KR20160132656A

KR20160132656A - 오믹 접합 및 이를 포함하는 발광 소자

Info

Publication number: KR20160132656A
Application number: KR1020150065483A
Authority: KR
Inventors: 송현돈; 강기만; 김승환; 노승원
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2015-05-11
Filing date: 2015-05-11
Publication date: 2016-11-21
Also published as: KR102328472B1

Abstract

실시예는 질화물계 반도체층 상에 배치되며 Al을 재료로 하는 제1층; 상기 제1층의 Al과 반응하여 형성된 적어도 하나의 M_xAl_y합금을 포함하는 제2층 및 상기 제2층 상부에 배치되며 Au를 재료로 하는 제3층을 포함하는 오믹 접합을 개시한다.

Description

오믹 접합 및 이를 포함하는 발광 소자{OHMIC CONTACTS AND LIGHT EMITTING DIODE COMPRISING THE SAME}

본 발명은 오믹 접합 및 이를 포함하는 발광 소자에 관한 것이다.

발광 소자(Light Emitting Diode: LED)는 전류가 인가되면 광을 방출하는 발광소자 중 하나이다. 발광 소자는 고효율의 광을 방출할 수 있어 에너지 절감 효과가 뛰어나다.

최근, 발광 소자의 휘도 문제가 크게 개선되어, 액정 표시 장치의 백라이트 유닛(Backlight Unit), 전광판, 표시기, 가전 제품 등과 같은 각종 기기에 적용되고 있다.

특히, 질화물 계열의 반도체 발광 소자는 전자 친화력, 전자 이동도, 전자포화 속도 및 전계파괴 전압 특성이 우수하여 고효율, 고출력을 실현할 수 있고, 비소(As), 수은(Hg) 같은 유해물질을 포함하지 않기 때문에 환경 친화적인 소자로서 많은 주목을 받고 있다.

질화물 계열의 반도체 발광 소자에서 반도체와 금속과의 접합 부분은 질화물 반도체의 표면 준위가 형성되기 어려워 반도체와 금속간의 일함수의 차이가 그대로 접합 장벽이 된다. 오믹 접합은 이러한 질화물 반도체와 금속 사이의 접합 장벽이 발광 소자에 미치는 영향을 최소화할 수 있도록 질화물 반도체층 상에 형성된다. 오믹 접합은 Al이 포함되는 전극 구조를 사용하는데, Al은 열처리 공정시 다른 층으로 확산되어 화합물을 형성하는데, Au와 결합하여 Au₄Al, Au₈Al₃, Au₂Al, AuAl₂ 등의 화합물을 형성한다. Al의 확산에 의하여 형성된 화합물은 높은 전기저항을 가지고 표면을 거칠게 하여 발광 소자의 전기적 특성을 저하시킨다는 문제가 있다.

이를 방지하기 위하여 Al층의 확산을 방지하는 금속층이 사용되고 있으나 고온의 열처리 공정시 Al의 확산을 방지하는 기능을 수행할 수 없다는 문제가 있다.

특히 자외선 발광 소자의 경우 Al비율이 높은 AlGaN층에 고온의 열처리를 통하여 오믹 접합을 형성하게 되는데, 고온의 열처리 공정시Al의 확산을 방지하지 못하고 발광 소자의 전기적 특성을 크게 저하시킨다는 문제가 있다.

실시예는 표면 특성과 전기 특성이 향상된 오믹 접합 및 이를 포함하는 발광 소자를 제공한다.

또한, 고온의 열처리에도 전기 특성이 저하되지 않는 오믹 접합 및 이를 포함하는 발광 소자를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 오믹 접합은 질화물계 반도체층 상에 배치되며 Al을 재료로 하는 제1층; 상기 제1층의 Al과 반응하여 형성된 적어도 하나의 M_xAl_y(M은 금속)합금을 포함하는 제2층 및 상기 제2층 상부에 배치되며 Au를 재료로 하는 제3층을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 M는 Al의 융점보다 높은 융점을 가질 수 있다.

상기 M는 700도 이상의 열처리 온도에서 상기 Al과 반응하여 상기 제2층을 형성할 수 있다.

상기 M는 Cu, Pd 및 Ag 중에서 선택되는 어느 하나의 금속일 수 있다.

상기 M_xAl_y는 Cu_xAl_y(1≤x≤9, 1≤y≤4)일 수 있다.

상기 Cu_xAl_y합금에서 y는 x보다 크거나 같은 값을 가질 수 있다.

상기 Cu_xAl_y은 20Ω이하의 전기 저항을 가질 수 있다.

상기 제2층은 CuAl, CuAl₂, Cu₄Al₃, Cu₃Al₂ 및 Cu₉Al₄ 중에서 선택되는 적어도 하나의 합금을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 M_xAl_y합금의 전기 전도도는 Al-Au합금의 전기 전도도 보다 클 수 있다.

상기 제2층 상부에 배치되어 상기 제2층의 산화현상을 방지하는 보호층을 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 보호층은 Cr, Ni, Ti 및 Au 중에서 선택되는 적어도 하나의 금속 또는 합금으로 이루어질 수 있다.

상기 질화물계 반도체는 AlGaN계 질화물계 반도체일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자는 제1반도체층, 활성층, 및 제2반도체층을 포함하는 발광 구조체; 상기 발광 구조체의 일 측에 배치되어 상기 제1반도체층과 전기적으로 연결되는 제1전극; 상기 발광 구조체의 일 측에 배치되어 상기 제2반도체층과 전기적으로 연결되는 제2전극; 상기 상기 제2전극과 상기 제2반도체층 사이에 배치되며 Al을 재료로 하는 제1층과 상기 제1층의 Al과 반응하여 형성된 적어도 하나의 M_xAl_y합금을 포함하는 제2층 및 상기 제2층 상부에 배치되며 Au를 재료로 하는 제3층을 포함하는 오믹 접합을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 M는 Al의 융점보다 높은 융점을 가질 수 있다.

상기 제2반도체층은 AlGaN계 질화물계 반도체일 수 있다.

실시예에 따르면 발광 소자의 표면 특성과 전기 특성이 향상된다.

또한, 고온의 열처리에도 전기 특성이 저하되지 않는다.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 발광소자의 개념도이고,
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 오믹 접합의 단면도이고,
도3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 오믹 접합의 단면도이고,
도4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 오믹 접합의 단면도이고,
도5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 오믹 접합의 단면도이고,
도6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 오믹 접합의 단면도이고,
도7은 본 발명의 일실시예에 따른 오믹 접합의 공정도이고,
도8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 오믹 접합의 공정도이고,
도9는 종래 기술과 본 발명의 일실시예에 따라 형성되는 제2층의 전기전도성을 비교하기 위한 그래프이고,
도10 및 도11은 종래 기술과 본 발명의 일실시예에 따라 형성되는 오믹 접합의 표면을 도시한 도면이고,
도12는 종래 기술과 본 발명의 일실시예에 따라 형성되는 오믹 접합의 표면을 확대한 도면이고,
도13은 본 발명의 일실시예에 따른 오믹 접합의 보호층의 기능을 설명하기 위한 도면이고,
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 제조방법의 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 발광소자의 개념도이다.

도1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 발광소자(100A)는 복수의 반도체층을 포함하는 발광 구조체(110), 발광 구조체(110)와 전기적으로 연결되는 제1전극(140)과 제2전극(130)을 포함하여 구성될 수 있다.

발광 구조체는 제1반도체층, 활성층 및 제2반도체층을 포함하여 구성될 수 있다.

제1반도체층(113)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체일 수 있으며, 제1 도펀트가 도핑될 수 있다. 제1반도체층(113)은 Al_xIn_yGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 만족할 수 있다. 예시적으로 제1반도체층(113)은 AlGaN, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

제1반도체층(113)이 p형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다. 제1반도체층(113)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정되지 않는다.

자외선(UV), 심자외선(Deep UV) 또는 무분극 발광 소자일 경우, 제1반도체층(113)은 InAlGaN 및 AlGaN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 만일, 제1 반도체층(113)이 p형 반도체층일 경우, 제1반도체층(113)은 격자 차이를 줄이기 위해, 알루미늄의 농도가 구배를 갖는 graded AlGaN을 포함할 수 있고, 10 ㎚ 내지 100 ㎚의 두께를 가질 수 있다.

제1반도체층(113)과 제2반도체층(111) 사이에 배치된 활성층(112)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(MQW, Multi Quantum Well) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

활성층(112)은 Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층과 장벽층, 예를 들면 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어(pair) 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 우물층은 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.

제2반도체층(111)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2도펀트가 도핑될 수 있다. 제2반도체층(111)은 Al_xIn_yGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 만족할 수 있다. 예시적으로 제2반도체층(111)은 AlGaN, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

제2반도체층(111)이 n형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제2반도체층(111)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정되지 않는다.

자외선(UV), 심자외선(Deep UV) 또는 무분극 발광 소자일 경우, 제2 반도체층(111)은 InAlGaN 및 AlGaN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제2반도체층(111)이 AlGaN으로 이루어질 경우 Al의 함량은 50 %일 수 있다. 제2반도체층(111)이 n형 반도체층인 경우, 제2 반도체층(111)은 Al₀ _.5GaN으로 이루어질 수 있으며, 0.6 ㎛ 내지 2.6 ㎛ 예를 들어, 1.6 ㎛의 두께를 가질 수 있다.

실시예에 의하면, 발광 구조체(110)의 상면은 요철부(111a)를 가질 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 제2반도체층(111a)의 상면은 평탄면일 수도 있다.

제1전극(140)과 제2전극(130)은 발광 구조체(110)의 일 측에 배치된다. 여기서 일 측은 발광 구조체(110)의 주발광면과 반대측일 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 발광소자(100A)는 제1전극(140)과 제2전극(130)이 동일 평면상에 배치되는 플립칩(Flip Chip) 또는 박막 플립칩(TFFC)일 수 있다.

본 발명에 따른 발광소자는 플립칩(Flip Chip)형태에 한정되지 않으며, 수평칩(Lateral Chip)와 수직형칩(Vertical Chip)형태에도 적용될 수 있다. 수평칩과 수직형팁 구조체에서는 발광 구조체와 제1전극, 제2전극의 배치 관계가 상이하며 오믹 접합은 발광 구조체의 제2반도체층과 제2전극 사이에 배치된다.

제1전극(140)은 발광 구조체(110)의 제1반도체층(113)과 전기적으로 연결되고, 제2전극(130)은 제2반도체층(111)과 전기적으로 연결될 수 있다.

제1전극(140)은 반사층(114)을 통해 제1반도체층(113)과 전기적으로 연결될 수 있고, 제2전극(130)은 콘택홀을 통해 제2반도체층(111)과 전기적으로 연결될 수 있다. 콘택홀에 채워지는 제2전극(130)의 연장부(131)는 보호층(120)에 의해 활성층(112) 및 제1반도체층(113)과 전기적으로 절연된다.

제1전극(140)과 제2전극(130)은 발광 구조체(110)의 일 측에서 서로 이웃하게 배치된다. 이때, 제1전극(140)과 제2전극(130)은 전기적 절연을 위해 소정 간격으로 이격될 수 있다. 제1전극(140)과 제2전극(130)의 두께는 동일할 수 있으나 반드시 이에 한정되지는 않는다.

지지층(170)은 발광 구조체(110), 제1전극(140) 및 제2전극(130) 중 적어도 어느 하나의 측면을 감싸도록 형성된다. 지지층(170)은 제1전극(140)과 제2전극(130) 사이에 배치되는 절연부(171)를 포함할 수 있다. 지지층(170)은 경화된 고분자 수지일 수 있다. 고분자 수지의 종류에는 제한이 없다.

오믹 접합(150)은 제2전극(130)과 제2반도체(113)층 사이에 배치된다. 오믹 접합(150)의 일측 표면은 제2전극(130)과 전기적으로 연결되어 있으며, 타측 표면을 통하여 제2반도체층(113)과 전기적으로 연결된다. 오믹 접합(150)의 측면은 보호층(120)에 의하여 감싸질 수 있으나 반드시 이에 한정되지는 않는다.

도2는 본 발명의 일실시예에 따른 오믹 접합의 단면도이다.

도2를 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 오믹 접합은 제2반도체층(113)으로부터 제1층(151), 제2층(152), 제3층(153)이 순차적으로 적층되어 구성될 수 있다.

제1층(151)은 Al 및 Al을 포함하는 합금을 재료로 할 수 있다. 제1층(151)의 두께는 예를 들면 50 내지 500nm일 수 있지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 제2층(152)을 형성하는 금속 M의 두께에 따라 다양한 두께를 가질 수 있다.

제2층(152)은 제1층(151)의 Al과 반응하여 형성된 적어도 하나의 M_xAl_y합금을 포함하여 구성될 수 있다. 제2층(152)의 두께는 예를 들면 5 내지 500nm일 수 있지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 제1층(151)의 두께에 따라 다양한 두께를 가질 수 있다.

제2층(152)의 M는 Al의 융점보다 높은 융점을 가지는 금속일 수 있다. M는 700도 이상의 열처리 온도에서 Al과 반응하여 제2층(152)을 형성한다. 융점 이상의 온도에서 열처리 공정시, 제1층(151)의 Al이 확산하여 M과 화합물을 형성함으로써 제2층(152)을 형성한다.

M는 Cu, Pd 및 Ag 중에서 선택되는 어느 하나의 금속일 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 Al의 융점보다 높은 융점을 가지는 금속으로서 Al과 화합 반응하여 형성되는 합금이 Al-Au합금의 전기 전도도 보다 큰 금속일 수 있다.

또한, M는 Al과 화합 반응하여 형성되는 합금의 전기 전도도가 Al-Au합금의 전기 전도도 보다 크며, 전기 저항 편차가 5Ω이하인 금속일 수 있다.

제3층(153)은 제2층(152) 상부에 배치되며 Au 및 Au를 포함하는 합금을 재료로 할 수 있다. 제3층(153)의 두께는 예를 들면 20 내지 500nm일 수 있지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 오믹 접합의 단면도이다.

도3을 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 오믹 접합은 제2반도체층(113)으로부터 제1층(151), 제2층(152), 보호층(154), 제3층(153)이 순차적으로 적층되어 구성될 수 있다.

도3의 실시예에 따른 오믹 접합은 도2의 실시예에 보호층이 추가되는 구성이며 도2와 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

보호층(154)은 제2층(152) 상부에 배치되어 제2층(152)의 산화현상을 방지할 수 있다. 보호층(154)은 예를 들면 Cr, Ni, Ti 및 Au중에서 선택되는 적어도 하나의 금속 또는 합금으로 이루어 질 수 있다. 보호층(154)은 산소와의 반응성이 낮은 금속 또는 금속의 합금이 제2층(152) 상부에 배치되어 제2층(152)과 산소와의 결합을 방지한다.

도4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 오믹 접합의 단면도이다.

도4를 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 오믹 접합은 제2반도체층(1130)으로부터 제1층(1510), 제2층(1520), 제3층(1530)이 순차적으로 적층되어 구성될 수 있다.

제1층(1510)은 Al 및 Al을 포함하는 합금을 재료로 할 수 있다. 제1층(1510)의 두께는 예를 들면 50 내지 500nm일 수 있지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 제2층(1520)을 형성하는 금속 Cu의 두께에 따라 다양한 두께를 가질 수 있다.

제2층(1520)은 제1층(1510)의 Al과 반응하여 형성된 적어도 하나의 Cu_xAl_y합금(1≤x≤9, 1≤y≤4)을 포함하여 구성될 수 있다. 제2층(1520)의 두께는 예를 들면 5 내지 500nm일 수 있지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 제1층(1510)의 두께에 따라 다양한 두께를 가질 수 있다.

Cu는 700도 이상의 열처리 온도에서 Al과 반응하여 제2층(1520)을 형성한다. 융점 이상의 온도에서 열처리 공정시, 제1층(1510)의 Al이 확산하여 Cu와 화합물을 형성함으로써 제2층(1520)을 형성한다.

제2층(1520)을 형성하는 Cu_xAl_y합금에서 y는 x보다 크거나 같은 값을 가질 수 있다. 제2층(1520)은 예를 들면 CuAl, CuAl₂, Cu₄Al₃, Cu₃Al₂ 및 Cu₉Al₄ 중에서 선택되는 적어도 하나의 합금을 포함하여 구성될 수 있다.

그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제2층(1520)은 20Ω이하의 전기 저항을 가지며 전기 저항 편차가 5Ω이하인 모든 Cu_xAl_y합금과 기타 불순물을 포함하여 구성될 수 있다.

제3층(1530)은 제2층(1520) 상부에 배치되며 Au 및 Au를 포함하는 합금을 재료로 할 수 있다. 제3층(1530)의 두께는 예를 들면 20 내지 500nm일 수 있지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 오믹 접합의 단면도이다.

도5를 참조하면 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 오믹 접합은 제2반도체층(1130)으로부터 제1층(1510), 제2층(1520), 보호층(1540), 제3층(1530)이 순차적으로 적층되어 구성될 수 있다.

도5의 실시예에 따른 오믹 접합은 도4의 실시예에 보호층이 추가되는 구성이며 도4와 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

보호층(1540)은 제2층(1520) 상부에 배치되어 제2층(1520)의 산화현상을 방지할 수 있다. 보호층(1540)은 예를 들면 Cr, Ni, Ti 및 Au중에서 선택되는 적어도 하나의 금속 또는 합금으로 이루어 질 수 있다. 보호층(1540)은 산소와의 반응성이 낮은 금속 또는 금속의 합금이 제2층(1520) 상부에 배치되어 제2층(1520)과 산소와의 결합을 방지한다.

도6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 오믹 접합의 단면도이다.

도6을 참조하면 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 오믹 접합은 제2반도체층(1130)으로부터 저면층(1550), 제1층(1510), 제2층(1520), 보호층(1540), 제3층(1530)이 순차적으로 적층되어 구성될 수 있다.

도6의 실시예에 따른 오믹 접합은 도5의 실시예에 저면층이 추가되는 구성이며 도5와 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

저면층(1550)은 제1층(1520) 과 제2반도체층(1130) 사이에 배치되어 고온 열처리시 제1층의 Al이 반도체층으로 확산하는 것을 방지할 수 있다. 저면층(1550)은 예를 들면 Al의 융점보다 높은 융점을 가지는 Cr, Ti, Nb, V, W, Ta, Re, Mo, Mn, Pt, Pd, Rh, Y 및 Zr 중 적어도 하나의 금속을 포함하여 구성될 수 있으며, 단층이 아닌 복수개의 층이 제1층(1520)과 제2반도체층(1130) 사이에 배치될 수도 있다.

도7은 본 발명의 일실시예에 따른 오믹 접합의 공정도이다.

도7을 참조하면 본 발명의 일실시예 따른 오믹 접합은 제2반도체(113)층 상에 제1층(151), M금속층(M), 제3층(153)을 적층한 후에 열처리를 실시하여 형성된다. 이 때 제1층(151), M금속층(M), 제3층(153)은 스퍼터링법, 진공 증착법, 도금, 성막법 등의 방식에 의하여 증착될 수 있으나 반드시 이에 한정되지는 않는다.

열처리 공정은 Al융점 이상의 고온에서 진행되며, 예를 들면 700도 이상의 온도에서 진행될 수 있지만 반드시 이에 한정되지는 않으며 온도 및 접촉 저항과의 관계를 고려하여 결정될 수 있다.

열처리 공정에 의하여 제1층(151)의 Al은 M층(M)으로 확산되어 적어도 하나의 M_xAl_y합금을 포함하는 제2층(152)을 형성한다.

도8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 오믹 접합의 공정도이다.

도8을 참조하면, M층(M) 상부에 보호층(1540)이 추가로 적층되어 있는 상태에서 열처리 공정이 진행된다. 보호층(1540)은 열처리 공정시 M_xAl_y합금이 산소와 결합하는 것을 차단함으로써 제2층(1520)의 흑화(fog)현상을 방지한다.

도9는 종래 기술과 본 발명의 일실시예에 따라 형성되는 제2층의 전기전도성을 비교하기 위한 그래프이다.

도9(a)를 참조하면 종래 기술에 따른 오믹 접합은 열처리시 Al-Au합금이 생성되는데, Al-Au합금의 경우 최대 전기 저항이 50Ω이며 합금간의 전기 저항 편차가 40Ω으로 오믹 접합의 전기 전도도를 감소시킨다.

도9(b)를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 오믹 접합의 경우 Cu층을 제1층 상부에 적층 시키고 열처리를 실시하여 Cu_xAl_y합금이 포함되는 제2층을 형성한다. 제2층은 CuAl, CuAl₂, Cu₄Al₃, Cu₃Al₂ 및 Cu₉Al₄ 중 적어도 하나의 합금을 포함하는데 각 합금의 전기저항은 20Ω이하이며, 합금간의 전기 저항 편차는 5Ω이하로 나타난다. 본 발명의 일실시예에 따른Cu_xAl_y합금의 경우 Al 또는 Au의 전기 저항과 큰 차이가 없어 오믹 접합의 전기 전도도 감소를 방지할 수 있다.

도10 및 도11은 종래 기술과 본 발명의 일실시예에 따라 형성되는 오믹 접합의 표면을 도시한 도면이다.

도10(a)를 참조하면 종래 기술에 따른 오믹 접합의 표면은 Al-Au합금의 불균형 분포에 의하여 표면 부분이 다른 색을 띄는 것을 확인할 수 있다. 이러한 현상은 Au 또는 Al보다 약 30배 높은 전기 저항을 가지는 AuAl₂합금의 영향에 의한 것이다.

도10(b)를 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 오믹 접합은 고온 열처리시 전기 저항 편차가 작은 합금을 형성함으로써 표면 부분의 색 변화가 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다.

도11(a)를 참조하면 종래 기술에 따른 오믹 접합의 표면은 고온 열처리시 Al의 확산에 의하여 표면 상태가 고르지 못한것에 반하여, 도11(b)를 참조하면 본 발명의 일실시예에 다른 오믹 접합의 표면은 고온 열처리시 Al의 확산을 수용하여 제2층을 형성함으로써 표면이 평탄하게 형성되었음을 확인할 수 있다.

도12는 종래 기술과 본 발명의 일실시예에 따라 형성되는 오믹 접합의 표면을 확대한 도면이다.

도12(a)를 참조하면, 종래 기술에 따른 오믹 접합의 표면은 고온 열처리시 표면으로 확산되는 Al에 의해 울퉁불퉁하게 형성되어 있음을 확인 할 수 있다. 도12(b)를 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 오믹 접합의 표면은 고온 열처리시 Al의 확산을 수용하여 제2층을 형성함으로써 표면이 평탄하게 형성되었음을 확인할 수 있다.

도13은 본 발명의 일실시예에 따른 오믹 접합의 보호층의 기능을 설명하기 위한 도면이다.

도13(a)를 참조하면 보호층 없이 열처리를 수행하는 경우 제2층과 산소와의 결합에 의하여 흑화 현상이 발생한 것을 확인할 수 있다. 도13(b)는 5%의 산소가 주입된 환경에서 고온 열처리를 수행한 오믹 접합의 표면을 나타내며, 도13(c)는 20%의 산소가 주입된 환경에서 고온 열처리를 수행한 오믹 접합의 표면을 나타낸다. 도13(b)와 도13(c)에서는 보호층이 제2층과 산소와의 결합을 차단하여 흑화 현상을 방지하게 된다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 제조방법의 흐름도이다.

먼저, 도 14a를 참조하면, 기판(S)상에 발광 구조체(110)를 형성한다. 발광 구조체(110)는 제2반도체층(111), 활성층(112), 및 제1반도체층(113)을 순차적으로 형성한다.

여기서 기판(S)은 사파이어(Al₂O₃), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge 중 적어도 하나로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 대해 한정되지는 않는다. 기판(S)은 질화물 반도체에 휨을 가져오지 않으면서, 스크라이빙(scribing) 공정 및 브레이킹(breaking) 공정을 통하여 별개의 칩으로 잘 분리시키기 위한 정도의 기계적 강도를 가질 수 있다.

이후, 도 14b와 같이 발광 구조체(110)에 반사층(114) 및 콘택홀(H)을 형성하고, 발광 구조체(120)의 외면에 보호층(120)을 형성한다. 콘택홀(H)의 내측은 보호층(120)에 의해 제1반도체층(113) 및 활성층(112)과 절연된다.

이후, 도 14c와 같이 제1반도체층(113)과 접속되는 제1전극(140), 및 제1반도체층(113)과 접촉되는 제2전극(130)을 형성한다. 전극은 전극용 물질층을 도금 형성한 후 패터닝할 수 있다. 전극용 물질은 전도성이 우수한 Cu, Ag 등을 포함할 수 있다.

이후, 도 14d와 같이 제1전극(140)상에 형성되는 제1패드(150), 및 제2전극(130)상에 형성되는 제2패드(160)를 형성한다. 제1패드(150) 및 제2패드(160)는 제1전극(140)과 동일한 재질일 수 있다.

이후, 제1패드(150) 및 제2패드(160)가 형성된 발광소자의 일면에 지지층(170)을 충전한 후 경화시킨다. 지지층(170)은 제1패드(150)와 제2패드(160)의 사이, 제1전극(140)과 제2전극(130)의 측면, 및 발광구조물의 측면에 적어도 일부가 형성될 수 있다.

이후 도 14e와 같이, 기판을 제거한다. 기판은 소정의 파장을 갖는 레이저를 조사하여 분리할 수 있다. 기판은 레이저 리프트 오프 공법(LLO)으로 제거될 수 있으나 반드시 이에 한정되지는 않는다. 기판이 제거될 때 제2반도체층(111)의 상부에는 요철부(111a)가 형성될 수 있다.

본 도면에서는 하나의 발광소자만을 도시하였으나, 하나의 기판에 복수 개의 발광소자를 연속적으로 형성한 후 복수 개로 분리하는 웨이퍼 레벨 패키지로 제작할 수도 있다.

이후, 도14f와 같이 발광 구조체(110), 제1전극(140), 제2전극(130), 제1패드(150), 제2패드(160) 중 적어도 일부에 광학층(190)을 형성하여 발광소자 패키지를 제작할 수 있다. 광학층(190)은 파장변환체를 포함할 수 있다. 파장변환체는 YAG, 실리케이트계, 또는 나이트라이드계 형광체일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로 파장변환체는 양자점(QD), 또는 색소를 포함할 수도 있다.

본 발명에 따른 발광소자는 복수 개가 기판 상에 어레이될 수 있고, 발광소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광소자 패키지, 기판, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능할 수 있다.

또한, 발광소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 장치로 구현될 수 있다.

여기서, 표시 장치는 바텀 커버와, 바텀 커버 상에 배치되는 반사판과, 광을 방출하는 발광 모듈과, 반사판의 전방에 배치되며 발광 모듈에서 발산되는 빛을 전방으로 안내하는 도광판과, 도광판의 전방에 배치되는 프리즘 시트들을 포함하는 광학 시트와, 광학 시트 전방에 배치되는 디스플레이 패널과, 디스플레이 패널과 연결되고 디스플레이 패널에 화상 신호를 공급하는 화상 신호 출력 회로와, 디스플레이 패널의 전방에 배치되는 컬러 필터를 포함할 수 있다. 여기서 바텀 커버, 반사판, 발광 모듈, 도광판, 및 광학 시트는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 이룰 수 있다.

또한, 조명 장치는 기판과 실시예에 따른 발광소자 패키지를 포함하는 광원 모듈, 광원 모듈의 열을 발산시키는 방열체, 및 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 광원 모듈로 제공하는 전원 제공부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명 장치는, 램프, 해드 램프, 또는 가로등을 포함할 수 있다.

해드 램프는 기판 상에 배치되는 발광소자 패키지들을 포함하는 발광 모듈, 발광 모듈로부터 조사되는 빛을 일정 방향, 예컨대, 전방으로 반사시키는 리플렉터(reflector), 리플렉터에 의하여 반사되는 빛을 전방으로 굴절시키는 렌즈, 및 리플렉터에 의하여 반사되어 렌즈로 향하는 빛의 일부분을 차단 또는 반사하여 설계자가 원하는 배광 패턴을 이루도록 하는 쉐이드(shade)를 포함할 수 있다.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110: 발광 구조체
111: 제2반도체층
112: 활성층
113: 제1반도체층
120: 보호층
130: 제2전극
140: 제1전극
150: 오믹 접합
151, 1510: 제1층
152, 1520: 제2층
153, 1530: 제3층
154, 1540: 보호층

Claims

질화물계 반도체층 상에 배치되며 Al을 포함하는 제1층;
상기 제1층의 Al과 반응하여 형성된 적어도 하나의 M_xAl_y(M은 금속)합금을 포함하는 제2층 및
상기 제2층 상부에 배치되며 Au를 포함하는 제3층을 포함하는 오믹 접합.
제1항에 있어서,
상기 M는 Al의 융점보다 높은 융점을 가지는 오믹 접합.
제1항에 있어서,
상기 M는 700도 이상의 열처리 온도에서 상기 Al과 반응하여 상기 제2층을 형성하는 오믹 접합.
제1항에 있어서,
상기 M는 Cu, Pd 및 Ag 중에서 선택되는 어느 하나의 금속인 오믹 접합.
제1항에 있어서,
상기 M_xAl_y는 Cu_xAl_y(1≤x≤9, 1≤y≤4)인 오믹 접합.
제5항에 있어서,
상기 Cu_xAl_y합금에서 y는 x보다 크거나 같은 값을 가지는 오믹 접합.
제5항에 있어서,
상기 Cu_xAl_y은 20Ω이하의 전기 저항을 가지는 오믹 접합.
제5항에 있어서,
상기 제2층은 CuAl, CuAl₂, Cu₄Al₃, Cu₃Al₂ 및 Cu₉Al₄ 중에서 선택되는 적어도 하나의 합금을 포함하는 오믹 접합.
제1항에 있어서,
상기 M_xAl_y합금의 전기 전도도는 Al-Au합금의 전기 전도도 보다 큰 오믹 접합.
제1항에 있어서,
상기 제2층 상부에 배치되어 상기 제2층의 산화현상을 방지하는 보호층을 더 포함하는 오믹 접합.
제10항에 있어서,
상기 보호층은 Cr, Ni, Ti 및 Au 중에서 선택되는 적어도 하나의 금속 또는 합금을 포함하는 오믹 접합.
제1항에 있어서,
상기 질화물계 반도체는 AlGaN계 질화물계 반도체인 오믹 접합.
제1반도체층, 활성층, 및 제2반도체층을 포함하는 발광 구조체;
상기 발광 구조체의 일 측에 배치되어 상기 제1반도체층과 전기적으로 연결되는 제1전극;
상기 발광 구조체의 일 측에 배치되어 상기 제2반도체층과 전기적으로 연결되는 제2전극; 및
상기 상기 제2전극과 상기 제2반도체층 사이에 배치되며 Al을 포함하는 제1층과 상기 제1층의 Al과 반응하여 형성된 적어도 하나의 M_xAl_y합금을 포함하는 제2층 및 상기 제2층 상부에 배치되며 Au를 포함하는 제3층을 포함하는 오믹 접합을 포함하는 발광 소자.
제13항에 있어서,
상기 M는 Al의 융점보다 높은 융점을 가지는 발광 소자.
제13항에 있어서,
상기 M는 700도 이상의 열처리 온도에서 상기 Al과 반응하여 상기 제2층을 형성하는 발광 소자.
제13항에 있어서,
상기 M는 Cu, Pd 및 Ag 중에서 선택되는 어느 하나의 금속인 발광 소자.
제13항에 있어서,
상기 M_xAl_y합금의 전기 전도도는 Al-Au합금의 전기 전도도 보다 큰 발광 소자.
제13항에 있어서,
상기 제2층 상부에 배치되어 상기 제2층의 산화현상을 방지하는 보호층을 더 포함하는 발광 소자.
제18항에 있어서,
상기 보호층은 Cr, Ni, Ti 및 Au 중에서 선택되는 적어도 하나의 금속 또는 합금을 포함하는 발광 소자.
제13항에 있어서,
상기 제2반도체층은 AlGaN계 질화물계 반도체인 발광 소자.