KR100691635B1 - Group iii nitride based semiconductor substrate, vertical structure nitride type semiconductor light emitting device and method of producing the group iii nitride based semiconductor substrate - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래의 수평구조 LED 소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a conventional horizontal structure LED device.
도 2는 종래의 수직구조 LED 소자의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a conventional vertical structure LED device.
도 3 및 도 4는 GaN 기판의 성장을 도식적으로 나타내는 도면이다.3 and 4 are diagrams schematically showing growth of a GaN substrate.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 여러 실시형태에 따른 3족 질화물 반도체 성장용 기판의 단면도이다. 5A to 5C are cross-sectional views of a group III nitride semiconductor growth substrate according to various embodiments of the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 수직구조 LED 소자의 단면도이다.6 is a cross-sectional view of a vertical structure LED device according to the present invention.
도 7 내지 9는 본 발명의 여러 실시형태에 따른 3족 질화물 반도체 성장용 기판을 제조하는 방법을 도시한 공정 단면도이다.7 to 9 are process cross-sectional views showing a method for manufacturing a group 3 nitride semiconductor growth substrate according to various embodiments of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
101, 201, 301, 403, 501, 601, 701 : 제1 기판101, 201, 301, 403, 501, 601, 701: first substrate
103, 203, 303, 401, 503, 603, 703 : 제2 기판103, 203, 303, 401, 503, 603, 703: second substrate
102, 502 : 질화처리된 금속층 202, 602 : GaAs층102, 502:
302, 702 : 금속 접착층 402 : 중간층302, 702: metal adhesive layer 402: intermediate layer
본 발명은 3족 질화물 반도체 성장용 기판, 이를 이용한 수직구조 LED 소자 및 3족 질화물 반도체 성장용 기판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상면과 하면이 Ga-종단면인 3족 질화물 반도체 성장용 기판, 이를 이용한 수직 구조 LED 소자 및 3족 질화물 반도체 성장용 기판의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a group III nitride semiconductor growth substrate, a vertical structure LED device and a group III nitride semiconductor growth substrate using the same. More specifically, the upper and lower surfaces of the group III nitride semiconductor are grown. The present invention relates to a substrate, a vertical structure LED device, and a method for manufacturing a group 3 nitride semiconductor growth substrate using the same.
일반적으로, 질화물계 화합물은 GaN, InN, AlN 등과 같은 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 결정으로서, 단파장광(자외선 내지 녹색광), 특히 청색광을 낼 수 있는 LED 소자에 널리 사용된다. 통상 사파이어 기판이나 SiC기판 등의 기판을 이용하여 제조되었다. 이러한 사파이어 기판이나 SiC 기판은 질화물계 화합물과 격자상수가 일치하지 않으므로, 격자 부정합에 의한 전위(dislocation)가 발생한다. 이 전위들은 발광 효율을 낮추는 원인이 된다. 전위 밀도를 낮추기 위해 에피택셜 측면 과도성장(epitaxial lateral over growth, ELOG) 등의 기술이 이용되고 있으며, 현재 전위밀도 수준은 107/cm2 정도이다. 더 낮은 전위밀도를 얻기 위해 격자상수가 일치하 는 질화물계 화합물로 이루어진 GaN 기판이 LED 소자 제작에 이용되고 있다. 그러나 GaN 기판을 이용한 수직구조 LED 소자에서 GaN 기판의 N-종단면(N-terminated surface)은 n-오믹 메탈 콘택(n-ohmic metal contact)을 형성할 때 높은 저항을 나타내므로 LED 소자의 성능을 저하시키는 요인이 된다. In general, nitride compounds are group III-V compound crystals such as GaN, InN, AlN, and the like, and are widely used in LED devices capable of emitting short wavelength light (ultraviolet to green light), especially blue light. Usually, it is manufactured using substrates, such as a sapphire substrate and a SiC substrate. Since the sapphire substrate and the SiC substrate do not coincide with the nitride compound and the lattice constant, dislocation due to lattice mismatch occurs. These potentials cause a decrease in luminous efficiency. In order to lower dislocation density, epitaxial lateral over growth (ELOG) and the like are used, and dislocation density level is about 10 7 / cm 2 . In order to obtain lower dislocation densities, GaN substrates made of nitride-based compounds having matching lattice constants have been used to manufacture LED devices. However, in vertical LED devices using GaN substrates, the N-terminated surface of GaN substrates exhibits high resistance when forming n-ohmic metal contacts, thus degrading the performance of LED devices. It becomes a factor.
도 1은 종래의 사파이어 기판을 이용한 수평 구조의 LED 소자(10)를 나타내는 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 사파이어 기판을 이용한 수평 구조의 LED 소자(10)는 사파이어 기판(11) 상에 순차적으로 n형 질화물 반도체층(13), 다중양자우물구조(MQW)인 GaN/InGaN 활성층(14) 및 p형 질화물 반도체층(15)을 포함하며, 상기 p형 질화물 반도체층(15)과 GaN/InGaN 활성층(14)은 그 일부영역이 제거되어 n형 질화물 반도체층(13)의 일부상면이 노출된 구조를 갖는다. 도 1과 같은 수평 구조의 LED 소자(10)의 경우 Ga-종단면(Ga-terminated surface)(A)에서 n측 전극(16) 및 p측 전극(17)이 오믹 콘택(ohmic contact)을 이룬다. 그러나 사파이어 기판(11)과 n형 질화물 반도체층(13)의 격자상수의 차이로 전위가 발생하는 문제점이 있다. 1 is a cross-sectional view showing a
도 2는 종래의 GaN 기판을 이용한 수직 구조의 LED 소자(20)를 나타내는 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 GaN 기판을 이용한 수직 구조의 LED 소자(20)는 GaN 기판(21) 상에 순차적으로 n형 질화물 반도체층(22), 다중양자우물구조(MQW)인 GaN/InGaN 활성층(23) 및 p형 질화물 반도체층(24)을 포함한다. p측 전극(27)은 LED 소자(20)의 Ga-종단면(A)에서 오믹 콘택을 형성한다. 그러나 GaN 기판(21)의 하면(B)은 N-종단면이므로 n측 전극(26)이 GaN 기판(21)과 오믹 콘택을 이루기 어렵다는 문제점이 있다. 수직 구조 LED 소자의 n측 전극으로 흔히 이용되는 Cr/Au를 GaN 기판의 N-종단면에 형성시킬 경우 오믹 콘택이 형성되지 않는다. Al/Ti는 열처리 후 비-오믹(non-ohmic)으로 성질이 변하게 된다. Pd/Ti/Al/Ti를 이용하여 오믹 콘택을 형성하기도 한다. 그러나 이 경우 비저항값이 10-5 ~ 10-4 Ω㎝ 로 일반적인 n-오믹의 경우(비저항값이 10-7 ~ 10-6 Ω㎝) 보다 상대적으로 높다는 문제점이 있다.2 is a cross-sectional view showing the
도 3 및 도 4는 GaN 기판의 성장을 도식적으로 나타내는 도면이다. 도 3은 GaN의 [0001]면에서 GaN이 성장하는 것을 나타내는 도면이고, 도 4는 GaN의 면에서 GaN이 성장하는 것을 나타내는 도면이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, GaN은 Ga-N의 결합(bond)이 1개인 면(S)에서 성장한다. 따라서, 성장면이 Ga-극성인지 N-극성인지 관계없이 GaN 기판의 한 면이 Ga-종단면이면 반대면은 N-종단면이 된다. 이와 같은 이유로 종래에는 양면이 Ga-종단면인 GaN 기판을 제조할 수 없었다.3 and 4 are diagrams schematically showing growth of a GaN substrate. 3 is a view showing the growth of GaN on the [0001] surface of GaN, Figure 4 is a view of the GaN It is a figure which shows that GaN grows in surface. Referring to FIGS. 3 and 4, GaN grows on the surface S of one bond of Ga-N. Thus, irrespective of whether the growth plane is Ga-polar or N-polar, if one side of the GaN substrate is a Ga-terminal plane, the opposite side is an N-terminal plane. For this reason, conventionally, a GaN substrate having both sides of a Ga-terminated surface cannot be manufactured.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 상면과 하면이 모두 Ga-종단면을 갖는 3족 질화물 반도체 성장용 기판 및 그 제조방법을 제공하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a substrate for growing a group III nitride semiconductor having both a top surface and a bottom surface thereof, and a method of manufacturing the same.
본 발명의 다른 목적은 상기 3족 질화물 반도체 성장용 기판을 이용함으로써 질화물 반도체층의 전위밀도가 낮으며, n측 전극과 기판사이에 오믹 콘택이 형성된 수직 구조 LED 소자를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a vertical structure LED device having a low potential density of the nitride semiconductor layer and an ohmic contact formed between the n-side electrode and the substrate by using the group III nitride semiconductor growth substrate.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 3족 질화물 반도체 성장용 기판은 상면이 N-종단면이고 GaN로 된 제1 기판과; 상기 제1 기판의 N-종단면 상에 형성된, 종단면 변경을 위한 중간층과; 상기 중간층 상에 형성되고 GaN로 된 제2 기판을 포함하고, 상기 제1 기판의 하면과 상기 제2 기판의 상면은 Ga-종단면인 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above technical problem, the Group 3 nitride semiconductor growth substrate according to the present invention is the first substrate of the upper surface is N- longitudinal section and GaN; An intermediate layer for changing the longitudinal section formed on the N-terminal face of the first substrate; And a second substrate formed of GaN on the intermediate layer, wherein a bottom surface of the first substrate and a top surface of the second substrate are Ga-terminated cross-sections.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 중간층은 질화처리된 금속층일 수 있다. 바람직하게는 상기 금속층은 질화처리가 가능한 전이금속일 수 있고, 바람직하게는 상기 전이금속은 Ni, Cr, Ti, Sc, Al으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the intermediate layer may be a nitrided metal layer. Preferably, the metal layer may be a transition metal capable of nitriding treatment, and preferably, the transition metal may be selected from the group consisting of Ni, Cr, Ti, Sc, and Al.
본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 중간층은 GaAs일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the intermediate layer may be GaAs.
본 발명의 또 다른 실시형태에서, 상기 중간층은 금속 접착층일 수 있다. 바람직하게는 상기 금속 접착층은 Au-Sn, Sn, In, Au-Ag, Pb-Sn, Au-Si, AlSi, Cu-Sn, ITO으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.In another embodiment of the present invention, the intermediate layer may be a metal adhesive layer. Preferably, the metal adhesive layer may be selected from the group consisting of Au-Sn, Sn, In, Au-Ag, Pb-Sn, Au-Si, AlSi, Cu-Sn, and ITO.
본 발명에 따른 수직 구조 LED 소자는 3족 질화물 반도체 성장용 기판과; 상기 성장용 기판 상에 순차 적층된 n형 질화물 반도체층, 활성층 및 p형 질화물 반도체층과; 상기 성장용 기판 하면에 형성된 n측 전극과; 상기 p형 질화물 반도체층 상에 형성된 p측 전극을 포함한다. 상기 p형 질화물 반도체층의 상면과 상기 성장용 기판의 하면은 Ga-종단면이다. 상기 성장용 기판은 GaN로 된 제1 기판과, 상기 제1 기판 상에 형성되고 종단면 변경을 위한 중간층과, 상기 중간층 상에 형성되고 GaN로 된 제2 기판을 포함하되, 상기 제1 기판의 하면과 상기 제2 기판의 상면은 Ga-종단면이다.Vertical structure LED device according to the present invention comprises a group 3 nitride semiconductor growth substrate; An n-type nitride semiconductor layer, an active layer and a p-type nitride semiconductor layer sequentially stacked on the growth substrate; An n-side electrode formed on the lower surface of the growth substrate; And a p-side electrode formed on the p-type nitride semiconductor layer. An upper surface of the p-type nitride semiconductor layer and a lower surface of the growth substrate are Ga-terminated cross-sections. The growth substrate includes a first substrate made of GaN, an intermediate layer formed on the first substrate for changing a longitudinal section, and a second substrate formed on the intermediate layer and formed of GaN, the lower surface of the first substrate And the top surface of the second substrate is a Ga- longitudinal section.
본 발명에 따른 수직 구조 LED 소자의 일 실시형태에서, 상기 중간층은 질화처리된 금속층일 수 있다. 바람직하게는 상기 금속층은 질화처리가 가능한 전이금속일 수 있다. 바람직하게는 상기 전이금속은 Ni, Cr, Ti, Sc, Al으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것일 수 있다.In one embodiment of the vertical structure LED device according to the present invention, the intermediate layer may be a nitrided metal layer. Preferably, the metal layer may be a transition metal capable of nitriding treatment. Preferably the transition metal may be selected from the group consisting of Ni, Cr, Ti, Sc, Al.
본 발명에 따른 수직 구조 LED 소자의 다른 실시형태에서, 상기 중간층은 GaAs일 수 있다.In another embodiment of the vertical structure LED device according to the present invention, the intermediate layer may be GaAs.
본 발명에 따른 수직 구조 LED 소자의 또 다른 실시형태에서, 상기 중간층은 금속 접착층일 수 있다. 바람직하게는 상기 금속 접착층은 Au-Sn, Sn, In, Au-Ag, Pb-Sn, Au-Si, AlSi, Cu-Sn, ITO으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.In another embodiment of the vertical structure LED device according to the present invention, the intermediate layer may be a metal adhesive layer. Preferably, the metal adhesive layer may be selected from the group consisting of Au-Sn, Sn, In, Au-Ag, Pb-Sn, Au-Si, AlSi, Cu-Sn, and ITO.
본 발명에 따른 3족 질화물 반도체 성장용 기판 제조방법은 GaN로 된 제1 기판의 N-종단면 상에 종단면 변경을 위한 중간층을 형성하는 단계와; 상기 중간층 상에 GaN을 성장시킴으로써, 상기 중간층 상에 GaN로 된 제2 기판을 형성하는 단계을 포함하되, 상기 제1 기판의 하면과 상기 제2 기판의 상면은 Ga종단면인 것을 특징으로 한다.A method for manufacturing a group III nitride semiconductor growth substrate according to the present invention comprises the steps of forming an intermediate layer for changing the longitudinal section on the N-termination of the first substrate of GaN; By growing GaN on the intermediate layer, forming a second substrate of GaN on the intermediate layer, the lower surface of the first substrate and the upper surface of the second substrate is characterized in that the Ga longitudinal cross-section.
본 발명에 따른 3족 질화물 반도체 성장용 기판 제조방법의 일 실시형태에서, 상기 중간층을 형성하는 단계는, 상기 제1 기판의 N-종단면 상에 질화처리가 가능한 금속층을 증착시키는 단계와, 상기 금속층 상면을 질화처리하는 단계를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 금속층은 질화처리가 가능한 전이금속일 수 있다. 바람직하게는, 상기 전이금속은 Ni, Cr, Ti, Sc, Al으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.In one embodiment of the method for manufacturing a group III nitride semiconductor growth substrate according to the present invention, the forming of the intermediate layer may include depositing a metal layer capable of nitriding on an N-terminal surface of the first substrate, and the metal layer. And nitriding the upper surface. Preferably, the metal layer may be a transition metal capable of nitriding treatment. Preferably, the transition metal may be selected from the group consisting of Ni, Cr, Ti, Sc, Al.
본 발명에 따른 3족 질화물 반도체 성장용 기판 제조방법의 다른 실시형태에서, 상기 중간층을 형성하는 단계는, 상기 제1 기판의 N-종단면 상에 GaAs층을 증착시키는 단계를 포함할 수 있다.In another embodiment of the method for manufacturing a group III nitride semiconductor growth substrate according to the present invention, the forming of the intermediate layer may include depositing a GaAs layer on an N-termination surface of the first substrate.
본 발명에 따른 3족 질화물 반도체 성장용 기판 제조방법은 GaN로 된 제1 기판 및 제2 기판을 준비하는 단계와; 금속 접착층을 이용하여 상기 제1 기판의 N-종단면과 제2 기판의 N-종단면을 서로 부착시키는 단계를 포함하고, 상기 제1 기판의 하면과 상기 제2 기판의 상면은 Ga-종단면일 수 있다. 상기 금속 접착층은 Au-Sn, Sn, In, Au-Ag, Pb-Sn, Ag-Cu, Ta-Al, Au-Si, AlSi, Cu-Sn, ITO으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a substrate for growing a group III nitride semiconductor, comprising: preparing a first substrate and a second substrate made of GaN; Attaching the N-termination surface of the first substrate and the N-termination surface of the second substrate to each other using a metal adhesive layer, wherein the lower surface of the first substrate and the upper surface of the second substrate may be Ga-termination surfaces. . The metal adhesive layer may be selected from the group consisting of Au-Sn, Sn, In, Au-Ag, Pb-Sn, Ag-Cu, Ta-Al, Au-Si, AlSi, Cu-Sn, and ITO.
본 명세서에서, '질화물 반도체 또는 3족 질화물 반도체'란, AlxGayIn(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 표현되는 2성분계(bianary), 3성분계(ternary) 또는 4성분계(quaternary) 화합물 반도체를 의미한다. In the present specification, 'nitride semiconductor or group III nitride semiconductor' is represented by Al x Ga y In (1-xy) N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x + y≤1). It means a bicomponent, ternary or quaternary compound semiconductor.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나. 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. But. Embodiments of the invention may be modified in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape and size of elements in the drawings may be exaggerated for clarity, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings are the same elements.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명에 따른 3족 질화물 반도체 성장용 기판의 단면도이다. 5A, 5B and 5C are cross-sectional views of a group III nitride semiconductor growth substrate according to the present invention.
도 5a를 참조하면, 본 발명에 따른 3족 질화물 반도체 성장용 기판(100)은 순차적으로 제1 기판(101), 질화처리된 금속층(102) 및 제2 기판(103)이 형성되어 있다. 제1 기판(101) 및 제2 기판(103)은 질화물 반도체 물질과 결정구조가 동일하면서 격자정합을 이루어 질화물 반도체 물질의 성장이 용이한 GaN 기판이다. GaN 기판인 제1 기판 및 제2 기판은 하이브리드 기상증착법(Hybride Vapor Phase Epitaxy, HVPE) 또는 ELO-HVPE(Epitaxial Lateral Overgrowth - Hybride Vapor Phase Epitaxy)에 의해 성장시킬 수 있다. 도 3 및 4에서 본 바와 같이, GaN 기판인 제1 기판(101) 및 제2 기판(103)의 일면은 N-종단면(B)이 되고, 이에 대향하는 면은 Ga-종단면(A1)이 된다. Referring to FIG. 5A, in the group III nitride
제1 기판(101)의 N-종단면(B) 상에는 질화처리(nitridation)된 금속층(102)이 형성된다. 상기 금속층(102)은 종단면 변경을 위한 중간층 기능을 한다. 질화처리된 금속층(102)은 헥사고날(Hexagonal) 구조 또는 면심입방구조(Face Centered Cubic, FCC)를 갖는 전이금속(transition metal)인 것이 바람직하다. 헥사고날 구조나 면심입방구조를 갖는 전이금속은 질화처리 후 GaN의 에피텍셜 성장을 용이하게 한다. 헥사고날 구조나 면심입방구조를 갖는 전이금속에는 Ni, Cr, Ti, Sc, Al 등이 있다.A
질화처리된 금속층(102)은 제1 기판(101)의 N-종단면(B) 상에 Ni, Cr, Ti, Sc, Al 등의 전이금속을 증착시킨 후, N2 또는 NH3 분위기에서 전이금속 표면을 질화처리하여 형성시킨다. 상기 전이금속 증착은 스퍼터링(sputtering), 분자빔 증착법(Molecular Beam Epitaxy), 전자빔 증착법(e-beam evaporation) 등의 방법이 이용된다. The
상기 제1 기판(101) 상에 형성된 질화처리된 금속층(102) 상에서 GaN를 성장시키면 Ga-극성의 GaN가 형성된다. 질화처리된 금속층(102)은 질소(N)가 금속과 결합하여 질소 결합(N-bond)을 이루고 있으며, GaN 성장시 상기 질소(N)가 Ga과 결합하게 되므로, 질화처리된 금속층(102) 상에 형성된 GaN는 Ga-극성을 가지게 된다. 이와 같이 질화처리된 금속층(102) 상에 형성되고, GaN로 된 제2 기판(103)의 상면(A2)은 Ga-종단면이 된다. When GaN is grown on the
상기 3족 질화물 반도체 성장용 기판(100)의 하면(A1) 및 상면(A2)이 모두 Ga-종단면이므로 상기 성장용 기판(100)은 성장용 기판(100)의 상면(A2)에 형성된 질화물 반도체층과 격자정합을 형성한다. 따라서 상기 성장용 기판(100)을 이용하여 발광 효율이 높은 LED 소자를 얻을 수 있다. 또한 수직 구조 LED에서는 상기 성장용 기판(100)의 하면(A1)에 형성되는 n측 전극과 오믹 콘택을 형성하므로 접촉 저항을 낮출 수 있는 이점이 있다.Since both the lower surface A1 and the upper surface A2 of the group III nitride
도 5b를 참조하면, 본 발명에 따른 3족 질화물 반도체 성장용 기판(200)은 순차적으로 제1 기판(201), GaAs층(202) 및 제2 기판(203)이 형성되어 있다. 도 5b의 실시형태는 GaAs층(202)이 종단면을 변경을 위한 중간층이라는 점에서 도 5a의 실시형태와 차이가 있다. 제1 기판(201)의 N-종단면(B) 상의 GaAs는 유기금속 기상증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD) 또는 하이브리드 기상증착법 등의 공정을 이용하여 성장시킨다. Referring to FIG. 5B, in the group III nitride
GaAs로 이루어진 GaAs층(202) 상에 GaN을 성장시키면 Ga-극성의 GaN이 형성된다. 이와 같이 GaAs층(202) 상에 형성된 제2 기판(203)의 상면(A2)은 Ga-종단면이 된다. 따라서, 상기 3족 질화물 반도체 성장용 기판(200)의 하면(A1) 및 상면(A2)은 Ga-종단면이 된다.When GaN is grown on a
도 5c를 참조하면, 본 발명에 따른 3족 질화물 반도체 성장용 기판(300)은 순차적으로 제1 기판(301), 금속 접착층(302) 및 제2 기판(303)이 형성되어 있다. 도 5b의 실시형태는 금속 접착층(302)이 종단면 변경을 위한 중간층이라는 점에서 도 5a 및 도 5b의 실시형태와 차이가 있다. 도 5c의 실시형태는 GaN로 된 제1 기판(301) 및 제2 기판(303)을 금속 접착제로 웨이퍼 본딩(wafer bonding)함으로써 형성된다. 상기 금속 접착제는 금속 접착층인 중간층(302)을 형성하게 된다. 금속 접착제는 웨이퍼 본딩에 일반적으로 사용되는 Au-Sn, Sn, In, Au-Ag, Pb-Sn, Au-Si, AlSi, Cu-Sn, ITO이 사용될 수 있다.Referring to FIG. 5C, in the group III nitride
도 6은 본 발명에 따른 3족 질화물 반도체 성장용 기판을 이용한 수직구조 LED 소자의 단면도를 나타낸다. 도 6을 참조하면, 3족 질화물 반도체 성장용 기판을 이용한 수직구조 LED 소자(400)는 3족 질화물 반도체 성장용 기판(409) 상에 n형 질화물 반도체층(404), 활성층(405), p형 질화물 반도체층(406), p측 전극(408)이 순차로 적층되어 있다. 또한 상기 성장용 기판 하면(A1)에 n측 전극(407)이 형성되어 있다. 6 is a cross-sectional view of a vertical structure LED device using a group III nitride semiconductor growth substrate according to the present invention. Referring to FIG. 6, the vertical
상기 3족 질화물 반도체 성장용 기판(409)은 GaN로 된 제1 기판(403)과, 상기 제1 기판 상에 형성되고 종단면 변경을 위한 중간층(402)과, 상기 중간층 상에 형성되고 GaN로 된 제2 기판(401)을 포함하되, 상기 제1 기판의 하면(A1)과 상기 제2 기판의 상면(A2)은 Ga-종단면이다. n측 전극(407)이 Ga-종단면인 제1 기판의 하면(A1) 상에 형성되므로 오믹 콘택을 이루게 되어 접촉 저항이 낮아지게 된다. 또한, 제2 기판(401)은 GaN 기판이므로 이 기판 상에 성장하는 질화물 반도체 물질과 결정구조가 동일하면서 격자정합을 이루어 질화물 반도체 물질의 성장이 용이하다.The group 3 nitride
상기 중간층(402)은 전술한 바와 같이, 질화처리된 금속층(도 5a의 102), GaAs층(도 5b의 202) 또는 금속 접착층(도 5c의 302)일 수 있다. As described above, the
상기 n형 반도체층(404)는 n 도핑된 질화물 반도체 물질로 이루어질 수 있 다. 상기 n형 질화물 반도체층(404)의 도핑에 사용되는 불순물은 Si, Ge, Se, Te 또는 C 등이 있다. 상기 n형 질화물 반도체층(404)은 유기금속 기상증착법, 분자빔 성장법 또는 하이브리드 기상증착법 등과 같은 공정을 사용하여 3족 질화물 반도체 성장용 기판(409) 상면에 형성될 수 있다.The n-
상기 활성층(405)은 빛을 발광하기 위한 층으로서, 단일 또는 다중 양자우물구조를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 활성층(405)은 InGaN 또는 GaN 등의 질화물 반도체층으로 구성된다. 활성층(405)은 n형 질화물 반도체층(404)과 같이 유기 금속 기상증착법, 분자빔 성장법 또는 하이브리드 기상증착법 등과 같은 공정을 사용하여 n형 질화물 반도체층(404) 상면에 형성될 수 있다.The
상기 p형 질화물 반도체층(406)은 p 도핑된 질화물 반도체 물질로 이루어질 수 있다. p형 질화물 반도체층(406)의 도핑에 사용되는 불순물은 Mg, Zn, 또는 Be 등이 있다. p형 질화물 반도체층(406)은 유기금속 기상증착법, 분자빔 성장법 또는 하이브리드 기상증착법 등과 같은 공정을 사용하여 활성층(405) 상면에 형성된다.The p-type
n측 전극(407)은 성장용 기판(409) 하면(A1)에 Ti, Cr, Al, Cu 및 Au로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 단일층 또는 복수층으로 형성될 수 있다. 상기 n측 전극(407)은 화학 기상증착법, 전자빔 증발법 또는 스퍼터링 등의 공정에 의해 형성될 수 있다. 성장용 기판(409) 하면(A1)은 Ga-종단면이므로 n측 전 극(407)과 오믹 콘택을 형성하게 된다. The n-
p측 전극(408)은 상기 p 형 질화물 반도체층(406) 상면(A3)에 Au 또는 Au를 함유한 합금을 재료로 하여 화학 기상증착법, 전자빔 증발법 또는 스퍼터링 등의 공정에 의해 형성될 수 있다. The p-
도 7은 본 발명의 일시형태에 따른 3족 질화물 반도체 성장용 기판의 제조방법을 나타내는 공정 단면도이다.7 is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the group 3 nitride semiconductor growth substrate according to the temporary mode of the present invention.
우선, 도 7의 (a)와 같이 GaN로 된 제1 기판(501)을 마련하고, 상기 제1 기판(501)의 N-종단면(B) 상에 질화처리가 가능한 금속층(502)을 증착시킨다. GaN로 된 제1 기판(501)은 하이브리드 기상증착법 또는 ELO-HVPE와 같은 종래의 GaN 기판 제조방법에 의해 성장시킨다. First, as shown in FIG. 7A, a
제1 기판(501)의 N-종단면(B) 상에 형성된 질화처리가 가능한 금속층은 Ni, Cr, Ti, Sc, Al 등과 같은 헥사고날 구조 또는 면심입방구조 구조를 갖는 전이금속을 스퍼터링, 분자빔 증착법 또는 전자빔 증착법 등의 방식을 이용하여 성장시킴으로써 형성된다. 금속층의 성장시 온도가 500℃ 이하인 경우에는 금속이 폴리크리스탈화되기 때문에 금속층의 성장시 온도는 500℃ 이상이 바람직하다. 이온빔 보조 증착법(Ion Beam Assisted Deposition)을 이용할 경우에는 성장 온도는 상온 이상이면 가능하다.The nitrided metal layer formed on the N-terminal surface B of the
다음으로 도 7의 (b)와 같이, 금속층(502)의 상면을 질화처리한다. 상기 금속층(502)의 질화처리는 NH3 또는 N2 분위기에서 이루어진다. 특히, 금속층(502)이 Ni로 이루어진 경우에는 300℃ 이상에서 질화처리하는 것이 바람직하다.Next, as illustrated in FIG. 7B, the upper surface of the
이어 도 7의 (c) 및 (d)와 같이, 표면이 질화처리된 금속층(102) 상에 GaN층을 성장시킨다. GaN층은 하이브리드 기상증착법 또는 유기금속 기상증착법 등의 공정에 의해 형성시킬 수 있다. 질화처리된 금속층(502) 상에서 GaN를 성장시키면 Ga-극성의 GaN가 형성된다. 질화처리된 금속층(502)은 질소(N)가 금속과 결합하여 질소 결합(N-bond)을 이루고 있으며, GaN 성장시 이 질소(N)가 Ga과 결합하게 되므로, 질화처리된 금속층(502) 상에 형성된 GaN는 Ga-극성을 가지게 된다. 질화처리된 금속층(502) 상에 형성된 GaN층은 도 7의 (d)에서와 같이 상면(A2)이 Ga-종단면인 제2 기판(503)을 형성한다. Subsequently, as shown in FIGS. 7C and 7D, the GaN layer is grown on the
도 8은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 3족 질화물 반도체 성장용 기판의 공정 단면도이다. 도 8의 실시형태는 GaAs층을 증착하는 단계(602)가 종단면을 변경하기 위한 중간층을 형성하는 단계라는 점에서 도 7의 실시형태와 차이가 있다.8 is a cross-sectional view of the process for growing a group 3 nitride semiconductor growth substrate according to another embodiment of the present invention. The embodiment of FIG. 8 differs from the embodiment of FIG. 7 in that the
먼저 도 8의 (a)와 같이, 하이브리드 기상증착법 또는 ELO-HVPE등과 같은 공정으로 GaN로 된 제1 기판(601)을 성장시킨다. 다음으로 상기 제1 기판(601)의 N- 종단면(B) 상에 GaAs층(602)을 증착시킨다. GaAs(602)층은 유기금속 기상증착법 또는 하이브리드 기상증착법 등의 공정에 의해 형성될 수 있다. First, as shown in FIG. 8A, a
다음으로 도 8의 (b)와 같이, GaAs층(602) 상에 GaN를 성장시킨다. GaN는 유기금속 기상증착법 또는 하이브리드 기상증착법 등의 공정에 의해 성장시킬 수 있다. 이와 같이 GaAs(602) 상에 GaN을 성장시키면 Ga-극성의 GaN이 형성된다. GaAs층(602) 상에 형성된 Ga-극성의 GaN층은 도 8의 (c)에서 보는 바와 같이 상면(A2)이 Ga-종단면인 제2 기판(603)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 8B, GaN is grown on the
도 9는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 3족 질화물 반도체 성장용 기판의 공정 단면도를 나타낸다. 먼저, 도 9의 (a)와 같이 GaN로 된 제1 기판(701) 및 제2 기판(703)을 준비한다. GaN로 된 제1 기판(701) 및 제2 기판(703)은 유기금속 기상증착법 또는 하이브리드 기상증착법 등의 공정에 의해 형성될 수 있다. FIG. 9 is a cross-sectional view showing a process for growing a group 3 nitride semiconductor growth substrate according to still another embodiment of the present invention. FIG. First, as shown in FIG. 9A, a
다음으로 도 9의 (b)와 같이 제1 기판(701)의 N-종단면(B1)과 제2 기판(703)의 N-종단면(B2)을 금속 접착층(702)을 이용하여 웨이퍼 본딩시킨다. 상기 웨어퍼 본딩은 제1 기판(701)의 N-종단면(B1)에 금속 접착층(702)을 형성한 후 제2 기판(703)의 N-종단면(B2)을 금속 접착층(702) 상에 부착할 수 있다. 또한, 제1 기판(701)의 N-종단면(B1)에 금속 접착층(702)을 형성하고, 제2 기판(703)의 N-종단면(B2)에도 금속 접착층(702)을 형성한 후 금속 접착층(702)이 형성된 제1 기 판(701)의 N-종단면(B1)과 제2 기판(703)의 N-종단면(B2)을 부착할 수도 있다.Next, as illustrated in FIG. 9B, the N-termination surface B1 of the
이상에서 설명한 본 발명에 따른 3족 질화물 반도체 성장용 기판 및 그 제조방법을 통해 상하면이 모두 Ga-종단면인 성장용 기판을 얻을 수 있다. 상기 성장용 기판은 GaN이므로 이 기판 상에 성장하는 질화물 반도체 물질과 결정구조가 동일하므로 질화물 반도체 물질의 성장이 용이하다. 또한 기판과 이 기판 상에 성장하는 질화물 반도체 물질이 격자정합을 이루므로 발광효율이 높은 LED 소자를 얻을 수 있다. 또한 기판 하면이 Ga-종단면이므로 수직구조 LED 소자에서 기판 하면에 형성되는 p측 전극과 오믹 콘택을 형성하여 접촉 저항을 낮출 수 있다.Through the group III nitride semiconductor growth substrate and the manufacturing method according to the present invention described above it is possible to obtain a growth substrate having a top and bottom both Ga- longitudinal section. Since the growth substrate is GaN, the crystal structure is the same as that of the nitride semiconductor material grown on the substrate, so that the growth of the nitride semiconductor material is easy. In addition, since the lattice match between the substrate and the nitride semiconductor material grown on the substrate, an LED device having high luminous efficiency can be obtained. In addition, since the bottom surface of the substrate is Ga-terminated, contact resistance can be lowered by forming an ohmic contact with a p-side electrode formed on the bottom surface of the vertical LED device.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.The present invention is not limited by the above-described embodiment and the accompanying drawings, but is intended to be limited by the appended claims, and various forms of substitution, modification, and within the scope not departing from the technical spirit of the present invention described in the claims. It will be apparent to those skilled in the art that changes are possible.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 종단면 변경을 위한 중간층에 의해 상하면이 모두 Ga-종단면인 3족 질화물 반도체 성장용 기판을 얻을 수 있으며, 상기 3족 질화물 반도체 성장용 기판을 수직구조 LED 소자에 이용할 경우 격자정합에 의해 발광 효율이 우수한 LED 소자를 제조할 수 있다. 또한, 상기 기판 하면과 p측 전극간에 오믹 콘택이 형성되어 접촉 저항을 낮출 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, a substrate for growing a III-nitride semiconductor having a Ga-terminated upper and lower surfaces thereof can be obtained by an intermediate layer for changing the longitudinal cross-section, and the substrate for growing a III-nitride semiconductor can be used as a vertical LED device. In this case, an LED device having excellent luminous efficiency may be manufactured by lattice matching. In addition, an ohmic contact is formed between the lower surface of the substrate and the p-side electrode, thereby reducing the contact resistance.
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