KR100771227B1 - Nitride-based Light Emitting Diode with Dielectric distributed Bragg reflector and Fabrication Method thereof - Google Patents

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KR100771227B1 KR1020060024926A KR20060024926A KR100771227B1 KR 100771227 B1 KR100771227 B1 KR 100771227B1 KR 1020060024926 A KR1020060024926 A KR 1020060024926A KR 20060024926 A KR20060024926 A KR 20060024926A KR 100771227 B1 KR100771227 B1 KR 100771227B1
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한국광기술원
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Abstract

본 발명은 실리콘 기판 상에 갈륨 질화물 박막 성장; 및 상기 갈륨 질화물 박막의 패터닝; 식각된 부분에 유전체 DBR 성장, 상기 패턴된 갈륨 질화물 박막 상에 적어도 1이상의 질화물 박막층이 순차 재 적층된 구조체를 포함하는 질화물계 발광소자를 제공한다. 상기 본 발명에 따른 질화물계 발광소자는 갈륨 질화물의 성장과정에서 박막내의 결정결함과 응력을 동시에 줄여 결정성을 향상시켜 갈륨 질화물 소자의 신뢰성을 향상시키는 것이 가능하고, 고반사율의 DBR에 의한 발광효율을 증가시켜 고효율의 광소자 및 전기소자를 구현하는 것이 가능하다.The present invention provides a method for growing gallium nitride thin films on silicon substrates; Patterning the gallium nitride thin film; The present invention provides a nitride based light emitting device including a structure in which a dielectric DBR is grown on an etched portion and at least one nitride thin film layer is sequentially stacked on the patterned gallium nitride thin film. In the nitride-based light emitting device according to the present invention, it is possible to improve crystallinity by reducing crystal defects and stress in the thin film at the same time during the growth of gallium nitride, thereby improving the reliability of the gallium nitride device, and the luminous efficiency by high reflectance DBR. It is possible to implement a high efficiency optical device and an electrical device by increasing the.

실리콘, 갈륨 질화물, 패터닝, 유전체 DBR Silicon, Gallium Nitride, Patterning, Dielectric DBR

Description

유전체 ＤＢＲ을 구비한 질화물계 발광소자 및 이의 제조방법{Nitride-based Light Emitting Diode with Dielectric distributed Bragg reflector and Fabrication Method thereof}Nitride-based light emitting device having a dielectric DVR and its manufacturing method {Nitride-based Light Emitting Diode with Dielectric distributed Bragg reflector and Fabrication Method}

도 1은 종래 사파이어 기판 위에 성장시킨 갈륨 질화물 박막의 구조도1 is a structural diagram of a gallium nitride thin film grown on a conventional sapphire substrate

도 2는 종래 실리콘 기판 위에 성장시킨 갈륨 질화물 박막의 구조도2 is a structural diagram of a gallium nitride thin film grown on a conventional silicon substrate

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 질화물 박막을 패터닝하여 식각된 부분에 유전체 DBR을 성장한 후 그 위에 갈륨질화물 박막을 재 성장시킨 구조도3 is a structural diagram of growing a dielectric DBR in an etched portion by patterning a nitride thin film according to an embodiment of the present invention and regrowing the gallium nitride thin film thereon

도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 일 실시예에 의한 질화물 박막을 패터닝하여 식각된 부분에 유전체 DBR을 성장한 후 그 위에 갈륨질화물 박막을 재 성장시키는 공정도4A to 4G are diagrams illustrating a process of growing a dielectric DBR on an etched portion by patterning a nitride thin film according to an embodiment of the present invention and then regrowing the gallium nitride thin film thereon;

<도면의 주요부분에 대한 부호설명><Code Description of Main Parts of Drawing>

1: 사파이어 기판 2: 갈륨 질화물 박막1: sapphire substrate 2: gallium nitride thin film

3: 실리콘 기판 4: 알루미늄 질화물 박막3: silicon substrate 4: aluminum nitride thin film

5: 갈륨 질화물 박막 10: 패턴화된 질화물 박막5: gallium nitride thin film 10: patterned nitride thin film

11: 패턴된 식각부위에 유전체 DBR을 갖는 질화물 박막11: Nitride Thin Film with Dielectric DBR at Patterned Etch

12: 재성장된 질화물 박막12: Regrown Nitride Thin Film

본 발명은 질화물계 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 갈륨 질화물의 성장과정에서 박막내의 결정결함과 응력을 동시에 줄이고 에너지 효율을 증가시키는 질화물계 발광소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nitride-based light emitting device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a nitride-based light emitting device and a method for manufacturing the same to reduce crystal defects and stress in the thin film and increase energy efficiency during the growth of gallium nitride. .

도 1은 종래의 사파이어 기판(1) 위에 갈륨(Ga)이 함유된 유기금속화합물(트리메틸갈륨, (CH3)3Ga, 트리에틸갈륨, (C2H5)3Ga)과 N이 함유된 암모니아를 이용하여 고온에서 열분해시켜 화학증착법(CVD, chemical vapor deposition)을 이용하여 갈륨 질화물(2)을 성장시킨 구조를 나타낸다. 그러나 이 방법은 1000℃ 이상의 높은 온도에서 박막 성장이 진행되기 때문에 갈륨 질화물 박막과 사파이어 기판 간의 34％의 열팽창 계수(thermal expansion coefficient)와 16％의 격자부정합(lattice mismatch) 때문에 계면으로 부터 야기되는 결정결함(전위결함, 점결함, 선결함 등)과 응력(stress) 등이 갈륨 질화물 박막 위쪽까지 전개되어 구조적, 광학적, 전기적 특성이 우수한 갈륨 질화물 결정을 성장시키기 어렵다. 이를 극복하기 위한 가장 대표적인 방법은 버퍼층을 사용하는 것으로서, 450℃에서 600℃ 정도에서 AlxGayInzN 막 (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, x+y+z=1)을 성장시킨 후에 성장을 멈추게 하고, 온도를 높여 낮은 온도에서 성장된 AlxGayInzN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, x+y+z=1)을 중화핵(nuclei)을 형성시키고, 이것을 씨앗으로 하여 고품질의 GaN 기반 질화막을 성장시킨다. 이러한 버퍼층으로는, AlN 버퍼층(일본 특허공개 소62-119196), LT-AlGaN 버퍼층(미국특허 제5,290,393호/일본 특허공개 평4-297023), LT-AlGaInN 버퍼층(미국특허 제6,508,878호), LT-AlInN 버퍼층 등이 사용되고 있다. 그런데, 이러한 방식으로 갈륨 질화물 박막을 성장시킨다 하더라도, 갈륨 질화물 박막이 1010∼1012/㎠ 정도의 결함 밀도(dislocation density)를 가지게 되는 문제점이 있다.1 illustrates an organometallic compound (trimethylgallium, (CH 3 ) 3 Ga, triethylgallium, (C 2 H 5 ) 3 Ga) and N containing gallium (Ga) on a conventional sapphire substrate 1 It shows a structure in which gallium nitride (2) is grown by chemical vapor deposition (CVD) by thermal decomposition at high temperature with ammonia. However, because the thin film grows at high temperatures of 1000 ° C or higher, crystals originating from the interface due to a 34% thermal expansion coefficient and 16% lattice mismatch between the gallium nitride film and the sapphire substrate Defects (potential defects, point defects, predefects, etc.) and stresses develop up to the gallium nitride thin film, making it difficult to grow gallium nitride crystals having excellent structural, optical and electrical properties. The most representative way to overcome this is to use a buffer layer, Al x Ga y In z N film (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, x + at about 450 ℃ to 600 ℃ After growing y + z = 1), growth is stopped and the temperature is increased to increase Al x Ga y In z N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, x). + y + z = 1) to form a nuclei, which is used as a seed to grow a high quality GaN based nitride film. As such a buffer layer, an AlN buffer layer (Japanese Patent Laid-Open No. 62-119196), an LT-AlGaN buffer layer (US Patent No. 5,290,393 / Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-297023), an LT-AlGaInN buffer layer (US Patent No. 6,508,878), LT -AlInN buffer layer is used. However, even when the gallium nitride thin film is grown in this manner, there is a problem that the gallium nitride thin film has a dislocation density of about 10 10 to 10 12 / cm 2.

또한, 위와 같이 낮은 온도에서 사파이어 기판 위에 버퍼층을 성장하는 것이 아니라, 높은 온도에서 바로 기판 위에 GaN 기반 질화물 반도체를 성장시키는 경우도 있으나, 아직 개선할 여지가 많은 상황이다.In addition, although the buffer layer is not grown on the sapphire substrate at a low temperature as described above, a GaN-based nitride semiconductor is grown directly on the substrate at a high temperature, but there is still much room for improvement.

또한 도 2는 종래 실리콘 기판(3)에 Al이 함유된 유기금속화합물(트리메틸알루미늄 TMAl; (CH3)3Al)과 암모니아을 500~1200℃에서 열 분해시켜 수십~수백 nm 두께의 얇은 AlN 층(4)을 형성한 후 갈륨 질화물 박막(5)을 형성하는 방법이다. 20 nm 이하 두께의 AlN 층을 이용할 경우, 실리콘 기판 위에 AlN의 중화핵(nuclei)이 완전하게 표면을 덮지 못하여, 2차원 핵성장을 일으키지 못한다. 또한 AlN 박막(4)이 완전하게 실리콘 기판(3)을 덮지 못하여, 초기에 SiNx 박막을 성장시켜, 질화물 박막의 결정성 향상에 기여하지 못한다. 또한 200 nm 이상의 AlN 박막을 이용하면, AlN의 핵성장(grain) 크기는 증가하고, 결정결함 밀도는 감소하지만 그 위에 성장하는 갈륨 질화물 박막은 인장 응력(tensile stress)이 증가하게 되며, 광학적, 구조적 특성이 나빠지게 된다. 결국 이와 같은 방법은 실리콘과 갈륨 질화물을 AlN라 는 완충층을 이용하여 격자 불일치성을 줄일 수 있으나 잔류 응력으로 인하여 성장된 갈륨 질화물 박막에서 심각한 크랙이 발생하거나, 실리콘 기판과 AlN 박막의 계면에서 SiNx 박막을 형성하게 되어, 성장된 갈륨 질화물 물성에 심각한 영향을 미쳐 갈륨 질화물을 이용하여 소자를 제작할 때, 누설전류의 증가, 동작전압 증가, 신뢰성 저하의 원인이 되는 문제점이 있으며, 또한 역방향 발광의 대부분을 실리콘 기판이 흡수하여 발광 효율이 낮은 문제점이 있다.2 is a thin AlN layer having a thickness of several tens to several hundred nm by thermally decomposing an organometallic compound (trimethylaluminum TMAl; (CH 3 ) 3 Al) and ammonia containing Al in a conventional silicon substrate 3 ( After forming 4), the gallium nitride thin film 5 is formed. When an AlN layer having a thickness of 20 nm or less is used, the nuclei of AlN do not completely cover the surface of the silicon substrate and thus do not cause two-dimensional nuclear growth. In addition, since the AlN thin film 4 does not completely cover the silicon substrate 3, the SiN x thin film is initially grown, which does not contribute to the improvement of crystallinity of the nitride thin film. In addition, when AlN thin films of 200 nm or more are used, the grain size of AlN increases, the crystal defect density decreases, but the gallium nitride thin film grown thereon increases the tensile stress, optical and structural The characteristics become worse. After all, this method can reduce the lattice inconsistency by using silicon and gallium nitride as AlN buffer layer, but severe crack occurs in the grown gallium nitride thin film due to residual stress, or SiN x thin film at the interface between silicon substrate and AlN thin film. As a result, when the device is manufactured using gallium nitride, the leakage current, the operating voltage, and the reliability may be deteriorated. There is a problem that the light emitting efficiency is low because the silicon substrate is absorbed.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 그 목적은 갈륨 질화물의 성장과정에서 박막내의 응력 및 결함밀도를 줄여주고 발광효율을 증가시킨 질화물계 발광소자 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, the object of the present invention is to provide a nitride-based light emitting device and a method for manufacturing a nitride-based light emitting device to reduce the stress and defect density in the thin film during the growth process of gallium nitride and increase the luminous efficiency There is.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 유전체 DBR을 구비한 질화물계 발광소자는 상부 표면이 패터닝된 질화물 박막; 및 상기 박막 상부에 적층된 적어도 하나 이상의 질화물 박막층을 포함한다.In order to achieve the above object, the nitride-based light emitting device including the dielectric DBR of the present invention includes a nitride thin film patterned on an upper surface thereof; And at least one nitride thin film layer stacked on the thin film.

본 발명에서 상기 질화물 박막 상부표면의 패터닝 깊이는 0.01~10㎛이고, 패턴 중심간의 거리는 0.1~500㎛이며, 패턴의 폭 또는 직경은 0.1~100㎛인 것이 바람직하다.The patterning depth of the upper surface of the nitride thin film in the present invention is 0.01 ~ 10㎛, the distance between the center of the pattern is 0.1 ~ 500㎛, the width or diameter of the pattern is preferably 0.1 ~ 100㎛.

본 발명에서 상기 질화물 박막 상부표면의 패터닝 형상은 직선, 원, 사각형, 육각형 중 선택되는 하나의 형상인 것이 바람직하다.In the present invention, the patterned shape of the upper surface of the nitride thin film is preferably one shape selected from straight lines, circles, squares, and hexagons.

본 발명에서 상기 질화물 박막층을 구성하는 질화물은 InxGayAlzN의 조성을 가지는 것이 바람직하다. (단, 상기에서 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, x+y+z=1 이다)In the present invention, the nitride constituting the nitride thin film layer preferably has a composition of In x Ga y Al z N. (Where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, and x + y + z = 1)

본 발명에서 상기 질화물 박막층은 3족 원자를 포함하는 기체와 질소원자를 포함하는 기체를 원료로 하여 형성되는 것이 바람직하다.In the present invention, the nitride thin film layer is preferably formed using a gas containing a group 3 atom and a gas containing a nitrogen atom as a raw material.

본 발명에서 상기 질화물 박막층은 3족 원소와 질소원자가 함께 구조 내 포함된 단일 화합물을 원료로 하여 형성되는 것이 바람직하다.In the present invention, the nitride thin film layer is preferably formed of a single compound containing a group 3 element and a nitrogen atom in the structure as a raw material.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여 유전체 DBR을 구비한 질화물계 발광소자 제작방법은 기판 상부에 질화물 박막을 성장시키는 단계; 질화물 박막 상부에 패터닝 하는 단계; 및 상기 패터닝된 질화물 박막 중 식각 부분에 유전체 DBR을 성장시키는 단계; 상기 유전체 DBR을 갖는 패터닝된 질화물 박막 상부에 질화물 결정을 재 성장시키는 단계를 포함한다.In order to achieve the object of the present invention, a method of manufacturing a nitride-based light emitting device having a dielectric DBR comprises the steps of growing a nitride thin film on the substrate; Patterning the nitride thin film on top; And growing a dielectric DBR in an etched portion of the patterned nitride thin film. Regrowing nitride crystals on top of the patterned nitride thin film having the dielectric DBR.

본 발명에서 상기 유전체 DBR을 갖는 패터닝된 질화물 박막을 형성하는 단계는 포토레지스트를 코팅하는 단계; 노광공정을 통해 포토레지시트 패턴을 형성하는 단계; 마스크 포토레지시트가 존재하지 않는 박막 부위를 식각하여 질화물 박막에 패턴을 형성하는 단계; 패터닝된 식각 부분에 유전체 DBR을 성장시키는 단계; 및 마스크 포토레지스트 층을 제거하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.In the present invention, forming the patterned nitride thin film having the dielectric DBR includes coating a photoresist; Forming a photoresist pattern through an exposure process; Forming a pattern on the nitride thin film by etching the thin film portion where the mask photoresist sheet is not present; Growing a dielectric DBR in the patterned etching portion; And removing the mask photoresist layer.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In adding reference numerals to components of the following drawings, it is determined that the same components have the same reference numerals as much as possible even if displayed on different drawings, and it is determined that they may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention. Detailed descriptions of well-known functions and configurations will be omitted.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 박막을 패터닝하여 식각된 부분에 유전체 DBR을 성장한 후 그 위에 갈륨질화물 박막을 재 성장시킨 구조도이다.3 is a structural diagram of growing a dielectric DBR in an etched portion by patterning a nitride thin film according to an embodiment of the present invention and regrowing the gallium nitride thin film thereon.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 질화물계 발광소자는 실리콘 기판을 사용하며, 실리콘 기판과 재 성장된 질화물 박막층의 사이에 식각 부분에 유전체 DBR이 성장된 패터닝된 질화물 박막을 구비한다.Referring to FIG. 3, the nitride based light emitting device according to the present invention uses a silicon substrate, and includes a patterned nitride thin film in which a dielectric DBR is grown in an etching portion between the silicon substrate and the regrown nitride thin film layer.

본 발명의 발광소자에 포함되는 패터닝된 질화물 박막은 식각 부분에 유전체 DBR을 구비하며, 질화물 박막층(12)은 상기 유전체 DBR을 구비한 패턴화된 질화물 박막(11)의 위에 형성된다.The patterned nitride thin film included in the light emitting device of the present invention includes a dielectric DBR in an etching portion, and the nitride thin film layer 12 is formed on the patterned nitride thin film 11 having the dielectric DBR.

상기 질화물 박막의 패턴은 특정한 형태로 한정되어질 필요는 없으며 직선, 원, 사각형, 또는 육각형의 어느 것이나 가능하다. 또한 이들 기판의 표면 패턴은 특별히 한정되는 것은 아니나, 바람직하게는 패턴의 중심간 거리가 0.1~500 ㎛, 패턴의 폭 또는 직경이 0.1~100㎛ 인 것이 바람직하다. 이와 같은 질화물 박막 패턴의 깊이는 바람직하게는 0.01~10 ㎛ 로 하는 것이 좋다.The pattern of the nitride thin film need not be limited to a particular shape, and may be any of a straight line, a circle, a square, or a hexagon. Moreover, the surface pattern of these board | substrates is not specifically limited, Preferably, it is preferable that the distance between centers of a pattern is 0.1-500 micrometers, and the width or diameter of a pattern is 0.1-100 micrometers. The depth of such a nitride thin film pattern is preferably set to 0.01 to 10 µm.

상기한 바와 같은 질화물 박막의 패턴은 다양한 방법에 따라 형성되어질 수 있다. The pattern of the nitride thin film as described above may be formed according to various methods.

도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 박막을 패터닝하여 식각 부분에 유전체 DBR을 성장시키고, 그 상부에 그 상부에 갈륨 질화물 박막을 재 성장시킨 공정도이다.4A to 4G are diagrams illustrating a process of growing a dielectric DBR on an etched portion by patterning a nitride thin film according to an embodiment of the present invention and regrowing a gallium nitride thin film on the upper portion thereof.

도 4를 참조하면, 바람직한 본 발명의 질화물계 발광소자의 제조방법은 실리콘 기판 위에 성장된 질화물 박막을 이용하고, 포토레지스트를 코팅하는 단계; 노광공정을 통해 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 마스크 포토레지스트가 증착되지 않은 질화물 박막 부위를 식각하여 질화물 박막의 패턴을 형성하는 단계; 식각 부분에 유전체 DBR을 형성하는 단계; 및 마스크 포토레지스트 층을 제거하는 단계를 포함한다.Referring to Figure 4, a preferred method of manufacturing a nitride-based light emitting device of the present invention comprises the steps of using a nitride thin film grown on a silicon substrate, coating a photoresist; Forming a photoresist pattern through an exposure process; Etching a portion of the nitride thin film on which the mask photoresist is not deposited to form a pattern of the nitride thin film; Forming a dielectric DBR in the etching portion; And removing the mask photoresist layer.

도 4a에 도시된 바와 같은 질화물 박막(7)을 패턴화하는 과정은 다음과 같다. 먼저 도 4b에 도시된 바와 같이 노광공정을 수행하기 위하여 포토레지스트(PR)(8)를 질화물 박막(7) 위에 균일하게 코팅시킨다. 이때 포토레지스트는 포지티브, 네가티브, 이미지 리버스 형의 어느 것이나 필요에 따라 사용될 수 있다. 도 4c에 도시된 바와 같이 표준 노광공정을 이용하여 포토레지스트에 3차원 구조의 형성을 위하여 소정의 패턴(9)을 새겨 넣는다. 본 발명의 실시 예에서는 사각형 형태를 나타내지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상술한 바와 같이 원, 직선형, 정사각형, 다각형 형상의 다양한 패턴을 새기는 것도 가능하다. The process of patterning the nitride thin film 7 as shown in FIG. 4A is as follows. First, as shown in FIG. 4B, a photoresist (PR) 8 is uniformly coated on the nitride thin film 7 to perform an exposure process. The photoresist may be any of positive, negative, and image reverse type as needed. As shown in Fig. 4C, a predetermined pattern 9 is etched into the photoresist to form a three-dimensional structure using a standard exposure process. In the exemplary embodiment of the present invention, the rectangular shape is illustrated, but is not limited thereto. As described above, various patterns of a circle, a straight line, a square, and a polygonal shape may be engraved.

사각형 형태를 취하는 경우 바람직하게는 선폭길이가 0.1~100 ㎛, 선폭간격은 0.1~500㎛을 유지하는 것이 좋다. 상기 패터닝된 포토레지스트(9)를 식각용 마스크로 이용한다.In the case of taking a rectangular shape, the line width length is preferably 0.1 to 100 μm and the line width interval is preferably 0.1 to 500 μm. The patterned photoresist 9 is used as an etching mask.

후속하는 과정은 도 4d에 도시된 바와 같이 마스크 포토레지스트가 증착되지 않은 부위를 식각해 낸다. 질화물 박막의 식각된 부분에 TiO2/SiO2 등의 유전체 DBR을 전자빔 증착기(Electron-Beam Evaporator), 스퍼터(Sputter), 플라즈마 화학 증착기(PECVD) 등을 이용하여 성장시킨다. 마지막으로 마스크 포토레지스트는 용제세척 등의 방법을 이용하여 제거할 수 있다. 이때 사용되는 용제로는 H2SO4:H2O2 를 들 수 있다. 또한 건식세척법으로는 Ar과 산소 등의 혼합기체를 이용한 플라즈마형 제거기를 이용하여 제거할 수 있다. The subsequent procedure etches away the portion where the mask photoresist is not deposited as shown in FIG. 4D. A dielectric DBR such as TiO 2 / SiO 2 is grown on the etched portion of the nitride thin film using an electron-beam evaporator, a sputter, a plasma chemical vapor deposition (PECVD), or the like. Finally, the mask photoresist can be removed using a method such as solvent cleaning. Examples of the solvent used at this time include H 2 SO 4 : H 2 O 2 . In addition, the dry cleaning method may be removed using a plasma type remover using a mixed gas such as Ar and oxygen.

상기 본 발명에 따라 얻어지는 유전체 DBR을 갖는 패터닝된 갈륨 질화물 박막(11)은 후에 성장되는 갈륨 질화물 박막까지 결정결함과 응력이 진행되어지는 것을 방지하는 역할을 효과적으로 수행할 수 있다. 또한 고반사율을 갖는 유전체 DBR에 의해 발광효율이 증가된 발광 소자를 얻을 수 있다. The patterned gallium nitride thin film 11 having the dielectric DBR obtained according to the present invention can effectively play a role of preventing the progress of crystal defects and stress to the gallium nitride thin film to be grown later. In addition, it is possible to obtain a light emitting device in which the luminous efficiency is increased by a dielectric DBR having a high reflectance.

질화물계 박막층(12)은 상기 유전체 DBR을 갖는 패터닝된 갈륨 질화물 박막 위에 성장되어진다. 질화물계 박막층은 바람직하게는 주기율표상 3족 원자를 포함하는 기체(예를 들어, 트리메틸인듐(TMIn), 트리메틸갈륨(TMGa), 트리메틸알루미늄(TMAl) 등의 기체)와 질소원자를 포함하는 기체(예를 들어, 암모니아(NH3), 하이드라진(H2NNH2) 등의 기체)를 원료로 하여 형성되어질 수도 있다. 질화물계 박막층은 상기 물질들을 원료로 하여 화학기상증착법(CVD), 분자선증착법(MBE), 플라즈마화학기상증착법(PCVD) 혹은 스퍼터링법 등의 방법을 이용하여 성장시킬 수 있다. 상 기 질화물계 박막층은 바람직하게는 InxGayAlzN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, x+y+z=1)의 조성을 가질 수 있다. The nitride based thin film layer 12 is grown on the patterned gallium nitride thin film with the dielectric DBR. The nitride-based thin film layer is preferably a gas containing a group III atom on the periodic table (for example, a gas such as trimethylindium (TMIn), trimethylgallium (TMGa), trimethylaluminum (TMAl)) and a nitrogen atom ( For example, it may be formed using ammonia (NH 3 ), hydrazine (H 2 NNH 2 , etc.) as a raw material. The nitride-based thin film layer may be grown using methods such as chemical vapor deposition (CVD), molecular beam deposition (MBE), plasma chemical vapor deposition (PCVD) or sputtering. The nitride based thin film layer may preferably have a composition of In x Ga y Al z N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, and x + y + z = 1).

상기 본 발명에 따른 질화물계 박막층(12)은 동일한 화학양론적 조성을 가지는 단층으로 형성되어질 수 있고, 더 나아가 서로 다른 화학양론적 조성을 가지는 2 이상의 층들이 적층되어질 수도 있다. 이와 같은 질화물계 박막층은 400~1200℃의 온도에서 성장하는 것이 바람직하며, 그 총 두께는 100Å~20㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다.The nitride based thin film layer 12 according to the present invention may be formed as a single layer having the same stoichiometric composition, and further, two or more layers having different stoichiometric compositions may be stacked. Such a nitride thin film layer is preferably grown at a temperature of 400 ~ 1200 ℃, the total thickness is preferably about 100 ~ 20㎛.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, it has been described with reference to the preferred embodiment of the present invention, but those skilled in the art various modifications and changes of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below I can understand that you can.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 식각 부분에 유전체 DBR을 갖는 패터닝된 질화물 박막 상에 갈륨 질화물 박막을 재 성장시키는 것에 의해, 패터닝된 갈륨 질화물 박막의 결정결함 및 응력 등이 갈륨 질화물의 결정으로 진행되는 것을 막아 고품질의 갈륨 질화물 결정을 성장시킬 수 있다. 또한 유전체 DBR이 고반사율을 갖기 때문에 발광효율이 증가된 발광 소자를 얻을 수 있다.As described above, according to the present invention, by regrowing a gallium nitride thin film on a patterned nitride thin film having a dielectric DBR in an etching portion, crystal defects and stresses of the patterned gallium nitride thin film proceed to crystallization of gallium nitride. This prevents the growth of high quality gallium nitride crystals. In addition, since the dielectric DBR has a high reflectance, a light emitting device having increased luminous efficiency can be obtained.

이에 따라 에너지의 손실을 감소시켜 고효율의 광소자 및 전기소자를 구현하 는 것이 가능하고, 결정성을 향상시켜 갈륨 질화물 소자의 신뢰성을 향상시키는 것이 가능하다.Accordingly, it is possible to implement high efficiency optical devices and electrical devices by reducing energy loss, and to improve crystallinity, thereby improving reliability of gallium nitride devices.

Claims (9)

상부 패터닝된 갈륨 질화물 박막; 상기 패터닝된 갈륨 질화물 박막의 식각된 부분에 유전체 DBR 성장; 및 상기 유전체 DBR을 갖는 패터닝된 갈륨 질화물 박막 상부에 적층된 적어도 하나 이상의 질화물 박막층을 포함하는 질화물계 발광소자.Top patterned gallium nitride thin film; Dielectric DBR growth on the etched portion of the patterned gallium nitride thin film; And at least one nitride thin film layer stacked on the patterned gallium nitride thin film having the dielectric DBR. 제 1항에 있어서, 상기 질화물 박막의 패터닝 깊이는 0.01~10㎛이고, 패턴 중심간의 거리는 0.1~500㎛이며, 패턴의 폭 또는 직경은 0.1~100㎛인 것을 특징으로 하는 유전체 DBR을 구비한 질화물계 발광소자.2. The nitride with dielectric DBR according to claim 1, wherein the patterning depth of the nitride thin film is 0.01 to 10 mu m, the distance between centers of the pattern is 0.1 to 500 mu m, and the width or diameter of the pattern is 0.1 to 100 mu m. Light emitting device. 제 1항에 있어서, 상기 질화물 박막의 패터닝 형상은 직선, 원, 사각형, 육각형 중 선택되는 하나의 형상인 것을 특징으로 하는 유전체 DBR을 구비한 질화물계 발광소자.The nitride-based light emitting device of claim 1, wherein the patterning shape of the nitride thin film is one selected from a straight line, a circle, a rectangle, and a hexagon. 제 1항에 있어서, 상기 질화물 박막층을 구성하는 질화물은 InxGayAlzN의 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 유전체 DBR을 구비한 질화물계 발광소자.The nitride-based light emitting device having a dielectric DBR according to claim 1, wherein the nitride constituting the nitride thin film layer has a composition of In x Ga y Al z N. (단, 상기에서 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, x+y+z=1 이다)(Where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, and x + y + z = 1) 제 1항에 있어서, 상기 질화물 박막층은 3족 원자를 포함하는 기체와 질소원 자를 포함하는 기체를 원료로 하여 형성되는 것을 특징으로 하는 유전체 DBR을 구비한 질화물계 발광소자.The nitride-based light emitting device having a dielectric DBR according to claim 1, wherein the nitride thin film layer is formed of a gas containing a Group 3 atom and a gas containing a nitrogen atom as a raw material. 기판상부에 질화물박막을 성장시키는 단계;Growing a nitride thin film on the substrate; 질화물 박막을 패터닝 하는 단계;Patterning the nitride thin film; 상기 패터닝된 질화물 박막의 식각 부분에 유전체 DBR을 성장시키는 단계; 및Growing a dielectric DBR on an etched portion of the patterned nitride thin film; And 상기 식각 부분에 유전체 DBR을 갖는 패터닝된 질화물 박막 상부에 질화물 결정을 재 성장시키는 단계를 포함하는 유전체 DBR을 구비한 질화물계 발광소자 제작방법.And re-growing nitride crystals on the patterned nitride thin film having a dielectric DBR in the etched portion. 제 6항에 있어서, 유전체 DBR을 갖는 패터닝된 질화물 박막의 형성 단계는The method of claim 6, wherein the forming of the patterned nitride thin film with the dielectric DBR comprises 질화물 박막위에 포토레지스트를 코팅하는 단계; Coating a photoresist on the nitride thin film; 노광공정을 통해 포토레지시트 패턴을 형성하는 단계;Forming a photoresist pattern through an exposure process; 마스크 포토레지시트가 존재하지 않는 기판 표면 부위를 식각하여 질화물 박막에 패턴을 형성하는 단계;Etching a portion of the substrate surface on which the mask photoresist sheet does not exist to form a pattern on the nitride thin film; 패터닝된 식각부분에 유전체 DBR을 성장시키는 단계; 및 Growing a dielectric DBR on the patterned etching portion; And 마스크 포토레지스트 층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 DBR을 구비한 질화물계 발광소자 제작방법.A method of fabricating a nitride-based light emitting device with a dielectric DBR comprising the step of removing the mask photoresist layer. 삭제delete 삭제delete
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