KR100762000B1

KR100762000B1 - High brightness nitride semiconductor light emitting device

Info

Publication number: KR100762000B1
Application number: KR1020060000058A
Authority: KR
Inventors: 전동민; 장태성; 강필근
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2006-01-02
Filing date: 2006-01-02
Publication date: 2007-09-28
Also published as: KR20070072661A

Abstract

본 발명은 고휘도 질화물계 반도체 발광소자에 관한 것으로서, 기판 상면에 형성된 n형 질화물 반도체층과, 상기 n형 질화물 반도체층 상면의 소정 영역에 형성된 활성층과, 상기 활성층 상면에 형성된 p형 질화물 반도체층과, 상기 p형 질화물 반도체층 상면의 소정 영역에 형성된 p형 오믹접촉층과, 상기 p형 오믹접촉층 상면과 상기 p형 오믹접촉층이 형성되지 않은 p형 질화물 반도체층 상면에 형성된 반사층과, 상기 반사층 상면에 형성된 p형 본딩 패드와, 상기 활성층이 형성되지 않은 n형 질화물 반도체층 상면에 형성된 n형 전극 및 상기 n형 전극 상면에 형성된 n형 본딩 패드를 포함하는 고휘도 질화물계 반도체 발광소자를 제공한다.The present invention relates to a high-brightness nitride semiconductor light emitting device, comprising: an n-type nitride semiconductor layer formed on an upper surface of a substrate, an active layer formed on a predetermined region of an upper surface of the n-type nitride semiconductor layer, a p-type nitride semiconductor layer formed on an upper surface of the active layer; A p-type ohmic contact layer formed on a predetermined region of an upper surface of the p-type nitride semiconductor layer, a reflective layer formed on an upper surface of the p-type nitride semiconductor layer on which the p-type ohmic contact layer and the p-type ohmic contact layer are not formed, and It provides a high brightness nitride-based semiconductor light emitting device comprising a p-type bonding pad formed on the upper surface of the reflective layer, an n-type electrode formed on the upper surface of the n-type nitride semiconductor layer without the active layer and an n-type bonding pad formed on the upper surface of the n-type electrode do.

발광소자, 오믹접촉, 반사율, 발광효율 Light emitting element, ohmic contact, reflectance, luminous efficiency

Description

High Brightness Nitride Semiconductor Light Emitting Device {HIGH BRIGHTNESS NITRIDE SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}

도 1은 종래 기술에 따른 수평구조 질화물계 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view showing the structure of a horizontal nitride semiconductor light emitting device according to the prior art.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고휘도 질화물계 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 사시도.2 is a perspective view showing the structure of a high brightness nitride-based semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention.

도 3은 도 2에 도시된 고휘도 질화물계 반도체 발광소자의 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도.3 is a cross-sectional view taken along line III-III ′ of the high-brightness nitride-based semiconductor light emitting device shown in FIG. 2.

도 4는 본 발명의 제1 실시예의 변형예에 따른 고휘도 질화물계 반도체 발광소자를 나타낸 단면도.4 is a cross-sectional view showing a high brightness nitride-based semiconductor light emitting device according to a modification of the first embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고휘도 질화물계 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 단면도.5 is a cross-sectional view showing the structure of a high-brightness nitride-based semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 제2 실시예의 변형예에 따른 고휘도 질화물계 반도체 발광소자를 나타낸 단면도.6 is a cross-sectional view showing a high brightness nitride-based semiconductor light emitting device according to a modification of the second embodiment of the present invention.

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

100 : 기판 110 : n형 질화물 반도체층100 substrate 110 n-type nitride semiconductor layer

120 : 활성층 130 : p형 질화물 반도체층120: active layer 130: p-type nitride semiconductor layer

140 : p형 오믹접촉층 155 : 반사층140: p-type ohmic contact layer 155: reflective layer

160 : 장벽층 173 : n형 전극160: barrier layer 173: n-type electrode

175 : n형 본딩 패드 185 : p형 본딩 패드175: n-type bonding pad 185: p-type bonding pad

200 : 구조지지층200: structural support layer

본 발명은 질화물계 반도체 발광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광 효율이 높은 고휘도 질화물계 반도체 발광소자에 관한 것이다.The present invention relates to a nitride-based semiconductor light emitting device, and more particularly to a high brightness nitride-based semiconductor light emitting device with high luminous efficiency.

일반적으로, 질화물계 반도체는 비교적 높은 에너지밴드갭을 갖는 물질(예; GaN 반도체의 경우, 약 3.4eV)로서 청색 또는 녹색 등의 단파장광을 생성하기 위한 광소자에 적극적으로 채용되고 있다. 이러한 질화물계 반도체로는 Al_xIn_yGa_(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 물질이 널리 사용되고 있다In general, nitride semiconductors are actively employed in optical devices for generating short wavelength light such as blue or green as materials having relatively high energy band gaps (for example, about 3.4 eV in GaN semiconductors). As the nitride semiconductor, a material having an Al _x In _y Ga _(1-xy) N composition formula (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, and 0 ≦ x + y ≦ 1) is widely used.

하지만, 상기 질화물계 반도체는 비교적 큰 에너지 밴드갭을 가지므로, 전극과 오믹접촉을 형성하는데 어려움이 있다. 특히, p형 질화물 반도체층은 보다 큰 에너지 밴드갭을 가지므로, p형 전극과 접촉부위에서 접촉저항이 높아지며, 이로 인해 소자의 동작전압이 커져 발열량이 증가되는 문제가 있다.However, since the nitride semiconductor has a relatively large energy band gap, it is difficult to form an ohmic contact with the electrode. In particular, since the p-type nitride semiconductor layer has a larger energy band gap, the contact resistance is increased at the contact portion with the p-type electrode, which causes a problem that the operating voltage of the device is increased and the amount of heat generated is increased.

따라서, 질화물계 반도체 발광소자는 p형 전극 형성 시에 오믹접촉을 개선하는 방안이 요구된다.Therefore, the nitride-based semiconductor light emitting device is required to improve the ohmic contact when forming the p-type electrode.

또한, 최근에는 질화물계 반도체 발광소자의 휘도를 증가시키기 위해 반사층 소재로 각광 받고 있는 은(Ag) 등의 금속을 후면 반사층으로 채용하여 전면과는 반대면으로 방출되는 빛을 후면 반사층을 통해 앞쪽으로 반사시키고 이전의 p형 전극의 낮은 투과율로 인해 감소되고 있는 빛을 살려 광 추출 효율을 향상시키고 있다.In addition, in order to increase the luminance of the nitride semiconductor light emitting device, a metal such as silver (Ag), which has been spotlighted as a reflective layer material, has recently been adopted as a rear reflective layer, so that light emitted to the opposite side from the front surface is moved forward through the rear reflective layer. The light is reflected and reduced light due to the low transmittance of the previous p-type electrode to improve the light extraction efficiency.

이러한 질화물계 반도체 발광소자는 크게 수평구조 발광소자(laterally structured light emitting diodes)와 수직구조 발광소자(vertically structured light emitting diodes)로 분류되는데, 이하 도 1을 참조하여 종래 기술에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 문제점에 대하여 상기와 같은 질화물계 반도체 발광소자 중 수평구조 질화물계 반도체 발광소자를 예를 들어 상세히 설명한다.Such nitride-based semiconductor light emitting devices are classified into horizontally structured light emitting diodes and vertically structured light emitting diodes. Hereinafter, a nitride-based semiconductor light emitting device according to the related art will be described with reference to FIG. 1. The above problem will be described in detail with reference to the above-described nitride nitride semiconductor light emitting device of the horizontal structure.

도 1은 종래 기술에 따른 수평구조 질화물계 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the structure of a horizontal nitride semiconductor light emitting device according to the prior art.

우선, 도 1에 도시한 바와 같이, 종래 기술에 따른 수평구조 질화물계 반도체 발광소자는, 사파이어 기판(100)과 GaN 버퍼층(도시하지 않음)과, n형 질화물 반도체층(110)과, 활성층(120)과, p형 질화물 반도체층(130)이 순차 결정성장되어 있으며, 상기 p형 질화물 반도체층(130)과 GaN/InGaN 활성층(120)은 일부 식각(mesa etching) 공정에 의하여 그 일부영역이 제거되는 바, n형 질화물 반도체층(110)의 일부상면을 노출한 구조를 갖는다.First, as shown in FIG. 1, the horizontal nitride nitride semiconductor light emitting device according to the prior art includes a sapphire substrate 100, a GaN buffer layer (not shown), an n-type nitride semiconductor layer 110, and an active layer ( 120 and the p-type nitride semiconductor layer 130 are sequentially crystal-grown, and the p-type nitride semiconductor layer 130 and the GaN / InGaN active layer 120 are partially etched by some etching process. As a result, the upper surface of the n-type nitride semiconductor layer 110 is exposed.

상기 노출된 n형 질화물 반도체층(110) 상에는 Cr/Au로 이루어진 n형 전극(173) 및 n형 본딩 패드(175)가 순차적으로 적층된 구조로 형성되어 있다.The n-type electrode 173 made of Cr / Au and the n-type bonding pad 175 are sequentially stacked on the exposed n-type nitride semiconductor layer 110.

또한, 상기 p형 질화물 반도체층(130) 상에는 전극역할과 반사역할을 동시에 수행하는 p형 반사전극(150) 및 p형 본딩 패드(185)가 순차적으로 적층된 구조로 형성되어 있다.In addition, the p-type nitride electrode layer and the p-type bonding pad 185 are simultaneously stacked on the p-type nitride semiconductor layer 130 to perform an electrode role and a reflection role.

그런데, 상기 p형 질화물 반도체층(130)은 높은 에너지 밴드갭을 가지므로, p형 반사전극(150)과 접촉부위에서 접촉저항이 높아지며, 이로 인해 소자의 동작전압이 커져 발열량이 증가되는 문제가 있다.However, since the p-type nitride semiconductor layer 130 has a high energy band gap, the contact resistance is increased at the contact portion with the p-type reflective electrode 150, which causes a problem in that the operating voltage of the device increases and the amount of heat generated increases. .

이에 따라서, 종래 기술에 따른 질화물계 반도체 발광소자는 p형 반사전극 형성 시에 오믹접촉을 개선하기 위하여 상기 p형 반사전극(150)과 p형 질화물 반도체층(130) 사이 계면에 접촉저항을 감소시킬 수 있는 p형 오믹접촉층(140)을 구비하였다. 이때, 상기 p형 오믹접촉층(140)은, 금속 산화물로 이루어진다.Accordingly, the nitride semiconductor light emitting device according to the related art reduces contact resistance at the interface between the p-type reflective electrode 150 and the p-type nitride semiconductor layer 130 to improve ohmic contact when the p-type reflective electrode is formed. A p-type ohmic contact layer 140 is provided. At this time, the p-type ohmic contact layer 140 is made of a metal oxide.

그러나, 상기와 같이 p형 반사전극(150)과 p형 질화물 반도체층(130) 사이 계면에 형성된 p형 오믹접촉층(140)은, 접촉저항을 감소시켜 소자의 동작전압을 감소시킬 수 있는 장점은 있었으나, 금속 산화물로 이루어지기 때문에 광 흡수율이 우수하여 활성층에서 발광하는 광 중 p형 반사전극을 통해 반사된 광의 일부를 흡수하여 반사율을 감소시키는 문제가 있다.However, the p-type ohmic contact layer 140 formed at the interface between the p-type reflective electrode 150 and the p-type nitride semiconductor layer 130 as described above has the advantage of reducing the operating voltage of the device by reducing the contact resistance. However, since it is made of a metal oxide is excellent in light absorption, there is a problem to reduce the reflectance by absorbing a portion of light reflected through the p-type reflective electrode of the light emitted from the active layer.

또한, 상기 p형 오믹접촉층(140)은, 두께가 얇을 경우엔 접촉저항을 감소시키기 어려우며, 두께가 두꺼울 경우엔 광 흡수율이 증가하는 동시에 투과율이 낮아지는 문제가 있다.In addition, the p-type ohmic contact layer 140 has a problem in that, when the thickness is thin, it is difficult to reduce the contact resistance, and when the thickness is thick, the light absorption increases and the transmittance decreases.

따라서, 질화물계 반도체 발광소자의 휘도 및 특성이 낮아지는 문제가 있다.Accordingly, there is a problem in that the luminance and characteristics of the nitride semiconductor light emitting device are lowered.

따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 오믹접촉 면적을 구비하되 최소화하여 동작전압을 감소시키는 동시에 고반사 면적을 최대화하여 발광효율을 최대화시킬 수 있는 고휘도 질화물계 반도체 발광소자를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a high-brightness nitride-based semiconductor light emitting device capable of maximizing the luminous efficiency by minimizing the operating voltage by minimizing the ohmic contact area while reducing the operating voltage and maximizing the high reflection area. To provide.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 기판 상면에 형성된 n형 질화물 반도체층과, 상기 n형 질화물 반도체층 상면의 소정 영역에 형성된 활성층과, 상기 활성층 상면에 형성된 p형 질화물 반도체층과, 상기 p형 질화물 반도체층 상면의 소정 영역에 형성된 p형 오믹접촉층과, 상기 p형 오믹접촉층 상면과 상기 p형 오믹접촉층이 형성되지 않은 p형 질화물 반도체층 상면에 형성된 반사층과, 상기 반사층 상면에 형성된 p형 본딩 패드와, 상기 활성층이 형성되지 않은 n형 질화물 반도체층 상면에 형성된 n형 전극 및 상기 n형 전극 상면에 형성된 n형 본딩 패드를 포함하는 고휘도 질화물계 반도체 발광소자를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an n-type nitride semiconductor layer formed on the upper surface of the substrate, an active layer formed in a predetermined region of the upper surface of the n-type nitride semiconductor layer, a p-type nitride semiconductor layer formed on the upper surface of the active layer, a p-type ohmic contact layer formed on a predetermined region of an upper surface of the p-type nitride semiconductor layer, a reflective layer formed on an upper surface of the p-type nitride semiconductor layer on which the p-type ohmic contact layer and the p-type ohmic contact layer are not formed, and an upper surface of the reflective layer Provided is a high brightness nitride-based semiconductor light-emitting device comprising a p-type bonding pad formed in the n-type, the n-type electrode formed on the upper surface of the n-type nitride semiconductor layer, the active layer is not formed, and the n-type bonding pad formed on the upper surface of the n-type electrode.

또한, 본 발명의 고휘도 질화물계 반도체 발광소자에서, 상기 p형 질화물 반도체층 상면에 상기 반사층을 둘러싸는 형상으로 형성되어 있는 장벽층을 더 포함하는 것이 바람직하다.In the high brightness nitride-based semiconductor light emitting device of the present invention, it is preferable to further include a barrier layer formed on the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer in a shape surrounding the reflective layer.

또한, 본 발명의 고휘도 질화물계 반도체 발광소자에서, 상기 기판과 상기 n 형 질화물 반도체층 사이 계면에 버퍼층을 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, in the high luminance nitride semiconductor light emitting device of the present invention, it is preferable to further include a buffer layer at the interface between the substrate and the n-type nitride semiconductor layer.

상기한 목적을 달성하기 위해 또 다른 본 발명은, n형 본딩 패드와, 상기 n형 본딩 패드 하면에 형성된 n형 전극과, 상기 n형 전극 하면에 형성된 n형 질화물 반도체층과, 상기 n형 질화물 반도체층 하면에 형성된 활성층과, 상기 활성층 하면에 형성된 p형 질화물 반도체층과, 상기 p형 질화물 반도체층 하면의 소정 영역에 형성된 p형 오믹접촉층과, 상기 p형 오믹접촉층 하면과 상기 p형 오믹접촉층이 형성되지 않은 p형 질화물 반도체층 하면에 형성된 반사층과, 상기 반사층 하면에 형성된 p형 본딩 패드 및 상기 p형 본딩 패드 하면에 형성된 구조지지층을 포함하는 고휘도 질화물계 반도체 발광소자를 제공한다.Another object of the present invention is to provide an n-type bonding pad, an n-type electrode formed on the lower surface of the n-type bonding pad, an n-type nitride semiconductor layer formed on the lower surface of the n-type electrode, and the n-type nitride. An active layer formed on the lower surface of the semiconductor layer, a p-type nitride semiconductor layer formed on the lower surface of the active layer, a p-type ohmic contact layer formed on a predetermined region of the lower surface of the p-type nitride semiconductor layer, the lower surface of the p-type ohmic contact layer and the p-type Provided is a high brightness nitride-based semiconductor light emitting device comprising a reflective layer formed on a lower surface of a p-type nitride semiconductor layer on which an ohmic contact layer is not formed, a p-type bonding pad formed on a lower surface of the reflective layer, and a structure supporting layer formed on a lower surface of the p-type bonding pad. .

또한, 본 발명의 고휘도 질화물계 반도체 발광소자에서, 상기 p형 질화물 반도체층 하면에 상기 반사층을 둘러싸는 형상으로 형성되어 있는 장벽층을 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the high brightness nitride-based semiconductor light emitting device of the present invention preferably further includes a barrier layer formed on the lower surface of the p-type nitride semiconductor layer in a shape surrounding the reflective layer.

또한, 본 발명의 고휘도 질화물계 반도체 발광소자에서, 상기 장벽층은, 상기 반사층의 굴절율 보다 높은 굴절율을 가지는 매질로 이루어진 것이 바람직하며, 이는 TiO₂과 TiN 및 TiON으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나의 막 즉, 티타늄계 화합물로 이루어진다.In addition, in the high brightness nitride-based semiconductor light emitting device of the present invention, the barrier layer is preferably made of a medium having a refractive index higher than the refractive index of the reflective layer, which is any one film selected from the group consisting of TiO ₂ , TiN and TiON. That is, it consists of a titanium compound.

또한, 본 발명의 고휘도 질화물계 반도체 발광소자에서, 상기 장벽층은, 5Å 내지 5000Å의 두께 범위로 형성된 것이 바람직하다.In the high brightness nitride-based semiconductor light emitting device of the present invention, the barrier layer is preferably formed in a thickness range of 5 kPa to 5000 kPa.

또한, 본 발명의 고휘도 질화물계 반도체 발광소자에서, 상기 반사층은, 반 사율이 높은 금속 즉, Ag, Al, Rh, Cr으로 이루어진 단일 금속 또는 그의 금속계로 이루어진 합금으로 형성된 것이 바람직하다.In the high brightness nitride-based semiconductor light emitting device of the present invention, the reflective layer is preferably formed of a metal having high reflectivity, that is, a single metal made of Ag, Al, Rh, Cr, or an alloy made of metal.

이하 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement 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.

이제 본 발명의 일 실시예에 따른 고휘도 질화물계 반도체 발광소자에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.A high luminance nitride based semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.

실시예Example 1 One

도 2 내지 도 4를 참고하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 고휘도 질화물계 반도체 발광소자에 대하여 상세히 설명한다.A high brightness nitride-based semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 4.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고휘도 질화물계 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 고휘도 질화물계 반도체 발광소자의 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예의 변형예에 따른 고휘도 질화물계 반도체 발광소자를 나타낸 단면도이다.FIG. 2 is a perspective view illustrating a structure of a high brightness nitride semiconductor light emitting device according to a first exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III ′ of the high brightness nitride semiconductor light emitting device of FIG. 4 is a cross-sectional view showing a high brightness nitride-based semiconductor light emitting device according to a modification of the first embodiment of the present invention.

먼저, 도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고휘도 질화 물계 반도체 발광소자는, 기판(100) 상면에 버퍼층(도시하지 않음), n형 질화물 반도체층(110), 활성층(120) 및 p형 질화물 반도체층(130)이 순차 적층되어 있다.First, referring to FIGS. 2 and 3, in the high brightness nitride-based semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention, a buffer layer (not shown), an n-type nitride semiconductor layer 110, The active layer 120 and the p-type nitride semiconductor layer 130 are sequentially stacked.

상기 기판(100)은 바람직하게, 사파이어를 포함하는 투명한 재료를 이용하여 형성되며. 사파이어 이외에, 기판(100)은 징크 옥사이드(zinc oxide, ZnO), 갈륨 나이트라이드(gallium nitride, GaN), 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC) 및 알루미늄 나이트라이드(AlN)로 형성될 수 있다. The substrate 100 is preferably formed using a transparent material including sapphire. In addition to sapphire, the substrate 100 may be formed of zinc oxide (ZnO), gallium nitride (GaN), silicon carbide (SiC), and aluminum nitride (AlN).

상기 버퍼층(도시하지 않음)은 GaN로 형성되며, 생략 가능하다.The buffer layer (not shown) is formed of GaN and may be omitted.

상기 n형 또는 p형 질화물 반도체층(110, 130)은, 각 도전형 불순물 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 형성되며, 상기 활성층(120)은 InGaN/GaN층으로 구성된 다중우물 구조(Multi-Quantum Well)로 형성된다.The n-type or p-type nitride semiconductor layers 110 and 130 are formed of GaN layers or GaN / AlGaN layers doped with each conductive type impurity, and the active layer 120 is composed of a multi-well structure composed of InGaN / GaN layers. -Quantum Well.

한편, 상기 활성층(120)은, 하나의 양자우물층 또는 더블헤테로 구조로 형성될 수 있다. 또한, 상기 활성층(120)은 이를 구성하고 있는 인듐(In)의 양으로 다이오드가 녹색 발광소자인지 청색 발광소자인지를 결정한다. 보다 상세하게는 청색빛을 갖는 발광소자에 대해서는, 약 22% 범위의 인듐이 사용되며, 녹색빛을 갖는 발광소자에 대해서는, 약 40% 범위의 인듐이 사용된다. 즉, 상기 활성층(130)을 형성하는데 사용되는 인듐의 양은 필요로 하는 청색 또는 녹색 파장에 따라 변한다.Meanwhile, the active layer 120 may be formed in one quantum well layer or a double hetero structure. In addition, the active layer 120 determines whether the diode is a green light emitting device or a blue light emitting device by the amount of indium (In) constituting it. More specifically, about 22% of indium is used for light emitting devices having blue light, and about 40% of indium is used for light emitting devices having green light. That is, the amount of indium used to form the active layer 130 varies depending on the required blue or green wavelength.

또한, 상기 활성층(120)과 p형 질화물 반도체층(130)의 일부는 메사 식각(mesa etching)으로 제거되어, 저면에 n형 질화물 반도체층(110)의 일부를 노출하고 있다.In addition, a portion of the active layer 120 and the p-type nitride semiconductor layer 130 are removed by mesa etching, exposing a portion of the n-type nitride semiconductor layer 110 on the bottom.

상기 메사 식각에 의해 노출된 n형 질화물 반도체층(110) 상면의 소정 부분에는 n형 전극(173) 및 n형 본딩 패드(175)가 순차 적층된 구조로 형성되어 있다. 여기서, 상기 n형 전극(173) 및 n형 본딩 패드(175)는, Cr/Au 으로 이루어져 있다.The n-type electrode 173 and the n-type bonding pad 175 are sequentially stacked on a predetermined portion of the upper surface of the n-type nitride semiconductor layer 110 exposed by the mesa etching. Here, the n-type electrode 173 and the n-type bonding pad 175 are made of Cr / Au.

또한, 상기 p형 질화물 반도체층(130) 상면의 소정 영역에 p형 오믹접촉층(140)이 형성되어 있다. 상기 오믹접촉층(140)은, 상기 p형 질화물 반도체층(130)의 높은 에너지 밴드갭으로 인한 접촉저항을 감소시키기 위해 금속 산화물로 형성하되, 두께는 투과율을 확보하여 광효율을 높이기 위해 최소화하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 p형 오믹접촉층(140)은, 높은 에너지 밴드갭을 가지는 p형 질화물 반도체층(130)과 오믹접촉하여 접촉저항을 감소시키는 역할 및 p형 전극 역할을 한다.In addition, the p-type ohmic contact layer 140 is formed in a predetermined region of the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 130. The ohmic contact layer 140 is formed of a metal oxide to reduce contact resistance due to a high energy band gap of the p-type nitride semiconductor layer 130, but the thickness thereof is minimized to secure light transmittance to increase light efficiency. desirable. That is, the p-type ohmic contact layer 140 serves to reduce contact resistance by ohmic contact with the p-type nitride semiconductor layer 130 having a high energy band gap and serve as a p-type electrode.

특히, 본 발명에 따른 상기 p형 오믹접촉층(140)은, p형 질화물 반도체층 상부 전면에 형성된 종래의 p형 오믹접촉층(도 1의 140 참조)과 달리 p형 질화물 반도체층(130) 상면의 소정 영역에 형성되어 있다. 이는 광 흡수율이 높은 금속 산화물로 이루어진 p형 오믹접촉층(140)의 형성 면적을 최소화하여 상기 p형 오믹접촉층(140)으로 상기 활성층(120)에서 발광하는 광의 일부가 흡수되어 소멸되는 것을 방지하기 위함이다.In particular, the p-type ohmic contact layer 140 according to the present invention is different from the conventional p-type ohmic contact layer (see 140 of FIG. 1) formed on the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 130. It is formed in the predetermined area | region of the upper surface. This minimizes the formation area of the p-type ohmic contact layer 140 made of a metal oxide having high light absorption to prevent a portion of the light emitted from the active layer 120 from being absorbed and extinguished by the p-type ohmic contact layer 140. To do this.

그리고, 상기 p형 오믹접촉층(140)과 상기 오믹접촉층(140)이 형성되지 않은 p형 질화물 반도체층(130)의 상면에는 반사층(155)이 형성되어 있다. 이는 종래 반사 및 전극 역할을 동시에 하는 반사전극(도 1의 150 참조)과 달리 반사율이 우수한 물질, 예를 들어 Ag, Al, Rh, Cr 등의 단일 금속 또는 그의 금속계로 이루어진 합금으로 이루어져 순수 반사 역할만을 한다. 따라서, 상기 반사층(155)은, 더욱 바람직하게, Ag과 Ag_(100-X)(X=10이하) 금속 및 반금속(Cu, Ni, Al, Si)의 이원계 이상의 다원계 합금으로 구성된 Ag계열의 합금으로 이루어진 그룹 중 선택된 어느 하나로 형성된 것이 바람직하다.The reflective layer 155 is formed on the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 130 in which the p-type ohmic contact layer 140 and the ohmic contact layer 140 are not formed. Unlike the reflective electrode (see 150 of FIG. 1), which simultaneously serves as a conventional reflection and electrode, it is composed of a material having excellent reflectivity, for example, a single metal such as Ag, Al, Rh, Cr, or an alloy made of a metal based thereof, thereby serving as a pure reflection. Do it. Accordingly, the reflective layer 155 is more preferably an Ag series composed of two or more binary alloys of Ag and Ag _(100-X) (X = 10 or less) metal and semimetals (Cu, Ni, Al, Si). It is preferred that it is formed of any one selected from the group consisting of an alloy of.

이와 같이, 본 발명은 상기 p형 질화물 반도체층(130) 상에 p형 오믹접촉층(140)이 형성된 오믹접촉부와 반사층(155)이 형성된 반사부를 구분하므로, 상기 활성층(120)에서 발광하는 광 중 반사층(155)을 통해 반사된 광의 일부가 p형 오믹접촉층(140)으로 흡수되어 손실되는 종래 문제점을 해결하여 소자의 발광 효율을 향상시킨다.As described above, the present invention distinguishes the ohmic contact portion in which the p-type ohmic contact layer 140 is formed on the p-type nitride semiconductor layer 130 and the reflector in which the reflective layer 155 is formed, and thus emits light emitted from the active layer 120. The light emitting efficiency of the device is improved by solving a conventional problem in which part of the light reflected through the middle reflective layer 155 is absorbed and lost by the p-type ohmic contact layer 140.

한편, 본 발명은, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 p형 질화물 반도체층(130) 상면에 상기 반사층(155)을 둘러싸는 형상으로 형성되어 반사층(155)의 열화를 방지할 수 있는 장벽층(160)을 더 포함할 수 있다. Meanwhile, as shown in FIG. 4, the present invention has a barrier layer formed on the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 130 so as to surround the reflective layer 155 to prevent deterioration of the reflective layer 155. 160 may be further included.

상기 장벽층(160)은, 상기 반사층(155)의 열화를 방지하기 위한 열화방지막으로써, 상기 반사층(155)의 굴절율 보다 높은 굴절율을 가지는 매질로 형성하여 휘도를 향상시키는 것이 바람직하며, 보다 구체적으로, TiO₂과 TiN 및 TiON으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나의 막 즉, 티타늄계 화합물로 형성된다. The barrier layer 160 is a deterioration prevention film for preventing deterioration of the reflective layer 155, and may be formed of a medium having a refractive index higher than that of the reflective layer 155 to improve luminance, more specifically. , TiO ₂ and one of the films selected from the group consisting of TiN and TiON, that is, formed of a titanium compound.

또한, 상기 장벽층(160)은, 5Å 내지 5000Å의 두께 범위로 형성하여 상기 반사층(155)을 충분히 덮을 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이는 상기 반사층(155)을 이루는 은(Ag)등의 반사물질이 외부로 확산되어 누설전류를 증가시키는 것을 방지하기 위함이다.In addition, the barrier layer 160 is preferably formed in a thickness range of 5 kPa to 5000 kPa to sufficiently cover the reflective layer 155. This is to prevent the reflective material such as silver (Ag) constituting the reflective layer 155 from diffusing to the outside to increase the leakage current.

이에 따라, 본 발명의 제1 실시예에 따른 변형예는, 상기 장벽층(160)을 통해 상기 반사층(155)을 이루는 반사물질이 열화되는 것을 방지하고, 외부로 확산되어 누설전류를 증가시키는 문제를 제거하여 질화물계 반도체 발광소자의 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.Accordingly, the modification according to the first embodiment of the present invention prevents the reflective material constituting the reflective layer 155 from deteriorating through the barrier layer 160 and diffuses to the outside to increase leakage current. There is an advantage that can be removed to improve the characteristics and reliability of the nitride-based semiconductor light emitting device.

실시예Example 2 2

그러면, 이하 도 5 및 도 6을 참고하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 고휘도 질화물계 반도체 발광소자에 대하여 상세히 설명한다.Next, the high brightness nitride-based semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고휘도 질화물계 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 단면도이고, 도 6은 제2 실시예의 변형예에 따른 고휘도 질화물계 반도체 발광소자를 나타낸 단면도이다.5 is a cross-sectional view illustrating a structure of a high brightness nitride semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a cross-sectional view showing a high brightness nitride semiconductor light emitting device according to a modification of the second embodiment.

우선, 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 고휘도 질화물계 반도체 발광소자는, 최상부에는 Cr/Au 등으로 이루어진 n형 본딩 패드(175)가 형성되어 있다.First, as shown in FIG. 5, the n-type bonding pad 175 made of Cr / Au or the like is formed at the top of the high-brightness nitride semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention.

상기 n형 본딩 패드(175) 하면에는 n형 전극(173)이 형성되어 있다.An n-type electrode 173 is formed on a lower surface of the n-type bonding pad 175.

그리고, 상기 n형 전극(173) 하면에는 n형 질화물 반도체층(110)과 활성층(120) 및 p형 질화물 반도체층(130)이 아래로 순차 적층되어 있다.The n-type nitride semiconductor layer 110, the active layer 120, and the p-type nitride semiconductor layer 130 are sequentially stacked on the bottom surface of the n-type electrode 173.

상기 n형 또는 p형 질화물 반도체층(110, 130)은, 각 도전형 불순물 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층일 수 있으며, 상기 활성층(120)은 InGaN/GaN층으로 구성된 다중우물 구조(Multi-Quantum Well)일 수 있다.The n-type or p-type nitride semiconductor layers 110 and 130 may be GaN layers or GaN / AlGaN layers doped with each conductivity type impurity, and the active layer 120 may include a multi-well structure composed of InGaN / GaN layers. Quantum Well).

또한, 상기 p형 질화물 반도체층(130) 하면의 소정 영역에 p형 오믹접촉층(140)이 형성되어 있다. 상기 오믹접촉층(140)은, 상기 p형 질화물 반도체층(130)의 높은 에너지 밴드갭으로 인한 접촉저항을 감소시키기 위해 금속 산화물로 형성하되, 두께는 투과율을 확보하여 광효율을 높이기 위해 최소화하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 p형 오믹접촉층(140)은, 높은 에너지 밴드갭을 가지는 p형 질화물 반도체층(130)과 오믹접촉하여 접촉저항을 감소시키는 역할 및 p형 전극 역할을 한다.In addition, the p-type ohmic contact layer 140 is formed in a predetermined region of the lower surface of the p-type nitride semiconductor layer 130. The ohmic contact layer 140 is formed of a metal oxide to reduce contact resistance due to a high energy band gap of the p-type nitride semiconductor layer 130, but the thickness thereof is minimized to secure light transmittance to increase light efficiency. desirable. That is, the p-type ohmic contact layer 140 serves to reduce contact resistance by ohmic contact with the p-type nitride semiconductor layer 130 having a high energy band gap and serve as a p-type electrode.

특히, 본 발명에 따른 상기 p형 오믹접촉층(140)은, 상기 p형 질화물 반도체층(130) 하면의 소정 영역에만 형성되어 상기 p형 오믹접촉층(140)으로 상기 활성층(120)에서 발광하는 광의 일부가 흡수되어 소멸되는 것을 방지할 수 있다.In particular, the p-type ohmic contact layer 140 according to the present invention is formed only in a predetermined region of the lower surface of the p-type nitride semiconductor layer 130 to emit light from the active layer 120 to the p-type ohmic contact layer 140. Part of the light can be prevented from being absorbed and extinguished.

그리고, 상기 p형 오믹접촉층(140)과 상기 오믹접촉층(140)이 형성되지 않은 p형 질화물 반도체층(130)의 하면에는 반사층(155)이 형성되어 있다. 이는 반사율이 우수한 물질, 예를 들어 Ag, Al, Rh, Cr 등의 단일 금속 또는 그의 금속계로 이루어진 합금으로 이루어져 순수 반사 역할만을 한다. 따라서, 상기 반사층(155)은, 더욱 바람직하게, Ag과 Ag_(100-X)(X=10이하) 금속 및 반금속(Cu, Ni, Al, Si)의 이원계 이상의 다원계 합금으로 구성된 Ag계열의 합금으로 이루어진 그룹 중 선택된 어느 하나로 형성된 것이 바람직하다.In addition, a reflective layer 155 is formed on a lower surface of the p-type nitride semiconductor layer 130 in which the p-type ohmic contact layer 140 and the ohmic contact layer 140 are not formed. It is made of a material having excellent reflectivity, for example, a single metal such as Ag, Al, Rh, Cr, or an alloy made of a metal system thereof, and serves only as a pure reflection. Accordingly, the reflective layer 155 is more preferably an Ag series composed of two or more binary alloys of Ag and Ag _(100-X) (X = 10 or less) metal and semimetals (Cu, Ni, Al, Si). It is preferred that it is formed of any one selected from the group consisting of an alloy of.

이와 같이, 본 발명은 상기 p형 질화물 반도체층(130) 하면에 p형 오믹접촉층(140)이 형성된 오믹접촉부와 반사층(155)이 형성된 반사부를 구분하므로, 상기 활성층(120)에서 발광하는 광 중 반사층(155)을 통해 반사된 광의 일부가 p형 오믹접촉층(140)으로 흡수되어 손실되는 종래 문제점을 해결하여 소자의 발광 효율을 향상시킨다.As described above, the present invention distinguishes the ohmic contact portion where the p-type ohmic contact layer 140 is formed on the bottom surface of the p-type nitride semiconductor layer 130 and the reflection portion where the reflective layer 155 is formed, and thus emits light emitted from the active layer 120. The light emitting efficiency of the device is improved by solving a conventional problem in which part of the light reflected through the middle reflective layer 155 is absorbed and lost by the p-type ohmic contact layer 140.

한편, 본 발명은, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 p형 질화물 반도체층(130) 하면에 상기 반사층(155)을 둘러싸는 형상으로 형성되어 반사층(155)의 열화를 방지할 수 있는 장벽층(160)을 더 포함할 수 있다. Meanwhile, as shown in FIG. 6, the present invention has a barrier layer formed on the bottom surface of the p-type nitride semiconductor layer 130 to surround the reflective layer 155 to prevent deterioration of the reflective layer 155. 160 may be further included.

이에 따라, 본 발명의 제2 실시예에 따른 변형예는, 상기 장벽층(160)을 통해 상기 반사층(155)을 이루는 반사물질이 열화되는 것을 방지하고, 외부로 확산되어 누설전류를 증가시키는 문제를 제거하여 질화물계 반도체 발광소자의 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.Accordingly, the modified example according to the second embodiment of the present invention prevents the reflective material constituting the reflective layer 155 from deteriorating through the barrier layer 160 and diffuses to the outside to increase leakage current. There is an advantage that can be removed to improve the characteristics and reliability of the nitride-based semiconductor light emitting device.

상기 반사층(155) 하면에는 p형 본딩 패드(185)가 형성되어 있다.A p-type bonding pad 185 is formed on the bottom surface of the reflective layer 155.

상기 p형 본딩 패드(185) 하면에는 도전성 접합층(도시하지 않음)에 의해 구조지지층(200)이 접합되어 있다. 이때, 상기 구조지지층(200)은 최종적인 LED 소자의 지지층 및 전극으로서의 역할을 수행하는 것으로서, 실리콘(Si) 기판, GaAs 기판, Ge 기판 또는 금속층 등으로 이루어진다. 여기서 상기 금속층은 전해 도금, 무전해 도금, 열증착(Thermal evaporator), 전자선증착(e-beam evaporator), 스퍼터(Sputter), 화학기상증착(CVD) 등의 방식을 통하여 형성된 것이 사용가능하다.The structural support layer 200 is bonded to the bottom surface of the p-type bonding pad 185 by a conductive bonding layer (not shown). In this case, the structural support layer 200 serves as a supporting layer and an electrode of the final LED element, and is made of a silicon (Si) substrate, a GaAs substrate, a Ge substrate, or a metal layer. The metal layer may be formed by electrolytic plating, electroless plating, thermal evaporator, e-beam evaporator, sputter, chemical vapor deposition (CVD), or the like.

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.

상기한 바와 같이, 본 발명은 오믹접촉 면적을 구비하되 최소화하고, 고반사 면적을 최대화하여 동작전압을 감소시키는 동시에 반사율은 향상시켜 소자의 발광효율을 최대화시킬 수 있다.As described above, the present invention can maximize the luminous efficiency of the device by minimizing the ohmic contact area, minimizing the maximum reflection area, reducing the operating voltage, and improving the reflectance.

또한, 본 발명은 고휘도 질화물계 반도체 발광소자를 구현하기 위해 구비된 반사층의 반사물질이 열화되고, 외부로 확산되는 것을 방지하는 장벽층을 구비하여 여 고휘도 질화물계 반도체 발광소자의 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.In addition, the present invention improves the characteristics and reliability of the high-brightness nitride-based semiconductor light emitting device by providing a barrier layer to prevent the reflection material of the reflective layer provided to implement the high-brightness nitride-based semiconductor light emitting device to deteriorate and diffuse to the outside You can.

Claims

An n-type nitride semiconductor layer formed on the upper surface of the substrate;

An active layer formed on a predetermined region of an upper surface of the n-type nitride semiconductor layer;

A p-type nitride semiconductor layer formed on an upper surface of the active layer;

A p-type ohmic contact layer formed on a portion of an upper surface of the p-type nitride semiconductor layer;

A reflective layer formed on an upper surface of the p-type ohmic contact layer and an upper surface of the p-type nitride semiconductor layer on which the p-type ohmic contact layer is not formed;

A p-type bonding pad formed on an upper surface of the reflective layer;

An n-type electrode formed on an upper surface of the n-type nitride semiconductor layer on which the active layer is not formed; And

An n-type bonding pad formed on an upper surface of the n-type electrode;

High brightness nitride-based semiconductor light emitting device comprising a.

The method of claim 1,

And a barrier layer formed on an upper surface of the p-type nitride semiconductor layer in a shape surrounding the reflective layer.

The method of claim 1,

And a buffer layer at an interface between the substrate and the n-type nitride semiconductor layer.

n-type bonding pads;

An n-type electrode formed on a bottom surface of the n-type bonding pad;

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

An active layer formed on a bottom surface of the n-type nitride semiconductor layer;

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

A p-type ohmic contact layer formed on a portion of the lower surface of the p-type nitride semiconductor layer;

A reflective layer formed on a lower surface of the p-type ohmic contact layer and a lower surface of the p-type nitride semiconductor layer on which the p-type ohmic contact layer is not formed;

A p-type bonding pad formed on the bottom surface of the reflective layer; And

A structural support layer formed on a lower surface of the p-type bonding pad;

High brightness nitride-based semiconductor light emitting device comprising a.

The method of claim 4, wherein

And a barrier layer formed on a lower surface of the p-type nitride semiconductor layer in a shape surrounding the reflective layer.

The method according to claim 2 or 5,

The barrier layer is a high brightness nitride-based semiconductor light emitting device, characterized in that made of a medium having a refractive index higher than the refractive index of the reflective layer.

The method according to claim 2 or 5,

The barrier layer is a high brightness nitride-based semiconductor light emitting device, characterized in that made of a titanium-based compound.

The method of claim 7, wherein

The titanium compound is a high brightness nitride-based semiconductor light emitting device, characterized in that consisting of any one film selected from the group consisting of TiO ₂ and TiN and TiON.

The method of claim 7, wherein

The titanium compound is a high brightness nitride-based semiconductor light emitting device, characterized in that formed using a physical vapor deposition method or a chemical reaction method.

The method according to claim 2 or 5,

The barrier layer is a high brightness nitride-based semiconductor light emitting device, characterized in that formed in the thickness range of 5 ~ 5000Å.

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