KR100675202B1 - 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자 및 그 제조방법 Download PDF

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KR100675202B1
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layer
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gan layer
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김동우
오방원
여인태
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, p형 GaN층에 형성되는 반사전극에 의한 압전효과를 감소시켜 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이를 위한 본 발명에 의한 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자는, n형 전극; 상기 n형 전극의 하부에 형성된 n형 GaN층; 상기 n형 GaN층의 하부에 형성된 활성층; 상기 활성층의 하부에 형성된 p형 GaN층; 상기 p형 GaN층의 하부에 서로 소정간격 이격되어 형성된 다수의 반사전극; 상기 반사전극을 포함한 상기 p형 GaN층의 하부에 형성된 배리어층; 및 상기 배리어층의 하부에 형성된 구조지지층을 포함한다.
수직구조, LED, p형 GaN층, 반사전극, 배리어층, 압전효과

Description

수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자 및 그 제조방법{Vertically structured GaN type light emitting diode device and method of manufacturing the same}
도 1은 종래기술에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 구조를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 구조를 나타내는 단면도.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 반사전극의 형태를 나타내는 평면도.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 제1실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 구조를 나타내는 단면도.
도 10a 내지 도 10e는 본 발명의 제2실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 구조를 나타내는 단면도.
도 12a 내지 도 12e는 본 발명의 제3실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
210: n형 전극 220: n형 GaN층
230: 활성층 240: p형 GaN층
250: 반사전극 255: 배리어(barrier)층
260: 접합층 270: 구조지지층
본 발명은 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드(Light Emitting Diode; 이하, 'LED'라 칭함) 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, p형 GaN층에 형성되는 반사전극에 의한 압전효과를 감소시킴으로써, 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 수직구조 질화갈륨계 LED 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
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.
이러한 문제를 해결하기 위한 수단으로, 종래에는 레이저 리프트 오프(Laser Lift-Off: 이하, 'LLO' 라 칭함)를 이용하여 사파이어 기판을 제거한 수직구조 질화갈륨계 LED 소자가 제안되었다.
그러면, 이하 도 1을 참조하여 종래기술에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 종래기술에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래기술에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 최하부에는, LED 소자의 지지 역할을 수행하는 구조지지층(170)이 형성되어 있다. 상기 구조지지층(170)은 Si 기판, GaAs 기판, 또는 금속층 등으로 형성할 수 있다.
상기 구조지지층(170) 상에는, 접합층(160) 및 반사전극(150)이 차례로 형성되어 있다. 여기서, 상기 반사전극(150)은, 전극 역할 및 반사 역할을 동시에 하도록 반사율이 높은 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 반사전극(150) 상에는, p형 GaN층(140), 다중양자우물(Multi Quantum Well)형 구조인 GaN/InGaN 활성층(130) 및 n형 GaN층(120)이 차례로 형성되어 있다.
상기 n형 GaN층(120) 상에는 n형 전극(110)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 n형 GaN층(120)과 n형 전극(110) 사이에는, 전류 퍼짐 현상을 향상시키기 위한 투명 전극(도시안함) 등이 더 형성될 수도 있다.
이러한 종래기술에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자에서는, 활성층(130)에서 생성되는 빛이 반사전극(150)에 의해 반사되어 최대한 외부로 빠져나갈 수 있도록, 상기 p형 GaN층(140)의 전면에 걸쳐 반사전극(150)을 형성하고 있지만, 이와 같이 상기 반사전극(150)을 p형 GaN층(140)의 전면에 걸쳐 형성할 경우, 소자의 동작시 분극현상이 일어남으로써 압전효과가 발생하게 되며, 이로 인해 소자의 신뢰성이 저하되는 문제점이 발생된다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, p형 GaN층에 형성되는 반사전극에 의한 압전효과를 감소시킴으로써, 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자는,
n형 전극;
상기 n형 전극의 하부에 형성된 n형 GaN층;
상기 n형 GaN층의 하부에 형성된 활성층;
상기 활성층의 하부에 형성된 p형 GaN층;
상기 p형 GaN층의 하부에 서로 소정간격 이격되어 형성된 다수의 반사전극;
상기 반사전극을 포함한 상기 p형 GaN층의 하부에 형성된 배리어층; 및
상기 배리어층의 하부에 형성된 구조지지층을 포함한다.
여기서, 상기 반사전극은 Pd, Ni, Au, Ag, Cu, Pt, Co, Rh, Ir, Ru, Mo, W 및 이들 중 적어도 하나를 포함하는 합금으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 단층 또는 어느 둘 이상의 다층 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 반사전극은 정다각형, 원형, 비대칭의 다각형, 타원형 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 형태를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반사전극은 0.5 ㎛ 내지 500 ㎛의 폭을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배리어층은 금속 또는 TCO(transparent conductive oxide)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 금속은 Al, Ti, Zr, Hf, Ta, Cr, In, Sn, Pt, Au 및 이들 중 적어도 하나를 포함하는 합금으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 단층 또는 어느 둘 이상의 다층 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 TCO는 ITO(Indium-Tin-Oxide), IZO(Indium-Zinc-Oxide), IO(Indium-oxide), ZnO 및 SnO2 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배리어층은 절연막으로 이루어지되, 상기 반사전극의 일부를 노 출시키도록 형성되어, 상기 반사전극이 상기 구조지지층과 통전되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 절연막은 SiO2, Al2O3, TiO2, ZrO, HfO, SiN 및 AlN 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배리어층과 상기 구조지지층 사이에 형성된 접합층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 다른 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자는,
n형 전극;
상기 n형 전극의 하부에 형성된 n형 GaN층;
상기 n형 GaN층의 하부에 형성된 활성층;
상기 활성층의 하부에 형성된 p형 GaN층;
상기 p형 GaN층의 하부에 서로 소정간격 이격되어 형성된 다수의 배리어층;
상기 배리어층을 포함한 상기 p형 GaN층의 하부에 형성된 반사전극; 및
상기 반사전극의 하부에 형성된 구조지지층을 포함한다.
여기서, 상기 배리어층은 절연막으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 수직구조 질화갈륨계 발 광 다이오드 소자의 제조방법은,
사파이어 기판 상에 n형 GaN층, 활성층 및 p형 GaN층을 차례로 형성하는 단계;
상기 p형 GaN층 상에, 서로 소정간격 이격된 다수의 반사전극을 형성하는 단계;
상기 반사전극을 포함한 상기 p형 GaN층 상에 배리어층을 형성하는 단계;
상기 배리어층 상에 구조지지층을 형성하는 단계;
상기 사파이어 기판을 LLO 공정으로 제거하는 단계; 및
상기 사파이어 기판이 제거된 상기 n형 GaN층 상에 n형 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 반사전극은 Pd, Ni, Au, Ag, Cu, Pt, Co, Rh, Ir, Ru, Mo, W 및 이들 중 적어도 하나를 포함하는 합금으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 단층 또는 어느 둘 이상의 다층 구조를 갖도록 형성하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 반사전극은 정다각형, 원형, 비대칭의 다각형, 타원형 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 형태를 갖도록 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반사전극은 0.5 ㎛ 내지 500 ㎛의 폭을 갖도록 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배리어층은 금속 또는 TCO(transparent conductive oxide)로 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배리어층은 절연막으로 형성하되, 상기 반사전극의 일부를 노출시키도록 형성하여, 상기 반사전극이 상기 구조지지층과 통전되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구조지지층을 형성하는 단계 전에,
상기 배리어층이 형성된 전체구조 상에 접합층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 다른 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자의 제조방법은,
사파이어 기판 상에 n형 GaN층, 활성층 및 p형 GaN층을 차례로 형성하는 단계;
상기 p형 GaN층 상에, 서로 소정간격 이격된 다수의 배리어층을 형성하는 단계;
상기 배리어층을 포함한 상기 p형 GaN층 상에 반사전극을 형성하는 단계;
상기 반사전극 상에 구조지지층을 형성하는 단계;
상기 사파이어 기판을 LLO 공정으로 제거하는 단계; 및
상기 사파이어 기판이 제거된 상기 n형 GaN층 상에 n형 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 배리어층은 절연막으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 병기하였다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자 및 그 제조방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
실시예 1
< 수직구조 질화갈륨계 LED 소자 >
먼저, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 구조를 나타내는 단면도이고, 도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 반사전극의 형태를 나타내는 평면도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 최상부에는, n형 전극(210)이 형성되어 있다.
상기 n형 전극(210)의 하부에는 n형 GaN층(220)이 형성되어 있으며, 보다 상세하게, 상기 n형 GaN층(220)은 n형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 형성될 수 있다.
여기서, 전류 퍼짐 현상을 향상시키기 위해, 상기 n형 전극(210)과 상기 n형 GaN층(220) 사이에 투명 전극(도시안함) 등이 더 형성되어 있을 수 있다.
상기 n형 GaN층(220)의 하부에는 활성층(230) 및 p형 GaN층(240)이 아래로 순차 적층되어 발광 구조물을 이룬다. 이때, 상기 발광 구조물 중 활성층(230)은 InGaN/GaN층으로 구성된 다중양자우물형 구조로 형성될 수 있으며, 상기 p형 GaN층(240)은 상기 n형 GaN층(220)과 마찬가지로 p형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 형성될 수 있다.
상기한 발광 구조물의 p형 GaN층(240)의 하부에는, 서로 소정간격 이격된 다수의 반사전극(250)이 형성되어 있다. 여기서, 전술한 바와 같은 종래기술에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자(도 1 참조)에서는, p형 GaN층(140)의 전면에 걸쳐 반사전극(150)이 형성되었으나, 본 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자(도 2 참조)에서는, 종래기술에 따른 LED 소자와는 달리, 상기 p형 GaN층(240)의 하부에 다수의 반사전극(250)을 서로 소정간격 이격시켜 형성함으로써, 소자의 동작시 상기 반사전극(250)에 의해 발생하는 분극현상을 국부화시켜, 압전효과를 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
이 때에, 상기 반사전극(250)은 Pd, Ni, Au, Ag, Cu, Pt, Co, Rh, Ir, Ru, Mo, W 및 이들 중 적어도 하나를 포함하는 합금으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 단층 또는 어느 둘 이상의 다층 구조를 갖는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 반사전극(250)은, 도 3에 도시한 바와 같은 원형의 형태를 가 질 수도 있고, 또는, 도 4에 도시한 바와 같은 타원형의 형태를 가질 수도 있으며, 또는, 도 5에 도시한 바와 같은 정사각형의 형태를 가질 수도 있다. 뿐만 아니라, 상기 반사전극(250)의 형태는 상기한 바와 같은 형태에만 한정되지 않고, 본 발명의 기술사상 범위 내에서, 예를들어 정오각형 및 정육각형 등의 정다각형과, 비대칭의 다각형과, 상기 원형, 타원형, 정다각형 및 비대칭의 다각형의 조합 등을 포함하여 다양하게 변형될 수 있다.
또한, 상기 반사전극(250)은 0.5 ㎛ 내지 500 ㎛의 폭을 갖는 것이 바람직하다. 이는, 상기 반사전극(250)의 폭이 0.5 ㎛보다 작을 경우, 반사전극(250)의 크기가 너무 작아져서 반사 역할을 하는데 한계가 있고, 500 ㎛보다 클 경우에는, 상술한 바와 같은 압전효과의 감소 효과를 충분히 얻기가 어려우므로, 상기한 범위의 폭을 갖도록 형성됨이 바람직하다.
상기 반사전극(250)을 포함한 상기 p형 GaN층(240)의 하부에는 배리어(barrier)층(255)이 형성되어 있다. 상기 배리어층(255)은, 상기 반사전극(250)이 p형 GaN층(240)과 오믹 콘택(ohmic contact)을 형성하는 것과 반대로, 쇼트키 콘택(schottky contact) 특성을 갖도록 형성되어, 전류저지층(current blocking layer)의 역할을 함께 할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 한편, 상기 반사전극(250)이 Ag 등으로 이루어질 경우, 상기 배리어층(255)은 반사전극(250)을 구성하는 Ag 등이 확산되는 것을 방지하는 역할을 할 수도 있다.
이러한 배리어층(255)은, Al, Ti, Zr, Hf, Ta, Cr, In, Sn, Pt, Au 및 이들 중 적어도 하나를 포함하는 합금으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 단 층 또는 어느 둘 이상의 다층 구조를 갖는 금속으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기한 바와 같은 금속 대신에, ITO(Indium-Tin-Oxide), IZO(Indium-Zinc-Oxide), IO(Indium-oxide), ZnO 및 SnO2 등의 TCO(transparent conductive oxide)를 적용할 수도 있다.
상기 배리어층(255)의 하부에는 접합층(260)이 형성되어 있다.
상기 접합층(260)의 하부에는, LED 소자의 지지층 및 전극으로서의 역할을 수행하는 구조지지층(270)이 형성되어 있다. 상기 구조지지층(270)은, 소자의 열적 안정성을 고려하여 Si 기판, Ge 기판, SiC 기판, GaAs 기판, 또는 금속층 등으로 형성하는 것이 일반적이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의하면, 상기 p형 GaN층(240)의 하부에 다수의 반사전극(250)을 서로 소정간격 이격시켜 형성함으로써, 소자의 동작시 상기 반사전극(250)에 의해 발생하는 분극현상을 국부화시켜, 압전효과를 감소시킬 수 있고, 이에 따라 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
< 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법 >
그러면, 이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에 대하여 도 6a 내지 도 6e를 참조하여 상세히 설명한다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 제1실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.
도 6a에 도시한 바와 같이, 사파이어 기판(300) 상에 n형 GaN층(220), 활성층(230) 및 p형 GaN층(240)을 차례로 성장시켜 발광 구조물을 형성한다. 상기 n형 GaN층(220)은, 상술한 바와 같이 n형 불순물 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 형성될 수 있고, 상기 활성층(230)은 InGaN/GaN층으로 구성된 다중양자우물형 구조로 형성될 수 있으며, 상기 p형 GaN층(240)은 상기 n형 GaN층(220)과 마찬가지로 p형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 형성될 수 있다.
그런 다음, 상기 발광 구조물의 p형 GaN층(240) 상에, 서로 소정간격 이격된 다수의 반사전극(250)을 형성한다. 상기 반사전극(250)은, Pd, Ni, Au, Ag, Cu, Pt, Co, Rh, Ir, Ru, Mo, W 및 이들 중 적어도 하나를 포함하는 합금으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 단층 또는 어느 둘 이상의 다층 구조를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 반사전극(250)은 정다각형, 원형, 비대칭의 다각형, 타원형 및 이들의 조합 등을 포함한 다양한 형태로 형성할 수 있으며, 0.5 ㎛ 내지 500 ㎛의 폭을 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.
여기서, 본 실시예에서는, 상기 p형 GaN층(240) 상에 다수의 반사전극(250)을 서로 소정간격 이격시켜 형성함으로써, 소자의 동작시 상기 반사전극(250)에 의해 발생하는 분극현상을 국부화시켜, 압전효과를 감소시킬 수 있다.
도 6b에 도시한 바와 같이, 상기 다수의 반사전극(250)을 포함한 상기 p형 GaN층(240) 상에 배리어층(255)을 형성한다. 상기 배리어층(255)은, 상기 p형 GaN층(240)과 쇼트키 콘택 특성을 갖도록 형성되는 것이 바람직하며, 이를 위해 Al, Ti, Zr, Hf, Ta, Cr, In, Sn, Pt, Au 및 이들 중 적어도 하나를 포함하는 합금으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 단층 또는 어느 둘 이상의 다층 구조를 갖는 금속으로 형성할 수 있다. 또한, 이러한 금속 대신에, ITO(Indium-Tin-Oxide), IZO(Indium-Zinc-Oxide), IO(Indium-oxide), ZnO 및 SnO2 등의 TCO(transparent conductive oxide)를 적용할 수도 있다.
도 6c에 도시한 바와 같이, 상기 배리어층(255) 상에 접합층(260) 및 구조지지층(270)을 차례로 형성한다. 상기 구조지지층(270)은, Si 기판, Ge 기판, SiC 기판, GaAs 기판, 또는 금속층 등으로 형성하는 것이 일반적이다.
도 6d에 도시한 바와 같이, 상기 사파이어 기판(300)을 LLO 공정으로 제거한다.
도 6e에 도시한 바와 같이, 상기 사파이어 기판(300)이 제거된 상기 n형 GaN층(220) 상에 n형 전극(210)을 형성한다. 여기서, 전류 퍼짐 현상을 향상시키기 위해, 상기 n형 전극(210)을 형성하기 전에, 상기 n형 GaN층(220) 상에 투명 전극(도시안함) 등을 더 형성할 수도 있다.
실시예 2
< 수직구조 질화갈륨계 LED 소자 >
그러면, 다음으로 도 7 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 제2실시예에 대해 설명하기로 한다. 다만, 제2실시예의 구성 중 제1실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고, 제2실시예에서 달라지는 구성에 대해서만 상술하기로 한다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 7 내지 도 9에 도시한 바와 같이, 제2실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자는, 제1실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자와 대부분의 구성이 동일하고, 다만, 상기 배리어층(255)이 금속 또는 TCO로 이루어지지 않고, 절연막으로 이루어지되, 상기 반사전극(250)의 일부를 노출시키도록 형성되어 있다는 점에서만 제1실시예와 다르다. 여기서, 상기 절연막은 SiO2, Al2O3, TiO2, ZrO, HfO, SiN 및 AlN 등과 같은 산화물계 또는 질화물계 물질 등으로 이루어질 수 있다.
이 때, 상기한 바와 같은 절연막으로 이루어지는 배리어층(255)은 도 7에 도시한 바와 같이, 반사전극(250) 하면의 일부를 제외한 나머지 반사전극(250)과 p형 GaN층(240)의 표면을 따라 형성될 수도 있고, 도 8에 도시한 바와 같이, 다수의 반사전극(250) 사이 공간을 채우면서, 반사전극(250) 하면의 일부를 노출시키도록 형성될 수도 있으며, 도 9에 도시한 바와 같이, 반사전극(250)의 하면전체와 측면의 일부를 노출시키도록, 상기 다수의 반사전극(250) 사이의 p형 GaN층(240) 하면에 상기 반사전극(250)보다 얇은 두께로 형성될 수도 있다.
뿐만 아니라, 상기 절연막으로 이루어진 배리어층(255)은, 도 7 내지 도 9에 도시한 구조에만 한정되지 않고, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양하게 변형될 수 있다.
즉, 제2실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자는, 배리어층(255)을 절 연막으로 형성하되, 상기 반사전극(250)과 구조지지층(270)이 서로 통전될 수 있도록 반사전극(250)의 일부를 노출시키도록 형성하는 것이 중요하다.
이러한 제2실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자는, 제1실시예에서와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다.
< 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법 >
그러면, 이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에 대하여 도 10a 내지 도 10e를 참조하여 상세히 설명한다.
도 10a 내지도 10e는 본 발명의 제2실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.
도 10a에 도시한 바와 같이, 사파이어 기판(300) 상에 n형 GaN층(220), 활성층(230) 및 p형 GaN층(240)을 차례로 성장시켜 발광 구조물을 형성한다.
그런 다음, 상기 p형 GaN층(240) 상에, 서로 소정간격 이격된 다수의 반사전극(250)을 형성한다.
도 10b에 도시한 바와 같이, 상기 다수의 반사전극(250)을 포함한 상기 p형 GaN층(240) 상에 배리어층(255)을 형성한다. 이 때, 상기 배리어층(255)은, SiO2, Al2O3, TiO2, ZrO, HfO, SiN 및 AlN 등과 같은 절연막으로 형성하되, 상기 반사전극(250)의 일부를 노출시키도록 형성하여, 상기 반사전극(250)이 후속적으로 형성되는 구조지지층(270)과 통전되도록 하는 것이 중요하다.
도 10c에 도시한 바와 같이, 상기 배리어층(255)을 포함한 전체구조 상에 접합층(260) 및 구조지지층(270)을 차례로 형성한다.
도 10d에 도시한 바와 같이, 상기 사파이어 기판(300)을 LLO 공정으로 제거한다.
도 10e에 도시한 바와 같이, 상기 사파이어 기판(300)이 제거된 상기 n형 GaN층(220) 상에 n형 전극(210)을 형성한다.
실시예 3
< 수직구조 질화갈륨계 LED 소자 >
그러면, 다음으로 도 11을 참조하여 본 발명의 제3실시예에 대해 설명하기로 한다. 다만, 제3실시예의 구성 중 제1실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고, 제3실시예에서 달라지는 구성에 대해서만 상술하기로 한다.
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 11에 도시한 바와 같이, 제3실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자는, 제1실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자와 대부분의 구성이 동일하고, 다만, 상기 p형 GaN층(240)의 하부에 형성되는 반사전극(250)과 배리어층(255)의 형성 위치가 서로 바뀌어 있고, 상기 배리어층(255)이 절연막으로 이루어진다는 점에서만 제1실시예와 다르다. 여기서, 상기 배리어층(255)으로 사용되는 절연막은, 제2실시예에서와 마찬가지로 SiO2, Al2O3, TiO2, ZrO, HfO, SiN 및 AlN 등과 같은 산화물계 또는 질화물계 물질 등으로 이루어질 수 있다.
즉, 제3실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자는, 배리어층(255)을 절연막으로 형성하되, 제2실시예에서와 같이 상기 배리어층(255)이 반사전극(250)의 일부를 노출시키도록 형성하는 대신에, 상기 p형 GaN층(240)의 하부에, 우선, 서로 소정간격 이격된 다수의 배리어층(255)을 형성하고 나서, 상기 배리어층(255)을 포함한 상기 p형 GaN층(240)의 하부에 반사전극(250)을 형성하는 것이다.
이러한 제3실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자는, p형 GaN층(240)의 하부에 소정간격 이격되어 형성된 다수의 배리어층(255)에 의해, 상기 p형 GaN층(240)에 접하는 반사전극(250) 부분이 서로 소정간격 이격됨으로써, 제1실시예에서와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다.
< 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법 >
그러면, 이하, 본 발명의 제3실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에 대하여 도 12a 내지 도 12e를 참조하여 상세히 설명한다.
도 12a 내지 도 12e는 본 발명의 제3실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.
도 12a에 도시한 바와 같이, 사파이어 기판(300) 상에 n형 GaN층(220), 활성층(230) 및 p형 GaN층(240)을 차례로 성장시켜 발광 구조물을 형성한다.
그런 다음, 상기 p형 GaN층(240) 상에, 서로 소정간격 이격된 다수의 배리어층(255)을 형성한다. 상기 배리어층(255)은, SiO2, Al2O3, TiO2, ZrO, HfO, SiN 및 AlN 등과 같은 절연막으로 형성할 수 있다.
도 12b에 도시한 바와 같이, 상기 배리어층(255)을 포함한 상기 p형 GaN층 상(240)에 반사전극(250)을 형성한다.
도 12c에 도시한 바와 같이, 상기 반사전극(250) 상에 접합층(260) 및 구조지지층(270)을 차례로 형성한다.
도 12d에 도시한 바와 같이, 상기 사파이어 기판(300)을 LLO 공정으로 제거한다.
도 12e에 도시한 바와 같이, 상기 사파이어 기판(300)이 제거된 상기 n형 GaN층(220) 상에 n형 전극(210)을 형성한다.
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.
앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자 및 그 제조방법에 의하면, p형 GaN층의 하부에 다수의 반사전극을 서로 소정간격 이격시켜 형성함으로써, 기존에 p형 GaN층의 전면에 걸쳐 반사전극을 형성하는 것에 비해, 소자의 동작시 상기 반사전극에 의해 발생하는 분극현상을 국부화시켜, 압전효과를 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (21)

  1. n형 전극;
    상기 n형 전극의 하부에 형성된 n형 GaN층;
    상기 n형 GaN층의 하부에 형성된 활성층;
    상기 활성층의 하부에 형성된 p형 GaN층;
    상기 p형 GaN층의 하부에 서로 소정간격 이격되어 형성된 다수의 반사전극;
    상기 반사전극을 포함한 상기 p형 GaN층의 하부에 형성된 배리어층; 및
    상기 배리어층의 하부에 형성된 구조지지층을 포함하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사전극은 Pd, Ni, Au, Ag, Cu, Pt, Co, Rh, Ir, Ru, Mo, W 및 이들 중 적어도 하나를 포함하는 합금으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 단층 또는 어느 둘 이상의 다층 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반사전극은 정다각형, 원형, 비대칭의 다각형, 타원형 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반사전극은 0.5 ㎛ 내지 500 ㎛의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배리어층은 금속 또는 TCO(transparent conductive oxide)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 금속은 Al, Ti, Zr, Hf, Ta, Cr, In, Sn, Pt, Au 및 이들 중 적어도 하나를 포함하는 합금으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 단층 또는 어느 둘 이상의 다층 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 TCO는 ITO(Indium-Tin-Oxide), IZO(Indium-Zinc-Oxide), IO(Indium-oxide), ZnO 및 SnO2 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배리어층은 절연막으로 이루어지되, 상기 반사전극의 일부를 노출시키도록 형성되어, 상기 반사전극이 상기 구조지지층과 통전되도록 하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 절연막은 SiO2, Al2O3, TiO2, ZrO, HfO, SiN 및 AlN 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 배리어층과 상기 구조지지층 사이에 형성된 접합층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자.
  11. n형 전극;
    상기 n형 전극의 하부에 형성된 n형 GaN층;
    상기 n형 GaN층의 하부에 형성된 활성층;
    상기 활성층의 하부에 형성된 p형 GaN층;
    상기 p형 GaN층의 하부에 서로 소정간격 이격되어 형성된 다수의 배리어층;
    상기 배리어층을 포함한 상기 p형 GaN층의 하부에 형성된 반사전극; 및
    상기 반사전극의 하부에 형성된 구조지지층을 포함하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 배리어층은 절연막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자.
  13. 사파이어 기판 상에 n형 GaN층, 활성층 및 p형 GaN층을 차례로 형성하는 단계;
    상기 p형 GaN층 상에, 서로 소정간격 이격된 다수의 반사전극을 형성하는 단계;
    상기 반사전극을 포함한 상기 p형 GaN층 상에 배리어층을 형성하는 단계;
    상기 배리어층 상에 구조지지층을 형성하는 단계;
    상기 사파이어 기판을 LLO 공정으로 제거하는 단계; 및
    상기 사파이어 기판이 제거된 상기 n형 GaN층 상에 n형 전극을 형성하는 단계를 포함하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 반사전극은 Pd, Ni, Au, Ag, Cu, Pt, Co, Rh, Ir, Ru, Mo, W 및 이들 중 적어도 하나를 포함하는 합금으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 단층 또는 어느 둘 이상의 다층 구조를 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자의 제조방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 반사전극은 정다각형, 원형, 비대칭의 다각형, 타원형 및 이들의 조합 으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 형태를 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자의 제조방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 반사전극은 0.5 ㎛ 내지 500 ㎛의 폭을 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자의 제조방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 배리어층은 금속 또는 TCO(transparent conductive oxide)로 형성하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자의 제조방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 배리어층은 절연막으로 형성하되, 상기 반사전극의 일부를 노출시키도록 형성하여, 상기 반사전극이 상기 구조지지층과 통전되도록 하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자의 제조방법.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 구조지지층을 형성하는 단계 전에,
    상기 배리어층이 형성된 전체구조 상에 접합층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자의 제조방법.
  20. 사파이어 기판 상에 n형 GaN층, 활성층 및 p형 GaN층을 차례로 형성하는 단계;
    상기 p형 GaN층 상에, 서로 소정간격 이격된 다수의 배리어층을 형성하는 단계;
    상기 배리어층을 포함한 상기 p형 GaN층 상에 반사전극을 형성하는 단계;
    상기 반사전극 상에 구조지지층을 형성하는 단계;
    상기 사파이어 기판을 LLO 공정으로 제거하는 단계; 및
    상기 사파이어 기판이 제거된 상기 n형 GaN층 상에 n형 전극을 형성하는 단계를 포함하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자의 제조방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 배리어층은 절연막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광 다이오드 소자의 제조방법.
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