KR20070041506A - 반도체 발광소자용 양전극 - Google Patents

반도체 발광소자용 양전극 Download PDF

Info

Publication number
KR20070041506A
KR20070041506A KR1020077000459A KR20077000459A KR20070041506A KR 20070041506 A KR20070041506 A KR 20070041506A KR 1020077000459 A KR1020077000459 A KR 1020077000459A KR 20077000459 A KR20077000459 A KR 20077000459A KR 20070041506 A KR20070041506 A KR 20070041506A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
positive electrode
electrode
light emitting
semiconductor light
Prior art date
Application number
KR1020077000459A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100895452B1 (ko
Inventor
히사유키 미키
노리타카 무라키
무네타카 와타나베
Original Assignee
쇼와 덴코 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 쇼와 덴코 가부시키가이샤 filed Critical 쇼와 덴코 가부시키가이샤
Publication of KR20070041506A publication Critical patent/KR20070041506A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100895452B1 publication Critical patent/KR100895452B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01012Magnesium [Mg]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01013Aluminum [Al]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01022Titanium [Ti]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01024Chromium [Cr]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01029Copper [Cu]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/0103Zinc [Zn]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01047Silver [Ag]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01049Indium [In]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/0105Tin [Sn]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01078Platinum [Pt]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01079Gold [Au]

Landscapes

  • Led Devices (AREA)

Abstract

본 발명의 목적은 낮은 구동 전압을 사용하여도 강한 광을 발광할 수 있는 페이스업형 칩에 사용되는 투명 양전극을 제공하는 것이다. 본 발명의 반도체 발광소자용 양전극은 반도체층상에 형성된 투명 전극과 이 투명 전극 상에 형성된 결합패드전극으로 구성되며, 상기 결합패드전극은 적어도 상기 투명 전극과 접촉하는 반사층을 갖는다.

Description

반도체 발광소자용 양전극{POSITIVE ELECTRODE FOR SEMICONDUCTOR LIGHT-EMITTING DEVICE}
(관련출원의 상호 참조)
본 출원은 35 U.S.C. §111(b)에 준하여 2004년 8월 9일 출원한 가출원 제60/599,571호의 출원일의 이익을 35 U.S.C. §119(e) (1)에 따라 주장하면서 35 U.S.C.§111(a)하에 출원된 출원이다.
본 발명은 반도체 발광 소자용 양전극에 관한 것이고, 더욱 구체적으로는 낮은 구동 전압에서 강한 광을 발광할 수 있는 질화갈륨계 화합물 반도체 발광소자에 적합한 투명 양전극에 관한 것이다.
최근, GaN계 화합물 반도체 재료는 단파장 발광소자에 사용되는 반도체 재료로서 흥미를 끌고 있다. 이러한 GaN계 화합물 반도체는 유기금속화학증착법(MOCVD) 또는 분자빔증착법(MBE)과 같은 기술에 의하여 기판(예를 들면, 사파이어 단결정과 같은 산화물 단결정 또는 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 단결정) 상에 형성된다.
GaN계 화합물 반도체 재료의 한 특징적 특성은 발광면에 평행한 방향으로의 전류확산이 작다는 것이다. 이러한 전류확산의 부족은 저면(기판측)으로부터 상면까지 에피택셜 결정 전반에 존재하는 관통 전위가 다수 존재하는데서 기인할 수 있 다. 그러나, 그 이유는 아직까지 상세히 밝혀지지 않았다. 한편, p-형 GaN계 화합물 반도체는 n-형 GaN계 화합물 반도체보다 저항력이 높다. 그러므로, 금속층이 p-형 GaN계 화합물 반도체 층의 표면상에 적층되어 있는 경우, 실질적으로 p-형 층에 평행한 방향으로는 전류확산이 발생하지 않는다. 따라서, LED 구조가 이러한 반도체의 pn접합에 의하여 제조되는 경우, 발광은 양전극의 직하부분에만 한정된다.
상기한 결점을 극복하기 위해서, 양전극 직하부분에서 발광된 빛을 추출하는 투명 양전극이 일반적으로 이용된다. 구체적으로, 시판의 투명전극 제품에 사용되는 제안된 한 기술에서는, 각각 수십 ㎚의 두께를 갖는 복수의 Ni층 및 Au층이 p-형 층상에 적층되어 적층층을 형성하고, 상기 층을 산소함유 대기중에서 가열하여 합금함으로써, p-형 층의 저항 감소를 촉진시키는 동시에 투명성과 오믹특성이 양호한 양전극을 형성한다(일본 특허 제2803742호 참조).
투명전극은 도전성 금속산화물 또는 금속초박막과 같은 재료로부터 제조된다. 이러한 재료 또는 구조로는 직접 결합을 실시하는 것이 어렵다. 그러므로, 일반적으로 충분한 두께를 갖는 결합패드전극을 패드전극과 투명전극 사이에 전기적 접촉이 이루어지도록 위치시킨다. 그러나, 그것의 비교적 큰 두께 때문에, 금속패드전극은 투명성을 나타내지 않고, 패드전극 직하부분에서 발광된 빛을 외부로 추출할 수가 없어서 문제가 된다.
패드전극의 밀착을 향상시키기 위한 종래기술의 구조에서는, 투명 전극을 부분적으로 자르고, 패드전극을 이웃하는 투명전극과 가교하도록 형성함으로써, GaN 반도체층과 직접 접촉하는 부분에 의해서 접합 강도가 향상되고, 투명전극과 접촉 하고 있는 부분에서 전류확산이 발생된다(일본 특허공개 평7-94782호 참조).
상술한 바와 같이, 패드전극 직하부분에서 발광된 빛을 외부로 추출할 수 없기 때문에, 패드전극 직하부분으로의 전류 주입의 억제를 통하여 상기 부분에서는 광발광이 이루어지지 않는 효율적으로 전류를 이용하는 기술들이 개발되었다.
구체적으로, 패드 직하부분으로의 전류의 주입이 패드전극의 직하 절연 영역의 형성에 의하여 억제되는 효율적으로 발광시키는 몇몇 기술들이 개시되었다(일본 특허공개 평8-250768호 및 평8-250769호 참조). 또한 p-형 층에 관하여 접촉비저항이 높은 금속으로 패드전극의 최저층을 형성한 패드전극 직하부분으로의 전류주입을 억제하는 기술이 개시되어 있다(일본 특허공개 평10-242516호 참조).
그러나, 본 발명자들이 실시한 연구로부터 상기 기술들의 어느 것을 사용하여도 p-형 층에 관하여 양전극의 오믹접촉영역을 감소시켜 구동 전압을 높이는 문제점이 있다는 것을 알았다.
본 발명은 상기한 문제들을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 낮은 구동 전압을 사용하더라도 강한 빛을 발광하는 페이스업(face-up)형 칩에 사용하는 투명 양전극을 제공하는 것이다. 여기에 사용된 바와 같이, "투명성"이라는 용어는 발광파장영역 내의 파장을 갖는 빛에 대한 투명성을 나타내는 것이다. 질화갈륨계 발광소자의 경우, 발광파장영역이 일반적으로 300 내지 600㎚이다.
본 발명은 다음을 제공한다.
(1) 반도체층상에 형성된 투명 전극, 및 투명 전극 상에 형성된 결합패드전극을 포함하는 전극으로서, 상기 결합패드전극은 적어도 투명전극과 접촉하는 반사층을 갖는 반도체 발광소자용 양전극.
(2) 상기 (1)에 따른 반도체 발광소자용 양전극에 있어서, 상기 반사층과 투명 전극 사이의 밀착 강도는 박리 강도로 490mN(50gf)이상이다.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 따른 반도체 발광소자용 양전극에 있어서, 상기 투명 전극은 반도체 발광소자의 발광파장영역 내의 파장을 갖는 빛에 대해서 60%의 전달률을 갖는다.
(4) 상기 (1) 내지 (3)중 어느 하나에 따른 반도체 발광소자용 양전극에 있어서, 반사층이 Al, Ag, Pt족 금속, 및 Al, Ag, Pt족 금속 중 적어도 하나의 금속을 함유하는 합금으로 이루어진 군에서 선택된 금속으로 이루어진다.
(5) 상기 (1) 내지 (4)중 어느 하나에 따른 반도체 발광소자용 양전극에 있어서, 상기 반도체 발광소자는 질화갈륨계 화합물 반도체 발광소자이다.
(6) 상기 (1) 내지 (5)중 어느 하나에 따른 반도체 발광소자용 양전극에 있어서, 상기 반사층은 Al, Ag, Pt, 및 Al, Ag 및 Pt 중 적어도 하나의 금속을 함유하는 합금으로 이루어진 군에서 선택된 금속으로 이루어진다.
(7) 상기 (1) 내지 (6)중 어느 하나에 따른 반도체 발광소자용 양전극에 있어서, 상기 반사층은 20 내지 3,000㎚의 두께를 갖는다.
(8) 상기 (1) 내지 (7)중 어느 하나에 따른 반도체 발광소자용 양전극에 있어서, 상기 결합패드전극은 층구조를 갖고, 반사층 외에 Ti, Cr 또는 Al으로 이루어진 배리어층 및/또는 Au 또는 Al으로 이루어진 최상층을 포함한다.
(9) 상기 (1) 내지 (8)중 어느 하나에 따른 반도체 발광소자용 양전극에 있어서, 상기 투명 전극은 결합패드전극측상에 금속으로 이루어진 층을 포함한다.
(10) 상기 (1) 내지 (8)중 어느 하나에 따른 반도체 발광소자용 양전극에 있어서, 상기 투명 전극은 결합패드전극측상에 투명재료로 이루어진 층을 포함한다.
(11) 상기 (10)에 따른 반도체 발광소자용 양전극에 있어서, 투명 전극은 금속 이외의 도전성 투명재료만으로 이루어진다.
(12) 상기 (1) 내지 (11)중 어느 하나에 따른 반도체 발광소자용 양전극에 있어서, 상기 투명전극의 최상층면상에서 발광광을 추출하는 공정이 실시된다.
(13) 상기 (12)에 따른 반도체 발광소자용 양전극에 있어서, 상기 투명전극의 최상층면은 투명재료로 형성된다.
(14) 상기 (1) 내지 (13)중 어느 하나에 따른 반도체 발광소자용 양전극에 있어서, 상기 투명전극은 p-형 반도체층과 접촉하는 접촉층 및 상기 접촉층상에 형성된 전류확산층을 갖는다.
(15) 상기 (14)에 따른 반도체 발광소자용 양전극에 있어서, 상기 접촉층은 백금족 금속 또는 그 합금으로 이루어진다.
(16) 상기 (15)에 따른 반도체 발광소자용 양전극에 있어서, 상기 접촉층은 백금으로 이루어진다.
(17) 상기 (14) 내지 (16)중 어느 하나에 따른 반도체 발광소자용 양전극에 있어서, 상기 접촉층은 0.1 내지 7.5㎚의 두께를 갖는다.
(18) 상기 (17)에 따른 반도체 발광소자용 양전극에 있어서, 상기 접촉층은 0.5 내지 2.5㎚의 두께를 갖는다.
(19) 상기 (14) 내지 (18)중 어느 하나에 따른 반도체 발광소자용 양전극에 있어서, 상기 전류확산층은 금, 은 및 동으로 이루어진 군에서 선택된 금속, 또는 금, 은 및 동 중 적어도 하나의 금속을 함유하는 합금으로 이루어진다.
(20) 상기 (19)에 따른 반도체 발광소자용 양전극에 있어서, 상기 전류확산층은 금 또는 금합금으로 이루어진다.
(21) 상기 (14) 내지 (20)중 어느 하나에 따른 반도체 발광소자용 양전극에 있어서, 상기 전류확산층은 1 내지 20㎚의 두께를 갖는다.
(22) 상기 (21)에 따른 반도체 발광소자용 양전극에 있어서, 상기 전류확산층은 3 내지 6㎚의 두께를 갖는다.
(23) 상기 (14) 내지 (18)중 어느 하나에 따른 반도체 발광소자용 양전극에 있어서, 상기 전류확산층은 도전성의 투명재료로 이루어진다.
(24) 상기 (10), (11), (13) 또는 (23)중 어느 하나에 따른 반도체 발광소자용 양전극에 있어서, 상기 투명재료는 ITO, 산화아연, 산화아연알루미늄, F-도프 산화주석, 산화티탄, 황화아연, 산화비스무스 및 산화마그네슘으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 재료이다.
(25) 상기 (24)에 따른 반도체 발광소자용 양전극에 있어서, 상기 투명재료는 ITO, 산화아연, 산화아연알루미늄 및 F-도프 산화주석으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 재료이다.
(26) 상기 (10), (11), (13), (23) 내지 (25)중 어느 하나에 따른 반도체 발광소자용 양전극에 있어서, 상기 투명재료는 10 내지 5,000㎚의 두께를 갖는다.
(27) 상기 (26)에 따른 반도체 발광소자용 양전극에 있어서, 투명재료는 100 내지 1,000㎚의 두께를 갖는다.
(28) 상기 (1) 내지 (27)중 어느 하나에 기재된 양전극을 사용하는 반도체 발광소자.
(29) 기판; 상기 기판상에 순차로 적층되어 있고, 질화갈륨계 화합물 반도체층으로 이루어진 n-형 반도체층, 발광층, 및 p-형 반도체층; 상기 p-형 반도체층상에 형성된 양전극; 및 상기 n-형 반도체층 상에 형성된 음전극을 포함하는 질화갈륨계 화합물 반도체 발광소자에 있어서, 상기 양전극은 상기 (1) 내지 (27)중 어느 하나에 기재된 양전극인 질화갈륨계 화합물 반도체 발광소자.
(30) 상기 (28) 또는 (29)에 기재된 발광소자를 사용하는 램프.
본 발명에 따르면, 투명전극으로 전류가 흐르도록 하는 결합패드전극에는 적어도 투명전극과 접촉하고 있는 반사층이 형성되어 있어서, 결합패드전극과 투명전극 사이의 계면에서의 광흡수에 인하여 발광된 빛의 감쇠가 감소될 수 있다. 따라서, 추출효율 및 발광광의 강도가 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 양전극을 사용한 발광소자의 개략 단면도이다. 도면부호 10은 투명전극(11) 및 결합패드전극(13)으로 이루어진 본 발명의 양전극을 표시한다. 투명전극(11)은, 예를 들어, 접촉층(111) 및 전류확산층(112)로 이루어진다. 결합패드전극(13)은, 예를 들어, 반사층(131), 배리어층(132) 및 최상층(133)으로 이루어진다; 즉, 3층 구조를 갖는다. 도면부호 1은 기판을 표시하고, 2는 n-형 반도체층(3), 발광층(4) 및 p-형 반도체층(5)으로 이루어진 GaN계 화합물 반도체층을 표시하며, 6은 완충층을 표시하며, 20은 음전극을 표시한다.
투명 양전극을 갖는 페이스업형 칩에서, 발광층(4)에서 발광된 빛은 칩의 측면과 결합패드전극이 덮혀 있지 않은 투명전극을 통해서만 추출된다.
본 발명의 양전극의 사용으로, 결합패드전극(13)을 향해 발광된 빛은 결합패드전극의 저면(즉, 투명전극과 접촉하고 있는 면)으로서의 반사층에 의하여 반사된다. 일부 반사된 광선은 횡방향 또는 사선방향으로 산란되고, 나머지 광선들은 결합패드전극 직하부분에 반사된다. 횡방향 또는 사선방향으로 산란된 광선은 칩의 측면을 통해서 외부로 추출되고, 반면에 결합패드전극 직하부분에 반사된 광선이 칩의 저면에 의하여 더 산란되거나 반사되고, 칩의 측면과 투명전극의 부분(결합패드전극으로 덮혀 있지 않음)을 통해서 추출된다.
이렇게 형성된 결합패드전극의 최저층으로서의 반사층은 결합패드전극 직하에서 발광된 빛을 외부로 추출되도록 하여서 높은 발광 강도를 얻는다. 대조적으로, 결합패드전극의 최저층이 빛을 흡수하는 경우, 결합패드전극 직하에서 발광된 빛은 패드 전극의 최저층에 의하여 거의 흡수되어 외부로 추출되지 않는다.
본 발명의 효과를 확실히 얻기 위해서, 반사층은 투명전극에 직접 접촉할 필요가 있다. 그 결과, 결합패드전극이 충분한 강도를 갖도록 반사층이 투명전극에 강하게 밀착될 필요가 있다. 통상의 방법으로 결합패드전극에 금선을 연결하는 단계에서 결합패드전극을 투명 전극으로부터 박리되면 안된다. 따라서, 반사층과 투명전극의 밀착강도는 박리 강도로 490mN(50gf)이상이 바람직하다. 박리 강도는 784mN(80gf)이 더욱 바람직하고, 980mN(100gf)이상의 박리강도가 가장 바람직하다. 반사층과 투명전극의 밀착강도를 향상시키기 위하여, 예를 들면, 투명전극의 표면을 전처리하거나 반사층 형성 후에 열처리를 실시하는 방법들이 있다.
반사층의 반사율은 반사층을 형성하는 재료에 따라 다양하고, 60% 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 80% 이상, 더욱 더 바람직하게는 90% 이상이다.
반사율은 분광광도계와 같은 장치의 사용으로 쉽게 측정할 수 있다. 그러나, 전극 그 자체는 매우 작은 표면적을 갖고 있기 때문에 결합패드전극의 반사율을 측정하기가 어렵다. 따라서, 대안적인 방법으로, 예를 들면 유리제의 넓고 투명한 더미기판을 결합패드전극의 형성시 챔버에 제공하여, 상기 결합패드전극을 더미기판 상에 형성한다. 더미기판 상의 결합패드전극의 반사율을 측정한다.
결합패드전극의 반사층은 반사율이 높은 금속으로 형성하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 반사층은 Pt, Rh, Ru 또는 Ir과 같은 백금족 금속; Al; Ag; 또는 이들 금속에서 선택된 적어도 하나의 금속 원소를 함유하는 합금으로 형성하는 것이 바람직하다. 이들 금속 중에서, Al, Ag, Pt, 및 이들 금속으로부터 선택된 적어도 하나의 금속 원소를 함유하는 합금이 전극 재료로서 일반적으로 사용되어서, 입수 용이성, 취급용이성 등의 관점에서 바람직하다.
결합패드전극은 그 안에 개구 또는 윈도우의 형성없이 투명전극 상에 직접적으로 형성된다. 결합패드전극이 투명전극 상에 형성되는 경우, 오믹접촉영역이 감소되지 않아서, 전극의 접촉저항은 결합패드전극의 직하에서도 일부분에서 상승되지 않는다. 따라서, 구동 전압의 증가가 방지될 수 있다. 또한, 투명전극을 통해서 통과한 빛이 결합패드전극의 최저면으로서의 반사층에 의해 반사됨으로써, 과잉의 광흡수가 억제될 수 있다.
결합패드전극은 투명전극 상의 어느 위치에도 형성될 수 있다. 예를 들면, 결합패드전극은 음전극으로부터 가장 먼 위치 또는 칩의 중앙에 형성될 수 있다. 그러나, 음전극과 과도하게 가까운 위치에 형성된 결합패드전극은 바람직하지 않은데, 이는 결합시 와이어 또는 볼 사이에 단락이 발생할 수 있기 때문이다.
결합패드전극은 바람직하게는 결합조작을 용이하게 하기 위해서 가능한 큰 표면적을 갖는다. 그러나, 표면적이 커질수록 발광광의 추출은 저해된다. 그 결과, 칩의 출력이 상당히 저하된다. 예를 들면, 칩 표면적의 절반 이상이 패드전극으로 덮혀 있는 경우, 발광광의 추출이 저해되어 출력의 상당히 저하되는 반면, 패드전극의 표면적이 과도하게 작은 경우, 결합조작이 어려워져 생산수율이 감소된다. 따라서, 패드전극의 표면적은 결합볼의 직경보다 약간 큰 것이 바람직하다. 일반적으로 패드전극은 약 100㎛의 직경을 갖는 원형 평면도를 갖는다.
결합패드전극의 반사층이 고반사율 금속으로 형성된 경우, 반사층의 두께는 20 내지 3,000㎚가 바람직하다. 반사층이 과도하게 얇은 경우, 충분한 반사가 이루어질 수 없는 반면, 두께가 과도하게 두꺼우면, 반사층 형성 소요시간이 길어져서, 재료의 비용이 증가한다; 즉, 장점이 없다. 더욱 바람직하게는 두께가 50 내지 1,000㎚이고, 100 내지 500㎚가 가장 바람직하다.
결합패드전극은 상기 고반사율 금속으로만 형성되어도 좋다. 바꾸어 말하면, 결합패드전극은 반사층으로만 이루어질 수 있다. 한편, 다양한 재료와 구조의 결합패드전극은 이미 공지되어 있다. 따라서, 상기 반사층은 공지의 임의의 결합패드전극의 반도체층측(즉, 투명전극측)에 제공될 수 있다. 또는, 공지의 임의의 결합패드전극의 최저층(반도체층측)은 상기 반사층으로 대신할 수 있다.
이러한 결합패드전극의 적층구조의 경우, 반사층상의 적층부에 대해서 특별한 제한을 두지 않고, 임의의 구조의 적충부가 사용될 수 있다. 적층구조 결합패드전극에 있어서, 반사층 상에 형성된 층은 결합패드전극 전체의 강도를 향상시키는 역할을 한다. 따라서, 이러한 층은 상대적으로 높은 강도를 갖는 금속 재료로 형성되어야만 하거나 또는 충분히 두꺼워야 한다. 이러한 관점에서, Ti, Cr, 및 Al이 바람직한 재료이다. 이들 중에서, Ti는 재료 강도 면에서 바람직하다. 상기 층이 결합패드전극을 강화시키는 경우, 그 층은 "배리어층"이라 부른다.
반사층은 또한 배리어층으로 할 수도 있다. 반사층이 고반사율 및 고강도를 갖는 금속재료로 형성되고 두께가 두꺼울 경우, 부가적 배리어층이 형성될 필요가 없다. 예를 들면, 반사층이 Al로 형성되는 경우, 배리어층은 필요없다.
배리어층은 바람직하게는 20 내지 3,000㎚의 두께를 갖는다. 배리어층이 과도하게 얇은 경우, 강도를 향상시키는 효과는 불충분하고, 반면 층이 과도하게 두꺼우면, 특별한 장점을 얻을 수 없으며, 비용의 증가만 발생한다. 더욱 바람직하게는 두께는 50 내지 1,000㎚이고, 가장 바람직하게는 100 내지 500㎚이다.
결합패드전극의 최상층(반사층의 반대측)은 결합볼에 견고하게 결합하는 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 결합볼은 일반적으로 금으로 이루어지며, Au 및 Al은 금속 결합볼에 대한 뛰어난 결합 성능을 갖는 것으로 알려져 있다. 이들 중에서, 금이 특히 바람직하다. 최상층은 바람직하게는 50 내지 1,000㎚의 두께를 갖고, 더욱 바람직하게는 100 내지 500㎚를 갖는다. 최상층이 지나치게 얇은 경우, 결합볼에 대한 결합 성능은 불충분하고, 반면 층이 지나치게 두꺼운 경우, 특별한 장점을 얻을 수 없고, 단지 비용만 증가한다.
p-형 반도체층 상에 형성된 투명전극은 성능상의 요구조건을 충족시킨다. 바람직한 성능의 예는 p-형 층과의 접촉 저항이 낮고, 광학투과율(발광소자가 발광층에서 발광된 광을 전극측을 통해서 추출되는 페이스업마운트(face-up-mount)형인 경우)이 뛰어나며, p-형 층에 균일한 확산 전류에 대한 도전성이 뛰어난 것을 포함한다.
다양한 재료 및 구조의 투명전극은 이미 공지되어 있고, 공지의 임의의 투명전극은 제한없이 본 발명에 사용될 수 있다. 그러나, 상술한 성능상의 요구조건을 충족시키기 위해서, 투명전극은 바람직하게는 적어도 2층; 즉, p-형 층과 접촉하는 접촉층과 접촉층 상에 형성되며 전류 확산을 촉진하는 전류확산층을 포함하는 구조를 갖는다. 상기 성능상의 요구조건이 충족되면, 접촉층과 전류확산층 모두의 성능을 갖는 하나의 층이 사용될 수 있다. 1층 구조가 사용되는 경우, 제조공정이 덜 복잡한 이점이 있다.
접촉층은 p-형 층에 대한 접촉 저항이 낮을 것이 요구된다. 이러한 관점에서, 접촉층은 백금(Pt), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 또는 팔라듐(Pd)과 같은 백금족 금속 또는 이들의 합금으로 형성되는 것이 바람직하다. 이들 중에서 Pt 및 Pt합금이 특히 바람직한데, 이들은 고온 열처리를 하지 않고 상대적으로 높은 저항을 갖는 p-형 GaN계 화합물 반도체층에 대해서 높은 일함수를 갖고, 어떠한 열처리 없이 뛰어난 오믹 접촉을 실현할 수 있기 때문이다.
접촉층이 백금족 금속 또는 이들의 합금으로 형성된 경우, 층두께는 광학투명성의 관점에서 상당히 감소되어야만 하고, 0.1 내지 7.5㎚가 바람직하다. 두께가 0.1㎚이하인 경우, 이러한 박막이 신뢰할 수 있게 형성되지 않는 반면 두께가 7.5㎚를 초과하는 경우, 투명성이 감소된다. 더욱 바람직하게는, 두께는 5㎚이하이다. 전류확산층의 연속 적층으로 인한 투명성과 형성된 막의 안정성 저하를 고려하면, 두께는 0.5 내지 2.5㎚가 특히 바람직하다.
그러나, 접촉층의 두께가 감소되는 경우, 면방향에서 접촉층의 전기 저항이 증가하고, 전류확산은 p-형 층의 비교적 높은 저항때문에 전류주입부로서의 결합패드전극의 주변부로 제한된다. 그 결과, 발광 패턴의 균일성이 감소되어 발광출력이 낮아진다.
접촉층의 전류확산성을 촉진하기 위한 수단으로서의 높은 광투과율 및 높은 도전성을 갖는 전류확산층이 접촉층상에 배치되는 경우, 전류의 균일한 확산이 백금족 금속의 낮은 접촉저항과 광투과율을 크게 손상시키지 않고 실현될 수 있어서, 고출력의 발광소자가 제조될 수 있다.
전류확산층은 높은 도전성을 갖는 금속재료로 예를 들면, 금, 은 및 동으로 이루어진 군에서 선택된 금속; 또는 이들 금속 중 적어도 하나를 함유하는 합금으로 형성되는 것이 바람직하다. 이들 중에서, 금이 그 박막이 높은 광투과율을 나타내기 때문에 가장 바람직하다.
또는, 전류확산층은 황화 아연 및 금속산화물 예를 들면, ITO, 산화 아연, 산화 아연 알루미늄, F-도프 산화 주석, 산화 티타늄, 산화 비스무스 및 산화 마그네슘 등의 높은 도전성을 갖는 투명재료로 형성될 수도 있다. 이와 같은 투명재료는 광투과율이 높다는 점에서 바람직하다. 이들 중에서, ITO, 산화 아연, 산화 아연 알루미늄 및 F-도프 산화 주석은 도전성을 갖고 있는 것으로 공지되어 있으므로 가장 바람직하다.
전류확산층이 금속으로 형성된 경우, 층두께는 1 내지 20㎚가 바람직하다. 두께가 1㎚ 미만인 경우, 전류확산효과가 나쁘고, 반면 두께가 20㎚를 초과하는 경우, 전류확산층의 광학 투명성이 현저히 낮아져서 발광 출력이 감소될 수 있다. 두께는 10㎚이하 인것이 더욱 바람직하다. 또한, 두께가 3 내지 6㎚로 조정되는 경우, 전류확산층은 광학투명성과 전류확산효과의 균형을 이룬다. 이러한 전류확산층과 상술한 접촉층의 결합을 통해서, 높은 발광 출력을 갖는 양전극의 전체 표면에 걸쳐 균일한 발광이 이뤄질 수 있다.
전류확산층이 투명재료로 형성되는 경우, 층의 두께는 10 내지 5,000㎚가 바람직하다. 두게가 10㎚ 미만인 경우, 전류확산효과가 나쁘고, 반면 두께가 5,000㎚를 초과하는 경우, 전류확산층의 광학투명성이 현저히 낮아져서 발광 출력이 감소될 수 있다. 두께는 50 내지 2,000㎚인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 두께가 100 내지 1,000㎚로 조정되는 경우, 전류확산층은 광학투명성과 전류확산효과의 균형을 이룬다. 이러한 전류확산층과 상술한 접촉층의 결합을 통해서, 높은 발광 출력을 갖는 양전극의 전체 표면에 걸쳐 균일한 발광이 이뤄질 수 있다.
결합패드전극이 투명 전극 상에 형성된 경우, 투명 전극의 최상층은 금속 또는 금속 산화물로 도포되어 있어도 좋다.
투명 전극의 최상층이 전류확산층이어도 좋고, 전류확산층이 결합패드 전극의 접합을 위한 층으로 도포되어도 좋다. 접합을 위한 층의 형성은 투명성을 손상시키기 때문에, 최상층은 전류확산층인 것이 바람직하다.
발광을 추출하기 위한 공정은 투명 전극의 최상면상에서 실시될 수 있다. 이러한 공정에서, 예를 들면, 오목부 및/또는 볼록부가 투명전극의 최상면상에 형성된다. 오목부 및/또는 볼록부는 패터닝을 사용하여 또는 습식 처리에 의해 형성될 수 있다. 오목부 및/또는 볼록부의 형태에는 특별한 제한이 없고, 줄무늬, 격자 및 도트와 같은 공지의 형태가 사용될 수 있다.
또한, 결합패드전극은 이러한 오목부 및/또는 볼록부를 갖는 표면상에 형성되는 경우, 반사층과 투명 전극의 밀착강도가 향상될 수 있다.
접촉층, 전류확산층 및 결합패드전극을 형성하는 방법에는 특별한 제한이 없고, 진공증착 또는 스퍼터링과 같은 공지의 방법이 사용될 수 있다.
본 발명의 양전극은 예를 들면, 기판; 완충층의 중재에 의하여 기판 상에 적층된 질화갈륨계 화합물 반도체층(즉, n-형 반도체층, 발광층, 및 p-형 반도체층)을 포함하는 도 1에 도시된 바와 같은 소자 등의 질화갈륨계 화합물 반도체 발광소자를 포함하는 종래의 공지의 반도체 발광소자에 적용할 수 있다.
기판의 재료로는 특별한 제한은 없고, 기판은 공지의 재료로 형성될 수 있다. 공지의 재료의 예로는 사파이어 단결정(Al2O3; A-면, C-면, M-면, 또는 R-면), 스피넬 단결정(MgAl2O4), ZnO 단결정, LiAlO2 단결정, LiGaO2 단결정, 및 MgO 단결정과 같은 산화 단결정; Si 단결정; SiC 단결정; GaAs 단결정; AlN 단결정; GaN 단결정; 및 ZrB2 단결정과 같은 붕소화물 단결정이 열거된다. 기판의 결정 배향에는 특별한 제한은 없다. 기판의 결정면은 특정 결정면에 대해 경사져 있어도 좋고 또는 경사져 있지 않아도 좋다.
n-형 반도체층, 발광층, 및 p-형 반도체층의 구조에는 특별한 제한은 없고, 이들 층은 다양한 공지의 구조를 가질 수 있다. p-형 반도체층은 통상의 캐리어 농도를 가질 수 있다. 특히, 본 발명의 투명전극은 낮은 캐리어 농도(예를 들면, 약 1×1017 -3)를 갖는 p-형 반도체층에 적용할 수도 있다.
본 발명에서, n-형 반도체층, 발광층 및 p-형 반도체층을 형성하기 위한 질화갈륨계 화합물 반도체형에 대해서 특별한 제한은 없고, 일반식 AlxInyGa1 -x-yN(0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1)로 표시되는 종래 공지의 반도체가 사용될 수 있다.
이들 질화갈륨 반도체를 성장시키는 방법에는 특별한 제한은 없고, MOCVD(유기금속화학기상증착), HVPE(수소화합물기상성장법), 또는 MBE(분자빔성장법)과 같은 Ⅲ족 질화물 반도체를 성장시키는 공지의 임의의 방법이 사용될 수 있다. 층두께 제어성 및 양산성의 관점에서 MOCVD가 바람직하게 사용된다. MOCVD의 경우, 수소(H2), 또는 질소(N2)가 캐리어 가스로서 사용되고, 트리메틸갈륨(TMG) 또는 트리에틸갈륨(TEG)이 Ga(Ⅲ족 원소)원으로서 사용되며, 트리메틸알루미늄(TMA) 또는 트리에틸알루미늄(TEA)이 Al(Ⅲ족 원소)원으로서 사용되고, 트리메틸인듐(TMI) 또는 트리에틸인듐(TEI)이 In(Ⅲ족 원소)원으로서 사용되며, 암모니아(NH3), 히드라진(N2H4) 등이 N(Ⅴ족 원소)원으로서 사용된다. 또한, Si원인 모노실란(SiH4) 또는 디실란(Si2H6), 또는 Ge원인 게르만(GeH4) 또는 유기 게르만 화합물이 n-형 도펀트로서 사용되는 반면, Mg원인 비스(시클로펜타디엔일)마그네슘(Cp2Mg) 또는 비스(에틸시클로펜타디엔일)마그네슘((EtCp)2Mg)이 p-형 도펀트로서 사용된다.
음전극을, 기판과 상기 기판 상에 연속적으로 형성된 n-형 반도체층, 발광층 및 p-형 반도체층을 포함하는 질화갈륨계 화합물 반도체 구조에 음전극이 n-형 반도체층과 접촉하도록 밀착시키기 위해서, 발광층의 일부분과 p-형 반도체층의 일부분을 제거하여 n-형 반도체층이 노출되도록 한다. 그 다음, 본 발명의 양전극을 남아있는 p-형 반도체층 상에 형성하고, 음전극을 노출된 n-형 반도체층 상에 형성한다. 음전극의 조성과 구조에 대해서 특별한 제한은 없고 공지의 음전극이 사용될 수 있다.
발광파장범위 내의 파장을 가지며 빛에 대하여 투명한 사파이어와 SiC 같은 기판이 사용되는 경우, 반사막을 기판의 이면에 형성할 수 있다. 반사막이 형성되는 경우, 기판의 저면에서의 발광의 손실이 감소될 수 있다. 따라서, 발광광의 추출 효율은 더욱 향상될 수 있다.
또한, 오목부 및/또는 볼록부를 반도체 또는 투명전극의 표면, 또는 기판의 이면에 형성하는 가공이 실시될 수 있다. 그 결과, 발광광의 추출 효율이 더욱 향상될 수 있다. 상기 가공에 의해 기판에 대하여 수직인 면 뿐만 아니라 경사면이 형성될 수 있다. 다중 반사를 방지하기 위해서는 경사진 면이 형성되는 것이 바람직하다. 상기 가공은 반도체 또는 투명전극의 표면, 또는 기판의 이면을 그라인딩함으로써 실시할 수 있다. 또는, 상기 가공은 투명재료의 구조물을 부착함으로써 실시될 수 있다.
반도체 발광 소자에 대하여 본 발명의 양전극 사용으로 높은 발광 강도를 나타내는 질화갈륨계 화합물 반도체 발광소자를 제조할 수 있다. 바꾸어 말하면, 고휘도 LED를 상기 기술에 기초하여 제조할 수 있다. 따라서, 상기 기술을 기초로 하여 제조된 칩을 각각 사용하는 휴대폰 및 디스플레이 패널과 같은 전자기기;및 전자 기기를 각각 사용하는 자동차, 컴퓨터 및 게임기와 같은 기계 및 기기는 낮은 전력에서도 구동할 수 있으며 뛰어난 특성들을 실현할 수 있다. 특히, 배터리로 구동하는 휴대폰, 게임기, 장난감 및 자동차 부품에서 현저한 전력 절약 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 양전극을 사용한 발광소자의 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 양전극을 사용하여 실시예에서 제조한 질화갈륨계 화합물 반도체 발광소자의 개략 단면도이다.
도 3은 본 발명의 양전극을 사용하여 실시예에서 제조한 질화갈륨계 화합물 반도체 발광소자의 개략 평면도이다.
이하, 본 발명은 실시예에 의해서 더욱 상세하게 설명될 것이나, 본 발명은 이에 의해서 제한되지 않는다.
<실시예 1>
도 2는 본 실시예에서 제조된 질화갈륨계 반도체 발광소자의 단면도를 도시한 것이고, 도 3은 그 평면도를 도시한 것이다. 질화갈륨 화합물 반도체 적층구조는 다음 과정을 통하여 제조된다. AlN 완충층(6)을 사파이어 기판(1) 상에 형성하고, 상기 완충층 상에 다음 층들을 연속적으로 형성하였다: 언도프드 GaN 하지층(두께 : 8㎛)(3a); Si-도프 n-형 GaN 접촉층(두께 : 2㎛)(3b); n-형 In0 .1Ga0 .9N 클래드층 (두께 : 250㎚)(3c); Si-도프 GaN 배리어층(5층과 하나의 최종층, 각 두께 : 16㎚)과 In0.2Ga0.8N 우물층(5층, 각 두께 : 2.5㎚)을 포함하는 다중 양자우물 구조의 발광층(4); Mg-도프 p-형 Al0.07Ga0.93N 클래드층 (두께 : 0.01㎛)(5a); 및 Mg-도프 p-형 GaN 접촉층(두께 : 0.15㎛)(5b). 상기 질화갈륨계 화합물 반도체 적층구조의 p-형 GaN 접촉층 상에 본 발명의 양전극(10)을 형성하였고, 이 양전극은 Pt 접촉층(두께 : 1.5㎚)(111) 및 Au 전류확산층(두께 : 5㎚)(112)을 포함하는 투명전극(11);및 Pt층(두께 : 50㎚)(13a), Ti층(두께 : 20㎚)(13b), Al층(두께 : 10㎚)(13c), Ti층(두께 : 100㎚)(13d), 및 Au층(두께 : 200㎚)(13e)으로 구성된 5층 구조를 갖는 결합패드전극(13)으로 이루어졌다. 결합패드전극을 형성하는 5층 중에 서, 고반사율을 갖는 Pt층(두께 : 50㎚)(13a)을 반사층으로 하였다. n-형 GaN 접촉층 상에 Ti/Au 이중층 구조를 갖는 음전극(20)을 형성하였다. 이렇게 제조된 발광소자의 반도체측은 광추출측으로 하였다. 도 3은 양전극과 음전극의 구조를 도시한 것이다.
상기 적층구조에서, n-형 GaN 접촉층은 1×1019-3 의 캐리어 농도를 갖고, GaN 배리어층은 1×1018-3 의 Si 도펀트 농도를 가지며, p-형 GaN 접촉층은 5×1018-3 의 캐리어 농도를 갖고, p-형 AlGaN 클래드층은 5×1019-3 의 Mg 도펀트 농도를 갖는다.
이들 질화갈륨 화합물 반도체층은 잘 알려진 대표적인 조건하에서 MOCVD를 통하여 적층하였다. 양전극과 음전극은 다음의 과정으로 형성하였다.
음전극을 형성할 n-형 GaN 접촉층의 일부분은 다음 과정을 통하여 반응성 이온 에칭에 의해서 노출되었다.
우선, 에칭 마스크를 다음 과정에 의하여 p-형 반도체층 상에 형성하였다. 포토레지스트를 반도체 적층 구조의 전체 표면 상에 도포하였고, 양전극보다 조금 큰 레지스트의 일부분을 공지의 포토리소그래피 기술로 제거하였다. 이렇게 처리된 적층 구조를 진공증착장치 내에 배치하고, Ni(두께 : 약 50㎚)과 Ti(두께 : 약 300㎚)를 전자빔법으로 4×10-4Pa 이하에서 적층하였다. 이어서 상기 레지스트와 함께 적층된 금속막을 리프트-오프로 양전극 영역 외의 영역에서 제거하였다.
반응성 이온 에칭 장치의 에칭 챔버에 세트된 전극 상에 반도체 적층 구조를 배치하였다. 에칭 챔버를 10-4Pa까지 감압하고, 에칭 가스(Cl2)를 감압된 챔버에 공급하였다. 에칭을 n-형 GaN 접촉층이 노출될 때까지 실시하였다. 에칭의 종료 후, 그 구조를 반응성 에칭 장치에서 꺼내고, 에칭 마스크를 질산 및 불소화수소산으로 제거하였다.
이어서, 공지의 포토리소그래피 및 리프트-오프 기술을 통해서, 양전극을 형성하는 영역에만 p-형 접촉층상에 Pt으로 이루어진 접촉층 및 Au으로 이루어진 전형성하였다. 접촉층과 전류확산층의 형성에 있어서, 질화갈륨계 화합물 반도체층 적층구조를 진공증착장치에 배치하고, Pt(1.5㎚) 및 Au(5㎚)를 연속적으로 p-형 GaN 접촉층상에 적층하였다. 적층구조를 진공 챔버에서 꺼낸 후, 적층구조를 널리 알려진 리프트 오프 처리로 처리하였다. 유사한 방식으로, 전류확산층의 일부분에 Pt 반사층(13a), Ti 배리어층(13b), Al 배리어층(13c), Ti 배리어층(13d), 및 Au 최상층(13e)을 연속적으로 형성하여, 결합패드전극(13)을 형성하였다. 이렇게 하여, 본 발명의 양전극을 p-형 GaN 접촉층상에 형성하였다.
이렇게 노출된 n-형 GaN 접촉층상에 음전극을 다음 과정을 통해서 형성하였다. 우선, 레지스트를 구조의 표면 전체에 도포하고, 노출된 n-형 GaN 접촉층 상에 음전극을 형성하기 위한 레지스트의 일부를 공지의 포토리소그래피 기술로 제거하였다. 통상적으로 사용된 진공증착으로 Ti(100㎚) 및 Au(200㎚)을 연속적으로 반도체층상에 증착시켜 음전극을 형성하였다. 그 다음에, 레지스트를 통상의 방법으로 제거하였다.
이와 같이 형성된 양전극과 음전극을 갖는 웨이퍼의 기판 이면을 그라인딩하여 기판의 두께를 80㎛로 조절한 후, 레이저 스크라이버로 반도체 적층층측상의 웨이퍼를 스크라이빙하고, 칩분할선을 따라서 커팅하여서 정사각형칩(350㎛×350㎛)을 제조하였다. 각각의 칩의 순방향 전압은 인가전류 20㎃에서 프로브에 의한 측정으로 2.9V임을 알았다.
상기 칩을 TO-18 패키지 캔에 장착하였다. 인가전류 20㎃에서 칩의 발광출력은 테스터에 의한 측정으로 4.5㎽임을 알았다. 발광표면에서의 발광분포는 상기 표면상의 양전극에 상응하는 발광면의 전체영역에서 발광이 발생하는 것을 나타내었다.
실시예 1에서 제조된 반사층은 470㎚ 파장 영역에서 92%의 반사율을 갖는 것을 알았다. 반사율은 결합패드전극의 형성시 동일한 챔버에 배치되어 있었던 유리제 더미기판을 사용하여 분광광도계로 측정하였다.
또한, 결합패드전극의 박리 강도는 통상의 전단 시험기로 측정하였다. 박리 강도는 평균적으로 980mN (100gf)이상인 것을 알았고 투명전극으로부터 박리되는 것은 없었다.
<비교예 1>
투명 전극을 결합패드전극이 형성되는 영역에 제공하지 않고, 결합패드전극은 반사층(13a)을 갖고 있지 않는 것을 제외하고는 실시예 1의 과정을 반복하여, 발광소자를 제조하였다. 따라서, 비교예 1에서 결합패드전극의 최저층(반도체측)은 Ti층(13b)이고, 이것은 p-형 접촉층(5b)와 직접 접촉하였다.
전기적 접촉을 하기 위해서, 결합패드전극의 주변부를 투명 전극과 접촉시키고, 접촉영역은 결합패드전극의 영역의 약 5%가 되게 하였다. 결합패드전극에서 접촉부를 경유하여 투명 전극으로 전류를 흘렸다.
이렇게 제조된 발광소자는 실시예 1과 유사한 방법으로 평가하고, 순방향 전압과 발광 출력은 각각 3.1V와 4.2㎽임을 알았다. 발광표면에서 발광 분포는 상기 영역의 결합패드전극에 상응하는 영역에서 발광이 없는 것을 나타내었다. 그 결과는 Pt과 비교하여, Ti은 p-형 접촉층(5b)에 관해서 더 높은 접촉저항과 더 낮은 반사율을 갖는다는 것을 보여주었다.
<실시예 2>
투명전극(11)의 Pt 접촉층(111)의 두께를 1㎚로 조절하고; 스퍼터링을 통해 형성된 100㎚의 두께를 갖는 ITO막을 전류확산층으로 사용하고; 또 결합패드전극의 반사층(13a)을 Al로 형성한 것을 제외하고는 실시예 1의 과정을 반복하여 발광소자를 제조하였다.
이렇게 제조된 발광소자를 실시예 1과 유사한 방법으로 평가하여, 순방향 전류와 발광 출력이 각각 2.9V와 5.0㎽임을 알았다.
또한, 결합패드전극의 박리 강도는 종래의 전단 시험기에 의하여 측정하였다. 박리 강도는 평균적으로 980mN (100gf)이상이지만 일부 샘플에서는 결합패드전극과 투명 전극 사이의 계면에서 박리가 있었다는 것을 알았다.
<비교예 2>
결합전극(13)이 반사층(13a)을 갖지 않는 것을 제외하고는 실시예 1의 과정을 반복하여 발광소자를 제조하였다. 이렇게 제조된 발광소자를 실시예 1과 유사한 방법으로 평가하였다. 그 결과, 순방향 전류는 2.9V임을 알았고, 이것은 실시예 2와 유사하게 낮은 값이나, 발광 출력이 4.7㎽로 저하되었다.
<실시예 3>
본 실시예에서, 질화갈륨 화합물 반도체 적층구조를 실시예 1과 유사한 방식으로 다음 과정을 통해서 제조하였다. AlN 완충층(6)을 사파이어 기판(1)상에 형성하고, 완충층상에 다음 층들을 연속적으로 형성하였다: 언도프드 GaN 하지층(두께: 6㎛)(3a); Ge-도프 n-형 GaN 접촉층(두께: 4㎛)(3b); Si-도프 n-형 In0 .1Ga0 .9N 클래드층(두께: 180㎚)(3c); Si-도프 GaN 배리어층(5층 및 하나의 최종층, 각 두께 : 16㎚)과 In0.2Ga0.8N 우물층(5층, 각 두께: 2.5㎚)을 포함하는 다중 양자우물구조의 발광층(4); Mg-도프 p-형 Al0 .07Ga0 .93N 클래드층(두께: 0.01㎛)(5a); Mg-도프 p-형Al0.02Ga0.98N 접촉층(두께 : 0.175㎛)(5b); 및 Ge-도프 n-형 GaN 터널층(두께: 20㎚)(도시하지 않음). 질화갈륨계 화합물 반도체 적층 구조의 Ge-도프 n-형 GaN 터널층상에 본 발명의 양전극(10)을 형성하였고, 이 양전극은 ITO 전류확산층(두께: 250㎚)(112);및 Al층(두께: 50㎚)(13a), Ti층(두께: 20㎚)(13b), Al층(두께: 10㎚)(13c), Ti층(두께: 100㎚)(13d), 및 Au층(200㎚)(13e)로 구성된 5층 구조를 갖는 결합패드전극(13)으로만 구성된 투명 전극(11)으로 이루어졌다. 결합패드전극을 구성하는 5층 중에서, 높은 반사율을 갖는 Al층(두께: 50㎚)(13a)을 반사층으로 했 다. n-형 GaN 접촉층 상에 Ti/Au 이중층 구조를 갖는 음전극(20)을 형성하였다. 이렇게 제조된 발광소자는 반도체측을 광추출측으로 하였다. 도 3은 양전극과 음전극의 구조를 도시한 것이다.
상기 적층구조에서, n-형 GaN 접촉층은 8×1018-3의 캐리어 농도를 갖고, n-형 InGaN 클래드층은 7×1018-3의 Si 도펀트 농도를 가지며, GaN 배리어층은 1×1017-3의 Si 도펀트 농도를 갖고, p-형 AlGaN 접촉층은 5×1017-3의 캐리어 농도를 가지며, p-형 AlGaN 클래드층은 2×1020-3의 Mg 도펀트 농도를 갖고 n-형 GaN 터널층은 2×1019-3의 Ge 도펀트 농도를 가졌다.
이렇게 제조된 발광소자를 실시예 1과 유사한 방법으로 평가하여, 순방향 전류와 발광 출력이 각각 3.2V와 8.5㎽임을 알았다.
또한, 결합패드전극의 박리 강도를 종래의 전단 시험기로 측정하였다. 박리 강도는 평균적으로 980mN (100gf)이상이었으나 일부 샘플에서는 결합패드전극과 투명전극 사이의 계면에서 박리가 일어난 것을 알았다.
본 발명의 양전극을 사용하는 반도체 발광소자는 낮은 구동 전압과 높은 발광 강도를 나타낸다. 따라서, 발광소자는 램프 또는 유사한 소자의 제조에 매우 유용하다.

Claims (30)

  1. 반도체층 상에 형성된 투명 전극, 및 상기 투명 전극 상에 형성된 결합패드전극을 포함하는 전극으로서, 상기 결합패드전극은 적어도 투명 전극과 접촉하는 반사층을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자용 양전극.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반사층과 상기 투명 전극 사이의 밀착 강도는 박리 강도로 490mN(50gf)이상인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자용 양전극.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 투명 전극은 반도체 발광소자의 발광파장영역 내의 파장을 갖는 빛에 대해서 60%의 전달률을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자용 양전극.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사층이 Al, Ag, Pt족 금속, 및 Al, Ag, Pt족 금속중 하나 이상의 금속을 함유하는 합금으로 이루어진 군에서 선택된 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자용 양전극.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반도체 발광소자는 질화갈륨계 화합물 반도체 발광소자인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자용 양전극.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사층은 Al, Ag, Pt, 및 Al, Ag 및 Pt 중 하나 이상의 금속을 함유하는 합금으로 이루어진 군에서 선택된 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자용 양전극.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사층은 20 내지 3,000㎚의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자용 양전극.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결합패드전극은 층구조를 갖고, 반사층 외에 Ti, Cr 또는 Al으로 이루어진 배리어층 및/또는 Au 또는 Al으로 이루어진 최상층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자용 양전극.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투명 전극은 결합패드전극측상에 금속으로 이루어진 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자용 양전극.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투명 전극은 결합패드전극측상에 투명재료로 이루어진 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자용 양전극.
  11. 제10항에 있어서, 상기 투명 전극은 금속 이외의 도전성 투명재료만으로 이 루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자용 양전극.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투명전극의 최상층면상에서 발광광을 추출하는 공정이 실시되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자용 양전극.
  13. 제12항에 있어서, 상기 투명 전극의 최상층면은 투명재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자용 양전극.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투명 전극은 p-형 반도체층과 접촉하는 접촉층 및 상기 접촉층상에 형성된 전류확산층을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자용 양전극.
  15. 제14항에 있어서, 상기 접촉층은 백금족 금속 또는 그 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자용 양전극.
  16. 제15항에 있어서, 상기 접촉층은 백금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자용 양전극.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접촉층은 0.1 내지 7.5㎚ 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자용 양전극.
  18. 제17항에 있어서, 상기 접촉층은 0.5 내지 2.5㎚의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자용 양전극.
  19. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전류확산층은 금, 은 및 동으로 이루어진 군에서 선택된 금속, 또는 금, 은 및 동 중 하나 이상의 금속을 함유하는 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자용 양전극.
  20. 제19항에 있어서, 상기 전류확산층은 금 또는 금합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자용 양전극.
  21. 제14항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전류확산층은 1 내지 20㎚의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자용 양전극.
  22. 제21항에 있어서, 상기 전류확산층은 3 내지 6㎚의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자용 양전극.
  23. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전류확산층은 도전성 투명재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자용 양전극.
  24. 제10항, 제11항, 제13항 또는 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투명재료는 ITO, 산화아연, 산화아연알루미늄, F-도프 산화주석, 산화티탄, 황화아연, 산화비스무스 및 산화마그네슘으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 재료인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자용 양전극.
  25. 제24항에 있어서, 상기 투명재료는 ITO, 산화아연, 산화아연알루미늄 및 F-도프 산화주석으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 재료인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자용 양전극.
  26. 제10항, 제11항, 제13항, 제23항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투명재료는 10 내지 5,000㎚의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자용 양전극.
  27. 제26항에 있어서, 투명재료는 100 내지 1,000㎚의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자용 양전극.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 기재된 양전극을 사용하는 반도체 발광소자.
  29. 기판;상기 기판 상에 순차로 적층되어 있고, 질화갈륨계 화합물 반도체층으로 이루어진 n-형 반도체층, 발광층, 및 p-형 반도체층; 상기 p-형 반도체층상에 형성된 양전극; 및 상기 n-형 반도체층 상에 형성된 음전극을 포함하는 질화갈륨계 화합물 반도체 발광소자에 있어서, 상기 양전극은 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 기재된 양전극인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 화합물 반도체 발광소자.
  30. 제28항 또는 제29항에 기재된 발광소자를 사용하는 램프.
KR1020077000459A 2004-07-29 2005-07-28 반도체 발광소자용 양전극 KR100895452B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2004-00222336 2004-07-29
JP2004222336 2004-07-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070041506A true KR20070041506A (ko) 2007-04-18
KR100895452B1 KR100895452B1 (ko) 2009-05-07

Family

ID=38176830

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020077000459A KR100895452B1 (ko) 2004-07-29 2005-07-28 반도체 발광소자용 양전극

Country Status (4)

Country Link
JP (4) JP2009033210A (ko)
KR (1) KR100895452B1 (ko)
CN (1) CN100590898C (ko)
TW (1) TWI275190B (ko)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009154383A3 (ko) * 2008-06-16 2010-04-22 엘지이노텍주식회사 반도체 발광소자
KR101221281B1 (ko) * 2008-03-13 2013-01-11 쇼와 덴코 가부시키가이샤 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법
KR101257572B1 (ko) * 2008-12-15 2013-04-23 도요타 고세이 가부시키가이샤 반도체 발광 소자
US8530882B2 (en) 2009-12-08 2013-09-10 Lg Innotek Co., Ltd. Light emitting device, light emitting device package and lighting system
KR101361392B1 (ko) * 2009-02-20 2014-02-11 가부시끼가이샤 도시바 반도체 발광 소자, 반도체 발광 장치 및 반도체 발광 소자의 제조 방법
KR101437746B1 (ko) * 2012-01-13 2014-09-03 샤프 가부시키가이샤 반도체 발광 소자 및 전극 성막 방법
WO2015072746A1 (ko) * 2013-11-12 2015-05-21 주식회사 세미콘라이트 반도체 발광소자
KR20150094320A (ko) * 2014-02-11 2015-08-19 주식회사 세미콘라이트 반도체 발광소자
US9130123B2 (en) 2009-09-23 2015-09-08 Lg Innotek Co., Ltd. Light emitting device and light emitting device package
US9257613B2 (en) 2008-06-16 2016-02-09 Lg Innotek Co., Ltd. Semiconductor light emitting device

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2458652B1 (en) 2006-06-23 2023-08-02 LG Electronics Inc. Method of making light emitting diodes having vertical topology
JP2008177525A (ja) 2006-12-20 2008-07-31 Showa Denko Kk Iii族窒化物半導体発光素子の製造方法、及びiii族窒化物半導体発光素子、並びにランプ
CN102124574B (zh) * 2008-06-16 2013-07-17 丰田合成株式会社 半导体发光元件、其电极及制造方法以及灯
US9293656B2 (en) * 2012-11-02 2016-03-22 Epistar Corporation Light emitting device
US8716723B2 (en) 2008-08-18 2014-05-06 Tsmc Solid State Lighting Ltd. Reflective layer between light-emitting diodes
US8441108B2 (en) 2009-04-02 2013-05-14 Panasonic Corporation Nitride semiconductor element having electrode on m-plane and method for producing the same
CN101859838B (zh) * 2009-04-07 2014-09-10 裕星企业有限公司 一种发光二极管结构
EP2555257A1 (en) * 2010-04-01 2013-02-06 Panasonic Corporation Nitride semiconductor element and manufacturing method therefor
CN101846256A (zh) * 2010-05-04 2010-09-29 蔡州 Led光源
CN102810613B (zh) * 2011-05-30 2016-04-13 比亚迪股份有限公司 电流扩散电极、半导体发光器件及其制备方法
JP6077201B2 (ja) * 2011-08-11 2017-02-08 昭和電工株式会社 発光ダイオードおよびその製造方法
JP5888132B2 (ja) * 2012-06-08 2016-03-16 豊田合成株式会社 発光装置の製造方法
TWI514628B (zh) * 2013-10-24 2015-12-21 Lextar Electronics Corp 電極結構與具有電極結構的發光二極體結構
CN104409601A (zh) * 2014-11-05 2015-03-11 扬州中科半导体照明有限公司 具有双反射层的倒装发光二极管芯片
CN107123594B (zh) * 2017-05-10 2019-11-26 湘能华磊光电股份有限公司 Led电极制作方法、led电极和led芯片
KR102622753B1 (ko) * 2020-02-17 2024-01-10 삼성에스디아이 주식회사 이차전지용 레이저 용접 방법 및 모니터링 방법
CN112289900B (zh) * 2020-09-16 2021-10-08 华灿光电(苏州)有限公司 紫外发光二极管外延片及其制备方法
CN116364827B (zh) * 2023-05-29 2023-08-29 江西兆驰半导体有限公司 一种mini LED及其制备方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2566207Y2 (ja) * 1992-10-21 1998-03-25 日亜化学工業株式会社 電流注入型窒化ガリウム系発光素子
JP3717196B2 (ja) * 1994-07-19 2005-11-16 豊田合成株式会社 発光素子
JP3468644B2 (ja) * 1996-10-22 2003-11-17 豊田合成株式会社 3族窒化物半導体発光素子
JP4118370B2 (ja) * 1997-12-15 2008-07-16 フィリップス ルミレッズ ライティング カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー 反射p電極を有する窒化物半導体発光装置およびその製造方法ならびに半導体光電子装置
US6287947B1 (en) * 1999-06-08 2001-09-11 Lumileds Lighting, U.S. Llc Method of forming transparent contacts to a p-type GaN layer
JP3068914U (ja) * 1999-11-11 2000-05-26 洲磊科技股▲ふん▼有限公司 フリップ―チップ発光デバイス
JP3665243B2 (ja) * 1999-11-19 2005-06-29 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体素子及びその製造方法
JP2001217456A (ja) * 2000-02-03 2001-08-10 Sharp Corp 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
JP3505643B2 (ja) * 2000-04-19 2004-03-08 星和電機株式会社 窒化ガリウム系半導体発光素子
KR100413435B1 (ko) * 2001-04-02 2003-12-31 엘지전자 주식회사 발광다이오드 및 그 제조방법
US7148520B2 (en) * 2001-10-26 2006-12-12 Lg Electronics Inc. Diode having vertical structure and method of manufacturing the same
JP2003160785A (ja) * 2001-11-27 2003-06-06 Toshiba Corp 赤色発光蛍光体とそれを用いた発光装置
US8294172B2 (en) * 2002-04-09 2012-10-23 Lg Electronics Inc. Method of fabricating vertical devices using a metal support film
JP2004179347A (ja) * 2002-11-26 2004-06-24 Matsushita Electric Works Ltd 半導体発光素子
JP2004193270A (ja) * 2002-12-10 2004-07-08 Sharp Corp 酸化物半導体発光素子
JP2003347586A (ja) * 2003-07-08 2003-12-05 Toshiba Corp 半導体発光素子
KR100580634B1 (ko) * 2003-12-24 2006-05-16 삼성전자주식회사 질화물계 발광소자 및 그 제조방법
JP2005259970A (ja) * 2004-03-11 2005-09-22 Nichia Chem Ind Ltd 半導体発光素子

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101221281B1 (ko) * 2008-03-13 2013-01-11 쇼와 덴코 가부시키가이샤 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법
KR100986518B1 (ko) * 2008-06-16 2010-10-07 엘지이노텍 주식회사 반도체 발광소자
EP2290711A2 (en) * 2008-06-16 2011-03-02 LG Innotek Co., Ltd. Semiconductor light emitting device
EP2290711A4 (en) * 2008-06-16 2011-08-03 Lg Innotek Co Ltd SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE
US8373193B2 (en) 2008-06-16 2013-02-12 Lg Innotek Co., Ltd Semiconductor for light emitting device
US9257613B2 (en) 2008-06-16 2016-02-09 Lg Innotek Co., Ltd. Semiconductor light emitting device
WO2009154383A3 (ko) * 2008-06-16 2010-04-22 엘지이노텍주식회사 반도체 발광소자
US8829555B2 (en) 2008-12-15 2014-09-09 Toyoda Gosei Co., Ltd. Semiconductor light emission element
KR101257572B1 (ko) * 2008-12-15 2013-04-23 도요타 고세이 가부시키가이샤 반도체 발광 소자
KR101361392B1 (ko) * 2009-02-20 2014-02-11 가부시끼가이샤 도시바 반도체 발광 소자, 반도체 발광 장치 및 반도체 발광 소자의 제조 방법
US8994054B2 (en) 2009-02-20 2015-03-31 Kabushiki Kaisha Toshiba Nitride LED with a schottky electrode penetrating a transparent electrode
US9130123B2 (en) 2009-09-23 2015-09-08 Lg Innotek Co., Ltd. Light emitting device and light emitting device package
US8530882B2 (en) 2009-12-08 2013-09-10 Lg Innotek Co., Ltd. Light emitting device, light emitting device package and lighting system
KR101437746B1 (ko) * 2012-01-13 2014-09-03 샤프 가부시키가이샤 반도체 발광 소자 및 전극 성막 방법
WO2015072746A1 (ko) * 2013-11-12 2015-05-21 주식회사 세미콘라이트 반도체 발광소자
US9748447B2 (en) 2013-11-12 2017-08-29 Semicon Light Co., Ltd. Semiconductor light emitting device
KR20150094320A (ko) * 2014-02-11 2015-08-19 주식회사 세미콘라이트 반도체 발광소자

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009065196A (ja) 2009-03-26
JP2011066461A (ja) 2011-03-31
TWI275190B (en) 2007-03-01
CN1993837A (zh) 2007-07-04
JP2009033210A (ja) 2009-02-12
TW200610200A (en) 2006-03-16
JP2009033213A (ja) 2009-02-12
KR100895452B1 (ko) 2009-05-07
JP5533675B2 (ja) 2014-06-25
CN100590898C (zh) 2010-02-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100895452B1 (ko) 반도체 발광소자용 양전극
US8115212B2 (en) Positive electrode for semiconductor light-emitting device
EP2426743B1 (en) GaN compound semiconductor light emitting element and method of manufacturing the same
US7291865B2 (en) Light-emitting semiconductor device
JP2006066903A (ja) 半導体発光素子用正極
JP5276959B2 (ja) 発光ダイオード及びその製造方法、並びにランプ
US7972952B2 (en) Compound semiconductor light-emitting device and method for manufacturing the same
TWI359509B (en) Semiconductor light emitting element, process for
US7498611B2 (en) Transparent electrode for semiconductor light-emitting device
JP4572597B2 (ja) 窒化物半導体素子
US9450017B2 (en) Semiconductor light emitting device and method of fabricating the same
JP2002368271A (ja) Iii族窒化物系化合物半導体発光素子
TWI260099B (en) Positive electrode structure and gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device
US8049243B2 (en) Gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device
JP2007073789A (ja) 半導体発光素子用電極
US7888687B2 (en) Electrode for semiconductor light emitting device
US7875896B2 (en) Transparent positive electrode
JP2006024913A (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用透光性正極および発光素子
JP2006245555A (ja) 透光性電極
JP2006013474A (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
TWI257721B (en) Gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device
TW201517311A (zh) 半導體發光元件
JP2005340797A (ja) 透光性正極
JP2006173533A (ja) 発光装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130404

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140401

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160318

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170322

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180403

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190328

Year of fee payment: 11