KR20050064556A - 플립칩용 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

플립칩용 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20050064556A
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Abstract

본 발명은 밀착력 확보층, 반사전극층, 캡층의 세층을 구비함으로써, p 메탈층과 p형 질화물 반도체층 사이의 밀착성을 개선하고, 반사효율 및 전류확산 효율을 개선하고, 접촉저항을 개선함으로써 휘도 및 구동전압 특성이 향상된 플립칩용 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은, 질화갈륨계 반도체 물질을 성장시키기 위한 기판과, 상기 기판 상에 형성되는 n형 질화물 반도체층과, 상기 n형 질화물 반도체층 상의 적어도 일부 영역에 형성되는 활성층과, 상기 활성층 상에 형성되는 p형 질화물 반도체와, 상기 p형 질화물 반도체층 상에 형성되며, 상기 p형 질화물 반도체층과의 밀착력을 확보하기 위한 밀착력 확보층과, 상기 밀착력 확보층 상에 형성되며, 상기 활성층에서 생성되는 빛을 기판 측으로 반사하고, 전류를 확산시키기 위한 반사전극층 및 상기 반사전극층 상에 형성되며, 상기 반사전극층과 본딩 금속간의 밀착력을 확보하고 접촉저항을 감소시키기 위한 캡층을 구비한다. 본 발명에 따르면, 상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 밀착력이 개선되어 불량이 감소하고, 휘도 특성이 개선되어 휘도가 향상되며, 구동전압이 감소되는 효과가 있다.

Description

플립칩용 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법{NITRIDE SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE FOR FLIP CHIP AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플립칩으로 사용되는 질화물 반도체 발광소자의 p 메탈층을 밀착력 확보층, 반사전극층, 캡층의 세층으로 형성함으로써, p 메탈층과 p형 질화물 반도체층 사이의 밀착성을 개선하고, 반사효율 및 전류확산 효율을 개선하고, 접촉저항을 개선함으로써 휘도 및 구동전압 특성이 향상된 플립칩용 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
현재, 상기 질화물 반도체 발광소자를 차세대 조명 장치로 사용하기 위해 고휘도 특성을 갖는 질화물 반도체 발광소자의 개발이 요구되고 있으며, 이러한 요구를 만족시키기 위한 종래의 기술로는 다음과 같은 기술이 제안되고 있다.
도 1은 종래의 질화물 반도체 발광소자의 일례를 도시한 단면도로서, 도 1에 도시된 바와 같이 종래의 질화물 반도체 발광소자는 기판(11) 상에 순차적으로 형성된 n형 질화물 반도체층(12), 다중우물구조인 활성층(13) 및 p형 질화물 반도체층(14)을 포함하며, 상기 p형 질화물 반도체층(14)과 활성층(13)은 그 일부영역이 제거되어 n형 질화물 반도체층(12)의 일부상면이 노출된 구조를 갖는다. 상기 노출된 n형 질화물 반도체층(12)의 상면에 n측 전극(18)이 형성되고, 상기 p형 질화물 반도체층(14) 상에는 오믹 접촉을 형성하고 전류 주입 효율을 향상시키기 위한 p 메탈층(15)을 형성한 후에, p측 본딩전극(19)을 형성한다. 상기 p 메탈층(15)은 투광성을 가지면서 접촉저항을 개선하여 전류 주입 효율을 향상시키기 위한 층으로서, 일반적으로 Ni/Au의 이중층으로 이루어진 투명도전체층을 사용한다.
상기 Ni/Au의 이중층은 빛의 투과율이 상대적으로 좋은 금속층으로서, 이를 100Å 이하로 얇게 증착시켜서 발광소자 내부에서 발생한 빛이 금속을 투과하여 외부로 방출된다. 이러한 Ni/Au의 이중층은 전류 주입 효율을 향상시키기 위해서는 가능한 두껍게 형성하는 것이 바람직하지만, 금속을 이용하여 투명전극을 형성하므로 원하는 투광성을 얻는데 문제가 될 수 있다. 비록, 열처리 과정을 통해 비교적 높은 투광성을 갖게 되더라도 그 투과율은 약 60%에 불과하므로, Ni/Au의 이중층의 두께가 증가할 경우에 휘도가 저하될 수 있다. 따라서, 이러한 Ni/Au의 이중층은 두께의 제약을 받을 수 밖에 없으며, 이로 인해 전류 주입 효율을 향상시키는데 한계가 있다.
상기 도 1에 도시된 종래의 질화물 반도체 발광소자의 문제점을 해결하기 위해 도 2에 도시된 것과 같은 플립칩(flip-chip) 방식의 질화물 반도체 발광소자가 제안되었다. 이 플립칩 방식의 질화물 반도체 발광소자는 도 1에 도시된 종래의 질화물 반도체 발광소자와 같이, 기판(21) 상에 순차적으로 형성된 n형 질화물 반도체층(22), 다중우물구조인 활성층(23) 및 p형 질화물 반도체층(24)을 포함하며, 상기 p형 질화물 반도체층(14)과 활성층(23)은 그 일부영역이 제거되어 n형 질화물 반도체층(22)의 일부상면이 노출된 구조를 갖는다. 상기 노출된 n형 질화물 반도체층(22)의 상면에 n측 전극(28)이 형성되고, 상기 p형 질화물 반도체층(24) 상에 반사율이 좋은 Al, Ag 등을 사용한 p 메탈층(25)을 형성한 후에, p측 본딩전극(29)을 형성한다. 이와 같이 형성된 질화물 반도체 발광소자를 뒤집어서, 상기 n측 전극(28) 및 p측 본딩전극(29)을, 범프(202)를 사용하여 서브마운트(submount)(201) 상의 도전성 패턴과 연결하여 사용한다. 상기 플립칩 방식의 질화물 반도체 발광소자는 상기 p 메탈층(25)으로 반사율이 좋은 금속을 채용하여 전극방향으로 향하는 빛을 반사시켜 투명한 기판 쪽으로 방출되도록 함으로써 휘도를 향상시킬 수 있으며, 전극을 통해 소자 내에서 발생한 열을 외부로 쉽게 방출할 수 있다.
그러나, p 메탈층(25)의 재료로 사용되는 Ag는 p형 질화물 반도체층(24)과의 밀착력이 매우 낮아 제품불량이 발생하고, 안정적인 접촉 저항을 확보하기 어려운 문제점이 있다. 상기 p 메탈층(25)의 재료로 사용할 수 다른 금속으로는 Al, Ni, Ti, Pt 등이 있으나, 이는 상기 Ag에 비해 반사효율이 떨어지는 문제점이 있다.
따라서, 당 기술분야에서는, p형 질화물 반도체층과의 밀착력이 우수하고, 고휘도 특성을 가지며, 전류확산 및 접촉저항 등 전기적 특성을 안정시킬 수 있는 새로운 p 메탈층의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 이러한 기술적 요구를 충족시키기 위해 안출된 것으로, 그 목적은, p형 질화물 반도체층과의 밀착력이 우수하고, 반사율 확보를 통해 휘도를 향상시킬 수 있으며, 이와 동시에 접촉저항 및 전류확산이 개선된 p 메탈층을 구비한 플립칩용 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은,
질화갈륨계 반도체 물질을 성장시키기 위한 기판과, 상기 기판 상에 형성되는 n형 질화물 반도체층과, 상기 n형 질화물 반도체층 상의 적어도 일부 영역에 형성되는 활성층과, 상기 활성층 상에 형성되는 p형 질화물 반도체층과, 상기 p형 질화물 반도체층 상에 형성되며, 상기 p형 질화물 반도체층과의 밀착력을 확보하기 위한 밀착력 확보층과, 상기 밀착력 확보층 상에 형성되며, 상기 활성층에서 생성되는 빛을 기판 측으로 반사하고, 전류를 확산시키기 위한 반사전극층 및 상기 반사전극층 상에 형성되며, 상기 반사전극층과 본딩 금속간의 밀착력을 확보하고 접촉저항을 감소시키기 위한 캡층을 포함하는 플립칩용 질화갈륨계 반도체 발광소자를 제공한다.
상기 밀착력 확보층은, Ni, Co, Pd, Ir, Rh, Ru, Zn, Mg, Sn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나의 금속 또는 둘 이상 금속의 합금으로 이루어질 수 있으며, 그 두께는 5Å 내지 50Å인 것이 바람직하다.
상기 반사전극층은, Ag, Rh, Al으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나의 금속 또는 둘이상 금속의 합금으로 이루어질 수 있으며, 그 두께는 500Å 내지 5000Å인 것이 바람직하다.
상기 캡층은, Pt, Pd, Ph으로 구성된 그룹으로부터 선택된 일금속으로 이루어질 수 있으며, 그 두께는, 100Å 이상이며 상기 반사전극층의 두께보다 작은 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 플립칩용 질화물 반도체 발광소자의 제조방법도 제공한다. 본 발명에 따른 플립칩용 질화물 반도체 발광소자의 제조방법은,
질화물 반도체 물질을 성장시키기 위한 기판을 마련하는 단계와, 상기 기판 상에, n형 질화물 반도체층과, 활성층과, p형 질화물 반도체층을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 적어도 p형 질화물 반도체층과 활성층의 일부영역을 제거하여 상기 n형 질화물 반도체층의 일부를 노출시키는 단계와, 상기 p형 질화물 반도체층 상에, 상기 p형 질화물 반도체층과의 밀착력을 확보하기 위한 밀착력 확보층을 형성하는 단계와, 상기 밀착력 확보층 상에, 상기 활성층에서 생성되는 빛을 기판측으로 반사하고, 전류를 확산시키기 위한 반사전극층을 형성하는 단계 및 상기 반사전극층 상에, 상기 반사전극층과 본딩 금속간의 밀착력을 확보하고 접촉저항을 감소시키기 위한 캡층을 형성하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 방법은, 상기 캡층을 형성하는 단계 이후, 열처리하는 단계 및 상기 n형 질화물 반도체층의 노출된 영역 상에 n측 전극을 형성하고, 상기 캡층 상에 p측 본딩전극을 형성하는 단계를 더 포함한다. 상기 열처리하는 단계는, 질소(N2) 분위기에서 400℃ 내지 600℃의 온도로 1분 내지 5분 동안 급속 열처리하는 단계인 것이 바람직하다.
상기 밀착력 확보층을 형성하는 단계는, 상기 p형 질화물 반도체층 상에, Ni, Co, Pd, Ir, Rh, Ru, Zn, Mg 및 Sn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나의 금속 또는 둘 이상 금속의 합금을, 5Å 내지 50Å의 두께로 증착시키는 단계인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 반사전극층을 형성하는 단계는, 상기 밀착력 확보층 상에, Ag, Rh, Al으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나의 금속 또는 둘이상 금속의 합금을, 500Å 내지 5000Å의 두께로 증착시키는 단계인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 캡층을 형성하는 단계는, 상기 반사전극층 상에, Pt, Pd, Ph으로 구성된 그룹으로부터 선택된 일금속을, 100Å 이상이며 상기 반사전극층보다 작은 두께로 증착시키는 단계인 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 플립칩용 질화물 반도체 소자 및 그 제조방법을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 플립칩용 질화물 반도체 소자의 단면도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 플립칩용 질화물 반도체 소자는, 기판(31)과, 상기 기판(31) 상에 형성되는 n형 질화물 반도체층(32)과, 상기 n형 질화물 반도체층(32) 상의 적어도 일부 영역에 형성되는 활성층(33)과, 상기 활성층(33) 상에 형성되는 p형 질화물 반도체층(34)과, 상기 p형 질화물 반도체층(34) 상에 형성되며, 상기 p형 질화물 반도체층(34)과의 밀착력을 확보하기 위한 밀착력 확보층(35)과, 상기 밀착력 확보층(35) 상에 형성되며, 상기 활성층(33)에서 생성되는 빛을 기판(31) 측으로 반사하고, 전류를 확산시키기 위한 반사전극층(36) 및 상기 반사전극층(36) 상에 형성되며, 상기 반사전극층(36)과 본딩 금속간의 밀착력을 확보하고 접촉저항을 감소시키기 위한 캡층(37)을 포함하여 구성된다. 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자는, 노출된 n형 질화물 반도체층 상에 형성되는 n측 전극(38)과 상기 캡층(37)의 상면에 형성되는 p측 본딩전극(39)을 더 포함할 수 있다.
상기 기판(31)은, 사파이어 기판이나 SiC 기판을 사용하며, 특히 사파이어 기판이 대표적으로 사용된다. 이는 상기 기판(31) 위에 성장되는 질화물 반도체 물질의 결정과, 결정구조가 동일하면서 격자정합을 이루는 상업적인 기판이 존재하지 않기 때문이다.
상기 n형 질화물 반도체층(32)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 n 도핑된 반도체 물질로 이루어질 수 있으며, 특히 GaN가 널리 사용된다. n형 질화물 반도체층(32)은, 상기 반도체 물질을 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 또는 MBE(Molecular Beam Epitaxy)법과 같은 공지의 증착공정을 사용하여 기판 상에 성장시킴으로써 형성된다. 상기 사파이어 기판 상에 질화물 반도체 물질을 성장시키는 경우, 격자부정합에 의한 스트레스(stress)로 양질의 결정성장을 기대하기 어렵기 때문에 버퍼층(buffer layer)이라고 하는 저온성장층을 먼저 기판 상에 형성할 수도 있다. 상기 버퍼층은 GaN 등과 같은 물질로 이루어질 수 있다.
상기 활성층(33)은 양자우물구조를 가지며 GaN 또는 InGaN으로 이루어 질 수 있다.
상기 p형 질화물 반도체층(34)은 상기 n형 질화물 반도체층(32)과 마찬가지로, AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 질화물 반도체 물질로 이루어지며, 상기 질화물 반도체 물질은 p 도핑된다. 상기 n형 질화물 반도체층과 마찬가지로 p형 질화물 반도체층(34)은, 질화물 반도체 물질을 MOCVD법 또는 MBE법과 같은 공지의 증착공정을 사용하여 상기 활성층(33)의 상면에 성장된다.
상기 p형 질화물 반도체층(34)의 상면에는 전류확산을 개선하고 접촉저항의 감소를 위해 p 메탈층이 형성된다. 특히, 플립칩용 질화물 반도체 발광소자에서는 p 메탈층은 우수한 반사율을 가져야 한다. 본 발명에 따른 플립칩용 질화물 반도체 발광소자는 밀착력 확보층(35), 반사전극층(36) 및 캡층(37)의 세 개의 층으로 구성되는 p 메탈층을 구비한다.
상기 밀착력 확보층(35)은 상기 p형 질화물 반도체층(34) 상에 형성되며, 상기 p형 질화물 반도체층(34)과 p 메탈층의 밀착력을 확보하기 위한 것이다. 일반적으로, 플립칩용 질화물 반도체 발광소자의 반사층으로 사용되는 Ag는 p형 질화물 반도체층과의 밀착력이 매우 낮기 때문에 쉽게 p형 질화물 반도체층과 분리되어 제품불량이 발생하는 문제점이 있다. 상기 밀착력 확보층(35)은 p형 질화물 반도체층(34)과 접착력이 우수한 금속을 이용하여 얇게 형성하여 상기 Ag로 이루어진 반사층의 밀착력 문제를 해결할 수 있다. 상기 밀착력 확보층(35)을 형성하는 재료로는 Ni, Co, Pd, Ir, Rh, Ru, Zn, Mg 및 Sn로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나의 금속이 채택될 수 있다. 또는 상기 금속들 중 둘 이상의 금속으로 이루어진 합금을 밀착력 확보층(35)의 재료로 채택할 수 있다.
상기 밀착력 확보층(35)은 p 메탈층과 p형 질화물 반도체층(34)의 밀착력을 확보하기 위한 것으로, 이 후 그 상면에 형성되는 반사전극층(36)으로 빛을 최대한 많이 투과시켜야 하므로 가능한 얇게 형성하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 밀착력 확보층(35)의 두께는 5Å 내지 50Å로 형성될 수 있다. 일반적인 금속입자의 크기가 2Å 내지 3Å 정도이므로, 5Å보다 얇은 두께로 밀착력 확보층을 형성하는 것은 거의 불가능하다. 또한, 상기 밀착력 확보층(35)의 두께가 50Å보다 크면, 밀착력 확보층(35)에서 빛의 흡수가 크게 발생하여 휘도를 저하시키는 문제가 발생할 수 있다.
상기 밀착력 확보층(35)은 공지 기술인 전자빔 증착법 또는 열 증착법에 의해 형성될 수 있다.
상기 반사전극층(36)은, 상기 밀착력 확보층(35) 상에, 상기 활성층(33)에서 생성되는 빛을 기판(31) 측으로 반사하고, 전류를 확산시키기 위해 형성된다. 상기 반사전극층(36)은 반사율이 우수하고, 전기저항이 매우 낮은 Ag, Rh 및 Al로 구성된 그룹으로부터 선택된 일금속으로 형성되거나, 상기 금속들이 둘 이상 결합된 합금으로 형성될 수 있다.
상기 반사전극층(36)은, 활성층(33)에서 생성되는 빛을 기판(31) 측으로 반사해야 하므로, 반사율을 향상시키기 위해서는 그 두께가 두꺼운 것이 바람직하다. 더욱이 상기 반사전극층(36) 전류를 넓게 확산시키는 역할도 하기 때문에, 그 전기저항을 감소시켜 전류확산 효율을 향상시키기 위해서도 그 두께는 두꺼운 것이 바람직하다. 그러나, 두께가 두꺼울수록 그 밀착력이 감소되어 불량이 발생될 확률이 높아진다. 따라서, 반사율, 전기저항 및 밀착력을 감안할 때, 상기 반사전극층(36)의 두께는 500Å 내지 5000Å인 것이 가장 바람직하다. 상기 반사전극층(36)의 두께가 500Å 미만인 경우에는 반사율이 저하되고 전류확산이 원활하게 이루어지지 않으므로 휘도가 저하될 수 있으며, 5000Å을 초과하는 경우에는 밀착력이 저하되어 상기 반사전극층(36)이 분리되는 불량이 발생할 수 있다.
상기 반사전극층(36)은, 상기 밀착력 확보층(35)과 마찬가지로, 공지 기술인 전자빔 증착법 또는 열 증착법에 의해 형성될 수 있다.
상기 캡층(37)은 상기 반사전극층(36)과 본딩 금속간의 밀착력을 확보하고 접촉저항을 감소시키기 위해 상기 반사전극층(36)의 상면에 형성된다. 상기 캡층(37)은 Pt, Pd, Ph으로 구성된 그룹으로부터 선택된 일금속으로 이루어질 수 있다. 상기 캡층(37)은 공지 기술인 전자빔 증착법 또는 열 증착법에 의해 상기 반사전극층(36) 상에 형성된다. 캡층(37)까지 형성된 질화물 반도체 소자는 질소분위기에서 약 400℃ 내지 600℃의 온도에서 열처리된다. 상기 열처리를 통해 캡층(37)을 형성하는 상기 물질들 중의 일부가, 상기 반사전극층(36) 및 밀착력 확보층(35)을 관통하여, p형 질화물 반도체층(34)과 밀착력 확보층(35)의 계면까지 기둥형태로 침투된다. 이와 같이, 캡층(37)을 형성하는 물질의 일부가 열처리를 통해 p형 질화물 반도체층(34)과 밀착력 확보층(35)의 계면과 접촉함으로써 접촉저항을 감소시켜 질화물 반도체 발광소자의 구동전압을 감소시키게 된다. 또한, 상기 캡층(37)은 캡층(37) 상면에 형성되는 p측 본딩 전극(39)(본딩 메탈이라고도 함)과의 밀착력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
상기 캡층(37)이 열처리를 통해 충분히 침투되어 접촉저항이 저하됨과 동시에 p측 본딩 전극과의 밀착력을 확보하기 위해서는, 상기 캡층(37)의 두께는 100Å 이상이며 상기 반사전극층의 두께보다 작은 것이 바람직하다.
본 발명은 이상에서 설명한 것과 같은 플립칩용 질화물 반도체 발광소자의 제조방법도 제공한다. 도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 플립칩용 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 공정순으로 도시한 공정사시도이다.
먼저, 도 4a와 같이, 기판(41) 상에 n형 질화물 반도체층(42), 활성층(43) 및 p형 질화물 반도체층(44)을 순차적으로 적층한다. 반도체 물질을 성장시키기 위한 상기 기판(41)은 사파이어 기판일 수 있으며, 상기 n형 질화물 반도체층(42), 활성층(43) 및 p형 질화물 반도체층(44)은 MOCVD법 또는 MBE법과 같은 공지의 증착공정을 사용하여 성장될 수 있다.
이어, 도 4b와 같이 상기 n형 질화물 반도체층(42)의 일부영역(42a)이 노출되도록 상기 적어도 p형 질화물 반도체층(44)과 활성층(43)의 일부를 제거한다. 상기 n형 질화물 반도체층(42)의 노출된 영역(42a)은 n측 전극이 형성될 영역으로 마련된다. 본 제거공정에 따른 구조물의 형상은 전극을 형성하고자 하는 위치에 따라 다양한 형태로 변경될 수 있으며 전극형상 및 크기도 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 본 공정은 한 모서리에 접하는 영역을 제거하는 방식으로도 구현될 수도 있으며, 전류 밀도를 분산시키기 위해서, 전극의 형상도 변을 따라 연장된 구조로 형성될 수 있다.
다음으로, 도 4c와 같이, 상기 p형 질화물 반도체층(44) 상에 순차적으로 밀착력 확보층(45), 반사전극층(46) 및 캡층(47)을 형성한다. 본 발명에서, 상기 밀착력 확보층(45)은, 상기 p형 질화물 반도체층 상에, Ni, Co, Pd, Ir, Rh, Ru, Zn, Mg 및 Sn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나의 금속 또는 둘 이상 금속의 합금을, 5Å 내지 50Å의 두께로 증착시켜 형성된다. 그리고, 상기 반사전극층(46)은, 상기 밀착력 확보층(45) 상에, Ag, Rh, Al으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나의 금속 또는 둘이상 금속의 합금을, 500Å 내지 5000Å의 두께로 증착시켜 형성된다. 그리고, 상기 캡층(47)은 상기 반사전극층(46) 상에, Pt, Pd, Ph으로 구성된 그룹으로부터 선택된 일금속을, 100Å 이상이며 상기 반사전극층보다 작은 두께로 증착시켜 형성된다. 상기 밀착력 확보층(45), 반사전극층(46) 및 캡층(47)을 증착하는데는 공지 기술인 전자빔 증착법 또는 열 증착법이 채택될 수 있다.
이와 같이, p형 질화물 반도체층(44)의 상면에 밀착력 확보층(45), 반사전극층(46) 및 캡층(47)을 증착하여 형성시킨 후, 열처리 공정을 거친다. 열처리 공정을 통해 상기 캡층(47)의 구성물질 일부가 상기 반사전극층(36) 및 밀착력 확보층(35)을 관통하여, p형 질화물 반도체층(34)과 밀착력 확보층(35)의 계면까지 기둥형태로 침투된다. 이와 같이, 캡층(37)을 형성하는 물질의 일부가 열처리를 통해 p형 질화물 반도체층(34)과 밀착력 확보층(35)의 계면과 접촉함으로써 접촉저항이 감소된다. 상기 열처리 공정은 질소(N2) 분위기에서 400℃ 내지 600℃의 온도로 1분 내지 5분 동안 급속 열처리 공정을 통해 이루어지는 것이 바람직하다. 열처리 온도가 400℃ 보다 낮은 경우에는 상기 캡층(37) 구성물질의 침투가 원활하게 이루어지지 못하며, 열처리 온도가 600℃ 보다 높은 경우에는 상기 질화물 반도체 물질의 물성에 영향을 끼칠 수 있다. 또한, 열처리가 1분 미만으로 이루어지는 경우에는 상기 캡층(37) 구성물질의 침투가 원활하게 이루어지지 못하며, 열처리가 5분을 초과하여 이루어지는 경우에는 밀착력 확보층(45), 반사전극층(46) 및 캡층(47)을 구성하는 물질들 간의 반응으로 인해 합금이 형성될 수 있다. 급속 열처리 공정은 급속한 온도의 변화를 이용한 열처리 공정으로, 급속 열처리 공정 또한 밀착력 확보층(45), 반사전극층(46) 및 캡층(47)을 구성하는 물질들 간에 반응이 발생하여 합금이 형성되는 것을 방지하기 위한 것이다.
최종적으로, 도 4d와 같이 상기 n형 질화물 반도체층(42)의 일부가 노출된 영역(42a)과 상기 캡층(47)의 상부에 각각 n측 전극(48)과 p측 본딩전극(49)을 형성한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 플립칩용 질화물 반도체 발광소자는, 밀착력 확보층을 구비함으로써 p 메탈층과 p형 질화물 반도체층 사이에 우수한 밀착력을 제공하여 p 메탈층이 p형 질화물 반도체층으로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 우수한 반사율을 갖는 물질을 사용한 반사전극층을 구비함으로써 반사되는 빛의 양을 증가시켜 휘도를 개선하고, 동시에 전류의 확산을 증가시킬 수 있다. 또한, 캡층을 구비함으로써 접촉저항을 감소시켜 구동전압을 감소시키고, p측 본딩전극과의 밀착력을 확보할 수 있다.
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, 밀착력 확보층을 구비함으로써 p 메탈층과 p형 질화물 반도체층 사이에 우수한 밀착력을 제공하여 p 메탈층이 p형 질화물 반도체층으로부터 분리되는 불량을 개선할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 상기 밀착력 확보층을 통해 양호한 밀착력을 확보함으로써, 밀착력이 낮고 우수한 반사율을 갖는 물질을 사용한 반사전극층을 구비할 수 있다. 이를 통해 반사되는 빛의 양을 증가시키고, 동시에 전류의 확산을 증가시켜 플립칩용 질화물 반도체 발광소자의 휘도를 현저하게 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 캡층을 구비함으로써 접촉저항을 개선하여 구동전압을 감소시키고, p측 본딩전극과의 밀착력을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 질화물 반도체 발광소자의 일례를 도시한 단면도이다.
도 2는 종래의 질화물 반도체 발광소자의 다른 예를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자의 단면도이다.
도 4a-4d는 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 도시한 공정사시도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
31, 41 : 기판 32, 42 : n형 질화물 반도체층
33, 43 : 활성층 34, 44 : p형 질화물 반도체층
35, 45 : 밀착력 확보층 36, 46 : 반사전극층
37, 47 : 캡층 38, 48 : n측 전극
39, 49 : p측 본딩전극

Claims (13)

  1. 질화갈륨계 반도체 물질을 성장시키기 위한 기판;
    상기 기판 상에 형성되는 n형 질화물 반도체층;
    상기 n형 질화물 반도체층 상의 적어도 일부 영역에 형성되는 활성층;
    상기 활성층 상에 형성되는 p형 질화물 반도체층;
    상기 p형 질화물 반도체층 상에 형성되며, 상기 p형 질화물 반도체층과의 밀착력을 확보하기 위한 밀착력 확보층;
    상기 밀착력 확보층 상에 형성되며, 상기 활성층에서 생성되는 빛을 기판측으로 반사하고, 전류를 확산시키기 위한 반사전극층; 및
    상기 반사전극층 상에 형성되며, 상기 반사전극층과 본딩 금속간의 밀착력을 확보하고 접촉저항을 감소시키기 위한 캡층을 포함하는 플립칩용 질화갈륨계 반도체 발광소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 밀착력 확보층은,
    Ni, Co, Pd, Ir, Rh, Ru, Zn, Mg, Sn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나의 금속 또는 둘이상 금속의 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 플립칩용 질화물 반도체 발광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 밀착력 확보층의 두께는, 5Å 내지 50Å인 것을 특징으로 하는 플립칩용 질화물 반도체 발광소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반사전극층은,
    Ag, Rh, Al으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나의 금속 또는 둘이상 금속의 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 플립칩용 질화물 반도체 발광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반사전극층의 두께는, 500Å 내지 5000Å인 것을 특징으로 하는 플립칩용 질화물 반도체 발광소자.
  6. 제1항에 있어서, 상기 캡층은,
    Pt, Pd, Ph으로 구성된 그룹으로부터 선택된 일금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 플립칩용 질화물 반도체 발광소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 캡층의 두께는, 100Å 이상이며 상기 반사전극층의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 플립칩용 질화물 반도체 발광소자.
  8. 질화물 반도체 물질을 성장시키기 위한 기판을 마련하는 단계;
    상기 기판 상에, n형 질화물 반도체층과, 활성층과, p형 질화물 반도체층을 순차적으로 형성하는 단계;
    상기 적어도 p형 질화물 반도체층과 활성층의 일부영역을 제거하여 상기 n형 질화물 반도체층의 일부를 노출시키는 단계;
    상기 p형 질화물 반도체층 상에, 상기 p형 질화물 반도체층과의 밀착력을 확보하기 위한 밀착력 확보층을 형성하는 단계;
    상기 밀착력 확보층 상에, 상기 활성층에서 생성되는 빛을 기판측으로 반사하고, 전류를 확산시키기 위한 반사전극층을 형성하는 단계; 및
    상기 반사전극층 상에, 상기 반사전극층과 본딩 금속간의 밀착력을 확보하고 접촉저항을 감소시키기 위한 캡층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플립칩용 질화물 반도체 소자의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 캡층을 형성하는 단계 이후,
    열처리하는 단계; 및
    상기 n형 질화물 반도체층의 노출된 영역 상에 n측 전극을 형성하고, 상기 캡층 상에 p측 본딩전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플립칩용 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 열처리하는 단계는,
    질소(N2) 분위기에서 400℃ 내지 600℃의 온도로 1분 내지 5분 동안 급속 열처리하는 단계인 것을 특징으로 하는 플립칩용 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 밀착력 확보층을 형성하는 단계는,
    상기 p형 질화물 반도체층 상에, Ni, Co, Pd, Ir, Rh, Ru, Zn, Mg 및 Sn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나의 금속 또는 둘 이상 금속의 합금을, 5Å 내지 50Å의 두께로 증착시키는 단계인 것을 특징으로 하는 플립칩용 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 반사전극층을 형성하는 단계는,
    상기 밀착력 확보층 상에, Ag, Rh, Al으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나의 금속 또는 둘이상 금속의 합금을, 500Å 내지 5000Å의 두께로 증착시키는 단계인 것을 특징으로 하는 플립칩용 질화물 반도체 발광소자.
  13. 제8항에 있어서, 상기 캡층을 형성하는 단계는,
    상기 반사전극층 상에, Pt, Pd, Ph으로 구성된 그룹으로부터 선택된 일금속을, 100Å 이상이며 상기 반사전극층보다 작은 두께로 증착시키는 단계인 것을 특징으로 하는 플립칩용 질화물 반도체 발광소자.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100684537B1 (ko) * 2005-08-09 2007-02-20 (주)큐엠씨 발광다이오드 및 그 제조 방법
KR100706796B1 (ko) * 2005-08-19 2007-04-12 삼성전자주식회사 질화물계 탑에미트형 발광소자 및 그 제조 방법
KR100750933B1 (ko) * 2005-08-14 2007-08-22 삼성전자주식회사 희토류 금속이 도핑된 투명 전도성 아연산화물의나노구조를 사용한 탑에미트형 질화물계 백색광 발광소자및 그 제조방법
KR100778820B1 (ko) * 2006-04-25 2007-11-22 포항공과대학교 산학협력단 금속 전극 형성 방법 및 반도체 발광 소자의 제조 방법 및질화물계 화합물 반도체 발광 소자
KR101360881B1 (ko) * 2007-09-28 2014-02-11 삼성전자주식회사 전도성 연결 배선을 구비한 발광 다이오드

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7557380B2 (en) * 2004-07-27 2009-07-07 Cree, Inc. Light emitting devices having a reflective bond pad and methods of fabricating light emitting devices having reflective bond pads
KR101205524B1 (ko) 2005-09-27 2012-11-27 서울옵토디바이스주식회사 플립칩 구조의 발광 소자 및 이의 제조 방법
JP2007157852A (ja) * 2005-12-01 2007-06-21 Sony Corp 半導体発光素子およびその製造方法
US7501295B2 (en) * 2006-05-25 2009-03-10 Philips Lumileds Lighting Company, Llc Method of fabricating a reflective electrode for a semiconductor light emitting device
JP2008244161A (ja) * 2007-03-27 2008-10-09 Toyoda Gosei Co Ltd Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子の電極形成方法
TWI345320B (en) * 2007-12-20 2011-07-11 Univ Nat Central Method of growing nitride semiconductor material
JP2010109013A (ja) * 2008-10-28 2010-05-13 Sanyo Electric Co Ltd 半導体レーザ素子およびその製造方法
CN101971364B (zh) * 2008-11-06 2013-05-15 松下电器产业株式会社 氮化物类半导体元件及其制造方法
WO2011077704A1 (ja) 2009-12-25 2011-06-30 パナソニック株式会社 窒化物系半導体素子およびその製造方法
JP5202559B2 (ja) 2010-03-09 2013-06-05 株式会社東芝 半導体発光装置及びその製造方法
KR101051326B1 (ko) * 2010-04-23 2011-07-22 주식회사 세미콘라이트 화합물 반도체 발광소자
EP2624318A4 (en) * 2010-09-30 2015-11-11 Dowa Electronics Materials Co GROUP III ELEMENT NITRIDE SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING ELEMENT AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
KR102086365B1 (ko) 2013-04-19 2020-03-09 삼성전자주식회사 반도체 발광소자
US10535804B2 (en) 2015-07-22 2020-01-14 Lg Innotek Co., Ltd. Light-emitting device package
CN113270438B (zh) * 2021-04-30 2024-02-20 广东德力光电有限公司 一种倒装微led点阵的制作工艺

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3319472B2 (ja) * 1992-12-07 2002-09-03 富士通株式会社 半導体装置とその製造方法
JP3399216B2 (ja) * 1996-03-14 2003-04-21 ソニー株式会社 半導体発光素子
US5818625A (en) * 1997-04-02 1998-10-06 Gentex Corporation Electrochromic rearview mirror incorporating a third surface metal reflector
JPH1187850A (ja) * 1997-09-03 1999-03-30 Sharp Corp 窒化物系化合物半導体レーザ素子及びレーザ装置
EP1928034A3 (en) * 1997-12-15 2008-06-18 Philips Lumileds Lighting Company LLC Light emitting device
JP4183299B2 (ja) * 1998-03-25 2008-11-19 株式会社東芝 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
US6936859B1 (en) * 1998-05-13 2005-08-30 Toyoda Gosei Co., Ltd. Light-emitting semiconductor device using group III nitride compound
US6803603B1 (en) * 1999-06-23 2004-10-12 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor light-emitting element
US6812502B1 (en) * 1999-11-04 2004-11-02 Uni Light Technology Incorporation Flip-chip light-emitting device
TW497277B (en) * 2000-03-10 2002-08-01 Toshiba Corp Semiconductor light emitting device and method for manufacturing the same
US6693352B1 (en) * 2000-06-05 2004-02-17 Emitronix Inc. Contact structure for group III-V semiconductor devices and method of producing the same
JP4024994B2 (ja) * 2000-06-30 2007-12-19 株式会社東芝 半導体発光素子
TW543128B (en) * 2001-07-12 2003-07-21 Highlink Technology Corp Surface mounted and flip chip type LED package
JP4157698B2 (ja) * 2001-11-26 2008-10-01 ユーディナデバイス株式会社 半導体受光素子およびその駆動方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100684537B1 (ko) * 2005-08-09 2007-02-20 (주)큐엠씨 발광다이오드 및 그 제조 방법
KR100750933B1 (ko) * 2005-08-14 2007-08-22 삼성전자주식회사 희토류 금속이 도핑된 투명 전도성 아연산화물의나노구조를 사용한 탑에미트형 질화물계 백색광 발광소자및 그 제조방법
KR100706796B1 (ko) * 2005-08-19 2007-04-12 삼성전자주식회사 질화물계 탑에미트형 발광소자 및 그 제조 방법
US7989828B2 (en) 2005-08-19 2011-08-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Highly efficient III-nitride-based top emission type light emitting device having large area and high capacity
KR100778820B1 (ko) * 2006-04-25 2007-11-22 포항공과대학교 산학협력단 금속 전극 형성 방법 및 반도체 발광 소자의 제조 방법 및질화물계 화합물 반도체 발광 소자
US9219198B2 (en) 2006-04-25 2015-12-22 Seoul Viosys Co., Ltd. Method for forming metal electrode, method for manufacturing semiconductor light emitting elements and nitride based compound semiconductor light emitting elements
KR101360881B1 (ko) * 2007-09-28 2014-02-11 삼성전자주식회사 전도성 연결 배선을 구비한 발광 다이오드

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US20050145875A1 (en) 2005-07-07
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