KR100586973B1 - 돌기부가 형성된 기판을 구비한 질화물 반도체 발광소자 - Google Patents

돌기부가 형성된 기판을 구비한 질화물 반도체 발광소자 Download PDF

Info

Publication number
KR100586973B1
KR100586973B1 KR1020040049329A KR20040049329A KR100586973B1 KR 100586973 B1 KR100586973 B1 KR 100586973B1 KR 1020040049329 A KR1020040049329 A KR 1020040049329A KR 20040049329 A KR20040049329 A KR 20040049329A KR 100586973 B1 KR100586973 B1 KR 100586973B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nitride semiconductor
substrate
light emitting
emitting device
semiconductor layer
Prior art date
Application number
KR1020040049329A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20060000464A (ko
Inventor
심현욱
김윤겸
원종학
박진섭
강중서
이현진
Original Assignee
삼성전기주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전기주식회사 filed Critical 삼성전기주식회사
Priority to KR1020040049329A priority Critical patent/KR100586973B1/ko
Publication of KR20060000464A publication Critical patent/KR20060000464A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100586973B1 publication Critical patent/KR100586973B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H01L33/22—Roughened surfaces, e.g. at the interface between epitaxial layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/0004—Devices characterised by their operation
    • H01L33/0008—Devices characterised by their operation having p-n or hi-lo junctions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/12—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a stress relaxation structure, e.g. buffer layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 질화물 반도체 물질을 성장시키기 위한 기판의 상면에 소정 패턴의 돌기부를 형성하여 기판 쪽으로 방출되는 광을 광출사면 쪽으로 반사시킴으로써 보다 많은 광을 외부로 추출하여 휘도특성을 개선할 수 있는 질화물 반도체 발광소자에 관한 것이다. 본 발명은, 상면의 일측으로부터 타측까지 연장된 복수개의 돌기부가 상면에 형성된 기판; 상기 기판 상에 형성된 n형 질화물 반도체층; 상기 n형 질화물 반도체층 상에 형성된 활성층; 상기 활성층 상에 형성된 p형 질화물 반도체층; 및 상기 n형 질화물 반도체층과 p형 질화물 반도체층 상에 각각 형성된 전극을 포함하는 질화물 반도체 발광소자를 제공한다. 본 발명에 따르면, 질화물 반도체 발광소자의 휘도를 개선할 수 있고, 더불어 기판 상에 성장되는 질화물 반도체층의 결정성을 향상시킬 수 있다.
기판, 사파이어, 돌기부, 질화물 반도체 발광소자(LED), 휘도, 결정성

Description

돌기부가 형성된 기판을 구비한 질화물 반도체 발광소자{NITRIDE SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DIODE HAVING SUBSTRATE ON WHICH RISING PORTIONS ARE FORMED}
도 1은 종래의 질화물 반도체 발광소자의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자에 사용된 기판의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자에 사용된 기판의 확대 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자에 사용된 기판의 확대 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자와 종래의 질화물 반도체 발광소자의 광출력 및 EL 강도를 비교한 그래프이다.
도 7a 내지 도 7c는 종래의 기판에 성장된 GaN층과 본 발명에 따른 기판에 성장된 GaN층에 대한 X-선 분석실험 결과를 도시한 그래프이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
21, 31, 41, 51 : 기판 22 : n형 질화물 반도체층
23 : 활성층 24 : p형 질화물 반도체층
25 : 투명전극층 26a, 26b : n형, p형 본딩전극
311, 411, 511 : 돌기부 311a, 411a, 511a : 접촉면
311b, 411b, 511b : 수직면 311c, 411c, 511c : 경사면
본 발명은 질화물 반도체 발광소자에 관한 것이다. 더 구체적으로는 질화물 반도체 물질을 성장시키기 위한 기판의 상면에 소정 패턴의 돌기부를 형성하여 기판 쪽으로 방출되는 광을 광출사면 쪽으로 반사시킴으로써 보다 많은 광을 외부로 추출하여 휘도특성을 개선할 수 있는 질화물 반도체 발광소자에 관한 것이다.
근래에 반도체 발광소자, 예를 들면 발광 다이오드는 녹색, 청색 및 자외 영역까지의 광을 생성할 수 있으며 지속적인 기술 발전으로 인해 그 휘도가 비약적으로 향상됨에 따라 총천연색 전광판, 조명장치 등의 분야에도 확대 적용되고 있다. 특히, GaN를 비롯한 질화물을 이용한 질화물 반도체는 그 우수한 물리, 화학적 특성에 기인하여 현재 광전재료 및 전자소자의 핵심 소재로 각광 받고 있다.
이와 같은 질화물 반도체 발광소자는 청색 또는 녹색 파장대의 광을 얻기 위한 발광소자로서, AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체물질로 제조되고 있다. 질화물 반도체 결정은 격자정합을 고려하여 사파이어기판과 같은 질화물 단결정성장용 기판에서 성장된다. 상기 사파이어 기판은 전기적 절연성 기판이므로, 최종 질화물 반도체 발광소자는 p측 전극과 n측 전극이 동일면 상에 형성된 구조를 갖는다.
도 1은 일반적인 종래의 질화물 반도체 발광소자의 구조를 도시한 단면도이다. 도 1과 같이 종래의 질화물 반도체 발광소자는, 기판(11) 상에 n형 질화물 반도체층(12), 활성층(13), p형 질화물 반도체층(14)을 적층구조로 성장시키고, 상기 n형 질화물 반도체층(12) 및 p형 질화물 반도체층(13) 상에 각각 전극(15, 16a, 16b)을 형성하여 반도체층(12, 14)으로부터 주입되는 정공과 전자의 재결합에 의해 상기 활성층(13)에서 광을 발생시킨다. 이 때, 상기 활성층(13)에서 발생된 광은 상기 p형 질화물 반도체층(14) 상의 투명전극층(15) 또는 상기 기판(11)으로 방출된다. 상기 투명전극층(15)은 상기 p형 질화물 반도체층(14)의 거의 전면에 형성된 금속박막 또는 투명 도전막으로 이루어지는 광투과성 전극으로서 오믹 콘택을 형성하기 위한 것이다.
상기 질화물 반도체 발광소자(10)는 기판의 하부를 리드프레임 등에 부착시키고 상기 활성층(13)에서 생성된 광은 상기 투명전극층(15)의 상면을 광출사면으 로 사용하여 소자 외부로 방출시킨다.
이러한 구조를 갖는 종래의 질화물 반도체 발광소자에서는, 적층구조를 원자레벨로 제어하는 관계상 기판(11)을 매우 평탄하게 가공하므로, 기판(11) 상의 질화물 반도체층(12, 14), 활성층(13) 및 투명전극층(15)은 서로 평행한 적층 구조를 이룬다. 따라서, 활성층(13)에서 생성된 광의 절반은 투명전극층(15)을 투과하여 소자의 외부로 방출되나 나머지 절반은 하부의 기판(11) 쪽으로 전파된다. 상기 기판(11) 쪽으로 전파된 광의 일부는 기판의 상면에서 반사되어 다시 광출사면 쪽으로 향하게 되나, 상기 기판(11)이 투광성인 사파이어 기판을 사용하므로 광의 일부는 기판을 투과하여 하부로 방출되고 혹은 소정의 임계각 이상의 각도로 입사하는 경우 질화물 반도체층의 적층 구조 내를 횡방향으로 전파하여 소멸된다.
이와 같이, 상기 활성층(13)에서 생성된 광의 일부는 광출사면인 투명전극층(15)의 상면으로 방출되지 못하고 기판(11)을 투과하여 하부로 방출되고 내부에서 소멸되는 등의 광손실이 발생하게 된다. 이러한 광손실로 인해 질화물 반도체 발광소자에서 방출되는 광의 휘도특성이 저하되는 문제점이 발생한다.
따라서, 당 기술분야에서는 질화물 반도체 발광소자의 활성층에서 생성된 광의 광손실을 감소시켜 보다 많은 광을 발광소자의 광출사면 쪽으로 방출시킴으로써 발광소자의 휘도 특성을 개선할 수 있는 기술이 요구되고 있는 실정이다.
따라서 본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은, 질화물 반도체 물질을 성장시키는 기판의 상면에 소정 패턴의 돌기부를 형성함으로써 소자의 내부에서 발생하여 기판 쪽으로 전파되는 광을 광출사면 측으로 반사시켜, 광이 기판을 투과하거나 발광소자의 내부에서 소멸되는 것을 방지하고 광출사면을 통해 방출되는 광을 증가시킬 수 있는 질화물 반도체 발광소자를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 기술적 구성으로서 본 발명은,
상면의 일측으로부터 타측까지 연장된 복수개의 돌기부가 상면에 형성된 기판 - 상기 돌기부는 상기 기판과 접촉하는 접촉면과, 상기 접촉면에 수직인 수직면과, 상기 접촉면과 수직면을 연결하는 경사면을 포함하여 그 단면이 직각삼각형임;
상기 기판 상면에 형성된 n형 질화물 반도체층;
상기 n형 질화물 반도체층 상에 형성된 활성층;
상기 활성층 상에 형성된 p형 질화물 반도체층; 및
상기 n형 질화물 반도체층과 p형 질화물 반도체층 상에 각각 형성된 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.
삭제
삭제
삭제
삭제
본 발명의 일실시형태에서, 상기 접촉면의 폭은 12㎛ 이하이며, 상기 수직면의 높이는 5000Å 이하인 것이 바람직하다. 상기 경사면에는 적어도 하나의 단차가 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수개의 돌기부는 동일한 형상으로 나란하게 형성되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시형태에 따른 돌기부가 형성된 기판을 구비한 질화물 반도체 발광소자를 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자의 단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자(20)는, 상면의 일측으로부터 타측까지 연장된 돌기부가 복수개 형성된 기판(21)과, 상기 기판(21) 상에 형성된 n형 질화물 반도체층(22)과, 상기 n형 질화물 반도체층(22) 상에 형성된 활성층(23)과, 상기 활성층(23) 상에 형성된 p형 질화물 반도체층(24) 및 상기 n형 질화물 반도체층(22)과 p형 질화물 반도체층(24) 상에 각각 형성된 전극(25, 26a, 26b)을 포함하여 구성된다.
상기 본 발명의 일실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자(20)의 각 구성요소를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
상기 기판(21)은, 그 위에 성장되는 질화물 반도체 물질의 결정과 결정구조가 동일하면서 격자정합을 이루는 상업적인 기판이 존재하지 않기 때문에 격자정합 을 고려하여 사파이어 기판이 주로 사용된다. 사파이어 기판은 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 방향의 격자상수가 13.001Å, a축 방향으로는 4.765Å의 격자간 거리를 가지며, 사파이어 면방향(orientation plane)으로는 C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등을 갖는 특징이 있다. 이러한 사파이어 기판의 C면의 경우 비교적 질화물 반도체 물질의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 청색 또는 녹색 발광소자용 기판으로 사파이어 기판이 주로 사용된다.
본 발명은 상기 기판(21)의 상면을 식각 등의 공정을 사용하여 가공함으로써 기판(21) 상면에 복수개의 돌기부를 형성하는 것을 특징으로 한다. 상기 돌기부는 기판(21) 상면의 일측에서 타측으로 연장되어 형성될 수 있다. 이러한 돌기부가 형성된 기판은 도 3 내지 도 5를 참조하면 보다 잘 이해될 것이다.
도 3은 본 발명의 특징에 따라 상면에 복수개의 돌기부가 형성된 기판을 도시한 사시도이다. 도 3과 같이, 본 발명의 일실시형태에서 기판(31)은 그 상면에 복수개의 돌기부(311)가 형성된다. 상기 돌기부(311)는 기판 상면의 일측으로부터 타측까지 연장되어 복수개 형성되며, 동일한 형상으로 나란하게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 돌기부(311)는 활성층에서 생성되는 광 중 기판 측으로 진행되는 광을 다시 상부로 반사시켜 광출사면(도 2의 투명전극층(25)의 상면)에서 소자 외부로 방출되는 광을 증가시키는 역할을 한다. 상면이 평탄한 종래의 기판에서 광은 기판 을 투과하여 기판 하부로 방출되는 반면, 본 발명에서는 돌기부(311)를 형성하여 기판에 입사되는 광의 입사각을 변경시킴으로써 기판을 투과하지 않고 기판 상면에서 상부로 반사시킬 수 있다. 또한, 상면이 평탄한 종래의 기판에서 기판의 상면에 소정의 임계각보다 큰 각도로 입사되는 광이 전반사 되어 소자 내부에 포획되어 소멸되는데 반해, 본 발명에서 채택한 돌기부(311)는 기판에 입사되는 광의 입사각을 변경시킴으로써 기판 상면에서 발생하는 광의 전반사를 방지하고 소자의 광출사면 측으로 광을 반사시킬 수 있게되는 것이다.
본 발명의 발명자들은 기판 상면에 다양한 형상의 돌기부를 형성하여 질화물 반도체 발광소자를 제작하여 기판 상면에서 광의 반사효율을 실험하였다. 그 결과 돌기부의 단면을 직각삼각형으로 형성한 경우 가장 높은 반사효율을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 도 4는 본 발명의 일실시형태에 따른 기판의 돌기부 형상을 설명하기 위한 기판의 확대 단면도이다. 도 4와 같이 기판(41)의 상면에 형성되는 돌기부(411)는 상기 기판(41)과 접촉하는 접촉면(411a)과, 상기 접촉면(411a)에 수직인 수직면(411b)과, 상기 접촉면(411a)과 수직면(411b)을 연결하는 경사면(411c)을 갖는 직각삼각형의 단면을 갖는 것이 바람직하다. 다시 설명하면 상기 돌기부(411)는 직각삼각기둥 형상이며 직각삼각형의 빗변이 상부를 향하도록 기판에 형성된다. 이와 같은 돌기부(411)는 기판 상면의 일측으로부터 타측까지 연장되어 복수개 형성되며, 동일한 형상으로 나란하게 형성된다.
기판의 상면에서 반사되는 광의 반사효율 및 이후 질화물 반도체 소자의 제 조공정에서 기판 상면에 성장되는 질화물 반도체층의 결정성을 감안하여 상기 돌기부(411) 접촉면(411a)의 폭 및 돌기부(411) 수직면(411b)의 높이를 결정한다. 기판의 상면에서 반사되는 광의 반사효율을 최대화시키면서 동시에 성장되는 질화물의 결정성에 영향을 미치지 않기 위해 상기 접촉면(411a)의 폭은 12㎛ 이하이며, 상기 수직면(411b)의 높이는 5000Å 이하인 것이 바람직하다.
한편, 도 5와 같이, 본 발명의 다른 실시형태에서는 기판(51)의 상면에 형성된 돌기부(511)의 경사면(511c)에 적어도 하나의 단차를 형성할 수도 있다. 실제의 에칭공정에서 경사면(511c)을 완벽한 평면으로 형성하는 것이 매우 어려우므로 도 5에 도시된 경사면(511c)과 같이 하나 이상의 단차를 형성하는 것이 공정 상에 잇점이 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 기판(21)의 상면에 형성된 n형 질화물 반도체층(22)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, 대표적인 질화물 반도체 물질로는 GaN, AlGaN, GaInN가 있다. 상기 n형 질화물 반도체층(22)의 도핑에 사용되는 불순물로는 Si, Ge, Se, Te 또는 C 등이 사용될 수 있다. 상기 n형 질화물 반도체층(22)은, 상기 반도체 물질을 유기금속 기상증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition : MOCVD), 분자빔 성장법(Molecular Beam Epitaxy : MBE) 또는 하이드라이드 기상증착법(Hydride Vapor Phase Epitaxy : HVPE)과 같은 공지의 증착공정을 사용하여 상기 기판(21) 상에 성장시킴으로써 형성된다.
상기 활성층(23)은 빛을 발광하기 위한 층으로서, 통상 InGaN층을 우물로 하고, (Al)GaN층을 벽층(barrier layer)으로 하여 성장시켜 다중양자우물구조(MQW)를 형성함으로써 이루어진다. 청색 발광다이오드에서는 InGaN/GaN 등의 다중 양자 우물 구조, 자외선 발광다이오드에서는 GaN/AlGaN, InAlGaN/InAlGaN 및 InGaN/AlGaN 등의 다중 양자 우물 구조가 사용되고 있다. 이러한 활성층의 효율 향상에 대해서는, In 또는 Al의 조성비율을 변화시킴으로써 빛의 파장을 조절하거나, 활성층 내의 양자 우물의 깊이, 활성층의 수, 두께 등을 변화시킴으로써 발광다이오드의 내부 양자 효율을 향상시키고 있다. 상기 활성층(23)은 상기 n형 질화물 반도체층(22)과 같이 유기금속 기상증착법, 분자빔 성장법 또는 하이드라이드 기상증착법과 같은 공지의 증착공정을 사용하여 상기 n형 질화물 반도체층(22) 상에 형성될 수 있다.
상기 p형 질화물 반도체층(24)은 상기 n형 질화물 반도체층(22)과 마찬가지로, AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 p 도핑된 반도체 물질로 이루어질 수 있으며, 대표적인 질화물 반도체 물질로는 GaN, AlGaN, GaInN가 있다. 상기 p형 질화물 반도체층(24)의 도핑에 사용되는 불순물로는 Mg, Zn 또는 Be 등이 있다. 상기 p형 질화물 반도체층(24)은, 상기 반도체 물질을 유기금속 기상증착법, 분자빔 성장법 또는 하이드라이드 기상증착법과 같은 공지의 증착공정을 사용하여 상기 활성층(23) 상에 성장시킴으로써 형성된다.
상기 전극(25, 26a, 26b)은 상기 p형 질화물 반도체층(24)의 상면의 거의 전 영역에 형성되는 투명전극층(25)과 상기 n형 질화물 반도체층(26a)의 상면에 형성되는 n측 본딩전극(26a)과 상기 투명전극층(25) 상면에 형성되는 p측 본딩전극(26b)을 포함한다.
상기 투명전극층(25)은 비교적 높은 에너지밴드갭을 갖는 p형 질화물 반도체층(24)과의 접촉저항을 낮추는데 적절하면서 동시에 상기 활성층(23)에서 생성되는 광이 상부로 방출되기 위해 양호한 투광성을 갖는 물질로 형성될 것이 요구된다. 일반적으로 상기 투명전극층(25)은 Ni/Au의 이중층 구조를 주로 사용하며, 접촉저항은 비교적 높으나 양호한 투광성을 확보하기 위해 산화인듐주석(ITO), 산화카드뮴주석(CTO) 또는 질화티탄텅스텐(TiWN)으로 재료로 사용할 수 있다. 상기 투명전극층(25)은 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition : CVD) 및 전자빔 증발법(E-beam evaporator)과 같은 공지의 증착방법 또는 스퍼터링(sputtering) 등의 공정에 의해 형성될 수 있으며, 오믹콘택의 특성을 향상시키기 위해서 약 400 내지 900℃의 온도에서 열처리될 수 있다.
상기 n측 본딩전극(26a)은 상기 n형 질화물 반도체층(22) 상에 Ti, Cr, Al, Cu 및 Au로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 단일층 또는 복수층으로 형성될 수 있다. 상기 n측 본딩전극(26a)은 화학기상증착법 및 전자빔 증발법과 같은 공지의 증착방법 또는 스퍼터링 등의 공정에 의해 상기 n형 질화물 반도체층(22) 상에 형성될 수 있다.
상기 p측 본딩전극(26b)은 상기 투명전극층(25) 상에 형성된다. 상기 p측 본딩전극(26b)은 와이어 본딩을 통해 리드 상에 탑재될 최외곽 전극층으로서, 일반적으로 Au 또는 Au를 함유한 합금을 재료로 하여 화학기상증착법 및 전자빔 증발법과 같은 공지의 증착방법 또는 스퍼터링 등의 공정에 의해 형성될 수 있다.
본 발명자들은 이상과 같이 구성된 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자와 종래의 질화물 반도체 발광소자의 여러 가지 특성을 비교하기 위한 실험을 진행하였고, 그 결과가 도 6 내지 도 7에 도시된다.
도 6a는 질화물 반도체 발광소자의 주입전류의 변화에 따른 광출력의 크기를 비교한 그래프이다. 도 6a에 나타난 바와 같이, 동일한 전류가 주입되는 경우 기판 상면에 돌기부를 형성한 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자의 광출력(61a)이 종래의 질화물 반도체 발광소자의 광출력(61b)에 비해 현저하게 향상되었음을 알 수 있었다.
도 6b는 질화물 반도체 발광소자의 EL(ElectroLuminescence) 스펙트럼을 비 교한 그래프이다. 도 6b에 나타난 바와 같이, 20mA의 전류가 각 소자에 주입되는 경우 본 발명의 질화물 반도체 발광소자의 EL 강도(62a)와 종래의 질화물 반도체 발광소자의 EL 강도(62b)는 거의 유사하였으나, 100mA의 전류가 각 소자에 주입되는 경우 본 발명의 질화물 반도체 발광소자의 EL 강도(63)는 종래의 질화물 반도체 발광소자의 EL 강도(63b)에 비해 10배 이상 향상되었음을 알 수 있었다.
도 6a 및 도 6b에 나타난 실험결과를 통해 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자는 상면에 돌기부가 형성된 기판을 채택함으로써 소자 외부로 출력되는 광이 증가하여 휘도 특성을 개선되었음을 알 수 있었다.
도 7a 내지 도 7c는 각각 종래의 평탄한 상면을 갖는 기판에 성장된 GaN층과 본 발명에 따른 돌기부가 형성된 상면을 갖는 기판에 성장된 GaN층에 대한 X-선 분석 실험 결과를 도시한 그래프이다. 도 7a와 같이, 종래의 평탄한 상면을 갖는 기판 상에 성장된 GaN층에 대한 X-선 분석실험에서는 곡선의 반폭치(FWHM)가 269.6 arcsec.이었다. 반면 도 7b에 나타난 바와 같이, 약 800Å 높이의 돌기부를 형성한 기판 상에 성장된 GaN층에 대한 X-선 분석실험에서는 곡선의 반폭치가, 돌기부가 형성된 방향(0°)에서는 226 arcsec.이었고 돌기부가 형성된 방향에 수직 방향(90°)에서는 228 arcsec.이었다. 또한, 도 7c에 나타난 바와 같이, 약 2000Å 높이의 돌기부를 형성한 기판 상에 성장된 GaN층에 대한 X-선 분석실험에서는 곡선의 반폭치가, 돌기부가 형성된 방향(0°)에서는 254 arcsec.이었고 돌기부가 형성된 방향에 수직 방향(90°)에서는 260 arcsec.이었다.
이와 같이, 돌기부를 형성한 기판에 성장된 GaN층에서 보다 작은 반폭치를 나타내는 결과를 나타내었고, 이러한 결과는 돌기부를 형성한 기판에 성장된 GaN층이 보다 결정성이 우수하나는 것을 나타낸다. 일반적으로 사파이어 기판과 그 위에 성장되는 GaN층은 격자상수 차에 따른 스트레스에 의해 성장되는 GaN층의 결정성이 저하되는 문제가 있다. 이상과 같은 실험 결과는 기판 상에 돌기부를 형성함으로써 돌기부의 각 위치별로 상이한 스트레스를 발생시켜 기판과 GaN층 사이이의 스트레스를 억제하기 때문인 것으로 판단된다.
이상의 실험에서 알 수 있듯이 본 발명에 의해 기판의 상면에 돌기부를 형성함으로써 질화물 반도체 발광소자의 휘도특성을 개선할 수 있고, 더불어 기판 상에 성장되는 질화물 반도체층의 결정성 향상도 도모할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
전술한 바와 같은 본 발명의 질화물 반도체 발광소자에 따르면, 질화물 반도체 물질을 성장시키기 위한 기판의 상면에 복수개의 돌기부를 형성함으로써, 기판 측으로 전파되는 광을 기판 상면에서 광출사면 쪽으로 반사시켜 발광소자 외부로 방출되는 광을 증가시키고 휘도를 증가시키는 효과가 있다.
아울러, 기판의 상면에 복수개의 돌기부를 형성함으로써 돌기부의 위치별로 서로 다른 스트레스를 갖게 하여 기판과 질화물 반도체층 사이의 스트레스를 억제하고, 이로 인해 보다 우수한 결정성을 갖는 질화물 반도체층을 성장시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 상면의 일측으로부터 타측까지 연장된 복수개의 돌기부가 상면에 형성된 기판 - 상기 돌기부는 상기 기판과 접촉하는 접촉면과, 상기 접촉면에 수직인 수직면과, 상기 접촉면과 수직면을 연결하는 경사면을 포함하여 그 단면이 직각삼각형임;
    상기 기판 상면에 형성된 n형 질화물 반도체층;
    상기 n형 질화물 반도체층 상에 형성된 활성층;
    상기 활성층 상에 형성된 p형 질화물 반도체층; 및
    상기 n형 질화물 반도체층과 p형 질화물 반도체층 상에 각각 형성된 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 접촉면의 폭은 12㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수직면의 높이는 5000Å 이하인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 경사면은 적어도 하나의 단차가 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  6. 제1항, 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수개의 돌기부는 동일한 형상으로 나란하게 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
KR1020040049329A 2004-06-29 2004-06-29 돌기부가 형성된 기판을 구비한 질화물 반도체 발광소자 KR100586973B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040049329A KR100586973B1 (ko) 2004-06-29 2004-06-29 돌기부가 형성된 기판을 구비한 질화물 반도체 발광소자

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040049329A KR100586973B1 (ko) 2004-06-29 2004-06-29 돌기부가 형성된 기판을 구비한 질화물 반도체 발광소자

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060000464A KR20060000464A (ko) 2006-01-06
KR100586973B1 true KR100586973B1 (ko) 2006-06-08

Family

ID=37103754

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040049329A KR100586973B1 (ko) 2004-06-29 2004-06-29 돌기부가 형성된 기판을 구비한 질화물 반도체 발광소자

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100586973B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101371819B1 (ko) * 2007-11-08 2014-03-07 엘지이노텍 주식회사 반도체 발광소자 및 그 제조방법

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100649494B1 (ko) * 2004-08-17 2006-11-24 삼성전기주식회사 레이저를 이용하여 발광 다이오드 기판을 표면 처리하는발광 다이오드 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 발광다이오드
KR100780233B1 (ko) * 2006-05-15 2007-11-27 삼성전기주식회사 다중 패턴 구조를 지닌 반도체 발광 소자
KR101283282B1 (ko) 2007-07-25 2013-07-11 엘지이노텍 주식회사 발광 소자 패키지 및 그 제조방법
KR100896469B1 (ko) * 2007-10-22 2009-05-07 주식회사 에피밸리 3족 질화물 반도체 발광소자
KR101383357B1 (ko) 2007-08-27 2014-04-10 엘지이노텍 주식회사 발광 소자 패키지 및 그 제조방법
KR100882240B1 (ko) * 2008-09-11 2009-02-25 (주)플러스텍 질화물 반도체 발광소자 및 제조방법
DE112009004687B4 (de) 2009-04-24 2019-03-21 Hexasolution Co., Ltd. Verfahren zur Substratherstellung, bei dem Oxidkügelchen-Muster ausgebildet werden
US8936828B2 (en) 2009-04-29 2015-01-20 Snu R&Db Foundation Method of fabricating substrate where patterns are formed

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003197963A (ja) * 2001-12-27 2003-07-11 Toyoda Gosei Co Ltd Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子用の基板の製造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003197963A (ja) * 2001-12-27 2003-07-11 Toyoda Gosei Co Ltd Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子用の基板の製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
15197963

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101371819B1 (ko) * 2007-11-08 2014-03-07 엘지이노텍 주식회사 반도체 발광소자 및 그 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20060000464A (ko) 2006-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100631840B1 (ko) 플립칩용 질화물 반도체 발광소자
US6649942B2 (en) Nitride-based semiconductor light-emitting device
KR100897490B1 (ko) 반도체 발광 소자 및 반도체 발광 소자의 제조 방법
US8093606B2 (en) Nitride semiconductor light emitting device
US9105762B2 (en) Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof
CN102822996B (zh) 半导体发光器件
US7601621B2 (en) Method of forming surface irregularities and method of manufacturing gallium nitride-based light emitting diode
US20130134475A1 (en) Semiconductor light emitting device
JP2011060917A (ja) 半導体発光素子
KR100616591B1 (ko) 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR20120055391A (ko) 나노로드 발광소자
US20100224897A1 (en) Semiconductor optoelectronic device and method for forming the same
KR100586973B1 (ko) 돌기부가 형성된 기판을 구비한 질화물 반도체 발광소자
US8928006B2 (en) Substrate structure, method of forming the substrate structure and chip comprising the substrate structure
KR101747349B1 (ko) 반도체 발광소자
KR20090076163A (ko) 질화물 반도체 발광소자 제조방법 및 이에 의해 제조된질화물 반도체 발광소자
KR100721158B1 (ko) 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR20190133417A (ko) 발광 소자 및 이의 제조 방법
TWI437731B (zh) 一種具有提升光取出率之半導體光電元件及其製造方法
KR20110093006A (ko) 질화물 반도체 발광소자
KR100631842B1 (ko) 질화물 반도체 발광소자
KR20110117963A (ko) 질화물 반도체 발광 소자 및 그 제조방법
JP4229625B2 (ja) 窒化物半導体層とそれを含む窒化物半導体素子
KR20140035762A (ko) 고휘도 질화물 발광소자 및 그 제조 방법
US11894487B2 (en) Light emitting device

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120329

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130430

Year of fee payment: 8

LAPS Lapse due to unpaid annual fee