KR20110106475A - 반사 본딩 패드를 갖는 발광 소자 및 반사 본딩 패드들을 갖는 발광 소자의 제조 방법 - Google Patents

반사 본딩 패드를 갖는 발광 소자 및 반사 본딩 패드들을 갖는 발광 소자의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

발광 소자는 반도체 물질로 된 활성 영역(14) 및 상기 활성 영역 위에 제 1 콘택(18)을 포함한다. 상기 제 1 콘택(18)은 상기 활성 영역(14)에 의해 방출되는 광자가 상기 제 1 콘택을 통과하도록 구성된다. 상기 제 1 콘택 위에 광자를 흡수하는 와이어 본딩 패드(22)가 제공된다. 상기 와이어 본딩 패드(22)는 상기 제 1 콘택의 면적보다 작은 면적을 갖는다. 상기 제 1 콘택(18)과 상기 와이어 본딩 패드(22) 사이에는 반사 구조물(30)이 위치되는데, 상기 반사 구조물(30)은 상기 와이어 본딩 패드와 실질적으로 동일한 면적을 갖는다. 상기 활성 영역을 중심으로 상기 제 1 콘택의 반대편에는 제 2 콘택(20)이 제공된다. 상기 반사 구조물(30)은 상기 제 1 콘택과 상기 와이어 본딩 패드 사이에만 위치할 수 있다. 이러한 소자의 제조 방법 역시 제공된다.

Description

반사 본딩 패드를 갖는 발광 소자 및 반사 본딩 패드들을 갖는 발광 소자의 제조 방법{LIGHT EMITTING DEVICES HAVING A REFLECTIVE BOND PAD AND METHODS OF FABRICATING LIGHT EMITTING DEVICES HAVING REFLECTIVE BOND PADS}
본 발명은 반도체 발광 소자들 및 발광 소자들의 제조 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(LEDs: Light Emitting Diodes) 또는 레이저 다이오드와 같은 반도체 발광 소자는 수많은 응용 분야에 널리 사용된다. 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 바와 같이, 반도체 발광 소자는 에너지를 가하면 간섭성 및/또는 비간섭성의 빛을 발광하도록 구성된 하나 이상의 반도체 층을 갖는 반도체 발광 요소를 포함한다. 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 바와 같이, 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드는 일반적으로 마이크로 전자기판 위에 다이오드 영역을 포함한다. 상기 마이크로 전자 기판은, 예를 들면, 갈륨비소 화합물, 갈륨인 화합물, 이들의 합금, 실리콘 카바이드 및/또는 사파이어일 수 있다. LED에서의 계속적인 발전은 고도로 효율적이면서 기계적으로도 강건하며 가시광 스펙트럼 및 그 너머까지 커버할 수 있는 광원을 가져왔다. 이러한 특성은 고체상 소자의 긴 잠재 수명과 결합되어 다양한 새로운 디스플레이 응용분야를 가능하게 할 수 있고, 이미 굳건한 입지를 구축한 백열 램프 및 형광 램프와 경쟁하는 위치까지 LED의 입지를 강화할 수 있다.
최근에는 개발상의 많은 관심과 상업적 활동이 실리콘 카바이드의 내부 또는 위에 형성되는 LED에 초점지워져 왔는데, 이는 이러한 LED가 가시광 스펙트럼의 청색/녹색 부분의 방사광이 방출될 수 있기 때문이다. 예를 들면, 본 발명의 양수인에게 공통적으로 양수되고, 그 개시된 바가 여기에 완전히 설명된 것처럼 전체가 인용되어 통합되며 Edmond 등에게 허여된 미합중국 특허 제5,416,342호 "Blue Light-Emitting Diode With High External Quantum Efficiency"를 참조하라. 또한, 실리콘 카바이드 기판 위에 갈륨 질화물계 다이오드 영역을 갖는 LED 역시 높은 효율로 빛을 방출할 수 있기 때문에 많은 관심을 끌어왔다. 예를 들면, 그 개시된 바가 여기에 완전히 설명된 것처럼 전체가 인용되어 통합되며 Linthicum 등에게 허여된 미합중국 특허 제6,177,688호 "Pendeoepitaxial Gallium Nitride Semiconductor Layers On Silicon Carbide Substrates"를 참조하라.
통상의 LED들의 효율은 그들의 활성 영역에 의해 생성되는 모든 빛을 방출하지 못함으로써 제한될 수 있다. LED에 에너지가 공급되면, 그의 활성영역으로부터의 (모든 방향으로의) 방출되는 빛은, 예를 들면, 빛을 흡수하는 와이어 본딩 패드에 의해 방해되어 LED로부터 벗어나지 못할 수 있다. 통상, 갈륨 질화물계 LED에서, 발광 소자의 단면을 가로지르는 캐리어 주입의 균일성을 개선하기 위해 전류 확산 (current spreading) 콘택층이 제공된다. 전류는 본딩 패드 및 p-형 콘택을 통해 LED의 p-측 내부로 주입된다. 상기 p-형 콘택층은 활성 영역으로 캐리어가 실질적으로 균일하게 주입되는 것을 제공한다. 따라서, 실질적으로 투명한 p-형 콘택층과 같은 전류 확산층을 이용함으로써 광자가 상기 활성 영역을 통해 실질적으로 균일하게 방출되게 될 수 있다. 그러나, 와이어 본딩 패드는 통상 투명하지 않고, 따라서 상기 LED의 활성 영역으로부터 발광되고 상기 와이어 본딩 패드 위로 입사하는 광자는 상기 와이어 본딩 패드에 의해 흡수될 수 있다. 예를 들면, 어떤 경우에는 상기 와이어 본딩 패드 위로 입사하는 빛의 약 70%가 흡수될 수 있다. 이러한 광자의 흡수는 LED를 벗어나는 빛의 양을 감소시키고 LED의 효율을 감소시킬 수 있다.
<발명의 개요>
본 발명의 일부 구현예는 발광 소자 및/또는 반도체 물질의 활성 영역과 상기 활성 영역 위에 형성된 제 1 콘택을 포함하는 발광 소자의 제조 방법을 제공한다. 상기 제 1 콘택은 상기 활성 영역에 의해 방출된 광자가 상기 제 1 콘택을 통과하도록 구성된다. 광자를 흡수하는 와이어 본딩 패드는 상기 제 1 콘택 위에 제공된다. 상기 와이어 본딩 패드는 상기 제 1 콘택보다 작은 면적을 갖는다. 상기 제 1 콘택과 상기 와이어 본딩 패드 사이에 반사 구조물(reflective structure)이 위치하고, 상기 반사 구조물은 상기 제 1 콘택보다 작은 면적을 갖는다. 상기 활성 영역을 중심으로 상기 제 1 콘택의 반대편에 제 2 콘택이 제공된다.
일부 구현예에서, 상기 반사 구조물은 상기 와이어 본딩 패드와 실질적으로 동일한 면적을 갖는다. 예를 들면, 상기 반사 구조물은 상기 와이어 본딩 패드와 합동(congruent)일 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 반사 구조물은 상기 와이어 본딩 패드를 넘어서는 연장되지 않는다.
본 발명의 일부 구현예에서, p-형 반도체 물질이 상기 제 1 콘택과 상기 활성 영역 사이에 위치한다. 본 발명의 다른 구현예에서, n-형 반도체 물질이 상기 제 1 콘택과 상기 활성 영역 사이에 위치한다. 상기 활성 영역은 3족-질화물계 활성 영역일 수 있다.
본 발명의 특정한 구현예에서, 상기 반사 구조물은 반사 금속의 층을 포함할 수 있다. 상기 반사 구조물은 상기 와이어 본딩 패드에 대하여 자기정렬될(self-aligned) 수 있다. 본 발명의 일부 구현예에서, 상기 반사 구조물은 상기 제 1 콘택의 조면(roughened area)을 포함하고, 상기 와이어 본딩 패드는 상기 제 1 콘택 위에 직접 위치한다. 상기 조면은 상기 와이어 본딩 패드와 자기-정렬될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 상기 반사 구조물은 상기 제 1 콘택의 조면 및 상기 제 1 콘택의 조면 위에 반사 금속층을 포함한다.
<상세한 설명>
이하에서는 본 발명의 구현예들을 나타낸 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명할 것이다. 그러나, 본 발명은 여기에 설명된 구현예에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니될 것이다. 오히려, 이들 구현예들은 본 발명의 개시가 완전하고 완벽하게 하기 위해 제공되는 것이고, 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범위를 완전히 전달할 것이다. 도면에서, 층들과 영역들의 두께는 명확성을 위해 과장된다. 시종 동일한 도면부호는 동일한 요소를 나타낸다. "및/또는"이라는 용어는 여기서 사용될 때 연관되어 열거되는 항목의 하나 이상의 일부 또는 모든 조합을 포함한다.
여기에서 사용되는 용어들은 특정한 구현예를 설명하기 위한 목적일 뿐이며, 본 발명을 한정할 의도는 아니다. 여기에서 사용될 때, 단수 형태 "하나의" 및 "상기"는 달리 문맥상 명확히 표현하지 않는 한 복수 형태도 포함할 의도이다. 용어 "포함한다" 및/또는 "포함하는"이 본 명세서에서 사용될 때, 언급된 특징, 완전체(integer), 단계, 조작, 요소 및/또는 성분의 존재를 특정하는 것이지 하나 이상의 다른 특징, 완전체(integer), 단계, 조작, 요소, 성분 및/또는 이들의 군의 추가 또는 존재를 배제하는 것이 아님은 이해될 것이다.
층, 영역 또는 기판과 같은 어느 요소가 다른 요소의 "위에" 있거나 또는 다른 요소 "위로" 연장되는 것으로 언급될 때, 이는 다른 요소의 직접 위에 있거나 도른 요소의 직접 위로 연장되는 것일 수 있으며 또는 개재되는 요소가 존재할 수도 있음은 이해될 것이다. 대조적으로, 어느 요소가 다른 요소의 "직접 위에" 있거나 또는 다른 요소 "직접 위로" 연장되는 것으로 언급될 때, 개재되는 요소는 존재하지 않는다. 또한, 어느 요소가 다른 요소에 "연결"되거나 "결합"된다고 언급될 때, 이는 다른 요소에 직접 연결되거나 결합될 수 있고 또는 개재되는 요소가 존재할 수도 있음은 이해될 것이다. 대조적으로 어느 요소가 다른 요소에 "직접 연결"되거나 "직접 결합"된다고 언급될 때, 개재되는 요소는 존재하지 않는다. 명세서에서 시종 동일한 참조부호는 동일한 요소를 나타낸다.
여러 요소, 구성부, 영역, 층 및/또는 섹션을 기술하기 위해 제1, 제2 등의 용어가 여기에 사용될 수 있지만, 이들 요소, 구성부, 영역, 층 및/또는 섹션은 이들 용어에 한정되어서는 아니됨을 이해할 것이다. 이들 용어들은 하나의 요소, 구성부, 영역, 층 및/또는 섹션은 다른 요소, 구성부, 영역, 층 및/또는 섹션과 구별하기 위해 사용되었을 뿐이다. 따라서, 이하에서 논의되는 제 1 요소, 구성부, 영역, 층 및/또는 섹션은 애당초 제 2 요소, 구성부, 영역, 층 및/또는 섹션으로 명명하였더라도 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않는다.
또한, "보다 낮은" 또는 "바닥", 및 "보다 위의" 또는 "상부"와 같은 상대적인 용어는 도면에 도시된 바와 같은 하나의 요소와 다른 요소와의 관계를 기술하기 위해 여기에 사용될 수 있다. 상대적인 용어들은 도면에 묘사된 방향뿐만 아니라 소자의 상이한 방향도 포괄할 의도임은 이해될 것이다. 예를 들면, 도면에서 어느 소자가 뒤집어지면, 다른 요소의 "보다 낮은 쪽" 면 위에 있는 것으로 기재된 요소는 그 다른 요소의 "위쪽" 면 위로 향하게 될 것이다. 따라서, 예시적인 용어 "보다 낮은"은 도면의 특정한 방향에 따라 "보다 낮은"과 "보다 높은"의 두 방향을 모두 포괄한다. 이와 유사하게, 어느 한 도면의 소자가 뒤집어지면, 어느 요소의 "보다 아래쪽" 또는 "밑에" 있는 것으로 기술된 요소는 다른 요소의 "위에" 있게 될 것이다. 따라서, 예시적인 용어 "보다 아래쪽" 또는 "밑에"는 위쪽과 아래쪽의 두 방향을 모두 포괄할 수 있다.
본 발명의 구현예는 본 발명의 이상적인 구현예를 개념적으로 도시한 단면도를 참조하여 여기에 설명된다. 따라서, 예를 들면, 도면 형태로부터 제조 기술 및/또는 제조상의 허용성(tolerance)의 결과 발생한 차이는 예견되는 것이다. 따라서, 본 발명의 구현예들은 여기에 도시된 영역의 특정한 형태에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니되며, 예를 들면, 제조로부터 야기되는 형태상의 변용을 포함하는 것이다. 예를 들면, 직사각형으로 도시되거나 설명된 식각 영역은 통상적으로 둥글거나 곡면의 형태를 가질 것이다. 따라서, 도면에 도시된 영역들은 성질상 개념적인 것이고 이들의 형태는 소자의 영역의 정확한 형태를 도시할 의도인 것이 아니며 본 발명의 범위를 한정할 의도인 것도 아니다.
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 (기술 용어와 과학 용어를 포함하여) 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 갖는다. 또한, 통상적으로 사용되는 사전에 정의된 것과 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어져야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 이상화되거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니될 것임은 이해될 것이다.
어느 구조물 또는 지형이 다른 지형에 "이웃하여" 위치한다는 언급은 그 이웃하는 지형과 겹치거나 또는 아래쪽으로 일부 중첩되는 부분을 가질 수 있음을 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해될 것이다.
비록 여기에 개시된 LED의 다양한 구현예들이 기판을 포함하지만, LED를 포함하는 에피택시 층이 그 위에 성장되는 결정성 에피택시 성장기판이 제거될 수 있고, 상기 자주 지지되는(freestanding) 에피택시 층은 원래의 기판보다 더 우수한 열적, 전기적, 구조적 및/또는 광학적 특성을 가질 수 있는 대체적인 캐리어 기판 또는 서브마운트 위에 탑재될 수 있음은 당 기술분야에 통상의 지식을 가진 자는 이해할 것이다. 여기에 설명된 본 발명은 결정성 에피택시 성장 기판을 갖는 구조에 한정되지 않으며, 상기 에피택시층이 원래의 성장 기판으로부터 제거되고 대체 캐리어 기판에 접합되는 구조물과 연관되어 이용될 수 있다.
본 발명의 일부 구현예는 와이어 본딩 패드에 의해 광자가 흡수되는 것을 감소시키거나 및/또는 방지함으로써 발광 소자의 효율을 개선하기 위해 제공될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일부 구현예들은 발광 소자 및 상기 와이어 본딩 패드와 상기 발광 소자의 오믹 콘택 사이에 반사 구조물을 갖는 발광 소자의 제조 방법을 제공할 수 있다. 상기 와이어 본딩 패드의 영역에 입사하는 광자들을 반사함으로써 상기 와이어 본딩 패드에 의해 흡수되는 광자들의 양을 감소시킬 수 있다. 본 발명의 일부 구현예에서, 상기 발광 소자의 효율의 증가는 상기 와이어 본딩 패드의 크기에 비례할 수 있다.
본 발명의 구현예는 3족-질화물계 소자와 같은 질화물계 발광 소자에 사용하는 것이 특히 더 적합할 수 있다. "3족 질화물"이라는 용어는 여기에서 사용될 때, 질소와 주기율표의 3족 원소, 대개 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 및/또는 인듐(In) 사이에 형성되는 반도체 화합물을 말한다. 상기 용어는 AlGaN 및 AlInGaN과 같은 3원 및 4원 화합물도 지칭한다. 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 잘 이해하는 바와 같이, 상기 3족 원소는 질소와 결합하여 이원(예를 들면, GaN), 삼원(예를 들면, AlGaN, AlInN), 사원(예를 들면, AlInGaN) 화합물들을 형성할 수 있다. 이들 화합물들은 모두 질소 1몰이 전체 3족 원소 1몰과 결합하는 실험식을 갖는다. 따라서, 이들을 설명하기 위해 AlxGa1 -x(여기서 0≤x≤1)와 같은 화학식이 종종 사용된다. 그러나, 본 발명의 구현예들이 갈륨 질화물계 발광 소자와 같은 3족 질화물계 발광 소자를 참조하여 여기에 설명되지만, 본 발명의 특정 구현예들은, 예를 들면, GaAs 및/또는 GaP계 소자와 같은 다른 반도체 발광 소자에 사용하기에 적합할 수도 있다.
본 발명의 일부 구현예에 따른 발광 소자는 발광 다이오드, 레이저 다이오드 및/또는 다른 반도체 소자를 포함할 수 있다. 상기 발광 다이오드, 레이저 다이오드 및/또는 다른 반도체 소자는 실리콘, 실리콘 카바이드, 갈륨 나이트라이드 및/또는 다른 반도체 물질을 포함할 수 있는 하나 이상의 반도체 층과, 사파이어, 실리콘, 실리콘 카바이드 및/또는 다른 마이크로 전자 기판을 포함할 수 있는 기판과, 금속 및/또는 다른 전도층을 포함할 수 있는 하나 이상의 콘택층을 포함한다. 일부 구현예에서, 자외선, 청색 및/또는 녹색 LED가 제공될 수 있다. 반도체 발광 소자의 설계 및 제조는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려져 있고, 여기에 자세히 설명할 필요가 없다.
예를 들면, 본 발명의 일부 구현예에 따른 발광 소자는 갈륨 질화물계 LED와 같은 구조물 및/또는 노스캐롤라이나 더햄(Durham)의 크리사(Cree, Inc.)가 제조 및 판매하는 소자와 같은 실리콘 카바이드 기판 위에 제조된 레이저 구조물을 포함할 수 있다. 본 발명은 그 개시한 바가 여기에 완전히 설명된 것처럼 여기에 인용되어 통합되는 미합중국 특허 제6,201,262호; 제6,187,606호; 제6,120,600호; 제5,912,477호; 제5,739,554호; 제5,631,190호; 제5,604,135호; 제5,523,589호; 제5,416,342호; 제5,393,993호; 제5,338,944호; 제5,210,051호; 제5,027,168호; 제5,027,168호; 제4,966,862호 및/또는 제4,918,497호에 기재된 것과 같은 활성 영역을 제공하는 LED 및/또는 레이저 구조물에 대하여 사용하기에 적합할 수 있다. 다른 적합한 LED 및/또는 레이저 구조물은 2003년 1월 9일에 공개된 미합중국 특허공개 US 2003/0006418 A1 Group III Nitride Based Light Emitting Diode Structures With a Quantum Well and Superlattice , Group III Nitride Based Quantum Well Structures and Group III Nitride Based Superlattice Structures, 본원과 함께 출원된 미합중국 특허출원 (대리인 관리번호 No. 5308-204IP) "GROUP III NITRIDE BASED QUANTUM WELL LIGHT EMITTING DEVICE STRUCTURES WITH AN INDIUM CONTAINING CAPPING STRUCTURE", 및 공개된 미합중국 특허공개 US 2002/0123164 A1 Light Emitting Diodes Including Modifications for Light Extraction and Manufacturing Methods Therefor에 설명되어 있다. 또한, 그 개시가 여기에 완전히 설명된 것처럼 인용되어 통합되고 2003년 9월 9일 출원된 미합중국 특허출원번호 제10/659,241호 Phosphor - Coated Light Emitting Diodes Including Tapered Sidewalls and Fabrication Methods Therefor에 설명된 것과 같은 인광(phosphor) 코팅된 LED도 역시 본 발명의 구현예에 사용되기에 적합할 수 있다. 상기 LED 및/또는 레이저는 상기 기판을 통해 빛의 방출이 일어나게 작동하도록 구성될 수 있다. 그러한 구현예에서, 상기 기판은 상기 소자의 광출력을 개선하도록, 예를 들면, 앞서 인용한 미합중국 특허공개 US2002/0123164 A1에 설명되어 있는 바와 같이 패턴될 수 있다. 이들 구조물들은 본 발명의 일부 구현예에 따른 반사 구조물을 제공하기 위해 여기에 설명된 바와 같이 변형될 수 있다.
따라서, 예를 들면, 본 발명의 구현예들은 다양한 형태와 크기의 본딩 패드들을 갖는 발광 소자에 이용될 수 있다. 상기 발광 소자는 실리콘 카바이드, 사파이어, 갈륨 나이트라이드, 실리콘 또는 3족-질화물 소자를 제공하기에 적합한 다른 기판과 같은 다양한 기판 위에 있을 수 있다. 상기 발광 소자는 적절한 캐리어 위에 후속적으로 단편화(singulation) 및 탑재하기에 적합할 수 있다. 상기 발광 소자는, 예를 들면, 단일 양자 우물, 다중 양자 우물 및/또는 벌크 활성 영역 소자를 포함할 수 있다. 본 발명의 일부 구현예들은 상기 소자의 p-측 위에 터널링 콘택을 이용하는 소자와 함께 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일부 구현예에 따라 반사 본딩 패드 구조물을 갖는 반도체 발광 소자들을 나타낸 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일부 구현예에 따른 반도체 소자들의 제조 방법을 나타낸 단면도들이다.
도 3은 본 발명의 추가적인 구현예에 따른 발광 소자들의 단면도이다.
도 1은 본 발명의 일부구현예에 따른 발광 소자의 단면을 나타낸 개념도이다. 도 1에서 보는 바와 같이, n-형 실리콘 카바이드 기판과 같은 기판(10)은 자신 위에 제공되는 갈륨 나이트라이드계 층과 같은 선택적인 n-형 반도체층(12)을 갖는다. 상기 n-형 반도체층(12)은, 예를 들면, 버퍼층 등과 같은 다중층을 포함할 수 있다. 본 발명의 일부 구현예에서, 상기 n-형 반도체층(12)은 조성이 균일하거나 기울기를 가질 수 있는 실리콘 도프 AlGaN 층 및 실리콘 도프 GaN 층으로서 제공된다.
여기서는 실리콘 카바이드 기판을 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 일부 구현예에서는 다른 기판 물질을 이용할 수 있다. 예를 들면, 사파이어 기판, GaN 또는 다른 기판 물질을 이용할 수 있다. 그러한 경우에는, 콘택(20)이, 예를 들면, 소자의 제 2 콘택을 제공하도록 상기 n-형 반도체층(12)과 콘택하는 리세스 내에 위치할 수 있다. 다른 구성도 이용될 수 있다.
단일 또는 이중의 이종구조(heterostructure), 양자 우물, 다중 우물 또는 다른 그러한 활성 영역과 같은 활성 영역(14)이 상기 n-형 반도체층 위에 제공될 수 있다. "활성 영역"이라는 용어는 여기서 사용될 때, 하나 이상의 층 및/또는 그의 일부분일 수 있고 작동시 소자에서 방출되는 광자의 상당 부분이 캐리어 재결합에 의해 생성되는 발광 소자의 반도체 물질의 영역을 말한다. 본 발명의 일부 구현예에서, 상기 활성 영역은 상기 소자에서 방출되는 실질적으로 모든 광자가 캐리어 재결합에 의해 생성되는 영역을 말한다.
도 1에는 선택적인 p-형 반도체층(16)도 도시되어 있다. 상기 p-형 반도체 물질층(16)은, 예를 들면, GaN 층과 같은 갈륨 나이트라이드계 층일 수 있다. 본 발명의 특정 구현예에서, 상기 p-형 반도체층(16)은 마그네슘 도핑된 GaN을 포함한다. 상기 p-형 반도체층(16)은 단일 또는 다중층을 포함할 수 있고, 조성이 균일하거나 기울기를 가질 수 있다. 본 발명의 일부 구현예에서, 상기 p-형 반도체층(16)은 상기 활성 영역(14)의 일부이다.
상기 p-형 반도체 물질층(16)에 오믹 콘택을 제공하는 콘택 금속의 제 1 콘택 금속층(18)도 제공된다. 일부 구현예에서, 상기 제 1 콘택 금속층(18)은 전류 확산층으로서 작용할 수 있다. 상기 p-형 반도체 물질층(16)이 GaN인 본 발명의 특정 구현예에서, 상기 제 1 콘택 금속층(18)은 Pt일 수 있다. 본 발명의 어떤 구현예에서, 상기 제 1 콘택 금속층(18)은 빛이 스며들 수 있고, 또한 일부 구현예에서는 상기 활성 영역(14)에 의해 방출되는 광자가 상기 제 1 콘택 금속층(18)을 통과하도록 실질적으로 투명하다. 일부 구현예에서, 상기 제 1 콘택 금속층(18)은 비교적 얇은 Pt의 층일 수 있다. 예를 들면, 상기 제 1 콘택 금속층(18)은 약 54 Å의 두께를 갖는 백금의 층일 수 있다. 와이어 본딩 패드(22) 또는 다른 광흡수 영역이 상기 제 1 콘택 금속층(18) 위에 제공된다. 본 발명의 일부 구현예에서, 상기 제 1 콘택 금속층(18)은, 본 출원과 함께 출원되고 그 개시가 여기에 완전히 설명된 것처럼 인용되어 포함되는 미합중국 특허 가출원 (대리인 관리번호 5308-463PR) "ULTRA-THIN OHMIC CONTACTS FOR P-TYPE NITRIDE LIGHT EMITTING DEVICES"에서 설명된 바와 같이 약 10 Å보다 얇은 두께를 갖는 매우 얇은 층으로서 제공된다.
상기 n-형 반도체 물질에 오믹 콘택을 제공하는 콘택 금속의 제 2 콘택 금속층(20)이 제공된다. 상기 제 2 콘택 금속층(20)은 상기 기판(10)의 상기 활성 영역(14)과 반대쪽 면 위에 제공될 수 있다. 상기 제 2 콘택 금속층(20)은 상기 기판(10)의 상기 활성 영역(14)과 같은 쪽 면 위에 제공될 수도 있다. 앞서 논의한 바와 같이, 본 발명의 일부 구현예에서, 상기 제 2 콘택 금속층(20)은 상기 n-형 반도체 물질층(12)의 일부분 위에, 예를 들면, 상기 활성 영역을 포함하는 메사의 리세스 내에 또는 바닥에 제공될 수 있다. 또한, 본 발명의 일부 구현예에서, 선택적인 배면 주입 (back-side implant) 또는 추가적인 에피택시층이 상기 기판(10)과 상기 제 2 콘택 금속층(20) 사이에 제공될 수 있다.
도 1에 더 도시된 바와 같이, 상기 와이어 본딩 패드(22)와 상기 제 1 금속 콘택층(18) 사이에 위치하는 반사 금속층(30)에 의해 반사 구조물이 제공된다. 상기 반사 금속층(30)은 상기 제 1 콘택 금속층(18) 위의 상기 와이어 본딩 패드(22)와 실질적으로 동일한 형태 및/또는 면적을 갖는다. 본 발명의 일부 구현예에서, 상기 반사 금속층(30)은 상기 와이어 본딩 패드(22)보다 약간 더 큰 면적을 갖는 한편, 본 발명의 다른 구현예에서는 상기 반사 금속층(30)은 상기 와이어 본딩 패드(22)보다 약간 더 작은 면적을 갖는다. 이러한 변용은, 예를 들면, 제조 순서, 정렬 공차(tolerance) 등에 기인하는 제조상의 공차 또는 변화의 결과일 수 있다. 어떤 구현예에서, 상기 반사 금속층(30)은 상기 와이어 본딩 패드(22)와 정확하게 동일한 면적을 가질 수도 있다. 상기 반사 금속층(30)은 은(Ag), 알루미늄(Al), 또는 다른 반사 전도성 금속의 층일 수 있다.
광자를 흡수하는 와이어 본딩 패드와 활성 영역 사이에 반사 구조물을 제공함으로써, 상기 와이어 본딩 패드에 흡수되는 광자의 양은 감소될 수 있다. 또한, 상기 반사 구조물이 상기 와이어 본딩 패드와 실질적으로 동일한 면적을 갖도록 함으로써 p-콘택 금속층을 통한 광자의 방출이 계속 이루어질 수 있다. 따라서, 소자로부터의 총괄적인 빛의 추출이 증가될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 바와 같은 반사 구조물을 갖는 발광 소자를 제조하기 위한 본 발명의 일부 구현예에 따른 단계들을 나타낸다. 도 2a에서 보는 바와 같이, 발광 소자의 다양한 층/영역이 제조된다. 상기 발광 소자의 제조에서 특정 제조단계는 제조되는 구조물에 의존하며, 본 출원에 인용되어 통합되는 미합중국 특허 및/또는 출원에 기재되어 있거나 및/또는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려져 있으므로, 여기에는 반복될 필요가 없다. 도 2a는 윈도우(42)를 갖는 마스크(40)의 형성을 나타낸다. 상기 윈도우(42)는 상기 와이어 본딩 패드(22)가 형성될 영역에 대응되는 제 1 콘택층(18)의 부분을 노출시킨다.
도 2b에서 보는 바와 같이, 상기 와이어 본딩 패드(22)와 실질적으로 정렬되도록 상기 마스크(40)를 이용하여 반사층(30)이 증착된다. 반사 전도성 금속의 증착을 위한 기술은 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려져 있고 여기에는 더 설명할 필요가 없다. 상기 반사층(30)의 형성 후에, 상기 와이어 본딩 패드(22)가 상기 윈도우(42) 내에 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일부 구현예에서, 상기 와이어 본딩 패드(22) 및 상기 반사층(30)은 자기정렬될 수 있다. 상기 와이어 본딩 패드(22)는, 예를 들면, 상기 와이어 본딩 패드(22)를 형성할 금속의 층 또는 층들을 형성한 후 상기 와이어 본딩 패드(22)를 제공하기 위해 상기 층들을 평탄화함으로써 형성될 수 있다. 상기 마스크(40)는 후속적으로 제거될 수 있다. 선택적으로, 상기 마스크(40)는 SiO2 및/또는 AlN과 같은 절연 물질로 만들어질 수 있으며, 예를 들면, 패시베이션층으로서 소자 위에 남을 수도 있고, 또는 제거될 수도 있다. 선택적으로, 반사금속의 층들 및/또는 본딩 패드 금속은 블랭킷 증착된 후 상기 반사층(30) 및 상기 와이어 본딩 패드(22)를 제공하기 위해 식각될 수 있다.
도 3은 본 발명의 추가적인 구현예에 따른 발광 소자를 나타낸다. 도 3에서 상기 제 1 콘택 금속층(18)은 상기 와이어 본딩 패드(22)의 영역 바깥에 제 1 부분(55)을 갖고, 상기 와이어 본딩 패드(22)의 영역에 제 2 부분(57)을 갖는다. 상기 제 2 부분(57)은 조면(粗面: roughened area)(50)을 포함하는데, 상기 조면(50)에서 상기 제 1 콘택 금속층(18)의 표면은 상기 제 1 콘택 금속층(18)의 제 1 부분(55)의 표면에 의해 제공되는 것보다 표면 위로 입사하는 광자의 내부 반사(internal reflection)가 더 크다. 예를 들면, 상기 조면(50)은 각도를 갖는 표면을 포함하기 때문에 광자가 통과하기보다는 반사된다. 상기 조면(50)은 상기 제 1 콘택 금속층(18) 위의 와이어 본딩 패드(22)의 면과 동일한 형태 및/또는 면적을 가질 수 있다. 본 발명의 일부 구현예에서, 상기 조면(50)은 상기 와이어 본딩 패드(22)보다 약간 더 큰 면적을 갖는 한편, 본 발명의 다른 구현예에서, 상기 조면(50)은 상기 와이어 본딩 패드(22)보다 약간 더 작은 면적을 갖는다. 본 발명의 특정 구현예에서, 상기 조면은 상기 와이어 본딩 패드(22)와 정확하게 동일한 형태 및 면적을 갖는다.
상기 조면(50)은, 예를 들면, 상기 와이어 본딩 패드(22)가 형성된 면을 식각함으로써 제공될 수 있다. 그러한 식각은 상기 와이어 본딩 패드(22)를 형성하기 이전에 제공될 수 있는 도 2a에 나타낸 마스크(40)를 이용할 수 있다. 상기 계면을 조면화하기 위한 다른 기술들도 역시 이용될 수 있다.
상기 와이어 본딩 패드 밑에 조면을 제공함으로써, 각도를 갖는 표면이 상기 콘택층 내부로의 빛의 내부 반사를 증가시키는 반사 구조물로서 제공될 수 있다. 따라서, 상기 와이어 본딩 패드에 의해 흡수되는 빛의 양이 감소될 수 있다.
특정한 발광 소자 구조를 참조하는 도 1 내지 도 3에 본 발명의 구현예들이 도시되었지만, 본 발명의 일부 구현예에 따라 다른 구조가 제공될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 구현예들은 앞서 설명한 것과 같은 다양한 반사 구조물을 하나 이상 포함하는 어떠한 발광 구조물에 의해서도 제공될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 일부 구현예에 따른 와이어 본딩 패드 반사 구조물은 여기에 인용되어 통합된 미합중국 특허 및/또는 출원에서 논의된 예시적인 발광 소자 구조물과 결합되어 제공될 수 있다.
본 발명의 구현예들은 와이어 본딩 패드(22)를 참조하여 설명되었다. 본딩 패드라는 용어는 여기서 사용될 때 와이어가 후속적으로 본딩되는 콘택 구조물로서 빛을 흡수하는 콘택 구조물을 말한다. 본딩 패드는 단일 또는 다중층일 수 있고, 금속 또는 금속합금일 수 있고, 및/또는 균일하거나 균일하지 않은 조성을 가질 수도 있다.
본 발명의 구현예들은 p-형 반도체 물질과의 콘택 위에 제공되는 와이어 본딩 패드를 참조하여 설명되었지만, 그러나 상기 와이어 본딩 패드는 선택적으로 상기 기판(10)과 같은 n-형 반도체 물질에도 제공될 수 있다. 그러한 경우에는, 앞서 설명한 상기 반사 구조물은 상기 제 2 콘택 금속층(20)과 그 층 위의 와이어 본딩 패드 사이에 위치될 수 있다. 또한, 적합한 어떤 콘택 금속 및/또는 반사 금속도 상기 제 1 콘택 금속층(18) 및 제 2 콘택 금속층(20) 및 상기 반사층(30)에 대하여 이용될 수 있다. 예를 들면, 금속 및 반사층과 층들의 적층체(stack)는, 그 개시한 바가 여기에 완전히 설명된 것처럼 인용되어 통합되고 2002년 9월 5일에 간행된 미합중국 특허공개 US2002/0123164 A1 "Light Emitting Diodes Including Modifications For Light Extraction and Manufacturing Methods Therefore" 및/또는 2003년 9월 11일에 간행된 미합중국 특허공개 US2003/0168663 A1 "Reflective Ohmic Contacts For Silicon Carbide Including a Layer Consisting Essentially of Nickel , Methods of Fabricating Same , and Light Emitting Devices Including the Same"에 설명된 바와 같이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 구현예들은 특정한 공정 순서를 참조하여 설명되었지만, 설명된 순서는 본 발명의 가르침에 기인하는 이점을 유지하면서 변용될 수 있다. 따라서, 둘 이상의 단계가 하나의 단계로 결합될 수 있거나 또는 여기에 설명한 순서를 벗어나서 수행되는 단계들로 구성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 구현예들은 여기에 달리 언급되어 있지 않은 한 여기에 설명한 특정한 공정 순서에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
도 1 내지 3과 관련하여 본 발명의 다양한 구현예들이 설명되었음을 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해될 것이다. 그러나, 도 1 내지 3의 구현예들의 조합 또는 서브 조합도 본 발명의 다양한 구현예들에 따라 제공될 수 있다. 예를 들면, 도 1 및 3의 구조는 상기 반사층(30)을 상기 조면(50) 위에 제공함으로써 결합될 수 있다.
도면 및 명세서에서, 본 발명의 구현예들이 개시되었으며, 특정 용어가 사용되었지만 이들은 포괄적이고 설명적인 의미로만 사용되었지 한정의 목적으로 사용된 것이 아니다. 본 발명의 범위는 다음 청구항에서 설명된다.

Claims (11)

  1. 반도체 물질을 포함하는 활성 영역;
    상기 활성 영역 위에 위치하는 제1 콘택 금속으로서, 상기 활성 영역에 인접한 제1 면 및 상기 활성 영역으로부터 떨어진 제2 면을 갖고, 상기 활성 영역에 의해 방출되는 광자들이 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면으로 상기 제1 콘택 금속을 통과하도록 충분히 얇은 제1 콘택 금속;
    상기 제1 콘택 금속의 상기 제2 면 위에 위치하는 광자 흡수 와이어 본딩 패드로서, 상기 제1 콘택 금속의 면적보다 작은 면적을 갖는 와이어 본딩 패드;
    상기 제1 콘택 금속의 상기 제2 면과 상기 와이어 본딩 패드 사이에 완전히 위치하고 상기 와이어 본딩 패드와 실질적으로 합동(congruent)이 되도록 상기 제1 콘택 금속의 상기 제2 면 위에서 연장되는 반사 구조물; 및
    상기 활성 영역을 중심으로 상기 제1 콘택 금속의 반대 편에 위치하는 제2 콘택 금속
    을 포함하고,
    상기 반사 구조물은 상기 제1 콘택 금속의 상기 제2 면의 바로 위에 은 또는 알루미늄의 층을 포함하는 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 콘택 금속과 상기 활성 영역 사이에 위치하는 p-형 반도체 물질을 더 포함하는 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 콘택 금속과 상기 활성 영역 사이에 위치하는 n-형 반도체 물질을 더 포함하는 발광 소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 활성 영역은 3족-질화물계 활성 영역을 포함하는 발광 소자.
  5. 제1항에 있어서, 반사 금속의 층이 상기 와이어 본딩 패드와 자기정렬되는 발광 소자.
  6. 반도체 물질의 활성 영역을 형성하는 단계;
    상기 활성 영역 위에 제1 콘택 금속으로서, 상기 활성 영역에 인접한 제1 면 및 상기 활성 영역으로부터 떨어진 제2 면을 갖고, 상기 활성 영역에 의해 방출되는 광자들이 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면으로 상기 제1 콘택 금속을 통과하도록 충분히 얇은 제1 콘택 금속을 형성하는 단계;
    상기 제1 콘택 금속의 상기 제2 면 위에 완전히 상기 제1 콘택 금속의 면적보다 작은 면적을 갖는 반사 구조물을 형성하는 단계;
    반사 구조물 위에 상기 반사 구조물과 실질적으로 합동인 광자 흡수 와이어 본딩 패드를 형성하는 단계; 및
    상기 활성 영역을 중심으로 상기 제 1 콘택 금속의 반대편에 제2 콘택 금속을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    반사 구조물을 형성하는 단계는 상기 제1 콘택 금속의 상기 제2 면의 바로 위에 은 또는 알루미늄의 층을 포함하는 반사 구조물을 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 콘택 금속과 상기 활성 영역 사이에 위치하는 p-형 반도체 물질을 형성하는 단계를 더 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제1 콘택 금속과 상기 활성 영역 사이에 n-형 반도체 물질을 형성하는 단계를 더 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서, 활성 영역을 형성하는 단계는 3족-질화물계 활성 영역을 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
  10. 제6항에 있어서, 반사 구조물을 형성하는 단계는 상기 제1 콘택 금속의 상기 제2 면 위에 완전히 반사 금속의 층을 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
  11. 제6항에 있어서, 반사 구조물을 형성하는 단계 및 와이어 본딩 패드를 형성하는 단계는,
    상기 제1 콘택 금속 위의 와이어 본딩 패드의 위치에 대응되는 제1 콘택 금속의 부분을 노출시키는 개구부를 갖는 마스크층을 상기 제1 콘택 금속 위에 형성하는 단계;
    상기 마스크층의 개구부 내에 반사 금속층을 증착하는 단계; 및
    상기 마스크층의 개구부 내의 상기 반사 금속층 위에 와이어 본딩 패드를 형성하는 단계
    를 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
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