KR20160028980A - 수직형 자외선 발광소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자외선 발광소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광소자는, Al을 포함하는 p형 반도체층; 상기 p형 반도체층 상부에 위치하고, Al을 포함하는 활성층; 상기 활성층 상부에 위치하며, Al을 포함하는 n형 반도체층; 상기 n형 반도체층 상부에 위치하고, n형 도핑된 메탈 컨텍층; 및 상기 메탈 컨택층 상부에 형성된 패드를 포함하고, 상기 메탈 컨택층은 상기 n형 반도체층의 Al 함유량보다 낮은 Al 함유량을 가질 수 있다. 본 발명에 의하면, n형 반도체층 상에 메탈 컨택층을 형성함으로써, AlGaN이 포함된 n형 반도체층이 아닌 메탈 컨택층이 컨택층으로 작용하여 수직형 자외선 발광소자의 n형 컨택 특성을 효과적으로 개선시키는 효과가 있다.

Description

수직형 자외선 발광소자 및 그 제조 방법{VERTICAL ULTRAVIOLET LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 수직형 자외선 발광소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자외선광을 방출하고, 컨택 저항 특성을 향상시킬 수 있는 수직형 자외선 발광소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
발광소자는 전자와 정공의 재결합으로 빛을 발생시키는 무기 반도체 소자이다. 이러한 발광소자는 최근 디스플레이 장치, 자동차 램프, 일반 조명이나 광통신 기기 등에 다양하게 사용되고 있다. 그 중 자외선을 발광하는 자외선 발광소자는 UV 경화나 살균 등을 위해 사용되어 의학 분야 또는 장비 부속 등에 이용될 수 있으며, 백색 광원을 만들기 위한 소스로 이용되기도 한다. 이렇듯, 자외선 발광 소자는 다양하게 이용되고 있으며, 이용범위가 더욱 증가하고 있다.
자외선 발광소자는 통상의 발광소자와 마찬가지로 n형 반도체층과 p형 반도체층 사이에 활성층이 위치한다. 이때, 자외선 발광소자가 상대적으로 짧은 피크 파장의 빛(일반적으로 400nm이하의 피크 파장)을 방출한다. 그렇기 때문에 질화물 반도체를 이용하여 자외선 발광소자를 제조할 경우, n형 및 p형 질화물 반도체층의 밴드갭 에너지가 자외선광의 에너지보다 작으면, 활성층에서 방출된 자외선광이 n형 및 p형 질화물 반도체층으로 흡수하는 현상이 발생한다. 그에 따라 자외선 발광소자의 발광 효율이 매우 저하된다.
상기와 같이 자외선 발광소자의 발광 효율이 저하되는 것을 방지하기 위해, 자외선 발광소자의 활성층과 발광된 자외선광이 방출되는 쪽의 질화물 반도체층에 약 20% 이상의 Al을 함량시킨다. GaN의 경우, 밴드갭이 약 3.4eV로 약 280nm 이항의 파장을 흡수하기 때문에, Al 함량이 불가피하다. 일반적으로, 질화물 반도체를 이용하여 340nm 이하의 자외선 발광소자를 제조할 때, 20% 이상의 Al 함량을 갖는 AlGaN이 이용된다.
그런데, 반도체층의 자외선 흡수를 저지하기 위하 Al 함량을 높여 밴드갭을 높이면, 가전자대(valence band)의 에너지 준위가 낮아져 일함수(work function)가 커지기 때문에 컨택(ohmic contact) 저항이 증가하는 부작용이 있다.
특히, 단파장으로 갈수록 Al 함량이 증가할 수 있는데, Al 함량의 증가에 따라 컨택저항이 증가하며, 그로 인해 자외선 발광소자의 광량 저하 및 구동 전압을 증가시켜 효율(wall plug efficiency)을 감소시키는 요인으로 작용할 수 있는 문제가 있다.
또한, 수직형 발광소자를 제작하는 경우, 사파이어 기판을 제거하여 n형 반도체를 노출한 뒤 n 전극을 컨택하면 반도체의 결정구조 특성상 Ga면(Ga face)이 아닌 N면(N face)에 컨택된다. 그에 따라 터널링 효과가 감소하여 컨택저항이 보다 증가한다. 가시광 발광소자의 경우에는 상기와 같은 문제가 크지 않으나 Al 함량이 높아지면 컨택 저항이 매우 높아지기 때문에 효율이 현격히 감소하는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 자외선 발광소자의 제조 시. Al 함량이 증가함에 따라 컨택층에서 일어날 수 있는 광량 저하 및 전기적 특성을 저해하는 요인을 개선하기 위한 자외선 발광소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광소자는, Al을 포함하는 p형 반도체층; 상기 p형 반도체층 상부에 위치하고, Al을 포함하는 활성층; 상기 활성층 상부에 위치하며, Al을 포함하는 n형 반도체층; 상기 n형 반도체층 상부에 위치하고, n형 도핑된 메탈 컨텍층; 및 상기 메탈 컨택층 상부에 형성된 패드를 포함하고, 상기 메탈 컨택층은 상기 n형 반도체층의 Al 함유량보다 낮은 Al 함유량을 가질 수 있다.
이때, 상기 메탈 컨택층의 Al 함유량은 상기 n형 반도체층 측에서 상기 패드 측으로 갈수록 작아질 수 있으며, 상기 메탈 컨택층은 상기 패드와 접하는 부분의 Al 함량이 0%일 수 있고, 상기 메탈 컨택층 내에서 Al 함량이 가장 높은 영역은 상기 n형 반도체층보다 Al 함량이 낮거나 같을 수 있다.
그리고 상기 메탈 컨택층 일면의 표면은 거칠기가 형성될 수 있고, 상기 패드는 상기 거칠기가 형성된 면에 형성될 수 있다.
또한, 상기 메탈 컨택층은 상기 n형 반도체층 상부 영역 중 일부에 형성될 수 있으며, 상기 메탈 컨택층과 n형 반도체층 사이에 개재된 반사층을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 반사층은 굴절률이 서로 다른 층이 교번 적층된 초격자층을 포함할 수 있고, 이웃한 층보다 굴절률이 낮은 단일층으로 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광소자 제조 방법은, 기판 상에 n형 도핑된 메탈 컨택층을 형성하는 단계; 상기 메탈 컨택층 상에 Al을 포함하는 n형 반도체층을 형성하는 단계; 상기 n형 반도체층 상에 Al을 포함하는 활성층을 형성하는 단계; 상기 활성층 상에 Al을 포함하는 p형 반도체층을 형성하는 단계; 상기 기판을 상기 메탈 컨택층에서 분리하는 단계; 및 상기 기판이 분리된 상기 메탈 컨택층의 면상에 패드를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 기판이 분리된 메탈 컨택층의 표면을 습식 식각하여 거칠기를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 패드는 거칠기가 형성된 표면에 형성할 수 있다.
또한, 상기 패드가 형성된 상기 메탈 컨택층의 면을 습식 식각하여 거칠기를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 기판이 분리된 상기 메탈 컨택층 일면의 일부 영역을 습식 식각하여 거칠기를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 패드는 상기 거칠기가 형성되지 않은 다른 영역에 형성할 수 있다.
이때, 상기 메탈 컨택층과 n형 반도체층 사이에 반사층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 반사층은 굴절률이 서로 다른 층을 교번 적층하여 DBR(distributed bragg reflector) 구조로 형성되거나, 이웃한 층보다 굴절률이 낮은 단일층으로 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, n형 반도체층 상에 메탈 컨택층을 형성함으로써, AlGaN이 포함된 n형 반도체층이 아닌 메탈 컨택층이 컨택층으로 작용하여 수직형 자외선 발광소자의 n형 컨택 특성을 효과적으로 개선시키는 효과가 있다.
또한, 메탈 컨택층을 건식 또는 습식 식각함으로써, 메탈 컨택층에서 발생할 수 있는 광 흡수를 미연에 방지하여 수직형 자외선 발광소자의 광추출 효율을 극대화할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자외선 발광소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자외선 발광소자를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자외선 발광소자를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 자외선 발광소자를 도시한 단면도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자외선 발광소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자외선 발광소자를 도시한 단면도이다. 이하 설명되는 질화물 반도체층들은 다양한 방법으로 형성될 수 있고, 일례로, MOCVD(metal organic chemical vapor deposition), MBE(molecular beam epitaxy) 또는 HVPE(hydride vapor phase epitaxy) 등의 기술을 이용할 수 있다.
도 1을 참조하면, 기판(110) 상에 버퍼층(120)을 형성할 수 있다. 기판(110)은 질화물 반도체층을 성장시키기 위한 기판(110)이며, 사파이어 기판, 실리콘 카바이드 기판, 스피넬 기판, GaN 기판, AlN 기판 등일 수 있다. 본 발명의 제1 실시예에서 이용하는 기판(110)은 사파이어 기판, AlN 기판일 수 있다.
버퍼층(120)은 기판(110) 상에 약 500nm 두께로 성장될 수 있다. 버퍼층(120)은 (Al, Ga, In)N이 포함된 질화물층일 수 있으며, 특히, AlN은 밴드갭이 커서 레이저를 거의 흡수하지 않으므로 레이저 리프트 오프를 위해 GaN을 포함할 수 있다. 이후, 버퍼층(120)은 후속공정에서 질화물층들을 성장시키기 위한 핵층 역할을 할 수 있고, 기판(110)과 버퍼층(120) 상에 성장되는 질화물층등 간의 격자 부정합을 완화하는 역할을 할 수도 있다. 그리고 필요에 따라, 일례로, 기판(110)이 GaN 기판이거나 AlN 기판과 같은 질화물 기판인 경우에는 버퍼층(120)이 생략될 수 있다.
그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 버퍼층(120) 상에 메탈 컨택층(130)이 형성될 수 있다. 메탈 컨택층(130)은 50nm 내지 2㎛의 두께로 형성될 수 있으며, N형 도핑될 수 있다. 또한, 본 발명의 제1 실시예에서 메탈 컨택층(130)은 Al이 함유된 상태로 제조될 수 있다. 이렇게 메탈 컨택층(130)에 Al이 함유됨으로써, 기판(110)과 AlGaN이 포함된 반도체층 간에 발생할 수 있는 결함이나 자외선광이 흡수되는 것을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에서 메탈 컨택층(130)에 Al 함유될 때, 메탈 컨택층(130) 전체에 Al이 균일하게 함유되지 않고, 도 2에 도시된 도면에서 상부로 갈수록 Al 함유량이 증가하도록 형성될 수 있다. 즉, 메탈 컨택층(130)은 Al 함유량의 상부로 갈수록 증가하는 다수의 층으로 형성될 수 있고, 한 층에 Al 함유량이 상부로 갈수록 점차 증가하도록 단계적으로 변하도록 형성될 수도 있다.
메탈 컨택층(130)의 Al 함유량이 점차적으로 증가하여 Al 함량이 최대인 영역은 n형 반도체층과 접하고, Al 함량이 최소인 영역은 패드(150)와 접할 수 있다. 또한, 패드(150)와 접한 영역의 Al 함량은 0%가 되어 GaN 또는 InGaN일 수 있으며, n형 반도체층(141)과 접한 영역의 Al 함량은 n형 반도체층(141)의 Al 함량보다 낮거나 같을 수 있다.
도 3을 참조하면, 메탈 컨택층(130) 상부에 n형 반도체층(141)을 형성할 수 있다. n형 반도체층(141)은 MOVCD 등의 기술을 이용하여 약 600nm 내지 3㎛ 두께로 성장될 수 있다. n형 반도체층(141)은 AlGaN을 포함할 수 있으며, Si와 같은 n형 불순물을 포함할 수 있다.
또한, n형 반도체층(141)은 조성비가 다른 중간 삽입층들을 포함할 수 있다. 이를 통해 전위 밀도가 감소하여 결정질이 향상된다.
그리고 n형 반도체층(141) 상부에 초격자층(143)을 형성한다. 초격자층(143)은 AlGaN의 Al 농도가 서로 다른 층이 교번 적층된 다중층을 포함할 수 있으며, AlN이 더 포함할 수 있다. 또한, AlN층 및 AlGaN층이 반복 적층 구조로 형성될 수도 있다.
상기와 같이, 형성된 초격자층(143) 상부에 활성층(145) 및 p형 반도체층(147)을 차례로 형성하여 에피층(140)이 형성된다. 활성층(145)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출한다. 그리고 단일 양자우물구조 또는 양자장벽층과 양자우물층이 교대로 적층된 다중양자우물 구조를 가질 수 있다. 그리고 양자장벽층들 중 n형 반도체응에 가까운 양자장벽층은 다른 양자장벽층들에 비해 Al 함량이 더 높을 수 있다. 이렇게 n형 반도체층(141)에 가장 가까운 양자장벽층을 다른 양자장벽층들보다 더 넓은 밴드갭을 갖도록 형성하여 전자의 이동속도를 감소시켜 전자의 오버플로우를 효과적으로 방지할 수 있다.
p형 반도체층(147)은 MOCVD와 같은 기술을 통해 형성되고, 50nm 내지 300nm의 두께로 성장될 수 있다. p형 반도체층(147)은 AlGaN을 포함할 수 있으며, Al의 조성비는 활성층(145)내 우물층의 밴드갭 에너지 이상의 밴드갭 에너지를 갖도록 결정될 수 있다.
도 4는 상기와 같이 성장된 상태에서 기판(110)이 제거된 후의 반도체층을 도시한 것이며, 도 3에서 도시된 것에서 상하가 반대로 도시된다.
기판(110)을 분리한 다음, 버퍼층(120)을 건식 식각 또는 습식 식각을 통해 제거한다. 도 4에서와 같이, 메탈 컨택층(130)이 식각되지 않고 남아 있을 수 있다. 또는 메탈 컨택층(130)을 습식 식각하여 메탈 컨택층(130)이 결정면을 따라 육각뿔 형상으로 형성된 거친 표면으로 형성될 수 있다. 이렇게 식각되지 않고 남은 메탈 컨택층(130)의 표면이나 PEC 식각에 의해 거친 표면으로 형성된 메탈 컨택층(130) 상부에 패드(150)를 증착한다. 그러므로 패드(150)는 메탈 컨택층(130)과 접촉된다.
또한, 패드(150)와 메탈 컨텍층(130) 사이에 컨택 메탈(미도시)이 형성될 수 있다. 컨택 메탈은 An, Ni, ITO, Al, W, Ti, Cr 중 어느 하나 또는 복수의 물질을 다중 적층한 것을 포하할 수 있다.
여기서, 메탈 컨택층(130)은 GaN 또는 n-GaN으로 형성될 수 있지만, n형 반도체층(141)으로 갈수록 Al의 함유량이 점차 증가하도록 형성되며, 전술한 바와 같이, 지속적이거나 단계적, 또는 초격자층으로 형성될 수 있다. 또한, 메탈 컨택층(130)에 함유된 Al의 함유량은 n형 반도체층(141)보다 함유량이 적게 형성되며, n형 반도체층(141)에서 패드(150) 방향으로 Al의 함유량은 감소하도록 형성될 수 있다. 이때, 메탈 컨택층(130)의 Al 함유량은 단계적으로 변하도록 형성될 수 있다.
그러므로 메탈 컨택층(130)과 패드(150)의 접촉은 메탈 컨택층(130)의 최상부 즉, Al이 n형 반도체층(141) 측에서 점차 줄어들어 Al이 함유되지 않은 GaN 또는 n-GaN으로 형성된 메탈 컨택층(130)과 패드(150)가 접촉된다.
패드(150)는 메탈 컨택층(130)의 일부 또는 전체와 접하도록 형성될 수 있다. 상기와 같이, 메탈 컨택층(130)이 패드(150)와 접하는 영역의 Al 함유량이 낮음으로써, N형 컨택 특성을 효과적으로 개선할 수 있다. 또한, Al 함량이 높은 n형 반도체층(141) 방향으로 메탈 컨택층(130)의 격자 상수가 서서히 감소함에 따라 기판(110)과 n형 반도체층(141) 사이에 발생하는 스트레스를 효과적으로 완화할 수 있다.
됨에 따라 Al이 함유됨으로써 발생하는 전기적 특성을 효과적으로 개선할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자외선 발광소자를 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 자외선 발광소자는 제1 실시예에서와 같이, 기판(110)을 분리한 다음, 버퍼층(120)을 건식 식각 또는 습식 식각을 통해 제거한 후, 메탈 컨택층(130) 상부에 패드(150)를 증착시킨다. 이렇게 메탈 컨택층(130) 상부에 패드(150)가 증착된 상태에서 패드(150)가 형성되지 않은 부분의 메탈 컨택층(130)을 습식 식각한다.
상기와 같이, 메탈 컨택층(130) 중 패드(150)가 형성되지 않은 영역을 습식 식각을 통해 제거하여 메탈 컨택층(130)에서 자외선광이 흡수되는 것을 최소화할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 자외선 발광소자를 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 자외선 발광 소자는 메탈 컨택층(130)과 n형 반도체층(141) 사이에 반사층(160)이 형성될 수 있고, 반사층(160)은 AlN 또는 AlGaN을 포함할 수 있다. 이 상태에서 기판(110)을 분리한 다음, 버퍼층(120)을 건식 식각 또는 습식 식각을 통해 제거하고, 패드(150)가 형성되지 않을 영역의 메탈 컨택층(130)을 식각한다. 이때, 메탈 컨택층(130)을 식각되면서 반사층(160)과 같이 식각될 수 있다. 메탈 컨택층(130)과 반사층(160)을 식각한 후, 메탈 컨택층(130) 상부에 컨택 메탈(미도시)을 증착하고 패드(150)를 증착한다.
상기와 같이, 메탈 컨택층(130)과 반사층(160)이 식각되더라도 패드(150)의 하부의 메탈 컨택층(130)과 반사층(160)은 남는다. 그러므로 활성층(145)에서 발생된 자외선광이 반사층(160)으로 인해 메탈 컨택층(130)으로 흡수되지 않고, 반사되어 본 발명의 자외선 발광소자의 광효율을 증가시킬 수 있다.
이때, 반사층(160)은 AlN 단일층으로 형성될 수 있다. AlN층은 n형 반도체층(141)의 n-AlGaN보다 굴절율이 작기 때문에, 활성층(145)에서 발생한 자외선 광 중 전반사 조건을 만족하는 자외선광의 반사가 이루어질 수 있다. 이를 위해 AlN층의 두께는 1nm ~ 200nm로 형성될 수 있으며, 자외선광의 반파장 이상의 두께로 형성될 수도 있다. 즉, 단일 AlN층은 활성층(145)에서 발생된 자외선광을 반사할 수 있을 정도의 두께로 형성될 수 있다.
또한, 반사층(160)은 굴절률이 서로 다른 반도체층을 교번하여 적층될 수 있다. 각 층의 두께는 1nm 내지 200nm로 형성될 수 있으며, 자외선광의 반파장의 정수배로 형성될 수 있다. 이렇게 형성된 초격자층은 DBR(distributed bragg reflector)를 형성하여 반사율을 현격히 향상시킬 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이므로, 본 발명이 상기 실시예에만 국한되는 것으로 이해돼서는 안 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어야 할 것이다.
110: 기판 120: 버퍼층
130: 메탈 컨택층 140: 에피층
141: n형 반도체층 143: 초격자층
145: 활성층 147: p형 반도체층
150: 패드 160: 반사층

Claims (16)

  1. Al을 포함하는 p형 반도체층;
    상기 p형 반도체층 상부에 위치하고, Al을 포함하는 활성층;
    상기 활성층 상부에 위치하며, Al을 포함하는 n형 반도체층;
    상기 n형 반도체층 상부에 위치하고, n형 도핑된 메탈 컨텍층; 및
    상기 메탈 컨택층 상부에 형성된 패드를 포함하고,
    상기 메탈 컨택층은 상기 n형 반도체층의 Al 함유량보다 낮은 Al 함유량을 가지는 수직형 자외선 발광소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 메탈 컨택층의 Al 함유량은 상기 n형 반도체층 측에서 상기 패드 측으로 갈수록 작아지는 수직형 자외선 발광소자.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 메탈 컨택층은 상기 패드와 접하는 부분의 Al 함량이 0%인 수직형 자외선 발광소자.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 메탈 컨택층 내에서 Al 함량이 가장 높은 영역은 상기 n형 반도체층보다 Al 함량이 낮거나 같은 수직형 자외선 발광소자.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 메탈 컨택층 일면의 표면은 거칠기가 형성되고,
    상기 패드는 상기 거칠기가 형성된 면에 형성된 수직형 자외선 발광소자.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 메탈 컨택층은 상기 n형 반도체층 상부 영역 중 일부에 형성된 수직형 자외선 발광소자.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 메탈 컨택층과 n형 반도체층 사이에 개재된 반사층을 더 포함하는 수직형 자외선 발광소자.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 반사층은 굴절률이 서로 다른 층이 교번 적층된 초격자층을 포함하는 수직형 자외선 발광소자.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 반사층은 이웃한 층보다 굴절률이 낮은 단일층으로 형성된 수직형 자외선 발광소자.
  10. 기판 상에 n형 도핑된 메탈 컨택층을 형성하는 단계;
    상기 메탈 컨택층 상에 Al을 포함하는 n형 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 n형 반도체층 상에 Al을 포함하는 활성층을 형성하는 단계;
    상기 활성층 상에 Al을 포함하는 p형 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 기판을 상기 메탈 컨택층에서 분리하는 단계; 및
    상기 기판이 분리된 상기 메탈 컨택층의 면상에 패드를 형성하는 단계를 포함하는 수직형 자외선 발광소자 제조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 기판이 분리된 메탈 컨택층의 표면을 습식 식각하여 거칠기를 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 패드는 거칠기가 형성된 표면에 형성하는 수직형 자외선 발광소자 제조 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 패드가 형성된 상기 메탈 컨택층의 면을 습식 식각하여 거칠기를 형성하는 단계를 더 포함하는 수직형 자외선 발광소자 제조 방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 기판이 분리된 상기 메탈 컨택층 일면의 일부 영역을 습식 식각하여 거칠기를 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 패드는 상기 거칠기가 형성되지 않은 다른 영역에 형성되는 수직형 자외선 발광소자 제조 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 메탈 컨택층과 n형 반도체층 사이에 반사층을 형성하는 단계를 더 포함하는 수직형 자외선 발광소자 제조 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 반사층은 굴절률이 서로 다른 층을 교번 적층하여 DBR(distributed bragg reflector) 구조로 형성된 수직형 자외선 발광소자 제조 방법.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 반사층은 이웃한 층보다 굴절률이 낮은 단일층으로 형성되는 수직형 자외선 발광소자 제조 방법.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170108321A (ko) * 2016-03-17 2017-09-27 주식회사 루멘스 발광 다이오드
JP6730082B2 (ja) * 2016-05-02 2020-07-29 日機装株式会社 深紫外発光素子の製造方法
JP2019169680A (ja) * 2018-03-26 2019-10-03 豊田合成株式会社 発光素子およびその製造方法
JP7360822B2 (ja) * 2019-06-13 2023-10-13 ローム株式会社 半導体発光装置
CN112750925B (zh) * 2020-12-31 2022-04-08 广东省科学院半导体研究所 深紫外led器件结构及其制备方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060006375A1 (en) * 2003-04-14 2006-01-12 Chen Ou Light Mixing LED
JP4120600B2 (ja) * 2004-02-26 2008-07-16 信越半導体株式会社 発光素子の製造方法
JP2006245162A (ja) * 2005-03-02 2006-09-14 Osaka Gas Co Ltd 窒化物半導体発光素子
KR20080035865A (ko) * 2006-10-20 2008-04-24 삼성전자주식회사 반도체 발광 소자
US7759146B2 (en) * 2007-05-04 2010-07-20 SemiLEDs Optoelectronics Co., Ltd. Method of making high efficiency UV VLED on metal substrate
JP2011035017A (ja) * 2009-07-30 2011-02-17 Hitachi Cable Ltd 発光素子
US9224913B2 (en) * 2012-03-29 2015-12-29 Seoul Viosys Co., Ltd. Near UV light emitting device
US9070830B2 (en) * 2012-05-23 2015-06-30 High Power Opto. Inc. Electrode contact structure of light-emitting diode with improved roughness
KR102005236B1 (ko) * 2012-07-05 2019-07-31 삼성전자주식회사 반사 전극 형성을 위한 콘택층을 포함하는 반도체 발광 소자
JP5521068B1 (ja) * 2013-01-30 2014-06-11 Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子

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