KR100648812B1 - 질화 갈륨계 발광 다이오드 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 질화 갈륨계 발광 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 제1GaN층 위에 형성된 활성층; 상기 활성층 위에 형성된 제2GaN층; 상기 제2GaN층 위에 형성되며, 상면으로부터 하면까지 관통되는 홈 또는 홀(Hole)을 구비한 연결층; 및 상기 홈 또는 홀의 내부를 충진하며, 상기 연결층 위에 형성되는 반사층을 포함하여 이루어진다.

본 발명은 이러한 특징에 의해, 반사층의 박리를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 접촉 저항이 감소됨으로써, 동작 전압 및 발열량이 감소하는 유리한 효과가 있을 뿐만 아니라, 전술한 구조를 형성함에 있어서, 연결층을 얇게 형성한 다음, 열처리에 의해 연결층을 수축시키는 방법을 이용함으로써, 식각 공정 등에 의해 발광 다이오드가 손상될 염려가 없을 뿐만 아니라, 공정을 간소화할 수 있다.

발광 다이오드, 반사층

Description

질화 갈륨계 발광 다이오드 및 그 제조방법{Galium-nitride Light Emitting Diode And Method Of Fabricating The Same}

도 1은 종래의 기술에 따른 발광 다이오드의 개략적인 구성을 나타내는 단면도,

도 2a 내지 2d는 본 발명에 따른 질화 갈륨계 발광 다이오드 및 그 제조방법의 제1실시예를 나타내는 단면도,

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 질화 갈륨계 발광 다이오드의 홈 또는 홀(Hole)이 형성된 연결층을 나타내는 평면도,

도 5a 내지 5e는 본 발명에 따른 질화 갈륨계 발광 다이오드 및 그 제조방법의 제2실시예를 나타내는 단면도,

도 6은 본 발명에 따른 질화 갈륨계 발광 다이오드의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.

***도면의 주요 부호의 설명***

10 : 기판 11 : 도핑되지 않은 U-GaN층

12 : N-GaN층 13 : 활성층

14 : P-GaN층 15 : 연결층

16 : 반사층 17 : N-전극

18 : P-전극 19 : 도전성 접착층

20 : 홈 또는 홀(Hole) 21 : InGaN/GaN 초격자층

30 : 전도성 지지부

31 : 범프 하지 금속층(Under Bump Metal)

본 발명은 질화 갈륨계 발광 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반사층과 GaN층의 사이에 형성된 연결층을 구비하고, 상기 연결층의 상면으로부터 하면까지 관통되는 홈 또는 홀을 형성하여, 반사층의 일부가 연결층에 형성된 홈 또는 홀을 통하여, P-GaN층 또는 도전성 접착층에 연결되게 함으로써, 반사층의 박리를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 접촉 저항이 작아져 동작 전압 및 발열량을 감소시킬 수 있는 질화 갈륨계 발광 다이오드 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

발광 다이오드는 전자가 천이될 때 빛을 방출하는 현상을 이용한 발광 소자로서, 발광 다이오드의 발광은 반도체 전도대(conduction band)의 전자들이 가전자 대(valence band)의 정공(hole)과 재결합하는 과정에서 일어난다.

발광 다이오드는 종래의 광원에 비해 소형이고, 수명은 길며, 전기 에너지가 빛에너지로 직접 변환하기 때문에 전력이 적게 들고 효율이 좋다. 또한 고속응답이라 자동차 계기류의 표시소자, 광통신용 광원 등 각종 전자기기의 표시용 램프, 숫자표시 장치나 계산기의 카드 판독기 등에 쓰이고 있다.

최근에는 질화 갈륨을 이용한 발광 다이오드(LED;Light Emitting Diode), 레이저 다이오드(LD;Laser Diode)는 대규모 총천연색 평판 표시장치, 신호등, 실내 조명과 고밀도 광원, 고해상도 출력 시스템, 광통신 등의 응용 분야를 가지고 있어 많은 연구자들의 관심의 대상이 되고 있으며, 이의 상업화를 위한 시도도 끊임없이 진행되고 있는 실정이다.

상기 발광 다이오드에서 방출되는 빛의 파장은 사용되는 반도체 재료의 밴드 갭 함수이다. 작은 밴드 갭(Band Gap)에서는 낮은 에너지와 더 긴 파장의 빛을 방출시키고, 더 짧은 파장의 빛을 방출하기 위해서는 더 넓은 밴드 갭을 갖는 재료가 요구된다.

상기 발광 다이오드의 발광 파장은 반도체에 첨가되는 불순물의 종류를 바꿈으로써 조절한다. 예를 들어, 인화 갈륨의 경우, 아연 및 산소 원자가 관여하는 발광은 적색(파장 700nm)이고, 질소 원자가 관여하는 발광은 녹색(파장 550nm)이 다. 반면, 스펙트럼의 청색 또는 자외선 파장을 갖는 빛을 생성하기 위해서는 비교적 큰 밴드 갭을 갖는 반도체 재료인 실리콘 카바이드(SiC)와 Ⅲ족 질화물계 반도체, 특히 GaN(질화 갈륨)이 있다. 단파장 발광 다이오드는 색 자체 외에도, 광기록장치의 저장 공간을 증가시킬 수 있다는 장점(적색 광에 비해 약 4배 증가 가능)을 갖고 있다.

이와 같은 청색광을 위한 질화물계 화합물 반도체중 GaN는 다른 Ⅲ족 질화물계와 마찬가지로, 벌크 단결정체를 형성할 수 있는 실용 가능한 기술이 없다. 따라서, GaN 결정의 성장에 적합한 기판을 사용하여야 하며, 대표적으로는 사파이어 기판, 즉, 알루미늄 옥사이드 기판이 있다.

도 1은 일반적인 발광 다이오드의 단면도로서, 사파이어 기판(110) 상부에 N-GaN층(111), 활성층(112)과 P-GaN층(113)이 순차적으로 형성되어 있고; 상기 P-GaN층(113)에서 N-GaN층(111)까지 메사(Mesa)식각되어 있고; 상기 메사 식각된 N-GaN층(111) 상부에 N-전극(115)이 형성되어 있고; 상기 P-GaN층(113) 상부에 P-전극(114)이 형성되어 있다.

이렇게 해서 완성된 칩은 P-전극(114)에 양의 부하를, N-전극(115)에 음의 부하를 가하게 되면, P-GaN층(113)과 N-GaN층(111)으로부터 각각 정공과 전자들이 활성층(112)으로 모여 재결합함으로써 활성층(112)에서 발광을 하게 된다.

상기 발광 다이오드는 빛의 진행 방향을 원하는 방향으로 조정하기 위하여 반사층을 구비할 수 있다. 반사층은 활성층을 기준으로, 원하는 빛의 진행 방향의 반대쪽에 형성된다. 예를 들어 도시된 발광 다이오드가 플립 칩(Flip-chip) 형태로 패키징되는 경우에는 P-GaN층과 P-전극 사이에 반사층을 구비하게 된다. 상기 반사층은 반사율이 높은 은 또는 알루미늄 등의 금속으로 이루어지는데, 상기 금속들은 질화 갈륨과 접착성이 좋지 않아, 박리가 일어나기 쉽다. 따라서, P-GaN층과 반사층 사이에는 투명 전도성 산화물(Transparent Conducting Oxide) 등으로 이루어진 연결층을 형성하는 것이 일반적이다.

상기 구조는 여러가지 문제점을 가지고 있다. 첫째로, 연결층과 P-GaN층 사이의 접촉 저항이 높음으로써, 동작 전압을 상승시키고, 발광 다이오드의 발열이 증가한다는 문제점이 있다. 둘째로, 접촉 저항을 최소화하기 위하여 열처리 공정을 거쳐야할 필요가 있기 때문에, 연결층의 증착, 연결층의 열처리를 거친 다음에 반사층을 증착하므로, 공정이 복잡하다는 등의 문제점이 있다.

따라서, 이러한 문제점을 해결함으로써, 발광 다이오드의 동작 전압을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 비교적 간단한 공정으로 형성할 수 있는 구조를 갖는 발광 다이오드의 개발이 필요하다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 반사층과 GaN층의 사이에 형성된 연결층을 구비하고, 상기 연결층의 상면으로부터 하면까지 관통되는 홈 또는 홀을 형성하여, 반사층의 일부가 연결층에 형성된 홈 또는 홀을 통하여, P-GaN층 또는 도전성 접착층에 연결되게 함으로써, 반사층의 박리를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 접촉 저항이 작아져 동작 전압 및 발열량을 감소시킬 수 있는 질화 갈륨계 발광 다이오드 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 제1GaN층 위에 형성된 활성층; 상기 활성층 위에 형성된 제2GaN층; 상기 제2GaN층 위에 형성되며, 상면으로부터 하면까지 관통되는 홈 또는 홀(Hole)을 구비한 연결층; 및 상기 홈 또는 홀의 내부를 충진하며, 상기 연결층 위에 형성되는 반사층을 포함하여 이루어지는 질화 갈륨계 발광 다이오드이다.

또, 상기 연결층은 투명 전도성 산화물(Transparent Conducting Oxide), 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화 갈륨계 발광 다이오드이다.

또, 상기 연결층의 두께는 5 내지 5000Å인 것을 특징으로 하는 질화 갈륨계 발광 다이오드이다.

또, 상기 제2GaN층과 연결층 사이에 형성된 도전성 접착층을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화 갈륨계 발광 다이오드이다.

또, 상기 제2GaN층과 연결층 사이에 형성된 InGaN/GaN 초격자층을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화 갈륨계 발광 다이오드이다.

또, 상기 반사층은 알루미늄, 은 또는 그 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 질화 갈륨계 발광 다이오드이다.

또, 상기 제1GaN층 아래에, 또는 상기 반사층 위에 형성된 지지부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화 갈륨계 발광 다이오드이다.

또, 제1GaN층은 N-GaN층이고, 제2GaN층은 P-GaN층인 것을 특징으로 하는 질화 갈륨계 발광 다이오드이다.

또, 기판 위에 제1GaN층, 활성층, 제2GaN층, 연결층, 도전성 접착층, 반사층을 순서대로 형성하여 발광 구조물을 형성하는 단계; 상기 발광 구조물을 열처리하여, 상기 연결층을 수축시킴으로써, 상기 연결층의 상면으로부터 하면까지 관통되는 홈 또는 홀(Hole)을 형성하는 단계; 상기 반사층 위에 전도성 지지부를 형성하는 단계; 상기 기판을 제거하는 단계; 및 상기 기판이 제거된 제1GaN층의 아래에 제1전극을 형성하고, 상기 전도성 지지부 위에 제2전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 질화 갈륨계 발광 다이오드의 제조방법이다.

또, 기판 위에 제1GaN층, 활성층, 제2GaN층, 연결층, 반사층을 순서대로 형성하여 발광 구조물을 형성하는 단계; 상기 발광 구조물을 열처리하여, 상기 연결층을 수축시킴으로써, 상기 연결층의 상면으로부터 하면까지 관통되는 홈 또는 홀(Hole)을 형성하는 단계; 상기 제1GaN층의 일부가 드러나도록, 상기 발광 구조물을 메사(Mesa) 식각하는 단계; 및 상기 제1GaN층의 식각된 상면에 제1전극을 형성하고, 상기 발광 구조물 위에 제2전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 질화 갈륨계 발광 다이오드의 제조방법이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 기술적 특징을 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명은 실시예에 의하여 보다 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이고, 첨부된 특허청구범위에 의하여 정해지는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

도 2a 내지 2d는 본 발명에 따른 질화 갈륨계 발광 다이오드 및 그 제조방법의 제1실시예를 나타내는 단면도로서, 기판(10) 위에 도핑되지 않은 U-GaN층(11), N-GaN층(12), 활성층(13), P-GaN층(14), 연결층(15), 반사층(16)을 순서대로 형성하여 발광 구조물을 형성하는 단계(도 2a); 상기 발광 구조물을 열처리하여, 상기 연결층(15)을 수축시킴으로써, 상기 연결층의 상면으로부터 하면까지 관통되는 홈 또는 홀(Hole)(20)을 형성하는 단계(도 2b); 상기 N-GaN층(12)의 일부가 드러나도록, 상기 발광 구조물을 메사(Mesa) 식각하는 단계(도 2c); 및 상기 N-GaN층의 식각된 상면에 N-전극(17)을 형성하고, 상기 발광 구조물 위에 P-전극(18)을 형성하는 단계(도 2d)를 포함하여 이루어진다.

먼저, 기판(10) 위에 도핑되지 않은 U-GaN층(11), N-GaN층(12), 활성층(13), P-GaN층(14), 연결층(15), 반사층(16)을 순서대로 형성하여 발광 구조물을 형성한다(도 2a).

상기 기판(10)은 GaN층을 성장시킬 수 있는 지지부의 역할을 한다. 사파이어(Sapphire) 기판, 실리콘(Si) 기판, 산화아연(ZnO)기판 또는 질화물 반도체 기판 중 어느 하나 또는, 기판에 GaN, InGaN, AlGaN, AlInGaN 중에서 적어도 어느 하나가 적층된 템플레이트(Template) 기판이 사용될 수 있다.

상기 N-GaN층, 활성층, P-GaN층의 형성방법으로는 얇은 GaN층을 증착할 수 있는 것이면 제한없이 사용될 수 있으나, 바람직하기로는 유기금속 화학증착법(MOCVD)이 적당하다.

N-GaN층(12)을 형성하기 위하여 GaN층의 형성과정에서 적절한 도펀트로 도핑을 한다. N 도핑을 위한 도펀트로는 실리콘, 게르마늄, 셀레늄, 텔루륨, 탄소 등 을 사용할 수 있다. 실리콘을 사용할 경우 도핑 농도는 10¹⁷/cm³ 정도가 일반적이다. 상기 N-GaN층은 도핑농도를 다르게 하여 N⁺ 및 N^- 의 이층 구조로 형성할 수도 있다.

본 실시예에서는 도핑되지 않은 U-GaN층(11)을 먼저 기판 위에 형성한 다음, 그 위에 N-GaN층을 형성한다. 이는 기판 위에 N-GaN층을 형성할 경우 격자 주기가 급격히 변함으로 인하여 결함이 발생되어 박막특성이 저하되는 것을 방지하기 위한 것이다.

상기 활성층(13)은 발광 다이오드에 있어서 빛을 방출하는 부분이다. Al_XGa_YIn_1-X-YN(0≤x<1, 0<y<1)의 일반식으로 나타낼 수 있으며, 질화 알루미늄, 질화갈륨 및 질화인듐과 같은 2원계와 질화갈륨-인듐 및 질화갈륨-알루미늄과 같은 3원계를 포함한다. Ⅲ족원소는 붕소, 탈륨 등으로 일부 치환될 수 있으며, 질소는 인, 비소, 안티몬 등으로 일부 치환될 수 있다.

상기 활성층은 성분 조성을 변화시킴으로써 방출하는 빛의 파장을 조절할 수 있다. 예컨대 청색광을 방출하기 위해서는 약 22% 정도의 인듐이 포함된다. 또, 녹색빛을 방출하기 위해서는 약 40% 정도의 인듐이 포함된다.

상기 P-GaN층(14)의 도펀트로는 마그네슘, 아연, 베릴륨, 칼슘, 스트론튬, 바륨 등이 사용될 수 있다. 상기 P-GaN층도 N-GaN층과 같이, P⁺ 및 P^-의 이층구조로 형성하는 것이 가능하다.

상기 연결층(15)은 반사층(16)이 P-GaN층으로부터 박리되지 않도록 접착성을 증가시키기 위한 것이다. 상기 연결층은 ITO, ZnO, IZO, ZCO 등의 투명 전도성 산화물로 이루어질 수 있으며, 이 외에도 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물과 같은 절연성 물질로 이루어질 수도 있다.

본 발명의 특징은, 후술할 열처리 공정에 의해 연결층을 수축시켜 홈 또는 홀을 형성함으로써, 반사층의 일부가 P-GaN층과 연결되도록 하는 것이므로, 상기 연결층의 두께는 얇을수록 좋으며, 1㎛를 초과하지 않는 것이 좋다. 바람직하기로는 5 내지 5000Å인 것이 좋다.

상기 연결층(15)과 P-GaN층(14) 사이에는 보다 접착력을 향상시키기 위하여 도전성 접착층이 형성될 수 있다. 상기 도전성 접착층은 니켈, 알루미늄, 은 또는 이들의 합금으로 이루어지는 것이 좋다.

또, 상기 연결층(15)과 P-GaN층(14) 사이에는 접촉 저항을 보다 감소시키기 위하여 InGaN/GaN 초격자층이 형성될 수 있다. 초격자 구조라 함은 반도체 밴드 갭(Band Gap)의 공간적 변화가 구성 물질의 격자상수 크기보다 일차원 또는 이차원 적으로 더 큰 주기성을 갖는 구조를 의미한다.

본 실시예에서는 InGaN 및 GaN을 교호로 적층하여 초격자 구조를 형성하였으며, 접촉저항을 더욱 낮게 하기 위하여 GaN층을 N 도핑(실리콘 주입)할 수 있으며, 이 경우 도핑 농도는 1 x 10¹⁸/cm³ 이상이 바람직하다.

본 발명의 발광 다이오드가 초격자층과 도전성 접착층을 모두 포함하여 형성되는 경우, P-GaN층-초격자층-도전성 접착층-연결층의 순서로 형성된다.

상기 반사층(16)은 활성층으로부터 방출되는 빛을 N-GaN층 쪽으로 반사시켜, 발광 효율을 증가시킨다. 상기 반사층은 반사율이 높은 금속으로 이루어지며, 구체적인 예로는 알루미늄, 은 또는 이들의 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 연결층 및 반사층은 스푸터링(Sputtering)법, 전자빔 증착법 등에 의하여 형성될 수 있다.

다음으로, 상기 발광 구조물을 열처리하여, 상기 연결층(15)을 수축시킴으로써, 상기 연결층의 상면으로부터 하면까지 관통되는 홈 또는 홀(Hole)(20)을 형성한다(도 2b). 상기 열처리 온도는 400 내지 800℃에서 이루어지는 것이 좋다.

전술하였듯이, 상기 연결층은 매우 얇게 형성된다. 따라서, 열처리에 의해 수축이 일어나는 경우, 연결층의 상면으로부터 하면까지 관통되는 홈 또는 홀이 형 성됨으로써, 연결층 아래에 위치한 P-GaN층 또는 도전성 접착층에 연결층 위에 위치한 반사층의 일부가 연결된다.

이러한 구조는, 반사층의 일부가 연결층에 형성된 홈 또는 홀을 통하여, P-GaN층 또는 도전성 접착층에 연결됨으로써, 반사층의 박리를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 접촉 저항이 감소됨으로써, 동작 전압 및 발열량이 감소하는 유리한 효과가 있다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 질화 갈륨계 발광 다이오드의 연결층에 형성된 홈 또는 홀을 나타내는 평면도로서, 도시된 바와 같이, 열처리에 의해 수축된 연결층은, 연결층의 상면부터 하면까지 관통하는 홀 또는 홈을 형성한다.

본 발명에 따른 발광 다이오드의 제조방법은, 전술한 구조를 형성함에 있어서, 연결층을 얇게 형성한 다음, 열처리에 의해 연결층을 수축시키는 방법을 이용함으로써, 식각 공정 등에 의해 발광 다이오드가 손상될 염려가 없다.

또, 연결층의 형성에 있어서, 접촉 저항을 감소시키기 위하여 열처리를 할 필요가 있는데, 본 발명의 제조방법은, 연결층과 반사층을 증착한 다음, 열처리를 함으로써 종래의 연결층 증착-열처리-반사층 증착으로 이어지는 공정을 간소화할 수 있다.

다음으로, 상기 N-GaN층(12)의 일부가 드러나도록, 상기 발광 구조물을 메사 (Mesa) 식각한 다음(도 2c), 상기 N-GaN층의 식각된 상면에 N-전극(17)을 형성하고, 상기 발광 구조물 위에 P-전극(18)을 형성한다(도 2d).

도 5a 내지 5e는 본 발명에 따른 질화 갈륨계 발광 다이오드 및 그 제조방법의 제2실시예를 나타내는 단면도로서, 기판(10) 위에 도핑되지 않은 U-GaN층(11), N-GaN층(12), 활성층(13), P-GaN층(14), 연결층(15), 반사층(16)을 순서대로 형성하여 발광 구조물을 형성하는 단계(도 5a); 상기 발광 구조물을 열처리하여, 상기 연결층(15)을 수축시킴으로써, 상기 연결층(15)의 상면으로부터 하면까지 관통되는 홈 또는 홀(20)을 형성하는 단계(도 5b); 상기 반사층(16) 위에 전도성 지지부(30)를 형성하는 단계(도 5c); 상기 기판(10) 및 도핑되지 않은 U-GaN층(11)을 제거하는 단계(도 5d); 및 상기 N-GaN층(12)의 아래에 N-전극(17)을 형성하고, 상기 전도성 지지부(30) 위에 P-전극(18)을 형성하는 단계(도 5e)를 포함하여 이루어진다.

상기 실시예는 본 발명에 따른 발광 다이오드를 수직형 발광 다이오드로 제조하는 방법에 관한 것이다.

먼저, 기판(10) 위에 도핑되지 않은 U-GaN층(11), N-GaN층(12), 활성층(13), P-GaN층(14), 연결층(15), 반사층(16)을 순서대로 형성하여 발광 구조물을 형성하고(도 5a), 다음으로 상기 발광 구조물을 열처리하여, 상기 연결층(15)을 수축시킴으로써, 상기 연결층의 상면으로부터 하면까지 관통되는 홈 또는 홀(20)을 형성한다(도 5b). 위 단계의 구체적인 공정은 전술한 실시예에서와 동일하며, 전술한 실 시예에서와 같이, 상기 P-GaN층(14)과 연결층(15) 사이에는 도전성 접착층 또는 InGaN/GaN 초격자층 중 적어도 하나가 형성될 수 있다.

다음으로, 상기 반사층 위에 전도성 지지부(30)를 형성한다(도 5c). 상기 전도성 지지부는 서브마운트 기판일 수도 있으며, 도금된 금속층일 수도 있다. 상기 서브마운트 기판은 전도성 베이스 기판과 베이스 기판의 상부 및 하부 각각에 형성된 오믹 컨택(Ohmic Contact)용 금속층으로 이루어지며, 전도성 솔더 등을 통하여 발광 구조물에 본딩된다.

상기 전도성 지지부와 발광 구조물 사이에는 범프 하지 금속(Under Bump Metal)(31)이 형성될 수 있다.

다음으로, 상기 기판(10) 및 도핑되지 않은 U-GaN층(11)을 제거한다(도 5d). 제거 방법으로는 레이저 리프트 오프(Laser Lift-off) 방법 등이 사용될 수 있다. 레이저 리프트 오프 방법에 대하여 보다 상세하게 설명하면, 245~305nm의 UV-레이저를 기판을 통하여 조사하면, 레이저는 기판을 투과하여 기판과 GaN층의 경계면에서 흡수되어 GaN은 Ga와 N₂로 분리되고 N₂는 가스 상태로 외부로 빠져나오므로 계면에는 Ga만 남게 된다. Ga는 융점이 30℃정도이므로 열에 의해 쉽게 녹아 기판이 제거된다.

상기 기판과 접하고 있던 U-GaN층은 레이저에 의해 손상되므로, 전극을 형성 하기 위해서는 U-GaN층을 제거하여 N-GaN층이 드러나도록 한다. 먼저, 기판을 제거하는 과정에서 형성된 Ga를 묽은 염산용액을 사용하여 제거를 하여 이후의 식각 공정을 용이하도록 한 다음, 건식 식각을 이용하여 U-GaN층을 제거한다. U-GaN층을 제거한 후에는 식각 공정 중 손상된 결정을 회복하기 위해 열처리를 한다.

다음으로, 상기 N-GaN층(12)의 아래에 N-전극(17)을 형성하고, 상기 전도성 지지부 위에 P-전극(18)을 형성한다(도 5e).

도 6은 본 발명에 따른 질화 갈륨계 발광 다이오드의 다른 실시예를 나타내는 단면도로서, N-GaN층(12) 위에 형성된 활성층(13); 상기 활성층 위에 형성된 P-GaN층(14); 상기 P-GaN층 위에 형성된 InGaN/GaN 초격자층(21), 상기 InGaN/GaN 초격자층 위에 형성된 도전성 접착층(19); 상기 도전성 접착층 위에 형성되며, 상면으로부터 하면까지 관통되는 홈 또는 홀(Hole)(20)을 구비한 연결층(15); 상기 홈 또는 홀의 내부를 충진하며, 상기 연결층 위에 형성되는 반사층(16); 상기 반사층 위에 형성된 접합층; 상기 접합층 위에 형성된 전도성 지지부; 상기 전도성 지지부 위에 형성된 P-전극(18) 및 상기 N-GaN층 아래에 형성된 N-전극(17)을 포함하여 이루어진다.

상기 실시예는 수직형 발광 다이오드로서, P-GaN층(14)과 연결층(15) 사이에 InGaN/GaN 초격자층(21) 및 도전성 접착층(19)를 더 포함함으로써, 접촉 저항을 줄 이고, 반사층의 접착성을 더욱 향상시킨 것이다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 질화 갈륨계 발광 다이오드는 반사층과 GaN층의 사이에 형성된 연결층을 구비하고, 상기 연결층의 상면으로부터 하면까지 관통되는 홈 또는 홀이 형성됨으로써, 반사층의 일부가 연결층에 형성된 홈 또는 홀을 통하여, P-GaN층 또는 도전성 접착층에 연결된다. 따라서, 반사층의 박리를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 접촉 저항이 감소됨으로써, 동작 전압 및 발열량이 감소하는 유리한 효과가 있다.

또, 본 발명에 따른 질화 갈륨계 발광 다이오드의 제조방법은, 전술한 구조를 형성함에 있어서, 연결층을 얇게 형성한 다음, 열처리에 의해 연결층을 수축시키는 방법을 이용함으로써, 식각 공정 등에 의해 발광 다이오드가 손상될 염려가 없을 뿐만 아니라, 공정을 간소화할 수 있다.

Claims (12)

1. 제1GaN층 위에 형성된 활성층;

   상기 활성층 위에 형성된 제2GaN층;

   상기 제2GaN층 위에 형성되며, 상면으로부터 하면까지 관통되는 홈 또는 홀(Hole)을 구비한 연결층; 및

   상기 홈 또는 홀의 내부를 충진하며, 상기 연결층 위에 형성되는 반사층을 포함하여 이루어지는 질화 갈륨계 발광 다이오드.
2. 제1항에 있어서,

   상기 연결층은 투명 전도성 산화물(Transparent Conducting Oxide), 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화 갈륨계 발광 다이오드.
3. 제1항에 있어서,

   상기 연결층의 두께는 5 내지 5000Å인 것을 특징으로 하는 질화 갈륨계 발광 다이오드.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제2GaN층과 연결층 사이에 형성된 도전성 접착층을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화 갈륨계 발광 다이오드.
5. 제1항에 있어서,

   상기 제2GaN층과 연결층 사이에 형성된 InGaN/GaN 초격자층을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화 갈륨계 발광 다이오드.
6. 제1항에 있어서,

   상기 반사층은 알루미늄, 은 또는 그 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 질화 갈륨계 발광 다이오드.
7. 제1항에 있어서,

   상기 제1GaN층 아래에, 또는 상기 반사층 위에 형성된 지지부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화 갈륨계 발광 다이오드.
8. 제1항에 있어서,

   제1GaN층은 N-GaN층이고, 제2GaN층은 P-GaN층인 것을 특징으로 하는 질화 갈륨계 발광 다이오드.
9. 기판 위에 제1GaN층, 활성층, 제2GaN층, 연결층, 반사층을 순서대로 형성하여 발광 구조물을 형성하는 단계;

   상기 발광 구조물을 열처리하여, 상기 연결층을 수축시킴으로써, 상기 연결층의 상면으로부터 하면까지 관통되는 홈 또는 홀(Hole)을 형성하는 단계;

   상기 발광 구조물 위에 전도성 지지부를 형성하는 단계;

   상기 기판을 제거하는 단계; 및

   상기 기판이 제거된 제1GaN층의 아래에 제1전극을 형성하고, 상기 전도성 지지부 위에 제2전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 질화 갈륨계 발광 다이오드의 제조방법.
10. 기판 위에 제1GaN층, 활성층, 제2GaN층, 연결층, 반사층을 순서대로 형성하여 발광 구조물을 형성하는 단계;

    상기 발광 구조물을 열처리하여, 상기 연결층을 수축시킴으로써, 상기 연결 층의 상면으로부터 하면까지 관통되는 홈 또는 홀(Hole)을 형성하는 단계;

    상기 제1GaN층의 일부가 드러나도록, 상기 발광 구조물을 메사(Mesa) 식각하는 단계; 및

    상기 제1GaN층의 식각된 상면에 제1전극을 형성하고, 상기 발광 구조물 위에 제2전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 질화 갈륨계 발광 다이오드의 제조방법.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서,

    상기 연결층의 두께는 5 내지 5000Å인 것을 특징으로 하는 질화 갈륨계 발광 다이오드의 제조방법.
12. 제9항 또는 제10항에 있어서,

    상기 연결층 및 반사층의 열처리는 400 내지 800℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화 갈륨계 발광 다이오드의 제조방법.

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