KR100786777B1 - Method of manufacturing semiconductor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 요철이 형성된 기판 및 상기 기판 상에 형성된 반도체층을 포함하고, 상기 요철은 수평면으로 이루어진 볼록부와 경사진 평면 또는 곡면 형상의 측면으로 이루어진 오목부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 구조물, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 반도체 발광 다이오드를 제공한다. 상기 요철은 습식 식각에 의해 형성될 수 있다. The present invention includes a substrate on which the unevenness is formed and a semiconductor layer formed on the substrate, wherein the unevenness includes a convex portion formed in a horizontal plane and a concave portion formed in an inclined plane or curved side surface thereof. Provided are a manufacturing method and a semiconductor light emitting diode including the same. The unevenness may be formed by wet etching.

본 발명은 습식 식각을 통해 기판 표면에 요철을 형성하고, 수평면으로 이루어진 요철의 볼록부 상에 삼각형 또는 사다리꼴 단면 형상의 반도체층을 수직 성장시킨 후, 오목부 위로 수평 성장시켜 반도체층의 관통 전위를 감소시킴으로써, 보다 단순한 공정으로 저결함 반도체층을 성장시키고, 상기 저결함 반도체층을 포함한 발광다이오드의 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.The present invention forms irregularities on the surface of the substrate through wet etching, vertically grows a semiconductor layer having a triangular or trapezoidal cross-sectional shape on a convex portion of the irregularities formed in a horizontal plane, and then horizontally grows the recessed portion to increase the penetration potential of the semiconductor layer. By reducing, there is an advantage that the low defect semiconductor layer can be grown in a simpler process, and the performance of the light emitting diode including the low defect semiconductor layer can be improved.

반도체, 에피택셜, 요철, 관통 전위, 수평 성장, 습식 식각, 발광 다이오드, LED Semiconductor, epitaxial, uneven, penetration potential, horizontal growth, wet etching, light emitting diode, LED

Description

반도체 구조물의 제조 방법{Method of manufacturing semiconductor}Method of manufacturing semiconductor structure

도 1은 종래 반도체 발광 다이오드를 도시한 개략 단면도.1 is a schematic cross-sectional view showing a conventional semiconductor light emitting diode.

도 2 내지 도 6c는 본 발명에 따른 반도체 구조물의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도.2 to 6C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a semiconductor structure in accordance with the present invention.

도 7a 및 도 7b는 본 실시예의 요철의 단면을 나타낸 광학 현미경 사진.7A and 7B are optical micrographs showing a cross section of irregularities of this embodiment.

도 8 및 도 9는 본 실시예의 질화갈륨 반도체층의 성장 단면을 나타낸 광학 현미경 사진.8 and 9 are optical micrographs showing a growth cross section of a gallium nitride semiconductor layer of this embodiment.

도 10a 내지 도 10c는 본 실시예의 질화갈륨 반도체층의 단면을 나타낸 TEM 사진.10A to 10C are TEM photographs showing a cross section of a gallium nitride semiconductor layer of this embodiment.

도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 반도체 발광 다이오드를 도시한 단면도.11 and 12 are cross-sectional views showing a semiconductor light emitting diode according to the present invention.

도 13은 본 발명에 따른 반도체 발광 다이오드의 발광 특성을 나타내는 그래프.13 is a graph showing the light emission characteristics of a semiconductor light emitting diode according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

10, 100, 1000 : 기판10, 100, 1000: substrate

30, 300, 3000 : 반도체층30, 300, 3000: semiconductor layer

4000 : N형 반도체층 5000 : 활성층4000: N-type semiconductor layer 5000: active layer

6000 : P형 반도체층6000: P-type semiconductor layer

본 발명은 반도체 구조물의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 결정 결함을 줄이고 반도체층의 결정성을 향상시킴으로써, 발광 효율을 향상시키고 신뢰성을 확보할 수 있는 반도체 구조물의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor structure, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor structure that can improve luminous efficiency and ensure reliability by reducing crystal defects and improving crystallinity of a semiconductor layer.

발광 다이오드(light emission diode; LED)는 반도체의 p-n 접합 구조를 이용하여 주입된 소수 캐리어(전자 또는 정공)를 만들고 이들의 재결합에 의하여 소정의 빛을 발산하는 소자를 지칭하며, GaAs, AlGaAs, GaN, InGaN 및 AlGaInP 등의 화합물 반도체(compound semiconductor) 재료의 변경을 통해 발광원을 구성함으로써 다양한 색을 구현할 수 있다.A light emitting diode (LED) refers to a device that makes a small number of carriers (electrons or holes) injected using a pn junction structure of a semiconductor and emits a predetermined light by recombination thereof. GaAs, AlGaAs, GaN Various colors may be realized by configuring a light emitting source by changing a compound semiconductor material such as InGaN and AlGaInP.

상기 화합물 반도체 중에서 질화물 반도체 물질은 가시광선 및 UV 영역에 대해서 우수한 발광 특성을 보이고 있으며, 고출력, 고주파 전자 소자에 있어서도 사용된다. 특히 질화갈륨(GaN)은 상온에서 3.4 eV의 직접 천이형 밴드갭(direct bandgap)을 가지며, 질화인듐(InN), 질화알루미늄(AlN) 같은 물질과 조합하여 0.7eV(InN)에서 3.4eV(GaN), 6.2eV(AlN)까지 직접 에너지 밴드갭을 가지고 있어서 가시광에서부터 자외선 영역까지 넓은 파장 영역의 광을 방출할 수 있기 때문에 광소자의 응용 가능성이 매우 큰 물질이다.Among the compound semiconductors, the nitride semiconductor material exhibits excellent luminescence properties in the visible and UV regions, and is also used in high power, high frequency electronic devices. In particular, gallium nitride (GaN) has a direct transition bandgap of 3.4 eV at room temperature, and is combined with materials such as indium nitride (InN) and aluminum nitride (AlN) at 0.7 eV (InN) to 3.4 eV (GaN). ), Which has a direct energy band gap of up to 6.2 eV (AlN), which can emit light in a wide wavelength range from visible light to ultraviolet light.

도 1은 종래 반도체 발광 다이오드를 도시한 개략 단면도이다. 1 is a schematic cross-sectional view showing a conventional semiconductor light emitting diode.

도 1을 참조하면, 발광 다이오드는 기판(1)과, 상기 기판(1) 상에 순차적으로 형성된 N형 반도체층(2), 활성층(3) 및 P형 반도체층(4)을 포함한다. 또한, 상기 P형 반도체층(4) 상에 형성된 P형 전극(5)과, 상기 P형 반도체층(4) 및 활성층(3)의 일부가 식각되어 노출된 N형 반도체층(2) 상에 형성된 N형 전극(6)을 포함한다. 상기 P형 반도체층(4)은 P형 불순물이 도핑(doping)된 반도체 화합물을 사용하고, 상기 N형 반도체층(2)은 N형 불순물이 도핑된 반도체 화합물을 사용한다. Referring to FIG. 1, a light emitting diode includes a substrate 1 and an N-type semiconductor layer 2, an active layer 3, and a P-type semiconductor layer 4 sequentially formed on the substrate 1. In addition, a portion of the P-type electrode 5 formed on the P-type semiconductor layer 4 and the N-type semiconductor layer 2 exposed by etching part of the P-type semiconductor layer 4 and the active layer 3 is exposed. The formed N-type electrode 6 is included. The P-type semiconductor layer 4 uses a semiconductor compound doped with P-type impurities, and the N-type semiconductor layer 2 uses a semiconductor compound doped with N-type impurities.

상기 활성층(3)의 상부 및 하부에 각각 형성된 P형 및 N형 반도체층(4, 2)은 활성층(3)에 전류를 공급하여 발광하도록 한다. P-type and N-type semiconductor layers 4 and 2 formed on the upper and lower portions of the active layer 3 respectively supply current to the active layer 3 to emit light.

발광 다이오드의 성능을 높이기 위해서는 내부에 흐르는 전류로부터 많은 양의 빛을 얻기 위해 전자가 정공을 재결합시키는 내부 양자 효율(internal quantum efficiency)이 높아야 하고, 또한 발생된 빛이 발광 다이오드의 외부로 빠져나오는 적출 효율(extraction efficiency)이 높아야 한다. 이를 위해 우선적으로 기판 상에 결정 결함이 적고 결정성이 우수한 반도체층을 성장시켜 발광 다이오드의 내부 양자 효율을 높이고, 또한 활성층에서 발생된 빛이 발광 다이오드 내부에서만 반사되는 즉, 내부 전반사(total internal reflection)되는 비율을 줄여 발광 다이오드의 적출 효율을 높여야 한다. In order to improve the performance of the light emitting diode, the internal quantum efficiency in which electrons recombine holes to obtain a large amount of light from the current flowing inside, and the generated light is extracted to the outside of the light emitting diode The extraction efficiency must be high. To this end, a semiconductor layer with low crystal defects and excellent crystallinity is first grown on a substrate to increase the internal quantum efficiency of the light emitting diode, and light generated from the active layer is reflected only inside the light emitting diode, that is, total internal reflection. ), The extraction efficiency of the light emitting diode should be increased.

그러나 종래 질화물 반도체는 격자 정합이 되는 기판이 부재하고, 사파이어 기판 상에 형성되는 질화물 반도체층은 사파이어와 질화물 반도체층의 격자 상수 및 열팽창 계수의 차이로 인해 109 내지 1010/cm2 정도로 높은 밀도의 관통 전위(threading dislocation)를 포함한다. However, conventional nitride semiconductors do not have a lattice matched substrate, and the nitride semiconductor layer formed on the sapphire substrate has a high density of about 10 9 to 10 10 / cm 2 due to the difference in lattice constants and thermal expansion coefficients of the sapphire and nitride semiconductor layers. Threading dislocation of a.

또한, 종래 반도체 발광 다이오드의 기판과 반도체층이 이루는 각 방향의 평면들은 서로 평행 또는 수직으로 형성되어, 활성층에서 발산된 빛의 많은 양이 발광 다이오드의 외부로 잘 빠져나가지 못하고, 내부에서 전반사를 일으키며 순환하다가 흡수되어 소멸된다. In addition, the planes in each direction formed by the substrate and the semiconductor layer of the conventional semiconductor light emitting diode are formed in parallel or perpendicular to each other, so that a large amount of light emitted from the active layer does not easily escape to the outside of the light emitting diode, causing total internal reflection inside. Circulated, absorbed and extinguished.

이에 결정 결함을 감소시키고 적출 효율을 높여 발광 다이오드의 성능을 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 결정 결함을 감소시키기 위한 방법으로, 수평 성장에 의해 반도체층을 성장시키는 방법이 개시되어 있다. Accordingly, researches to improve the performance of light emitting diodes by reducing crystal defects and increasing extraction efficiency have been actively conducted. As a method for reducing crystal defects, a method of growing a semiconductor layer by horizontal growth is disclosed.

ELO(Epitaxial Lateral Overgrowth) 기술은 반도체층이 마스크 패턴에 따라서 선택적으로 수직, 수평 성장되고, 수평 성장 영역에서 관통 전위가 차단됨으로써 표면으로의 침투를 억제할 수 있다. PE(Pendeo-Epitaxy), CE(Cantilever Epitaxy), LEPS(Lateral Epitaxy on Pattened Sapphire) 등의 기술도 모두 수평 성장을 통하여 관통 전위가 표면으로 침투하는 것을 억제하는 기술로, 상기 ELO 기술에서 변형된 것들이다.Epitaxial lateral overgrowth (ELO) technology can suppress the penetration into the surface by selectively growing the semiconductor layer vertically and horizontally according to the mask pattern and blocking the through potential in the horizontal growth region. Peneo-Epitaxy (PE), Cantilever Epitaxy (CE), Lateral Epitaxy on Pattened Sapphire (LEPS), etc. are all modified in the ELO technology to suppress penetration of penetration potential into the surface through horizontal growth. to be.

ELO 기술은 기판 상에 제 1 반도체층을 성장시키고, 마스크 물질을 증착하여 건식 식각에 의해 마스크 패턴을 형성한 후, 제 2 반도체층을 다시 성장시킨다. 이러한 기술은 수평 성장에 의해 결정 결함의 전파를 방지할 수 있으나, 마스크 패턴의 형성을 위해 건식 식각을 수행해야 하고, 이어서 반도체층을 다시 성장시켜야 하는 번거로움이 있다. 또한 제 2 반도체층의 성장시 마스크 패턴을 통해 수평 성장이 이루어지기 때문에 마스크 패턴으로 인한 제 2 반도체층의 결정학적 기울어짐 현상이 심화되어 결함이 발생될 수 있다. ELO technology grows a first semiconductor layer on a substrate, deposits a mask material to form a mask pattern by dry etching, and then grows the second semiconductor layer again. This technique can prevent the propagation of crystal defects by horizontal growth, but there is a hassle to dry etching to form a mask pattern, and then to grow the semiconductor layer again. In addition, since the horizontal growth is performed through the mask pattern when the second semiconductor layer is grown, crystallographic tilting of the second semiconductor layer due to the mask pattern may be intensified, thereby causing defects.

상기 마스크 패턴의 건식 식각시 제 1 반도체층, 기판의 일부에까지 식각한 후 반도체층을 성장시키는 PE 기술의 경우에도 동일한 문제점이 발생한다. In the dry etching of the mask pattern, the same problem occurs in the case of the PE technology in which the semiconductor layer is grown after etching to the first semiconductor layer and a part of the substrate.

또한 외부 양자 효율을 높이기 위해 요철 구조가 형성된 사파이어 기판 상에 반도체층을 성장시키는 LEPS 기술의 경우에는 기판을 건식 식각해야 하는 어려움이 있고, 수평 성장하는 면적보다 수직 성장하는 면적의 비율이 크기 때문에 수평 성장에 의한 관통 전위의 감소를 기대할 수 없다. 또한, 요철이 형성된 기판 상에 성장된 반도체층의 높은 단차를 메워 평탄한 표면을 형성하기 위해서는 기존과 다른 특정적인 성장 조건이 필요하고 성장 시간이 길어지는 문제점이 있다. In addition, in the case of LEPS technology, in which a semiconductor layer is grown on a sapphire substrate having an uneven structure to increase external quantum efficiency, it is difficult to dry-etch the substrate, and the horizontal growth rate is larger than the horizontal growth area. A decrease in penetration potential due to growth cannot be expected. In addition, in order to form a flat surface by filling a high step of the semiconductor layer grown on the irregularities formed substrate, there is a problem that the specific growth conditions different from the existing and the growth time is long.

또한 요철이 형성된 기판을 사용하여 요철의 볼록부에서 성장한 반도체층이 오목부에서 성장한 반도체층 위로 수평 성장하여 봉합함으로써 형성하는 CE 기술의 경우도, 마찬가지로 기판을 건식 식각해야 하는 어려움이 있다. 또한, 요철이 형성된 기판의 표면이 반도체층의 표면과 평행 또는 직각으로 형성되기 때문에 활성층에서 발산된 빛의 많은 양이 내부에서 전반사를 일으키며 발광 다이오드의 외부로 빠져나가지 못하는 문제점이 있다.In the case of the CE technology in which the semiconductor layer grown on the convex portion of the unevenness is formed by horizontally growing and sealing the semiconductor layer grown on the concave portion using the substrate having the unevenness, there is a difficulty in dry etching the substrate as well. In addition, since the surface of the substrate on which the unevenness is formed is formed in parallel or perpendicular to the surface of the semiconductor layer, a large amount of light emitted from the active layer causes total reflection inside and does not escape to the outside of the light emitting diode.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 습식 식각을 통해 기판 표면에 요철을 형성하고, 수평면으로 이루어진 요철의 볼록부 상에 삼각형 또는 사다리꼴 단면 형상의 반도체층을 수직 성장시킨 후, 오목부 위로 수평 성장시켜 반도체층의 관통 전위를 감소시킴으로써, 보다 단순한 공정을 거쳐 성장시키고, 발광다이오드의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 구조물의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention is to solve the above problems, by forming a concave-convex on the surface of the substrate through wet etching, vertical growth of the semiconductor layer of the triangular or trapezoidal cross-sectional shape on the convex portion of the concave-convex consisting of a horizontal plane, and then over the concave It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor structure that can be grown by a simpler process by growing horizontally to reduce the penetration potential of the semiconductor layer and improving the reliability of the light emitting diode.

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상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 구조물의 제조 방법은, 요철이 형성된 기판을 마련하는 단계; 400 내지 800℃의 온도에서 저온 핵형성층 또는 저온 버퍼층을 형성하는 단계와, 900 내지 1150℃의 온도에서 에피텍셜층을 수직 성장시키는 단계 및 1050 내지 1200℃의 온도에서 에피텍셜층을 수평 성장시키는 단계를 포함하여 상기 기판 상에 반도체층을 형성하는 단계; 를 포함하고, 상기 요철은 수평면으로 이루어진 볼록부와 경사진 평면 또는 곡면 형상의 측면으로 이루어진 오목부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor structure, the method comprising: providing a substrate on which irregularities are formed; Forming a low temperature nucleation layer or a low temperature buffer layer at a temperature of 400 to 800 ° C., vertically growing the epitaxial layer at a temperature of 900 to 1150 ° C., and horizontally growing the epitaxial layer at a temperature of 1050 to 1200 ° C. Forming a semiconductor layer on the substrate, including; It includes, the irregularities include a concave portion consisting of a convex portion consisting of a horizontal plane and a side of the inclined plane or curved shape.

상기 요철이 형성된 기판을 마련하는 단계는, 평면 기판 상에 식각 마스크 패턴을 형성하는 단계, 상기 식각 마스크 패턴을 통한 습식 식각을 실시하여 요철을 형성하는 단계 및 상기 식각 마스크 패턴을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 기판은 사파이어(Al2O3), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP 또는 GaAs으로 이루어진 군에서 선택될 수 있고, 상기 습식 식각은 H2SO4, H3PO4, BOE(buffered-oxide etch), HF, HNO3, KOH, NaCl, NaOH, KBrO3 용액, 이들의 혼합 용액 또는 이들의 희석 용액으로 이루어진 군에서 선택되는 식각 용액을 사용할 수 있다.The preparing of the substrate on which the irregularities are formed may include forming an etching mask pattern on the planar substrate, performing wet etching through the etching mask pattern to form the irregularities, and removing the etching mask pattern. can do. The substrate may be selected from the group consisting of sapphire (Al 2 O 3 ), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP or GaAs, the wet etching is H 2 SO 4 , H 3 PO 4 , BOE (buffered -oxide etch), HF, HNO 3 , KOH, NaCl, NaOH, KBrO 3 solution, a mixed solution of them or a dilution solution thereof may be used an etching solution selected from the group.

상기 에피텍셜층은 상기 볼록부로부터 수직 방향으로 성장된 후 상기 오목부를 가로질러 수평 방향으로 성장되는 것이 바람직하다.The epitaxial layer is preferably grown in a vertical direction from the convex portion and then in a horizontal direction across the concave portion.

상기 반도체층을 형성하는 단계는 유기금속 화학 증착법(MOCVD), 화학 증착법(CVD), 플라즈마 강화 화학 증착법(PECVD), 분자선 성장법(MBE) 또는 수소화물 기상 성장법(HVPE)을 이용할 수 있다. The semiconductor layer may be formed by organometallic chemical vapor deposition (MOCVD), chemical vapor deposition (CVD), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), molecular beam growth (MBE), or hydride vapor deposition (HVPE).

상기 반도체층은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN 또는 InAlGaN으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. The semiconductor layer may be selected from the group consisting of GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN or InAlGaN.

본 발명은 상기 반도체층 상에 N형 반도체층 및 P형 반도체층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The present invention may further include forming an N-type semiconductor layer and a P-type semiconductor layer on the semiconductor layer.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 구조물 및 이의 제조 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a semiconductor structure and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2 내지 도 5c는 본 발명에 따른 반도체 구조물의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도들이다.2 to 5C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a semiconductor structure according to the present invention.

하기 설명되는 물질층의 증착 및 성장 방법으로는 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 강화 화학 증착법(PECVD; Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy)등을 포함한 다양한 방법을 사용할 수 있다. Deposition and growth methods of the material layers described below include metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), chemical vapor deposition (CVD), and plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). Various methods can be used including Molecular Beam Epitaxy (MBE), Hydride Vapor Phase Epitaxy (HVPE), and the like.

먼저, 표면에 소정의 요철이 형성된 기판을 마련한다. 여기서, 상기 요철은 수평면으로 이루어진 볼록부와 경사진 평면 또는 곡면 형상의 측면으로 이루어진 오목부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 요철의 오목부의 단면 형상은 수직 또는 수평면을 포함하는 형상이 아니라, 소정의 기울기를 갖는 경사진 평면 또는 곡면 형상인 것을 특징으로 한다.First, the board | substrate with predetermined unevenness | corrugation was provided in the surface. Here, the unevenness is characterized in that it comprises a concave portion consisting of a convex portion consisting of a horizontal plane and the side of the inclined plane or curved shape. That is, the cross-sectional shape of the concave portion of the unevenness is not a shape including a vertical or horizontal plane, but an inclined plane or curved shape having a predetermined slope.

도 2를 참조하면 평면 기판(10) 상에 층상의 식각 마스크(20)를 증착한다. 상기 기판(10)으로는 사파이어(Al2O3), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, GaAs 등을 사용하고, 상기 식각 마스크(20)의 재료로는 SiO2, SiOx, SiN2, SiNx, SiOxNy 등을 사용한다. 물론 이에 한정되지 않고 다양한 재료를 사용할 수 있다.Referring to FIG. 2, a layered etching mask 20 is deposited on the planar substrate 10. Sapphire (Al 2 O 3 ), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, GaAs and the like are used as the substrate 10, and SiO 2 , SiO x , and SiN are used as materials of the etching mask 20. 2 , SiN x , SiO x N y and the like are used. Of course, various materials may be used without being limited thereto.

도 3을 참조하면, 상기 식각 마스크(20)를 습식 또는 건식 식각하여 마스크 패턴(25)을 형성한다. 이를 위해, 상기 식각 마스크(20) 상에 층상의 포토레지스트(photoresist)를 코팅한 후, 소정의 포토 마스크를 이용한 사진 식각 공정을 통해 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하는 식각 공정을 실시하여 상기 식각 마스크(20)의 일부를 제거함으로써 마스크 패턴(25)을 형성할 수 있다. Referring to FIG. 3, the etching mask 20 is wet or dry etched to form a mask pattern 25. To this end, a layered photoresist is coated on the etching mask 20, and then a photoresist pattern is formed through a photolithography process using a predetermined photo mask. The mask pattern 25 may be formed by performing an etching process using the photoresist pattern as a mask to remove a portion of the etching mask 20.

이러한 마스크 패턴(25)은 스트라이프형 구조로 형성하거나, 다수의 스프라이프가 모두 연결된 격자형 구조로 형성할 수도 있다. 물론 상술한 마스크 패턴(25)은 이에 한정되지 않고, 볼록부 또는 오목부를 포함한 요철을 형성할 수 있 는 형상으로 매우 다양하게 형성할 수 있다. The mask pattern 25 may be formed in a stripe structure or in a lattice structure in which a plurality of stripes are all connected. Of course, the above-described mask pattern 25 is not limited thereto, and may be formed in various ways in a shape capable of forming irregularities including convex portions or concave portions.

도 4a를 참조하면, 상기 마스크 패턴(25)을 식각 마스크로 하여 습식 식각을 실시하여 기판(10) 표면에 요철(11a, 11b)을 형성한다. 상기 요철(11a, 11b)은 수평면으로 이루어진 볼록부(11a)와 경사진 평면 또는 곡면 형상의 측면으로 이루어진 오목부(11b)를 포함한다. 또한 요철의 오목부(11b)의 하부는 경사진 평면, 곡면, 선 또는 점의 형상인 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 요철의 오목부(11b)는 반도체층의 표면과 평행 또는 수직으로 이루어진 면을 포함하지 않는 것을 특징으로 한다. Referring to FIG. 4A, wet etching is performed using the mask pattern 25 as an etch mask to form irregularities 11a and 11b on the surface of the substrate 10. The unevenness 11a and 11b includes a convex portion 11a formed of a horizontal plane and a concave portion 11b formed of an inclined plane or curved side surface. In addition, the lower portion of the concave-convex portion 11b is characterized in that the shape of the inclined plane, curved surface, line or point. That is, the concave-convex portion 11b is characterized in that it does not include a surface made parallel or perpendicular to the surface of the semiconductor layer.

요철의 오목부(11b)의 소정 면이 반도체층의 표면과 평행하거나 직각으로 형성된 경우에 반도체층에서 발생되는 빛은 평행하거나 직각으로 형성된 계면들을 통해 내부 전반사되어 외부로 투과하지 못하고, 결국 발광 다이오드의 적출 효율을 감소시킨다. 따라서 발광 다이오드의 적출 효율을 높이기 위해서는 반도체층 표면과 기판의 표면이 서로 평행하거나 직각으로 형성된 면적이 적을수록 바람직하다. When a predetermined surface of the concave-convex portion 11b of the unevenness is formed in parallel or perpendicular to the surface of the semiconductor layer, the light generated in the semiconductor layer is totally internally reflected through the interfaces formed in parallel or at right angles, and thus does not transmit to the outside. Reduces the extraction efficiency. Therefore, in order to increase the extraction efficiency of the light emitting diode, the smaller the area where the surface of the semiconductor layer and the surface of the substrate are formed to be parallel or perpendicular to each other is preferable.

이러한 요철의 식각 단면 형상을 도 4a에 도시한 바와 같이 오목부(11b)의 양 측면이 동일한 기울기를 갖는 대칭적인 단면 형상으로 형성하거나, 도 4b에 도시한 바와 같이 오목부(12b)의 양 측면이 서로 다른 기울기를 갖는 비대칭적인 단면 형상으로 형성할 수 있다. 또한, 도 4c에 도시한 바와 같이 오목부(13b)를 다양한 기울기를 갖는 측면이 연결된 단면 형상으로 형성하거나, 도 4d에 도시한 바와 같이 오목부(14b)의 측면을 곡면으로 이루어진 단면 형상으로 형성할 수 있다. 이와 같이 상술한 요철의 식각 단면 형상은 오목부에서 반도체층의 표면과 평행하거 나 직각으로 형성된 면을 포함하지 않는 다양한 형상으로 형성할 수 있다. The etched cross-sectional shape of the irregularities is formed in a symmetrical cross-sectional shape in which both sides of the concave portion 11b have the same slope as shown in FIG. 4A, or both sides of the concave portion 12b as shown in FIG. 4B. It can be formed into an asymmetric cross-sectional shape having different inclinations. In addition, as shown in FIG. 4C, the recess 13b is formed in a cross-sectional shape in which side surfaces having various inclinations are connected, or as shown in FIG. 4D, the sides of the recess 14b are formed in a cross-sectional shape of curved surfaces. can do. As described above, the etched cross-sectional shape of the irregularities may be formed in various shapes that do not include a surface that is formed parallel to or perpendicular to the surface of the semiconductor layer in the concave portion.

종래 건식 식각보다 보다 단순한 습식 식각 공정을 통해 요철을 형성할 수 있으며, 기판의 습식 식각에 의한 식각률은 기판의 결정 방향에 따라 크게 달라지므로, 식각 마스크 패턴, 식각 용액의 혼합비, 식각 온도, 식각 시간 등의 식각 변수에 따라 식각 단면의 형상을 다양하게 형성할 수 있다. Unevenness can be formed by a simple wet etching process than the conventional dry etching, and the etching rate due to wet etching of the substrate varies greatly depending on the crystal direction of the substrate, so that the etching mask pattern, the mixing ratio of the etching solution, the etching temperature, and the etching time The shape of the etch cross section may be variously formed according to an etching parameter such as the like.

상기와 같이 기판 표면에 요철을 형성한 다음, 습식 및 건식 식각을 통해 상기 식각 마스크 패턴을 제거한다. After the irregularities are formed on the surface of the substrate as described above, the etching mask pattern is removed through wet and dry etching.

도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 요철(11a, 11b)이 형성된 기판(10) 상에 반도체층(30)을 형성한다. 상기 반도체층(30)의 성장은 저온 핵형성 층(low-temperature nucleation layer) 또는 저온 버퍼층(low-temperature buffer layer)을 형성하는 제 1 단계, 에피택셜층이 수직 성장하는 제 2 단계 및 에피택셜층이 수평 성장하는 제 3 단계를 포함한다. 이러한 기본 단계 이외에 다른 단계가 더 추가될 수 있고, 상기 단계의 일부가 변경되거나 생략될 수도 있다. 5A to 5C, the semiconductor layer 30 is formed on the substrate 10 on which the unevennesses 11a and 11b are formed. The growth of the semiconductor layer 30 is a first step of forming a low-temperature nucleation layer or a low-temperature buffer layer, a second step of vertical growth of the epitaxial layer, and epitaxial And a third step in which the shallow layer grows horizontally. Other steps may be added in addition to these basic steps, and some of the steps may be changed or omitted.

상기 반도체층(30)을 제조하는 각 단계는 여러 가지 박막 성장 조건을 제어하여 달성되며, 예를 들면 성장 온도를 제어하여 달성될 수 있다. 즉, 저압 MOCVD 장비를 이용하는 경우에, 400 내지 800℃의 상대적으로 낮은 온도에서 에피택셜층의 성장을 위한 저온 핵형성층 또는 저온 버퍼층을 형성한 후, 900 내지 1150℃의 온도에서 에피택셜층의 수직 성장을 촉진시키고, 보다 높은 1050 내지 1200℃의 온도에서 에피택셜층의 수평 성장을 촉진시켜 형성한다. 이러한 성장 단계는 상기 에피택셜층의 수직 및 수평 성장으로 인해 평탄하고 연속적인 반도체층을 형성할 때 까지 지속될 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고 원하는 목적에 따라 다양하게 형성할 수 있으며, 예를 들어 반도체층 표면이 평탄하지 않을 수도 있고, 수평 성장은 하되 봉합되지 않아 연속적인 반도체층을 형성하지 않을 수도 있다.Each step of manufacturing the semiconductor layer 30 is accomplished by controlling various thin film growth conditions, for example, by controlling the growth temperature. That is, in the case of using a low pressure MOCVD equipment, after forming a low temperature nucleation layer or a low temperature buffer layer for the growth of the epitaxial layer at a relatively low temperature of 400 to 800 ℃, the vertical of the epitaxial layer at a temperature of 900 to 1150 ℃ It is formed by promoting growth and by promoting horizontal growth of the epitaxial layer at a higher temperature of 1050-1200 ° C. This growth step may continue until a flat, continuous semiconductor layer is formed due to the vertical and horizontal growth of the epitaxial layer. Of course, the present invention is not limited thereto, and may be variously formed according to a desired purpose. For example, the surface of the semiconductor layer may not be flat, or horizontal growth may be performed, but not a continuous semiconductor layer may be formed.

이러한 온도 조건 외에도 공급되는 원료의 비율, 분위기 가스, 압력, 시간 등을 조절하여 에피택셜층의 수직 성장 및 수평 성장을 제어할 수 있다. 에피택셜층의 성장을 위한 장비에 따라 차이가 있을 수 있으나, 일반적으로 수평형 반응로를 갖는 MOCVD 장비의 경우, (Ⅴ족 소스 유량/Ⅲ족 소스 유량)의 비율을 높이거나, 성장 압력을 줄이거나, 성장 온도를 높임으로써, 수평 성장을 촉진시킬 수 있다. In addition to the temperature conditions, it is possible to control the vertical growth and the horizontal growth of the epitaxial layer by adjusting the ratio of the raw materials to be supplied, the atmosphere gas, the pressure and the time. Depending on the equipment for the growth of the epitaxial layer, there may be a difference, but in the case of MOCVD equipment having a horizontal reactor, in general, the ratio of (group V source flow rate / group III source flow rate) may be increased or the growth pressure may be reduced. By increasing the growth temperature, horizontal growth can be promoted.

도 5a에서 볼 수 있듯이, 수평한 평면의 단면 형상을 갖는 요철의 볼록부(11a) 상에 에피택셜층이 삼각형의 단면 형상으로 수직 성장하고, 경사진 평면의 단면 형상을 갖는 요철의 오목부(11b) 상에도 에피택셜층이 성장한다. 상기 에피택셜층은 삼각형 또는 사다리꼴의 단면 형상으로 수직 성장될 수 있으며, 이는 볼록부 상부의 반도체층에 존재하는 관통 전위를 감소시키기 위해 바람직하다. 즉, 삼각형 또는 사다리꼴의 기울어진 측면으로 인해 관통 전위를 수평 성장 단계에서 수평 방향으로 꺽음으로써, 관통 전위를 현저하게 감소시킬 수 있다. 도면에는 상기 오목부(11b) 상에도 에피택셜층이 성장하였으나, 성장 조건에 따라 성장하지 않을 수도 있다. 또한, 도 5b에서 볼 수 있듯이 요철의 볼록부(11a) 상에 형성된 에피택셜층이 오목부(11b)를 가로질러 수평 성장하고, 요철의 오목부(11b) 상에 성장된 에피택셜층을 덮게 된다. 이러한 수직 및 수평 성장이 진행되며 볼록부(11a)에서 수평 성장된 에피택셜층은 인접한 볼록부(11a)에서 수평 성장된 에피택셜층과 봉합 되어 도 5c에 도시한 바와 같은 평탄하고 연속적인 저결함 반도체층(30)을 형성한다. 물론 이에 한정되지 않고 원하는 목적에 따라 다양하게 형성할 수 있으며, 예를 들어 반도체층 표면이 평탄하지 않을 수도 있고, 수평 성장은 하되 봉합되지 않아 연속적인 반도체층을 형성하지 않을 수도 있다.As can be seen in FIG. 5A, the epitaxial layer grows vertically in the triangular cross-sectional shape on the convex portion 11a of the uneven surface having the cross-sectional shape of the horizontal plane, and the uneven concave having the cross-sectional shape of the inclined plane ( An epitaxial layer also grows on 11b). The epitaxial layer may be vertically grown in a triangular or trapezoidal cross-sectional shape, which is desirable to reduce the penetration potential present in the semiconductor layer above the convex portion. That is, the through dislocations can be remarkably reduced by bending the through dislocations in the horizontal direction in the horizontal growth step due to the inclined sides of the triangles or trapezoids. In the figure, an epitaxial layer also grows on the recess 11b, but may not grow depending on growth conditions. In addition, as shown in FIG. 5B, the epitaxial layer formed on the convex portion 11a of the unevenness is horizontally grown across the concave portion 11b to cover the epitaxial layer grown on the concave portion 11b of the unevenness. do. The vertical and horizontal growth proceeds, and the epitaxial layer horizontally grown in the convex portion 11a is sealed with the epitaxial layer horizontally grown in the adjacent convex portion 11a and is flat and continuous low defect as shown in FIG. 5C. The semiconductor layer 30 is formed. Of course, the present invention is not limited thereto, and may be variously formed according to a desired purpose. For example, the surface of the semiconductor layer may not be flat, or horizontal growth may be performed, but not a continuous semiconductor layer may be formed.

이 때, 요철의 볼록부(11a)에 성장되는 에피택셜층이 요철의 오목부(11b)에 성장되는 에피택셜층에 방해받지 않고 오목부(11b)의 상부로 수평 성장할 수 있는 이유는, 요철(11a, 11b)을 형성하는 각 면들 상부에 성장되는 에피택셜층의 성장률, 성장 방향 또는 결정 방향 등이 서로 다르기 때문이다. 즉, 요철의 오목부(11b)를 수평면이 아닌 경사진 평면 또는 곡면 형상의 측면으로 이루어지도록 형성함으로써, 오목부(11b)에 성장되는 에피택셜층의 성장을 서로 다르게 유도하여 요철의 볼록부(11a)에 성장되는 에피택셜층을 방해하지 않고 오목부(11b) 상으로 수평 성장이 가능하도록 한다. At this time, the reason why the epitaxial layer grown on the convex portion 11a of the unevenness can grow horizontally to the top of the recessed portion 11b without being disturbed by the epitaxial layer grown on the concave portion 11b of the unevenness is This is because the growth rate, the growth direction, or the crystal direction of the epitaxial layer grown on the upper surfaces of the surfaces 11a and 11b are different from each other. That is, by forming the concave portion 11b of the concave-convex portion to be made of the inclined plane or the curved side surface instead of the horizontal plane, the convex portion of the concave-convex portion is induced by differently inducing the growth of the epitaxial layer grown on the concave portion 11b. It is possible to horizontally grow on the concave portion 11b without disturbing the epitaxial layer grown on 11a).

이와 같이 수평 성장에 의해 형성된 반도체층에 의해, 관통 전위가 표면으로 전달되는 것을 감소시키고, 반도체층의 결정성을 향상시킬 수 있다. As described above, the semiconductor layer formed by the horizontal growth can reduce the transmission potential of the through dislocation to the surface, and can improve the crystallinity of the semiconductor layer.

뿐만 아니라 반도체층의 표면과 평행 또는 수직이 아닌 다양한 각을 갖는 요철의 오목부의 표면이 광의 임계각을 변화시켜 보다 용이하게 광을 추출할 수 있게 돕는다. 따라서 활성층에서 발생한 광이 전반사되는 수가 감소하고 외부로 방출될 확률이 높아져 외부 양자 효율이 현저하게 향상된다.In addition, the surface of the concave portion of the unevenness having various angles that are not parallel or perpendicular to the surface of the semiconductor layer changes the critical angle of the light to help extract the light more easily. Therefore, the number of total reflection of the light generated in the active layer is reduced and the probability of being emitted to the outside increases, thereby significantly improving the external quantum efficiency.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따라 제조된 반도체층의 다른 예를 설명하기 위한 것으로, 수직 및 수평 방향으로 성장된 에피택셜층은 상기 볼록부들 사이에서 봉합되어 공동(void)을 형성할 수 있다. 도 6a에 도시한 바와 같이, 수평한 평면의 단면 형상을 갖는 요철의 볼록부(12a) 상에 에피택셜층이 삼각형의 단면 형상으로 수직 성장하고, 경사진 평면의 단면 형상을 갖는 요철의 오목부(12b) 상에도 에피택셜층이 성장한다. 또한, 도 6b에 도시한 바와 같이 요철의 볼록부(12a) 상에 형성된 에피택셜층이 오목부(12b)를 가로질러 수평 성장하고, 요철의 오목부(12b) 상에 성장된 에피택셜층을 덮게 된다. 도 6c를 참조하면, 수직 및 수평 성장이 진행되며 볼록부(12a)에서 수평 성장된 에피택셜층은 인접한 볼록부(12a)에서 수평 성장된 에피택셜층과 봉합되어 평탄하고 연속적인 저결함 반도체층(30)을 형성한다. 이 때, 봉합된 반도체층(30)이 오목부(12b)를 그대로 덮으며 오목부(12b) 상부에 형성된 오목부 공동(15)을 포함할 수 있다. 또한, 반도체층(30)의 상부로부터 봉합되어, 반도체층(30)의 내부에 형성된 봉합부 공동(35)을 포함할 수 있다. 6A to 6C illustrate another example of a semiconductor layer manufactured according to the present invention. An epitaxial layer grown in the vertical and horizontal directions may be sealed between the convex portions to form a void. . As shown in Fig. 6A, the epitaxial layer grows vertically in a triangular cross-sectional shape on the convex portion 12a of the concave-convex portion having a horizontal cross-sectional shape, and the concave-convex portion having a cross-sectional shape of the inclined plane. An epitaxial layer also grows on (12b). 6B, the epitaxial layer formed on the convex part 12a of unevenness | corrugation grows horizontally across the recessed part 12b, and the epitaxial layer grown on the uneven part 12b of unevenness | corrugation was made. Covered. Referring to FIG. 6C, the epitaxial layer grown vertically and horizontally and horizontally grown at the convex portion 12a is sealed with the epitaxial layer horizontally grown at the adjacent convex portion 12a to form a flat and continuous low defect semiconductor layer. 30 is formed. In this case, the sealed semiconductor layer 30 may cover the recess 12b as it is and may include a recess cavity 15 formed on the recess 12b. In addition, the semiconductor device 30 may include a sealing unit cavity 35 sealed from an upper portion of the semiconductor layer 30 and formed in the semiconductor layer 30.

이와 같이 오목부(12b) 또는 반도체층(30)의 내부에 형성된 오목부 공동(15) 또는 봉합부 공동(35)은 빛을 반사, 산란 또는 분산시켜 내부에서 전반사되는 비율을 감소시키고, 발광 다이오드의 적출 효율을 증가시킬 수 있다. As such, the recess cavity 15 or the seal cavity 35 formed in the recess 12b or the semiconductor layer 30 reflects, scatters, or scatters light to reduce the total reflection in the inside, and the light emitting diode Can increase the extraction efficiency.

본 발명의 반도체층의 제조 방법은 상술한 바에 한정되지 않고, 다양한 수정과 변경이 가능하다. 예를 들어, 상술한 바는 수직 성장시 요철의 볼록부에 성장되는 에피택셜층이 삼각형 또는 사다리꼴의 단면 형상으로 형성되었으나, 이에 한정되지 않고, 에피택셜층이 사각형의 단면 형상으로 형성될 수 있다. The manufacturing method of the semiconductor layer of this invention is not limited to what was mentioned above, A various correction and a change are possible. For example, although the epitaxial layer grown in the convex portion of the unevenness during vertical growth has been formed in a triangular or trapezoidal cross-sectional shape, the present invention is not limited thereto, and the epitaxial layer may be formed in a rectangular cross-sectional shape. .

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

먼저, 평면 기판 상에 층상의 식각 마스크를 증착한다. 상기 기판으로는 사 파이어(Al2O3), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, GaAs 등을 사용할 수 있으며, 본 실시예는 사파이어(Al2O3)로 구성된 결정 성장 기판을 사용한다. 상기 사파이어 기판 상에 SiO2 식각 마스크를 PECVD 방법을 통해 증착한다. 상기 식각 마스크의 두께는 300 내지 2000Å이 바람직하며, 기판의 식각 깊이, 식각 마스크의 재료, 식각 마스크의 증착 방법 및 증착 조건에 따라 달라질 수 있다.First, a layered etching mask is deposited on a planar substrate. As the substrate, sapphire (Al 2 O 3 ), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, GaAs, etc. may be used, and the present embodiment uses a crystal growth substrate composed of sapphire (Al 2 O 3 ). do. SiO 2 etching mask is deposited on the sapphire substrate by PECVD method. The thickness of the etching mask is preferably 300 to 2000Å, and may vary depending on the etching depth of the substrate, the material of the etching mask, the deposition method of the etching mask, and the deposition conditions.

다음으로, 포토레지스트 패턴을 마스크로 한 건식 또는 습식 식각 공정을 실시하여 마스크 패턴을 형성한다. 이를 위해, 본 실시예는 상기 식각 마스크 상에 포토레지스트를 1㎛ 이상의 두께로 코팅한 후, 사진 식각 공정을 통해 포토레지스트 패턴을 형성한다. 또한, BOE(buffered-oxide etch), 불산(HF) 또는 이들의 희석 용액을 사용하여 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하는 습식 식각 공정을 실시하여 상기 SiO2 마스크 패턴을 형성한다. Next, a dry or wet etching process using the photoresist pattern as a mask is performed to form a mask pattern. To this end, in the present embodiment, after the photoresist is coated with a thickness of 1 μm or more on the etching mask, a photoresist pattern is formed through a photolithography process. In addition, a wet etching process using the photoresist pattern as an etching mask is performed using a buffered-oxide etch (BOE), hydrofluoric acid (HF), or a dilute solution thereof to form the SiO 2 mask pattern.

이후, 상기 SiO2 마스크 패턴을 식각 마스크로 하여 기판에 습식 식각을 실시하여 기판 표면에 요철을 형성한다. 본 실시예에 따른 사파이어 기판 표면의 요철은 습식 식각에 의해 형성되고, 식각 용액은 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 황산과 인산의 혼합 용액 또는 이들의 희석 용액으로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다. Subsequently, wet etching is performed on the substrate using the SiO 2 mask pattern as an etching mask to form irregularities on the surface of the substrate. The unevenness of the surface of the sapphire substrate according to the present embodiment is formed by wet etching, and the etching solution consists of sulfuric acid (H 2 SO 4 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), a mixed solution of sulfuric acid and phosphoric acid, or a dilute solution thereof. It is preferably selected from the group.

기판의 습식 식각을 위한 식각 용액으로, 사파이어(Al2O3) 또는 GaN 기판인 경우에 H2SO4 또는 H3PO4 용액을 사용할 수 있고, SiC 기판인 경우에 BOE(buffered- oxide etch) 또는 HF 용액을 사용할 수 있고, Si 기판인 경우에 BOE(buffered-oxide etch), HF, HNO3 또는 KOH 용액을 사용할 수 있고, ZnO 기판인 경우에 NaCl 용액을 사용할 수 있고, GaAs 기판인 경우에 H2SO4, NaOH 또는 HNO3 용액을 사용할 수 있고, GaP 또는 InP 기판인 경우에 H2SO4와 KBrO3 혼합 용액을 사용할 수 있다. 물론, 상술한 식각 용액에 한정되지 않고 기타 다양한 식각 용액을 사용할 수 있다.As an etching solution for the wet etching of the substrate, an H 2 SO 4 or H 3 PO 4 solution may be used in the case of sapphire (Al 2 O 3 ) or GaN substrate, and a buffered oxide oxide (BOE) in the case of SiC substrate Or a HF solution, a buffered-oxide etch (BOE), HF, HNO 3 or KOH solution can be used for a Si substrate, a NaCl solution can be used for a ZnO substrate, and a GaAs substrate. H 2 SO 4 , NaOH or HNO 3 solution may be used, and a mixed solution of H 2 SO 4 and KBrO 3 may be used in the case of GaP or InP substrates. Of course, not only the above-described etching solution, but also various other etching solutions may be used.

기판의 습식 식각에 의한 식각률은 기판의 결정 방향에 따라 크게 달라지므로, 식각 마스크 패턴, 식각 용액의 혼합비, 식각 온도, 식각 시간 등의 식각 변수에 따라 식각 단면의 형상을 다양하게 형성할 수 있다. Since the etching rate due to the wet etching of the substrate varies greatly depending on the crystal direction of the substrate, various shapes of the etching cross-section may be formed according to etching parameters such as an etching mask pattern, a mixing ratio of the etching solution, an etching temperature, and an etching time.

상기 요철은 수평면으로 이루어진 볼록부와 경사진 평면 또는 곡면 형상의 측면으로 이루어진 오목부를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 오목부의 하부는 경사진 평면, 곡면, 선 또는 점의 형상인 것이 바람직하다. The unevenness preferably includes a convex portion formed of a horizontal plane and a concave portion formed of an inclined flat or curved side surface. In addition, the lower portion of the recess is preferably in the shape of an inclined plane, curved surface, lines or points.

본 실시예는 상기 마스크 패턴을 스트라이프형 구조로 형성하고, 상기 스트라이프형 구조의 길이 방향이 사파이어 기판 결정의 <11-20> 방향에 평행하도록 형성한다. 식각 용액은 황산 : 인산의 부피 비율이 3:1인 황산과 인산의 혼합 용액을 사용하고, 275℃의 식각 온도에서 30분 동안 습식 식각을 진행하였다. 도 7a는 이러한 습식 식각을 실시하여 기판(100) 표면에 요철(110a, 110b)이 형성된 경우의 단면을 나타낸 광학 현미경 사진이다. 도면에서 볼 수 있듯이, 기판(100) 표면에 형성된 요철(110a, 110b)은 서로 다른 기울기를 갖는 비대칭적인 단면 형상을 갖 고, 그 하부는 수평한 평면이 아닌 선의 형상인 오목부(110b)를 포함한다. In this embodiment, the mask pattern is formed in a stripe structure, and the stripe structure is formed so that the longitudinal direction thereof is parallel to the <11-20> direction of the sapphire substrate crystal. As the etching solution, a mixture solution of sulfuric acid and phosphoric acid having a volume ratio of sulfuric acid: phosphoric acid is 3: 1, and wet etching was performed at an etching temperature of 275 ° C. for 30 minutes. FIG. 7A is an optical photomicrograph showing a cross section in the case where the irregularities 110a and 110b are formed on the surface of the substrate 100 by performing such wet etching. As can be seen in the figure, the unevenness (110a, 110b) formed on the surface of the substrate 100 has an asymmetric cross-sectional shape having different inclinations, the lower portion of the concave portion (110b) in the shape of a line rather than a horizontal plane Include.

동일한 식각 마스크 패턴을 사용하더라도, 식각 마스크 패턴의 방향, 식각 용액의 물질, 식각 용액의 혼합비, 식각 온도, 식각 시간 등의 조건을 다르게 하여, 다양한 형상의 식각 단면 형상을 얻을 수 있다. 예를 들어, 상술한 바와 동일한 스트라이프형 구조의 마스크 패턴을 이용하는 경우에, 상기 스트라이프형 구조의 길이 방향이 사파이어 기판 결정의 <11-00> 방향에 평행하도록 형성하고 상기와 동일한 식각 조건 하에 식각을 진행하여, 도 7b에 도시한 바와 같은 단면 형상의 요철을 형성할 수 있다. 즉, 기판(100) 표면에 형성된 요철(120a, 120b)은 동일한 기울기를 갖는 대칭적인 단면 형상을 갖고, 그 하부는 수평한 평면이 아닌 선의 형상인 오목부(120b)를 포함한다. Even when the same etching mask pattern is used, etching cross-sectional shapes of various shapes may be obtained by varying the conditions of the direction of the etching mask pattern, the material of the etching solution, the mixing ratio of the etching solution, the etching temperature, and the etching time. For example, in the case of using the mask pattern of the same stripe structure as described above, the longitudinal direction of the stripe structure is formed to be parallel to the <11-00> direction of the sapphire substrate crystal and etching is performed under the same etching conditions as described above. Proceeding, it is possible to form irregularities in the cross-sectional shape as shown in Fig. 7B. That is, the irregularities 120a and 120b formed on the surface of the substrate 100 have a symmetrical cross-sectional shape having the same inclination, and a lower portion thereof includes a recess 120b having a line shape rather than a horizontal plane.

이와 같이 식각 조건에 따라 요철의 오목부를 일정한 기울기 또는 곡률을 갖는 측면으로 형성하거나, 다양한 기울기 또는 곡률을 갖는 측면으로 형성하거나, 즉 기울기 또는 곡률이 서로 다른 면이 연결된 측면으로 형성할 수도 있다. 또는 식각 깊이 및 너비를 다양하게 형성할 수 있다. As described above, the recesses of the unevenness may be formed as side surfaces having a constant inclination or curvature, or may be formed as side surfaces having various inclinations or curvatures, that is, the sidewalls having different inclinations or curvatures may be formed. Alternatively, the etching depth and width may be variously formed.

상기와 같이 기판 표면에 요철을 형성한 다음, 습식 및 건식 식각을 통해 상기 식각 마스크 패턴을 제거한다. 본 실시예의 SiO2 마스크 패턴은 BOE(buffered-oxide etch), 불산(HF) 또는 이들의 희석 용액을 사용한 습식 식각을 통해 제거된다. After the irregularities are formed on the surface of the substrate as described above, the etching mask pattern is removed through wet and dry etching. The SiO 2 mask pattern of this embodiment is removed through wet etching using a buffered-oxide etch (BOE), hydrofluoric acid (HF) or a dilute solution thereof.

다음으로, 상기와 같이 요철이 형성된 기판 상에 반도체층을 형성한다. Next, a semiconductor layer is formed on the board | substrate with which the unevenness | corrugation was formed as mentioned above.

반도체로는 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN 등이 있으며, 본 실시예는 MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) 법을 이용하여 GaN 반도체층을 형성한다. 이 때, 제조되는 반도체층에 따라 MOCVD 장비에 주입되는 분위기(캐리어) 가스, 원료 가스들을 다양하게 변화시킬 수 있다. 즉, 반도체층으로 GaN 반도체층을 형성할 경우, 분위기 가스로 질소, 수소 또는 질소와 수소의 혼합가스를 이용하며, Ga 소스로 트리메틸갈륨(Trimethygallium)과 N 소스로 암모니아(NH3)를 이용하여 성장한다. 여기서, 분위기 가스로 수소 또는 질소를 사용할 수도 있고, 수소와 질소를 혼합하여 사용할 수도 있으며, Ga 소스로 상기 트리메틸갈륨 대신 트리에틸갈륨(Triethygallium)을 사용할 수도 있고, 또한 N 소스로 암모니아에 N2H4를 첨가하여 사용할 수 있고 디메틸히드라진(Dimethylhyrazine)을 사용할 수도 있다.Examples of the semiconductor include GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, and the like. In this embodiment, a GaN semiconductor layer is formed by using a metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. At this time, the atmosphere (carrier) gas and the source gas injected into the MOCVD equipment may be variously changed according to the semiconductor layer to be manufactured. That is, when the GaN semiconductor layer is formed as a semiconductor layer, nitrogen, hydrogen, or a mixed gas of nitrogen and hydrogen is used as an atmosphere gas, and trimethylgallium is used as a Ga source and ammonia (NH 3 ) is used as an N source. To grow. Here, hydrogen or nitrogen may be used as an atmosphere gas, or hydrogen and nitrogen may be mixed and triethylgallium may be used instead of trimethylgallium as a Ga source, and N 2 H may be used as an N source for ammonia. 4 may be added and dimethylhyrazine may be used.

상기 반도체층으로 InN 반도체층을 형성할 경우, 분위기 가스로 질소를 이용하며, In 소스로 트리메틸인듐(Trimethyindium)과 N 소스로 암모니아(NH3)를 이용하여 성장한다. 여기서, 분위기 가스와 In 소스 및 N 소스 가스가 다양하게 변경될 수 있음은 물론이다.When the InN semiconductor layer is formed as the semiconductor layer, nitrogen is used as the atmosphere gas, and trimethylindium is used as the In source and ammonia (NH 3 ) is used as the N source. Here, the atmosphere gas and the In source and the N source gas may be variously changed.

상기 반도체층으로 AlN 단결정 박막을 형성할 경우, 분위기 가스로 수소를 이용하며, Al 소스로 트리메틸알루미늄(Trimethyalumium)과 N 소스로 암모니아(NH3)를 이용하여 성장한다. 여기서, 분위기 가스와 Al 소스 및 N 소스 가스가 다양하게 변경될 수 있음은 물론이다.When the AlN single crystal thin film is formed as the semiconductor layer, hydrogen is used as an atmosphere gas, and trimethylaluminum as an Al source and ammonia (NH 3 ) as an N source are grown. Here, the atmosphere gas and the Al source and the N source gas may be variously changed.

상기 반도체층으로 InGaN 단결정 박막을 형성할 경우, 분위기 가스로 질소를 이용하며, In 소스로 트리메틸인듐(Trimethyindium)과 Ga 소스로 트리메틸갈륨(Trimethygallium)과 N 소스로 암모니아(NH3)를 이용하여 성장한다. 여기서, 분위기 가스와 In 소스, Ga 소스 및 N 소스 가스가 다양하게 변경될 수 있음은 물론이다.When the InGaN single crystal thin film is formed as the semiconductor layer, it is grown using nitrogen as an atmosphere gas, trimethyindium as an In source, trimethygallium as a Ga source, and ammonia (NH 3 ) as an N source. do. Here, the atmosphere gas, the In source, the Ga source, and the N source gas may be variously changed.

상기 반도체층으로 AlGaN 단결정 박막을 형성할 경우, 분위기 가스로 수소를 이용하며, Al 소스로 트리메틸알루미늄(Trimethyalumium)과 Ga 소스로 트리메틸갈륨(Trimethygallium)과 N 소스로 암모니아(NH3)를 이용하여 성장한다. 여기서, 분위기 가스와 In 소스, Al 소스, Ga 소스 및 N 소스 가스가 다양하게 변경될 수 있음은 물론이다.When the AlGaN single crystal thin film is formed as the semiconductor layer, it is grown by using hydrogen as an atmosphere gas, trimethalum as an Al source, trimethygallium as a Ga source, and ammonia (NH 3 ) as an N source. do. Here, of course, the atmosphere gas and the In source, Al source, Ga source and N source gas can be variously changed.

또한, 상기 반도체층으로 InAlGaN 단결정 박막을 형성할 경우, 분위기 가스로 수소 또는 질소를 이용하며, In 소스로 트리메틸인듐(Trimethyindium)과, Al 소스로 트리메틸알루미늄(Trimethyalumium)과 Ga 소스로 트리메틸갈륨(Trimethygallium)과 N 소스로 암모니아(NH3)를 이용하여 성장한다. 여기서, 분위기 가스와 In 소스, Al 소스, Ga 소스 및 N 소스 가스가 다양하게 변경될 수 있음은 물론이다. In the case of forming an InAlGaN single crystal thin film as the semiconductor layer, hydrogen or nitrogen is used as an atmosphere gas, trimethyindium is used as an In source, trimethyalumium is used as an Al source, and trimethygallium is used as a Ga source. And ammonia (NH 3 ) as the N source. Here, of course, the atmosphere gas and the In source, Al source, Ga source and N source gas can be variously changed.

상기 언급한 바와 같이, 반도체층의 성장은 3단계의 성장 단계를 포함한다. 즉, 제 1 단계에서는 초기의 비교적 저온에서 에피택셜층의 성장을 위한 씨드(seed)를 형성하고, 제 2 단계에서는 에피택셜층을 삼각형 또는 사다리꼴의 단면 형상으로 수직 성장시키고, 제 3 단계는 에피택셜층을 수평 성장시킨다. 이러한 에피택셜층의 수직 및 수평 성장은 평탄하고 연속적인 반도체층을 형성할 때까지 지속될 수 있다.As mentioned above, the growth of the semiconductor layer includes three growth stages. In other words, in the first step, a seed for growing the epitaxial layer is formed at an initial relatively low temperature, in the second step, the epitaxial layer is vertically grown in a triangular or trapezoidal cross-sectional shape, and the third step is epitaxial. The tactile layer is grown horizontally. Vertical and horizontal growth of such epitaxial layers may continue until a flat, continuous semiconductor layer is formed.

이를 위해, 본 실시예는 요철이 형성된 사파이어 기판 상에 560℃의 저온에서 1분 45초 동안 질화갈륨(GaN)의 저온 핵형성층을 성장시킨다. 상기 저온 핵형성층 상에 1020℃의 수직 성장이 활발한 온도에서 60분동안 질화갈륨 에피택셜층을 성장시킨다. 그 다음에, 1160℃의 수평 성장이 활발한 온도에서 120분동안 질화갈륨 에피택셜층을 성장시킨다. To this end, the present embodiment grows a low temperature nucleation layer of gallium nitride (GaN) for 1 minute 45 seconds at a low temperature of 560 ℃ on the sapphire substrate on which the irregularities are formed. The gallium nitride epitaxial layer is grown on the low temperature nucleation layer for 60 minutes at a vertical growth temperature of 1020 ° C. Then, the gallium nitride epitaxial layer is grown for 120 minutes at a temperature at which the horizontal growth of 1160 ° C is active.

도 8은 수직 성장된 질화갈륨 반도체층을 나타낸 단면 사진으로, 질화갈륨 반도체층(300)은 요철의 볼록부(110a)와 오목부(110b)에 성장된다. 도 9는 수직 및 수평 성장된 질화갈륨 반도체층을 나타낸 사진으로, 성장이 진행됨에 따라 볼록부(110a)에서 오목부(110b)를 가로질러 수평 성장된 질화갈륨 에피택셜층은 오목부(110b)에 성장된 질화갈륨 에피택셜층을 덮고, 인접한 볼록부(110a)에서 수평 성장된 질화갈륨 에피택셜층과 봉합하여 저결함 질화갈륨 반도체층(300)을 형성하는 것을 볼 수 있다. 또한 오목부(110b) 또는 질화갈륨 반도체층(300) 내부에 오목부 공동(150) 또는 봉합부 공동(350)을 포함할 수 있다. 8 is a cross-sectional view showing a vertically grown gallium nitride semiconductor layer, the gallium nitride semiconductor layer 300 is grown in the convex portion (110a) and concave portion (110b) of the uneven. 9 is a photo showing a vertically and horizontally grown gallium nitride semiconductor layer, and as the growth progresses, the gallium nitride epitaxial layer grown horizontally across the concave portion 110b in the convex portion 110a is the concave portion 110b. It can be seen that the low-gap gallium nitride semiconductor layer 300 is formed by covering the gallium nitride epitaxial layer grown on the semiconductor layer and sealing the gallium nitride epitaxial layer grown horizontally in the adjacent convex portion 110a. In addition, the recess 110b or the gallium nitride semiconductor layer 300 may include a recess cavity 150 or a seal cavity 350.

상기 볼록부(110a)에서 성장된 질화갈륨 에피택셜층이 오목부(110b)에 성장된 질화갈륨 에피택셜층에 방해받지 않고 오목부(110b) 상부에 수평 성장할 수 있는 이유는, 요철(110a, 110b)을 형성하는 각 면들 상부에 성장되는 에피택셜층의 성장률, 성장 방향 또는 결정 방향 등이 서로 다르기 때문이다. The reason why the gallium nitride epitaxial layer grown in the convex portion 110a may be horizontally grown on the concave portion 110b without being disturbed by the gallium nitride epitaxial layer grown in the concave portion 110b may be unevenness 110a, This is because the growth rate, growth direction, or crystal direction of the epitaxial layer grown on the upper surfaces of the surfaces forming 110b) is different from each other.

도 10a 내지 도 10c는 본 실시예에 따른 질화갈륨 반도체층의 부분 단면을 나타낸 TEM(Transmission Electron Microscopy) 사진이다.10A to 10C are transmission electron microscopy (TEM) photographs showing a partial cross section of the gallium nitride semiconductor layer according to the present embodiment.

요철의 볼록부와 질화갈륨 반도체층을 나타낸 도 10a를 참조하면, 요철의 볼록부(110a)와 질화갈륨 반도체층(300)의 경계면에서부터 관통 전위(400)가 전파되는 것을 볼 수 있다. 또한 요철의 볼록부에 형성된 질화갈륨 반도체층(300) 표면의 단면을 나타낸 도 10b를 참조하면, 관통 전위의 밀도가 현저하게 감소한 것을 볼 수 있다. 또한 봉합된 질화갈륨 반도체층(300)의 단면을 나타내는 도 10c를 참조하면, 질화갈륨 반도체층(300) 내부에 봉합부 공동(350)을 형성하며, 수평 성장된 질화갈륨 반도체층(300)으로 인해 수직 방향으로 전파되는 관통 전위가 관찰되지 않음을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 10A, which shows the convex portion and the gallium nitride semiconductor layer of the unevenness, it can be seen that the penetration potential 400 propagates from the interface between the convex portion 110a and the gallium nitride semiconductor layer 300 of the unevenness. In addition, referring to FIG. 10B showing a cross section of the surface of the gallium nitride semiconductor layer 300 formed on the convex portion of the uneven portion, it can be seen that the density of the through dislocations is significantly reduced. Referring to FIG. 10C, which shows a cross-section of the sealed gallium nitride semiconductor layer 300, a sealing cavity cavity 350 is formed in the gallium nitride semiconductor layer 300, and the gallium nitride semiconductor layer 300 is horizontally grown. It can be seen that the penetration potential propagated in the vertical direction is not observed.

본 실시예의 각 단계에서 반도체층의 수직 및 수평 성장을 위해 성장 온도를 제어하였으나, 이에 한정되지 않고, 공급되는 원료의 비율, 분위기 가스, 압력, 시간 등을 제어할 수도 있다. In each step of the present embodiment, the growth temperature is controlled for vertical and horizontal growth of the semiconductor layer.

본 발명에 따른 반도체 구조물의 제조 방법은 상술한 바에 한정되지 않고, 다양한 수정과 변경이 가능하다. 예를 들어, 상기의 실시예에서는 질화갈륨 반도체층을 제조하는 것에 관하여 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 본 발명은 상기 설명한 바와 같은 질화갈륨 반도체 외에도 원료 물질을 변경하여 다양한 화합물 반도체의 단결정 박막을 제조할 수 있다. The manufacturing method of the semiconductor structure according to the present invention is not limited to the above, and various modifications and changes are possible. For example, in the above embodiment, the manufacturing of the gallium nitride semiconductor layer is exemplified, but the present invention is not limited thereto. In addition to the gallium nitride semiconductor as described above, the present invention may be used to manufacture single crystal thin films of various compound semiconductors. Can be.

이와 같이 본 발명은 경사진 평면 또는 곡면 형상의 측면으로 이루어진 오목부의 요철이 형성된 기판 상에 수평 성장에 의해 반도체층을 형성함으로써, 결정 결함을 감소시켜 신뢰성을 높이고, 내부 양자 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 요철의 오목부에 형성되어 반도체층의 표면과 평행 또는 수직이 아닌 다양한 각을 갖는 표면으로 인해 외부 양자 효율을 향상시킬 수 있다. As described above, the present invention forms a semiconductor layer by horizontal growth on a substrate on which concave and convex portions formed of inclined flat or curved side surfaces are formed, thereby reducing crystal defects, thereby increasing reliability and improving internal quantum efficiency. . In addition, the external quantum efficiency may be improved due to the surface having various angles formed in the concave and convex portions of the concave-convex and not parallel or perpendicular to the surface of the semiconductor layer.

이하, 본 발명에 따른 반도체 발광 다이오드 및 이의 제조 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a semiconductor light emitting diode and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described.

본 발명은 상술한 공정에 따라 제조되어 결정 결함이 감소되고 결정성이 향상된 반도체층을 성장시켜 반도체 발광 다이오드를 형성하는 것을 특징으로 한다. The present invention is characterized by forming a semiconductor light emitting diode by growing a semiconductor layer manufactured according to the above-described process to reduce crystal defects and improve crystallinity.

도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 반도체 발광 다이오드를 도시한 단면도이다. 11 and 12 are cross-sectional views illustrating a semiconductor light emitting diode according to the present invention.

도 11을 참조하면, 발광 다이오드는 요철(1100a, 1100b)이 형성된 기판(1000)과, 기판(1000) 상에 형성된 저결함 반도체층(3000), 상기 반도체층(3000) 상에 순차적으로 형성된 N형 반도체층(4000), 활성층(5000) 및 P형 반도체층(6000)을 포함한다. Referring to FIG. 11, a light emitting diode includes a substrate 1000 on which unevennesses 1100a and 1100b are formed, a low defect semiconductor layer 3000 formed on the substrate 1000, and N formed sequentially on the semiconductor layer 3000. The semiconductor layer 4000 includes an active layer 5000, an active layer 5000, and a P-type semiconductor layer 6000.

이러한 반도체 발광 다이오드의 제조 공정에 대해 설명한다. The manufacturing process of such a semiconductor light emitting diode will be described.

먼저, 기판(1000) 상에 상술한 바와 같은 저결함 반도체층(3000)을 형성한다. 즉, 습식 식각을 통해 기판(1000) 표면에 수평한 평면의 볼록부(1100a)와 경사진 평면 또는 곡면 형상의 측면으로 이루어진 오목부(1200b)의 요철을 형성한 후, 그 상부에 수직 및 수평 성장에 의해 반도체층(3000)을 형성한다. First, the low defect semiconductor layer 3000 as described above is formed on the substrate 1000. That is, through the wet etching, the convex portion 1100a of the horizontal plane and the concave portion 1200b formed of the inclined plane or the curved side surface are formed on the surface of the substrate 1000, and then vertically and horizontally thereon. The semiconductor layer 3000 is formed by growth.

상기 저결함 반도체층(3000) 상에 순차적으로 N형 반도체층(4000), 활성 층(5000) 및 P형 반도체층(6000)을 형성한다. The N-type semiconductor layer 4000, the active layer 5000, and the P-type semiconductor layer 6000 are sequentially formed on the low defect semiconductor layer 3000.

상기 N형 반도체층(4000)은 전자가 생성되는 층으로, N형 불순물이 도핑된 화합물 반도체층을 사용한다. The N-type semiconductor layer 4000 is a layer in which electrons are generated, and uses a compound semiconductor layer doped with N-type impurities.

상기 활성층(5000)은 소정의 밴드 갭과 양자 우물이 만들어져 전자 및 정공이 재결합되는 영역으로, InGaN을 포함하여 형성할 수 있다. 또한, 활성층(5000)을 이루는 물질의 종류에 따라 전자 및 전공이 결합하여 발생하는 발광 파장이 변화된다. 따라서, 목표로 하는 파장에 따라 활성층(5000)에 포함되는 반도체 재료를 조절하는 것이 바람직하다. The active layer 5000 is a region in which a predetermined band gap and a quantum well are made to recombine electrons and holes, and may include InGaN. In addition, the emission wavelength generated by the combination of electrons and holes is changed according to the type of material constituting the active layer 5000. Therefore, it is preferable to adjust the semiconductor material included in the active layer 5000 according to the target wavelength.

또한, 상기 P형 반도체층(6000)은 정공이 생성되는 층으로, P형 불순물이 도핑된 화합물 반도체층을 사용한다. In addition, the P-type semiconductor layer 6000 is a layer in which holes are formed, and uses a compound semiconductor layer doped with P-type impurities.

상술한 물질층들은 유기금속 화학 증착법(MOCVD), 화학 증착법(CVD), 플라즈마 화학 증착법(PCVD), 분자선 성장법(MBE), 수소화물 기상 성장법(HVPE) 등을 포함한 다양한 증착 및 성장 방법을 통해 형성된다.The material layers described above may be fabricated using a variety of deposition and growth methods, including organometallic chemical vapor deposition (MOCVD), chemical vapor deposition (CVD), plasma chemical vapor deposition (PCVD), molecular beam growth (MBE), hydride vapor deposition (HVPE), and the like. Is formed through.

다음으로, 도 12에 도시한 바와 같이 소정의 식각 공정을 통해 상기 P형 반도체층(6000) 및 활성층(5000)의 일부를 제거하여 상기 N형 반도체층(4000)의 일부를 노출시킨 후, P형 반도체층(6000)과 노출된 N형 반도체층(4000) 상에 P형 전극(7000) 및 N형 전극(8000)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 12, a portion of the N-type semiconductor layer 4000 is exposed by removing a portion of the P-type semiconductor layer 6000 and the active layer 5000 through a predetermined etching process. The P-type electrode 7000 and the N-type electrode 8000 are formed on the type semiconductor layer 6000 and the exposed N-type semiconductor layer 4000.

상기 P형 반도체층(6000)에 균일한 전류를 낮은 저항으로 넓은 영역에 주입하고 광의 투과율을 향상시킬 수 있도록, 상기 P형 반도체층(6000)과 상기 P형 전극(7000) 사이에 투명전극층을 더 형성할 수 있다. 상기 투명전극층으로는 ITO(Indium Tin Oxide), ZnO 또는 전도성을 갖는 투명 금속을 사용할 수 있다. 또한, 상기 P형 전극(7000) 및 N형 전극(8000)을 형성하기 전에 P형 반도체층(6000) 또는 노출된 N형 반도체층(4000) 상부에 전류의 공급을 원활히 하기 위한 별도의 오믹금속층을 더 형성할 수도 있다. 상기 오믹금속층으로는 Cr, Au를 사용할 수 있다.A transparent electrode layer is disposed between the P-type semiconductor layer 6000 and the P-type electrode 7000 to inject a uniform current into the P-type semiconductor layer 6000 in a large area with low resistance and improve light transmittance. It can form more. As the transparent electrode layer, indium tin oxide (ITO), ZnO, or a transparent metal having conductivity may be used. In addition, a separate ohmic metal layer for smoothly supplying current to the P-type semiconductor layer 6000 or the exposed N-type semiconductor layer 4000 before forming the P-type electrode 7000 and the N-type electrode 8000. May be further formed. Cr and Au may be used as the ohmic metal layer.

본 발명의 발광 다이오드는 상술한 설명에 한정되지 않고, 소자의 특성 및 공정의 편의에 따라 다양한 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 저결함 반도체층 상에 N형 반도체층, 활성층 및 P형 반도체층을 형성하지 않고, 상기 저결함 반도체층에 N형 또는 P형 불순물을 도핑하여 형성할 수도 있다. 즉, 저결함 반도체층의 성장 초기부터, 또는 성장 도중에 N형 또는 P형 불순물을 도핑하여 형성할 수 있다. 또한 플립칩(flip chip) 구조의 소자를 제조할 수 있다. 또한, N형 전극을 형성하기 위해 상술한 바와 같이 P형 반도체층 및 활성층을 식각하지 않고, 레이저 리프트 오프(laser lift-off) 공정을 통해 기판을 제거한 후, N형 전극을 N형 반도체층의 하면에 형성함으로써 P형 전극과 수직한 구조의 소자를 제조할 수 있다. The light emitting diode of the present invention is not limited to the above description, and may be formed in various structures according to the characteristics of the device and the convenience of the process. For example, the N-type or P-type impurities may be doped into the low-defect semiconductor layer without forming an N-type semiconductor layer, an active layer, and a P-type semiconductor layer on the low-defect semiconductor layer. That is, it can be formed by doping N-type or P-type impurities from the beginning of growth or during the growth of the low defect semiconductor layer. In addition, a device having a flip chip structure can be manufactured. Also, as described above, the substrate is removed through a laser lift-off process without etching the P-type semiconductor layer and the active layer to form the N-type electrode, and then the N-type electrode is formed of the N-type semiconductor layer. By forming in the lower surface, the element of the structure perpendicular | vertical to a P-type electrode can be manufactured.

도 13은 본 발명에 따른 반도체 발광 다이오드의 발광 특성을 나타내는 그래프로, 전극이 형성되지 않는 박막 상태에서 PL(photoluminescence)을 측정한 결과를 나타내었다. 비교예1은 평면 기판 상에 반도체층을 형성하고, N형 반도체층, 활성층 및 P형 반도체층을 형성한 경우를 나타낸 것이고, 실시예1은 요철이 형성된 기판 상에 반도체층을 형성하고, N형 반도체층, 활성층 및 P형 반도체층을 형성한 경우를 나타낸 것이다. 도면에서 볼 수 있듯이, 요철이 형성된 기판 상에 반도체층 을 성장시킨 실시예1은 비교예1에 비해 발광 강도가 현저하게 높은 것을 볼 수 있다. FIG. 13 is a graph showing light emission characteristics of a semiconductor light emitting diode according to the present invention, and shows a result of measuring photoluminescence (PL) in a thin film state in which no electrode is formed. Comparative Example 1 shows a case where a semiconductor layer is formed on a planar substrate, and an N-type semiconductor layer, an active layer, and a P-type semiconductor layer are formed. Example 1 forms a semiconductor layer on a substrate on which unevenness is formed, and N The case where a type semiconductor layer, an active layer, and a P type semiconductor layer were formed is shown. As can be seen in the drawing, Example 1 in which the semiconductor layer was grown on a substrate on which the unevenness was formed can be seen that the emission intensity was significantly higher than that of Comparative Example 1.

하기 표 1은 본 발명에 따른 반도체 발광 다이오드의 발광 특성을 나타내는 것으로, 전극을 형성한 구조에 대해 EL(electroluminescence) 출력비를 측정한 결과를 나타내었다. 비교예2는 평면 기판 상에 반도체층을 형성하고, N형 반도체층, 활성층 및 P형 반도체층을 형성한 경우를 나타낸 것이고, 실시예2, 3, 4는 요철이 형성된 기판 상에 반도체층을 형성하고, N형 반도체층, 활성층 및 P형 반도체층을 형성한 경우를 나타낸 것이다. 상기 비교예2와 실시예2, 3, 4는 기판 표면의 형상 및 반도체층의 성장 조건을 제외하고, 모든 조건이 동일하며, 발광 파장은 405㎚이다. 비교예2의 발광 다이오드의 발광 출력을 1로 하여 비교한 값을 나타내었다. Table 1 shows the light emission characteristics of the semiconductor light emitting diode according to the present invention, and shows the result of measuring the EL (electroluminescence) output ratio with respect to the structure in which the electrode was formed. Comparative Example 2 shows a case where a semiconductor layer is formed on a planar substrate, and an N-type semiconductor layer, an active layer, and a P-type semiconductor layer are formed. Examples 2, 3, and 4 show a semiconductor layer on a substrate on which irregularities are formed. The case where it forms and the N type semiconductor layer, the active layer, and the P type semiconductor layer is shown. In Comparative Examples 2 and 2, 3, and 4, all conditions were the same except for the shape of the substrate surface and the growth conditions of the semiconductor layer, and the emission wavelength was 405 nm. The value compared with the light emission output of the light emitting diode of Comparative Example 2 as 1 is shown.

Figure 112006021711967-pat00001
Figure 112006021711967-pat00001

상기 표 1에서 볼 수 있듯이, 요철이 형성된 기판 상에 반도체층을 성장시킨 실시예2, 3, 4는 비교예2에 비해 발광 출력이 높은 것을 볼 수 있다. 또한, 요철의 오목부의 너비가 상대적으로 넓어질수록 발광 출력이 높은 것을 볼 수 있다. 이는 요철의 오목부 상부에 수평 성장되는 반도체층으로 인해, 결정 결함이 감소되어 내부 양자 효율을 증가시키기 때문이다. 또한 요철의 오목부에 형성되는 다양한 각을 갖는 표면으로 인해 외부 양자 효율을 증가시키기 때문이다. As can be seen in Table 1, Examples 2, 3, and 4 in which the semiconductor layer was grown on the substrate on which the irregularities were formed can be seen that the luminous output is higher than that of Comparative Example 2. In addition, it can be seen that the light output is higher as the width of the concave portion of the unevenness becomes relatively wider. This is because, due to the semiconductor layer growing horizontally over the recesses of the unevenness, crystal defects are reduced to increase the internal quantum efficiency. This is because the external quantum efficiency is increased due to the surfaces having various angles formed in the recesses of the unevenness.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허 청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail using the preferable Example, the scope of the present invention is not limited to a specific Example and should be interpreted by the attached Claim. In addition, those skilled in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.

본 발명은 습식 식각을 통해 기판 표면에 요철을 형성하고, 수평면으로 이루어진 요철의 볼록부 상에 삼각형 또는 사다리꼴 단면 형상의 반도체층을 수직 성장시킨 후, 오목부 위로 수평 성장시켜 반도체층의 관통 전위를 감소시켜 결정성을 향상시킬 수 있다. 이로 인해 발광 다이오드의 내부 양자 효율을 향상시키고 신뢰성을 확보할 수 있다. 또한 요철의 오목부에 형성되어 반도체층의 표면과 평행 또는 직각이 아닌 다양한 각을 갖는 표면으로 인해 적출 효율을 향상시킬 수 있다. The present invention forms irregularities on the surface of the substrate through wet etching, vertically grows a semiconductor layer having a triangular or trapezoidal cross-sectional shape on a convex portion of the irregularities formed in a horizontal plane, and then horizontally grows the recessed portion to increase the penetration potential of the semiconductor layer. Can be reduced to improve crystallinity. This improves the internal quantum efficiency of the light emitting diode and ensures reliability. In addition, the extraction efficiency can be improved due to the surface having various angles which are formed in the concave and convex portions of the uneven surface and are not parallel or perpendicular to the surface of the semiconductor layer.

Claims (20)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 요철이 형성된 기판을 마련하는 단계;Providing a substrate having irregularities formed thereon; 400 내지 800℃의 온도에서 저온 핵형성층 또는 저온 버퍼층을 형성하는 단계와, 900 내지 1150℃의 온도에서 에피텍셜층을 수직 성장시키는 단계 및 1050 내지 1200℃의 온도에서 에피텍셜층을 수평 성장시키는 단계를 포함하여 상기 기판 상에 반도체층을 형성하는 단계; 를 포함하고,Forming a low temperature nucleation layer or a low temperature buffer layer at a temperature of 400 to 800 ° C., vertically growing the epitaxial layer at a temperature of 900 to 1150 ° C., and horizontally growing the epitaxial layer at a temperature of 1050 to 1200 ° C. Forming a semiconductor layer on the substrate, including; Including, 상기 요철은 수평면으로 이루어진 볼록부와 경사진 평면 또는 곡면 형상의 측면으로 이루어진 오목부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 구조물의 제조 방법.The unevenness is a manufacturing method of a semiconductor structure, characterized in that it comprises a concave portion consisting of a convex portion consisting of a horizontal plane and an inclined plane or curved side. 청구항 11에 있어서,The method according to claim 11, 상기 요철이 형성된 기판을 마련하는 단계는,Providing the substrate on which the irregularities are formed, 평면 기판 상에 식각 마스크 패턴을 형성하는 단계;Forming an etching mask pattern on the planar substrate; 상기 식각 마스크 패턴을 통한 습식 식각을 실시하여 요철을 형성하는 단계; 및Performing wet etching through the etching mask pattern to form irregularities; And 상기 식각 마스크 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 구조물의 제조 방법.Removing the etch mask pattern. 청구항 12에 있어서,The method according to claim 12, 상기 기판은 사파이어(Al2O3), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP 또는 GaAs으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체 구조물의 제조 방법.The substrate is a method of manufacturing a semiconductor structure, characterized in that selected from the group consisting of sapphire (Al 2 O 3 ), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP or GaAs. 청구항 13에 있어서,The method according to claim 13, 상기 습식 식각은 H2SO4, H3PO4, BOE(buffered-oxide etch), HF, HNO3, KOH, NaCl, NaOH, KBrO3 용액, 이들의 혼합 용액 또는 이들의 희석 용액으로 이루어진 군에서 선택되는 식각 용액을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 구조물의 제조 방법.The wet etching is performed in the group consisting of H 2 SO 4 , H 3 PO 4 , buffered-oxide etch (BOE), HF, HNO 3 , KOH, NaCl, NaOH, KBrO 3 solution, a mixed solution thereof, or a dilute solution thereof. Method for producing a semiconductor structure, characterized in that using the etching solution selected. 청구항 11에 있어서,The method according to claim 11, 상기 에피텍셜층은 상기 볼록부로부터 수직 방향으로 성장된 후 상기 오목부를 가로질러 수평 방향으로 성장되는 것을 특징으로 하는 반도체 구조물의 제조 방법.And wherein the epitaxial layer is grown in a vertical direction from the convex portion and then in a horizontal direction across the concave portion. 삭제delete 청구항 11 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 11 to 14, 상기 반도체층을 형성하는 단계는 유기금속 화학 증착법(MOCVD), 화학 증착법(CVD), 플라즈마 강화 화학 증착법(PECVD), 분자선 성장법(MBE) 또는 수소화물 기상 성장법(HVPE)을 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체 구조물의 제조 방법.The forming of the semiconductor layer may include organometallic chemical vapor deposition (MOCVD), chemical vapor deposition (CVD), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), molecular beam growth (MBE), or hydride vapor deposition (HVPE). The manufacturing method of the semiconductor structure. 청구항 11 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 11 to 14, 상기 반도체층은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN 또는 InAlGaN으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체 구조물의 제조 방법.The semiconductor layer is a method of manufacturing a semiconductor structure, characterized in that selected from the group consisting of GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN or InAlGaN. 청구항 11 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 11 to 14, 상기 반도체층 상에 N형 반도체층 및 P형 반도체층을 형성하는 단계를 더 포함하는 반도체 구조물의 제조 방법.Forming an N-type semiconductor layer and a P-type semiconductor layer on the semiconductor layer. 삭제delete
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