KR102071038B1 - Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 질화물 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 소자는, n형 질화물 반도체층; 상기 n형 질화물 반도체층의 상부에 위치하고, 상기 n형 질화물 반도체층보다 저온에서 성장된 저온 성장층; 상기 저온 성장층 상부에 위치하는 저농도 도핑층; 상기 저농도 도핑층의 상부에 위치하고, Si가 도핑된 고농도 장벽층; 상기 고농도 장벽층의 상부에 위치하는 활성층; 및 상기 활성층의 상부에 위치하는 p형 질화물 반도체층을 포함하고, 상기 저농도 도핑층의 도핑 농도는 캐패시터를 구성하기 위해 상기 고농도 장벽층과 n형 질화물 반도체층의 도핑 농도보다 낮으며, 상기 활성층과 초격자층에 걸쳐 V-피트가 형성될 수 있다. 본 발명에 의하면, 활성층이 시작되는 위치에 고농도 Si가 도핑된 고농도 장벽층이 개재되고 n형 질화물 반도체층과 고농도 장벽층 사이에 저온성장층이 개재되어 질화물 반도체 소자의 내부 캐패시턴스가 증가하여 정전방전 특성이 개선되는 효과가 있다. The present invention relates to a nitride semiconductor device and a manufacturing method thereof, the nitride semiconductor device according to an embodiment of the present invention, n-type nitride semiconductor layer; A low temperature growth layer positioned on the n-type nitride semiconductor layer and grown at a lower temperature than the n-type nitride semiconductor layer; A lightly doped layer positioned on the cold growth layer; A high concentration barrier layer positioned on the low concentration doping layer and doped with Si; An active layer positioned on the high concentration barrier layer; And a p-type nitride semiconductor layer disposed on the active layer, wherein the doping concentration of the low concentration doping layer is lower than the doping concentration of the high concentration barrier layer and the n-type nitride semiconductor layer to form a capacitor. V-pits may be formed over the superlattice layer. According to the present invention, a high concentration barrier layer doped with a high concentration of Si is interposed at a position where the active layer starts, and a low temperature growth layer is interposed between the n-type nitride semiconductor layer and the high concentration barrier layer to increase the internal capacitance of the nitride semiconductor device, thereby electrostatic discharge. There is an effect that the characteristics are improved.

Description

질화물 반도체 소자 및 그 제조 방법{NITRIDE SEMICONDUCTOR DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Nitride semiconductor device and its manufacturing method {NITRIDE SEMICONDUCTOR DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 질화물 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정전 방전 특성을 개선하기 위한 질화물 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nitride semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a nitride semiconductor device and a method for manufacturing the same for improving the electrostatic discharge characteristics.

질화물 반도체는 디스플레이 장치, 신호등, 조명이나 광통신 장치의 광원으로 이용되며, 청색이나 녹색을 발광하는 발광 다이오드(light emitting diode)나 레이저 다이오드(laser diode)에 사용될 수 있다. 또한, 이종접합 바이폴라 트랜지스터(HBT) 및 고전자 이동도 트랜지스터(HEMT) 등에도 사용될 수 있다.The nitride semiconductor is used as a light source of a display device, a signal lamp, an illumination or an optical communication device, and may be used in a light emitting diode or a laser diode emitting blue or green light. It can also be used for heterojunction bipolar transistors (HBT) and high electron mobility transistors (HEMT).

질화물 반도체는 격자 정합하는 기판을 구하는 것이 쉽지 않아, 사파이어, 탄화실리콘이나 실리콘과 같이 격자 부정합이 발생되는 기판 상에서 성장될 수 있다. 이에 따라 상기와 같은 기판에서 성장된 질화물 반도체는 약 1E9/㎤ 이상의 상당히 높은 실전위 밀도(threading dislocation desity: TDD)를 갖는다.Nitride semiconductors are not easy to obtain a lattice matched substrate, and can be grown on a lattice mismatch such as sapphire, silicon carbide or silicon. Accordingly, nitride semiconductors grown on such substrates have a significantly higher threading dislocation desity (TDD) of about 1E9 / cm 3 or more.

이런 실전위는 전자트랩 사이트를 제공하여 비발광 재결합을 유발하거나 전류 누설 경로를 제공한다. 이런 상태에서 반도체 소자에 정전기와 같은 과전압이 인가되면 실전위를 통해 전류가 집중되어 정전방전(ESD: electrostatic discharge)에 의한 손상이 발생한다.These real potentials provide electronic trap sites to cause non-luminescing recombination or to provide current leakage paths. In such a state, when an overvoltage such as static electricity is applied to the semiconductor device, current is concentrated through the real potential, thereby causing damage due to electrostatic discharge (ESD).

질화물 반도체 소자의 열악한 정전방전 특성을 보완하기 위한 방안이 몇 가지 제안되고 있다. 통상적으로는 제너 다이오드를 질화물 반도체 소자와 함께 사용한다. 제너 다이오드를 질화물 반도체 소자와 병렬로 연결하여 예기치 못한 정전방전을 제너 다이오드로 우회시켜 질화물 반도체 소자를 보호한다. 하지만, 제너 다이오드는 상대적으로 고가이고, 제너 다이오드를 사용하기 위한 공정이 추가되어 비용과 공정시간이 증가하는 문제가 있다.Several proposals have been made to compensate for the poor electrostatic discharge characteristics of nitride semiconductor devices. Typically, a Zener diode is used together with a nitride semiconductor element. The Zener diode is connected in parallel with the nitride semiconductor element to bypass the unexpected electrostatic discharge with the zener diode to protect the nitride semiconductor element. However, Zener diodes are relatively expensive, and there is a problem in that cost and processing time increase due to an additional process for using a Zener diode.

다른 방안으로, GaN 기판과 같은 질화물 반도체와 격자 정합하는 기판을 사용할 수 있지만, GaN 기판은 제조비용이 상당히 높기 때문에 레이저와 같은 특정 소자 외에는 적용하기 어려운 문제가 있다.Alternatively, a substrate that lattice matches with a nitride semiconductor, such as a GaN substrate, may be used, but the GaN substrate has a high manufacturing cost, which makes it difficult to apply except for certain devices such as lasers.

또 다른 방안으로, 질화물 반도체 소자의 정전방전 특성을 향상시키기 위해 성장 온도를 조절하여 활성층 내에 V-피트를 갖는 질화물 반도체층을 성장시킨 다음 p형 반도체층을 고온에서 성장시켜 V-피트를 메우는 기술이 있다(대한민국 등록특허 제10-1026031호 참조). 이 기술은 활성층 내에 형성된 V-피트가 주입 캐리어에 대한 전위장벽을 형성하여 정전방전 특성을 향상시킬 수 있다. 하지만, V-피트를 메우기 위한 p형 반도체층의 성장 공정 여유가 적어 Mg 도핑 조건에 따라 오히려 누설 전류가 증가할 수 있는 문제가 있다.In another method, a technique of growing a nitride semiconductor layer having a V-pit in an active layer by controlling a growth temperature to improve electrostatic discharge characteristics of a nitride semiconductor device, and then growing the p-type semiconductor layer at a high temperature to fill the V-pit There is (see the Republic of Korea Patent Registration No. 10-1026031). This technique allows the V-pits formed in the active layer to form potential barriers to the injection carrier to improve the electrostatic discharge characteristics. However, there is a problem that the leakage current may increase according to the Mg doping conditions because the growth process margin of the p-type semiconductor layer to fill the V-pit is small.

대한민국 등록특허 제10-1026031호(등록일: 2011.03.23)Republic of Korea Patent No. 10-1026031 (Registration Date: 2011.03.23)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 정전방전 특성이 개선된 질화물 반도체 소자 및 제조 방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a nitride semiconductor device and a manufacturing method with improved electrostatic discharge characteristics.

본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 소자는, n형 질화물 반도체층; 상기 n형 질화물 반도체층의 상부에 위치하고, 상기 n형 질화물 반도체층보다 저온에서 성장된 저온 성장층; 상기 저온 성장층 상부에 위치하는 저농도 도핑층; 상기 저농도 도핑층의 상부에 위치하고, Si가 도핑된 고농도 장벽층; 상기 고농도 장벽층의 상부에 위치하는 활성층; 및 상기 활성층의 상부에 위치하는 p형 질화물 반도체층을 포함하고, 상기 저농도 도핑층의 도핑 농도는 캐패시터를 구성하기 위해 상기 고농도 장벽층과 n형 질화물 반도체층의 도핑 농도보다 낮으며, 상기 활성층과 초격자층에 걸쳐 V-피트가 형성될 수 있다.A nitride semiconductor device according to an embodiment of the present invention, an n-type nitride semiconductor layer; A low temperature growth layer positioned on the n-type nitride semiconductor layer and grown at a lower temperature than the n-type nitride semiconductor layer; A lightly doped layer positioned on the cold growth layer; A high concentration barrier layer positioned on the low concentration doping layer and doped with Si; An active layer positioned on the high concentration barrier layer; And a p-type nitride semiconductor layer positioned on the active layer, wherein the doping concentration of the low concentration doping layer is lower than the doping concentration of the high concentration barrier layer and the n-type nitride semiconductor layer to form a capacitor. V-pits may be formed over the superlattice layer.

이때, 상기 고농도 장벽층에 도핑된 Si의 농도는 1E19/㎤ 이상 5E19/㎤ 이하일 수 있다.In this case, the concentration of Si doped in the high concentration barrier layer may be 1E19 / cm 3 or more and 5E19 / cm 3 or less.

그리고 상기 저농도 도핑층과 고농도 장벽층 사이에 저농도의 초격자층을 더 포함할 수 있고, 상기 저농도 초격자층의 도핑 농도는 상기 저농도 도핑층의 도핑 농도와 같거나 낮을 수 있다.And a low concentration superlattice layer between the low concentration doping layer and the high concentration barrier layer, and the doping concentration of the low concentration superlattice layer may be equal to or lower than the doping concentration of the low concentration doping layer.

또, 상기 고농도 장벽층과 n형 질화물 반도체층 사이에 저농도 도핑층을 개재할 수 있다.In addition, a low concentration doping layer may be interposed between the high concentration barrier layer and the n-type nitride semiconductor layer.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따라 캐패시터(capacitor)를 형성하여 역전압 인가 시 정전방전 특성을 개선할 수 있다.In addition, by forming a capacitor according to an embodiment of the present invention it is possible to improve the electrostatic discharge characteristics when applying a reverse voltage.

상기 초격자층은 저농도로 도핑될 수 있으며, 저농도 초격자층의 도핑 농도는 저농도 도핑층의 도핑 농도보다 같거나 낮을 수 있다. 그리고 상기 저농도 도핑층과 저농도로 도핑된 초격자층 사이에 고농도로 도핑된 초격자층을 더 포함할 수 있다. 이렇게 실시예에 따라 캐패시터를 2열의 직렬로 형성함으로써, 역전압 인가 시 정전방전 특성을 개선할 수 있다.The superlattice layer may be lightly doped, and the doping concentration of the low concentration superlattice layer may be equal to or lower than that of the low concentration doping layer. And a superlattice layer doped at a high concentration between the lightly doped layer and the lightly doped superlattice layer. Thus, by forming the capacitors in series in two rows according to the embodiment, it is possible to improve the electrostatic discharge characteristics when applying reverse voltage.

또한, 상기 V-피트는 상기 고농도 장벽층들을 가로질러 형성될 수 있으며, 이에 따라 고농도 장벽층들이 종래의 2차원 형상에서 3차원 형상으로 형성될 수 있다. 그러므로 V-피트의 면적이 커진 만큼 V-피트의 고농도 장벽층들의 수평 면적이 넓어져 캐패시턴스(capacitance)를 증가시킬 수 있다.In addition, the V-pit may be formed across the high concentration barrier layers, and thus the high concentration barrier layers may be formed into a three-dimensional shape from a conventional two-dimensional shape. Therefore, as the area of the V-pit increases, the horizontal area of the high-concentration barrier layers of the V-pit can be widened, thereby increasing the capacitance.

그리고 상기 활성층과 p형 질화물 반도체층 사이에 위치하고, 상기 V-피트를 메우는 고저항메움층을 더 포함할 수 있으며, 상기 활성층과 상기 고농도 장벽층 사이에 위치하고, 상기 V-피트의 일부를 메우는 전자 블록층을 더 포함하며, 상기 고저항메움층은 상기 V-피트의 나머지 부분을 메울 수 있다.And a high resistance fill layer disposed between the active layer and the p-type nitride semiconductor layer and filling the V-pit, and located between the active layer and the high concentration barrier layer and filling a portion of the V-pit. Further comprising a block layer, wherein the high resistance fill layer may fill the remaining portion of the V-pit.

이때, 상기 저온 성장층은 900도 이하의 온도에서 성장될 수 있다.In this case, the low temperature growth layer may be grown at a temperature of 900 degrees or less.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 소자 제조 방법은, 기판 상에 n형 질화물 반도체층을 형성하는 단계; 상기 n형 질화물 반도체층 상에 상기 n형 질화물 반도체층보다 저온에서 저온 성장층을 형성하는 단계; 상기 저온 성장층 상에 Si가 저농도로 도핑된 저농도 도핑층을 형성하는 단계; 상기 저농도 도핑층 상에 Si가 도핑된 고농도 장벽층을 형성하는 단계; 상기 저온 성장층 상에 상기 고농도 장벽층에 가로질러 형성된 V-피트 및 V피트를 둘러싸는 상부면을 갖는 활성층을 형성하는 단계; 및 상기 활성층 상에 p형 질화물 반도체층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.On the other hand, the nitride semiconductor device manufacturing method according to an embodiment of the present invention, forming an n-type nitride semiconductor layer on a substrate; Forming a low temperature growth layer on the n-type nitride semiconductor layer at a lower temperature than the n-type nitride semiconductor layer; Forming a lightly doped layer with low concentration of Si on the low temperature growth layer; Forming a high barrier layer doped with Si on the low doping layer; Forming an active layer on the cold growth layer, the active layer having a V-pit and a top surface surrounding the V-pit formed across the high concentration barrier layer; And forming a p-type nitride semiconductor layer on the active layer.

이때, 상기 고농도 장벽층에 도핑된 Si의 농도는 1E19/㎤ 이상 5E19/㎤ 이하일 수 있다.In this case, the concentration of Si doped in the high concentration barrier layer may be 1E19 / cm 3 or more and 5E19 / cm 3 or less.

또한, 상기 n형 질화물 반도체 소자는 1000℃ 내지 1200℃에서 형성되고, 상기 저온 성장층은 900℃ 이하에서 형성될 수 있다.The n-type nitride semiconductor device may be formed at 1000 ° C. to 1200 ° C., and the low temperature growth layer may be formed at 900 ° C. or less.

그리고 상기 저온 성장층을 형성하는 단계와 상기 활성층을 형성하는 단계 사이에 상기 활성층 성장을 위한 초격자층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 초격자층의 도핑 농도는 상기 저농도 도핑층의 도핑 농도와 같거나 낮을 수 있다.The method may further include forming a superlattice layer for growing the active layer between forming the low temperature growth layer and forming the active layer. In this case, the doping concentration of the superlattice layer may be equal to or lower than the doping concentration of the low concentration doping layer.

또한, 상기 활성층을 형성하는 단계와 p형 질화물 반도체층을 형성하는 단계 사이에 상기 V-피트를 메우는 고저항메움층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include forming a high resistance filling layer filling the V-pit between the forming of the active layer and the forming of the p-type nitride semiconductor layer.

저온 성장층을 채택함으로써, V-피트의 크기를 증가시킬 수 있으며, 고농도 장벽층을 통해 전자가 활성층에 주입되는 효율이 높아지므로 질화물 반도체 소자의 광도나 전기적 특성을 악화시키지 않고 정전방전 특성을 개선할 수 있다.By adopting the low temperature growth layer, the size of the V-pit can be increased, and the efficiency of injecting electrons into the active layer through the high concentration barrier layer increases, thereby improving the electrostatic discharge characteristics without deteriorating the brightness or electrical characteristics of the nitride semiconductor device. can do.

또한, V-피트를 p형 질화물 반도체층이 아닌 고저항메움층을 이용하여 메우기 때문에 Mg 도핑 조건에 따라 누설전류가 증가하는 등의 문제가 발생하지 않는 효과가 있다. 더욱이, 고저항메움층을 이용하여 V-피트를 메우므로 실전위가 누설전류의 경로로 작용하는 것을 방지하여 외부의 고전압으로 인해 질화물 반도체 소자가 파괴되는 것을 방지할 수 있다.In addition, since the V-pit is filled using a high resistance filling layer instead of the p-type nitride semiconductor layer, there is an effect that a problem such as an increase in leakage current according to Mg doping conditions does not occur. Furthermore, since the V-pit is filled using the high resistance filling layer, it is possible to prevent the real potential from acting as a path of the leakage current, thereby preventing the nitride semiconductor element from being destroyed by an external high voltage.

또, 활성층이 시작되는 위치에 고농도 Si가 도핑된 고농도 장벽층이 개재되고 n형 질화물 반도체층과 고농도 장벽층 사이에 저농도 도핑층이 개재되어 질화물 반도체 소자의 내부 캐패시턴스(capacitance)가 증가하여 정전방전 특성이 개선되는 효과가 있다. 이때, 내부 캐패시턴스는 고농도 장벽층의 면적에 비례하는데, 고농도 장벽층이 3차원 형상으로 형성되어 V-피트의 면적만큼 면적이 증가하므로 내부 캐패시턴스가 보다 커져 정전 방전 특성을 보다 효과적으로 개선할 수 있다.In addition, a high concentration barrier layer doped with a high concentration of Si is interposed at the starting point of the active layer, and a low concentration doping layer is interposed between the n-type nitride semiconductor layer and the high concentration barrier layer, thereby increasing the internal capacitance of the nitride semiconductor device, thereby causing electrostatic discharge. There is an effect that the characteristics are improved. In this case, the internal capacitance is proportional to the area of the high concentration barrier layer. Since the high concentration barrier layer is formed in a three-dimensional shape and the area is increased by the area of the V-pit, the internal capacitance is increased, thereby improving the electrostatic discharge characteristics more effectively.

그리고 질화물 반도체 소자 내부에 형성된 V-피트 내를 고저항메움층으로 메워 형성함으로써, V-피트가 누설경로(leakage pass)로 작용하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, the V-pit formed inside the nitride semiconductor element is filled with a high resistance filling layer, thereby preventing the V-pit from acting as a leakage pass.

또한, 고저항메움층을 성장할 때, p형 질화물 반도체층 영역을 AlGaN층으로 변경시켜 성장시키기 때문에 종래보다 강한 내성을 갖는 질화물 반도체 소자를 성장시킬 수 있는 효과가 있다. 더욱이, uAlGaN층과 p형 질화물 반도체층 그리고 uGaN층과 p형 질화물 반도체층을 주기적으로 성장시켜 홀이 V-피트의 내부 사면을 통해 활성층 내 각 우물층에 주입되므로 홀 주입 효율이 향상될 수 있다. 그리고 V-피트가 활성층 전체에 걸쳐 있어 주입이 어려운 n형 질화물 반도체층에 가장 가까운 우물층에도 효과적으로 홀을 주입할 수 있다.In addition, when the high-resistance filling layer is grown, the p-type nitride semiconductor layer region is changed to an AlGaN layer to be grown, so that a nitride semiconductor device having stronger resistance than the conventional one can be grown. In addition, since the uAlGaN layer, the p-type nitride semiconductor layer, and the uGaN layer and the p-type nitride semiconductor layer are periodically grown, holes are injected into each well layer in the active layer through the inner slope of the V-pit, thereby improving the hole injection efficiency. . In addition, since the V-pit is spread over the active layer, holes can be effectively injected into the well layer closest to the n-type nitride semiconductor layer, which is difficult to inject.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 소자를 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물 반도체 소자를 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 소자의 TEM 사진이다.
도 5는 종래의 질화물 반도체 소자의 TEM 사진이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물 반도체 소자를 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물 반도체 소자의 V-피트 내에 고저항메움층을 형성시키기 위한 공정을 도시한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물 반도체 소자의 V-피트 내의 고저항메움층을 도시한 부분 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물 반도체 소자의 정전방전 특성을 나타낸 그래프이다.
1 is a cross-sectional view illustrating a nitride semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
2 is a partial cross-sectional view for describing a nitride semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
3 is a partial cross-sectional view for describing a nitride semiconductor device according to another exemplary embodiment of the present invention.
4 is a TEM photograph of a nitride semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
5 is a TEM photograph of a conventional nitride semiconductor device.
6 is a partial cross-sectional view for describing a nitride semiconductor device according to another exemplary embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a process for forming a high resistance filling layer in a V-pit of a nitride semiconductor device according to another exemplary embodiment of the present invention.
8 is a partial cross-sectional view showing a high resistance filling layer in a V-pit of a nitride semiconductor device according to another exemplary embodiment of the present invention.
9 is a graph showing the electrostatic discharge characteristics of a nitride semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명한다.Embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 소자를 설명하기 위한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 소자를 설명하기 위한 부분 단면도이다. 본 발명에서는 질화물 반도체 소자의 일례로 질화물 발광 다이오드에 대해 설명한다.1 is a cross-sectional view illustrating a nitride semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partial cross-sectional view illustrating a nitride semiconductor device according to an embodiment of the present invention. In the present invention, a nitride light emitting diode will be described as an example of a nitride semiconductor element.

도 1을 참조하면, 질화물 발광 다이오드는 기판(21), n형 질화물 반도체층(25), 저온 성장층(27), 초격자층(29), 활성층(33), 전자 블록층(35), 고저항메움층(37) 및 p형 질화물 반도체층(39)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the nitride light emitting diode includes a substrate 21, an n-type nitride semiconductor layer 25, a low temperature growth layer 27, a superlattice layer 29, an active layer 33, an electron block layer 35, A high resistance fill layer 37 and a p-type nitride semiconductor layer 39 are included.

기판(21)은 질화 갈륨계 반도체층을 성장시키기 위한 것으로, 사파이어, SiC, Si, 스피넬 등이 이용될 수 있다. 또한, 기판(21) 상에 성장되는 질화물 반도체 단결정의 결정 품질을 향상시키기 위해 버퍼층(23)을 성장시킬 수 있다.The substrate 21 is for growing a gallium nitride based semiconductor layer, and sapphire, SiC, Si, spinel, or the like may be used. In addition, the buffer layer 23 may be grown to improve crystal quality of the nitride semiconductor single crystal grown on the substrate 21.

버퍼층(23)은 통상 저온 버퍼층과 고온 버퍼층을 포함한다. 저온 버퍼층은 기판(21) 상에 400℃ 내지 600℃ 저온에서 (Al, Ga)N으로 형성될 수 있으며, 일례로, GaN 또는 AlN으로 형성될 수 있다. 저온 버퍼층은 예컨대 약 25nm 두께로 형성될 수 있다. 고온 버퍼층은 기판(21)과 n형 질화물 반도체층(25) 사이에서 전위 등의 결함이 발생하는 것을 완화하기 위해 상대적으로 고온에서 성장될 수 있다. 고온 버퍼층은 언도프 GaN 또는 n형 불순물이 도핑된 GaN으로 형성될 수 있다. 이때, 버퍼층(23)이 형성되는 동안 기판(21)과 버퍼층(23) 사이에 격자 부정합에 의해 실전위(D)가 발생한다.The buffer layer 23 usually includes a low temperature buffer layer and a high temperature buffer layer. The low temperature buffer layer may be formed of (Al, Ga) N on the substrate 21 at a low temperature of 400 ° C to 600 ° C. For example, the low temperature buffer layer may be formed of GaN or AlN. The low temperature buffer layer can be formed, for example, about 25 nm thick. The high temperature buffer layer may be grown at a relatively high temperature to mitigate the occurrence of defects such as dislocations between the substrate 21 and the n-type nitride semiconductor layer 25. The high temperature buffer layer may be formed of undoped GaN or GaN doped with n-type impurities. At this time, while the buffer layer 23 is formed, the real potential D is generated by lattice mismatch between the substrate 21 and the buffer layer 23.

n형 질화물 반도체층(25)은 n형 불순물이 도핑된 질화물계 반도체층으로, 예컨대 Si가 도핑된 질화물 반도체층으로 형성될 수 있다. n형 질화물 반도체층(25)에 도핑되는 Si 도핑 농도는 5E17/㎤ 내지 5E19/㎤ 일 수 있다. 그리고 n형 질화물 반도체층(25)은 MOCVD 기술을 사용하여 챔버 내로 금속 소스 가스를 공급하여 1000℃ 내지 1200℃(예컨대, 1050℃ 내지 1100℃)에서 150Torr 내지 200Torr의 성장 압력 하에서 성장될 수 있다. 이때, n형 질화물 반도체층(25)은 버퍼층(23) 상에 연속적으로 형성될 수 있으며, 버퍼층(23) 내에 형성된 실전위(D)는 n형 질화물 반도체층(25)으로 전사될 수 있다.The n-type nitride semiconductor layer 25 may be a nitride-based semiconductor layer doped with n-type impurities, for example, a nitride semiconductor layer doped with Si. The Si doping concentration doped in the n-type nitride semiconductor layer 25 may be 5E17 / cm 3 to 5E19 / cm 3. The n-type nitride semiconductor layer 25 may be grown under a growth pressure of 150 Torr to 200 Torr at 1000 ° C. to 1200 ° C. (eg, 1050 ° C. to 1100 ° C.) by supplying a metal source gas into the chamber using a MOCVD technique. In this case, the n-type nitride semiconductor layer 25 may be continuously formed on the buffer layer 23, and the actual potential D formed in the buffer layer 23 may be transferred to the n-type nitride semiconductor layer 25.

저온 성장층(27)은 n형 질화물 반도체층(25)의 상부에 위치한다. 본 발명의 일 실시예에서 저온 성장층(27)은 하나 이상의 AlInGaN층(27a)과 하나 이상의 AlGaN층(27b)이 서로 교대로 적층된 구조로 형성될 수 있다. 이때, 적층수는 되도록 많이 적층될수록 좋지만, 질화물 발광 다이오드의 휘도 강도가 저하되지 않을 정도로 적층되는 것이 좋다.The low temperature growth layer 27 is located above the n-type nitride semiconductor layer 25. In an embodiment of the present invention, the low temperature growth layer 27 may have a structure in which one or more AlInGaN layers 27a and one or more AlGaN layers 27b are alternately stacked. At this time, the stacking number should be as much as possible, but it is better to stack so that the luminance intensity of the nitride light emitting diode does not decrease.

그리고 저온 성장층(27)은 n형 질화물 반도체층(25)보다 상대적으로 낮은 온도에서 성장될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 저온 성장층(27)은 약 900℃의 온도에서 성장될 수 있다. 이렇게 저온 성장층(27)이 n형 질화물 반도체층(25)보다 상대적으로 낮은 온도에서 성장됨으로써, 결정 품질을 인위적으로 저하시키고 3차원 성장을 촉진하여 V-피트(V)의 핵(seed)으로 작용할 수 있고, 그 결과, 활성층(33)에 생성되는 V-피트(V)의 크기를 인위적으로 크게 할 수 있다.The low temperature growth layer 27 may be grown at a relatively lower temperature than the n-type nitride semiconductor layer 25. In one embodiment of the present invention, the low temperature growth layer 27 may be grown at a temperature of about 900 ℃. Thus, the low temperature growth layer 27 is grown at a relatively lower temperature than the n-type nitride semiconductor layer 25, thereby artificially lowering the crystal quality and promoting three-dimensional growth to the nucleus of the V-pit (V). As a result, the size of the V-pits V generated in the active layer 33 can be artificially increased.

또한, V-피트(V)의 크기를 보다 효율적으로 크게 하기 위해 격자상수를 n형 질화물 반도체층(25)보다 상대적으로 크게 할 수 있다. 일례로, In을 함유하여 저온 성장층(27)을 형성할 수 있다. 즉, 상기에서 설명한 바와 같이, AlInGaN층(27a)이 저온 성장층(27)에 포함된 이유이다. 이렇게 In이 함유되면, 저온 성장층(27)이 n형 질화물 반도체층(25)과 격자상수 차이가 발생하며, 실전위(D)의 부정 결함이 V-피트(V) 모양으로 방사되는 현상이 가속화되어 V-피트(V)의 경계면이 보다 확실해지고 V-피트(V)의 크기가 커진다. AlInGaN 이외에도 InGaN 또는 InAlN 등이 이용될 수 있다.In addition, in order to increase the size of the V-pit V more efficiently, the lattice constant may be relatively larger than that of the n-type nitride semiconductor layer 25. For example, the low temperature growth layer 27 may be formed by containing In. That is, as described above, the AlInGaN layer 27a is included in the low temperature growth layer 27. When In is contained, the low temperature growth layer 27 has a lattice constant difference between the n-type nitride semiconductor layer 25 and the phenomenon that negative defects of the real potential D are radiated in a V-pit (V) shape. This speeds up the interface of the V-pit V and makes the V-pit V larger in size. InGaN or InAlN may be used in addition to AlInGaN.

저온 성장층(27)의 상부에 활성층(33)이 위치하며, 본 발명의 일 실시예에서는 저온 성장층(27)과 활성층(33) 사이에 초격자층(supper lattices, 29)이 형성될 수 있다. 초격자층(29)은 InGaN/InGaN으로 구현될 수 있다. 또한, 초격자층(29)의 평균 격자상수 및 하부 저온 성장층(27)과 n형 질화물 반도체층(25)의 격자상수 간의 차이 때문에 V-피트(V) 확산을 가속시킨다.The active layer 33 is positioned on the upper portion of the low temperature growth layer 27, and in one embodiment of the present invention, a superlattice layer 29 may be formed between the low temperature growth layer 27 and the active layer 33. have. The superlattice layer 29 may be implemented with InGaN / InGaN. Further, the V-pit (V) diffusion is accelerated due to the difference between the average lattice constant of the superlattice layer 29 and the lattice constant of the lower low temperature growth layer 27 and the n-type nitride semiconductor layer 25.

일례로, 저온 성장층(27)의 격자상수가 가장 작고 초격자층(29)의 평균 격자상수가 중간 값이며, 활성층(33)의 격자상수가 가장 클 수 있다. 이에 따라 V-피트(V)에 지속적으로 압축 스트레인(compressive strain)을 주어 V-피트(V) 크기를 확대시킬 수 있다. 다른 예로, 저온 성장층(27)의 격장상수가 가장 작고, 초격자층(29)의 평균 격자상수가 가장 크며, 활성층(33)의 격자 상수가 중간값을 가질 수 있다. V-피트(V)의 확대정도는 초격자층(29)과 저온 성장층(27)의 평균 격자상수 차이 및 초격자층(29)의 두께와 비례하므로 V-피트(V)를 보다 확장할 수 있으나, 초격자층(29)과 활성층(33)의 격자 상수 차이가 크면 활성층(33)의 내부 양자우물층 내부에 피에조 전기장(piezoelectric field)이 커져 전자 정공 분극 현상(quantum confined stark effect) 때문에 활성층(33)의 내부 양자 효율이 낮아질 수 있으므로 초격자층(29)에 적정한 두께와 조성비가 요구된다. 본 발명의 일 실시예에서 초격자층(29)의 평균 두께는 약 70nm ~ 100nm로 형성되고, In의 조성비가 5% ~ 10%인 InGaN일 수 있다. 또한, 활성층(33) 내 우물층의 조성비는 In이 10% ~ 20%인 InGaN층일 수 있다. 그리고 저온 성장층(27)의 In 조성비는 5% 이하 일 수 있다. In의 조성비가 하부층보다 높을수록 상부층이 압축 스트레인(compressive strain)을 받으므로 V-피트(V)를 점차 확산시킬 수 있다.For example, the lattice constant of the low temperature growth layer 27 may be the smallest, the average lattice constant of the superlattice layer 29 may be an intermediate value, and the lattice constant of the active layer 33 may be the largest. Accordingly, the compressive strain is continuously given to the V-pits V, thereby increasing the size of the V-pits V. FIG. As another example, the cold growth layer 27 may have the smallest constant, the average lattice constant of the superlattice layer 29, and the lattice constant of the active layer 33 may have an intermediate value. Since the magnification of the V-pit (V) is proportional to the difference in the average lattice constant between the superlattice layer 29 and the low temperature growth layer 27 and the thickness of the superlattice layer 29, the V-pit (V) can be further expanded. However, when the lattice constant difference between the superlattice layer 29 and the active layer 33 is large, the piezoelectric field increases in the inner quantum well layer of the active layer 33 due to an electron hole polarization phenomenon (quantum confined stark effect). Since the internal quantum efficiency of the active layer 33 may be lowered, an appropriate thickness and composition ratio are required for the superlattice layer 29. In an embodiment of the present invention, the average thickness of the superlattice layer 29 may be about 70 nm to 100 nm, and InGaN may have a composition ratio of 5% to 10%. In addition, the composition ratio of the well layer in the active layer 33 may be an InGaN layer having In of 10% to 20%. In composition ratio of the low temperature growth layer 27 may be 5% or less. As the composition ratio of In is higher than that of the lower layer, the upper layer is subjected to compressive strain, and thus the V-pit (V) may be gradually diffused.

활성층(33)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출한다. 그리고 활성층(33)은 단일 양자우물구조 또는 양자장벽층과 양자우물층이 교대로 적층된 다중양자우물(MQW) 구조를 가질 수 있다. 양자장벽층은 양자우물층이 비해 밴드갭이 넓은 GaN, InGaN, AlGaN 또는 AlInGaN 등의 질화물 반도체층으로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 캐리어의 재결합 효율을 향상시키기 위해 양자장벽층은 AlInGaN로 형성될 수 있다.The active layer 33 emits light having a predetermined energy by recombination of electrons and holes. The active layer 33 may have a single quantum well structure or a multi-quantum well (MQW) structure in which quantum barrier layers and quantum well layers are alternately stacked. The quantum barrier layer may be formed of a nitride semiconductor layer such as GaN, InGaN, AlGaN, or AlInGaN having a wider band gap than the quantum well layer. In one embodiment, the quantum barrier layer may be formed of AlInGaN to improve the recombination efficiency of the carrier.

양자우물층은 양자장벽층 보다 상대적으로 밴드갭이 좁은 질화물 반도체층으로 형성되는데, 예컨대, InGaN 등의 질화 갈륨계 반도체층으로 형성될 수 있고, 밴드갭 조절을 위한 조성비는 원하는 광 파장에 의해 결정될 수 있다. 활성층(33)은 저온 성장층(27)과 접할 수 있고, 본 발명에서와 같이, 초격자층(29)이 개재될 수 있으며, 또는 활성층(33)과 저온 성장층(27) 사이에 전류 분산층이 개재될 수도 있다.The quantum well layer may be formed of a nitride semiconductor layer having a narrower band gap than the quantum barrier layer. For example, the quantum well layer may be formed of a gallium nitride based semiconductor layer such as InGaN, and the composition ratio for band gap control may be determined by a desired light wavelength. Can be. The active layer 33 may be in contact with the low temperature growth layer 27, and as in the present invention, the superlattice layer 29 may be interposed, or the current dispersion between the active layer 33 and the low temperature growth layer 27. A layer may be interposed.

그리고 활성층(33)의 양자장벽층 및 양자우물층은 활성층(33)의 결정 품질을 향상시키기 위해 불순물이 도핑되지 않은 언도프층으로 형성될 수 있지만, 순방향 전압을 낮추기 위해 일부 또는 전체 영역에 불순물이 도핑될 수도 있다.The quantum barrier layer and the quantum well layer of the active layer 33 may be formed of an undoped layer which is not doped with impurities in order to improve the crystal quality of the active layer 33. This may be doped.

상기와 같이, 활성층(33)의 양자장벽층이 AlInGaN으로 형성되면, 실전위(D)를 중심으로 V-피트(V)가 상면에 형성될 수 있다. V-피트(V)는 역 육각뿔 형상으로 형성될 수 있으며, 저온 성장층(27)의 위치 및 초격자층(29)의 조성비와 두께에 따라 V-피트(V)의 크기는 보다 크게 형성될 수 있다. 이때, InGaN/InGaN으로 형성된 초격자층(29)과 AlInGaN으로 형성된 활성층(33)과의 격자상수 차이로 인한 스트레인(strain) 영향으로 초격자층(29)과 활성층(33)이 성장하면서 V-피트(V)는 지속적으로 형성되며, 저온 성장층(27)의 영향으로 보다 크게 형성될 수 있다.As described above, when the quantum barrier layer of the active layer 33 is formed of AlInGaN, the V-pit V may be formed on the upper surface of the actual potential D. The V-pit V may be formed in an inverted hexagonal pyramid shape, and the size of the V-pit V may be larger depending on the location of the low temperature growth layer 27 and the composition ratio and thickness of the superlattice layer 29. Can be. At this time, the superlattice layer 29 and the active layer 33 grow as V- is grown due to strain due to the lattice constant difference between the superlattice layer 29 formed of InGaN / InGaN and the active layer 33 formed of AlInGaN. The pit V is formed continuously and may be formed larger by the influence of the low temperature growth layer 27.

저온 성장층(27)이 n형 질화물 반도체층(25)과 초격자층(29) 사이에 개재되지 않아도 활성층(33)에 V-피트(V)가 형성될 수 있다. 그렇지만 이때의 V-피트(V)의 크기는 100nm 이하로 형성될 수 있다. 반면에 본 발명의 일 실시예에서와 같이, 저온 성장층(27)이 개재되면서 저온 성장층(27)에 포함된 In의 함량을 조절하면 V-피트(V)의 크기를 100nm 이상 크게 할 수 있으며, 최대 200nm 크기로 형성할 수 있다. 또한, 경계면이 보다 확실해질 수 있다. 여기서, V-피트(V)의 크기는 폭의 최대 너비를 의미한다.Even if the low temperature growth layer 27 is not interposed between the n-type nitride semiconductor layer 25 and the superlattice layer 29, V-pits V may be formed in the active layer 33. However, the size of the V-pit (V) at this time may be formed to 100nm or less. On the other hand, as in an embodiment of the present invention, by controlling the content of In included in the low temperature growth layer 27 while the low temperature growth layer 27 is interposed, the size of the V-pit (V) may be increased by 100 nm or more. It can be formed up to 200nm in size. In addition, the interface can be more certain. Here, the size of the V-pit V means the maximum width of the width.

V-피트(V)는 초격자층(29)과 활성층(33)에 걸쳐 형성되며, 경우에 따라. 저온 성장층(27)의 상단까지의 깊이로 형성될 수 있다.V-pits (V) are formed over the superlattice layer 29 and the active layer 33, as the case may be. It may be formed to a depth up to the top of the low temperature growth layer 27.

본 발명의 일 실시예에서 활성층(33)이 성장되는 시작 지점에 고농도 Si 도핑된 고농도 장벽층(31)이 개재될 수 있다. 고농도 장벽층(31)은 보다 높은 Si 도핑이 이루어지도록 빠르게 성장될 수 있으며, 전자의 수평 분산을 향상시키기 위해 In 또는 Al을 포함시킬수 있고, Si가 1E19/㎤ 이상 5E19/㎤ 이하로 도핑될 수 있다. 이때, 고농도 장벽층(31)의 두께는 전자의 수평 분산 효과를 고려하여 10nm 이상으로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 고농도 장벽층(31)과 n형 질화물 반도체층(25) 사이에 저농도 도핑층(30)이 개재될 수 있다. 그리고 고농도 장벽층(31)과 n형 질화물 반도체층(25) 사이에 개재된 초격자층(29)은 저농도로 도핑될 수 있다. 이렇게, 고농도층 사이에 저농도층을 형성함으로써, 내부에 캐패시터(capacitor)를 형성하여 정전방전 특성을 향상시킬 수 있다. 이때, 저농도로 도핑된 초격자층(29)의 도핑 농도는 저농도 도핑층(30)의 도핑 농도보다 같거나 낮을 수 있다.In one embodiment of the present invention, a high concentration barrier layer 31 doped with high Si may be interposed at the starting point at which the active layer 33 is grown. The high concentration barrier layer 31 can be grown quickly to achieve higher Si doping, can contain In or Al to improve the horizontal dispersion of electrons, and Si can be doped at 1E19 / cm 3 or more and 5E19 / cm 3 or less. have. At this time, the thickness of the high concentration barrier layer 31 is preferably formed to 10nm or more in consideration of the horizontal dispersion effect of the electrons. In addition, a lightly doped layer 30 may be interposed between the high concentration barrier layer 31 and the n-type nitride semiconductor layer 25. The superlattice layer 29 interposed between the high concentration barrier layer 31 and the n-type nitride semiconductor layer 25 may be lightly doped. Thus, by forming a low concentration layer between the high concentration layer, it is possible to form a capacitor (capacitor) in the interior to improve the electrostatic discharge characteristics. In this case, the doping concentration of the lightly doped superlattice layer 29 may be equal to or lower than the doping concentration of the lightly doped layer 30.

또한, 도면에는 도시하지 않았으나, 고농도 장벽층(31)을 저농도 도핑층(30)과 저농도로 도핑된 초격자층(29) 사이와 저농도의 초격자층(29)과 활성층(33) 사이에 각각 개재함으로써, 복수의 내부 캐패시터를 직렬로 형성할 수 있다. 이렇게 고농도층들 사이에 저농도층을 복수로 형성하여 캐패시터를 직렬로 연결함으로써, 순방향 전압인가 시, 전자의 활성층(33) 주입을 용이하게 하면서, 캐패시턴스를 향상시킬 수 있다.In addition, although not shown in the figure, the high concentration barrier layer 31 is disposed between the lightly doped layer 30 and the lightly doped superlattice layer 29 and between the lightly doped superlattice layer 29 and the active layer 33, respectively. By interposing, the some internal capacitor can be formed in series. Thus, by forming a plurality of low concentration layers between the high concentration layers and connecting the capacitors in series, the capacitance can be improved while facilitating the injection of the active layer 33 of electrons when a forward voltage is applied.

한편, V-피트(V)를 저온 성장층(27)에서부터 형성하여, 고농도 장벽층(31)과 저농도 도핑층(30) 및 활성층(33)을 가로질러 형성할 수 있다. 이에 따라, V-피트(V)가 없거나 작게 형성된 종래 기술에 비해 고농도 장벽층(31)이 층 형상의 2차원 구조가 아닌 V-피트(V)가 형성된 3차원 형상으로 형성된다. 이렇게 3차원 형상으로 형성된 고농도 장벽층(31)으로 인해 V-피트(V)의 크기가 커진 만큼 고농도 장벽층(31)의 수평 면적이 넓어져 캐패시터의 용량이 증가하고, 캐패시터의 커진 용량에 따라 정전방전 특성을 보다 향상시킬 수 있다. 이때, 상기 V-피트(V)가 형성됨에 따라 고농도 장벽층(31)의 면적은 V-피트가 형성되지 않았을 때보다 2 ~ 23% 증가될 수 있다.Meanwhile, the V-pit V may be formed from the low temperature growth layer 27 to cross the high concentration barrier layer 31, the low concentration doping layer 30, and the active layer 33. Accordingly, the high-concentration barrier layer 31 is formed in a three-dimensional shape in which the V-pit V is formed, rather than a layered two-dimensional structure, as compared with the prior art in which no or small V-pits V are formed. Due to the high concentration of the barrier layer 31 formed in the three-dimensional shape as the size of the V-pit (V) increases the horizontal area of the high concentration barrier layer 31 increases the capacity of the capacitor, according to the increased capacity of the capacitor Electrostatic discharge characteristics can be further improved. In this case, as the V-pit (V) is formed, the area of the high concentration barrier layer 31 may be increased by 2 to 23% than when the V-pit is not formed.

저온 성장층(27)이 개재되지 않은 상태에서 고농도 Si 도핑된 고농도 장벽층(31)만 개재되면, 밀도가 매우 낮고 크기가 작은 V-피트(V)가 형성되는데, 이 경우에도 정전방전이 개선되는 효과가 있다. 그러므로 저온 성장층(27)을 형성하여 V-피트(V)의 크기를 크게 하면서 고농도 장벽층(31)을 개재함으로써, 정전 방전 발생 시 실전위(D)를 통한 누설전류를 효과적으로 차단하고 이로 인해 정전방전 특성을 향상시킬 수 있다.If only the high concentration Si-doped high concentration barrier layer 31 is interposed without the low temperature growth layer 27 interposed therebetween, a very low density and small V-pit (V) is formed, and in this case, electrostatic discharge is improved. It is effective. Therefore, by forming the low temperature growth layer 27 to increase the size of the V-pit (V) and intervening the high concentration barrier layer 31, the leakage current through the real potential (D) is effectively blocked due to this. Electrostatic discharge characteristics can be improved.

한편, 저온 성장층(27)이 성장된 이후, 어닐링(annealing) 공정이 있을 수 있다. 어닐링은 저온 성장층(27)이 성장된 이후 약 1050℃까지 온도를 상승시켰다가 온도를 하강시키면서 이루어진다. 어닐링 공정이 있으면, 도 2에 도시된 바와 같이, V-피트(V)가 생성되는 시작점이 저온 성장층(27) 상부에 형성되지만, 어닐링 공정을 생략하면 도 3에 도시된 바와 같이, V-피트(V) 생성 시작점이 저온 성장층(27)까지 내려와 형성될 수 있다. 따라서 어닐링 공정의 최고 온도와 하강시간을 조절하여 V-피트(V)의 크기를 초격자층(29)의 조성비나 두께를 이용하여 조절하는 것보다 세밀하게 조절할 수 있다.On the other hand, after the low temperature growth layer 27 is grown, there may be an annealing (annealing) process. Annealing is performed by increasing the temperature to about 1050 ℃ after the low temperature growth layer 27 is grown, and lowering the temperature. If there is an annealing process, as shown in FIG. 2, the starting point at which the V-pit V is generated is formed on the low temperature growth layer 27, but if the annealing process is omitted, as shown in FIG. Pits (V) starting point can be formed to descend to the low temperature growth layer (27). Therefore, by adjusting the maximum temperature and the fall time of the annealing process, it is possible to finely control the size of the V-pit (V) than to adjust by using the composition ratio or thickness of the superlattice layer (29).

그러므로 어닐링 공정은 V-피트(V)의 크기를 조절하기 위한 공정으로 추가되거나 생략될 수 있다.Therefore, the annealing process may be added or omitted as a process for adjusting the size of the V-pit (V).

활성층(33) 상부에 고저항메움층(37)이 접하게 형성될 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에서는 활성층(33)과 고저항메움층(37) 사이에 전자 블록층(EBL, 35)이 위치한다. 전자 블록층(35)은 AlGaN 또는 AlInGaN으로 형성될 수 있는데, 활성층(33)과의 격자 불일치를 완화하기 위해 AlInGaN으로 형성될 수 있다. 이때, 전자 블록층(35)은 약 25%의 Al을 함유할 수 있으며, Mg 등의 P형 불순물이 도핑될 수 있으나 불순물을 의도적으로 도핑하지 않을 수도 있다. 그리고 본 발명의 일 실시예에서 전자 블록층(35)은 약 20nm 내지 25nm의 두께로 형성될 수 있다.The high resistance fill layer 37 may be formed to be in contact with the active layer 33, but in one embodiment of the present invention, the electron blocking layers EBL and 35 may be formed between the active layer 33 and the high resistance fill layer 37. Located. The electron block layer 35 may be formed of AlGaN or AlInGaN, and may be formed of AlInGaN to mitigate lattice mismatch with the active layer 33. In this case, the electron block layer 35 may contain about 25% of Al, and may be doped with P-type impurities such as Mg, but may not be intentionally doped. In an embodiment of the present invention, the electron block layer 35 may be formed to a thickness of about 20 nm to 25 nm.

그리고 전자 블록층(35)은 활성층(33) 상부에 위치하여, 활성층(33)과 초격자층(29)에 걸쳐 형성된 V-피트(V)의 일부를 메운다. 즉, 전자 블록층(35)은 활성층(33) 상부 표면과 V-피트(V)의 표면을 덮는다. 전자 블록층(35)은 활성층(33)과 초격자층(29)에 걸쳐 형성된 V-피트(V)를 모두 메울 만큼의 두께로 형성되는 것이 아니기 때문에 V-피트(V)의 일부만 메운다.The electron block layer 35 is positioned on the active layer 33 to fill a part of the V-pit V formed over the active layer 33 and the superlattice layer 29. That is, the electron block layer 35 covers the upper surface of the active layer 33 and the surface of the V-pit V. The electron block layer 35 fills only a part of the V-pits V because the electron block layer 35 is not formed to a thickness sufficient to fill all of the V-pits V formed over the active layer 33 and the superlattice layer 29.

그리고 전자 블록층(35)의 상부에 고저항메움층(37)이 위치한다. 고저항메움층(37)은 전자 블록층(35)에 의해 다 메워지지 않은 V-피트(V)를 모두 메우며 전자 블록층(35) 상부에 위치한다. 그러므로 실전위(D)가 누설전류의 경로로 작용되는 것을 고저항메움층(37)에서 차단함으로써, 본 발명의 질화물 발광 다이오드의 정전방전 특성이 향상될 수 있다.The high resistance filling layer 37 is positioned on the electron block layer 35. The high resistance filling layer 37 fills all of the V-pits V not filled by the electron blocking layer 35 and is positioned on the electron blocking layer 35. Therefore, by blocking the high potential filling layer 37 from acting as a path for leakage current, the electrostatic discharge characteristics of the nitride light emitting diode of the present invention can be improved.

또한, V-피트(V)를 p형 질화물 반도체층(39)을 이용하여 메우지 않고 고저항메움층(37)으로 메우기 때문에 p형 질화물 반도체층 보다 V-피트(V) 내부 영역의 비저항이 커진다.In addition, since the V-pit (V) is not filled with the p-type nitride semiconductor layer 39 but filled with the high-resistance filling layer 37, the specific resistance of the V-pit (V) inner region is higher than that of the p-type nitride semiconductor layer. Grows

특히, 고저항메움층(37)은 Al이 포함된 AlGaN으로 형성될 수 있다. V-피트(V)를 Al이 포함된 고저항메움층(37)으로 메움으로써, V-피트(V) 내부 영역의 비저항을 더욱 낮출 수 있으며, 따라서 실전위(D)가 누설전류의 경로로 작용하는 것을 차단할 수 있다.In particular, the high resistance fill layer 37 may be formed of AlGaN containing Al. By filling the V-pit (V) with the high resistive filling layer 37 containing Al, the specific resistance of the region inside the V-pit (V) can be further lowered, so that the actual potential (D) is a path of the leakage current. You can block it from working.

p형 질화물 반도체층(39)은 Mg와 같은 p형 불순물이 도핑된 반도체층으로 형성될 수 있다. p형 질화물 반도체층(39)은 단일층이나 다중층일 수 있으며, p형 클래드층 및 p형 콘택층을 포함할 수 있다. 그리고 p형 질화물 반도체층(39) 상에 ITO와 같은 투명 전극이 위치할 수 있다. 한편, p형 질화물 반도체층(39), 고저항메움층(37), 활성층(33) 및 저온 성장층(27)을 부분적으로 제거하여 노출된 n형 질화물 반도체층(25)에 전극을 형성할 수 있다. 이로써, n형 질화물 반도체층(25)에 형성된 전극이 제1전극(43), p형 질화물 반도체층(39)에 형성된 투명전극(41) 상에 제2전극(45)으로 형성되어 발광 다이오드가 완성될 수 있다.The p-type nitride semiconductor layer 39 may be formed of a semiconductor layer doped with p-type impurities such as Mg. The p-type nitride semiconductor layer 39 may be a single layer or multiple layers, and may include a p-type cladding layer and a p-type contact layer. In addition, a transparent electrode such as ITO may be positioned on the p-type nitride semiconductor layer 39. Meanwhile, the p-type nitride semiconductor layer 39, the high resistance filling layer 37, the active layer 33, and the low temperature growth layer 27 are partially removed to form an electrode on the exposed n-type nitride semiconductor layer 25. Can be. As a result, an electrode formed on the n-type nitride semiconductor layer 25 is formed as a second electrode 45 on the first electrode 43 and the transparent electrode 41 formed on the p-type nitride semiconductor layer 39 to form a light emitting diode. Can be completed.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 소자의 TEM 사진이고, 도 5는 종래의 질화물 반도체 소자의 TEM 사진이다.4 is a TEM picture of a nitride semiconductor device according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is a TEM picture of a conventional nitride semiconductor device.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 발광 다이오드에 형성된 V-피트(V)의 크기를 보면, V-피트(V) 폭의 최대 너비는 약 191nm로 나타나고, 깊이는 약 153nm로 나타난 것으로 확인할 수 있다. 도 5에 도시된 도면을 통해 저온 성장층(27)이 개재되지 않은 상태의 종래 질화물 발광 다이오드에 형성된 V-피트(V)를 확인할 수 있다. 그러므로 저온 성장층(27)이 개재된 본 발명의 질화물 발광 다이오드에 형성된 V-피트(V)의 크기가 종래보다 크게 형성된 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 4, when the size of the V-pit (V) formed in the nitride light emitting diode according to the exemplary embodiment of the present invention, the maximum width of the V-pit (V) width is represented by about 191 nm, and the depth is It can be seen that it is about 153nm. Referring to FIG. 5, the V-pits V formed in the conventional nitride light emitting diode in a state in which the low temperature growth layer 27 is not interposed can be confirmed. Therefore, it can be seen that the size of the V-pit (V) formed in the nitride light emitting diode of the present invention with the low temperature growth layer 27 formed is larger than that of the prior art.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물 반도체 소자를 설명하기 위한 부분 단면도이다.6 is a partial cross-sectional view for describing a nitride semiconductor device according to another exemplary embodiment of the present invention.

상기에서 설명한 본 발명의 다른 실시예에 대해 설명하면서, 일 실시예와 동일한 설명에 대해서는 생략하고, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호가 이용될 수 있다.While explaining another embodiment of the present invention described above, the same description as the embodiment is omitted, and the same reference numerals may be used for the same configuration.

본 발명의 다른 실시예에서 질화물 반도체 소자는 형성된 V-피트(V)를 고저항메움층(37)을 메워 성장하지 않고, p형 질화물 반도체층을 고저항메움층(37)으로 변경하여 적용시킨다. 고저항메움층(37)의 저항을 올리기 위해서는 Al을 첨가할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the nitride semiconductor device does not grow the V-pit V formed by filling the high resistance filling layer 37 and applies the p-type nitride semiconductor layer to the high resistance filling layer 37. . Al may be added to increase the resistance of the high resistance filling layer 37.

V-피트(V) 내를 고저항메움층(37)으로 메우기 위해 p형 질화물 반도체층을 이용하는 공정을 보다 자세히 설명하면 다음과 같다. V-피트(V) 내에 p형 질화물 반도체층을 이용하여 메우기 이전에 전자 블록층(35)의 성장이 이루어진다. 본 발명의 다른 실시예에서 전자 블록층(35)은 일 실시예에서와 달리 V-피트(V)에는 형성되지 않고, 도 6에 도시된 바와 같이, V-피트(V)를 따라 형성될 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에서 전자 블록층(35)는 V-피트(V)를 따라 활성층(33) 상에 형성될 수 있다.The process of using the p-type nitride semiconductor layer to fill the V-pit V into the high resistance filling layer 37 is described in more detail as follows. The growth of the electron block layer 35 takes place prior to filling using the p-type nitride semiconductor layer in the V-pit (V). In another embodiment of the present invention, the electron block layer 35 is not formed in the V-pit V, unlike in the exemplary embodiment, and may be formed along the V-pit V as shown in FIG. 6. have. That is, in another embodiment of the present invention, the electron block layer 35 may be formed on the active layer 33 along the V-pit (V).

여기서, 도 6에 도시된 도면에서 활성층(33)만 표시하였으나, 본 발명의 일 실시예에서와 마찬가지로, 초격자층(29) 및 고농도 장벽층(31)이 같이 형성될 수 있다.Here, although only the active layer 33 is shown in the drawing shown in FIG. 6, as in the exemplary embodiment of the present invention, the superlattice layer 29 and the high concentration barrier layer 31 may be formed together.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물 반도체 소자의 V-피트 내에 고저항메움층을 형성시키기 위한 공정을 도시한 흐름도로, u-AlGaN과 p형 질화물 반도체층을 이용하여 고저항메움층을 형성하는 공정을 도시한 흐름도이다. 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물 반도체 소자의 V-피트 내의 고저항메움층을 도시한 부분 단면도이다.FIG. 7 is a flowchart illustrating a process for forming a high resistance filling layer in a V-pit of a nitride semiconductor device according to another exemplary embodiment of the present invention. The high resistance filling layer is formed by using a u-AlGaN and a p-type nitride semiconductor layer. It is a flowchart which shows the process of forming a process. 8 is a partial cross-sectional view showing a high resistance filling layer in a V-pit of a nitride semiconductor device according to another exemplary embodiment of the present invention.

도 7 및 도 8을 참조하면, 언도프(undop)층(37a)을 30 ~ 40nm 성장시킨 다음 p형 질화물 반도체층(37b)을 3 ~ 5nm 성장시킨다. 그리고 다시 언도프층(37a)과 도핑층인 p형 질화물 반도체층(37b)을 각각 순서에 맞게 성장시키다. 본 발명의 다른 실시예에서 언도프층(37a)과 p형 질화물 반도체층(37b)을 차례로 세 번의 주기로 성장시킨다. 이렇게 언도프층(37a)과 p형 질화물 반도체층(37b)을 주기적으로 반복하여 성장시킴으로 홀 인젝션(hole injection)을 향상시킬 수 있다. 언도프층(37a)과 p형 질화물 반도체층(37b)을 차례로 세 번의 주기로 성장시킨 뒤 언도프층(37a)을 두껍게 형성하여 고저항메움층(37)이 V-피트(V)를 메워 평탄화 할 수 있다.Referring to FIGS. 7 and 8, the undoped layer 37a is grown by 30 to 40 nm, and the p-type nitride semiconductor layer 37b is grown by 3 to 5 nm. Then, the undoped layer 37a and the p-type nitride semiconductor layer 37b serving as the doped layer are grown in order. In another embodiment of the present invention, the undoped layer 37a and the p-type nitride semiconductor layer 37b are sequentially grown in three cycles. As such, hole injection may be improved by periodically repeating growth of the undoped layer 37a and the p-type nitride semiconductor layer 37b. The undoped layer 37a and the p-type nitride semiconductor layer 37b are grown in three cycles in turn, and then the undoped layer 37a is formed thick so that the high resistance filling layer 37 fills the V-pit V to planarize. can do.

본 발명의 일 실시예에서 V-피트(V)의 밀도는 1E8cm-1 ~ 5E8cm-1일 수 있으며, V-피트(V)의 크기는 100nm ~ 200nm일 수 있다. 이를 이용하여 V-피트(V)의 면적을 계산하면, V-피트(V)의 면적은 전체 면적의 2 ~ 23%일 수 있으며, 이에 상응하여 홀 주입 효율이 향상될 수 있다. 홀 주입 효율의 향상은 비단 고저항 메움층(37)에만 적용되는 것이 아니라, 고농도 장벽층(31)에도 적용될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the density of the V-pit (V) may be 1E8cm -1 to 5E8cm -1 , and the size of the V-pit (V) may be 100nm to 200nm. When the area of the V-pit V is calculated using this, the area of the V-pit V may be 2 to 23% of the total area, and the hole injection efficiency may be improved accordingly. The improvement of the hole injection efficiency is not only applied to the high resistance filling layer 37 but also to the high concentration barrier layer 31.

이때, 도 7에 도시된 TMGa는 Ga 소스이고, TMAl은 Al의 소스로 이용될 수 있다. 그리고 Cp2Mg는 Mg의 소스로 이용될 수 있다.In this case, TMGa shown in FIG. 7 is a Ga source, and TMAl may be used as a source of Al. And Cp2Mg can be used as a source of Mg.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물 반도체 소자의 정전방전 특성을 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing the electrostatic discharge characteristics of a nitride semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

정전방전 특성을 측정하기 위해 다수의 질화물 반도체 소자에 역방향 전압과 순방향 전압을 순차적으로 각 3번씩 3kV를 인가하였으며, 인가 전후 전체 질화물 반도체 소자의 개수 중 누설 전류가 -5V, 1uA 이하인 질화물 반도체 소자의 수를 수율로 정의하였다.In order to measure the electrostatic discharge characteristics, 3 kV of reverse and forward voltages were sequentially applied to the plurality of nitride semiconductor devices three times each, and the leakage current of the total number of nitride semiconductor devices before and after application was -5V and 1uA or less. The number was defined as the yield.

상기와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따라 정전방전 수율이 기존에 비해 향상된 것을 알 수 있다. 즉, 종래의 질화물 반도체 소자의 정전방전 불량율이 1~3%이었을 때, 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물 반도체 소자의 정전방전 불량률은 0~1.5%의 수준으로 종래에 비해 향상된 것을 확인할 수 있다. 이렇게 질화물 반도체 소자가 정전방전에 대한 내성이 강해지면, 기계나 사람으로 인해 발생하는 정전기에 의해 발광 소자가 파손되는 것을 방지할 수 있다.As described above, according to another embodiment of the present invention it can be seen that the electrostatic discharge yield is improved compared to the conventional. That is, when the electrostatic discharge failure rate of the conventional nitride semiconductor device is 1 to 3%, it can be seen that the electrostatic discharge failure rate of the nitride semiconductor device according to another embodiment of the present invention is improved to 0 ~ 1.5% level compared to the conventional. . When the nitride semiconductor device is thus more resistant to electrostatic discharge, it is possible to prevent the light emitting device from being damaged by static electricity generated by a machine or a person.

위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 설명은 본 발명의 실시예를 들어 설명하였을 뿐이므로, 본 발명이 상기 실시예에만 국한되는 것으로 이해돼서는 안 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어야 할 것이다.As described above, the detailed description of the present invention has been made by the embodiments with reference to the accompanying drawings. However, since the above description has only been described with reference to the embodiments of the present invention, it is understood that the present invention is limited to the above embodiments. It should not be understood that the scope of the present invention will be understood by the claims and equivalent concepts described below.

21: 기판 23:버퍼층
25: n형 질화물 반도체층 27: 저온 성장층
29: 초격자층 30: 저농도 도핑층
31: 고농도 장벽층 33: 활성층
35: 전자 블록층 37: 고저항메움층
39: p형 질화물 반도체층 41: 투명전극
43: 제1전극 45: 제2전극
D: 실전위 V: V-피트
21: substrate 23: buffer layer
25: n-type nitride semiconductor layer 27: low temperature growth layer
29: superlattice layer 30: lightly doped layer
31: high concentration barrier layer 33: active layer
35: electron blocking layer 37: high resistance filling layer
39: p-type nitride semiconductor layer 41: transparent electrode
43: first electrode 45: second electrode
D: actual potential V: V-feet

Claims (14)

n형 질화물 반도체층;
상기 n형 질화물 반도체층 상부에 위치하는 초격자층;
상기 초격자층 상부에 위치하는 저농도 도핑층;
상기 저농도 도핑층의 상부에 위치하고, 상기 저농도 도핑층보다 Si가 고농도로 도핑된 고농도 장벽층;
상기 고농도 장벽층의 상부에 위치하는 활성층; 및
상기 활성층의 상부에 위치하는 p형 질화물 반도체층을 포함하고,
상기 저농도 도핑층의 도핑 농도는 상기 고농도 장벽층과 n형 질화물 반도체층의 도핑 농도보다 낮으며,
상기 초격자층, 저농도 도핑층, 고농도 장벽층 및 활성층에 걸쳐 V-피트가 형성된 질화물 반도체 소자.
an n-type nitride semiconductor layer;
A superlattice layer on the n-type nitride semiconductor layer;
A lightly doped layer positioned on the superlattice layer;
A high concentration barrier layer positioned on the low concentration doping layer and doped with a higher concentration of Si than the low concentration doping layer;
An active layer positioned on the high concentration barrier layer; And
It includes a p-type nitride semiconductor layer located on top of the active layer,
The doping concentration of the low concentration doping layer is lower than that of the high concentration barrier layer and the n-type nitride semiconductor layer,
And a V-pit over the superlattice layer, the low concentration doping layer, the high concentration barrier layer, and the active layer.
청구항 1에 있어서,
상기 고농도 장벽층에 도핑된 Si의 농도는 1E19/㎤ 이상 5E19/㎤ 이하인 질화물 반도체 소자.
The method according to claim 1,
The nitride semiconductor device having a concentration of Si doped in the high concentration barrier layer is 1E19 / cm 3 or more and 5E19 / cm 3 or less.
청구항 1에 있어서,
상기 n형 질화물 반도체층의 상부에 위치하고, 상기 n형 질화물 반도체층보다 저온에서 성장된 저온 성장층을 더 포함하고,
상기 초격자층은 상기 저온 성장층 상부에 위치하는 질화물 반도체 소자.
The method according to claim 1,
Located at the top of the n-type nitride semiconductor layer, further comprising a low temperature growth layer grown at a lower temperature than the n-type nitride semiconductor layer,
The superlattice layer is a nitride semiconductor device located on the cold growth layer.
청구항 1에 있어서,
상기 초격자층의 도핑 농도는 상기 저농도 도핑층의 도핑 농도와 같거나 낮은 질화물 반도체 소자.
The method according to claim 1,
And a doping concentration of the superlattice layer less than or equal to the doping concentration of the lightly doped layer.
청구항 1에 있어서,
상기 고농도 장벽층이 3차원 형상이 되도록 상기 V-피트가 고농도 장벽층을 가로질러 형성된 질화물 반도체 소자.
The method according to claim 1,
And a V-pit formed across the high concentration barrier layer such that the high concentration barrier layer has a three-dimensional shape.
청구항 1에 있어서,
상기 활성층과 p형 질화물 반도체층 사이에 위치하고, 상기 V-피트를 메우는 고저항메움층을 더 포함하는 질화물 반도체 소자.
The method according to claim 1,
And a high resistance fill layer interposed between the active layer and the p-type nitride semiconductor layer and filling the V-pit.
청구항 6에 있어서,
상기 활성층과 상기 고저항메움층 사이에 위치하고, 상기 V-피트의 일부를 메우는 전자 블록층을 더 포함하며,
상기 고저항메움층은 상기 V-피트의 나머지 부분을 메우는 질화물 반도체 소자.
The method according to claim 6,
And an electron block layer disposed between the active layer and the high resistance filling layer and filling a portion of the V-pit.
The high resistance filling layer fills the remaining portion of the V-pit.
청구항 3에 있어서,
상기 저온 성장층은 900도 이하의 온도에서 성장된 질화물 반도체 소자.
The method according to claim 3,
The low temperature growth layer is a nitride semiconductor device grown at a temperature of 900 degrees or less.
기판 상에 n형 질화물 반도체층을 형성하는 단계;
상기 n형 질화물 반도체층 상에 초격자층을 형성하는 단계;
상기 초격자층 상에 Si가 상기 n형 질화물 반도체층보다 저농도로 도핑된 저농도 도핑층을 형성하는 단계;
상기 저농도 도핑층 상에 Si가 상기 저농도 도핑층보다 고농도로 도핑된 고농도 장벽층을 형성하는 단계;
상기 초격자층, 저농도 도핑층 및 고농도 장벽층에 가로질러 형성된 V-피트 및 상기 V-피트를 둘러싸는 상부면을 갖는 활성층을 형성하는 단계; 및
상기 활성층 상에 p형 질화물 반도체층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 초격자층은 상기 활성층 성장을 위해 형성하는 질화물 반도체 소자 제조 방법.
Forming an n-type nitride semiconductor layer on the substrate;
Forming a superlattice layer on the n-type nitride semiconductor layer;
Forming a lightly doped layer in which Si is lightly doped than the n-type nitride semiconductor layer on the superlattice layer;
Forming a high concentration barrier layer doped with Si on the low concentration doping layer at a higher concentration than the low concentration doping layer;
Forming an active layer having a V-pit formed across said superlattice layer, a lightly doped layer, and a high barrier layer and a top surface surrounding said V-pit; And
Forming a p-type nitride semiconductor layer on the active layer;
The superlattice layer is a nitride semiconductor device manufacturing method for forming the active layer growth.
청구항 9에 있어서,
상기 고농도 장벽층에 도핑된 Si의 농도는 1E19/㎤ 이상 5E19/㎤ 이하인 질화물 반도체 소자 제조 방법.
The method according to claim 9,
And a concentration of Si doped in the high concentration barrier layer is 1E19 / cm 3 or more and 5E19 / cm 3 or less.
청구항 9에 있어서,
상기 n형 질화물 반도체층 상에 상기 n형 질화물 반도체층보다 저온에서 저온 성장층을 형성하는 단계를 더 포함하고,
상기 초격자층은 상기 저온 성장층 상에 형성하는 질화물 반도체 소자 제조 방법.
The method according to claim 9,
Forming a low temperature growth layer at a lower temperature than the n-type nitride semiconductor layer on the n-type nitride semiconductor layer,
The superlattice layer is formed on the low temperature growth layer.
청구항 11에 있어서,
상기 n형 질화물 반도체층은 1000℃ 내지 1200℃에서 형성되고,
상기 저온 성장층은 900℃ 이하에서 형성된 질화물 반도체 소자 제조 방법.
The method according to claim 11,
The n-type nitride semiconductor layer is formed at 1000 ℃ to 1200 ℃,
The low temperature growth layer is a nitride semiconductor device manufacturing method formed at 900 ℃ or less.
청구항 9에 있어서,
상기 초격자층의 도핑 농도는 상기 저농도 도핑층의 도핑 농도와 같거나 낮은 질화물 반도체 소자 제조 방법.
The method according to claim 9,
And a doping concentration of the superlattice layer less than or equal to the doping concentration of the lightly doped layer.
청구항 9에 있어서,
상기 활성층을 형성하는 단계와 p형 질화물 반도체층을 형성하는 단계 사이에 상기 V-피트를 메우는 고저항메움층을 형성하는 단계를 더 포함하는 질화물 반도체 소자 제조 방법.
The method according to claim 9,
And forming a high resistance fill layer filling the V-pit between the forming of the active layer and the forming of the p-type nitride semiconductor layer.
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