KR100691264B1 - 수직구조 질화물 반도체 발광소자 - Google Patents
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Abstract
전극에 의한 빛의 흡수를 방지하고, 전류확산을 향상시킬 수 있는 수직구조 질화물 반도체 발광소자가 개시된다. 본 발명은, n형 질화물 반도체층; 상기 n형 질화물 반도체층의 하면에 형성된 활성층; 상기 활성층 하면에 형성된 p형 질화물 반도체층; 상기 n형 질화물 반도체층 상면에 형성된 투명 전극층; 및 상기 투명 전극층 상면 일부 영역에 형성되며 적어도 하나의 층으로 형성된 반사전극층을 구비하는 n측 전극을 포함하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.
수직구조, 질화물 반도체 발광소자, LED, 투명전극, 반사전극
Description
도 1은 종래의 수직구조 질화물 반도체 발광소자를 도시한 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 수직구조 질화물 반도체 발광소자를 도시한 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 수직구조 질화물 반도체 발광소자를 도시한 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 수직구조 질화물 반도체 발광소자를 도시한 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 일부분을 확대 도시한 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시형태에 따른 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 일부분을 확대 도시한 측단면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
11: n형 질화물 반도체층 12: 활성층
13: p형 질화물 반도체층 14: 고반사성 오믹콘택층
15: 도전성 접합층 16: 지지용 기판
17: 본딩패드 17a: Cr층
17b: Au층 18: 투명전극층
19: 반사전극층
본 발명은 수직구조 질화물 반도체 발광소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 광출사면으로 이용되는 n형 질화물 반도체층 상에 형성된 n측 전극에 반사층을 형성함으로써, n측 전극에 의한 빛의 흡수를 방지하고 n측 전극으로 입사되는 빛을 반사시켜 광손실을 감소시키고 발광 휘도를 향상시킬 수 있으며, n측 전극과 n형 질화물 사이에 투명전극층을 구비함으로써 전류확산을 향상시킬 수 있는 수직구조 질화물 반도체 발광소자에 관한 것이다.
일반적으로, 질화물 반도체는 GaN, InN, AlN 등과 같은 Ⅲ-Ⅴ족 반도체결정으로서, 단파장광(자외선 내지 녹색광), 특히 청색광을 낼 수 있는 발광소자에 널리 사용된다.
질화물 반도체 발광소자는 결정성장을 위한 격자정합 조건을 가장 만족하는 것으로 알려진 사파이어 기판과 같은 절연성 기판을 이용하여 제조되므로, p형 및 n형 질화물 반도체층에 연결된 2개의 전극이 발광구조의 상면에 거의 수평으로 배열되는 수평 구조를 취하게 된다.
이러한 수평 구조의 질화물 반도체 발광소자는, 여러 가지 단점을 갖는다. 먼저, n측 전극으로부터 활성층을 통해 p형 전극으로 향하는 전류흐름이 수평방향을 따라 협소하게 형성될 수 밖에 없다. 이러한 협소한 전류흐름으로 인해, 수평 구조의 질화물 반도체 발광소자는 순방향 전압(Vf)이 증가하여 전류효율이 저하되는 단점이 있다.
또한, 수평 구조의 질화물 반도체 발광소자에서는, 전류밀도의 증가에 의해 열발생량이 크고, 반면에 사파이어 기판의 낮은 열전도성에 의해 열방출이 원활하지 못하므로, 열증가에 따라 사파이어 기판과 질화물 반도체 발광구조물 간에 기계적 응력이 발생하여 소자가 불안정해지는 단점이 있다.
더하여, 수평 구조의 질화물 반도체 발광소자에서는, n측 전극을 형성하기 위해서, 형성되는 n형 전극의 면적보다 크게 활성층 및 p형 질화물 반도체층의 일부영역을 제거하여야 하므로, 발광면적이 감소되어 소자크기 대 휘도에 따른 발광효율이 저하된다는 단점도 있다.
이와 같은, 수평 구조의 질화물 반도체 발광소자의 단점을 개선하기 위해, 레이저 리프트 오프 공정을 이용하여 사파이어 기판을 제거한 수직구조의 질화물 반도체 발광소자의 개발이 적극적으로 이루어지고 있다.
도 1은 종래의 수직구조 질화물 반도체 발광소자를 도시한 측단면도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 수직구조 질화물 반도체 발광소자(100)는, 사파이어 기판 상에 n형 질화물 반도체층(110), 활성층(120), p형 질화물 반도체층(130)을 순차적으로 형성한 후, 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off : LLO) 공정을 이용하여 상기 사파이어 기판을 제거하고, 상기 n형 질화물 반도체층(110)을 최상층으로 하여, n형 질화물 반도체층(110)의 상면을 광방출면으로 이용한다.
따라서, n형 질화물 반도체층(110), 상기 n형 질화물 반도체층(110)의 하면에 형성된 활성층(120), 상기 활성층(120) 하면에 형성된 p형 질화물 반도체층(130), 상기 p형 질화물 반도체층(130)의 하면에 순차적으로 형성된 고반사성 콘택층(140), 도전성 접착층(150) 및 도전성 지지용 기판(160)을 포함하는 구조를 갖는다. 상기 n형 질화물 반도체층(130)의 상면에는 n측 전극(170)이 형성되고, 상기 n측 전극(170)에 와이어 본딩이 이루어져 전류가 공급된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 수직구조 질화물 반도체 발광소자(100)에서, n측 전극(170)은 n형 질화물 반도체층(110)의 상면에 접촉하는 Cr층(170a)과 상기 Cr층(170a)의 상면에 형성된 Au층(170b)으로 이루어진다. 이러한 종래의 n측 전극(170)은 외부로부터 전류를 공급하기 위해 와이어 등의 본딩용으로 이용되는 본딩패드의 기능을 한다. 상기 Cr/Au의 이중층 구조를 갖는 종래의 n측 전극(170)은 반사율이 낮기 때문에, 활성층(120)에서 생성된 빛 중 상기 n측 전극(170)이 형성된 방향으로 입사되는 빛은 반사되지 못하고 상기 n측 전극(170)에 의해 흡수된다. 이와 같이, 상기 n측 전극(170)에 의해 빛이 흡수되는 빛의 손실으로 인해, 질화물 반도체 발광소자(100)의 외부로 방출되는 빛의 휘도가 저하되는 문제점이 발 생한다.
더하여, 질화물 반도체 발광소자(100)를 통과하는 전류가 저항이 낮은 n측 전극(170)의 하부로 집중되는 현상이 발생함으로써 효과적인 전류의 분산이 이루어지지 못하고 실제 발광에 가담하는 활성층(130) 면적이 감소함으로 인해 휘도가 저하되는 문제점이 발생한다.
이에, 당 기술분야에서는, n측 전극의 광흡수를 방지하고 동시에 효율적으로 전류를 확산시킴으로써 외부로 방출되는 빛의 휘도를 향상시킬 수 있는 수직구조 질화물 반도체 발광소자가 요구되어 왔다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은, n측 전극에 반사전극층을 구비함으로써 n측 전극에 의한 빛의 흡수를 방지하고 n측 전극으로 입사되는 빛을 반사시켜 광손실을 감소시키고 발광 휘도를 향상시킬 수 있는 수직구조 질화물 반도체 발광소자를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 n측 전극과 n형 질화물 사이에 투명전극층을 구비함으로써 전류확산을 향상시킬 수 있는 수직구조 질화물 반도체 발광소자를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명은,
n형 질화물 반도체층;
상기 n형 질화물 반도체층의 하면에 형성된 활성층;
상기 활성층 하면에 형성된 p형 질화물 반도체층;
상기 n형 질화물 반도체층 상면에 형성된 투명 전극층; 및
상기 투명 전극층 상면 일부 영역에 형성되며 적어도 하나의 층으로 형성된 반사전극층을 구비하는 n측 전극을 포함하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 반사전극층은, Al, Ag, Pd, Pt 및 상기 물질을 포함하는 화합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 제1 층을 포함하는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 화합물은, Cu, Si, W, Mo, Co 및 Ni으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 반사전극층은, Al, Ag, Pd, Pt 및 상기 물질을 포함하는 화합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 제1 층과, 상기 제1 층 상에 형성되며 Ti, Ni, Pt, Pd 및 Rh로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 제2 층을 포함하는 것이 바람직하다. 이 실시형태에서, 상기 제2 층은 상기 제1 층의 상면 및 측면을 둘러싸는 구조로 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에서, 상기 반사전극층은, Al, Ag, Pd, Pt 및 상기 물질을 포함하는 화합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 제1 층 과, 상기 제1 층 상에 형성되며 Ti, Ni, Pt, Pd 및 Rh로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 제2 층과, 상기 제2 층 상에 형성되며 Au, Pt 및 Rh로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 제3층을 포함할 수 있다.
상기 다양한 실시형태들에서, 상기 제2 층은 상기 제1 층의 상면 및 측면을 둘러싸는 구조로 형성되며, 상기 제3 층은 상기 제2 층의 상면 및 측면을 둘러싸는 구조로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 층은 500Å 내지 5000Å의 두께를 가지며, 상기 제2 층은 50Å 내지 500Å의 두께를 가지며, 상기 제3 층은 200Å 내지 2000Å의 두께를 가지는 것이 바람직하다.
상기 다양한 실시형태들에서, 상기 n측 전극은, 상기 반사전극층 상에 형성된 본딩패드를 더 포함할 수 있으며, 그 구조는 상기 반사전극층 상에 형성된 Cr층 및 상기 Cr층 상에 형성된 Au층으로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 투명전극층은, 인듐-주석계 산화물(ITO), 인듐 산화물(IO), 주석계 산화물(SnO2), 아연계 산화물(ZnO) 및 인듐-아연계 산화물(IZO)로 구성된 그룹으로부터 선택된 산화물로 이루어진 적어도 하나의 층을 포함할 수 있다.
더하여, 상기 투명전극층과 반사전극층 사이에 접착층이 형성되는 것이 바람직하다. 상기 접착층은 Ni, Ti, Rh 및 Cr으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어질 수 있으며, 그 두께는 1Å 내지 100Å인 것이 바람직하다.
바람직하게, 상기 p형 질화물 반도체층의 하부에 형성된 도전성 지지용 기판을 더 포함할 수 있으며, 상기 도전성 지지용 기판 및 상기 p형 질화물 반도체층 사이에 형성된 도전성 접합층을 더 포함할 수도 있다. 이에 더하여, 상기 p형 질화물 반도체층 하면에는 고반사성 오믹콘택층이 형성될 수 있다. 상기 고반사성 오믹콘택층은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 및 그 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 적어도 하나의 층을 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 참조부호를 사용할 것이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 수직구조 질화물 반도체 발광소자를 도시한 측단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 실시형태에 따른 수직구조 질화물 반도체 발광소자(10)는, n형 질화물 반도체층(11); 상기 n형 질화물 반도체층(11)의 하면에 형성된 활성층(12); 상기 활성층(12) 하면에 형성된 p형 질화물 반도체층 (13); 상기 n형 질화물 반도체층(11) 상면에 형성된 투명 전극층(18); 상기 투명 전극층 (18) 상면 일부 영역에 형성되며 하나의 층으로 형성된 반사전극층(19)과, 상기 반사전극층(19) 상에 형성된 본딩패드(17)를 구비하는 n측 전극(17); 상기 p형 질화물 반도체층 하면에 형성된 고반사성 오믹콘택층(14); 상기 고반사성 오믹콘택층(14) 하면에 형성된 도전성 접합층(15); 및 상기 도전성 접합층(15) 하면에 형성된 도전성 지지용 기판(16)을 포함하여 구성된다.
통상적으로, 수직구조 질화물 반도체 발광소자(10)는, 사파이어 기판 상에 n형 질화물 반도체층(11), 활성층(12), p형 질화물 반도체층(13)을 순차적으로 형성한 후, 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off : LLO) 공정 등을 이용하여 상기 사파이어 기판을 제거하고, 상기 n형 질화물 반도체층(11)을 최상층으로 하여, n형 질화물 반도체층(11)의 상면을 광방출면으로 이용한다. 따라서, 본 명세서에서 수직구조 질화물 반도체 발광소자(10)는, n형 질화물 반도체층(11)을 최상층으로 설명할 것이다.
상기 n형 질화물 반도체층(11)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 n 도핑된 반도체 물질로 이루어질 수 있으며, 대표적인 질화물 반도체 물질로는 GaN, AlGaN, GaInN가 있다. 상기 n형 질화물 반도체층(11)의 도핑에 사용되는 불순물로는 Si, Ge, Se, Te 또는 C 등이 사용될 수 있다. 상기 n형 질화물 반도체층(11)은, 상기 반도체 물질을 유기금속 기상증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition : MOCVD), 분자빔 성장법(Molecular Beam Epitaxy : MBE) 또는 하이드라이드 기상증착법(Hydide Vapor Phase Epitaxy : HVPE)과 같은 공지의 증착공정을 사용하여 형성될 수 있다.
상기 활성층(12)은 빛을 발광하기 위한 층으로서, 단일 또는 다중 양자우물구조를 갖는 GaN 또는 InGaN 등의 질화물 반도체층으로 구성된다. 상기 활성층(12)은 상기 n형 질화물 반도체층(11)과 같이 유기금속 기상증착법, 분자빔 성장법 또는 하이드라이드 기상증착법과 같은 공지의 증착공정을 사용하여 형성될 수 있다.
상기 p형 질화물 반도체층(13)은 상기 n형 질화물 반도체층(11)과 마찬가지로, AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 p 도핑된 반도체 물질로 이루어질 수 있으며, 대표적인 질화물 반도체 물질로는 GaN, AlGaN, GaInN가 있다. 상기 p형 질화물 반도체층(13)의 도핑에 사용되는 불순물로는 Mg, Zn 또는 Be 등이 있다. 상기 p형 질화물 반도체층(13)은, 상기 반도체 물질을 유기금속 기상증착법, 분자빔 성장법 또는 하이드라이드 기상증착법과 같은 공지의 증착공정을 사용하여 형성될 수 있다.
상기 p형 질화물 반도체층(13)의 하면에는 고반사성 오믹콘택층(14)이 형성 될 수 있다. 상기 고반사성 오믹콘택층(14)은 비교적 높은 에너지밴드갭을 갖는 p형 질화물 반도체층(13)과의 접촉저항을 낮추는데 적절하면서, 동시에 광 방출면인 n형 질화물 반도체층(11)의 상면으로 향하는 유효휘도를 향상시키기 위한 층으로서 반사율이 높은 금속으로 이루어질 수 있다. 상기 고반사성 오믹콘택층은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 및 그 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 적어도 하나의 층을 포함하는 구조로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 고반사성 오믹콘택층(14)과 도전성 지지용 기판(16)의 사이에는 선택적으로 도전성 접합층(15)이 형성될 수 있다. 상기 도전성 접합층(15)은 상기 고반사성 오믹콘택층(14)과 상기 도전성 지지용 기판(16)의 접촉을 보다 강화하기 위한 것으로서, 일반적으로 접착성을 갖는 도전성 물질로 이루어질 수 있으며, 이러한 재료로는 Au-Sn, Sn, In, Au-Ag 및 Pb-Sn을 포함하는 그룹으로부터 선택된 금속 접합제를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 고반사성 오믹콘택층(14)이 형성되지 않는 다른 실시형태에서는, 상기 도전성 접합층(15)이 p형 질화물 반도체층(13)과 도전성 지지용 기판(16) 상에 형성될 수 있다.
상기 도전성 지지용 기판(16)은 도전성을 갖는 물질로 이루어지며, 대표적으로 실리콘 기판 또는 금속기판이 사용될 수 있다. 사파이어 기판이 제거된 상태에서, 상기 n형 질화물 반도체층(11), 활성층(12) 및 p형 질화물 반도체층(13)으로 이루어진 발광구조물이 매우 작은 사이즈를 가지므로 실제의 응용분야에 적용하기 곤란한 문제를 가질 수 있으므로, 상기 도전성 지지용 기판(16)은 수직구조 질화물 반도체 발광소자가 적절한 사이즈를 갖도록 하기 위해 상기 발광구조물을 지지하는 역할을 함과 동시에, p측 전극의 일부로서 역할을 수행한다.
상기 투명전극층(18)은, 상기 n측 전극(17, 19)으로부터 주입되는 전류를 확산시켜 상기 n측 전극(17, 19)의 하부에 전류 밀도가 집중되는 것을 방지한다. 본 실시형태는, n측 전극(17, 19)과 n형 질화물 반도체층(11) 사이에 상기 투명전극층(18)을 형성함으로써, 전술한 종래의 수직구조 질화물 반도체 발광소자에 비해 더욱 효율적으로 전류 밀도를 분산시킬 수 있다.
상기 투명전극층(18)은 전류를 확산시킬 수 있는 도전성을 가져야 하며, 광 방출면인 상기 n형 질화물 반도체층(11)의 상면에 형성되므로, 빛을 잘 투과시켜야 한다. 이를 위해, 상기 투명전극층(18)은, 인듐-주석계 산화물(ITO), 인듐 산화물(IO), 주석계 산화물(SnO2), 아연계 산화물(ZnO) 및 인듐-아연계 산화물(IZO)로 구성된 그룹으로부터 선택된 산화물로 이루어진 적어도 하나의 층으로 형성될 수 있다.
상기 투명전극층(18)의 상면 일부 영역에 n측 전극(17, 19)이 형성된다. 상기 n측 전극(17, 19)은 투명전극층(18)의 상면과 직접 접촉하여 형성되는 반사전극층(19)을 포함한다. 본 실시형태에서는 하나의 층(제1 층)으로 이루어진 반사전극 층(19)을 구비한다. 상기 1층 구조의 반사전극층(19)은 반사율이 높은 Al, Ag, Pd, Pt 및 이 물질을 포함하는 화합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어질 수 있다. 상기 1층 구조의 반사전극층(19)은 반사효율 및 크기를 감안하여, 500Å 내지 5000Å의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 상기 반사전극층(19)이 열화되기 쉬운 Al, Ag 등의 금속으로 이루어지는 경우, 반사율의 저하를 방지하기 위해 다른 금속과 화합물을 형성하는 것이 바람직하다. 상기 화합물을 형성하는데 사용되는 금속으로는 Cu, Si, W, Mo, Co, Ni 등이 있다.
본 실시형태에 따른 n측 전극은, 상기 반사전극층(19)의 상면에 와이어 등의 본딩을 위한 본딩패드(17)를 구비할 수 있다. 상기 본딩패드(17)는 종래의 본딩패드와 같이, 상기 반사전극층(19)의 상면에 형성된 Cr층(19a)과 상기 Cr층(19a)의 상면에 형성된 Au층(19b)으로 이루어진 2중층 구조로 형성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 수직구조 질화물 반도체 발광소자는, n형 질화물 반도체 발광소자(11)의 상면에 투명전극층(18)을 형성함으로써 전류가 n측 전극(17, 19)에 집중되는 현상을 개선하여 전류가 균일하게 확산될 수 있게 한다. 또한, 상기 투명전극층(18)과 접촉하는 반사전극층(19)을 구비하는 n측 전극 구조를 채택함으로써, 활성층(12)에서 생성되는 빛이 n측 전극에서 흡수되는 것을 방지하고 상기 반사전극층(19)을 통해 빛을 반사시킴으로써 발광소자의 휘도를 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 수직구조 질화물 반도체 발광소자를 도시한 측단면도이다. 도 3에 도시된 제2 실시형태에 따른 수직구조 질화물 반도체 발광소자(20)는, 상기 도 2에 도시된 제1 실시형태와 비교하여, 이중층 구조의 반사전극층(19)을 구비하며, 도전성 접합층(도 2의 15)이 생략된 구조를 갖는 특징이 있다. 이하에 설명되는 다양한 실시형태에 대한 설명에서, 전술한 상기 제1 실시형태와 동일한 구성요소에 관한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 제2 실시형태에 따른 수직구조 질화물 반도체 발광소자(20)에서, n측 전극은 이중층 구조의 반사전극층(19)과 본딩패드(17)를 구비한다. 상기 이중층 구조의 반사전극층(19)은, 반사율이 높은 Al, Ag, Pd, Pt 및 상기 물질을 포함하는 화합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 제1 층(19a)과, 상기 제1 층(19a) 상에 형성되며 Ti, Ni, Pt, Pd 및 Rh로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 제2 층(19b)을 포함하는 구조를 갖는다. 상기 제1 층(19a)은 도 2에 도시된 1층 구조의 반사전극층과 동일한 성분과 두께를 갖는다. 상기 제2 층(19b)은, 상기 제1 층(19a)이 열 등에 의해 결함이 발생하는 것을 방지하기 위해 형성되는 층으로, 그 두께는 50Å 내지 500Å인 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 실시형태는, 도전성 접합층(도 2의 15)을 사용하지 않고서 고반사성 오믹콘택층(14)의 하면에 직접 도전성 지지용 기판(16)이 구비된 형태를 갖는다. 이 경우 상기 도전성 지지용 기판(16)은, 일반적인 증착법, 스퍼터링 또는 도금법을 이용하여 소정의 두께로 상기 고반사성 오믹콘택층(14)의 하면에 직접 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 수직구조 질화물 반도체 발광소자를 도시한 측단면도이다. 도 4에 도시된 제4 실시형태에 따른 수직구조 질화물 반도체 발광소자(30)는, 상기 도 2에 도시된 제1 실시형태와 비교하여, 삼중층 구조의 반사전극층(19)을 구비하고 본딩패드(도 2의 17)를 구비하지 않으며, 고반사성 오믹콘택층(도 2의 14) 및 도전성 접합층(도 2의 15)이 생략된 구조를 갖는다.
본 발명의 제3 실시형태에 따른 수직구조 질화물 반도체 발광소자(30)에서, n측 전극은 삼중층 구조의 반사전극층(19)으로 이루어진다. 상기 삼중층 구조의 반사전극층(19)은, 반사율이 높은 Al, Ag, Pd, Pt 및 상기 물질을 포함하는 화합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 제1 층(19a)과, 상기 제1 층(19a) 상에 형성되며 Ti, Ni, Pt, Pd 및 Rh로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 제2 층(19b) 및 상기 제2 층(19b) 상에 형성되며 Au, Pt 및 Rh로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 제3 층(19c)을 포함하는 구조를 갖는다. 상기 제1 층(19a)은 도 2에 도시된 1층 구조의 반사전극층과 동일한 성분과 두께를 가지며, 상기 제2 층(19b)은 도 3에 도시된 실시형태의 반사전극층의 제2 층과 동일한 성분과 두께를 갖는다. 상기 제3 층(19c)은, 상기 제1 층(19a) 및 제2 층(19b)을 보호하기 위해 형성되는 층으로, 그 두께는 200Å 내지 2000Å인 것이 바람직하다.
본 발명의 제3 실시형태는 n측 전극에 본딩패드를 생략할 수 있다. 이는 상기 제3 층(19c)을 형성하는 물질이 와이어 본딩에 적합한 금속으로 이루어지기 때문이다. 따라서, 상기 제3 층(19c)이 충분한 두께로 형성되면 별도의 본딩패드를 구비할 필요 없이 반사전극층에 포함된 상기 제3 층(19c)을 본딩패드로 사용할 수 있다. 물론, 상기 제3 층(19c) 상에 상기 제1, 2 실시형태에서 설명한 Cr/Au으로 이루어진 본딩패드를 추가로 형성하여도 무방하다.
상기 제3 실시형태는, 고반사성 오믹콘택층(14)을 형성하지 않으며 도전성 접합층(도 2의 15)을 사용하지 않고서 p형 질화물 반도체층(13)의 하면에 직접 도전성 지지용 기판(16)이 구비된 형태를 갖는다. 이는 상기 도전성 지지용 기판(16)이 고반사 특성을 가지며 양호한 오믹 콘택을 형성할 수 있는 금속물질로 이루어지는 경우에 별도의 고반사성 오믹콘택층을 필요로 하지 않기 때문이다. 본 실시형태의 경우, 상기 도전성 지지용 기판(16)은, 일반적인 증착법, 스퍼터링 또는 도금법을 이용하여 소정의 두께로 상기 p형 질화물 반도체층(13)의 하면에 직접 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 일부분을 확대 도시한 측단면도이다. 도 5에 도시된 제4 실시형태에 따른 수직구조 질화물 반도체 발광소자(40)는, 3층 구조의 반사전극층(19)으로 이루어진 n측 전극을 구비한다. 본 실시형태에서 각층의 성분 및 두께는 전술한 제3 실시형태에서 설 명된 제1 내지 제3 층과 동일하며, 다만 각 층의 구조에서 차이점을 갖는다. 즉, 제2 층(19b)은, 제1 층(19a)의 열화를 방지하기 위한 효과를 더욱 개선하기 위해, 상기 제1 층(19a)의 상면 및 측면을 둘러싸는 구조로 형성될 수 있으며, 상기 제3 층(19c) 또한 상기 제2 층(19b)의 상면 및 측면을 둘러싸는 구조로 형성될 수 있다. 이와 같은 구조는 상부의 층이 하부의 층을 보호하는 효과를 더욱 개선하기 위해 적용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제5 실시형태에 따른 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 일부분을 확대 도시한 측단면도이다. 본 발명의 제5 실시형태에 따른 수직구조 질화물 반도체 발광소자(50)는, 상기 도 4에 도시된 본 발명의 제3 실시형태에서 투명전극층(18)과 반사전극층(19) 사이에 얇은 두께의 접착층(21)이 추가된 구조를 갖는다. 상기 접착층(21)은 투명전극층(19)과 상기 반사 전극층(130) 접착력을 향상시키기 위한 것으로, Ni, Ti, Rh 및 Cr으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진다. 상기 접착층(21)은 반사전극층(19)의 반사도를 저하시키지 않기 위해 가능한 얇은 두께로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어 1Å 내지 100Å의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 상기 접착층(21)은 전술한 본 발명의 제1 내지 제4 실시형태에 모두 적용될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, n형 질화물 반도체 발광소자 의 상면에 투명전극층을 형성함으로써 전류가 n측 전극의 하부로 집중되는 현상을 방지하고 균일한 전류 확산이 이루어지게 되어 발광소자의 휘도를 개선할 수 있는 효과가 있다.
더하여, 상기 투명전극층 상면과 접촉하는 반사전극층을 구비하는 n측 전극 구조를 채택함으로써, 활성층에서 생성되는 빛이 n측 전극에서 흡수되는 것을 방지하고 상기 반사전극층을 통해 빛을 반사시킴으로써 발광소자의 휘도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Claims (20)
- n형 질화물 반도체층;상기 n형 질화물 반도체층의 하면에 형성된 활성층;상기 활성층 하면에 형성된 p형 질화물 반도체층;상기 n형 질화물 반도체층 상면에 형성되며, 상기 활성층에서 생성된 빛을 그 상면으로 방출하는 투명 전극층; 및상기 투명 전극층의 상면 일부 영역에 형성되어 상기 활성층으로부터 입사되는 빛을 반사시키는 적어도 하나의 층으로 형성된 반사전극층을 구비하는 n측 전극을 포함하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서, 상기 투명전극층은,인듐-주석계 산화물(ITO), 인듐 산화물(IO), 주석계 산화물(SnO2), 아연계 산화물(ZnO) 및 인듐-아연계 산화물(IZO)로 구성된 그룹으로부터 선택된 산화물로 이루어진 적어도 하나의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서, 상기 반사전극층은,Al, Ag, Pd, Pt 및 상기 물질을 포함하는 화합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 제1 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
- 제3항에 있어서,상기 제1 층은 500Å 내지 5000Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
- 제3항에 있어서,상기 화합물은, Cu, Si, W, Mo, Co 및 Ni으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
- 제3항에 있어서, 상기 반사전극층은,상기 제1 층 상에 형성되며 Ti, Ni, Pt, Pd 및 Rh로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 제2 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
- 제6항에 있어서,상기 제2 층은 상기 제1 층의 상면 및 측면을 둘러싸는 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
- 제6항에 있어서,상기 제2 층은 50Å 내지 500Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
- 제6항에 있어서, 상기 반사전극층은,상기 제2 층 상에 형성되며 Au, Pt 및 Rh로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 제3 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
- 제9항에 있어서,상기 제3 층은 상기 제2 층의 상면 및 측면을 둘러싸는 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
- 제9항에 있어서,상기 제3 층은 200Å 내지 2000Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,상기 투명전극층과 반사전극층 사이에 접착층이 형성된 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
- 제12항에 있어서,상기 접착층은 Ni, Ti, Rh 및 Cr으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
- 제12항에 있어서,상기 접착층은 1Å 내지 100Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,상기 n측 전극은, 상기 반사전극층 상에 형성된 본딩패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
- 제15항에 있어서,상기 본딩패드는 상기 반사전극층 상에 형성된 Cr층 및 상기 Cr층 상에 형성된 Au층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,상기 p형 질화물 반도체층의 하부에 형성된 도전성 지지용 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
- 제17항에 있어서,상기 도전성 지지용 기판 및 상기 p형 질화물 반도체층 사이에 형성된 도전성 접합층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,상기 p형 질화물 반도체층 하면에 형성된 고반사성 오믹콘택층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
- 제19항에 있어서,상기 고반사성 오믹콘택층은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 및 그 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 적어도 하나의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자.
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- 2005-07-20 KR KR1020050066011A patent/KR100691264B1/ko active IP Right Grant
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