KR101091048B1 - Semiconductor light emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 발광 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고휘도 반도체 발광 소자 제작을 위해 전극 부분의 반사도를 높인 반도체 발광 소자에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
LED(Light Emitting Diode) 및 LD(Laser Diode)와 같은 반도체 발광 소자는 전류를 광으로 변환시키는 고체 전자 소자 중 하나로서, 통상적으로 p형 반도체층과 n형 반도체층 사이에 삽입된 반도체 물질의 활성층을 포함한다. 반도체 발광 소자에서 p형 반도체층과 n형 반도체층 양단에 구동 전류를 인가하면, p형 반도체층과 n형 반도체층으로부터 반도체 물질의 활성층으로 전자(electron) 및 정공(hole)이 주입된다. 주입된 전자와 정공은 반도체 물질의 활성층에서 재결합하여 광을 생성한다. Semiconductor light emitting devices such as light emitting diodes (LEDs) and laser diodes (LDs) are one of the solid state electronic devices that convert current into light, and are typically an active layer of a semiconductor material interposed between a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer. It includes. When a driving current is applied across the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer in the semiconductor light emitting device, electrons and holes are injected into the active layer of the semiconductor material from the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer. The injected electrons and holes recombine in the active layer of the semiconductor material to generate light.
일반적으로 반도체 발광 소자는 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 질화물계 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 화합물로 제조가 되고 있는데, 이것은 단파장광(자외선 내지 녹색광), 특히 청색광을 낼 수 있는 소자가 된다. 그런데, 질화물계 반도체 화합물은 결정 성장을 위한 격자 정합 조건을 만족하는 사파이어 기판이나 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC) 기판 등의 절연성 기판을 이용하여 제조되므로, 구동 전류 인가를 위해 p형 반도체층 및 n형 반도체층에 연결시키는 2 개의 전극이 발광 구조물의 상면에 거의 수평으로 배열되는 수평(planar) 구조를 가진다. In general, the semiconductor light emitting device is a nitride group III-V group having an Al x In y Ga (1-xy) N composition formula, where 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x + y≤1 Although it is manufactured with a semiconductor compound, it becomes a device which can produce short wavelength light (ultraviolet light-green light), especially blue light. However, since the nitride-based semiconductor compound is manufactured using an insulating substrate such as a sapphire substrate or a silicon carbide (SiC) substrate that satisfies lattice matching conditions for crystal growth, the p-type semiconductor layer and n Two electrodes connected to the semiconductor semiconductor layer have a planar structure in which they are arranged almost horizontally on the upper surface of the light emitting structure.
도 1은 종래 질화물계 반도체 발광 소자(1)의 단면 구조이다. 발광 소자(1)는 절연성인 사파이어 기판(2)에 n형 반도체층(3), 활성층(4), p형 반도체층(5)을 포함하는 에피층이 적층되어 구성된다. p형 반도체층(5), 활성층(4) 및 n형 반도체층(3)의 일부가 메사(mesa) 식각되어 메사 구조(6)가 형성되면서 드러난 n형 반도체층(3) 위에는 n형 전극(11)이 형성된다. p형 반도체층(5) 위에 p형 전극(15)을 형성하여 p형 전극(15)과 n형 전극(11)을 통해 전류를 흘리면, 활성층(4)으로 전류가 흐르면서 광이 생성된다. 1 is a cross-sectional structure of a conventional nitride semiconductor
n형 전극(11)은 보통 반사도가 20%로 매우 낮은 편인 Au로 이루어진다. 따라서, 메사 구조(6) 측면으로 추출된 빛 중에서 n형 전극(11) 쪽으로 진행하는 빛(A)은 n형 전극(11)에 포함된 Au에 의해 80% 가량 흡수되고 나머지 20%에 해당하는 빛(B)만 반사된다. 이에 따라 소자의 밝기가 저하되므로, 고휘도 반도체 발광 소자 제작이 어려워지는 문제점이 있다. The n-
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하려는 과제는 n형 전극에 의한 빛 흡수를 저감시킨 반도체 발광 소자를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the conventional problems, the problem to be solved by the present invention is to provide a semiconductor light emitting device that reduced the light absorption by the n-type electrode.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 반도체 발광 소자는 기판 상에 순차 형성된 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층의 메사 구조를 포함하는 반도체 발광 소자에 있어서, 상기 n형 반도체층 상에 형성되는 n형 전극 표면 적어도 일부에 상기 n형 전극을 구성하는 물질보다 고반사도를 가지는 금속막을 포함하는 것을 특징으로 한다. The semiconductor light emitting device according to the present invention for solving the above problems is a semiconductor light emitting device comprising a mesa structure of an n-type semiconductor layer, an active layer and a p-type semiconductor layer sequentially formed on a substrate, formed on the n-type semiconductor layer At least a portion of the n-type electrode surface is characterized in that it comprises a metal film having a higher reflectivity than the material constituting the n-type electrode.
상기 n형 전극은 Au를 포함하여 이루어지고 상기 금속막은 Al, Ag, Rh 및 Pd 중 적어도 어느 하나일 수 있다. The n-type electrode includes Au and the metal layer may be at least one of Al, Ag, Rh, and Pd.
본 발명에 따르면, 와이어 본딩되는 영역을 제외한 나머지 n형 전극 둘레에 고반사도를 가지는 금속막이 형성되어 있다. 이로써 메사 구조 측면으로 추출된 빛 중에서 n형 전극 쪽으로 진행하는 빛의 반사도를 높여 소자의 고휘도화를 달성할 수 있다.According to the present invention, a metal film having high reflectivity is formed around the n-type electrode except for the wire bonded region. As a result, it is possible to achieve higher luminance of the device by increasing the reflectance of light traveling toward the n-type electrode among the light extracted from the side of the mesa structure.
도 1은 종래 반도체 발광 소자의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 발광 소자의 상면도이다.
도 3은 도 2의 III-III' 단면도이다.
도 4는 도 2의 IV-IV' 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100...발광 소자 102...기판 103...n형 반도체층
104...활성층 105...p형 반도체층 106...메사 구조
110...n형 전극 패드 111...n형 보조 전극 112...n형 전극
113...금속막 114...p형 전극 패드 115...p형 보조 전극
116...p형 전극1 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor light emitting device.
2 is a top view of a semiconductor light emitting device according to the present invention.
3 is a cross-sectional view taken along line III-III 'of FIG. 2.
4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV 'of FIG. 2.
<Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100 ...
104 ...
110 ... n
113
116 ... p-type electrode
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 다음에 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다. 또한, 어떤 층이 다른 층 또는 기판의 "상"에 있다라고 기재되는 경우에, 상기 어떤 층은 상기 다른 층 또는 기판에 직접 접촉하여 존재할 수 있고, 또는, 그 사이에 제3의 층이 개재되어질 수 있다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below may be modified in many different forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Therefore, the shapes and the like of the elements in the drawings are exaggerated in order to emphasize a clearer description, and elements denoted by the same symbols in the drawings denote the same elements. In addition, where a layer is described as being "on" another layer or substrate, the layer may exist in direct contact with the other layer or substrate, or a third layer may be interposed therebetween. Can be.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 발광 소자의 상면도이고, 도 3은 도 2의 III-III' 단면도이며, 도 4는 도 2의 IV-IV' 단면도이다. 2 is a top view of the semiconductor light emitting device according to the present invention, FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III 'of FIG. 2, and FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV' of FIG. 2.
도 2와 도 3을 함께 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 발광 소자(100)는, 기판(102) 상에 n형 반도체층(103), 활성층(104) 및 p형 반도체층(105)을 포함하는 에피층이 적층되어 구성된다. p형 반도체층(105), 활성층(104) 및 n형 반도체층(103)의 일부는 메사 식각되어 메사 구조(106)가 형성되어 있다. 2 and 3 together, the semiconductor light emitting device 100 according to the present invention includes an n-
기판(102)과 n형 반도체층(103) 사이에 버퍼층, p형 반도체층(105)과 p형 전극(116) 사이에 투명 전극이 더 포함될 수도 있다. A transparent electrode may be further included between the
기판(102)은 질화물 반도체 단결정을 성장시키기에 적합한 기판으로서, 바람직하게, 사파이어를 포함하는 투명한 재료를 이용하여 형성되며. 사파이어 이외에 SiC, 징크 옥사이드(zinc oxide, ZnO), 갈륨 나이트라이드(gallium nitride, GaN) 및 알루미늄 나이트라이드(AlN)로 형성될 수 있다. The
버퍼층은 기판(102) 상에 n형 반도체층(103)을 성장시키기 전에 기판(102)과의 격자 정합을 향상시키기 위한 층으로, AlN/GaN으로 형성될 수 있다. 버퍼층은 본 발명에 따른 발광 소자의 필수적인 구성 요소는 아니고 기판과 n형 반도체층 물질 조합, 발광 소자의 특성 및 공정 조건에 따라 생략될 수 있다. The buffer layer is a layer for improving lattice matching with the
n형 반도체층(103)과 활성층(104) 및 p형 반도체층(105)은, InXAlYGa1-X-YN 조성식(여기서, 0≤X, 0≤Y, X+Y≤1)을 갖는 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, n형 반도체층(103)은, n형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 이루어질 수 있으며, n형 불순물로는 예를 들어, Si, Ge, Sn 등을 사용하고, 바람직하게는 Si를 주로 사용한다. 또한, p형 반도체층(105)은, p형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 이루어질 수 있으며, p형 불순물로는 예를 들어, Mg, Zn, Be 등을 사용하고, 바람직하게는 Mg를 주로 사용한다. 그리고, 활성층(104)은 광을 생성하여 방출하기 위한 층으로, 통상 InGaN층을 우물로 하고 GaN층을 벽층으로 하여 다중양자우물(Multi-Quantum Well)을 형성함으로써 이루어진다. 활성층(104)은 하나의 양자우물층 또는 더블헤테로 구조로 구성될 수도 있다. 버퍼층, n형 반도체층(103), 활성층(104) 및 p형 반도체층(105)은 MOCVD, MBE 또는 HVPE와 같은 증착공정을 통해 형성된다. The n-
투명 전극은 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 도전성 금속 산화물만이 아니라, 발광 소자의 발광 파장에 대해 투과율이 높다면, 도전성이 높고 콘택 저항이 낮은 금속 박막으로도 이루어질 수 있다. 투명 전극도 본 발명에 따른 발광 소자의 필수적인 구성 요소는 아니고 발광 소자의 특성 및 공정 조건에 따라 생략될 수 있다. The transparent electrode may be formed of not only a conductive metal oxide such as indium tin oxide (ITO) but also a metal thin film having high conductivity and low contact resistance if the transmittance of the light emitting device is high. The transparent electrode is not an essential component of the light emitting device according to the present invention, and may be omitted depending on the characteristics and the process conditions of the light emitting device.
p형 반도체층(105) 상에는 와이어 본딩이 이루어질 영역인 p형 전극 패드(114)와 p형 보조 전극(115)을 포함하는 p형 전극(116)이 형성되어 있다. 메사 식각으로 드러난 n형 반도체층(103) 위에는 와이어 본딩이 이루어질 영역인 n형 전극 패드(110)와 n형 보조 전극(111)을 포함하는 n형 전극(112)이 형성되어 있다. 도 2에 제시하는 p형 전극(116)과 n형 전극(112)의 모양은 단순히 예로 든 것이며, 본 발명이 이러한 전극 모양에만 한정되는 것은 아니다. The p-
도 3 및 도 4를 참조하면, 와이어 본딩이 될 n형 전극 패드(110)를 제외한 n형 전극(111), 여기서는 n형 보조 전극(115) 표면에 n형 전극(111)을 구성하는 물질보다 고반사도를 가지는 금속막(113), 고반사성 금속막, 또는 캐핑막(capping layer)라고도 부를 수 있는 금속막이 형성되어 있다. 바람직하게, 금속막(113)은 n형 전극(111) 중 메사 구조(106) 측면과 대향하는 면을 포함하여 n형 전극(111) 표면 적어도 일부에 형성된다. 3 and 4, the n-
도 3과 같이 두 개의 메사 구조(106) 사이에 놓이게 되는 n형 보조 전극(115)은 메사 구조(106) 측면과 마주보게 되는 측면을 포함하여 상면까지, 도 4와 같이 하나의 메사 구조(106) 옆에 놓이게 되는 n형 보조 전극(115)은 메사 구조(106) 측면과 마주보는 면을 포함하여 상면 일부까지 금속막(113)이 형성되어 있다. As shown in FIG. 3, the n-
n형 전극(112)은 Au를 포함하여 이루어진다. 금속막(113)은 n형 전극(112)을 구성하는 물질보다 고반사도를 가지는 금속을 이용하여 형성한다. 예를 들어, 금속막(113)은 Al, Ag, Rh 및 Pd 중 적어도 어느 하나로 형성할 수 있다. n형 전극(112)과 금속막(113)은 1회의 리프트 오프 방법으로 함께 형성하거나, n형 전극(112)을 리프트 오프 방법으로 먼저 형성한 후 필요한 부분만 오픈시킨 마스크를 이용한 2번째의 리프트 오프 방법으로 금속막(113)을 따로 나중에 형성할 수도 있다. n형 전극(112) 측면에 금속막(113)을 형성하려면 n형 전극(112)을 먼저 형성한 후에 금속막(113)을 형성하는 것이 바람직하다. The n-
메사 구조(106)와 n형 전극(112) 사이에는 어느 정도 간격이 있기 때문에 측면으로 빛이 추출된다고 하더라도 n형 전극(112)에 부딪히지 않을 수도 있다. 그리고, 모든 금속은 입사각이 커질수록 반사도가 100% 에 수렴하므로 n형 전극(112)에 빛이 닿는다고 하더라도 입사각이 충분히 크면 흡수를 최소화할 수 있다. 본 발명에 따른 반도체 발광 소자(100)는 다른 빛은 그대로 이용하여 불필요한 광손실은 줄이면서 특히 메사 구조(106) 측면으로 추출된 빛 중에서 n형 전극(112) 쪽으로 진행하는 빛(A)의 손실을 방지한다. Since there is a certain distance between the
메사 구조(106) 측면으로 추출된 빛 중에서 n형 전극(112) 쪽으로 진행하는 빛(A)은 n형 전극(112)만 존재하는 경우에는 n형 전극(112)에 포함된 Au에 의해 80% 가량 흡수되고 나머지 20%에 해당하는 빛만 반사된다. 그러나, 본 발명에 따른 반도체 발광 소자(100)에서는 n형 전극(112) 표면 적어도 일부에 Au보다 고반사도를 가지는 금속막(113)을 형성하므로, 위 경우보다는 빛의 반사도가 높아져 반도체 발광 소자(100)의 상방으로 반사되는 빛(C)이 커진다. Of the light extracted toward the
예를 들어 금속막(113)으로서 반사도가 80% 정도인 Al을 이용하는 경우라면 메사 구조(106) 측면으로 추출된 빛 중에서 n형 전극(112) 쪽으로 진행하는 빛(A)은 금속막(113)에 의해 20% 가량만 흡수되고 나머지 80%에 해당하는 빛(C)이 반사된다. 이에 따라 종래에 비하여 소자의 밝기가 커지고, 고휘도 반도체 발광 소자 제작이 가능해진다.For example, in the case of using Al having a reflectivity of about 80% as the
한편, 도 3과 도 4에는 금속막(113)이 n형 전극(112)의 측면(메사 구조(106) 측면과 대향하는 면) 뿐만 아니라 상면에도 형성되는 것으로 도시하였으나, 상면을 제외한 측면에만 금속막을 형성하는 것도 가능하다. 그리고, 도 4와 같이 하나의 메사 구조(106) 옆에 놓이게 되는 n형 보조 전극(115)이라도 메사 구조(106) 측면과 마주보는 면을 포함하여 상면 전체 및 메사 구조(106) 측면과 대향하지 않는 면까지도 금속막(113)이 형성될 수 있다. 이것은 소자의 설계 및/또는 n형 전극과 금속막 형성 방법에 따라 얼마든지 달라질 수 있는 사항이다. 3 and 4 illustrate that the
다른 한편, 도 3과 도 4에는 n형 전극(112)의 측면이 수직 형상이고 금속막(113)이 측면 내에서 균일한 두께, 상면 내에서 균일한 두께로 형성되는 것으로 도시하였으나, n형 전극(112)을 형성하는 방법에 따라서는 n형 전극(112)의 측면이 기울어진 형상이 될 수도 있고 금속막(113) 형성 방법에 따라서는 금속막(113)의 두께가 균일하지 않을 수도 있다. 예를 들어, n형 전극(112) 측면 하단쪽에 형성된 금속막(113)의 두께가 n형 전극(112) 측면 상단쪽에 형성되는 금속막(113)의 두께보다도 클 수 있다. 그리고, n형 전극(112)의 측면에서의 금속막(113) 두께와 n형 전극(112)의 상면에서의 금속막(113) 두께는 서로 같거나 다를 수 있다. 3 and 4 show that the n-
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다. 본 발명의 실시예는 예시적이고 비한정적으로 모든 관점에서 고려되었으며, 이는 그 안에 상세한 설명보다는 첨부된 청구범위와, 그 청구범위의 균등 범위와 수단내의 모든 변형예에 의해 나타난 본 발명의 범주를 포함시키려는 것이다. In the above, the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible by those skilled in the art within the technical idea of the present invention. Is obvious. Embodiments of the present invention have been considered in all respects as illustrative and not restrictive, including the scope of the invention as indicated by the appended claims rather than the detailed description therein, the equivalents of the claims and all modifications within the means. I'm trying to.
Claims (3)
상기 n형 반도체층 상에 형성되는 n형 전극 표면 적어도 일부에 상기 n형 전극을 구성하는 물질보다 고반사도를 가지는 금속막을 포함하며,
상기 금속막은 상기 n형 전극에서 와이어 본딩되는 영역을 제외한 나머지 부분 중 상기 메사 구조의 측면과 대향하는 면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.A semiconductor light emitting device comprising a mesa structure of an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer sequentially formed on a substrate,
At least a portion of the n-type electrode surface formed on the n-type semiconductor layer comprises a metal film having a higher reflectivity than the material constituting the n-type electrode,
And the metal film is formed on a surface of the n-type electrode that faces the side surface of the mesa structure except for the region to be wire bonded.
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KR1020110059458A KR101091048B1 (en) | 2011-06-20 | 2011-06-20 | Semiconductor light emitting device |
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