KR20090114878A - 반도체 발광소자 - Google Patents
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Abstract
실시 예는 반도체 발광소자에 관한 것이다.
실시 예에 따른 반도체 발광소자는 제 1도전성 반도체층; 상기 제 1도전성 반도체층 아래에 형성된 제 1전극층; 상기 제 1도전성 반도체층 위에 형성된 활성층; 상기 활성층 위에 형성된 제 2도전성 반도체층; 상기 제 1전극층 위에 형성된 제 1전극을 포함한다.
반도체, 발광소자, 전극
Description
실시 예는 반도체 발광소자에 관한 것이다.
Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체(group Ⅲ-Ⅴ nitride semiconductor)는 물리적, 화학적 특성으로 인해 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD) 등의 발광 소자의 핵심 소재로 각광을 받고 있다.
Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체는 통상 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 이루어져 있다. 이러한 질화물 반도체 재료를 이용한 LED 혹은 LD의 광을 얻기 위한 발광 소자에 많이 사용되고 있으며, 핸드폰의 키패드 발광부, 전광판, 조명 장치 등 각종 제품의 광원으로 응용되고 있다.
실시 예는 제 1도전성 반도체층 아래에 제 1전극층을 형성함으로써, 전류 효율을 개선시켜 줄 수 있는 반도체 발광소자를 제공한다.
실시 예는 제 1도전성 반도체층 아래에 제 1전극층을 형성하고, 상기 제 1전 극층의 일부에 제 1전극을 형성해 줌으로써, 제 1전극의 공간을 최소화하고, 활성층의 면적을 증가시켜 줄 수 있는 반도체 발광소자를 제공한다.
실시 예에 따른 반도체 발광소자는 제 1도전성 반도체층; 상기 제 1도전성 반도체층 아래에 형성된 제 1전극층; 상기 제 1도전성 반도체층 위에 형성된 활성층; 상기 활성층 위에 형성된 제 2도전성 반도체층; 상기 제 1전극층 위에 형성된 제 1전극을 포함한다.
실시 예는 활성층에 대향되는 제 1전극층을 통해 전류 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 활성층의 발광 면적을 개선시켜 줄 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 1은 실시 예에 따른 반도체 발광소자의 측 단면도이다.
도 1을 참조하면, 반도체 발광소자(100)는 기판(110), 버퍼층(120), 제 1전극층(130), 제 1도전성 반도체층(140), 활성층(150), 제 2도전성 반도체층(160), 투명전극(170), 제 1전극(181) 및 제 2전극(183)을 포함한다.
상기 기판(110)은 사파이어 기판(Al203), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP 그리고 GaAs, 도전성 재질 등으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 실시 예에서는 사파이어 기판의 예로 설명하기로 한다. 이러한 기판(110) 위에는 요철 구조 등이 형성될 수 있으며, 이에 한정하지는 않는다.
상기 기판(110) 위에는 버퍼층(120)이 형성된다. 상기 버퍼층(120)은 상기 기판(110)과의 격자 상수 차이를 줄여주기 위한 층으로서, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, AlInGaN 등이 선택적으로 이용하여 소정 두께((예 ; 140~1000Å)로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(120) 위에는 언도프드 반도체층(미도시)이 형성될 수 있으며, 상기 언도프드 반도체층(미도시)은 undoped GaN층으로 구현될 수 있다. 또한 상기 기판(110) 위에는 상기 버퍼층(120) 및 언도프드 반도체층이 존재하지 않거나, 적어도 한 층만 존재할 수 있다.
상기 버퍼층(120) 위에는 제 1전극층(130)이 형성된다. 상기 제 1전극층(130)은 상기 버퍼층(120) 위에 소정 두께로 형성되며, 반사 특성 및 투과 특성이 좋고 높은 전도도를 가지는 물질로 형성할 수 있다. 상기 제 1전극층(130)은 활성층(150)에 대향되는 구조로 형성된다.
상기 제 1전극층(130)은 예컨대, 금속물질, 적어도 하나의 금속물질을 포함하는 산화물 계열 또는 질화물 계열을 선택적으로 이용할 수 있다. 여기서, 상기 금속 물질은 일함수가 3eV 이상인 금속 물질로서, 예컨대, Ag, Al, Au, Bi, C, Ca, Cd, Cu, Fe, Hi, Hg, Ir, La, Mo, Nd, Ni, Pb, Pt, Ta, Ti, Th, W, Zn, Zr 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1전극층(130)은 패턴화될 수도 있다. 이러한 패턴 형태는 도 7에 도 시된 바와 같이, 스트라이프 형태의 제 1전극층(130A)을 형성하거나, 도 8에 도시된 바와 같이 가로 및 세로 패턴이 적어도 1회 교차된 형상(예: 다리 형태)의 제 1전극층(130B)으로 형성하거나, 도 9에 도시된 바와 같이 그물(mesh) 형태의 제 1전극층(130C)을 형성할 수도 있다. 상기 제 1전극층(130)의 패턴은 다양하게 변경될 수 있으며, 이에 한정하지는 않는다.
여기서, 상기 제 1전극층(130)의 아래의 베이스층으로서, 상기 기판, 버퍼층, 언도프드 반도체층, n형 반도체층 중에서 선택될 수 있으며, 이에 한정하지는 않는다.
상기 제 1전극층(130) 위에는 제 1도전성 반도체층(140)이 형성된다. 상기 제 1도전성 반도체층(140)은 예컨대, n형 반도체층을 포함할 수 있는 데, 상기 n형 반도체층은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료 예컨대, InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN등에서 선택될 수 있으며, 제 1도전성 도펀트(예: Si, Ge, Sn 등)가 도핑된다.
여기서, 상기 제1전극층(130) 위에 성장되는 반도체층 예컨대, 상기 제1도전성 반도체층(140)의 성장 조건으로서, 분위기 가스의 비율, 성장 온도, Ⅴ족 가스와 Ⅲ족 가스의 비율, 성장 압력에 따라 원하는 형상으로 제조할 수 있다. 예컨대, 상기 제 1도전성 반도체층(140)은 ELOG(epitaxial-lateral-overgrowth) 방법에 의해, 수직 성장 및 수평 성장을 조절하여 형성될 수 있으며, 표면이 평탄하게 되도록 조절할 수도 있다.
상기 제 1도전성 반도체층(140) 위에는 활성층(150)이 형성되며, 상기 활성 층(150)은 단일 또는 다중 양자 우물 구조로 형성될 수 있다. 상기 활성층(150)의 위 및/또는 아래에는 도전성 클래드층(미도시)이 형성될 수도 있으며, 상기 도전성 클래드층은 AlGaN층으로 구현될 수 있다. 상기 활성층(150)의 위 또는/및 아래에는 그 기술적 범위 내에서 다른 도전성 반도체층이 형성될 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 활성층(150) 위에는 제 2도전성 반도체층(160)이 형성되며, 상기 제 2도전성 반도체층(160)은 p형 반도체층으로 구현될 수 있는 데, 상기 p형 반도체층은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 예컨대, InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN등에서 선택될 수 있으며, 제 2도전성 도펀트(예: Mg)가 도핑된다. 상기 제 2도전성 반도체층(160) 표면에는 러프 니스 구조가 형성될 수도 있다.
여기서, 상기 제 1도전성 반도체층(140), 상기 활성층(150), 상기 제 2도전성 반도체층(160)은 발광 구조물로 정의될 수 있다. 여기서, 상기 제 2도전성 반도체층(160)은 p형 반도체층과, p형 반도체층과 그 위에 적층된 n형 반도체층을 포함하는 구조로 형성될 수도 있다. 또한 발광 구조물은 pn 접합 구조, np 접합 구조, npn 접합 구조, pnp 접합 구조 중에서 선택적으로 형성할 수 있다.
상기 제 2도전성 반도체층(160) 위에는 투명전극(170)이 형성되며, 상기 투명 전극(170)은 ITO, ZnO, RuOx, TiOx, IrOx, SnO2 중에서 선택될 수 있다.
상기 제 2도전성 반도체층(160) 위에는 제 2전극(183)이 형성되며, 상기 제 2전극(183)은 상기 제 2도전성 반도체층(160) 및 상기 투명전극(170)에 전기적으로 접촉되며, 소정의 형상으로 패턴화될 수도 있다.
그리고, 메사 에칭된 제 1전극층(130) 위에는 제 1전극(181)이 형성된다. 여기서, 상기 제 1전극(181)은 상기 제 1전극층(130)을 통해 전류가 분산되도록 할 수 있어, 전류 효율이 개선될 수 있다. 여기서, 상기 제 1전극층(130)은 상기 활성층(150)에 평행하게 배치됨으로써, 상기 제1전극(181)을 통해 상기 제 1전극층(130)으로 인가되는 전류는 거의 수직하게 위로 전달될 수 있다.
또한 상기 제 1전극(181)의 크기를 줄일 수 있어, 상기 활성층(150)의 발광 면적을 개선시켜 줄 수 있다.
도 2 내지 도 6은 실시 예에 따른 반도체 발광소자의 제조과정을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 기판(110) 위에 버퍼층(120)을 형성하고, 상기 버퍼층(120) 위에 제 1전극층(130)을 형성하게 된다. 상기 제 1전극층(130)은 질화 박막 형성을 위해 소정의 패턴 형태로 에칭된다. 이러한 상기 제 1전극층(130)의 에칭 과정은 건식 식각 또는/및 습식 식각 방식을 이용하여 처리할 수 있으며, 그 패턴 형태는 도 7과 같은 패턴의 제 1전극층(130A), 도 8과 같은 다리 패턴의 제 1전극층(130B), 도 9와 같은 패턴의 제 1전극층(130C)의 형태로 형성될 수 있다. 상기 제 1전극층(130A,130B,130C)의 패턴 형태를 한정하지는 않는다.
상기 버퍼층(120) 위에 소정 두께로 형성되며, 반사 특성 및 투과 특성이 좋 고 높은 전도도를 가지는 물질로 형성할 수 있다. 예컨대, 상기 제 1전극층(130)은 금속물질, 상기 금속 물질 중에서 적어도 하나을 포함하는 산화물 계열 또는 질화물 계열을 선택적으로 이용할 수 있다. 여기서, 상기 금속 물질은 일함수가 3eV 이상인 금속 물질로서, 예컨대, Ag, Al, Au, Bi, C, Ca, Cd, Cu, Fe, Hi, Hg, Ir, La, Mo, Nd, Ni, Pb, Pt, Ta, Ti, Th, W, Zn, Zr 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 1전극층(130)의 아래에 형성되는 베이스층으로서, 상기 기판, 상기 버퍼층, 언도프드 반도체층, n형 반도체층 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 상기 제 1전극층(130)의 패턴 형성 영역은 상기 베이스층 전 영역을 이용할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 제 1전극층(130) 위에는 제 1도전성 반도체층(140), 활성층(150), 그리고 제 2도전성 반도체층(160)을 형성하게 된다. 상기 제 1도전성 반도체층(140)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있고, 상기 제 2도전성 반도체층(160)은 p형 반도체층 또는 p형 반도체층과 그 위에 n형 반도체층을 적층한 구조를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1전극층(130) 위에 성장되는 반도체층 예컨대, 상기 제1도전성 반도체층(140)의 성장 조건으로서, 분위기 가스의 비율, 성장 온도, Ⅴ족 가스와 Ⅲ족 가스의 비율, 성장 압력에 따라 원하는 형상으로 제조할 수 있다. 예컨대, 상기 제 1도전성 반도체층(140)은 ELOG(epitaxial-lateral-overgrowth) 방법에 의해, 수직 성장 및 수평 성장을 조절하여 형성될 수 있으며, 표면이 평탄하게 되도 록 조절할 수도 있다.
도 4를 참조하면, 상기 제 2도전성 반도체층(140) 위에는 투명 전극(170)이 형성된다. 상기 투명 전극(170)에는 제 2도전성 반도체층(160)이 노출되는 제 1전극 형성 영역이 마련될 수도 있다.
도 5를 참조하면, 상기 제 1전극층(130)의 일부를 노출시켜 준다. 예컨대, 상기 제 2도전성 반도체층(160)의 일부 영역에서 상기 제 1전극층(130)의 일부 영역까지 메사 에칭을 통해 제거하게 된다. 이에 따라 상기 제 1전극층(130)의 일부가 노출된다.
도 6을 참조하면, 상기 제 1전극층(130)에는 제 1전극(181)이 형성되고, 상기 제 2도전성 반도체층(160)에는 제 2전극(183)이 형성된다. 상기 제 2전극(183)은 상기 투명전극(170)과 접촉되며, 소정의 형태로 패턴화될 수도 있다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "directly"와 "indirectly"의 의미를 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
이상에서 본 발명에 대하여 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명의 실시 예를 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 실시 예에 따른 반도체 발광소자를 나타낸 측 단면도.
도 2 내지 도 6은 실시 예에 따른 반도체 발광소자의 제조 과정을 나타낸 도면.
도 7 내지 도 9는 도 1의 제 1전극층의 패턴 형태를 나타낸 도면.
Claims (7)
- 제 1도전성 반도체층;상기 제 1도전성 반도체층 아래에 형성된 제 1전극층;상기 제 1도전성 반도체층 위에 형성된 활성층;상기 활성층 위에 형성된 제 2도전성 반도체층;상기 제 1전극층 위에 형성된 제 1전극을 포함하는 반도체 발광소자.
- 제 1항에 있어서,상기 제 2도전성 반도체층은 p형 반도체층 또는 상기 p형 반도체층과 그 위에 형성된 n형 반도체층을 포함하는 반도체 발광소자.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 제 1전극층 아래에 형성된 기판, 언도프드 반도체층 또는 버퍼층, n형 반도체층 중 적어도 하나를 포함하는 반도체 발광소자.
- 제 1항 또는 제2항에 있어서,상기 제 1전극층은 그물 형상의 패턴, 스트라이프 형상의 패턴, 가로 방향과 세로 방향이 적어도 1회 교차된 형상의 패턴 중에서 적어도 하나를 포함하는 반도체 발광소자.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 제 2도전성 반도체층 위에 형성된 투명전극을 포함하는 반도체 발광소자.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 제 1전극층은 일함수가 3eV 이상인 적어도 하나의 금속 물질, 적어도 하나의 금속 물질을 포함하는 산화물 계열 또는 질화물 계열 중에서 선택되는 반도체 발광소자.
- 제 6항에 있어서,상기 제 1전극층은 Ag, Al, Au, Bi, C, Ca, Cd, Cu, Fe, Hi, Hg, Ir, La, Mo, Nd, Ni, Pb, Pt, Ta, Ti, Th, W, Zn, Zr 중 적어도 하나를 포함하는 반도체 발광소자.
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