KR100872276B1

KR100872276B1 - Vertical nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method of the same

Info

Publication number: KR100872276B1
Application number: KR1020060117774A
Authority: KR
Inventors: 조명수
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2006-11-27
Filing date: 2006-11-27
Publication date: 2008-12-05
Also published as: KR20080047838A

Abstract

본 발명은 수직구조 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이며, 본 발명의 일 측면은, 제1 도전형 질화물층 및 제2 도전형 질화물층과 그 사이에 형성된 활성층을 포함하며, 각각 상기 제1 및 제2 도전형 질화물층에 의해 제공되는 서로 대향하는 제1 및 제2 면을 갖는 발광구조물과, 상기 발광구조물의 제1 면의 일 영역에 형성된 전극부와, 상기 발광구조물의 제2 면에 형성된 고반사성 오믹콘택층 및 상기 고반사성 오믹콘택층 상에 형성되며, 각각 열팽창계수가 다른 물질로 이루어진 복수의 도전층이 적층된 구조를 갖는 도전성 기판을 포함하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.The present invention relates to a vertical structure nitride semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same, and an aspect of the present invention includes a first conductive nitride layer and a second conductive nitride layer and an active layer formed therebetween, respectively, A light emitting structure having first and second surfaces facing each other provided by the first and second conductivity type nitride layers, an electrode portion formed in one region of the first surface of the light emitting structure, and a second surface of the light emitting structure Provided is a vertical nitride semiconductor light-emitting device comprising a conductive substrate formed on a high reflective ohmic contact layer formed on the high reflective ohmic contact layer, and a plurality of conductive layers made of a material having a different thermal expansion coefficient, respectively. do.

본 발명에 따르면, 질화물인 발광구조물과 도전성 기판의 열팽창계수 차이로 인한 응력을 완화하여 광학적 특성과 신뢰성이 보다 향상된 수직구조 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 얻을 수 있다.According to the present invention, it is possible to obtain a vertical structure nitride semiconductor light emitting device having improved optical properties and reliability by relieving stress due to a difference in thermal expansion coefficient between a light emitting structure which is a nitride and a conductive substrate, and a method of manufacturing the same.

수직구조, 질화물 반도체, 발광소자, LED, 응력 완화, 열팽창계수, 지지기판 Vertical structure, nitride semiconductor, light emitting device, LED, stress relaxation, coefficient of thermal expansion, support substrate

Description

Vertical structure nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method {VERTICAL NITRIDE SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}

도1은 종래 기술에 따른 수직구조 질화물 발광소자에서 발광구조물에 응력이 작용하는 모습을 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a state in which stress acts on a light emitting structure in a vertical structure light emitting device according to the prior art.

도2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 수직구조 질화물 반도체 발광소자를 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a vertical nitride semiconductor light emitting device according to one embodiment of the present invention.

도3a 내지 도3e는 도2의 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조공정의 일 실시형태를 나타내는 공정별 단면도이다.3A to 3E are cross-sectional views showing processes according to an embodiment of the manufacturing process of the vertical nitride semiconductor light emitting device of FIG.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명><Code Description of Main Parts of Drawing>

21: n형 질화물 반도체층 22: 활성층21: n-type nitride semiconductor layer 22: active layer

23: p형 질화물 반도체층 24: 고반사성 오믹콘택층23: p-type nitride semiconductor layer 24: highly reflective ohmic contact layer

25: 금속배리어층 26: 시드금속층25: metal barrier layer 26: seed metal layer

27a,27b: 제1 및 제2 도전층 27: 도전성 기판27a, 27b: first and second conductive layers 27: conductive substrate

28a: 전극부 28b: 본딩전극28a: electrode portion 28b: bonding electrode

30:질화물 성장용 예비기판30: Nitride growth preliminary substrate

본 발명은 수직구조 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 질화물인 발광구조물과 도전성 기판의 열팽창계수 차이로 인한 응력을 완화하여 광학적 특성과 신뢰성이 보다 향상된 수직구조 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vertical nitride semiconductor light emitting device and a method of manufacturing the same. More specifically, a vertical nitride semiconductor having improved optical properties and reliability by relieving stress due to a difference in thermal expansion coefficient between a nitride light emitting structure and a conductive substrate. A light emitting device and a method of manufacturing the same.

반도체 발광소자(Light Emitting Diode, LED)는 전류가 가해지면 p,n형 반도체의 접합 부분에서 전자와 정공의 재결합에 기하여, 다양한 색상의 빛을 발생시킬 수 있는 반도체 장치이다. 이러한 LED는 필라멘트에 기초한 발광소자에 비해 긴 수명, 낮은 전원, 우수한 초기 구동 특성, 높은 진동 저항 및 반복적인 전원 단속에 대한 높은 공차 등의 여러 장점을 갖기 때문에 그 수요가 지속적으로 증가하고 있으며, 특히, 최근에는, 청색 계열의 단파장 영역에서 발광이 가능한 III족 질화물 반도체가 각광을 받고 있다. BACKGROUND A light emitting diode (LED) is a semiconductor device capable of generating light of various colors based on recombination of electrons and holes at a junction portion of a p and n type semiconductor when current is applied thereto. These LEDs have a number of advantages over filament based light emitting devices, such as long life, low power, excellent initial driving characteristics, high vibration resistance, and high tolerance for repetitive power interruptions. In recent years, group III nitride semiconductors capable of emitting light in a blue short wavelength region have been in the spotlight.

이러한 III족 질화물 반도체를 이용한 발광소자를 구성하는 질화물 단결정은 사파이어 또는 SiC 기판과 같이 특정의 단결정 성장용 기판 상에서 형성된다. 하지만, 사파이어와 같이 절연성 기판을 사용하는 경우에는 전극의 배열에 큰 제약을 받게 된다. 즉, 종래의 질화물 반도체 발광소자는 전극이 수평방향으로 배열되는 것이 일반적이므로, 전류흐름이 협소 해지게 된다. 이러한 협소한 전류 흐름으로 인해, 발광소자의 순방향 전압(Vf)이 증가하여 전류효율이 저하되며, 이와 더불어 정전기 방전(Electrosta-tic discharge)에 취약해지는 문제가 있다.The nitride single crystal constituting the light emitting device using the group III nitride semiconductor is formed on a specific single crystal growth substrate, such as a sapphire or SiC substrate. However, in the case of using an insulating substrate such as sapphire, the arrangement of electrodes is greatly limited. That is, in the conventional nitride semiconductor light emitting device, since the electrodes are generally arranged in the horizontal direction, the current flow becomes narrow. Due to such a narrow current flow, the forward voltage Vf of the light emitting device increases, resulting in a decrease in current efficiency, and also a problem of weakening of electrostatic discharge.

상기 문제를 해결하기 위해서, 수직구조를 갖는 질화물 반도체 발광소자가 요구된다. 하지만, 수직구조를 갖는 질화물 반도체 발광소자는 그 상하면에 전극을 형성하기 위해서는, 사파이어와 같은 절연성 예비기판을 제거하는 공정이 수반되어야 한다.In order to solve the above problem, a nitride semiconductor light emitting device having a vertical structure is required. However, in order to form an electrode on the upper and lower surfaces of the nitride semiconductor light emitting device having a vertical structure, a process of removing an insulating preliminary substrate such as sapphire should be involved.

종래 기술에 따른 발광구조물로부터 사파이어 예비기판을 제거하는 공정은, 질화물 단결정 발광구조물 상에 도전성 접착층을 사용하여 도전성 지지기판을 부착한 후, 레이저 리프트오프 공정(Laser lift-off)에 의해 사파이어 예비기판을 제거하는 방식이다. In the process of removing the sapphire preliminary substrate from the light emitting structure according to the prior art, after attaching the conductive support substrate using the conductive adhesive layer on the nitride single crystal light emitting structure, the sapphire preliminary substrate by a laser lift-off process (Laser lift-off) To remove it.

하지만, 상기 도전성 지지기판으로 주로 사용되는 구리의 열팽창계수는 약 16 × 10^-6 /K 인데 반하여, 상기 발광구조물을 구성하는 주요 물질인 GaN 단결정의 열팽창계수는 약 5.9 × 10^-6 /K 으로서 큰 차이를 보인다. However, the thermal expansion coefficient of copper mainly used as the conductive support substrate is about 16 × 10 ⁻⁶ / K, whereas the thermal expansion coefficient of GaN single crystal, which is the main material constituting the light emitting structure, is about 5.9 × 10 ⁻⁶ / K. It makes a big difference.

도1은 종래 기술에 따른 수직구조 질화물 발광소자에서 발광구조물에 응력이 작용하는 모습을 설명하기 위한 단면도이다. 도1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 수직구조 질화물 발광소자(10)는 제1 도전형 질화물층(11)과 제2 도전형 질화물층(13) 및 그 사이에 형성된 활성층(12)으로 이루어진 발광구조물을 포함한다. 또한, 상기 발광구조물 하면에 순차적으로 형성된 반사금속층(14) 및 도전성 지지기판(15)을 포함하며, 설명의 편의상 미도시 하였으나, 상기 제1 도전형 질화물층(11)의 상면과 상기 도전성 지지기판(15) 하면에 형성된 전극부를 포함한다. 도시하지 않았다. 여기서, 상술한 바와 같이 도전성 지지기판과 GaN 단결정의 열팽창 계수 차이로 인해, 상기 레이저 리프트오프 공정 또는 발광소자의 작동 시 발생하는 열에 의하여 상기 GaN 단결정층에는 인장응력(T)가 작용하며, 반대로, 냉각 시에는 압축응력(C)이 작용한다. 1 is a cross-sectional view illustrating a state in which stress acts on a light emitting structure in a vertical structure light emitting device according to the prior art. As shown in FIG. 1, the vertical nitride light emitting device 10 according to the related art is a first conductive nitride layer 11 and a second conductive nitride layer 13 and an active layer 12 formed therebetween. It includes a light emitting structure made. In addition, the reflective metal layer 14 and the conductive support substrate 15 are sequentially formed on the lower surface of the light emitting structure. Although not shown for convenience of description, the upper surface of the first conductivity type nitride layer 11 and the conductive support substrate are included. (15) It includes an electrode portion formed on the lower surface. Not shown. Here, due to the difference in thermal expansion coefficient between the conductive support substrate and the GaN single crystal, tensile stress (T) acts on the GaN single crystal layer due to heat generated during the operation of the laser lift-off process or the light emitting device. During cooling, compressive stress (C) acts.

이로 인하여 종래 기술에 따른 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 광학적 특성 및 신뢰성 저하를 가져오는 문제가 있다.As a result, there is a problem that the optical characteristics and reliability of the vertical nitride semiconductor light emitting device according to the prior art are reduced.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 일 목적은 질화물인 발광구조물과 도전성 기판의 열팽창계수 차이로 인한 응력을 완화하여 광학적 특성과 신뢰성이 보다 향상된 수직구조 질화물 반도체 발광소자를 제공하는데 있다. 다른 측면은 상기 수직구조 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, one object of the vertical nitride semiconductor light emitting device to improve the optical characteristics and reliability by reducing the stress due to the difference in thermal expansion coefficient of the light emitting structure and the conductive substrate is nitride It is to provide an element. Another aspect is to provide a method of manufacturing the vertical nitride semiconductor light emitting device.

상기 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명의 일측면은, In order to achieve the above technical problem, one aspect of the present invention,

제1 도전형 질화물층 및 제2 도전형 질화물층과 그 사이에 형성된 활성층을 포함하는 발광구조물과, 상기 발광구조물에서 상기 제1 도전형 질화물층의 노출면의 일 영역에 형성된 전극부와, 상기 발광구조물에서 상기 제2 도전형 질화물층의 노출면에 형성된 고반사성 오믹콘택층 및 상기 고반사성 오믹콘택층 상에 형성되며, 열팽창계수가 서로 다른 물질로 이루어진 제1 및 제2 도전층이 서로 교대하여 1회 이상 적층된 구조를 갖는 도전성 기판을 포함하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.A light emitting structure including a first conductive type nitride layer and a second conductive type nitride layer, and an active layer formed therebetween; an electrode portion formed in one region of an exposed surface of the first conductive type nitride layer in the light emitting structure; In the light emitting structure, the highly reflective ohmic contact layer and the highly reflective ohmic contact layer formed on the exposed surface of the second conductivity type nitride layer and the first and second conductive layers made of materials having different thermal expansion coefficients alternate with each other. By providing a vertical nitride semiconductor light emitting device comprising a conductive substrate having a structure stacked one or more times.

추가적으로, 상기 고반사성 오믹콘택층과 상기 응력완화층 사이에 형성된 금속배리어층을 더 포함하며, 상기 도전성 기판은 상기 다수의 오픈영역을 통해 상기 금속배리어층과 전기적으로 접속되는 것이 바람직하다.Additionally, the metal barrier layer may be further formed between the highly reflective ohmic contact layer and the stress relaxation layer, and the conductive substrate may be electrically connected to the metal barrier layer through the plurality of open regions.

이 경우, 상기 금속 배리어층은, 텅스텐(W)계 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable that the said metal barrier layer consists of tungsten (W) type alloys.

바람직하게는, 상기 도전성 기판은 도금층이며, 상기 고반사성 오믹콘택층과 상기 도전성 기판 사이에 형성된 시드금속층을 더 포함할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 시드금속층은, Au으로 이루어진 것일 수 있다.Preferably, the conductive substrate is a plating layer, and may further include a seed metal layer formed between the highly reflective ohmic contact layer and the conductive substrate. More preferably, the seed metal layer may be made of Au.

상기 제1 및 제2 도전층은, 금속으로 이루어진 것이 바람직하며, 구체적으로는, Cu, Ni, Au, W 및 Ti으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 것일 수 있다.The first and second conductive layers are preferably made of metal, and specifically, may be made of a material selected from the group consisting of Cu, Ni, Au, W, and Ti.

본 발명의 일 목적인 상기 발광구조물에 작용하는 응력을 완화하기 위하여 상기 도전성 기판에서 발생하는 응력을 감소시킬 필요가 있다. 따라서, 상기 도전 성 기판은, 각각 열팽창계수가 다른 물질로 이루어진 제1 및 제2 도전층이 서로 교대하여 1회 이상 적층된 구조인 것이 바람직하다. 여기서, 효과적인 응력완화를 위해 상기 제1 및 제2 도전층의 열팽창계수를 고려하면, 상기 제1 도전층은 Cu로 이루어지며, 상기 제2 도전층은 W으로 이루어는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1 및 제2 도전층의 적층 횟수와 관련하여, 상기 도전성 기판은, 상기 제1 및 제2 도전층이 서로 교대하여 2 ~ 10회 적층된 구조가 적당하며, 또한, 그 두께는, 50 ~ 100㎛의 범위를 갖는 것이 적당하다.In order to alleviate the stress applied to the light emitting structure, which is an object of the present invention, it is necessary to reduce the stress generated in the conductive substrate. Therefore, it is preferable that the conductive substrate has a structure in which the first and second conductive layers made of materials having different thermal expansion coefficients are alternately stacked one or more times. Here, in consideration of thermal expansion coefficients of the first and second conductive layers for effective stress relaxation, the first conductive layer is made of Cu, the second conductive layer is preferably made of W. In addition, in relation to the number of lamination of the first and second conductive layers, the conductive substrate has a suitable structure in which the first and second conductive layers are alternately stacked two to ten times, and the thickness thereof is It is suitable to have a range of 50 to 100 µm.

본 발명에서 채용된 상기 고반사성 오믹콘택층은 Ag, Ni, Al, Ph, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 및 그 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어질 수 있다.The highly reflective ohmic contact layer employed in the present invention may be made of a material selected from the group consisting of Ag, Ni, Al, Ph, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, and combinations thereof.

바람직하게는, 상기 제1 도전형 질화물층은, n형 불순물이 도핑된 질화물 반도체층이며, 상기 제2 도전형 질화물층은 p형 불순물이 도핑된 질화물 반도체층인 것일 수 있다.Preferably, the first conductivity type nitride layer may be a nitride semiconductor layer doped with n-type impurities, and the second conductivity type nitride layer may be a nitride semiconductor layer doped with p-type impurities.

본 발명의 다른 측면은,Another aspect of the invention,

질화물 단결정 성장용 예비기판 상에 제1 도전형 질화물층, 활성층 및 제2 도전형 질화물층을 순차적으로 성장시키는 단계와, 상기 제2 도전형 질화물층 상에 고반사성 오믹콘택층을 형성하는 단계와, 상기 고반사성 오믹콘택층 상에 각각 열팽창계수가 다른 물질로 이루어진 복수의 도전층을 적층하여 도전성 기판을 형성하는 단계와, 상기 제1 도전형 질화물층이 노출되도록 상기 예비기판을 제거하는 단 계 및 상기 제1 도전형 질화물층의 노출된 영역 중 일부 영역에 전극부를 형성하는 단계를 포함하는 수직구조 질화물 반도체 발광소자 제조방법을 제공한다.Sequentially growing a first conductivity type nitride layer, an active layer, and a second conductivity type nitride layer on the nitride single crystal growth preliminary substrate, and forming a highly reflective ohmic contact layer on the second conductivity type nitride layer; Stacking a plurality of conductive layers each having a different thermal expansion coefficient on the highly reflective ohmic contact layer to form a conductive substrate, and removing the preliminary substrate to expose the first conductive nitride layer. And forming an electrode part in a portion of the exposed region of the first conductivity type nitride layer.

이 경우, 상기 예비기판을 제거하는 단계는, 레이저 리프트오프 공정에 의하는 것이 바람직하다.In this case, the step of removing the preliminary substrate is preferably by a laser lift-off process.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

도2을 참조하면, 본 실시 형태에 따른 수직구조 질화물 반도체 발광소자(20)는, n형 질화물 반도체층(21) 및 p형 질화물 반도체층(23)과 그 사이에 형성된 활성층(22)으로 구성된 발광구조물을 포함하며, 상기 발광구조물에서 상기 n형 질화물 반도체층(21)의 노출면의 일 영역에 형성된 전극부(28a)와 상기 p형 질화물 반도체층(23)의 노출면에 순차적으로 형성된 고반사성 오믹콘택층(24), 금속배리어층(25), 시드금속층(26), 도전성 기판(27) 및 본딩전극(28b)을 포함한다. 본 발명에서, 상기 '발광구조물'은, 상기 n형 질화물 반도체층(21), 활성층(22), p형 질화물 반도체층(23)이 순차적으로 적층되어 형성된 구조물 의미한다.2, the vertical nitride semiconductor light emitting element 20 according to the present embodiment is composed of an n-type nitride semiconductor layer 21 and a p-type nitride semiconductor layer 23 and an active layer 22 formed therebetween. A light emitting structure, the light emitting structure being sequentially formed on the exposed portion of the electrode portion 28a and the p-type nitride semiconductor layer 23 formed in one region of the exposed surface of the n-type nitride semiconductor layer 21 The reflective ohmic contact layer 24, the metal barrier layer 25, the seed metal layer 26, the conductive substrate 27, and the bonding electrode 28b are included. In the present invention, the 'light emitting structure' refers to a structure formed by sequentially stacking the n-type nitride semiconductor layer 21, the active layer 22, and the p-type nitride semiconductor layer 23.

본 실시 형태에서 채용된 상기 n형 질화물 반도체층(21) 및 p형 질화물 반도 체층(23)은 Al_xIn_yGa_(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 n형 불순물 및 p형 불순물이 도핑된 반도체 물질로 이루어질 수 있으며, 대표적으로, GaN, AlGaN, InGaN이 있다. 또한, 상기 n형 불순물로 Si, Ge, Se, Te 또는 C 등이 사용될 수 있으며, 상기 p형 불순물로는 Mg, Zn 또는 Be 등이 대표적이다.The n-type nitride semiconductor layer 21 and the p-type nitride semiconductor layer 23 employed in the present embodiment are Al _x In _y Ga _(1-xy) N composition formulas, where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1), and may be formed of a semiconductor material doped with n-type impurities and p-type impurities. Representative examples thereof include GaN, AlGaN, and InGaN. In addition, Si, Ge, Se, Te or C may be used as the n-type impurity, and the p-type impurity may be representative of Mg, Zn or Be.

상기 n형 및 p형 질화물 반도체층(21,23)은 유기금속 기상증착법(MOCVD), 분자빔성장법(MBE) 및 하이브리드 기상증착법(HVPE)등으로 성장될 수 있다.The n-type and p-type nitride semiconductor layers 21 and 23 may be grown by organometallic vapor deposition (MOCVD), molecular beam growth (MBE), hybrid vapor deposition (HVPE), or the like.

상기 활성층(22)은 가시광(약 350∼680㎚ 파장범위)을 발광하기 위한 층일 수 있으며, 단일 또는 다중 양자 웰 구조를 갖는 언도프된 질화물 반도체층으로 구성된다. 상기 활성층은 상기 n형 및 p형 질화물 반도체층(21,23)과 같이 유기금속 기상증착법(MOCVD), 분자빔성장법(MBE) 및 하이브리드 기상증착법(HVPE) 등으로 성장될 수 있다.The active layer 22 may be a layer for emitting visible light (a wavelength range of about 350 to 680 nm), and is formed of an undoped nitride semiconductor layer having a single or multiple quantum well structure. Like the n-type and p-type nitride semiconductor layers 21 and 23, the active layer may be grown by organic metal vapor deposition (MOCVD), molecular beam growth (MBE) and hybrid vapor deposition (HVPE).

상기 고반사성 오믹콘택층(24)은, 바람직하게는 70% 이상의 반사율을 가지며, 상기 p형 질화물 반도체층(23)과의 오믹콘택을 형성한다. 이러한 고반사성 오믹콘택층(24)은 Ag, Ni, Al, Ph, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 및 그 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 적어도 하나의 층으로 형성될 수 있다. 바람직하게 상기 고반사성 오믹콘택층(24)은 Ni/Ag, Zn/Ag, Ni/Al, Zn/Al, Pd/Ag, Pd/Al, Ir/Ag. Ir/Au, Pt/Ag, Pt/Al 또는 Ni/Ag/Pt로 형성될 수 있다. The highly reflective ohmic contact layer 24 preferably has a reflectance of 70% or more and forms an ohmic contact with the p-type nitride semiconductor layer 23. The highly reflective ohmic contact layer 24 may be formed of at least one layer made of a material selected from the group consisting of Ag, Ni, Al, Ph, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, and combinations thereof. have. Preferably the highly reflective ohmic contact layer 24 is Ni / Ag, Zn / Ag, Ni / Al, Zn / Al, Pd / Ag, Pd / Al, Ir / Ag. It may be formed of Ir / Au, Pt / Ag, Pt / Al or Ni / Ag / Pt.

상기 금속 배리어층(25)은 본딩전극물질과 오믹콘택층물질의 계면에서 융화되어 오믹콘택 특성(특히, 반사율 및 접촉저항)을 저하하는 것을 방지하기 위한 층으로 채택된다. 이러한 금속 배리어층(25)은 텅스텐 합금으로 이루어질 수 있으며, 구체적으로, TiW 또는 Ti/TiW으로 이루어질 수 있다.The metal barrier layer 25 is adopted as a layer for preventing the contact between the bonding electrode material and the ohmic contact layer material to degrade the ohmic contact properties (particularly, reflectance and contact resistance). The metal barrier layer 25 may be made of a tungsten alloy, and specifically, may be made of TiW or Ti / TiW.

특히, 상기 고반사성 오믹콘택층(24)이 Ag를 포함한 경우에 Ag의 이동(migration)으로 인한 누설전류의 발생을 효과적으로 방지할 수 있는 이점이 있다. 나아가, 소정의 반사율을 갖는 상기 금속 배리어층(25)은 고반사성 오믹콘택층(24)의 반사역할을 보조하는 역할을 수행할 수도 있다, In particular, when the highly reflective ohmic contact layer 24 includes Ag, there is an advantage in that leakage current due to migration of Ag can be effectively prevented. Furthermore, the metal barrier layer 25 having a predetermined reflectance may serve to assist the reflective role of the highly reflective ohmic contact layer 24.

한편, 상기 시드금속층(26)은, 상기 도전성 기판(27)을 도금 공정으로 형성하는 경우 필요하며, Au으로 이루어지는 것이 바람직하다. 즉, 상기 도전성 기판(27)은 증착, 도금 공정 등에 의해 형성될 수 있으나, 공정 효율을 고려하였을 때, 도금 공정이 가장 바람직하며, 이 경우에는 상기 시드금속층(26) 상에서 형성될 수 있다.On the other hand, the seed metal layer 26 is required when the conductive substrate 27 is formed by a plating process, and preferably made of Au. That is, the conductive substrate 27 may be formed by a deposition process, a plating process, or the like. In view of process efficiency, a plating process is most preferable, and in this case, the conductive substrate 27 may be formed on the seed metal layer 26.

상기 도전성 기판(27)은 최종 발광소자에 포함되는 요소로서, 상기 수직구조 질화물 반도체 발광소자(20)의 p측 전극 역할과 함께 상기 발광구조물을 지지하는 지지체의 역할을 수행한다. 따라서, 상기 도전성 기판(27)은 전기전도도가 높은 것이 바람직하므로, 금속이 일반적으로 채용될 수 있다. 구체적으로, 상기 도전성 기판(29)는 Cu, Ni, Au, W 및 Ti으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어질 수 있다. The conductive substrate 27 is an element included in the final light emitting device, and serves as a support for supporting the light emitting structure together with the p-side electrode of the vertical nitride semiconductor light emitting device 20. Therefore, the conductive substrate 27 is preferably a high electrical conductivity, a metal may be generally employed. Specifically, the conductive substrate 29 may be made of a material selected from the group consisting of Cu, Ni, Au, W, and Ti.

이에 따라, 상기 도전성 기판(27)으로 주로 사용되는 구리의 열팽창계수는 약 16 × 10^-6 /K 이고, 상기 발광구조물을 구성하는 주요 물질인 GaN 단결정의 열팽창계수는 약 5.9 × 10^-6 /K 으로서 큰 차이를 보여, 상기 발광구조물에는 큰 응력이 작용할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 이러한 문제를 해결하기 위한 측면에서, 상기 도전성 기판(27)은 각각 열팽창계수가 다른 물질로 이루어진 제1 및 제2 도전층(27a,27b)이 서로 교대하여 1회 이상 적층된 구조이며, 이 경우, 상기 제1 도전층(27a)을 이루는 물질은 Cu이며, 상기 제2 도전층(27b)을 이루는 물질은 W을 채용하였다. 여기서, W의 열팽창계수는 약 4.4 × 10^-6 /K 으로 상기 Cu보다 3배 이상 작다. 따라서, W으로 이루어진 상기 제2 도전층(27b)은 제1 도전층(27a)와 교대로 인접하여 적층되므로, Cu로 이루어진 상기 제1 도전층(27a)의 팽창을 억제하는 기능을 하며, 이에 따라, 상기 발광구조물에 미치는 응력의 크기를 줄일 수 있다. 다만, 본 발명은 상기 실시 형태에 제한되지 않으며, 제1 도전층(27a)을 W로 하며, 상기 제2 도전층(27b)을 Cu로 채용하는 것도 가능하다. 또한, Cu 와 W 외에도 상기에서 도전성 기판을 이루는 물질로 Ti, Ni 등의 다른 금속을 채용하여 3종 이상의 금속이 적층된 구조로서 상기 도전성 기판을 형성할 수도 있다.Accordingly, the thermal expansion coefficient of copper mainly used as the conductive substrate 27 is about 16 × 10 ⁻⁶ / K, and the thermal expansion coefficient of GaN single crystal, which is the main material constituting the light emitting structure, is about 5.9 × 10 ⁻⁶ / A large difference is shown as K, and a large stress may act on the light emitting structure. In the present embodiment, in order to solve such a problem, the conductive substrate 27 is formed by alternately stacking the first and second conductive layers 27a and 27b each made of a material having a different thermal expansion coefficient, one or more times. In this case, the material constituting the first conductive layer 27a is Cu, and the material constituting the second conductive layer 27b is W. Here, the coefficient of thermal expansion of W is about 4.4 × 10 ⁻⁶ / K, which is at least three times smaller than that of Cu. Therefore, since the second conductive layer 27b made of W is alternately stacked adjacent to the first conductive layer 27a, the second conductive layer 27b functions to suppress the expansion of the first conductive layer 27a made of Cu. Accordingly, the magnitude of the stress on the light emitting structure can be reduced. However, this invention is not limited to the said embodiment, It is also possible to make the 1st conductive layer 27a into W, and to employ | adopt the said 2nd conductive layer 27b as Cu. In addition to Cu and W, the conductive substrate may be formed as a structure in which three or more metals are stacked by employing other metals such as Ti and Ni as the material of the conductive substrate.

한편, 상술한 응력완화 효과를 고려하였을 때, 상기 도전성 기판(27)은, 상기 제1 및 제2 도전층(27a,27b)이 서로 교대하여 2 ~ 10회 적층된 구조인 것이 바람직하며, 도2에서는, 6회 적층된 구조를 도시하였다. 또한, 상기 도전성 기판의 두께(t)는 50 ~ 100㎛의 범위가 바람직하다. On the other hand, in consideration of the above-mentioned stress relaxation effect, the conductive substrate 27, the first and second conductive layers 27a, 27b is preferably a structure in which two to 10 times alternately stacked, and FIG. In Fig. 2, the structure laminated six times is shown. In addition, the thickness t of the conductive substrate is preferably in the range of 50 to 100 µm.

마지막으로 본딩전극(30b)은 최외곽 전극층으로, 일반적으로 Au 또는 Au를 함유한 합금으로 이루어진다. 이러한 p측 본딩전극(30b)은 통상적인 금속층 성장방법인 증착법 또는 스퍼터링공정에 의해 형성될 수 있다.Finally, the bonding electrode 30b is the outermost electrode layer and is generally made of Au or an alloy containing Au. The p-side bonding electrode 30b may be formed by a deposition method or a sputtering process, which is a conventional metal layer growth method.

상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 제조공정의 일 실시형태를 도3a 내지 도3e를 참조하여 설명한다.An embodiment of the manufacturing process of the present invention having the above structure will be described with reference to FIGS. 3A to 3E.

우선, 도3a와 같이, 질화물 단결정 성장용 예비 기판인 사파이어 기판(30) 상에 순차적으로 n형 질화물 반도체층(21), 활성층(22), p형 질화물 반도체층(23)을 성장시킨다.First, as shown in FIG. 3A, the n-type nitride semiconductor layer 21, the active layer 22, and the p-type nitride semiconductor layer 23 are sequentially grown on the sapphire substrate 30, which is a preliminary substrate for nitride single crystal growth.

상기 사파이어 기판(30)은, 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 방향의 격자상수가 13.001Å, a축 방향으로는 4.765Å의 격자 간 거리를 가지며, 사파이어 면방향(orientation plane)으로는 C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등을 갖는다. 이러한 상기 사파이어 기판(30)의 C면의 경우 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 성장용 기판으로 주로 사용된다. The sapphire substrate 30 is a crystal having hexagonal-Rhombo R3c symmetry. An orientation plane includes a C (0001) plane, an A (1120) plane, an R (1102) plane, and the like. The C surface of the sapphire substrate 30 is relatively easy to grow a nitride thin film, and is mainly used as a substrate for nitride growth because it is stable at high temperatures.

또한, 상술한 바와 같이, 상기 n형 질화물 반도체층(21), 활성층(22), p형 질화물 반도체층(23)은 공지된 질화물 성장 공정인 유기금속 기상증착법(MOCVD), 분자빔성장법(MBE) 및 수소화물 기상증착법(HVPE) 등으로 성장될 수 있다.In addition, as described above, the n-type nitride semiconductor layer 21, the active layer 22, and the p-type nitride semiconductor layer 23 are organometallic vapor deposition (MOCVD), molecular beam growth ( MBE) and hydride vapor deposition (HVPE) and the like.

이어, 도3b와 같이, 상기 p형 질화물 반도체층(23) 상에 순차적으로, 고반사성 오믹콘택층(24), 금속배리어층(25), 시드금속층(26)을 형성한다. 상기 금속층들은 통상적인 금속층 성장 공정인 증착법 또는 스퍼터링 공정에 의해 형성될 수 있다. 특히, 상기 고반사성 오믹콘택층(24)은 오믹콘택 특성을 향상시키기 위해서 약 400∼900℃의 온도에서 열처리될 수 있다. 또한, 상기 금속 배리어층(25)은 다른 전극과 같이 통상의 증착법 또는 스퍼터링공정으로 형성되며, 밀착력을 향상시키기 위해, 약 300℃의 온도에서 수십 초 내지 수 분간 열처리될 수 있다. 상기 시드금속층(26)은 증착 공정을 통하여 형성될 수 있으며, 예를 들면, APCVD(Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposision), LPCVD(Low Pressure Chemical Deposition), PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 구리나 고순도 알루미늄(Al₂O₃) 등을 이용한 금속박막증착 등이 사용될 수 있다.Subsequently, as shown in FIG. 3B, the highly reflective ohmic contact layer 24, the metal barrier layer 25, and the seed metal layer 26 are sequentially formed on the p-type nitride semiconductor layer 23. The metal layers may be formed by a deposition method or a sputtering process, which is a conventional metal layer growth process. In particular, the highly reflective ohmic contact layer 24 may be heat treated at a temperature of about 400 to 900 ° C. in order to improve ohmic contact characteristics. In addition, the metal barrier layer 25 may be formed by a conventional deposition method or a sputtering process like other electrodes, and may be heat treated for several tens of seconds to several minutes at a temperature of about 300 ° C. in order to improve adhesion. The seed metal layer 26 may be formed through a deposition process. For example, atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD), low pressure chemical deposition (LPCVD), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), copper or high purity aluminum Metal thin film deposition using (Al ₂ O ₃ ) and the like can be used.

이어서, 도3c와 같이, 상기 시드금속층(26) 상에 도전성 기판(27)을 형성한다. 상술한 바와 같이, 상기 도전성 기판(27)은 각각 열팽창계수가 다른 물질로 이루어진 제1 및 제2 도전층(27a,27b)이 서로 교대하여 1회 이상 반복 형성한다. 도3c에서는 상기 제1 및 제2 도전층(27a,27b)이 1회 적층된 상태를 도시하였으며, 도 3d에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 도전층이 서로 교대하여 2 ~ 10회 적층된 구조가 바람직하다. 도3d에서는 6회 적층된 구조를 도시하였다.3C, a conductive substrate 27 is formed on the seed metal layer 26. As described above, in the conductive substrate 27, the first and second conductive layers 27a and 27b made of materials having different thermal expansion coefficients are alternately formed one or more times. In FIG. 3C, the first and second conductive layers 27a and 27b are stacked one time. As shown in FIG. 3D, the first and second conductive layers are alternately disposed two to ten times. Laminated structures are preferred. In FIG. 3D, the stacked structure is shown six times.

이 경우, 상기 도전성 기판(27)은 Cu, Ni, Au, Ti, W 등의 금속으로 이루어지며, 증착, 도금 공정 등으로 형성될 수 있으나, 상술한 바와 같이, 공정 효율면에서 도금 공정이 바람직하다. 상기 도금 공정은 전해도금, 비전해도금, 증착도금 등 금속층을 형성하는데 사용되는 공지의 도금 공정을 포함하며, 이 중에서, 도금 시간이 적게 소요되는 전해도금법을 이용하는 것이 바람직하다.In this case, the conductive substrate 27 is made of a metal such as Cu, Ni, Au, Ti, W, and the like, and may be formed by a deposition or plating process, but as described above, a plating process is preferable in terms of process efficiency. Do. The plating process includes a known plating process used to form a metal layer, such as electroplating, non-plating, and deposition plating, and among these, it is preferable to use an electroplating method that requires a short plating time.

다음으로, 도3d와 같이, 레이저 리프트오프 공정, 즉, 상기 사파이어 기판(30) 하면으로 레이저빔(L)을 조사하여 상기 발광구조물로부터 상기 사파이어 기판(30)을 제거한다. 상기 레이저빔(L)은 사파이어 기판(30)의 전면에 조사되는 것이 아니라, 상기 사파이어 기판(30) 상에 형성된 최종 발광소자의 크기로 분리된 발광구조물 각각에 정렬되어 복수 회 조사되는 것이 바람직하다. 상기 사파이어 기판(30)을 제거하는 단계는 본 실시 형태와 같이 레이저 리프트오프 공정이 가장 바람직하나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 다른 기계적 또는 화학적 공정을 통하여서도 분리가 가능하다. Next, as shown in FIG. 3D, the laser lift-off process, that is, the laser beam L is irradiated to the lower surface of the sapphire substrate 30 to remove the sapphire substrate 30 from the light emitting structure. It is preferable that the laser beam L is not irradiated to the entire surface of the sapphire substrate 30, but irradiated a plurality of times in alignment with each of the light emitting structures separated by the size of the final light emitting device formed on the sapphire substrate 30. . The step of removing the sapphire substrate 30 is most preferably a laser lift-off process as in the present embodiment, but the present invention is not limited thereto and may be separated through other mechanical or chemical processes.

마지막으로, 도3e와 같이, 상기 발광구조물의 제1면, 즉, 상기 n형 질화물 반도체층(21) 상의 일 영역에 전극부(28a)를 형성하고, 상기 도전성 기판(27) 하면에 본딩전극(28b)을 형성한다. 상기 전극구조의 형성 과정 역시, APCVD, LPCVD, PECVD 등을 이용한 금속박막증착 등이 사용될 수 있다.Finally, as shown in FIG. 3E, an electrode portion 28a is formed on a first surface of the light emitting structure, that is, a region on the n-type nitride semiconductor layer 21, and a bonding electrode is formed on the bottom surface of the conductive substrate 27. It forms 28b. Formation of the electrode structure may also be used, such as metal thin film deposition using APCVD, LPCVD, PECVD, and the like.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.It is intended that the invention not be limited by the foregoing embodiments and the accompanying drawings, but rather by the claims appended hereto. Accordingly, various forms of substitution, modification, and alteration may be made by those skilled in the art without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims, which are also within the scope of the present invention. something to do.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 질화물인 발광구조물과 도전성 기판의 열팽창계수 차이로 인한 응력을 완화하여 광학적 특성과 신뢰성이 보다 향상된 수직구조 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 얻을 수 있다.As described above, according to the present invention, a vertical structure nitride semiconductor light emitting device having improved optical characteristics and reliability can be obtained by relieving stress due to a difference in thermal expansion coefficient between a light emitting structure which is a nitride and a conductive substrate, and a method of manufacturing the same.

Claims

A light emitting structure including a first conductive nitride layer and a second conductive nitride layer and an active layer formed therebetween;

An electrode part formed in one region of an exposed surface of the first conductivity type nitride layer in the light emitting structure;

A highly reflective ohmic contact layer formed on the exposed surface of the second conductivity type nitride layer in the light emitting structure; And

And a conductive substrate formed on the highly reflective ohmic contact layer and having a structure in which first and second conductive layers made of materials having different thermal expansion coefficients are alternately stacked one or more times.

The method of claim 1,

The vertical nitride semiconductor light emitting device of claim 1, further comprising a metal barrier layer formed between the highly reflective ohmic contact layer and the conductive substrate.

The method of claim 2,

The metal barrier layer is a vertical nitride semiconductor light emitting device, characterized in that made of a tungsten (W) -based alloy.

The method of claim 1,

The conductive substrate is a plating layer, and further comprising a seed metal layer formed between the highly reflective ohmic contact layer and the conductive substrate.

The method of claim 4, wherein

The seed metal layer is a vertical nitride semiconductor light emitting device, characterized in that made of Au.

The method of claim 1,

The first and second conductive layers are vertical nitride semiconductor light emitting device, characterized in that made of a metal.

The method of claim 6,

And the first and second conductive layers are made of a material selected from the group consisting of Cu, Ni, Au, W, and Ti.

delete

The method of claim 1,

The first conductive layer is made of Cu, the second conductive layer is a vertical structure nitride semiconductor light emitting device, characterized in that made of W.

The method of claim 1,

The conductive substrate is a vertical structure nitride semiconductor light emitting device, characterized in that the first and second conductive layers are alternately stacked two to 10 times.

The method of claim 1,

Vertical conductive nitride semiconductor light emitting device, characterized in that the thickness of the conductive substrate is 50 ~ 100㎛.

The method of claim 1,

The highly reflective ohmic contact layer includes at least one layer made of a material selected from the group consisting of Ag, Ni, Al, Ph, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, and combinations thereof. Vertical structure nitride semiconductor light emitting device.

The method of claim 1,

And the first conductive nitride layer is a nitride semiconductor layer doped with n-type impurities, and the second conductive nitride layer is a nitride semiconductor layer doped with p-type impurities.

Sequentially growing a first conductivity type nitride layer, an active layer and a second conductivity type nitride layer on the nitride single crystal growth preliminary substrate;

Forming a highly reflective ohmic contact layer on the second conductivity type nitride layer;

Forming a conductive substrate by laminating a plurality of conductive layers each having a material having a different thermal expansion coefficient on the highly reflective ohmic contact layer;

Removing the preliminary substrate to expose the first conductivity type nitride layer; And

And forming an electrode part in a portion of the exposed region of the first conductivity type nitride layer.

The method of claim 14,

And forming a metal barrier layer on the highly reflective ohmic contact layer between the forming of the highly reflective ohmic contact layer and the forming of the conductive substrate. Manufacturing method.

The method of claim 15,

The metal barrier layer is made of a tungsten (W) -based alloy vertical structure nitride semiconductor light emitting device manufacturing method.

The method of claim 14,

The forming of the conductive substrate is a plating process, and further comprising forming a seed metal layer on the ohmic contact layer between forming the highly reflective ohmic contact layer and forming the conductive substrate. A vertical structure nitride semiconductor light emitting device manufacturing method characterized in that.

The method of claim 17,

The seed metal layer manufacturing method of a vertical nitride semiconductor light emitting device, characterized in that consisting of Au.

The method of claim 14,

And a plurality of conductive layers constituting the conductive substrate are made of a metal.

The method of claim 19,

And a plurality of conductive layers constituting the conductive substrate are formed of a material selected from the group consisting of Cu, Ni, Au, W, and Ti.

The method of claim 14,

The forming of the conductive substrate may include stacking one or more first and second conductive layers having different thermal expansion coefficients alternately one or more times.

The method of claim 21,

The first conductive layer is made of Cu, the second conductive layer is a vertical nitride semiconductor light emitting device manufacturing method, characterized in that consisting of.

The method of claim 21,

The forming of the conductive substrate may include stacking the first and second conductive layers alternately 2 to 10 times.

The method of claim 14,

In the forming of the conductive substrate, the method of manufacturing a vertical nitride semiconductor light emitting device, characterized in that the thickness of the conductive substrate to 50 ~ 100㎛.

The method of claim 14,

The forming of the highly reflective ohmic contact layer may include forming at least one layer of a material selected from the group consisting of Ag, Ni, Al, Ph, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, and combinations thereof. A vertical structure nitride semiconductor light emitting device manufacturing method comprising the step.

The method of claim 14,

The first conductive nitride layer is a nitride semiconductor layer doped with n-type impurities, and the second conductive nitride layer is a nitride semiconductor layer doped with p-type impurities. .

The method of claim 14,

The removing of the preliminary substrate may be performed by a laser lift-off process.