KR101613556B1 - method for fabricating nitride semiconductor device - Google Patents

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Abstract

무극성 m-면 질화물 반도체 소자 제조방법에 관한 것으로, 기판을 준비하는 단계와, N2 가스를 포함하는 분위기에서 기판 위에 제 1 반도체층을 형성하는 단계와, N2 가스를 포함하는 분위기를 유지하며 제 1 반도체층 위에 활성층을 형성하는 단계와, H2 가스를 포함하는 분위기에서 활성층 위에 제 2 반도체층을 형성하는 단계와, 제 1, 제 2 반도체층 위에 각각 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.A method for manufacturing a nonpolar m-plane nitride semiconductor device, comprising the steps of: preparing a substrate; forming a first semiconductor layer on a substrate in an atmosphere containing N2 gas; Forming an active layer on the semiconductor layer, forming a second semiconductor layer on the active layer in an atmosphere containing H2 gas, and forming electrodes on the first and second semiconductor layers, respectively.

Description

질화물 반도체 소자 제조방법{method for fabricating nitride semiconductor device}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for fabricating a nitride semiconductor device,

본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 특히 무극성 m-면 질화물 반도체 소자 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a non-polar m-plane nitride semiconductor device.

최근, 극성(c-plane) 질화물(Nitride) 반도체의 성장 기술에 따라, 자외선에서 적색 파장 밴드를 포괄하는 발광 다이오드 및 청자색 레이저 다이오드의 개발이 완료되어 이미 광 데이터 스토리지, 광센서, 의료기기 등에 널리 사용되고 있다.Recently, the development of light emitting diodes and blue-violet laser diodes covering the red wavelength band in ultraviolet rays has been completed in accordance with the growth technology of c-plane nitride semiconductor and has already been widely used in optical data storage, optical sensors, .

또한, 현재 녹색 레이저 다이오드의 개발이 진행 중에 있으며, 이는 RGB 레이저를 통한 색상 구현의 완성도를 높여 피코 프로젝트 등 응용 제품을 널리 상용화하는데 진보적 차세대 기술로서의 중추적 역할을 할 것으로 기대되고 있다.In addition, the development of green laser diodes is underway, and it is expected to play a pivotal role as a progressive next-generation technology in commercialization of applications such as Pico project by enhancing the perfection of color implementation through RGB laser.

한편 녹색 파장의 빛을 구현하기 위한 기존의 극성 질화물 반도체에서의 성장은 여러 가지 문제점을 나타내고 있다.On the other hand, the growth of conventional polarized nitride semiconductors for realizing the green wavelength light presents various problems.

극성 성장 방향에 따른 자발적 분극(spontaneous polarization)과 압전 분극(piezoelectric polarization)으로 인해, 양자 우물에 커다란 빌트-인 전기장(built-in electric field)이 생겨난다.Spontaneous polarization and piezoelectric polarization along the polar growth direction create a large built-in electric field in the quantum well.

이로 인해, QCSE(Quantum Confined Stark Effect)같은 방사효율(radiative efficiency)의 감소를 가져오고, 발진 파장에 있어서는 블루-쉬프트(blue-shift) 문제를 발생시키고 있다.This leads to a reduction in radiative efficiency, such as QCSE (Quantum Confined Stark Effect), and a blue-shift problem at the oscillation wavelength.

이에 반해, 무극성(m-plane) 질화물 반도체의 경우는 QCSE가 없고, 전자와 정공의 결합에 의한 커다란 파동함수와 높은 방사 재결합(radiative recombination) 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 블루-쉬프트(blue-shift)에 있어서도 극성 질화물 반도체 비해 상대적으로 적기 때문에 청록색과 녹색 파장 스펙트럼 대역에서의 대체 질화물 반도체로서 각광을 받고 있다.On the other hand, in the case of an m-plane nitride semiconductor, there is no QCSE and a large wave function and a high radiative recombination ratio due to the combination of electrons and holes can be obtained, and a blue- shift), it is widely regarded as a substitute nitride semiconductor in the cyan and green wavelength spectral bands because it is relatively smaller than the polar nitride semiconductor.

그러나, 여전히 무극성 질화물 반도체의 경우, 극성 질화물 반도체에 비해 양자 우물에서의 520nm 녹색 파장 대역의 높은 In 주입이 어렵고, 낮은 내부양자 효율로 인한 스로프 효율(slope efficiency)의 저하로 보완 및 개선 개발의 이슈가 많이 남아있다.However, in the case of nonpolar nitride semiconductors, it is difficult to inject In in the quantum well at a wavelength of 520 nm in green wavelength region, compared with the case of the polar nitride semiconductor, and the problem of development and improvement due to a decrease in slope efficiency due to low internal quantum efficiency There is a lot left.

그러함에도 불구하고, 최근까지 무극성과 반극성 질화물 반도체는 고출력 청색, 청록색, 녹색 레이저 다이오드의 실현 가능성에 대한 기대 물질로 관심과 연구의 집중이 모아지고 있다.Nonetheless, until now, nonpolar and semipolar nitride semiconductors have been attracting attention and research as promising materials for the realization of high output blue, cyan, and green laser diodes.

본 발명의 목적은 무극성 질화물 반도체 성장시, n형 반도체층 및 활성층 성장시까지 N2 가스가 포함된 분위기를 유지하고, p형 반도체층 성장시까지 H2 가스가 포함된 분위기를 유지함으로써, 무극성 질화물 기판 성장 고유의 결정성에서 오는 피라미드 형상의 단차와 크기를 최소화하여 균일한 표면을 유지하고 양질의 전기적 특성을 갖는 질화물 반도체 소자 제조방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a nitride semiconductor light emitting device and a nitride semiconductor light emitting device which can maintain the atmosphere containing N 2 gas until the n-type semiconductor layer and the active layer are grown during the growth of the apolar nitride semiconductor, And to provide a method for manufacturing a nitride semiconductor device having a uniform surface and minimizing a step and size of a pyramidal shape resulting from inherent crystallinity and having good electrical characteristics.

본 발명의 다른 목적은 무극성 질화물 반도체 성장시, p형 콘택층에 1e19/cm3 이상의 농도를 갖는 p형 불순물을 주입함으로써, 전극과의 오믹 콘택(ohmic contact)을 형성할 수 있는 질화물 반도체 소자 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a nitride semiconductor device manufacturing method capable of forming ohmic contact with an electrode by implanting p-type impurity having a concentration of 1e19 / cm3 or more into the p-type contact layer during growth of apolar nitride semiconductor .

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the precise forms disclosed. .

본 발명에 따른 질화물 반도체 소자 제조방법은, 기판을 준비하는 단계와, N2 가스를 포함하는 분위기에서 기판 위에 제 1 반도체층을 형성하는 단계와, N2 가스를 포함하는 분위기를 유지하며 제 1 반도체층 위에 활성층을 형성하는 단계와, H2 가스를 포함하는 분위기에서 활성층 위에 제 2 반도체층을 형성하는 단계와, 제 1, 제 2 반도체층 위에 각각 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.A method for fabricating a nitride semiconductor device according to the present invention includes the steps of preparing a substrate, forming a first semiconductor layer on a substrate in an atmosphere containing N2 gas, Forming an active layer on the first semiconductor layer, forming a second semiconductor layer on the active layer in an atmosphere containing H2 gas, and forming electrodes on the first and second semiconductor layers, respectively.

여기서, 제 1, 제 2 반도체층 및 활성층은 질화갈륨 기판의 무극성 (10-10)면이나 또는 상기 무극성 (10-10)면으로부터 0도 이상 5도 이하의 범위를 갖는 경사면으로부터 성장되는 층일 수 있다.Here, the first and second semiconductor layers and the active layer may be a non-polar (10-10) plane of the gallium nitride substrate or a plane grown from an inclined plane having a range of 0 to 5 degrees from the non-polar (10-10) have.

그리고, 제 1 반도체층을 형성하는 단계는, N2 가스를 포함하는 분위기에서, 기판 위에 제 1 콘택층, 제 1 클래드층, 및 제 1 광가이드층을 순차적으로 성장시키킬 수 있고, 활성층을 형성하는 단계는, N2 가스를 포함하는 분위기에서, 제 1 반도체층 위에 활성층 및 캡층을 순차적으로 성장시키며, 제 2 반도체층을 형성하는 단계는, H2 가스를 포함하는 분위기에서, 활성층 위에 제 2 광가이드층, 제 2 클래드층, 및 제 2 콘택층을 순차적으로 성장시킬 수 있다.The step of forming the first semiconductor layer can sequentially grow the first contact layer, the first clad layer, and the first optical guide layer on the substrate in an atmosphere containing N2 gas, and form an active layer The step of forming an active layer and a cap layer sequentially on the first semiconductor layer in an atmosphere containing N2 gas and the step of forming a second semiconductor layer include the steps of forming a second semiconductor layer on the active layer, Layer, the second clad layer, and the second contact layer can be sequentially grown.

다음, 제 2 콘택층 성장시, 주입되는 불순물의 최소 농도는 1e19/cm3 이상일 수 있는데, 제 2 콘택층 성장시, 주입되는 불순물의 농도는 하부면에서 상부면으로 향하는 두께 방향으로 점차 증가하거나 또는 점차 감소할 수도 있으며, 전체적으로 동일할 수도 있다.Next, in the second contact layer growth, the minimum concentration of the impurities to be implanted may be 1e19 / cm3 or more. At the time of the second contact layer growth, the concentration of the impurities to be implanted gradually increases in the thickness direction from the lower surface to the upper surface, It may gradually decrease, or may be totally the same.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the detailed description of embodiments with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 질화물 반도체 소자 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.The method for fabricating a nitride semiconductor device according to the present invention has the following effects.

본 발명은 질화물 반도체 성장시, n형 반도체층 및 활성층 성장시까지 N2 가스가 포함된 분위기를 유지하여 각 층의 표면 거칠기를 최소화하고, p형 반도체층 성장시에는 H2 가스가 포함된 분위기를 유지하여 전기적 특성을 극대화시킬 수 있다.In the nitride semiconductor growth, the atmosphere containing N 2 gas is maintained until the growth of the n-type semiconductor layer and the active layer to minimize the surface roughness of each layer, and the atmosphere containing H 2 gas is maintained Thereby maximizing the electrical characteristics.

또한, 본 발명은 p형 반도체층 성장시, p형 콘택층에는 1e19/cm3 이상의 농도를 갖는 p형 불순물을 주입함으로써, p형 전극과의 오믹 콘택 형성을 향상시켜 소자의 결함을 최소화하고 양질의 광소자 특성을 지닌 질화물 반도체 소자를 제조할 수 있다.The present invention also provides a method of forming a p-type semiconductor layer by implanting a p-type impurity having a concentration of 1e19 / cm3 or more into the p-type contact layer during the growth of the p-type semiconductor layer to improve the formation of ohmic contacts with the p- A nitride semiconductor device having optical device characteristics can be manufactured.

도 1은 본 발명에 따른 질화물 반도체 소자를 보여주는 구조단면도
도 2a는 질화물 반도체층의 성장 과정을 보여주는 도면
도 2b는 질화물 반도체층의 성장 온도를 보여주는 그래프
도 3은 m-면 질화갈륨 콘택층의 CP2Mg 플로우 및 농도에 따른 오믹 형성을 보여주는 도표
도 4는 c-면 및 m-면 질화갈륨 콘택층의 CP2Mg 플로우에 따른 Mg 도핑 레벨을 보여주는 그래프
1 is a structural cross-sectional view showing a nitride semiconductor device according to the present invention;
2A is a view showing a growth process of a nitride semiconductor layer
2B is a graph showing the growth temperature of the nitride semiconductor layer
Figure 3 is a graph showing the CP2Mg flow and concentration of the m-plane gallium nitride contact layer
4 is a graph showing the Mg doping levels according to the CP2Mg flow of the c-plane and m-plane gallium nitride contact layers

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 무극성(m-plane) 질화물 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로, 질화물 반도체 성장 단계시, 1차적으로 n형 특성을 나타내는 전류 주입층 성장과 활성층 성장시에는 N2 가스가 포함된 분위기에서 GAN 또는 AlGaN과, GaN 또는 InGaN 물질을 성장하고, 2차적으로 활성층 이후 광가이드층과 빛 가두기 층인 p형 반도체층 성장시에는 H2 가스가 포함된 분위기에서 성장을 함으로써, 최대한의 균일한 표면을 유지하며 오믹의 전기적 특성을 지닌 광 반도체 레이저 소자를 구현할 수 있다.The present invention relates to a method of manufacturing an m-plane nitride semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing an n-type nitride semiconductor device, AlGaN and a GaN or InGaN material are grown and grown in an atmosphere containing H2 gas when the p-type semiconductor layer, which is a light guide layer and a light confinement layer, is grown secondarily after the active layer, thereby maintaining a maximum uniform surface, It is possible to realize a photosemiconductor laser device having an electrical characteristic of the optical semiconductor laser device.

즉, 본 발명은 반도체 성장 단계 시, n형 GaN 버퍼 성장 전 승온시 기판 결함을 최소화 하기 위한 N2 가스가 포함된 분위기로부터 시작하여 1차적으로 n형 특성을 나타내는 전류 주입층 성장과 활성층 성장시에도 N2 가스가 포함된 분위기에서 GAN 또는 AlGaN과, GaN 또는 InGaN 물질을 성장하고, 2차적으로 활성층 이후 광가이드층과 빛 가두기 층인 p형 반도체층 성장시에는 H2 가스가 포함된 분위기에서 성장을 함으로써, 균일 표면을 유지하며 양질의 전기적 특성을 지닌 광 반도체 레이저 소자를 구현할 수 있다.That is, the present invention relates to a method of growing a current injection layer that primarily exhibits n-type characteristics, starting from an atmosphere containing N2 gas for minimizing substrate defects at an elevated temperature before the growth of the n-type GaN buffer, GAN or AlGaN and GaN or InGaN materials are grown in an atmosphere containing N2 gas, and when the p-type semiconductor layer, which is a light guide layer and a light confinement layer, is grown secondarily after the active layer is grown in an atmosphere containing H2 gas, A photosemiconductor laser device having a uniform surface and having good electrical characteristics can be realized.

여기서, n형 반도체층은 N2 가스가 포함된 분위기에서 성장을 하여 표면의 거칠기를 최소화하고, p형 반도체층은 H2 가스가 포함된 분위기에서 성장하여 전기적 특성을 극대화할 수 있다.Here, the n-type semiconductor layer is grown in an atmosphere containing N2 gas to minimize surface roughness, and the p-type semiconductor layer can grow in an atmosphere containing H2 gas to maximize electrical characteristics.

무극성 질화물 반도체에서, N2 가스가 포함된 분위기를 사용할 경우, 기판 자체의 기계적, 화학적 처리 표면 처리에 의한 결정면에서 오는 성장시의 고유한 형태인 표면 피라미드 형상의 단차와 크기를 H2 가스가 포함된 분위기를 사용하였을 때보다 현저하게 줄일 수 있을 뿐만 아니라, Ga-N 결합 구조에서의 H2에 의한 결합 방해를 최소화함으로써, 균일하고 평탄한 n형 박막 구조를 형성할 수 있다.In the nonpolar nitride semiconductor, when the atmosphere containing N 2 gas is used, the step and size of the surface pyramid shape, which is inherent in the growth from the crystal plane due to the mechanical and chemical treatment surface treatment of the substrate itself, It is possible to form a uniform and flat n-type thin film structure by minimizing the bonding interference due to H2 in the Ga-N bond structure.

또한, 고온의 n형 전류 주입층 성장 후 동일한 N2 가스가 포함된 분위기에서, 온도를 낮추며 GaN 또는 InGaN 물질을 성장할 시에도 계면의 성장 분위기를 동일하게 가져감으로써, In원자의 탈착을 최소화하고, H2 가스가 포함된 분위기에서의 불안정한 에칭을 줄여 In원자의 응집을 줄이고 In조성을 균일화 할 수 있다.In addition, when the GaN or InGaN material is grown while the temperature is lowered in the atmosphere containing the same N 2 gas after the growth of the n-type current injection layer at a high temperature, the deposition atmosphere of the interface is made uniform, It is possible to reduce the unstable etching in the atmosphere containing H2 gas, thereby reducing aggregation of In atoms and making the In composition uniform.

반면, 활성층 성장 이후 광가이드층과 빛 가두기 층인 p형 반도체층 성장시에는 성장 분위기를 H2 가스가 포함된 분위기로 전환하여 성장시킴으로써, p형 불순물 주입에 의한 정공 활성화와 p형 메탈 전극과의 오믹 컨택 형성을 향상시켜 소자의 결함을 최소화하고, 양질의 광소자 특성을 지닌 광 레이저 반도체 소자를 제작할 수 있다.On the other hand, at the time of growing the p-type semiconductor layer, which is the light guide layer and the light confinement layer, after growing the active layer, the growth atmosphere is converted into the atmosphere containing H2 gas and grown to grow the hole by the p-type impurity implantation, It is possible to improve the contact formation, minimize the defects of the device, and manufacture a photo-laser semiconductor device having good optical device characteristics.

그리고, 무극성(10-10)면 가지는 GaN 기판을 모재로 사용하는 질화물 반도체 광소자 성장시, p형 빛 가두기 층인 GaN 또는 AlGaN층에 접하는 최상층의 컨택층인 p형 GaN층에 p형 불순물을 주입할 때, 오믹(ohmic) 컨택을 형성하기 위해서는 최소한의 p형 불순물의 농도가 약 1e19/cm3 이상이어야 한다.When growing a nitride semiconductor optical device using a GaN substrate having a non-polar (10-10) plane as a base material, a p-type impurity is implanted into a p-type GaN layer which is the uppermost contact layer in contact with the GaN or AlGaN layer as the p- , The minimum p-type impurity concentration should be at least about 1e19 / cm3 in order to form an ohmic contact.

그 이유는, 무극성(m-plane) 질화물 반도체는 극성(c-plane) 질화물 반도체에 비해서 p형 패드(p-pad)에 접하는 p형 컨택 GaN층에 p형 불순물을 주입할 시, p형 불순물의 농도가 상대적으로 낮게 들어가기 때문이다.The reason for this is that when the p-type impurity is injected into the p-type contact GaN layer which is in contact with the p-type pad (p-pad) as compared with the c-plane nitride semiconductor, the m- Is relatively low.

따라서, 기존의 극성 질화물 반도체의 오믹 전극(ohmic metal)과 비슷한 수준의 오믹(ohmic) 형성을 유지하기 위해서는 무극성 질화물 반도체에서는 그 이상의 p형 불순물 농도를 주입해 주어야만, 최소한의 오믹 콘택(ohmic contact)이 이루어짐으로 정공이 p층을 지나 활성층에서 전자와의 결합을 이루어낼 수 있다.Therefore, in order to maintain ohmic formation at a level similar to that of an ohmic metal of a conventional polar nitride semiconductor, a p-type impurity concentration must be further injected in the non-polar nitride semiconductor, The holes can be coupled with electrons in the active layer through the p-layer.

또한, p형 컨택 GaN층에 p형 불순물을 주입하는 방법으로는 처음 성장 시부터 마지막 성장 때까지 일정량만 동일하게 주입하는 방법이 있거나, 처음 성장시에는 소량을 주입하면서 성장 두께가 늘어날수록 다량의 불순물을 주입하는 방법이 있고, 반대로 처음 성장시에 다량을 주입하면서 소량으로 줄여가면서 성장하는 방법이 있다.As a method of implanting p-type impurity into the p-type contact GaN layer, there is a method of injecting only a predetermined amount from the initial growth stage to the final growth stage, or a method of injecting a small amount at the initial growth stage, There is a method of injecting impurities, and conversely, there is a method of growing a small amount while injecting a large amount at the initial growth.

본 발명에서는 무극성(10-10)면에 대하여 GaN 기판을 모재로 사용하는 무극성 질화물 반도체 광소자를 제작할 때, p형 컨택층의 임의 두께에 대하여 상기 어느 주입 방식을 채택하든지 p형 불순물을 주입할 때, p형 불순물의 농도가 약 1e19/cm3 이상이 되도록 한다.In the present invention, when a nonpolar nitride semiconductor optical device using a GaN substrate as a base material for a nonpolar (10-10) plane is manufactured, whichever injection method is adopted for an arbitrary thickness of the p-type contact layer, , and the concentration of the p-type impurity is about 1e19 / cm3 or more.

p형 컨택 GaN층을 성장하는 조건에는 성장 온도, V/III 비율(ratio), 성장 압력, 성정율(Growth rate), 캐리어 가스 분위기 등이 있으나, 상기 어느 조건에서 성장을 하든간에 p형 컨택층의 오믹 전극(ohmic metal)과 오믹(ohmic)을 형성하기 위해서는 p형 불순물을 주입할 필요가 있고, 그 때 p형 불순물의 농도는 최소한 1e19/cm3 이상이 요구된다.Conditions for growing the p-type contact GaN layer include a growth temperature, a V / III ratio, a growth pressure, a growth rate, a carrier gas atmosphere, and the like. It is necessary to implant a p-type impurity in order to form an ohmic metal and an ohmic of the p-type impurity. At that time, the concentration of the p-type impurity is required to be at least 1e19 / cm3.

도 1은 본 발명에 따른 질화물 반도체 소자를 보여주는 구조단면도로서, 도 1은 레이저 소자의 에피 성장 후의 레이저 광의 공진 방향에 수직인 위치에서 소자를 절단한 구조를 보여주는 것이다.FIG. 1 is a structural cross-sectional view showing a nitride semiconductor device according to the present invention. FIG. 1 shows a structure in which a device is cut at a position perpendicular to a resonant direction of laser light after epitaxial growth of a laser device.

도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 무극성 m면 질화갈륨 기판을 준비한다.As shown in Fig. 1, first, a non-polar m-plane GaN substrate is prepared.

여기서, 질화갈륨 기판은 무극성 (10-10)면이나 또는 무극성 (10-10)면으로부터 0도 이상 5도 이하의 범위를 갖는 경사면으로부터 반도체층을 성장시킨다.Here, the gallium nitride substrate grows a semiconductor layer from a non-polar (10-10) plane or a non-polar (10-10) plane from a slope having a range of 0 degrees to 5 degrees.

그리고, N2 가스를 포함하는 분위기(14)에서, 기판 위에 제 1 반도체층을 형성한다.Then, in the atmosphere 14 containing N2 gas, the first semiconductor layer is formed on the substrate.

여기서, 제 1 반도체층은 n형 반도체층으로서, N2 가스를 포함하는 분위기에서, 질화갈륨 기판 위에 n형 콘택층(3), n형 클래드층(4), 및 n형 광가이드층(5)을 순차적으로 성장시킨다. Here, the first semiconductor layer is an n-type semiconductor layer. The n-type contact layer 3, the n-type cladding layer 4, and the n-type optical guide layer 5 are formed on a gallium nitride substrate in an atmosphere containing N2 gas, Are successively grown.

이어, N2 가스를 포함하는 분위기(14)를 계속 유지하며, 제 1 반도체층 위에 활성층(6)을 형성한다.Then, the active layer 6 is formed on the first semiconductor layer by continuously maintaining the atmosphere 14 containing the N2 gas.

여기서, 캡층(7)은 N2 가스를 포함하는 분위기(14)에서, 활성층(6) 위에 더 형성될 수도 있는데, 경우에 따라 생략 가능하다.Here, the cap layer 7 may be further formed on the active layer 6 in the atmosphere 14 containing N2 gas, which may be omitted in some cases.

다음, H2 가스를 포함하는 분위기(13)에서, 활성층(6) 위에 제 2 반도체층을 형성하는데, 제 2 반도체층은 p형 반도체층으로서, H2 가스를 포함하는 분위기에서, 활성층(6) 위에 p형 광가이드층(8), p형 클래드층(9), 및 p형 콘택층(10)을 순차적으로 성장시킨다.Next, a second semiconductor layer is formed on the active layer 6 in an atmosphere 13 containing H2 gas. The second semiconductor layer is a p-type semiconductor layer which is formed on the active layer 6 in an atmosphere containing H2 gas the p-type optical guide layer 8, the p-type cladding layer 9, and the p-type contact layer 10 are successively grown.

여기서, p형 콘택층(10) 성장시, 주입되는 p형 불순물의 최소 농도는 약 1e19/cm3 이상이어야 한다.Here, when growing the p-type contact layer 10, the minimum concentration of the p-type impurity implanted should be not less than about 1e19 / cm3.

그 이유는, 무극성(m-plane) 질화물 반도체는 극성(c-plane) 질화물 반도체에 비해서 p형 패드(p-pad)에 접하는 p형 컨택 GaN층에 p형 불순물을 주입할 시, p형 불순물의 농도가 상대적으로 낮게 들어가기 때문이다.The reason for this is that when the p-type impurity is injected into the p-type contact GaN layer which is in contact with the p-type pad (p-pad) as compared with the c-plane nitride semiconductor, the m- Is relatively low.

따라서, 기존의 극성 질화물 반도체의 오믹 전극(ohmic metal)과 비슷한 수준의 오믹(ohmic) 형성을 유지하기 위해서는 무극성 질화물 반도체에서는 그 이상의 p형 불순물 농도를 주입해 주어야만, 최소한의 오믹 콘택(ohmic contact)이 이루어짐으로 정공이 p층을 지나 활성층에서 전자와의 결합을 이루어낼 수 있다.Therefore, in order to maintain ohmic formation at a level similar to that of an ohmic metal of a conventional polar nitride semiconductor, a p-type impurity concentration must be further injected in the non-polar nitride semiconductor, The holes can be coupled with electrons in the active layer through the p-layer.

그리고, p형 콘택층 성장시, 주입되는 p형 불순물은 다음 3가지 방법으로 주입될 수 있다.Then, when the p-type contact layer is grown, the p-type impurity to be implanted can be implanted by the following three methods.

첫 번째 방법은, 주입되는 p형 불순물의 농도가 하부면에서 상부면으로 향하는 두께 방향으로 점차 증가하도록 주입하는 방법이고, 두 번째 방법은 주입되는 불순물의 농도가 하부면에서 상부면으로 향하는 두께 방향으로 점차 감소하도록 주입하는 방법이며, 세 번째 방법은 주입되는 불순물의 농도가 하부면에서 상부면으로 향하는 두께 방향으로 동일하도록 주입하는 방법이다.The first method is a method in which the concentration of the p-type impurity to be implanted is gradually increased in the thickness direction from the lower surface to the upper surface. In the second method, the concentration of the impurity to be implanted is increased in the thickness direction And the third method is a method in which the concentration of the impurity to be implanted is the same in the thickness direction from the lower surface to the upper surface.

다음 공정으로, 에피 성장이 완료된 제 1, 제 2 반도체층 위에 각각 n형 전극과 p형 전극을 형성함으로써, 소자 제작을 완료한다.In the next step, the n-type electrode and the p-type electrode are formed on the first and second semiconductor layers that have undergone the epitaxial growth, thereby completing the fabrication of the device.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 질화물 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도 2a는 질화물 반도체층의 성장 과정을 보여주는 도면이고, 도 2b는 질화물 반도체층의 성장 온도를 보여주는 그래프이다.2A and 2B are diagrams for explaining a method of manufacturing a nitride semiconductor device according to the present invention, wherein FIG. 2A is a graph showing a growth process of a nitride semiconductor layer, and FIG. 2B is a graph showing a growth temperature of a nitride semiconductor layer .

본 발명은 질화물 화합물 반도체의 결정 성장 방법으로서, 유기 금속 기상 성장법(MOCVD), 분자선 에피택시(MBE), 힐라이드 기상 성장법(HVPE)법을 사용할 수도 있는데, 결정성이나 생산성을 고려하여 MOCVD법을 사용하는 것이 바람직하다.As a crystal growth method of a nitride compound semiconductor, an MOCVD method, a molecular beam epitaxy (MBE) method, and a HILPE vapor phase epitaxy (HVPE) method may be used. In consideration of crystallinity and productivity, It is desirable to use the method.

질화물 반도체층을 에피 성장시키기 위해, 먼저, 모재 기판으로서, 무극성 10-10)면이나 또는 무극성 (10-10)면으로부터 0도 이상 5도 이하의 범위인 경사면을 가지는 GaN 기판을 준비한다.In order to epitaxially grow the nitride semiconductor layer, first, a GaN substrate having a slope of 0 degrees or more and 5 degrees or less from a nonpolar (10-10) plane or a nonpolar (10-10) plane is prepared as a base substrate.

이와 같이, 준비된 모재 기판을 세척하고, 모재 기판을 결정 성장 장치 내에 설치한다.In this manner, the prepared base substrate is cleaned and the base substrate is placed in the crystal growth apparatus.

여기서, 결정 성장 장치는 MOCVD 장치로서, 실리콘 카바이드(SiC) 재질의 서셉터(susceptor)에 GaN 모재 기판이 설치되는데, 서셉터 속에는 저항 가열용 히터(heater)가 배치되어 있고, 열전대에 의하여 모재 기판의 온도를 제어할 수 있다.Herein, the crystal growth apparatus is an MOCVD apparatus in which a GaN substrate substrate is provided on a susceptor made of a silicon carbide (SiC) material. A heater for resistance heating is disposed in the susceptor, Can be controlled.

그리고, 결정 성장 장치는 5족 원소로는 암모니아를 사용하고, 3족 원소로는 트리메틸 갈륨(trimethyl gallium), 트리메틸 알루미늄(trimethyl aluminium), 트리메틸 인듐(trimethyl indium)을 사용하며, 질소 가스 또는 수소 가스로 주입할 수 있다.In the crystal growth apparatus, ammonia is used as the Group 5 element, trimethyl gallium, trimethyl aluminum, trimethyl indium are used as the Group III element, nitrogen gas or hydrogen gas Lt; / RTI >

이어, 결정 성장 장치는 도핑(donor doping) 원료로서는 SiH4를 사용하고, P형의 억셉터 도핑(acceptor doping) 원료로는 마그네슘(Cp2Mg)을 사용한다.Next, SiH4 is used as a donor doping material and magnesium (Cp2Mg) is used as an acceptor doping material of a P type.

그리고, 각 원료는 매스 플로우 제어기 MFC(mass flow controller)를 이용하여 정확히 유량을 제어하여 원료 소스로부터 반응관에 도입되도록 조정되고, 배기 가스 출구로부터 배출되도록 구성되어 있다. Each raw material is regulated to be introduced into the reaction tube from the raw material source by controlling the flow rate accurately using a mass flow controller (MFC), and is configured to be discharged from the exhaust gas outlet.

이와 같이, 구성되는 결정 성장 장치에 모재 기판이 장착되면, 질소 가스가 포함된 분위기를 유지하면서, 온도를 약 900 - 1100도 사이로 승온시킨 후, TMG와 SiH4가스를 공급하여 n형 콘택층을 성장시킨다.(100)When the base substrate is mounted on the crystal growth apparatus thus constituted, the temperature is raised to about 900 to 1100 degrees while maintaining the atmosphere containing nitrogen gas, and TMG and SiH4 gas are supplied to grow the n-type contact layer (100)

여기서, n형 콘택층은 n형 불순물을 도프한 GaN으로 하는 것이 바람직하며, n형 불순물 농도는 약 1e17/cm3 - 1e21/cm3의 범위로 할 수 있는데, 약 1e18/cm3 - 1e19/cm3으로 조정하는 것이 바람직하다.The n-type contact layer is preferably made of GaN doped with an n-type impurity. The concentration of the n-type impurity can be adjusted to about 1e17 / cm3-1e21 / .

만일, n형 불순물 농도가 약 1e17/cm3 보다 적다면, 바람직한 저항(ohmic)이 얻어지기 어렵고, 레이저 소자에서의 역치 전류 및 전압의 저하를 바라볼 수 없다.If the n-type impurity concentration is less than about 1e17 / cm3, a desirable resistance ohmic is difficult to obtain, and a decrease in threshold current and voltage in the laser device can not be seen.

그리고, n형 불순물 농도가 약 1e21/cm3 보다 크다면, 소자 자체의 리크(leak) 전류가 많아지거나, 또는 결정성이 나빠지기 때문에 소자의 수명이 짧아질 수 있다.If the n-type impurity concentration is larger than about 1e21 / cm3, the leak current of the device itself may increase, or the crystallinity may be deteriorated, so that the lifetime of the device may be shortened.

또한, n형 콘택층의 두께는 약 0.2um이상 4um이하의 범위에서 조정하는 것이 바람직한데, 만일 약 0.2um 보다 얇다면 전극을 형성할 때에 에칭 레이트(etching rate)를 제어하기 어렵고, 4um이상으로 하면 결정성이 나빠질 수 있다.If the thickness of the n-type contact layer is less than about 0.2 um, it is difficult to control the etching rate when the electrode is formed. If the thickness is more than 4 um The crystallinity may be deteriorated.

다음, 질소 가스가 포함된 분위기를 유지하면서, TMAl을 공급하여 n형 클래드층을 성장시킨다.(100)Next, while maintaining the atmosphere containing nitrogen gas, TMAl is supplied to grow the n-type cladding layer. (100)

n형 클래드층은 캐리어(carrier) 가두기 층 및 빛을 가두는 층으로서 작용하고, n형 불순물을 도프한 Al을 포함하는 질화물 반도체로 형성되는데, 바람직한 것은 Al을 포함하는 질화물 반도체층의 초격자 구조이거나, 또는 AlGaN의 단일막도 포함될 수 있다.The n-type cladding layer serves as a carrier confinement layer and a layer for blocking light, and is formed of a nitride semiconductor containing Al doped with an n-type impurity, preferably a super lattice structure of a nitride semiconductor layer containing Al Or a single film of AlGaN may also be included.

n형 클래드층의 n형 불순물 농도는 약 5e16/cm3 - 약 1e21/cm3의 범위에서 조정되고, 바람직한 것은 약 1e17/cm3 - 약 1e19/cm3에서 조정하는 것이 바람직하다.The n-type impurity concentration of the n-type cladding layer is adjusted in the range of about 5e16 / cm3 to about 1e21 / cm3, preferably about 1e17 / cm3 to about 1e19 / cm3.

그리고, n형 클래드층의 두께는 약 100 Å이상 약 2um이하에서 조정하는 것이 바람직하며, n형 클래드층의 초격자 구조를 구성하는 질화물 반도체층은 서로 조성이 다른 질화물 반도체로 구성되어 있으면 좋고, 밴드갭 에너지가 서로 다른 GaN, AlGaN을 반복하는 것이 가장 바람직하다.The thickness of the n-type cladding layer is preferably adjusted to about 100 Å or more and about 2 μm or less. The nitride semiconductor layers constituting the super lattice structure of the n-type cladding layer may be composed of nitride semiconductors having different compositions from each other, It is most preferable to repeat GaN or AlGaN having different band gap energies.

또한, n형 클래드층의 Al 조성은 0보다 많고 30보다 적은 것이 바람직하며, 초격자층을 구성하는 각 질화물 반도체층의 막두께는 약 100Å이하 10Å이상의 범위에 조정 가능한데, 만일 두께가 약 100Å보다 두꺼우면 탄성왜곡한계 이상의 막두께가 되어 막 안에 미세한 크랙 등의 격자 결함이 존재하게 된다.The Al composition of the n-type cladding layer is preferably greater than 0 and less than 30, and the thickness of each of the nitride semiconductor layers constituting the super lattice layer can be adjusted to a range of about 100 Å or less to 10 Å or more. The thickness becomes thicker than the elastic distortion limit, and a lattice defect such as a minute crack is present in the film.

또한, 초격자층을 구성하는 A층, B층의 질화물 반도체는 밴드갭 에너지가 서로 다른 층을 적층시키는 것이 바람직하고, 초격자층을 구성하는 질화물 반도체의 평균 밴드갭 에너지를 활성층보다 크게 하도록 하는 것이 바람직하다.The nitride semiconductor layers A and B constituting the superlattice layer are preferably laminated with layers having different band gap energies and the average band gap energy of the nitride semiconductor constituting the superlattice layer is made larger than that of the active layer .

여기서, 초격자층을 구성하는 질화물 반도체에 도프(doped)하는 경우, n형 불순물을 A층, B층 양쪽 모두 도프해도 상관없고, 어느 하나의 층에만 도프해도 관계 없으며, 혹은 A층, B층 도핑량을 같게 하거나, 또는 서로 다르게 불순물량에 차이를 두어도 상관없다.Here, in the case of doping the nitride semiconductor constituting the super lattice layer, the n-type impurity may be doped in both the A layer and the B layer, and it may be doped only in either layer, or the A layer and the B layer The amount of doping may be the same or the amount of impurities may be different from each other.

이 때, n형 불순물로는 Si 등의 4족 원소가 바람직하다.At this time, the n-type impurity is preferably a Group 4 element such as Si.

다음, 질소 가스가 포함된 분위기를 유지하면서, TMAl의 공급을 정지하고, n형 광가이드 층을 성장시킨다.(100)Next, while the atmosphere containing nitrogen gas is maintained, the supply of TMAl is stopped to grow the n-type optical guide layer. (100)

n형 광가이드층은 활성층의 광가이드 역할을 하고, 활성층보다 밴드갭 에너지가 크며, n형 클래드층보다는 밴드갭 에너지가 작은 질화물 반도체층으로 구성된다.The n-type optical guide layer is composed of a nitride semiconductor layer serving as a light guide for the active layer, having a larger band gap energy than the active layer, and a lower band gap energy than the n-type cladding layer.

두께는 약 100Å이상 5um이하이며, n형 불순물을 도프해도 좋고, 도프하지 않아도 되는데, 도프하지 않은 층이 결정결함이 적게 되어 보다 양질의 활성층을 성장시킬 수 있다.The thickness is about 100 Å or more and 5 μm or less, and the n-type impurity may be doped or not doped, and the layer not doped may have fewer crystal defects, and a better quality active layer can be grown.

하지만, n형 불순물을 도프하지 않은 경우가 빛의 흡수가 적기 때문에 활성층의 발광이 대부분 흡수되지 않고, 클래드층에 갇히게 되므로, n형 광가이드층은 도프되지 않는 편이 더 좋다.However, in the case where the n-type impurity is not doped, since the light absorption is small, most of the light emission of the active layer is not absorbed and is trapped in the cladding layer, so that the n-type optical guide layer is preferably not doped.

다음, 기판의 온도를 약 700 - 900도 사이에서 N2 등의 불활성 가스 분위기에서 TMIn을 공급하여 InGaN 층을 성장시킨다.(100)Next, the InGaN layer is grown by supplying TMIn in an inert gas atmosphere such as N 2 at a temperature of about 700 to 900 ° C. (100)

이 온도는 발광 소자의 발광 파장을 결정하는 하나의 파라미터(parameter)가 되고, 저온으로 갈수록 파장이 길어지는 경향을 나타낸다.This temperature is a parameter that determines the emission wavelength of the light emitting device, and the wavelength tends to become longer as the temperature goes down.

그리고, 성장 속도는 2Å/min 이상 100Å/min이하로 하며, 가능한 저속으로 성장시키는 것이 좋고, 두께는 약 5Å이상 0.1um이하로 성장시킨다.(200)The growth rate is preferably 2 A / min or more and 100 A / min or less, preferably as low as possible, and a thickness of about 5 Å to 0.1 袖 m. (200)

여기서, In은 0%에서 20%이하로 성장시키되 점차적으로 조성을 높여주거나 낮춰주어도 상관 없으며, 이 층은 기존 방법인 활성층 성장 전의 성장 중단 단계 대신 저속으로 InGaN 또는 GaN층을 성장시키는 방법으로 광가이드 층과의 계면특성을 향상시키고, 보다 양질의 활성층을 얻기 위한 층으로서 존재한다.In this case, In may be grown from 0% to 20% or less, but the composition may be gradually increased or decreased. This layer may be grown by growing a layer of InGaN or GaN at a low speed instead of the growth- And is present as a layer for obtaining a better quality active layer.

이어, 온도가 안정된다면, 질소 가스가 포함된 분위기를 유지하면서, TMGa와 TMIn을 공급하여 활성층을 성장시킨다.(300)Then, if the temperature is stabilized, the active layer is grown by supplying TMGa and TMIn while maintaining an atmosphere containing nitrogen gas. (300)

여기서, 활성층은 In을 포함하는 질화물 반도체층으로 구성되며, 바람직한 것은 우물층을 InGaN, 장벽층을 InGaN 또는 GaN으로 하는 것이 바람직하다.Here, the active layer is composed of a nitride semiconductor layer containing In, and preferably, the well layer is made of InGaN and the barrier layer is made of InGaN or GaN.

우물층의 경우가 장벽층보다 In의 량을 많게 하는 것이 바람직한 방법이며, 우물층의 바람직한 막두께는 약 100Å이하로 하며, 장벽층의 바람직한 막두께는 약 150Å이하로 한다.In the case of the well layer, it is preferable to increase the amount of In more than the barrier layer. The preferable thickness of the well layer is about 100 angstroms or less, and the preferable thickness of the barrier layer is about 150 angstroms or less.

또한, MQW구조로 하는 것이 바람직하며, SQW 해도 상관없다.Further, it is preferable to use an MQW structure, and SQW may be used.

그리고, 활성층에 불순물을 도프하는 경우는 우물층, 장벽층 양쪽에 모두 도프해도 좋고, 어느 한쪽만 도프해도 상관없으며, 보통의 경우 우물층의 층 수는 2층에서 5층으로 하는 것이 발광 효율이 좋은 소자일 확률이 높다.When the active layer is doped with impurities, both the well layer and the barrier layer may be doped, and either one of them may be doped. Normally, if the number of layers of the well layer is five to five, It is more likely to be a good device.

활성층을 성장할 경우, 우물층과 장벽층 성장 중간 혹은 MQW의 경우, 주기 간격으로 성장 중단 없이 연속으로 성장시킨다.When the active layer is grown, the well layer and the barrier layer are grown in the middle or in the case of MQW.

이것은 기존의 방법인 성장 중단 시간 중 발생하는 In원자의 탈착을 막고, 고온에서의 불안정한 에칭을 줄여 In원자의 응집을 줄이고 In조성을 균일화 하여 활성층의 품질을 높일 수 있다.This can prevent the desorption of In atoms that occur during the growth downtime, reduce unstable etching at high temperatures, reduce the aggregation of In atoms, and improve the quality of the active layer by making the In composition uniform.

이어, 활성층 성장이 끝난후, P형 층을 성장하기 전에, 승온시키는 과정에서 TMGa, 또는 TMGa, TMIn 또는 TMGa, TMIn, TMAl을 공급하여 GaN 혹은 InGaN 혹은 AlInGaN 층을 성장시킨다.Next, TMGa, TMGa, TMIn, TMGa, TMIn, and TMAl are supplied to grow a GaN or InGaN or AlInGaN layer in the process of raising the temperature of the P-type layer after the active layer is grown.

이 최고 승온은 P형 반도체층을 성장시키기 위한 온도이며, 약 900도 - 약 1100도 사이로 점차적으로 수소 분위기를 유지하도록 한다.This maximum temperature is a temperature for growing the P-type semiconductor layer, and the hydrogen atmosphere is gradually maintained between about 900 and about 1100 degrees.

그리고, 성장 속도는 약 2Å/min 이상 100Å/min이하로 하며 가능한 저속으로 성장시키는 것이 좋고, 두께는 약 5Å이상 0.1um이하로 성장시킨다.(400)The growth rate is preferably about 2 Å / min to 100 Å / min or less, preferably as low as possible, and a thickness of about 5 Å to 0.1 袖 m. (400)

또한, In은 0%에서 20%이하로, Al 또한 0%에서 20%이하로 성장시키되 점차적으로 조성을 높여주거나 낮춰주어도 상관없으며, 격자 상수 측면에서는 최대한 높은 쪽에서 캡층의 격자 상수까지 낮은 쪽으로 변화하게 한다.It is also possible to increase or decrease the composition gradually from 0% to 20% of In and from 0% to 20% of Al, and to lower the lattice constant of the cap layer from the maximally higher side in terms of the lattice constant .

이 층은 기존 방법인 활성층 성장 후의 성장 중단 단계 대신 저속으로 InGaN 또는 GaN 또는 AlInGaN층을 성장시키는 방법으로 활성층 성장 후의 계면특성을 향상시키고, 전파되는 전위를 감소시켜 보다 결함이 적은 보다 양질의 P형 반도체 층을 얻기 위한 층으로서 존재한다.This layer improves the interfacial characteristics after growth of the active layer by growing the InGaN or GaN or AlInGaN layer at low speed instead of the growth stop step of the conventional growth method of the active layer and reduces the propagated potential to improve the quality of the P- As a layer for obtaining a semiconductor layer.

그리고, 활성층 성장 후, InGaN막의 승화를 방지하고, 또한 캐리어 차단의 목적에서 TMGa와 TMAl을 공급하여 AlGaN층으로 된 p측 캡(cap)층 성장시킨다.Then, after growth of the active layer, TMGa and TMAl are supplied for the purpose of preventing sublimation of the InGaN film and for the purpose of carrier blocking, and a p-side cap layer made of an AlGaN layer is grown.

p형 캡(cap)층은 밴드갭 에너지가 크고, p형 광가이드층보다도 밴드갭 에너지가 큰 질화물 반도체층을 약 0.1um이하의 막두께로 성장시킨다.The p-type cap layer grows a nitride semiconductor layer having a larger band gap energy and a larger band gap energy than the p-type optical guide layer to a film thickness of about 0.1 탆 or less.

바람직한 것은 AlGaN 층이며, Al조성이 10%이상인 상태가 바람직하고, AlGaN층을 약 0.1um보다 두꺼운 막두께로 성장시킨다면 막에 균열이 생기기 쉽고 결정성이 좋은 막을 성장시키기 어렵게 된다.The AlGaN layer preferably has a Al composition of 10% or more. If the AlGaN layer is grown to a thickness greater than about 0.1 um, cracks tend to be formed in the film, making it difficult to grow a film with good crystallinity.

또한, 캐리어가 이 에너지 배리어를 터널효과에 의하여 통과하지 않게 되는 막두께의 하한은 특별히 정해져 있지 않지만 약 10Å이상의 막두께로 성장시키는 것이 바람직하다.Although the lower limit of the film thickness at which the carrier does not allow the energy barrier to pass through the tunnel effect is not particularly specified, it is preferable to grow the film at a film thickness of about 10 angstroms or more.

P형 캡층에는 불순물을 도프해도 좋고 도프하지 않아도 상관없으며, 만약 도핑을 한다면 Cp2Mg를 공급하여 p형 불순물을 도핑한다.The P-type cap layer may be doped with impurities or not doped. If doping is performed, Cp2Mg is supplied to dope the p-type impurity.

이 층은 생략하여도 무방하다. This layer may be omitted.

이후, p형 광가이드층을 성장시킨다.(500)Thereafter, a p-type optical guide layer is grown. (500)

p형 광가이드 층은 활성층의 광가이드 역할을 하고, 활성층보다 밴드갭 에너지가 크며, p형 클래드층보다는 밴드갭 에너지가 작은 질화물 반도체층으로 구성된다.The p-type optical guide layer is composed of a nitride semiconductor layer serving as a light guide of the active layer, having a band gap energy larger than that of the active layer, and having a lower band gap energy than the p-type cladding layer.

두께는 약 100Å이상 5um이하이며, p형 불순물을 도프해도 좋고, 도프하지 않아도 되는데, 도프하지 않은 층이 결정결함이 적게 되어 보다 양질의 p측 클래드 층을 성장시킬 수 있다.The thickness is about 100 Å or more and 5 μm or less, and the p-type impurity may be doped or not doped. The doped layer has less crystal defects, and a better quality p-side cladding layer can be grown.

p형 불순물을 도프하지 않은 경우가 빛의 흡수가 적기 때문에 활성층의 발광이 대부분 흡수되지 않고, 클래드층에 갇히게 되므로, p형 광가이드층은 도프되지 않는 편이 더 좋지만, p형 캡층 또는 p형 클래드층으로부터 확산하는 p형 불순물을 포함하여도 좋다.the p-type optical guide layer is more preferably not doped, because the light absorption of the p-type optical waveguide layer is less than that of the p-type optical waveguide layer, And a p-type impurity diffused from the layer.

만약, 도핑을 한다면 Cp2Mg를 공급하여 p형 불순물을 도핑한다.If doping, Cp2Mg is supplied to dope the p-type impurity.

다음, TMGa와 TMAl, Cp2Mg를 공급하여 p형 클래드 층을 성장시킨다.(500)Next, TMGa, TMAl, and Cp2Mg are supplied to grow a p-type cladding layer. (500)

p형 클래드 층은 캐리어(carrier) 가두기 층 및 빛을 가두는 층으로서, 작용하고, p형 불순물을 도프한 Al을 포함하는 질화물 반도체로 형성된다.The p-type cladding layer functions as a carrier confinement layer and a layer for blocking light, and is formed of a nitride semiconductor containing Al doped with a p-type impurity.

바람직한 것은 Al을 포함하는 질화물 반도체층의 초격자 구조거나 AlGaN 의 단일막도 포함된다.A superlattice structure of a nitride semiconductor layer containing Al or a single film of AlGaN is also preferable.

p형 불순물 농도는 약 1e17/cm3 - 약 5e21/cm3의 범위에서 조정되고, 약 1e18/cm3 - 약 5e20/cm3에서 조정하는 것이 바람직하다.The p-type impurity concentration is adjusted in the range of about 1e17 / cm3 to about 5e21 / cm3, preferably about 1e18 / cm3 to about 5e20 / cm3.

P형 클래드층의 두께는 약 100Å이상 2um이하에 조정하는 것이 바람직하고, p형 클래드층의 초격자 구조를 구성하는 질화물 반도체층은 서로 조성이 다른 질화물 반도체로 구성되어 있으면 좋고, 밴드갭 에너지가 서로 다른 GaN,AlGaN을 반복하는 것이 가장 바람직하다.The thickness of the P-type cladding layer is preferably adjusted to about 100 Å or more and 2 μm or less. The nitride semiconductor layers constituting the superlattice structure of the p-type cladding layer may be composed of nitride semiconductors having different compositions from each other. It is most preferable to repeat different GaN and AlGaN.

Al조성은 0보다 많고 30보다 적은 것이 바람직하고, 초격자층을 구성하는 각 질화물 반도체층의 막두께는 약 100Å이하 약 10Å이상의 범위에 조정하는데, 약 100Å보다 두꺼우면 탄성왜곡한계 이상의 막두께가 되어 막안에 미세한 크랙 등의 격자 결함이 존재하게 된다.The Al composition is preferably more than 0 and less than 30, and the film thickness of each nitride semiconductor layer constituting the superlattice layer is adjusted to a range of about 100 angstroms or less to about 10 angstroms or more. And a lattice defect such as a minute crack is present in the film.

또한, 초격자층을 구성하는 A층, B층의 질화물 반도체는 밴드갭 에너지가 서로 다른 층을 적층시키는 것이 바람직하고, 초격자층을 구성하는 질화물 반도체의 평균 밴드갭 에너지를 활성층보다 크게 하도록 하는 것이 바람직하다.The nitride semiconductor layers A and B constituting the superlattice layer are preferably laminated with layers having different band gap energies and the average band gap energy of the nitride semiconductor constituting the superlattice layer is made larger than that of the active layer .

또한, 초격자층을 구성하는 질화물 반도체에 도프(doped)하는 경우, p형 불순물을 A층, B층 양쪽 모두 도프해도 상관없고, 어느 하나의 층에만 도프해도 상관 없으며, 혹은 A층, B층 도핑량을 같게 하거나, 서로 다르게 불순물량에 차이를 두어도 상관없다.In the case of doping the nitride semiconductor constituting the superlattice layer, the p-type impurity may be doped in both the A-layer and the B-layer, and it may be doped to only one of the A-layer and the B- The amount of doping may be the same or the amount of impurities may be different from each other.

여기서, p형 불순물로는 Mg의 2족 원소이며 Cp2Mg를 사용한다.Here, the p-type impurity is a Group 2 element of Mg and Cp2Mg is used.

다음, TMAl의 공급을 정지하고, p형 콘택(contact)층을 성장시킨다.(500)Next, the supply of TMAl is stopped, and a p-type contact layer is grown (500)

P형 콘택층은 Mg를 도프한 GaN으로 하는 것이 바람직하며 Cp2Mg를 사용한다.The P-type contact layer is preferably made of Mg-doped GaN, and Cp2Mg is used.

여기서, p형 컨택층에 p형 불순물을 주입하는 방법으로는 처음 성장 시부터 마지막 성장 때까지 일정량만 동일하게 주입하는 방법이 있거나, 처음 성장시에는 소량을 주입하면서 성장 두께가 늘어날수록 다량의 불순물을 주입하는 방법이 있고, 반대로 처음 성장시에 다량을 주입하면서 소량으로 줄여가면서 성장하는 방법이 있다.Here, as a method of implanting p-type impurity into the p-type contact layer, there is a method of injecting only a predetermined amount from the initial growth stage to the final growth stage, or there is a method in which a small amount of impurity is injected at the initial growth stage, In contrast, there is a method in which a large amount is injected at the time of initial growth and then the growth is reduced to a small amount.

본 발명에서는 p형 컨택층의 임의 두께에 대하여 상기 어느 주입 방식을 채택하든지 p형 불순물을 주입할 때, p형 불순물의 농도가 약 1e19/cm3 이상이 되도록 한다.In the present invention, the concentration of the p-type impurity is set to be not less than about 1e19 / cm < 3 > at the time of implanting the p-type impurity regardless of the above-described implantation method with respect to an optional thickness of the p-

그 이유는, 무극성(m-plane) 질화물 반도체는 극성(c-plane) 질화물 반도체에 비해서 p형 패드(p-pad)에 접하는 p형 컨택 GaN층에 p형 불순물을 주입할 시, p형 불순물의 농도가 상대적으로 낮게 들어가기 때문이다.The reason for this is that when the p-type impurity is injected into the p-type contact GaN layer which is in contact with the p-type pad (p-pad) as compared with the c-plane nitride semiconductor, the m- Is relatively low.

따라서, 기존의 극성 질화물 반도체의 오믹 전극(ohmic metal)과 비슷한 수준의 오믹(ohmic) 형성을 유지하기 위해서는 무극성 질화물 반도체에서는 그 이상의 p형 불순물 농도를 주입해 주어야만, 최소한의 오믹 콘택(ohmic contact)이 이루어짐으로 정공이 p층을 지나 활성층에서 전자와의 결합을 이루어낼 수 있다.Therefore, in order to maintain ohmic formation at a level similar to that of an ohmic metal of a conventional polar nitride semiconductor, a p-type impurity concentration must be further injected in the non-polar nitride semiconductor, The holes can be coupled with electrons in the active layer through the p-layer.

그리고, P형 콘택층의 두께는 약 100Å이상 1um이하로 하는 것이 바람직하지만, 가능한 p형 콘택층을 얇게 하는 것이 좋다.The thickness of the P-type contact layer is preferably about 100 Å or more and 1 μm or less, but it is preferable to make the thickness of the p-type contact layer as thin as possible.

왜냐하면 p형 AlGaN으로 이루어지는 p형 클래드층과 접하여 성장되기 때문에 두께가 얇게 되면 p형 클래드층의 캐리어가 그만큼 p형 콘택층으로 이동하기 쉬워지기 때문에, p형 콘택층의 캐리어 농도가 높아지게 되며, 양호한 저항(ohmic)이 얻어진다.Because the p-type cladding layer is in contact with the p-type cladding layer made of p-type AlGaN, if the thickness is reduced, the carrier of the p-type cladding layer is more likely to move to the p-type contact layer. A resistance ohmic is obtained.

이어, p형 콘택층 성장을 종료한 후, 기판 가열을 멈추고 발광 소자의 에피 성장을 종료한다.Subsequently, after the p-type contact layer growth is terminated, the substrate heating is stopped and the epitaxial growth of the light emitting element is terminated.

이와 같이, 본 발명은 질화물 반도체 성장 단계시, 1차적으로 n형 특성을 나타내는 전류 주입층 성장과 활성층 성장시에는 N2 가스가 포함된 분위기에서 GaN 또는 AlGaN과, GaN 또는 InGaN 물질을 성장하고, 2차적으로 활성층 이후 광가이드층과 빛 가두기 층인 p형 반도체층 성장시에는 H2 가스가 포함된 분위기에서 성장을 함으로써, 최대한의 균일한 표면을 유지하며 오믹의 전기적 특성을 지닌 광 반도체 레이저 소자를 구현할 수 있다.As described above, according to the present invention, GaN or AlGaN, GaN, or InGaN materials are grown in an atmosphere containing N 2 gas for growth of a current injection layer primarily showing n-type characteristics and growth of an active layer, In the subsequent growth of the p-type semiconductor layer, which is the optical guide layer and the light confinement layer, in the atmosphere containing H2 gas, the optical semiconductor laser device having the maximum uniform surface and having the ohmic electrical characteristics can be realized have.

또한, 질화물 반도체 성장시, p형 빛 가두기 층인 GaN 또는 AlGaN층에 접하는 최상층의 컨택층인 p형 GaN층에 p형 불순물을 주입할 때, 최소한의 p형 불순물의 농도가 약 1e19/cm3 이상으로 하여, 오믹(ohmic) 컨택을 형성할 수 있다.When the p-type impurity is implanted into the p-type GaN layer which is the uppermost contact layer in contact with the GaN or AlGaN layer which is the p-type light confinement layer, the concentration of the minimum p-type impurity is about 1e19 / So as to form an ohmic contact.

도 3은 m-면 질화갈륨 콘택층의 CP2Mg 플로우 및 농도에 따른 오믹 형성을 보여주는 도표로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 질화갈륨 콘택층 형성시, p형 불순물인 Mg의 농도를 최소 약 1e19/cm3 이상으로 주입하였을 경우, 바람직한 오믹 콘택이 형성되는 것을 알 수 있다.FIG. 3 is a graph showing the formation of ohmic by the CP2Mg flow and concentration of the m-plane gallium nitride contact layer. As shown in FIG. 3, when forming the gallium nitride contact layer, the concentration of Mg as the p- / cm < 3 > or more, a preferable ohmic contact is formed.

즉, 본 발명과 같은 무극성 m-면 질화물 콘택층에서는 기존의 극성 c-면 질화물 콘택층에 비해 p형 불순물의 농도가 낮게 주입되기 때문에, 극성 c-면 질화물 콘택층과 유사한 오믹 콘택을 형성하기 위해서는 p형 불순물의 농도를 최소 약 1e19/cm3 이상으로 주입하여야 바람직한 오믹 콘택 형성할 수 있는 것이다.That is, in the non-polar m-plane nitride contact layer of the present invention, the concentration of the p-type impurity is lower than that of the conventional polarized c-plane nitride contact layer, so that an ohmic contact similar to the polar c- In order to form the desired ohmic contact, the concentration of the p-type impurity should be at least about 1e19 / cm3.

도 4는 c-면 및 m-면 질화갈륨 콘택층의 CP2Mg 플로우에 따른 Mg 도핑 레벨을 보여주는 그래프로서, 도 4에 도시된 바와 같이, p형 전극에 콘택되는 p형 컨택층에 p형 불순물을 주입할 때, 무극성 m-면 질화물 반도체는 극성 c-면 질화물 반도체에 비해서, p형 불순물의 농도가 상대적으로 더 낮게 주입됨을 알 수 있다.4 is a graph showing the Mg doping level according to the CP2Mg flow of the c-plane and m-plane gallium nitride contact layers. As shown in Fig. 4, a p-type impurity is added to the p- It can be seen that, when injected, the nonpolar m-plane nitride semiconductor is injected with a lower concentration of the p-type impurity relative to the polar c-plane nitride semiconductor.

따라서, 기존의 극성 질화물 반도체의 오믹 콘택과 비슷한 수준의 오믹 콘택을 형성하기 위해서는, 본 발명과 같이 무극성 질화물 반도체의 경우, 극성 질화물 반도체보다 더 높게 p형 불순물 농도를 주입해 주어야만, 최소한의 오믹 콘택이 이루어지기 때문에 정공이 p층을 지나 활성층에서 전자와의 결합을 이루어낼 수 있다.Therefore, in order to form an ohmic contact of a level similar to that of the conventional polar nitride semiconductor, in the case of the non-polar nitride semiconductor according to the present invention, the p-type impurity concentration must be higher than that of the polar nitride semiconductor, The holes can be coupled with electrons in the active layer through the p-layer.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the embodiments but should be determined according to the claims.

Claims (9)

기판을 준비하는 단계;
N2 가스를 포함하는 분위기에서, 상기 기판 위에 제 1 반도체층을 형성하는 단계;
상기 N2 가스를 포함하는 분위기를 유지하며, 상기 제 1 반도체층 위에 활성층을 형성하는 단계;
H2 가스를 포함하는 분위기에서, 상기 활성층 위에 제 2 반도체층을 형성하는 단계; 그리고,
상기 제 1, 제 2 반도체층 위에 각각 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성되고,
상기 제 1, 제 2 반도체층 및 활성층은 질화갈륨 기판의 무극성 (10-10)면 또는 상기 무극성 (10-10)면으로부터 0도 이상 5도 이하의 범위를 갖는 경사면으로부터 성장되는 층인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자 제조방법.
Preparing a substrate;
Forming a first semiconductor layer on the substrate in an atmosphere containing N 2 gas;
Forming an active layer on the first semiconductor layer while maintaining an atmosphere containing the N 2 gas;
Forming a second semiconductor layer on the active layer in an atmosphere containing H 2 gas; And,
And forming electrodes on the first and second semiconductor layers, respectively,
Wherein the first and second semiconductor layers and the active layer are layers grown from a nonpolar (10-10) plane of the gallium nitride substrate or an inclined plane having a range of 0 to 5 degrees from the nonpolar (10-10) plane Wherein the nitride semiconductor layer is formed on the nitride semiconductor layer.
삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 반도체층을 형성하는 단계는,
상기 N2 가스를 포함하는 분위기에서, 상기 기판 위에 제 1 콘택층, 제 1 클래드층, 및 제 1 광가이드층을 순차적으로 성장시키는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자 제조방법.
The method of claim 1, wherein forming the first semiconductor layer comprises:
Wherein the first contact layer, the first clad layer, and the first optical guide layer are sequentially grown on the substrate in an atmosphere containing the N 2 gas.
제 1 항에 있어서, 상기 활성층을 형성하는 단계는,
상기 N2 가스를 포함하는 분위기에서, 상기 제 1 반도체층 위에 활성층 및 캡층을 순차적으로 성장시키는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자 제조방법.
The method of claim 1, wherein forming the active layer comprises:
Wherein the active layer and the cap layer are sequentially grown on the first semiconductor layer in an atmosphere containing the N 2 gas.
제 1 항에 있어서, 상기 제 2 반도체층을 형성하는 단계는,
상기 H2 가스를 포함하는 분위기에서, 상기 활성층 위에 제 2 광가이드층, 제 2 클래드층, 및 제 2 콘택층을 순차적으로 성장시키는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자 제조방법.
The method of claim 1, wherein forming the second semiconductor layer comprises:
Wherein the second optical guide layer, the second cladding layer, and the second contact layer are sequentially grown on the active layer in an atmosphere containing the H 2 gas.
제 5 항에 있어서, 상기 제 2 콘택층 성장시, 주입되는 불순물의 최소 농도는 1e19/㎤ 이상인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자 제조방법.6. The method of claim 5, wherein a minimum concentration of impurities to be implanted during the growth of the second contact layer is 1e19 / cm3 or more. 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 콘택층 성장시, 주입되는 불순물의 농도는 하부면에서 상부면으로 향하는 두께 방향으로 점차 증가하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자 제조방법.6. The method of claim 5, wherein the concentration of the impurity implanted in the second contact layer is gradually increased in a thickness direction from the lower surface to the upper surface. 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 콘택층 성장시, 주입되는 불순물의 농도는 하부면에서 상부면으로 향하는 두께 방향으로 점차 감소하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자 제조방법.6. The method according to claim 5, wherein the concentration of the impurity implanted in the second contact layer is gradually decreased in a thickness direction from the lower surface to the upper surface. 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 콘택층 성장시, 주입되는 불순물의 농도는 하부면에서 상부면으로 향하는 두께 방향으로 동일한 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자 제조방법.6. The method of claim 5, wherein a concentration of impurities to be implanted during the growth of the second contact layer is the same in the thickness direction from the lower surface to the upper surface.
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