KR100691251B1 - emitting apparatus and thereof fabricating method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 발광소자는 기판과; 상기 기판 표면에 성장되는 중간층과; 상기 기판과 중간층 상에 성장되는 박막을 포함하여 구성되고, 발광소자 제조방법은 (a) μ-PD(micro pulling down)법으로 β-Ga2O3 단결정 기판을 성장시키는 단계와; (b) 상기 (a)단계에서 성장된 β-Ga2O3 단결정 기판 표면을 NH3 가스 분위기에서 열처리하여 아모노리시스(ammonolysis) 반응으로 산소와의 결합이 질소와의 결합으로 치환시켜 GaN 버퍼층을 성장시키는 단계와; (c) 상기 (b)단계에서 성장된 기판과 중간층 상에 GaN 박막을 성장시키는 단계를 포함하여 이루어지며, 기판으로 사용될 물질과 GaN과의 격자상수 차와 열팽창계수의 차이를 줄여 고품질의 단결정을 성장시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a light emitting device and a manufacturing method thereof, the light emitting device comprising: a substrate; An intermediate layer grown on the substrate surface; Comprising a thin film grown on the substrate and the intermediate layer, the light emitting device manufacturing method comprises the steps of (a) growing a β-Ga 2 O 3 single crystal substrate by a micro-PD (micro pulling down) method; (b) GaN buffer layer by replacing the bond with oxygen to the bond with nitrogen by the amonolysis reaction by heat-treating the surface of the β-Ga 2 O 3 single crystal substrate grown in step (a) in NH 3 gas atmosphere Growing; (c) growing a GaN thin film on the substrate and the intermediate layer grown in the step (b), and reducing the difference between the lattice constant difference and the coefficient of thermal expansion between the material and GaN to be used as the substrate There is an effect that can grow.

Description

발광소자 및 그 제조방법{emitting apparatus and thereof fabricating method}Light emitting device and manufacturing method thereof

도1은 본 발명에 따른 발광소자 및 그 제조방법의 일실시예를 나타낸 도면1 is a view showing an embodiment of a light emitting device and a method of manufacturing the same according to the present invention;

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings

110 : 기판 120 : 중간층110 substrate 120 intermediate layer

130 : 박막130: thin film

본 발명은 발광소자에 관한 것으로, 특히 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a light emitting device, and more particularly, to a light emitting device and a method of manufacturing the same.

질화물 반도체는 전자산업을 진일보시킬 수 있는 재료로 기대되고 있다.Nitride semiconductors are expected to advance the electronics industry.

이는 질화물 반도체가 가진 고유의 뛰어난 물리, 화학적 특성에 기인한다.This is due to the inherent superior physical and chemical properties of nitride semiconductors.

즉, 기존의 Si 반도체나 GaAs 화합물 반도체와는 달리 질화물 반도체는 직접 천이형의 밴드갭(band gap) 구조를 가지면서 In이나 Al 합금을 통해 1.9~6.2eV까지 밴드갭 조절이 가능함으로 광소자로서의 이용 가치가 매우 높고, 또한 항복 전압이 높고 고온에서도 안정하기 때문에 기존의 재료들로는 구현하지 못하는 고출력 소자 나 고온 전자소자 등 여러 분야에 응용이 가능하다.In other words, unlike conventional Si semiconductors or GaAs compound semiconductors, nitride semiconductors have a direct transition band gap structure and can control band gaps from 1.9 to 6.2 eV through In or Al alloys. Its high utilization value, high breakdown voltage and stable at high temperature make it applicable to many fields such as high-power devices or high-temperature electronic devices that cannot be realized with conventional materials.

이러한 질화물 반도체를 제작하기 위해 적절한 기판을 사용하여야 하는데 현재 재료 중에는 격자 상수가 유사한 기판이 존재하지 않기 때문에 사파이어(Al2O3), 탄화규소(SiC) 등이 주로 이용되고 있다.An appropriate substrate should be used to fabricate such a nitride semiconductor. Currently, sapphire (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), etc. are mainly used because there are no substrates with similar lattice constants.

하지만, 사파이어 기판을 사용하는 경우 사파이어와 GaN간의 격자상수 및 영팽창 계수 차이가 매우 크기 때문에 고품질의 단결정을 성장시키기 어렵다는 문제점이 대두되고 있다.However, when the sapphire substrate is used, it is difficult to grow a high quality single crystal because the difference in lattice constant and Young's expansion coefficient between sapphire and GaN is very large.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 기판으로 사용될 물질과 GaN과의 격자상수 차와 열팽창계수의 차이를 줄여 고품질의 단결정을 성장시키기 위한 발광소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, to provide a light emitting device for growing a high quality single crystal by reducing the difference between the lattice constant difference and the coefficient of thermal expansion between GaN and the material to be used as the substrate and The purpose is.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 발광소자의 특징은, 기판과; 상기 기판 표면에 성장되는 중간층과; 상기 기판과 중간층 상에 성장되는 박막을 포함하여 구성되는데 있다.Features of the light emitting device according to the present invention for achieving the above object, the substrate; An intermediate layer grown on the substrate surface; It is configured to include a thin film grown on the substrate and the intermediate layer.

상기 기판은 μ-PD(micro pulling down)법으로 성장된 β-Ga2O3 단결정 기판임을 다른 특징으로 하는데 있다.The substrate is another feature of β-Ga 2 O 3 single crystal substrate grown by the micro-PD (micro pulling down) method.

상기 기판은 Ga, Ca, Li, Ti, La, Er, Nd, In, As, K, Gd, Ge, Zn, Sn, Al, V, Eu, Ba, Y중 어느 하나 이상으로 성장되는 산화물, 질화물 결정기판임을 또다른 특징으로 하는데 있다.The substrate is an oxide or nitride grown with at least one of Ga, Ca, Li, Ti, La, Er, Nd, In, As, K, Gd, Ge, Zn, Sn, Al, V, Eu, Ba, Y. The crystal substrate is another feature.

상기 중간층은 상기 기판 표면을 NH3 가스 분위기에서 열처리하여 아모노리시스(ammonolysis) 반응으로 산소와의 결합이 질소와의 결합으로 치환시켜 성장시킨 GaN 버퍼층임을 또다른 특징으로 하는데 있다.The intermediate layer is characterized in that the GaN buffer layer is grown by substituting the bond with oxygen by the bond to nitrogen by an amonolysis reaction by heat-treating the substrate surface in an NH 3 gas atmosphere.

상기 중간층은 NH3, N2, N2+NH3, HCl, GaCl3 Trimethylgallium:(CH3)3Ga, (C2H5)3Ga 가스중 어느 하나이상의 분위기내에 성장시키는 것을 또다른 특징으로 하는데 있다.The intermediate layer is characterized by growing in an atmosphere of at least one of NH 3 , N 2 , N 2 + NH 3 , HCl, GaCl 3 Trimethylgallium: (CH 3 ) 3 Ga, (C 2 H 5 ) 3 Ga gas It is.

상기 박막은 GaN 박막임을 또다른 특징으로 하는데 있다.The thin film is another feature of the GaN thin film.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 발광소자 제조방법의 특징은, (a) μ-PD(micro pulling down)법으로 β-Ga2O3 단결정 기판을 성장시키는 단계와; (b) 상기 (a)단계에서 성장된 β-Ga2O3 단결정 기판 표면을 NH3 가스 분위기에서 열처리하여 아모노리시스(ammonolysis) 반응으로 산소와의 결합이 질소와의 결합으로 치환시켜 중간층을 성장시키는 단계와; (c) 상기 (b)단계에서 성장된 기판과 중간층 상에 GaN 박막을 성장시키는 단계를 포함하여 이루어지는데 있다.Features of the method of manufacturing a light emitting device according to the present invention for achieving the above object, (a) growing a β-Ga 2 O 3 single crystal substrate by a micro-PD (micro pulling down) method; (b) heat treating the surface of the β-Ga 2 O 3 single crystal substrate grown in step (a) in an NH 3 gas atmosphere and replacing the bond with oxygen with the bond with nitrogen by an amonolysis reaction to form an intermediate layer. Growing; (c) growing a GaN thin film on the substrate and the intermediate layer grown in the step (b).

상기 (a) 단계는 Ga, Ca, Li, Ti, La, Er, Nd, In, As, K, Gd, Ge, Zn, Sn, Al, V, Eu, Ba, Y중 어느 하나 이상으로 기판을 성장시키는 것을 다른 특징으로 하는데 있다.In the step (a), the substrate is formed by one or more of Ga, Ca, Li, Ti, La, Er, Nd, In, As, K, Gd, Ge, Zn, Sn, Al, V, Eu, Ba, and Y. Growing is another feature.

상기 (b)단계는 NH3, N2, N2+NH3, HCl, GaCl3 Trimethylgallium:(CH3)3Ga, (C2H5)3Ga 가스중 어느 하나로 중간층을 성장시키는 것을 또다른 특징으로 하는데 있다.The step (b) is another step of growing the intermediate layer with any one of NH 3 , N 2 , N 2 + NH 3 , HCl, GaCl 3 Trimethylgallium: (CH 3 ) 3 Ga, (C 2 H 5 ) 3 Ga gas It is to feature.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings.

이하, 본 발명에 따른 발광소자 및 그 제조방법의 바람직한 실시예에 대하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of a light emitting device and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described.

도1은 본 발명에 따른 발광소자 및 그 제조방법의 일실시예를 나타낸 도면이다.1 is a view showing an embodiment of a light emitting device and a method of manufacturing the same according to the present invention.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 발광소자 및 그 제조방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The light emitting device and the method of manufacturing the same according to the present invention configured as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 도1 (a)에 도시된 바와 같이, μ-PD(micro pulling down)법으로 β-Ga2O3 단결정 기판(110)을 성장시키게 된다. 여기서, 상기 기판(110)은 Ga, Ca, Li, Ti, La, Er, Nd, In, As, K, Gd, Ge, Zn, Sn, Al, V, Eu, Ba, Y중 어느 하나 이상의 산화물, 질화물 결정기판으로 성장되게 된다.First, as shown in FIG. 1A, the β-Ga 2 O 3 single crystal substrate 110 is grown by a micro-PD (micro pulling down) method. Here, the substrate 110 is an oxide of any one or more of Ga, Ca, Li, Ti, La, Er, Nd, In, As, K, Gd, Ge, Zn, Sn, Al, V, Eu, Ba, Y. As a result, the nitride crystal substrate is grown.

이어, 도1 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 성장된 β-Ga2O3 단결정 기판(110) 표면을 NH3 가스 분위기에서 열처리하여 아모노리시스(ammonolysis) 반응으로 산소와의 결합이 질소와의 결합으로 치환시켜 GaN 버퍼층인 중간층(120)을 성장시키게 된다. 여기서, 상기 중간층(120)은 NH3, N2, N2+NH3, HCl, GaCl3 Trimethylgallium:(CH3)3Ga, (C2H5)3Ga 가스 중 어느 하나 이상의 분위기내에서 GaN버퍼층을 성장시키게 된다.Subsequently, as shown in FIG. 1 (b), the surface of the grown β-Ga 2 O 3 single crystal substrate 110 is heat-treated in an NH 3 gas atmosphere to bond nitrogen to oxygen by an amonolysis reaction. The intermediate layer 120, which is a GaN buffer layer, is grown by substitution with a bond with. The intermediate layer 120 may be formed of GaN in an atmosphere of one or more of NH 3 , N 2 , N 2 + NH 3 , HCl, GaCl 3 Trimethylgallium: (CH 3 ) 3 Ga, and (C 2 H 5 ) 3 Ga gas. The buffer layer is grown.

이후 도1 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 성장된 기판(110)과 중간층(120) 상에 GaN 박막(130)을 성장시키게 된다.Thereafter, as shown in FIG. 1C, the GaN thin film 130 is grown on the grown substrate 110 and the intermediate layer 120.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 발광소자 및 그 제조방법은 기판으로 사용될 물질과 GaN과의 격자상수 차와 열팽창계수의 차이를 줄여 고품질의 단결정을 성장시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the light emitting device and the method of manufacturing the same according to the present invention have the effect of reducing the difference between the lattice constant difference and the coefficient of thermal expansion between the material to be used as the substrate and GaN to grow a high quality single crystal.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위 및 그와 균등한 것들에 의하여 정해져야 한다.Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the embodiments, but should be defined by the claims and their equivalents.

Claims (9)

기판과; A substrate; 상기 기판 표면에 성장되는 중간층과;An intermediate layer grown on the substrate surface; 상기 기판과 중간층 상에 성장되는 박막을 포함하여 구성되고,It comprises a thin film grown on the substrate and the intermediate layer, 상기 기판은 μ-PD(micro pulling down)법으로 성장된 β-Ga2O3 단결정 기판이며,The substrate is a β-Ga 2 O 3 single crystal substrate grown by a micro-PD (micro pulling down) method, 상기 중간층은 상기 기판 표면을 NH3 가스 분위기에서 열처리하여 아모노리시스(ammonolysis) 반응으로 산소와의 결합이 질소와의 결합으로 치환시켜 성장시킨 GaN 버퍼층인 것을 특징으로 하는 발광소자.The intermediate layer is a light emitting device, characterized in that the GaN buffer layer is grown by replacing the bond with oxygen by a bond to nitrogen by an amonolysis reaction by heat-treating the surface of the substrate in an NH 3 gas atmosphere. 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판은 Ga, Ca, Li, Ti, La, Er, Nd, In, As, K, Gd, Ge, Zn, Sn, Al, V, Eu, Ba, Y중 어느 하나 이상의 산화물, 질화물 결정기판으로 제조되는 것을 특징으로 하는 발광소자.The substrate may be an oxide or nitride crystal substrate of any one or more of Ga, Ca, Li, Ti, La, Er, Nd, In, As, K, Gd, Ge, Zn, Sn, Al, V, Eu, Ba, and Y. Light emitting device characterized in that it is manufactured. 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 중간층은 NH3, N2, N2+NH3, HCl, GaCl3 Trimethylgallium:(CH3)3Ga, (C2H5)3Ga 가스중 어느 하나 이상의 분위기내에서 성장시키는 것을 특징으로 하는 발광소자.The interlayer is grown in an atmosphere of any one of NH 3 , N 2 , N 2 + NH 3 , HCl, GaCl 3 Trimethylgallium: (CH 3 ) 3 Ga, and (C 2 H 5 ) 3 Ga gas. Light emitting element. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 박막은 GaN 박막임을 특징으로 하는 발광소자.The thin film is a light emitting device, characterized in that the GaN thin film. (a) μ-PD(micro pulling down)법으로 β-Ga2O3 단결정 기판을 성장시키는 단계와;(a) growing a β-Ga 2 O 3 single crystal substrate by a micro-PD (micro pulling down) method; (b) 상기 (a)단계에서 성장된 β-Ga2O3 단결정 기판 표면을 NH3 가스 분위기에서 열처리하여 아모노리시스(ammonolysis) 반응으로 산소와의 결합이 질소와의 결합으로 치환시켜 중간층을 성장시키는 단계와;(b) heat treating the surface of the β-Ga 2 O 3 single crystal substrate grown in step (a) in an NH 3 gas atmosphere and replacing the bond with oxygen with the bond with nitrogen by an amonolysis reaction to form an intermediate layer. Growing; (c) 상기 (b)단계에서 성장된 기판과 중간층 상에 GaN 박막을 성장시키는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 발광소자 제조방법.(c) growing a GaN thin film on the substrate and the intermediate layer grown in the step (b). 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 (a) 단계는 Ga, Ca, Li, Ti, La, Er, Nd, In, As, K, Gd, Ge, Zn, Sn, Al, V, Eu, Ba, Y중 어느 하나 이상의 산화물, 질화물 결정기판을 성장시키는 것을 특징으로 하는 발광소자 제조방법.The step (a) is at least one oxide, nitride, Ga, Ca, Li, Ti, La, Er, Nd, In, As, K, Gd, Ge, Zn, Sn, Al, V, Eu, Ba, Y A light emitting device manufacturing method comprising growing a crystal substrate. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 (b)단계는 NH3, N2, N2+NH3, HCl, GaCl3 Trimethylgallium:(CH3)3Ga, (C2H5)3Ga 가스중 어느 하나 이상의 분위기내에 중간층을 성장시키는 것을 특징으로 하는 발광소자 제조방법.In step (b), the intermediate layer is grown in at least one of NH 3 , N 2 , N 2 + NH 3 , HCl, GaCl 3 Trimethylgallium: (CH 3 ) 3 Ga, and (C 2 H 5 ) 3 Ga gas. Light emitting device manufacturing method characterized in that.
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