KR100586948B1 - 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 질화물 반도체 발광소자의 전극인 B 메탈과 N 메탈을 Ta/Au의 이중층으로 형성함으로써, 별도의 열처리 공정 없이 상온에서도 오믹접촉을 형성할 수 있고 외관이 우수하며 와이어본딩 특성이 우수한 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은, 질화갈륨계 반도체 물질을 성장시키기 위한 기판과, 상기 기판 상에 형성되는 n형 질화물 반도체층과, 상기 n형 질화물 반도체층 상의 적어도 일부 영역이 노출되도록 상기 n형 질화물 반도체층 상에 형성되는 활성층과, 상기 활성층 상에 형성되는 p형 질화물 반도체층과, 상기 p형 질화물 반도체층 상에 오믹접촉을 이루기 위해 형성되는 투명전극층과, 상기 투명전극층 상에 Ta/Au의 이중층으로 형성되는 p측 본딩패드 및 상기 n형 질화물 반도체층의 노출된 일부 영역 상에 Ta/Au의 이중층으로 형성되는 n측 전극을 포함하는 질화물 반도체 발광소자를 제공한다. 본 발명에 따르면, 공정의 단순화를 통해 질화물 반도체 발광소자의 제조원가를 절감할 수 있으며, 질화물 반도체 발광소자의 외관불량을 개선할 수 있고 그와 동시에 와이어본딩 특성이 우수한 질화물 반도체 발광소자를 제공할 수 있는 효과가 있다.
N 메탈, T 메탈, B 메탈, n측 전극, p측 본딩전극, Ta, Au

Description

질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법{NITRIDE SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}
도 1은 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자의 단면도이다.
도 2는 종래의 n측 전극과 본 발명에 따른 n측 전극의 외관 비교 사진이다.
도 3은 종래의 Ti/Al으로 구성된 n측 전극과 본 발명에 따른 Ta/Au로 구성된 n측 전극의 오믹 특성을 나타내는 그래프이다.
도 4는 종래의 질화물 반도체 발광소자와 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자의 신뢰성 테스트 결과의 그래프이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
11 : 기판 11a : 버퍼층
12 : n형 질화물 반도체층 13 : 활성층
14 : p형 질화물 반도체층 15 : 투명전극층
16 : n측 전극 16a : Ta층
16b : Au층 17 : p측 본딩전극
17a : Ta층 17b : Au층
본 발명은 질화물 반도체 발광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 질화물 반도체 발광소자의 전극인 B 메탈과 N 메탈을 Ta/Au의 이중층으로 형성함으로써, 별도의 열처리 공정 없이 상온에서도 오믹접촉을 형성할 수 있고 외관이 우수하며 와이어본딩 특성이 우수한 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
근래에 GaN를 비롯한 질화물을 이용한 질화물 반도체는 그 우수한 물리, 화학적 특성에 기인하여 현재 광전재료 및 전자소자의 핵심 소재로 각광 받고 있다. 특히, 질화물 반도체 발광소자는 녹색, 청색 및 자외 영역까지의 빛을 생성할 수 있으며, 기술 발전으로 인해 그 휘도가 비약적으로 향상됨에 따라 총천연색 전광판, 조명장치 등의 분야에도 적용되고 있다. 이와 같은 질화물 반도체는 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 질화물 반도체 물질을 사용하고 있으며, 특히 GaN를 이용한 반도체 발광소자에 대한 연구가 현재 활발하게 진행되고 있다.
일반적으로 질화물 반도체 발광소자는, 기판 상에 순차적으로 형성된 n형 질화물 반도체층, 다중우물구조인 활성층 및 p형 질화물 반도체층을 포함하며, 상기 p형 질화물 반도체층과 활성층은 그 일부영역이 제거되어 n형 질화물 반도체층의 일부상면이 노출된 구조를 갖는다. 상기 노출된 n형 질화물 반도체층의 상면에 n측 전극(이하, N 메탈이라고도 함)이 형성되고, 상기 p형 질화물 반도체층 상에는 오믹 접촉을 형성하고 전류 주입 효율을 향상시키기 위한 투명전극층(이하, T 메탈층이라고도 함)을 형성한 후에, 상기 투명전극층 상면에 p측 본딩패드(이하, B 메탈이라고도 함)를 형성한다.
질화물 반도체 발광소자를 제작하는데 중요한 공정 중의 하나는 다이오드에 전류를 흘릴 수 있는 전극을 형성하는 공정이다. 상기와 같이 일반적인 질화물 반도체 발광소자의 전극은 N 메탈, T 메탈, B 메탈로 이루어질 수 있다. 상기 N 메탈은 n 질화물 반도체층과 접촉하여 오믹 특성을 가지고 있어야 하며, 상기 T 메탈은 p 질화물 반도체층과 접촉하여 오믹 특성을 가져야 하며 동시에 빛을 투과시킬 수 있도록 높은 투과율을 가져야 한다. 또한, B 메탈은 와이어 본딩을 위한 본딩 패드로 사용되는 것으로 와이어 본딩이 견고하게 이루어질 수 있도록 와이어 본딩 특성이 좋아야 하며, 상기 N 메탈도 n 질화물 반도체층과의 오믹특성을 가짐과 동시에 본딩 특성이 좋아야 한다.
종래에는, 질화물 반도체 발광소자의 낮은 구동전압과 낮은 접촉저항(오믹 접촉(ohmic contact)) 특성을 구현하기 위해 p형 질화물 반도체층과 접합하는 상기 T 메탈층은 Ni/Au의 이중층또는 ITO층을 형성한 후 열처리하여 사용하였으며, 상기 T 메탈층의 상면에 와이어 본딩을 위한 B 메탈을 Cr/Au의 이중층으로 형성하였다. 또한, n측 전극인 N 메탈은 n형 질화물 반도체층의 노출된 상면에 Ti/Al의 이중층으로 형성하여 사용하였다.
상기와 같은 종래의 질화물 반도체 발광소자에서, B 메탈 및 N 메탈은 상온에서 오믹 특성이 떨어지기 때문에(접촉저항이 크기 때문에) 우수한 오믹 특성을 얻기 위해 400℃ 이상의 온도에서 열처리하는 공정이 반드시 수반되어야 한다. 따라서, 질화물 반도체 발광소자의 생산공정이 복잡해지고, 제조원가가 상승하는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 종래의 질화물 반도체 발광소자에서 상기 B 메탈로 Ti/Al을 사용하는 경우, 오믹특성이 매우 열화되기 때문에 B 메탈로는 Ti/Al를 사용할 수 없다. 따라서, 상기 B 메탈과 N 메탈은 각각 Cr/Au와 Ti/Al를 재료로 사용해야 하므로, 동시에 T 메탈과 n형 질화물 반도체층 상에 형성될 수 없다. 이와 같이, 종래에는 B 메탈과 N 메탈을 형성하기 위한 재료를 따로 마련해야 하며, 각각 별도의 공정을 통해 형성시킴으로써, 역시 생산공정이 복잡해지며, 이로 인해 제조원가가 상승하는 문제점이 발생할 수 있다.
더욱이, 종래에 N 메탈을 형성하는 재료 중의 하나로 사용되는 Al은 알카리 용액 등에 의해 손상되기 쉽고, 이후의 가공공정 중 쉽게 손상되어 질화물 반도체 발광소자의 외관불량을 일으키는 문제가 있다. 특히, Al은 와이어 본딩 특성이 좋 지 않기 때문에 항시 와이어 본딩 불량을 일으키게 되는 잠재적인 문제점을 안고 있다.
따라서, 당 기술분야에서는 B 메탈과 N 메탈로 동시에 사용될 수 있으며, 상온에서도 우수한 오믹특성을 가짐과 동시에 와이어 본딩 특성이 우수한 새로운 전극의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은, 질화물 반도체 발광소자의 전극인 B 메탈과 N 메탈을 Ta/Au의 이중층으로 형성함으로써, 동시에 B 메탈과 N 메탈을 형성할 수 있으며, 별도의 열처리 공정 없이 상온에서도 오믹접촉을 형성할 수 있고, 외관불량이 개선됨과 동시에 와이어본딩 특성이 우수한 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은,
질화갈륨계 반도체 물질을 성장시키기 위한 기판;
상기 기판 상에 형성되는 n형 질화물 반도체층;
상기 n형 질화물 반도체층 상의 적어도 일부 영역이 노출되도록 상기 n형 질화물 반도체층 상에 형성되는 활성층;
상기 활성층 상에 형성되는 p형 질화물 반도체층;
상기 p형 질화물 반도체층 상에 오믹접촉을 이루기 위해 형성되는 투명전극층;
상기 투명전극층 상에 Ta/Au의 이중층으로 형성되는 p측 본딩패드; 및
상기 n형 질화물 반도체층의 노출된 일부 영역 상에 Ta/Au의 이중층으로 형성되는 n측 전극을 포함하는 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.
바람직하게, 상기 p측 본딩패드는, 50Å 내지 1000Å의 두께를 갖는 Ta층 및 상기 Ta층 상에 형성되며 2000Å 내지 7000Å의 두께를 갖는 Au층으로 구성될 수 있으며, 상기 n측 본딩패드는, 50Å 내지 1000Å의 두께를 갖는 Ta층 및 상기 Ta층 상에 형성되며 2000Å 내지 7000Å의 두께를 갖는 Au층으로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 질화물 반도체 소자의 제조방법도 제공한다. 상기 방법은,
질화물 반도체 물질을 성장시키기 위한 기판을 마련하는 단계;
상기 기판 상에, n형 질화물 반도체층과, 활성층과, p형 질화물 반도체층을 순차적으로 형성하는 단계;
상기 적어도 p형 질화물 반도체층과 활성층의 일부영역을 제거하여 상기 n형 질화물 반도체층의 일부를 노출시키는 단계;
상기 p형 질화물 반도체층 상에 투명전극층을 형성하는 단계;
상기 투명전극층 상에 Ta/Au의 이중층으로 p측 본딩패드를 형성하는 단계; 및
상기 노출된 n형 질화물 반도체층 상에 Ta/Au의 이중층으로 n측 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조방법에서, 상기 p측 본딩패드를 형성하는 단계와 상기 n측 전극을 형성하는 단계는 동시에 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 p측 본딩패드를 형성하는 단계는, 상기 p형 질화물 반도체층 상에 전자빔 증발법(E-beam evaporator)에 의해 Ta 및 Au를 순차적으로 증착시키는 단계인 것이 바람직하며, 마찬가지로 상기 n측 전극을 형성하는 단계는, 상기 노출된 n형 질화물 반도체층 상에 전자빔 증발법(E-beam evaporator)에 의해 Ta 및 Au를 순차적으로 증착시키는 단계인 것이 바람직하다.
이와 같은 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조방법은 상기 p측 본딩패드 및 상기 n측 전극을 400℃ 내지 600℃에서 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 일실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자의 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자는, 질화갈륨계 반도체 물질을 성장시키기 위한 기판(11)과, 상기 기판(11) 상에 형성되며 사파이어 기판과 상부의 n형 질화물 반도체층과의 격자부정합을 완화하기 위한 버퍼층(11a)과, 상기 버퍼층(11a) 상에 형성되는 n형 질화물 반도체층(12)과, 상기 n형 질화물 반도체층(12) 상의 적어도 일부 영역이 노출되도록 상기 n형 질화물 반도체층 상에 형성되는 활성층(13)과, 상기 활성층 상에 형성되는 p형 질화물 반도체층(14)과, 상기 p형 질화물 반도체층 상에 형성되는 투명전극층(15)과, 상기 투명전극층(15) 상에 Ta/Au의 이중층으로 형성되는 p측 본딩패드(17) 및 상기 n형 질화물 반도체층의 노출된 일부 영역 상에 Ta/Au의 이중층으로 형성되는 n측 전극(16)을 포함한다.
상기 기판(11)은, 사파이어 기판이나 SiC 기판을 사용하며, 특히 사파이어 기판이 대표적으로 사용된다. 이는 상기 기판(11) 위에 성장되는 질화물 반도체 물질의 결정과, 결정구조가 동일하면서 격자정합을 이루는 상업적인 기판이 존재하지 않기 때문이다. 특히, 사파이어 기판은 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 방향의 격자상수가 13.001Å을 갖으며, a축 방향으로는 4.765Å의 격자간 거리를 갖는다. 사파이어 면방향(orientation plane)에는 C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등이 있다. 상기 청색 또는 녹색 발광소자용 사파이어기판으로는 C면의 경우, 비교적 GaN 박막의 성장이 용이하며, SiC 기판에 비해 저렴하고 고온에서 안정하기 때문에 주로 많이 사용된다.
상기 버퍼층(11a)은 상기 기판(11)과 기판(11) 상에 형성되는 n형 질화물 반도체층과의 격자부정합을 완화하기 위해 형성되는 것으로, 통상 수 십 ㎚의 두께를 갖는 저온성장 GaN 또는 AlN 층이 사용된다.
상기 n형 질화물 반도체층(12)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 n 도핑된 반도체 물질로 이루어질 수 있으며, 특히 GaN가 널리 사용된다. n형 질화물 반도체층(12)은, 상기 반도체 물질을 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 또는 MBE(Molecular Beam Epitaxy)법과 같은 공지의 증착공정을 사용하여 기판 상에 성장시킴으로써 형성된다.
상기 활성층(13)은 양자우물구조를 가지며 GaN 또는 InGaN으로 이루어 질 수 있다.
상기 p형 질화물 반도체층(14)은 상기 n형 질화물 반도체층(12)과 마찬가지로, AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 질화물 반도체 물질로 이루어지며, 상기 질화물 반도체 물질은 p 도핑된다. 상기 n형 질화물 반도체층과 마찬가지로 p형 질화물 반도체층(14)은, 질화물 반도체 물질을 MOCVD법 또는 MBE법과 같은 공지의 증착공정을 사용하여 상기 활성층(13)의 상면에 성장된다.
상기 p형 질화물 반도체층(14)은 불순물 도핑 농도 낮기 때문에 접촉저항이 높아 오믹특성이 좋지 못하기 때문에, 오믹 특성을 개선하기 위해 투명전극층(15)(T 메탈이라고도 함)이 상기 p형 질화물 반도체층(14) 상에 형성된다. 상기 투명전극층(15)은 비교적 높은 투과율을 갖는 금속으로 이루어 질 수 있으며, 현재 Ni/Au의 이중층으로 구성된 투명전극층이 널리 사용되고 있다. 상기 Ni/Au의 이중층으로 구성된 투명전극층은 전류주입면적을 증가시키면서 오믹콘택을 형성하여 순방향 전압(Vf)을 저하시키는 것으로 알려져 있다.
상기 n측 전극(16)(N 메탈이라고도 함)은 상기 n형 질화물 반도체층(12)의 노출된 일부 영역 상에 Ta/Au의 이중층으로 형성된다. 상기 n측 전극(16)은 전류공급을 위한 와이어 본딩을 형성하기 위해 와이어 본딩 특성이 좋아야하며, 동시에 상기 n형 질화물 반도체층과 오믹접촉을 형성할 수 있어야 한다. 본 발명의 발명자들은 이와 같은 n측 전극(16)의 특성을 충족시킬 수 있는 가장 적합한 재료를 찾기 위해 반복적인 실험과 연구를 통하여 Ta/Au의 이중층으로 n측 전극을 형성하는 것이 가장 바람직하다는 결과를 얻었다. 상기 Ta/Au로 이루어진 n측 전극(16)은 공지의 전자빔 증발법(E-beam evaporator)에 의해 상기 p형 질화물 반도체층 상에 50Å 내지 1000Å의 두께로 Ta층(16a)을 형성한 후, 상기 Ta층 상(16a)에 2000Å 내지 7000Å의 두께로 Au층(16b)을 형성하여 이루어질 수 있다.
상기 Ta/Au로 구성된 n측 전극(16)은 상온에서도 오믹 접촉을 형성할 수 있는 특징이 있다. 종래의 Ti/Al을 사용한 n측 전극은 상온에서 오믹 접촉을 형성하지 못하므로 고온의 열처리 공정을 통해 오믹 특성을 개선해야 한다. 그러나, 본 발명에 따른 Ta/Au로 구성된 n측 전극은 상온에서 오믹 접촉을 형성할 수 있으므로, 별도의 열처리 공정을 거치지 않아도 된다. 따라서 질화물 반도체 발광소자의 제조공정을 단순화 할 수 있어, 소자의 제조 단가를 절감할 수 있다. 또한, 알칼리 용액에 쉽게 부식되며, 공정 중에 손상되기 쉬운 Al을 사용하지 않으므로, 질화물 반도체 발광소자의 외관불량이 발생하지 않는 잇점이 있다.
상기 p측 본딩패드(17)는 전류공급을 위한 와이어 본딩을 위해 형성되는 것으로, 상기 n측 전극(16)과 마찬가지로, Ta층과 Au층으로 구성된 이중층으로 상기 투명전극층(15) 상에 형성된다. 상기 Ta/Au로 이루어진 p측 본딩패드(B 메탈이라고도 함)는 공지의 전자빔 증발법(E-beam evaporator)에 의해 상기 p형 질화물 반도체층 상에 50Å 내지 1000Å의 두께로 Ta층(17a)을 형성한 후, 상기 Ta층(17a) 상에 2000Å 내지 7000Å의 두께로 Au층을 형성하여 이루어질 수 있다. 상기 Ta/Au로 구성된 p측 본딩패드(17)는 상기 n측 전극(16)과 동일한 물질로 구성되므로, n측 전극과 동시에 형성될 수 있다. 따라서, n측 전극과 p측 본딩전극을 따로 형성하는 종래의 제조공정에 비해 제조공정을 단순화 할 수 있는 잇점이 있다.
상기 n측 전극(16)과 p측 본딩전극(17)은 열처리 공정을 거치지 않더라도 양호한 오믹 특성을 갖는다. 그러나, 400℃ 내지 600℃의 열처리를 통해서도 양호한 오믹 특성을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자의 n측 전극(16)과 p측 본딩전극(17)은 400℃ 내지 600℃의 온도에서 열처리되어도 무방하다. 또한, Au는 Al에 비해 와이어 본딩 특성이 우수한 것으로 알려져 있다. 따라서 본 발명에 사용되는 n측 전극 및 p측 본딩전극은 종래의 전극에 비해 와이어 본딩 특성이 우수하다.
본 발명은 상기와 같이 구성되는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법도 제공한다. 본 발명의 일실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 역시 도 1을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 질화물 반도체 물질을 성장시키기 위한 기판(11)을 마련하고, 이어 상기 사파이어 기판의 상에 n형 질화물 반도체층(12), 활성층(13) 및 p형 질화물 반도체층(14)을 순차적으로 형성한다. 상기 n형 질화물 반도체층(12), 활성층(13) 및 p형 질화물 반도체층(14)은 MOCVD법 또는 MBE법과 같은 공지의 증착공정을 사용하여 성장될 수 있다.
다음으로, 상기 n형 질화물 반도체층(12)의 일부영역이 노출되도록 상기 적어도 p형 질화물 반도체층(14)과 활성층(13)의 일부를 제거한다. 상기 n형 질화물 반도체층(12)의 노출된 영역은 n측 전극이 형성될 영역으로 마련된다. 본 제거공정에 따른 구조물의 형상은 전극을 형성하고자 하는 위치에 따라 다양한 형태로 변경될 수 있으며 전극형상 및 크기도 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 본 공정은 한 모서리에 접하는 영역을 제거하는 방식으로도 구현될 수도 있으며, 전류 밀도를 분산시키기 위해서, 전극의 형상도 변을 따라 연장된 구조로 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 p형 질화물 반도체층(14) 상에 순차적으로 투명전극층(15)을 형성한다. 상기 투명전극층(15)은 앞서 설명한 바와 같이, 일반적으로 Ni/Au의 이중층이 주로 사용되며, 공지 기술인 전자빔 증발법(E-beam evaporator)을 채택하여 증착 형성될 수 있다.
최종적으로, 상기 투명전극층(15)과 상기 n형 질화물 반도체층(12)의 노출된 영역 상에 각각 Ta/Au의 이중층으로 p측 본딩패드(17)와 Ta/Au의 이중층으로 n측 전극(16)을 동시에 형성한다. 상기 p측 본딩패드(17)와 n측 전극(16)은 동일한 물질로 구성되기 때문에 한번의 공정으로 동시에 형성될 수 있는 특징이 있다. 이로써, p측 본딩패드와 n측 전극을 따로 형성시키는 종래의 공정에 비해 공정의 단순화를 이룰 수 있다. 상기 p측 본딩패드(17)와 n측 전극(16)은 공지의 전자빔 증발법에 의해 Ta 및 Au를 순차적으로 증착시켜 형성될 수 있다. 상기 p측 본딩패드(17)와 n측 전극(16)을 구성하는 Ta는 50Å 내지 1000Å의 두께 형성되는 것이 바람직하며, 상기 Au는 형성된 Ta층 상에 2000Å 내지 7000Å의 두께로 형성 되는 것이 바람직하다.
상기 본 발명에 따른 n측 전극(16)과 p측 본딩전극(17)은 열처리 공정을 거치지 않더라도 양호한 오믹 특성을 갖는다. 그러나, 400℃ 내지 600℃의 열처리를 통해서도 양호한 오믹 특성을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조방법은, n측 전극(16)과 p측 본딩전극(17)을 400℃ 내지 600℃의 온도에서 열처리하는 공정을 더 포함하더라도 무방하다.
도 2는 종래의 n측 전극과 본 발명에 따른 n측 전극의 외관 비교 사진이다. 도 2a와 같이, 종래의 n측 전극은 Al의 손상으로 인해 얼룩이 발생하여 외관불량이 나타났다. 또한 도 2b와 같이, n측 전극 상에 작은 점들을 찍어 놓은 것과 같은 점박이 불량이 나타났다. 반면, 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자의 n측 전극은 도 2c 및 도 2d와 같이 외관불량이 발생하지 않았다. 본 발명에 따르면, 도 2에 나타난 바와 같이 n측 전극의 손상으로 인한 외관불량의 문제를 해결할 수 있다.
도 3은 종래의 Ti/Al으로 구성된 n측 전극과 본 발명에 따른 Ta/Au로 구성된 n측 전극의 오믹 특성을 나타내는 그래프이다. 도 3a와 같이, 종래의 Ti/Al로 구성된 n측 전극은 상온에서 오믹접촉을 형성하지 못한다. 반면, 500℃ 및 600℃로 열처리된 경우에 오믹특성을 나타내게 된다. 따라서 종래의 Ti/Al 전극은 500℃ 이상의 고온에서 열처리를 통해서 오믹접촉을 형성할 수 있다.
반면, 도 3b에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 Ta/Au로 구성된 n측 전극 은 상온에서도 비교적 양호한 오믹특성을 나타낸다. 따라서, 본 발명에서는 열처리 공정을 생략할 수도 있다. 그러나, 700℃를 제외하고, 400℃ 내지 600℃에서 양호한 오믹 접촉을 형성할 수 있으므로, 본 발명의 Ta/Au 전극은 400℃ 내지 600℃에서 열처리되더라도 무방하다.
도 4는 종래의 Ti/Al으로 구성된 n측 전극을 구비한 질화물 반도체 발광소자와 본 발명에 따른 Ta/Au로 구성된 n측 전극을 구비한 질화물 반도체 발광소자의 신뢰성 테스트 결과이다. 도 4와 같이 종래의 Ti/Al으로 구성된 n측 전극을 구비한 질화물 반도체 발광소자는 300시간 사용시 약 28% 가량의 휘도저하를 보였으나, 본 발명에 따른 Ta/Au로 구성된 n측 전극을 구비한 질화물 반도체 발광소자는 300시간 사용시 약 20%의 휘도저하를 보여 신뢰성이 상당히 향상되었음을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 Ta/Au로 구성된 n측 전극과 p측 본딩전극을 사용함으로써, 공정을 단순화시킬 수 있으며, 전극의 구성 물질로 종래의 Al을 사용하지 않음으로써 외관불량을 개선하고 와이어 본딩 특성을 향상시킬 수 있다. 더불어, 종래의 발광소자에 비해 신뢰성이 향상된 우수한 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사 상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 질화물 반도체 발광소자의 전극인 B 메탈과 N 메탈을 Ta/Au의 이중층으로 형성함으로써, 두 개의 메탈을 동시에 형성할 수 있으며 별도의 열처리 공정 없이 상온에서도 오믹접촉을 형성할 수 있으므로 공정의 단순화를 통해 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한, Al을 재료로 사용하지 않기 때문에, 질화물 반도체 발광소자의 외관불량을 개선할 수 있으며 그와 동시에 와이어본딩 특성이 우수한 질화물 반도체 발광소자를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 질화갈륨계 반도체 물질을 성장시키기 위한 기판;
    상기 기판 상에 형성되는 n형 질화물 반도체층;
    상기 n형 질화물 반도체층 상의 적어도 일부 영역이 노출되도록 상기 n형 질화물 반도체층 상에 형성되는 활성층;
    상기 활성층 상에 형성되는 p형 질화물 반도체층;
    상기 p형 질화물 반도체층 상에 오믹접촉을 이루기 위해 형성되는 투명전극층;
    상기 투명전극층 상에 Ta/Au의 이중층으로 형성되는 p측 본딩패드; 및
    상기 n형 질화물 반도체층의 노출된 일부 영역 상에 Ta/Au의 이중층으로 형성되는 n측 전극을 포함하는 질화물 반도체 발광소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 p측 본딩패드는,
    50Å 내지 1000Å의 두께를 갖는 Ta층 및 상기 Ta층 상에 형성되며 2000Å 내지 7000Å의 두께를 갖는 Au층으로 구성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 n측 본딩패드는,
    50Å 내지 1000Å의 두께를 갖는 Ta층 및 상기 Ta층 상에 형성되며 2000Å 내지 7000Å의 두께를 갖는 Au층으로 구성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  4. 질화물 반도체 물질을 성장시키기 위한 기판을 마련하는 단계;
    상기 기판 상에, n형 질화물 반도체층과, 활성층과, p형 질화물 반도체층을 순차적으로 형성하는 단계;
    상기 적어도 p형 질화물 반도체층과 활성층의 일부영역을 제거하여 상기 n형 질화물 반도체층의 일부를 노출시키는 단계;
    상기 p형 질화물 반도체층 상에 투명전극층을 형성하는 단계;
    상기 투명전극층 상에 Ta/Au의 이중층으로 p측 본딩패드를 형성하는 단계; 및
    상기 노출된 n형 질화물 반도체층 상에 Ta/Au의 이중층으로 n측 전극을 형성하는 단계를 포함하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 p측 본딩패드를 형성하는 단계와 상기 n측 전극을 형성하는 단계는 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 p측 본딩패드를 형성하는 단계는,
    상기 p형 질화물 반도체층 상에 전자빔 증발법(E-beam evaporator)에 의해 Ta 및 Au를 순차적으로 증착시키는 단계인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 n측 전극을 형성하는 단계는,
    상기 노출된 n형 질화물 반도체층 상에 전자빔 증발법(E-beam evaporator)에 의해 Ta 및 Au를 순차적으로 증착시키는 단계인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
  8. 제4항에 있어서, 상기 p측 전극을 형성하는 단계는,
    상기 p형 질화물 반도체층 상에 50Å 내지 1000Å의 두께로 Ta층을 형성하는 단계; 및
    상기 Ta층 상에 2000Å 내지 7000Å의 두께로 Au층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  9. 제4항에 있어서, 상기 n측 전극을 형성하는 단계는,
    상기 노출된 n형 질화물 반도체층 상에 50Å 내지 1000Å의 두께로 Ta층을 형성하는 단계; 및
    상기 Ta층 상에 2000Å 내지 7000Å의 두께로 Au층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 p측 본딩패드 및 상기 n측 전극을 400℃ 내지 600℃에서 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
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