KR20140075155A - Fabrication of wafer bonded AlGaInP light emitting diode with textured n-type AlAs current spreading layer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 웨이퍼 본딩형 AlGaInP계 발광다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼 본딩형 고효율 AlGaInP계 발광다이오드에서 광 방출 효율을 증가시키기 위하여 n형 제한층 상부에 AlGaInP 물질보다 큰 밴드갭과 작은 저항을 가진 두꺼운 텍스처된 n형 전류 확산층의 형성에 관한 것이다.The present invention relates to a wafer bonding type AlGaInP light emitting diode and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a wafer bonding type high efficiency AlGaInP light emitting diode, And forming a thick textured n-type current diffusion layer with a small resistance.
AlGaInP계 발광다이오드는 주입되는 전기에너지를 약 570nm 내지 약 630nm 범위 내의 특정 파장을 가진 광으로 변환시키는 반도체 소자이다. 특정 파장의 변화는 AlGaInP계 발광다이오드가 가지는 밴드갭(band-gap)의 크기에 의해 좌우되는데, 밴드갭 크기는 알루미늄(Al)과 갈륨(Ga)의 조성비를 변화시킴으로써 쉽게 조절할 수 있고, 예컨대 알루미늄의 조성비를 증가시킬수록 파장이 짧아진다.The AlGaInP light emitting diode is a semiconductor device that converts electrical energy to be injected into light having a specific wavelength within a range of about 570 nm to about 630 nm. The change in the specific wavelength is dependent on the size of the band gap of the AlGaInP light emitting diode. The band gap size can be easily controlled by changing the composition ratio of aluminum (Al) and gallium (Ga) The wavelength is shortened as the composition ratio of the compound is increased.
일반적으로 AlGaInP계 발광다이오드는 고품질의 박막 성장을 가능하게 하는 금속유기화학기상증착(MOCVD) 기술을 이용하여 발광다이오드 물질을 GaAs 기판 상에 성장시킴으로써 제조된다. AlGaInP계 발광다이오드는 기본적으로 n형 AlGaInP 물질로 이루어진 층인 하부 제한층과 p형 AlGaInP 물질로 이루어진 층인 상부 제한층 사이에 특정 파장을 갖는 도핑이 되지 않은 AlGaInP 물질로 이루어진 고효율 활성층을 가진 구조를 갖는다. 활성층, n형 제한층 그리고 p형 제한층은 상대적으로 높은 저항을 가지므로, 범용으로 사용되는 발광다이오드의 경우 각각의 층은 대부분 1μm 이하의 두께로 성장된다. (총 두께 <3μm).In general, an AlGaInP light emitting diode is fabricated by growing a light emitting diode material on a GaAs substrate using a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) technique which enables high-quality thin film growth. The AlGaInP light emitting diode has a structure having a highly efficient active layer made of an undoped AlGaInP material having a specific wavelength between a lower limiting layer which is basically a layer made of an n-type AlGaInP material and a upper limiting layer which is a layer made of a p-type AlGaInP material. Since the active layer, the n-type limiting layer and the p-type limiting layer have a relatively high resistance, in the case of light emitting diodes used for general purposes, each layer is grown to a thickness of 1 μm or less in most cases. (Total thickness < 3 [mu] m).
일반적으로, AlGaInP 계 발광다이오드는 그 효율 증대를 위해 전류 확산층(윈도우층), 다중양자우물 구조, 분산 브래그 반사기(DBR), 그리고 텍스처된 표면 등이 주로 사용된다. 그 중 DBR은 활성층으로부터 방출되어 하부 GaAs 흡수 기판에 의해 흡수될 빛을 반사하여 AlGaInP계 발광다이오드의 효율을 증가시키는 기술이다. 하지만, 이러한 DBR 기술은 DBR의 특정 파장 반사와 제한된 반사 임계각으로 인해, 일반적으로 고효율 AlGaInP계 발광다이오드 제작에 적용되기 어렵다.In general, AlGaInP light emitting diodes are mainly used for current-spreading layer (window layer), multi-quantum well structure, DBR, and textured surface. The DBR is a technique for emitting light from the active layer and reflecting light to be absorbed by the lower GaAs absorption substrate to increase the efficiency of the AlGaInP light emitting diode. However, such DBR technology is generally difficult to apply to the fabrication of high efficiency AlGaInP light emitting diodes due to DBR's specific wavelength reflection and limited reflection critical angle.
이러한 문제점을 해결하기 위해 전 파장 및 전 각도에서 반사가 가능한 반사층을 AlGaInP계 에피층의 맨 위층에 증착하고 ALGaInP계 에피층 웨이퍼 본딩(wafer bonding) 기술을 이용하여 Si 같은 전도성 웨이퍼와 상호 접목시킨 후 GaAs 흡수 기판을 제거하는 기술이 등장하였고, 현재 많은 산업체, 연구소 등에서 모든 파장(450~940nm)에 대한 고효율 발광다이오드 제작을 위해 웨이퍼 본딩 기술이 개발 및 적용되고 있는 실정이다.In order to solve this problem, a reflection layer capable of reflecting at all wavelengths and angles was deposited on the top layer of the AlGaInP epitaxial layer, and the wafer was bonded to a conductive wafer such as Si using an ALGaInP epitaxial wafer bonding technique GaAs absorptive substrate has been developed and wafer bonding technology has been developed and applied to manufacture high efficiency light emitting diodes for all wavelengths (450 to 940 nm) in many industries and research institutes.
GaAs 기판 제거와 높은 반사율을 가진 반사층을 이용하는 웨이퍼 본딩 기술에 의해 제작된 고효율 AlGaInP계 발광다이오드 구조 또한 효율을 저해하는 큰 문제점이 존재한다. 웨이퍼 본딩 기술 적용 시 AlGaInP계 에피층의 최상부 층인 전류 확산층이 반사층을 사이에 두고 리셉터 웨이퍼(receptor wafer)와 결합되므로, 웨이퍼 본딩 후 AlGaInP계 에피층은 그 구조가 역전되어 n형 제한층이 최상부 층이 되고 리셉터 웨이퍼가 최종 기판이 되므로 결국 기존 전류 확산층이 사라지게 된다. 이러한 웨이퍼 본딩 공정은 도 2의 (a)에 도시되어 있다.A high efficiency AlGaInP light emitting diode structure fabricated by a wafer bonding technique using a reflection layer having a high reflectance and a GaAs substrate removal has a great problem of hindering efficiency. When the wafer bonding technique is applied, the current diffusion layer, which is the uppermost layer of the AlGaInP epitaxial layer, is bonded to the receptor wafer via the reflective layer. Therefore, after the wafer bonding, the AlGaInP epitaxial layer is reversed in structure, And the receptor wafer becomes the final substrate, so that the existing current diffusion layer disappears. Such a wafer bonding process is shown in Fig. 2 (a).
웨이퍼 본딩의 또 다른 문제점은 선택적인 GaAs 기판 제거와 오믹 콘택(ohmic contact) 형성 그리고 광 추출 개선을 위해 여러 차례의 에칭 공정이 필요하다는 것이고, 이것은 양산 시 많은 비용과 시간을 소모하는 변수로 인식된다.Another problem of wafer bonding is that it requires multiple etching processes for selective GaAs substrate removal, ohmic contact formation, and light extraction enhancement, which is considered to be a costly and time consuming variable in mass production .
본 발명은 웨이퍼 본딩형 AlGaInP계 발광다이오드에서 광 효율을 개선하기 위해 전류 확산층을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a current diffusion layer for improving light efficiency in a wafer bonding type AlGaInP light emitting diode.
본 발명은 또한 웨이퍼 본딩형 AlGaInP계 발광다이오드를 제작함에 있어서 에칭 공정 등을 줄임으로써 제작 공정을 개선하는 것을 목적으로 한다.The present invention also aims at improving the fabrication process by reducing the etching process and the like in manufacturing a wafer bonding type AlGaInP light emitting diode.
본 발명에 따른 웨이퍼 본딩형 AlGaInP계 발광다이오드는 AlGaInP계 에피층의 n형 제한층 위에 n형 AlAs 물질로 이루어진 전류 확산층이 형성된 것을 특징으로 한다.The wafer bonding AlGaInP light emitting diode according to the present invention is characterized in that a current diffusion layer made of an n-type AlAs material is formed on an n-type limiting layer of an AlGaInP epitaxial layer.
본 발명에 있어서, “웨이퍼 본딩형 AlGaInP계 발광다이오드”라 함은 발광다이오드의 효율 증대를 위해 반사층을 삽입하는 웨이퍼 본딩 기술이 적용된 AlGaInP계 발광다이오드를 의미한다. 웨이퍼 본딩 기술이 적용된 AlGaInP계 발광다이오드는 예컨대 n형 GaAs 기판 위에 성장되었던 n형 제한층이 상부로 반전된 구조를 가진다. 웨이퍼 본딩 기술은 당해 기술분야에서 잘 알려져 있으므로 여기서는 자세한 설명을 생략한다.In the present invention, the term "wafer bonding type AlGaInP light emitting diode" refers to an AlGaInP light emitting diode to which a wafer bonding technique for inserting a reflective layer for increasing the efficiency of a light emitting diode is applied. The AlGaInP light emitting diode to which the wafer bonding technique is applied has a structure in which the n-type limiting layer grown on the n-type GaAs substrate is inverted upward. Wafer bonding techniques are well known in the art and will not be described in detail here.
본 발명에 있어서, 용어 “AlGaInP계 에피층”은 n형 제한층, 활성층, p형 제한층을 의미하고, 바람직하게는 p형 제한층 위에 성장된 p형 윈도우층을 더 포함하는 것으로 이해될 수 있다.In the present invention, the term " AlGaInP-based epitaxial layer " means an n-type limiting layer, an active layer, a p-type limiting layer, and preferably a p-type window layer grown on a p- have.
본 발명에 있어서, 상기 n형 AlAs 물질은 기판인 GaAs 물질과 그 상부에 성장하는 AlGaInP계 물질과 거의 동일한 격자상수를 가지고 있어서, 결함이 없이 GaAs 물질과 AlGaInP계 물질 사이에서 고품질의 성장이 가능하다. 또한, n형 AlAs 물질은 AlGaInP계 물질보다 약 20배 정도의 높은 전도성을 가짐과 동시에 AlGaInP계 발광다이오드에서 방출되는 빛을 투과시킬 만큼 상대적으로 높은 밴드갭을 가지고 있어, AlGaInP계 발광다이오드에서 전류 확산층으로 기능하는데 적합하다. 또한 상기 n형 AlAs 물질은 기판인 GaAs 물질의 제거를 위해 통상 사용되는 에천트(etchant)에 대하여 에칭률이 GaAs 물질보다 수십 배 낮으므로, 상기 기판의 에칭 시 자가(self) 에칭 정지층으로서 기능할 수 있고 자가 텍스처링 효과(self-textured effect)를 나타낼 수 있다.In the present invention, the n-type AlAs material has substantially the same lattice constant as that of the GaAs material as the substrate and the AlGaInP-based material grown on the GaAs material, thereby enabling high-quality growth between the GaAs material and the AlGaInP-based material without defect . In addition, the n-type AlAs material has a relatively high bandgap enough to transmit light emitted from the AlGaInP-based light emitting diode and has a conductivity about 20 times higher than that of the AlGaInP-based material. In the AlGaInP-based light emitting diode, Lt; / RTI > Further, since the n-type AlAs material has an etching rate lower than that of a GaAs material by a factor of several times lower than that of an etchant commonly used for removing a GaAs material as a substrate, the n-type AlAs material functions as a self etch stop layer And can exhibit a self-textured effect.
본 발명에 있어서, 상기 전류 확산층은 웨이퍼 본딩 전에 n형 기판과 n형 제한층 사이에 두껍게 성장된 것으로서, 하부의 에피층을 구성하는 AlGaInP 물질의 저항을 고려 시 약 40μm 이하의 두께로 성장되는 것이 바람직하다.In the present invention, the current diffusion layer is grown thickly between the n-type substrate and the n-type limiting layer before wafer bonding, and is grown to a thickness of about 40 탆 or less considering the resistance of the AlGaInP material constituting the lower epi layer desirable.
본 발명에 있어서, 상기 전류 확산층은 n형 AlXGa1-XAs(0.7≤X≤1)로 이루어질 수 있다. 본 발명에 따른 웨이퍼 본딩형 AlGaInP계 발광다이오드에서, 상기 전류 확산층의 구성 물질은 상대적으로 높은 전도성, 넓은 밴드갭 및 낮은 에칭률을 가져야 하는데, n형 AlGaAs 물질의 AlGa의 조성에서 Ga이 30% 이하의 소량의 경우에도 이들 요건을 만족한다.In the present invention, the current diffusion layer may be made of n-type Al x Ga 1 -x As (0.7 x 1 ). In the wafer-bonding type AlGaInP light emitting diode according to the present invention, the constituent material of the current diffusion layer should have a relatively high conductivity, a wide bandgap and a low etching rate. In the AlGa composition of the n-type AlGaAs material, Even in the case of a small amount of < / RTI >
본 발명의 양태로서, 상기 웨이퍼 본딩형 AlGaInP 계 발광다이오드는, 하부로부터 순차적으로, 하부 전극, p형 Si 기판, 반사층, p형 윈도우층, n형 제한층, 활성층, p형 제한층, n형 전류 확산층, 상부 전극으로 이루어진 층 구조를 가질 수 있다.In the aspect of the present invention, the wafer bonding type AlGaInP light emitting diode includes a lower electrode, a p-type Si substrate, a reflective layer, a p-type window layer, an n-type limiting layer, an active layer, a p- A current diffusion layer, and an upper electrode.
본 발명에 따른 웨이퍼 본딩형 AlGaInP계 발광다이오드를 제조하는 방법은, 바람직하게는 n형 GaAs 물질로 이루어진 n형 기판에 n형 AlAs층 및 AlGaInP계 에피층을 순차적으로 성장시켜 AlGaInP계 에피 구조를 형성하는 단계; 상기 AlGaInP계 에피 구조를 바람직하게는 p형 Si 물질로 이루어진 리셉터 웨이퍼와 웨이퍼 본딩하는 단계; 및 상기 n형 기판을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method of manufacturing the wafer bonding AlGaInP light emitting diode according to the present invention is preferably a method of sequentially growing an n-type AlAs layer and an AlGaInP epitaxial layer on an n-type substrate made of an n-type GaAs material to form an AlGaInP epitaxial structure ; Bonding the AlGaInP epitaxial structure to a receptor wafer, preferably a p-type Si material, by wafer bonding; And removing the n-type substrate.
본 발명에 있어서, 바람직하게는, 상기 웨이퍼 본딩 단계 전에, 상기 AlGaInP계 에피층 위에 반사층이 증착되고, 상기 반사층이 리셉터 웨이퍼와 웨이퍼 본딩된다.In the present invention, preferably, before the wafer bonding step, a reflective layer is deposited on the AlGaInP-based epitaxial layer, and the reflective layer is wafer-bonded to the receptor wafer.
본 발명에 있어서, n형 AlAs층은 n형 AlXGa1-XAs(0.7≤X≤1) 물질로 이루어질 수 있다.In the present invention, the n-type AlAs layer may be made of an n-type Al x Ga 1 -x As (0.7 x 1 ) material.
본 발명에 있어서, 상기 n형 기판을 제거하는 단계는 바람직하게는 에칭, 좀더 바람직하게는 습식 에칭에 의해 수행되고, 상기 에칭은 상기 n형 기판을 제거와 함께 n형 AlAs층을 표면 텍스처링(surface texturing) 한다.In the present invention, the step of removing the n-type substrate is preferably performed by etching, more preferably by wet etching, and the etching is carried out by removing the n-type substrate and subjecting the n-type AlAs layer to surface texturing texturing.
본 발명에서 용어 “표면 텍스처링”이란 발광다이오드의 활성층으로부터의 빛이 발광다이오드의 외부로 방출되는데 방해 요인이 되는 전반사의 양을 감소시키기 위해 표면을 거칠게 하는 것으로 이해될 수 있으며, 예컨대 평평한 표면이 표면 텍스처링을 겪게 되면 광 추출 효율을 증가된다.The term " surface texturing " in the present invention can be understood as roughening the surface to reduce the amount of total reflection, which is an obstacle to light emitted from the active layer of the light emitting diode to the outside of the light emitting diode, Texturing results in increased light extraction efficiency.
본 발명에 의해서 상부에 n형 AlAs 전류 확산층을 가지는 새로운 웨이퍼 본딩형 고효율 AlGaInP계 발광다이오드가 제시되었다.A new wafer bonding type high efficiency AlGaInP light emitting diode having an n-type AlAs current diffusion layer on top of the present invention has been proposed.
본 발명에 의해 제작된 웨이퍼 본딩형 고효율 AlGaInP계 발광다이오드에서 n형 AlAs 전류 확산층은 웨이퍼 활성층 내의 발광 영역을 확대시키고, 이에 의해 발광다이오드의 효율을 크게 증가시킨다. 또한, AlGaInP계 에피 구조에 적용된 두꺼운 n형 AlAs층은 고효율 AlGaInP계 발광다이오드 제작을 위해 진행되는 공정 단계를 단축시킴으로써 공정을 효율적으로 개선시키고 제조 비용을 절감시킬 수 있다.In the wafer-bonding type high-efficiency AlGaInP light emitting diode fabricated by the present invention, the n-type AlAs current diffusion layer expands the light emitting region in the wafer active layer, thereby greatly increasing the efficiency of the light emitting diode. In addition, the thick n-type AlAs layer applied to the AlGaInP epitaxial structure can shorten the process steps for manufacturing a high-efficiency AlGaInP light emitting diode, thereby efficiently improving the process and reducing the manufacturing cost.
도 1은 웨이퍼 본딩형 AlGaInP계 발광다이오드의 제작을 위한 종래 기술에 따른 AlGaInP계 에피 구조(a)와 본 발명의 일 실시예에 따른 AlGaInP계 에피 구조(b)를 나타낸 도면이다.
도 2는 웨이퍼 본딩형 AlGaInP계 발광다이오드를 제작하는데 있어서 종래 기술에 따른 AlGaInP계 에피 구조의 웨이퍼 본딩을 통한 AlGaInP계 발광다이오드를 제작 과정(a)과 본 발명의 일 실시예에 따른 AlGaInP계 에피 구조의 웨이퍼 본딩을 통한 AlGaInP계 발광다이오드를 제작 과정(b)을 도식적으로 나타낸 흐름도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 웨이퍼 본딩형 AlGaInP계 발광다이오드(a)와 본 발명의 일 실시예에 따른 AlGaInP 발광다이오드(b)의 층 구조 및 발광 영역을 나타낸 도면이다.1 is a view showing an AlGaInP-based epitaxial structure (a) according to the prior art and an AlGaInP-based epitaxial structure (b) according to an embodiment of the present invention for producing a wafer bonding AlGaInP-based light emitting diode.
FIG. 2 is a cross-sectional view of an AlGaInP-based light emitting diode fabricated by wafer bonding of an AlGaInP-based epitaxial structure according to the prior art in the production of a wafer bonding AlGaInP-based light emitting diode, (B) of the AlGaInP light emitting diode through wafer bonding of the AlGaInP light emitting diode.
3 is a view showing a layer structure and a light emitting region of a wafer bonding AlGaInP light emitting diode (a) according to the prior art and an AlGaInP light emitting diode (b) according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 부가적인 양태, 특징 및 이점은 대표적인 실시예의 하기 설명을 포함하고, 그 설명은 수반하는 도면들과 함께 이해되어야 한다. 본 발명의 명확한 이해를 돕기 위해, 각 도면에서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시될 수 있다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.Additional aspects, features, and advantages of the invention will be set forth in the description which follows, and in part will be obvious from the description, or may be learned by practice of the invention. In order to facilitate a clear understanding of the present invention, some of the elements in the figures may be exaggerated, omitted or schematically illustrated. Also, the size of each component does not entirely reflect the actual size.
도 1에서 좌측의 (a) 도면은 종래 기술에 따른 웨이퍼 본딩형 AlGaInP계 발광다이오드를 위한 AlGaInP계 에피 구조를 나타내고 우측의 (b) 도면은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 본딩형 AlGaInP계 발광다이오드를 위한 AlGaInP계 에피 구조를 나타낸다. 즉, 이들 도면은 반사층 제공을 위한 웨이퍼 본딩 공정이 적용되기 전의 에피 성장 기판의 예를 보여준다.1 shows an AlGaInP-based epitaxial structure for a wafer-bonding type AlGaInP-based light emitting diode according to the prior art and FIG. 1 (b) on the right side shows a wafer bonding AlGaInP-based light emission according to an embodiment of the present invention AlGaInP-based epitaxial structure for a diode. That is, these figures show an example of an epitaxially grown substrate before a wafer bonding process for providing a reflective layer is applied.
좌측 도면에 도시된 바와 같이, 기존의 에피 구조(a)는 기판(8) 위에 순차적으로 에칭 정지층(etch stop layer)(6), 오믹 콘택층(5), 하부 제한층(4), 활성층(3), 상부 제한층(2), 전류 확산층(1)이 성장된 구조이다. 상기 하부 제한층(4)은 상부 제한층(2)에 비해 통상 약 1μm 정도 두껍게 성장되는데, 그 이유는 웨이퍼 본딩이 적용된 후 하부 제한층(4)이 최상부로 이동하게 된 다음에, 표면 반사를 줄임으로써 광 추출 효율 개선시킬 수 있는 표면 텍스처링을 상기 하부 제한층(4)에 적용하기 위함이다.As shown in the left drawing, the conventional epitaxial structure (a) sequentially includes an etch stop layer 6, an ohmic contact layer 5, a lower confinement layer 4, (3), the upper confinement layer (2), and the current diffusion layer (1) are grown. The lower limiting layer 4 is usually grown to about 1 탆 thick compared to the upper limiting layer 2 since the lower limiting layer 4 has moved to the top after wafer bonding has been applied, So as to apply the surface texture to the lower confinement layer 4 which can improve the light extraction efficiency.
위와 같은 기존의 에피 구조(a)와 달리, 본 발명의 일 실시예에 따른 AlGaInP 에피 구조(b)는 기판(8)와 하부 제한층(4) 사이에 에칭 정지층(6)과 오믹 콘택층(5)이 존재하지 않고, 대신 약 40μm의 두꺼운 n형 AlAs층(7)이 성장된 구조를 갖는다. 여기에 하부 제한층(4)이 상부 제한층(2)보다 특별히 두껍지 않다는 것을 제외하고는, 종래 기술의 에피 구조(a)와 실질적으로 동일한 구조이다.The AlGaInP epitaxial structure b according to an embodiment of the present invention differs from the conventional epitaxial structure a in that the etching stop layer 6 and the ohmic contact layer 4 are formed between the
상기 에피 구조(b)에서 n형 AlAs층(7)은 웨이퍼 본딩 공정을 위해 수행되는 기판(8) 제거 시 사용되는 에칭액에 크게 영향을 받지 않아, 자가(self) 에칭 정지층 역할을 할 수 있다. 또한, 상기 n형 AlAs층(7)은 저항이 상대적으로 매우 작아서 AlGaInP계 발광다이오드의 오믹 콘택 물질로서 수용이 가능하다. 따라서 상기 n형 AlAs층(7)은 종래의 에피 구조(a)와 달리 에칭 정지층(6)과 오믹 콘택층(5)을 성장시키는 것을 제거할 수 있게 한다.In the epitaxial structure (b), the n-
상기 n형 AlAs층(7)은 웨이퍼 본딩 시 발광다이오드의 최상부(즉, 실질적으로 상부 전극 바로 아래)에 위치하여 발광다이오드의 발광 영역을 확대시킬 수 있는 전류 확산층으로 사용된다. 기판(8)의 제거 시 기판 에칭액에 의해 상기 n형 AlAs층(7)의 표면이 텍스처링 될 수 있다. 따라서 웨이퍼 본딩 후 발광다이오드의 최상부 표면에 별도의 에칭 공정에 의한 텍스처링 처리 없이도, 이미 텍스처된 전류 확산층 표면에 의해 광 추출 효율을 증가시킬 수 있다.The n-
상기 에피 구조의 각 층에 대하여 좀더 구체적으로 설명하면, 본 발명의 발광다이오드는 AlGaInP계이므로, 상기 활성층(3)은 도핑이 되지 않은 (AlxGa1-x)1-yInyP 물질로 이루어진다. 상기 활성층(3)은 필요에 따라 단일층, 양자우물 구조, 다중 양자우물 구조 등이 적용되어 내부 효율을 증대시킨다. 상기 하부 제한층(4)은 n형 AlGaInP층이고, 상부 제한층(2)은 p형 AlGaInP층이다. 상기 기판(8)은 n형 GaAs 기판이며, 활성층으로부터 하부로 방출되는 빛은 거의 대부분 이러한 밴드갭이 작은 n형 GaAs 기판에 의해 흡수되어 발광다이오드의 효율을 급격하게 감소시킨다. 에칭 정지층(6)은 일반적으로 GaInP 물질이 사용되는데, 고효율 AlGaInP 제작 공정을 위한 n형 GaAs 기판의 제거 공정 시 상부의 AlGaInP 에피층을 보호하는 역할을 한다. 오믹 콘택층(5)은 통상 저항이 작은 GaAs 물질로 이루어지며, 고효율 AlGaInP 제작 공정 시 상부 전극과 제한층 사이(4)의 오믹 콘택 확보를 위해 사용된다. 웨이퍼 본딩 전 상부 전류 확산층(1)은 p형 GaP층이며, 웨이퍼 본딩 후에는 하부 윈도우층(도 3에서 도면부호 1로 표시된 층)으로 반전 사용된다.Since the light emitting diode of the present invention is of the AlGaInP type, the active layer 3 is formed of a (Al x Ga 1 -x ) 1-y In y P material which is not doped . The active layer 3 may have a single layer, a quantum well structure, a multiple quantum well structure or the like, if necessary, to increase the internal efficiency. The lower limiting layer 4 is an n-type AlGaInP layer and the upper limiting layer 2 is a p-type AlGaInP layer. The
상기 각 층의 구체적인 형성은 금속유기화학기상증착(MOCVD), 분자선 에픽택시(MBE) 등 당해 기술분야에서 알려진 AlGaInP 발광다이오드의 제조 공정에 따라 수행될 수 있다. 또한 일부 층의 경우, 통상의 기술자에게 인식되는 바와 같이, 필요에 따라 구성 성분이 달라지거나 생략될 수 있다. 예컨대 상기 상부 및 하부 제한층(2, 4)의 구성물질은 AlInP일 수 있다.The specific formation of each layer may be performed according to a manufacturing process of an AlGaInP light emitting diode known in the art such as metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), and the like. Also, for some layers, components may be varied or omitted as needed, as would be recognized by one of ordinary skill in the art. For example, the constituent material of the upper and lower confinement layers 2 and 4 may be AlInP.
도 2는 종래 기술에 따른 AlGaInP계 에피 구조로부터 웨이퍼 본딩형 AlGaInP계 발광다이오드를 제작하는 과정(a)과 본 발명에 따른 본 발명에 따른 AlGaInP계 에피 구조로부터 웨이퍼 본딩형 AlGaInP계 발광다이오드를 제작하는 과정(b)을 도식적으로 보여준다. 기존의 웨이퍼 본딩 공정을 통한 AlGaInP계 발광다이오드의 제작(a)에 있어서, 최상부 층의 표면 텍스처링 공정을 포함하여 보통 5개의 공정이 수행된다. 즉, (1) 반사층이 증착된 AlGaInP계 에피 구조의 리셉터 웨이퍼와의 웨이퍼 본딩, (2) 웨이퍼 본딩된 구조체에서 n형 GaAs 기판 제거, (3) 에칭 정지층(ESL) 제거, (4) 전극 증착, (5) 상부 표면의 텍스처링으로 공정이 진행된다. 상기 반사층은 예컨대 ITO/Ag/Au로 이루어지고, 반사층과 예컨대 p형 Si 기판인 리셉터 웨이퍼 간의 오믹 결합층은 예컨대 Au/Sn/Au로 이루어진다.FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a process (a) for fabricating a wafer bonding type AlGaInP light emitting diode from an AlGaInP based epitaxial structure according to the prior art and a process for fabricating a wafer bonding type AlGaInP light emitting diode from an AlGaInP based epitaxial structure according to the present invention The diagram (b) is shown schematically. Production of AlGaInP light emitting diode through conventional wafer bonding process In (a), usually five processes are performed including the surface texture process of the top layer. (2) removing the n-type GaAs substrate from the wafer bonded structure; (3) removing the etching stop layer (ESL); (4) removing the n- Deposition, and (5) texturing of the upper surface. The reflective layer is made of, for example, ITO / Ag / Au, and the ohmic bonding layer between the reflective layer and a receptor wafer, for example, a p-type Si substrate, is made of, for example, Au / Sn / Au.
본 발명에 따른 AlGaInP계 에피 구조의 웨이퍼 본딩 공정에 의한 AlGaInP계 발광다이오드 제작(b)의 경우, 종래 기술(a)보다 두 가지 공정 즉, 에칭 정지층의 제거 공정과 상부 표면 텍스처링 공정이 제거될 수 있다. 이러한 공정 단축은 본 발명에 따른 AlGaInP계 에피 구조 성장 시 n형 GaAs 기판과 n형 제한층 사이에 삽입된 두꺼운 n형 AlAs층에 의해 가능해진다. 즉, 상기 n형 AlAs층은 n형 GaAs 기판 제거 공정 시 자가 에칭 정지층의 역할을 하므로, 추가적인 에칭 정지층의 형성과 이것의 제거 공정이 필요하지 않다. 또한, n형 GaAs 기판의 제거 시 n형 AlAs층의 표면이 기판 에칭액에 의해 텍스처링 되므로(도 2(b)에서 좌측으로부터 세 번째 그림 참조) 별도의 표면 텍스처링 공정을 요하지 않는다. 이것은 동일한 습식 에천트에 대한 AlAs 물질과 GaAs 물질의 큰 에칭률 차이로 인한 것이다. 예컨대, 암모니아-과수 에천트의 경우 GaAs 물질과 AlAs 물질에 대한 에칭률의 차이는 약 40배 이상이며, 빠른 습식 에칭으로 인해 표면이 균일하게 에칭되지 않아서 n형 AlAs층이 표면 텍스처링 될 수 있다.In the case of the AlGaInP light emitting diode fabrication (b) by the wafer bonding process of the AlGaInP epitaxial structure according to the present invention, two processes than the conventional technique (a), namely, the etching stop layer removing process and the upper surface texturing process are removed . Such a process shortening is enabled by the thick n-type AlAs layer interposed between the n-type GaAs substrate and the n-type limiting layer in the AlGaInP epitaxial growth according to the present invention. That is, since the n-type AlAs layer serves as an etch stop layer during the n-type GaAs substrate removal process, the formation of an additional etch stop layer and its removal process are not required. Further, since the surface of the n-type AlAs layer is textured by the substrate etchant upon removal of the n-type GaAs substrate (see the third figure from the left in Fig. 2 (b)), no additional surface texturing process is required. This is due to the large etch rate difference between the AlAs and GaAs materials for the same wet etchant. For example, in the case of an ammonia-hydrothermal etchant, the etching rate difference between the GaAs material and the AlAs material is about 40 times or more, and the surface is not uniformly etched due to the rapid wet etching, so that the n-type AlAs layer can be surface-textured.
도 3은 도 2의 제작 공정에 의해 제조된, 기존의 웨이퍼 본딩형 AlGaInP 발광다이오드(a)와 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 본딩형 AlGaInP 발광다이오드(b)의 단면도 및 그 발광 영역을 각각 보여주고 있다. 기존의 웨이퍼 본딩형 AlGaInP 발광다이오드(a)의 경우, 상부 전극(15)에서 주입된 전류는 n형 제한층(4)의 상대적 높은 저항(<2 ohm-cm)으로 인해 그다지 확산되지 못하고, 상부 전극(15)의 직하 방향으로 위치한 활성층(3) 부분 및 그 부근에만 발광 영역(10)이 형성되게 한다. 발광 영역(10)으로부터 생성된 빛은 상당 부분이 상부 전극(15)에 흡수되며, 하부로 방출되어 반사층(11)에 의해 상부로 방출된 빛 역시 상부 전극(15)에 흡수되어, 고효율을 위한 웨이퍼 본딩형임에도 불구하고 발광다이오드 효율을 제한한다.3 is a sectional view of a conventional wafer bonding type AlGaInP light emitting diode (a) and a wafer bonding type AlGaInP light emitting diode (b) according to an embodiment of the present invention, which are manufactured by the manufacturing process of FIG. 2, . In the case of the conventional wafer bonding AlGaInP light emitting diode (a), the current injected from the
반면, 본 발명의 웨이퍼 본딩형 AlGaInP 발광다이오드(b)의 경우 상부 전극(15)으로부터 주입된 전류는 상대적으로 낮은 저항(<0.03 ohm-cm)을 가지는 n형 AlAs 전류 확산층에 의해 확산되어, 도 3의 우측 도면에 도시된 바와 같이, 활성층(3) 내부에 보다 넓은 발광 영역(10)을 형성시킴으로써 발광다이오드 효율을 증대시킨다. 발광 영역 확대에 따른 발광다이오드의 효율 증가는 통상의 기술자에게 잘 알려져 있으므로 여기서는 자세한 설명을 생략한다.On the other hand, in the case of the wafer bonding type AlGaInP light emitting diode (b) of the present invention, the current injected from the
전술한 실시예는 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자가 본 발명을 이해하고 용이하게 실시하기 위해 본 발명의 바람직한 실시 형태를 예시하기 위한 것이지, 본 발명을 제한하는 것으로서 해석되어서는 안 된다. 통상의 기술자는 본 발명의 사상과 목적 범위 내에서 다양한 변경과 수정이 가능함을 인식할 것이고, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 청구항의 모든 범위에서 보호받을 권리가 있음이 이해되어야 할 것이다.The above-described embodiments are intended to illustrate the preferred embodiments of the present invention in order to facilitate understanding of the present invention, and should not be construed as limiting the present invention. It will be appreciated by those of ordinary skill in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention and that the invention is entitled to the full scope of the appended claims.
1: 전류 확산층(하부 윈도우층), 2: 상부(p형) 제한층, 3: 활성층, 4: 하부(n형) 제한층, 5: 오믹 콘택층, 6: 에칭 정지층, 7: n형 AlAs층(전류 확산층), 8: n형 GaAs 기판, 10: 발광 영역, 11: 반사층, 12: 오믹 결합층, 13: p형 Si 기판, 14: 하부 전극, 15: 상부 전극(N-type) confinement layer, 5: ohmic contact layer, 6: etch stop layer, 7: n-type current confinement layer A p-type Si substrate, 14: a lower electrode, 15: an upper electrode, 15: an AlAs layer (current diffusion layer), 8: an n-type GaAs substrate,
Claims (6)
n형 기판에 n형 AlAs층 및 AlGaInP계 에피층을 순차적으로 성장시켜 AlGaInP계 에피 구조를 형성하는 단계;
상기 AlGaInP계 에피 구조를 리셉터 웨이퍼와 웨이퍼 본딩하는 단계; 및
상기 n형 기판을 제거하는 단계;
를 포함하는 웨이퍼 본딩형 AlGaInP계 발광다이오드의 제조 방법.A method of manufacturing a wafer bonding type AlGaInP light emitting diode,
growing an n-type AlAs layer and an AlGaInP-based epitaxial layer sequentially on an n-type substrate to form an AlGaInP-based epitaxial structure;
Bonding the AlGaInP-based epitaxial structure to a receptor wafer; And
Removing the n-type substrate;
Emitting diode. 2. The method of manufacturing a wafer-bonding type AlGaInP light-emitting diode according to claim 1,
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