KR20070027327A - Light emitting diode of vertical electrode type and fabricating method thereof - Google Patents
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도 1은 종래의 질화물계 발광 다이오드의 단면도.1 is a cross-sectional view of a conventional nitride based light emitting diode.
도 2는 본 발명의 수직형 발광 다이오드의 실시예를 나타낸 단면도.2 is a cross-sectional view showing an embodiment of a vertical light emitting diode of the present invention.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 수직형 발광 다이오드의 제조방법의 실시예를 나타낸 단면도.3A to 3D are cross-sectional views showing an embodiment of a method of manufacturing a vertical light emitting diode of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100 : 도전성 지지막 110 : 오믹층100: conductive support film 110: ohmic layer
120 : 초격자층 130 : p형 질화물 반도체층120: superlattice layer 130: p-type nitride semiconductor layer
140 : 전자 차단층 150 : 활성층140: electron blocking layer 150: active layer
160 : 전류 확산층 170 : n형 질화물 반도체층160: current diffusion layer 170: n-type nitride semiconductor layer
180 : n-전극180: n-electrode
본 발명은 발광 소자에 관한 것으로서, 특히 수직형 발광 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a light emitting device, and more particularly, to a vertical light emitting diode and a method of manufacturing the same.
일반적으로 발광 다이오드(Light Emitting Diode : LED)는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기를 적외선 또는 빛으로 변환시켜서 신호를 주고 받거나, 광원으로 사용되는 반도체 소자의 일종이다.In general, a light emitting diode (LED) is a kind of semiconductor device that transmits and receives a signal by converting electricity into infrared rays or light using characteristics of a compound semiconductor.
발광 다이오드는 저전압으로 고효율의 광을 발생시키므로 에너지 절감 효과가 뛰어나며, 최근 들어 발광 다이오드의 한계였던 휘도 문제가 크게 개선되면서 백라이트 유닛(Backlight Unit), 전광판, 표시기, 가전제품, 각종 자동화 기기 등 산업 전반에 걸쳐 사용되고 있다.The light emitting diode generates energy with high efficiency at low voltage, so it is very energy-saving.In recent years, the luminance problem, which was the limitation of the light emitting diode, has been greatly improved, and the entire industry including a backlight unit, an electronic board, an indicator, a home appliance, and various automation devices It is used throughout.
특히, 질화 갈륨(GaN)계 발광 다이오드는 발광 스펙트럼이 자외선으로부터 적외선에 이르기까지 광범위하게 형성되며, 비소(As), 수은(Hg) 등의 환경 유해 물질을 포함하고 있지 않기 때문에 환경 친화적인 면에서도 높은 호응을 얻고 있다.Particularly, gallium nitride (GaN) -based light emitting diodes have a broad emission spectrum ranging from ultraviolet rays to infrared rays and are environmentally friendly since they do not contain environmentally harmful substances such as arsenic (As) and mercury (Hg). I get a high response.
도 1은 종래의 질화물계 발광 다이오드의 단면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 사파이어(Al2O3) 기판(10) 상부에 도핑되지 않은 GaN층(11), n-GaN층(12), 활성층(13), 전자 차단층(Electron Blocking Layer : EBL)(14), p-GaN층(15)이 순차적으로 형성되어 있고,1 is a cross-sectional view of a conventional nitride based light emitting diode. As shown therein, the
상기 p-GaN층(15)에서 상기 n-GaN층(12)의 일부분까지 메사(mesa) 식각 되어 있고, 상기 p-GaN층(15) 상부에 투명 전극(16)과 p-전극(17)이 순차적으로 형성되어 있으며, 상기 메사 식각된 n-GaN층(12) 상부에 n-전극(18)이 형성되어 있다.Mesa is etched from the p-
이와 같이 구성된 종래의 질화물계 발광 다이오드에 있어서, 상기 p-전극(17) 및 n-전극(18)을 통하여 전압을 인가하면 상기 n-GaN층(12) 및 p-GaN층(15)으 로부터 전자와 정공이 주입되어 상기 활성층(13)에서 전자-정공의 재결합이 일어나면서 발광하게 된다.In the conventional nitride-based light emitting diode configured as described above, the voltage is applied from the n-
여기서, 전자 차단층(14)은 p-AlGaN으로 이루어지며, 상기 n-GaN층(12)으로부터 주입되는 전자가 상기 p-GaN층(15)으로 이동하지 못하도록 전위 장벽의 구실을 한다.Here, the
그리고, 상기 p-전극(17) 하부에 형성된 투명 전극(16)은 전류를 상기 p-전극(17)이 형성되지 않은 영역으로 확산시켜 주는 역할을 한다.In addition, the
즉, 상기 전자-정공의 재결합은 전류가 가장 많이 흐르는 전극의 바로 밑에서 가장 활발하게 발생하는데, 통상적인 전극은 빛을 차폐해버리기 때문에 전극 바로 밑에서 발생하는 광은 거의 외부로 투과하지 못하게 된다. In other words, the recombination of the electron-hole occurs most actively underneath the electrode where the current flows the most, and since the conventional electrode shields light, light generated directly under the electrode hardly transmits to the outside.
따라서, 전류를 확산시켜 주고 광을 투과하도록 하는 투명 전극(16)이 필요로 하게 된다. 여기서 , 상기 투명 전극(16)으로는 Ni/Au 또는 ITO(Indium-Tin Oxide)가 사용될 수 있다.Thus, there is a need for a
종래의 GaN계 발광 다이오드는 절연 물질인 사파이어를 기판으로 사용하기 때문에, p-전극(17)과 n-전극(18)이 거의 수평한 방향으로 형성될 수 밖에 없으며, 전압 인가시에 n-전극(18)으로부터 활성층(13)을 통해 p-전극(17)으로 향하는 전류 흐름이 수평 방향을 따라 협소하게 형성될 수 밖에 없다. 이러한 협소한 전류 흐름으로 인해, 상기 발광 다이오드는 동작 전압이 증가하여 전류 효율이 저하된다.In the conventional GaN-based light emitting diode, since the sapphire, which is an insulating material, is used as the substrate, the p-
그리고, 상기 종래의 GaN계 발광 다이오드는 상기 n-전극(18)을 형성하기 위해서, 적어도 상기 n-전극(18)의 면적보다 넓게 상기 활성층(13)의 일부 영역을 제 거해야 하므로 발광 면적이 감소하여 소자 크기 대비 휘도에 따른 발광 효율이 저하되는 문제점이 있다.In addition, in the conventional GaN-based light emitting diode, in order to form the n-
또한, 상기 종래의 GaN계 발광 다이오드는 전류 밀도의 증가에 의해 열발생량이 큰데 반하여 상기 사파이어 기판(10)은 열전도성이 낮아 열방출이 원활히 이루어지지 못하므로, 열 증가에 따라 상기 사파이어 기판(10)과 GaN계 발광 구조물간에 기계적 응력이 발생하여 소자가 불안정해지는 문제점이 있다.In addition, the conventional GaN-based light emitting diode has a large amount of heat generated by an increase in current density, whereas the
따라서, 본 발명의 목적은 종래의 발광 다이오드에서 사파이어 기판을 제거하고 발광 구조물의 상부와 하부에 각각 전극을 구비함으로써, 발광 다이오드에서 수직한 방향으로 전류가 흐르게 하여 전류 효율과 광 효율 및 열 방출 효율을 향상시킨 수직형 발광 다이오드 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to remove the sapphire substrate from the conventional light emitting diode and to have electrodes on the upper and lower portions of the light emitting structure, so that the current flows in the vertical direction in the light emitting diode so that the current efficiency and the light efficiency and the heat emission efficiency The present invention provides a vertical light emitting diode and a method of manufacturing the same.
본 발명의 다른 목적은 발광 다이오드에서 초격자층 및 전류 확산층을 포함함으로써, 터널링 효과로 인한 홀의 주입을 원활히 하며, 전위 장벽을 통한 측면 전자 이동도를 개선하여 동작 전압을 감소시키고 광 효율을 향상시킨 수직형 발광 다이오드 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to include a superlattice layer and a current diffusion layer in the light emitting diode to facilitate the injection of holes due to the tunneling effect, to improve the side electron mobility through the potential barrier to reduce the operating voltage and improve the light efficiency The present invention provides a vertical light emitting diode and a method of manufacturing the same.
본 발명의 수직형 발광 다이오드의 실시예는, 도전성 지지막 위에 형성된 오믹층과, 상기 오믹층 위에 형성된 초격자층과, 상기 초격자층 위에 형성된 p형 질화물 반도체층과, 상기 p형 질화물 반도체층 위에 형성된 전자 차단층과, 상기 전자 차단층 위에 형성된 활성층과, 상기 활성층 위에 형성되어 주입되는 전자를 상 기 활성층의 수평 방향으로 퍼지게 하는 전류 확산층과, 상기 전류 확산층 위에 형성된 n형 질화물 반도체층과, 상기 n형 질화물 반도체층 위에 형성된 n-전극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.An embodiment of the vertical light emitting diode of the present invention includes an ohmic layer formed on a conductive support film, a superlattice layer formed on the ohmic layer, a p-type nitride semiconductor layer formed on the superlattice layer, and the p-type nitride semiconductor layer. An electron blocking layer formed thereon, an active layer formed on the electron blocking layer, a current spreading layer spreading the electrons formed on the active layer in a horizontal direction of the active layer, an n-type nitride semiconductor layer formed on the current spreading layer, And an n-electrode formed on the n-type nitride semiconductor layer.
본 발명의 수직형 발광 다이오드의 제조방법의 실시예는, 기판 상부에 n형 질화물 반도체층, 전류 확산층, 활성층, 전자 차단층, p형 질화물 반도체층, 초격자층, 오믹층, 도전성 지지막을 순차적으로 형성하는 단계와, 레이저 리프트 오프 공정을 수행하여 상기 기판을 n형 질화물 반도체층으로부터 분리시키는 단계와, 상기 기판이 분리되어 노출된 n형 질화물 반도체층 하부에 n-전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the embodiment of the manufacturing method of the vertical light emitting diode of the present invention, an n-type nitride semiconductor layer, a current diffusion layer, an active layer, an electron blocking layer, a p-type nitride semiconductor layer, a superlattice layer, an ohmic layer, and a conductive support film are sequentially formed on the substrate. Forming an n-electrode under the n-type nitride semiconductor layer separated from the substrate by separating the substrate from the n-type nitride semiconductor layer by performing a laser lift-off process; Characterized in that made.
이하, 도 2 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 수직형 발광 다이오드 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 수직형 발광 다이오드의 실시예를 나타낸 단면도이다.Hereinafter, a vertical light emitting diode of the present invention and a manufacturing method thereof will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 3. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment of a vertical light emitting diode of the present invention.
이에 도시된 바와 같이, 도전성 지지막(100) 위에 형성된 오믹층(110), 상기 오믹층(110) 위에 형성된 초격자층(120), 상기 초격자층(120) 위에 형성된 p형 질화물 반도체층(130), 상기 p형 질화물 반도체층(130) 위에 형성된 전자 차단층(140), 상기 전자 차단층(140) 위에 형성된 활성층(150), 상기 활성층(150) 위에 형성된 전류 확산층(160), 상기 전류 확산층(160) 위에 형성된 n형 질화물 반도체층(160) 및 상기 n형 질화물 반도체층(170) 위에 형성된 n-전극(180)을 포함하여 이루어진다.As shown here, the
여기서, 상기 도전성 지지막(100)은 p-전극의 역할을 하게 되므로, 전기 전도도가 우수한 금속을 사용하는 것이 바람직하다.Here, since the
또한, 소자 작동시 발생하는 열을 충분히 발산시킬 수 있어야 하므로 열전도도가 높은 금속을 사용하며, 도전성 지지막(100) 형성시 전체 웨이퍼에 휨을 가져오지 않으면서, 스크라이빙(scribing) 공정 및 브레이킹(breaking) 공정을 통하여 별개의 칩으로 잘 분리시키기 위해서는 어느 정도의 기계적 강도를 갖추어야 한다.In addition, since the heat generated during the operation of the device should be able to be sufficiently dissipated, a metal having high thermal conductivity is used, and the scribing process and the braking may be performed without bringing warp to the entire wafer when forming the
따라서, 상기 도전성 지지막(100)으로는 금(Au), 구리(Cu), 은(Ag) 및 알루미늄(Al) 등의 열전도도가 좋은 연금속과 상기 금속들과 결정 구조 및 결정 격자 상수가 유사하여 합금시 내부 응력 발생을 최소화할 수 있으면서 기계적 강도가 있는 니켈(Ni), 코발트(Co), 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd) 등 경금속의 합금으로 형성하는 것이 바람직하다.Accordingly, the
상기 도전성 지지막(100) 상부에는 오믹층(110)이 형성되는데, 상기 오믹층(110)은 니켈(Ni)/금(Au)의 금속 박막으로 이루어지며, 이러한 니켈을 기본으로 하는 금속 박막은 산소 분위기에서 열처리 됨으로써 10-3~10-4Ωcm2 정도의 비접촉 저항을 갖는 오믹 접촉(Ohmic Contact)을 형성한다.An
상기 오믹층(110)으로서 니켈(Ni)/금(Au)의 금속 박막을 사용하는 경우, 반사율이 높아 활성층(150)으로부터 방출되는 빛을 효과적으로 반사시킬 수 있으므로, 별도의 반사막(Reflector)을 형성하지 않아도 반사 효과를 얻을 수 있다는 장 점이 있다.In the case of using a metal thin film of nickel (Ni) / gold (Au) as the
상기 오믹층(110) 상부에는 초격자(Supper-lattice)층(120)이 형성되는데, 상기 초격자층(120)은 터널링 효과(Tunneling Effect)를 이용하여 발광 다이오드의 활성층(150)에 더 많은 정공(hole)을 주입할 수 있도록 하는 것이다.A supra-
초격자 구조라 함은 반도체 에너지 밴드 갭(Energy Band Gap)의 공간적 변화가 구성 물질의 격자 상수 크기보다 일차원 또는 이차원적으로 더 큰 주기성을 갖는 구조를 의미한다.The superlattice structure refers to a structure in which the spatial variation of the semiconductor energy band gap has one-dimensionality or two-dimensional periodicity larger than the lattice constant of the constituent material.
초격자 구조는 구조상 다중 양자우물(Multi-Quantum-Well: MQW)과 유사하나 다중 양자우물과 구별할 수 있는 특성을 가지고 있다. 다중 양자우물이 우물 간의 상호작용을 거의 무시하여 단일 양자우물의 어레이(Array)와 같은 구조의 특성을 갖는다면, 초격자 구조는 우물 간의 터널링 효과(Tunneling Effect)가 중요시되는 구조로서 이와 같은 효과가 주로 반도체 소자 내에서 초격자 구조의 역할을 결정해 준다.The superlattice structure is similar to the Multi-Quantum-Well (MQW) in structure, but has a distinguishable characteristic from the multi-quantum well. If multiple quantum wells have characteristics such as an array of single quantum wells almost neglecting the interaction between the wells, the superlattice structure is a structure in which the tunneling effect between the wells is important. It mainly determines the role of superlattice structure in semiconductor devices.
여기서, 터널링 효과란 서로 간의 상호작용이 거의 없이 인접한 우물에 분리 속박되어 있던 전자나 정공이 배리어(Barrier)가 얇아짐에 따라 이들 입자들이 인접 우물로 쉽게 이동하는 현상을 의미한다.Here, the tunneling effect refers to a phenomenon in which electrons or holes that are separated and bound to adjacent wells have little interaction with each other, and these particles easily move to adjacent wells as the barrier becomes thinner.
초격자 구조에서 이와 같은 터널링 효과에 영향을 미칠 수 있는 요인은 배리어의 두께뿐만 아니라 우물의 두께나 배리어의 조성비 차이 등도 영향을 미친다.In the superlattice structure, not only the thickness of the barrier but also the thickness of the well or the barrier composition ratio may affect the tunneling effect.
본 발명에 있어서, 초격자층(120)의 터널링 효과의 극대화를 고려할 때, 바람직하게는 주기가 10 Å 이하인 단주기 초격자층(Short Period Superlattice)으로 구성하며, 초격자층(120)의 두께는 10 ~ 100 Å으로 하는 것이 바람직하다.In the present invention, when considering the maximization of the tunneling effect of the
상기 초격자층(120)은 InGaN 및 GaN을 상호 주기적으로 적층함으로써 형성하고, 접촉 저항을 낮게 하기 위하여 상기 InGaN 및 GaN층에 실리콘 농도를 1 x 1018/cm3 이상으로 하여 N+ 도핑하며, 바람직하게는 1 x 1018/cm3 ~ 1 x 1020/cm3 의 불순물 농도로 도핑한다.The
상기 초격자층(120)을 형성하기 위하여 InGaN 외에도 AlGaN 또는 AsGaN 등 이미 알려진 다른 화합물 반도체를 사용하여 GaN과의 적층 구조를 형성하는 것도 가능하다.In order to form the
상기 초격자층(120) 상에는 p형 질화물 반도체층(130)이 형성되며, 상기 p형 질화물 반도체층(130)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤1-x-y≤1 임)을 갖는 질화물 반도체 물질로 이루어지고, p-도핑된다. 특히, 상기 p형 질화물 반도체층(130)으로는 p-GaN이 주로 이용된다.The p-type
상기 p형 질화물 반도체층(130) 상부에는 전자 차단층(Electron Blocking Layer : EBL)(140)이 형성되는데, 상기 전자 차단층(140)은 p-AlxGaN(0〈x≤1)으로 이루어진다. 여기서 상기 전자 차단층(140)의 경우, Al의 조성은 10 ~ 20%를 가지며, 10 ~ 100 ㎚ 의 두께를 가지도록 하는 것이 바람직하다.An electron blocking layer (EBL) 140 is formed on the p-type
상기 전자 차단층(140)은 n형 질화물 반도체층(160)으로부터 주입되는 전자가 상기 p형 질화물 반도체층(130)으로 이동하지 못하도록 전위 장벽의 역할을 한다. The
상기 전자 차단층(140)으로 인해 상기 n형 질화물 반도체층(160)으로부터 주입되는 전자들이 상기 활성층(150) 내에 머물게 되어, 활성층(150) 내에서의 전자-정공의 재결합이 활성화되고, 따라서 발광 다이오드의 광 효율을 향상시킬 수 있게 된다.The
상기 전자 차단층(140) 상부에는 양자 우물 구조를 가지는 활성층(150)이 형성되며, 상기 활성층(150) 상부에는 전류 확산층(160)이 형성되는데, 상기 전류 확산층(160)은 n-AlxGaN(0〈x≤1)으로 이루어진다.An
상기 전류 확산층(160)은 n-전극(180)에서 주입되어 상기 활성층(150)으로 향하는 전자에 전위 장벽으로 작용하여 상기 전자가 상기 활성층(150)에 수직한 방향으로 바로 주입되지 못하도록 하며, 상기 활성층(150)에 수평한 방향으로 충분히 퍼져서 균일하게 주입되도록 한다.The
즉, 상기 전류 확산층(160)은 n-전극(180)에서 주입되는 전자의 측면 전자 이동도를 개선하여 전류가 상기 활성층(150)에 균일하게 퍼져서 주입되도록 하며, 이로 인해 발광 다이오드의 광 출력을 향상시킬 수 있다.In other words, the
예를 들어, 상기 전류 확산층(160)이 없는 경우 상기 n-전극(180)에서 주입되는 전자는 상기 활성층(150)에서 상기 n-전극(180)의 하부에 해당하는 영역으로만 주입되는데, 상기 전류 확산층(160)에 의해서 상기 n-전극(180)의 하부에 해당하는 영역으로만 주입되던 전자들이 일종의 전위 장벽을 만나게 되므로 상기 활성층(150)에 수평한 방향으로 퍼지게 되고, 일정한 수준의 전자 밀도가 되는 경우에 상기 전위 장벽을 넘어 활성층(150)으로 주입되기 때문에 활성층(150) 전 영역에 걸쳐 전자가 고르게 주입되게 된다.For example, when the
상기 전류 확산층(160) 상부에는 n형 질화물 반도체층(170)이 형성되는데, 상기 n형 질화물 반도체층(170)은 상기 p형 질화물 반도체층(130)과 마찬가지로, AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤1-x-y≤1 임)을 갖는 질화물 반도체 물질로 이루어지며, n-도핑된다. 특히 상기 n형 질화물 반도체층(170)은 n-GaN이 주로 이용된다.An n-type
상기 n형 질화물 반도체층(170) 상부에는 n-전극(180)이 형성되며, 상기 n형 질화물 반도체층(170)과 상기 n-전극(180) 사이에는 투명 전극(미도시)을 더 포함하여 형성할 수 있다.An n-
상기 활성층(150)에서의 전자-정공의 재결합은 전류가 가장 많이 흐르는 전극의 바로 밑에서 가장 활발하게 발생하는데, 통상적인 전극은 빛을 차폐해버리기 때문에 전극 바로 밑에서 발생하는 광은 거의 외부로 투과하지 못하게 된다. The recombination of electron-holes in the
따라서, 전류를 확산시켜 주고 광을 투과하도록 하는 투명 전극이 필요로 하게 된다. 여기서, 상기 투명 전극으로는 Ni/Au 또는 ITO(Indium-Tin Oxide)가 사용될 수 있다.Therefore, there is a need for a transparent electrode to diffuse current and transmit light. Here, Ni / Au or ITO (Indium-Tin Oxide) may be used as the transparent electrode.
이와 같이, 본 발명에 의하면 발광 다이오드의 상부와 하부에 각각 전극을 구비하여 수직형 전극 구조를 형성함으로써, 전류의 흐름을 원활히 하고, 소자의 동작 전압을 낮출 수 있으며, 열전도도가 우수한 물질을 도전성 지지막으로 사용함 으로써 열 방출에 의한 문제도 해결할 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, a vertical electrode structure is formed by providing electrodes on the upper and lower portions of the light emitting diode, thereby smoothing the flow of current, lowering the operating voltage of the device, and conducting a material having excellent thermal conductivity. By using it as a supporting film, problems caused by heat dissipation can be solved.
그리고, N+ 도핑된 초격자층을 형성함으로써, 터널링 효과에 따른 정공의 주입을 향상시킬 수 있으며, 전자 차단층을 통하여 n-전극으로부터 주입되는 전자가 p-형 질화물 반도체로 이동하지 못하도록 하여 활성층 내에서 전자와 정공의 재결합을 활성시켜 주고, 전류 확산층을 통하여 활성층에 전자를 균일하게 주입시킴으로써, 활성층에서 전자-정공의 재결합 효율을 높일 수 있고 그로 인해 광 효율을 향상시킬 수 있게 된다.In addition, by forming the N + doped superlattice layer, it is possible to improve the injection of holes due to the tunneling effect, and to prevent the electrons injected from the n-electrode through the electron blocking layer from moving to the p-type nitride semiconductor. By activating the recombination of electrons and holes in the electron and uniformly injecting electrons into the active layer through the current diffusion layer, it is possible to increase the recombination efficiency of electron-holes in the active layer, thereby improving the light efficiency.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 수직형 발광 다이오드의 제조방법의 실시예를 나타낸 단면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 먼저 기판(200) 위에 n형 질화물 반도체층(210), 전류 확산층(220), 활성층(230), 전자 차단층(240), p형 질화물 반도체층(250), 초격자층(260), 오믹층(270)을 순차적으로 적층하여 발광 구조물을 형성한다(도 3a).3A to 3D are cross-sectional views showing an embodiment of a method of manufacturing a vertical light emitting diode of the present invention. As shown in the drawing, first, the n-type
여기서, 기판(200)은 사파이어(Al2O3) 또는 실리콘 카바이드(SiC) 등을 사용한다. 특히, 사파이어 기판이 대표적으로 사용되는데, 이는 상기 기판(200) 위에 성장되는 질화물 반도체 물질의 결정 구조가 동일하면서 격자 정합을 이루는 상업적인 기판이 존재하지 않기 때문이다.Here, the
상기 기판(200) 상에는 n형 질화물 반도체층(210), 전류 확산층(220), 활성층(230), 전자 차단층(240), p형 질화물 반도체층(250)이 순차적으로 형성된다.The n-type
이때, 상기 기판(200) 상에 n형 질화물 반도체층(210)을 형성하기 전에, 상 기 기판(200)과 상기 n형 질화물 반도체층(210) 간의 격자 상수와 열 팽창 계수의 차이를 극복하기 위하여 도핑되지 않은 GaN층을 형성을 형성함으로써 n형 질화물 반도체층(210)의 결정질을 향상시킬 수 있다.In this case, before forming the n-type
여기서, 상기 전류 확산층(220)은 n-AlxGaN(0〈x≤1)으로 형성하며, 상기 전자 차단층(240)은 p-AlxGaN(0〈x≤1)으로 형성한다. 또한, 상기 전자 차단층(240)의 경우, Al의 조성은 10 ~ 20%를 가지며, 10 ~ 100 ㎚ 의 두께를 가지도록 형성한다.The
상기 p형 질화물 반도체층(250) 상부에는 InGaN 및 GaN이 상호 주기적으로 적층되어 있으며, 두께가 10 ~ 100 Å인 단주기 초격자층(260)이 형성된다.InGaN and GaN are periodically stacked on the p-type
상기 초격자층(260)은 실리콘 도핑 농도를 1 x 1018/cm3 이상으로 하여 N+ 도핑하되, 1 x 1018/cm3 ~ 1 x 1020/cm3 로 도핑하는 것이 바람직하다.The
그리고, 상기 초격자층(260)이 우수한 도전성과 결정성을 갖기 위해서는 질소 분위기에서 형성하는 것이 바람직하다.In addition, the
상기 초격자층(260) 상에는 니켈(Ni)/금(Au)의 금속 박막으로 이루어지는 오믹층(270)이 형성되는데, 이러한 니켈을 기본으로 하는 금속 박막은 산소 분위기에서 열처리 됨으로써 10-3~10-4Ωcm2 정도의 비접촉 저항을 갖는 오믹 접촉을 형성하게 된다.On the
상기 오믹층(270)으로서 니켈(Ni)/금(Au)의 금속 박막을 사용하는 경우, 반사율이 높아 활성층(230)으로부터 방출되는 빛을 효과적으로 반사시킬 수 있으므 로, 별도의 반사막을 형성하지 않아도 반사 효과를 얻을 수 있다는 장점이 있다.In the case of using the metal thin film of nickel (Ni) / gold (Au) as the
다음으로, 상기 오믹층(270) 상에 도전성 지지막(280)을 형성한다(도 3b). 여기서, 상기 도전성 지지막(280)은 p-전극으로 사용되며, 티타늄(Ti)/금(Au), 니켈(Ni)/금(Au), 백금(Pt)/금(Au), 니켈(Ni)/알루미늄(Al) 등과 같이 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 백금(Pt) 등의 경금속과 금(Au), 알루미늄(Al) 등의 연금속의 합금으로 형성한다.Next, a
이어서, 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off : LLO) 공정을 수행하여 상기 기판(200)을 상기 발광 구조물로부터 분리시킨다(도 3c). Subsequently, a laser lift off (LLO) process is performed to separate the
즉, 상기 기판(200)에 일정 영역의 파장을 가지는 엑시머 레이저 광을 포커싱(focusing)하여 조사하면, 상기 기판(200)과 상기 발광 구조물의 n형 질화물 반도체층(210)의 경계면에 열 에너지가 집중되어 상기 n형 질화물 반도체층(210)의 계면이 갈륨과 질소 분자로 분리되면서 레이저 광이 지나가는 부분에서 순간적으로 기판(200)의 분리가 일어난다.That is, when focusing and irradiating excimer laser light having a wavelength of a predetermined region on the
상기 레이저 리프트 오프 공정을 수행한 후, 상기 n형 질화물 반도체층(210)하부의 거칠어진 표면을 ICP/RIE(Inductively Coupled Plasma/Reactive Ion Etching) 방식으로 연마하는 공정을 수행할 수 있다.After performing the laser lift-off process, the rough surface of the lower portion of the n-type
그 후, 기판이 분리되어 노출된 상기 n형 질화물 반도체층(210)의 하부에 n-전극(290)을 형성한다(도 3d). 이때, 발광 다이오드의 광 효율을 증가시키기 위하여 상기 n형 질화물 반도체층(210) 위에 투명 전극을 형성한 다음, n-전극(290)을 형성할 수 있다.Thereafter, an n-
한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.On the other hand, while the present invention has been shown and described with respect to specific preferred embodiments, various modifications and variations of the present invention without departing from the spirit or field of the invention provided by the claims below It will be readily apparent to one of ordinary skill in the art that it can be used.
본 발명에 의하면, 발광 다이오드의 상부와 하부에 각각 전극을 구비하여 수직형 전극 구조를 형성함으로써, 전류의 흐름을 원활히 하고, 소자의 동작 전압을 낮출 수 있으며, 열전도도가 우수한 물질을 도전성 지지막으로 사용함으로써 열 방출에 의한 문제도 해결할 수 있게 된다.According to the present invention, a vertical electrode structure is formed by providing electrodes on the top and bottom of the light emitting diode, respectively, so that the current flows smoothly, the operating voltage of the device can be reduced, and a material having excellent thermal conductivity is formed of a conductive support film. By using it, problems caused by heat dissipation can be solved.
그리고, N+ 도핑된 초격자층을 형성함으로써, 터널링 효과에 따른 정공의 주입을 향상시킬 수 있으며, 전자 차단층을 통하여 n-전극으로부터 주입되는 전자가 p-형 질화물 반도체로 이동하지 못하도록 하여 활성층 내에서 전자와 정공의 재결합을 활성시켜 주고, 전류 확산층을 통하여 활성층에 캐리어들을 균일하게 주입시킴으로써, 활성층에서 전자-정공의 재결합 효율을 높일 수 있고 그로 인해 발광 다이오드의 광 효율을 향상시킬 수 있게 된다.In addition, by forming the N + doped superlattice layer, it is possible to improve the injection of holes due to the tunneling effect, and to prevent the electrons injected from the n-electrode through the electron blocking layer from moving to the p-type nitride semiconductor. By activating the recombination of electrons and holes in the carrier and uniformly injecting carriers into the active layer through the current diffusion layer, it is possible to increase the recombination efficiency of electron-holes in the active layer, thereby improving the light efficiency of the light emitting diode.
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