KR100541104B1

KR100541104B1 - 질화물계 반도체 발광소자

Info

Publication number: KR100541104B1
Application number: KR1020040010538A
Authority: KR
Inventors: 김제원; 오정탁; 김동준; 김선운; 박진섭; 이규한
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2004-02-18
Filing date: 2004-02-18
Publication date: 2006-01-11
Also published as: TWI253766B; US20050179027A1; KR20050082183A; TW200529467A; US8415708B2; US20110037086A1; US20130214250A1; US20080001138A1; US7893443B2

Abstract

본 발명은 질화물계 반도체 발광소자에 관한 것으로서, n형 Al_x1In_y1Ga_(1-x1-y1)N(0 ≤x₁≤1, 0 ≤y₁≤1, 0 ≤x₁+y₁≤1)으로 이루어진 n 형 클래드층과, 상기 n형 클래드층 상에 형성되며 언도프 In_AGa_1-AN(0 ≤A＜1)로 이루어진 다중양자우물구조를 갖는 활성층과, 적어도 상기 활성층 상에 형성되며 p형 In_y2Ga_1-y2N(0 ≤y₂< 1)으로 이루어진 제1 층 및 상기 제1 층 상에 형성되며 상기 p형 Al_x3In_y3Ga_(1-x3-y3)N(0 < x₃≤1, 0 ≤y₃≤1, 0 < x₃+y₃≤1임)으로 이루어진 제2 층을 갖는 p형 클래드층을 포함하는 질화물계 반도체 발광소자를 제공한다.

본 발명에 따르면, 전자오버플로잉을 방지하는 동시에 정공주입효율을 크게 증가시킴으로써 소자의 전기적 특성 및 휘도특성을 크게 향상시킬 수 있다.

질화물계 반도체 발광소자(nitride based semiconductor light emitting device), GaN(gallium nitride), 전자차단층(electron blocking layer: EBL)

Description

질화물계 반도체 발광소자{NITRIDE BASED SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}

도1은 종래의 질화물 반도체 발광소자를 나타내는 측단면도이다.

도2는 본 발명의 일실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자를 나타내는 측단면도이다.

도3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자를 나타내는 측단면도이다.

도4는 종래의 질화물 반도체 발광소자와 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자의 휘도특성을 비교하는 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

21: 사파이어 기판 23: n형 클래드층

25: 활성층 27; p형 클래드층

27a: p형 콘택층(제3층) 27b: p형 전자차단층(제2층)

27c: 정공주입효율개선층(제1층)

29a: n측 전극 29b: p측 전극

본 발명은 질화물계 반도체 발광소자에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 활성층으로의 정공주입효율이 향상된 p형 클래드층 구조를 채용한 우수한 발광효율을 갖는 질화물계 반도체 발광소자에 관한 것이다.

일반적으로, 질화물 반도체 발광소자는 청색 또는 녹색 등의 단파장광을 생성하여 풀컬러 구현을 가능하게 한 고출력 광소자로서, 관련 기술분야에서 크게 각광을 받고 있다.

질화물계 반도체 발광소자에 구성하는 물질은 Al_xIn_yGa_(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 단결정이며, 이러한 반도체 단결정은 유기화학기상증착법(MOCVD)등의 결정성장방식을 이용하여 사파이어, SiC와 같은 기판 상에서 성장될 수 있다.

질화물계 반도체 발광소자는 크게 n형 클래드층, 언도프된 활성층 및 p형 클래드층으로 이루어진다. 종래의 질화물계 반도체 발광소자의 일형태가 도1에 도시되어 있다.

도1을 참조하면, 종래의 질화물계 반도체 발광소자(10)는, 사파이어 기판(11)과 그 사파이어 기판(11) 상에 순차적으로 형성된 n형 클래드층(13), 언도 프된 활성층(15) 및 p형 클래드층(17)을 포함한다. 또한, 상기 발광소자(10)는 상기 n형 클래드층(13)과 상기 p형 클래드층(17)에 각각 접속된 n측 및 p측 전극(19a,19b)을 포함한다. 상기 활성층(15)은 GaN인 양자장벽층과 InGaN인 양자우물층을 복수회 교대로 적층한 다중양자우물구조일 수 있다.

각 전극(19a,19b)에 소정의 전류가 인가되면, n형 클래드층(13)으로부터 제공되는 전자와 p형 클래드층(17)으로부터 제공되는 정공이 다중양자우물구조의 활성층(15)에서 재결합되어, 녹색 또는 청색에 해당하는 단파장광을 방출하게 된다.

일반적으로 도시된 바와 같이 p형 클래드층(17)은 상기 활성층(15) 상에 형성된 전자차단층(electron blocking layer, EBL; 15b)과 상기 전자차단층(15b) 상에 형성된 콘택층(15a)을 포함한 구조일 수 있다. 상기 전자차단층(15b)은 p형 AlGaN과 같은 Al을 포함한 질화물 반도체로 이루어지며, 상기 콘택층(15a)은 GaN과 같은 Al을 포함하지 않은 질화물 반도체로 이루어질 수 있다.

AlGaN인 전자차단층(15b)은 Al을 적게 포함하거나 Al을 포함하지 않은 질화물 반도체에 비해 큰 에너지밴드갭을 갖고 있으므로, n형 클래드층(13)으로부터 제공되는 전자가 활성층에서 재결합되지 않고 오버플로우되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 이와 같이, EBL(15b)을 포함한 p형 클래드층(15)은 오버플로잉으로 인해 소모되는 전자를 감소시킴으로써 발광소자(10)의 광효율을 증대시킬 수 있다.

하지만, AlGaN물질은 정공이동도(hole mobility)가 다른 질화물 반도체층에 비해 낮을 뿐만 아니라, 비교적 낮은 정공농도(약 1 ×10¹⁷/㎤)를 가지므로, p측 전극(19b)으로부터 활성층(15)으로 제공되는 정공의 주입효율이 저하될 수 있으며, 이로 인해 오히려 우수한 광효율을 얻는데 문제가 될 수 있다.

따라서, 당 기술분야에서는 전자의 오버플로잉을 방지하기 위한 EBL의 장점을 유지하면서, 그로 인해 활성층으로 제공되는 정공의 주입효율을 향상시켜 상호 보완적으로 전체 광효율을 크게 향상시킬 수 있는 새로운 질화물 발광소자가 요구되어 왔다.

본 발명은 상술된 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 전자의 오버플로잉을 방지함은 물론 정공주입효율을 증대시키기 위해서, 전자차단층(EBL)과 활성층 사이에 정공주입개선층이 추가로 배치된 p형 클래드층 구조를 갖는 질화물 반도체 발광소자를 제공하는데 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은,

n형 Al_x1In_y1Ga_(1-x1-y1)N(0 ≤x₁≤1, 0 ≤y₁≤1, 0 ≤x₁+y₁≤1)으로 이루어진 n 형 클래드층과, 상기 n형 클래드층 상에 형성되며 언도프 In_AGa_1-AN(0＜A＜1)로 이루 어진 다중양자우물구조를 갖는 활성층과, 적어도 상기 활성층 상에 형성되며 p형 In_y2Ga_1-y2N(0 ≤y₂< 1)으로 이루어진 제1 층 및 상기 제1 층 상에 형성되며 상기 p형 Al_x3In_y3Ga_(1-x3-y3)N(0 < x₃≤1, 0 ≤y₃≤1, 0 < x₃+y₃≤1임)으로 이루어진 제2 층을 갖는 p형 클래드층을 포함하는 질화물계 반도체 발광소자을 제공한다.

바람직하게는, 상기 제1 층은 상기 제2 층의 도핑농도보다 높은 도핑농도를 갖도록 형성된다. 또한, 상기 제1 층의 두께는 바람직하게는 약 100㎚이하이며, 보다 바람직하게는 상기 제1 층의 두께는 약 10㎚ ∼ 약 30㎚범위일 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 p형 클래드층은, 상기 p형 클래드층은 p형 콘택층으로서 상기 제2 층 상에 형성되며 p형 In_y4Ga_1-y4N(0 ≤y₄< 1)으로 이루어진 제3 층을 더 포함할 수 있다.

상기 제3층은, 상기 제2 층 상에 형성되며 제1 도핑농도를 갖는 저농도 p형 GaN 반도체층과, 상기 저농도 p형 GaN 반도체층 상에 형성되며 상기 제1 도핑농도보다 높은 제2 도핑농도를 갖는 고농도 p형 GaN 반도체층으로 이루어질 수 있다.

본 실시형태에서, 상기 제2 층의 두께는 전자의 오버플로잉현상을 충분하게 방지하기 위해서 약 50㎚ ∼ 약 200㎚인 것이 바람직하다. 이 경우에, 상기 p형 클래드층의 전체 두께는 적어도 160㎚일 수 있다.

바람직하게, 상기 제1 층은 GaN 반도체층이며, 상기 제2 층은 AlGaN 반도체층일 수 있다. 또한, 상기 n형 클래드층은 GaN 반도체층일 수 있다.

본 발명은 전자의 오버플로잉으로 인한 전류손실을 방지하면서 p형 클래드층측으로부터 정공주입효율을 향상시키기 위해, Al을 포함한 질화물 반도체층으로 전자차단층(EBL)과 활성층 사이에 추가적으로 Al을 포함하지 않은 질화물 반도체층을 포함한 p형 클래드층 구조를 갖는다. 본 발명에서 채용된 Al을 포함하지 않은 GaN와 같은 질화물 반도체층은 Al을 포함한 EBL의 정공이동도(약 5 ∼ 약 10 ㎠/Vs)에 비해 높은 정공이동도(약 15 ∼ 약 20 ㎠/Vs)를 가질 뿐만 아니라, 정공농도측면에서도, 예를 들어 p형 GaN층의 경우에 p형 AlGaN층의 정공농도(약 1 ×10¹⁷/㎤)에 비해 높은 정공농도(약 5 ×10¹⁷/㎤)를 가질 수 있다.

따라서, 이러한 GaN과 같은 Al을 포함하지 않은 질화물 반도체층을 EBL층과 활성층 사이에 배치함으로써, Al을 포함한 EBL층을 이용하여 전자의 오버플로잉을 방지하는 동시에, 활성층에 인접한 위치에 Al을 포함하지 않은 질화물 반도체층을 도입하여 정공주입효율을 크게 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.

도2는 본 발명의 일실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자를 나타내는 측 단면도이다.

도2와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 질화물계 반도체 발광소자(20)는, 사파이어 기판(21)과 그 사파이어 기판(21) 상에 순차적으로 형성된 n형 클래드층(23), 언도프된 활성층(25) 및 p형 클래드층(27)을 포함한다. 또한, 상기 발광소자(20)는 상기 n형 클래드층(23)과 상기 p형 클래드층(27)에 각각 접속된 n측 및 p측 전극(29a,29b)을 포함한다. 상기 활성층(25)은 GaN인 양자장벽층과 InGaN인 양자우물층을 복수회 교대로 적층한 다중양자우물구조일 수 있다.

상기 사파이어기판(21) 상에 형성된 n형 클래드층(23)은 n형 GaN층일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, n형 Al_x1In_y1Ga_(1-x1-y1)N(0 ≤x₁≤1, 0 ≤y₁≤1, 0 ≤x₁+y₁≤1)으로 이루어질 수 있다.

상기 n형 클래드층(23) 상에 형성된 활성층(25)은 언도프 In_AGa_1-AN(0≤A＜1)로 이루어진 다중양자우물구조로 형성될 수 있으며, 예를 들어, InGaN계 양자우물층과 GaN계 양자장벽층이 교대로 적층된 구조를 갖는 다중양자우물구조일 수 있다.

본 실시형태에서, p형 클래드층(27)은 정공주입효율을 개선하기 위한 제1층(27c)과, EBL(electron blocking layer)의 역할을 하는 제2층(27b)을 포함하며, 추가적으로 콘택층으로서 제3층(27a)을 포함할 수 있다. 상기 제1층(27c)은 활성층(25) 상에 형성되며, GaN과 같은 p형 In_y2Ga_1-y2N(0 ≤y₂< 1)으로 이루어지며, 상기 제2층(27b)은 상기 제1층(27c) 상에 형성되며 상기 p형 Al_x3In_y3Ga_(1-x3-y3)N(0 < x₃≤1, 0 ≤y₃≤1, 0 < x₃+y₃≤1임)으로 이루어진다. 또한, 본 실시형태에서 채용되는 p형 클래드층(27)은 p형 In_y4Ga_1-y4N(0 ≤y₄< 1)으로 이루어진 제3 층(27a)을 포함할 수 있다.

이와 같이, 상기 p형 콘택층인 제1층(25a)은 p형 GaN과 같은 Al을 포함하지 않은 질화물 반도체로 이루어지며, 상기 전자차단층인 제2층(25b)은 p형 AlGaN과 같은 Al을 포함한 질화물 반도체로 이루어진다. 상기 제1층(25c)은 p형 GaN과 같은 Al을 포함하지 않은 질화물 반도체로 이루어진다. 본 발명에서 채용된 Al을 포함하지 않은 제1층(25c)은 Al을 포함한 EBL인 제2층(27b)에 비해 높은 정공이동도를 가질 뿐만 아니라, 높은 불순물농도를 가질 수 있으므로, 정공주입효율을 개선하는데 유리하다.

예를 들어, 통상의 p형 EBL로 사용되는 p형 AlGaN인 경우에 정공이동도가 약 5 ∼ 약 10 ㎠/Vs이며, 불순물농도가 약 1 ×10¹⁷/㎤인 반면에, 본 발명의 정공주입효율개선층에 채용될 수 있는 p형 GaN층은 약 15 ∼ 약 20 ㎠/Vs의 정공이동도와 약 5 ×10¹⁷/㎤의 불순물 농도를 갖는다.

따라서, 이러한 GaN과 같은 Al을 포함하지 않은 정공주입효율개선층(27c)을 EBL(27b)과 활성층(25) 사이에 배치함으로써, Al을 포함한 EBL(27b)을 이용하여 전자의 오버플로잉을 방지하는 동시에, 활성층(25)상에는 Al을 포함하지 않은 정공주입효율개선층(27c)을 도입하여 정공주입효율을 크게 향상시킬 수 있다.

상기 제3층인 정공주입효율개선층(27c)은 정공주입의 효율을 보다 증가시키기 위해서, 제2층인 EBL(27b)보다 Mg와 같은 p형 불순물을 보다 높은 농도를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 정공주입효율개선층(27c)의 두께가 커질 수록 EBL(27b)이 활성층(25)으로부터 이격된 간격이 커지므로, EBL(27b)에 의한 전자의 오버플로잉기능을 기대하기 어려울 수도 있다. 따라서, 상기 정공주입효율개선층(27c)의 두께는 약 100㎚이하로 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면에서, 본 발명에 따른 발광소자구조는 EBL과 활성층 사이에 GaN과 같은 정공주입효율개선층을 이용하여 정공주입효율을 크게 개선할 수 있으므로, 정공주입효율를 저하시키지 않는 조건에서 전자오버플로잉을 보다 효율적으로 방지시키기 위해서 큰 두께의 EBL을 채용하는 것이 허용될 수 있다. 이와 같이, 종래의 발광소자에서는 정공주입효율 및 전자오버플로잉 방지라는 2개의 과제가 상반되는 원리에 근거하는 것으로 인식되어 왔으나, 본 발명의 정공주입효율개선층을 도입하여 EBL 두께 증가에 따른 부정적 요인(정공주입효율의 저하)을 근본적으로 제거함으로써 두 기능을 상호 보완적으로 향상시킬 수 있다.

도3에 도시된 질화물계 반도체 발광소자(30)는, 사파이어 기판(31)과 그 사파이어 기판(31) 상에 순차적으로 형성된 n형 클래드층(33), 언도프된 활성층(35) 및 p형 클래드층(37)을 포함한다. 또한, 상기 발광소자(30)는 상기 n형 클래드층(33)과 상기 p형 클래드층(37)에 각각 접속된 n측 및 p측 전극(39a,39b)을 포함하며, 상기 p형 클래드층(37)은 도2에 도시된 구조와 유사하게 정공주입효율을 개선하기 위한 제1층(37c)과, EBL기능을 갖는 제2층(37b)을 포함하며, 추가적으로 콘택층으로서 제3층(37a)을 포함할 수 있다.

정공주입효율개선을 위해 제공되는 제1층(37c)은 p형 GaN일 수 있으며, EBL층으로 제공되는 제2층(37b)은 p형 AlGaN일 수 있다. 또한, p형 클래드층의 콘택층으로서 제공되는 제3층(37a)은 p형 GaN로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 제1 불순물 농도를 갖는 p형 GaN층과 그 위에 형성되어 제1 불순물 농도보다 높은 제2 불순물 농도를 갖는 p형 GaN층으로 구성될 수 있다.

상기 제1 층(37c)의 두께(t₁)는 앞서 설명한 바와 같이 EBL의 기능을 저하시키지 않기 위해서, 약 100㎚이하인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 약 10㎚ ∼ 약 30㎚일 수 있다. 약 10㎚이상에서 충분한 정공주입효율개선의 효과를 기대할 수 있으며, 약 30㎚이하일 경우에 EBL의 기능을 거의 저하시키지 않을 수 있기 때문이다.

또한, 상기 제2층(37b)의 두께(t₂)는 충분한 EBL기능을 확보하기 위해서, 약 50㎚ ∼ 약 200㎚인 것이 바람직하다. 종래에는 Al을 포함한 질화물 반도체 결정성장 문제와 함께 EBL기능의 증대에 따른 정공주입효율의 감소문제로 인해, EBL층의 두께가 50㎚미만에 불과하였으나, 본 발명에서는 p형 클래드층을 구성하는데 있어 서 정공주입효율개선층을 활성층 상에 접하도록 형성함으로써 정공주입효율을 오히려 향상시키는 동시에, 전자의 오버플로잉현상을 효과적으로 방지할 수 있다.

이러한 상황과 함께 콘택층으로 제공되는 제3층(37a)의 두께를 고려하여, 본 발명에서 채용되는 p형 클래드층(37)의 두께(t)는 적어도 160㎚로 형성하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 통해 본 발명에 따른 작용과 효과를 보다 상세히 설명한다.

(실시예1)

본 발명에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 특성향상을 확인하기 위해서, 도2에 도시된 구조와 같이 질화물계 반도체 발광소자를 제조하였다.

우선, 사파이어기판 상에 버퍼층으로서 GaN 저온핵성장층을 형성한 후에, 4×10¹⁸/㎤의 불순물농도를 갖도록 n형 GaN클래드층을 형성하였다. 이어, 상기 n형 클래드층 상에 5개의 In_0.15Ga_0.85N 양자우물층과 5개의 GaN 양자장벽층로 구성된 다중양자우물구조의 활성층을 형성하였다.

또한, 상기 활성층 상에는 p형 GaN로 이루어진 정공주입효율개선층과, p형 Al_0.15Ga_0.85N로 이루어진 전자차단층(EBL)과, p형 GaN으로 이루어진 콘택층을 순차적으로 적층하여 p형 클래드층을 완성하였다. 상기 정공주입효율개선층은 약 5 ×10¹⁷/㎤의 불순물농도와 약 20㎚의 두께를 갖도록 형성하였으며, 상기 전자차단층은 1 ×10¹⁷/㎤의 불순물농도와 약 20㎚를 갖도록 형성하였다. 또한, 상기 콘택층은 5 ×10¹⁷/㎤의 불순물농도와 약 76㎚를 갖도록 형성하였다.

끝으로, 최종적으로 p형 클래드층 상부에 Ni을 포함한 투명전극층을 형성한 후에, n형 클래드층 및 p형 클래드층 상면에 각각 n 및 p측 전극을 형성함으로써 질화물계 반도체 발광소자를 제조하였다.

(실시예2)

본 발명에 따른 질화물계 반도체 발광소자에서, p형 EBL의 두께에 따른 특성변화를 관찰하기 위해서, 보다 큰 두께의 EBL을 갖는 발광소자를 제조하였다.

본 실시예에서는 실시예1과 유사하게 질화물계 반도체 발광소자를 제조하되, 다만, p형 클래드층의 구조를 달리 형성하였다. 즉, 상기 정공주입효율개선층으로 약 5 ×10¹⁷/㎤의 불순물농도를 갖도록 약 20㎚ 두께의 p형 GaN으로 형성하였으며, 상기 전자차단층으로 1 ×10¹⁷/㎤의 불순물농도를 갖도록 약 69㎚ 두께의 p형 Al_0.15Ga_0.85N로 형성하였으며, p형 콘택층으로는 5 ×10¹⁷/㎤의 불순물농도를 갖도록 약 76㎚두께의 p형 GaN로 형성하였다. 제조하였다.

(비교예)

본 비교예에서는, 실시예1과 유사하게 질화물계 반도체 발광소자를 제조하되, 종래와 동일하게 정공주입효율개선층 없이 EBL과 콘택층만으로 구성된 p형 클래드층을 채용하였다. 즉, 활성층을 형성한 후에, 상기 정공주입효율개선층 없이, 직접 EBL과 콘택층을 형성하였다. 상기 전자차단층으로는 실시예1과 같이 1 ×10¹⁷/㎤의 불순물농도를 갖도록 약 20㎚ 두께의 p형 Al_0.15Ga_0.85N로 형성하였으며, p형 콘택층으로는 5 ×10¹⁷/㎤의 불순물농도를 갖도록 약 76㎚두께의 p형 GaN로 형성하였다.

상기 실시예1 및 2 및 비교예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 전기적 특성을 관찰하기 위해서, 우선, 실시예1과 비교예에 대한 순방향 전압특성(20㎃기준)을 측정하였다. 그 결과, 비교예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 경우에는 약 3.39V로 나타났으나, 본 발명에 따른 p형 GaN인 정공주입효율개선층을 도입한 실시예1의 경우에는, 3.09V로 나타났다. 이를 통해서, 본 발명에 채용된 정공주입효율개선층에 의해 약 0.3V정도 저감되어 순방향전압특성이 향상된 것을 확인할 수 있다.

또한, 이와 유사하게, 실시예1과 실시예2의 역방향전압특성(-20㎃기준)을 측정한 결과, 실시예1의 경우에는 약 9.5V로 나타났으며, 실시예2의 경우에는 약 10.6V로 나타났으며, 실시예2에 따른 질화물계 반도체 발광소자가 실시예1의 경우보다 역방향 전압특성측면에서 0.9V정도 개선된 것을 확인할 수 있었다.

즉, 본 발명에 따른 정공주입효율개선층을 도입함과 동시에 p형 EBL의 두께를 증가시킴으로써 정공주입효율도 증가하고 전자오버플로잉이 보다 효과적으로 방지된다는 사실이 증명되었다.

추가적으로, 실시예1 및 2와 비교예에 따른 각 질화물계 반도체 발광소자의 휘도특성을 관찰하였다. 464㎚의 파장대에서 휘도특성을 동일한 조건에서 측정하였으며, 그 결과를 도4의 그래프로 나타내었다.

도4와 같이, 비교예의 경우에는 10.9(Abitrary unit)에 불과하였으나, 실시예1과 같이 p형 GaN 정공주입효율개선층을 EBL과 활성층 사이에 배치한 경우에는, 약 13.0(Arb. unit)로서 비교예에 비해 약 2.1정도 향상되었다. 또한, 실시예1과 동일한 정공주입효율개선층을 도입하면서, p형 EBL의 두께를 69㎚로 확장한 실시예2에서는, 약 13.3(Arb. unit)로서 실시예1에 비해 0.3의 휘도증가를 나타내었다.

이와 같이, GaN 등의 Al을 포함하지 않은 정공주입효율개선층을 EBL층과 활성층 사이에 배치함으로써 활성층에 인접한 위치에 Al을 포함하지 않은 질화물 반도체층을 도입하여 정공주입효율을 크게 향상시킬 수 있으며, 나아가, EBL의 두께를 증가시킴으로써 전자의 오버플로잉 방지효과를 증가시켜 소자의 전기적 특성은 물론, 휘도특성을 향상시킬 수 있었다.

이와 같이, 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것 이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 명백할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, GaN과 같은 Al을 포함하지 않은 질화물 반도체층이 EBL과 활성층 사이에 배치된 p형 클래드층을 채용함으로써, EBL의 전자의 오버플로잉을 방지하는 기능을 유지하는 동시에, 활성층으로 진입하는 정공주입효율을 크게 향상시킬 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 질화물계 반도체 발광소자는, 정공주입효율를 저하시키지 않는 조건에서 전자오버플로잉을 보다 효율적으로 방지시키기 위해서 큰 두께의 EBL을 채용하는 것이 허용되므로, 정공주입효율 및 전자오버플로잉 방지라는 상반되는 원리에 근거하는 두 기능을 상호 보완적으로 향상시킬 수 있다.

Claims

n형 Al_x1In_y1Ga_(1-x1-y1)N(0 ≤x₁≤1, 0 ≤y₁≤1, 0 ≤x₁+y₁≤1)으로 이루어진 n 형 클래드층;

상기 n형 클래드층 상에 형성되며, 언도프 In_AGa_1-AN(0 ≤A＜1)로 이루어진, 다중양자우물구조를 갖는 활성층; 및

상기 활성층 상에 형성된 p형 클래드층을 포함하며,

상기 p형 클래드층은, 상기 활성층 상에 형성되며 p형 In_y2Ga_1-y2N(0 ≤y₂< 1)으로 이루어진 10㎚ ∼ 30㎚의 두께를 갖는 정공주입효율개선층과, 상기 정공주입효율개선층 상에 형성되며 p형 Al_x3In_y3Ga_(1-x3-y3)N(0 < x₃≤1, 0 ≤y₃≤1, 0 < x₃+y₃≤1임)으로 이루어진 전자차단층과, 상기 전자차단층 상에 형성되며 p형 In_y4Ga_1-y4N(0 ≤y₄< 1)으로 이루어진 p형 콘택층을 갖는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자．
제1항에 있어서,

상기 정공주입효율개선층은 상기 전자차단층의 도핑농도보다 높은 도핑농도를 갖는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.
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제1항에 있어서,

상기 p형 콘택층은, 상기 전자차단층 상에 형성되며 제1 도핑농도를 갖는 저농도 p형 GaN 반도체층과, 상기 저농도 p형 GaN 반도체층 상에 형성되며 상기 제1 도핑농도보다 높은 제2 도핑농도를 갖는 고농도 p형 GaN 반도체층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.
제1항에 있어서,

상기 전자차단층의 두께는 50㎚ ∼ 200㎚인 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.
제7항에 있어서

상기 p형 클래드층의 두께는 적어도 160㎚인 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.
제1항에 있어서,

상기 정공주입효율개선층은 GaN 반도체층이며, 상기 전자차단층은 AlGaN 반도체층인 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.
제1항에 있어서,

상기 n형 클래드층은 GaN 반도체층인 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.