KR20060004314A - 질화물 반도체 소자 및 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 질화물 반도체 소자에 관한 것으로서, 질화물 결정 성장을 위한 기판 상에 형성된 n형 질화물 반도체층과, 상기 n형 질화물 반도체층 상에 형성된 활성층과, 상기 활성층 상에 형성된 p형 제1 질화물 반도체층과, 상기 p형 제1 질화물 반도체층 상에 형성되며, 절연성 물질로 이루어진 미세구조의 전류확산패턴과, 상기 전류확산패턴이 형성된 상기 p형 제1 질화물 반도체층 상에 형성된 p형 제2 질화물 반도체층을 포함하는 질화물 반도체 소자를 제공한다.
질화물 반도체 소자(nitride semiconductor device), 전류확산(current spreading), 실리콘질화물(silicon nitride: SiNx), 유기금속화학기상증착(MOCVD)

Description

질화물 반도체 소자 및 제조방법{NITRIDE SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD OF MANUFACTRUING THE SAME}
도1은 종래의 질화물 반도체 소자를 나타내는 측단면도이다.
도2는 본 발명의 일실시형태에 따른 질화물 반도체 소자를 나타내는 측단면도이다.
도3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 질화물 반도체 소자를나타내는 측단면도이다.
도4a 내지 도4e는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 질화물 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 공정단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
21: 사파이어기판 22: 저온성장 버퍼층
23: n형 질화물 반도체층 24: 활성층
25a: p형 제1 질화물 반도체층 25b: p형 제2 질화물 반도체층
26: 전류확산패턴 28: n측 전극
29: p측 전극
본 발명은 질화물 반도체 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전류확산효과를 개선하고, 나아가 표면거칠기를 부여함으로써, 전기적, 광학적 특성이 향상된 질화물 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 질화물 반도체는 가시광 전체영역뿐만 아니라, 자외선 영역에 이르는 넓은 범위의 빛을 발할 수 있다는 특성 때문에, 발광다이오드(LED) 또는 레이저다이오드(LD)와 같은, 가시광 및 자외선와 청록색 광소자를 제조하는 물질로 각광받고 있다. 이러한 질화물 반도체는 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 만족하는 반도체 단결정이며, 유기화학기상증착법(MOCVD)등의 결정성장방식을 이용하여 사파이어, SiC와 같은 기판 상에서 성장될 수 있다.
주로, 질화물계 반도체 소자는 크게 n형 질화물 반도체층, 언도프된 활성층 및 p형 질화물 반도체층으로 이루어진다. 종래의 질화물 반도체 소자(10)의 일형태가 도1에 도시되어 있다.
도1에 도시된 바와 같이, 종래의 질화물 반도체 소자(10)는, GaN 또는 AlN 저온핵성장층과 같은 버퍼층(12)이 형성된 사파이어 기판(11)을 포함한다. 상기 버 퍼층(12) 상에는 n형 질화물 반도체층(13), 언도프된 활성층(14) 및 p형 질화물 반도체층(15)이 순차적으로 형성되며, 상기 n형 질화물 반도체층(13)과 상기 p형 질화물 반도체층(15)에는 각각 n측 및 p측 전극(18,19)이 접속되도록 형성된다. 상기 활성층(14)은 GaN인 양자장벽층과 InGaN인 양자우물층을 복수회 교대로 적층한 다중양자우물구조일 수 있다.
두 전극(18,19)사이에 소정의 전류가 인가되면, n형 질화물 반도체층(13)으로부터 제공되는 전자와 p형 질화물 반도체층(15)으로부터 제공되는 정공이 다중양자우물구조(multi-quantum well: MQW)의 활성층(14)에서 재결합되어, 녹색 또는 청색 등에 원하는 파장의 광을 방출한다.
이러한 질화물 반도체 소자에서 광효율을 향상시키기 위해, 내부양자효율과 외부양자효율(즉, 광추출효율)을 개선하는 두 측면에서 연구가 활발히 진행되고 있다. 일반적으로, 내부양자효율에 관련된 개선방안은 원시적으로 활성층으로부터 발생되는 광효율을 높히는 방안으로서, 활성층(14) 구조와 에피택셜층(13,14,15)의 결정품질에 대해 관심을 두고 있다.
한편, 다른측면에서 내부양자효율은 균일하지 못한 전류확산에 의해 크게 제약되고 있다. 실제로 도1에 도시된 바와 같이, 활성층(14)의 일부영역(A)에 전류가 집중되어, 다른 활성층 영역에서는 상대적으로 낮은 전류밀도를 갖는다. 따라서, 활성층 전체가 발광영역으로 참여하지 못하여 내부양자효율이 저하되는 문제가 있다. 현재까지 균일한 전류확산을 보장하는 방법은 전극배열 및 p측 전극구조를 개선하는 방안에 집중되어 왔다.
또한, 외부양자효율, 즉 광추출효율을 개선시키는 방안으로는, 반도체 물질의 굴절률과 표면평활도(surface flatness)를 조정하는 방안이 있다. 하지만, 질화물 반도체의 굴절률은 변경범위가 제한적이므로, 외부양자효율의 개선폭이 작다는 한계가 있으며, 표면평활도 조정방안은 표면에 거칠기를 부여하여 소자 내부에서 전반사되는 각도를 줄여 내부에서 손실되는 광을 감소시키는 방안으로서, 표면거칠기를 부여하기 위해서 MOCVD법과 다른 CVD공정 등을 통해 패턴형성을 추가적으로 해야 하는 번거로움이 있다.
이와 같이, 질화물 반도체 소자의 광효율을 증대시키기 위한 방안은 다각적으로 모색되고 있으며, 당업계에서는 보다 효과적인 방식을 통해 전기적 광학적 특성을 개선하여 광효율을 증대시키는 새로운 방안이 요구되어 왔다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 클래드층의 내부에 미세구조의 전류확산패턴을 형성함으로써 균일한 전류분산을 실현할 수 있는 질화물 반도체 소자를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 클래드층의 내부에 미세구조의 절연패턴을 형성함으로써 전류확산효율을 증가시키고, 나아가 상부 클래드층 표면에 절연패턴형성공정을 반복하여 광추출효율개선을 위한 표면거칠기를 부여하는 새로운 질화물 반도체 소자의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은,
질화물 결정 성장을 위한 기판 상에 형성된 n형 질화물 반도체층과, 상기 n형 질화물 반도체층 상에 형성된 활성층과, 상기 활성층 상에 형성된 p형 제1 질화물 반도체층과, 상기 p형 제1 질화물 반도체층 상에 형성되며, 절연성 물질로 이루어진 미세구조의 전류확산패턴과, 상기 전류확산패턴이 형성된 상기 p형 제1 질화물 반도체층 상에 형성된 p형 제2 질화물 반도체층을 포함하는 질화물 반도체 소자를 제공한다.
바람직하게, 상기 전류확산패턴은 나노사이즈의 도트구조로 분산된 실리콘질화물(SiNx)일 수 있다. 이러한 실리콘 질화물 패턴은 상기 p형 제2 질화물 반도체층의 표면에 재차 형성하고, 그 패턴을 마스크로 하여 상기 p형 제2 질화물 반도체층의 표면을 에칭함으로써 광방출면에 광추출효율을 향상시키는 표면거칠기를 부여할 수 있다.
본 발명에서 채용되는 상기 전류확산패턴의 두께는 10Å을 초과하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시형태에서는, 추가적으로 상기 n형 질화물 반도체층은, 상기 기판 상면에 형성된 n형 제1 질화물 반도체층과, 상기 n형 제1 질화물 반도체층 상에 나노사이즈의 도트구조로 분산된 실리콘질화물 패턴과, 상기 패턴이 형성된 상기 n형 제1 질화물 반도체층 상에 형성된 n형 제2 질화물 반도체층을 포함하도록 형성할 수 있다.
본 발명은 기상증착법을 이용한 질화물 반도체 소자 제조방법을 제공한다.
상기 방법은, 질화물 결정 성장을 위한 기판 상에 n형 질화물 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 n형 질화물 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계와, 상기 활성층 상에 p형 제1 질화물 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 p형 제1 질화물 반도체층 상에 절연성 물질로 이루어진 미세구조의 전류확산패턴을 형성하는 단계와, 상기 전류확산패턴이 형성된 상기 p형 제1 질화물 반도체층 상에 p형 제2 질화물 반도체층을 형성하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 전류확산패턴을 형성하는 단계는, 나노사이즈의 도트구조로 분산된 실리콘질화물(SiNx)을 형성하는 단계일 수 있으며, 본 공정은 질화물 반도체층의 성장공정과 연속적으로, 실란(SiH4) 또는 테트라에틸실란(tetra-ethylsilane)과, 암모니아가스를 공급하여 나노사이즈의 도트구조의 실리콘 질화물패턴을 형성할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도2는 본 발명의 일실시형태에 따른 질화물 반도체 소자를 나타내는 측단면도이다.
도2를 참조하면, 질화물 반도체 소자(20)는 사파이어 기판(21) 상에 순차적으로 형성된 n형 질화물 반도체층(23), 언도프된 활성층(24) 및 p형 질화물 반도체층(25)을 포함한다. 또한, 양질의 에피택셜층을 성장하기 위해서, n형 질화물 반도체층(23)을 성장하기 전에, 사파이어기판 상에 GaN 또는 AlN 저온핵성장층과 같은 버퍼층(22)을 형성할 수 있다.
상기 질화물 반도체 소자(20)는 상기 n형 질화물 반도체층(23)과 상기 p형 질화물 반도체층(25)에 각각 접속된 n측 및 p측 전극(28,29)을 포함하며, 상기 활성층(24)은 GaN인 양자장벽층과 InGaN인 양자우물층을 복수회 교대로 적층한 다중양자우물구조일 수 있다.
본 실시형태에서, 상기 p형 질화물 반도체층(25)은 p형 제1 질화물 반도체층(25a) 및 p형 제2 질화물 반도체층(25b)을 포함하며, 상기 p형 제1 질화물 반도체층(25a) 상에 절연물질로 이루어진 전류확산패턴(26)이 형성된다. 상기 전류확산패턴(26)은 미세구조로서 상기 p형 제1 질화물 반도체층(25a) 상면에 분산되어, 전류의 흐름을 전체 면적에서 균일하게 분포시키는 작용을 한다. 특히, p형 질화물 반도체층(25a,25b)을 통해 활성층(24)으로 제공되는 정공은 전자에 비해 상대적으로 이동도가 떨어지므로, 본 발명에 따른 전류확산효과를 통해 광효율을 크게 형성시킬 수 있다.
또한, 상기 p형 제1 및 제2 질화물 반도체층(25a,25b)의 두께는 각각 50∼2000Å정도로 형성할 수 있다. 또한, 상기 전류확산패턴(26)의 두께는 약 10Å을 초과하지 않는 것이 바람직하다. 이는 전류확산패턴(26)을 구성하는 물질의 절연성으로 인해 10Å을 초과하는 경우에는 오히려 순방향전압이 높아지는 문제가 발생될 수 있기 때문이다.
또한, 바람직하게, 상기 절연성 전류확산패턴(26)은 나노사이즈의 도트구조로 배열된 실리콘질화물(SiNx)패턴으로 이루어질 수 있다. 이러한 실리콘질화물인 전류확산패턴(26)은 예를 들어, MOCVD와 같은 기상증착공정에서 실란 또는 테트라에틸실란과 같은 Si원료가스를 암모니아(NH3)가스와 같은 질소원료가스와 함께 공급함으로써 용이하게 형성될 수 있다. 본 발명에 바람직하게 채용될 수 있는 실리콘질화물로 구성된 전류확산패턴(26)은 별도의 패터닝공정없이 GaN와 같은 질화물반도체층에서 비표면계면활성제로 작용하여 나노사이즈의 패턴으로 자발적으로 형성될 수 있다는 장점이 있다. 또한, 이러한 전류확산패턴(26)은 앞서 설명한 바와 같이, MOCVD공정에서 연속적으로 실시될 수 있다는 추가적인 장점이 있다. 여기서, 상기 실리콘질화물로 구성된 전류확산패턴(26)의 두께는 10Å보다 작게, 즉 바람직하게는 1원자층(ML) 내지 2원자층정도로 형성할 수 있다.
나아가, 본 발명은 전류확산패턴의 형성공정을 응용하여 다양한 변형예를 제 공할 수 있다.
우선, 광추출효율을 향상시키기 위해서, p형 제2 질화물 반도체층의 상면에 소정의 마스크패턴을 형성함으로써 그 상면에 표면거칠기를 부여할 수 있다. 본 발명에서는 이 때에 사용되는 마스크패턴을 상술된 전류확산패턴형성공정과 동일한 공정을 통해 형성함으로써 MOCVD공정과 연속적이면서도 단순공정 반복을 통해 표면거칠기 부여를 위한 마스크패턴을 용이하게 형성할 수 있다.
추가적으로, 본 발명에 따른 전류확산패턴과 유사한 구조를 갖는 패턴을 n형 질화물 반도체층의 내부에 중간층으로 개재될 수도 있다. 즉, n형 질화물 반도체층의 성장 중간에 형성함으로써 전류확산효과는 물론, 전위밀도를 차단하여 고품위의 결정을 성장하는 수단으로서 사용될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 다른 특징적 요소와 결합하여 다양한 실시형태로 구현될 수 있다. 전류확산패턴의 형성공정과 유사한 공정을 통해 p형 제2 질화물 반도체층의 상면에 표면거칠기를 제공하고, n형 질화물 반도체층의 특성을 개선한 실시형태가 도3에 도시되어 있다.
도3을 참조하면, 질화물 반도체 소자(30)는 도2와 유사하게 GaN 또는 AlN 저온핵성장층과 같은 버퍼층(32)이 형성된 사파이어 기판(31)을 포함하며, 상기 버퍼층(32) 상에 순차적으로 n형 질화물 반도체층(33), 언도프된 활성층(34) 및 p형 질화물 반도체층(35)을 형성된다. 또한, 상기 n형 질화물 반도체층(33)과 상기 p형 질화물 반도체층(35)에 n측 및 p측 전극(38,39)이 접속되도록 형성된다. 상기 활성 층(34)은 GaN/InGaN으로 구성된 다중양자우물구조일 수 있다.
본 실시형태에서, 상기 p형 질화물 반도체층(35)은 도2에 도시된 실시형태와 유사하게, p형 제1 질화물 반도체층(35a) 및 p형 제2 질화물 반도체층(35b)을 포함하며, 상기 p형 제1 질화물 반도체층(35a) 상에 절연물질로 이루어진 전류확산패턴(36)이 형성된다. 상기 전류확산패턴(36)은 미세구조로서 상기 p형 제1 질화물 반도체층(35a) 상면에 분산되도록 형성되어, 전류의 흐름을 전체 면적에서 균일하게 분포시키는 작용을 한다.
또한, 상기 p형 제2 질화물 반도체층(35b)은 소정의 표면거칠기를 갖는 상면(S)을 포함하며, 이러한 표면거칠기를 통해 얻어진 불규칙한 요철형상을 통해 상기 활성층(34)으로부터 방출되는 광의 전반사각도를 감소시킬 수 있다. 그 결과, 상기 p형 제2 질화물 반도체층(35b)의 상면(S)은 주된 광방출면으로서 내부전반사를 감소시켜 광추출효율을 개선시킬 수 있다. 특히, 본 실시형태와 같이, 광추출효율개선을 위한 표면(S)을 형성하기 위해서, 전류확산패턴(36)과 같은 패턴구조를 p형 제2 질화물 반도체층(35b)의 상면에 형성하고, 이를 에칭마스크로 이용하는 경우에, 종래의 표면거칠기부여공정보다 간소화시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 전류확산패턴(36)의 형성공정에서 적용된 바람직한 예와 같이, p형 제2 질화물 반도체층(35b)을 형성한 후에, 실란 또는 테트라에틸실란과 함께 암모니아가스를 주입하여 미세한 패턴의 실리콘 질화물패턴구조(미도시)를 형성함으로써 MOCVD챔버 내에서 에피택셜층의 성장공정과 연속하여 보다 용이하게 에칭마스크를 형성할 수 있다. 물론, 최종 제품에서는 본 실시형태와 같이 에칭마스크로서 사용된 질화물 패턴구 조는 제거될 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 전류확산패턴(36)과 유사한 구조를 갖는 패턴을 n형 질화물 반도체층(33)의 내부에 중간층으로서 채용할 수 있다. n형 질화물 반도체층(33)의 내부에 개재된 내부미세패턴(37)은 전류확산효과와 함께 전위밀도차단효과를 기대할 수 있다. 즉, 도3에 도시된 바와 같이, 상기 n형 질화물 반도체층(33)은 n형 제1 질화물 반도체층(33a) 및 n형 제2 질화물 반도체층(33b)을 포함하며, 상기 p형 제1 질화물 반도체층(33a) 상에 절연물질로 이루어진 내부미세패턴(37)이 형성된다. 특히, 이러한 n형 질화물 반도체층(33)에 도입되는 내부미세패턴(37)은 형성위치에 따라서 전류확산효과와 전위밀도차단효과 중 어느 하나의 효과를 선택적으로 증대시킬 수 있다. 예를 들어, 본 실시형태와 같이 전극형성을 위해 메사구조를 도입할 실시예에, n측 전극(38)의 높이보다 낮은 위치에 기판(31)에 인접하여 배치하는 경우에는 전류확산효과보다는 전위밀도를 차단하여 양질의 에피택셜층을 얻기 위한 수단으로 사용될 수 있다.
상술된 바와 같이, 보다 바람직한 실시형태에서는, 내부미세패턴(37), 전류확산패턴(36) 및 표면거칠기를 위한 에칭마스크형성공정은 MOCVD공정에 적용가능한 유사한 방식공정으로 채용하여 질화물 반도체층 성장을 위한 MOCVD공정을 통해 연속적으로 실시될 수 있다. 보다 구체적으로, 질화물 에피택셜성장을 위한 MOCVD공정 중에 필요한 성장위치에서 실란 또는 테트라에틸실란과 같은 Si원료가스를 암모 니아(NH3)가스와 같은 질소원료가스와 함께 공급함으로써, 나노사이즈의 도트구조로 배열된 실리콘질화물(SiNx)패턴으로서 각 패턴구조를 용이하게 형성할 수 있다.
도4a 내지 도4e는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 질화물 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 공정단면도이다. 여기서 예시된 실시형태는 전류확산패턴과 함께 이와 유사한 패턴구조를 에칭마스크로 적용한 공정을 나타낸다.
우선, 도4a와 같이, 질화물 결정 성장용 기판(41) 상에 버퍼층(42)을 형성한다. 상기 질화물 결정 성장용 기판(41)은 앞서 예시된 사파이어 기판 외에도, SiC기판, Si기판 등의 이종기판과, 동종기판인 GaN기판이 사용될 수 있다. 또한, 상기 버퍼층(42)은 저온에서 성장된 AlN 또는 GaN층일 수 있다.
이어, 도4b와 같이, 상기 버퍼층(42) 상에 n형 질화물 반도체층(43), 활성층(44) 및 p형 제1 질화물 반도체층(45a)을 순차적으로 형성한다. 상기 질화물 반도체층(43,45a)은 GaN 또는 AlGaN 등으로 이루어진 층일 수 있으며, 상기 활성층(44)은 GaN/InGaN층으로 이루어진 다중양자우물구조일 수 있다. 본 성장공정은 MOCVD챔버 내에서 약 1000 ∼ 약 1200℃온도에서 트리메틸갈륨(TMG), 트리메틸알루미늄(TMA) 및 트리메틸인듐(TMI)의 적절한 조합과 함께 암모니아(NH3)가스를 공급하여 성장될 수 있다.
다음으로, 도4c와 같이 상기 p형 제1 질화물 반도체층(45a) 상에 절연물질로 이루어진 미세구조의 전류확산패턴(46)을 형성한다. 상기 전류확산패턴(46)은 바람직하게는 p형 질화물 반도체층을 형성하기 위한 트리메틸갈륨 및/또는 트리메틸알루미늄의 공급을 중단하고, MOCVD챔버내에서 암모니아가스분위기에서 연속적으로 실란 또는 테트라에틸실란과 같은 Si원료가스를 공급하여 실리콘 질화물(SiNx)로 형성할 수 있다. 상기 실리콘질화물인 전류확산패턴(46)은 비표면계면활성제로 작용하여 자발적으로 나노사이즈의 패턴으로 형성됨으로써 얻어질 수 있다. 이러한 패턴(46)은 전류의 흐름을 전체 면적에 걸쳐 미세 국부적으로 차단하여 전체적으로 전류흐름이 균일하게 분포할 수 있도록 보장하는 역할을 한다.
이어, 도4d와 같이, 상기 전류확산패턴(46)이 형성된 p형 제1 질화물 반도체층(45a) 상에 p형 제2 질화물 반도체층(46b)을 형성하고, 이어 절연물질로 구성된 마스크패턴(47)을 형성한 후에 그 표면에 소정의 거칠기가 제공되도록 에칭을 실시한다. 본 발명에서 상기 마스크패턴(47)은 도4c와 유사한 방식으로 형성될 수 있다. 즉, 트리메틸갈륨 및/또는 트리메틸알루미늄의 공급을 중단하고, MOCVD챔버내에서 암모니아가스 분위기에서 연속적으로 실란 또는 테트라에틸실란과 같은 Si원료가스를 공급함으로써 원하는 실리콘질화물인 마스크패턴(47)을 형성할 수 있다.
다음으로, 도4e와 같이 상기 마스크패턴(47)을 제거함으로써 소정의 표면거 칠기를 갖는 p형 제2 질화물 반도체층(45b)의 상면을 완성한다. 상기 p형 제2 질화물 반도체층(45b)의 상면(S)은 도4d의 공정을 통해 표면이 거칠게 형성되므로 소자 내부에서 방출되는 광이 전반사각도를 감소시킬 수 있다. 이와 같이 전반사각도가 감소되어 내부전반사과정을 통해 손실되는 광의 양을 감소시키고, 그 결과로 최종 광추출효율을 크게 향상시킬 수 있다. 이와 같이, 본 실시형태에 따른 표면(S)가공공정은 MOCVD공정에서 연속적으로 형성될 수 있는 마스크 패턴(47)을 이용하여 보다 용이하게 실시될 수 있다.
끝으로, 도4f와 같이 n형 질화물 반도체층(43)의 일부상면이 노출되도록 메사에칭을 실시하고, n형 질화물 반도체층(43)의 노출된 상면과 p형 제2 질화물 반도체층(45b)의 상면에 n측 전극(48) 및 p측 전극(49)을 형성한다. 도4f에는 도시되지 않았으나, 당업자에게 자명한 바와 같이, p형 제2 질화물 반도체층(45b)과 p측 전극(49)의 접촉저항을 감소시키기 위해서, 공지된 투명전극층 또는 ITO층 등을 추가로 도입할 수도 있다.
(실시예)
본 발명에 따른 전류확산패턴의 효과를 확인하기 위해서, 동일한 조건으로 2개의 질화물 반도체 소자를 제조하였다.
보다 구체적으로, 사파이어기판을 MOCVD챔버 내에 배치하고, 트리메틸알루미늄과 암모니아가스를 공급하여 버퍼층을 550℃온도에서 약 20㎚로 형성한 후에, 질 화물 반도체소자를 위한 에피택셜층을 성장시켰다. 즉, 약 1100℃온도에서 트리메틸가스와 암모니아가스을 가스를 공급하여 1.5㎛로 n형 GaN층을 형성하였고, n형 불순물로서 Si를 사용하였다. 이어, 트리메틸인듐 주입량을 조절하여 InGaN/GaN으로 이루어진 다중양자우물구조를 형성하였다.
다음으로, p형 GaN층구조를 달리하여 종래와 동일한 질화물 반도체 소자(이하, '종래예'라 함)와 도2와 유사한 구조를 갖는 본 발명에 따른 질화물 반도체 소자(이하, '발명예'라 함)를 제조하였다.
우선, 종례예를 제조하기 위해서, 트리메틸가스와 암모니아가스을 가스를 공급하고 p형 불순물로서 Mg를 사용하여, 0.4㎛로 p형 GaN층을 형성하였다.
또한, 발명예를 제조하기 위해서, 종래와 동일한 p형 GaN층을 성장하되, 0.2㎛의 제1 p형 GaN층을 성장시킨 후에 암모니아가스와 실란을 공급하여 SiNx인 전류확산패턴을 약 5Å으로 형성하고, 다시 0.2㎛로 제2 p형 GaN층을 성장시켰다.
이와 같이 제조된 각 질화물 에피택셜층에 대해 동일한 조건으로 메사에칭을 실시하고 p측 및 n측 전극을 형성함으로써 2개의 질화물 반도체 소자(종래예, 발명예)를 제조하였다. 이어, 종례예와 발명예에 대해 약 5㎃에서 순방향전압을 측정하였다.
그 결과, 종래예의 경우에는 3.8V인 반면에, 발명예는 약 3.4V로서, 본 발명 에 따른 전류확산패턴에 의해, 약 0.4V의 감소만큼 전류확산효과가 향상되었음을 확인할 수 있었다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이며, 이 또한 첨부된 청구범위에 기재된 기술적 사상에 속한다 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 질화물 반도체 소자에 있어서 p형 질화물 반도체층의 내부에 미세구조의 전류확산패턴을 개재시킴으로써 전류확산효율을 증가시킬 수 있으며, 나아가 그 상부 표면에 전류확산패턴공정과 유사한 공정을 통해 마스크를 형성함으로써 광추출효율개선을 위한 표면가공공정을 보다 용이하게 실시할 수 있다.

Claims (13)

  1. 질화물 결정 성장을 위한 기판 상에 형성된 n형 질화물 반도체층;
    상기 n형 질화물 반도체층 상에 형성된 활성층;
    상기 활성층 상에 형성된 p형 제1 질화물 반도체층;
    상기 p형 제1 질화물 반도체층 상에 형성되며, 절연성 물질로 이루어진 미세구조의 전류확산패턴; 및,
    상기 전류확산패턴이 형성된 상기 p형 제1 질화물 반도체층 상에 형성된 p형 제2 질화물 반도체층을 포함하는 질화물 반도체 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전류확산패턴은 나노사이즈의 도트구조로 분산된 실리콘질화물(SiNx)인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 p형 제2 질화물 반도체층의 상면은 상기 전류분산패턴과 유사한 패턴을 마스크로 사용하여 에칭되어 얻어진 표면거칠기를 갖는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 p형 제1 및 제2 질화물 반도체층의 각 두께는 약 50 ∼ 약 2000Å인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전류분산패턴은 약 10Å이하인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 n형 질화물 반도체층은, 상기 기판 상면에 형성된 n형 제1 질화물 반도체층과, 상기 n형 제1 질화물 반도체층 상에 나노사이즈의 도트구조로 분산된 실리콘질화물 패턴과, 상기 패턴이 형성된 상기 n형 제1 질화물 반도체층 상에 형성된 n형 제2 질화물 반도체층을 포함하는 질화물 반도체 소자.
  7. 기상증착법을 이용한 질화물 반도체 소자 제조방법에 있어서,
    질화물 결정 성장을 위한 기판 상에 n형 질화물 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 n형 질화물 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계;
    상기 활성층 상에 p형 제1 질화물 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 p형 제1 질화물 반도체층 상에 절연성 물질로 이루어진 미세구조의 전류확산패턴을 형성하는 단계; 및,
    상기 전류확산패턴이 형성된 상기 p형 제1 질화물 반도체층 상에 p형 제2 질화물 반도체층을 형성하는 단계를 포함하는 질화물 반도체 소자 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전류확산패턴을 형성하는 단계는, 나노사이즈의 도트구조로 분산된 실리콘질화물(SiNx)을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전류확산패턴을 형성하는 단계는,
    실란 또는 테트라에틸실란과, 암모니아가스를 공급하여 나노사이즈의 도트구조의 실리콘 질화물패턴을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 p형 제2 질화물 반도체층의 상면에 상기 전류분산패턴과 동일한 방식으로 마스크패턴을 형성하는 단계와, 상기 마스크패턴를 이용하여 상기 p형 제2 질화물 반도체층의 상면을 에칭하는 단계인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자 제조방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 p형 제1 및 제2 질화물 반도체층의 각 두께는 약 50 ∼ 약 2000Å인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자 제조방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 전류분산패턴의 두께는 약 10Å이하인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자 제조방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 n형 질화물 반도체층을 형성하는 단계는,
    상기 기판 상에 n형 제1 질화물 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 n형 제1 질화물 반도체층 상에 나노사이즈의 도트구조로 분산된 실리콘질화물 패턴을 형성하는 단계와, 상기 패턴이 형성된 상기 n형 제1 질화물 반도체층 상에 n형 제2 질화물 반도체층을 형성하는 단계를 포함하는 질화물 반도체 소자 제조방법.
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