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KR20070072826A - 질화갈륨계 발광다이오드 소자 및 그의 제조방법 - Google Patents

질화갈륨계 발광다이오드 소자 및 그의 제조방법 Download PDF

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KR20070072826A
KR20070072826A KR1020060127330A KR20060127330A KR20070072826A KR 20070072826 A KR20070072826 A KR 20070072826A KR 1020060127330 A KR1020060127330 A KR 1020060127330A KR 20060127330 A KR20060127330 A KR 20060127330A KR 20070072826 A KR20070072826 A KR 20070072826A
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South Korea
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gallium nitride
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type gallium
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전동민
한재호
강필근
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 질화갈륨계 LED 소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 특히, 기판과, 상기 기판 상에 형성된 n형 질화갈륨층과, 상기 n형 질화갈륨층 상의 소정 영역에 형성된 활성층과, 상기 활성층 상에 형성된 p형 질화갈륨층과, 상기 p형 질화갈륨층 상에 형성된 투명 전극과, 상기 투명 전극 상에 형성된 p형 전극과, 상기 활성층이 형성되지 않은 n형 질화갈륨층 상에 형성된 n형 전극 및 상기 투명 전극과 상기 n형 전극 사이의 결과물 상에 형성되되, 플라즈마 산화처리된 투명층으로 이루어진 보호막을 포함하는 질화갈륨계 LED 소자를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법을 제공한다.
질화갈륨계, LED, 보호막, 투명전극, 공정단순화

Description

질화갈륨계 발광다이오드 소자 및 그의 제조방법{GaN TYPE LIGHT EMITTING DIODE DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
도 1a 내지 도 1g는 종래 기술에 따른 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화갈륨계 LED 소자의 구조를 나타낸 단면도.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 기판 111 : n형 질화갈륨층
113 : 활성층 115 : p형 질화갈륨층
120 : 투명전극 130 : n형 전극
140 : p형 전극 150 : 보호막
200 : 투명층
본 발명은 질화갈륨계(GaN) 발광다이오드(Light Emitting Diode; 이하, 'LED'라 칭함) 소자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 투명전극과 보호막을 가지는 질화갈륨계 LED 소자의 전반적인 공정을 단순화할 수 있는 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 질화갈륨계 반도체는 비교적 높은 에너지밴드갭을 갖는 물질(예; GaN 반도체의 경우, 약 3.4eV)로서 청색 또는 녹색 등의 단파장광을 생성하기 위한 광소자에 적극적으로 채용되고 있다. 이러한 질화갈륨계 반도체로는 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 물질이 널리 사용되고 있다.
이와 같은 질화갈륨계 반도체 결정은 사파이어 기판과 같은 절연성 기판 상에 성장될 수 있으므로, GaAs계 발광소자와 같이 기판의 배면에 전극을 형성할 수 없다. 따라서, 두 전극 모두를 결정성장된 반도체층측에 형성해야 한다.
이를 위해서, 하부 클래드층의 상면 일부가 노출되도록 상부 클래드층과 활성층의 일부 영역을 제거한 메사구조를 형성해야 하는 공정이 요구된다.
또한, 상기 상부 클래드층으로 형성된 p형 질화갈륨층은 상대적으로 높은 저항을 갖고 있으므로, 통상의 전극으로 오믹콘택을 형성할 수 있는 추가적인 층이 요구된다. 이에 따라, 종래에는 p형 질화갈륨층 상에 전극을 형성하기 전에, Ni/Au투명전극을 형성하여 오믹 콘택을 형성함으로써, 순방향 전압(Vf)을 낮추게 된다. 이러한 투명전극으로는 ITO(Indium Titanium Oxide)막이 사용될 수도 있다.
이와 같이, 종래 기술에 따라 질화갈륨계 LED 소자를 제조하기 위해서는 메사구조 형성, 투명전극 형성 및 본딩전극 형성공정이 필요하며, 추가적으로 실제 질화갈륨계 LED 소자는 보호막 형성 공정이 별도로 수반되어, 전반적인 소자의 제조 공정이 복잡하게 구현되는 문제가 있다. 이러한, 공정의 복잡성은 도 1a 내지 도 1g의 공정예를 통해 확인할 수 있다.
도 1a 내지 도 1g는 종래 기술에 따른 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정단면도이다.
우선, 도 1a에 도시한 바와 같이, 사파이어와 같은 투명한 절연 기판(100) 상에 n형 질화갈륨층(111), 활성층(113) 및 p형 질화갈륨층(115)을 순차적으로 형성하는 1차 성장 공정으로 시작된다. 이때, 상기 n형 질화갈륨층(111), 활성층(113) 및 p형 질화갈륨층(115)은 MOCVD 공정과 같은 공지의 질화물 성장공정을 통해 형성될 수 있다.
다음으로, 도 1b에 도시한 바와 같이, 상기 n형 질화갈륨층(111) 상면에 n형 전극(도시하지 않음)을 형성하기 위해 메사(mesa) 구조를 형성하는 공정을 실시한다. 보다 상세하게, 상기 메사 구조 형성공정은 상기 p형 질화갈륨층(115) 상면에 식각될 영역을 제외한 일부 영역에 제1 포토레지스트(PR1)을 형성하는 단계와, 상기 제1 포토레지스트(PR1)를 식각 마스크로 상기 n형 질화갈륨층(111)의 상면 일부 가 노출되도록 상기 p형 질화갈륨층(115)과 활성층(113)의 일부 영역을 식각하여 제거하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이어서, 상기 메사 구조를 형성하기 위한 제1 포토레지스트(PR1)을 제거한 다음, 도 1c에 도시한 바와 같이, 상기 제1 포토레지스트(PR1)의 제거를 통해 드러난 상기 p형 질화갈륨층(115) 상면의 소정 영역에 투명전극(120)을 형성한다.
그런 다음, 도 1d에 도시한 바와 같이, 상기 투명전극(120)과 상기 노출된 n형 질화갈륨층(111) 상에 통상의 전극 형성 공정을 통해 p형 전극(140) 및 n형 전극(130)을 각각 형성한다.
그 다음, 도 1e에 도시한 바와 같이, 상기 p형 전극(140) 및 n형 전극(130)이 형성된 결과물 상면 전체에 SiO2 또는 SiN과 같은 보호막(150)을 형성한다.
이어서, 도 1f에 도시한 바와 같이, 상기 보호막(150) 상면에 상기 p형 전극(140) 및 n형 전극(130)과 대응하는 보호막(150)을 노출하는 제2 포토레지스트(PR2)를 형성한다.
그런 다음, 도 1g에 도시한 바와 같이, 상기 제2 포토레지스트(PR2)를 식각 마스크로 상기 보호막(150)을 선택적 식각하여 제거함으로써, 상기 p형 전극(140) 및 n형 전극(130)을 노출시킨다.
상술한 바와 같이, 종래 기술에 따른 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법은 전반적인 LED 소자의 제조 공정이 복잡할 뿐만 아니라, 상기 보호막으로 주로 이용되는 SiO2 또는 SiN 막은 전극 즉, 투명전극(120)과 p형 전극(140) 및 n형 전극(130) 과의 접착성능이 떨어지기 때문에, 막이 벗겨지는 필링(peeling) 현상과 같은 접착 불량이 발생하여 소자의 특성 및 신뢰성을 저하시키는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 산화인듐으로 이루어진 투명층을 이용하여 투명전극과 보호막을 별도의 식각공정 없이 동시에 형성함으로써, 소자의 전반적인 제조 공정을 단순화시키는 동시에 보호막과 전극과의 접착성능을 우수하게 하여 접착 불량을 방지할 수 있는 질화갈륨계 LED 소자를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기한 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 기판과, 상기 기판 상에 형성된 n형 질화갈륨층과, 상기 n형 질화갈륨층 상의 소정 영역에 형성된 활성층과, 상기 활성층 상에 형성된 p형 질화갈륨층과, 상기 p형 질화갈륨층 상에 형성된 투명 전극과, 상기 투명 전극 상에 형성된 p형 전극과, 상기 활성층이 형성되지 않은 n형 질화갈륨층 상에 형성된 n형 전극 및 상기 투명 전극과 상기 n형 전극 사이의 결과물 상에 형성되되, 플라즈마 산화처리된 투명층으로 이루어진 보호막을 포함하는 질화갈륨계 LED 소자를 제공한다.
또한, 상기 본 발명의 질화갈륨계 LED 소자에서, 상기 보호막은 상기 투명 전극과 상기 n형 전극 사이의 결과물 상에 형성되되, 애싱 처리된 투명층으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 질화갈륨계 LED 소자에서, 상기 투명층은, 산화인듐에 주석, 아연, 마그네슘, 구리, 은 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소를 첨가하여 형성된 혼합물로 형성된 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는, 상기 첨가 원소가, 전체 혼합물의 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%의 양으로 첨가된다.
또한, 상기 본 발명의 질화갈륨계 LED 소자에서, 상기 투명 전극과 상기 n형 전극 사이의 결과물 표면과 상기 보호막 사이에 형성된 접착층을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명의 질화갈륨계 LED 소자에서, 상기 접착층은, 산화인듐에 주석, 아연, 마그네슘, 구리, 은 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소를 첨가하여 형성된 혼합물로 이루어지되, 상기 투명층과 첨가하는 원소를 달리하여 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명의 질화갈륨계 LED 소자에서, 상기 접착층은, 산화인듐에 주석, 아연, 마그네슘, 구리, 은 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소를 첨가하여 형성된 혼합물로 이루어지되, 상기 투명층과 첨가하는 원소의 첨가량을 달리하여 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명의 질화갈륨계 LED 소자에서, 상기 기판과 상기 n형 질화 갈륨층 사이에 형성된 버퍼층을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기한 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 기판 상면에 n형 질화갈륨층, 활성층 및 p형 질화갈륨층을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 p형 질화갈륨층과 활성층 및 n형 질화갈륨층의 일부를 메사 식각하여 상기 n형 질화갈륨층의 상면 일부를 노출시키는 단계와, 상기 n형 질화갈륨층의 일부가 노출된 결과물 전면에 투명층을 형성하는 단계와, 상기 투명층의 상면에 투명전극 형성 영역을 제외한 그 이외의 영역을 개방하는 마스크를 형성하는 단계 및 상기 마스크를 통해 노출된 투명층에 플라즈마 산화 공정을 진행하여 보호막을 형성하는 단계를 포함하는 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 본 발명의 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에서, 상기 보호막은 마스크를 통해 노출된 투명층에 애싱 공정을 진행하여 형성할 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에서, 상기 투명층은, 산화인듐에 주석, 아연, 마그네슘, 구리, 은 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소를 첨가하여 형성된 혼합물을 사용하여 형성하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는, 상기 첨가 원소를, 전체 혼합물의 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%의 양으로 첨가한다.
또한, 상기 본 발명의 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에서, 상기 n형 질화갈륨층의 일부가 노출된 결과물 전면에 투명층을 형성하는 단계 이전에 상기 n형 질화갈륨층의 일부가 노출된 결과물 전면에 접착층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명의 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에서, 상기 접착층은, 산화인듐에 주석, 아연, 마그네슘, 구리, 은 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소를 첨가하여 형성된 혼합물로 이루어지되, 상기 투명층과 첨가하는 원소를 달리하여 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명의 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에서, 상기 접착층은, 산화인듐에 주석, 아연, 마그네슘, 구리, 은 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소를 첨가하여 형성된 혼합물로 이루어지되, 상기 투명층과 첨가하는 원소의 첨가량을 달리하여 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명의 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에서, 상기 마스크를 통해 노출된 투명층에 플라즈마 산화 공정을 진행하여 보호막을 형성하는 단계 이후에 상기 마스크를 제거하는 단계와, 상기 n형 질화갈륨층 상에 형성된 보호막의 일부를 선택 식각하여 상기 n형 질화갈륨층의 일부를 노출시키는 단계와, 상기 노출된 n형 질화갈륨층 상에 n형 전극을 형성하는 단계 및 상기 투명층의 투명전극 형성 영역 상에 p형 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명의 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에서, 상기 기판 상면에 n형 질화갈륨층을 형성하는 단계 이전에 상기 기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이하 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설 명한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 병기하였다.
이제 본 발명의 일 실시예에 따른 질화갈륨계 LED 소자 및 그의 제조방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
질화갈륨계 LED 소자의 구조
도 2를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 질화갈륨계 LED 소자의 구조에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 질화갈륨계 LED 소자는, 광투과성인 기판(100) 상에 버퍼층(도시하지 않음), n형 질화갈륨층(111), 활성층(113) 및 p형 질화갈륨층(115)이 순차 적층되어 발광 구조물을 이루고 있다.
상기 기판(100)은, 질화물 반도체 단결정을 성장시키기에 적합한 기판으로서, 바람직하게, 사파이어를 포함하는 투명한 재료를 이용하여 형성되며. 사파이어 이외에, 기판(100)은 징크 옥사이드(zinc oxide, ZnO), 갈륨 나이트라이드(gallium nitride, GaN), 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC) 및 알루미늄 나이트라이드(AlN)로 형성될 수 있다.
상기 버퍼층(도시하지 않음)은, 상기 기판(100) 상에 n형 질화갈륨층(111)을 성장시키기 전에 상기 사파이어를 포함하여 형성된 기판(100)과의 격자정합을 향상 시키기 위한 층으로, 일반적으로 AlN/GaN으로 형성되어 있다.
상기 n형 질화갈륨층(111)과 활성층(113) 및 p형 질화갈륨층(115)은, InXAlYGa1 -X- YN 조성식(여기서, 0≤X, 0≤Y, X+Y≤1)을 갖는 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 n형 질화갈륨층(111)은, n형 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 이루어질 수 있으며, n형 도전형 불순물로는 예를 들어, Si, Ge, Sn 등을 사용하고, 바람직하게는 Si를 주로 사용한다. 또한, 상기 p형 질화갈륨층(115)은, p형 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 이루어질 수 있으며, p형 도전형 불순물로는 예를 들어, Mg, Zn, Be 등을 사용하고, 바람직하게는 Mg를 주로 사용한다. 그리고, 상기 활성층(113)은 다중 양자우물(Multi-Quantum Well) 구조의 InGaN/GaN층으로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 활성층(113)은 하나의 양자우물층 또는 더블헤테로 구조로 구성될 수 있다.
상기 p형 질화갈륨층(150) 상에는 투명 전극(120)과 반사 역할 및 전극 역할을 동시에 하는 p형 전극(140)이 순차 형성되어 있다. 이때, 상기 투명 전극(120)은, 전류확산 효과를 향상시키기 위한 층으로, ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 도전성 금속산화물로 이루어진다.
보다 상세하게, 상기 투명 전극(120)은 산화인듐에 주석, 아연, 마그네슘, 구리, 은 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소를 첨가하여 형성된 혼합물로 이루어진 것이 바람직하며, 상기 첨가 원소는, 전체 혼합물의 중 량을 기준으로 1 내지 30 중량%의 양으로 첨가되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 활성층(113)과 p형 질화갈륨층(115)의 일부는 메사 식각(mesa etching)으로 제거되어, 저면에 형성된 n형 질화갈륨층(111)의 일부 상면을 노출하고 있다.
상기 메사 식각에 의해 노출된 n형 질화갈륨층(111) 상에는 n형 전극(130)이 형성되어 있다.
또한, 상기 투명 전극(120)과 상기 n형 전극(130) 사이의 결과물 상에는 상기 투명 전극(120) 상에 형성된 p형 전극(140)과 상기 n형 전극(130)이 서로 전기적으로 연결되는 것을 방지하기 위한 보호막(150)이 형성되어 있다.
특히, 본 발명에 따른 상기 보호막(150)은, 플라즈마 산화 처리된 투명층 또는 애싱 처리된 투명층으로 이루어져 있다. 즉, 상기 보호막(150)은 상기 투명 전극(120)을 형성하는 물질과 동일한 물질로 이루어진 투명층을 플라즈마 산화 처리 또는 애싱 처리하여 형성된 것으로, 상기 투명 전극(120)과 동일한 층으로 이루어져 있다.
보다 상세하게, 상기 플라즈마 산화 처리된 투명층으로 이루어진 보호막(150)은, 층내의 산소함량이 p형 질화갈륨층(115) 상의 투명 전극(120)보다 상대적으로 높아 1 ㏀ 이상의 저항을 갖는 것이 바람직하며, 상기 애싱 처리된 투명층으로 이루어진 보호막(150)은, p형 질화갈륨층(115) 상의 투명 전극(120)보다 산소량이 상대적으로 많고, 충분한 산소를 함유하고 있어 금속과 산소원자 간의 결합이 화학적 정량비로 표현될 수 있는 것이 바람직하다.
이에 따라, 상기 보호막(150)을 이루는 투명층은, 상기 투명 전극(120) 마찬가지로 산화인듐에 주석, 아연, 마그네슘, 구리, 은 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소를 첨가하여 형성된 혼합물로 형성된 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는, 상기 첨가 원소가, 전체 혼합물의 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%의 양으로 첨가되어 있다.
또한, 상기 본 발명에 따른 질화갈륨계 LED 소자는 도시하지는 않았으나, 상기 투명 전극(120)과 상기 n형 전극(130) 사이의 결과물 표면과 상기 보호막(150) 사이에 접착층이 더 형성되어 있다. 이는 상기 보호막(150)이 상기 투명 전극(120)과 상기 n형 전극(130) 사이의 결과물 표면으로부터 박리되는 것을 방지하는 역할을 한다.
이때, 상기 접착층은, 산화인듐에 주석, 아연, 마그네슘, 구리, 은 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소를 첨가하여 형성된 혼합물로 이루어지되, 상기 투명층과 첨가하는 원소를 달리하여 형성되거나, 산화인듐에 주석, 아연, 마그네슘, 구리, 은 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소를 첨가하여 형성된 혼합물로 이루어지되, 상기 투명층과 첨가하는 원소의 첨가량을 달리하여 형성될 수 있다.
질화갈륨계 LED 소자의 제조방법
본 발명의 일 실시예에 따른 질화갈륨계 LED 소자의 제조 방법에 대하여 도 3a 내지 3g 및 앞서 설명한 도 2를 참고로 하여 상세히 설명한다.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법을 설명하기 위해 순차0적으로 나타낸 공정단면도이다.
우선, 도 3a에 도시한 바와 같이, 기판(100) 상에 n형 질화갈륨층(111), 활성층(113) 및 p형 질화갈륨층(115)을 순차적으로 형성한다. 상기 p형 및 n형 질화갈륨층(111, 115) 및 활성층(113)은, AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 물질일 수 있으며, MOCVD 및 MBE 공정과 같은 공지의 질화물 성장공정을 통해 형성될 수 있다. 상기 기판(100)은, 질화물반도체 단결정을 성장시키기에 적합한 기판으로서, 사파이어 기판 및 실리콘카바네이트(SiC) 기판과 같은 이종 기판 또는 질화물 기판과 같은 동종 기판일 수 있다.
한편, 도시하지는 않았지만, 상기 기판(100) 상에 n형 질화갈륨층(111)을 형성하는 단계 이전에 결정 성장성을 좋게 하기 위하여 상기 기판(100) 상에 질화갈륨층으로 이루어진 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
그런 다음, 도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 n형 질화갈륨층(111) 상면에 n형 전극(도시하지 않음)을 형성하기 위해 메사(mesa) 구조를 형성하는 공정을 실시한다. 보다 상세하게, 상기 메사 구조 형성공정은 상기 p형 질화갈륨층(115) 상면에 식각될 영역을 제외한 일부 영역에 제1 포토레지스트(PR1)을 형성하는 단계와, 상기 제1 포토레지스트(PR1)를 식각 마스크로 상기 n형 질화갈륨층(111)의 상면 일부가 노출되도록 상기 p형 질화갈륨층(115)과 활성층(113)의 일부 영역을 식각하여 제거하는 하는 단계로 이루어진다.
이어서, 상기 제1 포토레지스트(PR1)를 제거한 다음, 도 3c에 도시한 바와 같이, 상기 n형 질화갈륨층(111)의 상면 일부가 노출된 결과물 전면에 투명층(200)을 형성한다. 상기 투명층(200)은, 산화인듐에 주석, 아연, 마그네슘, 구리, 은 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소를 첨가하여 형성된 혼합물을 사용하여 형성하는 것이 바람직하며, 상기 첨가 원소는, 전체 혼합물의 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%의 양으로 첨가하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 상기 n형 질화갈륨층(111)의 일부가 노출된 결과물과 상기 투명층(200)의 접착력을 우수하게 하기 위해 상기 투명층(200)을 형성하는 단계 이전에 상기 n형 질화갈륨층(111)의 일부가 노출된 결과물 전면에 접착층(도시하지 않음)을 형성할 수 있다. 이때, 상기 접착층은, 산화인듐에 주석, 아연, 마그네슘, 구리, 은 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소를 첨가하여 형성된 혼합물로 이루어지되, 상기 투명층과 첨가하는 원소를 달리하여 형성하거나, 상기 투명층과 첨가하는 원소의 첨가량을 달리하여 형성하는 것이 바람직하다.
그런 다음, 도 3d에 도시한 바와 같이, 투명전극 형성 영역 즉, 상기 p형 질화갈륨층(115)과 대응하는 상기 투명층(200)의 일부 영역 상에 제2 포토레지스트(PR2)를 형성한다.
그 다음, 상기 제2 포토레지스트(PR2)로 투명전극 형성 영역이 가려진 투명층(200)에 플라즈마 산화(plasma oxidation) 공정을 진행한다. 그러면, 도 3e에 도시한 바와 같이, 상기 제2 포토레지스트(PR2)를 통해 노출된 투명층(200)이 산화 되어 비전도성 박막으로 변화되는 바, 투명전극(120)과 보호막(150)이 동시에 형성된다.
한편, 본 발명은 상기 보호막(150)을 형성하기 위한 방법으로 상기 플라즈마 산화 공정이 아닌 애싱(ashing) 공정을 사용할 수 있으며, 이 또한, 상기 투명층을 비전도성 박막으로 변화시킴으로써, 플라즈마 산화 공정을 통해 형성된 보호막과 동일한 성능의 보호막 역할이 수행 가능하다.
즉, 본 발명에 따라 제조된 상기 보호막(150)은 투명전극을 형성하기 위한 투명층을 선택적으로 비전도성 박막으로 변화시켜 투명전극(120)과 보호막(150)을 동시에 형성함으로써, 투명전극을 형성한 다음 별도의 SiO2막을 증착한 후, 이를 식각하여 보호막을 형성하는 종래 기술에 비해 보호막을 형성하는 제조 공정을 단순화할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 보호막(150) 형성시, 식각 공정이 아닌 플라즈마 산화 공정 또는 애싱 공정을 사용하고 있으므로, 식각 공정시, 발생하는 식각 불량 요소를 제거하여 소자의 특성 및 신뢰성을 안정화시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 보호막(150)은 산화인듐에 주석, 아연, 마그네슘, 구리, 은 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소를 첨가하여 형성된 혼합물로 이루어진 투명층을 비전도성 박막으로 변화시켜 형성함으로써, 종래 SiO2로 이루어진 보호막의 문제점, 즉, 보호막이 벗겨지는 필링(peeling) 현상과 같은 접착 불량을 방지할 수 있다.
그런 다음, 상기 투명전극(120) 및 상기 n형 질화갈륨층(111) 상에 p형 전극(140) 및 n형 전극(130)을 각각 형성한다. 상기 p형 전극(140)과 n형 전극(130)은 공지의 전극 형성 기술을 이용하여 형성하는 것이 가능하다.
그러면, 이하 도 3f 내지 도 3h를 참고하여 p형 전극과 n형 전극 형성방법을 상세히 설명하기로 한다.
우선, 도 3f에 도시한 바와 같이, 상기 투명전극(120)과 보호막(150)이 형성된 결과물 상에 상기 n형 질화갈륨층(111)의 일부를 노출시키기 위한 제3 포토레지스트(PR3)를 형성한다.
그 다음, 상기 제3 포토레지스트(PR3)를 식각 마스크로 사용하여 상기 보호막(150)을 선택적 식각하여 하부의 n형 질화갈륨층(111)의 상면 일부를 노출시킨다.
그런 다음, 도 3g에 도시한 바와 같이, 상기 제3 포토레지스트(PR3)를 이용하여 상기 노출된 n형 질화갈륨층(111) 상에 n형 전극(130)을 형성한 다음, 상기 제3 포토레지스트(PR3)를 제거한다.
그 다음, 상기 n형 전극(130)이 형성된 결과물 상에 p형 전극 형성 영역을 정의하는 제4 포토레지스트(PR4)를 형성한다.
그런 다음, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 제4 포토레지스트(PR4)를 이용하여 상기 p형 전극 형성 영역, 즉 투명 전극(120) 상에 p형 전극(140)을 형성한다. 그리고, 상기 제4 포토레지스트(PR4)를 제거한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 산화인듐으로 이루어진 투명층을 이용하여 투명전극과 보호막을 별도의 식각공정 없이 동시에 형성함으로써, 소자의 전반적인 제조 공정을 단순화시켜 소자의 제조 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 보호막을 형성하기 위한 식각 공정을 생략할 수 있으므로, 식각 공정시, 발생하는 식각 불량 요소를 제거하여 소자의 특성 및 신뢰성을 안정화시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 보호막을 투명층을 비전도성 박막으로 변화시켜 형성함으로써, 보호막과 전극의 접착성능을 우수하게 하여 접착 불량을 방지할 수 있다.

Claims (32)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성된 n형 질화갈륨층;
    상기 n형 질화갈륨층 상의 소정 영역에 형성된 활성층;
    상기 활성층 상에 형성된 p형 질화갈륨층;
    상기 p형 질화갈륨층 상에 형성된 투명 전극;
    상기 투명 전극 상에 형성된 p형 전극;
    상기 활성층이 형성되지 않은 n형 질화갈륨층 상에 형성된 n형 전극; 및
    상기 투명 전극과 상기 n형 전극 사이의 결과물 상에 형성되되, 플라즈마 산화처리된 투명층으로 이루어진 보호막;을 포함하는 질화갈륨계 LED 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보호막은 상기 투명 전극과 동일한 층으로 형성된 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 LED 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 투명층은, 산화인듐에 주석, 아연, 마그네슘, 구리, 은 및 알루미늄으 로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소를 첨가하여 형성된 혼합물인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 LED 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 첨가 원소는, 전체 혼합물의 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%의 양으로 첨가된 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 LED 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 투명 전극과 상기 n형 전극 사이의 결과물 표면과 상기 보호막 사이에 형성된 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 LED 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 접착층은, 산화인듐에 주석, 아연, 마그네슘, 구리, 은 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소를 첨가하여 형성된 혼합물로 이루어지되, 상기 투명층과 첨가하는 원소를 달리하여 형성된 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 LED 소자.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 접착층은, 산화인듐에 주석, 아연, 마그네슘, 구리, 은 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소를 첨가하여 형성된 혼합물로 이루어지되, 상기 투명층과 첨가하는 원소의 첨가량을 달리하여 형성된 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 LED 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판과 상기 n형 질화갈륨층 사이에 형성된 버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 LED 소자.
  9. 기판;
    상기 기판 상에 형성된 n형 질화갈륨층;
    상기 n형 질화갈륨층 상의 소정 영역에 형성된 활성층;
    상기 활성층 상에 형성된 p형 질화갈륨층;
    상기 p형 질화갈륨층 상에 형성된 투명 전극;
    상기 투명 전극 상에 형성된 p형 전극;
    상기 활성층이 형성되지 않은 n형 질화갈륨층 상에 형성된 n형 전극; 및
    상기 투명 전극과 상기 n형 전극 사이의 결과물 상에 형성되되, 애싱 처리된 투명층으로 이루어진 보호막;을 포함하는 질화갈륨계 LED 소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 보호막은 상기 투명 전극과 동일한 층으로 형성된 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 LED 소자.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 투명층은, 산화인듐에 주석, 아연, 마그네슘, 구리, 은 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소를 첨가하여 형성된 혼합물인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 LED 소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 첨가 원소는, 전체 혼합물의 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%의 양으로 첨가된 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 LED 소자.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 투명 전극과 상기 n형 전극 사이의 결과물 표면과 상기 보호막 사이에 형성된 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 LED 소자.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 접착층은, 산화인듐에 주석, 아연, 마그네슘, 구리, 은 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소를 첨가하여 형성된 혼합물로 이루어지되, 상기 투명층과 첨가하는 원소를 달리하여 형성된 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 LED 소자.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 접착층은, 산화인듐에 주석, 아연, 마그네슘, 구리, 은 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소를 첨가하여 형성된 혼합물로 이루어지되, 상기 투명층과 첨가하는 원소의 첨가량을 달리하여 형성된 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 LED 소자.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 기판과 상기 n형 질화갈륨층 사이에 형성된 버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 LED 소자.
  17. 기판 상면에 n형 질화갈륨층, 활성층 및 p형 질화갈륨층을 순차적으로 형성하는 단계;
    상기 p형 질화갈륨층과 활성층 및 n형 질화갈륨층의 일부를 메사 식각하여 상기 n형 질화갈륨층의 상면 일부를 노출시키는 단계;
    상기 n형 질화갈륨층의 일부가 노출된 결과물 전면에 투명층을 형성하는 단계;
    상기 투명층의 상면에 투명전극 형성 영역을 제외한 그 이외의 영역을 개방하는 마스크를 형성하는 단계; 및
    상기 마스크를 통해 노출된 투명층에 플라즈마 산화 공정을 진행하여 보호막을 형성하는 단계;를 포함하는 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 투명층은, 산화인듐에 주석, 아연, 마그네슘, 구리, 은 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소를 첨가하여 형성된 혼합물인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 첨가 원소는, 전체 혼합물의 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%의 양으로 첨가되는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 n형 질화갈륨층의 일부가 노출된 결과물 전면에 투명층을 형성하는 단계 이전에 상기 n형 질화갈륨층의 일부가 노출된 결과물 전면에 접착층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 접착층은, 산화인듐에 주석, 아연, 마그네슘, 구리, 은 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소를 첨가하여 형성된 혼합물로 이루어지되, 상기 투명층과 첨가하는 원소를 달리하여 형성하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 접착층은, 산화인듐에 주석, 아연, 마그네슘, 구리, 은 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소를 첨가하여 형성된 혼합물로 이루어지되, 상기 투명층과 첨가하는 원소의 첨가량을 달리하여 형성하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법.
  23. 제17항에 있어서,
    상기 마스크를 통해 노출된 투명층에 플라즈마 산화 공정을 진행하여 보호막을 형성하는 단계 이후에
    상기 마스크를 제거하는 단계;
    상기 n형 질화갈륨층 상에 형성된 보호막의 일부를 선택 식각하여 상기 n형 질화갈륨층의 일부를 노출시키는 단계;
    상기 노출된 n형 질화갈륨층 상에 n형 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 투명층의 투명전극 형성 영역 상에 p형 전극을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법.
  24. 제17항에 있어서,
    상기 기판 상면에 n형 질화갈륨층을 형성하는 단계 이전에 상기 기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법.
  25. 기판 상면에 n형 질화갈륨층, 활성층 및 p형 질화갈륨층을 순차적으로 형성하는 단계;
    상기 p형 질화갈륨층과 활성층 및 n형 질화갈륨층의 일부를 메사 식각하여 상기 n형 질화갈륨층의 상면 일부를 노출시키는 단계;
    상기 n형 질화갈륨층의 일부가 노출된 결과물 전면에 투명층을 형성하는 단계;
    상기 투명층의 상면에 투명전극 형성 영역을 제외한 그 이외의 영역을 개방하는 마스크를 형성하는 단계; 및
    상기 마스크를 통해 노출된 투명층에 플라즈마 산화 공정을 진행하여 보호막을 형성하는 단계;를 포함하는 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 투명층은, 산화인듐에 주석, 아연, 마그네슘, 구리, 은 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소를 첨가하여 형성된 혼합물인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 첨가 원소는, 전체 혼합물의 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%의 양으로 첨가되는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 n형 질화갈륨층의 일부가 노출된 결과물 전면에 투명층을 형성하는 단계 이전에 상기 n형 질화갈륨층의 일부가 노출된 결과물 전면에 접착층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 접착층은, 산화인듐에 주석, 아연, 마그네슘, 구리, 은 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소를 첨가하여 형성된 혼합물로 이루어지되, 상기 투명층과 첨가하는 원소를 달리하여 형성하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법.
  30. 제28항에 있어서,
    상기 접착층은, 산화인듐에 주석, 아연, 마그네슘, 구리, 은 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 원소를 첨가하여 형성된 혼합물로 이루어지되, 상기 투명층과 첨가하는 원소의 첨가량을 달리하여 형성하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법.
  31. 제25항에 있어서,
    상기 마스크를 통해 노출된 투명층에 플라즈마 산화 공정을 진행하여 보호막을 형성하는 단계 이후에
    상기 마스크를 제거하는 단계;
    상기 n형 질화갈륨층 상에 형성된 보호막의 일부를 선택 식각하여 상기 n형 질화갈륨층의 일부를 노출시키는 단계;
    상기 노출된 n형 질화갈륨층 상에 n형 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 투명층의 투명전극 형성 영역 상에 p형 전극을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법.
  32. 제25항에 있어서,
    상기 기판 상면에 n형 질화갈륨층을 형성하는 단계 이전에 상기 기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법.
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