KR20110078628A - Iii-nitride semiconductor light emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 3족 질화물 반도체 발광소자에 관한 것으로, 특히 본딩 패드의 고정을 향상시킨 3족 질화물 반도체 발광소자에 관한 것이다.The present disclosure relates to a group III nitride semiconductor light emitting device as a whole, and more particularly, to a group III nitride semiconductor light emitting device having improved fixing of a bonding pad.
여기서, 3족 질화물 반도체 발광소자는 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 된 화합물 반도체층을 포함하는 발광다이오드와 같은 발광소자를 의미하며, 추가적으로 SiC, SiN, SiCN, CN와 같은 다른 족(group)의 원소들로 이루어진 물질이나 이들 물질로 된 반도체층을 포함하는 것을 배제하는 것은 아니다.Here, the group III nitride semiconductor light emitting device has a compound semiconductor layer of Al (x) Ga (y) In (1-xy) N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). Means a light emitting device, such as a light emitting diode comprising a, and does not exclude the inclusion of a material consisting of elements of other groups such as SiC, SiN, SiCN, CN or a semiconductor layer of these materials.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art.
도 1은 종래의 3족 질화물 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 3족 질화물 반도체 발광소자는 기판(100), 기판(100) 위에 성장되는 버퍼층(200), 버퍼층(200) 위에 성장되는 n형 3족 질화물 반도체층(300), n형 3족 질화물 반도체층(300) 위에 성장되는 활성층(400), 활성층(400) 위에 성장되는 p형 3족 질화물 반도체층(500), p형 3족 질화물 반도체층(500) 위에 형성되는 p측 전극(600), p측 전극(600) 위에 형성되는 p측 본딩 패드(700), p형 3족 질화물 반도체층(500)과 활성층(400)이 메사 식각되어 노출된 n형 3족 질화물 반도체층(300) 위에 형성되는 n측 전극(800), 그리고 보호막(900)을 포함한다.1 is a view illustrating an example of a conventional Group III nitride semiconductor light emitting device, wherein the Group III nitride semiconductor light emitting device is grown on the
기판(100)은 동종기판으로 GaN계 기판이 이용되며, 이종기판으로 사파이어 기판, SiC 기판 또는 Si 기판 등이 이용되지만, 3족 질화물 반도체층이 성장될 수 있는 기판이라면 어떠한 형태이어도 좋다. SiC 기판이 사용될 경우에 n측 전극(800)은 SiC 기판 측에 형성될 수 있다.As the
기판(100) 위에 성장되는 3족 질화물 반도체층들은 주로 MOCVD(유기금속기상성장법)에 의해 성장된다.Group III nitride semiconductor layers grown on the
버퍼층(200)은 이종기판(100)과 3족 질화물 반도체 사이의 격자상수 및 열팽창계수의 차이를 극복하기 위한 것이며, 미국특허 제5,122,845호에는 사파이어 기판 위에 380℃에서 800℃의 온도에서 100Å에서 500Å의 두께를 가지는 AlN 버퍼층을 성장시키는 기술이 기재되어 있으며, 미국특허 제5,290,393호에는 사파이어 기판 위에 200℃에서 900℃의 온도에서 10Å에서 5000Å의 두께를 가지는 Al(x)Ga(1-x)N (0≤x<1) 버퍼층을 성장시키는 기술이 기재되어 있고, 미국공개특허공보 제2006/154454호에는 600℃에서 990℃의 온도에서 SiC 버퍼층(씨앗층)을 성장시킨 다음 그 위에 In(x)Ga(1-x)N (0<x≤1) 층을 성장시키는 기술이 기재되어 있다. 바람 직하게는 n형 3족 질화물 반도체층(300)의 성장에 앞서 도핑되지 않는 GaN층이 성장되며, 이는 버퍼층(200)의 일부로 보아도 좋고, n형 3족 질화물 반도체층(300)의 일부로 보아도 좋다.The
n형 3족 질화물 반도체층(300)은 적어도 n측 전극(800)이 형성된 영역(n형 컨택층)이 불순물로 도핑되며, n형 컨택층은 바람직하게는 GaN로 이루어지고, Si으로 도핑된다. 미국특허 제5,733,796호에는 Si과 다른 소스 물질의 혼합비를 조절함으로써 원하는 도핑농도로 n형 컨택층을 도핑하는 기술이 기재되어 있다.In the n-type group III
활성층(400)은 전자와 정공의 재결합을 통해 광자(빛)를 생성하는 층으로서, 주로 In(x)Ga(1-x)N (0<x≤1)로 이루어지고, 하나의 양자우물층(single quantum well)이나 복수개의 양자우물층들(multi quantum wells)로 구성된다.The
p형 3족 질화물 반도체층(500)은 Mg과 같은 적절한 불순물을 이용해 도핑되며, 활성화(activation) 공정을 거쳐 p형 전도성을 가진다. 미국특허 제5,247,533호에는 전자빔 조사에 의해 p형 3족 질화물 반도체층을 활성화시키는 기술이 기재되어 있으며, 미국특허 제5,306,662호에는 400℃ 이상의 온도에서 열처리(annealing)함으로써 p형 3족 질화물 반도체층을 활성화시키는 기술이 기재되어 있고, 미국공개특허공보 제2006/157714호에는 p형 3족 질화물 반도체층 성장의 질소전구체로서 암모니아와 하이드라진계 소스 물질을 함께 사용함으로써 활성화 공정없이 p형 3족 질화물 반도체층이 p형 전도성을 가지게 하는 기술이 기재되어 있다.The p-type III-
p측 전극(600)은 p형 3족 질화물 반도체층(500) 전체로 전류가 잘 공급되도 록 하기 위해 구비되는 것이며, 미국특허 제5,563,422호에는 p형 3족 질화물 반도체층의 거의 전면에 걸쳐서 형성되며 p형 3족 질화물 반도체층(500)과 오믹접촉하고 Ni과 Au로 이루어진 투광성 전극(light-transmitting electrode)에 관한 기술이 기재되어 있으며, 미국특허 제6,515,306호에는 p형 3족 질화물 반도체층 위에 n형 초격자층을 형성한 다음 그 위에 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어진 투광성 전극을 형성한 기술이 기재되어 있다.The p-
한편, p측 전극(600)이 빛을 투과시키지 못하도록, 즉 빛을 기판 측으로 반사하도록 두꺼운 두께를 가지게 형성할 수 있는데, 이러한 기술을 플립칩(flip chip) 기술이라 한다. 미국특허 제6,194,743호에는 20nm 이상의 두께를 가지는 Ag 층, Ag 층을 덮는 확산 방지층, 그리고 확산 방지층을 덮는 Au와 Al으로 이루어진 본딩 층을 포함하는 전극 구조에 관한 기술이 기재되어 있다.On the other hand, the p-
p측 본딩 패드(700)와 n측 전극(800)은 전류의 공급과 외부로의 와이어 본딩을 위한 것이며, 미국특허 제5,563,422호에는 n측 전극을 Ti과 Al으로 구성한 기술이 기재되어 있다.The p-
보호막(900)은 이산화규소와 같은 물질로 형성되며, 생략될 수도 있다.The
이러한 3족 질화물 반도체 발광소자의 경우에, p측 전극(600)과 p측 본딩 패드(700) 사이의 결합력이 좋지 않아, p측 본딩 패드(700)가 벗겨지는 문제가 발생할 수 있다.In the case of the Group III nitride semiconductor light emitting device, the bonding force between the p-
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.This will be described later in the Specification for Implementation of the Invention.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).SUMMARY OF THE INVENTION Herein, a general summary of the present disclosure is provided, which should not be construed as limiting the scope of the present disclosure. of its features).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 본 개시는 기판; 기판 위에 위치하며, 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층을 가지는 복수개의 반도체층; 복수개의 반도체층 위에 위치하는 제1 전극; 제1 전극과 전기적으로 접촉되는 제2 전극; 그리고, 제2 전극이 위치하며, 복수개의 반도체층의 일부가 제거되어 형성되고, 제1 전극과 제2 전극의 결합력보다 강한 결합력을 제공하는 접촉부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자가 제공된다.According to one aspect of the disclosure, the present disclosure provides a substrate comprising: a substrate; A plurality of semiconductor layers positioned on the substrate and having an active layer generating light through recombination of electrons and holes; A first electrode on the plurality of semiconductor layers; A second electrode in electrical contact with the first electrode; And a contact portion in which the second electrode is positioned and formed by removing a portion of the plurality of semiconductor layers and providing a stronger bonding force than the bonding force of the first electrode and the second electrode. An element is provided.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.This will be described later in the Specification for Implementation of the Invention.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)). The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing (s).
도 2 및 도 7은 본 개시에 따른 3족 질화물 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 3족 질화물 반도체 발광소자는 기판(10), 기판(10) 위에 성장되는 버퍼층(20), 버퍼층(20) 위에 성장되는 n형 3족 질화물 반도체층(30), n형 3족 질화물 반도체층(30) 위에 성장되는 활성층(40), 활성층(40) 위에 성장되는 p형 3족 질화물 반도체층(50), p형 3족 질화물 반도체층(50) 위에 형성되는 p측 전극(60), p형 3족 질화물 반도체층(50)과 활성층(40)이 메사 식각되어 노출된 n형 3족 질화물 반도체층(30) 위에 형성되는 n측 전극(80), 그리고 보호막(90)을 포함한다. 도 1에 도시된 3족 질화물 반도체 발광소자와 달리, p측 본딩 패드(70)가 3족 질화물 반도체층(50,40,30)이 식각되어 노출된 n형 3족 질화물 반도체층(30)에 형성된 접촉부(71)에 구비되어 있다. 접촉부(71)는 절연층(91)으로 덮혀 있으며, p측 본딩 패드(70)는 절연층(91)에 의해 절연되어 p측 전극(60)으로 이어져 있다. 절연층(91)은 p측 본딩 패드(70)와의 결합력이 ITO와 같은 물질로 된 p측 전극(60)과 p측 본딩 패드(70) 사이의 결합력보다 높은 물질로 이루어지는 것이 바람직하며, SiO2, SiN 등을 예로 들 수 있다. 공정의 편의를 위해, 보호막(90)의 형성시에 이와 일체로 형성할 수 있다. 한편, 접촉부(71)에 요부(72)와 철부(73)를 구비하여 접촉 면적을 넓힘으로써, p측 본딩 패드(70)의 고정을 향상시킬 수 있다. 이러한 요철(72,73)은 식각의 과정에서 식각 마스크를 이용함으로써 형성될 수 있다. 요철(72,73) 형성을 위한 식각은 n측 전극(80)의 형성을 위한 식각과 함께 이루어지 거나, 이러한 식각을 마친 후에 별도로 행해질 수 있다. n측 전극(80)의 형성을 위한 식각의 초기부터 식각 마스크를 이용하는 경우에, 철부(73)를 기둥과 같이 키가 큰 철부로 형성할 수 있다. 한편 접촉부(71)를 활성층(40)의 아래에 구비함으로써, 활성층(40)에서 생성된 빛이 p측 본딩 패드(70)에 의해 흡수되는 것을 방지할 수 있다. p측 본딩 패드(70)는 예를 들어 70um~100um의 직경과 1um~2um의 높이로 Cr,Ni,Ti,Al,Au와 같은 물질의 조합으로 형성될 수 있다. 요철(72,73) 내지는 기둥은 예를 들어, 3um~10um의 직경과 3um~5um의 간격으로 형성될 수 있다. 그 높이는 p측 본딩 패드(70)와의 관계를 고려할 때, 0.5um~1.0um의 높이가 적당하다.2 and 7 illustrate an example of a group III nitride semiconductor light emitting device according to the present disclosure, wherein the group III nitride semiconductor light emitting device includes a
도 3은 본 개시에 따른 3족 질화물 반도체 발광소자의 다른 예를 나타내는 도면으로서, 접촉부(71)에 있어서, 절연층(91) 또는 보호막(90)이 요부(72)를 메우고 있다. 이 경우에도, 보호막(90)과 p측 본딩 패드(70) 사이의 결합력이 p측 전극(60)과 p측 본딩 패드(70) 사이의 결합력보다 높으므로 패드 벗겨짐(peeling)의 문제를 해소할 수 있다. 미설명 동일 부호에 대한 설명은 생략한다. 도 7에서 설명의 편의를 위해 보호막(90)을 생략하였다.3 is a view showing another example of the group III nitride semiconductor light emitting device according to the present disclosure, in which the
도 4는 본 개시에 따른 3족 질화물 반도체 발광소자의 또다른 예를 나타내는 도면으로서, 도 2 및 도 3에 도시된 반도체 발광소자와 달리 접촉부(71)에 요철이 형성되어 있지 않으며, 보호막(90)과 p측 본딩 패드(70) 사이의 결합력에 의해 p측 본딩 패드(70)의 고정이 향상된다. 미설명 동일 부호에 대한 설명은 생략한다.4 is a view showing another example of the group III nitride semiconductor light emitting device according to the present disclosure. Unlike the semiconductor light emitting device shown in FIGS. 2 and 3, unevenness is not formed in the
도 5는 본 개시에 따른 3족 질화물 반도체 발광소자의 또다른 예를 나타내는 도면으로서, 접촉부(71)가 p형 질화물 반도체층(50)에 형성되어 있다. 요철(72,73) 은 p측 본딩 패드(70)가 위치하는 영역에만 형성되어 있는데, 이는 건식 식각을 통해 이러한 요철(72,73)을 형성하는 공정에서 활성층(40)이 손상될 수 있기 때문이다. 이 예에서 접촉부(71)는 요철(72,73)을 통해 결합 면적을 넓힘으로써 결합력을 높혀 p측 본딩 패드(70)의 고정을 향상시킨다. 접촉부(71)와 p측 본딩 패드(70) 사이에 위치하는 p측 전극(60)은 생략되어도 좋다. 이 예에서 접촉부(71)가 p형 질화물 반도체층의 상부에서 p측 본딩 패드(70)가 위치하는 영역에만 구비됨으로써 p측 본딩 패드(70)의 고정을 향상하는 한편, 요철(72,73) 형성에 따르는 3족 질화물 반도체층의 손상을 최소화할 수 있게 된다. 미설명 동일 부호에 대한 설명은 생략한다.FIG. 5 is a view showing still another example of the group III nitride semiconductor light emitting device according to the present disclosure, wherein a
도 6은 본 개시에 따른 3족 질화물 반도체 발광소자의 또다른 예를 나타내는 도면으로서, 접촉부(71)가 기판(10)에 형성되어 있으며, 접촉부(71)는 기판(10)에 형성된 요철(72,73)을 가진다. 접촉부(71)와 접촉부(71) 사이에 절연층이 구비될 수 있음은 물론이다. 미설명 동일 부호에 대한 설명은 생략한다.6 is a view showing another example of the group III nitride semiconductor light emitting device according to the present disclosure, wherein a
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.Various embodiments of the present disclosure will be described below.
(1) 접촉부가 복수개의 반도체층의 일부가 제거되어 노출되는 요철면인 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자.(1) A group III nitride semiconductor light emitting element, wherein the contact portion is an uneven surface to which a portion of the plurality of semiconductor layers is removed and exposed.
(2) 접촉부가 기둥을 구비하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자.(2) A group III nitride semiconductor light emitting element, wherein the contact portion has a pillar.
(3) 접촉부가 절연층으로 덮혀 있는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자.(3) A group III nitride semiconductor light emitting element, wherein the contact portion is covered with an insulating layer.
(4) 접촉부가 절연층으로 덮혀 있는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자.(4) A group III nitride semiconductor light emitting element, wherein the contact portion is covered with an insulating layer.
(5) 접촉부가 절연층으로 덮혀 있는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자.(5) A group III nitride semiconductor light emitting element, wherein the contact portion is covered with an insulating layer.
(6) 접촉부가 활성층의 아래에서 복수개의 반도체층에 형성되는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자.(6) A group III nitride semiconductor light emitting element, wherein the contact portion is formed in the plurality of semiconductor layers under the active layer.
(7) 기판이 사파이어 기판인 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자.(7) A group III nitride semiconductor light emitting element, wherein the substrate is a sapphire substrate.
(8) 복수개의 반도체층은 편평한 상면을 가지며, 접촉부가 활성층 위에서 상면의 일부가 제거되어 노출되는 요철면인 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자.(8) A group III nitride semiconductor light-emitting device, characterized in that the plurality of semiconductor layers have a flat upper surface, and the contact portion is an uneven surface in which a part of the upper surface is removed and exposed on the active layer.
(9) 접촉부가 기판에서 복수개의 반도체층의 일부가 제거되어 노출되는 요철면인 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자.(9) A group III nitride semiconductor light-emitting device, wherein the contact portion is an uneven surface on which a portion of the plurality of semiconductor layers is removed from the substrate and exposed.
본 개시에 따른 하나의 3족 질화물 반도체 발광소자에 의하면, 본딩 패드의 고정을 향상시킬 수 있게 된다.According to one group III nitride semiconductor light emitting device according to the present disclosure, fixing of the bonding pads can be improved.
또한 본 개시에 따른 다른 하나의 3족 질화물 반도체 발광소자에 의하면, 본딩 패드의 고정을 향상함과 함께 본딩 패드에 의한 빛의 흡수를 줄일 수 있게 된다.In addition, according to another group III nitride semiconductor light emitting device according to the present disclosure, it is possible to improve the fixing of the bonding pad and to reduce the absorption of light by the bonding pad.
또한 본 개시에 따른 또다른 하나의 3족 질화물 반도체 발광소자에 의하면, 반도체층의 손상을 최소화하면서 본딩 패드의 고정을 향상시킬 수 있게 된다.In addition, according to another group III nitride semiconductor light emitting device according to the present disclosure, it is possible to improve the fixing of the bonding pad while minimizing damage to the semiconductor layer.
도 1은 종래의 3족 질화물 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,1 is a view showing an example of a conventional group III nitride semiconductor light emitting device,
도 2는 본 개시에 따른 3족 질화물 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,2 is a view showing an example of a group III nitride semiconductor light emitting device according to the present disclosure;
도 3은 본 개시에 따른 3족 질화물 반도체 발광소자의 다른 예를 나타내는 도면,3 is a view showing another example of a group III nitride semiconductor light emitting device according to the present disclosure;
도 4는 본 개시에 따른 3족 질화물 반도체 발광소자의 또다른 예를 나타내는 도면,4 is a view showing another example of a group III nitride semiconductor light emitting device according to the present disclosure;
도 5는 본 개시에 따른 3족 질화물 반도체 발광소자의 또다른 예를 나타내는 도면,5 is a view showing another example of a group III nitride semiconductor light emitting device according to the present disclosure;
도 6은 본 개시에 따른 3족 질화물 반도체 발광소자의 또다른 예를 나타내는 도면,6 is a view showing another example of a group III nitride semiconductor light emitting device according to the present disclosure;
도 7은 도2에 도시된 3족 질화물 반도체 발광소자를 위에서 본 도면.FIG. 7 is a view from above of the group III nitride semiconductor light emitting device shown in FIG. 2; FIG.
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