[go: up one dir, main page]

KR102320790B1 - 자외선 발광 다이오드 및 그 제조 방법 - Google Patents

자외선 발광 다이오드 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102320790B1
KR102320790B1 KR1020140094958A KR20140094958A KR102320790B1 KR 102320790 B1 KR102320790 B1 KR 102320790B1 KR 1020140094958 A KR1020140094958 A KR 1020140094958A KR 20140094958 A KR20140094958 A KR 20140094958A KR 102320790 B1 KR102320790 B1 KR 102320790B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
pressure
type
growth
nitride layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020140094958A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160012785A (ko
Inventor
박기연
허정훈
김화목
한건우
Original Assignee
서울바이오시스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울바이오시스 주식회사 filed Critical 서울바이오시스 주식회사
Priority to KR1020140094958A priority Critical patent/KR102320790B1/ko
Priority to DE102015112153.0A priority patent/DE102015112153A1/de
Priority to US14/810,464 priority patent/US9496455B2/en
Priority to CN201520550405.2U priority patent/CN204809250U/zh
Priority to CN201510447117.9A priority patent/CN105322059B/zh
Publication of KR20160012785A publication Critical patent/KR20160012785A/ko
Priority to US15/294,563 priority patent/US9905732B2/en
Priority to US15/883,774 priority patent/US10319882B2/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102320790B1 publication Critical patent/KR102320790B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/01—Manufacture or treatment
    • H10H20/011—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers
    • H10H20/013—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/822—Materials of the light-emitting regions
    • H10H20/824—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP
    • H10H20/825—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP containing nitrogen, e.g. GaN
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/01—Manufacture or treatment
    • H10H20/011—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers
    • H10H20/013—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials
    • H10H20/0133—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials with a substrate not being Group III-V materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/01—Manufacture or treatment
    • H10H20/011—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers
    • H10H20/013—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials
    • H10H20/0133—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials with a substrate not being Group III-V materials
    • H10H20/01335—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials with a substrate not being Group III-V materials the light-emitting regions comprising nitride materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/01—Manufacture or treatment
    • H10H20/011—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers
    • H10H20/013—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials
    • H10H20/0137—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials the light-emitting regions comprising nitride materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/811—Bodies having quantum effect structures or superlattices, e.g. tunnel junctions
    • H10H20/812—Bodies having quantum effect structures or superlattices, e.g. tunnel junctions within the light-emitting regions, e.g. having quantum confinement structures

Landscapes

  • Led Devices (AREA)

Abstract

자외선 발광 다이오드 및 그 제조 방법이 개시된다. 자외선 발광 다이오드 제조 방법은, AlGaN을 포함하는 제1 n형 질화물층을 성장시키는 것을 포함하되, 제1 n형 질화물층을 성장시키는 것은, 성장 챔버 내의 성장 압력 조건을 변화시킴과 아울러, 성장 챔버 내로 도입되는 n형 도펀트 소스의 유량을 변화시키는 것을 포함하고, 제1 n형 질화물층의 성장 중 성장 압력 변화는 시간에 따른 압력 상승 구간 및 압력 하강 구간을 적어도 1회 포함하며, n형 도펀트 소스의 유량을 변화시키는 것은 적어도 1회의 펄스 형태로 n형 도펀트 소스의 유량을 증가시키는 것을 포함한다. 이에 따라, 결정성이 우수한 자외선 발광 다이오드가 제공될 수 있다.

Description

자외선 발광 다이오드 및 그 제조 방법{UV LIGHT EMITTING DIODE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은 자외선 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 성장 기판이 분리되며, 반도체층의 결정성이 우수한 자외선 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드는 전자와 정공의 재결합으로 발생하는 광을 방출하는 무기 반도체 소자로, 특히, 자외선 발광 다이오드는 UV 경화, 살균, 백색 광원, 의학 분야, 및 장비 부속 부품 등으로 이용될 수 있어서, 그 이용 범위가 증가하고 있다.
자외선 발광 다이오드는 상대적으로 짧은 피크 파장의 광(일반적으로, 400nm이하의 피크 파장을 갖는 광)을 방출한다. 이러한 자외선 발광 다이오드를 제조하는 경우, 상대적으로 짧은 피크 파장의 광을 방출하기 위하여 이에 대응하는 밴드갭 에너지를 갖는 물질을 이용하여 활성층을 형성한다. 예를 들어, 질화물 반도체를 이용하여 활성층을 형성하는 경우, 10% 이상의 Al 함량을 갖는 AlGaN을 이용한다. 또한, n형 및 p형 질화물 반도체층의 밴드갭 에너지가 활성층에서 방출되는 자외선광의 에너지보다 작은 경우, 활성층에서 방출된 자외선광이 발광 다이오드 내의 n형 및 p형 질화물 반도체층에 흡수될 수 있다. 따라서, 자외선 발광 다이오드의 활성층뿐만 아니라, 발광 다이오드의 광 방출 방향에 위치하는 다른 반도체층도 10% 이상의 Al 함량을 갖도록 제조된다.
자외선 발광 다이오드 제조 시, 일반적으로 사파이어 기판을 성장기판으로 이용한다. 그런데 사파이어 기판 상에 AlxGa(1-x)N (0.1 ≤ x ≤ 1)층을 성장시키면, 높은 Al 함량으로 인해 열적, 구조적 변형으로 인하여 크랙 또는 브레이킹이 발생한다. 이는 사파이어 기판과 AlxGa(1-x)N (0.1 ≤ x ≤ 1)층 간의 격자 부정합 및/또는 열팽창 계수 차이에서 기인한다. 종래에는 이와 같은 문제가 발생하는 것을 최소화하기 위하여, 사파이어 기판 상에 고온 성장된 AlN 층을 형성하거나, AlN/AlGaN 초격자층을 형성한 후에 AlxGa(1-x)N (0.2 ≤ x ≤ 1)를 포함하는 n형 반도체층, 활성층, 및 p형 반도체층을 형성하여 발광 다이오드를 제조하였다. 예를 들어, US 7,192,849 B2 등에는 전구체 플럭스 펄스(pulse)를 이용하여 AlInGaN 초격자층을 형성하는 구성이 개시되어 있다.
그러나, 상기 선행문헌 US 7,192,849 B2 등에 개시된 AlInGaN 초격자층 성장 방법은, 원자 소스 가스의 플로우를 펄스로 조절하는 것만 개시하고 있다. 원자 소스 가스의 플로우만을 조절하여 초격자층을 성장시키는 경우, 잔류하는 다른 원자 소스 가스로 인하여 그 재현성이 떨어질 수 있으며, 또한 의도한 조성을 갖는 초격자층을 형성하는 것이 어렵다.
또한, 사파이어 기판 상에 성장된 AlN층을 포함하는 자외선 발광 다이오드의 경우, 성장 기판을 반도체층들로부터 분리하는 것이 어려운 문제점이 있다. 일반적으로 사파이어 기판이 성장 기판으로 사용된 경우, 레이저 리프트 오프를 이용하여 성장 기판을 반도체층들로부터 분리한다. 그런데 레이저 리프트 오프 기술에서 주로 이용하는 엑시머 레이저들의 파장은 AlN의 밴드갭 에너지보다 장파장이거나 거의 유사한 파장을 갖는다. 예를 들어, KrF 엑시머 레이저는 그 파장이 248nm여서 AlN층을 투과하게 되므로 이용이 어렵다. 또한, ArF 엑시머 레이저는 그 파장이 193nm로 AlN층에 흡수될 수 있으나, AlN의 밴드갭 에너지에 대응하는 파장(약 200nm)과 차이가 크지 않아 레이저의 일부는 AlN층 또는 AlN/AlGaN 초격자층을 투과해버릴 가능성이 있으며, ArF 엑시머 레이저의 펄스 에너지(pulse energy)가 낮아서 기판을 분리하기에 충분한 에너지를 제공하지 못한다.
이와 같은 이유로, 종래의 자외선 발광 다이오드는 수평형 발광 다이오드로 제조되거나, 성장 기판을 포함하는 플립칩 형태의 발광 다이오드로 제조되었다. 수평형 이나 플립칩형 발광 다이오드는 활성층의 일부가 제거되고, 또한 열 방출에 취약하여, 발광 다이오드의 효율이 낮다.
뿐만 아니라, AlxGa(1-x)N (0.1 ≤ x ≤ 1)은 GaN에 비하여 상대적으로 결정성이 우수한 막을 성장시키는 것이 어려워, 제조된 발광 다이오드의 내부 양자 효율이 떨어진다. 일반적으로, AlxGa(1-x)N (0.1 ≤ x ≤ 1)을 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)를 이용하여 1200℃ 이상의 고온에서 성장하면, 결정성이 향상되는 것이 알려져 있다. 그런데 일반적으로 사용되는 MOCVD 장비는 1200℃ 이상의 고온으로 사용하면 장비의 수명이 단축될 수 있으며, 안정적으로 AlxGa(1-x)N (0.1 ≤ x ≤ 1)을 성장시키는 것이 어렵다. 따라서, 종래의 MOCVD 장비를 이용하여 결정성이 우수하여 내부 양자 효율이 높은 자외선 발광 다이오드를 대량으로 제조하기 어려웠다.
US 7,192,849 B2
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 결정성이 우수한 반도체층들을 갖는 자외선 발광 다이오드 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 자외선 발광 다이오드 제조 방법은, 성장 챔버 내에서, 성장 기판 상에 n형 반도체층을 형성하고; 및 상기 n형 반도체층 상에 활성층 및 p형 반도체층을 형성하는 것을 포함하고, 상기 n형 반도체층을 형성하는 것은 AlGaN을 포함하는 제1 n형 질화물층을 성장시키는 것을 포함하되, 상기 제1 n형 질화물층을 성장시키는 것은, 성장 챔버 내의 성장 압력 조건을 변화시킴과 아울러, 상기 성장 챔버 내로 도입되는 n형 도펀트 소스의 유량을 변화시키는 것을 포함하고, 상기 제1 n형 질화물층의 성장 중 성장 압력 변화는 시간에 따른 압력 상승 구간 및 압력 하강 구간을 적어도 1회 포함하며, 상기 n형 도펀트 소스의 유량을 변화시키는 것은 적어도 1회의 펄스 형태로 n형 도펀트 소스의 유량을 증가시키는 것을 포함한다.
이에 따라, 결정성이 우수하며, 발광 효율이 향상된 자외선 발광 다이오드를 제조하는 방법이 제공될 수 있다.
상기 제1 n형 질화물층은 AlxGa(1-x)N층(0＜x＜1) 및 AlyGa(1-y)N층(0＜y＜1)을 포함할 수 있고, 상기 AlxGa(1-x)N층은 상승 압력 상승 구간에서 성장되고, 상기 AlyGa(1-y)N층(0＜y＜1)은 압력 하강 구간에서 성장될 수 있으며, 상기 x는 상기 성장 기판에서 멀어지는 방향으로 갈수록 감소하고, 상기 y는 상기 성장 기판에서 멀어지는 방향으로 갈수록 증가할 수 있다.
나아가, 상기 압력 상승 구간 및 압력 하강 구간은 2회 이상 반복될 수 있다.
상기 n형 도펀트 소스의 도입 유량은 제1 유량 및 상기 제1 유량보다 높은 제2 유량을 포함할 수 있고, 상기 제2 유량은 상기 적어도 1회의 펄스 형태로 상승한 유량에 대응할 수 있으며, 상기 압력 상승 구간 동안, 상기 n형 도펀트 소스는 제2 유량으로 상기 성장 챔버 내로 도입될 수 있고, 상기 압력 하강 구간 동안, 상기 n형 도펀트 소스는 제1 유량으로 상기 성장 챔버 내로 도입될 수 있다.
상기 제조 방법은, 상기 n형 반도체층을 형성하기 전에, 상기 성장 기판 상에 GaN층을 형성하는 것과, 상기 p형 반도체층을 형성한 후에, 상기 n형 반도체층으로부터 성장 기판을 분리하는 것을 더 포함할 수 있고, 상기 성장 기판은 상기 GaN층에서 분리될 수 있다.
또한, 상기 n형 도펀트 소스의 시간에 따른 도입 유량은 구형파 형태일 수 있다.
상기 압력 상승 구간 및 압력 하강 구간의 시간에 따른 압력 변화는, 삼각파 형태 또는 삼각함수 형태일 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 제1 n형 질화물층을 형성하는 동안, Al 소스의 도입 유량, Ga 소스의 도입 유량, N 소스의 도입 유량 및 상기 성장 챔버 내의 성장 온도는 일정할 수 있다.
상기 제조 방법은, 상기 n형 반도체층을 형성하기 전에, 상기 GaN층 상에 AlN층을 형성하는 것을 더 포함할 수 있고, 상기 AlN층을 형성하는 것은, Al 소스 및 N 소스를 각각 일정한 유량으로 상기 성장 챔버 내에 도입하되, 상기 성장 챔버 내의 압력을 제1 압력 및 제2 압력으로 교대로 변화시키는 것을 포함할 수 있고, 상기 제1 압력과 제2 압력은 서로 다를 수 있다.
다른 실시예들에 있어서, 상기 제조 방법은, 상기 n형 반도체층을 형성하기 전에, 언도프 질화물층을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.
나아가, 상기 언도프 질화물층을 형성하는 것은, 제1 압력에서 성장되는 AlwGa(1-w)N층(0＜w＜1)과 제2 압력에서 성장되는 AlzGa(1-z)N층(0＜z＜1)을 교대로 반복 적층하는 것을 포함할 수 있고, 상기 제1 압력과 제2 압력은 서로 다를 수 있다.
또한, 상기 언도프 질화물층을 형성하는 것은, 성장 챔버 내의 성장 압력 조건을 시간에 따라 변화시키는 것을 포함할 수 있고, 상기 언도프 질화물층의 성장 중 성장 압력 변화는 시간에 따른 압력 상승 구간 및 압력 하강 구간을 적어도 1회 포함할 수 있다.
상기 n형 반도체층을 형성하는 것은, 제1 n형 질화물층의 하부에 위치하는 제2 n형 질화물층 및/또는 제1 n형 질화물층의 상부에 위치하는 제3 n형 질화물층을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 n형 질화물층 및 제3 n형 질화물층을 형성하는 것은, 상기 성장 챔버 내로 도입되는 n형 도펀트 소스의 유량을 변화시키는 것을 포함할 수 있고, 상기 n형 도펀트 소스의 유량을 변화시키는 것은 적어도 1회의 펄스 형태로 n형 도펀트 소스의 유량을 증가시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 제1 n형 질화물층의 성장 중 성장 압력 변화는, 소정의 시간 동안 압력을 일정하게 유지하는 압력 유지 구간을 적어도 1회 더 포함할 수 있다.
상기 제1 압력에서 성장된 AlN층과 상기 제2 압력에서 성장된 AlN층의 Al 몰분율은 서로 다를 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 자외선 발광 다이오드는, 지지 기판; 상기 지지 기판 상에 위치하는 p형 반도체층; 상기 p형 반도체층 상에 위치하는 활성층; 상기 활성층 상에 위치하는 n형 반도체층을 포함하고, 상기 n형 반도체층은, 적어도 일부 영역에서 그 두께 방향에 따라 밴드갭 에너지가 지속적으로 변화하는 제1 n형 질화물층을 포함한다.
상기 제1 n형 질화물층은 AlxGa(1-x)N층(0＜x＜1) 및 AlyGa(1-y)N층(0＜y＜1)을 포함할 수 있고, 상기 x는 상기 성장 기판에서 멀어지는 방향으로 갈수록 증가하고, 상기 y는 상기 성장 기판에서 멀어지는 방향으로 갈수록 감소할 수 있다.
또한, 상기 제1 n형 질화물층은 상기 AlxGa(1-x)N층(0＜x＜1) 및 AlyGa(1-y)N층(0＜y＜1)은 교대로 반복적으로 적층된 구조를 포함할 수 있다.
상기 자외선 발광 다이오드는, 상기 n형 반도체층은 제1 n형 질화물층의 하부에 위치하는 제2 n형 질화물층 및/또는 제1 n형 질화물층의 상부에 위치하는 제3 n형 질화물층을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 n형 질화물층 및 제3 n형 질화물층 각각은 제1 농도로 n형 도핑된 AuGa(1-u)N층(0＜u＜1) 및 제2 농도로 n형 도핑된 AvGa(1-v)N층(0＜v＜1)이 교대로 반복 적층된 구조를 포함할 수 있고, 상기 제1 농도는 상기 제2 농도에 비해 고농도일 수 있다.
상기 제1 n형 질화물층은 그 두께 방향을 따라 밴드갭 에너지가 일정한 영역을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상대적으로 단순하고 용이한 공정을 통해 자외선 발광 다이오드의 결정성을 향상시킬 수 있는 자외선 발광 다이오드 제조 방법을 제공할 수 있다. 또한, 성장 기판이 분리된 자외선 발광 다이오드를 제공할 수 있어서, 발광 효율이 우수한 자외선 발광 다이오드가 제공될 수 있다. 또한, 반도체층 내에서, 스트레스로 인한 발광 다이오드의 파손 등이 방지될 수 있어서, 신뢰성이 향상된 자외선 발광 다이오드가 제공될 수 있다.
도 1 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도들 및 플로우 차트들이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 14 내지 도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 22a 및 도 22b는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드에 있어서, 밴드갭 에너지의 변화를 설명하기 위한 도면들이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 또한, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에" 또는 "상에" 있다고 기재된 경우 각 부분이 다른 부분의 "바로 상부" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라 각 구성요소와 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이하 설명되는 반도체층들에 대한 각 조성비, 성장 방법, 성장 조건, 두께 등은 예시에 해당하며, 하기 기재된 바에 따라 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, AlGaN로 표기되는 경우, Al과 Ga의 조성비는 통상의 기술자의 필요에 따라 다양하게 적용될 수 있다. 또한, 이하 설명되는 반도체층들은 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자(이하, "통상의 기술자")에게 일반적으로 알려진 다양한 방법을 이용하여 성장될 수 있으며, 예를 들어, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy) 또는 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등의 기술을 이용하여 성장될 수 있다. 다만, 이하 설명되는 실시예들에서는, 반도체층들이 MOCVD를 이용하여 동일한 챔버 내에서 성장된 것으로 설명된다. 반도체층들의 성장 과정에서, 챔버 내에 유입되는 소스들은 통상의 기술자에게 알려진 소스를 이용할 수 있으며, 예를 들어, Ga 소스로서 TMGa, TEGa 등을 이용할 수 있고, Al 소스로서 TMA, TEA 등을 이용할 수 있으며, In 소스로서 TMI, TEI 등을 이용할 수 있으며, N 소스로서 NH3를 이용할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도들 및 플로우 차트들이다.
도 1을 참조하면, 성장 기판(110) 상에 GaN층(123)을 형성한다. 또한, GaN층(123)을 형성하기 전에, 성장 기판(110) 상에 버퍼층(121)을 더 형성할 수 있다.
성장 기판(110)은 질화물 반도체층을 성장시키기 위한 기판이면 한정되지 않으며, 예를 들어, 사파이어 기판, 실리콘 카바이드 기판, 스피넬 기판, 또는 GaN 기판이나 AlN 기판과 같은 질화물 기판 등일 수 있다. 특히, 본 실시예에 있어서, 성장 기판(110)은 사파이어 기판일 수 있다.
GaN층(123)은 성장 기판(110) 상에 약 3㎛ 이하의 두께로 성장될 수 있고, 예를 들어, 약 1㎛의 두께로 성장될 수 있다. GaN층(123)은 챔버 내에서 약 900 내지 1100℃ 온도 및 약 200Torr의 압력 조건하에 성장될 수 있다. 성장 기판(110) 상에 GaN층(123)을 형성함으로써, 후술하는 성장 기판(110) 분리 공정 시, 레이저 리프트 오프를 이용할 수 있다.
버퍼층(121)은 GaN층(123)의 성장 전에 성장 기판(110) 상에 약 25nm 이하의 두께로 성장될 수 있으며, 약 600℃의 온도 및 600Torr의 압력에서 성장될 수 있다. 특히, 성장 기판(110)이 사파이어 기판인 경우, 버퍼층(121)은 다른 반도체층들이 성장될 수 있도록 핵층 역할을 할 수 있고, 또한 사파이어 기판과 후술하여 성장되는 다른 반도체층들 간의 격자상수의 차이에 의한 스트레스를 완화시키는 역할을 할 수 있다. 한편, 버퍼층(121)은 필요에 따라 생략될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 제1 n형 질화물층(131)을 포함하는 n형 반도체층(130)을 형성한다.
제1 n형 질화물층(131)은 GaN층(123) 상에 성장 챔버 내에서 성장될 수 있으며, 또한, 제1 n형 질화물층(131)은 AlxGa(1-x)N층(0＜x＜1, x는 일정하지 않음) 및 AlyGa(1-y)N층(0＜y＜1, y는 일정하지 않음)을 포함할 수 있으며, Si와 같은 불순물을 포함하여 n형으로 도핑될 수 있다.
제1 n형 질화물층(131)을 성장시키는 것은, Al 소스, GaN 소스 및 N 소스를 성장 챔버 내로 도입시키는 것을 포함하고, 이때, 챔버 내의 성장 온도는 약 900 내지 1100℃의 범위 내의 온도일 수 있다. 제1 n형 질화물층(131)을 성장시키는 동안 Al 소스, GaN 소스 및 N 소스의 유량은 일정하게 유지될 수 있고, 성장 온도 역시 오차 범위 내에서 대체로 일정하게 유지될 수 있다.
나아가, 제1 n형 질화물층(131)을 성장시키는 것은 챔버 내의 압력 조건을 변화시키는 것을 포함할 수 있고, 제1 n형 질화물층(131) 성장 중 상기 챔버 내의 압력 변화는 시간에 따른 압력 상승 구간 및 압력 하강 구간을 포함할 수 있다. 즉, 제1 n형 질화물층(131)을 성장시키는 동안 적어도 1회 이상의 압력 상승 및 하강 공정이 수행될 수 있다. 또한, 제1 n형 질화물층(131)을 성장시키는 것은, 성장 챔버로 공급되는 n형 도펀트 소스의 유량을 다중 펄스(pulse) 형태로 공급하는 것을 포함할 수 있다.
즉, 본 실시예에 있어서, 제1 n형 질화물층(131)은 압력과 n형 도펀트 소스 유량을 변화시키되, 다른 성장 조건은 일정하게 유지하여 성장될 수 있다.
제1 n형 질화물층(131) 성장 과정과 관련하여, 이하, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 3a의 (a)를 참조하면, 제1 n형 질화물층(131)을 성장시키는 동안, 챔버 내의 압력은 지속적으로 변화할 수 있고, 도시된 바와 같이, 챔버 내의 압력 변화는 제1 압력으로부터 제2 압력으로 압력이 상승하는 압력 상승 구간(11) 및 제2 압력으로부터 제1 압력으로 압력이 하강하는 압력 하강 구간(12)을 포함할 수 있다. 압력 상승 구간(11)과 압력 하강 구간(12)은 2회 이상 반복될 수 있고, 이때, 압력의 시간에 따른 변화 형태는 도시된 바와 같이 삼각파 형태일 수 있다. 상기 제1 압력은 상기 제2 압력보다 낮은 압력이며, 상기 제1 압력은 0 초과 100Torr 이하일 수 있고, 상기 제2 압력은 0 초과 300Torr 이하일 수 있다.
압력 상승 구간(11)에서 AlxGa(1-x)N층(0＜x＜1, x는 일정하지 않음)이 성장될 수 있고, 압력 하강 구간(12)에서 AlyGa(1-y)N층(0＜y＜1, y는 일정하지 않음)이 성장될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예와 같이, 제1 n형 질화물층(131)의 성장 과정에서 압력의 시간에 따른 변화가 상기 삼각파 형태와 같은 경우, 제1 n형 질화물층(131)은 상기 AlxGa(1-x)N층/AlyGa(1-y)N층의 반복 적층 구조를 포함할 수 있고, 이때, 상기 반복 적층 구조는 초격자 구조일 수도 있다.
다른 성장 조건을 일정하게 유지하고, 압력만 변화시키는 경우, 성장되는 AlGaN층의 조성비 역시 변화한다. 압력이 증가함에 따라, 성장되는 AlGaN층의 Al 조성비는 감소한다. 따라서, 압력 상승 구간(11)에서 성장되는 AlxGa(1-x)N층(0＜x＜1, x는 일정하지 않음)은 성장함에 따라 Al의 조성이 감소하므로, 상기 AlxGa(1-x)N층의 Al 조성비는 성장 기판(110)으로부터 상부 방향으로 갈수록 감소한다. 반대로, 압력 하강 구간(12)에서 성장되는 AlyGa(1-y)N층(0＜y＜1, y는 일정하지 않음)은 성장함에 따라 Al의 조성이 증가하므로, 상기 AlxGa(1-x)N층의 Al 조성비는 성장 기판(110)으로부터 상부 방향으로 갈수록 증가한다.
성장 챔버 내의 압력에 따라 AlGaN층의 Al 조성비가 변하는 이유는 다음과 같다. 예컨대, Al, Ga 및 N 소스로서 각각 TMGa, TMA 및 NH3를 이용하는 경우, 이들 소스들이 성장 챔버 내에서 반응하여 AlGaN 결정이 형성되고 CH4가 배출된다. 그러나, AlGaN 결정 성장 과정에서 AlGaN 결정을 형성하지 못하고, TMGa-NH3 (Ga(CH3)-NH3)또는 TMA-NH3 중합체(Al(CH3)-NH3) 상태로 반응을 하지 않고 성장 챔버의 외부로 배출이 일어나는 경우도 존재한다. 이때, 상대적으로 성장 챔버 내의 압력이 낮아지면, 이러한 중합체 형성 비율이 감소하여, 성장 챔버 내로 도입된 소스들의 각 소스 분자 중 결정 형성에 기여하는 소스 분자의 비율이 증가한다. 이때, Al이 Ga 보다 CH3 리간드쪽으로 전자 쏠림 현상이 심하여 중합체 형성 비율이 성장 챔버 내의 압력에 더 민감하게 작용한다. 즉, 동일한 압력 하락 상태라 하더라도 Al의 중합체 형성 및 손실 비율이 Ga의 중합체 형성 및 손실 비율보다 더 낮아져, AlGaN층 형성 시 Ga 대비 Al 몰분율 상승 효과를 가져온다. 이에 따라, 압력 외에 다른 성장 조건이 모두 동일한 경우 압력이 낮을수록 AlGaN층의 Al 조성비는 증가한다.
본 실시예와 같이, 압력 변화가 삼각파 형태인 경우, 상기 AlxGa(1-x)N층과 AlyGa(1-y)N층에 있어서의 Al 변화 역시 대체로 선형일 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 압력의 변화는 도 3a의 (b) 또는 도 3b의 (a) 및 (b)와 같은 형태일 수도 있다.
도 3a의 (b)와 같이, 압력 변화의 형태는 삼각함수의 파형과 유사한 형태일 수도 있다. 이 경우, 상기 AlxGa(1-x)N층과 AlyGa(1-y)N층에 있어서의 Al 변화는 압력의 변화 형태에 대응하여 선형적이 않을 수 있다.
또한, 도 3b의 (a)와 같이, 압력 변화에 있어서, 압력 상승 구간(21)과 압력 하강 구간(22)은 비대칭적일 수 있다. 예를 들어, 압력 상승 구간(21)의 시간은 압력 하강 구간(22)의 시간보다 길게 설정될 수 있고, 이에 따라, AlxGa(1-x)N층의 두께가 AlyGa(1-y)N층의 두께보다 더 두꺼울 수 있다. 또한, AlxGa(1-x)N층에서의 두께에 따른 Al 조성의 변화율은 AlyGa(1-y)N층에서의 두께에 따른 Al 조성의 변화율에 비해 더 작을 수 있다.
나아가, 도 3b의 (b)와 같이, 압력 상승 구간과 압력 하강 구간 중에 압력을 소정의 시간 동안 일정하게 유지할 수도 있다. 구체적으로 예를 들어, 제1 구간(31)에서 성장 챔버 내의 압력은 제1 압력에서 제2 압력으로 시간에 따라 상승하고, 제2 구간(32)에서 소정의 시간 동안 성장 챔버 내의 압력은 제2 압력으로 유지된다. 이어서, 제3 구간(33)에서 성장 챔버 내의 압력은 다시 제1 압력으로 시간에 따라 하강하고, 제4 구간(34)에서 소정의 시간 동안 성장 챔버 내의 압력이 제1 압력으로 유지되며, 다시 제5 구간(35)에서 성장 챔버 내의 압력이 제3 압력으로 시간에 따라 하강한다. 다음, 제6 구간(36)에서 소정의 시간 동안 성장 챔버 내의 압력이 제3 압력으로 유지되고, 제7 구간(37)에서 성장 챔버 내의 압력이 제3 압력에서 제1 압력으로 시간에 따라 상승하며, 제8 구간(38)에서 성장 챔버 내의 압력이 제1 압력으로 소정의 시간 동안 유지된다. 즉, 제1 n형 질화물층(131)을 성장시키는 동안, 성장 챔버 내의 압력 변화는 시간에 따른 압력 상승 구간 및 압력 하강 구간을 적어도 1회 포함하되, 나아가, 압력 유지 구간을 적어도 1회 이상 더 포함할 수 있다.
한편, 다시 도 3a의 (a)를 참조하면, 제1 n형 질화물층(131)을 성장시키는 것은 성장 챔버 내로 도입되는 n형 도펀트 소스는 유량을 변화시키는 것을 포함하고, 상기 n형 도펀트 소스의 유량을 변화시키는 것은 적어도 1회의 펄스 형태로 n형 도펀트 소스의 유량을 증가키는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 압력 상승 구간(11)에서는 제2 유량으로 n형 도펀트 소스가 챔버 내로 도입되고, 압력 하강 구간(12)에서는 제1 유량으로 n형 도펀트 소스가 챔버 내로 도입될 수 있다. 상기 제1 유량은 제2 유량보다 낮은 유량이다. 압력 상승 구간(11)과 압력 하강 구간(12)이 본 실시예와 같이 삼각파 형태로 반복되는 경우, n형 도펀트 소스는 이에 대응하여 다중 펄스 형태로 성장 챔버 내에 도입될 수 있다. 상기 다중 펄스 형태는 일정한 주기를 가질 수도 있고, 예를 들어, 도시된 바와 같이 n형 도펀트 소스의 시간에 따른 도입 유량은 구형파 형태일 수 있다.
제2 유량과 제1 유량은 각각 상기 AlxGa(1-x)N층과 AlyGa(1-y)N층의 도핑 농도에 따라 조절될 수 있고, 예를 들어, 제1 유량은 AlyGa(1-y)N층이 거의 언도핑 상태이거나 저농도 도핑되는 상태로 성장될 수 있는 유량이며, 제2 유량은 AlxGa(1-x)N층이 상대적으로 고농도 도핑되는 상태로 성장될 수 있는 유량이다. 이때, AlxGa(1-x)N층의 n형 도펀트 농도는 약 1×1018 ~ 1×1019 /cm3 일 수 있다.
한편, n형 도펀트 소스의 공급 형태는 도 3b의 (a)와 같이 비대칭적인 형태일 수도 있다.
즉, 본 실시예에 따르면, 성장된 제1 n형 질화물층(131)은 고농도 도핑된 AlxGa(1-x)N층과 저농도 도핑 또는 언도핑된 AlyGa(1-y)N층을 포함하되, x는 성장 기판(110)으로부터 멀어지는 방향으로 갈수록 그 값이 감소하고, y는 성장 기판(110)으로부터 멀어지는 방향으로 갈수록 그 값이 증가할 수 있다.
제1 n형 질화물층(131)의 상기 AlxGa(1-x)N층(0＜x＜1)과 AlyGa(1-y)N층(0＜y＜1)은 성장 압력의 차이로 인하여 서로 다른 성장률을 가질 수 있다. 이에 따라, 전위가 전파되는 것을 차단하거나 또는 전파 경로를 변화시킬 수 있어서, 후속 공정에서 성장되는 다른 반도체층들의 전위 밀도를 감소시킬 수 있다. 나아가, AlxGa(1-x)N층(0＜x＜1)과 AlyGa(1-z)N층(0＜y＜1)의 조성이 변화하므로, 격자 상수 차이에 의한 응력을 완화시킬 수 있어서, 후속 공정에서 성장되는 다른 반도체층들의 결정성을 우수하게 할 수 있고, 크랙 등의 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
나아가, AlxGa(1-x)N층(0＜x＜1)과 AlyGa(1-z)N층(0＜y＜1)의 성장 시, 압력 및 n형 도펀트 소스 외에 다른 원자의 소스 및 온도는 일정하게 유지하므로, 별도의 추가적인 공정을 수행하지 않고도 종래에 비해 결정성이 우수한 n형 반도체층이 제공될 수 있다. 또한, 제1 n형 질화물층(131)의 성장 과정에서, 압력의 변화는 지속적이고 연속적이므로, 압력의 변화를 펄스 형태로 하는 경우에 비해 공정이 단순하고 용이하여 공정의 신뢰성이 높다. 더욱이, 압력의 변화를 펄스 형태로 하는 경우와 비교하여 성장 챔버 내의 압력이 목적하는 압력에 도달할 때까지 대기하는 시간이 생략되므로, n형 반도체층(130)의 성장시간이 단축될 수 있다.
뿐만 아니라, 제1 n형 질화물층(131)에 있어서, 불순물이 고농도로 도핑되는 층과 저농도로 도핑되는 층이 반복되므로, 불순물에 의하여 반도체층의 결정성이 악화되는 것을 최소화할 수 있다.
다만, 본 발명이 상술한 제1 n형 질화물층(131)의 성장 방법에 한정되는 것은 아니다. 압력의 변화는 압력 상승 구간과 압력 하강 구간을 포함하되, 이는 불규칙적일 수 있다. 또한, n형 도펀트 소스의 공급 역시 펄스 형태를 포함하되, 이는 불규칙적일 수도 있다.
상술한 성장 방법에 따라, 제1 n형 질화물층(131)은 AlxGa(1-x)N층(0＜x＜1)과 AlyGa(1-z)N층(0＜y＜1)을 포함하고, AlxGa(1-x)N층(0＜x＜1)과 AlyGa(1-z)N층(0＜y＜1)의 Al 조성비가 제1 n형 질화물층(131)의 두께 방향에 따라 지속적으로 변화한다. 따라서, 제1 n형 질화물층(131)은 밴드갭 에너지가 적어도 일부 영역에서 두께 방향을 따라 지속적으로 변화할 수 있다. 예를 들어, 도 22a의 (a), (b), 도 22b의 (a) 및 (b)는 각각 도 3a의 (a), (b), 도 3b의 (a), 및 (b)의 성장 조건에 따라 제조된 제1 n형 질화물층(131)의 두께 방향에 따른 밴드갭 에너지를 도시한다. 도 22a 및 도 22b에 있어서, 도면부호에 'a'가 추가된 부분은 도 3a 및 도 3b에서 각 구간에서 성장된 AlGaN층의 밴드갭 에너지를 도시한다. 예를 들어, 도 3a의 (a)에서 압력 상승 구간(11)에서 성장된 AlGaN층의 밴드갭 에너지는 도 22a의 (a)에서 11a 부분에 해당한다.
이어서, 도 4를 참조하면, n형 반도체층(130) 상에 활성층(140) 및 p형 반도체층(150)을 형성한다.
활성층(140)은 (Al, Ga, In)N을 포함할 수 있고, 질화물 반도체의 조성비를 조절하여 원하는 자외선 영역의 피크 파장을 갖는 광을 방출할 수 있다. 활성층(140)은 서로 교대로 적층된 장벽층들(미도시)과 우물층들(미도시)을 포함하여 다중양자우물구조(MQW)로 형성될 수 있다. 예를 들어, 약 700 내지 1000 ℃의 온도 조건 및 약 100 내지 400 Torr의 압력 조건에서 AlInGaN과 같은 4성분계 질화물 반도체를 장벽층들과 우물층들을 구성하도록 성장시킴으로써, 활성층(140)이 제공될 수 있다.
덧붙여, 장벽층들 중 n형 반도체층(130)에 가장 가까이 위치하는 장벽층은 다른 장벽층들에 비해 Al 함량이 더 높을 수 있다. n형 반도체층(130)에 가장 가까운 장벽층을 다른 장벽층들보다 더 큰 밴드갭을 갖도록 형성함으로써 전자의 이동 속도를 감소시켜 전자의 오버플로우를 효과적으로 방지할 수 있다. 또한 N형 반도체층에 가까운 장벽층들이 다른 일부 장벽층보다 두꺼울 수 있으며, 마지막 장벽층이 일부 다른 장벽층보다 두껍거나 높은 Al 조성을 갖을 수 있다. 예를 들어 1번째, 2번째 장벽층이 3번째 장벽층보다 두꺼울 수 있고 마지막 장벽층이 3번째 장벽층보다 두꺼울 수 있다.
p형 반도체층(150)은 활성층(140) 상에 성장될 수 있으며, 약 900 내지 1000℃의 온도 및 약 100 내지 400Torr의 압력에서 약 0.2㎛ 이하의 두께로 형성될 수 있다. p형 반도체층(150)은 AlGaN과 같은 질화물 반도체를 포함할 수 있고, Mg과 같은 불순물을 더 포함하여 p형으로 도핑될 수 있다.
나아가, p형 반도체층(150)은 오믹 컨택 저항을 낮추기 위한 델타 도핑층(미도시)을 더 포함할 수 있고, 전자차단층(미도시)을 더 포함할 수도 있다.
상기 전자차단층은 AlGaN층을 포함할 수 있다. 또한, 전자차단층은 제1 전자차단층(미도시), 및 상기 제1 전자차단층 상에 위치하는 제2 전자차단층(미도시)을 포함할 수 있고, 상기 제1 전자차단층은 제2 전자차단층보다 높은 Al 조성비를 가질 수 있다.
다음, 도 5를 참조하면, p형 반도체층(150) 상에 지지 기판(160)을 형성한다.
지지 기판(160)은 절연성 기판, 도전성 기판 또는 회로 기판일 수 있다. 예를 들어, 지지 기판(160)은 사파이어 기판, 질화갈륨 기판, 유리 기판, 실리콘카바이드 기판, 실리콘 기판, 금속 기판, 세라믹 기판일 수 있다. 또한, 지지 기판(160)은 p형 반도체층(150)에 본딩되어 형성될 수 있고, 이에 따라, 지지 기판(160)과 p형 반도체층(150) 사이에 이들을 본딩하는 본딩층(미도시)이 더 형성될 수 있다.
상기 본딩층은 금속 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어, AuSn을 포함할 수 있다. AuSn을 포함하는 본딩층은 지지 기판(160)과 p형 반도체층(150)을 공정 본딩(Eutectic Bonding)할 수 있다. 지지 기판(160)이 도전성 기판인 경우, 본딩층은 p형 반도체층(150)과 지지 기판(160)을 전기적으로 연결한다.
나아가, 지지 기판(160)과 p형 반도체층(150) 사이에 금속층(미도시)이 더 형성될 수 있다.
상기 금속층은 반사 금속층(미도시) 및 베리어 금속층(미도시)을 포함할 수 있고, 상기 베리어 금속층은 상기 반사 금속층을 덮도록 형성될 수 있다.
상기 반사 금속층은 증착 및 리프트 오프 기술 등을 통해서 형성될 수 있다. 반사 금속층은 광을 반사시키는 역할을 할 수 있고, 또한, p형 반도체층(150)과 전기적으로 연결된 전극 역할을 할 수도 있다. 따라서, 반사 금속층은 자외선에 대해 높은 반사도를 가지면서 오믹 접촉을 형성할 수 있는 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 반사 금속층은, 예를 들어, Ni, Pt, Pd, Rh, W, Ti, Al, Ag 및 Au 중 적어도 하나를 포함하는 금속을 포함할 수 있다.
한편, 상기 베리어 금속층은 반사 금속층과 다른 물질의 상호 확산을 방지한다. 이에 따라, 상기 반사 금속층의 손상에 의한 접촉 저항 증가 및 반사도 감소를 방지할 수 있다. 베리어 금속층은 Ni, Cr, Ti을 포함할 수 있으며, 다중층으로 형성될 수 있다.
도 6을 참조하면, 성장 기판(110)을 반도체층들로부터 분리한다. 특히, 성장 기판(110)은 GaN층(123)에서 분리될 수 있다. 성장 기판(110)은 레이저 리프트 오프, 화학적 리프트 오프, 응력 리프트 오프, 열 리프트 오프 등 다양한 방법을 통하여 분리될 수 있다.
예를 들어, 성장 기판(110)이 사파이어 기판인 경우, 레이저 리프트 오프를 이용하여 분리할 수 있다. 본 실시예에 따르면, n형 반도체층(130)과 성장 기판(110) 사이에 GaN층(123)이 형성될 수 있으므로, KrF 엑시머 레이저를 이용하더라도 용이하게 성장 기판(110)을 분리할 수 있다. 따라서, 종래에 자외선 발광 소자에서 레이저 리프트 오프를 이용하여 성장 기판을 분리하기 어려웠던 문제를 해결할 수 있다.
다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 성장 기판(110)과 반도체층들 사이에 추가적인 층들(예를 들어, 희생층)을 더 형성하여, 화학적 리프트 오프 또는 응력 리프트 오프 등을 이용하여 성장 기판(110)을 분리할 수 있다.
이어서, 도 7를 참조하면, 성장 기판(110)이 분리된 후, n형 반도체층(130) 상에 잔류하는 다른 반도체층들(예를 들어, GaN층(123) 및/또는 버퍼층(121)의 잔류물들)을 제거하여, n형 반도체층(130)의 일면을 노출시킬 수 있다. n형 반도체층(130)의 일면이 노출될 수 있도록, n형 반도체층(130)의 상부에 위치하는 잔류층들은 화학적 및/또는 물리적인 방법, 또는 식각 등에 의해 제거될 수 있다.
나아가, 노출된 n형 반도체층(130)의 표면의 거칠기를 증가시켜, n형 반도체층(130)의 표면에 러프니스(미도시)를 형성하는 것을 더 수행할 수 있다. 상기 러프니스는 습식 식각 등을 이용하여 형성할 수 있으며, 예컨대, PEC(Photo-Enhanced Chemical) 식각, 황인산 용액을 이용한 식각 등일 수 있다. 러프니스의 크기는 식각 조건에 따라 다양하게 결정되며, 예컨대, 평균 높이가 0.5㎛ 이하일 수 있다. 러프니스를 형성함으로써, 본 발명의 자외선 발광 소자의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도 8을 참조하면, n형 반도체층(130), 활성층(140) 및 p형 반도체층(150)을 패터닝하여, 소자 분할 홈(210)을 형성할 수 있다. 소자 분할 홈(210)이 형성됨으로써, 지지 기판(160)의 상면이 부분적으로 노출될 수 있다. 나아가, 소자 분할 홈(210)에 의해 분할된 각각의 소자 영역 상에 n형 전극(170)을 형성할 수 있다.
n형 전극(170)은 Al 조성이 높은 AlGaN층에서의 오믹 특성을 향상하기 위해서, n형의 AlGaN층의 표면보다 낮게 위치하는 영역 상에 형성될 수 있다. 예컨대, n형 반도체층(130)의 상면에 홈을 형성하고, 상기 홈 상에 n형 전극(170)을 형성할 수 있다. 이에 따라, n형 전극(170)과 n형 반도체층(130) 간의 접촉 면적이 넓어져 전류 주입 특성이 향상될 수 있다.
n형 반도체층(130), 활성층(140) 및 p형 반도체층(150)을 패터닝하는 것은, 사진 및 식각 공정을 이용하여 수행될 수 있고, 또한, 소자 분할 홈(210)의 측면이 소정의 기울기를 갖도록 형성될 수도 있다.
n형 전극(220)은 n형 반도체층(130)에 외부 전원을 공급하는 기능을 할 수 있고, 증착 및 리프트 오프 기술을 이용하여 형성될 수 있다.
이어서, 각각의 소자 분할 홈(210) 아래 영역의 지지 기판(160)을 S1을 따라 분리함으로써, 도 9에 도시된 바와 같은 자외선 발광 다이오드(100a)가 제공될 수 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도들이다. 도 10 및 도 11의 실시예는 도 1 내지 도 9의 실시예와 대체로 유사하나, n형 반도체층(130)과 GaN층(123) 사이에 AlN층(125)을 더 형성하는 점에서 차이가 있다. 이하, 차이점을 중심으로 설명한다.
도 10을 참조하면, AlN층(125)은 n형 반도체층(130)을 형성하기 전에, GaN층(123) 상에 형성될 수 있다.
AlN층(125)을 형성하는 것은, 예를 들어, 약 900 내지 약 1100℃의 온도 하에, 제3 압력에서 성장되는 AlN층과 제4 압력에서 성장되는 AlN층을 교대로 반복 적층하는 것을 포함할 수 있다. 상기 반복 적층되는 AlN층은 각각 약 5nm의 두께를 가질 수 있고, 이에 따라, 초격자층이 형성될 수도 있다. 이때, 제3 압력은 제4 압력과 다를 수 있고, 또한, 제3 압력은 제4 압력보다 낮은 압력일 수 있다. 예를 들어, 제3 압력은 0 초과 100Torr 이하이고, 제4 압력은 0 초과 400Torr 이하일 수 있다.
AlN층(125) 제3 압력에서 성장되는 AlN층과 제4 압력에서 성장되는 AlN층은 압력의 차이로 인하여 서로 다른 성장률을 가질 수 있다. 이에 따라, 전위가 전파되는 것을 차단하거나 또는 전파 경로를 변화시킬 수 있어서, 후속 공정에서 성장되는 다른 반도체층들의 전위 밀도를 감소시킬 수 있다.
또한, AlN층(125)에 있어서, Al의 몰분율은 AlN층(125)이 성장되는 압력에 따라 다르게 나타날 수 있다. AlN층 성장시 상대적으로 챔버 내의 성장 압력이 높아지면, AlN 결정에서 Al이 위치하는 사이트(site)가 공공(vacancy)가 되거나, Al이 다른 불순물로 치환될 확률이 높아진다. 따라서, 제3 압력에서 성장된 AlN층은 제4 압력에서 성장된 AlN층에 비해 공공 또는 Al 사이트의 불순물 치환이 발생할 확률이 낮다. 따라서, 제3 압력에서 성장된 AlN층은 제4 압력에서 성장된 AlN층에 비해 높은 Al 몰분율을 가질 수 있다.
이어서, 도 11을 참조하면, AlN층(125) 상에 n형 반도체층(130), 활성층(140) 및 p형 반도체층(150)을 형성한다.
이후의 후속 공정은 도 5 내지 도 9를 참조하여 설명한 것과 대체로 동일하며, 이에 따라, 도 9에 도시된 바와 같은 발광 다이오드(100a)가 제공될 수 있다. 다만, 본 실시예에서 성장 기판(110) 분리 후 n형 반도체층(130) 상에 잔류하는 AlN층(125)은 다양한 방법을 통해 제거될 수 있다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 12 및 도 13의 실시예는 도 10 및 도 11의 실시예와 대체로 유사하나, AlN층(125) 상에 언도프 질화물층(127)을 형성하는 점에서 차이가 있다. 이하, 차이점을 중심으로 설명한다.
언도프 질화물층(127)은 n형 반도체층(130)을 형성하기 전에, AlN층(125) 상에 성장될 수 있다. 언도프 질화물층(127)을 형성하는 것은, 제5 압력에서 성장되는 AlwGa(1-w)N층(0＜w＜1)과 제6 압력에서 성장되는 AlzGa(1-z)N층(0＜z＜1)을 교대로 반복 적층하는 것을 포함할 수 있다. 상기 반복 적층 구조는 초격자 구조일 수 있다. 상기 반복 적층되는 AlwGa(1-w)N층(0＜w＜1)과 AlzGa(1-z)N층(0＜z＜1)은 약 900 내지 1100℃의 온도에서 각각 약 5nm 및 약 10nm의 두께를 갖도록 성장될 수 있다. 이에 따라, AlwGa(1-w)N층(0＜w＜1)과 AlzGa(1-z)N층(0＜z＜1)을 포함하는 초격자층이 형성될 수 있다.
제5 압력과 제6 압력은 서로 다른 압력일 수 있으며, 또한, 제5 압력은 제6 압력보다 낮은 압력일 수 있다. 예를 들어, 상기 제5 압력은 0 초과 100Torr 이하일 수 있고, 상기 제6 압력은 0 초과 300Torr 이하일 수 있다. 성장 압력을 달리함으로써, AlwGa(1-w)N층(0＜w＜1)과 AlzGa(1-z)N층(0＜z＜1)의 조성비를 다르게 할 수도 있고, 또는 동일하게 할 수도 있다. 예를 들어, 압력 외에 다른 성장 조건이 동일한 경우, 더 낮은 압력에서 성장된 AlGaN층은 더 높은 압력에서 성장된 AlGaN층에 비해 높은 Al 조성비를 가질 수 있다.
이와 달리, 상기 언도프 질화물층(127)을 성장시키는 동안의 압력변화는, 제1 n형 질화물층(131) 성장시의 압력 변화와 유사할 수도 있다. 즉, 언도프 질화물층(127)을 성장시키는 동안의 압력 변화는 압력 상승 구간과 압력 하강 구간을 포함할 수 있고, 이때 Al의 조성비의 변화는 제1 n형 질화물층(131)에서의 Al 조성비의 변화와 유사하게 형성될 수 있다.
AlwGa(1-w)N층(0＜w＜1)과 AlzGa(1-z)N층(0＜z＜1)은 성장 압력의 차이로 인하여 서로 다른 성장률을 가질 수 있다. 이에 따라, 전위가 전파되는 것을 차단하거나 또는 전파 경로를 변화시킬 수 있어서, 후속 공정에서 성장되는 다른 반도체층들의 전위 밀도를 감소시킬 수 있다. 나아가, AlwGa(1-w)N층(0＜w＜1)과 AlzGa(1-z)N층(0＜z＜1)의 조성비를 각각 다르게 할 경우, 격자 상수 차이에 의한 응력을 완화시킬 수 있어서, 후속 공정에서 성장되는 다른 반도체층들의 결정성을 우수하게 할 수 있고, 크랙 등의 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이어서, 도 13을 참조하면, 언도프 질화물층(127) 상에 n형 반도체층(130), 활성층(140) 및 p형 반도체층(150)을 형성한다.
이후의 후속 공정은 도 5 내지 도 9를 참조하여 설명한 것과 대체로 동일하며, 이에 따라, 도 9에 도시된 바와 같은 발광 다이오드(100a)가 제공될 수 있다. 다만, 본 실시예에서 성장 기판(110) 분리 후 n형 반도체층(130) 상에 잔류하는 AlN층(125) 및 언도프 질화물층(127)은 다양한 방법을 통해 제거될 수 있다.
한편, 본 실시예에 있어서, AlN층(125)을 형성하는 것은 생략될 수 있다. 따라서, 이 경우에 언도프 질화물층(127)은 GaN층(123) 상에 성장될 수 있다.
도 14 내지 도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 14 내지 도 21의 실시예는 도 10 및 도 11의 실시예와 유사하나, n형 반도체층(130)을 성장시키는 것이 제2 n형 질화물층(133) 및/또는 제3 n형 질화물층(135)을 형성하는 것을 포함하는 점에서 차이가 있다. 이하, 차이점을 중심으로 설명하며, 동일한 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 14를 참조하면, 도 12에 도시된 바와 같은 템플릿을 준비한다. 즉, 성장 기판(110) 상에 버퍼층(121), GaN층(123), AlN층(125) 및 언도프 질화물층(127)을 형성한다. 다만, 상술한 바와 같이, 버퍼층(121), GaN층(123), AlN층(125) 및 언도프 질화물층(127)은 생략될 수도 있다.
이어서, 도 15를 참조하면, 언도프 질화물층(127) 상에 제2 n형 질화물층(133)을 형성할 수 있다.
제2 n형 질화물층(133)은 언도프 질화물층(127) 상에 성장 챔버 내에서 성장될 수 있으며, 또한, 제2 n형 질화물층(133)은 AuGa(1-u)N층(0＜u＜1) 및 AvGa(1-v)N층(0＜v＜1)을 포함할 수 있으며, Si와 같은 불순물을 포함하여 n형으로 도핑될 수 있다. 이때, AuGa(1-u)N층(0＜u＜1) 및 AvGa(1-v)N층(0＜v＜1)은 서로 다른 농도의 도펀트를 포함할 수 있다.
제2 n형 질화물층(133)을 성장시키는 것은, Al 소스, GaN 소스 및 N 소스를 성장 챔버 내로 도입시키는 것을 포함하고, 이때, 챔버 내의 성장 온도는 약 900 내지 1100℃의 범위 내의 온도이고, 챔버 내의 성장 압력은 0 초과 300 Torr이하의 범위 내의 압력일 수 있다. 제2 n형 질화물층(133)을 성장시키는 동안 Al 소스, GaN 소스 및 N 소스의 유량은 일정하게 유지될 수 있고, 성장 온도 역시 오차 범위 내에서 대체로 일정하게 유지될 수 있다.
또한, 제2 n형 질화물층(133)을 성장시키는 것은, 성장 챔버 내로 도입되는 n형 도펀트 소스를 펄스 형태로 공급하는 것을 포함할 수 있다. 즉, 도 3의 도면들에 도시된 바와 같이, n형 도펀트 소스는 펄스 형태로 공급될 수 있고, 나아가 다중 펄스 형태로 챔버 내로 공급될 수 있다. 이에 따라, AuGa(1-u)N층(0＜u＜1) 성장 시, n형 도펀트 소스가 제2 유량으로 공급되는 경우, AuGa(1-u)N층(0＜u＜1)은 상대적으로 고농도 도핑될 수 있다. 반대로, AvGa(1-v)N층(0＜v＜1)은 n형 도펀트 소스가 제1 유량으로 공급되면, AvGa(1-v)N층(0＜v＜1)은 상대적으로 저농도 도핑 또는 언도핑될 수 있다. 예를 들어, 상기 AluGa(1-u)N층의 n형 도펀트 농도는 약 1×1018 ~ 1×1019 /cm3 일 수 있다.
한편, n형 도펀트 소스의 공급 형태는 도 3의 (c)와 같이 비대칭적인 형태일 수도 있고, 불규칙적으로 챔버 내로 공급될 수도 있다.
제2 n형 질화물층(133)이 불순물이 고농도로 도핑되는 층과 저농도로 도핑되는 층이 반복되도록 형성됨으로써, 불순물에 의하여 반도체층의 결정성이 악화되는 것을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 후속 공정으로 성장되는 다른 반도체층들의 결정성을 향상시킬 수 있다.
이어서, 도 17을 참조하면, 제2 n형 질화물층(133) 상에 제1 n형 질화물층(131)을 성장시키고, 제1 n형 질화물층(131) 상에 제3 n형 질화물층(135)을 성장시켜, n형 반도체층(130)을 형성한다.
제1 n형 질화물층(131)을 성장시키는 것은 도 1 내지 도 9의 실시예에서 설명한 바와 대체로 유사하며, 또한, 제3 n형 질화물층(135)을 성장시키는 것은 제2 n형 질화물층(133)을 성장시키는 것과 대체로 유사하다.
다만, 본 실시예에 있어서, 제2 n형 질화물층(133) 및 제3 n형 질화물층(135) 중 하나는 생략될 수도 있다. 제1 n형 질화물층(131)의 성장 전 및/또는 후에 제2 n형 질화물층(133) 및/또는 제3 n형 질화물층(135)을 형성함으로써, 발광 다이오드의 반도체층들의 결정성을 우수하게 할 수 있다. 또한, 응력 완화층과 같은 기능을 하는 제2 n형 질화물층(133) 및 제3 n형 질화물층(135)이 n형 도펀트를 포함함으로써, 응력 완화층에 의해 전자 주입 효율이 감소하는 것을 방지할 수 있다.
이어서, 도 18을 참조하면, n형 반도체층(130) 상에 활성층(140) 및 p형 반도체층(150)을 형성한다. 다음, 도 19를 참조하면 p형 반도체층(150) 상에 지지 기판(160)을 형성할 수 있다.
도 18 및 도 19의 과정은 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 바와 대체로 유사하므로, 상세한 설명은 생략한다.
도 20을 참조하면, n형 반도체층(130), 활성층(140) 및 p형 반도체층(150)을 패터닝하여, 소자 분할 홈(210)을 형성할 수 있다. 소자 분할 홈(210)이 형성됨으로써, 지지 기판(160)의 상면이 부분적으로 노출될 수 있다. 나아가, 소자 분할 홈(210)에 의해 분할된 각각의 소자 영역 상에 n형 전극(170)을 형성할 수 있다.
n형 반도체층(130), 활성층(140) 및 p형 반도체층(150)을 패터닝하는 것은, 사진 및 식각 공정을 이용하여 수행될 수 있고, 또한, 소자 분할 홈(210)의 측면이 소정의 기울기를 갖도록 형성될 수도 있다.
n형 전극(220)은 n형 반도체층(130)에 외부 전원을 공급하는 기능을 할 수 있고, 증착 및 리프트 오프 기술을 이용하여 형성될 수 있다.
이어서, 각각의 소자 분할 홈(210) 아래 영역의 지지 기판(160)을 S2을 따라 분리함으로써, 도 21에 도시된 바와 같은 자외선 발광 다이오드(100b)가 제공될 수 있다.
상술한 실시예들에 따른 발광 다이오드들은 종래의 경우에 비해 우수한 결정성을 갖고, 또한, 성장 기판이 반도체층들로부터 제거되어 열 방출 효율 및 발광 효율이 우수해질 수 있다.
한편, 도면들을 참조하여 설명한 실시예에서는, 성장 기판(110)이 제거된 수직형 발광 소자를 설명하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 상술한 제조 방법은 플립칩형 발광 다이오드에도 적용될 수 있다.
이상에서, 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명하였지만, 상술한 다양한 실시예들 및 특징들에 본 발명이 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 특허청구범위에 의한 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능하다.

Claims (22)

  1. 성장 챔버 내에서, 성장 기판 상에 n형 반도체층을 형성하고; 및
    상기 n형 반도체층 상에 활성층 및 p형 반도체층을 형성하는 것을 포함하고,
    상기 n형 반도체층을 형성하는 것은 AlGaN을 포함하는 제1 n형 질화물층을 성장시키는 것을 포함하되,
    상기 제1 n형 질화물층을 성장시키는 것은, 성장 챔버 내의 성장 압력 조건을 변화시킴과 아울러, 상기 성장 챔버 내로 도입되는 n형 도펀트 소스의 유량을 변화시키는 것을 포함하고,
    상기 제1 n형 질화물층의 성장 중 성장 압력 변화는 시간에 따른 압력 상승 구간 및 압력 하강 구간을 적어도 1회 포함하며,
    상기 n형 도펀트 소스의 유량을 변화시키는 것은 적어도 1회의 펄스 형태로 n형 도펀트 소스의 유량을 증가시키는 것을 포함하고,
    상기 n형 반도체층은, 적어도 일부 영역에서 그 두께 방향에 따라 밴드갭 에너지가 지속적으로 변화하는 제1 n형 질화물층을 포함하는 자외선 발광 다이오드 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 n형 질화물층은 AlxGa(1-x)N층(0＜x＜1) 및 AlyGa(1-y)N층(0＜y＜1)을 포함하고,
    상기 AlxGa(1-x)N층은 상승 압력 상승 구간에서 성장되고, 상기 AlyGa(1-y)N층(0＜y＜1)은 압력 하강 구간에서 성장되며,
    상기 x는 상기 성장 기판에서 멀어지는 방향으로 갈수록 감소하고, 상기 y는 상기 성장 기판에서 멀어지는 방향으로 갈수록 증가하는 자외선 발광 다이오드 제조 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 압력 상승 구간 및 압력 하강 구간은 2회 이상 반복되는 자외선 발광 다이오드 제조 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 n형 도펀트 소스의 도입 유량은 제1 유량 및 상기 제1 유량보다 높은 제2 유량을 포함하고,
    상기 제2 유량은 상기 적어도 1회의 펄스 형태로 상승한 유량에 대응하며,
    상기 압력 상승 구간 동안, 상기 n형 도펀트 소스는 제2 유량으로 상기 성장 챔버 내로 도입되고,
    상기 압력 하강 구간 동안, 상기 n형 도펀트 소스는 제1 유량으로 상기 성장 챔버 내로 도입되는 자외선 발광 다이오드 제조 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 n형 반도체층을 형성하기 전에, 상기 성장 기판 상에 GaN층을 형성하는 것과,
    상기 p형 반도체층을 형성한 후에, 상기 n형 반도체층으로부터 성장 기판을 분리하는 것을 더 포함하고,
    상기 성장 기판은 상기 GaN층에서 분리되는 자외선 발광 다이오드 제조 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 n형 도펀트 소스의 시간에 따른 도입 유량은 구형파 형태인 자외선 발광 다이오드 제조 방법.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 압력 상승 구간 및 압력 하강 구간의 시간에 따른 압력 변화는, 삼각파 형태 또는 삼각함수 형태인 자외선 발광 다이오드 제조 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 n형 질화물층을 형성하는 동안, Al 소스의 도입 유량, Ga 소스의 도입 유량, N 소스의 도입 유량 및 상기 성장 챔버 내의 성장 온도는 일정한 자외선 발광 다이오드 제조 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 n형 반도체층을 형성하기 전에, 상기 성장 기판 상에 GaN층을 형성하는 것과 상기 GaN층 상에 AlN층을 형성하는 것을 더 포함하고,
    상기 AlN층을 형성하는 것은, Al 소스 및 N 소스를 각각 일정한 유량으로 상기 성장 챔버 내에 도입하되, 상기 성장 챔버 내의 압력을 제1 압력 및 제2 압력으로 교대로 변화시키는 것을 포함하고,
    상기 제1 압력과 제2 압력은 서로 다른, 자외선 발광 다이오드 제조 방법.
  10. 청구항 1 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 n형 반도체층을 형성하기 전에, 언도프 질화물층을 형성하는 것을 더 포함하는 자외선 발광 다이오드 제조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 언도프 질화물층을 형성하는 것은, 제1 압력에서 성장되는 AlwGa(1-w)N층(0＜w＜1)과 제2 압력에서 성장되는 AlzGa(1-z)N층(0＜z＜1)을 교대로 반복 적층하는 것을 포함하며, 상기 제1 압력과 제2 압력은 서로 다른 자외선 발광 다이오드 제조 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 언도프 질화물층을 형성하는 것은, 성장 챔버 내의 성장 압력 조건을 시간에 따라 변화시키는 것을 포함하고,
    상기 언도프 질화물층의 성장 중 성장 압력 변화는 시간에 따른 압력 상승 구간 및 압력 하강 구간을 적어도 1회 포함하는 자외선 발광 다이오드 제조 방법.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 n형 반도체층을 형성하는 것은, 제1 n형 질화물층의 하부에 위치하는 제2 n형 질화물층 및/또는 제1 n형 질화물층의 상부에 위치하는 제3 n형 질화물층을 형성하는 것을 더 포함하는 자외선 발광 다이오드 제조 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제2 n형 질화물층 및 제3 n형 질화물층을 형성하는 것은, 상기 성장 챔버 내로 도입되는 n형 도펀트 소스의 유량을 변화시키는 것을 포함하고,
    상기 n형 도펀트 소스의 유량을 변화시키는 것은 적어도 1회의 펄스 형태로 n형 도펀트 소스의 유량을 증가시키는 것을 포함하는 자외선 발광 다이오드 제조 방법.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 n형 질화물층의 성장 중 성장 압력 변화는, 소정의 시간 동안 압력을 일정하게 유지하는 압력 유지 구간을 적어도 1회 더 포함하는 자외선 발광 다이오드 제조 방법.
  16. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 압력에서 성장된 AlN층과 상기 제2 압력에서 성장된 AlN층의 Al 몰분율은 서로 다른 자외선 발광 다이오드 제조 방법.
  17. 지지 기판;
    상기 지지 기판 상에 위치하는 p형 반도체층;
    상기 p형 반도체층 상에 위치하는 활성층;
    상기 활성층 상에 위치하는 n형 반도체층을 포함하고,
    상기 n형 반도체층은, 적어도 일부 영역에서 그 두께 방향에 따라 밴드갭 에너지가 지속적으로 변화하는 제1 n형 질화물층을 포함하고,
    상기 제1 n형 질화물층은 AlxGa(1-x)N층(0＜x＜1) 및 AlyGa(1-y)N층(0＜y＜1)을 포함하고, 상기 x는 상기 지지 기판에서 멀어지는 방향으로 갈수록 증가하고, 상기 y는 상기 지지 기판에서 멀어지는 방향으로 갈수록 감소하며,
    상기 AlxGa(1-x)N층(0＜x＜1) 및 AlyGa(1-y)N층(0＜y＜1)은 n형 도펀트로 도핑되되, 상기 AlxGa(1-x)N층(0＜x＜1)이 상기 AlyGa(1-y)N층(0＜y＜1)보다 고농도 도핑농도를 갖는 자외선 발광 다이오드.
  18. 삭제
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 제1 n형 질화물층은 상기 AlxGa(1-x)N층(0＜x＜1) 및 AlyGa(1-y)N층(0＜y＜1)이 교대로 반복적으로 적층된 구조를 포함하는 자외선 발광 다이오드.
  20. 청구항 17에 있어서,
    상기 n형 반도체층은 제1 n형 질화물층의 하부에 위치하는 제2 n형 질화물층 및/또는 제1 n형 질화물층의 상부에 위치하는 제3 n형 질화물층을 더 포함하는 자외선 발광 다이오드.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 제2 n형 질화물층 및 제3 n형 질화물층 각각은 제1 농도로 n형 도핑된 AuGa(1-u)N층(0＜u＜1) 및 제2 농도로 n형 도핑된 AvGa(1-v)N층(0＜v＜1)이 교대로 반복 적층된 구조를 포함하고,
    상기 제1 농도는 상기 제2 농도에 비해 고농도인 자외선 발광 다이오드.
  22. 청구항 17에 있어서,
    상기 제1 n형 질화물층은 그 두께 방향을 따라 밴드갭 에너지가 일정한 영역을 더 포함하는 자외선 발광 다이오드.
KR1020140094958A 2014-07-25 2014-07-25 자외선 발광 다이오드 및 그 제조 방법 Active KR102320790B1 (ko)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140094958A KR102320790B1 (ko) 2014-07-25 2014-07-25 자외선 발광 다이오드 및 그 제조 방법
DE102015112153.0A DE102015112153A1 (de) 2014-07-25 2015-07-24 UV-Leuchtdiode und Verfahren zur Herstellung derselben
CN201520550405.2U CN204809250U (zh) 2014-07-25 2015-07-27 紫外光发光二极管
CN201510447117.9A CN105322059B (zh) 2014-07-25 2015-07-27 紫外光发光二极管及其制造方法
US14/810,464 US9496455B2 (en) 2014-07-25 2015-07-27 UV light emitting diode and method of fabricating the same
US15/294,563 US9905732B2 (en) 2014-07-25 2016-10-14 UV light emitting diode and method of fabricating the same
US15/883,774 US10319882B2 (en) 2014-07-25 2018-01-30 UV light emitting diode and method of fabricating the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140094958A KR102320790B1 (ko) 2014-07-25 2014-07-25 자외선 발광 다이오드 및 그 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160012785A KR20160012785A (ko) 2016-02-03
KR102320790B1 true KR102320790B1 (ko) 2021-11-03

Family

ID=54594025

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140094958A Active KR102320790B1 (ko) 2014-07-25 2014-07-25 자외선 발광 다이오드 및 그 제조 방법

Country Status (4)

Country Link
US (3) US9496455B2 (ko)
KR (1) KR102320790B1 (ko)
CN (2) CN105322059B (ko)
DE (1) DE102015112153A1 (ko)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9412911B2 (en) 2013-07-09 2016-08-09 The Silanna Group Pty Ltd Optical tuning of light emitting semiconductor junctions
JP6986349B2 (ja) 2014-05-27 2021-12-22 シランナ・ユー・ブイ・テクノロジーズ・プライベート・リミテッドSilanna Uv Technologies Pte Ltd ｎ型超格子及びｐ型超格子を備える電子デバイス
JP6636459B2 (ja) 2014-05-27 2020-01-29 シランナ・ユー・ブイ・テクノロジーズ・プライベート・リミテッドＳｉｌａｎｎａ Ｕｖ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｐｔｅ Ｌｔｄ 半導体構造と超格子とを用いた高度電子デバイス
US11322643B2 (en) 2014-05-27 2022-05-03 Silanna UV Technologies Pte Ltd Optoelectronic device
CN106663718B (zh) 2014-05-27 2019-10-01 斯兰纳Uv科技有限公司 光电装置
KR102320790B1 (ko) * 2014-07-25 2021-11-03 서울바이오시스 주식회사 자외선 발광 다이오드 및 그 제조 방법
US20160293596A1 (en) * 2015-03-30 2016-10-06 Texas Instruments Incorporated Normally off iii-nitride transistor
US9595616B1 (en) * 2015-12-02 2017-03-14 Sandia Corporation Vertical III-nitride thin-film power diode
US10418517B2 (en) 2016-02-23 2019-09-17 Silanna UV Technologies Pte Ltd Resonant optical cavity light emitting device
WO2017145026A1 (en) 2016-02-23 2017-08-31 Silanna UV Technologies Pte Ltd Resonant optical cavity light emitting device
KR101697461B1 (ko) * 2016-07-04 2017-02-02 (주)유니드엘이디 자외선 발광소자 및 이의 제조 방법
KR101697462B1 (ko) * 2016-07-04 2017-01-18 (주)유니드엘이디 수직형 자외선 발광소자, 이의 제조 방법, 수직형 자외선 발광소자용 AlN 템플릿 및 이의 제조 방법
US10121932B1 (en) * 2016-11-30 2018-11-06 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Tunable graphene light-emitting device
KR102496483B1 (ko) 2017-11-23 2023-02-06 삼성전자주식회사 아발란치 광검출기 및 이를 포함하는 이미지 센서
US10820532B2 (en) * 2018-08-24 2020-11-03 Seoul Viosys Co., Ltd. Light source for plant cultivation
US10622514B1 (en) 2018-10-15 2020-04-14 Silanna UV Technologies Pte Ltd Resonant optical cavity light emitting device
CN112820636B (zh) * 2021-01-14 2024-01-16 镓特半导体科技（上海）有限公司 半导体结构、自支撑氮化镓层及其制备方法
CN114335278B (zh) * 2022-03-16 2022-08-05 至芯半导体(杭州)有限公司 一种uvb芯片的外延结构及其应用
CN115341194B (zh) * 2022-07-05 2024-02-23 华灿光电(苏州）有限公司 提高微型发光二极管发光一致性的生长方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012146847A (ja) * 2011-01-13 2012-08-02 Sharp Corp 窒化物半導体発光素子および半導体光学装置

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2936620B2 (ja) * 1990-02-20 1999-08-23 住友電気工業株式会社 化合物半導体結晶の気相成長法
JP2682421B2 (ja) * 1993-12-28 1997-11-26 日本電気株式会社 半導体光集積回路の製造方法
JP2001338976A (ja) * 2000-05-26 2001-12-07 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法
US6822991B2 (en) * 2002-09-30 2004-11-23 Lumileds Lighting U.S., Llc Light emitting devices including tunnel junctions
US7192849B2 (en) 2003-05-07 2007-03-20 Sensor Electronic Technology, Inc. Methods of growing nitride-based film using varying pulses
JP2007207827A (ja) * 2006-01-31 2007-08-16 Toshiba Corp 半導体レーザ装置
KR100850950B1 (ko) * 2006-07-26 2008-08-08 엘지전자 주식회사 질화물계 발광 소자
EP1883140B1 (de) * 2006-07-27 2013-02-27 OSRAM Opto Semiconductors GmbH LD oder LED mit Übergitter-Mantelschicht und Dotierungsgradienten
KR101164026B1 (ko) * 2007-07-12 2012-07-18 삼성전자주식회사 질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법
US7723719B2 (en) * 2007-12-14 2010-05-25 Palo Alto Research Center Incorporated Light emitting devices with inhomogeneous quantum well active regions
KR101691906B1 (ko) * 2010-09-14 2017-01-02 삼성전자주식회사 Ⅲ족 질화물 나노로드 발광 소자 제조방법
CN102130223B (zh) * 2010-12-06 2012-07-25 山东华光光电子有限公司 一种GaN基LED外延片表面粗化方法
CN102157654B (zh) * 2011-03-30 2013-09-25 重庆大学 基于双面凹孔衬底及组分渐变缓冲层的倒装led芯片
US20120119254A1 (en) * 2011-07-08 2012-05-17 Yong Tae Moon Light emitting device, light emitting device package and lighting system including the same
WO2013018937A1 (ko) * 2011-07-29 2013-02-07 삼성전자주식회사 반도체 발광소자
KR101903361B1 (ko) * 2012-03-07 2018-10-04 삼성전자주식회사 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
US9312432B2 (en) * 2012-03-13 2016-04-12 Tsmc Solid State Lighting Ltd. Growing an improved P-GaN layer of an LED through pressure ramping
KR102246648B1 (ko) * 2014-07-29 2021-04-30 서울바이오시스 주식회사 자외선 발광 다이오드
JP2014060294A (ja) * 2012-09-18 2014-04-03 Ushio Inc Ｌｅｄ素子及びその製造方法
CN103035805B (zh) * 2012-12-12 2016-06-01 华灿光电股份有限公司 一种发光二极管外延片及其制备方法
KR20140094958A (ko) 2013-01-23 2014-07-31 삼성전자주식회사 플렉서블 디스플레이 장치의 동작 실행 방법 및 그 장치
US9048387B2 (en) * 2013-08-09 2015-06-02 Qingdao Jason Electric Co., Ltd. Light-emitting device with improved light extraction efficiency
CN103715071B (zh) * 2013-11-29 2016-08-17 南京大学扬州光电研究院 一种铝铟镓氮四元合金薄膜材料的mocvd外延加工方法
JP6094819B2 (ja) * 2013-12-13 2017-03-15 ウシオ電機株式会社 半導体発光素子及びその製造方法
KR102320790B1 (ko) * 2014-07-25 2021-11-03 서울바이오시스 주식회사 자외선 발광 다이오드 및 그 제조 방법
KR102212561B1 (ko) * 2014-08-11 2021-02-08 삼성전자주식회사 반도체 발광 소자 및 반도체 발광 소자 패키지

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012146847A (ja) * 2011-01-13 2012-08-02 Sharp Corp 窒化物半導体発光素子および半導体光学装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN105322059A (zh) 2016-02-10
DE102015112153A1 (de) 2016-01-28
US20180175245A1 (en) 2018-06-21
US10319882B2 (en) 2019-06-11
CN204809250U (zh) 2015-11-25
US9905732B2 (en) 2018-02-27
CN105322059B (zh) 2020-11-06
US9496455B2 (en) 2016-11-15
US20160027964A1 (en) 2016-01-28
KR20160012785A (ko) 2016-02-03
US20170033263A1 (en) 2017-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102320790B1 (ko) 자외선 발광 다이오드 및 그 제조 방법
CN106165126B (zh) 具有应力降低的缓冲结构的半导体结构
KR100267839B1 (ko) 질화물 반도체 장치
KR102538001B1 (ko) 자외선 발광 소자
JP2003037289A (ja) 低駆動電圧のｉｉｉ族窒化物発光素子
CN101689586A (zh) 氮化物半导体发光元件和氮化物半导体的制造方法
JP2008182069A (ja) 半導体発光素子
KR101262726B1 (ko) 탄소 도핑된 ｐ형 질화물층을 포함하는 질화물계 발광소자 제조 방법
JP6686172B2 (ja) 窒化物半導体発光素子
JP2001203385A (ja) 窒化物半導体発光ダイオード
US20160072015A1 (en) Vertical ultraviolet light emitting device and method for manufacturing the same
JP3366188B2 (ja) 窒化物半導体素子
KR20150015760A (ko) 발광 소자 제조용 템플릿 및 자외선 발광소자 제조 방법
KR102347387B1 (ko) 자외선 발광 소자
JP2012019246A (ja) 半導体発光素子
JP2004214500A (ja) 窒化物半導体成長基板およびそれを用いた窒化物半導体素子
JP2011187993A (ja) 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法
JP5151139B2 (ja) 半導体発光素子
JP2004336080A (ja) 窒化物半導体素子
KR101436385B1 (ko) 3족 질화물 반도체 발광소자
JP2006294706A (ja) 半導体発光装置
JP6198004B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子およびその製造方法
JP2013070099A (ja) 半導体発光素子の製造方法
JP2008130832A (ja) 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法
JP2008277356A (ja) 半導体素子

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20140725

PG1501 Laying open of application
A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20190710

Comment text: Request for Examination of Application

Patent event code: PA02011R01I

Patent event date: 20140725

Comment text: Patent Application

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20200630

Patent event code: PE09021S01D

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20210126

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20210727

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20211027

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20211028

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration