KR101411256B1 - 반도체 발광소자 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 제 1 도전형 반도체층, 활성층, 제 2 도전형 반도체층, 제 2 전극층, 절연층, 도전성 기판이 순차 적층된 반도체 발광소자로서, 상기 도전성 기판은 상기 제 1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속하기 위하여, 상기 제 2 도전형 반도체층 및 활성층과는 전기적으로 절연되어 상기 도전성 기판의 일면으로부터 제 1 도전형 반도체층의 일부 영역까지 연장된 하나 이상의 콘택 홀을 포함하고, 상기 제 2 전극층은 상기 제 2 도전형 반도체층과의 계면 중 일부가 노출된 영역을 포함하고, 상기 노출 영역에는 식각 저지층이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자에 관한 것이다. 본 발명에 따른 반도체 발광소자는 최대 발광면적을 확보하여 발광효율을 최대화하는 동시에 작은 면적의 전극으로 균일한 전류분산이 가능하며, 누설전류의 발생이 감소된다.

반도체 발광소자, 콘택 홀, 노출 영역, 식각 저지층, 전극 패드부

Description

반도체 발광소자 및 그의 제조방법{Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof}

본 발명은 반도체 발광소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 최대 발광면적을 확보하여 발광효율을 최대화하는 동시에 작은 면적의 전극으로 균일한 전류분산이 가능하며, 누설전류의 발생이 감소한 반도체 발광소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

발광소자는 소자 내에 포함되어 있는 물질이 빛을 발광하는 소자로서, 예를 들면, 발광다이오드(Light emitting diode, LED)와 같이 다이오드를 이용하여 반도체를 접합한 형태로 전자/정공 재결합에 따른 에너지를 광으로 변환하여 방출하는 소자가 있다. 이러한 발광소자는 현재 조명, 표시장치 및 광원으로서 널리 이용되며 그 개발이 가속화되고 있는 추세이다.

특히, 최근 그 개발 및 사용이 활성화된 질화갈륨(GaN)계 발광다이오드를 이용한 휴대폰 키패드, 사이드 뷰어, 카메라 플래쉬 등의 상용화에 힘입어, 최근 발광다이오드를 이용한 일반 조명 개발이 활기를 띠고 있다. 대형 TV의 백라이트 유닛 및 자동차 전조등, 일반 조명 등 그의 응용제품이 소형 휴대제품에서 대형화, 고출력화, 고효율화, 신뢰성화된 제품으로 진행하여 해당 제품에 요구되는 특성을 나타내는 광원을 요구하게 되었다.

반도체 접합 발광소자는 통상 p형 반도체 및 n형 반도체의 접합구조이다. 반도체 접합 구조에서는 양반도체의 접합영역에서 전자/정공 재결합에 따른 발광이 있을 수 있으나, 그 발광을 보다 활성화시키기 위한 활성층을 구비할 수도 있다. 이러한 반도체 접합 발광소자는 반도체층을 위한 전극의 위치에 따라 수평형 구조 및 수직형 구조가 있고, 수평형 구조에는 성장형(epi-up) 및 플립칩형(flip-chip)이 있다. 전술한 바와 같이 사용되는 제품의 특성상 각각 요구되는 발광소자의 구조적 특성이 중요하게 고려된다.

수평형 구조에서는 n형 또는 p형 반도체층 및 활성층을 일부 소모하여 형성하므로, 반도체 발광소자의 발광면적이 감소하고, 그에 따라 발광효율도 감소하게 된다.

발광효율을 보다 높이기 위한 형태로, 플립칩형 발광소자가 제안되었는데, 플립칩 형 반도체 발광소자는 전극의 영향 없이 기판을 통과하여 발광되므로 성장형 반도체 발광소자에 비하여 발광효율이 향상되었다.

그러나, 플립칩형 발광소자는 우수한 발광효율의 장점에도 불구하고, 반도체 발광소자 내에 n형 전극 및 p형 전극을 동일 평면상에 함께 배치하여 본딩해야 하기 때문에 고가의 정밀한 공정장비가 요구되고, 제품의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.

수직형 반도체 발광소자는 도전성 기판을 통하여 전압의 인가가 가능하므로 기판 자체에 전극을 형성할 수 있다. 그러나, 고출력을 위한 대면적 발광소자를 제조하는 경우 전류분산을 위하여 전극의 기판에 대한 면적비율이 높을 것이 요구되는데, 그에 따라 광 추출의 제한 및 광 흡수로 인한 광 손실 및 발광효율이 감소되고, 제품의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 발광면적을 최대한 확보하여 발광효율을 최대화하는 동시에 작은 면적의 전극으로 균일한 전류분산이 가능하며, 누설전류의 발생이 감소한 반도체 발광소자 및 그의 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로써, 제 1 도전형 반도체층, 활성층, 제 2 도전형 반도체층, 제 2 전극층, 절연층, 및 도전성 기판이 순차 적층된 반도체 발광소자로서, 상기 도전성 기판은 상기 제 1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속하기 위하여, 상기 제 2 도전형 반도체층 및 활성층과는 전기적으로 절연되어 상기 도전성 기판의 일면으로부터 제 1 도전형 반도체층의 일부 영역까지 연장된 하나 이상의 콘택 홀을 포함하고, 상기 제 2 전극층은 상기 제 2 도전형 반도체층과의 계면 중 일부가 노출된 영역을 포함하고, 상기 노출 영역에는 식각 저지층이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자를 제공한다.

상기 절연층 및 상기 도전성 기판 사이에 제 1 전극층을 포함하고, 상기 콘택 홀은 상기 제 1 전극층의 일면으로부터 제 1 도전형 반도체층의 일부 영역까지 연장되는 것이 바람직하다.

상기 제 2 전극층은 Ag, Al, 및 Pt로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 식각 저지층은 SiH₄, SiN, SiON, 및 SiO₂로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 절연물질로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 노출 영역에는 식각 저지층을 관통하여 제 2 전극층과 전기적으로 연결되는 전극 패드부를 포함할 수 있다.

상기 노출 영역은 상기 반도체 발광소자의 모서리에 형성되거나, 상기 노출 영역은 반도체 발광소자의 중앙부에 형성될 수 있다.

상기 노출 영역은 내측면에 절연층이 형성될 수 있다.

상기 상기 식각 저지층은 제 2 전극층의 노출 영역에서부터 식각되는 제 2 도전형 반도체층 및 활성층의 측면으로 확장되어 될 수 있다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로써, 부도전성 기판상에 제 1 도전형 반도체층, 활성층, 제 2 도전형 반도체층, 제 2 전극층을 순차 적층하되, 상기 제 2 전극층은 상기 제 1 도전형 반도체층, 활성층 및 제 2 도전형 반도체층의 식각에 의하여 노출될 영역에 식각 저지층을 형성하면서 적층되는 제 1 단계; 상기 제 2 전극층 상에 절연층 및 도전성 기판을 형성하되, 상기 도전성 기판은 상기 제 1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속하기 위하여, 상기 제 2 도전형 반도체층 및 활성층과는 전기적으로 절연되어 상기 도전성 기판의 일면으로부터 제 1 도전형 반도체층의 일부 영역까지 연장된 하나 이상의 콘택 홀을 포함하도록 형성하는 제 2 단계; 및 상기 부도전성 기판을 제거하고, 상기 제 2 전극층과 제 2 도전형 반도체층과의 계면 중 일부가 노출되도록 제 2 전극층에 노출 영역을 형성 하는 제 3 단계를 포함하는 반도체 발광소자의 제조방법을 제공한다.

상기 제 3 단계의 노출 영역의 형성은 제 1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제 2 도전형 반도체층을 메사식각하여 수행될 수 있다.

상기 제 3 단계 이후에 노출 영역에 형성된 식각 저지층을 관통하여 제 2 전극층과 전기적으로 연결되는 전극 패드를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제 1 단계의 식각 저지층의 형성은 제 1 도전형 반도체층, 활성층 및 제 2 도전형 반도체층의 일부를 1차 식각한 후 식각된 영역에 확장하여 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 반도체 발광소자는 발광면적을 최대로 확보할 수 있고, 전류분산을 원활히 할 수 있는 하나 이상의 콘택 홀을 구비하여 작은 면적의 전극으로 균일한 전류분산이 가능하다. 본 발명에 따른 반도체 발광소자는 수평형 및 수직형 반도체 발광소자의 장점을 채용한 것으로, 본딩 부가 발광소자의 상면에 위치하여 다이 본딩시 정렬이 불필요하고, 와이어 본딩도 용이하다. 또한 패키지 제조시 비교적 용이한 저가의 다이 본딩과 와이어 본딩을 함께 이용할 수 있어 양산성이 우수하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 사시도이고, 도 2는 도 1의 반도체 발광소자의 상부평면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 반도체 발광소자의 A-A'선에서의 단면도이다. 이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자(100)는 순차적으로 적층된 제 1 도전형 반도체층(111), 활성층(112), 제 2 도전형 반도체층(113), 제 2 전극층(120), 절연층(130), 제 1 전극층(140) 및 도전성 기판(150)을 포함한다. 이 때 제1 전극층(140)은 제 1 도전형 반도체층(111)에 전기적으로 접속하기 위하여 제 2 도전형 반도체층(113) 및 활성층(112)과는 전기적으로 절연되어 제 1 전극층(140)의 일면으로부터 제 1 도전형 반도체층(111)의 적어도 일부 영역까지 연장된 하나이상의 콘택 홀(141)을 포함한다. 상기 제 1 전극층(140)은 본 실시예에서 필수적인 구성요소는 아니다. 도시되지 않았지만, 제 1 전극층을 포함하지 않을 수 있고, 콘택 홀(141)은 도전성 기판의 일면으로부터 형성될 수 있다. 즉, 도전선 기판(150)은 제 1 도전형 반도체층(111)에 전기적으로 접속하기 위하여 제 2 도전형 반도체층(113) 및 활성층(112)과는 전기적으로 절연되어 제 1 전극층(140)의 일면으로부터 제 1 도전형 반도체층(111)의 적어도 일부 영역까지 연장된 하나이상의 콘택 홀(141)을 포함할 수 있다. 이때, 도전성 기판은 외부 전원(미도시)과 전기적으로 연결되고, 제 1 도전형 반도체층은 도전성 기판을 통하여 전압이 인가된다.

제 2 전극층(120)은 제 1 도전형 반도체층(111), 활성층(112) 및 제 2 도전형 반도체층(113)의 식각에 의하여, 제 2 도전형 반도체층(113)과의 계면 중 일부가 노출된 영역(114)을 포함하고, 상기 노출 영역(114)에는 식각 저지층(121)이 형성된다.

반도체 발광소자(100)의 발광은 제 1 도전형 반도체층(111), 활성층(112), 및 제 2 도전형 반도체층(113)에서 수행되므로, 이들을 이하, 발광적층체(110)라 한다. 즉, 반도체 발광소자(100)는 발광적층체(110) 및 제 1 도전형 반도체층(111)과 콘택 홀(141)에 의하여 전기적으로 접속되는 제 1 전극층(140), 제 2 도전형 반도체층(113)과 전기적으로 접속되는 제 2 전극층(120), 및 전극층들(120, 140)을 전기적으로 절연시키기 위한 절연층(130)을 포함한다. 또한, 반도체 발광소자(100)의 지지를 위하여 도전성 기판(150)을 포함한다.

상기 제 1 도전형 및 제 2 도전형 반도체층(111, 113)은 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들면 GaN계 반도체, ZnO계 반도체, GaAs계 반도체, GaP계 반도체, 또는 GaAsP계 반도체와 같은 반도체 물질을 포함할 수 있다. 이외에도, 상기 반도체층(111, 113)은 III-V족 반도체, II-VI족 반도체 및 Si로 이루어진 군으로부터 적절히 선택될 수 있다. 또한 상기 반도체층(111, 113)은 상술한 반도체에 각각의 도전형을 고려하여 n형 불순물 또는 p형 불순물로 도핑될 수 있다.

상기 활성층(112)은 발광을 활성화시키는 층으로서, 제 1 도전형 반도체층(111) 및 제 2 도전형 반도체층(113)의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질을 이용하여 형성한다. 예를 들어, 제 1 도전형 반도체층(111) 및 제 2 도전형 반도체층(113)이 GaN계 화합물 반도체인 경우, GaN의 에너지 밴드 갭보다 적은 에너지 밴드 갭을 갖는 InAlGaN계 화합물 반도체를 이용하여 활성층(112)을 형성할 수 있다. 즉, 활성층(112)은 In_xAl_yGa_(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)을 포함할 수 있다.

이때, 활성층(112)의 특성상, 불순물은 도핑되지 않는 것이 바람직하며, 구성물질의 몰비를 조절하여 발광하는 빛의 파장을 조절할 수도 있다. 따라서, 반도체 발광소자(100)는 활성층(112)의 특성에 따라 적외선, 가시광선, 및 자외선 중 어느 하나의 빛을 발광할 수 있다.

상기 제 1 전극층(140) 및 제 2 전극층(120)은 각각 동일한 도전형의 반도체층에 전압을 인가하기 위한 층들로써, 상기 전극층(120, 140)에 의하여 상기 반도체층(111, 113)은 외부전원(미도시)과 전기적으로 연결된다.

제 1 전극층(140)은 제 1 도전형 반도체층(111)에, 제 2 전극층(120)은 제 2 도전형 반도체층(113)에 각각 접속되므로 제 1 절연층(130)을 통하여 서로 전기적 으로 분리된다. 상기 절연층(130)은 전기 전도성이 낮은 물질로 구성되는 것이 바람직한데, 예를 들면, SiO₂와 같은 산화물을 포함할 수 있다.

제 1 전극층(140)은 제 1 도전형 반도체층(111)에 전기적으로 접속하기 위하여, 제 2 도전형 반도체층(113) 및 활성층(112)과는 전기적으로 절연되어(제 1 전극층 및 제 2 전극층 사이에 위치하는 절연층(130)이 연장되어 형성될 수 있음) 제 1 도전형 반도체층(111)의 일부 영역까지 연장된 하나 이상의 콘택 홀(141)을 포함한다. 상기 콘택 홀(141)은 제 2 전극층(120), 절연층(130) 및 활성층(112)을 관통하여 제 1 도전형 반도체층(111)까지 연장되고 전극물질을 포함한다. 상기 콘택 홀(141)에 의하여 제 1 전극층(140) 및 제 1 도전형 반도체층(111)이 전기적으로 접속되어, 제 1 도전형 반도체층(111)은 외부전원(미도시)과 연결된다.

상기 콘택 홀(141)이 단지 제 1 도전형 반도체층(111)의 전기적 연결만을 위한 것이라면, 제 1 전극층(140)은 하나의 콘택 홀(141)을 포함할 수 있다. 다만, 제 1 도전형 반도체층(111)에 전달되는 전류의 균일한 분산을 위하여 제 1 전극층(140)은 콘택 홀(141)을 소정 위치에 하나 이상 구비할 수 있다.

제 2 전극층(120)은 활성층(112)의 하측에 위치하여 활성층(112)을 기준으로 하여 반도체 발광소자(100)의 발광방향과 반대 면에 위치한다. 따라서, 제 2 전극 층(120)을 향하여 진행하는 빛은 반사되어야 발광효율이 증가한다.

제 2 전극층(120)은 활성층(112)으로부터 발생한 빛을 반사시키기 위하여 가시광선영역에서 백색계열 금속인 것이 바람직한데, 예를 들면, Ag, Al, 또는 Pt 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

제 2 전극층(120)은 제 1 도전형 반도체층(111), 활성층(112) 및 제 2 도전형 반도체층(113)의 식각에 의하여, 제 2 도전형 반도체층(113)과의 계면 중 일부가 노출된다. 상기 노출 영역(114)에는 식각 저지층(121)이 형성된다. 제 1 전극층(140)은 하면에 위치한 도전성 기판(150)과 접촉되어 있어 외부 전원과 연결될 수 있는 반면에, 제 2 전극층(120)은 외부 전원(미도시)과의 연결을 위하여 별도의 연결영역이 필요하다. 따라서, 제 2 전극층(120)은 발광적층체(110)의 일 영역을 식각하여 제 2 도전형 반도체층(113)과의 계면 중 일부에 노출 영역(114)을 갖는다. 이로써, 제 2 도전형 반도체층(113)은 제 2 전극층(120)에 의하여 외부 전원(미도시)과 연결된다.

상기 노출 영역(114)의 면적은 발광면적, 전기적 연결효율 및 제 2 전극층(120)에서의 전류분산을 고려하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 적절히 선택될 수 있다. 도 1 내지 도 3은 발광 적층체(110)의 모서리가 식각되어, 제 2 전극층(120)의노출 영역(114)이 모서리에 위치한 실시예가 도시되어 있다.

상기 노출영역(114)은 발광적층체(110)의 일부만을 식각하고, 통상 금속을 포함하는 제 2 전극층(120)은 식각하지 않도록 선택적 식각을 통하여 수행한다. 그러나, 발광적층체(110)의 일 영역을 식각하기 위한 선택적 식각은 완벽하게 제어하기 어려워 발광적층체(110) 하면에 위치하고 있는 제 2 전극층도 일부 식각이 진행될 수 있다. 이와 같이 제 2 전극층(120)의 일부가 식각되는 경우 제 2 전극층(120)을 이루는 금속 물질이 제 2 도전형 반도체층(113)에 접합되어 누설전류가 발생된다. 따라서, 제 2 전극층(120)은 발광적층체(110)의 식각이 진행되는 영역(제 2 전극층의 노출영역)에 식각 저지층(121)이 형성된다.

상기 식각 저지층(121)에 의하여 제 2 전극층(120)을 이루는 금속이 발광 적층체(110)의 측면에 접합하는 것을 방지하여 누설전류를 감소시킬 수 있고, 식각이 용이하게 진행될 수 있다. 상기 식각 저지층(121)은 발광 적층체(100)의 식각을 억제하기 위한 물질로써, 이에 제한되는 것은 아니나, SiH₄, SiN, SiON, 및 SiO₂로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 절연 물질일 수 있다.

또한, 상기 노출 영역(114)에는 식각 저지층(121)을 관통하여 전극 패드부(160)가 형성될 수 있다. 전극 패드부는 식각 저지층(121)을 관통하여 제 2 전극층과 전기적으로 연결된다. 이의 경우 제 2 전극층(120)과 외부전원(미도시)의 전기적 연결은 보다 용이해 진다.

도전성 기판(150)은 제 1 전극층(140)의 하면에 위치하는 것으로, 제 1 전극층(140) 접촉되어 전기적으로 연결된다. 도전성 기판(150)은 금속성 기판이거나 반도체 기판일 수 있다. 도전성 기판(150)이 금속인 경우, Au, Ni, Cu, 및 W 중 어느 하나의 금속으로 구성될 수 있다. 또한, 도전성 기판(150)이 반도체 기판인 경우, Si, Ge, 및 GaAs 중 어느 하나의 반도체 기판일 수 있다. 이들 도전성 기판(150)은 격자 부정합이 비교적 낮은 사파이어 기판을 성장기판으로 사용한 후, 사파이어 기판을 제거하고 접합된 지지기판일 수 있다.

도 2를 참조하면, 반도체 발광소자(100)의 상부평면도가 도시되어 있다. 반도체 발광소자(100)의 상면에는 나타나지 않지만 콘택 홀(141)의 위치를 표시하기 위하여 콘택 홀(141)을 점선으로 도시하였다. 콘택 홀(141)은 제 2 전극층(120), 제 2 도전형 반도체층(113) 및 활성층(112)과 전기적으로 분리되기 위하여 그 둘레에 절연층(130)이 연장될 수 있다. 이에 대하여는 이하, 도 3을 참조하여 자세히 설명하기로 한다.

도 3은 도 2에 도시된 반도체 발광소자의 A-A'선에서의 단면도이다. A-A'는 콘택 홀(141) 및 노출 영역(114)을 포함하는 단면을 취하기 위하여 선택되었다.

도 3을 참조하면, 콘택 홀(141)은 제 1 전극층(140)의 계면에서부터 제 2 전극층(120), 제 2 도전형 반도체층(113) 및 활성층(112)을 통과하여 제 1 도전형 반도체층(111) 내부까지 연장된다. 적어도 활성층(112) 및 제 1 도전형 반도체 층(111)의 계면까지는 연장되고, 바람직하게는 제 1 도전형 반도체층(111)의 일부까지 연장된다. 다만, 콘택 홀(141)은 제 1 도전형 반도체층(111)의 전기적 연결 및 전류분산을 위한 것이므로 제 1 도전형 반도체층(111)과 접촉하면 목적을 달성하므로 제 1 도전형 반도체층(111)의 외부표면까지 연장될 필요는 없다.

또한 콘택 홀(141)은 제 1 도전형 반도체층(111)에 전류를 분산시키기 위한 것이므로 소정면적을 가지는 것이 바람직하다. 콘택 홀(141)은 제 1 도전형 반도체층(111)상에 전류가 균일하게 분포될 수 있는 가능한 작은 면적으로 소정개수가 형성되는 것이 바람직하다. 콘택 홀(141)이 너무 적은 개수로 형성되면 전류분산이 어려워져 전기적 특성이 악화될 수 있고, 너무 많은 개수로 형성되면 형성을 위한 공정의 어려움 및 활성층의 감소로 인한 발광면적의 감소가 초래되므로 그 개수는 적절히 선택될 수 있다. 따라서, 콘택 홀(141)은 가능한 한 적은 면적을 차지하면서 전류분산이 효과적인 형상으로 구현된다.

콘택 홀(141)은 제 1 전극층(140)으로부터 제 1 도전형 반도체층(111) 내부까지 형성되는데, 제 1 도전형 반도체층의 전류분산을 위한 것이므로 제 2 도전형 반도체층(113) 및 활성층(112)과는 전기적으로 분리될 필요가 있다. 따라서, 절연층(130)은 콘택 홀(141)의 둘레를 감싸면서 연장될 수 있다.

도 3에서, 제 2 전극층(120)은 제 2 도전형 반도체층(113)과의 계면 중 일부 가 노출된 영역(114)을 포함하는데, 이는 제 2 전극층(120)의 외부전원(미도시)과의 전기적 연결을 위한 영역이다. 노출 영역(114)에는 식각 저지층(121)이 형성된다. 상기 식각 저지층(121)을 관통하여 상기 제 2 전극층(120)과 전기적으로 연결된 전극 패드부(160)를 포함할 수 있다. 이 때, 노출 영역(114)의 내측면에는 발광적층체(110) 및 전극패드부(160)를 전기적으로 분리하기 이하여 절연층(170)이 형성될 수 있다.

도 3에서 제 1 전극층(140) 및 제 2 전극층(120)은 같은 평면상에 위치하므로 반도체 발광소자(100)는 수평형 반도체 발광소자의 특성을 나타내고, 도 3에서 전극 패드부(160)가 제 1 도전형 반도체층(111)의 표면에 위치하므로, 반도체 발광소자(100)는 수직형 반도체 발광소자의 특성을 나타낼 수 있다. 따라서 반도체 발광소자(100)는 수평형 및 수직형을 통합한 형태의 구조를 나타내게 된다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 반도체 발광소자를 도시한 것으로 도 4는 반도체 발광소자의 사시고이고, 도 5는 상부 평면도이며, 도 6은 도 5에 도시된 반도체 발광소자의 A-A'선에서의 단면도이다.

도 4 내지 도 6은 발광적층체(210)의 중앙이 식각되어, 제 2 전극층(220)의 제 2 도전형 반도체층과의 계면 중 일부 노출된 영역(214)이 중앙에 위치한다. 이미, 설명한 동일한 구성요소에 대하여는 설명을 생략하기로 한다. 이 경우 노출 영역에 형성되는 식각 저지층(221)의 일부를 제거하여 외부 전원(미도시)과 전기적 으로 연결될 수 있고, 식각 저지층(221)을 관통하여 제 2 전극층(220)과 전기적으로 연결된 전극 패드부(260)를 포함할 수 있다. 이 때, 외부전원(미도시)과의 연결은 와이어를 이용할 수 있으므로 연결의 편의상 노출 영역(214)은 제 2 전극층에서 제 1 도전형 반도체층 방향으로 증가하도록 형성되는 것이 바람직하다.

도 7 및 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 발광소자를 도시한 것으로, 도 7은 반도체 발광소자의 사시도이고, 도 8은 반도체 발광소자의 측단면도이다. 이의 경우 반도체 발광소자의 상부 평면도는 도 2와 유사하고, 도 8은 도 3과 유사하게 A-A'선에서의 단면도이다. 이미 설명한 동일한 구성요소에 대하여는 설명을 생략하기로 한다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 식각 저지층(321)은 제 2 전극층의 노출 영역(314)에서부터 식각된 제 2 도전형 반도체층 및 활성층의 측면으로 확장된다. 되어 발광 적층체(310)의 식각에 제 2 전극층이 노출되고, 노출된 영역에 형성되는 식각 저지층(321)이 제 2 도전형 반도체층(313) 및 활성층(312)의 측면으로 확장된다. 이러한 경우, 상술한 바와 같이 제 1 도전형 반도체층(311)의 식각을 수행하는 동안 제 2 전극층의 금속 물질이 반도체측에 접합되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 활성층(312)을 보호하는 효과를 얻을 수 있다.

이하, 상기에서 설명한 반도체 발광수조를 제조하는 방법을 설명한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 제조방법을 나타내는 단면도로써, 보다 구체적으로는 도 1 내지 도 3에 도시된 반도체 발광소자의 제조방법을 나타낸다.

우선, 도 9a에 도시되 바와 같이 부도전성 기판(180)상에 제 1 도전형 반도체층(111), 활성층(112), 제 2 도전형 반도체층(113), 제 2 전극층(120)을 순차적으로 적층한다.

이 경우 반도체층 및 활성층의 적층은 공지된 공정을 이용할 수 있는데, 예를 들면, 유기금속 기상증착법(MOCVD), 분자빔성장법(MBE), 또는 하이브리드 기상증착법(HVPE)을 이용할 수 있다. 상기 부도전성 기판(180)은 질화물 반도체층의 성장이 용이한 사파이어 기판을 이용할 수 있다.

상기 제 2 전극층(120)의 형성시, 상기 제 1 도전형 반도체층(111), 활성층(112) 및 제 2 도전형 반도체층(113)의 식각에 의하여 노출될 영역에 식각 저지층(121)을 형성하면서 적층된다.

다음으로, 제 2 전극층(120) 상에 절연층(130) 및 도전성 기판(150)을 형성한다. 이때, 도 9b에 도시된 바와 같이 상기 절연층(130) 및 도전성 기판(150) 사이에 제 1 전극층(140)을 형성할 수 있다.

상기 제 1 전극층(140)은 상기 제 1 도전형 반도체층(111)에 전기적으로 접속하기 위하여, 상기 제 2 도전형 반도체층(113) 및 활성층(112)과는 전기적으로 절연되어 도전성 기판(150)의 일면으로부터 제 1 도전형 반도체층(111)의 일부 영역까지 연장된 하나 이상의 콘택 홀(141)을 포함하도록 형성한다.

도 9b에 도시된 바와 같이, 상기 절연층(130) 및 도전성 기판(150) 사이에 제 1 전극층(140)이 형성되는 경우, 상기 콘택 홀(141)은 제 1 전극층(140)의 일면으로부터 형성된다. 즉, 상기 제 1 전극층(140)은 상기 제 1 도전형 반도체층(111)에 전기적으로 접속하기 위하여, 상기 제 2 도전형 반도체층(113) 및 활성층(112)과는 전기적으로 절연되어 제 1 전극층(140)의 일면으로부터 제 1 도전형 반도체층(111)의 일부 영역까지 연장된 하나 이상의 콘택 홀(141)을 포함하도록 형성한다.

이 때, 콘택 홀(141)은 제 1 도전형 반도체층(111)의 전류분산을 위한 것이므로 제 2 도전형 반도체층(113) 및 활성층(112)과는 전기적으로 분리될 필요가 있다. 따라서, 절연층(130)은 콘택 홀(141)의 둘레를 감싸면서 연장될 수 있다.

다음으로, 도 9c에 도시된 바와 같이(도 9b를 뒤집어 도시) 부도전성 기판(180)을 제거하고, 제 1 도전형 반도체층(111), 활성층(112) 및 제 2 도전형 반도체층(113)의 일 영역을 식각하여 제 2 전극층(120)과 제 2 도전형 반도체층(113)의 계면 중 일부에 노출 영역(114)을 형성한다.

상기 노출 영역(114)은 발광 적층체(110)의 일부만을 식각하고, 통상 금속을 포함하는 제 2 전극층(120)은 식각하지 않도록 선택적 식각을 통하여 수행한다.

상술한 바와 같이 발광적층체(110)의 일 영역을 식각하기 위한 선택적 식각은 완벽하게 제어하기 어려워 발광적층체(110) 하면에 위치하고 있는 제 2 전극층(120)도 일부 식각이 진행될 수 있으나, 본 발명은 식각이 진행되는 영역에 식각 저치층(121)을 형성하여 식각이 용이하게 진행될 수 있다. 이에 의하여 제 2 전극층(120)의 금속이 발광 적층체(110)의 측면에 접합하는 것을 방지하여, 누설전류를 감소시킬 수 있다.

다음으로, 도 9d에 도시된 바와 같이 제 2 전극층(120)과 외부전원과의 연결을 위하여 상기 식각 저지층(121)의 일 영역을 제거할 수 있다. 이때, 식각 저지층(121)이 제거된 영역에는 전극 패드부(160)를 형성할 수 있다. 또한 발광적층체(110) 및 전극패드부(160)를 전기적으로 분리하기 위하여 식각이 진행된 발광적층의 내측면에 절연층(170)을 형성할 수 있다.

도 9는 발광 적층체(110)의 일 모서리를 식각하여 제 2 전극층(120)의 노출 영역(114)이 모서리에 형성되는 예를 도시한 것이다. 발광 적층체(110)의 중앙부를 식각하는 경우 도 4에 도시된 바와 같은 형태의 반도체 발광소자를 제조할 수 있다.

도 10는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 발광소자의 제조방법을 나타내는 단면도로써, 보다 구체적으로는 도 7 및 도 8에 도시된 반도체 발광소자의 제 조방법을 나타낸다. 상기 도 9를 참조하여 설명한 실시예와 동일한 구성요소에 대하여는 그 설명을 생략하기로 한다.

우선, 도 10a에 도시되 바와 같이 부도전성 기판(380)상에 제 1 도전형 반도체층(311), 활성층(312), 제 2 도전형 반도체층(313), 제 2 전극층(320)을 순차적으로 적층한다.

상기 제 2 전극층(320)은 상기 제 1 도전형 반도체층(311), 활성층(312) 및 제 2 도전형 반도체층(313)의 식각에 의하여 노출될 영역에 식각 저지층(321)을 형성하면서 적층된다. 이때, 노출 영역(314)을 형성하기 위한 발광 적층체(310)의 식각 전에, 도 10a에 도시된 바와 같이 제 2 도전형 반도체층(313), 활성층(312) 및 제 1 도전형 반도체층(311)의 일 영역을 1차로 먼저 식각한다. 상기 1차로 식각되어 노출된 제 2 도전형 반도체층(313), 활성층(312) 및 제 1 도전형 반도체층(311)에 식각 저지층(321)을 확장하여 형성한다.

이러한 경우, 도 10c에 도시된 바와 같이 제 2 전극층(320)에 노출 영역(314)을 형성하기 위한 발광 적층체(310)의 식각시 제 1 도전형 반도체층(311)만을 식각할 수 있게 되어, 활성층을 보호하는 추가적인 효과를 얻을 수 있다.

다음으로, 도 10b에 도시된 바와 같이 제 2 전극층(320) 상에 절연층(330), 제 1 전극층(340), 및 도전성 기판(350)을 형성한다.

이 경우, 상기 제 1 전극층(340)은 상기 제 1 도전형 반도체층(311)에 전기적으로 접속하기 위하여, 상기 제 2 도전형 반도체층(313) 및 활성층(312)과는 전기적으로 절연되어 제 1 전극층(340)의 일면으로부터 제 1 도전형 반도체층(311)의 일부 영역까지 연장된 하나 이상의 콘택 홀(341)을 포함하도록 형성한다. 이 때, 콘택 홀(341)은 제 1 도전형 반도체층(311)의 전류분산을 위한 것이므로 제 2 도전형 반도체층(313) 및 활성층(312)과는 전기적으로 분리될 필요가 있다. 따라서, 절연층(330)은 콘택 홀(341)의 둘레를 감싸면서 연장될 수 있다.

다음으로, 도 10c에 도시된 바와 같이(도 10b를 뒤집어 도시) 제 2 전극층(320)상에 제 2 도전형 반도체층과의 계면 중 일부가 노출되도록 노출 영역(314)을 형성한다. 우선, 부도전성 기판(380)을 제거하고, 제 1 도전형 반도체층(311)을 식각한다. 상술한 바와 같이 도 10a에서 활성층(312) 및 제 2 도전형 반도체층(313)의 식각은 수행되었으므로, 제 1 도전형 반도체층의 식각만으로 노출 영역(314)이 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이, 발광 적층체(310)의 식각시 제 2 전극층(320)의 노출 영역(314)에는 식각 저지층(321)이 형성되어, 식각이 용이하게 진행될 수 있다. 또한, 상기 도 10a에서 진행된 1차 식각으로 인하여 제 1 도전형 반도체층(311)의 식각만 진행되어 활성층을 보호하는 효과가 있다.

다음으로, 도 10d에 도시된 바와 같이 제 2 전극층(320)과 외부전원과의 연결을 위하여 노출 영역(314)상에 형성되는 식각 저지층(321)의 일 영역을 제거할 수 있다. 이때, 식각 저지층(321)이 제거된 영역에는 제 2 전극층과 전기적으로 연결되도록 전극 패드부(360)를 형성할 수 있다. 이 경우, 도 9의 공정과는 달리 제 1 도전형 반도체층(311)만 노출되므로, 전극패드부(360)와 전기적으로 분리하기 위한 절연층의 형성을 요하지 않는다.

본 발명에 따른 반도체 발광소자(100, 200, 300)를 실장하는 경우, 도전성 기판(150, 250, 350)은 제1리드프레임과 전기적으로 연결되고, 전극 패드부(160, 260, 360)는 와이어 등을 통하여 제2리드프레임과 전기적으로 연결된다. 즉, 다이본딩 형식 및 와이어 본딩 형식을 혼용하여 실장될 수 있어 발광효율을 최대한 보장할 수 있으면서도 비교적 저비용으로 공정수행이 가능하다.

도 11은 발광면의 전류밀도와 발광효율의 관계를 도시하는 그래프를 나타내는 도면이다. 그래프에서 전류밀도가 약 10A/cm²이상인 경우, 전류밀도가 작은 경우에는 발광효율이 높고, 전류밀도가 큰 경우에는 발광효율이 낮은 경향을 나타낸다.

도 11을 참조하면, 발광면적이 높을수록 발광효율이 높아지나, 발광면적을 확보하기 위하여는 분포된 전극의 면적이 감소되어야 하므로 발광면의 전류밀도는 감소하는 경향을 나타낸다. 이러한 발광면에서의 전류밀도의 감소는 반도체 발광소자의 전기적 특성을 해칠 수 있다는 문제점이 있다.

그러나, 이러한 문제점은 본 발명에서의 콘택 홀을 이용한 전류분산의 확보 를 통하여 해소가 가능하다. 따라서, 전류밀도가 감소하여 발생할 수 있는 전기적 특성상의 문제점은 발광표면까지 형성되지 않고 그 내부에 형성되어 전류분산을 담당하는 콘택 홀을 형성하는 방법을 통하여 극복될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 반도체 발광소자는 원하는 전류분산정도를 획득하면서 최대의 발광면적을 확보하여 바람직한 발광효율을 얻을 수 있다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위에 의해 해석되어야 한다. 또한, 본 발명에 대하여 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자의 사시도이고, 도 2는 도 1의 반도체 발광소자의 상부평면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 반도체 발광소자의 A-A'선에서의 단면도이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 반도체 발광소자의 사시도이고, 도 5는 도 4의 반도체 발광소자의 상부평면도이며, 도 6은 도 4에 도시된 반도체 발광소자의 A-A'선에서의 단면도이다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 반도체 발광소자의 사시도이고, 도 8은 도 7의 반도체 발광소자의 단면도이다.

도 9a 내지 9d는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자의 제조방법을 나타내는 공정별 단면도이다.

도 10a 내지 10d는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 반도체 발광소자의 제조방법을 나타내는 공정별 단면도이다.

도 11은 발광면의 전류밀도와 발광효율의 관계를 도시하는 그래프를 나타내는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 반도체 발광소자 111: 제 1 도전형 반도체층

112: 활성층 113: 제 2 도전형 반도체층

114: 노출 영역 120: 제 2 전극층

130: 절연층 140: 제 1 전극층

141: 콘택 홀 150: 도전성 기판

160: 전극 패드부

Claims (13)

1. 제 1 도전형 반도체층, 활성층, 제 2 도전형 반도체층, 제 2 전극층, 절연층, 및 도전성 기판이 순차 적층된 반도체 발광소자로서,

   상기 도전성 기판은 상기 제 1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속하기 위하여, 상기 제 2 도전형 반도체층 및 활성층과는 전기적으로 절연되어 상기 도전성 기판의 일면으로부터 제 1 도전형 반도체층의 일부 영역까지 연장된 하나 이상의 콘택 홀을 포함하고,

   상기 제 2 전극층은 상기 제 2 도전형 반도체층과의 계면 중 일부가 노출된 영역을 포함하고, 상기 노출 영역에는 식각 저지층이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 절연층 및 상기 도전성 기판 사이에 제 1 전극층을 포함하고, 상기 콘택 홀은 상기 제 1 전극층의 일면으로부터 제 1 도전형 반도체층의 일부 영역까지 연장되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 전극층은 Ag, Al, 및 Pt로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 식각 저지층은 SiH₄, SiN, SiON, 및 SiO₂로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 절연물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 노출 영역에는 상기 식각 저지층을 관통하여 제 2 전극층과 전기적으로 연결되는 전극 패드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 전극층의 노출 영역은 상기 반도체 발광소자의 모서리에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 전극층의 노출 영역은 반도체 발광소자의 중앙부에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 전극층의 노출 영역은 내측면에 절연층이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 식각 저지층은 제 2 전극층의 노출 영역에서부터 식각되는 제 2 도전형 반도체층 및 활성층의 측면으로 확장되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
10. 부도전성 기판상에 제 1 도전형 반도체층, 활성층, 제 2 도전형 반도체층, 제 2 전극층을 순차 적층하되, 상기 제 2 전극층은 상기 제 1 도전형 반도체층, 활성층 및 제 2 도전형 반도체층의 식각에 의하여 노출될 영역에 식각 저지층을 형성하면서 적층되는 제 1 단계;

    상기 제 2 전극층 상에 절연층 및 도전성 기판을 형성하되, 상기 도전성 기판은 상기 제 1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속하기 위하여, 상기 제 2 도전형 반도체층 및 활성층과는 전기적으로 절연되어 상기 도전성 기판의 일면으로부터 제 1 도전형 반도체층의 일부 영역까지 연장된 하나 이상의 콘택 홀을 포함하도록 형성하는 제 2 단계; 및

    상기 부도전성 기판을 제거하고, 상기 제 2 전극층과 제 2 도전형 반도체층과의 계면 중 일부가 노출되도록 제 2 전극층에 노출 영역을 형성하는 제 3 단계를 포함하는 반도체 발광소자의 제조방법.
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