KR20100136973A - 고반사성 옴-전극을 갖는 반도체 발광 소자 - Google Patents
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Abstract
반도체 발광 소자가 전도성 기판 위에 다중층 반도체 구조를 포함한다. 다중층 반도체 구조는 전도성 기판 위에 위치된 제 1 도핑 반도체 층, 상기 제 1 도핑 반도체 층 위에 위치된 제 2 도핑 반도체 층, 및/또는 상기 제 1 도핑 반도체 층과 제 2 도핑 반도체 층 사이에 위치된 MQW 활성층을 포함한다. 또한 반도체 발광 소자는 제 1 도핑 반도체 층과 전도성 기판 사이에 반사성 옴-접촉 금속층을 포함하고, 상기 반사성 옴-접촉 금속층은 Ag와, Ni, Ru, Rh, Pd, Au, Os, Ir, 및 Pt 중 하나 이상과; 그리고 Zn, Mg, 카드뮴(Cd), 및 베릴륨(Be) 중 하나 이상과; 그리고 텅스텐(W), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 탄탈(Ta), 및 크롬(Cr) 중 다수를 포함한다. 반도체 발광 소자는 반사성 옴-접촉 금속층과 전도성 기판 사이의 결합층, 상기 전도성 기판에 연결되는 제 1 전극, 제 2 도핑 반도체 층에 연결되는 제 2 전극을 추가로 포함한다.
Description
본 발명은 반도체 발광 소자의 설계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고반사성(highly reflective) 옴-전극을 갖는 신규한 반도체 발광 소자에 관한 것이다.
고체-상태 광원은 조명 기술의 그 다음 파동을 야기하도록 기대된다. 고휘도 발광 다이오드(HB-LED)는, 종래의 광원에 있어서 전구를 대체하기 위하여 디스플레이 장치를 위한 광원 역할을 수행함으로써 증가하는 많은 이용예에 나타나고 있다. 통상적으로, 비용, 효율성, 및 휘도가 상업적 생존력을 결정하는데 있어 가장 중요한 세 가지 척도이다.
LED는 양으로 도핑된 층(p-형 도핑층)과 음으로 도핑된 층(n-형 도핑층) 사이에 "끼워져" 있는 활성 영역으로부터 빛을 생성한다. LED가 순방향-바이어스된 때, p-형 도핑층으로부터의 정공과 n-형 도핑층으로부터의 전자 등의 캐리어가 활성 영역에서 재결합한다. 직접 밴드-갭 물질에서, 이러한 재결합 과정은 광자 또는 빛의 형태로 에너지를 방출하며, 이러한 광자 또는 빛의 파장이 활성 영역의 물질의 에너지 밴드-갭에 상응한다.
기판의 선택 및 반도체 층 스택 구조의 설계에 따라, LED는 두 개의 구성, 즉 측면(lateral)-전극(전극들은 기판의 동일면 상에 위치됨) 구성 및 수직 전극(전극들은 기판의 반대쪽 면 상에 위치됨) 구성을 이용하여 형성될 수 있다. 도 1a 및 1b는 위의 두 구성 모두를 도시하며, 여기서 도 1a는 통상적인 측면-전극의 단면을 도시하고, 도 1b는 통상적인 수직 전극의 단면을 도시한다. 도 1a 및 1b에 도시된 LED 모두는 기판층(102), n-형 도핑층(104), 선택 사항인 다중-양자-우물(MQW) 활성층(106), p-형 도핑층(108), 상기 p-형 도핑층에 연결되는 p-측 전극(110), 및 상기 n-형 도핑층에 연결되는 n-측 전극(112)을 포함한다.
수직-전극 구성은 소자의 패키징을 좀 더 쉽게 만든다. 이에 더하여, 전극들이 소자의 반대쪽 면 상에 위치되기 때문에, 소자는 정전기 방전에 좀 더 저항력이 있다. 따라서, 수직-전극 LED는 측면-전극 LED와 비교하여 더 높은 안정성을 가진다. 이는, 특히 고-전력 단-파장 LED에서 그러하다.
고-전력 고-휘도 LED로부터 빛을 효과적으로 추출하기 위하여, 플립-플롭 패키징 기법이 종종 채택될 수 있는데, 이러한 플립-플롭 패키징 기법에서, p-측 전극이 고반사성 표면으로서 이용되어 소자의 반대쪽 면에 빛을 반사할 수 있다. 광 반사기의 존재가 LED의 광 추출 효율성을 증가시킨다. 도 2는 반사기로서 p-전극을 갖는, 플립-플롭 패키징된 수직 LED의 대표적 구조를 도시한다. 위에서부터 밑으로, 도 2는 n-측 전극(202), n-형 도핑층(204), 활성층(206), p-형 도핑층(208), 그리고, 반사기의 역할도 하는 p-측 전극(210)을 나타낸다. 점선으로 나타낸 화살표가 전류 흐름의 방향을 나타내고, 위를 향하는 짧은 화살표가 광 전파의 방향을 나타낸다. 방출된 빛이 안내되어 잘 정의된 방향으로 전파되는 레이저 장치와는 달리, LED에서 방출된 빛은 무지향적으로 전파된다. 따라서, 광 추출 효율성을 증가시키는데 소자 바닥의 반사기가 필수적이다.
본 발명의 일 실시예는 전도성 기판 위에 다중층 반도체 구조를 포함하는 반도체 발광 소자를 포함한다. 다중층 반도체 구조는 전도성 기판 위에 위치된 제 1 도핑 반도체 층, 상기 제 1 도핑 반도체 층 위에 위치된 제 2 도핑 반도체 층, 및/또는 제 1 도핑 반도체 층과 제 2 도핑 반도체 층 사이에 위치된 다중-양자-우물(MQW) 활성층을 포함한다. 반도체 발광 소자는 또한, 제 1 도핑 반도체 층과 전도성 기판 사이에 위치된 반사성 옴-접촉 금속층을 포함한다. 반사성 옴-접촉 금속층은 Ag와, 이하의 물질: 즉, Ni, Ru, Rh, Pd, Au, Os, Ir, 및 Pt 중 하나 이상과; 그리고, 이하의 물질: 즉, Zn, Mg, Be, 및 Cd 중 하나 이상과; 그리고, 이하의 물질: 즉, W, Cu, Fe, Ti, Ta, 및 Cr 중 다수를 포함한다. 반도체 발광 소자는 반사성 옴-접촉 금속층과 전도성 기판 사이에 위치된 결합층(bonding layer), 상기 전도성 기판에 연결되는 제 1 전극, 및 제 2 도핑 반도체 층 위의 제 2 전극을 추가로 포함한다.
위의 실시예의 변형예에서, 상기 제 1 도핑 반도체 층은 p-형 도핑 반도체 층이다.
위의 실시예의 추가적 변형예에서, 상기 P-형 도핑 반도체 층은 Mg로 도핑된 GaN을 포함한다.
위의 실시예의 변형예에서, 상기 반사성 옴-접촉 금속층은 이하의 금속 조성물: 즉, Ag/Pt/Mg 합금 및 Ag/Pt/Zn 합금 중 하나를 포함한다.
위의 실시예의 변형예에서, 반사성 옴-접촉 층은 이하의 물질: 즉, Pt, Ni, Ru, Rh, Pd, Au, Os, 및 Ir 중 하나 이상의 1-10 중량%; 이하의 물질: 즉, Zn, Mg, Be, 및 Cd 중 하나 이상의 0.001-5 중량%; 그리고 이하의 물질: 즉, W, Cu, Ti, Ta, 및 Cr 중 다수의 0-5 중량%를 포함한다.
위의 실시예의 변형예에서, 상기 반사성 옴-접촉 층은 Ag 97 중량%, Pt 1.5 중량%, 및 Zn 1.5 중량%를 포함한다.
위의 실시예의 변형예에서, 상기 활성층은 이하의 물질: 즉, InGaN, InGaAlN, InGaAlP, 및 InGaAlAs 중 하나 이상을 포함한다.
위의 실시예의 변형예에서, 상기 전도성 기판은 이하의 물질: 즉, Si, GaAs, GaP, Cu, 및 Cr 중 하나 이상을 포함한다.
도 1a는 대표적인 측면-전극 LED의 단면을 도시한다.
도 1b는 대표적인 수직-전극 LED의 단면을 도시한다.
도 2는 반사기로서 p-측 기판을 사용하는 대표적인 수직-전극 LED의 단면을 도시한다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따라, 선(pre)-패턴화된 홈과 메사(mese)를 갖는 기판의 부분을 도시한다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따라, 선-패턴화된 기판의 단면을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 고반사성 옴-전극을 갖는 발광 소자의 제작 공정을 도시하는 그림이다.
도 1b는 대표적인 수직-전극 LED의 단면을 도시한다.
도 2는 반사기로서 p-측 기판을 사용하는 대표적인 수직-전극 LED의 단면을 도시한다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따라, 선(pre)-패턴화된 홈과 메사(mese)를 갖는 기판의 부분을 도시한다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따라, 선-패턴화된 기판의 단면을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 고반사성 옴-전극을 갖는 발광 소자의 제작 공정을 도시하는 그림이다.
이하의 설명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 개시된 실시예를 제작 및 이용할 수 있도록 제시되었으며, 특정 이용예 및 이의 요건의 맥락에서 제공된다. 개시된 실시예에 대한 다양한 변경이 해당업계 종사자에게 즉시 명백할 것이며, 본 명세서에서 정의된 일반적 원리가 본 발명의 사상과 범위를 벗어남이 없이 그 밖의 다른 실시예 및 이용예에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 도시된 실시예에 제한되지 않으며, 개시된 원리 및 특징과 양립되는 가장 넓은 범위와 조화된다.
개요
LED 제작 기술의 최근 발전은 단-파장 LED를 위한 물질로서 AlGaN, InGaN, InGaAlN, 및 GaN을 포함하는 GaN-기반 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체의 이용을 가능하게 한다. 이러한 GaN-기반 LED는 LED 방출 스펙트럼이 녹색, 청색, 및 자외선 영역까지 뻗도록 할 뿐만 아니라, 높은 광 방출 효율성을 달성할 수 있도록 한다. 현재의 혼잡성 문제를 피하기 위하여, 그리고 광 추출 효율성을 증가시키기 위하여, p-측 옴-전극을 위한 접촉층으로서 고반사성 물질을 선택하는 것이 필요하다.
여기에는 가령, 은(Ag)과 알루미늄(Al) 등 오직 몇몇 유형의 금속 물질만이 존재하는데, 이러한 금속 물질은 스펙트럼이 녹색에서부터 보라색까지의 범위를 갖는 빛에 고반사를 제공할 수 있다. 그러나, Ag 또는 Al에 대해서는 p-형 도핑 GaN-기반 화합물 반도체(가령, p-GaN, p-AlGaN, p-InGaN, 및 p-InGaAlN)와의 양호한 옴-접촉을 형성하는 것이 매우 어렵다. 반면, 전술된 p-도핑 GaN 반도체와의 저-저항 옴-접촉을 형성할 수 있는, 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 및 니켈/금(Ni/Au) 합금과 같은 금속 물질은 원하는 스펙트럼 범위에서 빛을 강하게 흡수한다. 금속 접촉이 더 두꺼울수록, 빛을 더 강하게 흡수한다. 따라서, 광 흡수를 줄이기 위하여 옴-전극의 두께를 감소시키는 것이 바람직하게 된다. 그러나 얇은 금속의 층에 의해 유래된 흡수는 광 추출 효율성을 유의하게 감소시킬 수 있다. 이에 더하여, 흡수된 광 에너지가 종종 열로 변환되는데, 이러한 열은 LED 온도를 상승시킬 수 있다. 이렇게 증가된 온도는 더 강한 광 흡수 및 증가된 누설 전류를 야기할 수 있으며, 이는 LED 수명을 단축시키는 경향이 있고, 또는 최악의 경우 LED가 타버리게 할 수도 있다. 이는, LED가 큰 바이어스 하에서 동작하고 있을 때, 전극에 의해 발생된 열이 LED 수명을 단축시키는 주요 요인 중 하나라는 점에서 나타난다.
최근, 연구자들은 p-측 옴-접촉을 형성하기 위하여 투명-전도성-산화물(transparent-conductive-oxide, TCO) 재료를 사용하는 방법을 채택해 왔다. 그러나, TCO 재료는, TCO 재료의 비교적 높은 접촉 저항과 낮은 열 전도성이 LED 내부에 열 축적을 야기할 수 있고 LED 누설 전류 또한 증가시킬 수 있기 때문에 고전력 LED에는 적합하지 않을 수 있다.
오늘날에는, 고반사성 p-전극이 통상적으로 Ni/Au/Ag 합급, Ag로 도금된 TCO, 및 니켈/은/루테늄(Ni/Ag/Ru) 합금에 기초한다. 이러한 물질 모두가 특정 문제와 관련되어 있다. 비록 Ni/Au/Ag 전극에 대한 접촉 저항은 상대적으로 낮지만, Au(금)층이 방출된 빛을 강하게 흡수한다. 예를 들어, Ni/Au/Ag 전극은 파장이 460nm 영역인 빛의 약 20-30%를 흡수할 수 있다. 이러한 높은 광 흡수율이 LED의 광 추출 효율성을 크게 감소시킨다. 만일 Ni/Au 층의 두께를 감소시킴으로써 광 흡수를 감소시키고자 한다면, 약해진 부착력에 따른 비-이상적 옴-접촉의 문제에 직면할 것이다. 반면, Ag-도금된 TCO 전극은 더 높은 광 추출 효율성을 증명하지만 TCO 전극의 낮은 열 전도성이 열 축적을 야기하게 되고, 따라서 LED가 높은 바이어스 전류 하에서 덜 안정적이 되도록 한다. 더욱이, Ni의 얇은 층이 반도체와 Ag 반사기 사이에 존재하기 때문에 Ni/Ag/Ru 전극이 낮은 광 흡수를 보인다 하더라도, Ni는 p-도핑 GaN 물질과의 양호한 옴-접촉을 형성하기에 적합하지 않다. 이에 더하여, Ni/Ag/Ru 전극의 열처리 공정에서 종종 Ag 층의 반사율을 감소시킨다. Ag 단독으로, 청색광을 향한 높은 반사율을 증명하였지만, p-도핑 GaN 물질과의 양호한 옴-접촉을 형성하는 것은 어렵다. 이에 더하여, Ag 옴-접촉의 접촉 특성, 안정성, 및 부착성이 Pt, Pd, 또는 Ni/Au로 형성된 옴-접촉의 것보다 열등하다.
위에서 언급된 바와 같이, 고-휘도 고-전력 LED를 위한 신뢰성 있는 고-반사성, 저-저항 옴-전극을 형성함에 있어서, 요구되는 모든 조건(가령, 낮은 광 흡수, 낮은 접촉 저항, 높은 안정성, 및 높은 부착력 포함)을 동시에 만족시키는 것은 어렵다.
본 발명의 실시예는 고반사성(highly reflective) 옴-전극을 갖는 LED 소자를 제공한다. LED 소자는 전도성 기판, 다중층 반도체 구조, 반사성 옴-접촉 금속층, 상기 다중층 반도체 구조를 전도성 기판과 결합시키는 결합층, 제 1 전극, 및 제 2 전극을 포함한다. 반사성 옴-접촉 금속층은 Ag와, 하나 또는 두 개의 그 밖의 다른 금속 물질(가령, Mg 및 Zn 포함)을 포함한다.
기판 준비하기
큰-면적 성장 기판(가령, Si 웨이퍼) 위에 균열이 없는 GaN-기반 Ⅲ-Ⅴ 화합물 다중층 구조를 성장시키기 위하여, 홈과 메사(mesa)를 갖는 기판을 미리 패턴화하는 성장 방법이 도입된다. 홈과 메사를 갖는 기판을 선-패턴화함으로써, 기판 표면과 다중층 구조 사이의 격자 상수와 열팽창 계수의 부정합(misnatch)에 의해 야기되었던 다중층 구조에서의 응력(stress)을 효과적으로 해소할 수 있다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따라 포토 리소그래픽 기법 및 플라스마 에칭 기법을 이용하여 미리 에칭된 패턴을 갖는 기판의 일부에 대한 평면도이다. 정사각형 메사(300)와 홈(302)이 에칭의 결과이다. 도 3b는 도 3a의 수평 라인(AA')에 따른 선(pre)-패턴화된 기판의 단면을 보여줌으로써 메사 및 홈의 구조를 좀 더 명확하게 도시한다. 도 3b에서 볼 수 있는 바와 같이, 교차하는 홈(304)의 측벽이 고립된 메사 구조(가령, 메사(306) 및 부분적 메사(308 및 310))의 측벽을 효과적으로 형성한다. 각각의 메사는 각자의 반도체 소자를 성장시키기 위한 독립적 표면적을 정의한다.
반도체 기판 위에 홈과 메사를 형성하기 위하여 각기 다른 리소그래픽 기법 및 에칭 기법을 적용하는 것이 가능함을 주의한다. 홈(302)의 패턴을 변화시킴으로써, 도 3a에서 볼 수 있는 바와 같이 정사각형 메사(300) 이외에 대안적 기하학적 형태가 형성될 수 있다. 이러한 대안적 기하학적 형태의 일부로는 삼각형, 직사각형, 평행 사변형, 6각형, 원형, 또는 그 밖의 다른 비정형적(non-regular) 모양이 포함될 수 있다(단, 이에 한정되는 것은 아님).
고반사성
옴-전극을 갖는 발광 소자 제작하기
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 고반사성 옴-전극을 갖는 발광 장치의 제작 공정을 도시하는 그림이다. 공정 A에서, 홈과 메사를 갖는 선(pre)-패턴화된 성장 기판이 준비된 후에, 금속 유기체 화학적 기상 증착(MOCVD)을 포함할 수 있는(단, 이에 한정되는 것은 아님) 다양한 성장 기법을 이용하여 InGaN 다중층 구조가 형성된다. LED 구조는 Si 웨이퍼일 수 있는 기판 층(402), Si-도핑 GaN 층일 수 있는 n-형 도핑 반도체 층(404), 다중-주기(multi-period) GaN/InGaN MQW일 수 있는 활성층(406), 및 Mg-도핑 GaN에 기초할 수 있는 p-형 도핑 반도체 층(408)을 포함할 수 있다.
공정 B에서, 접촉-보조(contact-assist) 금속층(410)이 p-도핑 반도체 층의 상부 위에 형성된다. 접촉-보조 금속층(410)을 형성하는데 사용될 수 있는 금속 물질로는 백금(Pt) 및/또는 Ni가 포함된다. 또한 접촉-보조 금속층(410)은 이하의 물질: 즉, 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 베릴륨(Be), 아연(Zn), 및 마그네슘(Mg) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 접촉-보조 금속층(410)은 예를 들어, 가령, 전자-빔(e-빌) 증발 증착 기법 또는 스퍼터링 기법과 같은 증발 증착 기법을 이용하여 증착될 수 있다. 그 밖의 다른 증착 기법 또한 가능하다. 접촉-보조 금속층(410)의 두께는 10 옹스트롬 이상이다. 일 실시예에서, 접촉-보조 금속층(410)의 두께가 대략 500 옹스트롬이다.
공정 C에서, 접촉-보조 금속층(410)은 먼저 열처리 과정을 거치고, 그 후, 가령 기계적 연마 기법 또는 화학적 에칭 기법을 이용하여 제거된다. 열처리 과정은 p-형 층의 p-형 이온을 활성화한다. 열처리 과정을 위한 주변 환경은 질소(N2), 산소(O2), 공기, 진공, 비활성 기체 중 하나를 포함할 수 있다. 열처리를 위한 온도는 200℃와 1000℃ 사이일 수 있다. 일 실시예에서, 열처리 온도는 대략 550℃이다. 열처리에 사용되는 총 시간은 10 초에서 24 시간 사이일 수 있다. 일 실시예에서, 열처리가 대략 5 분 동안 지속된다. 증착, 열처리, 및 접촉-보조 금속층(410)의 제거 공정이, 선택된 금속과 p-형 층(408) 사이에 형성되는 옴-접촉의 옴-접촉 특성과 부착력뿐만 아니라 안정성도 향상시킨다.
공정 D에서, 반사성 옴-접촉 금속층(412)이 p-형 도핑층(408)의 상부 위에 형성된다. 반사성 옴-접촉 금속층(412)을 형성하는데 사용되는 금속 물질로는 Ag와, 이하의 물질: 즉, Ru, Rh, Pd, Au, Os, Ir, 및 Pt 중 하나 이상과; 고 Zn, Mg, 카드뮴(Cd), 및 베릴륨(Be) 중 하나 이상과; 그리고 이하의 물질: 즉, 텅스텐(W), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 탄탈(Ta), 및 크롬(Cr) 중 다수가 포함될 수 있다. 더 좋은 성능을 위해, 반사성 옴-접촉 층은 이하의 물질: 즉, Pt, Ru, Rh, Pd, Au, Os, Ir 중 하나 이상의 1-10 중량%; Zn, Mg, Cd, 및 Be 중 하나 이상의 0.001-5 중량%; 그리고 이하의 물질: 즉, W, Cu, Ti, Ta, 및 Cr 중 하나 이상의 0-5 중량%를 포함하는 Ag 합금일 수 있다. 접촉-보조 금속층(410)에서와 유사하게, 반사성 옴-접촉 금속층(412)은 가령, 전자-빔(e-빔) 증발 증착 기법 또는 스퍼터링 기법과 같은 증발 증착 기법을 이용하여 증착될 수 있다. 그 밖의 다른 증착 기법 또한 가능하다.
반사성 옴-접촉 금속층(412)을 위한 금속 물질/조성물의 가능한 모든 선택권 중에서, 일 실시예는 Ag/Pt/Mg의 금속 조성물을 선택하고, 또 다른 실시예는 Ag/Pt/Zn의 금속 조성물을 선택한다. 앞서 언급된 바와 같이, Ag는 녹색광 및 청색광을 위한 좋은 반사기이다. 이에 더하여, Pt는 비교적 높은 일함수를 가진다. p-형 도핑 반도체 물질에 있어서, 고-전도성 영역을 형성하기 위하여, 전극의 일함수는 반도체 물질의 일함수와 동일하거나 이보다 크게 되도록 하는 것이 이상적이다. 따라서, Pt는 p-도핑 반도체 층과의 저-저항 옴-접촉을 형성하기에 바람직한 물질이다. 이에 더하여, 은 합금에서 Pt의 존재는 p-형 층(408)으로의 Ag의 확산을 효과적으로 감소시킨다. 더욱이, 옴-접촉을 형성할 때 Mg와 Zn 모두 Ⅲ-Ⅴ 반도체 화합물(가령, GaN)에 대한 p-형 도펀트이기 때문에, 이러한 두 금속은 액셉터의 소스처럼 기능하여 반도체 표면에 또는 반도체 표면 부근에 p-형 도핑 농도를 증가시킬 수 있다. 이에 더하여, 은 합금에서 Mg 및/또는 Zn의 존재는 Ag 합금의 열적 안정성을 효과적으로 증가시킬 수 있다. 따라서, 이러한 두 금속 조성물(Ag/Pt/Mg, Ag/Pt/Zn)의 선택은 양호한 열적 안정성 및 강한 부착력을 갖는 저-저항 옴-접촉의 결과를 가져올 수 있다. 이에 더하여, 또한 이러한 옴-접촉은 단-파장 LED에 의해 요구되는 것처럼 청색광에 대해 높은 반사성을 가진다. 일 실시예에서, 반사성 옴-접촉 금속층(412)은 97 중량%의 Ag, 1.5 중량%의 Pt, 및 1.5 중량 %의 Zn을 포함한다.
반사성 옴-접촉 금속층(412)의 형성 이후, 열처리 과정을 수행하는 것은 선택 사항이다. 열처리가 수행되는 경우, 열처리 온도는 200℃와 1000℃ 사이일 수 있다. 일 실시예에서, 열처리 온도는 대략 550℃이다. 열처리 주기에 사용되는 총 시간은 5 초와 120 분 사이일 수 있다. 일 실시예에서, 열처리기 대략 2 분 동안 지속된다. 열처리 주변 환경은 N2, O2, 공기, 진공, 및 비활성 기체 중 하나일 수 있다.
공정 E에서, 반사성 옴-접촉 금속층(412) 위에 결합층(414)이 형성된다. 결합층(414) 형성에 사용되는 물질로는 금이 포함될 수 있다.
공정 F에서, 다중층 구조(416)가 역으로 뒤집혀서 지지 구조(418)와 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 지지 구조(418)는 전도성 기판 층(420) 및 결합층(422)을 포함한다. 결합층(422)은 Au를 포함할 수 있다. 전도성 기판 층(420)은 이하의 물질: 즉, Si, GaAs, GaP, Cu, 및 Cr 중 하나 이상을 포함한다.
공정 G에서, 가령 기계적 연마 기법 또는 화학적 에칭 기법에 의해 성장 기판(402)이 제거된다. 성장 기판(402)의 제거로 n-형 층(404)이 노출된다.
공정 H에서, n-형 층(404)의 위에 전극(424)(n-측 전극)이 형성된다. 일 실시예에서, n-측 전극(424)은 Ni, Au, Au/Ge/Ni 합금, Ti, Al, Cr, 및/또는 Ti/Al 합금을 포함한다. n-측 전극(424)은 예를 들어, e-빔 증발 증착 기법 또는 스퍼터링 기법과 같은 증발 증착 기법을 이용하여 형성될 수 있다. 그 밖의 다른 증착 기법 또한 가능하다.
공정 I에서, 전도성 기판(420)의 후면에 또 다른 옴-접촉(426)이 형성된다. 옴-접촉(426)의 물질 조성물 및 형성 공정은 n-측 전극(424)에서와 유사할 수 있다. 옴-접촉(426), 전도성 기판(420), 결합층(414) 및 반사성 옴-접촉 금속층(412)이 함께 고반사성 p-측 전극을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 대한 위의 설명은 오직 예시 목적으로만 제시되었다. 이러한 설명이 본 발명을 총괄하거나 본 발명을 개시된 형태에 제한하려는 의도는 아니다. 따라서, 많은 수정 및 변경이 해당업계 종사자에게 명백할 것이다. 따라서, 전술된 개시 내용은 본 발명을 제한하려는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 기재된 청구항에 의해 정의된다.
Claims (20)
- 반도체 발광 소자에 있어서,
전도성 기판 위의 다중층 반도체 구조, 여기서 상기 다중층 반도체 구조는, 상기 전도성 기판 위에 위치되는 제 1 도핑 반도체 층, 상기 제 1 도핑 반도체 층 위에 위치되는 제 2 도핑 반도체 층, 및/또는 상기 제 1 도핑 반도체 층과 상기 제 2 도핑 반도체 층 사이에 위치되는 다중-양자-우물(MQW) 활성층을 포함함;
상기 제 1 도핑 반도체 층과 상기 전도성 기판 사이에 위치되는 반사성(reflective) 옴-접촉 금속층, 여기서 상기 반사성 옴-접촉 금속층은,
이하의 금속: 즉, Pt, Ni, Ru, Rh, Pd, Au, Os, 및 Ir 중 하나 이상과, Ag;
이하의 금속: 즉, Zn, Mg, Be, 및 Cd 중 하나 이상; 그리고
이하의 금속: 즉, W, Cu, Fe, Ti, Ta, 및 Cr 중 다수
를 포함함;
상기 반사성 옴-접촉 금속층과 상기 전도성 기판 사이에 위치되는 결합층(bonding layer);
상기 전도성 기판에 연결되는 제 1 전극; 그리고
상기 제 2 도핑 반도체 층 위의 제 2 전극
을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 도핑 반도체 층은 p-형 도핑 반도체 층인 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자. - 청구항 2에 있어서,
상기 p-형 도핑 반도체 층은 Mg로 도핑된 GaN을 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자. - 청구항 1에 있어서, 상기 반사성 옴-접촉 금속층은,
Ag/Pt/Mg, 그리고
Ag/Pt/Zn
중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자. - 청구항 1에 있어서, 반사성 옴-접촉 층은,
이하의 물질: 즉, Pt, Ni, Ru, Rh, Pd, Au, Os, 및 Ir 중 하나 이상의 1-10 중량%;
이하의 물질: 즉, Zn, Mg, Be, 및 Cd 중 하나 이상의 0.001-5 중량%; 그리고
W, Cu, Ti, Ta, 및 Cr 중 하나 이상의 0-5 중량%
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자. - 청구항 1에 있어서, 반사성 옴-접촉 층은,
Ag 97 중량%;
Pt 1.5 중량%; 그리고
Zn 1.5 중량%
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자. - 청구항 1에 있어서, 상기 MQW 활성층은,
InGaN,
InGaAlN,
InGaAlP, 그리고
IaGaAlAs
중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자. - 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 기판은,
Si,
GaAs,
GaP,
Cu, 그리고
Cr
중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자. - 반도체 발광 소자의 제작 방법에 있어서, 상기 제작 방법은,
성장 기판 위에 다중층 반도체 구조를 성장시키는 단계, 여기서 상기 다중층 반도체 구조는, 제 1 도핑 반도체 층, 제 2 도핑 반도체 층, 및/또는 다중-양자-우물(MQW) 활성층을 포함함;
상기 제 1 도핑 반도체 층 위에 반사성 옴-접촉 금속층을 형성하는 단계, 여기서 상기 반사성 옴-접촉 금속층은,
이하의 금속: 즉, Pt, Ni, Ru, Rh, Pd, Au, Os, 및 Ir 중 하나 이상과, Ag;
이하의 금속: 즉, Zn, Mg, Cd, 및 Be 중 하나 이상; 그리고
이하의 금속: 즉, W, Cu, Fe, Ti, Ta, 및 Cr 중 다수
를 포함함;
상기 반사성 옴-접촉 금속층에 연결된 결합층(bonding layer)을 형성하는 단계;
전도성 기판에 다중층 구조를 결합시키는 단계;
상기 성장 기판을 제거하는 단계;
상기 전도성 기판에 연결되는 제 1 전극을 형성하는 단계; 그리고
상기 제 2 도핑 반도체 층 위에 제 2 전극을 형성하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자의 제작 방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 성장 기판은 선(pre)-형성된 홈 및 메사(mesa)의 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자의 제작 방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 제 1 도핑 반도체 층 위에 접촉-보조(contact-assist) 금속층을 형성하는 단계, 여기서 상기 접촉-보조 금속층은 Pt, 또는 이하의 물질: 즉, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Ni, Zn, 및 Mg 중 하나 이상을 포함하는 Pt 합금을 포함함;
상기 제 1 도핑 반도체 층을 활성화하도록 다중층 구조를 열처리하는 단계;
상기 접촉-보조 금속층을 제거하는 단계
를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자의 제작 방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 제 1 도핑 반도체 층은 p-형 도핑 반도체 층인 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자의 제작 방법. - 청구항 12에 있어서,
상기 p-형 도핑 반도체 층은 Mg로 도핑된 GaN을 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자의 제작 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 접촉-보조 금속층의 두께가 10 옹스트롬 이상인 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자의 제작 방법. - 청구항 11에 있어서,
열처리 공정을 위한 온도가 200℃와 1000℃ 사이이고,
열처리 공정의 지속시간이 5분이며,
열처리 주변 환경이 N2, O2, 공기, 진공, 및 비활성 기체 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자의 제작 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 접촉-보조 금속층의 제거가, 화학적 에칭 및 기계적 연마 중 하나 이상을 수반하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자의 제작 방법. - 청구항 9에 있어서, 상기 반사성 옴-접촉 금속층은,
이하의 금속 조성물, 즉
Ag/Pt/Mg, 그리고
Ag/Pt/Zn
중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자의 제작 방법. - 청구항 9에 있어서, 반사성 옴-접촉 층은,
이하의 물질: 즉, Pt, Ni, Ru, Rh, Pd, Au, Os, 및 Ir 중 하나 이상의 1-10 중량%;
이하의 물질: 즉, Zn, Mg, Be, 및 Cd 중 하나 이상의 0.001-5 중량%; 그리고
이하의 물질: 즉, W, Cu, Ti, Ta, 및 Cr 중 하나 이상의 0-5 중량%
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자의 제작 방법. - 청구항 9에 있어서, 반사성 옴-접촉 층은,
Ag 97 중량%;
Pt 1.5 중량%; 그리고
Zn 1.5 중량%
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자의 제작 방법. - 청구항 9에 있어서, 상기 전도성 기판은,
Si,
GaAs,
GaP,
Cu, 그리고
Cr
중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자의 제작 방법.
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