KR101548610B1 - 3족 질화물 반도체 적층체 - Google Patents

3족 질화물 반도체 적층체 Download PDF

Info

Publication number
KR101548610B1
KR101548610B1 KR1020130039382A KR20130039382A KR101548610B1 KR 101548610 B1 KR101548610 B1 KR 101548610B1 KR 1020130039382 A KR1020130039382 A KR 1020130039382A KR 20130039382 A KR20130039382 A KR 20130039382A KR 101548610 B1 KR101548610 B1 KR 101548610B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nitride semiconductor
semiconductor layer
iii nitride
group iii
growth
Prior art date
Application number
KR1020130039382A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140122554A (ko
Inventor
황성민
조인성
임원택
김두수
Original Assignee
주식회사 소프트에피
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 소프트에피 filed Critical 주식회사 소프트에피
Priority to KR1020130039382A priority Critical patent/KR101548610B1/ko
Priority to PCT/KR2014/003123 priority patent/WO2014168437A1/ko
Publication of KR20140122554A publication Critical patent/KR20140122554A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101548610B1 publication Critical patent/KR101548610B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H01L33/22—Roughened surfaces, e.g. at the interface between epitaxial layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/103—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN homojunction type
    • H01L31/1035—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN homojunction type the devices comprising active layers formed only by AIIIBV compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H01L33/24—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate of the light emitting region, e.g. non-planar junction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/12—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a stress relaxation structure, e.g. buffer layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/16—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

본 개시는 제1 면과, 제1 면에 대향하는 제2 면을 구비하며, 제1 면 측에서 3족 질화물 반도체층의 성장이 이루어지는 기판; 제1 면에 형성되는 돌기 및 오목부 중의 적어도 하나;로서, 3족 질화물 반도체층의 성장이 이루어지는 측면을 가지는, 돌기 및 오목부 중의 적어도 하나; 그리고, 측면에서 성장되는 3족 질화물 반도체층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 적층체에 관한 것이다.

Description

3족 질화물 반도체 적층체{III-NITRIDE SEMICONDUCTOR STACKED STRUCTURE}
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 3족 질화물 반도체 적층체에 관한 것으로, 특히 돌기 및/또는 오목부를 이용하여 성장되는 3족 질화물 반도체 적층체에 관한 것이다.
여기서, 3족 질화물 반도체는 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 된 화합물 반도체층을 의미하며, 발광다이오드와 같은 발광소자의 제조 및 포토다이오드와 같은 수광소자의 제조에 이용될 수 있으며, 광소자 이외에도, 다이오드, 트랜지스터와 같은 전기 소자의 제조 등 다양한 분야에 적용될 수 있다.
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).
도 1은 미국 공개특허공보 제2003-0057444호에 제시된 3족 질화물 반도체층의 성장 방법의 일 예를 나타내는 도면으로서, 돌기(110)가 형성된 기판(100)에 3족 질화물 반도체층(310)이 성장되는 과정을 설명하고 있다. 3족 질화물 반도체층(310)은 기판(100)의 바닥면과 돌기(110) 상면에서 먼저 성장된 다음, 양측의 3족 질화물 반도체층(310)이 만나서 측면이 메워지고, 최종적으로 평탄화된다. 돌기(110)의 측면에서는 3족 질화물 반도체층(310)의 성장이 잘 일어나지 않음을 알 수 있다. 돌기(110)는 기판(100) 위에 성장되는 3족 질화물 반도체층(310)의 결정질(Growth Quality)을 향상시키는 한편, 광 산란면 등으로 기능할 수 있다.
도 2는 미국 공개특허공보 제2005-0082546호에 제시된 3족 질화물 반도체층의 성장 방법의 일 예를 나타내는 도면으로서, 단면이 둥근 돌기(110)가 형성된 기판(100)에 3족 질화물 반도체층(310)이 성장되는 과정을 설명하고 있다. 3족 질화물 반도체층(310)은 돌기(110)에서는 성장되지 않으며, 기판(100)의 바닥면에서 성장되어, 메워지고 최종적으로 평탄화된다.
이러한 예들로부터 3족 질화물 반도체층(310)의 성장에 사용되는 성장 기판(100)의 결정면에 영향을 받는다는 것을 알 수 있으며, 종래기술들의 경우에, 돌기(110) 측면에서의 3족 질화물 반도체층(310)의 성장에 대해 관심을 크게 두고 있지 않다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
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).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 제1 면과, 제1 면에 대향하는 제2 면을 구비하며, 제1 면 측에서 3족 질화물 반도체층의 성장이 이루어지는 기판; 제1 면에 형성되는 돌기 및 오목부 중의 적어도 하나;로서, 3족 질화물 반도체층의 성장이 이루어지는 측면을 가지는, 돌기 및 오목부 중의 적어도 하나; 그리고, 측면에서 성장되는 3족 질화물 반도체층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 적층체가 제공된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 미국 공개특허공보 제2003-0057444호에 제시된 3족 질화물 반도체층의 성장 방법의 일 예를 나타내는 도면,
도 2는 미국 공개특허공보 제2005-0082546호에 제시된 3족 질화물 반도체층의 성장 방법의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 본 개시에 따라 돌기가 형성된 기판의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 도 3에서와 같은 돌기가 형성된 기판 위에 형성된 3족 질화물 반도체층의 일 예를 나타내는 사진,
도 5는 도 4에 예시된 3족 질화물 반도체층의 성장을 구체적으로 설명하는 도면,
도 6 및 도 7은 수소(H2) 분위기에서 성장된 씨앗층과 질소(N2) 분위기에서 성장된 씨앗층을 비교한 일 예를 나타내는 사진,
도 8은 본 개시에 따라 제조된 3족 질화물 반도체 적층체의 일 예를 나타내는 도면,
도 9는 본 개시에 따른 a면 기판과 돌기 및/또는 오목부의 조합의 예들을 나타내는 도면,
도 10은 본 개시에 따른 c면 기판과 돌기 및/또는 오목부의 조합의 예들을 나타내는 도면,
도 11은 본 개시에 따른 n면 기판과 돌기 및/또는 오목부의 조합의 예들을 나타내는 도면,
도 12는 본 개시에 따른 m면 기판과 돌기 및/또는 오목부의 조합의 예들을 나타내는 도면,
도 13은 본 개시에 따른 r면 기판과 돌기 및/또는 오목부의 조합의 예들을 나타내는 도면,
도 14는 본 개시에 따른 돌기 및/또는 오목부의 조합의 예들을 나타내는 도면.
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)).
도 3은 본 개시에 따라 돌기가 형성된 기판의 일 예를 나타내는 도면으로서, c면 기판(10; 예: c면 사파이어 기판)에, 측면으로서 r면과 r의 대향면을 가지고, 상면(13)으로서 c면을 가지는 돌기(11)가 형성되어 있다. 지면을 관통하는 방향이 a면이며, 돌기(11)는 a면을 향해 스트라이프 형상으로 뻗어 있으며, 식각되어 노출된 기판(10) 면이 바닥면(12)이다. 즉, 본 개시에 따르면, 돌기(11)의 측면(15)이 3족 질화물 반도체가 성장가능한 면으로 이루어진다. 돌기(11)는 도 1 및 도 2에 제시된 것과 같은 종래의 PSS(Patterned Sapphire Substrate)를 형성하는 식각 공정을 통해 형성될 수 있다. 필요에 따라 돌기(11)의 측면이 수직면 또는 경사면으로 형성될 수 있다.
도 4는 도 3에서와 같은 돌기가 형성된 기판 위에 형성된 3족 질화물 반도체층의 일 예를 나타내는 사진으로서, 돌기(11)가 형성된 기판(10) 위에서 3족 질화물 반도체층(31)이 요철 또는 톱니 모양으로 형성되어 있는 것을 볼 수 있다. 예를 들어, 다음의 조건으로 3족 질화물 반도체층(31)을 형성할 수 있다. 돌기(11)가 형성된 기판(10)을 MOCVD 반응기 내에 넣고, 분위기 기체를 N2로 한 후 450℃부터 NH3 유량을 8000sccm(Standard Cubic Cm per Min.)로 하여 반응기에 주입하였고, 1050℃까지 승온하였다. 이는 기판(10)의 질화 처리를 위해서였다. 1050℃에서 TMGa를 이용하여 GaN 핵을 0.5nm/sec의 속도로 성장시켰다. 이때 반응기의 압력은 100mbar로 하였다. 씨앗층을 성장시킨 후, 분위기 기체를 수소로 바꾼다. 그 후 NH3는 4000sccm, 압력은 100mbar, 온도는 1050℃, 성장속도는 0.6nm/sec의 속도로 500nm~1300nm정도의 초기 성장을 한다. 이후, 온도를 920℃로 낮춘 후 압력은 250mbar, NH3는 12,000sccm으로 하여 3족 질화물 반도체층(31)을 성장시켰다.
도 5는 도 4에 예시된 3족 질화물 반도체층의 성장을 구체적으로 설명하는 도면으로서, 3족 질화물 반도체층(a,b)의 성장이 일반적 예상과 달리, 기판(10)의 c면에서 일어나지 않고 돌기(11)의 측면에서 일어난 것을 알 수 있다. 이하에서, 이에 대하여 설명한다.
일반적으로 성장 기판에 3족 질화물 반도체층을 성장할 때, 먼저 씨앗층으로 버퍼층을 형성한 다음, 3족 질화물 반도체층을 형성한다. 그리고, 이 씨앗층은 수소(H2) 분위기 하에, 550℃ 정도의 온도에서, GaN을 성장시킴으로써 형성될 수 있다. 이렇게 형성되는 씨앗층은 c면 기판 위에 잘 성장되며, 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같은 형태의 3족 질화물 반도체층을 형성하는데 일반적으로 이용된다.
그러나, 씨앗층을 형성할 때, 수소(H2) 분위기가 아니라 질소(N2) 분위기를 이용하면, 성장 양상은 완전히 달라진다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 3족 질화물 반도체층(31,a,b)의 성장이 c면에서 잘 일어나지 않게 되며, 성장은 돌기(11)의 측면인 r면과 r의 대향면에서 활발히 일어나게 된다.
도 4에 예시된 3족 질화물 반도체층(31)의 성장의 바람직한 조건에 대해 부언하면, 질소(N2) 분위기를 이용하는 씨앗층(예: GaN)의 경우에, 종래 500℃ 부근(예: 550℃)에서 형성되는 GaN 버퍼층과 달리, 650℃이상의 높은 온도, 바람직하게는 750℃이상의 온도에서 형성되며, 1200℃이상의 온도에서는 일반적으로 잘 형성되지 않는다. 750℃이상의 온도에서 더 좋은 씨앗층(20)의 형성이 가능하지만, 이후 더 높은 온도에서 성장되는 3족 질화물 반도체층(31)에 대한 성장 조건으로의 빠른 이동을 위해, 800℃이상의 온도에서 성장할 수 있으며, 이러한 관점에서 800℃이상의 온도에서 성장하는 것이 바람직하다.
도 6 및 도 7은 수소(H2) 분위기에서 성장된 씨앗층과 질소(N2) 분위기에서 성장된 씨앗층을 비교한 일 예를 나타내는 사진이다. m면 사파이어 기판 위에, 스트라이프 형상의 SiO2로 성장 방지막(15)을 형성하고, 수소(H2) 분위기 하에서 씨앗층을 형성하였으며, 도 6에 그 결과를 나타내었다. 높은 온도로 수소(H2) 분위기에서 성장된 경우에, (b)에 도시된 바와 같이, 성장이 잘 되지 않으며, 일부 아주 큰 핵들(20)이 형성되며, 낮은 온도에서 성장된 경우에, (a)에 도시된 바와 같이, 다결정이 성장 방지막까지도 덮게 된다. 질소(N2) 분위기에서 성장된 경우에, 도 7에 도시된 바와 같이, 성장 방지막(15) 사이에 노출된 m면 기판(10)에서만 씨앗층(20)이 형성되어 있음을 알 수 있다. 이 때, 다음과 같은 조건이 사용될 수 있다. m면 사파이어 기판을 유기세정한 후 SiO2를 PECVD법으로 증착한 후, MOCVD를 이용하여 성장하였다. MOCVD 반응기 내의 분위기 기체를 N2로 한 후 450℃부터 NH3 유량을 8000sccm(Standard Cubic Cm per Min.)로 하여 반응기에 주입하였고, 1050℃까지 승온하였다. 이는 사파이어 표면의 질화 처리를 위해서였다. 1050℃에서 TMGa를 이용하여 GaN 핵을 0.5nm/sec의 속도로 성장시켰다. 이때 반응기의 압력은 100mbar로 하였다.
도 4, 도 6 및 도 7의 결과로부터, (1) 성장 기판 상에 노출되는 면방위에 따라 3족 질화물 반도체층이 잘 성장될 수도 그렇지 않을 수도 있다는 점 및 (2) 3족 질화물 반도체층의 성장에 앞서 성장 기판에 적용되는 씨앗층의 성장 조건에 따라 3족 질화물 반도체층이 잘 성장될 수도 그렇지 않을 수도 있다는 점을 알 수 있다. 예를 들어, c면 기판의 경우에, 수소(H2) 분위기에서 씨앗층이 형성되는 경우에, 그 위에 3족 질화물 반도체층이 잘 성장되지만, 질소(N2) 분위기에서 씨앗층이 형성되는 경우에, 그 위에 3족 질화물 반도체층이 잘 성장되지 않는다. 수소(H2) 분위기에서 씨앗층이 형성되는 경우에, 3족 질화물 반도체층이 그 위에 잘 성장된다는 점은 이미 알려져 있으며, 본 발명자들은 질소(N2) 분위기에서 씨앗층이 형성되는 경우에, r면, r의 대칭면, m면에서 3족 질화물 반도체층의 성장이 잘 이루어지며, c면, a면, n면에서 3족 질화물 반도체층의 성장이 잘 이루어지는 않는다는 점을 추가적으로 알게 되었다(여기서, 면방위는 HCP(Hexagonal Closed Packed) 구조의 사파이어를 기준으로 하였다.). 본 개시는 이러한 기존의 지식 및 새로운 식견을 바탕으로, 돌기의 측면에서의 3족 질화물 반도체층의 성장을 이용하는 3족 질화물 반도체 적층체에 관한 것이다. 한편 기판에 돌기를 형성하는 것이 일반적이나, 기판에 오목부를 형성하는 것에도 마찬가지의 원리가 적용될 수 있다. 돌기와 오목부는 상대적인 개념이므로, 도 3에서 바닥면(12)과 상면(13)은 오목부에도 그대로 적용될 수 있다.
도 8은 본 개시에 따라 제조된 3족 질화물 반도체 적층체의 일 예를 나타내는 도면으로서, 3족 질화물 반도체 적층체는 도 4에 도시된 3족 질화물 반도체층(31) 상에 n형 3족 질화물 반도체층(30; 예: Si-doped GaN), 전환층(40; InGaN/GaN 다중양자우물 구조), p형 3족 질화물 반도체층(50; 예: Mg-doped GaN), 식각되어 노출된 n형 3족 질화물 반도체층(30) 위에 형성된 n측 전극(80) 그리고 p형 3족 질화물 반도체층(30) 위에 p측 전극(90)을 포함한다. 3족 질화물 반도체 적층체가 발광소자인 경우에, 전환층(40)은 전자와 정공의 결합을 통해, 빛을 생성하며, 3족 질화물 반도체 적층체가 수광소자인 경우에, 전환층(40)은 빛을 전류로 변환한다. 필요에 따라, p형 3족 질화물 반도체층(50)과 p측 전극(90) 사이에 전류 확산 전극(예: ITO, Ag, Al)이 더 구비될 수 있다. n형 3족 질화물 반도체층(30)과 p형 3족 질화물 반도체층(50)의 위치는 변경될 수 있다. n형 3족 질화물 반도체층(30), 전환층(40) p형 3족 질화물 반도체층(50)의 형성은 3족 질화물 반도체층(30)을 성장하는 과정에서, Mg, Si과 같은 도펀트를 투입하거나, In, Al과 같은 다른 5족 원소를 투입함으로써 형성될 수 있다. n형 3족 질화물 반도체층(30)과 p형 3족 질화물 반도체층(50) 각각은 다층으로 구성될 수 있다. 3족 질화물 반도체적층체의 응용은 발광소자 및 수광소자에 제한되지 않으며, 광소자 이외에도, 다이오드, 트랜지스터와 같은 전기 소자의 제조 등 다양한 분야에 적용될 수 있다. 또한 본 개시에 따라 제조되는 3족 질화물 반도체 적층체가 다른 3족 질화물 반도체 또는 다른 반도체의 성장을 위한 성장 기판으로 이용될 수 있음은 물론이다.
우선적으로, 기판(10)에 도 3에 도시된 것과 같은 돌기(11)를 형성함으로써, 이 돌기(11)를 광 산란면으로 이용할 수 있다. 또한, 도 8에서와 같이, 3족 질화물 반도체층(31)을 평탄화시키지 않고, 이후, 3족 질화물 반도체층들(30,40,50)을 형성한다면, 평탄화된 것에 비해 3족 질화물 반도체층들(30,40,50)의 면적을 확대할 수 있으므로, 발광소자의 경우에, 전환층(40)을 확대할 수 있으며, 수광소자의 경우에, 광을 흡수하는 p형 3족 질화물 반도체층(50)의 면적을 확대할 수 있는 등 다양한 이점을 가질 수 있게 된다. 또한 도 6에 있어서, 성장 방지막(15)으로 SiO2가 사용되었지만, 이를 대신하여, 성장이 잘 이루어지지 않는 면들로 된 돌기를 형성하여 성장 방지막으로 이용하는 것도 가능하다.
도 9는 본 개시에 따른 a면 기판과 돌기 및/또는 오목부의 조합의 예들을 나타내는 도면이다. 돌기 대신 오목부가 형성되어 있으며, 오목부의 측면에 돌기의 측면과 동일한 원리가 적용될 수 있다. 좌측 및 우측의 경우에, 경사면에 의해, 쐐기형 오목부가 형성되어 있으며, 중앙의 경우에, 수직면을 측면을 가진 오목부가 형성되어 있다. 3족 질화물 반도체층의 성장은 경사면 또는 수직면에 이루어질 수 있다.
도 10은 본 개시에 따른 c면 기판과 돌기 및/또는 오목부의 조합의 예들을 나타내는 도면이다. 돌기 대신 오목부가 형성되어 있으며, 오목부의 측면에 돌기의 측면과 동일한 원리가 적용될 수 있다.
도 11은 본 개시에 따른 n면 기판과 돌기 및/또는 오목부의 조합의 예들을 나타내는 도면이다. 돌기 대신 오목부가 형성되어 있으며, 오목부의 측면에 돌기의 측면과 동일한 원리가 적용될 수 있다.
도 12는 본 개시에 따른 m면 기판과 돌기 및/또는 오목부의 조합의 예들을 나타내는 도면이다. 도 9 내지 도 11에 도시된 기판과 달리, 3족 질화물 반도체층의 성장이 가능한 m면 기판이 사용되었지만, m면 기판에 돌기 또는 오목부를 형성함에 있어서, 하나의 측면은 r면 또는 m면으로 형성하고, 여기에 이어지는 측면(14)을 3족 질화물 반도체층의 성장이 억제되는 면으로 형성함으로써, 도 9 내지 도 11에 도시된 기판과 동일한 효과를 얻을 수 있게 된다. 도 9 내지 도 12에 제시된 개시로부터, 본 개시에 따른 3족 질화물 반도체층의 적층은 3족 질화물 반도체층의 성장이 가능한 측면과, 3족 질화물 반도체층의 적층이 억제되는 면(상면, 바닥면, 측면)의 조합으로 이루어질 수 있음을 알 수 있다. 여기서 3족 질화물 반도체층의 성장이 억제되는 면은 반드시 c면, a면, n면일 필요는 없으며, 3족 질화물 반도체층이 성장이 억제되는 면이라면 어떠한 면이라도 좋다. 예를 들어, c면, a면, n면으로부터 각도가 off된 면, m면, r면으로부터 많이 off된 면 등이 여기에 포함될 수 있다.
도 13은 본 개시에 따른 r면 기판과 돌기 및/또는 오목부의 조합의 예들을 나타내는 도면이다. m면을 3족 질화물 반도체층의 성장이 가능한 측면(15)으로 이용하고, c면(14)을 3족 질화물 반도체층의 성장이 억제되는 측면(14)으로 이용하는 돌기 또는 오목부가 형성되어 있다. 측면(14)과 측면(15)의 길이는 같거나 다르게 형성할 수 있다. 측면(15)들의 길이도 필요에 따라 달라질 수 있다.
도 14는 본 개시에 따른 돌기 및/또는 오목부의 조합의 예들을 나타내는 도면이다. 좌측의 경우에, a면 기판에 m면으로 3족 질화물 반도체층의 성장이 가능한 측면(15; 수직면)을 형성하고, a면 기판의 윗면 상부에 요철(16)을 형성하여, 3족 질화물 반도체층의 성장을 억제하였다. 요철(16)의 양 측면에서 성장이 억제되어도 좋고, 일 측에서만 성장이 억제될 수도 있다. 우측의 경우에, n면 기판에 c면으로 3족 질화물 반도체층의 성장이 억제되는 측면(14; 경사면)을 형성하고, n면 기판의 윗면 상부에 요철을 형성하되, 요철의 측면(15)을 성장이 가능한 면으로 형성하였다. 도 9 내지 도 14에 제시된 예들로부터 본 개시가 (1) 돌기 및/또는 오목부의 형성에 앞서 다양한 방위를 가지는 기판에 적용될 수 있음을 알 수 있으며, (2) 어떠한 기판에도 3족 질화물 반도체층의 성장이 가능한 면을 돌기 및/또는 오목부를 형성할 수 있음을 알 수 있으며, (3) 이 돌기 및/또는 오목부는 수직면 또는 경사면을 이용하여, 다양한 길이, 폭, 경사도, 간격, 크기를 가지고 형성될 수 있음을 알 수 있고, (4) 본 개시는 3족 질화물 반도체층의 성장이 가능한 측면과 3족 질화물 반도체층의 성장이 억제되는 면(상면, 바닥멱, 측면)의 조합으로 이루질 수 있음을 알 수 있다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 제1 면과, 제1 면에 대향하는 제2 면을 구비하며, 제1 면 측에서 3족 질화물 반도체층의 성장이 이루어지는 기판; 제1 면에 형성되는 돌기 및 오목부 중의 적어도 하나;로서, 3족 질화물 반도체층의 성장이 이루어지는 측면을 가지는, 돌기 및 오목부 중의 적어도 하나; 그리고, 측면에서 성장되는 3족 질화물 반도체층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 적층체. 본 개시는 기판 상부에, 돌기만 구비되거나, 오목부만 구비되거나, 양자가 함께 구비되는 모두를 포함한다. 돌기 또는 오목부는 사다리꼴 종단면, 역사다리꼴 종단면, 삼각형 종단면, 사각형 종단면, 상부가 둥근 형상의 원추대 등 본 개시의 원리가 적용될 수 있다면 어떠한 형상도 가능하다.
(2) 측면은 수직면 또는 경사면인 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 적층체.
(3) 돌기 및 오목부 중의 적어도 하나가 형성되기 전의 제1 면은 3족 질화물 반도체층의 성장이 억제되는 면인 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 적층체.
(4) 제1 면에 측면으로부터 이어진, 3족 질화물 반도체층의 성장이 억제되는 바닥면이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 적층체.
(5) 제1 면에 측면으로부터 이어진, 3족 질화물 반도체층의 성장이 억제되는 상면이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 적층체.
(6) 돌기 및 오목부 중의 적어도 하나는 3족 질화물 반도체층의 성장이 이루어지는 측면과 이어지며 3족 질화물 반도체층의 성장이 억제되는 측면을 구비하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 적층체.
(7) 3족 질화물 반도체층은 질소(N2) 분위기에서 성장된 씨앗층을 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 적층체.
(8) 돌기 및 오목부 중의 적어도 하나가 형성되기 전의 제1 면은 c면, a면, n면 중의 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 적층체.
(9) 측면은 r면, r의 대향면, m면 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 적층체.
(10) 기판은 사파이어 기판인 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 적층체. 기판으로는 사파이어 이외에도, 3족 질화물 반도체(예: GaN, InGaN, AlGaN, InN, AlN, InGaAlN)의 성장이 가능하다면, 어떠한 기판의 사용도 가능하다.
(11) 돌기 및 오목부 중의 적어도 하나는 측면으로서 r면과 r의 대향면을 가지는 스트라이프 형상인 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 적층체. 스트라이프형 돌기 및 오목부에 대해 실험을 하였으나, 독립된 섬 형태의 돌기 및 오목부에도 적용의 가능성이 있다.
(12) 돌기 및 오목부 중의 적어도 하나는 돌기를 포함하며, 돌기 위에 형성되는 3족 질화물 반도체층의 형상은 톱니 형상인 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 적층체.
(13) 본 개시에 있어서, m면 기판이라고 하면 바람직하게는 정확한 m면 기판이 사용되지만, m면으로부터 약간 off된 각으로 잘려진 기판이 사용될 수 있음을 당업자는 염두에 두어야 한다.
(14) m면, r면, (11-22)면 중의 하나를 3족 질화물 반도체층의 성장면으로 이용하는 3족 질화물 반도체 적층체. 직접 실험해 보지는 못했지만, 도 5의 성장 양태를 볼 때, (11-22)면의 경우에도 성장이 가능할 것으로 예상된다.
(15) 제1 면과, 제1 면에 대향하는 제2 면을 구비하며, 제1 면 측에서 3족 질화물 반도체층의 성장이 이루어지는 기판;으로서, 제1 면에 3족 질화물 반도체층의 성장이 이루어지는 면(상면, 바닥면, 측면)과 3족 질화물 반도체층의 성장이 억제되는 면(상면, 바닥면, 측면)을 구비하는 기판; 제1 면 측에 형성되며, 질소(N2) 분위기에서 성장된 씨앗층; 그리고, 씨앗층을 매개로 3족 질화물 반도체층의 성장이 이루어지는 면에서 성장되는 3족 질화물 반도체층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 적층체.
본 개시에 따른 하나의 3족 질화물 반도체 적층체에 의하면, 기판의 측면을 3족 질화물 반도체층의 성장에 이용할 수 있게 된다.
본 개시에 따른 다른 하나의 3족 질화물 반도체 적층체에 의하면, 질소(N2) 분위기에서 성장된 씨앗층을 이용하여 3족 질화물 반도체층을 성장할 수 있게 된다.
기판(10) 반도체층(30,50) 전환층(40)

Claims (15)

  1. 제1 면과, 제1 면에 대향하는 제2 면을 구비하며, 제1 면 측에서 3족 질화물 반도체층의 성장이 이루어지는 기판;
    제1 면에 형성되는 돌기 및 오목부 중의 적어도 하나;로서, 3족 질화물 반도체층의 성장이 이루어지는 측면을 가지는, 돌기 및 오목부 중의 적어도 하나;
    돌기 및 오목부 중의 적어도 하나가 형성되어 있으며 질화처리된 제1 면 위에서 650℃이상의 높은 온도에서 성장되는 씨앗층; 그리고
    씨앗층 위에서, 측면에서 성장되는 3족 질화물 반도체층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 적층체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    측면은 수직면 또는 경사면인 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 적층체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    돌기 및 오목부 중의 적어도 하나가 형성되기 전의 제1 면은 3족 질화물 반도체층의 성장이 억제되는 면인 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 적층체.
  4. 청구항 1에 있어서,
    제1 면에 측면으로부터 이어진, 3족 질화물 반도체층의 성장이 억제되는 바닥면이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 적층체.
  5. 청구항 1에 있어서,
    제1 면에 측면으로부터 이어진, 3족 질화물 반도체층의 성장이 억제되는 상면이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 적층체.
  6. 청구항 4에 있어서,
    제1 면에 측면으로부터 이어진, 3족 질화물 반도체층의 성장이 억제되는 상면이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 적층체.
  7. 청구항 1에 있어서,
    돌기 및 오목부 중의 적어도 하나는 3족 질화물 반도체층의 성장이 이루어지는 측면과 이어지며 3족 질화물 반도체층의 성장이 억제되는 측면을 구비하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 적층체.
  8. 청구항 1에 있어서,
    씨앗층은 질소(N2) 분위기에서 성장된 씨앗층인 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 적층체.
  9. 청구항 1에 있어서,
    돌기 및 오목부 중의 적어도 하나가 형성되기 전의 제1 면은 c면, a면, n면 중의 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 적층체.
  10. 청구항 1에 있어서,
    측면은 r면, r의 대향면, m면 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 적층체.
  11. 청구항 1항에 있어서,
    기판은 사파이어 기판인 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 적층체.
  12. 청구항 1에 있어서,
    측면은 수직면 또는 경사면이며,
    씨앗층은 질소(N2) 분위기에서 성장된 씨앗층을 포함하고,
    기판은 사파이어 기판인 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 적층체.
  13. 청구항 12에 있어서,
    측면은 r면, r의 대향면, m면 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 적층체.
  14. 청구항 1에 있어서,
    돌기 및 오목부 중의 적어도 하나는 측면으로서 r면과 r의 대향면을 가지는 스트라이프 형상인 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 적층체.
  15. 청구항 1에 있어서,
    돌기 및 오목부 중의 적어도 하나는 돌기이며, 이 돌기 위에 형성되는 3족 질화물 반도체층의 형상은 톱니 형상인 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 적층체.
KR1020130039382A 2013-04-10 2013-04-10 3족 질화물 반도체 적층체 KR101548610B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130039382A KR101548610B1 (ko) 2013-04-10 2013-04-10 3족 질화물 반도체 적층체
PCT/KR2014/003123 WO2014168437A1 (ko) 2013-04-10 2014-04-10 3족 질화물 반도체 적층체

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130039382A KR101548610B1 (ko) 2013-04-10 2013-04-10 3족 질화물 반도체 적층체

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150074301A Division KR20150068345A (ko) 2015-05-27 2015-05-27 3족 질화물 반도체 적층체

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140122554A KR20140122554A (ko) 2014-10-20
KR101548610B1 true KR101548610B1 (ko) 2015-09-01

Family

ID=51689773

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130039382A KR101548610B1 (ko) 2013-04-10 2013-04-10 3족 질화물 반도체 적층체

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101548610B1 (ko)
WO (1) WO2014168437A1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008288461A (ja) * 2007-05-18 2008-11-27 Sony Corp 半導体層の成長方法、半導体発光素子の製造方法、半導体発光素子および電子機器
KR101218966B1 (ko) * 2008-01-29 2013-01-21 도요다 고세이 가부시키가이샤 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체의 제조 방법, ⅲ족 질화물계 화합물 반도체가 형성된 웨이퍼, 그리고 ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3346735B2 (ja) * 1998-03-03 2002-11-18 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体発光素子及びその製造方法
JP4513446B2 (ja) * 2004-07-23 2010-07-28 豊田合成株式会社 半導体結晶の結晶成長方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008288461A (ja) * 2007-05-18 2008-11-27 Sony Corp 半導体層の成長方法、半導体発光素子の製造方法、半導体発光素子および電子機器
KR101218966B1 (ko) * 2008-01-29 2013-01-21 도요다 고세이 가부시키가이샤 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체의 제조 방법, ⅲ족 질화물계 화합물 반도체가 형성된 웨이퍼, 그리고 ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014168437A1 (ko) 2014-10-16
KR20140122554A (ko) 2014-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8519416B2 (en) Method of fabricating nitride-based semiconductor light-emitting device and nitride-based semiconductor light-emitting device
KR20020084194A (ko) Ｉｉｉ족 질화물계 화합물 반도체의 제조방법 및 ｉｉｉ족질화물계 화합물 반도체 소자
WO2014178248A1 (ja) 窒化物半導体発光素子
KR100874077B1 (ko) 질화물 반도체 레이저 소자 및 그 제조 방법
JP4451846B2 (ja) 窒化物半導体素子の製造方法
JP2001185493A (ja) Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の製造方法及びｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子
JP2001181096A (ja) Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の製造方法及びｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子
JP2003152220A (ja) 半導体発光素子の製造方法および半導体発光素子
JP2001060719A (ja) 窒化物半導体発光ダイオード
KR20040062636A (ko) 자외선 발광장치
JP2008288397A (ja) 半導体発光装置
JP2007112633A (ja) 窒化物半導体ウェーハ及び窒化物半導体素子
JP2008153286A (ja) 窒化物半導体積層構造および窒化物半導体装置、ならびに窒化物半導体積層構造の製造方法
JP2010510655A (ja) Ｎ面ＧａＮ、ＩｎＮおよびＡｌＮならびにそれらの合金を用いた発光ダイオードおよびレーザダイオード
JP2008118049A (ja) ＧａＮ系半導体発光素子
JPH11340508A (ja) 窒化物半導体の成長方法及び窒化物半導体素子
KR101068865B1 (ko) 질화물 반도체 성장 기판 및 이를 이용한 발광 소자
JP4106516B2 (ja) 窒化物半導体基板の成長方法
KR101548610B1 (ko) 3족 질화물 반도체 적층체
JP4784012B2 (ja) 窒化物半導体基板、及びその製造方法
KR20140131891A (ko) 3족 질화물 반도체 적층체
JP2008118048A (ja) ＧａＮ系半導体発光素子
TWI545798B (zh) Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof
KR20150068345A (ko) 3족 질화물 반도체 적층체
KR101552671B1 (ko) 고휘도 질화물 발광소자 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
A107 Divisional application of patent
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
A107 Divisional application of patent
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180828

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190826

Year of fee payment: 5