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KR102114619B1 - 무분극 질화물계 발광 소자의 제조 방법 - Google Patents

무분극 질화물계 발광 소자의 제조 방법 Download PDF

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KR102114619B1
KR102114619B1 KR1020140025227A KR20140025227A KR102114619B1 KR 102114619 B1 KR102114619 B1 KR 102114619B1 KR 1020140025227 A KR1020140025227 A KR 1020140025227A KR 20140025227 A KR20140025227 A KR 20140025227A KR 102114619 B1 KR102114619 B1 KR 102114619B1
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plane
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nitride
semiconductor
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 발광 소자에 관한 것으로 특히, 무분극 질화물계 발광 소자의 제조 방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, a-면 또는 m-면 질화물계 반도체를 포함하는 제1전도성의 제1반도체층을 형성하는 단계; 제1발광 파장 대역의 빛을 방출하기 위하여, 상기 제1반도체층 상에 c-면 질화물 반도체의 성장시에 비하여 상대적으로 적은 암모니아 가스를 이용하여 인듐(In)을 포함하는 질화물 반도체를 포함하는 활성층을 형성하는 단계; 및 상기 활성층 상에 질화물 반도체를 포함하는 제2전도성의 제2반도체층을 형성하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

무분극 질화물계 발광 소자의 제조 방법 {Method for manufacturing non-polar nitride-based light emitting device}
본 발명은 발광 소자에 관한 것으로 특히, 무분극 질화물계 발광 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
청색 발광 다이오드(light emitting diode; LED)와 같은 반도체 소자의 재료로 사용되는 질화 갈륨은 육방정계(Wurzite) 결정 구조를 가지는 재료로서, 주로 c-면의 결정 방향으로 박막을 성장하게 된다. 그 이유는 c-면의 결정 방향으로 성장하는 경우가 수평 성장이 용이하여 전위 등의 결함이 적은 고 품질의 박막을 얻을 수 있기 때문이다.
이때, 성장 방향을 기준으로 할 때 동일 평면 상에 질소층과 갈륨층이 교차하여 반복되는 결정 구조를 가지게 된다. 질소와 갈륨 사이에 강한 내부 필드가 존재하게 되고 이에 기인하여 분극 현상이 발생하게 된다.
형성된 내부 필드는 자발 분극(spontaneous polarization) 및 압전 분극(piezo-electric field)의 두 가지 성분으로 나누어지고, InAlGaN 재료와 같은 서로 다른 격자 상수를 가지는 층이 삽입되는 경우, 분극 효과는 증가하여 양자 가둠 스타크 효과(quantum confined Stark effect)가 발생할 수 있다.
예를 들어, 청색 LED에서처럼 p-형 및 n-형 질화 갈륨(GaN) 층 사이에 알루미늄 인듐 질화 갈륨(InAlGaN) 활성층이 삽입된 구조에서 격자 상수 차이에 의해 층 사이에 변형이 발생하고, 이는 내부 필드를 생성시켜 활성층 에너지 밴드 구조의 구부러짐을 야기시킬 수 있다.
결과적으로 활성층 내부에서 전자 및 정공의 파동 함수가 공간적으로 분리되어 에너지 간극의 크기도 감소하게 된다. 이러한 현상은 주입된 전자와 정공간의 재결합 효율이 저하되는 주요 원인이 될 수 있다.
따라서, c-축 방향으로 성장된 질화 갈륨계 재료를 사용하는 LED에서는 이종 박막에 의한 응력이 소자의 성능을 저하시키지 않도록 하기 위하여 InAlGaN 이종 박막 층의 두께를 약 3 nm가 넘지 않도록 설계하는 것이 일반적이다.
또한, 질화 갈륨계 LED에서는 인가 전류를 증가시킴에 따라 광 효율 감소하는 현상(efficiency-droop)이 존재하는데, 이는 얇은 활성층 두께가 주요 원인인 것으로 알려져 있다.
이러한 현상을 해결하기 위하여 무분극 질화 갈륨을 이용한 LED를 제작할 수 있는데, 이러한 무분극 구조에서는 동일한 파장의 빛을 얻기 위해서는 c-면 질화 갈륨에 비해서 높은 In의 조성이 필요하게 되고, 이로 인한 박막 품질의 저하 등의 문제점을 개선할 필요성이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 무분극 질화물계 발광 소자에 있어서, 활성층의 결정 품질을 향상시킬 수 있는 무분극 질화물계 발광 소자의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명은, a-면 또는 m-면 질화물계 반도체를 포함하는 제1전도성의 제1반도체층을 형성하는 단계; 제1발광 파장 대역의 빛을 방출하기 위하여, 상기 제1반도체층 상에 c-면 질화물 반도체의 성장시에 비하여 상대적으로 적은 암모니아 가스를 이용하여 인듐(In)을 포함하는 질화물 반도체를 포함하는 활성층을 형성하는 단계; 및 상기 활성층 상에 질화물 반도체를 포함하는 제2전도성의 제2반도체층을 형성하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 암모니아 가스는 c-면 질화물 반도체 성장시에 비하여 10 내지 40 %를 이용할 수 있다.
여기서, c-면 질화물 반도체 성장시에 비하여 10 내지 40 %의 유량을 흘리면서 상기 활성층을 형성할 수 있다.
여기서, 상기 활성층의 두께는, 5 내지 50 nm로 형성할 수 있다.
여기서, 상기 활성층의 두께는, 상기 제1발광 파장의 빛을 방출하기 위한 c-면 질화물 반도체보다 2배 내지 10배 두꺼울 수 있다.
여기서, 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 열처리하는 단계는, 상기 활성층을 형성하는 단계보다 20 내지 400 ℃ 높은 온도로 실시할 수 있다.
여기서, 상기 활성층은, 제1발광 파장의 빛을 방출하도록 인듐을 포함하는 제1두께의 질화물계 반도체를 가지고, 상기 제1두께는 상기 제1발광 파장을 방출하기 위한 c-면 질화물계 반도체보다 두꺼울 수 있다.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.
먼저, 본 발명에서 따르면 동종 혹은 이종 기판을 사용하는 무분극 질화 갈륨계 발광 소자에서 InGaN 활성층의 성장 조건을 최적화함으로써 활성층의 결정 품질을 개선하고 발광 재결합 효율 성능을 향상시킬 수 있다.
특히, c-면 질화 갈륨계 반도체와 비교하여 In의 인입 정도가 상대적으로 적은 a-면의 무분극 질화 갈륨계 반도체에서, InGaN 박막의 성장 조건 중에서 암모니아 가스의 유량의 제어를 통해 발광 파장을 제어하고 발광 재결합 효율을 개선할 수 있다.
즉, 활성층 성장시 c-면 InGaN 박막 성장 조건에 비해 낮은 암모니아 가스의 유량을 사용함으로써 InGaN 활성층의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 무분극 질화물계 발광 소자의 반도체 구조의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2는 결정 방향별로 성장 온도에 따른 활성층의 발광 파장을 도시한 그래프이다.
도 3 및 도 4는 무분극 a-면과 분극 c-면 GaN계 결정의 원자 배열을 개략적으로 도시한 도이다.
도 5는 InGaN 박막의 전자 투시 현미경(Transmission Electron Microscopy: TEM) 측정 이미지이다.
도 6은 InGaN 성장을 위한 III족 원료(TEG 및 TMI)의 유량, 성장 온도, 성장 압력 등의 성장 조건을 동일하게 하고 V족 원료인 NH3 가스의 유량만을 변화시키며 성장한 무분극 a-면 InGaN 박막의 PL(Photo-Luminescence) 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 특정한 암모니아 가스의 유량에서 발광 파장을 달리하며 제작한 무분극 a-면 InGaN 박막의 PL 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8 및 도 9는 암모니아 가스의 유량에 따른 무분극 a-면 InGaN 박막에서의 In의 인입 특성을 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
무분극(non-polar) 질화 갈륨(GaN)계 재료는 c-면 질화 갈륨과는 달리 성장 방향으로 분극 현상이 존재하지 않는 결정 구조를 의미한다. 즉, c-축 방향에서 90° 회전된 방향으로 박막을 성장하여 구현할 수 있으며, a-면과 m-면의 두 가지 결정 구조가 존재한다.
무분극 구조에서는 성장 방향을 기준으로 평면 내부에 동일한 개수의 질소와 갈륨 원자가 존재하기 때문에, 내부의 필드가 상쇄되어 c-면 성장과 분극 현상이 발생하지 않는다. 따라서 에너지 밴드의 구부러짐이 일어나지 않아, 발광 재결합 효율의 감소와 같은 문제점을 크게 개선할 수 있는 장점을 가진다. 또한 활성층의 두께 제한을 완화시킬 수 있어 고출력 발광 다이오드와 같은 발광 소자에 적합한 설계가 가능하다.
그러나, 이러한 무분극 질화 갈륨계 발광 소자에서 두꺼운 인듐 질화 갈륨(InGaN) 또는 인듐 알루미늄 질화 갈륨(InAlGaN) 활성층을 성장하는 데는 몇 가지의 해결하여야 할 사항들이 존재한다.
첫 번째로는 무분극 구조에서는 동일한 파장의 빛을 얻기 위해서는 c-면에 비해서 높은 인듐(In)의 조성이 필요하게 된다. 일반적으로 In 조성의 제어는 성장 온도에 의해 이루어지는데, 더 낮은 성장 온도에서는 활성층의 결정 품질을 유지하기가 쉽지 않다.
두 번째, c-면 대비 열위의 In 인입 효율이 가진다는 점인데, 이것은 각 결정면에서의 활성화(activation) 에너지 차이에 기인한다.
세 번째는 활성층의 두께가 증가할수록, 하부 영역의 GaN 층과 격자 상수 차이가 커지는데 In(Al)GaN의 압축 응력이 증가하여 미스 핏 전위(misfit dislocation)와 같은 결함이 발생할 확률이 높아진다는 점이다.
마지막으로는 두꺼운 활성층 구조에서는 내부 전체 영역을 동일한 In 조성으로 유지하는 것이 용이하지 않은데, 이것은 In이 인입되는 정도가 성장 표면에서의 응력 영향 때문인데 성장이 진행될수록 In의 인입이 커지는 경향을 가진다.
본 발명의 실시예에 의한 무분극 a-면의 질화물계 발광 소자 제작에서, In을 포함하는 질화 갈륨계 활성층의 박막 성장 방법을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 무분극 질화물계 발광 소자의 반도체 구조의 일례를 나타내는 단면도이다.
도시하는 바와 같이, 무분극 질화물계 발광 소자는 a-면 및 m-면의 결정 방향을 가지는 다층의 질화물 반도체 구조(200)를 포함하여 구성된다.
이러한 무분극 질화물계 발광 소자는 사파이어와 같은 이종 기판을 포함하는 기판(100) 상에 제작될 수 있다.
이러한 기판(100)은 무분극(non-polar) 질화물계 반도체의 성장이 가능한 결정면을 가지는 기판을 이용하며, r-면([1-102] 면) 사파이어 기판이 이용될 수 있다.
그 외의 무분극을 가지는 다양한 기판이 이용될 수 있음은 물론이다. 즉, a-면 실리콘 카바이드(SiC), m-면 SiC, 스피넬(spinel) 등의 기판이 이용될 수도 있고, 질화 갈륨 동종 기판이 이용될 수도 있다.
또한, 이러한 기판(100) 상에는 질화물계 반도체를 포함하는 버퍼층(210)이 위치할 수 있다. 이러한 버퍼층(210)은 기판(100)에 포함되어 제공될 수도 있다.
이와 같은 무분극 질화물계 발광 소자는 a-면 또는 m-면의 결정 방향을 가지는 다층의 질화물계 반도체층(200)을 포함한다. 이러한 질화물계 반도체층(200)은 MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy), HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등의 방법으로 성장할 수 있으며, 본 예에서는 MOCVD 방법을 통해 제작한 예를 나타내고 있다.
우선, 이와 같은 기판(100) 상에 제1형 도펀트를 포함하는 제1전도성의 질화물계 반도체를 포함하는 제1반도체층(220)을 성장시킨다. 이러한 제1반도체층(220)은 질화 갈륨(GaN)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1전도성은 n-형일 수 있고, 이때, 제1형 도펀트는 실리콘(Si) 또는 게르마늄(Ge)이 이용될 수 있다.
이러한 제1반도체층(220)을 포함하는 질화물계 반도체 구조(200)는 TMG(Tri-Methyl Gallium) 혹은 TEG(Tri-Ethyl Gallium) 등의 유기 금속 소스(Metal-Organic Source)와 NH3의 화학 반응에 의해 성장된다. 이러한 박막의 성장은 질소(N2) 또는 수소(H2) 분위기에서 이루어질 수 있다.
다음에, 제1반도체층(220) 상에 인듐(In)을 포함하는 질화물계 반도체를 포함하는 활성층(230)을 성장시킨다. 즉, 활성층(230)은 인듐 질화 갈륨(InGaN)을 포함할 수 있다. 이때, 인듐 소스는 TMI(Tri-Methyl Indium)가 이용될 수 있다.
a-면 및 m-면의 무분극 구조의 질화 갈륨계 결정 구조에서는 각 결정면에서의 활성화(activation) 에너지 차이에 기인하여 일반적인 발광 소자의 재료로 사용되는 c-면 질화 갈륨에 비해서 낮은 In 인입 특성을 가질 수 있다.
가시광 영역의 빛을 방출하는 발광 소자의 활성층(230)은 In을 포함하는 질화 갈륨계 재료를 사용하는데, 특정한 파장의 빛이 나오도록 In의 조성을 제어할 수 있다.
여기서, 활성층(230)은, 제1발광 파장의 빛을 방출하도록 인듐을 포함하는 제1두께의 질화물계 반도체를 포함한다. 이러한 활성층(230)은 단일 양자 우물로 이루어질 수 있으며, 제1두께는 단일 양자 우물의 두께를 나타낼 수 있다.
활성층(230)은 보통 440 nm의 발광 파장을 가지도록 형성될 수 있다. 이를 위하여, 위에서 언급한 바와 같이, 활성층(230)은 제1두께를 가지는 InGaN으로 형성될 수 있다.
이때, 제1두께는 제1발광 파장을 방출하기 위한 극성 질화물계 반도체보다 두꺼울 수 있다. 즉, c-면 질화물계 반도체를 포함하는 활성층보다 두껍게 제작하는 것이 가능하다.
예를 들어, 이러한 활성층(230)의 제1두께는, 5 nm 내지 50 nm일 수 있다. 이와 같이, 두꺼운 두께로 활성층(230)을 성장할 수 있어, 극성 질화물계 반도체가 가지는 전류량에 따른 효율 감소 현상(efficiency droop)과 같은 현상이 개선될 수 있다.
이러한 활성층(230)의 두께는, 제1발광 파장의 빛을 방출하기 위한 c-면 질화물 반도체보다 2배 내지 10배 두꺼울 수 있다. 이러한 활성층(230)의 두께는 제1발광 파장을 방출하기 위한 c-면 질화물계 반도체보다 두꺼울 수 있다.
이후에, 성장 장비 내의 온도를 높여서 활성층(230)을 열처리하는 과정이 이루어진다.
이때, TMG 혹은 TEG, TMI 등의 Ⅲ족 소스는 공급이 중단되고, Ⅴ족 소스인 NH3는 계속해서 반응실로 공급되도록 한다. 이러한 열처리를 위한 온도는 활성층(230)의 성장 온도보다 20 ℃ 내지 400 ℃ 정도 높은 온도 범위에서 진행될 수 있다.
이후, 이러한 활성층(230) 상에 제2전도성의 질화물계 반도체를 포함하는 제2반도체층(240)을 성장시킬 수 있다.
여기서, 제2전도성은 p-형일 수 있고, 이때, 제2형 도펀트는 마그네슘(Mg)이 이용될 수 있다.
이러한 제2반도체층(240)을 포함하는 질화물계 반도체 구조(200)는 제1반도체층(220)과 마찬가지로, TMG(Tri-Methyl Gallium) 혹은 TEG(Tri-Ethyl Gallium) 등의 유기 금속 소스(Metal-Organic Source)와 NH3의 화학 반응에 의해 성장될 수 있다. 이러한 박막의 성장은 질소(N2) 또는 수소(H2) 분위기에서 이루어질 수 있다.
도 2는 결정 방향별로 성장 온도에 따른 활성층의 발광 파장을 도시한 그래프이다. 동일한 성장 온도에서 InGaN 박막을 성장하는 경우, m-면 등의 무분극 구조에서는 c-면 방향이나 반 분극 (semi-polar) 질화 갈륨계 재료에 비해 낮은 발광 파장을 가진다.
이것은 무분극 질화 갈륨계 반도체의 낮은 In의 인입 특성이 주된 원인이며, c-면의 InGaN 박막에서 발생하는 압전 분극 현상에 기인한 에너지 간극의 감소 현상이 없기 때문이다. 즉, 동일한 파장의 발광 다이오드를 제작하기 위해서는, 무분극 결정 구조에서 InGaN 박막의 성장 온도가 상대적으로 낮아진다. 그러나 박막 성장 온도는 결정 품질에 영향을 미치기 때문에 활성층 품질이 저하될 수 있는 가능성이 존재한다.
각 결정면에 따른 In의 인입 특성을 간단하게 설명하면 아래와 같다.
도 3 및 도 4는 무분극 a-면과 분극 c-면 GaN계 결정의 원자 배열을 개략적으로 도시한 도이다. 도 4에서 도시하는 a-면 GaN의 경우, III족 원자(Ga)와 N 원자가 성장 방향을 기준으로 동일한 면에 위치하게 되어 N2 본딩에 의한 탈착 가능성이 높아질 수 있다. 결과적으로 In의 결합 기회가 낮아지는 등의 특징 때문에 낮은 In의 인입 효율을 나타내는 것으로 알려져 있다.
따라서, 무분극 a-면 InGaN 활성층의 성장에서는 일반적으로 사용되는 c-면의 InGaN 박막과는 다른 성장 조건을 가지게 되며, 또한 최적 성장 조건에 있어서 좁은 범위의 영역을 가질 수 있다.
도 5는 성장된 InGaN 박막의 전자 투시 현미경(Transmission Electron Microscopy: TEM) 측정 이미지로서, GaN 층 위에 12 nm 두께의 InGaN 박막을 성장한 예를 나타내고 있다. 이러한 박막 성장 예에서는 InGaN 박막의 성장 후에, 성장 장비 내에서(in-situ) 열처리 단계를 진행한 것으로, 박막의 성장 온도보다 20 내지 400 ℃ 높은 온도 범위에서 진행한 경과를 나타낸다.
열처리 과정을 통해 표면의 거칠기와 In의 뭉침 현상 등이 열처리를 수행하지 않았던 박막과 비교하여 현저히 개선되는 것을 알 수 있다. 이것은 낮은 성장 온도, 박막 두께 증가에 따른 응력의 증가하는 등의 문제점을 성장 후 열처리를 통해 해결할 수 있음을 의미한다.
본 발명에서는 상기한 무분극 a-면 InGaN 박막의 낮은 In의 인입 효율과 이러한 문제점에서 기인한 발광 재결합 효율의 단점을 극복하기 위한 박막 성장 조건을 제시할 수 있다.
도 6은 InGaN 성장을 위한 III족 원료(TEG 및 TMI)의 유량, 성장 온도, 성장 압력 등의 성장 조건을 동일하게 하고 V족 원료인 NH3 가스의 유량만을 변화시키며 성장한 무분극 a-면 InGaN 박막의 PL(Photo-Luminescence) 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6으로부터 알 수 있는 것처럼, NH3 가스의 유량이 낮아질수록 발광 파장이 높아지게 된다. 즉, 낮은 NH3 가스 유량의 성장 조건에서 In의 인입 효율은 증가하며, 결과적으로 동일한 In 농도를 인입하기 위한 성장온도를 높일 수 있게 된다.
이러한 현상은 c-면 GaN의 성장 조건과는 큰 차이로서, c-면의 InGaN 박막 성장에서는 V족 원자의 공핍을 막기 위해 충분한 NH3 가스를 공급하는 것이 일반적이고, In의 인입 효율 관점에서는 낮은 의존성을 가지게 된다.
반면, 무분극 a-면 InGaN 활성층의 성장에 사용되는 NH3 가스의 유량은 c-면 InGaN 활성층을 성장하는데 사용되는 유량 대비 10 내지 40 % 범위일 수 있다.
도 7은 특정한 암모니아 가스의 유량에서 발광 파장을 달리하며 제작한 무분극 a-면 InGaN 박막의 PL 결과를 나타내는 그래프이다. 각 암모니아 유량 조건에서 발광 파장은 성장 온도 변화에 의해 제어하였으며, 암모니아 유량을 각각 4 리터와 9 리터 조건으로 실험하였다.
앞서 설명한 바와 같이 동일한 발광 파장, 즉 같은 In의 농도의 InGaN 박막에서는 암모니아 가스의 유량이 낮을수록 고온의 성장을 하게 되어, 결과적으로 결정 품질에서의 우위를 가지는 것이 가능하다.
상대적으로 높은 PL 세기는 InGaN 박막의 결정 품질 우위를 반영하는 것으로 설명할 수 있다. 또 다른 주목할만한 결과로서는 암모니아 가스의 유량 차이에 따라 최대값의 PL 세기를 보이는 발광 파장 값이 달라진다는 점이다.
위의 실험 조건 예에서는 9 리터의 경우 465 내지 470 nm의 영역에서 최대 세기를 가지며, 4 리터의 성장 조건에서는 445 nm의 주변 영역에서 가장 큰 PL 세기를 보여준다. 이러한 현상은 암모니아 가스의 유량 차이에 따라, 성장된 InGaN 박막의 발광 재결합 효율이 영향을 받을 뿐만 아니라 박막 내부에서의 In이 국부적으로 서로 다른 형태로 존재하고 있다는 것을 의미한다. 즉, 공간적으로 In의 조성이 편차를 나타내는 localization 현상이 존재하는데, 암모니아 가스의 유량 제어를 통해 원하는 활성층의 발광 파장을 최적화할 수 있게 된다.
도 8 및 도 9는 암모니아 가스의 유량에 따른 무분극 a-면 InGaN 박막에서의 In의 인입 특성을 나타내는 그래프이다.
도 8과 같은 상대적으로 높은 암모니아 가스 유량의 성장조건에서는 InGaN 성장 초기에는 In의 인입이 원활하지 않으며 성장이 진행됨에 따라 성장 방향으로 In의 인입 농도가 증가하는 In 끌림(pulling) 현상이 발생한다.
따라서, 성장 방향으로의 In 농도가 균일하지 않아 완전한 양자 우물 구조의 구현에 있어서 어려움을 가지며 성장 방향으로 국부적인 영역에서 In의 농도가 달라지는 localization 현상이 두드러지게 된다.
그러나, 도 9에서 도시하는 바와 같은 낮은 암모니아 가스의 유량에서는 초기의 In 인입 특성이 개선되어 InGaN 박막의 결정 품질 및 발광 재결합 특성을 개선할 수 있는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서 따르면 동종 혹은 이종 기판을 사용하는 무분극 질화 갈륨계 발광 소자에서 InGaN 활성층의 성장 조건을 최적화함으로써 활성층의 결정 품질을 개선하고 발광 재결합 효율 성능을 향상시킬 수 있다.
특히, c-면 질화 갈륨계 반도체와 비교하여 In의 인입 정도가 상대적으로 적은 a-면의 무분극 질화 갈륨계 반도체에서, InGaN 박막의 성장 조건 중에서 암모니아 가스의 유량의 제어를 통해 발광 파장을 제어하고 발광 재결합 효율을 개선할 수 있다.
즉, 활성층 성장시 c-면 InGaN 박막 성장 조건에 비해 낮은 암모니아 가스의 유량을 사용함으로써 InGaN 활성층의 성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 기판 200: 질화물계 반도체 구조
210: 버퍼층 220: 제1반도체층
230: 활성층 240: 제2반도체층

Claims (8)

  1. a-면 또는 m-면 질화물계 반도체를 포함하는 제1전도성의 제1반도체층을 형성하는 단계;
    제1발광 파장 대역의 빛을 방출하기 위하여, 상기 제1반도체층 상에 c-면 질화물 반도체의 성장시에 비하여 상대적으로 적은 암모니아 가스를 이용하여 인듐(In)을 포함하는 질화물 반도체를 포함하는 활성층을 형성하는 단계; 및
    상기 활성층 상에 질화물 반도체를 포함하는 제2전도성의 제2반도체층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무분극 질화물계 발광 소자의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 암모니아 가스는 c-면 질화물 반도체 성장시에 비하여 10 내지 40 %를 이용하는 것을 특징으로 하는 무분극 질화물계 발광 소자의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, c-면 질화물 반도체 성장시에 비하여 10 내지 40 %의 유량을 흘리면서 상기 활성층을 형성하는 것을 특징으로 하는 무분극 질화물계 발광 소자의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 활성층의 두께는, 5 내지 50 nm로 형성하는 것을 특징으로 하는 무분극 질화물계 발광 소자의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 활성층의 두께는, 상기 제1발광 파장의 빛을 방출하기 위한 c-면 질화물 반도체보다 2배 내지 10배 두꺼운 것을 특징으로 하는 무분극 질화물계 발광 소자의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 활성층의 형성 후, 상기 형성된 활성층을 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무분극 질화물계 발광 소자의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 열처리하는 단계는, 상기 활성층을 형성하는 단계보다 20 내지 400 ℃ 높은 온도로 실시하는 것을 특징으로 하는 무분극 질화물계 발광 소자의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 활성층은, 제1발광 파장의 빛을 방출하도록 인듐을 포함하는 제1두께의 질화물계 반도체를 가지고, 상기 제1두께는 상기 제1발광 파장을 방출하기 위한 c-면 질화물계 반도체보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 무분극 질화물계 발광 소자의 제조 방법.
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