KR20150102370A

KR20150102370A - Non-polar nitride substrate, nitride template, and light emitting device using the same

Info

Publication number: KR20150102370A
Application number: KR1020140024152A
Authority: KR
Inventors: 문수영; 박승철; 백용현
Original assignee: 서울바이오시스 주식회사
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2015-09-07

Abstract

Disclosed are a non-polar nitride substrate, a nitride template, and a light emitting device using the same. The non-polar nitride substrate includes a growth surface. The growth surface has an off-cut angel based on an m surface. The off-cut angle is not formed in one of c-direction and a-direction. Thus, the surface morphology of a nitride layer grown on the non-polar nitride substrate can be improved.

Description

TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a nonpolar nitride substrate, a nitride template, and a light emitting device using the same. BACKGROUND OF THE INVENTION [0002]

본 발명은 비극성 질화물 기판, 질화물 템플릿 및 이를 이용한 발광소자에 관한 것으로, 특히, 비극성의 성장면을 가지며, 표면 특성이 우수한 질화물 템플릿과 이를 이용한 발광소자에 관한 것이다.The present invention relates to a nonpolar nitride substrate, a nitride template, and a light emitting device using the same. More particularly, the present invention relates to a nitride template having a nonpolar growth surface and excellent surface characteristics, and a light emitting device using the same.

발광소자는 전자와 정공의 재결합으로 발생하는 광을 발하는 무기 반도체 소자로서, 최근, 디스플레이, 자동차 램프, 일반 조명 등의 여러 분야에서 사용된다. 특히, (Al, Ga, In)N와 같은 질화물 반도체를 포함하는 발광소자는 수명이 길고, 소비 전력이 낮으며, 응답 속도가 빨라서, 이러한 발광소자를 포함하는 발광 장치는 종래의 광원을 대체할 것으로 기대된다.BACKGROUND ART [0002] Light emitting devices are inorganic semiconductor devices that emit light generated by recombination of electrons and holes. Recently, they are used in various fields such as displays, automobile lamps, and general lighting. Particularly, a light emitting device including a nitride semiconductor such as (Al, Ga, In) N has a long lifetime, low power consumption, and a high response speed, so that a light emitting device including such a light emitting device replaces a conventional light source .

발광소자는 p형 반도체층의 정공과 n형 반도체층의 전자가 결합할 때, 전자의 전이(transition) 과정에서 방출되는 에너지가 광 에너지로 방출되는 원리를 이용한다. 따라서 일반적인 발광 소자는 n형 반도체층, p형 반도체층 및 상기 n형과 p형 반도체층 사이에 개재된 활성층을 포함하는 구조를 갖는다.The light emitting device uses a principle in which energy released in the transition process of electrons is released as light energy when holes of the p-type semiconductor layer and electrons of the n-type semiconductor layer are combined. Therefore, a typical light emitting device has a structure including an n-type semiconductor layer, a p-type semiconductor layer, and an active layer interposed between the n-type and p-type semiconductor layers.

일반적인 발광 소자는 (Al, Ga, In)N과 같은 질화물 반도체를 이용하여 제조되며, 성장 기판 상에 n형 질화물 반도체층, 활성층 및 p형 질화물 반도체층을 순차적으로 성장시켜 제조된다. 특히, 성장 기판으로 c면((0001))의 성장면을 갖는 사파이어 기판이 가장 폭넓게 이용된다. 그런데 사파이어 기판 상에 성장된 질화물 반도체는 사파이어 기판의 성장면을 따라 성장되므로, c면에 대해 수직인 방향(c-방향)을 따라 성장하게 된다. c-방향을 따라 성장된 질화물 반도체 3족 원자와 N 원자가 교대로 적층된 구조를 가져 극성을 띈다. 따라서, c-방향을 따라 형성된 질화물 반도체는 [0001] 방향으로 자발 분극을 형성하게 된다. Typical light emitting devices are manufactured using nitride semiconductors such as (Al, Ga, In) N, and are manufactured by successively growing an n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer on a growth substrate. Particularly, a sapphire substrate having a c-plane (0001) growth surface is most widely used as a growth substrate. However, since the nitride semiconductor grown on the sapphire substrate grows along the growth surface of the sapphire substrate, it grows along the direction (c-direction) perpendicular to the c-plane. and has a structure in which nitride semiconductor atoms and N atoms are alternately stacked in the c-direction and are polarized. Therefore, the nitride semiconductor formed along the c-direction forms a spontaneous polarization in the [0001] direction.

또한, 사파이어 기판과 질화물 반도체는 이종의 물질(heterogeneous materials)이므로, 사파이어 기판과 질화물 반도체 간의 격자 부정합에 의한 스트레스 및 스트레인이 발생한다. 이와 같은 격자 부정합으로 인하여 활성층에 형성된 내부 스트레인 압전기장이 형성되고, 이는 양자구속 스타크 효과(Quantum Confined Stark Effect)를 유발하여 내부 양자 효율을 저감시킨다. 뿐만 아니라, 사파이어 기판과 질화물 반도체 간의 격자 부정합은 질화물 반도체 내부의 전위 밀도를 증가시켜, 상기 질화물 반도체를 포함하는 발광소자의 효율 및 신뢰성을 떨어뜨린다.Further, since the sapphire substrate and the nitride semiconductor are heterogeneous materials, stress and strain occur due to lattice mismatching between the sapphire substrate and the nitride semiconductor. Due to such lattice mismatch, an internal strain piezoelectric field formed in the active layer is formed, which causes a quantum confined stark effect, thereby reducing the internal quantum efficiency. In addition, the lattice mismatch between the sapphire substrate and the nitride semiconductor increases the dislocation density in the nitride semiconductor, thereby reducing the efficiency and reliability of the light emitting device including the nitride semiconductor.

이와 같은 극성 및 격자 부정합으로 인하여 질화물 반도체에 발생하는 문제점을 해결하기 위하여, 동종의 기판(homogeneous substrate) 상에 비극성 또는 반극성 질화물 반도체를 성장시키는 방법이 연구 및 개발되고 있다. 동종의 기판 상에 비극성 또는 반극성의 질화물 반도체를 성장시킴으로써, 자발 분극 및 압전 분극으로 인한 효율 저하를 최소화할 수 있다. 질화물 반도체의 비극성 면으로, a면({11-20})과 m면({1-100})이 있으며, m면 비극성 기판 상에 질화물 반도체층들이 성장되어 제조된 발광소자는 종래에 다수 개시된바 있다(예를 들어, 대한민국 공개특허 제10-2008-0075212호).In order to solve such a problem caused by the polarity and lattice mismatch in the nitride semiconductor, a method of growing a nonpolar or semi-polar nitride semiconductor on a homogeneous substrate has been researched and developed. By growing a non-polar or semi-polar nitride semiconductor on the same type of substrate, the efficiency deterioration due to spontaneous polarization and piezoelectric polarization can be minimized. The non-polar surface of the nitride semiconductor has the a-plane ({11-20}) and the m-plane ({1-100}) and the nitride semiconductor layers are grown on the m- (For example, Korean Patent Laid-Open No. 10-2008-0075212).

그러나 종래의 m면을 성장면으로 In을 포함하는 질화물 반도체층을 성장시키는 경우, 사이트(site)에 In이 포획되는 비율이 적어, 의도된 In의 조성비보다 낮은 In 조성비를 갖는 질화물 반도체층이 성장되는 문제가 있었다. In의 조성비가 다르게 되는 경우, 발광소자와 같은 어플리케이션에서 발광 파장이 의도된 바와 다르게 방출되는 문제가 발생한다. 이에 따라, 종래에 m면을 기준으로 a-방향(<11-20>) 또는 c-방향(<0001>)을 따라 오프컷 각을 갖는 성장면에 질화물 반도체층을 성장시키는 기술이 개시된바 있다.However, when the conventional nitride semiconductor layer containing In is grown on the m plane as a growth surface, the proportion of In being trapped on the site is small, and a nitride semiconductor layer having an In composition ratio lower than the intended In composition is grown There was a problem. In the case where the composition ratio of In is different, there arises a problem that the light emission wavelength is emitted differently than intended in an application such as a light emitting device. Accordingly, a technique of growing a nitride semiconductor layer on a growth surface having an off-cut angle along the a-direction (<11-20>) or the c-direction (<0001>) with respect to the m-plane has been conventionally disclosed .

다만, 종래에 개시된 기술로는 In의 함유량을 증가시키는 것에 한계가 있었으며, 이러한 종래의 m면 또는 m면에 대해서 오프컷 각을 갖는 성장면에 성장된 질화물 반도체층들의 표면은 평탄하지 않고, 표면에 피트(pit) 또는 패시트(facet)와 같은 표면 굴곡이 형성된다. 이러한 표면 굴곡이 형성되는 이유 중 하나는, m면으로 성장되는 질화물 반도체의 표면에는 3족 원자와 N이 동일한 수로 노출되어 있는데, 이때, 성장 과정에서 N 원자가 격자로부터 탈착하는 것으로 알려져 있다. 이에 따라, 성장되는 질화물 반도체층들의 결정성이 악화되고, 불순물의 도핑 농도가 영역에 따라 다르게 나타날 수 있으며, 3원계 또는 4원계 질화물 반도체에서의 합금 원자들이 영역에 따라 불균일하게 배치될 수 있다. 특히, 활성층에서 합금 원자들이 불균일하게 배치됨으로써, 영역에 따라 3족 원자들의 조성이 다르게 되어 제조된 발광소자의 발광 스펙트럼에서 2중 피크가 발생한다.However, there is a limitation in increasing the content of In in the conventional techniques, and the surface of the nitride semiconductor layers grown on the growth surface having an off-cut angle with respect to the conventional m plane or m plane is not flat, A surface curvature such as a pit or a facet is formed. One of the reasons for this surface curvature is that the surface of the nitride semiconductor grown on the m-plane is exposed to the same number of Group III atoms and N, where it is known that the N atoms are desorbed from the lattice during the growth process. As a result, the crystallinity of the nitride semiconductor layers to be grown deteriorates, the doping concentration of impurities may vary depending on the region, and alloy atoms in the ternary or quaternary nitride semiconductor may be non-uniformly arranged depending on the region. Particularly, since the alloying atoms are unevenly distributed in the active layer, the composition of group III atoms varies depending on the region, so that a double peak is generated in the luminescence spectrum of the produced light emitting device.

따라서, 비극성 성장면을 따라 성장된 질화물 반도체층의 In함량을 증가시키고, 표면 결함을 최소화할 수 있는 질화물 반도체 성장 방법이 요구된다.
Therefore, there is a demand for a nitride semiconductor growth method capable of increasing the In content of the nitride semiconductor layer grown along the nonpolar growth surface and minimizing surface defects.

KRKR 10-2008-007521210-2008-0075212 A1A1

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 표면 결함이 최소화되며, 결정성이 우수한 질화물 템플릿 제조 방법을 제공하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing a nitride template having surface defects minimized and excellent in crystallinity.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 상기 질화물 템플릿을 이용하여, 표면 및 내부 결정성이 우수하고, In의 함량이 높은 발광소자 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing a light emitting device using the nitride template, which has excellent surface and internal crystallinity and has a high content of In.

본 발명의 일 실시예에 따른 비극성 질화물 기판은 성장면을 포함하고, 상기 성장면은 m면을 기준으로 오프컷 각을 갖되, 상기 오프컷 각은 c-방향 및 a-방향 중 어느 한 방향만을 따라 형성된 각이 아닌 것이다.The nonpolar nitride substrate according to an embodiment of the present invention includes a growth surface, and the growth surface has an off-cut angle with respect to the m-plane, wherein the off-cut angle is set to satisfy either one of the c-direction and the a- It is not an angle formed along.

상기 비극성 질화물 기판에 있어서, a-방향은 x축에 대응하고, c-방향은 y축에 대응하며, m-방향은 z축에 대응하되, θ는 상기 z축과 임의의 방향 간의 각이고, φ는 임의의 방향을 x-y 평면에 전사한 방향과 x축 간의 각인, 구면좌표계에서, 상기 성장면에 수직하는(normal) 방향 G는 G=(r, θ, φ)로 정의되고, 상기 θ는 0° 초과 5° 이하 범위 내의 각이고, 상기 φ는 90°, 180°, 270°를 제외한 0° 초과 360° 미만 범위 내의 각일 수 있다.In the nonpolar nitride substrate, the a-direction corresponds to the x-axis, the c-direction corresponds to the y-axis, the m-direction corresponds to the z-axis, (normal direction) G is defined as G = (r,?,?) in the spherical coordinate system, where? is the angle between the direction in which an arbitrary direction is transferred to the xy plane and the x axis, Is an angle in a range of more than 0 DEG and more than 5 DEG, and the angle &phiv; can be an angle in a range of more than 0 DEG and less than 360 DEG except for 90 DEG, 180 DEG and 270 DEG.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 질화물 템플릿은, 상면이 성장면인 비극성 질화물 기판; 상기 비극성 질화물 기판 상에 위치하는 비극성 질화물층; 및 상기 비극성 질화물층 상에 위치하는 제1 도전형 반도체층을 포함하고, 상기 비극성 질화물 기판의 성장면은 m면을 기준으로 오프컷 각을 갖되, 상기 오프컷 각은 c-방향 및 a-방향 중 어느 한 방향만을 따라 형성된 각이 아닌 것일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a nitride template comprising: a nonpolar nitride substrate having a top surface as a growth surface; A nonpolar nitride layer located on the nonpolar nitride substrate; And a first conductivity type semiconductor layer disposed on the nonpolar nitride layer, wherein a growth plane of the nonpolar nitride substrate has an off-cut angle with respect to an m-plane, wherein the off-cut angle is in a c- The angle formed by only one of the two directions.

상기 비극성 질화물층은 제1 질화물층, 및 상기 제1 질화물층 상에 위치하는 제2 질화물층을 포함할 수 있다.The nonpolar nitride layer may include a first nitride layer and a second nitride layer overlying the first nitride layer.

a-방향은 x축에 대응하고, c-방향은 y축에 대응하며, m-방향은 z축에 대응하되, θ는 상기 z축과 임의의 방향 간의 각이고, φ는 임의의 방향을 x-y 평면에 전사한 방향과 x축 간의 각인, 구면좌표계에서, 상기 성장면에 수직하는(normal) 방향 G는 G=(r, θ, φ)로 정의될 수 있고, 상기 θ는 0° 초과 5° 이하 범위 내의 각이고, 상기 φ는 90°, 180°, 270°를 제외한 0° 초과 360° 미만 범위 내의 각일 수 있다.direction corresponds to the x-axis, the c-direction corresponds to the y-axis, the m-direction corresponds to the z-axis, theta is the angle between the z-axis and an arbitrary direction, A normal direction G perpendicular to the growth plane in the spherical coordinate system, which is the angle between the direction transferred to the plane and the x axis, can be defined as G = (r,?,?) And the angle φ may be an angle in a range of more than 0 ° and less than 360 ° except for 90 °, 180 ° and 270 °.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광소자는, 비극성 질화물 기판, 상기 비극성 질화물 기판의 성장면 상에 위치하는 비극성 질화물층, 및 상기 비극성 질화물층 상에 위치하는 제1 도전형 반도체층을 포함하는 질화물 템플릿; 상기 질화물 템플릿 상에 위치하는 활성층; 및 상기 활성층 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층을 포함하고, 상기 비극성 질화물 기판의 성장면은 m면을 기준으로 오프컷 각을 갖되, 상기 오프컷 각은 c-방향 및 a-방향 중 어느 한 방향만을 따라 형성된 각이 아닌 것이다.A light emitting device according to another embodiment of the present invention includes a non-polar nitride layer, a non-polar nitride layer located on a growth surface of the non-polar nitride layer, and a first conductive semiconductor layer positioned on the non- Nitride template; An active layer located on the nitride template; And a second conductivity type semiconductor layer located on the active layer, wherein the growth plane of the nonpolar nitride substrate has an off-cut angle with respect to the m-plane, wherein the off-cut angle is either a c- It is not an angle formed only in one direction.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 질화물 템플릿 제조 방법은, 비극성 질화물 기판의 성장면 상에 비극성 질화물층을 성장시키고; 상기 비극성 질화물층 상에 제1 도전형 반도체층을 성장시키는 것을 포함하고, 상기 성장면은 m면을 기준으로 오프컷 각을 갖되, 상기 오프컷 각은 c-방향 및 a-방향 중 어느 한 방향만을 따라 형성된 각이 아닌 것이며, 상기 비극성 질화물층은 상기 제1 도전형 반도체층의 성장 속도보다 낮은 성장 속도로 성장되는 질화물층을 포함한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of fabricating a nitride template, comprising: growing a nonpolar nitride layer on a growth surface of a nonpolar nitride substrate; And growing the first conductivity type semiconductor layer on the nonpolar nitride layer, wherein the growth surface has an off-cut angle with respect to the m-plane, wherein the off-cut angle is in one of a c-direction and an a- And the nonpolar nitride layer includes a nitride layer grown at a growth rate lower than a growth rate of the first conductive type semiconductor layer.

상기 비극성 질화물층을 성장시키는 것은, 상기 비극성 기판 상에, 제1 온도에서 제1 성장 속도로 제1 질화물층을 성장시키고; 상기 제1 질화물층 상에, 제2 온도에서 제2 성장 속도로 제2 질화물층을 성장시키는 것을 포함할 수 있고, 상기 제1 성장 속도는, 상기 제1 도전형 반도체층의 성장 속도 및 상기 제2 성장 속도보다 낮을 수 있다.Growing the nonpolar nitride layer comprises growing a first nitride layer at a first growth rate at a first temperature on the nonpolar substrate; And growing a second nitride layer on the first nitride layer at a second growth rate at a second temperature, wherein the first growth rate is a rate of growth of the first conductivity type semiconductor layer, 2 growth rate.

상기 제1 성장 속도는 0.4 ㎛/h 이하일 수 있고, 상기 제2 성장 속도는 0.4 내지 10 ㎛/h일 수 있다.The first growth rate may be 0.4 μm / h or less, and the second growth rate may be 0.4 to 10 μm / h.

또한, 상기 제1 온도는, 상기 제2 온도 및 상기 제1 도전형 반도체층의 성장 온도보다 낮을 수 있다.In addition, the first temperature may be lower than the second temperature and the growth temperature of the first conductivity type semiconductor layer.

상기 제1 온도는 800 내지 950℃일 수 있다.The first temperature may be 800 to 950 < 0 > C.

다른 실시예들에서, 상기 비극성 질화물층을 성장시키는 것은, 상기 제1 질화물층 및 상기 제2 질화물층을 성장시키는 것을 2회 이상 반복하여 상기 제1 질화물층 및 상기 제2 질화물층의 반복 적층 구조를 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.In other embodiments, growing the nonpolar nitride layer may include repeating the growth of the first nitride layer and the second nitride layer two or more times to form a repeating layer structure of the first nitride layer and the second nitride layer May be formed.

상기 제1 도전형 반도체층의 성장 속도보다 낮은 성장 속도로 성장되는 질화물층의 성장속도는 0.4 내지 3 ㎛/h일 수 있다.The growth rate of the nitride layer grown at a growth rate lower than the growth rate of the first conductive type semiconductor layer may be 0.4 to 3 탆 / h.

상기 비극성 질화물 기판은 GaN 기판을 포함할 수 있다.The nonpolar nitride substrate may include a GaN substrate.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광소자 제조 방법은, 비극성 질화물 기판, 상기 비극성 질화물 기판의 성장면 상에 위치하는 비극성 질화물층, 및 상기 비극성 질화물층 상에 위치하는 제1 도전형 반도체층을 포함하는 질화물 템플릿을 준비하고; 상기 질화물 템플릿 상에 활성층을 형성하고; 상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층을 형성하는 것을 포함하고, 상기 성장면은 m면을 기준으로 오프컷 각을 갖되, 상기 오프컷 각은 c-방향 및 a-방향 중 어느 한 방향만을 따라 형성된 각이 아닌 것이며, 상기 질화물 템플릿은 청구항 7 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 따른 질화물 템플릿 제조 방법에 따라 준비된다.A method of manufacturing a light emitting device according to another embodiment of the present invention includes the steps of forming a first conductive semiconductor layer on a nonpolar nitride layer, a nonpolar nitride layer located on a growth surface of the nonpolar nitride layer, Preparing a nitride template comprising; Forming an active layer on the nitride template; And forming a second conductive semiconductor layer on the active layer, wherein the growth surface has an off-cut angle with respect to the m-plane, wherein the off-cut angle is in a direction along only one of the c- And the nitride template is prepared according to the method for manufacturing a nitride template according to any one of claims 7 to 16.

상기 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 상기 제2 도전형 반도체층은 질화물 반도체를 포함하고, 상기 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층은 비극성의 성장면을 가질 수 있다.The first conductivity type semiconductor layer, the active layer, and the second conductivity type semiconductor layer may include a nitride semiconductor, and the first conductivity type semiconductor layer, the active layer, and the second conductivity type semiconductor layer may have a non- .

본 발명의 질화물 템플릿 제조 방법은 비극성 질화물층을 성장시키는 것을 포함함으로써, 표면 결함이 최소화되어 표면 모폴로지가 우수하고 결정성이 우수한 비극성의 질화물 템플릿을 제공할 수 있다. 또한, 상기 제조 방법은 m면을 기준으로 양방향으로 형성된 오프컷 각을 갖는 기판을 이용하므로, 제조된 질화물 템플릿 상에 성장되는 질화물 반도체층의 In 함량을 더욱 증가시킬 수 있으며, 기판 상에 비극성 질화물층을 성장시킴으로써, 양방향 오프컷으로 인해 발생할 수 있는 피트 또는 패시트와 같은 결함을 효과적으로 방지할 수 있다.The method of producing a nitride template of the present invention includes the step of growing a nonpolar nitride layer, thereby providing a nonpolar nitride template having surface morphology minimized and excellent in surface morphology and excellent in crystallinity. In addition, since the above-described method uses a substrate having an off-cut angle formed in both directions based on the m-plane, the In content of the nitride semiconductor layer grown on the nitride template can be further increased, By growing the layer, defects such as pits or facets that can occur due to bidirectional offcuts can be effectively prevented.

또한, 상기 질화물 템플릿을 이용한 발광소자 제조 방법을 제공함으로써, 우수한 결정성, 효율 및 신뢰성을 갖는 발광소자를 제공할 수 있다.Further, by providing the method for manufacturing a light emitting device using the nitride template, a light emitting device having excellent crystallinity, efficiency, and reliability can be provided.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비극성 질화물 기판을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 질화물 템플릿 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 5 내지 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 질화물 템플릿 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 발광소자 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 발광소자를 설명하기 위한 단면도들이다.1 is a cross-sectional view illustrating a nonpolar nitride substrate according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2 to 4 are cross-sectional views illustrating a nitride template and a method of manufacturing the nitride template according to another embodiment of the present invention.
5 to 9 are cross-sectional views illustrating a nitride template and a method of manufacturing the nitride template according to another embodiment of the present invention.
10 to 12 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting device according to another embodiment of the present invention and a light emitting device manufactured using the same.

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, 각도 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.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are provided by way of example so that those skilled in the art can sufficiently convey the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in other forms. In the drawings, the width, length, thickness, angle, and the like of the components may be exaggerated for convenience. It is also to be understood that when an element is referred to as being "above" or "above" another element, But also includes the case where there are other components in between. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비극성 질화물 기판을 설명하기 위한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view illustrating a nonpolar nitride substrate according to an embodiment of the present invention.

도 1의 (a)를 참조하면, 기판(110)은 (Al, Ga, In)N과 같은 질화물 반도체를 포함할 수 있으며, 비극성 또는 반극성의 성장면(111)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(110)은 비극성 질화물 기판일 수 있고, 그 성장면(111)은 a면 또는 m면일 수 있다. 특히, 본 실시예에 있어서, 기판(110)은 m면 질화물 기판일 수 있다.Referring to FIG. 1 (a), the substrate 110 may include a nitride semiconductor such as (Al, Ga, In) N and may include a non-polar or semi-polar growth surface 111. For example, the substrate 110 may be a nonpolar nitride substrate, and its growth surface 111 may be an a-plane or an m-plane. In particular, in this embodiment, the substrate 110 may be an m-plane nitride substrate.

또한, 기판(110)의 상면, 즉, 성장면(111)은 m면을 기준으로 오프컷(off-cut) 각을 가질 수 있다. 나아가, 성장면(111)의 오프컷 각은 c-방향 및 a-방향 중 어느 한 방향만을 따라 형성된 각이 아닌 것일 수 있다.In addition, the upper surface of the substrate 110, that is, the growth surface 111 may have an off-cut angle with respect to the m-plane. Further, the off-cut angle of the growth surface 111 may not be an angle formed only in one of the c-direction and the a-direction.

이를 도 1의 (b)를 참조하여 상세하게 설명한다.This will be described in detail with reference to FIG. 1 (b).

도 1의 (b)는 x, y, z축을 갖는 구면좌표계를 도시한다. x축은 a-방향(<11-20>)에 대응하고, y축은 c-방향(<0001>)에 대응하며, z-축은 m-방향(<1-100>)에 대응한다. a, c, 및 m 방향 각각은 a면, c면, 및 m면에 수직한(normal) 방향이다. 또한, θ는 상기 z축과 임의의 방향 간의 각이고, φ는 임의의 방향을 x-y 평면에 전사한 방향과 x축 간의 각이다.Fig. 1 (b) shows a spherical coordinate system having x, y, and z axes. The x-axis corresponds to the a-direction (<11-20>), the y-axis corresponds to the c-direction (<0001>), and the z-axis corresponds to the m-direction (<1-100>). Each of a, c, and m directions is a normal direction to the a-plane, c-plane, and m-plane. Further,? Is an angle between the z-axis and an arbitrary direction, and? Is an angle between a direction in which an arbitrary direction is transferred to the x-y plane and an x-axis.

도시된 방향 G는 본 발명의 기판(110)의 성장면(111)에 수직한 방향으로 정의한다. 따라서, G=(r, θ, φ)로 정의될 수 있고, 이에 따라 θ는 성장면(111)의 오프컷 각일 수 있고, φ에 따라 그 방향이 정해질 수 있다.The illustrated direction G is defined as a direction perpendicular to the growth surface 111 of the substrate 110 of the present invention. Thus, it can be defined as G = (r, [theta], [phi]), so that [theta] can be the offcut angle of the growth surface 111 and its orientation can be determined according to [phi].

본 발명에 따른 기판(110)의 성장면(111)에 수직한 방향 G는, θ가 0° 초과 5° 이하 범위 내의 각이고, φ는 90°, 180°, 270°를 제외한 0° 초과 360° 미만 범위 내의 각인 것일 수 있다. 즉, 상기 G는 a-방향 및 c-방향 중 어느 한 방향과 동일한 방향으로 오프컷 각이 형성되지 않을 수 있다.The direction G perpendicular to the growth surface 111 of the substrate 110 according to the present invention is such that the angle θ is in the range of more than 0 ° and not more than 5 ° and φ is more than 0 ° but not 90 °, Lt; RTI ID = 0.0 > °. &Lt; / RTI > That is, the G may not be formed with an off-cut angle in the same direction as any one of the a-direction and the c-direction.

또한, 오프컷 각을 갖는 성장면(111)은 비극성 면일 수 있다. 따라서, 상기 기판(110)의 성장면(111)으로부터 성장된 질화물 반도체층들 역시 비극성 특성을 가질 수 있다.Further, the growth surface 111 having an off-cut angle may be a non-polar surface. Accordingly, the nitride semiconductor layers grown from the growth surface 111 of the substrate 110 may also have a non-polar property.

기판(110)의 성장면(111)이 오프컷 각을 가짐으로써, 기판(110) 상에 성장되며, In을 포함하는 질화물 반도체층의 In 함량을 증가시킬 수 있다. 상기와 같은 오프컷 각을 성장면(111)에는 m면을 기준으로 하는 일종의 계단 구조가 형성된다. 즉, 오프컷 각을 따라 형성된 표면은 m면 및 m면에 수직하는 다른 결정면으로 이루어진 계단 구조가 복수로 형성된 형태로 형성된다. 이때, In은 m면 방향으로 질화물 반도체층이 성장될 때보다 다른 결정면 방향으로 질화물 반도체층이 성장될 때 더욱 용이하게 결정 격자 내에 배치될 수 있다. 따라서, 오프컷 각을 갖는 성장면(111) 상에 질화물 반도체층을 성장시킬 때, 그렇지 않은 경우에 비해 높은 In 함량을 갖는 질화물 반도체층을 성장시킬 수 있다.The growth surface 111 of the substrate 110 has an off-cut angle so that it is grown on the substrate 110 and the In content of the nitride semiconductor layer containing In can be increased. The above-described off-cut angle is formed on the growth surface 111 as a kind of step structure with reference to the m-plane. That is, the surface formed along the off-cut angle is formed in a shape in which a plurality of stepped structures made up of m-planes and other crystal planes perpendicular to the m-planes are formed. At this time, In can be more easily disposed in the crystal lattice when the nitride semiconductor layer is grown in a crystal plane direction different from that when the nitride semiconductor layer is grown in the m plane direction. Therefore, when the nitride semiconductor layer is grown on the growth surface 111 having an off-cut angle, a nitride semiconductor layer having a higher In content than that not grown can be grown.

예를 들어, 기판(110)의 성장면(111)이 m면(113)과 동일한 경우, 이러한 기판(110) 상에 성장된 질화물 반도체층은 의도된 In 조성비보다 낮은 In 조성비를 갖는다. 특히, 발광소자를 제조하는 경우, 활성층에서 In 조성비가 의도된 In 조성비보다 낮게 형성됨으로써 제조된 발광소자의 발광 파장이 길어지게 된다. 그러나 m면(113)으로부터 오프컷 각을 갖는 성장면(111) 상에 질화물 반도체층을 성장시킴으로써, m면(113) 상에 질화물 반도체층을 성장시키는 경우보다 높은 In 조성비를 갖는 질화물 반도체층을 얻을 수 있다. 이에 따라, 제조된 발광소자의 발광 파장이 길어지는 것을 방지할 수 있다.For example, when the growth surface 111 of the substrate 110 is equal to the m-plane 113, the nitride semiconductor layer grown on such a substrate 110 has an In composition ratio lower than the intended In composition ratio. In particular, when a light emitting device is manufactured, the In composition ratio of the active layer is lower than the intended In composition ratio, so that the light emitting device has a longer emission wavelength. However, by growing the nitride semiconductor layer on the growth surface 111 having an off-cut angle from the m-plane 113, a nitride semiconductor layer having an In composition ratio higher than that of growing the nitride semiconductor layer on the m- Can be obtained. Thus, it is possible to prevent the emission wavelength of the manufactured light emitting device from becoming long.

특히, 본 실시예에 따르면, 기판(110)의 성장면(111)을 m면을 기준으로 c-방향 및 a-방향의 양방향으로 m면에 대해서 오프컷 각을 가지므로, a-방향 또는 c-방향 중 한 방향으로만 오프컷 각을 형성하는 경우에 비해서 In을 포함하는 질화물 반도체층의 In 함량을 더욱 증가시킬 수 있다. 이는, 상기 성장면(111)이 c-방향 및 a-방향의 양방향으로 오프컷 각을 갖는 경우, 한 방향으로 오프컷 각을 갖는 경우에 비해 더욱 많은 계단 구조가 형성될 수 있기 때문으로 해석된다. 따라서, 양방향 오프컷 각을 갖는 기판(110) 상에 성장되는 질화물 반도체층은 더욱 높은 In 함량을 가질 수 있다.In particular, according to the present embodiment, since the growth surface 111 of the substrate 110 has an off-cut angle with respect to the m-plane in both the c-direction and the a-direction with respect to the m-plane, The In content of the nitride semiconductor layer containing In can be further increased as compared with the case where the off-cut angle is formed only in one direction. This is interpreted because, when the growth surface 111 has an off-cut angle in both directions of the c-direction and the a-direction, more stepped structures can be formed than in the case of having an off-cut angle in one direction . Therefore, the nitride semiconductor layer grown on the substrate 110 having a bi-directional off-cut angle may have a higher In content.

또한, 성장면(111)이 오프컷 각을 갖는 기판(110) 상에 성장된 질화물 반도체층은 m면(113) 상에 성장된 질화물 반도체층보다 매끄러운 표면을 가질 수 있다. 즉, 성장면(111)이 오프컷 각을 갖는 기판(110) 상에 질화물 반도체층을 성장시킴으로써, 표면 결함을 감소시킬 수 있고, 결정성을 향상시킬 수 있다.Further, the nitride semiconductor layer grown on the substrate 110 having the growth plane 111 at the off-cut angle may have a smoother surface than the nitride semiconductor layer grown on the m-plane 113. That is, by growing the nitride semiconductor layer on the substrate 110 on which the growth surface 111 has an off-cut angle, surface defects can be reduced and crystallinity can be improved.

다만, 본 발명이 상술한 오프컷 방향 및 각도에 한정되는 것은 아니다.However, the present invention is not limited to the above-described offcut direction and angle.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 질화물 템플릿 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.FIGS. 2 to 4 are cross-sectional views illustrating a nitride template and a method of manufacturing the nitride template according to another embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 기판(110)의 성장면(111) 상에 버퍼층(120)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 2, a buffer layer 120 may be formed on the growth surface 111 of the substrate 110.

버퍼층(120)은 GaN과 같은 질화물 반도체를 포함할 수 있고, MOCVD를 이용하여 성장시킬 수 있으며, 약 450 내지 600℃ 범위 내의 성장 온도에서 성장될 수 있다. 버퍼층(120)은 후속 공정에서 기판(110) 상에 성장되는 반도체층들의 결정성을 우수하게 할 수 있다.The buffer layer 120 may include a nitride semiconductor such as GaN, may be grown using MOCVD, and grown at a growth temperature within a range of about 450 to 600 ° C. The buffer layer 120 may improve the crystallinity of the semiconductor layers grown on the substrate 110 in a subsequent process.

다만, 상기 버퍼층(120) 형성 공정은 생략될 수도 있다.However, the step of forming the buffer layer 120 may be omitted.

다음, 도 3을 참조하면, 버퍼층(120) 상에 비극성 질화물층(130)을 성장시킨다.Next, referring to FIG. 3, a non-polar nitride layer 130 is grown on the buffer layer 120.

비극성 질화물층(130)은 GaN층을 포함할 수 있으며, 기판(110) 상에 성장됨으로써 비극성 특성을 가질 수 있다. 또한, 비극성 질화물층(130)은 기판(110) 성장면(111)의 오프컷 각도에 따라, 이에 대응하는 오프컷(off-cut) 각을 가질 수 있다.The non-polar nitride layer 130 may include a GaN layer and may have a non-polar property by being grown on the substrate 110. In addition, the nonpolar nitride layer 130 may have an off-cut angle corresponding to the off-cut angle of the growth surface 111 of the substrate 110.

또한, 비극성 질화물층(130)은 후속 공정에서 성장되는 제1 도전형 반도체층(141)의 성장 속도보다 낮은 성장 속도로 성장될 수 있다. 예를 들어, 비극성 질화물층(130)은 0.4 ㎛/h 이상 3 ㎛/h 미만의 성장 속도로 성장될 수 있고, 제1 도전형 반도체층(141)은 이보다 큰 3 ㎛/h 이하의 성장 속도로 성장될 수 있다. 이때, 비극성 질화물층(130)은 MOCVD를 이용하여 성장될 수 있다.Also, the nonpolar nitride layer 130 can be grown at a growth rate lower than the growth rate of the first conductivity type semiconductor layer 141 grown in the subsequent process. For example, the nonpolar nitride layer 130 can be grown at a growth rate of 0.4 μm / h or more and less than 3 μm / h, and the first conductivity type semiconductor layer 141 can be grown at a growth rate of 3 μm / &Lt; / RTI > At this time, the nonpolar nitride layer 130 can be grown using MOCVD.

제1 도전형 반도체층(141)을 성장시키기 전에 제1 도전형 반도체층(141)보다 낮은 성장 속도로 성장되는 비극성 질화물층(130)을 형성함으로써, 성장 과정에서 질화물 반도체층의 성장면에서 N 원자가 탈착되어 표면에 피트나 패시트와 같은 결함이 발생하는 것을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 질화물 템플릿의 표면 결함이 최소화되어, 우수한 표면 모폴로지가 제공될 수 있다.The non-polar nitride layer 130 that is grown at a lower growth rate than the first conductivity type semiconductor layer 141 before the growth of the first conductivity type semiconductor layer 141 is formed, It is possible to minimize the occurrence of defects such as pits and facets on the surface due to the desorption of atoms. Thus, surface defects of the nitride template produced by the manufacturing method of the present invention can be minimized, and excellent surface morphology can be provided.

나아가, 비극성 질화물층(130)은 제1 도전형 반도체층(141)의 성장 온도 이하의 온도에서 성장될 수 있다. 비극성 질화물층(130)이 제1 도전형 반도체층(141)보다 낮은 온도에서 성장됨으로써, 성장 표면에 표면 결함이 발생하는 것을 더욱 효과적으로 최소화할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Further, the nonpolar nitride layer 130 may be grown at a temperature lower than the growth temperature of the first conductive semiconductor layer 141. The nonpolar nitride layer 130 is grown at a temperature lower than that of the first conductivity type semiconductor layer 141, so that occurrence of surface defects on the growth surface can be more effectively minimized. However, the present invention is not limited thereto.

도 4를 참조하면, 비극성 질화물층(130) 상에 제1 도전형 반도체층(141)을 성장시킨다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 질화물 템플릿(100)이 제공된다.Referring to FIG. 4, the first conductive semiconductor layer 141 is grown on the nonpolar nitride layer 130. Thus, the nitride template 100 according to the present embodiment is provided.

제1 도전형 반도체층(141)은 (Al, Ga, In)N과 같은 질화물 반도체를 포함할 수 있고, MOCVD, MBE, HVPE 등과 같은 방법을 이용하여 성장될 수 있다. MOCVD를 이용하여 제1 도전형 반도체층(141)을 성장시키는 경우, 약 1050 내지 1200℃의 성장 온도에서 3 ㎛/h 이하의 성장 속도로 성장될 수 있다. 다만, 제1 도전형 반도체층(141)의 성장 속도는 비극성 질화물층(130)의 성장 속도보다 빠르다. 또한, 제1 도전형 반도체층(141)은 Si와 같은 불순물을 포함하여 n형으로 도핑될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 반대의 도전형으로 도핑될 수도 있다.The first conductive semiconductor layer 141 may include a nitride semiconductor such as (Al, Ga, In) N and may be grown using a method such as MOCVD, MBE, HVPE, or the like. When the first conductivity type semiconductor layer 141 is grown using MOCVD, it can be grown at a growth rate of about 1050 to 1200 ° C at a growth rate of 3 μm / h or less. However, the growth rate of the first conductivity type semiconductor layer 141 is faster than the growth rate of the nonpolar nitride layer 130. Also, the first conductive semiconductor layer 141 may be doped with an n-type impurity including an impurity such as Si, but it is not limited thereto and may be doped with an opposite conductivity type.

제1 도전형 반도체층(141)은 비극성 특성을 가질 수 있고, 기판(110) 성장면(111)의 오프컷 각도에 따라, 제1 도전형 반도체층(141)의 성장면은 이에 대응하는 오프컷(off-cut) 각을 가질 수 있다. 이때, 제1 도전형 반도체층(141)의 표면은 비극성 면일 수 있으며, 따라서, 질화물 템플릿(100)의 표면, 즉, 성장면 역시 비극성 면일 수 있다.The first conductivity type semiconductor layer 141 may have a nonpolar property and the growth surface of the first conductivity type semiconductor layer 141 may have an off- And may have an off-cut angle. At this time, the surface of the first conductivity type semiconductor layer 141 may be a non-polar surface, and therefore, the surface of the nitride template 100, that is, the growth surface may also be a non-polar surface.

상기 질화물 템플릿(100) 제조 방법에 따르면, 제1 도전형 반도체층(141)을 성장하기 전에 비극성 질화물층(130)을 성장시킴으로써, 질화물 템플릿(100)의 표면을 매끄럽게 형성할 수 있다. 따라서, 질화물 템플릿(100)의 표면 결함을 최소화할 수 있고, 그 표면에 피트 또는 패시트가 형성되는 것을 방지할 수 있어서, 표면 모폴로지가 우수한 질화물 템플릿(100)이 제공될 수 있다. 이러한 낮은 표면 결함을 갖는 질화물 템플릿(100)이 제공됨으로써, 상기 질화물 템플릿(100) 상에 성장되는 비극성 반도체 소자의 결정성을 우수하게 할 수 있다.According to the method of fabricating the nitride template 100, the surface of the nitride template 100 can be smoothly formed by growing the non-polar nitride layer 130 before growing the first conductivity type semiconductor layer 141. Therefore, surface defects of the nitride template 100 can be minimized, and pits or facets can be prevented from being formed on the surface of the nitride template 100, so that the nitride template 100 having an excellent surface morphology can be provided. By providing the nitride template 100 having such a low surface defect, crystallinity of the nonpolar semiconductor element grown on the nitride template 100 can be improved.

특히, 본 발명의 기판(110)의 성장면(111)은 m면을 기준으로 c-방향 및 a-방향 중 어느 한 방향만을 따라 형성된 것이 아닌 오프컷 각을 가질 수 있는데, 이 경우, 성장된 반도체층의 표면 모폴로지가 더욱 조악해질 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 제1 도전형 반도체층(141)을 성장시키기 전에 비극성 질화물층(130)을 성장시킴으로써, In의 함량을 더욱 증가시키면서 동시에 우수한 표면 모폴로지를 얻을 수 있다.In particular, the growth surface 111 of the substrate 110 of the present invention may have an off-cut angle not formed only along one of the c-direction and the a-direction with respect to the m-plane, The surface morphology of the semiconductor layer can be made coarser. However, according to the present invention, by growing the nonpolar nitride layer 130 before growing the first conductivity type semiconductor layer 141, it is possible to increase the content of In and obtain a good surface morphology at the same time.

도 5 내지 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 질화물 템플릿 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.5 to 9 are cross-sectional views illustrating a nitride template and a method of manufacturing the nitride template according to another embodiment of the present invention.

도 5 내지 도 9를 참조하여 설명하는 실시예는 도 1 내지 도 4의 실시예와 대체로 유사하나, 비극성 질화물층(130)이 제1 질화물층(131)과 제2 질화물층(133)을 포함하는 점에서 차이가 있다. 이하, 차이점을 중심으로 설명하며, 동일한 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.The embodiment described with reference to Figures 5 to 9 is generally similar to the embodiment of Figures 1 to 4 except that the nonpolar nitride layer 130 comprises a first nitride layer 131 and a second nitride layer 133 There is a difference. Hereinafter, differences will be mainly described, and detailed description of the same configuration will be omitted.

도 5를 참조하면, 기판(110) 상에 버퍼층(120)을 형성할 수 있다. Referring to FIG. 5, a buffer layer 120 may be formed on a substrate 110.

기판(110)은 성장면이 비극성인 질화물 기판일 수 있으며, 기판(110)의 성장면(110)은 m면을 기준으로 오프컷(off-cut) 각을 가질 수 있다. 예를 들어, 기판(110)은 m면을 기준으로 c-방향 및 a-방향 중 어느 한 방향만을 따라 형성된 것이 아닌 오프컷 각을 가질 수 있다.The substrate 110 may be a non-polar nitride substrate, and the growth surface 110 of the substrate 110 may have an off-cut angle with respect to the m-plane. For example, the substrate 110 may have an off-cut angle that is not formed only along one of the c-direction and the a-direction with respect to the m-plane.

한편, 본 실시예에서 버퍼층(120)을 형성하는 것은 생략될 수도 있다.On the other hand, forming the buffer layer 120 in this embodiment may be omitted.

이어서, 도 6 내지 도 8을 참조하면, 기판(110) 상에 비극성 질화물층(130)을 형성하되, 상기 비극성 질화물층(130)은 제1 질화물층(131) 및 제2 질화물층(133)을 포함할 수 있다.6 through 8, a nonpolar nitride layer 130 is formed on the substrate 110. The nonpolar nitride layer 130 includes a first nitride layer 131 and a second nitride layer 133, . &Lt; / RTI >

구체적으로 먼저, 도 6을 참조하면, 기판(110) 상에 제1 질화물층(131)을 형성한다.Specifically, first, referring to FIG. 6, a first nitride layer 131 is formed on a substrate 110.

제1 질화물층(131)은 버퍼층(120) 상에 성장될 수 있으며, 기판(110) 상에 성장됨으로써 비극성 특성을 가질 수 있다. 또한, 제1 질화물층(131)은 GaN을 포함할 수 있으며, 그 성장 표면은 기판(110)의 성장면에 따라 그에 대응하는 결정학적 면을 가질 수 있다. The first nitride layer 131 may be grown on the buffer layer 120 and may have a non-polar property by being grown on the substrate 110. In addition, the first nitride layer 131 may include GaN, and the growth surface thereof may have a crystallographic plane corresponding to the growth surface of the substrate 110. [

제1 질화물층(131)은 MOCVD를 이용하여 제1 성장 온도에서 제1 성장 속도로 성장될 수 있으며, 또한, 제1 질화물층(131)은 상대적으로 저온에서 낮은 성장 속도로 성장될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 온도는 800 내지 950℃일 수 있고, 상기 제1 성장 속도는 0.4 ㎛/h 이하일 수 있다.The first nitride layer 131 may be grown at a first growth rate at a first growth temperature using MOCVD and the first nitride layer 131 may be grown at a relatively low growth rate at a relatively low temperature. For example, the first temperature may be 800 to 950 캜, and the first growth rate may be 0.4 탆 / h or less.

제1 질화물층(131)은 제1 도전형 반도체층(141)에 비해 상대적으로 저온에서 낮은 성장속도로 성장될 수 있다. 이에 따라, 반도체층의 성장 과정에서 비극성의 성장 표면으로부터 N 원자가 탈착되어 표면 결함이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 이에 더하여, 제1 질화물층(131) 표면의 결정성을 우수하게 유지하고, 또한 그 표면에 피트 또는 패시트가 발생하는 것을 방지하여 성장면을 매끄럽게 할 수 있으므로, 이러한 우수한 표면 모폴로지를 갖는 제1 질화물층(131) 상에 성장되는 후속의 다른 반도체층들의 결정성을 우수하게 할 수 있다.The first nitride layer 131 can be grown at a relatively low growth rate relative to the first conductivity type semiconductor layer 141. Accordingly, it is possible to effectively prevent N atoms from being desorbed from the non-polar growth surface during the growth of the semiconductor layer to cause surface defects. In addition, since the crystallinity of the surface of the first nitride layer 131 can be kept excellent and the pit or the facet can be prevented from being generated on the surface of the first nitride layer 131, the growth surface can be smoothed. The crystallinity of the subsequent semiconductor layers grown on the nitride layer 131 can be improved.

이어서, 도 7을 참조하면, 제1 질화물층(131) 상에 제2 질화물층(133)을 성장시킨다.Next, referring to FIG. 7, a second nitride layer 133 is grown on the first nitride layer 131.

제2 질화물층(133)은 제1 질화물층(131) 상에 성장됨으로써 비극성 특성을 가질 수 있다. 또한, 제2 질화물층(133)은 GaN을 포함할 수 있으며, 그 성장 표면은 기판(110)의 성장면에 따라 그에 대응하는 결정학적 면을 가질 수 있다. The second nitride layer 133 may have a non-polar property by being grown on the first nitride layer 131. In addition, the second nitride layer 133 may include GaN, and the growth surface thereof may have a corresponding crystallographic plane depending on the growth surface of the substrate 110.

한편, 제2 질화물층(133)은 MOCVD를 이용하여 제2 성장 온도에서 제2 성장 속도로 성장될 수 있으며, 또한, 제2 질화물층(133)은 제1 질화물층(131)에 비해 상대적으로 빠른 성장 속도로 성장될 수 있다. 나아가, 제2 질화물층(133)은 제1 질화물층(131)에 비해 상대적으로 높은 온도에서 성장될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 성장 온도는 1050 내지 1200℃일 수 있고, 상기 제2 성장 속도는 0.4 내지 10 ㎛/h일 수 있다.The second nitride layer 133 may be grown at a second growth rate at a second growth temperature using MOCVD and the second nitride layer 133 may be grown at a second growth rate relative to the first nitride layer 131 It can grow rapidly. Further, the second nitride layer 133 can be grown at a relatively higher temperature than the first nitride layer 131. For example, the second growth temperature may be 1050 to 1200 ° C, and the second growth rate may be 0.4 to 10 μm / h.

제1 질화물층(131)은 상대적으로 낮은 온도에서 성장되므로 그 결정성이 떨어질 수 있는데, 이러한 제1 질화물층(131) 상에 상대적으로 높은 온도에서 성장되는 제2 질화물층(133)을 더 성장시킴으로써, 제조되는 질화물 템플릿의 표면 결함을 최소화시킬 수 있으며, 그 결정성을 향상시킬 수 있다. Since the first nitride layer 131 is grown at a relatively low temperature, the crystallinity of the first nitride layer 131 may be lowered. The second nitride layer 133 grown on the first nitride layer 131 at a relatively high temperature may be further grown The surface defects of the nitride template to be produced can be minimized and the crystallinity thereof can be improved.

다음, 도 8을 참조하면, 1차로 성장된 제2 질화물층(133) 상에 제1 질화물층(131) 및 제2 질화물층(133)을 다시 성장시켜, 제1 질화물층(131)과 제2 질화물층(133)이 2회 이상 반복 적층된 구조를 포함하는 비극성 질화물층(130)을 형성할 수 있다.8, the first nitride layer 131 and the second nitride layer 133 are grown again on the first grown first nitride layer 133 to form the first nitride layer 131 and the second nitride layer 133, The non-polar nitride layer 130 including the structure in which the second nitride layer 133 is repeatedly laminated two or more times can be formed.

도 8에 도시된 바와 같이, 2차로 성장된 제1 질화물층(131) 및 제2 질화물층(133)은 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한 바와 동일한 방법으로 성장될 수 있다.As shown in FIG. 8, the first nitride layer 131 and the second nitride layer 133 that are secondarily grown can be grown in the same manner as described with reference to FIGS. 6 and 7.

제1 질화물층(131)과 제2 질화물층(133)을 2회 이상 반복 적층함으로써, 최상층 표면, 즉, 성장면의 표면 결함을 더욱 최소화할 수 있고, 반도체층들의 결정성도 더욱 향상시킬 수 있다.By repeatedly laminating the first nitride layer 131 and the second nitride layer 133 two or more times, surface defects on the uppermost surface, that is, the growth surface can be further minimized and the crystallinity of the semiconductor layers can be further improved .

한편, 본 실시예는 제1 및 제2 질화물층(131, 133)이 각각 2회씩 성장된 경우를 설명하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 제1 및 제2 질화물층(131, 133)이 3회 이상 적층된 구조를 포함하는 비극성 질화물층(130)을 형성하는 것도 본 발명에 포함된다.However, the present invention is not limited to this, and the first and second nitride layers 131 and 133 may be formed on the first and second nitride layers 131 and 133, It is also included in the present invention to form the nonpolar nitride layer 130 including the structure in which the structure is laminated three or more times.

이어서, 도 9를 참조하면, 비극성 질화물층(130) 상에 제1 도전형 반도체층(141)을 성장시킴으로써, 질화물 템플릿(200)이 제공된다.9, a nitride template 200 is provided by growing a first conductivity type semiconductor layer 141 on a non-polar nitride layer 130. [

본 실시예에 따르면, 제1 및 제2 질화물층(131)을 포함하는 비극성 질화물층(130)을 제1 도전형 반도체층(141)의 성장 전에 기판(110) 상에 형성함으로써, 도 1 내지 도 4의 실시예의 경우보다 더욱 효과적으로 반도체층 표면에서의 N 원자의 탈착을 방지할 수 있으며, 성장 표면의 결정성을 더욱 우수하게 할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 질화물 템플릿(200) 상에 성장되는 비극성 질화물 반도체층들의 결정성 및 양자 효율을 우수하게 할 수 있다.According to this embodiment, by forming the non-polar nitride layer 130 including the first and second nitride layers 131 on the substrate 110 before the growth of the first conductivity type semiconductor layer 141, It is possible to prevent desorption of N atoms at the surface of the semiconductor layer more effectively than in the embodiment of FIG. 4, and to further improve the crystallinity of the growth surface. Therefore, the crystallinity and the quantum efficiency of the nonpolar nitride semiconductor layers grown on the nitride template 200 of this embodiment can be improved.

더욱이, 기판(110)의 성장면(111)이 m면을 기준으로 양방향으로 형성된 오프컷 각을 갖는 경우, 성장 표면에 상대적으로 더 많은 계단 구조가 형성되어 성장되는 반도체층들의 표면 모폴로지가 더욱 조악해질 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 기판(110) 상에 비극성 질화물층(130)을 성장시킴으로써, 양방향 오프컷으로 인해 발생할 수 있는 피트 또는 패시트와 같은 결함을 효과적으로 방지하여 표면 모폴로지를 우수하게 함과 동시에, In의 함량을 더욱 증가시킬 수 있다.Further, when the growth surface 111 of the substrate 110 has an off-cut angle formed in both directions with respect to the m-plane, the surface morphology of the semiconductor layers grown by forming a relatively more stepped structure on the growth surface becomes more coarse . However, according to the present invention, by growing the nonpolar nitride layer 130 on the substrate 110, it is possible to effectively prevent defects such as pits or facets that can occur due to bidirectional offcuts, thereby improving the surface morphology , The content of In can be further increased.

도 10 내지 도 12는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 발광소자 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 발광소자를 설명하기 위한 단면도들이다.10 to 12 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting device according to another embodiment of the present invention and a light emitting device manufactured using the same.

도 10을 참조하면, 질화물 템플릿(200) 상에 활성층(143) 및 제2 도전형 반도체층(145)을 형성한다.Referring to FIG. 10, an active layer 143 and a second conductive type semiconductor layer 145 are formed on a nitride template 200.

활성층(143)은 (Al, Ga, In)N과 같은 질화물 반도체를 포함할 수 있으며, 특히, In을 포함할 수 있다. 활성층(143)은 MOCVD, MBE, 또는 HVPE 등의 기술을 이용하여 제1 도전형 반도체층(141) 상에 성장될 수 있다. 또한, 활성층(143)은 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.The active layer 143 may include a nitride semiconductor such as (Al, Ga, In) N, and may include In, in particular. The active layer 143 may be grown on the first conductivity type semiconductor layer 141 using a technique such as MOCVD, MBE, or HVPE. In addition, the active layer 143 may include a multiple quantum well structure (MQW), and an element constituting the semiconductor layers and a composition thereof may be controlled so that the semiconductor layers forming the multiple quantum well structure emit light of a desired peak wavelength. .

활성층(143)은 본 발명의 질화물 템플릿(200) 상에 성장됨으로써 비극성 특성을 가질 수 있다. 또한, 활성층(143)의 표면, 즉 성장면은 m면을 기준으로 오프컷(off-cut) 각을 가질 수 있으며, 특히, 성장면의 오프컷 각은 c-방향 및 a-방향 중 어느 한 방향만을 따라 형성되지 않은 각일 수 있다. 활성층(143)이 오프컷 각을 가짐으로써, 활성층(143)에 In이 편입되는 효율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 활성층(143)에 포함된 In의 조성비가 의도된 조성비보다 낮게 형성되어 발광 파장이 짧아지는 것을 방지할 수 있다.The active layer 143 may have a non-polar property by being grown on the nitride template 200 of the present invention. In addition, the surface of the active layer 143, that is, the growth surface may have an off-cut angle with respect to the m-plane. In particular, the off-cut angle of the growth surface may be any of c- But may be an angle not formed only along the direction. Since the active layer 143 has an off-cut angle, the efficiency of incorporation of In into the active layer 143 can be improved. Accordingly, the composition ratio of In included in the active layer 143 is formed to be lower than the intended composition ratio, and the emission wavelength can be prevented from being shortened.

특히, 본 발명에 따르면, 기판(110)의 성장면(111)을 m면을 기준으로 c-방향 및 a-방향의 양방향으로 m면에 대해서 오프컷(off-cut) 각을 갖도록 형성할 수 있으므로, 활성층(143) In 함량을 더욱 증가시킬 수 있다. 따라서, 활성층(143)에서 방출되는 광의 발광 파장을 의도된 파장에 더욱 가깝게 조절할 수 있다.Particularly, according to the present invention, the growth surface 111 of the substrate 110 can be formed to have an off-cut angle with respect to the m-plane in both the c-direction and the a-direction with respect to the m-plane Therefore, the In content of the active layer 143 can be further increased. Therefore, the emission wavelength of the light emitted from the active layer 143 can be adjusted closer to the intended wavelength.

또한, 본 발명의 질화물 템플릿(200)은 비극성 질화물층(130)을 포함하여, 그 표면 결함 농도가 낮아 결정성이 우수하다. 따라서, 질화물 템플릿(200) 상에 성장된 활성층(143) 역시 그 결정성이 우수하게 형성될 수 있고, 낮은 결함 농도를 가질 수 있으며, 피트 및/또는 패시트와 같은 표면 굴곡의 형성이 최소화될 수 있다. 이에 따라, 활성층(143)의 결함에 의해 발광 스펙트럼의 이중 피크 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.In addition, the nitride template 200 of the present invention includes the nonpolar nitride layer 130, and has a low surface defect concentration, and thus is excellent in crystallinity. Therefore, the active layer 143 grown on the nitride template 200 can also be formed with excellent crystallinity, can have a low defect concentration, and the formation of surface defects such as pits and / or facets is minimized . As a result, it is possible to prevent the dual peak phenomenon of the luminescence spectrum from occurring due to the defect of the active layer 143.

제2 도전형 반도체층(145)은 (Al, Ga, In)N과 같은 질화물계 반도체를 포함할 수 있으며, MOCVD, MBE, 또는 HVPE 등의 기술을 이용하여 활성층(143) 상에 성장될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(145)은 제1 도전형 반도체층(141)의 도전형과 반대의 도전형으로 도핑될 수 있다. 예를 들어, 제2 도전형 반도체층(145)은 Mg과 같은 불순물을 포함하여 p형으로 도핑될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 서로 반대의 경우일 수도 있다.The second conductive semiconductor layer 145 may include a nitride semiconductor such as (Al, Ga, In) N and may be grown on the active layer 143 using a technique such as MOCVD, MBE, or HVPE have. The second conductivity type semiconductor layer 145 may be doped with a conductivity type opposite to that of the first conductivity type semiconductor layer 141. For example, the second conductive semiconductor layer 145 may be doped with p-type impurities such as Mg. However, the present invention is not limited thereto and may be opposite to each other.

제2 도전형 반도체층(145) 역시 비극성 특성을 가질 수 있고, 제2 도전형 반도체층(145)의 표면, 즉 성장면은 m면을 기준으로 오프컷(off-cut) 각을 가질 수 있다.The second conductive semiconductor layer 145 may also have a non-polar property, and the surface of the second conductive semiconductor layer 145, that is, the growth surface may have an off-cut angle with respect to the m plane .

도 11 및 도 12의 발광소자는 각각 도 10으로부터 일련의 과정을 거쳐 제조될 수 있다.The light emitting devices of FIGS. 11 and 12 can be manufactured through a series of processes from FIG. 10, respectively.

먼저, 도 11을 참조하면, 제2 도전형 반도체층(145), 활성층(143)의 일부를 제거하여 제1 도전형 반도체층(141)의 일부 표면을 노출시키고, 제1 도전형 반도체층(141) 및 제2 도전형 반도체층(143) 상에 각각 제1 전극(211) 및 제2 전극(213)을 형성함으로써 발광소자(300)가 제공될 수 있다. 도 11의 발광소자(300)는 수평형 발광소자일 수 있다.11, a part of the second conductivity type semiconductor layer 145 and the active layer 143 are removed to expose a part of the surface of the first conductivity type semiconductor layer 141, The light emitting device 300 may be provided by forming the first electrode 211 and the second electrode 213 on the first conductive semiconductor layer 141 and the second conductive semiconductor layer 143, respectively. The light emitting device 300 of FIG. 11 may be a horizontal light emitting device.

다음, 도 12를 참조하면, 기판(110)의 하면 및 제2 도전형 반도체층(145) 상에 각각 제1 전극(221) 및 제2 전극(223)을 형성함으로써, 발광소자(400)가 제공될 수 있다. 도 12의 발광소자(400)는 수직형 발광소자일 수 있다.12, the first electrode 221 and the second electrode 223 are formed on the lower surface of the substrate 110 and the second conductive type semiconductor layer 145, respectively, Can be provided. The light emitting device 400 of FIG. 12 may be a vertical light emitting device.

나아가, 제1 전극(221)을 형성하기 전에, 기판(110)을 제1 도전형 반도체층(141)으로부터 분리시킬 수 있다. 이에 따라, 성장 기판이 제거된 형태의 수직형 발광소자가 제공될 수 있다. 상기 기판(110)을 분리하는 것은 레이저 리프트 오프, 화학적 리프트 오프, 스트레스 리프트 오프, 및 열적 리프트 오프 중 적어도 하나의 방법을 이용할 수 있다.Furthermore, the substrate 110 may be separated from the first conductivity type semiconductor layer 141 before the first electrode 221 is formed. Thus, a vertical type light emitting device in which the growth substrate is removed can be provided. The separation of the substrate 110 may utilize at least one of laser lift-off, chemical lift-off, stress lift-off, and thermal lift-off.

상술한 본 발명의 발광소자들(300, 400)은 동종 기판(110) 상에 성장된 비극성의 제1 도전형 반도체층(141), 활성층(143) 및 제2 도전형 반도체층(145)을 포함하므로, 그 내부에서 자발 분극 및 압전 분극이 거의 발생하지 않아 내부 양자 효율이 최대화될 수 있다. 또한, 종래의 m면 성장면을 갖는 기판을 이용하여 제조된 발광소자들에서 발생하는 표면 결함 문제의 발생이 본 발명의 발광소자들에서는 최소화될 수 있다.The light emitting devices 300 and 400 of the present invention may include the first conductivity type semiconductor layer 141, the active layer 143 and the second conductivity type semiconductor layer 145, which are grown on the same type substrate 110, So that spontaneous polarization and piezoelectric polarization are hardly generated in the inside, and the internal quantum efficiency can be maximized. In addition, the occurrence of a surface defect problem occurring in light emitting devices manufactured using a substrate having a conventional m plane growth surface can be minimized in the light emitting devices of the present invention.

한편, 도 11 및 도 12에 도시된 발광소자들(300, 400)은 예시적인 것에 불과하며, 본 발명의 질화물 템플릿 제조 방법 및 이를 이용한 발광소자 제조 방법은 다른 다양한 구조의 발광소자 제조에 적용될 수 있다. 또한, 본 실시예들은 도 9의 질화물 템플릿(200)을 이용하여 발광소자를 제조하는 것을 설명하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Meanwhile, the light emitting devices 300 and 400 shown in FIGS. 11 and 12 are merely illustrative, and the nitride template manufacturing method and the light emitting device manufacturing method using the same of the present invention can be applied to the manufacture of light emitting devices having various structures. have. In addition, the present embodiments describe the fabrication of a light emitting device using the nitride template 200 of FIG. 9, but the present invention is not limited thereto.

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.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims.

Claims

In a nonpolar nitride substrate,
Growth surface,
Wherein the growth plane has an off-cut angle with respect to the m-plane, wherein the off-cut angle is formed along only one of the c-direction and the a-direction.

The method according to claim 1,
direction corresponds to the x-axis, the c-direction corresponds to the y-axis, the m-direction corresponds to the z-axis, theta is the angle between the z-axis and an arbitrary direction, In the spherical coordinate system, which is the angle between the direction transferred to the plane and the x axis,
A normal direction G perpendicular to the growth plane is defined as G = (r,?,?)
The angle θ is in the range of more than 0 ° and less than 5 ° and the φ is in the range of more than 0 ° and less than 360 ° except for 90 °, 180 ° and 270 °.

A nonpolar nitride substrate whose top surface is a growth surface;
A nonpolar nitride layer located on the nonpolar nitride substrate; And
And a first conductivity type semiconductor layer located on the nonpolar nitride layer,
Wherein the growth plane of the nonpolar nitride substrate has an off-cut angle with respect to the m-plane, wherein the off-cut angle is formed only along one of the c-direction and the a-direction.

The method of claim 3,
Wherein the nonpolar nitride layer comprises a first nitride layer and a second nitride layer located on the first nitride layer.

The method of claim 3,
direction corresponds to the x-axis, the c-direction corresponds to the y-axis, the m-direction corresponds to the z-axis, theta is the angle between the z-axis and an arbitrary direction, In the spherical coordinate system, which is the angle between the direction transferred to the plane and the x axis,
A normal direction G perpendicular to the growth plane is defined as G = (r,?,?)
Theta is an angle in the range of greater than 0 DEG and less than 5 DEG and the phi is an angle in the range of greater than 0 DEG and less than 360 DEG except for 90 DEG, 180 DEG and 270 DEG.

A nitride template comprising a nonpolar nitride substrate, a nonpolar nitride layer located on a growth plane of the nonpolar nitride substrate, and a first conductive semiconductor layer located on the nonpolar nitride layer;
An active layer located on the nitride template; And
And a second conductivity type semiconductor layer disposed on the active layer,
Wherein the growth plane of the nonpolar nitride substrate has an off-cut angle with respect to the m-plane, wherein the off-cut angle is not angularly formed along only one of the c-direction and the a-direction.

Growing a nonpolar nitride layer on the growth side of the nonpolar nitride substrate;
And growing a first conductivity type semiconductor layer on the nonpolar nitride layer,
The growth plane has an off-cut angle with respect to the m-plane, and the off-cut angle is not an angle formed only in one of the c-direction and the a-direction,
Wherein the nonpolar nitride layer includes a nitride layer grown at a growth rate lower than a growth rate of the first conductive type semiconductor layer.

The method of claim 7,
direction corresponds to the x-axis, the c-direction corresponds to the y-axis, the m-direction corresponds to the z-axis, theta is the angle between the z-axis and an arbitrary direction, In the spherical coordinate system, which is the angle between the direction transferred to the plane and the x axis,
A normal direction G perpendicular to the growth plane is defined as G = (r,?,?)
Theta is an angle in a range of more than 0 DEG and less than 5 DEG and the phi is an angle in a range of more than 0 DEG and less than 360 DEG excluding 90 DEG, 180 DEG and 270 DEG.

The method of claim 7,
Growing the nonpolar nitride layer may include,
Growing a first nitride layer on the nonpolar substrate at a first temperature and at a first growth rate;
And growing a second nitride layer on the first nitride layer at a second growth rate at a second temperature,
Wherein the first growth rate is lower than the growth rate of the first conductivity type semiconductor layer and the second growth rate.

The method of claim 9,
Wherein the first growth rate is 0.4 [mu] m / h or less.

The method of claim 10,
And the second growth rate is 0.4 to 10 [mu] m / h.

The method of claim 9,
Wherein the first temperature is lower than the second temperature and the growth temperature of the first conductivity type semiconductor layer.

The method of claim 12,
Wherein the first temperature is 800 to 950 占 폚.

The method of claim 9,
Growing the nonpolar nitride layer may include,
And repeating the step of growing the first nitride layer and the second nitride layer two or more times to form a repeated laminated structure of the first nitride layer and the second nitride layer.

The method of claim 7,
Wherein the growth rate of the nitride layer grown at a growth rate lower than the growth rate of the first conductivity type semiconductor layer is 0.4 to 3 占 퐉 / h.

The method of claim 7,
Wherein the nonpolar nitride substrate comprises a GaN substrate.

Preparing a nitride template comprising a nonpolar nitride substrate, a nonpolar nitride layer located on a growth plane of the nonpolar nitride substrate, and a first conductive semiconductor layer located on the nonpolar nitride layer;
Forming an active layer on the nitride template;
And forming a second conductive type semiconductor layer on the active layer,
The growth plane has an off-cut angle with respect to the m-plane, and the off-cut angle is not an angle formed only in one of the c-direction and the a-direction,
Wherein the nitride template is prepared according to the method for manufacturing a nitride template according to any one of claims 7 to 16.

18. The method of claim 17,
Wherein the first conductivity type semiconductor layer, the active layer, and the second conductivity type semiconductor layer include a nitride semiconductor, and the first conductivity type semiconductor layer, the active layer, and the second conductivity type semiconductor layer include a light emitting element Gt;