KR20070081482A

KR20070081482A - 가장자리 엔형 오믹접촉 전극 구조를 갖는 차세대 피사이드다운 구조의 수직형 발광소자

Info

Publication number: KR20070081482A
Application number: KR20060013383A
Authority: KR
Inventors: 오인모
Original assignee: 오인모
Priority date: 2006-02-13
Filing date: 2006-02-13
Publication date: 2007-08-17

Abstract

본 발명은 전기전도성 지지기판(electrically conductive supporting substrate) 상층부에 형성된 그룹 3-5족 질화물계 반도체(group 3-5 nitride-based semiconductor) 발광구조체를 이용하여 현재까지 공지된 질화물계 수직형 발광소자(vertical light emitting device)와는 전혀 다르게 설계/제조된 발광소자에 관한 것으로서: 기본적으로 전기전도성을 띤 지지기판 상층부에 존재하는 그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 발광구조체(light emitting structure)는 레이저 빔(laser beam)을 이용하여 전기절연성인 최초 성장기판(사파이어) 제거(laser lift-off : LLO) 및 전기전도성 지지기판 상층부에 웨이퍼 부착(wafer bonding) 또는 희생층(sacrifice layer)을 이용한 최초 성장기판(사파이어) 제거와 전기전도성 지지기판 상층부에 웨이퍼 부착(wafer bonding) 등의 여러 기술에 의해서 준비된 그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 발광구조체를 이용하여 제작된 수직형 발광소자로서, 적절하게 설계된 발광구조체 적층과 에칭공정 기술을 이용한 가장자리 엔형 오믹접촉 전극 구조를 갖는 그룹 3-5족 질화물계 다기능성 고휘도 발광소자를 제조하는 것이다.

본 발명에 의해서 설계/창안된 그룹 3-5족 질화물계 반도체 단결정 발광구조체를 이용한 수직형 발광소자는 종래 일반적으로 제작된 수직형 발광소자들에 비해서 월등히 향상된 열적, 전기적, 및 광학적 특성뿐만이 아니라 대형 백라이트용 광원 또는 차세대 백색광원 등의 다른 산업제품으로 비교적 용이하게 접목 응용할 수 있는 장점을 제공한다.

최초 성장기판, 전기전도성 지지기판, 그룹 3-5족 질화물계 반도체, 가장자리 엔형 오믹접촉 전극, 터널정션층, 수직형 발광소자

Description

가장자리 엔형 오믹접촉 전극 구조를 갖는 차세대 피사이드 다운 구조의 수직형 발광소자{advanced p-side down structured vertical light emitting devices with edge n-type ohmic contact electrode structures}

도 1은 전기전도성 지지기판 상층부에 부착/제작된 형태로 대면적/대용량의 고휘도 광원으로 기존 및 현재 공지된 피사이드 다운 구조의 수직형 질화물계 발광소자(p-side down structured vertical nitride-based light emitting device)를 나타내 보인 단면도(A) 및 정면도(B)이고,

도 2는 본 발명에 의해서 창안된 제 1 실시예인 발광소자로서, 전기전도성 지지기판 또는 성장기판 상층부에 제조된 그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 피사이드 다운 구조의 수직형 발광소자(p-side down structured vertical nitride-based light emitting device)를 나타내 보인 단면도(A) 및 정면도(B, C)이고,

도 3은 본 발명에 의해서 창안된 제 2 실시예인 발광소자로서, 전기전도성 지지기판 또는 성장기판 상층부에 제조된 그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 피사이드 다운 구조의 수직형 발광소자(p-side down structured vertical nitride-based light emitting device)를 나타내 보인 단면도(A) 및 정면도(B, C)이고,

도 4는 본 발명에 의해서 창안된 제 3 실시예인 발광소자로서, 전기전도성 지지기판 또는 성장기판 상층부에 제조된 그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 피사이드 다운 구조의 수직형 발광소자(p-side down structured vertical nitride-based light emitting device)를 나타내 보인 단면도(A) 및 정면도(B, C)이고,

도 5는 본 발명에 의해서 창안된 제 4 실시예인 발광소자로서, 전기전도성 지지기판 또는 성장기판 상층부에 제조된 그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 피사이드 다운 구조의 수직형 발광소자(p-side down structured vertical nitride-based light emitting device)를 나타내 보인 단면도(A) 및 정면도(B, C)이고,

도 6은 본 발명에 의해서 창안된 제 5 실시예인 발광소자로서, 전기전도성 지지기판 또는 성장기판 상층부에 제조된 그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 피사이드 다운 구조의 수직형 발광소자(p-side down structured vertical nitride-based light emitting device)를 나타내 보인 단면도(A) 및 정면도(B, C)이고,

도 7은 본 발명에 의해서 창안된 제 6 실시예인 발광소자로서, 전기전도성 지지기판 또는 성장기판 상층부에 제조된 그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 피사이드 다운 구조의 수직형 발광소자(p-side down structured vertical nitride-based light emitting device)를 나타내 보인 단면도(A) 및 정면도(B, C)이고,

도 8은 본 발명에 의해서 창안된 상기 6개의 실시예에 따라서 제작된 6개 형태의 질화물계 피사이드 다운 구조의 수직형 발광소자(p-side down structured vertical nitride-based light emitting device)에 도입 적용되는 최초 성장기판 상층부에 형성된 기본적인 발광구조체(basic light emitting structure)와 터널정션층(tunnel junction layer)과 접목된 몇몇 단면도들이다.

현재 청/녹색에서부터 (근)자외선 발광다이오드(light emitting diode : LED), 레이저다이오드(laser diode : LD), 및 광센서(photodetector : PD) 등의 광전소자에 대한 많은 연구 및 빠른 기술 진보로 인해서, 단결정 질화물계 반도체는 광관련 산업분야에서 가장 중요한 물질들 중 하나로 여겨지고 있는 상황이다. 무엇보다도 그룹 3-5족 질화물계 반도체를 이용한 실용적인 광전소자들은 주로 전기절연성인 사파이어(sapphire) 성장기판과 전기전도성인 실리콘카바이드(SiC) 상부에 1000도 이상의 고온과 암모니아(NH3) 및 수소(H2) 캐리어 개스(gas)를 사용하는 환원 분위기(reduction ambient)에서 성장되고 있다. 하지만 전기절연성인 사파이어(Al2O3) 물질과 전기전도성 실리콘카바이드(SiC) 물질 최초 성장기판들은 상당히 고가(high-cost)이기 때문에 향후 경제적인 면에서 실효성이 크게 떨어진다. 게다가, 전기절연성 사파이어 최초 성장기판 상부에 제작된 그룹 3-5족 질화물계 광전소자들은 소자 작동 시 많은 열이 발생하고 있다. 발광소자 작동 시 발생한 다량의 열을 원활 하게 외부로 방출시켜주어야 하는데 그룹 3-5족 질화물계 반도체보다 훨씬 더 나쁜 열전도율이 있는 Al2O3 물질은 성장기판인 동시에 지지기판으로서 이러한 기능면에서 현저하게 떨어지는 결정적 단점을 지니고 있다.

상기한 전기절연성인 Al2O3 및 전기전도성인 SiC 기판들 이외에도, 광학적으로 투명한 전기전도성 아연산화물(ZnO)은 그룹 3-5족 질화물계 반도체와의 유사한 격자상수(lattice constant) 값, 좋은 전기 및 열적 전도성(electrical and thermal conductivities), 우수한 빛투명성(light transmittance), 및 저 제작비용(low-cost)으로 인해서 차세대 그룹 3-5족 질화물계 발광소자의 기판으로 각광받고 있다. 하지만 결정적으로 이러한 투명전도성 산화물인 ZnO는 600도 이상의 고온과 10-3 Torr 이상의 고진공에서 표면 불안정성으로 인해서 물질 분해가 일어난다.

또한 더욱 심각한 문제는 수소(H2) 또는 암모니아(NH3)와 같은 환원 분위기 개스(gas)에서 쉽게 환원되어 800도 이상의 온도에서 양질의 그룹 3-5족 질화물계 단결정 반도체를 성장하기가 거의 불가능 할 정도이다.

최근 몇몇 그룹에서는 저온에서 생성한 얇은 질화알루미늄(AlN)을 비롯한 몇몇 박막층을 실리콘(Si) 성장기판 상부에 완충층(buffer layer)으로 도입하여 크랙(crack)이 없는 그룹 3-5족 질화물계 반도체 발광구조체를 성공적으로 성장하여 양질의 발광소자를 제작하는 데 성공한 예가 알려져 있다.

상기한 바와같이, Al2O3, SiC, ZnO, 또는 Si 등과 같은 성장기판인 동시에 지지기판을 이용한 발광소자 제작 기술보다, 실용적인 면에서 최근 차세대 다기능성 조명용으로 각광받고 있는 발광소자 제작기술은 고에너지원인 레이저 빔(laser beam)을 도입하여 최초 성장기판인 전기절연성인 사파이어 기판 제거(laser lift off : LLO) 기술과 전기도금(electroplating)과 같은 본딩(bonding) 기술을 접목하는 것이다. 특히, 이러한 LLO 및 본딩 기술을 접목/이용하면 기존의 신호처리 및 소면적 디스플레이산업에 사용된 백라이트(back light unit)용 질화물계 수직형 발광소자뿐만이 아니라 대면적 디스플레이 백라이트용 발광소자와 조명용 백색광원을 대체할 수 있는 대면적/대용량의 고휘도 질화물계 수직형 발광소자를 제작할 수 있다. 또한 이러한 질화물계 수직형 발광소자의 장점은 고휘도의 빛을 발광시키기 위해서 필요한 고전류(high current)를 주입시킬 수 있으며, 발광소자 작동될 때 발생하는 열을 외부로 쉽게 방출시켜 높은 신뢰성을 갖출 수 있게 지지기판으로 금속 또는 합금을 사용할 수 있다.

하지만, 그룹 3-5족 질화물계 반도체를 이용하여 현재까지 공지된 모든 수직형 발광소자는 여전히 낮은 외부발광효율의 문제점이 있다. 이 문제점의 중심에는 적절한 발광구조체의 적층구조와 활성층에서 생성된 빛이 방출되어 나오는 방향의 발광구조체 최상층부에 위치하는 오믹접촉 전극(ohmic contact electrode) 또는 전극패드(electrode pad)의 부재로 사료된다. 무엇보다도 현재까지 공지된 모든 질화물계 수직형 발광소자들은 발광구조체 최상층부에 놓여있는 엔형 또는 피형 전극패드가 불투명한 단층 또는 다층형태의 오믹접촉 특성이 있으면서 발광영역의 정중앙 부분에 위치하고 있어 활성층에서 생성된 빛의 많은 부분을 흡수하는 동시에, 이러한 전극패드와 와이어를 본딩(bonding)하게 되어 다른 산업제품으로의 응용 시에 공정상 어려운 문제점들을 야기하고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같이 현재까지 공지된 그룹 3-5족 질화물계 반도체로 형성된 수직형 발광소자가 갖고 있는 문제점들을 개선하기 위하여 창안/개발된 것으로서, 여러 공지된 방법에 의해서 전기전도성 지지기판층 상층부에 성장(growth) 또는 부착(wafer bonding)된 그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 발광구조체를 이용하여 양질의 피사이드 다운 구조의 질화물계 수직형 발광소자 제조방법(p-side down structured vertical light emitting device)에 관한 것이다. 상세하게는 적절한 질화물계 반도체 발광구조체의 적층구조 설계와 에칭공정을 이용한 가장자리 엔형 오믹접촉 전극 및 엔형 전극패드를 갖춘 새로운 발광구조 설계를 통한 그룹 3-5족 질화물계 다기능성의 고휘도 수직형 발광소자를 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 발명의 목적인 전기전도성인 실리콘(Si), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘저매니움(SiGe), 갈륨아세나이드(GaAs), 아연산화물(ZnO), 인듐주석산화물(ITO), 주석산화물(SnO2), 인듐산화물(In2O3), 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN), 구리(Cu), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 또는 각종 금속들로 형성된 합금(alloy) 등의 전기 및 열전도성이 우수한 지지기판(supporting substrate) 상부에 양질의 그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 발광구조체를 이용한 양질의 질화물계 수직형 발광소자 제조방법으로서,

본 발명에서는 기본적으로 엔형 질화물계 반도체(n-type nitride-based semiconductor)로 구성된 클래드층(cladding layer)이 피형 질화물계 반도체 클래드층(p-type nitride-based cladding layer)보다 상부에 존재하는 피사이드 다운 구조의 수직형 발광소자(p-side down structured vertical emitting device) 제조에 관한 것이다.

본 발명에 따라 제작된 그룹 3-5족 질화물계 반도체 발광구조체를 이용하면, 현재까지 공지된 질화물계 수직형 발광다이오드에 비해서 하기와 같은 여러 장점들을 갖기 때문에 차세대 백색광원으로 이용될 것으로 사료된다.

첫째, 높은 발광소자 신뢰성을 확보할 수 있다.

기존 최초 성장기판인 전기절연성 사파이어 물질 상층부에 성장시킨 후에 LLO 기술과 웨이퍼 본딩 기술 이용/접목하여 제작된 질화물계 수직형 발광소자에서는 얇은 엔형 질화물계 클래드층 (약 3 마이크론미터 이하 두께)으로 성장되고 있어, 소자제작 공정중에 웨이퍼 휨(wafer bending) 현상과 크랙(crack) 발생으로 인한 낮은 소자생산 수율의 심각한 문제점이 있는데, 본 발명에 따르면 최초 성장시에 질화알루미늄(AlN) 박막층과 제 1 또는 2의 터널정션층(first or second tunnel junction layer) 도입을 통한 적절한 발광구조체 설계와 두꺼운 엔형 질화물계 클래드층 사용으로 인하여 휨현상과 크랙발생 문제를 억제할 수 있고, 동시에 발광소자 제작공정 시에 불필요한 클래드층을 포함한 박막층은 에칭기술로 제거하여 양질의 질화물계 수직형 발광소자를 만들 수 있다.

둘째, 고휘도 발광소자를 만들 수 있다.

최상층에 위치하는 엔형 전극패드가 생성된 빛이 발광 되어 나오는 방향, 즉 엔형 질화물계 클래드층 정중앙 부분에 존재해 있는 기존 및 현재의 질화물계 수직형 발광소자 구조가 아니라, 가장자리(edge)에 놓여있기 때문에 불투명성 엔형 전극패드가 흡수하는 빛을 완전히 제거할 수 있다.

셋째, 다양한 산업제품으로의 응용 범위를 확대시킬 수 있다.

기존 및 현재 질화물계 수직형 발광소자의 패키징 시에 연결되는 정중앙의 전극패드와 연결하고 있는 와이어(wire) 부분을 응용제품 및 목적에 따라서 가장자리로 위치시킬 수 있기 때문에 폭넓은 응용제품에 이용 가능하다.

본 발명에 의해 창안/개발된 피사이드 다운 구조의 수직형 발광소자(p-side down structured vertical emitting device)는 전기전도성 지지기판층 상부에 기본적으로 알루미늄-인듐-갈륨-질소(AlxInyGazN, x, y, z = 정수)로서 구성된 단결정(single-crystal) 박막층으로 구성된 피형 질화물계 클래드층(p-type nitride-based cladding layer)과 엔형 질화물계 클래드층(n-type nitride-based cladding layer), 그리고 두 질화물계 클래드층 사이에 알루미늄-인듐-갈륨-질소(AlxInyGazN, x, y, z = 정수)로서 구성된 질화물계 활성층(nitride-based active layer)을 갖는 질화물계 발광구조체(light emitting structure)를 갖는다.

또한 상기한 바와 같이, 그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 3층(엔형 질화물계 클래드층, 질화물계 활성층, 피형 질화물계 클래드층)으로 형성되는 기본적인 질화물계 발광구조체 이외에도, 그룹 3-5-4족 원소로 구성된 단결정, 다결정, 또는 비정질 반도체가 단층(single layer) 또는 다층(multi-layer) 형태로 제 1 터널정션층(first tunnel junction layer) 또는 제 2 터널정션층(second tunnel junction layer)이 각각 엔형 질화물계 클래드층(n-type nitride cladding layer) 또는 피형 질화물계 클래드층(p-type nitride cladding layer) 상부에 각각 또는 동시에 삽입된 형태도 바람직하다.

본 발명에서 가장 핵심적인 부분은 전기전도성 지지기판 최상부에 위치한 그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 발광구조체를 이용함과 동시에, 새로운 발광다이오드 설계와 에칭공정 기술을 통한 엔형 오믹접촉 전극 및 전극패드를 발광영역의 정중앙 부분이 아닌 외곽영역인 가장자리(edge) 부분에 형성시켜 높은 외부발광효율 및 다기능성을 갖는 질화물계 수직형 발광소자(nitride-based vertical light emitting device)를 제작하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 새로운 발광다이오드 설계 및 에칭공정 기술을 이용하여 피사이드 다운 구조의 수직형 발광소자( p - side down structured vertical emitting device )의 제조방법에 있어서,

가. 최초 성장기판(사파이어) 상층부에 희생물질층(sacrifice material layer) 또는 터널정션층(tunnel junction layer)을 포함한 그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 발광구조체 성장.

나. 상기 가 단계를 거친 3-5족 질화물계 발광구조체를 이용하여, (1) 고에너지원인 레이저 빔(laser beam)을 이용한 전기절연성 최초 성장기판(사파이어) 제거(laser lift-off : LLO)와 전기전도성 지지기판 상층부에 발광구조체 부착, (2) 희생물질층(sacrifice material layer)을 이용한 최초 성장기판(사파이어) 제거와 전기전도성 지지기판 상층부에 발광구조체 부착; 등의 다양한 기술을 도입하여 전기 전도성 지지기판층 상층부에 그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 발광구조체를 부착/형성시키는 단계와;

다. 상기 나 단계를 거친 3-5족 질화물계 발광구조체를 새로운 발광다이오드 설계에 따라서 포토리쏘그라피(photo-lithography) 공정 및 식각하는 에칭 공정(etching process) 단계와;

라. 상기 다 단계를 거친 단결정 질화물계 반도체 발광소자구조체에 양질의 고반사성 및 고투명성 전극물질 선택/증착하는 공정과 열처리(annealing) 공정을 포함한 양질의 엔형 및 피형 질화물계 오믹접촉 전극 및 전극패드 형성을 통한 그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 양질의 질화물계 수직형 발광소자를 제작하는 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서,

본 발명의 독창적인 질화물계 수직형 발광다이오드 설계, 에칭 공정, 및 오믹접촉 전극과 전극패드 형성기술을 이용하여 차세대 백색광원으로 유력한 대면적/대용량의 고휘도/고기능성 피사이드 다운 구조의 질화물계 광전소자 제조방법을 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 전기전도성 지지기판 상층부에 부착/제작된 형태로 대면적/대용량의 고휘도 광원으로 기존 및 현재 공지된 피사이드 다운 구조의 수직형 질화물계 발광소자(p-side down structured vertical nitride-based light emitting device)를 나타내 보인 단면도(A) 및 정면도(B)이다.

그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 발광구조체를 이용한 대면적/대용량의 발광소자는 기본적으로 엔형 질화물계 반도체인 클래드층(즉, 엔형 질화물계 클래드층 ), 질화물계 반도체 활성층, 및 피형 질화물계 반도체인 클래드층(즉, 피형 질화물계 클래드층)으로 형성된 발광구조체를 포함하고 있다.

단면도(A) 도면을 참조하면, 전기 및 열전도율이 우수한 지지기판(110) 상층부에 본딩(bonding) 물질층과 고반사성 피형 오믹접촉 전극을 포함하고 있는 다층박막(120), 피형 질화물계 클래드층(150), 질화물계 반도체 활성층(140), 및 엔형 질화물계 클래드층(130)이 순차적으로 적층/형성되어 있고, 엔형 질화물계 클래드층(130) 상층부에 수직방향으로의 원활한 전자주입과 수평방향으로의 용이한 전류퍼짐성을 향상시키기 위해서 도입된 고투명성 엔형 오믹접촉 전극(160)이 형성되어 있다. 특히 낮은 전기저항을 갖는 엔형 질화물계 클래드층(130) 경우는 고투명성 엔형 오믹접촉 전극(160)은 생략될 수도 있다.

특히 모든 공지된 질화물계 발광다이오드 구조에서는 엔형 전극패드(170)가 엔형 질화물계 클래드층(130) 또는 고투명성 엔형 오믹접촉 전극(160)의 정중앙 부분에 위치하고 있고, 피형 전극패드(180)가 전기전도성 지지기판(110) 하층부에 위치해 있다.

경우에 따라서는 질화물계 반도체 활성층(140)에서 생성된 빛을 상기한 바와 같이, 엔형 질화물계 클래드층(130)을 통해서 외부로 방출시키는 구조(상부 발광소자: top-emitting device)가 아니라 정반대 방향인 피형 질화물계 클래드층(150)을 통해서 방출시키는 구조(플립칩 발광소자: flip-chip device)로 제작될 수도 있다. 이러한 플립칩 발광소자 제작에서는 발광효율을 최대화시키기 위해서 우수한 빛투명성을 갖는 지지기판(110)과 고투명성을 갖는 본딩 물질층 및 피형 오믹접촉 전극 을 포함한 다층박막(120)이 필요하며, 동시에 고반사성을 갖는 엔형 오믹접촉 전극(160)이 절대적으로 필요로 한다.

또한 엔형 질화물계 클래드층(130) 상층부에 존재할 수 있는 엔형 오믹접촉 전극(160)은 질화물계 활성층(140)에서 생성된 빛의 발광방향에 따라서 고투명성 또는 고반사성 물질을 선별적으로 선택해야 한다. 상부 발광형 발광소자의 경우에는 고투명성 엔형 오믹접촉 전극(160)이 필요한 반면, 플립칩형 발광소자의 경우는 고반사성 엔형 오믹접촉 전극(160)이 필요하다.

하지만, 도 1의 정면도(B)와 같이 현재까지 공지된 모든 질화물계 수직형 발광다이오드는 불투명한 엔형 전극패드(170) 및 외부 전기회로와 연결되는 와이어(wire)가 질화물계 활성층(140)에서 생성된 빛이 발광 되어 나오는 엔형 질화물계 클래드층(130) 또는 엔형 오믹접촉 전극(160)의 정중앙 부분에 놓여있는 구조로 되어 있다. 이처럼 클래드층(130) 또는 전극(160)의 정중앙 부분에 위치한 엔형 전극패드(170)는 패기징(packaging)시에 와이어 본딩(wire bonding)이 형성되는 부분으로서 두꺼운 불투명성 다층금속 후막층으로 형성되어 있어, 많은 다량의 빛을 흡수하여 외부발광효율을 떨어뜨리는 것 이외에도 빛이 방출되는 방향에 와이어가 본딩(bonding)되어 있어 각종 다른 장치로의 응용에 많은 어려움을 야기하고 있다.

도 2는 본 발명에 의해서 창안된 제 1 실시예인 발광다이오드로서, 전기전도성 지지기판 또는 성장기판 상층부에 제조된 그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 피사이드 다운 구조의 수직형 발광소자(p-side down structured vertical nitride-based light emitting device)를 나타내 보인 단면도(A) 및 정면도(B, C)이다.

그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 발광구조체를 이용한 대면적/대용량의 발광소자는 기본적으로 엔형 질화물계 반도체인 클래드층(즉, 엔형 질화물계 클래드층), 질화물계 반도체 활성층, 및 피형 질화물계 반도체인 클래드층(즉, 피형 질화물계 클래드층)으로 형성된 발광구조체를 포함하고 있다.

도 2의 단면도(A)를 참조하면, 전기 및 열전도율이 우수한 지지기판(210) 상층부에 본딩(bonding) 물질층과 고반사성 피형 오믹접촉 전극을 포함하고 있는 다층박막(220), 피형 질화물계 클래드층(250), 질화물계 반도체 활성층(240), 및 엔형 질화물계 클래드층(230)이 순차적으로 적층되어 있다.

본 발명의 핵심기술로서 현재까지 공지된 피사이드 다운 구조의 수직형 발광다이오드(p-side down structured vertical nitride-based LED)와는 전혀 다르게, 낮은 외부발광효율 및 좁은 산업제품으로의 응용성 한계를 극복하기 위해서, 엔형 질화물계 클래드층(230)의 정중앙 부분이 에칭( etching ) 되고 동시에 가장자리 엔형 오믹접촉 전극( edge n - type ohmic contact electrode ) 및 엔형 전극패드 (270) 기술을 개발하였다.

특히 본 발명의 제 1 실시예로서, 도 1의 단면도(A)에서 보인 고투명성 엔형 오믹접촉 전극(160)은 최초 단결정 성장시 높은 전자농도(electron concentration)로 인해서 측면방향의 원활한 전류퍼짐을 할 수 있을 정도로 낮은 전기저항을 갖는 엔형 질화물계 클래드층(230)의 경우에는 생략한다.

도 1에서 상기한 바와 같이, 발광영역인 엔형 질화물계 클래드층(130) 또는 엔형 오믹접촉 전극(160)의 정중앙 부분에 존재하고 있는 기존 엔형 전극패드(170)와는 달리, 오믹접촉을 형성하고 있는(오믹접촉성) 엔형 전극패드(270)가 에칭되지 않은 가장자리 엔형 질화물계 클래드층(230) 상부에 위치하고 있다.

특히, 다른 산업제품으로의 응용 목적에 따라서 엔형 질화물계 클래드층(230)의 에칭영역과 오믹접촉성 엔형 전극패드(270)의 위치는 도 2 (B) 또는 (C)와 같은 형태로 결정된다. 이와 더불어서 지지기판(210) 하층부에 위치한 피형 전극패드(280)가 형성되어 있다.

일 예로서 3-5족 질화물계 반도체인 질화갈륨(GaN) 반도체로 구성된 피사이드 다운 구조의 수직형 발광다이오드(p-side down structured vertical nitride-based LED) 경우,

지지기판(210)은 전기 및 열전도율이 우수한 Si, SiC, SiGe, GaAs, ZnO, ITO, SnO2, In2O3, GaN, AlN, Cu, W, Ni, Al, Ag, Au, 또는 각종 금속들로 형성된 합금(alloy)으로 구성되는 것이 질화물계 발광소자의 신뢰성 측면에서 바람직하다.

특히 지지기판(210)은 대면적/대용량의 고휘도 발광소자 구동시에 다량으로 발생되는 열을 외부로 원활하게 방출시키는 역할 이외에도 전기적으로 우수한 전도성을 갖는 물질을 우선적으로 선택해야 한다.

피형 질화물계 클래드층(250), 질화물계 활성층(240), 및 엔형 질화물계 클래드층(230)의 각 층은 3-5족 질화물계 화합물의 일반식인 AlxInyGazN(x, y, z : 정수)로 표현되는 화합물 중 선택된 어느 화합물을 기본으로 하여 형성되고, 엔형 질화물계 클래드층(230) 및 피형 질화물계 클래드층(250)은 해당 도펀트가 첨가된다.

엔형 질화물계 클래드층(230)은 GaN에 엔형 도펀트(n-type dopant)로서 Si, Ge, Se, Te등이 첨가되어 형성되고, 피형 질화물계 클래드층(250)은 GaN에 피형 도펀트(p-type dopant)로서 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등이 첨가되어 형성된다.

또한 질화물계 활성층(240)은 단층(single) 또는 다층 형태의 양자 점(quantum dots) 및 우물(quantum well) 구조, 즉 AlxInyGazN/AlxInyGazN(x, y, z : 정수) 등으로 구성된 이중층으로 구성될 수 있다. 한 예로, 질화물계 활성층(240)은 InGaN/GaN 다중양자우물(MQW) 또는 AlGaN/GaN 다중양자우물(MQW)로 형성된다.

또한 지지기판(210) 상층부에 존재하는 본딩(bonding) 물질층과 고반사성 피형 오믹접촉 전극을 포함하고 있는 다층박막(220)에서는 고반사성 오믹접촉 전극 물질로는 Ag, Al, Rh, Pd, Pt, Zn, Mg, Ni, Cu, W, Mo, Au, 또는 이들 금속들 중 적어도 한 성분이상 포함하고 있는 합금 또는 고용체를 우선적으로 선택하며, 본딩 물질로는 In, Sn, Au, 또는 Pd계 합금 또는 고용체를 사용하는 것이 바람직하다.

또한 에칭되지 않은 엔형 질화물계 클래드층(230) 상부에 존재하고 있는 오믹접촉성 엔형 전극패드(270)는 고반사성 또는 고투명성 오믹접촉을 형성함과 동시에 전극패드 역할까지 수행하며, 고반사성 오믹접촉 전극의 경우는 Al, Ti, V, W, Nb, Ta, In, Sn, Ag, Rh, Pd, Pt, Zn, Mg, Ni, Au, 또는 이들 금속들 중 적어도 한 성분이상 포함하고 있는 합금 또는 고용체를 우선적으로 선택하는 것이 바람직하다.

또한 고투명성 오믹접촉 전극의 경우는 얇은 금속 박막인 Ti, Al, V, In, Ga, Nb, Mo, Ta, 또는 W 금속들 중 적어도 한 성분 이상을 포함하거나, 또는 In, Sn, Zn, Cd, Ga, 및 Ti 금속들 중 적어도 한 성분 이상과 산소(O)가 결합하여 있는 상, 즉 투명전도성 산화물(TCO), 또는 In, Sn, Zn, Cd, Ga, V, Nb, Ta, W, 및 Ti 금속들 중 적어도 한 성분 이상과 질소(N)가 결합하여 있는 상, 즉 투명전도성 질화물(TCN)을 사용하는 것이 바람직하다. 특히 오믹접촉성 엔형 전극패드(270) 최상부에는 Al, Ti, Ni, Pt, Ti, Pd, Au, Ru, Ir, 및 Rh으로 구성된 다층구조가 적용될 수 있다.

특히 에칭되는 엔형 질화물계 클래드층(230)의 에칭 깊이(h) 및 에칭 면적(a x b)은 각각 피형 질화물계 클래드층(250)의 두께와 두(엔형 및 피형) 질화물계 클래드층의 전기적 특성에 따라서 결정된다.

또한 엔형 질화물계 클래드층(230)의 에칭공정 기술 도입 시에 외부발광효율을 증가시키기 위해서 다양하게 공지된 많은 기술을 도입시켜 표면 거칠기(surface roughness) 및 표면 패터닝(surface patterning) 공정을 응용할 수 있다.

도 3은 본 발명에 의해서 창안된 제 2 실시예인 발광소자로서, 전기전도성 지지기판 또는 성장기판 상층부에 제조된 그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 피사이드 다운 구조의 수직형 발광소자(p-side down structured vertical nitride-based light emitting device)를 나타내 보인 단면도(A) 및 정면도(B, C)이다.

도 3의 단면도(A) 도면을 참조하면, 전기 및 열전도율이 우수한 지지기판(310) 상층부에 본딩(bonding) 물질층과 고반사성 피형 오믹접촉 전극을 포함하고 있는 다 층박막(320), 피형 질화물계 클래드층(350), 질화물계 반도체 활성층(340), 및 엔형 질화물계 클래드층(330)이 순차적으로 적층되어 있다.

본 발명의 핵심기술로서 현재까지 공지된 피사이드 다운 구조의 수직형 발광다이오드(p-side down structured vertical nitride-based LED)와는 전혀 다르게, 낮은 외부발광효율 및 좁은 산업제품으로의 응용성 한계를 극복하기 위해서, 엔형 질화물계 클래드층(330)의 정중앙 부분이 에칭( etching ) 되고 동시에 가장자리 엔형 오믹접촉 전극( edge n - type ohmic contact electrode ) 및 엔형 전극패드 (370) 기술을 개발하였다.

특히 본 발명의 제 2 실시예로서, 도 1의 단면도(A)에서 보인 고투명성 엔형 오믹접촉 전극(160)은 최초 단결정 성장시 높은 전자농도(electron concentration)로 인해서 측면방향의 원활한 전류퍼짐을 할 수 있을 정도로 낮은 전기저항을 갖는 엔형 질화물계 클래드층(330)의 경우에는 생략한다.

또한 대면적의 발광영역을 갖는 소자의 경우에 뛰어난 전류퍼짐성(current spreading)을 갖추어야 하기 때문에, 도 3 (B) 및 (C)와 같이 엔형 질화물계 클래드층(330) 상부에 전류퍼짐성을 돕기 위해서 전기적 특성이 우수한 전기전도성 물질로 형성된 다양한 모양의 전류패스선(current path line : 390)들을 형성시킨다. 본 발명은 도 3 (B) 및 (C)에서 보여주는 형태의 전류패스선(390)으로 국한하는 것은 절대로 아니며, 다양한 형태, 모양, 크기, 및 두께를 갖는다.

도 1에서 상기한 바와 같이, 발광영역인 엔형 질화물계 클래드층(130) 또는 엔형 오믹접촉 전극(160)의 정중앙 부분에 존재하고 있는 기존 엔형 전극패드(170)와는 달리, 오믹접촉을 형성하고 있는(오믹접촉성) 엔형 전극패드(370)가 에칭되지 않은 가장자리 엔형 질화물계 클래드층(330) 상부에 위치하고 있다.

특히, 다른 산업제품으로의 응용 목적에 따라서 엔형 질화물계 클래드층(330)의 에칭영역과 오믹접촉성 엔형 전극패드(370)의 위치는 도 3 (B) 또는 (C)와 같은 형태로 결정된다. 이와 더불어서 지지기판(310) 하층부에 위치한 피형 전극패드(380)가 형성되어 있다.

지지기판(310)은 전기 및 열전도율이 우수한 Si, SiC, SiGe, GaAs, ZnO, ITO, SnO2, In2O3, GaN, AlN, Cu, W, Ni, Al, Ag, Au, 또는 각종 금속들로 형성된 합금(alloy)으로 구성되는 것이 질화물계 발광소자의 신뢰성 측면에서 바람직하다.

특히 지지기판(310)은 대면적/대용량의 고휘도 발광소자 구동시에 다량으로 발생되는 열을 외부로 원활하게 방출시키는 역할 이외에도 전기적으로 우수한 전도성을 갖는 물질을 우선적으로 선택해야 한다.

피형 질화물계 클래드층(350), 질화물계 활성층(340), 및 엔형 질화물계 클래드층(330)의 각 층은 3-5족 질화물계 화합물의 일반식인 AlxInyGazN(x, y, z : 정수)로 표현되는 화합물 중 선택된 어느 화합물을 기본으로 하여 형성되고, 엔형 질화물계 클래드층(330) 및 피형 질화물계 클래드층(350)은 해당 도펀트가 첨가된다.

엔형 질화물계 클래드층(330)은 GaN에 엔형 도펀트(n-type dopant)로서 Si, Ge, Se, Te등이 첨가되어 형성되고, 피형 질화물계 클래드층(350)은 GaN에 피형 도펀트(p-type dopant)로서 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등이 첨가되어 형성된다.

또한 질화물계 활성층(340)은 단층(single) 또는 다층 형태의 양자 점(quantum dots) 및 우물(quantum well) 구조, 즉 AlxInyGazN/AlxInyGazN(x, y, z : 정수) 등으로 구성된 이중층으로 구성될 수 있다. 한 예로, 질화물계 활성층(340)은 InGaN/GaN 다중양자우물(MQW) 또는 AlGaN/GaN 다중양자우물(MQW)로 형성된다.

또한 지지기판(310) 상층부에 존재하는 본딩(bonding) 물질층과 고반사성 피형 오믹접촉 전극을 포함하고 있는 다층박막(320)에서는 고반사성 오믹접촉 전극 물질로는 Ag, Al, Rh, Pd, Pt, Zn, Mg, Ni, Cu, W, Mo, Au, 또는 이들 금속들 중 적어도 한 성분이상 포함하고 있는 합금 또는 고용체를 우선적으로 선택하며, 본딩 물질로는 In, Sn, Au, 또는 Pd계 합금 또는 고용체를 사용하는 것이 바람직하다.

또한 에칭되지 않은 엔형 질화물계 클래드층(330) 상부에 존재하고 있는 오믹접촉성 엔형 전극패드(370)는 고반사성 또는 고투명성 오믹접촉을 형성함과 동시에 전극패드 역할까지 수행하며, 고반사성 오믹접촉 전극의 경우는 Al, Ti, V, W, Nb, Ta, In, Sn, Ag, Rh, Pd, Pt, Zn, Mg, Ni, Au, 또는 이들 금속들 중 적어도 한 성분이상 포함하고 있는 합금 또는 고용체를 우선적으로 선택하는 것이 바람직하다.

또한 고투명성 오믹접촉 전극의 경우는 얇은 금속 박막인 Ti, Al, V, In, Ga, Nb, Mo, Ta, 또는 W 금속들 중 적어도 한 성분 이상을 포함하거나, 또는 In, Sn, Zn, Cd, Ga, 및 Ti 금속들 중 적어도 한 성분 이상과 산소(O)가 결합되어 있는 상, 즉 투명전도성 산화물(TCO), 또는 In, Sn, Zn, Cd, Ga, V, Nb, Ta, W, 및 Ti 금속들 중 적어도 한 성분 이상과 질소(N)가 결합하여 있는 상, 즉 투명전도성 질화물(TCN)을 사용하는 것이 바람직하다. 특히 오믹접촉성 엔형 전극패드(370) 최상부에는 Al, Ti, Ni, Pt, Ti, Pd, Au, Ru, Ir, 및 Rh으로 구성된 다층구조가 적용될 수 있다.

특히 에칭되는 엔형 질화물계 클래드층(330)의 에칭 깊이(h) 및 에칭 면적(a x b)은 각각 피형 질화물계 클래드층(350)의 두께와 두(엔형 및 피형) 질화물계 클래드층의 전기적 특성에 따라서 결정된다.

또한 엔형 질화물계 클래드층(330)의 에칭공정 기술 도입 시에 외부발광효율을 증가시키기 위해서 다양하게 공지된 많은 기술을 도입시켜 표면 거칠기(surface roughness) 및 표면 패터닝(surface patterning) 공정을 응용할 수 있다.

도 4는 본 발명에 의해서 창안된 제 3 실시예인 발광소자로서, 전기전도성 지지기판 또는 성장기판 상층부에 제조된 그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 피사이드 다운 구조의 수직형 발광소자(p-side down structured vertical nitride-based light emitting device)를 나타내 보인 단면도(A) 및 정면도(B, C)이다.

도 4의 단면도(A) 도면을 참조하면, 전기 및 열전도율이 우수한 지지기판(410) 상층부에 본딩(bonding) 물질층과 고반사성 피형 오믹접촉 전극을 포함하고 있는 다 층박막(420), 피형 질화물계 클래드층(450), 질화물계 반도체 활성층(440), 및 엔형 질화물계 클래드층(430)이 순차적으로 적층되어 있다.

본 발명의 핵심기술로서 현재까지 공지된 피사이드 다운 구조의 수직형 발광다이오드(p-side down structured vertical nitride-based LED)와는 전혀 다르게, 낮은 외부발광효율 및 좁은 산업제품으로의 응용성 한계를 극복하기 위해서, 엔형 질화물계 클래드층(430)의 정중앙 부분이 에칭( etching ) 되고 동시에 가장자리 엔형 오 믹접촉 전극( edge n - type ohmic contact electrode ) 및 엔형 전극패드 (470) 기술을 개발하였다.

대면적/대용량의 고휘도 발광영역을 갖는 발광다이오드의 경우에 뛰어난 전류퍼짐성을 갖추어야 하기 때문에 도 4 (B) 및 (C)에서처럼 에칭된 엔형 질화물계 클래드층(430) 상부에 전류퍼짐성을 돕기 위해서 전기적 특성이 우수한 물질로 형성된 고투명성 엔형 오믹접촉 전극(460)을 형성시킨다. 이러한 고투명성 엔형 오믹접촉 전극(460)은 3-5족 질화물로 형성되는 고투명 전기전도성 슈퍼래티스 구조(superlattiice structure), 또는 In, Sn, Zn, Cd, Ga, V, Nb, Ta, W, 및 Ti 금속들 중 적어도 한 성분 이상과 산소(O)가 결합되어 있는 상, 즉 투명전도성 산화물(transparent conducting oxide : TCO), 또는 In, Sn, Zn, Cd, Ga, 및 Ti 금속들 중 적어도 한 성분 이상과 질소(N)가 결합되어 있는 상, 즉 투명전도성 질화물(transparent conducting nitride : TCN)이 바람직하다. 특히 고투명성 엔형 오믹접촉 전극(460)의 두께는 에칭 깊이(h)보다 두꺼운 것이 바람직하나, 경우에 따라서는 더 얇은 두께도 가능하다.

도 1에서 상기한 바와 같이, 발광영역인 엔형 질화물계 클래드층(130) 또는 엔형 오믹접촉 전극(160)의 정중앙 부분에 존재하고 있는 기존 엔형 전극패드(170)와는 달리, 오믹접촉을 형성하고 있는(오믹접촉성) 엔형 전극패드(470)가 에칭되지 않은 가장자리 엔형 질화물계 클래드층(430) 상부에 위치하고 있다.

특히, 다른 산업제품으로의 응용 목적에 따라서 엔형 질화물계 클래드층(430)의 에칭영역과 오믹접촉성 엔형 전극패드(470)의 위치는 도 4 (B) 또는 (C)와 같은 형태로 결정된다. 이와 더불어서 지지기판(410) 하층부에 위치한 피형 전극패드(480)가 형성되어 있다.

지지기판(410)은 전기 및 열전도율이 우수한 Si, SiC, SiGe, GaAs, ZnO, ITO, SnO2, In2O3, GaN, AlN, Cu, W, Ni, Al, Ag, Au, 또는 각종 금속들로 형성된 합금(alloy)으로 구성되는 것이 질화물계 발광소자의 신뢰성 측면에서 바람직하다.

특히 지지기판(410)은 대면적/대용량의 고휘도 발광소자 구동시에 다량으로 발생하는 열을 외부로 원활하게 방출시키는 역할 이외에도 전기적으로 우수한 전도성을 갖는 물질을 우선적으로 선택해야 한다.

피형 질화물계 클래드층(450), 질화물계 활성층(440), 및 엔형 질화물계 클래드층(430)의 각 층은 3-5족 질화물계 화합물의 일반식인 AlxInyGazN(x, y, z : 정수)로 표현되는 화합물 중 선택된 어느 화합물을 기본으로 하여 형성되고, 엔형 질화물계 클래드층(430) 및 피형 질화물계 클래드층(450)은 해당 도펀트가 첨가된다.

엔형 질화물계 클래드층(430)은 GaN에 엔형 도펀트(n-type dopant)로서 Si, Ge, Se, Te등이 첨가되어 형성되고, 피형 질화물계 클래드층(450)은 GaN에 피형 도펀트(p-type dopant)로서 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등이 첨가되어 형성된다.

또한 질화물계 활성층(440)은 단층(single) 또는 다층 형태의 양자 점(quantum dots) 및 우물(quantum well) 구조, 즉 AlxInyGazN/AlxInyGazN(x, y, z : 정수) 등으로 구성된 이중층으로 구성될 수 있다. 한 예로, 질화물계 활성층(440)은 InGaN/GaN 다중양자우물(MQW) 또는 AlGaN/GaN 다중양자우물(MQW)로 형성된다.

또한 지지기판(410) 상층부에 존재하는 본딩(bonding) 물질층과 고반사성 피형 오믹접촉 전극을 포함하고 있는 다층박막(420)에서는 고반사성 오믹접촉 전극 물질로는 Ag, Al, Rh, Pd, Pt, Zn, Mg, Ni, Cu, W, Mo, Au, 또는 이들 금속들 중 적어도 한 성분이상 포함하고 있는 합금 또는 고용체를 우선적으로 선택하며, 본딩 물질로는 In, Sn, Au, 또는 Pd계 합금 또는 고용체를 사용하는 것이 바람직하다.

또한 에칭되지 않은 엔형 질화물계 클래드층(430) 상부에 존재하고 있는 오믹접촉성 엔형 전극패드(470)는 고반사성 또는 고투명성 오믹접촉을 형성함과 동시에 전극패드 역할까지 수행하며, 고반사성 오믹접촉 전극의 경우는 Al, Ti, V, W, Nb, Ta, In, Sn, Ag, Rh, Pd, Pt, Zn, Mg, Ni, Au, 또는 이들 금속들 중 적어도 한 성분이상 포함하고 있는 합금 또는 고용체를 우선적으로 선택하는 것이 바람직하다.

또한 고투명성 오믹접촉 전극의 경우는 얇은 금속 박막인 Ti, Al, V, In, Ga, Nb, Mo, Ta, 또는 W 금속들 중 적어도 한 성분 이상을 포함하거나, 또는 In, Sn, Zn, Cd, Ga, 및 Ti 금속들 중 적어도 한 성분 이상과 산소(O)가 결합되어 있는 상, 즉 투명전도성 산화물(TCO), 또는 In, Sn, Zn, Cd, Ga, V, Nb, Ta, W, 및 Ti 금속들 중 적어도 한 성분 이상과 질소(N)가 결합되어 있는 상, 즉 투명전도성 질화물(TCN)을 사용하는 것이 바람직하다. 특히 오믹접촉성 엔형 전극패드(470) 최상부에는 Al, Ti, Ni, Pt, Ti, Pd, Au, Ru, Ir, 및 Rh으로 구성된 다층구조가 적용될 수 있다.

특히 에칭되는 엔형 질화물계 클래드층(430)의 에칭 깊이(h) 및 에칭 면적(a x b)은 각각 피형 질화물계 클래드층(450)의 두께와 두(엔형 및 피형) 질화물계 클래드층의 전기적 특성에 따라서 결정된다.

또한 엔형 질화물계 클래드층(430)의 에칭공정 기술 도입 시에 외부발광효율을 증가시키기 위해서 다양하게 공지된 많은 기술을 도입시켜 표면 거칠기(surface roughness) 및 표면 패터닝(surface patterning) 공정을 응용할 수 있다.

도 5는 본 발명에 의해서 창안된 제 4 실시예인 발광소자로서, 전기전도성 지지기판 또는 성장기판 상층부에 제조된 그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 피사이드 다운 구조의 수직형 발광소자(p-side down structured vertical nitride-based light emitting device)를 나타내 보인 단면도(A) 및 정면도(B, C)이다.

도 5의 단면도(A) 도면을 참조하면, 전기 및 열전도율이 우수한 지지기판(510) 상층부에 본딩(bonding) 물질층과 고반사성 피형 오믹접촉 전극을 포함하고 있는 다층박막(520), 피형 질화물계 클래드층(550), 질화물계 반도체 활성층(540), 및 엔형 질화물계 클래드층(530)이 순차적으로 적층되어 있다.

본 발명의 핵심기술로서 현재까지 공지된 피사이드 다운 구조의 수직형 발광다이오드(p-side down structured vertical nitride-based LED)와는 전혀 다르게, 낮은 외부발광효율 및 좁은 산업제품으로의 응용성 한계를 극복하기 위해서, 엔형 질화물계 클래드층(530)의 가장자리 부분이 에칭되고, 에칭된 클래드층 (530) 상부에 엔형 오믹접촉 전극( edge n - type ohmic contact electrode ) 및 엔형 전극패드(570)가 형성되어 있는 기술을 개발하였다.

특히 본 발명의 제 4 실시예로서, 도 1의 단면도(A)에서 보인 고투명성 엔형 오믹접촉 전극(160)은 최초 단결정 성장시 높은 전자농도(electron concentration)로 인해서 측면방향의 원활한 전류퍼짐을 할 수 있을 정도로 낮은 전기저항을 갖는 엔형 질화물계 클래드층(530)의 경우에는 생략한다.

도 1에서 상기한 바와 같이, 발광영역인 엔형 질화물계 클래드층(130) 또는 엔형 오믹접촉 전극(160)의 정중앙 부분에 존재하고 있는 기존 엔형 전극패드(170)와는 달리, 오믹접촉을 형성하고 있는(오믹접촉성) 엔형 전극패드(570)가 에칭(etching)된 가장자리 엔형 질화물계 클래드층(530) 상부에 위치하고 있다.

특히, 다른 산업제품으로의 응용 목적에 따라서 엔형 질화물계 클래드층(530)의 가장자리 에칭영역과 오믹접촉성 엔형 전극패드(570)의 위치는 도 5 (B) 또는 (C)와 같은 형태로 결정된다. 이와 더불어서 지지기판(510) 하층부에 위치한 피형 전극패드(580)가 형성되어 있다.

지지기판(510)은 전기 및 열전도율이 우수한 Si, SiC, SiGe, GaAs, ZnO, ITO, SnO2, In2O3, GaN, AlN, Cu, W, Ni, Al, Ag, Au, 또는 각종 금속들로 형성된 합금(alloy)으로 구성되는 것이 질화물계 발광소자의 신뢰성 측면에서 바람직하다.

특히 지지기판(510)은 대면적/대용량의 고휘도 발광소자 구동시에 다량으로 발생되는 열을 외부로 원활하게 방출시키는 역할 이외에도 전기적으로 우수한 전도성을 갖는 물질을 우선적으로 선택해야 한다.

피형 질화물계 클래드층(550), 질화물계 활성층(540), 및 엔형 질화물계 클래드층(530)의 각 층은 3-5족 질화물계 화합물의 일반식인 AlxInyGazN(x, y, z : 정수)로 표현되는 화합물 중 선택된 어느 화합물을 기본으로 하여 형성되고, 엔형 질화물계 클래드층(530) 및 피형 질화물계 클래드층(550)은 해당 도펀트가 첨가된다.

엔형 질화물계 클래드층(530)은 GaN에 엔형 도펀트(n-type dopant)로서 Si, Ge, Se, Te등이 첨가되어 형성되고, 피형 질화물계 클래드층(550)은 GaN에 피형 도펀트(p-type dopant)로서 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등이 첨가되어 형성된다.

또한 질화물계 활성층(540)은 단층(single) 또는 다층 형태의 양자 점(quantum dots) 및 우물(quantum well) 구조, 즉 AlxInyGazN/AlxInyGazN(x, y, z : 정수) 등 으로 구성된 이중층으로 구성될 수 있다. 한 예로, 질화물계 활성층(540)은 InGaN/GaN 다중양자우물(MQW) 또는 AlGaN/GaN 다중양자우물(MQW)로 형성된다.

또한 지지기판(510) 상층부에 존재하는 본딩(bonding) 물질층과 고반사성 피형 오믹접촉 전극을 포함하고 있는 다층박막(520)에서는 고반사성 오믹접촉 전극 물질로는 Ag, Al, Rh, Pd, Pt, Zn, Mg, Ni, Cu, W, Mo, Au, 또는 이들 금속들 중 적어도 한 성분이상 포함하고 있는 합금 또는 고용체를 우선적으로 선택하며, 본딩 물질로는 In, Sn, Au, 또는 Pd계 합금 또는 고용체를 사용하는 것이 바람직하다.

또한 에칭된 가장자리 엔형 질화물계 클래드층(530) 상부에 존재하고 있는 오믹접촉성 엔형 전극패드(570)는 고반사성 또는 고투명성 오믹접촉을 형성함과 동시에 전극패드 역할까지 수행하며, 고반사성 오믹접촉 전극의 경우는 Al, Ti, V, W, Nb, Ta, In, Sn, Ag, Rh, Pd, Pt, Zn, Mg, Ni, Au, 또는 이들 금속들 중 적어도 한 성분이상 포함하고 있는 합금 또는 고용체를 우선적으로 선택하는 것이 바람직하다.

또한 고투명성 오믹접촉 전극의 경우는 얇은 금속 박막인 Ti, Al, V, In, Ga, Nb, Mo, Ta, 또는 W 금속들 중 적어도 한 성분 이상을 포함하거나, 또는 In, Sn, Zn, Cd, Ga, 및 Ti 금속들 중 적어도 한 성분 이상과 산소(O)가 결합하여 있는 상, 즉 투명전도성 산화물(TCO), 또는 In, Sn, Zn, Cd, Ga, V, Nb, Ta, W, 및 Ti 금속들 중 적어도 한 성분 이상과 질소(N)가 결합하여 있는 상, 즉 투명전도성 질화물(TCN)을 사용하는 것이 바람직하다. 특히 오믹접촉성 엔형 전극패드(570) 최상부에는 Al, Ti, Ni, Pt, Ti, Pd, Au, Ru, Ir, 및 Rh으로 구성된 다층구조가 적용될 수 있다.

특히 에칭되는 엔형 질화물계 클래드층(530)의 에칭 깊이(h) 및 에칭 면적(a x b)은 각각 피형 질화물계 클래드층(550)의 두께와 두(엔형 및 피형) 질화물계 클래드층의 전기적 특성에 따라서 결정된다.

또한 엔형 질화물계 클래드층(530)의 에칭공정 기술 도입 시에 외부발광효율을 증가시키기 위해서 다양하게 공지된 많은 기술을 도입시켜 표면 거칠기(surface roughness) 및 표면 패터닝(surface patterning) 공정을 응용할 수 있다.

도 6은 본 발명에 의해서 창안된 제 5 실시예인 발광소자로서, 전기전도성 지지기판 또는 성장기판 상층부에 제조된 그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 피사이드 다운 구조의 수직형 발광소자(p-side down structured vertical nitride-based light emitting device)를 나타내 보인 단면도(A) 및 정면도(B, C)이다.

도 6의 단면도(A) 도면을 참조하면, 전기 및 열전도율이 우수한 지지기판(610) 상층부에 본딩(bonding) 물질층과 고반사성 피형 오믹접촉 전극을 포함하고 있는 다층박막(620), 피형 질화물계 클래드층(650), 질화물계 반도체 활성층(640), 및 엔형 질화물계 클래드층(630)이 순차적으로 적층되어 있다.

본 발명의 핵심기술로서 현재까지 공지된 피사이드 다운 구조의 수직형 발광다이오드(p-side down structured vertical nitride-based LED)와는 전혀 다르게, 낮은 외부발광효율 및 좁은 산업제품으로의 응용성 한계를 극복하기 위해서, 엔형 질화물계 클래드층(630)의 가장자리 부분이 에칭되고, 에칭된 클래드층 (630) 상부에 엔형 오믹접촉 전극( edge n - type ohmic contact electrode ) 및 엔형 전극패드(670)가 형성되어 있는 기술을 개발하였다.

특히 본 발명의 제 5 실시예로서, 도 1의 단면도(A)에서 보인 고투명성 엔형 오믹접촉 전극(160)은 최초 단결정 성장시 높은 전자농도(electron concentration)로 인해서 측면방향의 원활한 전류퍼짐을 할 수 있을 정도로 낮은 전기저항을 갖는 엔형 질화물계 클래드층(630)의 경우에는 생략된다. 그러나 대면적의 발광영역을 갖는 소자의 경우에 뛰어난 전류퍼짐성을 갖추어야 하기 때문에, 도 6 (B) 및 (C) 에서처럼 엔형 질화물계 클래드층(630) 상부에 전류퍼짐성을 돕기 위해서 전기적 특성이 우수한 물질로 형성된 다양한 모양의 전류패스선(current path line : 690)들을 형성시킨다. 본 발명은 도 6 (B) 및 (C)에서 보여주는 형태의 전류패스선(690)으로 국한하는 것은 절대로 아니며, 다양한 형태, 모양, 크기, 및 두께를 갖는다.

도 1에서 상기한 바와 같이, 발광영역인 엔형 질화물계 클래드층(130) 또는 엔형 오믹접촉 전극(160)의 정중앙 부분에 존재하고 있는 기존 엔형 전극패드(170)와는 달리, 오믹접촉을 형성하고 있는(오믹접촉성) 엔형 전극패드(670)가 에칭(etching)된 가장자리 엔형 질화물계 클래드층(630) 상부에 위치하고 있다.

특히, 다른 산업제품으로의 응용 목적에 따라서 엔형 질화물계 클래드층(630)의 가장자리 에칭영역과 오믹접촉성 엔형 전극패드(670)의 위치는 도 6 (B) 또는 (C)와 같은 형태로 결정된다. 이와 더불어서 지지기판(610) 하층부에 위치한 피형 전극패 드(680)가 형성되어 있다.

지지기판(610)은 전기 및 열전도율이 우수한 Si, SiC, SiGe, GaAs, ZnO, ITO, SnO2, In2O3, GaN, AlN, Cu, W, Ni, Al, Ag, Au, 또는 각종 금속들로 형성된 합금(alloy)으로 구성되는 것이 질화물계 발광소자의 신뢰성 측면에서 바람직하다.

특히 지지기판(610)은 대면적/대용량의 고휘도 발광소자 구동시에 다량으로 발생하는 열을 외부로 원활하게 방출시키는 역할 이외에도 전기적으로 우수한 전도성을 갖는 물질을 우선적으로 선택해야 한다.

피형 질화물계 클래드층(650), 질화물계 활성층(640), 및 엔형 질화물계 클래드층(630)의 각 층은 3-5족 질화물계 화합물의 일반식인 AlxInyGazN(x, y, z : 정수)로 표현되는 화합물 중 선택된 어느 화합물을 기본으로 하여 형성되고, 엔형 질화물계 클래드층(630) 및 피형 질화물계 클래드층(650)은 해당 도펀트가 첨가된다.

엔형 질화물계 클래드층(630)은 GaN에 엔형 도펀트(n-type dopant)로서 Si, Ge, Se, Te등이 첨가되어 형성되고, 피형 질화물계 클래드층(650)은 GaN에 피형 도펀트(p-type dopant)로서 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등이 첨가되어 형성된다.

또한 질화물계 활성층(640)은 단층(single) 또는 다층 형태의 양자 점(quantum dots) 및 우물(quantum well) 구조, 즉 AlxInyGazN/AlxInyGazN(x, y, z : 정수) 등으로 구성된 이중층으로 구성될 수 있다. 한 예로, 질화물계 활성층(640)은 InGaN/GaN 다중양자우물(MQW) 또는 AlGaN/GaN 다중양자우물(MQW)로 형성된다.

또한 지지기판(610) 상층부에 존재하는 본딩(bonding) 물질층과 고반사성 피형 오믹접촉 전극을 포함하고 있는 다층박막(620)에서는 고반사성 오믹접촉 전극 물질로는 Ag, Al, Rh, Pd, Pt, Zn, Mg, Ni, Cu, W, Mo, Au, 또는 이들 금속들 중 적어도 한 성분이상 포함하고 있는 합금 또는 고용체를 우선적으로 선택하며, 본딩 물질로는 In, Sn, Au, 또는 Pd계 합금 또는 고용체를 사용하는 것이 바람직하다.

또한 에칭된 가장자리 엔형 질화물계 클래드층(630) 상부에 존재하고 있는 오믹접촉성 엔형 전극패드(670)는 고반사성 또는 고투명성 오믹접촉을 형성함과 동시에 전극패드 역할까지 수행하며, 고반사성 오믹접촉 전극의 경우는 Al, Ti, V, W, Nb, Ta, In, Sn, Ag, Rh, Pd, Pt, Zn, Mg, Ni, Au, 또는 이들 금속들 중 적어도 한 성분이상 포함하고 있는 합금 또는 고용체를 우선적으로 선택하는 것이 바람직하다.

또한 고투명성 오믹접촉 전극의 경우는 얇은 금속 박막인 Ti, Al, V, In, Ga, Nb, Mo, Ta, 또는 W 금속들 중 적어도 한 성분 이상을 포함하거나, 또는 In, Sn, Zn, Cd, Ga, 및 Ti 금속들 중 적어도 한 성분 이상과 산소(O)가 결합하여 있는 상, 즉 투명전도성 산화물(TCO), 또는 In, Sn, Zn, Cd, Ga, V, Nb, Ta, W, 및 Ti 금속들 중 적어도 한 성분 이상과 질소(N)가 결합하여 있는 상, 즉 투명전도성 질화물(TCN)을 사용하는 것이 바람직하다. 특히 오믹접촉성 엔형 전극패드(670) 최상부에는 Al, Ti, Ni, Pt, Ti, Pd, Au, Ru, Ir, 및 Rh으로 구성된 다층구조가 적용될 수 있다.

특히 에칭되는 엔형 질화물계 클래드층(630)의 에칭 깊이(h) 및 에칭 면적(a x b) 은 각각 피형 질화물계 클래드층(650)의 두께와 두(엔형 및 피형) 질화물계 클래드층의 전기적 특성에 따라서 결정된다.

또한 엔형 질화물계 클래드층(630)의 에칭공정 기술 도입 시에 외부발광효율을 증가시키기 위해서 다양하게 공지된 많은 기술을 도입시켜 표면 거칠기(surface roughness) 및 표면 패터닝(surface patterning) 공정을 응용할 수 있다.

도 7은 본 발명에 의해서 창안된 제 6 실시예인 발광소자로서, 전기전도성 지지기판 또는 성장기판 상층부에 제조된 그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 피사이드 다운 구조의 수직형 발광소자(p-side down structured vertical nitride-based light emitting device)를 나타내 보인 단면도(A) 및 정면도(B, C)이다.

도 7의 단면도(A) 도면을 참조하면, 전기 및 열전도율이 우수한 지지기판(710) 상층부에 본딩(bonding) 물질층과 고반사성 피형 오믹접촉 전극을 포함하고 있는 다층박막(720), 피형 질화물계 클래드층(750), 질화물계 반도체 활성층(740), 및 엔형 질화물계 클래드층(730)이 순차적으로 적층되어 있다.

본 발명의 핵심기술로서 현재까지 공지된 피사이드 다운 구조의 수직형 발광다이오드(p-side down structured vertical nitride-based LED)와는 전혀 다르게, 낮은 외부발광효율 및 좁은 산업제품으로의 응용성 한계를 극복하기 위해서, 엔형 질화 물계 클래드층(730)의 가장자리 부분이 에칭되고, 에칭된 클래드층 (730) 상부에 엔형 오믹접촉 전극( edge n - type ohmic contact electrode ) 및 엔형 전극패드(770)가 형성되어 있는 기술을 개발하였다.

특히 본 발명의 제 6 실시예로서, 도 1의 단면도(A)에서 보인 고투명성 엔형 오믹접촉 전극(160)은 최초 단결정 성장시 높은 전자농도(electron concentration)로 인해서 측면방향의 원활한 전류퍼짐을 할 수 있을 정도로 낮은 전기저항을 갖는 엔형 질화물계 클래드층(730)의 경우에는 생략된다. 그러나 대면적/대용량의 고휘도 발광영역을 갖는 발광소자의 경우에 뛰어난 전류퍼짐성을 갖추어야 하기 때문에, 도 7 (B) 및 (C)와 같이 에칭되지 않은 엔형 질화물계 클래드층(730) 정중앙 부분의 상층부에 전류퍼짐성을 돕기 위해서 전기적 특성이 우수한 물질로 형성된 고투명성 엔형 오믹접촉 전극(760)을 형성시킨다. 이러한 고투명성 엔형 오믹접촉 전극(760)은 3-5족 질화물로 형성되는 고투명 전기전도성 슈퍼래티스 구조(superlattiice structure), 또는 In, Sn, Zn, Cd, Ga, V, Nb, Ta, W, 및 Ti 금속들 중 적어도 한 성분 이상과 산소(O)가 결합되어 있는 상, 즉 투명전도성 산화물(transparent conducting oxide : TCO), 또는 In, Sn, Zn, Cd, Ga, 및 Ti 금속들 중 적어도 한 성분 이상과 질소(N)가 결합하여 있는 상, 즉 투명전도성 질화물(transparent conducting nitride : TCN)이 바람직하다. 특히 고투명성 엔형 오믹접촉 전극(760)의 두께는 에칭 깊이(h)보다 두꺼운 것이 바람직하나, 경우에 따라서는 더 얇은 두께도 가능하다.

도 1에서 상기한 바와 같이, 발광영역인 엔형 질화물계 클래드층(130) 또는 엔형 오믹접촉 전극(160)의 정중앙 부분에 존재하고 있는 기존 엔형 전극패드(170)와는 달리, 오믹접촉을 형성하고 있는(오믹접촉성) 엔형 전극패드(770)가 에칭(etching)된 가장자리 엔형 질화물계 클래드층(730) 상부에 위치하고 있다.

특히, 다른 산업제품으로의 응용 목적에 따라서 엔형 질화물계 클래드층(730)의 가장자리 에칭영역과 오믹접촉성 엔형 전극패드(770)의 위치는 도 7 (B) 또는 (C)와 같은 형태로 결정된다. 이와 더불어서 지지기판(710) 하층부에 위치한 피형 전극패드(780)가 형성되어 있다.

또한 지지기판(710) 상층부에 존재하는 본딩(bonding) 물질층과 고반사성 피형 오믹접촉 전극을 포함하고 있는 다층박막(720)에서는 고반사성 오믹접촉 전극 물질로는 Ag, Al, Rh, Pd, Pt, Zn, Mg, Ni, Cu, W, Mo, Au, 또는 이들 금속들 중 적어도 한 성분이상 포함하고 있는 합금 또는 고용체를 우선적으로 선택하며, 본딩 물질로는 In, Sn, Au, 또는 Pd계 합금 또는 고용체를 사용하는 것이 바람직하다.

또한 에칭된 가장자리 엔형 질화물계 클래드층(730) 상부에 존재하고 있는 오믹접촉성 엔형 전극패드(770)는 고반사성 또는 고투명성 오믹접촉을 형성함과 동시에 전극패드 역할까지 수행하며, 고반사성 오믹접촉 전극의 경우는 Al, Ti, V, W, Nb, Ta, In, Sn, Ag, Rh, Pd, Pt, Zn, Mg, Ni, Au, 또는 이들 금속들 중 적어도 한 성분이상 포함하고 있는 합금 또는 고용체를 우선적으로 선택하는 것이 바람직하다.

또한 고투명성 오믹접촉 전극의 경우는 얇은 금속 박막인 Ti, Al, V, In, Ga, Nb, Mo, Ta, 또는 W 금속들 중 적어도 한 성분 이상을 포함하거나, 또는 In, Sn, Zn, Cd, Ga, 및 Ti 금속들 중 적어도 한 성분 이상과 산소(O)가 결합하여 있는 상, 즉 투명전도성 산화물(TCO), 또는 In, Sn, Zn, Cd, Ga, V, Nb, Ta, W, 및 Ti 금속들 중 적어도 한 성분 이상과 질소(N)가 결합하여 있는 상, 즉 투명전도성 질화물(TCN)을 사용하는 것이 바람직하다. 특히 오믹접촉성 엔형 전극패드(770) 최상부에는 Al, Ti, Ni, Pt, Ti, Pd, Au, Ru, Ir, 및 Rh으로 구성된 다층구조가 적용될 수 있다.

특히 에칭되는 엔형 질화물계 클래드층(730)의 에칭 깊이(h) 및 에칭 면적(a x b)은 각각 피형 질화물계 클래드층(750)의 두께와 두(엔형 및 피형) 질화물계 클래드층의 전기적 특성에 따라서 결정된다.

또한 엔형 질화물계 클래드층(730)의 에칭공정 기술 도입 시에 외부발광효율을 증가시키기 위해서 다양하게 공지된 많은 기술을 도입시켜 표면 거칠기(surface roughness) 및 표면 패터닝(surface patterning) 공정을 응용할 수 있다.

도면 8을 참고하면, 전기 및 열적으로 우수한 전도성을 갖는 지지기판 상층부에 부 착된 그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 기본적인 발광구조체, 즉 피형 질화물계 클래드층(30), 질화물계 활성층(20), 및 엔형 질화물계 클래드층(10)으로 구성된 3층과 터널정션층(40, 50)이 결합된 6개 적층구조를 보여주고 있다.

도 8 (A)은 기본적인 발광구조체로 형성된 단면도이고, 8 (B)은 엔형 질화물계 클래드층(10) 상층부에 형성된 제 1 터널정션층(first tunnel junction layer)이 형성되어 있는 단면도이다. 특히, 이러한 터널정션층(40)은 그룹 3-5-4족 원소들로 구성된 단결정(single crystalline), 다결정(poly-crystalline), 또는 비정질(amorphous) 반도체로서 단층(single layer) 또는 다층(multi-layer) 박막으로 형성된다. 이러한 터널정션층(40)은 엔형 질화물계 클래드층(10) 상부에 위치해 있어 양질의 엔형 오믹접촉 전극을 형성하는데 결정적인 역할을 담당한다. 8 (B)와는 대조적으로 8 (C)은 피형 질화물계 클래드층(30) 하층부에 위치해 있는 제 2 터널정션층(50)을 보인 단면도이다. 8 (D)은 제 1 및 2 터널정션층(40, 50)이 각각 엔형 및 피형 질화물계 클래드층(10, 30)에 직접적으로 동시에 형성되어 있는 발광구조체의 단면도이다.

본 발명에 의해서 창안된 피사이드 다운 구조의 질화물계 수직형 발광소자에 우선적으로 적용될 수 있는 발광구조체로서 도 8(E) 및 도 8(F)와 같다. 8 (E)은 엔형 질화물계 클래드층(10) 상층부에 위치해 있는 제 1 터널정션층(40) 상층부에 그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 또 다른 얇은 박막의 엔형 질화물계 클래드층(60)이 적층/성장된 발광구조체이다. 이와 유사한 구조로서 8 (F)은 엔형 및 피형 질화물계 클래드층(30) 상/하층부에 각각 제 1 및 2 터널정션층의 형성과 동시 에 엔형 질화물계 클래드층(10) 이외에도 제 1 터널정션층 상부에도 또 다른 엔형 엔형 질화물계 클래드층(60)이 적층/성장된 발광구조체이다.

지금까지 상기한 바와 같이, 에칭공정 기술을 이용하여 가장자리 엔형 오믹접촉 전극 및 전극패드를 갖춘 피사이드 다운 구조의 질화물계 수직형 발광소자(p-side down structured vertical nitride-based light emitting device) 제작에 관한 것인데, 이러한 가장자리 엔형 오믹접촉 전극(edge n-type ohmic contact electrode) 및 엔형 전극패드(n-type electrode pad)를 질화물계 발광소자에 도입하면 높은 외부양자효율(high external quantum efficiency), 낮은 작동전압(low operating voltage), 및 원활한 열발산(effective heat dissipation)능을 갖춘 질화물계 발광다이오드를 제작할 수 있으며, 이를 이용하여 폭넓은 산업제품의 광원으로 응용이 가능할 것으로 기대된다.

Claims

전기전도성 지지기판 상층부에 형성된 그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 엔형 질화물계 클래드층, 질화물계 클래드층, 및 피형 질화물계 클래드층이 순차적으로 적층된 기본적인 발광구조체(basic light emitting structure)를 이용하여 피사이드 다운 구조의 질화물계 수직형 발광소자(p-side down structured vertical nitride-based light emitting device).
제 1 항에 있어서,

그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 3층(엔형 질화물계 클래드층, 질화물계 활성층, 피형 질화물계 클래드층)으로 형성되는 기본적인 질화물계 발광구조체(basic nitride-based light emitting structure) 이외에도, 그룹 3-5-4족 원소로 구성된 단결정, 다결정, 또는 비정질 반도체가 단층(single layer) 또는 다층(multi-layer) 형태로 제 1 터널정션층(first tunnel junction layer) 또는 제 2 터널정션층(second tunnel junction layer)이 각각 엔형 질화물계 클래드층(n-type nitride cladding layer) 또는 피형 질화물계 클래드층(p-type nitride cladding layer) 상부에 각각 또는 동시에 적층된 피사이드 다운 구조의 질화물계 수직형 발광소자(p-side down structured vertical nitride-based light emitting device).
제 2 항에 있어서,

그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 3층(엔형 질화물계 클래드층, 질화물계 활성층, 피형 질화물계 클래드층)으로 형성되는 기본적인 질화물계 발광구조체(basic nitride-based light emitting structure) 이외에도, 그룹 3-5-4족 원소로 구성된 단결정, 다결정, 또는 비정질 반도체가 단층(single layer) 또는 다층(multi-layer) 형태로 제 1 터널정션층(first tunnel junction layer) 또는 제 2 터널정션층(second tunnel junction layer)이 각각 엔형 질화물계 클래드층(n-type nitride cladding layer) 또는 피형 질화물계 클래드층(p-type nitride cladding layer) 상부에 각각 또는 동시에 적층/형성된 질화물계 발광구조체로서, 특히 엔형 질화물계 클래드층 상층부에 존재하는 제 1 터널정션층 상부에 또 다른 엔형 질화물계 클래드층이 다시 적증/성장된 피사이드 다운 구조의 질화물계 수직형 발광소자(p-side down structured vertical nitride-based light emitting device).
제 1, 2, 3 항에 있어서,

전기 및 열적으로 우수한 전도성을 띤 지지기판 상층부에 레이저 빔을 이용한 전기절연성 최초 성장기판(사파이어) 제거(laser lift-off : LLO) 및 전기전도성 지지기판 상층부에 웨이퍼 부착(wafer bonding) 또는 희생층(sacrifice layer)을 이용한 최초 성장기판 제거와 전기전도성 지지기판 상층부에 웨이퍼 부착(wafer bonding) 등의 여러 기술에 의해서 준비된 그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 발광구조체를 이용하여 제작된 피사이드 다운 구조의 질화물계 수직형 발광소자(p-side down structured vertical nitride-based light emitting device).
제 1, 2, 3, 4 항에 있어서,

상기 지지기판으로 열적 및 전기적으로 우수한 전도성인 실리콘(Si), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘저매니움(SiGe), 갈륨 아세나이드(GaAs), 아연산화물(ZnO), 인듐주석산화물(ITO), 주석산화물(SnO2), 인듐산화물(In2O3), 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN), 구리(Cu), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 또는 각종 금속들로 형성된 합금(alloy) 등의 물질을 물리, 화학, 열, 또는 전기화학적 방법을 통해서 제작된 피사이드 다운 구조의 질화물계 수직형 발광소자(p-side down structured vertical nitride-based light emitting device).
제 1, 2, 3, 4, 5 항에 있어서,

상기 질화물계 수직형 발광소자는 최상층인 엔형 오믹접촉 전극 및 엔형 전극패드가 엔형 질화물계 클래드층 또는 엔형 오믹접촉 전극의 정중앙 부분에 놓여 있는 구조가 아니라, 에칭공정 기술을 이용하여 엔형 질화물계 클래드층의 중앙 또는 가장자리를 에칭한 다음, 가장자리에 형성된 엔형 오믹접촉 전극 및 엔형 전극패드를 갖춘 피사이드 다운 구조의 질화물계 수직형 발광소자(p-side down structured vertical nitride-based light emitting device).
상기의 목적을 달성하기 위하여, 그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 새로운 발광다이오드 설계 및 에칭공정 기술을 이용하여 피사이드 다운 구조의 수직형 발광소자(p-side down structured vertical emitting device)의 제조방법에 있어서,

가. 최초 성장기판(사파이어) 상층부에 희생물질층(sacrifice material layer), 질화알루미늄(AlN), 또는 터널정션층(tunnel junction layer)을 포함한 그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 발광구조체 성장.

나. 상기 가 단계를 거친 3-5족 질화물계 발광구조체를 이용하여, (1) 고에너지원인 레이저 빔(laser beam)을 이용한 전기절연성 최초 성장기판(사파이어) 제거(laser lift-off : LLO)와 전기전도성 지지기판 상층부에 발광구조체 부착, (2) 희생물질층(sacrifice material layer)을 이용한 최초 성장기판(사파이어) 제거와 전 기전도성 지지기판 상층부에 발광구조체 부착; 등의 다양한 기술을 도입하여 전기전도성 지지기판층 상층부에 그룹 3-5족 질화물계 반도체로 구성된 발광구조체를 부착/형성시키는 단계와;

다. 상기 나 단계를 거친 3-5족 질화물계 발광구조체를 새로운 발광다이오드 설계에 따라서 포토리쏘그라피(photo-lithography) 공정 및 식각하는 에칭 공정(etching process) 단계와;

라. 상기 다 단계를 거친 단결정 질화물계 반도체 발광소자구조체에 양질의 고반사성 및 고투명성 전극물질 선택/증착하는 공정과 열처리(annealing) 공정 단계를; 포함한다.
제 7 항에 있어서,

엔형 및 피형 질화물계 클래드층 상층부에 각각 적층/형성된 제 1 및 2 터널정션층(first and second tunnel juction layer)은 각각 또는 동시에 생략된 발광구조체를 갖는 피사이드 다운 구조의 질화물계 수직형 발광소자(p-side down structured vertical nitride-based light emitting device).
제 7, 8 항에 있어서,

생성된 빛이 방출되어 나오는 방향에 형성되는 엔형 오믹접촉 전극 및 엔형 전극패드가 엔형 질화물계 클래드층 또는 엔형 오믹접촉 전극층 상층부의 정중앙 부분(central region)이 아니라, 반드시 가장자리 부분(edge region)에 형성된 피사이 드 다운 구조의 질화물계 수직형 발광소자(p-side down structured vertical nitride-based light emitting device).