KR20110022452A - 경사진 기판 상의 고품질 비극성/반극성 반도체 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

경사진 기판 상의 고품질 비극성/반극성 반도체 소자 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20110022452A
KR20110022452A KR1020090080057A KR20090080057A KR20110022452A KR 20110022452 A KR20110022452 A KR 20110022452A KR 1020090080057 A KR1020090080057 A KR 1020090080057A KR 20090080057 A KR20090080057 A KR 20090080057A KR 20110022452 A KR20110022452 A KR 20110022452A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
plane
nitride semiconductor
polar
crystal
Prior art date
Application number
KR1020090080057A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101173072B1 (ko
Inventor
남옥현
장종진
Original Assignee
한국산업기술대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국산업기술대학교산학협력단 filed Critical 한국산업기술대학교산학협력단
Priority to KR1020090080057A priority Critical patent/KR101173072B1/ko
Priority to PCT/KR2010/005762 priority patent/WO2011025290A2/ko
Priority to CN2010800383051A priority patent/CN102549778A/zh
Priority to US13/392,059 priority patent/US20120145991A1/en
Publication of KR20110022452A publication Critical patent/KR20110022452A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101173072B1 publication Critical patent/KR101173072B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/16Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005Processes
    • H01L33/0062Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0066Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
    • H01L33/007Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26Materials of the light emitting region
    • H01L33/30Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

본 발명은 비극성/반극성 질화물 반도체층 성장이 가능한 사파이어 결정면 위에 질화물 반도체 결정을 형성하여 극성 질화물 반도체의 활성층에서 발생하는 압전현상(piezoelectric effect)을 제거하고, 일정 방향으로 경사면을 이루는 사파이어 결정면의 해당 오프-축(off-axis) 상에 템플레이트(template) 층을 형성하여 반도체 소자의 결함 밀도를 줄이고 내부양자효율과 광추출 효율을 향상시킨 고품질 비극성/반극성 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따라 비극성 또는 반극성 질화물 반도체층의 성장을 위한 결정면을 갖는 사파이어 기판 상에 템플레이트층과 반도체 소자 구조를 형성하는 반도체 소자의 제조 방법에서, 상기 사파이어 기판은 결정면이 일정 방향으로 틸트(tilt)된 기판이며, 상기 틸트된 기판 위에 질화물 반도체층과 GaN층을 포함하는 상기 템플레이트층을 형성하는 방법이다.
반도체 광소자, 비극성, 반극성, 사파이어 기판, 경사각, LED

Description

경사진 기판 상의 고품질 비극성/반극성 반도체 소자 및 그 제조 방법{High Quality Non-polar/Semi-polar Semiconductor Device on Tilted Substrate and Manufacturing Method thereof}
본 발명은 반도체 광소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 질화물 반도체층에 극성 질화물 반도체층에서 발생하는 압전 효과(piezoelectric field) 현상이 없도록 하기 위하여 비극성/반극성 질화물 반도체층 성장이 가능한 사파이어 결정면 위에 비극성/반극성 질화물 반도체 결정을 형성하되, 일정 방향으로 경사면을 이루는 사파이어 결정면의 해당 오프-축(off-axis) 상에 템플레이트(template) 층을 형성하여 결함 밀도를 줄이고 내부양자효율과 광추출 효율을 향상시킨 고품질 비극성/반극성 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근, GaN 등의 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체(간단히, '질화물 반도체'라고도 함)는, 우수한 물리적, 화학적 특성으로 인해 발광 다이오드(LED), 레이저 다이오드(LD), 태양 전지 등의 반도체 광소자의 핵심 소재로 각광을 받고 있다. Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체는 통상 InxAlyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 이루어져있다. 이러한 질화물 반도체 광소자는 핸드폰의 키패드, 전광판, 조명 장치 등 각종 제품의 광원으로 응용되고 있다.
특히, LED나 LD를 사용하는 디지털 제품이 진화함에 따라, 보다 큰 휘도와 높은 신뢰성을 갖는 질화물 반도체 광소자에 대한 요구가 증가하고 있다. 예를 들어, 휴대폰의 백라이트(backlight)로 사용되는 사이드 뷰 LED(side viwe LED)에 있어서는, 휴대폰의 슬림화 경향에 따라 더욱 더 밝고 얇은 두께의 LED가 필요해지고 있다. 그러나, 통상적으로 사파이어의 결정면으로 C-면(예를 들어, (0001)면)을 사용하는 사파이어 기판에 성장되는 극성(polar) GaN 등의 질화물 반도체는, 분극장(polarization field) 형성으로 인하여 압전 현상(piezoelectric effect)으로 내부 양자효율이 저하되는 문제점이 있다.
이에 따라 사파이어 기판 위에 비극성/반극성 질화물 반도체의 형성을 필요로 하고 있으나, 비극성/반극성 GaN 등으로 이루어진 템플레이트층의 형성에 적합한 사파이어와 그 위에 형성되는 비극성/반극성 질화물 반도체 템플레이트층 사이의 격자 부정합과 구성 원소간의 열팽창계수 차이에 의한 선 결함, 면 결함 등의 결정 결함은 광소자의 신뢰성, 예를 들어, 정전기 방전(ESD)에 대한 내성 등에 악영향을 줄뿐만 아니라, 소자 내의 전류 누출(leakage)의 원인이 되어 양자효율을 감소시켜 결과적으로 광소자의 성능을 저하시키게 된다.
질화물 반도체층의 결정 결함을 감소시키기 위해 선택적 에피택셜(epitaxial) 성장을 이용하는 등 다양한 노력이 기울어져 왔으나, 이러한 시도들 은 SiO2 마스크의 증착과 같은 복잡한 공정과 높은 비용을 요하는 등의 단점을 가지고 있다. 또한, 사파이어 기판 위에 저온 버퍼층을 형성한 후 GaN를 형성하여 결정 결함을 감소시키고자 하는 경우도 있으나, 광소자 내의 결정 결함 문제는 충분히 해소되지 않고 있다. 따라서, 결정 결함으로 인하여 광소자의 휘도와 신뢰성이 저하되는 문제를 개선할 필요가 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 극성 GaN 질화물 반도체에서 발생하는 압전현상을 제거하기 위하여 비극성/반극성 질화물 반도체층 성장이 가능한 사파이어 결정면 위에 질화물 반도체 결정을 형성하되, 일정 방향으로 경사면을 이루는 사파이어 결정면의 해당 오프-축(off-axis) 상에 템플레이트(template) 층을 형성하여 표면 형상을 향상시키고 템플레이트 층의 결함을 감소시킴으로써 결정품질을 향상시킬 수 있는 고품질 비극성/반극성 반도체 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 본 발명의 일변에 따른 반도체 광소자의 제조 방법은, 비극성 또는 반극성 질화물 반도체층의 성장을 위한 결정면을 갖는 사파이어 기판 상에 템플레이트층과 반도체 소자 구조를 형성하는 반도체 소자의 제조 방법으로서, 상기 사파이어 기판은 결정면이 일정 방향으로 틸트(tilt)된 기 판이며, 상기 틸트된 기판 위에 질화물 반도체층과 GaN층을 포함하는 상기 템플레이트층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 방법으로 반도체 소자를 제조할 수 있으며, 상기 사파이어 기판의 상기 결정면은 A-면, M-면, 또는 R-면을 포함한다.
상기 결정면은 A-면, M-면, 또는 R-면이고, A-방향, M-방향, R-방향, 또는 C-방향으로 틸트된다.
상기 결정면은 수평면에 대하여 0도 보다 크고 10도 보다 작게 틸트된다.
상기 질화물 반도체층은 InxAlyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)층을 포함한다.
상기 반도체 소자는 n형 질화물 반도체층과 p형 질화물 반도체층 사이에 활성층을 갖는 발광 다이오드를 포함하며, 이외에도 레이저 다이오드, 광검출 소자(photo detector), 태양 전지와 같은 광소자 또는 트랜지스터를 포함하는 반도체 전자 소자일 수도 있다.
본 발명에 따른 반도체 소자 및 그 제조 방법에 따르면, 비극성/반극성 질화물 반도체층 성장이 가능한 사파이어 결정면이 일정 방향으로 경사진 사파이어 결정면의 해당 오프-축(off-axis) 상에 템플레이트 층을 형성하고, 그 위에 질화물 반도체 광소자를 형성함으로써, 질화물 반도체층에 낮은 결정 결함 밀도를 갖도록 할 수 있고, 이에 따라 반도체 소자의 신뢰성을 높이며 휘도 등 성능을 향상시킬 수 있다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 사파이어 기판의 결정면을 설명하기 위한 사파이어 결정의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
통상적으로 사파이어의 결정면으로 도 1과 같은 C-면(예를 들어, (0001)면)을 사용하는 사파이어 기판에 성장되는 극성(polar) GaN 등의 질화물 반도체는, 분극장(polarization field) 형성으로 인하여 압전 현상(piezoelectric effect)으로 내부 양자효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명에서는 사파이어 기판 상에 발광 다이오드, 레이저 다이오드, 또는 태양 전지 등의 질화물 반도체 광소자 구조를 형성하되, 비극성 또는 반극성 질화물 반도체층이 성장 가능하도록 사파이어 기판의 결정면으로 도 1과 같은 A-면(예를 들어, (11-20)면), M-면(예를 들어, (10-10)면), 또는 R-면(예를 들어, (1-102)면)을 이용한다. 향후에는 필요한 경우에, 사파이어 기판의 결정면을 C-면으로 하여 그 위에 소정 비극성 또는 반극성 질화물 반도체층을 형성할 수도 있을 것이다.
특히, 본 발명에서는 도 3과 같이 결정면이 일정 방향으로 틸트(tilt)된(경 사가 있는) 사파이어(Al2O3) 기판을 이용한다. 예를 들어, 사파이어 기판의 결정면이 R-면인 경우에, A-방향, M-방향, 또는 C-방향으로 틸트되도록 결정 성장이 이루어진 사파이어 기판을 제작할 수 있다. 마찬가지로, 사파이어 기판의 결정면이 A-면인 경우에는, 틸트되는 방향을 R-방향, M-방향, 또는 C-방향으로 할 수 있으며, 사파이어 기판의 결정면이 M-면인 경우에는, 틸트되는 방향을 R-방향, A-방향, 또는 C-방향으로 할 수 있다. 또한, 필요에 따라 사파이어 기판의 결정면을 C-면으로 한 경우에도, A-방향, M-방향 또는 R-방향으로 틸트시킬 수 있을 것이다. 여기서, 사파이어 기판은 수평면에 대한 경사각(θ)이 0도 보다 크고 10도 보다 작게 틸트된 것이 바람직하다.
이에 따라, 사파이어 기판의 결정면을 M-면으로 선택하고 위와 같이 틸트시킨 경우에, 해당 결정면의 오프-축(off-axis) 상에 도 2와 같은 (11-22)면에 수직한 방향으로 성장되는 반극성(semi-polar) 질화물 반도체층을 형성할 수 있으며, 이외에도 사파이어 기판의 결정면을 A-면으로 선택한 경우에도, 해당 결정면의 오프-축 상에 소정 방향으로 성장되는 반극성 질화물 반도체층을 형성할 수 있다. 사파이어 기판의 결정면을 R-면으로 선택한 경우에는, 해당 결정면의 오프-축 상에 (11-20)면에 수직한 방향으로 성장되는 비극성(non-polar) 질화물 반도체층을 형성할 수 있다. 위에서도 기술한 바와 같이, 사파이어 기판의 결정면을 C-면으로 하여 그 위에 소정 비극성 또는 반극성 질화물 반도체층을 형성할 수도 있을 것이다.
이하, 이와 같은 반극성 또는 비극성 질화물 반도체층을 형성하기 위하여, 사파이어 기판의 결정면으로 A-면, M-면, 또는 R-면을 이용하고 도 3과 같이 일정 방향으로 틸트된 사파이어 기판을 사용한 반도체 광소자의 구조와 그 제조 방법을 설명한다. 여기서 반도체 광소자는 발광 다이오드, 레이저 다이오드, 광검출 소자(photo detector) 또는 태양 전지 등의 질화물 반도체 광소자를 의미하며, 이하에서 반도체 광소자로서 발광 다이오드를 예로들어 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 사파이어 기판의 결정면으로 A-면, M-면, R-면 또는 C-면을 사용하고 일정 방향으로 틸트된 사파이어 기판을 사용하여 그 위에 반극성 또는 비극성 질화물 반도체층을 형성하여 레이저 다이오드, 광검출 소자 또는 태양 전지 등의 다른 질화물 반도체 광소자를 제조하는 방법에도 유사하게 적용될 수 있다. 이외에도, 본 발명에 따른 반도체 광소자를 제조하는 방법은 일반 다이오드나 트랜지스터와 같은 반도체 전자 소자를 제조하는 방법에도 유사하게 적용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 광소자(100)의 구조를 설명하기 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 광소자(100)는 비극성 또는 반극성 질화물 반도체층의 성장이 가능한 결정면(예를 들어, A-면, M-면, R-면 또는 C-면)이 0도 보다 크고 10도 보다 작게 틸트된 사파이어 기판(110), 그 위에 형성된 템플레이트층(template layer)(120), 및 발광 다이오드(LED) 층(130)을 포함한다.
결정면 A-면, M-면, 또는 R-면이 0도 보다 크고 10도 보다 작게 틸트된 사파이어 기판(110)을 준비하고, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 등 의 진공 증착 방식으로 사파이어 기판(110) 기판 위에 비극성 또는 반극성의 질화물 반도체층으로 이루어지는 템플레이트층(120)을 성장시켜 형성할 수 있으며, 템플레이트층(120) 위에 발광 다이오드(LED) 층(130)을 성장시켜 형성할 수 있다.
템플레이트층(120)은, 질화물 반도체층과 무도핑 GaN층을 포함한다. 예를 들어, InxAlyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)와 같은 조성식을 갖는 저온 질화물 반도체층이 400 내지 700 ℃ 온도 범위의 어떤 온도에서 10 내지 20000 Å 두께로 형성된 후, 고온 무도핑(undoped) GaN층이 형성될 수 있다. 고온 무도핑(undoped) GaN층은 고온, 예를 들어, 800 내지 1100 ℃ 온도 범위의 어떤 온도에서 성장되도록 형성되며, 10 내지 20000 Å 두께로 형성될 수 있다. 이외에도, GaN 층의 표면에 면 결함, 선 결함 등 결정 결함을 더욱 줄이기 위하여, 템플레이트층(120)을 이루는 저온 질화물 반도체층과 고온 무도핑(undoped) GaN층 사이에 고온 질화물 반도체층을 더 형성할 수도 있다. 고온 질화물 반도체층은 InxAlyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)와 같은 조성식을 갖고, 예를 들어, 700 내지 1100 ℃ 온도 범위의 어떤 온도에서 10 내지 20000 Å 두께로 형성될 수 있다.
이에 따라 도 5의 510과 같이 결정면으로 C-면이 사용된 사파이어 기판을 사용하여 극성 GaN층을 형성한 표면에서는 결정 결함이 존재하여 표면 거칠기가 큰 반면에, 도 5의 520과 같이 본 발명에 따른 무도핑 GaN층 표면의 결정 상태는 면 결함, 선 결함 등 많은 결정 결함이 감소되고 표면 거칠기가 작아지는 것을 확인 할 수 있다.
이와 같은 결정 결함의 감소는 결정의 스트레인(strain) 감소 효과로 나타난 것이며, 이와 같이 결정 결함이 감소된 균일한 비극성 또는 반극성 질화물 반도체층의 확인은 도 6과 비교된 도 7에서도 확연히 알 수 있다.
도 6과 같은 XRD 강도(intensity)에서 보는 바와 같이, 결정면으로 C-면이 사용된 사파이어 기판을 사용하여 극성 GaN층을 형성한 표면에서는, FWHM(Full-width half maximum)값이 M-방향에 수직한 방향(on-axis U-GaN 90o)에서는 2268arcsec 정도 나타나고, M-방향에 평행한 방향(on-axis U-GaN 0o)에서는 1302arcsec 정도로 나타났다.
반면, 도 7과 같은 본 발명에 따른 무도핑 GaN층 표면에 대한 XRD 강도(intensity)에서는, FWHM(Full-width half maximum)값이 M-방향에 수직한 방향(off-axis U-GaN 90o)에서는 1173arcsec 정도 나타나고, M-방향에 평행한 방향(off-axis U-GaN 0o)에서는 1155arcsec 정도로 나타났다. 도 7의 결과는 사파이어 결정면으로 R-면을 사용하고 M-방향으로 0.2o정도 틸트 시킨 경우에 대한 결과이다.
이와 같이, 기존 구조에서보다 본 발명의 구조에서 구한 FWHM은 훨씬 작게 나타나므로, 이는 기존 구조보다 본 발명의 구조에서 결정화도가 높음을 나타낸다.
이와 같이 결정 결함이 획기적으로 감소되고 결정화도가 향상된 템플레이트층(120)이 형성된 후에 그 위에 발광 다이오드(LED), 레이저 다이오드, 광검출 소자 또는 태양 전지 등의 반도체 광소자 구조가 형성되는 경우에, 기존 구조와 같이 극성 질화물 반도체층에서 발생하는 압전 효과(piezo-electric effect)를 억제할 수 있으며, 광소자에서의 전자와 정공의 재결합율을 향상시켜 양자 효율을 개선하며 이로 인해 결국 휘도를 향상시키게 된다.
예를 들어, 템플레이트층(120) 위에 발광 다이오드(LED) 층(130)이 형성되는 경우에, 도 3과 같이 발광 다이오드(LED) 층(130)은 n형 질화물 반도체층(131)과 p형 질화물 반도체층(134) 사이에 활성층(132, 133)을 갖는 구조일 수 있다.
n형 질화물 반도체층(131)은 Si 등 불순물을 도핑한 GaN 층을 2 마이크로미터 정도의 두께로 성장시켜 형성될 수 있다.
활성층(132, 133)은 GaN 배리어층(7.5 나노미터 정도)과 In0 .15Ga0 .85N 우물층(2.5 나노미터 정도)을 수회(예를 들어, 5회 정도) 반복하여 형성한 MQW(multi quantum well)층(132)과 Al0 .12Ga0 .88N 층(20 나노미터 정도)으로 이루어진 전자 차단층(EBL: electron blocking layer)(133)을 포함할 수 있다.
MQW층(132)의 InGaN 우물층과 GaN 배리어층은 모두 1*1019 정도의 Si 도펀트 농도로 도핑될 수도 있으며, 전자 차단층(133)도 Mg 도펀트 농도 약 5*1019 정도로 도핑될 수 있다. 위에서 InGaN 우물층은 In0 .15Ga0 .85N층인 예를 들었으나, 이에 한정되는 것은 아니며, InxGa1 -xN(0<x<1)과 같이, In과 Ga의 비율을 다르게 할 수도 있으며, 또한, 전자 차단층(133)은 Al0 .12Ga0 .88N 층인 예를 들었으나, 이에 한정되는 것 은 아니며, AlxGa1 - xN (0<x<1)와 같이, Al과 Ga의 비율을 다르게 할 수도 있다. 또한, MQW층(132)의 InGaN 우물층과 GaN 배리어층은 위와 같이 Si이외에도 O, S, C, Ge, Zn, Cd, Mg 중 적어도 어느 하나로 도핑될 수 있다.
p형 질화물 반도체층(134)은 Mg 도핑(Mg 도펀트 농도 약 5*1019 정도)한 GaN 층을 100 나노미터 정도의 두께로 성장시켜 형성될 수 있다.
n형 질화물 반도체층(131)과 p형 질화물 반도체층(134) 위에는 각각 전원을 인가하기 위한 전극(141, 142)이 형성될 수 있고, 이와 같이 완성된 발광 다이오드(LED)는 소정 패키지 기판에 실장되어 개별 광소자로서 기능할 수 있게 된다.
도 8과 같이 결정면으로 C-면이 사용된 사파이어 기판을 사용하여 극성 GaN층을 형성한 후 발광 다이오드를 형성한 경우(on-axis U-GaN)에는, 발광 강도(PL Intensity)가 작게 나타나지만, 본 발명에서와 같이 사파이어 결정면으로 R-면을 사용하고 M-방향으로 0.2o정도 틸트 시킨 경우(off-axis U-GaN)에 해당 가시광 파장에서 발광 강도가 더 높게 나타남을 확인하였다.
위에서도 기술한 바와 같이, 템플레이트층(120) 위에는 도 4와 같이 발광 다이오드(LED)층(130)만이 형성되는 것은 아니며, 레이저 다이오드, 광검출 소자 또는 태양 전지 등의 다른 반도체 광소자 구조나 기타 반도체 전자 소자가 형성될 수도 있으며, 활성층(132, 133)과 같은 부분에서 압전 효과(piezo-electric effect)를 억제하여 전자와 정공의 재결합율을 향상시키고 양자 효율을 개선하여 해당 소자의 휘도 등의 성능 향상에 기여할 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 사파이어 기판의 결정면을 설명하기 위한 사파이어 결정의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 반극성 질화물 반도체층을 설명하기 위한 반극성 GaN 결정의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 사파이어 기판의 틸트 방향을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 광소자의 구조를 설명하기 단면도이다.
도 5는 반도체 광소자의 기존 구조와 본 발명의 구조에서 무도핑 GaN층 표면의 결정 상태를 비교하기 위한 OM 이미지 사진이다.
도 6은 기존 구조의 무도핑 GaN층의 XRD 피크를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 구조에서 무도핑 GaN층의 XRD 피크를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 반도체 광소자의 기존 구조와 본 발명의 구조의 발광 강도를 비교하기 위한 그래프이다.

Claims (8)

  1. 비극성 또는 반극성 질화물 반도체층의 성장을 위한 결정면을 갖는 사파이어 기판 상에 템플레이트층과 반도체 소자 구조를 형성하는 반도체 소자의 제조 방법으로서,
    상기 사파이어 기판은 결정면이 일정 방향으로 틸트(tilt)된 기판이며,
    상기 틸트된 기판 위에 질화물 반도체층과 GaN층을 포함하는 상기 템플레이트층을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  2. 제1항의 제조 방법에 의하여 제조된 반도체 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 사파이어 기판의 상기 결정면은 A-면, M-면, R-면을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
  4. 제2항에 있어서, 상기 결정면은 A-면, M-면, R-면이고, A-방향, M-방향, R-방향, 또는 C-방향으로 틸트된 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
  5. 제2항에 있어서, 상기 결정면은 수평면에 대하여 0도 보다 크고 10도 보다 작게 틸트된 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
  6. 제2항에 있어서, 상기 질화물 반도체층은 InxAlyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
  7. 제2항에 있어서, 상기 반도체 소자는 n형 질화물 반도체층과 p형 질화물 반도체층 사이에 활성층을 갖는 발광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
  8. 제2항에 있어서, 상기 반도체 소자는 발광 다이오드, 레이저 다이오드, 광검출 소자 또는 태양 전지를 포함하는 광소자 또는 트랜지스터를 포함하는 전자 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
KR1020090080057A 2009-08-27 2009-08-27 경사진 기판 상의 고품질 비극성/반극성 반도체 소자 및 그 제조 방법 KR101173072B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090080057A KR101173072B1 (ko) 2009-08-27 2009-08-27 경사진 기판 상의 고품질 비극성/반극성 반도체 소자 및 그 제조 방법
PCT/KR2010/005762 WO2011025290A2 (ko) 2009-08-27 2010-08-27 경사진 기판 상의 고품질 비극성/반극성 반도체 소자 및 그 제조 방법
CN2010800383051A CN102549778A (zh) 2009-08-27 2010-08-27 倾斜基底上的高质量非极性/半极性半导体器件及其制造方法
US13/392,059 US20120145991A1 (en) 2009-08-27 2010-08-27 High-quality non-polar/semi-polar semiconductor element on tilt substrate and fabrication method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090080057A KR101173072B1 (ko) 2009-08-27 2009-08-27 경사진 기판 상의 고품질 비극성/반극성 반도체 소자 및 그 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110022452A true KR20110022452A (ko) 2011-03-07
KR101173072B1 KR101173072B1 (ko) 2012-08-13

Family

ID=43628618

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090080057A KR101173072B1 (ko) 2009-08-27 2009-08-27 경사진 기판 상의 고품질 비극성/반극성 반도체 소자 및 그 제조 방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20120145991A1 (ko)
KR (1) KR101173072B1 (ko)
CN (1) CN102549778A (ko)
WO (1) WO2011025290A2 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150003520A (ko) * 2013-07-01 2015-01-09 엘지전자 주식회사 성장기판 및 그를 포함하는 발광소자

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5881222B2 (ja) * 2011-08-09 2016-03-09 創光科学株式会社 窒化物半導体紫外線発光素子及び窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法
KR102122846B1 (ko) * 2013-09-27 2020-06-15 서울바이오시스 주식회사 질화물 반도체 성장 방법, 이를 이용한 반도체 제조용 템플릿 제조 방법 및 반도체 발광 소자 제조 방법
JP6426359B2 (ja) * 2014-03-24 2018-11-21 株式会社東芝 半導体発光素子及びその製造方法
KR102427203B1 (ko) 2014-05-27 2022-07-29 실라나 유브이 테크놀로지스 피티이 리미티드 n-형 및 p-형 초격자를 포함하는 전자 디바이스
KR102318317B1 (ko) 2014-05-27 2021-10-28 실라나 유브이 테크놀로지스 피티이 리미티드 반도체 구조물과 초격자를 사용하는 진보된 전자 디바이스 구조
KR102333773B1 (ko) 2014-05-27 2021-12-01 실라나 유브이 테크놀로지스 피티이 리미티드 광전자 디바이스
US11322643B2 (en) 2014-05-27 2022-05-03 Silanna UV Technologies Pte Ltd Optoelectronic device
US11097974B2 (en) 2014-07-31 2021-08-24 Corning Incorporated Thermally strengthened consumer electronic glass and related systems and methods
WO2016019167A1 (en) 2014-07-31 2016-02-04 Corning Incorporated Thermally tempered glass and methods and apparatuses for thermal tempering of glass
US10611664B2 (en) 2014-07-31 2020-04-07 Corning Incorporated Thermally strengthened architectural glass and related systems and methods
JP6923555B2 (ja) 2016-01-12 2021-08-18 コーニング インコーポレイテッド 薄厚熱強化及び化学強化ガラス系物品
US11795102B2 (en) 2016-01-26 2023-10-24 Corning Incorporated Non-contact coated glass and related coating system and method
TW201920028A (zh) 2017-08-24 2019-06-01 美商康寧公司 具有改良回火能力之玻璃
TWI785156B (zh) 2017-11-30 2022-12-01 美商康寧公司 具有高熱膨脹係數及對於熱回火之優先破裂行為的非離子交換玻璃
JP2019151922A (ja) * 2018-02-28 2019-09-12 株式会社Flosfia 積層体および半導体装置
CN108511323A (zh) * 2018-04-04 2018-09-07 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 基于大斜切角蓝宝石衬底外延生长氮化镓的方法及其应用
KR20220044538A (ko) 2019-08-06 2022-04-08 코닝 인코포레이티드 균열을 저지하기 위한 매장된 응력 스파이크를 갖는 유리 적층물 및 이를 제조하는 방법

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998047170A1 (en) 1997-04-11 1998-10-22 Nichia Chemical Industries, Ltd. Method of growing nitride semiconductors, nitride semiconductor substrate and nitride semiconductor device
JP2000216497A (ja) 1999-01-22 2000-08-04 Sanyo Electric Co Ltd 半導体素子およびその製造方法
JP3427047B2 (ja) * 1999-09-24 2003-07-14 三洋電機株式会社 窒化物系半導体素子、窒化物系半導体の形成方法および窒化物系半導体素子の製造方法
JP2002145700A (ja) 2000-08-14 2002-05-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> サファイア基板および半導体素子ならびに電子部品および結晶成長方法
JP4651207B2 (ja) * 2001-02-26 2011-03-16 京セラ株式会社 半導体用基板とその製造方法
WO2002080242A1 (en) * 2001-03-29 2002-10-10 Toyoda Gosei Co., Ltd. Method for manufacturing group-iii nitride compound semiconductor, and group-iii nitride compound semiconductor device
JP3714188B2 (ja) * 2001-04-19 2005-11-09 ソニー株式会社 窒化物半導体の気相成長方法及び窒化物半導体素子
JP3659201B2 (ja) * 2001-07-11 2005-06-15 ソニー株式会社 半導体発光素子、画像表示装置、照明装置及び半導体発光素子の製造方法
JP3912117B2 (ja) * 2002-01-17 2007-05-09 ソニー株式会社 結晶成長方法、半導体発光素子及びその製造方法
KR100497890B1 (ko) * 2002-08-19 2005-06-29 엘지이노텍 주식회사 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
US7118813B2 (en) * 2003-11-14 2006-10-10 Cree, Inc. Vicinal gallium nitride substrate for high quality homoepitaxy
TW200610150A (en) * 2004-08-30 2006-03-16 Kyocera Corp Sapphire baseplate, epitaxial substrate and semiconductor device
KR101145755B1 (ko) * 2005-03-10 2012-05-16 재팬 사이언스 앤드 테크놀로지 에이젼시 평면의 반극성 갈륨 질화물의 성장을 위한 기술
KR100707187B1 (ko) * 2005-04-21 2007-04-13 삼성전자주식회사 질화갈륨계 화합물 반도체 소자
JP5236148B2 (ja) * 2005-05-12 2013-07-17 日本碍子株式会社 エピタキシャル基板、半導体素子、エピタキシャル基板の製造方法、半導体素子の製造方法、およびiii族窒化物結晶における転位偏在化方法
KR101172942B1 (ko) * 2006-10-20 2012-08-14 도꾸리쯔교세이호징 리가가쿠 겐큐소 사파이어 기판 및 그것을 이용하는 질화물 반도체 발광 소자 및 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법
CN100492592C (zh) * 2007-07-26 2009-05-27 西安电子科技大学 基于Al2O3衬底的GaN薄膜的生长方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150003520A (ko) * 2013-07-01 2015-01-09 엘지전자 주식회사 성장기판 및 그를 포함하는 발광소자

Also Published As

Publication number Publication date
CN102549778A (zh) 2012-07-04
WO2011025290A3 (ko) 2011-06-30
WO2011025290A2 (ko) 2011-03-03
KR101173072B1 (ko) 2012-08-13
US20120145991A1 (en) 2012-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101173072B1 (ko) 경사진 기판 상의 고품질 비극성/반극성 반도체 소자 및 그 제조 방법
KR101082788B1 (ko) 다공성 질화물 반도체 상의 고품질 비극성/반극성 반도체 소자 및 그 제조 방법
US7763907B2 (en) Semiconductor light emitting element
KR100497890B1 (ko) 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR101118268B1 (ko) 요철 패턴 기판 상의 고품질 비극성/반극성 반도체 소자 및 그 제조 방법
US20100133506A1 (en) Nitride semiconductor light emitting element and method for manufacturing nitride semiconductor
US8030682B2 (en) Zinc-blende nitride semiconductor free-standing substrate, method for fabricating same, and light-emitting device employing same
JP2004288799A (ja) 半導体発光素子およびその製造方法、集積型半導体発光装置およびその製造方法、画像表示装置およびその製造方法ならびに照明装置およびその製造方法
JP2008091488A (ja) 窒化物半導体製造方法
JPWO2013128913A1 (ja) 窒化物半導体発光素子およびその窒化物半導体発光素子を備えた光源
US8878211B2 (en) Heterogeneous substrate, nitride-based semiconductor device using same, and manufacturing method thereof
JP2006310403A (ja) エピタキシャル基板およびそれを用いた半導体装置並びにその製造方法
JP2008118049A (ja) GaN系半導体発光素子
KR101082784B1 (ko) 고품질 비극성/반극성 반도체 소자 및 그 제조 방법
KR101644156B1 (ko) 양자우물 구조의 활성 영역을 갖는 발광 소자
KR101391960B1 (ko) 저결함 질화물 반도체층을 갖는 고품질 반도체 소자용 기판의 제조 방법
KR20090053549A (ko) 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조 방법
JP2008118048A (ja) GaN系半導体発光素子
US10763395B2 (en) Light emitting diode element and method for manufacturing same
KR101143277B1 (ko) 기판 표면 질화층을 갖는 고품질 비극성 반도체 소자 및 그 제조 방법
KR101471425B1 (ko) 양자섬을 삽입한 고품질 반도체 소자용 기판의 제조 방법
KR101379341B1 (ko) 마스크 패턴을 삽입한 고품질 반도체 소자용 기판의 제조 방법
JP4726408B2 (ja) Iii−v族系窒化物半導体素子およびその製造方法
KR101402785B1 (ko) 적층 결함이 없는 질화물 반도체 상의 고품질 반도체 소자의 제조 방법
JP3867625B2 (ja) 窒化物半導体発光素子

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150701

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160525

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170613

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180612

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190701

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190805

Year of fee payment: 9