KR100631126B1 - 질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본딩 메탈(bonding metal) 상에 형성되는 절연층의 탈락 현상을 방지함으로써, 질화물계 반도체 발광소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이를 위한 본 발명에 의한 질화물계 반도체 발광소자는, 기판; 상기 기판 상에 형성된 n형 질화물 반도체층; 상기 n형 질화물 반도체층의 소정 영역 상에 차례로 형성된 활성층 및 p형 질화물 반도체층; 상기 p형 질화물 반도체층 및 상기 n형 질화물 반도체층 상에 각각 형성된 p형 전극 및 n형 전극; 상기 p형 전극 및 n형 전극 상에 각각 형성된 제 1 본딩 메탈 및 제 2 본딩 메탈; 상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈을 포함한 전체 구조 상에 형성되되, 상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈 상면의 중앙부를 노출시키는 절연층; 및 상기 절연층과 상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈의 접촉 계면에 형성된 접착층을 포함한다.

발광소자, 본딩 메탈, 절연층, 접착력

Description

질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법{Nitride semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same}

도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 구조를 나타내는 단면도.

도 3 및 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 구조를 나타내는 단면도.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.

도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 다른 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.

도 7 및 도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 구조를 나타내는 단면도.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.

도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 다른 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

200: 질화물계 반도체 발광소자 201: 사파이어 기판

202: 버퍼층 203: n형 질화물 반도체층

204: 활성층 205: p형 질화물 반도체층

206: 투명 전극 207: p형 전극

208: n형 전극 209: 제 1 본딩 메탈

210: 제 2 본딩 메탈 211: 접착층

212: 절연층

본 발명은 질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히, 외부 단자와 연결되는 본딩면을 제외한 본딩 메탈 상에 형성되는 절연층의 탈락 현상을 방지함으로써, 소자의 신뢰성을 향상시키도록 하는 질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 발광다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전자와 홀의 재결합이라는 화합물 반도체의 특성을 이용해 전기 신호를 적외선, 가시광선 또는 빛의 형태로 변환시켜 신호를 보내고 받는데 사용되는 반도체 소자이다.

이러한 발광다이오드는, 보통, 가정용 가전제품, 리모콘, 전광판, 표시기, 각종 자동화기기, 광통신 등에 사용되며, 크게 IRED(Infrared Emitting Diode)와 VLED(Visible Light Emitting Diode)로 나뉘어진다.

발광다이오드에 있어서, 발광되는 광의 주파수(혹은 파장)는 반도체 소자에 사용되는 재료의 밴드 갭 함수로서, 작은 밴드 갭을 갖는 반도체 재료를 사용하는 경우 낮은 에너지와 긴 파장의 광자가 발생되고, 넓은 밴드 갭을 갖는 반도체 재료를 사용하는 경우 짧은 파장의 광자가 발생된다. 따라서, 발광하고자 하는 빛의 종류에 따라서 소자의 반도체 재료가 선택된다.

예를 들어, 적색 발광다이오드의 경우 AlGaInP 물질을 사용하고, 청색 발광다이오드의 경우 실리콘 카바이드(SiC)와 Ⅲ족 질화물계 반도체, 특히, 갈륨 나이트라이드(GaN)를 사용한다. 근래 청색 발광다이오드로 사용되는 질화물계 반도체로는 (Al_xIn_1-x)_yGa_1-yN 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 물질이 널리 사용되고 있다.

그 중에서, 갈륨계 발광다이오드는 GaN의 벌크 단결정체를 형성할 수 없기 때문에, GaN 결정의 성장에 적합한 기판을 사용하여야 하며, 대표적으로 사파이어가 사용되고 있다.

도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 구조를 나타내는 단면도이다.

먼저, 도 1에 도시한 바와 같이, 종래기술에 따른 질화물계 반도체 발광소자(100)는, 사파이어 기판(101)과, 상기 사파이어 기판(101) 상에 순차적으로 형성 된 버퍼층(102), n형 질화물 반도체층(103), 다중양자 우물형 구조(Multi Quantum Well)인 GaN/InGaN 활성층(104) 및 p형 질화물 반도체층(105)을 포함하며, 상기 p형 질화물 반도체층(105)과 GaN/InGaN 활성층(104)은 메사 식각(mesa etching) 공정에 의하여 그 일부영역이 제거되는 바, n형 질화물 반도체층(103)의 일부상면을 노출한 구조를 갖는다.

상기 메사 식각 공정에 의해 식각되지 않은 p형 질화물 반도체층(105) 상에는, p형 전극(107) 및 제 1 본딩 메탈(109)이 차례로 형성되어 있고, 상기 식각 공정을 통해 노출된 n형 질화물 반도체층(103) 상에는, n형 전극(108) 및 제 2 본딩 메탈(110)이 차례로 형성되어 있다. 상기 p형 전극(107), n형 전극(108), 제 1 및 제 2 본딩 메탈(109, 110)은 Cr/Au 등과 같은 금속 물질로 이루어지며, 특히, 상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈(109, 110)의 최외각층은, 외부 단자와의 와이어 본딩(wire bonding)을 위해 Au로 이루어진다.

여기서, 상기 p형 질화물 반도체층(105)의 상면에 상기 p형 전극(107)이 형성되기 전에, 전류 주입 면적을 증가시키면서 발생되는 광의 휘도에 나쁜 영향을 주지 않기 위해 투명 전극(transparent electrode : 106)이 형성될 수도 있다.

그리고, 상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈(109, 110)을 포함한 전체 구조 상부에는, 상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈(109, 110) 상면의 중앙부, 즉 외부 단자와 연결될 본딩면을 노출시키는 절연층(111)이 형성된다. 상기 절연층(111)은 일반적으로 SiO₂와 같은 절연체로 이루어진다.

그러나, 전술한 종래의 질화물계 반도체 발광소자에 있어서는, 일반적으로, 제 1 및 제 2 본딩 메탈(109, 110)의 최외각층이 Au로 이루어지는데, 상기 Au는 상기 절연층(111) 물질인 SiO₂와의 접착력이 좋지 않아, 본딩 메탈(109, 110) 상에 형성되는 절연층(111) 부분이 탈락되는 문제점이 있었다.

이에 따라, 도 2에 도시한 바와 같이, 절연층(111)을 본딩 메탈(109, 110) 상에 형성하지 않고, p형 및 n형 전극(107, 108)의 측면까지만 덮도록 형성하였으나, 이와 같이 하면, 본딩면을 제외한 영역의 본딩 메탈(109, 110)을 전기적인 쇼트 현상 없이 확실하게 절연시키지 못하는 문제점이 있다. 따라서, 질화물계 반도체 발광소자의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 본딩 메탈 상에 형성되는 절연층의 탈락 현상을 방지함으로써, 본딩면을 제외한 영역의 본딩 메탈을 전기적인 쇼트 현상 없이 안전하게 절연시켜, 질화물계 반도체 발광소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 질화물계 반도체 발광소자는,

기판;

상기 기판 상에 형성된 n형 질화물 반도체층;

상기 n형 질화물 반도체층의 소정 영역 상에 차례로 형성된 활성층 및 p형 질화물 반도체층;

상기 p형 질화물 반도체층 및 상기 n형 질화물 반도체층 상에 각각 형성된 p형 전극 및 n형 전극;

상기 p형 전극 및 n형 전극 상에 각각 형성된 제 1 본딩 메탈 및 제 2 본딩 메탈;

상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈을 포함한 전체 구조 상에 형성되되, 상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈 상면의 중앙부를 노출시키는 절연층; 및

상기 절연층과 상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈의 접촉 계면에 형성된 접착층을 포함한다.

여기서, 상기 접착층은, 상기 절연층과 상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈을 포함한 전체 구조의 접촉 계면에 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 다른 질화물계 반도체 발광소자는,

n형 전극;

상기 n형 전극 하면에 순차적으로 형성된 n형 질화물 반도체층, 활성층 및 p형 질화물 반도체층;

상기 p형 질화물 반도체층 하면에 순차적으로 형성된 p형 전극, 제 1 본딩 메탈 및 도전성 기판;

상기 n형 전극 상에 형성된 제 2 본딩 메탈;

상기 n형 전극 및 상기 제 2 본딩 메탈을 포함한 상기 n형 질화물 반도체층 상에 형성되되, 상기 제 2 본딩 메탈 상면의 중앙부를 노출시키는 절연층; 및

상기 절연층과 상기 제 2 본딩 메탈의 접촉 계면에 형성된 접착층을 포함한다.

여기서, 상기 접착층은, 상기 절연층과 상기 제 2 본딩 메탈을 포함한 상기 n형 질화물 반도체층의 접촉 계면에 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 접착층은 Al, Ni, Mo, Ti, Cr, Si, Fe, Co, Cu, Zn 및 이들의 화합물로 구성된 층으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 한 층으로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 접착층은 Al, Ni, Mo, Ti, Cr, Si, Fe, Co, Cu, Zn 및 이들의 화합물로 구성된 층으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 두 층으로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 접착층의 두께는 5 내지 3,000 Å인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법은,

기판 상에 n형 질화물 반도체층, 활성층, 및 p형 질화물 반도체층을 차례로 형성하는 단계;

상기 p형 질화물 반도체층, 활성층 및 n형 질화물 반도체층의 일부를 메사 식각하여 상기 n형 질화물 반도체층의 일부를 드러내는 단계;

상기 p형 질화물 반도체층 및 상기 n형 질화물 반도체층 상에 각각 p형 전극 및 n형 전극을 형성하는 단계;

상기 p형 전극 및 n형 전극 상에 각각 제 1 본딩 메탈 및 제 2 본딩 메탈을 형성하는 단계; 및

상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈을 포함한 전체 구조 상에, 상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈 상면의 중앙부를 노출시키는 접착층 및 절연층을 차례로 형성하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈 상면의 중앙부를 노출시키는 접착층 및 절연층을 차례로 형성하는 단계는,

상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈을 포함한 전체 구조 상에 접착층을 형성하는 단계;

상기 접착층 상에 절연층을 형성하는 단계; 및

상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈 상면의 중앙부와 대응되는 상기 절연층 및 접착층 부분을 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈 상면의 중앙부를 노출시키는 접착층 및 절연층을 차례로 형성하는 단계는,

상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈을 포함한 전체 구조 상에 접착층을 형성하는 단계;

상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈 상면의 중앙부, 및 상기 p형 전극 및 n형 전극을 포함한 상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈의 측면을 제외한 나머지 영역과 대응되는 접착층 부분을 선택적으로 제거하는 단계;

그로부터 얻어지는 결과물 상에 절연층을 형성하는 단계; 및

상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈 상면의 중앙부와 대응되는 상기 절연층 부분을 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 다른 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법은,

사파이어 기판 상에 n형 질화물 반도체층, 활성층 및 p형 질화물 반도체층을 차례로 형성하는 단계;

상기 p형 질화물 반도체층 상에 p형 전극 및 제 1 본딩 메탈을 차례로 형성하는 단계;

상기 제 1 본딩 메탈 상에 도전성 기판을 접합하는 단계;

상기 사파이어 기판을 LLO 공정으로 제거하는 단계;

상기 사파이어 기판이 제거된 상기 n형 질화물 반도체층 상에 n형 전극 및 제 2 본딩 메탈을 차례로 형성하는 단계; 및

상기 n형 전극 및 상기 제 2 본딩 메탈을 포함한 상기 n형 질화물 반도체층 상에, 상기 제 2 본딩 메탈 상면의 중앙부를 노출시키는 접착층 및 절연층을 차례 로 형성하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 제 2 본딩 메탈 상면의 중앙부를 노출시키는 접착층 및 절연층을 차례로 형성하는 단계는,

상기 n형 전극 및 상기 제 2 본딩 메탈을 포함한 상기 n형 질화물 반도체층 상에 접착층을 형성하는 단계;

상기 접착층 상에 절연층을 형성하는 단계; 및

상기 제 2 본딩 메탈 상면의 중앙부와 대응되는 상기 절연층 및 접착층 부분을 선택적으로 제거하는 단계를 포함한다.

그리고, 상기 제 2 본딩 메탈 상면의 중앙부를 노출시키는 접착층 및 절연층을 차례로 형성하는 단계는,

상기 n형 전극 및 상기 제 2 본딩 메탈을 포함한 상기 n형 질화물 반도체층 상부에 접착층을 형성하는 단계;

상기 제 2 본딩 메탈 상면의 중앙부, 및 상기 n형 전극을 포함한 상기 제 2 본딩 메탈의 측면을 제외한 나머지 영역과 대응되는 접착층 부분을 선택적으로 제거하는 단계;

그로부터 얻어지는 결과물 상에 절연층을 형성하는 단계; 및

상기 제 2 본딩 메탈 상면의 중앙부와 대응되는 상기 절연층 부분을 선택적으로 제거하는 단계;를 포함한다.

또한, 상기 접착층은 Al, Ni, Mo, Ti, Cr, Si, Fe, Co, Cu, Zn 및 이들의 화합물로 구성된 층으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 한 층으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 접착층은 Al, Ni, Mo, Ti, Cr, Si, Fe, Co, Cu, Zn 및 이들의 화합물로 구성된 층으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 두 층으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 접착층은 5 내지 3,000 Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

< 제 1 실시예 >

질화물계 반도체 발광소자의 구조

도 3 및 도 4를 참고하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자에 대하여 상세히 설명한다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 구조를 나타내는 단면도로서, 수평 구조형 질화물계 반도체 발광소자의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자(200)는, 사파이어 기판(201)과, 상기 사파이어 기판(201) 상에 순차적으 로 형성된 버퍼층(202), n형 질화물 반도체층(203), 활성층(204) 및 p형 질화물 반도체층(205)을 포함하며, 상기 p형 질화물 반도체층(205)과 활성층(204)은 메사 식각 공정에 의하여 그 일부영역이 제거되는 바, n형 질화물 반도체층(203)의 일부상면을 노출한 구조를 갖는다.

여기서, 상기 버퍼층(202)은 상기 사파이어 기판(201)과 n형 질화물 반도체층(203)간의 격자정합을 향상시키기 위해 기판(201) 상에 성장된다. 이러한 버퍼층(202)은 일반적으로, GaN, AlN 및 InGaN 등을 이용하여, 약 500∼600℃의 온도에서 수십∼수백 Å의 두께로 성장된다.

그리고, 상기 n형 및 p형 질화물 반도체층(203, 205)과 활성층(204)은, Al_xIn_yGa_(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 물질일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 n형 질화물 반도체층(203)은 n형 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 이루어 질 수 있고, 상기 활성층(204)은 다중양자 우물형 구조의 언도프 InGaN층으로 이루어질 수 있으며, 상기 p형 질화물 반도체층(205)은 p형 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 이루어 질 수 있다. 일반적인 구성에 따라, 반도체 결정층인 상기 n형 및 p형 질화물 반도체층(203, 205) 및 상기 활성층(204)은, 유기금속 화학기상증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition: MOCVD) 설비를 이용한 에피택셜(epitaxial) 성장법 등으로 형성될 수 있다. 이때, 상기 n형 질화물 반도체층(203)은 약 900∼1,100℃의 온도에서 수 ㎛의 두께로 성장되고, 상기 활성층(204)은 약 700∼900℃의 온도에서 1,000 Å 정도의 두께로 성장된다. 또한, 상기 p형 질화물 반도체층(205)은 상기 활성층(204)에 손상을 주지 않기 위해 보통 수천 Å의 두께로 성장된다.

상기 메사 식각 공정에 의해 식각되지 않은 p형 질화물 반도체층(205) 상에는 투명 전극(206) 및 p형 전극(207)이 형성되어 있고, 상기 식각 공정을 통해 노출된 n형 질화물 반도체층(203) 상에는 n형 전극(208)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 p형 전극(207) 상에는 제 1 본딩 메탈(209)이 형성되어 있으며, 상기 n형 전극(208) 상에는 제 2 본딩 메탈(210)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 투명 전극(206)은 전류 주입 면적을 증가시키면서 발생되는 광의 휘도에 나쁜 영향을 주지 않기 위해 형성되며, 주로 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어진다. 또한, 상기 p형 전극(207), n형 전극(208), 제 1 및 제 2 본딩 메탈(209, 210)은 Cr/Au 등과 같은 금속 물질로 이루어지며, 특히 상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈(209, 210)의 최외각층은, 외부 단자와의 와이어 본딩을 위해 Au로 이루어진다.

그리고, 상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈(209, 210)을 포함한 전체 구조 상에는, 상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈(209, 210) 상면의 중앙부, 즉 외부 단자와 연결될 본딩면을 노출시키는 절연층(212)이 형성되어 있다. 상기 절연층(212)은 SiO₂와 같은 절연체로 이루어진다.

여기서, 본 발명에서는, 상기 본딩면을 노출시키고 있는 절연층(212)과 상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈(209, 210)의 접촉 계면에, 접착층(211)이 추가적으로 형성되어 있다. 상기 접착층(211)은 상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈(209, 210)의 최외각 층 물질인 Au와 상기 절연층(212) 물질인 SiO₂와의 접착력이 좋은 물질로 이루어짐으로써, 상기 절연층(212)이 제 1 및 제 2 본딩 메탈(209, 210)로부터 탈락되는 것을 방지한다. 이에 따라, 본딩면을 제외한 영역의 본딩 메탈(209, 210)을 전기적인 쇼트 현상 없이 안정적으로 절연시킬 수 있게 된다.

이때, 상기 접착층(211)은, 상기한 바와 같이, 본딩면을 노출시키고 있는 절연층(212)과 상기 본딩 메탈(209, 210)의 접촉 계면 뿐만 아니라, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 본딩면을 노출시키고 있는 절연층(212)과 상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈(209, 210)을 포함한 전체 구조의 접촉 계면에까지 형성되어도 무방하다.

한편, 아래의 표 1은 여러 가지 재료의 Au 및 SiO₂와의 접착력을 나타내는 일람표이다.

상기 접착층(211)은, 상술한 바와 같이, Au는 물론 SiO₂와의 접착력이 좋은 재료로 형성될 수 있으며, 그 대표적인 재료들이 표 1에 나타나 있다. 이때, 표 1에 나타낸 여러 가지 재료들 중에서, Ni, Mo, Ti 및 Cr은, Au 및 SiO₂와의 접착력이 매우 좋고, Al의 경우, Au 및 SiO₂와의 접착력이 상기 Ni, Mo, Ti 및 Cr 보다는 다소 떨어지지만, 접착층(211)의 재료로서 사용될 수 있다는 평가를 얻었다. 따라서, 이러한 재료들은 상기 접착층(211)으로 사용되기에 매우 적합함을 알 수 있다. 그러나 표 1에 나타낸 재료들 중에서, Pt 및 Pd의 경우, Au와의 접착력은 매우 좋지만 SiO₂와의 접착력이 좋지 않으므로, 상기 접착층(211)으로 사용되기에 다소 어려움이 따를 것으로 판단된다.

여기서, 표 1에 나타내지는 않았으나, 상기 Al, Ni, Mo, Ti 및 Cr 이외에도, Si, Fe, Co, Cu, Zn 및 이들의 화합물 등이 상기 접착층(211)으로 사용 가능하다. 이때, 상기 접착층(211)은 상기 Al, Ni, Mo, Ti, Cr, Si, Fe, Co, Cu, Zn 및 이들의 화합물로 구성된 층으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 한 층으로 형성되거나, 또는, 그 접착 효과를 더욱 높이기 위해서 상기한 바와 같은 층으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 두 층으로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 접착층(211)은 Al층 한 층으로 형성될 수도 있고, 또는 Fe층 및 Al층이 차례로 적층되어 형성될 수도 있다.

이때, 상기 접착층(211)의 두께가 3,000 Å을 초과하여 너무 두꺼워질 경우, 공정상 비용이 증가되거나 접착층(211)이 탈락될 염려가 있으므로, 상기 접착층(211)은 5 내지 3,000 Å 정도의 두께를 갖도록 함이 바람직하다.

질화물계 반도체 발광소자의 제조방법

이하에서는, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이고, 도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 다른 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.

먼저, 도 5a에 도시한 바와 같이, 사파이어 기판(201) 상에 버퍼층(202), n형 질화물 반도체층(203), 활성층(204), p형 질화물 반도체층(205) 및 투명 전극(206)을 차례로 형성한다.

여기서, 상기 버퍼층(202)은, 상술한 바와 같이 상기 사파이어 기판(201)과 n형 질화물 반도체층(203)간의 격자정합을 향상시키기 위해 형성되는 층으로서, GaN, AlN 및 InGaN 등을 이용하여 약 500∼600℃의 온도에서 수십∼수백 Å의 두께로 형성된다. 또한, 상기 n형 질화물 반도체층(203), 활성층(204) 및 p형 질화물 반도체층(205)은, Al_xIn_yGa_(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 물질일 수 있으며, MOCVD 설비를 이용한 에피택셜 성장법 등으로 형성될 수 있다. 이때, 상기 n형 질화물 반도체층(203)은 약 900∼1,100℃의 온도에서 수 ㎛의 두께로 형성하고, 상기 활성층(204)은 약 700∼900℃의 온도에서 1,000 Å 정도의 두께로 형성하며, 상기 p형 질화물 반도체층(205)은 수천 Å의 두께로 형성함이 바람직하다.

다음으로, 도 5b에 도시한 바와 같이, 상기 투명 전극(206), p형 질화물 반도체층(205), 활성층(204) 및 n형 질화물 반도체층(203)의 일부를 메사 식각하여, 상기 n형 질화물 반도체층(203)의 일부 영역이 노출되도록 한다. 한편, 전류 주입 면적을 증가시키면서 발생되는 광의 휘도에 나쁜 영향을 주지 않기 위해 형성되는 상기 투명 전극(206)은, 전술한 바와 같이 메사 식각 공정을 수행하기 전에 형성될 수도 있지만, 상기 메사 식각 공정을 수행한 다음에, 상기 식각 공정에 의해 식각되지 않은 p형 질화물 반도체층(205) 상에 형성될 수도 있다.

그 다음에, 도 5c에 도시한 바와 같이, 상기 투명 전극(206) 및 상기 메사 식각에 의해 드러난 n형 질화물 반도체층 상에 각각 p형 전극(207) 및 n형 전극(208)을 형성한다. 그리고, 상기 p형 전극(207) 및 n형 전극(208) 상에 각각 제 1 본딩 메탈(209) 및 제 2 본딩 메탈(210)을 형성한다. 상기 p형 전극(207), n형 전극(208), 제 1 및 제 2 본딩 메탈(209, 210)은 Cr/Au 등의 금속 물질로 형성되며, 특히, 상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈(209, 210)의 최외각층은, 외부 단자와의 와이어 본딩을 위해 Au로 형성된다.

그런 다음, 도 5d에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈(209, 210)을 포함한 전체 구조 상에, 상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈(209, 210) 상면의 중앙부, 즉 외부 단자와 와이어 본딩될 본딩면을 노출시키는 접착층(211) 및 절연층(212)을 차례로 형성한다. 즉, 전체 구조 상에 상기 접착층(211) 및 SiO₂ 재질의 절연층(212)을 차례로 형성한 후, 상기 본딩면과 대응되는 절연층(212) 및 접착층(211) 부분을 선택적으로 제거한다. 여기서, 상기 접착층(211)은, 상기 본딩 메탈(209, 210)의 최외각층 물질인 Au와 상기 절연층(212) 물질인 SiO₂와의 접착력이 좋은 재료를 이용하여 형성하며, 예컨대, Al, Ni, Mo, Ti, Cr, Si, Fe, Co, Cu, Zn 및 이들의 화합물로 구성된 층으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 한 층으로 형성하거나, 또는, 상기한 바와 같은 층으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 두 층으로 형성함이 바람직하다. 또한, 상기 접착층(211)은 5 내지 3,000 Å의 두께로 형성함이 바람직하다.

이와 같이, 본 발명은 상기 본딩면을 노출시키고 있는 절연층(212)의 하부에 상기와 같은 접착층(211)을 형성함으로써, 상기 절연층(212)과 본딩 메탈(209, 210)간의 밀착력을 향상시킬 수 있다.

한편, 상기 접착층(211)을, 상기 본딩면을 노출시키고 있는 절연층(212)의 하부 전체에 걸쳐 연속적으로 형성하는 대신에, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 본딩면을 노출시키고 있는 절연층(212)과 상기 p형 전극(207) 및 n형 전극을 포함한 상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈(209, 210)의 접촉 계면에만 형성할 수도 있다. 이럴 경우에는, 상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈(209, 210)을 포함한 전체 구조 상부에 접착층(211)을 형성한 다음, 상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈(209, 210) 상면의 중앙부, 및 상기 p형 전극(207) 및 n형 전극(208)을 포함한 제 1 및 제 2 본딩 메탈(209, 210)의 측면을 제외한 나머지 영역과 대응되는 접착층(211) 부분을 선택적으로 제거한다. 이어서, 그로부터 얻어지는 결과물 상에 절연층(212)을 형성한 후, 상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈(209, 210) 상면의 중앙부와 대응되는 상기 절연층(212) 부분을 선택적으로 제거한다.

< 제 2 실시예 >

질화물계 반도체 발광소자의 구조

도 7 및 도 8을 참고하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자에 대하여 상세히 설명한다.

도 7 및 도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의구조를 나타내는 단면도로서, 수직 구조형 질화물계 반도체 발광소자의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자(300)는, n형 전극(307)과, 상기 n형 전극(307) 하면에 순차적으로 형성된 n형 질화물 반도체층(306), 활성층(305) 및 p형 질화물 반도체층(304)을 포함한다. 여기서, 상기 n형 또는 p형 질화물 반도체층(306, 304)은 각 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층일 수 있으며, 상기 활성층(305)은 InGaN/GaN층으로 구성된 다중양자 우물형 구조일 수 있다.

상기 p형 질화물 반도체층(304) 하면에는 p형 전극(303) 및 제 1 본딩 메탈(302)이 순차적으로 형성되어 있고, 상기 제 1 본딩 메탈(302) 하면에는 도전성 기판(301)이 형성되어 있으며, 상기 n형 전극(307) 상에는 제 2 본딩 메탈(308)이 형성되어 있다. 여기서, 일반적으로 상기 제 2 본딩 메탈(308)의 최외각층은 Au로 이루어진다.

그리고, 상기 n형 전극(307) 및 제 2 본딩 메탈(308)을 포함한 n형 질화물 반도체층(306) 상에는, 상기 제 2 본딩 메탈(308) 상면의 중앙부, 즉 외부 단자와 연결될 본딩면을 노출시키는 절연층(310)이 형성되어 있다. 상기 절연층(310)은 SiO₂와 같은 절연체로 이루어진다. 또한, 상기 절연층(310)과 상기 제 2 본딩 메탈(308)의 접촉 계면에, 접착층(309)이 추가적으로 형성되어 있다. 상기 접착층(309)은, 상기 제 2 본딩 메탈(308)의 최외각층 물질인 Au와 상기 절연층(310) 물질인 SiO₂와의 접착력이 좋은 물질로 이루어짐으로써, 상기 절연층(310)이 제 2 본딩 메탈(308)로부터 탈락되는 것을 방지한다. 여기서, 상기 접착층(309)은 Al, Ni, Mo, Ti, Cr, Si, Fe, Co, Cu, Zn 및 이들의 화합물로 구성된 층으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 한 층, 또는 어느 두 층으로 형성될 수 있으며, 5 내지 3,000 Å 정도의 두께로 형성됨이 바람직하다.

이때, 상기 접착층(309)은, 상기한 바와 같이, 상기 절연층(310)과 제 2 본딩 메탈(308)의 접촉 계면 뿐만 아니라, 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 절연층(310)과 상기 제 2 본딩 메탈(308)을 포함한 n형 질화물 반도체층(306)의 접촉 계면에까지 형성되어도 무방하다.

질화물계 반도체 발광소자의 제조방법

이하에서는, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이고, 도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 다른 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.

먼저, 도 9a에 도시한 바와 같이, 사파이어 기판(350) 상에 n형 질화물 반도체층(306), 활성층(305) 및 p형 질화물 반도체층(304)을 순차적으로 결정성장시키고, 상기 p형 질화물 반도체층(304) 상에 p형 전극(303) 및 제 1 본딩 메탈(302)을 순차적으로 형성한다. 그런 다음, 상기 제 1 본딩 메탈(302) 상에 도전성 기판(301)을 접합한다.

다음으로, 도 9b에 도시한 바와 같이, 레이저 리프트 오프(Laser Lift-Off: LLO) 공정을 통하여 상기 사파이어 기판(350)을 제거한 다음, 상기 사파이어 기판(350)이 제거된 n형 질화물 반도체층(306) 상에 n형 전극(307)을 형성하고, 상기 n형 전극(307) 상에 제 2 본딩 메탈(308)을 형성한다.

그런 다음, 상기 n형 전극(307) 및 제 2 본딩 메탈(308)을 포함한 상기 n형 질화물 반도체층(306) 상에, 상기 제 2 본딩 메탈(308) 상면의 중앙부를 노출시키는 접착층(309) 및 절연층(310)을 차례로 형성한다. 즉, 상기 n형 전극(307) 및 제 2 본딩 메탈(308)을 포함한 n형 질화물 반도체층(306) 상에 접착층(309) 및 절연층(310)을 차례로 형성한 후, 상기 제 2 본딩 메탈(308) 상면의 중앙부와 대응되는 절연층(310) 및 접착층(309) 부분을 선택적으로 제거한다. 상기 접착층(309)은, 상기 제 2 본딩 메탈(308)의 최외각층 물질인 Au와 상기 절연층(310) 물질인 SiO₂와의 접착력이 좋은 재료를 이용하여 형성하며, 예컨대, Al, Ni, Mo, Ti, Cr, Si, Fe, Co, Cu, Zn 및 이들의 화합물로 구성된 층으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 한 층, 또는 어느 두 층으로 형성함이 바람직하다. 또한, 상기 접착층(309)은 5 내지 3,000 Å의 두께로 형성함이 바람직하다.

한편, 상기 접착층(309)을 도 9b에 도시한 바와 같이 상기 제 2 본딩 메탈(308) 상면의 중앙부를 노출시키고 있는 절연막(310)의 하부 전체에 걸쳐 연속적으로 형성하는 대신에, 도 10에 도시한 바와 같이, 상기 절연막(310)과 상기 n형 전극(307) 및 제 2 본딩 메탈(308)을 포함한 n형 질화물 반도체층(306)의 접촉 계면에만 형성할 수도 있다. 이럴 경우에는, 상기 n형 전극(307) 및 제 2 본딩 메탈(308)을 포함한 n형 질화물 반도체층(306) 상부에 접착층(309)을 형성한 다음, 상기 제 2 본딩 메탈(308) 상면의 중앙부, 및 n형 전극(307)을 포함한 제 2 본딩 메탈(308)의 측면을 제외한 나머지 영역과 대응되는 접착층(309) 부분을 선택적으로 제거한다. 이어서, 그로부터 얻어지는 결과물 상에 절연층(310)을 형성한 후, 상기 제 2 본딩 메탈(308) 상면의 중앙부와 대응되는 상기 절연층(310) 부분을 선택적으로 제거한다.

이러한 본 발명의 제 2 실시예에서는, 제 1 실시예에서와 마찬가지로 본딩 메탈(308)과 절연층(310) 사이에, 이들을 이루고 있는 물질과 접착력이 우수한 접착층(309)을 추가적으로 형성함으로써, 상기 제 1 실시예에서와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 상기 접착층은, 상술한 바와 같은 제 1 및 제 2 실시예의 수평 및 수직 구조형 질화물계 반도체 발광소자 이외에도 모든 기종의 반도체 발광소자에 그 적용이 가능하다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 의하면, 본딩 메탈과 상기 본딩 메탈 상에 형성되는 절연층 사이에, 상기 본딩 메탈 최외각층 물질인 Au는 물론, 상기 절연층 물질인 SiO₂와의 접착력이 우수한 접착층을 추가적으로 형성함으로써, 상기 절연층이 본딩 메탈로부터 탈락되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 외부 단자와 연결되는 본딩면을 제외한 영역의 본딩 메탈을 전기적인 쇼트 현상 없이 안정적으로 절연시켜, 질화물계 반도체 발광소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (16)

1. 기판;

   상기 기판 상에 형성된 n형 질화물 반도체층;

   상기 n형 질화물 반도체층의 소정 영역 상에 차례로 형성된 활성층 및 p형 질화물 반도체층;

   상기 p형 질화물 반도체층 및 상기 n형 질화물 반도체층 상에 각각 형성된 p형 전극 및 n형 전극;

   상기 p형 전극 및 n형 전극 상에 각각 형성된 제 1 본딩 메탈 및 제 2 본딩 메탈;

   상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈을 포함한 전체 구조 상에 형성되되, 상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈 상면의 중앙부를 노출시키는 절연층; 및

   상기 절연층과 상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈의 접촉 계면에 형성된 접착층을 포함하는 질화물계 반도체 발광소자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 접착층은, 상기 절연층과 상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈을 포함한 전체 구조의 접촉 계면에 형성된 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.
3. n형 전극;

   상기 n형 전극 하면에 순차적으로 형성된 n형 질화물 반도체층, 활성층 및 p형 질화물 반도체층;

   상기 p형 질화물 반도체층 하면에 순차적으로 형성된 p형 전극, 제 1 본딩 메탈 및 도전성 기판;

   상기 n형 전극 상에 형성된 제 2 본딩 메탈;

   상기 n형 전극 및 상기 제 2 본딩 메탈을 포함한 상기 n형 질화물 반도체층 상에 형성되되, 상기 제 2 본딩 메탈 상면의 중앙부를 노출시키는 절연층; 및

   상기 절연층과 상기 제 2 본딩 메탈의 접촉 계면에 형성된 접착층을 포함하는 질화물계 반도체 발광소자.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 접착층은, 상기 절연층과 상기 제 2 본딩 메탈을 포함한 상기 n형 질화물 반도체층의 접촉 계면에 형성된 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.
5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 접착층은 Al, Ni, Mo, Ti, Cr, Si, Fe, Co, Cu, Zn 및 이들의 화합물로 구성된 층으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 한 층으로 형성된 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.
6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 접착층은 Al, Ni, Mo, Ti, Cr, Si, Fe, Co, Cu, Zn 및 이들의 화합물로 구성된 층으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 두 층으로 형성된 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.
7. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 접착층의 두께는 5 내지 3,000 Å인 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.
8. 기판 상에 n형 질화물 반도체층, 활성층, 및 p형 질화물 반도체층을 차례로 형성하는 단계;

   상기 p형 질화물 반도체층, 활성층 및 n형 질화물 반도체층의 일부를 메사 식각하여 상기 n형 질화물 반도체층의 일부를 드러내는 단계;

   상기 p형 질화물 반도체층 및 상기 n형 질화물 반도체층 상에 각각 p형 전극 및 n형 전극을 형성하는 단계;

   상기 p형 전극 및 n형 전극 상에 각각 제 1 본딩 메탈 및 제 2 본딩 메탈을 형성하는 단계; 및

   상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈을 포함한 전체 구조 상에, 상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈 상면의 중앙부를 노출시키는 접착층 및 절연층을 차례로 형성하는 단계를 포함하는 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈 상면의 중앙부를 노출시키는 접착층 및 절연층을 차례로 형성하는 단계는,

   상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈을 포함한 전체 구조 상에 접착층을 형성하는 단계;

   상기 접착층 상에 절연층을 형성하는 단계; 및

   상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈 상면의 중앙부와 대응되는 상기 절연층 및 접착층 부분을 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법.
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈 상면의 중앙부를 노출시키는 접착층 및 절연층을 차례로 형성하는 단계는,

    상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈을 포함한 전체 구조 상에 접착층을 형성하는 단계;

    상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈 상면의 중앙부, 및 상기 p형 전극 및 n형 전극을 포함한 상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈의 측면을 제외한 나머지 영역과 대응되는 접착층 부분을 선택적으로 제거하는 단계;

    그로부터 얻어지는 결과물 상에 절연층을 형성하는 단계; 및

    상기 제 1 및 제 2 본딩 메탈 상면의 중앙부와 대응되는 상기 절연층 부분을 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법.
11. 사파이어 기판 상에 n형 질화물 반도체층, 활성층 및 p형 질화물 반도체층을 차례로 형성하는 단계;

    상기 p형 질화물 반도체층 상에 p형 전극 및 제 1 본딩 메탈을 차례로 형성하는 단계;

    상기 제 1 본딩 메탈 상에 도전성 기판을 접합하는 단계;

    상기 사파이어 기판을 LLO 공정으로 제거하는 단계;

    상기 사파이어 기판이 제거된 상기 n형 질화물 반도체층 상에 n형 전극 및 제 2 본딩 메탈을 차례로 형성하는 단계; 및

    상기 n형 전극 및 상기 제 2 본딩 메탈을 포함한 상기 n형 질화물 반도체층 상에, 상기 제 2 본딩 메탈 상면의 중앙부를 노출시키는 접착층 및 절연층을 차례로 형성하는 단계를 포함하는 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 제 2 본딩 메탈 상면의 중앙부를 노출시키는 접착층 및 절연층을 차례로 형성하는 단계는,

    상기 n형 전극 및 상기 제 2 본딩 메탈을 포함한 상기 n형 질화물 반도체층 상에 접착층을 형성하는 단계;

    상기 접착층 상에 절연층을 형성하는 단계; 및

    상기 제 2 본딩 메탈 상면의 중앙부와 대응되는 상기 절연층 및 접착층 부분을 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법.
13. 제 11 항에 있어서,

    상기 제 2 본딩 메탈 상면의 중앙부를 노출시키는 접착층 및 절연층을 차례로 형성하는 단계는,

    상기 n형 전극 및 상기 제 2 본딩 메탈을 포함한 상기 n형 질화물 반도체층 상부에 접착층을 형성하는 단계;

    상기 제 2 본딩 메탈 상면의 중앙부, 및 상기 n형 전극을 포함한 상기 제 2 본딩 메탈의 측면을 제외한 나머지 영역과 대응되는 접착층 부분을 선택적으로 제거하는 단계;

    그로부터 얻어지는 결과물 상에 절연층을 형성하는 단계; 및

    상기 제 2 본딩 메탈 상면의 중앙부와 대응되는 상기 절연층 부분을 선택적으로 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법.
14. 제 8 항 또는 제 11 항에 있어서,

    상기 접착층은 Al, Ni, Mo, Ti, Cr, Si, Fe, Co, Cu, Zn 및 이들의 화합물로 구성된 층으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 한 층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법.
15. 제 8 항 또는 제 11 항에 있어서,

    상기 접착층은 Al, Ni, Mo, Ti, Cr, Si, Fe, Co, Cu, Zn 및 이들의 화합물로 구성된 층으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 두 층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법.
16. 제 8 항 또는 제 11 항에 있어서,

    상기 접착층은 5 내지 3,000 Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법.

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