KR100905859B1 - Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

질화물 반도체 발광소자의 제조 방법이 개시된다. 본 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법은, 질화물 단결정 성장용 기판 상에 질화물 단결정 베이스층을 형성하는 단계, 질화물 단결정 베이스층 상에 다수의 윈도우 영역을 갖는 절연 패턴층을 형성하는 단계, 윈도우 영역에 노출된 상기 질화물 단결정 베이스층 상면 영역에 육각 피라미드 구조의 제1 질화물 단결정층을 성장시키는 단계, 제1 질화물 단결정층과 상이한 굴절률을 가지며, 육각 피라미드 구조의 제1 질화물 단결정층 사이의 공간을 충진시켜 평탄한 면을 가지는 제2 질화물 단결정층을 형성하는 단계, 제2 질화물 단결정층 상에 제1 반도체층, 활성층 및 제2 반도체층을 포함하는 발광구조물을 형성하는 단계, 질화물 단결정 성장용 기판, 질화물 단결정 베이스층 및 상기 절연 패턴층을 제거하여 제1 질화물 단결정층의 일 면에 요철 패턴을 형성하는 단계, 제1 질화물 단결정층 상에 제1 전극을 형성하는 단계 및 발광구조물 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다. A method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device is disclosed. The method of manufacturing the nitride semiconductor light emitting device includes forming a nitride single crystal base layer on a nitride single crystal growth substrate, forming an insulating pattern layer having a plurality of window regions on the nitride single crystal base layer, and exposing the window region. Growing a first nitride single crystal layer having a hexagonal pyramid structure in the upper surface region of the nitride single crystal base layer, having a refractive index different from that of the first nitride single crystal layer, and filling a space between the first nitride single crystal layers having a hexagonal pyramid structure Forming a second nitride single crystal layer having a surface, forming a light emitting structure including a first semiconductor layer, an active layer, and a second semiconductor layer on the second nitride single crystal layer, a nitride single crystal growth substrate, and a nitride single crystal base The uneven pattern is formed on one surface of the first nitride single crystal layer by removing the layer and the insulating pattern layer. Forming a first electrode on the first nitride single crystal layer and forming a second electrode on the light emitting structure.

발광소자, 육각 피라미드, 요철 패턴, GaN Light emitting element, hexagonal pyramid, irregular pattern, GaN

Description

질화물 반도체 발광소자 및 그 제조 방법 {Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof}Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof

본 발명은 광 추출 효율을 향상시키기 위한 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device for improving light extraction efficiency and a method of manufacturing the same.

최근 3족 질화물 반도체(간단히 '질화물 반도체'라고 함)는 LCD 백라이트, 카메라용 플래쉬, 조명 등 다양한 분야에서 자외선(UV), 청색광, 녹색광의 발광소자 재료로 널리 사용되고 있다. 일반적으로, 질화물 반도체는 AlxGayIn1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는다. 이러한 질화물 반도체 발광소자(LED 등을 포함)를 제조하기 위해, 사파이어 등의 성장용 기판 위에 n형 질화물 반도체층, 활성층 및 p형 질화물 반도체층을 순차적으로 성장시켜 발광 구조물을 형성한다. Recently, Group III nitride semiconductors (hereinafter, simply referred to as 'nitride semiconductors') have been widely used as light emitting device materials for ultraviolet (UV) light, blue light, and green light in various fields such as LCD backlights, camera flashes, and lighting. Generally, the nitride semiconductor has a composition formula of Al x Ga y In 1 -x- y N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x + y≤1). In order to manufacture such a nitride semiconductor light emitting device (including an LED), an n-type nitride semiconductor layer, an active layer and a p-type nitride semiconductor layer are sequentially grown on a growth substrate such as sapphire to form a light emitting structure.

질화물 반도체는 에폭시 또는 공기 등의 외부 환경에 비해 높은 굴절율을 가지고 있다. 외부 환경(공기 또는 에폭시 등의 수지)과 질화물 반도체 간의 큰 굴절 률 차이로 인해, 질화물 반도체 발광소자 내부에서 생성된 광들 중 상당한 부분은 계면 또는 벽면에서 수차례 반사됨으로써 외부로 탈출하지 못하고, 소자 내부에서 소멸된다. 이러한 내부 전반사로 인한 광손실이 상당히 크기 때문에, 질화물 반도체 발광소자의 광 추출 효율은 충분히 높지 못한 실정이다. Nitride semiconductors have a higher refractive index than external environments such as epoxy or air. Due to the large difference in refractive index between the external environment (resin such as air or epoxy) and the nitride semiconductor, a substantial portion of the light generated inside the nitride semiconductor light emitting device is reflected several times at the interface or the wall and cannot escape to the outside. Extinct from Since the light loss due to the total internal reflection is very large, the light extraction efficiency of the nitride semiconductor light emitting device is not high enough.

도 1은 종래 기술에 따른 질화물 반도체 발광소자의 수직 단면도이다. 도 1을 참조하면, 발광소자(10)는 제1 전극(11), 반사층(12), 반사층(12) 상에 순차적으로 형성된 p형 반도체층(13), 활성층(14) 및 n형 반도체층(15)을 포함하는 발광구조물 및 제2 전극(16)을 포함한다. 1 is a vertical cross-sectional view of a nitride semiconductor light emitting device according to the prior art. Referring to FIG. 1, the light emitting device 10 includes a p-type semiconductor layer 13, an active layer 14, and an n-type semiconductor layer sequentially formed on the first electrode 11, the reflective layer 12, and the reflective layer 12. A light emitting structure comprising a 15 and a second electrode 16 is included.

전자 및 전공의 재결합에 의해 활성층(14)에서 방출된 광은 다양한 활성층(13)의 한 지점에서 방출된 광은 다양한 진행각도를 가질 수 있다. 이 광은 발광소자의 벽면 또는 경계면을 통하여 외부로 방출되기 위해서는 광의 진행각도가 임계각(θc)보다 작아야하고, 이 임계각보다 큰 각도로 진행하는 광은 소자 경계면에서 전반사되어 소자 내부에 갇히게 되고 결국 열로서 손실된다. 이러한 내부 전반사 및 열의 손실로 인해 질화물 반도체 발광소자의 광 추출 효율은 낮은 값을 갖게 된다는 문제점이 있었다.Light emitted from the active layer 14 by recombination of electrons and holes may have various propagation angles. In order for the light to be emitted to the outside through the wall or the interface of the light emitting device, the propagation angle of the light must be smaller than the critical angle θ c . Lost as heat. Due to such total internal reflection and heat loss, the light extraction efficiency of the nitride semiconductor light emitting device has a low value.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 발광구조물 상부에 상부면이 요철 패턴을 가지며, 하부면이 육각 피라미드 구조로 형성된 질화물 단결정층을 형성함으로써, 광 추출 효율을 향상시키기 위한 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다. The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention, by forming a nitride single crystal layer having an upper surface having an uneven pattern on the top of the light emitting structure, the lower surface of the hexagonal pyramid structure, thereby improving the light extraction efficiency To provide a nitride semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 단결정 반도체의 제조 방법은, 질화물 단결정 성장용 기판 상에 질화물 단결정 베이스층을 형성하는 단계, 상기 질화물 단결정 베이스층 상에 다수의 윈도우 영역을 갖는 절연 패턴층을 형성하는 단계, 상기 윈도우 영역에 노출된 상기 질화물 단결정 베이스층 상면 영역에 육각 피라미드 구조의 제1 질화물 단결정층을 성장시키는 단계, 상기 제1 질화물 단결정층과 상이한 굴절률을 가지며, 상기 육각 피라미드 구조의 제1 질화물 단결정층 사이의 공간을 충진시켜 평탄한 면을 갖는 제2 질화물 단결정층을 형성하는 단계, 상기 제2 질화물 단결정층 상에 제1 반도체층, 활성층 및 제2 반도체층을 포함하는 발광구조물을 형성하는 단계, 상기 질화물 단결정 성장용 기판, 상기 질화물 단결정 베이스층 및 상기 절연 패턴층을 제거하여 상기 제1 질화물 단결정층의 일 면에 요철 패턴을 형성하는 단계, 상기 제1 질화물 단결정층 상에 제1 전극을 형성하는 단계 및 상기 발광구조물 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다. In the method for manufacturing a nitride single crystal semiconductor according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, the step of forming a nitride single crystal base layer on the nitride single crystal growth substrate, a plurality of windows on the nitride single crystal base layer Forming an insulating pattern layer having a region, growing a first nitride single crystal layer having a hexagonal pyramid structure in an upper surface region of the nitride single crystal base layer exposed to the window region, and having a refractive index different from that of the first nitride single crystal layer; Filling a space between the first nitride single crystal layers of the hexagonal pyramid structure to form a second nitride single crystal layer having a flat surface; a first semiconductor layer, an active layer, and a second semiconductor layer on the second nitride single crystal layer Forming a light emitting structure comprising a, the nitride single crystal growth substrate, the nitride Removing a crystal base layer and the insulating pattern layer to form an uneven pattern on one surface of the first nitride single crystal layer, forming a first electrode on the first nitride single crystal layer, and forming a first electrode on the light emitting structure Forming two electrodes.

이 경우, 상기 제1 질화물 단결정층은 언도프드된 GaN으로 이루어질 수 있다. In this case, the first nitride single crystal layer may be made of undoped GaN.

또한, 상기 절연 패턴층은 다공성 증착 특성을 갖는 물질로 이루어질 수 있으며, SiN 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. In addition, the insulating pattern layer may be made of a material having a porous deposition characteristics, preferably made of a SiN material.

또한, 상기 제2 질화물 단결정층은 AlGaN, SiN 및 InGaN 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다. In addition, the second nitride single crystal layer may be made of one of AlGaN, SiN, and InGaN.

한편, 상기 질화물 단결정 성장용 기판, 상기 질화물 단결정 베이스층 및 상기 절연 패턴층을 제거하여 상기 제1 질화물 단결정층의 일 면에 요철 패턴을 형성하는 단계는, 레이저를 상기 질화물 단결정 성장용 기판 및 상기 질화물 단결정 베이스층에 조사하여 분리시키는 단계 및 식각을 통해 상기 절연 패턴층을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. On the other hand, removing the nitride single crystal growth substrate, the nitride single crystal base layer and the insulating pattern layer to form an uneven pattern on one surface of the first nitride single crystal layer, the laser substrate and the nitride single crystal growth substrate Irradiating and separating the nitride single crystal base layer and removing the insulating pattern layer through etching.

또한, 상기 발광구조물 상에 제2 전극을 형성하는 단계는, 상기 발광구조물에 반사층을 형성하는 단계, 상기 반사층 하부에 상기 제2 전극을 형성하는 단계, 및 상기 제2 전극 상에 실리콘 서브마운트 기판을 형성하는 단계를 포함한다. The forming of the second electrode on the light emitting structure may include forming a reflective layer on the light emitting structure, forming the second electrode under the reflective layer, and forming a silicon submount substrate on the second electrode. Forming a step.

본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자는, 상부면이 요철 패턴으로 형성되어 있으며, 하부면이 육각 피라미드 구조로 형성된 제1 질화물 단결정층, 상기 제1 질화물 단결정층과 상이한 굴절률을 가지며 상기 육각 피라미드 구조의 제1 질화물 단결정층 사이의 공간을 충진시켜 평탄한 면을 가지는 제2 질화물 단결정층, 상기 제2 질화물 단결정층 하부에 형성되며 제1 반도체층, 활성층 및 제2 반도체층을 포함하는 발광구조물, 상기 제1 질화물 단결정층 상에 형성된 제1 전 극, 및, 상기 발광구조물 하부에 형성된 제2 전극을 포함한다. In the nitride semiconductor light emitting device according to the embodiment of the present invention, the upper surface is formed with an uneven pattern, the lower surface has a refractive index different from that of the first nitride single crystal layer, the first nitride single crystal layer formed of a hexagonal pyramid structure A light emitting device including a first nitride layer, an active layer, and a second semiconductor layer formed under the second nitride single crystal layer having a flat surface by filling a space between the first nitride single crystal layers having a hexagonal pyramid structure, and having a flat surface. A structure, a first electrode formed on the first nitride single crystal layer, and a second electrode formed under the light emitting structure.

이 경우, 상기 제1 질화물 단결정층은 언도프드된 GaN으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제2 질화물 단결정층은 AlGaN, SiN 및 InGaN 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다. In this case, the first nitride single crystal layer may be made of undoped GaN. In addition, the second nitride single crystal layer may be made of one of AlGaN, SiN, and InGaN.

본 질화물 반도체 발광소자는, 상기 발광구조물과 상기 제2 전극 사이에 형성되어, 광을 반사시키는 반사층 및 상기 제2 전극의 하부에 형성되어, 열을 방출하는 서브 마운트를 더 포함할 수 있다. The nitride semiconductor light emitting device may further include a reflective layer formed between the light emitting structure and the second electrode to reflect light, and a sub mount formed below the second electrode to emit heat.

본 발명에 따르면, 하부면에 육각 피라미드 구조를 갖는 질화물 단결정층을 형성함으로써, 질화물 단결정층 내에 입사되는 광량을 증가시키며, 광의 입사각을 감소시켜 질화물 반도체 발광소자의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있게 된다. According to the present invention, by forming a nitride single crystal layer having a hexagonal pyramid structure on the lower surface, it is possible to increase the amount of light incident in the nitride single crystal layer and to reduce the incident angle of light to improve the light extraction efficiency of the nitride semiconductor light emitting device. .

또한, 질화물 단결정층의 상부면을 요철 패턴으로 형성함으로써, 광의 직진성을 향상시켜 질화물 반도체 발광소자의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있게 된다.In addition, by forming the upper surface of the nitride single crystal layer in an uneven pattern, it is possible to improve the linearity of the light to improve the light extraction efficiency of the nitride semiconductor light emitting device.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 자세하게 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.

도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정도이다. 도 2a를 참조하면, 우선, 질화물 단결정 성장용 기판(110) 상에 질화물 단결정 베이스층(120) 및 절연 패턴층(130)을 순차적으로 증착시킨다. 이 경우, 질화물 단결정 성장용 기판(110)은 사파이어 기판 또는 Si 기판이 될 수 있으며, 질화물 단결정 베이스층(120)은 언도프드된 질화갈륨(GaN)계 물질의 증착을 통해 형성된다. 또한, 절연 패턴층(130)은 SiN과 같은 다공성 증착 특성을 갖는 절연 물질을 증착함으로써 형성될 수 있다. 이 경우, 절연 패턴층(130)은 다공성 증착 특성에 의해 증착 과정에서 다수의 윈도우가 형성될 수 있다. 2A to 2F are flowcharts illustrating a method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2A, first, a nitride single crystal base layer 120 and an insulating pattern layer 130 are sequentially deposited on the nitride single crystal growth substrate 110. In this case, the nitride single crystal growth substrate 110 may be a sapphire substrate or a Si substrate, and the nitride single crystal base layer 120 is formed through deposition of an undoped gallium nitride (GaN) -based material. In addition, the insulating pattern layer 130 may be formed by depositing an insulating material having a porous deposition property such as SiN. In this case, the insulating pattern layer 130 may have a plurality of windows formed in the deposition process by the porous deposition characteristics.

이 후, 도 2b에 도시된 바와 같이, 질화물 단결정 베이스층(120)을 재성장시켜 제1 질화물 단결정층(140)을 형성한다. 이 경우, 제1 질화물 단결정층(140)은 절연 패턴층(130)의 윈도우 영역을 통해 노출되어 있는 질화물 단결정 베이스층(120)의 성장을 통해 형성되는 것으로, 육각 피라미드 구조를 갖는다. 또한, 제1 질화물 단결정층(140)은 질화물 단결정 베이스층(120)과 동일한 질화갈륨(GaN)계 물질로 형성된다. Thereafter, as illustrated in FIG. 2B, the nitride single crystal base layer 120 is regrown to form the first nitride single crystal layer 140. In this case, the first nitride single crystal layer 140 is formed through the growth of the nitride single crystal base layer 120 exposed through the window region of the insulating pattern layer 130 and has a hexagonal pyramid structure. In addition, the first nitride single crystal layer 140 is formed of the same gallium nitride (GaN) -based material as the nitride single crystal base layer 120.

그리고, 도 2c에서와 같이, 제1 질화물 단결정층(140) 전반에 걸쳐 제2 질화물 단결정층(150)을 형성한다. 구체적으로, 제2 질화물 단결정층(150)은 육각 피라미드 구조를 갖는 제1 질화물 단결정층(140) 사이의 공간을 충진시키는 형태로 형성되며, 평탄한 면을 갖도록 형성된다. 이 경우, 제2 질화물 단결정층(150)은 제1 질화물 단결정층(140)과 상이한 굴절률을 갖는 물질로 형성될 수 있으며, 바람직하게는, 제1 질화물 단결정층(140)의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 구체적으로는, AlGaN, SiN 및 InGaN 중 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다. As illustrated in FIG. 2C, the second nitride single crystal layer 150 is formed over the first nitride single crystal layer 140. Specifically, the second nitride single crystal layer 150 is formed to fill a space between the first nitride single crystal layer 140 having a hexagonal pyramid structure, and is formed to have a flat surface. In this case, the second nitride single crystal layer 150 may be formed of a material having a refractive index different from that of the first nitride single crystal layer 140. Preferably, the second nitride single crystal layer 140 has a refractive index greater than that of the first nitride single crystal layer 140. It can be formed of a material having. Specifically, it may be formed of any one of AlGaN, SiN and InGaN.

다음, 도 2d에 도시된 바와 같이, 제2 질화물 단결정층(150) 상에 제1 반도체층(160), 활성층(170) 및 제2 반도체층(180)을 순차적으로 형성한다. 구체적으로, 제1 반도체층(160)은 GaN 반도체 물질에 Si, In, Sn과 같은 n형 도펀트를 도핑시켜 형성할 수 있다. 이 경우, 제2 질화물 단결정층(150)이 AlGaN 또는 InGaN으로 형성되었다면, 제2 질화물 단결정층(150) 상에 n형 도펀트를 도핑시켜 성장하는 방법으로 제1 반도체층(160)을 형성할 수 있다. 또한, 제2 질화물 단결정층(150)이 다공성 증착 특성을 갖는 SiN으로 형성된 경우에는, SiN의 윈도우 영역을 통해 노출되어 있는 제2 질화물 단결정층(150) 상에 n형 도펀트를 도핑시켜 성장하는 방법으로 제1 반도체층(160)을 형성할 수 있다. Next, as illustrated in FIG. 2D, the first semiconductor layer 160, the active layer 170, and the second semiconductor layer 180 are sequentially formed on the second nitride single crystal layer 150. In detail, the first semiconductor layer 160 may be formed by doping an n-type dopant such as Si, In, or Sn into a GaN semiconductor material. In this case, when the second nitride single crystal layer 150 is formed of AlGaN or InGaN, the first semiconductor layer 160 may be formed by doping an n-type dopant on the second nitride single crystal layer 150. have. In addition, when the second nitride single crystal layer 150 is formed of SiN having porous deposition characteristics, a method of growing by doping an n-type dopant on the second nitride single crystal layer 150 exposed through the window region of SiN. As a result, the first semiconductor layer 160 may be formed.

또한, 활성층(170)은 GaN 또는 InGaN 등의 GaN계 물질을 이용하여 단일 또는 다중 양자 우물 구조를 갖는 형태로 형성할 수 있다. 그리고, 제2 반도체층(180)은 GaN 반도체 물질에 Zn, Cd, Mg 등과 같은 p형 도펀트를 도핑시키는 방식으로 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 반도체층(160), 활성층(170) 및 제2 반도체층(180) 각각은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 또는 MBE(Molecular Beam Epitaxy) 등의 증착 방법을 이용하여 형성할 수 있다. In addition, the active layer 170 may be formed in a form having a single or multiple quantum well structure using a GaN-based material such as GaN or InGaN. The second semiconductor layer 180 may be formed by doping a p-type dopant such as Zn, Cd, Mg, or the like into the GaN semiconductor material. In this case, each of the first semiconductor layer 160, the active layer 170, and the second semiconductor layer 180 may be formed using a deposition method such as metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE). have.

이 후, 도 2e에서와 같이, 레이저 리프트 오프(laser lift off) 방법을 이용하여 도 2d에 도시된 구조물 상에서 질화물 단결정 성장용 기판(110) 및 질화물 단 결정 베이스층(120)을 제거한다. 구체적으로, 구조물 하부에 248㎚의 엑시머 레이저(excimer laser)를 조사하여 질화물 단결정 성장용 기판(110) 및 질화물 단결정 베이스층(120)을 제거할 수 있게 된다. 그리고, 질화물 단결정 성장용 기판(110) 및 질화물 단결정 베이스층(120)이 제거되고 난 후에, 반도체 식각 방법을 이용하여 절연 패턴층(130)을 제거하여 제1 질화물 단결정층(140)이 노출될 수 있도록 한다. 이 경우, 제1 질화물 단결정층(140)은 절연 패턴층(130) 제거에 의해 요철 패턴이 형성되어 있음을 명확히 알 수 있다. Thereafter, as shown in FIG. 2E, the nitride single crystal growth substrate 110 and the nitride single crystal base layer 120 are removed on the structure shown in FIG. 2D by using a laser lift off method. In detail, an excimer laser of 248 nm may be irradiated on the lower portion of the structure to remove the nitride single crystal growth substrate 110 and the nitride single crystal base layer 120. After the nitride single crystal growth substrate 110 and the nitride single crystal base layer 120 are removed, the first nitride single crystal layer 140 may be exposed by removing the insulating pattern layer 130 using a semiconductor etching method. To help. In this case, the first nitride single crystal layer 140 can be clearly seen that the uneven pattern is formed by removing the insulating pattern layer 130.

한편, 도 2f에 도시된 구조물은 도 2e에 도시된 구조물을 180° 회전시킨 그림이다. 이 구조물에서, 요철 패턴을 갖는 제1 질화물 단결정층(140) 상에 제1 전극(194)을 형성하고, 제2 반도체층(180) 하부에 반사층(191), 제2 전극(192) 및 서브 마운트(193)을 순차적으로 형성한다. 이 경우, 제1 전극(194)은 n-전극이 될 수 있으며, 제2 전극(192)은 p-전극이 될 수 있다. On the other hand, the structure shown in Figure 2f is a picture of rotating the structure shown in Figure 2e 180 °. In this structure, the first electrode 194 is formed on the first nitride single crystal layer 140 having an uneven pattern, and the reflective layer 191, the second electrode 192, and the sub are formed under the second semiconductor layer 180. The mounts 193 are formed sequentially. In this case, the first electrode 194 may be an n-electrode, and the second electrode 192 may be a p-electrode.

반사층(192)은 활성층(170)에서 발생되어 발광구조물의 하부면으로 출력된 광을 반사시켜, 제2 질화물 반도체층(150) 및 제1 질화물 단결정층(140)을 통해 외부로 추출될 수 있도록 한다. 따라서, 반사층(192)은 반사율이 큰 금속 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로는, Al, Ti 및 Cu 등과 같은 물질로 형성될 수 있다. The reflective layer 192 reflects the light generated by the active layer 170 and output to the lower surface of the light emitting structure, so that the reflective layer 192 can be extracted to the outside through the second nitride semiconductor layer 150 and the first nitride single crystal layer 140. do. Therefore, the reflective layer 192 is preferably formed of a metal material having a high reflectance. Specifically, it may be formed of a material such as Al, Ti and Cu.

이와 같은 방법에 따라 질화물 반도체 발광소자(100)를 제조하는 경우, 제1 질화물 단결정층(140)의 하부면에 형성된 육각 피라미드 구조 및 상부면에 형성된 요철 패턴을 통해 광 추출 효율을 향상시킬 수 있게 된다. When the nitride semiconductor light emitting device 100 is manufactured according to the above method, the light extraction efficiency may be improved through a hexagonal pyramid structure formed on the lower surface of the first nitride single crystal layer 140 and an uneven pattern formed on the upper surface. do.

도 3은 도 2f에 도시된 반도체 발광소자에서의 광 추출 경로를 도시한 모식도이다. 도 3을 참조하면, 전자 및 정공의 재결합에 의해서 활성층(170)에서 광이 발생된다. 이 광은 제1 반도체층(160)과 제2 질화물 단결정층(150)의 계면에서 굴절률 차이에 의해 굴절되어 입사된다. 이 경우, 제 2 질화물 단결정층(150)에 입사된 광은 제1 질화물 단결정층(140)의 육각 피라미드 구조의 계면을 통해, 광 손실 없이 제1 질화물 단결정층(140)에 입사될 수 있게 된다. 또한, 제2 질화물 단결정층(150)에 입사된 광의 입사각이 크더라도, 전반사되어 측면에 위치한 다른 육각 피라미드를 통해 제1 질화물 단결정층(140)에 입사될 수 있게 되어 광 손실을 감소시킬 수 있게 된다.FIG. 3 is a schematic diagram showing a light extraction path in the semiconductor light emitting device shown in FIG. 2F. Referring to FIG. 3, light is generated in the active layer 170 by recombination of electrons and holes. This light is refracted by the difference in refractive index at the interface between the first semiconductor layer 160 and the second nitride single crystal layer 150 and is incident. In this case, light incident on the second nitride single crystal layer 150 may be incident on the first nitride single crystal layer 140 without losing light through an interface of a hexagonal pyramid structure of the first nitride single crystal layer 140. . In addition, even if the incident angle of the light incident on the second nitride single crystal layer 150 is large, it is totally reflected so that it can be incident on the first nitride single crystal layer 140 through another hexagonal pyramid located on the side to reduce the light loss. do.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 질화물 단결정층(140)이 갖는 육각 피라미드 구조의 경사 계면에 의해 제1 질화물 단결정층(140)에 입사되는 광의 입사각이 감소될 수 있다. 이에 따라, 제1 질화물 단결정층(140)을 통해 광이 외부로 출력되는 경우, 광 손실이 감소될 수 있게 된다. 뿐만 아니라, 제1 질화물 단결정층(140)에 입사된 광은, 상부면에 형성된 요철 패턴을 통해 출력됨에 따라, 광의 직진성이 향상될 수 있게 된다. In addition, as shown in FIG. 3, the incidence angle of the light incident on the first nitride single crystal layer 140 may be reduced by the inclined interface of the hexagonal pyramid structure of the first nitride single crystal layer 140. Accordingly, when light is output to the outside through the first nitride single crystal layer 140, light loss may be reduced. In addition, as the light incident on the first nitride single crystal layer 140 is output through the uneven pattern formed on the upper surface, the linearity of the light may be improved.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.While the above has been shown and described with respect to preferred embodiments of the invention, the invention is not limited to the specific embodiments described above, it is usually in the art to which the invention belongs without departing from the spirit of the invention claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or the prospect of the present invention.

도 1은 종래 기술에 따른 질화물 반도체 발광소자의 수직 단면도,1 is a vertical cross-sectional view of a nitride semiconductor light emitting device according to the prior art,

도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정도, 그리고, 2A to 2F are process diagrams for explaining a method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention, and

도 3은 도 2f에 도시된 반도체 발광소자에서의 광 추출 경로를 도시한 모식도이다. FIG. 3 is a schematic diagram showing a light extraction path in the semiconductor light emitting device shown in FIG. 2F.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of Signs for Main Parts of Drawings>

100 : 반도체 발광소자 110 : 사파이어 기판100 semiconductor light emitting device 110 sapphire substrate

120 : 질화물 단결정 성장층 130 : 절연 패턴층120: nitride single crystal growth layer 130: insulating pattern layer

140 : 질화물 단결정층 150 : 광 투과층140: nitride single crystal layer 150: light transmitting layer

160 : 제1 반도체층 170 : 활성층 160: first semiconductor layer 170: active layer

180 : 제2 반도체층 191 : 제1 전극180: second semiconductor layer 191: first electrode

192 : 반사층 193 : 제2 전극192: reflective layer 193: second electrode

194 : 서브마운트 194: submount

Claims (11)

질화물 단결정 성장용 기판 상에 질화물 단결정 베이스층을 형성하는 단계;Forming a nitride single crystal base layer on the nitride single crystal growth substrate; 상기 질화물 단결정 베이스층 상에 다수의 윈도우 영역을 갖는 절연 패턴층을 형성하는 단계;Forming an insulating pattern layer having a plurality of window regions on the nitride single crystal base layer; 상기 윈도우 영역에 노출된 상기 질화물 단결정 베이스층 상면 영역에 육각 피라미드 구조의 제1 질화물 단결정층을 성장시키는 단계;Growing a first nitride single crystal layer having a hexagonal pyramid structure in the upper surface region of the nitride single crystal base layer exposed to the window region; 상기 제1 질화물 단결정층과 상이한 굴절률을 가지며, 상기 육각 피라미드 구조의 제1 질화물 단결정층 사이의 공간을 충진시켜 평탄한 면을 가지는 제2 질화물 단결정층을 형성하는 단계;Forming a second nitride single crystal layer having a flat surface by filling a space between the first nitride single crystal layer having a different refractive index than the first nitride single crystal layer and having a hexagonal pyramid structure; 상기 제2 질화물 단결정층 상에 제1 반도체층, 활성층 및 제2 반도체층을 포함하는 발광구조물을 형성하는 단계; 및,Forming a light emitting structure including a first semiconductor layer, an active layer, and a second semiconductor layer on the second nitride single crystal layer; And, 상기 질화물 단결정 성장용 기판, 상기 질화물 단결정 베이스층 및 상기 절연 패턴층을 제거하여 상기 제1 질화물 단결정층의 일 면에 요철 패턴을 형성하는 단계; Forming an uneven pattern on one surface of the first nitride single crystal layer by removing the nitride single crystal growth substrate, the nitride single crystal base layer and the insulating pattern layer; 상기 제1 질화물 단결정층 상에 제1 전극을 형성하는 단계; 및, Forming a first electrode on the first nitride single crystal layer; And, 상기 발광구조물 상에 제2 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법.Forming a second electrode on the light emitting structure; Method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 질화물 단결정층은, The first nitride single crystal layer, 언도프드된 GaN으로 이루어진 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법. A method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device, characterized in that it is made of undoped GaN. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 절연 패턴층은, The insulating pattern layer, 다공성 증착 특성을 갖는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법.Method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device, characterized in that made of a material having a porous deposition characteristics. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 절연 패턴층은, The insulating pattern layer, SiN 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법. A method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device, characterized in that the SiN material. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2 질화물 단결정층은, The second nitride single crystal layer, AlGaN, SiN 및 InGaN 중 어느 하나의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법.A method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device, characterized in that the material is made of any one of AlGaN, SiN and InGaN. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 질화물 단결정 성장용 기판, 상기 질화물 단결정 베이스층 및 상기 절연 패턴층을 제거하여 상기 제1 질화물 단결정층의 일 면에 요철 패턴을 형성하는 단계는, Removing the substrate for nitride single crystal growth, the nitride single crystal base layer and the insulating pattern layer to form an uneven pattern on one surface of the first nitride single crystal layer, 레이저를 상기 질화물 단결정 성장용 기판 및 상기 질화물 단결정 베이스층에 조사하여 분리시키는 단계; 및, Irradiating and separating a laser onto the nitride single crystal growth substrate and the nitride single crystal base layer; And, 식각을 통해 상기 절연 패턴층을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법. Removing the insulating pattern layer through etching; and manufacturing a nitride semiconductor light emitting device. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 발광구조물 상에 제2 전극을 형성하는 단계는,Forming a second electrode on the light emitting structure, 상기 발광구조물에 반사층을 형성하는 단계;Forming a reflective layer on the light emitting structure; 상기 반사층 하부에 상기 제2 전극을 형성하는 단계; 및, Forming the second electrode under the reflective layer; And, 상기 제2 전극 상에 실리콘 서브마운트 기판을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법. Forming a silicon submount substrate on the second electrode; and manufacturing a nitride semiconductor light emitting device. 상부면이 요철 패턴으로 형성되어 있으며, 하부면이 육각 피라미드 구조로 형성된 제1 질화물 단결정층;A first nitride single crystal layer having an upper surface formed of a concave-convex pattern and a lower surface formed of a hexagonal pyramid structure; 상기 제1 질화물 단결정층과 상이한 굴절률을 가지며, 상기 육각 피라미드 구조의 제1 질화물 단결정층 사이의 공간을 충진시켜 평탄한 면을 가지는 제2 질화물 단결정층;A second nitride single crystal layer having a refractive index different from that of the first nitride single crystal layer and having a flat surface by filling a space between the first nitride single crystal layers of the hexagonal pyramid structure; 상기 제2 질화물 단결정층 하부에 형성되며, 제1 반도체층, 활성층 및 제2 반도체층을 포함하는 발광구조물;A light emitting structure formed under the second nitride single crystal layer and including a first semiconductor layer, an active layer, and a second semiconductor layer; 상기 제1 질화물 단결정층 상에 형성된 제1 전극; 및,A first electrode formed on the first nitride single crystal layer; And, 상기 발광구조물 하부에 형성된 제2 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.And a second electrode formed under the light emitting structure. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 제1 질화물 단결정층은, The first nitride single crystal layer, 언도프드된 GaN으로 이루어진 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자. A nitride semiconductor light emitting device comprising an undoped GaN. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 제2 질화물 단결정층은, The second nitride single crystal layer, AlGaN, SiN 및 InGaN 중 어느 하나의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.A nitride semiconductor light emitting device, comprising: any one of AlGaN, SiN, and InGaN. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 발광구조물과 상기 제2 전극 사이에 형성되어, 광을 반사시키는 반사층; 및,A reflective layer formed between the light emitting structure and the second electrode to reflect light; And, 상기 제2 전극의 하부에 형성되어, 열을 방출하는 서브 마운트;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.And a sub-mount formed under the second electrode to dissipate heat.
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