KR101171250B1 - METHOD OF FORMING InGaN QUANTUM DOTS - Google Patents

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Abstract

본 개시는 인듐갈륨나이트라이드(InGaN) 양자점을 형성하는 방법에 있어서, InN가 지배적인 박막과 GaN이 지배적인 박막을 교대로 반복 적층하는 단계; 그리고, 교대로 반복 적층된 InN가 지배적인 박막과 GaN이 지배적인 박막에 승온 열처리하여 InxGa1-xN(0<x<1) 양자점을 형성하는 단계;를 포함하며, InxGa1-xN(0<x<1) 양자점으로 된 구조가 활성층을 형성하며, 활성층에서 InN가 GaN에 박혀있는(embeded) 것을 특징으로 하는 인듐갈륨나이트라이드 양자점을 형성하는 방법에 관한 것이다.The present disclosure provides a method of forming an indium gallium nitride (InGaN) quantum dot, the method comprising: repeatedly alternately stacking a thin film dominated by InN and a thin film dominated by GaN; And forming an In x Ga 1-x N (0 <x <1) quantum dot by heating and heating the alternatingly stacked InN-dominant thin film and GaN-dominant thin film. In x Ga 1 A structure of -x N (0 <x <1) quantum dots forms an active layer, and InN is embedded in GaN in the active layer to form a method of forming indium gallium nitride quantum dots.

양자점, 활성층, 질화물, 인듐, 갈륨, 승온, 열처리, 청색, 근적외선 Quantum dots, active layer, nitride, indium, gallium, elevated temperature, heat treatment, blue, near infrared

Description

인듐갈륨나이트라이드 양자점을 형성하는 방법{METHOD OF FORMING InGaN QUANTUM DOTS}Method for forming indium gallium nitride quantum dots {METHOD OF FORMING InGaN QUANTUM DOTS}

본 개시(Disclosure)는 전체적으로 인듐갈륨나이트라이드 양자점을 형성하는 방법에 관한 것으로, 특히 조절가능한 인듐 조성의 범위가 넓은 인듐갈륨나이트라이드 양자점을 형성하는 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to a method of forming indium gallium nitride quantum dots as a whole, and more particularly to a method of forming indium gallium nitride quantum dots having a wide range of adjustable indium composition.

여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).Herein, the background art relating to the present disclosure is provided, and these are not necessarily meant to be known arts.

도 1은 종래의 InGaN 활성층을 가지는 3족 질화물 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 3족 질화물 반도체 발광소자는 기판(100), 기판(100) 위에 성장되는 버퍼층(200), 버퍼층(200) 위에 성장되는 n형 3족 질화물 반도체층(300), n형 3족 질화물 반도체층(300) 위에 성장되며 InGaN으로 된 활성층(400), 활성층(400) 위에 성장되는 p형 3족 질화물 반도체층(500), p형 3족 질화물 반도체층(500) 위에 형성되는 p측 전극(600), p측 전극(600) 위에 형성되는 p측 본딩 패드(700), p형 3족 질화물 반도체층(500)과 활성층(400)이 메사 식각되어 노출된 n 형 3족 질화물 반도체층(300) 위에 형성되는 n측 전극(800), 그리고 보호막(900)을 포함한다.1 is a view showing an example of a group III nitride semiconductor light emitting device having a conventional InGaN active layer, the group III nitride semiconductor light emitting device is a substrate 100, a buffer layer 200, a buffer layer 200 is grown on the substrate 100 P-type III-nitride semiconductor layer 300 grown on the n-type III-nitride semiconductor layer 300 and n-type III-nitride semiconductor layer 300 grown on the p-type III-nitride semiconductor layer grown on the active layer 400 P-type electrode 600 formed on p-type group III nitride semiconductor layer 500, p-side bonding pad 700 formed on p-side electrode 600, and p-type group III nitride semiconductor layer 500 ) And the n-type electrode 800 formed on the n-type group III nitride semiconductor layer 300 exposed by mesa etching, and the passivation layer 900.

기판(100)은 동종기판으로 GaN계 기판이 이용되며, 이종기판으로 사파이어 기판, SiC 기판 또는 Si 기판 등이 이용되지만, 3족 질화물 반도체층이 성장될 수 있는 기판이라면 어떠한 형태이어도 좋다. SiC 기판이 사용될 경우에 n측 전극(800)은 SiC 기판 측에 형성될 수 있다.As the substrate 100, a GaN-based substrate is used as the homogeneous substrate, and a sapphire substrate, a SiC substrate, or a Si substrate is used as the heterogeneous substrate. Any substrate may be used as long as the group III nitride semiconductor layer can be grown. When a SiC substrate is used, the n-side electrode 800 may be formed on the SiC substrate side.

기판(100) 위에 성장되는 3족 질화물 반도체층들은 주로 MOCVD(유기금속기상성장법)에 의해 성장된다.Group III nitride semiconductor layers grown on the substrate 100 are mainly grown by MOCVD (organic metal vapor growth method).

버퍼층(200)은 이종기판(100)과 3족 질화물 반도체 사이의 격자상수 및 열팽창계수의 차이를 극복하기 위한 것이며, 바람직하게는 n형 3족 질화물 반도체층(300)의 성장에 앞서 도핑되지 않는 GaN층이 성장되며, 이는 버퍼층(200)의 일부로 보아도 좋고, n형 3족 질화물 반도체층(300)의 일부로 보아도 좋다.The buffer layer 200 is to overcome the difference in lattice constant and thermal expansion coefficient between the hetero substrate 100 and the group III nitride semiconductor, and preferably is not doped prior to growth of the n-type group III nitride semiconductor layer 300. The GaN layer is grown, which may be viewed as part of the buffer layer 200 or as part of the n-type group III nitride semiconductor layer 300.

n형 3족 질화물 반도체층(300)은 적어도 n측 전극(800)이 형성된 영역(n형 컨택층)이 불순물로 도핑되며, n형 컨택층은 바람직하게는 GaN로 이루어지고, 주로 Si으로 도핑된다.In the n-type group III nitride semiconductor layer 300, at least a region (n-type contact layer) on which the n-side electrode 800 is formed is doped with impurities, and the n-type contact layer is preferably made of GaN, and mainly doped with Si. do.

활성층(400)은 전자와 정공의 재결합을 통해 광자(빛)를 생성하는 층으로서, 주로 In(x)Ga(1-x)N (0<x≤1)로 이루어지고, 하나의 양자우물층(single quantum well)이나 복수개의 양자우물층들(multi quantum wells)로 구성된다.The active layer 400 is a layer that generates photons (light) through recombination of electrons and holes, and is mainly composed of In (x) Ga (1-x) N (0 <x≤1), and one quantum well layer (single quantum wells) or multiple quantum wells.

p형 3족 질화물 반도체층(500)은 Mg과 같은 적절한 불순물을 이용해 도핑되며, 활성화(activation) 공정을 거쳐 p형 전도성을 가진다. 미국특허 제5,247,533 호에는 전자빔 조사에 의해 p형 3족 질화물 반도체층을 활성화시키는 기술이 기재되어 있으며, 미국특허 제5,306,662호에는 400℃ 이상의 온도에서 열처리(annealing)함으로써 p형 3족 질화물 반도체층을 활성화시키는 기술이 기재되어 있고, 미국공개특허공보 제2006/157714호에는 p형 3족 질화물 반도체층 성장의 질소전구체로서 암모니아와 하이드라진계 소스 물질을 함께 사용함으로써 활성화 공정없이 p형 3족 질화물 반도체층이 p형 전도성을 가지게 하는 기술이 기재되어 있다.The p-type III-nitride semiconductor layer 500 is doped with an appropriate impurity such as Mg, and has an p-type conductivity through an activation process. U.S. Patent No. 5,247,533 describes a technique for activating a p-type III-nitride semiconductor layer by electron beam irradiation, and U.S. Patent No. 5,306,662 annealing the p-type Group III nitride semiconductor layer at a temperature of 400 DEG C or higher. A technique for activating is described, and US Patent Publication No. 2006/157714 discloses a p-type III-nitride semiconductor layer without an activation process by using ammonia and a hydrazine-based source material together as a nitrogen precursor for growing the p-type III-nitride semiconductor layer. Techniques for having this p-type conductivity have been described.

p측 전극(600)은 p형 3족 질화물 반도체층(500) 전체로 전류가 잘 공급되도록 하기 위해 구비되는 것이며, 미국특허 제5,563,422호에는 p형 3족 질화물 반도체층의 거의 전면에 걸쳐서 형성되며 p형 3족 질화물 반도체층(500)과 오믹접촉하고 Ni과 Au로 이루어진 투광성 전극(light-transmitting electrode)에 관한 기술이 기재되어 있으며, 미국특허 제6,515,306호에는 p형 3족 질화물 반도체층 위에 n형 초격자층을 형성한 다음 그 위에 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어진 투광성 전극을 형성한 기술이 기재되어 있다.The p-side electrode 600 is provided to supply a good current to the entire p-type group III nitride semiconductor layer 500. US Patent No. 5,563,422 is formed over almost the entire surface of the p-type group III nitride semiconductor layer. A light-transmitting electrode made of Ni and Au in ohmic contact with the p-type III-nitride semiconductor layer 500 is described. US Pat. No. 6,515,306 discloses n on the p-type III-nitride semiconductor layer. A technique is described in which a type superlattice layer is formed and then a translucent electrode made of indium tin oxide (ITO) is formed thereon.

한편, p측 전극(600)이 빛을 투과시키지 못하도록, 즉 빛을 기판 측으로 반사하도록 두꺼운 두께를 가지게 형성할 수 있는데, 이러한 기술을 플립칩(flip chip) 기술이라 한다. 미국특허 제6,194,743호에는 20nm 이상의 두께를 가지는 Ag 층, Ag 층을 덮는 확산 방지층, 그리고 확산 방지층을 덮는 Au와 Al으로 이루어진 본딩 층을 포함하는 전극 구조에 관한 기술이 기재되어 있다.On the other hand, the p-side electrode 600 may be formed to have a thick thickness so as not to transmit light, that is, to reflect the light toward the substrate side, this technique is referred to as flip chip (flip chip) technology. U. S. Patent No. 6,194, 743 describes a technique relating to an electrode structure including an Ag layer having a thickness of 20 nm or more, a diffusion barrier layer covering the Ag layer, and a bonding layer made of Au and Al covering the diffusion barrier layer.

p측 본딩 패드(700)와 n측 전극(800)은 전류의 공급과 외부로의 와이어 본딩 을 위한 것이며, 미국특허 제5,563,422호에는 n측 전극을 Ti과 Al으로 구성한 기술이 기재되어 있다.The p-side bonding pad 700 and the n-side electrode 800 are for supplying current and wire bonding to the outside, and US Patent No. 5,563,422 describes a technique in which the n-side electrode is composed of Ti and Al.

보호막(900)은 이산화규소와 같은 물질로 형성되며, 생략될 수도 있다.The passivation layer 900 is formed of a material such as silicon dioxide and may be omitted.

한편, n형 3족 질화물 반도체층(300)이나 p형 3족 질화물 반도체층(500)은 단일의 층이나 복수개의 층으로 구성될 수 있으며, 최근에는 레이저 또는 습식 식각을 통해 기판(100)을 3족 질화물 반도체층들로부터 분리하여 수직형 발광소자를 제조하는 기술이 도입되고 있다.Meanwhile, the n-type III-nitride semiconductor layer 300 or the p-type III-nitride semiconductor layer 500 may be composed of a single layer or a plurality of layers, and recently, the substrate 100 may be formed by laser or wet etching. A technique for manufacturing a vertical light emitting device by separating from group III nitride semiconductor layers has been introduced.

도 2는 미국특허 제5,959,307호에 기재된 InGaN 양자우물층의 일 예를 나타내는 도면으로서, 3족 질화물 반도체층(300)과 InGaN 양자우물층(300)을 성장시킨 후 p형 3족 질화물 반도체층(500)을 성장시키기에 앞서, 2초 내지 20초 정도 InGaN 양자우물층(400)을 방치하여, 횡방향으로 인듐 풍부 영역(400a)과 인듐 결핍 영역(400b)을 포함하는 70Å이하의 두께를 가지는 InGaN 양자우물층(400)을 형성함으로써 발광소자의 효율을 개선하는 기술이 기재되어 있으며, 이러한 기술에 의해 형성된 InxGa1-xN 양자우물층에서 x의 평균값은 대략 0.2정도에 그친다.FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an InGaN quantum well layer described in US Pat. No. 5,959,307. The p-type group III nitride semiconductor layer 300 is grown after the Group III nitride semiconductor layer 300 and the InGaN quantum well layer 300 are grown. Prior to growing 500, the InGaN quantum well layer 400 is left for about 2 to 20 seconds, and has a thickness of 70 μs or less including the indium rich region 400a and the indium deficient region 400b in the transverse direction. Techniques for improving the efficiency of the light emitting device by forming the InGaN quantum well layer 400 is described, the average value of x in the In x Ga 1-x N quantum well layer formed by this technique is only about 0.2.

도 3은 미국공개특허공보 제2007/0075307호에 기재된 InGaN 양자우물층을 성장시키는 방법의 일 예를 설명하는 도면으로서, InN와 다른 3족 질화물 반도체와의 격자상수 및 열팽창계수의 큰 차이로 인해 높은 InN 조성을 갖는 고품위의 InGaN 양자우물층 성장의 어려움을 지적하면서, In 소스와 N 소스를 공급하고, 아래에 위치하는 GaN층으로부터 Ga을 공급받아, In-rich InGaN층을 만든 다음(S1), In 소스 의 공급을 차단한 성장 정지 상태를 거쳐(S2), 덮개층을 성장함(S3)으로써, 반도체층의 적층 방향으로, 인듐의 양이 증가하는 영역, 인듐 풍부 영역, 인듐의 양이 감소하는 영역으로 된 In-rich InxGa1-xN(x>0.5) 양자우물층을 형성하는 기술이 기재되어 있다.3 is a view for explaining an example of a method of growing an InGaN quantum well layer described in US Patent Publication No. 2007/0075307, due to the large difference in lattice constant and thermal expansion coefficient between InN and another group III nitride semiconductor. Pointing out the difficulty of growing a high-quality InGaN quantum well layer having a high InN composition, supplying an In source and an N source, receiving Ga from a GaN layer located below, to form an In-rich InGaN layer (S1), By growing the cover layer (S3) through the growth stop state in which the supply of the In source is interrupted (S2), the region in which the amount of indium increases, the indium-rich region, and the amount of indium decreases in the stacking direction of the semiconductor layer. A technique for forming an In-rich In x Ga 1-x N (x> 0.5) quantum well layer as a region is described.

최근에는 전하를 3차원적으로 가두어 열에 대하여 안정적이며, 파장 퍼짐이 적고, 높은 발광세기를 갖는 양자점(quantum dot; QD) 구조가 주목되고 있다. 그러나 InGaN 양자점은 In 양이 적으면 양자점 형성층의 아래층인 3족 질화물 반도체(AlxGayIn1-x-yN(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤x+y≤1))층과 격자부정합 차가 적어 3차원 형태의 양자점을 형성하기가 어렵고, In 양이 너무 많으면 균일한 크기의 양자점 형성이 어려워 파장 퍼짐이 심해져 나쁜 특성을 보인다.In recent years, quantum dot (QD) structures have been attracting attention because they are three-dimensionally confined in charge, stable to heat, have little wavelength spread, and have high emission intensity. However, if the InGaN quantum dot is less In, the group III nitride semiconductor (Al x Ga y In 1-xy N (0≤x≤1,0≤y≤1,0≤x + y≤1)) is a lower layer of the quantum dot forming layer. It is difficult to form three-dimensional quantum dots due to the small difference between layers and lattice mismatches, and when the amount of In is too large, it is difficult to form quantum dots of uniform size, which results in a bad wavelength spread.

이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.This will be described later in the Specification for Implementation of the Invention.

여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).SUMMARY OF THE INVENTION Herein, a general summary of the present disclosure is provided, which should not be construed as limiting the scope of the present disclosure. of its features).

본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 인듐갈륨나이트라이드(InGaN) 양자점을 형성하는 방법에 있어서, InN가 지배적인 박막과 GaN이 지배적인 박막을 교대로 반복 적층하는 단계; 그리고, 교대로 반복 적층된 InN가 지배적인 박막과 GaN이 지배적인 박막에 승온 열처리하여 InxGa1-xN(0<x<1) 양자점을 형성하는 단계;를 포함하며, InxGa1-xN(0<x<1) 양자점으로 된 구조가 활성층을 형성하며, 활성층에서 InN가 GaN에 박혀있는(embeded) 것을 특징으로 하는 인듐갈륨나이트라이드 양자점을 형성하는 방법이 제공된다. 바람직하게는 InN 박막과 GaN 박막을 사용함으로써 보다 많은 In을 포함하는 InGaN 양자점 구조의 형성이 가능하지만, 본 개시가 InN 박막에 약간의 Ga이 포함되는 것과 GaN 박막에 약간의 In이 포함되는 것을 배제하는 것은 아니다.According to one aspect of the present disclosure, in a method of forming an indium gallium nitride (InGaN) quantum dot, a thin film in which InN is dominant and a thin film in which GaN is dominant are alternately repeatedly stacked. Doing; And forming an In x Ga 1-x N (0 <x <1) quantum dot by heating and heating the alternatingly stacked InN-dominant thin film and GaN-dominant thin film. In x Ga 1 A method of forming an indium gallium nitride quantum dot characterized in that a structure of -x N (0 <x <1) quantum dots forms an active layer and InN is embedded in GaN in the active layer. Preferably, the InN thin film and the GaN thin film can be used to form an InGaN quantum dot structure including more In, but the present disclosure excludes that some In is included in the InN thin film and some In is included in the GaN thin film. It is not.

이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.This will be described later in the Specification for Implementation of the Invention.

이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)). The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing (s).

도 4는 본 개시에 따라 InGaN 양자점을 형성하는 방법의 일 예를 나타내는 도면으로서, 기본 개념은 파장에 따라 두께를 달리 하면서 InN 박막(1)와 GaN 박막(2)을 교대로 성장시킨 후 열처리 과정을 통하여 이들을 혼합하는 것으로 In 조성에 따라 여러 가지 경우(In 양이 적은 경우와 In 양이 많은 경우)를 고려할 수 있지만 In 양이 적은 경우를 도 4에 나타내었다. Si(111) 기판 위에 750℃의 온도에서 GaN 버퍼층을 500nm 두께로 성장한 후, 온도를 내려 450℃의 온도에서, InN 박막(1)과 GaN 박막(2)을 각각 0.3nm 와 1.5nm의 두께로 교대로 반복 성장한 후 온도를 700℃까지 올리는 과정을 나타낸 것이다. 온도가 올라가면서 반복적으로 성장된 층(1,2)은 혼합과정을 거치면서 도 5에 도시된 것과 같이 균일한 InGaN 양자점을 형성한다. 도 6은 도 4에 제시된 방법에 따라 형성된 양자점 구조에 대한 포토루미네션스(Photoluminescence; PL) 측정 결과를 나타내는 도면으로서, 454nm 영역에서 InGaN 양자점 관련 신호를 확인할 수 있다.4 is a view showing an example of a method of forming InGaN quantum dots according to the present disclosure, the basic concept is a heat treatment process after the InN thin film (1) and GaN thin film (2) alternately grown while varying the thickness according to the wavelength By mixing them through, it is possible to consider various cases (when the amount of In and the amount of In) is large depending on the In composition, but the case where the amount of In is small is shown in FIG. The GaN buffer layer was grown to a thickness of 500 nm on a Si (111) substrate at a temperature of 750 ° C., and then the temperature was lowered to a thickness of 0.3 nm and 1.5 nm, respectively, at a temperature of 450 ° C. After repeated growth alternately shows the process of raising the temperature to 700 ℃. As the temperature increases, the layers 1 and 2 repeatedly grown form a uniform InGaN quantum dot as shown in FIG. 5 through the mixing process. FIG. 6 is a diagram illustrating a photoluminescence (PL) measurement result for a quantum dot structure formed according to the method shown in FIG. 4, and shows an InGaN quantum dot related signal in a 454 nm region.

도 7 및 도 8은 본 개시에 따라 InGaN 양자점을 형성하는 방법의 다른 예를 나타내는 도면으로서, In을 대략 95%이상 넣은 InGaN 양자점 성장법을 나타내고 있다. 도 4에 제시된 방법에 있어서 In의 조성을 높인다는 것을 InN 박막(1)의 두께를 두껍게 하거나 GaN 박막(2)의 두께를 얇게 하는 것을 의미한다. 그러나 InN 박 막(1)의 두께를 증가시키면 In의 녹는점이 낮고, 뭉치는 성질이 강하기 때문에 균일도 및 밀도가 떨어질 염려가 있다. 따라서, 바람직하게는 상대적으로 얇은 GaN 박막(2)을 억제층(blocking layer)으로서 1~2 monolayer(ML)의 두께로 삽입함으로써 In의 조성을 조절한다. 도 4와 같이 성장 조건을 동일하게 한 후 InN 박막(1)을 GaN 박막(2)에 대하여 90% 해당하는 두께의 비로 성장한 후 열처리 과정을 거치면 InN 박막(1)과 GaN 박막(2)의 녹는점의 차이로 인해 상변화가 일어나면서, In이 확산에 의해 합치면서 균일한 InN 양자점(3)과 GaN 층(4)이 형성된다. 따라서 InN 양자점(3)에 대하여 GaN 장벽(barrier)이 형성되면서 양자효과가 나타난다. 다시 말하면 도 8에서와 같이 GaN 층(4) 내에 InN 양자점(3)이 박혀 있는(embeded) 형태가 된다.7 and 8 illustrate another example of a method of forming InGaN quantum dots according to the present disclosure, and show an InGaN quantum dot growth method in which In is added in an amount of about 95% or more. In the method shown in FIG. 4, increasing the composition of In means increasing the thickness of the InN thin film 1 or decreasing the thickness of the GaN thin film 2. However, when the thickness of the InN thin film 1 is increased, the melting point of In is low and the agglomeration property is strong, so that uniformity and density may decrease. Therefore, the composition of In is preferably controlled by inserting a relatively thin GaN thin film 2 at a thickness of 1 to 2 monolayers (ML) as a blocking layer. As shown in FIG. 4, after the growth conditions are the same, the InN thin film 1 is grown to a ratio of 90% of the thickness of the GaN thin film 2, and after the heat treatment, the InN thin film 1 and the GaN thin film 2 are dissolved. As the phase change occurs due to the difference of points, In is combined by diffusion, and a uniform InN quantum dot 3 and GaN layer 4 are formed. Therefore, a GaN barrier is formed on the InN quantum dot 3, thereby exhibiting a quantum effect. In other words, as shown in FIG. 8, InN quantum dots 3 are embedded in the GaN layer 4.

도 9는 도 7에 제시된 방법에 따라 형성된 양자점 구조의 AFM 사진으로서, In0.95Ga0.05N 양자점 구조에 대응하는 측정 결과를 나타내고 있으며, In 양이 많지만 균일하게 분포하고 있는 모습을 확인할 수 있다.FIG. 9 is an AFM image of a quantum dot structure formed according to the method shown in FIG. 7, and shows measurement results corresponding to In 0.95 Ga 0.05 N quantum dot structures, and it can be seen that the amount of In is uniformly distributed.

도 10은 도 7에 제시된 방법에 따라 형성된 양자점 구조에 대한 포토루미네션스(PL) 측정 결과를 나타내는 도면으로서, 이렇게 형성된 양자점 구조의 발광 특성을 저온 PL측정을 통하여 확인한 결과이며, 1450nm 정도의 장파장에서 관측이 되었다. 따라서 본 개시에 따른 성장 방법을 활용하면 In이 가지고 있는 단점을 보완하고, 많은 In 양에서도 균일한 양자점 구조를 성장할 수 있다는 것을 알 수 있다.FIG. 10 is a view showing photoluminescence (PL) measurement results of a quantum dot structure formed according to the method shown in FIG. 7. The emission characteristics of the quantum dot structure thus formed are confirmed by low temperature PL measurement, and have a long wavelength of about 1450 nm. Observations were made at. Therefore, it can be seen that by utilizing the growth method according to the present disclosure, the disadvantages of In can be compensated for, and a uniform quantum dot structure can be grown even at a large In amount.

도 11은 본 개시에 따라 제조된 3족 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도 면으로서, 3족 질화물 반도체 발광소자는 사파이어 기판(10), 사파이어 기판(10) 위에 성장되는 버퍼층(20), 버퍼층(20) 위에 성장되는 n형 3족 질화물 반도체층(30), n형 3족 질화물 반도체층(30) 위에 성장되며 InGaN 양자점 활성층(40), 활성층(40) 위에 성장되는 p형 3족 질화물 반도체층(50), p형 3족 질화물 반도체층(50) 위에 형성되는 p측 전극(60), p측 전극(60) 위에 형성되는 p측 본딩 패드(70), 그리고 p형 3족 질화물 반도체층(50)과 활성층(40)이 메사 식각되어 노출된 n형 3족 질화물 반도체층(30) 위에 형성되는 n측 전극(80)을 포함한다. 여기서, 단일 InGaN 양자점 구조가 활성층(40)에 구비되어 있지만, 다중층을 이루는 InGaN 양자점 구조가 구비되어도 좋다.11 is a diagram illustrating an example of a group III semiconductor light emitting device manufactured according to the present disclosure, in which the group III nitride semiconductor light emitting device is a sapphire substrate 10, a buffer layer 20, and a buffer layer grown on the sapphire substrate 10. The n-type group III nitride semiconductor layer 30 grown on the 20 and the n-type group III nitride semiconductor layer 30 grown on the InGaN quantum dot active layer 40 and the p-type group III nitride semiconductor grown on the active layer 40 P-type electrode 60 formed on layer 50, p-type group III nitride semiconductor layer 50, p-side bonding pad 70 formed on p-side electrode 60, and p-type group III nitride semiconductor layer 50 and the active layer 40 include an n-side electrode 80 formed on the n-type group III nitride semiconductor layer 30 exposed by mesa etching. Here, although a single InGaN quantum dot structure is provided in the active layer 40, a multi-layered InGaN quantum dot structure may be provided.

이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.Various embodiments of the present disclosure will be described below.

(1) x의 값이 GaN이 지배적인 박막의 두께를 조절함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 인듐갈륨나이트라이드 양자점을 형성하는 방법.(1) A method of forming an indium gallium nitride quantum dot, wherein the value of x is determined by adjusting the thickness of the thin film where GaN is dominant.

(2) x의 값이 0.5이상인 것을 특징으로 하는 인듐갈륨나이트라이드 양자점을 형성하는 방법. 본 개시에 따른 방법에 의하면, In-rich(0.5≤x) InGaN 양자점을 구조를 만들 수 있게 된다.(2) A method of forming an indium gallium nitride quantum dot, wherein the value of x is 0.5 or more. According to the method according to the present disclosure, an In-rich (0.5 ≦ x) InGaN quantum dot can be constructed.

(3) InxGa1-xN(0<x<1) 양자점으로 된 구조가 활성층을 형성하는 것을 특징으로 하는 인듐갈륨나이트라이드 양자점을 형성하는 방법. 본 개시에 따른 방법이 활성층을 형성하는데 적합하고, 양자점 구조가 주로 활성층에 사용되지만, 본 개시에 따른 방법은 활성층의 형성에 적용되는 것에 제한되지 않고, 이러한 구조가 필요한 곳이라면 어디에 적용되어도 좋다.(3) A method of forming indium gallium nitride quantum dots, wherein the structure of In x Ga 1-x N (0 <x <1) quantum dots forms an active layer. Although the method according to the present disclosure is suitable for forming an active layer, and the quantum dot structure is mainly used for the active layer, the method according to the present disclosure is not limited to being applied to the formation of the active layer, and may be applied wherever such a structure is required.

(4) GaN이 지배적인 박막이 2 모노레이어 이하의 두께로 조절되는 것을 특징으로 하는 인듐갈륨나이트라이드 양자점을 형성하는 방법. 이러한 방법을 통해, In0.95Ga0.05N 양자점 구조 활성층과 같이 엄청난 양의 In 조성을 가지는 구조를 만들 수 있게 된다.(4) A method of forming an indium gallium nitride quantum dot, wherein the GaN-dominant thin film is controlled to a thickness of 2 monolayers or less. Through this method, it is possible to make a structure having a large amount of In composition, such as In 0.95 Ga 0.05 N quantum dot structure active layer.

본 개시에 따른 하나의 인듐갈륨나이트라이드 양자점을 형성하는 방법에 의하면, 넓은 범위에서 인듐 조성을 조절할 수 있는 인듐갈륨나이트라이드 양자점을 형성할 수 있게 된다.According to the method of forming one indium gallium nitride quantum dot according to the present disclosure, it is possible to form an indium gallium nitride nitride quantum dot that can control the indium composition in a wide range.

또한 본 개시에 따른 다른 하나의 인듐갈륨나이트라이드 양자점을 형성하는 방법에 의하면, 인듐의 조성에 관계없이 균일하고 높은 밀도의 InGaN 양자점 구조를 형성할 수 있게 된다.In addition, according to the method of forming another indium gallium nitride quantum dot according to the present disclosure, it is possible to form a uniform and high density InGaN quantum dot structure regardless of the composition of indium.

또한 본 개시에 따른 또다른 하나의 인듐갈륨나이트라이드 양자점을 형성하는 방법에 의하면, 근적외선 부근의 발광이 가능한 InGaN 양자점 구조를 형성할 수 있게 된다.In addition, according to the method of forming another indium gallium nitride quantum dot according to the present disclosure, it is possible to form an InGaN quantum dot structure capable of emitting light in the near infrared.

도 1은 종래의 3족 질화물 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,1 is a view showing an example of a conventional group III nitride semiconductor light emitting device,

도 2는 미국특허 제5,959,307호에 기재된 InGaN 양자우물층의 일 예를 나타내는 도면,2 is a view showing an example of an InGaN quantum well layer described in US Patent No. 5,959,307,

도 3은 미국공개특허공보 제2007/0075307호에 기재된 InGaN 양자우물층을 성장시키는 방법의 일 예를 설명하는 도면,3 is a view for explaining an example of a method for growing an InGaN quantum well layer described in US Patent Publication No. 2007/0075307;

도 4는 본 개시에 따라 InGaN 양자점을 형성하는 방법의 일 예를 나타내는 도면,4 is a diagram illustrating an example of a method of forming an InGaN quantum dot according to the present disclosure;

도 5는 도 4에 제시된 방법에 따라 형성된 양자점 구조의 AFM 사진,5 is an AFM photograph of a quantum dot structure formed according to the method shown in FIG. 4;

도 6은 도 4에 제시된 방법에 따라 형성된 양자점 구조에 대한 포토루미네션스(Photoluminescence; PL) 측정 결과를 나타내는 도면, 여기서, x축은 파장(nm)이고, y축은 Intensity이다.FIG. 6 is a diagram showing a photoluminescence (PL) measurement result of a quantum dot structure formed according to the method shown in FIG. 4, wherein the x-axis is wavelength (nm) and the y-axis is intensity.

도 7 및 도 8은 본 개시에 따라 InGaN 양자점을 형성하는 방법의 다른 예를 나타내는 도면,7 and 8 illustrate another example of a method of forming an InGaN quantum dot according to the present disclosure;

도 9는 도 7에 제시된 방법에 따라 형성된 양자점 구조의 AFM 사진,9 is an AFM photograph of a quantum dot structure formed according to the method shown in FIG.

도 10은 도 7에 제시된 방법에 따라 형성된 양자점 구조에 대한 포토루미네션스(PL) 측정 결과를 나타내는 도면, 여기서 x축은 에너지(eV)이고, y축은 Intensity이다.FIG. 10 is a view showing photoluminescence (PL) measurement results for a quantum dot structure formed according to the method shown in FIG. 7, where the x axis is energy (eV) and the y axis is intensity.

도 11은 본 개시에 따라 제조된 3족 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면.11 is a view showing an example of a group 3 semiconductor light emitting device manufactured according to the present disclosure.

Claims (10)

인듐갈륨나이트라이드(InGaN) 양자점을 형성하는 방법에 있어서,In the method of forming indium gallium nitride (InGaN) quantum dots, InN가 지배적인 박막과 GaN이 지배적인 박막을 교대로 반복 적층하는 단계; 그리고,Alternately laminating an InN dominated thin film and a GaN dominated thin film; And, 교대로 반복 적층된 InN가 지배적인 박막과 GaN이 지배적인 박막에 승온 열처리하여 InxGa1-xN(0<x<1) 양자점을 형성하는 단계;를 포함하며,And thermally heating the alternatingly stacked InN dominated thin film and GaN dominated thin film to form In x Ga 1-x N (0 <x <1) quantum dots; InxGa1-xN(0<x<1) 양자점으로 된 구조가 활성층을 형성하며, 활성층에서 InN가 GaN에 박혀있는(embeded) 것을 특징으로 하는 인듐갈륨나이트라이드 양자점을 형성하는 방법.A method of forming In x Ga 1-x N (0 <x <1) quantum dots to form an active layer, wherein InN is embedded in GaN in the active layer. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, x의 값이 GaN이 지배적인 박막의 두께를 조절함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 인듐갈륨나이트라이드 양자점을 형성하는 방법.A method of forming indium gallium nitride quantum dots, wherein the value of x is determined by controlling the thickness of the thin film where GaN dominates. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, x의 값이 0.5이상인 것을 특징으로 하는 인듐갈륨나이트라이드 양자점을 형성하는 방법.A method of forming an indium gallium nitride quantum dot, characterized in that the value of x is 0.5 or more. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, InN가 지배적인 박막은 InN이고,InN is the predominant thin film is InN, GaN이 지배적인 박막은 GaN인 것을 특징으로 하는 인듐갈륨나이트라이드 양자점을 형성하는 방법.A method of forming indium gallium nitride quantum dots, characterized in that GaN is the predominant thin film. 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, GaN이 지배적인 박막이 2 모노레이어 이하의 두께로 조절되는 것을 특징으로 하는 인듐갈륨나이트라이드 양자점을 형성하는 방법.A method of forming an indium gallium nitride quantum dot characterized in that the GaN-dominant thin film is controlled to a thickness of 2 monolayer or less. 청구항 2에 있어서,The method according to claim 2, InN가 지배적인 박막과 GaN이 지배적인 박막의 두께비를 9:1로 한 것을 특징으로 하는 인듐갈륨나이트라이드 양자점을 형성하는 방법. A method of forming an indium gallium nitride quantum dot characterized in that the thickness ratio of the thin film dominated by InN and the thin film dominated by GaN is 9: 1. 청구항 4에 있어서,The method of claim 4, InxGa1-xN(0<x<1) 양자점으로 된 구조가 활성층을 형성하는 것을 특징으로 하는 인듐갈륨나이트라이드 양자점을 형성하는 방법.A method of forming indium gallium nitride quantum dots, wherein the structure of In x Ga 1-x N (0 <x <1) quantum dots forms an active layer. 청구항 9에 있엇,In claim 9, 복수의 InxGa1-xN(0<x<1) 양자점으로 된 구조가 활성층에 구비되는 것을 특징으로 하는 인듐갈륨나이트라이드 양자점을 형성하는 방법.A method of forming an indium gallium nitride quantum dot, characterized in that the active layer is provided with a structure consisting of a plurality of In x Ga 1-x N (0 <x <1) quantum dots.
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