KR20080047836A - 수직구조 질화물 반도체 발광 소자 및 제조방법 - Google Patents

수직구조 질화물 반도체 발광 소자 및 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수직구조 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이며, 본 발명의 일 측면은, 제1 도전형 질화물층 및 제2 도전형 질화물층과 그 사이에 형성된 활성층을 포함하며, 각각 상기 제1 및 제2 도전형 질화물층에 의해 제공되는 서로 대향하는 제1 및 제2 면을 갖는 발광구조물과, 상기 발광구조물의 제1 면의 일 영역에 형성된 전극부와, 상기 발광구조물의 제2 면에 형성된 고반사성 오믹콘택층과, 상기 고반사성 오믹콘택층 상에 형성되며, 상기 고반사성 오믹콘택층 영역이 노출되도록 다수의 오픈영역을 갖는 절연성 패턴구조로 이루어진 응력완화층 및 상기 다수의 오픈영역을 통해 상기 고반사성 오믹콘택층과 전기적으로 접속되도록 상기 응력완화층 상에 형성된 도전성 기판을 포함하며, 상기 응력완화층을 이루는 물질은 상기 도전성 기판을 이루는 물질보다 열팽창계수가 작은 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자를 제공한다. 본 발명에 따르면, 질화물인 발광구조물과 도전성 기판의 열팽창계수 차이로 인한 응력을 완화하여 광학적 특성과 신뢰성이 보다 향상된 수직구조 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 얻을 수 있다.
수직구조, 질화물 반도체, 발광소자, LED, 응력 완화, 절연막, 열팽창계수

Description

수직구조 질화물 반도체 발광 소자 및 제조방법{VERTICAL NITRIDE SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
도1은 종래 기술에 따른 수직구조 질화물 발광소자에서 발광구조물에 응력이 작용하는 모습을 설명하기 위한 단면도이다.
도2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 수직구조 질화물 반도체 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도3a 내지 도3f는 도2의 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조공정의 일 실시형태를 나타내는 공정별 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
21: n형 질화물 반도체층 22: 활성층
23: p형 질화물 반도체층 24: 고반사성 오믹콘택층
25: 금속배리어층 26: 고전도성 금속층
27: 응력완화층 28: 시드금속층
29: 도전성 기판 30a: 전극부
30b: 본딩전극 31:질화물 성장용 예비기판
본 발명은 수직구조 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 질화물인 발광구조물과 도전성 기판의 열팽창계수 차이로 인한 응력을 완화하여 광학적 특성과 신뢰성이 보다 향상된 수직구조 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
반도체 발광소자(Light Emitting Diode, LED)는 전류가 가해지면 p,n형 반도체의 접합 부분에서 전자와 정공의 재결합에 기하여, 다양한 색상의 빛을 발생시킬 수 있는 반도체 장치이다. 이러한 LED는 필라멘트에 기초한 발광소자에 비해 긴 수명, 낮은 전원, 우수한 초기 구동 특성, 높은 진동 저항 및 반복적인 전원 단속에 대한 높은 공차 등의 여러 장점을 갖기 때문에 그 수요가 지속적으로 증가하고 있으며, 특히, 최근에는, 청색 계열의 단파장 영역에서 발광이 가능한 III족 질화물 반도체가 각광을 받고 있다.
이러한 III족 질화물 반도체를 이용한 발광소자를 구성하는 질화물 단결정은 사파이어 또는 SiC 기판과 같이 특정의 단결정 성장용 기판 상에서 형성된다. 하지만, 사파이어와 같이 절연성 기판을 사용하는 경우에는 전극의 배열에 큰 제약을 받게 된다. 즉, 종래의 질화물 반도체 발광소자는 전극이 수평방향으로 배열되는 것이 일반적이므로, 전류흐름이 협소 해지게 된다. 이러한 협소한 전류 흐름으로 인해, 발광소자의 순방향 전압(Vf)이 증가하여 전류효율이 저하되며, 이와 더불어 정전기 방전(Electrosta-tic discharge)에 취약해지는 문제가 있다.
상기 문제를 해결하기 위해서, 수직구조를 갖는 질화물 반도체 발광소자가 요구된다. 하지만, 수직구조를 갖는 질화물 반도체 발광소자는 그 상하면에 전극을 형성하기 위해서는, 사파이어와 같은 절연성 예비기판을 제거하는 공정이 수반되어야 한다.
종래 기술에 따른 발광구조물로부터 사파이어 예비기판을 제거하는 공정은, 질화물 단결정 발광구조물 상에 도전성 접착층을 사용하여 도전성 지지기판을 부착한 후, 레이저 리프트오프 공정(Laser lift-off)에 의해 사파이어 예비기판을 제거하는 방식이다.
하지만, 상기 도전성 지지기판으로 주로 사용되는 구리의 열팽창계수는 약 16 × 10-6 /K 인데 반하여, 상기 발광구조물을 구성하는 주요 물질인 GaN 단결정의 열팽창계수는 약 5.9 × 10-6 /K 으로서 큰 차이를 보인다.
도1은 종래 기술에 따른 수직구조 질화물 발광소자에서 발광구조물에 응력이 작용하는 모습을 설명하기 위한 단면도이다. 도1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 수직구조 질화물 발광소자(10)는 제1 도전형 질화물층(11)과 제2 도전형 질화물층(13) 및 그 사이에 형성된 활성층(12)으로 이루어진 발광구조물을 포함한다. 또한, 상기 발광구조물 하면에 순차적으로 형성된 반사금속층(14) 및 도전성 지지기판(15)을 포함하며, 설명의 편의상 미도시 하였으나, 상기 제1 도전형 질화물층(11)의 상면과 상기 도전성 지지기판(15) 하면에 형성된 전극부를 포함한다. 도시하지 않았다. 여기서, 상술한 바와 같이 도전성 지지기판과 GaN 단결정의 열팽창 계수 차이로 인해, 상기 레이저 리프트오프 공정 또는 발광소자의 작동 시 발생하는 열에 의하여 상기 GaN 단결정층에는 인장응력(T)가 작용하며, 반대로, 냉각 시에는 압축응력(C)이 작용한다.
이로 인하여 종래 기술에 따른 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 광학적 특성 및 신뢰성 저하를 가져오는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 일 목적은 질화물인 발광구조물과 도전성 기판의 열팽창계수 차이로 인한 응력을 완화하여 광학적 특성과 신뢰성이 보다 향상된 수직구조 질화물 반도체 발광소자를 제공하는데 있다. 다른 측면은 상기 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면은,
제1 도전형 질화물층 및 제2 도전형 질화물층과 그 사이에 형성된 활성층을 포함하는 발광구조물과, 상기 발광구조물에서 상기 제1 도전형 질화물층의 노출면의 일 영역에 형성된 전극부와, 상기 발광구조물에서 상기 제2 도전형 질화물층의 노출면에 형성된 고반사성 오믹콘택층과, 상기 고반사성 오믹콘택층 상에 형성되며, 상기 고반사성 오믹콘택층 영역이 노출되도록 다수의 오픈영역을 갖는 절연성 패턴구조로 이루어진 응력완화층 및 상기 다수의 오픈영역을 통해 상기 고반사성 오믹콘택층과 전기적으로 접속되도록 상기 응력완화층 상에 형성된 도전성 기판을 포함하며, 상기 응력완화층을 이루는 물질은 상기 도전성 기판을 이루는 물질보다 열팽창계수가 작은 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.
추가적으로, 상기 고반사성 오믹콘택층과 상기 응력완화층 사이에 형성된 금속배리어층을 더 포함하며, 상기 도전성 기판은 상기 다수의 오픈영역을 통해 상기 금속배리어층과 전기적으로 접속되는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 금속 배리어층은, 텅스텐(W)계 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 금속배리어층과 상기 응력완화층 사이에 상기 금속배리어층의 전기전도도보다 큰 전기전도도를 갖는 고전도성 금속층을 더 포함하며, 상기 도전성 기판은 상기 다수의 오픈영역을 통해 상기 고전도성 금속층과 전기적으로 접속되는 것일 수 있다. 이 경우, 상기 고전도성 금속층은 Au으로 이루어지는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 도전성 기판은 도금층이고, 상기 다수의 오픈영역을 통해 상기 고전도성 금속층과 접촉하며 상기 응력완화층 상에 형성된 시드금속층을 더 포함하는 것일 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 상기 시드금속층은 Au으로 이루어질 수 있다.
본 발명에서 채용된 상기 응력완화층은 발광구조물과 도전성 기판의 열팽창계수 차이로 인한 발광구조물에 작용하는 응력을 완화하는 기능을 하며, 상기 응력완화층은, 유기물질, 예를 들면, Polymide 등의 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 응력완화층은, 무기물질로도 이루어질 수 있으며, 이 경우, SiO2, Al2O3, SiN으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 한편, 상기 응력완화층의 두께는, 4000 ~ 8000Å인 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에서, 상기 도전성 기판은, 금속으로 이루어질 수 있으며, 더욱 바람직하게는, Cu, Ni, Au, W 및 Ti으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 도전성 기판의 두께는 50 ~ 100㎛의 범위가 바람직하다.
본 발명에서 채용된 상기 고반사성 오믹콘택층은 Ag, Ni, Al, Ph, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 및 그 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 도전형 질화물층은, n형 불순물이 도핑된 질화물 반도체층이며, 상기 제2 도전형 질화물층은 p형 불순물이 도핑된 질화물 반도체층인 것일 수 있다.
본 발명의 다른 측면은,
질화물 단결정 성장용 예비기판 상에 제1 도전형 질화물층, 활성층 및 제2 도전형 질화물층을 순차적으로 성장시키는 단계와, 상기 제2 도전형 질화물층 상에 고반사성 오믹콘택층을 형성하는 단계와, 상기 고반사성 오믹콘택층 상에 상기 고반사성 오믹콘택층 영역이 노출되도록 다수의 오픈영역을 갖는 절연성 패턴구조로 이루어진 응력완화층을 형성하는 단계와, 상기 응력완화층 상에 상기 다수의 오픈영역을 통해 고반사성 오믹콘택층과 전기적으로 접속되도록 도전성 기판을 형성하는 단계와, 상기 제1 도전형 질화물층이 노출되도록 상기 예비기판을 제거하는 단계 및 상기 제1 도전형 질화물층의 노출된 영역 중 일부 영역에 전극부를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 응력완화층을 이루는 물질은 상기 도전성 기판을 이루는 물질보다 열팽창계수가 작은 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자 제조방법을 제공한다.
이 경우, 상기 예비기판을 제거하는 단계는, 레이저 리프트오프 공정에 의하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 보다 상세하게 설명한다.
도2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 수직구조 질화물 반도체 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도2을 참조하면, 본 실시 형태에 따른 수직구조 질화물 반도체 발광소자(20)는, n형 질화물 반도체층(21) 및 p형 질화물 반도체층(23)과 그 사이에 형성된 활성층(22)으로 구성된 발광구조물을 포함하며, 상기 발광구조물에서 상기 n형 질화물 반도체층(21)의 노출면의 일 영역에 형성된 전극부(30a)와 상기 p형 질화물 반도체층(23)의 노출면에 순차적으로 형성된 고반사성 오믹콘택층(24), 금속배리어층(25), 고전도성 금속층(26), 응력완화층(27), 시드금속층(28), 도전성 기판(29) 및 본딩전극(30b)을 포함한다. 본 발명에서, 상기 '발광구조물'은, 상기 n형 질화물 반도체층(21), 활성층(22), p형 질화물 반도체층(23)이 순차적으로 적층되어 형성된 구조물 의미한다.
본 실시 형태에서 채용된 상기 n형 질화물 반도체층(21) 및 p형 질화물 반도체층(23)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 n형 불순물 및 p형 불순물이 도핑된 반도체 물질로 이루어질 수 있으며, 대표적으로, GaN, AlGaN, InGaN이 있다. 또한, 상기 n형 불순물로 Si, Ge, Se, Te 또는 C 등이 사용될 수 있으며, 상기 p형 불순물로는 Mg, Zn 또는 Be 등이 대표적이다.
상기 n형 및 p형 질화물 반도체층(21,23)은 유기금속 기상증착법(MOCVD), 분자빔성장법(MBE) 및 하이브리드 기상증착법(HVPE)등으로 성장될 수 있다.
상기 활성층(22)은 가시광(약 350∼680㎚ 파장범위)을 발광하기 위한 층일 수 있으며, 단일 또는 다중 양자 웰 구조를 갖는 언도프된 질화물 반도체층으로 구성된다. 상기 활성층은 상기 n형 및 p형 질화물 반도체층(21,23)과 같이 유기금속 기상증착법(MOCVD), 분자빔성장법(MBE) 및 하이브리드 기상증착법(HVPE)등으로 성장될 수 있다.
상기 고반사성 오믹콘택층(24)은, 바람직하게는 70% 이상의 반사율을 가지며, 상기 p형 질화물 반도체층(23)과의 오믹콘택을 형성한다. 이러한 고반사성 오믹콘택층(24)은 Ag, Ni, Al, Ph, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 및 그 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 적어도 하나의 층으로 형성될 수 있다. 바람직하게 상기 고반사성 오믹콘택층(24)은 Ni/Ag, Zn/Ag, Ni/Al, Zn/Al, Pd/Ag, Pd/Al, Ir/Ag. Ir/Au, Pt/Ag, Pt/Al 또는 Ni/Ag/Pt로 형성될 수 있다.
상기 금속 배리어층(25)은 본딩전극물질과 오믹콘택층물질의 계면에서 융화되어 오믹콘택 특성(특히, 반사율 및 접촉저항)을 저하하는 것을 방지하기 위한 층으로 채택된다. 이러한 금속 배리어층(25)은 텅스텐 합금으로 이루어질 수 있으며, 구체적으로, TiW 또는 Ti/TiW으로 이루어질 수 있다.
특히, 상기 고반사성 오믹콘택층(24)이 Ag를 포함한 경우에 Ag의 이동(migration)으로 인한 누설전류의 발생을 효과적으로 방지할 수 있는 이점이 있다. 나아가, 소정의 반사율을 갖는 상기 금속 배리어층(25)은 고반사성 오믹콘택층(24)의 반사역할을 보조하는 역할을 수행할 수도 있다,
한편, 상기 고전도성 금속층(26)은 상대적으로 전기전도도가 낮은 상기 금속배리어층(25)와 인접하여 형성되며, 상기 금속배리어층(25) 전기전도도보다 큰 전기전도도를 갖는다. 구체적으로 상기 고전도성 금속층(26)은 Au으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 금속배리어층(25)과 상기 고전도성 금속층(26)의 계면에서는 전기전도도가 큰 차이를 보이므로, 전류 분산효과를 높일 수 있다.
상기 응력완화층(27)은 상기 고전도 금속층(26) 상에 형성되며, 상기 고전도 금속층(26) 영역이 노출되도록 다수의 오픈영역을 갖는 절연성 패턴구조로 이루어진다. 또한, 상기 응력완화층(27)의 열팽창계수는 상기 도전성 기판(29)의 열팽창계수보다 작은 물질이 채용되므로, 상기 발광구조물과 도전성 기판(29)의 열팽창계수 차이로 인해 상기 발광구조물에 작용하는 응력을 완화할 수 있다. 예를 들어, 상기 도전성 기판(29)으로 주로 사용되는 구리의 열팽창계수는 약 16 × 10-6 /K 이고, 상기 발광구조물을 구성하는 주요 물질인 GaN 단결정의 열팽창계수는 약 5.9 × 10-6 /K 으로서 큰 차이를 보여, 상기 GaN 단결정에는 큰 응력이 작용할 수 있 다. 따라서, 열팽창계수가 약 2.6 × 10-6 /K 인 SiO2를 응력완화층으로 채용하면, 작용하는 응력의 크기를 줄일 수 있으며, 전기가 통할 수 있는 도통 구조를 확보하기 위해 상기 오픈영역을 통하여 상기 도전성 기판이 GaN 단결정과 전기적으로 접속되도록 할 수 있다.
상기 응력완화층(27)은, 폴리마이드(Polymide)와 같은 유기물질 또는 SiO2, Al2O3, SiN 와 같은 무기물질로 이루어질 수 있다. 또한, 도시하지는 않았으나, 금속 상에 절연물질인 응력완화층(27)을 용이하게 형성하기 위하여, TiO 등의 산화막을 상기 고전도성 금속층(26)과 응력완화층(27) 사이에 형성할 수도 있다.
또한, 상기 응력완화층(27)이 효율적으로 응력완화 기능을 수행하기 위해 상기 도전성 기판(29)과의 관계를 고려하면, 상기 응력완화층의 두께(t1)는, 4000 ~ 8000Å인 것이 바람직하며, 1㎛ 보다 두껍지 않은 것이 적당하다.
상기 도전성 기판(29)은 최종 발광소자에 포함되는 요소로서, 상기 수직구조 질화물 반도체 발광소자(20)의 p측 전극 역할과 함께 상기 발광구조물을 지지하는 지지체의 역할을 수행한다. 따라서, 상기 도전성 기판(29)은 전기전도도가 높은 것이 바람직하므로, 금속이 일반적으로 채용될 수 있다. 구체적으로, 상기 도전성 기판(29)는 Cu, Ni, Au, W 및 Ti으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 도전성 기판(29)은 증착, 도금 공정 등을 통하여 형성될 수 있으 며, 공정 효율 측면에서 도금 공정이 바람직하다. 따라서, 상기 도전성 기판이 도금층인 경우에는 시드금속층(28)이 필요할 수 있다. 상기 시드금속층(28)은 상기 응력완화층(27)의 다수의 오픈영역을 통해 상기 고전도성 금속층(26)과 접촉하도록 형성되며, Au으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 도전성 기판의 두께(t2)는 50 ~ 100㎛의 범위가 바람직하다.
마지막으로 본딩전극(30b)은 최외곽 전극층으로, 일반적으로 Au 또는 Au를 함유한 합금으로 이루어진다. 이러한 p측 본딩전극(30b)은 통상적인 금속층 성장방법인 증착법 또는 스퍼터링공정에 의해 형성될 수 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 제조공정의 일 실시형태를 도3a 내지 도3e를 참조하여 설명한다.
도3a 내지 도3f는 도2의 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조공정의 일 실시형태를 나타내는 공정별 단면도이다.
우선, 도3a와 같이, 질화물 단결정 성장용 예비기판인 사파이어 기판(30) 상에 순차적으로 n형 질화물 반도체층(21), 활성층(22), p형 질화물 반도체층(23)을 성장시킨다.
상기 사파이어 기판(30)은, 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 방향의 격자상수가 13.001Å , a축 방향으로는 4.765Å의 격자간 거리를 가지며, 사파이어 면방향(orientation plane)으로는 C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등을 갖는다. 이러한 상기 사파이어 기판(30)의 C면의 경우 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 성장용 기판으로 주로 사용된다.
또한, 상술한 바와 같이, 상기 n형 질화물 반도체층(21), 활성층(22), p형 질화물 반도체층(23)은 공지된 질화물 성장 공정인 유기금속 기상증착법(MOCVD), 분자빔성장법(MBE) 및 수소화물 기상증착법(HVPE) 등으로 성장될 수 있다.
이어서, 상기 p형 질화물 반도체층(23) 상에 순차적으로 고반사성 오믹콘택층(24), 금속배리어층(25), 고전도성 금속층(26)을 형성한다. 상기 금속층들은 통상적인 금속층 성장방법인 증착법 또는 스퍼터링 공정에 의해 형성될 수 있다. 특히, 상기 고반사성 오믹콘택층(24)은 오믹콘택 특성을 향상시키기 위해서 약 400∼900℃의 온도에서 열처리될 수 있다. 또한, 상기 금속 배리어층(25)은 다른 전극과 같이 통상의 증착법 또는 스퍼터링공정으로 형성되며, 밀착력을 향상시키기 위해, 약 300℃의 온도에서 수십 초 내지 수 분간 열처리될 수 있다.
이어, 도3b와 같이, 상기 고전도성 금속층(26) 상에 응력완화층(27)을 형성한다. 상기 응력완화층(27)은 SiO2 등의 열팽창계수가 작으면서 절연물질이 채용되므로, 도시하지는 않았으나, 상기 고전도성 금속층(26) 상에 TiO 등의 산화막을 형성한 후에 상기 응력완화층(27)을 형성할 수 있다.
다음으로, 도3c와 같이, 상기 응력완화층(27) 상에 상기 응력완화층(27)의 다수의 오픈영역을 통해 상기 고전도성 금속층(26)과 접촉하도록 시드금속층(28)을 형성한다. 상기 시드금속층(28)은 증착 공정을 통하여 형성될 수 있으며, 예를 들면, APCVD(Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposision), LPCVD(Low Pressure Chemical Deposition), PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 구리나 고순도 알루미늄(Al2O3) 등을 이용한 금속박막증착 등이 사용될 수 있다. 이 경우, 상기 시드금속층(28)은 상기 응력완화층(27)이 형성된 영역을 중심으로 형성되어 상기 오픈영역 방향으로 진행하며, 도3c에 도시된 바와 같이, 상기 오픈영역에서 오목한 형태를 가질 수 있다.
이어서, 도3d와 같이, 상기 시드금속층(28) 상에 도전성 기판(29)을 형성한다. 상기 도전성 기판(29)은 Cu, Ni, Au, Ti, W 등의 금속으로 이루어지며, 도금 공정으로 형성될 수 있다. 상기 도금 공정은 전해도금, 비전해도금, 증착도금 등 금속층을 형성하는데 사용되는 공지의 도금 공정을 포함하며, 이 중에서, 도금 시간이 적게 소요되는 전해도금법을 이용하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도3e와 같이, 레이저 리프트오프 공정, 즉, 상기 사파이어 기판(30) 하면으로 레이저빔(L)을 조사하여 상기 발광구조물로부터 상기 사파이어 기판(30)을 제거한다. 상기 레이저빔(L)은 사파이어 기판(30)의 전면에 조사되는 것 이 아니라, 상기 사파이어 기판(30) 상에 형성된 최종 발광소자의 크기로 분리된 발광구조물 각각에 정렬되어 복수 회 조사되는 것이 바람직하다. 상기 사파이어 기판(30)을 제거하는 단계는 본 실시 형태와 같이 레이저 리프트오프 공정이 가장 바람직하나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 다른 기계적 또는 화학적 공정을 통하여서도 분리가 가능하다.
마지막으로, 도3f와 같이, 상기 발광구조물의 제1면, 즉, 상기 n형 질화물 반도체층(21) 상의 일 영역에 전극부(30a)를 형성하고, 상기 도전성 기판(29) 하면에 본딩전극(30b)을 형성한다. 상기 전극구조의 형성 과정 역시, APCVD, LPCVD, PECVD 등을 이용한 금속박막증착 등이 사용될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 질화물인 발광구조물과 도전성 기판의 열팽창계수 차이로 인한 응력을 완화하여 광학적 특성과 신뢰성이 보다 향상된 수직구조 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 얻을 수 있다.

Claims (33)

  1. 제1 도전형 질화물층 및 제2 도전형 질화물층과 그 사이에 형성된 활성층을 포함하는 발광구조물;
    상기 발광구조물에서 상기 제1 도전형 질화물층의 노출면의 일 영역에 형성된 전극부;
    상기 발광구조물에서 상기 제2 도전형 질화물층의 노출면에 형성된 고반사성 오믹콘택층;
    상기 고반사성 오믹콘택층 상에 형성되며, 상기 고반사성 오믹콘택층 영역이 노출되도록 다수의 오픈영역을 갖는 절연성 패턴구조로 이루어진 응력완화층; 및
    상기 다수의 오픈영역을 통해 상기 고반사성 오믹콘택층과 전기적으로 접속되도록 상기 응력완화층 상에 형성된 도전성 기판을 포함하며,
    상기 응력완화층을 이루는 물질은 상기 도전성 기판을 이루는 물질보다 열팽창계수가 작은 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고반사성 오믹콘택층과 상기 응력완화층 사이에 형성된 금속배리어층을 더 포함하며, 상기 도전성 기판은 상기 다수의 오픈영역을 통해 상기 금속배리어층과 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 금속 배리어층은, 텅스텐(W)계 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 금속배리어층과 상기 응력완화층 사이에 상기 금속배리어층의 전기전도도보다 큰 전기전도도를 갖는 고전도성 금속층을 더 포함하며, 상기 도전성 기판은 상기 다수의 오픈영역을 통해 상기 고전도성 금속층과 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고전도성 금속층은 Au으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 도전성 기판은 도금층이며, 상기 다수의 오픈영역을 통해 상기 고전도성 금속층과 접촉하며 상기 응력완화층 상에 형성된 시드금속층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 시드금속층은 Au으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 응력완화층은, 유기물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 응력완화층은, 무기물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 응력완화층은, SiO2, Al2O3, SiN으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 응력완화층의 두께는 4000 ~ 8000Å인 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 기판은, 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 도전성 기판은 Cu, Ni, Au, W 및 Ti으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 기판의 두께는 50 ~ 100㎛인 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 고반사성 오믹콘택층은 Ag, Ni, Al, Ph, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 및 그 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 적어도 하나의 층을포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도전형 질화물층은, n형 불순물이 도핑된 질화물 반도체층이며, 상기 제2 도전형 질화물층은 p형 불순물이 도핑된 질화물 반도체층인 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
  17. 질화물 단결정 성장용 예비기판 상에 제1 도전형 질화물층, 활성층 및 제2 도전형 질화물층을 순차적으로 성장시키는 단계;
    상기 제2 도전형 질화물층 상에 고반사성 오믹콘택층을 형성하는 단계;
    상기 고반사성 오믹콘택층 상에 상기 고반사성 오믹콘택층 영역이 노출되도록 다수의 오픈영역을 갖는 절연성 패턴구조로 이루어진 응력완화층을 형성하는 단계;
    상기 응력완화층 상에 상기 다수의 오픈영역을 통해 고반사성 오믹콘택층과 전기적으로 접속되도록 도전성 기판을 형성하는 단계;
    상기 제1 도전형 질화물층이 노출되도록 상기 예비기판을 제거하는 단계; 및
    상기 제1 도전형 질화물층의 노출된 영역 중 일부 영역에 전극부를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 응력완화층을 이루는 물질은 상기 도전성 기판을 이루는 물질보다 열팽창계수가 작은 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 고반사성 오믹콘택층을 형성하는 단계와 상기 응력완화층을 형성하는 단계 사이에, 상기 고반사성 오믹콘택층 상에 금속배리어층을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 도전성 기판은 상기 다수의 오픈영역을 통해 상기 금속배리어층과 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 금속배리어층은, 텅스텐(W)계 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 응력완화층 형성하는 단계와 상기 금속배리어층을 형성하는 단계 사이에 상기 금속배리어층의 전기전도도보다 큰 전기전도도를 갖는 고전도성 금속층을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 도전성 기판은 상기 다수의 오픈영역을 통해 상기 고전도성 금속층과 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 고전도성 금속층은 Au으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 도전성 기판을 형성하는 단계는 도금공정이며, 상기 응력완화층을 형성 하는 단계 후, 상기 다수의 오픈영역을 통해 상기 고전도성 금속층과 접촉하며 상기 응력완화층 상에 시드금속층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 시드금속층은 Au으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  24. 제17항에 있어서,
    상기 응력완화층은, 유기물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  25. 제17항에 있어서,
    상기 응력완화층은, 무기물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 응력완화층은, SiO2, Al2O3, SiN으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  27. 제17항에 있어서,
    상기 응력완화층을 형성하는 단계는, 상기 응력완화층의 두께가 4000 ~ 8000Å이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  28. 제17항에 있어서,
    상기 도전성 기판은, 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  29. 제18항에 있어서,
    상기 도전성 기판은 Cu, Ni, Au, W 및 Ti으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  30. 제17항에 있어서,
    상기 도전성 기판을 형성하는 단계는, 상기 도전성 기판의 두께가 50 ~ 100㎛이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  31. 제17항에 있어서,
    상기 고반사성 오믹콘택층을 형성하는 단계는 Ag, Ni, Al, Ph, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 및 그 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 적어 도 하나의 층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  32. 제17항에 있어서,
    상기 제1 도전형 질화물층은, n형 불순물이 도핑된 질화물 반도체층이며, 상기 제2 도전형 질화물층은 p형 불순물이 도핑된 질화물 반도체층인 것을 특징으로 하는 수직구조 반도체 발광소자 제조방법.
  33. 제17항에 있어서,
    상기 예비기판을 제거하는 단계는, 레이저 리프트오프 공정에 의하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
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