KR20090108506A

KR20090108506A - 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20090108506A
Application number: KR20080033967A
Authority: KR
Inventors: 송준오
Original assignee: 송준오
Priority date: 2008-04-12
Filing date: 2008-04-12
Publication date: 2009-10-15
Also published as: KR101480552B1

Abstract

본 발명은 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자의 발광면인 상부 질화물계 클래드층의 상면에 제1 및 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층(current spreading layer)로 구성된 박막구조체를 구비하는 것이 특징인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자 및 이의 제조 방법을 제공한다.

상세하게 말하자면, 본 발명은 발광다이오드 소자용 발광구조체의 상부 질화물계 클래드층인 p형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1) 반도체 상면에 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층인 그룹 3족 질화물계 전도성 박막구조체와 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층인 투명전도성 박막구조체로 구성된 오믹접촉 커런트스프레딩층을 성장 형성하기에 앞서, 상기 상부 질화물계 클래드층인 p형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1) 반도체와 오믹접촉 커런트스프레딩층 사이에 슈퍼래티스 구조(superlattice structure)를 개재하여 수직방향으로의 전류 주입을 용이하게 하여 구동 전압 및 외부 발광 효율을 비롯한 발광다이오드 소자의 전체적인 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체, 그룹 3족 질화물계 전도성 박막구조체, 투명전도성 박막구조체, 오믹접촉 커런트스프레딩층, 광추출 구 조, 표면 요철

Description

그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자 및 이의 제조 방법{group 3 nitride-based semiconductor light emitting diodes and methods to fabricate them}

본 발명은 발광다이오드 소자용 발광구조체의 상부 질화물계 클래드층인 p형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1) 반도체 상면에 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층인 그룹 3족 질화물계 전도성 박막구조체와 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층인 투명전도성 박막구조체로 구성된 오믹접촉 커런트스프레딩층을 성장 형성하기에 앞서, 상기 상부 질화물계 클래드층인 p형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1) 반도체와 제1 및 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층으로 구성된 박막구조체 사이에 슈퍼래티스 구조(superlattice structure)를 삽입하여 수직방향으로의 전류 주입(current injection)을 용이하게 하는 동시에, 상기 오믹접촉 커런트스프레딩층 상면에 표면 요철 공정을 도입하여 구동 전압 및 외부 발광 효율을 비롯한 발광다이오드 소자의 전체적인 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

발광다이오드(light emitting diode; LED) 소자는 일정한 크기의 순방향 전류를 인가하면 고체 발광구조체 내의 활성층에서 전류가 광으로 변환되어 빛을 발 생시킨다. 초창기 LED 소자 연구 개발은 인듐인(InP), 갈륨비소(GaAs), 갈륨인(GaP)등의 화합물 반도체를 p-i-n 접합구조로 형성한다. 상기 LED는 녹색 빛의 파장 보다 더 긴 파장대의 가시광선 영역대의 빛을 발광하는 반면에, 최근 들어 그룹 3족 질화물계 반도체 물질계의 연구 개발에 힘입어 청색 및 자외선 광을 발광하는 소자도 상용화됨으로서 표시장치, 광원용 장치, 환경 응용장치에 널리 이용되고 있으며, 더 나아가서는 적, 녹, 청색의 3개 LED 소자 칩을 조합하거나, 또는 단파장의 펌핑 발광다이오드(pumping LED) 소자에 형광체(phosphor)를 접목하여 백색을 발광하는 백색광원용 LED가 개발되어 조명장치로도 그 응용범위가 넓어지고 있다. 특히, 고체 단결정 반도체를 이용한 LED 소자는 전기에너지를 빛에너지로 변환하는 효율이 높고 수명이 평균 5년 이상으로 길며 에너지 소모와 유지보수 비용을 크게 절감할 수 있는 장점이 있어서 차세대 조명용 백색광원 분야에서 주목받고 있다.

이와 같은 그룹 3족 질화물계 반도체 물질계로 제조된 발광다이오드(이하, 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드) 소자는 일반적으로 절연성 성장기판(대표적으로, 사파이어) 상부에 성장되어 제조되기 때문에, 다른 그룹 3-5족 화합물계 반도체 발광다이오드 소자와 같이 성장기판의 서로 반대면에 대향하는 두 전극을 설치할 수 없어, LED 소자의 두 전극을 결정 성장된 반도체 물질계 상부에 형성해야 한다. 이러한 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자의 종래 구조가 도 5와 도 7에 개략적으로 예시되어 있다.

우선 먼저, 도 5를 참조하면, 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자는 사파이어 성장기판(10)과 상기 성장기판(10) 상면에 순차적으로 성장 형성된 n 형 도전성의 반도체 물질로 이루어진 하부 질화물계 클래드층(20), 질화물계 활성층(30) 및 p형 도전성의 반도체 물질로 이루어진 상부 질화물계 클래드층(40)을 포함한다. 상기 하부 질화물계 클래드층(20)은 n형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1) 반도체 다층으로 이루어질 수 있으며, 상기 질화물계 활성층(30)은 다중양자우물(multi-quantum well) 구조의 다른 조성으로 구성된 그룹 3족 질화물계 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1)인 반도체 다층으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 상부 질화물계 클래드층(40)은 p형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1) 반도체 다층으로 구성될 수 있다. 일반적으로, 상기 그룹 3족 질화물계 반도체 단결정으로 형성된 하부 질화물계 클래드층/질화물계 활성층/상부 질화물계 클래드층(20, 30, 40)은 MOCVD, MBE, HVPE, sputter, 또는 PLD 등의 장치를 이용하여 성장될 수 있다. 이때, 상기 하부 질화물계 클래드층(20)인 n형 In x Al y Ga 1-x-y N 반도체를 성장하기에 앞서, 사파이어 성장기판(10)과의 격자정합을 향상시키기 위해, AlN 또는 GaN와 같은 버퍼층(201)을 그 사이에 형성할 수도 있다.

상기한 바와 같이, 상기 사파이어 성장기판(10)은 전기절연성 물질이므로, LED 소자의 두 전극을 모두 단결정 반도체 성장방향인 동일한 상면에 형성해야 하며, 이를 위해서는 상부 질화물계 클래드층(40)과 질화물계 활성층(30)의 일부 영역을 에칭(즉, 식각)하여 하부 질화물계 클래드층(20)의 일부 상면 영역을 대기에 노출시키고, 대기에 노출된 상기 하부 질화물계 클래드층(20)인 n형 In x Al y Ga 1-x-y N 반도체 상면에 n형 오믹접촉(ohmic contact interface) 전극 및 전극패드(80)를 형성한다.

특히, 상기 상부 질화물계 클래드층(40)은 낮은 캐리어 농도(carrier concentration) 및 작은 이동도(mobility)로 인하여 상대적으로 높은 면저항을 갖고 있기 때문에, p형 전극(70)을 형성하기에 앞서, 양질의 오믹접촉 커런트스프레딩층(50)을 형성할 수 있는 추가적인 물질이 요구된다. 이에 대하여, 미국특허 US5,563,422에서는, 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체의 상층부에 위치한 상부 질화물계 클래드층(40)인 p형 In x Al y Ga 1-x-y N(40) 반도체 상면에 p형 전극(80)을 형성하기 전, 수직방향으로의 비접촉 저항이 낮은 오믹접촉 계면(ohmic contact interface)을 형성하는 오믹접촉 커런트스프레딩층(50)을 형성하기 위해 산화시킨 니켈-금(Ni-O-Au)로 구성된 물질을 제안하였다.

상기 오믹접촉 커런트스프레딩층(50)은 상부 질화물계 클래드층(40)인 p형 In x Al y Ga 1-x-y N 반도체 상면에 위치하면서 수평방향으로의 전류 퍼짐(current spreading)을 향상시키면서도 동시에, 수직방향으로의 낮은 비접촉 저항을 갖는 오믹접촉 계면을 형성하여 효과적인 전류 주입(current injection)을 할 수 있어, 발광다이오드 소자의 전기적인 특성을 향상시킨다. 그러나 산화시킨 니켈-금으로 구성된 오믹접촉 커런트스프레딩층(50)은 열처리를 거친 후에도 평균 70%의 낮은 투과율을 보이며, 이러한 낮은 빛 투과율은 해당 발광다이오드 소자에서 생성된 빛을 외부로 방출될 때, 많은 양의 빛을 흡수하여 전체 외부 발광 효율을 감소시키게 한다.

상기한 바와 같이, 오믹접촉 커런트스프레딩층(50)의 높은 빛 투과율을 통한 고휘도 발광다이오드 소자를 얻기 위한 방안으로, 최근 들어 상기 산화시킨 니켈- 금(Ni-O-Au) 물질을 비롯한 각종 반투명성 금속 또는 합금으로 형성된 오믹접촉 커런트스프레딩층(50) 대신에 투과율이 평균 90% 이상인 것으로 알려진 ITO(indium tin oxide) 또는 ZnO(zinc oxide) 등의 투명 전도성 물질로 형성하는 방안이 제안되었다. 그런데, 상기한 투명 전기전도성 물질은 상부 질화물계 클래드층(40)인 p형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1) 반도체(~7.5 eV 이상)에 비해 작은 일함수(4.7~6.1eV), 그리고 p형 In x Al y Ga 1-x-y N 반도체 상면에 직접적으로 증착하고 열처리를 포함한 후속 공정을 행한 후에 오믹접촉 계면이 아니라 비접촉 저항이 큰 쇼키접촉 계면(schottky contact interface)을 형성하고 있어, 상기한 문제점을 해결할 수 있는 새로운 투명 전도성 물질 또는 제조 공정이 필요하다.

상기한 ITO 또는 ZnO 등의 투명 전도성 물질이 상기 상부 질화물계 클래드층(40)인 p형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1) 반도체 상면에서의 양호한 오믹접촉 커런트스프레딩층(50)으로서 역할을 이행할 수 있도록, 최근에 Y. K. Su 등은 여러 문헌에서 상기한 투명 전기전도성 물질을 상부 질화물계 클래드층(40)인 p형 In x Al y Ga 1-x-y N (0≤x, 0≤y, x+y≤1) 반도체 상면에 직접적 증착 형성하기에 앞서, 슈퍼래티스 구조(superlattice structure)를 개재하여 오믹접촉 계면을 갖는 커런트스프레딩층(50) 형성 기술을 제안하였다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 슈퍼래티스 구조(superlattice structure)는 다중양자우물 구조(multi-quantum well structure)에서 우물(well, b1)과 장벽(barrier, a1)의 두층(a1, b1)이 한쌍(one pair)으로 주기적으로 반복된 점은 유사하나, 상기 다중양자우물 구조의 장벽(a1) 두께는 우물(b1) 두께에 비해서 상대 적으로 두꺼운 반면에, 상기 슈퍼래티스 구조를 구성하고 있는 두층(a2, b2)은 모두 5nm 이하의 얇은 두께를 지니고 있다. 상기한 특징으로 인하여, 상기 다중양자우물 구조는 캐리어인 전자 또는 정공을 두꺼운 장벽(a1) 사이에 위치하는 우물(b1)에 가두는(confinement) 역할과는 달리, 상기 슈퍼래티스 구조는 전자 또는 정공의 흐름(transport)을 용이하게 도와주는 역할을 한다.

Y. K. Su 등이 제안한 슈퍼래티스 구조를 이용하여 오믹접촉 커런트스프레딩층(60)을 구비하고 있는 발광다이오드 소자를 도 7을 참조하여 설명하면, 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자는 사파이어 성장기판(10)과 상기 성장기판(10) 상면에 형성된 n형 도전성의 반도체 물질로 이루어진 하부 질화물계 클래드층(20), 질화물계 활성층(30), p형 도전성의 반도체 물질로 이루어진 상부 질화물계 클래드층(40), 및 슈퍼래티스 구조(90)를 포함한다. 특히, 상기 슈퍼래티스 구조(90)는 상기 하부 질화물계 클래드층(20), 질화물계 활성층(30), 및 상부 질화물계 클래드층(40)과 동일한 성장 장비로 인시츄(in-situ) 상태에서 성장 형성한다. 상기 하부 질화물계 클래드층(20)은 n형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1) 반도체 다층으로 이루어질 수 있으며, 상기 질화물계 활성층(30)은 다중양자우물(multi-quantum well)구조의 다른 조성으로 구성된 그룹 3족 질화물계 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1) 반도체 다층으로 이루어질 수 있다. 상기 상부 질화물계 클래드층(40)은 p형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1) 반도체 다층으로 구성될 수 있다. 또한, 상기 슈퍼래티스 구조(90)는 다른 조성(composition)으로 구성된 그룹 3족 질화물계 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1) 반도체 또는 다른 도판트(dopant)를 갖는 그룹 3족 질화물계 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1) 반도체 다층으로 이루어질 수 있다.

상기 슈퍼래티스 구조(90)를 구성하고 있는 조성(composition) 및 도판트(dopant) 종류에 따라 상부 질화물계 클래드층(40)인 p형 In x Al y Ga 1-x-y N (0≤x, 0≤y, x+y≤1) 반도체의 도판트 활성화 에너지를 낮추어 유효정공농도(net effective hole concentration)를 증가시키거나, 또는 에너지 밴드갭 조절(band-gap engineering)을 통해서 양자역학적 터널링 전도(quantum-mechanical tunneling transport) 현상을 통해서 오믹접촉 계면(ohmic contact interface)을 형성하는 것으로 알려져 있다.

일반적으로, 상기 그룹 3족 질화물계 반도체 단결정으로 형성된 하부 질화물계 클래드층/질화물계 활성층/상부 질화물계 클래드층/슈퍼래티스 구조(20, 30, 40, 90)는 MOCVD, MBE, HVPE, 또는 sputter, 또는 PLD 등의 장치를 이용하여 성장될 수 있다. 이때, 상기 하부 질화물계 클래드층(20)의 n형 In x Al y Ga 1-x-y N 반도체를 성장하기에 앞서, 사파이어 성장기판(10)과의 격자정합을 향상시키기 위해, AlN 또는 GaN와 같은 버퍼층(201)을 그 사이에 형성할 수도 있다.

또한, 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체 내의 활성층에서 생성된 빛을 최대한 많이 외부로 끄집어내어 패키징된 발광다이오드 소자의 에너지 변환 효율(lm/W)을 증가시킬 수 있다. 일반적으로 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드의 외부 발광 효율은 의외로 상당히 낮은 수준이다. 이러한 이유는 GaN을 비롯한 그룹 3족 질화물계 반도체 또는 ITO 또는 ZnO 등의 오믹접촉 커런트 스프레딩층과 몰딩재 간의 큰 굴절률(refractive index) 차에 의하여 LED 구조에서 발생된 빛의 상당 부분이 외부로 방출되지 않고 전반사되어 다시 LED 내부 쪽으로 진행하여 소멸하게 된다. 일예로, 질화갈륨(GaN)의 경우 굴절률을 약 2.3, 몰딩재의 굴절률을 약 1.5 정도로 가정할 경우 두 물질의 접합면에서 전반사되는 빛의 양은 약 90% 정도로 광추출 효율의 많은 개선이 요구된다. 이를 해결하기 위해서, 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체의 상부 질화물계 클래드층(40)인 p형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1) 반도체 또는 오믹접촉 커런트스프레딩층(60) 표면에 식각(etching) 공정을 수행하여 표면에 소정의 형상 및 치수를 갖는 표면 요철(surface texture)을 도입하는 것이다. 이 경우, 광추출 효율이 상당히 많이 개선되는 것으로 확인되었다.

그러나, 상부 질화물계 클래드층(40)인 p형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1) 반도체 또는 오믹접촉 커런트스프레딩층(60) 표면에 요철을 도입하는 공정은 상기 상부 질화물계 클래드층(40)인 p형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1) 반도체 또는 오믹접촉 커런트스프레딩층(60) 표면에 전기적인 손상(electrical damage)을 주어 LED 소자의 구동 전압 및 누설 전류를 상승시켜 에너지 변환 효율을 오히려 훼손할 우려가 많다.

본 발명은 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체의 상부 질화물계 클래드층인 p형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1) 상면에 오믹접촉 커런트스프레딩층 형성과 표면 요철 도입 시에 발생되는 문제점을 인식하고, 이를 해결하기 위해서 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체의 상부 질화물계 클래드층인 p형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1) 반도체 상면에 슈퍼래티스 구조, 제1 및 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층으로 구성된 박막구조체를 순차적으로 형성하여 낮은 구동 전압, 낮은 누설 전류, 및 높은 외부 발광 효율 특성을 갖는 발광다이오드 소자 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 성장기판과; 상기 성장기판 상면에 n형 도전성의 그룹 3족 질화물계 반도체로 이루어진 하부 질화물계 클래드층, 또 다른 그룹 3족 질화물계 반도체 물질계로 이루어진 질화물계 활성층, p형 도전성의 그룹 3족 질화물계 반도체로 이루어진 상부 질화물계 클래드층으로 구성된 발광다이오드 소자용 발광구조체와; 상기 발광다이오드 소자용 발광구조체 상면에 형성된 슈퍼래티스 구조와; 상기 슈퍼래티스 구조 상면에 형성된 제1 및 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층으로 구성된 박막구조체;를 포함하는 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자에 있어서,

상기 슈퍼래티스 구조는 다른 도판트와 조성 원소를 갖는 그룹 2족, 3족, 또 는 4족 질화물로 구성된 다층(multi-layer)이고,

상기 오믹접촉 커런트스프레딩층은 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층인 그룹 3족 질화물계 전도성 박막구조체와 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층인 투명전도성 박막구조체로 구성된 것을 특징으로 하는 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자를 제안한다.

상기 슈퍼래티스 구조는 다른 도판트와 조성 원소를 갖는 그룹 2족, 3족, 또는 4족 질화물로 구성된 다층(multi-layer)이며,

발광다이오드 소자에서 생성된 빛의 입사각을 변화시켜 광추출 효율을 향상시키기 위하여, 상기 오믹접촉 커런트스프레딩층 상면에 표면 요철 공정이 도입된 광추출 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 또 다른 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자를 제안한다.

본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위한 구성 수단으로서, 화학식 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1)으로 표기된 그룹 3족 질화물계 반도체를 이용한 발광다이오드(이하, 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드) 소자 제조 방법에 있어서,

그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체를 성장시키기 위한 성장기판(growth substrate)을 준비하는 단계;

상기 성장기판 상면에 n형 도전성의 그룹 3족 질화물계 반도체 물질로 이루어진 하부 질화물계 클래드층과, 다른 조성으로 구성된 그룹 3족 질화물계 반도체 물질로 이루어진 질화물계 활성층과, p형 도전성의 그룹 3족 질화물계 반도체 물질로 이루어진 상부 질화물계 클래드층이 순차적으로 적층 성장된 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체를 형성하는 단계;

상기 발광다이오드 소자용 발광구조체의 상부 질화물계 클래드층인 p형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1) 반도체 상면에 슈퍼래티스 구조를 형성하는 단계;

상기 슈퍼래티스 구조 상면에 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층을 형성하는 단계;

상기 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층 상면에 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층을 형성하는 단계;

상기 제1 및 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층, 슈퍼래티스 구조, 상부 질화물계 클래드층, 및 하부 질화물계 클래드층의 일부 영역을 제거하고 상기 하부 질화물계 클래드층을 대기에 노출시킨 다음, 상기 하부 질화물계 클래드층 일부 영역 상면에 n형 오믹접촉 전극 및 전극패드를 형성하는 단계; 및

상기 오믹접촉 커런트스프레딩층 일부 영역 상면에 p형 쇼키접촉 전극 및 전극패드를 형성하는 단계;를 포함한다.

본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위한 또 다른 구성 수단으로서, 화학식 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1)으로 표기된 그룹 3족 질화물계 반도체를 이용한 발광다이오드(이하, 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드) 소자 제조 방법에 있어서,

상기 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층 상면에 표면 요철 공정이 도입된 광추출 구조를 형성하는 단계;

상기 광추출 구조, 제1 및 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층, 슈퍼래티스 구조, 상부 질화물계 클래드층, 및 하부 질화물계 클래드층의 일부 영역을 제거하고 상기 하부 질화물계 클래드층을 대기에 노출시킨 다음, 상기 하부 질화물계 클래드층 일부 영역 상면에 n형 오믹접촉 전극 및 전극패드를 형성하는 단계; 및

상기 광추출 구조 또는 오믹접촉 커런트스프레딩층 일부 영역 상면에 p형 쇼키접촉 전극 및 전극패드를 형성하는 단계;를 포함한다.

상기 다층으로 구성된 슈퍼래티스 구조 대신에 5nm 이하의 두께를 갖는 n형 도전성의 InGaN 단층(single layer) 또는 p형 도전성의 InGaN 단층(single layer)의 슈퍼래티스 구조로 형성될 수도 있다.

상기 오믹접촉 커런트스프레딩층은 그룹 3족 질화물계 전도성 박막구조체와 투명전도성 박막구조체로 구성되어 있다.

상기 하부 질화물계 클래드층, 질화물계 활성층, 상부 질화물계 클래드층, 슈퍼래티스 구조, 및 제1 및 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층은 MOCVD, MBE, 또는 HVPE 장비를 이용하여 인시츄(in-situ) 상태에서 연속적으로 성장 형성한다.

또한, 상기 하부 질화물계 클래드층, 질화물계 활성층, 상부 질화물계 클래드층, 및 슈퍼래티스 구조는 MOCVD, MBE, 또는 HVPE 장비를 이용하여 인시츄(in-situ) 상태에서 연속적으로 성장 형성한 다음, 상기 제1 및 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층은 MOCVD, MBE, HVPE, sputter, evaporator 또는 PLD 장비를 이용하여 엑시츄(ex-situ) 상태에서 형성할 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 그룹 3족 질화물계 반도체 발광소자(발광다이오드) 소자에 있어서, 발광다이오드 소자용 발광구조체의 상부 질화물계 클래드층인 p형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1) 반도체 상면에 슈퍼래티스 구조, 그룹 3족 질화물계 전도성 박막구조체로 구성된 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층, 및 투명전도성 박막구조체로 구성된 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층을 접목시켜 양호한 LED 소자 전체의 양호한 전기적 특성 이외에도, 빛의 투과율 특성이 개선된 발광소자의 휘도를 향상시킬 수 있는 우수한 효과가 있다.

더하여, 광추출 구조를 갖는 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자에 있어서, 습식 또는 건식에칭에 의해 그룹 3족 질화물계 전도성 박막구조체로 구성된 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층 또는 투명전도성 박막구조체로 구성된 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층 상면에 표면 요철을 용이하게 형성시킬 수 있기 때문에 LED 소자용 발광구조체 구조 내부로 전반사하는 빛을 최소화시켜 LED 소자의 전체 휘도 특성을 한층 더 향상시킬 수 있는 우수한 효과가 있다.

이하, 첨부된 도를 참조하여, 본 발명에 따라 제조된 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의해 창안된 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체의 제1 실시예를 보인 단면도이다.

도 1을 참조하여 설명하면, 성장기판(10) 상부에 성장 형성된 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광다이오드 소자용 발광구조체(A)로서, 상기 성장기판(10) 상면에 버퍼층(미도시)을 포함한 n형 도전성의 반도체 물질로 이루어진 하부 질화물계 클래드층(20)과, 질화물계 활성층(30)과, p형 도전성의 반도체 물질로 이루어진 상부 질화물계 클래드층(40)과, 슈퍼래티스 구조(90)와, 및 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층(100)을 포함한다.

상기 성장기판(10)은 사파이어(sapphire) 또는 실리콘카바이드(SiC) 등과 같은 소재로 이루어질 수 있다.

상기 n형 도전성의 반도체 물질로 이루어진 하부 질화물계 클래드층(20)은 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1) 반도체 다층으로 형성될 수 있으며, 상기 성장기판(10) 상면에 형성된 버퍼층(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 하부 질화물계 클래드층(20)은 실리콘(Si)을 도핑(doping)하여 형성할 수 있다.

상기 질화물계 활성층(30)은 전자(electron) 및 정공(hole)인 캐리어가 재결합되는 영역으로서, InGaN, AlGaN, GaN, AlInGaN 등을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 질화물계 활성층(30)은 양자 우물층(well layer)과 장벽층(barrier layer)이 반복적으로 형성된 다층막일 수 있다. 상기 질화물계 활성 층(30)의 장벽층을 구성하는 물질의 에너지 밴드갭(band-gap)은 우물층을 구성하는 물질의 에너지 밴드갭에 비해서 크고, 상기 장벽층의 두께는 우물층의 두께보다 더 두꺼운 것이 일반적이다. 상기 장벽층과 우물층은 화학식 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1)으로 표현되는 2원, 3원, 또는 4원 화합물 질화물계 반도체일 수 있다. 더 나아가서, 상기 장벽층과 우물층은 실리콘(Si) 또는 마그네슘(Mg) 등을 도핑하여 형성할 수 있다. 상기 질화물계 활성층(30)의 양자 우물층을 구성하고 있는 물질의 종류에 따라 상기 발광다이오드 소자에서 방출되는 빛의 발광 파장이 결정된다.

상기 p형 도전성의 반도체 물질로 이루어진 상부 질화물계 클래드층(40)은 p형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1) 반도체 다층으로 형성될 수 있다. 상기 상부 질화물계 클래드층(40)은 아연(Zn) 또는 마그네슘(Mg)을 도핑(doping)하여 형성할 수 있다.

상기 슈퍼래티스 구조(90)는 상기 p형 도전성의 반도체 물질로 이루어진 상부 질화물계 클래드층(40) 상면에 위치하며, p형 p형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1) 반도체의 도판트 활성화 에너지를 낮추어 유효정공농도를 증가시키거나, 또는 에너지 밴드갭 조절(band-gap engineering)을 통해서 양자역학적 터널링 전도(quantum-mechanical tunneling transport) 현상을 일으킬 수 있다.

상기 슈퍼래티스 구조(90)는 다층으로 형성되는 것이 일반적이고, 이을 구성하고 있는 각층의 두께는 5nm 이하로 형성되고, 상기 각층은 InN, InGaN, InAlN, AlGaN, GaN, AlInGaN, AlN, SiC, SiCN, MgN, ZnN, 또는 SiN으로 구성될 수 있다. 일예로, 상기 슈퍼래티스 구조(90)는 InGaN/GaN, AlGaN/GaN, InGaN/GaN/AlGaN, AlGaN/GaN/InGaN 등이 있다.

더 나아가서, 상기 슈퍼래티스 구조(90)의 각층은 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 아연(Zn) 등을 도핑하여 형성할 수 있다.

상기 다층으로 구성된 슈퍼래티스 구조(90) 대신 5nm 이하의 두께를 갖는 n형 도전성의 InGaN 단층(single layer) 또는 p형 도전성의 InGaN 단층(single layer)으로 구성된 슈퍼래티스 구조(90)로 대체할 수도 있다.

상기 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층(100)은 그룹 3족 질화물계 전도성 박막구조체로 구성되어 있다. 상기 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층(100)의 그룹 3족 질화물계 전도성 박막구조체는 화학식 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1)로 표기되는 6nm 이상의 두께를 지닌 단층(single layer) 또는 다층(multi-layer)으로 구성될 수 있다. 더 나아가서, 상기 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층(100)은 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 아연(Zn) 등을 도핑하여 형성할 수 있다.

상기 발광다이오드 소자용 발광구조체(A)는 MOCVD, MBE, HVPE, sputter, 또는 PLD 등의 장치를 이용하여 인시츄(in-situ) 상태에서 연속적으로 성장 형성한다. 더 나아가서, 상기 발광다이오드 소자용 발광구조체(A)의 하부 질화물계 클래드층(20), 질화물계 활성층(30), 상부 질화물계 클래드층(40), 및 슈퍼래티스 구조(90)는 연속적으로 인시츄 상태에서 우선 먼저 성장 형성한 다음, 엑시츄(ex-situ) 상태에서 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층(100)을 상기 슈퍼래티스 구조(90) 상면에 성장 형성할 수도 있다.

도 2는 본 발명에 의해 창안된 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체의 제2 실시예를 보인 단면도이다.

도 2를 참조하여 설명하면, 성장기판(10) 상부에 성장 형성된 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광다이오드 소자용 발광구조체(B)로서, 상기 성장기판(10) 상면에 버퍼층(미도시)을 포함한 n형 도전성의 반도체 물질로 이루어진 하부 질화물계 클래드층(20)과, 질화물계 활성층(30)과, p형 도전성의 반도체 물질로 이루어진 상부 질화물계 클래드층(40)과, 반복적으로 적층된 슈퍼래티스 구조(90) 및 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층(100)을 포함한다.

또한, 상기 질화물계 활성층(30)은 양자 우물층(well layer)과 장벽층(barrier layer)이 반복적으로 형성된 다층막일 수 있다. 상기 질화물계 활성층(30)의 장벽층을 구성하는 물질의 에너지 밴드갭(band-gap)은 우물층을 구성하는 물질의 에너지 밴드갭에 비해서 크고, 상기 장벽층의 두께는 우물층의 두께보다 더 두꺼운 것이 일반적이다. 상기 장벽층과 우물층은 화학식 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1)으로 표현되는 2원, 3원, 또는 4원 화합물 질화물계 반도체일 수 있다. 더 나아가서, 상기 장벽층과 우물층은 실리콘(Si) 또는 마그네슘(Mg) 등을 도핑하여 형성할 수 있다. 상기 질화물계 활성층(30)의 양자 우물층을 구성하고 있는 물질의 종류에 따라 상기 발광다이오드 소자에서 방출되는 빛의 발광 파장이 결정된다.

상기 상부 질화물계 클래드층(40) 상면에서 반복적으로 적층된 상기 슈퍼래티스 구조(90)는 상기 p형 도전성의 반도체 물질로 이루어진 상부 질화물계 클래드층(40) 상면에 위치하며, p형 p형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1) 반도체의 도판트 활성화 에너지를 낮추어 유효정공농도를 증가시키거나, 또는 에너지 밴드갭 조절(band-gap engineering)을 통해서 양자역학적 터널링 전도(quantum-mechanical tunneling transport) 현상을 일으킬 수 있다.

상기 슈퍼래티스 구조(90) 상면에 반복적으로 적층된 상기 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층(100)은 그룹 3족 질화물계 전도성 박막구조체로 구성되어 있다. 상기 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층(100)의 그룹 3족 질화물계 전도성 박막구조체는 화학식 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1)로 표기되는 6nm 이상의 두께를 지닌 단층(single layer) 또는 다층(multi-layer)으로 구성될 수 있다. 더 나아가서, 상기 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층(100)은 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 아연(Zn) 등을 도핑하여 형성할 수 있다.

상기 발광다이오드 소자용 발광구조체(A)는 MOCVD, MBE, HVPE, sputter, 또는 PLD 등의 장치를 이용하여 인시츄(in-situ) 상태에서 연속적으로 성장 형성한다. 더 나아가서, 상기 발광다이오드 소자용 발광구조체(A)의 하부 질화물계 클래드층(20), 질화물계 활성층(30), 상부 질화물계 클래드층(40), 및 슈퍼래티스 구조(90)는 연속적으로 인시츄(in-situ) 상태에서 우선 먼저 성장 형성한 다음, 엑시츄(ex-situ) 상태에서 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층(100)을 상기 슈퍼래티스 구조(90) 상면에 성장 형성할 수도 있다.

도 3은 본 발명에 의해 제조된 제1 실시예로서 보인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자의 단면도이다.

도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광다이오드 소자용 발광구조체(A)가 성장기판(10) 상면에 성장 형성되어 있다. 다시 말하자면, 성장기판(10) 상면에 버퍼층(미도시)을 포함한 n형 도전성의 반도체 물질로 이루어진 하부 질화물계 클래드층(20), 질화물계 활성층(30), p형 도전성의 반도체 물질로 이루어진 상부 질화물계 클래드층(40), 슈퍼래티스 구조(90), 제1 오믹접촉 커런트스프페딩층(100), 제2 오믹접촉 커런트스프페딩층(120), p형 쇼키접촉 전극 및 전극패드(70) 및 n형 오믹접촉 전극 및 전극패드(80)를 포함한다.

상기 하부 질화물계 클래드층(20), 질화물계 활성층(30), 상부 질화물계 클래드층(40), 슈퍼래티스 구조(90)와, 및 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층(100)은 MOCVD, MBE, 또는 HVPE 장비를 사용하여 인시츄(in-situ) 상태에서 연속적으로 성장 형성하고, 상기 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층(120)은 MOCVD, MBE, HVPE, sputter, evaporator 또는 PLD 장비를 사용하여 엑시츄(ex-situ) 상태에서 형성하는 것이 바람직하다.

상기 n형 도전성의 반도체 물질로 이루어진 하부 질화물계 클래드층(20)은 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1) 반도체 다층으로 형성될 수 있으며, 상기 성장기판(10) 상면에 형성된 버퍼층(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 하부 질화 물계 클래드층(20)은 실리콘(Si)을 도핑(doping)하여 형성할 수 있다.

상기 발광다이오드 소자는 상기 하부 질화물계 클래드층(20), 상기 질화물계 활성층(30), 그리고 상부 질화물계 클래드층(40)이 연속적으로 적층된 구조를 이룬다. 상기 질화물계 활성층(30)은 상기 n형 도전성의 반도체 물질로 이루어진 하부 질화물계 클래드층(20)의 일부 영역 상부에 형성되며, 상기 질화물계 활성층(30) 위로는 p형 도전성의 반도체 물질로 이루어진 상부 질화물계 클래드층(40)이 형성된다. 따라서, 상기 하부 질화물계 클래드층(20) 상면 일부 영역은 상기 질화물계 활성층(30)과 접합되어 있으며, 상면의 나머지 일부 영역은 외부로 노출된다.

상기 슈퍼래티스 구조(90)는 상기 상부 질화물계 클래드층(40) 상면 일부 또는 전체 영역에 위치하며, 다층으로 형성되는 것이 일반적이고, 이을 구성하고 있는 각층의 두께는 5nm 이하로 형성되고, 상기 각층은 InN, InGaN, InAlN, AlGaN, GaN, AlInGaN, AlN, SiC, SiCN, MgN, ZnN, 또는 SiN으로 구성될 수 있다. 일예로, 상기 슈퍼래티스 구조(90)는 실리콘(Si) 도핑된 InGaN/GaN, AlGaN/GaN, InGaN/GaN/AlGaN, AlGaN/GaN/InGaN 등이 있다.

상기 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층은(100)은 상기 슈퍼래티스 구조(90) 상부의 일부 또는 전체 영역에 그룹 3족 질화물계 전도성 박막구조체로 형성되고, 상기 질화물계 활성층(30)에서 방출되는 빛을 외부로 투과시킨다. 예를 들어, 50 Ω/□ 이하의 면저항을 갖는 실리콘(Si) 도핑된 질화갈륨(GaN), 실리콘(Si) 도핑된 알루미늄질화갈륨(AlGaN) 등과 같은 그룹 3족 질화물계 전도성 물질로 이루어지며 MOCVD, MBE, HVPE, sputter, 또는 PLD 등의 장치를 이용하여 형성된 6nm 이상의 두께를 갖는 단층 또는 다층 박막으로서, 상기 제 p형 쇼키접촉 전극 및 전극패드(70)를 통해 입력되는 전류를 골고루 분산시켜 발광 효율을 높이는 역할을 수행한다.

상기 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층(120)은 투명전도성 박막구조체로 구성되어 있다. 상기 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층(120)의 투명전도성 박막구조체는 ITO 또는 ZnO 등과 같이 600nm 이하의 파장대역에서 70% 이상의 광 투과율을 갖는 동시에 50 Ω/□ 이하의 면저항을 갖는 물질로서, 5nm 이상의 두께를 지닌 단층(single layer) 또는 다층(multi-layer)으로 구성될 수 있다.

상기 p형 쇼키접촉 전극 및 전극패드(70)는 상기 오믹접촉 커런트스프레딩층(100 또는 120) 상면 일부 영역에 위치하며, 상기 오믹접촉 커런트스프레딩층(100 또는 120)과 쇼키접촉 계면을 형성하기 위한 물질, 예를 들어 Pd/Au과 같은 금속으로 이루어지며 리프트 오프(lift off) 방법에 의해 형성될 수 있다. Pd/Au을 사용하여 상기 오믹접촉 커런트스프레딩층(100 또는 120)과의 접착력(adhesion)을 개선시킬 뿐만 아니라 바람직한 상기 오믹접촉 커런트스프레딩층(100 또는 120)의 쇼키접촉 계면을 얻을 수 있다.

상기 n형 오믹접촉 전극 및 전극패드(80)는 n형 도전성의 반도체 물질로 이루어진 상기 하부 질화물계 클래드층(20)의 노출면 위에 형성되며 리프트 오프 방법을 사용하여 형성할 수 있다. 상기 n형 오믹접촉 전극 및 전극패드(80)는 상기 하부 질화물계 클래드층(20)과 오믹접촉 계면을 형성하기 위한 물질, 예를 들어 Cr/Al과 같은 금속으로 이루어지며, Cr 금속을 사용하여 접착력(adhesion)을 개선시킬 뿐만 아니라 바람직한 상기 하부 질화물계 클래드층(20)과의 오믹접촉(ohmic contact) 계면을 얻을 수 있다.

도 4는 본 발명에 의해 제조된 제2 실시예로서 보인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자의 단면도이다.

도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광다이오드 소자용 발광구조체(A)가 성장기판(10) 상면에 성장 형성되어 있다. 다시 말하자면, 성장기판(10) 상면에 버퍼층(미도시)을 포함한 n형 도전성의 반도체 물질로 이루어진 하부 질화물계 클래드층(20), 질화물계 활성층(30), p형 도전성의 반도체 물질로 이루어진 상부 질화물계 클래드층(40), 슈퍼래티스 구조(90), 제1 오믹접촉 커런트스프페딩층(100), 제2 오믹접촉 커런트스프페딩층(120), 광추출 구조(110), p형 쇼키접촉 전극 및 전극패드(70) 및 n형 오믹접촉 전극 및 전극패드(80)를 포함한다.

상기 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층은(100)은 상기 슈퍼래티스 구조(90) 상부의 일부 또는 전체 영역에 그룹 3족 질화물계 전도성 박막구조체로 형성되고, 상 기 질화물계 활성층(30)에서 방출되는 빛을 외부로 투과시킨다. 예를 들어, 50 Ω/□ 이하의 면저항을 갖는 실리콘(Si) 도핑된 질화갈륨(GaN), 실리콘(Si) 도핑된 알루미늄질화갈륨(AlGaN) 등과 같은 그룹 3족 질화물계 전도성 물질로 이루어지며 MOCVD, MBE, HVPE, sputter, 또는 PLD 등의 장치를 이용하여 형성된 6nm 이상의 두께를 갖는 단층 또는 다층 박막으로서, 상기 제 p형 쇼키접촉 전극 및 전극패드(70)를 통해 입력되는 전류를 골고루 분산시켜 발광 효율을 높이는 역할을 수행한다.

상기 광추출 구조(110)는 상기 질화물계 활성층(30)에서 생성된 빛을 최대한 대기로 많이 방출시키기 위해, 상기 오믹접촉 커런트스프레딩층(100 또는 120) 상면에 도입한 표면 요철(surface texture)이다. 상기 광추출 구조(110)는 상기 오믹접촉 커런트스프레딩층(100 또는 120) 표면에 습식 또는 건식에칭을 이용하여 소정의 형상 및 치수를 갖는 요철을 형성하여 발광다이오드 소자용 발광구조체 구조 내부로 전반사하는 빛을 최소화시켜 LED 소자의 전체 휘도 특성을 한층 더 향상시킬 수 있다.

상기 p형 쇼키접촉 전극 및 전극패드(70)는 상기 광추출 구조(110) 또는 오 믹접촉 커런트스프레딩층(100 또는 120) 상면 일부 영역에 위치하며, 상기 오믹접촉 커런트스프레딩층(100 또는 120)과 쇼키접촉 계면을 형성하기 위한 물질, 예를 들어 Pd/Au과 같은 금속으로 이루어지며 리프트 오프(lift off) 방법에 의해 형성될 수 있다. Pd/Au을 사용하여 상기 오믹접촉 커런트스프레딩층(100 또는 120)과의 접착력(adhesion)을 개선할 뿐만 아니라 바람직한 상기 오믹접촉 커런트스프레딩층(100 또는 120)의 쇼키접촉 계면을 얻을 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1은 본 발명에 의해 창안된 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체의 제1 실시예를 보인 단면도이고,

도 2는 본 발명에 의해 창안된 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체의 제2 실시예를 보인 단면도이고,

도 3은 본 발명에 의해 따라 제조된 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자의 제1 실시예를 보인 단면도이고,

도 4는 본 발명에 의해 따라 제조된 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자의 제2 실시예를 보인 단면도이고,

도 5는 종래 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자의 대표적인 예를 보인 단면도이고,

도 6은 다중양자우물 구조(multi-quantum well structure)와 슈퍼래티스 구조(superlattice structure)를 비교 설명하기 위한 단면도이고,

도 7은 종래 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자의 대표적인 예를 보인 단면도이다.

Claims

성장기판과;

상기 성장기판 상면에 형성된 버퍼층을 포함한 n형 도전성의 반도체 물질로 이루어진 하부 질화물계 클래드층, 질화물계 활성층, 및 p형 도전성의 반도체 물질로 이루어진 상부 질화물계 클래드층으로 구성된 발광다이오드 소자용 발광구조체와;

상기 발광다이오드 소자용 발광구조체의 상부 질화물계 클래드층 상면 일부 또는 전체 영역에 형성된 슈퍼래티스 구조와;

상기 슈퍼래티스 구조 상면 일부 또는 전체 영역에 형성된 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층과;

상기 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층 상면 일부 또는 전체 영역에 형성된 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층과;

상기 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층 상면 일부 영역에 형성된 p형 쇼키접촉 전극 및 전극패드와; 및

상기 발광다이오드 소자용 발광구조체의 하부 질화물계 클래드층 상면 일부 영역에 형성된 n형 오믹접촉 전극 및 전극패드;로 구성된 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자.
제1항에 있어서,

상기 슈퍼래티스 구조는 두층 또는 세층이 한쌍(one pair)을 이루어 주기적으로 반복된 다층막인 것이 특징인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자.
제2항에 있어서,

상기 슈퍼래티스 구조를 이루고 있는 각층은 5nm 이하의 두께로 된 InN, InGaN, InAlN, AlGaN, GaN, AlInGaN, AlN, SiC, SiCN, MgN, ZnN, 또는 SiN 물질인 것이 특징인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자.
제3항에 있어서,

상기 슈퍼래티스 구조를 이루고 있는 각층은 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 또는 아연(Zn)이 도핑된 물질인 것이 특징인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자.
제1항에 있어서,

상기 슈퍼래티스 구조는 5nm 이하의 두께를 갖는 n형 도전성의 InGaN 단층(single layer) 또는 p형 도전성의 InGaN 단층(single layer)으로 대체할 수 있는 것이 특징인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자.
제1항에 있어서,

상기 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층은 6nm 이상의 두께를 갖는 그룹 3족 질 화물계 전도성 박막구조체로 형성된 것이 특징인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자.
제1항에 있어서,

상기 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층을 이루고 있는 그룹 3족 질화물계 전도성 박막구조체는 화학식 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1)로 표현된 물질의 단층 또는 다층막인 것이 특징인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자.
제1항에 있어서,

제2 오믹접촉 커런트스프레딩층은 600nm 이하의 파장대역에서 70% 이상의 광 투과율을 갖는 동시에 50 Ω/□ 이하의 면저항을 갖는 투명전도성 박막구조체로 형성된 것이 특징인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자.
제1항에 있어서,

제2 오믹접촉 커런트스프레딩층은 5nm 이상의 두께를 지닌 단층(single layer) 또는 다층(multi-layer)으로 구성된 것이 특징인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자.
성장기판과;

상기 성장기판 상면에 형성된 버퍼층을 포함한 n형 도전성의 반도체 물질로 이루어진 하부 질화물계 클래드층, 질화물계 활성층, 및 p형 도전성의 반도체 물질로 이루어진 상부 질화물계 클래드층으로 구성된 발광다이오드 소자용 발광구조체와;

상기 발광다이오드 소자용 발광구조체의 상부 질화물계 클래드층 상면 일부 또는 전체 영역에 형성된 슈퍼래티스 구조와;

상기 슈퍼래티스 구조 상면 일부 또는 전체 영역에 형성된 오믹접촉 커런트스프레딩층과;

상기 오믹접촉 커런트스프레딩층 상면에 표면 요철을 도입시킨 광추출 구조와;

상기 광추출 구조 또는 오믹접촉 커런트스프레딩층 상면 일부 영역에 형성된 p형 쇼키접촉 전극 및 전극패드와; 및

상기 발광다이오드 소자용 발광구조체의 하부 질화물계 클래드층 상면 일부 영역에 형성된 n형 오믹접촉 전극 및 전극패드;로 구성된 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자.
제10항에 있어서,

상기 슈퍼래티스 구조는 두층 또는 세층이 한쌍(one pair)을 이루어 주기적으로 반복된 다층막인 것이 특징인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자.
제10항에 있어서,

상기 슈퍼래티스 구조를 이루고 있는 각층은 5nm 이하의 두께로 된 InN, InGaN, InAlN, AlGaN, GaN, AlInGaN, AlN, SiC, SiCN, MgN, ZnN, 또는 SiN 물질인 것이 특징인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자.
제12항에 있어서,

상기 슈퍼래티스 구조를 이루고 있는 각층은 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 또는 아연(Zn)이 도핑된 물질인 것이 특징인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자.
제10항에 있어서,

상기 슈퍼래티스 구조는 5nm 이하의 두께를 갖는 n형 도전성의 InGaN 단층(single layer) 또는 p형 도전성의 InGaN 단층(single layer)으로 대체할 수 있는 것이 특징인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자.
제10항에 있어서,

상기 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층은 6nm 이상의 두께를 갖는 그룹 3족 질화물계 전도성 박막구조체로 형성된 것이 특징인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자.
제10항에 있어서,

상기 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층을 이루고 있는 그룹 3족 질화물계 전도성 박막구조체는 화학식 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1)로 표현된 질화물의 단층 또는 다층막인 것이 특징인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자.
제10항에 있어서,

제2 오믹접촉 커런트스프레딩층은 600nm 이하의 파장대역에서 70% 이상의 광 투과율을 갖는 동시에 50 Ω/□ 이하의 면저항을 갖는 투명전도성 박막구조체로 형성된 것이 특징인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자.
제10항에 있어서,

제2 오믹접촉 커런트스프레딩층은 5nm 이상의 두께를 지닌 단층(single layer) 또는 다층(multi-layer)으로 구성된 것이 특징인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자.
제10항에 있어서,

상기 광추출 구조는 제1 또는 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층 표면에 소정의 형상 및 치수를 갖는 요철(texture)이 형성된 것이 특징인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자.
그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체를 성장시키기 위한 성장기판(growth substrate)을 준비하는 단계;

상기 성장기판 상면에 n형 도전성의 그룹 3족 질화물계 반도체 물질로 이루어진 하부 질화물계 클래드층과, 다른 조성으로 구성된 그룹 3족 질화물계 반도체 물질로 이루어진 질화물계 활성층과, p형 도전성의 그룹 3족 질화물계 반도체 물질로 이루어진 상부 질화물계 클래드층이 순차적으로 적층 성장된 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체를 형성하는 단계;

상기 발광다이오드 소자용 발광구조체의 상부 질화물계 클래드층인 p형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1) 반도체 상면에 슈퍼래티스 구조를 형성하는 단계;

상기 슈퍼래티스 구조 상면에 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층을 형성하는 단계;

상기 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층 상면에 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층을 형성하는 단계;

상기 제1 및 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층, 슈퍼래티스 구조, 상부 질화물계 클래드층, 및 하부 질화물계 클래드층의 일부 영역을 제거하고 상기 하부 질화물계 클래드층을 대기에 노출시킨 다음, 상기 하부 질화물계 클래드층 상면 일부 영역에 n형 오믹접촉 전극 및 전극패드를 형성하는 단계; 및

상기 제1 또는 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층 상면 일부 영역에 p형 쇼키접촉 전극 및 전극패드를 형성하는 단계;를 포함하는 그룹 3족 질화물계 반도체 발광 다이오드 소자 제조 방법.
그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체를 성장시키기 위한 성장기판(growth substrate)을 준비하는 단계;

상기 성장기판 상면에 n형 도전성의 그룹 3족 질화물계 반도체 물질로 이루어진 하부 질화물계 클래드층과, 다른 조성으로 구성된 그룹 3족 질화물계 반도체 물질로 이루어진 질화물계 활성층과, p형 도전성의 그룹 3족 질화물계 반도체 물질로 이루어진 상부 질화물계 클래드층이 순차적으로 적층 성장된 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체를 형성하는 단계;

상기 발광다이오드 소자용 발광구조체의 상부 질화물계 클래드층인 p형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1) 반도체 상면에 슈퍼래티스 구조를 형성하는 단계;

상기 슈퍼래티스 구조 상면에 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층을 형성하는 단계;

상기 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층, 슈퍼래티스 구조, 상부 질화물계 클래드층, 및 하부 질화물계 클래드층의 일부 영역을 제거하고, 상기 하부 질화물계 클래드층을 대기에 노출시키는 단계;

상기 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층 상면에 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층을 형성하는 단계;

상기 하부 질화물계 클래드층 상면 일부 영역에 n형 오믹접촉 전극 및 전극 패드를 형성하는 단계; 및

상기 제1 또는 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층 상면 일부 영역에 p형 쇼키접촉 전극 및 전극패드를 형성하는 단계;를 포함하는 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자 제조 방법.
그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체를 성장시키기 위한 성장기판(growth substrate)을 준비하는 단계;

상기 성장기판 상면에 n형 도전성의 그룹 3족 질화물계 반도체 물질로 이루어진 하부 질화물계 클래드층과, 다른 조성으로 구성된 그룹 3족 질화물계 반도체 물질로 이루어진 질화물계 활성층과, p형 도전성의 그룹 3족 질화물계 반도체 물질로 이루어진 상부 질화물계 클래드층이 순차적으로 적층 성장된 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체를 형성하는 단계;

상기 발광다이오드 소자용 발광구조체의 상부 질화물계 클래드층인 p형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1) 반도체 상면에 슈퍼래티스 구조를 형성하는 단계;

상기 슈퍼래티스 구조, 상부 질화물계 클래드층, 및 하부 질화물계 클래드층의 일부 영역을 제거하고, 상기 하부 질화물계 클래드층을 대기에 노출시키는 단계;

상기 슈퍼래티스 구조 상면에 제1 및 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층을 형성하는 단계;

상기 하부 질화물계 클래드층 상면 일부 영역에 n형 오믹접촉 전극 및 전극패드를 형성하는 단계; 및

상기 제1 또는 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층 상면 일부 영역에 p형 쇼키접촉 전극 및 전극패드를 형성하는 단계;를 포함하는 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자 제조 방법.
제20항에 있어서,

상기 제1 또는 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층 상면에 표면 요철을 도입하여 광추출 구조를 형성하는 단계를 포함하는 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자 제조 방법.
제21항에 있어서,

상기 제1 또는 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층 상면에 표면 요철을 도입하여 광추출 구조를 형성하는 단계를 포함하는 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자 제조 방법.
제22항에 있어서,

상기 제1 또는 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층 상면에 표면 요철을 도입하여 광추출 구조를 형성하는 단계를 포함하는 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자 제조 방법.
제20항에 있어서,

상기 하부 질화물계 클래드층, 질화물계 활성층, 상부 질화물계 클래드층, 슈퍼래티스 구조, 및 제1오믹접촉 커런트스프레딩층은 MOCVD, MBE, 또는 HVPE 장비를 이용하여 인시츄(in-situ) 상태에서 형성한 다음, 상기 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층은 MOCVD, MBE, HVPE, sputter, evaporator, 또는 PLD 장비를 이용하여 엑시츄(ex-situ) 상태에서 형성한 것이 특징인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자 제조 방법.
제21항에 있어서,

상기 하부 질화물계 클래드층, 질화물계 활성층, 상부 질화물계 클래드층, 슈퍼래티스 구조, 및 제1오믹접촉 커런트스프레딩층은 MOCVD, MBE, 또는 HVPE 장비를 이용하여 인시츄(in-situ) 상태에서 형성한 다음, 상기 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층은 MOCVD, MBE, HVPE, sputter, evaporator, 또는 PLD 장비를 이용하여 엑시츄(ex-situ) 상태에서 형성한 것이 특징인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자 제조 방법.
제22항에 있어서,

상기 하부 질화물계 클래드층, 질화물계 활성층, 상부 질화물계 클래드층, 슈퍼래티스 구조, 및 제1오믹접촉 커런트스프레딩층은 MOCVD, MBE, 또는 HVPE 장비 를 이용하여 인시츄(in-situ) 상태에서 형성한 다음, 상기 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층은 MOCVD, MBE, HVPE, sputter, evaporator, 또는 PLD 장비를 이용하여 엑시츄(ex-situ) 상태에서 형성한 것이 특징인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자 제조 방법.
제20항에 있어서,

상기 하부 질화물계 클래드층, 질화물계 활성층, 상부 질화물계 클래드층, 및 슈퍼래티스 구조는MOCVD, MBE, 또는 HVPE 장비를 이용하여 인시츄(in-situ) 상태에서 형성한 다음, 상기 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층 및 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층은 MOCVD, MBE, HVPE, sputter, evaporator, 또는 PLD 장비를 이용하여 엑시츄(ex-situ) 상태에서 형성한 것이 특징인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자 제조 방법.
제21항에 있어서,

상기 하부 질화물계 클래드층, 질화물계 활성층, 상부 질화물계 클래드층, 및 슈퍼래티스 구조는MOCVD, MBE, 또는 HVPE 장비를 이용하여 인시츄(in-situ) 상태에서 형성한 다음, 상기 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층 및 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층은 MOCVD, MBE, HVPE, sputter, evaporator, 또는 PLD 장비를 이용하여 엑시츄(ex-situ) 상태에서 형성한 것이 특징인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자 제조 방법.
제22항에 있어서,

상기 하부 질화물계 클래드층, 질화물계 활성층, 상부 질화물계 클래드층, 및 슈퍼래티스 구조는MOCVD, MBE, 또는 HVPE 장비를 이용하여 인시츄(in-situ) 상태에서 형성한 다음, 상기 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층 및 제2 오믹접촉 커런트스프레딩층은 MOCVD, MBE, HVPE, sputter, evaporator, 또는 PLD 장비를 이용하여 엑시츄(ex-situ) 상태에서 형성한 것이 특징인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자 제조 방법.
성장기판과;

상기 성장기판 상면에 n형 도전성의 그룹 3족 질화물계 반도체로 이루어진 하부 질화물계 클래드층, 또 다른 그룹 3족 질화물계 반도체 물질계로 이루어진 질화물계 활성층, p형 도전성의 그룹 3족 질화물계 반도체로 이루어진 상부 질화물계 클래드층으로 구성된 발광다이오드 소자용 발광구조체와;

상기 발광다이오드 소자용 발광구조체 상면에 형성된 슈퍼래티스 구조와;

상기 슈퍼래티스 구조 상면에 형성된 오믹접촉 커런트스프레딩층;을 포함하는 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 박막구조체.
제32항에 있어서,

상기 발광다이오드 소자용 발광구조체 상면에 슈퍼래티스 구조와 오믹접촉 커런트스프레딩층을 교대로 번갈아 가면서 형성한 다층막을 갖는 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 박막구조체.
제32항에 있어서,

상기 슈퍼래티스 구조는 두층 또는 세층이 한쌍(one pair)을 이루어 주기적으로 반복된 다층막인 것이 특징인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 박막구조체.
제34항에 있어서,

상기 슈퍼래티스 구조를 이루고 있는 각층은 5nm 이하의 두께로 된 InN, InGaN, InAlN, AlGaN, GaN, AlInGaN, AlN, SiC, SiCN, MgN, ZnN, 또는 SiN 물질인 것이 특징인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 박막구조체.
제35항에 있어서,

상기 슈퍼래티스 구조를 이루고 있는 각층은 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 또는 아연(Zn)이 도핑된 물질인 것이 특징인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 박막구조체.
제32항에 있어서,

상기 슈퍼래티스 구조는 5nm 이하의 두께를 갖는 n형 도전성의 InGaN 단 층(single layer) 또는 p형 도전성의 InGaN 단층(single layer)으로 대체할 수 있는 것이 특징인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자.
제32항에 있어서,

상기 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층은 그룹 3족 질화물계 전도성 박막구조체로 형성된 것이 특징인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 박막구조체.
제38항에 있어서,

상기 제1 오믹접촉 커런트스프레딩층을 이루고 있는 그룹 3족 질화물계 전도성 박막구조체는 화학식 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1)로 표현된 6nm 이상의 두께를 갖는 질화물의 단층 또는 다층막인 것이 특징인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 박막구조체.
제32항에 있어서,

상기 발광다이오드 소자용 발광구조체, 슈퍼래티스 구조, 및 오믹접촉 커런트스프레딩층은 MOCVD, MBE, 또는 HVPE 성장 장비를 이용하여 인시츄(in-situ) 상태에서 연속적으로 형성한 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 박막구조체.
제32항에 있어서,

상기 발광다이오드 소자용 발광구조체와 슈퍼래티스 구조는 MOCVD, MBE, 또는 HVPE 성장 장비를 이용하여 인시츄(in-situ) 상태에서 연속적으로 형성한 다음, 상기 오믹접촉 커런트스프레딩층은 상기 슈퍼래티스 구조 상면에 MOCVD, MBE, HVPE, sputter, 또는 PLD 성장 장비를 이용하여 엑시츄(ex-situ) 상태에서 형성한 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 박막구조체.