KR20050122600A - 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20050122600A KR20040047968A KR20040047968A KR20050122600A KR 20050122600 A KR20050122600 A KR 20050122600A KR 20040047968 A KR20040047968 A KR 20040047968A KR 20040047968 A KR20040047968 A KR 20040047968A KR 20050122600 A KR20050122600 A KR 20050122600A
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Abstract

본 발명은 질화물 반도체 발광소자에 관한 것이다. 본 발명은 기판; 상기 기판 상에 형성된 n형 질화물 반도체층; 상기 n형 질화물 반도체층 상에 형성된 활성층; 상기 활성층 상에 형성되며 그 상면에 소정 패턴의 요철이 형성된 p형 질화물 반도체층; 및 상기 n형 질화물 반도체층 및 상기 p형 질화물 반도체층 상에 각각 형성된 n측 전극 및 p측 본딩전극을 포함하는 질화물 반도체 발광소자를 제공한다. 특히, 상기 소정 패턴의 요철은 요(凹)부와 철(凸)부가 번갈아 띠형상으로 배치되거나 상기 소정 패턴의 요철은 요부가 격자 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, p형 질화물 반도체층의 계면에서 방출 광의 전반사를 방지함으로써 휘도특성을 개선할 수 있으며, 부가적으로 전류확산을 개선하고, 이로 인해 동작전압이 낮아지는 효과가 있다.

Description

질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법{NITRIDE SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DIODE AND FABRICATION METHOD THEREOF}
본 발명은 질화물 반도체 발광소자에 관한 것이다. 더 구체적으로는 p형 질화물 반도체층의 상면에 소정 패턴을 갖는 요철을 형성하여 방출 광의 전반사를 방지함으로써 휘도특성을 개선할 수 있는 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
근래에 GaN를 비롯한 질화물을 이용한 질화물 반도체는 그 우수한 물리, 화학적 특성에 기인하여 현재 광전재료 및 전자소자의 핵심 소재로 각광 받고 있다. 특히, 질화물 반도체 발광소자는 녹색, 청색 및 자외 영역까지의 빛을 생성할 수 있으며, 기술 발전으로 인해 그 휘도가 비약적으로 향상됨에 따라 총천연색 전광판, 조명장치 등의 분야에도 적용되고 있다.
이와 같은 질화물 반도체 발광소자는 청색 또는 녹색 파장대의 광을 얻기 위한 발광소자로서, AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체물질로 제조되고 있다. 질화물 반도체 결정은 격자정합을 고려하여 사파이어기판과 같은 질화물 단결정성장용 기판에서 성장된다. 상기 사파이어 기판은 전기적 절연성 기판이므로, 최종 질화물 반도체 발광소자는 p측 전극과 n측 전극이 동일면 상에 형성된 구조를 갖는다.
도 1은 종래의 질화물 반도체 발광소자의 구조를 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 질화물 반도체 발광소자(10)는 사파이어 기판(11) 상에 순차적으로 형성된 버퍼층(12), n형 질화물 반도체층(13), 다중양자우물구조(MQW)인 GaN/InGaN 활성층(14) 및 p형 질화물 반도체층(15)을 포함하며, 상기 p형 질화물 반도체층(15)과 GaN/InGaN 활성층(14)은 그 일부영역이 제거되어 n형 질화물 반도체층(13)의 일부상면이 노출된 구조를 갖는다. n형 질화물 반도체층(13) 상에는 n측 전극(17b)이 형성되고, p형 질화물 반도체층(15) 상에는 오믹접촉을 형성하기 위해 Ni/Au로 이루어진 투명전극층(16)을 형성한 후에, p측 본딩전극(17a)을 형성한다. 상기 투명전극층(16)은 투광성을 가지면서 접촉저항을 개선하기 위한 층으로서 Ni/Au의 이중층의 증착공정과 후속 되는 열처리공정을 통해서 형성될 수 있다.
상기 종래의 질화물 반도체 발광소자(10)에서 각 층간의 계면은 서로 평행한 구조를 갖는다. 활성층(14)에서 생성된 광은 서로 다른 굴절율을 갖는 각 층의 계면에 소정 각도 이상의 입사각으로 입사되면 전반사를 일으킬 수 있다. 특히, p형 질화물 반도체층(15)과 투명전극(16)층의 계면에서 전반사가 발생하게 되어 활성층(14)에서 생성된 광이 질화물 반도체 발광소자(10)의 외부로 방출되지 못하고 소자의 내부에서 소멸하게 됨으로써 휘도 특성이 저하되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 질화물 반도체 소자의 p형 질화물 반도체층과 투명전극층의 계면에서 소자의 외부로 방출되지 않고 소자 내부로 전반사 되는 광을 감소시킴으로써 휘도특성을 개선한 질화물 반도체 발광소자를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 전술한 질화물 반도체 발광소자를 제조하기 위한 제조 방법을 제공하는데 있다.
전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명은,
기판; 상기 기판 상에 형성된 n형 질화물 반도체층; 상기 n형 질화물 반도체층 상에 형성된 활성층; 상기 활성층 상에 형성되며 그 상면에 소정 패턴의 요철이 형성된 p형 질화물 반도체층; 및 상기 n형 질화물 반도체층 및 상기 p형 질화물 반도체층 상에 각각 형성된 n측 전극 및 p측 본딩전극을 포함하는 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.
상기 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자는 상기 p형 질화물 반도체층 및 p측 본딩전극 사이에 형성된 투명전극층을 더 포함할 수 있으며, 상기 소정 패턴의 요철은 요(凹)부와 철(凸)부가 번갈아 띠형상으로 배치되거나, 요부가 격자 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 p형 질화물 반도체층은, 상기 활성층 상에 형성되며 불순물이 저농도로 도핑되는 저농도 p형 질화물 반도체층; 및 상기 저농도 p형 질화물 반도체층 상의 적어도 일부영역에 형성되며 불순물이 고농도로 도핑되는 고농도 p형 질화물 반도체층을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 고농도 p형 질화물 반도체층은 상기 저농도 p형 질화물 반도체의 상면이 서로 평행한 복수개의 띠형상으로 노출되도록 형성되거나, 상기 저농도 p형 질화물 반도체의 상면이 격자형상으로 노출되도록 형성될 수 있다.
또한, 전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명은,
기판 상에 n형 질화물 반도체층, 활성층 및 p형 질화물 반도체층을 순차적으로 성장시키는 단계; 상기 p형 질화물 반도체층의 상면에 소정 패턴의 요철을 형성하는 단계; 및 상기 n형 질화물 반도체층 및 상기 p형 질화물 반도체층 상에 각각 n측 전극 및 p측 본딩전극을 형성하는 단계를 포함하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조방법은, 상기 소정 패턴의 요철을 형성하는 단계 이후 상기 p형 질화물 반도체층 상에 투명전극층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 소정 패턴의 요철을 형성하는 단계는 요부와 철부가 번갈아 띠형상으로 배치된 요철을 형성하는 단계 또는 요부가 격자 형상으로 형성된 요철을 형성하는 단계일 수 있다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 소정패턴의 요철을 형성하는 단계는, 상기 p형 질화물 반도체층 상에 상기 p형 질화물 반도체층을 노출시키는 오픈 영역을 갖는 소정 패턴의 마스크를 형성하는 단계; 상기 오픈 영역 상에 p형 질화물 반도체층을 추가로 성장시키는 단계; 및 상기 마스크를 제거하는 단계를 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 p형 질화물 반도체층을 추가로 성장시키는 단계는 불순물이 고농도로 도핑된 고농도 p형 질화물 반도체층을 성장시키는 단계인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자의 단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자(20)는, 기판(21); 상기 기판(21) 상에 형성된 버퍼층(22); 상기 버퍼층(22) 상에 형성된 n형 질화물 반도체층(23); 상기 n형 질화물 반도체층(23) 상에 형성된 활성층(24); 상기 활성층(24) 상에 형성되며 그 상면에 소정 패턴의 요철이 형성된 p형 질화물 반도체층(25a, 25b); 상기 p형 질화물 반도체층 상에 형성된 투명전극층(26); 및 투명전극층(26) 및 상기 n형 질화물 반도체층(23) 상에 각각 형성된 p측 본딩전극(27a) 및 n측 본딩전극(27b)을 포함하는 구조를 갖는다.
상기 기판(21)은, 그 위에 성장되는 질화물 반도체 물질의 결정과 결정구조가 동일하면서 격자정합을 이루는 상업적인 기판이 존재하지 않기 때문에 격자정합을 고려하여 사파이어 기판이 주로 사용된다. 사파이어 기판은 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 방향의 격자상수가 13.001Å, a축 방향으로는 4.765Å의 격자간 거리를 가지며, 사파이어 면방향(orientation plane)으로는 C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등을 갖는 특징이 있다. 이러한 사파이어 기판의 C면의 경우 비교적 GaN 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 청색 또는 녹색 발광소자용 기판으로 사파이어 기판이 주로 사용된다.
상기 n형 질화물 반도체층(23)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(23)의 도핑에 사용되는 불순물로는 Si, Ge, Se, Te 또는 C 등이 사용될 수 있다. 상기 n형 질화물 반도체층(23)은, 상기 반도체 물질을 유기금속 기상증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition : MOCVD), 분자빔 성장법(Molecular Beam Epitaxy : MBE) 또는 하이브리드 기상증착법(Hybride Vapor Phase Epitaxy : HVPE)과 같은 공지의 증착공정을 사용하여 상기 투광성 기판(21) 상에 성장시킴으로써 형성된다.
일반적으로, 상기 투광성 기판(21)과 n형 질화물 반도체층(23) 사이에는 격자부정합을 완화하기 위한 버퍼층(22)이 형성될 수 있다. 이 버퍼층(22)으로는 통상 수 십 ㎚의 두께를 갖는 GaN 또는 AlN 등의 저온핵성장층이 사용된다.
상기 활성층(24)은 빛을 발광하기 위한 층으로서, 단일 또는 다중 양자우물구조를 갖는 GaN 또는 InGaN 등의 질화물 반도체층으로 구성된다. 상기 활성층(24)은 상기 n형 질화물 반도체층(24)과 같이 유기금속 기상증착법, 분자빔 성장법 또는 하이브리드 기상증착법과 같은 공지의 증착공정을 사용하여 상기 n형 질화물 반도체층(23) 상에 형성될 수 있다.
상기 p형 질화물 반도체층(25a, 25b)은 상기 n형 질화물 반도체층(23)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(25a, 25b)의 도핑에 사용되는 불순물로는 Mg, Zn 또는 Be 등이 있다. 상기 p형 질화물 반도체층(25a, 25b)은, 상기 반도체 물질을 유기금속 기상증착법, 분자빔 성장법 또는 하이브리드 기상증착법과 같은 공지의 증착공정을 사용하여 상기 활성층(24) 상에 성장시킴으로써 형성된다.
상기 p형 질화물 반도체층(25a, 25b)은 상기 활성층(24) 상면에 형성되는 저농도 p형 질화물 반도체층(25a) 및 상기 저농도 p형 질화물 반도체층 상에 형성되는 고농도 p형 질화물 반도체층(25b)을 포함할 수 있다. 일반적으로, 상기 저농도 p형 질화물 반도체층(25a)은 불순물이 상기 활성층(24)으로 이동하여 활성층의 발광효율을 저하시킬 수 있기 때문에 상대적으로 낮은 농도로 불순물이 도핑된다. 반면, 고농도 p형 질화물 반도체층(25b)은 그 상면에 형성되는 전극과의 오믹접촉을 형성하기 위해 높은 농도로 불순물이 도핑된다.
상기 p형 질화물 반도체층(25a, 25b)의 상면에 소정 패턴의 요철이 형성된다. 상기 p형 질화물 반도체층(25a, 25b)의 상면은 이후 형성되는 투명전극층(26)과의 계면을 형성하게 된다. 종래의 요철이 형성되지 않은 평평한 계면에서는 활성층에서 생성되는 광 가운데 상기 계면에 소정 각도 이상의 입사각으로 입사되는 광이 전반사를 일으켜 소자 내부로 다시 반사된다. 이는 질화물 반도체 발광소자의 휘도특성을 저하시키는 원인이 된다.
반면, 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자(20)에서는 상기 p형 질화물 반도체층(25a, 25b)과 투명전극층(26)의 계면이 요철을 이루게 되므로, 활성층(24)에서 생성되는 광이 종래의 발광소자에서 전반사가 발생하는 입사각으로 상기 계면에 입사하더라도 전반사가 발생하게 되는 면적이 감소하여 질화물 반도체 발광소자의 상부로 방출되는 광이 증가하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자(20)에서는 종래의 질화물 반도체 발광소자에 비해 휘도특성의 개선을 가져올 수 있다.
상기 p형 질화물 반도체층(25a, 25b) 상에는 투명전극층(26)이 형성될 수 있다. 상기 투명전극층(26)은 비교적 높은 에너지밴드갭을 갖는 p형 질화물 반도체층(25a, 25b)과의 접촉저항을 낮추는데 적절하면서 동시에 상기 활성층(24)에서 생성되는 광이 상부로 방출되기 위해 양호한 투광성을 갖는 물질로 형성될 것이 요구된다. 일반적으로 상기 투명전극층(26)은 Ni/Au의 이중층 구조를 주로 사용하며, 접촉저항은 비교적 높으나 양호한 투광성을 확보하기 위해 산화인듐주석(ITO), 산화카드뮴주석(CTO) 또는 질화티탄텅스텐(TiWN)으로 재료로 사용할 수 있다. 상기 투명전극층(26)은 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition : CVD) 및 전자빔 증발법(E-beam evaporator)과 같은 공지의 증착방법 또는 스퍼터링(sputtering) 등의 공정에 의해 형성될 수 있으며, 오믹콘택의 특성을 향상시키기 위해서 약 400 내지 900℃의 온도에서 열처리될 수 있다.
상기 p측 본딩전극(27a)은 상기 투명전극층(26) 상에 형성된다. 상기 p측 본딩전극(27a)은 와이어 본딩을 통해 리드 상에 탑재될 최외곽 전극층으로서, 일반적으로 Au 또는 Au를 함유한 합금을 재료로 하여 화학기상증착법 및 전자빔 증발법과 같은 공지의 증착방법 또는 스퍼터링 등의 공정에 의해 형성될 수 있다.
상기 n측 전극(27b)은 상기 n형 질화물 반도체층(23) 상에 Ti, Cr, Al, Cu 및 Au로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 단일층 또는 복수층으로 형성될 수 있다. 상기 n측 전극(27b)은 화학기상증착법 및 전자빔 증발법과 같은 공지의 증착방법 또는 스퍼터링 등의 공정에 의해 상기 n형 질화물 반도체층 상에 형성될 수 있다.
도 3 및 도 4는 전술한 본 발명의 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자에서 p형 질화물 반도체층의 상면에 형성된 요철의 구조를 도시한 사시도이다.
먼저 도 3과 같이, 본 발명의 일실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자(30)의 p형 질화물 반도체층(35)의 상면에는 띠형상의 요철이 형성될 수 있다. 상기 띠형상의 요철은 오목한 부분인 요(凹)부와 볼록한 부분인 철(凸)부가 서로 평행하며 각각 소정의 폭을 갖는 구조이다. 이와 같은 요철은 p형 질화물 반도체층(35)을 소정 높이로 성장시킨 후, 철부에 해당하는 p형 질화물 반도체층을 선택적으로 성장시켜 형성될 수 있다. 특히, p형 질화물 반도체층(35)이 저농도 p형 질화물 반도체층 및 고농도 p형 질화물 반도체층의 이층 구조로 형성되는 경우, 활성층(34) 상에 저농도 p형 질화물 반도체층을 성장시킨 후 그 상면에 고농도 p형 질화물 반도체 반도체층을 선택적으로 성장시켜 요철구조의 철부를 형성시키는 것이 공정상 보다 바람직하다. 상기 p형 질화물 반도체층(35) 상에 요철을 형성하는 방법에 대해서는 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조방법에 대한 설명을 통해 보다 명확해 질 것이다.
도 3에 도시된 띠형상의 요철구조는 요부 또는 철부의 폭방향으로 입사되는 광에 대해 전반사를 방지하는데 적합하지만, 요부 또는 철부의 길이방향으로 입사되는 광에 대해서는 전반사를 방지하는 효과가 떨어질 수 있다. 따라서, 도 4와 같이 격자형상의 요철구조가 전반사 감소를 위해 보다 바람직하다.
도 4와 같이, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자(40)의 p형 질화물 반도체층(45)의 상면에는 격자형상의 요철이 형성될 수 있다. 이와 같은 요철은, 상기 띠형상의 격자와 마찬가지로 p형 질화물 반도체층(45)을 소정 높이로 성장시킨 후, 철부에 해당하는 p형 질화물 반도체층을 선택적으로 성장시켜 형성될 수 있다. 특히, p형 질화물 반도체층(45)이 저농도 p형 질화물 반도체층 및 고농도 p형 질화물 반도체층의 이층 구조로 형성되는 경우, 활성층(44) 상에 저농도 p형 질화물 반도체층을 성장시킨 후 그 상면에 고농도 p형 질화물 반도체 반도체층을 선택적으로 성장시켜 요철구조의 철부를 형성시키는 것이 공정상 보다 바람직하다.
이와 같은 격자형상의 요철은 상기 띠형상의 요철과는 달리 거의 모든 방향으로 입사되는 광의 전반사를 보다 효과적으로 감소시킬 수 있다.
또한, 격자형상의 요철로 인해 p형 질화물 반도체층 상면에 형성되는 투명전극층과의 계면은 거의 메쉬형태를 갖게 된다. 이러한 메쉬구조로 인해 투명전극층을 따라 n측 전극을 향하는 전류경로는 상대적으로 길어진다. 따라서, 발광소자가 동작 시에, n측 전극에 인접한 부분에 전류가 집중되는 경향이 완화되며, 동시에 전류가 p형 질화물 반도체층으로 진행되는 경향이 증가되어 전류확산을 개선하고, 이로 인해 동작전압이 낮아지는 등의 부수적인 효과를 얻을 수도 있다.
이상에서 설명한 것과 같은 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조방법이 도 5a 내지 도 5e에 도시된 공정단면도를 통해 하기에 설명된다.
먼저 도 5a와 같이, 기판(51) 상에 n형 질화물 반도체층(53), 활성층(54) 및 p형 질화물 반도체층(55a)을 순차적으로 성장시킨다. 상기에서 설명한 것과 같이, 기판(51)은 주로 사파이어 기판이 사용되며 상기 n형 질화물 반도체층(53), 활성층(54) 및 p형 질화물 반도체층(55a)은 유기금속 기상증착법, 분자빔 성장법 또는 하이브리드 기상증착법과 같은 공지의 증착공정을 사용하여 성장시킬 수 있다.
이어, 도 5b 내지 도 5d와 같이 상기 p형 질화물 반도체층(55a)의 상면에 소정 패턴의 요철을 형성한다. 도 5b 내지 도 5d는 요철을 형성하는 방법의 일례로 선택적인 p형 질화물 반도체층의 성장방법을 도시한다.
이 선택적 성장방법은 먼저, 도 5b와 같이 p형 질화물 반도체층(55a)의 상면에 SiO2와 같은 산화물로 이루어진 산화막을 이용하여 마스크(61)를 형성한다. 상기 마스크(61)에는 원하는 요철구조의 패턴이 형성되어 있다. 상기 설명한 바와 같이, 요철구조는 요부와 철부가 복수개의 띠형상을 이루는 구조 또는 요부가 격자형상을 이루는 구조일 수 있다. 예를 들어, 격자 형상의 요철을 형성하기 위해서는, 요철의 요부에 해당하는 형상으로 마스크가 형성되며, 철부에 해당하는 영역은 오픈된다.
이어 도 5c와 같이, 상기 마스크(61)의 오픈 영역에 추가적으로 p형 질화물 반도체층(25b)을 성장시킨다. 다시 말하면, 상기 요철구조의 철부를 성장시킨다. 특히, p형 질화물 반도체층이 활성층 상면에 형성된 저농도 p형 질화물 반도체층과 상기 저농도 p형 질화물 반도체층 상에 형성된 고농도 p형 질화물 반도체층으로 이루어진 이층구조를 갖는 경우, 도 5a에 도시된 공정에서 먼저 저농도 p형 질화물 반도체층(55a)을 형성시키고 마스크(61)를 형성한 후, 도 5c에 도시된 공정에서 마스크(61)의 오픈영역에 고농도 p형 질화물 반도체층(55b)을 성장시키는 것이 바람직하다.
이어, 도 5d와 같이, 상기 마스크를 제거하고, 메사 에칭을 통해 n형 질화물 반도체층(53)의 적어도 일부영역이 노출시킨다. 이 노출된 n형 질화물 반도체층의 일부 영역은 n측 전극이 형성하기 위해 마련되는 것이다.
최종적으로, 도 5e와 같이, 요철이 형성된 p형 질화물 반도체층(55a, 55b) 상에 투명전극층(56)을 형성하고, 이어 상기 투명전극층(56) 상에 p측 본딩전극(57a) 및 상기 n형 질화물 반도체층(53)의 노출 영역에 n측 전극을 형성한다. 전술한 바와 같이, 상기 투명전극층(56)은 Ni/Au의 이중층 구조를 주로 사용하며, 접촉저항은 비교적 높으나 양호한 투광성을 확보하기 위해 산화인듐주석(ITO), 산화카드뮴주석(CTO) 또는 질화티탄텅스텐(TiWN)으로 재료로 사용할 수 있다. 상기 투명전극층(56)은 화학기상증착법 및 전자빔 증발법과 같은 공지의 증착방법 또는 스퍼터링 등의 공정에 의해 형성될 수 있으며, 오믹콘택의 특성을 향상시키기 위해서 약 400 내지 900℃의 온도에서 열처리하는 공정이 수반될 수 있다. 마찬가지로 상기 p측 본딩전극(57a)은 Au 또는 Au를 함유한 합금을 재료로 하여 화학기상증착법 및 전자빔 증발법과 같은 공지의 증착방법 또는 스퍼터링 등의 공정에 의해 형성될 수 있으며, 상기 n측 전극(57b)은 Ti, Cr, Al, Cu 및 Au로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 단일층 또는 복수층으로 화학기상증착법 및 전자빔 증발법과 같은 공지의 증착방법 또는 스퍼터링 등의 공정에 의해 형성될 수 있다.
이상에서는 p형 질화물 반도체층 상에 요철을 형성하기 위한 방법으로, 일부 p형 질화물 반도체층을 형성한 후 요철의 철부를 형성하는 p형 질화물 반도체층을 추가적으로 선택적 성장시키는 방법에 대해서 설명하였으나, 전체 p형 질화물 반도체층을 성장시킨 이후 원하는 패턴의 요철의 요부를 선택적으로 에칭하는 방법을 사용할 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 통해 p형 질화물 반도체층과 투명전극층의 계면에서 발생하는 전반사를 감소시켜 발광 소자의 휘도특성을 개선할 수 있으며, 특히 격자모양의 요철을 형성한 경우에는 부가적으로 전류확산을 개선하여 발광소자의 동작전압을 저하시킬 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, p형 질화물 반도체층의 상면에 소정 패턴을 갖는 요철을 형성하여 방출 광의 전반사를 방지함으로써 휘도특성을 개선하는 효과가 있다.
특히, p형 질화물 반도체층의 상면에 격자형상의 요철을 형성하는 경우, n측 전극에 인접한 부분에 전류가 집중되는 경향이 완화되며, 동시에 전류가 p형 질화물 반도체층으로 진행되는 경향이 증가되어 전류확산을 개선하고, 이로 인해 동작전압이 낮아지는 부가적인 효과가 있다.
도 1은 종래의 질화물 반도체 발광소자를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시형태에 따른 p형 질화물 반도체층 상에 형성된 요철을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 p형 질화물 반도체층 상에 형성된 요철을 도시한 사시도이다.
도 5a 내지 5e는 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 도시한 공정단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
21, 31, 41 : 기판 22, 32, 42 : 버퍼층
23, 33, 43 : n형 질화물 반도체층 24, 34, 44 : 활성층
25, 35, 45 : p형 질화물 반도체층 26, 36, 46 : 투명전극층
27a, 37a, 47a : p측 본딩전극 27b, 37b, 47b : n측 전극

Claims (13)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성된 n형 질화물 반도체층;
    상기 n형 질화물 반도체층 상에 형성된 활성층;
    상기 활성층 상에 형성되며 그 상면에 소정 패턴의 요철이 형성된 p형 질화물 반도체층; 및
    상기 n형 질화물 반도체층 및 상기 p형 질화물 반도체층 상에 각각 형성된 n측 전극 및 p측 본딩전극을 포함하는 질화물 반도체 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 p형 질화물 반도체층 및 p측 본딩전극 사이에 형성된 투명전극층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 소정 패턴의 요철은 요(凹)부와 철(凸)부가 번갈아 띠형상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 소정 패턴의 요철은 요부가 격자 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 p형 질화물 반도체층은,
    상기 활성층 상에 형성되며 불순물이 저농도로 도핑되는 저농도 p형 질화물 반도체층; 및
    상기 저농도 p형 질화물 반도체층 상의 적어도 일부영역에 형성되며 불순물이 고농도로 도핑되는 고농도 p형 질화물 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 고농도 p형 질화물 반도체층은 상기 저농도 p형 질화물 반도체의 상면이 서로 평행한 복수개의 띠형상으로 노출되도록 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 고농도 p형 질화물 반도체층은 상기 저농도 p형 질화물 반도체의 상면이 격자형상으로 노출되도록 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  8. 기판 상에 n형 질화물 반도체층, 활성층 및 p형 질화물 반도체층을 순차적으로 성장시키는 단계;
    상기 p형 질화물 반도체층의 상면에 소정 패턴의 요철을 형성하는 단계; 및
    상기 n형 질화물 반도체층 및 상기 p형 질화물 반도체층 상에 각각 n측 전극 및 p측 본딩전극을 형성하는 단계를 포함하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 소정 패턴의 요철을 형성하는 단계 이후 상기 p형 질화물 반도체층 상에 투명전극층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 소정 패턴의 요철을 형성하는 단계는 요부와 철부가 번갈아 띠형상으로 배치된 요철을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 소정 패턴의 요철을 형성하는 단계는 요부가 격자 형상으로 형성된 요철을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  12. 제8항에 있어서, 상기 소정패턴의 요철을 형성하는 단계는,
    상기 p형 질화물 반도체층 상에 상기 p형 질화물 반도체층을 노출시키는 오픈 영역을 갖는 소정 패턴의 마스크를 형성하는 단계;
    상기 오픈 영역 상에 p형 질화물 반도체층을 추가로 성장시키는 단계 및
    상기 마스크를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 p형 질화물 반도체층을 추가로 성장시키는 단계는 불순물이 고농도로 도핑된 고농도 p형 질화물 반도체층을 성장시키는 단계인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
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