KR100955821B1

KR100955821B1 - Nitride-based light emitting device and its manufacturing method

Info

Publication number: KR100955821B1
Application number: KR1020080059463A
Authority: KR
Inventors: 유태경
Original assignee: 주식회사 세미콘라이트
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2008-06-24
Publication date: 2010-05-06
Anticipated expiration: 2028-06-24
Also published as: KR20100003317A

Abstract

본 발명은 질화물계 발광소자에 관한 것으로, 본 발명에 의하면, 질화물계 발광소자가 이를 관통하는 상호 이격된 복수의 공기 기둥을 포함하고 상기 공기 기둥은 그 하부로 갈수록 단면적이 증가하도록 제조된다. 이에 따라, 경사진 기둥면이 활성층에서 발생하는 광을 표면으로 반사하고 저온 버퍼층 면적이 최소로 되어 이에 의한 광흡수가 감소됨으로써 내부양자효율이 개선된다. 또한, 상기 기둥 구조에 따라 기판과 질화물층 간의 접촉면적이 감소하고 이에 따라 스트레스가 감소하여 기판의 휘어짐이나 균열이 방지된다. 또한, 상기 질화물 반도체층은 횡방향 성장되므로, 이로써 상기 질화물 발광층의 박막 품질이 개선된다.The present invention relates to a nitride-based light emitting device, according to the present invention, the nitride-based light emitting device comprises a plurality of spaced apart air pillars penetrating through the air pillar is manufactured such that the cross-sectional area is increased toward the bottom. Accordingly, the inclined columnar surface reflects light generated from the active layer to the surface and the low temperature buffer layer area is minimized, thereby reducing light absorption, thereby improving internal quantum efficiency. In addition, according to the pillar structure, the contact area between the substrate and the nitride layer is reduced, thereby reducing stress, thereby preventing bending or cracking of the substrate. In addition, since the nitride semiconductor layer is laterally grown, the thin film quality of the nitride light emitting layer is improved.

질화물발광소자, 반사기, GaN Nitride Light Emitting Device, Reflector, GaN

Description

Nitride-based light emitting device and its manufacturing method {NITRIDE LIGHT EMITTING DEVICE AND THE MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 질화물계 발광소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 발광소자를 하부로 갈수록 단면적이 커지도록 경사면을 갖는 복수의 공기 기둥을 포함하도록 형성함으로써 품질이 낮은 저온 버퍼층의 면적을 최소화하고 소자의 발광효율을 증가시키는 질화물계 발광소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nitride-based light emitting device and a method for manufacturing the same, and in particular, the light emitting device is formed to include a plurality of air pillars having an inclined surface such that the cross-sectional area is increased toward the bottom to minimize the area of the low-temperature low-temperature buffer layer and A nitride-based light emitting device for increasing the luminous efficiency and a method of manufacturing the same.

최근 질화물계 발광소자의 응용분야가 급격히 늘어나면서 고휘도 발광소자 제작에 대한 관심이 집중되고 있다. Recently, as the field of application of nitride-based light emitting devices is rapidly increasing, attention has been focused on manufacturing high brightness light emitting devices.

특히, 대형 스크린의 BLU(back light unit)와 일반조명으로의 응용은 저소모전력 및 저발열을 위한 고효율 발광소자의 제작이 필수적이다. 그런데, 이러한 고효율 발광소자를 얻기 위해서는 크게 2가지 측면에서 발광소자의 성능개선이 필요하다. 즉, 첫째는 외부에서 인가된 전기에너지를 빛에너지로 효과적으로 변환하는 내부양자효율(internal quantum efficiency)의 개선이며, 둘째는 발광소자 내 활성층에서 발생한 광 에너지를 소자의 외부로 방출할 수 있는 광추출효율(light extraction efficiency)의 개선이다. In particular, the application of a large screen BLU (back light unit) and general lighting it is necessary to manufacture a high efficiency light emitting device for low power consumption and low heat generation. However, in order to obtain such a high efficiency light emitting device, it is necessary to improve the performance of the light emitting device in two aspects. That is, the first is to improve the internal quantum efficiency (converting the externally applied electrical energy into light energy), and the second is light extraction to emit the light energy generated in the active layer in the light emitting device to the outside of the device Improvement in light extraction efficiency.

도 1은 일반적인 발광소자의 개략 단면도를 나타낸다.1 is a schematic cross-sectional view of a general light emitting device.

도 1을 참조하면서 일반적인 발광소자(10)의 구조를 개략적으로 설명하면, 먼저 기판(11) 상부에 저온 버퍼층(12), N형 질화물 반도체층(13), 발광영역인 활성층(14), P형 질화물 반도체층(15) 및 P형 전극(16)이 순차적으로 배치된다. 또한, P형 전극(16) 상에는 P형 패드전극(18)이, N형 질화물 반도체층(13) 상에는 N형 패드전극(17)이 각각 배치된다. Referring to FIG. 1, a structure of a general light emitting device 10 will be described in detail. First, a low temperature buffer layer 12, an N-type nitride semiconductor layer 13, an active layer 14, and a light emitting region are disposed on a substrate 11. The type nitride semiconductor layer 15 and the P-type electrode 16 are sequentially arranged. The P-type pad electrode 18 is disposed on the P-type electrode 16, and the N-type pad electrode 17 is disposed on the N-type nitride semiconductor layer 13, respectively.

그러나, 이러한 구조에서는 활성층(14)에서 발생된 광이 외부공기(n=1)와 질화물(n=2.5) 간의 굴절율 차이로 인해 대부분 질화물 내부에 갇히게 되어 발광효율이 크게 감소한다. 즉, 활성층(14)에서 발생된 광의 약 25% 정도만이 발광소자(10) 외부로 발산되어 발광에 기여하는 반면, 나머지 약 75%의 광은 소자 내부에 갇혀 재흡수나 발열의 형태로 소모된다. 따라서, 이는 결국 소자의 발열을 증가시키는 원인으로 작용하여 발광소자(10)의 수명을 단축하게 된다.However, in this structure, the light generated in the active layer 14 is mostly trapped inside the nitride due to the difference in refractive index between the external air (n = 1) and the nitride (n = 2.5), thereby greatly reducing the luminous efficiency. That is, only about 25% of the light generated in the active layer 14 is emitted to the outside of the light emitting device 10 to contribute to light emission, while the remaining about 75% of light is trapped inside the device and consumed in the form of resorption or heat generation. . Therefore, this eventually acts as a cause of increasing the heat generation of the device to shorten the life of the light emitting device (10).

이에, 이러한 문제를 해결하기 위하여 다양한 방법들이 제안되었다. 즉, 미국특허 제6091085호 및 제6870191호는 사파이어 기판의 표면에 다양한 모양의 마이크로 패턴을 형성하여 기판과 질화물 반도체 사이에서 광 반사 및 광 산란을 유도함으로써 광추출 효율을 증가시키는 기술을 개시한다. 또한, 미국특허 제6441403호는 질화물계 발광소자의 표면에 조면의 P형 질화물을 형성하여 발광표면에서 광 산란을 유도함으로써 광추출 효율을 증가시키는 기술을 개시한다. 이외에도, 발광소자의 표면, 측면 또는 저면에 다양한 형태의 광 산란 면을 형성하여 발광소자의 광추출 효율을 증가시키고자 하는 기술들이 개시되고 있다.Accordingly, various methods have been proposed to solve this problem. That is, US Pat. Nos. 601085 and 6870191 disclose techniques for increasing light extraction efficiency by forming micro patterns of various shapes on the surface of a sapphire substrate to induce light reflection and light scattering between the substrate and the nitride semiconductor. In addition, US Pat. No. 6,644,403 discloses a technique of increasing light extraction efficiency by forming rough P-type nitride on the surface of a nitride-based light emitting device to induce light scattering on the light emitting surface. In addition, techniques for increasing light extraction efficiency of light emitting devices have been disclosed by forming light scattering surfaces of various types on the surface, side, or bottom of the light emitting device.

이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 질화물계 발광소자가 하부로 갈수록 단면적이 커지도록 경사면을 갖는 복수의 공기 기둥을 포함하도록 제조함으로써 개선된 내부양자효율을 달성할 수 있는 질화물계 발광소자의 제조방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, the present invention was devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to improve the internal quantum by manufacturing a nitride-based light emitting device including a plurality of air pillars having an inclined surface such that the cross-sectional area thereof becomes larger toward the bottom. The present invention provides a method of manufacturing a nitride-based light emitting device that can achieve the efficiency.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 관점에 의한 질화물계 발광소자는 상부 및 하부 반도체층 사이에 활성층이 끼워진 구조를 갖는 Al(x)In(y)Ga(z)N (이때, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, x+y+z=1) 질화물계 발광소자에 있어서, 상기 발광소자를 관통하는 상호 이격된 복수의 공기 기둥을 포함할 수 있고 상기 공기 기둥은 그 하부로 갈수록 단면적이 증가하도록 형성된다.In order to achieve the above object, a nitride-based light emitting device according to an aspect of the present invention includes Al (x) In (y) Ga (z) N having a structure in which an active layer is sandwiched between upper and lower semiconductor layers (where 0 ≦ x ≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, x + y + z = 1) A nitride-based light emitting device, which may include a plurality of spaced apart air pillars passing through the light emitting device The column is formed such that its cross-sectional area increases toward the bottom thereof.

또한, 본 발명의 다른 일 관점에 의한 질화물계 발광소자의 제조방법은 기판상에 질화물 반도체층의 성장을 억제하기 위한 마스킹 패턴을 형성하는 제1단계와, 상기 마스킹 패턴이 형성된 기판상에 Al(x)In(y)Ga(z)N (이때, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, x+y+z=1) 조성의 질화물 반도체층들을 성장시키고, 상기 질화물 반도체층들을 관통하여 상기 마스킹 패턴상으로 연결되는 복수의 홀(hole)을 형성하는 제2단계와, 상기 마스킹 패턴을 제거하는 제3단계와, 습식식각으로 단면적이 하부로 갈수록 커지도록 상기 복수의 홀을 확장하는 제4단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제4단계는 상기 습식식각 이전에 상기 질화물 반도체층상에 마스킹층을 형성하 고 상기 습식식각 이후에 상기 마스킹층을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 마스킹 패턴의 조성은 SiO_x(x＞0) 또는 SiN_y(y＞0)로 될 수 있으며, 상기 습식식각은 인산 또는 황산의 하나 이상으로 될 수 있다.In addition, according to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a nitride-based light emitting device, the method including forming a masking pattern for suppressing growth of a nitride semiconductor layer on a substrate, and forming Al (on a substrate on which the masking pattern is formed). x) In (y) Ga (z) N (wherein 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, x + y + z = 1) to grow nitride semiconductor layers, A second step of forming a plurality of holes penetrating through the nitride semiconductor layers and connected to the masking pattern; a third step of removing the masking pattern; and a plurality of holes so that the cross-sectional area thereof becomes larger by a wet etching. It may include a fourth step of expanding the hole of. In this case, the fourth step may further include forming a masking layer on the nitride semiconductor layer before the wet etching and removing the masking layer after the wet etching. In addition, the composition of the masking pattern may be SiO _x (x> 0) or SiN _y (y> 0), and the wet etching may be at least one of phosphoric acid or sulfuric acid.

본 발명에 의하면 질화물계 발광소자에 있어서 하부로 갈수록 단면적이 커지도록 경사면을 갖는 복수의 공기 기둥을 포함하여 활성층에서 발생하는 광을 표면으로 반사하고 저온 버퍼층 면적이 최소로 되어 이에 의한 광흡수가 감소됨으로써 크게 개선된 내부양자효율을 달성할 수 있다. 또한, 상기 기둥 구조에 따라 기판과 질화물층 간의 접촉면적이 감소하고 이에 따라 스트레스가 감소하여 기판의 휘어짐이나 균열이 방지된다. 또한, 상기 질화물 반도체층은 횡방향 성장되므로, 이로써 상기 질화물 발광층의 박막 품질이 개선된다.According to the present invention, a nitride-based light emitting device includes a plurality of air pillars having inclined surfaces so as to have a larger cross-sectional area toward a lower portion thereof, thereby reflecting light generated from the active layer to the surface and minimizing the light absorption due to the low temperature of the buffer layer. As a result, a greatly improved internal quantum efficiency can be achieved. In addition, according to the pillar structure, the contact area between the substrate and the nitride layer is reduced, thereby reducing stress, thereby preventing bending or cracking of the substrate. In addition, since the nitride semiconductor layer is laterally grown, the thin film quality of the nitride light emitting layer is improved.

이하, 본 발명을 도면을 참조하며 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일 구현예에 의한 질화물계 발광소자(20)의 제조방법을 각 단계별로 도시하며, 각 단계에서의 단면도 및 평면도를 도시한다. 이하 도 2a 내지 도 2f를 참조하며 본 구현예를 설명한다.2A to 2F illustrate a method of manufacturing the nitride-based light emitting device 20 according to one embodiment of the present invention in each step, showing a cross-sectional view and a plan view at each step. Hereinafter, this embodiment will be described with reference to FIGS. 2A to 2F.

먼저 제1단계로서, 소정 기판(21)의 표면상에 마스킹 물질(22)을 증착하고, 이를 반도체 리소그라피 및 에칭을 통하여 패터닝한다(도 2a 참조). 본 구현예에서 상기 기판(21)은 사파이어(Al₂O₃)나 실리콘 카바이드(SiC) 또는 갈륨 나이트라이 드(GaN)로 될 수 있다. 또한, 상기 마스킹 물질(22)은 추후 질화물 반도체의 성장시 이 마스킹 패턴(22) 상에서의 질화물 박막의 성장을 억제하기 위한 것으로, 실리콘 옥사이드(SiO_x, x＞0) 계열이나 실리콘 나이트라이드(SiN_y, y＞0) 계열로 될 수 있다. 또한, 상기 마스킹 물질(22)의 증착에 있어서, 증착되는 마스킹 물질(22)의 두께보다는 추후 질화물 반도체의 성장온도인 1000℃ 이상의 고온에서 변형이나 필링이 일어나 상기 마스킹 물질이 파티클(particle)과 같은 역할을 하여 공정의 수율을 저해하지 않도록 마스킹 물질(22)이 고품질로 증착되는 것이 바람직하다. 또한, 도 2a에서는 상기 마스킹 패턴(22)의 형상을 편의상 원형으로 도시했으나, 이는 곡선과 직선의 조합으로 이루어진 모든 형상으로 될 수 있으며, 다만 추후 질화물 반도체층을 성장한 후 이 마스킹 패턴(22)에 의해 질화물 반도체 표면에 홀(hole: 도 2a의 24)이 형성될 수 있기만 하면 족하다.First, as a first step, a masking material 22 is deposited on the surface of a predetermined substrate 21 and patterned through semiconductor lithography and etching (see FIG. 2A). In the present embodiment, the substrate 21 may be sapphire (Al ₂ O ₃ ), silicon carbide (SiC) or gallium nitride (GaN). In addition, the masking material 22 is for inhibiting the growth of the nitride thin film on the masking pattern 22 during the growth of the nitride semiconductor, and is based on silicon oxide (SiO _x , x> 0) or silicon nitride (SiN). _y , y> 0). In addition, in the deposition of the masking material 22, deformation or peeling occurs at a high temperature of 1000 ° C. or more, which is a growth temperature of the nitride semiconductor, rather than the thickness of the masking material 22 to be deposited, so that the masking material may be formed into particles. It is desirable that the masking material 22 be deposited at high quality so that it does not interfere with the yield of the process. In addition, although the shape of the masking pattern 22 is shown in a circular shape for convenience, it may be any shape formed by a combination of curves and straight lines, except that after the growth of the nitride semiconductor layer, the masking pattern 22 is formed on the masking pattern 22. As long as a hole 24 in FIG. 2A can be formed on the surface of the nitride semiconductor.

제2단계로서, 기판(21)의 상부에 질화물 반도체층(23)을 증착하여 형성한다(도 2b 참조). 상기 증착방법은 해당 분야에서 공지된 모든 물리적 또는 화학적 증착방법을 포함하며, 특히 MOCVD(metal organic chemical vapor deposition) 방법에 의하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 질화물 반도체층(23)은 통상적인 질화물계 반도체층의 구조인 버퍼층, N형 질화물층, 질화물 활성층, P형 질화물층을 포함하도록 구성될 수 있고, 본 구현예는 이에 한정되지 아니하고 필요에 따라 해당 분야에서 공지된 임의의 다양한 반도체층을 더 포함할 수 있으며, 또한 상기 각 층들의 두께는 필요에 따라 가변될 수 있다. 이때, 상기 마스킹 패턴(22) 상부에는 상기 질화물 반도체가 직접적으로 성장되지 않고, 이러한 마스킹 물질이 없는 기판 부위부터 성장이 진행되어 점차 마스킹 패턴(22)의 상부로까지 성장하는 소위 횡방향 성장방식(lateral overgrowth)으로 상기 질화물 반도체의 성장이 이루어진다. 일반적으로 주된 질화물계 반도체의 결정결함은 기판과 질화물 반도체 간에 발생하고 기판과 수직방향으로 전파되므로, 본 구현예와 같이 기판과 분리되어 횡방향으로 성장되는 질화물 반도체층(특히, 활성층)은 결정결함이 매우 적은 고품질로 되어 상대적으로 높은 내부양자효율이 달성된다. 이러한 성장방식은 일 예를 들어 FIELO(facet-initiated epitaxial lateral overgrowth: Jpn. J. Appl. Phys. 36, L899 (1997)) 등으로도 보고된 바 있다. 또한, 수직방향 대비 횡방향 성장의 속도는 박막의 성장조건에 따라 변할 수 있으며, 질화물 반도체 표면에 마스킹 패턴(22)보다 작은 직경의 홀(24)이 형성될 때까지 진행됨이 바람직하다.As a second step, a nitride semiconductor layer 23 is deposited on the substrate 21 to form it (see FIG. 2B). The deposition method includes all physical or chemical vapor deposition methods known in the art, and it is particularly preferable to use a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. In addition, the nitride semiconductor layer 23 may be configured to include a buffer layer, an N-type nitride layer, a nitride active layer, and a P-type nitride layer having a structure of a conventional nitride-based semiconductor layer, and the present embodiment is not limited thereto. According to the present invention, the semiconductor device may further include any of various semiconductor layers known in the art, and the thickness of each of the layers may vary as necessary. In this case, the nitride semiconductor is not directly grown on the masking pattern 22, and the growth is progressed from the substrate portion without the masking material, and thus gradually grows to the top of the masking pattern 22. lateral overgrowth) is the growth of the nitride semiconductor. In general, since the crystal defect of the main nitride semiconductor occurs between the substrate and the nitride semiconductor and propagates in the vertical direction with the substrate, the nitride semiconductor layer (especially the active layer), which is separated from the substrate and is laterally grown, is crystallized. This very little high quality results in a relatively high internal quantum efficiency. This type of growth has also been reported as, for example, facet-initiated epitaxial lateral overgrowth (Jpn. J. Appl. Phys. 36, L899 (1997)). In addition, the growth rate of the lateral growth relative to the vertical direction may vary according to the growth conditions of the thin film, and it is preferable to proceed until a hole 24 having a diameter smaller than the masking pattern 22 is formed on the nitride semiconductor surface.

제3단계로서, 상기 질화물 반도체 표면에 형성된 홀(24)을 통해 상기 마스킹 물질(22)을 제거한다(도 2c 참조). 이때, 에칭용액으로는 HF 또는 BOE(Buffered Oxide Etchant)를 사용할 수 있다. 이로써, 상기 횡방향 성장된 질화물층 하부에 공기층이 형성되고 이를 통해 추후 질화물 반도체층의 에칭공정이 용이하게 이루어질 수 있다.As a third step, the masking material 22 is removed through the hole 24 formed in the nitride semiconductor surface (see FIG. 2C). In this case, HF or BOE (Buffered Oxide Etchant) may be used as the etching solution. As a result, an air layer is formed below the laterally grown nitride layer, whereby an etching process of the nitride semiconductor layer may be easily performed.

제4단계로서, 추후 질화물 반도체층의 에칭공정에서 상기 질화물 반도체층(23)의 표면을 에칭용액으로부터 보호하기 위해 유전체 마스킹 물질(25)을 패턴없이 질화물 반도체층(23) 전면에 증착한다(도 2d 참조). 이때, 상기 유전체 마스 킹 물질(25)은 실리콘 옥사이드(SiO_x, x＞0) 계열이나 실리콘 나이트라이드(SiN_y, y＞0) 계열로 될 수 있다. 또한, 홀(24) 부위에는 상기 마스킹 물질(25)이 증착되지 않게 된다.As a fourth step, a dielectric masking material 25 is deposited on the entire surface of the nitride semiconductor layer 23 without a pattern in order to protect the surface of the nitride semiconductor layer 23 from the etching solution in a subsequent etching process of the nitride semiconductor layer (Fig. 2d). In this case, the dielectric masking material 25 may be a silicon oxide (SiO _x , x> 0) series or a silicon nitride (SiN _y , y> 0) series. In addition, the masking material 25 is not deposited in the hole 24.

제5단계로서, 상기 기판을 200℃ 이상의 인산 및 황산 혼합 에칭액으로 에칭하며, 이때 상기 에칭액은 상기 홀(24)을 통해 스며들어 상기 마스킹 물질(25)이 증착되지 않은 저부를 에칭하게 된다(도 2e 참조). 이때, 상기 홀(24) 하부의 질화물 반도체층(23) 영역은 N면을 지니므로 결정이 불안정하여 에칭이 매우 용이한 반면, 상기 홀(24) 상부의 질화물 반도체층(23) 영역은 Ga면을 지니고 고품질을 가지므로 에칭이 느리게 되며, 이로써 상기 질화물 반도체층(23)은 그의 상부 및 하부의 직경차가 있어 하부로 갈수록 단면적이 작아지도록 경사면을 갖는 기둥으로 형성되며, 상기 각 기둥 간에는 상기 기둥의 역상 형태의 공기층(26)이 형성된다. 이에 따라, 상기 공기층 또는 공기기둥(26)은 그 하부로 갈수록 단면적이 커지도록 경사면을 갖는 형상으로 된다. 또한, 본 구현예는 상기 기둥의 특정한 단면 형상에 제한되지 아니하며, 상술한 마스킹 패턴(22)의 형상과 에칭 조건에 따라 모든 형상의 단면을 포함할 수 있다. As a fifth step, the substrate is etched with a mixture of phosphoric acid and sulfuric acid at 200 ° C. or higher, whereby the etch solution penetrates through the hole 24 to etch the bottom where the masking material 25 is not deposited (FIG. 2e). In this case, since the nitride semiconductor layer 23 region below the hole 24 has an N surface, the crystal is unstable and thus the etching is very easy, whereas the nitride semiconductor layer 23 region above the hole 24 has a Ga surface. It has a high quality and has a slow etching, thereby the nitride semiconductor layer 23 is formed of a pillar having an inclined surface so that the cross-sectional area of the nitride semiconductor layer 23 has a diameter difference between the upper and lower portions thereof toward the lower portion, between the pillars An air layer 26 of reversed form is formed. Accordingly, the air layer or the air column 26 has a shape having an inclined surface such that the cross-sectional area thereof becomes larger toward the bottom thereof. In addition, the present embodiment is not limited to a specific cross-sectional shape of the pillar, and may include a cross-section of all shapes according to the shape of the masking pattern 22 and the etching conditions described above.

이렇게 형성된 상기 기둥들(23, 26)은 도 2e에 도시되듯이 소정의 경사면을 구비하므로 활성층(미도시)에서 발생하는 광을 표면으로 반사하는 반사기로서 기능하며 그 결과 발광소자(20)의 광추출효율을 증가시킨다. 또한, 기판과 질화물 간의 접촉면적이 작아지므로, 이들 간의 스트레스가 작아 기판의 휨 정도가 개선될 수 있다. 도 3은 도 2e 단계에서 발광소자(20) 표면의 전자현미경 사진이다.The pillars 23 and 26 formed as described above have a predetermined inclined surface as shown in FIG. 2E, so that the pillars 23 and 26 function as reflectors reflecting light generated from an active layer (not shown) to the surface. Increase the extraction efficiency In addition, since the contact area between the substrate and the nitride is small, the stress between them is small and the degree of warpage of the substrate can be improved. 3 is an electron micrograph of the surface of the light emitting device 20 in step 2e.

그리고, 본 구현예는 상술한 바와 같이 상기 기둥들(23, 26)로 되는 반사기를 형성한 후, 제6단계로서 HF 또는 BOE 등의 에칭 용액으로 상기 유전체 마스킹 물질(25)을 제거하고 나머지 통상적인 발광소자(20) 구조를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 도 4a는 본 구현예에서 최종 제작된 질화물계 발광소자(20)의 평면도이고, 도 4b는 도 4a의 A-A' 점선영역의 단면도이다. 즉, 도 4a 및 4b에 도시한 바와 같이 질화물 반도체층(23)을 종래구조(도 1 참조)와 마찬가지로 일부 영역을 건식에칭한 후 각각 투명전극(27)과 P형 패드전극(28)과 N형 패드전극(29)을 형성할 수 있다.In this embodiment, as described above, after forming the reflectors formed of the pillars 23 and 26, the dielectric masking material 25 is removed with an etching solution such as HF or BOE as a sixth step, and the remaining conventional The method may further include forming a light emitting device 20 structure. 4A is a plan view of the nitride-based light emitting device 20 finally fabricated in this embodiment, and FIG. 4B is a cross-sectional view of the dotted line A-A 'of FIG. 4A. That is, as shown in Figs. 4A and 4B, the nitride semiconductor layer 23 is dry-etched in some regions as in the conventional structure (see Fig. 1), and then the transparent electrodes 27, the P-type pad electrodes 28, and the N are respectively. The pad electrode 29 can be formed.

그리고, 본 발명의 일 실시예로서, 상술한 본 구현예와 종래구조(도 1)에 따른 비교예의 각 발광소자를 동일한 에피 구조 및 칩 크기(350×350㎛²)로 제조하여 이들의 광출력을 비교하였다. 도 5는 본 발명의 일 구현예와 비교예의 인가전류에 따른 광출력을 비교하여 나타낸 그래프이다. 도 5를 참조하면, 본 구현예에 따른 발광소자는 비교예보다 실제 면적이 작아지면서 순방향 구동 전압이 약간 증가하는 경향을 보이나, 광출력은 비교예 대비 인가전류 20mA에서 65% 이상 증가함을 알 수 있다.In addition, as an embodiment of the present invention, each light emitting device of the comparative example according to the present embodiment and the conventional structure (FIG. 1) described above is manufactured with the same epi structure and chip size (350 × 350 μm ² ), and their light output Was compared. Figure 5 is a graph showing the comparison between the light output according to the applied current of one embodiment of the present invention and the comparative example. Referring to FIG. 5, the light emitting device according to the present embodiment tends to have a small increase in the forward driving voltage as the actual area is smaller than that of the comparative example, but the light output is increased by more than 65% at 20 mA of applied current. Can be.

이상 기술한 바와 같이, 본 발명에 의한 발광소자는 소정의 경사면을 갖는 복수의 공기 기둥(26)을 포함하여 활성층에서 발생하는 광을 표면으로 반사하고 저온 버퍼층 면적이 최소로 되어 이에 의한 광흡수가 감소됨으로써 높은 내부양자효 율을 달성할 수 있다. 또한, 상기 공기 기둥(26) 구조에 따라 기판과 질화물층 간의 접촉면적이 감소하고 이에 따라 스트레스가 감소하여 기판의 휘어짐이나 균열이 방지된다. 또한, 상기 질화물 반도체층은 횡방향 성장되므로, 이로써 상기 질화물 발광층의 박막 품질이 개선된다.As described above, the light emitting device according to the present invention includes a plurality of air pillars 26 having a predetermined inclined surface to reflect light generated in the active layer to the surface, and the low temperature buffer layer area is minimized, thereby absorbing light. By reducing, high internal quantum efficiency can be achieved. In addition, the contact area between the substrate and the nitride layer is reduced according to the structure of the air pillar 26, and thus stress is reduced, thereby preventing bending or cracking of the substrate. In addition, since the nitride semiconductor layer is laterally grown, the thin film quality of the nitride light emitting layer is improved.

또한, 전술한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이고, 이러한 수정, 변경, 부가 등은 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 한다.In addition, the above-described preferred embodiments of the present invention are disclosed for the purpose of illustration, and any person skilled in the art will be able to make various modifications, changes, additions, etc. within the spirit and scope of the present invention. Changes, additions, and the like should be considered to be within the scope of the claims.

도 1은 종래 발광소자의 개략 단면도.1 is a schematic cross-sectional view of a conventional light emitting device.

도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일 구현예에 의한 질화물계 발광소자의 제조방법을 각 단계별로 도시하는 단면도 및 평면도.2A to 2F are cross-sectional views and plan views showing, in steps, a method of manufacturing a nitride-based light emitting device according to one embodiment of the present invention;

도 3은 도 2e 단계에서 발광소자 표면의 전자현미경 사진.3 is an electron micrograph of the surface of the light emitting device in step 2e.

도 4a는 본 구현예에서 최종 제작된 질화물계 발광소자의 평면도.Figure 4a is a plan view of the nitride-based light emitting device finally produced in this embodiment.

도 4b는 도 4a의 A-A' 점선영역의 단면도.4B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 4A.

Claims

Al (x) In (y) Ga (z) N having a structure in which an active layer is sandwiched between upper and lower semiconductor layers, where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, and x + y + z = 1) in a nitride light emitting device,

And a plurality of spaced apart air pillars penetrating the light emitting element, wherein the air pillars have a cross-sectional area that increases toward a lower portion thereof.

Forming a masking pattern for inhibiting growth of the nitride semiconductor layer on the substrate;

Al (x) In (y) Ga (z) N (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, x + y + z = 1) on the substrate on which the masking pattern is formed Growing a nitride semiconductor layers having a composition, and forming a plurality of holes penetrating through the nitride semiconductor layers and connected to the masking pattern;

Removing the masking pattern;

And a fourth step of expanding the plurality of holes so that the cross-sectional area becomes larger toward the lower portion by wet etching.

The method of claim 2,

The fourth step further comprises the step of forming a masking layer on the nitride semiconductor layer before the wet etching and removing the masking layer after the wet etching.

The method according to claim 2 or 3,

The masking pattern has a composition of SiO _x (x> 0) or SiN _y (y> 0).

The method according to claim 2 or 3,

The wet etching method of manufacturing a nitride-based light emitting device, characterized in that at least one of phosphoric acid or sulfuric acid.