KR20090106427A

KR20090106427A - 정전기 방지능을 갖고 있는 그룹 3족 질화물계 반도체발광다이오드 소자 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR20090106427A
Application number: KR20080031928A
Authority: KR
Inventors: 송준오
Original assignee: 송준오
Priority date: 2008-04-06
Filing date: 2008-04-06
Publication date: 2009-10-09

Abstract

본 발명은 높은 외부 발광 효율(external quantum efficiency)과 정전기 방전(electrostatic discharge) 충격에 대한 강한 내성을 구비한 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자 및 이의 제조 방법을 제공한다.

다시 말하자면, 본 발명은 웨이퍼 결합과 성장기판 분리 공정을 접목하여, 단일 기판 상에 정전기 방전 방지용 쇼키다이오드(schottky diode) 소자와 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자를 수직방향으로 적층 형성시켜 쇼키다이오드 소자와 발광다이오드 소자가 공동의 전극을 사용하는 그룹 3족 질화물계 발광다이오드 소자 및 이에 대한 제조 방법에 관한 것이다.

발광다이오드 소자용 발광구조체, 쇼키다이오드 소자용 박막구조체, 정전기 방전 충격, 결합용 이종물질층, 레이저 리프트 오프, 화학적 습식에칭, 오믹접촉 계면, 쇼키접촉 계면

Description

정전기 방지능을 갖고 있는 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자 및 이의 제조 방법{group 3 nitride-based semiconductor light emitting diodes with the capability of electrostatic discharge protection and methods to fabricate them}

본 발명은 그룹 3족 질화물계 반도체 광전자 소자 제조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 동일 기판 상에 형성된 그룹 3족 질화물계 반도체 광전자 소자(group 3 nitride-based optoelectronics)용 발광구조체와 쇼키다이오드(schottky diode) 소자용 박막구조체를 포함하며, 상기 광전자 소자와 쇼키다이오드 소자가 공통의 두 전극을 사용함으로써 정전기 방전(electrostatic discharge; ESD)에 의한 손상을 방지할 수 있으며, 최종 광전자 소자의 크기 및 전극의 개수를 종래 범용화된 그룹 3족 질화물계 반도체 광전자 소자와 동일하게 제조할 수 있다.

발광다이오드(light emitting diode; LED), 레이저다이오드(laser diode; LD) 소자, 및 광센서(photo-detector)를 비롯한 광전자 소자 중 LD 및 LED 소자는 소정의 크기의 순방향 전류를 인가하면 그들을 구성하고 있는 발광구조체 내의 활성층에서 전류가 광으로 변환되어 빛을 발생시킨다. 초창기 LD 및 LED 소자 연구 개발은 인듐인(InP), 갈륨비소(GaAs), 갈륨인(GaP)등의 화합물 반도체를 p-i-n 접합구조로 형성한다. 상기 LD 및 LED 소자는 녹색 빛의 파장 보다 더 긴 파장대의 가시광선 영역을 빛을 발광하는 하는 반면에, 최근 들어 그룹 3족 질화물계 반도체 물질계의 연구 개발에 힘입어 청색 및 자외선 광을 발광하는 소자들도 상용화됨으로서 표시장치, 광원용 장치, 환경 응용장치에 널리 이용되고 있다. 특히 적색, 녹색, 및 청색의 3개 LED 소자 칩을 조합하거나, 또는 단파장의 펌핑 발광다이오드(pumping LED) 소자에 형광체(phosphor)를 접목하여 백색을 발광하는 백색광원용 LED 소자가 개발되어 조명장치로도 그 응용범위가 넓어지고 있다.

또한 상기와 같이 고체 단결정 반도체를 이용한 LED 소자는 전기에너지를 빛에너지로 변환하는 효율이 높고 수명이 평균 5년 이상으로 길며 에너지 소모와 유지보수 비용을 크게 절감할 수 있는 장점이 있어서 차세대 조명용 백색광원 분야에서 주목받고 있다.

이와 같은 그룹 3족 질화물계 반도체 물질계로 제조된 LED(이하, 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드) 소자는 일반적으로 절연성 성장기판(대표적으로, 사파이어) 상부에 성장되어 제조되기 때문에, 다른 그룹 3-5족 화합물계 반도체 발광다이오드 소자와 같이 성장기판의 서로 반대면에 대향 하는 두 전극을 설치할 수 없어, LED 소자의 두 전극을 결정 성장된 반도체 물질계 상부에 형성해야 한다. 이러한 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자의 종래 구조가 도 1에 개략적으로 예시되어 있다.

도 1을 참조하면, 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자는 사파이어 성장기판(10)과 상기 사파이어 성장기판(10) 상부에 순차적으로 성장된 n형 도전성의 반도체 물질로 이루어진 하부 질화물계 클래드층(20), 질화물계 활성층(30) 및 p형 도전성의 반도체 물질로 이루어진 상부 질화물계 클래드층(40)을 포함한다. 상기 하부 질화물계 클래드층(20)은 n형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1)층(201)과 상기 n형 In x Al y Ga 1-x-y N층(201)과 다른 조성의 n형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1)층(202)으로 이루어질 수 있으며, 상기 질화물계 활성층(30)은 다중양자우물(multi-quantum well)구조의 다른 조성으로 구성된 언도프(un-dope)된 질화물계 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1)층으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 상부 질화물계 클래드층(40)은 p형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1)층(401)과 상기 p형 In x Al y Ga 1-x-y N층(401)과 다른 조성의 p형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1)층(402)으로 구성될 수 있다. 일반적으로, 상기 그룹 3족 질화물계 반도체 단결정으로 형성된 하부 질화물계 클래드층/질화물계 활성층/상부 질화물계 클래드층(20, 30, 40)은 MOCVD 또는 MBE 등의 장치를 이용하여 성장될 수 있다. 이때, 상기 하부 질화물계 클래드층(20)의 n형 In x Al y Ga 1-x-y N층(201)을 성장하기 전에 사파이어 성장기판(10)과의 격자정합을 향상시키기 위해, AlN 또는 GaN와 같은 버퍼층(미도시)을 그 사이에 형성할 수도 있다.

상기한 바와 같이, 상기 사파이어 성장기판(10)은 전기절연성 물질이므로, LED 소자의 두 전극을 모두 단결정 반도체 성장방향인 동일한 상부면에 형성해야 하며, 이를 위해서는 상부 질화물계 클래드층(40)과 질화물계 활성층(30)의 일부 영역을 식각(etching)하여 하부 질화물계 클래드층(20)의 일부 상부면 영역을 노출시키고, 그 노출된 n형 In x Al y Ga 1-x-y N층(20) 상부면에 n형 오믹접촉 전극 및 전극패드(70)를 형성한다.

특히, 상기 상부 질화물계 클래드층(40)은 낮은 캐리어 농도(carrier concentration) 및 이동도(mobility)로 인하여 상대적으로 높은 면저항을 갖고 있기 때문에, p형 전극(60)을 형성하기에 앞서, 양질의 오믹접촉 커런트스프레딩층을 형성할 수 있는 추가적인 물질이 요구된다. 이에 대하여, 미국특허 US 5,563,422에서는, 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체의 최상층부인 p형 In x Al y Ga 1-x-y N 층(402)의 상면에 쇼키접촉 p형 전극(60)을 형성하기 전에, 오믹접촉 커런트스프레딩층 전극(50)을 형성하기 위해 Ni/Au로 구성된 오믹접촉 커런트스프레딩층 전극(50)을 형성하는 방안을 제안하였다.

상기 오믹접촉 커런트스프레딩층 전극(50)은 p형 In x Al y Ga 1-x-y N층(402)에 대한 수평방향으로의 전류 퍼짐(current spreading)을 향상시키면서도 동시에 수직방향으로의 낮은 비접촉 저항을 갖는 오믹접촉 계면(ohmic interface)을 형성하여 효과적인 전류 주입(current injection)을 할 수 있어, 발광다이오드 소자의 전기적인 특성을 향상시킨다. 그러나, Ni/Au로 구성된 오믹접촉 커런트스프레딩층 전극(50)은 열처리를 거친 후에도 평균 70%의 낮은 투과율을 보이며, 이러한 낮은 투과율은 해당 발광다이오드 소자에서 생성된 빛을 대기에 추출시키는데 많은 빛의 양을 흡수하여 전체 외부 발광 효율을 저하시키게 된다.

상기와 같은 낮은 투과율 문제를 극복하기 위한 방안으로, 최근 들어 상기 Ni/Au층을 비롯한 각종 반투명성 금속 또는 합금으로 형성된 오믹접촉 커런트스프레딩층 전극(50)을 투과율이 평균 90% 이상인 것으로 알려진 ITO(indium tin oxide) 또는 ZnO(zinc oxide) 등의 투명성 전도성 물질로 형성하는 방안이 제안되었다. 그런데, 상기한 투명성 전도성 물질계는 p형 In x Al y Ga 1-x-y N 결정(7.5 eV 이상)에 비해 작은 일함수(4.7~6.1eV)이기 때문에, 투명성 전도성 물질계를 p형 In x Al y Ga 1-x-y N층(402)에 직접 증착하고 열처리를 비롯한 후속 공정을 행하는 경우에, 오믹접촉 계면이 아니라 비접촉 저항이 큰 쇼키접촉 계면(schottky interface)을 형성하게 된다.

그래서 당 LED 소자 제조 기술 분야에서는 그룹 3족 질화물계 반도체(In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1)) 발광다이오드 소자의 고품위 전극을 형성하기 위해 높은 투과율을 유지하는 것과 동시에 p형 In x Al y Ga 1-x-y 층(402)과 전극간의 양호한 오믹접촉 계면을 형성할 수 있는 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자 및 그 제조방법이 요구되고 있는 실정이다.

또한 무엇보다도, LED 소자의 폭넓은 산업적 응용과 조명용 백생광원으로 사용하기 위해서는 전기 및 열적으로 나쁜 전도성을 지닌 사파이어 성장기판 상부에 성장 및 제조된 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자에 역방향으로 전류가 흐를 경우에는 누설전류(leaky current)가 발생되어 LED 소자를 완전히 손상시킬 수 있다. 이에 정전기 방전(electrostatic discharge : ESD) 방지 및 누설전류를 줄여 LED 소자의 신뢰성을 개선시키는 방법과 LED 소자 구동 시 발생되는 열을 최대한 감소시켜야 하며, 필연적으로 발생된 열을 대기에 원활하게 방출시킬 수 있는 기술 또한 요구된다.

특히, 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자는 다른 3-5족 화합물 반도체를 이용한 발광소자에 비해서 결정적으로 정전기 방전 충격에 매우 취약한 단점을 지니고 있다. 예를 들어, 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자는 순방향(forward direction)으로 평균 수백 볼트 이상의 정전압으로 파괴될 수 있으며, 역방향(reverse direction)으로는 평균 수십 볼트 이상의 정전압으로 파괴될 수 있다. 이러한 정전기 충격은 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자의 취급 시에 LED 소자를 완전히 손상시키는 주요 원인이 된다. 따라서 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자의 정전기 방전에 취약한 단점을 극복하기 위한 여러 가지 연구 결과의 보고 및 응용되고 있으며, 이에 관한 종래 기술로는 미국특허(US 6,593,597)를 비롯한 많은 특허 및 문헌에서 단일 기판 상에 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자와 쇼키다이오드 소자를 동시에 구현한 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자를 도시하고 있다.

도 2는 상기 미국특허(US 6,593,597)에서 도시하는 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자의 단면도이다.

도 2를 참조하면, 기존 ESD 방지용 LED 소자는 동일 기판 상에 LED 소자부(A 영역)와 쇼키다이오드 소자부(B 영역)를 각각 형성한다. LED 소자부(A 영역)는 널리 공지된 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체로서 성장기판(10) 상부에 버퍼층(110a), n형 도전성의 반도체 물질로 형성된 하부 질화물계 클래드층(20a), 질화물계 활성층(30), p형 도전성의 반도체 물질로 형성된 상부 질 화물계 클래드층(40)이 순차적으로 형성되고, 상기 상부 질화물계 클래드층(40) 상층부에 양질의 오믹접촉 커런트스프레딩층(50) 및 p형 전극패드(60)를 형성하고, 식각(etching) 공정에 의해서 노출된 하부 질화물계 클래드층(20a) 상부에 n형 오믹접촉 전극 및 전극패드(70)가 형성된 구조를 갖는다. 동시에 쇼키다이오드 소자부(B 영역)는 n형 도전성의 반도체층인 하부 질화물계 클래드층(20b) 상부에 두 개의 전극(60b, 70b)을 형성하고, 하나의 전극(70b)이 하부 질화물계 클래드층(20b)과 쇼키접촉 계면을 형성하여 쇼키다이오드 소자부(B 영역)를 구현한 구조를 갖는다. 상술한 바와 같이, 기존 ESD 방지용 LED 소자는 단순히 동일한 성장기판(10) 상부에 고체 반도체 LED 소자부(A 영역)와 쇼키다이오드 소자부(B 영역)를 각각 구현하기 때문에 LED 소자의 사이즈 문제로 발생하는 웨이퍼 당 낮은 LED 소자 수율과 전기적 연결(electrical connection) 문제점으로 발생하는 복잡한 공정으로 인한 고비용의 단점이 있다.

일반적으로, 사파이어 성장기판 상부에 성장 및 제조된 그룹 3-5족 화합물계 반도체 발광다이오드 소자에서 심각하게 대두하고 있는 ESD 방지 및 열 방출 문제는 LED 소자의 전기 및 광학적인 특성과 밀접하게 연계되어 있다. 상기한 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자에서 대두하는 문제점을 해결하는 방안으로는 양질의 반도체 단결정 발광구조체 성장 이외에도, LED 소자 제조 공정 중에 상기 상부 질화물계 클래드층인 p형 In x Al y Ga 1-x-y N층(402) 상부에 양질의 오믹접촉 커런트스프레딩층 전극(50) 형성 및 각종 ESD 방지용 악세사리 소자(accessory device)들을 접목해서 해결하고 있는 일반적인 사례이다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체의 상층부에 오믹접촉 계면(ohmic contact interface)으로 접촉하고 있는 반사성 또는 투명성 결합용 이종물질층 상부에 쇼키다이오드(schottky diode) 소자용 박막구조체를 구비하고, 상기 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체와 쇼키다이오드 소자용 박막구조체를 전기적으로 연결시켜, 상기 본 발명에 의해 제조된 LED 소자의 ESD 충격에 대한 강한 내성을 갖추는 동시에 수평방향으로의 전류 퍼짐(current spreading) 및 낮은 구동 전압(operating voltage)으로 인해서 열 발생을 감소시켜 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자의 전체적인 성능을 개선하고자 하는데 그 목적이 있다.

더 상세하게 말하자면, 본 발명은 동일한 기판 상부에 p형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1) 물질계가 최상층부에 존재하는 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체와 상기 p형 In x Al y Ga 1-x-y N 반도체인 상부 질화물계 클래드층에 오믹접촉 계면으로 접촉된 반사성 또는 투명성 결합용 이종물질층을 순차적으로 우선 형성시킨 후에, 상기 반사성 또는 투명성 결합용 이종물질층의 상층부에 쇼키다이오드(schottky diode) 소자용 박막구조체를 구비시켜, ESD 충격에 대한 강한 내성을 비롯한 높은 광추출 효율을 갖는 고성능의 LED 소자를 제조하고자 하는데 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적을 성공적으로 수행하기 위하여, 상기 발광다이오드 소자용 발광구조체의 상층부에 전기적으로 연결된 쇼키다이오드 소자용 박막구조체 형성은 반사성 또는 투명성 결합용 이종물질층을 도입한 간접적인 웨이퍼 결합(indirect wafer bonding) 공정에 의해 수행한다. 상기 발광다이오드 소자용 발광구조체의 상부 질화물계 클래드층과 오믹접촉 계면을 형성하고 있는 반사성 또는 투명성 결합용 이종물질층은 상기 발광다이오드 소자용 발광구조체와 쇼키다이오드 소자용 박막구조체 간(間)에 존재하면서, 강한 기계적인 접합(bonding) 이외에도, 최종적으로 제조되는 발광다이오드 소자 형태에 따라, 상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층과 각기 다른 전기적인 접촉 계면 상태, 즉 오믹접촉(ohmic contact) 또는 쇼키접촉(schottky contact) 계면을 갖는다.

또 다른 한편으로, 상기한 본 발명의 목적을 성공적으로 수행하기 위하여, 상기 발광다이오드 소자용 발광구조체의 상층부에 전기적으로 연결된 쇼키다이오드 소자용 박막구조체 형성은 발광다이오드 소자용 발광구조체의 상부 질화물계 클래드층과 오믹접촉 계면을 형성하고 있는 반사성 또는 투명성 결합용 이종물질층 상부에 성장(growth) 또는 증착(deposition) 공정에 의해 수행하는 것이 바람직하다. 상기 발광다이오드 소자용 발광구조체의 상부 질화물계 클래드층과 오믹접촉 계면을 형성하고 있는 반사성 또는 투명성 결합용 이종물질층은 상기 발광다이오드 소자용 발광구조체와 쇼키다이오드 소자용 박막구조체 간(間)에 존재하면서, 강한 기계적인 접합(bonding) 이외에도, 최종적으로 제조되는 발광다이오드 소자 형태에 따라, 상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층과 각기 다른 전기적인 접촉 계면 상태, 즉 오믹접촉(ohmic contact) 또는 쇼키접촉(schottky contact) 계면 을 갖는다.

본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 성장기판(growing substrate) 상부에 존재하는 발광다이오드 소자용 발광구조체 상부에 쇼키다이오드 소자용 박막구조체가 구비된 고성능의 그룹 3족 질화물계 발광다이오드 소자 제조 방법에 있어서,

지지기판(supporting substrate) 상부에 쇼키다이오드 소자용 박막구조체를 형성하는 단계;

성장기판 상부에 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체를 형성하는 단계;

상기 준비된 두 구조체를 전기전도성인 반사성 또는 투명성 결합용 이종물질층을 도입하여 웨이퍼 대 웨이퍼로 결합하여 복합구조체를 형성하는 단계;

상기 결합된 복합구조체에서 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 지지기판을 분리하는 단계;

상기 지지기판이 분리된 복합구조체에서 발광다이오드 소자용 발광구조체의 일부 영역을 제거시킨 후, 대기에 노출된 n형 전도성의 반도체 물질계인 하부 질화물계 클래드층과 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층 간의 전기적 연결을 위한 금속선막 형태의 n형 접촉 전극 및 전극패드를 형성하는 단계;

상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 일부 영역이 제거된 반사성 또는 투명성 결합용 이종물질층 상층부에 형성되는 금속선막 형태의 p형 전극패드 형성을 형성하는 단계;를 포함한다.

더 나아가서, 상기 반사성 또는 투명성 결합용 이종물질층 상부에 형성된 쇼키다이오드 소자용 박막구조체를 구성하는 물질은 일반적으로 공지된 n형 반도체 또는 p형 반도체이면 사용에 제한되지 않고, 이와 더불어서 결정질(비정질, 다결정, 단결정) 상태와는 무관하게 이용될 수 있다. 특히, 실리콘(Si), 저매니움(Ge), 카본(C), 실리콘저매니움(SiGe), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘카본질화물(SiCN), 그룹 2-6족 화합물(group 2-6 compounds), 및 그룹 3-5족 화합물(group 3-5 compounds)로 구성된 단층(single layer) 또는 다층(multi-layer)의 단일 전도성을 갖는 것이 바람직하다. 상기 단일 전도성이란, 쇼키다이오드 소자용 박막구조체 내의 다수캐리어가 전자(electron)만으로 또는 정공(hole)만으로 전기전도성을 갖게 됨을 의미한다. 단, p-n 접합(p-n junction)은 제외한다.

더 나아가서, 상기 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자는 화학식 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1)으로 표기된 그룹 3족 질화물계 반도체 물질계로 구성되며, 그룹 3족 질화물계 반도체 물질을 성장시키기 위한 성장기판; 상기 성장기판 상부에 형성되며, n형 도전성의 질화물계 반도체 물질계로 이루어진 하부 질화물계 클래드층; 상기 하부 질화물계 클래드층의 일부영역에 형성되며, 언도프(un-dope)된 질화물계 반도체 물질계로 이루어진 질화물계 활성층; 상기 질화물계 활성층 상부에 형성되며 p형 도전성의 질화물계 반도체 물질계로 이루어진 상부 질화물계 클래드층;을 기본적으로 포함한다. 특히, 상기 성장기판 상부에 형성된 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자는 금속성 표면인 양성 극성 표면 을 띠는 것이 바람직하며, 상기 LED 소자의 전체적인 성능을 향상시키기 위해 필요한 별도의 층(layer)이 삽입될 수도 있다.

더 나아가서, 상기 전기전도성인 반사성 또는 투명성 결합용 이종물질층은 위층과 하층에 각각 존재하는 LED 소자용 발광구조체의 상부 질화물계 클래드층과 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층과 각각 전기적 접촉 계면(electrical contact interface)을 형성하는 단층 또는 다층이 바람직하다. 상기 전기적 접촉 계면이라 함은 반사성 또는 투명성 결합용 이종물질층과 상부 질화물계 클래드층 또는 반도체층 간의 계면 특성인 비접촉 저항 특성에 따라서 2가지 의미를 갖는데, 즉 낮은 비접촉 저항 특성을 갖는 오믹접촉 계면과 이와는 정반대로 높은 비접촉 저항 특성을 갖는 쇼키접촉 계면이 있다.

더 나아가서, 상기 지지기판 분리(lift-off) 공정은 화학적 습식에칭(chemical lift-off; CLO), 화학-기계적인 에칭 또는 연마(chemical-mechanical polishing; CMP), 레이저 리프트 오프(laser lift-off; LLO) 공정 중 한 가지 이상을 사용하는 것이 바람직하다.

더 나아가서, 상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층과 LED 소자용 발광구조체의 하부 질화물계 클래드층과의 전기적 접촉 계면을 갖는 금속선막의 n형 접촉 전극 및 전극패드 형성은 전기절연성 물질을 이용하여 측면의 다른 발광구조체와는 전기적으로 단전시키는(short) 것이 바람직하며, 상기 하부 질화물계 클래드층과 접촉하고 있는 n형 접촉은 수직방향으로 오믹접촉 계면을 갖는 것이 바람직하다.

더 나아가서, 상기 반사성 또는 투명성 결합용 이종물질층 상부에 형성된 쇼키다이오드 소자용 박막구조체는 CVD, MBE, sputtering, pulsed laser deposition, evaporation, 또는 ion-beam deposition 등을 포함한 물리-화학적인 공정 장비를 사용하여 성장(growth) 또는 증착(deposition)하는 것이 바람직하다.

더 나아가서, 상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층 상부에 투명성 전기절연성 또는 전기전도성인 이종물질, 형광성(luminescent) 물질, 비반사성(anti-reflective) 물질, 또는 광 필터링(light filtering) 물질 등의 기능성 박막층(functional thin film layer)을 형성할 있으며, 상기 기능성 박막층을 형성하기 전과 후에 표면 요철 공정이 도입되는 것이 바람직하다.

더 나아가서, 상기 발광다이오드 소자용 발광구조체와 쇼키다이오드 소자용 박막구조체 간에 전기적으로 접촉하고 있는 투명성 결합용 이종물질층을 이용하여 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자를 제조할 경우, 성장기판 후면(back-side)에 반사성 물질을 형성시키는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자의 크기를 증가시키지 않고, 단일 기판 상부에 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자와 ESD 방지용 쇼키다이오드 소자를 동시에 구현하여 ESD 충격으로 인한 LED 소자의 치명적인 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면, 단일 기판 상에 구현된 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자와 ESD 방지용 쇼키다이오드 소자가 공통 전극을 사용함으로써 전체적으로 두 개의 전극만으로 동작이 이루어지므로, 추가적인 전극 형성으로 인해 외부회로 등과의 전기적으로 연결할 때 발생하는 기술 및 경제적 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도를 참조하여, 본 발명에 따라 제조된 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 지지기판(supporting substrate) 상부에 형성된 쇼키다이오드 소자용 박막구조체 단면도이다.

도 3을 참조하면, 상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체를 형성하기 위한 지지기판(80)은 고체 반도체를 형성할 수 있는 기판 물질이면 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 특히 광학적으로 투명성이 있는 전기절연성인 물질인 사파이어(sapphire), 유리(glass), 질화알루미늄(aluminum nitride), 실리콘카바이드(SiC), 아연산화물(ZnO)을 비롯한 갈륨아세나이드(GaAs), 실리콘(Si), 저매니움(Ge), 실리콘저매니움(SiGe)이 바람직하다.

상기 선택된 지지기판(80) 상부에 형성되는 쇼키다이오드 소자용 박막구조체(100)는 공지된 n형 반도체 또는 p형 반도체 물질계이면 사용에 제한되지 않고, 이와 더불어서 결정질(비정질, 다결정, 단결정) 상태와는 무관하게 이용될 수 있다. 특히, 실리콘(Si), 저매니움(Ge), 카본(C), 실리콘저매니움(SiGe), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘카본질화물(SiCN), 그룹 2-6족 화합물(group 2-6 compounds), 및 그룹 3-5족 화합물(group 3-5 compounds)로 구성된 단층 또는 다층 구조체인 단일 전기전도성을 갖는 것이 바람직하다.

상기 단일 전기전도성이란, 쇼키다이오드 소자용 박막구조체 내의 다수캐리어가 전자(electron)만으로 또는 정공(hole)만으로 전기전도성을 갖게 됨을 의미한다. 단, p-n 접합(p-n junction)은 제외한다.

더 나아가서, 상기 선택된 지지기판(80) 상부에 형성되는 쇼키다이오드 소자용 박막구조체(100)를 형성하기에 앞서, 격자상수 및 열팽창계수 차이로 발생하는 스트레스를 완화시켜 주는 완충층(buffering layer, 미도시)을 비롯한 새로운 층(layer)이 도입되는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명에 따른 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체와 쇼키다이오드 소자용 박막구조체를 반사성 결합용 이종물질층을 이용하여 웨이퍼 결합(wafer bonding) 공정으로 결합시킨 복합구조체의 단면도이다.

일반적으로 널리 공지된 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체인 도 4A를 참조하면, 그룹 3족 질화물계 반도체 물질계의 성장을 위한 사파이어 성장기판(10)과, 상기 사파이어 성장기판(10) 상부에 순차적으로 형성된 n형 도전성의 단결정 반도체 물질로 이루어진 하부 질화물계 클래드층(20)과, 질화물계 활성층(30)과, p형 도전성의 단결정 반도체 물질로 이루어진 상부 질화물계 클래드층(40)을 포함한다. 상기 하부 질화물계 클래드층(20)은 n형 GaN층과 n형 AlGaN층으로 이루어질 수 있으며, 상기 질화물계 활성층(30)은 다중양자우물구조(multi-quantum well)의 언도프(undope)된 InGaN층으로 이루어질 수 있다. 또한, 상부 질화물계 클래드층(40)은 p형 GaN층과 p형 AlGaN층으로 구성될 수 있다. 상술 한 반도체 단결정 반도체층(20, 30, 40)을 성장하기에 앞서 설명한 바와 같이, MOCVD 또는 MBE 단결정 성장법 등의 공정을 이용하여 적층될 수 있다. 이때, 하부 질화물계 클래드층(20)과 사파이어 성장기판(10)과의 격자정합을 향상시키기 위해, 상기 사파이어 성장기판(10)의 상부에 AlN 또는 GaN와 같은 버퍼층(110)을 더 형성하는 것이 바람직하다.

상기 상부 질화물계 클래드층(40)은 표면 개질층(interface modification layer)을 별도로 포함할 있다. 상기 표면 개질층은 슈퍼래티스 구조(spuerlattice structure), n형 도전성의 InGaN, GaN, AlInN, AlN, InN, AlGaN, p형 도전성의 InGaN, AlInN, InN, AlGaN, 또는 질소 극성으로 형성된 표면(nitrogen-polar surface)을 갖는 그룹 3족 질화물계이다. 특히, 상기 슈퍼래티스 구조의 표면 개질층은 그룹 2족, 3족, 또는 4족 원소 성분을 포함하고 있는 질화물(nitride) 또는 탄소질화물(carbon nitride)로 구성된다.

도 4A는 상기 지지기판(80) 상부에 형성된 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 단면도로서, 상기 도 3에서 설명한 것과 동일한 물질계 및 구조를 갖는다.

도 4C는 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체의 최상층인 상부 질화물계 클래드층(40)과 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100) 간(間)에 도입되는 전기전도성인 반사성 결합용 이종물질층(120)이다. 상기 반사성 결합용 이종물질층(120)은 두 물질층(40, 100) 간에 기계적 결합력을 강화시켜 주는 동시에, 상부 질화물계 클래드층(40)과 접촉하는 영역(B)은 비접촉 저항이 낮은 오믹접촉 계면을 형성하는 반면, 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반 도체층(100)과 접촉하는 영역(A)은 비접촉 저항이 높은 쇼키접촉 계면을 형성하는 단층(single layer) 또는 다층(multi-layer)이 바람직하다. 따라서 상기 반사성 결합용 이종물질층(120)은 반사성 전기전도성 물질이면 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 특히 이미 공지된 반사성 금속 박막인 Al, Ag, Rh, Pd, Pt, Au, Ni, Cr, 이들과 관련된 합금, 또는 DBR(distributed Bragg reflector) 및 ODR(omni-directional reflectror) layer)과 같은 구조도 바람직하다.

도 4D는 상기 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체의 최상층부인 상부 질화물계 클래드층(40)과 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100) 간(間)에 기계적인 결합력을 한층 강화시킬 수 있는 반사성 결합용 이종물질층(120)을 도입하여 900℃ 이하의 온도(temperature) 및 정역학 압력(hydrostatic pressure)에 의해서 웨이퍼 결합(wafer bonding)시킨 복합구조체를 보인 단면도이다. 더 나아가서, 상기한 바와 같이 오믹접촉 계면(B) 및 쇼키접촉 계면(A)을 형성하기 위해서 웨이퍼 결합 공정 전(fore-process)에 상부 질화물계 클래드층(40) 또는 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100)을 적절한 온도 및 가스(gas) 분위기에서 어닐링(annealing)과 용액(solution) 또는 플라즈마(plasma)를 비롯한 표면처리(surface treatment)를 행할 수가 있으며, 동시에 웨이퍼 결합 후(post-process)에도 상기한 어닐링 또는 표면처리 공정을 도입할 수도 있다.

일예로, 도 4D에서 도시한 바와 같이, 반사성 결합용 이종물질층은 120a와 120b로 형성된 두층으로, 120a층은 Ag 금속 또는 합금인 반면에, 120b층은 Al 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드(LED) 소자용 발광구조체와 쇼키다이오드(schottky diode) 소자용 발광구조체를 반사성 결합용 이종물질층을 이용하여 웨이퍼 결합(wafer bonding) 공정으로 결합시킨 또 다른 복합구조체의 단면도이다.

일반적으로 널리 공지된 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체인 도 5A를 참조하면, 그룹 3족 질화물계 반도체 물질계의 성장을 위한 사파이어 성장기판(10)과, 상기 사파이어 성장기판(10) 상부에 순차적으로 형성된 n형 도전성의 단결정 반도체 물질로 이루어진 하부 질화물계 클래드층(20)과, 질화물계 활성층(30)과, p형 도전성의 단결정 반도체 물질로 이루어진 상부 질화물계 클래드층(40)을 포함한다. 상기 하부 질화물계 클래드층(20)은 n형 GaN층과 n형 AlGaN층으로 이루어질 수 있으며, 상기 질화물계 활성층(30)은 다중양자우물구조(multi-quantum well)의 언도프(undope)된 InGaN층으로 이루어질 수 있다. 또한, 상부 질화물계 클래드층(40)은 p형 GaN층과 p형 AlGaN층으로 구성될 수 있다. 상술한 반도체 단결정 반도체층(20, 30, 40)을 성장하기에 앞서 설명한 바와 같이, MOCVD 또는 MBE 단결정 성장법 등의 공정을 이용하여 적층될 수 있다. 이 때, 하부 질화물계 클래드층(20)과 사파이어 성장기판(10)과의 격자정합을 향상시키기 위해, 상기 사파이어 성장기판(10)의 상부에 AlN 또는 GaN와 같은 버퍼층(110)을 더 형성하는 것이 바람직하다.

도 5B는 상기 지지기판(80) 상부에 형성된 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 단면도로서, 도 3에서 설명한 것과 동일한 물질계 및 구조를 갖는다.

도 5C는 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체의 최상층인 상부 질화물계 클래드층(40)과 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100) 간(間)에 도입되는 전기전도성인 반사성 결합용 이종물질층(120)이다. 상기 반사성 결합용 이종물질층(120)은 두 물질층(40, 100) 간에 기계적 결합력을 강화시켜 주는 동시에, 상부 질화물계 클래드층(40) 및 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100)과 접촉하는 영역(C, D)은 모두 비접촉 저항이 낮은 오믹접촉 계면을 형성하는 단층(single layer) 또는 다층(multi-layer)이 바람직하다. 따라서 상기 반사성 결합용 이종물질층(120)은 반사성 전기전도성 물질이면 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 특히 이미 공지된 반사성 금속 박막인 Al, Ag, Rh, Pd, Pt, Au, Ni, Cr, 이들과 관련된 합금, 또는 DBR(distributed Bragg reflector) 및 ODR(omni-directional reflectror) layer)과 같은 구조도 바람직하다.

도 5D는 상기 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체의 최상층부인 상부 질화물계 클래드층(40)과 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100) 간(間)에 기계적인 결합력을 한층 강화시킬 수 있는 반사성 결합용 이종물질층(120)을 도입하여 900℃ 이하의 온도(temperature) 및 정역학 압력(hydrostatic pressure)에 의해서 웨이퍼 결합(wafer bonding)시킨 복합구조체를 보인 단면도이다. 더 나아가서, 상기한 바와 같이 두 영역 모두 오믹접촉 계면(C, D)을 형성하기 위해서 웨이퍼 결합 공정 전(fore-process)에 상부 질화물계 클래드층(40) 또는 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100)을 적절한 온도 및 가스(gas) 분위기에서 어닐링(annealing)과 용액(solution) 또는 플라즈마(plasma)를 비롯한 표면처리(surface treatment)를 행할 수가 있으며, 동시에 웨이퍼 결합 후(post-process)에도 상기한 어닐링 또는 표면처리 공정을 도입할 수도 있다.

일예로, 도 5D에서 도시한 바와 같이, 반사성 결합용 이종물질층은 120a와 120b로 형성된 두층인데, 120a층은 Ag 금속 또는 합금인 반면에, 120b층은 Al 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체와 쇼키다이오드 소자용 박막구조체를 투명성 결합용 이종물질층을 이용하여 웨이퍼 결합(wafer bonding) 공정으로 결합시킨 복합구조체의 단면도이다.

일반적으로 널리 공지된 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체인 도 6A를 참조하면, 그룹 3족 질화물계 반도체 물질계의 성장을 위한 사파이어 성장기판(10)과, 상기 사파이어 성장기판(10) 상부에 순차적으로 형성된 n형 도전성의 단결정 반도체 물질로 이루어진 하부 질화물계 클래드층(20)과, 질화 물계 활성층(30)과, p형 도전성의 단결정 반도체 물질로 이루어진 상부 질화물계 클래드층(40)을 포함한다. 상기 하부 질화물계 클래드층(20)은 n형 GaN층과 n형 AlGaN층으로 이루어질 수 있으며, 상기 질화물계 활성층(30)은 다중양자우물구조(multi-quantum well)의 언도프(undope)된 InGaN층으로 이루어질 수 있다. 또한, 상부 질화물계 클래드층(40)은 p형 GaN층과 p형 AlGaN층으로 구성될 수 있다. 상술한 반도체 단결정 반도체층(20, 30, 40)을 성장하기에 앞서 설명한 바와 같이, MOCVD 또는 MBE 단결정 성장법 등의 공정을 이용하여 적층될 수 있다. 이 때, 하부 질화물계 클래드층(20)과 사파이어 성장기판(10)과의 격자정합을 향상시키기 위해, 상기 사파이어 성장기판(10)의 상부에 AlN 또는 GaN와 같은 버퍼층(110)을 더 형성하는 것이 바람직하다.

도 6B는 상기 지지기판(80) 상부에 형성된 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 단면도로서, 도 3에서 설명한 것과 동일한 물질계 및 구조를 갖는다.

도 6C는 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체의 최상 층인 상부 질화물계 클래드층(40)과 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100) 간(間)에 도입되는 전기전도성인 투명성 결합용 이종물질층(130)이다. 상기 투명성 결합용 이종물질층(130)은 두 물질층(40, 100) 간에 기계적 결합력을 강화시켜 주는 동시에, 상부 질화물계 클래드층(40)과 접촉하는 영역(F)은 비접촉 저항이 낮은 오믹접촉 계면을 형성하는 반면, 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100)과 접촉하는 영역(E)은 비접촉 저항이 높은 쇼키접촉 계면을 형성하는 단층(single layer) 또는 다층(multi-layer)이 바람직하다. 상기 투명성 결합용 이종물질층(130)은 광학적으로 투명하고 전기전도성 물질이면 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 특히 널리 공지된 투명성 박막인 NiO, Au, IrO2, Ir, RuO2, Ru, Pt, PtO, Pd, PdO, ITO, ZnO, IZO, ZITO, SnO2, In2O3, TiN와 같은 물질이 바람직하다.

도 6D는 상기 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체의 최상층부인 상부 질화물계 클래드층(40)과 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100) 간(間)에 기계적인 결합력을 한층 강화시킬 수 있는 투명성 결합용 이종물질층(130)을 도입하여 900℃ 이하의 온도(temperature) 및 정역학 압력(hydrostatic pressure)에 의해서 웨이퍼 결합(wafer bonding)된 발광구조체를 보인 단면도이다. 더 나아가서, 상기한 바와 같이 오믹접촉 계면(F) 및 쇼키접촉 계면(E)을 형성하기 위해서 웨이퍼 결합 공정 전(fore-process)에 상부 질화물계 클래드층(40) 또는 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100)을 적절한 온도 및 가스(gas) 분위기에서 어닐링(annealing)과 용액(solution) 또는 플라즈마(plasma)를 비롯한 표면처리(surface treatment)를 행할 수가 있으며, 동시에 웨 이퍼 결합 후(post-process)에도 상기한 어닐링 또는 표면처리 공정을 도입할 수도 있다.

일예로, 도 6D에서 도시한 바와 같이, 투명성 결합용 이종물질층은 130a와 130b로 형성된 두층인데, 130a층은 Au 성분이 분사상 형태로 존재하고 있는 NiO인 반면에, 130b는 ITO로 형성될 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드(LED) 소자용 발광구조체와 쇼키다이오드(schottky diode) 소자용 발광구조체를 투명성 결합용 이종물질층을 이용하여 웨이퍼 결합(wafer bonding) 공정으로 결합시킨 또 다른 복합구조체의 단면도이다.

일반적으로 널리 공지된 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체인 도 7A를 참조하면, 그룹 3족 질화물계 반도체 물질계의 성장을 위한 사파이어 성장기판(10)과, 상기 사파이어 성장기판(10) 상부에 순차적으로 형성된 n형 도전성의 단결정 반도체 물질로 이루어진 하부 질화물계 클래드층(20)과, 질화물계 활성층(30)과, p형 도전성의 단결정 반도체 물질로 이루어진 상부 질화물계 클래드층(40)을 포함한다. 상기 하부 질화물계 클래드층(20)은 n형 GaN층과 n형 AlGaN층으로 이루어질 수 있으며, 상기 질화물계 활성층(30)은 다중양자우물구조(multi-quantum well)의 언도프(undope)된 InGaN층으로 이루어질 수 있다. 또한, 상부 질화물계 클래드층(40)은 p형 GaN층과 p형 AlGaN층으로 구성될 수 있다. 상술한 반도체 단결정 반도체층(20, 30, 40)을 성장하기에 앞서 설명한 바와 같이, MOCVD 또는 MBE 단결정 성장법 등의 공정을 이용하여 적층될 수 있다. 이 때, 하부 질화물계 클래드층(20)과 사파이어 성장기판(10)과의 격자정합을 향상시키기 위해, 상기 사파이어 성장기판(10)의 상부에 AlN 또는 GaN와 같은 버퍼층(110)을 더 형성하는 것이 바람직하다.

도 7B는 상기 지지기판(80) 상부에 형성된 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 단면도로서, 도 3에서 설명한 것과 동일한 물질계 및 구조를 갖는다.

도 7C는 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체의 최상층인 상부 질화물계 클래드층(40)과 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100) 간(間)에 도입되는 전기전도성인 투명성 결합용 이종물질층(130)이다. 상기 투명성 결합용 이종물질층(130)은 두 물질층(40, 100) 간에 기계적 결합력을 강화시켜 주는 동시에, 상부 질화물계 클래드층(40) 및 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100)과 접촉하는 영역(G, H)은 모두 비접촉 저항이 낮은 오믹접촉 계면을 형성하는 단층(single layer) 또는 다층(multi-layer)이 바람직하다. 따라서 상기 투명성 결합용 이종물질층(130)은 투명성 전기전도성 물질이면 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 특히 널리 공지된 투명성 박막인 NiO, Au, IrO2, Ir, RuO2, Ru, Pt, PtO, Pd, PdO, ITO, ZnO, IZO, ZITO, SnO2, In2O3, TiN와 같은 물질이 바람직하다.

도 7D는 상기 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체의 최상층부인 상부 질화물계 클래드층(40)과 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100) 간(間)에 기계적인 결합력을 한층 강화시킬 수 있는 투명성 결합용 이종물질층(130)을 도입하여 900℃ 이하의 온도(temperature) 및 정역학 압력(hydrostatic pressure)에 의해서 웨이퍼 결합(wafer bonding)시킨 복합구조체를 보인 단면도이다. 더 나아가서, 상기한 바와 같이 두 영역 모두 오믹접촉 계면(G, H)을 형성하기 위해서 웨이퍼 결합 공정 전(fore-process)에 상부 질화물계 클래드층(40) 또는 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100)을 적절한 온도 및 가스(gas) 분위기에서 어닐링(annealing)과 용액(solution) 또는 플라즈마(plasma)를 비롯한 표면처리(surface treatment)를 행할 수가 있으며, 동시에 웨이퍼 결합 후(post-process)에도 상기한 어닐링 또는 표면처리 공정을 도입할 수도 있다.

일예로, 도 7D에서 도시한 바와 같이, 투명성 결합용 이종물질층(130)은 130a와 130b로 형성된 두층인데, 130a층은 Au 성분이 분사상 형태로 존재하고 있는 NiO인 반면에, 130b는 ZnO로 형성될 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 웨이퍼 결합된 복합구조체에서 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 지지기판(supporting substrate)을 분리(lift-off)시킨 후에 보인 단면도들이다.

도 8A는 상기 성장기판(10) 상부에 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체와 쇼키다이오드 소자용 박막구조체가 반사성 결합용 이종물질층(120)에 의해서 전기적으로 오믹접촉 계면(B) 및 쇼키접촉 계면(A)을 각각 갖는 복합구조체를 보인 일예이고, 반면에 도 8B는 반사성 결합용 이종물질층(120)에 의해서 전기적으로 모두 오믹접촉 계면(D, C)을 갖는 복합구조체를 보인 일예이다.

또 다른 한편으로, 도 8C는 상기 성장기판(10) 상부에 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체와 쇼키다이오드 소자용 박막구조체가 투명성 결합용 이종물질층(130)에 의해서 전기적으로 오믹접촉 계면(F) 및 쇼키접촉 계면(E)을 각각 갖는 복합구조체를 보인 일예이고, 반면에 도 8D는 투명성 결합용 이종물질층(130)에 의해서 전기적으로 모두 오믹접촉 계면(H, G)을 갖는 복합구조체를 보인 일예이다.

상기 웨이퍼 결합된 복합구조체에서 지지기판(80) 분리(lift-off) 공정은 지지기판(80) 특성에 따라 결정되며, 화학적 습식에칭(CLO), 화학-기계적인 에칭 또는 연마(CMP), 레이저 리프트 오프(LLO) 공정 중 한 가지 이상을 사용하는 것이 바람직하다.

도 9는 본 발명에 따른 웨이퍼 결합된 복합구조체에서 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 지지기판(supporting substrate)을 분리(lift-off)시킨 후 보인 평면도들이다.

도 9A를 참조하면, 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체의 상부 질화물계 클래드층과 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100) 이 반사성 또는 투명성 결합용 이종물질층(120, 130)으로 웨이퍼 전면을 결합시킨다.

도 9B를 참조하면, 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100)이 소정의 치수(dimension)와 모양(shape)으로 식각(etching)된 후에 반사성 또는 투명성 결합용 이종물질층(120, 130) 상부에 결합시킨다.

더 나아가서, 용이한 후속 공정을 위하여, 웨이퍼 결합에 앞서 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체와 쇼키다이오드 소자용 박막구조체를 동시에 일반적인 포토리쏘그래피(photolithography) 공정을 이용하여 식각(etching)을 행한 후에 얼라인(align)된 웨이퍼 결합도 가능하다. 특히, 도 9C에 도시된 바와 같이, 쇼키다이오드 소자용 박막구조체(100)의 식각된 모양의 치수에 비해서, 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체(40)의 식각된 모양의 치수를 더 크게 하는 것이 바람직하다.

도 10은 본 발명에 의해 제조된 제1 실시예로서 보인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자의 단면도이다.

도 10을 참조하면, 우선 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체를 성장시키기 위한 성장기판(10)을 마련하고, 상기 성장기판(10)의 상부에 n형 도전성의 질화물계 반도체 물질계로 구성된 하부 질화물계 클래드층(20)과 질화물계 활성층(30) 및 p형 도전성의 질화물계 반도체 물질계로 구성된 상부 질화물계 클래드층(40)을 순차적으로 형성한다. 상기에서 성장기판(10)으로는 사파이어 기판을 사용할 수 있으며, 상기 하부 질화물계 클래드층(20) 및 상부 질화물계 클 래드층(40)은 앞서 언급한 것과 같이 각각 GaN층과 AlGaN층을 연속적으로 형성하여 이루어질 수 있으며, MOCVD 공정으로 형성될 수 있다. 이어, 반사성 결합용 이종물질층(120)을 이용한 웨이퍼 결합과 지지기판(80) 분리 공정에 의해, 성장기판(10) 상부에 성장된 발광다이오드 소자용 발광구조체와 상기 발광구조체의 상부 질화물계 클래드층(40)과 오믹접촉 계면(B)으로 접촉하고 있는 반사성 결합용 이종물질층(120), 상기 반사성 결합용 이종물질층(120) 상부에서 쇼키접촉 계면(A)으로 접합된 쇼키다이오드 소자용 반도체층(100)이 순차적으로 형성된다. 연이어, 상기 발광다이오드 소자용 발광구조체의 하부 질화물계 클래드층(20)의 일부 영역이 노출되도록 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100), 반사성 결합용 이종물질층(120), 상부 질화물계 클래드층(40), 및 질화물계 활성층(30)의 일부 영역을 제거한다. 상기 대기에 노출된 하부 질화물계 클래드층(20)과 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100)을 금속선막을 이용하여 전기적으로 연결하는 동시에, 전기절연층(140)을 이용하여 발광구조체의 측면과 절연된 n형 접촉 전극 및 전극패드(70)를 형성한다. 상기 금속선막인 n형 접촉 전극 및 전극패드(70)와 하부 질화물계 클래드층(20)간의 계면(160)과 금속선막인 n형 접촉 전극 및 전극패드(70)와 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100) 간의 계면(151)은 모두 오믹접촉으로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상부 질화물계 클래드층(40)과의 직접적으로 오믹접촉 계면(B)으로 접속된 반사성 결합용 이종물질층(120)의 일부 영역을 대기에 노출시켜, 상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100)과 금속선막을 이용하여 p형 전극패드(60)를 형성한다. 상기 p형 전극패드(60)를 형성시킬 때 전기절연층(140)을 이용하여 발광구조체의 측면과 전기적으로 절연되게 한다.

더 나아가서, 상기 발광다이오드 소자용 발광구조체의 하부 질화물계 클래드층(20)의 일부 영역이 노출되도록 다른 발광구조체 제거 공정에 따른 구조물의 형상은 n형 접촉 전극 및 전극패드(70)를 형성하고자 하는 위치, 전극 형상 및 크기에 따라 다양한 형태로 변경될 수 있다.

더 나아가서, 도 10에는 미도시되었지만, 외부 발광 효율을 향상시키고자 상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100) 상부에 투명성 전기절연성 또는 전기전도성인 이종물질, 형광성(luminescent) 물질, 비반사성(anti-reflective) 물질, 또는 광 필터링(light filtering) 물질 등의 기능성 박막층(functional thin film layer)을 형성할 있으며, 상기 기능성 박막층을 형성하기 전과 후에 표면 요철 공정이 도입되는 것이 바람직하다.

도 11은 본 발명에 의해 제조된 제2 실시예로서 보인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자의 단면도이다.

도 11을 참조하면, 우선 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체를 성장시키기 위한 성장기판(10)을 마련하고, 상기 성장기판(10)의 상부에 n형 도전성의 질화물계 반도체 물질계로 구성된 하부 질화물계 클래드층(20)과 질화물계 활성층(30) 및 p형 도전성의 질화물계 반도체 물질계로 구성된 상부 질화물계 클래드층(40)을 순차적으로 형성한다. 상기에서 성장기판(10)으로는 사파이어 기판을 사용할 수 있으며, 상기 하부 질화물계 클래드층(20) 및 상부 질화물계 클래드층(40)은 앞서 언급한 것과 같이 각각 GaN층과 AlGaN층을 연속적으로 형성하여 이루어질 수 있으며, MOCVD 공정으로 형성될 수 있다. 이어, 반사성 결합용 이종물질층(120)을 이용한 웨이퍼 결합과 지지기판(80) 분리 공정에 의해, 성장기판(10) 상부에 성장된 발광다이오드 소자용 발광구조체와 상기 발광구조체의 상부 질화물계 클래드층(40)과 오믹접촉 계면(D)으로 접촉하고 있는 반사성 결합용 이종물질층(120), 상기 반사성 결합용 이종물질층(120) 상부에서 오믹접촉 계면(C)으로 접합된 쇼키다이오드 소자용 반도체층(100)이 순차적으로 형성된다. 연이어, 상기 발광다이오드 소자용 발광구조체의 하부 질화물계 클래드층(20)의 일부 영역이 노출되도록 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100), 반사성 결합용 이종물질층(120), 상부 질화물계 클래드층(40), 및 질화물계 활성층(30)의 일부 영역을 제거한다. 상기 대기에 노출된 하부 질화물계 클래드층(20)과 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100)을 금속선막을 이용하여 전기적으로 연결시키는 동시에, 전기절연층(140)을 이용하여 발광구조체의 측면과 절연된 n형 접촉 전극 및 전극패드(70)를 형성한다. 상기 금속선막인 n형 접촉 전극 및 전극패드(70)와 하부 질화물계 클래드층(20)간의 계면(160)은 오믹접촉으로 하되, 반면에 금속선막인 n형 접촉 전극 및 전극패드(70)와 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100) 간의 계면(152)은 쇼키접촉(schottky contact)으로 형성해야 한다. 또한, 상부 질화물계 클래드층(40)과의 직접적으로 오믹접촉 계면(B)으로 접속된 반사성 결합용 이종물질층(120)의 일부 영역을 대기에 노출시켜, 상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100)과 금속선막을 이용하여 p형 전극패드(60)를 형성한다. 상기 p형 전극패드(60)를 형성시킬 때 전기절연층(140)을 이용하여 발광구조체의 측 면과 전기적으로 절연되게 한다.

더 나아가서, 도 11에는 미도시되었지만, 외부 발광 효율을 향상시키고자 상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100) 상부에 투명성 전기절연성 또는 전기전도성인 이종물질, 형광성(luminescent) 물질, 비반사성(anti-reflective) 물질, 또는 광 필터링(light filtering) 물질 등의 기능성 박막층(functional thin film layer)을 형성할 있으며, 상기 기능성 박막층을 형성하기 전과 후에 표면 요철 공정이 도입되는 것이 바람직하다.

도 12는 본 발명에 의해 제조된 제3 실시예로서 보인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자의 단면도이다.

도 12를 참조하면, 우선 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체를 성장시키기 위한 성장기판(10)을 마련하고, 상기 성장기판(10)의 상부에 n형 도전성의 질화물계 반도체 물질계로 구성된 하부 질화물계 클래드층(20)과 질화물계 활성층(30) 및 p형 도전성의 질화물계 반도체 물질계로 구성된 상부 질화물계 클래드층(40)을 순차적으로 형성한다. 상기에서 성장기판(10)으로는 사파이어 기판을 사용할 수 있으며, 상기 하부 질화물계 클래드층(20) 및 상부 질화물계 클래드층(40)은 앞서 언급한 것과 같이 각각 GaN층과 AlGaN층을 연속적으로 형성하여 이루어질 수 있으며, MOCVD 공정으로 형성될 수 있다. 이어, 투명성 결합용 이종물질층(130)을 이용한 웨이퍼 결합과 지지기판(80) 분리 공정에 의해, 성장기판(10) 상부에 성장된 발광다이오드 소자용 발광구조체와 상기 발광구조체의 상부 질화물계 클래드층(40)과 오믹접촉 계면(F)으로 접촉하고 있는 투명성 결합용 이종물질층(130), 상기 투명성 결합용 이종물질층(130) 상부에서 쇼키접촉 계면(E)으로 접합된 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100)이 순차적으로 형성된다. 연이어, 상기 발광다이오드 소자용 발광구조체의 하부 질화물계 클래드층(20)의 일부 영역이 노출되도록 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100), 투명성 결합용 이종물질층(130), 상부 질화물계 클래드층(40), 및 질화물계 활성층(30)의 일부 영역을 제거한다. 상기 대기에 노출된 하부 질화물계 클래드층(20)과 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100)을 금속선막을 이용하여 전기적으로 연결시키는 동시에, 전기절연층(140)을 이용하여 발광구조체의 측면과 절연된 n형 접촉 전극 및 전극패드(70)를 형성한다. 상기 금속선막인 n형 접촉 전극 및 전극패드(70)와 하부 질화물계 클래드층(20)간의 계면(160)과 금속선막인 n형 접촉 전극 및 전극패드(70)와 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100) 간의 계면(153)은 모두 오믹접촉으로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상부 질화물계 클래드층(40)과의 직접적으로 오믹접촉 계면(F)으로 접속된 투명성 결합용 이종물질층(130)의 일부 영역을 대기에 노출시켜, 상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100)과 금속선막을 이용하여 p형 전극패드(60)를 형성한다. 상기 p형 전극패드(60)를 형성시킬 때 전기절연층(140)을 이용하여 발광구조체의 측면과 전기적으로 절연되게 한 다.

더 나아가서, 도 12에는 미도시되었지만, 외부 발광 효율을 향상시키고자 상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층 상부에 투명성 전기절연성 또는 전기전도성인 이종물질, 형광성(luminescent) 물질, 비반사성(anti-reflective) 물질, 또는 광 필터링(light filtering) 물질 등의 기능성 박막층(functional thin film layer)을 형성할 있으며, 또한 상기 상부 질화물계 클래드층(40), 투명성 결합용 이종물질층(130), 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100), 또는 전기절연층(140)을 비롯한 기능성 박막층 표면에 표면 요철 공정을 도입할 수 있다.

또한, 상기 LED 소자의 질화물계 활성층(30) 내에서 생성된 빛 중에서 성장기판(10) 방향으로 방사되는 빛을 상향인 반대방향으로 전향시키기 위해서 성장기판(10) 후면(back-side)에 반사성 물질(160)을 형성시키는 것이 바람직하다.

도 13은 본 발명에 의해 제조된 제4 실시예로서 보인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자의 단면도이다.

도 13을 참조하면, 우선 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체를 성장시키기 위한 성장기판(10)을 마련하고, 상기 성장기판(10)의 상부에 n형 도전성의 질화물계 반도체 물질계로 구성된 하부 질화물계 클래드층(20)과 질화물계 활성층(30) 및 p형 도전성의 질화물계 반도체 물질계로 구성된 상부 질화물계 클래드층(40)을 순차적으로 형성한다. 상기에서 성장기판(10)으로는 사파이어 기판을 사용할 수 있으며, 상기 하부 질화물계 클래드층(20) 및 상부 질화물계 클래드층(40)은 앞서 언급한 것과 같이 각각 GaN층과 AlGaN층을 연속적으로 형성하여 이루어질 수 있으며, MOCVD 공정으로 형성될 수 있다. 이어, 투명성 결합용 이종물질층(130)을 이용한 웨이퍼 결합과 지지기판(80) 분리 공정에 의해, 성장기판(10) 상부에 성장된 발광다이오드 소자용 발광구조체와 상기 발광구조체의 상부 질화물계 클래드층(40)과 오믹접촉 계면(H)으로 접촉하고 있는 투명성 결합용 이종물질층(130), 상기 투명성 결합용 이종물질층(130) 상부에서 오믹접촉 계면(G)으로 접합된 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100)이 순차적으로 형성된다. 연이어, 상기 발광다이오드 소자용 발광구조체의 하부 질화물계 클래드층(20)의 일부 영역이 노출되도록 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100), 투명성 결합용 이종물질층(130), 상부 질화물계 클래드층(40), 및 질화물계 활성층(30)의 일부 영역을 제거한다. 상기 대기에 노출된 하부 질화물계 클래드층(20)과 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100)을 금속선막을 이용하여 전기적으로 연결시키는 동시에, 전기절연층(140)을 이용하여 발광구조체의 측면과 절연된 n형 접촉 전극 및 전극패드(70)를 형성한다. 상기 금속선막인 n형 접촉 전극 및 전극패드(70)와 하부 질화물계 클래드층(20)간의 계면(160)은 오믹접촉으로 하되, 반면에 금속선막인 n형 접촉 전극 및 전극패드(70)와 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100) 간의 계면(154)은 쇼키접촉(schottky interface)을 형성해야 한다. 또한, 상부 질화물계 클래드층(40)과의 직접적으로 오믹접촉 계면(H)으로 접속된 투명성 결합용 이종물질층(130)의 일부영역을 대기에 노출시켜, 상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100)과 금속선막을 이용하여 p형 전극패드(60)를 형성한다. 상기 p형 전극패드(60)를 형성시킬 때 전기절연층(140)을 이용하여 발광구조체의 측면과 전기적으로 절연되게 한다.

더 나아가서, 도 13에는 미도시되었지만, 외부 발광 효율을 향상시키고자 상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층 상부에 투명성 전기절연성 또는 전기전도성인 이종물질, 형광성(luminescent) 물질, 비반사성(anti-reflective) 물질, 또는 광 필터링(light filtering) 물질 등의 기능성 박막층(functional thin film layer)을 형성할 있으며, 또한 상기 상부 질화물계 클래드층(40), 투명성 결합용 이종물질층(130), 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층(100), 또는 전기절연층(140)을 비롯한 기능성 박막층 표면에 표면 요철 공정을 도입할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1은 종래 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드(LED) 소자의 대표적인 예를 도시한 단면도이고,

도 2는 종래 정전기 방전(electrostatic discharge; ESD) 방지용 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드(LED) 소자의 단면도이고,

도 3은 본 발명에 따른 지지기판(supporting substrate) 상부에 형성된 쇼키다이오드(schottky diode) 소자용 박막구조체 단면도이고,

도 4는 본 발명에 따른 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체와 쇼키다이오드(schottky diode) 소자용 박막구조체를 반사성 결합용 이종물질층을 이용하여 웨이퍼 결합(wafer bonding) 공정으로 결합시킨 복합구조체의 단면도이고,

도 5는 본 발명에 따른 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드(LED) 소자용 발광구조체와 쇼키다이오드(schottky diode) 소자용 박막구조체를 반사성 결합용 이종물질층을 이용하여 웨이퍼 결합(wafer bonding) 공정으로 결합시킨 또 다른 복합구조체의 단면도이고,

도 6은 본 발명에 따른 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드(LED) 소자용 발광구조체와 쇼키다이오드(schottky diode) 소자용 박막구조체를 투명성 결합용 이종물질층을 이용하여 웨이퍼 결합(wafer bonding) 공정으로 결합시킨 복합구조체의 단면도이고,

도 7은 본 발명에 따른 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드(LED) 소자용 발광구조체와 쇼키다이오드(schottky diode) 소자용 박막구조체를 투명성 결합용 이종물질층을 이용하여 웨이퍼 결합(wafer bonding) 공정으로 결합시킨 또 다른 복합구조체의 단면도이고,

도 8은 본 발명에 따른 웨이퍼 결합된 복합구조체에서 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 지지기판(supporting substrate)을 분리(lift-off)시킨 후에 보인 단면도이고,

도 9는 본 발명에 따른 웨이퍼 결합된 복합구조체에서 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 지지기판(supporting substrate)을 분리(lift-off)시킨 후에 보인 평면도이고,

도 10은 본 발명에 의해 제조된 제1 실시예로서 보인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드(LED) 소자의 단면도이고,

도 11은 본 발명에 의해 제조된 제2 실시예로서 보인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드(LED) 소자의 단면도이고,

도 12는 본 발명에 의해 제조된 제3 실시예로서 보인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드(LED) 소자의 단면도이고,

도 13은 본 발명에 의해 제조된 제4 실시예로서 보인 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드(LED) 소자의 단면도이다.

Claims

성장기판;

상기 성장기판 상부에 형성된 하부 질화물계 클래드층, 상기 하부 질화물계 클래드층 상부의 일부 영역에 위치하는 질화물계 클래드층 및 상부 질화물계 클래드층으로 구성된 발광다이오드 소자용 발광구조체;

상기 발광다이오드 소자용 발광구조체와 쇼키다이오드 소자용 박막구조체 사이에서 각각 오믹접촉 계면과 쇼키접촉 계면을 형성하는 반사성 결합용 이종물질층;을 포함하는 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자로;

상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체와 오믹접촉 계면을 형성하는 동시에 상기 하부 질화물계 클래드층과 연결된 n형 접촉 전극 및 전극패드,

상기 반사성 결합용 이종물질층 상부의 일부 영역에 위치하는 p형 전극패드를 포함하는 전기적 특성이 개선된 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자.
제1항에 있어서,

상기 상부 질화물계 클래드층은 슈퍼래티스 구조(superlattice structure), n형 도전성의 InGaN, GaN, AlInN, AlN, InN, AlGaN, p형 도전성의 InGaN, AlInN, InN, AlGaN, 또는 질소 극성으로 형성된 표면(nitrogen-polar surface)을 갖는 그룹 3족 질화물인 표면 개질층(interface modification layer)을 별도로 포함하는 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자.
제2항에 있어서,

상기 슈퍼래티스 구조는 그룹 2족, 3족, 또는 4족 원소 성분을 포함하고 있는 질화물(nitride) 또는 탄소질화물(carbon nitride)로 구성된 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자.
제1항에 있어서,

상기 발광다이오드 소자용 발광구조체의 측면과 n형 접촉 전극 및 전극패드 사이에 전기절연층이 개재되어 전기적으로 단전된 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자.
제1항에 있어서,

상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 측면과 p형 전극패드 사이에 전기절연층이 개재되어 전기적으로 단전된 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자.
제1항에 있어서,

상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체는 p-n 접합(p-n junction) 구조가 아닌, n형 단독 또는 p형 단독 반도체 박막으로 구성된 그룹 3족 질화물계 반도체 수 평구조의 발광다이오드 소자.
제1항에 있어서,

상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체를 구성하는 물질은 결정질(비정질, 다결정, 단결정)과는 무관한 실리콘(Si), 저매니움(Ge), 카본(C), 실리콘저매니움(SiGe), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘카본질화물(SiCN), 그룹 2-6족 화합물(group 2-6 compounds), 또는 그룹 3-5족 화합물(group 3-5 compounds)로 구성된 단층 또는 다층인 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자.
제1항에 있어서,

상기 반사성 결합용 이종물질층은 Al, Ag, Rh, Pd, Pt, Au, Ni, Cr, 이들과 관련된 합금, 또는 DBR(distributed Bragg reflector) 및 ODR(omni-directional reflectror) layer)과 같은 구조로 형성된 룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자.
성장기판;

상기 성장기판 상부에 형성된 하부 질화물계 클래드층, 상기 하부 질화물계 클래드층 상부의 일부 영역에 위치하는 질화물계 클래드층 및 상부 질화물계 클래드층으로 구성된 발광다이오드 소자용 발광구조체;

상기 발광다이오드 소자용 발광구조체와 쇼키다이오드 소자용 박막구조체 사 이에서 각각 오믹접촉 계면과 오믹접촉 계면을 형성하는 반사성 결합용 이종물질층;을 포함하는 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자로;

상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체와 쇼키접촉 계면을 형성하는 동시에 상기 하부 질화물계 클래드층과 연결된 n형 접촉 전극 및 전극패드,

상기 반사성 결합용 이종물질층 상부의 일부 영역에 위치하는 p형 전극패드를 포함하는 전기적 특성이 개선된 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자.
제9항에 있어서,

상기 상부 질화물계 클래드층은 슈퍼래티스 구조(superlattice structure), n형 도전성의 InGaN, GaN, AlInN, AlN, InN, AlGaN, p형 도전성의 InGaN, AlInN, InN, AlGaN, 또는 질소 극성으로 형성된 표면(nitrogen-polar surface)을 갖는 그룹 3족 질화물인 표면 개질층(interface modification layer)을 별도로 포함하는 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자.
제10항에 있어서,

상기 슈퍼래티스 구조는 그룹 2족, 3족, 또는 4족 원소 성분을 포함하고 있는 질화물(nitride) 또는 탄소질화물(carbon nitride)로 구성된 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자.
제9항에 있어서,

상기 발광다이오드 소자용 발광구조체의 측면과 n형 접촉 전극 및 전극패드 사이에 전기절연층이 개재되어 전기적으로 단전된 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자.
제9항에 있어서,

상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 측면과 p형 전극패드 사이에 전기절연층이 개재되어 전기적으로 단전된 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자.
제9항에 있어서,

상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체는 p-n 접합(p-n junction) 구조가 아닌, n형 단독 또는 p형 단독 반도체 박막으로 구성된 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자.
제9항에 있어서,

상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체를 구성하는 물질은 결정질(비정질, 다결정, 단결정)과는 무관한 실리콘(Si), 저매니움(Ge), 카본(C), 실리콘저매니움(SiGe), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘카본질화물(SiCN), 그룹 2-6족 화합물(group 2-6 compounds), 또는 그룹 3-5족 화합물(group 3-5 compounds)로 구성된 단층 또는 다층인 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자.
제9항에 있어서,

상기 반사성 결합용 이종물질층은 Al, Ag, Rh, Pd, Pt, Au, Ni, Cr, 이들과 관련된 합금, 또는 DBR(distributed Bragg reflector) 및 ODR(omni-directional reflectror) layer)과 같은 구조로 형성된 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자.
성장기판;

상기 성장기판 상부에 형성된 하부 질화물계 클래드층, 상기 하부 질화물계 클래드층 상부의 일부 영역에 위치하는 질화물계 클래드층 및 상부 질화물계 클래드층으로 구성된 발광다이오드 소자용 발광구조체;

상기 발광다이오드 소자용 발광구조체와 쇼키다이오드 소자용 박막구조체 사이에서 각각 오믹접촉 계면과 쇼키접촉 계면을 형성하는 투명성 결합용 이종물질층;을 포함하는 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자로;

상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체와 오믹접촉 계면을 형성하는 동시에 상기 하부 질화물계 클래드층과 연결된 n형 접촉 전극 및 전극패드,

상기 투명성 결합용 이종물질층 상부의 일부 영역에 위치하는 p형 전극패드를 포함하는 전기적 특성이 개선된 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자.
제17항에 있어서,

상기 상부 질화물계 클래드층은 슈퍼래티스 구조(superlattice structure), n형 도전성의 InGaN, GaN, AlInN, AlN, InN, AlGaN, p형 도전성의 InGaN, AlInN, InN, AlGaN, 또는 질소 극성으로 형성된 표면(nitrogen-polar surface)을 갖는 그룹 3족 질화물인 표면 개질층(interface modification layer)을 별도로 포함하는 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자.
제18항에 있어서,

상기 슈퍼래티스 구조는 그룹 2족, 3족, 또는 4족 원소 성분을 포함하고 있는 질화물(nitride) 또는 탄소질화물(carbon nitride)로 구성된 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자.
제17항에 있어서,

상기 발광다이오드 소자용 발광구조체의 측면과 n형 접촉 전극 및 전극패드 사이에 전기절연층이 개재되어 전기적으로 단전된 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자.
제17항에 있어서,

상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 측면과 p형 전극패드 사이에 전기절 연층이 개재되어 전기적으로 단전된 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자.
제17항에 있어서,

상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체는 p-n 접합(p-n junction) 구조가 아닌, n형 단독 또는 p형 단독 반도체 박막으로 구성된 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자.
제17항에 있어서,

상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체를 구성하는 물질은 결정질(비정질, 다결정, 단결정)과는 무관한 실리콘(Si), 저매니움(Ge), 카본(C), 실리콘저매니움(SiGe), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘카본질화물(SiCN), 그룹 2-6족 화합물(group 2-6 compounds), 또는 그룹 3-5족 화합물(group 3-5 compounds)로 구성된 단층 또는 다층인 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자.
제17항에 있어서,

상기 투명성 결합용 이종물질층은 NiO, Au, IrO2, Ir, RuO2, Ru, Pt, PtO, Pd, PdO, ITO, ZnO, IZO, ZITO, SnO2, In2O3, TiN로 형성된 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자.
성장기판;

상기 성장기판 상부에 형성된 하부 질화물계 클래드층, 상기 하부 질화물계 클래드층 상부의 일부 영역에 위치하는 질화물계 클래드층 및 상부 질화물계 클래드층으로 구성된 발광다이오드 소자용 발광구조체;

상기 발광다이오드 소자용 발광구조체와 쇼키다이오드 소자용 박막구조체 사이에서 각각 오믹접촉 계면과 오믹접촉 계면을 형성하는 투명성 결합용 이종물질층;을 포함하는 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자로;

상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체와 쇼키접촉 계면을 형성하는 동시에 상기 하부 질화물계 클래드층과 연결된 n형 접촉 전극 및 전극패드,

상기 투명성 결합용 이종물질층 상부의 일부 영역에 위치하는 p형 전극패드를 포함하는 전기적 특성이 개선된 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자.
제25항에 있어서,

상기 상부 질화물계 클래드층은 슈퍼래티스 구조(superlattice structure), n형 도전성의 InGaN, GaN, AlInN, AlN, InN, AlGaN, p형 도전성의 InGaN, AlInN, InN, AlGaN, 또는 질소 극성으로 형성된 표면(nitrogen-polar surface)을 갖는 그룹 3족 질화물인 표면 개질층(interface modification layer)을 별도로 포함하는 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자.
제26항에 있어서,

상기 슈퍼래티스 구조는 그룹 2족, 3족, 또는 4족 원소 성분을 포함하고 있는 질화물(nitride) 또는 탄소질화물(carbon nitride)로 구성된 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자.
제25항에 있어서,

상기 발광다이오드 소자용 발광구조체의 측면과 n형 접촉 전극 및 전극패드 사이에 전기절연층이 개재되어 전기적으로 단전된 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자.
제25항에 있어서,

상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 측면과 p형 전극패드 사이에 전기절연층이 개재되어 전기적으로 단전된 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자.
제25항에 있어서,

상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체는 p-n 접합(p-n junction) 구조가 아닌, n형 단독 또는 p형 단독 반도체 박막으로 구성된 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자.
제25항에 있어서,

상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체를 구성하는 물질은 결정질(비정질, 다결정, 단결정)과는 무관한 실리콘(Si), 저매니움(Ge), 카본(C), 실리콘저매니움(SiGe), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘카본질화물(SiCN), 그룹 2-6족 화합물(group 2-6 compounds), 또는 그룹 3-5족 화합물(group 3-5 compounds)로 구성된 단층 또는 다층인 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자.
제25항에 있어서,

상기 투명성 결합용 이종물질층은 NiO, Au, IrO2, Ir, RuO2, Ru, Pt, PtO, Pd, PdO, ITO, ZnO, IZO, ZITO, SnO2, In2O3, TiN로 형성된 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자.
지지기판(supporting substrate) 상부에 쇼키다이오드 소자용 박막구조체를 형성하는 단계;

성장기판 상부에 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체를 형성하는 단계;

상기 준비된 두 구조체를 전기전도성인 반사성 또는 투명성 결합용 이종물질층을 도입하여 웨이퍼 대 웨이퍼로 결합시킨 복합구조체를 형성하는 단계;

상기 결합된 복합구조체에서 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 지지기판을 분리하는 단계;

상기 지지기판이 분리된 복합구조체에서 발광다이오드 소자용 발광구조체의 일부 영역을 제거시킨 후, 대기에 노출된 n형 전도성의 반도체 물질계인 하부 질화물계 클래드층과 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층 간의 전기적 연결을 위한 금속선막 형태의 n형 접촉 전극 및 전극패드를 형성하는 단계;

상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 일부 영역이 제거된 반사성 또는 투명성 결합용 이종물질층 상층부에 형성되는 금속선막 형태의 p형 전극패드 형성을 형성하는 단계;를 거친 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자 제조 방법.
제33항에 있어서,

상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체를 형성하기 위한 지지기판은 고체 반도체를 형성할 수 있는 기판 물질이면 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 사파이어(sapphire), 유리(glass), 질화알루미늄(aluminum nitride), 갈륨아세나이드(GaAs), 실리콘(Si), 저매니움(Ge), 실리콘저매니움(SiGe), 아연산화물(ZnO)인 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자 제조 방법.
제33항에 있어서,

상기 웨이퍼 대 웨이퍼 결합은 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체와 쇼키다이오드 소자용 박막구조체 간(間)에 기계적인 결합력을 한층 강화시킬 수 있는 반사성 또는 투명성 이종물질층을 도입하여, 900℃ 이하의 온 도(temperature) 및 정역학 압력(hydrostatic pressure)에 의해서 결합하여 복합구조체를 형성하는 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자 제조 방법.
제33항에 있어서,

상기 지지기판 분리는 지지기판 물질에 따라서 선택되는데, 적어도 화학적 습식에칭(CLO), 화학-기계적인 연마(CMP), 또는 레이저 리프트 오프(LLO) 공정 중 한 가지 이상을 사용한 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자 제조 방법.
제33항에 있어서,

상기 발광다이오드 소자용 발광구조체와 쇼키다이오드 소자용 박막구조체는 전면 또는 소정의 모양과 수치로 식각(etching)되어 웨이퍼 결합된 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자 제조 방법.
제33항에 있어서,

상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체 성장 또는 증착은 CVD, MBE, sputtering, pulsed laser deposition, evaporation, ion-beam deposition을 이용한 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자 제조 방법.
제33항에 있어서,

상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층 하부에 반사성 결합용 이종물질층을 개재한 발광다이오드 소자 제조 방법의 경우에, 상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층 상부에 투명성 전기절연성 또는 전기전도성인 이종물질, 형광성(luminescent) 물질, 비반사성(anti-reflective) 물질, 또는 광 필터링(light filtering) 물질 등의 기능성 박막층(functional thin film layer)을 형성하는 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자 제조 방법.
제33항에 있어서,

상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층 하부에 투명성 결합용 이종물질층을 개재한 발광다이오드 소자 제조 방법의 경우에, 상기 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층 상부에 투명성 전기절연성 또는 전기전도성인 이종물질, 형광성(luminescent) 물질, 비반사성(anti-reflective) 물질, 또는 광 필터링(light filtering) 물질 등의 기능성 박막층(functional thin film layer)을 형성하는 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자 제조 방법.
제40항에 있어서,

상기 상부 질화물계 클래드층, 투명성 결합용 이종물질층, 쇼키다이오드 소자용 박막구조체의 반도체층, 또는 기능성 박막층 표면에 표면 요철 공정이 도입되는 그룹 3족 질화물계 반도체 수평구조의 발광다이오드 소자 제조 방법.