KR20150035208A - 질화물 반도체 성장 방법, 이를 이용한 반도체 제조용 템플릿 제조 방법 및 반도체 발광 소자 제조 방법 - Google Patents

질화물 반도체 성장 방법, 이를 이용한 반도체 제조용 템플릿 제조 방법 및 반도체 발광 소자 제조 방법 Download PDF

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Abstract

질화물 반도체 성장 방법, 이를 이용한 반도체 제조용 템플릿 제조 방법 및 반도체 발광 소자 제조 방법이 개시된다. 상기 반도체 제조용 템플릿 제조 방법은, 결함 응집 영역을 갖는 성장 기판을 준비하고, 상기 성장 기판 상에 제1 고온 질화물층을 성장시키고, 상기 제1 고온 질화물층 상에 저온 질화물층을 성장시키고, 상기 저온 질화물층을 열처리하는 것을 포함한다. 이에 따라, 상기 템플릿 상에 성장되는 반도체층들의 결정성을 우수하게 할 수 있다.

Description

질화물 반도체 성장 방법, 이를 이용한 반도체 제조용 템플릿 제조 방법 및 반도체 발광 소자 제조 방법{METHOD FOR GROWING NITRIDE SEMICONDUCTOR, METHOD OF MAKING TEMPLATE FOR FABRICATING SEMICONDUCTOR AND METHOD OF MAKING SEMICONDUCTOR LIGHT-EMITTING DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 질화물 반도체 성장 방법, 이를 이용한 반도체 제조용 템플릿 제조 방법 및 반도체 발광 소자 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 질화물 반도체의 막질을 향상시킬 수 있는 성장 방법을 통한 반도체 제조용 템플릿 및 반도체 발광 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
발광 소자는 전자와 정공의 재결합으로 발생되는 광을 발하는 무기 반도체 소자로서, 최근, 디스플레이, 자동차 램프, 일반 조명 등의 여러 분야에서 사용되고 있다. 특히, 질화갈륨, 질화알루미늄 등의 질화물 반도체는 직접 천이형 특성을 갖고, 다양한 대역의 에너지 밴드갭을 갖도록 제조될 수 있어서, 필요에 따라 다양한 파장대의 발광 소자를 제조할 수 있다. 질화물 반도체의 이러한 장점을 이용한 발광 소자 및 전자 소자 등의 반도체 소자가 제조되고 있다.
종래에, 질화물 반도체와 동종의 기판을 제작하는 것에 기술적, 경제적으로 한계가 있어서, 주로 사파이어 기판과 같은 이종 기판을 성장기판으로 이용하여 질화물 반도체층을 성장시켰다. 그러나 사파이어 기판과 같은 이종 기판과 질화물 반도체 물질 간의 격자 상수 차이, 열 팽창 계수 차이 등으로부터 비롯된 문제들로 인하여, 이종 기판 상에 성장된 질화물 반도체층의 효율 및 신뢰성에 한계가 있었다. 특히 이종 기판 상에 성장된 질화물 반도체층은 높은 결정 결함 밀도(예를 들어, 전위(dislocation) 밀도)를 가져, 고전류 밀도로 구동할 수 있는 반도체 소자를 제조하는 것이 어렵다.
이에 따라, 최근, 질화갈륨 기판 또는 질화알루미늄 기판과 같은 동종 기판을 성장 기판으로 이용하여 질화물 반도체층을 성장시키는 기술이 연구, 개발되고 있다. 상기 동종 기판을 제조하기 위하여, 제조하고자 하는 기판의 성장면에 따라 벌크 질화물 단결정을 슬라이싱 하거나, 상기 벌크 질화물 단결정을 다른 면방위에 따라 슬라이싱하는 방법을 이용한다. 통상적으로 상기 벌크 질화물 단결정은 사파이어 기판 상에 HVPE(hydride vapor phase epitaxy)로 성장되어 제공되며, 또한 성장면으로 c면을 갖는다.
한편, 질화물 반도체는 c면으로 성장될 때 가장 안정적으로 성장되는 것으로 알려져 있으며, 따라서 종래에는 주로 c면 성장된 질화물 반도체층을 갖는 질화물 반도체 소자가 이용되었다. 그런데 c면을 성장면으로 갖는 질화물 반도체층은 극성을 갖기 때문에 자발 분극 현상을 야기하고, 또한, 사파이어 기판과 같은 이종 기판에서 성장된 질화물 반도체층은 격자 부정합으로 발생된 스트레인으로 인한 압전 현상이 발생한다. 이러한 자발 분극 및 압전 현상은 에너지 밴드갭의 변형을 발생시켜 반도체 소자의 내부 양자 효율을 떨어뜨리고, 특히 발광 소자의 경우 발광 파장의 변화를 발생시킨다.
상술한 문제점을 해결하고자, 비극성 동종 기판을 제조하는 방법이 연구되고 있다.
상기 비극성 동종 기판은 상술한 벌크 질화물 단결정을 c면이 아닌 다른 면방위(예를 들어, a면 또는 m면 등)를 따라 슬라이싱하여 제조된다. 그러나, 이러한 방법으로 제조된 동종 기판은 그 크기가 너무 작아, 상업적으로 이용되기 어려운 실정이다. 이에 따라, 일본 특허공개공보 특개2003-165799호 등에는 복수의 소형 비극성 질화물 기판을 타일링(tiling)하여 대면적의 비극성 질화물 기판을 제조하는 기술이 개시된 바 있다.
그런데, 상기 특허문헌 등에 개시된 비극성 질화물 기판은 복수의 소형 비극성 질화물 기판들이 결합된 부분에 형성된 결함 응집 영역을 갖는다. 예를 들어, 제조하는 방법에 따라 닷(dot) 패턴 또는 스트라이프(stripe) 패턴의 결함 응집 영역이 형성된다. 이러한 비극성 질화물 기판 상에 성장된 질화물 반도체층은 결함 응집 영역으로부터 전파(propagation)된 결함을 가지며, 상기 결함이 밀집된 영역은 결정성이 조악하여 반도체 소자로서 기능하지 못한다. 또한, 상기 비극성 질화물 기판 상에 성장되는 반도체층에 있어서, 상기 반도체층이 2차원 성장을 하게되면, 결함 응집 영역 상부 영역에 피트(pit)가 형성되어 반도체층의 결정질이 저하되는 문제가 있다. 따라서 공정 수율이 떨어지며, 제조된 반도체 소자의 신뢰성에도 문제가 발생한다.
일본 특허공개공보 특개2003-165799호
본 발명에 따르면, 성장 기판의 결함 응집 영역으로부터 결함이 전파되는 것을 방지하여 표면 막질이 우수한 반도체 제조용 템플릿 제조 방법을 제공할 수 있다. 또한, 상기 템플릿 상에 표면 막질 및 결정성이 우수한 반도체층을 제조할 수 있는 방법을 제공할 수 있다. 나아가, 상기 템플릿 상에 성장되어 제조된 반도체 발광 소자 제조 방법을 제공할 수 있고, 상기 반도체 발광 소자는 우수한 전기적 특성을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조용 템플릿 제조 방법은, 결함 응집 영역을 갖는 성장 기판을 준비하고; 상기 성장 기판 상에 제1 고온 질화물층을 성장시키고; 상기 제1 고온 질화물층 상에 저온 질화물층을 성장시키고; 상기 저온 질화물층을 열처리하는 것을 포함한다.
상기 제1 고온 질화물층은 제1 압력 및 제1 온도 조건에서 성장될 수 있고, 상기 저온 질화물층은 제2 압력 및 제2 온도 조건에서 성장될 수 있으며, 상기 열처리하는 것은 제3 압력 및 제3 온도에서 수행될 수 있고, 상기 제1 온도는 상기 제2 온도보다 높을 수 있다.
상기 제1 온도는 1050 내지 1200℃ 일 수 있고, 상기 제2 온도는 700 내지 850℃일 수 있다.
또한, 상기 제3 온도는 1000℃ 이상일 수 있다.
상기 제1 내지 제3 압력은 동일할 수 있으며, 상기 제1 압력은 50 내지 300 Torr 범위 내의 압력일 수 있다.
또한, 상기 제2 압력은 상기 제1 및 제3 압력보다 높을 수 있고, 상기 제2 압력은 300 내지 500 Torr 범위 내의 압력일 수 있다.
상기 템플릿 제조 방법은, 상기 저온 질화물층을 열처리한 후, 상기 저온 질화물층 상에 제2 고온 질화물층을 성장시키는 것을 더 포함할 수 있고, 상기 제2 고온 질화물층은 제4 압력 및 제4 온도 조건에서 성장될 수 있다.
나아가, 상기 제4 압력과 제1 압력은 동일할 수 있고, 상기 제4 온도와 상기 제4 압력은 동일할 수 있다.
상기 제1 고온 질화물층은 상기 결함 응집 영역 상에 형성되는 피트(pit)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 저온 질화물층은 상기 피트를 채울 수 있다.
상기 저온 질화물층은 300 내지 500 Torr 범위 내의 압력 조건에서 성장될 수 있고, 상기 제1 고온 질화물층은 상기 저온 질화물층에 비해 낮은 압력 조건에서 성장될 수 있다.
상기 열처리된 저온 질화물층은 평평한 상면을 가질 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 성장 기판은 질화물 기판일 수 있다.
상기 질화물 기판은 비극성 또는 반극성 특성을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자 제조 방법은, 결함 응집 영역을 갖는 성장 기판을 준비하고; 상기 성장 기판 상에 제1 고온 질화물층을 성장시키고; 상기 제1 고온 질화물층 상에 저온 질화물층을 성장시키고; 상기 저온 질화물층을 열처리하고; 상기 저온 질화물층 상에 제2 고온 질화물층을 성장시키고; 상기 제2 고온 질화물층 상에 활성층을 형성하고; 상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층을 형성하는 것을 포함한다.
상기 제2 고온 질화물층은 제1 도전형 불순물을 포함하여 제1 도전형 특성을 가질 수 있다.
상기 제1 고온 질화물층은 상기 결함 응집 영역 상에 형성된 피트를 포함할 수 있다.
상기 저온 질화물층은 상기 피트를 채울 수 있다.
상기 열처리된 저온 질화물층은 평평한 상면을 가질 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 결함 응집 영역을 포함하는 질화물 성장 기판을 이용하여 결정질이 우수한 질화물 반도체의 성장 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 상기 성장 방법을 이용하여 제조되어, 결정질이 우수한 반도체 제조용 템플릿 및 반도체 발광 소자를 제공하는 것이다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조용 템플릿 및 반도체 발광 소자 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체층들의 성장 조건을 도시하는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체층들의 성장 조건을 도시하는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 질화물 반도체 성장 방법에 의해 성장된 반도체층의 표면과 비교예에 따라 성장된 반도체층의 표면을 비교하기 위한 사진들이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 또한, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에" 또는 "상에" 있다고 기재된 경우 각 부분이 다른 부분의 "바로 상부" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라 각 구성요소와 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조용 템플릿 및 반도체 발광 소자 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이며, 도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체층들의 성장 조건을 도시하는 그래프이다. 다만, 도 6 및 도 7을 참조하여 설명하는 반도체층들의 성장 조건들은 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1을 참조하면, 성장 기판(110)을 준비하고, 상기 성장 기판(110) 상에 제1 고온 질화물층(120)을 형성한다. 이때, 성장 기판(110)은 결함 응집 영역(111)을 포함할 수 있다.
성장 기판(110)은 질화물 기판일 수 있고, 상기 질화물 기판은, 예를 들어, 질화갈륨 기판 또는 질화알루미늄 기판을 포함할 수 있다. 또한, 질화물 기판인 성장 기판(110)은 다양한 성장면을 포함할 수 있고, 특히, 본 실시예에 있어서, 상기 성장 기판(110)은 그 성장면으로서 m면((1-100)), a면((11-20)과 같은 비극성의 성장면 또는 (20-21) 면과 같은 반극성의 성장면을 가질 수 있다. 이에 따라, 성장 기판(110) 상에 성장된 질화물 반도체는 비극성 또는 반극성의 특성을 가질 수 있어서, 자발분극으로 인한 내부 양자 효율 저하를 최소화할 수 있다.
이러한 비극성 또는 반극성의 성장면을 갖는 성장 기판(110)은 복수의 시드 기판 상에 HVPE를 이용하여 질화물 단결정을 성장시키고, 상기 질화물 단결정을 슬라이싱하여 제공될 수 있다. 이에 따라, 복수의 시드 기판들 사이의 계면으로부터 발생된 결함 응집 영역(111)이 형성될 수 있다. 결함 응집 영역(111)은 질화물 기판인 성장 기판(110)의 제조 방법에 따라, 스트라이프 패턴 또는 닷(dot) 패턴 등을 갖도록 형성될 수도 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 결함 응집 영역(111)은 성장 기판(110)의 상면 표면, 즉, 성장 기판(110)의 성장면에 노출될 수 있다.
제1 고온 질화물층(120)은 (Al, Ga, In)N과 같은 질화물 반도체를 포함할 수 있고, 예를 들어, GaN을 포함할 수 있다. 또한, 제1 고온 질화물층(120)은 MOCVD, MBE, 또는 HVPE를 이용하여 성장될 수 있다. 제1 고온 질화물층(120)은 제1 온도 및 제1 압력 조건하에서 성장될 수 있으며, 상대적으로 고온에서 성장될 수 있다. 예를 들어, MOCVD를 이용하여 제1 고온 질화물층(120)을 성장시키는 경우, 도 6 또는 도 7에 도시된 바와 같은 조건 하에 성장될 수 있다. 즉, MOCVD 공정 챔버 내의 온도 및 압력을 각각 1050 내지 1200℃, 및 50 내지 300Torr의 범위로 조절하고, H2 가스 및 N2 가스 중 적어도 하나와, GaN 소스 가스로서 NH3 및 TMGa를 챔버 내에 공급하여 제1 고온 질화물층(120)을 성장시킬 수 있다. 이때, 제1 고온 질화물층(120)은 2 내지 3㎛의 두께로 성장될 수 있다.
성장 기판(110)의 표면에서 결함 응집 영역(111)이 형성된 부분은 높은 결함 밀도로 인하여 반도체층의 성장이 어려울 수 있다. 또한, 상기와 같은 조건에서 성장된 제1 고온 질화물층(120)은 2차원 성장이 우세하여, 성장 기판(110) 표면에서 결함 응집 영역(111) 보다는 다른 표면에서의 성장이 지배적으로 일어날 수 있다. 이에 따라, 제1 고온 질화물층(120)은 결함 응집 영역(111) 상에 형성되는 피트(pit; 121)를 포함할 수 있고, 상기 피트(121)는 도 1에 도시된 바와 같이 V자 형태로 형성될 수 있다.
다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 성장 조건의 변화에 따라, 제1 고온 질화물층(120)에 피트(121)가 형성되지 않을 수도 있다.
이어서, 도 2를 참조하면, 제1 고온 질화물층(120) 상에 저온 질화물층(130a)을 형성한다. 저온 질화물층(130a)은 제1 고온 질화물층(120)을 덮도록 성장될 수 있으며, 나아가, 피트(121)를 채우도록 성장될 수 있다.
저온 질화물층(130a)은 (Al, Ga, In)N과 같은 질화물 반도체를 포함할 수 있고, 예를 들어, GaN을 포함할 수 있다. 또한, 저온 질화물층(130a)은 MOCVD, MBE, 또는 HVPE를 이용하여 성장될 수 있다. 저온 질화물층(130a)은 제2 온도 및 제2 압력 조건하에서 성장될 수 있으며, 제1 고온 질화물층(120)에 비해 상대적으로 저온에서 성장될 수 있다. 다시 말해서, 제2 온도는 제1 온도보다 낮은 온도일 수 있다. 한편, 제1 압력은 제2 압력과 같을 수도 있고, 다를 수도 있다. 예를 들어, MOCVD를 이용하여 저온 질화물층(130a)을 성장시키는 경우, 도 6 또는 도 7에 도시된 바와 같은 조건 하에 성장될 수 있다.
즉, 도 6을 참조하여 설명되는 본 발명의 일 실시예에 따르면, MOCVD 공정 챔버 내의 온도 및 압력을 각각 700 내지 850℃, 및 50 내지 300Torr의 범위로 조절하고, H2 가스 및 N2 가스 중 적어도 하나와, GaN 소스 가스로서 NH3 및 TMGa를 챔버 내에 공급하여 저온 질화물층(130a)을 성장시킬 수 있다. 이때, 저온 질화물층(130a)은 100 내지 1000nm의 두께로 성장될 수 있다.
저온 질화물층(130a)은 제2 온도, 즉 상대적으로 저온에서 성장됨으로써, 결함이 존재하는 영역으로부터 우선적으로 성장될 수 있다. 이에 따라, 저온 질화물층(130a)은 결함 응집 영역(111)으로부터 성장되어 형성될 수 있고, 또한, 3차원 성장을 하여 상기 피트(121)를 채우면서 성장될 수 있다. 저온 질화물층(130a)이 피트(121)를 채우면서 성장되므로, 저온 질화물층(130a)의 표면에는 제1 고온 질화물층(120)의 표면과 달리 피트(121)와 같은 구성을 포함하지 않을 수 있다. 따라서, 저온 질화물층(130a)이 표면은 대체로 수평하게 형성될 수 있다. 다만, 저온 질화물층(130a)은 상대적으로 저온에서 성장되며, 결함이 존재하는 영역으로부터 성장되어 표면 거칠기가 제1 고온 질화물층(120)에 비해 높게 형성될 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 저온 질화물층(130a)의 표면은 거칠게 형성될 수 있다.
저온 질화물층(130a)은 결함이 존재하는 영역으로부터 성장될 수 있으므로, 성장하면서 주변에 인접하는 결합들을 서로 상쇄시켜 결합 밀도를 감소시킬 수 있다. 따라서, 후속 공정에서 저온 질화물층(130a) 상에 성장되어 형성되는 다른 반도체층들의 결함밀도를 감소시켜, 결정질을 우수하게 할 수 있다.
한편, 도 7을 참조하여 설명되는 다른 실시예는, 도 6의 실시예와 대체로 유사하나, 저온 질화물층 성장 시 챔버 내의 압력을 상대적으로 고압으로 유지하는 점에서 차이가 있다. 즉, 도 7의 실시예에서는, 제2 압력이 제1 압력보다 높은 압력일 수 있다.
도 7의 실시예에 있어서, 저온 질화물층(130a)은 제1 고온 질화물층(120)의 성장 압력보다 높은 300 내지 500Torr 범위 내의 압력 조건에서 성장될 수 있다. 저온 질화물층(130a)이 상대적으로 고압에서 성장됨으로써, 결합 상에서 저온 질화물층(130a)이 성장되는 것을 더욱 효과적으로 유도할 수 있다.
다음, 도 3을 참조하면, 저온 질화물층(130a)을 열처리한다. 열처리 공정을 거침으로써, 표면 거칠기가 감소된 저온 질화물층(130)을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 저온 질화물층(130)은 평평한 상면을 가질 수 있다.
저온 질화물층(130a)을 열처리하는 것은, 제3 압력 및 제3 온도에서 수행될 수 있으며, 제1 고온 질화물층(120)과 저온 질화물층(130a)을 성장시킨 챔버와 동일한 챔버 내에서 수행될 수 있다. 이때, 제3 온도는 제2 온도보다 높은 온도일 수 있다. 예를 들어, 상기 열처리 공정은, 도 6 또는 도 7의 그래프에 도시된 바와 같이, MOCVD 공정 챔버 내의 온도 및 압력을 각각 1000℃ 이상, 및 50 내지 300Torr의 범위로 조절하고, H2 가스 및 N2 가스 중 적어도 하나와, GaN 소스 가스로서 NH3 및 TMGa를 챔버 내에 공급하여 수행될 수 있다.
저온 질화물층(130a)에 대해서 1000℃ 이상의 온도에서 열처리를 함으로써, 저온 질화물층(130)의 표면 막질을 우수하게 할 수 있다. 나아가, 열처리 과정에서 저온 질화물층(130)의 결정질이 우수해질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 저온 질화물층(130a)을 상대적으로 저온에서 성장시킴으로써 결함밀도를 감소시킬 수 있으나, 저온 성장으로 인한 표면 막질이 거칠어지게 된다. 그러나 저온 질화물층(130a)에 대해서 열처리를 수행함으로써 표면 막질 및 결정성이 우수해진 저온 질화물층(130)이 제공될 수 있어서, 후속 공정에서 저온 질화물층(130) 상에 성장되는 반도체층들의 결정성을 우수하게 할 수 있다.
이어서, 도 4를 참조하면, 저온 질화물층(130) 상에 제2 고온 질화물층(140)을 더 성장시킬 수 있다. 이에 따라, 도 4에 도시된 바와 같은 반도체 제조용 템플릿이 제공될 수 있다.
제2 고온 질화물층(140)은 제1 고온 질화물층(120)과 대체로 유사하다. 다만, 제2 고온 질화물층(140)은 불순물을 더 포함하여 제1 도전형으로 도핑될 수 있다. 예를 들어, 제2 고온 질화물층(140)은 Si를 더 포함하여 n형으로 도핑될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상술한 실시예들에 따르면, 본 발명의 반도체 제조용 템플릿은 그 표면에 형성될 수 있는 결함 응집 영역(111)으로부터 전파된 결함을 포함하지 않으며, 또한 우수한 표면 막질 및 결정성을 갖는다. 이에 따라, 상기 템플릿 상에 성장되어 형성되는 반도체 소자의 특성을 우수하게 할 수 있다.
한편, 상기 템플릿 상에 추가적인 반도체층들을 더 성장시킬 수 있고, 도 5에 도시된 바와 같이, 활성층(150) 및 제2 도전형 반도체층(160)을 형성함으로써, 반도체 발광 소자를 제조할 수 있다.
도 5를 참조하면, 제2 고온 질화물층(140) 상에 활성층(150)을 성장시키고, 상기 활성층(150) 상에 제2 도전형 반도체층(160)을 성장시킨다.
활성층(150)은 질화물 반도체를 포함하는 다중양자우물 구조(MQW)를 포함할 수 있으며, 상기 다중 양자우물구조를 이루는 반도체층들이 원하는 피크 파장의 광을 방출하도록, 상기 반도체층들을 이루는 원소 및 그 조성이 조절될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(160)은 (Al, Ga, In)N과 같은 질화물 반도체를 포함할 수 있으며, 제2 도전형으로 도핑될 수 있다. 예를 들어, 제2 도전형 반도체층(160)은 Mg와 같은 불순물을 포함하여 p형으로 도핑될 수 있다.
활성층(150) 및 제2 도전형 반도체층(160)을 형성함으로써, 도 5에 도시된 바와 같은 반도체 발광 소자가 제공될 수 있다. 상기 도 5에 도시된 반도체 발광 소자는, 필요에 따라, 수직형, 플립칩형, 수평형 구조 등으로 변형되어 이용될 수 있으며, 이에 대한 구체적은 설명은 생략한다.
또한, 상기 반도체 발광 소자는 본 발명의 기술 분야에 잘 알려진 공지된 기술적 사항이 모두 적용될 수 있으며, 상기 기술적 사항이 포함된 경우도 본 발명에 포함된다. 예를 들어, 상기 반도체 발광 소자는 전자 차단층(미도시), 초격자층(미도시), 또는 전극(미도시) 등을 더 포함할 수 있다. 다만, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
본 실시예에 반도체 발광 소자는, 본 발명의 반도체 제조용 템플릿 상에 성장되어 제조될 수 있다. 이에 따라, 상기 발광 소자는 낮은 결함 밀도 및 우수한 결정성을 가질 수 있고, 종래의 발광 소자에 비해 낮은 순방향 전압(Vf)을 가질 수 있으며, 낮은 역방향 전류 특성을 가져 우수한 리키지(leakage) 특성을 가질 수 있다.
도 8은 본 발명의 질화물 반도체 성장 방법에 의해 성장된 반도체층의 표면과 비교예에 따라 성장된 반도체층의 표면을 비교하기 위한 사진들이다. 도 8의 (a)는 저온 질화물층(130)을 포함하지 않는 반도체 제조용 템플릿 상에 성장된 반도체층의 표면 사진이고, 도 8의 (b)는 본 발명의 저온 질화물층(130)을 포함하는 반도체 제조용 템플릿 상에 성장된 반도체층의 표면 사진이다.
도 8의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 저온 질화물층(130)을 포함하는 반도체 제조용 템플릿 상에 성장된 반도체층의 표면이 월등히 우수한 것을 알 수 있다. 특히, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 템플릿 상에 성장된 반도체층은 결함 응집 영역(111)으로부터 전파되어 형성된 결함 영역을 포함하지 않는다.
이상, 상기 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 의한 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능하고, 본 발명은 특허청구범위에 의한 기술적 사상을 모두 포함한다.

Claims (19)

  1. 결함 응집 영역을 갖는 성장 기판을 준비하고;
    상기 성장 기판 상에 제1 고온 질화물층을 성장시키고;
    상기 제1 고온 질화물층 상에 저온 질화물층을 성장시키고;
    상기 저온 질화물층을 열처리하는 것을 포함하는 반도체 제조용 템플릿 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 고온 질화물층은 제1 압력 및 제1 온도 조건에서 성장되고,
    상기 저온 질화물층은 제2 압력 및 제2 온도 조건에서 성장되며,
    상기 열처리하는 것은 제3 압력 및 제3 온도에서 수행되되,
    상기 제1 온도는 상기 제2 온도보다 높은 반도체 제조용 템플릿 제조 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 온도는 1050 내지 1200℃ 이고, 상기 제2 온도는 700 내지 850℃인 반도체 제조용 템플릿 제조 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제3 온도는 1000℃ 이상인 반도체 제조용 템플릿 제조 방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 압력은 동일하며, 상기 제1 압력은 50 내지 300 Torr 범위 내의 압력인 반도체 제조용 템플릿 제조 방법.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 압력은 상기 제1 및 제3 압력보다 높고,
    상기 제2 압력은 300 내지 500 Torr 범위 내의 압력인 반도체 제조용 템플릿 제조 방법.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 저온 질화물층을 열처리한 후, 상기 저온 질화물층 상에 제2 고온 질화물층을 성장시키는 것을 더 포함하되,
    상기 제2 고온 질화물층은 제4 압력 및 제4 온도 조건에서 성장되는 반도체 제조용 템플릿 제조 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제4 압력과 제1 압력은 동일하고, 상기 제4 온도와 상기 제4 압력은 동일한 반도체 제조용 템플릿 제조 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 고온 질화물층은 상기 결함 응집 영역 상에 형성되는 피트(pit)를 포함하는 반도체 제조용 템플릿 제조 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 저온 질화물층은 상기 피트를 채우는 반도체 제조용 템플릿 제조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 저온 질화물층은 300 내지 500 Torr 범위 내의 압력 조건에서 성장되며,
    상기 제1 고온 질화물층은 상기 저온 질화물층에 비해 낮은 압력 조건에서 성장되는 반도체 제조용 템플릿 제조 방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 열처리된 저온 질화물층은 평평한 상면을 갖는 반도체 제조용 템플릿 제조 방법.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 성장 기판은 질화물 기판인 반도체 제조용 템플릿 제조 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 질화물 기판은 비극성 또는 반극성 특성을 갖는 반도체 제조용 템플릿 제조 방법.
  15. 결함 응집 영역을 갖는 성장 기판을 준비하고;
    상기 성장 기판 상에 제1 고온 질화물층을 성장시키고;
    상기 제1 고온 질화물층 상에 저온 질화물층을 성장시키고;
    상기 저온 질화물층을 열처리하고;
    상기 저온 질화물층 상에 제2 고온 질화물층을 성장시키고;
    상기 제2 고온 질화물층 상에 활성층을 형성하고;
    상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층을 형성하는 것을 포함하는 반도체 발광 소자 제조 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제2 고온 질화물층은 제1 도전형 불순물을 포함하여 제1 도전형 특성을 갖는 반도체 발광 소자 제조 방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 고온 질화물층은 상기 결함 응집 영역 상에 형성된 피트를 포함하는 반도체 발광 소자 제조 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 저온 질화물층은 상기 피트를 채우는 반도체 발광 소자 제조 방법.
  19. 청구항 15에 있어서,
    상기 열처리된 저온 질화물층은 평평한 상면을 갖는 반도체 발광 소자 제조 방법.
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