KR20130006978A - 발광소자 및 발광소자의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실시예는 발광소자 및 발광소자의 제조방법에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광소자는 기판; 상기 기판을 선택으로 노출하며 복수로 이격되어 형성된 절연막 패턴; 상기 노출된 기판 및 상기 절연막 패턴 상에 형성된 제1 질화물 에피층; 및 상기 제1 질화물 에피층 상에 형성된 제2 질화물 에피층;을 포함하며, 상기 제1 질화물 에피층은 보이드(void)를 개재할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 기판; 상기 기판을 선택으로 노출하며 복수로 이격되어 형성된 절연막 패턴; 상기 노출된 기판 및 상기 절연막 패턴 상에 형성된 제1 질화물 에피층; 및 상기 제1 질화물 에피층 상에 형성된 제2 질화물 에피층;을 포함하며, 상기 제1 질화물 에피층은 보이드(void)를 개재할 수 있다.
Description
실시예는 발광소자 및 발광소자의 제조방법에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device: LED)는 반도체 PN 접합소자로 전기 에너지를 빛 에너지로 바꾸는 발광 반도체로서, 발광소자는 화합물 반도체 단자에 전류를 흘려서 PN 접합부근 혹은 활성층에서 전자와 홀의 결합에 의해 빛을 방출하는 소자이다.
종래기술에 의하면 LED는 사파이어 기판 상에 질화갈륨(GaN) 반도체층을 에피성장하여 형성하는데, 사파이어 기판과 질화갈륨의 결정격자 차이에 의해 많은 전위(dislocation)가 발생하고, 이러한 전위는 비발광 재결합(non-radiative recombination) 사이트인 디펙트로 작용하여 발광소자의 내부 발광효율을 저하하는 문제가 있다.
실시예는 고품질의 발광구조물을 포함하는 발광소자 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 발광소자는 기판; 상기 기판을 선택으로 노출하며 복수로 이격되어 형성된 절연막 패턴; 상기 노출된 기판 및 상기 절연막 패턴 상에 형성된 제1 질화물 에피층; 및 상기 제1 질화물 에피층 상에 형성된 제2 질화물 에피층;을 포함하며, 상기 제1 질화물 에피층은 보이드(void)를 개재할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 발광소자의 제조방법은 기판을 준비하는 단계; 상기 기판을 선택으로 노출하는 복수의 이격된 절연막 패턴을 형성하는 단계; 상기 노출된 기판 및 상기 절연막 패턴 상에 제1 질화물 에피층을 수평성장하는 단계; 및 상기 제1 질화물 에피층 상에 제2 질화물 에피층을 수직성장하는 단계;를 포함하며, 상기 제1 질화물 에피층은 보이드(void)를 개재할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 및 발광소자의 제조방법에 의하면, 측면 성장된 GaN층 내에 보이드(void)를 개재할 수 있으며, 상기 보이드에 의해 전위가 차단됨으로써 수직 성장하는 GaN 에피층은 전위가 차단된 고품질의 GaN층을 얻을 수 있고, 이에 따라 발광소자의 내부 발광효율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 2 내지 도 6은 실시예에 따른 발광소자의 제조방법의 공정 단면도.
도 2 내지 도 6은 실시예에 따른 발광소자의 제조방법의 공정 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태들을 설명한다.
본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다,
또한, 실시예의 설명에 있어 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
(실시예)
도 1은 실시예에 따른 발광소자(100)의 단면도이다.
실시예에 따른 발광소자(100)는 기판(102)과, 상기 기판(102)을 선택으로 노출하며 복수로 이격되어 형성된 절연막 패턴(104)과, 상기 노출된 기판(102) 및 상기 절연막 패턴(104) 상에 형성된 제1 질화물 에피층(106) 및 상기 제1 질화물 에피층(106) 상에 형성된 제2 질화물 에피층(108)를 포함하며, 상기 제1 질화물 에피층(106)은 보이드(void)를 개재할 수 있다.
상기 제1 질화물 에피층(106)은 수평성장되며, 상기 제2 질화물 에피층(108)은 수직성장될 수 있다.
상기 보이드(V)는 상기 수평성장되는 제1 질화물 에피층(106) 사이에 개재될 수 있다.
실시예는 상기 제1 질화물 에피층(106) 상에 발광구조물(110)을 형성할 수 있다. 상기 발광구조물은 제1 도전형 반도체층(112)과, 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 활성층(114) 및 상기 활성층(114) 상에 제2 도전형 반도체층(116)을 포함할 수 있다.
실시예는 ELOG(Epitaxial Lateral Over Growth) 공정 및 보이드 형성공정에 따라 측면 성장된 GaN층 내에 보이드(V)를 개재할 수 있다. 상기 보이드(V)는 수평성장된 제1 질화물 에피층(106)이 서로 만나는 영역에 생성될 수 있으며, 보이드(V)가 형성됨에 따라 전위 차단 기능을 하며, 상기 보이드(V) 상에는 언도프트 질화갈륨(u-GaN)이나 발광구조물 등을 고품질로 용이하게 형성할 수 있다.
실시예는 발광구조물(110) 상에 투광성 오믹층(124)을 구비할 수 있고, 투광성 오믹층(124) 상에 제2 패드전극(132) 및 상기 발광구조물(110)이 일부제거되어 노출되는 제1 도전형 반도체층(112) 상에 제1 패드전극(131)을 구비할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 및 발광소자의 제조방법에 의하면, 측면 성장된 GaN층 내에 보이드(void)를 개재할 수 있으며, 상기 보이드에 의해 전위가 차단됨으로써 수직 성장하는 GaN 에피층은 전위가 차단된 고품질의 GaN층을 얻을 수 있어 발광소자의 내부 발광효율을 증가시킬 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 설명한다.
우선, 도 2와 같이 기판(102)을 준비하고, 상기 기판(102)을 선택으로 노출하는 복수의 이격된 절연막 패턴(104)을 형성한다.
상기 기판(102)은 절연성 기판 또는 전도성 기판을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(102)은 사파이어(Al2O3), 실리콘 카바이드(SiC), GaAs, GaN, ZnO, GaP, Ge, Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 절연막 패턴(104)은 실리콘산화막 또는 실리콘 질화막 등의 절연막일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 절연막 패턴(104)은 상기 기판(102) 상에 절연층(미도시)을 형성하고, 소정의 마스크 패턴을 이용한 패터닝 공정에 의해 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 도 3과 같이 상기 노출된 기판(102) 및 상기 절연막 패턴(104) 상에 제1 질화물 에피층(106)을 수평성장한다.
상기 제1 질화물 에피층(106)은 GaN층일 수 있으며, ELOG(Epitaxial Lateral Over Growth) 공정에 의해 형성될 수 있다.
상기 제1 질화물 에피층(106)은 절연막 패턴(104)에 의해 노출된 기판(102) 상에 우선적으로 성장하여 측면성장이 진행될 수 있다.
다음으로, 통상의 ELOG 기법에 의하면 도 4와 같이 상기 수평 성장하는 제1 질화물 에피층(106)은 서로 머지(merge)하여 수평성장을 멈추게 되는데, 실시예에서는 완전한 머지(Merge)가 이루어져서 전위( Dislocation)가 응집, 상향 전파하기 전에 성장 모드(mode)를 수직형 모드로 바꾸어 상기 제1 질화물 에피층(106) 내에 보이드(void)(V)를 포함시킬 수 있다.
실시예에서 수직형 성장 모드는 수평형 성장 모드에 비해 상대적으로 높은 압력, 낮은 온도, 적은 가스(Gas) 유량 등을 통해 구현할 수 있다.
실시예는 ELOG(Epitaxial Lateral Over Growth) 공정 및 보이드 형성공정에 따라 측면 성장된 GaN층 내에 보이드(V)를 개재할 수 있으며, 상기 보이드(V)가 형성됨에 따라 전위 차단 기능을 하며, 상기 보이드(V) 상에는 언도프트 질화갈륨(u-GaN)이나 발광구조물 등을 고품질로 용이하게 형성할 수 있다.
다음으로, 도 5와 같이 상기 제1 질화물 에피층(106) 상에 제2 질화물 에피층(108)을 수직성장한다.
상기 제2 질화물 에피층(108)은 버퍼층 또는 언도프트 질화갈륨층(undoped GaN layer)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 버퍼층으로는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 도 6과 같이 상기 제2 질화물 에피층(108) 상에 제1 도전형 반도체층(112), 활성층(114) 및 제2 도전형 반도체층(116)을 순차적으로 형성할 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(112)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 도전형 반도체층(112)은 화학증착방법(CVD) 혹은 분자선 에피택시 (MBE) 혹은 스퍼터링 혹은 수산화물 증기상 에피택시(HVPE) 등의 방법을 사용하여 N형 GaN층을 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층(112)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 실리콘(Si)와 같은 n 형 불순물을 포함하는 실란 가스(SiH4)가 주입되어 형성될 수 있다.
상기 활성층(114)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 활성층(114)은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 활성층(114)은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 트리메틸 인듐 가스(TMIn)가 주입되어 다중 양자우물구조가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 도전형 반도체층(116)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(116)이 P형 반도체층인 경우, 상기 제2 도전형 도펀트는 P형 도펀트로서 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(116)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 마그네슘(Mg)과 같은 p 형 불순물을 포함하는 물질이 주입되어 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 상기 발광구조물(110) 상에 투광성 오믹층(124)을 형성한다. 상기 투광성 오믹층(124)은 상기 발광구조물(110) 상에 형성되어 캐리어 확산층의 기능을 할 수 있다.
예를 들어, 상기 투광성 오믹층(124)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), IZON(IZO Nitride), ZnO, AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), IrOx, RuOx, NiO 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
다음으로, 발광구조물(110)의 일부를 제거한 후 상기 투광성 오믹층(124) 상에 제2 패드전극(132)과 상기 제1 도전형 반도체층(112)과 전기적으로 연결되는 제1 패드전극(131)을 형성할 수 있다.
상기 제1 패드전극(131)은 Ti/Au를 포함할 수 있고, 상기 제2 패드전극(132)은 Ni/Au를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 따른 발광소자 및 발광소자의 제조방법에 의하면, 측면 성장된 GaN층 내에 보이드(void)를 개재할 수 있으며, 상기 보이드에 의해 전위가 차단됨으로써 수직 성장하는 GaN 에피층은 전위가 차단된 고품질의 GaN층을 얻을 수 있고, 이에 따라 발광소자의 내부 발광효율을 증가시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 않는다.
Claims (7)
- 기판;
상기 기판을 선택으로 노출하며 복수로 이격되어 형성된 절연막 패턴;
상기 노출된 기판 및 상기 절연막 패턴 상에 형성된 제1 질화물 에피층; 및
상기 제1 질화물 에피층 상에 형성된 제2 질화물 에피층;을 포함하며,
상기 제1 질화물 에피층은 보이드(void)를 개재하는 발광소자. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 질화물 에피층은 수평성장되며,
상기 제2 질화물 에피층은 수직성장된 발광소자. - 제2 항에 있어서,
상기 보이드는
상기 수평성장되는 제1 질화물 에피층 사이에 개재되는 발광소자. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 질화물 에피층 상에 제1 도전형 반도체층;
상기 제1 도전형 반도체층 상에 활성층; 및
상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층;을 포함하는 발광소자. - 기판을 준비하는 단계;
상기 기판을 선택으로 노출하는 복수의 이격된 절연막 패턴을 형성하는 단계;
상기 노출된 기판 및 상기 절연막 패턴 상에 제1 질화물 에피층을 수평성장하는 단계; 및
상기 제1 질화물 에피층 상에 제2 질화물 에피층을 수직성장하는 단계;를 포함하며,
상기 제1 질화물 에피층은 보이드(void)를 개재하는 발광소자의 제조방법. - 제5 항에 있어서,
상기 보이드는
상기 수평성장되는 제1 질화물 에피층 사이에 개재되는 발광소자의 제조방법. - 제5 항에 있어서,
상기 제2 질화물 에피층 상에 제1 도전형 반도체층을 형성하는 단계;
상기 제1 도전형 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계; 및
상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층을 형성하는 단계;를 포함하는 발광소자의 제조방법.
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