KR100897605B1 - 횡방향 전류 확산을 향상시킨 발광소자 및 제조 방법 - Google Patents

횡방향 전류 확산을 향상시킨 발광소자 및 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 횡방향 전류 확산을 향상시킨 발광소자 및 제조 방법에 관한 것으로 제 1반도체층, 전류 확산 층 및 상기 제 1반도체층과 동일한 극성을 갖는 제 2반도체층이 순차적으로 적층되고, 상기 전류 확산 층을 기준으로 메사 식각 후, 제 1반도체층을 메사 식각하여 형성된 저면에 적층되는 제 1전극을 포함하고, 상기 제 2반도체층의 상부에 적층되는 활성층을 포함하며, 상기 활성층의 상부에 적층되는 제 3반도체층을 포함한다. 그리고, 상기 제 1반도체층 및 상기 제 2반도체층과 상이한 극성을 갖는 상기 제 3반도체층의 상부에 적층되며, 내부 일부분에 절연체를 포함하는 투명전극을 포함하며, 상기 투명전극의 상기 절연체의 상부에 적층되는 제 2전극을 포함한다. 본 발명에 의하면, 전류 확산 층과 절연체를 이용하여 전자 및 정공이 한 곳에 집중되지 않고 횡방향으로 고르게 확산되어 활성층에 유입됨에 따라 전류 확산을 향상시키며, 고휘도의 발광소자를 제작하여 신뢰성을 향상시킨다.
발광소자, 절연체, 확산

Description

횡방향 전류 확산을 향상시킨 발광소자 및 제조 방법{enhanced lateral current spreading light emitting diode and fabrication method thereof}
도 1a 은 종래의 발광 소자의 전류 확산을 나타낸 단면도.
도 1b 는 종래의 발광 소자의 전류 확산을 나타낸 그래프.
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 소자의 단면도.
도 3 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전류 확산 특성에 따른 역방향 전압 특성을 나타낸 그래프.
도 4 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제 1전극 적층방법을 나타낸 플로우차트.
도 5 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제 2전극 적층방법을 나타낸 플로우차트.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 기판 110, 200 : 제 1반도체층
120 : 활성층 130 : 제 3반도체층
140 : 투명전극 150 : 제 2전극
160 : 제 1전극 210 : 전류 확산 층
220 : 제 2반도체층 230 : 절연체
본 발명은 제 1반도체층과 제 2반도체층 사이에 불순물이 도핑되지 않거나 도핑 레벨이 낮은 전류 확산 층을 삽입하여 전자 또는 전류의 확산을 효율적으로 하고, 제 3반도체층 하부에 절연체를 삽입하여 전자 또는 정공(hole)을 효율적으로 확산시켜서 발광소자 내에서 황방향으로 전류를 확산시키는 횡방향 전류 확산을 향상시킨 발광소자 및 제조 방법에 관한 것이다.
종래의 질화물 반도체 발광 소자는 기판위에 n형 질화물 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 포함하며, 상기 p형 반도체층과 활성층은 그 일부 영역이 제거되어 n형 반도체층의 일부 상면이 노출된 구조를 형성한다.
그리고, 상기 n형 반도체층 상에는 n전극이 형성되고, 제 3반도체층 상에는 투명전극이 형성된 후, p전극이 형성된다.(도 1a참조)
이에 따라, 상기 n전극 및 상기 p전극에 의해 생성된 전자와 정공이 활성층으로 확산 되는데, 이때 상기 전극 부분을 중심으로 확산 됨에 따라 전자 및 정공이 활성층에 고르게 확산 되지 않는 문제점이 발생한다.(도 1b참조)
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 불편함을 해결하기 위하여 제 1반도체층과 제 2반도체층 사이에 불순물이 도핑되지 않은 전류 확산 층을 삽입하여, 상기 전류 확산 층을 중심으로 메사 식각을 2단으로 하여 전자 또는 정공의 횡방향 확산을 향상시키며, 제 3반도체 직하부에 절연체를 삽입함으로써 전자 또는 정공의 횡방향 확산을 향상시키는 횡방향 전류 확산을 향상시킨 발광소자 및 제조 방법을 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 횡방향 전류 확산을 향상시킨 발광소자 및 제조 방법에 있어서, 제 1반도체층과 제 2반도체층 사이에 삽입된 전류 확산 층을 기준으로 2단으로 메사 식각을 실행하고, 제 3반도체층 직하부에 절연체를 삽입하여 전류의 횡방향 확산을 향상시킨다.
본 발명에서 기판, 제 1전극을 포함하는 제 1반도체층, 제 2반도체층, 활성층 및 제 2전극과 투명전극을 포함하는 제 3반도체층을 포함하는 발광 소자에 있어서, 동일한 극성을 갖는 상기 제 1반도체층과 상기 제 2반도체층 사이에 적층되어 전류의 확산을 향상시키며, 불순물이 도핑되지 않은 전류 확산 층을 포함하고, 상기 제 3 반도체층의 상부에 적층되며 상기 투명전극 내부에 구비되고, 제 2전극의 직하부에 형성되어 전류의 흐름을 방지하는 절연체를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 제 1반도체층, 전류 확산 층 및 상기 제 1반도체층과 동일한 극성을 갖는 제 2반도체층이 순차적으로 적층되고, 상기 전류 확산 층을 기준으로 메사 식각 후, 제 1반도체층을 메사 식각하여 형성된 저면에 적층되는 제 1전극을 포함하고, 상기 제 2반도체층의 상부에 적층되는 활성층을 포함하고, 상기 활성층의 상부에 적층되는 제 3반도체층을 포함한다. 그리고, 상기 제 1반도체층 및 상기 제 2반도체층과 상이한 극성을 갖는 상기 제 3반도체층의 상부에 일측에 적층되는 절연체를 포함하고, 내부에 상기 절연체를 포함하며, 상기 제 3반도체층의 상부에 적층되는 투명전극을 포함하며, 상기 투명전극 중 상기 절연체가 포함된 상부에 적층되는 제 2전극을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 제 1반도체층, 상기 제 2반도체층 및 제 3반도체층은 질화갈륨(GaN)을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 활성층은 양자우물층(MQW)인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 기판은 사파이어 기판인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 절연체는 산화규소(SiO2) 및 질화규소(Si3N4)인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 절연체의 넓이는 제 2전극의 넓이보다 작은 것이 바람직하다.
본 발명에서 기판의 상부에 제 1반도체층, 전류 확산 층 및 제 2반도체층이 적층되는 1단계를 포함하고, 상기 전류 확산 층을 기준으로 일측면에 메사 식각이 실행되는 2단계를 포함하며, 상기 메사 식각 된 저면의 일측에 메사 식각이 실행되는 3단계를 포함한다. 그리고, 상기 3단계의 메사 식각된 저면에 제 1전극이 적층되는 4단계를 포함하며, 상기 2단계에서 식각 되지 않은 부분의 상부에 활성층, 제 3반도체층 및 절연체가 순차적으로 적층되는 5단계를 포함한다. 또한, 상기 절연체를 내부에 포함하며 상기 제 3반도체층의 상부에 투명전극이 적층되는 6단계를 포함하고, 상기 투명전극 중 상기 절연체가 포함된 상부에 제 2전극이 적층되는 7단계를 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 2 를 참조하면, 기판(100), 제 1반도체층(200), 전류 확산 층(210), 제 2반도체층(220), 활성층(120), 제 3반도체층(130), 투명전극(140), 절연체(230), 제 2전극(150) 및 제 1전극(160)을 포함한다.
상기 기판(100)은 열전도율이 낮은 사파이어 기판을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 제 1반도체층(200)과 상기 제 2반도체층(220)은 동일한 극성을 나타내며, 상기 제 3반도체층(130)과 상이한 극성을 나타내며, 질화갈륨(GaN)으로 구성될 수 있다.
본 발명에서는 상기 제 1반도체층(200)과 제 2반도체층(220)은 n형 반도체를 나타내며, 상기 제 3반도체층(130)은 p형 반도체층을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 제 1반도체층(200)은 상기 기판(100)의 상부에 적층된다.
상기 전류 확산 층(210)은 상기 제 1반도체층(200)과 상기 제 2반도체층(220) 사이에 삽입되어 형성되며, 1차 메사 식각 시 기준 레이어가 된다.
상기 전류 확산 층(210)은 불순물이 도핑되지 않은 언도프드층으로써, 상기 제 1반도체층(200)과 상기 제 2반도체층(220)에서 발생하는 전자(Electron) 또는 정공이 확산되어, 전체전인 전류의 횡방향 확산을 용이하게 한다.
상기 활성층(120)은 상기 제 2반도체층의 상부에 적층되며, 전자 및 정공이 유입되어 전류를 흐르게 함으로써 빛을 방출하며, 본 발명에서는 양자우물층(MQW)을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 투명전극(140)은 내부에 상기 절연체(230)를 포함하며 상기 제 3반도체층(130)의 상부에 적층되고, 광투과율이 높은 박막 전극으로서 산화 제이주석,삼산화인듐, 이산화티탄 등으로 구성된다.
상기 절연체(230)는 상기 투명전극(140)의 일측 내면에 포함되며, 상기 제 2전극(150)의 직하부에 설치되고, 산화규소(SiO2) 및 질화규소(Si3N4) 등으로 구성된 다.
상기 절연체(230)가 상기 제 2전극(150)의 직하부에 설치됨에 따라 상기 제 2전극(150)에서 생성되는 전자 및 정공이 바로 제 3반도체층(130)으로 유입되지 않기 때문에 횡방향으로 확산을 향상시킨다. 이때, 상기 절연체(230)의 넓이는 상기 제 2전극(150)의 넓이보다 작은 것이 바람직하다.
상기 제 2전극(150)은 상기 제 3반도체층(130)과 동일한 극성을 나타내는 전극으로, 상기 투명전극(140) 내부의 포함된 상기 절연체(230)의 상부에 적층된다.
상기 제 1전극(160)은 상기 전류 확산 층(210)을 기준으로 이루어진 메사 식각에 의해 생성된 저면의 일측을 다시 메사 식각을 함으로써 생성되는 저면에 적층하고, 상기 제 1반도체층(200)과 동일한 극성을 나타내는 전극을 사용한다.
본 발명에 의하면, 전류 확산 층을 중심으로 메사 식각을 2단으로 하여 제 1 전극 적층함으로써 도핑이 낮은 영역 위 아래에서 동시에 전자 또는 전공이 공급되도록 하며, 제 2전극 직하부에 절연체를 형성하여 상기 제 2전극에서 공급되는 전자 또는 전공의 확산을 향상시켜 활성층에 고르게 유입될 수 있도록 하였다.
도 3 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전류 확산 특성에 따른 역방향 전압 특성을 나타낸 그래프이다.
도 3 을 참조하면, 보통의 발광소자와 2단 식각을 진행한 발광소자의 역방향 특성을 측정한 것으로 -5㎂일때의 역전압 값이 실험을 진행한 경우에 더 높은 값을 나타낸다. 이때 소정의 역전압 특성이 개선되며, 신뢰성이 향상된다.
도 4 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제 1전극 적층방법을 나타낸 플로우차 트이다.
도 4 를 참조하면, 제 1전극은 기판, 제 1반도체층, 전류 확산 층, 제 2 반도체층, 활성층 및 제 3반도체층이 순차적으로 적층된 발광소자에서 상기 전류 확산 층을 기준으로 메사 식각(S400)을 실행한다.
상기 식각에 의해 생성된 저면의 일측에 다시 메사 식각(S410)을 실행하고, 상기 2차 메사 식각에 의해 생성된 저면에 상기 제 1전극을 적층(S420)함으로써, 상기 제 1전극에서 발생하는 전자 또는 전공의 흐름이 횡방향으로 확산되도록 한다.
도 5 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제 2전극 적층방법을 나타낸 플로우차트이다.
도 5 를 참조하면, 상기 제 2전극은 기판, 제 1반도체층, 전류 확산 층, 제 2반도체층, 활성층 및 제 3반도체층이 순차적으로 적층된 발광소자의 상부 일측에 제 2 전극의 넓이보다 작은 넓이의 절연체를 적층(S500)한다.
그리고, 상기 절연체를 내부에 포함하도록 상기 제 3반도체층 상부에 투명전극을 적층(S510)한다.
상기 투명전극 중 상기 내부에 절연체를 포함한 부분의 상부에 상기 제 2전극을 적층(S520)함으로써, 전자 및 정공이 바로 제 3반도체층으로 유입되지 않고, 확산되어 횡방향으로 전류 확산을 고르게 한다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기 술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 전류 확산 층과 절연체를 이용하여 전자 및 정공이 한 곳에 집중되지 않고 횡방향으로 고르게 확산되어 활성층에 유입됨에 따라 전류 확산을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 횡방향으로 전류 확산을 고르게 분포하여 고휘도의 발광소자를 제작하여 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 기판, 상기 기판 위에 순차로 적층되는 동일한 극성의 제 1반도체층 및 제 2반도체층, 활성층, 및 상기 제 1반도체층과 제 2반도체층의 극성과 반대인 극성을 가지는 제 3반도체층을 포함하는 발광소자에 있어서,
    상기 제 1반도체층과 제 2반도체층 사이에 구비되고, 불순물이 도핑되지 않아 전류의 확산을 향상시키는 전류 확산층;
    상기 제 1반도체층, 전류 확산층, 제 2반도체층의 식각에 의해 노출된 부분에 접촉하는 제1전극;
    상기 제 3반도체층의 상부의 일부에 구비되어 전류의 흐름을 방지하는 절연체; 및
    상기 절연체 위에 적층된 제2전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 횡방향 전류 확산을 향상시킨 발광소자.
  2. 제 1반도체층, 불순물이 도핑되지 않은 언도프드층으로서 전류의 확산을 향상시키는 전류 확산 층 및 상기 제 1반도체층과 동일한 극성을 갖는 제 2반도체층이 순차적으로 적층되고, 상기 적층된 제 1반도체층, 전류 확산 층, 및 제 2반도체층의 일부를 메사 식각 한 저면에 적층되는 제 1전극;
    상기 제 2반도체층의 상부에 적층되는 활성층;
    상기 활성층의 상부에 적층되는 제 3반도체층;
    상기 제 1반도체층 및 상기 제 2반도체층과 상이한 극성을 갖는 상기 제 3반도체층의 상부에 일측에 적층되는 절연체;
    내부에 상기 절연체를 포함하며, 상기 제 3반도체층의 상부에 적층되는 투명전극; 및
    상기 투명전극 중 상기 절연체가 포함된 상부에 적층되는 제 2전극을 포함하는 횡방향 전류 확산을 향상시킨 발광소자.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1반도체층, 상기 제 2반도체층 및 제 3반도체층은 질화갈륨(GaN)을 포함하는 것을 특징으로 하는 횡방향 전류 확산을 향상시킨 발광소자.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 활성층은 양자우물층(MQW)인 것을 특징으로 하는 횡방향 전류 확산을 향상시킨 발광소자.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 기판은 사파이어 기판인 것을 특징으로 하는 횡방향 전류 확산을 향상시킨 발광소자.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 절연체는 산화규소(SiO2) 및 질화규소(Si3N4)인 것을 특징으로 하는 횡방향 전류 확산을 향상시킨 발광소자.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 절연체의 넓이는 제 2전극의 넓이보다 작은 것을 특징으로 하는 횡방향 전류 확산을 향상시킨 발광소자.
  8. 기판의 상부에 제 1반도체층, 불순물이 도핑되지 않은 언도프드층으로서 전류의 확산을 향상시키는 전류 확산 층 및 제 2반도체층이 적층되는 1단계;
    상기 적층된 전류 확산 층 및 제 2반도체층의 일부에 메사 식각이 실행되는 2단계;
    상기 메사 식각 된 저면의 일측에 메사 식각이 실행되는 3단계;
    상기 3단계의 메사 식각된 저면에 제 1전극이 적층되는 4단계;
    상기 2단계에서 식각 되지 않은 부분의 상부에 활성층, 제 3반도체층 및 절연체가 순차적으로 적층되는 5단계;
    상기 절연체를 내부에 포함하며 상기 제 3반도체층의 상부에 투명전극이 적층되는 6단계; 및
    상기 투명전극 중 상기 절연체가 포함된 상부에 제 2전극이 적층되는 7단계를 포함하는 횡방향 전류 확산을 향상시킨 발광소자 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 절연체의 넓이는 제 2전극의 넓이보다 작은 것을 특징으로 하는 횡방향 전류 확산을 향상시킨 발광소자 제조 방법.
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