[go: up one dir, main page]

KR20130048844A - 발광 다이오드 및 그 제조 방법 - Google Patents

발광 다이오드 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20130048844A
KR20130048844A KR1020110113718A KR20110113718A KR20130048844A KR 20130048844 A KR20130048844 A KR 20130048844A KR 1020110113718 A KR1020110113718 A KR 1020110113718A KR 20110113718 A KR20110113718 A KR 20110113718A KR 20130048844 A KR20130048844 A KR 20130048844A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
type semiconductor
semiconductor layer
bowing
growing
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.)
Withdrawn
Application number
KR1020110113718A
Other languages
English (en)
Inventor
한창석
김화목
최승규
곽우철
안순호
김재헌
유시훈
Original Assignee
서울옵토디바이스주식회사
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 서울옵토디바이스주식회사 filed Critical 서울옵토디바이스주식회사
Priority to KR1020110113718A priority Critical patent/KR20130048844A/ko
Priority to PCT/KR2012/009092 priority patent/WO2013066057A1/en
Publication of KR20130048844A publication Critical patent/KR20130048844A/ko
Withdrawn legal-status Critical Current

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
    • 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]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/816—Bodies having carrier transport control structures, e.g. highly-doped semiconductor layers or current-blocking structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/0242—Crystalline insulating materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02455—Group 13/15 materials
    • H01L21/02458—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02538—Group 13/15 materials
    • H01L21/0254—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/0257—Doping during depositing
    • H01L21/02573—Conductivity type
    • H01L21/02576—N-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02587—Structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • 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
    • 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
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 사파이어 기판을 준비하는 단계; 상기 사파이어 기판의 일측 표면 상에 제1 n형 반도체층을 성장시키는 단계; 상기 제1 n형 반도체층 상에 AlxIn1 -xN(이때, x > 0.82)을 포함하는 보잉 방지층을 성장시키는 단계; 상기 보잉 방지층 상에 제2 n형 반도체층을 성장시키는 단계; 및 상기 제2 n형 반도체층 상에 활성층 및 p형 반도체층을 성장시키는 단계;를 포함하는 발광 다이오드 제조 방법가 제공된다.

Description

발광 다이오드 및 그 제조 방법{LIGHT EMITTING DIODE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드는 기본적으로 p형 반도체와 n형 반도체의 접합인 PN 접합 다이오드이다.
상기 발광 다이오드는 p형 반도체와 n형 반도체를 접합한 뒤, 상기 p형 반도체와 n형 반도체에 전압을 인가하여 전류를 흘려주면, 상기 p형 반도체의 정공은 상기 n형 반도체 쪽으로 이동하고, 이와는 반대로 상기 n형 반도체의 전자는 상기 p형 반도체 쪽으로 이동하여 상기 전자 및 정공은 상기 PN 접합부로 이동하게 된다.
상기 PN 접합부로 이동된 전자는 전도대(conduction band)에서 가전대(valence band)로 떨어지면서 정공과 결합하게 된다. 이때, 상기 전도대와 가전대의 높이 차이 즉, 에너지 차이에 해당하는 만큼의 에너지를 발산하는데, 상기 에너지가 광의 형태로 방출된다.
이러한 발광 다이오드는 광을 발하는 반도체 소자로서 친환경, 저 전압, 긴 수명 및 저 가격 등의 특징이 있으며, 종래에는 표시용 램프나 숫자와 같은 단순 정보표시에 많이 응용되어 왔으나, 최근에는 산업기술의 발전, 특히 정보표시 기술과 반도체 기술의 발전으로 디스플레이 분야, 자동차 헤드램프, 프로젝터 등 다방면에 걸쳐서 사용되기에 이르렀다.
이러한 발광 다이오드는 사파이어 기판 상에 p형 반도체층, 활성층 및 n형 반도체층을 포함하는 에피층을 성장시켜 제조될 수 있다.
이때, 상기 사파이어 기판 상에 상기 에피층을 성장시키는 방법은 상기 사파이어 기판을 MOCVD와 같은 성장 장치 내에 장입하고, 상기 사파이어 기판을 고온으로 가열한 후, 상기 에피층의 성장에 필요한 가스들을 주입하여 성장시킨다.
그리고 상기 에피층의 성장이 완료되면, 상기 사파이어 기판을 냉각한 후, 외부로 인출한다.
이때, 상기 사파이어 기판은 상기 에피층과의 격자 상수 차이 및 높은 성장 온도 등에 의해 상기 에피층을 성장한 후 냉각하게 되면 상기 사파이어 기판이 휘어지는 보잉(bowing) 현상이 발생하는 문제가 있었다.
상기 보잉 현상을 해결하기 위해 종래에는 상기 성장 기판의 두께를 두껍게 하거나, 상기 에피층을 성장하는 도중 AlN층 또는 AlGaN층을 형성하였다.
그러나 상기 성장 기판의 두께를 두껍게 하는 것은 제조 단가를 상승시키는 문제를 유발하였고, 상기 AlN층 또는 AlGaN층은 상기 에피층을 이루는 물질인 GaN과의 격자 상수가 커 상기 에피층 내에 내부 결합을 초래하는 문제점을 발생시켰다.
본 발명의 목적은 사파이어 기판 상에 에피층을 성장함에 있어 보잉 현상을 최소화하면서도 상기 에피층 내에 내부 결합의 발생이 최소화된 발광 다이오드 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 사파이어 기판을 준비하는 단계; 상기 사파이어 기판의 일측 표면 상에 제1 n형 반도체층을 성장시키는 단계; 상기 제1 n형 반도체층 상에 AlxIn1 -xN(이때, x > 0.82)을 포함하는 보잉 방지층을 성장시키는 단계; 상기 보잉 방지층 상에 제2 n형 반도체층을 성장시키는 단계; 및 상기 제2 n형 반도체층 상에 활성층 및 p형 반도체층을 성장시키는 단계;를 포함하는 발광 다이오드 제조 방법이 제공된다.
상기 발광 다이오드 제조 방법은 상기 제2 n형 반도체층을 성장하기 전에, 상기 보잉 방지층 상에 AlxIn1 - xN(이때, x = 0.82)을 포함하는 결함 확산 방지층을 성장시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 보잉 방지층의 성장은 상기 제1 n형 반도체층의 성장 온도에서 상기 결함 확산 방지층의 성장 온도로 냉각하는 동안 이루어질 수 있다.
상기 결함 확산 방지층의 성장 온도는 740 내지 840℃일 수 있다.
상기 보잉 방지층과 결함 확산 방지층은 N을 포함하는 소스 가스, TMIn(Trimethyl Indium)을 포함하는 소스 가스 및 TMAl(Trimethyl Aluminium)을 포함하는 소스 가스를 공급하여 성장시키되, 상기 TMIn을 포함하는 소스 가스 및 TMAl을 포함하는 소스 가스는 각각 130 내지 230μmol 및 15 내지 25μmol을 공급할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 사파이어 기판; 상기 사파이어 기판의 일측 표면 상에 구비된 제1 n형 반도체층; 상기 제1 n형 반도체층 상에 구비되며, AlxIn1 -xN(이때, x > 0.82)을 포함하는 보잉 방지층; 상기 보잉 방지층 상에 구비된 제2 n형 반도체층; 및 상기 제2 n형 반도체층 상에 구비된 활성층 및 p형 반도체층;을 포함하는 발광 다이오드가 제공된다.
상기 발광 다이오드는 상기 제2 n형 반도체층과 보잉 방지층 사이에, AlxIn1 -xN(이때, x = 0.82)을 포함하는 결함 확산 방지층을 더 포함할 수 있다.
상기 보잉 방지층은 10 내지 30Å의 두께로 구비될 수 있다.
본 발명에 의하면, 사파이어 기판 상에 에피층을 성장함에 있어 보잉 현상을 최소화하면서도 상기 에피층 내에 내부 결합의 발생이 최소화된 발광 다이오드 및 그 제조 방법을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 소자를 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광 다이오드 소자를 보여주는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드의 단면도이다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드를 제조하는 방법을 설명한다.
우선, 성장 기판(100)을 준비한다.
상기 성장 기판(100)은 이후 설명되는 에피층을 성장시킬 수 있는 어떠한 기판, 즉, 사파이어 기판, 실리콘카바이드 기판 또는 실리콘 기판 등일 수 있으나, 바람직하게는 상기 성장 기판(100)은 사파이어 기판일 수 있다.
이때, 상기 에피층은 버퍼층(210), 제1 n형 반도체층(222), 제2 n형 반도체층(224), 보잉 방지층(232), 결함 확산 방지층(234), 초격자층(240), 활성층(250), 전자 브로킹층(260) 및 p형 반도체층(270)을 포함할 수 있다.
이어서, 상기 성장 기판(100) 상에 버퍼층(210)을 성장시킬 수 있다.
상기 버퍼층(210)은 상기 성장 기판(100)과 이후 설명되는 제1 n형 반도체층(222) 사이의 격자 부정합을 완화하기 위해 구비될 수 있다. 또한, 상기 버퍼층(210)은 단일층 또는 복수층으로 이루어질 수 있으며, 복수층으로 이루어질 경우, 저온 버퍼층과 고온 버퍼층으로 이루어질 수 있다. 상기 버퍼층(미도시)은 AlN으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 버퍼층(210)은 생략될 수 있다.
이어서, 상기 버퍼층(210) 상에 제1 n형 반도체층(222)을 성장시킬 수 있다.
상기 제1 n형 반도체층(222)은 n형 불순물이 도핑된 Ⅲ-N 계열의 화합물 반도체, 예컨대 (Al, Ga, In)N 계열의 Ⅲ족 질화물 반도체층일 수 있다.
상기 제1 n형 반도체층(222)은 n형 불순물이 도핑된 GaN층, 즉, N-GaN층일 수 있고, 알루미늄이 도핑된 N-GaN층인 N-AlGaN층일 수 있다. 상기 n형 불순물은 Si일 수 있다. 또한, 상기 제1 n형 반도체층(222)은 단일층 또는 다중층, 예컨대, 상기 제1 n형 반도체층(222)이 다중층으로 이루어지는 경우, 초격자 구조로 이루어질 수 있다.
이어서, 상기 제1 n형 반도체층(222) 상에 보잉 방지층(232)을 성장시킬 수 있다.
이때, 상기 보잉 방지층(232)은 AlxIn1 -xN(이때, x > 0.82)을 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 보잉 방지층(232)은 10 내지 30Å의 두께로 성장될 수 있다.
이어서, 상기 보잉 방지층(232) 상에 결함 확산 방지층(234)을 성장시킬 수 있다. 이때, 상기 결함 확산 방지층(234)은 필요에 따라 생략될 수 있다.
상기 결함 확산 방지층(234)은 AlxIn1 - xN(이때, x = 0.82)을 포함하여 이루어질 수 있다.
이어서, 상기 결함 확산 방지층(234) 상에 제2 n형 반도체층(224)을 성장시킬 수 있다.
상기 제2 n형 반도체층(224)은 상기 제1 n형 반도체층(222)과 동일하게 성장될 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
상기에서 상술한 바와 같이 상기 보잉 방지층(232)은 n형 반도체층(222, 224)의 중간에 성장되는 것이 바람직하다.
상기 보잉 방지층(232)은 상기에서 상술한 바와 같이 사파이어 기판 등과 같은 성장 기판, 특히, 그 직경이 4인치 이상인 대구경의 성장 기판 상에 에피층(특히, 상기 n형 반도체층(222, 224)의 경우, 원활한 불순물 도핑 등을 위해 고온에서 성장시킴)을 고온에서 성장시키게 되면, 상기 사파이어 기판 등과 같은 성장 기판과 에피층 사이의 격자 상수 차이 또는 높은 성장 온도 등에 의해 상기 사파이어 기판 등과 같은 성장 기판이 휘어지는 현상인 보잉 현상이 발생하게 되는데, 상기 보잉 방지층(323)은 이러한 사파이어 기판 등과 같은 성장 기판, 특히, 그 직경이 4인치 이상인 대구경의 성장 기판의 보잉 현상을 완화시켜 최소화할 수 있다.
이는 상기 보잉 방지층(232)은 격자 상수가 크기 때문일 뿐만 아니라, 상기 보잉 방지층(232)은 상기 n형 반도체층(222,224)을 성장시키는 성장 온도보다 낮은 성장 온도에서 성장하기 때문에 상기 보잉 현상을 완화시켜 최소화할 수 있다.
이때, 상기 보잉 방지층(232)은 보잉 현상을 최소화하기 위해 격자 상수가 큰 물질, 즉, AlxIn1 -xN(이때, x > 0.82)을 포함하는 물질로 성장시킴으로써 상기 보잉 방지층(232)과 n형 반도체층(222,224) 사이에는 격자 상수의 차이가 있으므로 인해, 상기 보잉 방지층(232) 상에 상기 제2 n형 반도체층(224)을 바로 성장시키면, 상기 제2 n형 반도체층(224) 내에는 많은 결함이 발생하게 된다.
이때, 상기 제2 n형 반도체층(224) 내의 이러한 결함은 상기 보잉 방지층(232)과 동일한 물질로 이루어지되, 조성이 다른 상기 결함 확산 방지층(234)을 상기 보잉 방지층(232) 상, 즉, 상기 보잉 방지층(232)과 제2 n형 반도체층(224) 사이에 성장시킴으로써 해결할 수 있다.
즉, 상기 결함 확산 방지층(234)은 상기 보잉 방지층(232)과 동일한 물질로 성장시키되, 상기 n형 반도체층(222,224)과 동일한 격자 상수로 가진 물질, 즉, AlxIn1-xN(이때, x=0.82)을 포함하는 물질로 성장시킴으로써 해결할 수 있다.
상기 제1 n형 반도체층(222), 보잉 방지층(232), 결함 확산 방지층(234) 및 제2 n형 반도체층(224)을 성장시키는 과정을 자세히 설명하면, 상기 제1 n형 반도체층(222)을 성장시킨 후, 성장 온도를 일정 온도로 낮추면서 상기 보잉 방지층(232)을 성장시키고, 일정 온도에서 상기 결함 확산 방지층(234)을 성장시킨 후, 다시 가열하여 성장 온도를 높인 후 상기 제2 n형 반도체층(224)을 성장시킨다.
이때, 상기 결함 확산 방지층(234), 즉, AlxIn1 - xN(이때, x=0.82)을 포함하는 물질로 이루어진 층을 성장시키는 일정 온도는 740 내지 840℃의 온도 범위이고, 상기 제1 n형 반도체층(222) 및 제2 n형 반도체층(224)은 1000℃ 내외의 온도 범위에서 성장된다.
그러므로 상기 보잉 방지층(232)과 결함 확산 방지층(234)은 상기 제1 n형 반도체층(222)을 성장시킨 후, N를 포함하는 소스 가스, TMIn(Trimethyl Indium)을 포함하는 소스 가스 및 TMAl(Trimethyl Aluminium)을 포함하는 소스 가스를 공급하고, 성장 온도를 낮추면서 상기 보잉 방지층(232)과 결함 확산 방지층(234)을 성장시키되, 상기 보잉 방지층(232)은 성장 온도가 낮아지는 동안 성장시키고, 상기 결함 확산 방지층(234)은 일정 온도를 유지하면서 성장시킨다.
이때, 상기 TMIn을 포함하는 소스 가스는 130 내지 230μmol로 주입되고, 상기 TMAl을 포함하는 소스 가스는 각각 및 15 내지 25μmol을 주입하여 성장시킨다.
상기 보잉 방지층(232)을 성장 온도를 낮추면서 성장시키는 이유는 상기 AlxIn1-xN은 상대적으로 높은 성장 온도에서 성장되면, 상대적으로 낮은 함량의 In을 포함하는 AlxIn1 - xN이 성장되고, 상대적으로 낮은 성장 온도에서 성장되면, 상대적으로 높은 함량의 In을 포함하는 AlxIn1 - xN이 성장되기 때문이다.
상기 In의 함량이 18% 보다 낮을 때의 AlxIn1 - xN을 포함하는 상기 보잉 방지층(232)은 격자 상수가 상기 n형 반도체층(222, 224) 보다 크고, 상기 In의 함량이 18%일 때의 AlxIn1 - xN을 포함하는 상기 결함 확산 방지층(234)은 격자 상수가 상기 n형 반도체층(222, 224)와 동일해진다.
이어서, 상기 제2 n형 반도체층(224) 상에 초격자층(240)을 성장시킬 수 있다. 상기 초격자층(240)은 Ⅲ-N 계열의 화합물 반도체, 예컨대 (Al, Ga, In)N 반도체층이 복수층으로 적층된 층, 예컨대, InN층과 InGaN층이 반복하여 적층된 구조일 수 있으며, InGaN층과 GaN층이 반복하여 적층된 구조일 수 있다.
상기 초격자층(240)은 이후 설명되는 상기 활성층(250)이 형성되기 전에 성장됨으로써 상기 활성층(250)으로 전위(dislocation) 또는 결함(defect) 등이 전달되는 것을 방지하여 상기 활성층(250)의 전위 또는 결함 등의 형성을 완화시키는 역할 및 상기 활성층(250)의 결정성을 우수하게 하는 역할을 할 수 있다. 또한, 상기 초격자층(240)은 필요에 따라 생략될 수도 있다.
상기 초격자층(240) 상에 활성층(250)을 성장시킬 수 있다.
상기 활성층(250)은 Ⅲ-N 계열의 화합물 반도체, 예컨대 (Al, Ga, In)N 반도체층으로 이루어질 수 있으며, 상기 활성층(250)은 단일층 또는 복수층으로 이루어질 수 있고, 적어도 일정 파장의 광을 발광할 수 있다. 또한, 상기 활성층(250)은 하나의 웰층(미도시)을 포함하는 단일 양자웰 구조일 수도 있고, 웰층(미도시)과 장벽층(미도시)이 교대로 반복되어 적층된 구조인 다중 양자웰 구조로 구비될 수 있다. 이때, 상기 웰층(미도시) 또는 장벽층(미도시)은 각각 또는 둘 다 초격자 구조로 이루어질 수 있다.
이어서, 상기 활성층(250) 상에 전자 브로킹층(260)을 성장시킬 수 있다.
상기 전자 브로킹층(260)은 상기 활성층(250)과 이후 설명되는 p형 반도체층(270) 사이에 구비될 수 있으며, 전자 및 전공의 재결합 효율을 높이기 위해 구비될 수 있으며 상대적으로 넓은 밴드갭을 갖는 물질로 구비될 수 있다.
상기 전자 브로킹층(260)은 (Al, In, Ga)N 계열의 Ⅲ족 질화물 반도체로 형성될 수 있으며, 불순물이 도핑된 P-AlGaN층, 특히, Mg이 도핑된 P-AlGaN층으로 이루어질 수 있다.
이어서, 상기 전자 브로킹층(260) 상에 p형 반도체층(270)을 성장시킬 수 있다.
상기 p형 반도체층(270)은 p형 불순물이 도핑된 Ⅲ-N 계열의 화합물 반도체, 예컨대 (Al, In, Ga)N 계열의 Ⅲ족 질화물 반도체일 수 있다. 상기 p형 반도체층(270)은 p형 불순물이 도핑된 GaN층, 즉, P-GaN층일 수 있다. 또한, 상기 p형 반도체층(270)은 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 p형 반도체층(270)은 초격자 구조로 이루어질 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드는 사파이어 기판 등과 같은 성장 기판 상에 에피층을 성장, 특히, n형 반도체층을 성장시키는 과정 중에 보잉 현상을 완화시켜 최소화할 수 있는 보잉 방지층 및 보잉 방지층에서 발생되는 격자 결함의 전달 또는 확산을 방지하는 결함 확산 방지층을 성장시킴으로써, 상기 발광 다이오드가 성장된 상기 사파이어 기판은 보잉 현상이 완화되어 최소화됨으로 이후 설명되는 발광 다이오드 소자를 제조함에 있어 그 제조 수율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 에피층 내, 특히 활성층 내에 격자 결함의 발생을 최소화함으로써 발광 효율이 우수한 발광 다이오드 소자를 제조할 수 있게 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 소자를 보여주는 단면도이다.
도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 소자(1000)는 도 1을 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드를 이용하여 형성할 수 있다.
즉, 상기 사파이어 기판 등과 같은 성장 기판(100) 상에 상기 버퍼층(210), 제1 n형 반도체층(222), 보잉 방지층(232), 결함 확산 방지층(234), 제2 n형 반도체층(224), 초격자층(240), 활성층(250), 전자 브로킹층(260) 및 p형 반도체층(270)을 포함하는 에피층을 성장시킨다.
이어서, 상기 p형 반도체층(270), 전자 브로킹층(260), 활성층(250) 및 초격자층(240)의 일부를 메사 식각하여 상기 제2 n형 반도체층(224)의 일부 표면을 노출시킨다.
이때, 상기 메사 식각 공정에서 상기 제2 n형 반도체층(224)의 일부도 식각될 수 있다. 상기 메사 식각 공정을 상기 제2 n형 반도체층(224)의 표면이 노출되도록 실시한 이유는 상기 제2 n형 반도체층(224)의 하부에 구비된 상기 보잉 방지층(232) 또는 결함 확산 방지층(234)이 n측 콘택에 영향을 주지 않기 위해서이다. 이와 같은 메사 식각 공정을 감안하여 상기 보잉 방지층(232) 또는 결함 확산 방지층(234)은 상기 활성층(250)과는 1.5 내지 2㎛의 이격 간격을 두고 성장되도록 할 수 있다.
이어서, 상기 메사 식각 공정에 의해 노출된 상기 제2 n형 반도체층(224)의 일부 표면 상에 N측 전극(310)을 형성하여 n측 콘택을 형성한다.
그리고 상기 p형 반도체층(270) 상에 P측 전극(320)을 형성하여 발광 다이오드 소자(1000), 특히, 수평형 발광 다이오드 소자를 형성한다. 이때, 도에서 도시하고 있지 않지만, 상기 p형 반도체층(270)과 P측 전극(320) 사이에는 ITO 등과 같은 투명전극을 더 형성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광 다이오드 소자를 보여주는 단면도이다.
도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광 다이오드 소자(2000)는 도 1을 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드를 이용하여 형성할 수 있다.
즉, 상기 사파이어 기판 등과 같은 성장 기판(100) 상에 상기 버퍼층(210), 제1 n형 반도체층(222), 보잉 방지층(232), 결함 확산 방지층(234), 제2 n형 반도체층(224), 초격자층(240), 활성층(250), 전자 브로킹층(260) 및 p형 반도체층(270)을 포함하는 에피층을 성장시킨다.
이어서, 상기 p형 반도체층(270) 상에 도전성 기판(330)을 형성한다. 이때, 상기 도전성 기판(330)은 물리적 기상 증착법 또는 화학적 기상 증착법 등을 이용하여 상기 p형 반도체층(270) 상에 증착하여 형성될 수 있고, 상기 도전성 기판(330)을 도전성의 접착증(340)으로 접착하여 형성할 수도 있다.
이어서, 상기 성장 기판(100)을 제거하는 공정을 진행하고, n형 반도체층과 전기적으로 접촉하는 N측 전극(360)을 형성하여 발광 다이오드 소자(2000), 특히, 수직형 발광 다이오드 소자를 제조할 수 있다.
이때, 상기 성장 기판(100)을 제거하는 공정은 상기 성장 기판(100) 뿐만 아니라, 상기 버퍼층(210), 제1 n형 반도체층(222), 보잉 방지층(232) 및 결함 확산 방지층(234) 중 적어도 하나 층을 동시에 제거하는 공정일 수 있다. 바람직하게는 상기 성장 기판(100)의 제거와 동시에 상기 버퍼층(210), 제1 n형 반도체층(222), 보잉 방지층(232) 및 결함 확산 방지층(234) 모두를 제거할 수 있다.
이상 본 발명을 상기 실시 예들을 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다. 당업자라면, 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경을 할 수 있으며 이러한 수정과 변경 또한 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
100 : 성장 기판 210 : 버퍼층
222 : 제1 n형 반도체층 224 : 제2 n형 반도체층
232 : 보잉 방지층 234 : 결함 확산 방지층
240 : 초격자층 250 : 활성층
260 : 전자 브로킹층 270 : p형 반도체층

Claims (8)

  1. 사파이어 기판을 준비하는 단계;
    상기 사파이어 기판의 일측 표면 상에 제1 n형 반도체층을 성장시키는 단계;
    상기 제1 n형 반도체층 상에 AlxIn1 -xN(이때, x > 0.82)을 포함하는 보잉 방지층을 성장시키는 단계;
    상기 보잉 방지층 상에 제2 n형 반도체층을 성장시키는 단계; 및
    상기 제2 n형 반도체층 상에 활성층 및 p형 반도체층을 성장시키는 단계;를 포함하는 발광 다이오드 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 n형 반도체층을 성장하기 전에,
    상기 보잉 방지층 상에 AlxIn1 - xN(이때, x = 0.82)을 포함하는 결함 확산 방지층을 성장시키는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드 제조 방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 보잉 방지층의 성장은 상기 제1 n형 반도체층의 성장 온도에서 상기 결함 확산 방지층의 성장 온도로 냉각하는 동안 이루어지는 발광 다이오드 제조 방법.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 결함 확산 방지층의 성장 온도는 740 내지 840℃인 발광 다이오드 제조 방법.
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 보잉 방지층과 결함 확산 방지층은 N을 포함하는 소스 가스, TMIn(Trimethyl Indium)을 포함하는 소스 가스 및 TMAl(Trimethyl Aluminium)을 포함하는 소스 가스를 공급하여 성장시키되, 상기 TMIn을 포함하는 소스 가스 및 TMAl을 포함하는 소스 가스는 각각 130 내지 230μmol 및 15 내지 25μmol을 공급하는 발광 다이오드 제조 방법.
  6. 사파이어 기판;
    상기 사파이어 기판의 일측 표면 상에 구비된 제1 n형 반도체층;
    상기 제1 n형 반도체층 상에 구비되며, AlxIn1 -xN(이때, x > 0.82)을 포함하는 보잉 방지층;
    상기 보잉 방지층 상에 구비된 제2 n형 반도체층; 및
    상기 제2 n형 반도체층 상에 구비된 활성층 및 p형 반도체층;을 포함하는 발광 다이오드.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 제2 n형 반도체층과 보잉 방지층 사이에,
    AlxIn1 - xN(이때, x = 0.82)을 포함하는 결함 확산 방지층을 더 포함하는 발광 다이오드.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 보잉 방지층은 10 내지 30Å의 두께로 구비되는 발광 다이오드.
KR1020110113718A 2011-11-03 2011-11-03 발광 다이오드 및 그 제조 방법 Withdrawn KR20130048844A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110113718A KR20130048844A (ko) 2011-11-03 2011-11-03 발광 다이오드 및 그 제조 방법
PCT/KR2012/009092 WO2013066057A1 (en) 2011-11-03 2012-11-01 Light emitting diode and method for fabricating the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110113718A KR20130048844A (ko) 2011-11-03 2011-11-03 발광 다이오드 및 그 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20130048844A true KR20130048844A (ko) 2013-05-13

Family

ID=48192348

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110113718A Withdrawn KR20130048844A (ko) 2011-11-03 2011-11-03 발광 다이오드 및 그 제조 방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20130048844A (ko)
WO (1) WO2013066057A1 (ko)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100399005B1 (ko) * 1997-01-09 2003-09-22 니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤 질화물반도체소자
JPH1168158A (ja) * 1997-08-20 1999-03-09 Sanyo Electric Co Ltd 窒化ガリウム系化合物半導体装置
JP2000261099A (ja) * 1999-03-10 2000-09-22 Fuji Electric Co Ltd Ｉｉｉ族窒化物レーザーダイオードおよびその製造方法
JP3813472B2 (ja) * 2000-07-10 2006-08-23 三洋電機株式会社 窒化物系半導体発光素子
JP3909694B2 (ja) * 2002-10-15 2007-04-25 パイオニア株式会社 ３族窒化物半導体発光素子及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013066057A1 (en) 2013-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111063775B (zh) 氮化物半导体元件
CN106057988B (zh) 一种GaN基发光二极管的外延片的制备方法
CN106098882B (zh) 一种发光二极管外延片及其制备方法
KR100931509B1 (ko) 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
CN110233190B (zh) 发光设备
JP5279006B2 (ja) 窒化物半導体発光素子
KR20120004214A (ko) 발광소자 및 그 제조방법
JP5568009B2 (ja) 半導体発光素子及びその製造方法
KR20130061306A (ko) 개선된 정전 방전 특성을 갖는 질화물 반도체 소자 및 그 제조 방법
KR20160013552A (ko) 발광소자 및 조명시스템
CN105428477A (zh) GaN基LED外延片及其制备方法
KR100661960B1 (ko) 발광 다이오드 및 그 제조 방법
KR20160003378A (ko) 발광구조물 및 이를 포함하는 발광소자
KR101373804B1 (ko) 백색 발광다이오드 및 그 제조방법
TWI545798B (zh) Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof
KR101876576B1 (ko) 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR101239856B1 (ko) 발광 다이오드 및 이의 제조 방법
KR102224109B1 (ko) 발광소자, 발광소자 제조방법 및 조명시스템
JP2008227103A (ja) ＧａＮ系半導体発光素子
KR101387543B1 (ko) 질화물 반도체 발광 소자
KR20160043751A (ko) 발광소자 및 조명시스템
KR101144370B1 (ko) 질화물 반도체 발광소자
KR20130048844A (ko) 발광 다이오드 및 그 제조 방법
KR101144523B1 (ko) 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR20120029674A (ko) 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20111103

PG1501 Laying open of application
PC1203 Withdrawal of no request for examination
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid