WO2018190618A1 - 반도체 소자 - Google Patents

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WO2018190618A1
WO2018190618A1 PCT/KR2018/004202 KR2018004202W WO2018190618A1 WO 2018190618 A1 WO2018190618 A1 WO 2018190618A1 KR 2018004202 W KR2018004202 W KR 2018004202W WO 2018190618 A1 WO2018190618 A1 WO 2018190618A1
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WO
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layer
electrode
disposed
branch
conductive semiconductor
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PCT/KR2018/004202
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정세연
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엘지이노텍 주식회사
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Priority claimed from KR1020170061074A external-priority patent/KR102330026B1/ko
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    • H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls

Definitions

  • the embodiment relates to a semiconductor device.
  • a semiconductor device including a compound such as GaN, AlGaN, etc. has many advantages, such as having a wide and easy-to-adjust band gap energy, and can be used in various ways as a light emitting device, a light receiving device, and various diodes.
  • light emitting devices such as light emitting diodes and laser diodes using semiconductors of Group 3-5 or Group 2-6 compound semiconductors have been developed through the development of thin film growth technology and device materials.
  • Various colors such as blue and ultraviolet light can be realized, and efficient white light can be realized by using fluorescent materials or combining colors.Low power consumption, semi-permanent lifespan, and fast response speed compared to conventional light sources such as fluorescent and incandescent lamps can be realized. It has the advantages of safety, environmental friendliness.
  • a light-receiving device such as a photodetector or a solar cell
  • a group 3-5 or 2-6 compound semiconductor material of a semiconductor the development of device materials absorbs light in various wavelength ranges to generate a photocurrent.
  • light in various wavelengths can be used from gamma rays to radio wavelengths. It also has the advantages of fast response speed, safety, environmental friendliness and easy control of device materials, making it easy to use in power control or microwave circuits or communication modules.
  • the semiconductor device may replace a light emitting diode backlight, a fluorescent lamp, or an incandescent bulb, which replaces a cold cathode tube (CCFL) constituting a backlight module of an optical communication means, a backlight of a liquid crystal display (LCD) display device.
  • CCFL cold cathode tube
  • LCD liquid crystal display
  • the semiconductor device may increase the rate of change of the operating voltage over time under high current and high temperature conditions. Therefore, there is a discussion about the causes and ways to solve them.
  • the embodiment provides a semiconductor device having improved reliability.
  • the embodiment provides a blue light emitting device having a horizontal structure.
  • a semiconductor device a substrate; A semiconductor structure disposed on the substrate, the semiconductor structure including a first conductive semiconductor layer, a second conductive semiconductor layer, and an active layer disposed between the first conductive semiconductor layer and the second conductive semiconductor layer; A first electrode disposed on the first conductive semiconductor layer; And a second electrode disposed on the second conductive semiconductor layer, wherein at least one of the first electrode and the second electrode is disposed on the first conductive semiconductor layer or the second conductive semiconductor layer.
  • Bonding layer A reflective layer disposed on the bonding layer; A capping layer disposed on the reflective layer; And a bonding layer disposed on the capping layer, wherein the capping layer includes a first layer and a second layer alternately stacked at least one or more times, and the first layer comprises Ti, and the first layer And a ratio of the thickness of the second layer is 4: 7 to 20: 3 to improve the peeling phenomenon between the semiconductor structure and the bonding layer.
  • a semiconductor structure disposed on the substrate including a first conductive semiconductor layer, a second conductive semiconductor layer, and an active layer disposed between the first conductive semiconductor layer and the second conductive semiconductor layer;
  • the second electrode comprises: a second branch electrode disposed on the second conductive semiconductor layer; And a second pad disposed on the second branch electrode, wherein the first branch electrode and the second branch electrode have openings.
  • the first branch electrode and the second branch electrode include Ag, and the width of the opening of the first branch electrode is 30 compared to the length of the minimum width of the first branch electrode in a direction perpendicular to the thickness direction of the semiconductor structure. % To 60%, the width of the opening of the second branch electrode may be 30% to 60% of the length of the minimum width of the second branch electrode in a direction perpendicular to the thickness direction of the semiconductor structure.
  • the thickness of the first branch electrode and the second branch electrode may be 3nm to 300nm.
  • the length ratio of the length from the top surface of the second pad electrode to the top surface of the first pad electrode and the length from the bottom surface of the second pad electrode to the top surface of the first pad electrode in the thickness direction of the semiconductor structure is 1 : 2.0 to 1: 2.2.
  • a first ohmic layer disposed between the first conductive semiconductor layer and the first branch electrode; A second ohmic layer disposed between the second conductive semiconductor layer and the second branch electrode; And a current blocking layer disposed between the second ohmic layer and the second conductive semiconductor layer.
  • the current blocking layer may be disposed on an area overlapping the second branch electrode vertically.
  • the semiconductor element which is excellent in light extraction efficiency can be manufactured.
  • FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line II ′ of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram of a first electrode of a semiconductor device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5 is a graph showing internal stresses according to thicknesses of a first layer and a second layer among capping layers of the first electrode.
  • FIG. 6 is a graph illustrating ohmic characteristics of an electrode according to various modifications.
  • FIG. 7 is a graph illustrating reflectances of electrodes according to various modifications.
  • 8A to 8E are graphs illustrating the rate of change of the VF1 value of the semiconductor device according to various deformations of the electrode.
  • 9A to 9E are graphs illustrating a change rate of VF 3 values of semiconductor devices according to various deformations of electrodes.
  • 10A to 10E illustrate light emission distributions of semiconductor devices according to various deformations of electrodes.
  • 11A to 11E illustrate the appearance of semiconductor devices according to various deformations of electrodes.
  • FIGS. 11A to 11E are detailed photographs of the appearance specificities of FIGS. 11A to 11E.
  • 13A to 13E are cross-sectional views of electrodes according to various modifications.
  • 15A to 15E illustrate the occurrence of peeling of electrodes according to various modifications.
  • 16 is a perspective view of a semiconductor device according to another exemplary embodiment.
  • 17 is a plan view of a semiconductor device according to another exemplary embodiment.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 17.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view of the portion BB ′ in FIG. 17.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view taken along line CC ′ in FIG. 17.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view of a portion DD ′ in FIG. 17.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view of part II ′ in FIG. 17.
  • FIG. 23 is an enlarged view of a branch electrode of a semiconductor device according to example embodiments.
  • 24A to 24F are flowcharts illustrating a method of manufacturing another semiconductor device, according to an embodiment.
  • the semiconductor device may include various electronic devices such as a light emitting device and a light receiving device, and the light emitting device and the light receiving device may both include a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a second conductive semiconductor layer.
  • the semiconductor device according to the embodiment may be a light emitting device.
  • the light emitting device emits light by recombination of electrons and holes, and the wavelength of the light is determined by the energy band gap inherent in the material. Thus, the light emitted may vary depending on the composition of the material.
  • FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a plan view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a cross-sectional view taken along line II ′ of FIG. 1.
  • a semiconductor device 100A may include a substrate 110, a semiconductor structure 120, a current blocking layer 130, a second ohmic layer 140, and a second ohmic layer 140. It may include the first electrode 150 and the second electrode 160.
  • Substrate 110 may comprise a translucent, conductive or insulating substrate.
  • the substrate 110 may be a material or a carrier wafer suitable for growing a semiconductor material.
  • the substrate 110 may be made of a material selected from sapphire (Al 2 O 3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, and Ga 2 O 3, but the present invention is not limited thereto.
  • the upper surface of the substrate 110 may include an uneven structure to improve light extraction efficiency.
  • a buffer layer (not shown) may be further disposed between the substrate 110 and the semiconductor structure 120 to reduce the difference in lattice constant.
  • the semiconductor structure 120 may be disposed on the substrate 110.
  • the first conductive semiconductor layer 121, the active layer 123, and the second conductive semiconductor layer 122 may be sequentially disposed.
  • the first conductive semiconductor layer 121 may be formed of a compound semiconductor such as a group III-V group or a group II-VI, and may be doped with a first dopant.
  • the first conductive semiconductor layer 121 is a semiconductor material having a composition formula of Inx1Aly1Ga1-x1-y1N (0 ⁇ x1 ⁇ 1, 0 ⁇ y1 ⁇ 1, 0 ⁇ x1 + y1 ⁇ 1), for example, GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN and the like can be selected.
  • the first dopant may be an n-type dopant such as Si, Ge, Sn, Se, or Te.
  • the first conductive semiconductor layer 121 doped with the first dopant may be a semiconductor layer including an n-type dopant.
  • the active layer 123 may be disposed between the first conductive semiconductor layer 121 and the second conductive semiconductor layer 122.
  • the active layer 123 is a layer where electrons (or holes) injected through the first conductive semiconductor layer 121 and holes (or electrons) injected through the second conductive semiconductor layer 122 meet each other.
  • the active layer 123 transitions to a low energy level as electrons and holes recombine, and may generate light having visible or ultraviolet wavelengths.
  • the active layer 123 includes a well layer and a barrier layer, and includes any one of a single well structure, a multi well structure, a single quantum well structure, a multi quantum well (MQW) structure, a quantum dot structure, or a quantum line structure.
  • the structure of the active layer 123 is not limited thereto.
  • the second conductivity type semiconductor layer 122 may be disposed on the active layer 123.
  • the second conductive semiconductor layer 122 may be formed of a compound semiconductor such as a group III-V group or a group II-VI, and may be doped with a second dopant.
  • the second conductive semiconductor layer 122 is a semiconductor material having a composition formula of Inx5Aly2Ga1-x5-y2N (0 ⁇ x5 ⁇ 1, 0 ⁇ y2 ⁇ 1, 0 ⁇ x5 + y2 ⁇ 1) or AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs It may be made of a material selected from GaAsP, AlGaInP.
  • the second dopant may be a p-type dopant such as Mg, Zn, Ca, Sr, Ba, or the like.
  • the second conductive semiconductor layer 122 doped with the second dopant may be a semiconductor layer including the p-type dopant.
  • the present invention is not limited thereto, and the first conductive semiconductor layer may be a semiconductor layer including an n-type dopant, and the second conductive semiconductor layer may be a semiconductor layer including a p-type dopant.
  • the current blocking layer (CBL) 130 may be disposed on the second conductive semiconductor layer 122.
  • the current blocking layer 130 may be disposed in a region in which the second electrode 160, which will be described later, is disposed in the second conductive semiconductor layer 122. That is, the current blocking layer 130 may be disposed between the second electrode 160 and the second conductive semiconductor layer 122.
  • the current blocking layer 130 may overlap the second electrode 160 in the vertical direction (Z-axis direction).
  • the current blocking layer 130 may improve the luminous efficiency of the light emitting device by alleviating the phenomenon in which current is concentrated.
  • the current blocking layer 130 may be made of a material having electrical insulation or schottky contact.
  • the current blocking layer 130 may be made of oxide, nitride, or metal.
  • the current blocking layer 130 may include at least one of SiO 2, SiO x, SiO x N y, Si 3 N 4, Al 2 O 3, TiO x, Ti, Al, and Cr.
  • the current blocking layer 130 may be omitted in some cases.
  • the second ohmic layer 140 may be disposed on the second conductive semiconductor layer 122 and the current blocking layer 130.
  • the second ohmic layer 140 may be made of a material having high light transmittance to increase light extraction efficiency.
  • the second ohmic layer 140 may be omitted in some cases.
  • the second ohmic layer 140 may include indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium zinc tin oxide (IZTO), indium aluminum zinc oxide (IZAZO), indium gallium zinc oxide (IGZO), and indium gallium (IGTO).
  • ITO indium tin oxide
  • IZO indium zinc oxide
  • IZTO indium zinc tin oxide
  • IZAZO indium aluminum zinc oxide
  • IGZO indium gallium zinc oxide
  • IGTO indium gallium
  • tin oxide aluminum zinc oxide (AZO), antimony tin oxide (ATO), gallium zinc oxide (GZO), IZO (IZO Nitride), AGZO (Al-Ga ZnO), IGZO (In-Ga ZnO), ZnO, IrOx , RuOx, NiO, RuOx / ITO, Ni / IrOx / Au, or Ni / IrOx / Au / ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, It may comprise at least one of Pt, Au, Hf, but is not limited to such materials.
  • the semiconductor structure 120 may include a recess M formed by mesa etching. That is, a recess M may be formed in a region in which the first electrode 150 to be described later is disposed in the semiconductor structure 120. The recess M may penetrate the second conductive semiconductor layer 122 and the active layer 123 to a portion of the first conductive semiconductor layer 121. The recess M may be formed by mesa etching after the formation of the semiconductor structure 120, the current blocking layer 130, and the second ohmic layer 140.
  • the first electrode 150 may be disposed on the first conductivity type semiconductor layer 121.
  • the first electrode 150 may be disposed on a portion of the first conductivity-type semiconductor layer 121 exposed by the recess M.
  • the first electrode 150 may include a first pad electrode 150a and a plurality of first branch electrodes 150b.
  • the first pad electrode 150a may be a region in which wires are bonded.
  • the first pad electrode 150a may have a larger area than the first branch electrode 150b for wire bonding.
  • the first pad electrode 150a may have a wider width in the X-axis direction than the first branch electrode 150b.
  • the shape of the first pad electrode 150a is not particularly limited.
  • the first branch electrode 150b may extend from the first pad electrode 150a.
  • the first branch electrode 150b may extend from the first pad electrode 150a toward the second pad electrode 160a.
  • the first branch electrode 150b may have a longer length in the Y-axis direction than the first pad electrode 150a. Therefore, the current injection efficiency and the current dispersion efficiency of the semiconductor device 100A may be improved by the first branch electrode 150b, thereby improving luminous efficiency.
  • first branch electrodes 150b may be disposed on both sides of the first branch electrode 150b based on a center line parallel to the Y-axis direction of the semiconductor structure 120.
  • first branch electrodes 150b may be disposed one by one between the second branch electrodes 160b spaced apart from each other. Therefore, the current may be uniformly distributed by the first branch electrode 150b. 1 and 2, two first branch electrodes 150b are illustrated, but the present invention is not limited thereto.
  • the second electrode 160 may be disposed on the second conductive semiconductor layer 122.
  • the second electrode 160 may be disposed in an area of the second ohmic layer 140 that vertically overlaps the current blocking layer 130.
  • the second electrode 160 may include a second pad electrode 160a and a plurality of second branch electrodes 160b.
  • the second pad electrode 160a may be an area where the wire is bonded.
  • the second pad electrode 160a may have a larger area than the second branch electrode 160b for wire bonding.
  • the second pad electrode 160a may have a wider length in the X-axis direction than the second branch electrode 160b.
  • the shape of the second pad electrode 160a is not particularly limited.
  • the second branch electrode 160b may extend from the second pad electrode 160a.
  • the second branch electrode 160b may extend from the second pad electrode 160a toward the first pad electrode 150a.
  • the second branch electrode 160b may have a longer length in the Y-axis direction than the second pad electrode 160a. Therefore, the current injection efficiency and the current dispersion efficiency of the semiconductor device 100A may be improved by the second branch electrode 160b, thereby improving light emission efficiency.
  • the second branch electrode 160b may be disposed on a centerline parallel to the Y-axis direction of the semiconductor structure 120.
  • the second branch electrodes 160b may be disposed on both sides with respect to the center line parallel to the Y-axis direction.
  • the second branch electrodes 160b and the first branch electrodes 150b may be alternately disposed one by one.
  • the number of the second branch electrodes 160b may be greater than the number of the first branch electrodes 150b.
  • the first electrode 150 is disposed to have a relatively short length compared to FIGS. 1 and 2.
  • the first electrode 150 illustrated in FIG. 3 may be the first pad electrode 150a. That is, in the cross-sectional view, only the first pad electrode 150a of the first electrode 150 may be illustrated.
  • the second electrode 160 illustrated in FIG. 3 may include a second pad electrode 160a and a second branch electrode 160b. That is, since the second pad electrode 160a and the second branch electrode 160b are disposed to have a predetermined thickness, they may be seen as one configuration in cross-sectional view.
  • the current blocking layer 130 may be disposed in an area corresponding to the second electrode 160. Accordingly, as shown in FIG. 3, the current blocking layer 130 may overlap vertically (Z-axis direction) with both the second pad electrode 160a and the second branch electrode 160b of the second electrode 160. Can be. In addition, although not shown, the current blocking layer 130 may be disposed below the second branch electrode (see FIGS. 1 and 2) disposed above and below the second branch electrode disposed at the center of the semiconductor device 100A. have.
  • the first electrode 150 and the second electrode 160 may include a plurality of layers. Specifically, the first and second electrodes 150 and 160 may include a bonding layer, a reflective layer, a diffusion barrier layer, and a bonding layer. Can be. This structure may be equally applied to the pad electrodes 150a and 160a of the first and second electrodes 150 and 160 and the branch electrodes 150b and 160b. This will be described later.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram of a first electrode of a semiconductor device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5 is a graph showing internal stresses according to thicknesses of a first layer and a second layer among capping layers of the first electrode.
  • the first electrode 150 may include a bonding layer 151, a reflective layer 152, a capping layer 153, and a bonding layer 154. Meanwhile, although only the first electrode 150 is illustrated in the drawing, the same may be applied to the second electrode 160. In addition, this may be equally applied to the pad electrodes 150a and 160a and the branch electrodes 150b and 160b of each of the first and second electrodes 150 and 160.
  • the bonding layer 151 may be disposed on a portion of the first conductivity type semiconductor layer 121 exposed by the recess M. Referring to FIG. The bonding layer 151 may easily bond the first conductivity-type semiconductor layer 121 and the electrode 150. That is, the bonding layer 151 may improve the bonding force between the first conductivity type semiconductor layer 121 and the reflective layer 152. In addition, the bonding layer 151 may improve ohmic characteristics of the first conductivity-type semiconductor layer 121.
  • the bonding layer 151 may include Cr.
  • the reflective layer 152 may be disposed on the bonding layer 151.
  • the reflective layer 152 may be made of a material having excellent reflectance.
  • the reflective layer 152 may include at least one selected from Al, Ag, Rh, Cu, Re, Bi, Al, Zn, W, Sn, In, or Ni, or an alloy thereof.
  • the reflective layer 152 may reflect light emitted from the active layer 123 to improve light output.
  • the capping layer 153 may be disposed on the reflective layer 152.
  • the capping layer 153 may be a barrier layer that prevents diffusion of materials included in the reflective layer 152 and the bonding layer 154.
  • the capping layer 153 may include a plurality of layers. That is, the capping layer 153 may have a structure in which the first layers 153a-n and n ⁇ 1 and the second layers 153b-n and n ⁇ 1 are alternately stacked at least once.
  • the plurality of first layers and the second layers may be described as 153a and 153b, respectively.
  • an internal stress in the capping layer 153 may be relaxed.
  • the first layers 153a-n may be disposed on the reflective layer 152.
  • the second layer 153b-n may be disposed on the first layer 153a-n.
  • the first first layer on the reflective layer 152 may be defined as the first-first layer 153a-1.
  • the first second layer on the first-first layer 153a-1 may be defined as the second-first layer 153b-1.
  • the first layer 153a may include Ti.
  • the second layer 153b may include any one selected from Ni and Pt, and more preferably, Ni. Since a plurality of first and second layers 153a and 153b including different materials are stacked, internal stress of the capping layer 153 may be alleviated. Therefore, the phenomenon in which the electrode is peeled off by the internal stress of the capping layer can be prevented.
  • the first layer 153a and the second layer 153b may have internal stresses opposite to each other. That is, if the internal stress of the first layer 153a is a compressive stress, the internal stress of the second layer 153b may be a tensile stress. The reverse is also possible, and does not limit the form of internal stresses here. As the first and second layers 153a and 153b have opposite internal stresses, the internal stresses of the capping layer 153 may be canceled out.
  • the first layer 153a and the second layer 153b having internal stresses opposite to each other are merely examples for carrying out the present invention, and the present invention is not limited thereto.
  • the ratio of the thicknesses of the first layer 153a and the second layer 153b may be 4: 7 to 20: 3.
  • the ratio of the thicknesses of the first layer 153a and the second layer 153b may be 9: 7 to 20: 3.
  • the first layer 153a may be thicker than the second layer 153b.
  • the thickness of the first layer 153a may be 20 to 100 nm.
  • the second layer 153b includes Ni
  • the thickness of the second layer 153b may be 35 nm or less.
  • the second layer 153b of the capping layer 153 may have a stronger role as a barrier layer than the first layer 153a.
  • the minimum thickness of the second layer 153b may be 15 nm. Therefore, more preferably, the thickness of the second layer 153b may be 15 to 35 nm.
  • the capping layer 153 may act as a barrier layer if the thickness of the first layer 153a is sufficiently thick.
  • an internal stress may have a value of 0 or negative in a section of 20 to 100 nm.
  • the internal stress has a positive value, and as the thickness becomes thicker, the internal stress may increase. Therefore, as shown in FIG. 5, internal stresses between the first layer 153a and the second layer 153b may be canceled in a section in which Ti and Ni have opposite stresses.
  • the stress acting on the reflective layer 152 bonded to the capping layer 153 is directed toward the side, thereby peeling between the electrode and the semiconductor structure 120 or between the electrode and the second ohmic layer 140. The phenomenon can be prevented.
  • deformation may occur in the capping layer 153 under high current and high temperature conditions.
  • deformation may also occur in the reflective layer 152 bonded to the capping layer 153. That is, the deformation of the capping layer 153 may cause the reflective layer 152 to be lifted upward.
  • a phenomenon in which the electrode 150 is lifted from the first conductivity-type semiconductor layer 121 may occur and the operating voltage may increase, thereby reducing the reliability of the semiconductor device 100A.
  • peeling may occur between the electrode 160 and the second conductivity-type semiconductor layer 122.
  • the internal stress in the capping layer 153 may be canceled out to minimize deformation.
  • the force toward the side may act on the reflective layer 152 bonded to the capping layer 153.
  • deformation of the reflective layer 152 bonded to the capping layer 153 is also minimized to prevent peeling of the electrode and to improve the reliability of the semiconductor device.
  • -1.4 x 10 < -14 > d / cm which is an internal stress that Ti has when 45 nm, may be the maximum internal stress.
  • the maximum internal stress has a negative value because it is a stress acting in the opposite direction to Ni.
  • Ni of FIG. 5 it may have a stress value such as Equation (1).
  • S may mean internal stress (dynes / cm)
  • T may mean thickness (cm).
  • the internal stress of the first layer 153a may be approximately 0 (see FIG. 5).
  • the internal stress of the second layer 153b may be 1.6 ⁇ 10 ⁇ 14 d / cm.
  • the peeling phenomenon of the electrode may be prevented even if the first layer 153a does not have the opposite internal stress.
  • the internal stress of the first and second layers 153a and 153b does not cancel, and even if the second layer 153b has an internal stress of 1.6 ⁇ 10 ⁇ 14 d / cm, the electrode may not be peeled. have. Therefore, the sum of 0, the internal stress of the first layer 153a, and 1.6 ⁇ 10-14 d / cm, the internal stress of the second layer 153b, is acceptable for the first layer 153a and the second layer 153b.
  • It may be the maximum possible internal stress value (A). That is, the maximum internal stress value A of the capping layer 153 may be 1.6 ⁇ 10 ⁇ 14 d / cm.
  • the maximum internal stress of the first layer 153a may be ⁇ 1.4 ⁇ 10 ⁇ 14 d / cm (FIG. 5).
  • the second layer 153b having a stress opposite to the first layer 153a may also have a maximum internal stress.
  • the sum of the maximum internal stress of each of the first layer 153a and the second layer 153b may be 1.6 ⁇ 10 ⁇ 14 d / cm (the maximum allowable internal stress value A).
  • the maximum internal stress of the second layer 153b may be 3.0 ⁇ 10 ⁇ 14 d / cm.
  • the thickness of the second layer 153b may be about 3.5 ⁇ 10 ⁇ 6 cm (35 nm).
  • the thickness of the first layer 153a may be 20 to 100 nm.
  • the first and second layers 153a and 153b may have the same internal stress, thereby causing an electrode peeling phenomenon.
  • the thickness of the first layer 153a is greater than 100 nm, the first and second layers 153a and 153b may have the same internal stress, thereby causing an electrode peeling phenomenon.
  • the thickness of the second layer 153b may be 15 to 35 nm. When the thickness of the second layer 153b is less than 15 nm, the thickness may be too thin, thereby minimizing the role of the barrier layer between the reflective layer 152 and the bonding layer 154. When the thickness of the second layer 153b is greater than 35m, the internal stress is too large, the effect of canceling the internal layer of the first layer 153a is insignificant, and peeling of the electrode may occur.
  • the bonding layer 154 may be disposed on the capping layer 153.
  • the bonding layer 154 may be a layer for wire bonding.
  • the bonding layer 154 may be any one selected from Au and Ag, or an alloy thereof, but the present invention is not limited thereto.
  • Comparative Example 1 Comparative Example 2, Comparative Example 3, Example 1 and Example 2 were configured to compare ohmic characteristics, reflectance, operating voltage, light emission distribution, appearance characteristics and peeling phenomenon.
  • Table 1 shows the structure of the electrode of Comparative Example 1, Comparative Example 2, Comparative Example 3, Example 1 and Example 2.
  • the structure of the electrode is the same for both the first electrode and the second electrode, it can be equally applied to both the pad electrode and the branch electrode of each electrode.
  • the bonding layer 151, the reflective layer 152 and the bonding layer 154 may be made of the same material in both Comparative Examples 1-3 and Examples 1 and 2. That is, each layer of the electrode 150 may be similarly formed in addition to the structure of the capping layer 153.
  • the thicknesses of the bonding layer 151 and the bonding layer 154 of Comparative Examples 1-3 and Examples 1 and 2 may be the same.
  • the thicknesses of the reflective layers 152 of Comparative Examples 1-3 and Examples 1 and 2 may be 300 or 360 nm.
  • the reflective layer 152 including Al it may have a similar level of reflectivity typically at a thickness of 300 to 360 nm.
  • the passivation layer may be disposed of SiO 2 on the same electrode as Comparative Example 1.
  • a step (see FIG. 13C) may be disposed in the middle of the capping layer 153 (between Ti / Ru and Cr / Pt). That is, the width (length in the direction perpendicular to the height direction) of Cr / Al / Ti / Ru may be larger than the width of Cr / Pt / Au.
  • Embodiment 1 and Embodiment 2 may be an electrode according to an embodiment of the present invention described above.
  • Example 1 has a structure of a first layer / second layer / first layer / second layer / first layer, wherein the first layer includes Ti and the second layer contains Ni. can do.
  • the first layer 153a may have a thickness of 100 nm
  • the second layer 153b may have a thickness of 15 nm.
  • Example 2 has a structure of a first layer / second layer / first layer / second layer / first layer / second layer, wherein the first layer comprises Ti and the second layer is formed of Pt. It may include.
  • the first layer may have a thickness of 100 nm
  • the second layer may have a thickness of 50 nm.
  • Table 2 compares the sheet resistance and reflectance of Comparative Examples 1 and 3 and Examples 1 and 2.
  • Comparative Example 3 a sheet resistance was obtained by separately separating the lower layer Cr / Al / Ti / Ru (Comparative Example 3-1) and the upper layer Cr / Pt / Au (Comparative Example 3-2) each having a step difference. And reflectance was measured. In addition, in the case of reflectance, the reflectance layer 152 was made of the same material having a similar level of thickness, and the reflectance was measured only in Comparative Example 1.
  • the sheet resistance is almost the same level except for the lower layer of Comparative Example 3.
  • the reflectance may have a nearly similar level except for the upper layer of Comparative Example 3.
  • Comparative Example 3-3 and Comparative Example 3-4 disclosed in FIGS. 6 and 7 may be obtained by separating the aforementioned Comparative Example 3 into another structure. That is, Comparative Example 3-3 may have a structure of Cr / Al / Ti, and Comparative Example 3-4 may be Ti / Ru / Cr / Pt / Au.
  • Comparative Examples 1 and 3 and Examples 1 and 2 but also other structures have similar resistance values.
  • the electrode has a similar level of reflectance (70 to 80%).
  • the reflectance is remarkably inferior as compared with the case where the Al reflection layer is present.
  • the electrode according to an embodiment of the present invention has the same level as the conventional electrode in its characteristics.
  • 8A to 8E are graphs illustrating the rate of change of the VF1 value of the semiconductor device according to various deformations of the electrode.
  • 9A to 9E are graphs illustrating a change rate of VF 3 values of semiconductor devices according to various deformations of electrodes.
  • 8A to 8E show the characteristics of Comparative Example 1, Comparative Example 2, Comparative Example 3, Example 1 and Example 2 in order, and
  • FIGS. 9A to 9E show Comparative Example 1, Comparative Example 2 and comparison in order. The characteristics of Example 3, Example 1 and Example 2 are shown.
  • VF1 and VF3 may refer to a forward operating voltage when forward current is supplied.
  • ⁇ VF1 and ⁇ VF3 may refer to a rate of change of the operating voltage over time.
  • ⁇ VF1 was measured under the condition of 90 A / cm 2
  • 1 mA and ⁇ VF 3 was measured under the condition of 90 A / cm 2, 95 mA.
  • ⁇ VF1 and ⁇ VF3 were measured at 0, 24, 96 and 168 hours, respectively.
  • Comparative Example 1 Comparative Example 2 Comparative Example 3 Example 1 and Example 2
  • each of a total of 10 samples were added to measure the measurement.
  • ⁇ VF1 and ⁇ VF3 remain at a constant level.
  • ⁇ VF1 it is preferable in terms of reliability
  • ⁇ VF3 it may be desirable in terms of reliability.
  • ⁇ VF 3 since the semiconductor device operates at a high current, the semiconductor device may generate heat. Therefore, the reliability of the semiconductor element can be judged under the severe conditions of high temperature and high current by the measurement result of (DELTA) VF3.
  • ⁇ VF1 (FIG. 8A) is maintained at a constant level, but ⁇ VF3 (FIG. 9A) is rapidly increased (up to 0.18V).
  • ⁇ VF1 (FIG. 8B) tends to decrease somewhat (up to ⁇ 3.5%), and ⁇ VF3 (FIG. 9B) slightly increases (up to + 0.07V).
  • ⁇ VF1 (FIG. 8C) tends to decrease rapidly (up to ⁇ 6.5%), but it can be seen that ⁇ VF3 (FIG. 9C) maintains a constant level.
  • Example 1 it can be seen that both ⁇ VF1 (FIG. 8D) and ⁇ VF3 (FIG. 9D) maintain a constant level.
  • ⁇ VF1 (FIG. 8E) tends to decrease somewhat (up to -2.5%), but it can be seen that ⁇ VF3 (FIG. 9E) maintains a constant level.
  • FIGS. 10A to 10E illustrate light emission distributions of semiconductor devices according to various deformations of electrodes. Specifically, FIGS. 10A to 10E show light emission distributions of Comparative Example 1, Comparative Example 2, Comparative Example 3, Example 1 and Example 2 in order.
  • the red area may mean a light emitting area.
  • Comparative Example 1 In the case of Comparative Example 1, light emission is easy, but it can be seen that the light emitting region is distributed in a region adjacent to the first electrode 150 (see FIGS. 1 to 3). In Comparative Examples 2 and 3, the light emitting regions are evenly distributed in comparison with Comparative Example 1, but the light emission is slightly inferior. In the case of Example 1, it can be seen that the light emitting regions are evenly distributed, and light emission is easily performed. In the case of Example 2, it can be seen that light emission is slightly insignificant.
  • Example 1 As a result, in the case of Example 1, light emission is effectively performed, and in particular, it can be seen that the light emission area is evenly distributed, thereby increasing the current dispersion efficiency.
  • FIGS. 11A to 11E illustrate the appearance of semiconductor devices according to various deformations of electrodes.
  • 12A to 12E are detailed photographs of the appearance specificities of FIGS. 11A to 11E.
  • 13A to 13E are cross-sectional views of electrodes according to various modifications.
  • FIGS. 11A to 11E, FIGS. 12A to 12E, and FIGS. 13A to 13E show the appearance of Comparative Example 1, Comparative Example 2, Comparative Example 3, Example 1 and Example 2 in order.
  • FIGS. 11A to 13E may observe changes in the electrodes after the reliability evaluation according to FIGS. 9A to 9E.
  • an electrode disposed on the left side of FIGS. 11A through 11E may be the second electrode 160, and an electrode disposed on the right side may be the first electrode 150.
  • each of the first and second electrodes may include pad electrodes 150a and 160a and branch electrodes 150b and 160b.
  • both the first electrode 150 and the second electrode 160 may have the same structure.
  • 12A and 12B may observe the end of the first branch electrode 150b.
  • 12C may observe the second pad electrode 150a.
  • 12D and 12E may observe part of the first branch electrode 150b.
  • 13A to 13E may observe a part of the second branch electrode.
  • Comparative Examples 1 and 2 when observed on the top surface, it was found that no outliers were found in appearance.
  • FIGS. 12A and 12B it can be seen that a fine peeling phenomenon occurs in the first electrodes of Comparative Examples 1 and 2 when viewed from the side. That is, in the case of Comparative Examples 1 and 2, it can be seen that the non-contact phenomenon occurs with the semiconductor element by peeling the electrode. As a result, in Comparative Examples 1 and 2, it can be seen that the operating voltage ⁇ VF 3 is increased by peeling the electrode.
  • the first layer 153a and the second layer 153b included in the capping layer 153 may have opposite internal stresses. Therefore, internal stresses of the first layer 153a and the second layer 153b cancel each other, thereby minimizing deformation of the capping layer 153 and the reflective layer 152 bonded thereto. That is, the peeling phenomenon of the electrode can be prevented.
  • FIGS. 14A to 14E illustrate the occurrence of peeling of electrodes according to various modifications.
  • 15A to 15E illustrate the occurrence of peeling of electrodes according to various modifications.
  • FIGS. 14A to 14E and 15A to 15E show the appearance of Comparative Example 1, Comparative Example 2, Comparative Example 3, Example 1 and Example 2 in order.
  • FIGS. 14A to 15E may observe changes in electrodes after the reliability evaluation according to FIGS. 9A to 9E.
  • 14A to 14E may observe the peeling phenomenon of the end of the second branch electrode
  • FIGS. 15A to 15E may observe the peeling phenomenon of the end of the first branch electrode.
  • the second electrode has relatively clean appearance characteristics. In addition, it turns out that peeling phenomenon of an electrode does not occur generally. In other words, even when the semiconductor device is driven under severe conditions, it can be seen that the second electrode generally has excellent reliability.
  • Comparative Example 1 has a result of increasing the operating voltage as shown in FIG. 9A.
  • Comparative Example 2 no peeling phenomenon was observed in the electrode observed in FIG. 15B. However, peeling phenomenon occurred in the electrode observed in FIG. 12B. Therefore, it can be seen that Comparative Example 2 has the result that the operating voltage slightly rises as shown in FIG. 9B.
  • Comparative Example 3 and Examples 1 and 2 no peeling phenomenon of the electrode was observed. Accordingly, it can be seen that Comparative Example 3 and Examples 1 and 2 have a constant operating voltage as shown in FIGS. 9C to 9E.
  • Example 1 has the best reliability in terms of operating voltage, light emission distribution, and appearance characteristics.
  • the capping layers of the first electrode and the second electrode may include a plurality of layers.
  • the capping layer may have a structure in which the first layer and the second layer are alternately arranged at least one or more times. By alternately stacking the first and second layers, the internal stress in the capping layer can be relaxed.
  • the first layer and the second layer may have internal stresses opposite to each other.
  • the internal stress of the first layer may be zero, and the second layer may have a thin thickness to have an internal stress such that deformation of the capping layer does not occur.
  • the stress between the first layer and the second layer is canceled out and the peeling phenomenon of the electrode can be prevented.
  • lifting of the electrode can be prevented even under high current and high temperature conditions, thereby improving reliability of the semiconductor device.
  • 16 is a perspective view of a semiconductor device according to another exemplary embodiment.
  • a semiconductor device 100B may include a substrate 110, a semiconductor structure 120 disposed on the substrate 110, and a second ohmic layer disposed on the semiconductor structure 120. 140, the first electrode 150 and the second electrode 160 may be electrically connected to the semiconductor structure 120.
  • the semiconductor device 100B may have a length P1 of 1100 ⁇ m to 1300 ⁇ m in the Y-axis direction, and a length P2 of 550 ⁇ m to 650 ⁇ m in the X-axis direction.
  • the semiconductor device 100B may be half the length in the Y-axis direction. However, it is not limited to this length.
  • the substrate 110 may be an insulating substrate 110.
  • the substrate 110 may be made of a material selected from sapphire (Al 2 O 3), SiC, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, and Ge, but is not limited thereto.
  • the substrate 110 may also emit light from the side surface of the substrate 110 to improve light extraction efficiency.
  • a plurality of uneven patterns Ps may be formed on the substrate 110. The uneven pattern Ps may improve light extraction efficiency.
  • the semiconductor structure 120 may be disposed on the substrate 110.
  • the semiconductor structure 120 may include a first conductive semiconductor layer 121, an active layer 122, and a second conductive semiconductor layer 123.
  • the first conductive semiconductor layer 121 may be formed of a compound semiconductor such as a group III-V group or a group II-VI, and may be doped with a first dopant.
  • the first conductive semiconductor layer 121 is a semiconductor material having a composition formula of Inx1Aly1Ga1-x1-y1N (0 ⁇ x1 ⁇ 1, 0 ⁇ y1 ⁇ 1, 0 ⁇ x1 + y1 ⁇ 1), for example, GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN and the like can be selected.
  • the first dopant may be an n-type dopant such as Si, Ge, Sn, Se, or Te. When the first dopant is an n-type dopant, the first conductive semiconductor layer 121 doped with the first dopant may be an n-type semiconductor layer.
  • the active layer 122 may be disposed between the first conductive semiconductor layer 121 and the second conductive semiconductor layer 123.
  • the active layer 122 is a layer where electrons (or holes) injected through the first conductivity type semiconductor layer 121 and holes (or electrons) injected through the second conductivity type semiconductor layer 123 meet each other.
  • the active layer 122 transitions to a low energy level as electrons and holes recombine, and may generate light having visible or ultraviolet wavelengths.
  • the active layer 122 includes a well layer and a barrier layer, and includes any one of a single well structure, a multi well structure, a single quantum well structure, a multi quantum well (MQW) structure, a quantum dot structure, or a quantum line structure.
  • the structure of the active layer 122 is not limited thereto.
  • the second conductive semiconductor layer 123 is disposed on the active layer 122, and may be implemented as a compound semiconductor such as a group III-V group or a group II-VI, and a second conductive semiconductor layer 123 may be formed on the second conductive semiconductor layer 123. Dopants may be doped.
  • the second conductive semiconductor layer 123 may be a semiconductor material having a composition formula of Inx5Aly2Ga1-x5-y2N (0 ⁇ x5 ⁇ 1, 0 ⁇ y2 ⁇ 1, 0 ⁇ x5 + y2 ⁇ 1) or AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs It may be made of a material selected from GaAsP, AlGaInP.
  • the second dopant is a p-type dopant such as Mg, Zn, Ca, Sr, or Ba
  • the second conductive semiconductor layer 123 doped with the second dopant may be a p-type semiconductor layer.
  • the semiconductor structure 120 may include metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), chemical vapor deposition (CVD), plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), molecular beam growth (Molecular Beam). Epitaxy (MBE), Hydride Vapor Phase Epitaxy (HVPE), Sputtering, or the like.
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • CVD chemical vapor deposition
  • PECVD plasma-enhanced chemical vapor deposition
  • MBE Hydride Vapor Phase Epitaxy
  • Sputtering or the like.
  • the second ohmic layer 140 may be disposed on the second conductive semiconductor layer 123.
  • the second ohmic layer 140 may include indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium zinc tin oxide (IZTO), indium aluminum zinc oxide (IZAZO), indium gallium zinc oxide (IGZO), and indium gallium (IGTO).
  • tin oxide aluminum zinc oxide (AZO), antimony tin oxide (ATO), gallium zinc oxide (GZO), IZO (IZO Nitride), AGZO (Al-Ga ZnO), IGZO (In-Ga ZnO), ZnO, IrOx , RuOx, NiO, RuOx / ITO, Ni / IrOx / Au, or Ni / IrOx / Au / ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, It may include at least one of Pt, Au, Hf, but is not limited to these materials.
  • a portion of the second ohmic layer 140 may be exposed.
  • the present invention is not limited thereto, and an insulating layer (not shown) covering the second ohmic layer 140 may be disposed.
  • the insulating layer (not shown) may transmit light, and at least one selected from the group consisting of SiO 2, SixOy, Si 3 N 4, SixNy, SiO x Ny, Al 2 O 3, TiO 2, AlN, and the like, is not limited thereto.
  • the second ohmic layer 140 may improve light extraction to improve light transmission.
  • the light generated from the active layer 122 may pass through the second ohmic layer 140 and may be emitted to the upper portion of the semiconductor device 100B.
  • the second ohmic layer 140 may improve the film non-conductivity to improve the operating voltage.
  • a current blocking layer 130 may be disposed between the second ohmic layer 140 and the second conductive semiconductor layer 123. Thus, the second ohmic layer 140 may partially protrude in the first direction (Z-axis direction). This current blocking layer 130 will be described later with reference to FIG. 18.
  • the first electrode 150 may be disposed on the first conductivity type semiconductor layer 121.
  • the first electrode 150 may include a first branch electrode 150b and a first pad electrode 150a.
  • the first branch electrode 150b may be disposed on the first conductivity type semiconductor layer 121.
  • the first ohmic layer 141 may be disposed between the first branch electrode 150b and the first conductive semiconductor layer 121.
  • the second ohmic layer 140 may include indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium zinc tin oxide (IZTO), indium aluminum zinc oxide (IZAZO), indium gallium zinc oxide (IGZO), and indium gallium (IGTO).
  • ITO indium tin oxide
  • IZO indium zinc oxide
  • IZTO indium zinc tin oxide
  • IZAZO indium aluminum zinc oxide
  • IGZO indium gallium zinc oxide
  • IGTO indium gallium
  • tin oxide aluminum zinc oxide (AZO), antimony tin oxide (ATO), gallium zinc oxide (GZO), IZO (IZO Nitride), AGZO (Al-Ga ZnO), IGZO (In-Ga ZnO), ZnO, IrOx , RuOx, NiO, RuOx / ITO, Ni / IrOx / Au, or Ni / IrOx / Au / ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, It may include at least one of Pt, Au, Hf, but is not limited to these materials.
  • the first branch electrode 150b may be disposed on the second ohmic layer 140.
  • the first branch electrode 150b may include silver and may have an opening.
  • the opening may comprise a void.
  • the thickness of the first branch electrode 150b may be 3 nm to 300 nm, and the first branch electrode 150b may have various thicknesses.
  • the first pad electrode 150a may be disposed on the first branch electrode 150b.
  • the first pad electrode 150a may be an area where the wire is bonded.
  • the shape of the first pad electrode 150a is not particularly limited.
  • the second electrode 160 may be disposed on the second conductive semiconductor layer 123.
  • the second electrode 160 may include a second branch electrode 160b and a second pad electrode 160a.
  • the second branch electrode 160b may be disposed on the second ohmic layer 140.
  • the second branch electrode 160b may be disposed on the current blocking layer 130 to overlap the current blocking layer 130 in the first direction (Z-axis direction).
  • the second branch electrode 160b may be disposed on the second ohmic layer 140 partially protruding in the first direction (Z direction).
  • the thickness of the second branch electrode 160b may be 3 nm to 300 nm, and the second branch electrode 160b may have various thicknesses.
  • the second branch electrode 160b may include silver and may have an opening.
  • the second pad electrode 160a may be disposed on a portion of the second branch electrode 160b.
  • the second pad electrode 160a may be an area where the wire is bonded.
  • the shape of the second pad electrode 160a is not particularly limited.
  • the second pad electrode 160a may have a shape different from that of the first pad electrode 150a to distinguish it from the first pad electrode 150a.
  • the second pad electrode 160a may be circular, but is not particularly limited thereto.
  • first branch electrode 150b and the second branch electrode 160b have reflectances of up to 95% for light of 440 mm to 460 mm.
  • the first pad electrode 150a and the second pad electrode 160a include Cr, Al, Ni, and Au, and have a reflectance of up to 70% for light of 440 mm to 460 mm.
  • the first branch electrode 150b and the second branch electrode 160b have higher light reflectance than the first pad electrode 150a and the second pad electrode 160a to prevent loss due to light absorption. Extraction efficiency can be improved.
  • FIG. 17 is a plan view of a semiconductor device according to another exemplary embodiment
  • FIG. 18 is a cross-sectional view of part AA ′ of FIG. 17
  • FIG. 19 is a cross-sectional view of part BB ′ of FIG. 17,
  • FIG. 21 is a sectional view of the DD 'portion in FIG. 17,
  • FIG. 22 is a sectional view of the II' portion in FIG.
  • a semiconductor device 100B may include a first side surface S1 and a third side surface S3 facing each other on a plane, and a second side surface S2 and a fourth side surface facing each other. S4) may be included.
  • the first to fourth side surfaces may be the outermost surface of the semiconductor device 100B or the substrate 110 of the embodiment.
  • the semiconductor device 100B may include a first center line C1 that bisects the first side surface S1 and a third side S3, and a second portion that bisects the second side surface S2 and the fourth side surface S4. It may include a center line (C2).
  • the first pad electrode 150a and the second pad electrode 160a may be disposed on one side of the first center line C1, respectively.
  • the first pad electrode 150a and the second pad electrode 160a may be electrically separated from each other, and wires having different polarities may be bonded.
  • the first pad electrode 150a and the second pad electrode 160a may be disposed on the second center line C2. With this configuration, the dispersion efficiency of the current injected into the first conductive semiconductor layer 121 and the second conductive semiconductor layer 123 can be improved.
  • the first branch electrode 150b may be disposed on the first conductive semiconductor layer 121 and the second ohmic layer 140.
  • the first branch electrode 150b may be disposed below the second branch electrode 160b in the first direction (Z-axis direction).
  • the first pad electrode 150a may be disposed below the second pad electrode 160a in the first direction (Z-axis direction).
  • the second ohmic layer 140 may be disposed below the second ohmic layer 140 in the first direction (Z-axis direction).
  • a portion of the first branch electrode 150b may be disposed on the first center line.
  • the first branch electrode 150b and the second branch electrode 160b may be symmetrically disposed about the first center line.
  • the first branch electrode 150b and the second branch electrode 160b may be alternately disposed in a second direction (X-axis direction).
  • X-axis direction For example, the first branch electrode 150b, the second branch electrode 160b, the first branch electrode 150b, the second branch electrode 160b, and the first branch in the second-first direction X1 from the first side surface.
  • the electrodes 150b may be arranged in order.
  • the width W1 of the first branch electrode 150b may be in the range of 4 ⁇ m to 5 ⁇ m in the second-first direction X1.
  • the width W2 of the first pad electrode 150a in the first-first direction Y1 may be about 90 ⁇ m to about 100 ⁇ m.
  • the diameter of the first pad electrode 150a may be about 90 ⁇ m to about 100 ⁇ m in the first-first direction Y1.
  • a surface of the first conductive semiconductor layer 121 is exposed between the first branch electrode 150b and the second ohmic layer 140 or between the first ohmic layer 141 and the second ohmic layer 140.
  • electrical insulation between the first conductive semiconductor layer 121 and the second conductive semiconductor layer 123 can be provided.
  • the width W3 of the second branch electrode 160b may be in the range of 4 ⁇ m to 5 ⁇ m in the second-first direction X1.
  • the width W4 may be about 90 ⁇ m to about 100 ⁇ m in the first-first direction Y1 of the second pad electrode 160a.
  • the second pad electrode 160a may have a diameter of about 90 ⁇ m to about 100 ⁇ m in the first-first direction (Y1 axis direction).
  • the current blocking layer 130 may be disposed between the semiconductor structure 120 and the second ohmic layer 140.
  • the current blocking layer 130 may be disposed in an area that vertically overlaps the second branch electrode 160b.
  • the current blocking layer 130 may include a material having electrical insulation or a Schottky contact.
  • the current blocking layer 130 may be made of oxide, nitride, or metal.
  • the current blocking layer 130 may include at least one of SiO 2, SiO x, SiO x N y, Si 3 N 4, Al 2 O 3, TiO x, Ti, Al, and Cr.
  • a portion of the second ohmic layer 140 overlapping the current blocking layer 130 may protrude in the first direction (Z-axis direction).
  • the protruding thickness may be the same as the thickness (length in the Z-axis direction) of the current blocking layer 130.
  • the second branch electrode 160b may be disposed on the protruding second ohmic layer 140. That is, the second electrode 160 may be disposed on the second ohmic layer 140 to overlap the current blocking layer 130 in the first direction (Z-axis direction).
  • the second branch electrode 160b may include silver (Ag). By such a configuration, the second branch electrode 160b may improve light reflection.
  • the second branch electrode 160b has a reflectance of up to 95% for light of 440 mm to 460 mm.
  • the second pad electrode 160a includes Cr, Al, Ni, Au, and has a reflectance of up to 70% for light of 440 mm to 460 mm.
  • the second branch electrode 160b has a higher light reflectance than the second pad electrode 160a, thereby preventing loss due to light absorption to improve light extraction efficiency.
  • light loss of the light R1 of the first path may be less than that of light R2 of the second path.
  • the second branch electrode 160b may include an opening.
  • the porosity of the second branch electrode 160b may be 30% to 60% of the area of the second branch electrode 160b.
  • the second branch electrode 160b may be formed of a plurality of second branch electrode particles 160b-1, 160b-2, and 160b-3.
  • the second branch electrode 160b includes the 2-1 branch electrode particles 160b-1, the second-2 branch electrode particles 160b-2, and the second-3 branch electrode particles 160b-3. can do.
  • the 2-1 branch electrode particles to the 2-3 branch electrode particles 160b-1, 160b-2, and 160b-3 may be connected in one form for electrical connection.
  • the width of the opening in the second direction (X-axis direction) of the first branch electrode 150b may be 30% to 60% of the length of the minimum width of the first branch electrode 150b.
  • the length L1 of the minimum width in the second direction (X-axis direction) of the second branch electrode 160b may be 4.5 ⁇ m to 5.5 ⁇ m.
  • the length of the minimum width in the second direction (X-axis direction) of the second branch electrode 160b may be a length between both ends in the second direction of the second branch electrode 160b.
  • the width L2 of the opening portion in the second direction (X-axis direction) of the second branch electrode 160b may be 1.35 ⁇ m to 3.3 ⁇ m.
  • the width L2a of the opening, the second-2 branch electrode particles 160b-2, and the second gap between the 2-1 branch electrode particles 160b-1 and the second-2 branch electrode particles 160b-2 may be 1.35 ⁇ m to 3.3 ⁇ m.
  • the second pad electrode 160a may be disposed on the second branch electrode 160b.
  • the second branch electrode 160b may include an opening.
  • the light generated by the semiconductor structure 120 may move in the third path R3.
  • the light of the third path R3 may be reflected by the second branch electrode 160b.
  • the second branch electrode 160b since the second branch electrode 160b reflects light with a higher reflectance than the second pad electrode 160a, light efficiency due to absorption in the second branch electrode may be reduced, thereby improving light efficiency. .
  • the light generated by the semiconductor structure 120 may move in the fourth path R4.
  • light may pass through the opening of the second branch electrode 160b and may be emitted to the upper portion of the semiconductor device 100B.
  • some of the light generated in the semiconductor structure 120 may be emitted to the upper portion of the semiconductor device 100B without being reflected by all of the second branch electrodes 160b.
  • the light extraction efficiency of the semiconductor device 100B according to another embodiment may be improved.
  • the semiconductor structure 120 penetrates through the second conductive semiconductor layer 123 and the active layer 122 to expose a portion of the first conductive semiconductor layer 121, and the first conductive semiconductor layer 121.
  • the groove may be formed up to a part of the area.
  • the first ohmic layer 141 may be disposed on the exposed upper surface of the first conductive semiconductor layer 121.
  • the first electrode 150 may be disposed on the first ohmic layer 141.
  • the first electrode 150 may include a first branch electrode 150b and a first pad electrode 150a.
  • the first branch electrode 150b may be disposed to overlap the first ohmic layer 141 in the first direction (Z-axis direction).
  • the first branch electrode 150b may include silver (Ag). Like the second branch electrode 160b, the first branch electrode 150b may improve light reflection. In addition, the first branch electrode 150b has a reflectance of up to 95% for light of 440 mm to 460 mm.
  • the first pad electrode 150a includes Cr, Al, Ni, Au, and has a reflectance of up to 70% for light of 440 mm to 460 mm. By such a configuration, the first branch electrode 150b has a higher light reflectance than the first pad electrode 150a, thereby preventing loss due to light absorption to improve light extraction efficiency.
  • the light R5 of the fifth path may have less light loss than the light R6 of the sixth path.
  • first branch electrode 150b may include an opening.
  • the porosity of the first branch electrode 150b may be 30% to 60% of the area of the first branch electrode 150b.
  • the first branch electrode 150b may be formed of a plurality of first branch electrode particles 150b-1 and 150b-2 150b-3.
  • the first branch electrode 150b includes the first-first branch electrode particles 150b-1, the first-second branch electrode particles 150b-2, and the first-three branch electrode particles 150b-3. can do.
  • the first-first branch electrode particles to the first-three branch electrode particles 150b-1 and 150b-2 150b-3 may be connected in one form for electrical connection.
  • the length L3 of the maximum line width in the second direction (X-axis direction) of the first branch electrode 150b may be 4.5 ⁇ m to 5.5 ⁇ m.
  • the length L3 of the maximum line width in the second direction (X-axis direction) of the first branch electrode 150b may be a length between both ends in the second direction (X-axis direction) of the first branch electrode 150b.
  • the width L4 of the opening portion in the second direction (X-axis direction) of the first branch electrode 150b may be 1.35 ⁇ m to 3.3 ⁇ m.
  • the width L4a of the opening, the first-second branch electrode particles 150b-2, and the first-first branch electrode particles 150b-1 and the first-second branch electrode particles 150b-2 may be 1.35 ⁇ m to 3.3 ⁇ m.
  • the first pad electrode 150a may be disposed on the first ohmic layer 141.
  • the first pad electrode 150a may be smaller than or equal to a width that is a length of the first ohmic layer 141 in the second direction (X-axis direction). However, it is not limited to this length.
  • An upper surface T1 of the first pad electrode 150a may be positioned above the upper surface T2 of the second ohmic layer 140 in the first direction (Z-axis direction).
  • light generated in the semiconductor structure 120 may move in the seventh path R7.
  • the seventh path R7 light may be reflected by the first branch electrode 150b.
  • the first branch electrode 150b since the first branch electrode 150b reflects light with a higher reflectance than the first pad electrode 150a, the light efficiency due to absorption in the first branch electrode 150b is small, thereby improving light efficiency. Can be.
  • the light generated by the semiconductor structure 120 may move to the eighth path R8.
  • light may pass through the opening of the first branch electrode 150b and may be emitted to the upper portion of the semiconductor device 100B.
  • some of the light generated in the semiconductor structure 120 may be emitted to the upper portion of the semiconductor device 100B without being reflected by all of the second branch electrodes 160b.
  • the light extraction efficiency of the semiconductor device 100B according to another embodiment may be improved.
  • the substrate 110 disposed below may have a thickness d1 of 1000 mm to 1400 mm, but is not limited thereto.
  • the thickness d2 of the first conductive semiconductor layer 121 may be 6 ⁇ m to 8 ⁇ m, and the thickness d3 of the active layer 122 may be 200 nm to 300 nm.
  • the thickness d4 of the second conductivity-type semiconductor layer 123 may be 200 nm to 300 nm, and the thickness d5 of the second ohmic layer 140 may be 1 nm to 10 nm.
  • the first ohmic layer 141 may have a thickness of 1 nm to 10 nm, similarly to the second ohmic layer 140.
  • the length d6 of the first conductive semiconductor layer 121 exposed from the upper surface of the semiconductor structure 120 in the first direction (Z-axis direction) to the lowest surface may be 0.9 ⁇ m to 1.1 ⁇ m.
  • the thickness d7 of the second pad electrode 160a, which is the length from the uppermost surface to the lowermost surface of the second pad electrode 160a, may be about 2.4 ⁇ m to about 2.6 ⁇ m.
  • an upper surface T2 of the second pad electrode 160a may be the uppermost portion of the semiconductor structure 120.
  • an upper surface of the first pad electrode 150a may be positioned below in the first direction (Z-axis direction) rather than the upper surface of the second pad electrode 160a.
  • the length ratio of the lengths up to the top surface T1 of the first pad electrode 150a may be 1: 2.0 to 1: 2.2.
  • the length and the bottom surface of the second pad electrode 160a are formed.
  • the length ratio of the length to the uppermost surface T1 of the first pad electrode 150a is smaller than 1: 2.0, there may be a problem in that the sheet resistance of the first pad electrode is small and the operating voltage increases.
  • the bottom surface of the second pad electrode 160a and the length in the first direction (Z-axis direction) from the top surface T2 of the second pad electrode 160a to the top surface T1 of the first pad electrode 150a When the length ratio of the lengths to the uppermost surface T1 of the first pad electrode 150a is greater than 1: 2.2, there may be a problem that the package volume increases when the package is mounted.
  • the second pad electrode 160a may be disposed on a portion of the second branch electrode 160b.
  • FIG. 23 is an enlarged view of a branch electrode of a semiconductor device according to example embodiments.
  • the first and second branch electrodes 160b may include openings.
  • the openings of the openings may have various shapes, and the width of the openings may also vary.
  • the first and second branch electrodes 160b may include a plurality of branch electrode particles and may be connected to one another.
  • FIGS. 24A to 24F are flowcharts illustrating a method of manufacturing a semiconductor device, according to another exemplary embodiment. Specifically, FIGS. 24A to 24F are cross-sectional views taken along line II ′ of FIG. 17 in a manufacturing order.
  • a semiconductor structure 120 may be formed on the substrate 110.
  • the semiconductor structure 120 may be formed in the order of the first conductivity type semiconductor layer 121, the active layer 122, and the second conductivity type semiconductor layer 123.
  • the substrate 110 may be formed of a material selected from sapphire (Al 2 O 3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, and Ge, but is not limited thereto.
  • the substrate 110 may include an uneven pattern Ps on an upper surface thereof.
  • the uneven pattern Ps may be a micro size, but is not limited thereto.
  • the uneven pattern Ps improves light efficiency by reducing crystal defects and total internal reflection of the semiconductor structure 120 growing thereon.
  • the uneven pattern Ps may be formed by wet or dry etching, but is not limited thereto.
  • the semiconductor structure 120 may be formed on the substrate 110.
  • the semiconductor structure 120 may be formed in the order of the first conductivity type semiconductor layer 121, the active layer 122, and the second conductivity type semiconductor layer 123.
  • the semiconductor structure 120 may emit blue light.
  • the semiconductor structure 120 may include a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), a chemical vapor deposition (CVD), a plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), a molecular beam growth method (PECVD).
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • CVD chemical vapor deposition
  • PECVD plasma-enhanced chemical vapor deposition
  • PECVD molecular beam growth method
  • MBE Molecular Beam Epitaxy
  • HVPE Hydride Vapor Phase Epitaxy
  • sputtering or the like can be formed.
  • a current blocking layer 130 may be formed on the second conductive semiconductor layer 123.
  • the current blocking layer 130 may be formed on a portion of the second conductive semiconductor layer 123.
  • the current blocking layer 130 may be formed using a crystal growth method, and the crystal growth method may include metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam deposition (MBE), or hydride or halide vapor phase epitaxy (HVPE). ) Or SVPE (sublimation vapor phase epitaxy), but is not limited thereto.
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • MBE molecular beam deposition
  • HVPE hydride or halide vapor phase epitaxy
  • SVPE sublimation vapor phase epitaxy
  • the current blocking layer 130 may be a semi-insulating layer or a compound semiconductor layer doped with impurities with a material layer having a high resistivity.
  • the current blocking layer 130 may prevent the current from entering the active layer 122 so that the injected current is refracted to flow away from the second electrode 160 to improve light extraction efficiency.
  • a second ohmic layer 140 may be formed on the semiconductor structure 120 and the current blocking layer 130.
  • the second ohmic layer 140 may include indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium zinc tin oxide (IZTO), indium aluminum zinc oxide (IZAZO), indium gallium zinc oxide (IGZO), and indium gallium (IGTO). It may include at least one of tin oxide), aluminum zinc oxide (AZO), antimony tin oxide (ATO), gallium zinc oxide (GZO), IZO (IZO Nitride), AGZO (Al-Ga ZnO), and IGZO. It is not limited to such a material.
  • a hole penetrating through the second ohmic layer 140, the second conductive semiconductor layer 123, and the active layer 122 and exposing a portion of the first conductive semiconductor layer 121 is formed. can do.
  • the hole h may be made by mesa etching.
  • the first ohmic layer 141 may be formed on the exposed upper surface of the first conductive semiconductor layer 121.
  • the first ohmic layer 141 may be an ohmic electrode, and the first ohmic layer 141 may be indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium zinc tin oxide (IZTO), or indium aluminum zinc oxide (AZO).
  • ITO indium tin oxide
  • IZO indium zinc oxide
  • IZTO indium zinc tin oxide
  • AZO indium aluminum zinc oxide
  • ATO gallium zinc oxide
  • GZO gallium zinc oxide
  • IZON IZO Nitride
  • AGZO (Al-Ga) ZnO) and IGZO but may be formed, but is not limited thereto.
  • a first branch electrode 150b may be formed on the first ohmic layer 141 and the first ohmic layer 141.
  • the second ohmic layer 140 may be formed on an area overlapping the current blocking layer 130 in the thickness direction of the semiconductor device 100B.
  • the second branch electrode 160b may be formed on an area overlapping the second ohmic layer 140 in the thickness direction of the semiconductor device 100B.
  • the first branch electrode 150b and the second branch electrode 160b may be formed by E-beam or sputtering, but are not limited thereto.
  • the first branch electrode 150b and the second branch electrode 160b may include silver (Ag).
  • the first branch electrode 150b and the second branch electrode 160b may be disposed on the first ohmic layer 141 and the second ohmic layer 140, and then heat-treated at 300 ° C. to 650 ° C. FIG.
  • Silver may migrate during heat treatment.
  • silver can move particles during heat treatment.
  • the first branch electrode 150b and the second branch electrode 160b may include openings.
  • a predetermined interval may be formed between the first branch electrode particles 150b and the second branch electrode particles.
  • the porosity can be controlled by adjusting the temperature and the injection material.
  • the porosity of the first branch electrode 150b and the second branch electrode 160b may increase when oxygen (O 2) or air is injected in the heat treatment step.
  • O 2 oxygen
  • the porosity of the first branch electrode 150b and the second branch electrode 160b may increase.
  • the first pad electrode 150a and the second pad electrode 160a may be formed on the first branch electrode 150b and the second branch electrode 160b, respectively.
  • the first pad electrode 150a and the second pad electrode 160a may include at least one of Ag, Ni, Cr, and Ti, but are not limited thereto.
  • the first pad electrode 150a and the second pad electrode 160a may be formed by an E-beam, but are not limited thereto.
  • an insulating layer may be formed on the semiconductor device 100B after the first pad electrode 150a and the second pad electrode 160a are formed.
  • the insulating layer may be formed to cover the upper surface of the semiconductor device 100B except for a portion of the upper surface of the first pad electrode 150a and a portion of the upper surface of the second pad electrode 160a.
  • the insulating layer may be formed by selecting at least one selected from the group consisting of SiO 2, SixOy, Si 3 N 4, SixNy, SiO x Ny, Al 2 O 3, TiO 2, AlN, and the like, but is not limited thereto.
  • the semiconductor device may be used as a light source of an illumination system, or may be used as a light source of an image display device or a light source of an illumination device. That is, the semiconductor device may be applied to various electronic devices disposed in a case to provide light. For example, when the semiconductor device and the RGB phosphor are mixed and used, white light having excellent color rendering (CRI) may be realized.
  • CRI color rendering
  • the above-described semiconductor device may be configured as a light emitting device package and used as a light source of an illumination system.
  • the semiconductor device may be used as a light source or a light source of an image display device.
  • a backlight unit of an image display device When used as a backlight unit of an image display device, it can be used as an edge type backlight unit or a direct type backlight unit, when used as a light source of a lighting device can be used as a luminaire or bulb type, and also used as a light source of a mobile terminal. It may be.
  • the light emitting element includes a laser diode in addition to the light emitting diode described above.
  • the laser diode may include the first conductive semiconductor layer, the active layer, and the second conductive semiconductor layer having the above-described structure.
  • an electric-luminescence phenomenon is used in which light is emitted when an electric current flows.
  • a laser diode may emit light having a specific wavelength (monochromatic beam) in the same direction with the same phase by using a phenomenon called stimulated emission and a constructive interference phenomenon. Due to this, it can be used for optical communication, medical equipment and semiconductor processing equipment.
  • a photodetector may be a photodetector, which is a type of transducer that detects light and converts its intensity into an electrical signal.
  • Such photodetectors include photovoltaic cells (silicon, selenium), photoelectric devices (cadmium sulfide, cadmium selenide), photodiodes (e.g. PD having peak wavelength in visible blind or true blind spectral regions) Transistors, photomultipliers, phototubes (vacuum, gas encapsulation), infrared (Infra-Red) detectors, and the like, but embodiments are not limited thereto.
  • a semiconductor device such as a photodetector may generally be manufactured using a direct bandgap semiconductor having excellent light conversion efficiency.
  • the photodetector has various structures, and the most common structures include a pin photodetector using a pn junction, a Schottky photodetector using a Schottky junction, a metal semiconductor metal (MSM) photodetector, and the like. have.
  • MSM metal semiconductor metal
  • a photodiode may include a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a second conductive semiconductor layer having the above-described structure, and have a pn junction or pin structure.
  • the photodiode operates by applying a reverse bias or zero bias. When light is incident on the photodiode, electrons and holes are generated and current flows. In this case, the magnitude of the current may be approximately proportional to the intensity of light incident on the photodiode.
  • Photovoltaic cells or solar cells are a type of photodiodes that can convert light into electrical current.
  • the solar cell may include the first conductive semiconductor layer, the active layer, and the second conductive semiconductor layer having the above-described structure similarly to the light emitting device.
  • a general diode using a p-n junction it may be used as a rectifier of an electronic circuit, it may be applied to an ultra-high frequency circuit and an oscillation circuit.
  • the semiconductor device described above is not necessarily implemented as a semiconductor and may further include a metal material in some cases.
  • a semiconductor device such as a light receiving device may be implemented using at least one of Ag, Al, Au, In, Ga, N, Zn, Se, P, or As, and may be implemented by a p-type or n-type dopant. It may also be implemented using a doped semiconductor material or an intrinsic semiconductor material.

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Abstract

실시 예는, 기판; 상기 기판 상에 배치되고, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 반도체 구조물; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되는 제1 전극; 및 상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치되는 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나는, 상기 제1 도전형 반도체층 또는 상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치되는 접합층; 상기 접합층 상에 배치되는 반사층; 상기 반사층 상에 배치되는 캡핑층; 및 상기 캡핑층 상에 배치되는 본딩층을 포함하고, 상기 캡핑층은, 제1 층 및 제2 층이 적어도 1회 이상 교대로 적층되며, 상기 제1 층은 Ti를 포함하고, 상기 제1 층 및 제2 층의 두께의 비는 4:7 내지 20:3인 반도체 소자를 개시한다.

Description

반도체 소자
실시 예는 반도체 소자에 관한 것이다.
GaN, AlGaN 등의 화합물을 포함하는 반도체 소자는 넓고 조정이 용이한 밴드 갭 에너지를 가지는 등의 많은 장점을 가져서 발광 소자, 수광 소자 및 각종 다이오드 등으로 다양하게 사용될 수 있다.
특히, 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드(Laser Diode)와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성의 장점을 가진다.
뿐만 아니라, 광검출기나 태양 전지와 같은 수광 소자도 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용하여 제작하는 경우 소자 재료의 개발로 다양한 파장 영역의 빛을 흡수하여 광 전류를 생성함으로써 감마선부터 라디오 파장 영역까지 다양한 파장 영역의 빛을 이용할 수 있다. 또한 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성 및 소자 재료의 용이한 조절의 장점을 가져 전력 제어 또는 초고주파 회로나 통신용 모듈에도 용이하게 이용할 수 있다.
따라서, 반도체 소자는 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등 및 Gas나 화재를 감지하는 센서 등에까지 응용이 확대되고 있다. 또한, 반도체 소자는 고주파 응용 회로나 기타 전력 제어 장치, 통신용 모듈에까지 응용이 확대될 수 있다.
반도체 소자는 고전류, 고온의 조건에서 시간에 따른 동작 전압의 변화율이 상승할 수 있다. 따라서, 이의 원인 및 이를 해결하기 위한 방안에 대한 논의가 이루어지고 있다.
또한, 반도체 구조물에서 생성된 광이 패드에서 흡수되거나 투과하지 못해 광 효율이 저하되는 문제점이 존재한다.
실시 예는 신뢰성이 향상된 반도체 소자를 제공한다.
실시 예는 수평형 구조의 청색 발광소자를 제공한다.
또한, 흡수에 의한 광 손실을 방지하여 광 효율이 우수한 반도체 소자를 제공한다.
실시 예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자는, 기판; 상기 기판 상에 배치되고, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 반도체 구조물; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되는 제1 전극; 및 상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치되는 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나는, 상기 제1 도전형 반도체층 또는 상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치되는 접합층; 상기 접합층 상에 배치되는 반사층; 상기 반사층 상에 배치되는 캡핑층; 및 상기 캡핑층 상에 배치되는 본딩층을 포함하고, 상기 캡핑층은, 제1 층 및 제2 층이 적어도 1회 이상 교대로 적층되며, 상기 제1 층은 Ti를 포함하고, 상기 제1 층 및 제2 층의 두께의 비는 4:7 내지 20:3으로 구성되어 상기 반도체 구조물과 상기 접합층 사이의 박리 현상을 개선할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자는 기판; 상기 기판 상에 배치되고, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 반도체 구조물; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되어 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극; 및 상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치되어 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되는 제1 가지 전극; 및 상기 제1 가지 전극 상에 배치되는 제1 패드 전극;를 포함하고, 상기 제2 전극은, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치되는 제2 가지 전극; 및 상기 제2 가지 전극 상에 배치되는 제2 패드;를 포함하고, 상기 제1 가지 전극 및 상기 제2 가지 전극은 개구부를 갖는다.
상기 제1 가지 전극 및 상기 제2 가지 전극은 Ag를 포함하고, 상기 제1 가지 전극의 개구부의 폭은 상기 반도체 구조물의 두께방향과 수직한 방향으로 상기 제1 가지 전극의 최소 폭의 길이 대비 30% 내지 60%이고, 상기 제2 가지 전극의 개구부의 폭은 상기 반도체 구조물의 두께방향과 수직한 방향으로 상기 제2 가지 전극의 최소 폭의 길이 대비 30% 내지 60%일 수 있다.
상기 제1 가지 전극 및 상기 제2 가지 전극의 두께는 3㎚ 내지 300㎚일 수 있다.
상기 반도체 구조물의 두께 방향으로 상기 제2 패드 전극의 최상면에서 상기 제1 패드 전극의 최상면까지의 길이와 상기 제2 패드 전극의 최하면에서 상기 제1 패드 전극의 최상면까지의 길이의 길이비는 1:2.0 내지 1:2.2일 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제1 가지 전극 사이에 배치되는 제1 오믹층; 상기 제2 도전형 반도체층과 상기 제2 가지 전극 사이에 배치되는 제2 오믹층; 및 상기 제2 오믹층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 전류 차단층;을 더 포함할 수 있다.
상기 전류 차단층은 상기 제2 가지 전극과 수직으로 중첩되는 영역 상에 배치될 수 있다.
실시 예에 따르면, 반도체 소자의 전극의 구조를 변경함으로써 고전류, 고온의 가혹한 조건에서의 신뢰성이 향상될 수 있다.
또한, 광 추출 효율이 우수한 반도체 소자를 제작할 수 있다.
또한, 열 신뢰성이 개선된 반도체 소자를 제작할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 평면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 중, 제1 전극의 개념도이다.
도 5는 제1 전극의 캡핑층 중, 제1 층 및 제2 층의 두께에 따른 내부 응력을 나타내는 그래프이다.
도 6은 다양한 변형에 따른 전극의 오믹 특성을 나타낸 그래프이다.
도 7은 다양한 변형에 따른 전극의 반사율을 나타낸 그래프이다.
도 8a 내지 도 8e는 전극의 다양한 변형에 따른 반도체 소자의 VF1값의 변화율을 나타낸 그래프이다.
도 9a 내지 도 9e는 전극의 다양한 변형에 따른 반도체 소자의 VF3값의 변화율을 나타낸 그래프이다.
도 10a 내지 도 10e는 전극의 다양한 변형에 따른 반도체 소자의 발광 분포를 나타낸 것이다.
도 11a 내지 도 11e는 전극의 다양한 변형에 따른 반도체 소자의 외관을 촬영한 것이다.
도 12a 내지 도 12e는 도 11a 내지 도 11e의 외관 특이사항을 상세히 촬영한 것이다.
도 13a 내지 도 13e는 다양한 변형에 따른 전극의 단면을 촬영한 것이다.
도 14a 내지 도 14e는 다양한 변형에 따른 전극의 박리 현상의 발생 여부를 관찰한 것이다.
도 15a 내지 도 15e는 다양한 변형에 따른 전극의 박리 현상의 발생 여부를 관찰한 것이다.
도 16은 다른 실시 예에 따른 반도체 소자의 사시도이다.
도 17는 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 평면도이다.
도 18은 도 17에서 AA' 부분의 단면도이다.
도 19는 도 17에서 BB' 부분의 단면도이다.
도 20는 도 17에서 CC' 부분의 단면도이다.
도 21은 도 17에서 DD' 부분의 단면도이다.
도 22은 도 17에서 II' 부분의 단면도이다.
도 23은 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 가지 전극의 확대도이다.
도 24a 내지 도 24f는 실시예에 따른 다른 반도체 소자의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
본 실시 예들은 다른 형태로 변형되거나 여러 실시 예가 서로 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 각각의 실시 예로 한정되는 것은 아니다.
특정 실시 예에서 설명된 사항이 다른 실시 예에서 설명되어 있지 않더라도, 다른 실시 예에서 그 사항과 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 다른 실시 예에 관련된 설명으로 이해될 수 있다.
예를 들어, 특정 실시 예에서 구성 A에 대한 특징을 설명하고 다른 실시 예에서 구성 B에 대한 특징을 설명하였다면, 구성 A와 구성 B가 결합된 실시 예가 명시적으로 기재되지 않더라도 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
반도체 소자는 발광소자, 수광 소자 등 각종 전자 소자를 포함할 수 있으며, 발광소자와 수광소자는 모두 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 반도체 소자는 발광소자일 수 있다.
발광소자는 전자와 정공이 재결합함으로써 빛을 방출하게 되고, 이 빛의 파장은 물질 고유의 에너지 밴드갭에 의해서 결정된다. 따라서, 방출되는 빛은 상기 물질의 조성에 따라 다를 수 있다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 평면도이다. 도 3은 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'의 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자(100A)는 기판(110), 반도체 구조물(120), 전류 차단층(130), 제2 오믹층(140), 제1 전극(150) 및 제2 전극(160)을 포함할 수 있다.
기판(110)은 투광성, 전도성 또는 절연성 기판을 포함할 수 있다. 기판(110)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질이나 캐리어 웨이퍼일 수 있다. 기판(110)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, 및 Ga2O3 중 선택된 물질로 이루어질 수 있으며, 이것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 기판(110)의 상면은 광 추출 효율 향상을 위하여 요철 구조를 포함할 수 있다.
한편, 기판(110)과 반도체 구조물(120) 사이에는 격자 상수의 차이를 줄이기 위한 버퍼층(미도시)이 더 배치될 수도 있다.
반도체 구조물(120)은 기판(110) 상에 배치될 수 있다. 반도체 구조물(120)은 제1 도전형 반도체층(121), 활성층(123) 및 제2 도전형 반도체층(122)이 순차적으로 배치될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(121)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(121)은 Inx1Aly1Ga1-x1-y1N(0≤x1≤1, 0≤y1≤1, 0≤x1+y1≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN 등에서 선택될 수 있다. 그리고, 제1 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te와 같은 n형 도펀트일 수 있다. 제1 도펀트가 n형 도펀트인 경우, 제1 도펀트가 도핑된 제1 도전형 반도체층(121)은 n형 도펀트를 포함하는 반도체층일 수 있다.
활성층(123)은 제1 도전형 반도체층(121)과 제2 도전형 반도체층(122) 사이에 배치될 수 있다. 활성층(123)은 제1 도전형 반도체층(121)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 제2 도전형 반도체층(122)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 만나는 층이다. 활성층(123)은 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 가시광 또는 자외선 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.
활성층(123)은 우물층과 장벽층을 포함하고, 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(Multi Quantum Well; MQW) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있으며, 활성층(123)의 구조는 이에 한정하지 않는다.
제2 도전형 반도체층(122)은 활성층(123) 상에 배치될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(122)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(122)은 Inx5Aly2Ga1-x5-y2N (0≤x5≤1, 0≤y2≤1, 0≤x5+y2≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 또는 AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 선택된 물질로 이루어질 수 있다. 제2 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다. 제2 도펀트가 p형 도펀트인 경우, 제2 도펀트가 도핑된 제2 도전형 반도체층(122)은 p형 도펀트를 포함하는 반도체층일 수 있다.
다만, 이에 한정하지 않고 상기 제1 도전형 반도체층은 n형 도펀트를 포함하는 반도체층일 수 있고, 상기 제2 도전형 반도체층은 p형 도펀트를 포함하는 반도체층일 수도 있다.
전류 차단층(CBL; Current Blocking Layer)(130)은 제2 도전형 반도체층(122) 상에 배치될 수 있다. 구체적으로, 전류 차단층(130)은 제2 도전형 반도체층(122) 중, 후술할 제2 전극(160)이 배치될 영역에 배치될 수 있다. 즉, 전류 차단층(130)은 제2 전극(160) 및 제2 도전형 반도체층(122) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 전류 차단층(130)은 제2 전극(160)과 수직 방향(Z축 방향)으로 중첩될 수 있다. 전류 차단층(130)은 전류가 집중되는 현상을 완화하여 발광 소자의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
전류 차단층(130)은 전기 절연성을 갖거나 쇼트키 접촉을 갖는 재질로 이루어질 수 있다. 전류 차단층(130)은 산화물, 질화물 또는 금속으로 이루어질 수 있다. 예시적으로 전류 차단층(130)은 SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, TiOx, Ti, Al, Cr 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전류 차단층(130)은 경우에 따라 생략될 수도 있다.
제2 오믹층(140)은 제2 도전형 반도체층(122) 및 전류 차단층(130) 상에 배치될 수 있다. 제2 오믹층(140)은 투광성이 높은 재질로 이루어져 광 추출 효율을 증가시킬 수 있다. 제2 오믹층(140)은 경우에 따라 생략될 수도 있다.
제2 오믹층(140)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 또는 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있으나, 이러한 재료에 한정되지는 않는다.
한편, 반도체 구조물(120)은 메사 식각(mesa etching)에 의하여 형성되는 리세스(M)를 구비할 수 있다. 즉, 반도체 구조물(120) 중 후술할 제1 전극(150)이 배치될 영역에는 리세스(M)가 형성될 수 있다. 상기 리세스(M)는 상기 제2 도전형 반도체층(122) 및 상기 활성층(123)을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층(121)의 일부 영역까지 배치될 수 있다. 리세스(M)는 반도체 구조물(120), 전류 차단층(130) 및 제2 오믹층(140)의 형성 이후에, 메사 식각에 의하여 형성될 수 있다.
제1 전극(150)은 제1 도전형 반도체층(121) 상에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 전극(150)은 리세스(M)에 의하여 노출된 제1 도전형 반도체층(121)의 일부 영역 상에 배치될 수 있다. 제1 전극(150)은 제1 패드 전극(150a) 및 복수의 제1 가지 전극(150b)을 포함할 수 있다.
제1 패드 전극(150a)은 와이어가 본딩되는 영역일 수 있다. 제1 패드 전극(150a)은, 와이어 본딩을 위하여 제1 가지 전극(150b)에 비하여 넓은 면적을 가질 수 있다. 구체적으로, 제1 패드 전극(150a)은 제1 가지 전극(150b)에 비하여 X축 방향으로 보다 넓은 너비를 가질 수 있다. 그러나, 제1 패드 전극(150a)의 형상은 특별히 제한되지 않는다.
제1 가지 전극(150b)은 제1 패드 전극(150a)으로부터 연장될 수 있다. 제1 가지 전극(150b)은 제1 패드 전극(150a)으로부터 제2 패드 전극(160a)을 향하여 연장될 수 있다. 이 때, 제1 가지 전극(150b)은 제1 패드 전극(150a)에 비하여 Y축 방향으로 보다 긴 길이를 가질 수 있다. 따라서, 제1 가지 전극(150b)에 의하여 반도체 소자(100A)의 전류 주입 효율 및 전류 분산 효율이 향상되어 발광 효율이 향상될 수 있다.
특히, 제1 가지 전극(150b)은 반도체 구조물(120)의 Y축 방향과 평행인 중심선을 기준으로 양측에 하나씩 배치될 수 있다. 또한, 제1 가지 전극(150b)은 서로 이격된 제2 가지 전극(160b)의 사이에 하나씩 배치될 수 있다. 따라서, 제1 가지 전극(150b)에 의하여 전류가 균일하게 분산될 수 있다. 한편, 도 1 및 도 2에서는 제1 가지 전극(150b)이 2개로 도시되었으나, 이것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
제2 전극(160)은 제2 도전형 반도체층(122) 상에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제2 전극(160)은 제2 오믹층(140) 중, 전류 차단층(130)과 수직으로 중첩되는 영역에 배치될 수 있다. 제2 전극(160)은 제2 패드 전극(160a) 및 복수의 제2 가지 전극(160b)을 포함할 수 있다.
제2 패드 전극(160a)은 와이어가 본딩되는 영역일 수 있다. 제2 패드 전극(160a)은 와이어 본딩을 위하여 제2 가지 전극(160b)에 비하여 넓은 면적을 가질 수 있다. 구체적으로, 제2 패드 전극(160a)은 제2 가지 전극(160b)에 비하여 X축 방향으로 보다 넓은 길이를 가질 수 있다. 그러나, 제2 패드 전극(160a)의 형상은 특별히 제한되지 않는다.
제2 가지 전극(160b)은 제2 패드 전극(160a)으로부터 연장될 수 있다. 제2 가지 전극(160b)은 제2 패드 전극(160a)으로부터 제1 패드 전극(150a)을 향하여 연장될 수 있다. 이 때, 제2 가지 전극(160b)은 제2 패드 전극(160a)에 비하여 Y축 방향으로 보다 긴 길이를 가질 수 있다. 따라서, 제2 가지 전극(160b)에 의하여 반도체 소자(100A)의 전류 주입 효율 및 전류 분산 효율이 향상되어 발광 효율이 향상될 수 있다.
특히, 제2 가지 전극(160b)은 반도체 구조물(120)의 Y축 방향과 평행인 중심선 상에 배치될 수 있다. 또한, 제2 가지 전극(160b)은 Y축 방향과 평행인 중심선을 기준으로 양측에 하나씩 배치될 수 있다. 구체적으로, 제2 가지 전극(160b)과 제1 가지 전극(150b)은 교대로 하나씩 배치될 수 있다. 이 때, 제2 가지 전극(160b)의 개수는 제1 가지 전극(150b)의 개수보다 많을 수 있다. 제2 가지 전극(160b)의 개수를 늘림으로써, 홀의 주입 효율을 보다 개선할 수 있다. 도 1 및 도 2에서는 제2 가지 전극(160b)이 3개로 도시되었으나, 이것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
한편, 도 3에서는 제1 전극(150)이 도 1 및 도 2에 비하여 비교적 짧은 길이를 갖도록 배치되었다. 그러나, 실질적으로 도 3에 도시된 제1 전극(150)은 제1 패드 전극(150a)일 수 있다. 즉, 단면도 상에서는 제1 전극(150) 중 제1 패드 전극(150a)만이 도시된 것일 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 제2 전극(160)은 실질적으로 제2 패드 전극(160a)과 제2 가지 전극(160b)이 포함된 것일 수 있다. 즉, 제2 패드 전극(160a)과 제2 가지 전극(160b)은 일정 두께를 갖도록 배치되므로, 단면도 상에서는 하나의 구성으로 보일 수 있다.
더불어, 전류 차단층(130)은 제2 전극(160)과 대응되는 영역에 배치될 수 있다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 전류 차단층(130)은 제2 전극(160)의 제2 패드 전극(160a) 및 제2 가지 전극(160b) 모두와 수직(Z축 방향)으로 중첩될 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나, 전류 차단층(130)은 반도체 소자(100A)의 중앙부에 배치된 제2 가지 전극 외에 상하부에 배치된 제2 가지 전극(도 1, 2 참조)의 하부에도 배치될 수 있다.
제1 전극(150) 및 제2 전극(160)은 복수의 층을 포함할 수 있다, 구체적으로, 제1, 2 전극(150, 160)은 접합층, 반사층, 확산 방지층 및 본딩층을 포함할 수 있다. 이러한 구조는 제1, 2 전극(150, 160)의 패드 전극(150a, 160a) 및 가지 전극(150b, 160b)에 모두 동일하게 적용될 수 있다. 이에 대해서는 후술하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 중, 제1 전극의 개념도이다. 도 5는 제1 전극의 캡핑층 중, 제1 층 및 제2 층의 두께에 따른 내부 응력을 나타내는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 제1 전극(150)은 접합층(151), 반사층(152), 캡핑층(153) 및 본딩층(154)을 포함할 수 있다. 한편, 도면에서는 제1 전극(150)에 대해서만 도시하였으나, 이는 제2 전극(160)에도 동일하게 적용될 수 있다. 또한, 이는 각각의 제1, 2 전극(150, 160)의 패드 전극(150a, 160a) 및 가지 전극(150b, 160b)에 모두 동일하게 적용될 수 있다.
접합층(151)은 리세스(M)에 의하여 노출되는 제1 도전형 반도체층(121)의 일부 영역 상에 배치될 수 있다. 접합층(151)은 제1 도전형 반도체층(121)과 전극(150)을 용이하게 접합할 수 있다. 즉, 접합층(151)은 제1 도전형 반도체층(121)과 반사층(152) 사이의 접합력을 향상시킬 수 있다. 또한, 접합층(151)은 제1 도전형 반도체층(121)의 오믹 특성을 향상시킬 수 있다. 접합층(151)은 Cr을 포함할 수 있다.
반사층(152)은 접합층(151) 상에 배치될 수 있다. 반사층(152)은 반사율이 우수한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 반사층(152)은 Al, Ag, Rh, Cu, Re, Bi, Al, Zn, W, Sn, In 또는 Ni 중 선택된 적어도 하나 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 반사층(152)은 활성층(123)에서 출사되는 광을 반사하여 광출력을 향상시킬 수 있다.
캡핑층(153)은 반사층(152) 상에 배치될 수 있다. 캡핑층(153)은 반사층(152)과 본딩층(154)이 포함하는 물질들의 확산을 방지하는 장벽층일 수 있다. 캡핑층(153)은 복수의 층을 포함할 수 있다. 즉, 캡핑층(153)은 제1 층(153a-n, n≥1) 및 제2 층(153b-n, n≥1)이 적어도 1회 이상 교대로 적층된 구조일 수 있다. 이하에서는 편의상 복수의 제1 층 및 제2 층을 각각 153a 및 153b로 기재할 수 있다. 캡핑층(153)이 복수의 층이 적층된 구조를 가짐으로써, 캡핑층(153) 내의 내부 응력이 완화될 수 있다.
제1 층(153a-n)은 반사층(152) 상에 배치될 수 있다. 또한, 제2 층(153b-n)은 제1 층(153a-n) 상에 배치될 수 있다. 이 때, 반사층(152) 상의 첫번째 제1 층을 제1-1 층(153a-1)이라고 정의할 수 있다. 그리고 본딩층(154)에 가까워질수록 제1-2 층(미도시), 제1-3 층(미도시), … 제1-n 층(153a-n, n≥1)으로 정의할 수 있다. 또한, 제1-1 층(153a-1) 상의 첫번째 제2 층을 제2-1 층(153b-1)으로 정의할 수 있다. 그리고 본딩층(154)에 가까워질수록 제2-2 층(미도시), 제2-3 층(미도시), … 제2-n 층(153b-n, n≥1)으로 정의할 수 있다.
제1 층(153a)은 Ti를 포함할 수 있다. 제2 층(153b)은 Ni 또는 Pt 중 선택된 어느 하나를 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 Ni를 포함할 수 있다. 서로 다른 물질을 포함하는 제1 층(153a) 및 제2 층(153b)이 복수로 적층됨으로써, 캡핑층(153)의 내부 응력이 완화될 수 있다. 따라서, 캡핑층의 내부 응력에 의하여 전극이 박리되는 현상이 방지될 수 있다.
예시적으로, 제1 층(153a) 및 제2 층(153b)은 서로 상반되는 내부 응력을 가질 수 있다. 즉, 제1 층(153a)의 내부 응력이 압축 응력이라면, 제2 층(153b)의 내부 응력은 인장 응력일 수 있다. 또한, 그 반대의 경우도 가능하며, 여기서 내부 응력의 형태를 한정하지는 않는다. 제1, 2 층(153a, 153b)이 상반되는 내부 응력을 가짐으로써, 캡핑층(153)의 내부 응력이 상쇄될 수 있다. 한편, 제1 층(153a) 및 제2 층(153b)이 서로 상반되는 내부 응력을 갖는 것은 본 발명을 실시하기 위한 일예일 뿐이며, 이것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
제1 층(153a) 및 제2 층(153b)의 두께의 비는 4:7 내지 20:3일 수 있다. 바람직하게는, 제1 층(153a) 및 제2 층(153b)의 두께의 비는 9:7 내지 20:3일 수 있다. 또한, 제1 층(153a)은 제2 층(153b)보다 더 두꺼울 수 있다. 제1, 2 층(153a, 153b)의 두께의 비가 상기의 범위를 벗어날 경우, 어느 한 층의 내부 응력이 상대적으로 높아질 수 있다. 따라서, 서로 상반되는 내부 응력의 완화 효과가 미미하여 전극의 박리가 발생할 수 있다.
한편, 제1 층(153a)의 두께는 20 내지 100nm일 수 있다. 또한, 제2 층(153b)이 Ni를 포함할 경우, 제2 층(153b)의 두께는 35nm 이하일 수 있다. 여기서, 캡핑층(153) 중, 제2 층(153b)이 제1 층(153a)보다 장벽층으로써의 역할이 강할 수 있다. 이 때, 제2 층(153b)의 최소 두께는 15nm일 수 있다. 따라서, 보다 바람직하게는, 제2 층(153b)의 두께는 15 내지 35nm일 수 있다. 그러나, 제2 층(153b)이 15nm보다 작더라도, 제1 층(153a)의 두께가 충분히 두껍다면 캡핑층(153)이 장벽층으로써 작용할 수도 있다.
특히, 도 5를 참조하면, Ti의 경우 20 내지 100nm의 구간에서 내부 응력이 0 또는 음의 값을 가질 수 있다. 또한, Ni의 경우 내부 응력이 양의 값을 가지며, 두께가 두꺼워질수록 내부 응력이 상승할 수 있다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이 Ti와 Ni가 서로 반대의 응력을 갖는 구간에서는 제1 층(153a) 및 제2 층(153b) 사이의 내부 응력이 상쇄될 수 있다. 그리고 도 4에 도시된 바와 같이 캡핑층(153)과 접합된 반사층(152)에 작용하는 응력이 측부를 향하게 됨으로써 전극과 반도체 구조물(120) 사이 또는 전극과 제2 오믹층(140) 사이의 박리 현상을 방지할 수 있다.
즉, 제1 층(153a)과 제2 층(153b)이 동일한 종류의 내부 응력을 가질 경우, 고전류, 고온의 조건에서 캡핑층(153)에 변형이 일어날 수 있다. 또한, 이러한 변형은 캡핑층(153)과 접합된 반사층(152)에도 함께 발생될 수 있다. 즉, 캡핑층(153)의 변형에 의하여 반사층(152)이 상부로 들뜨는 힘을 받게 될 수 있다. 결국, 전극(150)이 제1 도전형 반도체층(121)으로부터 들뜨는 현상이 발생하여 동작 전압이 상승함으로써 반도체 소자(100A)의 신뢰성이 저하될 수 있다. 또한, 이러한 박리 현상은 전극(160)과 제2 도전형 반도체층(122) 사이에서도 발생할 수 있다.
하지만, 제1 층(153a)이 제2 층(153b)과 반대의 내부 응력을 가질 경우, 캡핑층(153) 내의 내부 응력이 상쇄되어 변형이 최소화될 수 있다. 그리고 캡핑층(153)과 접합된 반사층(152)에는 측부를 향하는 힘이 작용할 수 있다. 결국, 캡핑층(153)과 접합된 반사층(152)의 변형도 최소화되어 전극의 박리 현상이 방지되고, 반도체 소자의 신뢰성이 향상될 수 있다.
한편, Ti가 20nm 또는 100nm일 경우 갖게 되는 내부 응력인 0은 최소 내부 응력일 수 있다. 또한, Ti가 45nm일 경우 갖게 되는 내부 응력인 -1.4×10-14d/cm는 최대 내부 응력일 수 있다. 여기서, 최대 내부 응력이 음의 값을 갖는 것은 Ni와 반대 방향으로 작용하는 응력이기 때문이다.
한편, 도 5의 Ni의 경우, 수학식1과 같은 응력 값을 가질 수 있다. 여기서, S는 내부 응력(dynes/cm)을 의미하고, T는 두께(cm)를 의미할 수 있다.
Figure PCTKR2018004202-appb-M000001
그리고 후술할 실험 결과를 따르면, 제1 층(153a, Ti)이 100nm이고, 제2 층(153b, Ni)이 15nm일 경우, 전극(150)의 박리 현상이 방지될 수 있다. 이 때, 제1 층(153a)이 갖는 내부 응력은 대략 0일 수 있다(도 5 참조). 또한, 수학식1에 따르면, 제2 층(153b)이 갖는 내부 응력은 1.6×10-14d/cm일 수 있다.
즉, 제2 층(153b)이 갖는 내부 응력이 1.6×10-14d/cm일 경우, 제1 층(153a)이 반대의 내부 응력을 갖지 않더라도 전극의 박리 현상이 방지될 수 있다. 다시 말해서, 제1, 2 층(153a, 153b)의 내부 응력이 상쇄되지 않고, 제2 층(153b)이 1.6×10-14d/cm의 내부 응력을 갖더라도 전극의 박리 현상이 이루어지지 않을 수 있다. 따라서, 제1 층(153a)의 내부 응력인 0과 제2 층(153b)의 내부 응력인 1.6×10-14d/cm를 합한 값이 제1 층(153a) 및 제2 층(153b)이 허용 가능한 최대 내부 응력 값(A)일 수 있다. 즉, 캡핑층(153)의 최대 내부 응력 값(A)은 1.6×10-14d/cm일 수 있다.
한편, 제1 층(153a)의 최대 내부 응력은 -1.4×10-14d/cm일 수 있다(도 5). 제1 층(153a)이 최대 내부 응력을 가질 때, 제1 층(153a)과 반대의 응력을 갖는 제2 층(153b) 역시 최대 내부 응력을 가질 수 있다. 또한, 이 때 제1 층(153a)과 제2 층(153b) 각각의 최대 내부 응력을 더한 값은 1.6×10-14d/cm일 수 있다(허용 가능한 최대 내부 응력 값(A)). 따라서, 제1 층(153a)이 최대 내부 응력인 -1.4×10-14d/cm를 가질 때, 제2 층(153b)의 최대 내부 응력은 3.0×10-14d/cm일 수 있다. 그리고 제2 층(153b)이 최대 내부 응력을 가질 경우, 제2 층(153b)의 두께는 대략 3.5×10-6cm(35nm)일 수 있다.
상기와 같이 하여, 제1 층(153a)의 두께는 20 내지 100nm일 수 있다. 제1 층(153a)의 두께가 20nm보다 작을 경우, 제1, 2 층(153a, 153b)이 동일한 내부 응력을 가짐으로써 전극의 박리 현상이 발생할 수 있다. 또한, 제1 층(153a)의 두께가 100nm보다 클 경우, 제1, 2 층(153a, 153b)이 동일한 내부 응력을 가짐으로써 전극의 박리 현상이 발생할 수 있다.
제2 층(153b)의 두께는 15 내지 35nm일 수 있다. 제2 층(153b)의 두께가 15nm보다 작을 경우, 두께가 너무 얇아 반사층(152)과 본딩층(154) 사이의 장벽층 역할이 미미해질 수 있다. 제2 층(153b)의 두께가 35m보다 클 경우, 내부 응력이 너무 커져 제1 층(153a)의 내부 응력과의 상쇄 효과가 미미해지고, 전극의 박리 현상이 발생할 수 있다.
한편, 도 5에 따른 수학식1 및 두께에 따른 내부 응력 값은 본원발명의 실시를 위한 일예일 뿐이며, 이것으로 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
본딩층(154)은 캡핑층(153) 상에 배치될 수 있다. 본딩층(154)은 와이어 본딩을 위한 층일 수 있다. 예를 들어, 본딩층(154)은 Au, Ag 중 선택된 어느 하나 또는 이들의 합금일 수 있으나, 이것으로 본 발명을 한정하지는 않는다.
[실험예]
이하에서는 도 6 내지 도 15e를 참조하여 다양한 구조의 전극을 적용한 반도체 소자의 실험예에 대하여 설명하도록 한다. 구체적으로, 비교예1, 비교예2, 비교예3, 실시예1 및 실시예2를 구성하여 오믹 특성, 반사율, 동작 전압, 발광 분포, 외관 특성 및 박리 현상을 비교하였다.
표 1은 비교예1, 비교예2, 비교예3, 실시예1 및 실시예2의 전극의 구조를 나타낸 것이다. 한편, 전극의 구조는 제1 전극 및 제2 전극 모두 동일하며, 각각의 전극의 패드 전극과 가지 전극에도 모두 동일하게 적용될 수 있다.
접합층 반사층 캡핑층 본딩층 기타
비교예1 Cr Al Ni Au -
비교예2 Cr Al Ni Au SiO2 패시베이션
비교예3 Cr Al Ti/Ru/Cr/Pt Au Ti/Ru와 Cr/Pt 사이 단차
실시예1 Cr Al Ti/Ni/Ti/Ni/Ti Au -
실시예2 Cr Al Ti/Pt/Ti/Pt/ Ti/Pt Au -
표 1을 참조하면, 비교예1-3 및 실시예1,2 모두 접합층(151), 반사층(152) 및 본딩층(154)은 동일한 재료로 구성될 수 있다. 즉, 전극(150)의 각 층들은 캡핑층(153)의 구조 외에 유사하게 이루어질 수 있다.
여기서, 비교예1-3 및 실시예1,2의 접합층(151) 및 본딩층(154)의 두께는 동일하게 이루어질 수 있다. 또한, 비교예1-3 및 실시예1,2의 반사층(152)의 두께는 300 또는 360nm로 이루어질 수 있다. Al을 포함하는 반사층(152)의 경우, 300 내지 360nm의 두께에서 통상적으로 유사한 수준의 반사율을 가질 수 있다.
한편, 비교예2의 경우, 비교예1과 동일한 전극 상에 SiO2로 패시베이션층을 배치할 수 있다. 더불어, 비교예3의 경우, 캡핑층(153) 중간(Ti/Ru와 Cr/Pt 사이)에 단차(도 13c 참조)가 배치될 수 있다. 즉, Cr/Al/Ti/Ru의 너비(높이 방향과 수직인 방향의 길이)는 Cr/Pt/Au의 너비보다 클 수 있다.
실시예1 및 실시예2는 상기에서 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 전극일 수 있다. 구체적으로, 실시예1은 제1층/제2층/제1층/제2층/제1층의 구조로 이루어졌으며, 이 때 제1 층은 Ti를 포함하고, 제2 층은 Ni를 포함할 수 있다. 또한, 제1 층(153a)은 100nm의 두께를 갖고, 제2 층(153b)은 15nm의 두께를 가질 수 있다. 실시예2는 제1층/제2층/제1층/제2층/제1층/제2층의 구조로 이루어졌으며, 이 때 제1 층은 Ti를 포함하고, 제2 층은 Pt를 포함할 수 있다. 또한, 제1 층은 100nm의 두께를 갖고, 제2 층은 50nm의 두께를 가질 수 있다.
표 2는 비교예1,3 및 실시예1,2의 면저항 및 반사율을 비교한 것이다.
Cr/Al/Ni/Au(비교예1) Cr/Al/Ti/Ru(비교예3-1) Cr/Pt/Au(비교예3-2) Cr/Al/Ti/Ni/Ti/Ni/Ti/Au(실시예1) Cr/Al/(Ti/Pt)Х3/Au(실시예2)
면저항(mΩ/sq.) 11.4 106.5 13.0 7.0 - 11.0 12.0
반사율(%) 71.7 - 39.8 - -
여기서, 비교예3의 경우, 단차를 갖는 하부층(Cr/Al/Ti/Ru)(비교예3-1)과 상부층(Cr/Pt/Au)(비교예3-2)을 각각 별도로 분리하여 면저항 및 반사율이 측정되었다. 또한, 반사율의 경우, 반사층(152)이 유사한 수준의 두께를 갖는 동일한 재료로 이루어져 비교예1에서만 반사율의 측정이 이루어졌다.
면저항은 비교예3의 하부층을 제외하고는 거의 유사한 수준인 것을 확인할 수 있다. 또한, 반사율은 비교예3의 상부층을 제외하고는 거의 유사한 수준을 가질 수 있다.
도 6은 전극의 다양한 변형에 따른 반도체 소자의 오믹 특성을 나타낸 그래프이다. 도 7은 전극의 다양한 변형에 따른 반도체 소자의 반사율을 나타낸 그래프이다. 한편, 도 6 및 도 7에서 개시된 비교예3-3 및 비교예3-4는 상술한 비교예3을 또 다른 구조로 분리한 것일 수 있다. 즉, 비교예3-3은 Cr/Al/Ti의 구조일 수 있고, 비교예3-4는 Ti/Ru/Cr/Pt/Au일 수 있다.
도 6을 참조하면, 비교예1,3 및 실시예1,2뿐만 아니라 그 외의 구조에서도 모두 유사한 저항 값을 갖는 것을 알 수 있다. 또한, 도 7을 참조하면, Al 반사층이 300 또는 360nm의 두께를 가질 경우, 전극은 유사한 수준의 반사율(70 내지 80%)을 가짐을 알 수 있다. 또한, Al 반사층이 존재하지 않는 경우, Al 반사층이 존재하는 경우에 비하여 반사율이 현저히 떨어지는 것을 확인할 수 있다.
즉, 표 2 및 도 6,7을 종합하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극은 그 특성에 있어서 종래의 전극과 동등한 수준인 것을 알 수 있다.
도 8a 내지 도 8e는 전극의 다양한 변형에 따른 반도체 소자의 VF1값의 변화율을 나타낸 그래프이다. 도 9a 내지 도 9e는 전극의 다양한 변형에 따른 반도체 소자의 VF3값의 변화율을 나타낸 그래프이다. 도 8a 내지 도 8e는 순서대로 비교예1, 비교예2, 비교예3, 실시예1 및 실시예2의 특성을 나타낸 것이고, 도 9a 내지 도 9e는 순서대로 비교예1, 비교예2, 비교예3, 실시예1 및 실시예2의 특성을 나타낸 것이다.
VF1, VF3은 순방향 전류를 공급하였을 때의 순방향 동작 전압을 의미할 수 있다. 또한, ΔVF1 및 ΔVF3는 시간에 따른 동작 전압의 변화율을 의미할 수 있다. ΔVF1은 90A/cm2, 1㎂의 조건에서 측정되었고, ΔVF3은 90A/cm2, 95mA의 조건에서 측정되었다. 또한, ΔVF1 및 ΔVF3은 각각 0, 24, 96, 168시간에서 측정되었다. 더불어, 비교예1, 비교예2, 비교예3, 실시예1 및 실시예2 모두 각각 총 10개씩의 샘플을 투입하여 측정이 이루어졌다.
VF1과 VF3의 변화율이 클수록 동작 전압의 변화가 크다는 의미일 수 있다. 따라서, ΔVF1 및 ΔVF3이 일정 수준을 유지하는 것이 신뢰성 측면에서 바람직할 수 있다. 특히, ΔVF1의 경우, ±3% 이내인 것이 신뢰성 측면에서 바람직하며, ΔVF3의 경우, ±0.06V 이내인 것이 신뢰성 측면에서 바람직할 수 있다. 특히, ΔVF3의 경우, 반도체 소자가 고전류에서 동작하므로 반도체 소자의 발열 현상이 나타날 수 있다. 따라서, ΔVF3의 측정 결과에 의하여 고온, 고전류의 가혹한 조건에서의 반도체 소자의 신뢰성을 판단할 수 있다.
비교예1의 경우, ΔVF1(도 8a)은 일정 수준을 유지하나, ΔVF3(도 9a)은 급격히 상승(최대 0.18V)하는 것을 알 수 있다. 비교예2의 경우, ΔVF1(도 8b)은 다소 감소(최대 -3.5%)하는 경향이 있으며, ΔVF3(도 9b)은 다소 증가(최대 +0.07V)하는 것을 알 수 있다. 비교예3의 경우, ΔVF1(도 8c)은 급격히 감소(최대 -6.5%)하는 경향이 있으나, ΔVF3(도 9c)은 일정 수준을 유지하는 것을 알 수 있다. 실시예1의 경우, ΔVF1(도 8d) 및 ΔVF3(도 9d) 모두 일정 수준을 유지하는 것을 알 수 있다. 실시예2의 경우, ΔVF1(도 8e)은 다소 감소(최대 -2.5%)하는 경향이 있으나, ΔVF3(도 9e)은 일정 수준을 유지하는 것을 알 수 있다.
즉, 비교예1 및 비교예3의 경우, 다른 경우에 비하여 신뢰성이 현저히 떨어진다는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예1의 경우, ΔVF1 및 ΔVF3 모두 일정 수준을 유지하며, 10개의 샘플이 모두 유사한 특성을 나타내어 신뢰성이 가장 좋다는 것을 알 수 있다. 더불어, 실시예2의 경우, ΔVF1은 다소 감소하나 허용 가능한 범위 내에 있으며, ΔVF3이 일정한 특성을 나타내어 신뢰성 측면에서 적절하다는 것을 알 수 있다.
도 10a 내지 도 10e는 전극의 다양한 변형에 따른 반도체 소자의 발광 분포를 나타낸 것이다. 구체적으로, 도 10a 내지 도 10e는 순서대로 비교예1, 비교예2, 비교예3, 실시예1 및 실시예2의 발광 분포를 나타낸 것이다. 여기서, 붉은 영역은 발광 영역을 의미할 수 있다.
비교예1의 경우, 발광은 용이하게 이루어지나, 대체적으로 제1 전극(150, 도 1 내지 도 3 참조)과 인접한 영역에 발광 영역이 분포된 것을 알 수 있다. 비교예2,3의 경우, 비교예1에 비하여 발광 영역이 고르게 분포되어 있으나, 발광이 다소 미미하게 이루어지는 것을 알 수 있다. 실시예1의 경우, 발광 영역이 고르게 분포되며, 발광도 용이하게 이루어지는 것을 알 수 있다. 실시예2의 경우, 발광이 다소 미미하게 이루어지는 것을 알 수 있다.
결국, 실시예1의 경우, 발광이 효과적으로 이루어지며, 특히 발광 영역이 고르게 분포되어 전류 분산 효율이 상승된다는 것을 알 수 있다.
도 11a 내지 도 11e는 전극의 다양한 변형에 따른 반도체 소자의 외관을 촬영한 것이다. 도 12a 내지 도 12e는 도 11a 내지 도 11e의 외관 특이사항을 상세히 촬영한 것이다. 도 13a 내지 도 13e는 다양한 변형에 따른 전극의 단면을 촬영한 것이다. 구체적으로, 도 11a 내지 도 11e, 도 12a 내지 도 12e 및 도 13a 내지 도 13e는 순서대로 비교예1, 비교예2, 비교예3, 실시예1 및 실시예2의 외관을 나타낸 것이다. 또한, 도 11a 내지 도 13e는 도 9a 내지 도 9e에 따른 신뢰성 평가 진행 후, 전극의 변화를 관찰한 것일 수 있다.
한편, 도시되지는 않았으나, 도 11a 내지 도 11e의 왼편에 배치된 전극은 제2 전극(160)일 수 있으며, 오른편에 배치된 전극은 제1 전극(150)일 수 있다. 또한, 앞서 상술한 바와 같이, 각각의 제1, 2 전극은 모두 패드 전극(150a, 160a) 및 가지 전극(150b, 160b)을 포함할 수 있다. 더불어, 제1 전극(150) 및 제2 전극(160)은 모두 동일한 구조로 이루어질 수 있다.
또한, 도 12a 및 도 12b는 제1 가지 전극(150b)의 끝단을 관찰한 것일 수 있다. 도 12c는 제2 패드 전극(150a)을 관찰한 것일 수 있다. 도 12d 및 도 12e는 제1 가지 전극(150b)의 일부를 관찰한 것일 수 있다. 도 13a 내지 도 13e는 제2 가지 전극의 일부를 관찰한 것일 수 있다.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 비교예1,2의 경우, 상면 상으로 관찰하였을 때, 외관상의 특이점은 발견되지 않는 것을 알 수 있다. 그러나, 도 12a 및 도 12b를 참조하면, 측부에서 바라보았을 때 비교예1,2의 제1 전극에 미세한 박리 현상이 발생한 것을 확인할 수 있다. 즉, 비교예1,2의 경우, 전극의 박리에 의하여 반도체 소자와 비접촉 현상이 이루어지는 것을 알 수 있다. 결과적으로, 비교예1,2는 전극의 박리에 의하여 동작 전압(ΔVF3)이 상승된 것임을 알 수 있다.
도 11c 내지 도 11e를 참조하면, 비교예3 및 실시예1,2의 경우, 전극 상의 외관의 특이점을 관찰할 수 있다. 특히, 도 12c 내지 도 12e를 참조하면, 전극의 외측으로 전극 내의 물질이 빠져나온 것을 확인할 수 있다. 그러나, 이러한 현상(전극 내의 물질이 외측으로 빠져나오는 현상)이 발생하더라도 비교예3 및 실시예1,2의 동작 전압(ΔVF3)은 일정 수준을 유지한다는 것을 알 수 있다.
한편, 도 13a 및 도 13b를 참조하면, 비교예1,2는 전극의 외측으로 전극 내의 물질이 빠져나오는 현상이 관찰되지 않았다. 그러나, 도 13c 내지 도 13e를 참조하면, 비교예3 및 실시예1,2는 반사층(Al) 내에 기공이 관찰되는 것을 알 수 있다. 따라서, 전극의 외측으로 빠져나오는 물질은 반사층 내의 Al이라는 것을 알 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예의 경우, 캡핑층(153)이 포함하는 제1 층(153a) 및 제2 층(153b)이 상반되는 내부 응력을 가질 수 있다. 따라서, 제1 층(153a)과 제2 층(153b)의 내부 응력이 서로 상쇄되어 캡핑층(153) 및 이와 접합된 반사층(152)의 변형이 최소화될 수 있다. 즉, 전극의 박리 현상이 방지될 수 있다.
이와 같이 하여, 비교예1,2의 경우, 캡핑층이 양의 내부 응력을 갖는 Ni만을 포함하므로 전극의 박리 현상이 발생한다는 것을 알 수 있다(도 12a 및 도 12b). 또한, 실시예1,2의 경우, 캡핑층의 내부 응력이 상쇄되어 반사층이 측부를 향하여 힘을 받게 되므로, 반사층이 이루는 물질이 전극의 외측으로 빠져나온 것을 알 수 있다(도 12d 및 도 12e).
도 14a 내지 도 14e는 다양한 변형에 따른 전극의 박리 현상의 발생 여부를 관찰한 것이다. 도 15a 내지 도 15e는 다양한 변형에 따른 전극의 박리 현상의 발생 여부를 관찰한 것이다. 구체적으로, 도 14a 내지 도 14e 및 도 15a 내지 도 15e는 순서대로 비교예1, 비교예2, 비교예3, 실시예1 및 실시예2의 외관을 나타낸 것이다. 또한, 도 14a 내지 도 15e는 도 9a 내지 도 9e에 따른 신뢰성 평가 진행 후, 전극의 변화를 관찰한 것일 수 있다. 더불어, 도 14a 내지 도 14e는 제2 가지 전극의 끝단부의 박리 현상을 관찰한 것이고, 도 15a 내지 도 15e는 제1 가지 전극의 끝단부의 박리 현상을 관찰한 것일 수 있다.
도 14a 내지 도 14e를 참조하면, 제2 전극의 경우, 비교적 깔끔한 외관 특성을 갖는 것을 알 수 있다. 또한, 대체적으로 전극의 박리 현상이 발생하지 않는 것을 알 수 있다. 즉, 반도체 소자가 가혹 조건에서 구동되더라도 제2 전극은 대체적으로 우수한 신뢰성을 갖는 것을 알 수 있다.
반면, 도 15a 내지 도 15e를 참조하면, 제1 전극의 경우, 전극의 박리 현상 및 전극 내부 물질이 빠져나오는 현상이 발생하는 것을 알 수 있다. 이를 통해, 반도체 소자가 가혹 조건에서 구동될 경우, 제2 전극보다 제1 전극에 신뢰성에 대한 문제가 보다 많이 발생한다는 것을 알 수 있다.
구체적으로, 비교예1의 경우, 전극의 박리 현상이 관찰되었다. 따라서, 비교예1은 도 9a와 같이 동작 전압이 상승하는 결과를 갖는 것을 확인할 수 있다.
비교예2의 경우, 도 15b에서 관찰된 전극에는 박리 현상이 관찰되지 않았다. 그러나, 도 12b에서 관찰된 전극에는 박리 현상이 발생하였다. 따라서, 비교예2는 도 9b와 같이 동작 전압이 다소 상승하는 결과를 갖는 것을 확인할 수 있다.
비교예3 및 실시예1,2의 경우, 전극의 박리 현상이 관찰되지 않았다. 따라서, 비교예3 및 실시예1,2는 도 9c 내지 도 9e와 같이 동작 전압이 일정한 결과를 갖는 것을 확인할 수 있다.
결과적으로, 실시예1은 동작 전압, 발광 분포 및 외관 특성에서 볼 때 가장 우수한 신뢰성을 갖는 것을 확인할 수 있다.
이처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자는 제1 전극 및 제2 전극의 캡핑층이 복수의 층을 포함할 수 있다. 구체적으로, 캡핑층은 제1 층 및 제2 층이 적어도 1회 이상 교대로 배치된 구조를 가질 수 있다. 제1, 2 층이 교대로 적층됨으로써, 캡핑층 내의 내부 응력이 완화될 수 있다. 이 때, 제1 층 및 제2 층은 서로 반대되는 내부 응력을 가질 수 있다. 또는, 제1 층의 내부 응력은 0이고, 제2 층은 캡핑층의 변형이 이루어지지 않을 정도의 내부 응력을 갖도록 얇은 두께를 가질 수도 있다.
따라서, 제1 층 및 제2 층 사이의 응력이 상쇄되어 전극의 박리 현상이 방지될 수 있다. 특히, 고전류, 고온의 조건에서도 전극의 들뜸이 방지되어 반도체 소자의 신뢰성이 향상될 수 있다.
도 16은 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 사시도이다.
도 16을 참조하면, 다른 실시예에 따른 반도체 소자(100B)는 기판(110), 기판(110) 상에 배치된 반도체 구조물(120), 반도체 구조물(120) 상에 배치된 제2 오믹층(140), 반도체 구조물(120)과 전기적으로 연결되는 제1 전극(150) 및 제2 전극(160)을 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따른 반도체 소자(100B)는 Y축 방향으로 길이(P1)가 1100㎛ 내지 1300㎛이고, X축 방향으로 길이(P2)가 550㎛ 내지 650㎛일 수 있다. 반도체 소자(100B)는 Y축 방향으로 길이가 X축 방향으로 길이의 절반일 수 있다. 다만, 이러한 길이에 한정되는 것은 아니다.
기판(110)은 절연성 기판(110)일 수 있다. 기판(110)은 사파이어(Al2O3), SiC, GaN, ZnO, Si, GaP, InP 및 Ge 중 선택된 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
기판(110)은 기판(110)의 측면으로도 광이 출사되어 광 추출 효율이 향상될 수 있다. 또한, 기판(110)에는 복수의 요철 패턴(Ps)가 이루어질 수도 있다. 요철 패턴(Ps)는 광 추출 효율을 개선할 수 있다.
반도체 구조물(120)은 기판(110) 상에 배치될 수 있다. 다른 실시예에 따른 반도체 구조물(120)은 제1 도전형 반도체층(121), 활성층(122) 및 제2 도전형 반도체층(123)을 포함할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(121)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(121)은 Inx1Aly1Ga1-x1-y1N(0≤x1≤1, 0≤y1≤1, 0≤x1+y1≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN 등에서 선택될 수 있다. 그리고, 제1 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te와 같은 n형 도펀트일 수 있다. 제1 도펀트가 n형 도펀트인 경우, 제1 도펀트가 도핑된 제1 도전형 반도체층(121)은 n형 반도체층일 수 있다.
활성층(122)은 제1 도전형 반도체층(121)과 제2 도전형 반도체층(123) 사이에 배치될 수 있다. 활성층(122)은 제1 도전형 반도체층(121)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 제2 도전형 반도체층(123)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 만나는 층이다. 활성층(122)은 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 가시광 또는 자외선 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.
활성층(122)은 우물층과 장벽층을 포함하고, 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(Multi Quantum Well; MQW) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있으며, 활성층(122)의 구조는 이에 한정하지 않는다.
제2 도전형 반도체층(123)은 활성층(122) 상에 배치되며, Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 반도체층(123)에 제2 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(123)은 Inx5Aly2Ga1-x5-y2N (0≤x5≤1, 0≤y2≤1, 0≤x5+y2≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 또는 AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 선택된 물질로 이루어질 수 있다. 제2 도펀트가 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트인 경우, 제2 도펀트가 도핑된 제2 도전형 반도체층(123)은 p형 반도체층일 수 있다.
반도체 구조물(120)은 유기금속 화학 증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD), 화학 증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD), 플라즈마 화학 증착법(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD), 분자선 성장법(Molecular Beam Epitaxy; MBE), 수소화물 기상 성장법(Hydride Vapor Phase Epitaxy; HVPE), 스퍼터링(Sputtering) 등의 방법을 이용하여 형성할 수 있다.
제2 오믹층(140)은 제2 도전형 반도체층(123) 상에 배치될 수 있다. 제2 오믹층(140)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 또는 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있으나, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
제2 오믹층(140)은 일부 영역이 노출될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 오믹층(140)을 덮는 절연층(미도시됨)이 배치될 수 있다. 절연층(미도시됨)은 광이 투과할 수 있으며, SiO2, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, TiO2, AlN 등으로 이루어진 군에서 적어도 하나가 선택되어 이루어질 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
제2 오믹층(140)은 투과도를 개선하여 광 추출을 향상시킬 수 있다. 예컨대, 활성층(122)에서 발생한 빛은 제2 오믹층(140)을 투과하여 반도체 소자(100B) 상부로 출사할 수 있다. 또한, 제2 오믹층(140)은 막 비전도도를 향상하여 동작 전압을 개선할 수 있다.
제2 오믹층(140)과 제2 도전형 반도체층(123) 사이에 전류 차단층(130)(CBL; current blocking layer)이 배치될 수 있다. 이로 인해, 제2 오믹층(140)은 일부 제1 방향(Z축 방향)으로 일부 돌출될 수 있다. 이러한 전류 차단층(130)은 도 18에서 후술하겠다.
제1 전극(150)은 제1 도전형 반도체층(121) 상에 배치될 수 있다. 제1 전극(150)은 제1 가지 전극(150b) 및 제1 패드 전극(150a)를 포함할 수 있다.
제1 가지 전극(150b)은 제1 도전형 반도체층(121) 상에 배치될 수 있다. 제1 가지 전극(150b)과 제1 도전형 반도체층(121) 사이에 제1 오믹층(141)이 배치될 수 있다.
제2 오믹층(140)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 또는 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있으나, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
제1 가지 전극(150b)은 제2 오믹층(140) 상에 배치될 수 있다. 제1 가지 전극(150b)은 은을 포함할 수 있으며, 개구부를 가질 수 있다. 개구부는 공극을 포함할 수있다. 제1 가지 전극(150b)의 두께는 3㎚ 내지 300㎚일 수 있으며, 제1 가지 전극(150b)은 다양한 두께를 가질 수 있다.
제1 패드 전극(150a)는 제1 가지 전극(150b)의 상에 배치될 수 있다. 제1 패드 전극(150a)는 와이어가 본딩되는 영역일 수 있다. 제1 패드 전극(150a)의 형상은 특별히 한정되지 않는다.
제2 전극(160)은 제2 도전형 반도체층(123) 상에 배치될 수 있다. 제2 전극(160)은 제2 가지 전극(160b) 및 제2 패드 전극(160a)를 포함할 수 있다.
제2 가지 전극(160b)은 제2 오믹층(140) 상에 배치될 수 있다. 제2 가지 전극(160b)은 전류 차단층(130) 상에 제1 방향(Z축 방향)으로 전류 차단층(130)과 중첩되도록 배치될 수 있다. 예컨대, 제2 가지 전극(160b)은 제1 방향(Z방향)으로 일부 돌출된 제2 오믹층(140) 상에 배치될 수 있다. 제2 가지 전극(160b)의 두께는 3㎚ 내지 300㎚일 수 있으며, 제2 가지 전극(160b)은 다양한 두께를 가질 수 있다.
제2 가지 전극(160b)은 은(Ag)을 포함할 수 있으며, 개구부를 가질 수 있다.
제2 패드 전극(160a)는 제2 가지 전극(160b)의 일부 영역 상에 배치될 수 있다. 제2 패드 전극(160a)는 와이어가 본딩되는 영역일 수 있다. 그리고 제2 패드 전극(160a)의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 그리고 제2 패드 전극(160a)는 제1 패드 전극(150a)와의 구별을 위해 제1 패드 전극(150a)와 다른 형상일 수 있다. 예컨대, 제2 패드 전극(160a)는 원형일 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 제1 가지 전극(150b) 및 제2 가지 전극(160b)은 440㎜ 내지 460㎜의 광에 대해 최대 95%까지의 반사율을 가진다. 제1 패드 전극(150a) 및 제2 패드 전극(160a)는 Cr, Al, Ni, Au를 포함하며, 440㎜ 내지 460㎜의 광에 대해 최대 70%까지의 반사율을 가진다. 이러한 구성에 의하여, 제1 가지 전극(150b) 및 제2 가지 전극(160b)은 제1 패드 전극(150a) 및 제2 패드 전극(160a)보다 광 반사율이 높아 광 흡수에 의한 손실을 방지하여 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도 17는 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 평면도이고, 도 18은 도 17에서 AA' 부분의 단면도이고, 도 19는 도 17에서 BB' 부분의 단면도이고, 도 20는 도 17에서 CC' 부분의 단면도이고, 도 21은 도 17에서 DD' 부분의 단면도이고, 도 22은 도 17에서 II' 부분의 단면도이다.
도 17를 참조하면, 다른 실시예에 따른 반도체 소자(100B)는 평면상에서 서로 마주보는 제1 측면(S1)과 제3 측면(S3), 서로 마주보는 제2 측면(S2)과 제4 측면(S4)을 포함할 수 있다. 제1 측면 내지 제4 측면은 실시예의 반도체 소자(100B) 또는 기판(110)의 최외곽면일 수 있다.
또한, 반도체 소자(100B)는 제1 측면(S1) 및 제3 측면(S3)을 이등분하는 제1 중심선(C1)과, 제2 측면(S2) 및 제4 측면(S4)을 이등분하는 제2 중심선(C2)을 포함할 수 있다.
제1 패드 전극(150a) 및 제2 패드 전극(160a)는 각각 제1 중심선(C1)을 기준으로 각각 일 측에 배치될 수 있다. 또한, 제1 패드 전극(150a) 및 제2 패드 전극(160a)는 전기적으로 분리되고 서로 다른 극성의 와이어가 본딩될 수 있다.
제1 패드 전극(150a) 및 제2 패드 전극(160a)는 제2 중심선(C2) 상에 배치될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 제1 도전형 반도체층(121) 및 제2 도전형 반도체층(123)에 주입되는 전류의 분산 효율이 향상될 수 있다.
제1 가지 전극(150b)은 제1 도전형 반도체층(121) 및 제2 오믹층(140) 상에 배치될 수 있다. 제1 가지 전극(150b)은 제2 가지 전극(160b)보다 제1 방향(Z축 방향)으로 하부에 배치될 수 있다. 또한, 제1 패드 전극(150a)는 제2 패드 전극(160a)보다 제1 방향(Z축 방향)으로 하부에 배치될 수 있다. 뿐만 아니라, 제2 오믹층(140)은 제2 오믹층(140)보다 제1 방향(Z축 방향)으로 하부에 배치될 수 있다.
그리고 제1 가지 전극(150b)은 일부가 제1 중심선 상에 배치될 수 있다. 제1 가지 전극(150b) 및 제2 가지 전극(160b)은 제1 중심선을 중심으로 대칭으로 배치될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 제1 도전형 반도체층(121)과 제2 도전형 반도체층(123)에 주입되는 전류는 분산이 고르게 일어나, 광 효율이 개선될 수 있다.
제1 가지 전극(150b) 및 제2 가지 전극(160b)은 제2 방향(X축 방향)으로 교대로 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 측면에서 제2-1 방향(X1)으로 제1 가지 전극(150b), 제2 가지 전극(160b), 제1 가지 전극(150b), 제2 가지 전극(160b), 제1 가지 전극(150b)이 순서대로 배치될 수 있다.
제1 가지 전극(150b)의 제2-1 방향(X1)으로 폭(W1)은 4㎛ 내지 5㎛일 수 있다. 또한, 제1 패드 전극(150a)의 제1-1 방향(Y1)으로 폭(W2)은 90㎛ 내지 100㎛일 수 있다. 제1 패드 전극(150a)가 원형인 경우 제1-1 방향(Y1)으로 지름이 90㎛ 내지 100㎛일 수 있다.
또한, 제1 가지 전극(150b)과 제2 오믹층(140) 사이 또는 제1 오믹층(141)과 제2 오믹층(140) 사이에는 제1 도전형 반도체층(121)이 노출된 면을 가질 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 제1 도전형 반도체층(121)과 제2 도전형 반도체층(123)의 전기적 절연을 제공할 수 있다.
그리고 제2 가지 전극(160b)의 제2-1 방향(X1)으로 폭(W3)은 4㎛ 내지 5㎛일 수 있다. 또한, 제2 패드 전극(160a)의 제1-1 방향(Y1)으로 폭(W4)은 90㎛ 내지 100㎛일 수 있다. 제2 패드 전극(160a)가 원형인 경우 제1-1 방향(Y1축 방향)으로 지름이 90㎛ 내지 100㎛일 수 있다.
도 18을 참조하면, 전류 차단층(130)은 반도체 구조물(120)과 제2 오믹층(140) 사이에 배치될 수 있다. 전류 차단층(130)은 제2 가지 전극(160b)과 수직으로 중첩되는 영역에 배치될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 전류가 집중되는 현상을 완화하여 반도체 소자(100B)의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 전류 차단층(130)은 전기 절연성을 갖거나 쇼트키 접촉을 갖는 재질을 포함할 수 있다. 전류 차단층(130)은 산화물, 질화물 또는 금속으로 이루어질 수 있다. 예시적으로 전류 차단층(130)은 SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, TiOx, Ti, Al, Cr 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 전류 차단층(130)의 배치로 인해, 제2 오믹층(140)은 제1 방향(Z축 방향)으로 전류 차단층(130)과 중첩되는 부분이 돌출될 수 있다. 돌출된 두께는 전류 차단층(130)의 두께(Z축 방향의 길이)와 동일할 수 있다.
제2 가지 전극(160b)은 돌출된 제2 오믹층(140) 상에 배치될 수 있다. 즉, 제2 전극(160)은 전류 차단층(130)과 제1 방향(Z축 방향)으로 중첩되도록 제2 오믹층(140) 상에 배치될 수 있다.
제2 가지 전극(160b)은 은(Ag)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 제2 가지 전극(160b)은 광 반사를 향상시킬 수 있다. 예컨대, 제2 가지 전극(160b)은 440㎜ 내지 460㎜의 광에 대해 최대 95%까지의 반사율을 가진다. 제2 패드 전극(160a)는 Cr, Al, Ni, Au를 포함하며, 440㎜ 내지 460㎜의 광에 대해 최대 70%까지의 반사율을 가진다. 이러한 구성에 의하여, 제2 가지 전극(160b)은 제2 패드 전극(160a)보다 광 반사율이 높아 광 흡수에 의한 손실을 방지하여 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
이에 따라, 제1 경로의 광(R1)이 제2 경로의 광(R2)보다 광 손실이 적을 수 있다.
또한, 제2 가지 전극(160b)은 개구부를 포함할 수 있다. 제2 가지 전극(160b)은 공극률이 제2 가지 전극(160b) 면적 대비 30% 내지 60%일 수 있다.
제2 가지 전극(160b)은 복수개의 제2 가지 전극 입자(160b-1, 160b-2, 160b-3)로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제2 가지 전극(160b)은 제2-1 가지 전극 입자(160b-1), 제2-2 가지 전극 입자(160b-2), 제2-3 가지 전극 입자(160b-3)를 포함할 수 있다. 여기서, 제2-1 가지 전극 입자 내지 제2-3 가지 전극 입자(160b-1, 160b-2, 160b-3)는 전기적 연결을 위해 하나로 연결된 형태일 수 있다.
또한, 제1 가지 전극(150b)의 제2 방향(X축 방향)으로 개구부의 폭은 상기 제1 가지 전극(150b)의 최소 폭의 길이 대비 30% 내지 60%일 수 있다.
예컨대, 제2 가지 전극(160b)의 제2 방향(X축 방향)으로 최소 폭의 길이(L1)는 4.5㎛ 내지 5.5㎛일 수 있다. 여기서, 제2 가지 전극(160b)의 제2 방향(X축 방향)으로 최소 폭의 길이는 제2 가지 전극(160b)의 제2 방향으로 양 끝단 사이의 길이일 수 있다. 그리고 제2 가지 전극(160b)의 제2 방향(X축 방향)으로 개구부의 폭(L2)은 1.35㎛ 내지 3.3㎛일 수 있다.
그리고 제2-1 가지 전극 입자(160b-1)와 제2-2 가지 전극 입자(160b-2) 사이에서 개구부의 폭(L2a)과 제2-2 가지 전극 입자(160b-2)와 제2-3 가지 전극 입자(160b-3) 사이에서 개구부의 폭을 합한 길이(L2b)가 1.35㎛ 내지 3.3㎛일 수 있다.
도 19를 참조하면, 제2 패드 전극(160a)는 제2 가지 전극(160b)의 상에 배치될 수 있다. 또한, 앞서 언급한 바와 같이 제2 가지 전극(160b)은 개구부를 포함할 수 있다. 그리고 반도체 구조물(120)에서 생성된 광은 제3 경로(R3)로 이동할 수 있다. 이 경우 제3 경로(R3)의 광은 제2 가지 전극(160b)에 의해 반사될 수 있다. 또한, 앞서 언급한 바와 같이 제2 가지 전극(160b)은 제2 패드 전극(160a) 대비 높은 반사도로 광을 반사하므로, 제2 가지 전극에서 흡수에 따른 광 손실이 적어 광 효율이 개선될 수 있다.
그리고 반도체 구조물(120)에서 생성된 광은 제4 경로(R4)로 이동할 수 있다. 이 경우 광은 제2 가지 전극(160b)의 개구부를 통과하여 반도체 소자(100B)의 상부로 방출될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 반도체 구조물(120)에서 생성된 광의 일부는 제2 가지 전극(160b)에 의해 모두 반사되지 않고 반도체 소자(100B) 상부로 방출될 수 있다. 이에, 다른 실시예에 따른 반도체 소자(100B)는 광 추출 효율이 향상될 수 있다.
도 20를 참조하면, 반도체 구조물(120)은 제1 도전형 반도체층(121) 일부가 노출되도록 제2 도전형 반도체층(123) 및 활성층(122)을 관통하고 제1 도전형 반도체층(121)의 일부 영역까지 홈이 형성될 수 있다.
제1 오믹층(141)은 노출된 제1 도전형 반도체층(121) 상면에 배치될 수 있다. 그리고 제1 전극(150)은 제1 오믹층(141) 상에 배치될 수 있다.
제1 전극(150)은 제1 가지 전극(150b)과 제1 패드 전극(150a)를 포함할 수 있다.
제1 가지 전극(150b)은 제1 오믹층(141)과 제1 방향(Z축 방향)으로 중첩되게 배치될 수 있다.
제1 가지 전극(150b)은 은(Ag)를 포함할 수 있다. 제2 가지 전극(160b)과 동일하게 제1 가지 전극(150b)은 광 반사를 향상시킬 수 있다. 또한, 제1 가지 전극(150b)은 440㎜ 내지 460㎜의 광에 대해 최대 95%까지의 반사율을 가진다. 제1 패드 전극(150a)는 Cr, Al, Ni, Au를 포함하며, 440㎜ 내지 460㎜의 광에 대해 최대 70%까지의 반사율을 가진다. 이러한 구성에 의하여, 제1 가지 전극(150b)은 제1 패드 전극(150a)보다 광 반사율이 높아 광 흡수에 의한 손실을 방지하여 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 제5 경로의 광(R5)이 제6 경로의 광(R6)보다 광 손실이 적을 수 있다.
또한, 제1 가지 전극(150b)은 개구부를 포함할 수 있다. 제1 가지 전극(150b)은 공극률이 제1 가지 전극(150b) 면적 대비 30% 내지 60%일 수 있다.
제1 가지 전극(150b)은 복수개의 제1 가지 전극 입자(150b-1, 150b-2 150b-3)로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제1 가지 전극(150b)은 제1-1 가지 전극 입자(150b-1), 제1-2 가지 전극 입자(150b-2), 제1-3 가지 전극 입자(150b-3)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1-1 가지 전극 입자 내지 제1-3 가지 전극 입자(150b-1, 150b-2 150b-3)는 전기적 연결을 위해 하나로 연결된 형태일 수 있다.
예시적으로, 제2 가지 전극(160b)과 마찬가지로 제1 가지 전극(150b)의 제2 방향(X축 방향)으로 최대 선폭의 길이(L3)는 4.5㎛ 내지 5.5㎛일 수 있다. 여기서, 제1 가지 전극(150b)의 제2 방향(X축 방향)으로 최대 선폭의 길이(L3)는 제1 가지 전극(150b)의 제2 방향(X축 방향)으로 양 끝단 사이의 길이일 수 있다. 그리고 제1 가지 전극(150b)의 제2 방향(X축 방향)으로 개구부의 폭(L4)은 1.35㎛ 내지 3.3㎛일 수 있다.
그리고 제1-1 가지 전극 입자(150b-1)와 제1-2 가지 전극 입자(150b-2) 사이에서 개구부의 폭(L4a)과, 제1-2 가지 전극 입자(150b-2)와 제1-3 가지 전극 입자(150b-3) 사이에서 개구부의 폭(L4b)을 합한 길이가 1.35㎛ 내지 3.3㎛일 수 있다.
제1 패드 전극(150a)는 제1 오믹층(141) 상에 배치될 수 있다. 또한, 제1 패드 전극(150a)는 제1 오믹층(141)의 제2 방향(X축 방향) 길이인 폭보다 작거나 같을 수 있다. 다만, 이러한 길이에 한정되는 것은 아니다.
제1 패드 전극(150a)는 상면(T1)이 제2 오믹층(140)의 상면(T2)보다 제1 방향(Z축 방향)으로 상부에 위치할 수 있다.
도 21을 참조하면, 반도체 구조물(120)에서 생성된 광은 제7 경로(R7)로 이동할 수 있다. 이 경우 제7 경로(R7)광은 제1 가지 전극(150b)에 의해 반사될 수 있다. 또한, 앞서 언급한 바와 같이 제1 가지 전극(150b)은 제1 패드 전극(150a) 대비 높은 반사도로 광을 반사하므로, 제1 가지 전극(150b)에서 흡수에 따른 광 손실이 적어 광 효율이 개선될 수 있다.
그리고 반도체 구조물(120)에서 생성된 광은 제8 경로(R8)로 이동할 수 있다. 이 경우 광은 제1 가지 전극(150b)의 개구부를 통과하여 반도체 소자(100B)의 상부로 방출될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 반도체 구조물(120)에서 생성된 광의 일부는 제2 가지 전극(160b)에 의해 모두 반사되지 않고 반도체 소자(100B) 상부로 방출될 수 있다. 이에, 다른 실시예에 따른 반도체 소자(100B)는 광 추출 효율이 향상될 수 있다.
도 22을 참조하면, 하부에 배치된 기판(110)은 두께(d1)가 1000㎜ 내지 1400㎜일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고 제1 도전형 반도체층(121)의 두께(d2)는 6㎛ 내지 8㎛일 수 있으며, 활성층(122)의 두께(d3)는 200㎚ 내지 300㎚일 수 있다.
그리고 제2 도전형 반도체층(123)의 두께(d4)는 200㎚ 내지 300㎚일 수 있으며, 제2 오믹층(140)의 두께(d5)는 1㎚ 내지 10㎚일 수 있다. 제1 오믹층(141)도 제2 오믹층(140)과 동일하게 두께가 1㎚ 내지 10㎚일 수 있다.
제1 방향(Z축 방향)으로 반도체 구조물(120)의 상면에서 노출된 제1 도전형 반도체층(121)의 최하면까지의 길이(d6)는 0.9㎛ 내지 1.1㎛일 수 있다. 그리고 제2 패드 전극(160a)의 최상면에서 최하면까지의 길이인 제2 패드 전극(160a)의 두께(d7)은 2.4㎛ 내지 2.6㎛일 수 있다.
그리고 제2 패드 전극(160a)는 상면(T2)이 반도체 구조물(120)의 최상부일 수 있다. 또한, 제1 패드 전극(150a)는 상면이 제2 패드 전극(160a)의 상면보다는 제1 방향으로(Z축 방향)으로 하부에 위치할 수 있다.
제2 패드 전극(160a)의 최상면(T2)에서 제1 패드 전극(150a)의 최상면(T1)까지의 제1 방향(Z축 방향)으로 길이와 제2 패드 전극(160a)의 최하면에서 제1 패드 전극(150a)의 최상면(T1)까지의 길이의 길이 비는 1:2.0 내지 1:2.2일 수 있다.
제2 패드 전극(160a)의 최상면(T2)에서 제1 패드 전극(150a)의 최상면(T1)까지의 제1 방향(Z축 방향)으로 길이와 제2 패드 전극(160a)의 최하면에서 제1 패드 전극(150a)의 최상면(T1)까지의 길이의 길이 비가 1:2.0보다 작은 경우 제1 패드 전극의 면저항이 작아져 동작전압이 상승하는 문제점이 존재할 수 있다.
또한, 제2 패드 전극(160a)의 최상면(T2)에서 제1 패드 전극(150a)의 최상면(T1)까지의 제1 방향(Z축 방향)으로 길이와 제2 패드 전극(160a)의 최하면에서 제1 패드 전극(150a)의 최상면(T1)까지의 길이의 길이 비가 1:2.2보다 큰 경우 패키지 실장 시 패키지 부피가 커지는 문제점이 존재할 수 있다.
제2 패드 전극(160a)는 제2 가지 전극(160b)의 일부 영역 상에 배치될 수 있다.
도 23은 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 가지 전극의 확대도이다.
도 23를 참조하면, 제1 및 제2 가지 전극(160b)은 개구부를 포함할 수 있다. 또한, 개구부의 공극은 다양한 모양을 가질 수 있으며, 개구부의 폭도 다양할 수 있다.
제1 및 제2 가지 전극(160b)은 복수 개의 가지 전극 입자들을 포함하고, 하나로 연결된 형태일 수 있다.
도 24a 내지 도 24f는 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 나타내는 순서도이다. 구체적으로, 도 24a 내지 도 24f는 제조 순서에 따라 도 17에서 II'의 단면도로 나타낸 도면이다.
도 24a를 참조하면, 기판(110) 상에 반도체 구조물(120)이 형성될 수 있다. 반도체 구조물(120)은 제1 도전형 반도체층(121), 활성층(122) 및 제2 도전형 반도체층(123) 순으로 형성될 수 있다.
기판(110)은 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP 및 Ge 중 선택된 물질로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
기판(110)은 상면에 요철 패턴(Ps)을 포함할 수 있다. 요철 패턴(Ps)은 마이크로 사이즈일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 요철 패턴(Ps)은 상부에 성장하는 반도체 구조물(120)의 결정결함 및 내부 전반사를 감소시켜 광효율을 향상시킨다.
요철 패턴(Ps)은 습식 또는 건식 에칭에 의해 이루어질 수 있으나, 이러한 방법에 한정되는 것은 아니다.
반도체 구조물(120)은 기판(110) 상에 형성될 수 있다. 반도체 구조물(120)은 제1 도전형 반도체층(121), 활성층(122) 및 제2 도전형 반도체층(123) 순으로 형성될 수 있다.
반도체 구조물(120)은 청색광을 방출할 수 있다. 또한, 반도체 구조물(120)은 유기금속 화학 증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD), 화학 증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD), 플라즈마 화학 증착법(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD), 분자선 성장법(Molecular Beam Epitaxy; MBE), 수소화물 기상 성장법(Hydride Vapor Phase Epitaxy; HVPE), 스퍼터링(Sputtering) 등의 방법을 이용하여 형성할 수 있다.
도 24b를 참조하면, 제2 도전형 반도체층(123) 상부에 전류 차단층(130)을 형성할 수 있다. 전류 차단층(130)은 제2 도전형 반도체층(123)의 일부 영역 상에 형성될 수 있다.
전류 차단층(130)은 결정 성장법을 이용하여 형성할 수 있으며, 상기 결정 성장법은 MOCVD법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition), MBE법(molecular beam deposition), HVPE법(hydride or halide vapor phase epitaxy) 또는 SVPE법(sublimation vapor phase epitaxy)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전류 차단층(130)은 반절연층일 수 있으며, 비저항을 높인 물질층으로 불순물이 도핑된 화합물 반도체층일 수 있다. 전류 차단층(130)은 전류가 활성층(122)으로 들어가는 것을 막아 주입되는 전류가 제2 전극(160)으로부터 멀어져 굴절되어 흐르도록 하여 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도 24c를 참조하면, 반도체 구조물(120) 및 전류 차단층(130) 상에 제2 오믹층(140)을 형성할 수 있다. 제2 오믹층(140)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으나, 이러한 재료에 한정되지 않는다.
도 24d를 참조하면, 제2 오믹층(140), 제2 도전형 반도체층(123) 및 활성층(122)을 관통하고, 제1 도전형 반도체층(121)의 일부 영역을 노출하는 홀을 형성할 수 있다. 홀(h)은 메사식각에 의해 이루어질 수 있다.
그리고 노출된 제1 도전형 반도체층(121) 상면에 제1 오믹층(141)을 형성할 수 있다. 제1 오믹층(141)은 오믹 전극일 수 있으며, 제1 오믹층(141)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으나, 이러한 재료에 한정되지 않는다.
도 24e를 참조하면, 제1 오믹층(141)과 제1 오믹층(141) 상에 제1 가지 전극(150b)을 형성할 수 있다. 제2 오믹층(140)은 반도체 소자(100B)의 두께 방향으로 전류 차단층(130)과 중첩되는 영역 상에 형성될 수 있다.
제2 가지 전극(160b)은 반도체 소자(100B)의 두께 방향으로 제2 오믹층(140)과 중첩되는 영역 상에 형성될 수 있다.
제1 가지 전극(150b) 및 제2 가지 전극(160b)은 E-beam 또는 스퍼터링에 의해 형성될 수 있으나, 이러한 방법에 한정되는 것은 아니다.
제1 가지 전극(150b) 및 제2 가지 전극(160b)은 은(Ag)를 포함할 수 있다. 제1 가지 전극(150b) 및 제2 가지 전극(160b)은 각각 제1 오믹층(141)과 제2 오믹층(140) 상에 배치된 후 300℃ 내지 650℃에서 열처리될 수 있다.
은은 열처리 중에 마이그레이션(Migration)이 발생할 수 있다. 예컨대, 은은 열처리 중에 입자가 이동될 수 있다. 이로써, 제1 가지 전극(150b) 및 제2 가지 전극(160b)은 개구부를 포함할 수 있다. 이에, 제1 가지 전극 입자(150b)와 제2 가지 전극 입자 사이에는 소정의 간격이 형성될 수 있다.
또한, 온도와 주입물질을 조절하여 공극률을 제어할 수 있다. 예시적으로, 제1 가지 전극(150b) 및 제2 가지 전극(160b)은 열처리단계에서 산소(O2) 또는 공기를 주입하면 공극률이 증가할 수 있다. 또한, 온도를 증가시키면 제1 가지 전극(150b) 및 제2 가지 전극(160b)의 공극률이 증가할 수 있다.
도 24f를 참조하면, 제1 패드 전극(150a) 및 제2 패드 전극(160a)를 각각 제1 가지 전극(150b)과 제2 가지 전극(160b) 상에 형성할 수 있다. 제1 패드 전극(150a) 및 제2 패드 전극(160a)는 Ag, Ni, Cr, Ti 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이러한 재질에 한정되는 것은 아니다.
제1 패드 전극(150a) 및 제2 패드 전극(160a)는 E-beam에 의해 형성될 수 있으나, 이러한 방식에 한정되는 것은 아니다.
추가적으로, 제1 패드 전극(150a) 및 제2 패드 전극(160a) 형성이후에 반도체 소자(100B) 상에 절연층(미도시됨)이 형성될 수 있다. 절연층은 제1 패드 전극(150a) 상면의 일부 및 제2 패드 전극(160a)의 상면 일부를 제외하고 반도체 소자(100B) 상면을 덮도록 형성될 수 있다. 절연층(미도시됨)은 SiO2, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, TiO2, AlN 등으로 이루어진 군에서 적어도 하나가 선택되어 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
반도체 소자는 조명 시스템의 광원으로 사용되거나, 영상표시장치의 광원이나 조명장치의 광원으로 사용될 수 있다. 즉, 반도체 소자는 케이스에 배치되어 광을 제공하는 다양한 전자 디바이스에 적용될 수 있다. 예시적으로, 반도체 소자와 RGB 형광체를 혼합하여 사용하는 경우 연색성(CRI)이 우수한 백색광을 구현할 수 있다.
상술한 반도체 소자는 발광소자 패키지로 구성되어, 조명 시스템의 광원으로 사용될 수 있는데, 예를 들어 영상표시장치의 광원이나 조명 장치 등의 광원으로 사용될 수 있다.
영상표시장치의 백라이트 유닛으로 사용될 때 에지 타입의 백라이트 유닛으로 사용되거나 직하 타입의 백라이트 유닛으로 사용될 수 있고, 조명 장치의 광원으로 사용될 때 등기구나 벌브 타입으로 사용될 수도 있으며, 또한 이동 단말기의 광원으로 사용될 수도 있다.
발광 소자는 상술한 발광 다이오드 외에 레이저 다이오드가 있다.
레이저 다이오드는, 발광소자와 동일하게, 상술한 구조의 제1도전형 반도체층과 활성층 및 제2도전형 반도체층을 포함할 수 있다. 그리고, p-형의 제1 도전형 반도체와 n-형의 제2 도전형 반도체를 접합시킨 뒤 전류를 흘러주었을 때 빛이 방출되는 electro-l㎛inescence(전계발광) 현상을 이용하나, 방출되는 광의 방향성과 위상에서 차이점이 있다. 즉, 레이저 다이오드는 여기 방출(stimulated emission)이라는 현상과 보강간섭 현상 등을 이용하여 하나의 특정한 파장(단색광, monochromatic beam)을 가지는 빛이 동일한 위상을 가지고 동일한 방향으로 방출될 수 있으며, 이러한 특성으로 인하여 광통신이나 의료용 장비 및 반도체 공정 장비 등에 사용될 수 있다.
수광 소자로는 빛을 검출하여 그 강도를 전기 신호로 변환하는 일종의 트랜스듀서인 광 검출기(photodetector)를 예로 들 수 있다. 이러한 광 검출기로서, 광전지(실리콘, 셀렌), 광 출력전 소자(황화 카드뮴, 셀렌화 카드뮴), 포토 다이오드(예를 들어, visible blind spectral region이나 true blind spectral region에서 피크 파장을 갖는 PD), 포토 트랜지스터, 광전자 증배관, 광전관(진공, 가스 봉입), IR(Infra-Red) 검출기 등이 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 광검출기와 같은 반도체 소자는 일반적으로 광변환 효율이 우수한 직접 천이 반도체(direct bandgap semiconductor)를 이용하여 제작될 수 있다. 또는, 광검출기는 구조가 다양하여 가장 일반적인 구조로는 p-n 접합을 이용하는 pin형 광검출기와, 쇼트키접합(Schottky junction)을 이용하는 쇼트키형 광검출기와, MSM(Metal Semiconductor Metal)형 광검출기 등이 있다.
포토 다이오드(Photodiode)는 발광소자와 동일하게, 상술한 구조의 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2도전형 반도체층을 포함할 수 있고, pn접합 또는 pin 구조로 이루어진다. 포토 다이오드는 역바이어스 혹은 제로바이어스를 가하여 동작하게 되며, 광이 포토 다이오드에 입사되면 전자와 정공이 생성되어 전류가 흐른다. 이때 전류의 크기는 포토 다이오드에 입사되는 광의 강도에 거의 비례할 수 있다.
광전지 또는 태양 전지(solar cell)는 포토 다이오드의 일종으로, 광을 전류로 변환할 수 있다. 태양 전지는, 발광소자와 동일하게, 상술한 구조의 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2도전형 반도체층을 포함할 수 있다.
또한, p-n 접합을 이용한 일반적인 다이오드의 정류 특성을 통하여 전자 회로의 정류기로 이용될 수도 있으며, 초고주파 회로에 적용되어 발진 회로 등에 적용될 수 있다.
또한, 상술한 반도체 소자는 반드시 반도체로만 구현되지 않으며 경우에 따라 금속 물질을 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 수광 소자와 같은 반도체 소자는 Ag, Al, Au, In, Ga, N, Zn, Se, P, 또는 As 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있으며, p형이나 n형 도펀트에 의해 도핑된 반도체 물질이나 진성 반도체 물질을 이용하여 구현될 수도 있다.
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.

Claims (10)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치되고, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 반도체 구조물;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되는 제1 전극; 및
    상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치되는 제2 전극을 포함하고,
    상기 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나는, 상기 제1 도전형 반도체층 또는 상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치되는 접합층; 상기 접합층 상에 배치되는 반사층; 상기 반사층 상에 배치되는 캡핑층; 및 상기 캡핑층 상에 배치되는 본딩층을 포함하고,
    상기 캡핑층은, 제1 층 및 제2 층이 적어도 1회 이상 교대로 적층되며,
    상기 제1 층은 Ti를 포함하고,
    상기 제1 층 및 제2 층의 두께의 비는 4:7 내지 20:3인 반도체 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 층 및 제2 층의 두께의 비는 9:7 내지 20:3인 반도체 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 층의 두께는 상기 제2 층의 두께보다 두꺼운 반도체 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 층의 내부 응력이 압축 응력일 경우, 상기 제2 층의 내부 응력은 인장 응력이고,
    상기 제1 층의 내부 응력이 인장 응력일 경우, 상기 제2 층의 내부 응력은 압축 응력인 반도체 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 층 및 제2 층의 내부 응력의 합은 1.6Х10-14d/cm 이하이고,
    상기 제1 층의 내부 응력은 0 내지 -1.4Х10-14d/cm이고,
    상기 제2 층의 내부 응력은 3.0Х10-14d/cm 이하인 반도체 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 층의 두께는 20nm 내지 100nm인 반도체 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 층은 Ni 및 Pt 중 선택된 어느 하나를 포함하는 반도체 소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 층이 Ni를 포함할 경우, 상기 제2 층의 두께는 35nm 이하인 반도체 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극은, 제1 패드 전극 및 상기 제1 패드 전극으로부터 연장되는 적어도 하나의 제1 가지 전극을 포함하고,
    상기 제2 전극은, 제2 패드 전극 및 상기 제2 패드 전극으로부터 연장되는 적어도 하나의 제2 가지 전극을 포함하는 반도체 소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 패드 전극 및 제2 패드 전극은 각각 상기 반도체 소자의 일측 및 타측에 배치되며,
    상기 제1 가지 전극은 상기 제2 패드 전극을 향하여 연장되고, 상기 제2 가지 전극은 상기 제1 패드 전극을 향하여 연장되는 반도체 소자.
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