KR20050063924A - 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 질화물 반도체 발광소자에서 전극 구조의 개선을 통해 전류 확산의 균일화 및 전류 확산 효율의 증가를 도모함으로써 휘도 및 구동전압 특성을 향상시킬 수 있으며, 그와 동시에 패키지 제작시 본딩용 와이어가 발광영역을 가지지 않도록 함으로써 패키지 제작 이후 휘도 감소를 방지할 수 있는 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은, 대체로 사각형 형상의 상면을 갖는 기판과, 상기 기판 상에 형성되며, 그 상면 일측변의 중심부에 인접한 소정 면적의 전극형성영역을 갖는 n형 질화물 반도체층과, 상기 전극형성영역 상에 형성된 n형 전극과, 상기 전극형성영역이 노출되도록 상기 n형 질화물 반도체층 상에 형성되며 언도프된 질화물 반도체 물질로 이루어진 활성층과, 상기 활성층 상에 형성된 p형 질화물 반도체층 및 상기 p형 질화물 반도체층 상에 형성되며, 상기 전극형성영역이 인접한 변에 대향하는 측변의 중앙부에 인접하고 상기 n형 전극과 소정 간격 이격되어 형성된 본딩패드부와, 상기 본딩패드부와 연결되어 그 양측으로 상기 p형 질화물 반도체 층 상면의 변을 따라 연장되는 띠 형상의 연장부를 갖는 p형 전극을 포함하는 질화물 반도체 발광소자를 제공한다. 본 발명에 따르면, 질화물 반도체 발광소자의 휘도 특성 및 구동전압 특성을 개선할 수 있다.

Description

질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법{NITRIDE SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 질화물 반도체 발광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 질화물 반도체 발광소자에서 전극 구조의 개선을 통해 전류 확산의 균일화 및 전류 확산 효율의 증가를 도모함으로써 휘도 및 구동전압 특성을 향상시킬 수 있으며, 그와 동시에 패키지 제작시 본딩용 와이어가 발광영역을 가지지 않도록 함으로써 패키지 제작 이후 휘도 감소를 방지할 수 있는 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
근래에 새로운 영상정보를 전달매체로 부각되고 있는 LED(발광소자) 전광판은 초기에는 단순 문자나 숫자정보로 시작하여 현재는 각종 CF 영상물, 그래픽, 비디오 화면 등 동화상을 제공하는 수준까지 이르게 되었다. 색상도 기존 단색의 조잡한 화면 구현에서 적색과 황록색 LED등으로 제한된 범위의 색상 구현을 했었고, 최근에는 질화물 반도체를 이용한 고휘도 청색 LED가 등장함에 따라 적색, 황록색, 청색을 이용한 총천연색 표시가 비로소 가능하게 되었다. 그러나 황록색 LED가 적색 LED, 청색 LED보다 휘도가 낮고 발광 파장이 565nm 정도로 빛의 삼원색에서 필요한 파장의 녹색이 아니기 때문에 자연스러운 총천연색 표현은 불가능하였으나, 이후, 자연스러운 총천연색 표시에 적합한 파장 525nm 고휘도 순수 녹색 질화물 반도체 LED를 생산함으로써 해결되었다.
이와 같은 질화물 반도체 발광소자는 일반적으로 질화물 결정과 졀정구조가 동일하면서 격자정합을 이루는 상업적인 기판이 존재하지 않기 때문에 절연성 기판인 사파이어 기판 상에서 질화물 반도체 물질을 성장시킨다. 질화물 반도체 발광소자는 상기 사파이어 기판과 같이 절연성 기판에 반도체 물질을 성장시키게 되므로 상기 기판의 배면에 전극을 설치할 수 없으며, 두 전극 모두를 결정 성장된 반도체층 측에 형성해야 한다. 이러한 종래의 질화물 반도체 발광소자의 전극구조 및 질화물 발광소자의 단면 구조가 도 1 내지 도 3에 예시되어 있다.
도 1a는 종래의 질화물 반도체 발광소자의 평면도로서, 종래의 질화물 반도체 발광소자(1)는 대체로 사각형 형상을 가지며, n형 전극(1n)은 질화물 반도체 발광소자의 일 모서리에 형성되고, p형 전극(1p)은 질화물 반도체 발광소자의 상면 중심부에 형성된다. 도 1b는 l1-l1'선을 따라 절개한 질화물 반도체 발광소자의 단면을 도시한 것으로, 일반적인 질화물 반도체 발광소자는, 대체로 사각형 형상을 갖는 사파이어 기판(11)과, 상기 사파이어 기판(11) 상에 질화물 반도체 물질을 성장시키기 위해 격자부정합을 방지하는 버퍼층(12)과, 상기 버퍼층(12) 상에 형성되는 n형 질화물 반도체층(13)과 상기 n형 질화물 반도체층(13)과, 상기 n형 질화물 반도체층(13)의 모서리 부분이 노출되도록 상기 n형 질화물 반도체층(13) 상에 형성된 활성층(14)과, 상기 활성층(14) 상에 형성된 p형 질화물 반도체층(15)과, 상기 p형 질화물 반도체층 상(15)에 형성되며 오믹접촉을 형성하기 위한 투명전극층(16)과 상기 투명전극층 상에 형성된 p형 전극(17p)을 포함하여 구성된다.
일반적으로 발광소자의 상면 전체가 상기 활성층에서 생성되는 빛이 방출되는 발광영역(pn 접합부) 될 수 있으나, 도 1에 도시된 종래의 질화물 반도체 발광소자의 전극구조에서는, p형 전극 및 n형 전극이 좁게 형성되므로 전류의 확산성이 낮고, 실제로 발광에 기여하는 pn 접합부는 도 1a의 화살표로 나타나는 전류가 통과하는 영역과 그 부근이 되므로, 고휘도 특성을 얻기 어렵다. 더욱이, 도 1a의 화살표로 나타나는 것과 같이 전류가 확산되는 거리가 달라지므로 균일한 전류확산이 어렵기 때문에 휘도 특성이 저하될 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 종래의 질화물 반도체 발광소자는, p형 전극이 질화물 반도체 발광소자 상면의 중심부에 형성되므로, 도 4와 같이 와이어본딩을 이용한 패키지를 형성할 때에, 발광영역을 와이어가 가리게 되므로(A), 패키지를 제조한 이후 휘도 특성이 더욱 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
이와 같은 종래의 질화물 반도체 발광소자의 문제점을 해결하기 위해 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같은 개량된 질화물 반도체 발광소자가 개발되었다. 도 2에 도시된 질화물 반도체 발광소자는, n형 전극(2n, 27n)을 n형 질화물 반도체층(23) 상면의 둘레부분에 띠 형상으로 형성하고 p형 전극(2p, 27p)을 p형 질화물 반도체층(25)(또는 투명전극층(26)) 상의 중심부에 형성하였다. 도 2a에서 화살표로 나타나는 것과 같이 p형 전극(2p, 27p)에서 n형 전극(2n, 27n)으로의 전류 확산이 대체로 전체 발광영역(pn 접합부)에서 이루어지고, 그 거리가 대체로 일정하기 때문에 전류 확산이 균일하게 이루어져 휘도 특성이 개선되는 장점이 있다.
그러나, p형 전극(2p, 27p)이 발광영역의 중심부에 위치하기 때문에 도 4에 도시된 것과 같이 패키지를 제조하는 경우, 본딩와이어가 발광영역을 가리게 되어 휘도가 떨어지게 되는 문제점은 여전히 존재하게 된다. 또한, n형 전극(2n, 27n)을 형성하기 위해 n형 반도체층(23)의 둘레의 일부를 노출시키기 위한 에칭 공정이 수반되어야 하며, n형 반도체층(23) 둘레에 노출된 영역 상에 다시 좁은 폭의 띠 형상의 n형 전극을 형성하여야 하므로 공정이 복잡해지는 문제점이 있다. 이와 같은 복잡하고 난해한 공정이 필요하므로 질화물 반도체 발광소자를 제조하기 위한 비용이 증가하는 문제점이 추가로 발생한다. 그리고, 웨이퍼 상에 복수개의 발광소자를 형성한 후 개별 칩으로 분리하는 스크라이빙 공정에서 상기 n형 전극이 손상되는 문제점이 발생할 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 질화물 반도체 발광소자는, n형 전극(3n, 37n)을 도 1에 도시된 종래의 질화물 발광소자와 같이 n형 질화물 반도체층(33)의 모서리 일부를 노출시켜 그 위에 형성하고, p형 전극(3p, 37p)은 상기 n형 전극이 형성된 모서리에 대향하는 모서리부분의 p형 반도체층(35)(또는 투명전극층(36)) 상에 형성한다. 이와 같은 종래의 질화물 반도체 발광소자는 도 3a에 화살표로 나타나는 바와 같이, 전류 확산이 대체로 발광영역에서 이루어지게 할 수는 있으며, 도 5에 도시된 것과 같이 패키지 제조 후 본딩용 와이어가 발광영역(B)을 가리지 않는 장점이 있다.
그러나, 각 전극이 형성된 모서리부분 사이의 대각선에서 멀어질수록 전류가 통과하는 거리가 멀어지므로 전류의 확산이 균일하게 이루어지지 못하게 되어 발광영역의 중심부와 그 주변부에서의 휘도 차이가 커지는 문제점이 있다. 특히, 두 개의 전극이 점과 같이 형성되므로 전체적인 전류 확산성이 떨어지는 문제점이 있다.
따라서, 당 기술분야에서는 pn 접합이 이루어지는 전체 발광영역에서 균일한 발광이 이루어질 수 있도록 p형 전극 및 n형 전극을 형성함으로써, 고휘도 특성을 구현할 수 있는 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 전류확산이 균일하게 이루어질 수 있는 전극 구조를 가짐으로써 휘도 특성이 개선된 질화물 반도체 발광소자를 제공하는데 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 전류확산이 균일하게 이루어질 수 있는 전극 구조를 가짐으로써 휘도 특성이 개선된 질화물 반도체 발광소자 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은,
대체로 사각형 형상의 상면을 갖는 기판과, 상기 기판 상에 형성되며, 그 상면 일측변의 중심부에 인접한 소정 면적의 전극형성영역을 갖는 n형 질화물 반도체층과, 상기 전극형성영역 상에 형성된 n형 전극과, 상기 전극형성영역이 노출되도록 상기 n형 질화물 반도체층 상에 형성되며 언도프된 질화물 반도체 물질로 이루어진 활성층과, 상기 활성층 상에 형성된 p형 질화물 반도체층 및 상기 p형 질화물 반도체층 상에 형성되며, 상기 전극형성영역이 인접한 변에 대향하는 측변의 중앙부에 인접하고 상기 n형 전극과 소정 간격 이격되어 형성된 본딩패드부와, 상기 본딩패드부와 연결되어 그 양측으로 상기 p형 질화물 반도체 층 상면의 변을 따라 연장되는 띠 형상의 연장부를 갖는 p형 전극을 포함하는 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.
바람직하게, 상기 연장부는, 상기 본딩패드부가 인접한 변을 따라 형성될 수 있으며, 보다 바람직하게, 상기 연장부는, 상기 본딩패드부가 인접한 변 및 상기 n형 전극과 p형 전극이 형성되지 않은 양 측변을 따라 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 상기 질화물 반도체 발광소자는, 상기 기판의 상면에 격자정합을 위해 형성된 버퍼층 및 상기 p형 질화물 반도체층 상면에 오믹 접촉을 이루기 위해 형성된 투명전극층을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 제공한다.
상기 방법은, 대체로 사각형 형상의 상면을 갖는 기판을 마련하는 단계와, 상기 기판 상에 n형 질화물 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 n형 질화물 반도체층 상에 언도프된 질화물 반도체 물질로 이루어진 활성층을 형성하는 단계와, 상기 활성층 상에 p형 질화물 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 적어도 p형 질화물 반도체층과 상기 활성층의 일부영역을 제거하여 상기 n형 질화물 반도체층의 상면 일측변의 중심부에 인접한 소정 면적의 전극형성영역을 노출시키는 단계와, 상기 전극형성영역 상에 n형 전극을 형성하는 단계 및 상기 p형 질화물 반도체층 상에서 상기 전극형성영역이 인접한 변에 대향하는 측변의 중앙부에 인접하고 상기 n형 전극과 소정 간격 이격되어 형성된 본딩패드부와, 상기 본딩패드부와 연결되어 그 양측으로 상기 p형 질화물 반도체 층 상면의 변을 따라 연장되는 띠 형상의 연장부를 갖는 p형 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 상세하게 설명하기로 한다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 두 가지 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자의 평면도이며, 도 6c는 도 6a 및 도 6b에 도시된 본 발명의 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자의 L1-L1'선 및 L2-L2'선 단면도이다.
도 6a 및 도 6c를 참조하면, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자(6)는, 대체로 사각형 형상의 상면을 갖는 기판(61)과, 상기 기판(62) 상에 형성되며, 그 상면 일측변의 중심부에 인접한 소정 면적의 전극형성영역을 갖는 n형 질화물 반도체층(63)과, 상기 전극형성영역 상에 형성된 n형 전극(67n, 6n)과, 상기 전극형성영역이 노출되도록 상기 n형 질화물 반도체층(63) 상에 형성되며 언도프된 질화물 반도체 물질로 이루어진 활성층(64)과, 상기 활성층(64) 상에 형성된 p형 질화물 반도체층(65) 및 상기 p형 질화물 반도체층(65) 상에 형성되며, 상기 전극형성영역이 인접한 변에 대향하는 측변의 중앙부에 인접하고 상기 n형 전극과 소정 간격 이격되어 형성된 본딩패드부(6p-1)와, 상기 본딩패드부(6p-1)와 연결되어 그 양측으로 상기 본딩패드부가 인접한 변을 따라 연장되어 형성된 띠 형상의 연장부(6p-2)를 갖는 p형 전극(67p, 6p)을 포함하여 구성된다. 이 때, 상기 전극형성영역이 형성된 부분을 제외한 반도체 발광소자의 상면은 그 하부에서 pn접합이 이루어져 빛을 방출할 수 있는 발광영역이 된다.
이와 같이 구현되는 본 발명의 제1 실시형태에서, 상기 질화물 반도체 발광소자(6)는 상기 기판(61)의 상면에 격자정합을 위해 형성된 버퍼층(62)을 더 포함할 수 있으며, 상기 p형 질화물 반도체층 상면(65)에 오믹 접촉을 이루기 위해 형성된 투명전극층(66)을 더 포함할 수 있다.
상기 기판(61)은 사파이어 기판이나 SiC 기판을 사용한다. 이는 상기 기판 위에 성장되는 질화물 반도체 물질의 결정과 결정구조가 동일하면서 격자정합을 이루는 상업적인 기판이 존재하지 않기 때문이다. 상기 기판(61) 상에 형성되는 질화물 반도체층들은 일반적으로 GaN, InN, AlN(Ⅲ-Ⅴ족) 등과 같은 질화물과 이러한 질화물을 일정한 비율로 혼합한 질화물 화합물이 있으며, 특히 GaN가 널리 사용된다. 상기 질화물 반도체 물질은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 물질로 표현할 수 있다. 이러한 질화물 반도체 물질의 결정 성장은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 또는 MBE(Molecular Beam Epitaxy)법과 같은 공지의 증착공정을 사용하여 이루어질 수 있다. 상기 MOCVD법은 주로 700 내지 1200℃ 온도의 반응용기 내에 유기화합물 반응가스를 공급하여 기판 상에 결정을 에피택셜층으로 성장시키는 방법이다. 이와 같이, 상기 사파이어 기판이나 SiC 기판 상에 에피택셜층을 성장시키는 경우에는, 격자부정합에 의한 스트레스(stress)로 양질의 결정성장을 기대하기 어렵기 때문에 버퍼층(buffer layer)(62)이라고 하는 저온성장층을 형성한다. 상기 버퍼층(62)은 GaN으로 이루어질 수 있다.
상기 n형 질화물 반도체층(63)은 Si가 도핑된 GaN으로 이루어질 수 있으며, 상기 활성층(64)은 언도프된 양자우물구조의 GaN 또는 InGaN으로 이루어 질 수 있으며, 상기 p형 질화물 반도체층(65)은 Mg이 도핑된 GaN를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 p형 질화물 반도체층(65) 상에는 투명전극층(66)을 형성할 수도 있다. 녹색광을 생성하는 질화물 반도체 발광소자에 널리 사용되는 상기 GaN 반도체 물질은 약 3.4eV의 넓은 밴드갭을 갖는다. 이러한 GaN 반도체 물질과 같이 질화물 반도체는 넓은 밴드갭을 가지므로, 전극과 오믹접촉을 형성하는데 어려움이 있다. 다시 설명하면, p측 전극부위에 접촉저항이 높아지고, 이로 인해 소자의 동작전압이 높아짐과 동시에 발열량이 커지는 문제가 있다. 이와 같은 오믹접촉을 형성하기 위한 방안으로 여러 수단이 제안될 수 있으나, 가장 잘 알려진 방법으로는 Ni/Au의 이중층을 사용하거나 ITO층을 사용한 투명전극층(66)을 형성하는 방법이 있다.
이상과 같은 기판(61), 버퍼층(62), n형 질화물 반도체층(63), 활성층(64), p형 질화물 반도체층(65) 및 투명전극층(66)으로 이루어지는 질화물 반도체 발광소자의 적층 구조는 이후에 설명되는 본 발명의 제2 실시형태에도 적용된다.
본 발명의 주된 특징은 질화물 반도체 소자에 전원을 공급하는 p형 전극(67p) 및 n형 전극(67n)의 구조에 있다. 본 발명에서와 같이 전극구조의 개선은, 질화물 반도체 발광소자에서의 제조공정 및 재료에 큰 변경이 없이 금속 패턴 공정의 개선만으로 질화물 반도체 소자의 전류확산 개선, 휘도 특성 개선 및 구동 전압 특성의 개선을 시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 제1 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자는 상기 n형 질화물 반도체층(63) 상면 일측변의 중심부에 인접한 소정 면적의 전극형성영역 상에 n형 전극(67n, 6n)을 형성하고, 상기 p형 질화물 반도체층(65) 상에, 상기 전극형성영역이 인접한 변에 대향하는 측변의 중앙부에 인접하고 상기 n형 전극(67n, 6n)과 소정 간격 이격되어 형성된 본딩패드부(6p-1)와, 상기 본딩패드부(6p-1)와 연결되어 그 양측으로 상기 본딩패드부(6p-1)가 인접한 변을 따라 형성된 띠 형상의 연장부를 갖도록 p형 전극(67p, 6p)을 형성한다.
본 실시형태의 전극 구조는 도 6a에서 화살표로 나타난 것과 같은 전류의 흐름을 갖는다. 본 실시형태의 전극 구조에서는, 도 1 및 도 2에 도시된 종래의 발광소자와는 달리 일측변에 인접하여 본딩패드부(6p-1)가 형성되므로 발광영역의 중심부에 전극이 형성되지 않는다. 따라서, 패키지 제조시 도 5와 같이 발광영역을 본딩용 와이어가 가리지 않음으로써 패키지 제작 이후에 휘도의 저하가 발생하지 않는다.
또한, n형 전극(6n)을 일측변의 중앙부에 인접하게 형성하고, p형 본딩패드부(6p-1)를 그 대향하는 변의 중앙부에 인접하게 형성한 후 상기 본딩패드부(6p-1)의 양측으로 인접한 변을 따라 형성된 연장부(6p-2)를 가지게 되므로, 발광영역 전체에 전류가 대체로 균일하게 흐르게 되며, 전류가 흐르는 거리 역시 대체로 일정하게 된다. 즉, 본 실시형태에서는, 전류의 흐름이 발광영역의 모든 영역에서 안정적으로 이루어짐으로써 전류 확산의 효율이 증가하여 휘도 특성이 개선된다. 또한, 전류가 흘러갈 수 있는 영역이 발광영역 전체로 증가하게되어 구동전압 특성이 개선된다(구동전압이 낮아진다). 특히, 발광영역의 양 측변의 중심부에 인접하여 n형 전극 및 p형 전극의 본딩패드가 형성되고 이들이 소정의 간격으로 이격되므로 발광영역의 중심부에서 특히 발광효율이 개선될 수 있다.
그러나 앞서 설명한 본 발명의 제1 실시형태에서는 발광영역의 중심부에서 멀어질수록 전류가 흐르는 거리가 다소 증가되어 발광영역의 중심부와 그 주변부에서의 전류의 확산이 균일하지 않게 된다. 즉, 발광영역의 중심부에서는 휘도 개선 효과가 우수하지만, 중심부에서 멀어지면 휘도가 저하될 수도 있다. 이러한 점을 개선하기 위한 보다 바람직한 실시형태가 본 발명의 제2 실시형태로 이하에 설명된다.
도 6b는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 질화물 반도체의 평면도이다. 본 발명의 제2 실시형태의 적층구조 및 각 층의 재료는 도 6c에 도시된 바와 같이 상기 제1 실시형태와 동일하다. 다만, 본 제2 실시형태에서는, p형 전극(7p)의 구조가 제1 실시형태에서 보다 균일한 전류의 확산이 가능하도록 개선된다.
본 발명의 제2 실시형태에서, n형 전극(7n)은, n형 질화물 반도체층 상면 일측변의 중심부에 인접한 소정 면적의 전극형성영역 상에 형성되며, p형 전극(7n)은 p형 질화물 반도체층 상에 상기 전극형성영역이 인접한 변에 대향하는 측변의 중앙부에 인접하고 상기 n형 전극과 소정 간격 이격되어 형성된 본딩패드부(7p-1)와, 상기 본딩패드부(7p-1)와 연결되어 그 양측으로 상기 폰딩패드부가 형성된 변 및 상기 n형 전극과 본딩패드부가 형성되지 않은 양 측변을 따라 형성된 연장부(7p-2)로 구성된다.
이와 같은 전극구조를 갖는 본 발명의 제2 실시형태에서는 도 6b에 화살표로 나타나는 것과 같은 전류의 흐름이 형성된다. 상기 p형 전극(7p)의 연장부(7p-2)가 상기 n형 전극(7n) 및 본딩패드부(7p-1)가 형성되지 않은 양 측변까지 형성되므로, 상기 본딩패드부(7p-1)와 n형 전극(7n) 사이의 거리와, 상기 연장부(7p-2)와 n형 전극(7n) 사이의 거리가 거의 동일하게 된다. 따라서, 전류의 확산이 거의 균일하게 형성되어 휘도 특성이 개선된다. 상기 제1 실시형태와 비교했을 때, 발광영역의 중심부뿐만 아니라, 중심부 이외의 영역에서도 n형 전극 및 p형 전극간의 거리가 거의 동일하게 형성되므로, 균일한 전류 확산이 이루어져(전류 확산의 효율이 증가하여) 상기 제1 실시형태보다 개선된 휘도특성을 얻을 수 있다.
상기 본 발명의 제1 및 제2 실시형태는, n형 전극 및 p형 전극의 본딩패드부가 발광영역의 대향하는 측면의 중심부에 인접하여 형성되므로, 발광영역의 중심부를 실제 발광이 이루어지는 영역으로 확보할 수 있으며, 도 5에 도시된 것과 같이 패키지 제작시 본딩용 와이어에 의해 발광영역을 가리지 않게 되므로 패키지 제작 이후에도 휘도의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 본 발명은 p형 전극의 구조를 띠 형상으로 제작함으로써, 도 2에 도시된 종래의 발광소자와 같이 n형 전극을 발광소자 주변부에 띠 형상으로 형성하기 위한 추가적인 공정이 필요하지 않은 장점이 있다.
이상에서 설명한 것과 같은 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 도 7을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 일실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정사시도이다. 도 7에 도시된 질화물 반도체 발광소자는 상기 제2 실시형태에 따른 전극구조를 갖는다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조방법은, 기판(81) 상에 버퍼층(82), n형 질화물 반도체층(83), 활성층(84) 및 p형 질화물 반도체층(85)을 순차적으로 형성한다. 상기 n형 및 p형 질화물 반도체층(83, 85) 및 활성층(84)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 물질일 수 있으며, 상기 기판(81)은 질화물 반도체 성장에 적합한 사파이어 기판일 수 있다. 또한, 상기 n형 및 p형 질화물 반도체층(83, 85) 및 활성층(84)은 MOCVD 및 MBE법과 같은 공지의 증착공정을 통해 형성될 수 있다.
이어, 도 7b와 같이, 상기 n형 질화물 반도체층(83)의 상면 일측변의 중심부에 인접한 소정 면적의 전극형성영역(N)이 노출되도록 상기 p형 질화물 반도체층(85)과 상기 활성층(84)의 일부 영역을 메사 에칭(mesa etching) 공정을 통해 제거한다. 상기 전극형성영역(N)은 이후 공정에서 n형 전극(도 7d의 87n)이 형성되는 영역이다. 질화물 반도체 발광소자는 질화물 반도체층을 성장시기키 위해 사파이어 기판과 같은 절연성 기판을 사용하므로, n형 질화물 반도체층(83)과 연결되는 n형 전극(도 7d의 87n)을 형성하기 위해 n형 질화물 반도체층(83) 상면의 일영역을 노출시키는 메사 에칭 공정이 실시된다. 특히, 본 발명에서는 n형 전극을 질화물 반도체 발광소자의 일측변의 중심부에 형성하기 위해, 상기 n형 질화물 반도체층(83)의 상면 일측변의 중심부에 인접한 소정 면적의 전극형성영역(N)이 노출되도록 상기 p형 질화물 반도체층(85)과 상기 활성층(84)의 일부 영역을 제거한다.
다음으로 도 7c와 같이, 오믹 접촉을 형성하기 위해 투명전극층(86)을 형성할 수 있다. 상기 투명전극층(86)은 투광성을 가지면서 접촉저항을 개선하기 위한 층으로, 투명전극층의 형성은 Ni/Au의 이중층 또는 ITO 층을 상기 p형 질화물 반도체층(85) 상면에 증착하는 공정과 후속되는 열처리 공정을 통해 이루어질 수 있다.
최종적으로, 도 7d와 같이, 상기 전극형성영역(N) 상에 n형 전극(87n)을 형성하고, 상기 투명전극층 상에서 상기 전극형성영역이 인접한 변에 대향하는 측변의 중앙부에 인접하고 상기 n형 전극과 소정 간격 이격되어 형성된 본딩패드부와, 상기 본딩패드부와 연결되어 그 양측으로 상기 본딩패드부가 인접한 변 및 상기 n형 전극과 p형 전극이 형성되지 않은 양 측변을 따라 형성된 띠 형상의 연장부를 갖는 p형 전극을 형성한다. 상기 p형 전극(87p) 및 n형 전극(87n)은 Al 및 Ti를 포함하는 물질로 형성될 수 있으며 하나의 포토레지스트 패턴을 이용한 증착공정을 통해 동시에 형성할 수 있다. 상기 투명전극층(86)을 형성하는 공정이 생략되는 경우, 상기 p형 전극(87p)은 상기 p형 질화물 반도체층(85)상에 형성된다.
이상과 같이 제조되는 본 발명의 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자와 종래의 질화물 반도체 발광소자의 휘도 및 구동전압의 특성을 비교한 그래프가 도 8에 도시되어 있다. 도 8에 도시된 휘도 및 구동전압의 특성은 동일한 크기를 갖는 복수개의 종래의 질화물 반도체 발광소자와 복수개의 본 발명의 제2 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자를 이용하여 반복적인 실험을 통해 얻어진 결과값이다.
먼저, 도 8a는 도 1에 도시된 종래의 질화물 반도체 발광소자와 상기 본 발명의 제2 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자의 휘도 특성을 비교한 그래프이다. 종래의 질화물 반도체 발광소자의 휘도(91a)는 평균 약 17.3mcd이었으나, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자의 평균 휘도(91b)는 약 22.2mcd로 휘도가 크게 향상되었음을 알 수 있다. 이는 도 1에 도시된 종래의 질화물 반도체 발광소자는 발광영역 중심부에 형성된 p형 전극 및 모서리에 형성된 n형 전극사이에서 주로 발광이 이루어지는 반면, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자는 발광영역 전체에서 고른 전류확산을 통해 발광이 이루어지기 때문이다.
도 8b는 도 1에 도시된 종래의 질화물 반도체 발광소자와 상기 본 발명의 제2 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자의 구동전압 특성을 비교한 그래프이다. 종래의 질화물 반도체 발광소자의 구동전압(92a)은 평균 약 2.85V이었으나, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자의 평균 구동전압(92b)은 약 2.81V 내지 2.82V로 구동전압이 낮아져 구동전압 특성이 개선되었음을 알 수 있다. 이는 동일한 크기를 가질 때, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자에서 전류가 흘러갈 수 있는 영역이 종래의 질화물 반도체 발광소자에 비해 증가되기 때문이다.
도 8을 통해 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자에 따르면, 발광영역 전체에서 전류의 확산을 균일하게 이루어지게 함으로써, 고휘도 특성을 구현함과 동시에 구동전압의 감소를 가져온다.
이와 같이, 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 하며, 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 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 대체로 사각형 형상의 질화물 반도체 발광소자의 일측변의 중앙부에 인접하도록 n형 전극을 형성하고, 상기 n형 전극이 인접한 변에 대향하는 측변의 중앙부에 인접하도록 형성된 p형 전극의 본딩패드부와 상기 본딩패드부에 연결되어 그 양측으로 질화물 반도체 발광소자의 상면의 변을 따라 연장되는 띠 형상의 연장부를 갖도록 p형 전극을 형성함으로써, 전류가 흐르는 거리를 거의 동일하게 하여 전류 확산을 균일화하고, 발광영역 전체에 전류 확산이 이루어지게 하여 질화물 반도체 발광소자의 휘도를 크게 개선하는 효과가 있다. 또한 패키지 제작시 본딩용 와이어가 발광영역을 가리지 않게 됨으로써 패키지 제작 이후에 휘도의 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 질화물 반도체 발광소자 내에서 전류가 흘러갈 수 있는 영역이 증가됨으로써 구동전압을 저하시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1a, 1b는 종래의 질화물 반도체 발광소자의 평면도 및 단면도이다.
도 2a, 2b는 다른 종래의 질화물 반도체 발광소자의 평면도 및 단면도이다.
도 3a, 3b는 또 다른 종래의 질화물 반도체 발광소자의 평면도 및 단면도이다.
도 4는 질화물 반도체 발광소자 패키지의 일례를 도시한 예시도이다.
도 5는 질화물 반도체 발광소자 패키지의 다른 예를 도시한 예시도이다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 두 가지 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자의 평면도이다.
도 6c는 본 발명의 일실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자의 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 도시한 공정사시도이다.
도 8a는 종래의 질화물 반도체 발광소자의 휘도와 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자의 휘도를 비교한 그래프이다.
도 8b는 종래의 질화물 반도체 발광소자의 구동전압과 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자의 구동전압을 비교한 그래프이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
61 : 기판 62 : 버퍼층
63 : n형 질화물 반도체층 64 : 활성층
65 : p형 질화물 반도체층 66 : 투명전극층
6n, 7n, 67n : n형 전극 6p, 7p, 67p : p형 전극
6p-1, 7p-1 : 본딩패드부 6p-2, 7p-2 : 연장부

Claims (11)

  1. 대체로 사각형 형상의 상면을 갖는 기판;
    상기 기판 상에 형성되며, 그 상면 일측변의 중심부에 인접한 소정 면적의 전극형성영역을 갖는 n형 질화물 반도체층;
    상기 전극형성영역 상에 형성된 n형 전극;
    상기 전극형성영역이 노출되도록 상기 n형 질화물 반도체층 상에 형성되며 언도프된 질화물 반도체 물질로 이루어진 활성층;
    상기 활성층 상에 형성된 p형 질화물 반도체층; 및
    상기 p형 질화물 반도체층 상에 형성되며, 상기 전극형성영역이 인접한 변에 대향하는 측변의 중앙부에 인접하고 상기 n형 전극과 소정 간격 이격되어 형성된 본딩패드부와, 상기 본딩패드부와 연결되어 그 양측으로 상기 p형 질화물 반도체 층 상면의 변을 따라 연장되는 띠 형상의 연장부를 갖는 p형 전극을 포함하는 질화물 반도체 발광소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연장부는,
    상기 본딩패드부가 인접한 변을 따라 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연장부는,
    상기 본딩패드부가 인접한 변 및 상기 n형 전극과 p형 전극이 형성되지 않은 양 측변을 따라 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 질화물 반도체 발광소자는,
    상기 기판의 상면에 격자정합을 위해 형성된 버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 질화물 반도체 발광소자는,
    상기 p형 질화물 반도체층 상면에 오믹 접촉을 이루기 위해 형성된 투명전극층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  6. 대체로 사각형 형상의 상면을 갖는 기판;
    상기 기판 상에 형성되며, 그 상면 일측변의 중심부에 인접한 소정 면적의 전극형성영역을 갖는 n형 질화물 반도체층;
    상기 전극형성영역 상에 형성된 n형 전극;
    상기 전극형성영역이 노출되도록 상기 n형 질화물 반도체층 상에 형성되며, 언도프된 질화물 반도체 물질로 이루어진 활성층;
    상기 활성층 상에 형성된 p형 질화물 반도체층; 및
    상기 p형 질화물 반도체층 상에 형성되며, 상기 전극형성영역이 인접한 변에 대향하는 측변의 중앙부에 인접하고 상기 n형 전극과 소정 간격 이격되어 형성된 본딩패드부와, 상기 본딩패드부와 연결되어 그 양측으로 상기 폰딩패드부가 형성된 변 및 상기 n형 전극과 본딩패드부가 형성되지 않은 양 측변을 따라 형성된 연장부를 갖는 p형 전극을 포함하는 질화물 반도체 발광소자.
  7. 대체로 사각형 형상의 상면을 갖는 기판을 마련하는 단계;
    상기 기판 상에 n형 질화물 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 n형 질화물 반도체층 상에 언도프된 질화물 반도체 물질로 이루어진 활성층을 형성하는 단계;
    상기 활성층 상에 p형 질화물 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 적어도 p형 질화물 반도체층과 상기 활성층의 일부영역을 제거하여 상기 n형 질화물 반도체층의 상면 일측변의 중심부에 인접한 소정 면적의 전극형성영역을 노출시키는 단계;
    상기 전극형성영역 상에 n형 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 p형 질화물 반도체층 상에서 상기 전극형성영역이 인접한 변에 대향하는 측변의 중앙부에 인접하고 상기 n형 전극과 소정 간격 이격되어 형성된 본딩패드부와, 상기 본딩패드부와 연결되어 그 양측으로 상기 p형 질화물 반도체 층 상면의 변을 따라 연장되는 띠 형상의 연장부를 갖는 p형 전극을 형성하는 단계를 포함하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 연장부는,
    상기 본딩패드부가 인접한 변을 따라 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 연장부는,
    상기 본딩패드부가 인접한 변 및 상기 n형 전극과 p형 전극이 형성되지 않은 양 측변을 따라 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 기판의 상면에, 격자정합을 이루기 위해 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 p형 질화물 반도체층 상면에 오믹 접촉을 이루기 위해 투명전극층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
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