KR100532651B1 - 3족 질화물 반도체 발광소자 - Google Patents

3족 질화물 반도체 발광소자 Download PDF

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고이케마사요시
아사미신야
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도요다 고세이 가부시키가이샤
아마노 히로시
아카사키 이사무
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Abstract

본 발명의 목적은 고휘도의 청색 내지 녹색의 발광을 얻는 동시에 3족 질화물 반도체만으로 각종 색의 발광을 얻게하는 것으로서, 발광다이오드(500)는 사파이어기판(1), 버퍼층(2), 고캐리어농도 n+층(3), Si 도프의 Al0.3Ga0.7N으로 이루어지는 n층(4), 발광층(5), Mg 도프의 Al0.3Ga0.7N으로 이루어지는 p층(61), Mg 도프의 GaN으로 이루어지는 콘택트층(62), Ni로 이루어지는 전극(7), 전극(8)로 구성되어 있다. 발광층(5)은 막두께 약 100Å의 Al0.25Ga0.75N으로 이루어지는 6층의 배리어층(51)과 막두께 약 100Å의 Al0.2Ga0.8N으로 이루어지는 5층의 우물층(52)이 교호하여 적층된 다중양자 우물구조이다. 우물층(52)에는 아연과 실리콘이 각각 5×1018/㎤의 농도로 첨가되어 있다. 이같은 자외선을 발광하는 발광층(5)과, 발광층(5)이 방사하는 자외선을 수광하여 전극(7)의 위에 가시광으로 변환하는 형광체층(208)을 설치했다.

Description

3족 질화물 반도체 발광소자{Semiconductor luminous element of the III nitride group}
본 발명은 발광색을 임의로 설정할 수 있는 3족 질화물 반도체를 이용한 반도체 발광소자에 관한 것이다.
종래기술
종래, 청색 발광이 얻어지는 InGaN을 이용한 반도체 발광소자가 알려져 있다. 또한, 이 발광소자로 보다 장파장의 녹색 발광을 얻기 위해서 발광층의 금제대폭을 좁게하기 위해서 In의 조성비를 크게하는 일이 행해지고 있었다.
그러나, In의 조성비를 크게하면 발광층의 결정성이 악화되어 발광효율이 저하된다. 따라서, 발광 파장을 길게함에 따라서 발광 휘도가 낮아지며 아직 고휘도의 청색 내지 녹색의 발광이 얻어지고 있지 않다.
또한, 각종의 발광색을 얻는 경우에는 그 발광색의 파장에 상당한 금제대폭의 반도체 재료가 이용되고 있다.
본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해서 이뤄진 것이며, 그 목적은 고휘도의 청색 내지 녹색의 발광을 얻는 동시에, 3족 질화물 반도체 만으로 각종 색의 발광을 얻을 수 있도록 하는 것이다.
본 발명에 의하면 자외선을 발광하는 3족 질화물 반도체를 사용한 발광층과 그 발광층이 방사하는 자외선을 수광하여, 가시광으로 변환하는 형광체층을 설치한 것이다. 따라서 형광체는 가시광 보다 짧은 파장의 자외선에 의해 여기되므로 형광체의 재질을 변화시키는 것만으로 각종 색의 가시광을 얻을 수 있다.
본 발명은 렌즈체에 형성된 형광체층, 전극층상에 형성된 형광체층, 투명한 사파이어 기판면에 형성된 형광체층, 발광층의 측면에 형성된 형광체층에 의해 발광층에서의 자외선이 가시광으로 변환된다. 어느 것이라도 형광체층의 형광체의 종류를 변화시키는 것만으로 발광색을 변화시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 자외선을 방사하는 발광층에 관한 것이다. 본 발명에선 발광층을 AlGaInN이 적어도 1층 이상 적층된 양자우물구조로 하고, 발광층에 도너 불순물 또는 억셉터 불순물을 첨가했다. 이 때문에 도너 준위 또는 억셉터 준위가 형성되기 때문에 발광에 기여하는 전자와 홀의 재결합 확율이 증대하기 때문에 재결합에 의한 발광효율이 향상한다. 또, 인듐의 조성비와 불순물 농도는 희망하는 발광 피크 파장과 발광강도와의 관계로 결정된다.
특히, 발광층에 InGaN 보다 결정성이 좋은 AlGaN을 사용하고 발광층을 양자우물구조의 왜곡격자로 함으로써, 격자 정수의 미스피트(misfit)의 전달을 방지하고 우물층의 결정성을 향상시키고, 이것에 의해 발광효율을 향상시킬 수 있었다. 특히, 결정성이 양호한 우물층에 억셉터 불순물과 도너 불순물을 함께 첨가하고 억셉터 준위와 도너 준위에 의한 대발광(對發光)으로 자외선의 발광효율을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 발광층의 Al의 몰 조성비는 15% 이상으로 하고, 우물층의 두께는 50Å∼200Å의 범위가 바람직하다. 50Å 이하이면 불순물 확산이 일어나며, 200Å 이상이면 양자 효과가 발생하지 않게 되므로 바람직하지 않다. 또 배리어층의 두께는 50Å∼200Å의 범위가 바람직하다. 50Å 이하이면 우물층에 캐리어를 가두는 효율이 떨어지므로 바람직하지 않으며, 200Å 이상이면 양자 효과가 발생하지 않게 되므로 바람직하지 않다. 200Å 이상이면 논(Non)도프의 경우에는 저항이 커지며, 또한, 도프된 경우에는 전위(轉位)에 의한 크랙이 생기므로 바람직하지 않다.
또한, 발광층에 첨가하는 억셉터 불순물과 도너 불순물의 농도는 1×1017/㎤∼1×1020/㎤의 범위가 바람직하다. 1×1017/㎤이하이면 발광중심 부족에 의해서 발광효율이 저하되고, 1×1020/㎤ 이상이 되면 결정성이 나빠지게 되고, 또한, 오제 효과(auger effect)가 발생하므로 바람직하지 않다.
또한, 본 발명에서는, n층은 발광층과 격자 정수가 거의 동등해지도록 AlX3GaY3In1-X3-Y3N의 조성비 X3, Y3가 결정되며, p층은 발광층에 대해서 n층으로부터 주입된 전자를 충분히 가둘 만큼 금제대폭이 커지게 되도록 AlX 4GaY 4In1-X4-Y4N의 조성비 X4, Y4가 결정된다. 이와 같이 n층을 결정함으로써, n층과 발광층과의 격자 정수가 서로 다름으로 인한 미스피트가 적고 발광층의 결정성이 향상한다.
n층과 발광층과의 접합에 의한 장벽은 p층으로부터 발광층에 주입된 정공을 가두는 작용을 한다. 그런데, 정공의 확산 길이는 수 1000Å이며, 발광층은 그 확산 길이 보다 두껍게 구성되고 있다. 따라서 n층과 발광층과의 접합에 의한 장벽은 정공을 발광층 내에 가두는 데에 유효하게 기여하지는 않는다. 따라서 n층과 발광층간의 장벽은 작아도 좋으므로, n층은 발광층에 대해서 격자 정수가 거의 동등하게되도록 AlX 3GaY 3In1-X3-Y3N의 조성비 X3, Y3를 결정하므로써 n층과 발광층 사이의 격자 부정합을 극력 작게할 수 있고, 발광층의 결정성을 향상시키는 것이 가능해진다. 이 결과 자외선의 발광효율이 향상한다.
자외선을 발광하기 위해서 발광층을 GaY 5In1-Y5N(0.92≤Y5≤1)로 구성한 경우에는, n층을 GaN으로 하므로써 격자부정합을 작게할 수 있다.
또한, 상기의 발광다이오드는 사파이어 기판상에 버퍼층을 형성하고, 그 위에 n층에 대한 전류의 리드로서 기능하는 고농도로 실리콘이 첨가된 GaN으로 이루어지는 n+층을 형성할 수도 있다. 이 경우에는 n층을 GaN으로 구성함으로써 n+층과 n층과의 격자 정수는 완전히 일치되며, 미스피트 전위는 발생하지 않는다. 따라서 발광층의 결정성이 가일층 향상한다.
또한, 본 발명은 자외선의 피크 파장을 370nm 내지 400nm 또는 370nm 내지 380nm로 함으로써, 인체에 유해한 파장을 포함하지 않는 자외선 영역을 발광 파장으로 한다.
실시 형태
자외선을 발광하는 발광다이오드의 구조에 대해서 설명한다.
도 1에 있어서 발광다이오드(10)는 사파이어 기판(1)을 갖고 있으며, 그 사파이어 기판(1)상에 500Å의 AlN의 버퍼층(2)이 형성되어 있다. 그 버퍼층(2)의 위에는, 차례로 막두께 약 2.0㎛, 전자농도 2×1018/㎤의 실리콘 도프 GaN으로 이루어지는 고캐리어 농도 n+층(3), 막두께 약 1.0㎛, 전자농도 2×1018/㎤의 실리콘 도프의 Al0.3Ga0.7N으로 이루어지는 n층(4), 전막두께 약 0.11㎛의 발광층(5), 막두께 약 1.0㎛, 홀 농도 5×1017/㎤, 농도 1×1020/㎤로 마그네슘이 도프된 Al0.3Ga 0.7N으로 이루어지는 p층(61), 막두께 약 0.2㎛, 홀 농도 7×1017/㎤, 마그네슘 농도 2×1020/㎤의 마그네슘 도프의 GaN으로 이루어지는 콘택트층(62)이 형성되어 있다. 그리고 콘택트층(62)상에 콘택트층(62)에 접합하는 Ni로 이루어지는 전극(7)이 형성되어 있다. 또한, 고캐리어 농도 n+층(3)의 표면의 일부는 노출되고 있으며, 그 노출 부위에 상기 층(3)에 접합하는 Ni로 이루어지는 전극(8)이 형성되어 있다.
발광층(5)의 상세한 구성은 도 2에 도시하듯이, 막두께 약 100Å의 Al0.25Ga0.75N로 이루어지는 6층의 베리어층(51)과 막두께 약 100Å의 Al0.2Ga 0.8N으로 이루어지는 5층의 우물층(52)이 교호하여 적층된 다중양자 우물구조이며 전막두께 약 0.11㎛로 된다. 또한, 우물층(52)에는 아연과 실리콘이 각각 5×1018/㎤의 농도로 첨가되어 있다.
이어서, 이 구조의 발광다이오드(10)의 제조 방법에 대해서 설명한다.
상기 발광다이오드(10)는 유기 금속 화합물 기상 성장법(이하 「MOVPE」라 기술한다)에 의한 기상 성장에 의해 제조되었다.
사용된 가스는, NH3와 캐리어가스 H2 또는 N2와 트리메틸 갈륨(Ga(CH3 )3)(이하 「TMG」라 기술한다)과 트리메틸 알루미늄(Al(CH3)3)(이하 「TMA」라 기술한다)과 실란(SiH4)과 디에틸아연(이하 「DEZ」 라고 기술한다)과 시클로펜타제닐 마그네슘(Mg(C5H5)2)(이하 「CP2Mg」라 기술한다)이다.
우선, 유기 세척 및 열처리에 의해 세척한 a면을 주면으로 하는 두께 100-400㎛의 단결정의 사파이어 기판(1)을 MOVPE 장치의 반응실에 배치된 서셉터에 장착한다. 이어서, 상압에서 H2를 유속 2 liter/분으로 반응실로 흘리면서 온도 1100℃에서 사파이어 기판(1)을 기상 에칭했다.
이어서, 온도를 400℃까지 저하시키고 H2를 20 liter/분, NH3를 10 liter/분, TMA를 1.8×10-5몰/분으로 공급해서 AlN의 버퍼층(2)이 약 500Å의 두께로 형성되었다. 다음에 사파이어 기판(1)의 온도를 1150℃로 유지하고, H2를 20 liter/분, NH3를 10 liter/분, THG를 1.7×10-4몰/분, H2 가스에 의해 0.86ppm으로 희석된 실란을 200ml/분으로 30분 공급하여, 막두께 약 2.2㎛, 전자 농도 2×1018/㎤의 실리콘 도프의 GaN으로 이루어지는 고캐리어 농도 n+층(3)을 형성했다.
다음에, 사파이어 기판(1)의 온도를 1100℃로 유지하고, N2 또는 H2를 10 liter/분, NH3를 10 liter/분, TMG를 1.12×10-4몰/분, TMA를 0.47×10-4몰/분, 및 H2 가스에 의해 0.86ppm으로 희석된 실란을 10×10-9mol/분으로 60분 공급하여, 막두께 약 1㎛, 농도 1×1018/㎤의 실리콘 도프의 Al0.3Ga0.7N으로 이루어지는 n층(4)을 형성했다.
그후, 사파이어 기판(1)의 온도를 1100℃로 유지하고, N2 또는 H2를 20 liter/분, NH3를 10 liter/분, TMG를 1×10-5몰/분, TMA를 0.39×10-4몰/분으로 3분간 도입하여 Al0.25Ga0.75N으로 이루어지는 두께 100Å의 배리어층(51)을 형성했다. 다음에, N2 또는 H2를 20 liter/분, NH3를 10 liter/분, TMG를 1×10-5 몰/분, TMA를 0.31×10-4몰/분으로, 또한 H2 가스에 의해 0.86ppm으로 희석된 실란을 10×10-9 mol/분, DEZ를 2×10-4몰/분으로 3분간 도입해서 Al0.2Ga0.8N으로 이루어지는 두께 100Å의 실리콘과 아연이 각각 5×1018/㎤의 농도로 첨가된 우물층(52)을 형성했다. 이같은 순서의 반복으로, 도 2에 도시하듯이 배리어층(51)과 우물층(52)을 교호하여 5층만 적층한 다중양자 우물구조로 전체의 두께 0.11㎛의 발광층(5)을 형성했다.
이어서, 온도를 1100℃로 유지하고, N2 또는 H2를 20 liter/분, NH3를 10 liter/분, TMG를 1.12×10-4몰/분, TMA를 0.47×10-4몰/분, 및 CP2Mg를 2×10-4몰/분으로 60분간 도입하고, 막두께 약 1.0㎛의 마그네슘(Mg) 도프의 Al0.3Ga0.7N으로 이루어지는 p층(61)을 형성했다. p층(61)의 마그네슘의 농도는 1×1020/㎤이다. 이 상태에선, p층(61)은 아직 저항율 108Ωcm 이상의 절연체이다.
이어서, 온도를 1100℃로 유지하고, N2 또는 H2를 20 liter/분, NH3를 10 liter/분, TMG를 1.12×10-4몰/분, 및 CP2Mg를 4×10-4몰/분의 비율로 4분간 도입하여, 막두께 약 0.2㎛의 마그네슘 도프의 GaN으로 이루어지는 콘택트층(62)을 형성했다. 콘택트층(62)의 마그네슘의 농도는 2×1020/㎤이다. 이 상태에선 콘택트층(62)은 아직 저항율 108Ωcm 이상의 절연체이다.
이와 같이 해서, 도 2에 도시하는 단면구조의 웨이퍼가 얻어졌다. 다음에, 이 웨이퍼를 450℃에서 45분간 열처리 했다. 이 열처리에 의해, 콘택트층(62), p층(61)은 각각 홀 농도 7×1017/㎤, 5×1017/㎤, 저항율 2Ωcm, 0.8Ωcm의 p전도형 반도체로 되었다. 이와 같이 해서, 다층구조의 웨이퍼가 얻어졌다.
다음에 도 3에 도시하듯이, 콘택트층(62)의 위에 스퍼터링에 의해 SiO2층(9)을 2000Å의 두께로 형성하고, 그 SiO2층(9)상에 포토레지스트(10)를 도포했다. 그리고, 포토리소그래프에 의해 도 3에 도시하듯이 콘택트층(62)상에 있어서 고캐리어 농도 n+층(3)에 대한 전극형성부위 A'의 포토레지스트(10)를 제거했다. 다음에 도 4에 도시하듯이, 포토레지스트(10)에 의해서 피복되지 않은 SiO2층(9)을 불화수소산계 에칭액으로 제거했다.
다음에, 포토레지스트(10) 및 SiO2층(9)에 의해서 피복되어 있지 않은 부위의 콘택트층(62), p층(61), 발광층(5), n층(4)을, 진공도 0.04Torr, 고주파전력 0.44W/㎠, BCl3 가스를 10ml/분의 비율로 공급하고 드라이 에칭한 후, Ar로 드라이에칭했다. 이 공정에서, 도 5에 도시되듯이 고캐리어 농도 n+층(3)에 대한 전극을 꺼내기 위한 구멍 A가 형성되었다.
다음에, 시료의 위 전면에 고르게 Ni을 증착하고 포토레지스트의 도포, 포토리소그래피 공정, 에칭공정을 거쳐서, 도 1에 도시하듯이 고캐리어 농도 n+층(3) 및 콘텍트층(62)에 대한 전극(8, 7)을 형성했다. 그후, 상기와 같이 처리된 웨이퍼를 각 칩으로 절단하고, 발광다이오드칩을 얻었다.
이같이 해서 얻어진 발광소자는, 구동전류 20mA로, 발광 피크 파장 380nm 발광강도 2mW였다. 이 발광효율은 3%이며 종래 구성의 것에 비해서 10배로 향상했다.
상기의 실시예에서, 발광층(5)의 배리어층(51)의 밴드갭은, 양측에 존재하는 p층(61)과 n층(4)의 밴드갭 보다 작아지는 더블 헤테로 접합으로 형성되어 있다.
상기 실시예에서는 더블 헤테로 접합구조를 사용하였지만, 싱글 헤테로 접합구조라도 좋다. 또한, p층을 형성하는데 열처리를 사용하였지만, 전자선 조사에 의해서 p형화해도 좋다.
상기의 발광다이오드(10)는, 각 우물층(52)에 아연과 실리콘을 동시에 첨가하고 있지만, 각 우물층(52)과 각 배리어층(51) 모두에 아연 등의 억셉터 불순물과 실리콘 등의 도너 불순물을 첨가해도 좋다. 또한, 도 6에 도시하듯이, 발광다이오드(100)의 발광층(5)은 복수의 우물층(520)에 차례로 교호하여 실리콘과 아연을 첨가해도 좋다.
이 구조에 있어서, 억셉터 준위와 도너 준위에 의한 대발광(對發光)이 가능하게 되며, 자외선의 발광효율이 향상된다. 이같이 해서 얻어진 발광소자는 구동전류 20mA로, 발광 피크 파장 380nm, 발광강도 5mW였다. 이 발광효율은 7%이며, 종래의 구성인 것에 비해서 25배로 향상했다.
또한, 도 7에 도시하듯이, 발광다이오드(200)는 모든 우물층(521)에 아연을 첨가하고, 모든 배리어층(511)에 실리콘을 첨가한 것이어도 좋다.
이 구조에 있어서, 억셉터 준위와 도너 준위에 의한 대발광(對發光)이 가능하게 되며, 자외선의 발광효율이 향상한다.
또한, 역으로, 모든 우물층(521)에 실리콘을 첨가하고, 모든 배리어층(511)에 아연을 첨가토록해도 좋다.
이와같이 해서 얻어진 발광소자는, 구동전류 20mA로, 발광 피크 파장 370nm, 발광강도 5mW였다. 이 발광효율은 7%이며 종래 구성의 것과 비교해서 25배로 향상했다.
또한, 상기의 모든 발광다이오드는 배리어층(51, 510, 511)에는 마그네슘이 첨가되어 있지 않으나, 마그네슘을 첨가한 후의 열처리, 또는 전자선 조사처리에 의해 p형화해도 좋다.
이같이 해서 얻어진 발광소자는 구동전류 20mA로 발광 피크 파장 380nm, 발광강도 10mW였다. 이 발광효율은 15%이며, 종래 구성의 것과 비교해서 50배로 향상했다.
또한, 발광다이오드(300)를 도 8에 도시하는 구성으로 해도 좋다. 즉, 발광다이오드(300)를 막두께 약 5.0㎛, 농도 5×1018/㎤의 실리콘 도프 GaN으로 이루어지는 고캐리어 농도 n+층(30), 막두께 약 0.5㎛, 농도 5×1017/㎤의 실리콘 도프의 GaN으로 이루어지는 n층(40), 전막두께 약 0.41㎛의 발광층(50), 막두께 약 0.5㎛, 홀 농도 5×1017/㎤, 농도 5×1020/㎤로 마그네슘이 도프된 Al0.08Ga0.92 N로 이루어지는 p층(610), 막두께 약 1㎛, 홀 농도 7×1018/㎤, 마그네슘 농도 5×1021/㎤의 마그네슘 도프의 GaN으로 이루어지는 콘택트층(620)으로 구성해도 좋다.
다만, 발광층(50)의 상세한 구성은 막두께 약 100Å의 GaN으로 이루어지는 21층의 배리어층(512)과 막두께 약 100Å의 In0.07Ga0.93N으로 이루어지는 20층의 우물층(522)이 교호하여 적층된 다중양자 우물구조이며 전막두께 약 0.41㎛이다. 또, 우물층(522)에는 실리콘이 5×1018/㎤의 농도로 첨가되어 있다.
이같이 해서 얻어진 발광소자는 구동전류 20mA로, 발광 피크 파장 380nm, 발광강도 2mW였다. 이 발광효율은 3%이며 종래 구성의 것과 비교해서 10배로 향상했다.
또한, 발광층(50)의 우물층(522)에 In0.07Ga0.93N을 사용하였는데, Al0.03Ga0.89In0.08N등의 4원계의 3족 질화물 반도체를 사용하여도 좋다. 또한, 배리어층(512)에 GaN을 사용하였지만, 우물층(522)의 금제대폭보다 큰 금제대폭을 갖는 AlX2GaY2In1-X2-Y2N 반도체를 사용하여도 좋다. 또한, 발광층(50)의 다중양자 우물의 반복층수는 1-20정도를 사용할 수 있다. 또한, 배리어층(512)과 우물층(522)은 개략 격자 정수를 일치시키도록 조성비를 선택하는 것이 좋다.
또한, 상기의 모든 발광다이오드의 발광층은 다중양자 우물구조로 하였지만, 다른 발광다이오드(400)로서, 도 9에 도시하듯이, 발광층(501)을 막두께 약 0.5㎛ 의 In0.07Ga0.93N으로 구성해도 좋다. 이 경우의 발광다이오드는 구동전류 20mA로, 발광 피크 파장 380nm, 발광강도 1mW였다. 이 발광효율은 1.5%이며, 종래의 구성인 것에 비해서 5배로 향상했다. 이 발광층(501)은 불순물을 첨가하고 있지 않으나, 실리콘 등의 도너 불순물이나 아연 등의 억셉터 불순물을 첨가해도 좋다. 발광층(501)은 두께 0.5㎛로 하고 있으므로, 정공의 확산 길이 보다 두껍게 되며, n층(40)과 발광층(501)과의 사이의 장벽이 작아도 발광효율을 저하시키는 일은 없다.
또한, 도 8과 도 9에 도시하는 발광다이오드는 n+층(30)과 n층(40)은 모두 GaN이므로, 이것들의 층간에서의 격자 부정합은 존재하지 않는다. 따라서 이 격자 부정합에 의한 미스피트 전위가 발광층(50, 501)에 발생하는 일은 없다. 또한, GaN과 In0.07Ga0.93N 사이의 격자 부정합은 작으며, n층(40)과 발광층(50)의 격자부정합에 따른 발광층(50, 501)의 미스피트 전위는 적다. 따라서, 발광층의 결정성이 좋아졌다.
상기 실시예에선 더블 헤테로 접합 구조를 사용하였지만, 싱글 헤테로 접합구조라도 좋다. 또한, p층을 형성하는데 열처리를 사용하였지만, 전자선 조사에 의해서 p형화해도 좋다. 발광다이오드의 예를 나타냈지만, 레이저 다이오드여도 동일하게 구성가능하다.
이같이 해서 형성된 발광다이오드(10, 100, 200, 300, 400)는 도 10에 도시되듯이(도면에선 발광다이오드는 대표해서 10 으로 도시되어 있다), 리드(201)의 상부의 평탄부(203)에 부착되어, 전극(8)과 리드(201)가 와이어(204)로 접속되며, 전극(7)과 리드(202)가 와이어(205)로 접속된 후, 렌즈(206)를 형성하도록 수지성형된다. 이 렌즈(206)의 상면에 형광도료가 도포되어, 형광체층(207)이 형성되고 있다. 형광체층(207)에는 형광안료, 형광염료, 기타의 형광물질을 사용할 수 있다. 이 형광체층(207)을 임의의 색, 예컨대, 적, 녹, 청으로 하면, 형광 다이오드의 재질이나 구조를 변화시키지 않고 형광체층(207)의 물질만 변화시키므로써 임의의 발광색을 얻을 수 있다. 형광체로선 Zn0.2Cd0.8S:Ag, Zn0.6Cd0.4S:Ag, (Sr, Ca)10(PO4)6CL2:Eu 등를 쓸 수 있다. 또한, 녹색 발광의 형광체로서 ZnS:Cu, Al 형광체와 Y2Al5O12:Tb 형광체의 혼합체, 적색 발광의 형광체로서 Y2O 3:Eu 형광체와 Y2O3S:Eu 형광체의 혼합체, 청색 발광의 형광체로서 ZnS:Ag, Al 형광체를 쓸 수도 있다.
또한, 도 11에 도시하듯이 발광다이오드(500)의 최상층인 전극(7)의 위에 형광체층(208)을 형성해도 좋다. 또한, 도 12에 도시하듯이, 플립칩형의 발광다이오드(600)의 경우에는, 사파이어 기판(1)의 발광층(5)이 형성되어 있지 않은 측의 면 1a 위에 형광체층(209)을 형성해도 좋다. 또한, 도 13에 도시하듯이, 발광다이오드(700)의 측면에 발광층(701)에서의 자외선을 입사하는 형광체층(210)을 형성해도 좋다.
본 발명은 고휘도의 청색 내지 녹색의 발광을 얻는 동시에, 3족 질화물 반도체 만으로 각종 색의 발광을 얻을 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 구체적인 실시예에 관한 발광소자에 이용되는 발광다이오드의 구성을 도시한 구성도.
도 2는 동 실시예의 발광다이오드의 제조공정을 도시한 단면도.
도 3은 동 실시예의 발광다이오드의 제조공정을 도시한 단면도.
도 4는 동 실시예의 발광다이오드의 제조공정을 도시한 단면도.
도 5는 동 실시예의 발광다이오드의 제조공정을 도시한 단면도.
도 6은 다른 예의 발광다이오드의 구성을 도시한 구성도.
도 7은 다른 예의 발광다이오드의 구성을 도시한 구성도.
도 8은 다른 예의 발광다이오드의 구성을 도시한 구성도.
도 9는 다른 예의 발광다이오드의 구성을 도시한 구성도.
도 10은 발광다이오드를 가진 발광소자의 구성을 도시한 구성도.
도 11은 발광소자의 다른 구성을 도시한 구성도.
도 12는 발광소자의 다른 구성을 도시한 구성도.
도 13은 발광소자의 다른 구성을 도시한 구성도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 사파이어 기판
2 : 버퍼층
3, 30 : 고캐리어 농도 n+층
4, 40 : n층
5, 50, 501, 701 : 발광층
7, 8 : 전극
10, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 : 발광다이오드
51, 510, 511, 512 : 배리어층
52, 520, 521, 522 : 우물층
61, 610 : p층, 62, 620 : 콘택트층
207, 208, 209, 210 : 형광체층

Claims (17)

  1. 3족 질화물 반도체만으로 각종 색의 발광을 얻는 발광 소자로서,
    기판 상에 형성된 n층과,
    상기 n층 상에 형성되어 자외선을 발광하는 발광층과,
    상기 발광층 상에 형성된 p층과,
    상기 n층 상에 형성된 n전극과,
    상기 p층 상에 형성된 p전극과,
    상기 자외선을 수광하여 가시광을 출사하는 형광체층을 포함하고,
    상기 n층은 n-GaN에 의해 형성되며,
    상기 발광층은 Gay1In1-y1N(0.92≤y1≤1)에 의해 형성된 우물층과 상기 우물층보다도 금제대폭이 넓은 GaN계 화합물 반도체에 의해 형성된 배리어층이 적어도 1층 이상 교대로 적층된 양자우물로 구성되고, 상기 (1-y1)의 값에 대응한 피크 파장의 상기 자외선을 발광하며,
    상기 형광체층은 적색 발광의 형광체와 녹색 발광의 형광체와 청색 발광의 형광체를 포함하는 형광체의 혼합체에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 형광체층은 상기 자외선을 소정 방향으로 방사하는 렌즈체의 표면 상에 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 형광체층은 상기 기판의 상기 n층의 반대측 표면 상에 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 형광체층은 상기 p전극의 상기 p층의 반대측 표면 상에 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 형광체층은 상기 n층, 상기 발광층 및 상기 p층의 측면에 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  6. 3족 질화물 반도체만으로 각종 색의 발광을 얻는 발광 소자로서,
    기판 상에 형성된 n+-GaN층과,
    상기 n+-GaN층 상에 형성된 n-GaN층과,
    상기 n-GaN층 상에 형성된 발광층으로서, Gay1In1-y1N(0.92≤y1≤1)에 의해 형성된 우물층과 상기 우물층보다도 금제대폭이 넓은 GaN계 화합물 반도체에 의해 형성된 배리어층이 적어도 1층 이상 교대로 적층된 양자우물로 구성되고, 상기 (1-y1)의 값에 기초하여 상기 n-GaN층과 격자정합하며 상기 (1-y1)의 값에 대응한 피크 파장의 상기 자외선을 발광하는 발광층과,
    상기 발광층 상에 형성된 p-AlGaN층과,
    상기 p-AlGaN층 상에 형성된 p-GaN층과,
    상기 n+-GaN층 상에 형성된 n전극과,
    상기 p-GaN층 상에 형성된 p전극과,
    적색 발광의 형광체와 녹색 발광의 형광체와 청색 발광의 형광체를 포함하는 형광체의 혼합체에 의해 구성되고, 상기 자외선을 수광하여 가시광을 출사하는 형광체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  7. 제6항에 있어서, 상기 배리어층은 GaN층인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  8. 제6항에 있어서, 상기 우물층은 억셉터 불순물과 도너 불순물을 첨가하는 것에 의해 자외선의 발광 효율을 향상시키고 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  9. 제6항에 있어서, 상기 형광체층은 상기 자외선을 소정 방향으로 방사하는 렌즈체의 표면 상에 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  10. 제6항에 있어서, 상기 형광체층은 상기 기판의 상기 n+-GaN층의 반대측 표면 상에 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  11. 제6항에 있어서, 상기 형광체층은 상기 p전극의 상기 p-GaN층의 반대측 표면 상에 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  12. 제6항에 있어서, 상기 형광체층은 상기 n+-GaN층, 상기 n-GaN층, 상기 발광층, 상기 p-AlGaN층 및 상기 p-GaN층의 측면에 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
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