WO2009131401A2 - 발광 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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WO2009131401A2
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송준오
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    • H01L33/22—Roughened surfaces, e.g. at the interface between epitaxial layers

Definitions

  • the present invention relates to a light emitting device and a method of manufacturing the same.
  • the light emitting diode is attracting attention in the next generation lighting field because it has a high efficiency of converting electrical energy into light energy and a lifespan of more than 5 years on average, which can greatly reduce energy consumption and maintenance cost.
  • the light emitting diode is formed of a light emitting semiconductor layer including a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a second conductive semiconductor layer, and is applied through the first conductive semiconductor layer and the second conductive semiconductor layer. The light is generated in the active layer according to the current.
  • the second conductive semiconductor layer has a relatively high sheet resistance due to low carrier concentration and mobility, indium tin oxide (ITO) or zinc oxide (ZnO) As such, a current spreading layer for forming an ohmic contact interface with the second conductive semiconductor layer is required.
  • ITO indium tin oxide
  • ZnO zinc oxide
  • the light emitting diode needs to improve light extraction efficiency so that light generated in the active layer is emitted to the outside as much as possible. Therefore, in order to improve the light extraction efficiency of the light emitting diode, a method of forming a light extraction structure having a concave-convex structure on the second conductive semiconductor layer has been studied. In the process of forming, there is a problem that adversely affect the electrical characteristics of the light emitting diode.
  • the embodiment provides a light emitting device having a new structure and a method of manufacturing the same.
  • the embodiment provides a light emitting device having improved electrical characteristics and a method of manufacturing the same.
  • the embodiment provides a light emitting device having improved light efficiency and a method of manufacturing the same.
  • the light emitting device includes a support substrate; A planarization layer on the support substrate; A wafer bonding layer on the planarization layer; A current spreading layer on the wafer bonding layer; A second conductive semiconductor layer on the current spreading layer; An active layer on the second conductive semiconductor layer; A first conductive semiconductor layer on the active layer; A first electrode layer on the first conductive semiconductor layer; And a second electrode layer on the current spreading layer.
  • the light emitting device includes a support substrate; A metal thick film layer on the support substrate; A wafer bonding layer on the metal thick film layer; A current spreading layer on the wafer bonding layer; A second conductive semiconductor layer on the current spreading layer; An active layer on the second conductive semiconductor layer; A first conductive semiconductor layer on the active layer; A first electrode layer on the first conductive semiconductor layer; And a second electrode layer on the current spreading layer.
  • the embodiment can provide a light emitting device having a new structure and a method of manufacturing the same.
  • the embodiment can provide a light emitting device having improved electrical characteristics and a method of manufacturing the same.
  • the embodiment can provide a light emitting device having improved light efficiency and a method of manufacturing the same.
  • FIG. 1 is a view for explaining a light emitting element according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a view for explaining a light emitting element according to the second embodiment
  • FIG. 3 is a view for explaining a light emitting element according to the third embodiment
  • FIG. 4 is a view for explaining a light emitting element according to the fourth embodiment.
  • 5 to 11 illustrate a method of manufacturing a light emitting device according to the first embodiment.
  • FIG. 12 is a view for explaining a light emitting element according to the fifth embodiment.
  • Fig. 13 is a diagram explaining a light emitting element according to the sixth embodiment.
  • FIG. 14 is a view for explaining a light emitting element according to the seventh embodiment.
  • 15 is a view for explaining a light emitting element according to the eighth embodiment.
  • 16 to 21 illustrate a method of manufacturing a light emitting device according to the fifth embodiment.
  • each layer (film), region, pattern or structure is “on / on” or “bottom / on” of the substrate, each layer (film), region, pad or patterns
  • “on” and “under” are “directly” or “indirectly” formed through another layer. It includes everything that is done.
  • the criteria for the top or bottom of each layer will be described with reference to the drawings.
  • each layer is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity of description.
  • the size of each component does not necessarily reflect the actual size.
  • FIG. 1 is a view for explaining a light emitting device according to the first embodiment.
  • a support substrate 101 is formed on a reflective layer 303, and a planarization layer 102 is formed on the support substrate 101.
  • a first wafer bonding layer 103 and a second wafer bonding layer 207 are formed on the planarization layer 102, and a current spreading layer 206 is formed on the second wafer bonding layer 207. do.
  • the light emitting semiconductor layer including the second conductive semiconductor layer 205, the active layer 204, and the first conductive semiconductor layer 203 is formed on the current spreading layer 206.
  • a first electrode layer 301 is formed on the first conductive semiconductor layer 203, and the current spreading layer 206 and the light emitting semiconductor layer are selectively etched to form part of the current spreading layer 206.
  • the second electrode layer 302 is formed on the current spreading layer 206 by being exposed upward.
  • the reflective layer 303 is formed on the back surface of the support substrate 101 to increase the light extraction efficiency by reflecting the light emitted from the active layer 204 in the upward direction.
  • the reflective layer 303 may be selected as a material having a reflectivity of 70% or more for light having a wavelength of 600 nm, and includes at least one of Al, Ag, Rh, Cr, Ni, or Au. Can be formed.
  • the support substrate 101 has an uneven structure formed on an upper surface thereof.
  • the uneven structure may be formed through a wet etching process or a dry etching process.
  • the support substrate 101 may be formed of aluminum nitride (AlN), gallium nitride (GaN), monocrystalline sapphire, polycrystalline sapphire. (polycrystalline sapphire), or silicon carbide (SiC) may be formed of either.
  • AlN aluminum nitride
  • GaN gallium nitride
  • monocrystalline sapphire polycrystalline sapphire.
  • polycrystalline sapphire polycrystalline sapphire
  • SiC silicon carbide
  • the planarization layer 102 is formed on the upper surface of the support substrate 101, and grows a transparent material using MOCVD, HVPE, MBE equipment, or uses a sputter, evaporator, PLD, spin-coater equipment. It can be formed by depositing a transparent material (deposition).
  • the planarization layer 102 may be formed of any one of GaN, AlGaN, ZnO, SiO 2 , SiN x , SOG, or Al 2 O 3 .
  • the lower surface of the planarization layer 102 is formed in a concave-convex shape corresponding to the concave-convex structure of the support substrate 101, and the upper surface of the planarization layer 102 is formed flat.
  • the first wafer bonding layer 103 and the second wafer bonding layer 207 provide a stable mechanical bonding force between the planarization layer 102 and the current spreading layer 206.
  • the first wafer bonding layer 103 and the second wafer bonding layer 207 may be formed of a transparent material to improve light efficiency, and may be SiO 2 , SiN x , Al 2 O 3 , ZnO. , ZnS, MgF 2 , or spin on glass (SOG).
  • the current spreading layer 206 may be formed of a transparent material, and form an ohmic contact interface with the second conductive semiconductor layer 205.
  • the current spreading layer 206 may be formed of any one of oxidized nickel gold (Ni-Au-O), indium tin oxide (ITO), or zinc oxide (ZnO), and has a wavelength of 600 nm or less. It may be formed of a material having a transmittance of 70% or more with respect to the excited light.
  • the current spreading layer 206 may be formed by physical vapor deposition (PVD) or chemical vapor deposition (CVD).
  • the current spreading layer 206 may effectively inject a current into the active layer 204, thereby lowering the operating voltage of the light emitting device and preventing current leakage, thereby improving electrical characteristics of the light emitting device.
  • the light emitting semiconductor layer including the first conductive semiconductor layer 203, the active layer 204, and the second conductive semiconductor layer 205 may be formed of a group III nitride-based semiconductor material.
  • the first conductive semiconductor layer 203 may be formed of a gallium nitride layer including an n-type impurity such as Si, and the second conductive semiconductor layer 205 may be a p-type such as Mg or Zn. It may be formed of a gallium nitride layer containing an impurity.
  • the active layer 204 is a layer for generating light by recombination of electrons and holes, for example, may be formed including any one of InGaN, AlGaN, GaN, or AlInGaN, the active layer 204 is Si Alternatively, Mg may be applied, and the wavelength of light emitted from the light emitting device is determined according to the type of material constituting the active layer 204.
  • the active layer 30 may be formed of a multilayer film having a quantum well layer and a barrier layer repeatedly formed, and an energy band gap of the material constituting the barrier layer may be formed of a material constituting the well layer. Larger than the energy bandgap, the thickness of the barrier layer may be thicker than the thickness of the well layer
  • a superlattice structure layer may be formed between the current spreading layer 206 and the second conductive semiconductor layer 205.
  • the superlattice structure layer forms an ohmic contact interface with the second conductive semiconductor layer 205 to enable easy current injection in the vertical direction, and a dopant of the second conductive semiconductor layer 205.
  • Lowering the activation energy can increase the effective hole concentration or can cause quantum mechanical tunneling conduction through energy band-gap engineering.
  • the superlattice structure layer may be formed in a multilayer structure including nitride or carbon nitride including group 2, 3, or 4 element elements, and each layer constituting the superlattice structure layer is 5 nm or less. It may be formed to a thickness of.
  • Each layer constituting the superlattice structure layer may include at least one of InN, InGaN, InAlN, AlGaN, GaN, AlInGaN, AlN, SiC, SiCN, MgN, ZnN, or SiN, and Si, Mg, Zn, or the like may be doped.
  • the superlattice structure layer may be formed of a multilayer structure such as InGaN / GaN, AlGaN / GaN, InGaN / GaN / AlGaN, AlGaN / GaN / InGaN.
  • the superlattice structure layer may be formed in a single layer structure, for example, InGaN layer, GaN layer, AlInN layer, AlN layer, InN layer, AlGaN layer, AlInGaN layer, SiC layer doped with n-type impurities, It may be formed of an SiCN layer, an MgN layer, a ZnN layer or an InGaN layer, GaN layer, AlInN layer, AlN layer, InN layer, AlGaN layer, or AlInGaN layer doped with p-type impurities.
  • the first electrode layer 301 is formed on the first conductive semiconductor layer 203 and may be formed of a material having a reflectance of 50% or more with respect to light having a wavelength of 600 nm or less.
  • the first electrode layer 301 may be formed of at least any one of Al, Ag, Rh, Ti, Cr, V, Nb, TiN, Cu, Ta, Au, Pt, Pd, Ru, or metallic silicide. It can be formed as one.
  • the second electrode layer 302 is formed on the current spreading layer 206 and forms an ohmic contact interface with the current spreading layer 206.
  • the second electrode layer 302 may be formed in a stacked structure such as Pt / Au.
  • FIG. 2 is a view for explaining a light emitting device according to the second embodiment.
  • the light emitting device according to the second embodiment shown in FIG. 2 is similar to the light emitting device according to the first embodiment. Therefore, in describing the light emitting device according to the second embodiment, a description overlapping with the description of the light emitting device according to the first embodiment will be omitted.
  • the light extracting structure layer 304 is formed on the first conductive semiconductor layer 203.
  • the light extracting structure layer 304 is formed in a concave-convex structure on the first conductive semiconductor layer 203, so that the light emitted from the active layer 204 can be effectively emitted to the outside.
  • the light extracting structure layer 304 is formed by selectively etching the first conductivity type semiconductor layer 203 or by forming a separate material on the first conductivity type semiconductor layer 203 and then etching It may be formed.
  • the light extracting structure layer 304 may increase light efficiency of the light emitting device by allowing light emitted from the active layer 204 to be easily extracted through the first conductive semiconductor layer 203. .
  • FIG 3 is a view for explaining a light emitting device according to the third embodiment.
  • the light emitting device according to the third embodiment shown in FIG. 3 is similar to the light emitting device according to the first embodiment. Therefore, in describing the light emitting device according to the third embodiment, a description overlapping with the description of the light emitting device according to the first embodiment will be omitted.
  • an ohmic contact electrode layer 305 is formed on a first conductive semiconductor layer 203, and a first electrode layer (ie, on the ohmic contact electrode layer 305). 301 is formed.
  • the ohmic contact electrode layer 305 may form an ohmic contact interface with the first conductive semiconductor layer 203, and may be formed of a material having a transmittance of 70% or more with respect to light having a wavelength of 600 nm or less.
  • the ohmic contact electrode layer 305 may include at least one of TiN, TiO, ITO, ZnO, RuO 2 , IrO 2 , In 2 O 3 , SnO 2 , ZnGaO, InZnO, ZnInO, or Ni-O-Au. It may be formed to include.
  • the ohmic contact electrode layer 305 may improve electrical characteristics of the light emitting device by injecting current into the active layer 204 more effectively.
  • FIG. 4 is a view for explaining a light emitting device according to the fourth embodiment.
  • the light emitting device according to the fourth embodiment shown in FIG. 4 is similar to the light emitting device according to the first embodiment. Therefore, in describing the light emitting device according to the fourth embodiment, a description overlapping with the description of the light emitting device according to the first embodiment will be omitted.
  • a light extracting structure layer 304 is formed on a first conductive semiconductor layer 203, and ohmic contact is formed on the light extracting structure layer 304.
  • the electrode layer 305 is formed.
  • a first electrode layer 301 is formed on the ohmic contact electrode layer 305.
  • the light extracting structure layer 304 is formed in a concave-convex structure on the first conductive semiconductor layer 203, so that the light emitted from the active layer 204 can be effectively emitted to the outside.
  • the light extracting structure layer 304 is formed by selectively etching the first conductivity type semiconductor layer 203 or by forming a separate material on the first conductivity type semiconductor layer 203 and then etching It may be formed.
  • the light extracting structure layer 304 may increase light efficiency of the light emitting device by allowing light emitted from the active layer 204 to be easily extracted through the first conductive semiconductor layer 203. .
  • the ohmic contact electrode layer 305 may be formed of a material having a transmittance of 70% or more with respect to light having a wavelength of 600 nm or less.
  • the ohmic contact electrode layer 305 may include at least one of TiN, TiO, ITO, ZnO, RuO 2 , IrO 2 , In 2 O 3 , SnO 2 , ZnGaO, InZnO, ZnInO, or Ni-O-Au. It may be formed to include.
  • the ohmic contact electrode layer 305 may improve electrical characteristics of the light emitting device by injecting current into the active layer 204 more effectively.
  • 5 to 11 illustrate a method of manufacturing a light emitting device according to the first embodiment.
  • a buffer layer 202 is formed on a growth substrate 201, and a first conductive semiconductor layer 203, an active layer 204, and a second conductive semiconductor are formed on the buffer layer 202.
  • a light emitting semiconductor layer including a layer 205 is formed, and a current spreading layer 206 and a second wafer bonding layer 207 are formed on the second conductive semiconductor layer 205.
  • the growth substrate 201 may include sapphire (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), silicon (Si), aluminum nitride (AlN), gallium nitride (GaN), aluminum gallium nitride (AlGaN), and glass. (Glass) or gallium arsenide (GaAs) may be used.
  • the buffer layer 202 is formed for lattice match on the growth substrate 201, and may be formed of at least one of InGaN, AlN, SiC, SiCN, or GaN.
  • the light emitting semiconductor layer may be formed on the buffer layer through a process such as a MOCVD or MBE single crystal growth method.
  • the first conductive semiconductor layer 203 may be a Si-doped GaN layer or an AlGaN layer.
  • the active layer 204 may be formed of an undoped InGaN layer and a GaN layer, and the second conductive semiconductor layer 205 may be a Mg-doped GaN layer or an AlGaN layer. It can be formed as.
  • a support substrate 101 is prepared, and a planarization layer 102 and a first wafer bonding layer 103 are formed on the support substrate 101.
  • an uneven structure is formed on the support substrate 101, and the planarization layer 102 is grown or deposited on the support substrate 101 on which the uneven structure is formed.
  • the support substrate 101 may be formed of a material having the same or similar thermal expansion coefficient as that of the growth substrate 201.
  • a first wafer bonding layer 103 is formed on the planarization layer 102.
  • the first wafer bonding layer 103 may be made of the same material as the second wafer bonding layer 207 or may be made of a different material.
  • FIG. 7 the structure shown in FIG. 5 and the structure shown in FIG. 6 are combined through a wafer bonding process to form a composite structure.
  • a composite structure is formed by bonding the first wafer bonding layer 103 and the second wafer bonding layer 207.
  • the wafer bonding process may be performed by applying a predetermined hydrostatic pressure under a temperature of room temperature to 700 ° C. and under a vacuum, oxygen, argon, or nitrogen gas atmosphere. At this time, the interface property between the second conductive semiconductor layer 205 and the current spreading layer 206 is prevented from being degraded.
  • the growth substrate 201 is separated from the complex structure shown in FIG. 7.
  • the growth substrate 201 may be separated using a thermal chemical decomposition rebound or a chemical etching reaction.
  • the growth substrate 201 may be irradiated by irradiating a photon beam on the growth substrate 201. ) Can be separated from the composite structure.
  • the buffer layer 202 on the first conductive semiconductor layer 203 is also removed.
  • the first conductive semiconductor layer 203, the active layer 204, the second conductive semiconductor layer 205, and the current spreading layer 206 may be selectively selected through dry etching or wet etching. Removal is performed so that a portion of the current spreading layer 206 is exposed upward.
  • a base, salt, or acid solution such as KOH can be used.
  • a first electrode layer 301 is formed on the first conductive semiconductor layer 203, and a second electrode layer 302 is formed on the current spreading layer 206.
  • a reflective layer 303 is formed under the support substrate 101.
  • the light emitting device according to the first embodiment can be manufactured.
  • the light emitting device manufacturing method according to the second embodiment is similar to the light emitting device manufacturing method according to the first embodiment.
  • the light emitting device manufacturing method according to the third embodiment is similar to the light emitting device manufacturing method according to the first embodiment.
  • the light emitting device manufacturing method according to the fourth embodiment is similar to the light emitting device manufacturing method according to the first embodiment.
  • a process of forming the light extraction structure layer 304 by dry etching or wet etching the first conductive semiconductor layer 203. And forming an ohmic contact electrode layer 305 on the light extracting structure layer 304.
  • FIG. 12 is a view for explaining a light emitting device according to the fifth embodiment.
  • a bond reinforcement layer 402 is formed on the support substrate 401, and a metal thick film layer 403 is formed on the bond reinforcement layer 402.
  • the first wafer bonding layer 103 and the second wafer bonding layer 207 are formed on the metal thick film layer 403, and the current spreading layer 206 is formed on the second wafer bonding layer 207. Is formed.
  • the light emitting semiconductor layer including the second conductive semiconductor layer 205, the active layer 204, and the first conductive semiconductor layer 203 is formed on the current spreading layer 206.
  • a first electrode layer 301 is formed on the first conductive semiconductor layer 203, and the current spreading layer 206 and the light emitting semiconductor layer are selectively etched to form part of the current spreading layer 206.
  • the second electrode layer 302 is formed on the current spreading layer 206 by being exposed upward.
  • the support substrate 401 may be selected from the same material as a growth substrate (not shown) used to grow the light emitting semiconductor layer.
  • the support substrate 401 may be formed of any one of aluminum nitride (AlN), gallium nitride (GaN), monocrystalline sapphire, polycrystalline sapphire, or silicon carbide (SiC). .
  • the bonding reinforcement layer 402 is formed to strengthen the bonding force between the support substrate 401 and the metal thick film layer 403, or serves as a seed layer for forming the metal thick film layer 403 by electroplating. do.
  • the bond reinforcing layer 402 may be formed of a metal or an alloy.
  • the metal thick film layer 403 may easily release heat generated from the light emitting semiconductor layer to the outside, and may form a metal or an alloy having a thickness of 5 ⁇ m or more by electroplating, sputtering, or vapor deposition.
  • the metal thick film layer 403 may include copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), nickel (Ni), titanium (Ti), niobium (Nb), tungsten (W), and chromium (Cr). ), Nickel chromium (NiCr), or copper tungsten (CuW) may be formed to include at least one.
  • the first wafer bonding layer 103 and the second wafer bonding layer 207 provide a stable mechanical bonding force between the metal thick film layer 403 and the current spreading layer 206.
  • the first wafer bonding layer 103 and the second wafer bonding layer 207 may include at least one of Al, Ag, Cu, Pt, Pd, or Au.
  • the current spreading layer 206 may be formed of a material having high reflectivity, and forms an ohmic contact interface with the second conductive semiconductor layer 205.
  • the current spreading layer 206 may be formed of any one of oxidized aluminum (Al), silver (Ag), or rhodium (Rh), and has a reflectance of 70% or more for light having a wavelength of 600 nm or less. It may be formed of a material having a.
  • the current spreading layer 206 may be formed by physical vapor deposition (PVD) or chemical vapor deposition (CVD).
  • the current spreading layer 206 may effectively inject a current into the active layer 204, thereby lowering the operating voltage of the light emitting device and preventing current leakage, thereby improving electrical characteristics of the light emitting device.
  • the light emitting semiconductor layer including the first conductive semiconductor layer 203, the active layer 204, and the second conductive semiconductor layer 205 may be formed of a group III nitride-based semiconductor material.
  • the first conductive semiconductor layer 203 may be formed of a gallium nitride layer including an n-type impurity such as Si, and the second conductive semiconductor layer 205 may be a p-type such as Mg or Zn. It may be formed of a gallium nitride layer containing an impurity.
  • the active layer 204 is a layer for generating light by recombination of electrons and holes, for example, may be formed including any one of InGaN, AlGaN, GaN, or AlInGaN, the active layer 204 is Si Alternatively, Mg may be applied, and the wavelength of light emitted from the light emitting device is determined according to the type of material constituting the active layer 204.
  • the active layer 30 may be formed of a multilayer film having a quantum well layer and a barrier layer repeatedly formed, and an energy band gap of the material constituting the barrier layer may be formed of a material constituting the well layer. Larger than the energy bandgap, the thickness of the barrier layer may be thicker than the thickness of the well layer
  • a superlattice structure layer may be formed between the current spreading layer 206 and the second conductive semiconductor layer 205.
  • the superlattice structure layer forms an ohmic contact interface with the second conductive semiconductor layer 205 to enable easy current injection in the vertical direction, and a dopant of the second conductive semiconductor layer 205.
  • Lowering the activation energy can increase the effective hole concentration or can cause quantum mechanical tunneling conduction through energy band-gap engineering.
  • the superlattice structure layer may be formed in a multilayer structure including nitride or carbon nitride including group 2, 3, or 4 element elements, and each layer constituting the superlattice structure layer is 5 nm or less. It may be formed to a thickness of.
  • Each layer constituting the superlattice structure layer may include at least one of InN, InGaN, InAlN, AlGaN, GaN, AlInGaN, AlN, SiC, SiCN, MgN, ZnN, or SiN, and Si, Mg, Zn, or the like may be doped.
  • the superlattice structure layer may be formed of a multilayer structure such as InGaN / GaN, AlGaN / GaN, InGaN / GaN / AlGaN, AlGaN / GaN / InGaN.
  • the superlattice structure layer may be formed in a single layer structure, for example, InGaN layer, GaN layer, AlInN layer, AlN layer, InN layer, AlGaN layer, AlInGaN layer, SiC layer doped with n-type impurities, It may be formed of an SiCN layer, an MgN layer, a ZnN layer or an InGaN layer, GaN layer, AlInN layer, AlN layer, InN layer, AlGaN layer, or AlInGaN layer doped with p-type impurities.
  • the first electrode layer 301 is formed on the first conductive semiconductor layer 203 and may be formed of a material having a reflectance of 50% or more with respect to light having a wavelength of 600 nm or less.
  • the first electrode layer 301 may be formed of at least any one of Al, Ag, Rh, Ti, Cr, V, Nb, TiN, Cu, Ta, Au, Pt, Pd, Ru, or metallic silicide. It can be formed as one.
  • the second electrode layer 302 is formed on the current spreading layer 206 and forms an ohmic contact interface with the current spreading layer 206.
  • the second electrode layer 302 may be formed in a stacked structure such as Pt / Au.
  • FIG. 13 is a view for explaining a light emitting device according to the sixth embodiment.
  • the light emitting device according to the sixth embodiment shown in FIG. 13 is similar to the light emitting device according to the fifth embodiment. Therefore, in describing the light emitting device according to the sixth embodiment, a description overlapping with the description of the light emitting device according to the fifth embodiment will be omitted.
  • the light extracting structure layer 304 is formed on the first conductive semiconductor layer 203.
  • the light extracting structure layer 304 is formed in a concave-convex structure on the first conductive semiconductor layer 203, so that the light emitted from the active layer 204 can be effectively emitted to the outside.
  • the light extracting structure layer 304 is formed by selectively etching the first conductivity type semiconductor layer 203 or by forming a separate material on the first conductivity type semiconductor layer 203 and then etching It may be formed.
  • the light extracting structure layer 304 may increase light efficiency of the light emitting device by allowing light emitted from the active layer 204 to be easily extracted through the first conductive semiconductor layer 203. .
  • FIG. 14 is a view for explaining a light emitting device according to the seventh embodiment.
  • the light emitting device according to the seventh embodiment shown in FIG. 14 is similar to the light emitting device according to the fifth embodiment. Therefore, in describing the light emitting device according to the seventh embodiment, a description overlapping with the description of the light emitting device according to the fifth embodiment will be omitted.
  • an ohmic contact electrode layer 305 is formed on a first conductive semiconductor layer 203, and a first electrode layer (ie, on the ohmic contact electrode layer 305). 301 is formed.
  • the ohmic contact electrode layer 305 may form an ohmic contact interface with the first conductive semiconductor layer 203, and may be formed of a material having a transmittance of 70% or more with respect to light having a wavelength of 600 nm or less.
  • the ohmic contact electrode layer 305 may include at least one of TiN, TiO, ITO, ZnO, RuO 2 , IrO 2 , In 2 O 3 , SnO 2 , ZnGaO, InZnO, ZnInO, or Ni-O-Au. It may be formed to include.
  • the ohmic contact electrode layer 305 may improve electrical characteristics of the light emitting device by injecting current into the active layer 204 more effectively.
  • 15 is a view for explaining a light emitting device according to the eighth embodiment.
  • the light emitting device according to the eighth embodiment shown in FIG. 15 is similar to the light emitting device according to the fifth embodiment. Therefore, in describing the light emitting device according to the eighth embodiment, a description overlapping with the description of the light emitting device according to the fifth embodiment will be omitted.
  • a light extracting structure layer 304 is formed on a first conductive semiconductor layer 203, and ohmic contact is formed on the light extracting structure layer 304.
  • the electrode layer 305 is formed.
  • a first electrode layer 301 is formed on the ohmic contact electrode layer 305.
  • the light extracting structure layer 304 is formed in a concave-convex structure on the first conductive semiconductor layer 203, so that the light emitted from the active layer 204 can be effectively emitted to the outside.
  • the light extracting structure layer 304 is formed by selectively etching the first conductivity type semiconductor layer 203 or by forming a separate material on the first conductivity type semiconductor layer 203 and then etching It may be formed.
  • the light extracting structure layer 304 may increase light efficiency of the light emitting device by allowing light emitted from the active layer 204 to be easily extracted through the first conductive semiconductor layer 203. .
  • the ohmic contact electrode layer 305 may be formed of a material having a transmittance of 70% or more with respect to light having a wavelength of 600 nm or less.
  • the ohmic contact electrode layer 305 may include at least one of TiN, TiO, ITO, ZnO, RuO 2 , IrO 2 , In 2 O 3 , SnO 2 , ZnGaO, InZnO, ZnInO, or Ni-O-Au. It may be formed to include.
  • the ohmic contact electrode layer 305 may improve electrical characteristics of the light emitting device by injecting current into the active layer 204 more effectively.
  • 16 to 21 illustrate a method of manufacturing a light emitting device according to the fifth embodiment.
  • a buffer layer 202 is formed on a growth substrate 201, and a first conductive semiconductor layer 203, an active layer 204, and a second conductive semiconductor are formed on the buffer layer 202.
  • a light emitting semiconductor layer including a layer 205 is formed, and a current spreading layer 206 and a second wafer bonding layer 207 are formed on the second conductive semiconductor layer 205.
  • the growth substrate 201 may include sapphire (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), silicon (Si), aluminum nitride (AlN), gallium nitride (GaN), aluminum gallium nitride (AlGaN), and glass. (Glass) or gallium arsenide (GaAs) may be used.
  • the buffer layer 202 is formed for lattice match on the growth substrate 201, and may be formed of at least one of InGaN, AlN, SiC, SiCN, or GaN.
  • the light emitting semiconductor layer may be formed on the buffer layer through a process such as a MOCVD or MBE single crystal growth method.
  • the first conductive semiconductor layer 203 may be a Si-doped GaN layer or an AlGaN layer.
  • the active layer 204 may be formed of an undoped InGaN layer and a GaN layer, and the second conductive semiconductor layer 205 may be a Mg-doped GaN layer or an AlGaN layer. It can be formed as.
  • a support substrate 401 is prepared, and a bonding reinforcement layer 402 and a metal thick film layer 403 are formed on the support substrate 401.
  • a first wafer bonding layer 103 is formed on the metal thick film layer 403.
  • the support substrate 401 may be made of a material having the same or similar thermal expansion coefficient as that of the growth substrate 201, and the first wafer bonding layer 103 may be made of the same material as the second wafer bonding layer 207. Or different materials may be used.
  • FIG. 18 the structure shown in FIG. 16 and the structure shown in FIG. 17 are combined through a wafer bonding process to form a composite structure.
  • a composite structure is formed by bonding the first wafer bonding layer 103 and the second wafer bonding layer 207.
  • the wafer bonding process may be performed by applying a predetermined hydrostatic pressure under a temperature of room temperature to 700 ° C. and under a vacuum, oxygen, argon, or nitrogen gas atmosphere. At this time, the interface property between the second conductive semiconductor layer 205 and the current spreading layer 206 is prevented from being degraded.
  • the growth substrate 201 is separated from the complex structure shown in FIG. 18.
  • the growth substrate 201 may be separated using a thermal chemical decomposition rebound or a chemical etching reaction.
  • the growth substrate 201 may be irradiated by irradiating a photon beam on the growth substrate 201. ) Can be separated from the composite structure.
  • the buffer layer 202 on the first conductive semiconductor layer 203 is also removed.
  • the first conductive semiconductor layer 203, the active layer 204, the second conductive semiconductor layer 205, and the current spreading layer 206 may be selectively selected through dry etching or wet etching. Removal is performed so that a portion of the current spreading layer 206 is exposed upward.
  • a base, salt, or acid solution such as KOH can be used.
  • a first electrode layer 301 is formed on the first conductive semiconductor layer 203, and a second electrode layer 302 is formed on the current spreading layer 206.
  • the light emitting device according to the fifth embodiment can be manufactured.
  • the light emitting device manufacturing method according to the sixth embodiment is similar to the light emitting device manufacturing method according to the fifth embodiment.
  • the light emitting device manufacturing method according to the seventh embodiment is similar to the light emitting device manufacturing method according to the fifth embodiment.
  • the light emitting device manufacturing method according to the eighth embodiment is similar to the light emitting device manufacturing method according to the fifth embodiment.
  • a process of forming the light extracting structure layer 304 by dry etching or wet etching the first conductive semiconductor layer 203. And forming an ohmic contact electrode layer 305 on the light extracting structure layer 304.
  • the embodiment can be applied to a light emitting device used as a light source.

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Abstract

실시예에 따른 발광 소자는 지지 기판; 상기 지지 기판 상에 평탄화층; 상기 평탄화층 상에 웨이퍼 결합층; 상기 웨이퍼 결합층 상에 전류 퍼짐층; 상기 전류 퍼짐층 상에 제2 도전형의 반도체층; 상기 제2 도전형의 반도체층 상에 활성층; 상기 활성층 상에 제1 도전형의 반도체층; 상기 제1 도전형의 반도체층 상에 제1 전극층; 및 상기 전류 퍼짐층 상에 제2 전극층을 포함한다.

Description

발광 소자 및 그 제조방법
본 발명은 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근, 발광 소자로서 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)가 각광 받고 있다. 발광 다이오드는 전기에너지를 빛에너지로 변환하는 효율이 높고 수명이 평균 5년 이상으로 길기 때문에, 에너지 소모와 유지보수 비용을 크게 절감할 수 있는 장점이 있어 차세대 조명 분야에서 주목받고 있다.
상기 발광 다이오드는 제1 도전형의 반도체층, 활성층 및 제2 도전형의 반도체층을 포함하는 발광 반도체층으로 형성되며, 상기 제1 도전형의 반도체층 및 제2 도전형의 반도체층을 통해 인가되는 전류에 따라 상기 활성층에서 빛을 발생시킨다.
한편, 상기 발광 다이오드는 상기 제2 도전형의 반도체층이 낮은 캐리어 농도(carrier concentration) 및 이동도(mobility)로 인하여 상대적으로 높은 면저항을 갖기 때문에, ITO(indium tin oxide) 또는 ZnO(zinc oxide)와 같이 상기 제2 도전형의 반도체층과 오믹 접촉 계면을 형성하는 전류 퍼짐층(current spreading layer)이 요구된다.
또한, 상기 발광 다이오드는 상기 활성층에서 발생된 빛이 최대한 많이 외부로 방출되도록 광 추출 효율을 개선할 필요가 있다. 따라서, 상기 발광 다이오드의 광 추출 효율을 개선하기 위하여 제2 도전형의 반도체층 상에 요철 구조를 갖는 광 추출 구조를 형성하는 방안이 연구되고 있으나, 제2 도전형의 반도체층 상에 요철 구조를 형성하는 과정에서 상기 발광 다이오드의 전기적 특성에 악영향을 끼치는 문제가 발생된다.
실시예는 새로운 구조의 발광 소자 및 그 제조방법을 제공한다.
실시예는 전기적 특성이 향상된 발광 소자 및 그 제조방법을 제공한다.
실시예는 광 효율이 향상된 발광 소자 및 그 제조방법을 제공한다.
실시예에 따른 발광 소자는 지지 기판; 상기 지지 기판 상에 평탄화층; 상기 평탄화층 상에 웨이퍼 결합층; 상기 웨이퍼 결합층 상에 전류 퍼짐층; 상기 전류 퍼짐층 상에 제2 도전형의 반도체층; 상기 제2 도전형의 반도체층 상에 활성층; 상기 활성층 상에 제1 도전형의 반도체층; 상기 제1 도전형의 반도체층 상에 제1 전극층; 및 상기 전류 퍼짐층 상에 제2 전극층을 포함한다.
실시예에 따른 발광 소자는 지지 기판; 상기 지지 기판 상에 금속 후막층; 상기 금속 후막층 상에 웨이퍼 결합층; 상기 웨이퍼 결합층 상에 전류 퍼짐층; 상기 전류 퍼짐층 상에 제2 도전형의 반도체층; 상기 제2 도전형의 반도체층 상에 활성층; 상기 활성층 상에 제1 도전형의 반도체층; 상기 제1 도전형의 반도체층 상에 제1 전극층; 및 상기 전류 퍼짐층 상에 제2 전극층을 포함한다.
실시예는 새로운 구조의 발광 소자 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
실시예는 전기적 특성이 향상된 발광 소자 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
실시예는 광 효율이 향상된 발광 소자 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 2는 제2 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 3은 제3 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 4는 제4 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 5 내지 도 11은 제1 실시예에 따른 발광 소자 제조방법을 설명하는 도면.
도 12는 제5 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 13은 제6 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 14는 제7 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 15는 제8 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 16 내지 도 21은 제5 실시예에 따른 발광 소자 제조방법을 설명하는 도면.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 반사층(303) 상에 지지 기판(101)이 형성되고, 상기 지지 기판(101) 상에 평탄화층(102)가 형성된다.
그리고, 상기 평탄화층(102) 상에 제1 웨이퍼 결합층(103) 및 제2 웨이퍼 결합층(207)이 형성되고, 상기 제2 웨이퍼 결합층(207) 상에 전류 퍼짐층(206)이 형성된다.
상기 전류 퍼짐층(206) 상에는 제2 도전형의 반도체층(205), 활성층(204) 및 제1 도전형의 반도체층(203)을 포함하는 발광 반도체층이 형성된다.
한편, 상기 제1 도전형의 반도체층(203) 상에는 제1 전극층(301)이 형성되고, 상기 전류 퍼짐층(206) 및 상기 발광 반도체층은 선택적으로 식각되어 상기 전류 퍼짐층(206)의 일부가 상측 방향으로 노출되어 상기 전류 퍼짐층(206) 상에는 제2 전극층(302)가 형성된다.
보다 상세히 설명하면, 상기 반사층(303)은 상기 지지 기판(101)의 배면에 형성되어, 상기 활성층(204)에서 방출된 빛을 상측 방향으로 반사시킴으로써 광 추출 효율을 증대시킨다. 예를 들어, 상기 반사층(303)은 600nm의 파장을 갖는 빛에 대해 70% 이상의 반사율을 갖는 물질로 선택될 수 있으며, Al, Ag, Rh, Cr, Ni, 또는 Au 중 적어도 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
상기 지지 기판(101)은 상면에 요철 구조가 형성된다. 상기 요철 구조는 습식 식각 공정 또는 건식 식각 공정을 통해 형성될 수 있으며, 예를 들어, 상기 지지 기판(101)은 질화알루미늄(AlN), 질화갈륨(GaN), 단결정 사파이어(epitaxial sapphire), 다결정 사파이어(polycrystalline sapphire), 또는 실리콘카바이드(SiC) 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 상기 지지 기판(101)의 요철 구조는 발광 소자의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 평탄화층(102)은 상기 지지 기판(101)의 상면에 형성되며, MOCVD, HVPE, MBE 장비를 이용하여 투명한 물질을 성장(growth)시키거나, sputter, evaporator, PLD, spin-coater 장비를 이용하여 투명한 물질을 증착(deposition)시켜 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 평탄화층(102)은 GaN, AlGaN, ZnO, SiO2, SiNx, SOG, 또는 Al2O3 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 평탄화층(102)의 하면은 상기 지지 기판(101)의 요철 구조와 대응하는 요철 형태로 형성되고, 상기 평탄화층(102)의 상면은 평평하게 형성된다.
상기 제1 웨이퍼 결합층(103) 및 제2 웨이퍼 결합층(207)은 상기 평탄화층(102)과 상기 전류 퍼짐층(206) 사이의 안정적인 기계적 결합력을 제공한다. 예를 들어, 상기 제1 웨이퍼 결합층(103) 및 제2 웨이퍼 결합층(207)은 광 효율을 향상시킬 수 있도록 투명한 물질로 형성될 수 있으며, SiO2, SiNx, Al2O3, ZnO, ZnS, MgF2, 또는 SOG(spin on glass) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 전류 퍼짐층(206)은 투명한 물질로 형성될 수 있으며, 상기 제2 도전형의 반도체층(205)와 오믹 접촉 계면을 형성한다.
예를 들어, 상기 전류 퍼짐층(206)은 산화된 니켈금(Ni-Au-O), 인디움틴산화막(ITO), 또는 아연산화막(ZnO) 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 600nm 이하의 파장을 가진 빛에 대해 70% 이상의 투과율을 가진 물질로 형성될 수 있다.
상기 전류 퍼짐층(206)은 물리적 증기 증착(PVD), 또는 화학적 증기 증착(CVD) 방법에 의해 형성될 수 있다.
상기 전류 퍼짐층(206)은 상기 활성층(204)에 효과적으로 전류가 주입될 수 있도록 하여 상기 발광 소자의 동작 전압을 낮추고 전류 누설을 방지함으로써 상기 발광 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 제1 도전형의 반도체층(203), 활성층(204) 및 제2 도전형의 반도체층(205)을 포함하는 발광 반도체층은 그룹 3족 질화물계 반도체 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 상기 제1 도전형의 반도체층(203)은 Si와 같은 n형 불순물을 포함하는 질화갈륨층으로 형성될 수 있고, 상기 제2 도전형의 반도체층(205)은 Mg 또는 Zn과 같은 p형 불순물을 포함하는 질화갈륨층으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 활성층(204)은 전자와 정공이 재결합하여 빛을 발생시키는 층으로 예를 들어, InGaN, AlGaN, GaN, 또는 AlInGaN 중 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 활성층(204)은 Si 또는 Mg이 도포될 수 있고, 상기 활성층(204)을 구성하는 물질의 종류에 따라 상기 발광소자에서 방출되는 빛의 파장이 결정된다.
상기 활성층(30)은 양자 우물층(well layer)과 장벽층(barrier layer)이 반복적으로 형성된 다층막으로 형성될 수도 있으며, 상기 장벽층을 구성하는 물질의 에너지 밴드갭은 우물층을 구성하는 물질의 에너지 밴드갭 보다 크고, 상기 장벽층의 두께는 우물층의 두께보다 더 두꺼울 수도 있다
한편, 비록 도시되지는 않았지만, 상기 전류 퍼짐층(206)과 제2 도전형의 반도체층(205) 사이에는 슈퍼래티스 구조층이 형성될 수 있다.
상기 슈퍼래티스 구조층은 상기 제2 도전형의 반도체층(205)과 오믹 접촉 계면을 형성하여 수직 방향으로의 용이한 전류 주입이 가능하도록 하고, 상기 제2 도전형의 반도체층(205)의 도펀트 활성화 에너지를 낮추어 유효 정공 농도를 증가시키거나 에너지 밴드갭 조절(band-gap engineering)을 통해 양자 역학적인 터널링 전도 현상을 일으킬 수 있다.
상기 슈퍼래티스 구조층은 그룹 2족, 3족, 또는 4족 원소 성분을 포함하는 질화물 또는 탄소질화물을 포함하는 다층 구조로 형성될 수 있으며, 상기 슈퍼래티스 구조층을 구성하는 각각의 층은 5nm 이하의 두께로 형성될 수 있다. 상기 슈퍼래티스 구조층을 구성하는 각각의 층은 InN, InGaN, InAlN, AlGaN, GaN, AlInGaN, AlN, SiC, SiCN, MgN, ZnN, 또는 SiN 중 적어도 어느 하나가 포함되어 형성될 수 있으며, Si, Mg, Zn 등이 도핑될 수도 있다. 예를 들어, 상기 슈퍼래티스 구조층은 InGaN/GaN, AlGaN/GaN, InGaN/GaN/AlGaN, AlGaN/GaN/InGaN 과 같은 다층 구조로 형성될 수 있다.
또한, 상기 슈퍼래티스 구조층은 단층 구조로 형성될 수 있으며, 예를 들어, n형 불순물이 도핑된 InGaN층, GaN층, AlInN층, AlN층, InN층, AlGaN층, AlInGaN층, SiC층, SiCN층, MgN층, ZnN층 또는 p형 불순물이 도핑된 InGaN층, GaN층, AlInN층, AlN층, InN층, AlGaN층, AlInGaN층으로 형성될 수도 있다.
상기 제1 전극층(301)은 상기 제1 도전형의 반도체층(203) 상에 형성되며, 600nm 이하의 파장을 갖는 빛에 대해 50% 이상의 반사율을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극층(301)은 Al, Ag, Rh, Ti, Cr, V, Nb, TiN, Cu, Ta, Au, Pt, Pd, Ru, 또는 금속 실리사이드(metallic silicide) 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 제2 전극층(302)은 상기 전류 퍼짐층(206) 상에 형성되며, 상기 전류 퍼짐층(206)과 오믹 접촉 계면을 형성한다. 예를 들어, 상기 제2 전극층(302)은 Pt/Au와 같은 적층 구조로 형성될 수도 있다.
도 2는 제2 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면이다.
도 2에 도시된 제2 실시예에 따른 발광 소자는 제1 실시예에 따른 발광 소자와 유사하다. 따라서, 제2 실시예에 따른 발광 소자를 설명함에 있어서 제1 실시예에 따른 발광 소자에 대한 설명과 중복되는 설명은 생략한다.
도 2를 참조하면, 제2 실시예에 따른 발광 소자는 제1 도전형의 반도체층(203) 상에 광 추출 구조층(304)이 형성된다.
상기 광 추출 구조층(304)은 상기 제1 도전형의 반도체층(203) 상에 요철 구조로 형성되며, 상기 활성층(204)에서 방출된 빛이 효과적으로 외부로 방출될 수 있도록 한다. 상기 광 추출 구조층(304)은 상기 제1 도전형의 반도체층(203)을 선택적으로 식각하여 형성되거나, 상기 제1 도전형의 반도체층(203) 상에 별도의 물질을 형성한 후 식각하여 형성할 수도 있다.
상기 광 추출 구조층(304)은 상기 활성층(204)에서 방출된 광이 상기 제1 도전형의 반도체층(203)을 통해 용이하게 추출될 수 있도록 하여 상기 발광 소자의 광 효율을 증대시킬 수 있다.
도 3은 제3 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면이다.
도 3에 도시된 제3 실시예에 따른 발광 소자는 제1 실시예에 따른 발광 소자와 유사하다. 따라서, 제3 실시예에 따른 발광 소자를 설명함에 있어서 제1 실시예에 따른 발광 소자에 대한 설명과 중복되는 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 제3 실시예에 따른 발광 소자는 제1 도전형의 반도체층(203) 상에 오믹접촉 전극층(305)이 형성되고, 상기 오믹접촉 전극층(305) 상에 제1 전극층(301)이 형성된다.
상기 오믹접촉 전극층(305)은 상기 제1 도전형의 반도체층(203)과 오믹 접촉 계면을 형성하고, 600nm 이하의 파장을 갖는 빛에 대해 70% 이상의 투과율을 가진 물질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 오믹접촉 전극층(305)은 TiN, TiO, ITO, ZnO, RuO2, IrO2, In2O3, SnO2, ZnGaO, InZnO, ZnInO, 또는 Ni-O-Au 중 적어도 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
상기 오믹접촉 전극층(305)은 상기 활성층(204)에 보다 효과적으로 전류가 주입되도록 하여 발광 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
도 4는 제4 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면이다.
도 4에 도시된 제4 실시예에 따른 발광 소자는 제1 실시예에 따른 발광 소자와 유사하다. 따라서, 제4 실시예에 따른 발광 소자를 설명함에 있어서 제1 실시예에 따른 발광 소자에 대한 설명과 중복되는 설명은 생략한다.
도 4를 참조하면, 제4 실시예에 따른 발광 소자는 제1 도전형의 반도체층(203) 상에 광 추출 구조층(304)이 형성되고, 상기 광 추출 구조층(304) 상에 오믹접촉 전극층(305)이 형성된다. 그리고, 상기 오믹접촉 전극층(305) 상에 제1 전극층(301)이 형성된다.
상기 광 추출 구조층(304)은 상기 제1 도전형의 반도체층(203) 상에 요철 구조로 형성되며, 상기 활성층(204)에서 방출된 빛이 효과적으로 외부로 방출될 수 있도록 한다. 상기 광 추출 구조층(304)은 상기 제1 도전형의 반도체층(203)을 선택적으로 식각하여 형성되거나, 상기 제1 도전형의 반도체층(203) 상에 별도의 물질을 형성한 후 식각하여 형성할 수도 있다.
상기 광 추출 구조층(304)은 상기 활성층(204)에서 방출된 광이 상기 제1 도전형의 반도체층(203)을 통해 용이하게 추출될 수 있도록 하여 상기 발광 소자의 광 효율을 증대시킬 수 있다.
상기 오믹접촉 전극층(305)은 600nm 이하의 파장을 갖는 빛에 대해 70% 이상의 투과율을 가진 물질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 오믹접촉 전극층(305)은 TiN, TiO, ITO, ZnO, RuO2, IrO2, In2O3, SnO2, ZnGaO, InZnO, ZnInO, 또는 Ni-O-Au 중 적어도 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
상기 오믹접촉 전극층(305)은 상기 활성층(204)에 보다 효과적으로 전류가 주입되도록 하여 발광 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
도 5 내지 도 11은 제1 실시예에 따른 발광 소자 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 성장 기판(201) 상에 버퍼층(202)이 형성되고, 상기 버퍼층(202)상에 제1 도전형의 반도체층(203), 활성층(204) 및 제2 도전형의 반도체층(205)을 포함하는 발광 반도체층이 형성되고, 상기 제2 도전형의 반도체층(205) 상에 전류 퍼짐층(206)과 제2 웨이퍼 결합층(207)이 형성된다.
예를 들어, 상기 성장 기판(201)은 사파이어(Al2O3), 실리콘 카바이드(SiC), 실리콘(Si), 질화알루미늄(AlN), 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄갈륨(AlGaN), 유리(Glass), 또는 갈륨아세나이드(GaAs) 중 어느 하나가 사용될 수 있다.
상기 버퍼층(202)은 상기 성장 기판(201) 상에 격자 정합(lattice match)을 위해 형성되며, 예를 들어, InGaN, AlN, SiC, SiCN, 또는 GaN 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 발광 반도체층은 MOCVD 또는 MBE 단결정 성장법 등의 공정을 통해 상기 버퍼층 상에 형성될 수 있으며, 예를 들어, 상기 제1 도전형의 반도체층(203)은 Si가 도핑된 GaN층 또는 AlGaN층으로 형성될 수 있고, 상기 활성층(204)은 언도프된(undoped) InGaN층 및 GaN층으로 형성될 수 있으며, 상기 제2 도전형의 반도체층(205)은 Mg가 도핑된 GaN층 또는 AlGaN층으로 형성될 수 있다.
도 6을 참조하면, 지지 기판(101)이 준비되고, 상기 지지 기판(101) 상에 평탄화층(102), 및 제1 웨이퍼 결합층(103)을 형성한다.
먼저, 상기 지지 기판(101) 상에 요철 구조를 형성하고, 요철 구조가 형성된 지지 기판(101) 상에 상기 평탄화층(102)을 성장 또는 증착하여 형성한다. 상기 지지 기판(101)은 상기 성장 기판(201)과 열팽창계수가 동일 또는 유사한 물질이 사용될 수 있다.
그리고, 상기 평탄화층(102) 상에 제1 웨이퍼 결합층(103)을 형성한다.
상기 제1 웨이퍼 결합층(103)은 상기 제2 웨이퍼 결합층(207)과 동일한 물질이 사용되거나 상이한 물질이 사용될 수 있다.
도 7을 참조하면, 도 5에 도시된 구조물과 도 6에 도시된 구조물을 웨이퍼 본딩 공정을 통해 결합시켜 복합 구조체를 형성한다.
즉, 상기 제1 웨이퍼 결합층(103)과 제2 웨이퍼 결합층(207)을 결합시킴으로써 복합 구조체를 형성한다.
상기 웨이퍼 본딩 공정은 상온 내지 700℃ 이하의 온도와, 진공, 산소, 아르곤, 또는 질소 가스 분위기 하에서 소정의 정압력(hydrostatic pressure)을 인가하여 진행될 수 있다. 이때, 상기 제2 도전형의 반도체층(205)와 전류 퍼짐층(206) 사이의 계면 물성이 퇴화(degradation)되지 않도록 한다.
도 8을 참조하면, 도 7에 도시된 복합 구조체로부터 상기 성장 기판(201)을 분리한다. 상기 성장 기판(201)은 열 화학 분해 반등 또는 화학 식각 반응을 이용하여 분리할 수 있다.
예를 들어, 상기 성장 기판(201)으로 사파이어 기판 또는 AlN 기판과 같은 광학적으로 투명하고 열 화학 분해 반응이 일어나는 기판이 사용된다면, 상기 성장 기판(201)에 포톤 빔을 조사함으로써 상기 성장 기판(201)을 상기 복합 구조체로부터 분리할 수 있다.
이때, 상기 제1 도전형의 반도체층(203) 상의 버퍼층(202)도 함께 제거한다.
도 9를 참조하면, 상기 제1 도전형의 반도체층(203), 활성층(204), 제2 도전형의 반도체층(205), 및 전류 퍼짐층(206)을 건식 식각 또는 습식 식각을 통해 선택적으로 제거하여 상기 전류 퍼짐층(206)의 일부가 상측 방향으로 노출되도록 한다. 예를 들어, 습식 식각을 이용하는 경우, KOH와 같은 염기(base), 염(salt), 또는 산성(acid) 용액이 사용될 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 제1 도전형의 반도체층(203) 상에 제1 전극층(301)을 형성하고, 상기 전류 퍼짐층(206) 상에 제2 전극층(302)를 형성한다.
도 11을 참조하면, 상기 지지 기판(101) 아래에 반사층(303)을 형성한다.
따라서, 제1 실시예에 따른 발광 소자가 제조될 수 있다.
한편, 제2 실시예에 따른 발광 소자 제조방법은 제1 실시예에 따른 발광 소자 제조방법과 유사하다.
다만, 도 9에서 설명된 공정 후, 상기 제1 전극층(301)을 형성하기 전에 상기 제1 도전형의 반도체층(203)을 건식 식각 또는 습식 식각하여 광 추출 구조층(304)을 형성하는 공정이 추가된다.
또한, 제3 실시예에 따른 발광 소자 제조방법은 제1 실시예에 따른 발광 소자 제조방법과 유사하다.
다만, 도 9에서 설명된 공정 후, 상기 제1 전극층(301)을 형성하기 전에 상기 제1 도전형의 반도체층(203) 상에 오믹접촉 전극층(305)을 형성하는 공정이 추가된다.
또한, 제4 실시예에 따른 발광 소자 제조방법은 제1 실시예에 따른 발광 소자 제조방법과 유사하다.
다만, 도 9에서 설명된 공정 후, 상기 제1 전극층(301)을 형성하기 전에 상기 제1 도전형의 반도체층(203)을 건식 식각 또는 습식 식각하여 광 추출 구조층(304)을 형성하는 공정과, 상기 광 추출 구조층(304) 상에 오믹접촉 전극층(305)을 형성하는 공정이 추가된다.
도 12는 제5 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 지지 기판(401) 상에 결합 강화층(402)이 형성되고, 상기 결합 강화층(402) 상에 금속 후막층(403)이 형성된다.
그리고, 상기 금속 후막층(403) 상에 제1 웨이퍼 결합층(103) 및 제2 웨이퍼 결합층(207)이 형성되고, 상기 제2 웨이퍼 결합층(207) 상에 전류 퍼짐층(206)이 형성된다.
상기 전류 퍼짐층(206) 상에는 제2 도전형의 반도체층(205), 활성층(204) 및 제1 도전형의 반도체층(203)을 포함하는 발광 반도체층이 형성된다.
한편, 상기 제1 도전형의 반도체층(203) 상에는 제1 전극층(301)이 형성되고, 상기 전류 퍼짐층(206) 및 상기 발광 반도체층은 선택적으로 식각되어 상기 전류 퍼짐층(206)의 일부가 상측 방향으로 노출되어 상기 전류 퍼짐층(206) 상에는 제2 전극층(302)가 형성된다.
보다 상세히 설명하면, 상기 지지 기판(401)은 상기 발광 반도체층을 성장시키기 위해 사용되는 성장 기판(미도시)와 동일한 물질로 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 지지 기판(401)은 질화알루미늄(AlN), 질화갈륨(GaN), 단결정 사파이어(epitaxial sapphire), 다결정 사파이어(polycrystalline sapphire), 또는 실리콘카바이드(SiC) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 결합 강화층(402)은 상기 지지 기판(401)과 상기 금속 후막층(403) 사이의 결합력 강화를 위해 형성하거나, 상기 금속 후막층(403)을 전기 도금 방식으로 형성하기 위한 씨드층 역할을 한다. 상기 결합 강화층(402)은 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다.
상기 금속 후막층(403)은 상기 발광 반도체층에서 발생되는 열을 외부로 용이하게 방출시킬 수 있으며, 5㎛ 이상의 두께를 갖는 금속 또는 합금을 전기 도금, 스퍼터링, 또는 증착 방법으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 후막층(403)은 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 타이타늄(Ti), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 니켈크롬(NiCr), 또는 구리텅스텐(CuW) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
상기 제1 웨이퍼 결합층(103) 및 제2 웨이퍼 결합층(207)은 상기 금속 후막층(403)과 상기 전류 퍼짐층(206) 사이의 안정적인 기계적 결합력을 제공한다. 예를 들어, 상기 제1 웨이퍼 결합층(103) 및 제2 웨이퍼 결합층(207)은 Al, Ag, Cu, Pt, Pd, 또는 Au 중 적어도 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
상기 전류 퍼짐층(206)은 반사도가 높은 물질로 형성될 수 있으며, 상기 제2 도전형의 반도체층(205)와 오믹 접촉 계면을 형성한다.
예를 들어, 상기 전류 퍼짐층(206)은 산화된 알루미늄(Al), 은(Ag), 또는 로듐(Rh) 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 600nm 이하의 파장을 가진 빛에 대해 70% 이상의 반사율을 가진 물질로 형성될 수 있다.
상기 전류 퍼짐층(206)은 물리적 증기 증착(PVD), 또는 화학적 증기 증착(CVD) 방법에 의해 형성될 수 있다.
상기 전류 퍼짐층(206)은 상기 활성층(204)에 효과적으로 전류가 주입될 수 있도록 하여 상기 발광 소자의 동작 전압을 낮추고 전류 누설을 방지함으로써 상기 발광 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 제1 도전형의 반도체층(203), 활성층(204) 및 제2 도전형의 반도체층(205)을 포함하는 발광 반도체층은 그룹 3족 질화물계 반도체 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 상기 제1 도전형의 반도체층(203)은 Si와 같은 n형 불순물을 포함하는 질화갈륨층으로 형성될 수 있고, 상기 제2 도전형의 반도체층(205)은 Mg 또는 Zn과 같은 p형 불순물을 포함하는 질화갈륨층으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 활성층(204)은 전자와 정공이 재결합하여 빛을 발생시키는 층으로 예를 들어, InGaN, AlGaN, GaN, 또는 AlInGaN 중 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 활성층(204)은 Si 또는 Mg이 도포될 수 있고, 상기 활성층(204)을 구성하는 물질의 종류에 따라 상기 발광소자에서 방출되는 빛의 파장이 결정된다.
상기 활성층(30)은 양자 우물층(well layer)과 장벽층(barrier layer)이 반복적으로 형성된 다층막으로 형성될 수도 있으며, 상기 장벽층을 구성하는 물질의 에너지 밴드갭은 우물층을 구성하는 물질의 에너지 밴드갭 보다 크고, 상기 장벽층의 두께는 우물층의 두께보다 더 두꺼울 수도 있다
한편, 비록 도시되지는 않았지만, 상기 전류 퍼짐층(206)과 제2 도전형의 반도체층(205) 사이에는 슈퍼래티스 구조층이 형성될 수 있다.
상기 슈퍼래티스 구조층은 상기 제2 도전형의 반도체층(205)과 오믹 접촉 계면을 형성하여 수직 방향으로의 용이한 전류 주입이 가능하도록 하고, 상기 제2 도전형의 반도체층(205)의 도펀트 활성화 에너지를 낮추어 유효 정공 농도를 증가시키거나 에너지 밴드갭 조절(band-gap engineering)을 통해 양자 역학적인 터널링 전도 현상을 일으킬 수 있다.
상기 슈퍼래티스 구조층은 그룹 2족, 3족, 또는 4족 원소 성분을 포함하는 질화물 또는 탄소질화물을 포함하는 다층 구조로 형성될 수 있으며, 상기 슈퍼래티스 구조층을 구성하는 각각의 층은 5nm 이하의 두께로 형성될 수 있다. 상기 슈퍼래티스 구조층을 구성하는 각각의 층은 InN, InGaN, InAlN, AlGaN, GaN, AlInGaN, AlN, SiC, SiCN, MgN, ZnN, 또는 SiN 중 적어도 어느 하나가 포함되어 형성될 수 있으며, Si, Mg, Zn 등이 도핑될 수도 있다. 예를 들어, 상기 슈퍼래티스 구조층은 InGaN/GaN, AlGaN/GaN, InGaN/GaN/AlGaN, AlGaN/GaN/InGaN 과 같은 다층 구조로 형성될 수 있다.
또한, 상기 슈퍼래티스 구조층은 단층 구조로 형성될 수 있으며, 예를 들어, n형 불순물이 도핑된 InGaN층, GaN층, AlInN층, AlN층, InN층, AlGaN층, AlInGaN층, SiC층, SiCN층, MgN층, ZnN층 또는 p형 불순물이 도핑된 InGaN층, GaN층, AlInN층, AlN층, InN층, AlGaN층, AlInGaN층으로 형성될 수도 있다.
상기 제1 전극층(301)은 상기 제1 도전형의 반도체층(203) 상에 형성되며, 600nm 이하의 파장을 갖는 빛에 대해 50% 이상의 반사율을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극층(301)은 Al, Ag, Rh, Ti, Cr, V, Nb, TiN, Cu, Ta, Au, Pt, Pd, Ru, 또는 금속 실리사이드(metallic silicide) 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 제2 전극층(302)은 상기 전류 퍼짐층(206) 상에 형성되며, 상기 전류 퍼짐층(206)과 오믹 접촉 계면을 형성한다. 예를 들어, 상기 제2 전극층(302)은 Pt/Au와 같은 적층 구조로 형성될 수도 있다.
도 13은 제6 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면이다.
도 13에 도시된 제6 실시예에 따른 발광 소자는 제5 실시예에 따른 발광 소자와 유사하다. 따라서, 제6 실시예에 따른 발광 소자를 설명함에 있어서 제5 실시예에 따른 발광 소자에 대한 설명과 중복되는 설명은 생략한다.
도 13을 참조하면, 제6 실시예에 따른 발광 소자는 제1 도전형의 반도체층(203) 상에 광 추출 구조층(304)이 형성된다.
상기 광 추출 구조층(304)은 상기 제1 도전형의 반도체층(203) 상에 요철 구조로 형성되며, 상기 활성층(204)에서 방출된 빛이 효과적으로 외부로 방출될 수 있도록 한다. 상기 광 추출 구조층(304)은 상기 제1 도전형의 반도체층(203)을 선택적으로 식각하여 형성되거나, 상기 제1 도전형의 반도체층(203) 상에 별도의 물질을 형성한 후 식각하여 형성할 수도 있다.
상기 광 추출 구조층(304)은 상기 활성층(204)에서 방출된 광이 상기 제1 도전형의 반도체층(203)을 통해 용이하게 추출될 수 있도록 하여 상기 발광 소자의 광 효율을 증대시킬 수 있다.
도 14는 제7 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면이다.
도 14에 도시된 제7 실시예에 따른 발광 소자는 제5 실시예에 따른 발광 소자와 유사하다. 따라서, 제7 실시예에 따른 발광 소자를 설명함에 있어서 제5 실시예에 따른 발광 소자에 대한 설명과 중복되는 설명은 생략한다.
도 14를 참조하면, 제7 실시예에 따른 발광 소자는 제1 도전형의 반도체층(203) 상에 오믹접촉 전극층(305)이 형성되고, 상기 오믹접촉 전극층(305) 상에 제1 전극층(301)이 형성된다.
상기 오믹접촉 전극층(305)은 상기 제1 도전형의 반도체층(203)과 오믹 접촉 계면을 형성하고, 600nm 이하의 파장을 갖는 빛에 대해 70% 이상의 투과율을 가진 물질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 오믹접촉 전극층(305)은 TiN, TiO, ITO, ZnO, RuO2, IrO2, In2O3, SnO2, ZnGaO, InZnO, ZnInO, 또는 Ni-O-Au 중 적어도 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
상기 오믹접촉 전극층(305)은 상기 활성층(204)에 보다 효과적으로 전류가 주입되도록 하여 발광 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
도 15는 제8 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면이다.
도 15에 도시된 제8 실시예에 따른 발광 소자는 제5 실시예에 따른 발광 소자와 유사하다. 따라서, 제8 실시예에 따른 발광 소자를 설명함에 있어서 제5 실시예에 따른 발광 소자에 대한 설명과 중복되는 설명은 생략한다.
도 15를 참조하면, 제8 실시예에 따른 발광 소자는 제1 도전형의 반도체층(203) 상에 광 추출 구조층(304)이 형성되고, 상기 광 추출 구조층(304) 상에 오믹접촉 전극층(305)이 형성된다. 그리고, 상기 오믹접촉 전극층(305) 상에 제1 전극층(301)이 형성된다.
상기 광 추출 구조층(304)은 상기 제1 도전형의 반도체층(203) 상에 요철 구조로 형성되며, 상기 활성층(204)에서 방출된 빛이 효과적으로 외부로 방출될 수 있도록 한다. 상기 광 추출 구조층(304)은 상기 제1 도전형의 반도체층(203)을 선택적으로 식각하여 형성되거나, 상기 제1 도전형의 반도체층(203) 상에 별도의 물질을 형성한 후 식각하여 형성할 수도 있다.
상기 광 추출 구조층(304)은 상기 활성층(204)에서 방출된 광이 상기 제1 도전형의 반도체층(203)을 통해 용이하게 추출될 수 있도록 하여 상기 발광 소자의 광 효율을 증대시킬 수 있다.
상기 오믹접촉 전극층(305)은 600nm 이하의 파장을 갖는 빛에 대해 70% 이상의 투과율을 가진 물질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 오믹접촉 전극층(305)은 TiN, TiO, ITO, ZnO, RuO2, IrO2, In2O3, SnO2, ZnGaO, InZnO, ZnInO, 또는 Ni-O-Au 중 적어도 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
상기 오믹접촉 전극층(305)은 상기 활성층(204)에 보다 효과적으로 전류가 주입되도록 하여 발광 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
도 16 내지 도 21은 제5 실시예에 따른 발광 소자 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 16을 참조하면, 성장 기판(201) 상에 버퍼층(202)이 형성되고, 상기 버퍼층(202)상에 제1 도전형의 반도체층(203), 활성층(204) 및 제2 도전형의 반도체층(205)을 포함하는 발광 반도체층이 형성되고, 상기 제2 도전형의 반도체층(205) 상에 전류 퍼짐층(206)과 제2 웨이퍼 결합층(207)이 형성된다.
예를 들어, 상기 성장 기판(201)은 사파이어(Al2O3), 실리콘 카바이드(SiC), 실리콘(Si), 질화알루미늄(AlN), 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄갈륨(AlGaN), 유리(Glass), 또는 갈륨아세나이드(GaAs) 중 어느 하나가 사용될 수 있다.
상기 버퍼층(202)은 상기 성장 기판(201) 상에 격자 정합(lattice match)을 위해 형성되며, 예를 들어, InGaN, AlN, SiC, SiCN, 또는 GaN 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 발광 반도체층은 MOCVD 또는 MBE 단결정 성장법 등의 공정을 통해 상기 버퍼층 상에 형성될 수 있으며, 예를 들어, 상기 제1 도전형의 반도체층(203)은 Si가 도핑된 GaN층 또는 AlGaN층으로 형성될 수 있고, 상기 활성층(204)은 언도프된(undoped) InGaN층 및 GaN층으로 형성될 수 있으며, 상기 제2 도전형의 반도체층(205)은 Mg가 도핑된 GaN층 또는 AlGaN층으로 형성될 수 있다.
도 17을 참조하면, 지지 기판(401)이 준비되고, 상기 지지 기판(401) 상에 결합 강화층(402) 및 금속 후막층(403)을 형성한다. 그리고, 상기 금속 후막층(403) 상에 제1 웨이퍼 결합층(103)을 형성한다.
상기 지지 기판(401)은 상기 성장 기판(201)과 열팽창계수가 동일 또는 유사한 물질이 사용될 수 있고, 상기 제1 웨이퍼 결합층(103)은 상기 제2 웨이퍼 결합층(207)과 동일한 물질이 사용되거나 상이한 물질이 사용될 수 있다.
도 18을 참조하면, 도 16에 도시된 구조물과 도 17에 도시된 구조물을 웨이퍼 본딩 공정을 통해 결합시켜 복합 구조체를 형성한다.
즉, 상기 제1 웨이퍼 결합층(103)과 제2 웨이퍼 결합층(207)을 결합시킴으로써 복합 구조체를 형성한다.
상기 웨이퍼 본딩 공정은 상온 내지 700℃ 이하의 온도와, 진공, 산소, 아르곤, 또는 질소 가스 분위기 하에서 소정의 정압력(hydrostatic pressure)을 인가하여 진행될 수 있다. 이때, 상기 제2 도전형의 반도체층(205)와 전류 퍼짐층(206) 사이의 계면 물성이 퇴화(degradation)되지 않도록 한다.
도 19을 참조하면, 도 18에 도시된 복합 구조체로부터 상기 성장 기판(201)을 분리한다. 상기 성장 기판(201)은 열 화학 분해 반등 또는 화학 식각 반응을 이용하여 분리할 수 있다.
예를 들어, 상기 성장 기판(201)으로 사파이어 기판 또는 AlN 기판과 같은 광학적으로 투명하고 열 화학 분해 반응이 일어나는 기판이 사용된다면, 상기 성장 기판(201)에 포톤 빔을 조사함으로써 상기 성장 기판(201)을 상기 복합 구조체로부터 분리할 수 있다.
이때, 상기 제1 도전형의 반도체층(203) 상의 버퍼층(202)도 함께 제거한다.
도 20을 참조하면, 상기 제1 도전형의 반도체층(203), 활성층(204), 제2 도전형의 반도체층(205), 및 전류 퍼짐층(206)을 건식 식각 또는 습식 식각을 통해 선택적으로 제거하여 상기 전류 퍼짐층(206)의 일부가 상측 방향으로 노출되도록 한다. 예를 들어, 습식 식각을 이용하는 경우, KOH와 같은 염기(base), 염(salt), 또는 산성(acid) 용액이 사용될 수 있다.
도 21을 참조하면, 상기 제1 도전형의 반도체층(203) 상에 제1 전극층(301)을 형성하고, 상기 전류 퍼짐층(206) 상에 제2 전극층(302)를 형성한다.
따라서, 제5 실시예에 따른 발광 소자가 제조될 수 있다.
한편, 제6 실시예에 따른 발광 소자 제조방법은 제5 실시예에 따른 발광 소자 제조방법과 유사하다.
다만, 도 20에서 설명된 공정 후, 상기 제1 전극층(301)을 형성하기 전에 상기 제1 도전형의 반도체층(203)을 건식 식각 또는 습식 식각하여 광 추출 구조층(304)을 형성하는 공정이 추가된다.
또한, 제7 실시예에 따른 발광 소자 제조방법은 제5 실시예에 따른 발광 소자 제조방법과 유사하다.
다만, 도 20에서 설명된 공정 후, 상기 제1 전극층(301)을 형성하기 전에 상기 제1 도전형의 반도체층(203) 상에 오믹접촉 전극층(305)을 형성하는 공정이 추가된다.
또한, 제8 실시예에 따른 발광 소자 제조방법은 제5 실시예에 따른 발광 소자 제조방법과 유사하다.
다만, 도 20에서 설명된 공정 후, 상기 제1 전극층(301)을 형성하기 전에 상기 제1 도전형의 반도체층(203)을 건식 식각 또는 습식 식각하여 광 추출 구조층(304)을 형성하는 공정과, 상기 광 추출 구조층(304) 상에 오믹접촉 전극층(305)을 형성하는 공정이 추가된다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 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.
실시예는 광원으로 사용되는 발광 소자에 적용될 수 있다.

Claims (16)

  1. 지지 기판;
    상기 지지 기판 상에 평탄화층;
    상기 평탄화층 상에 웨이퍼 결합층;
    상기 웨이퍼 결합층 상에 전류 퍼짐층;
    상기 전류 퍼짐층 상에 제2 도전형의 반도체층;
    상기 제2 도전형의 반도체층 상에 활성층;
    상기 활성층 상에 제1 도전형의 반도체층;
    상기 제1 도전형의 반도체층 상에 제1 전극층; 및
    상기 전류 퍼짐층 상에 제2 전극층을 포함하는 발광 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 지지 기판 아래에 반사층을 포함하는 발광 소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 도전형의 반도체층과 제1 전극층 사이에 오믹접촉 전극층을 포함하는 발광 소자.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1 도전형의 반도체층과 상기 오믹접촉 전극층 사이에 광 추출 구조층을 포함하는 발광 소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 도전형의 반도체층 상에 광 추출 구조층을 포함하는 발광 소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 도전형의 반도체층과 상기 전류 퍼짐층 사이에 슈퍼래티스 구조층을 포함하는 발광 소자.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 지지 기판은 상면에 요철 구조가 형성된 발광 소자.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 웨이퍼 결합층은 SiO2, SiNx, Al2O3, ZnO, ZnS, MgF2, 또는 SOG(spin on glass) 중 어느 하나로 형성된 발광 소자.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 전류 퍼짐층은 산화된 니켈금(Ni-Au-O), 인디움틴산화막(ITO), 또는 아연산화막(ZnO) 중 어느 하나로 형성된 발광 소자.
  10. 지지 기판;
    상기 지지 기판 상에 금속 후막층;
    상기 금속 후막층 상에 웨이퍼 결합층;
    상기 웨이퍼 결합층 상에 전류 퍼짐층;
    상기 전류 퍼짐층 상에 제2 도전형의 반도체층;
    상기 제2 도전형의 반도체층 상에 활성층;
    상기 활성층 상에 제1 도전형의 반도체층;
    상기 제1 도전형의 반도체층 상에 제1 전극층; 및
    상기 전류 퍼짐층 상에 제2 전극층을 포함하는 발광 소자.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제1 도전형의 반도체층과 제1 전극층 사이에 오믹접촉 전극층을 포함하는 발광 소자.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 도전형의 반도체층과 상기 오믹접촉 전극층 사이에 광 추출 구조층을 포함하는 발광 소자.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 제1 도전형의 반도체층 상에 광 추출 구조층을 포함하는 발광 소자.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 제2 도전형의 반도체층과 상기 전류 퍼짐층 사이에 슈퍼래티스 구조층을 포함하는 발광 소자.
  15. 제 10항에 있어서,
    상기 금속 후막층은 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 타이타늄(Ti), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 니켈크롬(NiCr), 또는 구리텅스텐(CuW) 중 적어도 어느 하나가 포함되어 형성되는 발광 소자.
  16. 제 10항에 있어서,
    상기 전류 퍼짐층은 Al, Ag, Cu, Pt, Pd, 또는 Au 중 적어도 어느 하나가 포함되어 형성되는 발광 소자.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018135908A1 (ko) * 2017-01-20 2018-07-26 엘지이노텍 주식회사 반도체 소자 및 이를 포함하는 반도체 소자 패키지

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8542186B2 (en) 2009-05-22 2013-09-24 Motorola Mobility Llc Mobile device with user interaction capability and method of operating same
FR2953328B1 (fr) * 2009-12-01 2012-03-30 S O I Tec Silicon On Insulator Tech Heterostructure pour composants electroniques de puissance, composants optoelectroniques ou photovoltaiques
KR101047792B1 (ko) * 2010-04-23 2011-07-07 엘지이노텍 주식회사 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지
CN102290513B (zh) * 2011-09-14 2013-03-06 青岛理工大学 一种大功率高亮度发光二极管芯片及其制造方法
FR2985609B1 (fr) * 2012-01-05 2014-02-07 Commissariat Energie Atomique Substrat structure pour leds a forte extraction de lumiere
JP2014183285A (ja) * 2013-03-21 2014-09-29 Stanley Electric Co Ltd 発光素子
CN104112804A (zh) * 2013-04-18 2014-10-22 展晶科技(深圳)有限公司 发光二极管晶粒
US9362452B2 (en) * 2013-06-14 2016-06-07 Epistar Corporation Light-emitting device and the manufacturing method thereof
US20140367693A1 (en) * 2013-06-14 2014-12-18 Epistar Corporation Light-emitting device and the manufacturing method thereof
TWI577046B (zh) * 2014-12-23 2017-04-01 錼創科技股份有限公司 半導體發光元件及其製作方法
CN109166950B (zh) * 2018-09-14 2024-04-19 厦门乾照光电股份有限公司 发光二极管的半导体芯片及其量子阱层和制造方法
CN110379895B (zh) * 2019-07-25 2022-04-22 湘能华磊光电股份有限公司 Led外延生长方法
JP7344937B2 (ja) * 2021-07-30 2023-09-14 日機装株式会社 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6677619B1 (en) * 1997-01-09 2004-01-13 Nichia Chemical Industries, Ltd. Nitride semiconductor device
JP3769872B2 (ja) * 1997-05-06 2006-04-26 ソニー株式会社 半導体発光素子
WO2001041225A2 (en) * 1999-12-03 2001-06-07 Cree Lighting Company Enhanced light extraction in leds through the use of internal and external optical elements
JP2001308460A (ja) * 2000-04-27 2001-11-02 Sharp Corp 窒化物半導体レーザ素子とその光ピックアップ装置
TW567618B (en) * 2002-07-15 2003-12-21 Epistar Corp Light emitting diode with adhesive reflection layer and manufacturing method thereof
TW571449B (en) * 2002-12-23 2004-01-11 Epistar Corp Light-emitting device having micro-reflective structure
TW579610B (en) * 2003-01-30 2004-03-11 Epistar Corp Nitride light-emitting device having adhered reflective layer
TWI223460B (en) * 2003-09-23 2004-11-01 United Epitaxy Co Ltd Light emitting diodes in series connection and method of making the same
KR100601945B1 (ko) * 2004-03-10 2006-07-14 삼성전자주식회사 탑에미트형 질화물계 발광소자 및 그 제조방법
TWI288486B (en) * 2004-03-17 2007-10-11 Epistar Corp Light-emitting diode and method for manufacturing the same
US20050236636A1 (en) * 2004-04-23 2005-10-27 Supernova Optoelectronics Corp. GaN-based light-emitting diode structure
US7795623B2 (en) * 2004-06-30 2010-09-14 Cree, Inc. Light emitting devices having current reducing structures and methods of forming light emitting devices having current reducing structures
TWM261838U (en) * 2004-09-16 2005-04-11 Super Nova Optoelectronics Cor Structure for GaN based LED with high light extraction efficiency
US7829909B2 (en) * 2005-11-15 2010-11-09 Verticle, Inc. Light emitting diodes and fabrication methods thereof
KR100794304B1 (ko) * 2005-12-16 2008-01-11 삼성전자주식회사 광학 소자 및 그 제조 방법
WO2007069871A1 (en) * 2005-12-16 2007-06-21 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical device and method of fabricating the same
KR100728132B1 (ko) 2005-12-30 2007-06-13 서울옵토디바이스주식회사 전류 확산층을 이용한 발광 다이오드
KR20070081482A (ko) * 2006-02-13 2007-08-17 오인모 가장자리 엔형 오믹접촉 전극 구조를 갖는 차세대 피사이드다운 구조의 수직형 발광소자
US7795600B2 (en) * 2006-03-24 2010-09-14 Goldeneye, Inc. Wavelength conversion chip for use with light emitting diodes and method for making same
JP4637781B2 (ja) * 2006-03-31 2011-02-23 昭和電工株式会社 ＧａＮ系半導体発光素子の製造方法
TW200802544A (en) 2006-04-25 2008-01-01 Osram Opto Semiconductors Gmbh Composite substrate and method for making the same
TWI309481B (en) 2006-07-28 2009-05-01 Epistar Corp A light emitting device having a patterned substrate and the method thereof
DE102007004302A1 (de) 2006-09-29 2008-04-03 Osram Opto Semiconductors Gmbh Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterchips

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None
See also references of EP2280427A4

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018135908A1 (ko) * 2017-01-20 2018-07-26 엘지이노텍 주식회사 반도체 소자 및 이를 포함하는 반도체 소자 패키지
US10971651B2 (en) 2017-01-20 2021-04-06 Lg Innotek Co., Ltd. Semiconductor device and semiconductor device package including same

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