WO2009145501A2 - 발광 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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    • H01L33/46—Reflective coating, e.g. dielectric Bragg reflector

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 refractive index of the material constituting the light emitting semiconductor layer is smaller than the refractive index of the outside air, light generated in the active layer may not be effectively emitted to the outside, but is totally reflected at an interface to disappear within the light emitting semiconductor layer. .
  • the light extraction structure of the concave-convex shape is formed in the first conductive semiconductor layer or the second conductive semiconductor layer disposed on one side of the active layer, but this causes the electrical characteristics of the light emitting diode to be impaired. There is.
  • 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 light extraction efficiency and a method of manufacturing the same.
  • the light emitting device may include a first conductive semiconductor layer; An active layer on the first conductive semiconductor layer; A second conductive semiconductor layer on the active layer; A first passivation layer surrounding the first conductive semiconductor layer, the active layer, and the second conductive semiconductor layer; A second connection layer electrically connected to the second conductive semiconductor layer through the first passivation layer; A first light extracting structure layer on the first passivation layer and the second connection layer; A first electrode layer electrically connected to the first conductive semiconductor layer; And a second electrode layer on the first light extracting structure layer.
  • a method of manufacturing a light emitting device includes: forming a first conductive semiconductor layer on a growth substrate, an active layer on the first conductive semiconductor layer, and a second conductive semiconductor layer on the active layer; Selectively removing the second conductive semiconductor layer, the active layer, and the first conductive semiconductor layer so that the first conductive semiconductor layer is partially exposed; Forming a first passivation layer surrounding the first conductive semiconductor layer, the active layer, and the second conductive semiconductor layer; Selectively removing the first passivation layer and forming a second connection layer electrically connected to the second conductive semiconductor layer; Forming a first light extracting structure layer including an uneven structure on the second connection layer and the first passivation layer; And forming a second electrode layer on the first light extracting structure layer, and forming a first electrode layer electrically connected to the first conductive semiconductor 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 capable of improving electrical characteristics and light extraction efficiency and a method of manufacturing the same.
  • 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.
  • FIG. 1 is a view for explaining a light emitting device according to the first embodiment.
  • a buffer layer 201 is formed on a growth substrate 10, and a first conductive semiconductor layer 20, an active layer 30, and a second conductive semiconductor are formed on the buffer layer 201.
  • a light emitting semiconductor layer comprising a layer 40 is formed.
  • the light emitting semiconductor layer is partially removed by mesa etching, and a first current spreading layer 401 is formed on the first conductive semiconductor layer 20 exposed by the mesa etching.
  • a second current spreading layer 501 is formed on the second conductive semiconductor layer 40.
  • a first passivation layer 502 is formed surrounding the light emitting semiconductor layer and the first and second current spreading layers 401 and 501.
  • the first passivation layer 502 formed on the first and second current spreading layers 401 and 501 is selectively removed to form via holes, and the first connection layer 403 and the second connection layer 503 are formed in the via holes. Is formed.
  • a first light extracting structure layer 504 is formed on the first passivation layer 502 and the second connection layer 503 formed on the second conductive semiconductor layer 40.
  • a first electrode layer 70 is formed on the first connection layer 20, and a second electrode layer 60 is formed on the first light extracting structure layer 504.
  • a second light extracting structure layer 110 is formed under the growth substrate 10, and a reflective layer 120 is formed under the second light extracting structure layer 110.
  • the growth substrate 10 may include sapphire (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), silicon (Si), aluminum nitride (AlN), gallium nitride (GaN), aluminum gallium nitride. AlGaN, glass or gallium arsenide (GaAs) may be used.
  • the buffer layer 201 is formed on the growth substrate 10 prior to growing the first conductive semiconductor layer 20, and may include, for example, at least one of InGaN, AlN, SiC, SiCN, or GaN. It can be formed of either.
  • the light emitting semiconductor layer including the first conductive semiconductor layer 20, the active layer 30, and the second conductive semiconductor layer 40 may be formed of a group III nitride-based semiconductor material.
  • the first conductive semiconductor layer 20 may be formed of a gallium nitride layer including n-type impurities such as Si, and the second conductive semiconductor layer 40 may contain p-type impurities such as Mg. It may be formed of a gallium nitride layer containing.
  • the active layer 30 is a layer that generates light by recombining electrons and holes, for example, may be formed including any one of InGaN, AlGaN, GaN, or AlInGaN, using the active layer 30
  • the wavelength of the light emitted from the light emitting device is determined according to the type of the material.
  • the active layer 30 and the second conductive semiconductor layer 40 are formed on a portion of the first conductive semiconductor layer 20. That is, some regions of the first conductive semiconductor layer 20 are in contact with the active layer 30, and the remaining regions of the first conductive semiconductor layer 20 are exposed to the outside.
  • an interface modification layer may be further formed on the second conductive semiconductor layer 40.
  • the interfacial modification layer may include a superlattice structure, any one of InGaN, GaN, AlInN, AlN, InN, or AlGaN implanted with impurities of a first conductivity type, and InGaN, GaN implanted with impurities of a second conductivity type. , AlInN, AlN, InN, or AlGaN, or any one of the group III nitride system having a nitrogen-polar surface (nitrogen-polar surface).
  • the interfacial modification layer formed of the superlattice structure may be formed of nitride or carbon nitride including group 2, 3, or 4 elements.
  • the first current spreading layer 401 and the second current spreading layer 501 are not necessarily formed, and at least one of the first current spreading layer 401 and the second current spreading layer 501 is omitted. May be
  • the first current spreading layer 401 and the second current spreading layer 501 may include indium tin oxide (ITO), doped zinc oxide (ZnO), titanium nitride (TiN), indium zinc oxide (IZO), and IZTO (IZTO).
  • ITO indium tin oxide
  • ZnO doped zinc oxide
  • TiN titanium nitride
  • IZO indium zinc oxide
  • IZTO IZTO
  • indium zinc tin oxide NiO (nickel oxide), RuO 2 (ruthenium oxide), IrO 2 (iridium oxide), doped In 2 O 3 (doped indium oxide), Au, Ag, doped SnO 2 (doped tin oxide) ),
  • At least one of gallium indium tin oxide (GITO), palladium oxide (PdO), platinum oxide (PtO), Ag 2 O (silver oxide), or doped TiO 2 (doped titanium oxide) Can be formed.
  • the first current spreading layer 401 and the second current spreading layer 501 emit light by uniformly distributing current input to the first conductive semiconductor layer 20 and the second conductive semiconductor layer 40.
  • the first electrode layer 70 and the second electrode layer 60 are well adhered to the first conductive semiconductor layer 20 and the second conductive semiconductor layer 40, respectively. .
  • the first passivation layer 502 may include the first current spreading layer 401 and the second current spreading layer 501 except for some regions on the first current spreading layer 401 and the second current spreading layer 501. It is formed on the light emitting semiconductor layer comprising a.
  • the first passivation layer 502 protects the light emitting device from external physical, chemical, and electrical damage.
  • the first passivation layer 502 is formed of a transparent electrically insulating material, for example, SiO 2 (silicon dioxide).
  • SiN x silicon nitride
  • MgF 2 manganesium floride
  • Cr 2 O 3 chronium oxide
  • Al 2 O 3 aluminum oxide
  • TiO 2 zinc sulfide
  • ZnS zinc oxide
  • CaF 2 It is formed of at least one of calcium floride (AlN), aluminum nitride (AlN), or chromium nitride (CrN).
  • the first connection layer 403 and the second connection layer 503 are formed on the first current spreading layer 401 and the second current spreading layer 501, respectively, and penetrate the first passivation layer 502. do. That is, via holes may be formed in the first passivation layer 502 on the first current spreading layer 401 and the second current spreading layer 501, and a conductive material may be filled in the via holes to form the first connection layer. 403 and the second connection layer 503 are formed.
  • a plurality of via holes are formed in the first passivation layer 502 on the second current spreading layer 501 to form the second connection layer 503, and the first current spreading layer ( One via hole is formed in the first passivation layer 502 on the 501 to form the first connection layer 403.
  • the first connection layer 403 is not necessarily formed, and may be omitted.
  • the first connection layer 403 and the second connection layer 503 are formed of a transparent electrically conductive material, indium tin oxide (ITO), doped zinc oxide (ZnO), titanium nitride (TiN), and indium (IZO). zinc oxide), IZTO (indium zinc tin oxide), NiO (nickel oxide), RuO 2 (ruthenium oxide), IrO 2 (iridium oxide), doped In 2 O 3 (doped indium oxide), Au, Ag, doped At least one of doped tin oxide (SnO 2 ), gallium indium tin oxide (GITO), palladium oxide (PdO), platinum oxide (PtO), Ag 2 O (silver oxide), or doped TiO 2 (doped titanium oxide) It may be formed in a single layer or a multilayer form.
  • the first light extracting structure layer 504 is disposed on the first passivation layer 502 and the second connection layer 503 formed on the second conductive semiconductor layer 40.
  • the first light extracting structure layer 504 may be formed in contact with the plurality of second connection layers 503.
  • the first light extracting structure layer 504 is formed of an electrically conductive material having high light transmittance, and a concave-convex structure 504a such as a cylindrical shape or a conical shape is formed on a surface thereof.
  • the first light extracting structure layer 504 may be formed of a Group 2-6 compound including ZnO or MgZnO, a Group 3-5 compound including GaN or AlN, and may be selected as a hexagonal material. Can be.
  • the first light extracting structure layer 504 may be formed of TiO 2 or Al 2 O 3 .
  • the first electrode layer 70 is formed in a portion of the first connection layer 403. If the first connection layer 403 and the first current spreading layer 401 are omitted, the first electrode layer 70 may be formed in contact with the first conductive semiconductor layer 20.
  • the first electrode layer 70 is a material for forming an interface having good adhesion with the first conductive semiconductor layer 20, the first current spreading layer 401, or the first connection layer 403.
  • the semiconductor layer 20 of the first conductivity type or the first current spreading layer 401 or the first connection layer 403 may be formed of a material forming an ohmic contact interface.
  • the first electrode layer 70 may be formed of any one of Ti, Al, Cr, V, Au, or Nb, and may be formed using silicides.
  • the second electrode layer 60 is formed in a partial region on the first light extracting structure layer 504.
  • the second electrode layer 60 may be formed of a material forming an interface having good adhesion and an ohmic contact interface with the second light extracting structure layer 504.
  • the second electrode layer 60 may be formed of at least one of Ni, Al, Cr, Cu, Pt, Au, Pd, ITO, ZnO, ZITO, TiN, or IZO, and may form silicides. Can be formed using.
  • the second light extracting structure layer 110 may be formed under the growth substrate 10.
  • the second light extracting structure layer 110 may have a concave-convex structure 110a similarly to the first light extracting structure layer 504.
  • the reflective layer 120 is formed under the second light extracting structure layer 110 and is formed of a material having a high reflectance.
  • the reflective layer 120 may be formed of at least one of Ag, Al, Rh, Pd, Ni, Au, Distributed Bragg Reflector (DBR), or Omni-Directional Reflector (ODR).
  • DBR Distributed Bragg Reflector
  • ODR Omni-Directional Reflector
  • FIG. 2 to 9 illustrate a method of manufacturing a light emitting device according to the first embodiment.
  • a light emitting semiconductor including a buffer layer 201, a first conductive semiconductor layer 20, an active layer 30, and a second conductive semiconductor layer 40 on a growth substrate 10.
  • a layer may be further formed on the second conductive semiconductor layer 40.
  • a first current spreading layer 401 is formed on the first conductive semiconductor layer 20, and a second current spreading layer () is formed on the second conductive semiconductor layer 40. 501).
  • the first current spreading layer 401 and the second current spreading layer 501 may be formed by physical vapor deposition (PVD) or chemical vapor deposition (CVD).
  • a first passivation layer 502 is formed on a light emitting semiconductor layer including the first current spreading layer 401 and the second current spreading layer 501.
  • the first passivation layer 502 may be formed by a physical vapor deposition (PVD) method or a chemical vapor deposition (CVD) method.
  • via holes are formed to selectively expose the first passivation layer 502 to expose the first current spreading layer 401 and the second current spreading layer 501.
  • the second light extracting structure layer 110 and the reflective layer 120 are formed under the growth substrate 10.
  • the embodiment can be applied to a light emitting device used as a light source.

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Abstract

실시예에 따른 발광 소자는 제1 도전형의 반도체층; 상기 제1 도전형의 반도체층 상에 활성층; 상기 활성층 상에 제2 도전형의 반도체층; 상기 제1 도전형의 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형의 반도체층을 포위하는 제1 패시베이션층; 상기 제1 패시베이션층을 관통하여 상기 제2 도전형의 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 연결층; 상기 제1 패시베이션층 및 제2 연결층 상에 제1 광 추출 구조층; 상기 제1 도전형의 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극층; 및 상기 제1 광 추출 구조층 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 반도체층을 구성하는 물질의 굴절율은 외부 공기의 굴절율 보다 작기 때문에, 상기 활성층에서 발생된 빛은 외부로 효과적으로 방출되지 못하고 계면에서 전반사되어 상기 발광 반도체층의 내부에서 소멸되는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 상기 활성층의 일측에 배치된 제1 도전형의 반도체층 또는 제2 도전형의 반도체층에 요철 형태의 광 추출 구조를 형성하였으나, 이로 인하여 발광 다이오드의 전기적 특성이 훼손되는 문제가 있다.
실시예는 새로운 구조의 발광 소자 및 그 제조방법을 제공한다.
실시예는 전기적 특성 및 광 추출 효율이 향상된 발광 소자 및 그 제조방법을 제공한다.
실시예에 따른 발광 소자는 제1 도전형의 반도체층; 상기 제1 도전형의 반도체층 상에 활성층; 상기 활성층 상에 제2 도전형의 반도체층; 상기 제1 도전형의 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형의 반도체층을 포위하는 제1 패시베이션층; 상기 제1 패시베이션층을 관통하여 상기 제2 도전형의 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 연결층; 상기 제1 패시베이션층 및 제2 연결층 상에 제1 광 추출 구조층; 상기 제1 도전형의 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극층; 및 상기 제1 광 추출 구조층 상에 제2 전극층을 포함한다.
실시예에 따른 발광 소자 제조방법은 성장 기판 상에 제1 도전형의 반도체층, 상기 제1 도전형의 반도체층 상에 활성층, 상기 활성층 상에 제2 도전형의 반도체층을 형성하는 단계; 상기 제1 도전형의 반도체층이 부분적으로 노출되도록 상기 제2 도전형의 반도체층, 활성층, 및 제1 도전형의 반도체층을 선택적으로 제거하는 단계; 상기 제1 도전형의 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형의 반도체층을 포위하는 제1 패시베이션층을 형성하는 단계; 상기 제1 패시베이션층을 선택적으로 제거하고, 상기 제2 도전형의 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 연결층을 형성하는 단계; 상기 제2 연결층 및 제1 패시베이션층 상에 요철 구조를 포함하는 제1 광 추출 구조층을 형성하는 단계; 및 상기 제1 광 추출 구조층 상에 제2 전극층을 형성하고, 상기 제1 도전형의 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극층을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예는 새로운 구조의 발광 소자 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
실시예는 전기적 특성 및 광 추출 효율이 향상된 발광 소자 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 2 내지 도 9는 제1 실시예에 따른 발광 소자 제조방법을 설명하는 도면.
도 10은 제2 실시예에 따른 발광 소자를 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, 성장 기판(10) 상에 버퍼층(201)이 형성되고, 상기 버퍼층(201) 상에 제1 도전형의 반도체층(20), 활성층(30) 및 제2 도전형의 반도체층(40)을 포함하는 발광 반도체층이 형성된다.
상기 발광 반도체층은 메사 식각(MESA etching)에 의해 부분적으로 제거되고, 상기 메사 식각에 의해 노출된 상기 제1 도전형의 반도체층(20) 상에는 제1 전류 퍼짐층(401)이 형성된다. 그리고, 상기 제2 도전형의 반도체층(40) 상에 제2 전류 퍼짐층(501)이 형성된다.
상기 발광 반도체층 및 제1,2 전류 퍼짐층(401,501)을 포위하는 제1 패시베이션층(502)이 형성된다. 상기 제1,2 전류 퍼짐층(401,501) 상에 형성된 제1 패시베이션층(502)은 선택적으로 제거되어 비아홀이 형성되고, 상기 비아홀 내에는 제1 연결층(403) 및 제2 연결층(503)이 형성된다.
상기 제2 도전형의 반도체층(40) 상에 형성된 상기 제1 패시베이션층(502) 및 제2 연결층(503) 상에는 제1 광 추출 구조층(504)이 형성된다.
그리고, 상기 제1 연결층(20) 상에 제1 전극층(70)이 형성되고, 상기 제1 광 추출 구조층(504) 상에 제2 전극층(60)이 형성된다.
또한, 상기 성장 기판(10) 아래에는 제2 광 추출 구조층(110)이 형성되며, 상기 제2 광 추출 구조층(110) 아래에는 반사층(120)이 형성된다.
보다 상세히 설명하면, 예를 들어, 상기 성장 기판(10)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(201)은 상기 제1 도전형의 반도체층(20)을 성장시키기에 앞서, 상기 성장 기판(10) 상에 형성되며, 예를 들어, InGaN, AlN, SiC, SiCN, 또는 GaN 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 제1 도전형의 반도체층(20), 활성층(30) 및 제2 도전형의 반도체층(40)을 포함하는 발광 반도체층은 그룹 3족 질화물계 반도체 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 상기 제1 도전형의 반도체층(20)은 Si와 같은 n형 불순물을 포함하는 질화갈륨층으로 형성될 수 있고, 상기 제2 도전형의 반도체층(40)은 Mg와 같은 p형 불순물을 포함하는 질화갈륨층으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 활성층(30)은 전자와 정공이 재결합하여 빛을 발생시키는 층으로 예를 들어, InGaN, AlGaN, GaN, 또는 AlInGaN 중 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 활성층(30)을 사용되는 물질의 종류에 따라 상기 발광소자에서 방출되는 빛의 파장이 결정된다.
상기 활성층(30) 및 제2 도전형의 반도체층(40)은 상기 제1 도전형의 반도체층(20)의 일부 영역 상에 형성된다. 즉, 상기 제1 도전형의 반도체층(20)의 일부 영역은 상기 활성층(30)과 접촉하고 상기 제1 도전형의 반도체층(20)의 나머지 영역은 외부로 노출된다.
비록 도시되지는 않았으나, 상기 제2 도전형의 반도체층(40) 상에는 계면 개질층(interface modification layer)이 더 형성될 수도 있다.
상기 계면 개질층은 슈퍼래티스 구조(supperlattice structure), 제1 도전형의 불순물이 주입된 InGaN, GaN, AlInN, AlN, InN, 또는 AlGaN 중 어느 하나, 제2 도전형의 불순물이 주입된 InGaN, GaN, AlInN, AlN, InN, 또는 AlGaN 중 어느 하나, 또는 질소 극성으로 형성된 표면(nitrogen-polar surface)을 갖는 그룹 3족 질화물계 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 특히, 상기 슈퍼래티스 구조로 형성된 계면 개질층은 그룹 2족, 3족, 또는 4족 원소 성분을 포함하는 질화물(nitride) 또는 탄소 질화물(carbon nitride)로 형성될 수 있다.
상기 제1 도전형의 반도체층(20) 상에는 부분적으로 상기 제1 전류 퍼짐층(401)이 형성되고, 상기 제2 도전형의 반도체층(20) 상에는 부분적으로 또는 전체적으로 상기 제2 전류 퍼짐층(501)이 형성된다.
상기 제1 전류 퍼짐층(401) 및 제2 전류 퍼짐층(501)은 반드시 형성되어야 하는 것은 아니며, 상기 제1 전류 퍼짐층(401) 및 제2 전류 퍼짐층(501) 중 적어도 어느 하나는 생략될 수도 있다.
상기 제1 전류 퍼짐층(401) 및 제2 전류 퍼짐층(501)은 ITO(indium tin oxide), 도핑된 ZnO(doped Zinc oxide), TiN(titanium nitride), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), NiO(nickel oxide), RuO2(ruthenium oxide), IrO2(iridium oxide), 도핑된 In2O3(doped indium oxide), Au, Ag, 도핑된 SnO2(doped tin oxide), GITO(gallium indium tin oxide), PdO(palladium oxide), PtO(platinum oxide), Ag2O(silver oxide), 또는 도핑된 TiO2(doped titanium oxide) 중 적어도 어느 하나가 단층 또는 다층 형태로 형성될 수 있다.
상기 제1 전류 퍼짐층(401) 및 제2 전류 퍼짐층(501)은 상기 제1 도전형의 반도체층(20) 및 제2 도전형의 반도체층(40)으로 입력되는 전류를 골고루 분산시킴으로써 발광 효율을 증가시킬 뿐만 아니라, 상기 제1 전극층(70) 및 제2 전극층(60)이 각각 상기 제1 도전형의 반도체층(20) 및 제2 도전형의 반도체층(40)에 잘 접착되도록 한다.
상기 제1 패시베이션층(502)은 상기 제1 전류 퍼짐층(401) 및 제2 전류 퍼짐층(501) 상의 일부 영역을 제외한 상기 제1 전류 퍼짐층(401) 및 제2 전류 퍼짐층(501)을 포함하는 발광 반도체층 상에 형성된다. 상기 제1 패시베이션층(502)은 외부의 물리적, 화학적, 전기적 손상으로부터 발광 소자를 보호한다.
상기 제1 패시베이션층(502)은 투명한 전기 절연성 물질로 형성되며, 예를 들어, SiO2(silicon dioxide). SiNx(silicon nitride), MgF2(magnesium floride), Cr2O3(chronium oxide), Al2O3(aluminum oxide), TiO2, ZnS(zinc sulfide), ZnO(zinc oxide), CaF2(calcium floride), AlN(aluminum nitride), 또는 CrN(chronium nitride) 중 적어도 어느 하나로 형성된다.
상기 제1 연결층(403) 및 제2 연결층(503)은 각각 상기 제1 전류 퍼짐층(401) 및 제2 전류 퍼짐층(501) 상에 형성되어 상기 제1 패시베이션층(502)을 관통한다. 즉, 상기 제1 전류 퍼짐층(401) 및 제2 전류 퍼짐층(501) 상의 상기 제1 패시베이션층(502)에는 비아홀이 형성될 수 있으며, 상기 비아홀에는 도전성 물질이 매립되어 상기 제1 연결층(403) 및 제2 연결층(503)을 형성한다.
실시예에서는 상기 제2 전류 퍼짐층(501) 상의 상기 제1 패시베이션층(502)에 복수개의 비아홀이 형성되어 상기 제2 연결층(503)이 형성된 것이 예시되어 있으며, 상기 제1 전류 퍼짐층(501) 상의 상기 제1 패시베이션층(502)에 하나의 비아홀이 형성되어 상기 제1 연결층(403)이 형성된 것이 예시되어 있다.
상기 제1 연결층(403)은 반드시 형성되어야 하는 것은 아니며, 생략될 수도 있다.
상기 제1 연결층(403) 및 제2 연결층(503)은 투명한 전기 전도성 물질로 형성되며, ITO(indium tin oxide), 도핑된 ZnO(doped Zinc oxide), TiN(titanium nitride), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), NiO(nickel oxide), RuO2(ruthenium oxide), IrO2(iridium oxide), 도핑된 In2O3(doped indium oxide), Au, Ag, 도핑된 SnO2(doped tin oxide), GITO(gallium indium tin oxide), PdO(palladium oxide), PtO(platinum oxide), Ag2O(silver oxide), 또는 도핑된 TiO2(doped titanium oxide) 중 적어도 어느 하나가 단층 또는 다층 형태로 형성될 수 있다.
상기 제1 광 추출 구조층(504)은 상기 제2 도전형의 반도체층(40) 상에 형성된 제1 패시베이션층(502) 및 제2 연결층(503) 상에 배치된다. 상기 제1 광 추출 구조층(504)은 복수의 제2 연결층(503)과 접촉하여 형성될 수 있다.
상기 제1 광 추출 구조층(504)은 광 투과율이 높은 전기 전도성 물질로 형성되며, 표면에 원통형 또는 원뿔형과 같은 요철 구조(504a)가 형성된다.
예를 들어, 상기 제1 광 추출 구조층(504)은 ZnO 또는 MgZnO를 포함하는 2-6족 화합물, GaN 또는 AlN을 포함하는 3-5족 화합물로 형성될 수 있으며, 육방정계 물질로 선택될 수 있다. 또한, 상기 제1 광 추출 구조층(504)은 TiO2 또는 Al2O3로 형성될 수도 있다.
상기 제1 전극층(70)은 상기 제1 연결층(403) 상의 일부 영역에 형성된다. 만약, 상기 제1 연결층(403) 및 제1 전류 퍼짐층(401)이 생략된다면, 상기 제1 전극층(70)은 상기 제1 도전형의 반도체층(20)과 접촉하여 형성될 수 있다.
상기 제1 전극층(70)은 상기 제1 도전형의 반도체층(20) 또는 상기 제1 전류 퍼짐층(401) 또는 제1 연결층(403)과 접착력이 좋은 계면을 형성하기 위한 물질로서, 상기 제1 도전형의 반도체층(20) 또는 상기 제1 전류 퍼짐층(401) 또는 제1 연결층(403)과 오믹 접촉 계면을 형성하는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극층(70)은 Ti, Al, Cr, V, Au, 또는 Nb 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 실리사이드(silicides)를 사용하여 형성될 수 있다.
상기 제2 전극층(60)은 상기 제1 광 추출 구조층(504) 상의 일부 영역에 형성된다.
상기 제2 전극층(60)은 상기 제2 광 추출 구조층(504)와 접착력이 좋은 계면및 오믹 접촉 계면을 형성하는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 전극층(60)은 Ni, Al, Cr, Cu, Pt, Au, Pd, ITO, ZnO, ZITO, TiN, 또는 IZO 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있으며, 실리사이드(silicides)를 사용하여 형성될 수 있다.
상기 제2 광 추출 구조층(110)은 상기 성장 기판(10)의 아래에 형성될 수 있다. 상기 제2 광 추출 구조층(110)은 상기 제1 광 추출 구조층(504)와 마찬가지로 요철 구조(110a)가 형성될 수 있다.
상기 반사층(120)은 상기 제2 광 추출 구조층(110)의 아래에 형성되며, 고 반사율을 갖는 물질로 형성된다. 예를 들어, 상기 반사층(120)은 Ag, Al, Rh, Pd, Ni, Au, DBR(Distributed Bragg Reflector), 또는 ODR(Omni-Directional Reflector) 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
도 2 내지 도 9는 제1 실시예에 따른 발광 소자 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 성장 기판(10) 상에 버퍼층(201), 제1 도전형의 반도체층(20), 활성층(30), 및 제2 도전형의 반도체층(40)을 포함하는 발광 반도체층을 형성한다. 그리고, 비록 도시되지는 않았지만, 상기 제2 도전형의 반도체층(40) 상에 계면 개질층을 더 형성할 수도 있다.
도 3을 참조하면, 상기 발광 반도체층을 메사 에칭(MESA etching)하여 상기 제1 도전형의 반도체층(20)이 부분적으로 노출되도록 한다.
도 4를 참조하면, 상기 제1 도전형의 반도체층(20) 상에 제1 전류 퍼짐층(401)을 형성하고, 상기 제2 도전형의 반도체층(40) 상에 제2 전류 퍼짐층(501)을 형성한다. 상기 제1 전류 퍼짐층(401) 및 제2 전류 퍼짐층(501)은 물리적 증기 증착(PVD) 방법 또는 화학적 증기 증착(CVD) 방법으로 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 제1 전류 퍼짐층(401) 및 제2 전류 퍼짐층(501)을 포함하는 발광 반도체층 상에 제1 패시베이션층(502)을 형성한다. 상기 제1 패시베이션층(502)은 물리적 증기 증착(PVD) 방법 또는 화학적 증기 증착(CVD) 방법으로 형성될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 제1 패시베이션층(502)을 선택적으로 제거함으로써, 상기 제1 전류 퍼짐층(401) 및 제2 전류 퍼짐층(501)이 노출되도록 비아홀을 형성한다.
그리고, 상기 비아홀 내에 제1 연결층(403) 및 제2 연결층(503)을 형성한다.
도 7을 참조하면, 상기 제1 패시베이션층(502) 및 상기 제2 연결층(503) 상에 제1 광 추출 구조층(504)을 형성한다.
상기 제1 광 추출 구조층(504)은 MOCVD(metaloraganic chemical vapor deposition), MBE(molecular beam epitaxy), PLD(pulsed laser deposition), sputtering, ALD(atomic level deposition), CVD(chemical vapor deposition)와 같은 증착 또는 성장 방법을 통해 형성할 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 제1 광 추출 구조층(504) 상기 제2 전극층(60)을 형성하고, 상기 제1 연결층(403) 상에 제1 전극층(70)을 형성한다.
도 9를 참조하면, 마지막으로, 상기 성장 기판(10) 아래에 제2 광 추출 구조층(110) 및 반사층(120)을 형성한다.
상기 제2 광 추출 구조층(110)은 상기 제1 광 추출 구조층(504)과 마찬가지로 증착 또는 성장 방법으로 형성할 수 있으며, 상기 반사층(120)은 물리적 증기 증착(PVD) 방법 또는 화학적 증기 증착(CVD) 방법으로 형성할 수 있다.
도 10은 제2 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면이다.
제2 실시예에 따른 발광 소자의 구조는 상술한 제1 실시예에 따른 발광 소자의 구조와 유사하다. 따라서, 제2 실시예에 따른 발광 소자를 설명함에 있어서 제1 실시예에 따른 발광 소자에 대한 설명과 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 10을 참조하면, 성장 기판(10) 상에 버퍼층(201)이 형성되고, 상기 버퍼층(201) 상에 제1 도전형의 반도체층(20), 활성층(30) 및 제2 도전형의 반도체층(40)을 포함하는 발광 반도체층이 형성된다.
상기 발광 반도체층은 메사 식각(MESA etching)에 의해 부분적으로 제거되고, 상기 메사 식각에 의해 노출된 상기 제1 도전형의 반도체층(20) 상에는 제1 전류 퍼짐층(401)이 형성된다. 그리고, 상기 제2 도전형의 반도체층(40) 상에 제2 전류 퍼짐층(501)이 형성된다.
상기 발광 반도체층 및 제1,2 전류 퍼짐층(401,501)을 포위하는 제1 패시베이션층(502)이 형성된다. 상기 제1,2 전류 퍼짐층(401,501) 상에 형성된 제1 패시베이션층(502)은 선택적으로 제거되어 비아홀이 형성되고, 상기 비아홀 내에는 제1 연결층(403) 및 제2 연결층(503)이 형성된다.
상기 제2 도전형의 반도체층(40) 상에 형성된 상기 제1 패시베이션층(502) 및 제2 연결층(503) 상에는 제1 광 추출 구조층(504)이 형성된다.
그리고, 상기 제1 광 추출 구조층(504) 상에 제2 패시베이션층(90)이 형성되고, 상기 제2 패시베이션층(90) 상에 제3 광 추출 구조층(100)이 형성된다.
그리고, 상기 제1 연결층(20) 상에 제1 전극층(70)이 형성되고, 상기 제2 패시베이션층(90) 및 제3 광 추출 구조층(100)이 선택적으로 제거된 영역에 제2 전극층(60)이 형성되어 상기 제1 광 추출 구조층(504)과 전기적으로 연결된다.
또한, 상기 성장 기판(10) 아래에는 제2 광 추출 구조층(110)이 형성되며, 상기 제2 광 추출 구조층(110) 아래에는 반사층(120)이 형성된다.
상기 제2 패시베이션층(90)은 투명한 전기 절연성 물질로 형성되며, 예를 들어, SiO2(silicon dioxide). SiNx(silicon nitride), MgF2(magnesium floride), Cr2O3(chronium oxide), Al2O3(aluminum oxide), TiO2, ZnS(zinc sulfide), ZnO(zinc oxide), CaF2(calcium floride), AlN(aluminum nitride), 또는 CrN(chronium nitride) 중 적어도 어느 하나로 형성된다.
그리고, 상기 제3 광 추출 구조층(100)은 요철 구조(100a)를 가지고, ZnO과 같은 2-6족 화합물 또는 GaN과 같은 3-5족 화합물로 형성될 수 있으며, 육방정계 물질로 선택될 수 있다.
또한, 상기 제3 광 추출 구조층(100)은 TiO2, Al2O3, SiO2, SiNx, MgF2(magnesium floride), Cr2O3(chronium oxide), Al2O3(aluminum oxide), TiO2, ZnS(zinc sulfide), ZnO(zinc oxide), CaF2(calcium floride), AlN(aluminum nitride), 또는 CrN(chronium nitride) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
한편, 비록 도시되지는 않았지만, 제2 실시예에 따른 발광 소자 제조방법은 제1 실시예에 따른 발광 소자 제조방법과 유사하다.
도 2 내지 도 7에서 설명된 제조방법은 동일하고, 도 7에서 형성된 상기 제1 광 추출 구조층(504) 상에 제2 패시베이션층(90) 및 제3 광 추출 구조층(100)을 형성한 후, 상기 제2 패시베이션층(90) 및 제3 광 추출 구조층(100)을 선택적으로 제거하여 상기 제1 광 추출 구조층(504)이 노출되도록 한다.
그리고, 상기 제1 광 추출 구조층(504) 상기 제2 전극층(60)을 형성하고, 상기 제1 연결층(403) 상에 제1 전극층(70)을 형성한다.
마지막으로, 상기 성장 기판(10) 아래에 제2 광 추출 구조층(110) 및 반사층(120)을 형성한다.
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. 제1 도전형의 반도체층;
    상기 제1 도전형의 반도체층 상에 활성층;
    상기 활성층 상에 제2 도전형의 반도체층;
    상기 제1 도전형의 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형의 반도체층을 포위하는 제1 패시베이션층;
    상기 제1 패시베이션층을 관통하여 상기 제2 도전형의 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 연결층;
    상기 제1 패시베이션층 및 제2 연결층 상에 제1 광 추출 구조층;
    상기 제1 도전형의 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극층; 및
    상기 제1 광 추출 구조층 상에 제2 전극층을 포함하는 발광 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 도전형의 반도체층 상에 상기 제2 연결층과 전기적으로 연결되는 제2 전류 퍼짐층을 포함하는 발광 소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 연결층은 상기 제1 패시베이션층 내에 복수개가 형성되는 발광 소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 광 추출 구조층은 상면에 요철 구조가 형성된 발광 소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 도전형의 반도체층 상에 상기 제1 전극층과 전기적으로 연결되는 제1 전류 퍼짐층을 포함하는 발광 소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 도전형의 반도체층 상에 상기 제1 패시베이션층을 관통하여 상기 제1 전극층과 전기적으로 연결되는 제1 연결층을 포함하는 발광 소자.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 도전형의 반도체층 아래에 성장 기판을 포함하는 발광 소자.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 성장 기판 아래에 요철 구조가 형성된 제2 광 추출 구조층을 포함하는 발광 소자.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 성장 기판 아래에 반사층을 포함하는 발광 소자.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 광 추출 구조층 상에 제2 패시베이션층을 포함하는 발광 소자.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제2 패시베이션층 상에 제3 광 추출 구조층을 포함하는 발광 소자.
  12. 제 2항에 있어서,
    상기 제2 전류 퍼짐층은 ITO(indium tin oxide), 도핑된 ZnO(doped Zinc oxide), TiN(titanium nitride), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), NiO(nickel oxide), RuO2(ruthenium oxide), IrO2(iridium oxide), 도핑된 In2O3(doped indium oxide), Au, Ag, 도핑된 SnO2(doped tin oxide), GITO(gallium indium tin oxide), PdO(palladium oxide), PtO(platinum oxide), Ag2O(silver oxide), 또는 도핑된 TiO2(doped titanium oxide) 중 적어도 어느 하나가 단층 또는 다층 형태로 형성된 발광 소자.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 연결층은 ITO(indium tin oxide), 도핑된 ZnO(doped Zinc oxide), TiN(titanium nitride), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), NiO(nickel oxide), RuO2(ruthenium oxide), IrO2(iridium oxide), 도핑된 In2O3(doped indium oxide), Au, Ag, 도핑된 SnO2(doped tin oxide), GITO(gallium indium tin oxide), PdO(palladium oxide), PtO(platinum oxide), Ag2O(silver oxide), 또는 도핑된 TiO2(doped titanium oxide) 중 적어도 어느 하나가 단층 또는 다층 형태로 형성된 발광 소자.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 광 추출 구조층은 ZnO 또는 MgZnO를 포함하는 2-6족 화합물, GaN 또는 AlN을 포함하는 3-5족 화합물, TiO2 또는 Al2O3 중 어느 하나로 형성된 발광 소자.
  15. 성장 기판 상에 제1 도전형의 반도체층, 상기 제1 도전형의 반도체층 상에 활성층, 상기 활성층 상에 제2 도전형의 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 제1 도전형의 반도체층이 부분적으로 노출되도록 상기 제2 도전형의 반도체층, 활성층, 및 제1 도전형의 반도체층을 선택적으로 제거하는 단계;
    상기 제1 도전형의 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형의 반도체층을 포위하는 제1 패시베이션층을 형성하는 단계;
    상기 제1 패시베이션층을 선택적으로 제거하고, 상기 제2 도전형의 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 연결층을 형성하는 단계;
    상기 제2 연결층 및 제1 패시베이션층 상에 요철 구조를 포함하는 제1 광 추출 구조층을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 광 추출 구조층 상에 제2 전극층을 형성하고, 상기 제1 도전형의 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극층을 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자 제조방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제1 패시베이션층을 형성하기 전, 상기 제2 도전형의 반도체층 상에 제2 전류 퍼짐층을 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자 제조방법.
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