KR100892741B1 - Light emitting device of a nitride compound semiconductor and the fabrication method thereof - Google Patents

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KR100892741B1
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김광중
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서울옵토디바이스주식회사
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Abstract

A light emitting device of a nitride compound semiconductor and a fabrication method thereof are provided to effectively reduce the generation of the crack caused by the lattice constant of substrate by decreasing the crystallization stress between the substrate and the semiconductor layer. A prepared substrate is located inside a reaction chamber(S1). The substrate has the lattice constant which is similar to the nitride semiconductor layer formed on the substrate. The InGaN buffer layer is formed on the substrate(S2). An u-GaN(undoped-GaN) layer is formed on the InGaN buffer layer(S3). An n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer are formed on the u-GaN layer(S4). Light emitting cells are formed by patterning the p-type semiconductor layer, the active layer, and the n-type semiconductor layer(S5). A part of n-type semiconductor layer is exposed by patterning the p-type semiconductor layer and the active layer of the light emitting cells(S6). A p-type Ohmic metal layer and an n-type Ohmic metal layer are formed on the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer(S7). A p-type pad and an n-type pad are formed on the light emitting cell(S9).

Description

질화물 반도체 발광 소자 및 그 제조방법{LIGHT EMITTING DEVICE OF A NITRIDE COMPOUND SEMICONDUCTOR AND THE FABRICATION METHOD THEREOF}LIGHT EMITTING DEVICE OF A NITRIDE COMPOUND SEMICONDUCTOR AND THE FABRICATION METHOD THEREOF

본 발명은 질화물 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교류 전원을 이용하여 구동하는 발광소자에서 기판과 반도체층 사이에 개재되는 버퍼층을 IN 함량 5원자% 이하의 InGaN 버퍼층으로 구현함으로써 기판과 반도체층의 격자상수 및 열팽창 계수 차이에 기인한 크랙 등의 발생을 감소시키는 질화물 반도체 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to implement a buffer layer interposed between a substrate and a semiconductor layer as an InGaN buffer layer having an IN content of 5 atomic% or less in a light emitting device driven using an AC power source. The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device for reducing the occurrence of cracks and the like caused by the difference in lattice constant and thermal expansion coefficient of a substrate and a semiconductor layer, and a method of manufacturing the same.

발광 다이오드는 N형 반도체와 P형 반도체가 서로 접합된 구조를 가지는 광전변환 반도체 소자로서, 전자와 정공의 재결합에 의하여 빛을 발산한다. 이러한 발광 다이오드는 표시소자 및 백라이트로 널리 이용되고 있다. 또한, 발광 다이오드는 기존의 전구 또는 형광등에 비해 소모 전력이 작고 수명이 길어, 백열전구 및 형광등을 대체하여 일반 조명 용도로 그 사용 영역을 넓히고 있다.A light emitting diode is a photoelectric conversion semiconductor device having a structure in which an N-type semiconductor and a P-type semiconductor are bonded to each other and emit light by recombination of electrons and holes. Such light emitting diodes are widely used as display devices and backlights. In addition, the light emitting diode consumes less power and has a longer lifespan than existing light bulbs or fluorescent lamps, thereby replacing its incandescent lamps and fluorescent lamps, thereby expanding its use area for general lighting.

발광 다이오드는 교류전원하에서 전류의 방향에 따라 온/오프를 반복한다. 따라서, 발광 다이오드를 교류전원에 직접 연결하여 사용할 경우, 발광 다이오드가 연속적으로 빛을 방출하지 못하며, 역방향 전류에 의해 쉽게 파손되는 문제점이 있 다.The light emitting diode is repeatedly turned on and off in accordance with the direction of the current under AC power. Therefore, when the light emitting diode is directly connected to an AC power source, the light emitting diode does not emit light continuously and is easily broken by reverse current.

이러한 발광 다이오드의 문제점을 해결하여, 고전압 교류전원에 직접 연결하여 사용할 수 있는 발광 다이오드가 국제공개번호 WO 2004/023568(Al)호에 "발광 성분들을 갖는 발광소자"(LIGHT-EMITTING DEVICE HAVING LIGHT-EMITTING ELEMENTS)라는 제목으로 사카이 등(SAKAI et. al.)에 의해 개시된 바 있다.In order to solve the problem of the light emitting diode, a light emitting diode that can be directly connected to a high voltage AC power source is disclosed in International Publication No. WO 2004/023568 (Al) "Light-Emitting Device Having Light-Emitting Components". EMITTING ELEMENTS, which was disclosed by SAKAI et. Al.

상기 WO 2004/023568(Al)호에 따르면, LED들이 사파이어 기판과 같은 절연성 기판 상에 2차원적으로 직렬연결되어 LED 어레이를 형성한다. 이러한 두개의 LED 어레이들이 상기 사파이어 기판 상에서 역병렬로 연결된다. 그 결과, AC 파워 서플라이에 의해 구동될 수 있는 단일칩 발광소자가 제공된다.According to WO 2004/023568 (Al), the LEDs are two-dimensionally connected in series on an insulating substrate such as a sapphire substrate to form an LED array. These two LED arrays are connected in anti-parallel on the sapphire substrate. As a result, a single chip light emitting device that can be driven by an AC power supply is provided.

일반적으로 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN) 등과 같은 Ⅲ족 원소의 질화물은 열적 안정성이 우수하고 직접 천이형의 에너지 밴드(band) 구조를 갖고 있어, 최근 청색 및 자외선 영역의 광전소자용 물질로 많은 각광을 받고 있다. 특히, 질화갈륨(GaN)을 이용한 청색 및 녹색 발광 소자는 대규모 천연색 평판 표시 장치, 신호등, 실내 조명, 고밀도광원, 고해상도 출력 시스템과 광통신 등 다양한 응용 분야에 활용되고 있다.In general, nitrides of Group III elements, such as gallium nitride (GaN) and aluminum nitride (AlN), have excellent thermal stability and have a direct transition energy band structure. As a lot of attention. In particular, blue and green light emitting devices using gallium nitride (GaN) have been used in various applications such as large-scale color flat panel display devices, traffic lights, indoor lighting, high density light sources, high resolution output systems, and optical communications.

이러한 III족 원소의 질화물 반도체층은 육방 정계의 구조를 갖는 사파이어(Sapphire)나 실리콘 카바이드(SiC) 등의 이종 기판에서 금속유기화학기상증착법(MOCVD) 또는 분자선 증착법(molecular beam epitaxy; MBE) 등의 공정을 통해 성장된다. 그러나, III족 원소의 질화물 반도체층이 이종기판 위에 형성될 경우, 반도체층과 기판 사이의 격자상수 및 열팽창 계수의 차이에 기인하여 반도체층 내에 크랙(crack) 또는 뒤틀림(warpage)이 발생하고, 전위(dislocation)가 생성된다. 반도체층 내의 크랙, 뒤틀림 및 전위는 발광 소자의 특성을 악화시킨다. 따라서, 기판과 반도체층 사이의 격자 상수 및 열팽창 계수 차이에 기인한 스트레스를 완화하기 위해 버퍼층이 일반적으로 사용된다.The nitride semiconductor layer of the group III element is a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE) on a heterogeneous substrate such as sapphire or silicon carbide (SiC) having a hexagonal structure Grown through the process. However, when a nitride semiconductor layer of a group III element is formed on a dissimilar substrate, cracks or warpage occur in the semiconductor layer due to a difference in lattice constant and thermal expansion coefficient between the semiconductor layer and the substrate, and a potential (dislocation) is generated. Cracks, distortions and dislocations in the semiconductor layer deteriorate the characteristics of the light emitting device. Therefore, a buffer layer is generally used to relieve stress due to the lattice constant and thermal expansion coefficient difference between the substrate and the semiconductor layer.

종래기술에 따르면, 반도체층과 기판 사이에 버퍼층을 형성하여, 기판과 반도체층 사이의 격자상수 및 열팽창 계수 차이에 기인한 크랙 등의 발생을 감소시킬 수 있다.According to the prior art, by forming a buffer layer between the semiconductor layer and the substrate, it is possible to reduce the occurrence of cracks due to the difference in lattice constant and thermal expansion coefficient between the substrate and the semiconductor layer.

그러나, 저온에서 성장된 버퍼층은 주로 기판에 수직으로 성장하므로 컬럼형상의 구조(columnar structure)를 갖는다. 한편, 반도체층은 그 하부에 위치한 버퍼층의 결정 구조, 결정질 및 컬럼의 크기 분포 등의 영향을 받는다. 즉, 버퍼층위의 반도체층에 버퍼층의 결정결함이 전사된다. 따라서, 버퍼층의 컬럼형상의 구조에 따른 결정결함은 반도체층의 결정결함으로 나타난다.However, the buffer layer grown at low temperature mainly grows perpendicularly to the substrate and thus has a columnar structure. On the other hand, the semiconductor layer is affected by the crystal structure, crystalline and column size distribution of the buffer layer located below. That is, crystal defects of the buffer layer are transferred to the semiconductor layer on the buffer layer. Therefore, crystal defects in accordance with the columnar structure of the buffer layer appear as crystal defects in the semiconductor layer.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 교류 전원을 이용하여 구동하는 질화물 반도체 발광 소자를 제작하기 위해 기판과 반도체층의 사이에 버퍼층을 생성할 때 그 위에 성장되는 반도체층의 결정결함을 감소시킬 수 있는 버퍼층을 포함하는 질화물 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to reduce the crystal defects of a semiconductor layer grown thereon when a buffer layer is created between a substrate and a semiconductor layer to fabricate a nitride semiconductor light emitting device driven using an AC power source. A nitride semiconductor light emitting device including a buffer layer and a method of manufacturing the same are provided.

이러한 과제들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일측면에 의하면, 교류전원에 의해 동작하는 질화물 반도체 발광 소자에 있어서, 하나의 기판과, 상기 하나의 기판상에 형성된 InGaN 버퍼층과, 제1 도전형 반도체층, 활성층, 제 2 도전형 반도체층을 갖는 GaN계 반도체층으로 이루어지며, 상기 InGaN 버퍼층 상부에 전기적으로 분리되어 형성된 상태에서 금속 배선을 통하여 직렬 연결된 복수개의 발광셀들을 포함하되, 상기 InGaN 버퍼층의 In 함량은 상기 활성층의 In 함량보다 작고 0보다 큰 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광 소자를 제공한다.In order to achieve these problems, according to one aspect of the present invention, in a nitride semiconductor light emitting device operated by an AC power source, one substrate, an InGaN buffer layer formed on the one substrate, and a first conductivity type semiconductor layer And a GaN-based semiconductor layer having an active layer and a second conductivity type semiconductor layer, and including a plurality of light emitting cells connected in series through a metal wire in a state of being electrically separated from the InGaN buffer layer, wherein the InGaN buffer layer The content is smaller than the In content of the active layer and provides a nitride semiconductor light emitting device, characterized in that greater than zero.

바람직하게는, 상기 InGaN 버퍼층은 2 내지 3원자%의 In 함량을 가진다.Preferably, the InGaN buffer layer has an In content of 2 to 3 atomic%.

바람직하게는, 상기 InGaN 버퍼층은, 상기 기판위에 다층으로 형성된 InGaN 버퍼층들을 포함하되, 상기 InGaN 버퍼층들의 각 층은 상기 기판에서 상기 제1 도전형 반도체층으로 다가갈수록 In의 함량이 감소하는 특징을 가진다.Preferably, the InGaN buffer layer includes InGaN buffer layers formed in multiple layers on the substrate, wherein each layer of the InGaN buffer layers is characterized in that the content of In decreases as it approaches the first conductive semiconductor layer from the substrate. .

바람직하게는, 상기 복수개의 발광셀들은 2개의 열로 병렬배치되며, 제 1 열과 제 2 열은 극성이 서로 반대 방향으로 배열되어 있다.Preferably, the plurality of light emitting cells are arranged in two rows in parallel, and the first and second columns are arranged in opposite directions to each other.

바람직하게는, 상기 발광셀들 각각은 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하고, 상기 발광셀들은 인접합 발광셀들의 제1 도전형 반도체층들과 제2 도전형 반도체층들이 금속배선들에 의해 각각 전기적으로 직렬 연결된다.Preferably, each of the light emitting cells includes a first conductivity type semiconductor layer, an active layer and a second conductivity type semiconductor layer, and the light emitting cells are formed of the first conductivity type semiconductor layers and the second conductivity type of adjacent light emitting cells. The semiconductor layers are each electrically connected in series by metal wires.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 교류전원에 의해 동작하는 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법에 있어서, 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판위에 InGaN 버퍼층을 형성하는 단계와, 상기 InGaN 버퍼층위에 제1 도전형 반도체층, 활성층, 제 2 도전형 반도체층을 갖는 GaN계 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 GaN계 반도체층을 패터닝하여 전기적으로 분리되어 형성된 상태에서 금속 배선을 통하여 직렬 연결된 복수개의 발광셀들을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 InGaN 버퍼층의 In 함량은 상기 활성층의 In 함량보다 작고 0보다 큰 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광 소자 제조 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device operating by an alternating current power source, comprising: preparing a substrate, forming an InGaN buffer layer on the substrate, and forming a first conductivity type on the InGaN buffer layer. Forming a GaN-based semiconductor layer having a semiconductor layer, an active layer, and a second conductivity-type semiconductor layer; and forming a plurality of light emitting cells connected in series through a metal wire in a state in which the GaN-based semiconductor layer is electrically separated from each other. Including the step, wherein the In content of the InGaN buffer layer provides a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device, characterized in that less than the In content of the active layer and greater than zero.

바람직하게는, 상기 InGaN 버퍼층은 2 내지 3원자%의 In 함량을 가진다.Preferably, the InGaN buffer layer has an In content of 2 to 3 atomic%.

바람직하게는, 상기 InGaN 버퍼층을 형성하는 단계는, 상기 기판위에 InGaN 버퍼층을 다층으로 형성하되, 상기 InGaN 버퍼층의 각 층은 상기 기판에서 상기 제1 도전형 반도체층으로 다가갈수록 In의 함량이 감소하는 특징을 가진다.Preferably, the forming of the InGaN buffer layer, InGaN buffer layer is formed in a multi-layer on the substrate, each layer of the InGaN buffer layer is reduced in the content of In closer to the first conductive semiconductor layer from the substrate Has characteristics.

본 발명의 실시예에 따르면, 기판과 반도체층 사이에 버퍼층을 개재함에 있어서 버퍼층을 활성층의 In 함량보다 작은, 예를 들어 0보다 크고 5원자% 이하의 In 함량을 가지는 InGaN 버퍼층으로 구현함으로써, 기판과 반도체층과의 계면 공백 및 결정스트레스를 작게 하여 기판과 반도체층의 격자상수 및 열팽창 계수 차이에 기인한 크랙 등의 발생을 효과적으로 감소시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the intervening buffer layer between the substrate and the semiconductor layer, the buffer layer is embodied as an InGaN buffer layer smaller than the In content of the active layer, for example, having an In content of greater than 0 and less than 5 atomic%. By reducing the interfacial gap and crystal stress between the semiconductor layer and the semiconductor layer, it is possible to effectively reduce the occurrence of cracks due to the difference in lattice constant and thermal expansion coefficient between the substrate and the semiconductor layer.

또한, 반도체층은 그 하부에 위치한 버퍼층의 결정 구조, 결정질 및 컬럼의 크기 분포 등의 영향을 받는다. 즉, 버퍼층위의 반도체층에 버퍼층의 결정결함이 전사된다. 본 발명의 실시예에 의하면 버퍼층의 결정결함이 줄어듦에 따라 반도체층의 결정결함도 줄어들게 되어 질화물 발광 소자의 광수율을 개선시킬 수 있다.In addition, the semiconductor layer is influenced by the crystal structure, crystalline and column size distribution of the buffer layer disposed below. That is, crystal defects of the buffer layer are transferred to the semiconductor layer on the buffer layer. According to the exemplary embodiment of the present invention, as the crystal defects of the buffer layer are reduced, the crystal defects of the semiconductor layer are also reduced, thereby improving the light yield of the nitride light emitting device.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are provided as examples to ensure that the spirit of the present invention to those skilled in the art will fully convey.

따라서, 본 발명은 이하 설명된 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Accordingly, the present invention is not limited to the embodiments described below and may be embodied in other forms. In the drawings, widths, lengths, thicknesses, and the like of components may be exaggerated for convenience. Like numbers refer to like elements throughout.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 발광소자는 기판(110)과, 기판(110) 상에 형성된 InGaN 버퍼층(120)과, InGaN 버퍼층(120)상에 형성된 u-GaN층(130)과, u-GaN층(130)상에 패터닝된 복수개의 발광셀들(100-1 내지 100-n)과, 상기 복수개의 발광셀들(100-1 내지 100-n)을 직렬 연결하기 위한 금속배선들(180-1 내지 180-n-1)을 포함한다. Referring to FIG. 1, the light emitting device of the present invention includes a substrate 110, an InGaN buffer layer 120 formed on the substrate 110, a u-GaN layer 130 formed on the InGaN buffer layer 120, and u. A plurality of light emitting cells 100-1 to 100-n patterned on the GaN layer 130 and metal wirings for connecting the plurality of light emitting cells 100-1 to 100-n in series ( 180-1 to 180-n-1).

기판(110)은 사파이어, 스피넬(spinel), Si 기판, SiC 기판, ZnO 기판, GaAs 기판, GaN 기판 등이 사용될 수 있다.The substrate 110 may be a sapphire, spinel, Si substrate, SiC substrate, ZnO substrate, GaAs substrate, GaN substrate, or the like.

상기 InGaN 버퍼층(120)은 그 상부에 형성될 반도체층들과 상기 기판(110) 사이의 격자 불일치를 완화하기 위해 사용된다. 또한, 상기 발광셀들은 서로 전기적으로 분리되어야 한다.The InGaN buffer layer 120 is used to mitigate the lattice mismatch between the semiconductor layers to be formed thereon and the substrate 110. In addition, the light emitting cells should be electrically separated from each other.

본 실시예에서, 상기 InGaN 버퍼층(120)은 활성층(150)의 In 함량보다 작은 In 함량, 예를 들어 5원자% 이하가 되도록 하며, 최적으로는 2 내지 3원자%의 In 함량을 가지도록 한다.In the present embodiment, the InGaN buffer layer 120 has an In content smaller than the In content of the active layer 150, for example, 5 atomic% or less, and optimally has an In content of 2 to 3 atomic%. .

한편, 상기 복수개의 발광셀들(100-1 내지 100-n) 각각은 PN접합된 질화물 반도체층을 포함한다. Meanwhile, each of the plurality of light emitting cells 100-1 to 100-n includes a nitride semiconductor layer PN bonded.

본 실시예에서, 상기 발광셀들 각각은 N형 반도체층(140)과, 상기 N형 반도체층(140) 상의 소정영역에 형성된 활성층(150)과, 상기 활성층(150) 상에 형성된 P형 반도체층(160)을 포함한다. 상기 N형 반도체층(140) 상부면의 적어도 일부가 노출된다. 상기 N형 반도체층(140) 및 P형 반도체층(160) 상에 오믹금속층(170, 175)이 형성될 수 있다. 또한, N형 반도체층(140) 또는 P형 반도체층(160) 상에 1x 1019~1 x 1022/cm3 농도의 고농도 N형 반도체 터널링층이나 세미메탈(semi-metal)층이 형성되고 그 위에 투명전극층(미도시)이 더 형성될 수도 있다. In the present embodiment, each of the light emitting cells includes an N-type semiconductor layer 140, an active layer 150 formed in a predetermined region on the N-type semiconductor layer 140, and a P-type semiconductor formed on the active layer 150. Layer 160. At least a portion of an upper surface of the N-type semiconductor layer 140 is exposed. Ohmic metal layers 170 and 175 may be formed on the N-type semiconductor layer 140 and the P-type semiconductor layer 160. Also, on the N-type semiconductor layer 140 or the P-type semiconductor layer 160 1x 10 19 ~ 1 x 10 22 / cm 3 A high concentration N-type semiconductor tunneling layer or a semi-metal layer may be formed, and a transparent electrode layer (not shown) may be further formed thereon.

N형 반도체층(140)은 N형 불순물이 주입된 GaN 계열, 예컨대 N형 AlxInyGa1 -x-yN(0<x,y,x+y<1)막일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 반도체층으로 형성될 수 있다. 또한, P형 반도체층(160)은 P형 분순물이 주입된 GaN 계열, 예컨대 P형 AlxInyGa1-x-yN(0<x,y,x+y<1)막일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 반도체층으로 형성될 수 있다.The N-type semiconductor layer 140 may be a GaN-based implanted N-type impurity, for example, an N-type Al x In y Ga 1- xy N (0 <x, y, x + y <1) film, but is not limited thereto. It may be formed of various semiconductor layers. In addition, the P-type semiconductor layer 160 may be a GaN-based, for example, P-type Al x In y Ga 1-xy N (0 <x, y, x + y <1) film into which P-type impurities are injected. It is not limited and may be formed of various semiconductor layers.

상기 N형 반도체층(140) 및 P형 반도체층(160)은 InxGa1 -xN(0<x<1)막 또는 AlxGa1-xN(0<x<1)막일 수 도 있다.The N-type semiconductor layer 140 and the P-type semiconductor layer 160 may be an In x Ga 1- x N (0 <x <1) film or an Al x Ga 1-x N (0 <x <1) film. have.

상기 N형 반도체층(140)은 실리콘(Si)을 도우핑하여 형성할 수 있으며, P형 반도체층(160)은 아연(Zn) 또는 마그네슘(Mg)을 도우핑하여 형성할 수 있다.The N-type semiconductor layer 140 may be formed by doping silicon (Si), and the P-type semiconductor layer 160 may be formed by doping zinc (Zn) or magnesium (Mg).

활성층(150)은 전자 및 정공이 재결합되는 영역으로서, InGaN을 포함하여 이루어진다. 활성층(150)에서의 In의 함량은 10 내지 20 원자%일 수 있다. 상기 활성층(150)을 이루는 물질의 종류에 따라 발광셀에서 방출되는 발광 파장이 결정될 수 있다. 상기 활성층(150)은 양자우물층과 장벽층이 반복적으로 형성된 다층막일 수 있다. 상기 장벽층과 우물층은 일반식 AlxInyGa1-x-yN(0≤x,y,x+y<1)으로 표현되는 2원 내지 4원 화합물 반도체층들일 수 있다.The active layer 150 is an area where electrons and holes are recombined, and includes InGaN. The content of In in the active layer 150 may be 10 to 20 atomic%. The emission wavelength emitted from the light emitting cell may be determined according to the type of material constituting the active layer 150. The active layer 150 may be a multilayer film in which a quantum well layer and a barrier layer are repeatedly formed. The barrier layer and the well layer may be binary to quaternary compound semiconductor layers represented by general formula Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x, y, x + y <1).

상기 발광셀들은 금속배선들(180-1 내지 180-n-1)을 통해 직렬 연결된다. 본 실시예에서, 상기 금속배선들은 AC 파워 서플라이에 의해 구동될 수 있는 개수의 발광셀들(100-1 내지 100-n)이 직렬 연결된다. 즉, 발광소자에 인가되는 교류 구동전압/전류와 단일의 발광셀을 구동하기 위해 필요한 전압에 의해 직렬 연결될 발광셀들(100)의 개수가 한정된다. 예를 들어, 220V 교류 전압하에서 3.3V 구동용 발광셀들은 약 67 개가 직렬로 연결될 수 있다. 또한, 110V 교류 전압에서, 3.3V 구동 용 발광셀들은 대략 34개가 직렬로 연결될 수 있다.The light emitting cells are connected in series through metal wires 180-1 to 180-n-1. In the present embodiment, the metal wires are connected in series with the number of light emitting cells 100-1 to 100-n that can be driven by an AC power supply. That is, the number of light emitting cells 100 to be connected in series is limited by an AC driving voltage / current applied to the light emitting device and a voltage required to drive a single light emitting cell. For example, under a 220V AC voltage, about 67 LEDs for driving 3.3V may be connected in series. In addition, at 110V AC voltage, approximately 34V driving light emitting cells may be connected in series.

도 1에 도시된 바와 같이, n개의 발광셀들(100-1 내지 100-n)이 직렬 연결된 발광소자에 있어서, 제1 발광셀(100-1)의 N형 반도체층(140)과 제 2 발광셀(100-2)의 P형 반도체층(160)이 제 1 금속배선(180-1)을 통해 접속되고, 제2 발광셀(100-2)의 N형 반도체층(140)과 제3 발광셀(미도시)의 P형 반도체층(미도시)이 제2 금속배선(180-2)을 통해 접속된다. 그리고, 제 n-2 발광셀(미도시)의 N형 반도체층(미도시)과 제 n-1 발광셀(100-n-1)의 P형 반도체층(160)이 제n-2 금속배선(180-n-2)을 통해 접속되고, 제n-1 발광셀(100-n-1)의 N형 반도체층(140)과 제n 발광셀(100-n)의 P형 반도체층(160)이 제n-1 금속배선(180-n-1)을 통해 접속된다.As shown in FIG. 1, in a light emitting device in which n light emitting cells 100-1 to 100-n are connected in series, an N-type semiconductor layer 140 and a second of the first light emitting cell 100-1 are provided. The P-type semiconductor layer 160 of the light emitting cell 100-2 is connected through the first metal wiring 180-1, and the N-type semiconductor layer 140 and the third of the second light emitting cell 100-2 are connected. The P-type semiconductor layer (not shown) of the light emitting cell (not shown) is connected through the second metal wire 180-2. The n-type semiconductor layer 160 of the n-th light emitting cell (not shown) and the P-type semiconductor layer 160 of the n-th light emitting cell 100-n -1 are n-n metal wiring. Connected via (180-n-2), the N-type semiconductor layer 140 of the n-th light emitting cell 100-n-1 and the P-type semiconductor layer 160 of the n-th light emitting cell 100-n ) Is connected via the n-th metal wiring 180-n-1.

상기 직렬연결된 발광셀들은, 국제공개번호 WO 2004/023568(Al)호에 개시된 바와 같이, LED 어레이를 구성한다. 한편, 상기 발광소자는 서로 역병렬로 연결된 두개의 LED 어레이들을 가지어, 교류전원하에서 조명용으로 사용될 수 있다. 상기 제1 발광셀(100-1)의 P형 반도체층(160) 및 제n 발광셀(100-n)의 N형 반도체층(140)에 각각 교류전원에 전기적으로 연결하기 위한 P형 패드 및 N형 패드(미도시)가 형성될 수 있다.The series-connected light emitting cells constitute an LED array, as disclosed in WO 2004/023568 (Al). On the other hand, the light emitting device has two LED arrays connected in parallel to each other, can be used for illumination under AC power. A P-type pad for electrically connecting an AC power source to the P-type semiconductor layer 160 of the first light emitting cell 100-1 and the N-type semiconductor layer 140 of the n-th light emitting cell 100-n, respectively; An N-type pad (not shown) may be formed.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자를 형성하는 방법을 설명하기 위한 공정 순서도이고, 도 3 내지 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 발광 소자를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 2 is a flowchart illustrating a method of forming a nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 3 to 7 illustrate a method of manufacturing a light emitting device according to an embodiment of the present invention. It is a section for.

도 2 및 도 3을 참조하면, 기판(110)을 준비하여 반응 챔버내에 위치시킨다(S1). 기판(110)은 그 위에 형성될 질화물 반도체층과 유사한 격자상수를 갖는 다. 기판(110)은 사파이어, 스피넬(spinel), Si 기판, SiC 기판, ZnO 기판, GaAs 기판, GaN 기판 등이 사용될 수 있다.2 and 3, the substrate 110 is prepared and placed in the reaction chamber (S1). The substrate 110 has a lattice constant similar to that of the nitride semiconductor layer to be formed thereon. The substrate 110 may be a sapphire, spinel, Si substrate, SiC substrate, ZnO substrate, GaAs substrate, GaN substrate, or the like.

기판(110)위에 InGaN 버퍼층(120)을 형성한다(S2). An InGaN buffer layer 120 is formed on the substrate 110 (S2).

InGaN 버퍼층(120)은 금속 유기 화학 기상 증착법(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD), 수소화물 기상 성장법(hydride vapor phase epitaxy, HVPE) 또는 분자선 성장법(molecular beam epitaxy, MBE), 금속 유기 화학 기상 성장법(metalorganic chemical vapor phase epitaxy, MOCVPE) 등을 사용하여 형성할 수 있다. 이때, InGaN 버퍼층(120)은 In 함량이 5원자% 이하가 되도록 하며, 최적으로는 2 내지 3원자%의 In 함량을 가지도록 한다.The InGaN buffer layer 120 may include metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), hydride vapor phase epitaxy (HVPE) or molecular beam growth (MBE), metal organic chemical vapor deposition It can be formed using a growth method (metalorganic chemical vapor phase epitaxy, MOCVPE) and the like. In this case, the InGaN buffer layer 120 has an In content of 5 atomic% or less, and optimally has an In content of 2 to 3 atomic%.

InGaN 버퍼층(120)은 400℃ 내지 500℃에서 압력이 약 10 torr 내지 약 780 torr인 상태에서 상술한 결정 성장 방법 중 어느 하나를 이용하여 성장될 수 있다.The InGaN buffer layer 120 may be grown using any of the above-described crystal growth methods at a pressure of about 10 torr to about 780 torr at 400 ° C to 500 ° C.

InGaN 버퍼층(120)을 형성하기 위한 소오스 가스는 트리메틸인듐(trimethyl indium; TMI, In(CH3)3), 갈륨, 트리메틸갈륨(TMG) 및/또는 트리에틸갈륨(triethyl galiun; TEG) 등을 사용하고, 반응가스로 암모니아(NH3)를 사용한다. 이들 소오스 가스 및 반응가스를 반응 챔버 내에 유입시키고, 400 - 500℃에서 In 함량 5원자% 이하의 InGaN 버퍼층(120)을 형성한다.The source gas for forming the InGaN buffer layer 120 uses trimethyl indium (TMI, In (CH 3 ) 3 ), gallium, trimethylgallium (TMG) and / or triethyl galiun (TEG). Ammonia (NH 3 ) is used as the reaction gas. These source gases and reactants are introduced into the reaction chamber, and an InGaN buffer layer 120 having an In content of 5 atomic% or less is formed at 400 to 500 ° C.

그 후, In 함량 5원자% 이하의 InGaN 버퍼층(120)위에 u-GaN(undoped-GaN)층(130)을 형성한다(S3)(도 4).Thereafter, an u-GaN (undoped-GaN) layer 130 is formed on the InGaN buffer layer 120 having an In content of 5 atomic% or less (S3) (FIG. 4).

u-GaN(130)은 그 위에 GaN계 물질로 구성되는 GaN계열의 반도체층들(140, 150, 160)을 고품질로 형성시킬 수 있도록 하기 위한 것으로, 선택적으로 채택할 수 있다.The u-GaN 130 is used to selectively form GaN-based semiconductor layers 140, 150, and 160 formed of GaN-based material thereon, and may be selectively adopted.

u-GaN층(130)을 형성한 후, u-GaN층(130)위에 N형 반도체층(140), 활성층(150) 및 P형 반도체층(160)을 형성한다(S4)(도 5). 이들 반도체층들(140, 150, 160)은 동일한 공정챔버에서 연속적으로 형성될 수 있다. 상기의 N형 반도체층(140), 활성층(150) 및 P형 반도체층(160)은 MOCVD, MBE 또는 HVPE 방법을 사용하여 형성될 수 있으며, 각각 다층으로 형성될 수 있다. N형 반도체층(140) 또는 P형 반도체 층(160) 상에 1x 1019~1 x 1022/cm3 농도의 고농도 N형 반도체 터널링층이나 세미메탈층이 형성될 수 있으며, 그 위에 투명전극층(미도시)이 더 형성될 수도 있다. After the u-GaN layer 130 is formed, an N-type semiconductor layer 140, an active layer 150, and a P-type semiconductor layer 160 are formed on the u-GaN layer 130 (S4) (FIG. 5). . These semiconductor layers 140, 150, 160 may be formed continuously in the same process chamber. The N-type semiconductor layer 140, the active layer 150, and the P-type semiconductor layer 160 may be formed using a MOCVD, MBE, or HVPE method, and may be formed in multiple layers, respectively. 1 x 10 19 to 1 x 10 22 / cm 3 on the N-type semiconductor layer 140 or the P-type semiconductor layer 160 A high concentration N-type semiconductor tunneling layer or a semimetal layer may be formed, and a transparent electrode layer (not shown) may be further formed thereon.

도 6을 참조하면, 상기 P형 반도체층(160), 활성층(150) 및 N형 반도체층(140)을 패터닝하여 분리된 발광셀들(100-1 내지 100-n)을 형성한다(S5). 상기 각 층들은 사진 및 식각기술을 사용하여 패터닝될 수 있다. 예컨대, 상기 P형 반도체층(160) 상에 포토레지스트 패턴을 형성하고, 이를 식각 마스크로 사용하여 P형 반도체층(160), 활성층(150) 및 N형 반도체층(140)을 차례로 식각한다. 이에 따라, 분리된 발광셀들이 형성된다. Referring to FIG. 6, the P-type semiconductor layer 160, the active layer 150, and the N-type semiconductor layer 140 are patterned to form separate light emitting cells 100-1 to 100-n (S5). . Each of these layers can be patterned using photo and etching techniques. For example, a photoresist pattern is formed on the P-type semiconductor layer 160, and the P-type semiconductor layer 160, the active layer 150, and the N-type semiconductor layer 140 are sequentially etched using the photoresist pattern as an etching mask. Accordingly, separated light emitting cells are formed.

이때, InGaN 버퍼층(120) 및 u-GaN(130)을 식각하여 기판(110)의 일부가 드러나게 할 수 있다.In this case, the InGaN buffer layer 120 and the u-GaN 130 may be etched to expose a part of the substrate 110.

도 7을 참조하면, 상기 분리된 발광셀들(100-1 내지 100-n)의 P형 반도체 층(160) 및 활성층(150)을 패터닝하여 N형 반도체층(140) 상부면의 일부를 노출시킨다(S6). 상기 패터닝 공정은 사진 및 식각공정을 사용하여 수행될 수 있다. 즉, 상기 분리된 발광셀들(100-1 내지 100-n)을 갖는 기판(110) 상에 포토레지스트 패턴을 형성하고, 이를 식각마스크로 사용하여 상기 P형 반도체층(160) 및 활성층(150)의 일부를 식각한다. 그 결과, 상기 P형 반도체층 및 활성층이 식각된 부분에 상기 N형 반도체층(140)이 노출된다.Referring to FIG. 7, a portion of the upper surface of the N-type semiconductor layer 140 is exposed by patterning the P-type semiconductor layer 160 and the active layer 150 of the separated light emitting cells 100-1 to 100-n. (S6). The patterning process may be performed using a photo and etching process. That is, a photoresist pattern is formed on the substrate 110 having the separated light emitting cells 100-1 to 100-n, and the photoresist pattern is used as an etching mask to form the P-type semiconductor layer 160 and the active layer 150. Etch a part of). As a result, the N-type semiconductor layer 140 is exposed to a portion where the P-type semiconductor layer and the active layer are etched.

상기 식각 공정은 습식 또는 건식 식각공정에 의해 수행될 수 있다. 상기 건식 식각공정은 플라즈마를 이용한 건식 식각공정일 수 있다.The etching process may be performed by a wet or dry etching process. The dry etching process may be a dry etching process using plasma.

상기 P형 반도체층(160) 및 상기 N형 반도체층(140) 상에 각기 P형 오믹 금속층(170) 및 N형 오믹 금속층(175)을 형성한다(S7).The P-type ohmic metal layer 170 and the N-type ohmic metal layer 175 are formed on the P-type semiconductor layer 160 and the N-type semiconductor layer 140, respectively (S7).

상기 오믹 금속층들(170, 175)은 포토레지스트 패턴(미도시)을 사용하여 오믹 금속층들(170, 175)이 형성될 영역을 개방한 후, 금속 증착공정을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 P형 오믹 금속층(170)과 N형 오믹 금속층(175)은 동일 공정에 의해 형성될 수도 있고, 각각 별개의 공정에 의해 형성될 수도 있다. 상기의 오믹 금속층(170, 175)은 Pb, Sn, Au, Ge, Cu, Bi, Cd, Zn, Ag, Ni 및 Ti 중 적어도 어느 하나의 물질층으로 형성될 수 있다.The ohmic metal layers 170 and 175 may be formed using a metal deposition process after opening a region where the ohmic metal layers 170 and 175 are to be formed using a photoresist pattern (not shown). The P-type ohmic metal layer 170 and the N-type ohmic metal layer 175 may be formed by the same process, or may be formed by separate processes. The ohmic metal layers 170 and 175 may be formed of at least one material layer of Pb, Sn, Au, Ge, Cu, Bi, Cd, Zn, Ag, Ni, and Ti.

그 후, 인접한 발광셀의 N형 오믹 금속층들(175)과 P형 오믹 금속층들(170)을 금속 배선들(180-1 내지 180-n-1)로 연결한다(S8). 상기 금속 배선들은 에어 브리지(air bridge) 공정 또는 스텝 커버(step-cover) 공정 등을 통해 형성될 수 있다. 이렇게 함으로써 도 1의 발광소자가 완성된다. Thereafter, the N-type ohmic metal layers 175 and the P-type ohmic metal layers 170 of the adjacent light emitting cells are connected to the metal wires 180-1 to 180-n-1 (S8). The metal wires may be formed through an air bridge process or a step-cover process. This completes the light emitting element of FIG.

상기 에어브리지(air bridge) 공정은 국제공개번호 WO 2004/023568(Al)호 에 개시되어 있으며, 이 공정에 대해 간단하게 설명한다. 우선, 상기 발광셀들 및 오믹 금속층들(170, 175)이 형성된 기판 상에 상기 오믹 금속층들(170, 175)을 노출시키는 개구부를 갖는 제1 포토레지스트 패턴을 형성한다. 그 후, 전자빔 증착(e-beam evaporation) 기술 등을 사용하여 금속물질층을 얇게 형성한다. 상기 금속물질층은 상기 개구부 및 제1 포토레지스트 패턴 상부 전면에 형성된다. 이어서, 연결하고자 하는 인접한 발광셀들 사이 영역들 및 상기 개구부들의 상기 금속물질층을 노출시키는 제2 포토레지스트 패턴을 형성한다. 그 후, 금 등을 도금기술을 사용하여 형성한 후, 솔벤트 등의 용액으로 제1 및 제2 포토레지스트 패턴들을 제거한다. 그 결과, 인접한 발광셀들을 연결하는 배선만 남고, 다른 금속물질층 및 포토레지스트 패턴들은 모두 제거된다. The air bridge process is disclosed in International Publication No. WO 2004/023568 (Al), which is briefly described. First, a first photoresist pattern having an opening exposing the ohmic metal layers 170 and 175 is formed on a substrate on which the light emitting cells and the ohmic metal layers 170 and 175 are formed. Thereafter, the metal material layer is thinly formed by using an electron beam evaporation technique. The metal material layer is formed on the entire surface of the opening and the first photoresist pattern. Subsequently, a second photoresist pattern is formed to expose regions between adjacent light emitting cells to be connected and the metal material layer of the openings. Thereafter, gold and the like are formed using a plating technique, and then the first and second photoresist patterns are removed with a solution such as solvent. As a result, only wirings connecting adjacent light emitting cells remain, and all other metal material layers and photoresist patterns are removed.

한편, 스텝커버 공정은 발광셀들 및 오믹금속층을 갖는 기판 상에 절연층을 형성하는 것을 포함한다. 상기 절연층을 사진 및 식각 기술을 사용하여 패터닝하여 P형 반도체층 및 N형 반도체층 상부의 오믹 금속층들(170, 175)을 노출시키는 개구부를 형성한다. 이어서, 전자빔 증착기술 등을 사용하여 상기 개구부를 채우고 상기 절연층 상부를 덮는 금속층을 형성한다. 그 후, 상기 금속층을 사진 및 식각 기술을 사용하여 패터닝하여 서로 인접한 발광셀들을 연결하는 배선을 형성한다. 이러한, 스텝커버 공정은 다양한 변형예가 가능하다. 스텝커버 공정을 사용하면, 배선이 절연층에 의해 지지되므로 배선에 대한 신뢰성을 증가시킬 수 있다. Meanwhile, the step cover process includes forming an insulating layer on a substrate having light emitting cells and an ohmic metal layer. The insulating layer is patterned using photolithography and etching techniques to form openings that expose the ohmic metal layers 170 and 175 on the P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer. Subsequently, an electron beam deposition technique or the like is used to form a metal layer filling the opening and covering the insulating layer. Thereafter, the metal layer is patterned using photolithography and etching techniques to form interconnects that connect adjacent light emitting cells. Such a step cover process is possible in various modifications. Using the step cover process, the wiring is supported by the insulating layer, thereby increasing the reliability of the wiring.

한편, 양끝단에 위치한 발광셀(100-1 및 100-n)에 교류전원에 접속하기 위한 P형 패드와 N형 패드를 형성한다(S9).Meanwhile, P-type pads and N-type pads are formed in the light emitting cells 100-1 and 100-n positioned at both ends to connect to the AC power source (S9).

도면들에서 상기 발광셀들이 일렬로 배열된 것으로 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로, 상기 발광셀들은 국제공개번호 WO 2004/023568(Al)호에 도시된 바와 같이, 평면상에 다양한 형태로 배열될 수 있다.In the drawings, the light emitting cells are shown arranged in a row, but for convenience of description, the light emitting cells may have various shapes on a plane, as shown in International Publication No. WO 2004/023568 (Al). Can be arranged as.

각 발광셀들(100-1 내지 100-n)은 다양한 형태로 배치될 수 있는데, 이 실시예에서는 발광 다이오드 패키지(100)내에서 2개의 열로 병렬배치되며, 제 1열과 제 2 열은 극성이 서로 반대 방향으로 배열될 수 있다. 따라서, 교류전원이 인가되는 경우 플러스 전압구간에서는 제 1 열에 전류가 흘러서 발광셀들이 발광동작을 수행하고, 마이너스 전압 구간에서는 제 2 열에 전류가 흘러서 발광셀들이 발광동작을 수행하게 된다. 이로 인해, 제 1 열과 제 2 열은 번갈아가면서 발광동작을 수행하게 된다.Each of the light emitting cells 100-1 to 100-n may be arranged in various forms. In this embodiment, the light emitting cells 100-1 to 100-n are arranged in two rows in the light emitting diode package 100, and the first and second columns have polarities. They may be arranged in opposite directions to each other. Therefore, when the AC power is applied, the light emitting cells perform light emitting operations in the positive voltage section because current flows in the first column, and in the negative voltage section, light emitting cells perform light emitting operation in the second column. As a result, the first column and the second column alternately perform the light emission operation.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 형성된 반도체층과 비교예에 따라 형성된 반도체층의 결정성을 보여주는 그래프이다. 그래프에서 본 발명의 일실시예는 In 함량 5원자% 이하의 InGaN 버퍼층을 사용하고, 비교예는 AlN 버퍼층을 사용하였다. 8 is a graph showing crystallinity of a semiconductor layer formed according to an embodiment of the present invention and a semiconductor layer formed according to a comparative example. In the graph, one embodiment of the present invention uses an InGaN buffer layer having an In content of 5 atomic% or less, and a comparative example uses an AlN buffer layer.

본 발명의 일실시예에 따른 반도체층의 결정성 향상을 보여주기 위해, 본 발명의 일실시예에 따라 In 함량 5원자% 이하의 InGaN 버퍼층을 사용하여 형성된 반도체층과, 비교예에 따라 AlN 버퍼층을 사용하여 형성된 반도체층에 대하여 X-ray를 이용하여 결정이 틀어진 정도를 측정하였다.In order to show the crystallinity improvement of the semiconductor layer according to an embodiment of the present invention, a semiconductor layer formed using an InGaN buffer layer having an In content of 5 atomic% or less according to one embodiment of the present invention, and an AlN buffer layer according to a comparative example The degree of crystal distortion was measured for the semiconductor layer formed by using X-ray.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일실시예와 비교예에 따른 반도체층의 결정성을 비교하기 위해 결정성을 나타내는 척도인 반치폭(FWHM-Full Width Half Maximum) 이 Y축에 표시되어 있다. 반치폭은 결정성을 나타내는 것으로 그 값이 작을수록 결점이 적어 결정성이 양호한 것을 나타낸다. 그래프에서, 002, 201은 결정방향을 나타낸다. X축은 In이 함유된 함량을 나타낸다.Referring to FIG. 8, the FWHM-Full Width Half Maximum, which is a measure of crystallinity, is displayed on the Y axis in order to compare the crystallinity of semiconductor layers according to an embodiment of the present invention and a comparative example. The full width at half maximum indicates crystallinity, and the smaller the value is, the smaller the defects are and the better the crystallinity is. In the graph, 002 and 201 indicate crystal directions. The X axis represents the content of In.

그래프를 통해 살펴본 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따라 In 함량 5원자% 이하의 InGaN 버퍼층을 사용하여 형성된 반도체층은 비교예에 따른 AlN 버퍼층과 비교하여 결정성이 향상됨을 확인할 수 있다. 결정성은 결점(defect)의 수로 판단되고 이는 결국 광도에 영향을 미치게 되는데 반치폭의 값이 적을수록 결점의 수가 적은 것을 나타내며 이는 결국 광도 향상이 가능함을 의미한다.As described through the graph, the semiconductor layer formed using the InGaN buffer layer having an In content of 5 atomic% or less according to an embodiment of the present invention can be confirmed that the crystallinity is improved compared to the AlN buffer layer according to the comparative example. The crystallinity is determined by the number of defects, which in turn affects the luminous intensity. The smaller the half width, the smaller the number of defects, which means that the luminous intensity can be improved.

본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었다. 그렇지만, 구체적으로 설명된 것과는 다른 많은 기타 실시예들이 또한 본 발명의 사상 및 범위 내에 들어간다는 것을 관련 분야의 당업자들은 이해할 것이다.The present invention has been described with reference to preferred embodiments. However, those skilled in the art will understand that many other embodiments other than those specifically described also fall within the spirit and scope of the invention.

예를 들어, 본 발명의 일실시예에서는 기판위에 형성된 In 함량 5원자%이하의 InGaN 버퍼층을 단일층으로 구현한 것에 대하여 설명하였지만, 복수의 층으로 구현할 수 있다. 또한, 그 복수의 층은 기판에서 반도체층으로 다가갈수록 In 함량이 줄어들게 할 수 있다.For example, in an embodiment of the present invention, the InGaN buffer layer having an In content of 5 atomic% or less formed on a substrate has been described as a single layer, but may be implemented as a plurality of layers. In addition, the plurality of layers may reduce the In content as the substrate approaches the semiconductor layer.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 소자를 제조하는 방법을 설명하기 위한 공정 순서도이다.2 is a process flowchart illustrating a method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.

도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 소자를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다.3 to 7 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 형성된 반도체층과 비교예에 따라 형성된 반도체층의 결정성을 보여주는 그래프이다.8 is a graph showing crystallinity of a semiconductor layer formed according to an embodiment of the present invention and a semiconductor layer formed according to a comparative example.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100-1 - 100-n : 발광셀 110 : 기판100-1-100-n: light emitting cell 110: substrate

120 : InGaN 버퍼층 130 : u-GaN층120: InGaN buffer layer 130: u-GaN layer

130-1 : N형 반도체층 130-2, 130-N: P형 반도체층130-1: N-type semiconductor layer 130-2, 130-N: P-type semiconductor layer

140 : N형 반도체층 150 : 활성층140: N-type semiconductor layer 150: active layer

160 : P형 반도체층 170, 175 : 오믹 금속층160: P-type semiconductor layer 170, 175: ohmic metal layer

180-1 - 180-n-1 : 금속 배선180-1-180-n-1: Metal Wiring

Claims (8)

교류전원에 의해 동작하는 질화물 반도체 발광 소자에 있어서,In a nitride semiconductor light emitting device operating by an AC power source, 하나의 기판과,With one substrate, 상기 하나의 기판상에 형성된 InGaN 버퍼층과,An InGaN buffer layer formed on the one substrate, 제1 도전형 반도체층, InGaN을 포함하는 활성층, 제 2 도전형 반도체층을 갖는 GaN계 반도체층으로 이루어지며, 상기 InGaN 버퍼층 상부에 전기적으로 분리되어 형성된 상태에서 금속 배선을 통하여 직렬 연결된 복수개의 발광셀들을 포함하되,Comprising a GaN-based semiconductor layer having a first conductivity type semiconductor layer, an active layer containing InGaN, a second conductivity type semiconductor layer, a plurality of light emission in series through a metal wiring in a state formed electrically separated from the InGaN buffer layer Include cells, 상기 InGaN 버퍼층의 In 함량은 상기 활성층의 In 함량보다 작고 0보다 큰 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광 소자.The In content of the InGaN buffer layer is a nitride semiconductor light emitting device, characterized in that less than the In content of the active layer and greater than zero. 청구항 1에 있어서, 상기 InGaN 버퍼층은 2 내지 3 원자%의 In 함량을 가지는 질화물 반도체 발광 소자.The nitride semiconductor light emitting device of claim 1, wherein the InGaN buffer layer has an In content of 2 to 3 atomic%. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 InGaN 버퍼층은,The InGaN buffer layer, 상기 기판위에 다층으로 형성된 InGaN 버퍼층들을 포함하되,InGaN buffer layers formed in multiple layers on the substrate, 상기 InGaN 버퍼층들의 각 층은 상기 기판에서 상기 제1 도전형 반도체층으로 다가갈수록 In의 함량이 감소하는 특징을 가지는 질화물 반도체 발광 소자.Each layer of the InGaN buffer layer is characterized in that the content of In decreases toward the first conductive semiconductor layer from the substrate. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 복수개의 발광셀들은 2개의 열로 병렬배치되며,The plurality of light emitting cells are arranged in parallel in two columns, 제 1 열과 제 2 열은 극성이 서로 반대 방향으로 배열되어 있는 질화물 반도체 발광 소자.The nitride semiconductor light emitting device of which the first and second columns are arranged in opposite directions to each other. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 발광셀들 각각은 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하고,Each of the light emitting cells includes a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a second conductive semiconductor layer. 상기 발광셀들은 인접합 발광셀들의 제1 도전형 반도체층들과 제2 도전형 반도체층들이 금속배선들에 의해 각각 전기적으로 직렬 연결된 질화물 반도체 발광 소자.The light emitting cells are nitride semiconductor light emitting devices of which the first conductive semiconductor layers and the second conductive semiconductor layers of adjacent light emitting cells are electrically connected in series by metal wires, respectively. 교류전원에 의해 동작하는 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법에 있어서,In the manufacturing method of the nitride semiconductor light emitting element operated by the AC power source, 기판을 준비하는 단계와,Preparing a substrate; 상기 기판위에 InGaN 버퍼층을 형성하는 단계와,Forming an InGaN buffer layer on the substrate; 상기 InGaN 버퍼층위에 제1 도전형 반도체층, InGaN을 포함하는 활성층, 제 2 도전형 반도체층을 갖는 GaN계 반도체층을 형성하는 단계와,Forming a GaN-based semiconductor layer having a first conductivity type semiconductor layer, an active layer containing InGaN, and a second conductivity type semiconductor layer on the InGaN buffer layer; 상기 GaN계 반도체층을 패터닝하여 전기적으로 분리되어 형성된 상태에서 금속 배선을 통하여 직렬 연결된 복수개의 발광셀들을 형성하는 단계를 포함하되,Patterning the GaN-based semiconductor layer to form a plurality of light emitting cells connected in series through a metal wire in an electrically separated state; 상기 InGaN 버퍼층의 In 함량은 상기 활성층의 In 함량보다 작고 0보다 큰 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광 소자 제조 방법.The In content of the InGaN buffer layer is a nitride semiconductor light emitting device manufacturing method, characterized in that less than the In content of the active layer and greater than zero. 청구항 6에 있어서, 상기 InGaN 버퍼층은 2 내지 3원자%의 In 함량을 가지는 질화물 반도체 발광 소자 제조 방법.The method of claim 6, wherein the InGaN buffer layer has an In content of 2 to 3 atomic%. 청구항 6에 있어서, The method according to claim 6, 상기 InGaN 버퍼층을 형성하는 단계는,Forming the InGaN buffer layer, 상기 기판위에 InGaN 버퍼층을 다층으로 형성하되,To form a multi-layer InGaN buffer layer on the substrate, 상기 InGaN 버퍼층의 각 층은 상기 기판에서 상기 제1 도전형 반도체층으로 다가갈수록 In의 함량이 감소하는 특징을 가지는 질화물 반도체 발광 소자 제조 방법.And each layer of the InGaN buffer layer is characterized in that the content of In decreases as it approaches the first conductive semiconductor layer from the substrate.
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KR20010019357A (en) * 1999-08-26 2001-03-15 조장연 III-nitride semiconductor light emitting device

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