KR101411375B1 - 수직형 발광 다이오드 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 누설전류 특성을 개선하기 위한 수직형 발광 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 도전성 지지층, 상기 도전성 지지층 상에 형성된 p형 전극, 상기 p형 전극 상에 형성된 p형 반도체층, 상기 p형 반도체층 상에 형성된 활성층, 상기 활성층 상에 형성된 n형 반도체층, 상기 p형 전극 측벽에서 누설되는 전류를 방지하기 위해서 상기 도전성 지지층과 상기 p형 전극의 사이 인접부에 형성된 패시베이션층 및 상기 p형 반도체층 상의 일부분에 형성된 n형 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
나아가, 수직형 발광 다이오드 제조방법은 먼저, 기판 상에 n형 반도체층, 활성층 및 반도체층을 형성하는 1단계, 상기 p형 반도체층 상에 금속물질로 이루어진 p형 전극을 형성하는 2단계, 상기 p형 전극 상에 도전성 지지층을 접합시킨 후, 상기 기판을 제거하는 3단계, 상기 기판을 제거하여 노출된 n형 반도체층부터 상기 p형 전극까지 측벽을 수직방향으로 메사 식각하는 4단계, 상기 메사 식각하여 노출된 p형 전극 및 상기 도전성 지지층 사이 인접부에 패시베이션층을 형성하는 5단계 및 상기 n형 반도체층 상에 n형 전극을 형성하는 6단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
나아가, 수직형 발광 다이오드 제조방법은 먼저, 기판 상에 n형 반도체층, 활성층 및 반도체층을 형성하는 1단계, 상기 p형 반도체층 상에 금속물질로 이루어진 p형 전극을 형성하는 2단계, 상기 p형 전극 상에 도전성 지지층을 접합시킨 후, 상기 기판을 제거하는 3단계, 상기 기판을 제거하여 노출된 n형 반도체층부터 상기 p형 전극까지 측벽을 수직방향으로 메사 식각하는 4단계, 상기 메사 식각하여 노출된 p형 전극 및 상기 도전성 지지층 사이 인접부에 패시베이션층을 형성하는 5단계 및 상기 n형 반도체층 상에 n형 전극을 형성하는 6단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 수직형 발광 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수직형 발광 다이오드 측벽에 패시베이션(Passivation)층을 형성함으로써 다이오드 층 사이의 간섭 및 누설 전류의 방출을 방지하는 수직형 발광 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
발광 다이오드는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 소자로서, 전자 · 통신 · 조명 기기를 비롯한 장치의 이미지 표시 광원으로 이용되고 있으며 발광 다이오드 소자의 형태는 전극 구조를 기준으로 수평형과 수직형으로 구분된다.
수직 구조의 발광 다이오드의 경우 수평 구조의 발광 다이오드에 비해 열 방출 효과 및 전류확산 효과가 뛰어나, 고출력을 필요로 하는 발광 다이오드에 적용되고 있다. 이는 일반적으로 GaN(질화갈륨) 기반의 청색 발광 다이오드의 경우 기판에 CVD(Chemical Vapor Deposition) 등의 장비를 이용하여 GaN(질화갈륨) 기반의 발광 다이오드 구조의 박막을 성장한 다음, 웨이퍼 본딩(Wafer Bonding), 광 절연막 제거(Laser Lift-Off) 공정 등을 이용하여 열 방출 특성이 우수한 지지층(Support) 기판으로 박막을 성장시킨다. GaAs(갈륨아세나이드) 기반의 적색 발광 다이오드의 경우에도 GaAs(갈륨아세나이드) 기판 상에 발광 다이오드 구조의 박막을 성장한 다음, 웨이퍼 본딩(Wafer Bonding), 그린딩(Grinding) and 습식 식각(Wet Etching) 등의 공정을 이용하여 지지층(Support) 기판에 박막을 성장시킨다. 그 다음 포토리소그래피 공정(Photolithography), 건식 식각(Dry Etching) 공정으로 반도체 박막 전체를 단위소자로 구분(Isolation)하게 된다. 이러한 일련의 반도체 공정으로 제작된 수직 구조의 발광 다이오드 구조는 일반적으로 열 방출 통로와 전극의 역할을 수행하는 하부 지지층(Supporter), 상기 지지층(Supporter)과 상부 구조를 연결하는 접합층, p형 전극, 반사막, p형 반도체, 활성층, n형 반도체 및 n형 전극으로 이루어진다.
그러나, 수직형 발광 다이오드는 증착 공정 후, 단위 소자 분리 공정(Isolation)에서 활성영역이 노출되며 누설전류의 발생 가능성이 커져, 이로 인해 다이오드의 효율이 저하되는 문제가 있다.
한국 등록특허 10-1018280호 '수직구조 발광다이오드 및 그 제조방법'의 수직구조 발광다이오드는, 실리콘 기판, 상기 실리콘 기판 상에 형성된 p형 전극, 상기 p형 전극 상부의 양단에 형성된 패시베이션(Passivation)층, 상기 패시베이션층 사이 공간의 p형 전극 상에 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층이 순차적으로 증착되어 형성된 발광부, 및 상기 n형 반도체층 상의 일부분에 형성된 n형 전극으로 구성되어 있다.
또한, 기판 상에 패시베이션층을 증착하는 제1단계, 상기 패시베이션층을 포토리소그래피 공정으로 패터닝하여 상기 기판의 양단에만 형성하는 제2단계, 상기 패시베이션층 사이 공간에 언도프(Undope)된 n형 반도체층, n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 순차적으로 증착하여 발광부를 형성하는 제3단계, 상기 p형 반도체층과 상기 패시베이션층의 양단에 인접하게 금속물질을 복수 개의 층으로 증착하여 p형 전극을 형성하는 제4단계, 상기 p형 전극 상에 실리콘 기판을 접합시킨 루, 레이저 리프트 오프(Laser Lift-Off) 공정을 이용해 상기 기판을 제거하는 제5단계, 상기 기판을 제거함으로써 노출된 상기 언도프(Undope)된 n형 반도체층을 제거하는 제6단계 및 상기 발광부의 n형 반도체층 상에 n형 전극을 형성하는 제7단계를 포함한다.
종래의 패시베이션(절연물질)층은 발광 다이오드 소자의 누설전류를 최대한 줄임으로써 외부양자효율을 개선을 위한 것으로 다이오드 소자의 측벽부 전체에 형성된다. 또한, 기판 상에 패시베이션층을 먼저 증착 후, 상기 발광부, p형 전극, 기판 제거, n형 전극을 형성해야 하므로 공정상의 번거로움이 있고 패시베이션층의 증착 후 이루어지는 단위 소자 분리 공정(Isolation) 중에 생기는 오염으로 인한 누설전류 발생 및 제조 원가가 상승하는 문제점이 있다.
따라서, 누설 전류를 효율적이고 간단한 방법으로 차단할 수 있는 기술이 요구되어 왔다.
본 발명은 위에서 서술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 패시베이션층의 증착 후, 단위 소자 분리 공정(Isolation) 과정 중에 생기는 측벽 노출부의 오염으로 인한, 다이오드 층 사이의 간섭 및 누설 전류의 방출을 방지하는 수직형 발광 다이오드 및 그 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 수직형 발광 다이오드는 도전성 지지층, 상기 도전성 지지층 상에 형성된 p형 전극, 상기 p형 전극 상에 형성된 p형 반도체층, 상기 p형 반도체층 상에 형성된 활성층, 상기 활성층 상에 형성된 n형 반도체층, 상기 도전성 지지층과 상기 p형 전극 사이 인접부에 형성된 패시베이션층 및 상기 n형 반도체층 상의 일부분에 형성된 n형 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 기판 상에 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 형성하는 1단계, 상기 p형 반도체층 상에 금속물질로 이루어진 p형 전극을 형성하는 2단계, 상기 p형 전극 상에 도전성 지지층을 접합시킨 후, 상기 기판을 제거하는 3단계, 상기 기판을 제거하여 노출된 n형 반도체층부터 상기 p형 전극까지 측벽을 수직방향으로 메사 식각하는 4단계, 상기 메사 식각하여 노출된 p형 전극 및 상기 도전성 지지층 사이 인접부에 패시베이션층을 형성하는 5단계 및 상기 n형 반도체층 상에 n형 전극을 형성하는 6단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 수직형 발광 다이오드는 메사(Mesa) 공정 후, 식각되어 노출된 p형 전극 및 도전성 지지층 사이 인접부에 패시베이션층을 형성함으로써, 상기 p형 전극 측벽에서 전류가 누설되는 것을 방지한다. 또한, 패시베이션층은 p형 반도체층의 측벽, 활성층의 측벽 및 n형 반도체층의 측벽 일부에 형성됨으로써, 다이오드 층 사이의 간섭 및 누설 전류의 방출을 방지하고, 발광 효율의 개선이 가능하다.
또한, 본 발명에 의한 수직형 발광 다이오드는 단위 소자 분리 공정(Isolation) 이전에 메사공정을 거쳐 패시베이션(절연물질)층을 p형 반도체층의 측벽, 활성층의 측벽 및 n형 반도체층의 측벽 일부에만 형성함으로써, 공정과정을 간략화하고 광 절연막 제거(Laser Lift-Off)와 같은 단위 소자 분리 공정(Isolation) 이후 패시베이션(절연물질)층의 증착 시 발생하는 누설전류 차단의 효율도 감소 문제 및 제조 원가 상승 문제를 해결한다.
도 1은 종래의 전류가 누설되는 수직형 발광 다이오드를 나타내는 단면도이다.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수직형 발광 다이오드의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수직형 발광 다이오드의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 재현할 수 있도록 상세히 기술하도록 한다.
도 1은 종래의 전류가 누설되는 수직형 발광 다이오드를 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 수직형 발광 다이오드(200)는 도전성 지지층(110), 상기 도전성 지지층(110) 상에 형성된 p형 전극(120), 상기 p형 전극 상부에 p형 반도체층(130), 활성층(140) 및 n형 반도체층(150)이 순차적으로 증착되어 있고, 상기 n형 반도체층 상의 일부분에 n형 전극이 형성되어 있다.
종래의 수직형 발광 다이오드는 절연물질로 이루어진 패시베이션층(160)이 형성되어 있지 않으므로 p형 전극(120)의 측면을 통해 화살표 방향으로 전류가 누설된다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수직형 발광 다이오드의 제조방법의 순서를 나타내는 단면도이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 기판(190)을 마련하여 그 위에 순차적으로 n형 반도체층(150), 활성층(140) 및 p형 반도체층(130)을 성장시킨다. n형 반도체층(150), 활성층(140) 및 p형 반도체층(130)은 GaN(질화갈륨), GaAs(갈륨아세나이드)과 같이 AlxlnyGa(1-x-y)N 조성식(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)을 갖는 질화물계 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 화합물로 형성되며, CVD(Chemical Vapor Deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy) 또는 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)와 같은 증착 공정을 통해 성장되는 것이 바람직하나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 공지된 모든 증착 공정에 적용 가능하다.
다음으로, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 p형 반도체층(130) 상에 p형 전극(120)을 형성한다. p형 전극(120)은 니켈, 백금, 은 및 금 중 선택된 어느 하나 이상의 금속 물질이 복수 개의 층으로 증착된 구조이다. 또한, p형 전극(120)은 다이오드 전압이 빠르게 전달되도록 돕는 오믹컨텍(Ohmic Contact)층과 반도체층에서 발생하는 빛이 효과적으로 발산될 수 있도록 돕는 반사층을 포함하여 구성된다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 p형 전극(120) 상에 도전성 지지층(110)을 접합시킨 후, 기판을 제거한다. 도전성 지지층(110)은 질화물 반도체 단결정을 성장시키기에 적합한 기판으로서, Al, TiN, Cu, Ni, W 및 Mo 계의 금속 중 어느 하나 이상을 포함하는 금속 또는 금속 합금으로 이루어진다.
도 2d에 도시된 바와 같이(도 2c의 구조를 뒤집어서 도시), 상기 기판(180)을 제거 후 노출된 n형 반도체층(150)부터 상기 p형 전극(120)까지 측벽을 메사 식각한다. 메사(Mesa) 식각은 먼저 n형 반도체층 상에 포토레지스트를 도포한 후, 패시베이션층(160)을 형성하기 위한 패턴이 형성되도록 도포된 포토레지스트를 패터닝한다. 그 후 패터닝된 포토레지스트를 마스크로 n형 반도체층(150), 활성층(140), p형 반도체층(130), 도전성 지지층(110)의 일부를 식각하고 포토레지스트 패턴을 제거한다.
본 발명의 실시 예에서 메사(Mesa) 공정에서의 식각 방법으로는 ICP-RIE(Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etcher) 식각 방법을 이용하는 것이 바람직하나, 패턴을 형성하기 위한 다른 식각 방법이 이용될 수도 있다.
도 2e에 도시된 바와 같이, 메사 식각되어 노출된 상기 p형 전극(120)과 상기 도전성 지지층(110) 사이 인접부에는 상기 p형 전극 측벽에서 누설되는 전류를 방지하기 위한 패시베이션층(160)이 형성된다. 패시베이션층(160)은 p형 전극(120)의 측벽에서 누설 가능한 전류를 차단함으로써 층 사이의 간섭 및 발광 효율을 개선한다.
또한, 패시베이션층(160)은 누설되는 전류의 흐름을 차단하기 위해 상기 p형 반도체층(130)의 측벽, 상기 활성층(140)의 측벽 및 상기 n형 반도체층(150)의 측벽 일부에도 형성된다.
상기 패시베이션층(160)은 실리콘 산화물(SiOх), 실리콘 질화물(SiNх), 이산화티타늄(TiO2) 및 탄탈륨 산화막(TaхOy) 중 선택된 어느 하나 이상의 절연물질로 이루어지고 상기 p형 전극(120)과 상기 도전성 지지층(110) 사이 인접부, 상기 p형 반도체층(130)의 측벽, 상기 활성층(140)의 측벽 및 상기 n형 반도체층(150)의 측벽 일부에 형성되도록 포토리소그래피 공정 및 식각 공정을 이용한다.
도 2f에 도시된 바와 같이, 상기 n형 반도체층(150)을 임프린트로 패턴층을 형성하여 상기 n형 반도체층(150)의 광추출 효율을 증가시킨다. 임프린트는 패턴층은 임프린트용 스탬프로 가압하고, 가열 또는 빛 조사 중 어느 하나 이상의 방법으로 상기 n형 반도체층(150)을 경화하여 패턴층을 형성한다. 패턴층을 형성한 후에는 상기 n형 반도체층(150) 상의 임프린트용 스탬프를 제거하고 상기 n형 반도체층(150) 상에 n형 전극(170)을 형성한다.
상기 n형 전극(170)은 상기 n형 반도체층(150) 상의 일부분에 형성되며 p형 전극(120)과 전기적으로 절연되도록 형성된다. 본 발명의 실시 예에서는, 포토리소그래피 공정으로 n형 전극(170)을 형성하기 위한 영역을 노출하는 마스크 패턴을 형성한 후, 마스크 패턴에 노출된 영역에 금속을 증착하고, 마스크 패턴을 제거함으로써 n형 전극(170)을 형성한다.
n형 전극(170)을 형성하는 방법은, 포토리소그래피 공정이 바람직하나 이에 한정하지는 않는다. 또한, n형 전극(170)을 형성하는 금속은 증착 공정으로 형성되는 것이 바람직하며, 금속은 오믹(Ohmic) 금속으로서 Cr, Ti, Al 또는 Au 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
본 발명 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어들은 본 발명 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 사용자 또는 운용자의 의도, 관례 등에 따라 충분히 변형될 수 있는 사항이므로, 이 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명은 첨부된 도면에 의해 참조 되는 바람직한 실시 예를 중심으로 기술되었지만, 이러한 기재로부터 후술하는 특허청구범위에 의해 포괄되는 범위 내에서 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능하다는 것은 명백하다.
100: 본 발명의 실시 예에 따른 수직형 발광 다이오드 단면도
110: 도전성 지지층
120: p형 전극
130: p형 반도체층
140: 활성층
150: n형 반도체층
160: 패시베이션층
170: n형 전극
180: 기판
200: 전류가 누설되는 수직형 발광 다이오드 단면도
110: 도전성 지지층
120: p형 전극
130: p형 반도체층
140: 활성층
150: n형 반도체층
160: 패시베이션층
170: n형 전극
180: 기판
200: 전류가 누설되는 수직형 발광 다이오드 단면도
Claims (8)
- Al, TiN, Cu, Ni, W 및 Mo 계 금속 중 어느 하나 이상을 포함하는 금속 또는 금속 합금으로 이루어진 도전성 지지층;
상기 도전성 지지층 상에 형성되고, 니켈, 백금, 은 및 금 중 선택된 어느 하나 이상의 금속 물질이 복수 개의 층으로 증착되어 이루어지며, 오믹컨텍층과 반사층을 포함하여 구성된 p형 전극;
상기 p형 전극 상에 형성된 p형 반도체층;
상기 p형 반도체층 상에 형성된 활성층;
상기 활성층 상에 형성된 n형 반도체층;
상기 p형 전극 측벽에서 누설되는 전류를 방지하기 위해서 상기 p형 전극의 측벽 인접부의 상기 도전성 지지층 상에 부분 형성되되, 상기 p형 반도체층의 측벽, 상기 활성층의 측벽 및 상기 n형 반도체층의 측벽 일부에 형성되며, 실리콘 산화물(SiOх), 실리콘 질화물(SiNх), 이산화티타늄(TiO2) 및 탄탈륨 산화막(TaхOy) 중 선택된 어느 하나 이상의 절연물질로 이루어진 패시베이션층; 및
상기 n형 반도체층 상의 일부분에 형성된 n형 전극;
을 포함하는 수직형 발광 다이오드. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 기판 상에 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 형성하는 1단계;
상기 p형 반도체층 상에 금속물질로 이루어진 p형 전극을 형성하는 2단계;
상기 p형 전극 상에 도전성 지지층을 접합시킨 후, 상기 기판을 제거하는 3단계;
상기 기판을 제거하여 노출된 n형 반도체층부터 상기 p형 전극까지 측벽을 수직방향으로 메사 식각하는 4단계;
상기 메사 식각하여 노출된 p형 전극 및 상기 p형 전극 측벽 인접부의 상기 도전성 지지층 상에 부분 형성되되, 상기 p형 반도체층의 측벽, 상기 활성층의 측벽 및 상기 n형 반도체층의 측벽 일부에 패시베이션층을 형성하는 5단계; 및
상기 n형 반도체층 상에 n형 전극을 형성하고, 상기 n형 반도체층을 임프린트로 패턴층을 형성하여 상기 n형 반도체층의 광추출 효율을 증가시키는 6단계;
로 이루어지는 수직형 발광 다이오드 제조방법. - 삭제
- 삭제
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