KR20090121812A - Method of manufacturing an ultraviolet light emitting device - Google Patents

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KR20090121812A KR20080047898A KR20080047898A KR20090121812A KR 20090121812 A KR20090121812 A KR 20090121812A KR 20080047898 A KR20080047898 A KR 20080047898A KR 20080047898 A KR20080047898 A KR 20080047898A KR 20090121812 A KR20090121812 A KR 20090121812A
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슈지 나카무라
남기범
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서울옵토디바이스주식회사
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PURPOSE: A method for manufacturing an ultraviolet light emitting device is provided to improve light extraction efficiency by manufacturing the vertical ultraviolet light emitting device. CONSTITUTION: A first conductive semiconductor layer(200), an active layer(300), and a second conductive semiconductor layer(400) are successively formed in an upper side of a first substrate(100). After a second conductive substrate is bonded in the upper side of the second conductive semiconductor layer, the first substrate is separated. A concavo-convex structure is formed in the upper side of the first conductive semiconductor layer separating the fist substrate. An electrode is formed in a part of the first conductive semiconductor layer. The first conductive semiconductor layer has the thickness of 4 to 20 nm.

Description

자외선 발광 소자의 제조 방법{Method of manufacturing an ultraviolet light emitting device}Method of manufacturing an ultraviolet light emitting device

본 발명은 발광 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 수직형 자외선 발광 소자의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a light emitting device, and more particularly to a method of manufacturing a vertical ultraviolet light emitting device.

일반적으로 GaN, AlN, InN 등과 같은 질화물은 열적 안정성이 우수하고 직접 천이형의 에너지 밴드(band) 구조를 갖고 있어 최근 청색 및 자외선 영역의 광전소자용 물질로 많은 각광을 받고 있다. 특히, GaN은 에너지 밴드갭이 상온에서 3.4eV로 매우 크기 때문에 고온 고출력 소자에 이용될 수 있다. 또한, GaN은 InN, AlN 같은 물질과 조합하여 1.9eV(InN)에서 3.4eV(GaN), 6.2eV(AlN)까지의 에너지 밴드갭을 조절할 수 있어 가시광에서부터 자외선 영역까지 넓은 파장 영역을 갖게 되고, 이로 인해 광소자의 응용 가능성이 매우 큰 물질이다.In general, nitrides such as GaN, AlN, InN, and the like have excellent thermal stability and have a direct transition type energy band structure, which has recently attracted much attention as a material for photoelectric devices in the blue and ultraviolet regions. In particular, GaN can be used in high-temperature high-power devices because the energy bandgap is very large at 3.4 eV at room temperature. In addition, GaN can control energy bandgap from 1.9eV (InN) to 3.4eV (GaN), 6.2eV (AlN) in combination with materials such as InN and AlN, and thus has a wide wavelength range from visible light to ultraviolet light. Because of this, the application of the optical device is a very large material.

여기서, 자외선 발광 소자는 대략 400㎚ 이하 파장의 자외선을 방출한다. 자외선은 인체와 환경에 미치는 영향에 따라서 상대적으로 장파장의 UVA(400∼320㎚ ), 중간 파장의 UVB(320∼280㎚), 그리고 단파장 또는 살균 파장의 UVC(280㎚ 이하)로 구분된다. 자외선 방출 소자는 자외선이 그대로 방출되도록 하여 항균, 방오, 탈취 또는 정화 작용을 하는데 이용된다. 또한, 자외선 발광 소자는 소정의 형광체, 예를들어 적색, 녹색 및 청색 발광체를 이용하여 백색 광을 방출하는 발광 장치로도 이용되고 있다.Here, the ultraviolet light emitting element emits ultraviolet rays having a wavelength of approximately 400 nm or less. Ultraviolet rays are classified into long-wave UVA (400-320nm), medium-wave UVB (320-280nm), and short-wave or germicidal UVC (280nm or less) according to the effects on the human body and the environment. The ultraviolet light emitting device is used for antibacterial, antifouling, deodorizing or purifying by allowing the ultraviolet light to be emitted as it is. In addition, the ultraviolet light emitting element is also used as a light emitting device that emits white light by using a predetermined phosphor, for example, red, green, and blue light emitters.

자외선 발광 소자는 주로 플립칩 공정으로 제작한다. 즉, 기판 상부에 N형 GaN층, 양자 우물(Quantum Well) 구조의 활성층, P형 GaN층을 적층하여 발광 셀을 형성하고, 발광 셀을 별도의 서브 기판에 연결한다. 여기서, 서브 기판상에는 N형 전극과 P형 전극이 각각 형성되며, N형 솔더 및 P형 솔더에 의해 발광 셀의 N형 GaN층 및 P형 GaN층이 서브 기판의 N형 전극 및 P형 전극에 각각 연결된다.UV light emitting devices are mainly manufactured by flip chip process. That is, an N-type GaN layer, an active layer having a quantum well structure, and a P-type GaN layer are stacked on the substrate to form a light emitting cell, and the light emitting cell is connected to a separate sub substrate. Here, an N-type electrode and a P-type electrode are formed on the sub-substrate, respectively, and the N-type GaN layer and the P-type GaN layer of the light emitting cell are formed on the N-type electrode and the P-type electrode of the sub substrate by the N-type solder and the P-type solder. Each is connected.

종래의 플립칩 구조의 자외선 발광 소자는 열 방출 효율이 높은 장점이 있다. 그러나, 플립칩 구조의 자외선 발광 소자는 활성층에서 생성된 광자의 많은 양이 발광 소자의 외부로 빠져나가지 못하고, 내부에서 전반사를 일으키며 순환하다가 흡수되어 소멸된다. 즉, 전기 에너지가 빛 에너지로 변환되어 소자의 외부로 빠져나오는 광 추출 효율(light extraction efficiency)이 낮은 문제점이 있다.The ultraviolet light emitting device of the conventional flip chip structure has the advantage of high heat dissipation efficiency. However, in the ultraviolet light emitting device having a flip chip structure, a large amount of photons generated in the active layer does not escape to the outside of the light emitting device, and circulates inside, absorbs and disappears. That is, there is a problem that the light extraction efficiency (electricity energy) is converted to light energy and exits to the outside of the device is low.

본 발명은 광 추출 효율을 향상시킬 수 있는 자외선 발광 소자의 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a method for manufacturing an ultraviolet light emitting device that can improve light extraction efficiency.

본 발명은 수직형으로 자외선 발광 소자를 제조하여 광 추출 효율을 향상시킬 수 있는 자외선 발광 소자의 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a method for manufacturing an ultraviolet light emitting device that can improve the light extraction efficiency by manufacturing an ultraviolet light emitting device in a vertical type.

본 발명은 광 출사면을 요철 구조로 형성하여 휘도와 발광 효율을 향상시킬 수 있는 자외선 발광 소자의 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a method for manufacturing an ultraviolet light emitting device that can form a light emitting surface with an uneven structure to improve brightness and luminous efficiency.

본 발명의 일 양태에 따른 자외선 발광 소자의 제조 방법은 제 1 기판 상부에 제 1 도전형 반도체층, 활성층 및 제 2 도전형 반도체층을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 제 2 도전형 반도체층 상부에 도전성 제 2 기판을 접합한 후 상기 제 1 기판을 분리하는 단계; 상기 제 1 기판이 분리된 상기 제 1 도전형 반도체층의 상면에 요철 구조를 형성하는 단계; 및 상기 제 1 도전형 반도체층의 적어도 일부분에 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제 1 도전형 반도체층은 4 내지 20㎚의 두께로 형성한다.According to one or more exemplary embodiments, a method of manufacturing an ultraviolet light emitting device includes sequentially forming a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a second conductive semiconductor layer on an upper surface of a first substrate; Bonding the conductive second substrate over the second conductive semiconductor layer and separating the first substrate; Forming a concave-convex structure on an upper surface of the first conductive semiconductor layer in which the first substrate is separated; And forming an electrode on at least a portion of the first conductivity type semiconductor layer, wherein the first conductivity type semiconductor layer is formed to a thickness of 4 to 20 nm.

상기 제 1 기판 상부에 형성된 제 1 도전형 반도체층은 언도프트 반도체층과 도프트 반도체층을 포함한다.The first conductive semiconductor layer formed on the first substrate includes an undoped semiconductor layer and a doped semiconductor layer.

상기 도프트 반도체층 상에 상기 요철 구조를 PEC(photoelectrochemical) 에 칭 공정을 이용하여 형성한다.The uneven structure is formed on the doped semiconductor layer by using a PEC (photoelectrochemical) etching process.

상기 활성층은 AlxGa1 - xN(0≤x≤1) 배리어층과 AlyGa1 - yN(0≤y≤1)(x≠y) 웰층이 교대로 적층된 다층 구조로 형성하여 365㎚ 이하의 자외선을 방출한다.The active layer is formed of a multilayer structure in which an Al x Ga 1 - x N (0 ≦ x ≦ 1) barrier layer and an Al y Ga 1 - y N (0 ≦ y ≦ 1) (x ≠ y) well layer are alternately stacked. It emits ultraviolet rays of 365 nm or less.

상기 제 1 도전형 반도체층의 요철 구조는 0.7 내지 2㎛ 정도의 높이로 형성한다.The uneven structure of the first conductive semiconductor layer is formed to a height of about 0.7 to 2㎛.

상기 도프트 반도체층이 상기 언도프트 반도체층보다 두껍다.The doped semiconductor layer is thicker than the undoped semiconductor layer.

본 발명에 의하면, 절연성 기판 상부에 N형 반도체층, 활성층 및 P형 반도체층을 순차적으로 형성한 후 P형 반도체층 상부에 도전성 기판을 접합하고, 절연성 기판을 분리한 후 N형 반도체층 상부를 요철 구조로 형성하여 수직형 자외선 발광 소자를 제조한다.According to the present invention, an N-type semiconductor layer, an active layer, and a P-type semiconductor layer are sequentially formed on an insulating substrate, and then a conductive substrate is bonded to the upper portion of the P-type semiconductor layer, and the insulating substrate is separated, and then the upper portion of the N-type semiconductor layer is removed. It is formed in an uneven structure to manufacture a vertical ultraviolet light emitting device.

이렇게 수직형으로 자외선 발광 소자를 제조함으로써 종래의 플립칩 구조에 비해 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 광 출사면, 예를들어 N형 반도체층의 상부를 요철 구조로 형성함으로써 휘도와 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 그리고, 자외선 발광 소자를 수직형으로 구성함으로써 열 방출 효과도 향상시킬 수 있다.By manufacturing the ultraviolet light emitting device in the vertical manner as described above it is possible to improve the light extraction efficiency compared to the conventional flip chip structure. In addition, by forming the light emitting surface, for example, the upper portion of the N-type semiconductor layer in a concave-convex structure, brightness and luminous efficiency can be improved. The heat dissipation effect can also be improved by constructing the ultraviolet light emitting element vertically.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 여러 층 및 각 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 표현하였으며 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭하도록 하였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention; However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and only the embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art. It is provided for complete information. In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., may be exaggerated for clarity, and like reference numerals designate like elements.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수직형 자외선 발광 소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a vertical ultraviolet light emitting device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수직형 자외선 발광 소자는 기판(100) 상부에 순차적으로 형성된 복수의 반도체층, 즉 P형 반도체층(200), 활성층(300), N형 반도체층(400)을 포함하고, N형 반도체층(400) 상에 형성된 제 1 전극(500) 및 기판(100) 상에 형성된 제 2 전극(600)을 더 포함한다. 또한, 기판(100)과 P형 반도체층(200) 사이에 형성된 반사층(250)을 더 포함한다.Referring to FIG. 1, a vertical UV light emitting device according to an exemplary embodiment may include a plurality of semiconductor layers sequentially formed on an upper surface of the substrate 100, that is, a P-type semiconductor layer 200, an active layer 300, and an N-type. The semiconductor layer 400 may further include a first electrode 500 formed on the N-type semiconductor layer 400 and a second electrode 600 formed on the substrate 100. In addition, the semiconductor device may further include a reflective layer 250 formed between the substrate 100 and the P-type semiconductor layer 200.

기판(100)은 불순물이 도핑되어 전도성 성질을 갖는 기판, 예를들어 실리콘, 게르마늄, GaAs를 이용할 수 있다.Substrate 100 may be a substrate having a conductive property, such as silicon, germanium, GaAs doped with impurities.

P형 반도체층(200)은 활성층(300)에 홀을 공급하는 층으로서, P형 불순물이 주입된 GaN층을 이용하는 것이 바람직하고, P형 불순물이 주입된 AlGaN층을 이용하는 것이 더 바람직하다. 이에 한정되지 않고 다양한 반도체 성질의 물질층이 가능한데, 예를들어 AlInGaN을 이용할 수 있다. 또한, P형 반도체층(200)은 다층막으로 형성할 수도 있다.As the P-type semiconductor layer 200, a GaN layer in which P-type impurities are injected is preferably used as a layer for supplying holes to the active layer 300, and more preferably, an AlGaN layer in which P-type impurities are injected. Without being limited to this, various semiconductor material layers may be used. For example, AlInGaN may be used. In addition, the P-type semiconductor layer 200 may be formed of a multilayer film.

활성층(300)은 소정의 밴드 갭을 가지며 양자 우물이 만들어져 전자 및 정공이 재결합되는 영역으로서, 바람직하게는 AlGaN을 이용하여 형성한다. 이때, 활성층(300)을 이루는 물질의 종류에 따라 전자 및 홀이 결합하여 발생하는 발광 파장이 변화되기 때문에 목표로 하는 파장에 따라 활성층(300)에 포함되는 반도체 재료를 조절하는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시 예에 따라 자외선, 예를들어 365㎚ 이하의 자외선을 방출하기 위해 활성층(300)은 AlxGa1 - xN(0≤x≤1) 배리어층와 AlyGa1-yN(0≤y≤1)(x≠y) 웰층이 교대로 적층된 다층 구조로 형성한다. 이때, 배리어층의 Al 함량은 웰층의 Al 함량보다 높다. 또한, 웰층으로서 GaN도 가능한데, 이 경우 Al 소오스의 유입 및 중단을 반복하여 AlGaN 배리어층와 GaN 웰층을 다층으로 형성할 수 있다.The active layer 300 has a predetermined band gap and is a region where quantum wells are made to recombine electrons and holes, and is preferably formed using AlGaN. In this case, since the emission wavelength generated by the combination of the electrons and the holes is changed according to the type of the material forming the active layer 300, it is preferable to adjust the semiconductor material included in the active layer 300 according to the target wavelength. According to an embodiment of the present invention, the active layer 300 may emit Al x Ga 1 - x N (0 ≦ x ≦ 1) barrier layer and Al y Ga 1-y N ( 0 ≦ y ≦ 1) (x ≠ y) A well layer is formed in a multilayer structure in which alternating layers are stacked. At this time, the Al content of the barrier layer is higher than the Al content of the well layer. In addition, GaN may be used as the well layer. In this case, the AlGaN barrier layer and the GaN well layer may be formed in multiple layers by repeating the inflow and interruption of the Al source.

N형 반도체층(400)은 활성층(300)에 전자를 공급하는 층으로서, N형 불순물이 도핑된 AlGaN층을 이용하는 것이 바람직하고, 이에 한정되지 않고 다양한 반도체 성질의 물질층을 이용할 수 있다. 예를들어 GaN을 이용할 수 있다. 또한, N형 반도체층(400)은 다층막으로 형성할 수도 있다. 그리고, N형 반도체층(400)은 언도프트 반도체층과 도프트 반도체층을 적층하여 형성할 수 있다. 즉, N형 반도체층(400)은 활성층(300) 상부로부터 언도프트 반도체층과 도프트 반도체층을 적층하여 형성하며, 도프트 반도체층이 언도프트 반도체층보다 두껍게 형성한다. 그리고, N형 반도체층(400)은 광 방출 효과를 향상시키기 위해 상부, 즉 도프트 반도체층을 요철 구조로 형성한다. 즉, N형 반도체층(400)을 요철 구조로 형성하면 광자가 다 양한 각의 표면에 의해 반사되지 않고 외부로 빠져나가기 때문에 높은 휘도와 발광 효율을 얻을 수 있다. 요철 구조는 광전자화학(Photoelectrochemical; PEC) 에칭(Etching) 공정을 이용하여 형성할 수 있으며, 0.7∼2㎛ 정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 요철 구조가 0.7㎛보다 낮으면 광을 추출할 수 없고, 2㎛ 이상으로는 공정상 형성하기 어렵다. 또한, N형 반도체층(400)은 요철 구조를 형성할 때 요철 구조 사이의 골을 따라 하부로 누설이 발생할 수 있는데, 누설을 방지하면서 요철 구조의 높이를 확보할 수 있는 두께, 예를들어 4∼20㎛ 정도의 두께로 형성하며, 바람직하게는 4∼10㎛ 정도의 두께로 형성한다. N형 반도체층(400)이 4㎛ 이하의 두께로 형성될 경우 요철 구조 사이의 골을 따라 누설이 발생될 수 있고, 20㎛ 이상의 두께로 형성될 경우 광 추출이 어렵게 되는 문제가 있다. 한편, 활성층(300)과 N형 반도체층(400) 사이에 N형 클래드층(미도시)이 더 형성될 수 있는데, N형 클래드층은 GaN, AlGaN 또는 InGaN를 이용하여 형성할 수 있다.The N-type semiconductor layer 400 is a layer for supplying electrons to the active layer 300, it is preferable to use an AlGaN layer doped with N-type impurities, without being limited to this may be a material layer of various semiconductor properties. For example, GaN can be used. In addition, the N-type semiconductor layer 400 may be formed of a multilayer film. The N-type semiconductor layer 400 may be formed by stacking an undoped semiconductor layer and a doped semiconductor layer. That is, the N-type semiconductor layer 400 is formed by stacking an undoped semiconductor layer and a doped semiconductor layer from the top of the active layer 300, and the doped semiconductor layer is formed thicker than the undoped semiconductor layer. In addition, the N-type semiconductor layer 400 forms a top, that is, a doped semiconductor layer in an uneven structure to improve the light emission effect. That is, when the N-type semiconductor layer 400 is formed in the concave-convex structure, high brightness and luminous efficiency can be obtained because photons are not reflected by various angles and escape to the outside. The uneven structure may be formed by using a photoelectrochemical (PEC) etching process, and the thickness may be about 0.7 to 2 μm. If the uneven structure is lower than 0.7 mu m, light cannot be extracted, and it is difficult to form the process at 2 mu m or more. In addition, the N-type semiconductor layer 400 may be leaked downward along the valley between the uneven structure when forming the uneven structure, the thickness to secure the height of the uneven structure while preventing the leakage, for example 4 It is formed in the thickness of about -20 micrometers, Preferably it is formed in the thickness of about 4-10 micrometers. When the N-type semiconductor layer 400 is formed to a thickness of 4㎛ or less may leak along the valley between the uneven structure, when formed to a thickness of 20㎛ or more there is a problem that light extraction is difficult. Meanwhile, an N-type cladding layer (not shown) may be further formed between the active layer 300 and the N-type semiconductor layer 400, and the N-type cladding layer may be formed using GaN, AlGaN, or InGaN.

제 1 전극(500) 및 제 2 전극(600)은 Ti, Cr, Au, Al 등의 금속 물질 또는 이들의 합금을 이용하여 단일층 또는 다층으로 형성한다. 예를들어 Ti와 Al의 적층 구조 또는 Ti와 Au의 적층 구조로 형성할 수 있다. 제 1 전극(500)은 요철 구조의 N형 반도체층(400)상에 형성되고, 제 2 전극(600)은 기판(100)상에 형성된다. 즉, 제 1 전극(500)이 N형 반도체층(400)의 언도프트 반도체층에 형성되는 경우 오믹 접촉이 용이하지 않기 때문에 제 1 전극(500)은 N형 반도체층(400)의 도프트 반도체층에 형성된 요철 구조 상에 형성된다.The first electrode 500 and the second electrode 600 are formed in a single layer or multiple layers using a metal material such as Ti, Cr, Au, Al, or an alloy thereof. For example, it may be formed of a stacked structure of Ti and Al or a stacked structure of Ti and Au. The first electrode 500 is formed on the N-type semiconductor layer 400 having an uneven structure, and the second electrode 600 is formed on the substrate 100. That is, when the first electrode 500 is formed in the undoped semiconductor layer of the N-type semiconductor layer 400, the ohmic contact is not easy, so the first electrode 500 is the doped semiconductor of the N-type semiconductor layer 400. It is formed on the uneven structure formed in the layer.

반사층(250)은 도전성 접착층(260)을 이용하여 기판(100)과 접착된다. 반사 층(250)은 소자 상면으로 향하는 유효 휘도를 향상시키기 위한 층으로서, 반사율이 높은 금속으로 형성될 수 있다. 예를들어 반사층(250)은 Au, Ni, Ag, Al 및 그 합금을 이용하여 형성할 수 있다.The reflective layer 250 is bonded to the substrate 100 using the conductive adhesive layer 260. The reflective layer 250 is a layer for improving the effective luminance toward the upper surface of the device, and may be formed of a metal having high reflectance. For example, the reflective layer 250 may be formed using Au, Ni, Ag, Al, and alloys thereof.

도전성 접착층(260)은 플립칩 본딩에 이용될 수 있는 합금일 수 있으며, 약 200∼300℃의 낮은 융점을 갖고, 저온에서 접착이 가능한 물질을 이용하는 것이 바람직하다. 예를들어 도전성 접착층(260)은 Au-Sn, Sn, In, Au-Ag, Pb-Sn중 적어도 어느 하나를 포함하는 물질을 이용할 수 있다.The conductive adhesive layer 260 may be an alloy that can be used for flip chip bonding, and it is preferable to use a material having a low melting point of about 200 to 300 ° C. and capable of being bonded at low temperatures. For example, the conductive adhesive layer 260 may use a material including at least one of Au—Sn, Sn, In, Au-Ag, and Pb-Sn.

한편, 상술한 물질층들은 금속 유기 화학 증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD), 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD), 플라즈마 화학 기상 증착법(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD), 분자선 성장법(Molecular Beam Epitaxy; MBE), 수소화물 기상 성장법(Hydride Vapor Phase Epitaxy; HVPE) 등을 포함한 다양한 증착 또는 성장 방법을 이용하여 형성된다. Meanwhile, the above-described material layers may include metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), chemical vapor deposition (CVD), plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), and molecular beam growth method. (Molecular Beam Epitaxy; MBE), hydride vapor phase growth (Hydride Vapor Phase Epitaxy; HVPE) and the like formed using a variety of deposition or growth methods.

또한, 상기 실시 예에서는 광 출사면, 즉 N형 반도체층(400)의 상부에 요철 구조를 형성하였다. 그러나, 기판(100)이 N형 반도체층(400)에 접합되고, 광 출사면이 P형 반도체층(200)일 경우 P형 반도체층(200)의 상부에 요철 구조를 형성할 수 있다.In the above embodiment, an uneven structure is formed on the light exit surface, that is, the upper portion of the N-type semiconductor layer 400. However, when the substrate 100 is bonded to the N-type semiconductor layer 400 and the light exit surface is the P-type semiconductor layer 200, an uneven structure may be formed on the P-type semiconductor layer 200.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시 예에 따른 자외선 발광 소자의 제조 방법을 도 2(a) 내지 도 2(d)를 이용하여 설명하면 다음과 같다.The manufacturing method of the ultraviolet light emitting device according to the exemplary embodiment of the present invention configured as described above will be described with reference to FIGS. 2 (a) to 2 (d).

도 2(a)를 참조하면, 절연성 기판, 예를들어 사파이어 기판(10) 상부에 N형 반도체층(400), 활성층(300) 및 P형 반도체층(200)을 순차적으로 형성한다.Referring to FIG. 2A, an N-type semiconductor layer 400, an active layer 300, and a P-type semiconductor layer 200 are sequentially formed on an insulating substrate, for example, a sapphire substrate 10.

N형 반도체층(400)은 N형 불순물이 도핑된 AlGaN층과 불순물이 도핑되지 않은 AlGaN층으로 형성할 수 있다. 이를 위해 900∼1000℃ 정도의 온도에서 알루미늄 소오스로서 트리메틸알루미늄(trimethyaluminum; TMAl), 갈륨 소오스로서 트리메틸갈륨(trimethylgallium; TMGa), 질소 소오스로서 암모니아(NH3)를 유입시키고, N형 불순물로서 SiH4 또는 SiH6의 유입 및 중단시켜 실리콘이 도핑된 AlGaN층과 도핑되지 않은 AlGaN층을 형성한다. 한편, 사파이어 기판(10) 상부에 N형 반도체층(400)을 형성하기 이전에 사파이어 기판(10)을 열 세정(thermal cleaning)한 후 사파이어 기판(10) 표면을 질화시킬 수도 있다. 열 세정 공정은 950∼1050℃의 온도 또는 그보다 약간 높은 온도에서 실시한다. 열 세정을 실시한 후 사파이어 기판(10) 표면을 질화시키기 위해 700∼1000℃의 온도에서 질소 소오스, 예컨데 암모니아(NH3)를 유입시킨다. 질화는 질화물 막의 형성을 용이하게 하기 위한 과정으로 시스템 또는 성장 조건등에 따라 선택적으로 실시한다.The N-type semiconductor layer 400 may be formed of an AlGaN layer doped with N-type impurities and an AlGaN layer doped with impurities. For this purpose, trimethaluminum (TMAl) as an aluminum source, trimethylgallium (TMGa) as a gallium source, and ammonia (NH 3 ) as a nitrogen source are introduced at a temperature of about 900 to 1000 ° C, and SiH 4 as an N-type impurity. Or inflow and interruption of SiH 6 to form a silicon doped AlGaN layer and an undoped AlGaN layer. Meanwhile, the sapphire substrate 10 may be nitrided after thermal cleaning the sapphire substrate 10 before the N-type semiconductor layer 400 is formed on the sapphire substrate 10. The thermal cleaning process is carried out at a temperature of 950-1050 ° C. or slightly higher. After performing the thermal cleaning, a nitrogen source such as ammonia (NH 3 ) is introduced at a temperature of 700 to 1000 ° C. to nitride the surface of the sapphire substrate 10. Nitriding is a process for facilitating the formation of a nitride film and is selectively performed according to a system or growth conditions.

N형 반도체층(400) 상부에 활성층(300)을 형성하는데, 활성층(40)은 예를들어 AlGaN층으로 구성된 멀티 양자 우물 구조(MQW)로 형성한다. 즉, 활성층은 AlGaN 배리어와 AlGaN 웰이 복수 적층된 구조로 형성한다. 이를 위해 700∼850℃의 온도에서 알루미늄 소오스로서 TMAl, 갈륨 소오스로서 TMGa, 그리고 질소 소오스로서 암모니아(NH3)를 유입시켜 AlGaN층을 형성한다. 이때, Al 소오스의 유입량을 변화시켜 AlGaN 배리어와 AlGaN 웰의 Al 함량을 다르게 조절하는데, 배리어의 Al 함량이 웰의 Al 함량보다 많도록 조절한다. 또한, 웰은 GaN으로 형성할 수도 있는데, 이 경우 Al의 유입 및 중단을 반복하여 AlGaN 배리어와 GaN 웰이 복수 적층된 구조로 활성층(400)을 형성한다.The active layer 300 is formed on the N-type semiconductor layer 400, and the active layer 40 is formed of, for example, a multi quantum well structure (MQW) composed of an AlGaN layer. That is, the active layer is formed in a structure in which a plurality of AlGaN barriers and AlGaN wells are stacked. To this end, the AlGaN layer is formed by introducing TMAl as an aluminum source, TMGa as a gallium source, and ammonia (NH 3 ) as a nitrogen source at a temperature of 700 to 850 ° C. At this time, the Al content of the AlGaN barrier and the AlGaN well is changed differently by changing the inflow amount of the Al source. The Al content of the barrier is controlled to be higher than the Al content of the well. In addition, the well may be formed of GaN. In this case, the active layer 400 is formed in a structure in which a plurality of AlGaN barriers and GaN wells are stacked by repeating inflow and interruption of Al.

활성층(300)을 형성한 후 온도를 900∼1100℃로 유지한 상태에서 갈륨 소오스와 질소 소오스 및 알루미늄 소오스를 유입시켜 P형 반도체층(200)으로 P형 AlGaN층을 형성한다.After the active layer 300 is formed, a gallium source, a nitrogen source, and an aluminum source are introduced in a state where the temperature is maintained at 900 to 1100 ° C to form a P-type AlGaN layer as the P-type semiconductor layer 200.

도 2(b)를 참조하면, P형 반도체층(200) 상부에 반사층(250)을 형성한다. 반사층(250)은 발광 소자의 유효 휘도를 향상시키기 위해 형성하며, 반사율이 높은 금속, 예를들어 Au, Ni, Ag, Al 및 그 합금을 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 반사층(250)은 다른 단결정 구조와는 오믹 콘택을 형성하여 수직 방향으로 전류를 원활하게 도통시킬 수 있다. 반사층(250)은 통상의 스퍼터링 장치를 이용하여 형성할 수 있다. 그리고, 반사층(250) 상부에 도전성 접착층(260)을 이용하여 기판(100)을 접합시킨다. 기판(100)은 불순물이 도핑되어 전도성을 갖는 도전성 기판을 이용하는 것이 바람직하다. 도전성 접착층(260)을 반사층(250) 상부에 형성한 후 기판(100)을 접합할 수 있고, 도전성 접착층(260)을 기판(100)상에 형성한 후 기판(100)과 반사층(250)을 접합할 수도 있다.Referring to FIG. 2B, the reflective layer 250 is formed on the P-type semiconductor layer 200. The reflective layer 250 is formed to improve the effective luminance of the light emitting device, and may be formed using a metal having high reflectance, for example, Au, Ni, Ag, Al, and an alloy thereof. In addition, the reflective layer 250 may form an ohmic contact with other single crystal structures to smoothly conduct current in the vertical direction. The reflective layer 250 can be formed using a conventional sputtering apparatus. The substrate 100 is bonded to the reflective layer 250 using the conductive adhesive layer 260. The substrate 100 may be a conductive substrate that is conductive by doping with impurities. After the conductive adhesive layer 260 is formed on the reflective layer 250, the substrate 100 may be bonded to each other. The conductive adhesive layer 260 may be formed on the substrate 100, and then the substrate 100 and the reflective layer 250 may be formed. You may join.

도 2(c)를 참조하면, 기판(100)을 접착한 후 사파이어 기판(10)을 제거한다. 사파이어 기판(10)은 레이저 용융, 기계적 연마, 화학적 식각 등을 이용하여 제거할 수 있다. 그런데, 사파이어 기판(100)은 알루미늄 옥사이드(Al2O3)의 육면체 결정 구조로서 매우 견고하므로 기계적 연마나 화학적 식각 공정을 이용하는 경우 공정 비용이나 시간이 증가할 수도 있다. 따라서, 주로 사파이어 기판(10)과 GaN 발광 구조물의 열팽창 계수(thermal coefficient of expansion; TCE)의 차이를 이용하여 분리하는 방법이 주로 이용된다. 이러한 대표적인 방법이 레이저빔을 이용하는 분리 방법이다.Referring to FIG. 2C, the sapphire substrate 10 is removed after adhering the substrate 100. The sapphire substrate 10 may be removed by laser melting, mechanical polishing, chemical etching, or the like. However, since the sapphire substrate 100 is very solid as a hexahedral crystal structure of aluminum oxide (Al 2 O 3), the process cost or time may be increased when using a mechanical polishing or chemical etching process. Therefore, a method of separating using mainly the difference of the thermal coefficient of expansion (TCE) of the sapphire substrate 10 and the GaN light emitting structure is mainly used. This representative method is a separation method using a laser beam.

도 2(d)를 참조하면, 가파이어 기판(10)이 제거되어 노출된 N형 반도체층(400)의 상부, 즉 도프트 반도체층에 요철 구조를 형성한다. 요철 구조는 PEC 에칭 공정을 이용하여 0.7∼2㎛ 정도의 두께로 형성한다. 요철 구조를 형성함으로써 광자가 다양한 각의 표면에 의해 반사되지 않고 외부로 빠져나가기 때문에 높은 휘도와 발광 효율을 얻을 수 있다. 이후 N형 반도체층(400)과 기판(100) 상에 제 1 전극(500) 및 제 2 전극(600)을 형성한다. Referring to FIG. 2 (d), the concave-convex structure is formed on the doped semiconductor layer, that is, on the exposed N-type semiconductor layer 400 by removing the Gaffer substrate 10. The uneven structure is formed to a thickness of about 0.7 to 2㎛ using a PEC etching process. By forming the uneven structure, high brightness and luminous efficiency can be obtained because the photons escape to the outside without being reflected by various angle surfaces. Thereafter, the first electrode 500 and the second electrode 600 are formed on the N-type semiconductor layer 400 and the substrate 100.

한편, 갈륨의 소오스로는 트리메틸갈륨(trimethylgallium; TMGa) 이외에 트리에틸갈륨(triethylgallium; TEGa)를 사용할 수 있고, 알루미늄 소오스로는 트리메틸알루미늄(trimethyaluminum; TMAl) 이외에 트리에틸알루미늄(triethylaluminum; TEAl), 트리메틸아민알루미늄(trimethylaminealuminum; TMAAl) 또는 디메틸에틸아민알루미늄(dimethylethylaminealuminum; DMEAAl)을 사용 할 수 있다. 그리고, 질소 소오스로는 암모니아(NH3) 이외에 모노메틸히드라진(monomethylhydrazine; MMHy), 디메틸히드라진(dimethylhydrazine; DMHy)을 사용할 수 있다.In addition, triethylgallium (TEGa) may be used as the source of gallium in addition to trimethylgallium (TMGa), and triethylaluminum (TEAl) and trimethyl in addition to trimethyaluminum (TMAl) as the aluminum source. Trimethylaminealuminum (TMAAl) or dimethylethylaminealuminum (DMEAAl) may be used. The nitrogen source may be monomethylhydrazine (MMHy) or dimethylhydrazine (DMHy) in addition to ammonia (NH 3 ).

본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been described in detail according to the above embodiment, it should be noted that the above embodiment is for the purpose of description and not for the purpose of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 소자의 단면도.1 is a cross-sectional view of a light emitting device according to an embodiment of the present invention.

도 2(a) 내지 도 2(d)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 순서도.2 (a) to 2 (d) is a process flow chart for explaining a method of manufacturing a light emitting device according to an embodiment of the present invention.

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

100 : 기판 200 : P형 반도체층100 substrate 200 P-type semiconductor layer

300 : 활성층 400 : N형 반도체층300: active layer 400: N-type semiconductor layer

500 : 제 1 전극 600 : 제 2 전극500: first electrode 600: second electrode

250 : 반사층 260 : 도전성 접착층250: reflective layer 260: conductive adhesive layer

Claims (6)

제 1 기판 상부에 제 1 도전형 반도체층, 활성층 및 제 2 도전형 반도체층을 순차적으로 형성하는 단계;Sequentially forming a first conductivity type semiconductor layer, an active layer, and a second conductivity type semiconductor layer on the first substrate; 상기 제 2 도전형 반도체층 상부에 도전성 제 2 기판을 접합한 후 상기 제 1 기판을 분리하는 단계;Bonding the conductive second substrate over the second conductive semiconductor layer and separating the first substrate; 상기 제 1 기판이 분리된 상기 제 1 도전형 반도체층의 상면에 요철 구조를 형성하는 단계; 및Forming a concave-convex structure on an upper surface of the first conductive semiconductor layer in which the first substrate is separated; And 상기 제 1 도전형 반도체층의 적어도 일부분에 전극을 형성하는 단계를 포함하며,Forming an electrode on at least a portion of the first conductivity type semiconductor layer, 상기 제 1 도전형 반도체층은 4 내지 20㎚의 두께로 형성하는 자외선 발광 소자의 제조 방법.The first conductive semiconductor layer is a manufacturing method of the ultraviolet light emitting device to form a thickness of 4 to 20nm. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기판 상부에 형성된 제 1 도전형 반도체층은 도프트 반도체층과 언도프트 반도체층을 포함하는 자외선 발광 소자의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the first conductive semiconductor layer formed on the first substrate comprises a doped semiconductor layer and an undoped semiconductor layer. 제 2 항에 있어서, 상기 도프트 반도체층 상에 상기 요철 구조를 PEC(photoelectrochemical) 에칭 공정을 이용하여 형성하는 자외선 발광 소자의 제 조 방법.The method of claim 2, wherein the uneven structure is formed on the doped semiconductor layer by using a PEC (photoelectrochemical) etching process. 제 1 항에 있어서, 상기 활성층은 AlxGa1 - xN(0≤x≤1) 배리어층과 AlyGa1 - yN(0≤y≤1)(x≠y) 웰층이 교대로 적층된 다층 구조로 형성하여 365㎚ 이하의 자외선을 방출하는 자외선 발광 소자의 제조 방법.2. The active layer of claim 1, wherein an Al x Ga 1 - x N (0 ≦ x ≦ 1) barrier layer and an Al y Ga 1 - y N (0 ≦ y ≦ 1) (x ≠ y) well layer are alternately stacked. A method of manufacturing an ultraviolet light emitting device, which is formed in a multilayered structure to emit ultraviolet rays of 365 nm or less. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 도전형 반도체층의 요철 구조는 0.7 내지 2㎛ 정도의 높이로 형성하는 자외선 발광 소자의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the uneven structure of the first conductive semiconductor layer is formed to a height of about 0.7 to 2 μm. 제 1 항에 있어서, 상기 도프트 반도체층이 상기 언도프트 반도체층보다 두꺼운 자외선 발광 소자의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the doped semiconductor layer is thicker than the undoped semiconductor layer.
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