KR101627010B1 - 반도체 발광소자 - Google Patents

반도체 발광소자 Download PDF

Info

Publication number
KR101627010B1
KR101627010B1 KR1020120095526A KR20120095526A KR101627010B1 KR 101627010 B1 KR101627010 B1 KR 101627010B1 KR 1020120095526 A KR1020120095526 A KR 1020120095526A KR 20120095526 A KR20120095526 A KR 20120095526A KR 101627010 B1 KR101627010 B1 KR 101627010B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
light emitting
semiconductor
emitting device
dielectric film
Prior art date
Application number
KR1020120095526A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130024852A (ko
Inventor
다케시 구스세
나오키 아즈마
도시아키 오가와
히사시 가사이
Original Assignee
니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤 filed Critical 니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤
Publication of KR20130024852A publication Critical patent/KR20130024852A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101627010B1 publication Critical patent/KR101627010B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/40—Materials therefor
    • H01L33/405—Reflective materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/10—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/38—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/44—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating
    • H01L33/46—Reflective coating, e.g. dielectric Bragg reflector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161—Disposition
    • H01L2224/16135—Disposition the bump connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/16145—Disposition the bump connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being stacked
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/40—Materials therefor
    • H01L33/42—Transparent materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/44—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

활성영역(8)을 포함한 반도체 구조(11)와, 반도체 구조(11)의 상면에 형성되는 투광성 도전층(13)과, 투광성 도전층(13)의 상면에 형성되는 유전체막(4)과, 유전체막(4)의 상면에 형성되는 금속 반사층(22)을 구비하는 반도체 발광소자로서, 유전체막(4)은, 투광성 도전층(13)을 부분적으로 표출시키도록, 1 이상의 개구부(21)를 마련하고 있고, 투광성 도전층(13)은, 개구부(21)를 사이에 두고 금속 반사층(22)과 전기적으로 접합되어 있어, 개구부(21)를 피복하도록, 부분적으로 배리어층(24)이 형성되고, 상기 배리어층(24)을 투광성 도전층(13)과 금속 반사층(22)과의 사이에 개재시키고 있다.

Description

반도체 발광소자 {SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE INCLUDING METAL REFLECTING LAYER}
본 발명은, 반도체 발광소자에 관한 것이다.
반도체 발광소자는, 소형이고 전력 효율이 좋고 선명한 색의 발광을 한다. 또한, 반도체소자인 발광소자는 구 절단 등의 우려가 없다. 게다가 초기 구동 특성이 뛰어나, 진동이나 온·오프 점등의 반복에 강하다고 하는 특징을 가진다. 이러한 뛰어난 특성을 가지기 때문에, 발광 다이오드(Light Emitting Diode : 이하 'LED'라고도 한다.), 레이저 다이오드(Laser Diode : 이하 'LD'라고도 한다.) 등의 반도체 발광소자는, 각종의 광원으로서 이용되고 있다. 특히 최근에는, 형광등에 대신하는 조명용의 광원으로서, 보다 저소비전력이고 장수명의 차세대 조명으로서 주목을 모으고 있고, 발광 출력의 향상 및 발광 효율의 개선이 더 요구되고 있다.
GaN계 발광소자에 있어서는, ITO 등의 투광성 전극과 유전체(誘電體) 반사막을 조합한 반사형 전극이 이용되고 있다. 특히 GaN를 베이스로 한 플립 칩(flip chip)형의 LED 다이스는, 어셈블리(assembly)에 와이어를 사용하지 않는다고 하는 특징으로부터, 패키지의 소형화가 가능하고, LED 다이스의 집적화에 의한 휘도 향상이나, 비용저감 등이 기대된다. 또한, 와이어 절단의 걱정이 없고, 발광면으로부터의 방열이 용이하므로, 고전류 사용시의 신뢰성이 높고, 차재(車載) 용도에도 사용되고 있다.
또한 최근에는, 보다 취출(取出) 효율 출력을 높이기 위한 구조가 연구되고 있고, 예를 들면 반사 효율을 향상시키기 위해, ITO와 금속 전극을 조합한 것으로부터, 유전체 반사막을 조합한 구조, 나아가서는 유전체와 금속 반사층을 조합한 구조도 제안되고 있다. 향후는, 조명 분야에의 전개 등도 기대되지만, 그러기 위해서는 취출 효율의 향상, 비용저감이 더 필요하다.
일본 공개특허공보 2009-164423호; 일본 공개특허공보 2005-197289호; 일본 공개특허공보 2005-45038호; 일본 공개특허공보 2005-191326호 참조.
이러한 배경으로부터, 투명 전극인 ITO와, 유전체 다층막인 DBR(Distributed Bragg Reflector)을 조합한 발광소자가 제안되고 있다. 유전체 다층막은 각도 의존성을 가지기 때문에, Al 등의 금속 반사막을 조합함으로써, 취출 효율의 향상이 도모된다.
한편으로, 반도체소자 그 자체를 효율적으로 발광시키기 위해서는, p형층의 전체면에 전류를 확산시킬 필요가 있다. 이러한 전류 확산에 적합한 재질에는, GaN층과의 오믹성이 뛰어나고, 투과율이 높기 때문에, 상술한 대로 ITO가 일반적으로 사용된다. 본 발명자들은, ITO와 유전체막을 조합한 반사형 전극 구조를 구비하는 플립 칩형의 발광소자를 먼저 개발하였다(특허문헌 1). 이 특허문헌 1에 관한 발광소자의 단면도를 도 29A, B에 나타낸다. 이 도면에 나타내는 발광소자는, ITO막(2913)과 금속 전극층(2923)의 사이에, Nb2O5/SiO2의 3페어 구조로 이루어지는 유전체막(294)을 삽입하고 있다. 유전체막(294)에는, 복수의 개구부(2921)가 형성되어 있고, 개구부(2921)를 통해서 금속 전극층(2923)과의 도통을 확보한다. 게다가 유전체막(294)은 상술한 대로 각도 의존성을 가지기 때문에, 그 하면(下面), 즉 ITO막(2913)과의 사이에 SiO2, Al2O3 등과 마찬가지로 유전체막으로 이루어지는 전반사 작용을 이용한 반사층(2916)을 조합하고 있다. 이와 같이 유전체막(294)에 반사층(2916)을 조합한 반사 구조(2920)로 함으로써, 발광층(298)으로부터 발해지는 경사 성분의 빛에 대해서도 고반사율을 유지할 수 있어, 광취출면(2918)으로부터의 높은 취출 효율을 실현할 수 있다. 또한 이 발광소자에, 본딩용의 패드 전극을 더 추가하면, 패드 전극에 의해서, 플립 칩으로 Au-Sn 등을 이용한 공정(共晶)접합에 의해 실장(實裝) 기판상에 실장할 수 있다.
게다가, 본원 출원인이 먼저 개발한 다른 발광소자의 단면도를 도 30에 나타낸다. 이 발광소자는, ITO막(3013)의 상면에 마련하는 유전체막(304)상에, Al 등의 금속 반사층(3022)과 절연성의 유전체막(3028)을 적층하여, 수직방향의 취출 효율을 높인 구조로 하고 있다. 또한 도 30의 발광소자에, 금속 전극층(3023)상에 본딩용의 패드 전극(303)을 더 추가하고, 주위를 보호막(3014)으로 피복한 구조를 도 31의 단면도에 나타낸다. 그러나, 이 구조에서는, 유전체막(304)에 금속제, 즉 도전성(導電性)의 반사층을 부가한 반사 구조(3020)를 이용하고 있기 때문에, 단면의 노출 부분이나, 절연막이 형성 불량이 된 부분 등, 절연이 불충분한 영역에 있어서, 반사 구조가 가지는 도전성에 의해서, 의도하지 않는 도통(導通)이 생기는 경우가 있었다. 이 때문에, PN갭 사이에서 의도하지 않는 단락이 발생하는 것을 피할 필요가 있기 때문에, PN갭을 타넘어 발광소자의 전체면을 반사 구조(3020)로 덮지 못하여, 반사 구조(3020)의 성막 에어리어는 P층, N층상에 떨어져 형성되어 버린다. 이 결과, 발광소자에 있어서 반사 구조(3020)로 피복되지 않는 영역이 필연적으로 존재하게 된다.
일반적으로 플립 칩형의 발광소자에서는, 반도체 발광소자의 성장기판(305)인 사파이어 기판의, 반도체층을 성장시키는 성장면의 이면(裏面)측을 빛의 출사면(出射面), 즉 광취출면(3018)으로 하고 있다. 이 때문에, 성장면측에 있어서 반사 구조(3020)로 피복되지 않는 영역이 존재하면, 여기로부터 빛이 새어, 예를 들면 발광소자의 패키지와 다이스와의 사이에서 반사되어, 외부로 유효하게 취출할 수 없다고 하는 문제가 있었다. 이 모양을 설명하기 위해, 도 31의 발광소자를 실장 기판(309)상에 플립 칩 실장한 상태에 있어서, 발광층(308)의 빛이 반사되는 모양을 도 32에 나타낸다. 이 도면에 도시하는 바와 같이, 발광층(308)으로부터 출사되는 빛은, 반사 구조(3020)로 반사되는 성분(도 32에 있어서 우측의 화살표로 나타내는 성분)은 광취출면(3018)으로부터 유효하게 취출할 수 있지만, 반사되지 않는 성분은, 예를 들면 실장 기판(309)의 실장면에서 반사된 후, 금속층 등, 발광소자의 내부에서 흡수되어 버리는 경우가 발생한다(도 32에 있어서 좌측의 화살표로 나타내는 성분).
이러한 문제에 대해, 본 발명자들은 도 33의 단면도에 도시하는 바와 같이, ITO막(3313)에 유전체막(334)을 마련하면서, 직접 금속 반사층(3322)을 접합시켜, p측 전극에 고반사율의 금속 반사막을 이용하여 패드 전극(333)과 접속하는 구성을 검토하였다. 그러나, 금속 반사층(3322)에 Al을 이용하면, Al과 ITO막(3313)과의 접촉면에 있어서, 도통시에 접촉 전위차에 의해서 부식이 발생해 버려, Al이 산화하여 반사율이 저하되는 것이 판명되었다. 또한 Ag를 이용해도, 이온 마이그레이션(이온 영동, ion migration)을 발생시켜 마찬가지로 열화(劣化)되었다. 이와 같이, 고반사율의 금속 반사층이 열화하기 때문에, 높은 신뢰성이 요구되는 조명 등의 분야에 있어서는 이용 곤란하다는 것이 분명해졌다.
본 발명은, 이러한 문제점을 해소하기 위해서 더 이루어진 것이다. 본 발명의 주된 목적은, 취출 효율을 높이면서, 소자의 신뢰성에도 뛰어난 반도체 발광소자를 제공하는 것에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 1 반도체 발광소자는, 활성영역(8)을 포함한 반도체 구조(11)와, 상기 반도체 구조(11)의 상면에 형성되는 투광성 도전층(13)과, 상기 투광성 도전층(13)의 상면에 형성되는 유전체막(4)과, 상기 유전체막(4)의 상면에 형성되는 금속 반사층(22)을 구비하는 반도체 발광소자로서, 상기 유전체막(4)은, 상기 투광성 도전층(13)을 부분적으로 표출시키도록, 1 이상의 개구부(21)를 마련하고 있고, 상기 투광성 도전층(13)은, 상기 개구부(21)를 사이에 두고 상기 금속 반사층(22)과 전기적으로 접합되어 있어, 상기 개구부(21)를 피복하도록, 부분적으로 배리어층(24)이 형성되고, 상기 배리어층(24)을 상기 투광성 도전층(13)과 금속 반사층(22)과의 사이에 개재시킬 수 있다. 이것에 의해, 투광성 도전층과 금속 반사층이 직접 접촉하는 사태를, 배리어층을 개재시킴으로써 피하여, 금속 반사층의 열화를 방지하고 질화물계 화합물 반도체 발광소자의 신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 이 구성에 의하면 금속 반사층이 도전체로서의 기능에 더하여, 출력광을 반사시키는 기능도 가질 수 있어, 높은 광출력을 달성할 수 있다.
또한 제 2 반도체 발광소자는, 상기 유전체막(4)이 다층으로 이루어지는 것이 바람직하다. 유전체 다층막은 각도 의존성을 가지기 때문에, 경사 성분의 빛에 대해서도 고반사율을 유지할 수 있어, 높은 취출 효율을 실현할 수 있다.
게다가 제 3 반도체 발광소자는, 상기 금속 반사층(22)을, 알루미늄 또는 그 합금으로 구성할 수 있다. 이것에 의해서, 반사율의 높은 금속을 이용하면서, 투광성 도전층과의 접촉에 의한 열화를 배리어층으로 억제할 수 있다.
게다가 또한 제 4 반도체 발광소자는, 상기 배리어층(24)을, Au, Ag, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os의 군으로 이루어지는 적어도 하나의 금속 또는 그 합금으로 구성할 수 있다.
게다가 또한 제 5 반도체 발광소자는, 상기 배리어층(24)과 투광성 도전층(13)의 사이에 Ti, Ni, Cr, Mo의 군으로 이루어지는 적어도 하나의 금속 또는 그 합금으로 이루어지는 밀착층을 가져도 좋다.
게다가 또한 제 6 반도체 발광소자는, 상기 투광성 도전층(13)을 ITO로 구성할 수 있다.
게다가 또한 제 7 반도체 발광소자는, 상기 배리어층(24)의 막두께를 상기 유전체막(4)보다 얇게 형성할 수 있다.
게다가 또한 제 8 반도체 발광소자는, 상기 배리어층(24)을, 상기 개구부(21)내에만 형성할 수 있다.
게다가 또한 제 9 반도체 발광소자는, 상기 유전체막(4)을, 상기 반도체 구조(11)의 거의 전체면에 형성할 수 있다.
게다가 또한 제 10 반도체 발광소자는, 상기 투광성 도전층(13)을, 상기 반도체 구조(11)의 거의 전체면에 형성할 수 있다. 이것에 의해, 전류를 반도체 구조의 전체에 균일하게 확산시킬 수 있다.
게다가 또한 제 11 반도체 발광소자는, 상기 유전체막(4)으로, 상기 반도체 구조(11)의 측면을 피복할 수 있다. 이것에 의해, 활성층단으로부터 가로방향으로 나오는 빛을 효율적으로 사파이어면으로부터 취출하는 것이 가능해진다.
게다가 또한 제 12 반도체 발광소자는, 상기 금속 반사층(22)의 상면에 형성되는 패드 전극(3)을 더 구비하고, 상기 패드 전극(3)을 구성하는 n측 전극(3A)을, 복수로 분할된 소경화(小經化) 전극으로서 분산하여 배치할 수 있다. 이것에 의해서, n측 전극을 소경화하고 빛의 흡수를 저감하여, 취출 효율을 향상할 수 있다. 또한 분산하여 배치함으로써, 발광 분포를 균일화하는 동시에, 순방향 전압을 저감하여 리니어리티(linearity)도 개선할 수 있다.
게다가 또한 제 13 반도체 발광소자는, 상기 금속 반사층(22)으로, 상기 반도체 구조(11)의 측면을 피복할 수 있다.
게다가 또한 제 14 반도체 발광소자에 있어서는, 상기 반도체 구조(11)의 측면을 피복하는 상기 금속 반사층(22)은, 상기 반도체 구조(11)를 구성하는 n형 반도체층(6)을 더 피복해서 이루어지고, 또한 상기 반도체 구조(11)를 구성하는 p형 반도체층(7)을 피복하는 제 2 금속 반사층(22n)과 이간시킬 수 있다.
게다가 또한 제 15 반도체 발광소자는, 상기 반도체 구조(11)의 측면을 더 피복하는 상기 금속 반사층(22)의 상면에, 전극 절연막(26)을 더 마련하고 있고, 상기 전극 절연막(26)은, 상기 금속 반사층(22) 및 제 2 금속 반사층(22n)의 이간된 영역을 덮도록 연장되서 이루어지고, 상기 전극 절연막(26)의 상면에, 상기 패드 전극(3)으로서, n측 패드 전극(3A) 및 p측 패드 전극(3B)이 이간되어 마련될 수 있다. 이것에 의해, n측 패드 전극과 p측 패드 전극을 입체 배선 구조로서, 보다 넓은 면적으로 패드 전극을 마련할 수 있어, 공정에서의 실장으로 접합 면적을 크게 취할 수 있어, 방열성 에 있어서 유리하게 된다.
게다가 또한 제 16 반도체 발광소자는, 상기 유전체막(4)의 측면에 마련된 상기 배리어층(24)의 두께가, 상기 개구부(21)에 있어서 상부에서 좁고, 하부에서 넓어지도록 구성할 수 있다.
상기의 본 발명의 또 다른 목적과 특징은 후술하는 첨부된 도면과 함께 상세한 설명에 의해 더 명백해질 것이다.
도 1은 실시예 1에 관한 발광장치의 개략 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 반도체 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2에 나타내는 유전체막의 적층 구조를 나타내는 확대 단면도이다.
도 4는 실시예 2에 관한 반도체 발광소자를 나타내는 모식 단면도이다.
도 5는 실시예 2를 구성하는 반도체 발광소자의 평면도이다.
도 6A는 도 5의 Ⅵ-Ⅵ선에 있어서의 단면도이다.
도 6B는 개구부에 배리어층을 형성한 후에 직접 금속 반사층을 성장시킨 예를 나타내는 모식 단면도이다.
도 7은 도 5의 Ⅶ-Ⅶ선에 있어서의 단면도이다.
도 8은 실시예 2에 관한 반도체 발광소자와 비교예에서 광출력과 순방향 전압을 비교한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 실시예 3에 관한 반도체 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 10은 도 9의 반도체 발광소자의 제조방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 11 A∼E는 도 9의 반도체 발광소자의 제조방법을 나타내는 단면도이다.
도 12 F∼I는 도 9의 반도체 발광소자의 제조방법을 나타내는 단면도이다.
도 13은 실시예 4에 관한 반도체 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 14는 실시예 4에 관한 반도체 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 15는 실시예 4에 관한 반도체 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 16은 실시예 4에 관한 반도체 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 17은 실시예 4에 관한 반도체 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 18은 실시예 4에 관한 반도체 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 19는 실시예 4에 관한 반도체 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 20은 실시예 4에 관한 반도체 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 21은 실시예 4에 관한 반도체 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 22는 실시예 5에 관한 반도체 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 23은 실시예 6에 관한 반도체 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 24는 도 23의 ⅩⅩIV-ⅩⅩIV선에 있어서의 수평 단면도이다.
도 25는 실시예 7에 관한 발광소자의 평면도이다.
도 26은 도 25의 ⅩⅩⅥ-ⅩⅩⅥ선에 있어서의 수직 단면도이다.
도 27은 실시예 8에 관한 발광소자의 평면도이다.
도 28은 도 27의 ⅩⅩⅧ-ⅩⅩⅧ선에 있어서의 단면도이다.
도 29는 도 29A는 종래의 반도체 발광소자를 나타내는 단면도, 도 29B는 도 29A의 원으로 둘러싼 부분을 나타내는 확대 단면도이다.
도 30은 종래의, 투광성 전극에 유전체 및 금속 반사층으로 이루어지는 반사막을 이용한 반도체 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 31은 종래의 다른 반도체 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 32는 도 31의 반도체 발광소자에 있어서의 PN갭 사이로부터의 누설광에 의한 빛의 손실을 나타내는 수직 단면도이다.
도 33은 본 발명자들이 시험 제작한 ITO에 직접 반사막을 접합시킨 구조를 나타내는 수직 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 설명한다. 다만, 이하에 나타내는 실시예는, 본 발명의 기술 사상을 구체화하기 위한, 반도체 발광소자를 예시하는 것으로서, 본 발명은, 반도체 발광소자를 이하의 것에 특정하지 않는다. 다만, 특허청구범위에 나타나는 부재를, 실시예의 부재에 특정하는 것은 결코 아니다. 특히 실시예에 기재되어 있는 구성부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 특별히 특정적인 기재가 없는 한은, 본 발명의 범위를 그것에만 한정하는 취지가 아니고, 단순한 설명예에 지나지 않는다. 한편, 각 도면이 나타내는 부재의 크기나 위치 관계 등은, 설명을 명확하게 하기 위해 과장하고 있는 경우가 있다. 게다가 이하의 설명에 있어서, 동일한 명칭, 부호에 대해서는 동일 혹은 동질의 부재를 나타내고 있어, 상세 설명을 적절히 생략한다. 게다가, 본 발명을 구성하는 각 요소는, 복수의 요소를 동일한 부재로 구성하여 하나의 부재로 복수의 요소를 겸용하는 형태로 해도 좋고, 반대로 하나의 부재의 기능을 복수의 부재로 분담해서 실현할 수도 있다. 또한, 본 명세서에 있어서, 층상(層上) 등에서 말하는 '상(上)'이란, 반드시 상면에 접촉하여 형성되는 경우에 한정되지 않고, 이간하여 상방에 형성되는 경우도 포함하고 있어, 층과 층의 사이에 개재층이 존재하는 경우도 포함하는 의미로 사용한다. 게다가 또한, 일부의 실시예, 실시형태에 있어서 설명된 내용은, 다른 실시예, 실시형태 등에 이용 가능한 것도 있다.
(실시예 1)
본 발명의 실시예 1에 관한 발광장치(1)를 도 1의 단면도에 나타낸다. 이 도면의 발광장치(1)에 탑재되는 발광소자(10)는, 질화물 반도체소자의 일례인 LED칩을 채용하고 있고, 이 LED칩을 배선기판(9)의 하나인 서브 마운트상에 플립 칩 실장하고 있다. 플립 칩 실장이란, 전극 형성면과 대향하는 성장기판(5)측을 주광(主光)취출면으로 하는 실장 방식이며, 페이스 다운 실장이라고도 불린다. 도 1의 발광소자(10)는, 플립 칩 실장인 것을 나타내기 위해, 상하 반대로 표시하고 있다.
도 2는, 도 1의 발광소자(10)로서, 플립 칩 실장하기 전의 상태, 즉 성장기판(5)을 최하층으로 하고, 그 상방에 반도체 구조(11)를 적층한 상태를 나타내는 개략 단면도이다. 실제의 발광장치의 제조공정에서는, 성장기판(5)의 상면에 각 층이 적층된 질화물 반도체소자를 상하 반대로 하여 도 1과 같이 실장한다. 이하, 도 2를 이용하여 발광소자(10)의 개략을 설명한다. 또한, 도 1의 발광소자(10)에 있어서, 도 2에 나타내는 발광소자(10)와 같은 구성에는 동일한 부호를 붙이고 적절히 설명을 생략한다.
도 2에 나타내는 반도체 발광소자(10)는, 성장기판(5)과, 그 상면에 성장된 반도체 구조(11)와, 반도체 구조(11)에 전기적으로 접속된 전극으로 구성된다. 반도체 구조(11)는, 제 1 반도체층과, 활성영역(8)과, 제 2 반도체층을 구비한다. 예를 들면 제 1 반도체층을 n형 반도체층(6)으로 하는 경우, 제 2 반도체층은 p형 반도체층(7)이 된다. 또한 활성영역(8)은, 발광층에 상당한다. 활성영역(8)이 발하는 빛의 중심 파장은, 예를 들면 360nm∼650nm로 한다.
발광소자(10)는, 활성영역(8)을 가지는 반도체 구조(11)를 구비한다. 도 2의 발광소자(10)에서는, 대향하는 한 쌍의 주면(主面)을 가지는 성장기판(5)의 한쪽의 주면상에, 반도체 구조(11)로서의 질화물 반도체층을 적층하여 형성되어 있다. 구체적으로, 발광소자(10)는, 성장기판(5)의 상면측에, 제 1 반도체층인 n형 반도체층(6), 활성영역(8), 제 2 반도체층인 제 2 질화물 반도체층(7)을 순서대로 구비하는 질화물 반도체 구조(11)가 적층되어 있다. 또한, n형 반도체층(6) 및 제 2 질화물 반도체층(7)에는, 전기적으로 접속되는 제 1 전극으로서 n측 패드 전극(3A) 및 제 2 전극으로서 p측 패드 전극(3B)을 각각 구비한다. 발광소자(10)는, n측 패드 전극(3A) 및 p측 패드 전극(3B)을 통하여, 외부에서 전력이 공급되면, 활성영역(8)으로부터 빛을 방출하여, 도 2에 있어서의 성장기판(5)의 하면측으로부터, 주로 빛이 취출된다. 즉 도 2의 발광소자(10)에서는, 성장기판(5)에 있어서, 전극(3A,3B)의 장착면측(도 2의 상측)과 대향하는 다른쪽의 주면측(도 2의 하측)을 주된 광취출면(18)으로 한다.
(유전체막(4))
게다가, n측 패드 전극(3A), p측 패드 전극(3B)으로 이루어지는 1조(組)의 전극(3)은, 유전체막(4)을 각각 가진다. 도 3에, 도 2의 굵은 원에 나타내는 유전체막(4)의 근방에 있어서의 확대 단면도를 나타낸다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 유전체막(4)은, 굴절률이 다른 2종 이상의 재료막(4n,4m)으로 이루어지는 1조의 유전체(4a)를, 복수조에 걸쳐서 적층시킨 다층 구조이다. 유전체막(4)의 상세한 구조에 대해서는 후술하지만, 유전체막(4)은, 반도체 구조(11)와 전극(3)과의 사이의 적어도 일부에 마련되어 있어, 소정의 파장광을 선택적으로 반사할 수 있다. 유전체막(4)은, 서로 이간하여 형성할 수도 있다. 또한, 유전체막(4)은, SiO2, Al2O3 등의 단층막으로 해도 좋다. 단층막의 경우는 빛이 반사하지 않고 투과하기 때문에, 특히 비플립 칩형의 실장방법인 페이스 업형의 반도체소자에서는, 유전체막(4)의 형성면에 있어서의 광취출 효율이 향상된다.
(발광소자(10))
발광소자(10)로서, 예를 들면 도 2에 나타내는 LED와 같은 질화물 반도체소자에서는, 성장기판(5)인 사파이어 기판의 위에, 제 1 질화물 반도체층인 n형 반도체층(6), 활성영역(8)인 발광층, 제 2 질화물 반도체층인 p형 반도체층(7)을 순서대로 에피택셜 성장시킨 질화물 반도체 구조(11)와, 질화물 반도체 구조(11)의 위에 형성된 투광성 도전층(13)을 더 가진다. 또한 유전체층(4)과 투광성 도전층(13)과의 사이에는, 반사층(16)이 형성된다. 이 반사층(16)도, SiO2, Al2O3 등의 유전체막으로 구성되어 전반사 작용을 발휘한다. 이와 같이 유전체막(4)에 반사층(16)을 조합한 반사 구조로 함으로써, 경사 성분의 빛에 대해서도 고반사율을 유지할 수 있어, 높은 취출 효율을 실현할 수 있다.
계속하여, 활성영역(8) 및 p형 반도체층(7)의 일부를 선택적으로 에칭 제거하고, n형 반도체층(6)의 일부를 노출시켜, n측 패드 전극(3A)을 더 형성하고 있다. 또한 n측 패드 전극(3A)과 동일면측으로서, 투광성 도전층(13)상에는, p측 패드 전극(3B)이 형성된다. 게다가, n측 패드 전극(3A) 및 p측 패드 전극(3B)의 소정의 표면만을 노출하고, 다른 부분은 절연성의 보호막(14)으로 피복된다. 한편, n측 패드 전극(3A)은, n형 반도체층(6)의 노출 영역에, 투광성 도전층(13)을 통하여 형성해도 좋다. 이하에 반도체 발광소자(10)의 각 구성요소에 관해서, 구체적으로 설명한다.
(성장기판(5))
성장기판(5)은, 반도체 구조(11)를 에피택셜 성장시킬 수 있는 기판으로, 기판의 크기나 두께 등은 특별히 한정되지 않는다. 질화물 반도체에 있어서의 기판으로서는, C면, R면, 및 A면의 어느 한쪽을 주면으로 하는 사파이어나 스피넬(MgAl2O4)과 같은 절연성 기판, 또한 탄화규소(6H,4H,3C), 실리콘, ZnS, ZnO, Si, GaAs, 다이아몬드, 및 질화물 반도체와 격자(格子) 접합하는 니오브산리튬, 갈륨산 네오딤 등의 산화물 기판, GaN나 AlN 등의 질화물 반도체 기판이 있고, 그 오프 앵글한 기판(예를 들면, 사파이어 C면에서 0.01°∼3.0°)도 이용할 수 있다. 또한, 성장기판을 반도체 구조 형성 후에 제거한 기판이 없는 반도체소자 구조, 그 취출한 반도체 구조를 지지기판, 예를 들면 도전성 기판에 접착, 플립 칩 실장한 구조 등으로 하는 것, 또한 다른 투광성 부재·투광성 기판을 반도체 구조에 접착한 구조로 할 수도 있다. 구체적으로는, 반도체 구조의 광취출측의 주면에 성장기판, 접착한 부재·기판을 가지는 경우는 투광성으로 하고, 불투광성, 차광성, 광흡수성의 성장기판의 경우는 제거하고, 그러한 기판에 반도체 구조를 접착하는 경우는, 반도체 구조 주면의 광반사측에 마련하는 구조로 한다. 광취출측의 투광성 기판·부재로부터 반도체 구조에 전하를 공급하는 경우는, 도전성의 것을 이용하면 좋다. 그 외, 유리, 수지 등의 투광성 부재에 의해 반도체 구조가 접착·피복되어, 지지된 구조의 소자라도 좋다. 성장용 기판의 제거는, 예를 들면 장치 또는 서브 마운트의 칩 얹어놓음부에 유지하고, 연마, LLO(Laser Lift Off)로 실시할 수 있다. 또한, 투광성의 이종(異種) 기판이더라도, 기판 제거함으로써, 광취출 효율, 출력을 향상시킬 수 있어 바람직하다.
(반도체 구조(11))
반도체 구조(11)로서는, 실시예 및 이하에서 설명하는 질화물 반도체가, 가시광선역의 단파장역, 근자외역, 혹은 그것보다 단파장역인 점, 그 점과 광변환부재(형광체 등)를 조합한 발광장치에 있어서 적합하게 이용된다. 혹은 이것들로 한정되지 않고 , InGaAs계, GaP계 등의 반도체라도 좋다.
(발광소자 구조)
반도체 구조(11)에 의한 발광소자 구조는, 후술하는 제 1 도전형(n형), 제 2 도전형(p형)층과의 사이에 활성영역(8)을 가지는 구조가, 출력, 효율상 바람직하지만, 그것에 한정되지 않고 후술하는 구조 등, 그 외의 발광 구조라도 좋다. 각 도전형층에, 절연, 반(半)절연성, 역(逆)도전형 구조가 일부에 마련되어도 좋고, 또한 그것들이 제 1, 2 도전형층에 대해서 부가적으로 마련된 구조라도 좋고, 별도의 회로 구조, 예를 들면 보호소자 구조를 부가적으로 가져도 좋고, 또한, 상기 기판이 발광소자의 도전형의 일부를 담당하는 구조라도 좋다.
반도체 구조(11)에 마련되는 전극은, 실시예 및 이하에서 설명하는 한 쪽의 주면측에 제 1 도전형(n형), 제 2 도전형(p형) 층의 전극이 마련되는 구조가 바람직하지만, 그것에 한정되지 않고 반도체 구조의 각 주면에 대향하여 각각 전극이 마련되는 구조, 예를 들면 상기 기판 제거 구조에 있어서 제거측에 전극을 마련하는 구조로 해도 좋다.
또한, 반도체 구조(11)의 구조로서는, MIS접합, PIN접합이나 PN접합을 가진 호모 접합 구조, 헤테로 접합 구조 혹은 더블 헤테로 접합 구조의 것을 들 수 있다. 또한, 각 층을 초격자 구조로 하거나, 발광층인 활성영역(8)을 양자(量子)효과가 발생하는 박막에 형성시킨 양자 우물 구조로 할 수도 있다.
(질화물 반도체 구조)
질화물 반도체로서는, 일반식이 InxAlyGa1 -x- yN(0≤x, 0≤y, x＋y≤1)로서, B나 P, As를 혼정(混晶)해도 좋다. 또한, n형 반도체층(6), p형 반도체층(7)은, 단층, 다층을 특별히 한정하지 않는다. 질화물 반도체 구조(11)에는 발광층인 활성영역(8)을 가지고, 이 활성영역(8)은 단일(SQW) 또는 다중 양자 우물 구조(MQW)로 한다. 이하에 질화물 반도체 구조(11)의 상세를 나타낸다.
성장기판(5)상에, 버퍼층 등의 질화물 반도체의 하지층(下地層), 예를 들면 저온 성장 박막 GaN와 GaN층을 통하여, n형 질화물 반도체층, 예를 들면 Si도프 GaN의 n형 컨택트층과 GaN/InGaN의 n형 다층막층, p형 질화물 반도체층, 예를 들면 Mg도프의 InGaN/AlGaN의 p형 다층막층과 Mg도프 GaN의 p형 컨택트층을 가지고, 그 p형, n형층의 사이에 활성영역(8)을 더 가지는 구조를 이용한다.
또한, 질화물 반도체의 활성영역(발광층)(8)은, 예를 들면, AlaInbGa1-a-bN(0≤a≤1, 0≤b≤1, a＋b≤1)로 이루어지는 우물층과 AlcIndGa1-c-dN(0≤c≤1, 0≤d≤1, c＋d≤1)로 이루어지는 장벽층을 포함한 양자 우물 구조를 가진다. 활성영역(8)에 이용되는 질화물 반도체는, 논 도프, n형 불순물 도프, p형 불순물 도프중 어느 것이라도 좋지만, 바람직하게는, 논 도프 혹은, 또는 n형 불순물 도프의 질화물 반도체를 이용하는 것에 의해 발광소자를 고출력화할 수 있다. 장벽층은 우물층보다 밴드 갭 에너지가 큰 질화물 반도체가 이용된다. 우물층에 Al을 포함시킴으로써, GaN의 밴드 갭 에너지인 파장 365nm보다 짧은 파장을 얻을 수 있다. 활성영역(8)으로부터 방출하는 빛의 파장은, 발광소자의 목적, 용도 등에 따라서 360nm∼650nm 부근, 바람직하게는 380nm∼560nm의 파장으로 한다.
우물층의 조성은 InGaN이, 가시광선·근자외역에 적합하게 이용되어, 그 때의 장벽층의 조성은, GaN, InGaN이 좋다. 우물층의 막두께는, 바람직하게는 1nm 이상 30nm 이하, 보다 바람직하게는 2nm 이상 20nm 이하이다.
다음에, p형 반도체층(7)의 표면에 소정의 형상을 이루는 마스크를 형성하고, p형 반도체층(7) 및 발광층인 활성영역(8)을 에칭한다. 이것에 의해, 소정의 위치의 n형 반도체층(6)을 구성하는 n형 컨택트층이 노출된다.
(투광성 도전층(13))
투광성 도전층(13)은, n형 반도체층(6), p형 반도체층(7)상에 각각 형성된다. 도 2의 예에서는, p형 반도체층(7) 및 노출된 n형 반도체층(6)의 거의 전체면에 투광성 도전층(13)이 형성되는 것에 의해, 전류를 p형 반도체층(7) 전체에 균일하게 넓힐 수 있다. 또한, 도전층이 투광성을 구비함으로써, 이 위에 유전체막(4)을 더 마련할 수 있다. 또한 본 명세서에 있어서 대략 '전체면에 형성'이라는 것은, 반도체 구조의 상방에 형성되어 있음을 의미한다.
투광성 도전층(13)은, 투명전극 등 수많은 종류가 있지만, 바람직하게는 Zn, In, Sn으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소를 포함한 산화물로 한다. 구체적으로는, ITO, ZnO, In2O3, SnO2 등, Zn, In, Sn의 산화물을 포함한 투광성 도전층(13)을 형성하는 것이 바람직하고, 바람직하게는 ITO를 사용한다. 이것에 의해 접촉하는 부재와 양호한 오믹 접촉을 얻을 수 있다. 혹은 Ni, Au, Pt 등의 금속으로 이루어지는 3nm 정도의 박막의 금속막, 그 외의 금속의 산화물, 질화물, 그들의 화합물, 광투과 구조나 이들의 복합물이라도 좋다. 이와 같이 투광성 도전층(13)은, 각 도전형층, 예를 들면 p형 반도체층(7)의 거의 전체면에 형성되어, 전류를 전체에 균일하게 넓힐 수 있다.
또한, 투광성 도전층(13)의 두께는, 그 층의 광흡수성과 전기저항·시트저항, 즉, 빛의 유전체막(4)과 전류 확대를 고려한 두께로 하고, 예를 들면 1㎛ 이하, 구체적으로는 10nm에서 500n/m로 한다. 또한, 활성영역(8)으로부터 방출되는 빛의 파장 λ에 대해서 λ/4의 대략 정수배로 하는 것이 광취출 효율이 상승하므로 바람직하다.
여기에서는 투광성 도전층(13)인 ITO의 막두께를 700Å로 한다. 또한 유전체막(4)은, 도 3의 확대 단면도에 도시하는 바와 같이, ITO막의 위에 반사층(16)으로서, 후막(厚膜)의 SiO2, Al2O3, Nb2O5 등을 형성한 후에, Nb2O5/SiO2/Nb2O5/SiO2/Nb2O5/SiO2와 같이 (Nb2O5/SiO2)를 3페어로 구성하고, 막두께를 발광 파장에 맞추어 조정하는 것이 바람직하다. 배리어층(24)으로서는 Rh를 100Å 성막한다. 금속 반사층(22)과 패드 전극(3)은 적층 구조로, Al-Cu합금/Ti/Pt/Au의 구조가 된다. 배리어층(24)에 Ag를 이용하면 흡수가 저감되어, 취출 효율이 더 향상된다.
(유전체막(4))
유전체막(4)은, 반사층(16)상에 굴절률이 다른 2종류의 유전체층을 2∼5페어, 바람직하게는 3∼4페어 적층하여 구성한다. 또한 유전체막(4)의 총 막두께는 0.2∼1㎛가 바람직하고, 0.3∼0.6㎛가 보다 바람직하다. 이것에 의해, 유전체막(4)의 간섭 작용에 의한 광투과율의 급준한 골짜기의 발생을 억제할 수 있어, 연속한 고반사율인 파장역을 증대시킬 수 있다. 이 결과, 유전체막(4)의 중심 파장을 광원의 발광 피크 파장보다 장파장측으로 옮겨도, 수직 입사(入射)의 반사율의 감소를 억제할 수 있다. 즉, 입사각을 가지고 유전체막(4)으로 입사한 광원의 입사 성분 뿐만 아니라 입사각이 작은 입사 성분도 반사 가능해져, 상대적으로 발광소자 광출력이 향상된다. 적합하게는, 유전체막(4)은 SiO2와 Nb2O5의 페어로 구성한다. 이 유전체막(4)은, 파장 및 방향 의존에 의한 반사 기능을 발휘한다. 또한 유전체막(4)은, 반도체 발광소자(10)의 전극 형성측의 면의 거의 전체면에 형성하는 것이 바람직하다.
또한 유전체막(4)에서, 반도체 구조(11)의 측면, 또 n전극과 p전극의 사이를 피복하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, PN갭 사이에서의 빛의 누설을 억제할 수 있다.
(개구부(21))
또한, 유전체막(4)에는, 개구부(21)를 마련한다. 개구부(21)는, 도 2의 단면도에 도시하는 바와 같이, 투광성 도전층(13)을 부분적으로 표출시킨다. 이 결과, 투광성 도전층(13)은, 개구부(21)를 사이에 두고 금속 반사층(22) 및 패드 전극(3)과 전기적으로 접합된다.
(배리어층(24))
배리어층(24)은, 유전체막(4)이 형성되지 않은 개구부(21)에 형성되고, 개구부(21)에서 표출하는 투광성 도전층(13)을 피복한다. 이 상면을 금속 반사층(22)에서 더 피복한다. 이것에 의해서, 배리어층(24)이 투광성 도전층(13)과 금속 반사층(22)과의 사이에 개재되고, 금속 반사층(22)이 직접 투광성 도전층(13)과 접촉하는 사태를 회피할 수 있어, 도통에 의해서 금속 반사층(22)이 투광성 도전층(13)과의 접촉면에서 열화되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 배리어층(24)에는, Au, Ag, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os의 군으로 이루어지는 적어도 하나의 금속 또는 그 합금으로 이루어진다. 바람직하게는, Rh가 적합하게 이용할 수 있다. 또한 배리어층(24)의 막두께는, 바람직하게는 유전체막(4)보다 얇게 형성한다.
배리어층(24)은 스퍼터링이나 무전계(無電界) 도금, 증착 등에 의해서 형성할 수 있다. 스퍼터링에서는, U자 형상으로 만곡한다. 한편, 무전계 도금에서는, 평평하게 형성할 수 있다.
또한, 배리어층(24)과 투광성 도전층(13)의 사이에 Ti, Ni, Cr, Mo의 군으로 이루어지는 적어도 하나의 금속 또는 그 합금으로 이루어지는 밀착층을 가져도 좋다. 이 밀착층에 의해서, 배리어층(24)과 투광성 도전층(13)과의 밀착성이 향상된다. 밀착층은 0.3∼50nm, 바람직하게는 0.3∼3nm이다. 밀착층의 막두께가 얇은 경우, 활성영역(8)으로부터의 빛은 밀착층을 통과하여 배리어층(24)에서 반사되기 때문에, 배리어층(24)의 고반사율의 특성을 이용할 수 있어, 출력이 높다. 이 때, 특히, 배리어층은 Rh가 적합하게 이용할 수 있다.
(금속 반사층(22))
한편, 금속 반사층(22)은, 배리어층(24) 및 투광성 도전층(13)을 통하여, 반도체 구조(11)를 구성하는 n형층, p형층과 전기적으로 접속된다. 이와 같이 금속 반사층(22)은, 도전층으로서의 기능에 더하여, 출력광을 반사시키는 기능도 이룰 수 있다. 이 구조에 의해서, 반도체 발광소자(10)는 취출 효율을 높이고, 또한 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 금속 반사층(22)은, Al, Cu, Au, Pt, Pd, Rh, Ni, W, Mo, Cr, Ti로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 적합하게는, 알루미늄 또는 그 합금으로 한다.
금속 반사층(22)과 패드 전극(3)과는 개별적으로 형성해도 좋다. 금속 반사층(22)은 Al 혹은 그 합금을 이용한다. 또한 금속 반사층(22)은 발광 영역의 거의 전체면에 형성한다. 패드 전극(3)은 금속 반사층(22)과 다른 패턴으로 형성하는 경우는, 플립 칩 실장시에 사용하는 기판 배선에 맞춘 설계가 가능해진다. 이 경우, 패드 전극(3)의 형성되어 있지 않은 영역에는, 절연성 확보를 위해 SiO2로 이루어지는 보호막(14)을 마련한다.
한편으로 배리어층(24)이, 각 개구부(21)내에 각각 형성되어 있다. 이 배리어층(24)은, 개구부(21)내에만 형성되어 있고, 또한 배리어층(24)과 개구부(21)와의 개수는 같다. 도 2의 예에서는, 유전체막(4)과 배리어층(24)의 패터닝을 동일한 마스크로 행하여, 패드 전극(3)과 금속 반사층(22)을 동일한 패턴으로 형성한다. 이 결과, 유전체막(4)의 개구부(21)에 정확하게 배리어층(24)을 형성할 수 있어, 마스크를 공통화하여 비용을 삭감하는 동시에, 마스크의 위치 맞춤 작업도 한 번에 끝난다. 특히 배리어층(24)의 패턴을 유전체막(4)과 같은 마스크로 행함으로써, 위치 어긋남이 발생하지 않고, 생산수율이 향상하여 고품질인 제품으로 할 수 있다. 또한 작업을 연속적으로 행할 수 있기 때문에, 제조공정도 간소화할 수 있다. 또한, 위치 어긋남에 대해서의 마진을 배리어 설계에 고려하지 않아도 좋기 때문에, 금속 반사층의 유효 면적을 올릴 수 있어, 취출 효율이 향상된다.
이와 같이, 유전체막(4)에 형성한 개구부(21)의 내부에 개구 지름에 맞춘 배리어층(24)을 형성함으로써, 투광성 도전층(13)과 금속 반사층(22)과의 직접적인 접촉을 회피하면서, 금속 반사층(22)으로서 반사율이 높은 금속을 이용할 수 있다. 또한 유전체막(4)과 금속 반사층(22)을 분리하는 것에 의해, 유전체막(4)을 반도체 발광소자(10)의 전체면에 형성하는 것을 가능하게 하고 있다. 이 결과, PN갭 사이의 빛의 누설을 저감하는 것이 가능해진다. 또한 배리어층(24)으로서, 고반사의 Ag계의 재료를 더 이용함으로써, 취출 효율의 향상이 한층 가능해진다. 이 배리어층(24)은 소자 구조의 내부에 형성되기 때문에, 이온 마이그레이션도 회피할 수 있다.
이상 설명한 반도체 발광소자(10)는, 플립 칩(페이스 다운)으로 사용된다. 다만, 본 발명은 플립 칩 구조에 한정되지 않고, 페이스 업 구성으로 이용하는 것도 가능하다.
(실시예 2)
게다가, 패드 전극의 위에 공정패드 전극을 마련할 수도 있다. 이 예를 실시예 2로서 도 4 내지 도 7에 나타낸다. 이들의 도면에 있어서, 도 4는 모식(模式) 단면도를 나타내고 있다. 또한 도 5 내지 도 7은, 실제의 층 구성의 일례로서, 도 5는 평면도, 도 6A는 도 5의 Ⅵ-Ⅵ선에 있어서의 단면도, 도 7은 도 5의 Ⅶ-Ⅶ선에 있어서의 단면도를, 각각 나타내고 있다. 이들의 도면에 나타내는 반도체 발광소자(10')는, 도 2로 거의 같은 구성을 구비하고 있고, 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고 상세 설명을 생략한다. 도 4에 있어서 반도체 발광소자(10')의 표면에는, 패드 전극의 형성된 부분을 제외하고, 절연성의 보호막(14)으로 피복된다. 또한 개구부(21)에 형성되는 배리어층(24)은, 도 4의 예에서는 개구부(21)의 바닥면에만 평판 형상으로 형성되어 있지만, 도 6A에 도시하는 바와 같이, 개구부(21)의 바닥면으로부터 둘레벽에 걸쳐 오목 형상으로 형성할 수도 있다. 이것에 의해, 배리어층(24)과 접하는 유전체막(4)의 측면에 있어서도 빛을 반사시킬 수 있다. 게다가 도 6A에 있어서, 패드 전극(3)의 상면에 공정패드 전극(27)을 마련하고 있다.
또한 개구부에 배리어층을 형성함으로써, 그 위에 적층하는 금속 반사층의 단선을 방지할 수 있다고 하는 이점도 얻을 수 있다. 이 모양을, 도 6B에 기초하여 설명한다. 도 6B는 개구부(21)에 배리어층(24)을 형성한 후에 직접 금속 반사층(22)을 성장시킨 예의 모식 단면도를 나타내고 있다. 배리어층이 없는 상태로 개구부(21)에 직접, 금속 반사층(22)을 성장시키면, 금속 반사층(22)은 수직방향으로는 성장하지만 가로방향으로는 성장하기 어렵고, 특히 유전체막(4)의 측면과 상면의 경계인 에지의 부분에서 금속 반사층(22)이 부분적으로 얇아지는 경우가 있다. 이 결과, 금속 반사층(22)의 얇은 부분에서는 전기 저항값이 부분적으로 높아져, 전류가 흐르기 어려워진다. 또한, 이 부분에서 금속 반사층(22)에 버어(burr)가 발생하여 물리적인 접촉 불량이나 단선의 가능성도 있었다. 특히, 유전체막(4)의 측면이 수직으로 가까워질수록, 이 상태가 현저하게 된다. 따라서, 유전체막(4)의 측면을 도 6A에 도시하는 바와 같이 경사지게 함으로써, 유전체막(4)의 에지 부분을 둔각으로 하고 개구부(21)의 단차를 완만하게 한다. 이것에 의해, 금속 반사층(22)이 이 에지 부분에서 급준하게 성장 방향이 바뀌어 얇아지는 사태가 저감되어, 깨끗이 금속 반사층(22)을 성막할 수 있다. 또한, 개구부(21)의 바닥면에 배리어층(24)을 마련하여, 개구부(21)의 깊이를 얕게 함으로써도, 에지 부분에서 금속 반사층(22)이 부분적으로 얇아지는 것을 경감할 수 있다.
또한, 유전체막(4)의 측면을 경사지게 하여 에지 부분을 둔각으로 하는 것에 더하여, 유전체막(4)의 측면에 배리어층(24)을 마련함으로써, 이 각도를 더 크게 할 수 있어, 둔각을 크게 함으로써 개구부(21)의 단차를 한층 완만하게 하여 금속 반사층(22)의 신뢰성을 높이는 효과를 한층 개선할 수 있다. 단순히 본 발명은, 유전체막의 측면을 경사면에 특정하는 것이 아니라, 수직면 혹은 수직면에 가까운 각도로서, 유전체막 측면의 배리어층으로 개구부의 단차를 완만하게 하는 구성도 채용할 수 있다.
게다가 도 6A와 같이, 개구부(21)의 바닥면뿐만 아니라, 둘레벽에 배리어층(24)을 형성하는 것으로도, 마찬가지로 유전체막(4)의 에지 부분에서 금속 반사층(22)이 얇아지는 사태를 저감할 수 있다. 즉 도 6B에 도시하는 바와 같이, 배리어층(24)을 유전체막(4)의 에지 부분으로부터 개구부(21)의 바닥면을 향하여 구배(勾配)하게 하도록 형성하는 것으로도, 에지 부분을 둔각으로 할 수 있으므로, 마찬가지로 금속 반사층(22)이 부분적으로 얇아지는 사태를 회피하여 깨끗이 성막할 수 있다.
구체적으로는, 도 6B에 도시하는 바와 같이, 유전체막(4)의 측면에 마련된 배리어층(24)의 경사면의 각도 α를, 유전체막(4)의 측면의 경사각도 β보다 크게 하는 것이 바람직하다. 또한, 유전체막(4)의 측면에 마련된 배리어층(24)의 두께가, 개구부(21)에 있어서 상부에서 좁고(두께 c), 하부에서 넓어지도록(두께 d) 하는 것이 바람직하다. 하부의 두께 d는, 예를 들면 배리어층(24)의 경사면을 개구부(21)의 바닥면측을 향하여 연장시킨 경우의, 교점과 유전체막(4)과의 거리로 규정할 수 있다.
여기서 비교예로서, 도 5의 반도체 발광소자의 특성을 도 31의 구조를 이용한 발광소자와 비교하였다. 이러한 광출력과 순방향 전압을 비교한 결과를, 도 8의 그래프에 나타낸다. 이 그래프에 나타내는 바와 같이, 광출력은 향상을 볼 수 있는 한편으로, 순방향 전압이 저하되고 있는 것이 확인되어, 실시예 2에 관한 구조의 유용성이 증명되었다.
(실시예 3)
게다가 반도체 발광소자는, 외부 접속을 위한 패드 전극끼리의 사이에 갭을 마련할 수도 있다. 이러한 반도체 발광소자(10")를 실시예 3으로서 도 9에 나타낸다. 여기서 실시예 3에 관한 반도체 발광소자의 제조방법에 대해서, 도 10의 플로우차트와 도 11A∼E, 도 12F∼I의 단면도에 기초하여 설명한다. 한편 이들의 도면에 있어서는, 설명을 위해 다이스 단체(單體)를 나타내고 있고, 웨이퍼 프로세스 후의 칩화 공정에 대해서는 생략하고 있다. 대략의 순서로서는,
스텝 S1 : 에피 수용
스텝 S2 : n형층 노출
스텝 S3 : ITO 오믹 전극 형성
스텝 S4 : 전체면 DBR 성막
스텝 S5 : 개구부 형성용 레지스트 마스크 형성
스텝 S6 : DBR막 드라이 에칭
스텝 S7 : 배리어 메탈 성막
스텝 S8 : 리프트 오프
스텝 S9 : 패드 전극 형성이 된다.
우선 도 11A에 도시하는 바와 같이 GaN층을 성장시키는 동시에, 도 11B에 도시하는 바와 같이 GaN층상에 SiO2나 레지스트 등의 마스크를 형성하고, RIE 등에 의해 n컨택트용으로 n형 반도체층(6)을 노출시킨다. 그리고 RIE 마스크를 제거 후, 도 11C에 도시하는 바와 같이 투광성 도전층(13)으로서 ITO 전극을 성막하고, 패터닝을 행한다. ITO 전극의 성막방법으로서는, 증착이나 스퍼터 등을 들 수 있다. 또한 패터닝에 관해서는, 에칭 혹은 리프트 오프가 적절히 선택 가능하다. 다음에, 도 11D에 도시하는 바와 같이 유전체막(4)을 전체면(반도체 구조(11)의 상방과 측면의 양 방향을 포함한다)에 성막한다. 막형성 방법으로서는, 스퍼터 및 증착 등을 이용할 수 있다. 그리고 유전체막(4)의 성막 후에, 도 11E에 도시하는 바와 같이 도통부에 맞추어 개구부(21)를 마련한 마스크(MK)를 포토레지스트에 의해 형성한다. 그리고, 도 12F에 도시하는 바와 같이 유전체막(4)의 에칭을 행한다. 이 에칭은 웨트 에칭이나 RIE에 의한 드라이 에칭을 선택할 수 있다. 또한 에칭시에 유전체막(4)에 테이퍼를 형성하면, 후의 공정으로 리프트 오프 작업을 용이하게 할 수 있다. 드라이 에칭의 종료 후, 도 12G에 도시하는 바와 같이 마스크(MK)를 제거하지 않고, 그 마스크(MK)를 그대로 사용하여 배리어층(24)을 리프트 오프 형성한다. 배리어층(24)으로서 이용하는 금속은, ITO 전극과의 반응을 피하기 위해, Au, Rh, Pt, Pd, Au, Ag 등의 일함수가 높은 금속이 바람직하다. 이와 같이 하여, 개구부(21)에 배리어층(24)을 형성한 후, 도 12H에 도시하는 바와 같이 마스크(MK)를 제거하고, 도 12I에 도시하는 바와 같이 Al 혹은 그 합금으로 이루어지는 금속 반사층(22)과 접속용의 패드 전극(3A,3B)을 더 형성한다.
이러한 순서에 의해서, 배리어층(24)의 형성을 위한 마스크(MK)를, 유전체막(4)에 개구부(21)를 형성하기 위한 마스크(MK)와 공통화할 수 있어, 제조공정수를 저감할 수 있다. 덧붙여, 배리어층(24) 형성시에 개구부(21)에 위치 결정하는 작업이 불필요해져, 고정밀의 배리어층(24)의 성형을 실현할 수 있다.
(실시예 4)
게다가, 실시예 4에 관한 반도체 발광소자(도 21의 단면도)의 제조 순서를, 도 13 내지 도 21의 단면도에 나타낸다. 우선 도 13에 있어서는, 반도체 구조(11)를 에피택셜 성장시킨 후, n형 반도체층(6)을 구성하는 GaN층을 에칭하고, 노출시킨다. 그 위에, 투광성 도전층(13)으로서 ITO를 성막한다. 다음에 도 14에 있어서 유전체막(4)(DBR)을 형성하고, 금속 반사층(22)으로서 Al층을 더 형성한다. 도 15에서 포토리소그래피 등에 의해 마스크(MK)로서 레지스트층을 형성하여 표면을 더 피복하고, 금속 반사층(22)을 에칭한다. 이어서 도 16에서 레지스트층을 제거하고, 도 17에서 절연막을 더 성막한다. 게다가 도 18에 도시하는 바와 같이, 포토리소그래피 등에 의해 레지스트층을 형성하여, 절연막과 유전체막(4)의 에칭을 행한다. 이어서 도 19에 있어서 배리어층(24)을 성막하고, 도 20에서 리프트 오프를 행하여 레지스트층을 박리시킨다. 마지막으로 도 21에서 포토리소그래피를 행하고, 배리어층(24)의 상면에 패드 전극으로서 Al층을 성막하여, 리프트 오프에 의해서 레지스트층을 제거한다. 이와 같이 하여, 실시예 4에 관한 반도체 발광소자가 제조된다.
(실시예 5)
게다가, Al반사막을 보다 넓은 면적으로 마련할 수도 있다. 이러한 예를 실시예 5로서 도 22의 단면도에 나타낸다. 도 22의 구조에서는 Al반사막을 다층 배선으로 하여 Al반사막의 빈틈을 없애고 있기 때문에, 빛의 누설을 억제할 수 있어, 광출력의 향상의 면에서는 유리하게 된다.
(실시예 6)
(공정 실장)
또한 반도체 발광소자는, 공정 실장에 대응시킬 수도 있다. 이러한 예를 실시예 6으로서 도 23의 단면도에 나타낸다. 이들의 도면에 나타내는 발광소자는, 우선 성장기판(5)상에 n형층을 적층 후, n형층의 일부를 에칭하여 노출시켜, 투광성 도전층(13)으로서 ITO층을 적층한다. 게다가 DBR와 배리어층(24)을 적층하고, 금속 반사층(22)을 형성 후, 전극 절연막(26)을 마련하고, 마지막으로 공정 패드 전극을 적층한다.
(n측 전극(3a))
또한 n측 전극(3a)은, 소경화하여 분산하여 배치하는 것이 바람직하다. n측 전극(3a)은, n측 패드 전극(3A)과 더 접속하는 것에 의해, 전극의 면적을 크게 할 수 있어, 방열성과 실장성이 양호한 소자가 된다. 이러한 예를 도 24의 수평 단면도에 나타낸다. 이 도면에 도시하는 바와 같이 n측 전극(3a)을 소경화시키는 것에 의해서, 출력광이 n측 전극(3a)으로 흡수되는 것을 저감하여, 결과적으로 빛의 취출 효율을 향상시킬 수 있다. 덧붙여, 소경화시킨 n측 전극(3a)을 분산하여 배치함으로써, 저항값을 저감하고 Vf를 저감할 수 있어, 출력의 리니어리티가 향상되고, 또한 출력광을 흡수하는 n측 전극(3a)을 분산 배치함으로써 발광 분포를 균일화하는 효과도 얻을 수 있다. 여기서, '분산해서 배치한다'란, 복수의 n측 전극(3a)이 모여서 집합체가 된 것이 분산 배치되어 있어도 좋고, 개개의 n측 전극(3a)이 집합체를 만들지 않고 분산 배치되어 있어도 좋다.
(실시예 7)
(입체 배선)
(전극 절연막(26))
또한 반도체 발광소자는, 입체 배선에 대응시킬 수도 있다. 이러한 예를 실시예 7로 하여 도 25, 도 26에 나타낸다. 이들의 도면에 있어서, 도 25는 발광소자의 평면도, 도 26은 도 25의 ⅩⅩⅥ-ⅩⅩⅥ선에 있어서의 수직 단면도를, 각각 나타내고 있다. 입체 배선에 있어서는, p측 전극(3b), n측 전극(3a)을 일단 전극 절연막(26)으로 피복한 후, 이 전극 피복막에 개구된 도통창을 통해서, p측 패드 전극(3B), n측 패드 전극(3A)을 마련한다. 이와 같이 함으로써, 패드 전극을 넓게 해도, 그 하면이 전극 절연막(26)으로 절연되고 있기 때문에 단락(短絡)하는 일이 없어, 결과적으로 전극 면적을 넓게 확보할 수 있어, 공정 등에 의해서 고정하여, 도통에 충분한 면적을 용이하게 확보할 수 있는 이점을 얻을 수 있다. 예를 들면, 도 26의 단면도에 나타내는 예에서는, n측 전극(3a)을, 전극 절연막(26)을 통하여 넓은 n패드 전극에 확대시킬 수 있어, 공정을 위한 면적을 넓게 확보할 수 있고, 공정의 신뢰성을 높여서 안정된 실장이 실현된다. 공정 이외의 실장, 예를 들면 Au 스터드 범프를 이용한 초음파 접합에서도 범프수를 늘릴 수 있어 방열성이 개선된다. 이 결과, 고전류를 흐르게 하는 것이 가능해진다. 또한, PN갭 사이에서는 전류가 집중하여 열을 띠기 쉽기 때문에, 복수의 n측 전극(3a)에 둘러싸이도록, n측 패드 전극(3A)상에 스터드 범프를 형성하면, 방열성이 더 양호해진다.
이들의 도면에 나타내는 발광소자는, 우선 성장기판(5)상에 n형층을 적층 후, n형층의 일부를 에칭하고 노출시켜, ITO층을 적층한다. 이하, 도 23과 같이 DBR와 배리어층(24)을 적층하여, 금속 반사층(22)을 형성 후, 전극 절연막(26)을 마련하고, 마지막으로 공정패드 전극을 적층한다. 이와 같이, n전극과 p전극이 오버랩하도록, 입체 배선 구조를 채용함으로써, 본래이면 n측 전극(3a)과 같이 n전극이 작은 바, 도 25의 n측 패드 전극(3A)과 같이 넓은 면적으로 확대할 수 있으므로, 전극 면적을 넓게 취함으로써 공정 실장에 유리하게 된다.
게다가 유전체막(4)을 층간 절연막으로서 이용한 입체 배선 구조로 함으로써, 발광에 기여하지 않는 n형 컨택트층의 면적을 가능한 한 작게 하는 동시에, 플립 칩 접합에 필요한 접합 면적의 확보가 가능해진다.
(실시예 8)
또 다른 실시예로서 실시예 8에 관한 반도체 발광소자를, 도 27 내지 도 28에 나타낸다. 이들의 도면에 있어서, 도 27은 발광소자의 평면도, 도 28은 도 27의 ⅩⅩⅧ-ⅩⅩⅧ선에 있어서의 단면도이다. 이와 같이, 평면도가 정방형 형상이 아니고, 장방형장의 발광소자에 있어서도, 입체 배선에 의해서 전극 면적을 넓게 취하는 것이 가능해져, 공정 실장에 유리하다고 할 수 있다.
(전극 절연막(26))
반도체 구조(11)의 측면은, 금속 반사층(22)으로 피복된다. 반도체 구조(11)의 측면을 피복하는 금속 반사층(22)은, n형 반도체층(6)을 피복하고 있다. 또한 p형 반도체층(7)을 피복하는 제 2 금속 반사층(22n)과는 분리되어 있고, 금속 반사층(22)과 제 2 금속 반사층(22n)은 이간되어 있다. 게다가, 반도체 구조(11)의 측면을 피복하는 금속 반사층(22)의 상면에는, 전극 절연막(26)을 마련하고 있다. 전극 절연막(26)은, 금속 반사층(22) 및 제 2 금속 반사층(22n)의 이간된 영역을 덮도록 연장되어 있다. 이 전극 절연막(26)의 상면에, n측 패드 전극 및 p측 패드 전극을 이간시키고 있다. 이것에 의해, n측 전극(3a)과 p측 전극(3b)을 입체 배선 구조로서, 보다 넓은 면적으로 패드 전극을 마련할 수 있어, 공정에 유리하게 된다. 이와 같이 유전체막(4)을 층간 절연막으로 한 입체 배선 구조로 함으로써, 전극으로 빛을 차단하는 사태를 피해, 광취출 효율을 한층 향상할 수 있다.
본 발명의 반도체 발광소자는, 조명용 광원, LED 디스플레이, 백라이트 광원, 신호기, 조명식 스위치, 각종 센서 및 각종 인디케이터(indicator) 등에 적합하게 이용할 수 있다.
본 발명의 다양한 바람직한 실시예가 위에서 보여지고 설명되었지만, 본 발명은 상기한 특정 실시예에 한정되지 않음은 당업자에 명백하다. 그리고 이는 본 발명의 기술적 사상을 갖는 실시예의 단순한 설명의 불과하며 권리범위가 이에 한정되지 않음은 분명하다. 또한 본 발명은 청구범위에 정의된 발명의 권리범위 내에서 변형이나 개조가 가능함은 물론이다. 본 발명은 2011년 8월 31일자로 출원된 일본특허출원 2011-189889호 및 2012년 7월 30일자로 출원된 일본특허출원 2012-168944호에 기초하며, 그 내용은 참조 문헌으로 포함되어 있다.
1 : 발광장치
3 : 전극
3a : n측 전극
3b : p측 전극
3A : n측 패드 전극
3B : p측 패드 전극
303, 333 : 패드 전극
4, 294, 304, 334 : 유전체막
4a : 1조의 유전체
4n, 4m : 재료막
5, 305 : 성장기판
6 : n형 반도체층
7 : p형 반도체층
8 : 활성영역
298, 308 : 발광층
9 : 배선기판
309 : 실장 기판
10, 10', 10" : 반도체 발광소자
11 : 반도체 구조
13 : 투광성 도전층
2913, 3013, 3313 : ITO막
14, 3014 : 보호막
16, 2916 : 반사층
18, 2918 : 광취출면
2920, 3020 : 반사 구조
21, 2921 : 개구부
22, 3022, 3322 : 금속 반사층
22n : 제 2 금속 반사층
23, 2923, 3023 : 금속 전극층
24 : 배리어층
26 : 전극 절연막
27 : 공정패드 전극
3028 : 절연성 유전체막
MK : 마스크

Claims (16)

  1. 활성영역을 포함한 반도체 구조와,
    상기 반도체 구조의 상면에 형성되는 투광성 도전층과,
    상기 투광성 도전층의 상면에 형성되는 유전체막과,
    상기 유전체막의 상면에 형성되는 금속 반사층과,
    n측 및 p측의 전극
    을 가지는 반도체 발광소자로서,
    p측의 전극에 있어서 상기 유전체막은, 상기 투광성 도전층을 부분적으로 표출시키도록, 복수의 개구부를 마련하고 있고,
    상기 투광성 도전층은, 상기 개구부를 사이에 두고 상기 금속 반사층과 전기적으로 접합되어 있고,
    상기 개구부를 피복하도록, 부분적으로 배리어층이 형성되고, 상기 배리어층이 상기 투광성 도전층과 금속 반사층과의 사이에 개재되어 있고,
    또 상기 유전체막의 측면에 마련되어 이루어지는, 반도체 발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유전체막이 다층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 반사층이, 알루미늄 또는 그 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 배리어층이, Au, Ag, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os의 군으로 이루어지는 적어도 하나의 금속 또는 그 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 배리어층과 투광성 도전층의 사이에 Ti, Ni, Cr, Mo의 군으로 이루어지는 적어도 하나의 금속 또는 그 합금으로 이루어지는 밀착층을 더 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 투광성 도전층이, ITO로 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 배리어층은, 그 막두께가 상기 유전체막보다 얇게 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 배리어층이, 상기 개구부내에만 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 유전체막이, 상기 반도체 구조의 전체면에 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 투광성 도전층이, 상기 반도체 구조의 전체면에 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 유전체막으로, 상기 반도체 구조의 측면을 피복해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 반사층의 상면에 형성되는 패드 전극을 더 구비하고,
    상기 패드 전극을 구성하는 n측 전극이, 복수로 분할된 소경화 전극으로서, 분산하고 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 금속 반사층으로, 상기 반도체 구조의 측면을 피복해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 반도체 구조의 측면을 피복하는 상기 금속 반사층은, 상기 반도체 구조를 구성하는 n형 반도체층을 더 피복해서 이루어지고,
    또한 상기 반도체 구조를 구성하는 p형 반도체층을 피복하는 제 2 금속 반사층과 이간되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 반도체 구조의 측면을 더 피복하는 상기 금속 반사층의 상면에, 전극 절연막을 더 마련하고 있고,
    상기 전극 절연막은, 상기 금속 반사층 및 제 2 금속 반사층의 이간된 영역을 덮도록 연장되서 이루어지고,
    상기 전극 절연막의 상면에, 상기 패드 전극으로서, n측 패드 전극 및 p측 패드 전극이 더 이간되어서 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 유전체막의 측면에 마련된 상기 배리어층의 두께가, 상기 개구부에 있어서 상부에서 좁고, 하부에서 넓어지도록 구성해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.










KR1020120095526A 2011-08-31 2012-08-30 반도체 발광소자 KR101627010B1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011189889 2011-08-31
JPJP-P-2011-189889 2011-08-31
JPJP-P-2012-168944 2012-07-30
JP2012168944 2012-07-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130024852A KR20130024852A (ko) 2013-03-08
KR101627010B1 true KR101627010B1 (ko) 2016-06-02

Family

ID=46762923

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120095526A KR101627010B1 (ko) 2011-08-31 2012-08-30 반도체 발광소자

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8823031B2 (ko)
EP (1) EP2565944B1 (ko)
JP (1) JP5949294B2 (ko)
KR (1) KR101627010B1 (ko)
CN (2) CN107017320B (ko)
TW (1) TWI555231B (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190090485A (ko) * 2018-01-25 2019-08-02 삼성전자주식회사 반도체 발광소자
KR20190091124A (ko) * 2018-01-26 2019-08-05 삼성전자주식회사 반도체 발광소자
KR20200034094A (ko) * 2018-09-21 2020-03-31 엘지이노텍 주식회사 발광소자 및 이를 구비한 광원 모듈

Families Citing this family (67)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9142740B2 (en) 2003-07-04 2015-09-22 Epistar Corporation Optoelectronic element and manufacturing method thereof
JP5768759B2 (ja) * 2012-04-27 2015-08-26 豊田合成株式会社 半導体発光素子
KR102005235B1 (ko) * 2013-03-06 2019-07-30 삼성전자주식회사 플립칩 본딩 구조를 갖는 발광 다이오드 패키지
KR20150025231A (ko) * 2013-08-28 2015-03-10 서울반도체 주식회사 광원 모듈 및 그 제조 방법, 및 백라이트 유닛
JP6306308B2 (ja) * 2013-09-19 2018-04-04 株式会社東芝 半導体発光装置
WO2015053595A1 (ko) * 2013-10-11 2015-04-16 주식회사 세미콘라이트 반도체 발광소자
JP6252123B2 (ja) * 2013-11-14 2017-12-27 日亜化学工業株式会社 発光素子の製造方法
EP2942815B1 (en) * 2014-05-08 2020-11-18 Nexperia B.V. Semiconductor device and manufacturing method
JP6720472B2 (ja) * 2014-06-13 2020-07-08 日亜化学工業株式会社 発光素子の製造方法
CN104103733B (zh) * 2014-06-18 2018-06-05 华灿光电(苏州）有限公司 一种倒装发光二极管芯片及其制造方法
CN105226140B (zh) * 2014-06-19 2018-06-01 映瑞光电科技(上海)有限公司 倒装led芯片制备方法
CN104037277A (zh) * 2014-06-26 2014-09-10 圆融光电科技有限公司 倒装led芯片的制备方法及倒装led芯片
WO2016011606A1 (zh) * 2014-07-23 2016-01-28 深圳市国源铭光电科技有限公司 Led光源的制作方法及批量制作方法
WO2016021919A1 (ko) * 2014-08-05 2016-02-11 서울바이오시스 주식회사 발광 다이오드 및 그 제조 방법
JP6413460B2 (ja) 2014-08-08 2018-10-31 日亜化学工業株式会社 発光装置及び発光装置の製造方法
CN104134723A (zh) * 2014-08-08 2014-11-05 映瑞光电科技(上海)有限公司 垂直型led芯片结构及其制备方法
US9433050B2 (en) * 2014-10-08 2016-08-30 Mikro Mesa Technology Co., Ltd. Micro-light-emitting diode
CN104300056B (zh) * 2014-10-11 2017-07-07 广东晶科电子股份有限公司 一种高可靠性的倒装led芯片、led器件和led芯片的制作方法
KR102282137B1 (ko) * 2014-11-25 2021-07-28 삼성전자주식회사 반도체 발광소자 및 이를 구비한 반도체 발광장치
CN105870280B (zh) * 2015-01-21 2019-07-09 展晶科技(深圳)有限公司 发光二极管晶粒
JP2016146389A (ja) * 2015-02-06 2016-08-12 株式会社東芝 半導体発光素子及びその製造方法
TWI772117B (zh) * 2015-02-17 2022-07-21 新世紀光電股份有限公司 發光二極體晶片
TWI583019B (zh) * 2015-02-17 2017-05-11 新世紀光電股份有限公司 Light emitting diode and manufacturing method thereof
KR102038443B1 (ko) 2015-03-26 2019-10-30 엘지이노텍 주식회사 발광 소자 및 발광 소자 패키지
WO2017004365A1 (en) * 2015-07-01 2017-01-05 Sensor Electronic Technology, Inc. Multi-layered contact to semiconductor structure
CN106486572B (zh) 2015-09-02 2020-04-28 新世纪光电股份有限公司 发光二极管芯片
JP2017054901A (ja) * 2015-09-09 2017-03-16 豊田合成株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体発光装置とその製造方法
KR101890691B1 (ko) * 2016-03-09 2018-09-28 유태경 반도체 발광 소자
KR102443694B1 (ko) 2016-03-11 2022-09-15 삼성전자주식회사 전류 확산 특성 및 광 추출 효율을 향상시킬 수 있는 발광 소자
JP2017183458A (ja) 2016-03-30 2017-10-05 ソニー株式会社 発光素子組立体及びその製造方法、並びに、表示装置
DE102016106831A1 (de) * 2016-04-13 2017-10-19 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer Halbleiterchip
KR101803545B1 (ko) 2016-05-10 2018-01-11 재단법인대구경북과학기술원 발광다이오드용 반사전극 및 이의 제조방법
KR102519668B1 (ko) 2016-06-21 2023-04-07 삼성전자주식회사 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법
KR102476139B1 (ko) 2016-08-03 2022-12-09 삼성전자주식회사 반도체 발광소자
CN109643746B (zh) 2016-09-05 2021-12-31 首尔伟傲世有限公司 芯片级封装发光二极管
CN106252477B (zh) * 2016-10-31 2018-11-02 江苏新广联科技股份有限公司 一种复合全反射镜的倒装led芯片结构及制作方法
KR102588170B1 (ko) * 2016-11-16 2023-10-13 삼성전자주식회사 다층 구조의 반사막을 구비한 반도체 발광 소자
KR102555005B1 (ko) * 2016-11-24 2023-07-14 삼성전자주식회사 반도체 발광 소자 및 반도체 발광 소자의 제조 방법
CN114388683A (zh) * 2016-12-21 2022-04-22 首尔伟傲世有限公司 高可靠性发光二极管
KR20180081371A (ko) * 2017-01-06 2018-07-16 서울바이오시스 주식회사 전류 차단층을 가지는 발광 소자
US10396248B2 (en) 2017-04-17 2019-08-27 Lumens Co., Ltd. Semiconductor light emitting diode
KR102302593B1 (ko) * 2017-07-13 2021-09-15 삼성전자주식회사 발광 소자, 이를 포함하는 패키지, 및 이의 제조 방법
KR102499308B1 (ko) * 2017-08-11 2023-02-14 서울바이오시스 주식회사 발광 다이오드
KR102370621B1 (ko) * 2017-08-24 2022-03-04 삼성전자주식회사 발광 패키지 및 이를 포함하는 발광 모듈
US10522708B2 (en) 2017-12-14 2019-12-31 Lumileds Llc Method of preventing contamination of LED die
WO2019118695A1 (en) * 2017-12-14 2019-06-20 Lumileds Llc Method of preventing contamination of led die
KR102440223B1 (ko) * 2017-12-22 2022-09-06 서울바이오시스 주식회사 칩 스케일 패키지 발광 다이오드
KR102601421B1 (ko) * 2018-12-06 2023-11-14 서울바이오시스 주식회사 칩 스케일 패키지 발광 다이오드
CN110192287B (zh) 2017-12-22 2022-10-28 首尔伟傲世有限公司 芯片级封装发光二极管
US11637223B2 (en) * 2018-04-08 2023-04-25 Xiamen Sanan Optoelectronics Technology Co., Ltd. Light emitting diode device
KR102573271B1 (ko) * 2018-04-27 2023-08-31 삼성전자주식회사 반도체 발광소자
CN111200049A (zh) * 2018-05-02 2020-05-26 首尔伟傲世有限公司 发光元件封装件
JP7219552B2 (ja) * 2018-05-15 2023-02-08 浜松ホトニクス株式会社 発光デバイス
WO2019218484A1 (zh) * 2018-05-18 2019-11-21 厦门乾照光电股份有限公司 发光二极管及其芯片和制造方法以及芯片的发光方法
TWI688121B (zh) 2018-08-24 2020-03-11 隆達電子股份有限公司 發光二極體結構
JP7154429B2 (ja) * 2018-12-24 2022-10-17 泉州三安半導体科技有限公司 発光ダイオード及びその製作方法
CN111446338B (zh) 2019-01-17 2022-04-29 隆达电子股份有限公司 发光二极管
JP7345261B2 (ja) 2019-02-26 2023-09-15 ローム株式会社 電極構造および半導体発光装置
JP7311276B2 (ja) * 2019-02-26 2023-07-19 ローム株式会社 半導体発光装置
CN111540818B (zh) * 2020-03-27 2021-06-11 华灿光电（浙江）有限公司 倒装发光二极管芯片及其制作方法
TWI784266B (zh) * 2020-04-30 2022-11-21 晶元光電股份有限公司 半導體元件及其製造方法
CN111564537B (zh) * 2020-05-13 2021-06-29 厦门乾照光电股份有限公司 一种微型发光元件及其制备方法
CN112951967B (zh) * 2021-02-01 2022-10-11 厦门三安光电有限公司 Led芯片及其制作方法以及半导体发光器件及其制作方法
JP7208563B2 (ja) * 2021-02-04 2023-01-19 日亜化学工業株式会社 発光素子及び発光装置
JP7206521B2 (ja) * 2021-02-08 2023-01-18 日亜化学工業株式会社 発光素子及び発光装置
CN112701201B (zh) * 2021-03-23 2021-07-06 北京芯海视界三维科技有限公司 发光单元及发光模组
CN115832143A (zh) * 2021-09-24 2023-03-21 厦门三安光电有限公司 倒装发光二极管和发光装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009164423A (ja) * 2008-01-08 2009-07-23 Nichia Corp 発光素子
US20090283787A1 (en) * 2007-11-14 2009-11-19 Matthew Donofrio Semiconductor light emitting diodes having reflective structures and methods of fabricating same
JP2010027768A (ja) 2008-07-17 2010-02-04 Toyoda Gosei Co Ltd 発光装置及び発光装置の製造方法
JP2010087282A (ja) 2008-09-30 2010-04-15 Panasonic Electric Works Co Ltd 半導体発光素子

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4971928A (en) * 1990-01-16 1990-11-20 General Motors Corporation Method of making a light emitting semiconductor having a rear reflecting surface
US5300813A (en) * 1992-02-26 1994-04-05 International Business Machines Corporation Refractory metal capped low resistivity metal conductor lines and vias
JP4074014B2 (ja) * 1998-10-27 2008-04-09 株式会社東芝 半導体装置及びその製造方法
CN1158714C (zh) * 2000-06-20 2004-07-21 晶元光电股份有限公司 具有分布式接触层的高亮度发光二极管
CN1198339C (zh) * 2002-04-04 2005-04-20 国联光电科技股份有限公司 发光二极管的结构及其制造方法
US6888172B2 (en) * 2003-04-11 2005-05-03 Eastman Kodak Company Apparatus and method for encapsulating an OLED formed on a flexible substrate
JP4889193B2 (ja) 2003-07-23 2012-03-07 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体発光素子
JP4507594B2 (ja) * 2003-12-26 2010-07-21 日亜化学工業株式会社 半導体発光素子
JP4604488B2 (ja) * 2003-12-26 2011-01-05 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体発光素子およびその製造方法
TWI257714B (en) * 2004-10-20 2006-07-01 Arima Optoelectronics Corp Light-emitting device using multilayer composite metal plated layer as flip-chip electrode
JP5030398B2 (ja) * 2005-07-04 2012-09-19 昭和電工株式会社 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
JP4920249B2 (ja) * 2005-12-06 2012-04-18 豊田合成株式会社 Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子
TWM296476U (en) * 2005-12-09 2006-08-21 Formosa Epitaxy Inc Flip chip LED with high luminous efficiency
JP2007258323A (ja) * 2006-03-22 2007-10-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体発光素子
JP2008192825A (ja) * 2007-02-05 2008-08-21 Toyoda Gosei Co Ltd 半導体発光素子
US7683380B2 (en) * 2007-06-25 2010-03-23 Dicon Fiberoptics, Inc. High light efficiency solid-state light emitting structure and methods to manufacturing the same
JP5515431B2 (ja) * 2008-06-16 2014-06-11 豊田合成株式会社 半導体発光素子、その電極並びに製造方法及びランプ
TWI412159B (zh) * 2008-06-16 2013-10-11 Toyoda Gosei Kk 半導體發光元件、其電極以及製造方法、及燈
WO2010131458A1 (ja) * 2009-05-14 2010-11-18 昭和電工株式会社 半導体発光素子、その製造方法、ランプ、照明装置、電子機器、機械装置、及び電極
JP5152133B2 (ja) * 2009-09-18 2013-02-27 豊田合成株式会社 発光素子
KR20110092082A (ko) * 2010-02-08 2011-08-17 삼성엘이디 주식회사 반도체 발광소자
CN101859861A (zh) * 2010-05-13 2010-10-13 厦门市三安光电科技有限公司 具有双反射层的氮化镓基倒装发光二极管及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090283787A1 (en) * 2007-11-14 2009-11-19 Matthew Donofrio Semiconductor light emitting diodes having reflective structures and methods of fabricating same
JP2009164423A (ja) * 2008-01-08 2009-07-23 Nichia Corp 発光素子
JP2010027768A (ja) 2008-07-17 2010-02-04 Toyoda Gosei Co Ltd 発光装置及び発光装置の製造方法
JP2010087282A (ja) 2008-09-30 2010-04-15 Panasonic Electric Works Co Ltd 半導体発光素子

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190090485A (ko) * 2018-01-25 2019-08-02 삼성전자주식회사 반도체 발광소자
KR102427642B1 (ko) * 2018-01-25 2022-08-01 삼성전자주식회사 반도체 발광소자
KR20190091124A (ko) * 2018-01-26 2019-08-05 삼성전자주식회사 반도체 발광소자
KR102543183B1 (ko) * 2018-01-26 2023-06-14 삼성전자주식회사 반도체 발광소자
KR20200034094A (ko) * 2018-09-21 2020-03-31 엘지이노텍 주식회사 발광소자 및 이를 구비한 광원 모듈
KR102618107B1 (ko) * 2018-09-21 2023-12-27 쑤저우 레킨 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드 발광소자 및 이를 구비한 광원 모듈

Also Published As

Publication number Publication date
US20130049053A1 (en) 2013-02-28
TWI555231B (zh) 2016-10-21
CN102969414B (zh) 2017-03-01
CN102969414A (zh) 2013-03-13
CN107017320A (zh) 2017-08-04
JP2014044971A (ja) 2014-03-13
EP2565944B1 (en) 2019-05-01
EP2565944A2 (en) 2013-03-06
EP2565944A3 (en) 2014-11-26
KR20130024852A (ko) 2013-03-08
CN107017320B (zh) 2019-08-09
TW201316556A (zh) 2013-04-16
US8823031B2 (en) 2014-09-02
JP5949294B2 (ja) 2016-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101627010B1 (ko) 반도체 발광소자
US10243109B2 (en) Light-emitting diode with improved light extraction efficiency
US10062810B2 (en) Light-emitting diode module having light-emitting diode joined through solder paste and light-emitting diode
US10950758B2 (en) Light-emitting device with reflective layer
JP5719110B2 (ja) 発光素子
KR101081135B1 (ko) 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지
JP4882792B2 (ja) 半導体発光素子
JP6056150B2 (ja) 半導体発光素子
WO2011071100A1 (ja) 半導体発光素子、半導体発光素子を用いた発光装置および電子機器
JP5494005B2 (ja) 半導体発光素子
JP2009164423A (ja) 発光素子
EP2228840B1 (en) Light emitting device, light emitting device package, and lighting system
KR20190129454A (ko) 반도체 발광소자 및 이를 이용한 반도체 발광소자 패키지
TW201344957A (zh) 半導體發光元件及覆晶式封裝元件
TW201637241A (zh) 半導體發光元件、發光裝置及半導體發光元件之製造方法
KR101781217B1 (ko) 발광 소자 및 발광 소자 패키지
JP5682427B2 (ja) 発光素子
JP2012227311A (ja) 半導体発光素子

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190429

Year of fee payment: 4