KR102305218B1 - 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자는 제1 도전형 질화물 반도체층; 상기 제1 도전형 질화물 반도체층 하부에 형성된 활성층; 상기 활성층 하부에 형성된 제2 도전형 질화물 반도체층; 상기 제1 도전형 질화물 반도체층이 노출되도록 상기 제2 도전형 질화물 반도체층으로부터 상부 방향으로 형성된 메사 영역; 상기 제2 도전형 질화물 반도체층 하부에 형성된 제2 전극; 상기 제2 전극과 일부 중첩되도록 상기 제2 도전형 질화물 반도체층 하부의 코너에 형성되며, 일부분이 상부 방향으로 노출되는 커버 금속층; 상기 커버 금속층, 제2 전극 및 메사 영역 하부에 형성되는 절연층; 상기 제1 도전형 질화물 반도체층이 노출되도록 상기 메사 영역에 대응하는 부분에 형성되는 상기 절연층의 개구부; 상기 절연층 하부 및 개구부 내부에 형성되는 제1 전극; 상기 제1 전극 하부에 형성되는 도전성 기판; 및 상기 노출된 커버 금속층 상부에 형성되는 제2 전극 패드;를 포함하고, 하나의 메사 영역과 이에 인접한 다른 하나의 메사 영역 사이의 제2 전극의 폭을 a라 하고, 가장자리의 메사 영역과 코너의 커버 금속층의 연장선 사이의 제2 전극의 폭을 b라 할 때, a>b인 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 질화물 반도체 발광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구조를 단순화하면서도 광효율을 향상시킬 수 있는 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
질화물 반도체 발광소자는 n형 질화물 반도체층과 p형 질화물 반도체층 사이에 활성층이 게재된 형태의 발광구조체, n형 질화물 반도체층에 전자를 주입하는 n측 전극 패드, 그리고 p형 질화물 반도체층에 정공을 주입하는 p측 전극 패드를 포함한다. n형 질화물 반도체층을 통하여 공급되는 전자(electron)와 p형 질화물 반도체층에서 주입되는 정공(hole)이 활성층에서 재결합(recombination)하면서 광이 발생한다.
통상 질화물 반도체 발광소자는 p측 전극이 p형 질화물 반도체층 상에 형성되고, n측 전극이 메사 식각에 의해 노출되는 n형 질화물 반도체층 상에 형성된다.
최근에는 도전성 기판과 비아 홀 전극을 이용한 발광소자에 대하여 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 발광소자의 경우, 도전성 기판이 발광소자 하부에 위치하고, 도전성 기판과 전기적으로 연결되는 다수의 비아 홀 전극을 통하여 캐리어가 공급되는 구조를 갖는다.
그러나, 고출력을 위하여 대면적 발광소자를 제조하는 경우, 전류분산을 위하여 전극의 면적이 높을 것이 요구된다. 그에 따라, 다수의 비아 홀에 의해 활성층 영역이 줄어들어 광 생성이 감소된다. 더욱이, 전극에 의한 광 추출의 제한 및 광 흡수로 인한 광 손실 및 발광효율이 감소되는 단점이 있었다.
본 발명의 목적은 광효율을 향상시킬 수 있는 질화물 반도체 발광소자를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자는 제1 도전형 질화물 반도체층; 상기 제1 도전형 질화물 반도체층 하부에 형성된 활성층; 상기 활성층 하부에 형성된 제2 도전형 질화물 반도체층; 상기 제1 도전형 질화물 반도체층이 노출되도록 상기 제2 도전형 질화물 반도체층으로부터 상부 방향으로 형성된 메사 영역들; 상기 제2 도전형 질화물 반도체층 하부에 형성된 제2 전극; 상기 제2 전극과 일부 중첩되도록 상기 제2 도전형 질화물 반도체층 하부의 코너에 형성되며, 일부분이 상부 방향으로 노출되는 커버 금속층; 상기 커버 금속층, 제2 전극 및 메사 영역들 하부에 형성되는 절연층; 상기 제1 도전형 질화물 반도체층이 노출되도록 상기 메사 영역들에 대응하는 부분에 형성되는 상기 절연층의 개구부들; 상기 절연층 하부 및 개구부들 내부에 형성되는 제1 전극; 상기 제1 전극 하부에 형성되는 도전성 기판; 및 상기 노출된 상기 커버 금속층 상부에 형성되는 상기 제2 전극 패드;를 포함하고, 상기 메사 영역들 중 하나의 메사 영역과 이에 인접한 다른 하나의 메사 영역 사이의 제2 전극의 폭을 a라 하고, 가장자리의 메사 영역과 코너의 커버 금속층의 연장선 사이의 제2 전극의 폭을 b라 할 때, a>b인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 a는 메사 영역들 중 하나의 메사영역과 이에 인접한 다른 하나의 메사영역 사이의 제2 전극의 폭들 중 최단 폭일 수 있다. 또한, 상기 b는 가장자리의 메사 영역과 코너의 커버 금속층의 연장선 사이의 제2 전극의 폭들 중 최단 폭일 수 있다.
또한, 평면에서 볼 때, 각각의 상기 개구부 내부에 형성된 제1전극의 시작 지점과 상기 제2 전극의 끝 지점 사이의 간격이 5~8㎛일 수 있다. 이 경우, 평면에서 볼 때 각각의 상기 메사 영역의 시작 지점과 상기 제2 전극의 끝 지점 사이의 간격이 4㎛ 이하일 수 있다.
또한, 상기 제2 전극은 은(Ag), 알루미늄(Al) 및 백금(Pt) 중 1종 이상을 포함하는 재질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 커버 금속층은 크롬(Cr), 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈(Ta), 코발트(Co), 철(Fe), 텅스텐(W) 및 티타늄(Ti) 중 1종 이상을 포함하는 재질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 커버 금속층은 상기 제2 전극과 일부 중첩되도록 상기 제2 도전형 질화물 반도체층 하부의 가장자리 일부에 더 형성될 수 있다.
이때, 가장자리의 메사 영역과 코너의 커버 금속층의 연장선 사이의 제2 전극의 폭을 b라 하고, 가장자리의 메사 영역과 가장자리의 커버 금속층의 연장선 사이의 제2 전극의 폭을 b'이라 할 때, b'>b일 수 있다.
또한, 상기 b는 가장자리의 메사 영역과 코너의 커버 금속층의 연장선 사이의 제2 전극의 폭들 중 최단 폭이고, 상기 b'은 가장자리의 메사 영역과 가장자리의 커버 금속층의 연장선 사이의 제2 전극의 폭들 중 최단 폭일 수 있다.
본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자 제조 방법은 커버 금속층을 코너 부분에만 형성하며, 중앙 부분에는 커버 금속층 형성을 생략한다. 이를 통하여, 본 발명에서 커버 금속층은 제2 전극과 제2 전극 패드를 연결하는 기능과, 제2 전극 패드 형성 이전 코너 식각 과정에서 식각정지막 기능으로 작용한다. 이를 통해, 발광소자 제조 비용을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자 제조 방법은 평면에서 볼 때 제2 전극의 끝 지점과 메사 영역 사이 간격이 4㎛ 이하가 되도록 한다. 제2 전극 면적 증가에 따라 발광 면적을 보다 넓힐 수 있으며, 이에 따라 발광 효율 향상을 가져올 수 있다. 아울러, 제1 전극과 제2 전극간의 간격이 줄어들면서 저항을 감소시킬 수 있으며, 그 결과 순방향 전압 강하(Vf) 특성을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자 제조 방법에 있어서, 제1 기판 상에 다층의 질화물 반도체층을 형성한 예를 나타낸 사시도이다.
도 2는 제1 도전형 질화물 반도체층이 노출되도록 메사 식각을 수행하고, 제2 도전형 질화물 반도체층 상에 제2 전극을 형성한 예를 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2의 A-A 단면도를 나타낸 것이다.
도 4는 도 3의 변형예를 나타낸 것이다.
도 5는 도 2의 결과물의 상부면 코너 부분에 커버 금속층을 형성한 예를 나타낸 평면도이다.
도 6는 도 2의 결과물의 상부면 코너 부분뿐만 아니라 가장자리에 커버 금속층을 형성한 예를 나타낸 평면도이다.
도 7은 도 5의 A-A 단면도를 나타낸 것이다.
도 8은 도 5의 결과물의 상부면에 절연층을 형성하고, 제1 도전형 질화물 반도체층이 노출되도록 개구부를 형성한 예를 나타낸 것이다.
도 9은 도 8의 A-A 단면도를 나타낸 것이다.
도 10는 도 8의 결과물의 상부면 및 개구부 내부에 제1 전극을 형성하고, 제1 전극 상에 접합 금속층을 형성한 예를 나타낸 평면도이다.
도 11는 도 10의 A-A 단면도를 나타낸 것이다.
도 12는 도 10의 결과물의 상부면에 도전성 기판을 접합하고, 결과물을 뒤집은 후, 제1 기판을 제거한 예를 나타낸 평면도이다.
도 13는 도 12의 A-A 단면도를 나타낸 것이다.
도 14는 도 12의 결과물의 코너 부분을 식각하여 커버 금속층이 노출된 예를 나타낸 평면도이다.
도 15는 도 14의 A-A 단면도를 나타낸 것이다.
도 16는 도 14의 결과물의 코너 부분에 제2 전극 패드를 형성한 예를 나타낸 평면도이다.
도 17은 도 16의 A-A 단면도를 나타낸 것이다.
도 18은 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자를 나타낸 사시도이다.
도 2는 제1 도전형 질화물 반도체층이 노출되도록 메사 식각을 수행하고, 제2 도전형 질화물 반도체층 상에 제2 전극을 형성한 예를 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2의 A-A 단면도를 나타낸 것이다.
도 4는 도 3의 변형예를 나타낸 것이다.
도 5는 도 2의 결과물의 상부면 코너 부분에 커버 금속층을 형성한 예를 나타낸 평면도이다.
도 6는 도 2의 결과물의 상부면 코너 부분뿐만 아니라 가장자리에 커버 금속층을 형성한 예를 나타낸 평면도이다.
도 7은 도 5의 A-A 단면도를 나타낸 것이다.
도 8은 도 5의 결과물의 상부면에 절연층을 형성하고, 제1 도전형 질화물 반도체층이 노출되도록 개구부를 형성한 예를 나타낸 것이다.
도 9은 도 8의 A-A 단면도를 나타낸 것이다.
도 10는 도 8의 결과물의 상부면 및 개구부 내부에 제1 전극을 형성하고, 제1 전극 상에 접합 금속층을 형성한 예를 나타낸 평면도이다.
도 11는 도 10의 A-A 단면도를 나타낸 것이다.
도 12는 도 10의 결과물의 상부면에 도전성 기판을 접합하고, 결과물을 뒤집은 후, 제1 기판을 제거한 예를 나타낸 평면도이다.
도 13는 도 12의 A-A 단면도를 나타낸 것이다.
도 14는 도 12의 결과물의 코너 부분을 식각하여 커버 금속층이 노출된 예를 나타낸 평면도이다.
도 15는 도 14의 A-A 단면도를 나타낸 것이다.
도 16는 도 14의 결과물의 코너 부분에 제2 전극 패드를 형성한 예를 나타낸 평면도이다.
도 17은 도 16의 A-A 단면도를 나타낸 것이다.
도 18은 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자를 나타낸 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 질화물 반도체 제조 방법은 다음과 같은 순서로 진행된다.
도 1 내지 도 17은 본 발명에 따른 질화물 반도체 제조 방법에 있어서, 각 단계를 수행한 결과를 나타내는 도면으로서, 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자 제조 방법을 설명할 때에 도 1 내지 도 17을 참조하기로 한다.
본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자를 제조하기 위해, 우선 도 1에 도시된 예와 같이, 제1 기판(101) 상에 제1 도전형 질화물 반도체층(102), 활성층(103) 및 제2 도전형 질화물 반도체층(104)을 순차적으로 형성한다.
제1 기판(101)은 사파이어 기판, 실리콘 기판, 실리콘 카바이드 기판, 질화갈륨 기판 등이 될 수 있다.
제1 도전형 질화물 반도체층(102)는 n형 질화물 반도체층이 되고, 제2 도전형 질화물 반도체층(104)는 p형 질화물 반도체층인 것이 바람직하나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
필요에 따라서는 제1 기판(101)과 제1 도전형 질화물 반도체층(102) 사이, 제1 도전형 질화물 반도체층(102)과 활성층(103) 사이, 활성층(103)과 제2 도전형 질화물 반도체층(104) 사이, 제2 도전형 질화물 반도체층(104) 상부 등에 제3의 층을 더 형성할 수 있다. 이러한 제3의 층으로 버퍼층, 비도핑 질화물 반도체층, 전자 차단층, 스트레인 완충층 등을 제시할 수 있다.
다음으로, 도 2 및 도 3에 도시된 예와 같이, 제1 도전형 질화물 반도체층(102)이 노출되도록 제2 도전형 질화물 반도체층(104)으로부터 메사 식각을 수행하여 복수의 메사 영역(105)을 형성하고, 노출된 제2 도전형 질화물 반도체층(104) 상에 제2 전극(106)을 형성한다.
보다 구체적으로는, 도 4에 도시된 예와 같이, 복수의 메사 영역(105)이 형성된 결과물의 전면에 SiO2 등과 같은 절연막(114)을 형성한다. 그리고, 제2 전극이 형성될 부분에 대해, 상기 절연막(114) 일부를 제거하여 제2 도전형 질화물 반도체층(104)을 노출시킨다. 이후, 노출된 제2 도전형 질화물 반도체층(104) 상에 제2 전극(106)을 형성한다. 이러한 절연막(114) 형성을 통하여, 제2 전극(106)이 각각의 메사 영역 측면 등에 접촉되는 것을 방지할 수 있다.
도 2에서는 메사 영역(105)을 4개 형성한 예를 나타내었으나, 메사 영역은 이에 한정되지 않고, 2개부터 대략 100개 정도까지 다양한 개수로 형성될 수 있다. 각각의 메사 영역(105)은 제 2 도전형 질화물 반도체층(104)에 의해 둘러 형성되어 있다.
본 발명의 경우, 개구부를 형성하여 제1 도전형 질화물 반도체층(102)에 캐리어가 공급되도록 하는데, 메사 영역이 형성되어 있을 경우, 개구부 형성 후 내벽에 절연층을 추가로 형성하지 않아도 된다.
특히, 본 발명에서는 제2 전극(106) 형성시, 평면에서 볼 때 제2 전극(106)의 끝 지점과 후술하는 개구부(109) 시작 시점 사이 간격(d1)이 5~8㎛가 되도록 한다. 이러한 제2 전극과 개구부 간의 간격(d1)은 도 9에 도시되어 있다.
아울러, 제2 전극(106)의 면적 증가에 따라 유효한 발광 면적을 보다 넓힐 수 있으며, 이에 따라 발광 효율 향상을 가져올 수 있다. 나아가, 본 발명에서는 제2 전극(106) 형성시, 평면에서 볼 때 제2 전극(106)의 끝 지점과 메사 영역 시작 지점 사이 간격(d2)이 4㎛ 이하가 되는 것이 보다 바람직하다.
제2 전극(106)은 전기전도성 및 반사 특성이 우수한 은(Ag), 알루미늄(Al) 및 플래티늄(Pt) 중 1종 이상을 포함하는 물질로 형성될 수 있다.
다음으로, 도 5 및 도 7에 도시된 예와 같이, 제2 전극(106)이 형성된 결과물 상부의 코너 부분에, 제2 전극(106)과 일부분이 중첩되도록 커버 금속층(107)을 형성한다.
이때, 하나의 메사 영역과 이에 인접한 다른 하나의 메사 영역 사이의 제2 전극의 폭을 a라 하고, 가장자리의 메사 영역과 코너의 커버 금속층의 연장선 사이의 제2 전극의 폭을 b라 할 때, a>b이다. 이때, a는 도 5에 도시된 예와 같이 하나의 메사 영역과 이에 인접한 다른 하나의 메사 영역 사이의 제2 전극의 폭들 중 최단 폭일 수 있다. 또한, 가장자리의 메사 영역과 코너의 커버 금속층의 연장선 사이의 제2 전극의 폭들 중 최단 폭일 수 있다.
이는 메사 영역을 외곽 쪽으로 넓게 형성함으로써 달성할 수 있다. 이를 통하여 메사 영역 내에 형성되는 제1 전극의 분포를 넓힐 수 있으므로, 광 효율을 향상시킬 수 있다.
다른 실시예로서, 커버 금속층(107)은 도 6에 도시된 예와 같이, 제2 전극(106)이 형성된 결과물 상부의 제2 전극(106) 외곽 영역에 추가 형성될 수 있다.
이 경우, 가장자리의 메사 영역과 코너의 커버 금속층의 연장선 사이의 제2 전극의 폭을 b라 하고, 가장자리의 메사 영역과 가장자리의 커버 금속층의 연장선 사이의 제2 전극의 폭을 b'이라 할 때, b'>b가 될 수 있다. 이때, b는 가장자리의 메사 영역과 코너의 커버 금속층의 연장선 사이의 제2 전극의 폭들 중 최단 폭이고, b'은 가장자리의 메사 영역과 가장자리의 커버 금속층의 연장선 사이의 제2 전극의 폭들 중 최단 폭일 수 있다.
코너부분에 형성되는 커버 금속층은 후술하는 제 2전극 패드를 형성을 고려하여 외곽영역에 형성되는 커버 금속층보다 폭을 넓게 형성된다. 코너부분에 형성되는 커버 금속층은 제2 도전형 질화물 반도체층의 코너부분과 일치하도록 형성할 수 있다.
커버 금속층은 제 2전극의 상면에서 제 2전극의 측면을 감싸도록 연장되어 형성된다. 연장된 커버 금속층은 제 2 도전형 질화물 반도체층과 접하도록 형성 될 수 있다.
커버 금속층(107)은 일반적으로 제2 전극(106)상에 덮도록 형성되어 제 2전극의 물질이 외부로 확산되는 것이나, 외부로부터의 습기나 산소로 인해 부식되어 반사율이 저하되는 것을 방지하는 역할을 한다. 그러나, 본 발명에서 커버 금속층(107)은 코너 혹은 코너 및 제2 전극 외곽 영역에만 형성될 수 있다. 제2 전극(106)과 후술하는 제2 전극 패드(113)를 전기적으로 연결하는 역할 및 제2 전극 패드(113) 형성을 위한 코너 식각 시 식각정지막(etching stopper) 역할을 한다. 커버 금속층(107)은 전기전도성이 우수하고, 식각정지막 역할을 할 수 있도록, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈(Ta), 코발트(Co), 철(Fe), 텅스텐(W) 및 티타늄(Ti) 중 1종 이상을 포함하는 재질로 형성될 수 있다.
커버 금속층(107)은 일반적로 400nm의 파장대역에서 반사율이 은(Ag) 또는 알루미늄(Al)보다 낮다. 커버 금속층을 제 2전극을 감싸도록 형성하는 경우, 커버 금속층의 일부분이 제 2 도전형 질화물 반도체와 접하도록 형성될 수 있다. 따라서, 커버 금속층으로 진행하는 광의 반사율은 제 2전극으로 진행하는 광보다 낮을 수 있다. 이에 따라 광효율이 급격히 떨어질 수 있다.
그러나, 제 2 전극 외곽 영역에 형성하는 경우, 활성층으로부터 발생되는 광을 반사할 수 있는 광반사 면적을 넓혀 광효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 커버 금속층이 코너 부분 또는 외곽영역에만 형성될 경우, 제2 전극(106)을 구성하는 물질의 확산(diffusion)에 따른 문제가 발생할 가능성이 있다. 이러한 가능성은 HDPCVD(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition) 방식으로 형성된 절연층(108)을 이용하여 차단할 수 있다. 이러한 절연층(108)은 밀도가 높아 물질의 확산을 방지할 수 있다. HDPCVD는 일반적으로 80℃~150℃의 온도에서 형성할 수 있다. 절연층(108)은 전기전도성이 낮은 물질로 구성되는 것이 바람직하므로 예를 들어, SiO2 과 같은 산화물 및 또는 SiNx와 같은 질화물을 포함할 수 있다.
다음으로, 도 8 및 도 9에 도시된 예와 같이, 커버 금속층(107)이 형성된 결과물 상부, 즉 제2 질화물 반도체층(104), 메사 영역(105), 제2 전극(106) 및 커버 금속층(107) 상부에 절연층(108)을 형성한다. 이후, 제1 도전형 질화물 반도체층(102)이 노출되도록 메사 영역(105) 중앙부에 대응하는 부분에 개구부(109)을 형성한다. 개구부(109)는 내부에 후술하는 제1 전극(110)을 형성함으로써, 제1 도전형 질화물 반도체층(102)이 도전성 기판(112)에 전기적으로 연결되도록 하는 역할을 한다. 이때, 평면에서 볼 때 제2 전극(106)의 끝 지점과 후술하는 비아 홀(109) 시작 시점 사이 간격(d1)이 5~8㎛가 되도록 함으로써, 제2 전극(106)의 면적 증가에 따라 유효한 발광 면적을 넓힐 수 있으므로 광효율을 높일 수 있고, 제1 전극과 제2 전극의 간격이 좁아짐으로써 부가적으로 순방향 전압 강하(Vf)를 낮출 수 있는 효과까지 얻을 수 있다.
다음으로, 도 10 및 도 11에 도시된 예와 같이, 절연층(108) 상부 및 개구부(109) 내부에 제1 전극(110)을 형성한다. 제 1전극(110)은 제 1 도전형 질화물 반도체층과 오믹 특성을 갖는 도전성 물질의 단일층 또는 다층 구조로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제 1 전극(110)은 Au, Ag, Cu, Zn, Al, In, Ti, Si, Ge, Sn, Mg, Ta, Cr, W, Ru, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt 등의 물질 및 그 합금 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
이후, 제1 전극(110) 상에 Au-Sn 합금 등으로 접합 금속층(111)을 형성한다.
다음으로, 도 12 및 도 13에 도시된 예와 같이, 접합 금속층(111) 상부에 도전성 기판(112)을 접합한 후, 도전성 기판이 하부에 위치하도록 결과물을 상하반전시킨다. 이후, 제1 기판(101)을 제거한다.
도전성 기판(112)은 제2전극층(110)과 접촉하여 형성되어 전기적으로 연결된다. 도전성 기판(112)은 금속성 기판이거나 반도체 기판일 수 있다. 도전성 기판(112)이 금속인 경우, Au, Ni, Cu, Mo 및 W 중 어느 하나의 금속으로 구성될 수 있다. 또한, 도전성 기판(150)이 반도체 기판인 경우, Si, Ge, GaN, AlN및 GaAs 중 어느 하나의 반도체 기판일 수 있다. 이들 도전성 기판(150)은 성장기판일 수 있고, 또는 격자부정합이 비교적 낮은 사파이어 기판같은 부도전성 기판을 성장기판으로 사용한 후, 부도전성 기판을 제거하고 접합된 지지기판일 수 있다.
도전성 기판(112)이 지지기판일 때, 도금법 또는 기판접합법을 이용하여 형성될 수 있다. 상술하면, 도전성 기판(112)을 반도체 발광소자(100)에 형성하는 방법으로는 도금 씨드층을 형성하여 기판을 형성하는 도금법이나, 도전성 기판(150)을 별도로 준비하여 Au, Au-Sn, 또는 Pb-Sr과 같은 도전성 접착제를 이용하여 접합시키는 기판접합법이 이용될 수 있다.
도전성 기판(112)이 PKG의 리프프레임 상에 배치되어 외부전원과 전기적으로 연결시, 제1 전극(110)을 통해 제 1도전형 질화물 반도체층(102)이 도전성 기판(112)와 전기적으로 연결된다.
다음으로, 도 14 및 도 15에 도시된 예와 같이, 상하반전된 결과물의 상부로부터 메사 식각을 수행하여, 발광소자의 가장자리 부분은 절연층(108)이 노출되고, 발광소자의 모서리의 일부 영역에 커버 금속층(107) 노출되도록 한다.
이후, 도 16 및 도 17에 도시된 예와 같이, 노출된 커버 금속층(107) 상부에 제2 전극 패드(113)을 형성한다. 제 2전극 패드는 외부전원(미도시)과 전기적으로 연결될 수 있는데, 예를 들면 와이어를 이용할 수 있다.
더욱이, 제 1 도전형 질화물 반도체층 표면에 요철 패턴을 추가적으로 형성할 수 있다. 요철 패턴은 광결정(photonic crystal) 또는 PEC에칭에 의한 패턴일 수 있다. 이 경우, 활성층(103)으로부터 발광된 빛은 제1도전형 반도체층(102)의 표면에 형성된 요철패턴을 통과하여 추출되고 요철패턴에 의해 광추출효율이 증가된다.
도 18은 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자를 나타낸 사시도이다.
상술한 과정을 통하여, 도 18에 도시된 예와 같은 질화물 반도체 발광소자를 제조할 수 있다.
도 16 내지 도 18을 참조하면, 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자(100)는 제1 도전형 질화물 반도체층(102)과, 제1 도전형 질화물 반도체층 하부에 형성된 활성층(103)과, 활성층 하부에 형성된 제2 도전형 질화물 반도체층(104)을 포함하는 발광 구조물(200)을 포함한다.,
또한, 발광소자(100)은 제1 도전형 질화물 반도체층이 노출되도록 제2 도전형 질화물 반도체층으로부터 상부 방향으로 연장돠어 형성된 메사 영역(105)과, 제2 도전형 질화물 반도체층 하부에 형성되어 오믹 접촉된 제2 전극(106)과, 제2 전극과 일부 중첩되도록 상기 제2 도전형 질화물 반도체층 하부의 코너에 형성되며, 일부분이 상부 방향으로 노출되는 커버 금속층(107)과, 커버 금속층, 제2 전극 및 메사 영역을 덮도록 하부에 형성되는 절연층(108)과, 제1 도전형 질화물 반도체층이 노출되도록 메사 영역 중앙부에 대응하는 부분에 형성되는 개구부(109)과, 절연층 하부 및 개구부 내부에 형성되어 제 1 도전형 질화물 반도체층과 오믹접촉되는 제1 전극(110)과, 노출된 커버 금속층 상부에 형성되는 제2 전극 패드(113)을 포함한다.
아울러, 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자는 제1 전극(110) 하부에 형성되는 접합 금속층(111)과, 접합 금속층 하부에 형성되는 도전성 기판(112)을 포함한다.
이때, 전술한 바와 같이, 평면에서 볼 때 개구부(109) 시작 지점과 제2 전극(106)의 끝 지점 사이의 간격이 5~8㎛이다. 보다 바람직하게는 메사 영역(105)의 시작 지점과 제2 전극(106)의 끝 지점 사이의 간격이 4㎛ 이하이다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
100 : 질화물 반도체 발광소자 101 : 제1 기판
102 : 제1 도전형 질화물 반도체층 103 : 활성층
104 : 제2 도전형 질화물 반도체층 105 : 메사 영역
106 : 제2 전극 107 : 커버 금속층
108 : 절연층 109 : 개구부
110 : 제1 전극 111 : 접합 금속층
112 : 도전성 기판 113 : 제2 전극 패드
114 : 절연막 200 : 발광 구조물
102 : 제1 도전형 질화물 반도체층 103 : 활성층
104 : 제2 도전형 질화물 반도체층 105 : 메사 영역
106 : 제2 전극 107 : 커버 금속층
108 : 절연층 109 : 개구부
110 : 제1 전극 111 : 접합 금속층
112 : 도전성 기판 113 : 제2 전극 패드
114 : 절연막 200 : 발광 구조물
Claims (10)
- 제1 도전형 질화물 반도체층;
상기 제1 도전형 질화물 반도체층 하부에 형성된 활성층;
상기 활성층 하부에 형성된 제2 도전형 질화물 반도체층;
상기 제1 도전형 질화물 반도체층이 노출되도록 상기 제2 도전형 질화물 반도체층으로부터 상부 방향으로 형성된 메사 영역들;
상기 제2 도전형 질화물 반도체층 하부에 형성된 제2 전극;
상기 제2 전극의 일부와 중첩되도록 상기 제2 도전형 질화물 반도체층 하부의 코너에 형성되며, 일부분이 상부 방향으로 노출되는 커버 금속층;
상기 커버 금속층, 제2 전극 및 메사 영역들 하부에 형성되는 절연층;
상기 제1 도전형 질화물 반도체층이 노출되도록 상기 메사 영역들에 대응하는 부분에 형성되는 상기 절연층의 개구부들;
상기 절연층 하부 및 개구부들 내부에 형성되는 제1 전극;
상기 제1 전극 하부에 형성되는 도전성 기판; 및
상기 노출된 상기 커버 금속층 상부에 형성되는 제2 전극 패드;를 포함하고,
상기 커버 금속층의 내측 끝단은 가장자리의 메사 영역보다 상기 코너에 더 가깝게 배치되고,
상기 메사 영역들 중 하나의 메사 영역과 이에 인접한 다른 하나의 메사 영역 사이의 제2 전극의 폭을 a라 하고, 가장자리의 메사 영역과 코너의 커버 금속층의 연장선 사이의 제2 전극의 폭을 b라 할 때, a>b인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 a는 메사 영역들 중 하나의 메사영역과 이에 인접한 다른 하나의 메사영역 사이의 제2 전극의 폭들 중 최단 폭인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 b는 가장자리의 메사 영역과 코너의 커버 금속층의 연장선 사이의 제2 전극의 폭들 중 최단 폭인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
평면에서 볼 때, 각각의 상기 개구부 내부에 형성된 제1전극의 시작 지점과 상기 제2 전극의 끝 지점 사이의 간격이 5~8㎛인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제4항에 있어서,
평면에서 볼 때 각각의 상기 메사 영역들의 시작 지점과 상기 제2 전극의 끝 지점 사이의 간격이 4㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 전극은 은(Ag), 알루미늄(Al) 및 백금(Pt) 중 1종 이상을 포함하는 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 커버 금속층은 크롬(Cr), 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈(Ta), 코발트(Co), 철(Fe), 텅스텐(W) 및 티타늄(Ti) 중 1종 이상을 포함하는 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 커버 금속층은 상기 제2 전극의 일부와 중첩되도록 상기 제2 도전형 질화물 반도체층 하부의 가장자리 일부에 더 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제8항에 있어서,
가장자리의 메사 영역과 코너의 커버 금속층의 연장선 사이의 제2 전극의 폭을 b라 하고, 가장자리의 메사 영역과 가장자리의 커버 금속층의 연장선 사이의 제2 전극의 폭을 b'이라 할 때, b'>b인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제9항에 있어서,
상기 b는 가장자리의 메사 영역과 코너의 커버 금속층의 연장선 사이의 제2 전극의 폭들 중 최단 폭이고, 상기 b'은 가장자리의 메사 영역과 가장자리의 커버 금속층의 연장선 사이의 제2 전극의 폭들 중 최단 폭인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |