KR20110128682A - VERTICAL STRUCTURED GROUP III n-TYPE NITRIDE-BASED SEMICONDUCTORS HAVING ELECTRODE STRUCTURES WITH DIFFUSION BARRIER, AND LIGHT EMITTING DIODES COMPRISING SAID SEMICONDUCTORS - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 확산방지층을 가지는 전극구조체를 구비한 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자에 관한 것으로, 구체적으로는 반도체 소자의 질소 극성 표면에 확산방지층이 형성된 구조를 포함하여 저온 처리 시에도 오믹특성을 유지할 수 있는 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자 및 이를 포함하는 발광다이오드 소자에 관한 것이다.
The present invention relates to a group III-type n-type nitride semiconductor device having a vertical structure having an electrode structure having a diffusion barrier layer. Specifically, the present invention includes a structure in which a diffusion barrier layer is formed on a nitrogen polarity surface of a semiconductor device. The present invention relates to a group III-nitride-based semiconductor device having a vertical structure capable of maintaining ohmic characteristics, and a light emitting diode device including the same.
발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)는 전류가 가해지면 p,n형 반도체의 접합 부분에서 전자와 정공의 재결합에 기하여, 다양한 색상의 빛을 발생시킬 수 있는 반도체 장치이다. 이러한 LED는 필라멘트에 기초한 발광소자에 비해 긴 수명, 낮은 전원, 우수한 초기 구동 특성, 높은 진동 저항 및 반복적인 전원 단속에 대한 높은 공차 등의 여러 장점을 가지기 때문에 그 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 특히, 최근에는, 청색 계열의 단파장 영역의 빛을 발광할 수 있는 Ⅲ족 질화물계 반도체 소자가 각광을 받고 있다.A light emitting diode (LED) is a semiconductor device capable of generating light of various colors based on recombination of electrons and holes at a junction portion of a p and n type semiconductor when current is applied thereto. These LEDs have a number of advantages, such as long life, low power, excellent initial driving characteristics, high vibration resistance, and high tolerance for repetitive power interruptions, compared to filament based light emitting devices. In particular, in recent years, group III nitride semiconductor devices capable of emitting light in a blue short wavelength region have been in the spotlight.
한편, 오믹(ohmic) 특성은 전압에 따른 전류를 측정하였을 때, I-V 커브가 일반적인 옴의 법칙을 따르는 경우를 말하는 것이다. 특히, 반도체와 금속 간의 접촉에서 n-형 반도체의 경우 금속의 일함수보다 n-형 반도체의 일함수가 큰 경우에 오믹특성을 나타내게 되고, p-형의 경우는 반대의 경우 오믹특성을 나타내게 된다.On the other hand, the ohmic characteristic refers to a case in which the I-V curve follows the general Ohm's law when the current according to the voltage is measured. In particular, in the contact between the semiconductor and the metal, the n-type semiconductor exhibits an ohmic characteristic when the work function of the n-type semiconductor is larger than that of the metal, and the p-type exhibits an ohmic characteristic on the contrary. .
상기와 같은 Ⅲ족 질화물계 반도체 소자를 이용한 발광다이오드를 구성하는 질화물 단결정은 사파이어 또는 SiC 기판과 같은 단결정 성장용 기판 상에서 형성된다. 질화물계 발광다이오드는 발광소자 형상과 질화물계 활성층에서 생성된 빛이 외부로 방출되는 방식에 따라서 각각 2종류로 나눠진다. 우선 발광소자의 형상에 따른 분류는 지지 기판(supporting substrate)의 전기적 특성에 의해서 행해지는데, 사파이어 물질과 같이 절연성 성장기판 상층부에 질화물계 발광구조체가 성장되고 n형 및 p형 오믹전극층이 같은 방향으로 수평하게 배열되는 메사구조의 질화물계 발광다이오드(MESA structured nitride-based LED)와, 절연성 사파이어 성장기판과는 달리 실리콘(Si) 및 실리콘카바이드(SiC) 등과 같은 전도성 성장기판 상층부에 성장 제작되는 수직구조의 질화물계 발광다이오드(vertical structured nitride-based LED)가 있다. 빛의 밝기, 열 제거, 및 소자 신뢰성 관점에서는 메사구조의 질화물계 발광다이오드 보다는 전기 및 열적으로 우수한 전도성 기판 상층부에 제작된 수직구조의 질화물계 발광다이오드(vertical structured nitride-based LED) 형태가 많은 장점을 지니고 있다. 또한, 질화물계 발광소자의 활성층(active layer)에서 생성된 빛이 p형 오믹전극층 또는 기판(substrate)을 통해서 외부로 방출되느냐에 따라서 탑에미트형 발광다이오드(top-emitting light emitting diode)와 플립칩 발광다이오드(flip-chip light emitting diode)로 나뉘어 진다. 질화물계 탑에미트형 발광다이오드는 질화물계 활성층에서 생성된 빛이 p형 오믹전극층을 통해서 외부로 방출되는 반면, 질화물계 플립칩형 발광다이오드는 고반사 p형 오믹전극층을 이용하여 질화물계 발광구조체 내부에서 생성된 빛이 투명한 기판(사파이어)을 통해서 외부로 방출된다.The nitride single crystal constituting the light emitting diode using the group III nitride semiconductor device as described above is formed on a single crystal growth substrate such as sapphire or SiC substrate. The nitride-based light emitting diodes are divided into two types depending on the shape of the light emitting device and the manner in which light generated in the nitride-based active layer is emitted to the outside. First, classification according to the shape of the light emitting device is performed by the electrical characteristics of the supporting substrate. The nitride-based light emitting structure is grown on the upper layer of the insulating growth substrate like the sapphire material, and the n-type and p-type ohmic electrode layers are in the same direction. Mesa structured nitride-based LEDs arranged horizontally and vertical structures grown on upper layers of conductive growth substrates, such as silicon (Si) and silicon carbide (SiC), unlike insulated sapphire growth substrates Is a nitride structured nitride-based LED. In terms of light brightness, heat removal, and device reliability, there are many advantages of vertical structured nitride-based LEDs fabricated on top of conductive substrates that are electrically and thermally superior to mesa-based nitride LEDs. It has In addition, depending on whether light generated in the active layer of the nitride-based light emitting device is emitted to the outside through the p-type ohmic electrode layer or the substrate (top) emitting light emitting diode (top-emitting light emitting diode) and flip It is divided into a flip-chip light emitting diode. Nitride-based top-emitting light emitting diodes emit light generated from the nitride-based active layer to the outside through the p-type ohmic electrode layer, whereas nitride-based flip chip type light emitting diodes use a highly reflective p-type ohmic electrode layer to form a nitride-based light emitting structure. The light generated in is emitted to the outside through the transparent substrate (sapphire).
한편, GaN 등의 Ⅲ족 질화물계 반도체 소자는, 우수한 물리적, 화학적 특성으로 인해 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD) 등의 발광 소자의 핵심 소재로 각광을 받고 있다. Ⅲ족 질화물계 반도체 소자 재료를 이용한 LED 혹은 LD는 청색 또는 녹색 파장대의 광을 얻기 위한 발광 다이오드에 많이 사용되고 있으며, 이러한 발광 다이오드는 전광판, 조명 장치 등 각종 제품의 광원으로 이용되고 있다. 상기 Ⅲ족 질화물계 반도체 소자는 통상 In x Al y Ga (1-x-y) N(0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 GaN계 물질로 이루어져 있다. 일반적으로 Ⅲ족 질화물계 반도체 소자를 사용한 발광다이오드는, 절연성 기판인 사파이어 기판 상에 n형 GaN계 클래드층, 단일 양자우물(Quantum Well) 구조 또는 다중 양자우물 구조의 활성층 및 p형 GaN계 클래드층이 순차 적층된 기본 구조를 갖는다.Meanwhile, Group III nitride semiconductor devices such as GaN have been spotlighted as core materials of light emitting devices such as light emitting diodes (LEDs) or laser diodes (LDs) due to their excellent physical and chemical properties. LEDs or LDs using a III-nitride-based semiconductor device material are widely used in light emitting diodes for obtaining light in a blue or green wavelength band, and such light emitting diodes are used as light sources of various products such as electronic displays and lighting devices. The group III nitride semiconductor device is generally made of a GaN material having a composition formula of In x Al y Ga (1-xy) N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x + y≤1). have. In general, a light emitting diode using a group III nitride semiconductor device includes an n-type GaN-based cladding layer, a single quantum well structure, or a multi-quantum well-structured active layer and a p-type GaN-based cladding layer on a sapphire substrate that is an insulating substrate. It has a basic structure stacked sequentially.
그러나, 상기 구조에서 사파이어 기판을 분리하고 구조를 뒤집는 경우, 질소 극성 표면의 n형 GaN계 클래드층이 대기(air)에 노출되고, 상기 질소 극성 표면의 n형 GaN계 클래드층 하면에 순차적으로 질화물계 활성층 및 p형 GaN계 클래드층이 적층 형성된 구조가 된다. 이 경우, 질소 극성 표면을 갖는 n형 GaN계 클래드층은 그룹 Ⅲ족 금속 극성 표면을 갖는 p형 GaN계 클래드층과는 표면 특성이 달라서, n형 GaN층에 Ti/Al층을 오믹컨택층으로서 형성해 소자를 제작하여 왔다.However, when the sapphire substrate is separated from the structure and the structure is reversed, the n-type GaN-based cladding layer on the nitrogen polar surface is exposed to the air, and the nitride is sequentially disposed on the lower surface of the n-type GaN-based cladding layer on the nitrogen polar surface. It has a structure in which an active layer and a p-type GaN cladding layer are laminated. In this case, the n-type GaN-based cladding layer having a nitrogen polar surface has a different surface characteristic from the p-type GaN-based cladding layer having a group III metal polar surface, and the Ti / Al layer is used as an ohmic contact layer in the n-type GaN layer. To form a device.
한편, 메사구조 발광소자나 플립칩 발광소자의 경우에는 Ti/Al을 n형 GaN층에 형성하여 600℃ 이상의 고온 열처리를 통해 오믹컨택층으로 사용하였기 때문에 문제가 없었으나, 상기와 같은 수직구조 발광다이오드의 경우 별도로 준비된 지지기판 웨이퍼를 300℃ 미만의 온도에서 솔더링 웨이퍼 결합(soldering wafer bonding) 또는 전기도금(electro-plating) 방법으로 반사성 p형 오믹접촉 전극구조체 상면에 형성시킨 후 발광구조체로부터 사파이어 성장기판을 분리 제거하여 수직구조의 발광다이오드 소자를 제조하기 때문에, 상기 메사구조 발광소자나 플립칩 발광소자의 경우와 같이 고온 열처리가 불가능하여 저온에서 열처리 시 Ti/Al 오믹컨택층의 오믹특성이 감소되는 문제점이 있었다. 따라서, 저온에서 열처리 시에도 오믹특성을 유지할 수 있고 Ga이 전극구조체로 확산되는 것을 방지할 수 있는 층에 대한 개발이 요구되고 있었다.
On the other hand, in the case of the mesa structure light emitting device or the flip chip light emitting device, since Ti / Al was formed on the n-type GaN layer and used as an ohmic contact layer through high temperature heat treatment of 600 ° C. or higher, there was no problem. In the case of a diode, a separately prepared support substrate wafer is formed on the upper surface of the reflective p-type ohmic contact electrode structure by soldering wafer bonding or electroplating at a temperature of less than 300 ° C., followed by sapphire growth from the light emitting structure. Since a light emitting diode device having a vertical structure is manufactured by separating and removing a substrate, the high temperature heat treatment is impossible as in the case of the mesa structure light emitting device or the flip chip light emitting device, and thus the ohmic characteristics of the Ti / Al ohmic contact layer are reduced during the heat treatment at low temperature. There was a problem. Therefore, there has been a demand for the development of a layer capable of maintaining ohmic characteristics even at low temperature and preventing Ga from diffusing into the electrode structure.
이에 본 발명자들은 상술한 종래기술 상의 문제점을 해결할 수 있는 반도체 소자를 개발하고자 예의 노력한 결과 본 발명을 완성하기에 이르렀다.Accordingly, the present inventors have made a thorough effort to develop a semiconductor device that can solve the above-mentioned problems in the prior art, and thus, the present invention has been completed.
결국, 본 발명은 저온으로 열처리 시에도 오믹특성을 유지할 수 있게 하기 위해, 질소 극성 표면(nitrogen polar surface)의 그룹 Ⅲ족 질화물계 반도체 상면에 붕소(B)와 결합한 화합물로 구성된 확산방지층을 포함하는 전극구조체를 구비한 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자 및 이를 포함하는 발광다이오드 소자를 제공함에 그 목적이 있다.
As a result, the present invention includes a diffusion barrier layer composed of a compound bonded with boron (B) on the upper surface of the group III nitride-based semiconductor of the nitrogen polar surface in order to maintain the ohmic characteristics even at a low temperature. An object of the present invention is to provide a group III-type n-type nitride semiconductor device having a vertical structure having an electrode structure and a light emitting diode device including the same.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자에 있어서, 상기 반도체 소자의 질소 극성 표면(nitrogen polar surface)에 확산방지층이 형성된 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자가 제공된다. In order to achieve the above object, the present invention provides a group III n-type nitride semiconductor device having a vertical structure, wherein the diffusion barrier layer is formed on a nitrogen polar surface of the semiconductor device. A group III-type n-nitride semiconductor device having a vertical structure is provided.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 반도체 소자는 In x Al y Ga (1-x-y) N(0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 구조를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the semiconductor device has a structure having a composition formula of In x Al y Ga (1-xy) N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). It may include.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 확산방지층은 붕소(B)와 결합한 금속화합물로 구성될 수 있다.According to one embodiment of the invention, the diffusion barrier layer may be composed of a metal compound combined with boron (B).
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 붕소(B)와 결합한 화합물은 TiB2, ZrB2, W2B, W2B5, 및 CrB2로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the compound bonded with boron (B) may be any one selected from the group consisting of TiB 2 , ZrB 2 , W 2 B, W 2 B 5 , and CrB 2 .
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 확산방지층은 5 내지 200nm 의 두께를 가질 수 있다.According to one embodiment of the invention, the diffusion barrier layer may have a thickness of 5 to 200nm.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자를 포함하는 발광다이오드 소자에 있어서, 순차적으로 전극구조체; 확산방지층; 질소 극성 표면의 n형 질화물계 클래드층; 질화물계 활성층; 금속 극성 표면의 p형 질화물계 클래드층; 반사성 p형 오믹접촉 전극구조체; 및 지지기판이 적층된 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자를 포함하는 발광다이오드 소자가 제공된다.According to another aspect of the invention, a light emitting diode device comprising a group III n-type nitride semiconductor device of the vertical structure, comprising: an electrode structure sequentially; Diffusion barrier layer; An n-type nitride cladding layer on a nitrogen polar surface; Nitride-based active layer; A p-type nitride cladding layer of a metal polar surface; Reflective p-type ohmic contact electrode structures; And a group III-type n-type nitride semiconductor device having a vertical structure, comprising a structure in which a support substrate is stacked.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 반도체 소자는 In x Al y Ga (1-x-y) N(0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 구조를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the semiconductor device has a structure having a composition formula of In x Al y Ga (1-xy) N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). It may include.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 확산방지층은 붕소(B)와 결합한 금속화합물로 구성될 수 있다.According to one embodiment of the invention, the diffusion barrier layer may be composed of a metal compound combined with boron (B).
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 붕소(B)와 결합한 화합물은 TiB2, ZrB2, W2B, W2B5, 및 CrB2로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the compound bonded with boron (B) may be any one selected from the group consisting of TiB 2 , ZrB 2 , W 2 B, W 2 B 5 , and CrB 2 .
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 확산방지층은 5 내지 200nm 의 두께를 가질 수 있다.According to one embodiment of the invention, the diffusion barrier layer may have a thickness of 5 to 200nm.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 질소 극성 표면의 n형 질화물계 클래드층 및 금속 극성 표면의 p형 질화물계 클래드층은 각각 n-GaN 및 p-GaN일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the n-type nitride cladding layer on the nitrogen polar surface and the p-type nitride cladding layer on the metal polar surface may be n-GaN and p-GaN, respectively.
본 발명의 일 실시예에 의하면,상기 질화물계 활성층은 단일 양자우물(Quantum Well) 구조 또는 다중 양자우물 구조일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the nitride-based active layer may have a single quantum well structure or a multiple quantum well structure.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자를 포함하는 발광다이오드 소자를 제조하는 방법에 있어서,성장기판에 순차적으로 질소 극성 표면의 n형 질화물계 클래드층, 질화물계 활성층, 및 금속 극성 표면의 p형 질화물계 클래드층을 성장시키는 단계; 상기 p형 질화물계 클래드층 상면에 반사성 p형 오믹접촉 전극구조체를 형성시키는 단계; 지지기판을 상기 반사성 p형 오믹접촉 전극구조체 상면에 형성시키는 단계; 상기 성장기판을 분리 제거시키는 단계; 상기 질소극성 표면의 n형 질화물계 클래드층의 상면에 확산방지층을 형성시키는 단계; 및상기 확산방지층의 상면에 전극구조체를 형성시키는 단계; 를 포함하는 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자를 포함하는 발광다이오드 소자의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the invention, in the method of manufacturing a light emitting diode device comprising a group III n-type nitride semiconductor device of the vertical structure, the n-type nitride cladding layer of the nitrogen polarity surface sequentially on the growth substrate Growing a p-type nitride cladding layer of a nitride active layer, and a metal polar surface; Forming a reflective p-type ohmic contact electrode structure on an upper surface of the p-type nitride cladding layer; Forming a support substrate on an upper surface of the reflective p-type ohmic contact electrode structure; Separating and removing the growth substrate; Forming a diffusion barrier layer on an upper surface of the n-type nitride cladding layer on the nitrogen polar surface; And forming an electrode structure on an upper surface of the diffusion barrier layer. Provided is a method of manufacturing a light emitting diode device comprising a group III-type n-type nitride semiconductor device having a vertical structure including a.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 반도체 소자는 In x Al y Ga (1-x-y) N(0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 구조를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the semiconductor device has a structure having a composition formula of In x Al y Ga (1-xy) N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). It may include.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 성장기판의 분리 제거는 레이저를 성장기판에 조사하여 행해질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the separation and removal of the growth substrate may be performed by irradiating the growth substrate with a laser.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 확산방지층은 붕소(B)와 결합한 금속화합물로 구성될 수 있다.According to one embodiment of the invention, the diffusion barrier layer may be composed of a metal compound combined with boron (B).
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 붕소(B)와 결합한 화합물은 TiB2, ZrB2, W2B, W2B5, 및 CrB2로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the compound bonded with boron (B) may be any one selected from the group consisting of TiB 2 , ZrB 2 , W 2 B, W 2 B 5 , and CrB 2 .
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 확산방지층은 5 내지 200nm 의 두께를 가질 수 있다.
According to one embodiment of the invention, the diffusion barrier layer may have a thickness of 5 to 200nm.
본 발명에 따른 확산방지층을 가지는 전극구조체를 구비한 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자 및 이를 포함하는 발광다이오드 소자는, 확산방지층이 n-GaN의 Ga이 전극구조체로 확산되는 것을 막는 역할을 하여 저온 처리 시에도 열적 안정성을 확보하여 오믹특성을 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 질화물 발광다이오드 n형 전극으로서 안정적인 동작을 수행할 수 있게 하는 장점을 가진다. 따라서, 본 발명에 따르면 전기적 또는 열적 안정성이 향상된 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자 및 이를 포함하는 발광다이오드 소자를 사용할 수 있다는 장점이 있다.
Group III-type n-type nitride semiconductor device having a vertical structure having an electrode structure having a diffusion barrier layer according to the present invention and a light emitting diode device including the same, wherein the diffusion barrier layer is a diffusion of n-GaN Ga to the electrode structure It acts as a membrane to secure thermal stability during low temperature treatment, not only to maintain ohmic characteristics, but also to have a stable operation as a nitride light emitting diode n-type electrode. Therefore, according to the present invention, there is an advantage that a group III-type n-nitride semiconductor device having a vertical structure having improved electrical or thermal stability and a light emitting diode device including the same can be used.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자를 제조하는 공정을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자의 단면도이다.
도 4는 CrB2(30nm)/Ti(30nm)/Al(200nm) 및 Ti(30nm)/Al(200nm)의 가열 전과 후의 전류-전압 커브(I-V curve)를 나타낸 그래프이다.
도 5는 오믹저항 측정을 위해 사용한 CTLM(circular transmition line model) 패턴의 크기를 나타낸 것이다.
도 6은 Ti(30nm)/Al(200nm)의 250℃ RTA 전, 후 Depth profile을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다(실선 : 열처리 전, 점선: 열처리 후).
도 7은 CrB2(30nm)/Ti(30nm)/Al(200nm)의 250℃ RTA 전, 후 Depth profile을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다(실선 : 열처리 전, 점선: 열처리 후).1 and 2 are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a group III-type n-nitride semiconductor device having a vertical structure according to the present invention.
3 is a cross-sectional view of a group III n-type nitride semiconductor device of a vertical structure according to the present invention.
4 is a graph showing a current-voltage curve (IV curve) before and after heating CrB 2 (30 nm) / Ti (30 nm) / Al (200 nm) and Ti (30 nm) / Al (200 nm).
5 shows the size of a circular transmition line model (CTLM) pattern used for ohmic resistance measurement.
Figure 6 is a graph showing the result of measuring the Depth profile before and after 250 ° C RTA of Ti (30nm) / Al (200nm) (solid line: before heat treatment, dashed line: after heat treatment).
7 is a graph showing the results of measuring the Depth profile before and after 250 ° C. RTA of CrB 2 (30 nm) / Ti (30 nm) / Al (200 nm) (solid line: before heat treatment, dotted line: after heat treatment).
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
본 발명에서는, 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자에 있어서, 상기 반도체 소자의 질소 극성 표면(nitrogen polar surface)에 확산방지층이 형성된 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자가 제공된다. In the present invention, a group III-nitride semiconductor device having a vertical structure includes a structure in which a diffusion barrier layer is formed on a nitrogen polar surface of the semiconductor device. A group III n-type nitride semiconductor device is provided.
또한, 본 발명에 따르면 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자를 포함하는 발광다이오드 소자에 있어서, 순차적으로 전극구조체; 확산방지층; 질소 극성 표면의 n형 질화물계 클래드층; 질화물계 활성층; 금속 극성 표면의 p형 질화물계 클래드층; 반사성 p형 오믹접촉 전극구조체; 및 지지기판이 적층된 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자를 포함하는 발광다이오드 소자가 제공된다.According to the present invention, there is provided a light emitting diode device including a group III n-type nitride semiconductor device having a vertical structure, comprising: an electrode structure sequentially; Diffusion barrier layer; An n-type nitride cladding layer on a nitrogen polar surface; Nitride-based active layer; A p-type nitride cladding layer of a metal polar surface; Reflective p-type ohmic contact electrode structures; And a group III-type n-type nitride semiconductor device having a vertical structure, comprising a structure in which a support substrate is stacked.
도 3은 본 발명에 따른 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자의 단면도이다. 도 3에서 볼 수 있듯이, 본 발명에 따른 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자는 전극구조체(80), 확산방지층(70), 질소 극성 표면의 n형 질화물계 클래드층(20), 질화물계 활성층(30), 금속 극성 표면의 p형 질화물계 클래드층(40), 반사성 p형 오믹접촉 전극구조체(50), 및 지지기판(60)이 적층된 구조를 가진다.3 is a cross-sectional view of a group III n-type nitride semiconductor device of a vertical structure according to the present invention. As can be seen in Figure 3, the Group III n-type nitride semiconductor device of the vertical structure according to the present invention is the
상기에서 지지기판은 특별히 한정되지는 아니하나, 사파이어(Al2O3), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs) 중 어느 하나인 것이 바람직하다. The support substrate is not particularly limited, but is preferably any one of sapphire (Al 2 O 3), silicon carbide (SiC), silicon (Si), and gallium arsenide (GaAs).
Ⅲ족 질화물계 반도체 소자는 통상 In x Al y Ga (1-x-y) N(0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 질화물계 물질로 이루어져 있다. 상기에서 질소 극성 표면의 n형 질화물계 클래드층(20), 질화물계 활성층(30), 금속 극성 표면의 p형 질화물계 클래드층(40), 반사성 p형 오믹접촉 전극구조체(50), 및 지지기판(60)이 적층된 구조는 통상적인 수직형 질화물계 n형 반도체 소자의 적층구조이다.The group III nitride semiconductor device is usually made of a nitride material having a composition formula of In x Al y Ga (1-xy) N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x + y≤1). . The n-type
본 발명의 특징은 전극구조체(80) 및 n형 질화물계 클래드층(20) 사이에 확산방지층(70)을 형성시킨 것에 있다. 이러한 확산방지층(70)은 질소 극성 표면의 n형 질화물계 클래드층(20)의 Ga이 전극구조체로 확산되는 것을 방지하는 배리어 역할을 한다.A feature of the present invention is that a
종래 메사구조 발광소자나 플립칩 발광소자의 경우에는 Ti/Al을 n형 GaN층에 형성하여 600℃ 이상의 고온 열처리를 통해 오믹컨택층으로 사용하였기 때문에 문제가 없었으나, 수직구조 발광다이오드의 경우 별도로 준비된 지지기판 웨이퍼를 300℃ 미만의 온도에서 솔더링 웨이퍼 결합(soldering wafer bonding) 또는 전기도금(electro-plating) 방법으로 반사성 p형 오믹접촉 전극구조체 상면에 형성시킨 후 발광구조체로부터 사파이어 성장기판을 분리 제거하여 수직구조의 발광다이오드 소자를 제조하기 때문에, 상기 메사구조 발광소자나 플립칩 발광소자의 경우와 같이 고온 열처리가 불가하여 저온 열처리시 Ti/Al 오믹컨택층의 오믹특성이 감소하게 되는데, 본 발명에서는 상기와 같이 확산방지층(70)의 존재로 인해 오믹특성을 유지시켜 줄 수 있다.In the case of the conventional mesa structure light emitting device or flip chip light emitting device, since Ti / Al was formed in the n-type GaN layer and used as an ohmic contact layer through high temperature heat treatment of 600 ° C. or higher, there was no problem in the case of the vertical structure light emitting diode. The prepared support substrate wafer is formed on the upper surface of the reflective p-type ohmic contact electrode structure by soldering wafer bonding or electroplating at a temperature of less than 300 ° C., and then the sapphire growth substrate is separated and removed from the light emitting structure. Since a light emitting diode device having a vertical structure is manufactured, high temperature heat treatment is impossible as in the case of the mesa structure light emitting device or a flip chip light emitting device, and thus the ohmic characteristics of the Ti / Al ohmic contact layer are reduced during the low temperature heat treatment. In the above, due to the presence of the
상기 확산방지층(70)은 붕소(B)와 결합한 금속화합물로 구성될 수 있고, 붕소(B)와 결합한 금속화합물은 TiB2, ZrB2, W2B, W2B5, 및 CrB2로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.The
또한, 상기 확산방지층(70)의 두께는 5 내지 200nm 인 것이 바람직하다. 이는 5nm 미만이면 확산방지 능력에 문제가 생기고, 200nm 초과인 경우에는 박막과 기판 사이의 변형이 초래되는 문제점이 있기 때문이다.In addition, the thickness of the
상기 확산방지층(70)과 전극구조체(90)은 전자빔 증착기, PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), PLD(plasma laser deposition), 이중형 열증착기, 또는 스퍼터링(sputtering) 등이 방법으로 형성할 수 있다.The
본 발명에 따르면, 질소 극성 표면의 n형 질화물계 클래드층(20) 및 금속 극성 표면의 p형 질화물계 클래드층(40)은 각각 n-GaN 및 p-GaN 인 것이 바람직하다.According to the present invention, the n-type
또한, 본 발명에 따른 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자의 질화물계 활성층(30)은 단일 양자우물(Quantum Well) 구조 또는 다중 양자우물 구조일 수 있다. 양자우물(Quantum Well) 구조란 퍼텐셜의 벽으로 우물모양을 만들어 그 안에 전자를 가둔 구조를 말하는 것으로, 상기 질화물계 활성층(30)은 단일 또는 다중의 양자우물 구조를 가질 수 있다. In addition, the nitride based
본 발명에 의하면, 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자를 포함하는 발광다이오드 소자를 제조하는 방법에 있어서, 성장기판에 순차적으로 질소 극성 표면의 n형 질화물계 클래드층, 질화물계 활성층, 및 금속 극성 표면의 p형 질화물계 클래드층을 성장시키는 단계; 상기 p형 질화물계 클래드층 상면에 반사성 p형 오믹접촉 전극구조체를 형성시키는 단계; 지지기판을 상기 반사성 p형 오믹접촉 전극구조체 상면에 형성시키는 단계; 상기 성장기판을 분리 제거시키는 단계; 상기 질소극성 표면의 n형 질화물계 클래드층의 상면에 확산방지층을 형성시키는 단계; 및 상기 확산방지층의 상면에 전극구조체를 형성시키는 단계를 포함하는 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자를 포함하는 발광다이오드 소자의 제조방법이 제공된다. 도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자를 제조하는 공정을 나타낸 단면도이다.According to the present invention, in the method of manufacturing a light emitting diode device comprising a group III n-type nitride semiconductor device having a vertical structure, an n-type nitride cladding layer and a nitride-based active layer of a nitrogen polarity surface are sequentially formed on a growth substrate. And growing a p-type nitride based cladding layer of the metal polar surface; Forming a reflective p-type ohmic contact electrode structure on an upper surface of the p-type nitride cladding layer; Forming a support substrate on an upper surface of the reflective p-type ohmic contact electrode structure; Separating and removing the growth substrate; Forming a diffusion barrier layer on an upper surface of the n-type nitride cladding layer on the nitrogen polar surface; And forming an electrode structure on the upper surface of the diffusion barrier layer. A method of manufacturing a light emitting diode device including a group III n-type nitride semiconductor device having a vertical structure is provided. 1 and 2 are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a group III-type n-nitride semiconductor device having a vertical structure according to the present invention.
우선, 성장기판(10)의 상부에 MOCVD 또는 HVPE 등을 이용하여, n형 질화물계 클래드층(20), 질화물계 활성층(30), 및 p형 질화물계 클래드층(40)을 순차적으로 성장시킨다. 상기 질화물계 반도체 단결정을 성장하고 나면, 대기(air)와 접하고 있는 In x Al y Ga (1-x-y) N(0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)층은 그룹 Ⅲ족 금속 극성 표면을 갖는 반면, 성장기판(10)과 접하고 있는 In x Al y Ga (1-x-y) N(0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)층은 질소 극성 표면을 갖게 된다.First, the n-type
다음으로, 상기 p형 질화물계 클래드층(40) 상면에 반사성 p형 오믹접촉 전극구조체(50)를 형성한 후, 지지기판(60)을 상기 반사성 p형 오믹접촉 전극구조체(50) 위에 형성한다.Next, after the reflective p-type ohmic
그 후, 화학-기계적인 연마(CMP) 또는 습식 식각 용액을 이용한 화학적 식각 분해 방법을 이용하거나, 또는 광자 빔(photon beam)을 조사하여 열-화학 분해방법을 이용하여 성장기판(10)을 분리 제거한다. 성장기판(10)이 사파이어처럼 광학적으로 투명한 물질인 경우에는 강한 에너지 빔인 레이저(laser)를 사파이어에 조사하여 사파이어의 계면에 열-화학 분해 반응을 일으켜 성장기판(10)을 분리 제거하는 것이 바람직하다.Subsequently, the
상기와 같은 과정을 거친 후, 상기 질소극성 표면의 n형 질화물계 클래드층(20)의 상면에 확산방지층(70)을 형성시키는 단계; 및 상기 확산방지층의 상면에 전극구조체(80)를 형성시키는 단계를 거쳐 최종적으로 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자를 포함하는 발광다이오드 소자를 제조할 수 있다.After the above process, forming a
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다 할 것이다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, these Examples are only for illustrating the present invention, and the scope of the present invention will not be construed as being limited by these Examples.
실시예Example : : CrBCrB 22 (30(30 nmnm )/) / TiTi (30(30 nmnm )/) / AlAl (200(200 nmnm ) 시편의 제조Manufacture of Specimen
MOCVD를 이용하여 사파이어 기판 위에 2㎛ 두께의 도핑이 되지 않은 GaN, 4㎛ 두께의 n형 GaN를 성장시키고, 그 위에 활성층을 성장시켰다. 그 후, 상기 활성층 위에 0.15㎛ 두께의 p형 GaN을 성장시켰다. 다음으로, 상기 p형 GaN 위에 Au-Sn를 이용하여 Si 기판과 웨이퍼 본딩 시켰다. 그 다음, 사파이어 기판에 KrF 레이저를 조사하여 사파이어 기판을 분리시켰다. 그 후, Photolithography 공정을 이용하여 CTLM 패턴을 형성한 뒤 E-beam evaporator를 이용하여 상기 n형 GaN 상에 확산방지층으로 CrB2을 30nm의 두께로 증착시키고, CrB2 위에 전극구조체로써 Ti/Al을 30nm, 200nm의 두께로 증착시켰다.
MOCVD was used to grow 2 µm thick undoped GaN and 4 µm thick n-type GaN on a sapphire substrate, and an active layer was grown thereon. Thereafter, 0.15 μm thick p-type GaN was grown on the active layer. Next, the Si substrate and the wafer were bonded using Au-Sn on the p-type GaN. Then, the sapphire substrate was irradiated with KrF laser to separate the sapphire substrate. Then, after forming a CTLM pattern using a Photolithography process using an E-beam evaporator and depositing a CrB 2 as a diffusion preventing layer on the n-type GaN to a thickness of 30nm, a Ti / Al as the electrode structure on the CrB 2 It was deposited at a thickness of 30 nm and 200 nm.
비교예Comparative example : : TiTi (30(30 nmnm )/) / AlAl (200(200 nmnm ) 시편의 제조Manufacture of Specimen
MOCVD를 이용하여 사파이어 기판 위에 2㎛ 두께의 도핑이 되지 않은 GaN, 4㎛ 두께의 n형 GaN를 성장시키고, 그 위에 활성층을 성장시켰다. 그 후, 상기 활성층 위에 0.15㎛ 두께의 p형 GaN을 성장시켰다. 다음으로, 상기 p형 GaN 위에 Au-Sn를 이용하여 Si 기판과 웨이퍼 본딩 시켰다. 그 다음, 사파이어 기판에 KrF 레이저를 조사하여 사파이어 기판을 분리시켰다. 그 후, Photolithography 공정을 이용하여 CTLM 패턴을 형성한 뒤 E-beam evaporator를 이용하여 상기 n형 GaN 상에 Ti/Al을 30nm, 200nm의 두께로 증착시켰다.
MOCVD was used to grow 2 µm thick undoped GaN and 4 µm thick n-type GaN on a sapphire substrate, and an active layer was grown thereon. Thereafter, 0.15 μm thick p-type GaN was grown on the active layer. Next, the Si substrate and the wafer were bonded using Au-Sn on the p-type GaN. Then, the sapphire substrate was irradiated with KrF laser to separate the sapphire substrate. Then, after forming a CTLM pattern using a photolithography process, Ti / Al was deposited on the n-type GaN to a thickness of 30 nm and 200 nm using an E-beam evaporator.
실험예Experimental Example 1 : 전류-전압 커브(I-V 1: current-voltage curve (I-V curvecurve ) 측정을 통한 열적 안정성 비교Thermal stability by measurement
E-beam evaporator를 이용해 증착한 실시예에 따라 제조된CrB2(30nm)/Ti(30nm)/Al(200nm) 시편을 준비하여, 250℃ RTA(Rapid Thermal annealing) N2로 1분간 처리한 후, 열처리 전과 후의 전류-전압 커브(I-V curve)를 측정하였다. 한편, E-beam evaporator를 이용해 증착한 비교예에 따라 제조된 Ti(30nm)/Al(200nm) 시편을 준비하여, 250℃ RTA(Rapid Thermal annealing) N2 로 1분간 처리한 후, 열처리 전과 후의 전류-전압 커브(I-V curve)를 측정하여 비교하였다. 도 4에서 나타나듯이, CrB2(30nm)/Ti(30nm)/Al(200nm)의 경우가 Ti(30nm)/Al(200nm)보다 250℃ RTA 후에 전류-전압 커브(I-V curve)의 기울기의 감소량이 적었다. 결국, CrB2(30nm)/Ti(30nm)/Al(200nm)의 경우 저항값이 다소 커지기는 하였으나 오믹특성을 유지하는 것을 알 수 있었다.
After preparing a CrB 2 (30nm) / Ti (30nm) / Al (200nm) specimen prepared according to the embodiment deposited using an E-beam evaporator, and treated with 250 ℃ Rapid Thermal annealing (RTA) N 2 for 1 minute After the heat treatment, the current-voltage curve (IV curve) was measured. Meanwhile, a Ti (30 nm) / Al (200 nm) specimen prepared according to a comparative example deposited using an E-beam evaporator was prepared, and treated with 250 ° C. RTA (Rapid Thermal annealing) N 2 for 1 minute, before and after heat treatment. The current-voltage curve (IV curve) was measured and compared. As shown in FIG. 4, in the case of CrB 2 (30 nm) / Ti (30 nm) / Al (200 nm), the decrease in the slope of the current-voltage curve (IV curve) after 250 ° C RTA is greater than Ti (30 nm) / Al (200 nm). This was less. As a result, in the case of CrB 2 (30 nm) / Ti (30 nm) / Al (200 nm), the resistance value was slightly increased, but the ohmic characteristics were maintained.
실험예Experimental Example 2 : 2 : 오믹저항Ohmic resistance 측정을 통한 열적 안정성 비교 Thermal stability comparison through measurement
도 5에서 나타난 것과 같이 각각 5, 10, 20, 40 ㎛의 distance를 가지는 패턴들을 준비하고, 오믹저항값을 측정하기 위해 parameter analyser를 준비하였다. parameter analyser의 텅스텐(W) 팁(Tip)을 시편의 양단에 고정시키고, 이때 텅스텐 팁의 각 단은 각각 +, - 극을 가지므로 이 팁을 통해 일정전류를 흘려주어 통과된 저항값을 측정함으로서, 최초 Ti(30nm)/Al(200nm), CrB2(30nm)/Ti(30nm)/Al(200nm), 및 250℃ RTA 후의 Ti(30nm)/Al(200nm), CrB2(30nm)/Ti(30nm) /Al(200nm)의 오믹저항(Specific Contact Resistivity)을 측정하여 각각 1.9184E-4, 1.998E-4, 측정불가, 8.343E-4의 오믹저항값을 얻을 수 있었다. Ti(30nm)/Al(200nm)의 경우는 250℃ RTA 후 오믹이 되지 않아 오믹저항을 구할 수 없었다. 이로써 CrB2(30nm)/Ti(30nm)/Al(200nm)의 경우에 열 처리 후에도 오믹특성이 유지됨을 알 수 있었다.
As shown in FIG. 5, patterns having a distance of 5 μm, 10 μm, 20 μm, and 40 μm, respectively, were prepared, and a parameter analyser was prepared to measure ohmic resistance. The tungsten (W) tip of the parameter analyser is fixed to both ends of the specimen, and each end of the tungsten tip has positive and negative poles, so that a constant current flows through the tip to measure the resistance passed. Ti (30nm) / Al (200nm), CrB 2 (30nm) / Ti (30nm) / Al (200nm), Ti (30nm) / Al (200nm) after 250 ° C RTA, CrB 2 (30nm) / Ti The specific contact resistance of (30 nm) / Al (200 nm) was measured to obtain the ohmic resistance values of 1.9184E-4, 1.998E-4, and non-measurement, 8.343E-4, respectively. In the case of Ti (30 nm) / Al (200 nm), ohmic resistance could not be obtained because it did not become ohmic after 250 ° C RTA. As a result, in the case of CrB 2 (30 nm) / Ti (30 nm) / Al (200 nm), the ohmic characteristics were maintained even after the heat treatment.
실험예Experimental Example 3 : 3: DepthDepth profileprofile 측정을 통한 Through measurement CrBCrB 22 의 of 확산방지능Diffusion prevention 측정 Measure
SIMS(Secondary ion mass spectrometry)를 이용하여 Ti(30nm)/Al(200nm) 및 CrB2(30nm)/Ti(30nm)/Al(200nm)의 250℃ RTA 전, 후에 전극구조체의 표면부터 Ga 클래드 층까지 임의의 거리에 따른 각 물질의 존재여부를 확인하여 Depth profile을 측정하였다.Ga clad layer from the surface of electrode structure before and after 250 ° C RTA of Ti (30nm) / Al (200nm) and CrB 2 (30nm) / Ti (30nm) / Al (200nm) using SIMS (Secondary ion mass spectrometry) Depth profile was measured by checking the existence of each material according to the distance.
도 6은 Ti(30nm)/Al(200nm)의 250℃ RTA 전, 후 Depth profile을 측정한 결과를 나타낸 그래프이고(실선 : 열처리 전, 점선: 열처리 후), 도 7은 CrB2(30nm)/Ti(30nm)/Al(200nm)의 250℃ RTA 전, 후 Depth profile을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다(실선 : 열처리 전, 점선: 열처리 후).Figure 6 is a graph showing the results of measuring the Depth profile before and after 250 ℃ RTA of Ti (30nm) / Al (200nm) (solid line: before heat treatment, dotted line: after heat treatment), Figure 7 is CrB 2 (30nm) / Depth profile before and after the 250 ° C RTA of Ti (30nm) / Al (200nm) is a graph showing the results (solid line: before heat treatment, dashed line: after heat treatment).
한편, SIMS 분석은 임의의 거리에 따라 원소가 검출되는 것을 측정한 것이므로 Ga의 값이 일정하게 나타나기 시작하는 부분을 GaN 계면으로 보았을 때, 즉 이곳을 기준점으로 열처리 전후의 Ga의 그래프가 왼쪽으로 나왔다는 것은 실제 GaN 계면으로부터 Ga이 표면으로 확산되었다고 말할 수가 있다. 즉, 열처리 전(실선)과 열처리 후(점선) 사이의 거리가 멀면 Ga이 많이 확산된 것이라고 해석 할 수 있다.On the other hand, SIMS analysis is to measure the element is detected according to an arbitrary distance, so when the Ga value starts to appear at the GaN interface, that is, the graph of Ga before and after heat treatment is shown to the left. It can be said that Ga diffused from the actual GaN interface to the surface. That is, if the distance between the heat treatment before (solid line) and after heat treatment (dashed line) is far, it can be interpreted that Ga is diffused.
측정 결과, 도 6 및 도 7에서 나타나듯이 CrB2(30nm) /Ti(30nm)/Al(200nm)의 Ga profile이 Ti(30nm)/Al(200nm)에 비해 열처리 후에 상대적으로 적은 양이 바깥쪽으로 확산되었음을 알 수 있었다. 이로써 CrB2가 Ga의 확산을 방지하는 역할을 한다는 사실을 알 수 있었다.
As a result of the measurement, as shown in FIGS. 6 and 7, the Ga profile of CrB 2 (30 nm) / Ti (30 nm) / Al (200 nm) has a relatively small amount outward after heat treatment compared to Ti (30 nm) / Al (200 nm). It can be seen that the spread. As a result, it was found that CrB 2 plays a role in preventing Ga diffusion.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, those skilled in the art will appreciate that such specific embodiments are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereby. something to do. Thus, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.
10 : 성장기판
20 : n형 질화물계 클래드층
30 : 질화물계 활성층
40 : p형 질화물계 클래드층
50 : 반사성 p형 오믹접촉 전극구조체
60 : 지지기판
70 : 확산방지층
80 : 전극구조체10: growth substrate
20: n-type nitride cladding layer
30: nitride based active layer
40 p-type nitride cladding layer
50: reflective p-type ohmic contact electrode structure
60: support substrate
70: diffusion barrier layer
80: electrode structure
Claims (18)
상기 반도체 소자의 질소 극성 표면(nitrogen polar surface)에 확산방지층이 형성된 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자.
In a group III-type n-nitride semiconductor device having a vertical structure,
And a group III n-type nitride semiconductor device having a vertical structure, wherein the diffusion barrier layer is formed on a nitrogen polar surface of the semiconductor device.
상기 반도체 소자는 In x Al y Ga (1-x-y) N(0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자.
The method of claim 1,
The semiconductor device may include a structure having a composition formula of In x Al y Ga (1-xy) N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). Group III-nitride-based semiconductor device of structure.
상기 확산방지층은 붕소(B)와 결합한 금속화합물로 구성된 것을 특징으로 하는 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자.
The method of claim 1,
The diffusion barrier layer is a group III n-type nitride semiconductor device of the vertical structure, characterized in that consisting of a metal compound bonded with boron (B).
상기 붕소(B)와 결합한 금속화합물은 TiB2, ZrB2, W2B, W2B5, 및 CrB2로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자.
The method of claim 3,
The metal compound bonded to the boron (B) is a group III n-type nitride of the vertical structure, characterized in that any one selected from the group consisting of TiB 2 , ZrB 2 , W 2 B, W 2 B 5 , and CrB 2 . Semiconductor devices.
상기 확산방지층은 5 내지 200nm 의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자.
The method of claim 1,
The diffusion barrier layer is a Group III n-type nitride semiconductor device of the vertical structure characterized in that it has a thickness of 5 to 200nm.
전극구조체;
확산방지층;
질소 극성 표면의 n형 질화물계 클래드층;
질화물계 활성층;
금속 극성 표면의 p형 질화물계 클래드층;
반사성 p형 오믹접촉 전극구조체; 및
지지기판이 적층된 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자를 포함하는 발광다이오드 소자.
A light emitting diode device comprising a group III-nitride-based semiconductor device of a vertical structure, sequentially
Electrode structure;
Diffusion barrier layer;
An n-type nitride cladding layer on a nitrogen polar surface;
Nitride-based active layer;
A p-type nitride cladding layer of a metal polar surface;
Reflective p-type ohmic contact electrode structures; And
A light emitting diode device comprising a group III-nitride-based semiconductor device of a vertical structure, characterized in that it comprises a stacked structure of support substrates.
상기 반도체 소자는 In x Al y Ga (1-x-y) N(0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자를 포함하는 발광다이오드 소자.
The method of claim 6,
The semiconductor device may include a structure having a composition formula of In x Al y Ga (1-xy) N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). A light emitting diode device comprising a group III-nitride-based semiconductor device of a structure.
상기 확산방지층은 붕소(B)와 결합한 금속화합물로 구성된 것을 특징으로 하는 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자를 포함하는 발광다이오드 소자.
The method of claim 6,
The diffusion barrier layer comprises a group III n-type nitride semiconductor device of the vertical structure, characterized in that composed of a metal compound bonded with boron (B).
상기 붕소(B)와 결합한 금속화합물은 TiB2, ZrB2, W2B, W2B5, 및 CrB2로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자를 포함하는 발광다이오드 소자.The method of claim 8,
The metal compound bonded to the boron (B) is a group III n-type nitride of the vertical structure, characterized in that any one selected from the group consisting of TiB 2 , ZrB 2 , W 2 B, W 2 B 5 , and CrB 2 . A light emitting diode device comprising a semiconductor device.
상기 확산방지층은 5 내지 200nm 의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자를 포함하는 발광다이오드 소자.
The method of claim 6,
The diffusion barrier layer comprises a group III n-type nitride semiconductor device of the vertical structure characterized in that it has a thickness of 5 to 200nm.
상기 질소 극성 표면의 n형 질화물계 클래드층 및 금속 극성 표면의 p형 질화물계 클래드층은 각각 n-GaN 및 p-GaN 인 것을 특징으로 하는 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자를 포함하는 발광다이오드 소자.
The method of claim 6,
The n-type nitride cladding layer on the nitrogen polar surface and the p-type nitride cladding layer on the metal polar surface are n-GaN and p-GaN, respectively. Light emitting diode device comprising.
상기 질화물계 활성층은 단일 양자우물(Quantum Well) 구조 또는 다중 양자우물 구조인 것을 특징으로 하는 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자를 포함하는 발광다이오드 소자.
The method of claim 6,
The nitride-based active layer is a light emitting diode device comprising a group III n-type nitride semiconductor device of the vertical structure, characterized in that the single quantum well (Quantum Well) structure or multiple quantum well structure.
성장기판에 순차적으로 질소 극성 표면의 n형 질화물계 클래드층, 질화물계 활성층, 및 금속 극성 표면의 p형 질화물계 클래드층을 성장시키는 단계;
상기 p형 질화물계 클래드층 상면에 반사성 p형 오믹접촉 전극구조체를 형성시키는 단계;
지지기판을 상기 반사성 p형 오믹접촉 전극구조체 상면에 형성시키는 단계;
상기 성장기판을 분리 제거시키는 단계;
상기 질소극성 표면의 n형 질화물계 클래드층의 상면에 확산방지층을 형성시키는 단계; 및
상기 확산방지층의 상면에 전극구조체를 형성시키는 단계;
를 포함하는 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자를 포함하는 발광다이오드 소자의 제조방법.
A method of manufacturing a light emitting diode device comprising a group III n-type nitride semiconductor device having a vertical structure,
Sequentially growing an n-type nitride cladding layer of a nitrogen polar surface, a nitride active layer, and a p-type nitride cladding layer of a metal polar surface on a growth substrate;
Forming a reflective p-type ohmic contact electrode structure on an upper surface of the p-type nitride cladding layer;
Forming a support substrate on an upper surface of the reflective p-type ohmic contact electrode structure;
Separating and removing the growth substrate;
Forming a diffusion barrier layer on an upper surface of the n-type nitride cladding layer on the nitrogen polar surface; And
Forming an electrode structure on an upper surface of the diffusion barrier layer;
A method of manufacturing a light emitting diode device comprising a group III-nitride-based semiconductor device of a vertical structure comprising a.
상기 반도체 소자는 In x Al y Ga (1-x-y) N(0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자를 포함하는 발광다이오드 소자의 제조방법.
The method of claim 13,
The semiconductor device may include a structure having a composition formula of In x Al y Ga (1-xy) N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). A method of manufacturing a light emitting diode device comprising a group III-nitride-based semiconductor device having a structure.
상기 성장기판의 분리 제거는 레이저를 성장기판에 조사하여 행하는 것을 특징으로 하는 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자를 포함하는 발광다이오드 소자의 제조방법.
The method of claim 13,
And separating and removing the growth substrate is performed by irradiating a laser onto the growth substrate to fabricate a light emitting diode device comprising a group III-nitride-based semiconductor device having a vertical structure.
상기 확산방지층은 붕소(B)와 결합한 금속화합물로 구성된 것을 특징으로 하는 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자를 포함하는 발광다이오드 소자의 제조방법.
The method of claim 13,
The diffusion barrier layer is a manufacturing method of a light emitting diode device comprising a group III n-type nitride semiconductor device of the vertical structure, characterized in that consisting of a metal compound bonded with boron (B).
상기 붕소(B)와 결합한 금속화합물은 TiB2, ZrB2, W2B, W2B5, 및 CrB2로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자를 포함하는 발광다이오드 소자의 제조방법.
The method of claim 13,
The metal compound bonded to the boron (B) is a group III n-type nitride of the vertical structure, characterized in that any one selected from the group consisting of TiB 2 , ZrB 2 , W 2 B, W 2 B 5 , and CrB 2 . Method of manufacturing a light emitting diode device comprising a semiconductor device.
상기 확산방지층은 5 내지 200nm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 수직형 구조의 그룹 Ⅲ족 n형 질화물계 반도체 소자를 포함하는 발광다이오드 소자의 제조방법.The method of claim 13,
The diffusion barrier layer is a manufacturing method of a light emitting diode device comprising a Group III n-type nitride semiconductor device of a vertical structure, characterized in that having a thickness of 5 to 200nm.
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