KR20090115314A

KR20090115314A - Group III-nitride semiconductor devices

Info

Publication number: KR20090115314A
Application number: KR20080041097A
Authority: KR
Inventors: 송준오
Original assignee: 송준오
Priority date: 2008-05-02
Filing date: 2008-05-02
Publication date: 2009-11-05
Also published as: KR101459770B1

Abstract

본 발명은 대기에 노출된 질소 극성 표면(nitrogen polar surface)을 갖는 그룹 3족 질화물계 반도체 상면에 오믹접촉 계면(ohmic contacting interface)을 형성하는 전극구조체를 구비한 그룹 3족 질화물계 반도체 소자를 제공한다.The present invention provides a group III nitride semiconductor device having an electrode structure for forming an ohmic contacting interface on an upper surface of the group III nitride semiconductor having a nitrogen polar surface exposed to the atmosphere. do.

또 다른 한편으로, 본 발명은 질소 극성 표면(nitrogen polar surface)을 갖는 n형 도전성의 그룹 3족 질화물계 반도체 상면에 오믹접촉 계면(ohmic contacting interface)을 형성하는 n형 전극구조체를 구비하는 것이 특징인 수직구조의 발광다이오드 소자를 제공한다.On the other hand, the present invention is characterized in that it comprises an n-type electrode structure for forming an ohmic contacting interface on the upper surface of the n-type conductive group III-nitride semiconductor having a nitrogen polar surface. Provided is a light emitting diode device having a vertical structure.

상세하게 말하자면, 본 발명은 그룹 3족 금속 극성(metal polar surface)을 갖는 그룹 3족 질화물계 반도체 표면과 완전히 다른 표면 거동을 보인 질소 극성 표면의 그룹 3족 질화물계 반도체 상면에 양호한 오믹접촉 계면을 형성하는 전극구조체에 관한 것이다.Specifically, the present invention provides a good ohmic contact interface on the upper surface of the group III-nitride semiconductor of the nitrogen polar surface, which exhibits a completely different surface behavior from the group III-nitride semiconductor surface having the group III metal polar surface. It relates to an electrode structure to be formed.

Description

Group 3 nitride-based semiconductor devices

본 발명은 대기에 노출된 질소 극성 표면(nitrogen polar surface)을 갖는 그룹 3족 질화물계 반도체 상면에 오믹접촉 계면(ohmic contacting interface)을 형성하는 전극구조체를 구비한 그룹 3족 질화물계 반도체 소자와 발광다이오드 소자를 제공한다. 다시 말하자면, 본 발명은 그룹 3족 금속 극성(metal polar surface)을 갖는 그룹 3족 질화물계 반도체 표면과 완전히 다른 표면 거동을 보인 질소 극성 표면(nitrogen polar surface)의 그룹 3족 질화물계 반도체 상면에 양호한 오믹접촉 계면(ohmic contacting interface)을 형성하는 전극구조체를 형성하여 전기적 또는 광학적 특성이 향상된 그룹 3족 질화물계 반도체 소자와 발광다이오드 소자, 그리고 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a Group III nitride semiconductor device having an electrode structure for forming an ohmic contacting interface on an upper surface of the Group III nitride semiconductor having a nitrogen polar surface exposed to the atmosphere and emitting light. Provided is a diode device. In other words, the present invention is suitable for a group III nitride semiconductor upper surface of a nitrogen polar surface that exhibits a completely different surface behavior than a group III nitride semiconductor surface having a group III metal polar surface. The present invention relates to a group III nitride semiconductor device, a light emitting diode device, and a method of manufacturing the same, which form an electrode structure that forms an ohmic contacting interface and have improved electrical or optical characteristics.

발광다이오드(light emitting diode; LED) 소자는 일정한 크기의 순방향 전류를 인가하면 고체 발광구조체 내의 활성층에서 전류가 광으로 변환되어 빛을 발생시킨다. 초창기 LED 소자 연구 개발은 인듐인(InP), 갈륨비소(GaAs), 갈륨인(GaP)등의 화합물 반도체를 p-i-n 접합구조로 형성한다. 상기 LED는 녹색 빛의 파장 보다 더 긴 파장대의 가시광선 영역대의 빛을 발광하는 반면에, 최근 들어 그룹 3족 질화물계 반도체 물질계의 연구 개발에 힘입어 청색 및 자외선 광을 발광하는 소자도 상용화됨으로서 표시장치, 광원용 장치, 환경 응용장치에 널리 이용되고 있다.A light emitting diode (LED) device generates light by applying a current of a predetermined magnitude to convert current into light in an active layer in a solid light emitting structure. Early research and development of LED devices formed compound semiconductors such as indium phosphorus (InP), gallium arsenide (GaAs), and gallium phosphorus (GaP) with p-i-n junction structure. While the LED emits light in the visible light region longer than the wavelength of green light, the device that emits blue and ultraviolet light has also been commercialized in recent years thanks to the research and development of group III nitride semiconductor materials. Widely used in devices, light source devices and environmental applications.

이와 같은 그룹 3족 질화물계 반도체로 제조된 발광다이오드(이하, 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드) 소자는 도 2에 도시된 바와 같이, 일반적으로 절연성 성장기판(대표적으로, 사파이어) 상부에 성장되어 제조되기 때문에, 다른 그룹 3-5족 화합물계 반도체 발광다이오드 소자와 같이 성장 기판의 서로 반대면에 대향하는 두 전극을 설치할 수 없어, LED 소자의 두 전극을 결정 성장된 반도체 물질계 상부에 형성해야 한다. 이러한 종래의 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자 및 소자용 발광구조체의 구조가 개략적으로 도 1과 도 2에 예시되어 있다.A light emitting diode (hereinafter, referred to as a group III nitride semiconductor light emitting diode) device made of such a group III nitride semiconductor is generally grown on an insulating growth substrate (typically, sapphire) as shown in FIG. Since it is manufactured, two electrodes facing each other on the opposite surface of the growth substrate cannot be provided like other group III-V compound-based semiconductor light emitting diode elements, so that two electrodes of the LED element must be formed on the crystal-grown semiconductor material system. . The structure of such a conventional group III-nitride semiconductor light emitting diode device and light emitting structure for the device is schematically illustrated in FIGS. 1 and 2.

우선 먼저, 도 2를 참조하면, 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체는 사파이어 성장기판(10)과 상기 성장기판(10) 상면에 순차적으로 성장 형성된 n형 도전성의 반도체 물질로 이루어진 하부 질화물계 클래드층(20), 질화물계 활성층(30) 및 p형 도전성의 반도체 물질로 이루어진 상부 질화물계 클래드층(40)을 포함한다. 상기 하부 질화물계 클래드층(20)은 n형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1)층으로 이루어질 수 있으며, 상기 질화물계 활성층(30)은 다중양자우물(multi-quantum well)구조의 다른 조성으로 구성된 질화물계 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1)층인 반도체 다층으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 상부 질화물계 클래드층(40)은 p형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1) 층으로 구성될 수 있다. 일반적으로, 상기 그룹 3족 질화물계 반도체 단결정으로 형성된 하부 질화물계 클래드층/질화물계 활성층/상부 질화물계 클래드층(20, 30, 40)은 MOCVD 또는 MBE 등의 장치를 이용하여 성장될 수 있다. 이때, 상기 하부 질화물계 클래드층(20)의 n형 In x Al y Ga 1-x-y N층을 성장하기 전에 사파이어 성장 기판(10)과의 격자 정합을 향상시키기 위해, AlN 또는 GaN와 같은 버퍼층(미도시)을 그 사이에 형성할 수도 있다. First, referring to FIG. 2, a light emitting structure for a group III nitride semiconductor light emitting diode device is formed of a sapphire growth substrate 10 and an n-type conductive semiconductor material sequentially grown on the top surface of the growth substrate 10. The nitride-based cladding layer 20, the nitride-based active layer 30, and the upper nitride-based cladding layer 40 made of a p-type conductive semiconductor material are included. The lower nitride-based cladding layer 20 may be formed of an n-type In x Al y Ga 1-xy N (0 ≦ x, 0 ≦ y, x + y ≦ 1) layer, and the nitride active layer 30 may be The semiconductor layer may be formed of a semiconductor layer having a nitride-based In x Al y Ga 1-xy N (0 ≦ x, 0 ≦ y, x + y ≦ 1) layer having a different composition of a multi-quantum well structure. In addition, the upper nitride-based cladding layer 40 may be composed of a p-type In x Al y Ga 1-x-y N (0 ≦ x, 0 ≦ y, x + y ≦ 1) layer. In general, the lower nitride-based cladding layer / nitride-based active layer / upper nitride-based cladding layer 20, 30, or 40 formed of the group III-nitride semiconductor single crystal may be grown using an apparatus such as MOCVD or MBE. In this case, in order to improve lattice matching with the sapphire growth substrate 10 before growing the n-type In x Al y Ga 1-xy N layer of the lower nitride-based cladding layer 20, a buffer layer such as AlN or GaN ( May be formed therebetween.

한편, 도 2에 표기된 것처럼 그룹 3족 질화물계 반도체 단결정은 사파이어 성장기판의 결정 c축을 따라 수직으로 교차되는 c(0001)면들에 위치한다. 섬유아연석(wurtzite) 구조 내에 포함된 대칭 요소들은 그룹 3족 질화물계 반도체 단결정이 이러한 c-축을 따라서 자발적인(spontaneous) 분극을 가지는 것을 나타낸다. 또한, 섬유아연석 결정구조가 비-중앙대칭(non-centrosymmetric)인 경우에는 그룹 3족 질화물계 반도체 단결정들은 결정의 c-축을 따라서 압전 분극(piezoelectric polarization)을 추가적으로 보일 수 있다. 현재의 광전자 소자용 그룹 3족 질화물계 반도체 단결정 성장기술은 c-축 방향을 따라서 성장한 그룹 3족 금속 극성 표면(group 3-metal polar surface)으로 끝나는 그룹 3족 질화물계 반도체 단결정들을 이용한다. 다시 말하자면, MOCVD 또는 HVPE 등의 성장 장비를 이용하여 그룹 3족 질화물계 반도체 단결정을 성장하고 나면, 대기(air)와 접하고 있는 표면은 그룹 3족 금속 극성을 띠는 반면, 성장기판인 사파이어(10)와 접하고 있는 계면은 질소 극성(nitrogen polarity)을 갖게 된다.Meanwhile, as shown in FIG. 2, group III-nitride-based semiconductor single crystals are positioned on c (0001) planes vertically intersecting along the crystal c-axis of the sapphire growth substrate. Symmetric elements included in the wurtzite structure indicate that group III nitride-based semiconductor single crystals have spontaneous polarization along this c-axis. In addition, when the fibro zinc crystal structure is non-centrosymmetric, group III nitride-based semiconductor single crystals may additionally exhibit piezoelectric polarization along the c-axis of the crystal. Current group III-nitride semiconductor single crystal growth techniques for optoelectronic devices use group III-nitride semiconductor single crystals ending with a group 3-metal polar surface grown along the c-axis direction. In other words, after growing a group III nitride semiconductor single crystal using a growth device such as MOCVD or HVPE, the surface in contact with the air has a group III metal polarity, whereas sapphire (10) is a growth substrate. The interface in contact with) has nitrogen polarity.

하지만, 상기한 바와 같이, 명확한 극성 표면(polar surface)을 갖는 그룹 3 족 질화물계 반도체 단결정 박막 내에 강한 압전 및 자발적인 분극들의 존재로 인하여, 그룹 3족 질화물계 반도체 단결정을 이용한 광전자 소자들 내의 통상적인 c(0001)면 양자우물(quantum well) 구조들은 원하지 않는 양자-가둠 슈타르크 효과(quantum-confined Stark effect)의 영향을 받는다. 다시 말하자면, 반도체 단결정 성장 방향인 c-축을 따른 강한 내부 전기장들은 전자 및 홀들을 공간적으로 분리하며, 이에 따라 전자 및 정공의 재결합 효율을 제한하고, 진동자 강도를 감소시키며, 또한 적색 편이 발광을 야기한다.However, as described above, due to the presence of strong piezoelectric and spontaneous polarizations in the group III nitride based semiconductor single crystal thin film having a clear polar surface, it is common in optoelectronic devices using group III nitride based semiconductor single crystals. The quantum well structures in the c (0001) plane are affected by the unwanted quantum-confined Stark effect. In other words, strong internal electric fields along the c-axis, the direction of semiconductor single crystal growth, spatially separate electrons and holes, thereby limiting the recombination efficiency of electrons and holes, reducing oscillator strength, and also causing redshift light emission. .

더 나아가서, 명확한 극성 표면(polar surface)을 갖는 그룹 3족 질화물계 반도체 단결정 표면(surface) 또는 계면(interface) 거동은 그룹 3족 금속 극성 또는 질소 극성에 따라서 동일한 상황에서도 확연히 다르다. 일예로, 그룹 3족 금속인 갈륨(gallium) 극성을 띠는 n형 도전성의 질화갈륨(n-GaN:Ga)과 질소(nitrogen) 극성을 갖는 n형 도전성의 질화갈륨(n-GaN:N) 표면에 동일한 전극물질인 Ti/Al을 적층 형성시키면, 상온 및 어닐링(annealing) 온도에 따라 접촉 계면(contacting interface)이 다른 거동을 보인다. 이는 상기한 바와 같이 다른 극성 표면 위에 유발되는 분극(polarization) 현상이 주된 원인으로 여러 문헌에서 검증되고 있다.Furthermore, the group III-nitride semiconductor single crystal surface or interface behavior with a clear polar surface differs significantly in the same situation depending on the group III metal polarity or nitrogen polarity. For example, an n-type gallium nitride (n-GaN: Ga) having a gallium polarity, which is a Group 3 metal, and an n-type gallium nitride (n-GaN: N) having a polarity of nitrogen When Ti / Al, which is the same electrode material, is laminated on the surface, the contacting interface shows different behavior depending on the room temperature and the annealing temperature. This has been verified in the literature as the main reason for the polarization phenomenon caused on other polar surfaces as described above.

도 1에 도시된 종래 수평구조의 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자를 상세하게 설명하면, 사파이어 성장기판(10)은 전기절연성 물질이므로 발광다이오드 소자의 두 전극을 모두 단결정 반도체 성장방향인 그룹 3족 금속 극성 표면(metal polar surface)인 In x Al y Ga 1-x-y N층의 하부 및 상부 질화물계 클래드층 상면에 형성해야 하며, 이를 위해서는 상부 질화물계 클래드층(40)과 질화물 계 활성층(30)의 일부 영역을 에칭(즉, 식각)하여 하부 질화물계 클래드층(20) 상면 일부 영역을 노출시키고, 상기 노출된 그룹 3족 금속 극성 표면(metal polar surface)인 n형 In x Al y Ga 1-x-y N층의 하부 질화물계 클래드층(20) 상면에 오믹접촉 계면을(ohmic contact interface) 형성하고 있는 n형 전극 및 전극패드(70)를 적층한다. 그룹 3족 금속 극성 표면을 갖는 p형 In x Al y Ga 1-x-y N층의 상부 질화물계 클래드층에 비해서, 그룹 3족 금속 극성 표면을 갖는 n형 In x Al y Ga 1-x-y N층의 하부 질화물계 클래드층은 높은 캐리어 농도 및 이동도로 인하여 우수한 전기전도체로서 역할을 할 수 있을 뿐만이 아니라, 상기 그룹 3족 금속 극성 표면을 갖는 n형 In x Al y Ga 1-x-y N층의 하부 질화물계 클래드층(20) 상면에 전극 물질을 적층하면 낮은 비접촉 저항의 양호한 오믹접촉 계면을 형성하여 고품위 n형 전극 및 전극패드(70) 형성할 수 있다.Referring to the group III-nitride semiconductor light emitting diode device of the conventional horizontal structure shown in FIG. 1 in detail, since the sapphire growth substrate 10 is an electrically insulating material, both electrodes of the light emitting diode device are group 3 in a single crystal semiconductor growth direction. The upper nitride-based cladding layer 40 and the nitride-based active layer 30 must be formed on the upper and lower nitride-based cladding layers of the In x Al y Ga 1-xy N layer, which is a group metal polar surface. And etching (ie, etching) a portion of the region to expose a portion of the upper surface of the lower nitride-based cladding layer 20 and n-type In x Al y Ga 1, which is the exposed group Group 3 metal polar surface. An n-type electrode and an electrode pad 70 having an ohmic contact interface are stacked on the upper surface of the lower nitride-based cladding layer 20 of the -xy N layer. Compared to the upper nitride-based cladding layer of the p-type In x Al y Ga 1-xy N layer having the group III metal polar surface, the n-type In x Al y Ga 1-xy N layer having the group III metal polar surface The lower nitride based cladding layer can not only serve as an excellent electrical conductor due to the high carrier concentration and mobility, but also the lower nitride based n-type In x Al y Ga 1-xy N layer having the group III metal polar surface. When the electrode material is laminated on the clad layer 20, a good ohmic contact interface having a low specific contact resistance may be formed to form a high quality n-type electrode and electrode pad 70.

반면, 상기 상부 질화물계 클래드층(40)은 낮은 캐리어 농도(carrier concentration) 및 이동도(mobility)로 인하여 상대적으로 높은 면저항을 갖고 있기 때문에, p형 전극패드(60)를 형성하기에 앞서, 양질의 오믹접촉 커런트스프레딩층을 형성할 수 있는 추가적인 물질계가 요구된다. 이에 대하여, 미국특허 US5,563,422에서는, 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체의 최상층부에 위치한 그룹 3족 금속 극성 표면을 갖는 p형 In x Al y Ga 1-x-y N층(40)의 상부 질화물계 클래드층 상면에 p형 전극패드(60)를 형성하기 전, 수직방향으로의 비접촉 저항이 낮은 오믹접촉 계면을 형성하는 오믹접촉 커런트스프레딩층(50)을 형성하기 위해 Ni/Au로 구성된 물질계를 제안하였다. 더 나아가서, 상기 오믹접촉 커런트스프레딩층(50)의 높은 빛 투과율을 통한 고휘도 발광다이오드 소자를 얻기 위한 방안으로, 최근 들어 상기 Ni/Au 물질계를 비롯한 각종 불투명성 금속 또는 합금으로 형성된 오믹접촉 커런트스프레딩층(50) 대신에 투과율이 평균 90% 이상인 것으로 알려진 ITO(indium tin oxide) 또는 ZnO(zinc oxide) 등의 투명성 전도성 물질계로 형성하는 방안이 제안되었다. 그런데, 상기한 투명성 전기전도성 물질계는 그룹 3족 금속 극성 표면을 갖는 p형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1)층 (~7.5 eV 이상)에 비해 작은 일함수(4.7~6.1eV), 그리고 그룹 3족 금속 극성을 띠는 p형 In x Al y Ga 1-x-y N층(40)의 상부 질화물계 클래드층에 직접 증착하고 열처리를 비롯한 후속 공정을 행하는 후에 오믹접촉 계면이 아니라 비접촉 저항이 큰 쇼키접촉 계면을 형성하고 있어, 새로운 투명성 전도성 물질 또는 제조 공정이 필요한 실정이다.On the other hand, since the upper nitride-based cladding layer 40 has a relatively high sheet resistance due to low carrier concentration and mobility, before forming the p-type electrode pad 60, a good quality is obtained. There is a need for additional material systems capable of forming ohmic contact current spreading layers. In contrast, US Pat. No. 5,563,422 discloses a p-type In x Al y Ga 1-xy N layer 40 having a group III metal polar surface located at the top layer of a light emitting structure for group III nitride semiconductor light emitting diode devices. Before forming the p-type electrode pad 60 on the upper nitride-based cladding layer, Ni / Au is used to form an ohmic contact current spreading layer 50 which forms an ohmic contact interface having a low specific contact resistance in the vertical direction. A constructed material system was proposed. Furthermore, in order to obtain a high brightness light emitting diode device through the high light transmittance of the ohmic contact current spreading layer 50, in recent years, ohmic contact current spreading formed of various opaque metals or alloys including the Ni / Au material system Instead of the layer 50, a method of forming a transparent conductive material such as indium tin oxide (ITO) or zinc oxide (ZnO), which is known to have an average transmittance of 90% or more, has been proposed. However, the above-described transparent electroconductive material system has a p-type In x Al y Ga 1-xy N (0≤x, 0≤y, x + y≤1) layer having a group III metal polar surface (~ 7.5 eV or more). Small work function (4.7 ~ 6.1eV), and direct deposition on upper nitride based cladding layer of p-type In x Al y Ga 1-xy N layer 40 with group III metal polarity and subsequent heat treatment After performing the process, the Schottky contact interface having a large specific contact resistance is formed instead of the ohmic contact interface, and a new transparent conductive material or a manufacturing process is required.

최근 들어서 적, 녹, 청색의 3개 LED 소자 칩을 조합하거나, 또는 단파장의 펌핑 발광다이오드(pumping LED) 소자에 형광체(phosphor)를 접목하여 백색을 발광하는 백색광원용 LED가 개발되어 조명장치로도 그 응용범위가 넓어지고 있다. 특히, 상기한 그룹 3족 질화물계 반도체 단결정을 이용한 LED 소자는 전기에너지를 빛에너지로 변환하는 효율이 높고 수명이 평균 5년 이상으로 길며 에너지 소모와 유지보수 비용을 크게 절감할 수 있는 장점이 있어서 차세대 조명용 백색광원 분야에서 주목받고 있다. 이를 위해서, 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체 내의 질화물계 활성층에서 생성된 빛을 최대한 많이 외부로 끄집어내어 패키징된 발광다이오드 소자의 에너지 변환 효율(lm/W)을 증가시켜야 한다. 일반적 으로 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드의 외부 발광 효율은 의외로 상당히 낮은 수준이다. 이러한 이유는 질화갈륨(GaN)을 비롯한 그룹 3족 질화물계 반도체 또는 ITO 또는 ZnO 등의 오믹접촉 커런트스프레딩층과 몰딩 소재 간의 큰 굴절률(refractive index) 차에 의하여 LED 구조에서 발생된 빛의 상당 부분이 외부로 방출되지 않고 전반사되어 다시 LED 내부 쪽으로 진행하여 소멸하게 된다. 일예로, 질화갈륨(GaN)의 경우 굴절률을 약 2.3, 몰딩재의 굴절률을 약 1.5 정도로 가정할 경우 두 물질의 접합면에서 전반사되는 빛의 양은 약 90% 정도로 광추출 효율 측면에서 많은 개선이 요구된다.Recently, a white light source LED that emits white light by combining three LED device chips of red, green, and blue, or by incorporating phosphors into a short wavelength pumping LED device has been developed as an illumination device. The application range is widening. In particular, the LED device using the group III-nitride-based semiconductor single crystal described above has the advantage of high efficiency of converting electrical energy into light energy, long life of more than 5 years on average, and greatly reducing energy consumption and maintenance cost. It is attracting attention in the field of white light source for next generation lighting. To this end, the energy conversion efficiency (lm / W) of the packaged light emitting diode device should be increased by drawing out the light generated in the nitride-based active layer in the light emitting structure for the group III nitride semiconductor light emitting diode device to the outside as much as possible. In general, the external luminous efficiency of the group III nitride semiconductor light emitting diodes is surprisingly low. This is due to the large amount of light generated in the LED structure due to the large refractive index difference between the group III nitride semiconductor including gallium nitride (GaN) or the ohmic contact current spreading layer such as ITO or ZnO and the molding material. It is not emitted to the outside but is totally reflected and then goes back to the inside of the LED and disappears. For example, assuming that gallium nitride (GaN) has a refractive index of about 2.3 and a molding material having a refractive index of about 1.5, the amount of light totally reflected at the joint surface of the two materials is about 90%, requiring much improvement in light extraction efficiency. .

이를 해결하기 위한 방안으로서, 성장기판(10) 상부에 발광다이오드 소자용 발광구조체를 성장한 다음, 성장기판(10)인 사파이어를 발광구조체로부터 분리(lift-off)하여 두 오믹접촉 전극 및 전극패드가 발광다이오드 소자의 상/하부에 대향되게 위치시켜, 외부에서 인가된 전류가 한 방향으로 흐르게 되어 발광효율이 향상된 수직구조의 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자가 많은 문헌들(미국특허, US 6,071,795, US 6,335,263, US 20060189098)에서 개시되고 있다.As a solution to this problem, the light emitting structure for the light emitting diode device is grown on the growth substrate 10, and then the sapphire, which is the growth substrate 10, is lifted off from the light emitting structure, so that the two ohmic contact electrodes and the electrode pad are formed. Many groups of group III nitride semiconductor light emitting diode devices having a vertical structure in which the light emitting efficiency is improved by being disposed opposite to the upper and lower parts of the light emitting diode device and the current applied from the outside flows in one direction (US Patent, US 6,071,795) , US 6,335,263, US 20060189098.

도 2 내지 7은 종래 수직구조의 발광다이오드 소자 제조 기술의 일예로서, 수직구조의 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자의 일반적인 제조 공정을 보인 단면도이다.2 to 7 are cross-sectional views illustrating a general manufacturing process of a group III-nitride semiconductor light emitting diode device having a vertical structure as an example of a conventional vertical structure light emitting diode device manufacturing technology.

일반적인 수직구조의 발광다이오드 소자 제조 방법은 MOCVD 또는 HVPE 등의 성장 장비를 이용하여 사파이어 성장기판 상면에 발광다이오드 소자용 발광구조체를 형성시킨 후, 상기 발광다이오드 소자용 발광구조체의 최상층부에 존재하는 상 부 질화물계 클래드층 상면에 반사성 p형 오믹접촉 전극구조체를 형성시킨 다음, 별도로 준비된 지지기판 웨이퍼를 300℃ 미만의 온도에서 솔더링 웨이퍼 결합(soldering wafer bonding) 또는 전기도금(electro-plating) 방법에 사용하여 상기 반사성 p형 오믹접촉 전극구조체 상면에 형성시킨 다음, 발광구조체로부터 사파이어 성장기판을 분리 제거하여 수직구조의 발광다이오드 소자를 제조한다.In general, a method of manufacturing a light emitting diode device having a vertical structure is formed by forming a light emitting diode structure for a light emitting diode device on an upper surface of a sapphire growth substrate using growth equipment such as MOCVD or HVPE, and then presenting an upper portion of the light emitting structure for a light emitting diode device. After forming the reflective p-type ohmic contact electrode structure on the nitride clad layer, the separately prepared supporting substrate wafer was used for soldering wafer bonding or electroplating at a temperature of less than 300 ° C. After forming on the reflective p-type ohmic contact electrode structure, the sapphire growth substrate is separated from the light emitting structure to manufacture a vertical light emitting diode device.

우선 먼저, 도 2를 참조하면, 사파이어 성장기판(10)의 상부에 MOCVD 또는 HVPE 등의 성장 장비를 이용하여, 언도프(undope)된 GaN 또는 InGaN 버퍼층(미도시), n형 도전성의 반도체 물질로 구성된 하부 질화물계 클래드층(20), InGaN 및 GaN으로 형성된 질화물계 활성층(30), p형 도전성의 반도체 물질로 구성된 상부 질화물계 클래드층(40)을 순차적으로 성장한 발광다이오드 소자용 발광구조체를 형성한다. 앞서 지적한 바와 같이, MOCVD 또는 또는 MBE 등의 성장 장비를 이용하여 그룹 3족 질화물계 반도체 단결정을 성장하고 나면, 대기(air)와 접하고 있는 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1)층은 그룹 3족 금속 극성 표면을 갖는 반면, 성장기판인 사파이어(10)와 접하고 있는 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1)층은 질소 극성 표면을 갖게 된다.First, referring to FIG. 2, an undoped GaN or InGaN buffer layer (not shown), an n-type conductive semiconductor material, using growth equipment such as MOCVD or HVPE on the sapphire growth substrate 10 is shown. A light emitting structure for a light emitting diode device comprising a lower nitride-based cladding layer 20, a nitride-based active layer 30 formed of InGaN and GaN, and an upper nitride-based cladding layer 40 composed of a p-type conductive semiconductor material. Form. As pointed out above, after growing group III-nitride semiconductor single crystal using growth equipment such as MOCVD or MBE, In x Al y Ga 1-xy N (0≤x, 0) in contact with the air Y < y, x + y < / RTI > 1 layer has a Group 3 metal polar surface, while In x Al y Ga 1-xy N (0 < = x, 0 < y, x, in contact with the growth substrate sapphire 10) The layer + y≤1) has a nitrogen polar surface.

발광다이오드 소자용 발광구조체를 사파이어 성장기판(10) 상면에 형성한 후, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 p형 도전성의 반도체 물질로 구성된 상부 질화물계 클래드층(40) 상면에 반사성 p형 오믹접촉 전극구조체(reflective ohmic contacting electrode system: 103)와 물질 확산 장벽층(diffusion barrier layer)을 포함한 별도의 다층(102)을 형성한다. 특히, 각 층간의 기계적 결합력 강화뿐만 이 아니라 상기 반사성 p형 오믹접촉 전극구조체(103)와 그룹 3족 금속 극성 표면을 갖는 상부 질화물계 클래드층(40) 사이에 양질의 오믹접촉 계면을 형성하기 위한 수단으로서 어닐링(annealing) 및 표면처리(surface treatment)와 같은 공정들을 각 단계 전/후에 도입한다.After the light emitting structure for the light emitting diode device is formed on the top surface of the sapphire growth substrate 10, as shown in FIG. 3, the reflective p-type ohmic is formed on the top surface of the upper nitride-based cladding layer 40 made of the p-type conductive semiconductor material. A separate multilayer 102 is formed including a reflective ohmic contacting electrode system 103 and a diffusion barrier layer. In particular, in order to form a good ohmic contact interface between the reflective p-type ohmic contact electrode structure 103 and the upper nitride-based cladding layer 40 having a group III metal polar surface as well as strengthening the mechanical bonding force between the layers. As means, processes such as annealing and surface treatment are introduced before and after each step.

그런 후, 도 4에 보인 바와 같이, 전기도금(electro-plating)용 씨딩 박막(seeding thinfilm) 또는 웨이퍼 결합(wafer bonding)용 솔더링 박막(soldering thinfilm)의 별도의 단층 또는 다층(101)을 이용하여 지지기판 웨이퍼(100)를 상기 반사성 p형 오믹접촉 전극구조체(103) 위에 형성한다.Then, as shown in FIG. 4, using a separate single layer or multilayer 101 of a seeding thin film for electroplating or a soldering thin film for wafer bonding. A support substrate wafer 100 is formed on the reflective p-type ohmic contact electrode structure 103.

그런 다음, 화학-기계적인 연마(CMP), 습식 식각 용액을 이용한 화학적 식각 분해, 또는 강한 에너지를 갖는 포톤 빔(photon beam)을 조사하여 열-화학 분해(thermo-chemical decomposition) 반응을 이용하여 성장기판(10)을 분리 제거(lift-off and removal)한다. 도 5에 보인 바와 같이, 사파이어 성장기판(10)처럼 광학적으로 투명한 물질인 경우에는 강한 에너지 빔인 레이저(laser)를 사파이어 후면에 조사하여 발광다이오드 소자용 발광구조체(20)와 사파이어 성장기판(10) 사이의 계면에 열-화학 분해 반응을 일으켜 사파이어 성장기판(10)을 분리 제거하는 것이 바람직하다. 도 6에 도시된 바와 같이, 사파이어 성장기판(10) 및 잔해물을 완전히 제거한 후에는 지지기판 웨이퍼(100) 상면에 다층의 전기전도성 박막층(101, 102, 103)과 발광다이오드 소자용 발광구조체(40, 30, 20)가 적층 형성되어 있다.Then, chemical-mechanical polishing (CMP), chemical etch decomposition using a wet etching solution, or photon beams with strong energy are irradiated and grown using a thermo-chemical decomposition reaction. The substrate 10 is lifted off and removed. As shown in FIG. 5, in the case of an optically transparent material such as the sapphire growth substrate 10, a light emitting structure 20 and a sapphire growth substrate 10 for a light emitting diode device are irradiated by irradiating a laser beam, which is a strong energy beam, on the rear surface of the sapphire. It is preferable to cause a thermal-chemical decomposition reaction at the interface therebetween to separate and remove the sapphire growth substrate 10. As shown in FIG. 6, after the sapphire growth substrate 10 and the debris are completely removed, the multilayer conductive electroconductive thin film layers 101, 102, 103 and the light emitting structure 40 for the light emitting diode device are formed on the upper surface of the support substrate wafer 100. , 30 and 20 are laminated.

특히, 사파이어 성장기판(10) 상면에 접하고 있던 발광다이오드 소자용 발광 구조체, 즉 질소 극성 표면(nitrogen polar surface)의 하부 질화물계 클래드층(20)/질화물계 활성층(30)/상부 질화물계 클래드층(40)과의 적층 순서와는 반대로 질소 극성 표면의 하부 질화물계 클래드층(20)이 대기(air)에 노출되고, 상기 하부 질화물계 클래드층(20) 하면에 순차적으로 질화물계 활성층(30) 및 상부 질화물계 클래드층(40)이 적층 형성되어 있다.In particular, the light emitting structure for a light emitting diode device that is in contact with the upper surface of the sapphire growth substrate 10, that is, the lower nitride-based cladding layer 20 / nitride-based active layer 30 / upper nitride-based cladding layer of the nitrogen polar surface. Contrary to the stacking order with (40), the lower nitride-based cladding layer 20 on the surface of nitrogen polarity is exposed to air, and the nitride-based active layer 30 is sequentially disposed on the lower surface of the lower nitride-based cladding layer 20. And an upper nitride cladding layer 40 are laminated.

도 7은 질소 극성 표면을 갖는 하부 질화물계 클래드층(20) 상면에 부분 n형 전극구조체(104) 및 전면 n형 전극구조체(105, 104)가 형성된 수직구조의 발광다이오드 소자를 보인 단면도이다. 그러나, 상기한 바와 같이, 질소 극성 표면을 갖는 하부 질화물계 클래드층(20)은 그룹 3족 금속 극성 표면을 갖는 하부 질화물계 클래드층(20)과는 표면 특성이 확연하게 달라서 양호한 오믹접촉 계면을 형성하는 n형 전극구조체 형성이 쉽지 않다. 만일 양호한 오믹접촉 계면을 형성하는 n형 전극구조체 구비한 수직구조의 발광다이오드 소자가 제조되지 못한다면, 수직구조의 발광다이오드 소자 구동 시에 높은 구동 전압 강하(driving voltage drop)가 발생 되어 많은 에너지 소비뿐만이 아니라, 이로 인한 다량의 열 발생과 빠른 소자 퇴화로 인해서 낮은 소자 신뢰성 및 짧은 수명을 초래하는 것으로 알려져 있다.FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a vertical light emitting diode device in which a partial n-type electrode structure 104 and front n-type electrode structures 105 and 104 are formed on an upper surface of a lower nitride-based cladding layer 20 having a nitrogen polarity surface. However, as described above, the lower nitride-based cladding layer 20 having the nitrogen polarity surface is significantly different from the lower nitride-based cladding layer 20 having the group III metal polarity surface to provide a good ohmic contact interface. It is not easy to form the n-type electrode structure to be formed. If a vertical light emitting diode device having an n-type electrode structure forming a good ohmic contact interface is not manufactured, a high driving voltage drop occurs when driving the vertical light emitting diode device, resulting in high energy consumption. Rather, it is known to result in low device reliability and short lifetime due to the large amount of heat generation and rapid device degeneration.

본 발명은 그룹 3족 금속 극성(metal polar surface)을 갖는 그룹 3족 질화물계 반도체 표면과 완전히 다른 표면 거동을 보인 질소 극성 표면(nitrogen polar surface)의 그룹 3족 질화물계 반도체 상면에 양호한 오믹접촉 계면(ohmic contacting interface)을 형성하는 전극구조체를 형성하여 전기적 또는 광학적 특성이 향상된 그룹 3족 질화물계 반도체 소자와 발광다이오드 소자, 그리고 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention provides a good ohmic contact interface on an upper surface of a group III-nitride semiconductor of a nitrogen polar surface, which exhibits a completely different surface behavior from that of a group III-nitride semiconductor surface having a group 3 metal polar surface. The present invention relates to a group III nitride semiconductor device, a light emitting diode device, and a method of manufacturing the same, which form an electrode structure that forms an ohmic contacting interface, thereby improving electrical or optical characteristics.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 그룹 3족 질화물계 반도체 소자는 질소 극성 표면(nitrogen polar surface)을 갖는 그룹 3족 질화물계 반도체층 상면을 대기에 노출시키고, 상기 질소 극성 표면을 갖는 그룹 3족 질화물계 반도체층 상면에 형성된 표면개질층(surface modification layer)을 포함한 전극구조체;를 구비한다. 상세하게는 질소 극성 표면을 갖는 그룹 3족 질화물계 반도체층과 전극구조체 사이에 오믹접촉 계면을 형성하기 위해 계면개질층을 개재한다.In order to achieve the above object, the group III-nitride semiconductor device according to the present invention exposes the upper surface of the group III-nitride semiconductor layer having a nitrogen polar surface to the atmosphere, and the group having the nitrogen polar surface. And an electrode structure including a surface modification layer formed on an upper surface of the group III nitride semiconductor layer. Specifically, an interfacial modification layer is interposed to form an ohmic contact interface between the group III-nitride semiconductor layer having a nitrogen polarity surface and the electrode structure.

상기 질소 극성 표면을 갖는 그룹 3족 질화물계 반도체층 상면에 위치한 표면개질층은 황(S), 셀레륨(Se), 텔레륨(Te), 불소(S) 원소 중 하나와 인듐(In), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 란탄늄(La) 원소 중 하나와 결합한 금속화합물(metallic compound)로 구성된다. 바람직하게는 상기 표면개질층은 5 나노미터(nm) 이하의 두께를 갖는 금속화합물로 형성된다.The surface modification layer on the upper surface of the group III nitride-based semiconductor layer having the nitrogen polarity surface is one of sulfur (S), selenium (Se), telelium (Te), fluorine (S) elements, indium (In), It consists of a metallic compound combined with one of zinc (Zn), magnesium (Mg), aluminum (Al), gallium (Ga), and lanthanum (La) elements. Preferably, the surface modification layer is formed of a metal compound having a thickness of 5 nanometers (nm) or less.

또한, 상기 표면개질층 상면에 형성된 전극구조체는 부분 전극구조체(partial electrode system) 또는 전면 전극구조체(full electrode system)로 형성된다.In addition, the electrode structure formed on the top surface of the surface modification layer is formed of a partial electrode structure or a full electrode system.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 수직구조의 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자는 질소 극성 표면(nitrogen polar surface)을 갖는 n형 도전성의 반도체 물질로 구성된 하부 질화물계 클래드층과 p형 도전성의 반도체 물질로 구성된 상부 질화물계 클래드층 사이에 질화물계 활성층을 갖는 수직구조의 발광다이오드 소자에 있어서, 대기에 노출된 질소 극성 표면을 갖는 n형 도전성의 그룹 3족 질화물계 반도체 물질로 구성된 하부 질화물계 클래드층 상면에 표면개질층을 포함한 n형 전극구조체;를 구비한다.In order to achieve the above object, the vertical group III-nitride semiconductor light emitting diode device according to the present invention has a lower nitride-based cladding layer composed of an n-type conductive semiconductor material having a nitrogen polar surface and a p-type. A vertical light emitting diode device having a nitride-based active layer between an upper nitride-based cladding layer composed of a conductive semiconductor material, the lower portion consisting of an n-type conductive group III-nitride semiconductor material having a nitrogen polar surface exposed to the atmosphere And an n-type electrode structure including a surface modification layer on an upper surface of the nitride cladding layer.

상기 질소 극성 표면을 갖는 그룹 3족 질화물계 반도체 상면에 위치한 표면개질층은 황(S), 셀레륨(Se), 텔레륨(Te), 불소(S) 원소 중 하나와 인듐(In), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 란탄늄(La) 원소 중 하나와 결합한 금속화합물(metallic compound)로 구성된다. 바람직하게는 상기 표면개질층은 5 나노미터(nm) 이하의 두께를 갖는 금속화합물로 형성된다.The surface modification layer located on the upper surface of the group III-nitride semiconductor having the nitrogen polarity surface is one of sulfur (S), selenium (Se), telelium (Te), and fluorine (S) elements, and indium (In) and zinc. It is composed of a metallic compound combined with one of (Zn), magnesium (Mg), aluminum (Al), gallium (Ga), and lanthanum (La) elements. Preferably, the surface modification layer is formed of a metal compound having a thickness of 5 nanometers (nm) or less.

또한, 상기 표면개질층 상면에 형성된 n형 전극구조체는 부분 전극구조체(partial n-type electrode system) 또는 전면 n형 전극구조체(full n-type electrode system)로 형성된다.Further, n-type electrode structure formed on an upper surface of the surface modification layer is formed from a portion of the electrode structure (partial n -type electrode system) or on the front n-type electrode structure (full n -type electrode system).

상기 부분 n형 전극구조체는 표면개질층 상면의 일부 영역에 형성하고 600nm 이하의 파장대역에서 50% 이상의 반사율을 갖는 반사성 오믹접촉 전극(reflective ohmic contacting electrode) 및 반사성 전극패드(reflective electrode pad)로 구성된 반면, 상기 전면 n형 전극구조체는 표면개질층 상면의 전체 영역에 형성하고 600nm 이하의 파장대역에서 70% 이상의 투과율을 갖는 투명성 오믹접촉 전극(transparent ohmic contacting electrode)과, 상기 투명성 오믹접촉 전극 상면에 형성하고 600nm 이하의 파장대역에서 50% 이상의 반사율을 갖는 반사성 전극패드(reflective electrode pad)로 구성된다.The partial n-type electrode structure includes a reflective ohmic contacting electrode and a reflective electrode pad formed on a portion of an upper surface of the surface modification layer and having a reflectance of 50% or more in a wavelength band of 600 nm or less. On the other hand, the front n-type electrode structure is formed on the entire region of the upper surface modification layer and has a transparent ohmic contacting electrode having a transmittance of 70% or more in a wavelength band of 600 nm or less, and the upper surface of the transparent ohmic contact electrode. It is formed of a reflective electrode pad having a reflectivity of 50% or more in the wavelength band of 600nm or less.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 수직구조의 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자 제조 방법은 질소 극성 표면(nitrogen polar surface)을 갖는 n형 도전성의 반도체 물질로 구성된 하부 질화물계 클래드층과 p형 도전성의 반도체 물질로 구성된 상부 질화물계 클래드층 사이에 질화물계 활성층을 갖는 수직구조의 발광다이오드 소자 제조 방법에 있어서, 가. 지지기판 위에 상기 상부 질화물계 클래드층, 질화물계 활성층, 및 하부 질화물계 클래드층이 순차적으로 적층된 수직구조의 발광다이오드 소자용 발광구조체의 상기 하부 질화물계 클래드층 위에 5 나노미터(nm) 이하의 두께를 갖는 표면개질층을 형성하는 단계와; 나. 상기 가단계를 거쳐 형성된 표면개질층 상면에 반사성 오믹접촉 전극 및 반사성 전극패드로 구성된 부분 n형 전극구조체를 형성하는 단계; 다. 상기 나단계를 거친 후에 열처리를 수행하는 단계;를 포함한다.In addition, in order to achieve the above object, a vertical group III-nitride semiconductor light emitting diode device manufacturing method according to the present invention is a lower nitride-based cladding composed of an n-type conductive semiconductor material having a nitrogen polar surface (nitrogen polar surface) A method of manufacturing a vertical light emitting diode device having a nitride based active layer between a layer and an upper nitride based cladding layer composed of a p-type conductive semiconductor material, a. 5 nanometers (nm) or less on the lower nitride-based cladding layer of the light emitting structure for a vertical light emitting diode device in which the upper nitride-based cladding layer, the nitride-based active layer, and the lower nitride-based cladding layer are sequentially stacked on a supporting substrate. Forming a surface modification layer having a thickness; I. Forming a partial n-type electrode structure including a reflective ohmic contact electrode and a reflective electrode pad on an upper surface of the surface modification layer formed through the provisional step; All. It includes; performing a heat treatment after the step Na.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 부분 n형 전극구조체를 형성하는 단계 이전에 상기 하부 질화물계 클래드층 위에 표면개질층을 열처리하는 단계;를 더 포함한다.According to another aspect of the invention, the step of heat-treating the surface modification layer on the lower nitride-based cladding layer before forming the partial n-type electrode structure.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 부분 n형 전극구조체의 반사성 오믹접촉 전극을 형성한 다음, 연이어 반사성 전극패드를 형성하기에 앞서, 열처리하는 단계;를 더 포함한다.According to another aspect of the present invention, after forming the reflective ohmic contact electrode of the partial n-type electrode structure, and subsequently forming a reflective electrode pad, further comprising a heat treatment; further comprises.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 수직구조의 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자 제조 방법은 질소 극성 표면(nitrogen polar surface)을 갖는 n형 도전성의 반도체 물질로 구성된 하부 질화물계 클래드층과 p형 도전성의 반도체 물질로 구성된 상부 질화물계 클래드층 사이에 질화물계 활성층을 갖는 발광다이오드 소자 제조 방법에 있어서, 가. 지지기판 위에 상기 상부 질화물계 클래드층, 질화물계 활성층, 및 하부 질화물계 클래드층이 순차적으로 적층된 수직구조의 발광다이오드 소자용 발광구조체의 상기 하부 질화물계 클래드층 위에 5 나노미터(nm) 이하의 두께를 갖는 표면개질층을 형성하는 단계와; 나. 상기 가단계를 거쳐 형성된 표면개질층 상면에 투명성 오믹접촉 전극 및 반사성 전극패드로 구성된 전면 n형 전극구조체를 형성하는 단계; 다. 상기 나단계를 거친 후에 열처리를 수행하는 단계;를 포함한다.In addition, in order to achieve the above object, a vertical group III-nitride semiconductor light emitting diode device manufacturing method according to the present invention is a lower nitride-based cladding composed of an n-type conductive semiconductor material having a nitrogen polar surface (nitrogen polar surface) A method of manufacturing a light emitting diode device having a nitride based active layer between a layer and an upper nitride based cladding layer composed of a p-type conductive semiconductor material, a. 5 nanometers (nm) or less on the lower nitride-based cladding layer of the light emitting structure for a vertical light emitting diode device in which the upper nitride-based cladding layer, the nitride-based active layer, and the lower nitride-based cladding layer are sequentially stacked on a supporting substrate. Forming a surface modification layer having a thickness; I. Forming a front n-type electrode structure composed of a transparent ohmic contact electrode and a reflective electrode pad on an upper surface of the surface modification layer formed through the provisional step; All. It includes; performing a heat treatment after the step Na.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 전면 n형 전극구조체를 형성하는 단계 이전에 상기 하부 질화물계 클래드층 위에 표면개질층을 열처리하는 단계;를 더 포함한다.According to another aspect of the invention, the step of heat-treating the surface modification layer on the lower nitride-based cladding layer before the step of forming the front n-type electrode structure.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 전면 n형 전극구조체의 투명성 오믹접촉 전극을 형성한 다음, 연이어 반사성 전극패드를 형성하기에 앞서, 열처리하는 단계;를 더 포함한다.According to another aspect of the present invention, after forming the transparent ohmic contact electrode of the front n-type electrode structure, and subsequently forming a reflective electrode pad, further comprising a heat treatment; further comprises.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 질소 극성 표면(nitrogen polar surface)의 그룹 3족 질화물계 반도체 상면에 양호한 오믹접촉 계면(ohmic contacting interface)을 형성하는 전극구조체를 형성하여 전기적 또는 광학적 특성이 향상된 그룹 3족 질화물계 반도체 소자와 발광다이오드 소자를 제조할 수 있다.As described above, the present invention provides a group 3 in which an electrode structure for forming a good ohmic contacting interface is formed on a group III nitride-based semiconductor upper surface of a nitrogen polar surface, thereby improving electrical or optical characteristics. A group nitride semiconductor device and a light emitting diode device can be manufactured.

이하, 첨부된 도를 참조하여, 본 발명에 따라 제조된 그룹 3족 질화물계 반도체 소자와 발광다이오드 소자에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a group III nitride semiconductor device and a light emitting diode device manufactured according to the present invention will be described in more detail.

도 8은 본 발명에 의해 제조된 제1 실시예로서 보인 그룹 3족 질화물계 반도체 소자의 단면도이다.8 is a cross-sectional view of a group III-nitride semiconductor device shown as a first embodiment manufactured by the present invention.

도면을 참조하면, 그룹 3족 질화물계 반도체 소자는 지지기판(200), 그룹 3족 질화물계 반도체 소자용 다층구조체(210), 질소 극성(nitrogen polarity)의 표면을 갖는 그룹 3족 질화물계 반도체층(220), 표면개질층(230), 부분 전극구조체(240)가 순차적으로 적층된 구조로 되어 있다.Referring to the drawings, the group III nitride semiconductor device includes a group III nitride semiconductor layer having a support substrate 200, a multilayer structure 210 for group III nitride semiconductor devices, and a surface of nitrogen polarity. The 220, the surface modification layer 230, and the partial electrode structure 240 are sequentially stacked.

여기서, 지지기판(200)으로부터 질소 극성(nitrogen polarity)의 표면을 갖는 그룹 3족 질화물계 반도체층(220)까지가 그룹 3족 질화물계 반도체 소자용 구조체에 해당하고, 상기 질소 극성(nitrogen polarity)의 표면을 갖는 그룹 3족 질화물계 반도체층(220) 상면에 적층된 표면개질층(230) 및 부분 전극구조체(240)가 오믹접촉 계면(ohmic contacting interface)을 갖는 전극구조체에 해당한다.Here, from the support substrate 200 to the group III nitride semiconductor layer 220 having the surface of nitrogen polarity, the group III nitride based semiconductor device structure corresponds to the nitrogen polarity. The surface modification layer 230 and the partial electrode structure 240 stacked on the upper surface of the group III-nitride semiconductor layer 220 having a surface thereof correspond to an electrode structure having an ohmic contacting interface.

지지기판(200)은 사파이어(Al₂O₃), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs) 중 어느 하나로 형성된 것이 바람직하다.The support substrate 200 is preferably formed of any one of sapphire (Al ₂ O ₃ ), silicon carbide (SiC), silicon (Si), gallium arsenide (GaAs).

그룹 3족 질화물계 반도체 소자용 다층구조체(210)로부터 그룹 3족 질화물계 반도체층(220)까지의 각 층은 그룹 3족 질화물계 반도체 화합물의 일반식인 Al_xIn_yGa_zN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, 0≤x+y+z≤1)로 표현되는 반도체 화합물 중 선택된 어느 화합물을 기본으로 하여 형성되고, n형 도전성의 질화물계 반도체층 및 p형 도전성의 질화물계 반도체층는 해당 도펀트(dopant)가 첨가된다.Each layer from the multi-layer structure 210 for group III nitride semiconductor elements to the group III nitride semiconductor layer 220 is Al _x In _y Ga _z N (0≤x), which is a general formula of the group III nitride semiconductor compound. An n-type conductive nitride semiconductor layer formed on the basis of any compound selected from semiconductor compounds represented by ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1, 0 ≤ x + y + z ≤ 1); The dopant is added to the p-type conductive nitride-based semiconductor layer.

일예로서 질화갈륨(GaN)계 화합물 반도체를 적용하는 경우, n형 도전성의 질화물계 반도체층은 GaN에 n형 도펀트로서 Si, Ge, Se, Te등이 첨가되어 형성되고, p형 도전성의 질화물계 반도체층은 GaN에 p형 도펀트로서 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등이 첨가되어 형성된다.For example, when a gallium nitride (GaN) compound semiconductor is applied, an n-type conductive nitride semiconductor layer is formed by adding Si, Ge, Se, Te, or the like as an n-type dopant to GaN, and a p-type conductive nitride-based semiconductor layer. The semiconductor layer is formed by adding Mg, Zn, Ca, Sr, Ba, or the like to GaN as a p-type dopant.

특히, 상기 질소 극성(nitrogen polarity)의 표면을 갖는 그룹 3족 질화물계 반도체층(220)은 질소(nitrogen) 원자로 끝나는 표면을 갖고 대기(air)에 노출된다.In particular, the group III-nitride semiconductor layer 220 having the surface of the nitrogen polarity has a surface ending with nitrogen atoms and is exposed to the air.

상기 질소 극성(nitrogen polarity)의 표면을 갖는 그룹 3족 질화물계 반도체층(220) 상면 일부 영역에 위치한 표면개질층(230)은 부분 전극구조체(240)가 접촉저항이 낮은 오믹접촉 계면을 형성하도록 촉진하는 역할을 담당하는 층으로서 5 나노미터(nm) 이하의 두께를 갖는 금속화합물(metallic compound)로 형성된다. 상기 표면개질층(230)을 구성하고 있는 금속화합물은 황(S), 셀레륨(Se), 텔레 륨(Te), 불소(S) 원소 중 하나와 인듐(In), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 란탄늄(La) 원소 중 하나와 결합한 물질이다.The surface modification layer 230 disposed on a portion of the upper surface of the group III-nitride semiconductor layer 220 having the nitrogen polarity surface may allow the partial electrode structure 240 to form an ohmic contact interface having a low contact resistance. It is formed of a metallic compound having a thickness of 5 nanometers (nm) or less as a layer responsible for promoting. The metal compound constituting the surface modification layer 230 includes one of sulfur (S), selenium (Se), telerium (Te), and fluorine (S) elements, and indium (In), zinc (Zn), and magnesium. It is a material combined with one of (Mg), aluminum (Al), gallium (Ga), and lanthanum (La) elements.

상기 부분 전극구조체(240)는 표면개질층(200) 상면에 위치하며, 소정의 형상 및 치수로 상기 표면개질층(200)의 일정 영역에 형성된다.The partial electrode structure 240 is positioned on an upper surface of the surface modification layer 200 and is formed in a predetermined region of the surface modification layer 200 in a predetermined shape and dimension.

상기 부분 전극구조체(240)는 600nm 이하의 파장대역에서 50% 이상의 반사율을 갖는 반사성 오믹접촉 전극(reflective ohmic contacting electrode) 및 반사성 전극패드(reflective electrode pad)로 구성된다.The partial electrode structure 240 includes a reflective ohmic contacting electrode and a reflective electrode pad having a reflectivity of 50% or more in a wavelength band of 600 nm or less.

일예로서 표면개질층(230)과 부분 전극구조체(240)는 각각 In2S3 및 Cr/Al/Ni/Au가 적용될 수 있다.As an example, In 2 S 3 and Cr / Al / Ni / Au may be applied to the surface modification layer 230 and the partial electrode structure 240, respectively.

상기 표면개질층(230)과 부분 전극구조체(240)의 형성 방법은 전자빔 증착기, PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), PLD(plasma laser deposition), 이중형의 열증착기(dual-type thermal evaporator) 스퍼터링(sputtering) 등에 의해 형성하면 된다.The surface modification layer 230 and the partial electrode structure 240 may be formed by an electron beam evaporator, physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), plasma laser deposition (PLD), or dual-type thermal evaporator (dual-type). The thermal evaporator may be formed by sputtering or the like.

또한, 표면개질층(230)과 부분 전극구조체(240)를 형성하기 위해 적용되는 증착온도는 20℃ 내지 1500℃ 범위내에서, 증착기 내의 압력은 대기압 내지 10^-12 토르 정도에서 수행한다.In addition, the deposition temperature applied to form the surface modification layer 230 and the partial electrode structure 240 is in the range of 20 ℃ to 1500 ℃, the pressure in the evaporator is carried out at atmospheric pressure to about 10 ^-12 Torr.

또한, 표면개질층(230)과 부분 전극구조체(240)를 증착 한 이후에 양질의 전기 및 기계적 특성을 향상시키고자 열처리(annealing)를 하는 것이 바람직하다. 열처리(annealing)는 반응기내의 온도를 100℃ 내지 800℃에서 진공 또는 가스 분위 기에서 10초 내지 3시간 정도 수행한다. 열처리 시 반응기 내에 투입되는 가스는 질소, 아르곤, 헬륨, 산소, 수소, 공기 중 적어도 하나 이상의 기체가 적용될 수 있다.In addition, after depositing the surface modification layer 230 and the partial electrode structure 240, it is preferable to perform annealing to improve the electrical and mechanical properties of good quality. Annealing is carried out for 10 seconds to 3 hours in a vacuum or gas atmosphere at 100 ℃ to 800 ℃ temperature in the reactor. At least one gas of nitrogen, argon, helium, oxygen, hydrogen, or air may be applied to the gas introduced into the reactor during the heat treatment.

도 9는 본 발명에 의해 제조된 제2 실시예로서 보인 그룹 3족 질화물계 반도체 소자의 단면도이다.9 is a cross-sectional view of a group III-nitride semiconductor device shown as a second embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 그룹 3족 질화물계 반도체 소자는 지지기판(300), 그룹 3족 질화물계 반도체 소자용 다층구조체(310), 질소 극성(nitrogen polarity)의 표면을 갖는 그룹 3족 질화물계 반도체층(320), 표면개질층(330), 전면 전극구조체(340)가 순차적으로 적층된 구조로 되어 있다.Referring to the drawings, the group III nitride semiconductor device includes a group III nitride semiconductor layer having a support substrate 300, a multi-layer structure 310 for group III nitride semiconductor devices, and a surface of nitrogen polarity. The 320, the surface modification layer 330, and the front electrode structure 340 are sequentially stacked.

여기서, 지지기판(300)으로부터 질소 극성(nitrogen polarity)의 표면을 갖는 그룹 3족 질화물계 반도체층(320)까지가 그룹 3족 질화물계 반도체 소자용 구조체에 해당하고, 상기 질소 극성(nitrogen polarity)의 표면을 갖는 그룹 3족 질화물계 반도체층(320) 상면에 적층된 표면개질층(330) 및 전면 전극구조체(340)가 오믹접촉 계면(ohmic contacting interface)을 갖는 전극구조체에 해당한다.Here, from the support substrate 300 to the group III nitride-based semiconductor layer 320 having the surface of nitrogen polarity, the group III nitride-based semiconductor device structure corresponds to the nitrogen polarity. The surface modification layer 330 and the front electrode structure 340 stacked on the upper surface of the group III-nitride-based semiconductor layer 320 having a surface thereof correspond to an electrode structure having an ohmic contacting interface.

지지기판(300)은 사파이어(Al₂O₃), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs) 중 어느 하나로 형성된 것이 바람직하다.The support substrate 300 is preferably formed of any one of sapphire (Al ₂ O ₃ ), silicon carbide (SiC), silicon (Si), gallium arsenide (GaAs).

그룹 3족 질화물계 반도체 소자용 다층구조체(310)로부터 그룹 3족 질화물계 반도체층(320)까지의 각 층은 그룹 3족 질화물계 반도체 화합물의 일반식인 Al_xIn_yGa_zN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, 0≤x+y+z≤1)로 표현되는 반도체 화합물 중 선택된 어느 화합물을 기본으로 하여 형성되고, n형 도전성의 질화물계 반도체층 및 p형 도전성의 질화물계 반도체층는 해당 도펀트(dopant)가 첨가된다.Each layer from the group III nitride based semiconductor device multilayer structure 310 to the group III nitride semiconductor layer 320 is Al _x In _y Ga _z N (0 ≦ _{x, which} is a general formula of the group III nitride semiconductor compound). An n-type conductive nitride semiconductor layer formed on the basis of any compound selected from semiconductor compounds represented by ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1, 0 ≤ x + y + z ≤ 1); The dopant is added to the p-type conductive nitride-based semiconductor layer.

특히, 상기 질소 극성(nitrogen polarity)의 표면을 갖는 그룹 3족 질화물계 반도체층(320)은 질소(nitrogen) 원자로 끝나는 표면을 갖고 대기(air)에 노출된다.In particular, the group III-nitride semiconductor layer 320 having a surface of nitrogen polarity has a surface ending with nitrogen atoms and is exposed to air.

상기 질소 극성(nitrogen polarity)의 표면을 갖는 그룹 3족 질화물계 반도체층(320) 상면 전체 영역에 위치한 표면개질층(330)은 전면 전극구조체(340)가 접촉저항이 낮은 오믹접촉 계면을 형성하도록 촉진하는 역할을 담당하는 층으로서 5 나노미터(nm) 이하의 두께를 갖는 금속화합물(metallic compound)로 형성된다. 상기 표면개질층(230)을 구성하고 있는 금속화합물은 황(S), 셀레륨(Se), 텔레륨(Te), 불소(S) 원소 중 하나와 인듐(In), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 란탄늄(La) 원소 중 하나와 결합한 물질이다.The surface modification layer 330 located in the entire area of the upper surface of the group III-nitride semiconductor layer 320 having the surface of the nitrogen polarity is formed so that the front electrode structure 340 forms an ohmic contact interface with low contact resistance. It is formed of a metallic compound having a thickness of 5 nanometers (nm) or less as a layer responsible for promoting. The metal compound constituting the surface modification layer 230 includes one of sulfur (S), selenium (Se), telelium (Te), and fluorine (S) elements, and indium (In), zinc (Zn), and magnesium. It is a material combined with one of (Mg), aluminum (Al), gallium (Ga), and lanthanum (La) elements.

상기 전면 전극구조체(340)는 표면개질층(330) 상면 전체 영역에 형성한다.The front electrode structure 340 is formed in the entire region of the top surface of the surface modification layer 330.

상기 전면 전극구조체(340)는 600nm 이하의 파장대역에서 70% 이상의 투과율을 갖는 투명성 오믹접촉 전극(transparent ohmic contacting electrode)과, 상기 투명성 오믹접촉 전극 상면에 형성하고 600nm 이하의 파장대역에서 50% 이상의 반 사율을 갖는 반사성 전극패드(reflective electrode pad)로 구성된다.The front electrode structure 340 is formed on a transparent ohmic contacting electrode having a transmittance of 70% or more in a wavelength band of 600 nm or less, and is formed on an upper surface of the transparent ohmic contact electrode and is 50% or more in a wavelength band of 600 nm or less. It is composed of a reflective electrode pad having a reflectance.

일예로서 표면개질층(330)과 전면 전극구조체(340)는 각각 In2S3 및 ITO/Cr/Al/Ni/Au가 적용될 수 있다.As an example, In 2 S 3 and ITO / Cr / Al / Ni / Au may be applied to the surface modification layer 330 and the front electrode structure 340, respectively.

상기 표면개질층(330)과 전면 전극구조체(340)의 형성 방법은 전자빔 증착기, PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), PLD(plasma laser deposition), 이중형의 열증착기(dual-type thermal evaporator) 스퍼터링(sputtering) 등에 의해 형성하면 된다.The surface modification layer 330 and the front electrode structure 340 may be formed using an electron beam evaporator, physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), plasma laser deposition (PLD), or dual-type thermal evaporator (dual-type). The thermal evaporator may be formed by sputtering or the like.

또한, 표면개질층(330)과 전면 전극구조체(340)를 형성하기 위해 적용되는 증착온도는 20℃ 내지 1500℃ 범위내에서, 증착기 내의 압력은 대기압 내지 10^-12 토르 정도에서 수행한다.In addition, the deposition temperature applied to form the surface modification layer 330 and the front electrode structure 340 is in the range of 20 ℃ to 1500 ℃, the pressure in the evaporator is carried out at atmospheric pressure to about 10 ^-12 Torr.

또한, 표면개질층(330)과 전면 전극구조체(340)를 증착 한 이후에 양질의 전기 및 기계적 특성을 향상시키고자 열처리(annealing)를 하는 것이 바람직하다. 열처리(annealing)는 반응기내의 온도를 100℃ 내지 800℃에서 진공 또는 가스 분위기에서 10초 내지 3시간 정도 수행한다. 열처리 시 반응기 내에 투입되는 가스는 질소, 아르곤, 헬륨, 산소, 수소, 공기 중 적어도 하나 이상의 기체가 적용될 수 있다.In addition, after depositing the surface modification layer 330 and the front electrode structure 340, it is preferable to perform annealing to improve the good electrical and mechanical properties. Annealing is performed for 10 seconds to 3 hours in a vacuum or gas atmosphere at 100 ℃ to 800 ℃ temperature in the reactor. At least one gas of nitrogen, argon, helium, oxygen, hydrogen, or air may be applied to the gas introduced into the reactor during the heat treatment.

도 10은 본 발명에 의해 제조된 제3 실시예로서 보인 수직구조의 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자의 단면도이다.FIG. 10 is a cross-sectional view of a group III-nitride semiconductor light emitting diode device having a vertical structure shown as the third embodiment of the present invention.

도면을 참조하여 설명하면, 지지기판(400) 상면에 본 발명의 일 실시예에 따 른 발광다이오드 소자는 두층의 웨이퍼 결합층(410, 420), 반사성 오믹접촉 커런트스프페딩층(430), p형 도전성의 반도체로 이루어진 상부 질화물계 클래드층(440), 질화물계 활성층(450), n형 도전성의 반도체로 이루어진 하부 질화물계 클래드층(460), 표면개질층(470), 및 부분 n형 전극구조체(480)를 포함한다. 이 경우, 상기 하부 질화물계 클래드층(460)은 질소 극성의 표면을 갖고 있다.Referring to the drawings, the light emitting diode device according to an embodiment of the present invention on the upper surface of the support substrate 400 is a wafer bonding layer of two layers (410, 420), reflective ohmic contact current spraying layer 430, p Upper nitride-based cladding layer 440 made of a semiconductor of a conductive conductivity type, nitride active layer 450, lower nitride-based cladding layer 460 of a n-type conductive semiconductor, surface modification layer 470, and a partial n-type electrode It includes a structure 480. In this case, the lower nitride cladding layer 460 has a surface of nitrogen polarity.

여기서, 지지기판(400)으로부터 질소 극성(nitrogen polarity)의 표면을 갖는 n형 도전성의 반도체로 이루어진 하부 질화물계 클래드층(460)까지가 수직구조의 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체에 해당하고, 상기 질소 극성(nitrogen polarity)의 표면을 갖는 n형 도전성의 반도체로 이루어진 하부 질화물계 클래드층(460) 상면에 적층된 표면개질층(470) 및 부분 전극구조체(480)가 오믹접촉 계면(ohmic contacting interface)을 갖는 전극구조체에 해당한다.The light emitting structure for the group III-nitride semiconductor light emitting diode device having a vertical structure from the support substrate 400 to the lower nitride-based cladding layer 460 made of an n-type conductive semiconductor having a surface of nitrogen polarity. The surface modification layer 470 and the partial electrode structure 480 stacked on the upper surface of the lower nitride based cladding layer 460 made of an n-type conductive semiconductor having a surface of nitrogen polarity correspond to ohmic contact. Corresponds to an electrode structure having an ohmic contacting interface.

지지기판(400)은 사파이어(Al₂O₃), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs) 중 어느 하나로 형성된 것이 바람직하다.The support substrate 400 may be formed of any one of sapphire (Al ₂ O ₃ ), silicon carbide (SiC), silicon (Si), and gallium arsenide (GaAs).

상기 두층의 웨이퍼 결합층(410, 420)은 상기 반사성 오믹접촉 커런트스프레딩층과 지지기판(400) 사이에 기계 및 열적으로 안정한 결합력을 형성하는 물질이면 모두 가능하지만, Au, Ag, Cu, Pt, Pd, Al 등과 같이 열전도성이 우수한 물질이 바람직하다. 상기 두층의 웨이퍼 결합층(410, 420)은 두 층 사이에 강한 웨이퍼 결합력으로 접착되어 있다.The two wafer bonding layers 410 and 420 may be formed of any material that forms a mechanical and thermally stable bonding force between the reflective ohmic contact current spreading layer and the support substrate 400, but may be Au, Ag, Cu, or Pt. Preferred are materials having excellent thermal conductivity such as, Pd, Al, and the like. The two wafer bonding layers 410 and 420 are bonded by a strong wafer bonding force between the two layers.

상기 반사성 오믹접촉 커런트스프레딩층은(430)은 산화된 알루미늄(Al), 은(Ag), 로듐(Rh) 등과 같이, 600 나노미터(nm) 이하의 파장 영역대에서 70% 이상의 높은 빛 반사율 특성을 지니며, 물리적 증기 증착(physical vapor deposition; PVD) 또는 화학적 증기 증착(chemical vapor deposition; CVD) 방법에 의해 형성될 수 있다.The reflective ohmic contact current spreading layer 430 has a high light reflectance of 70% or more in a wavelength range of 600 nm or less, such as oxidized aluminum (Al), silver (Ag), rhodium (Rh), or the like. It is characteristic and can be formed by a physical vapor deposition (PVD) or chemical vapor deposition (CVD) method.

상기 반사성 오믹접촉 커런트스프레딩층(430)을 형성하기 전/후에 계면개질을 통한 오믹접촉 향상, 물질의 확산 방지, 물질간의 결합 및 결합성 향상, 또는 물질의 산화 방지 역할을 수행할 수 있는 별도의 박막층을 포함하는 것이 바람직하다.Before or after forming the reflective ohmic contact current spreading layer 430, an ohmic contact may be improved through interfacial modification, preventing diffusion of materials, bonding and bonding between materials, or preventing oxidation of materials. It is preferable to include the thin film layer of.

상기 p형 도전성의 상부 질화물계 클래드층(440)은 상기 반사성 오믹접촉 커런트스프레딩층(430) 상면에 위치하며 정공(hole)을 제공하는 영역으로서, 이때, 상기 p형 도전성의 상부 질화물계 클래드층(440)은 p형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1)으로 형성된 단층 또는 다층 구조를 형성할 수 있다.The upper nitride-based cladding layer 440 of the p-type conductivity is located on an upper surface of the reflective ohmic contact current spreading layer 430 and provides a hole, wherein the upper nitride-based cladding of the p-type conductivity The layer 440 may form a single layer or a multilayer structure formed of p-type In x Al y Ga 1-xy N (0 ≦ x, 0 ≦ y, x + y ≦ 1).

상기 p형 도전성의 상부 질화물계 클래드층(440)은 마그네슘(Mg) 또는 아연(Zn)을 도핑(doping)하여 형성할 수 있다.The upper nitride-based cladding layer 440 of the p-type conductivity may be formed by doping magnesium (Mg) or zinc (Zn).

상기 질화물계 발광층(450)은 상기 p형 도전성의 상부 질화물계 클래드층(440) 상면에 위치하며 전자(electron) 및 정공(hole)이 재결합되는 영역으로서, InGaN, AlGaN, GaN, AlInGaN 등을 포함하여 이루어진다. 상기 질화물계 발광층(450)을 이루는 물질의 종류에 따라 상기 발광다이오드 소자에서 방출되는 빛의 발광 파장이 결정된다. 상기 질화물계 발광층(450)은 양자 우물층(well layer)과 장벽층(barrier layer)이 반복적으로 형성된 다층막일 수 있다. 상기 장벽층과 우물층은 일반식 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1)으로 표현되는 2원, 3원, 또는 4원 화합물 질화물계 반도체층일 수 있다. 더 나아가서, 상기 장벽층과 우물층은 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 또는 아연(Zn) 등을 도핑하여 형성할 수 있다.The nitride-based light emitting layer 450 is located on the upper surface of the p-type conductive nitride layer 440 and is a region in which electrons and holes are recombined and include InGaN, AlGaN, GaN, AlInGaN, and the like. It is done by The emission wavelength of light emitted from the light emitting diode device is determined according to the type of material constituting the nitride-based light emitting layer 450. The nitride-based light emitting layer 450 may be a multilayer film in which a quantum well layer and a barrier layer are repeatedly formed. The barrier layer and the well layer may be a binary, ternary, or quaternary compound nitride-based semiconductor layer represented by the general formula In x Al y Ga 1-xy N (0 ≦ x, 0 ≦ y, x + y ≦ 1). Can be. Furthermore, the barrier layer and the well layer may be formed by doping silicon (Si), magnesium (Mg), zinc (Zn), or the like.

상기 n형 도전성의 하부 질화물계 클래드층(460)은 상기 질화물계 발광층(450) 상면에 위치하며 전자(electron)를 제공하는 영역으로서, 이때, 상기 n형 도전성의 하부 질화물계 클래드층(460)은 n형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1)으로 형성된 단층 또는 다층 구조를 형성할 수 있다.The n-type conductive lower nitride-based cladding layer 460 is located on the nitride-based light emitting layer 450 and provides an electron. In this case, the n-type conductive lower nitride-based cladding layer 460 is provided. May form a single layer or multilayer structure formed of n-type In x Al y Ga 1-xy N (0 ≦ x, 0 ≦ y, x + y ≦ 1).

상기 n형 도전성의 상부 질화물계 클래드층(460)은 실리콘(Si)을 도핑(doping)하여 형성할 수 있다.The upper nitride-based cladding layer 460 of the n-type conductivity may be formed by doping silicon (Si).

한편, 상기 수직구조의 발광다이오드 소자용 발광구조체의 p형 도전성의 상부 질화물계 클래드층(440)과 상기 반사성 오믹접촉 커런트스프레딩층은(430) 사이에 기존 공지된 5 나노미터(nm) 이하의 두께를 갖는 n형 도전성의 InGaN, GaN, AlInN, AlN, InN, AlGaN, AlInGaN, SiC, SiCN, MgN, ZnN 단층, 5 나노미터(nm) 이하의 두께를 갖는 p형 도전성의 InGaN, GaN, AlInN, AlN, InN, AlGaN, AlInGaN 단층, 또는 다른 도판트(dopant)와 조성(composition) 원소를 갖는 그룹 2족, 3족, 또는 4족 원소의 질화물(nitride) 또는 탄소질화물(carbon nitride)로 구성된 슈퍼래티스 구조(superlattice)를 개재할 수 있다.On the other hand, the upper nitride-based cladding layer 440 and the reflective ohmic contact current spreading layer 430 of the p-type conductivity of the light emitting structure for the light emitting diode device of the vertical structure is less than 5 nanometers (nm) that is known in the past N type conductive InGaN, GaN, AlInN, AlN, InN, AlGaN, AlInGaN, SiC, SiCN, MgN, ZnN single layer, p type conductive InGaN, GaN, with thickness less than 5 nanometers (nm) Nitride or carbon nitride of Group 2, 3, or 4 elements with AlInN, AlN, InN, AlGaN, AlInGaN monolayers or other dopant and composition elements It may interpose a constructed superlattice.

특히, 상기 질소 극성(nitrogen polarity)의 표면을 갖는 n형 도전성의 상부 질화물계 클래드층(460)은 질소(nitrogen) 원자로 끝나는 표면을 갖고 대기(air)에 노출된다.In particular, the n-type conductive upper nitride based cladding layer 460 having the surface of nitrogen polarity has a surface ending with nitrogen atoms and is exposed to air.

상기 질소 극성(nitrogen polarity)의 표면을 갖는 그룹 3족 질화물계 반도체층(460) 상면 일부 영역에 위치한 표면개질층(470)은 부분 전극구조체(480)가 접촉저항이 낮은 오믹접촉 계면을 형성하도록 촉진하는 역할을 담당하는 층으로서 5 나노미터(nm) 이하의 두께를 갖는 금속화합물(metallic compound)로 형성된다. 상기 표면개질층(470)을 구성하고 있는 금속화합물은 황(S), 셀레륨(Se), 텔레륨(Te), 불소(S) 원소 중 하나와 인듐(In), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 란탄늄(La) 원소 중 하나와 결합한 물질이다.The surface modification layer 470 disposed on a portion of the upper surface of the group III-nitride semiconductor layer 460 having the surface of the nitrogen polarity may allow the partial electrode structure 480 to form an ohmic contact interface with low contact resistance. It is formed of a metallic compound having a thickness of 5 nanometers (nm) or less as a layer responsible for promoting. The metal compound constituting the surface modification layer 470 includes one of sulfur (S), selenium (Se), telelium (Te), and fluorine (S) elements, and indium (In), zinc (Zn), and magnesium. It is a material combined with one of (Mg), aluminum (Al), gallium (Ga), and lanthanum (La) elements.

상기 부분 전극구조체(480)는 표면개질층(470) 상면 전체 영역에 형성한다.The partial electrode structure 480 is formed in the entire area of the upper surface of the surface modification layer 470.

상기 부분 전극구조체(480)는 표면개질층(470) 상면에 위치하며, 소정의 형상 및 치수로 상기 표면개질층(200)의 일정 영역에 형성된다.The partial electrode structure 480 is positioned on an upper surface of the surface modification layer 470 and is formed in a predetermined region of the surface modification layer 200 in a predetermined shape and dimension.

상기 부분 전극구조체(480)는 600nm 이하의 파장대역에서 50% 이상의 반사율을 갖는 반사성 오믹접촉 전극(reflective ohmic contacting electrode) 및 반사성 전극패드(reflective electrode pad)로 구성된다.The partial electrode structure 480 includes a reflective ohmic contacting electrode and a reflective electrode pad having a reflectivity of 50% or more in a wavelength band of 600 nm or less.

일예로서 표면개질층(470)과 부분 전극구조체(480)는 각각 In2S3 및 Cr/Al/Ni/Au가 적용될 수 있다.For example, In2S3 and Cr / Al / Ni / Au may be applied to the surface modification layer 470 and the partial electrode structure 480, respectively.

상기 표면개질층(470)과 부분 전극구조체(480)의 형성 방법은 전자빔 증착기, PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), PLD(plasma laser deposition), 이중형의 열증착기(dual-type thermal evaporator) 스퍼터링(sputtering) 등에 의해 형성하면 된다.The surface modification layer 470 and the partial electrode structure 480 may be formed by an electron beam evaporator, physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), plasma laser deposition (PLD), or dual-type thermal evaporator (dual-type). The thermal evaporator may be formed by sputtering or the like.

또한, 상기 표면개질층(470)과 부분 전극구조체(480)를 형성하기 위해 적용되는 증착온도는 20℃ 내지 1500℃ 범위내에서, 증착기 내의 압력은 대기압 내지 10^-12 토르 정도에서 수행한다.In addition, the deposition temperature applied to form the surface modification layer 470 and the partial electrode structure 480 is in the range of 20 ℃ to 1500 ℃, the pressure in the evaporator is carried out at atmospheric pressure to about 10 ^-12 Torr.

또한, 상기 표면개질층(470)과 부분 전극구조체(480)를 증착 한 이후에 양질의 전기 및 기계적 특성을 향상시키고자 열처리(annealing)를 하는 것이 바람직하다. 열처리(annealing)는 반응기내의 온도를 100℃ 내지 800℃에서 진공 또는 가스 분위기에서 10초 내지 3시간 정도 수행한다. 열처리 시 반응기 내에 투입되는 가스는 질소, 아르곤, 헬륨, 산소, 수소, 공기 중 적어도 하나 이상의 기체가 적용될 수 있다.In addition, after depositing the surface modification layer 470 and the partial electrode structure 480, it is preferable to perform annealing to improve the electrical and mechanical properties of good quality. Annealing is performed for 10 seconds to 3 hours in a vacuum or gas atmosphere at 100 ℃ to 800 ℃ temperature in the reactor. At least one gas of nitrogen, argon, helium, oxygen, hydrogen, or air may be applied to the gas introduced into the reactor during the heat treatment.

도 11은 본 발명에 의해 제조된 제4 실시예로서 보인 수직구조의 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자의 단면도이다.FIG. 11 is a cross-sectional view of a group III-nitride semiconductor light emitting diode device having a vertical structure shown as the fourth embodiment of the present invention.

도면을 참조하여 설명하면, 지지기판(500) 상면에 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 소자는 두층의 웨이퍼 결합층(510, 520), 반사성 오믹접촉 커런트스프페딩층(530), p형 도전성의 반도체로 이루어진 상부 질화물계 클래드층(540), 질화물계 활성층(550), n형 도전성의 반도체로 이루어진 하부 질화물계 클래드층(560), 표면개질층(570), 및 전면 n형 전극구조체(580)를 포함한다. 이 경우, 상기 하부 질화물계 클래드층(560)은 질소 극성의 표면을 갖고 있다.Referring to the drawings, the light emitting diode device according to an embodiment of the present invention on the upper surface of the support substrate 500 has two layers of wafer bonding layers 510 and 520, a reflective ohmic contact current spreading layer 530, and a p-type. Upper nitride-based cladding layer 540 made of conductive semiconductor, nitride active layer 550, lower nitride-based cladding layer 560 made of n-type conductive semiconductor, surface modification layer 570, and front n-type electrode structure 580. In this case, the lower nitride cladding layer 560 has a surface of nitrogen polarity.

여기서, 지지기판(500)으로부터 질소 극성(nitrogen polarity)의 표면을 갖는 n형 도전성의 반도체로 이루어진 하부 질화물계 클래드층(560)까지가 수직구조 의 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자용 발광구조체에 해당하고, 상기 질소 극성(nitrogen polarity)의 표면을 갖는 n형 도전성의 반도체로 이루어진 하부 질화물계 클래드층(560) 상면에 적층된 표면개질층(570) 및 전면 전극구조체(580)가 오믹접촉 계면(ohmic contacting interface)을 갖는 전극구조체에 해당한다.Here, the light emitting structure for the group III-nitride semiconductor light emitting diode device having a vertical structure from the support substrate 500 to the lower nitride-based cladding layer 560 made of an n-type conductive semiconductor having a surface of nitrogen polarity. The surface modification layer 570 and the front electrode structure 580 stacked on the upper surface of the lower nitride based cladding layer 560 made of an n-type conductive semiconductor having a surface of nitrogen polarity correspond to ohmic contact. Corresponds to an electrode structure having an ohmic contacting interface.

지지기판(500)은 사파이어(Al₂O₃), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs) 중 어느 하나로 형성된 것이 바람직하다.The support substrate 500 is preferably formed of any one of sapphire (Al ₂ O ₃ ), silicon carbide (SiC), silicon (Si), gallium arsenide (GaAs).

상기 두층의 웨이퍼 결합층(510, 520)은 상기 반사성 오믹접촉 커런트스프레딩층과 지지기판(500) 사이에 기계 및 열적으로 안정한 결합력을 형성하는 물질이면 모두 가능하지만, Au, Ag, Cu, Pt, Pd, Al 등과 같이 열전도성이 우수한 물질이 바람직하다. 상기 두층의 웨이퍼 결합층(510, 520)은 두 층 사이에 강한 웨이퍼 결합력으로 접착되어 있다.The two wafer bonding layers 510 and 520 may be formed of any material that forms a mechanical and thermally stable bonding force between the reflective ohmic contact current spreading layer and the support substrate 500, but may be Au, Ag, Cu, or Pt. Preferred are materials having excellent thermal conductivity such as, Pd, Al, and the like. The two wafer bonding layers 510 and 520 are bonded by a strong wafer bonding force between the two layers.

상기 반사성 오믹접촉 커런트스프레딩층은(530)은 산화된 알루미늄(Al), 은(Ag), 로듐(Rh) 등과 같이, 600 나노미터(nm) 이하의 파장 영역대에서 70% 이상의 높은 빛 반사율 특성을 지니며, 물리적 증기 증착(physical vapor deposition; PVD) 또는 화학적 증기 증착(chemical vapor deposition; CVD) 방법에 의해 형성될 수 있다.The reflective ohmic contact current spreading layer 530 has a high light reflectance of 70% or more in a wavelength range of 600 nm or less, such as oxidized aluminum (Al), silver (Ag), rhodium (Rh), or the like. It is characteristic and can be formed by a physical vapor deposition (PVD) or chemical vapor deposition (CVD) method.

상기 반사성 오믹접촉 커런트스프레딩층(530)을 형성하기 전/후에 계면개질을 통한 오믹접촉 향상, 물질의 확산 방지, 물질간의 결합 및 결합성 향상, 또는 물질의 산화 방지 역할을 수행할 수 있는 별도의 박막층을 포함하는 것이 바람직하다.Before or after forming the reflective ohmic contact current spreading layer 530, a separate ohmic contact can be improved through interfacial modification, preventing diffusion of materials, bonding and bonding between materials, or preventing oxidation of materials. It is preferable to include the thin film layer of.

상기 p형 도전성의 상부 질화물계 클래드층(540)은 상기 반사성 오믹접촉 커런트스프레딩층(530) 상면에 위치하며 정공(hole)을 제공하는 영역으로서, 이때, 상기 p형 도전성의 상부 질화물계 클래드층(440)은 p형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1)으로 형성된 단층 또는 다층 구조를 형성할 수 있다.The upper nitride-based cladding layer 540 of the p-type conductivity is located on an upper surface of the reflective ohmic contact current spreading layer 530 and provides a hole, wherein the upper nitride-based cladding of the p-type conductivity The layer 440 may form a single layer or a multilayer structure formed of p-type In x Al y Ga 1-xy N (0 ≦ x, 0 ≦ y, x + y ≦ 1).

상기 p형 도전성의 상부 질화물계 클래드층(540)은 마그네슘(Mg) 또는 아연(Zn)을 도핑(doping)하여 형성할 수 있다.The upper nitride-based cladding layer 540 of the p-type conductivity may be formed by doping magnesium (Mg) or zinc (Zn).

상기 질화물계 발광층(550)은 상기 p형 도전성의 상부 질화물계 클래드층(540) 상면에 위치하며 전자(electron) 및 정공(hole)이 재결합되는 영역으로서, InGaN, AlGaN, GaN, AlInGaN 등을 포함하여 이루어진다. 상기 질화물계 발광층(550)을 이루는 물질의 종류에 따라 상기 발광다이오드 소자에서 방출되는 빛의 발광 파장이 결정된다. 상기 질화물계 발광층(550)은 양자 우물층(well layer)과 장벽층(barrier layer)이 반복적으로 형성된 다층막일 수 있다. 상기 장벽층과 우물층은 일반식 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1)으로 표현되는 2원, 3원, 또는 4원 화합물 질화물계 반도체층일 수 있다. 더 나아가서, 상기 장벽층과 우물층은 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 또는 아연(Zn) 등을 도핑하여 형성할 수 있다.The nitride-based light emitting layer 550 is located on an upper surface of the p-type conductive upper nitride-based cladding layer 540 and is a region where electrons and holes are recombined, and includes InGaN, AlGaN, GaN, and AlInGaN. It is done by The emission wavelength of light emitted from the light emitting diode device is determined according to the type of material constituting the nitride-based light emitting layer 550. The nitride-based light emitting layer 550 may be a multilayer film in which quantum well layers and barrier layers are repeatedly formed. The barrier layer and the well layer may be a binary, ternary, or quaternary compound nitride-based semiconductor layer represented by the general formula In x Al y Ga 1-xy N (0 ≦ x, 0 ≦ y, x + y ≦ 1). Can be. Furthermore, the barrier layer and the well layer may be formed by doping silicon (Si), magnesium (Mg), zinc (Zn), or the like.

상기 n형 도전성의 하부 질화물계 클래드층(560)은 상기 질화물계 발광층(550) 상면에 위치하며 전자(electron)를 제공하는 영역으로서, 이때, 상기 n형 도전성의 하부 질화물계 클래드층(560)은 n형 In x Al y Ga 1-x-y N(0≤x, 0≤y, x+y≤1)으로 형성된 단층 또는 다층 구조를 형성할 수 있다.The lower nitride-based cladding layer 560 of the n-type conductivity is positioned on an upper surface of the nitride-based light emitting layer 550 to provide electrons. In this case, the lower nitride-based cladding layer 560 of the n-type conductivity is provided. May form a single layer or multilayer structure formed of n-type In x Al y Ga 1-xy N (0 ≦ x, 0 ≦ y, x + y ≦ 1).

상기 n형 도전성의 상부 질화물계 클래드층(560)은 실리콘(Si)을 도핑(doping)하여 형성할 수 있다.The upper nitride-based cladding layer 560 of the n-type conductivity may be formed by doping silicon (Si).

한편, 상기 수직구조의 발광다이오드 소자용 발광구조체의 p형 도전성의 상부 질화물계 클래드층(540)과 상기 반사성 오믹접촉 커런트스프레딩층은(530) 사이에 기존 공지된 5 나노미터(nm) 이하의 두께를 갖는 n형 도전성의 InGaN, GaN, AlInN, AlN, InN, AlGaN, AlInGaN, SiC, SiCN, MgN, ZnN 단층, 5 나노미터(nm) 이하의 두께를 갖는 p형 도전성의 InGaN, GaN, AlInN, AlN, InN, AlGaN, AlInGaN 단층, 또는 다른 도판트(dopant)와 조성(composition) 원소를 갖는 그룹 2족, 3족, 또는 4족 원소의 질화물(nitride) 또는 탄소질화물(carbon nitride)로 구성된 슈퍼래티스 구조(superlattice)를 개재할 수 있다.On the other hand, the upper nitride-based cladding layer 540 and the reflective ohmic contact current spreading layer 530 of the p-type conductivity of the light emitting structure for the light emitting diode device of the vertical structure is 5 nm or less conventionally known between N type conductive InGaN, GaN, AlInN, AlN, InN, AlGaN, AlInGaN, SiC, SiCN, MgN, ZnN single layer, p type conductive InGaN, GaN, with thickness less than 5 nanometers (nm) Nitride or carbon nitride of Group 2, 3, or 4 elements with AlInN, AlN, InN, AlGaN, AlInGaN monolayers or other dopant and composition elements It may interpose a constructed superlattice.

특히, 상기 질소 극성(nitrogen polarity)의 표면을 갖는 n형 도전성의 상부 질화물계 클래드층(560)은 질소(nitrogen) 원자로 끝나는 표면을 갖고 대기(air)에 노출된다.In particular, the n-type conductive upper nitride-based cladding layer 560 having a surface of nitrogen polarity has a surface ending with nitrogen atoms and is exposed to air.

상기 질소 극성(nitrogen polarity)의 표면을 갖는 그룹 3족 질화물계 반도체층(560) 상면 전체 영역에 위치한 표면개질층(570)은 전면 전극구조체(580)가 접촉저항이 낮은 오믹접촉 계면을 형성하도록 촉진하는 역할을 담당하는 층으로서 5 나노미터(nm) 이하의 두께를 갖는 금속화합물(metallic compound)로 형성된다. 상기 표면개질층(570)을 구성하고 있는 금속화합물은 황(S), 셀레륨(Se), 텔레륨(Te), 불소(S) 원소 중 하나와 인듐(In), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 알루미 늄(Al), 갈륨(Ga), 란탄늄(La) 원소 중 하나와 결합한 물질이다.The surface modification layer 570 disposed on the entire region of the group III-nitride-based semiconductor layer 560 having the surface of the nitrogen polarity is formed so that the front electrode structure 580 forms an ohmic contact interface with low contact resistance. It is formed of a metallic compound having a thickness of 5 nanometers (nm) or less as a layer responsible for promoting. The metal compound constituting the surface modification layer 570 includes one of sulfur (S), selenium (Se), telelium (Te), and fluorine (S) elements, and indium (In), zinc (Zn), and magnesium. It is a material combined with one of (Mg), aluminum (Al), gallium (Ga), and lanthanum (La) elements.

상기 전면 전극구조체(580)는 표면개질층(570) 상면 전체 영역에 형성한다.The front electrode structure 580 is formed in the entire region of the top surface of the surface modification layer 570.

상기 전면 전극구조체(580)는 600nm 이하의 파장대역에서 70% 이상의 투과율을 갖는 투명성 오믹접촉 전극(transparent ohmic contacting electrode)과, 상기 투명성 오믹접촉 전극 상면에 형성하고 600nm 이하의 파장대역에서 50% 이상의 반사율을 갖는 반사성 전극패드(reflective electrode pad)로 구성된다.The front electrode structure 580 is formed on a transparent ohmic contacting electrode having a transmittance of 70% or more in a wavelength band of 600 nm or less, and is formed on an upper surface of the transparent ohmic contact electrode and is 50% or more in a wavelength band of 600 nm or less. It is composed of a reflective electrode pad having a reflectance.

일예로서 표면개질층(570)과 전면 전극구조체(580)는 각각 In2S3 및 ITO/Cr/Al/Ni/Au가 적용될 수 있다.As an example, In 2 S 3 and ITO / Cr / Al / Ni / Au may be applied to the surface modification layer 570 and the front electrode structure 580, respectively.

상기 표면개질층(570)과 전면 전극구조체(580)의 형성 방법은 전자빔 증착기, PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), PLD(plasma laser deposition), 이중형의 열증착기(dual-type thermal evaporator) 스퍼터링(sputtering) 등에 의해 형성하면 된다.The surface modification layer 570 and the front electrode structure 580 may be formed by an electron beam evaporator, physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), plasma laser deposition (PLD), or dual-type thermal evaporator (dual-type). The thermal evaporator may be formed by sputtering or the like.

또한, 표면개질층(570)과 전면 전극구조체(580)를 형성하기 위해 적용되는 증착온도는 20℃ 내지 1500℃ 범위내에서, 증착기 내의 압력은 대기압 내지 10^-12 토르 정도에서 수행한다.In addition, the deposition temperature applied to form the surface modification layer 570 and the front electrode structure 580 is in the range of 20 ℃ to 1500 ℃, the pressure in the evaporator is carried out at atmospheric pressure to about 10 ^-12 Torr.

또한, 표면개질층(570)과 전면 전극구조체(580)를 증착 한 이후에 양질의 전기 및 기계적 특성을 향상시키고자 열처리(annealing)를 하는 것이 바람직하다. 열처리(annealing)는 반응기내의 온도를 100℃ 내지 800℃에서 진공 또는 가스 분위기에서 10초 내지 3시간 정도 수행한다. 열처리 시 반응기 내에 투입되는 가스는 질소, 아르곤, 헬륨, 산소, 수소, 공기 중 적어도 하나 이상의 기체가 적용될 수 있다.In addition, after depositing the surface modification layer 570 and the front electrode structure 580, it is preferable to perform annealing to improve the electrical and mechanical properties of good quality. Annealing is performed for 10 seconds to 3 hours in a vacuum or gas atmosphere at 100 ℃ to 800 ℃ temperature in the reactor. At least one gas of nitrogen, argon, helium, oxygen, hydrogen, or air may be applied to the gas introduced into the reactor during the heat treatment.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims also fall within the scope of the present invention.

도 1은 그룹 3족 질화물계 반도체로 구성된 대표적인 소자인 수평구조의 발광다이오드를 보인 단면도이고,1 is a cross-sectional view showing a light emitting diode having a horizontal structure, which is a typical device composed of a group III nitride semiconductor.

도 2 내지 7은 종래 수직구조의 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자 제조 공정을 보여주는 일 실시예의 단면도이고,2 to 7 are cross-sectional views of one embodiment showing a process of manufacturing a group III nitride semiconductor light emitting diode device having a conventional vertical structure;

도 8은 본 발명에 의해 제조된 제1 실시예로서 보인 그룹 3족 질화물계 반도체 소자의 단면도이고,8 is a cross-sectional view of a group III-nitride semiconductor device shown as a first embodiment manufactured by the present invention;

도 9는 본 발명에 의해 제조된 제2 실시예로서 보인 수직구조의 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자의 단면도이고,9 is a cross-sectional view of a group III-nitride semiconductor light emitting diode device having a vertical structure shown as a second embodiment of the present invention,

도 10은 본 발명에 의해 제조된 제3 실시예로서 보인 수직구조의 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자의 단면도이고,10 is a cross-sectional view of a group III-nitride semiconductor light emitting diode device having a vertical structure shown as a third embodiment of the present invention,

Claims

In the semiconductor device using a multi-layer structure for group III nitride-based semiconductor device represented by the formula In x Al y Ga 1-x-y N (0≤x, 0≤y, x + y≤1),

A group III nitride semiconductor comprising: an electrode structure including a surface modification layer formed on an upper surface of the group III nitride semiconductor layer having a nitrogen polar surface exposed to the atmosphere; device.

The method of claim 1,

A group III-nitride semiconductor device having a group III-nitride semiconductor layer having a nitrogen polar surface exposed to the atmosphere, wherein an n-type or p-type dopant is added.

The method of claim 1,

The surface modification layer includes one of sulfur (S), selenium (Se), telelium (Te), and fluorine (S) elements, and indium (In), zinc (Zn), magnesium (Mg), aluminum (Al), and gallium. A group III nitride semiconductor device comprising a metallic compound bonded with one of (Ga) and lanthanum (La) elements.

The method of claim 1,

A group III nitride semiconductor device, characterized in that the surface modification layer is composed of a metal compound having a thickness of 5 nanometers (nm) or less.

The method of claim 1,

The group III nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the electrode structure formed on the surface modification layer is formed of a partial electrode structure or a full electrode system.

The method of claim 5,

A group III-nitride semiconductor device having a partial electrode structure composed of a reflective ohmic contact electrode and a reflective electrode pad having a reflectance of 50% or more in a wavelength band of 600 nm or less.

The method of claim 5,

A transparent ohmic contact electrode having a transmittance of 70% or more in a wavelength band of 600 nanometers (nm) or less and formed on an upper surface of the transparent ohmic contact electrode, and having a reflectivity of 50% or more in a wavelength band of 600 nanometers (nm) or less. A group III-nitride semiconductor device having a front electrode structure composed of electrode pads.

A vertical group III-nitride semiconductor light emitting diode device represented by the formula In x Al y Ga 1-xy N (0 ≦ x, 0 ≦ y, x + y ≦ 1) has a nitrogen polar surface. In a vertical light emitting diode device having a nitride-based active layer between a lower nitride-based cladding layer made of an n-type conductive semiconductor material and an upper nitride-based cladding layer made of a p-type conductive semiconductor material,

And an n-type electrode structure including a surface modification layer formed on an upper surface of a lower nitride-based cladding layer made of an n-type conductive semiconductor material having a nitrogen polar surface exposed to the atmosphere. A group III-nitride semiconductor light emitting diode having a vertical structure.

The method of claim 8,

The lower nitride-based cladding layer composed of an n-type conductive semiconductor material having a nitrogen polar surface exposed to the atmosphere is characterized by the addition of an n-type dopant. Diode elements.

The method of claim 8,

The surface modification layer includes one of sulfur (S), selenium (Se), telelium (Te), and fluorine (S) elements, and indium (In), zinc (Zn), magnesium (Mg), aluminum (Al), and gallium. A group III-nitride semiconductor light emitting diode device having a vertical structure comprising a metallic compound bonded with one of (Ga) and lanthanum (La) elements.

The method of claim 8,

A group III-nitride semiconductor light emitting diode having a vertical structure, wherein the surface modification layer is made of a metal compound having a thickness of 5 nanometers (nm) or less.

The method of claim 8,

The n-type electrode structure formed on the surface modification layer is a group III nitride semiconductor light emitting diode device of a vertical structure, characterized in that formed of a partial electrode structure (partial electrode system) or a full electrode system (full electrode system).

The method of claim 12,

A vertical group III-nitride semiconductor light emitting diode device having a partial n-type electrode structure composed of a reflective ohmic contact electrode and a reflective electrode pad having a reflectance of 50% or more in a wavelength band of 600 nm or less.

The method of claim 12,

A transparent ohmic contact electrode having a transmittance of 70% or more in a wavelength band of 600 nanometers (nm) or less and formed on an upper surface of the transparent ohmic contact electrode, and having a reflectivity of 50% or more in a wavelength band of 600 nanometers (nm) or less. A vertical group III-nitride semiconductor light emitting diode device having a front surface n-type electrode structure composed of electrode pads.

The method of claim 6,

Prior to forming the surface modification layer and the n-type electrode structure on the upper surface of the lower nitride-based cladding layer formed of the n-type conductive semiconductor material having the nitrogen polarity surface, the lower nitride-based cladding layer has a predetermined shape and dimensions. A group III-nitride semiconductor light emitting diode device having a vertical structure having surface texture introduced thereon.

In the manufacturing method of a group III-nitride semiconductor light emitting diode device having a vertical structure represented by the formula In x Al y Ga 1-x-y N (0≤x, 0≤y, x + y≤1),

end. 5 nanometers (nm) or less on the lower nitride-based cladding layer of the light emitting structure for a vertical light emitting diode device in which the upper nitride-based cladding layer, the nitride-based active layer, and the lower nitride-based cladding layer are sequentially stacked on a supporting substrate. Forming a surface modification layer having a thickness;

I. Forming a partial n-type electrode structure including a reflective ohmic contact electrode and a reflective electrode pad on an upper surface of the surface modification layer formed through the provisional step;

All. And performing heat treatment after the step B. A method of manufacturing a group III-nitride semiconductor light emitting diode device having a vertical structure.

The method of claim 16,

And heat-treating the surface modification layer on the lower nitride-based cladding layer prior to forming the partial n-type electrode structure.

The method of claim 16,

And forming a reflective ohmic contact electrode of the partial n-type electrode structure, followed by heat treatment prior to subsequently forming the reflective electrode pad.

I. Forming a front n-type electrode structure composed of a transparent ohmic contact electrode and a reflective electrode pad on an upper surface of the surface modification layer formed through the provisional step;

The method of claim 19,

And heat-treating the surface modification layer on the lower nitride-based cladding layer prior to forming the front n-type electrode structure.

The method of claim 19,

And forming a transparent ohmic contact electrode of the front n-type electrode structure, followed by heat treatment prior to successively forming the reflective electrode pad.