WO2013105834A1 - 반도체 발광소자 - Google Patents

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WO2013105834A1
WO2013105834A1 PCT/KR2013/000285 KR2013000285W WO2013105834A1 WO 2013105834 A1 WO2013105834 A1 WO 2013105834A1 KR 2013000285 W KR2013000285 W KR 2013000285W WO 2013105834 A1 WO2013105834 A1 WO 2013105834A1
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WO
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semiconductor layer
film
electrode
branch electrode
light emitting
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PCT/KR2013/000285
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English (en)
French (fr)
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전수근
박은현
Original Assignee
주식회사 세미콘라이트
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/38—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape
    • H01L33/382—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape the electrode extending partially in or entirely through the semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/44—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating
    • H01L33/46—Reflective coating, e.g. dielectric Bragg reflector

Definitions

  • the present disclosure relates to a semiconductor light emitting device as a whole, and more particularly to a semiconductor light emitting device having a light reflecting surface.
  • the semiconductor light emitting device refers to a semiconductor optical device that generates light through recombination of electrons and holes, for example, a group III nitride semiconductor light emitting device.
  • the group III nitride semiconductor consists of a compound of Al (x) Ga (y) In (1-x-y) N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1).
  • GaAs type semiconductor light emitting elements used for red light emission, etc. are mentioned.
  • the semiconductor light emitting device is a substrate 100, an n-type semiconductor layer 300 is grown on the substrate 100, active layers 400 grown on the n-type semiconductor layer 300, p-type semiconductor layers 500 grown on the active layer 400, electrodes 901, 902, 903 functioning as reflective films formed on the p-type semiconductor layers 500, and etching. And an n-side bonding pad 800 formed on the exposed n-type semiconductor layer 300.
  • the n-type semiconductor layer 300 and the p-type semiconductor layer 400 may reverse their conductivity.
  • a buffer layer (not shown) is provided between the substrate 100 and the n-type semiconductor layer 300.
  • a chip having such a structure that is, a chip in which both the electrodes 901, 902, 903 and the electrode 800 are formed on the opposite side of the substrate 100, and the electrodes 901, 902, 903 function as a reflective film is called a flip chip.
  • the electrodes 901, 902 and 903 may include a high reflectance electrode 901 (eg Ag), an electrode 903 (eg Au) for bonding, and an electrode 902 which prevents diffusion between the electrode 901 material and the electrode 903 material; Example: Ni).
  • This metal reflective film structure has a high reflectance and has an advantage in current spreading, but has a disadvantage of light absorption by metal.
  • the semiconductor light emitting device includes a substrate 100, a buffer layer 200, and a buffer layer 200 grown on the substrate 100. It is formed on the n-type semiconductor layer 300, the active layer 400 is grown on the n-type semiconductor layer 300, the p-type semiconductor layer 500, the p-type semiconductor layer 500 is grown on the active layer 400 And a transmissive conductive film 600 having a current spreading function, a p-side bonding pad 700 formed on the transmissive conductive film 600, and an n-side bonding pad formed on the etched and exposed n-type semiconductor layer 300 ( 800).
  • the distributed Bragg reflector 900 (DBR: Distributed Bragg Reflector) and the metal reflecting film 904 are provided on the transparent conductive film 600. According to this configuration, the light absorption by the metal reflective film 904 is reduced, but there is a disadvantage in that current spreading is not smoother than using the electrodes 901, 902, 903.
  • DBR Distributed Bragg Reflector
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a semiconductor light emitting device disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-164423.
  • the plurality of semiconductor layers 300, 400, and 500 are provided with a distribution Bragg reflector 900 and a metal reflecting film 904.
  • the phosphor 1000 is provided on the opposite side, and the metal reflective film 904 and the n-side bonding pad 800 are electrically connected to the external electrodes 1100 and 1200.
  • the external electrodes 1100 and 1200 may be lead frames of packages or electrical patterns provided on a chip on board (COB) or a printed circuit board (PCB).
  • COB chip on board
  • PCB printed circuit board
  • the phosphor 1000 may be conformally coated, and may be mixed with an epoxy resin to cover the external electrodes 1100 and 1200.
  • the phosphor 1000 absorbs the light generated by the active layer 400 and converts the light into longer or shorter wavelengths.
  • an according to one aspect of the present disclosure includes a first semiconductor layer having a first conductivity, a second semiconductor layer having a second conductivity different from the first conductivity, and a first semiconductor layer and A plurality of semiconductor layers interposed between the two semiconductor layers and having an active layer generating light through recombination of electrons and holes, the plurality of semiconductor layers sequentially grown using a growth substrate; A first electrode supplying one of electrons and holes to the first semiconductor layer; A non-conductive reflecting film formed over the second semiconductor layer to reflect light from the active layer to the first semiconductor layer side, which is the growth substrate side; And formed between the plurality of semiconductor layers and the non-conductive reflecting film, extending to supply the other one of electrons and holes to the second semiconductor layer, electrically communicating with the second semiconductor layer, and supplying one of the electrons and holes.
  • a semiconductor light emitting device comprising a; branch electrode having an electrical connection for receiving.
  • FIG. 1 is a view showing an example of a semiconductor light emitting device shown in US Patent No. 7,262,436,
  • FIG. 2 is a view showing an example of a semiconductor light emitting device disclosed in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2006-120913;
  • 3 to 5 are views illustrating an example of a semiconductor light emitting device according to the present disclosure.
  • FIG. 6 is a view showing another example of a semiconductor light emitting device according to the present disclosure.
  • FIG. 7 is a view showing another example of a semiconductor light emitting device according to the present disclosure.
  • FIG. 8 is a view showing another example of a semiconductor light emitting device according to the present disclosure.
  • FIG. 11 is a view showing another example of a semiconductor light emitting device according to the present disclosure.
  • FIG. 12 is a view showing an example of a semiconductor light emitting device disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-164423;
  • FIG. 13 illustrates an example of a semiconductor light emitting device according to the present disclosure
  • FIG. 14 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
  • 15 is a cross-sectional view taken along the line B-B of FIG. 13;
  • 16 is a view illustrating a state in which a p-side electrode, an n-side electrode, and a non-conductive reflective film are removed from the semiconductor light emitting device of FIG. 13;
  • FIG 17 illustrates another example of the semiconductor light emitting device according to the present disclosure.
  • 19 is a cross-sectional view taken along the line E-E of FIG. 17;
  • 20 is a view showing a state before two semiconductor light emitting devices are separated into independent semiconductor light emitting devices during a semiconductor light emitting device manufacturing process
  • FIG. 21 is a view showing two semiconductor light emitting devices separated into independent semiconductor light emitting devices during a semiconductor light emitting device manufacturing process
  • FIG. 3 to 5 are diagrams illustrating an example of a semiconductor light emitting device according to the present disclosure, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 4. 5 is a cross-sectional view taken along the line B-B in FIG. 4, the non-conductive reflecting film 91 and the electrode 92 are not shown for explanation.
  • the semiconductor light emitting device is grown on the substrate 10, the buffer layer 20 grown on the substrate 10, the n-type semiconductor layer 30 grown on the buffer layer 20, the n-type semiconductor layer 30, and is formed of electrons and holes.
  • An active layer 40 generating light through recombination and a p-type semiconductor layer 50 grown on the active layer 40 are provided.
  • Sapphire, SiC, Si, GaN, etc. are mainly used as the substrate 10, and the substrate 10 may be finally removed, and the buffer layer 20 may be omitted.
  • the electrode 80 may be formed on the n-type semiconductor layer 30 side or the conductive substrate 10 side from which the substrate 10 is removed.
  • the positions of the n-type semiconductor layer 30 and the p-type semiconductor layer 50 may be changed, and are mainly made of GaN in the group III nitride semiconductor light emitting device.
  • Each semiconductor layer 20, 30, 40, 50 may be composed of multiple layers, and additional layers may be provided.
  • an electrode 80 for supplying electrons to the n-type semiconductor layer 30 and an electrode 92 for supplying holes to the p-type semiconductor layer 50 are provided.
  • the branch electrode 81 extending into the n-type semiconductor layer 30 forms part of the electrode 80.
  • the electrode 80 may have a height enough to be coupled to the package using a separate bump, or may be deposited to a height sufficient to itself be coupled to the package as shown in FIG. 2.
  • the non-conductive reflective film 91 may be formed on the n-type semiconductor layer 30 and the portion of the electrode 80 exposed by etching. Those skilled in the art should note that the non-conductive reflecting film 91 does not necessarily cover all regions on the semiconductor layers 30 and 50 opposite the substrate 10.
  • the nonconductive reflecting film 91 functions as a reflecting film, but is preferably made of a light transmitting material to prevent absorption of light.
  • a silver transmissive dielectric material such as SiO x , TiO x , Ta 2 O 5 , MgF 2 It can be configured as.
  • the non-conductive reflecting film 91 is made of SiO x , since the non-conductive reflecting film 91 has a lower refractive index than the p-type semiconductor layer 50 (eg, GaN), the light having a critical angle or more may be partially reflected toward the semiconductor layers 30, 40, and 50. It becomes possible.
  • the non-conductive reflecting film 91 is made of a distributed Bragg reflector (DBR: DBR made of a combination of SiO 2 and TiO 2 )
  • DBR distributed Bragg reflector
  • the nonconductive reflecting film 91 has a double structure of a distribution Bragg reflector 91a and a dielectric film 91b having a lower refractive index than the p-type semiconductor layer 50.
  • the dielectric film 91b having a predetermined thickness is formed so that the heterogeneous and heterogeneous deposits 50 on the semiconductor layers 30, 40, and 50 are formed.
  • the distribution Bragg reflector (91a) it is possible to stably manufacture the distribution Bragg reflector (91a), it can also help the reflection of light.
  • the material is suitably SiO 2 , and the thickness thereof is appropriately 0.2 ⁇ m to 1.0 ⁇ m.
  • each layer is designed to have an optical thickness of 1/4 of a given wavelength when composed of TiO 2 / SiO 2 , and the number of combinations is suitable for 4 to 20 pairs.
  • the height of the branch electrode 93 is appropriately 0.5um to 4.0um. Too thin a thickness may cause an increase in operating voltage, and too thick a branch electrode may cause process stability and a material cost increase.
  • the electrode 92 entirely covers the non-conductive reflective film 91 over the p-type semiconductor layer 50 in terms of helping to reflect light from the active layer 30 to the substrate 10 side or the n-type semiconductor layer 30 side. Or it is preferable that it is an electroconductive reflective film which covers almost most. In this case, a metal such as Al and Ag having high reflectance may be used.
  • a branch electrode 93 extending for a current supply (strictly supply of holes) from the electrode 92 to the p-type semiconductor layer 50 It is provided.
  • an electrical connection 94 penetrating the nonconductive reflecting film 91 in the vertical direction is provided.
  • the branch electrode 93 a large number of electrical connections 94 should be formed and connected directly to the transparent conductive film 60 provided almost in front of the p-type semiconductor layer 50, but in this case, the electrode 92 ) And not only good electrical contact between the transparent conductive film 60 but also causes many problems in the manufacturing process.
  • the branch electrode 93 is formed on the p-type semiconductor layer 50 or preferably the light-transmissive conductive film 60 prior to the formation of the non-conductive reflective film 91 and the electrode 92, and then heat treated.
  • the branch electrode 93 can be made of Al, Ag and the like having good reflectance.
  • the translucent conductive film 60 is provided preferably. In particular, in the case of p-type GaN, the current spreading ability is inferior, and in the case where the p-type semiconductor layer 50 is made of GaN, most of the transparent conductive film 60 should be assisted.
  • the branch electrode 93 When the height of the branch electrode 93 reaches the electrode 92, the branch electrode 93 itself forms an electrical connection 94. It is not necessary to exclude the configuration of the electrode 92 in the same manner as the p-side bonding pad 700 of FIG. 2, but light is absorbed by the p-side bonding pad 700 and the area of the non-conductive reflective film 91 is formed. This decrease is not desirable. Those skilled in the art should not exclude that the electrode 92 may be configured by the mounting surface at the package level after fabrication of the chip. It turns out that the semiconductor light emitting device according to the present disclosure can be composed of the components up to this point.
  • the light absorption prevention layer 95 is provided under the branch electrode 93.
  • the light absorption prevention film 95 may only have a function of reflecting some or all of the light generated in the active layer 40, and prevents current from the branch electrode 93 from flowing directly below the branch electrode 93. It may have only both, and may have both functions.
  • the light absorption prevention layer 95 is a single layer (e.g. SiO 2 ) or a multilayer film (e.g. Si0 2 / TiO 2 / SiO 2 ) made of a light-transmissive material having a lower refractive index than the p-type semiconductor layer 50.
  • the light absorption prevention layer 95 may be made of a non-conductive material (eg, a dielectric film such as SiO x or TiO x ). Therefore, the light absorption prevention film 95 does not necessarily need to be made of a light transmissive material, nor is it necessarily necessarily made of a non-conductive material. However, by using the transparent dielectric film, the effect can be further enhanced.
  • a non-conductive material eg, a dielectric film such as SiO x or TiO x.
  • FIG. 6 is a view showing another example of the semiconductor light emitting device according to the present disclosure.
  • An opening 96 is provided in the transmissive conductive film 60 so that the non-conductive reflective film 91 contacts the p-type semiconductor layer 50. .
  • the opening 96 may have various shapes such as a plurality of island shapes and a band shape. Since the transparent conductive film 60 absorbs a part of the light generated in the active layer 40 even in the case of the most common ITO, the opening 96 can reduce the absorption of the light by the transparent conductive film 60. In this case, insufficient current diffusion to the entire p-type semiconductor layer 50 may be compensated for by the branch electrode 93. Description of the same reference numerals is omitted.
  • FIG. 8 is a view illustrating another example of a semiconductor light emitting device according to the present disclosure.
  • An electrical connection 82 is provided through a substrate 10, a buffer layer 20, and an n-type semiconductor layer 30. 10) or when the substrate 10 is removed, the electrode 83 is provided on the n-type semiconductor layer 30, that is, on the n-type semiconductor layer 30 side.
  • the non-conductive reflecting film 91 and the electrode 92 can be formed on the entirety of the semiconductor layers 30 and 50 on the opposite side of the substrate 10.
  • FIGS. 9 and 10 are diagrams illustrating still another example of the semiconductor light emitting device according to the present disclosure, and show a structure in which the transparent conductive film 60 is removed so that the branch electrode 93 directly contacts the light absorption prevention film 95. Doing.
  • FIG. 11 is a view illustrating another example of the semiconductor light emitting device according to the present disclosure. Unlike FIG. 5, the light absorption prevention layer 95 is not provided.
  • FIG. 13 is a view illustrating an example of a semiconductor light emitting device according to the present disclosure
  • FIG. 14 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 13
  • FIG. 15 is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 13
  • FIG. 13 shows a state in which the p-side electrode, the n-side electrode, and the non-conductive reflective film are removed from the semiconductor light emitting device of FIG.
  • the semiconductor light emitting device 1 is grown on the substrate 10, the buffer layer 20 grown on the substrate 10, the n-type semiconductor layer 30 grown on the buffer layer 20, and the n-type semiconductor layer 30. And an active layer 40 generating light through recombination of holes and a p-type semiconductor layer 50 grown on the active layer 40.
  • the substrate 10 is mainly used as the substrate 10, and the substrate 10 may be finally removed, and the buffer layer 20 may be omitted.
  • the n-side electrode 80 may be formed on the n-type semiconductor layer 30 side or the conductive substrate 10 side from which the substrate 10 is removed.
  • the positions of the n-type semiconductor layer 30 and the p-type semiconductor layer 50 may be changed, and are mainly made of GaN in the group III nitride semiconductor light emitting device.
  • Each semiconductor layer 20, 30, 40, 50 may be composed of multiple layers, and additional layers may be provided.
  • the p-type semiconductor layer 50 and the active layer 40 are partially removed through a mesa etching process to form two n-side contact regions 31 exposing the n-type semiconductor layer 30.
  • the n-side branch electrode 81 is formed on the n-type semiconductor layer 30 in the 31.
  • the n-side contact region 31 extends in parallel with one side C of the semiconductor light emitting device.
  • the n-side contact region 31 may be opened in the lateral direction of the semiconductor light emitting device, but it is preferable that the n-side contact region 31 is not opened to any one side and is surrounded by the active layer 40 and the p-type semiconductor layer 50. .
  • the number of n-side contact regions 31 can be increased or decreased, and the arrangement can be changed.
  • the n-side branch electrode 81 preferably includes a branch portion 88 that extends long and a connection portion 89 formed to have a wide width at one end of the branch portion 88.
  • the n-side contact region 31 is formed in a narrow width at the portion where the branch portion 88 of the n-side branch electrode 81 is positioned, and the connection portion 89 of the n-side branch electrode 81 is positioned. It is formed in a wide width.
  • Three p-side branch electrodes 93 are formed on the p-type semiconductor layer 50.
  • the p-side branch electrode 93 is formed in parallel with the n-side branch electrode 81 and is arranged between the two n-side branch electrodes 81 and on both sides. Accordingly, the n-side branch electrodes 81 are positioned between the three p-side branch electrodes 93, respectively.
  • the p-side branch electrode 93 also preferably includes an elongated branch portion 98 and a connecting portion 99 formed to have a wide width at one end of the branch portion 98. However, as shown in FIG.
  • the connecting portion 99 of the p-side branch electrode 93 is located on the opposite side of the connecting portion 89 of the n-side branch electrode 81 when the semiconductor light emitting device is viewed from above. That is, the connecting portion 99 of the p-side branch electrode 93 is positioned at the left side, and the connecting portion 89 of the n-side branch electrode 81 is positioned at the right side.
  • the p-side branch electrode 93 extends along the direction of one side C of the semiconductor light emitting device. For example, in FIGS. 13 and 16, it extends long from left to right.
  • the p-side branch electrode 93 When the device is turned upside down by the plurality of p-side branch electrodes 93 extending in this way and placed on a mounting portion (for example, a submount, a package, and a chip on board (COB)), the elements can be placed without tilting. From this point of view, the p-side branch electrode 93 is preferably formed as long as possible.
  • p-side branch electrode 93 and n-side branch electrode 81 2um-3um are suitable. Too thin a thickness may cause an increase in operating voltage, and too thick a branch electrode may cause process stability and a material cost increase.
  • a light absorption prevention film 95 is formed on the p-type semiconductor layer 50 corresponding to the p-side branch electrode 93.
  • the light absorption prevention film 95 is formed in a slightly wider width than the p-side branch electrode 93.
  • the light absorption prevention film 95 prevents light generated in the active layer 40 from being absorbed by the p-side branch electrode 93.
  • the light absorption prevention film 95 may have only a function of reflecting some or all of the light generated in the active layer 40, and current from the p-side branch electrode 93 does not flow directly below the p-side branch electrode 93. It may have only a function that prevents it, and may have both functions.
  • the light absorption prevention film 95 is a single layer (e.g. SiO 2 ) or a multilayer (e.g. Si0 2 / TiO 2 / SiO 2 ) made of a light-transmissive material having a lower refractive index than the p-type semiconductor layer 50. Or a distribution Bragg reflector, or a combination of a single layer and a Distribution Bragg reflector.
  • the light absorption prevention layer 95 may be made of a non-conductive material (eg, a dielectric material such as SiO x or TiO x ).
  • the thickness of the light absorption prevention film 95 is appropriately 0.2um to 3.0um depending on the structure. If the thickness of the light absorption prevention film 95 is too thin, the function is weak.
  • the light absorption prevention film 95 does not necessarily need to be made of a light transmissive material, nor is it necessarily necessarily made of a non-conductive material. However, by using the transparent dielectric material, the effect can be further enhanced.
  • the transmissive conductive film 60 is formed on the p-type semiconductor layer 50 before the p-side branch electrode 93 is formed following the formation of the light absorption prevention film 95.
  • the transparent conductive film 60 is formed to cover almost the entirety of the p-type semiconductor layer 50 except for the n-side contact region 31 formed through the mesa etching process. Therefore, the light absorption prevention film 95 is disposed between the transparent conductive film 60 and the p-type semiconductor layer 50.
  • the current spreading ability is inferior, and in the case where the p-type semiconductor layer 50 is made of GaN, most of the transparent conductive film 60 should be assisted.
  • the transparent conductive film 60 For example, materials such as ITO and Ni / Au may be used as the transparent conductive film 60.
  • the p-side branch electrode 93 is formed on the transparent conductive film 60 on which the light absorption prevention film 95 is located.
  • the non-conductive reflecting film 91 is formed so as to cover 50 entirely.
  • the nonconductive reflecting film 91 reflects light from the active layer 40 to the n-type semiconductor layer 30 when the substrate 10 used for growth or the substrate 10 is removed. It is preferable that the nonconductive reflective film 91 also covers the exposed surfaces of the p-type semiconductor layer 50 and the active layer 40 that connect the top surface of the p-type semiconductor layer 50 and the top surface of the n-side contact region 31. Do. However, those skilled in the art will appreciate that the non-conductive reflective film 91 does not necessarily cover all regions on the n-type semiconductor layer 30 and the p-type semiconductor layer 50 exposed by etching on the opposite side of the substrate 10. Should be placed in.
  • the non-conductive reflecting film 91 functions as a reflecting film but is preferably made of a light transmitting material to prevent absorption of light.
  • the non-conductive reflecting film 91 may be formed of a light transmitting dielectric material such as SiO x , TiO x , Ta 2 O 5 , and MgF 2 . Can be configured.
  • the non-conductive reflecting film 91 is a single dielectric film composed of a transparent dielectric material such as SiO x , for example, a single distributed Bragg reflector made of a combination of SiO 2 and TiO 2 , a plurality of heterogeneous dielectric films or dielectrics.
  • the dielectric film has a lower refractive index than the p-type semiconductor layer 50 (eg, GaN), it is possible to partially reflect light above the critical angle to the substrate 10 side, and the distribution Bragg reflector transmits a larger amount of light to the substrate 10. It can be reflected to the side and can be designed for a specific wavelength can be effectively reflected in response to the wavelength of light generated.
  • the p-type semiconductor layer 50 eg, GaN
  • the non-conductive reflecting film 91 has a double structure of the distribution Bragg reflector 91a and the dielectric film 91b.
  • the dielectric film 91b having a predetermined thickness can be formed, whereby the distributed Bragg reflector 91a can be stably manufactured and can also help to reflect light. have.
  • the semiconductor light emitting device there is a step in mesa etching for forming the n-side contact region 31, and the step such as the p-side branch electrode 93 or the n-side branch electrode 81. And a process for punching the non-conductive reflecting film 91 as described in detail below even after the non-conductive reflecting film 91 is formed, thus forming the dielectric film 91b. Especially when you need to be careful.
  • the material of the dielectric film 91b is suitably SiO 2 , and the thickness thereof is preferably 0.2 ⁇ m to 1.0 ⁇ m. If the thickness of the dielectric film 91b is too thin, it may be insufficient to sufficiently cover the n-side branch electrode 81 and the p-side branch electrode 93 having a height of about 2 ⁇ m to 3 ⁇ m. This can be a burden on the hole forming process. The thickness of the dielectric film 91b may then be thicker than the thickness of the subsequent distribution Bragg deflector 91a. In addition, it is necessary to form the dielectric film 91b in a manner more suitable for securing device reliability.
  • the dielectric film 91b made of SiO 2 is preferably formed by Chemical Vapor Deposition (CVD), and particularly, Plasma Enhanced CVD (PECVD).
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • PECVD Plasma Enhanced CVD
  • a step exists and covers the step region. This is because the deposition method is advantageous compared to physical vapor deposition (PVD) such as E-Beam Evaporation.
  • PVD physical vapor deposition
  • E-Beam Evaporation such as E-Beam Evaporation.
  • the inclined surface formed by the side or mesa etching of the p-side branch electrode 93 and the n-side branch electrode 81 having a step difference may be formed.
  • the dielectric film 91b is formed thin on the stepped surface or the like, and the dielectric film 91b is formed thin on the stepped surface, the p-side branch electrode 93 and the n-side branch electrode 81 will be described below.
  • the dielectric film 91b is formed by chemical vapor deposition for reliable insulation. It is preferable. Therefore, it is possible to secure the function as the non-conductive reflective film 91 while securing the reliability of the semiconductor light emitting element.
  • the distribution Bragg reflector 91a is formed on the dielectric film 91b to form the non-conductive reflecting film 91 together with the dielectric film 91b.
  • the distribution Bragg reflector 91a of a repeating laminated structure composed of a combination of TiO 2 / SiO 2 is physical vapor deposition (PVD), and among them, electron beam evaporation or sputtering. Or by thermal evaporation.
  • PVD physical vapor deposition
  • each layer is designed to have an optical thickness of 1/4 of a given wavelength, the number of combinations being 4 to 20 pairs. Suitable. This is because if the number of combinations is too small, the reflection efficiency of the distribution Bragg reflector 91a is reduced, and if the number of combinations is too large, the thickness becomes excessively thick.
  • the non-conductive reflecting film 91 Due to the formation of the non-conductive reflecting film 91, the p-side branch electrode 93 and the n-side branch electrode 81 are completely covered by the non-conductive reflecting film 91.
  • the non-conductive reflective film 91 is formed.
  • a hole in the form of a through hole is formed, and electrical connections 94 and 82 in the form of an electrode material filled in the hole are formed.
  • Such holes are preferably formed by dry etching or wet etching, or a combination of both.
  • the electrical connection 94 is connected to the p-side branch electrode 93 and the n-side branch electrode. (81) It is preferred to be located above each connection 99,89.
  • a large number of electrical connections 94 must be formed and directly connected to the transparent conductive film 60 provided almost in front of the p-type semiconductor layer 50, and the n-side branch electrode 81 ), A large number of electrical connections 82 must be formed and connected directly to the n-side contact region 31, but between the p-side electrode 92 and the transparent conductive film 60 and the n-side electrode 80 and n It is not only easy to form a good electrical contact between the type semiconductor layers 30, but also causes many problems in the manufacturing process.
  • the present disclosure forms the n-side branch electrode 81 over the n-side contact region 31, and the p-side branch electrode 93 is formed of the p-type semiconductor layer 50 or preferably. Is formed on the light-transmissive conductive film 60, and then heat treated, thereby making it possible to create stable electrical contact between the two.
  • the p-side electrode 92 and the n-side electrode 80 are formed on the non-conductive reflective film 91.
  • the p-side electrode 92 and the n-side electrode 80 cover all or almost all of the non-conductive reflecting film 91 in view of helping to reflect light from the active layer 40 toward the substrate 10 side. It is formed over a large area and serves as a conductive reflective film.
  • the p-side electrode 92 and the n-side electrode 80 are preferably spaced apart from each other on the non-conductive reflective film 91 in order to prevent a short circuit. Therefore, the p-side electrode 92 is disposed on the non-conductive reflective film 91.
  • the p-side electrode 92 and the n-side electrode 80 serve to supply current to the p-side branch electrode 93 and the n-side branch electrode 81, and have a function of connecting the semiconductor light emitting device to an external device, It is formed over an area to perform a function of reflecting light from the active layer 40 and / or a heat radiation function.
  • the semiconductor light emitting device according to the present disclosure has an advantage when coupled to a mounting portion (eg, submount, package, COB). This advantage is particularly large when using a bonding method of eutectic bonding.
  • the p-side branch electrode 93 and the n-side branch electrode 81 are both non-conductive reflective film 91.
  • the p-side branch electrode 93 extends long under the n-side electrode 80 overlying the non-conductive reflecting film 91
  • the n-side branch electrode 81 extends from the non-conductive reflecting film (). 91 extends through the bottom of the p-side electrode 92 overlying.
  • the electrodes 92 and 80 and the branch are formed. Short circuits between the electrodes 93 and 81 are prevented.
  • the p-side branch electrode 93 and the n-side branch electrode 81 as described above, it is possible to supply a current to the semiconductor layer region that is required without restriction in forming a flip chip.
  • the p-side electrode 92, the n-side electrode 80, the p-side branch electrode 93 and the n-side branch electrode 81 are composed of a plurality of metal layers.
  • the lowermost layer should have a high bonding strength with the transparent conductive film 60, and materials such as Cr and Ti may be mainly used, and Ni, Ti, TiW, and the like may also be used.
  • materials such as Cr and Ti may be mainly used, and Ni, Ti, TiW, and the like may also be used.
  • Al, Ag and the like having good reflectance can also be used for the p-side branch electrode 93 and the n-side branch electrode 81.
  • Au is used for wire bonding or connection with an external electrode.
  • Ni, Ti, TiW, W, or the like is used between the lowermost layer and the uppermost layer depending on the required specification, or when a high reflectance is required.
  • Al, Ag and the like are used.
  • Au since the p-side branch electrode 93 and the n-side branch electrode 81 must be electrically connected to the electrical connections 94 and 82, Au may be considered as the uppermost layer.
  • the inventors have found that it is inappropriate to use Au as the uppermost layer of the p-side branch electrode 93 and the n-side branch electrode 81.
  • the non-conductive reflective film 91 is deposited on Au, there is a problem in that the bonding force between the two is weak and easily peeled off.
  • the uppermost layer of the branch electrode is made of a material such as Ni, Ti, W, TiW, Cr, Pd, Mo instead of Au, the adhesion to the non-conductive reflective film 91 to be deposited thereon is maintained. Reliability can be improved.
  • the above metal serves as a diffusion barrier to help secure the stability of the subsequent processes and the electrical connections 94 and 82. Becomes
  • FIG. 17 is a view illustrating another example of the semiconductor light emitting device according to the present disclosure
  • FIG. 18 is a cross-sectional view taken along the line D-D of FIG. 17
  • FIG. 19 is a cross-sectional view taken along the line E-E of FIG. 17.
  • the non-conductive reflecting film 91 is in addition to the dielectric film 91b and the distribution Bragg reflector 91a and the distribution Bragg reflector 91a. It further includes a clad film 91f formed thereon. A large portion of light generated in the active layer 40 is reflected by the dielectric film 91b and the distributed Bragg reflector 91a toward the n-type semiconductor layer 30, but the dielectric film 91b and the Distributed Bragg reflector 91a are also constant. Because of its thickness, some light is trapped therein or emitted through the side of the dielectric film 91b and the distributed Bragg reflector 91a.
  • the inventors have analyzed the relationship between the dielectric film 91b, the distributed Bragg reflector 91a, and the clad film 91f from the viewpoint of an optical waveguide.
  • the optical waveguide is a structure that guides the light by using total reflection by surrounding the light propagation part with a material having a lower refractive index. From this point of view, when the distributed Bragg reflector 91a is viewed as the propagation section, the dielectric film 91b and the clad film 91f can be regarded as part of the configuration surrounding the propagation section.
  • the effective refractive index of the distribution Bragg reflector 91a (where the effective refractive indices are mutually Means the equivalent refractive index of light that can travel in a waveguide made of materials with different refractive indices, and has a value between 1,46 and 2.4.) Is higher than that of the dielectric film 91b of SiO 2 .
  • the clad film 91f is also made of a material lower than the effective refractive index of the distributed Bragg reflector 91a.
  • the cladding film 91f has a thickness of ⁇ / 4n to 3.0um (where ⁇ is a wavelength of light generated in the active layer 40 and n is a material of the cladding film 91f). Refractive index).
  • the clad film 91f may be formed of SiO 2 , which is a dielectric having a refractive index of 1.46.
  • ⁇ is 450 nm (4500 A)
  • the uppermost layer of the distributed Bragg deflector 91a consisting of a plurality of pairs of SiO 2 / TiO 2 may be made of an SiO 2 layer having a thickness of ⁇ / 4n
  • the clad film 91f is positioned below It is preferable to be thicker than [lambda] / 4n so as to be differentiated from the top layer of the distribution Bragg deflector 91a, and not only burden the subsequent hole forming process, but also 3.0 because the increase in thickness does not contribute to the efficiency and only the material cost can be increased. It is not desirable to be too thick above um, but in some cases it is not impossible to form above 3.0 um.
  • part of the light traveling through the distribution Bragg reflector 91a is the p-side electrode 92 and the n-side electrode. Absorption may occur while being affected by 80, wherein a clad film having a refractive index lower than that of the distribution Bragg reflector 91a is formed between the p-side electrode 92 and the n-side electrode 80 and the distribution Bragg reflector 91a.
  • 91f By inserting 91f), it is possible to minimize the absorption of part of the light traveling through the distribution Bragg reflector 91a at the p-side electrode 92 and the n-side electrode 80, thereby increasing the efficiency of light.
  • the thickness of the clad film 91f is preferably ⁇ / 4n or more.
  • the difference in refractive index between the distributed Bragg reflector 91a and the clad film 91f is large, the light is more strongly constrained by the Distributed Bragg reflector 91a, but a thinner clad film 91f can be used. If the difference in refractive index is small, the thickness of the clad film 91f should be sufficiently thick to obtain the above-described effect.
  • the thickness of the clad film 91f needs to be sufficiently considered as the difference between the refractive index of the material constituting the clad film 91f and the effective refractive index of the distribution Bragg reflector 91a.
  • the clad film 91f is made of SiO 2 and the distribution Bragg reflector 91a is made of SiO 2 / TiO 2
  • the clad film can be distinguished from the top layer of the distribution Bragg reflector 91a made of SiO 2 .
  • the thickness of 91f is 0.3 um or more.
  • the maximum value of the clad film 91f be formed within 1 ⁇ m to 3 ⁇ m.
  • the clad film 91f is not particularly limited as long as the clad film 91f has a refractive index lower than the effective refractive index of the distribution Bragg reflector 91a, and may include a metal oxide such as Al 2 O 3 , a dielectric film such as SiO 2 , SiON, MgF, CaF, or the like. It may be made of. When the difference in refractive index is small, the thickness can be made thick to achieve the effect. In addition, it is possible to increase the efficiency in the case of using the SiO 2, using SiO 2 having a refractive index lower than 1.46.
  • the dielectric film 91b is omitted may be considered, it is not preferable from the viewpoint of the optical waveguide, but from the viewpoint of the overall technical idea of the present disclosure, it is composed of the distributed Bragg reflector 91a and the clad film 91f. There is no reason to rule out this.
  • a case may include a dielectric film made of TiO 2 , which is a dielectric material.
  • the distribution Bragg reflector 91a is provided with the SiO 2 layer on the uppermost layer, the case where the clad film 91f is omitted may also be considered.
  • the non-conductive reflecting film 91 consists of a low refractive index dielectric film 91b and a clad film 91f positioned above and below a high effective refractive index distributed Bragg reflector 91a and a distributed Bragg reflector 91a. It serves as a guide, it is preferred that the total thickness is 3 ⁇ 8um.
  • the nonconductive reflecting film 91 has an inclined surface 91m at its edge. The inclined surface 91m of the edge may be formed through, for example, a dry etching process.
  • the light incident on the non-conductive reflecting film 91 serving as the optical waveguide the light incident on the non-conductive reflecting film 91 at a vertical or near vertical angle is well reflected toward the substrate 10 side, but at an oblique angle. Some of the light including the light incident on the non-conductive reflecting layer 91 may not be reflected toward the substrate 10 and may be trapped in the distribution Bragg reflector 91a serving as the propagation unit and propagate to the side surface. As such, the light propagating to the side surface of the distribution Bragg reflector 91a is emitted to the outside from the inclined surface 91m at the edge of the non-conductive reflecting film 91 or is reflected to the substrate 10 side.
  • the inclined surface 91m at the edge of the non-conductive reflecting film 91 serves as a corner reflector and contributes to the improvement of luminance of the semiconductor light emitting device. It is preferable that the inclined surface 91m has an angle within a range of 50 ° to 70 ° for smooth reflection to the substrate 10 side.
  • the inclined surface 91m may be easily formed by wet etching or dry etching, or a combination thereof.
  • FIG. 20 is a view showing a state before two semiconductor light emitting devices are separated into independent semiconductor light emitting devices during a semiconductor light emitting device manufacturing process
  • FIG. 21 shows two semiconductor light emitting devices as separate semiconductor light emitting devices during a semiconductor light emitting device manufacturing process. It is a figure which shows the state.
  • FIGS. 20 and 21 illustrate a semiconductor light emitting device 3 in which a p-side electrode 92, an n-side electrode 80, and a bonding pad 97 are not formed to explain a manufacturing process.
  • the semiconductor light emitting device is manufactured in the form of a wafer including a plurality of semiconductor light emitting devices, and then separated into individual semiconductor light emitting devices by cutting by a method such as breaking, sawing, scribing and breaking.
  • a method such as breaking, sawing, scribing and breaking.
  • the scribing process uses a laser and can be performed by applying a laser focusing on the substrate side including the substrate surface and the inside of the substrate of the semiconductor light emitting device.
  • the semiconductor light emitting element is preliminarily along the edge boundary G of the semiconductor light emitting element 3, that is, the boundary G between the semiconductor light emitting element 3 and the semiconductor light emitting element 3. To be cut.
  • the pre-cut semiconductor light emitting device is completely separated into individual semiconductor light emitting devices through a breaking process performed following the scribing process.
  • the braking step is, for example, an external force along the boundary line G between the semiconductor light emitting element 3 and the semiconductor light emitting element 3 in the direction of the substrate 10 indicated by the arrow F in FIG. 20 or vice versa. This is done by adding.
  • the substrate 10 and the semiconductor layers 20, 30, 40, and 50 may be precisely cut along the boundary line G as the crystalline, but the ratio on the p-type semiconductor layer 50 Since the malleable reflecting film 91 is amorphous, the malleable reflecting film 91 is not accurately cut along the boundary line G, and cracks are likely to occur in the area around the edge of the nonconductive reflecting film 91. Such damage to the edge peripheral area of the non-conductive reflecting film 91 has a problem of yield decrease due to poor appearance.
  • the semiconductor light emitting device and the semiconductor light emitting device before the scribing process and the braking process using a laser for manufacturing a semiconductor light emitting device in the form of a wafer including a plurality of semiconductor light emitting devices and then separated into individual semiconductor light emitting devices
  • the partial region H of the non-conductive reflecting film 91 around the boundary line G between them is removed.
  • the partial region H of the nonconductive reflecting film 91 removed along the boundary line G of the semiconductor light emitting device 3 corresponds to the edge region of the nonconductive reflecting film 91 from the viewpoint of the individual semiconductor light emitting device.
  • the removal of the partial region H of the non-conductive reflective film 91 around the boundary line G is different from the non-conductive reflective film 91 provided in one semiconductor light emitting device before being separated into individual semiconductor light emitting devices. It also means that the non-conductive reflecting film 91 provided in the semiconductor light emitting device is separated from each other in the boundary line G region.
  • the removal of the partial region H of the non-conductive reflective film 91 may be performed by dry etching or the like, and may be performed before performing the braking process of the entire semiconductor manufacturing process. However, when forming a hole through the non-conductive reflective film 91 to form electrical connections 94 and 82 by a method such as dry etching, it is preferably formed together.
  • the inclined surface 91m which serves as a corner reflector, may be formed through a separate etching process, but in order to prevent damage, the non-conductive reflective film of the individual semiconductor light emitting device may be removed in a process of removing the edge region of the non-conductive reflective film 91. (91) It may be formed at the same time by etching so that the edge portion becomes the inclined surface 91m.
  • a bonding pad 97 may be provided as part of the p-side electrode 92 and the n-side electrode 80 on the p-side electrode 92 and the n-side electrode 80, respectively. Can be. It is provided.
  • the upper surface of the bonding pad 97 on the p-side electrode 92 and the upper surface of the bonding pad 97 on the n-side electrode 80 have the same height. That is, the upper surface of the bonding pad 97 on the p-side electrode 92 and the upper surface of the bonding pad 97 on the n-side electrode 80 are on the same plane.
  • Such a bonding pad 97 is such that the p-side electrode 92 side and the n-side electrode 80 side have the same final height when the semiconductor light emitting device is coupled with an external device by, for example, a Jewish bonding method. By preventing the inclination on the mounting portion, to provide a wide and flat coupling surface to obtain a good coupling force, and performs the function of dissipating heat inside the semiconductor light emitting device to the outside.
  • a plurality of bonding pads 97 may be provided on the p-side electrode 92 and the n-side electrode 80, respectively, and the n-side branch electrode 81 and the p-side electrode 92 and the n-side electrode 80 may also be provided.
  • the bonding pad 97 is formed in a region except for the p-side branch electrode 93 portion that protrudes upward and the n-side branch electrode 81 portion that is recessed downward.
  • the bonding pad 97 may be formed in a multi-layer structure including a spacer layer 97a below and a bonding layer 97b on the spacer layer 97a.
  • the bonding pad 97 may have a total thickness of 5 ⁇ m to 6 ⁇ m. .
  • the spacer layer 97a is formed of a metal layer such as Ni, Cu, or a combination thereof, and the bonding layer 97b has Ni / Sn, Ag / Sn / Cu, Ag / Sn to have a thickness of about several um.
  • Cu / Sn, Au / Sn combination may be made of a eutectic bonding layer.
  • the spacer layer 97a functions as a diffusion barrier and a wetting layer for the solder used for the eutectic bonding, and the bonding pad 97 includes the eutectic bonding layer including the expensive Au as a whole. It also reduces the cost burden compared to forming with (97b).
  • the bonding pads 97 may protrude to the top of the p-side electrode 92 and the n-side electrode 80, that is, the p-side branches, in order to match the final height of the bonding surface at the time of bonding (eg, etchant bonding). It is preferable to form 1 to 3 um higher than the height of the portion above the electrode 93. Therefore, at the time of bonding, good coupling between the semiconductor light emitting element and the mounting portion can be obtained, which helps heat dissipation of the semiconductor light emitting element.
  • the spacer layer 97a and the bonding layer 97b may be formed by various methods such as plating, E-Beam Evaporation, and Thermal Evaporation.
  • the region to be etched in the semiconductor light emitting device 100 is limited to the n-side contact region 31, and there is no other portion to be etched at the edge, and all the sides around the semiconductor light emitting device 100 are scribed and It consists of a cut surface by a braking process or the like. As a result, the area of the active layer 40 generating light is increased to improve light extraction efficiency.
  • the stepped surface generated in the etching process that is, the exposed side of the active layer 40 and the p-type semiconductor layer 50 connecting the top surface of the p-type semiconductor layer 50 and the top surface of the n-side contact region 31. Is minimized.
  • the exposed side surfaces of the active layer 40 and the p-type semiconductor layer 50 are difficult to deposit the distributed Bragg reflector 91a constituting the nonconductive reflecting film 91, particularly when forming the nonconductive reflecting film 91. to be. Accordingly, the distribution Bragg reflector 91a of the exposed side regions of the active layer 40 and the p-type semiconductor layer 50 may have a relatively low reflection efficiency. As the exposed side surfaces of the active layer 40 and the p-type semiconductor layer 50 are minimized, a region having low reflection efficiency in the distribution Bragg reflector 91a can be minimized, and the reflection efficiency can be improved as a whole.
  • a branch electrode having an electrical connection to receive the semiconductor light emitting device.
  • the electrical connection may have a separate configuration as shown in FIG. 3, and the branch electrode 92 may configure the electrical connection when the branch electrode 92 is in direct contact with the electrode 93. Should be placed.
  • a non-conductive reflective film includes a distribution Bragg reflector.
  • a second electrode connected to the electrical connection to supply the other one of electrons and holes to the second semiconductor layer.
  • a light emitting prevention film formed under the branch electrode between the branch electrode and the plurality of semiconductor layers and preventing the light generated in the active layer from being absorbed by the branch electrode;
  • a semiconductor light emitting element wherein the light absorption prevention film is made of a light transmitting material having a lower refractive index than that of the second semiconductor layer.
  • a semiconductor light emitting element wherein the light absorption prevention film is made of a nonconductive material.
  • a semiconductor light emitting element wherein the light absorption prevention film is a translucent dielectric film having a lower refractive index than the second semiconductor layer.
  • a transmissive conductive film formed between the nonconductive reflecting film and the second semiconductor layer to electrically connect the branch electrode and the second semiconductor layer.
  • a semiconductor light emitting element wherein the light transmissive conductive film covers the light absorption prevention film and the branch electrode is placed on the light transmissive conductive film.
  • the light transmissive conductive film has an opening such that the non-conductive reflecting film is in contact with the plurality of semiconductor layers.
  • a semiconductor light emitting element wherein the branch electrode is in contact with the light absorption prevention film.
  • the transparent conductive film is removed so that the branch electrode is in direct contact with the light absorption prevention film.
  • a semiconductor light emitting element comprising a dielectric film having a refractive index lower than that of a second semiconductor layer under a distribution Bragg reflector.
  • a semiconductor light emitting element wherein the second semiconductor layer is made of a p-type group III nitride semiconductor.
  • the present disclosure is particularly suitable for a group III nitride semiconductor light emitting device in which the current diffusion ability of the p-type GaN is poor and which needs to be assisted by a transmissive conductive film (eg, ITO).
  • a semiconductor light emitting element wherein the branch electrode is placed on the light-transmissive conductive film.
  • a semiconductor light emitting element comprising a branch electrode extending from the first electrode along the first semiconductor layer.

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Abstract

본 개시는 성장 기판을 이용해 순차로 성장되는 복수의 반도체층; 제1 반도체층에 전자와 정공 중의 하나를 공급하는 제1 전극; 활성층으로부터의 빛을 성장 기판 측인 제1 반도체층 측으로 반사하도록 제2 반도체층 위에 형성되는 비도전성 반사막; 그리고, 복수의 반도체층과 비도전성 반사막 사이에 형성되며, 제2 반도체층으로 전자와 정공 중의 나머지 하나를 공급하도록 뻗어 있고, 제2 반도체층과 전기적으로 연통하며, 전자와 정공 중의 나머지 하나를 공급받기 위한 전기적 연결을 구비하는 가지 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자에 관한 것이다.

Description

반도체 발광소자
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 반도체 발광소자에 관한 것으로, 특히 광 반사면을 구비하는 반도체 발광소자에 관한 것이다.
여기서, 반도체 발광소자는 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 반도체 광소자를 의미하며, 3족 질화물 반도체 발광소자를 예로 들 수 있다. 3족 질화물 반도체는 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 된 화합물로 이루어진다. 이외에도 적색 발광에 사용되는 GaAs계 반도체 발광소자 등을 예로 들 수 있다.
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).
도 1은 미국 등록특허공보 제7,262,436호에 제시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 기판(100), 기판(100) 위에 성장되는 위에 성장되는 n형 반도체층(300), n형 반도체층(300) 위에 성장되는 활성층(400), 활성층(400) 위에 성장되는 p형 반도체층(500), p형 반도체층(500) 위에 형성되는 반사막으로 기능하는 전극(901,902,903) 그리고 식각되어 노출된 n형 반도체층(300) 위에 형성되는 n측 본딩 패드(800)를 포함한다. n형 반도체층(300)과 p형 반도체층(400)은 그 도전성을 반대로 하여 좋다. 바람직하게는, 기판(100)과 n형 반도체층(300) 사이에 버퍼층(도시 생략)이 구비된다. 이러한 구조의 칩, 즉 기판(100)의 반대 측에 전극(901,902,903) 및 전극(800) 모두가 형성되어 있고, 전극(901,902,903)이 반사막으로 기능하는 형태의 칩을 플립 칩이라 한다. 전극(901,902,903)은 반사율이 높은 전극(901; 예: Ag), 본딩을 위한 전극(903; 예: Au) 그리고 전극(901) 물질과 전극(903) 물질 사이의 확산을 방지하는 전극(902; 예: Ni)으로 이루어진다. 이러한 금속 반사막 구조는 반사율이 높고, 전류 확산에 이점을 가지지만, 금속에 의한 빛 흡수라는 단점을 가진다.
도 2는 일본 공개특허공보 제2006-120913호에 제시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 기판(100), 기판(100) 위에 성장되는 버퍼층(200), 버퍼층(200) 위에 성장되는 n형 반도체층(300), n형 반도체층(300) 위에 성장되는 활성층(400), 활성층(400) 위에 성장되는 p형 반도체층(500), p형 반도체층(500) 위에 형성되며, 전류 확산 기능을 하는 투광성 도전막(600), 투광성 도전막(600) 위에 형성되는 p측 본딩 패드(700) 그리고 식각되어 노출된 n형 반도체층(300) 위에 형성되는 n측 본딩 패드(800)를 포함한다. 그리고 투광성 도전막(600) 위에는 분포 브래그 리플렉터(900; DBR: Distributed Bragg Reflector)와 금속 반사막(904)이 구비되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 금속 반사막(904)에 의한 빛 흡수를 감소하지만, 전극(901,902,903)을 이용하는 것보다 상대적으로 전류 확산이 원활치 못한 단점이 있다.
도 12는 일본 공개특허공보 제2009-164423호에 제시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 복수의 반도체층(300,400,500)에 분포 브래그 리플렉터(900)와 금속 반사막(904)이 구비되어 있으며, 그 대향하는 측에 형광체(1000)가 구비되어 있고, 금속 반사막(904)과 n측 본딩 패드(800)가 외부 전극(1100,1200)과 전기적으로 연결되어 있다. 외부 전극(1100,1200)은 패키지의 리드 프레임이거나 COB(Chip on Board) 또는 PCB(Printed Circuit Board)에 구비된 전기 패턴일 수 있다. 형광체(1000)는 컨포멀(conformal)하게 코팅될 수 있으며, 에폭시 수지에 혼합되어 외부 전극(1100,1200)을 덮는 형태여도 좋다. 형광체(1000)는 활성층(400)에서 발생한 빛을 흡수하여, 이보다 긴 파장 또는 짧은 파장의 빛으로 변환한다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
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).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 개재되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층을 가지는 복수의 반도체층;으로서, 성장 기판을 이용해 순차로 성장되는 복수의 반도체층; 제1 반도체층에 전자와 정공 중의 하나를 공급하는 제1 전극; 활성층으로부터의 빛을 성장 기판 측인 제1 반도체층 측으로 반사하도록 제2 반도체층 위에 형성되는 비도전성 반사막; 그리고, 복수의 반도체층과 비도전성 반사막 사이에 형성되며, 제2 반도체층으로 전자와 정공 중의 나머지 하나를 공급하도록 뻗어 있고, 제2 반도체층과 전기적으로 연통하며, 전자와 정공 중의 나머지 하나를 공급받기 위한 전기적 연결을 구비하는 가지 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자가 제공된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 미국 등록특허공보 제7,262,436호에 제시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 2는 일본 공개특허공보 제2006-120913호에 제시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 3 내지 도 5는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 6은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 예를 나타내는 도면,
도 7은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또다른 예를 나타내는 도면,
도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또다른 예를 나타내는 도면,
도 9 및 도 10은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또다른 예를 나타내는 도면,
도 11은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또다른 예를 나타내는 도면,
도 12는 일본 공개특허공보 제2009-164423호에 제시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 13는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 14는 도 13의 A-A 라인을 따라 취한 단면도,
도 15은 도 13의 B-B 라인을 따라 취한 단면도,
도 16은 도 13의 반도체 발광소자에서 p측 전극 및 n측 전극과 비도전성 반사막을 제거한 상태를 나타내는 도면,
도 17은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 일 예를 나타내는 도면,
도 18는 도 17의 D-D 라인을 따라 취한 단면도,
도 19은 도 17의 E-E 라인을 따라 취한 단면도,
도 20은 반도체 발광소자 제조 공정 도중에 두 개의 반도체 발광소자가 독립된 반도체 발광소자로 분리되기 이전 상태를 나타낸 도면,
도 21는 반도체 발광소자 제조 공정 도중에 두 개의 반도체 발광소자가 독립된 반도체 발광소자로 분리된 상태를 나타낸 도면.
도 3 내지 도 5는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 도 3은 도 4의 A-A 라인을 따라 취한 단면도이다. 도 5는 도 4의 B-B 라인을 따라 취한 단면도이다. 도 4에는 설명을 위해 비도전성 반사막(91)과 전극(92)이 도시되어 있지 않다.
반도체 발광소자는 기판(10), 기판(10)에 성장되는 버퍼층(20), 버퍼층(20)위에 성장되는 n형 반도체층(30), n형 반도체층(30) 위에 성장되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40), 활성층(40) 위에 성장되는 p형 반도체층(50)을 구비한다. 기판(10)으로 주로 사파이어, SiC, Si, GaN 등이 이용되며, 기판(10)은 최종적으로 제거될 수 있고, 버퍼층(20)은 생략될 수 있다. 기판(10)이 제거되거나 도전성을 가지는 경우에 전극(80)은 기판(10)이 제거된 n형 반도체층(30) 측 또는 도전성 기판(10) 측에 형성될 수 있다. n형 반도체층(30)과 p형 반도체층(50)은 그 위치가 바뀔 수 있으며, 3족 질화물 반도체 발광소자에 있어서 주로 GaN으로 이루어진다. 각각의 반도체층(20,30,40,50)이 다층으로 구성될 수 있으며, 추가의 층이 구비될 수도 있다. 또한 n형 반도체층(30)으로 전자를 공급하는 전극(80) 및 p형 반도체층(50)으로 정공을 공급하는 전극(92)이 구비된다. n형 반도체층(30) 내로 뻗어 있는 가지 전극(81)이 전극(80)의 일부를 형성한다. 전극(80)은 별도의 범프를 이용하여 패키지와 결합할 정도의 높이를 가져도 좋고, 도 2에서와 같이 자체가 패키지와 결합될 정도의 높이로 증착되어도 좋다. 활성층(40)으로부터의 빛을, 성장에 사용되는 기판(10) 측 또는 기판(10)이 제거된 경우에 n형 반도체층(30) 측으로 반사하도록 p형 반도체층(50) 위에 비도전성 반사막(91)이 구비된다. 비도전성 반사막(91)은 식각되어 노출된 n형 반도체층(30) 및 전극(80) 일부의 위에 형성될 수 있다. 비도전성 반사막(91)이 기판(10) 반대 측의 반도체층(30,50) 위의 모든 영역을 반드시 덮어야 하는 것은 아니라는 점을 당업자는 염두에 두어야 한다. 비도전성 반사막(91)은 반사막으로 기능하되, 빛의 흡수를 방지하도록 투광성 물질로 구성되는 것이 바람직하며, 예를 들어, SiOx, TiOx, Ta2O5, MgF2와 같은은 투광성 유전체 물질로 구성될 수 있다. 비도전성 반사막(91)이 SiOx로 이루어지는 경우에, p형 반도체층(50; 예: GaN)에 비해 낮은 굴절률을 가지므로, 임계각 이상의 빛을 반도체층(30,40,50) 측으로 일부 반사시킬 수 있게 된다. 한편, 비도전성 반사막(91)이 분포 브래그 리플렉터(DBR: Distributed Bragg Reflector; 예: SiO2와 TiO2의 조합으로 된 DBR)로 이루어지는 경우에, 보다 많은 양의 빛을 반도체층(30,40,50) 측으로 반사시킬 수 있게 된다. 도 7에는, 비도전성 반사막(91)이 분포 브래그 리플렉터(91a)와 p형 반도체층(50)보다 낮은 굴절률을 가지는 유전체 막(91b)으로 된 이중 구조를 가진다. 정밀성을 요하는 분포 브래그 리플렉터(91a)의 증착에 앞서, 일정 두께의 유전체 막(91b)을 형성함으로써, 반도체층(30,40,50) 위에 존재하는 이질적이면서 이형(異形)을 가지는 증착물(50,60,80,81,93)에도 불구하고, 분포 브래그 리플렉터(91a)를 안정적으로 제조할 수 있게 되며, 빛의 반사에도 도움을 줄 수 있다. 유전체 막(91b)의 경우에 물질은 SiO2가 적당하며, 그 두께는 0.2um ~ 1.0um가 적당하다. 분포 브래그 리플렉터(91a)의 경우에 TiO2/SiO2로 구성되는 경우 각 층은 주어진 파장의 1/4의 광학 두께를 가지도록 설계되며, 그 조합의 수는 4 ~ 20 페어(pairs)가 적합하다. 또한 가지 전극(93)의 높이는 0.5um ~ 4.0um가 적당하다. 너무 얇은 두께의 경우 동작전압의 상승을 야기하며, 너무 두꺼운 가지 전극은 공정의 안정성과 재료비 상승을 야기할 수 있기 때문이다. 전극(92)은 활성층(30)으로부터의 빛을, 기판(10) 측 또는 n형 반도체층(30) 측으로 반사하는데 일조한다는 관점에서 p형 반도체층(50) 위에서 비도전성 반사막(91)의 전부 또는 거의 대부분을 덮는 도전성 반사막인 것이 바람직하다. 이때 반사율이 높은 Al, Ag와 같은 금속이 사용될 수 있다. 비도전성 반사막(91)과 p형 반도체층(50) 사이에는 전극(92)으로부터 p형 반도체층(50)으로 전류 공급(엄밀하게는 정공의 공급)을 위해 길게 뻗어 있는 가지 전극(93)이 구비되어 있다. 가지 전극(93)을 도입함으로써, 도 1에 제시된 플립 칩과 도 2에 제시된 플립 칩의 문제점을 모두 개선한 플립 칩을 구현할 수 있는 기초가 마련된다. 비도전성 반사막(91)을 개재한 전극(92)과 가지 전극(93)의 전기적 연통을 위해, 수직 방향으로 비도전성 반사막(91)을 관통한 전기적 연결(94)이 마련되어 있다. 가지 전극(93)이 없다면, 많은 수의 전기적 연결(94)을 형성하여 p형 반도체층(50)의 거의 전면에 마련된 투광성 도전막(60)에 직접 연결해야 하지만, 이 경우에, 전극(92)과 투광성 도전막(60) 사이에 좋은 전기적 접촉을 형성하기가 쉽지 않을 뿐만 아니라, 제조 공정상 많은 문제점을 야기한다. 본 개시는 가지 전극(93)을 비도전성 반사막(91) 및 전극(92)의 형성에 앞서, p형 반도체층(50) 또는 바람직하게는 투광성 도전막(60) 위에 형성하고, 열처리함으로써, 양자 간에 안정적인 전기적 접촉을 만들어낼 수 있게 된다. 또한, 전극(92)의 재질로 반사율이 좋은 Al, Ag 등이 적합하지만, 안정적 전기적 접촉에는 Cr, Ti Ni 또는 이들의 합급 등의 물질이 적합하며, 따라서 가지 전극(93)을 도입함으로써, 필요한 설계 사양에 대응하는 것이 보다 용이해지게 된다. 당업자는 가지 전극(93)에도 반사율이 좋은 Al, Ag 등을 사용할 수 있음을 염두에 두어야 한다. 전술한 바와 같이, 바람직하게는 투광성 도전막(60)이 구비된다. 특히 p형 GaN의 경우에 전류 확산 능력이 떨어지며, p형 반도체층(50)이 GaN으로 이루어지는 경우에, 대부분 투광성 도전막(60)의 도움을 받아야 한다. 예를 들어, ITO, Ni/Au와 같은 물질이 투광성 도전막(60)으로 사용될 수 있다. 가지 전극(93)의 높이가 전극(92)에까지 이르는 경우에는 가지 전극(93) 자체가 전기적 연결(94)을 형성한다. 전극(92)을 도 2의 p측 본딩 패드(700)와 같은 방식으로 구성하는 것을 배제할 필요는 없으나, p측 본딩 패드(700)에 의해 빛이 흡수되고, 비도전성 반사막(91)의 면적이 줄어드는 등 바람직하다고 할 수 없다. 당업자는 전극(92)이 칩의 제조 이후 패키지 레벨에서 장착면에 의해 구성될 수 있음을 배제하여서는 안 된다. 여기까지의 구성요소들로 본 개시에 따른 반도체 발광소자가 구성될 수 있음을 밝혀 둔다. 그러나 가지 전극(93) 자체에서도 활성층(40)에서 생성된 빛의 흡수가 일부 있으므로, 바람직하게는 이를 방지하기 위하여, 가지 전극(93) 아래에 광 흡수 방지막(95)이 구비된다. 광 흡수 방지막(95)은 활성층(40)에서 발생된 빛의 일부 또는 전부를 반사하는 기능만을 가져도 좋고, 가지 전극(93)으로부터의 전류가 가지 전극(93)의 바로 아래로 흐르지 못하도록 하는 기능만을 가져도 좋고, 양자의 기능을 모두 가져도 좋다. 이들의 기능을 위해, 광 흡수 방지막(95)은 p형 반도체층(50)보다 굴절률이 낮은 투광성 물질로 된 단일층(예: SiO2) 또는 다층막(예: Si02/TiO2/SiO2) 또는 분포 브래그 리플렉터 또는 단일층과 분포 브래그 리플렉터의 결합 등으로 이루어질 수 있다. 또한 광 흡수 방지막(95)은 비도전성 물질(예: SiOx, TiOx와 같은 유전체막)로 이루어질 수 있다. 따라서, 광 흡수 방지막(95)이 반드시 투광성 물질로 구성될 필요는 없으며, 또한 반드시 비도전성 물질로 구성될 필요도 없다. 다만 투광성 유전체막을 이용함으로써, 보다 그 효과를 높일 수 있게 된다.
도 6은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 예를 나타내는 도면으로서, 투광성 도전막(60)에 비도전성 반사막(91)이 p형 반도체층(50)과 접하도록 개구(96)가 구비되어 있다. 개구(96)는 복수의 섬 형태, 띠 형태 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 투광성 도전막(60)으로 가장 일반적인 ITO의 경우에도 활성층(40)에서 발생한 빛의 일부를 흡수하므로, 개구(96)를 형성함으로써 투광성 도전막(60)에 의한 빛을 흡수를 줄일 수 있게 된다. 이때 p형 반도체층(50) 전체로의 부족한 전류 확산은 가지 전극(93)에 의해 보완될 수 있다. 미설명 동일부호에 대한 설명은 생략한다.
도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또다른 예를 나타내는 도면으로서, 기판(10), 버퍼층(20) 및 n형 반도체층(30)을 관통하여 전기적 연결(82)이 마련되어 있으며, 기판(10) 또는 기판(10)이 제거된 경우에 n형 반도체층(30)에, 즉 n형 반도체층(30) 측에 전극(83)이 마련되어 있다. 이러한 구성을 통해 기판(10) 반대 측의 복수의 반도체층(30,50) 전체에 비도전성 반사막(91) 및 전극(92)을 형성할 수 있게 된다.
도 9 및 도 10은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또다른 예를 나타내는 도면으로서, 투광성 도전막(60)이 제거되어 가지 전극(93)이 직접 광 흡수 방지막(95)과 접촉하는 구조를 제시하고 있다.
도 11은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또다른 예를 나타내는 도면으로서, 도 5와 달리 광 흡수 방지막(95)이 구비되어 있지 않다.
도 13는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면이고, 도 14는 도 13의 A-A 라인을 따라 취한 단면도이며, 도 15은 도 13의 B-B 라인을 따라 취한 단면도이며, 도 16은 도 13의 반도체 발광소자에서 p측 전극 및 n측 전극과 비도전성 반사막을 제거한 상태를 나타내는 도면이다.
반도체 발광소자(1)는 기판(10), 기판(10)에 성장되는 버퍼층(20), 버퍼층(20)위에 성장되는 n형 반도체층(30), n형 반도체층(30) 위에 성장되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40), 활성층(40) 위에 성장되는 p형 반도체층(50)을 구비한다.
기판(10)으로 주로 사파이어, SiC, Si, GaN 등이 이용되며, 기판(10)은 최종적으로 제거될 수 있고, 버퍼층(20)은 생략될 수 있다. 기판(10)이 제거되거나 도전성을 가지는 경우에 n측 전극(80)은 기판(10)이 제거된 n형 반도체층(30) 측 또는 도전성 기판(10) 측에 형성될 수 있다. n형 반도체층(30)과 p형 반도체층(50)은 그 위치가 바뀔 수 있으며, 3족 질화물 반도체 발광소자에 있어서 주로 GaN으로 이루어진다. 각각의 반도체층(20,30,40,50)이 다층으로 구성될 수 있으며, 추가의 층이 구비될 수도 있다.
메사식각 공정을 통해 p형 반도체층(50)과 활성층(40)이 부분적으로 제거되어 n형 반도체층(30)이 노출되는 2개의 n측 접촉영역(31)이 형성되며, 각 n측 접촉영역(31) 내의 n형 반도체층(30) 위에 n측 가지 전극(81)이 형성된다. n측 접촉영역(31)은 반도체 발광소자의 일 측면(C)과 나란하도록 길게 연장된다. n측 접촉영역(31)은 반도체 발광소자의 측면 방향으로 개방될 수도 있지만, 어느 한 측면으로도 개방되지 않고 그 둘레가 활성층(40)과 p형 반도체층(50)으로 둘러싸여 막혀 있는 것이 바람직하다. n측 접촉영역(31)의 수는 증가하거나 감소할 수 있으며, 배열 형태는 변경될 수 있다. n측 가지 전극(81)은 길게 연장되는 가지부(88)와 가지부(88)의 일측단부에 넓은 폭을 갖도록 형성되는 연결부(89)를 구비하는 것이 바람직하다. 이에 대응하여, n측 접촉영역(31)은 n측 가지 전극(81)의 가지부(88)가 위치하는 부분에서 좁은 폭으로 형성되고, n측 가지 전극(81)의 연결부(89)가 위치하는 부분에서 넓은 폭으로 형성된다.
p형 반도체층(50) 위에 3개의 p측 가지 전극(93)이 형성된다. p측 가지 전극(93)은 n측 가지 전극(81)과 나란하게 형성되며, 2개의 n측 가지 전극(81) 사이 및 양 측부에 각각 배열된다. 따라서, 3개의 p측 가지 전극(93) 사이사이에 각각 n측 가지 전극(81)이 위치하게 된다. p측 가지 전극(93) 또한 길쭉하게 연장되는 가지부(98)와 가지부(98)의 일측단부에 넓은 폭을 갖도록 형성되는 연결부(99)를 구비하는 것이 바람직하다. 다만, 도 13에 도시된 것과 같이, p측 가지 전극(93)의 연결부(99)는, 반도체 발광소자를 위에서 봤을 때, n측 가지 전극(81)의 연결부(89) 반대 측에 위치한다. 즉, p측 가지 전극(93)의 연결부(99)는 좌측에 위치하고, n측 가지 전극(81)의 연결부(89)는 우측에 위치한다. p측 가지 전극(93)은 반도체 발광소자의 일 측면(C) 방향을 따라 길게 뻗어 있다. 예를 들어, 도 13 및 도 16에서, 좌측에서 우측으로 길게 뻗어 있다. 이렇게 길게 뻗어 있는 복수의 p측 가지 전극(93)에 의해 소자가 뒤집혀 탑재부(예: 서브마운트, 패키지, COB(Chip on Board))에 놓였을 때, 기울어짐 없이 놓이게 할 수 있다. 이러한 관점에서, p측 가지 전극(93)은 가능한 한 길게 형성하는 것이 바람직하다.
p측 가지 전극(93)과 n측 가지 전극(81)의 높이는 2um ~ 3um가 적당하다. 너무 얇은 두께의 경우 동작전압의 상승을 야기하며, 너무 두꺼운 가지 전극은 공정의 안정성과 재료비 상승을 야기할 수 있기 때문이다.
바람직하게, p측 가지 전극(93)의 형성에 앞서, 광 흡수 방지막(95)이 p측 가지 전극(93) 아래에 해당하는 p형 반도체층(50) 위에 형성된다. 광 흡수 방지막(95)은 p측 가지 전극(93)보다 조금 넓은 폭으로 형성된다. 광 흡수 방지막(95)은 활성층(40)에서 생성된 빛이 p측 가지 전극(93)에 의해 흡수되는 것을 방지한다. 광 흡수 방지막(95)은 활성층(40)에서 발생한 빛의 일부 또는 전부를 반사하는 기능만을 가져도 좋고, p측 가지 전극(93)으로부터의 전류가 p측 가지 전극(93)의 바로 아래로 흐르지 못하도록 하는 기능만을 가져도 좋으며, 양자의 기능을 모두 가져도 좋다. 이들의 기능을 위해, 광 흡수 방지막(95)은 p형 반도체층(50)보다 굴절률이 낮은 투광성 물질로 된 단일층(예: SiO2) 또는 다층(예: Si02/TiO2/SiO2), 또는 분포 브래그 리플렉터, 또는 단일층과 분포 브래그 리플렉터의 결합 등으로 이루어질 수 있다. 또한, 광 흡수 방지막(95)은 비도전성 물질(예: SiOx, TiOx와 같은 유전물질)로 이루어질 수 있다. 광 흡수 방지막(95)의 두께는 구조에 따라 0.2um ~ 3.0um가 적당하다. 광 흡수 방지막(95)의 두께가 너무 얇으면 기능이 약하고, 너무 두꺼우면 광 흡수 방지막(95) 위에 형성되는 투광성 전도막(60)의 증착이 어려워질 수 있다. 광 흡수 방지막(95)이 반드시 투광성 물질로 구성될 필요는 없으며, 또한 반드시 비도전성 물질로 구성될 필요도 없다. 다만 투광성 유전체 물질을 이용함으로써, 보다 그 효과를 높일 수 있게 된다.
바람직하게, 광 흡수 방지막(95)의 형성에 이어 p측 가지 전극(93)을 형성하기 이전에, 투광성 전도막(60)이 p형 반도체층(50) 위에 형성된다. 투광성 전도막(60)은 메사식각 공정을 통해 형성되는 n측 접촉영역(31)을 제외한 p형 반도체층(50) 위의 거의 대부분을 덮도록 형성된다. 따라서, 투광성 전도막(60)과 p형 반도체층(50) 사이에 광 흡수 방지막(95)이 놓이게 된다. 특히 p형 GaN의 경우에 전류 확산 능력이 떨어지며, p형 반도체층(50)이 GaN으로 이루어지는 경우에, 대부분 투광성 전도막(60)의 도움을 받아야 한다. 예를 들어, ITO, Ni/Au와 같은 물질이 투광성 전도막(60)으로 사용될 수 있다. 투광성 전도막(60) 형성에 이어 광 흡수 방지막(95)이 위치하는 투광성 전도막(60) 위에 상기한 p측 가지 전극(93)이 형성된다.
n측 가지 전극(81)과 p측 가지 전극(93)이 형성된 후, n측 가지 전극(81)을 포함한 n측 접촉영역(31)과 p측 가지 전극(93)을 포함한 p형 반도체층(50)을 전체적으로 덮도록 비도전성 반사막(91)이 형성된다. 비도전성 반사막(91)은 활성층(40)으로부터의 빛을, 성장에 사용되는 기판(10) 측 또는 기판(10)이 제거된 경우에 n형 반도체층(30) 측으로 반사하는 역할을 수행한다. 비도전성 반사막(91)은 p형 반도체층(50)의 상면과 n측 접촉영역(31)의 상면을 연결하는 p형 반도체층(50)과 활성층(40)의 노출된 측면을 또한 덮는 것이 바람직하다. 그러나, 비도전성 반사막(91)이 반드시 기판(10) 반대 측의 식각으로 노출된 n형 반도체층(30)과 p형 반도체층(50) 위의 모든 영역을 덮어야 하는 것은 아니라는 점을 당업자는 염두에 두어야 한다.
비도전성 반사막(91)은 반사막으로 기능하되, 빛의 흡수를 방지하도록 투광성 물질로 구성되는 것이 바람직하며, 예를 들어, SiOx, TiOx, Ta2O5, MgF2와 같은 투광성 유전체 물질로 구성될 수 있다. 비도전성 반사막(91)은, 예를 들어 SiOx 등과 같은 투광성 유전체 물질로 구성되는 단일 유전체 막, 예를 들어 SiO2와 TiO2의 조합으로 된 단일의 분포 브래그 리플렉터, 이질적인 복수의 유전체 막 또는 유전체 막과 분포 브래그 리플렉터의 조합 등 다양한 구조로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 3 ~ 8um의 두께로 형성될 수 있다. 유전체 막은 p형 반도체층(50; 예: GaN)에 비해 낮은 굴절률을 가지므로 임계각 이상의 빛을 기판(10) 측으로 일부 반사시킬 수 있게 되고, 분포 브래그 리플렉터는 보다 많은 양의 빛을 기판(10) 측으로 반사시킬 수 있으며 특정 파장에 대한 설계가 가능하여 발생되는 빛의 파장에 대응하여 효과적으로 반사시킬 수 있다.
바람직하게, 도 14 및 도 15에 도시된 것과 같이, 비도전성 반사막(91)은 분포 브래그 리플렉터(91a)와 유전체 막(91b)으로 된 이중 구조를 가진다. 정밀성을 요하는 분포 브래그 리플렉터(91a)의 증착에 앞서, 일정 두께의 유전체 막(91b)을 형성함으로써, 분포 브래그 리플렉터(91a)를 안정적으로 제조할 수 있게 되며, 빛의 반사에도 도움을 줄 수 있다.
본 개시에 따라 반도체 발광소자를 형성함에 있어서, n측 접촉영역(31)을 형성하기 위한 메사식각으로 단차가 존재하게 되고, p측 가지 전극(93) 또는 n측 가지 전극(81)과 같은 단차를 수반하는 구성요소가 필요하며, 비도전성 반사막(91)을 형성한 후에도 이하에 상세히 설명되는 것과 같이 비도전성 반사막(91)에 구멍을 뚫는 공정을 필요로 하므로, 유전체 막(91b)을 형성할 때 특히 주의를 할 필요가 있다.
유전체 막(91b)의 재질은 SiO2가 적당하며, 그 두께는 0.2um ~ 1.0um가 바람직하다. 유전체 막(91b)의 두께가 너무 얇은 경우에는 높이가 2um ~ 3um정도인 n측 가지 전극(81)과 p측 가지 전극(93)을 충분히 잘 덮기에 불충분할 수 있고, 너무 두꺼운 경우에는 후속하는 구멍 형성공정에 부담이 될 수 있다. 유전체 막(91b)의 두께는 그 뒤에 후속하는 분포 브래그 디플렉터(91a)의 두께보다 두꺼울 수도 있다. 또한, 유전체 막(91b)은 소자 신뢰성 확보에 보다 적합한 방법으로 형성할 필요가 있다. 예를 들어, SiO2로 된 유전체 막(91b)은 화학 기상 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 그 중에서도 플라즈마 화학 기상 증착법(PECVD; Plasma Enhanced CVD)에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 메사식각으로 형성되는 n측 접촉영역(31), p측 가지 전극(93) 및 n측 가지 전극(81)을 형성함에 따라 단차가 존재하게 되고, 단차 영역을 덮는데(step coverage), 화학 기상 증착법이 전자선 증착법(E-Beam Evaporation) 등과 같은 물리 증착법(PVD; Physical Vapor Deposition)에 비해 유리하기 때문이다. 구체적으로, 전자선 증착법(E-Beam Evaporation)으로 유전체 막(91b)를 형성하면, 단차를 갖는 p측 가지 전극(93) 및 n측 가지 전극(81)의 측면이나 메사식각으로 인해 생성되는 경사진 단차면 등에서 유전체 막(91b)이 얇게 형성될 수 있고, 이와 같이 단차면에 유전체 막(91b)이 얇게 형성되면, 특히 p측 가지 전극(93)과 n측 가지 전극(81)이 이하에 설명되는 바와 같이 p측 전극(92)과 n측 전극(80) 아래에 놓이는 경우, 전극들 간에 단락(short)이 발생할 수 있기 때문에, 유전체 막(91b)은 확실한 절연을 위해 화학 기상 증착법으로 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 반도체 발광소자의 신뢰성을 확보하면서도 비도전성 반사막(91)으로서의 기능을 확보할 수 있게 된다.
분포 브래그 리플렉터(91a)는 유전체 막(91b) 위에 형성되어 유전체 막(91b)과 함께 비도전성 반사막(91)을 구성한다. 예를 들어, TiO2/SiO2의 조합으로 이루어지는 반복 적층 구조의 분포 브래그 리플렉터(91a)는, 물리 증착법(PVD; Physical Vapor Deposition), 그 중에서도 전자선 증착법(E-Beam Evaporation) 또는 스퍼터링법(Sputtering) 또는 열 증착법(Thermal Evaporation)에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 분포 브래그 리플렉터(91a)가 TiO2/SiO2의 조합으로 구성되는 경우, 각 층은 주어진 파장의 1/4의 광학 두께를 가지도록 설계되며, 그 조합의 수는 4 ~ 20 페어(pairs)가 적합하다. 조합의 수가 너무 적으면 분포 브래그 리플렉터(91a)의 반사효율이 떨어지고, 조합의 수가 너무 많으면 두께가 과도하게 두꺼워지기 때문이다.
이와 같은 비도전성 반사막(91)의 형성으로 인해 p측 가지 전극(93)과 n측 가지 전극(81)은 비도전성 반사막(91)에 의해 완전히 덮이게 된다. p측 가지 전극(93) 및 n측 가지 전극(81)이 이하에 설명되는 p측 전극(92) 및 n측 전극(80)과 전기적으로 연통될 수 있도록 하기 위해, 비도전성 반사막(91)을 관통하는 형태의 구멍이 형성되고, 구멍 내에 전극 물질로 채워진 형태의 전기적 연결(94,82)이 형성된다. 이러한 구멍은 건식 식각 또는 혹은 습식 식각, 또는 이 둘을 병행하는 방법으로 형성되는 것이 바람직하다. p측 가지 전극(93) 및 n측 가지 전극(81) 각각의 가지부(98,88)는 좁은 폭으로 형성되기 때문에, 전기적 연결(94)은 p측 가지 전극(93) 및 n측 가지 전극(81) 각각의 연결부(99,89) 위에 위치하는 것이 바람직하다. p측 가지 전극(93)이 없다면 많은 수의 전기적 연결(94)을 형성하여 p형 반도체층(50)의 거의 전면에 마련된 투광성 전도막(60)에 직접 연결해야 하고, n측 가지 전극(81)이 없다면 많은 수의 전기적 연결(82)을 형성하여 n측 접촉영역(31)에 직접 연결해야 하지만, p측 전극(92)과 투광성 전도막(60) 사이 및 n측 전극(80)과 n형 반도체층(30) 사이에 좋은 전기적 접촉을 형성하기가 쉽지 않을 뿐만 아니라, 제조 공정상 많은 문제점을 야기한다. 본 개시는 비도전성 반사막(91) 형성에 앞서, n측 가지 전극(81)을 n측 접촉영역(31) 위에 형성하고, p측 가지 전극(93)을 p형 반도체층(50) 또는 바람직하게는 투광성 전도막(60) 위에 형성한 다음 열처리함으로써, 양자 간에 안정적인 전기적 접촉을 만들어낼 수 있게 된다.
전기적 연결(94, 82)의 형성에 이어, 비도전성 반사막(91) 위에 p측 전극(92)과 n측 전극(80)이 형성되는 것이 바람직하다. p측 전극(92)과 n측 전극(80)은, 활성층(40)으로부터의 빛을 기판(10) 측으로 반사하는데 일조한다는 관점에서, 비도전성 반사막(91) 위의 전부 또는 거의 대부분을 덮도록 넓은 면적에 걸쳐 형성되어, 도전성 반사막의 역할을 수행한다. 다만, p측 전극(92)과 n측 전극(80)은 단락을 방지하기 위해 비도전성 반사막(91) 위에서 서로 거리를 두고 떨어져 있는 것이 바람직하며, 따라서 비도전성 반사막(91) 위에 p측 전극(92) 또는 n측 전극(80)으로 덮이지 않는 부분이 존재하게 된다. p측 전극(92)과 n측 전극(80)의 재질은 반사율이 좋은 Al, Ag 등이 적합하지만, 안정적 전기적 접촉에는 Cr, Ti, Ni, Au 또는 이들의 합금 등의 물질들과 조합으로 Al, Ag 등과 같은 고반사 금속이 사용되는 것이 바람직하다. 이와 같은 p측 전극(92)과 n측 전극(80)은 p측 가지 전극(93) 및 n측 가지 전극(81)에 전류를 공급하는 역할, 반도체 발광소자를 외부 기기와 연결하는 기능, 넓은 면적에 걸쳐 형성되어, 활성층(40)으로부터의 빛을 반사하는 기능 및/또는 방열 기능을 수행한다. 이와 같이 p측 전극(92)과 n측 전극(80)이 모두 비도전성 반사막(91) 위에 형성됨에 따라, p측 전극(92) 측과 n측 전극(80) 측의 높이 차가 최소화되며, 따라서 본 개시에 따른 반도체 발광소자를 탑재부(예: 서브마운트, 패키지, COB)에 결합할 때 이점을 가지게 된다. 이러한 이점은 유테틱 본딩(eutectic bonding) 방식의 결합을 이용하는 경우에 특히 커진다.
이와 같이 p측 전극(92)과 n측 전극(80)이 비도전성 반사막(91) 위에 넓게 형성됨에 따라, p측 가지 전극(93)과 n측 가지 전극(81)은 모두 비도전성 반사막(91)의 아래에 놓이게 되며, p측 가지 전극(93)은 비도전성 반사막(91)의 위에 놓이는 n측 전극(80) 아래를 통과하여 길게 뻗게 되고, n측 가지 전극(81)은 비도전성 반사막(91)의 위에 놓이는 p측 전극(92) 아래를 통과하여 길게 뻗게 된다. p측 전극(92) 및 n측 전극(80)과 p측 가지 전극(93) 및 n측 가지 전극(81) 사이에 비도전성 반사막(91)이 존재함에 따라, 전극(92,80)과 가지 전극(93,81) 간의 단락이 방지된다. 또한 이상과 같은 p측 가지 전극(93)과 n측 가지 전극(81)을 도입함으로써, 플립 칩을 구성함에 있어서, 제약 없이 요구되는 반도체층 영역에 전류를 공급할 수 있게 된다.
일반적으로, p측 전극(92), n측 전극(80), p측 가지 전극(93) 및 n측 가지 전극(81)은 복수의 금속 층으로 구성된다. p측 가지 전극(93)의 경우 최하층은 투광성 전도막(60)과 결합력이 높아야 하며, Cr, Ti와 같은 물질이 주로 사용되며, Ni, Ti, TiW 등도 사용될 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니다. 당업자는 p측 가지 전극(93)과 n측 가지 전극(81)에도 반사율이 좋은 Al, Ag 등을 사용할 수 있음을 염두에 두어야 한다. p측 전극(92)과 n측 전극(80)의 경우 최상층은 와이어 본딩 또는 외부 전극과 연결을 위해, Au이 사용된다. 그리고, Au의 양을 줄이고, 상대적으로 무른 Au의 특성을 보완하기 위해, 최하층과 최상층 사이에, 요구되는 사양에 따라, Ni, Ti, TiW, W 등이 사용되거나, 높은 반사율이 요구되는 경우에, Al, Ag 등이 사용된다. 본 개시에 있어서, p측 가지 전극(93) 및 n측 가지 전극(81)은 전기적 연결(94,82)과 전기적으로 연결되어야 하므로, 최상층으로 Au를 고려할 수 있을 것이다. 그러나 본 발명자들은 p측 가지 전극(93) 및 n측 가지 전극(81)의 최상층으로서 Au을 사용하는 것이 부적합하다는 것을 알게 되었다. Au 위에 비도전성 반사막(91) 증착시에 양자 간의 결합력이 약해서 쉽게 벗겨지는 문제가 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, Au 대신에 Ni, Ti, W, TiW, Cr, Pd, Mo와 같은 물질로 가지 전극의 최상층을 구성하게 되면 그 위에 증착될 비도전성 반사막(91)과의 접착력이 유지되어 신뢰성이 향상될 수 있다. 또한 비도전성 반사막(91)에 전기적 연결(94)을 위한 구멍을 형성하는 공정에서 위 금속이 디퓨전 장벽(diffusion barrier) 역할을 충분히 하여 후속공정 및 전기적 연결(94,82)의 안정성을 확보하는데 도움이 된다.
도 17은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 일 예를 나타내는 도면이고, 도 18는 도 17의 D-D 라인을 따라 취한 단면도이며, 도 19은 도 17의 E-E 라인을 따라 취한 단면도이다.
본 개시에 따른 반도체 발광소자(2)에서, 도 18 및 도 19에 도시된 것과 같이, 비도전성 반사막(91)은 유전체 막(91b)과 분포 브래그 리플렉터(91a)에 더하여 분포 브래그 리플렉터(91a) 위에 형성되는 클래드 막(91f)을 더 포함한다. 활성층(40)에서 발생한 빛은 많은 부분이 유전체 막(91b)과 분포 브래그 리플렉터(91a)에서 의해 n형 반도체층(30) 측으로 반사되지만, 유전체 막(91b)과 분포 브래그 리플렉터(91a)도 일정한 두께를 가지므로, 일부의 빛이 그 내부에 갇히거나, 유전체 막(91b)과 분포 브래그 리플렉터(91a) 측면을 통해 방출된다. 본 발명자들은 유전체 막(91b), 분포 브래그 리플렉터(91a), 및 클래드 막(91f)의 관계를 광 웨이브가이드(optical waveguide)의 관점에서, 분석해 보았다. 광 웨이브가이드는 빛의 전파부를 그 보다 굴절률이 낮은 물질로 둘러싸서, 전반사를 이용하여, 빛을 안내하는 구조물이다. 이러한 관점에서, 분포 브래그 리플렉터(91a)를 전파부로 보면, 유전체 막(91b)과 클래드 막(91f)은 전파부를 둘러싸는 구성의 일부로 볼 수 있다. 분포 브래그 리플렉터(91a)가 SiO2/TiO2로 구성되는 경우에, SiO2의 굴절률이 1.46이고, TiO2의 굴절률이 2.4이므로, 분포 브래그 리플렉터(91a)의 유효 굴절률(여기서, 유효 굴절률은 서로 다른 굴절률을 가진 물질들로 이루어진 도파로에서 진행할 수 있는 빛이 가지는 등가 굴절률을 의미하며, 1,46과 2.4 사이의 값을 가진다.)이 SiO2로 된 유전체 막(91b)의 경우보다 높은 굴절률을 갖게 된다. 클래드 막(91f) 또한 분포 브래그 리플렉터(91a)의 유효 굴절률보다 낮은 물질로 구성된다. 바람직하게는, 클래드 막(91f)은 λ/4n 내지 3.0um의 두께를 가지는 것이 바람직하다(여기서 λ는 활성층(40)에서 생성된 빛의 파장이고, n은 클래드 막(91f)을 이루는 물질의 굴절률이다). 예를 들어, 클래드 막(91f)을 1.46의 굴절률을 가지는 유전체인 SiO2로 형성할 수 있다. λ가 450nm(4500A)인 경우에, 4500/4*1.46 = 771A 이상의 두께로 형성할 수 있다. 다수 쌍의 SiO2/TiO2로 이루어지는 분포 브래그 디플랙터(91a)의 최상층이 λ/4n의 두께를 가지는 SiO2층으로 이루어질 수 있다는 것을 고려하여, 클래드 막(91f)은 아래에 위치하게 되는 분포 브래그 디플랙터(91a)의 최상층과 차별되도록 λ/4n보다 두꺼운 것이 바람직하며, 후속하는 구멍 형성공정에 부담이 될 뿐만 아니라 두께 증가가 효율 향상에 기여하지 못하고 재료비만 증가시킬 수 있기 때문에 3.0um 이상으로 너무 두꺼운 것은 바람직하지 않지만, 경우에 따라 3.0um 이상으로 형성되는 것이 불가능한 것은 아니다. 분포 브래그 리플렉터(91a)와 p측 전극(92) 및 n측 전극(80)이 바로 접촉하는 경우에는 분포 브래그 리플렉터(91a)를 통해서 진행하는 빛의 일부가 p측 전극(92)과 n측 전극(80)에 영향을 받으면서 흡수가 일어날 수 있는데, 이때 p측 전극(92) 및 n측 전극(80)과 분포 브래그 리플렉터(91a) 사이에 분포 브래그 리플렉터(91a)보다 낮은 굴절율을 가지는 클래드 막(91f)을 삽입하게 되면, 분포 브래그 리플렉터(91a)를 통해 진행하는 빛의 일부가 p측 전극(92) 및 n측 전극(80)에서 흡수되는 것을 최소화할 수 있으므로, 빛의 효율을 증가시키는 장점이 있다. 따라서, 일반적으로 빛의 파장에 대응하는 두께 이상이 되어야 전술한 바와 같은 효과를 거둘 수가 있으므로, 클래드 막(91f)의 두께는 λ/4n이상인 것이 바람직한 것이다. 하지만, 분포 브래그 리플렉터(91a)와 클래드 막(91f) 간의 굴절률의 차이가 크면 빛이 분포 브래그 리플렉터(91a)에 의해 좀 더 강하게 구속되기 때문에 얇은 두께의 클래드 막(91f)을 사용할 수 있지만, 그 굴절률의 차이가 작으면 클래드 막(91f)의 두께는 충분히 두꺼워져야 전술한 효과를 얻을 수 있다. 따라서 클래드 막(91f)의 두께는 클래드 막(91f)을 이루는 물질의 굴절률 및 분포 브래그 리플렉터(91a)의 유효굴절률 간의 차이가 얼마인가를 충분히 고려를 해야 한다. 예를 들어, 클래드 막(91f)이 SiO2로 이루어지고 분포 브래그 리플렉터(91a)가 SiO2/TiO2로 이루어져 있다면, SiO2로 이루어진 분포 브래그 리플렉터(91a)의 최상층과 구별될 수 있도록 클래드 막(91f)의 두께는 0.3um이상인 것이 적당할 것이다. 하지만 후속 구멍 형성공정에 부담을 주지 않기 위해, 클래드 막(91f) 두께의 최대치는 1um ~ 3um 이내로 형성되는 것이 적당할 것이다.
클래드 막(91f)은 분포 브래그 리플렉터(91a)의 유효 굴절률보다 낮은 굴절률을 가지면 특별히 제한되지 않으며, Al2O3와 같은 금속 산화물, SiO2, SiON 와 같은 유전체 막, MgF, CaF, 등의 물질로 이루어질 수 있다. 굴절률의 차이가 작은 경우에, 그 두께를 두껍게 하여 효과를 거둘 수 있다. 또한 SiO2를 사용하는 경우에, 1.46보다 낮은 굴절률을 가지는 SiO2를 사용함으로써 효율을 높일 수 있게 된다.
유전체 막(91b)이 생략되는 경우를 생각해 볼 수 있으며, 광 웨이브가이드의 관점에서는 바람직하지 않지만, 본 개시의 전체 기술사상의 관점에서, 분포 브래그 리플렉터(91a)와 클래드 막(91f)으로 된 구성을 배제할 이유는 없다. 분포 브래그 리플렉터(91a) 대신에 유전체인 TiO2 재질의 유전체 막을 포함하는 경우를 생각해 볼 수도 있을 것이다. 분포 브래그 리플렉터(91a)가 가장 위층에 SiO2 층을 구비하는 경우, 클래드 막(91f)을 생략하는 경우 또한 생각해 볼 수 있을 것이다.
비도전성 반사막(91)은 높은 유효 굴절률의 분포 브래그 리플렉터(91a) 및 분포 브래그 리플렉터(91a)를 사이에 두고 위아래에 위치하는 낮은 굴절률의 유전체 막(91b)과 클래드 막(91f)으로 이루어져 광 웨이브가이드의 역할을 수행하며, 전체 두께가 3 ~ 8um인 것이 바람직하다. 또한, 비도전성 반사막(91)은 가장자리에 경사면(91m)을 갖는 것이 바람직하다. 이와 같은 가장자리의 경사면(91m)은 예를 들어 건식 식각 공정을 통해 형성될 수 있다. 광 웨이브가이드의 역할을 수행하는 비도전성 반사막(91)으로 입사하는 빛 중에서, 수직 또는 수직에 가까운 각도로 비도전성 반사막(91)으로 입사하는 빛은 기판(10) 측으로 잘 반사되지만, 비스듬한 각도로 비도전성 반사막(91)으로 입사하는 빛을 포함하는 일부의 빛은 기판(10) 측으로 반사되지 못하고 전파부 역할의 분포 브래그 리플렉터(91a) 내에 갇혀 측면으로 전파될 수 있다. 이와 같이, 분포 브래그 리플렉터(91a)의 측면으로 전파되는 빛은 비도전성 반사막(91) 가장자리의 경사면(91m)에서 외부로 방출되거나 기판(10) 측으로 반사된다. 즉, 비도전성 반사막(91) 가장자리의 경사면(91m)은 코너 리플렉터(corner reflector) 역할을 수행하며, 반도체 발광소자의 휘도 향상에 기여하게 된다. 경사면(91m)은 원활한 기판(10) 측으로의 반사를 위해 50°~ 70°범위 이내의 각도를 가지는 것이 적당하다. 경사면(91m)은 습식 식각 또는 건식 식각, 또는 이 둘을 병행한 방법에 의해서 용이하게 형성될 수 있다.
도 20은 반도체 발광소자 제조 공정 도중에 두 개의 반도체 발광소자가 독립된 반도체 발광소자로 분리되기 이전 상태를 나타낸 도면이고, 도 21는 반도체 발광소자 제조 공정 도중에 두 개의 반도체 발광소자가 독립된 반도체 발광소자로 분리된 상태를 나타낸 도면이다. 참고로, 도 20 및 도 21는 제조 공정을 설명하기 위해 p측 전극(92), n측 전극(80) 및 본딩 패드(97)가 형성되지 않은 상태의 반도체 발광소자(3)를 나타내고 있다.
반도체 발광소자는 다수의 반도체 발광소자를 포함하는 웨이퍼 형태로 제작된 다음, 브레이킹, 쏘잉, 또는 스크라이빙&브레이킹 등과 같은 방법으로 절단하여 개별적인 반도체 발광소자로 분리된다. 스크라이빙&브레이킹에서, 스크라이빙 공정은 레이저를 이용하며, 반도체 발광소자의 기판 표면과 기판 내부를 포함하는 기판측에 초점을 맞춰 레이저를 적용하는 방식으로 수행될 수 있다. 레이저를 이용한 스크라이빙 공정에서, 반도체 발광소자(3)의 가장자리 경계선(G), 즉 반도체 발광소자(3)와 반도체 발광소자(3) 사이의 경계선(G)을 따라 반도체 발광소자가 예비적으로 절단된다. 스크라이빙 공정에 이어 수행되는 브레이킹 공정을 통해 예비적으로 절단된 반도체 발광소자가 개별적인 반도체 발광소자로 완전히 분리된다. 브레이킹 공정은, 예를 들어 도 20에 화살표(F)로 지시되는 기판(10) 방향이나 그 반대 방향에서, 반도체 발광소자(3)와 반도체 발광소자(3) 사이의 경계선(G)을 따라 외력을 가하는 방식으로 수행된다. 이와 같은 브레이킹 공정에서, 기판(10)과 반도체층들(20,30,40,50)은 결정질임에 따라 경계선(G)을 따라 정확하게 절단될 수 있지만, p형 반도체층(50) 위의 비도전성 반사막(91)은 비정질임에 따라 경계선(G)을 따라 정확하게 절단되지 못하고, 비도전성 반사막(91)의 가장자리 주변 영역에 균열(crack)이 발생하는 등 손상되기 쉽다. 이와 같은 비도전성 반사막(91)의 가장자리 주변 영역의 손상은 외관불량에 따른 수율저하를 초래하는 문제가 있었다. 바람직하게, 반도체 발광소자 제조시 복수의 반도체 발광소자를 포함하는 웨이퍼 형태로 제작된 다음 개별적인 반도체 발광소자로 분리하기 위한 레이저를 이용한 스크라이빙 공정 및 브레이킹 공정 이전에, 반도체 발광소자와 반도체 발광소자 사이의 경계선(G) 주변의 비도전성 반사막(91)의 일부 영역(H)이 제거된다. 반도체 발광소자(3)의 경계선(G)을 따라 제거되는 비도전성 반사막(91)의 일부 영역(H)은 개별적인 반도체 발광소자의 관점에서는 비도전성 반사막(91)의 가장자리 영역에 대응한다. 경계선(G) 주변의 비도전성 반사막(91)의 일부 영역(H)이 제거된다는 것은 개별적인 반도체 발광소자로 분리되기 이전에, 하나의 반도체 발광소자에 구비되는 비도전성 반사막(91)과 인접한 다른 하나의 반도체 발광소자에 구비되는 비도전성 반사막(91)이 경계선(G) 영역에서 서로 떨어지게 된다는 것을 의미하기도 한다. 비도전성 반사막(91)의 가장자리 영역을 부분적으로 제거함으로써, 이후 레이저를 이용한 스크라이빙 공정 및 브레이킹 공정을 수행하더라도, 각 반도체 발광소자의 비도전성 반사막(91) 가장자리가 손상되어 외관이 불량해지는 것을 방지할 수 있으며, 따라서 수율 향상 효과를 얻을 수 있다. 비도전성 반사막(91)의 일부 영역(H)의 제거는 건식 식각 등의 방법으로 수행될 수 있으며, 전체 반도체 제조 공정 중 브레이킹 공정을 수행하기 이전에 수행되면 된다. 그러나, 전기적 연결(94,82)을 형성하기 위해 비도전성 반사막(91)을 관통하는 형태의 구멍을 건식 식각 등의 방법으로 형성할 때, 함께 형성되는 것이 바람직하다. 코너 리플렉터 역할을 수행하는 상기한 경사면(91m)은 별도의 식각 공정을 통해 형성될 수 있지만, 손상 방지를 위해 비도전성 반사막(91)의 가장자리 영역을 제거하는 공정에서 개별적인 반도체 발광소자의 비도전성 반사막(91) 가장자리 부분이 경사면(91m)이 되도록 식각함으로써 동시에 형성될 수도 있다.
도 17 및 도 19에 도시된 것과 같이, p측 전극(92) 및 n측 전극(80) 위에 각각 p측 전극(92)과 n측 전극(80)의 일부로서 본딩 패드(97)가 구비될 수 있다. 구비된다. p측 전극(92) 위의 본딩 패드(97)의 상면과 n측 전극(80) 위의 본딩 패드(97)의 상면은 동일한 높이를 가진다. 즉, p측 전극(92) 위의 본딩 패드(97)의 상면과 n측 전극(80) 위의 본딩 패드(97)의 상면은 동일한 평면상에 놓이게 된다. 이와 같은 본딩 패드(97)는, 반도체 발광소자를 예를 들어 유태틱 본딩 방식으로 외부기기와 결합할 때, p측 전극(92) 측 및 n측 전극(80) 측이 동일한 최종 높이를 가지도록 하여 탑재부 위에서의 기울어짐을 방지하고, 넓고 평평한 결합면을 제공하여 양호한 결합력을 얻을 수 있도록 하며, 반도체 발광소자 내부의 열을 외부로 방출하는 기능을 수행한다. 본딩 패드(97)는 p측 전극(92) 및 n측 전극(80) 위에 각각 복수개로 구비될 수 있으며, p측 전극(92) 및 n측 전극(80) 위에서도 n측 가지 전극(81) 및 p측 가지 전극(93)과 중첩되지 않는 위치, 즉 n측 가지 전극(81)과 p측 가지 전극(93) 사이사이의 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 달리 표현하면, 본딩 패드(97)는 가장 위로 돌출하는 부분인 p측 가지 전극(93) 부분과 가장 아래로 움푹 들어가는 부분인 n측 가지 전극(81) 부분을 제외한 영역에 형성된다. 또한, 본딩 패드(97)는 아래의 스페이서층(97a)과 스페이서층(97a) 위의 접합층(97b)을 포함하는 복층 구조로 형성될 수 있으며, 예를 들어 5 ~ 6um의 전체 두께를 가진다. 예를 들어, 스페이서층(97a)은 Ni, Cu 및 이들의 조합 등과 같은 금속층으로 이루어지며, 접합층(97b)은 대략 수um 정도 두께를 갖도록 Ni/Sn, Ag/Sn/Cu, Ag/Sn, Cu/Sn, Au/Sn 조합 등으로 이루어지는 유테틱 본딩층으로 이루어질 수 있다. 스페이서층(97a)은 유테틱 본딩에 사용되는 솔더에 대한 디퓨전 배리어(Diffusion Barrier)및 왯팅(wetting)층으로서의 기능을 수행하며, 본딩 패드(97)를 전체적으로 고가의 Au를 포함하는 유태틱 본딩층(97b)으로 형성하는 것에 비해 원가부담을 줄여주기도 한다. 본딩 패드(97)는, 본딩(예: 유테틱 본딩) 시 접합면의 최종 높이를 맞추기 위해, p측 전극(92) 및 n측 전극(80) 중 가장 위로 돌출하게 되는 부분, 즉 p측 가지 전극(93) 위의 부분의 높이보다 1 ~ 3um 더 높게 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 본딩 시에, 반도체 발광소자와 탑재부 간의 양호한 결합을 얻을 수 있고, 반도체 발광소자의 열 방출을 돕게 된다. 이때 스페이서층(97a)과 접합층(97b)은 도금, 전자선 증착법(E-Beam Evaporation), 열 증착법(Thermal Evaporation) 등의 다양한 방법에 의해서 형성될 수 있다.
도 14 및 도 15에 나타낸 것과 같이, n형 반도체층(30)은 n측 접촉영역(31)을 제외한 모든 영역이 활성층(40)과 p형 반도체층(50)에 의해 덮여 있는 것이 바람직하다. 즉, 반도체 발광소자(100)에서 식각되는 영역은 n측 접촉영역(31)으로 제한되고, 가장자리 등에 식각되는 다른 부분이 존재하지 않으며, 반도체 발광소자(100) 둘레의 측면들은 모두 스크라이빙 및 브레이킹 공정 등에 의한 절단면으로 이루어진다. 이로 인해, 빛을 생성하는 활성층(40)의 면적이 증가하여 광 추출 효율이 향상된다. 또한, 식각 공정에서 생성되는 단차면은, 즉 p형 반도체층(50)의 상면과 n측 접촉영역(31)의 상면을 연결하는 활성층(40)과 p형 반도체층(50)의 노출된 측면으로 최소화된다. 활성층(40)과 p형 반도체층(50)의 노출된 측면은, 비도전성 반사막(91)을 형성할 때, 특히 비도전성 반사막(91)을 구성하는 분포 브래그 리플렉터(91a)의 증착이 어려운 부분이다. 따라서, 활성층(40)과 p형 반도체층(50)의 노출된 측면 영역의 분포 브래그 리플렉터(91a)는 반사효율이 상대적으로 낮을 수 있다. 활성층(40)과 p형 반도체층(50)의 노출된 측면이 최소화됨에 따라, 분포 브래그 리플렉터(91a) 중에서 반사효율이 낮은 영역이 최소화되어, 전체적으로 반사효율이 향상될 수 있다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 개재되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층을 가지는 복수의 반도체층;으로서, 성장 기판을 이용해 순차로 성장되는 복수의 반도체층; 제1 반도체층에 전자와 정공 중의 하나를 공급하는 제1 전극; 활성층으로부터의 빛을 성장 기판 측인 제1 반도체층 측으로 반사하도록 제2 반도체층 위에 형성되는 비도전성 반사막; 그리고, 복수의 반도체층과 비도전성 반사막 사이에 형성되며, 제2 반도체층으로 전자와 정공 중의 나머지 하나를 공급하도록 뻗어 있고, 제2 반도체층과 전기적으로 연통하며, 전자와 정공 중의 나머지 하나를 공급받기 위한 전기적 연결을 구비하는 가지 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. 여기서, 전기적 연결은 도 3에서와 같이 별도 구성을 가질 수 있으며, 가지 전극(92)이 전극(93)과 직접 접촉하는 경우에, 가지 전극(92)가 전기적 연결을 구성할 수도 있음을 염두에 두어야 한다.
(2) 비도전성 반사막은 분포 브래그 리플렉터를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(3) 전기적 연결과 연결되어, 제2 반도체층으로 전자와 정공 중의 나머지 하나를 공급하는 제2 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(4) 전기적 연결은 제2 전극으로부터 가지 전극으로 비도전성 반사막을 관통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(5) 가지 전극의 아래에서 가지 전극과 복수의 반도체층 사이에 형성되며, 활성층에서 생성된 빛이 가지 전극에 의해 흡수되는 것은 막는 광 흡수 방지막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(6) 광 흡수 방지막은 제2 반도체층보다 굴절률이 낮은 투광성 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(7) 광 흡수 방지막은 비도전성 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(8) 광 흡수 방지막은 제2 반도체층보다 굴절률이 낮은 투광성 유전체막인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(9) 비도전성 반사막과 제2 반도체층 사이에 형성되어, 가지 전극과 제2 반도체층을 전기적으로 연통시키는 투광성 도전막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(10) 투광성 도전막이 광 흡수 방지막을 덮고 있고, 가지 전극은 투광성 도전막 위에 놓이는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(11) 투광성 도전막은 비도전성 반사막이 복수의 반도체층과 접하도록 개구를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(12) 가지 전극이 광 흡수 방지막에 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. 도 10의 실시예에서, 투광성 도전막이 제거되어 가지 전극이 광 흡수 방지막과 직접 접촉하고 있다.
(13) 비도전성 반사막은 분포 브래그 리플렉터 아래에서 제2 반도체층보다 낮은 굴절률을 가지는 유전체막을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(14) 제2 반도체층은 p형 3족 질화물 반도체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. 본 개시는 p형 GaN의 전류 확산 능력이 좋지 못하고, 투광성 도전막(예: ITO)의 도움을 받아야 하는 3족 질화물 반도체 발광소자에 특히 적합하다.
(15) 가지 전극은 투광성 도전막 위에 놓이는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(16) 제1 전극이 제1 전극으로부터 제1 반도체층을 따라 뻗어 있는 가지 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
본 개시에 따른 하나의 반도체 발광소자에 의하면, 새로운 형태의 반사막 구조를 구현할 수 있게 된다.
또한 본 개시에 따른 다른 반도체 발광소자에 의하면, 새로운 형태의 플립 칩을 구현할 수 있게 된다.
또한 본 개시에 따른 또다른 반도체 발광소자에 의하면, 가지 전극을 도입한 반사막 구조를 구현할 수 있게 된다.
또한 본 개시에 따른 또다른 반도체 발광소자에 의하면, 가지 전극을 도입한 플립 칩을 구현할 수 있게 된다.

Claims (20)

  1. 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 개재되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층을 가지는 복수의 반도체층;으로서, 성장 기판을 이용해 순차로 성장되는 복수의 반도체층;
    제1 반도체층에 전자와 정공 중의 하나를 공급하는 제1 전극;
    활성층으로부터의 빛을 성장 기판 측인 제1 반도체층 측으로 반사하도록 제2 반도체층 위에 형성되는 비도전성 반사막; 그리고,
    복수의 반도체층과 비도전성 반사막 사이에 형성되며, 제2 반도체층으로 전자와 정공 중의 나머지 하나를 공급하도록 뻗어 있고, 제2 반도체층과 전기적으로 연통하며, 전자와 정공 중의 나머지 하나를 공급받기 위한 전기적 연결을 구비하는 가지 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    비도전성 반사막은 분포 브래그 리플렉터를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  3. 청구항 1에 있어서,
    전기적 연결과 연결되어, 제2 반도체층으로 전자와 정공 중의 나머지 하나를 공급하는 제2 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  4. 청구항 3에 있어서,
    전기적 연결은 제2 전극으로부터 가지 전극으로 비도전성 반사막을 관통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  5. 청구항 1에 있어서,
    가지 전극의 아래에서 가지 전극과 복수의 반도체층 사이에 형성되며, 활성층에서 생성된 빛이 가지 전극에 의해 흡수되는 것은 막는 광 흡수 방지막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  6. 청구항 5에 있어서,
    광 흡수 방지막은 제2 반도체층보다 굴절률이 낮은 투광성 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  7. 청구항 5에 있어서,
    광 흡수 방지막은 비도전성 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  8. 청구항 5에 있어서,
    광 흡수 방지막은 제2 반도체층보다 굴절률이 낮은 투광성 유전체막인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  9. 청구항 5에 있어서,
    비도전성 반사막과 제2 반도체층 사이에 형성되어, 가지 전극과 제2 반도체층을 전기적으로 연통시키는 투광성 도전막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  10. 청구항 9에 있어서,
    투광성 도전막이 광 흡수 방지막을 덮고 있고,
    가지 전극은 투광성 도전막 위에 놓이는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  11. 청구항 9에 있어서,
    투광성 도전막은 비도전성 반사막이 복수의 반도체층과 접하도록 개구를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  12. 청구항 9에 있어서,
    가지 전극이 광 흡수 방지막에 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  13. 청구항 2에 있어서,
    비도전성 반사막은 분포 브래그 리플렉터 아래에서 제2 반도체층보다 낮은 굴절률을 가지는 유전체막을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  14. 청구항 2에 있어서,
    가지 전극의 아래에서 가지 전극과 복수의 반도체층 사이에 형성되며, 활성층에서 생성된 빛이 가지 전극에 의해 흡수되는 것은 막는 광 흡수 방지막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  15. 청구항 2에 있어서,
    제2 반도체층은 p형 3족 질화물 반도체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  16. 청구항 15에 있어서,
    비도전성 반사막과 제2 반도체층 사이에 형성되어, 가지 전극과 제2 반도체층을 전기적으로 연통시키는 투광성 도전막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  17. 청구항 16에 있어서,
    전기적 연결과 연결되어, 제2 반도체층으로 전자와 정공 중의 나머지 하나를 공급하는 제2 전극;을 포함하며,
    전기적 연결은 제2 전극으로부터 가지 전극으로 비도전성 반사막을 관통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  18. 청구항 17에 있어서,
    가지 전극은 투광성 도전막 위에 놓이는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  19. 청구항 18에 있어서,
    제1 전극이 제1 전극으로부터 제1 반도체층을 따라 뻗어 있는 가지 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  20. 청구항 1에 있어서,
    제1 전극이 제1 전극으로부터 제1 반도체층을 따라 뻗어 있는 가지 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
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