KR100574103B1

KR100574103B1 - 플립칩형 질화물계 발광소자 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100574103B1
Application number: KR20040057582A
Authority: KR
Inventors: 송준오; 김경국; 홍웅기; 성태연
Original assignee: 광주과학기술원
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2006-04-27
Also published as: KR20060007953A

Abstract

본 발명은 플립칩형 질화물계 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서 플립칩형 질화물계 발광소자는 기판 위에 n형 클래드층, 활성층, p형 클래드층이 순차적으로 형성된 발광구조체의 p형 클래드층 위에 p형 투명 전도성 산화물로 형성된 계면 개질층, 계면 개질층 위에 투명 전도성 소재로 형성된 투명 전도성 박막층 및 투명 전도성 박막층 위에 반사물질로 형성된 반사층을 구비한다. 이러한 플립칩형 질화물계 발광소자에 의하면, p형 클래드층과의 오믹접촉 특성이 개선되어 발광소자의 패키징 시 와이어 본딩 효율을 및 수율을 높일 수 있고, 낮은 비접촉 저항과 높은 전기적 및 발광 효율을 제공한다.

Description

플립칩형 질화물계 발광소자 및 그 제조방법{Flip-chip light emitting device and method of manufacturing thereof}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플립칩형 질화물계 발광소자를 나타내 보인 단면도이고,

도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플립칩형 질화물계 발광소자를 나타내 보인 단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

110: 기판 150: P형 클래드층

160: 계면 개질층 165: 삽입 금속층

170: 투명 전도성 박막층 180: 반사층

본 발명은 플립칩형 질화물계 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 오믹특성 및 발광효율이 개선된 플립칩형 질화물계 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

질화물계 화합물 반도체 예를 들면 청·녹색 및 자외선을 내는 질화갈륨 (GaN) 반도체를 이용한 발광다이오드 또는 레이저 다이오드와 같은 발광소자를 구현하기 위해서는 반도체와 전극간의 오믹접촉구조가 매우 중요하다. 현재 상업적으로 이용할 수 있는 질화갈륨계 발광소자는 절연성 사파이어(Al₂O₃) 기판 위에 형성된다.

이러한 질화갈륨계 발광소자는 탑-에미트형 발광다이오드(top-emitting light emitting diodes; TLEDS)와 플립칩형 발광다이오드(flip-chip light emitting diodes: FCLEDS)로 분류된다.

탑에미트형 발광다이오드는 p형 클래드층과 접촉하고 있는 오믹 전극층을 통해 광이 출사되게 형성된다.

또한, 탑에미트형 발광소자는 낮은 홀농도를 지닌 p형 클래드층의 박막 특성에서 비롯된 낮은 전류 주입(current injection) 및 전류 퍼짐(current spreading)과 같은 열악한 전기적 특성들은 투명하고 낮은 면저항(sheet resistance)값을 지닌 오믹접촉 전극 개발을 통해서 발광소자의 문제점들을 극복할 수가 있다.

이러한 탑에미트형 발광소자는 일반적으로 니켈(Ni) 금속과 같은 천이 금속(transition metal)들을 기본으로 하는 금속박막구조로서 산화된 반투명한 니켈(Ni)/금(Au)의 금속박막이 널리 이용되고 있다.

니켈(Ni) 금속을 기본으로 하는 금속박막은 산소(O₂) 분위기에서 열처리하여 10^-3∼10^-4Ωcm²정도의 비접촉저항을 갖는 반투명 오믹접촉층(semi-transparent ohmic contact layer)을 형성하는 것으로 보고 되어지고 있다.

이러한 낮은 비접촉저항은 500℃-600℃ 온도 범위, 산소(O₂) 분위기에서 열처리 시 p형 질화갈륨과 니켈(Ni)의 계면에 p형 반도체 산화물인 니켈 산화물(NiO)이 섬(island) 모양으로 형성되어 있는 금(Au)사이와 상층부에 형성되어 있어 쇼트키 장벽의 높이(Schottky barrier height : HBT)를 감소시키게 되어, 질화갈륨 표면부근에 다수캐리어인 홀(hole)을 용이하게 공급하여 질화갈륨 표면부근에서의 실효 캐리어 농도(effective carrier concentration)를 증가시킨다. 다른 한편으로는 니켈(Ni)/금(Au)을 p형 질화갈륨에 접촉후 열처리하면 Mg-H 금속간 화합물(complex)를 제거하여 질화갈륨 표면에서 마그네슘(Mg) 도판트(dopant) 농도를 증가시키는 재활성화(reactivation) 과정을 통해서 p형 질화갈륨의 표면에서 이러한 실효 캐리어 농도가 10¹⁹ 이상이 되게 하여 p형 질화갈륨과 전극층(금을 포함한 산화 니켈층) 사이에 터널링(tunneling) 전도를 일으켜 오믹전도 특성을 보이는 것으로 이해되어지고 있다.

그런데, 니켈/금으로 형성되는 반투명 전극박막을 이용한 탑에미트형 발광다이오드는 광이용효율이 낮아 대용량 및 고휘도 발광소자를 구현하기는 어렵다.

최근에는 대용량 고휘도 발광소자 구현을 위해 고 반사층소재로 각광 받고 있는 은(Ag), 은산화물(Ag₂O), 알루미늄(Al)을 이용한 플립칩 방식의 발광소자 개발의 필요성이 대두되고 있다.

그런데 이들 반사용 금속은 높은 반사효율을 지니고 있기 때문에 일시적으로 높은 발광효율을 제공할 수 있지만, 작은 일함수(work function) 값을 갖는 특성 때문에 저 저항값을 지닌 오믹접촉 형성이 어려워 소자수명이 짧고 질화갈륨과의 접착성이 나빠 소자의 안정적인 신뢰성을 제공하지 못하는 문제점들이 있다.

이를 보다 상세히 살펴보면, 먼저, 알루미늄(Al) 금속은 낮은 일함수값과 열처리 시 비교적 낮은 온도에서도 쉽게 질화물(AlN)을 형성하여 p형 질화갈륨과의 오믹접촉을 형성하기가 어렵다.

다음으로 은(Ag)은 양질의 오믹접촉을 형성하고 높은 반사율을 지니고 있지만 열적 불안정성과 질화갈륨과의 나쁜 기계적 접착력 인하여 박막형성 공정을 통해 양질의 박막을 형성하기 어려운 문제점을 갖고 있다.

최근에는 낮은 비접촉 저항값을 갖으면서도 높은 반사율을 제공하는 오믹컨택트층을 개발하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

Mensz et al. 그룹은 문헌(electronics letters 33 (24) pp. 2066)을 통해 2층 구조로서 니켈(Ni)/알루미늄(Al) 및 니켈(Ni)/은(Ag) 구조를 제안하였지만, 이 구조들은 오믹접촉 형성이 어려워 발광다이오드 작동시 높은 작동전압으로 인한 많은 열발생을 야기하는 문제점을 갖고 있다.

또한, 최근에 Michael R. Krames et al. 그룹에서는 미국 공개 특허(US 2002/0171087 A1)를 통해 니켈(Ni)/은(Ag) 및 금(Au)/산화 니켈(NiO_x)/알루미늄(Al) 전극구조를 연구 개발하였다고 보고하였다. 그런데 이 구조 역시 접착성이 떨어지고, 난반사로 인하여 발광효율의 저하되는 단점을 안고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 접착성이 좋고 비접촉 저항값이 낮으며 반사율이 높은 오믹접촉 전극구조를 갖는 플립칩형 질화물계 발광소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 플립칩형 질화물계 발광소자는 n형 클래드층과 p형 클래드층 사이에 활성층을 갖는 플립칩형 질화물계 발광소자에 있어서, 상기 p형 클래드층 위에 p형 투명 전도성 산화물로 형성된 계면 개질층과; 상기 계면 개질층 위에 투명 전도성 소재로 형성된 투명 전도성 박막층; 및 상기 투명 전도성 박막층 위에 반사물질로 형성된 반사층;을 구비한다.

상기 계면 개질층은 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 베릴륨(Be)을 포함하는 2족 원소 중에서 선택된 적어도 하나의 원소로 형성된 2원계 또는 3원계 산화물이 함유되게 형성된다.

또 다르게는 상기 계면 개질층은 Ag₂O, CuAlO₂, SrCu₂O₂, LaMnO ₃, LaNiO₃, In_xO_1-x 중에서 선택된 어느 하나의 산화물이 함유되게 형성된다.

상기 계면 개질층은 상기 산화물에 p형 도판트가 더 첨가되어 형성될 수 있다.

상기 계면 개질층은 0.1 나노미터 내지 100 나노미터의 두께로 형성된 것이 바람직하다.

또한, 상기 계면 개질층과 상기 투명전도성 박막층 사이에 형성된 삽입 금속 층을 더 구비하고, 상기 삽입 금속층은 아연(Zn), 인듐(In), 주석(Sn), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg), 갈륨(Ga), 구리(Cu), 베릴륨(Be), 이리듐(Ir), 루세늄(Ru), 몰리브덴(Mo) 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 성분으로 1 나노미터 내지 100나노미터의 두께로 형성된 것이 바람직하다.

상기 투명 전도성 박막층은 투명 전도성 산화물(TCO)과 투명 전도성 질화물(TCN) 중 어느 하나로 형성되고, 상기 투명 전도성 산화물은 인듐(In), 주석(Sn), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 카드뮴(Cd), 마그네슘(Mg), 베릴륨(Be), 은(Ag), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 구리(Cu), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 루세늄(Ru), 텅스텐(W), 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 란탄(La) 원소계열의 금속들 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 성분과 산소(O)가 결합되어 형성된 것을 포함하고, 상기 투명 전도성 질화물은 타이타늄(Ti)과 질소(N)를 함유하여 형성된다.

상기 투명 전도성 박막층은 10 나노미터 내지 1000 나노미터의 두께로 형성된다.

상기 반사층은 은(Ag), 은 산화물(Ag₂O), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 타이타늄(Ti), 로듐(Rh), 마그네슘(Mg), 팔라듐(Pd), 루세늄(Ru), 백금(Pt), 이리듐(Ir) 중에서 선택된 어느 하나의 원소 또는 상기 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 합금, 고용체 중 어느 하나로 형성된 것이 바람직하다.

바람직하게는 상기 반사층은 100 나노미터 내지 1000 나노미터의 두께로 형 성된다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 플립칩형 질화물계 발광소자의 제조방법은 n형 클래드층과 p형 클래드층 사이에 활성층을 갖는 플립칩형 질화물계 발광소자의 제조방법에 있어서, 가. 기판 위에 n형 클래드층, 활성층 및 p형 클래드층이 순차적으로 적층된 발광구조체의 상기 p형 클래드층 위에 p형 투명 전도성 산화물로 계면 개질층을 형성하는 단계와; 나. 상기 계면 개질층 위에 투명 전도성 소재로 투명 전도성 박막층을 형성하는 단계; 및 다. 상기 투명 전도성 박막층 위에 반사층을 형성하는 단계; 라. 상기 다 단계를 거쳐 형성된 구조체를 열처리하는 단계;를 포함한다.

상기 투명 전도성 박막층 형성 이전에 상기 계면 개질층 위에 아연(Zn), 인듐(In), 주석(Sn), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg), 갈륨(Ga), 구리(Cu), 베릴륨(Be), 이리듐(Ir), 루세늄(Ru), 몰리브덴(Mo) 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 성분으로 삽입금속층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는 상기 나 단계를 거친 이후 상기 반사층 형성 이전에 열처리하는 단계;를 더 포함한다.

상기 열처리단계는 상온 내지 800도 범위 내에서 10초 내지 3시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 열처리 단계는 상기 p형 전극 구조체가 형성된 발광소자가 내장된 반응기내에 질소, 아르곤, 헬륨, 산소, 수소, 공기, 진공 중 적어도 하나를 포함하는 기체 분위기에서 수행한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플립칩형 질화물계 발광소자 및 그 제조방법을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 플립칩형 발광소자를 나타내 보인 단면도이다.

도면을 참조하면, 플립칩형 발광소자는 기판(110), 버퍼층(120), n형 클래드층(130), 활성층(140), p형 클래드층(150), 계면 개질층(160), 투명 전도성 박막층(170) 및 반사층(180)이 순차적으로 적층된 구조로 되어 있다. 참조부호 190은 p형 전극패드이고, 200은 n형 전극패드이다.

여기서 기판(110)으로부터 p형클래드층(150)까지가 발광구조체에 해당하고, p형 클래드층(150) 위에 적층된 계면 개질층(160) 및 투명 전도성 박막층(170)이 멀티 오믹컨택트층에 해당한다.

기판(110)은 사파이어(Al₂O₃), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs) 중 어느 하나로 형성된 것이 바람직하다.

버퍼층(120)은 생략될 수 있다.

버퍼층(120)으로부터 p형 클래드층(150) 까지의 각 층은 Ⅲ족 질화물계 화합물의 일반식인 Al_xIn_yGa_zN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, 0≤x+y+z≤1)로 표현되는 화합물 중 선택된 어느 화합물을 기본으로 하여 형성되고, n형 클래드층(130) 및 p형 클래드층(150)은 해당 도펀트가 첨가된다.

또한, 활성층(140)은 단층 또는 MQW층 등 공지된 다양한 방식으로 구성될 수 있다.

일 예로서 질화갈륨(GaN)계 화합물을 적용하는 경우, 버퍼층(120)은 GaN으로 형성되고, n형 클래드층(130)은 GaN에 n형 도펀트로서 Si, Ge, Se, Te등이 첨가되어 형성되고, 활성층(140)은 InGaN/GaN MQW 또는 AlGaN/GaN MQW로 형성되며, p형 클래드층(150)은 GaN에 p형 도펀트로서 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등이 첨가되어 형성된다.

n형 클래드층(130)과 n형 전극패드(200) 사이에는 n형 오믹컨택트층(미도시)이 개제될 수 있고, n형 오믹컨택트층은 타이타늄(Ti)과 알루미늄(Al)이 순차적으로 적층된 층구조 등 공지된 다양한 구조가 적용될 수 있다.

p형 전극패드(190)는 니켈(Ni)/금(Au) 또는 은(Ag)/금(Au)이 순차적으로 적층된 층구조가 적용될 수 있다.

각 층의 형성방법은 전자빔 증착기(e-beam evaporator), PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), PLD(plasma laser deposition), 이중형의 열증착기(dual-type thermal evaporator), 스퍼터링(sputtering) 등 공지된 증착 방식에 의해 형성하면 된다.

계면 개질층(160)은 700℃ 이하의 온도에서 산소, 질소 또는 아르곤 등의 여러 가스분위기에서 열처리시 p형 투명 전도성 나노상(nano phase) 산화물 입자로 분해하거나 투명 전도성 산화물 박막층을 형성하는 동시에 p형 클래드층(150) 상부에 얇게 형성된 자연 산화층인 산화 갈륨(Ga₂O₃)을 환원시키거나 전도성 산화물로 변화시킬 수 있는 물질을 적용한다.

또한, 계면 개질층(160)은 p형 클래드층(150)과의 사이에 형성되는 쇼트키 장벽의 높이 및 폭을 감소시킬 수 있도록 p형 클래드층(150) 상부에 형성되는 p형 투명 전도성 산화물의 정공(hole) 농도가 10¹⁵ 내지 10¹⁸/cm³의 값을 제공할 수 있는 물질을 적용한다.

이러한 조건을 만족하는 계면 개질층(160)의 소재로는 p형 투명 전도성 산화물(p-type transparent conducting oxides; p-type TCOs)이 적용된다.

계면 개질층(160)에 적용되는 p형 투명 전도성 산화물은 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 베릴륨(Be)을 포함하는 2족원소 중에서 선택된 적어도 하나의 원소로 형성된 2원계 또는 3원계 산화물이 적용될 수 있다.

또 다르게는 계면 개질층(160)에 적용되는 p형 투명 전도성 산화물은 Ag₂O, CuAlO₂, SrCu₂O₂, LaMnO₃, LaNiO₃, In_xO _1-x 중에서 선택된 어느 하나의 산화물이 적용될 수 있다.

또한, 개면 개질층(160)은 상기 산화물에 p형 투명 전도성 산화물의 농도 및 일함수를 조절하는 동시에 쇼트기 장벽의 높이 및 폭을 감소시킬 수 있도록 p형 도판트가 적절하게 첨가될 수 있다.

계면 개질층(160)은 열처리시 p형 투명 전도성 나노상 산화물 입자로 분해되거나 p형 투명 전도성 산화물 박막층으로 주요 캐리어(carrier)인 정공이 양자적으로 터널링 할 수 있는 박막층을 형성할 수 있는 0.1 나노미터 100 나노미터의 두께 로 형성하는 것이 바람직하다.

투명 전도성 박막층(170)은 계면 개질층(160) 위에 형성되어 있다.

투명 전도성 박막층(170)은 투명 전도성 산화물(TCO) 또는 투명 전도성 질화물(TCN)들 중 어느 하나가 적용된다.

투명 전도성 산화물(TCO)은 인듐(In), 주석(Sn), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 카드뮴(Cd), 마그네슘(Mg), 베릴륨(Be), 은(Ag), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 구리(Cu), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 루세늄(Ru), 텅스텐(W), 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 란탄(La) 원소계열의 금속 중에서 적어도 하나 이상의 성분과 산소(O)로 형성된 것이 적용되는 것이 바람직하다.

투명 전도성 산화물용 소재로는 일함수(work function) 값과 면 저항값(sheet resistance)을 고려하여 선택하면 된다.

투명 전도성 질화물(TN)은 낮은 면저항(sheet resistance) 값과 높은 빛 투과도를 지닌 타이티늄(Ti)과 질소(N)로 형성된 것이 적용되는 것이 바람직하다.

또한, 투명 전도성 박막층(170)으로 적용되는 투명 전도성 산화물(TCO) 및 투명 전도성 질화물(TCN)은 상기 주성분에 대해 전기적 특성을 향상시키기 위해서 원소 주기율표상의 금속 성분 중 적어도 하나 이상의 원소를 도판트로 첨가할 수 있다.

여기서 투명 전도성 산화물(TCO) 및 투명 전도성 질화물(TCN)에 적절한 전기적 특성을 갖게 하기 위해서 첨가되는 도판트의 첨가비율은 0.001 내지 20 웨이트 퍼센트(weight %) 범위 내에서 적용되는 것이 바람직하다.

또한, 투명 전도성 박막층(170)의 두께는 적절한 빛 투과도 및 전기 전도성을 갖도록 10 나노미터 내지 1000 나노미터의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.

이러한 구조의 멀티 오믹컨택트층인 계면 개질층(160) 및 투명 전도성 박막층(170)은 앞서 설명된 소재로 형성한 후 적절한 기체 분위기 및 온도에서 열처리를 하면 높은 빛 투과도 즉, 400나노미터의 파장대에서 90%이상의 투과율을 갖고, 낮은 면저항값(10Ω/□ 이하)을 갖는 투명 전도성 산화물이 됨과 동시에 p형 클래드층(150) 표면 위에 잔류하고 있으며 계면에서 캐리어 흐름에 장해물 역할을 하는 자연 산화층인 갈륨산화물(Ga₂O₃)을 환원시켜 쇼트키 장벽(Schottky barrier)의 높이(height)와 폭(width)을 감소시키고, 오믹접촉 형성에 유리한 터널링(tunneling) 효과를 유발하여 전기적 특성을 향상시키고, 100%에 근접한 빛 투과도를 갖는다.

반사층(180)은 반사율이 높은 소재 예를 들면 은(Ag), 은 산화물(Ag₂O), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 타이타늄(Ti), 로듐(Rh), 마그네슘(Mg), 팔라듐(Pd), 루세늄(Ru), 백금(Pt) 중에서 선택된 어느 적어도 하나 이상의 물질로 형성된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면 반사층(180)은 은(Ag)을 주성분으로하고, 은(Ag)에 알루미늄(Al), 은 산화물(Ag₂O), 아연(Zn), 타이타늄(Ti), 로듐(Rh), 마그네슘(Mg), 팔라듐(Pd), 루세늄(Ru), 백금(Pt), 이리듐(Ir) 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 5웨이트 퍼센트(5 Wt%) 이내 정도 함유되게 형성한 합금 또는 고용체로 형성된다. 이러한 은(Ag)계 합금은 은(Ag) 단독 성분이 갖고 있는 나쁜 접착성 및 열적 불안정성을 개선시켜 우수한 접촉성 및 열적 내구성을 갖을 뿐만아 니라 높은 빛 반사율을 그대로 유지한다.

바람직하게는 반사층(180)은 100 나노미터 내지 1000 나노미터의 두께로 형성한다.

반사층(180)도 앞서 설명된 소재로 증착한 후 열처리를 하는 것이 바람직하다.

또 다르게는 계면 개질층(160), 투명 전도성 박막층(170) 및 반사층(180)을 연속된 증착 공정을 통해 형성한 후 열처리를 수행한다.

이러한 구조의 멀티 오믹컨택트층(160)(170) 및 반사층(180)은 200℃ 이상의 온도에서 발생되는 표면퇴화(surface degradation) 현상이 방지되고 산화에 안정하며 높은 반사율을 그대로 지니고 있어 고효율의 발광소자를 구현할 수 있다.

도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플립칩형 발광소자를 나타내 보인 단면도이다. 앞서 도시된 도면에서와 동일 기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기한다.

도면을 참조하면, 플립칩형 발광소자는 기판(110), 버퍼층(120), n형 클래드층(130), 활성층(140), p형 클래드층(150), 계면 개질층(160), 삽입 금속층(165), 투명 전도성 박막층(170) 및 반사층(180)이 순차적으로 적층된 구조로 되어 있다.

여기서 계면 개질층(160), 삽입 금속층(165), 투명 전도성 박막층(170)이 멀티 오믹 컨택트층에 해당한다.

삽입 금속층(165)은 계면 개질층(160)과 투명 전도성 박막층(170) 사이에 형성되어 있다.

삽입 금속층(165)은 열처리시 쉽게 투명한 전도성 산화물로 변태하는 동시에 계면 개질층(160) 또는 후공정에서 그 상부에 형성될 투명 전도성 박막층(170)의 전기 또는 광학적 특성을 조정할 수 있는 금속으로 적용되는 것이 바람직하다.

바람직하게는 삽입 금속층(165)은 아연(Zn), 인듐(In), 주석(Sn), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg), 갈륨(Ga), 구리(Cu), 베릴륨(Be), 이리듐(Ir), 루세늄(Ru), 몰리브덴(Mo) 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 성분으로 형성된다.

삽입 금속층(165)은 위에 열거된 소재를 이용하여 복층으로 형성될 수 있음은 물론이다.

바람직하게는 삽입 금속층(165)은 1 나노미터 내지 100나노미터의 두께로 형성된다.

이하에서는 이러한 구조의 발광소자를 제조하는 과정을 설명한다.

먼저, 기판(110) 위에 버퍼층(120), n형 클래드층(130), 활성층(140) 및 p형 클래드층(150)을 순차적으로 증착하여 발광구조체를 형성시킨다.

이후 n형 전극패드(200)를 형성하기 위한 공간을 확보하기 위해 p형 클래드층(150)부터 n형 클래드층(130)의 일부 까지 식각하여 메사(MESA) 구조를 형성시킨다.

다음은 p형 클래드층(150) 위에 멀티 오믹컨택트층을 형성한다.

즉, 도 1의 구조를 적용할 경우 앞서 제작과정을 통해 제작된 발광구조체의 p형 클래드층(150) 위에 계면 개질층(160), 투명 전도성 박막층(170)을 형성하고, 도 2의 구조를 적용할 경우 계면 개질층(160), 삽입 금속층(165) 및 투명 전도성 박막층(170)을 순차적으로 형성시킨다.

계면 개질층(160), 삽입금속층(165) 및 투명 전도성 박막층(170)은 전자빔 증착기, PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), PLD(plasma laser deposition), 이중형의 열증착기(dual-type thermal evaporator) 스퍼터링(sputtering) 등 공지된 증착방법에 의해 형성하면 된다.

또한, 계면 개질층(160) 내지 투명 전도성 박막층(170)을 순차적으로 형성하기 위해 적용되는 증착온도는 20℃ 내지 1500℃ 범위내에서, 증착기 내의 압력은 대기압 내지 10^-12 토르 정도에서 수행한다.

또한, 계면 개질층(160)으로부터 투명 전도성 박막층(170)까지 형성한 후에는 열처리(annealing)과정을 거치는 것이 바람직하다.

열처리(annealing)는 반응기내의 온도를 100℃ 내지 800℃에서 진공 또는 여러 가스 분위기에서 10초 내지 3시간 정도 수행한다.

열처리시 반응기 내에 투입되는 가스는 질소, 아르곤, 헬륨, 산소, 수소, 공기 중 적어도 하나 이상의 기체가 적용될 수 있다.

열처리 이후에는 투명 전도성 박막층(170) 위에 앞서 설명된 소재로 반사층(180)을 형성한다.

반사층(180)은 앞서 설명된 증착방식에 의해 증착하면 된다.

반사층(180) 형성 이후에는 구조체를 반사층(180)의 접착력 및 열적 안정성을 향상시키기 위해 앞서 설명된 방법에 의해 열처리를 한다.

이와는 다르게 p형 클래드층(150) 위에 계면 개질층(160)부터 반사층(180)까지 순차적으로 증착한 이후에 구조체에 대해 열처리를 한번만 할 수 있다.

실험에 의하면 투명 전도성 박막층(170)까지 형성한 이후에 1차 열처리를 하고, 반사층(180) 형성 이후에 2차 열처리를 행한 경우 멀티 오믹컨택트층의 빛투과도가 더 높아지고 반사층(180)의 반사율이 증가됨을 확인 하였다.

지금까지 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 플립칩형 질화물계 발광소자 및 그 제조방법에 의하면, p형 클래드층과의 오믹접촉 특성이 개선되어 발광소자의 패키징 시 와이어 본딩 효율을 및 수율을 높일 수 있고, 낮은 비접촉 저항과 높은 전기적 및 발광 효율을 제공한다.

Claims

n형 클래드층과 p형 클래드층 사이에 활성층을 갖는 플립칩형 질화물계 발광소자에 있어서,

상기 p형 클래드층 위에 p형 투명 전도성 산화물로 형성된 계면 개질층과;

상기 계면 개질층 위에 투명 전도성 소재로 형성된 투명 전도성 박막층; 및

상기 투명 전도성 박막층 위에 반사물질로 형성된 반사층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 플립칩형 질화물계 발광소자.
제1항에 있어서,

상기 계면 개질층은 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 베릴륨(Be)을 포함하는 2족 원소 중에서 선택된 적어도 하나의 원소로 형성된 2원계 또는 3원계 산화물이 함유되게 형성된 것을 특징으로 하는 플립칩형 질화물계 발광소자.
제1항에 있어서,

상기 계면 개질층은 Ag₂O, CuAlO₂, SrCu₂O₂, LaMnO₃, LaNiO₃, In_xO_1-x 중에서 선택된 어느 하나의 산화물이 함유되게 형성된 것을 특징으로 하는 플립칩형 질화물계 발광소자.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 계면 개질층은 상기 산화물에 p형 도판트가 더 첨가되어 형성된 것을 특징으로하는 플립칩형 질화물계 발광소자.
제1항에 있어서, 상기 계면 개질층은 0.1 나노미터 내지 100 나노미터의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 플립칩형 질화물계 발광소자.
제1항에 있어서, 상기 계면 개질층과 상기 투명전도성 박막층 사이에 형성된 삽입 금속층을 더 구비하고,

상기 삽입 금속층은 아연(Zn), 인듐(In), 주석(Sn), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg), 갈륨(Ga), 구리(Cu), 베릴륨(Be), 이리듐(Ir), 루세늄(Ru), 몰리브덴(Mo) 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 성분으로 1 나노미터 내지 100나노미터의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 플립칩형 질화물계 발광소자.
제1항에 있어서,

상기 투명 전도성 박막층은 투명 전도성 산화물(TCO)과 투명 전도성 질화물(TCN) 중 어느 하나로 형성되고,

상기 투명 전도성 산화물은 인듐(In), 주석(Sn), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 카드뮴(Cd), 마그네슘(Mg), 베릴륨(Be), 은(Ag), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 구리(Cu), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 루세늄(Ru), 텅스텐(W), 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 란탄(La) 원소계열의 금속들 중에서 선택된 적어도 하나 이 상의 성분과 산소(O)가 결합되어 형성된 것을 포함하고,

상기 투명 전도성 질화물은 타이타늄(Ti)과 질소(N)를 함유하여 형성된 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 플립칩형 질화물계 발광소자.
제1항에 있어서, 상기 투명 전도성 박막층은 10 나노미터 내지 1000 나노미터의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 플립칩형 질화물계 발광소자.
제1항에 있어서, 상기 반사층은 은(Ag), 은 산화물(Ag₂O), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 타이타늄(Ti), 로듐(Rh), 마그네슘(Mg), 팔라듐(Pd), 루세늄(Ru), 백금(Pt), 이리듐(Ir) 중에서 선택된 어느 하나의 원소 또는 상기 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 합금, 고용체 중 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 플립칩형 질화물계 발광소자.
제9항에 있어서, 상기 반사층은 100 나노미터 내지 1000 나노미터의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 플립칩형 질화물계 발광소자.
n형 클래드층과 p형 클래드층 사이에 활성층을 갖는 플립칩형 질화물계 발광소자의 제조방법에 있어서,

가. 기판 위에 n형 클래드층, 활성층 및 p형 클래드층이 순차적으로 적층된 발광구조체의 상기 p형 클래드층 위에 p형 투명 전도성 산화물로 계면 개질층을 형성하는 단계와;

나. 상기 계면 개질층 위에 투명 전도성 소재로 투명 전도성 박막층을 형성하는 단계; 및

다. 상기 투명 전도성 박막층 위에 반사층을 형성하는 단계;

라. 상기 다 단계를 거쳐 형성된 구조체를 열처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플립칩형 질화물계 발광소자의 제조방법.
제11항에 있어서, 상기 나 단계를 거친 이후 상기 반사층 형성 이전에 열처리하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플립칩형 질화물계 발광소자의 제조방법.
제11항에 있어서,

상기 투명 전도성 박막층 형성 이전에 상기 계면 개질층 위에 아연(Zn), 인듐(In), 주석(Sn), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg), 갈륨(Ga), 구리(Cu), 베릴륨(Be), 이리듐(Ir), 루세늄(Ru), 몰리브덴(Mo) 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 성분으로 삽입금속층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플립칩형 질화물계 발광소자의 제조방법.
제11항에 있어서,

상기 계면 개질층은 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 베릴륨(Be)을 포함하는 2족원소 중에서 선택된 적어도 하나의 원소로 형성된 2원계 또는 3원계 산화물이 함유되게 형성하는 것을 특징으로 하는 플립칩형 질화물계 발광소자의 제조방법.
제11항에 있어서,

상기 계면 개질층은 Ag₂O, CuAlO₂, SrCu₂O₂, LaMnO₃, LaNiO₃, In_xO_1-x 중에서 선택된 어느 하나의 산화물이 함유되게 형성하는 것을 특징으로 하는 플립칩형 질화물계 발광소자의 제조방법.
제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 계면 개질층은 상기 산화물에 p형 도판트가 더 첨가되어 형성된 것을 특징으로하는 플립칩형 질화물계 발광소자의 제조방법.