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KR101239852B1 - GaN compound semiconductor light emitting element - Google Patents

GaN compound semiconductor light emitting element Download PDF

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KR101239852B1
KR101239852B1 KR1020120049701A KR20120049701A KR101239852B1 KR 101239852 B1 KR101239852 B1 KR 101239852B1 KR 1020120049701 A KR1020120049701 A KR 1020120049701A KR 20120049701 A KR20120049701 A KR 20120049701A KR 101239852 B1 KR101239852 B1 KR 101239852B1
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KR
South Korea
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layer
gan
led
light emitting
nitride semiconductor
Prior art date
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KR1020120049701A
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Inventor
이종람
Original Assignee
학교법인 포항공과대학교
서울옵토디바이스주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 GaN계 화합물 반도체 발광 소자에 관한 것으로, 종래 수평형 LED 소자에서의 문제를 해결하기 위해 금속 지지 기판을 사용하는 수직형 GaN LED를 발명하였다. 종래의 수평형 GaN LED에서는 다음과 같은 단점이 있었다. 첫째, 빛이 p-형 GaN를 통해 방출하는 구조인데, p-형 GaN 박막의 저항이 크므로 전류의 확산 저항 (current spreading)을 줄이기 위하여 p-GaN 전면에 투명 전극을 형성한다. 빛 방출시 투명전극에서 빛의 흡수가 일어나므로 광출력 향상에 어려움이 있다. 둘째, GaN 박막이 열 전도도가 매우 작은 사파이어 위에 성장되므로 소자 동작시 발생한 열의 방출이 어려운 단점을 갖고 있다
GaN 를 이용한 수직형 구조의 LED는 기존의 수평형 구조의 LED 에 비해서 다음과 같은 장점을 지니고 있다. 첫째, InGaN 층에서 발생한 빛 입자 (photon)가 n-GaN 층을 통해 방출된다. 따라서 빛 입자가 방출되는 경로가 짧기 때문에 방출 중 흡수되는 photon의 수를 줄일 수 있고, 또한 n-GaN 층에 도핑을 크게 할 수 있으므로 (> 1019/cm3) 전류 확산저항을 줄일 수 있으므로 광 출력특성을 향상시킬 수 있다. 둘째, 사파이어 기판 대신 금속 지지판을 사용하기 때문에 소자 동작시 전류 인가에 따라 발생하는 열 방출을 용이하게 할 수 있으므로 고출력 소자로 적합하다. 셋째, p형 전극으로 p형 GaN 위에 두꺼운 전극을 사용하기 때문에 전류 밀도를 감소시킬 수 있으므로 제품의 안정성 향상을 기대할 수 있다.
본 발명에서는 종래 수평형 LED와 flip-chip 구조의 LED 소자에서의 문제를 해결하기 위해 도 4와 같은 4종의 수직형 GaN LED를 발명하였다. 본 발명의 첫번째 수직형 GaN LED구조는 제일 밑에 금속 지지층을 사용하고, 그 위에 p형 반사막 오믹 전극층, 그 위에p형 GaN층, InGaN 활성층, n-형 GaN층으로 순차적으로 구성되어 있다. 본 발명의 두번째 수직형 GaN LED구조는 제일 밑에 금속 지지층으로 이중 금속지지층을 사용하여 칩 분리를 용이하게 하는 장점을 갖고 있다. 본 발명의 세번째 수직형 GaN LED구조는 p형 반사막 전극을 p-GaN 위에 mesh 형태로 부분적으로 형성시키고 그 사이에 반사막을 넣으므로써 i-InGaN에서 형성한 빛 입자가 n-GaN 층 쪽으로 방출되는 것을 극대화 시킬 수 있는 특징을 갖고 있다. 본 발명의 네번째 수직형 GaN LED구조는 본 발명의 세번째 구조의 수직형 GaN LED와 비교하여 이중 금속지지층을 사용하므로 칩 분리를 용이하게 하는 장점을 갖게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 사파이어 기판으로부터 레이저를 이용하여 LED 구조의 GaN 박막층을 분리하는 기술과 분리된 박막층 위에 수직형 GaN LED를 만드는 제조공정을 포함한다.The present invention relates to a GaN-based compound semiconductor light emitting device, to invent a vertical GaN LED using a metal support substrate to solve the problem in the conventional horizontal LED device. Conventional horizontal GaN LEDs have the following disadvantages. First, light is emitted through p-type GaN. Since the resistance of p-type GaN thin film is large, a transparent electrode is formed on the entire surface of p-GaN to reduce current spreading. When light is emitted, light is absorbed from the transparent electrode, which makes it difficult to improve the light output. Second, since GaN thin film is grown on sapphire with very low thermal conductivity, it is difficult to dissipate heat generated during device operation.
GaN-based vertical LEDs have the following advantages over traditional LEDs. First, light particles generated in the InGaN layer are emitted through the n-GaN layer. As a result, the path of light particles is shortened, which reduces the number of photons absorbed during emission, and also increases the doping of the n-GaN layer (> 10 19 / cm 3 ), thereby reducing the current diffusion resistance. Output characteristics can be improved. Second, since a metal support plate is used instead of a sapphire substrate, it is suitable as a high output device because it can facilitate heat dissipation caused by application of current during device operation. Third, since the current density can be reduced because a thick electrode is used on the p-type GaN as the p-type electrode, it is expected to improve the stability of the product.
In the present invention, in order to solve the problems of the conventional horizontal LED and the LED device of the flip-chip structure invented four types of vertical GaN LED as shown in FIG. The first vertical GaN LED structure of the present invention uses a metal support layer at the bottom, and is sequentially composed of a p-type reflective film ohmic electrode layer, a p-type GaN layer, an InGaN active layer, and an n-type GaN layer thereon. The second vertical GaN LED structure of the present invention has an advantage of facilitating chip separation by using a double metal support layer as the bottom metal support layer. According to the third vertical GaN LED structure of the present invention, light particles formed in i-InGaN are emitted toward the n-GaN layer by partially forming a p-type reflective electrode on a p-GaN in a mesh form and inserting a reflective film therebetween. It has features that can be maximized. The fourth vertical GaN LED structure of the present invention has an advantage of facilitating chip separation because a double metal support layer is used as compared to the vertical GaN LED of the third structure of the present invention.
The technical problem to be achieved by the present invention includes a technique for separating the GaN thin film layer of the LED structure using a laser from the sapphire substrate and a manufacturing process of making a vertical GaN LED on the separated thin film layer.

Description

ＧａＮ계 화합물 반도체 발광 소자{GaN compound semiconductor light emitting element}GaN compound semiconductor light emitting element

본 발명은 질화갈륨계(Gallium Nitride, GaN) 청색 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)에 관한 것으로서, 보다 상세하기로는 수직형 구조의 GaN LED 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a gallium nitride (GaN) blue light emitting diode (LED), and more particularly, to a GaN LED device having a vertical structure.

GaN는 최근 GaN 반도체를 이용한 LED가 백열등, 형광등, 수은등과 같은 기존의 광원을 대체할 수 있다는 전망이 지배적으로 형성되면서, 고출력 GaN LED에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 일반적으로 GaN LED를 제조하기 위한 기판은 부도체인 사파이어(sapphire) 기판(10) 위에 n형 GaN(12), 도핑하지 않은 InGaN(활성층; 14), p형 GaN(16)를 순차적으로 성장한 박막층으로 도 1과 같이 구성되어 있다. 사파이어 기판(10)은 부도체이기 때문에 LED 소자는 통상 도 2와 같이 수평형 구조를 갖게 된다. 이때 도면부호 18은 P형 투명전극을 지칭하고, 20은 P형 패드를 지칭하고, 22는 N형 전극을 지칭하고, 24는 N형 패드를 지칭한다. GaN is currently being actively researched for high-power GaN LEDs as the prospect of LEDs using GaN semiconductors can replace conventional light sources such as incandescent, fluorescent, and mercury lamps. In general, a substrate for manufacturing GaN LEDs is a thin film layer in which n-type GaN (12), undoped InGaN (active layer; 14), and p-type GaN (16) are sequentially grown on a sapphire substrate 10, which is a non-conductor. It is comprised as FIG. Since the sapphire substrate 10 is an insulator, the LED device usually has a horizontal structure as shown in FIG. 2. In this case, reference numeral 18 denotes a P-type transparent electrode, 20 denotes a P-type pad, 22 denotes an N-type electrode, and 24 denotes an N-type pad.

따라서 고출력 동작 시 전류 확산저항(current spreading-resistance)이 커서 광출력이 낮아지는 단점이 있다. 또 소자 동작 시 발생되는 열이 사파이어 기판(10)을 통해 원활히 제거되지 못하기 때문에 소자의 열적 안정성이 떨어져 고출력 동작에 문제점을 갖고 있다. 이러한 단점을 극복하여 고출력 GaN LED를 구현하기 위한 플립칩 패키지(flip-chip package)방법을 이용한 플립칩(flip-chip)형 LED가 제안되어 사용되고 있다. 도 3과 같은 플립칩(Flip-chip) 구조의 LED의 경우, 활성층(14)에서 나온 빛이 사파이어 기판(10)을 통해 밖으로 빠져나가기 때문에, 투명 전극(18) 대신 두꺼운 p형 오믹 전극(19)의 사용이 가능하게 되어 전류 확산 저항을 낮출 수 있다. 여기서 도면부호 25는 솔더를 지칭하고, 30은 히트 싱크(heat sink)를 지칭하고, 32는 컨덕팅 마운트(Counducting mount)를 지칭한다. 그러나 플립칩 형태로 패키지를 해야 하므로 제조공정이 복잡하고, 활성층(14)에서 나온 빛이 사파이어 기판(10)을 통해 밖으로 빠져나가는 동안 많은 양의 빛 입자들이 사파이어에 흡수되므로 광 효율 특성이 감소하는 단점이 있다. Therefore, a large current spreading-resistance during high output operation has a disadvantage in that the light output is low. In addition, since the heat generated during the operation of the device is not smoothly removed through the sapphire substrate 10, the thermal stability of the device is lowered, which has a problem in high output operation. In order to overcome these drawbacks, flip-chip LEDs using a flip-chip package method for implementing high-power GaN LEDs have been proposed and used. In the case of an LED having a flip-chip structure as shown in FIG. 3, since light emitted from the active layer 14 escapes out through the sapphire substrate 10, the thick p-type ohmic electrode 19 instead of the transparent electrode 18 is formed. ) Can be used to lower the current spreading resistance. Reference numeral 25 denotes a solder, 30 denotes a heat sink, and 32 denotes a conducting mount. However, since the package has to be flipped, the manufacturing process is complicated, and the light efficiency characteristics are reduced because a large amount of light particles are absorbed by the sapphire while the light from the active layer 14 is drawn out through the sapphire substrate 10. There are disadvantages.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 수직형 GaN LED의 제일 밑에 금속 지지층으로 이중 금속지지층을 사용하여 칩 분리를 용이하게 할 수 있으며, p형 반사막 전극을 p-GaN 위에 메시(mesh) 형태로 부분적으로 형성시키고 그 사이에 반사막을 넣으므로써 활성층에서 형성한 빛 입자가 n-GaN 층 쪽으로 방출되는 것을 극대화시킬 수 있으며, 사파이어 기판 대신 금속 기판 또는 전도층 기판 또는 전도성 세라믹 기판을 사용함으로써 소자 동작시 발생하는 열 방출을 용이하게 할 수 있으므로 고출력 소자로 적합하고, InGaN 층에서 발생한 빛 입자 (photon)가 n-GaN 층을 통해 방출되므로 빛 입자가 방출되는 경로가 짧기 때문에 방출 중 흡수되는 광자(photon)의 수를 줄일 수 있고, n-GaN 층에 도핑을 크게 할 수 있으므로 (> 1019/cm3) 전기 전도도가 크므로 전류 확산저항이 향상되므로 광 출력특성을 향상시킬 수 있는 발광소자를 제공하고, 사파이어 기판으로부터 레이저를 이용하여 LED 구조의 GaN 박막층을 분리하는 기술과 분리된 박막층 위에 수직형 GaN LED를 만드는 제조공정을 제공함을 그 목적으로 한다.Therefore, the present invention can facilitate chip separation by using a double metal support layer as the metal support layer at the bottom of the vertical GaN LED to solve the above problems, and mesh the p-type reflective electrode on the p-GaN Partially formed into a shape and a reflective film therebetween can maximize the emission of light particles formed in the active layer toward the n-GaN layer, and by using a metal substrate, a conductive layer substrate or a conductive ceramic substrate instead of a sapphire substrate Photon absorbed during emission because the light particles are emitted through the n-GaN layer because the light particles generated in the InGaN layer are emitted through the n-GaN layer because it can facilitate the emission of heat generated during operation and to reduce the number of (photon), it is possible to increase the doping in the n-GaN layer (> 10 19 / cm 3) to a greater electrical conductivity It provides a light emitting device that can improve the light output characteristics because the current diffusion resistance is improved, the technology of separating the GaN thin film layer of the LED structure using a laser from the sapphire substrate and the manufacturing process of making a vertical GaN LED on the separated thin film layer The purpose is to provide.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, p-질화물 반도체층, 활성층 및 n-질화물 반도체층; 상기 p-질화물 반도체층, 활성층 및 n-질화물 반도체층의 측면 및 상기 p-질화물 반도체층 상에 부분적으로 형성된 보호막; 상기 보호막의 적어도 일부를 덮는 반사막, 제1 금속층 및 제2 금속층; 및 상기 p-질화물 반도체층, 활성층 및 n-질화물 반도체층의 측면의 상기 보호막 및 상기 n-질화물 반도체층 상의 일부에 형성된 반사 방지막을 포함하고, 상기 p-질화물 반도체층 상에 부분적으로 형성된 상기 보호막의 적어도 일부는 상기 p-질화물 반도체층의 측면을 기준으로 외측으로 연장되어 형성되고, 상기 제1 금속층은 적어도 ITO(Indium Tin Oxide)을 포함하고, 상기 제2 금속층은 Au, Ni, W, Mo, Cu, Al, Ta, Ag, Pt 및 Cr 중 적어도 어느 하나의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자가 제공된다.In order to achieve the above object, according to an aspect of the present invention, a p- nitride semiconductor layer, an active layer and n- nitride semiconductor layer; A protective film partially formed on side surfaces of the p-nitride semiconductor layer, the active layer, and the n-nitride semiconductor layer and the p-nitride semiconductor layer; A reflective film, a first metal layer and a second metal layer covering at least a portion of the protective film; And an anti-reflection film formed on a portion of the p-nitride semiconductor layer, an active layer and an n-nitride semiconductor layer, and an anti-reflection film formed on a portion of the n-nitride semiconductor layer, wherein the passivation film is formed partially on the p-nitride semiconductor layer. At least a portion of the at least part of the p-nitride semiconductor layer is formed to extend outwardly, the first metal layer includes at least indium tin oxide (ITO), and the second metal layer is formed of Au, Ni, W, and Mo. Provided is a light emitting device comprising at least one metal of Cu, Al, Ta, Ag, Pt and Cr.

상기 반사막은 상기 p-질화물 반도체층 상에 부분적으로 형성된 보호막 사이의 영역 상에 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.The reflective layer may be formed on an area between the passivation layers partially formed on the p-nitride semiconductor layer.

상기 반사막은 상기 p-질화물 반도체층 상에 부분적으로 형성된 보호막 중 적어도 하나의 상부 및 측면 상에 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.The reflective film may be formed on the top and side surfaces of at least one of the protective films partially formed on the p-nitride semiconductor layer.

상기 반사막은 상기 제1 금속층과 접하여 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.The reflective film may be formed in contact with the first metal layer.

상기 반사막은 Ag 또는 Al을 사용하거나, 상기 Ag에 일정의 금속이 10% 미만으로 포함되는 합금 또는 상기 Al에 일정의 금속이 10% 미만 포함된 것을 특징으로 할 수 있다.The reflective film may be made of Ag or Al, or an alloy containing less than 10% of a predetermined metal in Ag or less than 10% of a predetermined metal in Al.

상기 반사 방지막은 ITO, ZnO, SiO2, Si3N4 및 IZO 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The anti-reflection film may include any one of ITO, ZnO, SiO 2 , Si 3 N 4, and IZO.

상기 보호막은 적어도 SiO2를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The protective film may be characterized as including at least SiO 2 .

상기 n-질화물 반도체층 상에 형성된 n형 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.It may be characterized in that it further comprises an n-type electrode formed on the n-nitride semiconductor layer.

상기 n형 전극은 가지를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The n-type electrode may be characterized in that it comprises a branch.

상기 제1 금속층은 상기 제2 금속층에 접하여 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.The first metal layer may be formed in contact with the second metal layer.

상기 제1 금속층은 Nb가 도핑된 SrTiO3, Al이 도핑된 ZnO, IZO(Indium Zinc Oxide), B가 도핑된 Si 및 As가 도핑된 Si 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The first metal layer may include at least one of SrTiO 3 doped with Nb, ZnO doped with Al, indium zinc oxide (IZO), Si doped with B, and Si doped with As.

본 발명은 수직형 GaN LED의 제일 밑에 금속 지지층으로 이중 금속지지층을 사용하여 칩 분리를 용이하게 할 수 있다.The present invention can facilitate chip separation by using a double metal support layer as the metal support layer at the bottom of the vertical GaN LED.

또한, p형 반사막 전극을 p-GaN 위에 메시(mesh) 형태로 부분적으로 형성시키고 그 사이에 반사막을 넣으므로써 활성층에서 형성한 빛 입자가 n-GaN 층 쪽으로 방출되는 것을 극대화 시킬 수 있다. In addition, by partially forming the p-type reflective electrode on the p-GaN in the form of a mesh and inserting the reflective film therebetween, the light particles formed in the active layer can be maximized to be emitted toward the n-GaN layer.

또한, 사파이어 기판대신 금속 기판 또는 전도층 기판 또는 전도성 세라믹 기판을 사용함으로써 소자 동작시 발생하는 열 방출을 용이하게 할 수 있으므로 고출력 소자로 적합하고, InGaN 층에서 발생한 빛 입자 (photon)가 n-GaN 층을 통해 방출되므로 빛 입자가 방출되는 경로가 짧기 때문에 방출 중 흡수되는 광자의 수를 줄일 수 있고, n-GaN 층에 도핑을 크게 할 수 있으므로 (> 1019/cm3) 전기 전도도가 크므로 전류 확산저항이 향상되므로 광 출력특성을 향상시킬 수 있다. In addition, by using a metal substrate, a conductive layer substrate, or a conductive ceramic substrate instead of a sapphire substrate, it is easy to dissipate heat generated during operation of the device, which is suitable as a high output device, and light particles generated in the InGaN layer are n-GaN. Since the light is emitted through the layer, the path of light particles is shortened, which reduces the number of photons absorbed during the emission, and because of the large doping of the n-GaN layer (> 10 19 / cm 3 ), the electrical conductivity is high. Since the current diffusion resistance is improved, the light output characteristic can be improved.

또한, 사파이어 기판으로부터 레이저를 이용하여 LED 구조의 GaN 박막층을 분리하는 기술과 분리된 박막층 위에 수직형 GaN LED를 만드는 제조공정을 제공할 수 있다. In addition, a technology for separating a GaN thin film layer of an LED structure using a laser from a sapphire substrate and a manufacturing process of manufacturing a vertical GaN LED on the separated thin film layer may be provided.

도 1은 통상 GaN계 청색 LED용 기판의 에피 박막 구조.
도 2는 수평형 LED의 단면도.
도 3은 Flip-chip 형 LED의 단면도.
도 4는 본 발명의 수직형 LED의 단면도.
도 5 내지 도 12는 본 발명에 따른 수직형 LED소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 13은 "X"형 구조를 가지는 n형 전극.
도 14는 본 발명에 따른 LED소자의 SEM 사진.
도 15는 본 발명의 제 5도 공정으로 제작한 수직형 LED 소자와 종래의 수평형 LED 소자와의 전기적, 광학적 특성 비교한 그래프.
도 16은 종래의 수평형 LED와 본 발명 수직형 LED의 주입 전류에 따른 광출력 특성을 비교한 그래프.
도 17은 본 발명의 도 9에 따른 제조 공정으로 제작한 수직형 LED 소자와 도 5에 다른 제조 공정으로 제작한 수직형 LED 소자와의 전기적, 광학적 특성을 비교한 그래프. 1 is an epi thin film structure of a substrate for a GaN-based blue LED.
2 is a cross-sectional view of a horizontal LED.
3 is a cross-sectional view of a flip-chip type LED.
4 is a cross-sectional view of a vertical LED of the present invention.
5 to 12 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a vertical LED device according to the present invention.
13 is an n-type electrode having an "X" type structure.
14 is a SEM photograph of the LED device according to the present invention.
FIG. 15 is a graph comparing electrical and optical characteristics of a vertical LED device manufactured by a fifth process of the present invention and a conventional horizontal LED device. FIG.
Figure 16 is a graph comparing the light output characteristics according to the injection current of the conventional horizontal LED and the vertical LED of the present invention.
FIG. 17 is a graph comparing electrical and optical characteristics between a vertical LED device manufactured by a manufacturing process according to FIG. 9 and a vertical LED device manufactured by another manufacturing process of FIG. 5.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, It is provided to let you know. Wherein like reference numerals refer to like elements throughout.

본 발명에서는 종래 수평형 LED와 플립칩 구조의 LED 소자에서의 문제를 해결하기 위해 도 4와 같은 4종의 수직형 GaN LED를 제공한다. 본 발명의 도 4a와 같은 수직형 GaN LED는 제일 밑에 금속 지지층(100)을 사용하고, 그 위에 p형 반사막 오믹 전극층(반사막 전극; 110), 그 위에 p형 GaN층(120), InGaN 활성층(130), n-형 GaN층(140)으로 순차적으로 구성되어 있다. 본 발명의 도 4b와 같은 수직형 GaN LED는 제일 밑에 금속 지지층(100)으로 이중 금속지지층(제 1 및 제 2 금속지지층; 101 및 102)을 사용하여 칩 분리를 용이하게 하는 장점을 갖고 있다. 도 4c와 같은 수직형 GaN LED는 p형 반사막 전극(110)을 p-GaN 위에 메시(mesh) 형태로 부분적으로 형성시키고 그 사이에 반사막(103)을 넣으므로써 i-InGaN(활성층; 130)에서 형성한 빛 입자가 n-GaN 층(140) 쪽으로 방출되는 것을 극대화시킬 수 있다. 도 4d와 같은 수직형 GaN LED는 도 4c와 같은 수직형 GaN LED와 비교하여 이중 금속지지층(101 및 102)을 사용하므로 칩 분리를 용이하게 하는 장점을 갖게 된다. 도면 부호 150은 n형 오믹 전극을 지칭하고, 160은 반사방지층을 지칭하고, 162는 보호막을 지칭한다. The present invention provides four vertical GaN LEDs as shown in FIG. 4 in order to solve the problems in the conventional horizontal LED and the LED device of the flip chip structure. In the vertical GaN LED of FIG. 4A of the present invention, a metal support layer 100 is used at the bottom, and a p-type reflective film ohmic electrode layer (reflective film electrode) 110 is disposed thereon, a p-type GaN layer 120 is disposed thereon, and an InGaN active layer ( 130), and the n-type GaN layer 140 is sequentially formed. The vertical GaN LED as shown in FIG. 4B of the present invention has an advantage of facilitating chip separation by using a double metal support layer (first and second metal support layers; 101 and 102) as the metal support layer 100 at the bottom. In the vertical GaN LED as shown in FIG. 4C, the i-InGaN (active layer) 130 is formed by partially forming the p-type reflective electrode 110 in a mesh form on the p-GaN and inserting the reflective film 103 therebetween. The light particles formed may be maximized to be emitted toward the n-GaN layer 140. The vertical GaN LED as shown in FIG. 4D uses the double metal support layers 101 and 102 as compared to the vertical GaN LED as shown in FIG. 4C, and thus has an advantage of facilitating chip separation. Reference numeral 150 denotes an n-type ohmic electrode, 160 denotes an antireflection layer, and 162 denotes a protective film.

이하 이러한 구조를 갖는 수직형 LED소자의 제조 방법을 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing a vertical LED device having such a structure will be described.

도 5를 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED소자의 제조 방법을 설명한다. A method of manufacturing an LED device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5.

도 5는 본 발명의 수직형 LED 소자 제작공정의 상세 도면이다. 도 5a는 통상 사용하는 GaN LED 기판의 단면도이다. 사파이어 기판(200)위에 n-GaN(140), InGaN 활성층(130), p-GaN(120) 박막을 순차적으로 성장시킨다. 박막의 총 두께는 대략 4 미크론 이고, 박막은 금속-유기물 화학증착법(metal-organic chemical vapor deposition, MOCVD)으로 증착시킨다. 5 is a detailed view of the manufacturing process of the vertical LED device of the present invention. 5A is a cross-sectional view of a GaN LED substrate that is commonly used. The n-GaN 140, InGaN active layer 130, and p-GaN 120 thin films are sequentially grown on the sapphire substrate 200. The total thickness of the thin film is approximately 4 microns, and the thin film is deposited by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD).

도 5b는 소자 영역 이외의 부분을 에칭하는 공정이다. 에칭은 통상 감광막 (photo-resist) 또는 SiO2 로 마스킹 한 후 Cl2 가스를 흘리면서 건식식각 방법으로 에칭한다. 도 5d는 p형 반사막 오믹전극(110) 제작 형성공정이다. 소자 분리를 위해 에칭 시킨 기판 위에 SiO2 보호막(162)을 0.05~ 5.0 미크론 두께로 PECVD (plasma-enhanced chemical vapor deposition) 방법으로 증착시킨다. 반사막 오믹 전극(110) 형성을 위해 미세 패턴을 형성한 후 감광막을 마스크로 하여 BOE (buffered oxide etchant) 또는 CF4 가스를 이용하여 건식식각 방법으로 에칭시킨 후, 오믹 금속 층을 증착시킨다. 통상 Ni과 Au를 수십에서 수백 나노미터 두께로 전자선 증착장치(e-beam evaporator)로 증착시켜 사용하지만, 도 4와 같은 수직형 LED의 경우는 반사도가 중요하므로 Ni/Ag, Pt/Ag. Ru/Ag, Ir/Ag 등의 금속을 사용한다. 이 후 300 ~ 600 oC 사이에서 열처리하여 반사막 오믹 전극(110)을 형성한다. 5B is a process of etching portions other than the element region. Etching is typically performed by masking with a photo-resist or SiO 2 and then etching by dry etching while flowing Cl 2 gas. 5D illustrates a process of fabricating and forming the p-type reflective film ohmic electrode 110. SiO 2 protective layer 162 is deposited on the substrate etched for device isolation by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) to a thickness of 0.05 to 5.0 microns. After forming a fine pattern to form the reflective film ohmic electrode 110, the photoresist film is etched by dry etching using BOE (buffered oxide etchant) or CF 4 gas, and then the ohmic metal layer is deposited. Usually Ni and Au are used by e-beam evaporator deposited in the tens to hundreds of nanometers thick, but in the case of the vertical LED as shown in FIG. Metals such as Ru / Ag and Ir / Ag are used. Thereafter, heat treatment is performed between 300 and 600 ° C. to form the reflective film ohmic electrode 110.

도 5d는 수 마이크론 ~ 수 십 마이크론 두께의 금속 지지층(100)을 만들고 레이저를 조사하는 공정을 보여준다. 금속 지지층(100)은 금속 도금(electro-plating of metals) 방법, 또는 스퍼터(sputter), 전자선 증착(e-beam evaporator), 열 증착(thermal evaporator) 등과 같은 진공증착법 또는 금속기판을 p형 전극 위에 올려놓고 300 oC 정도의 온도에서 압력을 주면서 밀착시켜 붙이는 기판 확산본딩(wafer diffusion bonding) 방법을 이용한다. 레이저를 사파이어를 통해 조사시키면 레이저가 GaN 층에 흡수되며 GaN 기판은 Ga 금속과 N2 가스로 분해된다. 이때, 금속 지지층(100)은 레이저 조사에 의해 사파이어 기판(200)이 분리될 때 약 4 미크론 정도의 얇은 GaN 박막층이 파손되는 것을 방지하는 역할을 한다.5D shows a process of making a metal support layer 100 of several microns to tens of microns thick and irradiating a laser. The metal support layer 100 may be formed using an electro-plating of metals method, or a vacuum deposition method such as sputter, e-beam evaporator, thermal evaporator, or the like on a p-type electrode. The wafer diffusion bonding method is used, which is placed and adhered under pressure at a temperature of about 300 ° C. When the laser is irradiated through sapphire, the laser is absorbed into the GaN layer and the GaN substrate is decomposed into Ga metal and N 2 gas. In this case, when the sapphire substrate 200 is separated by laser irradiation, the metal support layer 100 prevents the thin GaN thin film layer of about 4 microns from being damaged.

도 5e는 사파이어 기판(200)이 분리된 후, GaN 박막 층이 금속지지층(100)에 붙어있는 모습을 보여준다. 도 5f는 i-InGaN(활성층; 130)에서 발생한 광 입자 (photon)가 기판 밖으로 잘 빠져나가게 하기 위해 n-GaN층(140) 위에 반사 방지층(160) 코팅(anti-reflective coating)을 하였을 때의 단면도이다. 반사 방지층(160)으로는 SiO2 또는 Si3N4 등이 이용되며, 이 막들은 PECVD로 증착시킨다. 도 5g는 반사 방지층(160)의 일 부분을 에칭하고 n-형 오믹 전극(150)을 형성한 후의 단면도이다. N형 전극으로는 Ti/Al, Cr/Au. 또는 이 층 위에 Cr/Au 혹은 Ni/Au층을 전자선 증착장치(e-beam evaporator)로 증착시켜 사용한다. 도 5h는 칩을 분리한 후의 단면도이다. 칩은 디싱(dicing )이나 레이저 커팅(cutting) 방법으로 분리한다.5E shows that the GaN thin film layer is attached to the metal support layer 100 after the sapphire substrate 200 is separated. FIG. 5F shows an anti-reflective coating on the n-GaN layer 140 in order for the photon generated in the i-InGaN (active layer) 130 to escape well from the substrate. It is a cross section. SiO 2 or Si 3 N 4 is used as the anti-reflection layer 160, and these films are deposited by PECVD. 5G is a cross-sectional view after etching a portion of the anti-reflective layer 160 and forming the n-type ohmic electrode 150. N-type electrodes include Ti / Al, Cr / Au. Alternatively, a Cr / Au or Ni / Au layer may be deposited on this layer by an e-beam evaporator. 5H is a cross-sectional view after detaching the chip. The chips are separated by dicing or laser cutting.

이하 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED소자의 제조 방법을 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing an LED device according to a second embodiment of the present invention will be described.

도 6a는 도 5a와 같이 소정의 GaN층이 형성된 사파이어 기판(200)을 마련한다. 다음으로, 트렌치(Trench) 에칭을 하기 전에 먼저 p형 반사막 오믹전극(110)과 금속지지층(100)을 형성한 다음(도 6b 및 6c), 레이저를 조사하여 사파이어 기판(200)을 분리한다(도 6d). 기판(n-GaN, i-InGaN, p-GaN)을 에칭하여 소자 분리를 한다(도 6e). 반사 방지층(Anti-reflective coating; 160)을 한 후(도 6f), n형 전극(150)을 형성하고(도 6g), 칩 분리를 시켜 (도 6h) 수직형 LED 구조를 완성한다. FIG. 6A provides a sapphire substrate 200 on which a predetermined GaN layer is formed, as shown in FIG. 5A. Next, before the trench etching, first, the p-type reflective film ohmic electrode 110 and the metal support layer 100 are formed (FIGS. 6B and 6C), and the laser is irradiated to separate the sapphire substrate 200 ( 6d). Substrates (n-GaN, i-InGaN, p-GaN) are etched to separate devices (Fig. 6E). After the anti-reflective coating 160 (FIG. 6F), the n-type electrode 150 is formed (FIG. 6G), and the chip is separated (FIG. 6H) to complete the vertical LED structure.

이하 본 발명의 제 3 실시예에 따른 LED소자의 제조 방법을 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing an LED device according to a third embodiment of the present invention will be described.

도 7은 본 발명의 도 4b의 수직형 LED의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 앞선 도 5a 내지 도 5d에서 설명한 기판을 마련한다. 즉, 제 1 금속지지층(102)이 형성된 기판을 마련한다. 칩의 면적에 해당하는 영역에 감광막으로 패턴을 형성한 후, 감광막으로 마스크 하여 제 2 금속 지지층(101)을 형성시킨다(도 7a). 이 후의 사파이어 기판(200) 분리를 위해 레이저를 조사한다(도 7b). 즉 도 5e 단계 공정과 그 이후의 공정을 사용하면 도 4b 구조의 수직형 LED가 제작된다. 7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing the vertical LED of FIG. 4B of the present invention. The substrate described above with reference to FIGS. 5A to 5D is prepared. That is, a substrate on which the first metal support layer 102 is formed is prepared. After the pattern is formed by the photosensitive film in the area corresponding to the area of the chip, the second metal support layer 101 is formed by masking the photosensitive film (FIG. 7A). The laser is irradiated to separate the sapphire substrate 200 thereafter (FIG. 7B). That is, the vertical LED of the structure of FIG. 4B is manufactured by using the process of FIG. 5E and the subsequent process.

구체적으로, 도 7b는 도 5d 공정인 레이저를 조사하여 기판을 분리시킨 후 도 5e 공정에서 칩의 면적에 해당하는 영역에 감광막으로 패턴을 형성한 후, 감광막으로 마스크 하여 제 2 금속 지지층(101)을 형성시킨다. 이 후의 사파이어 기판(200) 분리를 위해 레이저를 조사한다. 그 이후의 공정은 도 5e 이후의 공정과 동일하다. 이중 금속지지층을 사용하므로 도 7c와 같이 브레이킹(breaking)이 수월하며 따라서, 칩 분리를 용이하게 하는 장점을 갖게 된다. 결국, 최종적으로 도 4b 구조의 수직형 LED가 제작된다.In detail, FIG. 7B illustrates that the substrate is separated by irradiating the laser of FIG. 5D, and the pattern is formed in the region corresponding to the area of the chip in the process of FIG. 5E. To form. The laser is irradiated to separate the sapphire substrate 200 afterwards. The subsequent process is the same as the process after FIG. 5E. The use of a double metal support layer facilitates breaking as shown in FIG. 7C and thus has the advantage of facilitating chip separation. As a result, a vertical LED having the structure of FIG. 4B is finally produced.

이하 본 발명의 제 4 실시예에 따른 LED소자의 제조 방법을 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing an LED device according to a fourth embodiment of the present invention will be described.

도 8은 본 발명의 도 4b의 수직형 LED의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 8 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing the vertical LED of FIG. 4B of the present invention.

도 8a는 앞서 설명한 도 6a 내지 도 6c 공정을 진행한 후, 제 2 금속지지층(101)을 더 형성시킨 후, 사파이어 기판을 레이저로 분리한 후의 단면도이다. 구체적으로, 도 6d 공정과 그 이후의 공정을 사용하면 도 4b 구조의 수직형 LED가 제작된다. FIG. 8A is a cross-sectional view after the process of FIGS. 6A to 6C described above, after further forming the second metal support layer 101 and then separating the sapphire substrate with a laser. Specifically, the vertical LED of FIG. 4B structure is fabricated using the process of FIG. 6D and the subsequent process.

도 8b는 도 6d 공정인 레이저를 조사하여 사파이어 기판(200)을 분리시킨 후 도 6e 공정에서 소자 분리를 위해 기판을 에칭시킨 후 제 2 금속 지지층(101)이 형성된 공정이다. 그 이후의 공정은 도 6f 이후의 공정과 동일하다. 이중 금속지지층을 사용하므로 도 7c와 같이 브레이킹(breaking)이 수월하며 따라서, 칩 분리를 용이하게 하는 장점을 갖게 된다. 최종적으로 도 4b 구조의 수직형 LED가 제작된다.FIG. 8B is a process in which the second metal support layer 101 is formed after the sapphire substrate 200 is separated by irradiating the laser of FIG. 6D and the substrate is etched for device isolation in FIG. 6E. The subsequent process is the same as the process after FIG. 6F. The use of a double metal support layer facilitates breaking as shown in FIG. 7C and thus has the advantage of facilitating chip separation. Finally, a vertical LED having the structure of FIG. 4B is manufactured.

이하 본 발명의 제 5 실시예에 따른 LED소자의 제조 방법을 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing an LED device according to a fifth embodiment of the present invention will be described.

도 9는 본 발명의 도 4c의 수직형 LED의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 흐름도이다. 9 is a cross-sectional flowchart illustrating a method of manufacturing the vertical LED of FIG. 4C of the present invention.

도 9a는 도 5b 공정까지 진행한 후, 전 면에 SiO2 보호막(162)을 0.05~ 5.0 미크론 두께로 PECVD(plasma-enhanced chemical vapor deposition) 방법으로 증착시킨다. 이 후, 메시 형태의 미세 패턴을 형성한 후 감광막을 마스크로 하여 BOE(buffered oxide etchant) 또는 CF4 가스를 이용하여 건식식각 방법으로 SiO2 보호막(162)을 에칭 시킨 후, SiO2가 제거된 부분 위에 p형 반사막 오믹 금속을 증착시킨 후, 열처리를 하여 p-형 반사막 오믹전극(110)을 형성시킨다. 여기서 Ni과 Au를 수십에서 수백 나노미터 두께로 전자선 증착장치(e-beam evaporator)로 증착시켜 사용할 수 있지만, 도 4와 같은 수직형 LED의 경우는 반사도가 중요하므로 Ni/Ag, Pt/Ag. Ru/Ag, Ir/Ag 등의 금속을 사용한다. 이 후 300 ~ 600 oC 사이의 온도에서 수 초 ~ 수 분 급속열처리 방법(rapid thermal annealing)을 사용하여 열처리하여 전극을 형성한다. FIG. 9A illustrates that the SiO 2 protective layer 162 is deposited on the front surface of the substrate by a plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method at a thickness of 0.05 to 5.0 microns. Subsequently, after forming a fine pattern in the form of a mesh, the SiO 2 protective layer 162 is etched by dry etching using a buffered oxide etchant (BOE) or CF 4 gas using a photoresist as a mask, and then SiO 2 is removed. After depositing the p-type reflective film ohmic metal on the portion, heat treatment is performed to form the p-type reflective film ohmic electrode 110. Wherein Ni and Au can be used by e-beam evaporator (e-beam evaporator) to a thickness of several tens to hundreds of nanometers thick, but in the case of the vertical LED as shown in Figure 4 because the reflectivity is important Ni / Ag, Pt / Ag. Metals such as Ru / Ag and Ir / Ag are used. The electrode is then heat-treated using rapid thermal annealing at a temperature between 300 and 600 o C for several seconds to several minutes.

이후, 도 9b와 같이 메시 형상의 p-형 반사막 오믹 전극 위에 Ag 또는 Al 계의 반사막(103)을 증착시킨다. 도 9c는 수 마이크론 ~ 수 십 마이크론 두께의 금속 지지층(100)을 만들고 레이저를 조사하는 공정을 보여준다. 금속 지지층(100)은 금속 도금(electro-plating of metals) 방법, 또는 스퍼터, 전자빔, 열증착 등과 같은 진공증착법 또는 금속기판을 p형 전극 위에 올려놓고 300 oC 정도의 온도에서 압력을 주면서 밀착시켜 붙이는 기판 확산본딩(wafer diffusion bonding) 방법을 이용한다. 레이저를 사파이어를 통해 조사시키면 레이저가 GaN 층에 흡수되며 GaN 기판은 Ga 금속과 N2 가스로 분해된다. 이때, 금속 지지층(100)은 레이저 조사에 의해 사파이어 기판(200)이 분리될 때 약 4 미크론 정도의 얇은 GaN 박막층이 파손되는 것을 방지하는 역할을 한다. 이 후의 공정은 도 5e, 도 5f, 도 5g와 같다. 칩을 분리한 후의 단면도는 도 9d와 같다.Thereafter, Ag or Al-based reflective film 103 is deposited on the mesh-shaped p-type reflective film ohmic electrode as shown in FIG. 9B. 9C shows a process of making a metal support layer 100 of several microns to tens of microns thick and irradiating a laser. The metal support layer 100 is adhered by applying an electro-plating of metals method, or a vacuum deposition method such as sputtering, electron beam, thermal deposition, or the like on a p-type electrode and applying pressure at a temperature of about 300 ° C. A substrate diffusion bonding method is used. When the laser is irradiated through sapphire, the laser is absorbed into the GaN layer and the GaN substrate is decomposed into Ga metal and N 2 gas. In this case, when the sapphire substrate 200 is separated by laser irradiation, the metal support layer 100 prevents the thin GaN thin film layer of about 4 microns from being damaged. Subsequent processes are the same as FIG. 5E, 5F, and 5G. The cross-sectional view after removing the chip is shown in FIG. 9D.

이하 본 발명의 제 6 실시예에 따른 LED 소자의 제조 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing an LED device according to a sixth embodiment of the present invention.

도 10은 본 발명의 도 4c의 수직형 LED의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 흐름도이다. 10 is a cross-sectional flowchart illustrating a method of manufacturing the vertical LED of FIG. 4C of the present invention.

도 10a는 도 6a에 따른 소정의 기판 상에 SiO2 보호막(162)을 0.05~ 5.0 미크론 두께로 PECVD(plasma-enhanced chemical vapor deposition) 방법으로 증착시킨다. FIG. 10A deposits a SiO 2 protective film 162 on a predetermined substrate according to FIG. 6A by a plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method at a thickness of 0.05 to 5.0 microns.

도 10b는 메시 형태의 미세 패턴을 형성한 후 감광막을 마스크로 하여 BOE(buffered oxide etchant) 또는 CF4 가스를 이용하여 건식식각 방법으로 SiO2 보호막(120)를 에칭 시킨 후, SiO2가 제거된 부분 위에 p형 반사막 오믹 금속을 증착시킨 후, 열처리를 하여 p-형 반사막 오믹 전극(110)을 형성시킨다. Ni과 Au를 수십에서 수백 나노미터 두께로 전자선 증착장치(e-beam evaporator)로 증착시켜 사용할 수 있지만, 도 4와 같은 수직형 LED의 경우는 반사도가 중요하므로 Ni/Ag, Pt/Ag. Ru/Ag, Ir/Ag 등의 금속을 사용한다. 이 후 300 ~ 600 oC 사이의 온도에서 수 초 ~ 수 분 급속열처리 방법 (rapid thermal annealing)을 사용하여 열처리하여 전극을 형성한다. 이후, p-형 반사막 오믹 전극(110) 위에 Ag 또는 Al 계의 반사막(103)을 증착시킨다.FIG. 10B illustrates etching the SiO 2 protective layer 120 by dry etching using a buffered oxide etchant (BOE) or CF 4 gas using a photoresist as a mask after forming a fine pattern in a mesh form, and then removing SiO 2. After depositing the p-type reflective film ohmic metal on the portion, heat treatment is performed to form the p-type reflective film ohmic electrode 110. Ni and Au can be used by e-beam evaporator deposited at tens to hundreds of nanometers thick, but in the case of a vertical LED as shown in FIG. 4, since reflectivity is important, Ni / Ag, Pt / Ag. Metals such as Ru / Ag and Ir / Ag are used. The electrode is then heat treated using rapid thermal annealing at a temperature between 300 and 600 o C for several seconds to several minutes. Thereafter, an Ag or Al-based reflective film 103 is deposited on the p-type reflective film ohmic electrode 110.

도 10c는 수 마이크론 ~ 수 십 마이크론 두께의 금속 지지층(100)을 만들고 레이저를 조사하는 공정을 보여준다. 금속 지지층(100)은 금속 도금(electro-plating of metals) 방법, 또는 스퍼터(sputter), 전자선 증착(e-beam evaporator), 열 증착(thermal evaporator) 등과 같은 진공증착법 또는 금속기판을 p형 전극 위에 올려놓고 300 oC 정도의 온도에서 압력을 주면서 밀착시켜 붙이는 기판 확산본딩(wafer diffusion bonding) 방법을 이용한다. 레이저를 사파이어를 통해 조사시키면 레이저가 GaN 층에 흡수되며 GaN 기판은 Ga 금속과 N2 가스로 분해된다. 이때, 금속 지지층(100)은 레이저 조사에 의해 사파이어 기판(200)이 분리될 때 약 4 미크론 정도의 얇은 GaN 박막층이 파손되는 것을 방지하는 역할을 한다. 이 후의 공정은 도 6e, 도 5f, 도 5g와 같다. 칩을 분리한 후의 단면도는 도 10d와 같다.10C shows a process of making a metal support layer 100 of several microns to tens of microns thick and irradiating a laser. The metal support layer 100 may be formed using an electro-plating of metals method, or a vacuum deposition method such as sputter, e-beam evaporator, thermal evaporator, or the like on a p-type electrode. The wafer diffusion bonding method is used, which is placed and adhered under pressure at a temperature of about 300 ° C. When the laser is irradiated through sapphire, the laser is absorbed into the GaN layer and the GaN substrate is decomposed into Ga metal and N 2 gas. In this case, when the sapphire substrate 200 is separated by laser irradiation, the metal support layer 100 prevents the thin GaN thin film layer of about 4 microns from being damaged. Subsequent processes are the same as FIG. 6E, 5F, and 5G. The cross-sectional view after removing the chip is shown in FIG. 10D.

이하, 본 발명의 제 7 실시예에 따른 LED소자의 제조 방법을 설명한다. Hereinafter, the manufacturing method of the LED device according to the seventh embodiment of the present invention.

도 11은 본 발명의 도 4d의 수직형 LED의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 흐름도이다. FIG. 11 is a cross-sectional flowchart illustrating a method of manufacturing the vertical LED of FIG. 4D of the present invention. FIG.

도 11a는 도 5b 공정 후, 전 면에 SiO2 보호막(162)을 0.05~ 5.0 미크론 두께로 PECVD(plasma-enhanced chemical vapor deposition) 방법으로 증착시킨다. 이 후, 메시 형태의 미세 패턴을 형성한 후 감광막을 마스크로 하여 BOE(buffered oxide etchant) 또는 CF4 가스를 이용하여 건식식각 방법으로 SiO2를 에칭 시킨 후, SiO2가 제거된 부분 위에 p형 반사막 오믹 금속을 증착시킨 후, 열처리를 하여 p-형 반사막 오믹전극(110)을 형성시킨다. 이때 Ni과 Au를 수십에서 수백 나노미터 두께로 전자선 증착장치(e-beam evaporator)로 증착시켜 사용할 수 있지만, 도 4와 같은 수직형 LED의 경우는 반사도가 중요하므로 Ni/Ag, Pt/Ag. Ru/Ag, Ir/Ag 등의 금속을 사용한다. 이 후 300 ~ 600 oC 사이의 온도에서 수 초 ~ 수 분 급속열처리 방법(rapid thermal annealing)을 사용하여 열처리하여 전극을 형성한다. FIG. 11A illustrates that after the process of FIG. 5B, the entire surface of the SiO 2 protective layer 162 is deposited by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) to a thickness of 0.05 to 5.0 microns. Subsequently, after forming a fine pattern in the form of a mesh, SiO 2 is etched by dry etching using BOE (buffered oxide etchant) or CF 4 gas using a photoresist as a mask, and then p-type is formed on the portion where SiO 2 is removed. After depositing the reflective film ohmic metal, heat treatment is performed to form the p-type reflective film ohmic electrode 110. At this time, Ni and Au can be used by e-beam evaporator with a thickness of several tens to hundreds of nanometers, but in the case of the vertical LED as shown in FIG. 4, since reflectivity is important, Ni / Ag, Pt / Ag. Metals such as Ru / Ag and Ir / Ag are used. The electrode is then heat-treated using rapid thermal annealing at a temperature between 300 and 600 o C for several seconds to several minutes.

도 11b는 메시 형상의 p-형 반사막 오믹 전극(110) 위에 Ag 또는 Al 계의 반사막을 증착시킨다. 이후, 도 11c는 수 마이크론 ~ 수 십 마이크론 두께의 제 1 금속 지지층(102)을 만들고, 칩의 면적에 해당하는 영역에 감광막으로 패턴을 형성한 후, 감광막으로 마스크 하여 제 2 금속 지지층(101)을 형성시킨다. 이 후, 레이저를 조사하여 사파이어 기판(200)을 분리시킨다. 제 1 금속 지지층(102)은 금속 도금(electro-plating of metals) 방법, 또는 스퍼터(sputter), 전자선 증착(e-beam evaporator), 열 증착(thermal evaporator)등과 같은 진공증착법 또는 금속기판을 p형 전극 위에 올려놓고 300 oC 정도의 온도에서 압력을 주면서 밀착시켜 붙이는 기판 확산본딩(wafer diffusion bonding) 방법을 이용한다. 제 2 금속 지지층(101)은 금속 도금(electro-plating of metals) 방법, 또는 스퍼터(sputter), 전자선 증착(e-beam evaporator), 열 증착(thermal evaporator) 등과 같은 진공증착법을 이용한다. 레이저를 사파이어를 통해 조사시키면 레이저가 GaN 층에 흡수되며 GaN 기판은 Ga 금속과 N2 가스로 분해된다. 이때, 금속 지지층은 레이저 조사에 의해 사파이어 기판(200)이 분리될 때 약 4 미크론 정도의 얇은 GaN 박막층이 파손되는 것을 방지하는 역할을 한다. 이 후의 공정은 도 5e, 도 5f, 도 5g와 같다. 칩을 분리한 후의 단면도는 도 11d와 같다.FIG. 11B deposits an Ag or Al-based reflective film on the mesh-shaped p-type reflective film ohmic electrode 110. Subsequently, FIG. 11C illustrates a first metal support layer 102 having a thickness of several microns to several tens of microns, a pattern is formed in the region corresponding to the area of the chip with a photoresist film, and then masked with the photoresist film to form the second metal support layer 101. To form. Thereafter, the laser is irradiated to separate the sapphire substrate 200. The first metal support layer 102 is a p-type metal substrate or a vacuum deposition method such as a sputter, an e-beam evaporator, a thermal evaporator, or the like. A substrate diffusion bonding method is used, which is placed on an electrode and adhered with pressure at a temperature of about 300 ° C. The second metal support layer 101 uses an electro-plating of metals method or a vacuum deposition method such as a sputter, an e-beam evaporator, a thermal evaporator, or the like. When the laser is irradiated through sapphire, the laser is absorbed into the GaN layer and the GaN substrate is decomposed into Ga metal and N 2 gas. In this case, when the sapphire substrate 200 is separated by laser irradiation, the metal support layer prevents the thin GaN thin film layer of about 4 microns from being damaged. Subsequent processes are the same as FIG. 5E, FIG. 5F, and FIG. 5G. The cross-sectional view after removing the chip is shown in Fig. 11D.

이하, 본 발명의 제 8 실시예에 따른 LED소자의 제조 방법을 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing an LED device according to an eighth embodiment of the present invention will be described.

도 12는 본 발명의 도 4d의 수직형 LED의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 흐름도이다. 12 is a cross-sectional flowchart illustrating a method of manufacturing the vertical LED of FIG. 4D of the present invention.

도 12a는 도 6a 기판 위에 SiO2 보호막(162)을 0.05~ 5.0 미크론 두께로 PECVD(plasma-enhanced chemical vapor deposition) 방법으로 증착시킨다. 이 후, 메시 형태의 미세 패턴을 형성한 후 감광막을 마스크로 하여 BOE (buffered oxide etchant) 또는 CF4 가스를 이용하여 건식식각 방법으로 SiO2를 에칭 시킨 후, SiO2가 제거된 부분 위에 p형 반사막 오믹 금속을 증착시킨 후, 열처리를 하여 p-형 반사막 오믹전극(110)을 형성시킨다. 통상 Ni과 Au를 수십에서 수백 나노미터 두께로 전자선 증착장치(e-beam evaporator)로 증착시켜 사용할 수 있지만, 도 4와 같은 수직형 LED의 경우는 반사도가 중요하므로 Ni/Ag, Pt/Ag. Ru/Ag, Ir/Ag 등의 금속을 사용한다. 이 후 300 ~ 600 oC 사이의 온도에서 수 초 ~ 수 분 급속열처리 방법 (rapid thermal annealing)을 사용하여 열처리하여 전극을 형성한다. 이후, 메시 형상의 p-형 반사막 오믹 전극(110) 위에 Ag 또는 Al 계의 반사막(103)을 증착시킨다. FIG. 12A illustrates a SiO 2 protective layer 162 deposited on a substrate of FIG. 6A in a plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method with a thickness of 0.05 to 5.0 microns. Subsequently, after forming a fine pattern in the form of a mesh, SiO 2 is etched by dry etching using BOE (buffered oxide etchant) or CF 4 gas using a photoresist as a mask, and then p-type is formed on the portion where SiO 2 is removed. After depositing the reflective film ohmic metal, heat treatment is performed to form the p-type reflective film ohmic electrode 110. Usually Ni and Au can be used by e-beam evaporator deposited in the tens to hundreds of nanometers thick, but in the case of the vertical LED as shown in Figure 4, since the reflectivity is important Ni / Ag, Pt / Ag. Metals such as Ru / Ag and Ir / Ag are used. The electrode is then heat treated using rapid thermal annealing at a temperature between 300 and 600 o C for several seconds to several minutes. Thereafter, an Ag or Al-based reflective film 103 is deposited on the mesh-shaped p-type reflective film ohmic electrode 110.

도 12b는 수 마이크론 ~ 수 십 마이크론 두께의 제 1 금속 지지층(102)을 만들고, 칩의 면적에 해당하는 영역에 감광막으로 패턴을 형성한 후, 감광막으로 마스크 하여 제 2 금속 지지층(101)을 형성시킨다. 이 후, 레이저를 조사하여 사파이어 기판(200)을 분리시킨다. 제 1 금속 지지층(102)은 금속 도금 (electro-plating of metals) 방법, 또는 스퍼터(sputter), 전자선 증착(e-beam evaporator), 열 증착(thermal evaporator)등과 같은 진공증착법 또는 금속기판을 p형 전극 위에 올려놓고 300 oC 정도의 온도에서 압력을 주면서 밀착시켜 붙이는 기판 확산본딩(wafer diffusion bonding) 방법을 이용한다. 제 2 금속 지지층(101)은 금속 도금 (electro-plating of metals) 방법, 또는 스퍼터(sputter), 전자선 증착(e-beam evaporator), 열 증착(thermal evaporator)등과 같은 진공증착법을 이용한다. 레이저를 사파이어를 통해 조사시키면 레이저가 GaN 층에 흡수되며 GaN 기판은 Ga 금속과 N2 가스로 분해된다. 이때, 금속 지지층은 레이저 조사에 의해 사파이어 기판(200)이 분리될 때 약 4 미크론 정도의 얇은 GaN 박막층이 파손되는 것을 방지하는 역할을 한다. FIG. 12B illustrates a first metal support layer 102 having a thickness of several microns to several tens of microns, a pattern is formed in the region corresponding to the area of the chip with a photoresist film, and then masked with the photoresist film to form a second metal support layer 101. Let's do it. Thereafter, the laser is irradiated to separate the sapphire substrate 200. The first metal support layer 102 is a p-type metal substrate or a vacuum deposition method such as a sputter, e-beam evaporator, thermal evaporator, or the like. A substrate diffusion bonding method is used, which is placed on an electrode and adhered with pressure at a temperature of about 300 ° C. The second metal support layer 101 uses an electro-plating of metals method or a vacuum deposition method such as a sputter, an e-beam evaporator, a thermal evaporator, or the like. When the laser is irradiated through sapphire, the laser is absorbed into the GaN layer and the GaN substrate is decomposed into Ga metal and N 2 gas. In this case, when the sapphire substrate 200 is separated by laser irradiation, the metal support layer prevents the thin GaN thin film layer of about 4 microns from being damaged.

도 12c는 사파이어 기판(200)을 분리시킨 후의 단면도이다. 이 후의 공정은 도 6e, 도 5f, 도 5g와 같다. 칩을 분리한 후의 단면도는 도 10d와 같다.12C is a cross-sectional view after the sapphire substrate 200 is separated. Subsequent processes are the same as FIG. 6E, FIG. 5F, and FIG. 5G. The cross-sectional view after removing the chip is shown in FIG. 10D.

본 발명의 수직형 LED 소자는 상술한 공정에 한정되지 않고, 반도체 소자의 제조를 위한 다양한 공정을 통해 제작될 수 있다. 즉, 각각의 층들은 다양한 증착 공정을 통해 제조될 수 있고, 식각 또한 건식/습식을 이용한 식각공정을 수행할 수 있고, 패터닝 공정시에도 감광막 대신 별도의 배리어막을 사용할 수도 있다. The vertical LED device of the present invention is not limited to the above-described process, and may be manufactured through various processes for manufacturing a semiconductor device. That is, each layer may be manufactured through various deposition processes, etching may be performed by dry / wet etching, and a separate barrier film may be used instead of the photosensitive film during the patterning process.

도 13은 "X"형 구조를 가지는 n형 전극 구조를 설명하기 위한 평면도이다. 13 is a plan view for explaining an n-type electrode structure having an "X" type structure.

도 13과 같이 n-형 전극의 패드 주위에 크로스 'x'형태의 가지를 달게 되면 빛 특성을 전류의 확산 저항을 줄일 수 있으므로 전자를 균일하게 주입할 수 있으므로 광출력을 향상시킬 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고, 광출력의 향상을 위해 N형 전극으로 다양한 형상이 가능하다. As shown in FIG. 13, when the cross 'x' branch is attached around the pad of the n-type electrode, light characteristics can reduce the diffusion resistance of the current, thereby uniformly injecting electrons, thereby improving light output. Of course, the present invention is not limited thereto, and various shapes are possible with the N-type electrode in order to improve the light output.

도 14는 본 발명에 따른 LED소자의 SEM 사진이다. 14 is a SEM photograph of the LED device according to the present invention.

구체적으로, 도 14는 2인치 기판을 이용하여, 본 발명의 도 5의 공정으로 사파이어를 분리한 2인치 LED 기판과 그 위에 제작한 LED 소자가 배열되어 있는 것을 주사전자현미경(scanning electron microscope)으로 관찰한 사진으로 본 발명의 예시이다. 2인치 기판 모두가 완벽하게 사파이어로부터 분리된 것을 보여주며, 그 안에 제작된 소자가 모두 양호한 상태를 유지하고 있음을 보여준다.Specifically, FIG. 14 is a scanning electron microscope in which a 2 inch LED substrate obtained by separating sapphire and an LED device fabricated thereon are arranged using a 2 inch substrate using the process of FIG. 5 of the present invention. The observed picture is an illustration of the present invention. All of the 2 inch substrates are completely separated from sapphire, and the devices fabricated in them are all in good condition.

도 15는 본 발명의 제 5도 공정으로 제작한 수직형 LED 소자와 종래의 수평형 LED 소자와의 전기적, 광학적 특성 비교한 그래프이다. FIG. 15 is a graph comparing electrical and optical characteristics between a vertical LED device manufactured by a fifth process of the present invention and a conventional horizontal LED device.

도 15a는 수평형 LED와 수직형 LED 소자의 전류-전압 특성을 비교한 결과 그래프이다. 주입 전류가 20 mA일 때 수직형 LED의 순방향 전압(forward voltage)은 3.3 V로 수평형 LED의 3.5 V에 0.2 V 정도 낮은 것으로 분석되었다. 이것은 수직형 구조의 LED가 전력소모가 작은 것을 보여준다. 도 15b는 수평형 LED와 수직형 LED 소자의 광출력 특성을 비교한 결과이다. 광 출력 특성이 2.5배 이상 향상됨을 보여준다. 이것은 수직형 구조의 LED가 같은 전력 소모에 비해 2.5배 더 밝은 빛을 방출함을 보여준다.15A is a graph illustrating a result of comparing current-voltage characteristics of a horizontal LED and a vertical LED device. When the injection current is 20 mA, the forward voltage of the vertical LED is 3.3 V, which is about 0.2 V lower than the 3.5 V of the horizontal LED. This shows that vertical LEDs consume less power. 15B is a result of comparing light output characteristics of a horizontal LED and a vertical LED device. It shows that the light output characteristic is improved by more than 2.5 times. This shows that the vertical LED emits 2.5 times brighter light than the same power consumption.

도 16은 종래의 수평형 LED와 본 발명 수직형 LED의 주입 전류에 따른 광출력 특성을 비교한 그래프이다. 16 is a graph comparing light output characteristics according to injection current of a conventional horizontal LED and a vertical LED of the present invention.

도 1과 같은 구조의 LED 기판 위에 도 2와 같은 수평형 LED와 도 5의 공정으로 도 4a와 같은 수직형 LED를 만들고 주입 전류에 따른 빛의 광출력 특성을 조사하였다. 도 16에서 보여주는 바와 같이 수직형 LED가 수평형 LED에 비해 약 2.5배 밝은 빛을 방출하는 것을 확인하였다.On the LED substrate having the structure as shown in FIG. 1, the vertical type LED as shown in FIG. 4A was formed by the horizontal LED as shown in FIG. 2 and the process of FIG. As shown in FIG. 16, it was confirmed that the vertical LED emits about 2.5 times brighter light than the horizontal LED.

도 17은 본 발명의 도 9에 따른 제조 공정으로 제작한 수직형 LED 소자와 도 5에 다른 제조 공정으로 제작한 수직형 LED 소자와의 전기적, 광학적 특성을 비교한 그래프이다. FIG. 17 is a graph comparing electrical and optical characteristics of a vertical LED device manufactured by a manufacturing process according to FIG. 9 and a vertical LED device manufactured by another manufacturing process of FIG. 5.

여기서, 반사막으로는 순도 99% 이상의 Ag를 500 nm 두께로 열증착 시킨 Ag 막을 사용하였다. 도 17a는 도 9에 따른 공정으로 제작한 수직형 LED 소자와 도 5에 따른 공정으로 제작한 수직형 LED 소자와의 소자의 전류-전압 특성을 비교한 결과이다. 주입 전류가 20 mA일 때 두 소자 모두 순방향 전압(forward voltage)은 3.3 V로 분석되었다. 도 17b는 도 9에 따른 공정으로 제작한 수직형 LED 소자와 도 5에 따른 공정으로 제작한 수직형 LED 소자와의 광출력 특성을 비교한 결과이다. 광 출력 특성이 20% 이상 향상됨을 확인하였다. 이것은 Ag 막의 반사도가 98% 이상이기 때문이다. 즉 도 9에 따른 공정을 통해서 수직형 LED 소자의 빛 특성을 20% 이상 향상시킬 수 있음을 확인하였다.Here, an Ag film obtained by thermally evaporating Ag having a purity of 99% or more to a thickness of 500 nm was used. FIG. 17A is a result of comparing current-voltage characteristics of a device between a vertical LED device manufactured by the process of FIG. 9 and a vertical LED device manufactured by the process of FIG. 5. When the injection current was 20 mA, the forward voltage of both devices was analyzed as 3.3 V. FIG. 17B is a result of comparing light output characteristics of a vertical LED device manufactured by the process of FIG. 9 and a vertical LED device manufactured by the process of FIG. 5. It was confirmed that the light output characteristic is improved by 20% or more. This is because the reflectivity of the Ag film is 98% or more. That is, it was confirmed that the light characteristics of the vertical LED device can be improved by 20% or more through the process according to FIG. 9.

이상 본 발명을 상기 실시 예들을 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다. 당업자라면, 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경을 할 수 있으며 이러한 수정과 변경 또한 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.Although the present invention has been described with reference to the above embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that modifications and variations may be made without departing from the spirit and scope of the invention, and that such modifications and variations are also contemplated by the present invention.

10, 200 : 사파이어 기판 12 , 140: n-GaN
14, 130 : 활성층 16, 120 : p-GaN
18 : p형 투명전극 20 : p형 패드
22, 150 : n형 전극 24 : n형 패드
100 : 금속 지지층 110 : p형 반사막 전극
103 : 반사막 160 : 반사 방지막
162 : 보호막10, 200: sapphire substrate 12, 140: n-GaN
14, 130: active layer 16, 120: p-GaN
18: p-type transparent electrode 20: p-type pad
22, 150 n-type electrode 24: n-type pad
100: metal support layer 110: p-type reflective film electrode
103: reflection film 160: antireflection film
162: protective film

Claims (13)

p-질화물 반도체층, 활성층 및 n-질화물 반도체층;
상기 p-질화물 반도체층, 활성층 및 n-질화물 반도체층의 측면 및 상기 p-질화물 반도체층 상에 부분적으로 형성된 보호막;
상기 보호막의 적어도 일부를 덮는 반사막;
상기 반사막 상에 형성된 제1 금속층 및 제2 금속층; 및
상기 p-질화물 반도체층, 활성층 및 n-질화물 반도체층의 측면의 상기 보호막 및 상기 n-질화물 반도체층 상의 일부에 형성된 반사 방지막을 포함하고,
상기 p-질화물 반도체층 상에 부분적으로 형성된 상기 보호막의 적어도 일부는 상기 p-질화물 반도체층의 측면을 기준으로 외측으로 연장되어 형성되고, 상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속층은 ITO(Indium Tin Oxide), Au, Ni, W, Mo, Cu, Al, Ta, Ag, Pt 및 Cr 중 적어도 어느 하나의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
a p-nitride semiconductor layer, an active layer and an n-nitride semiconductor layer;
A protective film partially formed on side surfaces of the p-nitride semiconductor layer, the active layer, and the n-nitride semiconductor layer and the p-nitride semiconductor layer;
A reflective film covering at least a portion of the protective film;
A first metal layer and a second metal layer formed on the reflective film; And
An anti-reflection film formed on a portion of the protective film on the side of the p-nitride semiconductor layer, the active layer and the n-nitride semiconductor layer, and on the n-nitride semiconductor layer,
At least a portion of the passivation layer partially formed on the p-nitride semiconductor layer extends outward with respect to the side surface of the p-nitride semiconductor layer, and the first metal layer and the second metal layer are indium tin oxide (ITO). ), Au, Ni, W, Mo, Cu, Al, Ta, Ag, Pt and Cr at least any one metal comprising a light emitting device.
청구항 1에 있어서, 상기 반사막은 상기 p-질화물 반도체층 상에 부분적으로 형성된 보호막 사이의 영역 상에 형성된 것을 특징으로 하는 발광 소자.
The light emitting device of claim 1, wherein the reflective film is formed on a region between the protective films partially formed on the p-nitride semiconductor layer.
청구항 2에 있어서, 상기 반사막은 상기 p-질화물 반도체층 상에 부분적으로 형성된 보호막 중 적어도 하나의 상부 및 측면 상에 형성된 것을 특징으로 하는 발광 소자.
The light emitting device of claim 2, wherein the reflective film is formed on at least one side and at least one of a passivation film partially formed on the p-nitride semiconductor layer.
청구항 3에 있어서, 상기 반사막은 상기 제1 금속층과 접하여 형성된 것을 특징으로 하는 발광 소자.
The light emitting device of claim 3, wherein the reflective film is formed in contact with the first metal layer.
청구항 4에 있어서, 상기 반사막은 Ag 또는 Al을 사용하거나, 상기 Ag에 일정의 금속이 10% 미만으로 포함되는 합금 또는 상기 Al에 일정의 금속이 10% 미만 포함된 것을 특징으로 하는 발광 소자.
The light emitting device according to claim 4, wherein the reflective film uses Ag or Al, or an alloy containing less than 10% of a predetermined metal in Ag, or less than 10% of a predetermined metal in Al.
청구항 1에 있어서, 상기 반사 방지막은 ITO, ZnO, SiO2, Si3N4 및 IZO 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
The light emitting device of claim 1, wherein the anti-reflection film comprises any one of ITO, ZnO, SiO 2 , Si 3 N 4, and IZO.
청구항 1에 있어서, 상기 보호막은 적어도 SiO2를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
The light emitting device of claim 1, wherein the protective film includes at least SiO 2 .
청구항 1에 있어서, 상기 n-질화물 반도체층 상에 형성된 n형 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
The light emitting device of claim 1, further comprising an n-type electrode formed on the n-nitride semiconductor layer.
청구항 8에 있어서, 상기 n형 전극은 가지를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
The light emitting device of claim 8, wherein the n-type electrode comprises a branch.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 금속층은 상기 제2 금속층에 접하여 형성된 것을 특징으로 하는 발광 소자.
The light emitting device of claim 1, wherein the first metal layer is formed in contact with the second metal layer.
청구항 10에 있어서, 상기 제1 금속층은 Nb가 도핑된 SrTiO3, Al이 도핑된 ZnO, IZO(Indium Zinc Oxide), B가 도핑된 Si 및 As가 도핑된 Si 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.The method of claim 10, wherein the first metal layer comprises at least one of Nb-doped SrTiO 3 , Al-doped ZnO, IZO (Indium Zinc Oxide), Si-doped B, and Si-doped As. Light emitting element. 청구항 1에 있어서, 상기 반사막은 Ni/Ag, Pt/Ag, Ru/Ag 및 Ir/Ag 중 적어도 어느 하나의 반사 오믹전극을 포함하는 발광 소자.
The light emitting device of claim 1, wherein the reflective film comprises at least one reflective ohmic electrode of Ni / Ag, Pt / Ag, Ru / Ag, and Ir / Ag.
청구항 1에 있어서, 상기 반사막은 제1 층 및 제2 층을 포함하되,
상기 제1 층은 Ni/Ag, Pt/Ag, Ru/Ag 및 Ir/Ag 중 적어도 어느 하나의 반사 오믹전극을 포함하고, 상기 제2 층은 Ag계 금속층 및 Al계 금속층 중 적어도 어느 하나의 금속층을 포함하는 발광 소자.The method of claim 1, wherein the reflective film comprises a first layer and a second layer,
The first layer includes a reflective ohmic electrode of at least one of Ni / Ag, Pt / Ag, Ru / Ag, and Ir / Ag, and the second layer is at least one metal layer of an Ag-based metal layer and an Al-based metal layer. Light emitting device comprising a.
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