KR101295468B1 - Light emitting device and method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광소자 내부에 전극을 포함하는 발광소자에 관한 것이다.The present invention relates to a light emitting device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a light emitting device including an electrode inside the light emitting device.
발광 다이오드(light-emitting diode: LED)는 p-n접합 다이오드의 일종으로, 순방향으로 전압이 걸릴 때 단파장광(monochro-matic light)이 방출되는 현상인 전기발광효과(electroluminescence)를 이용한 반도체 소자이다.Light-emitting diodes (LEDs) are a type of p-n junction diodes, and are semiconductor devices using electroluminescence, a phenomenon in which a monochromatic light is emitted when a voltage is applied in a forward direction.
최근에는 질화물 계열의 화합물 반도체를 이용하고, 고휘도를 실현하고 있다. 즉, GaN 계열의 화합물 반도체들 사이에 다중양자우물 구조를 채용하여 청색광을 구현하고 있으며, 상부에 형광물질을 도입하여 백색광을 구현한다.In recent years, nitride semiconductor compound semiconductors are used to achieve high brightness. That is, a blue quantum well structure is adopted between GaN-based compound semiconductors to implement blue light, and a fluorescent material is introduced on the top to realize white light.
발광 다이오드의 동작은 양극과 음극으로 표현되는 2개의 전극에 전압을 인가하고, 전압의 인가에 따른 전류의 공급에 의해 발광동작이 수행되는 메커니즘이다. 특히, 다중양자우물 구조가 형성된 활성층에는 n형 반도체층과 p형 반도체층이 상하부에 접촉된다. n형 반도체층은 활성층에 전자를 공급하고, p형 반도체층은 활성층에 정공을 공급한다. 다중양자우물 구조에 투입된 전자 및 정공은 양자구속효과에 의해 우물층 내부에 정의되고, 재결합에 의해 발광동작이 수행된다.The operation of the light emitting diode is a mechanism in which a voltage is applied to two electrodes represented by an anode and a cathode, and a light emitting operation is performed by supplying a current according to the application of the voltage. In particular, an n-type semiconductor layer and a p-type semiconductor layer are in contact with the upper and lower portions of the active layer in which the multi-quantum well structure is formed. The n-type semiconductor layer supplies electrons to the active layer, and the p-type semiconductor layer supplies holes to the active layer. Electrons and holes injected into the multi-quantum well structure are defined inside the well layer by the quantum confinement effect, and light emission operation is performed by recombination.
종래 수평형(lateral) 발광다이오드를 제작할 시에 n형 반도체 표면에 전극을 형성하기 위해 p형 반도체층 및 활성층의 일부를 식각하게 되는 데, 이로 인하여 활성층의 면적이 줄어들게 되고, 발광되는 표면적이 줄어들게 된다.When fabricating a conventional horizontal light emitting diode, a portion of the p-type semiconductor layer and the active layer are etched to form an electrode on the n-type semiconductor surface, thereby reducing the area of the active layer and reducing the surface area emitted. do.
또한, n형 반도체 표면의 일부 영역에 전극이 형성됨으로써, 전류 밀집의 문제가 발생하게 된다.In addition, an electrode is formed in a portion of the n-type semiconductor surface, thereby causing a problem of current density.
대한민국 공개특허 제10-2005-0093876호(2005.09.23.)는 사파이어 기판에 적어도 하나 이상의 관통홀들을 형성하고, 상기 관통홀들 내부에 n형 전극을 형성함으로써 발광되는 표면적을 늘린 기술을 개시하였다. 다만, 이 경우 n형 전극이 버퍼층에 연결되고 n형 반도체층에 직접 연결되지 않아 전류 주입이 효율적이지 않는 문제점이 있다.Korean Patent Laid-Open No. 10-2005-0093876 (September 23, 2005) discloses a technique of increasing the surface area emitted by forming at least one through hole in a sapphire substrate and forming an n-type electrode in the through holes. . However, in this case, since the n-type electrode is connected to the buffer layer and not directly connected to the n-type semiconductor layer, current injection is not efficient.
따라서, 활성층의 감소되는 면적을 최소화시키고, 발광되는 표면적을 늘리며, 전류 주입효과를 향상시킬 수 있는 발광소자의 개발에 대한 필요성이 있다.Therefore, there is a need for the development of a light emitting device capable of minimizing the reduced area of the active layer, increasing the surface area emitted, and improving the current injection effect.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 활성층의 감소되는 면적을 최소화시키고, 발광되는 표면적을 늘리며, 전류 주입효과를 향상시킬 수 있는 발광소자를 제공함에 있다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a light emitting device that can minimize the reduced area of the active layer, increase the surface area to be emitted, and improve the current injection effect.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 기판; 상기 기판 상에 형성된 n형 반도체층; 상기 n형 반도체층 상에 형성된 활성층; 상기 활성층 상에 형성된 p형 반도체층; 상기 p형 반도체층 상에 형성된 p형 전극; 상기 n형 반도체층 내부에 형성된 n형 전극; 및 상기 n형 전극과 접하고, 상기 n형 반도체층의 노출된 면에 배치되는 n형 패드를 포함하고, 상기 n형 전극 하부의 n형 반도체층의 두께는 1㎛ 내지 5㎛인 발광소자를 제공한다.One aspect of the present invention to achieve the above technical problem is a substrate; An n-type semiconductor layer formed on the substrate; An active layer formed on the n-type semiconductor layer; A p-type semiconductor layer formed on the active layer; A p-type electrode formed on the p-type semiconductor layer; An n-type electrode formed inside the n-type semiconductor layer; And an n-type pad in contact with the n-type electrode and disposed on an exposed surface of the n-type semiconductor layer, wherein the thickness of the n-type semiconductor layer below the n-type electrode is 1 μm to 5 μm. do.
상기 n형 반도체층 내부에 형성되고, 상기 n형 전극 상에 형성된 절연층을 더 포함할 수 있다.The semiconductor device may further include an insulating layer formed inside the n-type semiconductor layer and formed on the n-type electrode.
상기 절연층에 의해 상기 n형 전극의 하부 및 측부로 전류가 펼쳐지는 것을 특징으로 한다.The insulating layer is characterized in that the current spreads to the lower side and the side of the n-type electrode.
상기 n형 전극의 폭은 3㎛ 내지 10㎛일 수 있다.The width of the n-type electrode may be 3㎛ to 10㎛.
상기 n형 전극의 두께는 0.5㎛ 내지 5㎛일 수 있다.The n-type electrode may have a thickness of 0.5 μm to 5 μm.
상기 기판과 n형 반도체층 사이에 버퍼층을 더 포함할 수 있다.A buffer layer may be further included between the substrate and the n-type semiconductor layer.
상기 p형 반도체층과 상기 p형 전극 사이에 전류확산층을 더 포함할 수 있다.A current diffusion layer may be further included between the p-type semiconductor layer and the p-type electrode.
상기 n형 전극은 Ni, Cr, W, Rh, In, Au, Sn, Zr, Ta, Al, Ti 및 이들의 화합물로 구성된 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.The n-type electrode may include any one selected from the group consisting of Ni, Cr, W, Rh, In, Au, Sn, Zr, Ta, Al, Ti, and compounds thereof.
상기 절연층은 SiO2, 실리콘나이트라이드, 실리사이드, 갈륨나이트라이드 및 희토류 물질로 구성된 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.The insulating layer may include any one selected from the group consisting of SiO 2 , silicon nitride, silicide, gallium nitride, and a rare earth material.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 n형 전극이 매립된 n형 반도체층을 형성하는 단계; 상기 n형 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계; 상기 활성층 상에 p형 반도체층을 형성하는 단계; 상기 n형 반도체층의 일부를 노출시켜 상기 n형 전극과 접하는 n형 패드를 형성하는 단계; 및 상기 p형 반도체층 상에 p형 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 n형 전극 하부의 n형 반도체층의 두께는 1㎛ 내지 5㎛인 발광소자 제조방법을 제공한다.Another aspect of the present invention to achieve the technical problem is preparing a substrate; Forming an n-type semiconductor layer in which an n-type electrode is embedded on the substrate; Forming an active layer on the n-type semiconductor layer; Forming a p-type semiconductor layer on the active layer; Exposing a portion of the n-type semiconductor layer to form an n-type pad in contact with the n-type electrode; And forming a p-type electrode on the p-type semiconductor layer, wherein the thickness of the n-type semiconductor layer below the n-type electrode is 1 μm to 5 μm.
상기 n형 반도체층을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 n형 반도체층을 형성하는 단계; 상기 n형 반도체층 표면에 오목부를 형성하는 단계; 상기 오목부의 적어도 일부를 매립하는 n형 전극을 형성하는 단계; 및 상기 n형 반도체층을 재성장시켜 상기 n형 전극을 덮는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The forming of the n-type semiconductor layer may include forming an n-type semiconductor layer on the substrate; Forming a recess on a surface of the n-type semiconductor layer; Forming an n-type electrode filling at least a portion of the recess; And re-growing the n-type semiconductor layer to cover the n-type electrode.
상기 n형 패드를 형성하는 단계는, 상기 n형 전극 상의 일부가 외부에 노출되도록 상기 p형 반도체층, 활성층 및 n형 반도체층의 일부를 식각하는 단계; 및 상기 n형 반도체층의 노출된 표면에 상기 n형 전극과 접하도록 n형 패드를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The forming of the n-type pad may include etching the portions of the p-type semiconductor layer, the active layer, and the n-type semiconductor layer so that a portion of the n-type electrode is exposed to the outside; And forming an n-type pad on the exposed surface of the n-type semiconductor layer to contact the n-type electrode.
상기 n형 반도체층을 형성하는 단계 이전에, 상기 기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.Prior to forming the n-type semiconductor layer, the method may further include forming a buffer layer on the substrate.
상기 p형 반도체층을 형성하는 단계 및 상기 n형 패드를 형성하는 단계 사이에, 상기 p형 반도체층 상에 전류확산층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include forming a current spreading layer on the p-type semiconductor layer between the forming of the p-type semiconductor layer and the forming of the n-type pad.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, n형 반도체층 내부에 n형 전극을 형성함으로써, 활성층의 감소되는 면적을 최소화시키고, 발광되는 표면적을 늘려 발광소자의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, by forming the n-type electrode inside the n-type semiconductor layer, it is possible to minimize the reduced area of the active layer, increase the surface area emitted light to improve the light extraction efficiency of the light emitting device.
또한, n형 전극의 두께를 얇게 형성하여 발광된 빛이 흡수되는 양을 줄일 수 있다.In addition, the thickness of the n-type electrode may be formed to be reduced to reduce the amount of emitted light.
또한, n형 전극의 위치와 크기를 조절하고, n형 전극 상에 절연층을 형성하여 전류 스프레딩과 전류 주입 효과를 향상시켜 발광소자의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, by adjusting the position and size of the n-type electrode, and forming an insulating layer on the n-type electrode to improve the effect of current spreading and current injection can improve the light extraction efficiency of the light emitting device.
또한, n형 전극의 폭을 얇게 설계하고, n형 반도체층의 오목부에 매립하여 형성함으로써, n형 반도체층의 재성장 공정에서 발생할 수 있는 결함(defect) 또는 보이드(void) 영역을 감소시킬 수 있다.In addition, the width of the n-type electrode is designed to be thin and embedded in the concave portion of the n-type semiconductor layer, thereby reducing defects or voids that may occur in the regrowth process of the n-type semiconductor layer. have.
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자의 일 단면도이다.
도 2는 도 1의 발광소자를 절단선 Ⅰ-Ⅰ'로 절단한 단면도이다.
도 3 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 공정단계에 따라 나타낸 단면도들이다.1 is a cross-sectional view of a light emitting device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the light emitting device of FIG. 1 taken along the line II ′. FIG.
3 to 10 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting device according to an embodiment of the present invention according to a process step.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity. Like reference numerals designate like elements throughout the specification. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
실시예 1Example 1
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자의 일 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a light emitting device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 기판(100) 상에 버퍼층(200), n형 반도체층(300), 활성층(500), p형 반도체층(600), 전류확산층(700) 및 p형 전극(900)이 차례로 적층되어 있고, 상기 n형 반도체층(300) 내부에 n형 전극(400)이 형성되어 있다. 또한, 상기 n형 반도체층(300)의 노출된 면에 상기 n형 전극(400)과 접하는 n형 패드(800)가 배치되어 있다.Referring to FIG. 1, a
상기 기판(100)은 소정의 광투과도를 가지고 n형 반도체층(300)의 성장을 용이하게 할 수 있는 재질이라면 어느 것이나 가능할 것이다. 예컨대, 발광 구조가 질화물 계열의 화합물 반도체 또는 산화물 계열의 화합물 반도체로 구성되고, 육방정계 구조를 가지는 경우, 상기 기판(100)도 육방정계의 결정구조를 가짐이 바람직하다. 이외에도 상기 기판(100)은 비정질상 또는 육방정계 이외의 결정구조를 가진 상태에서 그 상부에 단결정 박막이 구비된 형태로 제공될 수 있다. 또한, 상기 기판(100)은 임의의 기판 상에 나노 구조체가 형성된 형태로 제공될 수도 있다. 상기 나노 구조체는 패턴 형상일 수 있다.The
예컨대, 상기 기판(100)은 사파이어(Al2O3) 기판, 실리콘 카바이드(SiC) 기판, GaN 기판, ZnO 기판 또는 실리콘 기판 등일 수 있다.For example, the
상기 버퍼층(200)은 질화막 또는 산화막으로 이루어질 수 있다. 상기 버퍼층(200)은 기판(100)과 n형 반도체층(300) 사이의 격자상수(lattice constant) 및 열팽창 계수(thermal expansion coefficient)의 불일치에 따른 결정 결함(crystal defect)의 발생을 최소화시키기 위해 구비된다. 예를 들어, 사파이어 기판 상에 저온의 GaN 버퍼층을 형성한 후 상기 GaN 버퍼층 상에 양질의 단결정 GaN 질화물 반도체층을 성장시킬 수 있다.The
다만, 상기 버퍼층(200)은 실시의 형태에 따라 생략될 수 있다. 예컨대, GaN 기판 상에 n-GaN 반도체층을 성장시키는 경우 격자상수의 불일치 문제가 없으므로 GaN 기판 및 n-GaN 반도체층 사이에 버퍼층을 추가로 개재하지 않아도 충분하다.However, the
상기 버퍼층(200) 상에 n형 반도체층(300)이 형성되어 있다.An n-
상기 n형 반도체층(300)은 질화물 반도체 또는 산화물 반도체일 수 있다.The n-
상기 질화물 반도체는 GaN로 구성될 수 있다. 이 경우, 도판트로는 4족 원소가 사용되며, Si이 도판트로 사용됨이 바람직하다. 상기 산화물 반도체는 ZnO로 구성될 수 있다. 이 경우, 도판트로는 3족 원소가 사용됨이 바람직하다.The nitride semiconductor may be composed of GaN. In this case, a Group 4 element is used as the dopant, and Si is preferably used as the dopant. The oxide semiconductor may be composed of ZnO. In this case, it is preferable that a group 3 element is used as a dopant.
상기 n형 반도체층(300) 상에 활성층(500)이 형성되어 있다.An
상기 활성층(500)은 하부의 n형 반도체층(300)과 동종의 결정구조를 가지는 물질로 형성함이 바람직하다. 예컨대, n형 반도체층(300)이 GaN 계열인 경우, 상기 활성층(500)도 GaN 계열로 형성됨이 바람직하다.The
다만, 실시의 형태에 따라 상기 활성층(500)은 n형 반도체층(300)과 이종접합으로 형성될 수 있다. 예컨대, n형 반도체층(300)이 ZnO를 포함하는 경우, 상기 활성층(500)은 GaN 기반의 막질로 구성될 수도 있다.However, according to the exemplary embodiment, the
또한, 상기 활성층(500)은 단일 양자 우물(Single Quantum Well) 구조 또는 다중 양자 우물(Multi Quantum Well) 구조일 수 있다. 다중 양자 우물 구조가 바람직하다. 다중 양자 우물 구조는 장벽층(barrier layer)과 우물층(quantum well layer)이 교대로 적층된 구조를 의미한다. 장벽층은 우물층의 밴드갭보다 높은 밴드갭을 가진다. 이를 통해 우물층에서의 양자구속효과는 유효하게 발현된다. 우물층 또는 장벽층의 형성은 밴드갭 엔지니어링에 의해 수행된다.In addition, the
예컨대, GaN 기반의 활성층(500)을 형성하고자 하는 경우, GaN보다 낮은 밴드갭을 가지는 물질을 도입하여 우물층의 밴드갭을 조절할 수 있다. 즉, In 원자를 도입하여 우물층을 InGaN으로 형성하고, In의 분율의 조절을 통해 우물층과 장벽층을 형성할 수 있다. In의 분율이 상대적으로 낮은 경우, 장벽층으로 거동하며, In의 분율이 상대적으로 높은 경우, 우물층으로 거동한다. 또한, 우물층 또는 장벽층은 2원계, 3원계 또는 4원계로 형성될 수 있다. 예컨대, 4원계 AlInGaN 박막을 활성층으로 사용할 수 있다.For example, when the GaN-based
또한, 상기 활성층(500)이 ZnO 계열로 형성되는 경우, Mg, Cd 또는 Be 등의 도입을 통해 밴드갭 엔지니어링이 수행될 수 있다. 물론, 우물층 또는 장벽층은 2원계, 3원계 또는 4원계로 형성될 수 있다.In addition, when the
다만, 우물층의 밴드갭은 장벽층보다 낮을 것이 요구되며, 장벽층의 밴드갭은 p형 반도체층(600)보다 낮게 설정됨이 바람직하다.However, the band gap of the well layer is required to be lower than the barrier layer, and the band gap of the barrier layer is preferably set lower than that of the p-
상기 활성층(500) 상에 p형 반도체층(600)이 형성되어 있다.The p-
상기 p형 반도체층(600)은 상기 n형 반도체층(300) 또는 활성층(500)을 형성하는 기반 물질과 동일한 기반 물질로 형성됨이 바람직하다. 예컨대, n형 반도체층(300) 또는 활성층(500)이 GaN을 포함하는 경우, p형 반도체층(600)도 GaN을 포함함이 바람직하다. 또한, n형 반도체층(300) 또는 활성층(500)이 ZnO를 포함하는 경우, p형 반도체층(600)도 ZnO를 포함함이 바람직하다.The p-
다만, 상기 p형 반도체층(600)의 재질은 상기 활성층(500)에서 형성된 빛의 흡수가 최소화될 수 있는 구조와 밴드갭을 가진 물질이고, 소정의 광투과성을 가진 물질이라면 사용가능하다 할 것이다.However, the material of the p-
p형 반도체층(600)의 형성을 위해 다양한 형태의 도판트가 도입될 수 있다. 예컨대, 상기 p형 반도체층(600)이 GaN을 포함하는 경우, 도판트로는 2족 원소가 사용될 수 있으며, Mg이 사용됨이 바람직하다. 또한, 상기 n형 반도체층(300)이 ZnO를 포함하는 경우, 도판트로는 1족 원소 또는 5족 원소 등이 사용될 수 있다.Various types of dopants may be introduced to form the p-
상기 p형 반도체층(600) 상에 전류확산층(700)이 형성되어 있다.The
상기 전류확산층(700)은 p형 반도체층(600)과 p형 전극(900) 사이의 오믹 접합 특성을 개선하고, 전류확산의 역할을 한다. 상기 전류확산층(700)으로는 ITO 등의 도전성 산화물이 사용될 수 있다. 다만, 상기 전류확산층(700)은 실시의 형태에 따라 생략할 수 있다.The current spreading
상기 전류확산층(700) 상에 p형 전극(900)이 형성되어 있다.The p-
상기 p형 전극(900)은 p형 반도체층(600)과 오믹 접합을 이룰 수 있는 물질이라면 어느 것이나 가능할 것이다. 예컨대, 상기 p형 전극(900)은 Cr/Au로 형성될 수 있다.The p-
또한, 상기 p형 전극(900)에 p형 패드(미도시)가 연결될 수 있다.In addition, a p-type pad (not shown) may be connected to the p-
상기 n형 전극(400)은 상기 n형 반도체층(300) 내부에 형성되어 있다. 따라서, n형 전극(400)을 n형 반도체층(300) 내부에 형성함으로써, 전극 접촉면적을 늘려 전류 확산 효과를 향상시킬 수 있다. 또한, n형 패드(800)를 형성할 영역만 식각하면 되므로 종래의 수평형 발광소자에 비하여 활성층(500)의 감소되는 면적을 최소화시키고, 외부로 발광되는 표면적을 늘려 발광소자의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.The n-
상기 n형 전극(400)의 폭은 3㎛ 내지 10㎛일 수 있다. 상기 n형 전극(400)의 폭을 3㎛ 내지 10㎛의 두께로 얇게 형성하여 n형 반도체층(300)의 재성장 공정에서 발생할 수 있는 결함(defect) 또는 보이드(void) 영역을 감소시킬 수 있다.The width of the n-
만일, 상기 n형 전극(400)의 폭이 3㎛ 미만인 경우, n형 전극(400)과 n형 반도체층(300)이 만나는 면적이 작아 전류 주입 효율이 떨어질 수 있다. 또한, 상기 n형 전극(400)의 폭이 10㎛를 상회하는 경우, 활성층(500)에서 발생된 빛이 외부로 방출되는 경로를 막는 면적이 늘어나게 되어 광 추출 효율을 떨어뜨릴 수 있다.If the width of the n-
상기 n형 전극(400)의 두께는 0.5㎛ 내지 5㎛일 수 있다. 따라서, n형 반도체층(300)의 표면에 n형 전극(400)을 형성할 경우, n형 전극(400)의 하부 면적만 n형 반도체층(300)과 접촉하나, 본 발명은 상기 n형 전극(400)의 하부 및 측부와 n형 반도체층(300)과 만나므로 전류 주입 면적을 넓혀 전류 주입 효과를 향상시킬 수 있다.The n-
만일, 상기 n형 전극(400)의 두께가 0.5㎛ 미만인 경우, 전류 주입 면적이 작아 전류 주입이 충분하지 않을 수 있다. 또한, 만일, 상기 n형 전극(400)의 두께가 5㎛를 상회하는 경우, 상기 n형 전극이 n형 반도체층 내부 중간 높이까지 위치하게 되어 전류 주입 효율이 떨어질 수 있다.If the thickness of the n-
상기 n형 전극(400) 하부의 n형 반도체층(300)의 두께는 1㎛ 내지 5㎛ 두께일 수 있다. 만일, 상기 n형 전극(400) 하부의 n형 반도체층(300)의 두께가 1㎛ 미만인 경우, n형 전극(400) 하부의 n형 반도체층(300)의 두께가 너무 얇아 전류 스프레딩이 일어나는 경로가 작아질 수 있다. 또한, 만일 n형 전극(400) 하부의 n형 반도체층(300)의 두께가 5㎛를 상회하는 경우, n형 전극(400) 하부의 n형 반도체층(300)에서 전류가 지나가지 않는 영역이 늘어날 염려가 있다.The n-
상기 n형 반도체층(300)이 GaN을 포함하는 경우, 상기 n형 전극(400)은 Ni, Cr, W, Rh, In, Au, Sn, Zr, Ta, Al, Ti 및 이들의 화합물로 구성된 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 n형 전극(400)은 Ti/Au로 형성될 수 있다.When the n-
또한, 상기 n형 반도체층(300)이 ZnO를 포함하는 경우, 상기 n형 전극(400)은 Ni, Cr, W, Rh, In, Au, Sn, Zr, Ta, Al, Ti 및 이들의 화합물로 구성된 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 n형 전극(400)은 Pt/Au로 형성될 수 있다.In addition, when the n-
한편, 상기 n형 전극(400) 상에 절연층(미도시)을 추가로 형성할 수 있다.Meanwhile, an insulating layer (not shown) may be further formed on the n-
상기 절연층은 상기 n형 전극(400)의 전류가 상기 n형 전극(400)의 상부로 펼쳐지지 않고, 상기 n형 전극(400)의 하부 및 측부로 펼쳐질 수 있게 한다. 따라서, 전류 스프레딩 효과를 향상시켜 발광소자의 광 추출 효율을 높일 수 있다.The insulating layer allows the current of the n-
상기 절연층은 SiO2, 실리콘나이트라이드, 실리사이드(Silicide), 갈륨나이트라이드 및 희토류 물질로 구성된 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.The insulating layer may include any one selected from the group consisting of SiO 2 , silicon nitride, silicide, gallium nitride, and a rare earth material.
상기 n형 패드(800)는 상기 n형 전극(400)과 접하도록 상기 n형 반도체층(300)의 노출된 면에 배치되어 있다.The n-
상기 n형 패드(800)를 통하여 n형 반도체층(300) 내부에 있는 n형 전극(400)에 전류를 주입할 수 있다.Current may be injected into the n-
만일, 상기 n형 전극(400)이 복수 개인 경우, 상기 복수 개의 n형 전극(400)에 전부 접하도록 n형 패드를 형성함이 바람직하다.If there are a plurality of n-
상기 n형 패드(800)는 Ni, Cr, W, Rh, In, Au, Sn, Zr, Ta, Al, Ti 및 이들의 화합물로 구성된 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 n형 패드(800)의 물질은 상기 n형 전극(400)의 물질과 동일 또는 상이할 수 있다.The n-
도 2는 도 1의 발광소자를 절단선 Ⅰ-Ⅰ'로 절단한 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view of the light emitting device of FIG. 1 taken along the line II ′. FIG.
도 2를 참조하면, 복수 개의 n형 전극(400)이 하나의 n형 패드(800)에 접하고 있음을 알 수 있다. 따라서, 상기 n형 패드(800)를 통하여 복수 개의 n형 전극(400)에 동시에 전류를 주입할 수 있다.
2, it can be seen that a plurality of n-
실시예Example 2 2
도 3 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 공정단계에 따라 나타낸 단면도들이다.3 to 10 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting device according to an embodiment of the present invention according to a process step.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 기판(100) 위에 형성된 버퍼층(200) 상에 n형 전극(400)이 매립된 n형 반도체층(300)을 형성한다.3 to 6, the n-
도 3을 참조하면, 먼저 기판(100)을 준비한다. 상기 기판(100)은 사파이어(Al2O3) 기판, 실리콘 카바이드(SiC) 기판, GaN 기판, ZnO 기판 또는 실리콘 기판 등일 수 있다. Referring to FIG. 3, first, a
상기 기판(100) 상에 버퍼층(200)을 형성한다. 상기 버퍼층(200)은 기판 및 n형 반도체층의 물질에 따라 적절히 선택될 수 있다. 상기 버퍼층(200)은 유기금속 화학기상증착법(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD), 수소화물 기상 성장법(hydride vapor phase epitaxy, HVPE) 또는 분자선 성장법(molecular beam epitaxy, MBE) 등을 사용하여 형성할 수 있다.A
상기 버퍼층(200) 상에 n형 반도체층(300)을 형성한다. 상기 n형 반도체층(300)은 MOCVD, HVPE 또는 MBE 등을 이용하여 형성할 수 있다.An n-
도 4를 참조하면, 상기 n형 반도체층(300) 표면에 오목부(310)를 형성한다. 상기 오목부(310)는 단일 또는 복수 개일 수 있다. 상기 오목부(310)의 형상은 원통형, 원뿔형, 피라미드형, 다각기둥형 또는 바 형상 등 다양한 형상일 수 있다. 또한, 상기 오목부(310)는 지그재그 형상일 수 있다.Referring to FIG. 4, a
상기 오목부(310)는 상기 오목부(310) 하부의 n형 반도체층(300)의 두께가 1㎛ 내지 5㎛가 되도록 형성할 수 있다. 만일, 상기 오목부(310) 하부의 n형 반도체층(300)의 두께가 1㎛ 미만인 경우, 상기 오목부(310)에 매립되는 n형 전극(400) 하부의 n형 반도체층(300)의 두께가 너무 얇아 전류 스프레딩이 일어나는 경로가 작아질 수 있다. 또한, 만일 상기 오목부(310) 하부의 n형 반도체층(300)의 두께가 5㎛를 상회하는 경우, 상기 오목부(310)에 매립되는 n형 전극(400) 하부의 n형 반도체층(300)에서 전류가 지나가지 않는 영역이 늘어날 염려가 있다.The
상기 오목부(310)는 리소그래피공정 및 식각공정을 이용하여 형성할 수 있다. 예컨대 상기 n형 반도체층(300) 표면에 오목부(310)를 형성하는 단계는 상기 n형 반도체층(300) 상에 레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 레지스트 패턴에 의해 노출된 n형 반도체층(300)을 식각하여 오목부(310)를 형성하는 단계 및 상기 레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.The
상기 레지스트 패턴은 리소그라피법을 사용하여 형성할 수 있으며, 구체적으로 나노임프린트 리소그라피법, 레이저 간섭 리소그라피법, 전자빔 리소그라피법, 자외선 리소그라피법, 홀로그래픽 리소그라피법 또는 액침 리소그라피법을 사용하여 수행할 수 있다.The resist pattern may be formed using a lithography method, and specifically, may be performed using a nanoimprint lithography method, a laser interference lithography method, an electron beam lithography method, an ultraviolet lithography method, a holographic lithography method, or an immersion lithography method.
상기 식각공정은 건식식각 또는 습식식각을 포함할 수 있다. 바람직하게 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma, ICP) 공정을 이용하여 수행할 수 있다.The etching process may include dry etching or wet etching. Preferably, the process may be performed using an inductively coupled plasma (ICP) process.
상기 레지스트 패턴은 레지스트 제거가스 또는 제거용액을 사용하여 제거할 수 있다. 상기 레지스트 제거가스는 Ar/O2 또는 He/O2일 수 있으며, 상기 레지스트 제거용액은 아세톤일 수 있다.The resist pattern may be removed using a resist removal gas or a removal solution. The resist removal gas may be Ar / O 2 or He / O 2 , and the resist removal solution may be acetone.
도 5를 참조하면, 상기 오목부(310)의 적어도 일부를 매립하는 n형 전극(400)을 형성한다. 상기 n형 전극(400)은 상기 오목부(310)의 상기 오목부(310)의 일부 또는 전부를 매립할 수 있다.Referring to FIG. 5, an n-
상기 n형 전극(400)의 두께는 0.5㎛ 내지 5㎛ 두께일 수 있다.The n-
형성할 상기 n형 전극(400)의 두께에 따라 상기 n형 전극(400)을 상기 오목부(310)의 일부에 매립하거나, 전부에 매립할 수 있다. 또한, 상기 n형 전극(400)을 상기 오목부(310)에 매립하고 그 위에 더 성장시킬 수 있다. 다만, n형 전극(400)을 상기 오목부(310)에 매립하고 더 성장시킬 경우, 이후의 n형 반도체층을 재성장시 상기 n형 전극의 플로우(flow)가 일어날 염려가 있다. 따라서, n형 전극(400)을 상기 오목부(310) 내에 매립하는 것이 바람직하다.Depending on the thickness of the n-
상기 n형 전극(400)은 메탈 증착, 스퍼터링 또는 졸겔(sol-gel) 등 통상의 증착방법이거나 용액법 기반의 방법을 이용하여 형성할 수 있다.The n-
한편, 상기 n형 전극(400)을 형성하는 단계 이후에, 상기 n형 전극(400)에 절연층(미도시)을 형성하는 단계를 추가할 수 있다.Meanwhile, after the forming of the n-
상기 절연층은 n형 전극(400)을 형성한 후, 리소그래피 공정 및 통상의 증착공정을 이용하여 n형 전극(400) 상에 형성할 수 있다.After forming the n-
도 6을 참조하면, 상기 n형 반도체층(300)을 재성장시켜 상기 n형 전극(400)을 덮는다. MOCVD법 등을 이용한 재성장방법을 이용하여 상기 n형 반도체층(300)으로 n형 전극(400)을 덮을 수 있다.Referring to FIG. 6, the n-
만일, n형 전극(400) 상에 절연층을 형성한 경우, 상기 n형 반도체층(300)을 재성장시켜 상기 n형 전극(400) 및 절연층을 덮을 수 있다.If an insulating layer is formed on the n-
도 7을 참조하면, 재성장된 상기 n형 반도체층(300) 상에 활성층(500), p형 반도체층(600) 및 전류확산층(700)을 차례로 형성한다. 상기 전류확산층(700)은 실시의 형태에 따라 생략될 수 있다.Referring to FIG. 7, an
상기 활성층(500), p형 반도체층(600) 및 전류확산층(700)은 서로에 관계없이 MOCVD, HVPE, MBE, E-beam 또는 스퍼터 등을 사용하여 형성할 수 있다.The
도 8은 도 7의 발광소자를 절단선 Ⅱ-Ⅱ'로 절단한 단면도이다.8 is a cross-sectional view of the light emitting device of FIG. 7 taken along the cutting line II-II '.
도 8을 참조하면, n형 전극(400)은 n형 반도체층(300)의 내부에 위치되어 있다. 한편, 도면 표시 상으로는 n형 전극(400)이 n형 반도체층(300)을 분리시키는 것으로 보이나, 실제로는 상기 n형 전극(400)이 n형 반도체층(300)을 분리하지 않는다.Referring to FIG. 8, the n-
도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 n형 반도체층(300)의 일부를 노출시켜 상기 n형 전극(400)과 접하는 n형 패드(800)를 형성한다. 또한, 상기 전류확산층(700) 상에 p형 전극(900)을 형성한다.9 and 10, a portion of the n-
도 9를 참조하면, 상기 n형 전극(400)의 일부가 노출되도록 상기 전류확산층(700), p형 반도체층(600), 활성층(500) 및 n형 반도체층(300)의 일부를 식각한다.9, a portion of the
상기 식각 공정은 ICP 등을 이용하여 메사 식각을 수행할 수 있다.The etching process may be mesa etching using ICP.
도 10을 참조하면, 상기 식각에 의해 노출된 n형 반도체층(300)의 표면에 상기 n형 전극(400)과 접하도록 n형 패드(800)를 형성한다. 상기 n형 패드(800)는 메탈 증착, 스퍼터링 또는 졸겔(sol-gel) 등 통상의 증착방법이거나 용액법 기반의 방법을 이용하여 형성할 수 있다.Referring to FIG. 10, an n-
또한, 상기 전류확산층(700) 상에 p형 전극(900)을 형성한다. 만일, 전류확산층(700)이 생략된 경우 상기 p형 반도체층(600) 상에 p형 전극(900)을 형성할 것이다.In addition, a p-
상기 p형 전극(900)은 메탈 증착, 스퍼터링 또는 졸겔(sol-gel) 등 통상의 증착방법이거나 용액법 기반의 방법을 이용하여 형성할 수 있다.The p-
한편, 상기 n형 패드를 형성하는 단계 이전에 p형 전극(900)을 형성할 수도 있다.Meanwhile, the p-
또한, 상기 p형 전극에 연결되는 p형 패드(미도시)를 형성할 수 있다.
In addition, a p-type pad (not shown) connected to the p-type electrode may be formed.
본 발명에 따른 발광소자는 n형 반도체층 내부에 n형 전극을 형성함으로써, 활성층의 감소되는 면적을 최소화시키고, 발광되는 표면적을 늘려 발광소자의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.In the light emitting device according to the present invention, by forming an n-type electrode inside the n-type semiconductor layer, it is possible to minimize the reduced area of the active layer and increase the surface area emitted, thereby improving the light extraction efficiency of the light emitting device.
또한, n형 전극의 폭을 얇게 형성하여 발광된 빛이 외부로 방출되는 경로를 막는 면적을 줄임으로써 빛이 내부로 흡수되는 양을 줄일 수 있다.In addition, by reducing the width of the n-type electrode to reduce the area blocking the path of the emitted light to the outside can be reduced the amount of light is absorbed into the interior.
또한, n형 전극의 위치를 n형 반도체층 내부의 하부에 가까이 위치시켜 전류 주입 효과를 향상시킬 수 있다.In addition, the position of the n-type electrode can be positioned closer to the lower portion inside the n-type semiconductor layer to improve the current injection effect.
또한, n형 전극 상에 절연층을 형성하여 n형 전극의 하부 및 측부로 전류가 스프레딩 되도록 설계하여 전류 펼침 효과를 향상시킬 수 있다.In addition, by forming an insulating layer on the n-type electrode to design the current spreading to the lower and side portions of the n-type electrode can improve the current spreading effect.
또한, n형 전극의 폭을 얇게 설계하고, n형 반도체층의 오목부에 매립하여 형성함으로써, n형 반도체층의 재성장 공정에서 발생할 수 있는 결함(defect) 또는 보이드(void) 영역을 감소시킬 수 있다.
In addition, the width of the n-type electrode is designed to be thin and embedded in the concave portion of the n-type semiconductor layer, thereby reducing defects or voids that may occur in the regrowth process of the n-type semiconductor layer. have.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the scope and spirit of the invention. Change is possible.
100: 기판 200: 버퍼층
300: n형 반도체층 310: 오목부
400: n형 전극 500: 활성층
600: p형 반도체층 700: 전류확산층
800: n형 패드 900: p형 전극100: substrate 200: buffer layer
300: n-type semiconductor layer 310: recessed portion
400: n-type electrode 500: active layer
600: p-type semiconductor layer 700: current diffusion layer
800: n-type pad 900: p-type electrode
Claims (14)
상기 기판 상에 형성된 n형 반도체층;
상기 n형 반도체층 상에 형성된 활성층;
상기 활성층 상에 형성된 p형 반도체층;
상기 p형 반도체층 상에 형성된 p형 전극;
상기 n형 반도체층 내부에 형성된 n형 전극;
상기 n형 전극과 접하고, 상기 n형 반도체층의 노출된 면에 배치되는 n형 패드; 및
상기 n형 반도체층 내부에 형성되고, 상기 n형 전극 상에 형성된 절연층;을 포함하는,
발광소자.Board;
An n-type semiconductor layer formed on the substrate;
An active layer formed on the n-type semiconductor layer;
A p-type semiconductor layer formed on the active layer;
A p-type electrode formed on the p-type semiconductor layer;
An n-type electrode formed inside the n-type semiconductor layer;
An n-type pad in contact with the n-type electrode and disposed on an exposed surface of the n-type semiconductor layer; And
And an insulating layer formed in the n-type semiconductor layer and formed on the n-type electrode.
Light emitting element.
상기 n형 전극 하부의 n형 반도체층의 두께는 1㎛ 내지 5㎛인 것인,
발광소자The method of claim 1,
The thickness of the n-type semiconductor layer below the n-type electrode is 1㎛ to 5㎛,
Light emitting element
상기 절연층에 의해 상기 n형 전극의 하부 및 측부로 전류가 펼쳐지는 것을 특징으로 하는 발광소자.The method of claim 1,
The light emitting device, characterized in that the current spreads to the lower side and the side of the n-type electrode by the insulating layer.
상기 n형 전극의 폭은 3㎛ 내지 10㎛인 발광소자.The method of claim 1,
The width of the n-type electrode is a light emitting device of 3㎛ 10㎛.
상기 n형 전극의 두께는 0.5㎛ 내지 5㎛인 발광소자.The method of claim 1,
The n-type electrode has a thickness of 0.5㎛ 5㎛ light emitting device.
상기 기판과 n형 반도체층 사이에 버퍼층을 더 포함하는 발광소자.The method of claim 1,
The light emitting device further comprises a buffer layer between the substrate and the n-type semiconductor layer.
상기 p형 반도체층과 상기 p형 전극 사이에 전류확산층을 더 포함하는 발광소자.The method of claim 1,
And a current spreading layer between the p-type semiconductor layer and the p-type electrode.
상기 n형 전극은 Ni, Cr, W, Rh, In, Au, Sn, Zr, Ta, Al, Ti 및 이들의 화합물로 구성된 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 발광소자.The method of claim 1,
The n-type electrode includes any one selected from the group consisting of Ni, Cr, W, Rh, In, Au, Sn, Zr, Ta, Al, Ti, and compounds thereof.
상기 절연층은 SiO2, 실리콘나이트라이드, 실리사이드, 갈륨나이트라이드 및 희토류 물질로 구성된 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 발광소자.The method of claim 2,
The insulating layer includes any one selected from the group consisting of SiO 2 , silicon nitride, silicide, gallium nitride and rare earth materials.
상기 기판 상에 n형 전극이 매립된 n형 반도체층을 형성하는 단계;
상기 n형 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계;
상기 활성층 상에 p형 반도체층을 형성하는 단계;
상기 n형 반도체층의 일부를 노출시켜 상기 n형 전극과 접하는 n형 패드를 형성하는 단계; 및
상기 p형 반도체층 상에 p형 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 n형 전극이 매립된 n형 반도체층을 형성하는 단계는: 상기 기판 상에 n형 반도체층을 형성하는 단계; 상기 n형 반도체층 표면에 오목부를 형성하는 단계; 상기 오목부의 적어도 일부를 매립하는 n형 전극을 형성하는 단계; 및 상기 n형 반도체층을 재성장시켜 상기 n형 전극을 덮는 단계;를 포함하고,
상기 n형 전극 하부의 n형 반도체층의 두께는 1㎛ 내지 5㎛인,
발광소자 제조방법.Preparing a substrate;
Forming an n-type semiconductor layer in which an n-type electrode is embedded on the substrate;
Forming an active layer on the n-type semiconductor layer;
Forming a p-type semiconductor layer on the active layer;
Exposing a portion of the n-type semiconductor layer to form an n-type pad in contact with the n-type electrode; And
Forming a p-type electrode on the p-type semiconductor layer,
The forming of the n-type semiconductor layer in which the n-type electrode is embedded includes: forming an n-type semiconductor layer on the substrate; Forming a recess on a surface of the n-type semiconductor layer; Forming an n-type electrode filling at least a portion of the recess; And re-growing the n-type semiconductor layer to cover the n-type electrode.
The thickness of the n-type semiconductor layer below the n-type electrode is 1㎛ to 5㎛,
Light emitting device manufacturing method.
상기 n형 전극 상의 일부가 외부에 노출되도록 상기 p형 반도체층, 활성층 및 n형 반도체층의 일부를 식각하는 단계; 및
상기 n형 반도체층의 노출된 표면에 상기 n형 전극과 접하도록 n형 패드를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 제조방법.The method of claim 10, wherein forming the n-type pad,
Etching a portion of the p-type semiconductor layer, the active layer, and the n-type semiconductor layer so that a portion of the n-type electrode is exposed to the outside; And
And forming an n-type pad on the exposed surface of the n-type semiconductor layer to be in contact with the n-type electrode.
상기 기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함하는 발광소자 제조방법.The method of claim 10, before the forming of the n-type semiconductor layer,
Forming a buffer layer on the substrate further comprising a light emitting device manufacturing method.
상기 p형 반도체층을 형성하는 단계 및 상기 n형 패드를 형성하는 단계 사이에,
상기 p형 반도체층 상에 전류확산층을 형성하는 단계를 더 포함하는 발광소자 제조방법.The method of claim 10,
Between forming the p-type semiconductor layer and forming the n-type pad,
And forming a current spreading layer on the p-type semiconductor layer.
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