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KR20160023560A - 반도체 발광 소자 - Google Patents

반도체 발광 소자 Download PDF

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KR20160023560A
KR20160023560A KR1020150114560A KR20150114560A KR20160023560A KR 20160023560 A KR20160023560 A KR 20160023560A KR 1020150114560 A KR1020150114560 A KR 1020150114560A KR 20150114560 A KR20150114560 A KR 20150114560A KR 20160023560 A KR20160023560 A KR 20160023560A
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KR
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layer
semiconductor layer
light emitting
region
semiconductor
Prior art date
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KR1020150114560A
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줌페이 다지마
히로시 오노
도시히데 이토
겐지로 우에스기
신야 누노우에
Original Assignee
가부시끼가이샤 도시바
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Publication date
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Abstract

반도체 발광 소자는, 기체와, 제1 반도체층과, 제2 반도체층과, 제1 발광층과, 제1 도전층과, 제3 반도체층과, 제4 반도체층과, 제2 발광층과, 제2 도전층과, 제1 부재와, 제2 부재를 포함한다. 상기 제1 부재는, 제1 단부와 제2 단부를 포함한다. 상기 제1 단부는, 상기 기체와 상기 제1 도전층과의 사이에 위치하여 상기 제1 도전층과 전기적으로 접속되고, 상기 제2 단부는, 상기 제2 도전층과 겹치지 않는다. 상기 제2 부재는, 제3 단부와 제4 단부를 포함한다. 상기 제3 단부는, 상기 기체와 상기 제2 도전층과의 사이에 위치하여 상기 제2 도전층과 전기적으로 접속된다. 상기 제4 단부는, 상기 제2 단부와 전기적으로 접속된다.

Description

반도체 발광 소자{SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING ELEMENT}
[관련 출원에 대한 상호 참조]
이 출원은 2014년 8월 21일자로 출원된 일본 특허 출원 제2014-168803호에 기초하며 그 우선권을 주장하고, 그 전체 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 명세서에 설명된 실시 형태들은 일반적으로 반도체 발광 소자에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED) 등의 반도체 발광 소자들의 효율을 증가시키는 것이 바람직하다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자의 일부를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 3은 기준 예에 따른 반도체 발광 소자를 도시하는 모식적인 단면도이다.
도 4는 제2 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자를 도시하는 모식적인 단면도이다.
도 5a 내지 도 5e는 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자를 제조하기 위한 방법을 도시하는 공정들의 순서의 모식적인 단면도이다.
한 실시 형태에 따르면, 반도체 발광 소자는, 기체(base body)와, 제1 도전형의 제1 반도체층과, 제2 도전형의 제2 반도체층과, 제1 발광층과, 제1 도전층과, 제1 도전형의 제3 반도체층과, 제2 도전형의 제4 반도체층과, 제2 발광층과, 제2 도전층과, 제1 부재와, 제2 부재를 포함한다. 상기 제1 반도체층은, 상기 기체로부터 제1 방향으로 이격되고, 상기 제1 반도체층은, 제1 영역과, 상기 제1 방향과 교차하는 방향으로 상기 제1 영역과 나란히 배열되어 있는 제2 영역을 포함한다. 상기 제2 반도체층은, 상기 기체와 상기 제1 영역과의 사이에 제공된다. 상기 제1 발광층은, 상기 제1 영역과 상기 제2 반도체층과의 사이에 제공된다. 상기 제1 도전층은, 상기 기체와 상기 제2 영역과의 사이에 제공되어 상기 제2 영역과 전기적으로 접속된다. 상기 제3 반도체층은, 상기 기체로부터 상기 제1 방향으로 이격된다. 상기 제3 반도체층은, 제3 영역과, 상기 제1 방향과 교차하는 방향으로 상기 제3 영역과 나란히 배열되어 있는 제4 영역을 포함한다. 상기 제4 반도체층은, 상기 기체와 상기 제3 영역과의 사이에 제공된다. 상기 제2 발광층은, 상기 제3 영역과 상기 제4 반도체층과의 사이에 제공된다. 상기 제2 도전층은, 상기 기체와 상기 제4 반도체층과의 사이에 제공되어 상기 제4 반도체층과 전기적으로 접속된다. 상기 제1 부재는, 제1 단부와 제2 단부를 포함한다. 상기 제1 단부는, 상기 기체와 상기 제1 도전층과의 사이에 위치하여 상기 제1 도전층과 전기적으로 접속되고, 상기 제2 단부는, 상기 제2 도전층과 겹치지 않는다. 상기 제2 부재는, 제3 단부와 제4 단부를 포함한다. 상기 제3 단부는, 상기 기체와 상기 제2 도전층과의 사이에 위치하여 상기 제2 도전층과 전기적으로 접속된다. 상기 제4 단부는, 상기 제2 단부와 전기적으로 접속된다.
이하에서는, 본 발명의 다양한 실시 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명된다.
도면은 모식적 또는 개념적인 것이며; 각 부분들의 두께와 폭 간의 관계, 부분들 간의 크기의 비율 등은, 반드시 그 실제 값과 동일하지는 않다. 또한, 동일한 부분을 나타내는 경우에도, 도면들 간에 있어서 치수 및/또는 비율이 상이하게 표현될 수 있다.
본원 명세서와 도면에 있어서, 상기 도면에 관해 전술한 것과 유사한 요소는 동일한 참조 번호로 표시되고, 그 상세한 설명은 적절히 생략한다.
(제1 실시 형태)
도 1은 제1 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자를 도시하는 모식적 단면도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자를 도시하는 모식적 투시 평면도이다.
도면을 보기 쉽게 하기 위해서, 도 2의 투시 평면도에서는, 도 1의 단면도에 도시된 구성 요소의 일부가 도시되지 않는다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자(110)는, 기체(50)와, 제1 반도체층(10a)과, 제2 반도체층(20a)과, 제1 발광층(30a)과, 제3 반도체층(10b)과, 제4 반도체층(20b)과, 제2 발광층(30b)과, 제1 도전층(e1)과, 제2 도전층(e2)과, 제1 소자간 배선(제1 부재)(11)과, 제2 소자간 배선(제2 부재)(12)을 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 반도체 발광 소자(110)는, 예를 들어, 9개의 적층체로서 제1 내지 제9의 적층체(100a 내지 100i)를 포함한다. 도 1의 예는, 제1 적층체(100a)와 제2 적층체(100b)와의 사이의 배선 구조의 단면을 나타낸다. 기타 다른 적층체 간의 배선 구조들은 유사하다.
제1 적층체(100a)는, 제1 반도체층(10a)과, 제2 반도체층(20a)과, 제1 발광층(30a)을 포함한다. 제2 적층체(100b)는, 제3 반도체층(10b)과, 제4 반도체층(20b)과, 제2 발광층(30b)을 포함한다. 제1 적층체(100a)와 제2 적층체(100b)와의 사이에는 분리 홈(90)이 제공되어 있다.
제1 반도체층(10a)은, 기체(50)로부터 제1 방향으로 이격된다. 제1 방향은, 예를 들어, Z축 방향이다. 제1 반도체층(10a)은, 제1 영역(r1)과, 제2 영역(r2)을 포함한다. 제2 영역(r2)은, Z축 방향과 교차하는 방향(예를 들어, X축 방향)으로 제1 영역(r1)과 나란히 배열된다. 제1 반도체층(10a)은, 제1 도전형을 갖는다.
제2 반도체층(20a)은, 기체(50)와 제1 영역(r1)과의 사이에 제공된다. 제2 반도체층(20a)은, 제2 도전형을 갖는다. 예를 들어, 제1 도전형은 n형이다. 제2 도전형은 p형이다. 제1 도전형이 p형일 수 있고; 제2 도전형이 n형일 수 있다. 이하에 있어서는, 제1 도전형이 n형이고 제2 도전형이 p형인 경우에 대해서 설명된다.
제1 발광층(30a)은, 제1 영역(r1)과 제2 반도체층(20a)과의 사이에 제공된다.
제1 도전층(e1)은, 기체(50)와 제2 영역(r2)과의 사이에 제공된다. 제1 도전층(e1)은, 제2 영역(r2)과 전기적으로 접속된다. 제1 도전층(e1)은, 예를 들어, n측 전극이다.
제3 반도체층(10b)은, 기체(50)로부터 Z축 방향으로 이격된다. 제3 반도체층(10b)은, 제3 영역(r3)과, 제4 영역(r4)을 포함한다. 제4 영역(r4)은, X축 방향으로 제3 영역(r3)과 나란히 배열된다. 제3 반도체층(10b)은, 제1 도전형을 갖는다.
제4 반도체층(20b)은, 기체(50)와 제3 영역(r3)과의 사이에 제공된다. 제4 반도체층(20b)은, 제2 도전형을 갖는다.
제2 발광층(30b)은, 제3 영역(r3)과 제4 반도체층(20b)과의 사이에 제공된다.
상기의 반도체층 각각은, 예를 들어, 질화물 반도체를 포함한다.
제2 도전층(e2)은, 기체(50)와 제4 반도체층(20b)과의 사이에 제공된다. 제2 도전층(e2)은, 제4 반도체층(20b)과 전기적으로 접속된다. 제2 도전층(e2)은, 예를 들어, p측 전극이다.
제1 소자간 배선(11)은, 제1 단부(ed1)와, 제2 단부(ed2)를 포함한다. 제1 단부(ed1)는, 기체(50)와 제1 도전층(e1)과의 사이에 위치한다. 제1 단부(ed1)는, 제1 도전층(e1)과 전기적으로 접속된다. 제2 단부(ed2)는, 제2 도전층(e2)과 겹치지 않는다.
제2 소자간 배선(12)은, 제3 단부(ed3)와, 제4 단부(ed4)를 포함한다. 제3 단부(ed3)는, 기체(50)와 제2 도전층(e2)과의 사이에 위치한다. 제3 단부(ed3)는, 제2 도전층(e2)과 전기적으로 접속된다. 제4 단부(ed4)는, 제2 단부(ed2)와 전기적으로 접속된다. 예를 들어, 제2 소자간 배선(12)은, 보호 금속층(배리어 메탈이라고도 말함)을 연장시킴으로써 보호 금속층과 일체로 형성될 수 있다.
본원 명세서에 있어서, "전기적으로 접속되는 상태"는, 복수의 도체들이 직접 접촉하는 상태를 포함한다. "전기적으로 접속되는 상태"는, 복수의 도체들 사이에 배치된 별도의 도체를 갖는 복수의 도체들 사이에 전류가 흐르는 상태를 포함한다.
반도체 발광 소자(110)에 있어서, 절연층(60)이 더 제공된다. 절연층(60)은, 기체(50)와 제1 소자간 배선(11)과의 사이 및 기체(50)와 제2 소자간 배선(12)과의 사이에 제공된다.
반도체 발광 소자(110)에 있어서, 금속층(40)이 더 제공된다. 금속층(40)은, 기체(50)와 절연층(60)과의 사이에 제공된다.
도 1에 나타낸 실시 형태에 따르면, n측의 제1 소자간 배선(11)은, 제1 단부(ed1)와 제2 단부(ed2)를 포함하고; 제2 단부(ed2)가 p측의 제2 도전층(e2)과 겹치지 않는다. p측의 제2 소자간 배선(12)은, 제3 단부(ed3)와 제4 단부(ed4)를 포함하고; 제4 단부(ed4)가 제2 단부(ed2)와 전기적으로 접속된다.
예를 들어, n측의 제1 소자간 배선(11)과, p측의 제2 소자간 배선(12)과의 겹침 부분이, p측의 제2 도전층(e2)과 겹치지 않는다. 예를 들어, 제1 소자간 배선(11)과 제2 소자간 배선(12)과의 겹침 부분은, Z축 방향에 있어서 분리 홈(90)과 겹친다. 제1 소자간 배선(11)과 제2 소자간 배선(12)과의 겹침 부분의 X축 방향으로의 폭은, 예를 들어, 2μｍ 이상 30μm 이하이다.
실시 형태에 있어서는, 제2 단부(ed2)가 p측의 제2 도전층(e2)과 겹치지 않으므로, 제2 단부(ed2)의 Z축 방향의 위치와, 제3 단부(ed3)의 Z축 방향의 위치와의 사이의 차이가 작게 설정될 수 있다. 즉, 그 단차가 작다. 절연층(60)은, 금속층(40)과 접합된다. 실시 형태에 있어서 단차가 작을 수 있기 때문에, 절연층(60)이 얇은 경우에도, 절연층(60)의 접합면이 평탄할 수 있다. 이로 인해, 접합시에 걸리는 응력이 저감되고; 소자의 손상이 억제될 수 있다. 이에 의해, 생산성이 향상될 수 있다. 단차를 감소시키기 위해서 절연층(60)을 두껍게 하면, 방열성이 저하된다. 실시 형태에 있어서, 절연층(60)을 얇게 설정되는 경우에도 소자의 손상이 억제될 수 있기 때문에, 높은 방열성이 얻어진다. 이에 의해, 효율이 향상될 수 있다.
제1 소자간 배선(11)은, 제1 도전층(e1)과 전기적으로 접속된다. 제1 소자간 배선(11)은, 제1 두께 t1을 갖는다. 제2 소자간 배선(12)은, 제2 도전층(e2)과 전기적으로 접속된다. 제2 소자간 배선(12)은, 제2 두께 t2를 갖는다. 제1 두께 t1은, 제2 두께 t2보다도 두꺼운 것이 바람직하다. 즉, 제2 소자간 배선(12)의 제2 두께 t2는, 제1 소자간 배선(11)의 제1 두께 t1보다도 얇게 설정된다. 제1 두께 t1은, 예를 들어, 0.2μｍ 이상 3.0μm 이하이다. 제2 두께 t2는, 예를 들어, 0.1μｍ 이상 2.0μm 이하이다. 이에 의해, 소자의 두께 증가가 더 효과적으로 억제될 수 있다.
도 3은, 참고 예에 따른 반도체 발광 소자를 도시하는 모식적 단면도이다.
참고 예에 따른 반도체 발광 소자(199)에 있어서는, 제1 소자간 배선(11)이 p측의 제2 도전층(e2)까지 연장되고 있다. 즉, 이 참고 예에 의하면, p측의 제2 도전층(e2)과, 보호 금속층(70)과, 제1 소자간 배선(11)이 서로 겹친다. 이 겹침 부분에 의해 소자의 적층 방향으로의 두께가 부분적으로 증가한다. 즉, 절연층(60)의 접합면에 요철이 형성된다. 이로 인해, 금속층(40)에 의해 절연층(60)과 기체(50)가 접합될 때에 볼록부에 응력이 가해져서, 소자가 손상될 가능성이 있다. 소자가 손상되지 않는 경우에도, 소자 내부에 응력이 축적되어, 신뢰성이 저하하는 경우가 있다. 절연층(60)이 절단되어 금속층(40)과 단락됨으로 인해 소자의 누설이 발생할 경우가 있다.
실시 형태에 있어서는, 절연층(60)의 접합면의 평탄성이 향상될 수 있고, 응력이 저감되어, 소자의 손상이 억제될 수 있다. 또한, 효율이 향상될 수 있다.
반도체 발광 소자(110)는, 소자간 절연층(80)을 더 포함한다. 소자간 절연층(80)은, 제3 반도체층(10b)과 제2 소자간 배선(12)과의 사이 및 제2 발광층(30b)과 제2 소자간 배선(12)과의 사이에 제공되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 반도체 발광 소자(110)는, 예를 들어, 제1 내지 제9의 적층체(100a 내지 100i)를 포함한다. 제1 내지 제9의 적층체(100a 내지 100i)에 있어서, 하나의 적층체의 p 전극은, 상기 하나의 적층체와 나란히 배열되는 다른 하나의 적층체의 n 전극에 직렬로 접속된다.
제5 적층체(100e)는, 예를 들어, n측의 제1 패드부(13a)를 포함한다. 제9 적층체(100i)는, 예를 들어, p측의 제2 패드부(13b)를 포함한다.
예를 들어, 제1 패드부(13a)와 제2 패드부(13b)와의 사이에는 전압이 인가된다. 이에 의해, 제1 내지 제9의 적층체(100a 내지 100i)에 전류가 흐른다. 이 전류에 의해, 제1 발광층(30a) 및 제2 발광층(30b)으로부터 광이 방출된다. 이 예에서는, 방출된 광은, 제1 반도체층(10a) 및 제3 반도체층(10b)의 측으로부터 방출된다.
상기 설명에 있어서, 제1 도전층(e1) 및 제2 도전층(e2)은, 광 반사성의 재료를 포함한다. 예를 들어, 도전층들은, 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni), 금 및 로듐 중 적어도 하나를 포함한다. 이에 의해, 높은 광 반사율이 얻어진다. n 전극으로서 예시한 제1 도전층(e1)은, 예를 들어, Al 또는 Al 합금을 포함한다. p 전극으로서 예시한 제2 도전층(e2)은, 예를 들어, Ag, Ni 또는 Ag 합금, 또는 이들 금속들의 적층 구조를 포함한다.
예를 들어, 산소 분위기에서, 250℃ 이상 400℃ 이하(예를 들어, 300℃)로, 0.5분 이상 2분 이하(예를 들어, 1분) 동안 열처리를 행함으로써, 제2 도전층(e2)이 형성된다. 이 산소 분위기에 있어서의 산소의 농도는, 예를 들어, 50% 이상이다. 이 산소 분위기에 있어서의 질소의 농도는, 예를 들어, 50% 이하이다.
질소 분위기에서 250℃ 이상 400℃ 이하(예를 들어, 300℃)로, 0.5분 이상 2분 이하(예를 들어, 1분) 동안 열처리를 행한 후에, 산소 분위기에서 250℃ 이상 400℃ 이하(예를 들어, 300℃)로, 0.5분 이상 2분 이하(예를 들어, 1분) 동안 열처리가 행될 수 있다. 예를 들어, 반사율이 높아지고; 접촉성이 향상한다.
제2 도전층(e2)에 상기의 구성을 적용함으로써, 제4 반도체층(20b)과의 양호한 오믹 특성이 얻어진다. 제4 반도체층(20b)과의 낮은 접촉 저항이 얻어진다. 양호한 전기적 특성과 높은 광 반사율이 얻어진다.
예를 들어, 질소 분위기에서, 300℃ 이상 600℃ 이하(예를 들어, 400℃)로, 0.5분 이상 10분 이하(예를 들어, 1분) 동안 열처리를 행함으로써, 제1 도전층(e1)이 형성된다. 이 질소 분위기에 있어서의 질소의 농도는, 예를 들어, 90% 이상이다. 질소를 대신해서, 아르곤 등의 불활성 가스가 사용될 수 있다. 감압 하에서의 열처리가 수행될 수 있다.
제1 도전층(e1)에 상기의 구성을 적용함으로써, 제1 반도체층(10a)과의 양호한 오믹 특성이 얻어진다. 제1 반도체층(10a)과의 낮은 접촉 저항이 얻어진다. 양호한 전기적 특성과 높은 광 반사율이 얻어진다.
제1 소자간 배선(11) 및 제2 소자간 배선(12)은 또한, 광 반사성의 재료를 포함한다. 제1 소자간 배선(11)의 재료는, 예를 들어, Al 또는 Al 합금을 포함한다. 제2 소자간 배선(12)의 재료는, 예를 들어, Ag 또는 Ag 합금을 포함한다.
제1 소자간 배선(11)의 제2 단부(ed2)는, 제2 소자간 배선(12)의 제4 단부(ed4)와 기체(50)와의 사이에 위치하는 것이 바람직하다. 즉, 제1 소자간 배선(11)보다도 반사율이 높은 제2 소자간 배선(12)을 발광면 상에 제공함으로써, 보다 효율적인 반사 특성이 얻어질 수 있다. 제4 단부(ed4)는, 제2 단부(ed2)와 기체(50)와의 사이에 위치할 수 있다.
금속층(40)은, 예를 들어, 금 또는 니켈 중 적어도 하나와, 주석을 포함한다. 즉, 접합성을 고려함으로써, 금속층(40)은, Au-Sn, Ni-Sn 등의 금속을 포함한다. 이에 의해, 양호한 접합성이 얻어진다.
발광층(제1 발광층(30a) 및 제2 발광층(30b))으로부터 방출되는 광은, 전극, 배선 등에 의해 효율적으로 반사된다. 반사된 광은, 발광면으로부터 효율적으로 외부에 방출된다. 이에 의해, 높은 광 추출 효율이 얻어진다.
한편, 적층체에 의해 발생한 열은, 기체(50)에 의해 효율적으로 방열된다. 기체(50)는, 열전도성이 높고 방열성이 높은 재료를 포함한다. 기체(50)의 재료는, 예를 들어, 질화알루미늄, 실리콘, 게르마늄 및 구리 등을 포함한다. 이에 의해, 높은 방열성이 얻어지고; 적층체의 온도가 과도하게 상승하는 것이 억제된다. 이에 의해, 높은 발광 효율이 얻어진다. 이들 재료는, 후술하는 실시 형태에도 적용할 수 있다.
발광층으로부터 방출되는 광(발광 광)의 피크 파장은, 예를 들어, 400nm 이상 650nm 이하이다. 그러나, 실시 형태에 있어서, 피크 파장은 임의적이다.
제1 반도체층(10a)은, 예를 들어, n형 불순물을 포함하는 GaN층을 포함한다. n형 불순물은, Si, Ge, Te 또는 Sn 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 반도체층(10a)은, 예를 들어, n측 접촉층을 포함한다. 이는, 제3 반도체층(10b)에 대해서도 유사하다.
제2 반도체층(20a)은, 예를 들어, p형 불순물을 포함하는 GaN층을 포함한다. p형 불순물은, Mg, Zn 또는 C 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제2 반도체층(20a)은, 예를 들어, p측 접촉층을 포함한다. 이는 제4 반도체층(20b)에 대해서도 유사하다.
제1 반도체층(10a), 제2 반도체층(20a) 및 제1 발광층(30a)을 포함하는 제1 적층체(100a)는, 예를 들어, 에피택셜 성장에 의해 형성된다. 성장용 기판은, 예를 들어, Si, 사파이어, GaN, SiC 또는 GaAs 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 성장용 기판의 면 방위는 임의적이다. 이는 제2 적층체(100b)에 대해서도 유사하다.
제1 패드부(13a) 및 제2 패드부(13b)의 형상들은, 예를 들어, 다각형(예를 들어, 오각형 이상), 원형 또는, 편평 원 등이다. 패드부의 폭은, 예를 들어, 50 마이크로미터(μm) 이상 200μm 이하(예를 들어, 130μm)이다. 예를 들어, 패드부에는 본딩 와이어가 접속된다. 안정된 접속이 가능한 폭(크기)이 사용된다.
절연층(60)은, 예를 들어, 산화 실리콘(SiO2 등) 및/또는 질화 실리콘(Si3N4 등)을 포함한다. 예를 들어, 절연층(60)은, 고온에서 형성된다. 이에 의해, 절연층(60)에 있어서, 양호한 절연성, 양호한 커버리지 및 양호한 신뢰성이 얻어진다. 이 절연층(60)은, 저온에서 형성될 수 있다. 이 절연층(60)을 사용함으로써, 양호한 전류의 확대가 얻어지고; 실효적인 발광 면적이 확대될 수 있다. 소자간 절연층(80) 또한, 예를 들어, 산화 실리콘(SiO2 등)을 포함한다.
이 예에서는, 제1 적층체(100a)의 일부의 측면 및 제2 적층체(100b)의 일부의 측면은, Z축 방향에 대하여 경사져 있다. 즉, 메사 구성이 적용될 수 있다. 이 메사 구성에 의해 광의 진행 방향이 변할 수 있다. 발광층으로부터 방출되는 광의 강도는, 약 30도의 방향에서 최대가 된다. 광의 강도가 최대가 되는 각도로 진행하는 광은 효율적으로 변할 수 있다. 복수의 적층체를 갖는 본 구조에서는 측면 구성의 효과가 더 현저하다.
실시 형태에 따르면, 측면 전도 박막 구조를 갖는 반도체 발광 소자에 있어서, 고전압 또한 저전류에서의 동작이 가능한 소위, 멀티정션 구조가 제공될 수 있다. 실시 형태에 있어서는, 다수의 적층체가 직렬로 접속된다. 1개의 적층체에 있어서의 적정한 동작 전압은, 소정의 범위 내에 있다. 다수의 적층체를 직렬로 접속함으로써, 직렬로 접속된 다수의 적층체의 양단에 인가되는 전압은, 다수의 적층체들 사이에서 분압된다. 이에 의해, 양단에 인가되는 전압이 높은 전압일 경우에도, 각각의 적층체에 인가되는 전압은, 바람직한 소정의 범위 내로 설정될 수 있다. 바람직한 소정의 범위의 전압을 이용하여, 동작은 고효율을 실현하는 저전류에 의해 얻어진다. 즉, 고전압과 저전류에서의 다수의 적층체의 동작이 얻어진다. 이에 의해, 다수의 적층체에 있어서, 고효율이 얻어진다.
실시 형태에 따른 1개의 적층체(소자)에 있어서는, 예를 들어, 1개의 n 전극이 2개의 p 전극 사이에 끼워진다. 적어도 2개의 이러한 적층체가 직렬로 접속된다. 이에 의해, 발광 균일성을 높일 수 있다.
실시 형태에 따르면, p 전극과 n 전극과의 사이에 층간 절연층이 필요하지 않기 때문에, 높은 신뢰성을 얻을 수 있다. 실시 형태에 따르면, 높은 방열성을 얻을 수 있다.
이 예에서는, 광 추출면에는, 배선 등의 차폐 성분이 제공되지 않는다. 이에 의해, 높은 광 추출 효율이 얻어진다. 소자간 배선은, 광 추출면이 아니고, 기체 측에 제공된다. 이에 의해, 높은 광 추출 효율이 얻어진다.
(제2 실시 형태)
도 4는, 제2 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자를 도시하는 모식적 단면도이다.
도 4는, 제1 적층체(100a)와 제2 적층체(200b)와의 사이의 다른 배선 구조를 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자(111)는, 제1 적층체(100a)와 제2 적층체(100b)를 포함한다. 이 예에 있어서는, 금속층(40) 및 기체(50)가 도시되지 않는다. 본 실시 형태에 있어서는, n측의 제1 소자간 배선(11)과 p측의 제2 소자간 배선(12)과의 겹침 부분은, Z축 방향에 있어서 제3 반도체층(10b)과 겹친다. 제1 소자간 배선(11)과 제2 소자간 배선(12)과의 겹침 부분의 X축 방향에 있어서의 폭은, 예를 들어, 1μｍ 이상 15μm 이하이다.
이에 의해, 소자의 적층 방향으로의 두께가 부분적으로 증가하는 것이 억제되고; 절연층의 접합면이 평탄할 수 있다. 이로 인해, 접합시에 가해진 응력이 저감되고; 소자의 손상이 방지될 수 있다. 이에 의해, 신뢰성을 높일 수 있다. 이에 의해, 고신뢰성의 반도체 발광 소자가 제공될 수 있다. 양호한 방열성이 얻어지고; 높은 효율이 얻어진다.
예를 들어, 제2 소자간 배선(12)의 발광면의 측(소자간 절연층(80)의 측)에는, Ag를 포함하는 층(12a)이 제공될 수 있다. 즉, Ag를 포함하는 층(12a)은, 제2 소자간 배선(12)과 소자간 절연층(80)과의 사이에 제공된다. 이에 의해, 보다 효율적인 반사 특성을 얻을 수 있다.
도 5a 내지 도 5e는, 실시 형태에 따른 반도체 발광 소자의 제조 방법을 도시하는 공정순의 모식적 단면도이다.
이 예에 있어서는, 제1 적층체(100a)와 제2 적층체(100b)와의 사이의 배선 구조가 도시된다.
성장용 기판(도시하지 않음)이 준비되고; 성장용 기판에는, 제1 반도체 막(10f), 발광 막(30f) 및 제2 반도체 막(20f)이 이 순서대로 순차 형성된다. 이들 막의 형성은, 예를 들어, 금속 유기 화학 기상 증착(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition: MOCVD)법, 금속 유기 기상 에피택시(Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy: MOVPE)법, 분자 빔 에피택시(Molecular Beam Epitaxy: MBE)법 및 수소화물 기상 에피택시(Hydride Vapor Phase Epitaxy: HVPE)법 등을 포함할 수 있다. 이들 막은, 에피택셜 성장된다. 성장용 기판은, 예를 들어, 실리콘, 사파이어, 스피넬, GaAs, InP, ZnO, Ge, SiGe, SiC 등의 기판을 포함한다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 제1 반도체 막(10f)의 일부와, 발광 막(30f)의 일부와, 제2 반도체 막(20f)의 일부를 제거함으로써, 제1 적층체(100a)와 제2 적층체(100b)가 형성된다. 제1 적층체(100a)는, 제1 반도체층(10a), 제2 반도체층(20a) 및 제1 발광층(30a)을 포함한다. 제2 적층체(100b)는, 제3 반도체층(10b), 제4 반도체층(20b) 및 제2 발광층(30b)을 포함한다. 이러한 제거의 패터닝은, 예를 들어, RIE(Reactive Ion Etching)를 포함한다. 예를 들어, 이러한 RIE에 있어서는 염소를 포함하는 가스가 사용된다. 이때 제1 반도체층(10a)과 제3 반도체층(10b)이 연속하고 있고, 후술하는 공정에서 분리된다.
상기 적층체 상에는, 절연막(80f)이 형성된다. 예를 들어, 절연막(80f)에는, CVD(Chemical Vapor Deposition)법, 스퍼터링법, SOG(Spin On Glass)법 등이 사용된다. 절연막(80f)은, 예를 들어, SiO2 등의 산화 실리콘을 포함한다.
절연막(80f)의 일부가 제거된다. 절연막(80f)의 일부를 제거함으로써 노출된 제4 반도체층(20b) 상에는, p측의 제2 도전층(e2) 및 제2 소자간 배선(12)이 순서대로 형성된다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 절연막(80f)의 일부를 제거함으로써, 소자간 절연층(80)이 형성된다. 절연막(80f)의 일부를 제거함으로써 노출된 제1 반도체층(10a) 상에는, n측의 제1 도전층(e1)이 형성된다.
도 5c에 도시된 바와 같이, n측의 제1 도전층(e1) 상에는, 제1 소자간 배선(11)이 형성된다. 제1 소자간 배선(11)은 제1 도전층(e1)과 동시에 형성될 수 있다.
도 5d에 도시된 바와 같이, 절연층(60)이 형성된다. 예를 들어, 절연층(60)에는, CVD법, 스퍼터링법, SOG법 등이 사용된다. 절연층(60)은, 예를 들어, SiO2 등의 산화 실리콘을 포함한다.
도 5e에 도시된 바와 같이, 절연층(60) 상에는, 금속으로 만들어진 반사층(61)이 형성된다. 반사층(61)은, 예를 들어, Ag 또는 Ag 합금을 포함한다. 제1 반도체 막(10f)을 분단함으로써, 제1 반도체층(10a) 및 제3 반도체층(10b)이 형성된다. 이에 의해, 분리 홈(90)이 만들어진다. 따라서, 반도체 발광 소자(110)가 형성된다.
실시 형태에 따르면, 고효율의 반도체 발광 소자가 제공될 수 있다.
본원 명세서에 있어서, "질화물 반도체"는, BxInyAlzGa1 -x-y- zN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, 및 x+y+z≤1)이 되는 화학식에 있어서 그 조성비 x, y 및 z가 각각의 범위 내에서 변화되는 모든 조성의 반도체를 포함한다. 또한, "질화물 반도체"는, 상기 화학식에 있어서 N(질소) 이외의 V족 원소, 도전형 등의 각종 물성을 제어하기 위해서 첨가되는 각종 원소, 및 의도하지 않게 포함된 각종 원소를 더 포함한다.
이상, 구체 예를 참조하면서, 본 발명의 실시 형태가 설명되었다. 그러나, 본 발명은, 이들 구체 예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 분야의 숙련자는 기체, 반도체층, 발광층, 도전층 및 소자간 배선 등의 구성 요소들의 구체적인 구성을, 공지의 기술로부터 적절히 선택함으로써 본 발명을 유사하게 실시할 수 있고, 그러한 실시는 유사한 효과를 얻을 수 있는 한, 본 발명의 범위에 포함된다.
또한, 구체 예 중 임의의 2개 이상의 구성 요소들은 기술적으로 가능한 범위에서 조합될 수 있으며, 본 발명의 요지를 포함하는 한, 본 발명의 범위에 포함된다.
또한, 본 발명의 실시 형태로서 상술한 반도체 발광 소자를 기초로 하여, 본 분야의 숙련자에 의한 적절한 설계 변경에 의해 실시할 수 있는 모든 반도체 발광 소자도, 본 발명의 요지를 포함하는 한, 본 발명의 범위에 속한다.
본 발명의 사상 범주 내에서, 본 분야의 숙련자라면 각종 다른 변경 예 및 수정 예를 고안할 수 있으며, 그러한 변경 예 및 수정 예도 본 발명의 범위에 속하는 것이라고 이해된다.
특정 실시예들을 설명했지만, 이들 실시예는 단지 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하려는 의도는 아니다. 실제로, 본 명세서에서 설명된 신규 실시예들은 다양한 다른 형태로 구현될 수 있으며; 또한, 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위에서, 본 명세서에서 설명된 실시예들의 형태의 다양한 생략, 치환 및 변경을 행할 수 있다. 첨부된 청구범위 및 그들의 등가물은 본 발명의 범위 및 사상 내에서 포함되는 그러한 형태 또는 변경을 포함한다.

Claims (15)

  1. 반도체 발광 소자로서,
    기체(base body);
    상기 기체로부터 제1 방향으로 이격된 제1 도전형의 제1 반도체층 - 상기 제1 반도체층은 제1 영역과, 상기 제1 방향과 교차하는 방향으로 상기 제1 영역과 나란히 배열되어 있는 제2 영역을 포함함 -;
    상기 기체와 상기 제1 영역과의 사이에 제공된 제2 도전형의 제2 반도체층;
    상기 제1 영역과 상기 제2 반도체층과의 사이에 제공된 제1 발광층;
    상기 기체와 상기 제2 영역과의 사이에 제공되어 상기 제2 영역과 전기적으로 접속된 제1 도전층;
    상기 기체로부터 상기 제1 방향으로 이격된 상기 제1 도전형의 제3 반도체층 - 상기 제3 반도체층은 제3 영역과, 상기 제1 방향과 교차하는 방향으로 상기 제3 영역과 나란히 배열되어 있는 제4 영역을 포함함 -;
    상기 기체와 상기 제3 영역과의 사이에 제공된 상기 제2 도전형의 제4 반도체층;
    상기 제3 영역과 상기 제4 반도체층과의 사이에 제공된 제2 발광층;
    상기 기체와 상기 제4 반도체층과의 사이에 제공되어 상기 제4 반도체층과 전기적으로 접속된 제2 도전층;
    제1 단부와 제2 단부를 포함하는 제1 부재 - 상기 제1 단부는 상기 기체와 상기 제1 도전층과의 사이에 위치하여 상기 제1 도전층과 전기적으로 접속되고, 상기 제2 단부는 상기 제2 도전층과 겹치지 않음 -; 및
    제3 단부와 제4 단부를 포함하는 제2 부재 - 상기 제3 단부는 상기 기체와 상기 제2 도전층과의 사이에 위치하여 상기 제2 도전층과 전기적으로 접속되고, 상기 제4 단부는 상기 제2 단부와 전기적으로 접속됨 -를 포함하는, 반도체 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 단부는 상기 제4 단부와 상기 기체와의 사이에 위치하는, 반도체 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제4 단부는 상기 제2 단부와 상기 기체와의 사이에 위치하는, 반도체 발광 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부재의 두께는 상기 제2 부재의 두께보다도 두꺼운, 반도체 발광 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부재는 알루미늄을 포함하고,
    상기 제2 부재는 은을 포함하는, 반도체 발광 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기체와 상기 제1 부재와의 사이 및 상기 기체와 상기 제2 부재와의 사이에 제공된 절연층을 더 포함하는, 반도체 발광 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 절연층은, 산화 실리콘 및 질화 실리콘 중 적어도 하나를 포함하는, 반도체 발광 소자.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 기체와 상기 절연층과의 사이에 제공된 금속층을 더 포함하는, 반도체 발광 소자.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 금속층은 금 또는 니켈 중 적어도 하나와, 주석을 포함하는, 반도체 발광 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제3 반도체층과 상기 제2 부재와의 사이 및 상기 제2 발광층과 상기 제2 부재와의 사이에 제공된 소자간 절연층을 더 포함하는, 반도체 발광 소자.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 소자간 절연층은 산화 실리콘을 포함하는, 반도체 발광 소자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향과 교차하는 상기 방향에 있어서 상기 제1 반도체층과 상기 제3 반도체층과의 사이에는 분리 홈이 제공되고,
    상기 분리 홈은 상기 제1 부재와 상기 제2 부재가 겹치는 부분과 상기 제1 방향으로 겹치는, 반도체 발광 소자.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제3 반도체층은 상기 제1 부재와 상기 제2 부재가 겹치는 부분과 상기 제1 방향으로 겹치는, 반도체 발광 소자.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 기체는 질화알루미늄, 실리콘, 게르마늄 또는 구리 중 적어도 하나를 포함하는, 반도체 발광 소자.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도전층은 알루미늄을 포함하고,
    상기 제2 도전층은 은을 포함하는, 반도체 발광 소자.
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