KR20090112308A - 반도체 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실시 예는 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
실시 예에 따른 반도체 발광소자는 반사 전극층; 상기 반사층 위에 형성된 제 2도전성 반도체층; 상기 제 2도전성 반도체층 위에 형성된 활성층; 상기 활성층 위에 형성된 제1도전성 반도체층; 상기 제 1도전성 반도체층의 일측 아래에 형성된 제 1전극을 포함한다.
반도체, 발광소자, 수직형
Description
실시 예는 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체(group Ⅲ-Ⅴ nitride semiconductor)는 물리적, 화학적 특성으로 인해 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD) 등의 발광 소자의 핵심 소재로 각광을 받고 있다. Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체는 통상 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 이루어져 있다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode : LED)는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기를 적외선 또는 빛으로 변환시켜서 신호를 주고 받거나, 광원으로 사용되는 반도체 소자의 일종이다.
이러한 질화물 반도체 재료를 이용한 LED 혹은 LD의 광을 얻기 위한 발광 소자에 많이 사용되고 있으며, 핸드폰의 키패드 발광부, 전광판, 조명 장치 등 각종 제품의 광원으로 응용되고 있다.
실시 예는 수직형 반도체 발광소자에 있어서, 제 1전극을 메사 에칭 영역에 배치함으로써, 광 효율을 개선시켜 줄 수 있도록 한 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공한다.
실시 예는 수직형 반도체 발광소자에 있어서, 소자의 측면에 제1전극을 배치하여, 기존에 소자 표면의 전극과 본딩 패드, 본딩 와이어에 의한 광 흡수 문제를 해결할 수 있는 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공한다.
실시 예에 따른 반도체 발광소자는 반사 전극층; 상기 반사층 위에 형성된 제 2도전성 반도체층; 상기 제 2도전성 반도체층 위에 형성된 활성층; 상기 활성층 위에 형성된 제1도전성 반도체층; 상기 제 1도전성 반도체층의 일측 아래에 형성된 제 1전극을 포함한다.
실시 예에 따른 반도체 발광소자는 기판 위에 제 1도전성 반도체층, 활성층 및 제 2도전성 반도체층을 형성하는 단계; 상기 제 1도전성 반도체층의 일면에 제 1전극을 형성하는 단계; 상기 제 1전극의 외측에 절연막을 형성하는 단계; 상기 제 2도전성 반도체층 및 상기 절연막 위에 반사 전극층을 형성하는 단계; 상기 반사 전극층 위에 전도성 지지부재를 형성하는 단계; 상기 기판을 제거하는 단계; 상기 제 1도전성 반도체층의 타면 일부를 에칭하여 상기 제 1전극을 노출시켜 주는 단계를 포함한다.
실시 예는 소자 외부에서의 광 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 수직형 반도체 발광소자의 측면에 제 1전극을 배치하여, 기존과 같이 소자 표면에 배치된 경우, 전극이나 패드, 와이어 등에 의한 광 흡수 문제를 개선할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 설명하면 다음과 같다. 실시 예의 설명에서는 각 층의 위 또는 아래에 대한 표현은 도면을 기준으로 설명하기로 한다.
도 1은 실시 예에 따른 반도체 발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 반도체 발광소자(100)는 제 1도전성 반도체층(110), 활성층(120), 제 2도전성 반도체층(130), 반사전극층(140), 전도성 지지부재(150), 절연막(160) 및 제 1전극(170)을 포함한다.
상기 제 1도전성 반도체층(110)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 상기 n형 반도체층은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 등과 같은 화합물 반도체 중 어느 하나로 이루어질 수 있고, n형 도펀트(예; Si, Ge, Sn , Se, Te 등)가 도핑된다.
상기 제 1도전성 반도체층(110)의 일측 아래에는 제 1전극(170)이 형성되며, 상기 제 1전극(170)은 상기 제 1도전성 반도체층(110)의 일측 아래에 부분적으로 접촉되는 구조로 형성된다.
상기 제 1도전성 반도체층(110) 아래에는 활성층(120)이 형성된다. 상기 활성층(120)은 단일 또는 다중 양자우물 구조로 형성되는 데, 예컨대, InGaN 우물층/GaN 장벽층을 한 주기로 하여, 단일 또는 다중 양자 우물 구조로 형성될 수 있다. 이러한 활성층(120)의 위 또는/및 아래에는 도전성 클래드층이 형성될 수도 있다.
상기 활성층(120) 아래에는 제 2도전성 반도체층(130)이 형성된다. 상기 제 2도전성 반도체층(130)은 p형 도펀트가 도핑된 p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 상기 p형 반도체층은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 등과 같은 화합물 반도체 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
또한 상기의 제 2도전성 반도체층(130) 아래에는 제 3도전성 반도체층(미도시)을 형성할 수도 있다. 여기서 제 3도전성 반도체층은 n형 반도체층으로 구현될 수 있다. 또한 다른 실시 예에서는 제 1도전성 반도체층(110)이 p형 반도체층이고, 제 2도전성 반도체층(130)이 n형 반도체층으로 구현될 수도 있다.
여기서, 발광 구조물은 상기 활성층(120)의 위/아래에 적어도 하나의 도전성 반도체층을 포함하는 구조로 제공될 수 있다.
상기 제 2도전성 반도체층(130)의 아래에는 반사 전극층(140)이 형성된다. 상기 반사 전극층(140)은 Al, Ag, Pd, Rh, Pt 등의 재질로 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 반사 전극층(140) 아래에는 전도성 지지부재(150)가 형성된다. 상기 전도성 지지부재(150)는 구리 또는 금 등의 재질로 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 반사 전극층(140)과 상기 전도성 지지부재(150)의 재질은 변경될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
여기서, 상기 제1 전극(170)은 절연막(160)에 의해 다른 층과 절연된다. 상기 절연막(160)은 상기 제1도전성 반도체층(110)의 아래에서 상기 제 1전극(170)의 접촉되는 영역과 본딩되는 상면 영역을 제외한 영역에 대해 다른 층과 절연시켜 준다. 즉, 상기 절연막(160)은 상기 제 1도전성 반도체층(110)의 내측, 활성층(120), 상기 제 2도전성 반도체층(130), 상기 반사전극층(140)과 제 1전극(170) 사이에 형성된다.
이러한 반도체 발광소자(100)는 베이스에 전도성 지지부재(150)가 배치되고, 측면에 상기 제 1전극(170)이 배치된다. 상기 제 1전극(170)이 소자 측면에 배치되기 때문에, 본딩 와이어(180)가 소자 표면 위로 지나지 않도록 설계할 수 있다.
이와 같이 발광소자(100)의 측면에 제 1전극(170)을 배치함으로써, 소자 표면에 배치된 구조보다는 광 흡수 문제를 개선할 수 있다. 즉, 소자 표면에 제 1전극을 형성한 경우, 소자 표면을 방출되는 광이 소자 표면의 제 1전극이나, 본딩 패드, 본딩 와이어에 의해 흡수됨으로써, 광 효율이 저하되는 문제가 있다. 이러한 소자 표면의 광 흡수 문제를 소자 측면에 상기 제 1전극(170)을 배치하여 해결하고자 한다.
도 2내지 도 7은 실시 예에 따른 반도체 발광소자 제조과정을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 기판(101) 위에 제 1도전성 반도체층(110), 활성층(120), 제 2도전성 반도체층(130)을 형성하게 된다. 상기 기판(101)은 사파이어 기판(Al203), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, 그리고 GaAs, 도전성 기판 등으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 상기 제 1도전성 반도체층(110)은 n형 반도체층으로, 제 2도전성 반도체층(130)은 p형 반도체층으로 구현할 수 있으며, 또는 그 역의 구조로 구현할 수도 있다. 이러한 기판(101)에는 버퍼층 또는/및 언도프드 반도체층이 형성될 수도 있으며, 상기 기판(101), 버퍼층, 언도프드 반도체층은 박막 성장 후 분리 또는 제거될 수도 있다.
여기서, 상기 기판(101)과 제 1도전성 반도체층(110) 사이에는 상기 활성층(120)을 보호하기 위해, 별도의 패턴화된 금속 물질이 형성될 수도 있다.
도 3을 참조하면, 상기 제 1도전성 반도체층(110)의 일부에는 제 1전극(170)이 형성된다. 이를 위해, 상기 제 2도전성 반도체층(130)의 일부 영역에 대해 제 1도전성 반도체층(110)의 일부 상면까지 메사 에칭(제 1메사 에칭)을 수행하여, 상기 제 1도전성 반도체층(110)의 일부 상면을 노출시켜 준다. 상기 노출된 제 1도전성 반도체층(110)의 일부 상면에 제 1전극(170)을 형성해 주게 된다.
여기서 상기 제 1전극(170)은 상기 제 2도전성 반도체층(130), 상기 활성층(120), 제 1도전성 반도체층(110)의 측면과는 소정의 간격으로 이격된다.
도 4를 참조하면, 상기 제 1전극(170)의 측면 및 상면에는 절연막(160)이 형성된다. 상기 절연막(160)은 제 1전극(170)의 측면과 상면, 그리고 상기 제 2도전성 반도체층(130)의 상면 일부까지 연장되어 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 제 2도전성 반도체층(130) 및 절연막(160) 위에는 반 사 전극층(140)이 형성되며, 상기 반사 전극층(140) 위에는 전도성 지지부재(150)가 형성된다.
이후, 상기 제 1도전성 반도체층(110)의 아래에 배치된 기판(101)을 물리적 또는/및 화학적 방식으로 제거하게 된다. 예컨대, 상기 기판(101)에 일정 영역의 파장을 가지는 레이저를 조사하면 상기 기판(101)과 제 1도전성 반도체층(110) 사이의 경계면에서 열 에너지가 집중되어, 상기 기판(101)이 분리된다. 그리고 상기 기판(101)이 제거된 제 1도전성 반도체층(110)의 표면에 대해 ICP/RCE(Inductively coupled Plasma/Reactive Ion Etching) 방식으로 연마하는 공정을 수행할 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 전도성 지지부재(150)를 베이스에 위치시킨 후, 상기 제 1도전성 반도체층(110)의 테두리 영역으로 메사 에칭(제 2메사 에칭)을 수행하게 된다. 상기 제 1도전성 반도체층(110)의 상면 테두리부터 메사 에칭을 수행하면, 상기 제 1전극(170)의 상면 일부(A1)가 노출된다. 상기 제 1전극(170)은 상기 제 1도전성 반도체층(110)의 아래에 부분 접촉되며, 상면에 본딩 패드가 형성된다.
실시 예에서는 상기 제 1도전성 반도체층(110)의 일측 상면에 상기 제 1전극(170)을 형성시킨 후, 2번의 메사 에칭을 통해 상기 제 1도전성 반도체층(110)에 형성되는 면의 제 1전극(110)이 노출시켜 주어, 소자 상면이 아닌 소자 측면으로 본딩 와이어를 연결할 수 있다.
상기의 실시 예를 설명함에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형 성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "directly"와 "indirectly"의 의미를 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 실시 예에 따른 반도체 발광소자를 나타낸 측 단면도.
도 2내지 도 7은 실시 예에 따른 반도체 발광소자 제조과정을 나타낸 도면.
Claims (7)
- 반사 전극층;상기 반사층 위에 형성된 제 2도전성 반도체층;상기 제 2도전성 반도체층 위에 형성된 활성층;상기 활성층 위에 형성된 제1도전성 반도체층;상기 제 1도전성 반도체층의 일측 아래에 형성된 제 1전극을 포함하는 반도체 발광소자.
- 제 1항에 있어서,상기 반사 전극층 아래에 형성된 전도성 지지부재를 포함하는 반도체 발광소자.
- 제 1항에 있어서,상기 제 2도전성 반도체층은 p형 반도체층 또는 p형 반도체층과 그 위에 적층된 n형 반도체층을 포함하는 반도체 발광소자.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1전극의 측면 및 저면 영역에 다른 층과의 절연을 위해 형성된 절연막을 포함하는 반도체 발광소자.
- 제 4항에 있어서,상기 절연막은 상기 반사 전극층, 상기 제 2도전성 반도체층 및 상기 활성층과 제 1전극 사이를 절연시켜 주는 반도체 발광소자.
- 기판 위에 제 1도전성 반도체층, 활성층 및 제 2도전성 반도체층을 형성하는 단계;상기 제 1도전성 반도체층의 일측에 제 1전극을 형성하는 단계;상기 제 1전극의 외측에 절연막을 형성하는 단계;상기 제 2도전성 반도체층 및 상기 절연막 위에 반사 전극층을 형성하는 단계;상기 반사 전극층 위에 전도성 지지부재를 형성하는 단계;상기 기판을 제거하는 단계;상기 제 1도전성 반도체층의 타측 일부를 에칭하여 상기 제 1전극을 노출시켜 주는 단계를 포함하는 반도체 발광소자 제조방법.
- 제 6항에 있어서,상기 절연막은 상기 반사전극층, 상기 제 2도전성 반도체층, 상기 활성층과 제1전극 사이에 형성되는 반도체 발광소자 제조방법.
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