KR100341382B1 - Ⅲ Group nitride-based compound semiconductor emitting elements - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광도가 높고 구동 전압이 낮은 반도체 발광소자를 제공하는 것을 목적으로 하며, 이를 해결하기 위하여, 본 발명은, 플립 칩형 III족 질화물계 화합물 반도체 발광소자에 있어서, p형 반도체 층에 접속되어 광을 사파이어 기판측으로 반사하는 후막(厚膜) 양전극을 은(Ag), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 또는 이들의 합금으로부터 형성시킨다. 이로써, 반사율이 높고 접촉 저항이 낮은 양전극이 수득된다. 코발트(Co), 니켈(Ni) 또는 이들의 합금으로 이루어진 제1 박막 금속 층을 p형 반도체 층과 후막 양전극 사이에 구비하면, 접촉 층에 후막 양전극을 보다 견고하게 접속할 수 있다. 제1 박막 금속 층의 막 두께는 2Å 이상 200Å 이하이면 효과를 발휘하고, 보다 바람직하게는, 5Å 이상 50Å 이하가 좋다. 금(Au)으로 이루어진 제2 박막 금속 층을 또한 구비하면, 후막 양전극을 더욱 보다 견고하게 접속할 수 있다.An object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device having high brightness and low driving voltage. To solve this problem, the present invention provides a flip-chip type III nitride compound semiconductor light emitting device, which is connected to a p-type semiconductor layer. A thick film positive electrode for reflecting light toward the sapphire substrate is formed from silver (Ag), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), platinum (Pt), palladium (Pd) or an alloy thereof. As a result, a positive electrode having a high reflectance and a low contact resistance is obtained. When the first thin film metal layer made of cobalt (Co), nickel (Ni) or an alloy thereof is provided between the p-type semiconductor layer and the thick film positive electrode, the thick film positive electrode can be more firmly connected to the contact layer. If the film thickness of a 1st thin film metal layer is 2 kPa or more and 200 kPa or less, an effect will be exhibited, More preferably, they are 5 kPa or more and 50 kPa or less. If a second thin film metal layer made of gold (Au) is also provided, the thick film positive electrode can be more firmly connected.
Description
본 발명은, III족 질화물계 화합물 반도체로 이루어진 층이 기판 위에 적층된 플립 칩형 발광소자에 관한 것으로, 특히 광도가 높고 구동 전압이 낮은 플립 칩형 발광소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flip chip light emitting device in which a layer composed of a group III nitride compound semiconductor is laminated on a substrate, and more particularly, to a flip chip light emitting device having high brightness and low driving voltage.
도 7에 플립 칩형 발광소자(400)의 단면도를 나타낸다. (101)은 사파이어 기판, (102)는 AlN 또는 GaN으로 이루어지는 완충 층, (103)은 n형 GaN 층, (104)는발광 층, (105)는 p형 AlGaN 층, (106)은 p형 GaN 층, (120)은 양전극, (130)은 보호막, (140)은 다층 구조의 음전극이다. 또한, 층(106)에 접속되어 있는 후막의 양전극(120)은, 종래 예를 들면, 니켈(Ni) 또는 코발트(Co)로 이루어지는 막 두께 3000Å의 금속 층에 의해 형성되어 있다.7 is a cross-sectional view of the flip chip type light emitting device 400. Reference numeral 101 denotes a sapphire substrate, 102 denotes a buffer layer made of AlN or GaN, 103 denotes an n-type GaN layer, 104 denotes a light emitting layer, 105 denotes a p-type AlGaN layer, and 106 denotes a p-type. The GaN layer, 120 is a positive electrode, 130 is a protective film, and 140 is a multilayer electrode. In addition, the positive electrode 120 of the thick film connected to the layer 106 is conventionally formed of a metal layer having a film thickness of 3000 kPa made of nickel (Ni) or cobalt (Co).
발광층(104)에서 방출된 광을 사파이어 기판(101) 측으로 충분히 반사시키기 위해서, 통상의 플립 칩형 양전극(120)에는 후막의 금속 전극을 사용한다. 그러나, 종래 기술에 있어서는, 이 후막의 양전극(120)에 니켈(Ni), 코발트(Co) 등의 금속이 사용되고 있기 때문에, 파장이 380 내지 550nm[청자(靑紫), 파랑, 초록]인 가시광의 반사량이 충분하지 않아서, 발광소자로서 충분한 발광 강도가 확보될 수 없었다.In order to sufficiently reflect the light emitted from the light emitting layer 104 to the sapphire substrate 101 side, a thick metal electrode is used for the conventional flip chip type positive electrode 120. However, in the prior art, since a metal such as nickel (Ni) or cobalt (Co) is used for the positive electrode 120 of this thick film, visible light having a wavelength of 380 to 550 nm (blue, blue, green). The reflection amount of was not enough, and sufficient light emission intensity could not be secured as a light emitting element.
본 발명은 위의 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것이고, 그 목적은 광도 가 높고 구동 전압이 낮은 발광소자를 제공하는 것이다. 또한, 다른 목적은 반사율이 높으면서 내구성이 큰 전극을 형성함으로써 발광소자의 전극 구성을 간략화하고, 와이어 결합재가 불필요한 발광소자를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a light emitting device having high brightness and low driving voltage. Another object is to simplify the electrode configuration of the light emitting device by forming an electrode having high reflectance and high durability, and to provide a light emitting device in which a wire bonding material is unnecessary.
도 1은 본 발명에 의한 플립 칩형 반도체 발광소자(100)의 모식적 단면도이고,1 is a schematic cross-sectional view of a flip chip semiconductor light emitting device 100 according to the present invention.
도 2는 본 발명에 의한 플립 칩형 반도체 발광소자(200)의 모식적 단면도이며,2 is a schematic cross-sectional view of a flip chip semiconductor light emitting device 200 according to the present invention.
도 3은 플립 칩형 반도체 발광소자(100, 200 및 400)의 성능 비교표이고,3 is a performance comparison table of the flip chip type semiconductor light emitting devices 100, 200, and 400,
도 4는 본 발명에 의한 플립 칩형 반도체 발광소자(300)의 모식적 단면도이며,4 is a schematic cross-sectional view of a flip chip semiconductor light emitting device 300 according to the present invention.
도 5는 플립 칩형 반도체 발광소자(300 및 400)의 발광 광도를 나타내는 표이고,5 is a table showing the luminous intensity of the flip chip semiconductor light emitting device (300 and 400),
도 6은 양전극 또는 양전극 제1 층에 사용되는 금속 원소의 특성의 일람표이며,6 is a list of characteristics of the metal element used in the positive electrode or the positive electrode first layer,
도 7은 플립 칩형 반도체 발광소자(400)의 모식적 단면도이다.7 is a schematic cross-sectional view of the flip chip semiconductor light emitting device 400.
부호의 설명Explanation of the sign
101: 사파이어 기판101: sapphire substrate
102: AlN 완충 층102: AlN buffer layer
103: n형 GaN 층103: n-type GaN layer
104: 발광 층104: light emitting layer
105: p형 AlGaN 층105: p-type AlGaN layer
106: p형 GaN 층106: p-type GaN layer
111: 제1 박막 금속 층111: first thin film metal layer
112: 제2 박막 금속 층112: second thin film metal layer
120: 양전극120: positive electrode
121: 양전극 제1 층121: positive electrode first layer
122: 양전극 제2 층122: positive electrode second layer
123: 양전극 제3 층123: positive electrode third layer
130: 보호막130: Shield
140: 다층 구조의 음전극140: a negative electrode of a multi-layer structure
위의 과제를 해결하기 위해서는 하기 방법이 유효하다.In order to solve the above problem, the following method is effective.
즉, 제1 방법은 III족 질화물계 화합물 반도체로 이루어진 층이 기판 위에 적층된 플립 칩형 III족 질화물계 화합물 반도체 발광소자에 있어서, p형 반도체 층에 접속되어 광을 기판측으로 반사하는 양전극을 은(Ag), 로듐(Rh), 루테늄(Ru),백금(Pt), 팔라듐(Pd) 또는 이들 금속을 1종류 이상 포함하는 합금으로 형성시키는 것이다. 단, 이들 금속 또는 합금으로 형성되는 양전극의 막 두께는 100Å 이상 5㎛ 이하인 것이 바람직하다.That is, the first method is a flip-chip type III nitride compound semiconductor light emitting device in which a layer composed of a group III nitride compound semiconductor is laminated on a substrate, wherein the positive electrode connected to the p-type semiconductor layer and reflecting light toward the substrate is formed of silver ( Ag), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), platinum (Pt), palladium (Pd) or an alloy containing at least one of these metals. However, it is preferable that the film thickness of the positive electrode formed from these metals or alloys is 100 kPa or more and 5 micrometers or less.
또한, 제2 방법은 제1 방법에 있어서, 양전극에 복수 종류의 금속으로 형성된 다층 구조를 설치하는 것이다. 단, 다층으로 이루어지는 양전극 내의 적어도 하위 층(p형 반도체 층에 비교적 가까운 층)이 은(Ag), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 또는 이들 금속을 1종류 이상 포함하는 합금으로 형성되어 있으면, 본 발명의 작용에 의해 본 발명의 효과를 수득할 수 있다. 보다 바람직하게는, 최하위 층을 포함하여 양전극의 하위 1000Å 이내에 위치하는 양전극의 각 금속 층 내의 거의 모든 층을 각각 위의 금속 또는 합금으로 형성시키는 것이 바람직하다.The second method is to provide a multilayer structure formed of a plurality of kinds of metals in the positive electrode in the first method. However, at least the lower layer (layer relatively close to the p-type semiconductor layer) in the multilayer electrode includes silver (Ag), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), platinum (Pt), palladium (Pd) or these metals. If it is formed from the alloy containing more than a kind, the effect of this invention can be acquired by the effect | action of this invention. More preferably, it is preferable to form almost all the layers in each metal layer of the positive electrode, which are located within the lower 1000 microseconds of the positive electrode, including the lowest layer, respectively from the above metal or alloy.
또한, 제3 방법은 제1 방법 또는 제2 방법에 있어서, 코발트(Co), 니켈(Ni) 또는 이들 금속을 1종류 이상 포함하는 합금으로 이루어진 제1 박막 금속 층을 p형 반도체 층과 양전극 사이에 구비하는 것이다.In the third method, in the first method or the second method, a first thin film metal layer made of cobalt (Co), nickel (Ni) or an alloy containing at least one of these metals is formed between the p-type semiconductor layer and the positive electrode. It is equipped with.
또한, 제4 방법은 제3 방법에 있어서, 제1 박막 금속 층의 막 두께를 2Å 이상 200Å 이하로 하는 것이다. 제1 박막 금속 층의 막 두께는, 보다 바람직하게는 5Å 이상 50Å 이하가 좋다.In the third method, the film thickness of the first thin film metal layer is 2 kPa or more and 200 kPa or less. The film thickness of the first thin film metal layer is more preferably 5 kPa or more and 50 kPa or less.
또한, 제5 방법은 제3 방법 또는 제4 방법에 있어서, 금(Au) 또는 금(Au)을 포함하는 합금으로 이루어진 제2 박막 금속 층을 제1 박막 금속 층과 양전극 사이에 구비하는 것이다.In a fifth or fourth method, the fifth method includes providing a second thin film metal layer made of gold (Au) or an alloy containing gold (Au) between the first thin film metal layer and the positive electrode.
또한, 제6 방법은 제5 방법에 있어서, 제2 박막 금속 층의 막 두께를 10Å 이상 500Å 이하로 하는 것이다. 제2 박막 금속 층의 막 두께는, 보다 바람직하게는 30Å 이상 300Å 이하가 좋다.In the fifth method, the film thickness of the second thin film metal layer is 10 kPa or more and 500 kPa or less. More preferably, the film thickness of the second thin film metal layer is 30 kPa or more and 300 kPa or less.
또한, 제7 방법은 제1 방법 내지 제6 방법 중의 어느 하나에 있어서, 양전극의 막 두께 또는 다층 구조의 양전극의 기판에 가장 가까운 최하위 층을 구성하는 양전극 제1 층의 막 두께를 0.01 내지 5㎛으로 하는 것이다. 양전극 제1 층의 막 두께는, 바람직하게는 0.02 내지 2㎛이고, 보다 바람직하게는 0.05 내지 1㎛이다.In the seventh method, the film thickness of the positive electrode first layer constituting the lowest layer closest to the film thickness of the positive electrode or the substrate of the positive electrode of the multilayer structure in any one of the first to sixth methods is 0.01 to 5 탆. It is done. The film thickness of the positive electrode first layer is preferably 0.02 to 2 µm, more preferably 0.05 to 1 µm.
또한, 제8 방법은 제1 방법 내지 제7 방법 중의 어느 하나에 있어서, 금(Au)으로 이루어진 양전극 제2 층을 양전극 또는 양전극 제1 층 위에 형성시키는 것이다.The eighth method is to form a positive electrode second layer made of gold (Au) on either the positive electrode or the positive electrode first layer in any one of the first to seventh methods.
또한, 제9 방법은 제8 방법에 있어서, 양전극 제2 층의 막 두께를 0.1 내지 5㎛로 하는 것이다. 양전극 제2 층의 막 두께는, 바람직하게는 0.2 내지 3㎛이고, 보다 바람직하게는 0.5 내지 2㎛이다.In the ninth method, in the eighth method, the film thickness of the positive electrode second layer is set to 0.1 to 5 mu m. The film thickness of the positive electrode second layer is preferably 0.2 to 3 µm, more preferably 0.5 to 2 µm.
또한, 제10 방법은 제1 방법 내지 제9 방법 중의 어느 하나에 있어서, 티타늄(Ti), 크롬(Cr) 또는 이들 금속을 1종류 이상 포함하는 합금으로 이루어진 양전극, 양전극 제3 층을 양전극, 제1 층 또는 양전극 제2 층 위에 형성시키는 것이다.In the tenth method, in any one of the first to ninth methods, the positive electrode made of titanium (Ti), chromium (Cr), or an alloy containing at least one of these metals, the positive electrode comprises a positive electrode, It forms on one layer or the 2nd layer of a positive electrode.
또한, 제11 방법은 제10 방법에 있어서, 양전극 제3 층의 막 두께를 5 내지 1000Å으로 하는 것이다. 양전극 제3 층의 막 두께는, 바람직하게는 10 내지 500Å이고, 보다 바람직하게는 15 내지 100Å이다.In the eleventh method, in the tenth method, the film thickness of the positive electrode third layer is set to 5 to 1000 GPa. The film thickness of the positive electrode third layer is preferably 10 to 500 GPa, more preferably 15 to 100 GPa.
또한, 제12 방법은 제1 방법에 있어서, 양전극을 로듐(Rh), 루테늄(Ru) 또는이들 금속을 1종류 이상 포함하는 합금으로 형성시키고, 또한 양전극을 p형 반도체 층에 직접 접합시키는 것이다.In the twelfth method, in the first method, the positive electrode is formed of an alloy containing at least one of rhodium (Rh), ruthenium (Ru), or a metal thereof, and the positive electrode is directly bonded to the p-type semiconductor layer. .
또한, 제13 방법은 제2 방법, 제10 방법 또는 제11 방법에 있어서, 양전극의 다층 구조를 로듐(Rh), 루테늄(Ru) 또는 이들 금속을 1종류 이상 포함하는 합금으로 형성된 양전극 제1 층, 양전극 제1 층 위에 직접 적층되는, 금(Au)으로 형성된 양전극 제2 층 및 양전극 제2 층 위에 직접 적층되는, 티타늄(Ti), 크롬(Cr) 또는 이들 금속을 1종류 이상 포함하는 합금으로 형성된 양전극 제3 층의 3층으로 이루어지는 3층 구조로 만들고, 양전극 제1 층을 p형 반도체 층에 직접 접합시키는 것이다.In the thirteenth method, in the second method, the tenth method, or the eleventh method, the positive electrode first layer formed of rhodium (Rh), ruthenium (Ru), or an alloy containing at least one of these metals may be a multilayer structure of the positive electrode. A titanium (Ti), chromium (Cr), or an alloy containing at least one of these metals, which is directly stacked on the positive electrode second layer and the positive electrode second layer, which are directly stacked on the positive electrode first layer. The three-layer structure consisting of three layers of the formed positive electrode third layer is made, and the positive electrode first layer is directly bonded to the p-type semiconductor layer.
또한, 제14 방법은 제10 방법 또는 제13 방법에 있어서, 양전극 제1 층의 막 두께를 0.02 내지 2㎛로 하고, 양전극 제2 층의 막 두께를 0.2 내지 3㎛로 하고, 또한, 양전극 제3 층의 막 두께를 10 내지 500Å으로 하는 것이다.In the tenth method or the thirteenth method, the film thickness of the first positive electrode layer is 0.02 to 2 µm, the film thickness of the second positive electrode layer is 0.2 to 3 µm, and the positive electrode The film thickness of three layers shall be 10-500 kPa.
또한, 제15 방법은 제10 방법, 제11 방법, 제13 방법 또는 제14 방법에 있어서, 산화규소(Si02), 질화규소(SixNy), 티타늄 화합물(TixNy등) 또는 폴리이미드 등으로 이루어진 절연성 보호막을 양전극 제3 층 위에 직접 적층시키는 것이다.In addition, in the fifteenth method, in the tenth, eleventh, thirteenth, or fourteenth methods, silicon oxide (Si0 2 ), silicon nitride (Si x N y ), titanium compound (Ti x N y, etc.) or poly An insulating protective film made of mid or the like is directly laminated on the positive electrode third layer.
이상의 방법으로 위의 과제를 해결할 수 있다.The above problem can be solved by the above method.
은(Ag), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 백금(Pt) 또는 팔라듐(Pd)은 파장이 380 내지 550nm(청자, 파랑, 초록)인 가시광에 대한 광 반사율 R이 대단히 큰 금속(0.6<R<1.0)이기 때문에, 이들 금속 또는 이들 금속을 1종류 이상 포함하는 합금을 양전극 또는 양전극 제1 층에 사용함으로써 가시광의 양전극에 의한 반사량을충분히 크게 하는 것이 가능하고, 따라서 발광소자로서 충분한 발광 강도를 확보할 수 있게 된다.Silver (Ag), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), platinum (Pt) or palladium (Pd) is a metal with a very high light reflectivity R for visible light with wavelengths of 380 to 550 nm (blue, blue, green) (0.6 Since <R <1.0), by using these metals or an alloy containing at least one of these metals in the positive electrode or the positive electrode first layer, it is possible to sufficiently increase the amount of reflection by the positive electrode of visible light, and thus sufficient light emission as a light emitting element. Strength can be secured.
양전극 또는 양전극 제1 층에 사용되는 금속 원소의 특성을 모은 일람표를 도 6에 나타낸다. 본 일람표에 관해서는, 뒤에서 자세히 설명하지만, 위의 5종류의 금속 원소는 이들의 다면적인 실험 결과(도 6)에서, 양전극 또는 양전극 제1 층에 사용하는 금속으로서 가장 뛰어난 원소인 것이 판명되어 있다.The list which collected the characteristic of the metal element used for a positive electrode or a positive electrode 1st layer is shown in FIG. Although this list is demonstrated in detail later, the above five types of metal elements proved to be the most excellent element as a metal used for a positive electrode or a positive electrode 1st layer in these multifaceted experiment results (FIG. 6). .
예를 들면, 위의 금속 또는 합금은 임의 함수가 큰 등의 이유에 의해, p형 반도체 층과의 접촉 저항이 작기 때문에, 이들 금속을 사용하면, 동시에 구동 전압이 낮은 발광소자를 실현할 수 있다.For example, the above metals or alloys have a small contact resistance with the p-type semiconductor layer due to a large arbitrary function, and the like, so that light emitting elements having a low driving voltage can be realized at the same time by using these metals.
또한, 위의 금속은 귀금속 또는 백금족 원소이기 때문에, 이들 금속을 사용하면, 예를 들면, 수분 등에 대한 시간에 따른 내식성이 양호하게 되어, 신뢰성이 높은 전극을 형성할 수 있다고 하는 효과도 동시에 수득된다.In addition, since the above metals are precious metals or platinum group elements, when these metals are used, for example, the corrosion resistance over time with respect to moisture or the like becomes good, and an effect that a highly reliable electrode can be formed at the same time is also obtained. .
또한, 특히 로듐(Rh)은 반사율 면에서 은(Ag)에는 약간 뒤떨어지지만, 그 밖의 물성에서는 모두 다른 금속보다도 뛰어난 특성 또는 동등 이상의 특성을 나타내기 때문에, 종합적으로 보면, 양전극 또는 양전극 제1 층에 사용하는 금속 원소로서 최적의 재료이다.In particular, rhodium (Rh) is slightly inferior to silver (Ag) in terms of reflectance, but all other properties exhibit superior or equivalent properties than other metals. It is an optimal material as a metal element to be used.
또한, 루테늄(Ru)은 물성상 로듐(Rh)과 유사하거나 매우 유사한 성질을 가지기 때문에, 양전극 또는 양전극 제1 층에 사용하는 금속 원소로서는 로듐(Rh)과 대략 동일하게 좋은 재료이다.In addition, since ruthenium (Ru) has properties similar or very similar to that of rhodium (Rh) in physical properties, it is a material that is substantially the same as that of rhodium (Rh) as the metal element used for the positive electrode or the positive electrode first layer.
또한, 제1 박막 금속 층을 설치함으로써 양전극의 p형 반도체 층에 대한 밀착성이 향상되어 발광소자의 구조를 보다 견고하게 할 수 있다. 제1 박막 금속층의 막 두께는 2Å 이상 200Å 이하가 좋다. 막 두께를 2Å 이하로 하면 막 두께가 지나치게 얇아서 충분한 밀착성을 수득할 수 없고, 막 두께를 200Å 이상으로 하면, 후막 양전극을 형성하는 은(Ag), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 또는 이들의 합금의 작용에 의한 높은 반사율을 수득할 수 없게 된다.In addition, by providing the first thin film metal layer, adhesion between the positive electrode and the p-type semiconductor layer can be improved, thereby making the structure of the light emitting device more robust. The film thickness of the first thin film metal layer is preferably 2 Pa or more and 200 Pa or less. If the film thickness is 2 kPa or less, the film thickness is too thin to obtain sufficient adhesiveness. If the film thickness is 200 kPa or more, silver (Ag), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), platinum (which forms a thick film positive electrode) High reflectance due to the action of Pt), palladium (Pd) or their alloys cannot be obtained.
또한, 제2 박막 금속 층을 설치함으로써 양전극의 p형 반도체 층에 대한 밀착성이 보다 더욱 향상되어 발광소자의 구조를 보다 한층 견고하게 할 수 있다. 제2 박막 금속의 막 두께는 10Å 이상 500Å 이하가 좋다. 막 두께를 10Å 이하로 하면, 막 두께가 지나치게 얇아서 견고한 밀착성을 수득할 수 없고, 500Å 이상으로 하면 금속 또는 합금의 작용에 의한 높은 반사율을 수득할 수 없게 된다.In addition, by providing the second thin film metal layer, the adhesion between the positive electrode and the p-type semiconductor layer can be further improved, and the structure of the light emitting device can be further strengthened. The film thickness of the second thin film metal is preferably 10 kPa or more and 500 kPa or less. If the film thickness is 10 kPa or less, the film thickness is too thin to obtain a firm adhesiveness, and if it is 500 kPa or more, high reflectance due to the action of a metal or an alloy cannot be obtained.
또한, 양전극 제1 층의 막 두께를 0.01㎛ 이상 5㎛ 이하로 하는 이유는 다음과 같다. 즉, 막 두께를 0.01㎛ 이하로 하면, 막 두께가 지나치게 얇아서 반사되지 않는 투과광을 발생하고, 막 두께를 5㎛ 이상으로 하면, 전극 형성에 막대한 시간을 요하게 되어 생산성 면에서 바람직하지 않기 때문이다.The reason why the film thickness of the positive electrode first layer is 0.01 µm or more and 5 µm or less is as follows. That is, when the film thickness is 0.01 μm or less, the film thickness is too thin to generate transmitted light that is not reflected. When the film thickness is 5 μm or more, enormous time is required for electrode formation, which is undesirable in terms of productivity.
또한, 금(Au)으로 이루어지는 양전극 제2 층을 설치함으로써 양전극의 저항값을 높이지 않고 후막의 양전극으로 할 수 있다. 또한, 양전극 위에 후공정에서 형성되는 범프재, 금 볼(gold ball) 또는 와이어 결합재의 형성 공정에서의 열이력(熱履歷)에 의한 특성에 대한 악영향을 막기 위해서는, 양전극의 막 두께는 0.1㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 금(Au)은 형성이 용이한 내식재이고, 또한 범프재, 금 볼 또는 와이어 결합재와의 접합 강도가 높기 때문에, 양전극 제2 층으로서 대단히 바람직하다.In addition, by providing the positive electrode second layer made of gold (Au), the positive electrode of the thick film can be formed without increasing the resistance value of the positive electrode. In addition, in order to prevent adverse effects on the characteristics due to thermal history in the process of forming the bump material, the gold ball or the wire bonding material formed on the positive electrode in a later step, the positive electrode has a film thickness of 0.1 μm or more. It is preferable to set it as. Since gold (Au) is a corrosion resistant material which is easy to form and has a high bonding strength with a bump material, a gold ball or a wire bonding material, it is very preferable as a positive electrode second layer.
양전극 제2 층의 막 두께는 0.1㎛ 이상 5㎛ 이하인 것이 바람직하다. 0.1㎛ 이하로 하면 막 두께가 지나치게 얇아서 효과가 적고, 막 두께를 5㎛ 이상으로 하면, 전극 형성에 막대한 시간을 요하게 된다.It is preferable that the film thickness of a positive electrode 2nd layer is 0.1 micrometer or more and 5 micrometers or less. When the thickness is set to 0.1 µm or less, the film thickness is too thin, so there is little effect. When the thickness is set to 5 µm or more, enormous time is required for electrode formation.
또한, 막 두께를 5㎛ 이상으로 하면, 실시예 3에서 후술하는 범프 형성 또는 금 볼 형성 등의 가공 공정에 있어서의 상태에 따라, 음전극의 막 두께도 불필요하게 두껍게 되어 바람직하지 않다.In addition, when the film thickness is 5 µm or more, the film thickness of the negative electrode is also unnecessarily thick depending on the state in processing processes such as bump formation or gold ball formation described later in Example 3, which is not preferable.
또한, 티타늄(Ti) 또는 크롬(Cr)으로 이루어지는 양전극 제3 층을 설치함으로써 기판 면의 반대측에 동시에 존재하는 양전극과 음전극 사이에, 예를 들면, 산화규소막(Si02), 질화규소막(SiNx) 또는 폴리이미드로 이루어지는 절연 층을 설치하였을 때, 절연 층의 양전극으로부터의 박리를 억제할 수 있다. 이로써, 범프 형성시 범프재에 의한 단락을 막을 수 있다. 제3 박막 금속 층의 막 두께는 5Å 이상 1000Å 이하가 좋다. 막 두께를 5Å 이하로 하면, 막 두께가 지나치게 얇아서 절연 층과의 견고한 밀착성을 수득할 수 없고, 1000Å 이상으로 하면 범프재나 금 볼 등의 접속 부재와의 견고한 밀착성을 수득할 수 없게 되기 때문에, 바람직하지 않다.Further, by providing a positive electrode third layer made of titanium (Ti) or chromium (Cr), for example, a silicon oxide film (Si0 2 ), a silicon nitride film (SiN) between a positive electrode and a negative electrode simultaneously present on the opposite side of the substrate surface. When the insulation layer which consists of x ) or polyimide is provided, peeling from the positive electrode of an insulation layer can be suppressed. Thereby, the short circuit by bump material at the time of bump formation can be prevented. The film thickness of the third thin film metal layer is preferably 5 kPa or more and 1000 kPa or less. When the film thickness is 5 kPa or less, the film thickness is too thin, so that firm adhesion with the insulating layer cannot be obtained, and when the film thickness is 1000 kPa or more, firm adhesion to connecting members such as bump materials and gold balls cannot be obtained. Not.
이하, 본 발명을 구체적인 실시예에 기초하여 설명한다. 또한, 본 발명은, 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples. In addition, this invention is not limited to a following example.
실시예 1Example 1
도 1에 본 발명에 의한 플립 칩형 반도체 발광소자(100)의 모식적 단면도를나타낸다. 사파이어 기판(101) 위에 질화알루미늄(AlN)으로 이루어지는 막 두께 약 200Å의 완충 층(102)이 설치되고, 그 위에 실리콘(Si) 도프의 GaN으로 이루어지는 막 두께 약 4.0㎛의 고캐리어 농도 n+층(103)이 형성되어 있다.FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a flip chip semiconductor light emitting device 100 according to the present invention. On the sapphire substrate 101, a buffer layer 102 having a film thickness of about 200 μs made of aluminum nitride (AlN) is provided, and a high carrier concentration n + layer having a film thickness of about 4.0 μm formed of GaN of silicon (Si) dope thereon. 103 is formed.
그리고, n+층(103) 위에 GaN과 Ga0.8In0.2N으로 이루어지는 다중량자 우물형 구조(MQW)의 발광 층(104)이 형성되어 있다. 발광 층(104) 위에는 마그네슘(Mg) 도프의 Al0.15Ga0.85N으로 이루어지는 막 두께 약 600Å의 p형 층(105)이 형성되어 있다. 또한, 층(105) 위에는 마그네슘(Mg) 도프의 GaN으로 이루어지는 막 두께 약 1500Å p형 층(106)이 형성되어 있다.A light emitting layer 104 of a multi-quantum well structure (MQW) consisting of GaN and Ga 0.8 In 0.2 N is formed on the n + layer 103. On the light emitting layer 104, a p-type layer 105 having a film thickness of about 600 kPa made of Al 0.15 Ga 0.85 N of magnesium (Mg) dope is formed. On the layer 105, a film thickness of about 1500 kPa p-type layer 106 made of magnesium (Mg) dope GaN is formed.
또한, 층(106) 위에는 금속 증착에 의한 제1 박막 금속 층(111)이, n+층(103) 위에는 음전극(140)이 형성되어 있다. 제1 박막 금속 층(111)은 층(106)에 접합하는 막 두께 약 10Å의 코발트(Co) 또는 니켈(Ni)로 이루어지는 금속 층으로 구성되어 있다. 양전극(120)은 막 두께 약 3000Å의 은(Ag), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 또는 이들 금속을 1종류 이상 포함하는 합금으로 이루어지는 금속 층에 의해 구성되어 있다.In addition, the first thin film metal layer 111 by metal deposition is formed on the layer 106, and the negative electrode 140 is formed on the n + layer 103. The first thin film metal layer 111 is composed of a metal layer made of cobalt (Co) or nickel (Ni) having a film thickness of about 10 GPa bonded to the layer 106. The positive electrode 120 is formed of a metal layer made of silver (Ag), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), platinum (Pt), palladium (Pd), or an alloy containing one or more of these metals, having a thickness of about 3000 mW. Consists of.
다층 구조의 음전극(140)은 막 두께 약 175Å의 바나듐(V) 층(141), 막 두께 약 1000Å의 알루미늄(Al) 층(142), 막 두께 약 500Å의 바나듐(V) 층(143), 막 두께 약 5000Å의 니켈(Ni) 층(144) 및 막 두께 약 8000Å의 금(Au) 층(145)이 고캐리어 농도 n+층(103)의 일부 노출된 부분 위서부터 순차로 적층되어 구성되어 있다. 또한, 최상부에는 Si02막으로 이루어지는 보호막(130)이 형성되어 있다.The negative electrode 140 having a multilayer structure includes a vanadium (V) layer 141 having a thickness of about 175 μs, an aluminum (Al) layer 142 having a thickness of about 1000 μs, a vanadium (V) layer 143 having a thickness of about 500 μs, A nickel layer (144) having a thickness of about 5000 kPa and a gold (Au) layer (145) having a thickness of about 8,000 kPa are sequentially stacked on some exposed portions of the high carrier concentration n + layer (103). have. In addition, the top has a protective film 130 is formed consisting of Si0 2 film.
상기한 바와 같이, 양전극(120)을 은(Ag), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 또는 이들 금속을 1종류 이상 포함하는 합금으로 이루어지는 금속 층으로 구성함으로써 도 3의 표 중의 번호 1 및 번호 2에 나타내는 종래 기술에 의한 반도체 발광소자(400)보다도 발광 강도를 약 10 내지 50% 향상시킬 수 있었다.As described above, the positive electrode 120 is composed of a metal layer made of silver (Ag), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), platinum (Pt), palladium (Pd) or an alloy containing at least one of these metals. As a result, the light emission intensity could be improved by about 10 to 50% compared to the semiconductor light emitting device 400 according to the prior art shown in Nos. 1 and 2 in the table of FIG. 3.
실시예 2Example 2
도 2에 본 발명에 의한 플립 칩형 반도체 발광소자(200)의 모식적 단면도를 나타낸다. 본 발광소자(200)는 제1 실시예에 있어서의 발광소자(100)에 제2 박막 금속 층(112)을 추가한 것이고, 그 밖의 점에서는 발광소자(100)와 하등의 차이가 없다. 제2 박막 금속 층(112)은 막 두께 약 150Å의 금(Au)으로 이루어지는 금속 층으로 구성되어 있고, 막 두께 약 10Å의 코발트(Co) 또는 니켈(Ni)로 이루어지는 제1 박막 금속 층(111)을 적층한 후, 제1 박막 금속 층(111)과 마찬가지로 금속 증착시켜 형성시킨 것이다.2 is a schematic cross-sectional view of a flip chip semiconductor light emitting device 200 according to the present invention. The light emitting device 200 is a second thin film metal layer 112 added to the light emitting device 100 in the first embodiment, and there is no difference between the light emitting device 100 and the light emitting device 100 in other respects. The second thin film metal layer 112 is composed of a metal layer made of gold (Au) having a film thickness of about 150 GPa, and is formed of cobalt (Co) or nickel (Ni) having a film thickness of about 10 GPa. ) Is laminated and formed by metal deposition in the same manner as the first thin film metal layer 111.
제2 박막 금속 층(112)을 제1 박막 금속 층(111)과 양전극(120) 사이에 형성시킴으로써 더 한층 견고하게 양전극(120)을 층(106)에 접속시킬 수 있다.By forming the second thin film metal layer 112 between the first thin film metal layer 111 and the positive electrode 120, the positive electrode 120 can be more firmly connected to the layer 106.
도 3에 플립 칩형 반도체 발광소자(100, 200 및 400)의 성능 비교표를 나타낸다. 한편, 이 표에는 실시예 1에서, 양전극(120)을 은(Ag) 또는 로듐(Rh)으로 구성하고, 제1 박막 금속 층(111)의 구성을 생략하였으며, 특히 본 발명의 청구항 1 및 청구항 12에 해당하는 경우의 실시예도 합쳐서 개재하였다(번호 3 및 번호3.1).3 shows a performance comparison table of the flip chip semiconductor light emitting devices 100, 200, and 400. On the other hand, in this table, in Example 1, the positive electrode 120 is composed of silver (Ag) or rhodium (Rh), and the configuration of the first thin film metal layer 111 is omitted, in particular, claims 1 and claim of the present invention. The examples in the case of 12 were also interposed (number 3 and number 3.1).
이 표에서 알 수 있는 것과 같이, 본 발명에 의한 반도체 발광소자(100 또는 200)의 구성에 의하면, 양전극(120)을 은(Ag), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 또는 이들 금속을 1종류 이상 포함하는 합금으로 이루어지는 금속 층으로 형성시킴으로써 발광 강도를 종래 기술에 의한 반도체 발광소자(400)(번호 1 및 번호 2)보다도 약 10 내지 50% 향상시킬 수 있다.As can be seen from this table, according to the configuration of the semiconductor light emitting device 100 or 200 according to the present invention, the positive electrode 120 is formed of silver (Ag), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), and platinum (Pt). , By forming a metal layer made of palladium (Pd) or an alloy containing at least one of these metals, improves the light emission intensity by about 10 to 50% compared to the semiconductor light emitting device 400 (number 1 and number 2) according to the prior art. Can be.
한편, 번호 1 및 번호 2의 발광소자(400)에 있어서, 제1 박막 금속 층이 설치되어 있지 않은 것은, 양전극(120) 자신이 이미 제1 박막 금속 층의 구성 금속 원소인 코발트(Co) 또는 니켈(Ni)에 의해 형성되어 있기 때문이고, 이에 의해, 양전극(120)과 층(106) 사이의 밀착성이 이미 충분히 확보되어 있기 때문이다. 도 3에 있어서 양전극(120)이 코발트(Co) 또는 니켈(Ni)에 의해 형성된 발광소자(400)(번호 1 및 번호 2)의 상대 광도가 낮은 것은 후막 양전극(120)을 구성하는 금속 원소의 반사율이 작기 때문이며, 제1 박막 금속 층(111)의 유무가 도 3에 있어서의 상대 광도의 우열을 초래하는 요인은 아니다.On the other hand, in the light emitting elements 400 of No. 1 and No. 2, the first thin film metal layer is not provided with cobalt (Co), which is a constituent metal element of the first thin film metal layer, or the positive electrode 120 itself. This is because it is made of nickel (Ni), and this is because the adhesion between the positive electrode 120 and the layer 106 is already sufficiently secured. In FIG. 3, the relative light intensity of the light emitting device 400 (number 1 and number 2) formed by the cobalt (Co) or nickel (Ni) in the positive electrode 120 is low. This is because the reflectance is small, and the presence or absence of the first thin film metal layer 111 is not a factor that causes the superior and poor luminosity in FIG. 3.
오히려 반대로, 은(Ag), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 또는 이들 금속을 1종류 이상 포함하는 합금으로 양전극(120)을 형성하는 경우에는, 도 3의 번호 3과 번호 4를 비교하더라도 알 수 있는 것과 같이, 제1 박막 금속 층(111) 또는 제2 박막 금속 층(112)이 없는 쪽이 보다 큰 발광 강도를 수득할 수 있다. 즉, 이러한 구성에 의하면, 양전극(120)과 층(106) 사이의 밀착성에 관해서는 어느 정도 뒤떨어지지만, 발광 광도 면에서는 보다 뛰어난 값을 나타낸다. 이것은, 제1 박막 금속 층(111) 또는 제2 박막 금속 층(112)에 의한 광 흡수가 없어지기 때문이다.On the contrary, in the case where the positive electrode 120 is formed of silver (Ag), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), platinum (Pt), palladium (Pd) or an alloy containing at least one of these metals, FIG. As can be seen even when comparing No. 3 and No. 4, the side without the first thin film metal layer 111 or the second thin film metal layer 112 can obtain greater emission intensity. That is, according to such a structure, although it is inferior to the adhesiveness between the positive electrode 120 and the layer 106 to some extent, it shows more excellent value in light emission luminous intensity. This is because light absorption by the first thin film metal layer 111 or the second thin film metal layer 112 is lost.
또한, 특히 도 3에서 번호 3.1의 제1 박막 금속 층과 제2 박막 금속 층을 적층시키지 않고, 직접 p형 GaN 층(106) 위에 막 두께 약 3000Å의 로듐(Rh)으로 이루어지는 양전극(120)을 형성시킨 발광소자(400)에서는, 번호 8의 발광소자(200)와 대략 동량의 광도와 동등 이상으로 견고한 GaN 층(106)과의 밀착성을 수득할 수 있었다. 이것은, 로듐(Rh)의 높은 반사율 및 GaN 층과의 견고한 밀착성에 의존하는 것이고, 번호 3.1의 발광소자(400)는 이들의 양면에서 번호 5의 발광소자(100)보다도 우수하다.In addition, in particular, the positive electrode 120 made of rhodium (Rh) having a thickness of about 3000 kPa is formed directly on the p-type GaN layer 106 without laminating the first thin film metal layer and the second thin film metal layer of No. 3.1 in FIG. 3. In the formed light emitting element 400, the adhesiveness with the light-emitting element 200 of No. 8 and the GaN layer 106 which is firmly equivalent to or more than approximately the same intensity of light can be obtained. This depends on the high reflectance of rhodium (Rh) and the firm adhesion with the GaN layer, and the light emitting element 400 of No. 3.1 is superior to the light emitting element 100 of No. 5 on both surfaces thereof.
즉, 번호 3.1의 발광소자(400)를 제조하면, 로듐(Rh)이 갖는 특성에 의해 제1 박막 금속 층과 제2 박막 금속 층을 적층하지 않고서, 광도, 밀착성 등이 충분히 양호한 발광소자를 제공할 수 있다. 따라서, 번호 3.1의 구성에 의하면, 제1 박막 금속층과 제2 박막 금속 층의 적층 공정을 생략하여 생산성이 높은, 양산(量産)에 알맞은 발광소자(400)를 제조하는 것도 가능해진다.That is, when the light emitting element 400 of No. 3.1 is manufactured, the light emitting element having sufficiently high luminous intensity, adhesiveness, etc. is provided without laminating the first thin film metal layer and the second thin film metal layer due to the properties of rhodium (Rh). can do. Therefore, according to the structure of No. 3.1, it is also possible to manufacture the light emitting element 400 suitable for mass production with high productivity by omitting the lamination process of a 1st thin film metal layer and a 2nd thin film metal layer.
위의 실시예에서 양전극(120)의 막 두께는 약 3000Å이지만, 양전극(120)의 막 두께는 100Å 이상 5㎛ 이하이면 좋다. 양전극(120)의 막 두께가 100Å 미만이면, 광을 충분히 반사할 수가 없게 되고, 5㎛을 넘으면, 증착 시간이나 재료가 필요 이상으로 소모되어 생산 비용 면에서 뒤떨어진다.In the above embodiment, the film thickness of the positive electrode 120 is about 3000 mW, but the film thickness of the positive electrode 120 may be 100 m or more and 5 m or less. If the film thickness of the positive electrode 120 is less than 100 GPa, the light cannot be sufficiently reflected. If the thickness of the positive electrode 120 is greater than 5 µm, the deposition time or material is consumed more than necessary, and the production cost is inferior.
또한, 위의 실시예에서 제1 박막 금속 층의 막 두께는 약 10Å이지만, 제1 박막 금속 층의 막 두께는 2Å 이상 200Å 이하이면 그 효과를 발휘한다. 제1 박막 금속 층(111)의 막 두께는, 보다 바람직하게는 5Å 이상 50Å 이하가 좋다. 제1 박막 금속 층(111)은 지나치게 얇으면, 층(106)과 양전극(120)을 강하게 결합시킬 수 없게 되고, 지나치게 두꺼우면, 광 흡수가 일어나서, 발광 광도가 떨어진다.In addition, in the above embodiment, the film thickness of the first thin film metal layer is about 10 kPa, but the film thickness of the first thin film metal layer is 2 kPa or more and 200 kPa or less to achieve the effect. The film thickness of the first thin film metal layer 111 is more preferably 5 kPa or more and 50 kPa or less. If the first thin film metal layer 111 is too thin, the layer 106 and the positive electrode 120 may not be strongly bound, and if the first thin film metal layer 111 is too thick, light absorption may occur, resulting in poor luminous intensity.
또한, 위의 실시예에서 제2 박막 금속 층의 막 두께는 약 150Å이지만, 제2 박막 금속 층의 막 두께는 10Å 이상 50OÅ 이하이면 그 효과를 발휘한다. 제2 박막 금속 층(112)의 막 두께는, 보다 바람직하게는 30Å 이상 300Å 이하가 좋다. 제2 박막 금속 층(112)은 지나치게 얇으면, 제1 박막 금속 층(111)과 양전극(120)을 강하게 결합시킬 수 없게 되고, 지나치게 두꺼우면, 광 흡수가 일어나서, 발광 광도가 떨어진다.Further, in the above embodiment, the film thickness of the second thin film metal layer is about 150 kPa, but the film thickness of the second thin film metal layer is 10 kPa or more and 50 kPa or less to achieve the effect. The film thickness of the second thin film metal layer 112 is more preferably 30 kPa or more and 300 kPa or less. If the second thin film metal layer 112 is too thin, the first thin film metal layer 111 and the positive electrode 120 may not be strongly bound, and if the second thin film metal layer 112 is too thick, light absorption may occur, resulting in poor luminous intensity.
또한, 위의 실시예에서 양전극(120)은 단층 구조를 하고 있지만, 양전극(120)은 다층 구조를 구비하고 있더라도 좋다. 층(106), 제1 박막 금속 층(111) 또는 제2 박막 금속 층(112) 위에, 예를 들면, 막 두께 약 5000Å의 은(Ag), 막 두께 약 800Å의 니켈(Ni), 막 두께 약 8000Å의 금(Au)을 순차로 증착시켜 적층함으로써 막 두께 약 1.4㎛의 양전극을 형성하여도 좋다. 이러한 구성에 의해서도, 양전극에 의한 반사 효율이 충분히 높은 고광도의 발광소자를 수득할 수 있다.In addition, although the positive electrode 120 has a single layer structure in the above embodiment, the positive electrode 120 may have a multilayer structure. On the layer 106, the first thin film metal layer 111 or the second thin film metal layer 112, for example, silver (Ag) having a film thickness of about 5000 kPa, nickel (Ni) having a film thickness of about 800 kPa, a film thickness A positive electrode having a film thickness of about 1.4 mu m may be formed by sequentially depositing and stacking about 8000 mu gold of gold (Au). Even with such a configuration, it is possible to obtain a light emitting device of high brightness with a sufficiently high reflection efficiency by the positive electrode.
실시예 3Example 3
도 4에 본 발명에 의한 플립 칩형 반도체 발광소자(300)의 모식적 단면도를나타낸다. 사파이어 기판(101) 위에는 질화알루미늄(AlN)으로 이루어진, 막 두께 약 200Å의 완충 층(102)이 설치되고, 그 위에 실리콘(Si) 도프의 GaN으로 이루어진, 막 두께 약 4.0㎛의 고캐리어 농도 n+층(103)이 형성되어 있다. 그리고, 층(103) 위에 GaN과 Ga0.8In0.2N으로 이루어진, 다중량자 우물형 구조(MQW)의 발광층(104)이 형성되어 있다. 발광층(104) 위에는 마그네슘(Mg) 도프의 Al0.15Ga0.85N으로 이루어진, 막 두께 약 600Å의 p형 층(105)이 형성되어 있다. 또한, p형 층(105) 위에는 마그네슘(Mg) 도프의 GaN으로 이루어진, 막 두께 약 1500Å의 p형층(106)이 형성되어 있다.4 is a schematic cross-sectional view of a flip chip semiconductor light emitting device 300 according to the present invention. On the sapphire substrate 101, a buffer layer 102 having a thickness of about 200 mW, made of aluminum nitride (AlN), is provided, and a high carrier concentration n having a thickness of about 4.0 m, made of GaN of silicon (Si) dope thereon. + Layer 103 is formed. A light emitting layer 104 having a multi-quantum well structure (MQW) formed of GaN and Ga 0.8 In 0.2 N is formed on the layer 103. On the light emitting layer 104, a p-type layer 105 having a film thickness of about 600 kPa is formed of Al 0.15 Ga 0.85 N of magnesium (Mg) dope. Further, on the p-type layer 105, a p-type layer 106 having a film thickness of about 1500 kPa, made of magnesium (Mg) -doped GaN, is formed.
또한, p형 층(106) 위에는 금속 증착에 의한 다층 구조를 갖는 양전극(120)(이하, 「다중 양전극(120)」이라고 하는 경우가 있다)이, n+층(103) 위에는 음전극(140)이 형성되어 있다. 다중 양전극(120)은, p형 층(106)에 접합하는 양전극 제1 층(121), 양전극 제1 층(121)의 상부에 형성되는 양전극 제2 층(122), 또한 양전극 제2 층(122)의 상부에 형성되는 양전극 제3 층(123)의 3층 구조이다.On the p-type layer 106, the positive electrode 120 (hereinafter sometimes referred to as "multiple positive electrode 120") having a multilayer structure by metal deposition is provided on the n + layer 103 on the negative electrode 140. Is formed. The multiple positive electrode 120 includes a positive electrode first layer 121 bonded to the p-type layer 106, a positive electrode second layer 122 formed on the positive electrode first layer 121, and a positive electrode second layer ( 122 is a three-layer structure of the positive electrode third layer 123 formed on the upper portion.
양전극 제1 층(121)은 p형 층(106)에 접합하는 막 두께 약 0.1㎛의 로듐(Rh) 또는 백금(Pt)으로 이루어진 금속 층이다. 또한, 양전극 제2 층(122)은 막 두께 약 1.2㎛의 금(Au)으로 이루어진 금속 층이다. 또한, 양전극 제3 층(123)은 막 두께 약 20Å의 티타늄(Ti)으로 이루어진 금속 층이다.The positive electrode first layer 121 is a metal layer made of rhodium (Rh) or platinum (Pt) having a thickness of about 0.1 μm to be bonded to the p-type layer 106. In addition, the positive electrode second layer 122 is a metal layer made of gold (Au) having a thickness of about 1.2 μm. In addition, the positive electrode third layer 123 is a metal layer made of titanium (Ti) having a thickness of about 20 GPa.
다층 구조의 음전극(140)은 막 두께 약 175Å의 바나듐(V) 층(141), 막 두께 약 1000Å의 알루미늄(Al) 층(142), 막 두께 약 500Å의 바나듐(V) 층(143), 막 두께 약 5000Å의 니켈(Ni) 층(144)과 막 두께 약 8000Å의 금(Au) 층(145)을 고캐리어 농도 n+층(103)의 일부 노출된 부분 위에 순차로 적층시킴으로써 구성된다.The negative electrode 140 having a multilayer structure includes a vanadium (V) layer 141 having a thickness of about 175 μs, an aluminum (Al) layer 142 having a thickness of about 1000 μs, a vanadium (V) layer 143 having a thickness of about 500 μs, It is constructed by sequentially stacking a nickel (Ni) layer 144 having a thickness of about 5000 GPa and a gold (Au) layer 145 having a thickness of about 8000 GPa over a portion of the high carrier concentration n + layer 103.
이와 같이 형성된 다중 양전극(120)과 음전극(140) 사이에는 Si02막으로 이루어지는 보호막(130)이 형성되어 있다. 보호 층(130)은 음전극(140)을 형성하기 위해서 노출된 n+층(103)으로부터, 에칭되어 노출된 발광층(104)의 측면, p형 층(105)의 측면, 및 p형 층(106)의 측면 및 상면(上面)의 일부, 양전극 제1 층(121), 양전극 제2 층(122)의 측면, 양전극 제3 층(123)의 상면의 일부를 덮고 있다. Si02막으로 이루어지는 보호막(130)의 양전극 제3 층(123)을 덮는 부분의 두께는 0.5㎛이다.A protective film 130 made of a SiO 2 film is formed between the multiple positive electrode 120 and the negative electrode 140 formed as described above. The protective layer 130 is etched from the exposed n + layer 103 to form the negative electrode 140, the side of the exposed light emitting layer 104, the side of the p-type layer 105, and the p-type layer 106. A part of a side surface and an upper surface of the top surface), a side surface of the positive electrode first layer 121, a positive electrode second layer 122, and a portion of an upper surface of the positive electrode third layer 123 are covered. The thickness of the portion covering the positive electrode third layer 123 of the protective film 130 formed of the Si0 2 film is 0.5 µm.
상기한 바와 같이, 다중 양전극(120)을 로듐(Rh) 또는 백금(Pt)으로 이루어지는 양전극 제1 층, 금(Au)으로 이루어지는 양전극 제2 층 및 티타늄(Ti)으로 이루어지는 양전극 제3 층으로 구성된, 본 발명에 의한 발광소자(300)의 발광 광도를 측정하여, 종래의 발광소자(400)와 비교하였다. 결과를 도 5에 나타낸다. 여기에서, 종래 기술에 의한 발광소자(400)에 비해 본 발명에 의해 발광 광도를 약 30 내지 40% 향상시킬 수 있었다.As described above, the multiple positive electrode 120 includes a first positive electrode layer made of rhodium (Rh) or platinum (Pt), a second positive electrode layer made of gold (Au), and a positive electrode third layer made of titanium (Ti) In addition, the luminous intensity of the light emitting device 300 according to the present invention was measured and compared with the conventional light emitting device 400. The results are shown in FIG. Here, compared to the light emitting device 400 according to the prior art, the light emission intensity could be improved by about 30 to 40%.
이러한 구성의 플립 칩형 발광소자(300)는, 높은 발광 광도와 높은 내구성을 가지고 있고, 보호 층(130)을 대폭으로 생략할 수 있어 외부 전극과의 접속에 있어서, 양전극, 음전극 모두 넓은 면적을 사용할 수 있다. 이 때문에, 땜납 등에 의한 범프 형성이나, 양전극 및 음전극 위에서의 직접적인 금 볼 형성에 의해 발광소자를 반전시켜서 회로 기판에 직접 접속하는 것도 가능하다.The flip chip type light emitting device 300 having such a configuration has high luminous intensity and high durability, and the protective layer 130 can be largely omitted, so that the positive electrode and the negative electrode can use a large area in connection with an external electrode. Can be. For this reason, it is also possible to invert a light emitting element and connect it directly to a circuit board by bump formation by solder etc. or the formation of gold balls directly on a positive electrode and a negative electrode.
또한, 외부 전극과의 접속은 와이어 결합 등에 의해서 실시하여도 무방하다.In addition, you may connect with an external electrode by wire bonding etc.
한편, 상기의 제3 실시예에서 다중 양전극(120)의 막 두께는 약 1.3㎛이지만, 다중 양전극(120)의 막 두께는 0.11㎛ 이상 10㎛ 이하이면 좋다. 다중 양전극(120)의 막 두께가 0.11㎛ 미만이면, 빛을 충분히 반사할 수 없게 되어 범프재나 금 볼 등의 접속 부재와의 견고한 밀착이 수득되지 않게 된다. 한편, 10㎛를 넘으면, 증착 시간이나 재료가 필요 이상으로 소모되어 생산 비용 면에서 뒤떨어진다.On the other hand, in the third embodiment, the film thickness of the multi positive electrode 120 is about 1.3 μm, but the film thickness of the multi positive electrode 120 may be 0.11 μm or more and 10 μm or less. When the film thickness of the multiple positive electrode 120 is less than 0.11 mu m, the light cannot be sufficiently reflected, and firm adhesion with a connection member such as bump material or gold ball is not obtained. On the other hand, when it exceeds 10 micrometers, deposition time and material are consumed more than necessary, and are inferior in production cost.
또한, 상기의 제3 실시예에서 양전극 제1 층(121)의 막 두께는 0.1㎛이지만, 양전극 제1 층의 막 두께는 0.01 내지 5㎛이면 그 효과를 발휘한다. 양전극 제1 층의 막 두께는 바람직하게는 0.02 내지 2㎛이고, 보다 바람직하게는 0.05 내지 1㎛이다. 양전극 제1 층(121)은 지나치게 얇으면, 빛의 반사가 불충분하게 되고, 지나치게 두꺼우면, 증착 시간이나 재료가 필요 이상으로 소모되어 생산 비용 면에서 뒤떨어진다.In addition, in the third embodiment, the film thickness of the positive electrode first layer 121 is 0.1 μm, but the film thickness of the positive electrode first layer is 0.01 to 5 μm, thereby achieving the effect. The film thickness of the positive electrode first layer is preferably 0.02 to 2 µm, more preferably 0.05 to 1 µm. If the positive electrode first layer 121 is too thin, the reflection of light is insufficient, and if it is too thick, the deposition time or material is consumed more than necessary, and the production cost is inferior.
또한, 제3 실시예에서 양전극 제2 층(122)의 막 두께는 1.2㎛이었지만, 양전극 제2 층의 막 두께는 0.1 내지 5㎛이면 그 효과를 발휘한다. 양전극 제2 층(122)의 막 두께는 바람직하게는 0.2 내지 3㎛이고, 보다 바람직하게는 0.5 내지 2㎛이다. 전극 제2 층(122)은 지나치게 얇으면, 범프재나 금 볼 등의 접속 부재와의 견고한 밀착이 수득되지 않게 된다. 한편, 지나치게 두꺼우면, 음전극(140)의 균형을 맞춰야 할 필요상의 이유로 양전극 제2 층(122)과 음전극(140) 둘 다에서증착 시간이나 재료가 필요 이상으로 소모되어 바람직하지 못하다.In addition, in the third embodiment, the film thickness of the positive electrode second layer 122 was 1.2 µm, but the film thickness of the positive electrode second layer was 0.1 to 5 µm. The film thickness of the positive electrode second layer 122 is preferably 0.2 to 3 mu m, more preferably 0.5 to 2 mu m. If the electrode second layer 122 is too thin, firm adhesion with a connection member such as a bump material or a gold ball cannot be obtained. On the other hand, if the thickness is too thick, the deposition time or material is consumed in both the positive electrode second layer 122 and the negative electrode 140 because it is necessary to balance the negative electrode 140, which is not preferable.
또한, 제3 실시예에서 양전극 제3 층(123)의 막 두께는 20Å이지만, 양전극 제3 층의 막 두께는 5 내지 1000Å이면 그 효과를 발휘한다. 양전극 제3 층(123)의 막 두께는 바람직하게는 10 내지 500Å이고, 보다 바람직하게는 15 내지 100Å이다. 양전극 제3 층(123)은 지나치게 얇으면, 보호 층과의 밀착성이 나쁘게 되고, 지나치게 두꺼우면, 저항값이 높게 되어 바람직하지 못하다.In addition, in the third embodiment, the film thickness of the positive electrode third layer 123 is 20 kW, but the film thickness of the positive electrode third layer is 5 to 1000 kW to achieve the effect. The film thickness of the positive electrode third layer 123 is preferably 10 to 500 GPa, more preferably 15 to 100 GPa. If the positive electrode third layer 123 is too thin, the adhesion to the protective layer is bad, and if the positive electrode third layer 123 is too thick, the resistance value becomes high, which is not preferable.
또한, 제3 실시예에서 양전극 제3 층으로서 티타늄(Ti)을 사용하였지만, 양전극 제3 층으로서는 티타늄(Ti), 크롬(Cr) 또는 이들 금속을 1종류 이상 포함한 합금을 사용하더라도 좋다.In the third embodiment, titanium (Ti) is used as the positive electrode third layer, but titanium (Ti), chromium (Cr) or an alloy containing one or more of these metals may be used as the positive electrode third layer.
도 6은 양전극 또는 양전극 제1 층에 사용되는 금속 원소의 특성을 모은 일람표를 나타낸다. 일람표의 각 평가 항목 ① 내지 ⑥은 하기와 같다.6 shows a list of characteristics of metal elements used in the positive electrode or the positive electrode first layer. Each evaluation item ①-⑥ of a table | surface is as follows.
① 반사율: 발광층(104)으로부터의 소정량의 발광에 대한, 파장이 380 내지 550nm(청자, 파랑, 초록)인 가시광의 반사량에 의한 평가.(1) Reflectance: Evaluation by the reflection amount of the visible light whose wavelength is 380-550 nm (blue, blue, green) with respect to predetermined amount of light emission from the light emitting layer 104.
② 접촉 저항(구동 전압): GaN 층과의 접촉 저항에 대한 발광소자의 구동 전압에 의한 평가.(2) Contact resistance (driving voltage): Evaluation by the drive voltage of a light emitting element about the contact resistance with a GaN layer.
⑧ GaN 층과의 밀착성: 소정의 내구 테스트에 있어서의 불량 장소의 발생 빈도에 의한 평가.(8) Adhesiveness with GaN layer: Evaluation based on the frequency of occurrence of a defective place in a predetermined durability test.
④ 내식성: 각 원소의 물성값 및 성질에 의한 평가.④ Corrosion resistance: Evaluation based on the property values and properties of each element.
⑤ Au 적층 후의 특성 안정성: 발광소자(300)에 있어서의 금(Au)으로 이루어지는 양전극 제2 층(122) 적층 후의 구동 전압의 상승 및 상기 가시광의 반사량의 열화에 의한 평가.(5) Characteristic stability after Au lamination: Evaluation by increase of the drive voltage after lamination of the positive electrode second layer 122 made of gold (Au) in the light emitting element 300 and deterioration of the reflection amount of the visible light.
⑥ 종합 평가(상용 양산(量産) 가부): 발광소자의 양산을 전제로 한, 상기의 평가 항목 ① 내지 ⑤를 기초로 하는 종합적 고찰에 의한 평가.(6) Comprehensive Evaluation (Commercial Production Availability): Evaluation based on comprehensive consideration based on the above evaluation items ① to ⑤ on the premise of mass production of light emitting devices.
특히, 플립 칩형 화합물 반도체 발광소자의 경우, 상기의 평가 항목 ① 및 ②에 있어서의 평가가 모두 양호(良: ○) 이상인 것이 제품으로서의 필요 조건이 되기 때문에, 본 발명의 유효성이 도 6의 일람표에서 판정된다.In particular, in the case of the flip chip type compound semiconductor light emitting device, since the evaluation in the above evaluation items ① and ② is both good or better, it becomes a necessary condition as a product, the effectiveness of the present invention is shown in the table of FIG. It is determined.
또한, 특히, 로듐(Rh)은 ① 반사율 면에서 은(Ag)보다는 약간 뒤떨어지지만, 그 밖의 평가 항목 ② 내지 ⑤에서는 어느 것이나 다른 금속보다도 뛰어난 특성 또는 동등 이상의 특성을 나타내고 있고, 양전극 또는 양전극 제1 층에 사용하는 금속 원소로서는 최적의 재료인 것이 판명됐다.In addition, in particular, rhodium (Rh) is slightly inferior to silver (Ag) in terms of the reflectance, but in the other evaluation items ② to ⑤, all of them exhibit superior or equivalent characteristics to those of other metals. As a metal element used for a layer, it turned out that it is an optimal material.
또한, 루테늄(Ru)은 물성상 로듐(Rh)과 유사하거나 매우 유사한 성질을 가지기 때문에, 양전극 또는 양전극 제1 층에 사용하는 금속 원소로서는 로듐(Rh)과 대략 동등하게 좋은 재료이다.In addition, since ruthenium (Ru) has similar or very similar properties to rhodium (Rh) in terms of physical properties, ruthenium (Ru) is a material that is substantially equal to rhodium (Rh) as a metal element used for the positive electrode or the positive electrode first layer.
한편, 위의 제1 내지 제3 실시예에 있어서의 발광소자의 각 층의 구성은 어디까지나 각 층을 형성할 때의 물리적 또는 화학적 구성이고, 그 후, 보다 견고한 밀착성을 수득하기 위해서 또는 접촉 저항의 값을 감소시키는 등의 목적으로 실시되는, 예를 들면, 열처리 등과 같은 물리적 또는 화학적 처리에 의해서 각 층간에서는 고용(固溶) 또는 화합물 형성이 일어나고 있는 것은 말할 필요도 없다.On the other hand, the configuration of each layer of the light emitting device in the above first to third embodiments is a physical or chemical configuration when forming each layer to the last, and thereafter, in order to obtain more firm adhesion or contact resistance It goes without saying that solid solution or compound formation occurs between the layers by physical or chemical treatment, for example, heat treatment or the like, which is performed for the purpose of reducing the value of.
또한, 위의 제1 내지 제3 실시예에서는, 발광소자의 발광 층(104)은 MQW 구조로 하였지만, 발광 층(104)의 구조는 SQW 구조나 호모 접합 구조라도 좋다. 또한, 본 발명의 발광소자를 형성하는 III족 질화물계 화합물 반도체 층은 완충 층도 포함하고, 이들 층은 임의의 혼정비(混晶比)의 4원(元), 3원, 2원계의 AlxGayIn1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 하여도 좋다.Incidentally, in the above first to third embodiments, the light emitting layer 104 of the light emitting element has an MQW structure, but the light emitting layer 104 may have an SQW structure or a homojunction structure. In addition, the group III nitride compound semiconductor layer forming the light emitting device of the present invention also includes a buffer layer, and these layers include four-membered, three-membered, and two-membered Al in arbitrary mixed ratios. x Ga y In 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1).
또한, 완충 층에는 III족 질화물계 화합물 반도체 이외에도, 질화티타늄(TiN), 질화하프늄(HfN) 등의 금속 질화물이나, 산화아연(Zn0), 산화마그네슘(Mg0), 산화망간(MnO) 등의 금속 산화물을 사용하여도 좋다.In addition to the group III nitride compound semiconductor, the buffer layer includes metal nitrides such as titanium nitride (TiN) and hafnium nitride (HfN), and metals such as zinc oxide (Zn0), magnesium oxide (Mg0), and manganese oxide (MnO). An oxide may be used.
또한, p형 불순물로서는 마그네슘(Mg) 이외에, 베릴륨(Be), 아연(Zn) 등의 2 족 원소를 사용할 수 있다. 또한, 이들이 도프된 p형 반도체 층을 보다 낮은 저항으로 하기 위해서는 또한, 전자선 조사나 어닐링 등의 활성화 처리를 행하여도 좋다.As the p-type impurity, in addition to magnesium (Mg), group 2 elements such as beryllium (Be) and zinc (Zn) can be used. In addition, in order to make these p-type semiconductor layers doped with a lower resistance, activation treatment such as electron beam irradiation or annealing may be performed.
또한, 상기의 실시예에서는, 고캐리어 농도 n+층(103)은 실리콘(Si) 도프의 질화갈륨(GaN)으로 형성하였지만, 이들의 n형 반도체 층은 III족 질화물계 화합물 반도체에 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 등의 IV족 원소 또는 VI족 원소를 도핑함으로써 형성하여도 좋다.In the above embodiment, the high carrier concentration n + layer 103 is formed of silicon (Si) dope gallium nitride (GaN), but these n-type semiconductor layers are formed of silicon (Si) in the group III nitride compound semiconductor. And group IV elements, such as germanium (Ge), may be formed by doping.
또한, 결정 성장의 기판에는 사파이어 이외에, 탄화규소(SiC), 산화아연(Zn0), 산화마그네슘(Mg0), 산화망간(Mn0) 등을 사용하여도 좋다.In addition to sapphire, silicon carbide (SiC), zinc oxide (Zn0), magnesium oxide (Mg0), manganese oxide (Mn0), or the like may be used for the crystal growth substrate.
이상과 같은 구성에 의해 형성된 다층 구조의 양전극은 광 반사율이 높고,수분 등의 침입에 대하여도 내구성이 높기 때문에, 보호 층을 간략화할 수 있고, 그 결과, 와이어 결합재를 사용하지 않고 외부 전극과 접속하는 것도 가능하게 된다.Since the positive electrode having the multilayer structure formed by the above structure has high light reflectance and high durability against invasion of moisture and the like, the protective layer can be simplified, and as a result, it is connected with an external electrode without using a wire bonding material. It is also possible.
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Payment date: 20080522 Year of fee payment: 7 |
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