KR100918830B1

KR100918830B1 - VERTICALLY STRUCTURED GaN TYPE LED DEVICEE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME

Info

Publication number: KR100918830B1
Application number: KR20070118161A
Authority: KR
Inventors: 김태형; 김혜영; 양종인; 이시혁
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2007-11-19
Filing date: 2007-11-19
Publication date: 2009-09-25
Also published as: KR20090051667A

Abstract

본 발명은 수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히, n형 전극과, 상기 n형 전극 하면에 형성된 n형 질화갈륨층과, 상기 n형 질화갈륨층 하면에 형성된 활성층과, 상기 활성층 하면에 형성된 p형 질화갈륨층과, 상기 p형 질화갈륨층 하면에 p형 전극 및 상기 p형 전극 하면에 형성된 구조지지층을 포함하되, 상기 p형 전극과 접하는 상기 p형 질화갈륨층의 표면 중 상기 n형 전극과 대응하는 영역의 표면은 그 외의 표면보다 낮은 농도로 도핑되어 있는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자를 제공한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vertical gallium nitride based light emitting diode device and a method of manufacturing the same. In particular, an n-type electrode, an n-type gallium nitride layer formed on the bottom of the n-type electrode, and an active layer formed on the bottom of the n-type gallium nitride layer And a p-type gallium nitride layer formed on the lower surface of the active layer, and a p-type electrode formed on the lower surface of the p-type gallium nitride layer and a structure supporting layer formed on the lower surface of the p-type electrode, the p-type gallium nitride being in contact with the p-type electrode. The surface of the layer, the surface of the region corresponding to the n-type electrode is doped at a lower concentration than the other surface to provide a vertical gallium nitride-based light emitting diode device.

또한, 본 발명은 상기 수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method of manufacturing the vertical gallium nitride-based light emitting diode device.

수직구조, 발광다이오드, 전류확산 Vertical structure, light emitting diodes, current diffusion

Description

Vertical structure gallium nitride-based light emitting diode device and method of manufacturing the same {VERTICALLY STRUCTURED GaN TYPE LED DEVICEE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 전류의 흐름을 균일화시켜 고휘도를 구현하는 수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a vertical gallium nitride-based light emitting diode device that realizes high brightness by uniformizing the flow of current, and a method of manufacturing the same.

일반적으로 질화갈륨계(GaN) 발광다이오드(Light Emitting Diode; 이하, 'LED'라 칭함) 소자는 사파이어 기판 상에 성장하지만, 이러한 사파이어 기판은 단단하고 전기적으로 부도체이며 열전도 특성이 좋지 않아 질화갈륨계 LED의 크기를 줄여 제조원가를 절감하거나, 광출력 및 칩의 특성을 개선시키는데 한계가 있다. 특히, LED의 고출력화를 위해서는 대전류 인가가 필수이기 때문에 LED의 열 방출 문제를 해결하는 것이 중요하다. 이러한 문제를 해결하기 위한 수단으로, 종래에는 레이저 리프트 오프(Laser Lift-Off: LLO; 이하, 'LLO' 라 칭함)를 이용하여 사파이어 기판을 제거한 수직구조 질화갈륨계 LED 소자가 제안되었다.Generally, a GaN light emitting diode (GaN) light emitting diode (LED) device is grown on a sapphire substrate, but such a sapphire substrate is a hard, electrically insulator, and has a poor thermal conductivity. There is a limit in reducing the size of the LED to reduce the manufacturing cost, or improve the light output and the characteristics of the chip. In particular, it is important to solve the heat dissipation problem of the LED because a large current is required for the high output of the LED. As a means for solving this problem, a vertical gallium nitride-based LED device has been proposed in which a sapphire substrate is removed by using a laser lift-off (LLO; hereinafter referred to as 'LLO').

그러면, 이하 도 1 및 도 2를 참조하여 종래 기술에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자에 대하여 상세히 설명한다.Next, a vertical gallium nitride based LED device according to the prior art will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.

우선, 도 1은 종래 기술에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 구조를 나타낸 단면도로서, 종래 기술에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자는, n형 전극(130)과, 상기 n형 전극(130) 하면에 형성되어 전류확산 효율을 향상시키는 n형 투명전극(도시하지 않음)과, 상기 n형 투명전극 하면에 형성되어 있는 n형 질화갈륨층(140)과, 상기 n형 질화갈륨층(140) 하면에 형성되어 있는 활성층(150)과, 상기 활성층(150) 하면에 형성되어 있는 p형 질화갈륨층(160)과, 상기 p형 질화갈륨층(160) 하면에 형성된 p형 전극(170) 및 상기 p형 전극(170) 하면에 형성된 구조지지층(190)을 포함하여 이루어진다.First, Figure 1 is a cross-sectional view showing a structure of a vertical gallium nitride-based LED device according to the prior art, the vertical gallium nitride-based LED device according to the prior art, the n-type electrode 130 and the n-type electrode 130 N-type transparent electrode (not shown) formed on the lower surface to improve current diffusion efficiency, n-type gallium nitride layer 140 formed on the lower surface of the n-type transparent electrode, and n-type gallium nitride layer 140 The active layer 150 formed on the lower surface, the p-type gallium nitride layer 160 formed on the lower surface of the active layer 150, and the p-type electrode 170 formed on the lower surface of the p-type gallium nitride layer 160 And a structural support layer 190 formed on the bottom surface of the p-type electrode 170.

여기서, 미설명한 도면부호 180은 구조지지층(190)이 전해 도금 또는 무전해 도금법을 통해 형성될 때, 도금 공정시, 도금 결정핵 역할을 하는 도금 시드층(seed layer)이다.Here, reference numeral 180, which is not described, refers to a plating seed layer that serves as a plating crystal nucleus during the plating process when the structural support layer 190 is formed through electrolytic plating or electroless plating.

그런데, 종래 기술에 따른 수직 구조 질화갈륨계 LED 소자는 한 쌍의 전극 즉, n형 전극(130)과 p형 전극(170)은 발광 구조물을 사이에 두고 서로 수직으로 나란하게 배치되어 있으며, 그 중 n형 전극(130)은 전류확산 효율을 향상시키기 위해 발광 구조물의 상면 중심에 배치되어 있기 때문에, 그 구조에 따라 전류는 n형 전극(130)에서 p형 전극(170) 사이의 중심 부분에 해당하는 발광 구조물로 집중된다.By the way, in the vertical structure gallium nitride-based LED device according to the prior art, a pair of electrodes, that is, the n-type electrode 130 and the p-type electrode 170 are arranged side by side perpendicular to each other with the light emitting structure therebetween, Since the middle n-type electrode 130 is disposed at the center of the upper surface of the light emitting structure in order to improve the current diffusion efficiency, according to the structure, the current is in the center portion between the n-type electrode 130 and the p-type electrode 170 It is concentrated to the corresponding light emitting structure.

그러나, 상기와 같이, 전류가 발광 구조물의 중심 부분에 집중되게 되면, 발 광 구조물에서 생성되는 광이 그 부분으로 집중되기 때문에 전체적인 발광효율이 낮아지게 되어 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 휘도를 저하시키는 문제가 있다.However, as described above, when the current is concentrated in the central portion of the light emitting structure, since the light generated in the light emitting structure is concentrated to the portion, the overall luminous efficiency is lowered, thereby lowering the brightness of the vertical-structure gallium nitride-based LED device. There is a problem.

따라서, 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 또 다른 종래 기술에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자에서는 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 n형 전극(130)과 p형 전극(170) 사이에 전류가 흐르지 못하도록 하는 저항이 높은 금속 또는 산화물과 같은 절연물로 이루어진 전류저지층(current blocking layer:200)을 구비하고 있다. 여기서, 도 2는 종래 기술에 따른 또 다른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 구조를 나타낸 단면도이다.Accordingly, in order to solve the above problem, in another vertical gallium nitride-based LED device according to the related art, a current is generated between the n-type electrode 130 and the p-type electrode 170 as shown in FIG. 2. A current blocking layer 200 made of an insulator such as a metal or oxide having a high resistance to flow is provided. 2 is a cross-sectional view showing the structure of another vertical structure gallium nitride-based LED device according to the prior art.

그런데, 도 2에 도시된 종래의 수직구조 질화갈륨계 LED 소자에서는 전류저지층(200)을 구비함으로써, n형 전극(130)과 p형 전극(170) 사이의 중심부로 전류가 집중되던 전류를 그 외의 영역으로 확산(화살표 참조)시켜 전류 확산 효율을 증가시켜 균일한 발광을 구현할 수 있다는 이점은 있으나, 상기 전류저지층(200)은 저항이 높은 금속 또는 산화물과 같은 절연물로 이루어져 있는 바, 상기 발광 구조물에서 발광하는 광의 일부를 흡수하거나 산란시켜 소자의 휘도는 여전히 낮은 문제가 있다.However, in the conventional vertical gallium nitride based LED device illustrated in FIG. 2, the current blocking layer 200 provides a current to which a current is concentrated in the center between the n-type electrode 130 and the p-type electrode 170. Although there is an advantage that the light emission can be realized by diffusing to other regions (see arrow) to increase current spreading efficiency, the current blocking layer 200 is made of an insulator such as metal or oxide having high resistance. By absorbing or scattering a part of the light emitted from the light emitting structure, the luminance of the device is still low.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 목적은 저항이 높은 금속 또는 산화물과 같은 절연물로 이루어진 별도의 전류저지층을 구비하지 않고 n형 전극과 p형 전극 사이에 위치하는 p형 질화갈륨층의 표면 도핑 농도를 조절함으로써, 전류확산 효율을 향상시켜 고휘도화를 구현하는 수직구조 질화갈륨계 LED 소자를 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a high current resistance between the n-type electrode and the p-type electrode without a separate current blocking layer made of an insulating material, such as a metal or oxide By adjusting the surface doping concentration of the p-type gallium nitride layer, it is to provide a vertical gallium nitride-based LED device to improve the current diffusion efficiency to implement high brightness.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기한 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법을 제공하는 데 있다.In addition, another object of the present invention to provide a method of manufacturing the above-described vertical structure gallium nitride-based LED device.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 n형 전극과, 상기 n형 전극 하면에 형성된 n형 질화갈륨층과, 상기 n형 질화갈륨층 하면에 형성된 활성층과, 상기 활성층 하면에 형성된 p형 질화갈륨층과, 상기 p형 질화갈륨층 하면에 p형 전극 및 상기 p형 전극 하면에 형성된 구조지지층을 포함하되, 상기 p형 전극과 접하는 상기 p형 질화갈륨층의 표면 중 상기 n형 전극과 대응하는 영역의 표면은 그 외의 표면보다 낮은 농도로 도핑되어 있는 것을 특징으로 하는 수직구조 질화갈륨계 LED 소자를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an n-type electrode, an n-type gallium nitride layer formed on the lower surface of the n-type electrode, an active layer formed on the lower surface of the n-type gallium nitride layer, and p-type nitride formed on the lower surface of the active layer A gallium layer and a structure supporting layer formed on a lower surface of the p-type gallium nitride layer and a lower surface of the p-type gallium nitride layer, the structure supporting layer formed on the lower surface of the p-type gallium nitride layer; The surface of the region is doped with a lower concentration than the other surface provides a vertical structure gallium nitride-based LED device.

또한, 상기 본 발명의 수직구조 질화갈륨계 LED 소자에서, 상기 p형 전극과 접하는 상기 p형 질화갈륨층의 표면 중 상기 n형 전극과 대응하는 영역의 표면은 그 외의 표면과 단차를 갖게 형성되는 것이 바람직하며, 더욱 구체적으로 상기 p형 질화갈륨층의 표면 중 상기 n형 전극과 대응하는 영역의 표면은 식각 공정을 통해 상기 활성층을 향하여 일정 깊이만큼 상기 p형 질화갈륨층의 일부분이 제거되어 그 외의 표면과 단차를 갖게 형성되는 것이 바람직하다.Further, in the vertically structured gallium nitride based LED device of the present invention, the surface of the region corresponding to the n-type electrode of the p-type gallium nitride layer in contact with the p-type electrode is formed to have a step with the other surface More preferably, the surface of the region of the p-type gallium nitride layer corresponding to the n-type electrode is removed by a portion of the p-type gallium nitride layer by a predetermined depth toward the active layer through an etching process. It is preferable that it is formed to have a step with the outer surface.

상기한 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 기판 상에 n형 질화갈륨층을 형성하는 단계와, 상기 n형 질화갈륨층 상에 활성층을 형성하는 단계와, 상기 활성층 상에 제1 p형 질화갈륨층과 상기 제1 p형 질화갈륨층 보다 높은 농도를 갖는 제2 p형 질화갈륨층이 순차 적층되어 이루어진 p형 질화갈륨층을 형성하는 단계와, 상기 제2 p형 질화갈륨층 중 n형 전극과 대응하는 영역에 해당하는 부분을 제거하여 상기 제1 p형 질화갈륨층의 표면을 노출시키는 단계와, 상기 p형 질화갈륨층 상에 p형 전극을 형성하는 단계와, 상기 p형 전극 상에 구조지지층을 형성하는 단계와, 상기 기판을 제거하여 n형 질화갈륨층을 노출시키는 단계와, 상기 노출된 n형 질화갈륨층 상에 n형 전극을 형성하는 단계를 포함하는 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for forming an n-type gallium nitride layer on a substrate, an active layer on the n-type gallium nitride layer, and a first p-type nitride on the active layer. Forming a p-type gallium nitride layer formed by sequentially stacking a gallium layer and a second p-type gallium nitride layer having a higher concentration than the first p-type gallium nitride layer, and n-type of the second p-type gallium nitride layer Exposing a surface of the first p-type gallium nitride layer by removing a portion corresponding to a region corresponding to an electrode; forming a p-type electrode on the p-type gallium nitride layer; Forming a structural support layer on the substrate; exposing the n-type gallium nitride layer by removing the substrate; and forming an n-type electrode on the exposed n-type gallium nitride layer. Provided is a method of manufacturing an LED device.

또한, 상기 본 발명의 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에서, 상기 제2 p형 질화갈륨층은 1Å 내지 200㎚의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.In addition, in the manufacturing method of the vertically structured gallium nitride-based LED device of the present invention, the second p-type gallium nitride layer is preferably formed to a thickness of 1 ~ 200nm.

또한, 상기 본 발명의 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에서, 상기 n형 질화갈륨층을 형성하는 단계 이전에, 상기 기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, in the method of manufacturing a vertical gallium nitride-based LED device of the present invention, it is preferable to further include forming a buffer layer on the substrate before the step of forming the n-type gallium nitride layer.

상기한 바와 같이, 본 발명은 p형 전극과 접하는 p형 질화갈륨층의 표면 농도를 조절하여 전류확산 효율을 향상시키는 동시에 종래 전류저지층을 향하여 발광하던 광이 전류저지층으로 흡수 또는 산란되어 소멸되는 것을 방지하여 고휘도화된 수직구조 질화갈륨계 LED 소자를 얻을 수 있다.As described above, the present invention improves the current diffusion efficiency by controlling the surface concentration of the p-type gallium nitride layer in contact with the p-type electrode and at the same time the light emitted to the current blocking layer is absorbed or scattered by the current blocking layer to disappear It is possible to obtain a high brightness vertical structure gallium nitride-based LED device by preventing it.

또한, 본 발명은, 상기 p형 질화갈륨층과 p형 전극의 접착성을 향상시킬 수 있다.In addition, the present invention can improve the adhesion between the p-type gallium nitride layer and the p-type electrode.

본 발명의 수직구조 질화갈륨계 LED 소자 및 그의 제조방법에 대한 구체적인 기술적 구성에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조하여 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.Details of the technical structure of the vertical structure gallium nitride-based LED device and its manufacturing method of the present invention will be clearly understood by the following detailed description with reference to the drawings showing preferred embodiments of 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.

수직구조 Vertical structure 질화갈륨계Gallium Nitride LEDLED 소자의 구조 Structure of the device

우선, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 구조에 대하여 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 구조를 나타낸 단면도이다.First, a structure of a vertical gallium nitride based LED device according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 3. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a vertical structure gallium nitride based LED device according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 최상부에는 광 효율을 향상시키기 위한 n형 전극(130)이 형성되어 있다. 이때, 상기 n형 전극(130)은 전극 역할 및 반사 역할을 동시에 하도록 반사율이 높은 금속으로 이루어진 것이 바람직하다.As shown in FIG. 3, an n-type electrode 130 is formed at the top of a vertical gallium nitride based LED device according to an exemplary embodiment to improve light efficiency. In this case, the n-type electrode 130 is preferably made of a metal having a high reflectance so as to simultaneously serve as an electrode and a reflection role.

상기 n형 전극(130) 하면에는 n형 질화갈륨층(140)이 형성되어 있으며, 보다 상세하게, 상기 n형 질화갈륨층(140)은 n형 불순물 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 형성될 수 있다.An n-type gallium nitride layer 140 is formed on a lower surface of the n-type electrode 130. More specifically, the n-type gallium nitride layer 140 is formed of an n-type impurity doped GaN layer or a GaN / AlGaN layer. Can be.

이때, 상기 n형 전극(130)은 전류확산 효율을 향상시키기 위해 상기 n형 질화갈륨층(140)의 최소 영역 상에 위치하는 것이 바람직하며, 그에 따라 본 발명의 일 실시예에서는 상기 n형 전극(130)을 상기 n형 질화갈륨층(140)의 중심에 위치하도록 배치하였다. In this case, the n-type electrode 130 is preferably located on the minimum region of the n-type gallium nitride layer 140 in order to improve the current diffusion efficiency, according to the embodiment of the present invention the n-type electrode 130 is disposed to be located at the center of the n-type gallium nitride layer 140.

또한, 본 실시예는 상기 n형 전극(130)과 접하고 있는 상기 n형 질화갈륨층(140) 상에 전류확산층(도시하지 않음)을 더 구비하여 전류확산 효율을 향상시킬 수 있으며, 이는 소자의 특성 및 공정 조건에 따라 생략 가능하다.In addition, the present embodiment may further include a current diffusion layer (not shown) on the n-type gallium nitride layer 140 in contact with the n-type electrode 130 to improve current diffusion efficiency. It may be omitted depending on characteristics and process conditions.

상기 n형 질화갈륨층(140) 하면에는 활성층(150)이 형성되어 있으며, 보다 상세하게, 상기 활성층(150)은 InGaN/GaN층으로 구성된 다중양자우물 구조(Multi-Quantum Well)로 형성될 수 있다.An active layer 150 is formed on the bottom surface of the n-type gallium nitride layer 140, and more specifically, the active layer 150 may be formed of a multi-quantum well structure composed of InGaN / GaN layers. have.

상기 활성층(150) 하면에는 p형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 이루어진 p형 질화갈륨층(160)이 형성되어 있다.A p-type gallium nitride layer 160 including a GaN layer or a GaN / AlGaN layer doped with p-type impurities is formed on the lower surface of the active layer 150.

특히, 본 발명에 따른 상기 p형 질화갈륨층(160)은 그의 하부 표면 중 상기 n형 전극(130)과 대응하는 영역에 해당하는 표면이 그 외의 표면보다 낮은 농도를 갖도록 형성되어 있다.In particular, the p-type gallium nitride layer 160 according to the present invention is formed such that the surface corresponding to the region corresponding to the n-type electrode 130 among the lower surface thereof has a lower concentration than the other surfaces.

보다 상세하게, 상기 p형 질화갈륨층(160)은 상기 활성층(150)의 표면과 접하고 있는 제1 p형 질화갈륨층(160a)과 그 아래 형성되어 상기 제1 p형 질화갈륨층(160a) 보다 높은 농도를 갖는 제2 p형 질화갈륨층(160b)으로 이루어지되, 상기 n형 전극(130)과 대응하는 영역에 해당하는 제2 p형 질화갈륨층(160b)은 제거되어 그 위에 위치하는 제1 p형 질화갈륨층(160a)의 일부분을 노출시키고 있다.In more detail, the p-type gallium nitride layer 160 and the first p-type gallium nitride layer 160a which is in contact with the surface of the active layer 150 is formed below the first p-type gallium nitride layer 160a The second p-type gallium nitride layer 160b having a higher concentration, but the second p-type gallium nitride layer 160b corresponding to the region corresponding to the n-type electrode 130 is removed and positioned thereon. A portion of the first p-type gallium nitride layer 160a is exposed.

이때, 상기 제2 p형 질화갈륨층(160b)은 1Å 내지 200㎚의 두께로 형성되어 있다.At this time, the second p-type gallium nitride layer 160b is formed to a thickness of 1 ~ 200nm.

상기 제1 p형 질화갈륨층(160a)의 일부분이 노출된 상기 제2 질화갈륨층(160b)의 하면에는 p형 전극(170)이 형성되어 있다. 상기 p형 전극(170)도 상기 n형 전극(120)과 마찬가지로 전극 역할 및 반사 역할을 동시에 하도록 반사율이 높은 금속으로 이루어진 것이 바람직하다.A p-type electrode 170 is formed on a bottom surface of the second gallium nitride layer 160b to which a portion of the first p-type gallium nitride layer 160a is exposed. Like the n-type electrode 120, the p-type electrode 170 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(170) 하면에는 도금 결정핵층(180)을 이용하여 전해 도금 또는 무전해 도금하여 형성된 도금층으로 이루어진 구조지지층(190)이 형성되어 있다.The lower surface of the p-type electrode 170 is formed with a structural support layer 190 made of a plating layer formed by electrolytic plating or electroless plating using the plating crystal nucleus layer 180.

한편, 본 실시예에서는 상기 구조지지층(190)으로 도금 결정핵층(180)을 결정핵으로 사용하여 형성된 도금층을 설명하고 있으나, 이는 이에 한정되지 않으며, 상기 구조지지층은 최종적인 LED 소자의 지지층 및 전극으로서의 역할을 수행하는 것으로서, 실리콘(Si) 기판, GaAs 기판, Ge 기판 또는 금속층 등으로 이루어질 수 있다.Meanwhile, in the present exemplary embodiment, the plating layer formed by using the plating crystal nucleus layer 180 as the crystal nucleus as the structure support layer 190 is described. However, the present invention is not limited thereto, and the structure support layer may be a support layer and an electrode of the final LED device. As a role to play, it may be made of a silicon (Si) substrate, a GaAs substrate, a Ge substrate or a metal layer.

또한, 상기 금속층은 열증착(Thermal evaporator), 전자선증착(e-beam evaporator), 스퍼터(Sputter), 화학기상증착(CVD) 등의 방식을 통하여 형성된 것이 사용가능하다.In addition, the metal layer may be formed by a thermal evaporator, an e-beam evaporator, a sputter, a chemical vapor deposition (CVD), or the like.

즉, 본 발명은 상기 p형 전극(170)과 접하는 상기 p형 질화갈륨층(160)의 표면 중 상기 n형 전극(130)과 대응하는 영역의 표면 농도가 그 외의 표면 농도보다 낮도록 하여 상기 n형 전극(130)과 상기 p형 전극(170) 사이에 흐르는 전류를 확산시켜 종래 n형 전극(130)에서 p형 전극(170) 사이의 중심 부분에 해당하는 발광 구조물로 전류가 집중되는 문제를 해결할 수 있다.That is, according to the present invention, the surface concentration of the region of the p-type gallium nitride layer 160 in contact with the p-type electrode 170 and the region corresponding to the n-type electrode 130 is lower than other surface concentrations. The current is concentrated between the n-type electrode 130 and the p-type electrode 170 to concentrate the current from the conventional n-type electrode 130 to the light emitting structure corresponding to the central portion between the p-type electrode 170 Can be solved.

수직구조 Vertical structure 질화갈륨계Gallium Nitride LEDLED 소자의 제조방법 Device manufacturing method

도 4a 내지 도 4e 및 앞서 설명한 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 여기서, 도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정단면도이다.4A to 4E and FIG. 3 described above, a method of manufacturing a vertical gallium nitride based LED device according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail. 4A through 4E are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a vertical gallium nitride based LED device according to an exemplary embodiment of the present invention.

우선, 도 4a에 도시한 바와 같이, 기판(110) 상에 버퍼층(120), n형 질화갈륨층(140), 활성층(150) 및 p형 질화갈륨층(160)이 순차 적층된 구조의 발광 구조물을 형성한다.First, as illustrated in FIG. 4A, light emission of a structure in which a buffer layer 120, an n-type gallium nitride layer 140, an active layer 150, and a p-type gallium nitride layer 160 are sequentially stacked on the substrate 110 is performed. Form the structure.

특히, 본 발명에 따른 상기 p형 질화갈륨층(160)은 활성층(150)과 접하도록 형성된 제1 p형 질화갈륨층(160a)과 상기 제1 p형 질화갈륨층(160a) 위에 형성되어 있으며 그 보다 높은 도핑 농도를 갖는 제2 p형 질화갈륨층(160b)으로 구분되도록 형성되어 있다.In particular, the p-type gallium nitride layer 160 according to the present invention is formed on the first p-type gallium nitride layer 160a and the first p-type gallium nitride layer 160a formed to contact the active layer 150, The second p-type gallium nitride layer 160b having a higher doping concentration is formed.

상기 기판(110)은, 질화물 반도체 단결정을 성장시키기에 적합한 기판으로서, 바람직하게, 사파이어를 포함하는 투명한 재료를 이용하여 형성되며. 사파이어 이외에, 기판(110)은 징크 옥사이드(zinc oxide, ZnO), 갈륨 나이트라이드(gallium nitride, GaN), 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC) 및 알루미늄 나이트라이드(AlN) 등으로 형성될 수 있다.The substrate 110 is a substrate suitable for growing a nitride semiconductor single crystal, and is preferably formed using a transparent material including sapphire. In addition to sapphire, the substrate 110 may be formed of zinc oxide (ZnO), gallium nitride (GaN), silicon carbide (SiC), aluminum nitride (AlN), or the like.

상기 버퍼층(120)은, 상기 기판(110) 상에 후술하는 n형 질화갈륨층을 성장시키기 전에 상기 기판(110)과의 격자정합을 향상시키기 위한 층으로, 일반적으로 AlN/GaN으로 형성되며, 소자의 특성 및 공정 조건에 따라 생략 가능하다.The buffer layer 120 is a layer for improving lattice matching with the substrate 110 before growing an n-type gallium nitride layer to be described later on the substrate 110, and is generally formed of AlN / GaN. It may be omitted depending on the characteristics of the device and the process conditions.

상기 n형 질화갈륨층(140), 활성층(150) 및 p형 질화갈륨층(160)은, AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 물질일 수 있으며, 유기금속 화학기상증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition: MOCVD) 설비를 이용한 에피택셜(epitaxial) 성장법 등으로 형성될 수 있다. The n-type gallium nitride layer 140, the active layer 150 and the p-type gallium nitride layer 160, Al x In y Ga (1-xy) N composition formula (where 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤ x + y ≦ 1), and may be formed by an epitaxial growth method using a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) facility.

보다 구체적으로, 상기 n형 질화갈륨층(140)은, n형 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 형성될 수 있으며, n형 도전형 불순물로는 예를 들어, Si, Ge, Sn 등을 사용하고, 바람직하게는 Si를 주로 사용한다.More specifically, the n-type gallium nitride layer 140 may be formed of a GaN layer or a GaN / AlGaN layer doped with n-type conductive impurities, for example, Si, Ge , Sn and the like are used, and preferably Si is mainly used.

또한, 상기 활성층(150)은 다중 양자우물(Multi-Quantum Well) 구조의 InGaN/GaN층으로 형성되거나, 하나의 양자우물층 또는 더블헤테로 구조로도 형성될 수 있다.In addition, the active layer 150 may be formed of an InGaN / GaN layer having a multi-quantum well structure, or may be formed of one quantum well layer or a double hetero structure.

그리고, 상기 p형 질화갈륨층(160)은, p형 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 형성될 수 있으며, 이때, 상기 p형 질화갈륨층(160)의 제1 p형 질화갈륨층(160a)이 제2 p형 질화갈륨층(160b) 보다 낮은 농도를 갖도록 형성한다. 상기 p형 도전형 불순물로는 예를 들어, Mg, Zn, Be 등을 사용하고, 바람직하게는 Mg를 주로 사용한다. 상기 제2 p형 질화갈륨층(160b)은 1Å 내지 200㎚의 얇은 두께로 형성한다.The p-type gallium nitride layer 160 may be formed of a GaN layer or a GaN / AlGaN layer doped with a p-type conductive impurity, and at this time, the first p-type of the p-type gallium nitride layer 160 The gallium nitride layer 160a is formed to have a lower concentration than the second p-type gallium nitride layer 160b. As the p-type conductive impurity, for example, Mg, Zn, Be or the like is used, and preferably Mg is mainly used. The second p-type gallium nitride layer 160b is formed to a thin thickness of 1 to 200 nm.

그런 다음, 도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 제2 p형 질화갈륨층(160b) 중 후술하는 n형 전극의 형성 영역과 대응하는 영역에 해당하는 부분을 제거하여 상기 제2 p형 질화갈륨층(160b) 보다 낮은 농도를 갖는 상기 제1 p형 질화갈륨층(160a)의 표면 일부분을 노출시킨다. 이때, 상기 제2 p형 질화갈륨층(160b)은 1Å 내지 200㎚의 얇은 두께로 형성되어 있으므로, 이를 제거하여 p형 질화갈륨층(160)의 표면 단차가 형성되어도 이로 인해 후속 공정 진행시 요철 등과 같은 문제는 발생하지 않는다.Then, as shown in FIG. 4B, the second p-type gallium nitride layer is removed by removing a portion of the second p-type gallium nitride layer 160b corresponding to the region of the n-type electrode to be described later. A portion of the surface of the first p-type gallium nitride layer 160a having a concentration lower than 160b is exposed. At this time, since the second p-type gallium nitride layer 160b is formed to a thin thickness of 1 Å to 200 nm, even if the surface step of the p-type gallium nitride layer 160 is formed by this, unevenness during the subsequent process proceeds. The problem does not occur.

이어서, 도 4c에 도시한 바와 같이, 상기 제1 질화갈륨층(160a)의 일부분이 노출된 상기 p형 질화갈륨층(160) 상에 p형 전극(170)을 형성한다. 이때, 상기 p형 질화갈륨층(160)은, 상기 n형 질화갈륨층(140)에 비해 상대적으로 전도성이 불량하며, pn 접합에 매우 인접한 특성을 가지므로, 전기적, 열적 특성을 고려하여 상기 p형 질화갈륨층(160)의 상부 전면에 오믹 특성과 광반사 특성을 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 다시 말해, 상기 p형 전극(170)은, 오믹 특성과 광반사 특성을 동시에 지닌 금속으로 이루어진 단층 또는 오믹 특성과 광반사 특성을 각각 지닌 금속이 순차 적층되어 이루어진 다층으로 형성할 수 있다.Subsequently, as illustrated in FIG. 4C, a p-type electrode 170 is formed on the p-type gallium nitride layer 160 to which a portion of the first gallium nitride layer 160a is exposed. In this case, the p-type gallium nitride layer 160, the conductivity is relatively poor compared to the n-type gallium nitride layer 140, and has a very close characteristic to the pn junction, in consideration of the electrical and thermal characteristics of the p It is preferable to form an ohmic characteristic and a light reflection characteristic on the entire upper surface of the type gallium nitride layer 160. In other words, the p-type electrode 170 may be formed as a single layer made of a metal having both ohmic and light reflecting properties or a multilayer formed by sequentially stacking metals having both ohmic and light reflecting properties.

그런 다음, 도 4d에 도시한 바와 같이, 상기 p형 전극(170) 상에 도금 결정핵층(180)을 이용하여 전해 도금 또는 무전해 도금하여 형성된 도금층으로 이루어진 구조지지층(190)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 4D, a structural support layer 190 is formed on the p-type electrode 170 by using a plating nucleus layer 180 and a plating layer formed by electroplating or electroless plating.

한편, 본 실시예에서는 상기 구조지지층(190)으로 도금 결정핵층(180)을 결정핵으로 사용하여 형성된 도금층을 설명하고 있으나, 이는 이에 한정되지 않으며, 상기 구조지지층은 최종적인 LED 소자의 지지층 및 전극으로서의 역할을 수행하는 것으로서, 실리콘(Si) 기판, GaAs 기판, Ge 기판 또는 금속층 등을 이용하여 형성할 수 있다.Meanwhile, in the present exemplary embodiment, the plating layer formed by using the plating crystal nucleus layer 180 as the crystal nucleus as the structure support layer 190 is described. However, the present invention is not limited thereto, and the structure support layer may be a support layer and an electrode of the final LED device. As a role to play, it can be formed using a silicon (Si) substrate, a GaAs substrate, a Ge substrate or a metal layer.

이어서, 도 4e에 도시한 바와 같이, LLO 공정을 통해 상기 기판(110)을 제거하여 n형 질화갈륨층(140)의 표면을 노출시킨다.Subsequently, as shown in FIG. 4E, the substrate 110 is removed through the LLO process to expose the surface of the n-type gallium nitride layer 140.

그런 다음, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 노출된 n형 질화갈륨층(140)의 중심에 오믹 특성을 갖는 도전성 물질을 증착하여 n형 전극(130)을 형성한다.3, a n-type electrode 130 is formed by depositing a conductive material having ohmic characteristics in the center of the exposed n-type gallium nitride layer 140.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims also fall within the scope of the present invention.

도 1은 종래 기술에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 구조를 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view showing the structure of a vertical gallium nitride-based LED device according to the prior art.

도 2는 종래 기술에 따른 또 다른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 구조를 나타낸 단면도.Figure 2 is a cross-sectional view showing the structure of another vertical structure gallium nitride based LED device according to the prior art.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 구조를 나타낸 단면도.3 is a cross-sectional view showing the structure of a vertical structure gallium nitride-based LED device according to an embodiment of the present invention.

도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구조 질화갈륨계 LED 소자의 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정단면도.4A through 4E are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a vertical gallium nitride based LED device according to an exemplary embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

110 : 기판 120 : 버퍼층110 substrate 120 buffer layer

130 : n형 전극 140 : n형 질화갈륨층130: n-type electrode 140: n-type gallium nitride layer

150 : 활성층 160 : p형 질화갈륨층150: active layer 160: p-type gallium nitride layer

160a : 제1 p형 질화갈륨층 160b : 제2 p형 질화갈륨층160a: first p-type gallium nitride layer 160b: second p-type gallium nitride layer

170 : p형 전극 180 : 도금 시드층170: p-type electrode 180: plating seed layer

190 : 구조지지층190: structural support layer

Claims

n-type electrode;

An n-type gallium nitride layer formed on the bottom of the n-type electrode;

An active layer formed on a lower surface of the n-type gallium nitride layer;

A p-type gallium nitride layer formed on the lower surface of the active layer;

A p-type electrode on a lower surface of the p-type gallium nitride layer; And

Including; a structure support layer formed on the lower surface of the p-type electrode,

The surface of the region of the p-type gallium nitride layer in contact with the p-type electrode, the surface of the region corresponding to the n-type electrode is doped at a lower concentration than the other surface of the vertical structure gallium nitride-based light emitting diode device.

The method of claim 1,

The surface of the region of the p-type gallium nitride layer in contact with the p-type electrode, the surface of the region corresponding to the n-type electrode has a step with the other surface, the vertical structure gallium nitride-based light emitting diode device.

The method of claim 2,

The surface of the region of the p-type gallium nitride layer corresponding to the n-type electrode is removed by a portion of the p-type gallium nitride layer to a predetermined depth toward the active layer through an etching process to have a step with the other surface Light emitting diode device characterized in that.

The method of claim 3,

The predetermined depth is a gallium nitride-based light emitting diode device, characterized in that consisting of a value in the range of 1 ~ 200nm.

Forming an n-type gallium nitride layer on the substrate;

Forming an active layer on the n-type gallium nitride layer;

Forming a p-type gallium nitride layer formed by sequentially stacking a first p-type gallium nitride layer and a second p-type gallium nitride layer having a higher concentration than the first p-type gallium nitride layer;

Exposing a surface of the first p-type gallium nitride layer by removing a portion of the second p-type gallium nitride layer corresponding to an n-type electrode;

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

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

Removing the substrate to expose an n-type gallium nitride layer;

Forming an n-type electrode on the exposed n-type gallium nitride layer; manufacturing method of a vertical gallium nitride-based light emitting diode device comprising a.

The method of claim 5,

The second p-type gallium nitride layer is a method of manufacturing a vertical gallium nitride-based light emitting diode device, characterized in that formed in a thickness of 1 ~ 200nm.

The method of claim 5,

Before forming the n-type gallium nitride layer,

A method of manufacturing a gallium nitride-based light emitting diode device further comprising the step of forming a buffer layer on the substrate.