KR20130029933A - 발광 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20130029933A
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김극
윤복현
홍정우
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일진엘이디(주)
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Abstract

본 발명은 새로운 전극 구조를 구비하여 발광 효율을 향상시킬 수 있는 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로,
본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 소자는,
기판 상부에 형성된 제1형 반도체층, 활성층 및 제2형 반도체층; 상기 제1형 반도체층의 일측 상부에 형성된 제1 전극; 상기 제1형 반도체층의 타측 상부와 상기 활성층 및 제2형 반도체층의 측면을 덮도록 형성된 절연층; 및, 상기 절연층 상부에 형성된 제2 전극을 포함한다.

Description

발광 소자 및 그 제조 방법{Light emitting device and method of manufacturing the same}
본 발명은 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 새로운 전극 구조를 구비하여 발광 효율을 향상시킬 수 있는 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 GaN, AlN, InN 등과 같은 질화물은 열적 안정성이 우수하고 직접 천이형의 에너지 밴드(band) 구조를 갖고 있어 최근 청색 및 자외선 영역의 광전소자용 물질로 많은 각광을 받고 있다. 특히, GaN은 에너지 밴드갭이 상온에서 3.4eV로 매우 크기 때문에 고온 고출력 소자에 사용될 수 있다. 또한, GaN은 InN, AlN 같은 물질과 조합하여 1.9eV(InN)에서 3.4eV(GaN), 6.2eV(AlN)까지의 에너지 밴드갭을 조절할 수 있어 가시광에서부터 자외선 영역까지 넓은 파장 영역을 갖게 되고, 이로 인해 광소자의 응용 가능성이 매우 큰 물질이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 질화갈륨계 반도체를 이용한 발광 소자는 일반적으로 기판(1) 상부에 버퍼층(2), N형 GaN층(3), 활성층(4), P형 GaN층(5), 투명 전극층(6)이 순차적으로 적층 형성된다. 또한, N형 GaN층(3)과 P형 GaN층(5)에 각각 전기적으로 접속되는 N형 전극(8) 및 P형 전극(9)으로 구성된다. 또한, 활성층(4)에서 방출되는 광이 P형 전극(9)에 의해 차단되어 발광 소자 내부로 반사되고 흡수되어 발광 소자의 외부로 방출되지 못하는 것을 방지하기 위해 P형 전극(9)에 대응되는 부분에 부분적 또는 전체적으로 전류 차단층(7, Current Blocking Layer, CBL)이 형성된다.
이러한 발광 소자의 N형 전극(8) 및 P형 전극(9)에 소정의 전류가 인가되면, N형 GaN층(3)으로부터 제공되는 전자와 P형 GaN층(5)으로부터 제공되는 홀이 활성층(4)에서 재결합되어 일정한 파장 영역에 해당하는 단파장광을 방출하게 된다.
그러나, 이러한 종래 기술에 따른 질화갈륨계 반도체를 이용한 발광 소자는 P형 전극(9)을 통해 공급되는 전류가 전류 차단층(7)에 의해 그 하부에 있는 활성층(4)에 제대로 공급되지 않아서 전류 차단층(7) 하부의 활성층(4)은 광이 생성되지 않아서 발광 효율이 저하된다는 문제점이 있다.
미국등록특허 6307218호
본 발명의 일 기술적 과제는 새로운 전극 구조를 구비하여 발광 효율을 향상시킬 수 있는 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 소자는,
기판 상부에 형성된 제1형 반도체층, 활성층 및 제2형 반도체층; 상기 제1형 반도체층의 일측 상부에 형성된 제1 전극; 상기 제1형 반도체층의 타측 상부와 상기 활성층 및 제2형 반도체층의 측면을 덮도록 형성된 절연층; 및, 상기 절연층 상부에 형성된 제2 전극을 포함한다.
상기 활성층 및 제2형 반도체층의 측면이 경사지도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제1형 반도체층의 일부 측면과 상기 활성층 및 제2형 반도체층의 측면이 경사지도록 형성 되는 것이 바람직하다.
상기 제1형 반도체층은 양측 가장자리가 가운데보다 낮은 높이로 형성될 수 있다.
상기 제1형 반도체층의 일측 상부와 타측 상부가 같은 높이로 형성될 수 있다.
상기 제1형 반도체층의 일측 상부와 타측 상부가 다른 높이로 형성될 수 있다.
상기 절연층과 상기 제2 전극 사이에 형성되는 투명 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 제1형 반도체층과 제2형 반도체층은 질화갈륨계 반도체인 것이 바람직하다.
상기 활성층은 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물(Multi-Quantum Well) 구조로 형성될 수 있다.
상기 절연층은 비오믹 메탈(non-ohmic metal)로 형성될 수 있다.
상기 제1 전극 및 제2 전극은 티탄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 금(Au) 중 적어도 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 소자 제조 방법은,
기판 상부에 제1형 반도체층, 활성층 및 제2형 반도체층을 형성하는 과정; 상기 제1형 반도체층의 일측 및 타측을 노출시키며 상기 제1형 반도체층의 노출되는 일측 상부에 절연층을 형성하는 과정; 및, 상기 제1형 반도체층의 노출되는 타측 상부에 제1 전극을 형성하고, 상기 절연층 상부에 제2 전극을 형성하는 과정을 포함한다.
상기 제1형 반도체층의 일측 및 타측을 노출시키며 상기 제1형 반도체층의 노출되는 일측 상부에 절연층을 형성하는 과정은, 상기 제1형 반도체층의 일측을 노출시킨 후, 상기 제1형 반도체층의 노출된 일측 상부에 절연층을 형성하고, 상기 제1형 반도체층의 타측을 노출하는 것일 수 있다.
또한, 상기 제1형 반도체층의 일측 및 타측을 노출시키며 상기 제1형 반도체층의 노출되는 일측 상부에 절연층을 형성하는 과정은, 상기 제1형 반도체층의 일측과 타측을 동시에 노출시킨 후, 상기 제1형 반도체층의 노출된 일측 상부에 절연층을 형성하는 것일 수 있다.
상기 제1형 반도체층의 일측을 노출시키는 과정은, 상기 제2형 반도체층 및 활성층의 일측을 메사 식각하여 상기 제2형 반도체층 및 활성층의 측면이 경사지도록 하면서 상기 제1형 반도체층의 일측 표면을 노출시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1형 반도체층의 일측 및 타측을 노출시키는 과정은, 상기 제2형 반도체층, 활성층 및 제1형 반도체층의 일측을 메사 식각하여 상기 제2형 반도체층, 활성층 및 제1형 반도체층의 측면이 경사지도록 하면서 상기 제1형 반도체층의 일측을 노출시키되, 상기 제1형 반도체층의 타측을 노출시키는 과정과 하나의 공정으로 동시에 진행하는 것이 바람직하다.
상기 절연층 및 제2형 반도체층의 상부 일부에 투명 전극을 형성하는 과정을 더 포함할 수 있다.
상기 제1형 반도체층은 N형 불순물이 도핑된 GaN층으로 형성되고, 상기 제2형 반도체층은 P형 불순물이 도핑된 GaN층으로 형성되며, 상기 활성층은 InGaN층과 GaN층이 복수회 적층된 다층 양자 우물 구조로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제1형 반도체층, 활성층 및 제2형 반도체층은 금속 유기 화학 증착법, 화학 기상 증착법, 플라즈마 화학 기상 증착법, 분자선 성장법, 수소화물 기상 성장법 중 적어도 어느 하나의 방법을 사용하여 형성될 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시 형태에 의하면, 종래와는 달리 활성층 상부에 제2 전극이 형성되지 않고 활성층이 형성되지 않은 영역의 절연층 상부에 제2 전극이 형성된다. 따라서, 활성층에서 방출되는 광이 제2 전극에 의해 차단되어 발광 소자 내부로 반사되는 일이 발생하지 않게 되고, 전류 차단층을 형성할 필요가 없게 된다. 또한, 이에 따라 제2 전극을 통해 공급되는 전류가 전류 차단층에 의해 영향받는 일이 없어지므로, 전류 차단층 하부의 활성층에 광이 생성되지 않아서 발광 효율이 저하되는 일이 발생하지 않게 되어 동일한 활성층 면적을 가지는 종래의 발광 소자와 대비하여 발광 효율이 향상된다.
도 1은 종래 기술에 따른 질화갈륨계 반도체를 이용한 발광 소자를 도시한 단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화갈륨계 반도체를 이용한 발광 소자를 도시한 단면도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화갈륨계 반도체를 이용한 발광 소자를 도시한 단면도,
도 4a 내지 도 5b는 본 발명의 여러 실시예에 따른 질화갈륨계 반도체를 이용한 발광 소자를 도시한 단면도,
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화갈륨계 반도체를 이용한 발광 소자의 제조 방법을 도시한 단면도,
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화갈륨계 반도체를 이용한 발광 소자의 제조 방법을 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 여러 층 및 각 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 표현하였으며 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭하도록 하였다. 또한, 층, 막, 영역 등의 부분이 다른 부분 “상부에” 또는 “상에” 있다고 표현되는 경우는 각 부분이 다른 부분의 “바로 상부” 또는 “바로 위에” 있는 경우뿐만 아니라 각 부분과 다른 부분의 사이에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화갈륨계 반도체를 이용한 발광 소자를 도시한 단면도, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화갈륨계 반도체를 이용한 발광 소자를 도시한 단면도, 도 4a 내지 도 5b는 본 발명의 여러 실시예에 따른 질화갈륨계 반도체를 이용한 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 질화갈륨계 반도체를 이용한 발광 소자는, 기판(10) 상부에 순차적으로 적층되어 형성된 제1형 반도체층(30), 활성층(40) 및 제2형 반도체층(50)과, 상기 제1형 반도체층의 일측 상부에 형성된 제1 전극(80)과, 상기 제1형 반도체층의 타측 상부에 형성된 절연층(70)과, 상기 절연층 상부에 형성된 제2 전극(90)을 포함한다. 여기서, 상기 절연층(70)은 상기 제1형 반도체층의 타측 상부와 상기 활성층 및 제2형 반도체층의 측면을 덮으면서, 상기 제2형 반도체층(50)의 상부 일부를 덮도록 형성된다. 또한, 상기 절연층(70)과 상기 제2 전극(90) 사이에 형성되는 투명 전극(60)을 더 포함할 수 있다.
기판(10)은 발광 소자를 제작하기 위한 통상의 웨이퍼를 지칭하는 것으로, Al2O3, SiC, ZnO, Si, GaAs, GaP, LiAl2O3, BN, AlN 및 GaN 중 어느 하나를 이용할 수 있다.
기판(10)과 제1형 반도체층(30) 사이에는 버퍼층(20)이 개재될 수 있다. 상기 버퍼층(20)은 제1형 반도체층(30)의 결정 성장시 기판(10)과 제1형 반도체층(30)과의 격자 부정합을 줄이기 위해 형성되며, 반도체 재료인 GaN, AlN, SiCN, 또는 InGaN 등를 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 버퍼층(20)은 Al 또는 In을 포함하는 AlGaN, InGaN을 이용하여 형성할 수 있으며, 경우에 따라 Si 등의 불순물을 도핑하여 형성할 수 있다.
제1형 반도체층(30)은 활성층(40)에 전자를 주입하는 층으로서, N형 불순물이 도핑된 GaN층을 이용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않고 다양한 반도체 성질의 물질층이 가능하다. 즉, GaN, InN, AlN(Ⅲ-Ⅴ족) 등과 같은 질화물과 이러한 질화물을 일정한 비율로 혼합한 화합물이 사용될 수 있다. 또한, 제1형 반도체층(30)은 다층막으로 형성할 수도 있다. 한편, 제1형 반도체층(30) 상부에 N형 클래드층(미도시)이 더 형성될 수 있는데, N형 클래드층은 GaN, AlGaN 또는 InGaN를 이용하여 형성할 수 있다.
활성층(40)은 소정의 밴드 갭을 가지며 양자 우물이 만들어져 전자 및 정공이 재결합되는 영역으로서, 바람직하게는 InGaN을 이용하여 형성할 수 있다. 이때, 활성층(40)을 이루는 물질의 종류에 따라 전자 및 홀이 결합하여 발생하는 발광 파장이 변화된다. 따라서, 목표로 하는 파장에 따라 활성층(40)에 포함되는 반도체 재료를 조절하는 것이 바람직하다. 또한, 활성층(40)은 양자 우물층과 장벽층이 교대로 적층 형성된 다층 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 장벽층은 GaN, 양자 우물층은 InGaN이 교대로 적층 형성된 다층 구조로 형성될 수 있으며, GaN 또는 InGaN에는 소정의 불순물이 도핑될 수도 있다.
제2형 반도체층(50)은 활성층(40)에 홀을 주입하는 층으로서, P형 불순물이 주입된 GaN층을 이용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않고 다양한 반도체 성질의 물질층이 가능하다. 또한, 제1형 반도체층(30) 및 제2형 반도체층(50)은 다층막으로 형성할 수도 있다. 또한, 상기 활성층(40)과 제2형 반도체층(50) 사이에는 초격자 구조의 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다.
여기서, 상기 활성층(40) 및 제2형 반도체층(50)은 제1형 반도체층(30)의 상부에 형성되되, 제1형 반도체층(30)을 모두 덮도록 형성되지 않고, 제1 전극(80) 및 제2 전극의 형성 예정 영역인 제1형 반도체층(30)의 일부가 노출되도록 형성된다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1형 반도체층(30)의 왼쪽은 활성층(40) 및 제2형 반도체층(50)에 의해 덮혀지지 않도록 형성된다. 또한, 상기 활성층(40) 및 제2형 반도체층(50)의 일 측면은 메사 식각(경사 식각) 등의 방법으로 소정 각도로 경사지도록 형성된다. 그리고, 활성층(40) 및 제2형 반도체층(50)에 의해 덮혀지지 않은 부분에는 절연층(70)이 형성된다. 상기 절연층(70)은 제1형 반도체층(30)과 제2형 반도체층(50)이 전기적으로 절연되도록 하는 것으로, 절연 물질 또는 전류가 차단될 수 있는 비오믹 메탈(non-ohmic metal)을 사용할 수 있다. 예를 들어 SiO2로 이루어지는 절연막을 사용할 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1형 반도체층(30)의 양측 가장자리가 가운데보다 낮은 높이로 형성되고, 상기 절연층(70)이 활성층(40) 및 제2형 반도체층(50)에 의해 덮혀지지 않은 부분과 상기 제2형 반도체층(50)의 상부 일부를 덮도록 형성될 수도 있다. 이때, 상기 제2 전극(90) 상면이 활성층(40)의 저면보다 아래에 위치하도록 형성될 수 있다. 그리고, 제1 전극(80)과 제2 전극(90)이 실질적으로 동일한 높이로 형성될 수 있다. 도 2에 도시된 발광 소자는 제조 공정에서 활성층(40)까지 식각되어 형성되지만, 도 3에 도시된 발광 소자는 제1형 반도체층(30)의 일부가 식각되어 형성된다. 도 2에 도시된 발광 소자는 도 3에 도시된 발광 소자에 비해 식각 깊이의 미세 조정이 필요하고, 제1 전극(80)과 제2 전극(90)이 형성되는 층들 간의 높이 차가 있기 때문에 식각 공정이 한번 더 이루어져야 하므로 도 3에 도시된 발광 소자가 도2에 도시된 발광 소자에 비해 공정 단순화 효과가 있다.
그리고, 상기 절연층(70) 및 제2형 반도체층(50) 상부에는 투명 전극(60)이 형성될 수 있다. 상기 투명 전극(60)은 제2 전극(90)을 통해 인가되는 전원이 제2형 반도체층(50)에 고르게 공급되도록 한다. 또한, 투명 전극(60)은 활성층(40)에서 발생된 광이 잘 투과될 수 있도록 투명 도전성 물질로 형성될 수 있다. 따라서, 투명 전극(60)은 예를 들어 ITO, IZO, ZnO, RuOx, TiOx, IrOx 등을 이용하여 형성할 수 있다.
제2 전극(90)은 상기 투명 전극(60) 상에 형성되되, 하부에 활성층(40)이 형성되지 않은 영역의 절연층(70) 상부에 형성된다. 종래와는 달리 활성층(40) 상부에 제2 전극(90)이 형성되지 않고 활성층(40)이 형성되지 않은 영역의 절연층(70) 상부에 제2 전극(90)이 형성되어 있다. 따라서, 활성층(40)에서 방출되는 광이 제2 전극(90)에 의해 차단되어 발광 소자 내부로 반사되는 일이 발생하지 않게 되고, 이에 따라 전류 차단층(7, 도 1 참조)을 활성층(40) 상부에 형성할 필요가 없게 된다. 또한, 이에 따라 제2 전극(90)을 통해 공급되는 전류가 전류 차단층(7)에 의해 영향받는 일이 없어지므로, 전류 차단층(7) 하부의 활성층에 광이 생성되지 않아서 발광 효율이 저하되는 일이 발생하지 않게 되어 동일한 활성층 면적을 가지는 종래의 발광 소자와 대비하여 발광 효율이 향상된다.
한편, 제1 전극(80)은 제1형 반도체층(30) 상에 형성된다. 상기 제1 전극(80) 및 제2 전극(90)은 티탄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 금(Au) 중 적어도 어느 하나를 이용하여 형성할 수 있다.
도 4a 내지 도 5b는 본 발명의 여러 실시예에 따른 질화갈륨계 반도체를 이용한 발광 소자를 도시한 단면도이다. 도 4a 내지 도 5b에 도시된 질화갈륨계 반도체 발광 소자는 전술한 실시예들과 마찬가지로 활성층(40) 상부에 제2 전극(90)이 형성되지 않고 하부에 활성층(40)이 형성되지 않은 절연층(70)의 상부에 제2 전극(90)이 형성되어 있다. 도 4a 내지 도 5b에 도시된 질화갈륨계 반도체 발광 소자는 대면적 칩에 효과적인 구조로, 도 4a에서 제1형 반도체층(30)의 양쪽 상부에 형성된 제1 전극(80)은 하나의 전극 구조를 이룬다. 즉, 도 4b에 도시된 바와 같이, 위에서 바라보았을 때, ㄷ자형으로 연결된 전극 구조를 이룬다. 이와 유사하게, 도 5a에서 투명 전극(60)의 양쪽 상부에 형성된 제2 전극(90)은 하나의 전극 구조를 이룬다. 즉, 도 5b에 도시된 바와 같이, 위에서 바라보았을 때, ㄷ자형으로 연결된 전극 구조를 이룬다.
다음으로, 도 6a 내지 도 6e를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 질화갈륨계 반도체를 이용한 발광 소자 제조 방법을 설명한다.
본 제조 방법에서 각종 물질층들은 금속 유기 화학 증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD), 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD), 플라즈마 화학 기상 증착법(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD), 분자선 성장법(Molecular Beam Epitaxy; MBE), 수소화물 기상 성장법(Hydride Vapor Phase Epitaxy; HVPE) 등을 포함한 다양한 증착 또는 성장 방법을 이용하여 형성된다.
먼저, 도 6a에 도시된 바와 같이, 기판(10) 상부에 버퍼층(20), 제1형 반도체층(30), 활성층(40) 및 제2형 반도체층(50)을 순차적으로 형성한다.
제1형 반도체층(30)은, 예를 들어 N형 불순물이 도핑된 GaN층으로 형성한다. 이를 위해 갈륨 소오스, 질소 소오스, 그리고 N형 불순물로서 실리콘 소오스를 유입하여 형성한다. 갈륨 소오스로는 예를 들어 트리메틸갈륨(trimethylgallium; TMGa) 또는 트리에틸갈륨(triethylgallium;TEGa)을 이용할 수 있고, 질소 소오스로서 암모니아(NH3)를 이용할 수 있으며, 실리콘 소오스로서 SiH4 또는 SiH6를 이용할 수 있다. 한편, N형 반도체층으로 GaN 대신에 InN, AlN 등을 형성하기 위해서는 갈륨 소오스 대신에 인듐 소오스와 알루미늄 소오스를 유입시키고, AlInGaN을 형성하기 위해 갈륨 소오스, 인듐 소오스 및 알루미늄 소오스를 유입시키면 된다.
활성층(40)은 예를 들어 InGaN층과 GaN층이 복수회 적층된 다중 양자 우물 구조로 형성한다. InGaN층을 형성하기 위해 인듐 소오스로서 트리메틸인듐(trimethylindium; TMIn) 또는 트리에틸인듐(triethylindium; TEIn)과 갈륨 소오스로서 TMGa 또는 TEGa, 그리고 질소 소오스로서 암모니아(NH3)를 유입시키고, GaN층을 형성하기 위해 갈륨 소오스 및 질소 소오스를 유입시킨다. 즉, 활성층(40)은 갈륨 소오스 및 질소 소오스를 유입하고 인듐 소오스의 유입 및 중지를 반복하여 InGaN층과 GaN층이 복수회 적층된 다중 양자 우물 구조로 형성할 수 있다.
또한, 제2형 반도체층(50)은 예를 들어 P형 불순물이 도핑된 GaN층으로 형성한다. 이를 위해 갈륨 소오스 및 질소 소오스로서 각각 TMGa 및 암모니아(NH3)를 유입시키고, 예를 들어 마그네슘(Mg)을 P형 불순물로 도핑하기 위해 비스시클로펜타다이닐마그네슘(biscyclopentadienylmagnesium; Cp2Mg)을 유입시켜 P형 GaN층을 형성한다. 한편, P형 반도체층으로 GaN 대신에 InN, AlN등을 형성하기 위해서는 갈륨 소오스 대신에 인듐 소오스와 알루미늄 소오스를 유입시키고, AlInGaN을 형성하기 위해 갈륨 소오스, 인듐 소오스 및 알루미늄 소오스를 모두 유입시키면 된다.
그 다음, 도 6b에 도시된 바와 같이, 제2형 반도체층(50) 및 활성층(40)의 일측을 메사 식각하되, 향후 적층 구조의 스텝 커버리지를 고려하여 상기 제2형 반도체층(50) 및 활성층(40)의 측면이 경사지도록 하면서 제1형 반도체층(30)의 일부를 노출시킨다. 이때, 제2형 반도체층(50) 및 활성층(40)은 제2 전극(90)이 형성될 영역에 제2 전극(90)의 사이즈를 고려하여 제거한다.
그 다음, 도 6c에 도시된 바와 같이, 전체 상부에 절연 물질을 형성한 후, 예를 들어 소정의 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정을 실시하여 절연 물질로 이루어진 절연층(70)이 제1형 반도체층(30)의 상부 일부와 상기 활성층(40) 및 제2형 반도체층(50)의 측면을 덮도록 형성한다.
그 다음, 도 6d에 도시된 바와 같이, 상기 절연층(70) 및 제2형 반도체층(50)의 상부 일부에 투명 전극(60)을 형성한다. 투명 전극(60)은 전체 상부에, 예를 들어 투명 전도성 산화물을 형성한 후 사진 및 식각 공정으로 패터닝하여 절연층(70) 및 제2형 반도체층(50) 상에 잔류되도록 할 수 있다.
그 다음, 도 6e에 도시된 바와 같이, 투명 전극(60) 상에 마스크를 형성하고 제2형 반도체층(50) 및 활성층(40)의 소정 영역을 식각하여 제1형 반도체층(30)의 소정 영역을 노출시킨 후, 마스크를 제거한다. 이어서, 전체 상부에, 예를 들어 금속층을 형성한 후 사진 및 식각 공정을 실시하여 제1 전극(80) 및 제2 전극(90)을 형성한다. 이때, 제1 전극(80)은 제2형 반도체층(50) 및 활성층(40)이 제거되어 노출된 제1형 반도체층(30) 상부에 형성하고, 제2 전극(90)은 하부에 활성층이 형성되지 않은 영역의 절연층(70) 상에 형성한다.
다음으로, 도 7a 내지 도 7d를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화갈륨계 반도체를 이용한 발광 소자 제조 방법을 설명한다. 본 실시예에서 물질층을 형성하는 방법은 전술한 일 실시예의 제조 방법과 동일하다.
먼저, 도 7a에 도시된 바와 같이, 기판(10) 상부에 버퍼층(20), 제1형 반도체층(30), 활성층(40) 및 제2형 반도체층(50)을 순차적으로 형성한다.
그 다음, 도 7b에 도시된 바와 같이, 제2형 반도체층(50)과 활성층(40)의 일측, 그리고 제1 반도체층(30)의 일부를 메사 식각(경사 식각)하여 상기 제2형 반도체층(50) 및 활성층(40)의 측면이 경사지도록 하면서 제1형 반도체층(30)의 일부를 노출시킨다. 이때, 전술한 실시예와는 달리, 제1형 반도체층(30)을 깊이 방향으로 소정 깊이 식각하여 단차가 생기도록 한다. 또한, 제2형 반도체층(50) 및 활성층(40)은 제2 전극(90)이 형성될 영역에 제2 전극(90)의 사이즈를 고려하여 제거한다.
그 다음, 도 7c에 도시된 바와 같이, 전체 상부에 절연 물질을 형성한 후, 예를 들어 소정의 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정을 실시하여 절연 물질로 이루어진 절연층(70)이 제1형 반도체층(30)의 상부 일부와 상기 활성층(40) 및 제2형 반도체층(50)의 측면을 덮도록 형성한다.
그 다음, 상기 절연층(70) 및 제2형 반도체층(50)의 상부 일부에 투명 전극(60)을 형성한다. 투명 전극(60)은 전체 상부에, 예를 들어 투명 전도성 산화물을 형성한 후 사진 및 식각 공정으로 패터닝하여 절연층(70) 및 제2형 반도체층(50) 상에 잔류되도록 할 수 있다. (도 6d 참조)
그 다음, 도 7d에 도시된 바와 같이, 투명 전극(60) 상에 마스크를 형성하고 제2형 반도체층(50) 및 활성층(40)의 소정 영역을 식각하여 제1형 반도체층(30)의 소정 영역을 노출시킨 후, 마스크를 제거한다. 이어서, 전체 상부에, 예를 들어 금속층을 형성한 후 사진 및 식각 공정을 실시하여 제1 전극(80) 및 제2 전극(90)을 형성한다. 이때, 제1 전극(80)은 제2형 반도체층(50) 및 활성층(40)이 제거되어 노출된 제1형 반도체층(30) 상부에 형성하고, 제2 전극(90)은 하부에 활성층이 형성되지 않은 영역의 절연층(70) 상에 형성하되, 상기 제2 전극(90) 상면의 위치가 활성층(40) 보다 아래에 위치하도록 한다.
상기의 두 제조 방법에서 전술한 실시예들은 제1형 반도체층의 일측을 표면까지 또는 소정 깊이까지 식각하여 노출시킨 후, 상기 제1형 반도체층의 노출된 일측 상부에 절연층을 형성한 다음, 상기 제1형 반도체층의 타측을 노출하고, 노출된 타측 상부에 제1 전극을 형성하고, 절연층 상부에 제2 전극을 형성하는 과정으로 기술되어 있으나, 본 발명의 실시 형태에 따른 발광 소자의 제조 방법은 이에 한정되지 않는다. 즉, 상기 제1형 반도체층의 일측을 노출시킨 후, 상기 제1형 반도체층의 타측을 노출시키고, 상기 제1형 반도체층의 노출된 일측 상부에 절연층을 형성할 수 있다. 또는, 제1형 반도체층의 일측과 타측을 동시에 노출시킨 후, 상기 제1형 반도체층의 노출된 일측 상부에 절연층을 형성할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 발광 소자 및 그 제조 방법을 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
10 : 기판 20 : 버퍼층
30 : 제1형 반도체층 40 : 활성층
50 : 제2형 반도체층 60 : 투명 전극
70 : 절연층 80 : 제1 전극
90 : 제2 전극

Claims (19)

  1. 기판 상부에 형성된 제1형 반도체층, 활성층 및 제2형 반도체층;
    상기 제1형 반도체층의 일측 상부에 형성된 제1 전극;
    상기 제1형 반도체층의 타측 상부와 상기 활성층 및 제2형 반도체층의 측면을 덮도록 형성된 절연층; 및,
    상기 절연층 상부에 형성된 제2 전극
    을 포함하는 발광 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 활성층 및 제2형 반도체층의 측면이 경사지도록 형성된 발광 소자.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1형 반도체층의 일부 측면과 상기 활성층 및 제2형 반도체층의 측면이 경사지도록 형성된 발광 소자.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1형 반도체층은 양측 가장자리가 가운데보다 낮은 높이로 형성된 발광 소자.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1형 반도체층의 일측 상부와 타측 상부가 같은 높이로 형성된 발광 소자.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1형 반도체층의 일측 상부와 타측 상부가 다른 높이로 형성된 발광 소자.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연층과 상기 제2 전극 사이에 형성되는 투명 전극을 더 포함하는 발광 소자.
  8. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1형 반도체층과 제2형 반도체층은 질화갈륨계 반도체층인 발광 소자.
  9. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 활성층은 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물(Multi-Quantum Well) 구조로 형성된 발광 소자.
  10. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연층은 비오믹 메탈(non-ohmic metal)로 형성되는 발광 소자.
  11. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 제2 전극은 티탄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 금(Au) 중 적어도 어느 하나로 형성된 발광 소자.
  12. 기판 상부에 제1형 반도체층, 활성층 및 제2형 반도체층을 형성하는 과정;
    상기 제1형 반도체층의 일측 및 타측을 노출시키며 상기 제1형 반도체층의 노출되는 일측 상부에 절연층을 형성하는 과정;
    상기 제1형 반도체층의 노출되는 타측 상부에 제1 전극을 형성하고, 상기 절연층 상부에 제2 전극을 형성하는 과정
    을 포함하는 발광 소자 제조 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1형 반도체층의 일측 및 타측을 노출시키며 상기 제1형 반도체층의 노출되는 일측 상부에 절연층을 형성하는 과정은,
    상기 제1형 반도체층의 일측을 노출시킨 후, 상기 제1형 반도체층의 노출된 일측 상부에 절연층을 형성하고, 상기 제1형 반도체층의 타측을 노출하는 발광 소자 제조 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1형 반도체층의 일측 및 타측을 노출시키며 상기 제1형 반도체층의 노출되는 일측 상부에 절연층을 형성하는 과정은,
    상기 제1형 반도체층의 일측과 타측을 동시에 노출시킨 후, 상기 제1형 반도체층의 노출된 일측 상부에 절연층을 형성하는 발광 소자 제조 방법.
  15. 청구항 12 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1형 반도체층의 일측을 노출시키는 과정은,
    상기 제2형 반도체층 및 활성층의 일측을 메사 식각하여 상기 제2형 반도체층 및 활성층의 측면이 경사지도록 하면서 상기 제1형 반도체층의 일측 표면을 노출시키는 발광 소자 제조 방법.
  16. 청구항 12 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1형 반도체층의 일측 및 타측을 노출시키는 과정은,
    상기 제2형 반도체층, 활성층 및 제1형 반도체층의 일측을 메사 식각하여 상기 제2형 반도체층, 활성층 및 제1형 반도체층의 측면이 경사지도록 하면서 상기 제1형 반도체층의 일측을 노출시키되, 상기 제1형 반도체층의 타측을 노출시키는 과정과 하나의 공정으로 동시에 진행하는 발광 소자 제조 방법.
  17. 청구항 12 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연층 및 제2형 반도체층의 상부 일부에 투명 전극을 형성하는 과정을 더 포함하는 발광 소자 제조 방법.
  18. 청구항 12 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1형 반도체층은 N형 불순물이 도핑된 GaN층으로 형성되고,
    상기 제2형 반도체층은 P형 불순물이 도핑된 GaN층으로 형성되며,
    상기 활성층은 InGaN층과 GaN층이 복수회 적층된 다층 양자 우물 구조로 형성되는 발광 소자 제조 방법.
  19. 청구항 12 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1형 반도체층, 활성층 및 제2형 반도체층은 금속 유기 화학 증착법, 화학 기상 증착법, 플라즈마 화학 기상 증착법, 분자선 성장법, 수소화물 기상 성장법 중 적어도 어느 하나의 방법을 사용하여 형성되는 발광 소자 제조 방법.
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