KR20110091246A - Manufacturing method of semiconductor light emitting device and semiconductor light emitting device manufactured by the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 발광소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히, 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 반도체 발광소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 반도체 발광소자에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor light emitting device, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor light emitting device capable of improving light extraction efficiency and a semiconductor light emitting device manufactured thereby.
질화물계 반도체 발광소자는 전자와 정공의 재결합원리를 이용하여 청색 또는 녹색 등의 단파장광을 포함한 넓은 파장대역의 광을 생성할 수 있는 발광소자로서, 기존의 단순한 디스플레이나 휴대용 액정 디스플레이용 시장에서 벗어나 그 활용범위가 고 전류/고 출력을 요구하는 BLU(Back Light Unit), 전장용, 조명용 등의 관련 기술분야로 확대되고 있다. 또한, 이러한 추세에 따라 질화물계 반도체 발광소자는 고휘도/고신뢰성이 요구되고 있다. A nitride semiconductor light emitting device is a light emitting device that can generate light of a wide wavelength band including short wavelength light such as blue or green light by using the recombination principle of electrons and holes. The scope of application is expanding to related technical fields such as BLU (Back Light Unit), electric field, and lighting that require high current / high output. In addition, according to this trend, nitride-based semiconductor light emitting devices are required to have high brightness and high reliability.
이러한 질화물 반도체 소자의 발광효율은 보통 활성층 내에서의 전자와 정공의 재결합확률, 즉 내부양자효율에 의해 결정된다. 일반적으로 활성층은 양자우물층과 양자장벽층이 교대로 형성된 다중양자우물 구조를 가진다. 이때, 양자우물층은 통상 InGaN을 이용하고, 양자장벽층은 GaN을 이용한다. 이러한 양자우물층과 양자장벽층을 교대로 형성할 경우, 저온에서 InGaN층을 형성한 후, 성장 온도를 올려 양자장벽층인 GaN층을 성장시킨다. 이 온도차에 의해 InGaN층의 In이 이탈하게 되어 양자우물층의 결정성이 나빠지는 문제점이 있다. 즉, 양자우물층의 결정성의 저하는 내부양자효율의 저하를 초래한다.
The luminous efficiency of such nitride semiconductor devices is usually determined by the probability of recombination of electrons and holes in the active layer, that is, internal quantum efficiency. In general, the active layer has a multi-quantum well structure in which a quantum well layer and a quantum barrier layer are alternately formed. In this case, the quantum well layer usually uses InGaN, and the quantum barrier layer uses GaN. When the quantum well layer and the quantum barrier layer are alternately formed, after forming the InGaN layer at low temperature, the growth temperature is raised to grow the GaN layer which is the quantum barrier layer. Due to this temperature difference, In is separated from the InGaN layer, resulting in poor crystallinity of the quantum well layer. That is, the lowering of the crystallinity of the quantum well layer causes a decrease in internal quantum efficiency.
상술한 종래의 문제를 해소하기 위해, 본 발명은 양자우물층의 결정성을 개선하여 광출력을 향상시킬 수 있는 반도체 발광소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the above-mentioned conventional problems, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor light emitting device that can improve the light output by improving the crystallinity of the quantum well layer.
또한, 본 발명은 상기 반도체 발광소자의 제조 방법에 의해 제조된 반도체 발광소자를 제공하는데 다른 목적이 있다.
Another object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device manufactured by the method of manufacturing the semiconductor light emitting device.
상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 측면은, 기판 상에 제1 도전형 반도체층을 형성하는 단계; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 적어도 하나의 양자우물층과, 상기 양자우물층의 성장 온도에서 형성된 제1 양자장벽층 및 상기 양자우물층의 성장 온도보다 높은 온도에서 형성된 제2 양자장벽층이 순차 적층된 적어도 하나의 양자장벽층을 교대로 적층하여 활성층을 형성하는 단계; 및 상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층을 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 발광소자의 제조방법을 제공한다.
In order to achieve the above object, an aspect of the present invention, forming a first conductive semiconductor layer on a substrate; At least one quantum well layer, the first quantum barrier layer formed at the growth temperature of the quantum well layer and the second quantum barrier layer formed at a temperature higher than the growth temperature of the quantum well layer are formed on the first conductive semiconductor layer. Alternately stacking at least one quantum barrier layer sequentially stacked to form an active layer; And forming a second conductive semiconductor layer on the active layer.
이 경우, 상기 활성층을 형성하는 단계는, 복수 개의 양자우물층과 복수 개의 양자장벽층을 반복하여 적층하는 것에 의해 수행되는 것이며, 상기 활성층을 형성하는 단계는, 상기 제2 도전형 반도체층과 인접하는 상기 활성층의 최상층을 상기 제2 양자장벽층으로 형성하는 것이다.
In this case, the forming of the active layer is performed by repeatedly stacking a plurality of quantum well layers and a plurality of quantum barrier layers, and the forming of the active layer is adjacent to the second conductive semiconductor layer. The uppermost layer of the active layer is formed as the second quantum barrier layer.
또한, 상기 활성층을 형성하는 단계는, 상기 제1 양자장벽층을 상기 제2 양자장벽층 보다 큰 에너지 밴드갭을 갖도록 형성하는 것이며, 상기 활성층을 형성하는 단계는, 상기 제1 양자장벽층을 상기 제2 양자장벽층의 두께보다 얇도록 형성하는 것이다.
The forming of the active layer may include forming the first quantum barrier layer to have an energy band gap greater than that of the second quantum barrier layer, and the forming of the active layer may include forming the first quantum barrier layer. It is formed to be thinner than the thickness of a 2nd quantum barrier layer.
또한, 상기 활성층을 형성하는 단계는, 상기 양자우물층, 상기 제1 양자장벽층 및 상기 제2 양자장벽층이 순차 적층된 구조를 갖도록 수행되며, 상기 적층 구조는 InGaN, AlGaN 및 GaN을 순차 적층하는 것에 의해 형성되는 것이며, 상기 제1 양자장벽층의 두께는 1 ~ 5 nm 인 것이며, 상기반도체 발광소자의 제조방법은 상기 n형 반도체층 및 p형 반도체층 각각에 전기적으로 연결되는 전극을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것이다.
The forming of the active layer may be performed such that the quantum well layer, the first quantum barrier layer, and the second quantum barrier layer are sequentially stacked, and the lamination structure is sequentially stacked with InGaN, AlGaN, and GaN. And a thickness of the first quantum barrier layer is 1 to 5 nm, and the method of manufacturing the semiconductor light emitting device forms an electrode electrically connected to each of the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer. It is to include; more.
한편, 본 발명의 다른 실시형태는, 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 형성되며, 적어도 하나의 양자우물층과, 상기 양자우물층 상에 형성되며, 서로 다른 에너지 밴드갭을 갖는 제1 및 제2 양자장벽층을 구비하는 적어도 하나의 양자장벽층이 교대로 적층되어 이루어진 활성층; 및 상기 활성층 상에 형성된 제2 도전형 반도체층;을 포함하는 반도체 발광소자를 제공한다.
On the other hand, another embodiment of the present invention, the first conductive semiconductor layer; At least one quantum well layer formed on the first conductivity type semiconductor layer, and having at least one quantum well layer and having first and second quantum barrier layers having different energy bandgaps; An active layer in which quantum barrier layers are alternately stacked; And a second conductivity type semiconductor layer formed on the active layer.
이 경우, 상기 제1 양자장벽층은 상기 제2 양자장벽층 보다 큰 에너지 밴드갭을 갖는 것이며, 상기 제1 양자장벽층은 상기 제2 양자장벽층의 두께보다 얇은 것이며, 상기 제1 양자장벽층의 두께는 1 ~ 5 nm 인 것이다.
In this case, the first quantum barrier layer has a larger energy bandgap than the second quantum barrier layer, the first quantum barrier layer is thinner than the thickness of the second quantum barrier layer, and the first quantum barrier layer is The thickness of is 1 to 5 nm.
또한, 상기 활성층은 상기 양자우물층, 상기 제1 양자장벽층 및 상기 제2 양자장벽층이 순차 적층된 적층구조를 갖되, 상기 적층구조는 순차 적층된 InGaN, AlGaN 및 GaN의 적층구조인 것이며, 상기 양자우물층은 상기 제1 도전형 반도체층에 인접하며, 상기 제2 양자장벽층은 상기 제2 도전형 반도체층에 인접하는 것이다.
In addition, the active layer has a laminated structure in which the quantum well layer, the first quantum barrier layer and the second quantum barrier layer is sequentially stacked, the laminated structure is a laminated structure of sequentially stacked InGaN, AlGaN and GaN, The quantum well layer is adjacent to the first conductivity type semiconductor layer, and the second quantum barrier layer is adjacent to the second conductivity type semiconductor layer.
또한, 상기 활성층은 복수 개의 양자우물층과 복수 개의 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 구조이며, 상기 제2 도전형 반도체층과 인접하는 최상층이 상기 제2 양자장벽층인 것이며, 상기 반도체 발광소자는 상기 제1 도전형 반도체층의 하면에 형성된 기판; 및 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 제2 도전형 반도체층 각각에 전기적으로 연결된 전극;을 더 포함하는 것이다.
The active layer has a structure in which a plurality of quantum well layers and a plurality of quantum barrier layers are alternately stacked, and the uppermost layer adjacent to the second conductive semiconductor layer is the second quantum barrier layer. A substrate formed on a bottom surface of the first conductivity type semiconductor layer; And an electrode electrically connected to each of the first conductive semiconductor layer and the second conductive semiconductor layer.
본 발명에 따르면, 양자우물층의 결정 품질을 개선함으로써 내부양자효율을 증가시킬 수 있고, 이로 인해 발광소자의 광출력을 향상시킬 수 있다.
According to the present invention, the internal quantum efficiency can be increased by improving the crystal quality of the quantum well layer, thereby improving the light output of the light emitting device.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광구조물을 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 발광구조물의 에너지 밴드갭을 나타내는 다이어그램이다.
도 3은 도 1에 도시된 발광구조물에서 적층 방향에 따른 활성층의 성장 온도을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
도 5 내지 도 8은 도 4에 도시된 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 반도체 발광소자를 제조하는 방법을 설명하기 위한 공정별 측단면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
도 10 내지 도 13은 도 9에 도시된 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 반도체 발광소자를 제조하는 방법을 설명하기 위한 공정별 측단면도이다.1 is a side cross-sectional view schematically showing a light emitting structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an energy band gap of the light emitting structure illustrated in FIG. 1.
FIG. 3 is a graph showing the growth temperature of the active layer according to the stacking direction in the light emitting structure shown in FIG. 1.
4 is a side sectional view schematically showing a semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention.
5 to 8 are side cross-sectional views for each process for explaining the method for manufacturing the semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG.
9 is a side sectional view schematically showing a semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention.
10 to 13 are side cross-sectional views for each process for explaining a method of manufacturing the semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention illustrated in FIG. 9.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
However, embodiments of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Further, the embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape and size of elements in the drawings may be exaggerated for clarity, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings are the same elements.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광구조물을 개략적으로 나타내는 측단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 발광구조물(100)은 n형 반도체층(130), p형 반도체층(150) 및 이들 사이에 형성된 활성층(140)을 구비한다. 그리고, 활성층(140)은 적어도 하나의 양자우물층(141), 제1 양자장벽층(143) 및 적어도 하나의 제2 양자장벽층(143)이 한 단위로 구성되어 있다.
1 is a side cross-sectional view schematically showing a light emitting structure according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
이때, n형 및 p형 반도체층(130, 150)은 질화물 반도체, 즉, AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 n형 불순물 및 p형 불순물이 도핑 된 반도체 물질로 이루어질 수 있으며, 대표적으로, GaN, AlGaN, InGaN이 있다. 상기 n형 불순물로 Si, Ge, Se, Te 등이 사용될 수 있으며, 상기 p형 불순물로는 Mg, Zn, Be 등이 사용될 수 있다. 이러한 n형 및 p형 반도체층(130, 150)은 당 기술 분야에서 공지된 MOCVD, MBE, HVPE 공정 등으로 성장될 수 있다.
In this case, the n-type and p-
그리고, 본 실시 형태에 따른 발광구조물(100)에서, n형 및 p형 반도체층(130, 150) 사이에 형성된 활성층(140)은 전자와 정공의 발광 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출하며, n형 반도체층(130) 상에 적어도 하나의 양자우물층과 적어도 하나의 양자장벽층이 교대로 적층된 구조이며, 예를 들어, InGaN 양자우물층과 GaN 양자장벽층이 교대로 적층된 구조를 갖는 다중양자우물(Multi-Quantum Well) 구조로 형성될 수 있다.
In the
구체적으로, 활성층(140)은 양자우물층(141)과 양자장벽층이 서로 교대로 적층되되, 양자장벽층으 서로 다른 에너지 밴드갭을 갖는 제1 및 제2 양자장벽층(141, 145)을 구비한다. 즉, 활성층(140)은 양자우물층(141)과, 제2 양자장벽층(145) 사이에 양자우물층(141)의 결정을 개선하기 위한 제1 양자장벽층(143)을 한 단위로 한 적층 구조를 구비한다. 이러한 본 발명의 활성층(140)은 3개의 층이 한 단위로 되는 단위 적층 구조를 1회 이상 반복 형성한 구조를 가진다. 그리고, 활성층(140)은 양자장벽층의 높이나 양자우물층의 두께, 조성 및 양자우물의 개수를 조절하여 파장이나 양자효율을 조절할 수 있다.In detail, the
도 2는 도 1에 도시된 발광구조물의 에너지 밴드갭을 나타내는 다이어그램이며, 도 3은 도 1에 도시된 발광구조물에서 적층 방향에 따른 활성층의 성장 온도을 나타내는 그래프이다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태에 채용된 활성층(140)은 양자우물층(141)과 제1 및 제2 양자장벽층(143, 145)으로 구성된 3층의 단위 적층 구조이며, 이러한 단위 적층 구조는 그 기능에 따라 양자우물층(141)과 제2 양자장벽층(145) 사이에 위치한 제1 양자장벽층(143)을 구비한다.
FIG. 2 is a diagram illustrating an energy band gap of the light emitting structure illustrated in FIG. 1, and FIG. 3 is a graph showing a growth temperature of an active layer according to a stacking direction in the light emitting structure illustrated in FIG. 1. 2 and 3, the
여기서, 양자우물층(141)은 n형 반도체층(130)에 인접하는 층으로서 n형 반도체층(130)으로부터 전자가 가장 우선적으로 주입된다. 이러한 양자우물층(141)은 인듐 함량에 따라 밴드갭 에너지가 조절될 수 있으며, InxGa1 - xN(0≤x≤1) 등의 물질로 이루어질 수 있다.
Herein, the
그리고, 제1 양자장벽층(143)은 양자우물층(141)과 동일한 온도에서 형성되며, 그 이전에 적층된 양자우물층(141)의 결정 품질이 이후 고온 공정에서 저하되는 것을 방지하기 위해 제공되는 결정품질 개선층이다. 이러한 제1 양자장벽층(143)은 n형 반도체층(130), p형 반도체층(150) 및 제2 양자장벽층(145)을 이루는 GaN보다 에너지 밴드갭이 큰 물질을 이용할 수 있으며, 예를 들어, AlGaN을 이용할 수 있다. 즉, 제1 양자장벽층(143)을 양자우물층(141)과 제2 양자장벽층(145) 사이에 형성하되, 양자우물층(141)의 성장 온도와 동일한 성장 온도에서 형성함으로써, 양자우물층(141)의 In의 이탈을 방지할 수 있다. 이로써 양자우물층(141)의 결정 품질을 개선할 수 있다. 이때, 제1 양자장벽층(143)은 5nm 이하의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 그 이유는 AlGaN층이 저온에서 5nm 이상의 두꺼운 두께로 성장될 경우 결정품질이 저하되기 때문이다.In addition, the first
그리고, 제2 양자장벽층(145)은 양자우물층(141) 및 제1 양자장벽층(143)을 성장시키는 온도보다 높은 온도에서 형성된다. 이러한 제2 양자장벽층(145)은 제1 양자장벽층(143)보다 에너지 밴드갭이 작은 물질을 이용할 수 있으며, AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0<y≤1, 0<x+y≤1)으로 이루어질 수 있다. 바람직하게는, GaN일 수 있다. 그리고, 제2 양자장벽층(145)은 p형 반도체층(150)으로부터 주입되는 정공이 터널링가능한 두께를 갖는 초격자 구조로 이루어질 수 있으며, 10nm 이하의 두께를 가지는 것이 바람직하다. The second
그리고, 제1 양자장벽층(143)과 제2 양자장벽층(145)을 합한 두께는 캐리어가 터널링 될 수 있는 두께를 가지는 것이 바람직하며, 이에 따라 캐리어들이 인접한 양자우물층으로 원활히 이동될 수 있도록 한다.
In addition, the thickness of the sum of the first
또한, 본 실시 형태에서 채용된 다중양자우물 구조의 활성층(140)은 양자우물층(141), 제1 양자장벽층(143) 및 제2 양자장벽층(145)을 하나의 단위 적층 구조로 하여 복수 회 반복된 구조를 가질 수 있다. 여기서, 단위 적층 구조의 최적 반복 횟수는 소자가 구동되는 전류밀도에 따라 다르며 일반적으로는 전류밀도가 높을수록 최적의 반복횟수는 증가한다.
In addition, the
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 양자우물층(141)과 제2 양자장벽층(145) 사이에 제1 양자장벽층(143)을 양자우물층(141)과 동일한 성장 온도에서 형성함으로써, 이후 고온 공정에 따른 양자우물층(141)의 결정 품질의 저하를 방지할 수 있고, 이로써 광출력을 향상시킬 수 있다.
As described above, in the present invention, the first
이하, 상술한 구조를 갖는 발광구조물을 이용한 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 대해 설명한다.
Hereinafter, a semiconductor light emitting device using the light emitting structure having the above-described structure and a manufacturing method thereof will be described.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타내는 측단면도이다. 여기서, 도 4에 도시된 제1 실시 형태에 따른 발광소자(200)는 도 1의 발광구조물을 이용하고 있으며, 성장용 기판, 버퍼층 및 전극을 더 구비하고 있는 점에서 차이가 있으므로, 동일한 구성인 발광구조물에 대한 설명은 생략하고, 달라지는 구성에 대해서만 설명한다.
4 is a side sectional view schematically showing a semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention. Here, the
도 4에 도시된 바와 같이, 본 제1 실시 형태에 따른 반도체 발광소자(200)는, 기판(210), 버퍼층(220), 발광구조물, n 전극(260) 및 p 전극(270)을 구비한다. 여기서, 발광구조물은 도 1에 도시된 발광구조물이며, n형 반도체층(230), p형 반도체층(250) 및 그 사이에 형성된 활성층(240)으로 이루어진다. 그리고, n형 반도체층(130)의 노출면 상에는 n형 전극(260)이 형성되며, p형 반도체층(250) 상면에는 p형 전극(270)이 형성될 수 있다.
As shown in FIG. 4, the semiconductor
기판(210)은 반도체 단결정, 특히, 질화물 단결정 성장을 위한 성장용 기판으로서, 사파이어, Si, ZnO, GaAs, SiC, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2 , GaN 등의 물질로 이루어진 기판을 사용할 수 있다. 이 경우, 사파이어는 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 및 a측 방향의 격자상수가 각각 13.001Å과 4.758Å이며, C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등을 갖는다. 이 경우, 상기 C면은 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 특히, 질화물 반도체의 성장용 기판으로 주로 사용된다.
The
그리고, 버퍼층(220)은 기판(210)과 n형 반도체층(230) 사이의 격자부정합을 완화하기 위해 기판(210) 상에 형성되며, AlN 또는 GaN을 포함하는 저온핵성장층일 수 있다. 이러한 버퍼층(220)은 필요에 따라 생략할 수 있다.
The
한편, 본 실시형태에서는 n형 및 p형 전극(260, 270)이 동일한 방향을 향하도록 배치된 수평형 질화물 반도체 소자 구조를 예시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 수직구조의 질화물 반도체 소자에도 적용될 수 있으며, 이에 대해서는 아래에서 도 9 내지 도 13을 참조하여 설명하도록 한다.
Meanwhile, in the present embodiment, the n-type and p-
도 5 내지 도 8은 도 4에 도시된 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 반도체 발광소자를 제조하는 방법을 설명하기 위한 공정별 측단면도이다. 여기서, 도 1 및 도 4와 동일한 구성에 대한 설명은 생략한다.
5 to 8 are side cross-sectional views for each process for explaining the method for manufacturing the semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. Here, the description of the same configuration as that of FIGS. 1 and 4 will be omitted.
먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 성장용 기판(210) 상에 버퍼층(220) 및 n형 반도체층(230)을 순차 형성한다. 여기서, n형 반도체층(230)은 MOCVD, MBE, HVPE 공정 등으로 성장될 수 있다.
First, as shown in FIG. 5, the
이어서, 도 6에 도시된 바와 같이, n형 반도체층(230) 상에 활성층(240)을 형성한다. 이때, 활성층(240)은 n형 반도체층(230) 상에 양자우물층(241), 제1 양자장벽층(243) 및 제2 양자장벽층(245)을 순차 형성하는 것에 의해 형성된다.
Subsequently, as shown in FIG. 6, the
구체적으로, 먼저, n형 반도체층(230) 상에 양자우물층(241)을 형성한다. 그런 다음, 양자우물층(241) 상에 제1 양자장벽층(243)을 상기 양자우물층(241)과 동일한 성장 온도에서 형성한다. 그리고, 제1 양자장벽층(243) 상에 상기 양자우물층(241)의 성장 온도보다 높은 온도에서 제2 양자장벽층(245)을 형성하다. 즉, 제1 양자장벽층(243)을 양자우물층(241)의 성장 온도와 동일한 온도에서 형성함으로써, 이후 제2 양자장벽층(245)이 성장되는 높은 온도에서 양자우물층(241)의 In이 이탈하는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 양자우물층(241)의 결정 품질을 개선할 수 있다. Specifically, first, the
본 발명에서는 활성층(240)을 양자우물층(241), 제1 양자장벽층(243) 및 제2 양자장벽층(245)으로 이루어진 하나의 단위 적층 구조로 형성할 수도 있으며, 바람직하게는, 단위 적층 구조가 복수 회 반복되는 다중양자우물 구조로 형성할 수 있다.
In the present invention, the
다음으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 활성층(240) 상에 p형 반도체층(250)을 형성하다.
Next, as shown in FIG. 7, the p-
이어서, 도 8에 도시된 바와 같이, 발광구조물 중 활성층(240) 및 p형 반도체층(250)의 일부 영역을 메사 식각하여 n형 반도체층(230)을 노출시킨다. 그리고, 노출된 n형 반도체층(230) 상에 n형 전극(260)을 형성하고, p형 반도체층(250) 상에는 p형 전극(270)을 형성한다. 그리고, 도시하지는 않았지만, p형 반도체층(250)과 p형 전극(270) 사이에는 오믹 컨택 기능을 향상시키기 위하여 ITO, ZnO 등의 투명 전극을 더 형성할 수 있다.
Subsequently, as shown in FIG. 8, some regions of the
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타내는 측단면도이다. 여기서, 도 9에 도시된 제2 실시 형태에 따른 발광소자(300)는 도 1의 발광구조물을 이용하고 있으며, 도전성 기판, 고반사성 오믹컨택트층 및 전극을 더 구비하고 있는 점에서 차이가 있으므로, 동일한 구성인 발광구조물에 대한 설명은 생략하고, 달라지는 구성에 대해서만 설명한다.
9 is a side sectional view schematically showing a semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention. Here, the
도 9에 도시된 바와 같이, 본 제2 실시 형태에 따른 반도체 발광소자(300)는 도전성 기판(390), 고반사성 오믹컨택트층(380), 발광구조물 및 n 전극(360)을 구비한다. 여기서, 발광구조물은 도 1에 도시된 발광구조물이며, n형 반도체층(330), p형 반도체층(350) 및 그 사이에 형성된 활성층(340)으로 이루어진다.
As shown in FIG. 9, the semiconductor
도전성 기판(390)은 p형 전극 역할과 함께 레이저 리프트 오프 등의 공정에서 발광구조물을 지지하는 지지체의 역할을 수행한다. 즉, 반도체 단결정 성장용 기판은 레이저 리프트 오프 등의 공정에 의해 제거되며, 제거 공정 후의 n형 반도체층(330)의 노출 면에는 n형 전극(360)이 형성된다. 이 경우, 도전성 기판(390)은 Si, Cu, Ni, Au, W, Ti 등의 물질 또는 이들 중 선택된 금속 물질들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 선택된 물질에 따라, 도금 또는 본딩 접합 등의 방법으로 형성될 수 있다.
The
그리고, 고반사성 오믹컨택트층(380)은 p형 반도체층(350)과 도전성 기판(390) 사이에서 오믹컨택 기능과 광 반사 기능을 수행한다. 이러한 고반사성 오믹컨택트층(380)은 필수구성요소는 아니며 생략 가능하다.
The highly reflective
도 10 내지 도 13은 도 9에 도시된 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 반도체 발광소자를 제조하는 방법을 설명하기 위한 공정별 측단면도이다. 여기서, 도 1 및 도 9와 동일한 구성에 대한 설명은 생략하며, 도 10 및 도 11은 도 5 내지 도 7에 도시된 공정과 동일한 공정이다.
10 to 13 are side cross-sectional views for each process for explaining a method of manufacturing the semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention illustrated in FIG. 9. Here, descriptions of the same configuration as those of FIGS. 1 and 9 are omitted, and FIGS. 10 and 11 are the same processes as those shown in FIGS. 5 to 7.
먼저, 도 10에 도시된 바와 같이, 성장용 기판(310) 상에 버퍼층(320), n형 반도체층(330)을 순차 형성하다.
First, as shown in FIG. 10, the
그런 다음, 도 11에 도시된 바와 같이, n형 반도체층(330) 상에 활성층(340) 및 p형 반도체층(350)을 순차 형성한다. 이때, 활성층(340)은 n형 반도체층(330) 상에 양자우물층(341), 제1 양자장벽층(343) 및 제2 양자장벽층(345)을 순차 형성하는 것에 의해 형성된다. 이러한 활성층(340)은 제1 양자장벽층(243)을 양자우물층(241)의 성장 온도와 동일한 온도에서 형성함으로써, 이후 제2 양자장벽층(245)이 성장되는 높은 온도에서 양자우물층(241)의 In이 이탈하는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 양자우물층(241)의 결정 품질을 개선할 수 있다.
11, the
이어서, 도 12에 도시된 바와 같이, p형 반도체층(350) 상에 고반사성 오믹컨택트층(380) 및 도전성 기판(390)을 형성한다. 이때, p형 반도체층(350) 상에 고반사성 오믹컨택트층(380)을 형성한 후, 도전성 기판(390)을 형성할 수도 있으며, 도전성 기판(390) 상에 고반사성 오믹컨택트층(380)을 형성한 후 이를 p형 반도체층(350) 상에 접합할 수도 있다.
Next, as shown in FIG. 12, the highly reflective
다음으로, 도 13에 도시된 바와 같이, 도 12와 같이 제조된 구조물로부터 성장용 기판(310)을 리프트오프(Lift Off) 공정 등을 이용하여 분리하고, 연마 등을 통해 버퍼층(320)을 제거한다. 그리고, 노출된 n형 반도체층(330) 상에 n형 전극(360)을 형성한다. 이때, 리프트 오프 공정으로는 레이저 리프트오프(LLO) 공정, 기계적 또는 화학적 리프트오프 공정 등을 이용할 수 있다. n형 전극(360)은 APCVD, LPCVD, PECVD 등을 이용한 금속박막증착 등으로 형성될 수 있으며, Ni/Au 등으로 이루어진 물질이 채용될 수 있다.
Next, as shown in FIG. 13, the
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.
The present invention is not limited by the above-described embodiment and the accompanying drawings, but by the appended claims. Therefore, it will be apparent to those skilled in the art that various forms of substitution, modification, and alteration are possible without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims, and the appended claims. Will belong to the technical spirit described in.
100:발광구조물 130,230,330:n형 반도체층
140:활성층 141:양자우물층
143:제1 양자장벽층 145:제2 양자장벽층
150,250,350:p형 반도체층 200,300:반도체 발광소자
210,310:기판 220,320:버퍼층
240,340:활성층 260,360:n형 전극
270:p형 전극 380:고반사성 오믹컨택트층
390:도전성 기판100:
140: active layer 141: quantum well layer
143: first quantum barrier layer 145: second quantum barrier layer
150,250,350: p-type semiconductor layer 200,300: semiconductor light emitting device
210,310: Substrate 220,320: Buffer layer
240,340: active layer 260,360: n-type electrode
270: p-type electrode 380: highly reflective ohmic contact layer
390: conductive substrate
Claims (16)
상기 제1 도전형 반도체층 상에 적어도 하나의 양자우물층과, 상기 양자우물층의 성장 온도에서 형성된 제1 양자장벽층 및 상기 양자우물층의 성장 온도보다 높은 온도에서 형성된 제2 양자장벽층이 순차 적층된 적어도 하나의 양자장벽층을 교대로 적층하여 활성층을 형성하는 단계; 및
상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층을 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 발광소자의 제조방법.Forming a first conductivity type semiconductor layer on the substrate;
At least one quantum well layer, the first quantum barrier layer formed at the growth temperature of the quantum well layer and the second quantum barrier layer formed at a temperature higher than the growth temperature of the quantum well layer are formed on the first conductive semiconductor layer. Alternately stacking at least one quantum barrier layer sequentially stacked to form an active layer; And
Forming a second conductivity type semiconductor layer on the active layer;
상기 활성층을 형성하는 단계는, 복수 개의 양자우물층과 복수 개의 양자장벽층을 반복하여 적층하는 것에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법. The method of claim 1,
The forming of the active layer is performed by repeatedly stacking a plurality of quantum well layers and a plurality of quantum barrier layers.
상기 활성층을 형성하는 단계는, 상기 제2 도전형 반도체층과 인접하는 상기 활성층의 최상층을 상기 제2 양자장벽층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.The method of claim 1,
The forming of the active layer may include forming a top layer of the active layer adjacent to the second conductive semiconductor layer as the second quantum barrier layer.
상기 활성층을 형성하는 단계는, 상기 제1 양자장벽층을 상기 제2 양자장벽층 보다 큰 에너지 밴드갭을 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.The method of claim 1,
The forming of the active layer may include forming the first quantum barrier layer to have an energy band gap larger than that of the second quantum barrier layer.
상기 활성층을 형성하는 단계는, 상기 제1 양자장벽층을 상기 제2 양자장벽층의 두께보다 얇도록 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.The method of claim 1,
The forming of the active layer may include forming the first quantum barrier layer to be thinner than the thickness of the second quantum barrier layer.
상기 활성층을 형성하는 단계는, 상기 양자우물층, 상기 제1 양자장벽층 및 상기 제2 양자장벽층이 순차 적층된 구조를 갖도록 수행되며, 상기 적층 구조는 InGaN, AlGaN 및 GaN을 순차 적층하는 것에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.The method of claim 1,
The forming of the active layer may be performed such that the quantum well layer, the first quantum barrier layer, and the second quantum barrier layer are sequentially stacked. Method for manufacturing a semiconductor light emitting device, characterized in that formed by.
상기 제1 양자장벽층의 두께는 1 ~ 5 nm 인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.The method of claim 1,
The thickness of the first quantum barrier layer is a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device, characterized in that 1 to 5 nm.
상기 n형 반도체층 및 p형 반도체층 각각에 전기적으로 연결되는 전극을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.The method of claim 1,
And forming an electrode electrically connected to each of the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer.
상기 제1 도전형 반도체층 상에 형성되며, 적어도 하나의 양자우물층과, 상기 양자우물층 상에 형성되며, 서로 다른 에너지 밴드갭을 갖는 제1 및 제2 양자장벽층을 구비하는 적어도 하나의 양자장벽층이 교대로 적층되어 이루어진 활성층; 및
상기 활성층 상에 형성된 제2 도전형 반도체층;을 포함하는 반도체 발광소자.A first conductive semiconductor layer;
At least one quantum well layer formed on the first conductivity type semiconductor layer, and having at least one quantum well layer and having first and second quantum barrier layers having different energy bandgaps; An active layer in which quantum barrier layers are alternately stacked; And
And a second conductivity type semiconductor layer formed on the active layer.
상기 제1 양자장벽층은 상기 제2 양자장벽층 보다 큰 에너지 밴드갭을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.10. The method of claim 9,
And the first quantum barrier layer has a larger energy band gap than the second quantum barrier layer.
상기 제1 양자장벽층은 상기 제2 양자장벽층의 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.10. The method of claim 9,
And the first quantum barrier layer is thinner than the thickness of the second quantum barrier layer.
상기 제1 양자장벽층의 두께는 1 ~ 5 nm 인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.10. The method of claim 9,
The thickness of the first quantum barrier layer is a nitride semiconductor light emitting device, characterized in that 1 ~ 5 nm.
상기 활성층은 상기 양자우물층, 상기 제1 양자장벽층 및 상기 제2 양자장벽층이 순차 적층된 적층구조를 갖되, 상기 적층구조는 순차 적층된 InGaN, AlGaN 및 GaN의 적층구조인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.10. The method of claim 9,
The active layer has a laminated structure in which the quantum well layer, the first quantum barrier layer and the second quantum barrier layer are sequentially stacked, and the laminated structure is a stacked structure of sequentially stacked InGaN, AlGaN, and GaN. Semiconductor light emitting device.
상기 양자우물층은 상기 제1 도전형 반도체층에 인접하며, 상기 제2 양자장벽층은 상기 제2 도전형 반도체층에 인접하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.10. The method of claim 9,
And the quantum well layer is adjacent to the first conductivity type semiconductor layer, and the second quantum barrier layer is adjacent to the second conductivity type semiconductor layer.
상기 활성층은 복수 개의 양자우물층과 복수 개의 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 구조이며, 상기 제2 도전형 반도체층과 인접하는 최상층이 상기 제2 양자장벽층인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. 10. The method of claim 9,
The active layer has a structure in which a plurality of quantum well layers and a plurality of quantum barrier layers are alternately stacked, and the uppermost layer adjacent to the second conductive semiconductor layer is the second quantum barrier layer.
상기 제1 도전형 반도체층의 하면에 형성된 기판; 및
상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 제2 도전형 반도체층 각각에 전기적으로 연결된 전극;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.10. The method of claim 9,
A substrate formed on a bottom surface of the first conductive semiconductor layer; And
And an electrode electrically connected to each of the first conductive semiconductor layer and the second conductive semiconductor layer.
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WO2017204522A1 (en) * | 2016-05-26 | 2017-11-30 | 서울바이오시스주식회사 | High-efficiency long-wavelength light-emitting device |
US11049995B2 (en) | 2016-05-26 | 2021-06-29 | Seoul Viosys Co., Ltd. | High-efficiency long-wavelength light-emitting device |
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- 2010-02-05 KR KR1020100010986A patent/KR20110091246A/en not_active Application Discontinuation
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