KR100960277B1 - 3족 질화물 반도체 발광소자를 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수개의 3족 질화물 반도체층 위에 제2 전극을 형성하는 제1 단계; 제1 전극의 형성을 위해 제2 3족 질화물 반도체층 및 활성층을 제거하여 제1 3족 질화물 반도체층을 노출시키는 제2 단계; 제2 전극 및 제2 단계의 노출된 영역 위에 보호막을 형성하는 제3 단계; 제1 전극 및 본딩 패드의 형성을 위한 마스킹 공정을 행하여 제1 마스크 및 제2 마스크를 형성하는 제4 단계;로서, 제1 마스크가 제2 마스크 위에 오버행(overhang)되는 제4 단계; 제1 마스크를 마스크로 하여, 제2 전극과 보호막을 제거하는 제5 단계; 그리고, 제2 마스크를 마스크로 하여, 보호막을 제거하는 제6 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자를 제조하는 방법에 관한 것이다.

반도체, 발광소자, 질화물, 전극, 본딩, 패드, 포토레지스트

Description

3족 질화물 반도체 발광소자를 제조하는 방법{MANUFACTURING METHOD OF Ⅲ-NITRIDE SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}

본 발명은 3족 질화물 반도체 발광소자를 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히 본딩 패드를 형성하는 방법에 관한 것이다.

여기서, 3족 질화물 반도체 발광소자는 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 된 화합물 반도체층을 포함하는 발광다이오드와 같은 발광소자를 의미하며, 추가적으로 SiC, SiN, SiCN, CN와 같은 다른 족(group)의 원소들로 물질이나 이들 물질로 된 반도체층을 포함하는 것을 배제하는 것은 아니다.

도 1은 종래의 3족 질화물 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 3족 질화물 반도체 발광소자는 기판(100), 기판(100) 위에 에피성장되는 버퍼층(200), 버퍼층(200) 위에 에피성장되는 n형 질화물 반도체층(300), n형 질화물 반도체층(300) 위에 에피성장되는 활성층(400), 활성층(400) 위에 에피성장되는 p형 질화물 반도체층(500), p형 질화물 반도체층(500) 위에 형성되는 p측 전극(600), p측 전극(600) 위에 형성되는 p측 본딩 패드(700), p형 질화물 반도체층(500)과 활성층(400)이 메사 식각되어 노출된 n형 질화물 반도체층의 영역(301) 위에 형성되는 n측 전극(800), 그리고 보호막(900)을 포함한다.

기판(100)은 동종기판으로 GaN계 기판이 이용되며, 이종기판으로 사피이어 기판, SiC 기판 또는 Si 기판 등이 이용되지만, 질화물 반도체층이 성장될 수 있는 기판이라면 어떠한 형태이어도 좋다. SiC 기판이 사용될 경우에 n측 전극(800)은 SiC 기판 측에 형성될 수 있다.

기판(100) 위에 에피성장되는 질화물 반도체층들은 주로 MOCVD(유기금속기상성장법)에 의해 성장된다.

버퍼층(200)은 이종기판(100)과 질화물 반도체 사이의 격자상수 및 열팽창계수의 차이를 극복하기 위한 것이며, 미국특허 제5,122,845호에는 사파이어 기판 위에 380℃에서 800℃의 온도에서 100Å에서 500Å의 두께를 가지는 AlN 버퍼층을 성장시키는 기술이 개시되어 있으며, 미국특허 제5,290,393호에는 사파이어 기판 위에 200℃에서 900℃의 온도에서 10Å에서 5000Å의 두께를 가지는 Al(x)Ga(1-x)N (0≤x<1) 버퍼층을 성장시키는 기술이 개시되어 있고, 국제공개공보 WO/05/053042호에는 600℃에서 990℃의 온도에서 SiC 버퍼층(씨앗층)을 성장시킨 다음 그 위에 In(x)Ga(1-x)N (0<x≤1) 층을 성장시키는 기술이 개시되어 있다.

n형 질화물 반도체층(300)은 적어도 n측 전극(800)이 형성된 영역(n형 컨택층)이 불순물로 도핑되며, n형 컨택층은 바람직하게는 GaN로 이루어지고, Si으로 도핑된다. 미국특허 제5,733,796호에는 Si과 다른 소스 물질의 혼합비를 조절함으로써 원하는 도핑농도로 n형 컨택층을 도핑하는 기술이 개시되어 있다.

활성층(400)은 전자와 정공의 재결합을 통해 광자(빛)를 생성하는 층으로서, 주로 In(x)Ga(1-x)N (0<x≤1)로 이루어지고, 하나의 양자우물층(single quantum well)이나 복수개의 양자우물층들(multi quantum wells)로 구성된다. 국제공개공보 WO/02/021121호에는 복수개의 양자우물층들과 장벽층들의 일부에만 도핑을 하는 기술이 개시되어 있다.

p형 질화물 반도체층(500)은 Mg과 같은 적절한 불순물을 이용해 도핑되며, 활성화(activation) 공정을 거쳐 p형 전도성을 가진다. 미국특허 제5,247,533호에는 전자빔 조사에 의해 p형 질화물 반도체층을 활성화시키는 기술이 개시되어 있으며, 미국특허 제5,306,662호에는 400℃ 이상의 온도에서 열처리(annealing)함으로써 p형 질화물 반도체층을 활성화시키는 기술이 개시되어 있고, 국제공개공보 WO/05/022655호에는 p형 질화물 반도체층 성장의 질소전구체로서 암모니아와 하이드라진계 소스 물질을 함께 사용함으로써 활성화 공정없이 p형 질화물 반도체층이 p형 전도성을 가지게 하는 기술이 개시되어 있다.

p측 전극(600)은 p형 질화물 반도체층(500) 전체로 전류가 잘 공급되도록 하기 위해 구비되는 것이며, 미국특허 제5,563,422호에는 p형 질화물 반도체층의 거의 전면에 걸쳐서 형성되며 p형 질화물 반도체층(500)과 오믹접촉하고 Ni과 Au로 이루어진 투광성 전극(light-transmitting electrode)에 관한 기술이 개시되어 있으며, 미국특허 제6,515,306호에는 p형 질화물 반도체층 위에 n형 초격자층을 형성한 다음 그 위에 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어진 투광성 전극을 형성한 기술이 개시되어 있다.

한편, p측 전극(600)이 빛을 투과시키지 못하도록, 즉 빛을 기판 측으로 반 사하도록 두꺼운 두께를 가지게 형성할 수 있는데, 이러한 기술을 플립칩(flip chip) 기술이라 한다. 미국특허 제6,194,743호에는 20nm 이상의 두께를 가지는 Ag 층, Ag 층을 덮는 확산 방지층, 그리고 확산 방지층을 덮는 Au와 Al으로 이루어진 본딩 층을 포함하는 전극 구조에 관한 기술이 개시되어 있다.

p측 본딩 패드(700)와 n측 전극(800)은 전류의 공급과 외부로의 와이어 본딩을 위한 것이며, 미국특허 제5,563,422호에는 n측 전극을 Ti과 Al으로 구성한 기술이 개시되어 있다.

보호막(900)은 이산화규소와 같은 물질로 형성된다.

p측 전극(600), p측 본딩 패드(700), n측 전극(800) 그리고 보호막(900)이 형성되는 과정을 살펴보면, 먼저 p측 전극(600)이 증착된 다음, 마스킹 공정을 행한 후, 식각을 통해 p측 본딩 패드(700)의 증착을 위한 영역을 포함하여 불필요한 부분을 제거한다. 다음으로, n측 전극(800)의 형성을 위해 별도의 마스킹 공정을 행한 후, 식각을 통해 영역(301)을 노출시킨다. 다음으로, 별도의 마스킹 공정을 행한 후, p측 본딩 패드(700)와 n측 전극(800)을 형성한다. 마지막으로, 마스킹 공정을 행한 후, 보호막(900)을 형성한다. 따라서 p측 전극(600), p측 본딩 패드(700), n측 전극(800) 그리고 보호막(900)이 형성되는 과정에서 개별적으로 행해지는 복수개의 마스킹 공정을 필요로 한다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하는 3족 질화물 반도체 발광소자를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 n측 전극을 위한 영역을 노출시킨 후, 하나의 마스킹 공정으로 p측 본딩 패드, n측 전극 그리고 보호막을 형성하는 3족 질화물 반도체 발광소자를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해, 본 발명은 출원시 청구항 1 내지 청구항 3 기재의 발명을 제공한다.

본 발명에 따른 3족 질화물 반도체 발광소자를 제조하는 방법에 의하면, 마스팅 공정의 수를 줄일 수 있게 된다.

이하, 도면을 참고로 하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 3족 질화물 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 3족 질화물 반도체 발광소자는 기판(100), 기판(100) 위에 에피성장되는 버퍼층(200), 버퍼층(200) 위에 에피성장되는 n형 질화물 반도체층(300), n형 질화물 반도체층(300) 위에 에피성장되는 활성층(400), 활성층(400) 위에 에피성장되는 p형 질화물 반도체층(500), p형 질화물 반도체층(500) 위에 형성되는 p측 전 극(600), p측 전극(600) 위에 형성되는 p측 본딩 패드(700), p형 질화물 반도체층(500)과 활성층(400)이 메사 식각되어 노출된 n형 질화물 반도체층의 영역(301) 위에 형성되는 n측 전극(800), 그리고 보호막(900)을 포함한다.

도 3은 본 발명에 따른 3족 질화물 반도체 발광소자를 제조하는 방법의 일 예를 나타내는 도면으로서, 좌측은 p측 본딩 패드(700) 측을 우측은 n측 전극(800) 측을 나타낸다. 먼저, ITO로 된 투광성 전극인 p측 전극(600)을 증착하고, 도 1에 도시된 발광소자와 달리, 우선 영역(301; 도 2 참조)을 식각을 통해 노출시킨다.

다음으로, SiO₂로 된 보호막(900)을 형성한다.

다음으로, 두개의 포토레지스트 막(610,910)을 증착한 후, 한번 또는 두번에 현상 공정을 통해 도 3에서와 같이 오버행(overhang)되도록 한다.

다음으로, 플라즈마 에칭에 의한 건식 식각을 이용해 p측 본딩 패드(700) 측에서, 보호막(900)과 p측 전극(600)을 제거하고, n측 전극(800) 측에서, 보호막(900)을 제거한다. 건식 식각의 특성상, 제거되는 영역은 포토레지스트(910)의 형상을 따른다. 이때 보호막(900)은 1차로 제거된다.

다음으로, 습식 식각을 통해 SiO₂로 된 보호막(900)을 제거한다. 이때 BOE(Buffered Oxide Etchant)와 같은 식각액이 사용된다. 침투된 식각액에 의해 포토레지스트(910)에 의해 가려진 영역의 보호막(900)이 최종적으로 제거된다.

다음으로, p측 본딩 패드(700)와 n측 전극(800)을 전자빔 증착 장치를 이용하여 증착한다.

마지막으로, 포토레지스트(610,910)를 제거하고, 소자 형성을 완료한다.

도 1은 종래의 3족 질화물 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,

도 2는 본 발명에 따른 3족 질화물 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,

도 3은 본 발명에 따른 3족 질화물 반도체 발광소자를 제조하는 방법의 일 예를 나타내는 도면.

Claims (3)

1. 기판; 기판 위에 형성되며, 제1 도전성을 가지는 제1 3족 질화물 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 3족 질화물 반도체층, 그리고 제1 3족 질화물 반도체층과 제2 3족 질화물 반도체층 사이에서 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층을 구비하는 복수개의 3족 질화물 반도체층; 제1 3족 질화물 반도체층에 전기적으로 접촉되는 제1 전극; 제2 3족 질화물 반도층에 전기적으로 접촉되는 제2 전극; 복수개의 3족 질화물 반도체층 및 제2 전극에 접촉되는 본딩 패드;를 포함하는 3족 질화물 반도체 발광소자를 제조하는 방법에 있어서,

   복수개의 3족 질화물 반도체층 위에 제2 전극을 형성하는 제1 단계;

   제1 전극의 형성을 위해 제2 3족 질화물 반도체층 및 활성층을 제거하여 제1 3족 질화물 반도체층을 노출시키는 제2 단계;

   제2 전극 및 제2 단계의 노출된 영역 위에 보호막을 형성하는 제3 단계;

   제1 전극 및 본딩 패드의 형성을 위한 마스킹 공정을 행하여 제1 마스크 및 제2 마스크를 형성하는 제4 단계;로서, 제1 마스크가 제2 마스크 위에 오버행(overhang)되는 제4 단계;

   제1 마스크를 마스크로 하여, 보호막과 제2 전극을 제거하는 제5 단계; 그리고,

   제2 마스크를 마스크로 하여, 보호막을 제거하는 제6 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자를 제조하는 방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   제5 단계는 건식 식각에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자를 제조하는 방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   제6 단계는 습식 식각에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자를 제조하는 방법.

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