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KR101457209B1 - 발광 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

발광 소자 및 그 제조방법 Download PDF

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KR101457209B1
KR101457209B1 KR1020080095207A KR20080095207A KR101457209B1 KR 101457209 B1 KR101457209 B1 KR 101457209B1 KR 1020080095207 A KR1020080095207 A KR 1020080095207A KR 20080095207 A KR20080095207 A KR 20080095207A KR 101457209 B1 KR101457209 B1 KR 101457209B1
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Abstract

발광 소자 및 그 제조 방법이 개시된다. 이 발광 소자는 기판을 포함한다. 화합물 반도체의 발광 구조체가 상기 기판의 일 영역 상부에 위치하고, 제1 도전형의 상부 반도체층, 활성층 및 제2 도전형의 하부 반도체층을 포함한다. 한편, 상기 발광 구조체와 이격된 제1 도전형 반도체의 분리된 층이 상기 기판의 또 다른 영역 상부에 위치한다. 금속 재료 구조체가 상기 발광 구조체 및 상기 분리된 층과 상기 기판 사이에 위치하여 상기 하부 반도체층과 상기 분리된 층을 전기적으로 연결한다. 한편, 절연 구조체가 상기 상부 반도체층 및 상기 활성층으로부터 상기 금속 재료 구조체를 절연시키도록 상기 발광 구조체의 측면을 덮는다. 이에 더하여, 제1 본딩 패드가 상기 발광 구조체 상에 형성되고, 제2 본딩 패드가 상기 분리된 층 상에 형성된다. 이에 따라, 금속 식각 부산물에 의한 발광 구조체의 전기적 단락을 방지할 수 있으며 또한 본딩 패드들의 접착력이 향상된 발광 소자를 제공할 수 있다.
발광 다이오드, 기판 분리, 희생 기판, 본딩 패드, 질화갈륨

Description

발광 소자 및 그 제조방법{LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 식각 과정에서 금속 부산물에 의해 발광 다이오드의 전기적 단락이 발생되는 것을 방지하고 또한 본딩 패드들의 접착력이 강화된 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 질화갈륨(GaN), 질화갈륨알루미늄(AlGaN) 등과 같은 Ⅲ족 원소의 질화물은 열적 안정성이 우수하고 직접 천이형의 에너지 밴드(band) 구조를 갖고 있어, 최근 청색 및 자외선 영역의 발광소자용 물질로 많은 각광을 받고 있다. 특히, 질화인듐갈륨(GaInN)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.
이러한 III족 원소의 질화물 반도체은 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 성장된다. 이종기판으로는 육방 정계의 구조를 갖는 사파이어(Sapphire) 기판이 주로 사용된다. 또한, 최근에는 사파이어와 같은 희생기판 상에 질화물 반도체층들을 성장시킨 후, 레이저 리프트 오프(Laser lift-off,LLO) 등의 공정으로 희생기판을 분리하여 수직형 구조의 발광 다이오드를 제조하는 기술이 연구되고 있다.
도 1은 종래기술에 따른 수직형 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 수직형 발광 다이오드는 도전성 기판(31)을 포함한다. 도전성 기판(31) 상에 N형 반도체층(15), 활성층(17) 및 P형 반도체층(19)을 포함하는 화합물 반도체층들이 위치한다. 또한, 도전성 기판(31)과 P형 반도체층(19)사이에는 반사 금속층(23), 보호 금속층(25) 및 접착층(27)이 개재된다.
화합물 반도체층들은 일반적으로 사파이어 기판과 같은 희생 기판(도시하지 않음) 상에 금속유기화학기상증착법 등을 사용하여 성장된다. 그 후, 화합물 반도체층들 상에 금속 반사층(23), 보호 금속층(25) 및 접착층(27)이 형성되고, 도전성 기판(31)이 본딩된다. 이어서, 레이저 리프트 오프(laser lift-off) 기술 등을 사용하여 희생 기판이 화합물 반도체층들로부터 분리되고, N형 반도체층(15)이 노출된다. 그 후, 식각을 통하여 화합물 반도체층들을 도전성 기판(31) 상에서 각각의 발광셀 영역으로 분리한다. 이후, 분리된 각 발광셀 영역에 대하여 N형 반체층(15) 상에 전극 패드(33)가 형성되고, 도전성 기판(31)을 발광셀 영역별로 다이싱하여 개별 소자로 분리해낸다. 이에 따라, 열방출 성능이 우수한 도전성 기판(31)을 채택함으로써, 발광 다이오드의 발광 효율을 개선할 수 있으며, 수직형 구조를 갖는 도 1의 발광 다이오드가 제공될 수 있다.
그러나, 도전성 기판은 일반적으로 사파이어 등의 희생 기판과 대비하여 열팽창 계수가 크기 때문에, 화합물 반도체층들로부터 희생기판을 분리할 때, 도전성 기판의 휨(warpage)이 발생된다. 기판의 휨 현상은, 희생기판의 분리 공정뿐만 아니라, 이후 공정들, 예컨대 발광셀 영역들의 분리, 전극 패드의 형성 및 다이싱 공정 등을 곤란하게 하여 소자 불량을 증가시킨다.
이를 개선하기 위한 방안으로 도전성 기판 대신에 희생기판과 동일 또는 유사한 열팽창 계수를 갖는 절연 기판을 본딩 기판으로 사용하는 방안이 제안되고 있다. 절연 기판을 사용할 경우, N형 반도체층(15) 상에 형성된 전극 패드(33)에 더하여, 전류를 공급하기 위해 또 다른 전극 패드가 본딩 기판 상의 금속층, 예컨대 보호 금속층(25) 상에 마련될 필요가 있다. 이를 위해, 발광셀 영역들을 분리하는 공정에서, 예컨대, 보호 금속층(25)이 발광셀 영역들의 주위에 노출되고, 상기 노출된 보호 금속층(25) 상에 전극 패드가 형성될 수 있다.
상기 보호 금속층(25)을 노출시키기 위해, 상기 화합물 반도체층들이 플라즈마를 이용하여 건식 식각된다. 이때, 화합물 반도체층들이 보호 금속층(25) 상에 잔류하는 것을 방지하기 위해, 일반적으로 과식각이 수행된다. 이때, 보호 금속층(25)의 일부가 식각되어 생성된 금속 부산물이 화합물 반도체층들의 측벽에 달라붙어 N형 반도체층(15)과 P형 반도체층(19) 사이에 전기적 단락을 유발할 수 있다.
또한, 상기 보호 금속층(25)이 건식 식각 공정 동안 플라즈마에 의해 손상되어 변성되기 쉽다. 이러한 보호 금속층(25)의 변성은 그 위에 형성될 전극 패드와의 접착력을 떨어뜨려 전극 패드 형성을 곤란하게 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 금속층의 식각 부산물에 의해 N형 반도체층과 P형 반도체층 사이에 전기적 단락이 발생되는 것을 방지할 수 있는 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 전극 패드들의 접착력을 강화시킬 수 있는 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은 발광 소자 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명의 일 태양에 따른 발광 소자는 기판; 상기 기판의 일 영역 상부에 위치하고, 제1 도전형의 상부 반도체층, 활성층 및 제2 도전형의 하부 반도체층을 포함하는 화합물 반도체의 발광 구조체; 상기 기판의 또 다른 영역 상부에 위치하고 상기 발광 구조체와 이격된 제1 도전형 반도체의 분리된 층; 상기 발광 구조체 및 상기 분리된 층과 상기 기판 사이에 위치하여 상기 하부 반도체층과 상기 분리된 층을 전기적으로 연결하는 도전성 재료 구조체; 및 상기 상부 반도체층 및 상기 활성층으로부터 상기 도전성 재료 구조체를 절연시키도록 상기 발광 구조체의 측면을 덮는 절연 구조체를 포함한다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 상기 발광 구조체의 측면이 상기 절연 구조체에 의해 덮여 있으므로, 금속 부산물에 의한 발광 구조체의 전기적 단락을 방지할 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 발광 구조체 상에 형성된 제1 전극 패드 및 상기 분 리된 층 상에 형성된 제2 전극 패드를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 전극 패드가 상기 제1 도전형 반도체의 분리된 층 상에 형성하므로 변성된 금속층 상에 형성되는 경우에 비해 접착력이 강화된다.
한편, 상기 하부 반도체층의 하부면과 상기 도전성 재료 구조체 사이에 반사 금속층이 개재될 수 있다. 상기 반사 금속층은 발광 구조체에서 발생된 광을 반사시키어 발광 효율을 향상시킨다. 상기 반사 금속층은 상기 발광 구조체에서 예컨대, 은(Ag), 알루미늄(Al), 은 합금 또는 알루미늄 합금으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 반사 금속층과 상기 하부 반도체층 사이에 오믹 금속층이 개재될 수 있다. 이에 더하여, 상기 도전성 재료 구조체는 상기 반사 금속층을 덮는 보호 금속층을 포함할 수 있다. 상기 보호 금속층은 상기 반사 금속층이 대기에 노출되는 것을 방지한다.
또한, 상기 발광 소자는 상기 도전성 재료 구조체와 상기 기판을 본딩하는 본딩 메탈을 더 포함할 수 있다. 본딩 메탈은 상기 기판의 접착력을 강화시키고 상기 발광 구조체에서 발생된 열을 상기 기판 쪽으로 전달한다.
한편, 상기 도전성 재료 구조체는 상기 절연 구조체를 관통하여 상기 분리된 층에 연결될 수 있다. 이를 위해, 상기 절연 구조체는 상기 분리된 층을 노출시키는 관통홀을 갖는다.
한편, 상기 분리된 층은 상기 상부 반도체층과 동일 수준에 위치할 수 있다. 또한, 상기 분리된 층은 상기 상부 반도체층의 적어도 일부를 이루는 재료와 동일한 재료로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 분리된 층은 상기 상부 반도체층과 동일 공정에 의해 성장된 화합물 반도체층으로부터 형성될 수 있어, 상기 분리된 층을 성장시키기 위한 별개의 공정을 필요로 하지 않는다.
상기 분리된 층은 상기 발광 구조체 주위의 일부 영역 상에 또는 일부 영역들 상에 위치할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 연속적으로 상기 발광 구조체를 둘러쌀 수 있다.
한편, 상기 절연 구조체는 상기 하부 반도체층의 하면으로 연장되어, 상기 하부 반도체층과 상기 도전성 재료 구조체 사이에 개재될 수 있다. 또한, 상기 절연 구조체는 상기 반사 금속층의 주변부를 덮을 수 있다.
상기 절연 구조체는 SiO2, SiN, MgO, TaO, TiO2, 폴리머(polymer) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
한편, 상기 상부 반도체층의 상부면은 거칠어진 면을 포함할 수 있다. 상기 거칠어진 면은 상기 발광 구조체에서 생성된 광의 추출 효율을 향상시킨다.
본 발명의 다른 태양에 따른 발광 소자 제조 방법은, 희생 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층들 사이에 개재된 활성층을 포함하는 화합물 반도체층들을 형성하되, 상기 제1 도전형 반도체층이 상기 희생 기판 쪽에 가깝게 위치하고; 상기 화합물 반도체층들을 패터닝하여 메사를 형성하되, 상기 메사 주위에 상기 제1 도전형 반도체층이 노출되고; 상기 메사 측면에 노출된 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 덮는 절연 구조체를 형성하되, 상기 메사 주위의 제1 도전형 반도체층의 일부 영역은 노출되고; 상기 메사와 상기 메사 주위에 노출된 제1 도전형 반도체층의 일부 영역을 전기적으로 연결하는 도전성 재료 구조체를 형성하고; 상기 도전성 재료 구조체 상에 기판을 본딩하고; 상기 희생 기판을 제거하여 상기 제1 도전형 반도체층을 노출시키고; 및 상기 노출된 제1 도전형 반도체층을 패터닝하여, 상기 메사 상의 제1 도전형 반도체층으로부터 상기 메사 주위의 상기 일부 영역을 분리하는 것을 포함한다.
본 태양에 따르면, 메사 측면이 절연 구조체로 덮이기 때문에, 금속 부산물에 의해 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층이 전기적으로 단락되는 것을 방지할 수 있다. 더욱이, 특정 식각 공정 동안, 금속층이 노출되는 것을 방지할 수 있으며, 따라서 금속 부산물의 생성을 원천적으로 방지할 수도 있다.
상기 발광 소자 제조 방법은 상기 메사 상의 제1 도전형 반도체층 상에 제1 전극 패드를 형성하고; 및 상기 메사 주위의 상기 일부 영역 상에 제2 전극 패드를 형성하는 것을 더 포함한다. 상기 제2 전극 패드가, 상기 제1 전극 패드와 동일하게, 제1 도전형 반도체층 상에 형성되므로, 변성된 금속층 상에 형성되는 경우에 비해, 제2 전극 패드의 접착력이 강화된다.
상기 도전성 재료 구조체를 형성하기에 앞서 상기 메사 상에 반사 금속층이 형성될 수 있다. 나아가 상기 반사 금속층은 상기 절연 구조체를 형성하기 전에 형성될 수 있다. 상기 반사 금속층은 상기 활성층에서 생성된 광을 반사시키어 발광 효율을 향상시킨다. 한편, 상기 반사 금속층을 형성하기 전에 오믹 콘택층을 형성할 수 있다.
한편, 상기 도전성 재료 구조체는 상기 반사 금속층을 보호하는 보호 금속층을 포함할 수 있다. 상기 보호 금속층은 상기 반사 금속층이 외부에 노출되는 것을 방지한다.
본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 절연 구조체를 형성하는 것은, 상기 메사 및 상기 메사 주위에 노출된 제1 도전형 반도체층을 덮는 절연층을 형성하고; 및 상기 절연층을 패터닝하여 상기 메사 상부 영역을 노출시킴과 아울러 상기 메사 주위의 제1 도전형 반도체층의 일부 영역을 노출시키는 관통홀을 형성하는 것을 포함한다. 복수개의 관통홀들이 형성될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 절연 구조체를 형성하는 것은, 상기 메사 및 상기 메사 주위에 노출된 제1 도전형 반도체층을 덮는 절연층을 형성하고; 및 상기 절연층을 패터닝하여 상기 메사 상부 영역을 노출시킴과 아울러 상기 메사 주위의 제1 도전형 반도체층의 일부 영역을 노출시키되, 상기 일부 영역이 상기 메사를 둘러쌀 수 있다.
한편, 상기 절연 구조체는 상기 메사의 상부면 가장자리를 덮을 수 있다. 또한, 상기 반사 금속층이 형성되는 경우, 상기 절연 구조체는 상기 반사 금속층의 가장자리를 덮도록 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 희생기판이 제거된 후, 상기 노출된 제1 도전형 반도체층의 표면에 거칠어진 면이 형성될 수 있다. 상기 거칠어진 면은 전극 패드들을 형성하기 전 또는 후에 형성될 수 있다.
한편, 상기 제1 도전형 반도체층은 n형 질화갈륨계 화합물 반도체층으로 형성되고, 상기 제2 도전형 반도체층은 p형 질화갈륨계 화합물 반도체층으로 형성된 다. 또한, 상기 활성층은 질화갈륨계 화합물 반도체층, 예컨대 질화인듐갈륨으로 형성될 수 있으며, 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조를 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, 금속층의 식각 부산물에 의해 N형 반도체층과 P형 반도체층 사이에 전기적 단락이 발생되는 것을 방지할 수 있는 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다. 또한, 전극 패드들의 접착력을 강화시킬 수 있다.
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, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 상기 발광 소자는 본딩 기판(71), 발광 구조체(58), 절연 구조체(62), 금속 재료 구조체(63) 및 분리된 층(55s)을 포함한다. 또한, 상기 발광 소자는 반사 금속층(61), 본딩 메탈(67)과 제1 및 제2 본딩 패드들(83a, 83b)을 포함할 수 있다.
상기 본딩 기판(71)은, 화합물 반도체층들을 성장시키기 위한 성장기판과 구분되며, 이미 성장된 화합물 반도체층들에 본딩된 기판을 의미한다. 상기 본딩 기 판(71)은 사파이어 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 종류의 절연 또는 도전 기판일 수 있다.
발광 구조체(58)는 본딩 기판(71) 상부에 위치하며, 제1 도전형 상부 반도체층(55), 활성층(57), 제2 도전형 하부 반도체층(59)을 포함한다. 상기 활성층(57)은 상기 상부 및 하부 반도체층들 사이에 개재된다. 한편, 상기 활성층(57), 상기 상부 및 하부 반도체층들(55, 59)은 III-N 계열의 화합물 반도체, 예컨대 (Al, Ga, In)N 반도체로 형성될 수 있다. 상기 상부 및 하부 반도체층들(55, 59)은 각각 단일층 또는 다중층일 수 있다. 예를 들어, 상기 상부 또는 하부 반도체층(55, 59)은 콘택층과 클래드층을 포함할 수 있으며, 또한 초격자층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 활성층(55)은 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조일 수 있다.
상기 상부 반도체층(55)은 그 상부면에 거칠어진 면(55a)을 가질 수 있다. 거칠어진 면(55a)은 활성층(57)에서 발생된 광의 추출 효율을 향상시킨다.
한편, 상기 분리된 층(55s)은 상기 상부 반도체층(55)과 같은 도전형인 제1 도전형 반도체로 형성되며, 발광 구조체(58)와 이격되어 위치한다. 분리된 층(55s)은 발광 구조체(58) 주위에 하나 또는 복수개 위치할 수 있으며, 또는 상기 발광 구조체(58)를 둘러싸도록 즉, 링 형상, 예컨대 사각링 형상으로 위치할 수 있다.
상기 분리된 층(55s)은 상기 상부 반도체층(55)과 함께 성장된 후 상부 반도체층(55)으로부터 분리되어 형성될 수 있다. 따라서, 상기 분리된 층(55s)은 상기 상부 반도체층(55)과 동일 수준에 위치할 수 있으며, 상부 반도체층(55)의 적어도 일부분과 동일 재료로 형성될 수 있다.
상기 금속 재료 구조체(63)는 상기 발광 구조체(58)와 상기 기판(71) 사이 및 상기 분리된 층(55s)과 상기 기판(71) 사이에 위치하여 상기 하부 반도체층(59)과 상기 분리된 층(55s)을 전기적으로 연결한다. 상기 금속 재료 구조체(63)는 단층 구조 또는 다층 구조로 형성될 수 있으며, 예를 들어 Ni, Ti, Ta, Pt, W, Cr, Pd 등으로 형성될 수 있다. 상기 금속 재료 구조체(62)는 상기 분리된 층(55s)과 오믹 콘택되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 금속 재료 구조체(63)와 상기 발광 구조체(58) 사이에 반사 금속층(61)이 개재될 수 있다. 반사 금속층(61)은 반사율이 큰 금속물질, 예컨대 은(Ag) 또는 알루미늄(Al), 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다. 상기 반사 금속층(61)은 상기 하부 반도체층(59)의 하부면 일부 영역 상에 형성되는 것이 바람직하다. 이에 더하여, 상기 반사 금속층(61)과 상기 하부 반도체층(59) 사이에 오믹 콘택층(도시하지 않음)이 개재될 수 있다.
상기 금속 재료 구조체(63)는 상기 반사 금속층(61)을 덮는 보호 금속층을 포함한다. 상기 보호 금속층은 반사 금속층(61)을 덮어 금속 물질의 확산을 방지하고 또한 상기 반사 금속층(61)이 외부에 노출되는 것을 방지한다.
절연 구조체(62)는 상기 상부 반도체층(55) 및 상기 활성층(57)으로부터 상기 금속 재료 구조체(63)를 절연시키도록 상기 발광 구조체(58)의 측면을 덮는다. 상기 절연 구조체(62)는 상기 발광 구조체(58)의 측면에 노출되는 상기 상부 반도체층(55)의 일부 및 활성층(57)을 덮고, 또한 상기 하부 반도체층(59)을 덮을 수 있다. 나아가, 상기 절연 구조체(62)는 상기 하부 반도체층(59)의 하면으로 연장되 어 금속 재료 구조체(63)와 하부 반도체층(59)의 하면 사이에 개재될 수 있다. 또한, 상기 절연 구조체(62)는 상기 반사 금속층(61)의 가장자리를 덮을 수도 있다. 상기 절연 구조체(62)는 예를 들어 SiO2, SiN, MgO, TaO, TiO2, 또는 폴리머로 형성될 수 있다.
한편, 상기 절연 구조체(62)는 상기 분리된 층(55s)을 노출시키는 관통홀을 가질 수 있으며, 상기 금속 재료 구조체(63)는 상기 관통홀을 통해 상기 분리된 층(55s)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 관통홀은 상기 발광 구조체(58) 주위에 복수개 형성될 수도 있다. 이와 달리, 상기 절연 구조체(62)는 상기 발광 구조체(58)의 측면 둘레에 한정되고, 상기 금속 재료 구조체(63)가 상기 절연 구조체(62) 및 상기 분리된 층(55s)을 덮어 상기 분리된 층(55s)에 전기적으로 연결될 수 있다.
본딩 메탈(67)은 본딩 기판(71)과 금속 재료 구조체(63) 사이에 개재된다. 본딩 메탈(67)은 금속 재료 구조체(63)와 본딩 기판(71)의 접착력을 향상시켜 본딩 기판(71)이 금속 재료 구조체(63)로부터 분리되는 것을 방지한다.
한편, 제1 도전형 상부 반도체층(55)상에 제1 전극 패드(83a)가 형성되고, 분리된 층(55s) 상에 제2 전극 패드(83b)가 형성된다. 제1 전극 패드(83a)와 마찬가지로, 상기 제2 전극 패드(83b)가 제1 도전형 반도체층 상에 형성되므로, 제2 전극 패드(83b)의 접착력이 향상된다. 또한, 상기 제1 전극 패드(83a)와 제2 전극 패드(83b)는 동일한 금속 재료로 형성될 수 있다.
제1 및 제2 전극 패드들(83a, 83b)에는 와이어들이 본딩될 수 있으며, 이를 통해 전류가 공급되어 발광 구조체(58)의 활성층(57)에서 광이 발생된다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 도전형은 N형이고, 상기 제2 도전형은 P형인 것이 바람직하다. 일반적으로, N형 화합물 반도체, 특히 N형 질화갈륨계 화합물 반도체는 P형 질화갈륨계 화합물 반도체에 비해 비저항이 작기 때문에, 전류를 분산시키기 위해 통상적으로 P형 화합물 반도체 상에 형성되는 투명 전극을 생략할 수 있다.
도 3 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3을 참조하면, 희생 기판(51) 상에 화합물 반도체층들이 형성된다. 희생 기판(51)은 사파이어 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 이종기판일 수 있다. 한편, 화합물 반도체층들은 제1 도전형 반도체층(55) 및 제2 도전형 반도체층(59)과 이들 사이에 개재된 활성층(57)을 포함한다. 상기 제1 도전형 반도체층(55)이 희생 기판(51)쪽에 가깝게 위치한다.
상기 제1 및 제2 도전형 반도체층들(55, 59)은 각각 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 활성층(57)은 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조로 형성될 수 있다.
상기 화합물 반도체층들은 III-N 계열의 화합물 반도체로 형성될 수 있으며, 금속유기화학기상증착법(MOCVD) 또는 분자선 증착법(molecular beam epitaxy; MBE) 등의 공정에 의해 희생 기판(51) 상에 성장될 수 있다.
한편, 화합물 반도체층들을 형성하기 전, 버퍼층(미도시됨)이 형성될 수 있다. 버퍼층은 희생 기판(51)과 화합물 반도체층들의 격자 부정합을 완화하기 위해 채택되며, 질화갈륨 또는 질화알루미늄 등의 질화갈륨 계열의 물질층일 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 화합물 반도체층들을 패터닝하여 메사(mesa, 60)를 형성한다. 상기 메사(60)에 의해 발광 영역이 한정된다. 상기 화합물 반도체층들은 사진 및 식각 공정을 사용하여 패터닝될 수 있으며, 이러한 공정은 일반적으로 알려진 메사 식각 공정과 유사하다. 이때, 상기 메사(60) 주위의 제2 도전형 반도체층(59) 및 활성층(57)이 제거되고, 상기 제1 도전형 반도체층(55)이 노출된다. 도시된 바와 같이, 상기 제1 도전형 반도체층(55) 또한 부분적으로 식각되어 제거될 수 있다. 그 결과, 상기 메사(60) 측면에 제1 도전형 반도체층(55), 활성층(59) 및 제2 도전형 반도체층이 노출된다.
도 5를 참조하면, 상기 메사(60) 측면에 노출된 상기 제1 도전형 반도체층(55) 및 상기 활성층을 덮는 절연 구조체(62)가 형성된다.
상기 절연 구조체(62)는, 예컨대 상기 메사(60) 및 상기 메사(60) 주위의 제1 도전형 반도체층(55)을 덮는 절연층을 형성한 후, 상기 절연층을 패터닝하여 상기 메사(60) 상부 영역을 노출시킴과 아울러, 상기 메사(60) 주위의 제1 도전형 반도체층(55)의 일부 영역을 노출시키는 관통홀(62a)을 형성함으로써 형성될 수 있다. 상기 절연층은 예를 들어 SiO2, SiN, MgO, TaO, TiO2, 또는 폴리머로 형성될 수 있다. 또는, 상기 절연 구조체(62)는 상기 메사(60) 및 상기 메사(60) 주위의 제1 도전형 반도체층(55)을 덮는 절연층을 형성한 후, 상기 메사(60) 측벽을 덮는 절연층을 남기고, 상기 메사(60) 상부의 절연층 및 상기 메사 주위의 제1 도전형 반도체층(55) 상의 절연층을 제거함으로써 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 메사 주위에 노출되는 제1 도전형 반도체층(55)의 영역은 상기 메사(60)를 둘러싼다.
한편, 상기 절연 구조체(62)를 형성하기 전 또는 후에, 반사 금속층(61)이 형성될 수 있다. 반사 금속층(61)은 예컨대, 은(Ag) 또는 알루미늄(Al) 또는 은합금 또는 알루미늄 합금으로 형성될 수 있다. 상기 반사 금속층(61)은 도금 또는 증착 기술을 사용하여 형성될 수 있으며, 예컨대 리프트 오프 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 한편, 상기 반사 금속층(61)이 제2 도전형 반도체층(59)과 오믹 콘택을 하지 않는 경우, 반사 금속층(61)을 형성하기 전에 오믹 콘택층(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 상기 절연 구조체(62)는 상기 제2 도전형 반도체층(59)의 가장자리를 덮을 수 있으며, 나아가 상기 반사 금속층(61)의 가장자리를 덮을 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 메사(60)와 상기 메사 주위에 노출된 제1 도전형 반도체층(55)의 일부 영역을 전기적으로 연결하는 금속 재료 구조체(63)가 형성된다.상기 금속 재료 구조체(63)는 반사 금속층(61)을 덮는 보호 금속층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 금속 재료 구조체(63)는 상기 절연 구조체(62)를 덮고, 상기 메사(60) 주위에 노출된 제1 도전형 반도체층(55)에 연결된다. 상기 금속 재료 구조체(63)는 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 Ni, Ti, Ta, Pt, W, Cr, Pd 등으로 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 금속 재료 구조체(63) 상에 본딩 메탈(67a)이 형성될 수 있다. 상기 본딩 메탈(67a)은 예를 들어 AuSn(80/20wt%)으로 약 15,000Å 두께로 형성될 수 있다.
도 8을 참조하면, 본딩 메탈(67b)이 기판(71) 상에 형성될 수 있으며, 기판(71)이 상기 본딩 메탈들(67a, 67b)을 서로 마주보도록 본딩함으로써 상기 금속 재료 구조체(63) 상에 본딩된다. 상기 기판(71)은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 희생기판(51)과 동일한 열팽창 계수를 갖는 기판일 수 있으며, 예컨대 사파이어 기판일 수 있다.
도 9을 참조하면, 상기 희생 기판(51)이 제거되고 상기 제1 도전형 반도체층(55)이 노출된다. 희생 기판(51)은 레이저 리프트 오프(LLO) 기술 또는 다른 기계적 방법이나 화학적 방법에 의해 분리될 수 있다. 이때, 버퍼층도 제거되어 제1 도전형 반도체층(55)이 노출된다. 도 10은 희생기판(51)이 제거된 후, 제1 도전형 반도체층(55)이 위쪽을 향하도록 도시된 도면이다.
도 11을 참조하면, 상기 노출된 제1 도전형 반도체층(55)을 패터닝하여 상기 메사(60) 상의 제1 도전형 반도체층(55)으로부터 상기 메사(60) 주위의 상기 제1 도전형 반도체층(55)의 일부 영역을 분리한다. 이에 따라, 발광 구조체(도 2의 58)가 완성되고, 상기 발광 구조체(58)로부터 이격된 분리된 층(55s)이 형성된다.
도 12를 참조하면, 상기 메사(60) 상의 제1 도전형 반도체층(55) 상에 제1 전극 패드(83a)가 형성되고, 상기 분리된 층(55s) 상에 제2 전극 패드(83b)가 형성된다. 상기 전극 패드들(83a, 83b)은 서로 동일한 재료로 형성될 수 있다. 한편, 상기 메사(60) 상의 제1 도전형 반도체층(55) 상부면(55a)에 PEC(광전 화학) 식각 등에 의해 거칠어진 표면이 형성될 수 있다. 상기 거칠어진 표면은 제1 전극 패드(83a)를 형성하기 전 또는 후에 형성될 수 있다. 이에 따라, 도 2의 발광 소자가 완성된다.
본 발명에 따르면, 절연 구조체(62)를 채택함으로써 금속층의 식각 부산물이 발광 구조체(60)의 측면에 달라붙는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 도전형 반도체층들 사이의 전기적 단락을 방지할 수 있다. 또한, 제2 전극 패드(83b)가 제1 도전형 반도체의 분리된 층(55s) 상에 형성되므로, 제2 전극 패드(83b)의 접착력을 강화시킬 수 있다.
이상에서 본 발명에 대해 몇몇 실시예들을 예로 들어 설명되었지만, 본 발명은 앞서 설명된 실시예들에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않으면서 당업자들에 의해 다양하게 변형 및 변경될 수 있다. 이러한 변형 및 변경들은 아래의 청구범위에서 정의되는 본 발명의 범위에 포함된다.
도 1은 종래의 수직형 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

Claims (19)

  1. 기판;
    상기 기판의 일 영역 상부에 위치하고, 제1 도전형의 상부 반도체층, 활성층 및 제2 도전형의 하부 반도체층을 포함하는 화합물 반도체의 발광 구조체;
    상기 기판의 또 다른 영역 상부에 위치하고 상기 발광 구조체와 이격된 제1 도전형 반도체의 분리된 층;
    상기 발광 구조체 및 상기 분리된 층과 상기 기판 사이에 위치하여 상기 하부 반도체층과 상기 분리된 층을 전기적으로 연결하는 도전성 재료 구조체; 및
    상기 상부 반도체층 및 상기 활성층으로부터 상기 도전성 재료 구조체를 절연시키도록 상기 발광 구조체의 측면을 덮는 절연 구조체를 포함하는 발광 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광 구조체 상에 형성된 제1 전극 패드 및 상기 분리된 층 상에 형성된 제2 전극 패드를 더 포함하는 발광 소자.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부 반도체층의 하부면과 상기 도전성 재료 구조체 사이에 개재된 반사 금속층을 더 포함하고,
    상기 도전성 재료 구조체는 상기 반사 금속층을 덮는 보호 금속층을 포함하는 발광 소자.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 도전성 재료 구조체와 상기 기판을 본딩하는 본딩 메탈을 더 포함하는 발광 소자.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 도전성 재료 구조체는 상기 절연 구조체를 관통하여 상기 분리된 층에 연결된 발광 소자.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 분리된 층은 상기 상부 반도체층과 동일 수준에 위치하는 발광 소자.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 분리된 층은 상기 상부 반도체층의 적어도 일부를 이루는 재료와 동일한 재료로 형성된 발광 소자.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 분리된 층은 상기 발광 구조체를 둘러싸는 발광 소자.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연 구조체는 상기 하부 반도체층의 하면으로 연장되어, 상기 하부 반도체층과 상기 도전성 재료 구조체 사이에 개재된 발광 소자.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 반도체층의 상부면은 거칠어진 면을 포함하는 발광 소자.
  11. 희생 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층들 사이에 개재된 활성층을 포함하는 화합물 반도체층들을 형성하되, 상기 제1 도전형 반도체층이 상기 희생 기판 쪽에 가깝게 위치하고;
    상기 화합물 반도체층들을 패터닝하여 메사를 형성하되, 상기 메사 주위에 상기 제1 도전형 반도체층이 노출되고;
    상기 메사 측면에 노출된 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 덮는 절연 구조체를 형성하되, 상기 메사 주위의 제1 도전형 반도체층의 일부 영역은 노출되고;
    상기 메사와 상기 메사 주위에 노출된 제1 도전형 반도체층의 일부 영역을 전기적으로 연결하는 도전성 재료 구조체를 형성하고;
    상기 도전성 재료 구조체 상에 기판을 본딩하고;
    상기 희생 기판을 제거하여 상기 제1 도전형 반도체층을 노출시키고; 및
    상기 노출된 제1 도전형 반도체층을 패터닝하여, 상기 메사 상의 제1 도전형 반도체층으로부터 상기 메사 주위의 상기 일부 영역을 분리하는 것을 포함하는 발광 소자 제조 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 메사 상의 제1 도전형 반도체층으로부터 상기 메사 주위의 상기 일부 영역을 분리한 후,
    상기 메사 상의 제1 도전형 반도체층 상에 제1 전극 패드를 형성하고,
    상기 메사 주위의 상기 일부 영역 상에 제2 전극 패드를 형성하는 것을 더 포함하는 발광 소자 제조 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 도전성 재료 구조체를 형성하기에 앞서 상기 메사 상에 반사 금속층을 형성하는 것을 더 포함하는 발광 소자 제조 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 도전성 재료 구조체는 상기 반사 금속층을 보호하는 보호 금속층을 포함하는 발광 소자 제조 방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 절연 구조체를 형성하는 것은
    상기 메사 및 상기 메사 주위에 노출된 제1 도전형 반도체층을 덮는 절연층을 형성하고,
    상기 절연층을 패터닝하여 상기 메사 상부 영역을 노출시킴과 아울러 상기 메사 주위의 제1 도전형 반도체층의 일부 영역을 노출시키는 관통홀을 형성하는 것을 포함하는 발광 소자 제조 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 절연 구조체는 상기 메사의 상부면 가장자리를 덮는 발광 소자 제조 방법.
  17. 청구항 11에 있어서,
    상기 절연 구조체를 형성하는 것은
    상기 메사 및 상기 메사 주위에 노출된 제1 도전형 반도체층을 덮는 절연층을 형성하고,
    상기 절연층을 패터닝하여 상기 메사 상부 영역을 노출시킴과 아울러 상기 메사 주위의 제1 도전형 반도체층의 일부 영역을 노출시키는 것을 포함하되, 상기 일부 영역은 상기 메사를 둘러싸는 발광 소자 제조 방법.
  18. 청구항 11에 있어서,
    상기 희생기판이 제거된 후, 상기 노출된 제1 도전형 반도체층의 표면에 거칠어진 면을 형성하는 것을 더 포함하는 발광 소자 제조 방법.
  19. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층은 n형 질화갈륨계 화합물 반도체층이고, 상기 제2 도전형 반도체층은 p형 질화갈륨계 화합물 반도체층인 발광 소자 제조 방법.
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