KR100943092B1 - 질화물 반도체 발광다이오드 및 이의 제조방법 - Google Patents

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KR100943092B1 KR1020090043014A KR20090043014A KR100943092B1 KR 100943092 B1 KR100943092 B1 KR 100943092B1 KR 1020090043014 A KR1020090043014 A KR 1020090043014A KR 20090043014 A KR20090043014 A KR 20090043014A KR 100943092 B1 KR100943092 B1 KR 100943092B1
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이경하
박기연
김상봉
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주식회사 시스넥스
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본 발명은 질화물 반도체 발광다이오드 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 질화물 반도체 발광다이오드에서 나노 구조 질화갈륨층(19) 또는 원뿔형 질화갈륨층(20)을 적용함으로써 나노 구조 질화갈륨층(19) 위에 성장되는 질화갈륨층의 광학적, 전기적, 결정학적 특성 향상 및 외부 양자 효율 증대가 가능하도록 하거나, 원뿔형 질화갈륨층(20)을 형성함으로써 발광층(14)에서 발광하는 빛이 임계각을 벗어난 경우에도 빛이 외부로 방출되어 외부 양자 효율을 극대화시킬 수 있도록 한 것으로, 기판(10) 위에 저온 질화갈륨 버퍼층(11)을 적용한 질화갈륨층(12)을 성장하고, 이 질화갈륨층(12)을 고온 가스 처리를 통해 나노 단위 크기로 제작한 후, 질화물 반도체 발광 다이오드를 성장하는 구조와 p-type 질화갈륨층(15) 또는 발광다이오드 제작의 금속층을 제외한 마지막 위층에 고온 가스 처리를 통해 원뿔형 질화갈륨층(20)을 형성하고, 원뿔형 질화갈륨층 위에 투과성 제 1전극층(16)을 형성하며, 이 제 1전극층(16) 위에 제 2전극층(17)을 형성하고, 제 3전극층(18)은 n-type 질화갈륨층(13)에 형성한 구조로 이루어진다.
질화물, 반도체, 발광다이오드, 질화갈륨, LED, GaN, MOCVD

Description

질화물 반도체 발광다이오드 및 이의 제조방법 {NITRIDE SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DIODE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 질화물 반도체 발광다이오드에서 나노 구조 질화갈륨층 또는 원뿔형 질화갈륨층을 적용함으로써 질화갈륨층의 특성 향상 및 외부 양자 효율을 향상시킬 수 있도록 한 것으로, 상세하게는 기판 위에 질화갈륨층을 성장하고 성장된 질화갈륨층을 고온 가스 처리를 통해 나노 구조로 형성한 후, 그 위에 질화물 반도체 발광다이오드를 제작하기 위한 층인 n-type 질화갈륨층, 발광층, p-type 질화갈륨층 또는 금속층을 제외한 마지막 윗층에 고온 가스 처리를 통해 원뿔형 구조를 형성한 원뿔형 질화갈륨층, 제 1전극층, 제 2전극층을 차례대로 형성하며, 제 3전극층은 상기 n-type 질화갈륨층 위에 형성한 질화물 반도체 발광다이오드 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 질화갈륨(GaN)은 질소의 증기압이 높아 2인치 이상의 기판을 얻기 위한 덩어리 형태의 제작이 어렵기 때문에 아직까지 질화갈륨 기판이 고가이고 상용화되지 못하고 있다. 따라서 질화물 반도체 소자 제조 시 기판으로 사파이어, SiC, Si, GaAs 등이 사용되는데, 이 중 사파이어 기판을 가장 많이 사용하고 있다. 이러한 사파이어 기판으로 질화물 반도체 소자 제조 시 외부 양자 효율을 높이기 위해 패턴이 있는 사파이어 기판을 사용하기도 한다.
종래의 질화물 반도체 발광다이오드의 구조가 도 1 및 도 2에 나타나 있다. 도 1 및 도 2에서 파악되는 바와 같이 종래의 질화물 반도체 발광다이오드는 우선 기판(10) 위에 MOCVD나 MBE를 이용하여 질화갈륨층(12)을 성장하게 된다. 사용되는 기판이 질화갈륨과 서로 다른 이종 기판인 경우에 계면에서부터 많은 결함이 발생하고 질화갈륨층의 성장 두께가 증가하면서 응력에 의한 깨짐 현상, 결정성 저하 등의 문제가 발생하게 되는데, 이를 방지하기 위해 저온 질화갈륨 버퍼층(11)을 사용하게 된다. 질화갈륨층(12)을 성장하기 위해 사용하는 기판(10)은 주로 사파이어가 가장 많이 사용되며, SiC, Si, GaAs 등도 사용되고, 드물게는 유리도 사용이 된다. 또한, 외부 양자 효율을 증가시키기 위해 질화갈륨층(12)이 성장되어지는 기판 표면에 여러 형태의 패턴을 형성하기도 한다.
이를 더욱 상세히 설명하면, 사파이어 기판을 사용하여 질화갈륨층을 성장할 경우 (0001)면에 주로 성장을 하게 되는데, 질화갈륨층과 사파이어 기판 사이의 격자상수 차이에 의해 바로 성장하게 되면 크랙이 발생하고 고품질의 질화갈륨층 성장이 어렵게 된다. 따라서 정상적인 성장온도보다 낮은 500~600℃의 온도에서 저온 질화갈륨 버퍼층(11)을 성장하고 난 후, 성장온도를 올려서 소자에 필요한 층을 성장하게 된다. 저온 질화갈륨 버퍼층(11)은 GaN 나 AlN를 주로 성장하며 두께는 0.5 nm 이하로 성장하여야 고온에서 질화갈륨층 성장 시 결정성 및 성장 특성이 양호하 게 된다. 저온 질화갈륨 버퍼층(11)을 성장한 후 온도를 올려 질화갈륨층(12)을 성장하게 된다. 이때, 일반적인 두께는 2um 이상 성장해야 기판(10)과 저온 질화갈륨 버퍼층(11)의 응력에 기인한 결함의 영향을 줄여서 층의 결정특성을 향상시킬 수 있게 된다. 그 후 질화갈륨층(12) 위에 n-type 질화갈륨층(13)을 성장하게 되는데, 이 때 성장 온도는 1000~1200℃ 이고, n-type 질화갈륨 특성을 얻기 위해서는 실리콘(Si)을 도펀트로 사용하여 도핑을 하게 된다. 또한 n-type 질화갈륨층(13) 성장 시 발광층(14)의 파장에 따라 Al이 혼합된 n-type 질화갈륨층을 성장하기도 한다. n-type 질화갈륨층(13) 성장 후에 발광층(14)을 성장하는데, 다중양자우물(MQW) 또는 단일양자우물(SQW)구조로 형성하기도 한다. 다중양자우물구조가 내부 양자 효율이 더 높아 선호되고 있다. 질화물 반도체 발광 다이오드의 발광층(14)은 발광하고자 하는 파장 대역 조절이 온도, 인듐(In) 조성, 알루미늄(Al)조성에 따라 200~1770nm 까지 변경이 용이한 장점이 있다. 예를 들어 가시광 발광을 위한 발광층을 형성할 때에는 인듐(In)이 함유된 질화갈륨 우물(well)층과 질화갈륨층으로 형성된 장벽(barrier)층이 다층으로 형성하게 되는데 발광층의 결정성 때문에 10층 이내에서 사용되고 있다. 또한, 발광층으로 360nm 이하의 자외선을 발광하고자 할 때에는 알루미늄(Al) 조성이 적은 우물층과 Al 조성이 많은 장벽층을 다층으로 구성하여 사용되고 있다. 발광층(14)을 성장한 후 마그네슘(Mg)이 도핑된 p-type 질화갈륨층(15)을 형성하게 된다. 이러한 p-type 질화갈륨층(15)의 두께는 일반적으로 0.1~0.5um 사이에서 성장하게 된다. 이렇게 성장된 마그네슘(Mg)은 수소 분위기에서 성장되기 때문에 마그네슘(Mg)과 수소가 결합하고 있어 정공 활성화 효율이 매우 저하되어 있는 상태인데, 저하된 정공 활성화 효율을 향상시키기 위해 500~800℃의 질소 또는 질소와 산소가 혼합된 가스 분위기에서 활성화시키게 되면 정공 효율이 향상되게 된다.
정공 활성화 공정까지 끝난 후에 다이오드 제작을 위해 우선 제 3전극층(18)을 형성하는데, p-type 질화갈륨층(15)과 발광층(14)을 식각해 내고 n-type 질화갈륨층(13)위에 형성하게 된다. 제 3전극층(18)을 형성을 위한 금속은 주로 Ti/Al, Cr/Ni/Au 등이 사용된다. Ti/Al의 경우 Ti(<500Å)/ Al(>3000Å) 두께로 형성하며, 금속을 증착한 후, 질소 또는 질소가 포함된 혼합가스 분위기에서 >400℃ 온도에서 적정 시간 동안 열처리하여 오믹접합이 되도록 한다. 제 3전극층(18)을 형성한 다음 제 1 전극층(16)을 형성하게 되는데, 제 1 전극층(16)은 p-type 질화갈륨층(15)의 전면에 전류가 흐를 수 있도록 하기 위해 p-type 질화갈륨층(15)의 표면의 전면에 증착하게 된다. 또한, 발광층(14)에 발광되어진 빛이 외부로 투과될 수 있도록 제 1전극층(16)의 두께를 500Å이하로 하는 것이 외부로 빛이 빠져나오도록 하는데 더 효과적이다. 이러한 제 1 전극층(16)에서 외부 양자 효율을 향상시키기 위해 일정한 모양을 갖는 형태로 형성하기도 한다. 이러한 제 1 전극층(16)에 사용되는 금속은 주로 Ni, Au, Pt, Ru, Au, ITO 등이 있다. 제 1전극층(16)을 형성한 후에 외부 전극과의 와이어 연결을 위해 제 1전극층(16) 위에 Ni/Au를 두껍게 증착하여 제 2 전극층(17)을 형성하기도 하고, Cr/Ni/Au를 사용하여 형성하기도 한다. 제 2 전극층(17)이 형성된 영역은 광이 투과하지 못하기 때문에 제 2 전극층(17)은 본딩 와이어를 위한 최소한의 공간으로 줄여야 한다. 제 2전극층(17)까지 형성이 끝나면 기판의 뒷면을 랩핑/폴리싱하여 전체 두께를 100um 이하로 한 다음에 스크라이브/브레이크하여 개별 소자로 분리하게 된다. 분리된 개별소자는 TO-CAN 타입 패키지나 SMD 타입 패키지에 장착하여 발광소자로서 동작을 하게 된다.
상기한 종래의 기술에서는 외부 양자 효율을 향상시키기 위해 기판 표면에 일정한 형태의 패턴을 형성하게 되는데, 주로 사용되어지는 사파이어 기판인 경우 물질 자체가 단단하고 안정하여 식각이 쉽지 않아 수율이 저하되는 문제, 공정 비용이 상승하는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하고 질화갈륨층의 특성 향상 및 외부 양자 효율을 증대하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 질화물 반도체 발광다이오드 제조 방법에 있어 나노 구조 질화갈륨층을 적용함으로써 나노 구조 질화갈륨층 위에 성장되는 질화길륨층의 광학적, 전기적, 결정학적 특성 향상과 외부 양자 효율 증대 및 원뿔형 질화갈륨층을 형성하여 발광층에서 발광 빛이 임계각을 벗어난 경우에도 빛이 외부로 방출되어 외부 양자 효율을 극대화시킬 수 있도록 하는 데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 서로 다른 기판 위에 질화갈륨층을 형성한 후 고온 가스 처리를 통해 나노 구조를 갖도록 나노 구조 질화갈륨층을 형성하거나, p-type 질화갈륨층 또는 금속층을 제외한 마지막 윗층에 원뿔형 질화갈륨층을 형성하여 질화갈륨 특성을 향상하거나 외부 양자 효율을 향상시킬 수 있도록 한 질화물 반도체 발광다이오드 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서는 질화갈륨과 서로 다른 기판 위에 질화갈륨층을 성장한 후 고온 가스 처리를 통해 나노 구조를 형성하고 그 위에 n-type 질화갈륨층, 발광층, p-type 질화갈륨층, 원뿔형 질화갈륨층, 제 1전극층, 제 2전극층을 차례대로 형성하고, 제 3전극층은 n-type 질화갈륨층 위에 형성하여 질화물 반도체 발광다이오드를 제작한다.
본 발명의 상세한 공정 기술을 보면 나노 구조 질화갈륨층을 형성하기 위한 위한 기판은 주로 사파이어를 사용하지만 ZnO, AlN, GaN, SiC, Si, GaAs, 유리 등도 사용이 가능하다. 직경이 2인치인 사파이어 기판의 경우 두께는 300~450um이며, 성장면으로 주로 C면이 사용되는데 틸트(tilt)를 준 기판과 C면과 다른 성장면인 A면, R면, M면도 다공질의 밀도 변화에 영향을 주기 때문에 사용되어지기도 한다.
상기 기판 위에 질화갈륨층의 성장을 위한 장치로는 MOCVD, MBE, HVPE등이 사용된다. MOCVD의 경우 기판을 장착한 후 온도를 1000℃ 이상으로 올려서 기판 표면의 불순물을 제거하는 열적 세정 공정을 한 다음 성장을 하게 되는데, 먼저 저온 질화갈륨 버퍼층을 성장한다. 즉, MOCVD의 성장온도를 500~600℃로 낮춘 다음, 0.5nm 두께 이하로 성장하는데, AlN도 완충층으로 사용되어질 수 있다. 이 저온 질화갈륨 버퍼층을 성장하는 이유는 기판과 그 위에 성장하는 다른 층의 응력 발생 억제 목적과 질화갈륨층의 특성 향상을 위한 것이다.
상기 저온 질화갈륨 버퍼층 성장 이후 성장 온도를 1000℃ 이상으로 올려 질화갈륨층을 성장한다. 이 때 두께는 10um 이하로 성장하게 된다. 성장된 질화갈륨층을 고온 가스 처리를 할 수 있는 장치에서 나노 구조 질화갈륨층을 형성하게 되는데, 이 때 고온 가스 처리 온도는 1000~1200℃에서 진행하게 되어야 원하는 깊이로 나노 구조를 형성할 수 있으며, 사용되는 가스로는 클로라이드(Cloride, Cl) 계열 가스, 질소(N2), 수소(H2), 암모니아(NH2)를 포함한 가스 분위기에서 처리하여야 한다.
가스 유량, 나노 구조 형성 시간 및 온도를 조절하게 되면 나노 구조 질화갈륨층의 형상의 변경이 용이하다. 또한 이렇게 고온 가스 처리 장치를 통해 얻은 경우에 가장 양호한 질화갈륨층을 재 성장하여 얻을 수 있다. 고온 가스 처리 온도에 있어 식각률이 빠를수록 나노 튜브(Nano tube) 형태로 식각되며 느린 식각률의 경우 미세한 나노 막대기(Nano rod) 형태로 식각된다. 또한, 짧은 시간동안 고온 가스 처리하게 되면 원뿔형 또는 육각 기둥 형태로 형성할 수 있다.
이렇게 형성된 나노 구조 질화갈륨층 위에 n-type 질화갈륨층을 성장하게 되는데, 두께는 2~4um로 성장하게 된다. 또한, 이러한 나노 구조 질화갈륨층 위에 성장되는 질화갈륨층은 나노 구조위에 성장되기 때문에 두 층 사이에 빈 공간이 형성될 수 있다. 2~4um 두께로 성장 시 Ga 소스는 TMGa을 사용하고, N 소스는 NH3 가스를 사용하여 성장할 수 있다. n-type 형성을 위한 도펀트는 SiH4 가스에서 얻어지는 실리콘(Si)을 도펀트로 사용하게 된다. 일반적으로 도핑 농도는 ~ 1E18/cm3 으로 형성하게 된다. n-type 질화갈륨층 성장 후에 발광층을 성장하는데 다중양자우물(MQW) 또는 단일양자우물(SQW)구조로 형성하기도 한다. 다중양자우물구조가 내부 양자 효율이 더 높아 선호되고 있다. 질화물 반도체 소자의 발광층은 발광하고자 하는 파장 대역 조절이 온도, 인듐(In) 조성, 알루미늄(Al)조성에 따라 200~1770nm 까지 변경이 용이한 장점이 있는데, 아직까지 600nm이상의 파장 대역을 발광하는 발광다이오드는 인듐(In) 조성이 높은 질화갈륨층의 결정성 저하 문제로 상품화되어 있지는 않다. 예를 들어 가시광 발광을 위한 발광층을 형성할 때에는 인듐(In)이 함유된 질화갈륨 우물(well)층과 질화갈륨층으로 형성된 장벽(barrier)층이 다층으로 형성하게 되는데 발광층의 결정성 때문에 10층 이내에서 사용되고 있다.
인듐(In) 금속은 온도에도 민감한 특성을 보이고 있기 때문에 파장 대역별로 차이는 있지만 인듐(In)이 함유된 우물층은 700~800℃ 정도에서 성장하게 되고, 질화갈륨 장벽층은 800~900℃ 사이에서 성장하게 되는데 장벽층의 온도가 우물층 보다 높은 것은 결정성 향상에 도움이 되기 때문이다. 발광층으로 360nm 이하의 자외선을 발광하고자 할 때에는 알루미늄(Al) 조성이 적은 우물층과 Al 조성이 높은 장벽층을 다층으로 구성하여 사용되고 있다. Al 조성을 함유한 발광층은 온도에 민감하지 않기 때문에 일반적으로 질화갈륨층을 성장하는 1000~1200℃ 사이에서 성장할 수 있다. 발광층을 성장한 후 마그네슘(Mg)이 도핑된 p-type 질화갈륨층을 형성하게 된다. 이러한 p-type 질화갈륨층의 두께는 일반적으로 0.1~0.5um 사이에서 성장하게 된다. 성장온도는 900~1100℃ 사이로 n-type 질화갈륨층 보다 온도가 낮은데, 이것은 마그네슘(Mg) 도핑 농도를 높이기 위한 것이다. 마그네슘(Mg)이 도핑된 p-type 질화갈륨층 또는 ITO metal 오믹 접합을 위한 N-type 질화갈륨층 또는 인듐이 함유된 질화갈륨층을 성장하게 된다. 이렇게 성장된 발광 다이오드의 마지막 윗층을 고온 가스 처리를 통해 원뿔형 질화갈륨층이 되도록 형성하게 된다. 고온 가스 처리 방식에 있어 클로라이드(Cl) 계열, 질소(N2), 수소(H2), 암모니아(NH3)를 사용하면서, 원뿔형 질화갈륨층을 형성하게 되는데, 이 때 발광층의 성장온도가 600 ~ 800℃에서 성장되기 때문에 원뿔형 질화갈륨층 형성시 온도가 600 ~ 800℃ 에서 고온 가스 처리를 진행하여야 한다. 고온 가스 처리 시 800℃ 이상에서 처리하게 되면 발광층이 열에 의해 변형되어 특성이 저하될 수 있다. 이렇게 성장된 층들 중에 p-type 질화갈륨층의 마그네슘(Mg)이 수소 분위기에서 성장하게 되는데, 이 때 마그네슘(Mg)과 수소가 결합하고 있어 정공 활성화 효율이 매우 저하되어 있는 상태이다. 이러한 정공 활성화 효율을 향상시키기 위해 500~800℃ 사이의 온도에서 질소 또는 질소와 산소가 혼합된 가스 분위기에서 활성화시키게 되면 정공 효율이 향상되게 된다.
정공 활성화 공정까지 끝난 후에 소자 제작을 위해 우선 제 3전극층을 형성하는데, p-type 질화갈륨층 위에 형성된 원뿔형 질화갈륨층, p-type 질화갈륨층, 발광층을 식각해 내고 n-type 질화갈륨층 위에 형성하게 된다. 제 3전극층 형성을 위한 금속은 주로 Ti/Al, Cr/Ni/Au 등이 사용된다. Ti/Al의 경우 Ti(<500Å)/ Al(>3000Å) 두께로 형성하며, 금속을 증착한 후, 질소 또는 질소가 포함된 혼합가스 분위기에서 >400℃ 온도에서 적정 시간 동안 열처리하여 오믹접합이 되도록 한다. 제 3전극층을 형성한 다음 제 1 전극층을 형성하게 되는데, 제 1 전극층은 원뿔형 질화갈륨층 표면의 전면에 증착하게 된다. 또한, 발광층에 발광되어진 빛이 외부로 투과될 수 있도록 제 1전극층의 두께를 500Å이하로 하는 것이 흡수되지 않고 외부로 빛이 빠져나오도록 하는데 더 효과적이다. 이러한 제 1 전극층에 사용되는 금속은 주로 Ni, Pt, Ru, Au, ITO 등이 있다. 제 1전극층을 형성한 후에 외부 전극과의 와이어 연결을 위해 제 1전극층 위에 Ni/Au를 두껍게 증착하여 제 2 전극 층을 형성하기도 하고 Cr/Ni/Au를 사용하여 형성하기도 한다. 제 2 전극층이 형성된 영역은 광이 투과하지 못하기 때문에 제 2 전극층은 본딩 와이어를 위한 최소한의 공간으로 줄여야 한다. 제 2전극층까지 형성이 끝나면 기판의 뒷 면을 랩핑/폴리싱하여 전체 두께를 100um 이하로 한 다음에 스크라이브/브레이크하여 개별 소자로 분리하게 된다. 분리된 개별소자는 TO-CAN 타입 패키지나 SMD 타입 패키지에 장착하여 발광소자로서 동작을 하게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 기판 위에 질화갈륨층을 형성하여 발광 다이오드를 제조하거나 또는 p-type 질화갈륨층 위에 원뿔형 질화갈륨층을 형성함으로써 나노 구조 또는 표면 거칠기 형태에 따라 질화갈륨층의 광학적, 전기적, 결정학적 특성이 향상되고, 발광층에서 발광되는 빛이 임계각을 벗어난 경우에도 외부로 방출할 수 있도록 하여 외부 양자 효율을 증가시킬 수 있고, 정량화된 건식 식각 방법을 사용하기 때문에 재현성 및 구조 형성이 용이하고 형태의 변경이 용이한 효과를 갖는다.
이하, 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.
첨부된 도면에서 본 발명의 구성요소와 종래기술의 구성요소가 동일 또는 대 등한 것인 경우에는 동일부호를 사용하여 설명하였으며, 종래기술과 동일한 구성요소에 대하여는 중복되는 설명은 생략하였다.
도 3은 본 발명의 제 1실시 예를 도시한 발광다이오드의 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 발광다이오드의 평면도로서, 기판(10) 위에 차례대로 저온 질화갈륨 버퍼층(11)과 질화갈륨층(12)을 성장하고, 이 질화갈륨층(12)에 고온 가스 처리를 통해 나노 구조 질화갈륨층(19)을 형성한 후, 그 위에 n-type 질화갈륨층(13), 발광층(14), p-type 질화갈륨층(15)을 순차적으로 성장한 후, p-type 질화갈륨층(15) 위에 제 1전극층(16)을 형성하고, 제 1전극층(16) 위의 일부에 제 2 전극층(17)을 형성하며, 제 3 전극층(18)층은 p-type 질화갈륨층(15)과 발광층(14)층을 에칭하여 제거한 후, n-type 질화갈륨층(13) 위의 일부에 형성한 것이다.
본 실시 예에서 제 1 전극층(16)은 p-type 질화갈륨층(15) 위의 전면(全面)에 형성되고, 제 1 전극층(16)의 일부(一部)에 제 2전극층(17)이 형성되며, 제 3 전극층(18)은 p-type 질화갈륨층(15)과 발광층(14)을 에칭하여 제거한 후, n-type 질화갈륨층(13) 위의 일부에 형성한 것을 보여주고 있다. 이러한 다이오드 구조에서는 질화갈륨층의 특성이 향상되고 발광층(14)에서 발광되어 기판(10)으로 향하는 빛이 임계각을 벗어난 경우에도 외부로 방출되어 외부 양자 효율이 증가하게 된다.
도 5는 도 3의 실시 예에 도시한 나노 구조 질화갈륨층(19)을 고온 가스 처리를 통해 얻은 SEM 사진으로, 고온 가스 처리를 할 수 있는 장치에서 나노 구조 질화갈륨층을 형성하게 되는데, 이 때 고온 가스 처리 온도는 1080℃에서 진행되 고, 클로라이드(Cloride, Cl) 계열 가스, 질소(N2), 수소(H2), 암모니아(NH3)를 포함한 가스 분위기에서 처리한 결과이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시 예를 도시한 것으로, 본 실시 예에서는 기판(10)위에 저온 질화갈륨 버퍼층(11), 질화갈륨층(12), n-type 질화갈륨층(13), 발광층(14), p-type 질화갈륨층(15)을 순차적으로 성장한 후, p-type 질화갈륨층(15) 또는 금속층을 제외한 마지막 윗층을 고온 가스 처리하여 원뿔형 질화갈륨층(20)을 형성한 후, 이 원뿔형 질화갈륨층(20) 위에 제 1전극층(16)을 형성하고, 제 1 전극층(16) 위에 제 2전극층(17)을 형성하며, 제 3 전극층(18)은 상기 n-type 질화갈륨층(13)의 일부에 형성한 것으로, 이러한 층의 경우는 발광층(14)에서 발광되어 제 1 전극층(16)으로 향하는 빛이 임계각을 벗어난 경우에도 표면 거칠기로 인해 외부로 방출되는 빛이 많아져 외부 양자 효율을 향상시키게 된다. 도 7은 도 6에서 도시된 발광다이오드의 평면도로, 원뿔형 질화갈륨층(20) 위의 전면(全面)에 제 1 전극층(16)이 형성되고, 제 1전극층(16) 위의 일부에 제 2 전극층(17)이 형성되며, 제 3 전극층(18)은 n-type 질화갈륨층(13)의 일부에 형성된 구조이다.
도 8은 도 6에 도시된 원뿔형 질화갈륨층(20)을 고온 가스 처리를 통해 얻은 SEM 사진이다. 고온 가스 처리를 할 수 있는 장치에서 원뿔형 질화갈륨층을 형성하게 되는데, 이 때 고온 가스 처리 온도는 750℃에서 진행되고, 클로라이 드(Cloride, Cl) 계열 가스, 질소(N2), 수소(H2), 암모니아(NH3)를 포함한 가스 분위기에서 처리한 결과이다.
도 9는 본 발명의 제 3실시 예를 도시한 발광다이오드의 단면도로서, 기판(10) 위에 차례대로 저온 질화갈륨 버퍼층(11)과 질화갈륨층(12)을 성장하고, 이 질화갈륨층(12)에 고온 가스 처리를 통해 나노 구조 질화갈륨층(19)을 형성한 후, 그 위에 n-type 질화갈륨층(13), 발광층(14), p-type 질화갈륨층(15)을 순차적으로 성장한 후, p-type 질화갈륨층(15) 또는 금속층을 제외한 마지막 윗층을 고온 가스 처리 하여 원뿔형 질화갈륨층(20)을 형성한 후, 이 원뿔형 질화갈륨층(20) 위에 제 1전극층(16)을 형성하고, 제 1 전극층(16) 위에 제 2전극층(17)을 형성하며, 제 3 전극층(18)은 n-type 질화갈륨층(13)의 일부에 형성한 것으로, 이러한 층의 경우는 발광층(14)에서 발광되어 제 1 전극층(16)으로 향하는 빛이 임계각을 벗어난 경우에도 표면 거칠기로 인해 외부로 방출되는 빛이 많아져 외부 양자 효율을 향상시키게 된다.
도 10은 도 9에서 도시된 발광다이오드의 평면도로, 원뿔형 질화갈륨층(20) 위에 제 1 전극층(16)이 전면에 형성되고, 제 1전극층(16) 위의 일부에 제 2 전극층(17)이 형성되며, 제 3 전극층(18)은 n-type 질화갈륨층(13)의 일부에 형성된 구조이다.
도 1은 종래 기술에 따른 질화물 반도체 발광다이오드의 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 종래 질화물 반도체 발광다이오드의 평면도,
도 3은 본 발명의 제 1실시 예에 의한 질화물 반도체 발광소자의 단면도,
도 4는 도 3에 도시된 발광 다이오드의 평면도,
도 5는 본 발명에 의한 나노 구조 질화갈륨층의 사진,
도 6은 본 발명의 제 2실시 예에 의한 질화물 반도체 발광다이오드의 단면도,
도 7은 도 6에 도시된 발광다이오드의 평면도,
도 8은 본 발명에 의한 원뿔형 질화갈륨층의 사진,
도 9는 본 발명의 제 3실시 예에 의한 질화물 반도체 발광다이오드의 단면도,
도 10은 도 9에 도시된 발광다이오드의 평면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명
10 : 기판 11 : 저온 질화갈륨 버퍼층
12 : 질화갈륨층 13 : n-type 질화갈륨층
14 : 발광층 15 : p-type 질화갈륨층
16 : 제 1전극층 17 : 제 2전극층
18 : 제 3전극층 19 : 나노 구조 질화갈륨층
20 : 원뿔형 질화갈륨층

Claims (8)

  1. 기판(10) 위에 저온 질화갈륨 버퍼층(11)과 질화갈륨층(12)을 차례로 성장한 후, 상기 질화갈륨층(12)에 고온 가스 처리를 통해 나노 구조 질화갈륨층(19)을 형성하되 가스의 온도는 1000 ~ 1200 ℃이고, 사용되는 가스는 클로라이드(Cl) 계열, 질소(N2), 수소(H2), 암모니아(NH3)를 모두 포함하며, 상기 나노 구조 질화갈륨층(19) 위에 n-type 질화갈륨층(13), 발광층(14), p-type 질화갈륨층(15)을 순차적으로 성장한 후, 상기 p-type 질화갈륨층(15) 위에 제 1전극층(16)을 형성하고, 제 1전극층(16) 위의 일부에 제 2 전극층(17)을 형성하며, 제 3전극층(18)은 상기 p-type 질화갈륨층(15)과 발광층(14)을 에칭하여 제거한 후, 상기 n-type 질화갈륨층(13) 위의 일부에 형성한 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광다이오드의 제조방법.
  2. 기판(10) 위에 저온 질화갈륨 버퍼층(11)과 질화갈륨층(12)을 차례로 성장한 후, 상기 질화갈륨층(12) 위에 n-type 질화갈륨층(13), 발광층(14), p-type 질화갈륨층(15)을 순차적으로 성장하고, 상기 p-type 질화갈륨층(15)을 클로라이드(Cl) 계열, 질소(N2), 수소(H2), 암모니아(NH3)를 모두 포함하는 600~800℃의 고온 가스 처리에 의해 원뿔형 질화갈륨층(20)이 되도록 형성한 후, 이 원뿔형 질화갈륨층(20) 위에 제 1전극층(16)을 형성하고, 제 1 전극층(16) 위에 제 2전극층(17)을 형성하며, 제 3 전극층(18)은 상기 n-type 질화갈륨층(13)의 일부에 형성한 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광다이오드의 제조방법.
  3. 기판(10) 위에 저온 질화갈륨 버퍼층(11)과 질화갈륨층(12)을 차례로 성장한 후, 상기 질화갈륨층(12)에 고온 가스 처리에 의해 나노 구조 질화갈륨층(19)을 형성하고, 이 나노 구조 질화갈륨층(19) 위에 n-type 질화갈륨층(13), 발광층(14), p-type 질화갈륨층(15)을 순차적으로 성장한 후, 상기 p-type 질화갈륨층(15)을 클로라이드(Cl) 계열, 질소(N2), 수소(H2), 암모니아(NH3)를 모두 포함하는 600~800℃의 고온 가스 처리에 의해 원뿔형 질화갈륨층(20)이 되도록 형성한 후, 원뿔형 질화갈륨층(20)이 되도록 형성한 후, 이 원뿔형 질화갈륨층(20) 위에 제 1전극층(16)을 형성하고, 제 1 전극층(16) 위에 제 2전극층(17)을 형성하며, 제 3 전극층(18)은 n-type 질화갈륨층(13)의 일부에 형성한 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광다이오드의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판(10)은 사파이어, GaN, ZnO, AlN, SiC, Si, GaAs 및 유리를 포함하는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광다이오드 제조 방법.
  6. 삭제
  7. 청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노 구조 질화갈륨층(19)의 내부에는 적어도 일부분이 빈 공간을 갖도록 성장되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광다이오드의 제조방법.
  8. 청구항 1 내지 3항 중의 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 질화물 반도체 발광다이오드.
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