KR20110139909A - 질화물 반도체 발광소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 질화물 반도체 발광소자 - Google Patents

질화물 반도체 발광소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 질화물 반도체 발광소자 Download PDF

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장태성
우종균
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삼성엘이디 주식회사
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Abstract

본 발명은 일 측면은, 기판 위에 제1 및 제2 도전형 질화물 반도체층과, 그 사이에 위치하는 활성층을 포함하는 발광구조물을 형성하는 단계와, 기판 상에 제1 도전형 질화물 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 질화물 반도체층을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 제1 도전형 질화물 반도체층과 연결되는 제1 전극을 형성하는 단계와, 상기 제2 도전형 질화물 반도체층 상에 상기 제2 도전형 질화물 반도체층의 일부 영역이 노출되는 포토레지스트막을 형성하는 단계 및 상기 포토레지스트막에 의하여 노출된 상기 제2 도전형 질화물 반도체층 위에 제2 전극 구조로서 반사 금속층 및 배리어 금속층을 연속으로 형성한 후 상기 포토레지스트막을 제거하는 단계를 포함하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 제공한다.

Description

질화물 반도체 발광소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 질화물 반도체 발광소자 {Manufacturing Method of Nitride Semiconductor Light Emitting Device and Nitride Semiconductor Light Emitting Device Formed By The Same}
본 발명은 질화물 반도체 발광소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 질화물 반도체 발광소자에 관한 것으로, 특히, 전극 형성 과정을 단순화하여 포토레지스트 및 리소그래피 공정의 횟수를 감소시키면서 활성층의 발광영역을 증가시킬 수 있는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법에 관한 것이다.
근래에, 질화갈륨계 화합물 반도체를 이용하여 청색, 녹색 및 자외선을 방출할 수 있는 발광소자가 개발되면서 풀컬러 구현이 가능해졌다. 이러한 질화갈륨계 화합물 반도체 결정은 사파이어 기판과 같은 절연성 기판 상에서 성장될 수 있으므로, 기판의 배면에 전극을 설치할 수 없다. 따라서, 두 전극 모두를 결정성장된 반도체층 측에 형성해야 한다. 이를 위해서, 하부 반도체층의 상면 일부가 노출되도록 상부 반도체층과 활성층의 일부 영역을 제거한 메사구조를 형성해야 하는 공정이 요구된다.
또한, 상기 반도체 발광소자가 플립칩으로 본딩될 경우, 활성층에서 발생된 광은 n형 반도체층, 기판을 거쳐 외부로 방출되는데, 활성층에서 발생된 광 중에서 방출각도가 n형 반도체층과 기판의 굴절률로부터 계산되는 임계각보다 큰 광은 n형 반도체층과 기판과의 경게면에서 반사되어 p형 전극 및 n형 전극과 기판 사이에서 반사를 거듭하면서 측면을 통하여 방출된다. 이 과정에서 반사를 거듭할수록 광이 가지는 에너지는 p형 전극 및 n형 전극에 흡수되어 광의 세기가 급격히 감소된다.
따라서, 반도체 발광소자의 광추출 효율(light extractin efficiency)을 향상시키기 위해서는 전극으로서 광반사율이 높은 재료를 사용할 필요가 있으며, 예를 들어, Ag, Au, Pt 등의 물질을 합금 형태로 사용할 수 있다. 하지만, 상기 금속, 특히 Ag를 반사 전극에 사용할 경우, 열적 안정성이 낮아 고온 열처리시 응집(agglomeration)과 계면 보이드(void) 등이 형성되는 문제가 있다. 따라서, 이를 방지하기 위한 배리어 금속층을 반사 금속층 위에 형성한다. 그리고, 배리어 금속층 위에 본딩 전극을 형성한다. 이를 위해서 요구되는 포토레지스트 공정 및 포토레지스트 제거 공정, 증착 공정 등의 횟수는 증가하게 된다.
또한, 반사 금속층 위에 배리어 금속층을 형성할 경우, 선택적인 증착을 수행하기 위해 마스크층의 개구부를 이용하는 경우, 마스크 층의 개구부의 형성 마진(margin)은 어느 위치상의 오차를 기대하고 각 전극의 레이아웃을 정한 것이므로, 미리 오차를 기대한 경우에서는 거리를 충분히 고려할 필요가 있고 이에 따라 전극 형성 영역이 커져 버린다. 따라서, 배리어 금속층으로 인한 발광 면적이 감소되는 문제점이 있었다.
상술한 종래의 문제점을 해소하기 위해서, 본 발명은 p형 전극을 형성하는데 있어서, 한번의 포토레지스트 공정을 통해 p형 반도체층 위에 반사 금속층과 배리어 금속층을 동시에 증착할 수 있는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 질화물 반도체 발광소자를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 측면은, 기판 위에 제1 및 제2 도전형 질화물 반도체층과, 그 사이에 위치하는 활성층을 포함하는 발광구조물을 형성하는 단계와, 기판 상에 제1 도전형 질화물 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 질화물 반도체층을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 제1 도전형 질화물 반도체층과 연결되는 제1 전극을 형성하는 단계와, 상기 제2 도전형 질화물 반도체층 상에 상기 제2 도전형 질화물 반도체층의 일부 영역이 노출되는 포토레지스트막을 형성하는 단계 및 상기 포토레지스트막에 의하여 노출된 상기 제2 도전형 질화물 반도체층 위에 제2 전극 구조로서 반사 금속층 및 배리어 금속층을 연속으로 형성한 후 상기 포토레지스트막을 제거하는 단계를 포함하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 반사 금속층 및 배리어 금속층을 연속하여 형성하는 단계는, 상기 반사 금속층을 형성한 후, 상기 포토레지스트막을 유지한 상태에서, 상기 반사 금속층의 상면 및 측면을 덮도록 배리어 금속층을 연속하여 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 반사 금속층 및 배리어 금속층을 연속하여 형성하는 단계는, 상기 반사 금속층을 전자빔 증착법에 의해 형성하고, 상기 배리어 금속층을 스퍼터링 증착법에 의해 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 반사 금속층 및 배리어 금속층을 연속하여 형성하는 단계는, 제1 스택 커버리지(stack coverage)의 전자선 증착 장치를 이용하여 반사 금속층을 증착하고, 상기 제1 스택 커버리지보다 높은 제2 스택 커버리지의 스퍼터를 이용하여 배리어 금속층을 증착하는 것에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 반사 금속층 및 배리어 금속층을 연속하여 형성하는 단계는, 제1 스택 커버리지의 전자선 증착기를 이용하여 반사 금속층을 증착하고, 상기 제1 스택 커버리지보다 높은 제2 스택 커버리지의 전자선 증착기를 이용하여 배리어 금속층을 증착하는 것에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 배리어 금속층은 상기 반사 금속층의 상면 및 측면을 덮도록 형성되되, 상면을 덮는 부분의 두께가 측면을 덮는 부분의 두께보다 클 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 발광구조물 상면 전체에 페시베이션층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 포토레지스트막은 네가티브 감광제로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 배리어 금속층 상에 본딩 금속층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면은,
제1 및 제2 도전형 질화물 반도체층과, 상기 제1 및 제2 도전형 질화물 반도체층 사이에 배치된 활성층과, 상기 제1 도전형 질화물 반도체층과 전기적으로 연결되도록 형성된 제1 전극 및 상기 제2 도전형 질화물 반도체층의 일면에 형성된 반사 금속층과, 상기 반사 금속층의 상면 및 측면을 덮도록 형성되되 상면을 덮는 부분의 두께가 측면을 덮는 부분의 두께보다 큰 배리어 금속층을 구비하는 제2 전극을 포함하는 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 및 제2 도전형 질화물 반도체층과 상기 활성층은 투광성 및 전기 절연성을 갖는 기판 상에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제2 전극 상에 형성된 도전성 지지기판을 더 포함하며, 상기 제1 전극은 상기 제1 도전형 질화물 반도체층에서 상기 제2 도전형 질화물 반도체층의 반대 편에 위치한 면에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 활성층 및 제2 도전형 질화물 반도체층을 관통하여 상기 제1 도전형 질화물 반도체층에 접속된 하나 이상의 도전성 비아를 더 포함하여, 상기 제1 전극은 상기 도전성 비아와 연결되고 외부로 노출될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 배리어 금속층 상에 형성된 본딩 금속층을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 포토레지스트 공정 및 포토레지스트 제거 공정의 횟수를 감소시킬 수 있어 제조 공정을 간소화할 수 있고, 또한, 배리어 금속층의 형성 면적을 줄일 수 있어 배리어 금속층에 의한 광 흡수를 줄일 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 배리어 금속층을 반사 금속층 위에 밀착되도록 캡핑할 수 있어 반사 금속층의 열처리시 발생되는 응집 및 계면 보이드를 방지하여 소자의 신뢰성을 확보할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 발광 면적이 증가되어 광도를 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 형태에 따른 질화물 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 측단면도이다.
도 2 내지 도 9는 도 1에 도시된 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 측단면도이다.
도 10은 본 발명에 따라 제조된 질화물 반도체 발광소자와 종래 질화물 반도체 발광소자의 전극 구조를 비교한 단면도이다.
도 11(a)는 네가티브 감광제를 사용한 경우, 도 11(b)는 포지티브 감광제를 사용한 경우의 반사 금속층과 배리어 금속층의 증착 공정을 비교하여 나타낸 것이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 질화물 반도체 발광소자를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 일실시 형태에 따른 질화물 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 측단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자(100)는 기판(110)의 상면에 순차적으로 제1 도전형 질화물 반도체층(120), 활성층(130) 및 제2 도전형 질화물 반도체층(140)이 적층된다. 그리고, 메사식각되어 노출된 제1 제1 도전형 질화물 반도체층(120) 위에 제1 전극(170)이 형성되며, 제2 도전형 질화물 반도체층(140) 위에 제2 전극(160)이 형성되어 있다. 그리고, 제1 전극(170) 및 제2 전극(160)이 형성된 영역이 개구되도록 페시베이션막(180)이 반도체층(120, 130, 140)의 표면(측면 및 상면)에 형성되며, 상기 페시베이션막(180)은 발광구조물의 보호 기능과 함께 각 층 및 전극 간의 전기적 절연을 형성한다.
기판(110)은 질화물 반도체층의 성장을 위해 제공되는 성장용 기판으로서, 고저항성 기판이며 주로 사파이어 기판을 사용할 수 있다. 사파이어 기판은 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 및 a축 방향의 격자상수가 각각 13.001Å과 4.758Å이며, C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등을 갖는다. 이 경우, C면은 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 성장용 기판으로 주로 사용된다. 하지만, 본 실시예에서 기판(110)은 사파이어 기판으로 제한되는 것은 아니며, 사파이어 기판 대신 SiC, Si, GaN, AlN 등으로 이루어진 기판도 사용 가능하다.
그리고, 제1 도전형 질화물 반도체층(120) 및 제2 도전형 질화물 반도체층(140)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)으로 이루어질 수 있으며, 각각 n형 불순물 및 p형 불순물이 도핑될 수 있다. 상기 제1 및 제2 도전형 질화물 반도체층(120, 140)은 질화물 반도체층 성장에 관하여 공지된 공정을 이용할 수 있으며, 예컨대, 유기금속 기상증착법(MOCVD), 분자빔성장법(MBE) 및 하이드라이드 기상증착법(HVPE) 등이 이에 해당한다.
그리고, 도시하지는 않았지만, 기판(110)과 제1 도전형 질화물 반도체층(120) 사이의 격자부정합을 완화하기 위해 버퍼층(미도시)이 기판(110) 상에 형성될 수 있으며, 이러한 버퍼층은 III-V족 질화물계 화합물 반도체로 이루어진 n형 물질층 또는 언도프(undoped) 물질층으로서, AlN 또는 n-GaN을 포함하는 저온핵성장층일 수 있다.
그리고, 활성층(130)은 전자-정공의 캐리어 재결합에 의해 광방출이 일어나는 물질층으로서, 복수개의 양자우물층과 양자장벽층이 교대로 적층된 다중양자우물 구조(Multi Quantum Well: MQW)를 갖는 GaN 계열의 III-V족 질화물계 화합물 반도체층이 바람직하며, 그 중에서도 양자장벽층은 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0<y≤1, 0<x+y≤1)으로 이루어질 수 있으며, 양자우물층은 InzGa(1-z)N(0≤z≤1)으로 이루어질 수 있다. 이때, 양자장벽층은 제2 도전형 질화물 반도체층(140)으로부터 주입되는 정공이 터널링가능한 두께를 갖는 초격자구조로 이루어질 수 있다.
그리고, 도시하지는 않았지만, 제1 도전형 질화물 반도체층(140)과 제2 전극(160) 사이에 투명 전도성 산화막(Transperant Conductive Oxide, TCO)을 더 형성할 수 있다. 또한, 투명 전도성 산화막 또는 제1 도전형 질화물 반도체층(140)과 제2 전극(160) 사이에 니켈(Ni), 티탄(Ti), 크롬(Cr) 또는 알루미늄(Al) 등으로 이루어진 금속층을 형성하면, 패드 전극과 투광성 전극과의 접합도가 높아진다. 특히, 니켈을 이용한 경우, 접합도가 보다 높아진다.
본 발명의 실시형태에서는, 제2 전극(160)은 연속하여 적층된 반사 금속층(161) 및 배리어 금속층(162)을 구비하는 구조이며, 필요에 따라, 그 위에 본딩 금속층(163)을 더 포함할 수 있다. 상기 반사 금속층(161)은 반사율이 높으며, 제2 도전형 질화물 반도체층(140)과 오믹 컨택을 형성할 수 있는 물질로 이루어지는 것이 바람직하며, 예를 들어, Ag, Al, Au 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹 중 선택되는 어느 하나의 금속일 수 있다. 그리고 상기 배리어 금속층(162)은 반사 금속층(161)의 상면 및 측면을 덮도록 형성되어 있으며 TiW 등의 금속으로 형성될 수 있다. 배리어 금속층(162)은 본딩 금속층(163) 물질과 반사 금속층(161) 물질의 계면에서 융화되어 반사 금속층(161)의 특성(특히, 반사율 및 접촉저항)을 저하하는 것을 방지하는 기능을 수행할 수 있다. 본 실시 형태의 경우, 배리어 금속층(162)은 도 1에 도시된 것과 같이, 반사 금속층(161)의 상면 및 측면을 덮도록 형성되되, 상면을 덮는 부분의 두께(t1)가 측면을 덮는 부분의 두께(t2)보다 크게 된다. 이는 후술할 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 증착 공정을 따를 경우 얻어질 수 있는 구조에 해당한다. 상기 본딩 금속층(163)은 예컨대, Cr/Au로 형성될 수 있다. 한편, 제1 전극(170)은 본딩 금속층으로 구성될 수 있으며, 제1 도전형 질화물 반도체층(120)과 오믹 접촉을 형성한다.
이하, 도 1에 도시된 질화물 반도체 발광소자(100)를 제조하는 방법을 설명하도록 한다. 도 2 내지 7은 도 1에 도시된 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 측단면도이다.
먼저, 도 2를 참조하면, 기판(110) 위에 제1 도전형 질화물 반도체층(120), 활성층(130) 및 제2 도전형 질화물 반도체층(140)을 순차적으로 에피택셜 성장시켜 발광구조물을 형성한다. 이러한 질화물 반도체층(120, 130, 140)은 MOCVD 등의 공정을 이용하여 성장될 수 있다.
다음으로, 도 3 및 도 4를 참조하면, 질화물 반도체층(120, 140) 위에 각각 전극을 형성하기 위해 메사 구조를 형성한다. 상기 메사 구조의 형성은 도 3과 같이, 제2 도전형 질화물 반도체층(140)의 상면 일부 영역에 식각될 영역을 제외하고 포토레지스트막(145)을 형성한다. 그런 후, 도 4와 같이, 제1 도전형 질화물 반도체층(120)이 노출되도록 제2 도전형 질화물 반도체층(140) 및 활성층(130)의 일부 영역을 식각하여 제거함으로써 메사 구조를 형성한다. 그리고, 메사 구조를 형성하기 위한 포토레지스트막(145)을 제거한다.
다음으로, 도 5를 참조하면, 제2 전극을 형성하기 위한 영역을 창으로 한 포토레지스트막(150)을 형성한다. 여기서, 제2 전극은 상술한 바와 같이, 반사 금속층과 배리어 금속층으로 이루어진 다층 구조이다. 상기 포토레지스트막(150)에 의해 노출된 제2 도전형 질화물 반도체층(140)의 상면 부분은 전체 상면보다 작게 마련할 수 있으며, 이는 금속 증착 공정상의 마진을 마련하기 위한 것이다.
다음으로, 도 6을 참조하면, 제2 전극(160)을 형성할 영역을 창으로 한 포토레지스트막(150)을 제2 도전형 질화물 반도체층(140)의 상면에 형성하고, 전자선 증착법 또는 스퍼터링 증착법에 의해 반사 금속층(161) 및 배리어 금속층(162)으로 이루어진 다층 구조를 형성한다. 여기서, 도 5에 도시된 포토레지스트막(150)은 도 4의 포토레지스트막(150)을 확대하여 나타낸 것이다.
이때, 반사 금속층(161) 및 배리어 금속층(162)은 서로 다른 스택 커버리지(stack coverage)를 갖는 장치를 이용하여 각각 증착된다. 예를 들어, 스택 커버리지가 낮은 전자선 증착 장치(①)로 반사 금속층(161)을 형성한 후, 포토레지스트막(150)을 유지한 상태에서, 스택 커버리지가 높은 전자선 증착 장치(②)로 반사 금속층 (161)의 상면 및 측면을 덮도록 배리어 금속층(162)을 증착한다. 또한, 반사 금속층(161)은 전자선 증착법에 의해 형성하고, 배리어 금속층(162)은 스퍼터링 증착법에 의해 형성할 수 있다. 그 이유는, 일반적으로 전자선 증착기보다 스퍼터가 스택 커버리지가 높기 때문이다. 즉, 전자선 증착 장치를 이용하여 반사 금속층(161)을 증착하고, 전자선 증착 장치보다 스택 커버리지가 높은 스퍼터를 이용하여 배리어 금속층(162)을 증착하는 것에 의해 수행될 수 있다. 이 경우, 하나의 포토레지스트막(150)을 이용하여 반사 금속층(161) 형성 후 배리어 금속층(162)이 증착하므로, 배리어 금속층(162)은 도 6에 도시된 것과 같이, 배리어 금속층(162)의 측면을 덮는 부분보다 상면을 덮는 부분의 두께가 더 크게 된다. 이어서, 열처리를 행한 후, 반사 금속층(161) 및 배리어 금속층(162)을 형성하기 위한 포토레지스트막(150)을 제거하여 도 7과 같은 구조물을 얻는다.
이와 같이, 본 발명은 종래의 질화물 반도체 발광소자의 제조방법에서 반사 금속층(161)의 형성 공정과 배리어 금속층(162)의 형성 공정을 하나의 포토레지스트막을 이용하여 구현할 수 있도록 개선할 수 있다. 이러한 포토레지스트막의 형성공정의 단일화를 통해 포토레지스트막 형성 공정에 수반되는 포토레지스트막 제거 공정 및 세척 공정의 횟수를 감소시킬 수 있어 제조 공정을 단순화할 수 있다. 또한, 배리어 금속층(162)을 반사 금속층(161) 위에 밀착되도록 캡핑할 수 있어, 특히, 반사 금속층(161)이 은(Ag)인 경우, 포토레지스트막의 제거 공정에 의해 발생되는 은(Ag)의 손실 및 계면의 공공(Void)의 형성을 방지할 수 있어 발광소자의 신뢰성 측면에서 안정성을 확보할 수 있다. 또한, 1회의 포토레지스트 공정이 요구되므로, 전극 증착을 위한 마진을 최소화할 수 있다. 이에 의하여 제2 전극의 면적, 즉, 유효한 전류 주입 면적이 증가될 수 있으므로, 발광 효율의 향상을 가져올 수 있다.
한편, 본 실시 형태에서 사용하는 포토레지스트막(150)은 네가티브 감광제(Negative PR)을 사용하는 것이 바람직하다. 도 11을 참조하여 이를 설명하면, 도 11(a)는 네가티브 감광제를 사용한 경우, 도 11(b)는 포지티브 감광제를 사용한 경우의 반사 금속층과 배리어 금속층의 증착 공정을 비교하여 나타낸 것이다. 도 11(a)과 같이, 네가티브 감광제(광이 조사된 부분이 남음)를 사용할 경우, 반사 금속층(161) 및 배리어 금속층(162)은 제2 도전형 질화물 반도체층(140) 상에 형성된 부분과 포토레지스트막(150) 상에 형성된 부분이 분리되므로, 후속 리프트 오프 공정에 의하여 손쉽게 포토레지스트막(150)을 제거할 수 있다. 이와 달리, 포지티브 감광제(광이 조사되지 않은 부분이 남음)를 사용할 경우에는 도 11(b)에서 볼 수 있듯이, 반사 금속층(161`) 및 배리어 금속층(162`)이 전체적으로 형성되어 포토레지스트막(150`)의 제거가 용이하지 않은 문제가 있다.
다음으로, 도 8을 참조하면, 배리어 금속층(162) 및 노출된 제1 도전형 질화물 반도체층(120) 위에 각각 본딩 금속층 및 제1 전극을 형성한다. 상기 본딩 금속층 형성 공정은 먼저, 제1 도전형 질화물 반도체층(120)의 일부 영역이 노출되도록 제1 전극을 형성할 영역을 창으로 한 포토레지스트막(미도시)을 형성하고, 제1 전극(170)을 노출된 제1 도전형 질화물 반도체층(120)에 형성한 후에 포토레지스트막을 제거한다. 그런 후, 배리어 금속층(162)의 일부 영역이 노출되도록 본딩 금속층(163)을 형성할 영역을 창으로 한 포토레지스트막(미도시)을 형성하고, 본딩 금속층(163)을 형성한 후에 포토레지스트막을 제거한다. 이로써, 도 8과 같은 구조물을 얻을 수 있다.
다음으로, 도 9를 참조하면, 도 8과 같이 얻어진 구조물에 페시베이션층(180)을 형성한다. 구체적으로, 상기 페시베이션층(180) 형성 공정은 도 8의 구조물 상면 전체, 즉 전극이 형성된 제1 도전형 질화물 반도체층(120)과 제2 도전형 질화물 반도체층(140)의 노출된 영역 전체에 절연층을 형성한다. 상기 절연층은 SiO2 또는 SiN과 같은 물질로 형성할 수 있다. 그리고, 제1 전극(170) 및 제2 전극(160)의 본딩 금속층(163)이 노출되도록 개방된 포토레지스트막(미도시)을 절연층 위에 형성한 후에 에칭을 통해 상기 절연층을 선택적으로 제거하는 것에 의해 페시베이션층(180)을 형성할 수 있다. 이로써, 도 9에 도시된 바와 같이 최종 질화물 반도체 발광소자(100)의 제조를 완료한다.
도 10은 본 발명에 따라 제조된 질화물 반도체 발광소자와 종래 질화물 반도체 발광소자의 전극 구조를 비교한 단면도이다. 여기서, 도 10 (a)는 반사 금속층 및 배리어 금속층을 두 번의 포토레지스트 형성 공정 및 제거 공정을 통해 제조된 일반적인 질화물 반도체 발광소자(10)의 측단면도이며, 도 10 (b)는 본 발명에 따라 한 번의 포토레지스트 형성 공정을 통해 반사 금속층 및 배리어 금속층을 형성한 질화물 반도체 발광소자(100)의 측단면도이다.
도 10 (a) 및 (b)를 참조하면, 종래 질화물 반도체 발광소자(10)의 반사 금속층(61) 및 배리어 금속층(62)은 두 번의 포토레지스트 형성 공정을 거침에 따라 각 마스크 층의 개구부의 형성 마진(margin)에 따른 오차를 고려하여 개구부의 크기를 충분히 고려할 필요가 있고 이에 따라 배리어 금속층(62)의 형성 영역이 본 발명의 질화물 반도체 발광소자(100)의 배리어 금속층(162)과 비교하여 큰 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명은 종래 질화물 반도체 발광소자(10)의 배리어 금속층(62)으로 인해 발광 면적이 감소되는 문제점을 개선할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자(100)는 배리어 금속층(162)의 형성 면적을 줄이는 대신, 반사 금속층(161)의 형성 면적을 증가시킬 수 있고, 이로써 발광 면적을 증가시킬 수 있다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 질화물 반도체 발광소자를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 앞선 실시 형태에서는 소자에 연결된 한 쌍의 전극이 소자의 상부를 향하고 있으며, 반도체 성장 기판(110)이 최종 소자에 포함되어 있다. 도 12의 실시 형태의 경우, 질화물 반도체 발광소자(200)는 제1 도전형 반도체층(220), 활성층(230) 및 제2 도전형 반도체층(240)을 구비하며, 제2 도전형 반도체층(240) 상에는 제2 전극 구조(260), 즉, 반사 금속층(261), 배리어 금속층(262) 및 도전성 지지기판(263)이 형성되어 있다. 또한, 제1 도전형 반도체층(220)에서 제2 도전형 반도체층(240)에 반대 방향에 위치한 면에는 제1 전극(270)이 형성된다. 본 실시 형태의 경우, 활성층(230)에서 방출된 빛은 반사 금속층(261)에 의하여 반사되며, 반사된 빛은 도 12를 기준으로 하부로 유도되는 점에서, 반사 금속층(261) 및 배리어 금속층(262)의 성능은 더욱 중요하다. 한편, 도전성 지지기판(263)은 반도체 성장용으로 제공되는 기판(110)을 제거하기 위한 레이저 리프트 오프 등의 공정에서 상기 발광적층체를 지지하는 지지체의 역할을 수행하며, Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, GaAs 중 어느 하나를 포함하는 물질, 예컨대, SiAl 기판이 이용될 수 있다.
다음으로, 도 13의 실시 형태에 따른 질화물 반도체 발광소자(300)는 제1 도전형 반도체층(320), 활성층(330) 및 제2 도전형 반도체층(340)을 구비하며, 제2 도전형 반도체층(340)의 일면에는 제2 전극 구조(360), 즉, 반사 금속층(361), 배리어 금속층(362) 및 본딩 금속층(263)이 형성되어 있다. 앞선 도 12의 실시 형태에서는 도전성 지지기판(263)이 제2 도전형 반도체층(240)과 전기적으로 연결되지만, 본 실시 형태의 경우, 지지기판(362)는 제1 도전형 반도체층(320)과 전기적으로 연결된다. 이를 위하여, 지지 기판(362)과 전기적으로 연결된 도전성 비아(v)가 활성층(330) 및 제2 도전형 반도체층(340)을 관통하여 제1 도전형 반도체층(320)과 접속된다. 이 경우, 도전성 비아(v)를 활성층(330) 및 제2 도전형 반도체층(340)과 분리하기 위한 절연체(371)가 개재될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(340)과 지지 기판(370) 사이에 개재된 반사 금속층(361)의 경우, 일부 면이 외부로 노출될 수 있으며, 상기 노출 면에는 외부 전기 신호 인가를 위한 본딩 전극층(363)이 형성될 수 있다. 본 실시 형태의 경우에도 배리어 금속층(362)은 반사 금속층(361)의 상면 및 측면을 덮도록 형성되되, 상면을 덮는 부분의 두께가 측면을 덮는 부분의 두께보다 크며, 이는 앞서 설명한 공정, 즉, 하나의 포토레지스트막을 이용하여 스택 커버리지가 다른 증착 공정을 사용하였기 때문이다. 이 경우, 반사 금속층(361)의 상면이라고 표현하였으나, 도 13에서는 이전과 반대 방향으로 도시되었으므로, 실제 도 13에서는 하면에 해당하는 것으로 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100: 질화물 반도체 발광소자 110: 기판
120: 제1 도전형 질화물 반도체층 130: 활성층
140: 제2 도전형 질화물 반도체층 150: 포토레지스트막
160: 제2 전극 161: 반사 금속층
162: 배리어 금속층 163: 본딩 금속층
170: 제1 전극 180: 페시베이션층

Claims (14)

  1. 기판 위에 제1 및 제2 도전형 질화물 반도체층과, 그 사이에 위치하는 활성층을 포함하는 발광구조물을 형성하는 단계;
    기판 상에 제1 도전형 질화물 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 질화물 반도체층을 순차적으로 형성하는 단계;
    상기 제1 도전형 질화물 반도체층과 연결되는 제1 전극을 형성하는 단계;
    상기 제2 도전형 질화물 반도체층 상에 상기 제2 도전형 질화물 반도체층의 일부 영역이 노출되는 포토레지스트막을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트막에 의하여 노출된 상기 제2 도전형 질화물 반도체층 위에 제2 전극 구조로서 반사 금속층 및 배리어 금속층을 연속으로 형성한 후 상기 포토레지스트막을 제거하는 단계;
    를 포함하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사 금속층 및 배리어 금속층을 연속하여 형성하는 단계는, 상기 반사 금속층을 형성한 후, 상기 포토레지스트막을 유지한 상태에서, 상기 반사 금속층의 상면 및 측면을 덮도록 배리어 금속층을 연속하여 형성하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반사 금속층 및 배리어 금속층을 연속하여 형성하는 단계는, 상기 반사 금속층을 전자빔 증착법에 의해 형성하고, 상기 배리어 금속층을 스퍼터링 증착법에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반사 금속층 및 배리어 금속층을 연속하여 형성하는 단계는, 제1 스택 커버리지(stack coverage)의 전자선 증착 장치를 이용하여 반사 금속층을 증착하고,
    상기 제1 스택 커버리지보다 높은 제2 스택 커버리지의 스퍼터를 이용하여 배리어 금속층을 증착하는 것에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반사 금속층 및 배리어 금속층을 연속하여 형성하는 단계는, 제1 스택 커버리지의 전자선 증착기를 이용하여 반사 금속층을 증착하고,
    상기 제1 스택 커버리지보다 높은 제2 스택 커버리지의 전자선 증착기를 이용하여 배리어 금속층을 증착하는 것에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배리어 금속층은 상기 반사 금속층의 상면 및 측면을 덮도록 형성되되, 상면을 덮는 부분의 두께가 측면을 덮는 부분의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 발광구조물 상면 전체에 페시베이션층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 포토레지스트막은 네가티브 감광제로 이루어진 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 배리어 금속층 상에 본딩 금속층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  10. 제1 및 제2 도전형 질화물 반도체층;
    상기 제1 및 제2 도전형 질화물 반도체층 사이에 배치된 활성층;
    상기 제1 도전형 질화물 반도체층과 전기적으로 연결되도록 형성된 제1 전극; 및
    상기 제2 도전형 질화물 반도체층의 일면에 형성된 반사 금속층과, 상기 반사 금속층의 상면 및 측면을 덮도록 형성되되 상면을 덮는 부분의 두께가 측면을 덮는 부분의 두께보다 큰 배리어 금속층을 구비하는 제2 전극;
    을 포함하는 질화물 반도체 발광소자.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 도전형 질화물 반도체층과 상기 활성층은 투광성 및 전기 절연성을 갖는 기판 상에 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제2 전극 상에 형성된 도전성 지지기판을 더 포함하며, 상기 제1 전극은 상기 제1 도전형 질화물 반도체층에서 상기 제2 도전형 질화물 반도체층의 반대 편에 위치한 면에 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 활성층 및 제2 도전형 질화물 반도체층을 관통하여 상기 제1 도전형 질화물 반도체층에 접속된 하나 이상의 도전성 비아를 더 포함하여, 상기 제1 전극은 상기 도전성 비아와 연결되고 외부로 노출된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 배리어 금속층 상에 형성된 본딩 금속층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
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