KR100722819B1 - 질화물 반도체 발광 다이오드 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판, 상기 기판 상에 형성된 제 1 버퍼층, 상기 제 1 버퍼층 상에 순차적으로 형성된 제 1 단결정층, 제 2 버퍼층 및 제 2 단결정층, 상기 제 2 단결정층 상에 형성된 N형 반도체층 및 상기 N형 반도체층 상에 형성된 P형 반도체층을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 단결정층은 도핑되지 않은 반도체층인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광 다이오드를 제공한다.
본 발명은 질화물 반도체 발광 다이오드에 있어서 기판 상에 성장되는 질화물 반도체층과 기판의 격자 상수 및 열팽창 계수의 차이에서 발생되는 결정 결함을 감소시켜 반도체층의 결정성을 향상시키고, 발광 다이오드의 신뢰성을 확보할 수 있다.
발광 다이오드, LED, 질화물 반도체, 결정 결함, 버퍼층

Description

질화물 반도체 발광 다이오드 및 이의 제조 방법 {Nitride semiconductor Light-emitting diode and Method of manufacturing the same}
도 1은 질화물 반도체에 있어서 고용체의 조성에 따른 직접 에너지 간격을 도시한 그래프.
도 2는 종래 질화물 반도체 발광 다이오드를 도시한 개략 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략 단면도.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광 다이오드의 일실시예의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 100 : 기판 20, 110 : 제 1 버퍼층
30, 120 : 제 1 단결정층 40, 130 : 제 2 버퍼층
50, 140 : 제 2 단결정층 60, 150 : N형 반도체층
70, 160 : 활성층 80, 170 : P형 반도체층
180 : P형 전극 190 : N형 전극
본 발명은 발광 다이오드 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 질화물 반도체 발광 다이오드에 있어서 기판 상에 형성되는 질화물 반도체의 결정성을 향상시킬 수 있는 발광 다이오드 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(light emission diode; LED)는 반도체의 p-n 접합 구조를 이용하여 주입된 소수 캐리어(전자 또는 정공)를 만들고 이들의 재결합에 의하여 소정의 빛을 발산하는 소자를 지칭하며, GaAs, AlGaAs, GaN, InGaN, AlGaInP 등의 화합물 반도체(compound semiconductor) 재료의 변경을 통해 발광원을 구성함으로써 다양한 색을 구현할 수 있다.
발광 다이오드는 기존의 전구 또는 형광등에 비해 소모 전력이 작고 수명이 길며, 협소한 공간에 설치 가능하고 진동에 강한 특성을 보인다. 이러한 발광 다이오드는 소모 전력의 절감과 내구성 측면에서 우수한 특성을 갖기 때문에 표시 소자 및 백라이트로 이용되고 있으며, 최근 일반 조명 용도로 이를 적용하기 위해 활발한 연구가 진행중이다.
상기 화합물 반도체 중에서 질화물 반도체 물질은 가시광선 및 UV 영역에 대해서 우수한 발광 특성을 보이고 있으며, 청색 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED), 청색 레이저 다이오드 (Laser Diode; LD) 등의 재료로서 최근 크게 주목받고 있다. 특히 질화갈륨(GaN)은 도 1에 도시한 바와 같이 상온에서 3.4eV의 직접 천이형 밴드갭(direct bandgap)을 가지며, 고용체의 조성에 따라 질화인듐(InN), 질화알루미늄(AlN) 같은 물질과 조합하여 1.9eV(InN)에서 3.4eV(GaN), 6.2eV(AlN)까지 직접 에너지 밴드갭을 가지고 있어서 가시광에서부터 자외선 영역까지 넓은 파장 영역 때문에 광소자의 응용 가능성이 매우 큰 물질이다.
그러나 이러한 질화물 반도체는 격자 정합이 되는 기판이 부재하고, 격자 상수 및 열팽창 계수의 차이가 커서 양질의 질화물 반도체 박막의 성장이 매우 어려운 실정이다.
도 2는 종래 질화물 반도체 발광 다이오드를 도시한 개략 단면도이다.
도 2를 참조하면, 발광 다이오드는 기판(1)과, 상기 기판(1) 상에 형성된 버퍼층(2)과, 상기 버퍼층(2) 상에 순차적으로 형성된 N형 반도체층(3), 활성층(4) 및 P형 반도체층(5)을 포함한다.
상기 활성층(4)의 상부 및 하부에 각각 형성된 P형 및 N형 반도체층(5, 3)은 활성층(4)에 전류를 공급하여 발광하도록 한다. 일반적으로 질화갈륨 반도체 발광 다이오드에 있어서, 상기 P형 반도체층(5)으로는 마그네슘(Mg)이 도핑된 GaN 반도체 화합물을 사용하고, 상기 N형 반도체층(3)으로는 실리콘(Si)이 도핑된 GaN 반도체 화합물을 사용한다.
상기 기판(1)은 일반적으로 사파이어(Al2O3), 탄화규소(SiC), 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs) 등의 이종 기판이 사용된다. 그러나 질화물 반도체 발광 다이오드는 상기 기판(1) 상에서 성장할 경우에 격자 상수 및 열팽창 계수의 차이로 인해 결정 결함을 발생시켜 고품질의 반도체 박막의 성장이 어려울 뿐만 아니라, 이를 사용하여 제작한 소자의 특성 효율 및 수명을 단축시킬 수 있다.
이를 개선하기 위해 상기 기판(1) 상에 AlN, GaN, InN, AlGaN 등의 버퍼층(2)을 형성하고, 이러한 버퍼층(2)을 이용하여 질화물 반도체 박막을 성장시키는 이종 접합 성장법(heteroepitaxy)으로 큰 격자 상수 및 열팽창 계수의 부정합도를 완화시킬 수 있었다.
그러나 상기 버퍼층(2) 상에 질화물 반도체를 성장시킬 경우에 버퍼층(2)은 기판(1)과의 격자 상수 및 열팽창 계수의 부정합도로 인한 결정 결함을 갖고, 그 결정 결함은 그대로 질화물 반도체 박막에 전달되어 많은 양의 결정 결함으로 인해 고품질의 질화물 반도체 박막을 형성하는데 여전히 어려움이 있다. 이러한 결정 결함은 소자에 있어서 누설 전류를 발생시키고 발광을 저해하거나 전극 재료의 확산의 원인이 되어 발광 다이오드의 신뢰성, 즉 수명이나 각 특성의 장기적인 안정도를 저하시키는 요인이 된다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 질화물 반도체 발광 다이오드에 있어서 기판 상에 성장되는 질화물 반도체층과 기판의 격자 상수 및 열팽창 계수의 차이에서 발생되는 결정 결함을 감소시켜 결정성을 향상시키고, 웨이퍼의 휨이 없이 두꺼운 GaN 반도체층을 형성하며 발광 다이오드의 신뢰성을 확보할 수 있는 발광 다이오드 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여 기판, 상기 기판 상에 형성된 제 1 버퍼층, 상기 제 1 버퍼층 상에 순차적으로 형성된 제 1 단결정층, 제 2 버퍼층 및 제 2 단결정층, 상기 제 2 단결정층 상에 형성된 N형 반도체층 및 상기 N형 반도체층 상에 형성된 P형 반도체층을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 단결정층은 도핑되지 않은 반도체층인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광 다이오드를 제공한다.
상기 제 1 버퍼층은 저온 성장된 질화알루미늄(AlN) 버퍼층을 포함하고, 상기 제 2 버퍼층은 저온 성장된 AlxGa1 - xN(x≥0)계 버퍼층을 포함할 수 있다. 상기 제 1 단결정층은 고온 성장된 도핑되지 않은 AlxGa1 - xN(x≥0) 층을 포함하고, 상기 제 2 단결정층은 고온 성장된 도핑되지 않은 AlxGa1 - xN(x≥0) 층을 포함할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 버퍼층은 400 내지 700℃의 저온에서 성장되고, 상기 제 1 및 제 2 단결정층은 800 내지 1200℃의 고온에서 성장되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 기판 상에 제 1 버퍼층을 형성하는 단계, 상기 제 1 버퍼층 상에 순차적으로 제 1 단결정층, 제 2 버퍼층 및 제 2 단결정층을 형성하는 단계, 상기 제 2 단결정층 상에 N형 반도체층을 형성하는 단계 및 상기 N형 반도체층 상에 P형 반도체층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 단결정층은 도핑되지 않은 반도체층인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광 다이오드의 제조 방법을 제공한다.
상기 제 1 단결정층, 제 2 버퍼층 및 제 2 단결정층을 형성하는 단계는, 상기 제 1 버퍼층 상에 고온의 성장 온도에서 제 1 단결정층을 형성하는 단계, 상기 제 1 단결정층 상에 저온의 성장 온도에서 제 2 버퍼층을 형성하는 단계 및 상기 제 2 버퍼층 상에 고온의 성장 온도에서 제 2 단결정층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 3은 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 3을 참조하면, 발광 다이오드는 기판(10) 상에 순차적으로 형성된 제 1 버퍼층(20), 제 1 단결정층(30), 제 2 버퍼층(40) 및 제 2 단결정층(50)과, 상기 제 2 단결정층(50) 상에 형성된 N형 반도체층(60), 활성층(70), P형 반도체층(80)을 포함한다. 상기 제 1 단결정층(30) 및 제 2 단결정층(50)은 도핑되지 않은(undoped) 반도체층을 포함하고, 상기 제 1 단결정층(30), 제 2 버퍼층(40) 및 제 2 단결정층(50)은 상기 N형 반도체층(60) 또는 P형 반도체층(80)과 동일한 계열의 물질로 형성되는 것이 바람직하다.
질화물 반도체는 격자 정합이 되는 기판이 부재하고, 격자 상수 및 열팽창 계수의 차이가 크기 때문에 양질의 질화물 반도체 박막 성장이 매우 어렵다. 따라서 격자 상수가 불일치하는 이종 기판(10) 상에 핵성장 생성을 목적으로 제 1 버퍼 층(20)이 형성되고, 상기 제 1 버퍼층(20) 상에 고온에서 성장된 제 1 단결정층(30)이 형성된다. 상기 제 1 버퍼층(20)은 격자 상수 및 열팽창 계수의 차이에 의하여 발생되는 디스로케이션(dislocation)과 같은 결정 결함을 어느 정도 감소시킬 수 있으나, 여전히 남아있는 결정 결함이 그대로 상기 제 1 단결정층(30)에 전달되어 품질을 악화시킬 수 있다.
이에 본 발명의 발광 다이오드는 상기 제 1 단결정층(30) 상에 저온에서 성장된 제 2 버퍼층(40)이 형성되고, 다시 고온에서 성장된 제 2 단결정층(50)이 형성된다. 제 1 단결정층(30)과 제 2 단결정층(50) 사이에 형성된 제 2 버퍼층(40)으로 인해 그 상면에 형성되는 제 2 단결정층(50)은 결정 결함이 감소되어 고품질의 반도체 박막을 형성할 수 있다. 또한 결정 결함이 감소된 제 2 단결정층(50) 상에 질화물 반도체 박막을 형성함으로써, 반도체 박막의 결정성을 향상시킬 수 있음은 물론이다.
상기 기판(10)은 사파이어(Al2O3), 탄화규소(SiC) 또는 실리콘(Si) 등이 사용된다.
상기 기판(10) 상에 형성된 제 1 버퍼층(20)은 반도체 재료인 질화갈륨(GaN), 질화인듐(InN) 또는 질화알루미늄(AlN)을 포함하여 형성된다. 이는 결정 성장시 상기 기판(10)과 후속층들의 격자 부정합을 줄이기 위한 것으로, 성장 두께는 10 내지 1000Å인 것이 바람직하다.
상기 제 1 단결정층(30) 및 제 2 단결정층(50)은 도핑되지 않은(undoped) 질 화물 반도체층, 즉 AlxGa1 - xN(x≥0) 층을 포함한다. 이는 800 내지 1200℃의 고온의 성장 온도에서 형성되고, 성장 두께는 0.1 내지 2㎛인 것이 바람직하다.
상기 제 1 단결정층(30)과 제 2 단결정층(50) 사이에 형성되는 제 2 버퍼층(40)은 상기 제 1 단결정층(30)에서 전달되는 결정 결함을 감소시키기 위한 것으로, 상기 제 1 단결정층(30) 및 제 2 단결정층(50)과 동일한 반도체 물질, 즉 AlxGa1-xN(x≥0) 층이 400 내지 700℃의 저온의 성장 온도에서 형성된다. 성장 두께는 10 내지 1000Å인 것이 바람직하다.
상기 N형 반도체층(60)은 전자가 생성되는 층으로, N형 불순물이 도핑된 질화물 반도체층을 사용한다.
상기 활성층(70)은 소정의 밴드 갭을 가지며 양자 우물이 만들어져 전자 및 정공이 재결합되는 영역으로, 활성층(70)을 이루는 물질의 종류에 따라 전자 및 전공이 결합하여 발생하는 발광 파장이 변화된다. 따라서, 목표로 하는 파장에 따라 활성층(70)에 포함되는 반도체 재료를 조절하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 P형 반도체층(80)은 정공이 생성되는 층으로, P형 불순물이 도핑된 질화물 반도체층을 사용한다.
도면에는 기판(10)과 N형 반도체층(60) 사이에 형성된 제 1 버퍼층(20), 제 1 단결정층(30), 제 2 버퍼층(40) 및 제 2 단결정층(50)이 도시되었으나, 결정 결함을 감소시키고 반도체 박막의 결정성을 더욱 향상시키며 두꺼운 반도체층의 성장시 휨 현상을 방지하기 위해 상기 버퍼층 및 단결정층은 다수개로 반복하여 형성될 수도 있다. 즉, 상기 제 1 버퍼층, 제 1 단결정층, 제 2 버퍼층 및 제 2 단결정층의 구조를 하나의 세트로 구성하여, 상기 기판 상에 2 내지 5층 적층하여 형성할 수 있다.
또한 본 발명의 발광 다이오드는 상술한 설명에 한정되지 않고, 소자의 특성 및 공정의 편의에 따라 상기 물질층이 생략 및 변경되거나, 또는 다양한 물질층이 추가될 수 있다. 예를 들어, 광효율을 증가시키기 위해 보다 큰 에너지 밴드갭을 갖는 AlGaN 등의 P형 클래딩층(cladding layer)을 상기 활성층(70)과 P형 반도체층(80) 사이에 추가적으로 구성할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 발광 다이오드는 기판 상에 버퍼층과 단결정층을 반복하여 성장시킨 후 최종적으로 형성된 단결정층 상에 질화물 반도체층을 형성함으로써, 결정 결함을 감소시켜 반도체 박막의 결정성을 향상시킬 수 있다. 이로 인해 발광 다이오드의 성능을 향상시키고 신뢰성을 확보할 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 발광 다이오드의 일실시예의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
반도체의 증착 및 성장 방법으로는 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 강화 화학 증착법(PECVD; Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy)등을 포함한 다양한 방법을 사용할 수 있으며, 본 실시예에서는 유기금속 화학 증착법(MOCVD)을 사용한다.
도 4a를 참조하면, 기판 상에 제 1 버퍼층을 형성한다.
상기 기판(100)은 발광 다이오드를 제작하기 위한 통상의 웨이퍼를 지칭하는 것으로, Al2O3, SiC, ZnO, Si, GaAs, GaP, LiAl2O3, BN, AlN 및 GaN 중 적어도 어느 하나의 기판(100)을 사용한다. 본 실시예는 사파이어(Al2O3)로 구성된 결정 성장 기판(100)을 사용한다.
상기 기판(100) 상에 결정 성장시 기판(100)과 후속층들의 격자 부정합을 줄이기 위한 제 1 버퍼층(110)을 형성한다. 제 1 버퍼층(110)은 반도체 재료인 질화갈륨(GaN), 질화인듐(InN) 또는 질화알루미늄(AlN)을 포함하여 형성할 수 있다. 본 실시에는 질화알루미늄(AlN)을 포함한 제 1 버퍼층(110)을 형성하되, 10 내지 1000Å의 두께로 형성한다.
도 4b를 참조하면, 상기 제 1 버퍼층(110) 상에 순차적으로 제 1 단결정층(120), 제 2 버퍼층(130) 및 제 2 단결정층(140)을 형성한다. 본 실시예는 상기 제 1 및 제 2 단결정층(120, 140)으로 도핑되지 않은 GaN 단결정층을 형성하고, 그 사이에 제 2 버퍼층(130)으로 GaN 버퍼층을 형성한다. 즉, 상기 질화알루미늄(AlN)을 포함한 제 1 버퍼층(110) 상에 순차적으로 GaN 단결정층(120), GaN 버퍼층(130), GaN 단결정층(140)을 성장시킨다.
이를 위해 먼저 상기 제 1 버퍼층(110) 상에 800 내지 1200℃의 고온의 온도에서 도핑되지 않은 GaN 단결정층(120)을 성장시킨다. 이후, 온도를 낮추어 400 내지 700℃의 저온의 온도에서 상기 GaN 단결정층(120) 상에 GaN 버퍼층(130)을 성장 시킨다. 상기 GaN 버퍼층(130)을 형성한 후, 다시 온도를 높여 800 내지 1200℃의 고온의 온도에서 상기 GaN 버퍼층(130) 상에 도핑되지 않은 GaN 단결정층(140)을 성장시킨다.
상기 제 1 및 제 2 단결정층(120, 140)과 상기 제 2 버퍼층(130)은 성장 온도를 다르게 함으로써, 단결정과 다결정의 GaN층을 형성할 수 있으며, 상기 제 1 단결정층(120)을 따라 전달되는 결정 결함은 상기 제 2 버퍼층(130)의 완충 작용으로 감소되어 상기 제 2 단결정층(140)의 고품질 박막을 형성할 수 있다.
이 때, Ga를 위한 소스 가스로는 트리메틸갈륨(TMGa) 또는 트리에틸갈륨(TEGa)을 사용할 수 있고, N을 위한 소스 가스로는 암모니아(NH3), 모노메틸히드라진(MMHy) 또는 디메틸히드라진(DMHy)을 사용할 수 있다.
상기 제 1 단결정층 및 제 2 단결정층(120, 140)은 0.1 내지 2㎛의 두께로 형성하고, 상기 제 2 버퍼층(130)은 10 내지 1000Å의 두께로 형성한다.
이와 같이 제 1 단결정층(120)과 제 2 단결정층(140) 사이에 형성된 제 2 버퍼층(130)으로 인해 그 상면에 형성되는 제 2 단결정층(140)은 결정 결함이 감소되어 고품질의 반도체 박막을 형성할 수 있다. 또한 결정 결함이 감소된 제 2 단결정층(140) 상에 반도체 박막을 형성함으로써, 반도체 박막의 결정성을 향상시킬 수 있음은 물론이다.
도 4c를 참조하면, 상기 제 2 단결정층(140) 상에 순차적으로 N형 반도체층(150), 활성층(160), P형 반도체층(170)을 형성한다.
상기 제 2 단결정층(140) 상에 N형 불순물이 도핑된 N형 반도체층(150)을 형성한다. 본 실시예는 상기 N형 반도체층(150)으로 실리콘(Si) 원자가 도핑된 GaN층을 형성한다.
상기 N형 반도체층(150) 상에 목표로 하는 파장에 따라 반도체 재료를 조절하여 활성층(160)을 형성한다. 본 실시예는 390 내지 550㎚의 녹색 발광에서 UV 발광에까지 가능한 InGaN/GaN을 성장한다. 또한 UV 발광 소자를 제조하기 위해, 상기 N형 반도체층(150)으로 N형 불순물이 도핑되어 있는 AlN을 사용하고, 활성층(160)으로 AlGaN/AlGaN을 사용할 수도 있다.
상기 활성층(160) 상에 P형 불순물이 도핑된 P형 반도체층(170)을 형성한다. 본 실시예는 상기 P형 반도체층(170)으로 마그네슘(Mg) 원자가 도핑된 GaN층을 형성한다.
도 3d를 참조하면, 소정의 식각 공정을 통해 상기 P형 반도체층(170) 및 활성층(160)의 일부를 제거하여 상기 N형 반도체층(150)의 일부를 노출시킨 후, P형 반도체층(170)과 노출된 N형 반도체층(150) 상에 P형 전극(180) 및 N형 전극(190)을 형성한다.
이를 위해 P형 반도체층(170) 상에 식각 마스크 패턴을 형성한 다음, 건식 또는 습식 식각 공정을 실시하여 P형 반도체층(170) 및 활성층(160)을 제거하여 N형 반도체층(150)을 노출시킨다. 이후, 상기 식각 마스크 패턴을 제거하고, P형 반도체층(170)과 노출된 N형 반도체층(150) 상에 P형 전극(180) 및 N형 전극(190)을 형성한다.
상기 P형 반도체층(170)과 상기 P형 전극(180) 사이에 P형 반도체층(170)의 저항을 줄이고 광의 투과율을 향상시키기 위해 투명전극층을 더 형성할 수 있다. 상기 투명전극층으로는 ITO(Indium Tin Oxide), ZnO 또는 전도성을 갖는 투명 금속을 사용할 수 있다. 또한, 상기 P형 전극(180) 및 N형 전극(190)을 형성하기 전에 P형 반도체층(170) 또는 노출된 N형 반도체층(150) 상부에 전류의 공급을 원활히 하기 위한 별도의 오믹금속층을 더 형성할 수도 있다. 상기 오믹금속층으로는 Cr, Au를 사용할 수 있다.
이로써, 기판 상에 버퍼층과 단결정층을 반복하여 성장시켜 최종적으로 형성된 단결정층 상에 고품질의 질화물 반도체층을 포함하는 발광 다이오드를 제조할 수 있다.
상술한 본 발명의 발광 다이오드의 제조 방법은 이에 한정되지 않고, 다양한 공정과 제조 방법이 소자의 특성 및 공정의 편의에 따라 변경되거나 추가될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 기판 상에 버퍼층과 단결정층을 반복하여 성장시킨 후 최종적으로 형성된 단결정층 상에 질화물 반도체층을 형성함으로써, 결정 결함을 감소시켜 결정성을 향상시킬 수 있다. 이로 인해 질화물 반도체 발광 다이오드의 성능을 향상시키고 신뢰성을 확보할 수 있다.
본 실시예는 수평형 발광 다이오드의 제조에 적용한 예를 설명하고 있으나, 본 발명의 기술적 요지는 상기 상술한 실시예에 한정되지 않고 여러 가지 수정과 변형이 가능하며, 다양한 구조의 발광 다이오드에 응용될 수 있다. 예를 들어, 수 직형 발광 다이오드의 제조를 위해 상술한 공정을 통해 기판 상에 제 1 버퍼층, 제 1 단결정층, 제 2 버퍼층 및 제 2 단결정층을 형성한 후, N형 반도체층, 활성층, P형 반도체층을 형성하여 상기 P형 반도체층 상에 도전성의 호스트 기판을 본딩한다. 다음에 하부의 버퍼층, 단결정층 및 기판을 제거하고, 그리하여 노출된 N형 반도체층의 하면과 P형 반도체층의 상면에 N형 전극 및 P형 전극을 형성한다. 이러한 제조 공정시 기판 상에 버퍼층과 단결정층을 반복하여 성장시킨 후 최종적으로 형성된 단결정층 상에 반도체층을 형성함으로써, 결정 결함이 감소되어 결정성이 향상된 고품질의 반도체층을 얻을 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허 청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
본 발명은 질화물 반도체 발광 다이오드에 있어서 기판 상에 성장되는 질화물 반도체층과 기판의 격자 상수 및 열팽창 계수의 차이에서 발생되는 결정 결함을 감소시켜 반도체층의 결정성을 향상시키고, 발광 다이오드의 신뢰성을 확보할 수 있다.

Claims (6)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성된 제 1 버퍼층;
    상기 제 1 버퍼층 상에 순차적으로 형성된 제 1 단결정층, 제 2 버퍼층 및 제 2 단결정층;
    상기 제 2 단결정층 상에 형성된 N형 반도체층; 및
    상기 N형 반도체층 상에 형성된 P형 반도체층을 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 단결정층은 도핑되지 않은 반도체층인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광 다이오드.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 버퍼층은 질화알루미늄(AlN) 버퍼층을 포함하고,
    상기 제 2 버퍼층은 AlxGa1-xN(x≥0)계 버퍼층을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광 다이오드.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 단결정층 및 상기 제 2 단결정층은 도핑되지 않은 AlxGa1-xN(x≥0) 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광 다이오드.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 버퍼층은 400 내지 700℃의 온도에서 성장되고, 상기 제 1 및 제 2 단결정층은 800 내지 1200℃의 온도에서 성장되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광 다이오드.
  5. 기판 상에 제 1 버퍼층을 형성하는 단계;
    상기 제 1 버퍼층 상에 순차적으로 제 1 단결정층, 제 2 버퍼층 및 제 2 단결정층을 형성하는 단계;
    상기 제 2 단결정층 상에 N형 반도체층을 형성하는 단계; 및
    상기 N형 반도체층 상에 P형 반도체층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 단결정층은 도핑되지 않은 반도체층인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광 다이오드의 제조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제 1 단결정층, 제 2 버퍼층 및 제 2 단결정층을 형성하는 단계는,
    상기 제 1 버퍼층 상에 상기 제 1 버퍼층의 성장 온도보다 높은 성장 온도에서 제 1 단결정층을 형성하는 단계;
    상기 제 1 단결정층 상에 상기 제 1 단결정층의 성장 온도보다 낮은 성장 온도에서 제 2 버퍼층을 형성하는 단계; 및
    상기 제 2 버퍼층 상에 상기 제 1 단결정층의 성장 온도보다 높은 성장 온도에서 제 2 단결정층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광 다이오드의 제조 방법.
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