KR20090065037A - Surface reformation method of group iii nitride substrate, group iii nitride substrate prepared therefrom, and nitride semiconductor light emitting device with the same - Google Patents

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Abstract

A surface reformation method of a group III nitride substrate, a group III nitride substrate manufactured thereby, and a nitride semiconductor light emitting device using the same group III nitride substrate are provided to prevent a lowering effect of performance by forming a surface reformation layer. A first surface reformation layer(121) and a second surface reformation layer(122) are formed on an upper surface of a GaN substrate(110) and an upper surface of an n-type nitride clad layer(130), respectively. An active layer(150) is formed with a multi-quantum well structure including a quantum well layer and a quantum barrier layer. The active layer has a predetermined band gap. A p-type nitride layer(160) is formed with a p-GaN layer. A p-type nitride clad layer(170) is formed with a p-AlGaN clad layer. A p-electrode(180) is formed on one side of an upper surface of the p-type nitride clad layer.

Description

Ⅲ족 질화물 기판의 표면개선방법, 이로부터 제조된 Ⅲ족 질화물 기판 및 이러한 Ⅲ족 질화물 기판을 이용한 질화물 반도체 발광 소자{Surface reformation method of Group Ⅲ nitride substrate, Group Ⅲ nitride substrate prepared therefrom, and nitride semiconductor light emitting device with the same} Surface reformation method of Group III nitride substrate, Group III nitride substrate prepared therefrom, and nitride semiconductor light using a group III nitride substrate manufactured therefrom, and a nitride semiconductor light emitting device using the group III nitride substrate emitting device with the same}

본 발명은 Ⅲ족 질화물 기판의 표면개선방법, 이로부터 제조된 Ⅲ족 질화물 기판 및 이러한 Ⅲ족 질화물 기판을 이용한 질화물 반도체 발광 소자에 관한 것으로, 특히 결정결함에 따른 Ⅲ족 질화물 기판의 불균일한 표면을 개선하여 결정결함의 영향에 의해 활성층의 발광효율저하를 방지하기 위한 Ⅲ족 질화물 기판의 표면개선방법, 이로부터 제조된 Ⅲ족 질화물 기판 및 이러한 Ⅲ족 질화물 기판을 이용한 질화물 반도체 발광 소자에 관한 것이다. The present invention relates to a method for improving the surface of a group III nitride substrate, a group III nitride substrate prepared therefrom, and a nitride semiconductor light emitting device using such a group III nitride substrate. In particular, a non-uniform surface of a group III nitride substrate due to crystal defects is provided. The present invention relates to a method for improving the surface of a group III nitride substrate for improving the luminous efficiency of the active layer under the influence of crystal defects, a group III nitride substrate prepared therefrom, and a nitride semiconductor light emitting device using the group III nitride substrate.

일반적으로, 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)는 전자와 홀의 재결합을 기초로 발광하는 반도체소자로서, 광통신, 전자기기 등에서 광원으로 널리 사용되는 것이다. In general, a light emitting diode (LED) is a semiconductor device that emits light based on recombination of electrons and holes, and is widely used as a light source in optical communication and electronic devices.

상기 발광다이오드에 있어서, 발광하는 광의 주파수(혹은 파장)은 반도체소자에 사용되는 재료의 밴드 갭 함수로서, 작은 밴드 갭을 갖는 반도체 재료를 사용 하는 경우 낮은 에너지와 긴 파장의 광자가 발생하고, 넓은 밴드 갭을 갖는 반도체 재료를 사용하는 경우 짧은 파장의 광자가 발생한다. In the light emitting diode, the frequency (or wavelength) of light emitted is a band gap function of a material used in a semiconductor device. When using a semiconductor material having a small band gap, photons having a low energy and a long wavelength are generated. When using a semiconductor material having a band gap, photons of short wavelengths are generated.

예를 들어, AlGaInP 물질은 적색 파장의 광을 발생시키고, 실리콘 카바이드(SiC)와 Ⅲ족 질화물계 반도체, 특히 GaN는 청색 또는 자외선 파장의 광을 발생시킨다. For example, AlGaInP materials generate red wavelengths of light, while silicon carbide (SiC) and group III nitride based semiconductors, particularly GaN, generate blue or ultraviolet wavelengths of light.

그 중에서, 갈륨계 발광다이오드는 GaN의 벌크 단결정체를 형성할 수 없기 때문에, GaN 결정의 성장에 적합한 기판을 사용하여야 하며, 대표적으로 GaN 기판이 사용된다. Among them, gallium-based light emitting diodes cannot form GaN bulk single crystals, so a substrate suitable for the growth of GaN crystals should be used, and a GaN substrate is typically used.

그러나, GaN 기판을　사용하여　박막을 성장시키는 경우, 도 1에 도시된 바와 같이 불규칙한　기판의 표면　형상　및　결정성에 의해　GaN 기판의 상부면에　형성된 질화물　반도체층에 불규칙한　힐록(hillock: A) 및 스크래치(scratch: B)가 발생하여, GaN 기판이 불균일한 표면　형태(random surface morphology)를　가진다는 점이다. However, when a thin film is grown using a GaN substrate, irregular hillocks (A) and scratches (a) are formed on the nitride (Semiconductor) semiconductor layer formed on the upper surface of the GaN substrate due to the surface shape and crystallinity of the irregular substrate as shown in FIG. scratch: B) occurs, causing the GaN substrate to have a non-uniform random surface morphology.

이러한 문제점은 GaN 기판의 힐록(A) 및 스크랫치(B) 상에 형성된 활성층(Active layer)으로 전달되어 양자우물 내에서　In의 분리(segregation)를 발생시켜 발광 소자의　성능이　저하하고, 이러한 불규칙한　힐록(A) 및 스크랫치(B)의 발생으로　인해　제조 공정의　어려움　및　수율　저하를 가져오는 문제점이 있다.This problem is transferred to the active layers formed on the hillocks (A) and the scratches (B) of the GaN substrate, which causes segregation of In in the quantum well, resulting in poor performance of the light emitting device. Due to the occurrence of hillocks (A) and scratches (B), there is a problem in that the production process is difficult and yield is reduced.

본 발명은 결정결함으로 Ⅲ족 질화물 기판에 발생한 힐록 및 스크랫치의 영향이 활성층으로 전달되어 활성층의 성능 저하를 방지하기 위해 표면 개선층을 Ⅲ족 질화물 기판에 형성하는 Ⅲ족 질화물 기판의 표면개선방법을 제공하는데 목적이 있다. The present invention provides a method for improving the surface of a group III nitride substrate in which a surface improving layer is formed on the group III nitride substrate to prevent the degradation of the active layer by transferring the effects of hillock and scratch generated on the group III nitride substrate as crystal defects. The purpose is to provide.

본 발명의 다른 목적은 결정결함으로 발생한 힐록 및 스크랫치의 영향이 활성층으로 전달되어 활성층의 성능 저하를 방지하기 위해 표면 개선층이 형성된 Ⅲ족 질화물 기판을 제공하는 데 있다. It is another object of the present invention to provide a group III nitride substrate having a surface improving layer formed thereon in order to prevent the degradation of the active layer by transferring the effects of hillocks and scratches caused by crystal defects to the active layer.

본 발명의 또 다른 목적은 결정결함으로 발생한 힐록 및 스크랫치의 영향이 활성층으로 전달되어 활성층의 성능 저하를 방지하기 위해 표면 개선층이 형성된 Ⅲ족 질화물 기판을 이용한 질화물 반도체 발광 소자를 제공하는 데 있다.It is still another object of the present invention to provide a nitride semiconductor light emitting device using a group III nitride substrate having a surface improving layer formed thereon to prevent the degradation of the active layer due to the effect of hillock and scratch caused by crystal defects. .

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예는 결정결함이 나타난 상면을 가진 Ⅲ족 질화물 기판을 마련하는 단계; 및 상기 기판의 상면보다 개선된 표면 모폴로지(morphology)를 갖는 상부면이 제공되도록 상기 기판의 상면에 AlX1Ga1 -X1N(0 < X1 < 1)의 단결정층으로 이루어진 표면 개선층을 성장시키는 단계를 포함하는 Ⅲ족 질화물 기판의 표면개선방법에 관한 것이다. One embodiment of the present invention for achieving the above object comprises the steps of preparing a group III nitride substrate having a top surface showing a crystal defect; And growing a surface enhancement layer comprising a single crystal layer of Al X1 Ga 1 -X1 N (0 <X1 <1) on the top surface of the substrate to provide a top surface having an improved surface morphology than the top surface of the substrate. It relates to a method of improving the surface of a group III nitride substrate comprising a step.

본 발명의 일실시예에서 상기 표면 개선층은 1000℃ ~ 1100℃ 성장 온도에서 형성되는 것을 특징으로 한다. In one embodiment of the invention the surface improving layer is characterized in that formed at a growth temperature of 1000 ℃ ~ 1100 ℃.

본 발명의 일실시예에서 상기 표면 개선층은 5 ㎛ 이상의 두께로 성장하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment of the present invention, the surface improvement layer is characterized by growing to a thickness of 5 ㎛ or more.

본 발명의 일실시예에서 상기 Ⅲ족 질화물 기판은 GaN, InGaN, AlGaN 및 AlGaInN 중 선택된 어느 하나의 재질로 이루어져 n형 도전성을 가지는 기판인 것을 특징으로 한다. In one embodiment of the present invention, the group III nitride substrate is formed of any one material selected from GaN, InGaN, AlGaN, and AlGaInN.

또한, 본 발명의 다른 실시예는 결정결함이 나타난 상면을 가진 Ⅲ족 질화물 기판으로서, 상기 기판 상면에 형성되어 상기 기판의 상면보다 개선된 표면 모폴로지를 갖는 상부면을 제공하는 AlX1Ga1 -X1N(0 < X1 < 1)의 단결정층으로 이루어진 표면 개선층을 갖는 Ⅲ족 질화물 기판에 관한 것이다. Another embodiment of the present invention is a group III nitride substrate having a top surface showing crystal defects, which is formed on the top surface of the substrate to provide an Al X1 Ga 1 -X1 surface having an improved surface morphology than the top surface of the substrate. A group III nitride substrate having a surface enhancement layer consisting of a single crystal layer of N (0 <X1 <1).

본 발명의 다른 실시예에서 상기 Ⅲ족 질화물 기판은 GaN, InGaN, AlGaN 및 AlGaInN 중 선택된 어느 하나의 재질로 이루어져 n형 도전성을 가지는 기판인 것을 특징으로 한다. In another embodiment of the present invention, the group III nitride substrate is formed of any one material selected from GaN, InGaN, AlGaN, and AlGaInN.

본 발명의 다른 실시예에서 상기 표면 개선층은 5 ㎛ 이상의 두께로 형성되는 것을 특징으로 한다. In another embodiment of the present invention, the surface improvement layer is formed to a thickness of 5 μm or more.

그리고, 본 발명의 또 다른 실시예는 결정결함이 나타난 상면을 가진 Ⅲ족 질화물 기판; 상기 기판의 상면보다 개선된 표면 모폴로지를 갖는 상부면을 제공하는 AlX1Ga1 -X1N(0 < X1 < 1)의 단결정층으로 이루어진 표면 개선층; 및 상기 표면 개선층 상에 순차적으로 형성된 제 1 도전성 질화물 반도체층, 활성층 및 제 2 도전 성 질화물 반도체층으로 이루어진 발광구조물을 포함하는 질화물 반도체 발광 소자에 관한 것이다. In addition, another embodiment of the present invention is a group III nitride substrate having an upper surface showing a crystal defect; A surface enhancement layer consisting of a single crystal layer of Al X1 Ga 1 -X1 N (0 <X1 <1) that provides an upper surface with an improved surface morphology than the upper surface of the substrate; And a light emitting structure consisting of a first conductive nitride semiconductor layer, an active layer, and a second conductive nitride semiconductor layer sequentially formed on the surface improving layer.

본 발명의 또 다른 실시예에서 상기 Ⅲ족 질화물 기판은 GaN, InGaN, AlGaN 및 AlGaInN 중 선택된 어느 하나의 재질로 이루어져 n형 도전성을 가지는 기판인 것을 특징으로 한다. In another embodiment of the present invention, the group III nitride substrate is made of any one material selected from GaN, InGaN, AlGaN, and AlGaInN.

본 발명의 또 다른 실시예에서 상기 표면 개선층은 5 ㎛ 이상의 두께로 형성되는 것을 특징으로 한다. In another embodiment of the present invention, the surface improvement layer is formed to a thickness of 5 ㎛ or more.

본 발명의 또 다른 실시예에서 상기 제 1 도전성 질화물 반도체층은 두께 방향으로 중간 부분에 평탄한 표면 모폴로지를 갖는 상부면을 제공하는 AlX2Ga1 -X2N(0 < X2 < 1)의 단결정층으로 이루어진 적어도 하나의 추가적인 표면 개선층을 포함하는 것을 특징으로 한다. In another embodiment of the present invention, the first conductive nitride semiconductor layer is a single crystal layer of Al X2 Ga 1 -X2 N (0 <X2 <1) that provides an upper surface with a flat surface morphology in the middle portion in the thickness direction. At least one additional surface enhancement layer.

상기한 바와 같이 본 발명은 결정결함을 갖는 Ⅲ족 질화물 기판의 면에 Al이 포함된 갈륨 질화물로 이루어진 표면 개선층을 형성하여, 결정결함의 영향에 의해 종래에 불규칙한　힐록 및 스크랫치 등의 결정결함의 영향에 의해 질화물 반도체 발광 소자의　성능이　저하하는 것을 방지할 수 있다. As described above, the present invention forms a surface improving layer made of gallium nitride containing Al on the surface of the group III nitride substrate having crystal defects, and thus crystal defects such as irregular heel hills and scratches are conventionally affected by the crystal defects. It is possible to prevent the deterioration of the performance of the nitride semiconductor light emitting device by the influence of.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 표면 개선층을 구비한 질화물 반도체 발광 소자를 설명하기 위한 단면도로서, n측 전극(190)과 p측 전극(180)이 각각 GaN 기판(110)과 p형 클래드층(170)에 형성된 수직형 질화물 반도체 발광 소자를 도시하지만, 이에 한정되지 않고 n측 전극과 p측 전극이 일면에 형성된 수평형 질화물 반도체 발광 소자에도 적용될 수 있다. 2 is a cross-sectional view illustrating a nitride semiconductor light emitting device having a surface enhancement layer according to an exemplary embodiment of the present invention, wherein the n-side electrode 190 and the p-side electrode 180 are GaN substrate 110 and p-type, respectively. Although the vertical nitride semiconductor light emitting device formed on the cladding layer 170 is illustrated, the present invention is not limited thereto, and the n-type electrode and the p-side electrode may be applied to a horizontal nitride semiconductor light emitting device having one surface.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 소자(100)는 GaN 기판(110)의 상부 방향으로 제 1 표면 개선층(121), n형 질화물 클래드층(130), 제 2 표면 개선층(122), n형 질화물층(140), 다중양자우물구조의 활성층(150), p형 질화물층(160), p형 질화물 클래드층(170) 및 p측 전극(180)을 형성하고, GaN 기판(110)의 하부면 일측에 형성된 n측 전극(190)을 포함할 수 있다. As illustrated in FIG. 2, the nitride semiconductor light emitting device 100 according to the exemplary embodiment of the present invention may include a first surface enhancement layer 121, an n-type nitride cladding layer 130, and an upper direction of the GaN substrate 110. Second surface enhancement layer 122, n-type nitride layer 140, active layer 150 of multi-quantum well structure, p-type nitride layer 160, p-type nitride cladding layer 170 and p-side electrode 180 And an n-side electrode 190 formed on one side of the lower surface of the GaN substrate 110.

GaN 기판(110)은 결정결함이 나타난 면을 가진 기판으로서, 여기서 결정결함이란 이종기판 상에 GaN 기판(110)을 성장시키는 과정에서 격자상수에 기인하여 발생한 힐록(hillock), 피트(pit), 파셋트(facet), 스크래치(scratch) 등의 결함을 지칭한다. 또한, 이러한 GaN 기판(110)은 GaN, InGaN, AlGaN, AlGaInN 등의 GaN 계열의 재질 중 어느 하나의 재질로 이루어져 n형 도전성을 가지는 기판으로서, 예를 들어 n-GaN 기판을 마련하여 이용하거나, 또는 선택적으로 n형 도전성을 갖는 n-GaN 기판의 템플레이트(template) 기판을 마련하여 이용할 수 있다. The GaN substrate 110 is a substrate having a surface on which crystal defects appear, wherein the crystal defects are hillocks, pits, and the like caused by lattice constants in the process of growing the GaN substrate 110 on a heterogeneous substrate. Refers to defects such as facets, scratches, and the like. In addition, the GaN substrate 110 is formed of any one of GaN-based materials such as GaN, InGaN, AlGaN, AlGaInN, and the like, and has an n-type conductivity. For example, an n-GaN substrate may be provided or used. Alternatively, a template substrate of an n-GaN substrate having n-type conductivity can be provided and used.

제 1 표면 개선층(121)과 제 2 표면 개선층(122)은 각각 GaN 기판(110)과 n형 질화물 클래드층(130)의 상부면에 AlX1Ga1 -X1N(0 < X1 < 1)으로 이루어진 단결정층으로 형성되되, 제 1 표면 개선층(121)은 GaN 기판(110)에 발생한 불규칙한 힐록 또는 스크랫치를 덮어 평탄한 면의 모폴로지(morphology)를 가지는 표면 개선층으로 형성되고, 제 2 표면 개선층(122)은 힐록 또는 스크랫치의 영향이 상부 방향으로 형성될 다수 층으로 전달되는 것을 방지하도록 예를 들어, n-AlGaN으로 이루어진 n형 클래드층(130)과 n-GaN으로 이루어진 n형 질화물층(140) 사이에 평탄한 층으로 형성될 수 있다. The first surface improving layer 121 and the second surface improving layer 122 are formed on the upper surfaces of the GaN substrate 110 and the n-type nitride cladding layer 130, respectively, Al X1 Ga 1 -X1 N (0 <X1 <1). The first surface improvement layer 121 is formed of a surface crystal layer having a morphology of a flat surface covering irregular hillocks or scratches generated on the GaN substrate 110. The surface enhancement layer 122 is, for example, n-type cladding layer 130 made of n-AlGaN and n-GaN made of n-GaN to prevent the influence of hillock or scratch from being transferred to the multiple layers to be formed in the upper direction. It may be formed as a flat layer between the type nitride layer 140.

여기서, 제 2 표면 개선층(122)은 n형 클래드층(130)의 상부면에 한정되지 않고, n형 클래드층(130)의 내부 또는 n형 질화물층(140)의 내부에도 적어도 하나의 층으로 더 형성될 수 있다. Here, the second surface improvement layer 122 is not limited to the upper surface of the n-type cladding layer 130, and also at least one layer inside the n-type cladding layer 130 or inside the n-type nitride layer 140. It can be further formed as.

활성층(150)은 양자우물층과 양자장벽층이 교대로 적층된 다중양자우물구조로　이루어지되, 예를 들어 AlX2InYGa(1- X2 -Y)N(0≤x2<1, 0≤Y<1)의 양자장벽층과 InX3Ga1-X3N(0<x3≤1)의 양자우물층이 교대로 적층된 다중양자우물구조로서　형성되어 소정의 밴드 갭을 가지며, 이와 같은 양자 우물에 의해 전자 및 정공이 재결합되어 발광한다. The active layer 150 is composed of a multi-quantum well structure in which a quantum well layer and a quantum barrier layer are alternately stacked. For example, Al X2 In Y Ga (1- X2 -Y) N (0 ≦ x2 <1, 0 ≦ A quantum barrier layer of Y <1) and a quantum well layer of In X3 Ga 1-X3 N (0 <x3≤1) are formed as a multi-quantum well structure in which they are alternately stacked to have a predetermined band gap. By the electrons and holes are recombined to emit light.

p형 질화물층(160)은 예컨대, p-GaN으로 이루어진 층으로 형성되고, p형 질화물 클래드층(170)은 p-AlGaN으로 이루어진 클래드층으로 형성되며, 이러한 p형 질화물 클래드층(170)의 상부면 일측에 p측 전극(180)을 형성한다. The p-type nitride layer 160 is formed of, for example, a layer made of p-GaN, and the p-type nitride cladding layer 170 is formed of a cladding layer made of p-AlGaN, and the p-type nitride cladding layer 170 The p-side electrode 180 is formed on one side of the upper surface.

이와 같은 구조의 질화물 반도체 발광 소자(100)는 제 1 표면 개선층(121)과 제 2 표면 개선층(122)을 형성하여 GaN 기판(110)에서 발생한 불규칙한　힐록(A) 및 스크랫치(B)가 활성층(150)으로 영향을 미치는 것을 방지하고, 이에 따라 종래에 불규칙한　힐록(A) 및 스크랫치(B)의 영향에 의해 양자우물 내에서 예를 들어　In의 분리를 억제시켜 발광 소자의　성능이　저하하는 것을 방지할 수 있다. In the nitride semiconductor light emitting device 100 having the above structure, the first surface improvement layer 121 and the second surface improvement layer 122 are formed to form irregular cracks A and scratch B generated in the GaN substrate 110. Is prevented from affecting the active layer 150, and accordingly, the separation of In in the quantum well is suppressed by the influence of the irregular 록 lock (A) and the scratch (B). The fall can be prevented.

이하, 구체적으로 본 발명의 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법을 설명한다. 여기서, 질화물 반도체 발광 소자의 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, a method of manufacturing the nitride semiconductor light emitting device according to the embodiment of the present invention will be described in detail. Here, in the case where it is determined that the detailed description of the related known structure or function of the nitride semiconductor light emitting device may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자(100)를 제조하기 위해서, 먼저 마련된 GaN 기판(110) 상에 제 1 표면 개선층(121)을 형성한다. As shown in FIG. 2, in order to manufacture the nitride semiconductor light emitting device 100 according to the exemplary embodiment of the present invention, a first surface enhancement layer 121 is first formed on the GaN substrate 110.

구체적으로, GaN 기판(110)은 결정결함이 나타난 면을 가진 기판으로서, 여기서 결정결함이란 이종기판 상에 GaN 기판(110)을 성장시키는 과정에서 격자상수에 기인하여 발생한 힐록(hillock), 피트(pit), 파셋트(facet), 스크래치(scratch) 등의 결함을 지칭한다. 여기서, 이러한 GaN 기판(110)은 GaN, InGaN, AlGaN, AlGaInN 등의 GaN 계열의 재질 중 어느 하나의 재질로 이루어져 n형 도전성을 가지는 기판으로서, 예를 들어 n-GaN 기판을 마련하여 이용하거나, 또는 선택적으로 n형 도전성을 갖는 n-GaN 기판의 템플레이트(template) 기판을 마련하여 이용할 수 있다. Specifically, the GaN substrate 110 is a substrate having a surface where crystal defects appear, wherein the crystal defects are hillocks and pits generated due to lattice constants in the process of growing the GaN substrate 110 on a heterogeneous substrate. It refers to defects such as pit, facet, scratch and the like. Here, the GaN substrate 110 is made of any one of GaN-based materials such as GaN, InGaN, AlGaN, AlGaInN and the like and has a n-type conductivity. For example, an n-GaN substrate may be provided or used. Alternatively, a template substrate of an n-GaN substrate having n-type conductivity can be provided and used.

이러한 결정결함이 나타난 면을 가진 GaN 기판(110)에 대해 제 1 표면 개선층(121)이 결정결함을 덮어 평탄한 면을 가지도록 형성하기 위해서, 예를 들어 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition), MBE(molecular beam epitaxy) 또는 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) 방법으로 수소 가스의 분위기와 1000℃ ~ 1100℃ 성장 온도에서 NH3, TMGa(Trimethylgallium) 및 TMAl(trimethlyaluminum)을 공급하여 GaN 기판(110) 상에 AlX1Ga1 -X1N(0 < x1 < 1)으로 이루어진 층을 5 ㎛ 이상 소정 두께로 성장시킨다. For the GaN substrate 110 having the surface showing such crystal defects, the first surface enhancement layer 121 is formed to cover the crystal defects and have a flat surface. For example, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), MBE on the GaN substrate 110 by supplying NH 3 , Trimethylgallium (TMGa) and trimethlyaluminum (TMAl) in an atmosphere of hydrogen gas and a growth temperature of 1000 ° C. to 1100 ° C. using a molecular beam epitaxy or a hybrid vapor phase epitaxy (HVPE) method. A layer made of Al X1 Ga 1 -X1 N (0 <x1 <1) is grown to a predetermined thickness of 5 µm or more.

여기서, AlX1Ga1 - X1N으로 이루어진 제 1 표면 개선층(121)의 최종 형성된 소정 두께는 GaN 기판(110)에 발생한 불규칙한 힐록의 두께와 빈도에 따라 설정되어 힐록 또는 스크랫치를 덮어 최종적으로 평탄한 면을 가지는 두께로서, 도 3에 도시된 바와 같이 일반적인 힐록의 형상이 <0002>면을 상부면으로 하여 <11-20>면이 임의의 각도로 경사진 형태를 가지므로, 이렇게 경사면을 가진 힐록에 대해 AlXGa1 -XN(0< x <1)과 같이 Al이 포함된 갈륨 질화물층을 제 1 표면 개선층(121)으로 증착 형성함으로써, 힐록을 덮어 평탄하게 하여 힐록의 영향이 상부방향의 다수 층으로 전달되는 것을 방지할 수 있다. Here, the final predetermined thickness of the first surface improvement layer 121 made of Al X1 Ga 1 - X1 N is set according to the thickness and frequency of irregular hillock generated in the GaN substrate 110 to finally cover the hillock or scratch. As a thickness having a flat surface, as shown in FIG. 3, the shape of a general hillock has an inclined surface at an arbitrary angle with the <0002> surface as an upper surface, By forming a gallium nitride layer containing Al such as Al X Ga 1 -X N (0 <x <1) on the hillock by the first surface enhancement layer 121, the hillock is covered and flattened so that the effect of hillock is reduced. It can be prevented from transferring to multiple layers in the upward direction.

즉, 도 4a에 도시된 불규칙한　힐록(A) 및 스크래치(B)가 발생한 GaN 기판의 상부면에 대해, 본 발명의 실시예에 따라 제 1 표면 개선층(121)을 형성함으로써 도 4b에 도시된 바와 같이 힐록(A) 및 스크래치(B)의 영향이 제거된 평탄하고 깨끗한 상부면을 가지게 되고, 이에 따라 힐록(A) 및 스크래치(B)의 영향이 상부방향의 다수 층으로 전달되는 것을 방지할 수 있다. That is, for the upper surface of the GaN substrate on which the irregular heel hill A and the scratch B shown in FIG. 4A are generated, the first surface enhancement layer 121 is formed in accordance with an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 4B. As a result, it has a flat and clean top surface from which the influence of the hillock A and the scratch B is removed, thereby preventing the influence of the hillock A and the scratch B from being transferred to the multiple layers in the upper direction. Can be.

제 1 표면 개선층(121)을 형성한 후, 제 1 표면 개선층(121)의 상부면에 n형 클래드층(130) 및 제 1 표면 개선층(121)을 구비한 n형 클래드층(130)의 상부면에 제 2 표면 개선층(122)을 순차적으로 형성한다. After the first surface improvement layer 121 is formed, the n-type cladding layer 130 including the n-type cladding layer 130 and the first surface improvement layer 121 on the top surface of the first surface improvement layer 121. The second surface improving layer 122 is sequentially formed on the upper surface of the substrate.

예를 들어, n-AlGaN으로 이루어진 n형 클래드층(130)을 성장시키고, 성장형성된 n형 클래드층(130)의 상부면에 제 1 표면 개선층(121)의 형성방법과 동일하게 MOCVD, MBE 또는 HVPE 방법으로 수소 가스의 분위기와 1000℃ ~ 1100℃ 성장 온도에서 NH3, TMGa 및 TMAl을 공급하여 Al이 포함된 AlX1Ga1 - X1N(0 < x1 < 1)으로 이루어진 제 2 표면 개선층(122)을 평탄하게 형성할 수 있다. For example, the n-type cladding layer 130 made of n-AlGaN is grown, and MOCVD and MBE are performed in the same manner as the method of forming the first surface enhancement layer 121 on the upper surface of the grown n-type cladding layer 130. Or improve the second surface of Al X1 Ga 1 - X1 N (0 <x1 <1) containing Al by supplying NH 3 , TMGa and TMAl in the atmosphere of hydrogen gas and the growth temperature of 1000 ~ 1100 ℃ by HVPE method The layer 122 may be formed flat.

제 2 표면 개선층(122)을 형성한 후에, 제 2 표면 개선층(122)의 상부면에 예컨대, n-GaN과 같은 n형 질화물층(140)을 형성할 수 있다. 여기서, 제 2 표면 개선층(122)이 n형 클래드층(130)과 n형 질화물층(140) 사이에 형성되는 것으로 설명하지만, 선택적으로 n형 클래드층(130)의 내부 또는 n형 질화물층(140)의 내부에도 적어도 하나의 층으로 형성되어, 제 2 표면 개선층(122)이 다수 형성될 수도 있다. After forming the second surface enhancement layer 122, an n-type nitride layer 140 such as, for example, n-GaN, may be formed on the top surface of the second surface enhancement layer 122. Here, the second surface enhancement layer 122 is described as being formed between the n-type cladding layer 130 and the n-type nitride layer 140, but optionally inside or n-type nitride layer of the n-type cladding layer 130 At least one layer may be formed inside the 140, and a plurality of second surface improvement layers 122 may be formed.

n형 질화물층(140)을 형성한 후, MOCVD 방법으로 AlX2InYGa(1- X2 -Y)N(0≤X2<1, 0≤Y<1)의 양자장벽층과 InX3Ga1 -X3N(0<X3≤1)의 양자우물층이 교대로 적층된 다중양자우물구조의 활성층(150)을 형성하고, 이렇게 형성된 활성층(150)의 상부면으로 순차적으로 p-GaN으로 이루어진 p형 질화물층(160)과 p-AlGaN으로 이루어진 p형 질화물 클래드층(170) 및 p형 질화물 클래드층(170)의 일측에 연결된 p측 전극(180)을 형성하며, GaN 기판(110)의 하부면 일측에 n측 전극(190)을 형성할 수 있다. After the n-type nitride layer 140 is formed, a quantum barrier layer of Al X2 In Y Ga (1- X2 -Y) N (0 ≦ X2 <1, 0 ≦ Y <1) and In X3 Ga 1 are formed by MOCVD. A quantum well layer of -X3 N (0 <X3≤1) is formed to form an active layer 150 in which a quantum well structure is alternately stacked, and p-GaN is sequentially formed on the upper surface of the active layer 150 thus formed. The p-type nitride cladding layer 170 made of the type nitride layer 160 and the p-AlGaN and the p-type electrode 180 connected to one side of the p-type nitride cladding layer 170 are formed, and the lower portion of the GaN substrate 110 is formed. The n-side electrode 190 may be formed on one side of the surface.

따라서, 본 발명에 따라 제 1 표면 개선층(121)과 적어도 하나의 제 2 표면 개선층(122)을 이용하여, GaN 기판(110)에서 발생한 불규칙한　힐록 및 스크랫치가 활성층(150)으로 영향을 미치는 것을 방지하고, 이에 따라 종래에 불규칙한　힐록(A) 및 스크랫치(B)의 영향에 의해 활성층의 양자우물 내에서 예를 들어　In의 분리를 억제하여 발광 소자의　성능이　저하하는 것을 방지할 수 있는 질화물 반도체 발광 소자를 제공할 수 있다. Thus, by using the first surface improving layer 121 and the at least one second surface improving layer 122 according to the present invention, irregular cracks and scratches generated in the GaN substrate 110 are affected by the active layer 150. Therefore, it is possible to prevent the deterioration of the performance of the light emitting device by suppressing the separation of In, for example, in the quantum well of the active layer by the influence of the irregular heel lock (A) and the scratch (B). A nitride semiconductor light emitting device can be provided.

본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. Although the technical spirit of the present invention has been described in detail according to the above-described preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiments are for the purpose of description and not of limitation.

또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.In addition, those skilled in the art will understand that various implementations are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

도 1은 종래에 갈륨계 발광다이오드에서 불균일한 표면을 설명하기 예시도. 1 is a diagram illustrating a non-uniform surface in a conventional gallium-based light emitting diode.

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 표면 개선층을 구비한 질화물 반도체 발광 소자를 설명하기 위한 단면도. 2 is a cross-sectional view illustrating a nitride semiconductor light emitting device having a surface improving layer according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 질화물 반도체 발광 소자에 구비된 표면 개선층의 형성을 설명하기 위한 예시도. Figure 3 is an exemplary view for explaining the formation of the surface enhancement layer provided in the nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 질화물 반도체 발광 소자에 구비된 표면 개선층의 효과를 설명하기 위한 예시도. 4 is an exemplary view for explaining the effect of the surface enhancement layer provided in the nitride semiconductor light emitting device according to the embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명> <Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100: 질화물 반도체 발광 소자 110: 기판 100 nitride semiconductor light emitting device 110 substrate

121: 제 1 표면 개선층 122: 제 2 표면 개선층 121: first surface improvement layer 122: second surface improvement layer

130: n형 질화물 클래드층 140: n형 질화물층 130: n-type nitride cladding layer 140: n-type nitride layer

150: 활성층 160: p형 질화물층 150: active layer 160: p-type nitride layer

170: p형 질화물 클래드층 180: p측 전극 170: p-type nitride cladding layer 180: p-side electrode

190: n측 전극 190: n-side electrode

Claims (11)

결정결함이 나타난 상면을 가진 Ⅲ족 질화물 기판을 마련하는 단계; 및 Providing a III-nitride substrate having an upper surface where crystal defects appear; And 상기 기판의 상면보다 개선된 표면 모폴로지(morphology)를 갖는 상부면이 제공되도록 상기 기판의 상면에 AlX1Ga1 -X1N(0 < X1 < 1)의 단결정층으로 이루어진 표면 개선층을 성장시키는 단계Growing a surface enhancement layer consisting of a single crystal layer of Al X1 Ga 1 -X1 N (0 <X1 <1) on the top surface of the substrate to provide a top surface having an improved surface morphology than the top surface of the substrate 를 포함하는 Ⅲ족 질화물 기판의 표면개선방법. Surface improvement method of a group III nitride substrate comprising a. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 표면 개선층은 The surface improvement layer is 1000℃ ~ 1100℃ 성장 온도에서 형성되는 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물 기판의 표면개선방법. Method for improving the surface of the group III nitride substrate, characterized in that formed at a growth temperature of 1000 ℃ ~ 1100 ℃. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 표면 개선층은 5 ㎛ 이상의 두께로 성장하는 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물 기판의 표면개선방법. And the surface improving layer is grown to a thickness of 5 µm or more. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 Ⅲ족 질화물 기판은 The group III nitride substrate is GaN, InGaN, AlGaN 및 AlGaInN 중 선택된 어느 하나의 재질로 이루어져 n형 도전성을 가지는 기판인 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물 기판의 표면개선방법. Method for improving the surface of a group III nitride substrate, characterized in that the substrate having an n-type conductivity made of any one selected from GaN, InGaN, AlGaN and AlGaInN. 결정결함이 나타난 상면을 가진 Ⅲ족 질화물 기판으로서, A group III nitride substrate having a top surface showing crystal defects, 상기 기판 상면에 형성되어 상기 기판의 상면보다 개선된 표면 모폴로지를 갖는 상부면을 제공하는 AlX1Ga1 -X1N(0 < X1 < 1)의 단결정층으로 이루어진 표면 개선층을 갖는 Ⅲ족 질화물 기판. Group III nitride substrate having a surface enhancement layer formed of a single crystal layer of Al X1 Ga 1 -X1 N (0 <X1 <1) that is formed on an upper surface of the substrate to provide an upper surface having an improved surface morphology than the upper surface of the substrate. . 제 5 항에 있어서, The method of claim 5, wherein 상기 Ⅲ족 질화물 기판은 The group III nitride substrate is GaN, InGaN, AlGaN 및 AlGaInN 중 선택된 어느 하나의 재질로 이루어져 n형 도전성을 가지는 기판인 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물 기판. A group III nitride substrate comprising an n-type conductive substrate made of any one selected from GaN, InGaN, AlGaN, and AlGaInN. 제 5 항에 있어서, The method of claim 5, wherein 상기 표면 개선층은 The surface improvement layer is 5 ㎛ 이상의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물 기판. Group III nitride substrate, characterized in that formed to a thickness of 5 ㎛ or more. 결정결함이 나타난 상면을 가진 Ⅲ족 질화물 기판; A group III nitride substrate having an upper surface where crystal defects appear; 상기 기판의 상면보다 개선된 표면 모폴로지를 갖는 상부면을 제공하는 AlX1Ga1-X1N(0 < X1 < 1)의 단결정층으로 이루어진 표면 개선층; 및 A surface enhancement layer consisting of a single crystal layer of Al X1 Ga 1-X1 N (0 <X1 <1) which provides an upper surface with an improved surface morphology than the upper surface of the substrate; And 상기 표면 개선층 상에 순차적으로 형성된 제 1 도전성 질화물 반도체층, 활성층 및 제 2 도전성 질화물 반도체층으로 이루어진 발광구조물A light emitting structure comprising a first conductive nitride semiconductor layer, an active layer and a second conductive nitride semiconductor layer sequentially formed on the surface improvement layer. 을 포함하는 질화물 반도체 발광 소자. A nitride semiconductor light emitting device comprising a. 제 8 항에 있어서, The method of claim 8, 상기 Ⅲ족 질화물 기판은 The group III nitride substrate is GaN, InGaN, AlGaN 및 AlGaInN 중 선택된 어느 하나의 재질로 이루어져 n형 도전성을 가지는 기판인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광 소자. A nitride semiconductor light emitting device comprising: a substrate having an n-type conductivity made of any one selected from GaN, InGaN, AlGaN, and AlGaInN. 제 8 항에 있어서, The method of claim 8, 상기 표면 개선층은 The surface improvement layer is 5 ㎛ 이상의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광 소자. A nitride semiconductor light emitting device, characterized in that formed to a thickness of 5 ㎛ or more. 제 8 항에 있어서, The method of claim 8, 상기 제 1 도전성 질화물 반도체층은 The first conductive nitride semiconductor layer 두께 방향으로 중간 부분에 평탄한 표면 모폴로지를 갖는 상부면을 제공하는 AlX2Ga1 -X2N(0 < X2 < 1)의 단결정층으로 이루어진 적어도 하나의 추가적인 표면 개선층을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광 소자. A nitride comprising at least one additional surface enhancement layer consisting of a single crystal layer of Al X2 Ga 1 -X2 N (0 <X2 <1) providing a top surface with a flat surface morphology in the middle portion in the thickness direction Semiconductor light emitting device.
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