KR100573489B1 - Method for growing active layer of light emitting device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광소자의 활성층 성장 방법에 관한 것으로, N 반도체층 상부에 활성층이 형성되어 있고, 상기 활성층 상부에 P 반도체층이 형성되어, N 반도체층과 P 반도체층에 인가된 전류에 의해 활성층에서 광이 방출되는 구조를 갖는 발광소자의 활성층 성장 방법에 있어서, 상기 활성층은, 상기 N형 반도체층 상부에 양자 배리어층, 양자 우물층, 양자 배리어층을 순차적으로 성장시킨 후, 제 1 어닐링(Annealing) 공정을 수행하는 제 1 단계와; 상기 제 1 어닐링 공정을 수행한 후, 상기 제 1 단계에서 성장된 최상위 양자 배리어층 상부에 양자 우물층과 양자 배리어층을 순차적으로 성장시키고, 그 후, 제 2 어닐링 공정을 수행하는 제 2 단계를 수행하여 성장시킨다.The present invention relates to a method of growing an active layer of a light emitting device, wherein an active layer is formed on an N semiconductor layer, a P semiconductor layer is formed on the active layer, and the active layer is formed by an electric current applied to the N semiconductor layer and the P semiconductor layer. In the method of growing an active layer of a light emitting device having a light emitting structure, the active layer is a first anneal (annealing) after sequentially growing a quantum barrier layer, a quantum well layer, a quantum barrier layer on the N-type semiconductor layer A first step of carrying out the process; After performing the first annealing process, the quantum well layer and the quantum barrier layer are sequentially grown on the uppermost quantum barrier layer grown in the first step, and then, the second step of performing the second annealing process is performed. To grow.
따라서, 본 발명은 온도를 일정히 하여 양자 우물층과 양자 배리어층을 성장시키고, 양자 배리어층으로 양자 우물층을 보호한 후, 어닐링 공정을 수행하여 활성층을 성장시킴으로써, 양자 우물층의 분해 및 증발을 억제하여 계면 특성, 광학적 특성과 두께의 균일성을 개선할 수 있으며, 양자 우물층의 품질저하를 최소화시킬 수 있어, 광효율을 향상시킬 수 있는 효과가 발생한다. Therefore, in the present invention, the quantum well layer and the quantum barrier layer are grown at a constant temperature, the quantum well layer is protected by the quantum barrier layer, and then an annealing process is performed to grow the active layer, thereby decomposing and evaporating the quantum well layer. By suppressing the interfacial properties, the optical properties and the uniformity of the thickness can be improved, and the deterioration of the quality of the quantum well layer can be minimized, thereby improving the light efficiency.
발광, 소자, 활성층, 어닐링, Luminescence, device, active layer, annealing,
Description
도 1은 종래 기술에 따른 발광 소자의 활성층 성장 방법을 성장온도와 성장시간으로 표현한 그래프1 is a graph representing a growth temperature and a growth time of an active layer growth method of a light emitting device according to the prior art;
도 2는 도 1의 방법으로 성장된 활성층을 촬영한 TEM(투과형 전자 현미경) 사진도FIG. 2 is a TEM photograph of an active layer grown by the method of FIG. 1. FIG.
도 3은 종래 기술에 따른 발광 소자의 다른 활성층 성장 방법을 성장온도와 성장시간으로 표현한 그래프3 is a graph representing a growth temperature and a growth time of another active layer growth method of a light emitting device according to the prior art;
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 소자의 활성층 성장 방법을 설명하기 위한 개념도4 is a conceptual diagram illustrating a method of growing an active layer of a light emitting device according to a first embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 활성층 성장 방법을 성장온도와 성장시간으로 나타낸 그래프5 is a graph showing a growth temperature and a growth time of an active layer growth method according to a first embodiment of the present invention;
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광 소자의 활성층 성장 방법을 설명하기 위한 개념도6 is a conceptual diagram illustrating a method of growing an active layer of a light emitting device according to a second embodiment of the present invention;
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 활성층 성장 방법을 성장온도와 성장시간으로 나타낸 그래프Figure 7 is a graph showing the growth temperature and growth time of the active layer growth method according to a second embodiment of the present invention
도 8은 본 발명에 따른 방법에 의해서 성장된 발광 소자의 활성층을 촬영한 TEM(투과형 전자 현미경) 사진도8 is a TEM (transmission electron microscope) photograph of an active layer of a light emitting device grown by the method according to the present invention.
도 9는 본 발명에 따른 방법과 종래 기술의 방법에 의해서 성장된 활성층을 갖는 발광 소자의 광발광도(Photoluminescence)를 측정한 그래프9 is a graph measuring the photoluminescence of a light emitting device having an active layer grown by the method according to the present invention and the prior art method
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 발광소자 110 : N 반도체층100 light emitting element 110 N semiconductor layer
120 : 활성층 130 : P 반도체층 120: active layer 130: P semiconductor layer
본 발명은 발광소자의 활성층 성장 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 온도를 일정히 하여 양자 우물층과 양자 배리어층을 성장시키고, 양자 배리어층으로 양자 우물층을 보호한 후, 어닐링 공정을 수행하여 활성층을 성장시킴으로써, 양자 우물층의 분해 및 증발을 억제하여 계면 특성, 광학적 특성과 두께의 균일성을 개선할 수 있으며, 양자 우물층의 품질저하를 최소화시킬 수 있어, 광효율을 향상시킬 수 있는 발광소자의 활성층 성장 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of growing an active layer of a light emitting device, and more particularly, to grow a quantum well layer and a quantum barrier layer at a constant temperature, protect the quantum well layer with a quantum barrier layer, and then perform an annealing process. By growing the active layer, the decomposition and evaporation of the quantum well layer can be suppressed to improve the interfacial properties, the optical properties and the uniformity of the thickness, and the deterioration of the quality of the quantum well layer can be minimized, thereby improving the light efficiency. It relates to a method of growing an active layer of a device.
최근, 질화물(Nitride) 반도체의 성장 기술 발달에 따라, 자외선에서 적색 파장밴드를 포괄하는 발광 다이오드 및 청자색 레이저 다이오드의 개발이 완료되어 이미 신호등, 전광판, 핸드폰 등에 널리 사용되고 있다.Recently, with the growth technology of nitride semiconductors, development of light emitting diodes and blue-violet laser diodes covering a red wavelength band in ultraviolet rays has been completed, and they have already been widely used in traffic lights, electronic signs, mobile phones, and the like.
이런 두드러진 성과에도 불구하고, 발광 다이오드는 조명 용도의 백열전등이나 형광등을 대체할 수 있는 수준은 못되고, 청자색 레이저 다이오드는 광출력이 낮아 2배속 이상 수준의 레코더에 사용하지 못한다.Despite these remarkable achievements, light-emitting diodes are not a replacement for incandescent or fluorescent lamps for lighting applications, and blue-violet laser diodes have low light output and cannot be used for recorders with double speed.
더 거대한 시장 석권 및 새로운 시장 개척을 위해선 출력이 높은 발광소자 개발이 요구된다.In order to dominate the larger market and open new markets, the development of high output light emitting devices is required.
발광소자의 출력을 높이기 위해선 여러 부분의 기술 향상이 필요하겠지만 그 중 가장 핵심은 실제로 빛을 발광하는 활성층의 품질 개선이다.In order to increase the output of the light emitting device, it is necessary to improve several parts, but the most important of them is the improvement of the quality of the active layer that actually emits light.
현재, 가장 널리 사용되는 활성층 구조는 양자 우물(Quantum well, QW)층과 양자 배리어(Quantum barrier, QB)층을 수 차례 반복적으로 겹쳐 형성된 다중 양자 우물(Multi-quantum well, MQW)층이다.Currently, the most widely used active layer structure is a multi-quantum well (MQW) layer formed by repeatedly overlapping a quantum well (QW) layer and a quantum barrier (QB) layer several times.
양자 우물층의 재료 성분은 주로 InxGa1-xN (0 < x ≤ 1)이며, 양자 배리어층 성분은 양자 우물층보다 In 조성이 낮은 InyGa1-yN (0 ≤ y < 1, x > y)으로 이루어졌다.The material component of the quantum well layer is mainly In x Ga 1-x N (0 <x ≤ 1), and the quantum barrier layer component is In y Ga 1-y N (0 ≤ y <1, which has a lower In composition than the quantum well layer. , x> y).
양자 우물층과 양자 배리어층의 주 차이점은 In 조성이며, 이를 제어하는 요소는 박막 성장시의 온도와 In의 플로우 레이트(Flow rate)이다.The main difference between the quantum well layer and the quantum barrier layer is the In composition, and the controlling factor is the temperature at the time of thin film growth and the flow rate of In.
즉, 성장온도가 높을수록 In 조성이 낮아지며, In의 플로우 레이트를 낮추어도 In 조성이 감소한다.That is, the higher the growth temperature, the lower the In composition, and even if the In flow rate is lowered, the In composition decreases.
다중 양자 우물 구조를 구현하는데 있어서, 여러 성장방법이 있겠지만, 그 중 가장 대표적인 방법 2가지를 도 1과 2를 통해 나타냈다.In the implementation of the multi-quantum well structure, there are various growth methods, but two of the most representative methods are shown in FIGS. 1 and 2.
도 1은 종래 기술에 따른 발광 소자의 활성층 성장 방법을 성장온도와 성장시간으로 표현한 그래프로서, GaN 또는 AlGaN으로 이루어진 N형 반도체층을 T1이란 높은 온도에서 성장한 다음, InyGa1-yN (0 ≤ y < 1) 양자 배리어층을 성장하기 위해 T2 온도로 낮추고, In조성이 더 높은 InxGa1-xN (0 < x ≤ 1, x > y) 양자 우물층을 성장하기 위해선 T3 온도로 한층 더 낮춘다.1 is a graph showing a growth temperature and a growth time of an active layer growth method of a light emitting device according to the prior art, wherein an N-type semiconductor layer made of GaN or AlGaN is grown at a high temperature T1, and then In y Ga 1-y N ( 0 ≤ y <1) Lower to T2 temperature to grow quantum barrier layer, T3 temperature to grow higher In x Ga 1-x N (0 <x ≤ 1, x> y) quantum well layer Lower it further.
결국, 이러한 종래 기술에서는 온도를 조절하여 양자 배리어층과 양자우물층을 반복하여 성장한 후, 최종적으로 양자 배리어층을 성장하여 다중 양자 우물 구조로 활성층을 완성시킨다.As a result, in the prior art, the quantum barrier layer and the quantum well layer are repeatedly grown by controlling temperature, and finally, the quantum barrier layer is grown to complete the active layer with a multi-quantum well structure.
이런 방법으로, 각 InGaN층을 성장할 때 주의해야 할 사항은 In 조성이 온도에 민감한 관계로 온도를 T2에서 T3로 또는 T3에서 T2로 변화될 때, 온도가 안정화할 수 있도록 안정화(Stabilization) 시간을 주어야 한다.In this way, care must be taken when growing each InGaN layer, because the In composition is temperature-sensitive, stabilization time is required to stabilize the temperature when the temperature is changed from T2 to T3 or from T3 to T2. Should give.
그러므로, 이런 방법으로 성장된 활성층은 광효율 특성이 우수하나, 다중 양자 우물층의 계면 특성 및 각 박막층의 두께 제어가 떨어진다.Therefore, the active layer grown in this way is excellent in light efficiency characteristics, but the interface characteristics of the multiple quantum well layer and the thickness control of each thin film layer are poor.
즉, 도 2에 도시된 TEM(투과형 전자 현미경) 사진과 같이, 양자우물층(10)이 좌, 우, 중간, 이웃 우물층 등의 두께(d1,d2,d3,d4)와 양자 배리어층(11)의 두께가 각각 일정하지 않게된다.That is, as shown in the TEM (transmission electron microscope) image shown in FIG. 2, the
이러한 이유는 양자 배리어층 성장온도(T2)가 양자 우물층 온도(T3)보다 높아 온도를 높이고 안정화시키는 과정에서 양자 우물층 InGaN층이 부분적으로 분해되어, 균일하게 분포되어 있던 Ga 및 In 원자들이 표면에서 이동 또는 증발하여 두께 및 조성 균일성이 깨지기 때문이다.This is because the quantum barrier layer growth temperature (T2) is higher than the quantum well layer temperature (T3) and the quantum well layer InGaN layer is partially decomposed in the process of raising and stabilizing the temperature, thereby uniformly distributing Ga and In atoms. This is because the thickness and composition uniformity are broken by moving or evaporating at.
도 3은 종래 기술에 따른 발광 소자의 다른 활성층 성장 방법을 성장온도와 성장시간으로 표현한 그래프로서, 이 방법은 온도는 'T3'로 고정시키고, 오직 In 플로우 레이트를 조절하여 양자 배리어층과 양자 우물층을 성장시킨다.3 is a graph showing a growth temperature and a growth time of another active layer growth method of a light emitting device according to the prior art, in which the temperature is fixed at 'T3' and only the In flow rate is adjusted to control the quantum barrier layer and the quantum well Grow the layer.
따라서, 이 방법은 온도에 변화가 없으므로, 양자 우물층 성장이 끝나자마자 양자 배리어층을 곧바로 성장시킬 수 있어, 양자 우물층이 분해 및 증발되는 문제점을 최소화시킬 수 있다.Therefore, since the method has no change in temperature, the quantum barrier layer can be grown immediately as soon as quantum well layer growth is completed, thereby minimizing the problem of decomposition and evaporation of the quantum well layer.
그러므로, 다중 양자 우물층에 있는 각각의 계면 및 두께 균일성이 향상된다.Therefore, each interface and thickness uniformity in the multiple quantum well layer is improved.
하지만, 이 방법의 약점은 온도 변화가 없는 관계로 높은 온도에서의 어닐링(Annealing) 효과가 없다는 점이다.However, a disadvantage of this method is that there is no annealing effect at high temperatures since there is no temperature change.
한편, 어닐링은 InGaN 양자우물층에 양자점(Quantum dot, QD) 형성을 유도하는데, 양자점은 광학적 특성 개선을 유발한다.On the other hand, annealing induces the formation of quantum dots (QDs) in the InGaN quantum well layer, which causes optical characteristics to be improved.
표 1은 전술된 두 방법으로 제조된 발광 다이오드의 전계 방출(Electro-luminescence, EL) 특성을 비교한 것으로, 도 1의 방법으로 성장한 발광 다이오드의 휘도가 도 2 방법으로 성장한 발광 다이오드보다 10배 높다.Table 1 compares the field emission (Electro-luminescence, EL) characteristics of the light emitting diodes manufactured by the above two methods, the brightness of the light emitting diodes grown by the method of Figure 1 is 10 times higher than the light emitting diodes grown by the method of Figure 2 .
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 온도를 일정히 하여 양자 우물층과 양자 배리어층을 성장시키고, 양자 배리어층으로 양자 우물층을 보호한 후, 어닐링 공정을 수행하여 활성층을 성장시킴으로써, 양자 우물층의 분해 및 증발을 억제하여 계면 특성, 광학적 특성과 두께의 균일성을 개선할 수 있으며, 양자 우물층의 품질저하를 최소화시킬 수 있어, 광효율을 향상시킬 수 있는 발광소자의 활성층 성장 방법을 제공하는 데 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention is to grow a quantum well layer and a quantum barrier layer by keeping the temperature constant, protect the quantum well layer with a quantum barrier layer, and then grow an active layer by performing an annealing process. Growth of the active layer of the light emitting device to improve the efficiency of light by improving the interfacial properties, optical properties and uniformity of thickness by inhibiting decomposition and evaporation of the quantum well layer. The purpose is to provide a method.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, N 반도체층 상부에 활성층이 형성되어 있고, 상기 활성층 상부에 P 반도체층이 형성되어, N 반도체층과 P 반도체층에 인가된 전류에 의해 활성층에서 광이 방출되는 구조를 갖는 발광소자의 활성층 성장 방법에 있어서,According to a preferred aspect of the present invention, an active layer is formed on an N semiconductor layer, and a P semiconductor layer is formed on the active layer, and applied to the N semiconductor layer and the P semiconductor layer. In the active layer growth method of a light emitting device having a structure in which light is emitted from the active layer by the current,
상기 활성층은,The active layer,
상기 N형 반도체층 상부에 양자 배리어층, 양자 우물층, 양자 배리어층을 순차적으로 성장시킨 후, 제 1 어닐링(Annealing) 공정을 수행하는 제 1 단계와;A first step of sequentially growing a quantum barrier layer, a quantum well layer, and a quantum barrier layer on the N-type semiconductor layer, and then performing a first annealing process;
상기 제 1 어닐링 공정을 수행한 후, 상기 제 1 단계에서 성장된 최상위 양자 배리어층 상부에 양자 우물층과 양자 배리어층을 순차적으로 성장시키고, 그 후, 제 2 어닐링 공정을 수행하는 제 2 단계를 수행하여 성장시키는 것을 특징으로 하는 발광소자의 활성층 성장 방법이 제공된다.After performing the first annealing process, the quantum well layer and the quantum barrier layer are sequentially grown on the uppermost quantum barrier layer grown in the first step, and then, the second step of performing the second annealing process is performed. There is provided a method of growing an active layer of a light emitting device, characterized in that the growth is carried out.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 다른 양태(樣態)는, N 반도체층 상부에 활성층이 형성되어 있고, 상기 활성층 상부에 P 반도체층이 형성 되어, N 반도체층과 P 반도체층에 인가된 전류에 의해 활성층에서 광이 방출되는 구조를 갖는 발광소자의 활성층 성장 방법에 있어서,Another preferred aspect for achieving the above objects of the present invention, the active layer is formed on the N semiconductor layer, the P semiconductor layer is formed on the active layer, applied to the N semiconductor layer and P semiconductor layer In the active layer growth method of a light emitting device having a structure in which light is emitted from the active layer by the supplied current,
상기 활성층은,The active layer,
상기 N형 반도체층 상부에 양자 배리어층, 양자 우물층, 양자 배리어층, 양자 우물층, 양자 배리어층을 순차적으로 성장시키는 제 1 단계와;A first step of sequentially growing a quantum barrier layer, a quantum well layer, a quantum barrier layer, a quantum well layer, and a quantum barrier layer on the N-type semiconductor layer;
상기 제 1 단계 후, 어닐링(Annealing) 공정을 수행하는 제 2 단계를 수행하여 성장시키는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 활성층 성장 방법이 제공된다.After the first step, there is provided a method of growing an active layer of a light emitting device, characterized in that the growth by performing a second step of performing an annealing (Annealing) process.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 소자의 활성층 성장 방법을 설명하기 위한 개념도로서, 기본적으로, 발광 소자(100)는 N 반도체층(110) 상부에 활성층(120)이 형성되어 있고, 상기 활성층(120) 상부에 P 반도체층(130)이 형성되어 있는 구조로 되어 있다.4 is a conceptual diagram illustrating a method of growing an active layer of a light emitting device according to a first embodiment of the present invention. Basically, the
이 때, 상기 N 반도체층(110)과 P 반도체층(130)으로 전원에서 전류가 주입되면, 상기 활성층(120)에서는 광이 방출된다.In this case, when a current is injected into the
이러한 활성층(120)을 본 발명의 제 1 실시예에서는 동일한 온도에서 양자 우물층과 양자 배리어층을 성장시키고, 양자 배리어층으로 온도에 민감한 양자 우물층을 보호하여 어닐링시켜 형성하는 것이다.In the first embodiment of the present invention, the
여기서, 양자 우물층과 양자 배리어층 각각은 In 플로우 레이트를 조절하여 InGaN층의 In 조성을 변화시켜 형성하는 것이 바람직하다.The quantum well layer and the quantum barrier layer may be formed by changing the In composition of the InGaN layer by adjusting the In flow rate.
즉, 본 발명에 따른 제 1 실시예의 활성층 성장 방법을 도 4를 참조하여 설명하면, 먼저, N형 반도체층 상부에 양자 배리어층, 양자 우물층, 양자 배리어층을 순차적으로 성장시킨 후, 제 1 어닐링(Annealing) 공정을 수행한다.That is, the method of growing the active layer of the first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. 4. First, first, the quantum barrier layer, the quantum well layer, and the quantum barrier layer are sequentially grown on the N-type semiconductor layer. Annealing process is performed.
상기 제 1 어닐링 공정을 수행한 후, 상기 제 1 단계에서 성장된 최상위 양자 배리어층 상부에 양자 우물층과 양자 배리어층을 순차적으로 성장시키고, 그 후, 제 2 어닐링 공정을 수행하는 제 2 단계를 수행하여 발광 소자의 활성층(120)을 성장시킨다.After performing the first annealing process, the quantum well layer and the quantum barrier layer are sequentially grown on the uppermost quantum barrier layer grown in the first step, and then, the second step of performing the second annealing process is performed. As a result, the
여기에, 본 발명의 제 1 실시예에서는 상기 제 1 어닐링 공정 후에 수행되는 양자 우물층과 양자 배리어층의 성장공정과 어닐링 공정을 적어도 1회 이상 더 수행하여, 다중 양자우물층으로 이루어진 활성층(120)을 형성할 수 있다.Here, in the first embodiment of the present invention, the growth process and annealing process of the quantum well layer and the quantum barrier layer, which are performed after the first annealing process, are performed at least one or more times, thereby making the
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 활성층 성장 방법을 성장온도와 성장시간으로 나타낸 그래프로서, 전술된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에서는 In 플로우 레이트를 조절하여 양자 우물층과 양자 배리어층을 같은 온도(T3)에서 성장시킨다. 5 is a graph showing a growth temperature and a growth time of the active layer growth method according to the first embodiment of the present invention. As described above, in the first embodiment of the present invention, the quantum well layer and the quantum well layer are controlled by adjusting the In flow rate. The barrier layer is grown at the same temperature T3.
여기서, 온도에 변화가 없으므로 성장된 양자 우물층 상부에 양자 배리어층을 신속히 증착할 수 있게 된다.Here, since there is no change in temperature, it is possible to quickly deposit a quantum barrier layer on the grown quantum well layer.
이때, 상기 양자 우물층은 양자 배리어층이 덮고 있는 상황에서, 광학적 특성 개선을 위해 'T2(T2>T3)'까지 온도를 올려 어닐링 공정(A,B)을 수행한다.In this case, in the situation where the quantum well layer is covered, the annealing process (A, B) is performed by raising the temperature to 'T2 (T2> T3)' to improve the optical characteristics.
즉, 어닐링 온도(T2)는 양자 우물층과 양자 배리어층을 성장시키는 온도(T3)보다 높으므로, 양자 배리어층을 성장시킨 후에 높은 온도(T2)에서 어닐링 공정을 수행한다.That is, since the annealing temperature T2 is higher than the temperature T3 for growing the quantum well layer and the quantum barrier layer, the annealing process is performed at a high temperature T2 after the quantum barrier layer is grown.
그러므로, 본 발명의 제 1 실시예에서는 외부 환경으로부터 양자 우물층을 보호하여 분해 및 증발을 억제할 수 있게 됨으로, 계면 특성, 광학적 특성과 두께의 균일성을 개선할 수 있게 된다.Therefore, in the first embodiment of the present invention, since the decomposition and evaporation can be suppressed by protecting the quantum well layer from the external environment, the interface property, the optical property and the uniformity of the thickness can be improved.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광 소자의 활성층 성장 방법을 설명하기 위한 개념도로서, 본 발명의 제 2 실시예에서는 발광 소자의 활성층(120)을 동일한 온도에서 양자 우물층과 양자 배리어층을 성장시킨 후, 마지막으로 어닐링 공정을 수행하는 것이다.FIG. 6 is a conceptual view illustrating a method of growing an active layer of a light emitting device according to a second embodiment of the present invention. In the second embodiment of the present invention, the quantum well layer and the quantum barrier may be formed at the same temperature. After growing the layer, the last step is to perform the annealing process.
마찬가지로, 양자 우물층과 양자 배리어층 각각은 In 플로우 레이트를 조절하여 InGaN층의 In 조성을 변화시켜 형성한다.Similarly, each of the quantum well layer and the quantum barrier layer is formed by changing the In composition of the InGaN layer by adjusting the In flow rate.
즉, 본 발명에 따른 제 2 실시예의 활성층 성장 방법을 도 6을 참조하여 설명하면, N형 반도체층 상부에 양자 배리어층, 양자 우물층, 양자 배리어층, 양자 우물층, 양자 배리어층을 순차적으로 성장시킨 후, 어닐링(Annealing) 공정을 수행하는 것이다.That is, the method of growing the active layer of the second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. 6, in which the quantum barrier layer, the quantum well layer, the quantum barrier layer, the quantum well layer, and the quantum barrier layer are sequentially formed on the N-type semiconductor layer. After growing, the annealing process is performed.
이 때, 상기 어닐링 공정을 수행하기 전에, 상기 최종적인 양자 배리어층 상부에 양자 우물층과 양자 배리어층을 성장시키는 공정을 적어도 1회 이상 더 수행하여 다중 양자우물층으로 이루어진 활성층(120)을 형성할 수 있다.At this time, before performing the annealing process, the process of growing a quantum well layer and a quantum barrier layer on the final quantum barrier layer is performed at least one or more times to form an
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 활성층 성장 방법을 성장온도와 성장 시간으로 나타낸 그래프로서, 제 2 실시예의 활성층 성장 방법은 In 플로우 레이트를 조절하여 양자 우물층과 양자 배리어층을 같은 온도(T3)에서 성장한 다음, P형 반도체층을 성장하기 전에, 온도를 'T2(T2>T3)'까지 올려 한번의 어닐링 공정(C)을 수행한다.7 is a graph showing an active layer growth method according to a second embodiment of the present invention with a growth temperature and a growth time. The active layer growth method of the second embodiment adjusts the In flow rate to make the quantum well layer and the quantum barrier layer at the same temperature. After growing in (T3), before the P-type semiconductor layer is grown, the temperature is raised to 'T2 (T2 > T3)' to perform one annealing step (C).
따라서, 모든 양자 우물층이 겪는 어닐링 횟수가 같아 각각의 양자 우물층의 품질저하를 최소화시킬 수 있으며, 일관성 및 균일성을 향상시킬 수 있게 된다.Therefore, the number of annealing experienced by all the quantum well layers is the same, thereby minimizing the quality degradation of each quantum well layer, and improving the consistency and uniformity.
한편, 광효율 증진을 위한 어닐링 과정은 양자 우물층의 성장 온도보다 높은 온도에서 진행하므로, 양자 배리어층으로 양자우물층을 보호한다 해도 여러 번의 어닐링은 양자우물층의 품질을 저하시킬 수 있고, 동일한 조건으로 성장한 양자우물층이라도 어닐링 과정을 거친 횟수에 따라 양자 우물층의 특성이 바뀌게 되는데, 본 발명의 제 2 실시예에서는 이러한 문제점을 해결할 수 있게 된다. On the other hand, the annealing process for improving the light efficiency proceeds at a temperature higher than the growth temperature of the quantum well layer, so that even if the quantum well layer is protected by the quantum barrier layer, multiple annealing may deteriorate the quality of the quantum well layer. Even when the quantum well layer is grown, the characteristics of the quantum well layer are changed according to the number of times of the annealing process. In the second embodiment of the present invention, this problem can be solved.
도 8은 본 발명에 따른 방법에 의해서 성장된 발광 소자의 활성층을 촬영한 TEM(투과형 전자 현미경) 사진도로서, 이 TEM 사진에 나타난 바와 같이, 양자우물층(10)은 두께가 균일하게 성장되었음을 알 수 있다.8 is a TEM (transmission electron microscope) photograph of an active layer of a light emitting device grown by the method according to the present invention. As shown in this TEM photograph, the
도 9는 본 발명에 따른 방법과 종래 기술의 방법에 의해서 성장된 활성층을 갖는 발광 소자의 광발광도(Photoluminescence)를 측정한 그래프로서, 도 7의 'K'는 종래 기술에 따른 발광 소자의 광발광도이고, 'L'은 본 발명에 따른 발광 소자의 광발광도이다.9 is a graph measuring photoluminescence of a light emitting device having an active layer grown by the method according to the present invention and the prior art, 'K' of FIG. 7 is the light of the light emitting device according to the prior art 'L' is the photoluminescence of the light emitting device according to the present invention.
그러므로, 본 발명에 따른 발광 소자의 광발광도(L)는 종래 기술에 따른 발광 소자의 광발광도(K)보다 2 ~ 3배 증가함을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the photoluminescence L of the light emitting device according to the present invention is increased two to three times higher than that of the light emitting device according to the prior art.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 온도를 일정히 하여 양자 우물층과 양자 배리어층을 성장시키고, 양자 배리어층으로 양자 우물층을 보호한 후, 어닐링 공정을 수행하여 활성층을 성장시킴으로써, 양자 우물층의 분해 및 증발을 억제하여 계면 특성, 광학적 특성과 두께의 균일성을 개선할 수 있으며, 양자 우물층의 품질저하를 최소화시킬 수 있어, 광효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, in the present invention, the quantum well layer and the quantum barrier layer are grown at a constant temperature, the quantum well layer is protected by the quantum barrier layer, and then an annealing process is performed to grow the active layer, thereby providing a quantum well layer. By suppressing the decomposition and evaporation of the interfacial properties, the optical properties and the uniformity of the thickness can be improved, the quality deterioration of the quantum well layer can be minimized, thereby improving the light efficiency.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.Although the invention has been described in detail only with respect to specific examples, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the spirit of the invention, and such modifications and variations belong to the appended claims.
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