KR101969307B1 - 반도체 발광소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 발광소자 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 반도체 발광소자에 관한 것으로, 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물을 형성하는 단계; 상기 발광구조물 상에 전류 확산층을 형성하는 단계; 상기 전류 확산층, 제2 도전형 반도체층 및 활성층을 식각하여 제1 도전형 반도체층의 일부 상면을 노출시키는 단계; 상기 전류 확산층의 일부를 식각하여 상기 전류 확산층에 개구부를 형성하여, 상기 제2 도전형 반도체층의 일부 상면을 노출시키는 단계; 상기 노출된 제1 도전형 반도체층 상에 제1 전극을 형성하는 단계; 및 상기 전류 확산층에 형성된 상기 개구부에 의하여 노출된 제2 도전형 반도체층의 일부 및 상기 개구부 주변의 상기 전류 확산층의 일부를 덮도록 제2 전극을 형성하는 단계;를 포함한다.

Description

반도체 발광소자 {SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 반도체 발광소자에 관한 것이다.
반도체 발광소자는 전류가 가해지면 p, n형 반도체의 접합 부분에서 전자와 정공의 재결합에 기하여, 다양한 색상의 빛을 발생시킬 수 있는 반도체 장치이다. 이러한 반도체 발광소자는 필라멘트에 기초한 발광소자에 비해 긴 수명, 낮은 전원, 우수한 초기 구동 특성, 높은 진동 저항 등의 여러 장점을 갖기 때문에 그 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 특히, 최근에는, 청색 계열의 단파장 영역의 빛을 발광할 수 있는 III족 질화물 반도체가 각광을 받고 있다.
이러한 III족 질화물 반도체를 이용한 발광소자는 기판 상에 n형 및 p형 질화물 반도체층과 그 사이에 형성된 활성층을 구비하는 발광구조물을 성장시킴으로써 얻어지며, 이 경우, 발광구조물의 표면에는 외부로부터 전기 신호를 인가하기 위한 오믹전극과 본딩전극 등이 형성된다. 본딩전극의 경우, 패드부와 핑거부로 구성될 수 있으며, 상기 핑거부는 소자 전체적으로 균일한 전류를 인가하기 위해 채용될 수 있다. 그러나, 핑거부를 사용한 경우라도 핑거부의 일부 영역에는 전류가 집중될 수 있으므로, 당 기술 분야에서는 국부적인 영역에 전류가 집중되는 현상이 최소화된 개선된 전극 구조가 요구된다.
본 발명의 일 목적은 전류가 국부적인 영역에 집중되는 현상을 최소화함으로써 광 균일도가 향상될 수 있는 반도체 발광소자를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일 측면은,
기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물을 형성하는 단계; 상기 발광구조물 상에 전류 확산층을 형성하는 단계; 상기 전류 확산층, 제2 도전형 반도체층 및 활성층을 식각하여 제1 도전형 반도체층의 일부 상면을 노출시키는 단계; 상기 전류 확산층의 일부를 식각하여 상기 전류 확산층에 개구부를 형성하여, 상기 제2 도전형 반도체층의 일부 상면을 노출시키는 단계; 상기 노출된 제1 도전형 반도체층 상에 제1 전극을 형성하는 단계; 및 상기 전류 확산층에 형성된 상기 개구부에 의하여 노출된 제2 도전형 반도체층의 일부 및 상기 개구부 주변의 상기 전류 확산층의 일부를 덮도록 제2 전극을 형성하는 단계; 를 포함하는 반도체 발광소자 제조방법을 제공한다.
상기 제2 전극은 패드부 및 상기 패드부로부터 연장된 핑거부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 핑거부는 상기 패드부 보다 폭이 좁은 것을 특징으로 한다.
상기 개구부는 상기 패드부의 하부에 형성된 패드 개구부와, 상기 핑거부의 하부에 형성된 핑거 개구부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 패드부는 상기 패드 개구부에 의하여 노출된 제2 도전형 반도체층 및 상기 패드 개구부 주변의 상기 전류 확산층의 일부를 덮도록 형성하고, 상기 핑거부는 상기 핑거 개구부에 의하여 노출된 제2 도전형 반도체층의 일부 및 상기 핑거 개구부의 주변의 상기 전류 확산층의 일부를 덮도록 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 패드 개구부는, 상기 제2 전극의 상기 패드부 보다 작게 형성하고, 상기 핑거 개구부는, 상기 제2 전극의 상기 핑거부 보다 폭은 넓게 형성하고, 상기 제2 전극의 상기 핑거부 보다 길이는 짧게 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 패드 개구부는, 상기 제2 전극의 상기 패드부 보다 작게 형성하고, 상기 핑거 개구부는, 상기 제2 전극의 상기 핑거부 보다 폭은 넓고 길이는 짧은 복수의 개구부를 포함하도록 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 전류 확산층의 식각은 습식식각인 것을 특징으로 한다.
상기 전류 확산층은 투명 전도성 산화물로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 투명 전도성 산화물은 ITO, CIO 및 ZnO 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 하부에는 반사층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 반사층은 상기 전류 확산층과 접하지 않도록 형성할 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극은 광 반사 물질로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 및 제2 전극은 전기 전도성이 높은 금속으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 전극은 상부에서 보았을 때 상기 전류 확산층과 접촉하는 영역과 접촉하지 않은 영역을 포함하도록 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 전극은 상기 반사층과 동일한 크기로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 전극은 상기 반사층과 다른 크기로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 기판과 상기 제1 도전형 반도체층 사이에 버퍼층을 형성하는 단계를 더포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은,
기판 상에 순차적으로 적층된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층의 일부 상면에 배치된 제1 전극; 상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성되며 개구부를 포함하는 전류 확산층; 및 상기 전류 확산층의 상기 개구부에 의하여 노출된 제2 도전형 반도체층의 일부 및 상기 개구부 주변의 상기 전류 확산층의 일부를 덮도록 형성된 제2 전극;을 포함하는 반도체 발광소자를 제공한다.
상기 제2 전극은 패드부 및 상기 패드부로부터 연장된 핑거부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 핑거부는 상기 패드부 보다 폭이 좁은 것을 특징으로 한다.
상기 개구부는 상기 패드부의 하부에 형성된 패드 개구부와, 상기 핑거부의 하부에 형성된 핑거 개구부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 패드부는 상기 패드 개구부에 의하여 노출된 제2 도전형 반도체층 및 상기 패드 개구부 주변의 상기 전류 확산층의 일부를 덮으며, 상기 핑거부는 상기 핑거 개구부에 의하여 노출된 제2 도전형 반도체층의 일부 및 상기 핑거 개구부의 주변의 상기 전류 확산층의 일부를 덮는 것을 특징으로 한다.
상기 패드 개구부는, 상기 제2 전극의 상기 패드부 보다 작고, 상기 핑거 개구부는, 상기 제2 전극의 상기 핑거부 보다 폭은 넓고, 상기 제2 전극의 상기 핑거부 보다 길이는 짧은 것을 특징으로 한다.
상기 패드 개구부는, 상기 제2 전극의 상기 패드부 보다 작고, 상기 핑거 개구부는, 상기 제2 전극의 상기 핑거부 보다 폭은 넓고 길이는 짧은 복수의 개구부로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 전류 확산층은 투명 전도성 산화물로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 투명 전도성 산화물은 ITO, CIO 및 ZnO 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 하부에는 반사층을 더 포함할 수 있다.
상기 반사층은 상기 전류 확산층과 접하지 않을 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극은 광 반사 물질로 이루어질 수 있다.
상기 제2 전극은 상부에서 보았을 때 상기 전류 확산층과 접촉하는 영역과 접촉하지 않은 영역을 포함할 수 있다.
상기 제2 전극은 상기 반사층과 동일한 크기일 수 있다.
상기 제2 전극은 상기 반사층과 다른 크기일 수 있다.
상기 기판과 상기 제1 도전형 반도체층 사이에 버퍼층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의할 경우, 전류가 국부적인 영역에 집중되는 현상을 최소화함으로써, 광 균일도가 향상되고 동작 전압이 감소될 수 있는 반도체 발광소자를 얻을 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 반도체 발광소자의 제조공정이 간단해지고, 그에 따라 제작 비용이 감소되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 반도체 발광소자를 상부에서 바라본 개략적인 평면도이다.
도 3은 도 2의 III-III를 따라 절개한 모습을 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 2의 IV-IV를 따라 절개한 모습을 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 2의 V-V를 따라 절개한 모습을 나타낸 단면도이다.
도 6 내지 도 25는 본 발명의 일 실시형태에 의한 반도체 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 별 단면도 또는 평면도이다.
도 26은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 27은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 28은 본 발명에서 제안하는 반도체 발광소자의 사용 예를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1의 반도체 발광소자를 상부에서 바라본 개략적인 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광소자(1)는 기판(10), 버퍼층(20), 제1 도전형 반도체층(32), 활성층(34) 및 제2 도전형 반도체층(36)을 포함하는 발광구조물(30)을 포함하며, 제1 도전형 반도체층(32)의 일면에는 제1 전극(60)이 형성되고, 제2 도전형 반도체층(36)의 일면에는 전류 확산층(40) 및 및 제2 전극(70)이 형성될 수 있다.
상기 제1 전극(60) 하부 및 상기 제2 전극(70) 하부에는 반사층(50)이 구비될 수 있다.
기판(10)은 사파이어, SiC, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN 등의 물질로 이루어진 기판을 사용할 수 있다. 이 경우, 사파이어는 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 및 a축 방향의 격자상수가 각각 13.001Å과 4.758Å이며, C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등을 갖는다. 이 경우, 상기 C면은 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 성장용 기판으로 주로 사용된다.
상기 기판(10) 상에 형성되는 버퍼층(20)은, 이후 상기 기판(10) 상에 성장되는 발광구조물의 격자 결함 완화를 위한 것으로, 질화물 등으로 이루어진 언도프 반도체층으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 기판으로 이용되는 사파이어 기판과, 그 상면에 적층되는 GaN으로 이루어진 반도체층과의 격자상수 차이를 완화하여, GaN층의 결정성을 증대시킬 수 있다. 이때 버퍼층(20)은 언도프 GaN, AlN, InGaN 등이 적용될 수 있으며, 500 내지 600℃의 저온에서 수십 내지 수백 Å의 두께로 성장할 수 있다. 이 경우, 언도프라 함은 반도체층에 불순물 도핑 공정을 따로 거치지 않은 것을 의미하며, 반도체층에 본래 존재하던 수준의 불순물 농도, 예컨대, 질화갈륨 반도체를 MOCVD를 이용하여 성장시킬 경우, 도펀트로 사용되는 Si 등이 의도하지 않더라도 약 1014~ 1018/㎤인 수준으로 포함될 수 있다.
상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(32, 36)은 각각 n형 및 p형 반도체층이 될 수 있으며, 질화물 반도체로 이루어질 수 있다. 따라서, 이에 제한되는 것은 아니지만, 본 실시 형태의 경우, 제1 도전형은 n형, 제2 도전형은 p형을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 제1 및 제2 도전형 반도체층(32, 36)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 가지며, 예컨대, GaN, AlGaN, InGaN 등의 물질이 이에 해당될 수 있다. 제1 및 제2 도전형 반도체층(32, 36) 사이에 형성되는 활성층(34)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출하며, 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조로 이루어질 수 있다. 다중 양자우물 구조의 경우, 예컨대, InGaN/GaN 구조가 사용될 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(36) 상에 배치된 전류 확산층(40)은 광 투과율이 높으면서도 오믹컨택 성능이 상대적으로 우수한 ITO, CIO, ZnO 등과 같은 투명 전도성 산화물로 이루어질 수 있다.
또한 본 발명의 실시형태에서 상기 전류 확산층(40)은 제2 전극(70)이 형성될 영역을 따라 형성된 패드 개구부(A) 및 핑거 개구부(B)를 포함한다. 상기 패드 개구부(A) 및 핑거 개구부(B)에 의하여 상기 제2 도전형 반도체층(36)의 일부가 노출된다. 상기 패드 개구부(A) 및 핑거 개구부(B)에 대하여는 이후에 자세히 설명한다.
상기 제1 및 제2 전극(60, 70)은 외부 전기 신호 인가를 위하여 도전성 와이어나 솔더 범프 등과 접촉하는 영역으로 제공되며, Au, Ag, Al, Cu, Ni 등과 같이 광 반사성 물질을 포함할 수 있으며, Cr/Au, Ti/Au 등과 같이 다층 구조를 이룰 수도 있다. 이 경우, 제1 전극(60)은 발광구조물에서 활성층(34) 및 제2 도전형 반도체층(36)이 일부 제거되어 노출된 제1 도전형 반도체층(32)의 일부 상면에 형성될 수 있으며, 제2 전극(70)은 제2 도전형 반도체층(36) 상에 형성될 수 있다.
본 실시 형태의 경우, 도 2에 도시된 것과 같이, 제1 및 제2 전극(60, 70)은 전류가 발광구조물 전체적으로 균일하게 주입될 수 있도록 패드부(60a, 70a) 및 이보다 폭이 좁은 형태로서 패드부(60a, 70a)로부터 연장되어 형성된 핑거부(60b, 60b)를 포함한다. 즉, 제1 전극(60)은 제1 패드부(60a) 및 이로부터 제2 패드부(70a)를 향하여 형성된 제1 핑거부(60b)를 포함하며, 제2 전극(70)은 제2 패드부(70a) 및 이로부터 제1 패드부(60a)를 향하여 형성된 제2 핑거부(70b)를 포함한다. 이 경우, 전류 확산에 더욱 적합하도록 제1 도전형 반도체층(32) 상면에 형성되는 제1 패드부(60a) 및 제1 핑거부(60b)는 상기 상면의 외곽을 따라 형성될 수 있다.
도 3은 도 2의 III-III를 따라 절개한 모습을 나타낸 단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제2 전극(70)의 제2 패드부(70a)는 상기 전류 확산층(40)의 패드 개구부(A)를 중심으로 상기 전류 확산층(40)의 패드 개구부(A) 보다 크게 형성되어, 상기 전류 확산층(40)의 패드 개구부(A)에 의하여 노출된 상기 제2 도전형 반도체층(36) 및 상기 전류 확산층(40)의 일부를 덮도록 형성된다.
따라서 상기 제2 전극(70)의 제2 패드부(70a)는 상기 전류 확산층(40)과 상기 전류 확산층(40)의 패드 개구부(A)의 둘레를 따라 일정 영역(C)에서 접촉한다. 여기서 접촉면적은 반도체 발광소자에 따라 다양하게 설정할 수 있다.
이와 같이 상기 전류 확산층(40)과 상기 제2 전극(70)의 제2 패드부(70a)가 상기 전류 확산층(40)의 패드 개구부(A) 둘레를 따라 일정 영역(C)에서만 접촉되면, 제2 전극(70)의 제2 패드부(70a) 중에서 상기 전류 확산층(40)과 접촉하지 않고 제2 도전형 반도체층(36)에 바로 접촉되는 영역(A)에서는 전류가 잘 흐르지 않고, 제2 전극(70)의 제2 패드부(70a) 중에서 상기 전류 확산층(40)과 접촉한 영역(C)에서만 전류가 효과적으로 주입된다.
따라서 전류가 제2 전극(70)의 제2 패드부(70a) 하부 영역에 집중되지 않고, 측 방향으로 고르게 주입되도록 하여, 반도체 발광소자의 광 균일도를 향상시킬 수 있다. 그에 따라 발광소자의 신뢰성이 향상되고 휘도가 상승하게 되는 효과가 있다
여기서 상기 제2 도전형 반도체층(36)과 상기 제2 패드부(70a) 사이에는 발광소자의 활성층에서 방출된 빛이 전극 영역에서 흡수되는 것을 방지하기 위하여 반사층(50)이 구비될 수 있다.
상기 제2 전극(70)의 제2 핑거부(70b)와 상기 전류 확산층(40)의 핑거 개구부(B)에 대하여 살펴보면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제2 전극(70)의 제2 핑거부(70b)의 폭은 상기 전류 확산층(40)의 핑거 개구부(B)의 폭보다 좁게 형성되고, 상기 제2 전극(70)의 제2 핑거부(70b)의 길이는 상기 전류 확산층(40)의 핑거 개구부(B)의 길이 보다 길게 형성된다.
도 4는 도 2의 IV-IV를 따라 절개한 모습을 나타낸 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제2 전극(70)의 제2 핑거부(70b)는 상기 전류 확산층(40)의 핑거 개구부(B) 내에 형성되며, 따라서 도 2의 IV-IV영역에서 상기 제2 전극(70)의 제2 핑거부(70b)는 전류 확산층(40)과 접하지 않는다. 그러므로 도 4에 도시된 영역에서는 전류의 주입이 일어나지 않는다.
도 5는 도 2의 V-V를 따라 절개한 모습을 나타낸 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제2 전극(70)의 제2 핑거부(70b)의 길이는 상기 전류 확산층(40)의 핑거 개구부(B)보다 길게 형성되므로, 도 5 에 도시된 바와 같이, 상기 제2 전극(70)의 제2 핑거부(70b)의 말단 영역 부위에 형성된 상기 전류 확산층(40)에는 개구부가 형성되어 있지 않다.
따라서 상기 제2 전극(70)의 제2 핑거부(70b)의 말단 영역 부위에서는 상기 제2 전극(70)의 제2 핑거부(70b)가 상기 전류 확산층(40)과 접촉하며, 따라서 접촉하는 영역에서 전류주입이 일어난다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시형태에서는, 상기 제2 전극(70)이 전류 확산층(40)과 접촉되는 영역과 접촉되지 않은 영역을 형성하여, 전류가 제2 전극(70) 하부 영역에 집중되지 않고 측 방향으로 고르게 주입되도록 하여, 반도체 발광소자의 광 균일도를 향상시킬 수 있다. 또한 그에 따라 동작전압이 감소되는 효과가 있다.
도 6 내지 도 25는 본 발명의 일 실시형태에 의한 반도체 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 별 단면도 또는 평면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 반도체 성장용 기판(10) 상에 버퍼층(20)을 형성한다. 그러나 경우에 따라서는 상기 버퍼층(20)은 형성하지 않을 수도 있다.
다음으로, 도 7를 참조하면, 상기 버퍼층(20) 상에 제1 도전형 반도체층(32), 활성층(34) 및 제2 도전형 반도체층(36)을 포함하는 발광구조물(30)을 형성할 수 있다.
다음으로, 도 8을 참고하면, 제2 도전형 반도체층(36) 상에 전류 확산층(40)을 형성한다. 상기 전류 확산층(40)은 ITO, CIO, ZnO 등과 같은 투명 전도성 물질로 형성할 수 있다.
다음으로, 도 9를 참고하면, 상기 전류 확산층(40)상에 제1 마스크(M1)을 형성한다. 상기 제1 마스크(M1)는 상기 제1 도전형 반도체층(32) 상에 제1 전극을 형성할 영역을 정의하기 위하여, 상기 제1 도전형 반도체층(32) 상의 제1 전극이 형성될 위치에 적층된 상기 활성층(34), 상기 제2 도전형 반도체층(36) 및 상기 전류 확산층(40)을 식각 하기 위한 마스크이다.
상기 제1 마스크(M1)는 포토 레지스트(photo-resist) 공정 등을 통해 형성할 수 있으며, 포토 레지스트는 광 조사에 의해서 감광부분이 현상액에 용해하지 않게 되거나(네거티브형) 용해하게 되는(포지티브형) 등의 성질을 가진 것이다.
이와 같은 제1 마스크(M1)을 이용하여 상기 활성층(34), 상기 제2 도전형 반도체층(36) 및 상기 전류 확산층(40)을 식각한다.
상기 활성층(34), 상기 제2 도전형 반도체층(36) 및 상기 전류 확산층(40)을 식각하는 공정에서 사용되는 식각 용액은 활성층(34), 제2 도전형 반도체층(36) 및 전류 확산층(40)의 종류 및 두께에 따라 달라질 수 있으며, 구체적으로 산(acid) 또는 염기(base) 계열의 화학 약품을 이용하여 습식 식각 할 수 있다.
도 10은 상기 활성층(34), 상기 제2 도전형 반도체층(36) 및 상기 전류 확산층(40)이 식각된 후의 모습을 상부에서 바라본 모습을 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 11은 도 10의 XI-XI을 따라 절개한 모습을 나타낸 단면도이다.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 도전형 반도체층(32) 상의 제1 전극이 위치할 영역 상부에 적층된 활성층(34), 제2 도전형 반도체층(36) 및 전류 확산층(40)이 식각되어 제1 도전형 반도체층(32)상에서 제1 전극이 위치할 영역이 노출된다.
도 12 내지 도 16은, 도 2의 III-III를 따라 절개한 부분을 형성하기 위한 공정 별 단면도이다.
도 12는 상기 전류 확산층(40) 상에 제2 마스크(M2)를 형성한 모습을 나타낸다. 상기 제2 마스크(M2)는 상기 제1 도전형 반도체층(32)상에서 제1 전극이 위치할 영역과 상기 전류 확산층(40) 상에서 패드 개구부(A) 및 핑거 개구부(B)가 형성될 영역을 정의한다.
상기 제2 마스크(M2)에 의하여 노출된 상기 전류 확산층(40)은 식각된다.
다음으로, 도 13을 참고하면, 식각에 의하여 노출된 제1 및 제2 도전형 반도체층(32, 36) 상에 반사층(50)을 형성할 수 있다. 상기 반사층(50)은 상기 패드 개구부(A)의 내부에서 상기 전류 확산층(40)과 접하지 않도록 형성할 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 마스크(M2)를 마스크로 상기 전류 확산층(40)을 습식식각한다. 그런데 습식식각에 의하여 상기 제2 마스크(M2) 아래 부분에 언더컷이 유발될 수 있다. 이후 상기 제2 마스크(M2)를 이용하여 상기 패드 개구부(A)와 제1 도전형 반도체층(32)에 반사층(50)을 형성하면, 상기 반사층(50)은 상기 패드 개구부(A)의 내부에서 상기 전류 확산층(40)과 접하지 않도록 형성될 수 있다.
다음으로, 도 14를 참고하면, 제1 전극 및 제2 전극을 형성하기 위한 제3 마스크(M3)를 상기 전류 확산층(40)을 포함하는 발광구조물(30)상에 형성한다.
상기 제3 마스크(M3)는 상기 상기 전류 확산층(40)에 형성된 패드 개구부(A) 보다 더 큰 개구부(E)를 갖도록 형성된다.
다음으로, 도 15를 참고하면, 상기 제3 마스크(M3) 상에 제1 전극(60) 및 제2 전극(70)을 형성하기 위한 금속층(M)을 증착한다.
상기 금속층(M)은 전기 전도성이 높은 금속을 이용하여, 도금, 스퍼터링, 증착 등의 공정으로 적절히 형성될 수 있다.
다음으로, 도 16을 참고하면, 금속층(M)이 증착된 상기 제3 마스크(M3)를 제거하여 제1 전극(60) 및 제 2 전극(70)을 형성한다.
따라서 상기 제2 전극(70)의 제2 패드부(70a)는 상기 전류 확산층(40)과 상기 전류 확산층(40)의 패드 개구부(A)의 둘레를 따라 일정 영역에서 접촉한다.
도 17 내지 도 21은, 도 2의 IV-IV를 따라 절개한 부분을 형성하기 위한 공정 별 단면도이다.
도 17을 참고하면, 도 12에서와 동일한 공정에 의하여, 상기 전류 확산층(40) 상에 제2 마스크(M2)를 형성한다. 상기 제2 마스크(M2)에 의하여, 상기 전류 확산층(40) 상에서 상기 제2 전극(70)의 제2 핑거부(70b)와 유사한 형상의 핑거 개구부(B)가 형성될 영역이 정의된다.
상기 핑거 개구부(B)의 폭은 상기 제2 전극(70)의 제2 핑거부(70b)의 폭보다 넓게 형성되고, 상기 핑거 개구부(B)의 길이는 상기 제2 전극(70)의 제2 핑거부(70b)의 길이 보다 짧게 형성된다.
이와 같은 상기 제2 마스크(M2)에 의하여 노출된 상기 전류 확산층(40)은 식각된다.
다음으로, 도 18을 참고하면, 식각에 의하여 노출된 제2 도전형 반도체층(36) 상에 반사층(50)을 형성할 수 있다. 상기 반사층(50)은 상기 핑거 개구부(B)의 내부에서 상기 전류 확산층(40)과 접하지 않도록 형성할 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 마스크(M2)를 마스크로 상기 전류 확산층(40)을 습식식각한다. 그런데 습식식각에 의하여 상기 제2 마스크(M2) 아래 부분에 언더컷이 유발될 수 있다. 이후 상기 제2 마스크(M2)를 이용하여 상기 핑거 개구부(B)에 반사층(50)을 형성하면, 상기 반사층(50)은 상기 핑거 개구부(B)의 내부에서 상기 전류 확산층(40)과 접하지 않도록 형성될 수 있다.
다음으로, 도 19를 참고하면, 도 14에서와 동일한 공정에 의하여, 제1 전극 및 제2 전극을 형성하기 위한 제3 마스크(M3)를 상기 전류 확산층(40)을 포함하는 발광구조물(30)상에 형성한다.
상기 제3 마스크(M3)는 상기 전류 확산층(40)에 형성된 핑거 개구부(B) 보다 더 작은 개구부(F)를 갖도록 형성될 수 있다.
다음으로, 도 20을 참고하면, 상기 제3 마스크(M3)가 형성된 상기 발광구조물(30) 상에 제2 전극(70)을 형성하기 위한 금속층(M)을 증착한다.
상기 금속층(M)은 전기 전도성이 높은 금속을 이용하여, 도금, 스퍼터링, 증착 등의 공정으로 적절히 형성될 수 있다.
다음으로, 도 21을 참고하면, 상기 금속층(M)이 증착된 상기 제3 마스크(M3)를 제거하여 제 2 전극(70)을 형성한다.
여기서 상기 제2 전극(70)과 상기 전류 확산층(40)은 접하지 않는다. 또한 상기 제 2 전극(70)과 상기 반사층(50)은 동일한 크기로 형성될 수 있고, 또는 제 2 전극(70) 또는 반사층(50) 중 어느 하나가 크게 형성될 수 있다.
도 22 내지 도 25는, 도 2의 V-V를 따라 절개한 부분을 형성하기 위한 공정 별 단면도이다.
도 22에 도시된 바와 같이, 도 2의 V-V 영역에서 상기 전류 확산층(40)은 상기 제2 마스크(M2)에 의하여 개구부가 형성되지 않는다.
다음으로, 도 23을 참고하면, 도 14에서와 동일한 공정에 의하여, 상기 전류 확산층(40)상에 제2 전극을 형성하기 위한 제3 마스크(M3)를 형성한다.
다음으로, 도 24를 참고하면, 상기 제3 마스크(M3)가 형성된 상기 발광구조물(30) 상에 제2 전극(70)을 형성하기 위한 금속층(M)을 증착한다.
상기 금속층(M)은 전기 전도성이 높은 금속을 이용하여, 도금, 스퍼터링, 증착 등의 공정으로 적절히 형성될 수 있다.
다음으로, 도 25를 참고하면, 상기 금속층(M)이 증착된 상기 제3 마스크(M3)를 제거하여 제 2 전극(70)을 형성한다. 상기 제2 전극(70)과 상기 전류 확산층(40)은 접하므로, 이 영역에서 전류가 주입된다.
다음으로, 도시하지는 않았지만, 형성된 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 발광구조물을 덮도록 절연층을 형성한다. 이후 제1 및 제2 전극(60, 70)의 제1 및 제2 패드부(60a, 70a)를 노출시키는 마스크 공정을 실시한다.
이와 같이 상기 제2 전극의 하부에 전류 확산층과 접촉되는 영역과 접촉되지 않은 영역을 형성하여, 전류가 제2 전극 하부 영역에 집중되지 않고 측 방향으로 고르게 주입되도록 하면, 전류의 분산이 효과적으로 이루어지도록 할 수 있어 반도체 발광소자의 광 균일도를 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명의 실시형태에 따른 반도체 발광소자 제조방법에 의하면 전류가 전극 패드 하부 영역에 집중되지 않고 측 방향으로 고르게 주입되도록 하는 전류 차단층을 형성하지 않아도 전류를 분산 시킬 수 있는 효과가 있다. 그에 따라 전류 차단층을 형성하기 위한 마스크를 형성하지 않아도 되므로 공정을 단순화 할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시형태에 따라 전극 하부에 전류가 집중되는 것을 방지하면, 동작전압이 감소되는 효과가 있다.
도 26은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 반도체 발광소자(100)를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
본 실시 형태의 경우, 앞선 실시 형태와 비교하여 상기 전류 확산층(140)에 형성된 핑거 개구부(B')가 3개로 나뉘어져 있다.
구체적으로, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광소자(100)에서 제1 도전형 반도체층(132)의 일면에 형성된 제1 전극(140)은 제1 패드부(160a)와 제1 핑거부(160b)를 구비하며, 마찬가지로, 전류 확산층(140) 상에 형성된 제2 전극(170)은 제2 패드부(170a)와 제2 핑거부(170b)를 구비한다. 또한 상기 전류 확산층(140)에 형성된 핑거 개구부(B')는 3개의 개구부로 구성되어 있다.
따라서 상기 제2 전극(170)의 제2 핑거부(170b)와 상기 전류 확산층(140)은 핑거 개구부(B') 사이 영역(G)에서도 접한다. 여기서 상기 핑거 개구부(B')의 개수는 본 발명의 실시형태에 제한되는 것은 아니며, 반도체 발광소자에 따라 다양하게 설정할 수 있다.
따라서 상기 제2 전극(170)의 제2 핑거부(170b)와 상기 전류 확산층(140)이 접촉하는 영역에서 전류주입이 일어난다.
본 실시형태에서는 상기 제2 전극(170)의 제2 핑거부(70b)와 상기 전류 확산층(140)이 보다 더 많이 접촉할 수 있으며, 또한 접촉영역이 서로 분리되어 있어 전류의 분산이 더욱 효과적으로 이루어지도록 할 수 있어 반도체 발광소자의 광 균일도를 향상시킬 수 있다.
도 27은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
본 실시 형태의 경우, 앞선 실시 형태와 비교하여, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광소자(200)에서는 상기 제2 전극(270)의 제2 핑거부(270b)를 핑거 개구부(B")의 주변 영역과 상기 핑거 개구부(B") 내부 영역의 일정 영역에만 형성된다.
이와 같이, 상기 제2 전극의 제2 핑거부와 상기 전류 확산층의 핑거 개구부의 형상은 일정 영역에서 상기 제2 전극의 제2 핑거부와 상기 전류 확산층이 접촉하도록 하고, 일정 영역에서는 상기 제2 전극의 제2 핑거부가 제2 도전형 반도체층에 바로 접촉되도록 다양하게 변형될 수 있다.
한편, 상기와 같은 구조를 갖는 반도체 발광소자는 다양한 분야에서 응용될 수 있다.
도 28은 본 발명에서 제안하는 반도체 발광소자의 사용 예를 개략적으로 나타낸 구성도이다. 도 28을 참조하면, 조광 장치(300)는 발광 모듈(301)과 발광 모듈(301)이 배치되는 구조물(304) 및 전원 공급부(303)를 포함하여 구성되며, 발광 모듈(301)에는 본 발명에서 제안한 방식으로 얻어진 하나 이상의 반도체 발광소자(302)가 배치될 수 있다. 이 경우, 반도체 발광소자(302)는 그 자체로 모듈(301)에 실장되거나 패키지 형태로 제공될 수도 있을 것이다. 전원 공급부(303)는 전원을 입력받는 인터페이스(305)와 발광 모듈(301)에 공급되는 전원을 제어하는 전원 제어부(306)를 포함할 수 있다. 이 경우, 인터페이스(305)는 과전류를 차단하는 퓨즈와 전자파장애신호를 차폐하는 전자파 차폐필터를 포함할 수 있다.
전원 제어부(306)는 전원으로 교류 전원이 입력되는 경우, 전원 제어부는 교류를 직류로 변환하는 정류부와, 발광 모듈(301)에 적합한 전압으로 변환시켜주는 정전압 제어부를 구비할 수 있다. 만일, 전원 자체가 발광 모듈(301)에 적합한 전압을 갖는 직류원(예를 들어, 전지)이라면, 정류부나 정전압 제어부를 생략될 수도 있을 것이다. 또한, 발광 모듈(301)의 자체가 AC-LED와 같은 소자를 채용하는 경우, 교류 전원이 직접 발광 모듈(301)에 공급될 수 있으며, 이 경우도 정류부나 정전압 제어부를 생략될 수도 있을 것이다. 나아가, 전원 제어부는 색 온도 등을 제어하여 인간 감성에 따른 조명 연출을 가능하게 할 수도 있다. 또한, 전원 공급부(303)는 발광소자(302)의 발광량과 미리 설정된 광량 간의 비교를 수행하는 피드백 회로 장치와 원하는 휘도나 연색성 등의 정보가 저장된 메모리 장치를 포함할 수 있다.
이러한 조광 장치(300)는 화상 패널을 구비하는 액정표시장치 등의 디스플레이 장치에 이용되는 백라이트 유닛이나 램프, 평판 조명 등의 실내 조명 또는 가로등, 간판, 표지판 등의 실외 조명 장치로 사용될 수 있으며, 또한, 다양한 교통수단용 조명 장치, 예컨대, 자동차, 선박, 항공기 등에 이용될 수 있다. 나아가, TV, 냉장고 등의 가전 제품이나 의료기기 등에도 널리 이용될 수 있을 것이다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 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 것이며, 이 또한 첨부된 청구범위에 기재된 기술적 사상에 속한다 할 것이다.
10: 기판 20: 버퍼층
30: 발광구조물 32: 제1 도전형 반도체층
34: 활성층 36: 제2 도전형 반도체층
40: 전류 확산층 50: 반사층
60: 제1 전극 70: 제2 전극
M: 금속층 M1: 제1 마스크
M2: 제2 마스크 M3 : 제3 마스크
1, 100, 200: 반도체 발광소자

Claims (34)

  1. 기판 상에 순차적으로 적층된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층의 일부 상면에 배치된 제1 전극;
    상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성되며 개구부를 포함하는 전류 확산층;
    상기 전류 확산층의 상기 개구부에 의하여 노출된 제2 도전형 반도체층의 일부 및 상기 개구부 주변의 상기 전류 확산층의 일부에 연결되는 제2 전극;및,
    상기 제2 전극과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되며 상기 전류 확산층으로부터 이격된 반사층;을 포함하고,
    상기 제2 전극은 패드부 및 상기 패드부로부터 연장된 핑거부를 포함하며, 상기 개구부는 상기 패드부의 하부에 위치하는 패드 개구부와, 상기 패드 개구부와 분리되어 상기 핑거부의 하부에 위치하는 핑거 개구부를 포함하고,
    상기 패드부는 상기 패드 개구부에 의하여 노출된 제2 도전형 반도체층의 일부 및 상기 패드 개구부 주변의 상기 전류 확산층의 일부를 덮으며, 상기 핑거부는 상기 핑거 개구부에 의하여 노출된 제2 도전형 반도체층의 일부 및 상기 핑거 개구부의 주변의 상기 전류 확산층의 일부를 덮으며,
    상기 반사층은 상기 패드부의 하부의 상기 패드 개구부에 위치한 제1 부분과 상기 핑거부의 하부의 상기 핑거 개구부에 위치한 제2 부분을 포함하며, 상기 패드부는 상기 전류 확산층 및 상기 반사층 사이의 이격된 영역으로 연장되어 배치되는 반도체 발광소자.
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  4. 제1항에 있어서,
    상기 패드 개구부는, 상기 제2 전극의 상기 패드부 보다 작고,
    상기 핑거 개구부는, 상기 제2 전극의 상기 핑거부 보다 폭은 넓고, 상기 제2 전극의 상기 핑거부 보다 길이는 짧은 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 패드 개구부는, 상기 제2 전극의 상기 패드부 보다 작고,
    상기 핑거 개구부는, 상기 제2 전극의 상기 핑거부 보다 폭은 넓고 길이는 짧은 복수의 개구부로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전류 확산층은 투명 전도성 산화물로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 하부에 배치된 추가적인 반사층을 더 포함하는 반도체 발광소자.
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