KR100767258B1 - 질화물 반도체 발광소자 및 이의 제조방법 - Google Patents

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KR100767258B1
KR100767258B1 KR1020070047202A KR20070047202A KR100767258B1 KR 100767258 B1 KR100767258 B1 KR 100767258B1 KR 1020070047202 A KR1020070047202 A KR 1020070047202A KR 20070047202 A KR20070047202 A KR 20070047202A KR 100767258 B1 KR100767258 B1 KR 100767258B1
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이경하
박기연
이영희
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주식회사 시스넥스
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Abstract

본 발명은 질화물 반도체 발광소자 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 질화물 반도체 발광소자에서 다공질 산화아연층을 적용함으로써 다공질 형상에 의해 발광층에서 발광하는 빛이 임계각을 벗어난 경우에도 빛이 외부로 방출되어 외부 양자 효율을 극대화시킬 수 있도록 한 것으로, 질화물 반도체 물질과 서로 다른 기판(10) 위에 MOCVD장치를 사용하여 다공질 단결정 산화아연층(18)이 형성된 질화물 반도체 발광소자 구조 또는 p-type 질화갈륨층(14) 위에 단결정의 다공질 산화아연층(19)을 형성하고, 이 다공질 산화아연층(19) 위에 투과성 제 1전극층(15)을 형성하며, 이 제 1전극층(15) 위에 제 2전극층(16)을 형성하고, 제 3전극층(17)은 n-type 질화갈륨층(12)에 형성한 구조의 질화물 반도체 발광소자에서 단결정 산화아연층의 다공질 형상에 의해 발광층에서 발광하는 빛이 임계각을 벗어난 경우에도 외부로 방출할 수 있도록 함으로써 외부 양자 효율이 향상되도록 이루어져 있다.
질화물, 반도체, 소자, 질화갈륨, GaN, 산화아연, ZnO, MOCVD

Description

질화물 반도체 발광소자 및 이의 제조방법 {NITRIDE SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
도 1은 종래 기술에 따른 질화물 반도체 발광소자의 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 종래 질화물 반도체 발광소자의 평면도,
도 3은 본 발명의 제 1실시 예에 의한 질화물 반도체 발광소자의 단면도,
도 4는 도 3에 도시된 발광소자의 평면도,
도 5는 본 발명의 제 2실시 예에 의한 질화물 반도체 발광소자의 단면도,
도 6은 도 5에 도시된 발광소자의 평면도,
도 7은 본 발명의 제 3실시 예에 의한 질화물 반도체 발광소자의 단면도,
도 8은 도 7에 도시된 발광소자의 평면도,
도 9는 본 발명의 제 4실시 예에 의한 질화물 반도체 발광소자의 단면도,
도 10은 도 9에 도시된 발광소자의 평면도,
도 11은 본 발명의 제 5실시 예에 의한 질화물 반도체 발광소자의 단면도,
도 12는 도 11에 도시된 발광소자의 평면도,
도 13은 본 발명의 제 6실시 예에 의한 질화물 반도체 발광소자의 단면도,
도 14는 도 13에 도시된 발광소자의 평면도,
도 15는 본 발명의 제 7실시 예에 의한 질화물 반도체 발광소자의 단면도,
도 16은 도 15에 도시된 발광소자의 평면도,
도 17a는 다공질의 단결정 산화아연층의 단면도,
도 17b는 도 17a에 도시된 다공질의 단결정 산화아연층 평면도,
도 18은 본 발명의 실시 예들에 의해 발광층에서 발광된 빛이 외부로 방출되는 경로를 나타낸 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명
10 : 기판 11 : 저온 질화갈륨 버퍼층
12 : n-type 질화갈륨층 13 : 발광층
14 : p-type 질화갈륨층 15 : 제 1전극층
16 : 제 2전극층 17 : 제 3전극층
18 : 다공질 산화아연층 19 : 다공질 산화아연층
20 : 산화아연 완충층
본 발명은 질화물 반도체 발광소자에서 다공질 산화아연층의 다공질 형상에 의해 발광층에서 발광된 빛이 임계각을 벗어난 경우에도 외부로 방출하게 함으로써 외부 양자 효율을 향상시키기 위한 것으로, 상세하게는 기판 위에 다공질 산화아연층을 성장하고, 그 위에 n-type 질화갈륨층, 발광층, p-type 질화갈륨층, 다공질 산화아연층, 제 1전극층, 제 2전극층을 차례대로 형성하며, 제 3전극층은 상기 n-type 질화갈륨층 위에 형성한 질화물 반도체 발광소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 질화갈륨(GaN)은 질소의 증기압이 높아 2인치 이상의 기판을 얻기 위한 덩어리 형태의 제작이 어렵기 때문에 아직까지 질화갈륨 기판이 고가이고 상용화되지 못하고 있다. 따라서 질화물 반도체 소자 제조 시 기판으로 사파이어, SiC, Si, GaAs 등이 사용되는데, 이 중 사파이어 기판을 가장 많이 사용하고 있다. 이러한 사파이어 기판으로 질화물 반도체 소자 제조 시 외부 양자 효율을 높이기 위해 사파이어 기판 위에 패턴을 형성하는 방법을 사용하기도 하고, p-type 질화갈륨층 또는 n-type 질화갈륨층의 표면을 거칠게 만드는 방법을 사용하기도 한다.
종래의 질화물 반도체 발광소자의 구조가 도 1 및 도 2에 나타나 있다. 도 1 및 도 2에서 파악되는 바와 같이 종래의 질화물 반도체 발광소자는 우선 기판(10) 위에 MOCVD나 MBE를 이용하여 질화갈륨층을 성장하게 된다. 사용되는 기판이 질화갈륨과 서로 다른 이종 기판인 경우에 계면에서부터 많은 결함이 발생하여 질화갈륨층의 성장 두께가 증가하면서 결함이 감소하게 되는데. 이러한 결함 밀도를 줄이기 위해 저온 질화갈륨 버퍼층 및 도핑이 되지 않은 질화갈륨층을 기본층으로 사용하기도 한다. 질화갈륨층을 성장하기 위해 사용하는 기판(10)은 주로 사파이어가 가장 많이 사용되며, SiC, Si, GaAs 등도 사용되고, 드물게는 유리도 사용이 된다. 또한, 외부 양자 효율을 증가시키기 위해 질화갈륨층이 증착되어지는 기판 표면에 여러 형태의 패턴을 형성하기도 하고, n-type 질화갈륨층 또는 p-type 질화갈륨층 의 표면을 거칠게 만들기도 한다.
이를 더욱 상세히 설명하면, 사파이어 기판을 사용하여 질화갈륨층을 성장할 경우 (0001)면에 주로 성장을 하게 되는데, 질화갈륨층과 사파이어 기판 사이의 격자상수 차이에 의해 바로 성장하게 되면 크랙이 발생하고 고품질의 질화갈륨층 성장이 어렵게 된다. 따라서 정상적인 성장온도보다 낮은 500~600℃의 온도에서 저온 질화갈륨 버퍼층(11)을 성장하고 난 후 성장온도를 올려서 소자에 필요한 층을 성장하게 된다. 저온 질화갈륨 버퍼층은 GaN 나 AlN를 주로 성장하며 두께는 0.5nm 이하로 성장하여야 고온에서 질화갈륨층 성장 시 결정성 및 성장 특성이 양호하게 된다. 저온 질화갈륨 버퍼층(11)을 성장한 후 온도를 올려 n-type 질화갈륨층(12)을 성장하게 되는데, 이 때 성장 온도는 1000~1200℃ 이고, n-type 질화갈륨 특성을 얻기 위해서는 실리콘(Si)을 도펀트로 사용하여 도핑을 하게 된다. 이때, 일반적인 두께는 2um 이상 성장해야 기판(10)과 저온 질화갈륨 버퍼층(11)의 응력에 기인한 결함의 영향을 줄여서 층의 결정특성을 향상시킬 수 있게 된다. 또한 n-type 질화갈륨층(12) 성장 시 발광층(13)의 파장에 따라 Al이 혼합된 n-type 질화갈륨층을 성장하기도 한다. n-type 질화갈륨층(12) 성장 후에 발광층(13)을 성장하는데, 다중양자우물(MQW) 또는 단일양자우물(SQW)구조로 형성하기도 한다. 다중양자우물구조가 내부 양자 효율이 더 높아 선호되고 있다. 질화물 반도체 소자의 발광층(13)은 발광하고자 하는 파장 대역 조절이 온도, 인듐(In) 조성, 알루미늄(Al)조성에 따라 200~1770nm 까지 변경이 용이한 장점이 있다. 예를 들어 가시광 발광을 위한 발광층을 형성할 때에는 인듐(In)이 함유된 질화갈륨 우물(well)층과 질화갈 륨층으로 형성된 장벽(barrier)층이 다층으로 형성하게 되는데 발광층의 결정성 때문에 10층 이내에서 사용되고 있다. 또한, 발광층으로 360nm 이하의 자외선을 발광하고자 할 때에는 알루미늄(Al) 조성이 적은 우물층과 Al 조성이 많은 장벽층을 다층으로 구성하여 사용되고 있다. 발광층(13)을 성장한 후 마그네슘(Mg)이 도핑된 p-type 질화갈륨층(14)을 형성하게 된다. 이러한 p-type 질화갈륨층(14)의 두께는 일반적으로 0.1~0.5 um 사이에서 성장하게 된다. 이렇게 성장된 마그네슘(Mg)은 수소 분위기에서 성장되기 때문에 마그네슘(Mg)과 수소가 결합하고 있어 정공 활성화 효율이 매우 저하되어 있는 상태인데, 저하된 정공 활성화 효율을 향상시키기 위해 500~800℃ 사이 온도의 질소 또는 질소와 산소가 혼합된 가스 분위기에서 활성화시키게 되면 정공 효율이 향상되게 된다.
정공 활성화 공정까지 끝난 후에 소자 제작을 위해 우선 제 3전극층(17)을 형성하는데, p-type 질화갈륨층(14)과 발광층(13)을 식각해 내고 n-type 질화갈륨층(12)위에 형성하게 된다. 제 3전극층(17)을 형성을 위한 금속은 주로 Ti/Al, Cr/Ni/Au등이 사용된다. Ti/Al의 경우 Ti(<500Å)/ Al(>3000Å) 두께로 형성하며, 금속을 증착한 후, 질소 또는 질소가 포함된 혼합가스 분위기에서 >400℃ 온도에서 적정 시간 동안 열처리하여 오믹접합이 되도록 한다. 제 3전극층(17)을 형성한 다음 제 1 전극층(15)을 형성하게 되는데, 제 1 전극층(15)은 p-type 질화갈륨층(14)의 전면에 전류가 흐를 수 있도록 하기 위해 p-type 질화갈륨층(14)의 표면의 전면에 증착하게 된다. 또한, 발광층(13)에 발광되어진 빛이 외부로 투과될 수 있도록 제 1전극층(15)의 두께를 500Å이하로 하는 것이 외부로 빛이 빠져나오도록 하는데 더 효과적이다. 이러한 제 1 전극층(15)에서 외부 양자 효율을 향상시키기 위해 일정한 모양을 갖는 형태로 형성하기도 한다. 이러한 제 1 전극층(15)에 사용되는 금속은 주로 Ni, Au, Pt, Ru, Au, ITO 등이 있다. 제 1전극층(15)을 형성한 후에 외부 전극과의 와이어 연결을 위해 제 1전극층(15)위에 Ni/Au를 두껍게 증착하여 제 2 전극층(16)을 형성하기도 하고, Cr/Ni/Au를 사용하여 형성하기도 한다. 제 2 전극층(16)이 형성된 영역은 광이 투과하지 못하기 때문에 제 2 전극층(16)은 본딩 와이어를 위한 최소한의 공간으로 줄여야 한다. 제 2전극층(16) 까지 형성이 끝나면 기판의 뒷면을 랩핑/폴리싱하여 전체 두께를 100um 이하로 한 다음에 스크라이브/브레이크하여 개별 소자로 분리하게 된다. 분리된 개별소자는 TO-CAN 타입 패키지나 SMD 타입 패키지에 장착하여 발광소자로서 동작을 하게 된다.
상기한 종래의 기술에서는 외부 양자 효율을 향상시키기 위해 기판 표면에 일정한 형태의 패턴을 형성하게 되는데, 주로 사용되어지는 사파이어 기판인 경우 물질 자체가 단단하고 안정하여 식각이 쉽지 않고, 기판을 식각하여야 하는 공정이 추가되어 공정 비용이 상승하는 문제가 있다. 또한, 외부 양자 효율을 향상시키기 위한 또 다른 방법으로 p-type 질화갈륨층에 표면 거칠기를 형성하기 위해 식각 하는 경우는 p-type 질화갈륨층의 두께가 얇아 식각으로 형성되는 표면 거칠기는 외부 양자 효율을 극대화시키기에는 한계가 있으며, 공정이 추가되어 비용이 상승하는 문제가 있다. 그 외의 방법으로 제 1 전극층(15)에 일정한 모양의 형태를 갖도록 하는 것이 있는데, 이 또한 공정이 까다롭고 공정 추가에 따른 비용이 상승되는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 질화물 반도체 발광소자에 다공질 산화아연층을 적용함으로써 다공질 형상에 의해 발광층에서 발광하는 빛이 임계각을 벗어난 경우에도 빛이 외부로 방출되어 외부 양자 효율을 극대화시킬 수 있도록 하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 질화갈륨과 서로 다른 기판 위에 다공질 산화아연층을 형성하거나, p-type 질화갈륨층 위에 다공질 산화아연층을 형성하여 다공질의 형상에 의해 발광층에서 발광하는 빛이 임계각을 벗어난 경우에도 외부로 방출하게 함으로서 외부 양자 효율을 향상시킬 수 있도록 한 질화물 반도체 발광소자 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서는 질화갈륨과 서로 다른 기판 위에 다공질 산화아연층을 성장하고, 그 위에 n-type 질화갈륨층, 발광층, p-type 질화갈륨층, 또 다른 다공질 산화아연층, 제 1전극층, 제 2전극층을 차례대로 형성하고, 제 3전극층은 n-type 질화갈륨층 위에 형성하여 질화물 반도체 발광소자를 제작한다.
본 발명의 상세한 공정 기술을 보면 다공질 산화아연층을 성장하기 위한 기판은 주로 사파이어를 사용하지만 ZnO, AlN, GaN, SiC, Si, GaAs, 유리 등도 사용이 가능하다. 직경이 2인치인 사파이어 기판의 경우 두께는 300~450um이며, 성장면으로 주로 C면이 사용되는데 틸트(tilt)를 준 기판과 C면과 다른 성장면인 A면, R면, M면도 다공질의 밀도 변화에 영향을 주기 때문에 사용되어지기도 한다.
상기 기판 위에 다공질 산화아연층의 성장을 위한 장치로는 주로 sputter, MBE, MOCVD등이 사용된다. sputter 장비인 경우 질화갈륨 성장이 어렵기 때문에 MBE, MOCVD 장치를 사용하는 것이 더 용이하다. MOCVD의 경우 기판을 장착한 후 온도를 800℃ 이상으로 올려서 기판 표면의 불순물을 제거하는 열적 세정 공정을 한 다음 성장을 하게 되는데, 먼저 산화아연 완충층을 성장한다. 즉, MOCVD의 성장온도를 100~500℃로 낮춘 다음, 0.1nm~0.5um 두께로 산화아연 완충층을 성장하는데, MgO도 완충층으로 사용되어질 수 있다. 이 산화아연 완충층을 성장하는 이유는 기판과 그 위에 성장하는 다른 층의 응력 발생 억제 목적과 ZnO가 고온에서 성장 시 증착되지 않고 기화되는 것을 방지하기 위한 것이다.
상기 산화아연 완충층의 성장 이후 성장 온도를 500~1000℃ 사이에서 다공질 산화아연층을 성장한다. 산화아연 성장을 위한 Zn 소스는 TEZn를 사용하고 O 소스는 O2 가스를 사용하여 성장할 수 있다. 다공질 산화아연층에서 다공질을 형성하기 위한 방법은 Zn 소스와 O2 소스의 비율이 2000 이하로 낮은 경우에 가능하며, 운반 가스는 질소(N2) 또는 알곤(Ar) 가스를 사용하게 된다. 질화갈륨 성장 시에는 수소(H2) 가스가 결정성 향상에 효과적이기 때문에 사용하게 되는데 산화아연층은 수소가스에 에칭되는 문제가 있기 때문에 사용하지 않는 것이 더 바람직하다. 다공질 산화아연층의 두께는 5um 이내의 두께로 성장하게 되면 발광층에서 발광하는 빛이 임계각을 벗어난 경우에도 외부로 방출할 수 있게 된다. MOCVD 장치에서 성장된 다공질 산화아연층 위에 n-type 질화갈륨층을 성장하게 되는데, 이때, 결정성 향상을 위해 수소 가스 분위기에서 성장하는 것이 일반적이지만 수소(H2) 가스를 운반 가스 로 사용하게 되면 다공질 산화아연층이 에칭되는 문제가 있기 때문에 n-type 질화갈륨층의 두께 2um 이내에서는 질소(N2) 가스를 운반가스로 사용하여 성장하여야 한다. 단결정 다공질 산화아연층 위에 n-type 질화갈륨층을 성장하기 위해 온도를 1000~1200℃로 올리고 두께를 2~4um로 성장하게 된다. 2~4um 두께로 성장 시 Ga 소스는 TMGa을 사용하고, N 소스는 NH3 가스를 사용하여 성장할 수 있다. n-type 형성을 위한 도펀트는 SiH4 가스에서 얻어지는 실리콘(Si)을 도펀트로 사용하게 된다. 일반적으로 도핑 농도는 ~ 1E18/㎤ 으로 형성하게 된다. n-type 질화갈륨층 성장 후에 발광층을 성장하는데 다중양자우물(MQW) 또는 단일양자우물(SQW)구조로 형성하기도 한다. 다중양자우물구조가 내부 양자 효율이 더 높아 선호되고 있다. 질화물 반도체 소자의 발광층은 발광하고자 하는 파장 대역 조절이 온도, 인듐(In) 조성, 알루미늄(Al)조성에 따라 200~1770nm 까지 변경이 용이한 장점이 있는데, 아직까지 600nm이상의 파장 대역을 발광하는 발광다이오드는 인듐(In) 조성이 높은 질화갈륨층의 결정성 저하 문제로 상품화되어 있지는 않다. 예를 들어 가시광 발광을 위한 발광층을 형성할 때에는 인듐(In)이 함유된 질화갈륨 우물(well)층과 질화갈륨층으로 형성된 장벽(barrier)층이 다층으로 형성하게 되는데 발광층의 결정성 때문에 10층 이내에서 사용되고 있다. 인듐(In) 금속은 온도에도 민감한 특성을 보이고 있기 때문에 파장 대역별로 차이는 있지만 인듐(In)이 함유된 우물층은 700~800℃ 정도에서 성장하게 되고, 질화갈륨 장벽층은 800~900℃ 사이에서 성장하게 되는데 장벽층의 온도가 우물층 보다 높은 것은 결정성 향상에 도움이 되기 때문이다. 발광층으로 360nm 이하의 자외선을 발광하고자 할 때에는 알루미늄(Al) 조성이 적은 우물층과 Al 조성이 높은 장벽층을 다층으로 구성하여 사용되고 있다. Al 조성을 함유한 발광층은 온도에 민감하지 않기 때문에 일반적으로 질화갈륨층을 성장하는 1000~1200℃ 사이에서 성장할 수 있다. 발광층을 성장한 후 마그네슘(Mg)이 도핑된 p-type 질화갈륨층을 형성하게 된다. 이러한 p-type 질화갈륨층의 두께는 일반적으로 0.1~0.5um 사이에서 성장하게 된다. 성장온도는 900~1100℃ 사이로 n-type 질화갈륨층 보다 온도가 낮은데, 이것은 마그네슘(Mg) 도핑 농도를 높이기 위한 것이다. 마그네슘(Mg)이 도핑된 p-type 질화갈륨층을 성장한 후 다공질 산화아연층을 성장하게 되는데, 이때 성장온도는 500~1000℃이며, 두께를 1um 이내로 성장하게 되면 발광층에서 발광하는 빛이 임계각을 벗어난 경우에도 외부로 빛을 방출하여 외부 양자 효율을 향상시키게 된다. 이렇게 성장된 층들 중에 p-type 질화갈륨층의 마그네슘(Mg)이 수소 분위기에서 성장하게 되는데, 이 때 마그네슘(Mg)과 수소가 결합하고 있어 정공 활성화 효율이 매우 저하되어 있는 상태이다. 이러한 정공 활성화 효율을 향상시키기 위해 500~800℃ 사이의 온도에서 질소 또는 질소와 산소가 혼합된 가스 분위기에서 활성화시키게 되면 정공 효율이 향상되게 된다.
정공 활성화 공정까지 끝난 후에 소자 제작을 위해 우선 제 3전극층을 형성하는데, p-type 질화갈륨층 위에 형성된 다공질 산화아연층, p-type 질화갈륨층, 발광층을 식각해 내고 n-type 질화갈륨층 위에 형성하게 된다. 제 3전극층 형성을 위한 금속은 주로 Ti/Al, Cr/Ni/Au등이 사용된다. Ti/Al의 경우 Ti(<500Å)/ Al(>3000Å) 두께로 형성하며, 금속을 증착한 후, 질소 또는 질소가 포함된 혼합가 스 분위기에서 >400℃ 온도에서 적정 시간 동안 열처리하여 오믹접합이 되도록 한다. 제 3 전극층을 형성한 다음 제 1 전극층을 형성하게 되는데, 제 1 전극층은 다공질 산화아연층의 전면에 전류가 흐를 수 있도록 하기 위해 다공질 산화아연층 표면의 전면에 증착하게 된다. 또한, 발광층에 발광되어진 빛이 외부로 투과될 수 있도록 제 1 전극층의 두께를 500Å이하로 하는 것이 흡수되지 않고 외부로 빛이 빠져나오도록 하는데 더 효과적이다. 이러한 제 1 전극층에 사용되는 금속은 주로 Ni, Pt, Ru, Au, ITO 등이 있다. 제 1 전극층을 형성한 후에 외부 전극과의 와이어 연결을 위해 제 1 전극층 위에 Ni/Au를 두껍게 증착하여 제 2 전극층을 형성하기도 하고 Cr/Ni/Au를 사용하여 형성하기도 한다. 제 2 전극층이 형성된 영역은 광이 투과하지 못하기 때문에 제 2 전극층은 본딩 와이어를 위한 최소한의 공간으로 줄여야 한다. 제 2전극층까지 형성이 끝나면 기판의 뒷 면을 랩핑/폴리싱하여 전체 두께를 100um 이하로 한 다음에 스크라이브/브레이크하여 개별 소자로 분리하게 된다. 분리된 개별소자는 TO-CAN 타입 패키지나 SMD 타입 패키지에 장착하여 발광소자로서 동작을 하게 된다.
이하, 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제 1실시 예를 도시한 발광소자의 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 발광소자의 평면도로서, 기판(10) 위에 산화아연 완충층(20)을 성장한 후 다공질 산화아연층(18)을 형성하고, 그 위에 저온 질화갈륨 버퍼층(11), n-type 질화갈륨층(12), 발광층(13), p-type 질화갈륨층(14)을 순차적으로 성장한 후, p-type 질화갈륨층(14) 위에 제 1전극층(15)을 형성하고, 제 1전극층(15) 위의 일부에 제 2 전극층(16)을 형성하며, 제 3 전극층(17)층은 p-type 질화갈륨층(14)과 발광층(13)층을 에칭하여 제거한 후, n-type 질화갈륨층(12) 위의 일부에 형성한 것이다.
본 실시 예에서 제 1 전극층(15)은 p-type 질화갈륨층(14) 위의 전면(全面)에 형성되고, 제 1 전극층(15)의 일부(一部)에 제 2전극층(16)이 형성되며, 제 3 전극층(17)은 p-type 질화갈륨층(14)과 발광층(13)을 에칭하여 제거한 후 n-type 질화갈륨층(12) 위의 일부에 형성한 것을 보여주고 있다. 이러한 소자 구조에서는 발광층(13)에서 발광되어 기판(10)으로 향하는 빛이 임계각을 벗어난 경우에도 외부로 방출되어 외부 양자 효율이 증가하게 된다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시 예를 도시한 것으로, 본 실시 예의 발광소자도 도 3에서 도시된 실시 예와 비슷하나, 다공질 산화아연층(18)과 n-type 질화갈륨층(12) 사이의 저온 질화갈륨 버퍼층(11)이 제거된 경우이다. 산화아연 물질은 질화갈륨 물질과 격자 상수가 비슷하기 때문에 산화아연층 위에 질화갈륨층 성장 또는 질화갈륨층 위에 산화아연층 성장이 가능하다. 도 6은 도 5에 도시된 구조의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시 예를 도시한 것으로, 본 실시 예에서는 기판(10)위에 저온질화갈륨 버퍼층(11), n-type 질화갈륨층(12), 발광층(13), p-type 질화갈륨층(14)을 순차적으로 성장한 후, p-type 질화갈륨층(14) 위에 다공질 산화아연층 (19)을 성장한 후, 이 다공질 산화아연층(19) 위에 제 1전극층(15)을 형성하고, 제 1 전극층(15) 위에 제 2 전극층(16)을 형성하며, 제 3 전극층(17)은 n-type 질화갈륨층(12)의 일부에 형성된 것으로, 이러한 층의 경우는 발광층(13)에서 발광되어 제 1 전극층(15)으로 향하는 빛이 임계각을 벗어난 경우에도 다공질 산화아연층(19)에 의해 외부로 방출되어 외부 양자 효율을 향상시키게 된다. 도 8은 도 7에서 도시된 발광소자의 평면도로, 다공질 산화아연층(19) 위에 제 1 전극층(15)이 전면에 형성되고, 제 1 전극층(15) 위의 일부에 제 2 전극층(16)이 형성되며, 제 3 전극층(17)은 n-type 질화갈륨층(12)의 일부에 형성 구조이다.
도 9는 본 발명의 제 4 실시 예를 도시한 것으로, 기판(10) 위에 산화아연 완충층(20)을 형성하고, 그 위에 다공질 산화아연층(18), 저온 질화갈륨 버퍼층(11), n-type 질화갈륨층(12), 발광층(13), p-type 질화갈륨층(14), 다공질 산화아연층(19)을 순차적으로 성장한 후, 다공질 산화아연층(19) 위에 제 1 전극층(15)을 다공질 산화아연층(19) 위의 전면에 형성하고, 제 1 전극층(15)의 일부에 제 2 전극층(16)을 형성하며, 제 3 전극층(17)은 n-type 질화갈륨층(12) 위에 형성된 것으로, 이러한 구조에서는 발광층(13)에서 발광되어 다공질 산화아연층(18), 다공질 산화아연층(19)으로 향하는 빛이 임계각을 벗어난 경우에도 빛이 외부로 방출되어 외부 발광 효율이 향상되게 된다. 도 10은 도 9에서 도시된 발광소자의 평면도이다.
도 11은 본 발명의 제 5 실시 예를 도시한 것으로, 본 실시 예의 발광소자는 도 9에서 도시된 실시 예와 유사하나, 다공질 산화아연층(18)과 n-type 질화갈륨층(12) 사이에 저온 질화갈륨 버퍼층(11)이 제거된 경우이다. 도 12는 도 11에 도시된 발광소자의 평면도이다.
도 13은 본 발명의 제 6 실시 예를 도시한 것으로, 기판(10) 위에 저온 질화갈륨 버퍼층(11), n-type 질화갈륨층(12)을 성장한 후, 다공질 산화아연층(18)을 성장하고, 그 위에 n-type 질화갈륨층(12), 발광층(13), p-type 질화갈륨층(14)을 성장한 구조이다. 산화아연 물질은 질화갈륨 물질과 격자 상수 차이가 비슷하여 질화 갈륨층 위에 산화아연층, 산화아연층 위에 질화갈륨층의 성장이 가능하며, 또한 기판(10)과 n-type 질화갈륨층(12) 사이의 응력 완화를 위한 저온 질화갈륨 버퍼층(11)을 사용하게 되는데 이러한 저온 질화갈륨 버퍼층(11)과 n-type 질화갈륨층(12) 사이의 계면에서 응력 완화 효과는 있지만 결함이 매우 많이 존재하게 된다. 이러한 결함은 질화갈륨층의 두께가 증가하면서 감소하게 되는데, 본 실시 예의 구조는 n-type 질화갈륨층(12)의 두께를 증가시킴으로써 결정 결함을 줄이는 효과가 있다. 이렇게 성장된 구조에서 제 1 전극층(15)은 p-type 질화갈륨층(14)의 전면에 형성하고, 제 1 전극층(15) 위의 일부에 제 2 전극층(16)을 형성하며, 제 3 전극층은 n-type 질화갈륨층(12)위에 형성한다. 도 14는 도 13에서 도시된 발광소자의 평면도이다.
도 15는 본 발명의 제 7 실시 예를 도시한 것으로, 기판(10) 위에 저온 질화갈륨 버퍼층(11), n-type 질화갈륨층(12), 다공질 산화아연층(18), n-type 질화갈륨층(12), 발광층(13), p-type 질화갈륨층(14), 다공질 산화아연층(19)을 순차적으로 성장한 후, 다공질 산화아연층(19) 위에 제 1 전극층(15)을 다공질 산화아연층(19) 위의 전면에 형성하고, 제 2 전극층(16)은 제 1 전극층(15) 위의 일부에 형성하며, 제 3 전극층(17)은 n-type 질화갈륨층(12) 위의 일부에 형성한 구조이다. 도 16은 도 15에서 도시된 발광소자의 평면도이다.
도 17a는 다공질 산화아연층의 단면도로써, 내부에 빈 공간이 형성된 것을 보여주고 있으며, 도 17b는 도 17a에서 도시된 산화아연층의 평면도이다. 다공질 크기는 아연과 산소의 비율에 따라 변경되며, 비율이 2000이하인 경우 다공질 크기를 0.1nm 이상으로 형성할 수 있고, 비율이 2000 이상인 경우에는 다공질 형성이 어렵게 된다. 다공질 크기는 10um 이내의 경우 그 효과가 크다.
도 18은 본 발명의 실시 예들에 의해 발광층(13)에서 발광된 빛이 다공질 산화아연층(18)과 다공질 산화아연층(19)의 표면 형상에 의해 외부로 방출되기 위한 임계각을 벗어난 경우에도 외부로 빛이 방출되는 것을 나타낸 개략도로써, 발광 층(13)에서 발광되어 제 1 전극층(15)으로 향하는 빛이 임계각을 벗어난 경우에도 다공질 산화아연층(19)에 의해 외부로 방출되어 외부 양자 효율을 향상시키게 되며, 발광층(13)에서 발광되어 기판(10)으로 향하는 빛이 임계각을 벗어난 경우에도 다공질 산화아연층(18)에 의해 외부로 방출되어 외부 양자 효율이 증가하게 됨을 보여주고 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 기판 위에 다공질 산화아연층을 형성하거나 또는 p-type 질화갈륨층 위에 다공질 산화아연층을 형성함으로써 다공질 형태에 따라 발광층에서 발광되는 빛이 임계각을 벗어난 경우에도 외부로 방출할 수 있도록 하여 외부 양자 효율을 증가시킬 수 있고, 단일 공정에서 적용 가능하기 때문에 공정이 단순화되고, 공정 비용 절감의 효과가 있다. 또한 안정적인 MOCVD 장치를 사용함으로써 다공질 산화아연층 성장 시 성장 조건 변경에 따라 다공질의 형태의 변경이 용이한 효과를 갖는다.

Claims (13)

  1. 기판(10) 위에 산화아연 완충층(20)을 성장한 후 다공질 산화아연층(18)을 형성하고, 그 위에 저온 질화갈륨 버퍼층(11), n-type 질화갈륨층(12), 발광층(13), p-type 질화갈륨층(14)을 순차적으로 성장한 후, p-type 질화갈륨층(14) 위에 제 1 전극층(15)을 형성하고, 제 1 전극층(15) 위의 일부에 제 2 전극층(16)을 형성하며, 제 3 전극층(17)은 p-type 질화갈륨층(14)과 발광층(13)을 에칭하여 제거한 후, n-type 질화갈륨층(12) 위의 일부에 형성한 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  2. 기판(10) 위에 저온 질화갈륨 버퍼층(11), n-type 질화갈륨층(12), 발광층(13), p-type 질화갈륨층(14)을 순차적으로 성장하고, p-type 질화갈륨층(14) 위에 다공질 산화아연층(19)을 성장한 후, 이 다공질 산화아연층(19) 위에 제 1 전극층(15)을 형성하고, 제 1 전극층(15) 위에 제 2 전극층(16)을 형성하며, 제 3 전극층(17)은 p-type 질화갈륨층(14)과 발광층(13)을 에칭하여 제거한 후, n-type 질화갈륨층(12)의 일부에 형성한 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  3. 기판(10) 위에 산화아연 완충층(20)을 형성하고, 그 위에 다공질 산화아연층(18), 저온 질화갈륨 버퍼층(11), n-type 질화갈륨층(12), 발광층(13), p-type 질화갈륨층(14), 또 다른 다공질 산화아연층(19)을 순차적으로 성장한 후, 다공질 산화아연층(19) 위의 전면에 제 1 전극층(15)을 형성하고, 제 1 전극층(15) 위의 일부에 제 2 전극층(16)을 형성하며, 제 3 전극층(17)은 p-type 질화갈륨층(14)과 발광층(13)을 에칭하여 제거한 후, n-type 질화갈륨층(12) 위에 형성한 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  4. 기판(10) 위에 저온 질화갈륨 버퍼층(11), n-type 질화갈륨층(12), 다공질 산화아연층(18)을 성장하고, 그 위에 다시 n-type 질화갈륨층(12), 발광층(13), p-type 질화갈륨층(14)을 차례대로 성장하며, 제 1 전극층(15)은 p-type 질화갈륨층(14)의 전면에 형성하고, 제 1 전극층(15) 위의 일부에 제 2 전극층(16)을 형성하며, 제 3 전극층은 p-type 질화갈륨층(14)과 발광층(13)을 에칭하여 제거한 후, n-type 질화갈륨층(12) 위에 형성한 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 p-type 질화갈륨층(14) 위에 다공질 산화아연층(19)을 더 성장하고, 이 다공질 산화아연층(19) 위의 전면에 제 1 전극층(15)을 형성한 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 사파이어, GaN, ZnO, AlN, SiC, Si, GaAs 및 유리를 포함하는 군으로 부터 선택되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법.
  7. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 산화아연 완충층(20)의 두께는 0.1nm~0.5um인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법.
  8. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 산화아연 완충층(20)은 100℃~500℃로 그 성장온도를 유지시키면서 성장시키는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 5 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 다공질 산화아연층(18,19)은 500℃~1000℃로 그 성장온도를 유지시키면서 성장시키는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법.
  10. 청구항 1 내지 청구항 5 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 다공질 산화아연층(18,19)의 두께는 0.1nm~5um인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법.
  11. 청구항 1 내지 청구항 5 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 다공질 산화아연층(18,19)이 유기화학기상증착(MOCVD) 방법에 의해 단결정으로 성장되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법.
  12. 청구항 1 내지 청구항 5 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 다공질 산화아연층(18,19)의 내부에 적어도 일부분이 빈 공간을 갖도록 성장된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법.
  13. 삭제
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2492953A3 (en) * 2011-02-28 2014-01-08 Semimaterials Co., Ltd. Nitride based light emitting device using patterned lattice buffer layer and method of manufacturing the same

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040021147A1 (en) 2002-05-15 2004-02-05 Akihiko Ishibashi Semiconductor light emitting device and fabrication method thereof
JP2004207721A (ja) 2000-04-19 2004-07-22 Murata Mfg Co Ltd 弾性表面波フィルタ
KR20060046155A (ko) * 2004-10-20 2006-05-17 제네시스 포토닉스 인크. 다공성 발광층을 포함하는 발광 소자
JP2006303154A (ja) 2005-04-20 2006-11-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体発光素子及びその製造方法
JP2007019488A (ja) 2005-06-09 2007-01-25 Rohm Co Ltd 半導体発光素子

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004207721A (ja) 2000-04-19 2004-07-22 Murata Mfg Co Ltd 弾性表面波フィルタ
US20040021147A1 (en) 2002-05-15 2004-02-05 Akihiko Ishibashi Semiconductor light emitting device and fabrication method thereof
KR20060046155A (ko) * 2004-10-20 2006-05-17 제네시스 포토닉스 인크. 다공성 발광층을 포함하는 발광 소자
JP2006303154A (ja) 2005-04-20 2006-11-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体発光素子及びその製造方法
JP2007019488A (ja) 2005-06-09 2007-01-25 Rohm Co Ltd 半導体発光素子

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2492953A3 (en) * 2011-02-28 2014-01-08 Semimaterials Co., Ltd. Nitride based light emitting device using patterned lattice buffer layer and method of manufacturing the same

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