KR100486178B1 - Ⅲ-질화물 반도체 발광소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 새로운 형태의 활성층을 포함하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자를 제공하는 것을 목적으로 하며, 이는 종래에 2차원적 양자우물구조인 발광층을 Si_xC_yN_z(x>0,y>0,z>0)층과 Ga과 N를 포함하는 질화물 반도체층으로 대체함으로써 이루어지고, Si_xC_yN_z(x>0,y>0,z>0)층의 영향으로 인해 발광층 전체의 3차원적 특성을 강화함으로써 높은 발광효율을 가지는 준양자섬 활성층(Quasi Quantum Dots Active Layer)을 가지는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자를 제공한다.

Description

Ⅲ-질화물 반도체 발광소자{Ⅲ-NITRIDE SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}

본 발명은 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자에 관한 것으로, 특히 질화물 활성층 내부 또는 아래에 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)로 된 단일 또는 복수층을 삽입하는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자에 관한 것이다.

여기서, Ⅲ-질화물 반도체 발광소자는 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 된 화합물 반도체층을 포함하는 발광다이오드와 같은 발광소자를 의미하며, 추가적으로 SiC, SiN, SiCN, CN와 같은 다른 족(group)의 원소들로 된 반도체층이나 다른 족 원소들로 된 물질 자체가 포함되는 것을 배제하는 것은 아니다.

도 1은 종래의 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자를 나타내는 도면으로서, 발광소자는 기판(100), 기판(100) 위에 에피성장되는 버퍼층(200), 버퍼층(200) 위에 에피성장되는 n형 질화물 반도체층(300), n형 질화물 반도체층(300) 위에 에피성장되는 활성층(400), 활성층(400) 위에 에피성장되는 p형 질화물 반도체층(500), p형 질화물 반도체층(500) 위에 형성되는 p측 전극(600), p측 전극(600) 위에 형성되는 p측 본딩 패드(700), 적어도 p형 질화물 반도체층(500)과 활성층(400)이 메사식각되어 노출된 n형 질화물 반도체층(301) 위에 형성되는 n측 전극(800)을 포함한다.

기판(100)은 동종기판으로 GaN계 기판이 이용되며, 이종기판으로 사파이어 기판, 실리콘카바이드 기판 또는 실리콘 기판이 이용되지만, 질화물 반도체층이 성장될 수 있는 기판이라면 어떠한 형태이어도 좋다. 실리콘카바이드 기판이 사용될 경우에 n측 전극(800)은 실리콘 카바이드 기판 측에 형성될 있다.

기판(100) 위에 에피성장되는 질화물 반도체층들은 주로 MOCVD(유기금속기상성장법)에 의해 성장된다.

버퍼층(200)은 이종기판(100)과 질화물 반도체 사이의 격자상수 및 열팽창계수의 차이를 극복하기 위한 것이며, 미국특허 제5,122,845호에는 사파이어 기판 위에 380℃에서 800℃의 온도에서 100Å에서 500Å의 두께를 가지는 AlN 버퍼층을 성장시키는 기술이 개시되어 있으며, 미국특허 제5,290,393호에는 사파이어 기판 위에 200℃에서 900℃의 온도에서 10Å에서 5000Å의 두께를 가지는 Al(x)Ga(1-x)N (0≤x<1) 버퍼층을 성장시키는 기술이 개시되어 있고, 한국특허 제10-0448352호에는 600℃에서 990℃의 온도에서 SiC 버퍼층을 성장시킨 다음 그 위에 In(x)Ga(1-x)N (0<x≤1) 층을 성장시키는 기술이 개시되어 있다.

n형 질화물 반도체층(300)은 적어도 n측 전극(800)이 형성된 영역(n형 컨택층)이 불순물로 도핑되며, n형 컨택층은 바람직하게는 GaN로 이루어지고, Si으로 도핑된다. 미국특허 제5,733,796호에는 Si과 다른 소스 물질의 혼합비를 조절함으로써 원하는 도핑농도로 n형 컨택층을 도핑하는 기술이 개시되어 있다.

활성층(400)은 전자와 정공의 재결합을 통해 광자(빛)를 생성하는 층으로서, 주로 In(x)Ga(1-x)N (0<x≤1)로 이루어지고, 하나의 양자우물층(single quantum well)이나 복수개의 양자우물층들(multi quantum wells)로 구성된다. WO02/021121호에는 복수개의 양자우물층들과 장벽층들의 일부에만 도핑을 하는 기술이 개시되어 있다.

p형 질화물 반도체층(500)은 Mg과 같은 적절한 불순물을 이용해 도핑되며, 활성화(activation) 공정을 거쳐 p형 전도성을 가진다. 미국특허 제5,247,533호에는 전자빔 조사에 의해 p형 질화물 반도체층을 활성화시키는 기술이 개시되어 있으며, 미국특허 제5,306,662호에는 400℃ 이상의 온도에서 열처리(annealing)함으로써 p형 질화물 반도체층을 활성화시키는 기술이 개시되어 있고, 한국특허 제10-043346호에는 p형 질화물 반도체층 성장의 질소전구체로서 NH₃와 하이드라진계 소스 물질을 함께 사용함으로써 활성화 공정없이 p형 질화물 반도체층이 p형 전도성을 가지게 하는 기술이 개시되어 있다.

p측 전극(600)은 p형 질화물 반도체층(500) 전체로 전류가 잘 공급되도록 하기 위해 구비되는 것이며, 미국특허 제5,563,422호에는 p형 질화물 반도체층의 거의 전면에 걸쳐서 형성되며 p형 질화물 반도체층과 오믹접촉하고 Ni과 Au로 이루어진 투광성 전극에 관한 기술이 개시되어 있으며, 미국특허 제6,515,306호에는 p형 질화물 반도체층 위에 n형 초격자층을 형성한 다음 그 위에 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어진 투광성 전극을 형성한 기술이 개시되어 있다.

한편, p측 전극(600)이 빛을 투과시키지 못하도록, 즉 빛을 기판 측으로 반사하도록 두꺼운 두께를 가지게 형성할 수 있는데, 이러한 p측 전극(600)을 사용하는 발광소자를 플립칩(flip chip)이라 한다. 미국특허 제6,194,743호에는 20nm 이상의 두께를 가지는 Ag 층, Ag 층을 덮는 확산 방지층, 그리고 확산 방지층을 덮는 Au와 Al으로 이루어진 본딩 층을 포함하는 전극 구조에 관한 기술이 개시되어 있다.

p측 본딩 패드(700)와 n측 전극(800)은 전류의 공급과 외부로의 와이어 본딩을 위한 것이며, 미국특허 제5,563,422호에는 n측 전극(800)을 Ti과 Al으로 구성한 기술이 개시되어 있으며, 미국특허 제5,652,434호에는 투광성 전극의 일부가 제거되어 p측 본딩 패드가 p형 질화물 반도체층에 직접 접하는 기술이 개시되어 있다.

발광소자에 있어서, 가장 중요한 부분은 활성층이다. n측과 p측 각각에서 만들어진 전자와 정공이 활성층의 양자우물층에서 서로 결합하여 양자우물층 물질의 에너지밴드에 해당되는 빛을 발광하게 된다. 따라서, 발광소자의 효율은 활성층, 특히 양자우물층의 결정 품질, 양자우물층이 주위로부터 받고 있는 스트레인, 양자우물층의 모양 등에 의해 크게 영향을 받게 되고, 발광소자의 전기적 및 광적 특성의 주요한 변수들도 이에 의해 결정되게 된다.

Ⅲ-질화물 반도체 발광소자는 사파이어 기판, 실리콘카바이드 기판, 또는 실리콘 기판과 같은 이종기판을 주로 사용하기 때문에, 근본적으로 성장된 박막에는 결정 흠결들이 많이 발생되게 되며, 일반적으로 10⁸㎠이상의 디스로케이션(dislocation)들이 존재하는 것으로 알려져 있다.

이런 디스로케이션들이 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자의 효율을 감소시키는 것은 분명하나, 많은 디스로케이션들에도 불구하고 어느 정도 안정된 성능을 낼 수 있는 것은 활성층이 양자우물과 양자점(Quantum Dot)의 두가지 특성을 동시에 가지고 있기 때문인 것으로 알려져 있다. 따라서 발광소자의 성능 특히, 휘도를 개선하기 위해서는 이런 양자점 형성을 강화해주는 것이 필요하다. 그러나, 기존의 박막성장 기술로는 이런 양자점 형성을 강화하는 것이 쉽지 않다.

또한, 활성층에 형성되는 스트레인은 활성층의 특성을 좌우하는 중요한 변수로 작용하는데, 이 스트레인에 따라 발광소자의 Photoluminescence(PL) 특성과 Elctroluminescence(EL) 특성 사이에 여러 가지 차이를 발생시키게 된다. 따라서 활성층 주변 또는 활성층 자체의 스트레인을 조절하는 것도 발광소자의 효율을 높이기 위해 매우 중요한 변수가 된다.

본 발명은 활성층 내부 또는 아래에 Si_xC_yN_z(x>0,y>0,z>0)로 된 단일 또는 복수의 층을 삽입하여 활성층에 가해지는 스트레인이 조절되고, 또한 3차원적 모양이 강화된 활성층(Quasi Quantum Dots Active Layer)을 가지는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해, 본 발명은 활성층 내부 또는 아래에 Si_xC_yN_z(x>0,y>0,z>0)로 된 단일 또는 복수층을 삽입하는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자를 제공한다.

Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0) 물질은 광적으로 직접 천이가 가능한 물질이며, 조성에 따라 넓은 에너지 밴드갭을 가질 수 있고, 성장 조건에 따라 cubic structure 또는 hexagonal structure를 가질 수 있는 것으로 알려져 있다. 본 발명은 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0) 물질의 이러한 특성에 착안하여, hexagonal structure의 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)와 hexagonal structure의 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)를 접목하는 기술에 관한 것이다.

본 발명의 제1 실시 태양은 기판, 기판 위에 성장되며 전자와 정공의 재결합에 의해 광자를 생성하는 활성층을 포함하는 복수개의 질화물 반도체층을 포함하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자에 있어서, 활성층이 전자와 정공의 재결합에 의해 광자를 생성하는 발광층과 발광층 위에 성장되며 전자와 정공이 발광층에 가둠되게 하는 장벽층을 포함하며, 발광층이 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층과 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층 위에 성장되고 Ga과 N를 포함하는 질화물 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자를 제공하며, 본 발명의 제1 실시 태양은 본 발명의 실시예3에 의해 뒷받침된다.

종래에, Ⅲ-질화물 반도체 발광소자에 있어서 활성층이라 함은 전자와 정공의 재결합에 의해 광자를 생성하는 발광층인 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 된 양자우물층과 평균적인 에너지 밴드갭이 양자우물층보다 큰 단일 또는 다층의 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 된 장벽층으로 구성된 실질적으로 광을 방출하는 영역을 의미한다. 활성층은 적어도 하나 이상의 양자우물층을 포함하며, 다중 양자우물층들로 구성될 경우에 각각의 양자우물층이 모두 물질 조성이나 에너지 밴드갭, 및 두께에 있어서 동일할 필요는 없다. 장벽층은 양자우물층에 접해 있는 층으로 전자 또는 홀이 양자우물층에 갇힐 수 있게 하는 층을 의미한다.

본 발명은 이러한 활성층 영역내에 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층을 구비함으로써 새로운 형태의 활성층을 제시한다. 즉, 종래에 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)층만으로 구성되던 발광층을, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층과 그 위에 성장되는 Ga과 N를 포함하는 질화물 반도체층의 적층구조로 대체함으로써, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층의 존재로 인해 그 위의 Ga과 N를 포함하는 질화물 반도체층의 성장에 영향을 미치고, 이로 인해 발광층은 단순한 2차원적 양자우물의 구조가 아니라 3차원적 특성이 강화된 형태 혹은 3차원적인 섬들(Quasi Quantum Dots라 명명한다.)이 포함된 형태를 가지게 된다. 본 발명은 종래와 다른 이 새로운 형태의 3차원적 특성이 강화된 발광층을 포함하는 활성층을 준양자섬 활성층(Quasi Quantum Dots Active layer)이라 명명한다.

본 발명의 제2 실시 태양은 기판, 기판 위에 성장되며 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 적어도 하나의 발광층을 포함하는 활성층을 포함하는 복수개의 질화물 반도체층을 포함하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자에 있어서, 적어도 하나의 발광층 중에서 기판으로부터 가장 멀리 위치하는 발광층의 아래에 위치하며, 기판과 접촉하지 않는 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층을 포함하는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자를 제공하며, 본 발명의 제2 실시 태양은 본 발명의 실시예1 및 실시예2에 의해 뒷받침된다.

여기서, 적어도 하나의 발광층은 종래의 양자우물층의 형태이거나 3차원적인 특성이 강화된 형태의 발광층일 수 있다.

아래에서는, 먼저 GaN층 위에 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층을 성장하는 방법에 대해서 설명한 다음, 실시예들을 들어 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층이 활성층 또는 활성층 하부에 삽입된 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자에 대해 설명한다.

선행 실험으로, 사파이어 기판 위에 통상의 방법에 따라 GaN층을 성장하고, 성장된 GaN층 위에 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층을 성장하여 성장된 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층의 특성을 AFM(Atomic Force Microscope)을 통하여 분석하였다.

Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층을 형성하기 위해서, 실리콘 공급 소스로 금속유기물(Metal Organic) 소스의 일종인 DTBSi를 사용하였으며, 카본 공급 소스로 금속유기물(Metal Organic) 소스의 일종인 CBr₄를 사용하고, 질소 공급 소스로 NH₃ 또는 DMHy를 사용하였다. 이 소스들을 사용한 이유는 저온에서 열분해가 쉽게 일어나서 기존의 CH_4, SiH₄ 등의 Hydride source를 사용한 것에 비해 저온에서 Si_x C_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층을 형성할 수 있는 장점이 있기 때문이다. 그러나, 본 발명이 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층을 형성하는데 있어 사용 소스를 DTBSi, CBr₄, NH₃ 또는 DMHy에 한정하는 것은 아니며, 실리콘 소스로 SiH₄, Si₂H₆ 등이 사용될 수 있고, 카본 소스로 CCl₄, CH₄ 등이 사용될 수 있다.

Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)층 위에 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층을 성장할 경우에, 질소 공급기로서 NH₃, 하이드라이진계 소스, 또는 NH₃ 및 하드라진계 소스를 사용하므로, 박막의 성장중에 질소기 공급 부족으로 인한 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층 아래의 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)층의 메탈 뭉침 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다. 즉, Si_xC_yN_z (x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층의 성장중에 아래의 반도체층에 손상을 주지 않으면서 원하는 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층을 성장할 수 있게 된다.

도 2는 GaN층 위에 20nm정도 성장된 CN층의 AFM 이미지이다. GaN층 위에 CN층이 3차원적인 섬(island)처럼 성장된 것을 관찰할 수 있는데, 이는 CN의 격자상수가 GaN의 격자상수보다 많이 작기 때문에 스트레인으로 인하여 섬모양 성장(island growth)이 된 것이다. 섬모양 성장(island growth)은 성장된 CN층이 결정 형태를 가진다는 것을 의미한다.

도 3은 도 2의 CN층을 100nm이상으로 두껍게 성장했을 때의 AFM 이미지로, CN로 된 섬들(islands)의 크기가 증가하였음을 알 수 있다. 즉, 초기 성장된 CN로 된 섬들(islands)이 씨앗(seed)으로 역할하여 이를 중심으로 지속적 성장이 이루어졌음을 알 수 있다.

도 4는 GaN층 위에 성장된 Si_xC_yN_z(x>0,y>0,z>0)층의 AFM 이미지이다. Si_xC_yN_z(x>0,y>0,z>0)는 CN에 비해 격자상수가 커서 GaN의 격자상수에 보다 가까우므로 CN보다는 연속적인 박막 형태를 보이며, 스트레인으로 인하여 봉오리처럼 솟아오른 형태를 관찰할 수 있다.

이 실험에서는 질소기 소스로 NH₃를 사용하였으며, 카본 소스로 CBr₄, 실리콘 소스로 DTBSi를 사용하였다. Si_xC_yN_z(x>0,y>0,z>0)층을 950℃ 부근에서 성장한 후, 수소 분위기에서 반응기 온도를 100℃ 이하로 내렸다.

도 2 내지 도 4의 실험들은 CN나 Si_xC_yN_z(x>0,y>0,z>0)층이 GaN층 위에 어떻게 형성되는지 확인하기 위해서 의도적으로 두껍게 성장되었으며, 도 2 내지 도 4를 통하여 본 발명에서 의도하는 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층의 성장이 아래의 GaN층에 외형적으로 손상을 주지 않으면서 성장될 수 있음을 확인할 수 있다. 만일 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층의 성장중에 질소기가 부족하거나 기타 어떤 원인에 의해서 GaN층이 손상이 되었으면, 박막의 표면이 뭉치거나 거칠어지는 효과가 나타나는데 도 2 내지 도 4로부터 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층 아래의 GaN층의 표면이 양호함을 알 수 있다. 따라서 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층의 성장이 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)층의 성장과 조합으로 구사될 수 있음을 알 수 있다.

이하, 실시예들을 들어 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층과 활성층의 다양한 조합 및 이에 따른 효과를 설명한다.

실시예1

도 5는 본 발명의 실시예1에 따른 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자를 나타내는 도면으로서, 발광소자는 기판(10), 기판(10) 위에 에피성장되는 버퍼층(20), 버퍼층(20) 위에 에피성장되는 n형 질화물 반도체층(30), n형 질화물 반도체층(30) 위에 에피성장되는 활성층(40), 활성층(40) 위에 에피성장되는 p형 질화물 반도체층(50), p형 질화물 반도체층(50) 위에 형성되는 p측 전극(60), p측 전극(60) 위에 형성되는 p측 본딩 패드(70), 적어도 p형 질화물 반도체층(50)과 활성층(40)이 메사식각되어 노출된 n형 질화물 반도체층(31) 위에 형성되는 n측 전극(80)을 포함하고 있으며, 활성층(40) 아래의 n형 질화물 반도체층(30) 내에 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(90)이 형성되어 있다.

n형 질화물 반도체층(30) 및 p형 질화물 반도체층은 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 이루어지며, 각각 단층 또는 복수개의 층으로 이루어질 수 있다.

활성층(40)의 성장에 영향을 주기 위해, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(90)이 놓여지는 위치는 활성층(40)의 바로 아래에 놓이거나 이로부터 0.5㎛까지의 범위내에 놓이는 것이 바람직하다. 여기서, 활성층(40)의 최하층은 장벽층이거나 발광층일 수 있다. Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층이 활성층(40)에 가까울수록 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(90)에 의한 영향은 커지며, 활성층(40)으로부터 0.5㎛이상 떨어져서 위치하여도 무방하나 요구되는 효과를 기대하기가 어렵다.

Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(90)의 두께는 2.5Å이상 500Å이하인 것이 바람직하며, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(90)이 두꺼울수록 그 위에 성장되는 층의 모폴로지(morphology) 변화에 큰 영향을 주나, 500Å이상으로 되면 그 위에 성장되는 층이 과도하게 3차원적으로 성장되어 실질적으로 발광소자에 적용하기 어렵게 될 수 있고, 2.5Å이하로 되면 그 위에 성장되는 층에 미치는 영향이 너무 작아진다.

Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)의 물질 조성은 아래의 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)층(30)을 보호하기 위해서 NH₃ 또는 하이드라진계 소스를 반드시 연속적으로 주입해 주어야 하므로 N는 반드시 0이상으로 구성되어야 하고, Si 또는 C는 필요에 따라 제외될 수도 있으며, 조성은 요구되는 스트레인에 따라 결정될 수 있다. x가 클수록 C가 작을수록 Si_xC_yN_z의 격자는 커지게 되며, 반대로 x가 작아질수록 C가 커질수록 Si_xC_yN_z의 격자가 작아지게 된다.

Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(90)의 성장 온도는 400℃이상 1100℃이하인 것이 바람직하다. Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)는 고온으로 갈수록 더 우수한 품질로 성장될 수 있으나, Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 성장 온도보다 더 높은 온도에서 성장될 경우 아래에 위치하는 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)층(30)에 손상을 주는 것을 고려한 것이다.

도 6은 실시예1에 따라 활성층(40) 아래에 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(90)을 삽입한 후 성장된 활성층을 AFM을 사용하여 측정한 이미지이다.

이 때, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(90)을 성장하기 위한 소스는 분당 3 micro mole의 DTBSi, 분당 7 micro mole의 CBr₄, 분당 8리터의 NH₃를 사용하였고, 성장 시간은 20초였으며, 성장 온도는 대략 1000℃정도였고, 예상되는 성장 두께는 5Å에서 10Å정도이며, 그 위에 바로 첫번째 발광층이 성장되었다.

도 7은 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(90)없이 동일한 조건에서 성장된 활성층(40)을 AFM을 사용하여 측정한 이미지로서, 활성층은 능선처럼 생겼으며, 능선들이 옆으로 서로 연결되어 있음을 알 수 있다. 우측의 확대된 이미지에 도시된 바와 같이, 표면이 결무늬를 가지고 비정형적으로 균일성이 좋지 않음을 알 수 있다. 또한, 하얀점들을 관찰할 수 있는데, 이는 높이 솟아있는 부분으로 인듐 메탈들이 뭉친 부분이다. 이런 인듐 메탈 뭉침 현상은 소자 신뢰성 및 성능에 좋지 않은 영향을 끼치는 것으로 알려져 있다.

한편, 도 6에 도시된 바와 같이 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(90)이 삽입된 활성층(40)의 경우에 활성층이 결무늬를 띄지 않고 거의 독립적인 섬모양으로 형성됨을 알 수 있다.

이 섬들이 상대적으로 매우 균일하게 형성되어 있음을 알 수 있으며 우측의 확대된 이미지에서 섬들을 더 잘 관찰할 수 있다. 이는 앞에서도 설명한 바와 같이 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(90)에 의한 활성층의 스트레인 변화로 인해 활성층의 3차원적인 성장이 강화되었기 때문이다. 섬들은 0.1㎛에서 0.2㎛정도의 크기를 가짐을 알 수 있다. 이런 섬들의 크기와 밀도 및 모양이 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(90)의 조성에 따라 다양하게 변할 수 있는 것은 당업자에게 자명한 것이다.

활성층(40)이 균일한 3차원적인 섬들로 구성될 경우에, 전자와 홀 갇힘 현상이 개선되고 활성층(40) 내부의 균일성도 개선되면서 광특성이 개선될 수 있다. 또한, 도 7에서 관찰되던 인듐 메탈 뭉침 현상이 많이 개선되었음을 알 수 있다.

본 발명의 실시예1에 따른 발광소자와 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(90)을 생략한 발광소자는 Photoluminescence(PL)상의 측정 파장에 분명한 변화를 보이는데, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(90)을 삽입한 발광소자의 경우에 PL상의 측정 파장이 10nm정도 짧아지는 현상을 보였으며, 이는 2가지 원인에 기인한 것으로 판단이 된다.

첫째로, 양자점의 경우에 양자우물보다 전도 대역(Conduction band) 및 가전자 대역(Valence band)의 에너지 준위들이 더 벌어지면서 파장이 짧아지는 현상이 일반적으로 나타나는데, 도 6의 AFM 이미지에서 관찰된 바와 같이, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(90)으로 인해 활성층의 3차원적인 특성이 강화되면서(Quasi Quantum Dot적인 특성을 가지면서), 파장이 짧아지는 변화가 나타나는 것으로 판단된다.

둘째로, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(90)에 의한 활성층(40)의 스트레인 변화로 인한 Piezo 특성의 변화를 원인으로 생각할 수 있다. Piezo 특성에 변화가 생기면 에너지 밴드의 휨 정도가 바뀌면서 파장의 변화를 초래할 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예1에 따른 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자의 전기적 및 광적 특성을 나타내는 도면으로서, Ⅲ-질화물 반도체 발광소자의 특성상 삽입되는 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층의 성장 조건을 최적화하고, 이에 따른 활성층의 성장 조건을 최적화할 경우 더욱 개선된 특성들을 얻을 수 있을 것이다.

도 6 내지 도 8에 적용된 구체적 성장 조건은 다음과 같다, 사파이어 기판의 C면을 주면으로 하여 MOCVD법이 적용되었으며, 캐리어 가스는 H₂ 및/또는 N₂가 사용되었고, Ⅲ-질화물 반도체의 성장 동안에 반응기의 압력은 100Torr에서 500Torr 사이에서 유지되었다.

먼저, 버퍼층으로서, 사파이어 기판 위에 550℃에서 GaN층을 성장시킨 다음 1050℃에서 GaN층을 성장시켰다. 550℃에서 GaN층을 성장시킬 때, TMG(50sccm)과 NH₃(15000sccm)가 소스로 사용되어 300Å의 두께로 성장시켰으며, 1050℃에서 GaN층을 성장시킬 때, TMG(250sccm)과 NH₃(18000sccm)가 소스로 사용되어 2㎛의 두께로 성장시켰다.

다음으로, n형 질화물 반도체층으로서, 1050℃에서 n형 GaN층을 성장시켰다. 이 때, TMG(250sccm)과 NH₃(18000sccm)가 소스로 사용되어 2㎛의 두께로 성장시켰다. n형 도펀트로서 SiH₄(8sccm)이 사용되었다.

다음으로, 1000℃에서 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층을 성장시켰다. 이 때, DTBSi(3 micro-mole/min), CBr₄(7 micro-mole/min), 및 NH₃(8 ℓ/min)가 소스로 사용되어 20초간 성장시켰다.

다음으로, 발광층으로서, 800℃에서 In_0.15Ga_0.85N층을 성장시켰다. 이 때, TMIn(400sccm), TMG(30sccm), 및 NH₃(28000sccm)가 소스로 사용되어 25Å의 두께로 성장시켰다.

다음으로, 장벽층으로서, 900℃에서 In_0.01Ga_0.99N층을 성장시켰다. 이 때, TMIn(20sccm), TMG(30sccm), 및 NH₃(28000sccm)가 소스로 사용되어 100Å의 두께로 성장시켰다.

다음으로, 위와 같은 성장 조건에서 발광층과 장벽층을 교대로 3회씩 더 성장시겼다.

마지막으로, p형 질화물 반도체층으로서, 1000℃에서 p형 GaN층을 성장시켰다. 이 때, TMG(100sccm)과 NH₃(18000sccm)가 소스로 사용되어 2000Å의 두께로 성장시켰다. p형 도펀트로서 CP₂Mg(500sccm)이 사용되었다.

실시예2

도 9는 본 발명의 실시예2에 따른 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자를 나타내는 도면으로서, 발광소자는 기판(10), 기판(10) 위에 에피성장되는 버퍼층(20), 버퍼층(20) 위에 에피성장되는 n형 질화물 반도체층(30), n형 질화물 반도체층(30) 위에 에피성장되며 복수개의 발광층을 가지는 활성층(41), 활성층(41) 위에 에피성장되는 p형 질화물 반도체층(50), p형 질화물 반도체층(50) 위에 형성되는 p측 전극(60), p측 전극(60) 위에 형성되는 p측 본딩 패드(70), 적어도 p형 질화물 반도체층(50)과 활성층(41)이 메사식각되어 노출된 n형 질화물 반도체층(31) 위에 형성되는 n측 전극(80)을 포함하고 있으며, 활성층(41) 내에 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(91)이 형성되어 있다.

도 10은 본 발명의 실시예2에 따른 활성층(41)을 확대한 도면으로서, 활성층(41)을 구성하는 발광층(41a)과 장벽층(41b) 중에서 장벽층(41b) 내에 Si_xC_yN_z (x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(91)이 삽입되어 있다.

장벽층(41a) 내에서 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(91)이 삽입되는 위치는 어떤 위치에 놓여도 좋다. 그러나 장벽층(41b) 끝부분이나 또는 시작부분에 놓이면 발광층(41a)과 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(91)이 접하게 되므로, 이 경우에 발광소자의 성능이 저하될 여지가 있다. 이것은 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(91)의 성장시 사용되는 소스들의 메모리 효과 또는 발광소자내 확산 효과 때문에 나타난다. 실리콘 소스의 경우에 질화물 반도체층에서 n형 도펀트로 작용하며, 발광층의 도핑으로 인한 소자 성능 저하가 발생할 수 있다.

그러나, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(91)의 성장후에 충분한 purge 시간을 가질 경우 이런 현상을 최소화할 수 있다. 또한, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(91)이 활성층(41)의 발광층(41a)과 접할 경우에 실리콘 소스 사용을 최소화함으로써 이러한 문제를 해소할 수도 있다. 활성층(41)이 1개 이상의 다중 장벽층으로 구성될 경우에 모든 장벽층에 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(91)을 삽입해야 하는 것은 아니며, 광적 특성을 최대화하기 위해서는 p형 질화물 반도체층(50)으로부터 첫번째, 또는 첫번째 및 두번째에 위치하는 장벽층에는 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(91)을 사용하지 않는 것이 좋다. 이는 앞에서도 언급한 바와 같이, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(91)의 성장중에 사용된 소스들의 메모리 효과로 인하여 발광층의 불순물 농도가 증가될 가능성이 있기 때문이다.

Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(91)의 두께는 2.5Å에서 50Å의 값을 가질 수 있다. 두께를 얇게 한정하는 이유는 활성층(41) 내부에 50Å 이상의 두께를 가지는 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(91)이 삽입될 경우에 과도한 스트레인이 활성층(41) 내부에 누적되면서 활성층(41)의 품질이 급속히 저하될 수 있다.

도 11은 본 발명의 실시예2에 따른 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자의 전기적 및 광적 특성을 나타내는 도면으로서, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(91)을 성장하기 위한 소스는 분당 1 micro mole의 DTBSi, 분당 7 micro mole의 CBr₄, 분당 8리터의 NH₃를 사용하였고, 성장 시간은 10초였으며, 예상되는 성장 두께는 2.5Å에서 5Å정도이다.

Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(91)의 위치는 p형 질화물 반도체층(50)에 가장 가까운 장벽층을 제외한 모든 장벽층의 중간 부분에 삽입되었으며, 성장 온도는 장벽층 성장온도와 동일한 900℃에서 성장되었다.

앞에서도 언급했듯이 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(91)으로 인한 소스들의 메모리 효과를 최소화하기 위해 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(91)의 성장후에 1분 이상의 퍼지(purge) 시간을 높은 가스 흐름에서 가졌다.

본 발명의 실시예2에 따른 발광소자와 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(91)을 생략한 발광소자는 Photoluminescence(PL)상의 측정 파장에 분명한 변화를 보이는데, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(91)을 삽입한 발광소자의 경우에 PL상의 측정 파장이 5nm에서 10nm정도 짧아지는 현상을 보였으며, 이는 실시예1에서 설명한 것과 같은 원리에 의한 것으로 생각이 된다.

도 9 내지 도 11에 적용된 구체적 성장 조건은 다음과 같다, 사파이어 기판의 C면을 주면으로 하여 MOCVD법이 적용되었으며, 캐리어 가스는 H₂ 및/또는 N₂가 사용되었고, Ⅲ-질화물 반도체의 성장 동안에 반응기의 압력은 100Torr에서 500Torr 사이에서 유지되었다.

먼저, 버퍼층으로서, 사파이어 기판 위에 550℃에서 GaN층을 성장시킨 다음 1050℃에서 GaN층을 성장시켰다. 550℃에서 GaN층을 성장시킬 때, TMG(50sccm)과 NH₃(15000sccm)가 소스로 사용되어 300Å의 두께로 성장시켰으며, 1050℃에서 GaN층을 성장시킬 때, TMG(250sccm)과 NH₃(18000sccm)가 소스로 사용되어 2㎛의 두께로 성장시켰다.

다음으로, n형 질화물 반도체층으로서, 1050℃에서 n형 GaN층을 성장시켰다. 이 때, TMG(250sccm)과 NH₃(18000sccm)가 소스로 사용되어 2㎛의 두께로 성장시켰다. n형 도펀트로서 SiH₄(8sccm)이 사용되었다.

다음으로, 발광층으로서, 800℃에서 In_0.15Ga_0.85N층을 성장시켰다. 이 때, TMIn(400sccm), TMG(30sccm), 및 NH₃(28000sccm)가 소스로 사용되어 25Å의 두께로 성장시켰다.

다음으로, 장벽층으로서, 900℃에서 In_0.01Ga_0.99N층을 성장시켰다. 이 때, TMIn(20sccm), TMG(30sccm), 및 NH₃(28000sccm)가 소스로 사용되어 50Å의 두께로 성장시켰다.

다음으로, 1000℃에서 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층을 성장시켰다. 이 때, DTBSi(1 micro-mole/min), CBr₄(7 micro-mole/min), 및 NH₃(8 ℓ/min)가 소스로 사용되어 10초간 성장시켰다.

다음으로, 장벽층으로서, 900℃에서 In_0.01Ga_0.99N층을 성장시켰다. 이 때, TMIn(20sccm), TMG(30sccm), 및 NH₃(28000sccm)가 소스로 사용되어 50Å의 두께로 성장시켰다.

다음으로, 위와 같은 성장 조건에서 발광층, 장벽층, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층, 및 장벽층을 교대로 2회씩 더 성장시켰다.

다음으로, 발광층으로서, 800℃에서 In_0.15Ga_0.85N층을 성장시켰다. 이 때, TMIn(400sccm), TMG(30sccm), 및 NH₃(28000sccm)가 소스로 사용되어 25Å의 두께로 성장시켰다.

다음으로, 장벽층으로서, 900℃에서 In_0.01Ga_0.99N층을 성장시켰다. 이 때, TMIn(20sccm), TMG(30sccm), 및 NH₃(28000sccm)가 소스로 사용되어 100Å의 두께로 성장시켰다.

마지막으로, p형 질화물 반도체층으로서, 1000℃에서 p형 GaN층을 성장시켰다. 이 때, TMG(100sccm)과 NH₃(18000sccm)가 소스로 사용되어 2000Å의 두께로 성장시켰다. p형 도펀트로서 CP₂Mg(500sccm)이 사용되었다.

실시예3

도 12는 본 발명의 실시예3에 따른 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자의 활성층(42)을 확대한 도면으로서, 실시예3에 따른 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자는 실시예2의 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자의 하나로서, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(91)이 장벽층(41b) 내에 위치한 것이 아니라(도 10 참조), Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(92)이 장벽층(42b)의 끝에 위치하여, 발광층(42a)과 접해 있다.

이 경우에, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(92)은 발광층(42a)의 모양을 직접적으로 결정하는 역할을 하므로, 개념적으로 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(92)과 발광층(42a)을 일체로 파악하여 장벽층(42b,42b) 사이에 놓인 하나의 발광층(42)으로 볼 수 있으며, 본 발명의 제1 실시 태양을 구성한다.

전술한 바와 같이, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(92)의 성장후에 충분한 purge 시간을 가짐으로써, 발광소자의 성능 저하를 방지할 수 있다. 이 때 purge 조건은 활성층 성장 조건에 따라 다르나 가능한 저압 고속의 가스 흐름에서 일정 시간 이상 박막 성장을 멈추고 대기하는 것이 바람직하다.

한편, 실시예3에 따른 발광층(42a)의 경우에 실시예1 또는 실시예2의 경우보다 더욱 두드러진 준양자섬 형태를 가지는 3차원적 활성층을 구성할 수 있다.

Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(92)의 두께는 2.5Å에서 10Å의 값을 가지는 것이 바람직하다. Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(92)이 발광층(42a)의 모양에 직접 영향을 미치므로, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층(92)의 두께가 두꺼워지면 발광층(42a)의 품질이 나빠지면서 발광 효율이 나빠질 수 있기 때문이다.

실시예4

실시예4는 실시예1 및 실시예2에 따라 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자를 형성함에 있어서, 버퍼층(20)을 GaN층으로 구성하는 대신에 비단결정 SiC 씨앗층(seed layer)을 600℃에서 990℃ 사이의 온도에서 5Å에서 200Å의 두께로 성장시킨 다음, SiC 씨앗층 위에 In_xGa_1-yN (0≤x≤1, 0≤y<1, 0≤x+y<1)층을 400℃에서 900℃ 사이의 온도에서 100Å에서 500Å의 두께로 성장시켜 형성하고, p형 질화물 반도체층(50)을 700℃에서 1100℃ 사이의 온도에서 Ga의 성장 소스로서 TMG를 사용하고, N의 성장 소스로서 DMHy 및 NH₃를 소스로 사용하여 DMHy/TMG의 몰분율을 1에서 300 사이로 하고, NH₃/TMG의 몰분율을 100에서 8000 사이로 하여, 10Å에서 10000Å의 두께로 성장시킨 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자이다.

본 발명에 의하면, 활성층 내부 또는 아래에 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층을 삽입하여 활성층의 3차원적인 성장 특성을 강화함으로써, 광적 특성 및 전기적 특성이 개선된 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자를 제공할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자를 나타내는 도면,

도 2는 GaN층 위에 20nm 정도 성장된 CN층의 AFM 이미지,

도 3은 도 2의 CN층을 100nm 이상으로 두껍게 성장했을 때의 AFM 이미지,

도 4는 GaN층 위에 성장된 Si_xC_yN_z(x>0,y>0,z>0)층의 AFM 이미지,

도 5는 본 발명의 실시예1에 따른 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자를 나타내는 도면,

도 6은 실시예1에 따라 활성층 아래에 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층을 삽입한 후 성장된 활성층의 AFM 이미지,

도 7은 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층없이 성장된 활성층의 AFM 이미지,

도 8은 본 발명의 실시예1에 따른 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자의 전기적 및 광적 특성을 나타내는 도면,

도 9는 본 발명의 실시예2에 따른 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자를 나타내는 도면,

도 10은 본 발명의 실시예2에 따른 활성층을 확대한 도면,

도 11은 본 발명의 실시예2에 따른 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자의 전기적 및 광적 특성을 나타내는 도면,

도 12는 본 발명의 실시예3에 따른 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자의 활성층을 확대한 도면.

Claims (25)

1. 기판; 기판 위에 성장되며 전자와 정공의 재결합에 의해 광자를 생성하는 활성층을 포함하는 복수개의 질화물 반도체층;을 포함하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자에 있어서,

   활성층은 전자와 정공의 재결합에 의해 광자를 생성하는 발광층과 발광층 위에 성장되며 전자와 정공이 발광층에 가둠되게 하는 장벽층을 포함하며,

   발광층은 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층과 Si_xC_y N_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층 위에 성장되고 Ga과 N를 포함하는 질화물 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자.
2. 제 1 항에 있어서, Ga과 N를 포함하는 질화물 반도체층은 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층의 영향으로 인해 복수개의 3차원적 섬들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자.
3. 제 1 항에 있어서, Ga과 N를 포함하는 질화물 반도체층은 In(x)Ga(1-x)N (0<x≤1)의 조성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자.
4. 제 1 항에 있어서, 장벽층은 Ga과 N를 포함하는 질화물 반도체층보다 큰 밴드갭 에너지를 가지는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자.
5. 제 1 항에 있어서, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층은 400℃에서 1100℃의 온도에서 성장되는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자.
6. 제 1 항에 있어서, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층은 2.5Å에서 10Å의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자.
7. 제 1 항에 있어서, 활성층은 복수개의 발광층과 장벽층 순으로 된 적층구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자.
8. 제 7 항에 있어서, 복수개의 발광층과 장벽층 순으로 된 적층구조에서 맨 위에 위치하는 발광층은 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층 없이 Ga과 N를 포함하는 질화물 반도체층만으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자.
9. 제 8 항에 있어서, Ga과 N를 포함하는 질화물 반도체층은 In(x)Ga(1-x)N (0<x≤1)의 조성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자.
10. 제 1 항에 있어서, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층의 실리콘 소스는 DTBSi, SiH₄, Si₂H₆로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나이며, 카본 소스는 CBr₄, CCl₄, CH₄로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나이고, 질소 소스는 NH₃,하이드라진계 소스로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자.
11. 기판; 기판 위에 성장되며 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 적어도 하나의 발광층을 포함하는 활성층을 포함하는 복수개의 질화물 반도체층;을 포함하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자에 있어서,

    적어도 하나의 발광층 중에서 기판으로부터 가장 멀리 위치하는 발광층의 아래에 위치하며, 기판과 접촉하지 않는 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층을 포함하는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자.
12. 제 11 항에 있어서, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층은 활성층으로부터 0.5㎛이내에 위치하는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자.
13. 제 11 항에 있어서, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층은 활성층의 아래에 위치하는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자.
14. 제 13 항에 있어서, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층은 활성층으로부터 0.5㎛ 이내에 위치하는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자.
15. 제 11 항에 있어서, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층은 활성층 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자.
16. 제 15 항에 있어서, 활성층은 적어도 하나의 발광층 중에서 기판으로부터 가장 멀리 위치하는 발광층의 아래에 위치하고, 적어도 하나의 발광층 중에서 직접 접하는 발광층보다 큰 밴드갭 에너지를 가지며, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층을 포함하는 장벽층을 포함하는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자.
17. 제 11 항에 있어서, 적어도 하나의 발광층 중에서 Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층 위에서 이에 가장 가깝게 위치하는 발광층은 복수개의 섬들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자.
18. 제 11 항에 있어서, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층은 400℃에서 1100℃의 온도에서 성장되는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자.
19. 제 13 항에 있어서, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층은 2.5Å에서 500Å의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자.
20. 제 15 항에 있어서, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층은 2.5Å에서 50Å의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자.
21. 제 16 항에 있어서, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층은 장벽층의 최상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자.
22. 제 21 항에 있어서, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층과 상기 직접 접하는 발광층이 일체로 하나의 발광층을 이루는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자.
23. 제 21 항에 있어서, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층은 2.5Å에서 10Å의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자.
24. 제 11 항에 있어서, Si_xC_yN_z(x≥0,y≥0,x+y>0,z>0)층의 실리콘 소스는 DTBSi, SiH₄, Si₂H₆로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나이며, 카본 소스는 CBr₄, CCl₄, CH₄로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나이고, 질소 소스는 NH₃,하이드라진계 소스로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자.
25. 제 11 항에 있어서, 적어도 하나의 발광층은 In(x)Ga(1-x)N (0<x≤1)의 조성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-질화물 반도체 발광소자.