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KR20180074198A - 반도체 발광 소자 - Google Patents

반도체 발광 소자 Download PDF

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KR20180074198A
KR20180074198A KR1020160178046A KR20160178046A KR20180074198A KR 20180074198 A KR20180074198 A KR 20180074198A KR 1020160178046 A KR1020160178046 A KR 1020160178046A KR 20160178046 A KR20160178046 A KR 20160178046A KR 20180074198 A KR20180074198 A KR 20180074198A
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electrode
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semiconductor layer
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electrically connected
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KR1020160178046A
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English (en)
Inventor
장성규
박주용
이규호
이준희
Original Assignee
서울바이오시스 주식회사
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Publication date
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Priority to US15/851,468 priority patent/US20180182921A1/en
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Priority to US16/830,191 priority patent/US11515450B2/en
Priority to US17/880,614 priority patent/US20220376142A1/en
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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광 소자는 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 위에 위치하며 자외선을 발광하는 활성층; 상기 활성층 위에 위치하는 제2 도전형 반도체층; 및 상기 제1 도전형 반도체층의 일부와 오믹 컨택하는 제1 전극을 포함하되, 상기 제1 전극은 컨택 전극 및 상기 컨택 전극 위에 위치하는 메탈층을 포함하고, 상기 컨택 전극은 상기 제1 도전형 반도체층과 인접하는 제1 영역 및 상기 메탈층에 인접하는 제2 영역을 포함한다. 상기 제1 영역의 알루미늄(Al) 조성비는 상기 제2 영역의 알루미늄 조성비보다 크다.

Description

반도체 발광 소자{SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 전자 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 발광 구조물을 포함하는 반도체 발광 소자에 관한 것이다.
반도체 발광 다이오드(Light Emitting Diode)는 전기에너지를 이용하여 소자 내에 포함되어 있는 물질이 빛을 발광하는 소자로서, 전자와 정공의 재결합으로 발생하는 광을 발하는 무기 반도체이다. 반도체 발광 다이오드는 필라멘트에 기초한 광원에 비해 긴 수명, 낮은 전원, 우수한 초기 구동 특성 등의 여러 장점을 갖기 때문에 그 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 예를 들면, 반도체 발광 다이오드는 디스플레이, 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display)용 백라이트 유닛, 조명 등에 사용되고 있으며 그 활용이 다양한 영역으로 확대되고 있다.
최근, 365nm 이하의 DUV(deep UV)를 방출하는 반도체 발광 소자가 개발되고 있으며, DUV 반도체 발광 소자는 대기 및 수중 멸균, 표면 오염물 제거, 생물제재(bio-agent) 검출기와 같은 광 센서, 폴리머의 UV 경화, 의료용 및 분석 장비 등에 다양하게 적용될 수 있다.
일반적으로, UV 반도체 발광 소자는 단파장의 광을 방출하기 위해 n형 AlGaN층과 p형 AlGaN층 사이에 Al을 함유하는 질화갈륨계 우물층을 포함하는 다중양자우물 구조가 개재된 구조를 갖는다. 한편, AlGaN층은 일반적으로 금속과 오믹 접촉하지 못하기 때문에, GaN 또는 Al 함량이 적은 4성분계 AlInGaN p형 콘택층이 채택된다. 이러한 p형 콘택층은 UV에 투명하지 않기 때문에, UV 광은 플립칩 본딩 기술을 이용하여 투명 기판을 통해 방출되고 있다. 그러나, 다중 양자우물 구조에서 방출되는 광 중 상당한 양은 p형 콘택층에 흡수되기 때문에 UV 반도체 발광 소자의 광 효율은 매우 낮다.
본 출원은 개선된 순방향 전압 특성과 향상된 광 효율을 갖는 반도체 발광 소자를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광 소자는, 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 위에 위치하며 자외선을 발광하는 활성층; 상기 활성층 위에 위치하는 제2 도전형 반도체층; 및 상기 제1 도전형 반도체층의 일부와 오믹 컨택하는 제1 전극을 포함하되, 상기 제1 전극은 컨택 전극 및 상기 컨택 전극 위에 위치하는 메탈층을 포함한다. 상기 컨택 전극은 상기 제1 도전형 반도체층과 인접하는 제1 영역 및 상기 메탈층에 인접하는 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역의 알루미늄(Al) 조성비는 상기 제2 영역의 알루미늄 조성비보다 크다.
실시 예로서, 상기 제1 영역와 상기 제2 영역은 상기 컨택 전극의 두께 방향으로 상기 컨택 전극 두께의 1/2를 기준으로 구분할 수 있다.
실시 예로서, 상기 컨택 전극은 Cr, Ti, Al, Au 및 그 조합으로 이루어진 군에서 선택된 물질 또는 그 합금을 포함할 수 있다.
실시 예로서, 상기 제1 도전형 반도체층은 Al을 포함할 수 있다.
실시 예로서, 상기 활성층은 Al을 포함할 수 있다.
실시 예로서, 상기 메탈층은 광을 반사하는 반사 금속층; 및 상기 반사 금속층 위에 위치하고 상기 반사 금속층으로부터 금속 원자 또는 이온의 확산을 방지하는 도전성 장벽층을 포함할 수 있다.
실시 예로서, 상기 반사 금속층은 Al, Al합금, Ag 및 Ag합급 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
실시 예로서, 상기 도전성 장벽층은 W, TiW, Mo, Ti, Cr, Pt, Rh, Pd 및 Ni 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
실시 예로서, 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 컨택 전극이 접촉하는 접촉저항은 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 메탈층이 접촉하는 접촉저항과 상이할 수 있다.
실시 예로서, 상기 제2 도전형 반도체층과 오믹 컨택하는 제2 전극을 더 포함할 수 있다.
실시 예로서, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되며 상기 제1 전극 위에 위치하는 제1 전극 패드; 및 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되며 상기 제2 전극 위에 위치하는 제2 전극 패드를 더 포함할 수 있다.
실시 예로서, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되며 상기 제1 전극 위에 위치하는 제1 범프; 및 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되며 상기 제2 전극 위에 위치하는 제2 범프를 더 포함할 수 있다.
실시 예로서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 적어도 일부가 노출되도록 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 위에 위치하는 절연층을 더 포함할 수 있다.
실시 예로서, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되며 상기 절연층 위에 위치하는 제1 범프; 및 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되며 상기 절연층 위에 위치하는 제2 범프를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 반도체 발광 소자는, 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 위에 위치하며 자외선을 발광하는 활성층; 상기 활성층 위에 위치하는 제2 도전형 반도체층; 및 상기 제1 도전형 반도체층 위에 위치하는 제1 전극을 포함하되, 상기 제1 전극은 복수의 적층된 금속층들을 포함한다. 상기 복수의 적층된 금속층들 중 상기 제1 도전형 반도체층과 오믹 컨택하는 금속층은 상면에 비해 하면이 균일한 계면을 가진다.
실시 예로서, 상기 제1 전극은, 상기 제1 도전형 반도체층의 일부와 오믹 컨택하는 컨택 전극; 및 상기 컨택 전극과 전기적으로 연결되며 적어도 일부는 상기 제1 도전형 반도체층 위에 접촉하며 위치하는 메탈층을 포함할 수 있다.
실시 예로서, 상기 컨택 전극의 너비는 상기 메탈층과 상기 제1 도전형 반도체층이 접촉하는 너비보다 짧을 수 있다.
실시 예로서, 상기 메탈층은 상기 컨택 전극을 둘러쌀 수 있다.
실시 예로서, 상기 메탈층은, 광을 반사하는 반사 금속층; 및 상기 반사 금속층 위에 위치하고 상기 반사 금속층으로부터 금속 원자 또는 이온의 확산을 방지하는 도전성 장벽층을 포함할 수 있다.
실시 예로서, 상기 제2 도전형 반도체층과 오믹 컨택하는 제2 전극을 더 포함할 수 있다.
실시 예로서, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되며 상기 제1 전극 위에 위치하는 제1 전극 패드; 및 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되며 상기 제2 전극 위에 위치하는 제2 전극 패드를 더 포함할 수 있다.
실시 예로서, 상기 제1 전극 패드 및 상기 제2 전극 패드의 적어도 일부 영역이 노출되도록 상기 상기 제1 전극 패드 및 상기 제2 전극 패드 위에 위치하는 절연층을 더 포함할 수 있다.
실시 예로서, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되며 상기 절연층 위에 위치하는 제1 범프; 및 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되며 상기 절연층 위에 위치하는 제2 범프를 더 포함할 수 있다.
실시 예로서, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되며 상기 제1 전극 위에 위치하는 제1 범프; 및 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되며 상기 제2 전극 위에 위치하는 제2 범프를 더 포함할 수 있다.
본 출원에 따르면, 개선된 순방향 전압 특성과 향상된 광 효율을 갖는 반도체 발광 소자가 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광 소자의 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1의 반도체 발광 소자의 I-I'선에 따른 단면도이다.
도 3은 도 2의 A 부분을 확대한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 반도체 발광 소자의 개략적인 평면도이다.
도 5는 도 4의 반도체 발광 소자의 II-II'선에 따른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 반도체 발광소자의 개략적인 평면도이다.
도 7은 도 6의 반도체 발광 소자의 III-III'선에 따른 단면도이다.
도 8, 도 9, 도 10, 도 11, 도 12, 도 13, 도 14, 및 도 15는 도 1 및 도 2의 반도체 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 반도체 발광소자의 개략적인 평면도이다.
도 17은 도 16의 반도체 발광 소자의 IV-IV'선에 따른 단면도이다.
위 발명의 배경이 되는 기술 란에 기재된 내용은 오직 본 발명의 기술적 사상에 대한 배경 기술의 이해를 돕기 위한 것이며, 따라서 그것은 본 발명의 기술 분야의 당업자에게 알려진 선행 기술에 해당하는 내용으로 이해될 수 없다.
아래의 서술에서, 설명의 목적으로, 다양한 실시예들의 이해를 돕기 위해 많은 구체적인 세부 내용들이 제시된다. 그러나, 다양한 실시예들이 이러한 구체적인 세부 내용들 없이 또는 하나 이상의 동등한 방식으로 실시될 수 있다는 것은 명백하다. 다른 예시들에서, 잘 알려진 구조들과 장치들은 장치는 다양한 실시예들을 불필요하게 이해하기 어렵게 하는 것을 피하기 위해 블록도로 표시된다.
도면에서, 레이어들, 필름들, 패널들, 영역들 등의 크기 또는 상대적인 크기는 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다. 또한, 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 소자 또는 레이어가 다른 소자 또는 레이어와 "연결되어 있다"고 서술되어 있으면, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자나 레이어를 사이에 두고 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 그러나, 만약 어떤 부분이 다른 부분과 "직접적으로 연결되어 있다"고 서술되어 있으면, 이는 해당 부분과 다른 부분 사이에 다른 소자가 없음을 의미할 것이다. "X, Y, 및 Z 중 적어도 어느 하나", 그리고 "X, Y, 및 Z로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나"는 X 하나, Y 하나, Z 하나, 또는 X, Y, 및 Z 중 둘 또는 그 이상의 어떤 조합 (예를 들면, XYZ, XYY, YZ, ZZ) 으로 이해될 것이다. 여기에서, "및/또는"은 해당 구성들 중 하나 또는 그 이상의 모든 조합을 포함한다.
여기에서, 첫번째, 두번째 등과 같은 용어가 다양한 소자들, 요소들, 지역들, 레이어들, 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 소자들, 요소들, 지역들, 레이어들, 및/또는 섹션들은 이러한 용어들에 한정되지 않는다. 이러한 용어들은 하나의 소자, 요소, 지역, 레이어, 및/또는 섹션을 다른 소자, 요소, 지역, 레이어, 및 또는 섹션과 구별하기 위해 사용된다. 따라서, 일 실시예에서의 첫번째 소자, 요소, 지역, 레이어, 및/또는 섹션은 다른 실시예에서 두번째 소자, 요소, 지역, 레이어, 및/또는 섹션이라 칭할 수 있다.
"아래", "위" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어가 설명의 목적으로 사용될 수 있으며, 그렇게 함으로써 도면에서 도시된 대로 하나의 소자 또는 특징과 다른 소자(들) 또는 특징(들)과의 관계를 설명한다. 이는 도면 상에서 하나의 구성 요소의 다른 구성 요소에 대한 관계를 나타내는 데에 사용될 뿐, 절대적인 위치를 의미하는 것은 아니다. 예를 들어, 도면에 도시된 장치가 뒤집히면, 다른 소자들 또는 특징들의 "아래"에 위치하는 것으로 묘사된 소자들은 다른 소자들 또는 특징들의 "위"의 방향에 위치한다. 따라서, 일 실시예에서 "아래"라는 용어는 위와 아래의 양방향을 포함할 수 있다. 뿐만 아니라, 장치는 그 외의 다른 방향일 수 있다 (예를 들어, 90도 회전된 혹은 다른 방향에서), 그리고, 여기에서 사용되는 그런 공간적으로 상대적인 용어들은 그에 따라 해석된다.
여기에서 사용된 용어는 특정한 실시예들을 설명하는 목적이고 제한하기 위한 목적이 아니다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함한다"고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 다른 정의가 없는 한, 여기에 사용된 용어들은 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 같은 의미를 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광 소자의 개략적인 평면도이다. 도 2는 도 1의 반도체 발광 소자의 I-I'선에 따른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 발광 소자(10)는 기판(100), 제1 도전형 반도체층(200), 활성층(300), 제2 도전형 반도체층(400), 컨택 전극(500), 제2 전극(550), 메탈층(600), 제1 전극 패드(700), 제2 전극 패드(750), 절연층(800), 제1 범프(900) 및 제2 범프(950)를 포함한다.
기판(100)은 질화물 반도체 단결정을 성장시키기에 적합한 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 기판(100)은 사파이어와 같은 재료를 이용하여 형성될 수 있으며, 사파이어 이외에도, 징크 옥사이드(zinc oxide, ZnO), 갈륨 나이트라이드(gallium Nitride, GaN), 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC), 알루미늄 나이트라이드(AlN) 등으로 형성될 수도 있다.
도면에 도시되지는 않았으나, 기판(100)과 후술할 제1 도전형 반도체층(200)의 격자 상수 차이를 줄여 주기 위해, 기판(100)의 상면에 버퍼층(미도시)이 형성될 수도 있다. 이러한 버퍼층(미도시)은 예컨대 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, AlGaInN 등과 같은 재질로 이루어질 수 있으며, 소자의 특성 및 공정 조건에 따라 생략될 수도 있다.
제1 도전형 반도체층(200)은 기판(100)(또는 버퍼층)의 상면에 배치된다. 제1 도전형 반도체층(200)은 n형의 불순물이 포함된 질화물 반도체로서, 조성식 AlxInyGa1xyN (0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1)을 만족할 수 있다. 예를 들면, 제1 도전형 반도체층(120)은 GaN, AlGaN, InGaN, AlInGaN 등을 포함할 수 있다. 실시 예로서, 제1 도전형 반도체층(200)은 AlGaN으로 형성될 수 있다. UV 파장을 발생시키기 위해서는 후술할 활성층(300)이 AlGaN으로 구성되는데, 이때 활성층(300)에서 발생하는 UV 파장이 제1 도전형 반도체층(200)에 흡수되지 않게 하기 위하여 UV 파장 에너지 보다 큰 AlGaN을 제1 도전형 반도체층으로 사용할 수 있다.
활성층(300)은 제1 도전형 반도체층(200) 상에 배치된다. 실시 예로서, 활성층(300)은 양자우물층과 양자장벽층이 교대로 적층된 다중 양자우물(Multi Quantum Well, MQW) 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 양자우물층과 양자장벽층 각각은 서로 다른 조성을 갖는 물질들을 포함하며, 조성식 InxAlyGa1xyN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)을 만족할 수 있다. 양자우물층은 인듐(In)과 같이 휘발성이 강한 원소를 포함할 수 있다. 예를 들면, 양자우물층은 InxGa1xN (0<x≤1)을 포함하며, 양자장벽층은 GaN 또는 AlGaN을 포함할 수 있다. 실시 예로서, UV 파장을 발생시키기 위해 활성층(300)은 AlGaN으로 구성될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(400)은 활성층(300) 상에 배치된다. 제2 도전형 반도체층(400)은 p형의 질화물 반도체로서, 조성식 AlxInyGa1xyN (0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1)을 만족할 수 있다. 예를 들면, 제2 도전형 반도체층(400)은 AlGaN, GaN 등을 포함할 수 있다. 예를 들면, p형 불순물은 Mg일 수 있다. 실시 예로서, 제2 도전형 반도체층(400)은 후술할 제2 전극(550)으로 일반적으로 사용되는 Ni/Au 또는 투명전극(ITO)과의 오믹 특성의 개선을 위해 GaN으로 구성될 수 있다.
제1 전극은 제1 도전형 반도체층(200) 상에 배치된다. 제1 전극은 컨택 전극(500) 및 메탈층(600)을 포함할 수 있다.
컨택 전극(500)은 제1 도전형 반도체층(200)의 일부와 오믹 컨택할 수 있다. 실시 예로서, 컨택 전극(500)은 Cr, Ti, Al, Au 및 그 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 또는 Cr/Ti/Al/Ti/Au의 다층 구조일 수 있다. 컨택 전극(500)이 상술한 다층 구조인 경우에, Cr은 약 50Å, Ti는 약 200Å, Al는 약 600Å, Ti는 약 200Å, Au는 약 1000Å의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
메탈층(600)은 컨택 전극(500) 상에 배치된다. 메탈층(600)은 컨택 전극(500)과 전기적으로 연결되며, 적어도 일부는 제1 도전형 반도체층(200) 상에 접촉하며 배치될 수 있다. 실시 예로서, 메탈층(600)은 컨택 전극(500)을 둘러싸는 형태일 수 있다.
기판(100)에서 반사되는 UV 광을 흡수하는 컨택 전극(500)의 면적을 줄이고 반사 시킬 수 있는 메탈층(600)의 면적을 늘려 반도체 발광 소자(10)의 광 효율을 향상시킬 수 있다. 실시 예로서, 컨택 전극(500)과 제1 도전형 반도체층(200)이 접촉하는 면적은 메탈층(600)과 제1 도전형 반도체층이 접촉하는 면적보다 좁게 형성될 수 있다. 도 2를 참조하면, 컨택 전극(500)과 제1 도전형 반도체층(200)이 접촉하는 너비는 메탈층(600)과 제1 도전형 반도체층이 접촉하는 너비보다 짧게 형성될 수 있다.
제2 전극(550)은 제2 도전형 반도체층(400) 상에 배치된다. 제2 전극(550) Ni/Au 또는 투명전극(ITO)을 포함할 수 있다. 실시 예로서, 제2 도전형 반도체층(400)과의 오믹 특성을 향상시키기 위해 제2 전극(550)에 약 590℃의 고온의 열처리를 하고 이를 통해 제2 전극(550)이 부분적으로 합금화되어 제2 도전형 반도체층(400)과 오믹이 형성될 수 있다.
제1 전극 패드(700)는 제1 전극과 전기적으로 연결되며 메탈층(600) 상에 배치되고, 제2 전극 패드(750)는 제2 전극(550)과 전기적으로 연결되며 제2 전극(550) 상에 배치된다.
제1 전극 패드(700) 및 제2 전극 패드(750)는 제1 전극 및 제2 전극(550)을 회로 기판에 효과적으로 접속시키는 역할을 할 수 있다. 실시 예로서, 제1 전극 패드(700) 및 제2 전극 패드(750)는 동일한 공정을 사용하여 함께 형성될 수 있다. 예를 들어, 사진 및 식각 기술 또는 리프트 오프 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 실시 예로서, 제1 전극 패드(700) 및 제2 전극 패드(750)는 Ti, Au 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 또는 Ti/Au/Ti 다층구조일 수도 있다. 제1 전극 패드(700) 및 제2 전극 패드(750)가 상술한 다층구조인 경우, Ti은 약 300Å, Au은 약 3000Å, Ti은 약 50Å의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 실시 예로서, 제1 전극 패드(700) 및 제2 전극 패드(750)의 두께는 메탈층(600) 및 제2 전극(550)의 두께에 따라 달라질 수 있다.
절연층(800)은 제1 전극 패드(700) 및 제2 전극 패드(750)의 적어도 일부가 노출되도록 제1 전극 패드(700) 및 제2 전극 패드(750) 상에 배치된다.
절연층(800)은 제1 전극, 제2 전극(550) 및 제1 도전형 반도체층(200), 활성층(300), 제2 도전형 반도체층(400)으로 구성되는 발광구조체를 부분적으로 덮을 수 있다. 절연층(160)은 제1 전극과 제2 전극(550)을 전기적으로 절연시킴과 동시에, 제1 전극과 제2 전극(550)을 외부의 충격 및 오염물질로부터 보호하는 역할을 할 수 있다. 실시 예로서, 절연층(800)은 실리콘 산화물층 및/또는 실리콘 질화물층을 포함할 수 있다.
제1 범프(900)는 제1 전극과 전기적으로 연결되며 제1 전극 패드(700) 상에 배치되고, 제2 범프(950)는 제2 전극(550)과 전기적으로 연결되며 제2 전극 패드(750) 상에 배치된다. 실시 예로서, 제1 범프(900)는 제1 전극과 전기적으로 연결되며 절연층(800) 상에 배치되고, 제2 범프(950)는 제2 전극(550)과 전기적으로 연결되며 절연층(800) 상에 배치될 수 있다.
제1 범프(900) 및 제2 범프(950)는 제1 전극 및 제2 전극(550)을 회로 기판에 효과적으로 접속시키는 역할을 할 수 있다. 실시 예로서, 제1 범프(900) 및 제2 범프(950)는 동일한 공정을 사용하여 함께 형성될 수 있다. 실시 예로서, 제1 범프(900) 및 제2 범프(950)는 Ti, Au, Cr 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 또는 Ti/Au/Cr/Au 다층구조일 수도 있다. 제1 범프(900) 및 제2 범프(950)가 상술한 다층구조인 경우, Ti은 약 300Å, Au은 약 20000Å, Cr은 약 200Å, Au은 약 250000Å의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시 예가 채용되는 범위 내에서, 반도체 발광 소자(10)의 X 방향 및 Y 방향에 따른 평면도는 다양하게 변형될 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들면, 컨택 전극(500) 및 메탈층(600)의 위치, 크기, 및 형상은 변경될 수 있다. 예를 들면, 제 1 및 제 2 전극 패드들(700, 750), 제1 및 제2 범프들(900, 950)의 위치, 크기, 및 형상은 변경될 수 있다.
도 3은 도 2의 A 부분을 확대한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 제1 전극은 제1 도전형 반도체층(200) 상에 배치되고, 컨택 전극(500) 및 메탈층(600)을 포함한다. 메탈층(600)은 컨택 전극(500) 상에 배치되고, 반사 금속층(610) 및 도전성 장벽층(620)을 포함한다. 제1 전극 패드(700)는 메탈층(600) 상에 배치된다.
컨택 전극(500)은 제1 도전형 반도체층(200)의 일부와 오믹 컨택할 수 있다. 실시 예로서, 제1 도전형 반도체층(200)과의 오믹 특성을 향상시키기 위해 컨택 전극(500)에 약 935℃의 고온의 열처리를 하고, 이를 통해 컨택 전극(500)이 부분적으로 합금화되어 제1 도전형 반도체층(200)과 오믹이 형성될 수 있다. 실시 예로서, 컨택 전극(500)의 부분적인 합금으로 인해 컨택 전극(500)은 상면이 하면에 비해 균일하지 않은 계면을 가질 수 있다.
반도체 발광 소자(10)의 컨택 전극(500)의 순방향 전압(vf) 특성을 개선하기 위해 제1 도전형 반도체층(200)과 컨택 전극(500)의 오믹 컨택을 개선하여야 하고, 이를 위해 컨택 전극(500)의 조성을 제1 도전형 반도체층(200)과 접촉하는 계면에 가까울수록 알루미늄(Al) 조성이 높아지게 조성하여 오믹 특성을 향상시킬 수 있다. 즉, 컨택 전극(500)의 제1 도전형 반도체층(200)과 인접하는 제1 영역의 알루미늄 조성비를 컨택 전극(500)의 메탈층(600)과 인접하는 제2 영역의 알루미늄 조성비보다 크게 하여 반도체 발광 소자(10)의 순방향 전압 특성을 개선할 수 있다. 실시 예로서, 컨택 전극(500)의 제1 영역과 제2 영역은 컨택 전극(500)의 두께 방향으로, 컨택 전극(500) 두께의 1/2를 기준으로 구분할 수 있다.
메탈층(600)은 컨택 전극(500)과 전기적으로 연결되며, 적어도 일부는 제1 도전형 반도체층(200) 상에 접촉하며 배치될 수 있다. 도전성 장벽층(620)은 반사 금속층(610) 상에 배치된다.
반사 금속층(610)은 활성층(300)에서 발생하는 UV 광 또는 기판(100)에서 반사되어 들어오는 UV 광을 반사시킨다. 실시 예로서, 반사 금속층(610)은 Al, Al합금, Ag 및 Ag합급 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
도전성 장벽층(620)은 반사 금속층(610)으로부터 금속 원자 또는 이온의 확산을 방지하여 반사 금속층(610)의 이동을 방지한다. 도전성 장벽층(620)은 W, TiW, Mo, Ti, Cr, Pt, Rh, Pd 및 Ni 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 또는 Cr/Al/Ni/Ti/Ni/Ti/Au/Ti의 다층 구조 일 수 있다. 도전성 장벽층(620)이 상술한 다층 구조인 경우에, Cr은 약 25Å, Al은 약 1200Å, Ni는 약 1000Å, Ti는 약 1000Å, Au는 약 2800Å, Ti는 약 100Å의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 반도체 발광 소자의 개략적인 평면도이다. 도 5는 도 4의 반도체 발광 소자의 II-II'선에 따른 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 반도체 발광 소자(10)는 기판(100), 제1 도전형 반도체층(200), 활성층(300), 제2 도전형 반도체층(400), 컨택 전극(500), 제2 전극(550), 메탈층(600), 제1 전극 패드(700), 제2 전극 패드(750), 절연층(800), 제1 범프(900) 및 제2 범프(950)를 포함한다.
기판(100), 제1 도전형 반도체층(200), 활성층(300), 제2 도전형 반도체층(400), 컨택 전극(500), 제2 전극(550), 메탈층(600), 제1 전극 패드(700), 제2 전극 패드(750), 절연층(800), 제1 범프(900) 그리고 제2 범프(950)는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 기판(100), 제1 도전형 반도체층(200), 활성층(300), 제2 도전형 반도체층(400), 컨택 전극(500), 제2 전극(550), 메탈층(600), 제1 전극 패드(700), 제2 전극 패드(750), 절연층(800), 제1 범프(900) 및 제2 범프(950)와 마찬가지로 설명된다. 이하, 중복되는 설명은 생략된다.
메탈층(600)은 컨택 전극(500)과 전기적으로 연결되며, 적어도 일부는 제1 도전형 반도체층(200) 상에 접촉하며 배치될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 제1 도전형 반도체층(200)의 양단, 즉 제2 전극(550)의 하부에 위치하는 제1 도전형 반도체층(200)과 먼 곳의 제1 도전형 반도체층(200)의 일부가 추가로 메사 에칭된다. 메탈층(600)은 추가로 메사 에칭된 제1 도전형 반도체층(200) 상부까지 연장되어 배치된다. 이를 통해, 메탈층(600)은 컨택 전극(500) 및 제2 전극(550)을 중심으로 오목한 배치를 가질수 있고, 따라서 활성층(300)에서 발생하는 UV 광 또는 기판(100)에서 반사되어 들어오는 UV 광을 더 많이 반사시켜 반도체 발광 소자(10)의 광 효율을 보다 효과적으로 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 반도체 발광소자의 개략적인 평면도이다. 도 7은 도 6의 반도체 발광 소자의 III-III'선에 따른 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 반도체 발광 소자(10)는 기판(100), 제1 도전형 반도체층(200), 활성층(300), 제2 도전형 반도체층(400), 컨택 전극(500), 제2 전극(550), 메탈층(600), 절연층(800), 제1 범프(900) 및 제2 범프(950)를 포함한다.
기판(100), 제1 도전형 반도체층(200), 활성층(300), 제2 도전형 반도체층(400), 컨택 전극(500), 제2 전극(550), 메탈층(600), 절연층(800), 제1 범프(900) 그리고 제2 범프(950)는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 기판(100), 제1 도전형 반도체층(200), 활성층(300), 제2 도전형 반도체층(400), 컨택 전극(500), 제2 전극(550), 메탈층(600), 절연층(800), 제1 범프(900) 및 제2 범프(950)와 마찬가지로 설명된다. 이하, 중복되는 설명은 생략된다.
메탈층(600)은 컨택 전극(500)과 전기적으로 연결되며, 적어도 일부는 제1 도전형 반도체층(200) 상에 접촉하며 배치될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 제2 범프(950)의 하부에 위치하는 제1 도전형 반도체층(200)은 메사 에칭 되지 않고 제2 전극(550)의 하부에 위치하는 제1 도전형 반도체층과 같은 높이를 가진다. 반면, 제1 도전형 반도체층(200)의 양단, 즉 제2 전극(550)의 하부에 위치하는 제1 도전형 반도체층(200)과 먼 곳의 제1 도전형 반도체층(200)의 일부는 추가로 메사 에칭된다. 메탈층(600)은 메사 에칭 되지 않은 제1 도전형 반도체층(200) 상부와 추가로 메사 에칭된 제1 도전형 반도체층(200) 상부까지 연장되어 배치된다. 제2 전극(550)의 상부에 메탈층(600)이 배치되고, 메탈층(600) 상부에는 제1 범프(900) 및 제2 범프(950)가 배치된다.
제2 전극(500) 상부에 배치된 메탈층(600)을 포함하여, 메탈층(600)은 컨택 전극(500) 및 제2 전극(550)을 중심으로 오목한 배치를 가질수 있고, 따라서 활성층(300)에서 발생하는 UV 광 또는 기판(100)에서 반사되어 들어오는 UV 광을 더 많이 반사시켜 반도체 발광 소자(10)의 광 효율을 보다 효과적으로 향상시킬 수 있다.
도 8, 도 9, 도 10, 도 11, 도 12, 도 13, 도 14, 및 도 15는 도 1 및 도 2의 반도체 발광 소자의 제조 방법을 성명하기 위한 도면들이다.
도 8을 참조하면, 기판(100) 위에, 제1 도전형 반도체층(200), 활성층(300), 제2 도전형 반도체층(400)이 형성된다.
기판(100)은 반도체 성장용 기판으로 제공될 수 있으며, GaN, 사파이어, SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, 그와 유사한 것으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(200)과 제2 도전형 반도체층(400)은 각각 n형 반도체층 및 p형 반도체층일 수 있다. 실시 예로서, 제1 도전형 반도체층(200)은 Al을 포함할 수 있다.
활성층(300)은 양자우물층과 양자장벽층이 교대로 적층된 다중 양자우물(Multi Quantum Well, MQW) 구조를 가질 수 있다. 실시 예로서, UV 파장을 발생시키기 위해 활성층(300)은 Al을 포함할 수 있다.
도 9를 참조하면, 제1 도전형 반도체층(200) 위에 컨택 전극(500)이 형성된다. 컨택 전극(500)은 제1 도전형 반도체층(200)의 일부에만 오믹 컨택하며 그 위에 형성되나, 이에 한정되는 것은 아니다. 실시 예로서, 컨택 전극(500)과 제1 도전형 반도체층(200)이 접촉하여 오믹 컨택하는 면적은 다양할 수 있다.
도 10을 참조하면, 제2 도전형 반도체층(400) 위에 제2 전극(550)이 형성된다. 제2 전극(550)은 제2 도전형 반도체층(400)과 오믹 컨택할 수 있다. 실시 예로서, 제2 전극(550)은 제2 도전형 반도체층(400)으로 사용되는 GaN과의 오믹 특성의 개선을 위해 Ni/Au 또는 투명전극(ITO)이 사용될 수 있다.
도 11을 참조하면, 컨택 전극(500) 위에 메탈층(600)이 형성된다. 메탈층(600)은 컨택 전극(500)과 전기적으로 연결되며, 적어도 일부는 제1 도전형 반도체층(200) 상에 접촉하며 배치될 수 있다. 실시 예로서, 제1 도전형 반도체층(200)과 컨택 전극(500)이 접촉하는 접촉 저항은 제1 도전형 반도체층(200)과 메탈층(600)이 접촉하는 접촉 저항과 상이할 수 있다.
도 12를 참조하면, 메탈층(600) 위에 제1 전극 패드(700)가 제2 전극(550) 위에 제2 전극 패드(750)가 형성된다. 제1 전극 패드(700) 및 제2 전극 패드(750)는 컨택 전극(500) 및 제2 전극(550)을 회로 기판에 효과적으로 접속시키는 역할을 할 수 있다.
도 13을 참조하면, 컨택 전극(500), 메탈층(600)으로 구성된 제1 전극, 제2 전극(550) 및 제1 도전형 반도체층(200), 활성층(300), 제2 도전형 반도체층(400)으로 구성된 발광구조체를 부분적으로 덮으며 절연층(800)이 형성된다. 절연층(160)은 제1 전극과 제2 전극(550)을 전기적으로 절연시킴과 동시에, 제1 전극과 제2 전극(550)을 외부의 충격 및 오염물질로부터 보호하는 역할을 할 수 있다.
도 14를 참조하면, 제1 전극 패드(700) 위에 제1 범프(900)가 제2 전극 패드(750) 위에 제2 범프(950)가 형성된다. 제1 범프(900) 및 제2 범프(950)는 제1 전극 및 제2 전극(550)을 회로 기판에 효과적으로 접속시키는 역할을 할 수 있다. 실시 예로서, 제1 범프(900) 및 제2 범프(950)는 동일한 공정을 사용하여 함께 형성될 수 있다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 발광 소자(10)가 회로 기판(1000)에 연결된다. 제1 범프(900)는 n전극(1500)에 제2 범프(950)는 p전극(1550)에 전기적으로 연결되어 반도체 발광 소자(10)를 동작시킨다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 반도체 발광소자의 개략적인 평면도이다.
도 17은 도 16의 반도체 발광 소자의 IV-IV'선에 따른 단면도이다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 반도체 발광 소자(10)는 기판(100), 제1 도전형 반도체층(200), 활성층(300), 제2 도전형 반도체층(400), 컨택 전극(500), 제2 전극(550), 메탈층(600), 절연층(800), 제1 범프(900) 및 제2 범프(950)를 포함한다.
기판(100), 제1 도전형 반도체층(200), 활성층(300), 제2 도전형 반도체층(400), 컨택 전극(500), 제2 전극(550), 메탈층(600), 절연층(800), 제1 범프(900) 그리고 제2 범프(950)는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 기판(100), 제1 도전형 반도체층(200), 활성층(300), 제2 도전형 반도체층(400), 컨택 전극(500), 제2 전극(550), 메탈층(600), 절연층(800), 제1 범프(900) 및 제2 범프(950)와 마찬가지로 설명된다. 이하, 중복되는 설명은 생략된다.
메탈층(600)은 컨택 전극(500)과 전기적으로 연결되며, 적어도 일부는 제1 도전형 반도체층(200) 상에 접촉하며 배치될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 제2 전극(550)의 상부에도 메탈층(600)이 배치되고, 메탈층(600) 상부에는 제1 범프(900) 및 제2 범프(950)가 배치된다.
제1 범프(900) 및 제2 범프(950)는 회로기판의 정해진 n전극과 p전극 부분에 직접 연결되기 위해 규격화 될 수 있고, 제1 전극 및 제2 전극(550)을 회로 기판에 효과적으로 접속시키는 역할을 할 수 있다.
제1 전극 및 제2 전극(500) 상부에 배치된 메탈층(600)을 통해 활성층(300)에서 발생하는 UV 광 또는 기판(100)에서 반사되어 들어오는 UV 광을 더 많이 반사시켜 반도체 발광 소자(10)의 광 효율을 보다 효과적으로 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 반도체 발광 소자
100: 기판
200: 제1 도전형 반도체층
300: 활성층
400: 제2 도전형 반도체층
500: 컨택 전극
550: 제2 전극
600: 메탈층
610: 반사 금속층
620: 도전성 장벽층
700: 제1 전극 패드
750: 제2 전극 패드
800: 절연층
900: 제1 범프
950: 제2 범프

Claims (24)

  1. 제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층 위에 위치하며 자외선을 발광하는 활성층;
    상기 활성층 위에 위치하는 제2 도전형 반도체층; 및
    상기 제1 도전형 반도체층의 일부와 오믹 컨택하는 제1 전극을 포함하되,
    상기 제1 전극은 컨택 전극 및 상기 컨택 전극 위에 위치하는 메탈층을 포함하고,
    상기 컨택 전극은 상기 제1 도전형 반도체층과 인접하는 제1 영역 및 상기 메탈층에 인접하는 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역의 알루미늄(Al) 조성비는 상기 제2 영역의 알루미늄 조성비보다 큰 반도체 발광 소자.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제1 영역와 상기 제2 영역은 상기 컨택 전극의 두께 방향으로 상기 컨택 전극 두께의 1/2를 기준으로 구분되는 반도체 발광 소자.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 컨택 전극은 Cr, Ti, Al, Au 및 그 조합으로 이루어진 군에서 선택된 물질 또는 그 합금을 포함하는 반도체 발광 소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층은 Al을 포함하는 반도체 발광 소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 활성층은 Al을 포함하는 반도체 발광 소자.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 메탈층은,
    광을 반사하는 반사 금속층; 및
    상기 반사 금속층 위에 위치하고 상기 반사 금속층으로부터 금속 원자 또는 이온의 확산을 방지하는 도전성 장벽층을 포함하는 반도체 발광 소자.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 반사 금속층은 Al, Al합금, Ag 및 Ag합급 중 적어도 어느 하나를 포함하는 반도체 발광 소자.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 도전성 장벽층은 W, TiW, Mo, Ti, Cr, Pt, Rh, Pd 및 Ni 중 적어도 어느 하나를 포함하는 반도체 발광 소자.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층과 상기 컨택 전극이 접촉하는 접촉 저항은 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 메탈층이 접촉하는 접촉저항과 상이한 반도체 발광 소자.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체층과 오믹 컨택하는 제2 전극을 더 포함하는 반도체 발광 소자.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 전극과 전기적으로 연결되며 상기 제1 전극 위에 위치하는 제1 전극 패드; 및
    상기 제2 전극과 전기적으로 연결되며 상기 제2 전극 위에 위치하는 제2 전극 패드를 더 포함하는 반도체 발광 소자.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 전극과 전기적으로 연결되며 상기 제1 전극 위에 위치하는 제1 범프; 및
    상기 제2 전극과 전기적으로 연결되며 상기 제2 전극 위에 위치하는 제2 범프를 더 포함하는 반도체 발광 소자.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 전극 패드 및 상기 제2 전극 패드의 적어도 일부가 노출되도록 상기 제1 전극 패드 및 상기 제2 전극 패드 위에 위치하는 절연층을 더 포함하는 반도체 발광 소자.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제1 전극과 전기적으로 연결되며 상기 절연층 위에 위치하는 제1 범프; 및
    상기 제2 전극과 전기적으로 연결되며 상기 절연층 위에 위치하는 제2 범프를 더 포함하는 반도체 발광 소자.
  15. 제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층 위에 위치하며 자외선을 발광하는 활성층;
    상기 활성층 위에 위치하는 제2 도전형 반도체층; 및
    상기 제1 도전형 반도체층 위에 위치하는 제1 전극을 포함하되,
    상기 제1 전극은 복수의 적층된 금속층들을 포함하고,
    상기 복수의 적층된 금속층들 중 상기 제1 도전형 반도체층과 오믹 컨택하는 금속층은 상면에 비해 하면이 균일한 계면을 가지는 반도체 발광 소자.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 제1 전극은,
    상기 제1 도전형 반도체층의 일부와 오믹 컨택하는 컨택 전극; 및
    상기 컨택 전극과 전기적으로 연결되며 적어도 일부는 상기 제1 도전형 반도체층 위에 접촉하며 위치하는 메탈층을 포함하는 반도체 발광 소자.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 컨택 전극의 너비는 상기 메탈층과 상기 제1 도전형 반도체층이 접촉하는 너비보다 짧은 반도체 발광 소자.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 메탈층은 상기 컨택 전극을 둘러싸는 반도체 발광 소자.
  19. 제 16항에 있어서, 상기 메탈층은,
    광을 반사하는 반사 금속층; 및
    상기 반사 금속층 위에 위치하고 상기 반사 금속층으로부터 금속 원자 또는 이온의 확산을 방지하는 도전성 장벽층을 포함하는 반도체 발광 소자.
  20. 제 15항에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체층과 오믹 컨택하는 제2 전극을 더 포함하는 반도체 발광 소자.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 제1 전극과 전기적으로 연결되며 상기 제1 전극 위에 위치하는 제1 전극 패드; 및
    상기 제2 전극과 전기적으로 연결되며 상기 제2 전극 위에 위치하는 제2 전극 패드를 더 포함하는 반도체 발광 소자.
  22. 제 20항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 적어도 일부 영역이 노출되도록 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 위에 위치하는 절연층을 더 포함하는 반도체 발광 소자.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 제1 전극과 전기적으로 연결되며 상기 절연층 위에 위치하는 제1 범프; 및
    상기 제2 전극과 전기적으로 연결되며 상기 절연층 위에 위치하는 제2 범프를 더 포함하는 반도체 발광 소자.
  24. 제 20항에 있어서,
    상기 제1 전극과 전기적으로 연결되며 상기 제1 전극 위에 위치하는 제1 범프; 및
    상기 제2 전극과 전기적으로 연결되며 상기 제2 전극 위에 위치하는 제2 범프를 더 포함하는 반도체 발광 소자.
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