)이 형성된다. 상기 절연층(29)은 또한 관통홀(30a)의 내벽을 덮을 수 있다. 상기 절연층(29)은 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막으로 형성될 수 있으며, 나아가 SiO2와 TiO2를 교대로 증착하여 분포 브래그 반사기가 되도록 형성될 수도 있다. 상기 절연층(29)은 상기 관통홀(30a) 바닥에서 n형 반도체층(21)을 노출시키는 개구부를 갖는다.Referring to FIG. 10, an insulating
상기 절연층(29) 상에 n 전극층(47)이 형성된다. n 전극층(47)은 관통홀(30a)을 통해 n형 반도체층(21)에 전기적으로 접속된다. 상기 n 전극층(47)에 절연층(29)에 의해 p 전극층(27a)으로부터 전기적으로 절연된다. 또한, 상기 n 전극층(47)은 p형 반도체층(25) 및 활성층(23)으로부터도 이격된다.The
그 후, 상기 n 전극층(47) 상에 지지기판(51)이 부착된다. 지지기판(51)은 반도체 적층 구조체(30)와 별도로 제작된 후, 본딩 메탈(53)을 통해 n 전극층(47) 상에 본딩될 수 있다. 이와 달리, 상기 지지기판(51)은 n 전극층(47) 상에서 도금되어 형성될 수 있다. 상기 지지기판(51)은 도전성 기판, 예컨대 금속 또는 반도체 기판일 수 있다.Thereafter, a supporting
도 11을 참조하면, 상기 지지기판(51)이 형성된 후, 도 6을 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 질화갈륨 기판(11)이 제거되고, 제2 질화갈륨층(17)이 제거되어 반도체 적층 구조체(30)의 n형 반도체층(21) 표면이 노출된다. Referring to FIG. 11, after the supporting
상기 질화갈륨 기판(11)은 도 7을 참조하여 설명한 바와 같이 광 강화 화학 식각 기술을 이용하여 반도체 적층 구조체(30)로부터 분리될 수 있으며, 중복을 피하기 위해 상세한 설명은 생략한다.As described with reference to FIG. 7, the
도 12를 참조하면, 노출된 n형 반도체층(21) 상에 요철 패턴을 갖는 투명 산화물층(55)이 형성된다. 한편, 상기 반도체 적층 구조체(30)의 일부가 제거되어 p 전극층(27a)이 노출되고, 상기 노출된 p 전극층(27a) 상에 도 8에 도시한 바와 같이 p 전극 패드(57)가 형성된다. 또한, 상기 지지기판(51) 하부에 본딩 패드(59)가 형성될 수 있으며, 개별 발광 다이오드로 분할됨으로써 도 8의 발광 다이오드가 완성된다.Referring to FIG. 12, a
본 실시예에 따르면, 반도체 적층 구조체(30)와 지지기판(51) 사이에 n 전극층(47)을 배치함으로써 광 방출면에서의 광 손실을 방지할 수 있는 발광 다이오드를 제공할 수 있다.According to the present embodiment, the n-
이상에서, 본 발명의 다양한 실시예들 및 특징들에 대해 설명하였지만, 본 발명은 위에서 설명한 실시예들 및 특징들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments or constructions. Various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. have.
Claims (20)
상기 지지기판 상에 위치하고, 질화갈륨 계열의 p형 반도체층, 질화갈륨 계열의 활성층 및 질화갈륨 계열의 n형 반도체층을 포함하는 반도체 적층 구조체;
상기 지지기판과 상기 반도체 적층 구조체 사이에서 상기 p형 반도체층에 오믹 콘택하는 p 전극층;
상기 반도체 적층 구조체 상에 위치하고 요철패턴을 갖는 투명 산화물층을 포함하고,
상기 반도체 적층 구조체는 5×106/㎠ 이하의 전위 밀도를 갖도록 형성된 발광 다이오드.A support substrate;
A semiconductor stacked structure disposed on the support substrate and including a gallium nitride-based p-type semiconductor layer, a gallium nitride-based active layer, and a gallium nitride-based n-type semiconductor layer;
A p-electrode layer ohmic contacting the p-type semiconductor layer between the support substrate and the semiconductor stacked structure;
A transparent oxide layer disposed on the semiconductor laminate structure and having an uneven pattern,
The semiconductor laminate structure is a light emitting diode formed to have a dislocation density of 5 × 10 6 / ㎠ or less.
상기 반도체 적층 구조체는 질화갈륨 기판 상에 성장된 반도체층들로 형성된 발광 다이오드.The method according to claim 1,
The semiconductor laminate structure is a light emitting diode formed of semiconductor layers grown on a gallium nitride substrate.
상기 투명 산화물층 상에 위치하여 상기 n형 반도체층에 전기적으로 접속하는 n 전극 패드를 더 포함하는 발광 다이오드.The method according to claim 1,
And an n electrode pad on the transparent oxide layer and electrically connected to the n-type semiconductor layer.
상기 지지기판과 상기 반도체 적층 구조체 사이에 위치하고, 상기 p형 반도체층 및 활성층을 관통하는 관통홀을 통해 상기 n형 반도체층에 접속된 n 전극층; 및
상기 p 전극층과 상기 n 전극층을 절연시키는 절연층을 더 포함하는 발광 다이오드.The method according to claim 1,
An n-electrode layer disposed between the support substrate and the semiconductor stack structure and connected to the n-type semiconductor layer through a through hole passing through the p-type semiconductor layer and the active layer; And
The light emitting diode further comprises an insulating layer insulating the p electrode layer and the n electrode layer.
상기 p 전극층에 형성된 p 전극 패드를 더 포함하는 발광 다이오드.The method of claim 4,
The light emitting diode further comprises a p electrode pad formed on the p electrode layer.
상기 지지기판 상에 위치하고, 질화갈륨 계열의 p형 반도체층, 질화갈륨 계열의 활성층 및 질화갈륨 계열의 n형 반도체층을 포함하는 반도체 적층 구조체;
상기 지지기판과 상기 반도체 적층 구조체 사이에서 상기 p형 반도체층에 오믹 콘택하는 p 전극층;
상기 지지기판과 상기 반도체 적층 구조체 사이에 위치하고, 상기 p형 반도체층 및 활성층을 관통하는 관통홀을 통해 상기 n형 반도체층에 접속된 n 전극층; 및
상기 p 전극층과 상기 n 전극층을 절연시키는 절연층을 포함하고,
상기 반도체 적층 구조체는 5×106/㎠ 이하의 전위 밀도를 갖도록 형성된 발광 다이오드.A support substrate;
A semiconductor stacked structure disposed on the support substrate and including a gallium nitride-based p-type semiconductor layer, a gallium nitride-based active layer, and a gallium nitride-based n-type semiconductor layer;
A p-electrode layer ohmic contacting the p-type semiconductor layer between the support substrate and the semiconductor stacked structure;
An n-electrode layer disposed between the support substrate and the semiconductor stack structure and connected to the n-type semiconductor layer through a through hole passing through the p-type semiconductor layer and the active layer; And
An insulating layer insulating the p electrode layer and the n electrode layer;
The semiconductor laminate structure is a light emitting diode formed to have a dislocation density of 5 × 10 6 / ㎠ or less.
상기 지지기판 하부에 위치하는 본딩 패드를 더 포함하는 발광 다이오드.The method of claim 6,
The light emitting diode further comprises a bonding pad located under the support substrate.
상기 p 전극층 상에 형성된 p 전극 패드를 더 포함하는 발광 다이오드.The method of claim 6,
The light emitting diode further comprises a p electrode pad formed on the p electrode layer.
상기 절연층은 상기 관통홀 내에서 상기 n 전극층을 상기 p형 반도체층 및 활성층으로부터 절연시키는 발광 다이오드.The method of claim 6,
And the insulating layer insulates the n electrode layer from the p-type semiconductor layer and the active layer in the through hole.
상기 반도체 적층 구조체 상에 위치하고 요철 패턴을 갖는 투명 산화물층을 더 포함하는 발광 다이오드.The method of claim 9,
The light emitting diode further comprising a transparent oxide layer disposed on the semiconductor laminate structure and having an uneven pattern.
상기 제2 질화갈륨층 및 희생층을 관통하는 홈을 형성하고,
상기 제2 질화갈륨층 상에 질화갈륨 계열의 반도체층들을 성장시켜 반도체 적층 구조체를 형성하고,
상기 반도체 적층 구조체 상에 지지기판을 형성하고,
상기 희생층을 식각하여 상기 반도체 적층 구조체로부터 상기 질화갈륨 기판을 제거하는 것을 포함하는 발광 다이오드 제조 방법.Forming a first gallium nitride layer, a sacrificial layer, and a second gallium nitride layer on the gallium nitride substrate, the sacrificial layer having a narrower bandgap than the gallium nitride layer;
Forming a groove penetrating the second gallium nitride layer and the sacrificial layer,
Growing a gallium nitride-based semiconductor layer on the second gallium nitride layer to form a semiconductor laminate structure,
Forming a support substrate on the semiconductor laminate structure,
Etching the sacrificial layer to remove the gallium nitride substrate from the semiconductor laminate.
상기 희생층은 InGaN으로 형성된 발광 다이오드 제조 방법.The method of claim 11,
The sacrificial layer is formed of InGaN light emitting diode manufacturing method.
상기 희생층을 식각하는 것은 광 강화 화학 식각 기술을 이용하여 수행되는 발광 다이오드 제조 방법.The method of claim 11,
And etching the sacrificial layer is performed using a light enhanced chemical etching technique.
상기 희생층을 식각하는 것은 KOH 또는 NaOH 용액 내에서 상기 질화갈륨 기판을 통해 상기 희생층에 광을 조사하여 수행되는 발광 다이오드 제조 방법.The method according to claim 13,
Etching the sacrificial layer is performed by irradiating light to the sacrificial layer through the gallium nitride substrate in a KOH or NaOH solution.
상기 질화갈륨 기판이 제거된 후, 상기 n형 반도체층 상에 요철패턴을 갖는 투명 산화물층을 형성하는 것을 더 포함하는 발광 다이오드 제조 방법.The method of claim 11,
After the gallium nitride substrate is removed, further comprising forming a transparent oxide layer having an uneven pattern on the n-type semiconductor layer.
상기 지지기판을 형성하기 전에, 상기 반도체 적층 구조체에 오믹 콘택하는 p형 전극층을 형성하는 것을 더 포함하되,
상기 반도체 적층 구조체는 질화갈륨 계열의 n형 반도체층, 질화갈륨 계열의 활성층 및 질화갈륨 계열의 p형 반도체층을 포함하고,
상기 p 전극층은 상기 p형 반도체층에 오믹 콘택하는 발광 다이오드 제조 방법.The method of claim 11,
Before forming the support substrate, further comprising forming a p-type electrode layer in ohmic contact with the semiconductor laminate structure,
The semiconductor laminate structure includes a gallium nitride-based n-type semiconductor layer, a gallium nitride-based active layer, and a gallium nitride-based p-type semiconductor layer,
The p electrode layer is ohmic contact with the p-type semiconductor layer manufacturing method.
상기 지지기판을 형성하기 전에,
상기 p형 반도체층 및 상기 활성층을 관통하는 관통홀을 형성하고,
상기 관통홀의 내벽 및 상기 p 전극층을 덮는 절연층을 형성하고,
상기 관통홀을 통해 상기 n형 반도체층에 전기적으로 접속하는 n 전극층을 형성하는 것을 더 포함하는 발광 다이오드 제조 방법.18. The method of claim 16,
Before forming the support substrate,
Forming through holes penetrating the p-type semiconductor layer and the active layer;
Forming an insulating layer covering the inner wall of the through hole and the p electrode layer;
And forming an n electrode layer electrically connected to the n-type semiconductor layer through the through hole.
상기 질화갈륨 기판을 제거한 후, 상기 반도체 적층 구조체의 일부를 제거하여 상기 p 전극층을 노출시키고,
상기 p 전극층 상에 p 전극 패드를 형성하는 것을 더 포함하는 발광 다이오드 제조 방법.18. The method of claim 17,
After removing the gallium nitride substrate, a portion of the semiconductor laminate structure is removed to expose the p electrode layer,
And forming a p electrode pad on the p electrode layer.
상기 홈은 메쉬 형상으로 형성되거나 복수개가 스트라이프 형상으로 형성된 발광 다이오드 제조 방법.The method of claim 11,
The groove is formed in a mesh shape or a plurality of light emitting diode manufacturing method formed in a stripe shape.
상기 지지기판 하부에 본딩 패드를 형성하는 것을 더 포함하는 발광 다이오드 제조 방법.The method of claim 11,
The method of manufacturing a light emitting diode further comprises forming a bonding pad under the support substrate.
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