KR20150025438A - Light emitting device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 발광소자의 제조방법에 대한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 발광 구조체의 박리현상을 방지할 수 있는 발광소자의 제조방법에 대한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a light emitting device. More particularly, the present invention relates to a method of manufacturing a light emitting device capable of preventing peeling of a light emitting structure.
발광소자는 광을 발하는 무기 반도체 소자로서 디스플레이, 자동차 헤드램프, 프로젝터 및 조명 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.BACKGROUND ART Light emitting devices are inorganic semiconductor devices that emit light and are used in various fields such as displays, automobile head lamps, projectors, and lighting.
종래 수평향 발광 소자(lateral LED)는 성장 기판 상에 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 포함하는 복수의 반도체층들을 순차적으로 성장시킨 후, p형 반도체층과 활성층의 일부를 식각하여 n형 전극을 형성하고, 상기 p형 반도체층 상에는 p형 전극을 형성하여 제작된다.In the conventional lateral LED, a plurality of semiconductor layers including an n-type semiconductor layer, an active layer and a p-type semiconductor layer are successively grown on a growth substrate, and then a part of the p-type semiconductor layer and the active layer are etched an n-type electrode is formed, and a p-type electrode is formed on the p-type semiconductor layer.
이러한 수평형 발광 소자는 제작방법이 상대적으로 간단하나, 활성층의 일부를 제거하므로, 발광 면적이 감소한다. 또한, 사파이어 기판과 같이 열전도성이 낮은 성장 기판은 발광 소자에서 발생된 열을 외부로 신속하게 방출하지 못한다. 이에 따라, 발광 소자의 접합 온도가 높아져 내부 양자 효율이 떨어진다.Such a horizontal light emitting device is relatively simple to manufacture but removes a part of the active layer, thus reducing the light emitting area. In addition, a growth substrate having low thermal conductivity, such as a sapphire substrate, can not rapidly emit heat generated from the light emitting device to the outside. As a result, the junction temperature of the light emitting device increases and the internal quantum efficiency decreases.
이러한 수평형 발광 소자의 문제점을 해결하기 위하여, 다양한 종류의 수직형 발광 소자가 개발되고 있다. 상기 수직형 발광 소자는 일반적으로 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off: LLO)를 이용하여 사파이어 기판을 제거하기 때문에 열에 의한 발광 소자의 효율 저하를 방지할 수 있다.In order to solve such a problem of the horizontal light emitting device, various types of vertical light emitting devices have been developed. Since the vertical type light emitting device generally removes the sapphire substrate by using a laser lift off (LLO), the efficiency of the light emitting device due to heat can be prevented.
그러나, 강한 에너지의 레이저를 사용하기 때문에, 반도체층에 크랙(crack)이 발생할 수 있다. 더욱이, 질화물 반도체층과 동종의 기판, 예컨데 질화갈륨 기판을 성장기판으로 사용할 경우, 질화갈륨 기판과 질화물 반도체층 사이의 에너지 밴드갭 차이가 작아 레이저 리프트 오프 공정을 적용하는 것이 어렵다.However, since a laser of a strong energy is used, a crack may be generated in the semiconductor layer. Furthermore, when a substrate of the same kind as the nitride semiconductor layer, for example, a gallium nitride substrate, is used as a growth substrate, it is difficult to apply the laser lift-off process because the energy band gap difference between the gallium nitride substrate and the nitride semiconductor layer is small.
최근, 레이저 리프트 오프의 문제점을 해결하기 위해, 화학 리프트 오프 기술 또는 응력 리프트 오프 기술이 개발되고 있다. 화학 리프트 오프 기술은 성장 기판과 반도체 적층 구조 사이에 공동을 형성하고, 이 공동을 통해 화학 에천트를 침투시켜 성장 기판과 반도체 적층 구조를 분리한다. 또한, 응력 리프트 오프 기술은 성장 기판과 반도체 적층 구조 사이에 공동을 형성하고 성장 기판과 반도체 적층 구조 사이에 스트레스를 가하여 성장 기판가 반도체 적층 구조를 분리한다. Recently, a chemical lift-off technique or a stress lift-off technique is being developed to solve the problem of laser lift-off. The chemical lift-off technique forms a cavity between the growth substrate and the semiconductor laminate structure, and penetrates the chemical etchant through the cavity to separate the growth substrate and the semiconductor laminate structure. In addition, the stress lift-off technique forms a cavity between the growth substrate and the semiconductor laminate structure, stresses the stress between the growth substrate and the semiconductor laminate structure, and separates the semiconductor laminate structure from the growth substrate.
그러나, 성장 기판의 분리 이전에, 공동이 형성된 기판에 습식 기술을 이용한 세정을 하는 경우, 화학 에천트를 침투시키기 위해 형성된 공동에 세정 시 사용되는 액체가 포획될 수 있다. 이 액체는 후속의 고온 공정 시, 공동 내에서 팽창될 수 있으며, 이에 따라, 공동 상부에 위치하는 반도체 적층 구조에 크랙을 유발하거나 부분적으로 반도체 적층 구조를 박리시킬 수 있다.However, prior to the separation of the growth substrate, when the cavitation-based substrate is subjected to cleaning using a wet technique, the liquid used in the cleaning may be trapped in the cavity formed to penetrate the chemical etchant. This liquid can be expanded in the cavity during the subsequent high temperature process, thereby causing cracks in the semiconductor laminate structure located in the cavity top, or partly peeling off the semiconductor laminate structure.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 제조 공정의 안정성이 높은 발광소자 제조방법을 제공하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing a light emitting device having high stability of a manufacturing process.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 특히, 기판과 반도체 적층 구조 사이에 공동을 형성하고 이 공동을 이용하여 반도체 적층 구조로부터 기판을 분리하는 기술을 이용하는 발광 소자 제조 방법에 있어서, 상기 공동에 포획된 액체에 의해 발생될 수 있는 반도체 적층 구조의 박리를 방지할 수 있는 발광소자 제조방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method of manufacturing a light emitting device using a technique of forming a cavity between a substrate and a semiconductor laminated structure and separating the substrate from the semiconductor laminated structure using the cavity, Which can be generated by the light emitting device, can be prevented.
본 발명에 따른 발광소자 제조방법은 성장 기판 상에 희생층을 형성하고; 상기 희생층 상에 마스크 패턴을 형성하고; 상기 희생층을 부분적으로 제거하여 상기 희생층 내에 미세 공동을 형성하고; 상기 희생층 상에 제1 도전형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층의 사이에 개재된 활성층을 포함하는 발광 구조체를 형성하고; 상기 발광 구조체를 습식 기술을 이용하여 세정하고; 상기 세정된 발광 구조체를 갖는 기판을 열처리하여 상기 세정 공정에서 상기 희생층 내에 포획된 액체를 제거하는 것을 포함할 수 있다. 상기 열처리를 통한 액체 제거를 통하여 발광 구조체의 박리 현상을 방지할 수 있다.A method of manufacturing a light emitting device according to the present invention includes: forming a sacrificial layer on a growth substrate; Forming a mask pattern on the sacrificial layer; Partially removing the sacrificial layer to form microcavities in the sacrificial layer; Forming a light emitting structure including a first conductive semiconductor layer, a second conductive semiconductor layer, and an active layer interposed between the first and second conductive semiconductor layers on the sacrificial layer; The light emitting structure is cleaned using a wet technique; And heat treating the substrate having the cleaned light emitting structure to remove the trapped liquid in the sacrificial layer in the cleaning process. The removal of the liquid through the heat treatment can prevent the peeling of the light emitting structure.
상기 열처리는 90 내지 250℃에서 1시간 이상 수행될 수 있다.The heat treatment may be performed at 90 to 250 ° C for 1 hour or more.
상기 열처리는 제1 온도에서 수행되는 제1 열처리 및 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 수행되는 제2 열처리를 포함할 수 있다. 두 단계의 열처리를 통하여, 발광 구조체 및 성장 기판에 열충격이 가해지는 것을 방지할 수 있다.The heat treatment may include a first heat treatment performed at a first temperature and a second heat treatment performed at a second temperature higher than the first temperature. Through the two-step heat treatment, it is possible to prevent thermal shock from being applied to the light emitting structure and the growth substrate.
상기 제1 열처리는 90 내지 200℃에서 15 내지 25분간 수행되고, 상기 제2 열처리는 200 내지 250℃에서 25 내지 35분간 수행될 수 있다.The first heat treatment may be performed at 90 to 200 ° C for 15 to 25 minutes, and the second heat treatment may be performed at 200 to 250 ° C for 25 to 35 minutes.
상기 열처리는 오븐 또는 핫 플레이트에서 수행될 수 있다.The heat treatment may be performed in an oven or a hot plate.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 발광소자 제조 방법은, 상기 열처리 후에, 상기 발광 구조체 상에 절연층을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.In some embodiments, the method of manufacturing a light emitting device may further include forming an insulating layer on the light emitting structure after the heat treatment.
상기 절연층을 형성하는 것은 300℃ 이상의 온도에서 증착공정을 통해 형성하는 것을 포함할 수 있다.The formation of the insulating layer may include forming through a deposition process at a temperature of 300 캜 or higher.
상기 발광소자 제조 방법은, 상기 절연층에 발광 구조체를 노출시키는 개구를 형성하고, 상기 개구에 노출된 발광 구조체를 덮는 반사 금속층 및 장벽 금속층을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.The light emitting device manufacturing method may further include forming an opening for exposing the light emitting structure to the insulating layer and forming a reflective metal layer and a barrier metal layer covering the light emitting structure exposed in the opening.
다른 실시예들에 있어서, 상기 발광소자 제조방법은, 상기 발광 구조체 상에 절연층을 형성하는 것을 더 포함하되, 상기 열처리는 상기 절연층을 형성하는 동안 수행될 수 있다. 공동에 포획된 액체를 제거하는 열처리와 절연층을 형성하는 고온 공정이 동시에 수행되므로, 발광소자 제조를 위한 공정시간 및 공정비용을 감소시킬 수 있다.In other embodiments, the method of manufacturing a light emitting device may further include forming an insulating layer on the light emitting structure, wherein the heat treatment may be performed while forming the insulating layer. Since the heat treatment for removing the trapped liquid in the cavity and the high temperature process for forming the insulating layer are performed at the same time, the process time and process cost for manufacturing the light emitting device can be reduced.
상기 절연층은 200~250℃의 온도 범위에서 형성될 수 있다.The insulating layer may be formed at a temperature ranging from 200 to 250 ° C.
한편, 상기 희생층을 부분적으로 제거하여 상기 미세 공동을 형성하는 것은, 전기 화학식각(ECE)을 이용하여 상기 희생층을 식각하는 것을 포함할 수 있다.On the other hand, partially removing the sacrificial layer to form the microcavity may include etching the sacrificial layer using electrochemical etching (ECE).
상기 희생층은 적어도 두 단계의 전압이 인가되어 부분적으로 식각되되, 먼저 인가된 전압이 나중에 인가된 전압에 비해 낮을 수 있다. 두 단계 전기화학식각 공정을 이용함으로써, 희생층의 표면은 양호한 결정성을 유지할 수 있고, 아울러, 희생층의 내부에 상대적으로 큰 미세 공동을 형성할 수 있어 후속 공정에 유리하다.The sacrificial layer may be partially etched by applying at least two voltages, wherein the applied voltage may be lower than the voltage applied later. By using the two-step electrochemical etching process, the surface of the sacrificial layer can maintain good crystallinity, and it is also possible to form a relatively large microcavity inside the sacrificial layer, which is advantageous for the subsequent process.
상기 발광 구조체는 상기 희생층을 씨드로 사용하여 성장되어 상기 마스크 패턴을 덮을 수 있다The light emitting structure may be grown using the sacrificial layer as a seed to cover the mask pattern
상기 발광 구조체가 성장하는 동안, 상기 희생층에 공동이 형성될 수 있다.During the growth of the light emitting structure, a cavity may be formed in the sacrificial layer.
화학적 리프트 오프 또는 응력 리프트 오프를 이용하여 상기 발광 구조체로부터 상기 성장 기판을 분리하는 것을 더 포함할 수 있다.The method may further include separating the growth substrate from the light emitting structure using a chemical lift-off or a stress lift-off.
상기 성장 기판을 분리하기 전에, 상기 발광 구조체 상에 지지 기판을 부착하는 것을 더 포함할 수 있다.The method may further include attaching the support substrate on the light emitting structure before the growth substrate is separated.
상기 발광 구조체를 패터닝하여 발광 영역을 정의하는 제1 분리 영역을 형성하되, 상기 제1 도전형 반도체층은 상기 제1 분리 영역 내에서 적어도 부분적으로 잔류하고; 상기 제1 분리 영역에 노출된 제2 도전형 반도체층 및 활성층의 측면을 덮는 보호층을 형성하고; 상기 제1 분리 영역 내에 잔류하는 상기 제1 도전형 반도체층을 패터닝하여 상기 공동을 노출시키는 제2 분리 영역을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다. 보호층이 발광 구조체의 측면을 덮어 발광 구조체를 습기등의 외부 환경으로부터 보호할 수 있다.Patterning the light emitting structure to form a first isolation region defining a light emitting region, the first conductive semiconductor layer remaining at least partially within the first isolation region; Forming a second conductive semiconductor layer exposed in the first isolation region and a protective layer covering a side surface of the active layer; And forming a second isolation region exposing the cavity by patterning the first conductive type semiconductor layer remaining in the first isolation region. The protective layer covers the side surface of the light emitting structure to protect the light emitting structure from the external environment such as moisture.
상기 보호층을 형성하기 전에, 상기 발광 구조체 상에 반사 금속층 및 장벽 금속층을 형성하는 것을 더 포함하고, 상기 보호층은 상기 반사 금속층 및 장벽 금속층의 측면을 덮을 수 있다. 보호층이 반사 금속층 및 장벽 금속층의 측면을 덮어 이들 금속층을 보호할 수 있다.The method may further include forming a reflective metal layer and a barrier metal layer on the light emitting structure before forming the passivation layer, and the passivation layer may cover the reflective metal layer and the side surfaces of the barrier metal layer. The protective layer covers the side surfaces of the reflective metal layer and the barrier metal layer to protect these metal layers.
상기 보호층을 형성한 후에, 상기 장벽 금속층 상에 본딩 금속층을 형성하는 것을 더 포함하고, 상기 지지 기판은 상기 본딩 금속층을 통해 상기 발광 영역에 본딩될 수 있다.The method may further include forming a bonding metal layer on the barrier metal layer after forming the protective layer, wherein the supporting substrate is bonded to the light emitting region through the bonding metal layer.
상기 보호층은 DBR일 수 있다.The protective layer may be a DBR.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 성장 기판과 발광 구조체 사이에 형성된 공동에 포획된 액체에 의해 발생될 수 있는 발광 구조체의 박리를 방지할 수 있는 발광소자 제조방법이 제공된다. 그러므로, 본 발명의 발광소자 제조방법은 공정 상의 안정성을 향상시킬 수 있으므로, 불량률이 적고, 고품질을 가지는 발광 소자의 제조가 가능하다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a light emitting device capable of preventing peeling of a light emitting structure that can be generated by a trapped liquid in a cavity formed between a growth substrate and a light emitting structure. Therefore, the method for manufacturing a light emitting device of the present invention can improve process stability, so that it is possible to manufacture a light emitting device having a low defect rate and high quality.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 마스크 패턴의 예들을 설명하기 위한 평면도이다.
도 7은 종래기술과 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 제조방법의 효과 차이를 설명하기 위한 현미경 사진이다.1 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting device according to an embodiment of the present invention.
6 is a plan view for explaining examples of a mask pattern according to embodiments of the present invention.
FIG. 7 is a microscope photograph for explaining a difference in effect between the conventional technique and the method of manufacturing a light emitting device according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In addition, the preferred embodiments of the present invention will be described below, but it is needless to say that the technical idea of the present invention is not limited thereto and can be variously modified by those skilled in the art.
여기서 설명되는 본 발명의 실시예들은 성장 기판 상에 질화물 반도체층들을 성장시킨 후, 질화물 반도체층들로부터 성장 기판을 분리하는 것을 개시한다. 특히, 본 발명의 실시예들은 성장 기판을 레이저 리프트 오프 기술을 사용하지 않고, 화학적 리프트 오프 기술 또는 응력 리프트 오프 기술을 사용하여 기판을 분리하는 것을 개시한다. 다만, 본 발명이 상기 방법들을 이용한 기판 분리에만 한정되는 것은 아니고, 다른 다양한 방법에 의한 기판 분리에도 적용될 수 있다.Embodiments of the invention described herein disclose growing nitride semiconductor layers on a growth substrate and then separating the growth substrate from the nitride semiconductor layers. In particular, embodiments of the present invention disclose separating a substrate using a chemical lift-off technique or a stress lift-off technique without using a laser lift-off technique for the growth substrate. However, the present invention is not limited to the substrate separation using the above methods, but can be applied to the substrate separation by various other methods.
또한, 하기 실시예들은 기판을 반도체층들로부터 분리하여 제조되는 수직형 구조의 반도체 소자 제조 방법을 개시한다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 반도체 소자 제조 방법에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 기판이 분리된 플립칩 형태의 반도체 소자 제조 방법에도 본 발명은 적용될 수 있다.In addition, the following embodiments disclose a method of manufacturing a vertical-type semiconductor device manufactured by separating a substrate from semiconductor layers. However, the present invention is not limited thereto and can be applied to various semiconductor device manufacturing methods. For example, the present invention can be applied to a method for manufacturing a flip-chip type semiconductor element in which a substrate is separated.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting device according to an embodiment of the present invention.
도 1(a)를 참조하면, 성장 기판(110)이 준비된다. 성장 기판(110)은 사파이어 기판, GaN 기판, 실리콘 카바이드(SiC) 기판 또는 실리콘(Si) 기판 등일 수 있으며, 특히, 사파이어 기판 또는 GaN 기판일 수 있다.Referring to FIG. 1 (a), a
상기 성장 기판(110) 상에 희생층(120)이 형성된다. 희생층(120)은 예컨대 MOCVD(metalorganic chemical vapour deposition), MEB(molecular epitaxy) 또는 HVPE(hydride vapor phase epitaxy)등의 기술을 이용하여 성장 기판(110) 상에 성장될 수 있다. A
나아가, 희생층(120)은 고농도 불순물을 포함하여, N형 또는 P형 질화물 반도체층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 희생층(120)은 Si가 3×1018/cm3 이상의 농도, 더욱 바람직하게는, Si가 3×1018/cm3 내지 3×1019/cm3으로 도핑된 N형 GaN층일 수 있다. 이에 따라, 후술하여 설명하는 전기화학식각(Electro-Chemical Etching; ECE) 공정을 이용하여 희생층(120) 내에 미세 공동을 형성할 수 있다.Further, the
이어서, 도 1(b)를 참조하면, 희생층(120) 상에 마스크 패턴(130)이 형성된다.Referring to FIG. 1B, a
마스크 패턴(130)은 복수의 개구부를 포함하며, 상기 개구부에 의해 희생층(320)이 부분적으로 노출될 수 있다. 마스크 패턴(130)은 절연성 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어, SiO2를 포함할 수 있다.The
마스크 패턴(130)은 희생층(120) 상에 증착되어 형성될 수 있으며, 예를 들어, 전자빔증발(e-beam evaporation)을 이용하여 희생층(120) 상에 SiO2층을 증착하고, 상기 SiO2층을 패터닝하여 개구부(131)를 형성함으로써 형성될 수 있다. 이와 달리, 포토레지스트 패턴을 이용한 증착 및 리프트 오프 기술을 이용하여 개구부를 포함하는 마스크 패턴(130)을 형성할 수도 있다.The
또한, 마스크 패턴(130)은 다양한 패턴 형태를 가질 수 있다. 마스크 패턴(130)은 도 6(a)에 도시한 바와 같이 각 마스크 영역이 스트라이프 형상을 가질 수 있으며, 도 6(b)에 도시한 바와 같이, 마스크 영역이 육각형 형상을 갖거나 또는 마름모 형상을 가질 수 있다. 마스크 패턴(130)의 패턴 형태에 따라 후술하는 공정에서 희생층(120)이 부분적으로 제거되는 영역이 정의될 수 있다. In addition, the
도 1(c)을 참조하면, 희생층(120)을 부분적으로 제거하여 희생층(120) 내에 미세 공동들(150)을 형성한다. 희생층(120)을 부분적으로 제거하는 것은, 예를 들어, 전기화학식각(Electro Chemical Etching: ECE)을 이용하여 희생층(120)을 부분적으로 식각하는 것을 포함할 수 있다. 이에 따라, 개구부 아래 영역 및 그 주변 영역의 희생층(120)에 미세 공동들(150)이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 1 (c), the
전기화학식각 공정에 대해 구체적으로 설명하면, 먼저, 희생층(120) 상에 식각 전극(미도시)을 형성한다. 예를 들어, 서로 이격된 세 개의 In 전극을 희생층(120)에 전기적으로 연결되도록 형성한다. 이어서, 희생층(120)이 형성된 성장 기판(110)과 음극 전극(예를 들어, Pt 전극)을 용액에 담근다. 상기 용액은 전해질 용액일 수 있고, 예를 들어, 옥살산, HF 또는 NaOH를 포함하는 전해질 용액일 수 있다. 그리고 상기 식각 전극과 상기 음극 전극에 일정 전압을 가하면, 희생층(120)이 부분적으로 식각되어 도 1(c)에 도시된 바와 같은 미세 공동들(150)이 형성될 수 있다. 전기화학식각 공정에서 마스크 패턴은 식각 마스크 역할을 할 수 있고, 이에 따라, 미세 공동들(150)은 마스크 패턴(130)의 개구부 아래 영역 및 그 주변 영역의 희생층(120) 내에 주로 형성될 수 있다.First, an etch electrode (not shown) is formed on the
상기 전기화학식각 공정에서 용액의 조성 및 농도, 전압 인가 시간, 인가 전압을 선택적으로 적용하여, 미세 공동들(150)의 크기 및 형성 영역을 조절할 수 있다. 예를 들어, 10~60V 범위의 전압을 연속적으로 인가하여 희생층(120)을 부분적으로 식각하여 미세 공동들(150)을 형성할 수 있고, 또한, 두 단계의 전압을 인가하는 전기화학식각 공정을 이용하여 미세 공동들(150)을 형성할 수도 있다. 예를 들어, 1단계 전기화학식각 공정에서 9V의 전압을 180초간 인가하고, 이어서 2단계 전기화학식각 공정으로 16.5V의 전압을 180초간 인가할 수 있다. 이에 따라, 상대적으로 작은 미세 공동(152)이 먼저 형성되고, 상대적으로 큰 미세 공동(154)이 형성될 수 있다.In the electrochemical etching process, the size and formation area of the
두 단계 전기화학식각 공정을 이용함으로써, 희생층(120)의 표면은 양호한 결정성을 유지할 수 있고, 아울러, 희생층(120)의 내부에 상대적으로 큰 미세 공동(154)을 형성할 수 있어 후속 공정에 유리하다.By using the two-step electrochemical etching process, the surface of the
한편, 식각 전극(미도시)은 전기화학식각 공정의 종료 후 별도로 제거될 수 있다. 또한, 식각 전극 아래 영역의 희생층(120) 부분이 식각되어 제거될 수 있다. 상기 식각 전극이 형성된 영역 아래의 희생층(120) 부분에는 미세 공동들(150)이 다른 부분에 비해 낮은 밀도로 형성되거나 거의 형성되지 않을 수 있다. 이러한 미세 공동들(150)의 밀도가 낮은 희생층(120)의 부분은 후술하는 성장 기판(110) 분리 과정에서 성장 기판(110)의 분리를 방해할 수 있다. 따라서, 전기화학식각 공정이 완료된 후, 상기 식각 전극과 식각 전극 아래 영역의 희생층(120)을 제거하여, 성장 기판(110) 분리 공정이 더욱 용이해질 수 있다.On the other hand, the etching electrode (not shown) may be removed separately after the end of the electrochemical etching process. In addition, a portion of the
도 1(d)를 참조하면, 상기 희생층(120)을 씨드로 사용하여 제1 도전형 반도체층(160), 활성층(170) 및 제2 도전형 반도체층(180)을 포함하는 발광 구조체(200)가 성장된다. 발광 구조체(200)는 수평 성장에 의해 희생층(120) 뿐만 아니라 마스크 패턴(130)을 덮는다.Referring to FIG. 1D, a light emitting structure including a first
상기 제1 도전형 반도체층(160)은 단일층일 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다중층일 수도 있다. 이러한 다중층은 언도프트 층과 도핑 층을 포함할 수 있다. 예컨대, 희생층(120) 상에 성장되는 초기 층은 언도프트 층으로 형성하고, 그 위에 도핑 층을 형성할 수 있다. 희생층(120) 상에 성장되는 초기 층을 언도프트 층으로 형성함으로써 반도체층의 결정 품질을 개선할 수 있다.The first
한편, 발광 구조체(200)를 성장하는 동안, 미세기공들(152, 154)이 서로 합쳐지고 또한 성장하여 공동(150a)이 형성된다. 공동(150a)은 상기 마스크 패턴(130)의 인접한 마스크 영역들을 서로 연결하도록 형성된다. 도 1(d)에 있어서, 희생층(120)과 제1 도전형 반도체층(160) 사이의 계면이 잔류하는 것으로 표시하였으나, 상기 공동(150a)이 희생층(120)과 제1 도전형 반도체층(160)의 계면이 될 수 있다.Meanwhile, during the growth of the
도 2(a)를 참조하면, 희생층(140) 상에 제1 도전형 반도체층(160), 활성층(170) 및 제2 도전형 반도체층(180)을 포함하는 발광 구조체(200)가 형성된다. 앞에서 설명한 바와 같이, 상기 발광 구조체(200)를 형성하는 동안, 희생층(120) 내의 미세기공들(152, 154)에 의해 희생층(120)에 공동(150a)이 형성된다. 여기서, 도 2(a)는 도 1(d)와 동일한 공정단계를 나타내며, 단순히 스케일만을 달리하여 표현한 것이다.2 (a), a
제1 도전형 반도체층(160)은 (Al, Ga, In)N과 같은 질화물 반도체층을 포함할 수 있으며, MOCVD, MBE, 또는 HVPE 등의 기술을 이용하여 희생층(120) 상에 성장될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(160)은 마스크 패턴(130)의 개구부 아래에 노출된 희생층(120)을 시드(seed)로 성장될 수 있으며, 이에 따라, 제1 도전형 반도체층(160)의 성장은 횡방향 성장을 동반할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(160)이 횡방향 성장을 동반하여 성장됨으로써, 결정성이 우수해질 수 있다. The first
활성층(170) 및 제2 도전형 반도체층(180)은 (Al, Ga, In)N과 같은 질화물 반도체층을 포함할 수 있으며, MOCVD, MBE, 또는 HVPE 등의 기술을 이용하여 제1 도전형 반도체층(160) 상에 성장될 수 있다.The
활성층(170)은 다중양자우물 구조(MQW)를 포함할 수 있으며, 상기 다중 양자우물구조를 이루는 반도체층들이 원하는 피크 파장의 광을 방출하도록, 상기 반도체층들을 이루는 원소 및 그 조성이 조절될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(160)은 N형 불순물(예를 들어, Si)을 포함하여 N형으로 도핑된 N형 반도체층일 수 있고, 제2 도전형 반도체층(180)은 P형 불순물(예를 들어, Mg)을 포함하여 P형으로 도핑된 P형 반도체층일 수 있으며, 또한 그 반대일 수도 있다. 나아가, 제1 도전형 반도체층(160)은 언도프트(un-doped)층과 도핑층을 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(160) 형성시 언도프트층을 먼저 성장시키고, 이후 도핑층을 형성하여, 제1 도전형 반도체층(160)이 다중층을 포함하도록 할 수 있다. 이와 같이, 제1 도전형 반도체층(160)의 형성시 초기에 언도프트층을 먼저 성장시킴으로써, 제1 도전형 반도체층(160)의 결정 품질을 개선할 수 있다.The
이하, 질화물 반도체 물질을 포함하는 반도체층들(160, 170, 180)과 관련되어 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자(이하, "통상의 기술자"라 함)에게 주지된 기술내용의 설명은 생략한다.A description of the teachings given to those skilled in the art (hereinafter referred to as "a typical technician") with respect to the semiconductor layers 160, 170 and 180 comprising a nitride semiconductor material It is omitted.
발광 구조체(200)의 형성 이후에, 습식 기술을 이용한 세정 공정을 수행한다.After the formation of the
습식 기술을 이용한 세정을 통하여, 발광소자 제조공정에서 발광 구조체(200) 표면에 부착된 오염물들, 예를 들어 파티클, 유기물, 금속오염물 및 잔류물 등을 제거할 수 있다. 습식 기술을 이용한 세정 방법으로 RCA 세정법 등이 사용될 수 있으며, 세정 용액으로 고순도의 DI 워터, 과산화수소, 수산화 암모늄 및 염산 등이 사용될 수 있다. 또한, 오염 물질의 종류 및 오염의 정도에 따라, 다양한 세정법 및 세정 용액이 사용될 수 있다.By cleaning using wet technology, contaminants such as particles, organic substances, metal contaminants and residues adhering to the surface of the
상기 습식 기술을 이용한 세정은 발광 구조체(200)를 포함하는 성장 기판(110)을 세정 용액에 액침시켜 이루어질 수 있다. The cleaning using the wet technique may be performed by immersing the
상기 액침을 통하여, 희생층(120)이 포함하는 공동(150)은 세정 공정에서 사용된 액체를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 제조방법은 공동(150)에 포획된 액체를 제거하기 위하여 열처리를 수행한다. 상기 열처리는 오븐(oven) 또는 핫 플레이트(hot plate)에서 수행될 수 있다. Through the immersion, the
열처리는 90 내지 250℃에서 1시간 이상 수행될 수 있다. 열처리 온도가 90℃ 미만이면, 공동(150)에 포획된 액체가 제거되는 시간이 증가되어 전체 공정 시간이 지체되거나, 목적하는 만큼 액체가 제거되지 않을 수 있다. 열처리 온도가 250℃ 초과이면, 열처리 중에 공동(150)에 포획된 액체의 부피 팽창으로 발광 구조체(200)가 박리될 수 있다.The heat treatment can be carried out at 90 to 250 DEG C for 1 hour or more. If the heat treatment temperature is less than 90 deg. C, the time taken to remove the liquid trapped in the
열처리는 제1 온도에서 수행되는 제1 열처리 및 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 수행되는 제2 열처리를 포함할 수 있다. 상기 제1 열처리는 90 내지 200℃에서 15 내지 25분간 수행되고, 상기 제2 열처리는 200 내지 250℃에서 25 내지 35분간 수행될 수 있다. 서로 다른 온도 범위를 가지는 둘 이상의 열처리 단계를 통하여, 발광 구조체를 포함하는 성장 기판을 가열할 수 있다. 이에 따라, 높은 온도에서 열처리함에 따라 발생할 수 있는 열충격에 따른 성장 기판(110) 및 발광 구조체(200)의 변형 또는 손상을 방지할 수 있다. The heat treatment may include a first heat treatment performed at a first temperature and a second heat treatment performed at a second temperature higher than the first temperature. The first heat treatment may be performed at 90 to 200 ° C for 15 to 25 minutes, and the second heat treatment may be performed at 200 to 250 ° C for 25 to 35 minutes. Through the two or more heat treatment steps having different temperature ranges, the growth substrate including the light emitting structure can be heated. Accordingly, it is possible to prevent the
도 2(b)를 참조하면, 발광 구조체(200) 상에 반사 금속층(212) 및 장벽 금속층(214)이 형성된다. 장벽 금속층(214)은 반사 금속층(212)을 덮도록 형성될 수 있다. 반사 금속층(212)은 광을 반사시키는 역할을 할 수 있고, 또한, 제2 도전형 반도체층(180)과 전기적으로 연결된 전극 역할을 할 수도 있다. 따라서, 반사 금속층(212)은 높은 반사도를 가지면서 오믹 접촉을 형성할 수 있는 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 반사 금속층(212)은, 예를 들어, Ni, Pt, Pd, Rh, W, Ti, Al, Ag 및 Au 중 적어도 하나를 포함하는 금속을 포함할 수 있다. 또한, 상기 장벽 금속층(214)은 반사 금속층(212)과 다른 물질의 상호 확산을 방지한다. 이에 따라, 상기 반사 금속층(212)의 손상에 의한 접촉 저항 증가 및 반사도 감소를 방지할 수 있다. 장벽 금속층(214)은 Ni, Cr, Ti을 포함할 수 있으며, 다중층으로 형성될 수 있다. 상기 금속을 포함하는 반사 금속층(212)과 장벽 금속층(214)은 전자선증발과 같은 증착 및 리프트 오프 기술을 이용하여 형성될 수 있다.Referring to FIG. 2 (b), a
한편, 반사 금속층(212) 및 장벽 금속층(214) 주위의 발광 구조체(200) 상에 절연층(190)이 형성될 수 있다. 절연층(190)은 발광 구조체(200)를 노출시키는 개구를 갖고, 상기 반사 금속층(212) 및 장벽 금속층(214)이 절연층(190)의 개구에 노출된 발광 구조체(200)를 덮을 수 있다. 절연층(190)은 예컨대 SiO2로 형성될 수 있으며, 반사 금속층(212)의 측면을 덮어 반사 금속층(212)이 노출되는 것을 방지할 수 있다. 이와 달리, 장벽 금속층(214)이 반사 금속층(212)의 측면을 덮을 수도 있다.Meanwhile, the insulating
절연층(190)은 전류 차단층의 역할을 할 수 있고, 300℃ 이상의 온도에서 증착공정을 통해 형성될 수 있다.The insulating
본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 제조방법은 희생층(120) 내, 즉 공동(150) 내에 포획된 액체를 열처리를 통해 제거함으로써, 절연층(190)을 형성하는 동안 액체의 팽창에 따른 성장 기판(110)과 발광 구조체(200) 간의 박리현상을 방지할 수 있다.A method of manufacturing a light emitting device according to an embodiment of the present invention includes removing a liquid trapped in a
도 2(c)를 참조하면, 발광 구조체(200)를 패터닝하여 제1 분리 영역(200a)이 형성된다. 제1 분리 영역(200a)은 사진 및 식각 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 제1 분리 영역(200a)은 제2 도전형 반도체층(180) 및 활성층(170)을 관통하여 형성되어 발광 영역을 정의할 수 있다. 제1 분리 영역(200a)에 의해 개별 소자 영역으로 분리된 복수의 발광 구조체(200)가 형성된다.Referring to FIG. 2 (c), the
다만, 제1 도전형 반도체층(160)은 제1 분리 영역(200a)에 의해 완전히 분리되지 않고, 제1 분리 영역(200a)에 적어도 부분적으로 잔류한다. 잔류하는 제1 도전형 반도체층(160)은 공동(150a) 상부에 위치하며, 따라서, 공동(150a) 및 마스크 패턴(130)은 제1 도전형 반도체층(160)에 의해 제1 분리 영역(200a)에 노출되는 것이 방지된다.However, the first
한편, 제2 도전형 반도체층(180)의 측면 및 활성층(170)의 측면은 제1 분리 영역(200a)에 노출되며, 제1 도전형 반도체층(160)의 일부 측면 또한 제1 분리 영역(200a)에 노출될 수 있다.A side surface of the second conductivity
이어서, 도 3(a)를 참조하면, 제1 분리 영역(200a)에 노출된 활성층(170) 및 제2 도전형 반도체층(180)의 측면을 덮는 보호층(220)이 형성된다. 보호층(220)은 또한 반사 금속층(212) 및 장벽 금속층(214)의 측면을 덮을 수 있다. 보호층(220)은 마스크 패턴의 재료와 다른 재료층을 포함한다. 보호층(220)은 화학 식각에 사용되는 에천트에 대해 내성을 갖는 재료로 형성된다. 특히, 불산이 화학 식각에 사용되는 경우, 보호층(220)은 불산에 대해 SiO2보다 느린 식각률을 갖는 재료로 형성될 수 있다. 예컨대, 보호층(220)은 TiO2, Al2O3, 또는 SiNx를 포함할 수 있으며, SiO2 또는 SiNx를 포함하는 다층 구조로 형성될 수도 있다. 상기 SiO2 또는 SiNx는 TiO2 또는 Al2O3로 덮여 보호될 수 있다. 또한, 상기 보호층은 DBR 구조로 형성될 수도 있다.3A, a
한편, 보호층(220)은 제1 분리 영역(200a) 내에서 제1 도전형 반도체층(180)을 노출시키는 개구부(220a)를 갖도록 형성될 수 있다. 이러한 보호층(220)은 사진 및 식각 기술을 이용하거나 리프트 오프 기술을 이용하여 형성될 수 있다.Meanwhile, the
도 3(b)를 참조하면, 제1 분리 영역(200a)에 노출된 제1 도전형 반도체층(180)을 식각 제거하여 발광 구조체들을 완전히 분리하는 제2 분리 영역(200b)을 형성함과 아울러 공동(150a)을 노출시킨다. 제1 도전형 반도체층(180)을 식각 제거하면서 노출된 마스크 패턴(130) 및 공동(150a) 하부의 희생층(120) 또한 식각 제거할 수 있다.Referring to FIG. 3 (b), a
한편, 장벽 금속층(214) 상에 본딩 금속층(230)이 형성된다. 본딩 금속층(230)은 예컨대, AuSn으로 형성될 수 있다. 도시한 바와 같이, 보호층(220)의 일부는 본딩 금속층(230)과 장벽 금속층(214) 사이에 개재될 수 있다.On the other hand, a
본딩 금속층(230)은 제1 도전형 반도체층(160)을 식각하여 제2 분리 영역(200b)을 형성하기 전에 형성될 수도 있으며, 제1 도전형 반도체층(160)을 식각한 후에 형성될 수도 있다. 한편, 본 실시예에 있어서, 반사 금속층(212) 및 장벽 금속층(214)이 제1 분리 영역(200a)을 형성하기 전에 형성되는 것으로 설명하였지만, 제1 분리 영역(200a)을 형성한 후에 형성될 수도 있다.The
도 3(c)를 참조하면, 발광 구조체(200), 즉 제2 분리 영역(200b)에 의해 서로 분리된 발광 영역들에 지지 기판(250)이 부착된다. 지지 기판(250)은 본딩 금속층(230)을 통해 발광 영역들에 본딩될 수 있다.Referring to FIG. 3 (c), the
상기 지지 기판(250)은 사파이어 기판, GaN 기판, 유리 기판, 실리콘카바이드 기판 또는 실리콘 기판일 수도 있고, 금속 물질로 이루어진 도전성 기판일 수도 있고, PCB 등과 같은 회로 기판일 수도 있으며, 세라믹 기판일 수도 있다.The supporting
또한, 상기 지지 기판(250) 측에 본딩 금속층(230)에 대응하는 본딩 금속층(도시하지 않음)이 제공되고, 지지 기판(250) 측의 본딩 금속층과 발광 구조체(200)측의 본딩 금속층(230)이 공융(eutetic) 본딩하여 지지 기판(210)이 발광 구조체(200)에 부착될 수 있다.A bonding metal layer (not shown) corresponding to the
이어서, 도 4(a)를 참조하면, 화학적 리프트 오프를 이용하여 성장 기판(110)이 분리될 수 있다. 구체적으로, 지지 기판(250)이 부착된 후, BOE 또는 HF 등의 식각 용액을 이용하여 화학 식각에 의해 성장 기판(110)을 발광 구조체(200)로부터 분리한다. 식각 용액은 마스크 패턴(130)을 식각하여 성장 기판(110)을 발광 구조체(200)로부터 분리할 수 있다. 분리된 성장 기판(110)은 표면을 평탄화한 후 질화물 반도체층의 성장 기판으로 재사용될 수 있다.4 (a), the
마스크 패턴(130)이 제거됨에 따라, 발광 구조체(200) 표면, 특히 제1 도전형 반도체층(160) 표면에 리세스 영역(130a)과 돌출 영역(160a)을 갖는 요철구조가 형성된다.As the
본 실시예에 있어서, 화학적 리프트 오프에 의해 성장 기판(110)을 분리하는 것에 대해 설명하지만, 화학적 리프트 오프과 함께 물리적 스트레스를 이용한 응력 리프트 오프를 통하여 성장 기판(110)을 발광 구조체(200)로부터 분리할 수도 있다.Although separation of the
도 4(b)에 있어서, 성장 기판(110)이 분리된 도 4(a)의 도면을 뒤집어 나타내었다.In Fig. 4 (b), the plan view of Fig. 4 (a) in which the
또한, 도 4(b)를 참조하면, 성장 기판(110)이 분리된 후, Ga 잔류물(droplet)을 제거하기 위해 염산 등을 이용하여 표면을 세정할 수 있다. 또한, 표면 측에 잔류하는 고저항 질화물 반도체층, 예컨대 언도프트 질화물 반도체층 등을 제거하기 위해 건식 식각을 이용하여 발광 구조체(200)의 일부를 제거할 수 있다.4 (b), after the
그 후, 광전 화학(PEC) 식각 기술 등을 이용하여 발광 구조체(200)의 표면에 거칠어진 표면(R)을 형성할 수 있다. 거칠어진 표면(R)은 리세스 영역(130a)의 바닥면 및 돌출 영역(160a)의 표면에 형성된다. 리세스 영역(130a) 및 돌출 영역(160a)에 더하여 거칠어진 표면(R)이 형성됨으로써 활성층(170)에서 생성된 광의 광 추출 효율이 개선된다.Thereafter, a roughened surface R can be formed on the surface of the
도 4(c)를 참조하면, 이어서, 상기 발광 구조체(200) 상에 전극 (260)이 형성된다. 전극(260)은 와이어를 연결할 수 있는 전극 패드와, 전극 패드로부터 연장하는 연장부를 가질 수 있다. 전극(260)은 제1 도전형 반도체층(160)에 전기적으로 접속된다. 한편, 상기 지지 기판(250)이 도전성인 경우, 지지 기판(250)이 제2 도전형 반도체층(180)에 전기적으로 접속되어 전극으로서 기능할 수 있으며, 또는 지지 기판(250) 하부에 별도의 전극 패드가 추가로 형성될 수 있다. 상기 지지 기판(250)이 절연성인 경우, 상기 장벽 금속층(214)이 외부로 연장하여 전극 패드를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 4 (c), an
상기 전극(260)을 형성하기 전 또는 후에 발광 구조체(200)를 덮는 절연층(도시하지 않음)이 추가로 형성될 수 있다.An insulating layer (not shown) may be further formed to cover the
본 실시예에 있어서, 오븐 또는 핫 플레이트를 이용한 열처리를 통해 공동(150)에서 액체를 제거하고 절연층(190)을 형성하는 것에 대해 설명하였지만, 상술한 공동(150)에 포획된 액체를 제거하기 위한 열처리가 절연층(160)을 형성하는 동안 수행될 수도 있다. 이 경우, 절연층(190)을 형성하는 동안, 발광 구조체(200)가 박리되는 것을 방지하기 위해, 절연층(190)은 200 내지 250℃의 온도 범위 내에서 형성될 수 있다. 이 경우, 액체 제거를 의한 열처리와 절연층(190)을 형성하기 위한 열처리가 동시에 수행될 수 있으므로, 발광소자 제조를 위한 공정비용 및 공정시간을 감소시킬 수 있다.Although it has been described in this embodiment that the liquid is removed from the
도 5를 참조하면, 상기 발광 소자는, 지지 기판(250), 발광 구조체(200), 보호층(220)을 포함한다. 또한, 상기 발광 소자는, 절연층(190), 반사 금속층(212), 장벽 금속층(214), 본딩 금속층(230), 및 전극(260)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, the light emitting device includes a
지지 기판(250)은 발광 구조체(200)를 지지할 수 있는 기판이면 특별히 한정되지 않으며, 사파이어 기판, GaN 기판, 유리 기판, 실리콘카바이드 기판 또는 실리콘 기판일 수도 있고, 금속 물질로 이루어진 도전성 기판일 수도 있고, PCB 등과 같은 회로 기판일 수도 있으며, 세라믹 기판일 수도 있다.The supporting
한편, 발광 구조체(200)는 제1 도전형 반도체층(160), 활성층(170) 및 제2 도전형 반도체층(180)을 포함한다. 제1 도전형 반도체층(160)이 제2 도전형 반도체층(180)보다 지지 기판(250)으로부터 더 멀리 위치한다. 제1 도전형 반도체층(160), 활성층(170) 및 제2 도전형 반도체층(180)의 재료는 도 1(d) 및 도 2(a)를 참조하여 설명한 바와 같으므로 상세한 설명은 생략한다.The
상기 발광 구조체(200)는 지지 기판(250)에서 위로 올라갈수록 폭이 넓어지도록 경사진 구조를 가질 수 있다. 즉, 발광 구조체(200)의 측면이 역경사질 수 있다. 한편, 상기 제1 도전형 반도체층(160)은 제2 도전형 반도체층(180)의 둘레를 따라 바깥으로 돌출된 하부면을 포함한다.The
상기 제1 도전형 반도체층(160)은 상부면에 리세스부(130a)와 돌출부(160a)가 주기적으로 형성된 요철 패턴을 가질 수 있으며, 나아가, 주기적인 요철 패턴의 리세스부(130a) 및 돌출부(160a)에 각각 거칠어진 표면(R)을 가질 수 있다.The first
한편, 보호층(220)은 발광 구조체(200)의 측면을 덮는다. 즉, 보호층(220)은 제2 도전형 반도체층(180) 및 활성층(170)의 측면을 덮어 이들을 보호한다. 나아가, 보호층(220)의 일부는 제1 도전형 반도체층(160)의 돌출된 하부면을 덮는다.Meanwhile, the
상기 보호층(220)은 TiO2, Al2O3, 또는 SiNx를 포함할 수 있으며, 또한, SiO2 또는 SiNx를 포함하는 다층 구조로 형성될 수 있다. SiO2 또는 SiNx를 포함할 경우, SiO2 또는 SiNx는 TiO2 또는 Al2O3로 덮일 수 있다. 나아가, 상기 보호층(220)은 SiO2와 TiO2를 반복하여 적층한 DBR로 형성될 수 있다. 이 경우, 발광 구조체(200)의 측면에서 DBR에 의해 광을 반사할 수 있으며, 따라서, 광은 제1 도전형 반도체층(160)의 상면을 통해 외부로 방출된다.The
한편, 절연층(190)은 제2 도전형 반도체층(180)의 하부면에 한정되어 위치할 수 있다. 절연층(190)은 반사 금속층(212)의 측면을 덮어 반사 금속층(212)이 외부에 노출되는 것을 방지할 수 있다. 절연층(190)은 SiO2로 형성될 수 있다.Meanwhile, the insulating
반사 금속층(212)은 Ag 또는 Al을 포함할 수 있으며, 활성층(170)에서 생성된 광을 반사시킨다. 반사 금속층(212)은 또한 제2 도전형 반도체층(180)에 오믹콘택할 수 있다. 장벽 금속층(212)은 Ni을 포함할 수 있으며, 반사 금속층(212)을 덮어 금속 원소의 상호 확산을 방지한다.The
본딩 금속층(230)은 지지 기판(250)을 발광 구조체(200)에 본딩시킨다. 본딩 금속층(230)은 AuSn과 같은 공융 본딩 물질로 형성될 수 있다.The
한편, 전극(260)은 제1 도전형 반도체층(160)의 상부면 상에 형성되어 제1 도전형 반도체층(160)에 전기적으로 접속된다.Meanwhile, the
본 실시예에 따르면, 보호층(220)이 발광 구조체(200)의 측면을 덮어 발광 구조체(200)를 습기 등의 외부 환경으로부터 보호한다. 보호층(220)은 또한 반사 금속층(212) 및 장벽 금속층(214)의 측면을 덮어 이들 금속층을 보호한다.According to the present embodiment, the
본 실시예에 있어서, 제1 도전형 반도체층(160)의 일부 측면을 제외한 발광 구조체(200)의 측면은 보호층(220)으로 덮인다. 상기 제1 도전형 반도체층(160)의 일부 측면은 화학 에천트, 예컨대 BOE 또는 HF에 일부 식각된 표면일 수 있다. 그러나, 상기 제1 도전형 반도체층(160)의 일부 측면은 발광 영역에서 돌출된 부분이므로, 화학 에천트에 의해 식각되더라도 발광 소자의 광학적 성능에 미치는 영향은 거의 없다.In this embodiment, the side surface of the
도 7은 종래기술과 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 제조방법의 효과 차이를 설명하기 위한 현미경 사진이다. 도 7(a)은 종래기술에 따른 절연층 형성 후의 현미경 사진이고, 도 7(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 제조방법에 따른 절연층 형성 후의 현미경 사진이다.FIG. 7 is a microscope photograph for explaining a difference in effect between the conventional technique and the method of manufacturing a light emitting device according to an embodiment of the present invention. 7 (a) is a micrograph after forming an insulating layer according to a conventional technique, and FIG. 7 (b) is a micrograph after forming an insulating layer according to a method of manufacturing a light emitting device according to an embodiment of the present invention.
상기 절연층들은 반도체층들을 성장한 후 기판을 액침하여 세정한 후에 반도체층들 상에 300℃의 온도에서 형성하였다.The insulating layers were formed on the semiconductor layers at a temperature of 300 캜 after the semiconductor layers were grown and then the substrate was immersed and cleaned.
도 7(a)를 참조하면, 종래기술에 따라 제조된 발광소자는 질화갈륨 반도체 구조체층의 박리 현상이 관찰된다. 점선으로 형성된 원 영역이 질화갈륨 반도체 구조체층의 박리(peeling) 영역이다. 박리 영역을 살펴보면, 질화 갈륨 반도체 구조체층에 크랙(crack)이 발생하고, 박리된 질화갈륨 반도체 구조체층의 일부는 질화갈륨 반도체 구조체층과 분리되어 떨어져 나갔음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7 (a), the peeling phenomenon of the gallium nitride semiconductor structure layer is observed in the light emitting device manufactured according to the prior art. And a circular region formed by a dotted line is a peeling region of the gallium nitride semiconductor structure layer. In the peeling area, a crack was generated in the gallium nitride semiconductor structure layer, and a part of the peeled gallium nitride semiconductor structure layer separated from the gallium nitride semiconductor structure layer and separated.
도 7(b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 제조방법에 따라 제조된 발광소자는 질화갈륨 반도체 구조체층의 박리 현상이 발생하지 않는다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 제조방법은 희생층이 포함하는 액체를 절연층 형성 이전에 제거할 수 있다. 따라서, 절연층을 형성하는 고온 공정을 수행하는 경우에 액체의 팽창에 따른 질화갈륨 반도체 구조체층의 박리 현상이 발생하는 것을 방지 할 수 있다.Referring to FIG. 7 (b), the light emitting device manufactured according to the method of manufacturing a light emitting device according to an embodiment of the present invention does not cause peeling of the gallium nitride semiconductor structure layer. That is, in the method of manufacturing a light emitting device according to an embodiment of the present invention, the liquid including the sacrificial layer may be removed before forming the insulating layer. Therefore, when the high-temperature process for forming the insulating layer is performed, peeling of the layer of gallium nitride semiconductor structure due to the expansion of the liquid can be prevented.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, substitutions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. will be. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are intended to illustrate and not to limit the technical spirit of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and the accompanying drawings . The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
110: 성장 기판.
120: 희생층.
130: 마스크 패턴.
130a: 리세스 영역.
150: 미세 공동.
150a: 공동.
152: 작은 미세 공동.
154: 큰 미세 공동.
160: 제1 도전형 반도체층.
160a: 돌출 영역.
170: 활성층.
180: 제2 도전형 반도체층.
190: 절연층.
200: 발광 구조체.
200a: 제1 분리 영역.
200b: 제2 분리 영역.
212: 반사 금속층.
214: 장벽 금속층.
220: 보호층.
230: 본딩 금속층.
250: 지지 기판.
260: 전극.
R: 거칠어진 표면.110: growth substrate.
120: Sacrificial layer.
130: mask pattern.
130a: recessed area.
150: fine co.
150a: Co.
152: Small fine joint.
154: Large micro-cavity.
160: first conductivity type semiconductor layer.
160a: protruding area.
170: active layer.
180: second conductive type semiconductor layer.
190: Insulation layer.
200: light emitting structure.
200a: first separation area.
200b: second separation area.
212: reflective metal layer.
214: barrier metal layer.
220: Protective layer.
230: Bonding metal layer.
250: support substrate.
260: Electrode.
R: Rough surface.
Claims (20)
상기 희생층 상에 마스크 패턴을 형성하고;
상기 희생층을 부분적으로 제거하여 상기 희생층 내에 미세 공동을 형성하고;
상기 희생층 상에 제1 도전형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층의 사이에 개재된 활성층을 포함하는 발광 구조체를 형성하고;
상기 발광 구조체를 습식 기술을 이용하여 세정하고;
상기 세정된 발광 구조체를 갖는 기판을 열처리하여 상기 세정 공정에서 상기 희생층 내에 포획된 액체를 제거하는 것을 포함하는 발광소자 제조방법.Forming a sacrificial layer on the growth substrate;
Forming a mask pattern on the sacrificial layer;
Partially removing the sacrificial layer to form microcavities in the sacrificial layer;
Forming a light emitting structure including a first conductive semiconductor layer, a second conductive semiconductor layer, and an active layer interposed between the first and second conductive semiconductor layers on the sacrificial layer;
The light emitting structure is cleaned using a wet technique;
And heat treating the substrate having the cleaned light emitting structure to remove the liquid trapped in the sacrificial layer in the cleaning process.
상기 열처리는 90 내지 250℃에서 1시간 이상 수행되는 발광소자 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment is performed at 90 to 250 DEG C for 1 hour or more.
상기 열처리는 제1 온도에서 수행되는 제1 열처리 및 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 수행되는 제2 열처리를 포함하는 발광소자 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment includes a first heat treatment performed at a first temperature and a second heat treatment performed at a second temperature higher than the first temperature.
상기 제1 열처리는 90 내지 200℃에서 15 내지 25분간 수행되고, 상기 제2 열처리는 200 내지 250℃에서 25 내지 35분간 수행되는 발광소자 제조방법.The method of claim 3,
Wherein the first heat treatment is performed at 90 to 200 ° C for 15 to 25 minutes, and the second heat treatment is performed at 200 to 250 ° C for 25 to 35 minutes.
상기 열처리는 오븐 또는 핫 플레이트에서 수행되는 발광소자 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment is performed in an oven or a hot plate.
상기 열처리 후에,
상기 발광 구조체 상에 절연층을 형성하는 것을 더 포함하는 발광소자 제조방법.The method according to claim 1,
After the heat treatment,
And forming an insulating layer on the light emitting structure.
상기 절연층을 형성하는 것은 300℃ 이상의 온도에서 증착공정을 통해 형성하는 것을 포함하는 발광소자 제조방법.The method of claim 6,
Wherein the insulating layer is formed by a deposition process at a temperature of 300 캜 or more.
상기 절연층을 형성하는 것은, 상기 절연층에 발광 구조체를 노출시키는 개구를 형성하고, 상기 개구에 노출된 발광 구조체를 덮는 반사 금속층 및 장벽 금속층을 형성되는 것을 더 포함하는 발광소자 제조방법.The method of claim 6,
Wherein forming the insulating layer further comprises forming an opening for exposing the light emitting structure to the insulating layer and forming a reflective metal layer and a barrier metal layer covering the light emitting structure exposed in the opening.
상기 발광 구조체 상에 절연층을 형성하는 것을 더 포함하되,
상기 열처리는 상기 절연층을 형성하는 동안 수행되는 발광소자 제조방법.The method according to claim 1,
Further comprising forming an insulating layer on the light emitting structure,
Wherein the heat treatment is performed while forming the insulating layer.
상기 절연층은 200~250℃의 온도 범위에서 형성되는 발광소자 제조방법.The method of claim 9,
Wherein the insulating layer is formed in a temperature range of 200 to 250 ° C.
상기 희생층을 부분적으로 제거하여 상기 미세 공동을 형성하는 것은, 전기 화학식각(ECE)을 이용하여 상기 희생층을 식각하는 것을 포함하는 발광소자 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein partially removing the sacrificial layer to form the microcavity comprises etching the sacrificial layer using electrochemical etching (ECE).
상기 희생층은 적어도 두 단계의 전압이 인가되어 부분적으로 식각되되, 먼저 인가된 전압이 나중에 인가된 전압에 비해 낮은 발광소자 제조방법.The method of claim 11,
Wherein the sacrificial layer is partially etched by applying a voltage of at least two stages, wherein an applied voltage is lower than a voltage applied later.
상기 발광 구조체는 상기 희생층을 씨드로 사용하여 성장되어 상기 마스크 패턴을 덮는 발광소자 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the light emitting structure is grown using the sacrificial layer as a seed to cover the mask pattern.
화학적 리프트 오프 또는 응력 리프트 오프를 이용하여 상기 발광 구조체로부터 상기 성장 기판을 분리하는 것을 더 포함하는 발광소자 제조방법.The method according to claim 1,
Further comprising separating the growth substrate from the light emitting structure using a chemical lift off or a stress lift off.
상기 성장 기판을 분리하기 전에, 상기 발광 구조체 상에 지지 기판을 부착하는 것을 더 포함하는 발광소자 제조방법.16. The method of claim 15,
Further comprising attaching a supporting substrate on the light emitting structure before the growth substrate is separated.
상기 발광 구조체를 패터닝하여 발광 영역을 정의하는 제1 분리 영역을 형성하되, 상기 제1 도전형 반도체층은 상기 제1 분리 영역 내에서 적어도 부분적으로 잔류하고;
상기 제1 분리 영역에 노출된된 제2 도전형 반도체층 및 활성층의 측면을 덮는 보호층을 형성하고;
상기 제1 분리 영역 내에 잔류하는 상기 제1 도전형 반도체층을 패터닝하여 상기 공동을 노출시키는 제2 분리 영역을 형성하는 것을 더 포함하는 발광소자 제조방법.The method according to claim 1,
Patterning the light emitting structure to form a first isolation region defining a light emitting region, the first conductive semiconductor layer remaining at least partially within the first isolation region;
Forming a second conductive semiconductor layer exposed in the first isolation region and a protective layer covering a side surface of the active layer;
And forming a second isolation region that exposes the cavity by patterning the first conductive type semiconductor layer remaining in the first isolation region.
상기 보호층을 형성하기 전에, 상기 발광 구조체 상에 반사 금속층 및 장벽 금속층을 형성하는 것을 더 포함하고,
상기 보호층은 상기 반사 금속층 및 장벽 금속층의 측면을 덮는 발광소자 제조방법.18. The method of claim 17,
Further comprising forming a reflective metal layer and a barrier metal layer on the light emitting structure before forming the protective layer,
Wherein the protective layer covers the side surfaces of the reflective metal layer and the barrier metal layer.
상기 보호층을 형성한 후에, 상기 장벽 금속층 상에 본딩 금속층을 형성하는 것을 더 포함하고,
상기 지지 기판은 상기 본딩 금속층을 통해 상기 발광 영역에 본딩되는 발광소자 제조방법.19. The method of claim 18,
Further comprising forming a bonding metal layer on the barrier metal layer after forming the protective layer,
Wherein the supporting substrate is bonded to the light emitting region through the bonding metal layer.
상기 보호층은 DBR인 발광소자 제조방법.18. The method of claim 17,
Wherein the protective layer is a DBR.
Priority Applications (1)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
2013
- 2013-08-29 KR KR20130103208A patent/KR20150025438A/en not_active Application Discontinuation
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| US10862000B2 (en) | 2018-06-11 | 2020-12-08 | Samsung Display Co., Ltd. | Light emitting element, method of manufacturing the same, and display device including the same |
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