KR101697462B1 - VERTICAL TYPE ULTRA-VIOLET LIGHT EMITTING DEVICE, METHOD FOR MANUFACTURING OF THE SAME, AlN TEMPLETE FOR VERTICAL TYPE ULTRA-VIOLET LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING OF THE SAME - Google Patents

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Abstract

In the present invention, disclosed are a vertical type ultraviolet light emitting device, a manufacturing method thereof, an AlN template for the vertical type ultraviolet light emitting device, and a manufacturing method thereof. According to the present invention, as a method for manufacturing a vertical ultraviolet light emitting device using a reaction chamber, provided is the method for manufacturing a vertical ultraviolet light emitting device which includes the steps of: (a) forming a single crystal layer including GaN on a sapphire substrate; (b) forming a single crystal AlN layer on the single crystal layer including GaN; and (c) growing a UV LED epitaxial layer on the single crystal AlN layer. The step (a) and the step (b) are performed through a discontinuous process. Accordingly, the present invention can improve yield by improving a bending property.

Description

수직형 자외선 발광소자, 이의 제조 방법, 수직형 자외선 발광소자용 AlN 템플릿 및 이의 제조 방법{VERTICAL TYPE ULTRA-VIOLET LIGHT EMITTING DEVICE, METHOD FOR MANUFACTURING OF THE SAME, AlN TEMPLETE FOR VERTICAL TYPE ULTRA-VIOLET LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING OF THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a vertical ultraviolet light-emitting device, a method of manufacturing the same, an AlN template for a vertical ultraviolet light-emitting device, and a method of manufacturing the same. BACKGROUND ART [0002] AND METHOD FOR MANUFACTURING OF THE SAME}

본 발명은 수직형 자외선 발광소자, 이의 제조 방법, 수직형 자외선 발광소자용 AlN 템플릿 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a vertical type ultraviolet light emitting device, a method of manufacturing the same, an AlN template for a vertical type ultraviolet light emitting device, and a method of manufacturing the same.

일반적으로, 220~340㎚의 자외선을 방출하는 자외선 발광소자는 1300℃ 이상의 고온 MOCVD 장비에서 제조되었다. 보다 구체적으로는 종래의 자외선 발광소자는 1300℃ 이상의 고온 MOCVD 장비에서 사파이어 기판 상에 1㎛ 이상의 두께를 갖는 AlN 질화물반도체를 모체로 하여 원하는 자외선 파장대역(UV-C : 220~280㎚,UV-B : 280~340㎚)에 맞게 n-AlGaN 질화물반도체와 다중양자우물 활성층과 p-AlGaN 질화물반도체 및 최종적으로 p-GaN 전극 접촉층을 성장시키는 방법으로 제조되었다.In general, an ultraviolet light emitting device emitting ultraviolet rays of 220 to 340 nm is manufactured in a high-temperature MOCVD apparatus of 1300 ° C or more. More specifically, in a conventional ultraviolet light-emitting device, an AlN nitride semiconductor having a thickness of 1 탆 or more is used as a matrix on a sapphire substrate in a high-temperature MOCVD apparatus having a temperature of 1300 캜 or higher, and a desired ultraviolet wavelength band (UV- B: 280 to 340 nm), a method of growing an n-AlGaN nitride semiconductor, a multiple quantum well active layer, a p-AlGaN nitride semiconductor, and finally a p-GaN electrode contact layer.

기존 UV-B/C LED는 AlN 기판 또는 AlN 템플릿(Template) 상에 성장이 되었기 때문에 Flip chip으로만 제작이 가능하다.Since existing UV-B / C LEDs grow on AlN substrate or AlN template, they can be fabricated only with flip chip.

자외선 발광소자를 수직형(Vertical)으로 제조하기 위해 Laser Lift Off의 과정이 필요하고 사파이어 상에 GaN 층을 반드시 필요로 한다. Laser lift off process is required to fabricate the ultraviolet light emitting device vertically and a GaN layer is necessarily required on the sapphire.

그러나 GaN와 AlN의 결정 격자 차이는 GaN층 상에 바로 단결정 AlN층의 성장을 불가능한 것으로 알려져 있다. However, the crystal lattice difference between GaN and AlN is known to be impossible to grow a single crystal AlN layer directly on the GaN layer.

이러한 문제를 해결하고자 AlGaN 초격자층, AlGaN 내 Al 조성 변화층을 제공하는 등 다양한 기술을 시도하고 있으나, 다른 층을 게재시키는 경우, 자외선 발광소자 제작에 필요하지 않은 층을 성장/제거시키는 공정이 필요하기 때문에 제조 비용의 상승하는 문제점이 있다. In order to solve such a problem, various techniques such as providing an AlGaN superlattice layer and an Al compositional change layer in AlGaN have been tried. However, when a different layer is placed, a process of growing / removing a layer not necessary for manufacturing an ultraviolet light emitting device There is a problem that the manufacturing cost is increased.

본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 제 10-2008-0008306(2008.01.23. 공개)에 개시된 자외선 발광소자와 그 제조방법이 있다.As background technology related to the present invention, there is an ultraviolet light emitting element and a manufacturing method thereof disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2008-0008306 (published on Jan. 23, 2008).

상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 휨 특성이 개선되며 수율이 향상될 수 있는 수직형 자외선 발광소자, 이의 제조 방법, 수직형 자외선 발광소자용 AlN 템플릿 및 이의 제조 방법을 제안하고자 한다. In order to solve the problems of the prior art described above, the present invention proposes a vertical type ultraviolet light emitting device, a method of manufacturing the same, an AlN template for a vertical type ultraviolet light emitting device, and a method of manufacturing the same, do.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 반응 챔버를 이용하여 수직형 자외선 발광소자를 제조하는 방법으로서, (a) 사파이어 기판 상에 GaN을 포함하는 단결정 층을 형성하는 단계; (b) 상기 GaN을 포함하는 단결정 층 상에 단결정 AlN층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 단결정 AlN층 상에 UV LED 에피를 성장시키는 단계를 포함하되, 상기 (a) 단계 및 (b) 단계는 비연속 공정으로 이루어지는 수직형 자외선 발광소자 제조 방법이 제공된다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a vertical ultraviolet light emitting device using a reaction chamber, comprising: (a) forming a single crystal layer containing GaN on a sapphire substrate; ; (b) forming a single crystal AlN layer on the single crystal layer containing GaN; And (c) growing a UV LED epitaxial layer on the single crystal AlN layer, wherein the steps (a) and (b) comprise a discontinuous process.

상기 반응 챔버는 MOCVD 반응 챔버이고, 상기 (a) 단계는 상기 MOCVD 반응 챔버에서 미리 설정된 온도 및 압력 조건에서 상기 사파이어 기판 상에 상기 GaN을 포함하는 단결정 층을 성장시키고, 상기 (a) 단계 이후, 미리 설정된 시간 동안 상기 사파이어 기판 및 상기 GaN을 포함하는 단결정 층을 대기압 이하 및 상온 조건으로 유지시킨 후, 상기 MOCVD 반응 챔버에서 상기 (b) 단계가 수행될 수 있다. Wherein the reaction chamber is an MOCVD reaction chamber, and the step (a) includes growing a single crystal layer containing GaN on the sapphire substrate under a predetermined temperature and pressure condition in the MOCVD reaction chamber, and after the step (a) (B) may be performed in the MOCVD reaction chamber after maintaining the sapphire substrate and the single crystal layer including GaN at a subatmospheric pressure and a room temperature condition for a predetermined time.

상기 (b) 단계는 1000 내지 1200℃ 온도 범위에서 수행될 수 있다. The step (b) may be performed at a temperature ranging from 1000 to 1200 ° C.

상기 (b) 단계는 과량의 Al 조건 하에서 수행될 수 있다. The step (b) may be carried out under excessive Al conditions.

상기 (b) 단계에서 상기 Al의 농도는 500 내지 3000 μmole 범위를 가질 수 있다. The concentration of Al in step (b) may range from 500 to 3000 μmole.

상기 GaN을 포함하는 단결정 층의 두께는 1 내지 5㎛ 범위를 가질 수 있다. The thickness of the single crystal layer including GaN may be in the range of 1 to 5 mu m.

상기 단결정 AlN층의 두께는 0.1 내지 0.4㎛ 범위를 가질 수 있다. The thickness of the single crystal AlN layer may range from 0.1 to 0.4 mu m.

상기 단결정 AlN층은 상기 GaN을 포함하는 단결정 층에 직접 접하면서 형성될 수 있다. The single crystal AlN layer may be formed in direct contact with the single crystal layer containing GaN.

상기 사파이어 기판은 2 내지 6인치의 지름을 가질 수 있다. The sapphire substrate may have a diameter of 2 to 6 inches.

상기 GaN을 포함하는 단결정 층은 단결정 GaN층, 단결정 InGaN층 및 단결정 InAlGaN층 중 적어도 하나일 수 있다. The single crystal layer containing GaN may be at least one of a single crystal GaN layer, a single crystal InGaN layer and a single crystal InAlGaN layer.

상기 (a) 단계에 선행하여 GaN 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method may further include forming a GaN buffer layer prior to the step (a).

본 발명의 다른 측면에 따르면, 반응 챔버를 이용하여 수직형 자외선 발광소자용 AlN 템플릿을 제조하는 방법으로서, (a) 사파이어 기판 상에 GaN을 포함하는 단결정 층을 형성하는 단계; 및 (b) 상기 GaN을 포함하는 단결정 층 상에 단결정 AlN층을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 (a) 단계 및 (b) 단계는 비연속 공정으로 이루어지는 수직형 자외선 발광소자용 AlN 템플릿 제조 방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an AlN template for a vertical ultraviolet light emitting device using a reaction chamber, comprising the steps of: (a) forming a single crystal layer containing GaN on a sapphire substrate; And (b) forming a monocrystalline AlN layer on the single crystal layer comprising GaN, wherein the steps (a) and (b) comprise a discontinuous process for fabricating an AlN template for a vertical type ultraviolet light emitting device / RTI >

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 반응 챔버를 이용하여 수직형 자외선 발광소자용 AlN 템플릿을 제조하는 방법으로서, (a) 사파이어 기판 상에 GaN을 포함하는 단결정 층을 형성하는 단계; (b) 상기 (a) 단계 이후 미리 설정된 시간 동안 상기 GaN을 포함하는 단결정 층의 열 에너지를 제거하는 단계; 및 (c) 상기 열 에너지 제거 이후, 상기 GaN을 포함하는 단결정 층 상에 단결정 AlN층을 형성하는 단계를 포함하는 AlN 템플릿 제조 방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an AlN template for a vertical ultraviolet light emitting device using a reaction chamber, comprising: (a) forming a single crystal layer containing GaN on a sapphire substrate; (b) removing the thermal energy of the single crystal layer including GaN for a predetermined time after the step (a); And (c) after the thermal energy is removed, forming a single crystal AlN layer on the single crystal layer containing GaN.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 수직형 자외선 발광소자로서, 사파이어 기판; 상기 사파이어 기판 상에 형성되는 GaN을 포함하는 단결정 층; 상기 GaN을 포함하는 단결정 층 상에 형성되는 단결정 AlN층; 및 상기 단결정 AlN층 상에 성장되는 UV LED 에피층을 포함하되, 상기 GaN을 포함하는 단결정 층 및 상기 단결정 AlN층은 동일 반응 챔버 내에서 비연속 공정을 통해 형성되는 수직형 자외선 발광소자가 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a vertical type ultraviolet light emitting device comprising: a sapphire substrate; A single crystal layer including GaN formed on the sapphire substrate; A single crystal AlN layer formed on the single crystal layer containing GaN; And a UV LED epitaxial layer grown on the single crystal AlN layer, wherein the single crystal layer including GaN and the single crystal AlN layer are formed through a discontinuous process in the same reaction chamber .

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 수직형 자외선 발광소자용 AlN 템플릿으로서, 사파이어 기판; 상기 사파이어 기판 상에 형성되는 GaN을 포함하는 단결정 층; 및 상기 GaN을 포함하는 단결정 층 상에 형성되는 단결정 AlN층을 포함하되, 상기 GaN을 포함하는 단결정 층 및 상기 단결정 AlN층은 동일 반응 챔버 내에서 비연속 공정을 통해 형성되는 수직형 자외선 발광소자용 AlN 템플릿이 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided an AlN template for a vertical ultraviolet light emitting device, comprising: a sapphire substrate; A single crystal layer including GaN formed on the sapphire substrate; And a single crystal AlN layer formed on the single crystal layer containing GaN, wherein the single crystal layer including GaN and the single crystal AlN layer are formed by a continuous process in a same reaction chamber for a vertical ultraviolet light emitting device An AlN template is provided.

본 발명에 따르면, GaN을 포함하는 단결정 층 상에 열에너지 제거를 통해 단결정 AlN층을 직접 성장시킬 수 있다.  According to the present invention, a monocrystalline AlN layer can be grown directly on a single crystal layer containing GaN through thermal energy elimination.

도 1은 종래의 일반적인 방법을 통한 단결정 AlN 또는 AlGaN(>80%)를 성장시키는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 과정을 통해 형성된 AlxGa1-xN(0<x<1)층의 현미경 이미지 및 PL map data를 나타낸 도면이다.
도 3은 고온 조건 하에서 AlN 버퍼층 도입을 통한 단결정 AlN층 또는 AlGaN(>80%)층을 성장시키는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3의 과정을 통해 형성된 AlN층의 현미경 이미지를 나타낸 도면이다.
도 5는 1100 내지 1200℃ 온도 조건 하에서 AlN 버퍼 도입을 통한 단결정 AlN 또는 AlGaN(>80%)를 성장시키는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5의 과정을 통해 형성된 AlN층의 현미경 이미지를 나타낸 도면이다.
도 7은 상기한 방법을 통해 형성된 AlN층의 다양한 형태의 크랙을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 템플릿 상에 AlN 템플릿을 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 템플릿 상의 AlN 템플릿의 단결정 AlN층의 현미경 이미지를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 실시예에 따른 AlN 템플릿의 TEM 이미지를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 실시예에 따른 AlN 템플릿 및 이를 포함하는 자외선 발광소자 제조 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 실시예에 따른 자외선 발광소자의 제1 전극층 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 실시예에 따른 자외선 발광소자의 제1 및 제2 전극 금속층 형성 과정을 설명하기 위한 도면이다.
FIG. 1 is a view for explaining a process of growing monocrystalline AlN or AlGaN (> 80%) by a conventional method.
FIG. 2 is a diagram showing a microscope image and PL map data of the AlxGa1-xN (0 <x <1) layer formed through the process of FIG.
FIG. 3 is a view for explaining the process of growing a single crystal AlN layer or an AlGaN (> 80%) layer through introduction of an AlN buffer layer under a high temperature condition.
4 is a microscope image of the AlN layer formed through the process of FIG.
5 is a view for explaining the process of growing monocrystalline AlN or AlGaN (> 80%) through introduction of AlN buffer under a temperature condition of 1100 to 1200 ° C.
6 is a microscope image of the AlN layer formed through the process of FIG.
7 is a view showing various types of cracks of the AlN layer formed through the above-described method.
8 is a view for explaining a process of fabricating an AlN template on a GaN template according to an embodiment of the present invention.
9 is a microscope image of a single crystal AlN layer of an AlN template on a GaN template according to an embodiment of the present invention.
10 is a TEM image of an AlN template according to the present embodiment.
11 is a view for explaining a process of fabricating an AlN template and an ultraviolet light emitting device including the same according to the present embodiment.
12 is a view for explaining the process of forming the first electrode layer of the ultraviolet light emitting device according to this embodiment.
13 is a view for explaining a process of forming the first and second electrode metal layers of the ultraviolet light emitting device according to the present embodiment.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명을 자세하게 설명하기에 앞서, 수직형 자외선 발광소자 제조가 어려운 이유에 대해 설명한다.
Before describing the present invention in detail, the reason why it is difficult to produce a vertical ultraviolet light-emitting device will be described.

VerticalVertical for AlNAlN templatetemplate 성장 기술 Growth technology

기존 UV-B/C LED는 AlN 기판 또는 AlN 템플릿(Template) 상에 성장이 되었기 때문에 Flip chip으로만 제작이 가능하다.Since existing UV-B / C LEDs grow on AlN substrate or AlN template, they can be fabricated only with flip chip.

자외선 발광소자를 수직형(Vertical)으로 제조하기 위해 Laser Lift Off의 과정이 필요하고 사파이어 상에 GaN 층을 반드시 필요로 한다. Laser lift off process is required to fabricate the ultraviolet light emitting device vertically and a GaN layer is necessarily required on the sapphire.

AlN층의 Laser Lift Off 공정도 가능하나, 현재 GaN Laser Lift Off를 할 수 있는 장비로는 AlN층의 Laser Lift Off는 불가능하기에 새로운 장비가 필요하고, 설사 AlN Laser Lift Off 장비를 구매한다고 할지라도 실제 AlN Laser Lift Off 진행시 Laser의 에너지가 높아 AlN와 사파이어의 계면이 아닌 내부까지 영향을 주어 Laser Lift Off 공정 이후 남아 있는 소자 품질을 저하시키는 문제가 있다. Although the laser lift off process of AlN layer is possible, it is impossible to perform laser lift off of AlN layer as a device capable of performing GaN Laser Lift Off. Therefore, new equipment is necessary, and even if AlN Laser Lift Off is purchased In fact, since the energy of the laser is high during the AlN laser lift off, it affects not only the interface between the AlN and the sapphire, but also the inside of the device after the laser lift off process.

그렇기 때문에 수직형 자외선 발광소자의 UV LED 에피층 성장을 위해서는 GaN층이 반드시 필요하다.Therefore, a GaN layer is indispensable for the growth of the UV LED epilayers of a vertical UV light-emitting device.

그러나 GaN와 AlN의 결정 격자 차이는 GaN층 상에 바로 단결정 AlN층의 성장을 불가능하게 한다. However, the difference in crystal lattice between GaN and AlN makes it impossible to grow a single crystal AlN layer directly on the GaN layer.

이러한 문제를 해결하고자 AlGaN 초격자층, AlGaN 내 Al 조성 변화층을 제공하는 등 다양한 기술을 시도하고 있다. To solve this problem, various techniques such as providing an AlGaN superlattice layer and an Al compositional change layer in AlGaN have been tried.

또한 단결정 GaN의 성장 방법과 유사하게 AlN 버퍼층을 삽입하기도 하지만 이후 단결정 AlN를 성장하기 위하여는 상기의 기술 AlGaN 초격자층, AlGaN 내 Al 조성 변화층 등을 삽입하여 GaN와 AlN의 결정 격자 차이를 줄이기 위한 층으로 삽입하고 이후 AlN 단결정을 성장시키거나 조성이 높은(>80%) AlGaN층을 성장시키게 된다. In addition, an AlN buffer layer is inserted similarly to the growth method of monocrystalline GaN. However, in order to grow monocrystalline AlN, the above-described AlGaN super lattice layer and Al compositional change layer in AlGaN are inserted to reduce the difference in crystal lattice between GaN and AlN , And then the AlN single crystal is grown or a high-composition (> 80%) AlGaN layer is grown.

이러한 GaN와 AlN의 결정 격자 차이를 줄이기 위한 층은 이후 수직형 소자 제조 공정에서 제1 전극(n 전극)층의 형성 시 반드시 제거되어야 하는 층이다. 이는 수직형 자외선 발광소자 제작에 있어 필요하지 않은 층을 성장/제거함으로 인해 제조 비용의 상승의 이유가 된다. The layer for reducing the difference in crystal lattice between GaN and AlN is a layer that must be removed in forming a first electrode (n-electrode) layer in a vertical device manufacturing process thereafter. This is a reason for an increase in manufacturing cost due to growth / removal of a layer which is not necessary in the fabrication of the vertical type ultraviolet light emitting device.

그렇기 때문에 GaN층에 접하고 크랙 없는 높은 조성의 AlGaN층 또는 AlN층을 형성하는 과정은 어렵고 복잡하다.
Therefore, the process of forming a high-composition AlGaN layer or AlN layer that is in contact with the GaN layer and has no cracks is difficult and complicated.

VerticalVertical for AlNAlN 템플릿template 성장 방법 Growth method

사파이어 상에 GaN 버퍼를 성장시킨다. 성장 온도는 550 내지 650℃이며 성장된 두께는 30 내지 100nm이다. 이후 GaN 단결정을 성장시킨다. 성장 온도는 1000 내지 1100℃이며 성장된 두께는 1.O 내지 5.0㎛이다.GaN buffer is grown on sapphire. The growth temperature is 550 to 650 DEG C and the grown thickness is 30 to 100 nm. Then, a GaN single crystal is grown. The growth temperature is 1000 to 1100 占 폚, and the grown thickness is 1.0 to 5.0 占 퐉.

GaN을 성장시킨 이후, AlN 또는 AlGaN(>80%) 단결정을 성장시키는 방법은 크게 두 가지로 나눌 수 있다. The growth of AlN or AlGaN (> 80%) single crystal after GaN growth can be roughly divided into two methods.

일반적으로, 단결정 GaN 성장 후에 MOCVD(Metalorganic Chemical Vapor Deposition) 반응 챔버 내부에 연속적으로 가스를 공급하고 성장 온도를 조정하여 AlN 성장 조건으로 변경한 후에 단결정 AlN 또는 AlGaN(>80%)를 성장시키는 방법을 사용한다. Generally, a method of continuously growing a single crystal AlN or AlGaN (> 80%) after changing the growth condition by supplying gas continuously to a MOCVD (Metalorganic Chemical Vapor Deposition) reaction chamber after growing the single crystal GaN, adjusting the growth temperature use.

그러나, 종래의 일반적인 방법은 GaN 성장 후 사파이어/GaN에 남아 있는 열 에너지의 제거 없이 단결정 AlN 또는 AlGaN(>80%)성장 조건으로 변경하는 과정이 존재하게 된다. AlN 성장 조건의 경우 GaN 성장 조건에 비하여 MOCVD 반응 챔버 내 암모니아의 함유량이 작고 그 성장 온도 또한 같거나 높아야 한다. MOCVD 반응 챔버 내의 이러한 환경 변화는 이미 성장한 GaN의 해리를 유도하여 GaN decompose의 과정을 일으키게 하고 이렇게 분해된 Ga이 AlN의 성장을 위해 공급되는 Al와 N과 재결합하는 과정을 진행하여 AlN층이 아닌 AlxGa1 - xN층 (0<x<1)이 형성된다. However, in the conventional method, there is a process of changing to a single crystal AlN or AlGaN (> 80%) growth condition without removing the thermal energy remaining in sapphire / GaN after GaN growth. In the case of AlN growth condition, the content of ammonia in the MOCVD reaction chamber should be small and its growth temperature should be equal to or higher than that of GaN growth condition. This environmental change in the MOCVD reaction chamber induces the dissociation of already grown GaN to induce the process of GaN decomposition and the decomposed Ga is recombined with Al and N supplied for the growth of AlN, x Ga 1 - x N layer (0 < x < 1) is formed.

도 1은 종래의 일반적인 방법을 통한 단결정 AlN 또는 AlGaN(>80%)를 성장시키는 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1의 과정을 통해 형성된 AlxGa1 -xN(0<x<1)층의 현미경 이미지 및 PL map data를 나타낸 도면이다. 1 is a view illustrating a process of growing the single crystal AlN or AlGaN (> 80%) over the conventional general methods, Figure 2 is Al x Ga 1 -x N (0 <x formed by the process of Figure 1 &Lt; 1) layer microscope image and PL map data.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래 방법에 따라 형성된 AlxGa1 - xN층은 단일 조성을 가지는 AlGaN층과 달리 다양한 단일 층 내에 위치에 따른 Al 조성이 불균일한 층 또는 GaN와 AlN간의 결정 격자 차이로 인해 다량의 크랙(crack)이 존재하게 된다. As shown in Figure 2, Al x Ga 1 formed according to the conventional method - x N layer is a difference determined between a single composition that has an AlGaN layer and a variety of single-layer Al composition of a non-uniform layer, or GaN and AlN according to the position in the different lattice A large amount of cracks are present.

상기한 종래기술에 따른 AlN 성장 방법의 문제점을 개선하기 위해 AlN 버퍼층을 도입하기도 한다. An AlN buffer layer may be introduced to overcome the problems of the conventional AlN growth method.

AlN 버퍼층을 도입하는 방법은 아래 세 가지로 나누어진다. The method of introducing the AlN buffer layer is divided into the following three methods.

첫째, GaN 성장 이후 AlN 성장 조건으로 변경하는 과정에서 암모니아의 변화 없이 GaN 성장 온도보다 낮게 이동 후 GaN 성장 온도보다 상대적으로 낮은 온도에서 AlN 버퍼층을 성장시키는 방법이다. First, the AlN buffer layer is grown at a temperature lower than the GaN growth temperature and relatively lower than the GaN growth temperature without changing the ammonia in the process of changing to the AlN growth condition after the GaN growth.

둘째는 암모니아와 GaN 성장 온도보다 낮게 변경한 후 AlN 버퍼층을 성장시킨 후에 다시 고온(>1300도)으로 변경하여 단결정 AlN층을 성장시키는 방법이다. Second, the AlN buffer layer is grown after changing the growth temperature to lower than the ammonia and GaN growth temperature, and then changed to a high temperature (> 1300 degrees) to grow a single crystal AlN layer.

셋째는 암모니아와 GaN 성장 온도보다 낮게 변경한 후 AlN 버퍼층을 성장시킨 후 1100~1200℃ 사이에서 단결정 AlN층이나 AlGaN(>80%)층을 성장시키는 방법이 있다. Third, there is a method of growing a single crystal AlN layer or an AlGaN (> 80%) layer between 1100 and 1200 ° C after growing the AlN buffer layer after changing the growth temperature to lower than ammonia and GaN growth temperature.

위의 세 가지 방법 중 단결정 AlN층을 성장시키기 위하여는 고온(1300℃ 이상)에서 진행하는 방법은 고온(>1300℃)에서 암모니아가 공급된다 하더라도 GaN의 분해가 진행되어 단결정 AlN층의 성장을 불가능하게 하고, 만약 고온에서 단결정 AlN층이 가능하다 할지라 고온(>1300℃)으로 이동하기 위하여는 현재 상용화된 blue LED Epi용 MOCVD 반응 챔버로는 성장이 불가능하고 새로운 MOCVD 반응 챔버를 구입하거나 Blue LED Epi용 MOCVD 반응 챔버의 개조작업이 진행되어야 한다. 이는 MOCVD 반응 챔버의 대대적인 개조 작업이 필요하기 때문에 실질적으로 진행할 수 없다. Among the above three methods, in order to grow a single crystal AlN layer, the method of proceeding at a high temperature (1300 ° C. or more) is that the decomposition of GaN proceeds even though ammonia is supplied at a high temperature (> 1300 ° C.) In order to move to a high temperature (> 1300 ° C) even if a single crystal AlN layer is possible at high temperature, it is impossible to grow the currently commercialized blue LED Epi MOCVD reaction chamber and purchase a new MOCVD reaction chamber or use Blue LED Epi The MOCVD reaction chamber should be modified. This can not be practically carried out because a large-scale modification work of the MOCVD reaction chamber is required.

도 3은 고온 조건 하에서 AlN 버퍼층 도입을 통한 단결정 AlN층 또는 AlGaN(>80%)층을 성장시키는 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 3의 과정을 통해 형성된 AlN층의 현미경 이미지를 나타낸 도면이다. FIG. 3 is a view illustrating a process of growing a single crystal AlN layer or an AlGaN (> 80%) layer through introduction of an AlN buffer layer under a high temperature condition, and FIG. 4 is a microscope image of the AlN layer formed through the process of FIG. FIG.

이외 나머지 두 가지 방법은 1100 내지 1200℃에서 단결정 AlN층을 성장시키거나 AlGaN(80%) 단결정을 성장시키는 방법이다. 그러나 1100 내지 1200℃에서 단결정 AlN층이 성장된다고 하여도 좋은 품질을 얻을 수 없고 단결정 AlN층이 성장된다고 하여도 많은 크랙이 발생할 수밖에 없다. In the other two methods, a single crystal AlN layer is grown at 1100 to 1200 ° C, or an AlGaN (80%) single crystal is grown. However, even if a single crystal AlN layer is grown at 1100 to 1200 ° C, good quality can not be obtained, and even if a single crystal AlN layer is grown, many cracks must be generated.

도 5는 1100 내지 1200℃ 온도 조건 하에서 AlN 버퍼 도입을 통한 단결정 AlN 또는 AlGaN(>80%)를 성장시키는 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 도 5의 과정을 통해 형성된 AlN층의 현미경 이미지를 나타낸 도면이다. 5 is a view for explaining a process of growing single crystal AlN or AlGaN (> 80%) through introduction of an AlN buffer under a temperature condition of 1100 to 1200 ° C., FIG. 6 is a view for explaining a microscopic image of an AlN layer formed through the process of FIG. Fig.

이러한 문제로 인해 단결정 AlN층의 성장이 아닌 AlGaN(>80%)층이 성장하기도 한다. 그러나 이러한 방법 또한 GaN의 결정 격자 차이 및 Ga와 Al의 성장 속도 차이를 극복하기 위하여 inter layer(초격자 층, Al 조성 변화층 등)이 필요하다. 이는 앞에서 기술한 것과 같이 이후 vertical chip process상에 제거를 해야 하는 공정의 시간을 증가하여 원가 상승의 원인이 된다.Due to this problem, AlGaN (> 80%) layer grows instead of single crystal AlN layer growth. However, this method also requires an inter layer (superlattice layer, Al composition change layer, etc.) to overcome the difference in crystal lattice of GaN and the growth rate of Ga and Al. As described above, this increases the cost of the process by increasing the process time required to be removed in the vertical chip process.

1100 내지 1200℃에서 단결정 AlN의 성장이 어려운 이유는 Al의 경우 Ga/In에 비하여 원자의 크기가 작고 기판상에서 충분히 움직이기 위한 필요 에너지가 높기 때문이다. 그렇기 때문에 blue LED Epi용 MOCVD 반응 챔버를 사용하여 1100 내지 1200℃에서 단결정 AlN를 성장시키게 되면 성장시키고자 하는 웨이퍼 내에서 완벽하게 merge 된 flat & shine 한 형태로 단결정 AlN층이 성장이 되는 것이 아닌 rough한 웨피어 전반에 걸쳐 AlN의 높낮이가 완전히 다른 형태로 성장이 되거나 크랙으로 갈라진 형태 등 다양한 형태로 발생하게 된다.The reason why the growth of monocrystalline AlN is difficult at 1100 to 1200 ° C is because the atomic size of Al is smaller than that of Ga / In and the energy required for moving the substrate on the substrate is high. Therefore, when single crystal AlN is grown at 1100 to 1200 ° C using a MOCVD reaction chamber for blue LED Epi, the single crystal AlN layer grows in a flat and shinny shape that is completely merged in the wafer to be grown, The height of the AlN throughout the entire wafer can be varied in various forms, such as a completely different shape, or a cracked shape.

도 7은 상기한 방법을 통해 형성된 AlN층의 다양한 형태의 크랙을 나타낸 도면이다. 7 is a view showing various types of cracks of the AlN layer formed through the above-described method.

이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, MOCVD 반응 챔버 내에서 GaN 단결정을 성장시킨 이후 사파이어/GaN 버퍼층/GaN 층을 MOCVD 반응 챔버에서 대기압/상온 또는 저압/상온으로 이동시켜, 기 성장된 Sapphire/GaN 버퍼층/GaN에 남아 있는 열에너지를 제거하여 GaN 결정을 안정화한 이후 다시 MOCVD 반응 챔버로 이동시켜 AlN 성장하는 방법을 사용한다. In order to solve this problem, according to a preferred embodiment of the present invention, a GaN single crystal is grown in a MOCVD reaction chamber, and then a sapphire / GaN buffer layer / GaN layer In the MOCVD reaction chamber, the GaN crystal is stabilized by moving atmospheric pressure / room temperature or low pressure / room temperature to remove the remaining thermal energy from the sapphire / GaN buffer layer / GaN and then moving to the MOCVD reaction chamber to grow AlN do.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 템플릿 상에 AlN 템플릿을 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 8 is a view for explaining a process of fabricating an AlN template on a GaN template according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 550 내지 650℃ 온도 조건 하에서 GaN 버퍼층을 성장시키고, 이후, 1000 내지 1100℃ 온도 조건 하에서 단결정 GaN층을 성장시킨다. Referring to FIG. 8, a GaN buffer layer is grown under a temperature condition of 550 to 650 ° C, and then a single crystal GaN layer is grown under a temperature condition of 1000 to 1100 ° C.

다음으로 사파이어/GaN 버퍼층/GaN 층을 대기압 이하, 상온 조건으로 이동시켜 열 에너지를 제거하고 난 후에 반응 챔버 내에서 단결정 AlN 층 형성 과정이 수행된다. 이때, 웨이퍼의 온도가 200℃ 미만으로 유지되도록 한다. Next, the sapphire / GaN buffer layer / GaN layer is moved under atmospheric pressure to a room temperature condition to remove heat energy, and a single crystal AlN layer formation process is performed in the reaction chamber. At this time, the temperature of the wafer is kept below 200 캜.

이처럼, 본 실시예에 따른 AlN 템플릿에서 단결정 GaN층 및 단결정 AlN층은 MOCVD 반응 챔버에서 비연속 공정으로 이루어진다. As described above, in the AlN template according to this embodiment, the single crystal GaN layer and the single crystal AlN layer are formed by a discontinuous process in the MOCVD reaction chamber.

본 명세서에서 비연속 공정은, 1000℃ 이상의 온도에서 단결정 GaN층을 형성한 이후, 사파이어/GaN 버퍼층/GaN층을 일정 시간 동안 대기압 이하 및 상온 조건에서 열에너지를 제거하고, 다시 1000℃ 이상의 온도에서 단결정 AlN층을 형성하는 공정과 같이, 단결정 GaN층과 단결정 AlN층 형성 사이에 급격한 온도 조건의 변화가 있는 공정으로 정의된다. In the present specification, a discontinuous process is a process in which a sapphire / GaN buffer layer / a GaN layer is formed by removing a thermal energy at a temperature lower than an atmospheric pressure and a room temperature for a predetermined time after forming a single crystal GaN layer at a temperature of 1000 캜 or higher, Is defined as a step in which there is a sudden change in the temperature condition between the formation of the single crystal GaN layer and the single crystal AlN layer as in the step of forming the AlN layer.

이하에서와 같이, 본 실시예에 따른 비연속 공정은 반응 챔버 내에서 단결정 GaN층을 형성하고, 이후, 사파이어/GaN 버퍼층/GaN층을 반응 챔버 외부로 이동시킨 후에 다시 단결정 AlN층을 형성하는 공정일 수 있다. As described below, the discontinuous process according to this embodiment includes forming a monocrystalline GaN layer in the reaction chamber, and then moving the sapphire / GaN buffer layer / GaN layer out of the reaction chamber and then forming a single crystal AlN layer Lt; / RTI &gt;

그러나 이에 한정됨이 없이 반응 챔버 내에서 단결정 GaN층을 형성하고 반응 챔버의 온도를 열 에너지의 제거가 가능한 온도까지 내리고 다시 단결정 AlN층을 형성하는 것도 본 발명의 범주에 포함될 수 있다. However, without being limited thereto, it is also possible to form a single crystal GaN layer in the reaction chamber and lower the temperature of the reaction chamber to a temperature at which thermal energy can be removed, and to form a single crystal AlN layer again.

상기한 바와 같이, 사파이어 기판 상에 단결정 GaN 층이 형성될 수 있으나, 이에 한정됨이 없이 단결정 InGaN층 또는 단결정 InAlGaN층과 같이 GaN을 포함하는 단결정 층이 형성될 수도 있다. As described above, the single crystal GaN layer may be formed on the sapphire substrate. However, the single crystal GaN layer may be formed of a single crystal InGaN layer or a single crystal InAlGaN layer including GaN.

여기서, 단결정 AlN층 형성을 위한 온도 조건은 1100 내지 1200℃일 수 있다. Here, the temperature condition for forming the single crystal AlN layer may be 1100 to 1200 캜.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 템플릿 상의 AlN 템플릿의 단결정 AlN층의 현미경 이미지를 나타낸 도면이며, 도 10은 본 실시예에 따른 AlN 템플릿의 TEM 이미지를 나타낸 도면이다. FIG. 9 is a microscope image of a single-crystal AlN layer of an AlN template on a GaN template according to an embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a TEM image of an AlN template according to the present embodiment.

도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 공정을 통해 AlN 템플릿을 제조하는 경우, 크랙이 제거되는 것을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 9, when the AlN template is manufactured through the process according to this embodiment, it can be confirmed that the cracks are removed.

또한, 본 실시예에 따른 공정을 통해 도 10과 같이 단결정 GaN층 상에 직접 단결정 AlN층이 형성되는 것을 확인할 수 있다. Also, it can be seen that a single-crystal AlN layer is formed directly on the single crystal GaN layer as shown in FIG. 10 through the process according to this embodiment.

이러한 성장 조건 변화는 다음과 같은 장점을 갖는다. These changes in growth conditions have the following advantages.

첫 번째 AlN 성장 조건으로 변경 시 GaN층에 가해지는 에너지 등의 조건이 GaN 해리/분해의 시작에 필요한 최소 필요 에너지보다 낮아 GaN의 해리/분해되는 과정을 방지할 수 있다.The conditions such as the energy applied to the GaN layer when the first AlN growth condition is changed are lower than the minimum energy required for starting the GaN dissociation / decomposition, thereby preventing the dissociation / decomposition process of the GaN.

1100 내지 1200℃ 조건을 이용하는 공정에서는, 단결정 AlN의 성장을 위해 과량의 암모니아를 MOCVD 반응 챔버 내부로 흘려 GaN의 분해를 원천적으로 막고, Al이 N와 바로 결합하여 AlN로 안정화하려는 성질을 증가시켰다. In the process using the conditions of 1100 to 1200 ° C, an excessive amount of ammonia was flowed into the MOCVD reaction chamber for the growth of monocrystalline AlN, which originally blocked the decomposition of GaN and increased the property of Al bonding with N and stabilizing with AlN.

세 번째 일반적으로 알려진 AlN 성장 온도 (>1300℃)보다 낮은 온도(1100 내지 1200℃)에서 단결정 AlN층을 성장시키기 위하여 과량의 Al을 MOCVD 반응 챔버 내부로 공급하여 단결정 AlN층 성장시킨다. The three second generally supplying an excess of Al in order to grow a single crystal AlN layer on the AlN known growth temperature (> 1300 ℃) low temperature (1100 to 1200 ℃) than into the MOCVD reaction chamber to grow a single crystal AlN layer.

본 실시예에 따른 단결정 GaN층 및 단결정 AlN층 성장 조건은 하기와 같다.Conditions for growing the single crystal GaN layer and single crystal AlN layer according to this embodiment are as follows.

성장 온도
(℃)
Growth temperature
(° C)
성장 압력
(Torr)
Growth pressure
(Torr)
NH3
(L/min)
NH 3
(L / min)
Ga
(

Figure 112016064650619-pat00001
)Ga
(
Figure 112016064650619-pat00001
) Al
(
Figure 112016064650619-pat00002
)
Al
(
Figure 112016064650619-pat00002
)
GaNGaN 1000~11001000 ~ 1100 100~300100 to 300 20~6020 to 60 100~10,000100 to 10,000 AlNAlN 1000~12001000 to 1200 25~10025-100 5~605 ~ 60 500~3,000500 ~ 3,000

도 11은 본 실시예에 따른 AlN 템플릿 및 이를 포함하는 자외선 발광소자 제조 과정을 설명하기 위한 도면이다. 11 is a view for explaining a process of fabricating an AlN template and an ultraviolet light emitting device including the same according to the present embodiment.

도 11에 도시된 바와 같이, 반응 챔버 내에서 사파이어 기판 상에 단결정 GaN층을 형성하고, 이후, 미리 설정된 시간 동안 대기압/상온 또는 저압/상온에서 웨이퍼 온도가 200℃ 미만이 되도록 한다. As shown in Fig. 11, a single crystal GaN layer is formed on the sapphire substrate in the reaction chamber, and then the wafer temperature is lower than 200 DEG C at atmospheric pressure / room temperature or low pressure / room temperature for a preset time.

이후, 사파이어/단결정 GaN층을 반응 챔버로 이동시키고 과량의 Al을 첨가하여 단결정 AlN층을 형성한다. Thereafter, the sapphire / single crystal GaN layer is moved to the reaction chamber and excess Al is added to form a single crystal AlN layer.

AlN 템플릿 제작 이후, UV LED 에피층을 성장시킨다. After fabricating the AlN template, a UV LED epilayer is grown.

UV LED 에피층의 성장은 반응 챔버 내에서 연속 공정으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정됨이 없이 반응 챔버 내에서 사파이어 기판 상에 단결정 GaN층을 형성하고, 이후, 미리 설정된 시간 동안 대기압/상온 또는 저압/상온에서 웨이퍼 온도가 200℃ 미만이 되도록 유지시킨 후에 진행될 수도 있다. The growth of the UV LED epitaxial layer may be performed in a continuous process in the reaction chamber, but the present invention is not limited thereto. For example, the single crystal GaN layer may be formed on the sapphire substrate in the reaction chamber, Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 200 C &lt; / RTI &gt;

여기서, UV LED 에피층은 AlxGa1 - xN층, nAlyGa1 - yN층, 활성층 및 pAlzGa1 - zN층을 포함할 수 있다. 또한, pAlzGa1 - zN층 상에 pGaN층이 추가로 형성될 수 있다. Here, the UV LED epilayers may include an Al x Ga 1 - x N layer, an nAl y Ga 1 - y N layer, an active layer, and a pAl z Ga 1 - z N layer. Further, a pGaN layer may be additionally formed on the pAl z Ga 1 - z N layer.

여기서, nAlyGa1 - yN층은 제1 도전형 질화물 반도체 층으로 정의되고, pAlzGa1 -zN층은 제2 도전형 질화물 반도체 층으로 정의된다. Here, nAl y Ga 1 - y N layer is defined as a first conductivity type nitride semiconductor layer, pAl z Ga 1 -z N layer is defined as a second conductivity type nitride semiconductor layer.

제1 도전형 질화물 반도체층은 제1 도전형 불순물이 도핑된 AlyGa1 - yN(0.4≤y≤1)로 형성되고, 활성층은 AleGa1 -eN(0<e<1)층 및 AlfGa1 -fN(0<f<1, e<f)층이 1회 이상 교대로 적층되어 형성되며, 제2 도전형 질화물 반도체층은 제1 도전형 불순물과 반대되는 제2 도전형 불순물이 도핑된 AlzGa1 - zN층(0.4≤z≤1)층으로 형성될 수 있다. The first conductive type nitride semiconductor layer is formed of Al y Ga 1 - y N (0.4 ≦ y1 ) doped with the first conductive type impurity, and the active layer is formed of Al e Ga 1 -e N (0 <e <1) Layer and Al f Ga 1 -f N (0 < f < 1, e < f) layers are alternately laminated one or more times, and the second conductivity type nitride semiconductor layer is formed by alternately laminating the second conductive type impurity And a layer of Al z Ga 1 - z N (0.4 ? Z? 1 ) layer doped with a conductive impurity.

이후, 제2 도전형 질화물 반도체 층 상에 반사/옴믹/제2 전극 금속층 형성한다. Thereafter, a reflective / ohmic / second electrode metal layer is formed on the second conductive type nitride semiconductor layer.

제2 전극 금속층 형성 이후, Laser Lift Off 공정을 통해 사파이어 기판을 제거하고, 습식 에칭을 통해 단결정 GaN층을 제거한다. After forming the second electrode metal layer, the sapphire substrate is removed through a laser lift off process, and the single crystal GaN layer is removed through wet etching.

도 12는 본 실시예에 따른 자외선 발광소자의 제1 전극층 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 12 is a view for explaining the process of forming the first electrode layer of the ultraviolet light emitting device according to this embodiment.

도 12에 도시된 바와 같이, 제1 전극 층은 구멍(hall)을 통해 형성할 수 있으며, AlN 층 및 AlxGa1 - xN 제거 후에 형성할 수도 있다. As shown in FIG. 12, the first electrode layer may be formed through a hole, and may be formed after removing the AlN layer and Al x Ga 1 - x N.

도 13에 도시된 바와 같이, 제1 전극 금속층과 제2 전극 금속층은 동일면에 제공될 수 있으며, 이처럼 제1 전극 금속층과 제2 전극 금속층 형성 이후에 Laser Lift Off 공정을 통해 사파이어 기판을 제거하고, 습식 에칭을 통해 단결정 GaN층을 제거한다.
13, the first electrode metal layer and the second electrode metal layer may be provided on the same surface. After forming the first electrode metal layer and the second electrode metal layer, the sapphire substrate is removed through a laser lift off process, The single crystal GaN layer is removed by wet etching.

BowBow 제어 기술 Control technology

AlN와 사파이어의 결정 격자 차이로 인해 AlN 템플릿 또는 AlN 기판상에 성장하는 자외선 발광소자는 UV LED 에피 제작 후 높은 웨이퍼 휨을 가지고 있고 이러한 휨은 fab 공정을 어렵고 복잡하게 하고 공정 수율을 낮추게 한다. Because of the difference in crystal lattice between AlN and sapphire, ultraviolet light emitting devices that grow on AlN template or AlN substrate have high wafer warping after UV LED epi fabrication, which causes difficult and complicated fab process and lowers process yield.

그렇기 때문에 아직 UV LED Epi 성장의 경우 2 인치를 사용하는 경우가 대부분이며, 2인치로 UV LED 에피층을 성장시킨다고 하여도 낮은 수율(<50%)의 문제에 직면하고 있다.
For this reason, UV LED Epi growth is mostly using 2 inches, and even if a 2 inch UV LED epilayer is grown, it faces a problem of low yield (<50%).

휨 특성 개선Improved bending property

아래의 [표 2]에서와 같이 사파이어 기판 상에 단결정 GaN층 또는 단결정 AlN층을 성장시켜 GaN 템플릿 또는 AlN 템플릿를 제작 후 상온에서 웨이퍼 휨(Bow) 값을 측정하면 동일한 두께에서 AlN층의 휨값이 높음을 알 수 있다. 이는 단결정 AlN층의 결정 격자 간격이 GaN의 결정 격자 간격보다 좁기 때문에 템플릿을 제작하고 나면 웨이퍼의 휨 현상을 더욱 커지기 때문이다. As shown in [Table 2], when a single crystal GaN layer or a single crystal AlN layer is grown on a sapphire substrate to fabricate a GaN template or an AlN template, the wafer bow value is measured at room temperature and the warpage of the AlN layer is high . This is because the crystal lattice spacing of the single crystal AlN layer is narrower than the crystal lattice spacing of GaN, so that the warpage of the wafer becomes larger when the template is fabricated.

두께(㎛)Thickness (㎛) BowBow AlN templateAlN template 2.812.81 5050 GaN templateGaN template 3.03.0 3030

이러한 AlN/GaN 템플릿을 사용하여 UV LED Epi를 성장시키면 성장되는 UV LED Epi의 주요 Al 함량이 50%이상이므로 GaN의 결정의 특성이 아닌 AlN의 결정과 유사한 특성을 가지게 된다. 이로 인해 UV LED Epi 성장 완료 후 측정되는 웨이퍼 휨 값은 [표 3]에서 보는 것 같이 더욱 큰 값을 가지게 된다. When the UV LED Epi is grown using this AlN / GaN template, the main Al content of the grown UV LED Epi is more than 50%, so that it has characteristics similar to the crystal of AlN instead of the crystal of GaN. As a result, wafer warpage measured after completion of UV LED Epi growth has a larger value as shown in [Table 3].


I'm after 전/후 차이Before / After Difference
두께①Thickness ① Bow②Bow② 두께③Thickness ③ Bow④Bow ④ 두께③-①Thickness ③-① Bow④-②Bow ④-②
AlN
template


AlN
template

Sample 1Sample 1 1.2491.249 12.10712.107 2.5082.508 63.82163.821 1.2591.259 51.71451.714
Sample 2Sample 2 1.1621.162 8.1628.162 2.4942.494 50.96150.961 1.3321.332 42.79942.799 Sample 3Sample 3 1.0971.097 7.1287.128 2.432.43 53.99953.999 1.3331.333 46.87146.871 Sample 4Sample 4 1.1321.132 12.44212.442 2.4132.413 58.71658.716 1.2811.281 46.27446.274 AverageAverage 1.161.16 9.969.96 2.462.46 56.8756.87 1.301.30 46.9146.91
GaN
template


GaN
template

Sample 1Sample 1 2.1852.185 21.97721.977 3.4663.466 27.71927.719 1.2811.281 5.7425.742
Sample 2Sample 2 2.1922.192 21.24921.249 3.5633.563 28.93228.932 1.3711.371 7.6837.683 Sample 3Sample 3 2.1932.193 21.40221.402 3.5723.572 29.05729.057 1.3791.379 7.6557.655 Sample 4Sample 4 2.1522.152 23.54123.541 3.5153.515 30.5630.56 1.3631.363 7.0197.019 AverageAverage 2.182.18 22.0422.04 3.533.53 29.0729.07 1.351.35 7.027.02

그러나 실제 UV LED Epi 소자를 구성하기 위하여는 [표 3]에서 성장된 두께(1.3㎛)보다 더욱 두꺼운 3~4㎛의 성장이 필요하다. 이러한 두께를 AlN / GaN 템플릿에서 성장시켜 비교하여 보면 [표 4]와 같이 그 편차가 훨씬 큰 것이 확인된다. However, in order to construct an actual UV LED Epi device, it is necessary to grow 3 to 4 μm thicker than the thickness (1.3 μm) grown in [Table 3]. As shown in [Table 4], it is confirmed that the deviation is much larger when the thickness is grown in the AlN / GaN template.


성장 전Before growth 성장 후After growth 편차Deviation
두께①Thickness ① Bow②Bow② 두께③Thickness ③ Bow④Bow ④ 두께③-①Thickness ③-① Bow④-②Bow ④-② AlN
template
AlN
template
1.41.4 1111 5.45.4 112112 44 101101
GaN
template
GaN
template
2.42.4 2727 6.46.4 5454 44 2727

[표 4]에서와 같이 AlN 템플릿의 두꺼운 휨 값은 UV 칩 제조 공정 상 반드시 Flat한 상태가 필요한 photo 공정 등에 공정 난이도를 높게 하고 공정 수율을 낮게 하는 원인이 된다.As shown in [Table 4], the thick bending value of AlN template causes the process difficulty to be high and the process yield to be low in the photo process requiring flat state in the UV chip manufacturing process.

그렇기 때문에 단결정 GaN층 상에 단결정 AlN층을 성장시키고 이후, UV LED Epi layer를 성장시키면 웨이퍼 휨 값을 AlN 템플릿에 비하여 낮게 유지하여 fab 공정이 용이해진다. Therefore, growing a monocrystalline AlN layer on a single crystal GaN layer and then growing a UV LED Epi layer makes it possible to keep the wafer warpage lower than the AlN template, thus facilitating the fab process.

사파이어 상에서 성장하는 GaN의 두께 또한 이후 성장되는 UV LED Epi layer의 휨 값을 결정하는 중요한 인자가 된다. The thickness of GaN grown on sapphire is also an important factor in determining the bending value of the subsequently grown UV LED Epi layer.


I'm after 전/후 차이Before / After Difference
두께①Thickness ① Bow②Bow② 두께③Thickness ③ Bow④Bow ④ 두께③-①Thickness ③-① Bow④-②Bow ④-② GaN
template
GaN
template
두께 2.4㎛Thickness 2.4㎛ 2.3872.387 19.28519.285 3.9183.918 39.14739.147 1.5311.531 19.86219.862
두께 3.0㎛Thickness 3.0 탆 3.0143.014 30.98330.983 4.5344.534 44.13544.135 1.521.52 13.15213.152

상기에서 기술한 것과 같이 단결정 GaN층 상에 단결정 AlN층의 성장 및 UV LED Epi 성장은 기존에 비해 낮은 휨 값을 가지도록 하여 이후 진행되는 칩 제작공정을 용이하게 하고 수율 향상 효과를 기대할 수 있다.As described above, the growth of the single crystal AlN layer on the single crystal GaN layer and the growth of the UV LED Epi have a lower warping value than the conventional one, thereby facilitating the subsequent chip fabrication process and improving the yield.

상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Should be regarded as belonging to the following claims.

Claims (15)

반응 챔버를 이용하여 수직형 자외선 발광소자를 제조하는 방법으로서,
(a) 사파이어 기판 상에 GaN을 포함하는 단결정 층을 형성하는 단계;
(b) 상기 GaN을 포함하는 단결정 층 상에 단결정 AlN층을 형성하는 단계; 및
(c) 상기 단결정 AlN층 상에 UV LED 에피를 성장시키는 단계를 포함하되,
상기 (a) 단계 및 (b) 단계는 비연속 공정으로 이루어지는 수직형 자외선 발광소자 제조 방법.
A method of manufacturing a vertical ultraviolet light emitting device using a reaction chamber,
(a) forming a single crystal layer containing GaN on a sapphire substrate;
(b) forming a single crystal AlN layer on the single crystal layer containing GaN; And
(c) growing a UV LED epitaxial layer on the single crystal AlN layer,
Wherein the step (a) and the step (b) comprise a discontinuous process.
제1항에 있어서,
상기 반응 챔버는 MOCVD 반응 챔버이고,
상기 (a) 단계는 상기 MOCVD 반응 챔버에서 미리 설정된 온도 및 압력 조건에서 상기 사파이어 기판 상에 상기 GaN을 포함하는 단결정 층을 성장시키고,
상기 (a) 단계 이후, 미리 설정된 시간 동안 상기 사파이어 기판 및 상기 GaN을 포함하는 단결정 층을 대기압 이하 및 상온 조건에서 유지시킨 후, 상기 MOCVD 반응 챔버에서 상기 (b) 단계가 수행되는 수직형 자외선 발광소자 제조 방법.
The method according to claim 1,
The reaction chamber is an MOCVD reaction chamber,
In the step (a), the GaN-containing single crystal layer is grown on the sapphire substrate under a preset temperature and pressure condition in the MOCVD reaction chamber,
After the step (a), the single crystal layer including the sapphire substrate and the GaN is maintained at a subatmospheric pressure and a room temperature condition for a preset time, and then the vertical ultraviolet light emission Lt; / RTI &gt;
제2항에 있어서,
상기 (b) 단계는 1000 내지 1200℃ 온도 범위에서 수행되는 수직형 자외선 발광소자 제조 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the step (b) is performed in a temperature range of 1000 to 1200 ° C.
삭제delete 제2항에 있어서,
상기 (b) 단계에서 상기 Al의 농도는 500 내지 3000 μmole 범위를 갖는 수직형 자외선 발광소자 제조 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the concentration of Al in the step (b) ranges from 500 to 3000 μmole.
제1항에 있어서,
상기 GaN을 포함하는 단결정 층의 두께는 1 내지 5㎛ 범위를 갖는 수직형 자외선 발광소자 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the GaN-containing single crystal layer has a thickness ranging from 1 to 5 mu m.
제1항에 있어서,
상기 단결정 AlN층의 두께는 0.1 내지 0.4㎛ 범위를 갖는 수직형 자외선 발광소자 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the single crystal AlN layer is in the range of 0.1 to 0.4 mu m.
제1항에 있어서,
상기 단결정 AlN층은 상기 GaN을 포함하는 단결정 층에 직접 접하면서 형성되는 수직형 자외선 발광소자 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the single crystal AlN layer is formed in direct contact with the single crystal layer containing GaN.
제1항에 있어서,
상기 사파이어 기판은 2 내지 6인치의 지름을 갖는 수직형 자외선 발광소자 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the sapphire substrate has a diameter of 2 to 6 inches.
제1항에 있어서,
상기 GaN을 포함하는 단결정 층은 단결정 GaN층, 단결정 InGaN층 및 단결정 InAlGaN층 중 적어도 하나인 수직형 자외선 발광소자 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the single crystal layer including GaN is at least one of a single crystal GaN layer, a single crystal InGaN layer, and a single crystal InAlGaN layer.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에 선행하여 GaN 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함하는 수직형 자외선 발광소자 제조 방법.
The method according to claim 1,
Further comprising the step of forming a GaN buffer layer prior to the step (a).
반응 챔버를 이용하여 수직형 자외선 발광소자용 AlN 템플릿을 제조하는 방법으로서,
(a) 사파이어 기판 상에 GaN을 포함하는 단결정 층을 형성하는 단계; 및
(b) 상기 GaN을 포함하는 단결정 층 상에 단결정 AlN층을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 (a) 단계 및 (b) 단계는 비연속 공정으로 이루어지는 수직형 자외선 발광소자용 AlN 템플릿 제조 방법.
A method for producing an AlN template for a vertical ultraviolet light emitting device using a reaction chamber,
(a) forming a single crystal layer containing GaN on a sapphire substrate; And
(b) forming a single crystal AlN layer on the single crystal layer containing GaN,
Wherein the steps (a) and (b) comprise a discontinuous process.
반응 챔버를 이용하여 수직형 자외선 발광소자를 제조하는 방법으로서,
(a) 사파이어 기판 상에 GaN을 포함하는 단결정 층을 형성하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계 이후 미리 설정된 시간 동안 상기 GaN을 포함하는 단결정 층의 열 에너지를 제거하는 단계; 및
(c) 상기 열 에너지 제거 이후, 상기 GaN을 포함하는 단결정 층 상에 단결정 AlN층을 형성하는 단계를 포함하는 AlN 템플릿 제조 방법.

A method of manufacturing a vertical ultraviolet light emitting device using a reaction chamber,
(a) forming a single crystal layer containing GaN on a sapphire substrate;
(b) removing the thermal energy of the single crystal layer including GaN for a predetermined time after the step (a); And
(c) forming a single crystal AlN layer on the single crystal layer containing GaN after the thermal energy is removed.

삭제delete 삭제delete
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