KR101189165B1 - Light emitting device and method of making semiconductor layer therefor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광 소자에 관한 것으로 특히, 낮은 전위밀도의 고품위 질화물 반도체 박막을 제조할 수 있는 발광 소자 및 그 반도체 박막의 제조방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 반도체 성장 장비를 이용한 반도체 박막의 제조방법에 있어서, 기판 위에 제1반도체층을 형성하는 단계와; 상기 제1반도체층 위에 제1질화물층을 형성하는 단계와; 상기 질화물층 위에 반도체 물질의 아일랜드들을 형성하는 단계와; 상기 질화물층과 아일랜드들 위에 제2질화물층을 형성하는 단계와; 상기 제2질화물층 위에 제2반도체층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting device, and more particularly, to a light emitting device capable of manufacturing a high quality nitride semiconductor thin film having a low dislocation density and a method of manufacturing the semiconductor thin film. Such a method of manufacturing a semiconductor thin film using semiconductor growth equipment, the method comprising: forming a first semiconductor layer on a substrate; Forming a first nitride layer on the first semiconductor layer; Forming islands of semiconductor material over the nitride layer; Forming a second nitride layer over said nitride layer and islands; It is preferably configured to include the step of forming a second semiconductor layer on the second nitride layer.
전위, LED, 질화물, GaN, 반도체. Potential, LED, nitride, GaN, semiconductor.
Description
도 1 내지 도 4는 본 발명의 제1실시예를 나타내는 도로서, 1 to 4 are diagrams showing a first embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 제1질화물층을 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a step of forming a first nitride layer of the present invention.
도 2는 본 발명의 질화갈륨 아일랜드의 성장을 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing growth of a gallium nitride island of the present invention.
도 3은 도 2의 질화갈륨 아일랜드들의 전자현미경 이미지이다.3 is an electron microscope image of the gallium nitride islands of FIG. 2.
도 4는 본 발명의 제1반도체층을 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing a step of forming a first semiconductor layer of the present invention.
도 5 내지 도 11은 본 발명의 제2실시예를 나타내는 도로서,5 to 11 are diagrams illustrating a second embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 질화갈륨 아일랜드의 성장을 나타내는 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing growth of a gallium nitride island of the present invention.
도 6은 도 5의 질화갈륨 아일랜드들의 전자현미경 이미지이다.6 is an electron microscope image of gallium nitride islands of FIG. 5.
도 7은 본 발명의 제2질화물층을 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다.7 is a cross-sectional view showing a step of forming a second nitride layer of the present invention.
도 8은 본 발명의 제2반도체층이 형성되는 단계를 나타내는 단면도이다.8 is a cross-sectional view illustrating a step of forming a second semiconductor layer of the present invention.
도 9는 본 발명의 제2반도체층이 성장된 단계를 나타내는 단면도이다.9 is a cross-sectional view illustrating a step in which a second semiconductor layer of the present invention is grown.
도 10은 본 발명의 발광 소자 구조를 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다.10 is a cross-sectional view showing a step of forming a light emitting device structure of the present invention.
도 11은 본 발명의 발광 소자의 일례를 나타내는 단면도이다.11 is a cross-sectional view showing an example of the light emitting element of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명><Brief description of the main parts of the drawing>
10 : 기판 20 : 제1전도성층10: substrate 20: first conductive layer
21 : 질화갈륨 아일랜드 30 : 제1질화물층21
40 : 제2반도체층 50 : 질화물 반도체 아일랜드40: second semiconductor layer 50: nitride semiconductor island
60 : 제2질화물층 71 : 제1전도성 반도체층60
72 : 발광층 73 : 제2전도성 반도체층72 emitting
80 : 전극80 electrode
본 발명은 발광 소자에 관한 것으로 특히, 낮은 전위밀도의 고품위 질화물 반도체 박막을 가지는 발광 소자를 제조할 수 있는 발광 소자 및 그 반도체 박막의 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting device, and more particularly, to a light emitting device capable of manufacturing a light emitting device having a high quality nitride semiconductor thin film having a low dislocation density and a method of manufacturing the semiconductor thin film.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 잘 알려진 반도체 발광 소자로서, 1962년 GaAsP 화합물 반도체를 이용한 적색 LED가 상품화 된 것을 시작으로 GaP:N 계열의 녹색 LED와 함께 정보 통신기기를 비롯한 전자장치의 표시 화상용 광원으로 이용되어 왔다.Light Emitting Diodes (LEDs) are well-known semiconductor light emitting devices that convert current into light.In 1962, red LEDs using GaAsP compound semiconductors were commercialized, along with GaP: N series green LEDs. It has been used as a light source for display images of electronic devices, including.
이러한 LED에 의해 방출되는 광의 파장은 LED를 제조하는데 사용되는 반도체 재료에 따른다. 이는 방출된 광의 파장이 가전자대(valence band) 전자들과 전도대(conduction band) 전자들 사이의 에너지 차를 나타내는 반도체 재료의 밴드갭(band-gap)에 따르기 때문이다. The wavelength of light emitted by such LEDs depends on the semiconductor material used to make the LEDs. This is because the wavelength of the emitted light depends on the band-gap of the semiconductor material, which represents the energy difference between the valence band electrons and the conduction band electrons.
질화 갈륨 화합물 반도체(Gallium Nitride: GaN)는 높은 열적 안정성과 폭넓 은 밴드갭(0.8 ~ 6.2eV)을 가지고 있어, LED를 포함한 고출력 전자부품 소자 개발 분야에서 많은 주목을 받아왔다. Gallium nitride compound semiconductors (Gallium Nitride: GaN) have high thermal stability and wide bandgap (0.8 to 6.2 eV), which has attracted much attention in the development of high-power electronic components including LEDs.
이에 대한 이유 중 하나는 GaN이 타 원소들(인듐(In), 알루미늄(Al) 등)과 조합되어 녹색, 청색 및 백색광을 방출하는 반도체 층들을 제조할 수 있기 때문이다.One reason for this is that GaN can be combined with other elements (indium (In), aluminum (Al), etc.) to produce semiconductor layers that emit green, blue and white light.
이와 같이 방출 파장을 조절할 수 있기 때문에 특정 장치 특성에 맞추어 재료의 특징들에 맞출 수 있다. 예를 들어, GaN를 이용하여 광기록에 유익한 청색 LED와 백열등을 대치할 수 있는 백색 LED를 만들 수 있다. In this way, the emission wavelength can be adjusted to match the material's characteristics to specific device characteristics. For example, GaN can be used to create a white LED that can replace the blue LEDs and incandescent lamps that are beneficial for optical recording.
이러한 GaN 계열 물질의 이점들로 인해, GaN 계열의 LED 시장이 급속히 성장하고 있다. 따라서, 1994년에 상업적으로 도입한 이래로 GaN 계열의 광전자장치 기술도 급격히 발달하였다. Due to the advantages of these GaN-based materials, the GaN-based LED market is growing rapidly. Therefore, since commercial introduction in 1994, GaN-based optoelectronic device technology has rapidly developed.
그러나, GaN 계열 질화물 반도체의 응용에는 여러 제한 요소가 있으며, 그중에서 근본적인 제한 요소는 질화물 반도체 박막에서 발생하는 결정결함이다. However, there are many limitations in the application of GaN-based nitride semiconductors, among which the fundamental limitations are crystal defects occurring in the nitride semiconductor thin film.
질화물 반도체는 현재 동종 기판이 상업적으로 가능하지 않다. 따라서, 현재 이종기판을 사용하고 있는데, 그 중 대표적인 것이 사파이어(Al2O3), 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC) 등이다. Nitride semiconductors are not currently commercially available for homogeneous substrates. Therefore, heterogeneous substrates are currently used, and representative ones of them are sapphire (Al 2 O 3 ), silicon (Si), silicon carbide (SiC) and the like.
이러한 이종기판을 사용하여 질화물 반도체 박막을 형성할 경우, 기판과 박막 사이에 결정격자 상수의 불일치에 기인하거나 또는 성장 과정 중에 박막 내에 결정결함이 형성될 수 있다.When the nitride semiconductor thin film is formed using such a hetero substrate, crystal defects may be formed in the thin film due to a mismatch of crystal lattice constants between the substrate and the thin film or during the growth process.
이 결정결함들 중에서 가장 근본적이고 제거가 어려우며 소자 특성에 치명적인 결함이 쓰레딩 전위(threading dislocation)이다. Of these crystal defects, the most fundamental, difficult to remove, and critical to device characteristics is threading dislocation.
따라서, 이러한 전위(threading dislocations) 밀도를 줄여서 고품위 박막을 얻고자 지금까지 많은 연구자들이 여러 기법을 연구 개발해왔다. Therefore, many researchers have been researching and developing various techniques to obtain high quality thin films by reducing the density of these threading dislocations.
현재까지 보고된 질화물 반도체 박막 성장 기법들은 크게, 인시츄(in-situ) 성장법과 엑스시츄(ex-situ) 성장법으로 분류될 수 있다. The nitride semiconductor thin film growth techniques reported to date can be largely classified into in-situ growth and ex-situ growth.
박막 성장시 성장장비 내에서 어떤 공정 혹은 기법이 진행될 때 이러한 성장법을 in-situ 성장법이라고 한다. When a process or technique is performed in a growth device during thin film growth, such a growth method is called an in-situ growth method.
반면, ex-situ 성장법은 박막 성장 장비 밖에서 어떤 공정이나 혹은 기법이 진행되는 것을 말한다. Ex-situ growth, on the other hand, refers to any process or technique being performed outside the thin film growth equipment.
이러한 in-situ 성장법은 성장 장비 내에서 진행되므로 주로 성장 변수들을 제어하여 전위밀도를 낮추고자 하는 방법이다. 따라서, 추가 비용증가가 없으나, 단순히 성장변수를 제어하므로 전위밀도 감소에 일정한 한계가 있다.Since the in-situ growth method is performed in the growth equipment, it is mainly a method to lower the dislocation density by controlling the growth variables. Therefore, there is no additional cost increase, but there is a certain limit to the dislocation density reduction simply by controlling the growth variable.
상술한 한계는 결정 내에서 중단되지 않는 전위의 본질적 속성에 주로 기인한다. 따라서, 연구자들은 ex-situ 기법을 개발하였다. The aforementioned limitations are mainly due to the inherent nature of dislocations that do not break in the crystal. Therefore, the researchers developed an ex-situ technique.
이러한 ex-situ 방법은 일정 두께의 박막을 성장시킨 후, 성장 장비 밖으로 시편을 꺼내서 마스크 패턴공정과 식각공정을 한 후, 다시 성장 장비 내에 넣어서 재성장을 한다. The ex-situ method grows a thin film of a certain thickness, removes the specimen from the growth equipment, performs the mask patterning process and the etching process, and then re-grows the growth equipment.
이러한 경우, 사용되는 실리콘 산화물 마스크에 의해 전위를 인위적으로 차단하므로 전위밀도를 크게 감소시킬 수 있는 장점이 있다. In this case, since the potential is artificially blocked by the silicon oxide mask used, there is an advantage that the dislocation density can be greatly reduced.
그러나, 이러한 엑스시츄 방법은 성장 장비 밖에서 추가적인 마스크 패턴 및 식각 공정을 요하므로 높은 추가 비용이 발생하는 단점이 있다. However, this ex situ method requires an additional mask pattern and etching process outside the growth equipment, and thus has a high additional cost.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 낮은 결정 결함 밀도를 갖는 질화물 반도체 박막을 갖는 발광 소자 및 그 반도체 박막의 제조방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a light emitting device having a nitride semiconductor thin film having a low crystal defect density and a method of manufacturing the semiconductor thin film.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제1관점으로서, 본 발명은, 반도체 성장 장비를 이용한 반도체 박막의 제조방법에 있어서, 기판 위에 제1반도체층을 형성하는 단계와; 상기 제1반도체층 위에 제1질화물층을 형성하는 단계와; 상기 질화물층 위에 반도체 물질의 아일랜드들을 형성하는 단계와; 상기 질화물층과 아일랜드들 위에 제2질화물층을 형성하는 단계와; 상기 제2질화물층 위에 제2반도체층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.As a first aspect for achieving the above technical problem, the present invention is a method of manufacturing a semiconductor thin film using a semiconductor growth equipment, comprising: forming a first semiconductor layer on a substrate; Forming a first nitride layer on the first semiconductor layer; Forming islands of semiconductor material over the nitride layer; Forming a second nitride layer over said nitride layer and islands; It is preferably configured to include the step of forming a second semiconductor layer on the second nitride layer.
상기 제1질화물층 또는 제2질화물층은, 실리콘 질화물을 이용하는 것이 바람직하며, 이러한 제1질화물층 및 제2질화물층은 박막 성장 장비 내에서 형성되는 것이 바람직하다.It is preferable that the first nitride layer or the second nitride layer uses silicon nitride, and the first nitride layer and the second nitride layer are preferably formed in the thin film growth equipment.
상기 제1질화물층은 다공성 실리콘 질화물을 이용할 수 있으며, 상기 제2질화물층은 제1질화물층보다 두껍게 형성하고, 다공성이 아닌 질화물을 이용하는 것이 바람직하다.The first nitride layer may use porous silicon nitride, and the second nitride layer may be formed thicker than the first nitride layer and use a nonporous nitride.
상기 반도체 물질의 아일랜드들은 일정 간격으로 형성할 수 있다. 이러한 아 일랜드들은 바람직하게는 측면이 수직하게 형성되어, 상기 제2질화물층은, 상기 제1질화물층과 아일랜드의 상측면만에 형성되는 것이 바람직하다.Islands of the semiconductor material may be formed at regular intervals. These islands are preferably formed vertically on the side, so that the second nitride layer is formed only on the upper side of the first nitride layer and the island.
한편, 상기 아일랜드들의 측면이 수직하지 않을 경우에는, 상기 제2질화물층을 형성하는 단계와 제2반도체층을 형성하는 단계 사이에, 상기 제1질화물층을 형성하는 단계가 더 포함될 수 있다.Meanwhile, when the sides of the islands are not perpendicular to each other, the forming of the first nitride layer may be further included between forming the second nitride layer and forming the second semiconductor layer.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제2관점으로서, 본 발명은, 기판과; 상기 기판 위에 위치하는 제1반도체층과; 상기 제1반도체층 위에 위치하는 제1질화물층과; 상기 제1질화물층 위에 위치하며, 반도체와 질화물이 적어도 하나의 층에 혼재되어 형성되는 결정결함 차단층을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.As a 2nd viewpoint for achieving the said technical subject, this invention is a board | substrate; A first semiconductor layer on the substrate; A first nitride layer positioned on the first semiconductor layer; Located on the first nitride layer, preferably comprises a crystal defect blocking layer formed of a mixture of semiconductor and nitride in at least one layer.
상기 차단층의 반도체와 질화물이 혼재된 층은 두 개의 층으로 구성되며, 상기 두 개의 층은, 상기 반도체와 질화물이 서로 교차된 위치에 형성되는 것이 바람직하다.The layer of the semiconductor and the nitride of the blocking layer is composed of two layers, and the two layers are preferably formed at a position where the semiconductor and the nitride cross each other.
보다 구체적으로, 상기 차단층은, 상기 제1질화물층 위에 반도체 물질로 형성된 다수의 아일랜드와; 상기 아일랜드 주변에 형성된 제2질화물층과; 상기 다수의 아일랜드와 제2질화물층 위에 형성된 제2반도체층과; 상기 제2반도체층 상에 위치하는 제3질화물층과; 상기 제3질화물층 위에 위치하는 제3반도체층을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.More specifically, the blocking layer comprises: a plurality of islands formed of a semiconductor material on the first nitride layer; A second nitride layer formed around the island; A second semiconductor layer formed on the plurality of islands and second nitride layers; A third nitride layer positioned on the second semiconductor layer; It is preferably configured to include a third semiconductor layer located on the third nitride layer.
이때, 상기 제3질화물층은, 상기 아일랜드의 상측 부분에만 형성될 수 있다.In this case, the third nitride layer may be formed only on an upper portion of the island.
상기 차단층 위에는, 제1전도성 반도체층과; 상기 제1전도성 반도체층 위에 위치하는 발광층과; 상기 발광층 위에 위치하는 제2전도성 반도체층과; 상기 제1전 도성 반도체층 및 제2전도성 반도체층과 접하는 전극이 더 포함되어, 발광 소자의 구조를 이룰 수 있다.A first conductive semiconductor layer on the blocking layer; A light emitting layer on the first conductive semiconductor layer; A second conductive semiconductor layer on the light emitting layer; An electrode in contact with the first conductive semiconductor layer and the second conductive semiconductor layer may be further included to form a light emitting device.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에서 도시하는 바와 같이, 기판(10) 위에 질화갈륨(GaN)의 제1반도체층(20)을 형성하고, 이러한 제1반도체층(20) 위에 다공성의 실리콘 질화물로 이루어지는 제1질화물층(30)을 형성한다.As shown in FIG. 1, a
상기 제1반도체층(20)은 사파이어(Al2O3), 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC) 등의 이종 기판(10) 위에 형성되므로, 기판(10)과 제1반도체층(20)의 박막 사이에 결정격자 상수의 불일치에 기인하거나 또는 성장 과정 중에 박막 내에 전위(dislocation: a)와 같은 결정 결함이 형성될 수 있다.Since the
이때, 상기 실리콘 질화물로 이루어지는 제1질화물층(30)은 박막 성장 장비 내에서 사용 가능한 자발형성 마스크로 이용될 수 있다. 즉, 이러한 실리콘 질화물층을 마스크로 형성하는 ex-situ 방법을 박막 성장 장비 내에서 형성하는 in-situ 성장법에 접목될 수 있다.In this case, the
상기 다공성의 얇은 실리콘 질화물층으로 이루어지는 제1질화물층(30)은 기판(10) 또는 제1반도체층(20)을 완전히 덮지 않고 상당 부분을 노출시킨다. The
이와 같이, 다공성의 제1질화물층(30) 위에 다시 질화갈륨 반도체층을 형성하면, 도 2에서 도시하는 바와 같이, 상기 노출된 부분들에서 질화갈륨 아일랜 드(21)들이 성장하기 시작한다.As such, when the gallium nitride semiconductor layer is formed on the porous
도 3은 다공성의 제1질화물층(30)에 노출된 부분들에서 성장된 질화갈륨 아일랜드(21)들의 전자현미경 이미지를 도시하고 있다. 이러한 질화갈륨 아일랜드(21)들은 수직방향 뿐만 아니라 횡적인 방향으로도 성장한다. 3 shows an electron microscope image of gallium nitride islands 21 grown in portions exposed to the porous
이때, 수직방향으로의 성장은 전위(a)를 차단하지 못한다. 전위(a)의 차단효과는 질화갈륨 아일랜드(21)들이 횡적으로 성장할 때 발생하는데, 이러한 횡적성장은 제1질화물층(30) 위에서 이루어지므로, 실리콘 질화물 마스크로서의 제1질화물층(30)에 의해서 차단된 전위(a)는 상부층으로 침투할 수 없게 된다.At this time, the growth in the vertical direction does not block the potential a. The blocking effect of the potential (a) occurs when the gallium nitride islands 21 grow laterally, and since the lateral growth takes place on the
또한, 횡적인 성장은 상부층으로 침투된 일부 전위(a)들을 횡적인 성장방향으로 구부릴 수 있다. 이렇게 구부러진 전위(a)들은 반대편에서 오는 전위(a)들과 상호작용하여 상부층으로 성장하지 않을 수 있다. Also, the lateral growth can bend some dislocations (a) penetrated into the top layer in the lateral growth direction. These bent dislocations (a) may not interact with dislocations (a) coming from the opposite side and may not grow into the top layer.
이후, 박막 성장을 계속할 경우 초기 아일랜드(21)들은 계속 횡적으로 성장하여 결국 서로 만나게 되어, 도 4와 같이, 평평한 단일 박막의 제2반도체층(40)을 형성하게 된다. Subsequently, when the thin film growth is continued, the initial islands 21 continue to grow laterally and eventually meet each other, thereby forming the
상술한 방법은 in-situ 방법이면서도 부분적으로 제1질화물층(30)을 이용한 마스크 물질을 사용하므로써 효과적으로 전위밀도를 감소시킬 수 있다. The above-described method can effectively reduce the dislocation density by using a mask material using the
그러나, 이러한 방법의 경우, 전위밀도는 여전히 ex-situ 방법에 비하면 높을 수 있다. 그 이유는 상기 방법이 본질적으로 다공성의 얇은 마스크층을 사용해야 하기 때문이다. However, for this method, the dislocation density can still be high compared to the ex-situ method. The reason is that the method requires the use of an inherently porous thin mask layer.
다시 말하면, 마스크 층 내의 많은 노출된 부분을 통하여서 전위(a)들은 계 속 성장하여 재성장되는 제2반도체층(40) 박막 속으로 침투 할 수도 있다.In other words, through many exposed portions in the mask layer, the dislocations a may penetrate into the
따라서, 하기에서 설명하는 바와 같이, 2차적으로 질화물층을 이용함으로써, 결정 결함을 보다 효과적으로 제거할 수 있다. 이하, 구체적으로 설명한다.Therefore, as described below, by using the nitride layer secondaryly, crystal defects can be more effectively removed. Hereinafter, this will be described in detail.
도 5에서 도시하는 바와 같이, 기판(10) 위에 질화갈륨(GaN)의 제1반도체층(20)을 형성하고, 이러한 제1반도체층(20) 위에 다공성의 실리콘 질화물로 이루어지는 제1질화물층(30)을 형성한다.As shown in FIG. 5, a
상기 제1반도체층(20)과 실리콘 질화물의 제1질화물층(30)은 박막 성장 장비 내에서 성장되며, 상기 제1질화물층(30)은 하부층이 부분적으로 노출될 수 있도록 다공성인 것이 바람직하다. The
이후, 상기 제1질화물층(30) 위에 상단면이 평평한 질화물 반도체 아일랜드(50)들을 형성시킨다. 이때, 아일랜드(50)들은 다공성 제1질화물층(30)에 의해 노출된 부분 위에 형성된다. Thereafter,
도 6은 이러한 아일랜드(50)들의 전자현미경 이미지로서, 이러한 아일랜드(50)들은, 도 2와는 달리, 주로 수직 방향으로 성장되도록 하는 것이 바람직하다. FIG. 6 is an electron microscope image of these
이는 성장 조건을 조절함으로써 가능하며, 보통, 성장 온도를 높이거나, 성장 압력을 감소시키거나, 또는 소스 가스량을 증가시킴으로써, 아일랜드(50)들이 수직 방향으로 성장하도록 제어할 수 있다.This is possible by controlling growth conditions, and usually, by increasing the growth temperature, decreasing the growth pressure, or increasing the amount of source gas, it is possible to control the
다음, 도 7에서와 같이, 실리콘 질화물로 이루어지는 제2질화물층(60)을 증착한다. 이때, 제2질화물층(60)은 상기 다공성의 제1질화물층(30) 위에 충분한 두 께로 덮게 되어 하부의 제1질화물층(30) 또는 제1반도체층(20)이 노출되지 않도록 한다.Next, as shown in FIG. 7, a
또한, 상기 제2질화물층(60)은 상기 질화물 반도체 아일랜드(50)들의 평평한 상단면에도 증착된다. 이러한 제2질화물층(60)은 제1질화물층(30)과 달리, 다공성이 아닌 것이 바람직하다.The
이러한 다공성이 아닌 제2질화물층(60)은, 형성시에 제1질화물층(30)보다 성장시간을 증가시켜 두께를 두껍게 하거나 또는 성장 조건을 조절하여 형성할 수 있다. The non-porous
상기 제2질화물층(60)은 제1질화물층(30)에 의하여 노출된 제1반도체층(20) 부분을 완전히 덮어서, 하부층으로부터 발생한 전위결함이 재성장 중에 상측의 질화물 반도체층으로 침투하는 것을 차단할 수 있다.The
또한, 상기 제2질화물층(60)은 질화물 반도체 아이랜드(50)의 평평한 상단에 두껍게 증착되어, 아일랜드(50)를 통한 전위의 상부층 침투를 완전히 차단하는 기능을 할 수 있다.In addition, the
따라서, 상기 제2질화물층(60)은 상기 제1질화물층(30)에 비해 상대적으로 두께가 두껍고 다공성이 없는 것을 특징으로 한다. Accordingly, the
또한, 상기 제2질화물층(60)은 질화물 반도체 아일랜드(50)의 측면에는 증착되지 않는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 아일랜드(50)의 측면은 이상적으로는 기판(10)에 수직하기 때문에, 이러한 아일랜드(50)의 측면에는 제2질화물층(60)의 형성이 제한된다. In addition, the
그러나, 경우에 따라, 아일랜드(50)의 측면이 일정한 경사를 이루고 있는 경우에는 얇은 다공성의 제1질화물층(30)이 한차례 더 증착되는 것이 바람직하다. However, in some cases, when the side surface of the
이후에는, 질화물 반도체로 이루어지는 제2반도체층(40)이 증착된다. 이때, 이 제2반도체층(40)은, 도 8에서 도시하는 바와 같이, 아일랜드(50)들의 측면에서부터 증착되기 시작한다. 이러한 성장이 계속되면 아일랜드(50)들은 측면으로부터 계속 성장하게 되어 결국 이웃하는 아일랜드(50)들과 접하게 된다. Thereafter, a
일단, 아일랜드(50)들이 서로 접하게 되면 2차원적인 박막을 형성하게 되고 계속되는 질화물 반도체의 성장은 박막을 수직 성장하게 하여, 제2반도체층(40)이 이루어진다.Once the
이후, 박막이 수직으로 계속 성장하다가 평평한 아일랜드(50)의 상부층을 덮고 있는 제2질화물층(60)보다 상측으로 성장되게 되면, 박막 성장은 다시 측면 성장을 동반하게 된다. Subsequently, when the thin film continues to grow vertically and grows higher than the
이러한 측면 성장은 평평한 아일랜드(50)의 상부층을 덮고 있는 제2질화물층(60)층을 덮으면서 진행한다. 성장이 계속될 경우, 도 9에서와 같이, 질화물 반도체는 아일랜드(50)의 평평한 상부층을 덮고 있는 제2질화물층(60)을 완전히 덮게 되고 결국 전체적으로 평평한 박막의 제2반도체층(40)을 형성하게 된다. This lateral growth proceeds by covering the
결과적으로, 기판(10) 상측에서 시작된 전위들의 상당수 이상은 제2반도체층(40)의 상측까지 연결되지 못하게 되어, 제2반도체층(40)의 상측에는 보다 낮은 전위밀도를 가지는 고품위의 반도체층이 형성될 수 있는 것이다.As a result, many of the dislocations starting from the upper side of the
이와 같이, 상기 제1질화물층(30) 위에 형성된 구조는, 상기 기판(10) 상측 의 제1반도체층(20)에서 시작된 전위와 같은 결정 결함이 상측으로 이어지지 않도록 차단하는 차단층(100)으로서 작용할 수 있다.As such, the structure formed on the
도 9에서와 같이, 이러한 차단층(100)은 구조적으로, 반도체와 질화물이 서로 혼재되어 하나의 층(110, 130)을 이루는 구조를 포함한다.As shown in FIG. 9, the
즉, 상기 제1질화물층(30) 상측면에는 아일랜드형의 반도체와, 이 아일랜드형의 반도체 주변부에 반도체와 동일 두께로 위치하는 상기 제2질화물층(60)이 차단층(100) 중 제1층(110)을 이룬다.That is, an island-type semiconductor is formed on the upper surface of the
또한, 이러한 아일랜드형의 반도체와 제2질화물층(60)의 일부로 이루어지는 제1층(110)의 상측에는 상기 제2반도체층(40)의 일부가 평탄하게 형성된 제2층(120)이 위치한다.In addition, a
이러한 제2층(120) 위에는, 상기 아일랜드형의 반도체 상측 부분에 형성되는 질화물과, 이러한 질화물의 주변 및 상측에 형성되는 제3층(130)이 위치하게 된다.On the
이와 같이 형성된 반도체층 위에는, 발광 소자의 구조가 형성될 수 있다.The structure of the light emitting device may be formed on the semiconductor layer thus formed.
즉, 도 10에서와 같이, 상기 제2반도체층(40) 또는 차단층(100)의 상측에는 제1전도성 반도체층(71), 발광층(72), 제2전도성 반도체층(73)이 차례로 형성될 수 있다.That is, as shown in FIG. 10, the first
상기 제1전도성 반도체층(71)은 n-형 질화갈륨 반도체층일 수 있으며, 이때, 제2전도성 반도체층(73)은 p-형 질화갈륨 반도체층이 된다.The first
반대로, 상기 제1전도성 반도체층(71)이 p-형 질화갈륨 반도체층일 수 있으며, 이때, 제2전도성 반도체층(73)은 n-형 질화갈륨 반도체층이 될 수 있다.In contrast, the first
이러한 구조는, 도 11과 같이, 제1전도성 반도체층(71)이 드러나도록 식각한 후에, 상기 제1전도성 반도체층(71)과 제2전도성 반도체층(73)에 각각 전극(80)을 형성하여 수평형 발광 소자의 구조가 이루어진다.In this structure, as shown in FIG. 11, the
한편, 상기 도 10의 구조에서 기판(10)을 제거하고, 이어서 상기 제2반도체층(40)까지 제거한 후에, 이러한 제2반도체층(40)이 제거되어 드러난 제1전도성 반도체층(71) 면에 전극을 형성함으로써, 수직형 발광 소자의 제작도 가능하다.Meanwhile, after the
이와 같은 본 발명은 하부층으로부터 상부층으로의 전위의 침투를 완전히 차단시킬 수 있다. 또한, 질화물 반도체 박막이 아일랜드의 측면으로부터 성장을 시작함으로써 이상적으로 전위가 없는 질화물 반도체 박막을 성장할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.This invention can completely block the penetration of dislocations from the lower layer to the upper layer. In addition, the nitride semiconductor thin film can start growing from the side of the island, thereby providing a method for growing a nitride semiconductor thin film that is ideally free of electric potential.
본 발명은 종래의 실리콘질화물을 이용한 인시츄(in-situ) 횡적 성장법이 갖고 있는 근본적인 문제점을 극복할 수 있어 낮은 결정 결함 밀도를 갖는 질화물 반도체 박막을 제공할 수 있다.The present invention can overcome the fundamental problems of the conventional in-situ lateral growth method using silicon nitride can provide a nitride semiconductor thin film having a low crystal defect density.
본 발명은 종래의 엑스시츄(ex-situ) 펜디오 성장법이 갖는 근본적인 문제점인 추가적인 외부 공정 단계와 그로 인한 높은 생산비용 증가 문제를 극복할 수 있어 고품위 질화물 박막을 저가의 비용으로 제공할 수 있다.The present invention can overcome the additional external process step and the high production cost increase problem, which is a fundamental problem of the conventional ex-situ Pentio growth method can provide a high quality nitride thin film at low cost .
결과적으로, 이종 기판 위에 성장되는 질화물 반도체 박막의 전위밀도를 효과적으로 크게 감소시킬 수 있어, 그 위에 형성되는 광소자 및 전자 소자의 신뢰성 및 소자 성능을 크게 향상시킬 수 있다.As a result, the dislocation density of the nitride semiconductor thin film grown on the dissimilar substrate can be effectively reduced significantly, and the reliability and device performance of the optical device and the electronic device formed thereon can be greatly improved.
상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로 서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 형태의 변형이 가능하고, 이러한 기술적 사상의 여러 실시 형태는 모두 본 발명의 보호범위에 속함은 당연하다.The above embodiment is an example for explaining the technical idea of the present invention in detail, and the present invention is not limited to the above embodiment, various modifications are possible, and various embodiments of the technical idea are all of the present invention. Naturally, it belongs to the scope of protection.
이상과 같은 본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.The present invention as described above has the following effects.
첫째, 본 발명은 질화물 반도체 박막이 아일랜드의 측면으로부터 성장을 시작함으로써 이상적으로 전위가 없는 질화물 반도체 박막을 제조할 수 있다. First, the present invention makes it possible to produce a nitride semiconductor thin film that is ideally free of electric potential since the nitride semiconductor thin film starts to grow from the side of the island.
둘째, 본 발명은 종래의 실리콘 질화물을 이용한 인시츄(in-situ) 횡적 성장법이 갖고 있는 근본적인 문제점을 극복할 수 있어 낮은 결정 결함 밀도를 갖는 질화물 반도체 박막을 제공할 수 있다.Second, the present invention can overcome the fundamental problems of the in-situ lateral growth method using a conventional silicon nitride can provide a nitride semiconductor thin film having a low crystal defect density.
셋째, 본 발명은 종래의 엑스시츄(ex-situ) 펜디오 성장법이 갖는 근본적인 문제점인 추가적인 외부 공정 단계와 그로 인한 높은 생산비용 증가 문제를 극복할 수 있어 고품위 질화물 박막을 저가의 비용으로 제공할 수 있다.Third, the present invention can overcome the additional external process step, which is a fundamental problem of the conventional ex-situ Pentio growth method and the resulting high production cost increase problem to provide a high quality nitride thin film at low cost Can be.
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