KR101189474B1 - 전류확산전극을 갖는 발광다이오드 및 그 제조방법 - Google Patents

전류확산전극을 갖는 발광다이오드 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 n-층에 전류확산전극을 갖는 발광다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 질화물반도체를 이용한 전류 주입형 발광다이오드에서 전류확산 특성 개선을 위해 n-층에 전류확산전극, 메탈아일랜드 및 확장전극을 형성하여 발광다이오드의 광추출 효율을 향상시키는 발광다이오드 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

전류확산전극을 갖는 발광다이오드 및 그 제조방법{Light emitting diode with current spreading electrodes and manufacturing method thereof}
본 발명은 n-층에 전류확산전극을 갖는 발광다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 질화물반도체를 이용한 전류 주입형 발광다이오드에서 전류확산 특성 개선을 위해 n-층에 전류확산전극, 메탈아일랜드 및 확장전극을 형성하여 발광다이오드의 광추출 효율을 향상시키는 발광다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
도 9는 종래의 질화물 반도체를 이용한 발광다이오드의 구조를 보인 단면도로서, 전극이 모두 윗면에 형성된 전류 주입 방식 발광다이오드의 구조이다.
이러한 발광다이오드의 구조는 n-전극(26) 및 p-전극(27)에 의해 생성된 전자와 정공이 활성층(23)으로 확산되는데, 이때 전류가 p-전극(27)에서 n-전극(26)까지의 최단 거리인 메사 구조물 측면을 따라 주로 흐르기 때문에 전자와 정공이 활성층(23)에 고르게 확산 되지 않아 발광 효율이 낮으며, 이를 해소하기 위한 방안으로서 p-층(24)상에서의 전류확산을 활성화시키는 방법과 n-층(22)에서의 전류확산을 활성화시키는 방법이 시도되어 왔다.
또한, 대한민국 등록특허공보 제10-0700529호의 ‘전류 확산층을 구비한 발광다이오드 및 그 제조방법’은 n-콘택층의 측면 전류 확산 특성을 개선하기 위해 높은 전도도의 물질을 n-콘택층 내부에 형성하도록 함으로써, 측면 전류 확산 특성을 개선하면서 상기 높은 전도도의 물질이 특정 방향으로 광을 집중시키거나 광을 투과시키는 등의 광 효율을 높이는 역할도 할 수 있다. 그러나, 이는 내부에 형성되는 전류확산패턴만으로는 n-전극으로부터 각각의 개별 패턴으로의 전류주입(current injection)이 고르게 이루어질 수 없다는 문제점을 갖는다. 또한, 전류확산패턴을 만들기 위해서 추가로 마스크를 필요로 하는 단점이 있다.
또한, 대한민국 등록특허공보 제10-0895452호의 반도체 발광소자용 양전극’은 낮은 구동 전압을 사용하여도 강한 광을 발광할 수 있는 페이스업형 칩에 사용되는 투명 p-전극을 제공하는 것으로서, 반도체층 상에 형성된 투명전극과 이 투명전극 상에 형성된 결합패드 전극으로 구성되며, 상기 결합패드 전극은 적어도 상기 투명전극과 접촉하는 반사층을 갖는 기술이다. 그러나, 이러한 기술은 n-층이 아닌 p-층상에 전극을 형성하는 것이다.
대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0700529호(2007.03.21) 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0895452호(2009.04.22)
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 질화물 반도체로 형성된 n-층을 가로질러 형성된 하나 이상의 전류확산전극을 구비하여 전자 또는 정공의 수평방향 확산을 향상시키는 발광다이오드 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예인 발광다이오드는, 질화물 반도체로 형성된 n-층과, n-층상에 형성된 n-전극과 n-층을 가로질러 형성된 양단을 갖는 하나 이상의 전류확산전극과, 전류확산전극의 일단에 형성된 하나 이상의 메탈아일랜드와, 하나 이상의 메탈아일랜드와 n-전극을 연결하는 확장전극을 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명의 실시예인 발광다이오드는, 전류확산전극의 일부에 연결된 메탈아일랜드와, 전류확산전극 위로 재성장된 GaN층을 포함하며, 메탈아일랜드 위로 GaN가 성장되지 않아 생기는 구멍을 가로질러 형성된 확장전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예인 발광다이오드는, 전류확산전극의 일부에 연결된 메탈아일랜드와, 전류확산전극 위로 형성된 에어바를 포함하며, 메탈아일랜드 위로 GaN가 성장되지 않아 생기는 구멍을 가로질러 형성된 확장전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예인 발광다이오드의 전류확산전극은, 두 종류 이상의 금속이 다층으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예인 발광다이오드는 n-층에 형성된 에어바를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예인 발광다이오드는, 전류확산전극 상에 에어바를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예인 발광다이오드의 전류확산전극은 Ti, W, Sc 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예인 발광다이오드의 제조방법은, 기판을 준비하는 단계와, 질화물 반도체로 n-층을 형성하는 단계와, n-층 위에 금속층을 형성하는 단계와, n-층을 가로질러 양단을 갖는 하나 이상의 전류확산전극과 전류확산전극의 일단에 연결된 하나 이상의 메탈아일랜드를 형성하는 단계와, 활성층을 형성하는 단계와, p-층을 형성하는 단계와, n-전극 및 p-전극과, 하나 이상의 메탈아일랜드와 n-전극을 연결하는 확장전극을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예인 발광다이오드의 제조방법은, 전류확산전극과 메탈아일랜드를 형성한 후, GaN층을 재성장하는 단계를 더 포함하며, 메탈아일랜드 위로 재성장된 GaN층을 관통하는 구멍이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예인 발광다이오드의 제조방법은, 전류확산전극과 메탈아일랜드를 형성한 후, 실리콘옥사이드층을 형성하는 단계와, 전류확산전극과 메탈아일랜드를 형성하기 위한 포토리소그래피용 마스크를 사용하여 실리콘옥사이드를 패터닝하는 단계와, GaN층을 재성장하는 단계와, 메탈아일랜드 위로 재성장된 GaN층을 관통하는 구멍이 형성되는 단계와, 구멍으로 습식식각액이 침투하여 실리콘옥사이드를 에칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예인 발광다이오드의 제조방법은, 금속층을 형성하는 단계가 두 종류 이상의 금속이 다층으로 형성되는 단계인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예인 발광다이오드의 제조방법은, n-층의 하부 또는 내부에 에어바를 형성하는 단계를 더 포함하며, 에어바를 형성하는 마스크와 전류확산전극을 형성하는 마스크가 동일한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예인 발광다이오드의 제조방법은, 기판을 준비하는 단계와, 질화물 반도체로 n-층을 형성하는 단계와, 전류확산전극과 메탈아일랜드형성용 포토리소그래피용 마스크를 사용하여 감광막을 패터닝하는 단계와, n-층 위에 금속층과 실리콘옥사이드층을 형성하는 단계와, 감광막을 제거하여 전류확산전극과 메탈아일랜드, 실리콘옥사이드 패턴을 형성하는 단계와, GaN층이 재성장되며, 메탈아일랜드 위로 GaN층을 관통하는 구멍이 형성되는 단계와, 구멍으로 습식식각액이 침투하여 실리콘옥사이드를 에칭하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예인 발광다이오드의 제조방법은, 금속층을 형성하는 단계가 두 종류 이상의 금속으로 다층 형성되는 단계인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예인 발광다이오드의 제조방법은 n-층의 하부 또는 내부에 에어바를 형성하는 단계를 더 포함하며, 에어바를 형성하는 마스크와 전류확산전극을 형성하는 마스크가 동일한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 발광다이오드에서 n-층에 형성된 전류확산전극을 이용하여 전자 및 정공이 한 곳에 집중되지 않고 수평방향으로 고르게 확산되어 활성층에 유입됨에 따라 전류확산을 향상시키는 효과가 있다. 또한, 횡 방향으로 전류 확산을 고르게 하여 고휘도의 발광다이오드를 제작하여 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예인 발광다이오드의 사시도,
도 2는 도 1의 A부분의 확대도,
도 3은 도 1의 A부분의 작동예시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 전류확산전극과 메탈아일랜드가 형성된 모습의 사시도(a) 및 A-A'면을 따라 자른 단면도(b),
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 전류확산전극 상에 에어바 형성용 실리콘옥사이드막과 에어바가 형성된 모습의 사시도, 단면도 및 작동예시도,
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 전류확산전극이 다층으로 형성된 모습의 사시도, 단면도 및 작동예시도,
도 7은 본 발명의 실시예에 적용된 n-층에 에어바를 형성하는 방법을 도시한 개요도,
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 전류확산전극 상에 에어바를 형성하는 방법을 도시한 개요도,
도 9는 종래의 발광다이오드의 구조를 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명한다. 이러한 실시예는 본 발명에 대하여 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범위를 예시하기 위해 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하에서의 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 특허청구범위가 제시하는 범위 내에서 다양한 형태로 구현될 수 있다. 또한, 도면에서 각 구성 요소의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되었고, 각 도면의 각 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지가 아닌 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략되었다.
도 1은 본 발명의 실시예인 발광다이오드의 사시도이고, 도 2는 도1의 A부분의 확대도이고, 도 3은 도1의 A부분의 작동예시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 전류확산전극과 메탈아일랜드가 형성된 모습의 사시도(a) 및 A-A'면을 따라 자른 단면도(b)이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 전류확산전극 상에 에어바 형성용 실리콘옥사이드막과 에어바가 형성된 모습의 사시도, 단면도 및 작동예시도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 의한 전류확산전극이 다층으로 형성된 모습의 사시도, 단면도 및 작동예시도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 의한 에어바를 형성하는 방법을 도시한 개요도이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 의한 전류확산전극 상에 에어바를 형성하는 방법을 도시한 개요도이고, 도 9는 종래의 발광다이오드의 구조를 도시한 단면도이다.
먼저, 본 발명의 실시예에 의한 발광다이오드의 구조에 대해 설명한 후, 상기 발광다이오드의 제조방법에 대하여 설명한다.
도 1과 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 발광다이오드는, 질화물 반도체로 형성된 n-층(2)과, n-층(2) 상에 형성된 n-전극(패드)(7)과, n-층(2)을 가로질러 형성된 양단을 갖는 하나 이상의 전류확산전극(3)과, 전류확산전극(3)의 일단에 형성된 하나 이상의 메탈아일랜드(4)와, 하나 이상의 메탈아일랜드(4)와 n-전극(7)을 연결하는 확장전극(9)을 포함하여 구성된다.
n-층(2)은 금속 유기화학 기상 증착법(metal organic chemical vapor deposition; MOCVD)을 이용하여 기판(1)위에 질화물계 반도체를 성장시켜 형성한다. 기판(1)은 사파이어(Al2O3) 기판, 실리콘(Si) 기판, 실리콘 카바이드(SiC) 기판, 아연 산화물(ZnO) 기판, 갈륨 비소화물(GaAs) 기판 및 갈륨 인화물(GaP) 기판, LiAlO2 기판, LiGaO2 기판 중의 어느 하나를 사용할 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 열전도율이 낮은 사파이어 기판을 사용한다.
n-층(2)은 다수 캐리어(carrier)가 전자인 층으로서, n-반도체층과 n-클래드층으로 구성될 수 있다. 이러한 n-반도체층과 n-클래드층은 반도체층에 n형 불순물 예를 들어, Si, Ge, Se, Te, C 등을 주입하여 형성할 수 있다.
전류확산전극(3)은 n-층(2)에 수평방향으로 하나 이상 형성되며, 이를 통해 전류가 다이오드 전체로 균등하게 흐르게 된다. 따라서 전류를 고르게 확산시키기 위해 일정한 간격으로 배치하는 것이 바람직하다(도 1 및 도 2 의 배치 참조).
전류확산전극(3)을 봉합하는 n-층(2)을 성장할 시, 캐리어 가스(carrier gas)는 N2, H2 혹은 N2와 H2의 혼합 가스를 사용한다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 이러한 전류확산전극(3)은 n-층(2)에 위치하여 수직방향으로는 오믹 컨택(ohmic contact) 계면을 형성하여 효과적인 전류 주입(current injection)을 할 수 있고, 이에 따라 수평방향으로의 전류확산(current spreading)이 향상되어 전기적인 특성을 개선시킨다. 따라서 발광다이오드를 구동시키는데 필요한 순방향 전압(Vf)을 감소시킬 수 있다.
오믹 컨택(ohmic contact, 옴 접촉)은 전압(V)-전류(I) 특성이 옴의 법칙(Ohm's law)을 따르는 금속과 반도체와의 접촉을 의미한다. 반도체 소자에서 금속 결선을 뽑아낼 때 전극 금속이 소자의 특성에 큰 영향을 주지 않도록 하려면 전극 금속과 반도체 간의 접촉 저항치가 작은 옴 접촉으로 되어야 한다. 일반적으로 불순물 농도가 낮은 반도체에 금속이 접촉되면 접촉면에 전위 장벽(potential barrier)이 형성되기 때문에 양호한 옴 접촉을 기대할 수 없다.
원리적으로 전위 장벽의 높이는 금속과 반도체간의 일함수(work function)의 차이로 결정되므로 적당한 금속을 선택함으로써 캐리어(carrier: 반도체에서 움직이는 상태에 있는 전도 전자 또는 정공)에 대한 전위 장벽이 형성되지 않도록 한다. 즉 금속의 일함수를 fm, 반도체의 일함수를 fs라 했을 때 n형 반도체에 대해서는 fm<fs, p형 반도체에 대해서는 fm>fs가 되는 조합을 선택하면 캐리어에 대한 전위 장벽은 생기지 않는다.
전류확산전극(3)은 상부에 형성되는 GaN층(10)이 900℃ 이상의 고온에서 성장되므로 용융점이 높고, 높은 전도도를 가지는 Ti, W, Sc, Mo 등의 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 일함수(work function)가 낮으면서 고온에서 안정한 금속이 바람직하다. 금속들의 (일함수/용융점)은 Ti(4.33eV/1668℃), W(4.32eV/3422℃), Sc(3.5eV/1539℃), Mo (4.36eV/2623℃)이다. 따라서 전류확산전극(3)은 Ti, W, Sc 중 어느 하나의 금속으로 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 메탈아일랜드(4)는 둘 이상의 전류확산전극(3)의 한쪽 끝부분이 묶여져 형성되며, 이러한 메탈아일랜드(4)를 통해 하나로 묶여진 전류확산전극(3)에는 전류가 고르게 배분될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 메탈아일랜드(4)를 육각형 또는 원형의 형상으로 도시하였으나(도 1 및 도 4 참조), 특정한 형태일 필요는 없다.
또한, 메탈아일랜드(4)는 하나 이상의 전류확산전극(3)의 일단이 모두 연결된 하나의 형태로 형성될 수 있는 것은 물론이며, 각각의 전류확산전극(3)의 끝단에 개별적으로 메탈아일랜드(4)가 형성될 수도 있다. 또한, 도 1처럼 특정한 개수의 전류확산전극(3)이 연결된 무리와 연결되지 않은 무리가 교대로 배치될 수 있다.
확장전극(9)은 도 1에 도시된 바와 같이, n-전극(7)에 연결되며, 메탈아일랜드(4)를 통해 전류확산전극(3)에 접촉하게 된다.
또한, 본 발명의 발광다이오드는 전류확산전극(3)의 일부에 연결된 메탈아일랜드(4)와 전류확산전극(3) 위로 재성장된 GaN층(10)을 포함하며, 메탈아일랜드(4) 위로 GaN(10)가 성장되지 않아 생기는 구멍을 가로질러 형성된 확장전극을 포함할 수 있다.
GaN층(10)은 활성층(5) 및 p-층(6)을 포함한다. 가늘고 긴 형상을 갖는 전류확산전극(3) 상에는 GaN(10)가 성장되나, 상대적으로 넓은 면적을 갖는 메탈아일랜드(4) 상에는 GaN(10)가 성장되지 않아 빈 공간이 형성되며, 이러한 빈 공간은 차후 습식식각액이 침투하는 입구로서 기능한다.
본 발명의 발광다이오드의 다른 실시예로서, 도 5를 참조하면, 발광다이오드는 전류확산전극(3)의 일부에 연결된 메탈아일랜드(4)와 전류확산전극(3) 위로 형성된 에어바 (또는 에어프리즘)(12)를 포함하며, 메탈아일랜드(4) 위로 GaN(10)가 성장되지 않아 생기는 구멍을 가로질러 형성된 확장전극을 포함할 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 전류확산전극(3)은 두 종류 이상의 금속이 다층으로 형성될 수 있다. 다층의 금속 중 상층에 위치하는 금속은 반사전극(18)으로 반사도가 높아 활성층의 광을 흡수하지 않고 효과적으로 반사시킬 수 있는 물질이 바람직하다(예: Pt, Al, Ag). 이때, 반도체와 접촉하는 하부층 금속은 오믹컨택 특성이 좋은 물질이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 발광다이오드는 n-층(2)에 형성된 에어바 (또는 에어프리즘)(12)를 포함할 수 있다. 이때, 에어바(12)는 기판에 접하여 n-층(2)의 내부에 형성될 수 있고, 기판에 접하지 않고 n-층(2) 내에 형성될 수 도 있다.
에어바(12)는 n-층(2) 내부에 중공부가 형성된 부분을 말하며, 중공부를 충전물질로 채운 경우를 포함한다. 이러한 에어바(12)는 활성층에서 생성된 광 중에서 기판방향으로 진행하는 광을 산란시킴으로써 광추출 효과를 향상시킨다. 에어바(12)는 단면이 삼각형, 사각형, 오각형, 원형 등 다양한 형상을 갖도록 제작될 수 있다. 또한, 에어바(12)의 크기를 다양하게 변형시키는 것도 가능하며, 에어바(12)의 배열을 변형시키는 것도 가능하다.
도 7에 도시된 바와 같이, n-층(2)에 에어바(12)를 형성하는 방법은 먼저 기판(1)을 준비하고(a), 기판(1) 상에 실리콘옥사이드층(13)을 형성한다(b). 이후 포토리소그래피용 마스크(14)를 사용하여 실리콘옥사이드 패턴(15)을 형성한다(c, d). 이때는 하부막상에 전사될 실리콘옥사이드 패턴(15)이 볼록(
Figure 112011070327746-pat00001
)한 형태를 갖게 되는 포토레지스트(PR)를 사용한다. 다음으로 n-층(2)을 성장시키고(e), 패턴(15)을 습식식각(wet etching)하여 에어바(12)를 형성한다(f). 그 위에 포토리소그래피용 마스크(14)를 사용하여 전류확산전극(3)과 메탈아일랜드(4)를 형성한다(g).
이러한 본 발명의 실시예에서는 에어바 (또는 에어프리즘)(12)의 형성에 사용하는 마스크와 전류확산전극(3)을 형성하는 마스크는 동일한 것을 사용할 수 있다. 따라서 각각 별개의 마스크를 사용할 필요가 없어 제조공정을 단순화시킬 수 있고 비용이 절감된다.
또한, 본 발명의 발광다이오드는 전류확산전극(3) 상에 에어바(또는 에어프리즘)(12)를 더 포함할 수 있다. 에어바(12)는 삼각기둥의 형태로 형성될 수 있으며 이러한 구조에 의해 빛이 기판 내로 들어가 소멸되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 활성층에서 생성된 빛은 에어바(12)에 의해 산란되어 광추출 효율이 향상된다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드의 제조공정을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예인 발광다이오드의 제조방법은, 기판(1)을 준비하는 단계와, 질화물 반도체로 n-층(2)을 형성하는 단계와, n-층상에 금속층을 형성하는 단계와, n-층(2)을 가로질러 양단을 갖는 하나 이상의 전류확산전극(3)과, 전류확산전극(3)의 일단에 연결된 하나 이상의 메탈아일랜드(4)를 형성하는 단계와, n-층(2)을 형성하는 단계와, 활성층(5)을 형성하는 단계와, p-층(6)을 형성하는 단계와, n-전극(7) 및 p-전극(8)과, 하나 이상의 메탈아일랜드(4)와 n-전극(7)을 연결하는 확장전극(9)을 형성하는 단계를 포함한다.
이때는 하부막상에 전사될 전류확산전극(3), 메탈아일랜드(4), 확장전극(9) 패턴이 볼록(
Figure 112011070327746-pat00002
)한 형태를 갖게 되는 포토레지스트(PR)를 사용한다. n-층(2), 활성층(5) 및 p-층(6)을 형성하고 난 후에, 메탈아일랜드(4)가 있는 부분에는 n-층(2), 활성층(5)과 p-층(6)이 형성되지 않아 구멍 (또는 빈 공간)이 만들어진다. 이러한 구멍을 통해 확장전극(9)의 일부가 전류확산전극(3)과 접촉하게 된다.
또한, 본 발명의 실시예인 발광다이오드의 제조방법은, 전류확산전극(3)과 메탈아일랜드(4)를 형성한 후, GaN층(n-층)(2)을 재성장하는 단계를 더 포함하며, 상기 메탈아일랜드(4) 위로 재성장된 GaN층(n-층)(2)을 관통하는 구멍이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예인 발광다이오드의 제조방법은, 전류확산전극(3)과 메탈아일랜드(4)를 형성한 후, 실리콘옥사이드층(13)을 형성하는 단계와, 전류확산전극(3)과 메탈아일랜드(4)를 형성하기 위한 포토리소그래피용 마스크를 사용하여 실리콘옥사이드를 패터닝하는 단계와, GaN층(10)을 재성장하는 단계와, 메탈아일랜드(4) 위로 재성장된 GaN층(10)을 관통하는 구멍이 형성되는 단계와, 구멍으로 습식식각액이 침투하여 실리콘옥사이드를 에칭하는 단계를 포함할 수 있다.
이때의 GaN층(10)은 n-층(2), 활성층(5), p-층(6)을 각각 또는 하나 이상의 층을 포함하는 것을 의미할 수 있다.
구멍은 메탈아일랜드(4) 위에 GaN층(10)이 성장하지 않아서 생기는 것으로, 이러한 구멍은 패터닝 입구로 사용되어 습식식각용액이 주입되어 패턴을 따라가며 식각이 진행된다. 또한, 습식식각용액은 수산화 나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 인산(H3PO4), 알루에치(4H8PO4+4CH8COOH+ HNO8+H2O), 불산 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예인 발광다이오드의 제조방법은, 금속층을 형성하는 단계가 두 종류 이상의 금속이 이중층 이상의 다층으로 형성되는 단계일 수 있다.
본 발명의 실시예인 발광다이오드의 제조방법은, 도 7을 참조하면, n-층(2)의 하부 또는 내부에 에어바(12)를 형성하는 단계를 더 포함하며, 에어바(12)를 형성하는 마스크와 전류확산전극(3)을 형성하는 마스크는 동일한 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예인 발광다이오드의 제조방법은, 도 8을 참조하면, 기판(1)을 준비하는 단계와, 질화물 반도체로 n-층(2)을 형성하는 단계와, 전류확산전극(3)과 메탈아일랜드(4)형성용 포토리소그래피용 마스크(14)를 사용하여 감광막(16)을 패터닝하는 단계와, n-층(2) 위에 금속층(19)과 실리콘옥사이드층(13)을 순차 형성하는 단계와, 감광막(16)을 제거하여 전류확산전극(3)과 메탈아일랜드(4), 실리콘옥사이드 패턴(15)을 형성하는 단계와, GaN층(n-층)(2)이 재성장되며, 메탈아일랜드(4) 위로 GaN층(n-층)(2)을 관통하는 구멍이 형성되는 단계와, 구멍으로 습식식각액이 침투하여 실리콘옥사이드(13)를 에칭하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예인 발광다이오드의 제조방법은, 금속층(19)을 형성하는 단계가 두 종류 이상의 금속이 이중층 이상의 다층으로 형성되는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예인 발광다이오드의 제조방법은, n-층(2)의 하부 또는 내부에 에어바(12)를 형성하는 단계를 더 포함하며, 에어바(12)를 형성하는 마스크와 전류확산전극(3)을 형성하는 마스크는 동일한 것을 사용할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 에어바(12)를 형성하는 방법은 먼저 기판(1)을 준비하고(a), 기판(1) 상에 n-층(2)을 성장시키고(b), 포토리소그래피용 감광막(16)과 마스크(14)를 사용하여 감광막 패턴(17)을 형성한다(c). 이때는 하부막 상에 형성될 패턴이 감광막 패턴(17)의 오목(
Figure 112011070327746-pat00003
)한 형태 내에 남게 되는 포토레지스트(PR)를 사용한다. 이후 감광막 패턴(17) 상에 전류확산전극(3)과 메탈아일랜드(4)용 금속층(19)를 형성하고, 이어서 실리콘옥사이드층(13)을 형성한다(d). 감광막(16)을 제거하면 전류확산전극(3)과 실리콘옥사이드패턴(15)으로 이루어진 이층 막 패턴이 형성된다(e). 다음으로 n-층(2), 활성층(5), p-층(6)을 차례로 성장하고(f), 실리콘옥사이드 패턴(15)을 습식식각(wet etching)하여 에어바(12)를 형성한다(g).
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 권리범위 내에 있게 된다.
1 : 기판 2 : n-층
3 : 전류확산전극 4 : 메탈아일랜드
5 : 활성층 6 : p-층
7 : n-전극 8 : p-전극
9 : 확장전극 10 : GaN
11 : 전류 12 : 에어바
13 : 실리콘옥사이드 14 : 마스크
15 : 실리콘옥사이드 패턴 16 : 감광막
17 : 감광막 패턴 18 : 반사전극
19 : 금속층 21 : 기판
22 : n-층 23 : 활성층
24 : p-층 25 : 전류확산층
26 : n-전극 27 : p-전극

Claims (15)

  1. 질화물 반도체로 형성된 n-층;
    상기 n-층상에 형성된 n-전극;
    상기 n-층을 가로질러 형성된 양단을 갖는 하나 이상의 전류확산전극;
    상기 전류확산전극의 일단에 형성된 하나 이상의 메탈아일랜드;
    상기 하나 이상의 메탈아일랜드와 상기 n-전극을 연결하는 확장전극;을 포함하는 발광다이오드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전류확산전극의 일부에 연결된 메탈아일랜드와,
    상기 전류확산전극 위로 재성장된 GaN층을 포함하며,
    상기 메탈아일랜드 위로 GaN가 성장되지 않아 생기는 구멍을 가로질러 형성된 확장전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전류확산전극의 일부에 연결된 메탈아일랜드와,
    상기 전류확산전극 위로 형성된 에어바를 포함하며,
    상기 메탈아일랜드 위로 GaN가 성장되지 않아 생기는 구멍을 가로질러 형성된 확장전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전류확산전극은 두 종류 이상의 금속이 다층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 n-층에 형성된 에어바를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전류확산전극 상에 에어바를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전류확산전극은 Ti, W, Sc 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  8. 기판을 준비하는 단계;
    질화물 반도체로 n-층을 형성하는 단계;
    상기 n-층 위에 금속층을 형성하는 단계;
    상기 n-층을 가로질러 양단을 갖는 하나 이상의 전류확산전극과, 상기 전류확산전극의 일단에 연결된 하나 이상의 메탈아일랜드를 형성하는 단계;
    활성층을 형성하는 단계;
    p-층을 형성하는 단계;
    n-전극 및 p-전극과, 상기 하나 이상의 메탈아일랜드와 상기 n-전극을 연결하는 확장전극을 형성하는 단계;를 포함하는 발광다이오드의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전류확산전극과 메탈아일랜드를 형성한 후, GaN층을 재성장하는 단계를 더 포함하며,
    상기 메탈아일랜드 위로 재성장된 GaN층을 관통하는 구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서
    상기 전류확산전극과 메탈아일랜드를 형성한후, 실리콘옥사이드층을 형성하는 단계;
    상기 전류확산전극과 메탈아일랜드를 형성하기 위한 포토리소그래피용 마스크를 사용하여 상기 실리콘옥사이드를 패터닝하는 단계;
    GaN층을 재성장하는 단계;
    상기 메탈아일랜드 위로 재성장된 GaN층을 관통하는 구멍이 형성되는 단계; 및
    상기 구멍으로 습식식각액이 침투하여 실리콘옥사이드를 에칭하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속층은 두 종류 이상의 금속이 다층으로 형성되는 단계인 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 n-층의 하부 또는 내부에 에어바를 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 에어바를 형성하는 마스크와 상기 전류확산전극을 형성하는 마스크가 동일한 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법.
  13. 기판을 준비하는 단계;
    질화물 반도체로 n-층을 형성하는 단계;
    전류확산전극과 메탈아일랜드 형성용 포토리소그래피용 마스크를 사용하여 감광막을 패터닝하는 단계;
    n-층 위에 금속층과 실리콘옥사이드층을 순차형성하는 단계;
    상기 감광막을 제거하여 전류확산전극과 메탈아일랜드, 실리콘옥사이드 패턴을 형성하는 단계;
    GaN층이 재성장되며, 상기 메탈아일랜드 위로 GaN층을 관통하는 구멍이 형성되는 단계; 및
    상기 구멍으로 습식식각액이 침투하여 실리콘옥사이드를 에칭하는 단계;를 포함하는 발광다이오드의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 금속층을 형성하는 단계는 두 종류 이상의 금속이 다층으로 형성되는 단계인 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 n-층의 하부 또는 내부에 에어바를 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 에어바를 형성하는 마스크와 상기 전류확산전극을 형성하는 마스크가 동일한 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 제조방법.
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