KR100814920B1

KR100814920B1 - Vertically structured gan type semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same

Info

Publication number: KR100814920B1
Application number: KR1020060104417A
Authority: KR
Inventors: 이동주; 김용천; 김동준; 김선운
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2006-10-26
Filing date: 2006-10-26
Publication date: 2008-03-19

Abstract

A nitride-based semiconductor light emitting structure having a vertical structure is provided to improve an ohmic contact by growing a high-density n-type nitride semiconductor layer on an n-type nitride semiconductor layer wherein the high-density n-type nitride semiconductor layer has a higher doping density than that of the n-type nitride semiconductor layer. A p-type electrode(150) is formed on a structure support layer(200). A p-type nitride semiconductor layer(140) is formed on the p-type electrode. An active layer(130) is formed on the p-type nitride semiconductor layer. An n-type nitride semiconductor layer(120) is formed on the active layer. A high-density n-type nitride semiconductor layer(300) is formed on the n-type nitride semiconductor layer, having a higher doping density than that of the n-type nitride semiconductor layer. An n-type electrode(170) is formed on the high-density n-type nitride semiconductor layer. A transparent electrode(160) can be formed on the entire or a part of the surface of the high-density n-type nitride semiconductor layer in contact with the n-type electrode.

Description

Vertically structured nitride-based semiconductor light emitting device and a method of manufacturing the same {Vertically structured GaN type semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same}

도 1은 종래기술에 따른 수직구조 질화물계 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view showing the structure of a vertical structure nitride-based semiconductor light emitting device according to the prior art.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수직구조 질화물계 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 단면도.2 is a cross-sectional view showing the structure of a vertical nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시예에 따른 수직구조 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도.3A through 3E are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a vertical nitride semiconductor light emitting device according to an exemplary embodiment of the present invention.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

100: 사파이어 기판 110: 버퍼층100: sapphire substrate 110: buffer layer

300: 고농도 n형 질화물 반도체층 120: n형 질화물 반도체층300: high concentration n-type nitride semiconductor layer 120: n-type nitride semiconductor layer

130: 활성층 140: p형 질화물 반도체층130: active layer 140: p-type nitride semiconductor layer

150: p형 전극 160: 투명전극150: p-type electrode 160: transparent electrode

170: n형 전극 200: 구조지지층170: n-type electrode 200: structure support layer

본 발명은 수직구조 질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, n형 질화물 반도체층 상에 상기 n형 질화물 반도체층보다 높은 도핑 농도를 갖는 고농도 n형 질화물 반도체층을 성장시켜 오믹 접촉 특성을 개선할 수 있는 수직구조 질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a vertical nitride semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to grow a high concentration n-type nitride semiconductor layer having a higher doping concentration than the n-type nitride semiconductor layer on the n-type nitride semiconductor layer The present invention relates to a vertical nitride semiconductor light emitting device capable of improving ohmic contact characteristics, and a method of manufacturing the same.

일반적으로 질화물계 반도체 발광소자는 사파이어 기판 상에 성장하지만, 이러한 사파이어 기판은 단단하고 전기적으로 부도체이며 열전도 특성이 좋지 않아 질화물계 반도체 발광소자의 크기를 줄여 제조원가를 절감하거나, 광출력 및 칩의 특성을 개선시키는데 한계가 있다. 특히, 발광소자의 고출력화를 위해서는 대전류 인가가 필수이기 때문에 발광소자의 열 방출 문제를 해결하는 것이 중요하다.In general, nitride-based semiconductor light emitting devices are grown on a sapphire substrate, but these sapphire substrates are hard, electrically nonconductive, and have poor thermal conductivity, thereby reducing the size of the nitride-based semiconductor light emitting devices, thereby reducing manufacturing costs, or reducing light output and chip characteristics. There is a limit to improving this. In particular, it is important to solve the heat dissipation problem of the light emitting device because a large current is required for high output of the light emitting device.

이러한 문제를 해결하기 위한 수단으로, 종래에는 레이저 리프트 오프(Laser Lift-Off: 이하, 'LLO' 라 칭함)를 이용하여 사파이어 기판을 제거한 수직구조 질화물계 반도체 발광소자가 제안되었다.As a means to solve this problem, a vertical nitride semiconductor light emitting device having a sapphire substrate removed using a laser lift-off (hereinafter referred to as LLO) has been conventionally proposed.

이하, 도 1을 참조하여 종래기술에 따른 수직구조 질화물계 반도체 발광소자에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a vertical nitride semiconductor light emitting device according to the related art will be described in detail with reference to FIG. 1.

도 1은 종래기술에 따른 수직구조 질화물계 반도체 발광소자의 구조를 나타 낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the structure of a vertical nitride semiconductor light emitting device according to the prior art.

도 1에 도시한 바와 같이, 종래기술에 따른 수직구조 질화물계 반도체 발광소자의 최하부에는 구조지지층(200)이 형성되어 있다.As shown in FIG. 1, a structure supporting layer 200 is formed at the bottom of a vertical nitride semiconductor light emitting device according to the prior art.

상기 구조지지층(200) 상에는 p형 전극(150)이 형성되어 있다. 상기 p형 전극(150)은, 전극 역할 및 반사 역할을 동시에 하도록 반사율이 높은 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다.The p-type electrode 150 is formed on the structure support layer 200. The p-type electrode 150 is preferably made of a metal having a high reflectance so as to simultaneously serve as an electrode and a reflection role.

상기 p형 전극(150) 상에는, p형 질화물 반도체층(140)과, 활성층(130) 및 n형 질화물 반도체층(120)이 차례로 형성되어 있다.The p-type nitride semiconductor layer 140, the active layer 130, and the n-type nitride semiconductor layer 120 are sequentially formed on the p-type electrode 150.

상기 n형 질화물 반도체층(120) 상에는 ITO로 이루어진 투명전극(160)이 형성되어 있고, 상기 투명전극(160) 상에는 n형 전극(170)이 형성되어 있다.The transparent electrode 160 made of ITO is formed on the n-type nitride semiconductor layer 120, and the n-type electrode 170 is formed on the transparent electrode 160.

이러한 종래의 수직구조 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법은, 도면에 도시하지는 않았지만, 우선 사파이어 기판 상에 버퍼층, n형 질화물 반도체층(120), 활성층(130) 및 p형 질화물 반도체층(140)을 차례로 형성한다.Although not shown in the drawing, the conventional vertical structure nitride-based semiconductor light-emitting device manufacturing method includes a buffer layer, an n-type nitride semiconductor layer 120, an active layer 130 and a p-type nitride semiconductor layer 140 on a sapphire substrate. Form in turn.

그런 다음, 상기 p형 질화물 반도체층(140) 상에 p형 전극(150) 및 구조지지층(200)을 차례로 형성한 후, 상기 사파이어 기판을 LLO 공정으로 제거하여 상기 버퍼층을 드러낸다.Then, the p-type electrode 150 and the structure support layer 200 are sequentially formed on the p-type nitride semiconductor layer 140, and then the sapphire substrate is removed by an LLO process to expose the buffer layer.

그런 후에, 상기 버퍼층 또는 상기 버퍼층이 제거된 n형 질화물 반도체층(120) 상에, 오믹 접촉을 형성하기 위해 ITO로 이루어진 투명전극(160)을 형성하고, 상기 투명전극(160) 위에 n형 전극(170)을 형성한다.Thereafter, on the buffer layer or the n-type nitride semiconductor layer 120 from which the buffer layer is removed, a transparent electrode 160 made of ITO is formed to form an ohmic contact, and the n-type electrode is formed on the transparent electrode 160. Form 170.

그러나, 이러한 종래기술에 따른 수직구조 질화물계 반도체 발광소자에 있어 서, 상기한 바와 같이 n형 질화물 반도체층(120) 상에 투명전극(160)을 형성함으로써 얻을 수 있는 오믹 접촉 특성의 개선효과가 충분하지 않다.However, in the vertical nitride semiconductor light emitting device according to the related art, as described above, the effect of improving ohmic contact characteristics obtained by forming the transparent electrode 160 on the n-type nitride semiconductor layer 120 is improved. Not full yet.

따라서, 당 기술분야에서는 오믹 접촉 특성의 개선효과를 극대화할 수 있는 새로운 방안이 요구되고 있다.Therefore, there is a need in the art for a new way to maximize the effect of improving the ohmic contact characteristics.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은, n형 질화물 반도체층 상에 상기 n형 질화물 반도체층보다 높은 도핑 농도를 갖는 고농도 n형 질화물 반도체층을 성장시킴으로써, 우수한 오믹 접촉을 얻을 수 있는 수직구조 질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to grow a high concentration n-type nitride semiconductor layer having a higher doping concentration than the n-type nitride semiconductor layer on the n-type nitride semiconductor layer. The present invention provides a vertical nitride semiconductor light emitting device capable of obtaining ohmic contact and a method of manufacturing the same.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 수직구조 질화물계 반도체 발광소자는, 구조지지층; 상기 구조지지층 상에 형성된 p형 전극; 상기 p형 전극 상에 형성된 p형 질화물 반도체층; 상기 p형 질화물 반도체층 상에 형성된 활성층; 상기 활성층 상에 형성된 n형 질화물 반도체층; 상기 n형 질화물 반도체층 상에 형성되며, 상기 n형 질화물 반도체층보다 높은 도핑 농도를 갖는 고농도 n형 질화물 반도체층; 및 상기 고농도 n형 질화물 반도체층 상에 형성된 n형 전극;을 포함한다.Vertical structure nitride-based semiconductor light emitting device according to the present invention for achieving the above object, the structure support layer; A p-type electrode formed on the structure support layer; A p-type nitride semiconductor layer formed on the p-type electrode; An active layer formed on the p-type nitride semiconductor layer; An n-type nitride semiconductor layer formed on the active layer; A high concentration n-type nitride semiconductor layer formed on the n-type nitride semiconductor layer and having a higher doping concentration than the n-type nitride semiconductor layer; And an n-type electrode formed on the high concentration n-type nitride semiconductor layer.

여기서, 상기 고농도 n형 질화물 반도체층의 도핑 농도는 2E18~2E19/㎤이고, 상기 n형 질화물 반도체층의 도핑 농도는 상기 고농도 n형 질화물 반도체층의 도핑 농도보다 작은 것을 특징으로 한다.The doping concentration of the high concentration n-type nitride semiconductor layer is 2E18 to 2E19 / cm 3, and the doping concentration of the n-type nitride semiconductor layer is smaller than the doping concentration of the high concentration n-type nitride semiconductor layer.

또한 상기 고농도 n형 질화물 반도체층의 두께는 5㎚ 내지 100 ㎚인 것을 특징으로 한다.In addition, the thickness of the high concentration n-type nitride semiconductor layer is characterized in that 5nm to 100nm.

또한 상기 고농도 n형 질화물 반도체층은 성장 속도 및 도핑 물질을 변화시키면서 형성된 것을 특징으로 한다.In addition, the high concentration n-type nitride semiconductor layer is characterized in that formed while changing the growth rate and the doping material.

또한 상기 고농도 n형 질화물 반도체층은 Ⅲ족 및 Ⅴ족 원소의 소스 및 캐리어 가스의 양을 변화시키면서 성장 속도를 조절하는 것을 특징으로 한다.In addition, the high concentration n-type nitride semiconductor layer is characterized by controlling the growth rate while varying the amount of the source and carrier gas of the Group III and Group V elements.

또한 상기 고농도 n형 질화물 반도체층은 Si 도핑과 함께 In 도핑을 부분적으로 수행하여 도핑 물질을 변화시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the high concentration n-type nitride semiconductor layer is characterized in that the doping material is changed by partially performing In doping together with Si doping.

그리고, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 수직구조 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법은, 사파이어 기판 상에 버퍼층, 고농도 n형 질화물 반도체층, n형 질화물 반도체층, 활성층 및 p형 질화물 반도체층을 차례로 형성하는 단계; 상기 p형 질화물 반도체층 상에 p형 전극을 형성하는 단계; 상기 p형 전극 상에 구조지지층을 형성하는 단계; 상기 사파이어 기판을 LLO 공정으로 제거하는 단계; 상기 사파이어 기판이 제거된 상기 버퍼층을 제거하는 단계; 및 상기 버퍼층이 제거된 상기 고농도 n형 질화물 반도체층 상에 n형 전극을 형성하는 단계;를 포함한다.In addition, a method of manufacturing a vertical nitride semiconductor light emitting device according to the present invention for achieving the above object is a buffer layer, a high concentration n-type nitride semiconductor layer, an n-type nitride semiconductor layer, an active layer and a p-type nitride semiconductor layer on the sapphire substrate Sequentially forming; Forming a p-type electrode on the p-type nitride semiconductor layer; Forming a structure support layer on the p-type electrode; Removing the sapphire substrate by an LLO process; Removing the buffer layer from which the sapphire substrate has been removed; And forming an n-type electrode on the high concentration n-type nitride semiconductor layer from which the buffer layer is removed.

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 질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.Now, a vertical nitride semiconductor light emitting 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 질화물계 반도체 발광소자의 구조에 관한 실시예Embodiment of the structure of a vertical nitride nitride semiconductor light emitting device

먼저, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 수직구조 질화물계 반도체 발광소자에 대하여 상세히 설명한다.First, a vertical nitride semiconductor light emitting device according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 2.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수직구조 질화물계 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing the structure of a vertical nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수직구조 질화물계 반도체 발광소자의 최하부에는, LED 소자의 지지층 및 전극으로서의 역할을 수행하는 구조지지층(200)이 형성되어 있다.
상기 구조지지층(200)은 최종적인 LED 소자의 지지층 및 전극으로서의 역할을 수행하며, 전해 도금 또는 무전해 도금법 등을 통해 구조지지층을 형성한다. 상기 구조지지층(200)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. 또한, 상기 금속층은 열증착(thermal evaporator), 전자선증착(e-beam evaporator), 스퍼터(sputter), 화학기상증착(CVD) 등의 방식을 통하여 형성된 것이 사용가능하다.As shown in FIG. 2, a structure support layer 200 which functions as a support layer and an electrode of the LED device is formed at the bottom of the vertical nitride semiconductor light emitting device according to the embodiment of the present invention.
The structural support layer 200 serves as a supporting layer and an electrode of the final LED element, and forms the structural support layer through electrolytic plating or electroless plating. The structure supporting layer 200 serves as a supporting layer and an electrode of the final LED device as described above, and may be formed of a silicon (Si) substrate, a GaAs substrate, a Ge substrate, or a metal layer. In addition, the metal layer may be formed by a thermal evaporator, an e-beam evaporator, a sputter, chemical vapor deposition (CVD), or the like.

상기 n형 및 p형 질화물 반도체층(120,140)과 활성층(130)은 Al_xIn_yGa_(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 물질일 수 있으며, MOCVD 및 MBE 공정과 같은 공지의 질화물 증착 공정을 통해 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 n형 질화물 반도체층(120)은 n형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층 등으로 이루어질 수 있으며, n형 불순물로는 Si 등을 사용하고, 상기 p형 질화물 반도체층(140)은 p형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층 등으로 이루어질 수 있으며, p형 불순물로는 Mg 등을 사용할 수 있다.The n-type and p-type nitride semiconductor layers 120 and 140 and the active layer 130 have Al _x In _y Ga _(1-x- y) N composition formulas, where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, and 0 ≦ x. + y ≦ 1), and may be formed through known nitride deposition processes such as MOCVD and MBE processes. More specifically, the n-type nitride semiconductor layer 120 may be formed of a GaN layer or a GaN / AlGaN layer doped with n-type impurities, using n, etc. as the n-type impurities, the p-type nitride semiconductor layer Reference numeral 140 may include a GaN layer or a GaN / AlGaN layer doped with p-type impurities, and Mg may be used as the p-type impurity.

특히, 본 발명에 의한 수직구조 질화물계 반도체 발광소자에 있어서, 상기 n형 질화물 반도체층(120) 상에는, 오믹 접촉 특성을 향상시키기 위해, 상기 n형 질화물 반도체층(120)보다 높은 도핑 농도를 갖는 n+형 질화물 반도체층, 즉 고농도 n형 질화물 반도체층(300)이 형성되어 있다.In particular, in the vertical nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, the n-type nitride semiconductor layer 120 has a higher doping concentration than the n-type nitride semiconductor layer 120 in order to improve ohmic contact characteristics. An n + type nitride semiconductor layer, that is, a high concentration n type nitride semiconductor layer 300 is formed.

여기서, 상기 고농도 n형 질화물 반도체층(300)의 도핑 농도는 2E18~2E19/㎤이고, 상기 n형 질화물 반도체층(120)의 도핑 농도는 상기 고농도 n형 질화물 반도체층(300)의 도핑 농도보다 작은 것이 바람직하다.The doping concentration of the high concentration n-type nitride semiconductor layer 300 is 2E18 to 2E19 / cm 3, and the doping concentration of the n-type nitride semiconductor layer 120 is higher than that of the high concentration n-type nitride semiconductor layer 300. Small ones are preferable.

그리고, 상기 고농도 n형 질화물 반도체층(300)의 두께는 5㎚ 내지 100 ㎚인 것이 바람직하며, 이는 상기 고농도 n형 질화물 반도체층(300)의 두께가 100㎚ 보다 클 경우 질화물 반도체층의 막질이 저하될 우려가 있고, 5㎚ 보다 작을 경우 본 발명에서 원하는 오믹 접촉 특성의 개선효과를 얻을 수 없기 때문이다.And, the thickness of the high concentration n-type nitride semiconductor layer 300 is preferably 5nm to 100nm, which is the film quality of the nitride semiconductor layer when the thickness of the high concentration n-type nitride semiconductor layer 300 is greater than 100nm It is because there is a possibility that it is lowered, and when it is smaller than 5 nm, the effect of improving the ohmic contact characteristics desired in the present invention cannot be obtained.

이러한 고농도 n형 질화물 반도체층(300)은, 결정성 향상을 위해 그 성장 속도 및 그에 도핑되는 도핑 물질을 변화시키면서 형성된 것일 수 있다.The high concentration n-type nitride semiconductor layer 300 may be formed while changing its growth rate and a doping material doped therein to improve crystallinity.

즉, 상기 고농도 n형 질화물 반도체층(300)의 성장시, Ⅲ족 및 Ⅴ족 원소의 소스 및 캐리어 가스의 양을 변화시키면서 성장 속도를 조절할 수도 있고, 또한 상기 n형 질화물 반도체층(300) 성장시 Si 도핑과 함께 In 도핑을 부분적으로 수행하여 도핑 물질을 변화시킬 수도 있는 것이다. 이와 같이 하면, 상기 고농도 n형 질화물 반도체층(300)의 결정성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.That is, when the high concentration n-type nitride semiconductor layer 300 is grown, the growth rate may be adjusted while changing the amounts of source and carrier gases of group III and group V elements, and the growth of the n-type nitride semiconductor layer 300 is also performed. In doping may be partially performed together with Si doping to change the doping material. In this manner, there is an advantage that the crystallinity of the high concentration n-type nitride semiconductor layer 300 can be improved.

상기 고농도 n형 질화물 반도체층(300) 상에는 n형 전극(170)이 형성되어 있다. An n-type electrode 170 is formed on the high concentration n-type nitride semiconductor layer 300.

상술한 바와 같은 본 발명에 의한 수직구조 질화물계 반도체 발광소자는, n형 질화물 반도체층(120)보다 더 높은 도핑 농도를 갖는 고농도 n형 질화물 반도체층(300) 상에 n형 전극(170)을 형성함으로써, 종래의 n형 질화물 반도체층(120) 상에 n형 전극(170)을 형성하는 경우에 비해, 오믹 접촉 특성을 개선할 수 있는 효과가 있다.In the vertical nitride semiconductor light emitting device according to the present invention as described above, the n-type electrode 170 is placed on the high-concentration n-type nitride semiconductor layer 300 having a higher doping concentration than the n-type nitride semiconductor layer 120. By forming, the ohmic contact characteristic can be improved as compared with the case of forming the n-type electrode 170 on the conventional n-type nitride semiconductor layer 120.

한편, 본 실시예에서 나타낸 바와 같이 상기 고농도 n형 질화물 반도체층(300)과 n형 전극(170)의 사이 계면, 즉, 고농도 n형 질화물 반도체층(300) 상에 형성된 투명전극(160)을 더 포함할 수 있다.Meanwhile, as shown in the present embodiment, the transparent electrode 160 formed on the interface between the high concentration n-type nitride semiconductor layer 300 and the n-type electrode 170, that is, the high concentration n-type nitride semiconductor layer 300 is formed. It may further include.

수직구조 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법에 관한 실시예Embodiment of a manufacturing method of a vertical nitride semiconductor light emitting device

이하, 본 발명의 실시예에 따른 수직구조 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법에 대하여 도 3a 내지 도 3e를 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a vertical nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3A to 3E.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시예에 따른 수직구조 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도이다.3A through 3E are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a vertical nitride semiconductor light emitting device according to an exemplary embodiment of the present invention.

먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이, 기판(100) 상에 버퍼층(110), 고농도 n형 질화물 반도체층(300), n형 질화물 반도체층(120), 활성층(130) 및 p형 질화물 반도체층(140)을 차례로 형성하여 발광 구조물을 완성하고 나서, 상기 발광 구조물의 p형 질화물 반도체층(140) 상에 p형 전극(150)을 형성한다.First, as shown in FIG. 3A, a buffer layer 110, a high concentration n-type nitride semiconductor layer 300, an n-type nitride semiconductor layer 120, an active layer 130, and a p-type nitride semiconductor layer are formed on the substrate 100. 140 is formed in order to complete the light emitting structure, and then the p-type electrode 150 is formed on the p-type nitride semiconductor layer 140 of the light emitting structure.

상기 기판(100)은 바람직하게는, 사파이어를 포함하는 투명한 재료를 이용하여 형성하며, 사파이어 이외에, 기판(100)은 징크 옥사이드(zinc oxide, ZnO), 갈륨 나이트라이드(gallium nitride, GaN), 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC) 및 알루미늄 나이트라이드(aluminum nitride, AlN)로 형성할 수 있다.The substrate 100 is preferably formed using a transparent material including sapphire, and in addition to sapphire, the substrate 100 may be formed of zinc oxide (ZnO), gallium nitride (GaN), and silicon. It may be formed of carbide (SiC) and aluminum nitride (AlN).

상기 버퍼층(110)은 상기 기판(100)과 상기 n형 질화물 반도체층(120)간의 격자 정합을 향상시키기 위해 성장시키는 것으로서, 일반적으로, 상기 버퍼층(110)에는 불순물이 도핑되어 있지 않거나, 저농도로 도핑되어 있거나, 또는 상기 버퍼층(110)은 불순물이 도핑되지 않은 층과 저농도로 도핑된 층의 적층구조로 이루어질 수 있다.The buffer layer 110 is grown to improve lattice matching between the substrate 100 and the n-type nitride semiconductor layer 120. In general, the buffer layer 110 is not doped with impurities or has a low concentration. The doped or buffer layer 110 may be formed of a stacked structure of a layer not doped with impurities and a lightly doped layer.

상기 n형 및 p형 질화물 반도체층(120,140)과 활성층(130)은, 상술한 바와 같이 Al_xIn_yGa_(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도 체 물질일 수 있으며, MOCVD 및 MBE 공정과 같은 공지의 질화물 증착 공정을 통해 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 n형 질화물 반도체층(120)은 n형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층 등으로 이루어질 수 있으며, n형 불순물로는 예를 들어, Si 등을 사용하며, 상기 p형 질화물 반도체층(140)은 p형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층 등으로 이루어질 수 있으며, p형 불순물로는 예를 들어, Mg 등을 사용할 수 있다.As described above, the n-type and p-type nitride semiconductor layers 120 and 140 and the active layer 130 have an Al _x In _y Ga _(1-x- y) N composition formula (where 0 ≦ x ≦ 1 and 0 ≦ y ≦). 1, 0 ≦ x + y ≦ 1), and may be formed through known nitride deposition processes such as MOCVD and MBE processes. More specifically, the n-type nitride semiconductor layer 120 may be formed of a GaN layer or a GaN / AlGaN layer doped with n-type impurities, for example, as the n-type impurities, for example, using Si, the p The type nitride semiconductor layer 140 may be formed of a GaN layer or a GaN / AlGaN layer doped with p-type impurities. For example, Mg may be used as the p-type impurity.

상기 p형 전극(150)은, 전극 역할 및 반사 역할을 동시에 하도록 반사율이 높은 금속으로 형성하는 것이 바람직하다.The p-type electrode 150 is preferably formed of a metal having high reflectance so as to simultaneously serve as an electrode and a reflective role.

특히, 본 발명에서는, 상기 버퍼층(110)과 상기 n형 질화물 반도체층(120) 사이에, 상기 n형 질화물 반도체층(120)보다 높은 도핑 농도를 갖는 n+형 질화물 반도체층, 즉 고농도 n형 질화물 반도체층(300)을 성장시키는데, 이 때, 상기 고농도 n형 질화물 반도체층(300)의 도핑 농도는 2E18~2E19/㎤인 것이 바람직하고, 상기 n형 질화물 반도체층(120)의 도핑 농도는 상기 고농도 n형 질화물 반도체층(300)의 도핑 농도보다 작은 것이 바람직하다.In particular, in the present invention, between the buffer layer 110 and the n-type nitride semiconductor layer 120, an n + type nitride semiconductor layer having a higher doping concentration than the n-type nitride semiconductor layer 120, that is, high concentration n-type nitride When the semiconductor layer 300 is grown, the doping concentration of the high concentration n-type nitride semiconductor layer 300 is preferably 2E18 to 2E19 / cm 3, and the doping concentration of the n-type nitride semiconductor layer 120 is It is preferable that the doping concentration of the high concentration n-type nitride semiconductor layer 300 is smaller.

또한, 상기 고농도 n형 질화물 반도체층(300)은, 5㎚ 내지 100 ㎚의 두께로 형성하는 것이 바람직하며, 그 성장 속도 및 그에 도핑되는 도핑 물질을 변화시키면서 형성함으로써 그 결정성을 향상시킬 수도 있다. 즉, 상술한 바와 같이 상기 고농도 n형 질화물 반도체층(300)의 성장시, Ⅲ족 및 Ⅴ족 원소의 소스 및 캐리어 가스의 양을 변화시키면서 성장 속도를 조절할 수도 있고, 또한 상기 n형 질화물 반도체층(300) 성장시 Si 도핑과 함께 In 도핑을 부분적으로 수행하여 도핑 물질을 변화시킬 수도 있는 것이다.In addition, the high concentration n-type nitride semiconductor layer 300 is preferably formed in a thickness of 5 nm to 100 nm, and the crystallinity may be improved by changing the growth rate and the doping material doped thereto. . That is, as described above, during the growth of the high concentration n-type nitride semiconductor layer 300, the growth rate may be adjusted while changing the amounts of source and carrier gases of group III and group V elements, and the n-type nitride semiconductor layer In some embodiments, the doping material may be changed by partially performing In doping together with Si doping.

이러한 고농도 n형 질화물 반도체층(300)은, n형 질화물 반도체층(120)보다 오믹 접촉 특성이 우수한 장점이 있다.The high concentration n-type nitride semiconductor layer 300 has an advantage of superior ohmic contact characteristics than the n-type nitride semiconductor layer 120.

그 다음에, 도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 p형 전극(150) 상에 구조지지층(200)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 3B, the structural support layer 200 is formed on the p-type electrode 150.

다음으로, 도 3c에 도시한 바와 같이, LLO 공정으로 상기 기판(100)을 제거하여, 상기 버퍼층(110)의 표면이 드러나도록 한다.Next, as shown in FIG. 3C, the substrate 100 is removed by an LLO process to expose the surface of the buffer layer 110.

그런 다음, 도 3d에 도시한 바와 같이, 상기 기판(100)이 제거되어 노출된 상기 버퍼층(110)을 제거하여, 상기 고농도 n형 질화물 반도체층(300)이 드러나도록 한다.3D, the high concentration n-type nitride semiconductor layer 300 is exposed by removing the exposed buffer layer 110 by removing the substrate 100.

이와 같이 상기 버퍼층(110)을 제거하여 상기 고농도 n형 질화물 반도체층(300)을 드러내는 것은, 상기 고농도 n형 질화물 반도체층(300)이 후속의 n형 전극(170) 또는 투명 전극(160)과 접촉되도록 하여, 오믹 접촉 특성을 개선하기 위한 것이다.As such, the high concentration n-type nitride semiconductor layer 300 is removed by removing the buffer layer 110, so that the high concentration n-type nitride semiconductor layer 300 is formed with a subsequent n-type electrode 170 or a transparent electrode 160. And to improve ohmic contact characteristics.

다음으로, 도 3e에 도시한 바와 같이, 상기 고농도 n형 질화물 반도체층(300) 상에 투명전극(160)을 형성하고 나서, 상기 투명전극(160) 상에 n형 전극(170)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 3E, the transparent electrode 160 is formed on the high concentration n-type nitride semiconductor layer 300, and then the n-type electrode 170 is formed on the transparent electrode 160. .

한편, 본 발명은 투명전극(160)을 형성하고 있으나, 이는 생략 가능하며, 즉, 상기 고농도 n형 질화물 반도체층(300) 상에 바로 n형 전극(170)을 형성할 수 있다.Meanwhile, although the transparent electrode 160 is formed in the present invention, this may be omitted, that is, the n-type electrode 170 may be formed directly on the high concentration n-type nitride semiconductor layer 300.

이와 같이, 본 발명은 n형 질화물 반도체층(300)보다 높은 도핑 농도를 갖는 고농도 n형 질화물 반도체층(300) 상에 투명전극(160)을 형성하거나, 상기 고농도 n형 질화물 반도체층(300) 상에 n형 전극(170)을 형성함으로써 오믹 접촉 특성을 개선할 수 있는 효과가 있다.As such, the present invention forms the transparent electrode 160 on the high concentration n-type nitride semiconductor layer 300 having a higher doping concentration than the n-type nitride semiconductor layer 300, or the high concentration n-type nitride semiconductor layer 300 By forming the n-type electrode 170 on the, there is an effect that can improve the ohmic contact characteristics.

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 개시된 실시예에 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 to the disclosed embodiments, but 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 belong to the scope of the present invention.

앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 수직구조 질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 의하면, 버퍼층과 n형 질화물 반도체층 사이에, 상기 n형 질화물 반도체층보다 높은 도핑 농도를 갖는 n+형 질화물 반도체층, 즉 고농도 n형 질화물 반도체층을 성장시키고, 후속적으로 형성되는 투명전극이 상기 고농도 n형 질화물 반도체층과 접촉되거나, 상기 고농도 n형 질화물 반도체층과 n형 전극이 접촉되도록 함으로써 오믹 접촉 특성을 개선할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the vertical nitride semiconductor light emitting device and the method of manufacturing the same, an n + type nitride semiconductor layer having a higher doping concentration between the buffer layer and the n type nitride semiconductor layer than the n type nitride semiconductor layer. That is, the high-concentration n-type nitride semiconductor layer is grown, and the subsequently formed transparent electrode is brought into contact with the high-concentration n-type nitride semiconductor layer, or the high-concentration n-type nitride semiconductor layer is brought into contact with the n-type electrode to improve ohmic contact characteristics. There is an effect that can be improved.

Claims

Structural support layer;

A p-type electrode formed on the structure support layer;

A p-type nitride semiconductor layer formed on the p-type electrode;

An active layer formed on the p-type nitride semiconductor layer;

An n-type nitride semiconductor layer formed on the active layer;

A high concentration n-type nitride semiconductor layer formed on the n-type nitride semiconductor layer and having a higher doping concentration than the n-type nitride semiconductor layer; And

An n-type electrode formed on the high concentration n-type nitride semiconductor layer;

Vertical structure nitride-based semiconductor light emitting device comprising a.

The method of claim 1,

The vertical structure nitride-based semiconductor light emitting device further comprises a transparent electrode formed on the entire surface or part of the surface of the high concentration n-type nitride semiconductor layer in contact with the n-type electrode

The method of claim 1,

The doping concentration of the high concentration n-type nitride semiconductor layer is 2E18 to 2E29 / cm 3, and the doping concentration of the n-type nitride semiconductor layer is smaller than the doping concentration of the high concentration n-type nitride semiconductor layer. device.

The method of claim 1,

The high-concentration n-type nitride semiconductor layer has a thickness of 5 nm to 100 nm.

The method of claim 1,

And the high concentration n-type nitride semiconductor layer is formed while changing the growth rate and the doping material.

The method of claim 5,

The high concentration n-type nitride semiconductor layer is a vertical structure nitride-based semiconductor light emitting device, characterized in that for controlling the growth rate while changing the amount of source and carrier gas of Group III and Group V elements.

The method of claim 5,

The high-concentration n-type nitride semiconductor layer is a vertical structure nitride-based semiconductor light emitting device, characterized in that for changing the doping material by partially doping the In doping with Si doping.

Sequentially forming a buffer layer, a high concentration n-type nitride semiconductor layer, an n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer on the sapphire substrate;

Forming a p-type electrode on the p-type nitride semiconductor layer;

Forming a structure support layer on the p-type electrode;

Removing the sapphire substrate by an LLO process;

Removing the buffer layer from which the sapphire substrate has been removed; And

Forming an n-type electrode on the high concentration n-type nitride semiconductor layer from which the buffer layer is removed;

Method of manufacturing a vertical nitride semiconductor light emitting device comprising a.

The method of claim 8,

And forming a transparent electrode on the high concentration n-type nitride semiconductor layer before forming the n-type electrode on the high concentration n-type nitride semiconductor layer from which the buffer layer is removed. Method of manufacturing nitride-based semiconductor light emitting device.

The method of claim 8,

The doping concentration of the high concentration n-type nitride semiconductor layer is 2E18 to 2E19 cm 3, and the doping concentration of the n-type nitride semiconductor layer is smaller than the doping concentration of the high concentration n-type nitride semiconductor layer. Manufacturing method.

The method of claim 8,

The high concentration n-type nitride semiconductor layer is a manufacturing method of the vertical nitride-based semiconductor light emitting device, characterized in that formed in a thickness of 5nm to 100nm.

The method of claim 8,

The high concentration n-type nitride semiconductor layer is a vertical structure nitride-based semiconductor light emitting device manufacturing method, characterized in that formed by changing the doping material.

The method of claim 12,

The high concentration n-type nitride semiconductor layer is a vertical structure nitride-based semiconductor light emitting device manufacturing method characterized in that the growth rate is adjusted while varying the amount of source and carrier gas of the group III and V elements.

The method of claim 12,

The high concentration n-type nitride semiconductor layer is a method of manufacturing a vertical nitride-based semiconductor light emitting device, characterized in that for changing the doping material by partially doping the In doping with Si doping.