JP2013058786A - 窒化物半導体発光素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】窒化物半導体発光素子をなす活性層の結晶性を向上させて、光出力及び信頼性を向上させることができる窒化物半導体発光素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】窒化物半導体発光素子1は、第1窒化物半導体層10と、第1窒化物半導体層10上に形成された活性層12と、活性層12上に形成された第2窒化物半導体層14と、第2窒化物半導体層14上に形成されてAlInNを具備する第3窒化物半導体層16と、を含む。
【選択図】図1

Description

本発明は窒化物半導体発光素子に関する。
一般的にGaN系窒化物半導体はその応用分野において青色/緑LED(Light Emitting Diode)の光素子及びMESFET(Metal Semiconductor Field Effect Transistor)、HEMT(High Electron Mobility Transistors)などの高速スイッチング、高出力素子である電子素子に応用されている。
このようなGaN系窒化物半導体発光素子は主にサファイア基板またはSiC基板の上で成長される。そして、低温の成長温度でサファイア基板またはSiC基板の上にAlyGa1-yNの多結晶薄膜をバッファー層(buffer layer)で成長させる。以後、高温で前記バッファー層上にドーピングされなかったGaN層、シリコーン(Si)がドーピングされたn-GaN層または前記構造の混合した構造で成長させてn-GaN層を形成する。また、上部にマグネシウム(Mg)がドーピングされたp-GaN層を形成して窒化物半導体発光素子が製造される。そして、発光層(多重量子井戸構造活性層)は前記n-GaN層とp-GaN層との間にサンドイッチ構造で形成される。
従来のp-GaN層は結晶成長中にMg原子をドーピングして形成される。結晶成長中にドーピング源に注入されたMg原子がGa位置に置き換えされてp-GaN層として作用する必要がある。Mg原子は、キャリアガス及びソースで分解された水素ガスと結合してGaN結晶層でMg-H複合体を形成し、約10MΩ程度の高低抗体となる。
したがって、pn接合発光素子を形成した後、Mg-H複合体を切ってMg原子をGaの席に置き換えるための後続の活性化工程が要求される。しかし、前記発光素子は活性化工程で発光に寄与するキャリアと作用する量は1017/cm程度に、1019/cm以上のMg原子濃度(atomic concentration)より非常に低くて抵抗性接触形成の難しいという短所がある。
また、キャリアで活性化されないでp-GaN窒化物半導体内に残っているMg原子らは活性層との界面で放出される光をトラップ(trap)する中心(center)で作用して急激に光出力を減少させる。これを改善するために非常に薄い透過性抵抗性金属物質を使用して接触抵抗を低めて電流注入效率を増加させる方案が利用されている。
ところが、接触抵抗を減少させるために使用された薄い透過性抵抗性金属は一般的に光透過度が75〜80%程度であり、残りの光透過度は損失として作用する。特に高い接触抵抗によって動作電圧を減少させることに限界がある。
本発明は窒化物半導体発光素子をなす活性層の結晶性を向上させて、光出力及び信頼性を向上させることができる窒化物半導体発光素子を提供することに目的がある。
本発明のある態様は窒化物半導体発光素子である。当該窒化物半導体発光素子は、第1窒化物半導体層と、前記第1窒化物半導体層上に形成されたn-AlInNクラッド層と、前記n-AlInNクラッド層の上に形成されたn-InGaN層と、前記n-InGaN層の上に形成された活性層と、前記活性層上に形成されたp-InGaN層と、前記p-InGaN層の上に形成されたp-AlInNクラッド層と、前記p-AlInNクラッド層の上に形成された第2窒化物半導体層と、
を含むことを特徴とする。
本発明によると、窒化物半導体発光素子をなす活性層の結晶性を向上させて、光出力及び信頼性を向上させられる長所がある。
図1は本発明による窒化物半導体発光素子の第1実施例の積層構造を概略的に示す図面である。 図2は本発明による窒化物半導体発光素子の第2実施例の積層構造を概略的に示す図面である。 図3は本発明による窒化物半導体発光素子の第3実施例の積層構造を概略的に示す図面である。 図4は本発明による窒化物半導体発光素子の第4実施例の積層構造を概略的に示す図面である。 図5は本発明による窒化物半導体発光素子の第5実施例の積層構造を概略的に示す図面である。 図6は本発明による窒化物半導体発光素子の第6実施例の積層構造を概略的に示す図面である。 図7は本発明による窒化物半導体発光素子の第7実施例の積層構造を概略的に示す図面である。 図8は本発明による窒化物半導体発光素子の第8実施例の積層構造を概略的に示す図面である。 図9は本発明による窒化物半導体発光素子の第9実施例の積層構造を概略的に示す図面である。 図10は本発明による窒化物半導体発光素子の第10実施例の積層構造を概略的に示す図面である。 図11は本発明による窒化物半導体発光素子の第11実施例の積層構造を概略的に示す図面である。
以下、添付された図面を参照して本発明による実施例を詳しく説明する。
図1は本発明による窒化物半導体発光素子の第1実施例の積層構造を概略的に示す図面である。
本発明による窒化物半導体発光素子1は、図1に示すように、基板2上にバッファー層4が形成されている。ここで、前記バッファー層4はAlInN/GaN積層構造、InGaN/GaN超格子構造、InxGa1-xN/GaN積層構造、AlxInyGa1-(x+y)N/InxGa1-xN/GaNの積層構造のうちから選択されて形成されることができる(0≦x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)。
そして、前記バッファー層4上にはインジウムがドーピングされたIn-doped GaN層6が形成されており、前記In-doped GaN層6上にはn型の第1電極層が形成されている。ここで、前記n型の第1電極層としてはシリコーンとインジウムが同時ドーピングされて形成されるSi-In co-doped GaN層8が採用されることができる。
また、前記Si-In co-doped GaN層8上にはインジウム含量が低いInxGa1-xN層10が形成されていて、前記InxGa1-xN層10上には光を放出する活性層12が形成されている。前記活性層12はInGaN井戸層/InGaN障壁層に形成される単一量子井戸構造または多重量子井戸構造で備えられることができ、その積層構造の例に対しては図3を参照して後からより詳しく説明する。
さらに前記活性層12上にはp-GaN層14が形成されており、この時前記p-GaN層14はマグネシウムがドーピングされて形成されてもよい。
そして、前記p-GaN層14上にはn型の第2電極層が形成されている。ここで、前記n型の第2電極層としてはn-AlInN層16が採用されることができる。この時、前記n-AlInN層16はシリコーンがドーピングされて形成されてもよい。
このように本発明による窒化物半導体発光素子は、第1電極層であるSi-In co-doped GaN層8と第2電極層であるn-AlInN層16がすべてn型の窒化物に形成されて、その間にp-GaN層14が形成された点を勘案すると、従来のp/n接合発光素子とは異なり、n/p/n接合発光素子の構造を有すると考えられる。
上述したように、本発明によると、従来のp/n接合発光素子の構造的及びp-GaN窒化物半導体自体の低いMgドーピング效率によって発生される低いキャリア濃度、それによる接触抵抗の増加による電流集中(current crowding)問題を乗り越えることができる方案が提供されうる。
特に、上部にn-AlInN窒化物半導体を適用することで、95%以上の光透過度を有するITOのような透過性伝導性酸化物を透明電極として使用することができる。すなわち、前記n-AlInN層にバイアス電圧を印加する透明電極としては、光出力を極大化させるために電流広がりを極大化させて、優秀な光透過度を有する透過性抵抗性物質または透過性伝導性酸化物の使用が可能である。このような物質としては、ITO、ZnO、RuOx、IrOx及びNiOまたはNiを含むAu合金金属が利用されることができる。このような透明電極の使用によって従来p/n接合の場合に対比して50%以上の高い光出力を具現することができる。
また本発明によると、低い接触抵抗によって動作電圧を低めることができるし、それによる素子の信頼性を向上させることができる。特に、フリップチップ(flip chip)方式を適用した大面積高出力の発光素子は300mA以上の高い電流の印加時に、必然的に低い動作電圧を要求している。同一な電流を印加するために発光素子自体の接触抵抗が相対的に高い場合に動作電圧が増加する。これにより、発光素子自体の内部で100℃以上の熱が発生する。内部的に発生する熱によって信頼性に決定的な影響が及ぶ。
したがって、本発明によるn/p/n接合発光素子によると、低い接触抵抗によって等しい電流が印加されたときに、相対的に低い動作電圧で駆動が可能であり、素子内部の熱発生が低い。このため、高い信頼性を有する発光素子が提供されうる。
一方、図2は本発明による窒化物半導体発光素子の第2実施例の積層構造を概略的に示す図面である。
本発明の第2実施例による窒化物半導体発光素子21の積層構造は、図1に示す窒化物半導体発光素子1と比べる時、前記n-AlInN層16上部にインジウム組成を順次に変化させてエネルギーバンドギャップを制御したスーパーグレーディングn-InxGa1-xN層24がさらに形成された場合を示すものである。この時、前記スーパーグレーディング(super grading)n-InxGa1-xN層24は、その組成範囲が0<x<0.2で形成されるようにすることができる。この時、前記スーパーグレーディングn-InxGa1-xN層24にはシリコーンがドーピングされるようにすることもできる。
このような積層構造を有する窒化物半導体発光素子21はn/n/p/n接合発光素子として解釈されうる。そして、このような積層構造を有する窒化物半導体発光素子21において、バイアス電圧を印加する透明電極は前記スーパーグレーディングn-InxGa1-xN層24に形成されるようにできる。
また、図面に示しなかったが、前記スーパーグレーディングn-InxGa1-xN層24の代りに、前記n-AlInN層16の上部にInGaN/AlInGaN超格子構造(super lattice structure)層またはInGaN/InGaN超格子構造層を形成することもできる。ここで、前記InGaN/AlInGaN超格子構造層またはInGaN/InGaN超格子構造層にはシリコーンがドーピングされるようにすることもできる。
それでは、図3を参照して本発明による窒化物半導体発光素子31に採用される活性層の構造に対してより詳細に説明する。図3は本発明による窒化物半導体発光素子の第3実施例の積層構造を概略的に示す図面である。図3に示す積層構造のうちから図1を参照して説明された層(同一符号付与)に対しては説明を省略する。
本発明の第3実施例による窒化物半導体発光素子31には、図3に示すように、内部量子效率(internal quantum efficiency)を増加させるため、活性層の歪み(strain)を制御するインジウム含量が低いlow-mole InxGa1-xN層10が形成されている。また、インジウム変動(fluctuation)による光出力及び逆方向漏洩電流(reverse leakage current)を改善させるために前記low-mole InxGa1-xN層10の下部及び上部に、原子尺度(atomic scale)形態で制御されたSiNxクラスタ層33、35がそれぞれさらに具備されている。
また、光を放出する活性層はInyGa1-yN井戸層/InzGa1-zN障壁層で形成される単一量子井戸構造または多重量子井戸構造に形成されることができる。
図3では活性層として、InyGa1-yN井戸層37、43とInzGa1-zN障壁層41、47との間にSiNxクラスタ層39、45がさらに具備された多重量子井戸構造で形成された発光素子の例を示す。ここで、前記活性層の発光效率を改善するためにInyGa1-yN井戸層(0<y<0.35)/SiNxクラスタ層/InzGa1-zN障壁層(0<z<0.1)で組成比を調節することもできる。そして、前記インジウム含量が低いlow-mole InxGa1-xN層10との関係を考慮すると、前記InyGa1-yN井戸層37、43/InzGa1-zN障壁層41、47にドーピングされるインジウム含量と前記low-mole InxGa1-xN層10にドーピングされるインジウム含量は、それぞれ0<x<0.1、0<y<0.35、0<z<0.1の値を有するように調節することができる。
また、図面に示しなかったが、前記活性層をなすInyGa1-yN井戸層とInzGa1-zN障壁層との間に、前記InyGa1-yN井戸層のインジウム変動量を制御するGaNキャップ(cap)層が形成されるようにすることもできる。この時、光を放出する井戸層と障壁層それぞれのインジウム含量はInyGa1-yN(0<y<0.35)/GaNキャップ/InzGa1-zN(0<z<0.1)で構成されるようにできる。
そして、単一量子井戸構造または多重量子井戸構造で構成された活性層の最後の層を成長させた後、再びSiNxクラスタ層49を原子尺度の厚さで成長させてp-GaN層14のMg元素の活性層の内部拡散を抑制するようにする。
一方、図4は本発明による窒化物半導体発光素子の第4実施例の積層構造を概略的に示す図面である。図4に示す積層構造のうちから図1を参照して説明された層(同一符号付与)に対しては説明を省略する。
本発明の第4実施例による窒化物半導体発光素子51は、p-GaN層14上にインジウム組成を順次に変化させてエネルギーバンドギャップを制御したスーパーグレーディングn-InxGa1-xN層52がさらに形成されている。また、前記スーパーグレーディングn-InxGa1-xN層52上にはn-AlInN層54がさらに形成された場合を示すものである。
このような積層構造を有する窒化物半導体発光素子51はn/n/p/n接合発光素子で解釈されることもできる。そして、このような積層構造を有する窒化物半導体発光素子51において、バイアス電圧を印加する透明電極は前記n-AlInN層54に形成されるようにできる。
一方、図4では前記p-GaN層15の上部にスーパーグレーディングn-InxGa1-xN層52が形成された場合を示すが、前記スーパーグレーディングn-InxGa1-xN層52の代りにInGaN/AlInGaN超格子構造層またはInGaN/InGaN超格子構造層が形成されるように具現することもできる。
また、図5は本発明による窒化物半導体発光素子の第5実施例の積層構造を概略的に示す図面である。図5に示す積層構造のうちから図1を参照して説明された層(同一符号付与)に対しては説明を省略する。
本発明の第5実施例による窒化物半導体発光素子61は、p-GaN層16上にp-AlInN層66が形成されたことにその特徴がある。ここで、前記p-AlInN層66はマグネシウムがドーピングされて形成されるようにできる。
このような積層構造を有する窒化物半導体発光素子61はp/n接合の発光素子として解釈されうるが、前記p-AlInN層66の物理的特性によって前記他の実施例と類似の発光效率を提供することができる。そして、このような積層構造を有する窒化物半導体発光素子61において、バイアス電圧を印加する透明電極は前記p-AlInN層66に形成されるようにできる。
そして、図6は本発明による窒化物半導体発光素子の第6実施例の積層構造を概略的に示す図面である。
本発明の第6実施例による窒化物半導体発光素子71の積層構造は、図5に示す窒化物半導体発光素子61と比べる時、前記p-AlInN層66上部にインジウム組成を順次に変化させてエネルギーバンドギャップを制御したスーパーグレーディングn-InxGa1-xN層74がさらに形成された場合を示すものである。この時、前記スーパーグレーディングn-InxGa1-xN層74はその組成範囲が0<x<0.2で形成されるようにできる。この時、前記スーパーグレーディングn-InxGa1-xN層74にはシリコーンがドーピングされるようにすることもできる。
このような積層構造を有する窒化物半導体発光素子71はn/p/p/n接合発光素子として解釈されうる。そして、このような積層構造を有する窒化物半導体発光素子71において、バイアス電圧を印加する透明電極は前記スーパーグレーディングn-InxGa1-xN層74に形成されるようにできる。
また、図面に示しなかったが、前記スーパーグレーディングn-InxGa1-xN層74の代りに、前記p-AlInN層66の上部にInGaN/AlInGaN超格子構造層またはInGaN/InGaN超格子構造層を形成することもできる。ここで、前記InGaN/AlInGaN超格子構造層またはInGaN/InGaN超格子構造層にはシリコーンがドーピングされるようにすることもできる。
一方、図7は本発明による窒化物半導体発光素子の第7実施例の積層構造を概略的に示す図面である。
本発明による窒化物半導体発光素子81は、図7に示すように、基板82上にバッファー層84が形成されている。ここで、前記バッファー層84はAlInN/GaN積層構造、InGaN/GaN超格子構造、InxGa1-xN/GaN積層構造、AlxInyGa1-(x+y)N/InxGa1-xN/GaNの積層構造のうちから選択されて形成されることができる。
そして、前記バッファー層84上にはインジウムがドーピングされたIn-doped GaN層86が形成されているし、前記In-doped GaN層86上にはn型の第1電極層が形成されている。ここで、前記n型の第1電極層としてはシリコーンとインジウムが同時ドーピングされて形成されるSi-In co-doped GaN層88が採用されることができる。
また、前記Si-In co-doped GaN層88上にはn-AlInNクラッド層90が形成されていて、前記n-AlInNクラッド層90上にはn-InGaN層92が形成されている。そして、前記n-InGaN層92上には光を放出する活性層94が形成されている。前記活性層94は単一量子井戸構造または多重量子井戸構造で形成されることができる。前記活性層94をなす積層構造の例に対しては図9を参照して後でより詳しく説明する。そして、本発明による活性層94によれば単一量子井戸構造で形成する場合にも十分な光效率を達成することができるという長所がある。
さらに、前記活性層94上にはp-InGaN層96が形成されていて、前記p-InGaN層96上にはp-AlInNクラッド層98が形成されている。また、前記p-AlInNクラッド層98上にはp-GaN層100が形成されているし、この時前記p-GaN層100にはマグネシウム(Mg)がドーピングされて形成されるようにできる。
そして、前記p-GaN層100上にはn型の第2電極層が形成されている。ここで、前記n型の第2電極層としてはインジウム組成を順次に変化させてエネルギーバンドギャップを制御したスーパーグレーディングn-InxGa1-xN層102が採用されることができる。この時、前記スーパーグレーディングn-InxGa1-xN層102はその組成範囲が0<x<0.2で形成されるようにできる。そして、前記スーパーグレーディングn-InxGa1-xN層102にはシリコーンがドーピングされるようにすることもできる。
このように本発明による窒化物半導体発光素子は、第1電極層88と第2電極層102がすべてn型の窒化物半導体で形成されて、その間にp-GaN層100が形成された点を勘案すると、従来のpn接合発光素子とは異なり、npn接合発光素子構造を有すると考えられる。
また、前記第2電極層で使用されるn型窒化物半導体(例えば、スーパーグレーディングn-InxGa1-xN層102)は既存のp-GaN接触層より抵抗が低いから、接触抵抗を減少させて電流注入を極大化させることができる。そして、前記第2電極層にバイアス電圧を印加させる透明電極としては、光出力を極大化させるために電流広がりを極大化させて、優秀な光透過度を有する透過性抵抗性物質または透過性伝導性酸化物の使用が可能である。このような物質としては、ITO、ZnO、RuOx、IrOx及びNiOまたはNiを含むAu合金金属が利用されることができる。
ここで、図面に示しなかったが、前記第2電極層としてInGaN/AlInGaN超格子構造層またはInGaN/InGaN超格子構造層が形成されるようにすることもできる。そして、前記InGaN/AlInGaN超格子構造層またはInGaN/InGaN超格子構造層にはシリコーンがドーピングされるようにすることもできる。
また、図面に示しなかったが、前記第2電極層としてn-AlInN層が形成されるようにすることもできる。
このような構成を有する本発明による窒化物半導体発光素子81によると、活性層94を中心にn-AlInNクラッド層90とp-AlInNクラッド層98を挿入して、前記活性層94内部のキャリア注入效率と電流のあふれ(overflow)現象を抑制して内部量子效率を改善することができる。
そして、図8は本発明による窒化物半導体発光素子の第8実施例の積層構造を概略的に示す図面である。図8に示す積層構造のうちから図7を参照して説明された層(同一符号付与)に対しては説明を省略する。
本発明の第8実施例による窒化物半導体発光素子111は、図7に図す第7実施例による窒化物半導体発光素子81と比べる時、インジウム含量が低いInxGa1-xN層114がさらに形成されているという点にその差がある。
すなわち本発明の第8実施例による窒化物半導体発光素子111によると、n-InGaN層92と活性層94との間にインジウム含量が低いInxGa1-xN層114がさらに形成されるようにした。これは内部量子效率をより増加させるために、前記活性層94の成長前に、前記活性層94の歪み(strain)を制御するようにインジウム含量が低いInxGa1-xN層114を追加で成長させたものである。
それでは、図9を参照して本発明による窒化物半導体発光素子121に採用される活性層の構造に対してより詳細に説明する。図9は本発明による窒化物半導体発光素子の第9実施例の積層構造を概略的に示す図面である。図9に示す積層構造のうちから図7を参照して説明された層(同一符号付与)に対しては説明を省略する。
本発明の第9実施例による窒化物半導体発光素子121には、図9に示すように、内部量子效率(internal quantum efficiency)を増加させるため、活性層の歪み(strain)を制御するインジウム含量が低いlow-mole InxGa1-xN層122が形成されている。また、インジウム変動(fluctuation)による光出力及び逆方向漏洩電流(reverse leakage current)を改善させるために前記low-mole InxGa1-xN層122の下部及び上部に、原子尺度の形態で制御されたSiNxクラスタ層132、134がそれぞれさらに具備されている。
また、光を放出する活性層はInyGa1-yN井戸層/InzGa1-zN障壁層に形成される単一量子井戸構造または多重量子井戸構造で形成されることができる。
図9では活性層として、InyGa1-yN井戸層124、128とInzGa1-zN障壁層126、130との間にSiNxクラスタ層136、138がさらに具備された多重量子井戸構造で形成された発光素子の例を示す。ここで、前記活性層の発光效率を改善するためにInyGa1-yN井戸層(0<y<0.35)/SiNxクラスタ層/InzGa1-zN障壁層(0<z<0.1)で組成比を調節することもできる。そして、前記インジウム含量が低いlow-mole InxGa1-xN層122との関係を考慮すると、前記InyGa1-yN井戸層124、128/InzGa1-zN障壁層126、130にドーピングされるインジウム含量と前記low-mole InxGa1-xN層122にドーピングされるインジウム含量は、それぞれ0<x<0.1、0<y<0.35、0<z<0.1の値を有するように調節することができる。
また、図面に示しなかったが、前記活性層をなすInyGa1-yN井戸層とInzGa1-zN障壁層との間に、前記InyGa1-yN井戸層のインジウム変動量を制御するGaNキャップ層が形成されるようにすることもできる。この時、光を放出する井戸層と障壁層それぞれのインジウム含量はInyGa1-yN(0<y<0.35)/GaNキャップ/InzGa1-zN(0<z<0.1)で構成されるようにできる。
そして、単一量子井戸構造または多重量子井戸構造で構成された活性層の最後の層を成長させた後、再びSiNxクラスタ層140を原子尺度の厚さで成長させてp-GaN層100のMg元素の活性層内部拡散を抑制するようにする。
一方、図10は本発明による窒化物半導体発光素子の第10実施例の積層構造を概略的に示す図面である。図10に示す積層構造のうちから図7を参照して説明された層(同一符号付与)に対しては説明を省略する。
本発明の第10実施例による窒化物半導体発光素子141は、n-AlInNクラッド層90上に活性層94が形成されているし、前記活性層94上にp-AlInNクラッド層98が形成されたことにその特徴がある。
すなわち、本発明の第10実施例による窒化物半導体発光素子141は、図7に示す第7実施例による窒化物半導体発光素子81と比べる時、n-InGaN層92とp-InGaN層96が形成されなかった変形された積層構造を有する。
そして、図11は本発明による窒化物半導体発光素子の第11実施例の積層構造を概略的に示す図面である。図11に示す積層構造のうちから図7を参照して説明された層(同一符号付与)に対しては説明を省略する。
本発明の第11実施例による窒化物半導体発光素子151は、第1電極層であるSi-In co-doped GaN層88上に活性層94が形成されているし、前記活性層94上にp-InGaN層96及びp-AlInNクラッド層98が形成されたことにその特徴がある。
すなわち、本発明の第11実施例による窒化物半導体発光素子151は、図7に示す第7実施例による窒化物半導体発光素子81と比べる時、n-AlInNクラッド層90とn-InGaN層92が形成されなかった変形された積層構造を有する。
本発明による窒化物半導体発光素子及びその製造方法によると、窒化物半導体発光素子をなす活性層の結晶性を向上させて、光出力及び信頼性を向上させることができる長所がある。
1 窒化物半導体発光素子、2 基板、4 バッファー層、6 In-doped GaN層、8 Si-In co-doped GaN層、10 InxGa1-xN層、12 活性層、14 p-GaN層、16 n-AlInN層

Claims (12)

  1. 第1窒化物半導体層と、
    前記第1窒化物半導体層上に形成されたn-AlInNクラッド層と、
    前記n-AlInNクラッド層の上に形成されたn-InGaN層と、
    前記n-InGaN層の上に形成された活性層と、
    前記活性層上に形成されたp-InGaN層と、
    前記p-InGaN層の上に形成されたp-AlInNクラッド層と、
    前記p-AlInNクラッド層の上に形成された第2窒化物半導体層と、
    を含むことを特徴とする窒化物半導体発光素子。
  2. 前記第2窒化物半導体層上に形成された第2電極層をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。
  3. 前記第1窒化物半導体層の下部に、
    基板と、
    前記基板の上に形成されたバッファー層と、
    がさらに形成されたことを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。
  4. 前記第1窒化物半導体層は、
    InがドーピングされたIn-doped GaN層と、
    前記In-doped GaN層の上に形成された第1電極層と、
    を含むことを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。
  5. 前記第1電極層はシリコーンとインジウムが同時ドーピングされたGaN層であることを特徴とする請求項4に記載の窒化物半導体発光素子。
  6. 前記n-InGaN層と前記活性層との間に形成されたInxGa1-xN層をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。
  7. 前記第1窒化物半導体層と前記p-AlInNクラッド層との間に形成された複数個のSiNxクラスタ層をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。
  8. 前記第2電極層はインジウム含量が順次に変化されたスーパーグレーディング構造またはInが含まれた超格子構造であることを特徴とする請求項2に記載の窒化物半導体発光素子。
  9. 前記第2電極層はn-AlInN層に形成されたことを特徴とする請求項2に記載の窒化物半導体発光素子。
  10. 前記第2電極層にはシリコーンがドーピングされたことを特徴とする請求項2に記載の窒化物半導体発光素子。
  11. 前記第2窒化物半導体層上に形成された透明電極をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。
  12. 前記第2電極層上に形成された透明電極をさらに含むことを特徴とする請求項2に記載の窒化物半導体発光素子。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101393953B1 (ko) 2007-06-25 2014-05-13 엘지이노텍 주식회사 발광 소자 및 그 제조방법
TWI475717B (zh) * 2008-05-09 2015-03-01 Advanced Optoelectronic Tech A semiconductor element that emits radiation
KR20110062128A (ko) * 2009-12-02 2011-06-10 엘지이노텍 주식회사 발광 소자, 발광 소자 패키지 및 발광 소자 제조방법
KR101712549B1 (ko) * 2010-01-05 2017-03-22 서울바이오시스 주식회사 스페이서층을 가지는 발광 다이오드
WO2011083940A2 (ko) 2010-01-05 2011-07-14 서울옵토디바이스주식회사 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법
KR101754900B1 (ko) * 2010-04-09 2017-07-06 엘지이노텍 주식회사 발광 소자
KR101646664B1 (ko) * 2010-05-18 2016-08-08 엘지이노텍 주식회사 발광 소자, 발광 소자의 제조방법 및 발광 소자 패키지
US11411137B2 (en) * 2016-02-05 2022-08-09 The Regents Of The University Of California III-nitride light emitting diodes with tunnel junctions wafer bonded to a conductive oxide and having optically pumped layers
CN109300851A (zh) * 2018-09-03 2019-02-01 淮安澳洋顺昌光电技术有限公司 一种具有Al和In掺杂生长的低温P型GaN外延片
CN114220891B (zh) * 2021-12-21 2024-02-23 江苏第三代半导体研究院有限公司 半导体器件的外延片及其制作方法和应用

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08279649A (ja) * 1995-04-05 1996-10-22 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザの製造方法,及び半導体レーザ
JPH09266326A (ja) * 1996-03-27 1997-10-07 Toyoda Gosei Co Ltd 3族窒化物化合物半導体発光素子
JPH1051070A (ja) * 1996-07-29 1998-02-20 Fujitsu Ltd 半導体レーザ
JPH10190056A (ja) * 1996-12-24 1998-07-21 Rohm Co Ltd 半導体発光素子およびその製法
JP2002319703A (ja) * 2001-04-20 2002-10-31 Ricoh Co Ltd 半導体装置およびその作製方法
JP2003060236A (ja) * 2001-05-30 2003-02-28 Shogen Koden Kofun Yugenkoshi 絶縁基板を有する発光ダイオード
JP2003101160A (ja) * 1997-01-09 2003-04-04 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体素子
JP2004513520A (ja) * 2000-11-03 2004-04-30 クリー インコーポレイテッド ガリウムを含まない層を持つiii族窒化物発光デバイス
JP2004214698A (ja) * 2004-03-29 2004-07-29 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体発光素子

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2295270A (en) * 1994-11-14 1996-05-22 Sharp Kk Surface-emitting laser with profiled active region
US5661074A (en) * 1995-02-03 1997-08-26 Advanced Technology Materials, Inc. High brightness electroluminescent device emitting in the green to ultraviolet spectrum and method of making the same
US5585648A (en) * 1995-02-03 1996-12-17 Tischler; Michael A. High brightness electroluminescent device, emitting in the green to ultraviolet spectrum, and method of making the same
JP2003133246A (ja) * 1996-01-19 2003-05-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及び窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法
US5684309A (en) * 1996-07-11 1997-11-04 North Carolina State University Stacked quantum well aluminum indium gallium nitride light emitting diodes
JP3716395B2 (ja) 1996-08-02 2005-11-16 富士通株式会社 半導体発光素子
US6051847A (en) * 1997-05-21 2000-04-18 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Gallium nitride compound-based semiconductor light emitting device and process for producing gallium nitride compound-based semiconductor thin film
JP2000286451A (ja) 1998-11-17 2000-10-13 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体素子
US6222207B1 (en) * 1999-05-24 2001-04-24 Lumileds Lighting, U.S. Llc Diffusion barrier for increased mirror reflectivity in reflective solderable contacts on high power LED chip
US6778582B1 (en) * 2000-03-06 2004-08-17 Novalux, Inc. Coupled cavity high power semiconductor laser
AU2001241108A1 (en) 2000-03-14 2001-09-24 Toyoda Gosei Co. Ltd. Production method of iii nitride compound semiconductor and iii nitride compoundsemiconductor element
JP3299739B2 (ja) 2000-07-13 2002-07-08 士郎 酒井 発光素子
JP4581198B2 (ja) * 2000-08-10 2010-11-17 ソニー株式会社 窒化物化合物半導体層の熱処理方法及び半導体素子の製造方法
JP2002190621A (ja) * 2000-10-12 2002-07-05 Sharp Corp 半導体発光素子およびその製造方法
JP2002198560A (ja) * 2000-12-26 2002-07-12 Sharp Corp 半導体発光素子およびその製造方法
TWI262606B (en) 2001-08-30 2006-09-21 Osram Opto Semiconductors Gmbh Radiation-emitting semiconductor-element and its production method
KR100583163B1 (ko) * 2002-08-19 2006-05-23 엘지이노텍 주식회사 질화물 반도체 및 그 제조방법
WO2004042832A1 (ja) 2002-11-06 2004-05-21 Sanken Electric Co., Ltd. 半導体発光素子及びその製造方法
US7115896B2 (en) 2002-12-04 2006-10-03 Emcore Corporation Semiconductor structures for gallium nitride-based devices
JP4324387B2 (ja) * 2003-01-31 2009-09-02 シャープ株式会社 酸化物半導体発光素子
US6987281B2 (en) * 2003-02-13 2006-01-17 Cree, Inc. Group III nitride contact structures for light emitting devices
CN1275337C (zh) 2003-09-17 2006-09-13 北京工大智源科技发展有限公司 高效高亮度多有源区隧道再生白光发光二极管

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08279649A (ja) * 1995-04-05 1996-10-22 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザの製造方法,及び半導体レーザ
JPH09266326A (ja) * 1996-03-27 1997-10-07 Toyoda Gosei Co Ltd 3族窒化物化合物半導体発光素子
JPH1051070A (ja) * 1996-07-29 1998-02-20 Fujitsu Ltd 半導体レーザ
JPH10190056A (ja) * 1996-12-24 1998-07-21 Rohm Co Ltd 半導体発光素子およびその製法
JP2003101160A (ja) * 1997-01-09 2003-04-04 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体素子
JP2004513520A (ja) * 2000-11-03 2004-04-30 クリー インコーポレイテッド ガリウムを含まない層を持つiii族窒化物発光デバイス
JP2002319703A (ja) * 2001-04-20 2002-10-31 Ricoh Co Ltd 半導体装置およびその作製方法
JP2003060236A (ja) * 2001-05-30 2003-02-28 Shogen Koden Kofun Yugenkoshi 絶縁基板を有する発光ダイオード
JP2004214698A (ja) * 2004-03-29 2004-07-29 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体発光素子

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