KR100673641B1 - Vertically structured gan type light emitting diode device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래기술에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 구조를 나타내는 단면도.1 is a cross-sectional view showing the structure of a vertical gallium nitride-based LED device according to the prior art.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 구조를 나타내는 단면도.2 and 3 are cross-sectional views showing the structure of a vertical gallium nitride-based LED device according to an embodiment of the present invention.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.Figures 4a to 4e is a cross-sectional view for each process for explaining the manufacturing method of the vertical structure gallium nitride based LED device according to an embodiment of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the reference numerals for the main parts of the drawings>
200: 사파이어 기판 210: n형 콘택패드200: sapphire substrate 210: n-type contact pad
220: n형 반사전극 230: n형 투명전극220: n-type reflective electrode 230: n-type transparent electrode
240: n형 GaN층 250: 활성층240: n-type GaN layer 250: active layer
260: p형 GaN층 270: p형 전극260: p-type GaN layer 270: p-type electrode
280: 구조지지층 300: 반사막280: structural support layer 300: reflective film
310: 보호막310: shield
본 발명은 수직구조(수직전극형) 질화갈륨계(GaN) 발광 다이오드(Light Emitting Diode; 이하, 'LED'라 칭함) 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LED 칩이 최종적으로 패키지되어진 상태에서 패키지 외부로의 광방출 효율을 높일 수 있는 수직구조 질화갈륨계 LED 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a vertical structure (vertical electrode type) gallium nitride-based (GaN) light emitting diode (hereinafter referred to as "LED") device and a method of manufacturing the same, more specifically, LED chip is finally packaged The present invention relates to a vertically structured gallium nitride-based LED device and a method for manufacturing the same, which can enhance light emission efficiency to the outside of the package in the state of being made.
일반적으로 질화갈륨계 LED는 사파이어 기판 상에 성장하지만, 이러한 사파이어 기판은 단단하고 전기적으로 부도체이며 열전도 특성이 좋지 않아 질화갈륨계 LED의 크기를 줄여 제조원가를 절감하거나, 광출력 및 칩의 특성을 개선시키는데 한계가 있다. 특히, LED의 고출력화를 위해서는 대전류 인가가 필수이기 때문에 LED의 열 방출 문제를 해결하는 것이 중요하다.In general, gallium nitride-based LEDs grow on sapphire substrates, but these sapphire substrates are hard, electrically nonconducting, and have poor thermal conductivity, reducing the size of gallium nitride-based LEDs, thereby reducing manufacturing costs, or improving light output and chip characteristics. There is a limit to this. In particular, it is important to solve the heat dissipation problem of the LED because a large current is required for the high output of the LED.
이러한 문제를 해결하기 위한 수단으로, 종래에는 레이저 리프트 오프(Laser Lift-Off: LLO; 이하, 'LLO' 라 칭함)를 이용하여 사파이어 기판을 제거한 수직구조 질화갈륨계 LED 소자가 제안되었다.As a means for solving this problem, a vertical gallium nitride-based LED device has been proposed in which a sapphire substrate is removed by using a laser lift-off (LLO; hereinafter referred to as 'LLO').
그러면, 이하 도 1을 참조하여 종래기술에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소 자에 대하여 상세히 설명한다.Next, a vertical gallium nitride based LED element according to the prior art will be described in detail with reference to FIG. 1.
도 1은 종래기술에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 구조를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the structure of a vertical gallium nitride-based LED device according to the prior art.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래기술에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 최하부에는, LED 소자의 지지층 및 전극으로서의 역할을 수행하는 구조지지층(180)이 형성되어 있다. 상기 구조지지층(180)은 Si 기판, GaAs 기판 및 금속층 중 어느 하나를 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 1, a
상기 구조지지층(180) 상에는, 도금 시드층(도시안함) 및 p형 전극(170)이 차례로 형성되어 있다. 여기서, 상기 p형 전극(170)은, 전극 역할 및 반사 역할을 동시에 하도록 반사율이 높은 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다.The plating seed layer (not shown) and the p-
상기 p형 전극(170) 상에는, p형 GaN층(160), 다중양자 우물(Multi Quantum Well)형 구조인 GaN/InGaN 활성층(150) 및 n형 GaN층(140)이 차례로 형성되어 있다.On the p-
상기 n형 GaN층(140) 상에는, 전류 퍼짐 현상을 향상시키기 위한 n형 투명전극(130), 및 광효율을 향상시키기 위한 n형 반사전극(120)이 차례로 형성되어 있다. 여기서, 상기 n형 투명전극(130) 및 n형 반사전극(120)은 형성되어 있지 않을 수도 있다.On the n-
상기 n형 반사전극(120) 상에는 n형 콘택패드(110)가 형성되어 있다.An n-
그러나, 전술한 바와 같은 종래기술에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자는, 상기한 바와 같이 Si 기판, GaAs 기판 및 금속층 등을 구조지지층(180)으로 이 용하여 p형 전극(170) 등과의 접합을 이루도록 하였으나, 이는 구조지지층(180)과 접합부의 열적 안정성 및 공정 안정성을 주로 고려하여 설계되어진 구조일 뿐, 상기 구조지지층(180)은 낮은 반사특성을 갖고 있다. 따라서, 이러한 구조지지층(180)을 포함한 LED 칩이 최종적으로 패키징될 경우, 상기 칩에서 생성되어 패키지 외부로 바로 빠져나가지 못하고 내부로 반사되는 포톤이, 상기 구조지지층(180) 측면에서의 낮은 반사특성으로 인해 소멸됨으로써, 패키지 외부로의 광방출 효율이 저하되는 문제가 있다.However, in the vertical structure gallium nitride-based LED device according to the prior art as described above, using the Si substrate, the GaAs substrate, the metal layer, and the like as the
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, LED 칩이 최종적으로 패키지되어진 상태에서 패키지 외부로의 광방출 효율을 높일 수 있는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention, a vertical structure gallium nitride-based light emitting diode device that can increase the light emission efficiency to the outside of the package in the state that the LED chip is finally packaged and its It is to provide a manufacturing method.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자는,Vertical structure gallium nitride-based light emitting diode device according to the present invention for achieving the above object,
n형 콘택패드;n-type contact pads;
상기 n형 콘택패드 하부에 n형 GaN층과 활성층 및 p형 GaN층이 아래로 순차 형성된 발광 구조물;A light emitting structure in which an n-type GaN layer, an active layer, and a p-type GaN layer are sequentially formed below the n-type contact pad;
상기 발광 구조물 하부에 형성된 p형 전극;A p-type electrode formed under the light emitting structure;
상기 p형 전극 하부에 형성된 구조지지층; 및A structural support layer formed under the p-type electrode; And
상기 구조지지층의 적어도 일면에 형성된 반사막을 포함한다.It includes a reflective film formed on at least one surface of the structural support layer.
여기서, 상기 반사막은, 상기 구조지지층의 측면, 또는 측면 및 하면에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.Here, the reflective film is characterized in that formed on the side, or side and bottom of the structural support layer.
그리고, 상기 반사막은, Al, Ag, Cr, Pd, Pt, Co, Hf, Ti, Ni 및 W 중 어느 하나 또는 어느 둘 이상의 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The reflective film is made of any one or two or more alloys of Al, Ag, Cr, Pd, Pt, Co, Hf, Ti, Ni, and W.
또한, 상기 반사막 상에 형성된 보호막을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, it characterized in that it further comprises a protective film formed on the reflective film.
또한, 상기 보호막은, SiO2, TiO2, Al2O3, SnO2, In2O3, ITO, IZO, ZrO3, YAG, Y2O3 및 SixNy로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The protective film may be any one selected from the group consisting of SiO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3 , SnO 2 , In 2 O 3 , ITO, IZO, ZrO 3 , YAG, Y 2 O 3, and Si x N y . It is characterized by consisting of one.
그리고, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자의 제조방법은,In addition, the manufacturing method of the vertical structure gallium nitride-based light emitting diode device according to the present invention for achieving the above object,
사파이어 기판 상에 n형 GaN층, 활성층 및 p형 GaN층을 차례로 형성하는 단계;Sequentially forming an n-type GaN layer, an active layer, and a p-type GaN layer on the sapphire substrate;
상기 p형 GaN층 상에 p형 전극을 형성하는 단계;Forming a p-type electrode on the p-type GaN layer;
상기 p형 전극 상에 구조지지층을 형성하는 단계;Forming a structure support layer on the p-type electrode;
상기 사파이어 기판을 LLO 공정으로 제거하는 단계;Removing the sapphire substrate by an LLO process;
상기 사파이어 기판이 제거된 상기 n형 GaN층 상에 n형 콘택패드를 형성하는 단계; 및Forming an n-type contact pad on the n-type GaN layer from which the sapphire substrate is removed; And
상기 구조지지층의 적어도 일면에 반사막을 형성하는 단계를 포함한다.Forming a reflective film on at least one surface of the structure support layer.
여기서, 상기 반사막은, 상기 구조지지층의 측면, 또는 측면 및 하면에 형성하는 것을 특징으로 한다.Here, the reflective film is formed on the side, or side and bottom of the structure support layer.
그리고, 상기 반사막은 스퍼터(sputter), 증발(evaporator), 화학기상증착(chemical vapor deposition; CVD), 전해도금, 비전해도금, 및 레이저 어블레이션(laser ablation)으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 방법으로 형성하는 것을 특징으로 한다.The reflective film is any one selected from the group consisting of sputtering, evaporator, chemical vapor deposition (CVD), electroplating, non-plating, and laser ablation. It is characterized by forming in a method.
또한, 상기 반사막을 형성하는 단계 후에,In addition, after the forming of the reflective film,
상기 반사막 상에 보호막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Forming a protective film on the reflective film is characterized in that it further comprises.
이하 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 병기하였다.In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., are exaggerated for clarity. Like reference numerals designate like parts throughout the specification.
이제 본 발명의 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자 및 그 제조방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.Now, a vertical gallium nitride based light emitting diode device and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 구조에 관한 실시예Embodiment of the structure of the vertical structure gallium nitride-based LED device
도 2 및 도 3을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자에 대하여 상세히 설명한다.Referring to Figures 2 and 3 will be described in detail with respect to the vertical structure gallium nitride-based LED device according to an embodiment of the present invention.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 구조를 나타내는 단면도이다.2 and 3 are cross-sectional views showing the structure of the vertical structure gallium nitride-based LED device according to an embodiment of the present invention.
우선, 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 최하부에는, LED 소자의 지지층 및 전극으로서의 역할을 수행하는 구조지지층(280)이 형성되어 있다. 상기 구조지지층(280)은 Si 기판, GaAs 기판 및 금속층 중 어느 하나를 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.First, as shown in FIG. 2, a
상기 구조지지층(280)의 적어도 일면에는 반사막(300)이 형성되어 있다. 상기 반사막(300)은, Al, Ag, Cr, Pd, Pt, Co, Hf, Ti, Ni 및 W 중 어느 하나 또는 어느 둘 이상의 합금으로 이루어질 수 있으며, 상기 구조지지층(280)의 측면에 형성되는 것이 바람직하다.The
그리고, 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 반사막(300)은 상기 구조지지층(280)의 측면 뿐만 아니라, 구조지지층(280)의 하면에까지 더 형성되어 있을 수도 있다.Although not shown in the drawing, the
이와 같이, 본 실시예에서는, 상기 구조지지층(280)의 측면, 또는 측면 및 하면에 반사막(300)을 추가로 형성함으로써, 상기 반사막(300)을 포함한 LED 칩이 최종적으로 패키징될 때에, 상기 칩에서 생성되어 외부로 바로 빠져나가지 못하고 내부로 반사되는 포톤이, 상기 구조지지층(280)의 표면에 형성되어 있는 반사막(300)에 의해 반사됨으로써, 패키지 외부로의 광방출 효율을 향상시킬 수 있게 된다.As described above, in the present embodiment, when the LED chip including the
이 때에, 상기 반사막(300) 상에는, 도 3에 도시한 바와 같이, 보호막(310)이 더 형성되어 있을 수도 있다. 상기 보호막(310)은, 반사특성 및 반사막(300)의 산화방지를 고려하여, SiO2, TiO2, Al2O3, SnO2, In2O3, ITO, IZO, ZrO3, YAG, Y2O3 및 SixNy 등과 같은 산화물이나 질화물 등을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.At this time, a
상기 구조지지층(280) 상에는, 도금 시드층(도시안함) 및 p형 전극(270)이 차례로 형성되어 있다. 여기서, 상기 p형 전극(270)은, 전극 역할 및 반사 역할을 동시에 하도록 반사율이 높은 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다.On the
상기 p형 전극(270) 상에는, p형 GaN층(260), 다중양자 우물(Multi Quantum Well)형 구조인 GaN/InGaN 활성층(250) 및 n형 GaN층(240)이 차례로 형성되어 있다.On the p-
상기 n형 GaN층(240) 상에는, 전류 퍼짐 현상을 향상시키기 위한 n형 투명전극(230), 및 광효율을 향상시키기 위한 n형 반사전극(220)이 차례로 형성되어 있다. 여기서, 상기 n형 투명전극(230) 및 n형 반사전극(220)은 형성되어 있지 않을 수도 있다.On the n-
상기 n형 반사전극(220) 상에는 n형 콘택패드(210)가 형성되어 있다.An n-
수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에 관한 실시예Embodiment of the manufacturing method of the vertical structure gallium nitride-based LED device
이하에서는, 전술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a vertical gallium nitride based LED device according to an embodiment of the present invention as described above will be described.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.4A through 4E are cross-sectional views of processes for describing a method of manufacturing a vertical gallium nitride based LED device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4a에 도시한 바와 같이, 사파이어 기판(200) 상에 n형 GaN층(240), 활성층(250) 및 p형 GaN층(260)을 차례로 성장시켜 발광 구조물을 형성한다. 상기 발광 구조물 중에서, n형 GaN층(240)은 n형 불순물 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 형성될 수 있고, 상기 활성층(250)은 InGaN/GaN층으로 구성된 다중 양자 우물(Multi-Quantum Well) 구조로 형성될 수 있으며, 상기 p형 GaN층(260)은 상기 n형 GaN층(240)과 마찬가지로 p형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 형성될 수 있다.As shown in FIG. 4A, the n-
다음으로, 상기 발광 구조물 상에 p형 전극(270)을 형성한다. 상기 p형 전극(270)은 전극 역할 및 반사 역할을 동시에 하도록 반사율이 높은 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다.Next, a p-
그 다음에, 상기 p형 전극(270) 상에 도금시드층(도시안함)을 형성한 후, 상기 도금시드층 상에, 전해 도금 또는 무전해 도금법 등을 통해 구조지지층(280)을 차례로 형성한다. 상기 도금시드층은, 상기 구조지지층(280)의 형성을 위한 도금 공정에서, 도금 결정핵 역할을 수행하는 것이고, 상기 구조지지층(280)은 최종적인 LED 소자의 지지층 및 전극으로서의 역할을 수행하는 것이다.Next, after forming a plating seed layer (not shown) on the p-
한편, 본 실시예에서는 상기 구조지지층(280)으로 도금시드층을 결정핵으로 사용하여 형성된 도금층을 설명하고 있으나, 이는 이에 한정되지 않으며, 상기 구조지지층(207)은, 상기한 바와 같이 최종적인 LED 소자의 지지층 및 전극으로서의 역할을 수행하는 것으로서, 실리콘(Si) 기판, GaAs 기판, Ge 기판 또는 금속층 등으로 이루어질 수 있다.Meanwhile, in the present exemplary embodiment, the plating layer formed by using the plating seed layer as the crystal nucleus as the
도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 사파이어 기판(200)을 LLO 공정으로 제거한다.As shown in FIG. 4B, the
도 4c에 도시한 바와 같이, 상기 사파이어 기판(200)이 제거된 상기 n형 GaN층(240) 상에, 전류 퍼짐 현상을 향상시키기 위한 n형 투명전극(230), 및 광효율을 향상시키기 위한 n형 반사전극(220)을 차례로 형성한다. 여기서, 상기 n형 투명전극(230) 및 n형 반사전극(220)의 형성 공정은 생략할 수도 있다.As shown in FIG. 4C, on the n-
그 다음에, 상기 n형 반사전극(220) 상에 n형 콘택패드(210)를 형성한다.Next, an n-
도 4d에 도시한 바와 같이, 상기 구조지지층(280)의 적어도 일면에 반사막(300)을 형성한다. 상기 반사막(300)은, 반사율이 높은 물질, 예컨대 Al, Ag, Cr, Pd, Pt, Co, Hf, Ti, Ni 및 W 중 어느 하나 또는 어느 둘 이상의 합금으로 형성할 수 있으며, 이는 상기 구조지지층(280)의 측면에 형성되는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 4D, the
그리고, 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 반사막(300)은 상기 구조지지층(280)의 측면 뿐만 아니라, 구조지지층(280)의 하면에까지 더 형성할 수도 있다. 이러한 반사막(300)은 스퍼터(sputter), 증발(evaporator), CVD, 전해도금, 비전해 도금, 및 레이저 어블레이션(laser ablation) 등과 같은 일반적인 박막 증착 방법으로 형성할 수 있으며, 상기한 바와 같은 방법으로 형성되는 반사막(300)은, 실질적인 공정상 구조지지층(280)의 측면을 포함한 구조지지층(280)의 모든면에 동시에 증착하여 사용할 수 있다.Although not shown in the drawings, the
여기서, 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 구조지지층(280)의 측면 또는 모든면에 반사막(300)을 추가로 형성함으로써, 상기 반사막(300)을 포함한 LED 칩이 최종적으로 패키징될 때에, 상기 칩에서 생성되어 외부로 바로 빠져나가지 못하고 내부로 반사되는 포톤이, 상기 반사막(300)에 의해 반사되도록 하여, 패키지 외부로의 광방출 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, when the LED chip including the
도 4e에 도시한 바와 같이, 상기 반사막(300) 상에, 상기 반사막(300)의 산화방지 및 반사특성을 고려하여 보호막(310)을 형성한다. 상기 보호막(310)은, SiO2, TiO2, Al2O3, SnO2, In2O3, ITO, IZO, ZrO3, YAG, Y2O3 및 SixNy 등과 같은 산화물이나 질화물 등을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 반사막(300)이, 상술한 바와 같이 구조지지층(280)의 측면뿐만 아니라 하면에까지, 즉 구조지지층(280)의 모든면에 형성되어 있을 경우, 상기 보호막(310) 역시도 상기 구조지지층(280)의 모든면에 형성되어 있는 상기 반사막(300) 상에 형성될 수가 있다.As shown in FIG. 4E, the
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims also fall within the scope of the present invention.
상기한 바와 같이, 본 발명은 구조지지층의 적어도 일면에 반사막, 또는 반사막 및 보호막을 추가로 형성함으로써, 상기 반사막을 포함한 LED 칩이 최종적으로 패키징될 때에, 상기 칩에서 생성되어 외부로 바로 빠져나가지 못하고 내부로 반사되는 포톤이, 상기 구조지지층의 표면에서 소멸되는 것을 방지하고, 상기 구조지지층에 형성된 반사막에 의해 반사되도록 할 수 있다. 따라서, 본 발명은 패키지 외부로의 광방출 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention further forms a reflective film, or a reflective film and a protective film on at least one surface of the structural support layer, so that when the LED chip including the reflective film is finally packaged, it is not generated from the chip and immediately exits to the outside. Photons reflected therein may be prevented from disappearing from the surface of the structural support layer, and may be reflected by a reflective film formed on the structural support layer. Therefore, the present invention has the effect of improving the light emission efficiency to the outside of the package.
Claims (9)
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KR1020060000943A KR100673641B1 (en) | 2006-01-04 | 2006-01-04 | Vertically structured gan type light emitting diode device and method of manufacturing the same |
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