KR100644151B1 - Light-emitting diode device and production method thereof - Google Patents

Light-emitting diode device and production method thereof Download PDF

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KR100644151B1
KR100644151B1 KR1020057014770A KR20057014770A KR100644151B1 KR 100644151 B1 KR100644151 B1 KR 100644151B1 KR 1020057014770 A KR1020057014770 A KR 1020057014770A KR 20057014770 A KR20057014770 A KR 20057014770A KR 100644151 B1 KR100644151 B1 KR 100644151B1
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료우이치 타케우치
케이이치 마츠자와
주니치 야마자키
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쇼와 덴코 가부시키가이샤
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Abstract

이중 헤테로 구조 발광 다이오드 소자는 활성층(6), 양극 측 클래딩층, 음극 측 클래딩층(4), 윈도우층(9) 및 비도핑 AlInP층을 포함한다. 양극 측 클래딩층은 0.5㎛의 두께를 갖도록 성장한 비도핑 AlInP층(7) 및 p형 전도성을 띠도록 도핑되고 비도핑 AlInP층 및 윈도우층 간에 중간 에너지 밴드갭을 갖는 중간층(8)을 포함한다. 상기 중간층상의 윈도우층은 도펀트로서 기능하는 Ze의 존재하에 730℃이상의 온도 및 7.8㎛/시간 이상의 성장 속도로 성장된 Gap층이다. 음극 측 클래딩층에는 0.1㎛ 이상의 두께를 갖는 비도핑 AlInP층이 제공된다. 상기 구성에 있어서, 발광 다이오드 소자는 윈도우층의 결정화를 증대하고 고온 공정에 의한 결함의 산출을 방지하며 황-녹 밴드 내에 있는 파장에서의 고휘도화를 얻을 수 있다.The double heterostructure light emitting diode device includes an active layer 6, an anode side cladding layer, a cathode side cladding layer 4, a window layer 9 and an undoped AlInP layer. The anode side cladding layer includes an undoped AlInP layer 7 grown to have a thickness of 0.5 占 퐉 and an intermediate layer 8 that is doped to have a p-type conductivity and has an intermediate energy bandgap between the undoped AlInP layer and the window layer. The window layer on the intermediate layer is a Gap layer grown at a temperature of at least 730 ° C. and a growth rate of at least 7.8 μm / hour in the presence of Ze serving as a dopant. The cathode side cladding layer is provided with an undoped AlInP layer having a thickness of at least 0.1 mu m. In the above configuration, the light emitting diode element can increase the crystallization of the window layer, prevent the calculation of defects by the high temperature process, and obtain high luminance at the wavelength within the sulfur-green band.

발광 다이오드, 활성층, 윈도우층, 전극 Light emitting diode, active layer, window layer, electrode

Description

발광 다이오드 소자 및 그 제조 방법{LIGHT-EMITTING DIODE DEVICE AND PRODUCTION METHOD THEREOF}LIGHT-EMITTING DIODE DEVICE AND PRODUCTION METHOD THEREOF

관련 출원의 교차 참조Cross Reference of Related Application

본 출원은 35 U.S.C. §111(b)의 규정에 따라 2003년 2월 20일자로 출원된 미국 가출원 일련번호 제 60/448,104 호 및 2003년 3월 24일자로 출원된 미국 가출원 일련번호 제 60/456,561 호의 출원일자의 35 U.S.C. §119(e)(1)에 따른 이익을 청구하면서 35 U.S.C.의 §111(a)하에 출원된 출원이다. This application claims 35 U.S.C. 35 of the date of filing of U.S. Provisional Serial No. 60 / 448,104, filed February 20, 2003, and of U.S. Provisional Serial No. 60 / 456,561, filed March 24, 2003, pursuant to § 111 (b). USC An application filed under § 111 (a) of 35 U.S.C. claiming benefits under §119 (e) (1).

본 발명은 가시광선을 발광하는 발광 다이오드(LED) 소자 및 상기 LED 소자의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a light emitting diode (LED) device for emitting visible light and a method of manufacturing the LED device.

LED는 디스플레이 장치를 포함하는 다양한 용도를 제공한다. 잘 공지되어 있는 바와 같이, 반도체를 이용하는 LED의 발광 파장은 반도체의 형태에 좌우되고 InGaN, AlGaInP, GaAlAs 및 GaInAsP의 순서로 증가한다. 해마다, LED의 휘도가 개선되어, 고휘도 LED는 현재 조명기 또는 액정 디스플레이 장치의 백라이트에 사용되고 있다. 그러나, 휘도를 더 개선하기 위한 연구가 진행중이다.LEDs provide a variety of uses, including display devices. As is well known, the emission wavelength of LEDs using semiconductors depends on the shape of the semiconductor and increases in the order of InGaN, AlGaInP, GaAlAs and GaInAsP. Each year, the brightness of LEDs is improved, and high brightness LEDs are currently used for backlights of illuminators or liquid crystal display devices. However, research is underway to further improve the brightness.

고 발광 효율의 상기 LED 중에서, 미국 특허 제 5,008,718 호 및 일본 특허 공개평 제 3-270186 호에는 도 14 또는 도 15에 도시된 바와 같은 이중 헤테로(DH) 접합 구조를 갖는 LED가 개시되어 있다. 상기 LED의 하나의 특징은 전자와 홀(hole)의 재결합을 통하여 광을 발광시키는 활성층(102)이 활성층(102)내에 전자와 홀을 한정하는 한정층(103,104)에 샌드위치되는 구조이다. 활성층의 밴드갭보다 넓은 밴드갭을 갖는 한정층은 발광을 흡수하지 않는 클래딩층으로서 기능한다. 게다가, 참조 번호 101은 기판, 105는 윈도우층, 106은 배면측 전극, 107은 전면측 전극, 108은 n형 블록층이다. Among the LEDs of high luminous efficiency, U.S. Patent No. 5,008,718 and Japanese Patent Laid-Open No. 3-270186 disclose LEDs having a double hetero (DH) junction structure as shown in FIG. 14 or FIG. 15. One feature of the LED is that the active layer 102 which emits light through recombination of electrons and holes is sandwiched in the confining layers 103 and 104 which define electrons and holes in the active layer 102. The confinement layer having a band gap wider than the band gap of the active layer functions as a cladding layer that does not absorb light emission. In addition, reference numeral 101 denotes a substrate, 105 a window layer, 106 a back side electrode, 107 a front side electrode, and 108 an n-type block layer.

잘 공지되어 있는 바와 같이, 전술한 구조를 갖는 LED의 발광 파장은 활성층의 조성에 의해 결정된다. 예를 들면, 도 16에 도시된 바와 같은 이중 헤테로(DH) 접합 구조의 AlGaInP[예를 들면, (AlxGa1 -x)0.5In0 .5P]로 형성된 활성층(102)을 사용한 LED에서는, 상기 활성층의 밴드갭 에너지(Eg)가 x값에 따라; 즉, 방정식: Eg = 1.91+0.61x (eV)(0≤x≤0.6)에 따라 변화된다. 따라서, LED의 발광 파장은 650㎚에서 545㎚까지 활성층의 밴드갭 에너지; 즉, 활성층의 조성에 따라 변화된다. 또한, 공지되어 있는 바와 같이, x값이 증가될 때, LED의 발광 파장이 짧아지고 광의 강도가 상당히 저하된다. As is well known, the emission wavelength of the LED having the above-described structure is determined by the composition of the active layer. For the double-hetero (DH) junction structure described example, shown in Figure 16 AlGaInP [for example, (Al x Ga 1 -x) 0.5 In 0 .5 P] In the LED with an active layer 102 formed by The bandgap energy (Eg) of the active layer depends on the value of x; That is, it changes according to the equation: Eg = 1.91 + 0.61x (eV) (0 ≦ x ≦ 0.6). Therefore, the emission wavelength of the LED is determined by the bandgap energy of the active layer from 650 nm to 545 nm; That is, it changes depending on the composition of the active layer. Also, as is known, when the x value is increased, the emission wavelength of the LED is shortened and the intensity of light is considerably lowered.

발광 강도의 저하 원인은 하기와 같이 설명된다. 단파장광을 발광시키기 위하여 활성층의 밴드갭을 크게 할 필요가 있기 때문에, 활성층의 갈륨(Ga)의 조성비가 감소된다. 그러나, 이 조성비의 감소에 의해 활성층과 한정층 간의 밴드갭 차이가 감소된다. 따라서, 홀을 활성층에 주입할 때의 전위 장벽이 증가되어, 홀의 주입 효율이 저하된다. 또한, 활성층에 한정된 전자에 대한 클래딩층의 장벽 레벨이 저하되고, 전자의 한정이 저하된다. 그 결과, 전자와 홀의 재결합의 발생이 덜 빈번해져, 발광 출력이 저하된다.The cause of the decrease in the emission intensity is explained as follows. Since the band gap of the active layer needs to be increased in order to emit short wavelength light, the composition ratio of gallium (Ga) in the active layer is reduced. However, the decrease in the composition ratio reduces the band gap difference between the active layer and the confining layer. Therefore, the potential barrier at the time of injecting the hole into the active layer is increased, thereby lowering the hole injection efficiency. In addition, the barrier level of the cladding layer with respect to the electrons limited to the active layer is lowered, and the limitation of the electrons is lowered. As a result, the occurrence of recombination of electrons and holes is less frequent, and the light emission output is lowered.

이와 관련하여, "High Brightness Light Emitting Diode"[pp. 108, 162 및 168(1996), G. B. Stringfellow et al.]는 AlInP로부터 클래딩층을 형성하여 LED의 홀 주입 효율 및 전자 한정 효과를 향상시키는 것을 기술한다.In this regard, "High Brightness Light Emitting Diode" [pp. 108, 162 and 168 (1996), G. B. Stringfellow et al., Describe forming cladding layers from AlInP to improve the hole injection efficiency and electron confinement effect of LEDs.

일본 특허 공개평 제 8-321633 호는 활성층과 접촉하는 p형 클래딩층 일부가 약 0.005 내지 약 0.2㎛의 두께를 갖는 비도핑 층으로 형성되는 LED를 개시하고 있다.Japanese Patent Laid-Open No. 8-321633 discloses an LED in which a portion of the p-type cladding layer in contact with the active layer is formed of an undoped layer having a thickness of about 0.005 to about 0.2 mu m.

일본 특허 제 3233569 호는 p-GaP 윈도우층과 p-AlGaInP층 사이에, 또는 p-AlGaInP 클래딩층 및 AlGaInP 활성층 사이에 밴드 불연속의 결과로 발생되는 노치(notch)를 억제하기 위하여 추가층이 삽입되는 구성을 개시하고 있으며, 상기 추가층은 이 추가층을 샌드위치하는 층의 밴드갭값 사이에 있는 중간 밴드갭값을 가져서, 순방향 전류의 저항을 감소시킨다. Japanese Patent No. 3233569 discloses that an additional layer is inserted between a p-GaP window layer and a p-AlGaInP layer or between a p-AlGaInP cladding layer and an AlGaInP active layer to suppress notches resulting from band discontinuities. It is disclosed that the additional layer has an intermediate bandgap value between the bandgap values of the layers sandwiching the additional layer, thereby reducing the resistance of the forward current.

일본 특허 제 3024484 호는 특징적인 클래딩층 구조를 갖는 LED 소자를 개시한다. 도 17에 도시된 바와 같이, 상기 소자는 활성층(102), 이 활성층의 하방측에 배치된 n형 클래딩층(103) 및 이 활성층의 상방측에 배치된 p형 클래딩층을 포함한다. 상기 n형 클래딩층(103)은 활성층에 인접한 제 1 n형 클래딩층(103a) 및 제 1 n형 클래딩층에 인접한 제 2 n형 클래딩층(103b)을 포함한다. 상기 p형 클래딩층(104)은 활성층에 인접한 제 1 p형 클래딩층(104a) 및 제 1 p형 클래딩층(104a)에 인접한 제 2 p형 클래딩층(104b)을 포함한다. 상기 제 1 클래딩층은 제 2 클래딩층 보다 낮은 캐리어 농도를 갖고 제 2 n형 클래딩층보다 얇은 두께를 갖고 양자 역할적 터널 효과에 미치는 두께보다 큰 두께를 갖는다. 활성층과 제 2 클래딩층간의 가전자대에 제공되는 전위 장벽의 높이는 활성층과 제 1 클래딩층간의 가전자대에 제공되는 전위 장벽의 높이 수준보다 높게 설정된다. 제 1 및 제 2 클래딩층은 AlGaInP으로 형성되고 제 1 클래딩층의 AlGa에 대한 In의 비율이 제 2 클래딩층의 AlGa에 대한 In의 비율 수준보다 낮게 설정된다. 게다가, 참조 번호 109는 버퍼층을 나타낸다.Japanese Patent No. 3024484 discloses an LED device having a characteristic cladding layer structure. As shown in Fig. 17, the device includes an active layer 102, an n-type cladding layer 103 disposed below the active layer, and a p-type cladding layer disposed above the active layer. The n-type cladding layer 103 includes a first n-type cladding layer 103a adjacent to the active layer and a second n-type cladding layer 103b adjacent to the first n-type cladding layer. The p-type cladding layer 104 includes a first p-type cladding layer 104a adjacent to the active layer and a second p-type cladding layer 104b adjacent to the first p-type cladding layer 104a. The first cladding layer has a lower carrier concentration than the second cladding layer, has a thickness thinner than the second n-type cladding layer, and has a thickness greater than the thickness affecting the quantum role tunnel effect. The height of the potential barrier provided to the valence band between the active layer and the second cladding layer is set higher than the height level of the potential barrier provided to the valence band between the active layer and the first cladding layer. The first and second cladding layers are formed of AlGaInP and the ratio of In to AlGa of the first cladding layer is set lower than the ratio of In to AlGa of the second cladding layer. In addition, reference numeral 109 denotes a buffer layer.

일본 특허 공개 제 2000-312030 호는 다른 LED 소자를 개시한다. 도 18에 도시된 바와 같이, 상기 소자는 적층 구조 및 이 적층 구조에 부착된 전극을 갖는다. 상기 적층 구조는 AlGaInP계 화합물 반도체로 형성된 n형 클래딩층(103), n형 클래딩층보다 낮은 밴드갭 에너지를 얻기 위한 조성을 갖는 AlGaInP계 화합물 반도체로 형성된 활성층(102), 활성층보다 높은 밴드갭 에너지를 얻기 위한 조성을 갖는 p형 AlGaInP계 화합물 반도체로 형성된 클래딩층(104) 및 GaP로 형성된 p형 윈도우층(105)을 포함한다. 상기 소자는 p형 클래딩층(104)과 p형 윈도우층(105)사이에 p형 클래딩층보다 낮은 에너지 밴드갭을 갖는 재료에 형성된 매개층(순방향 전류 저감층)(110)을 더 포함한다.Japanese Patent Laid-Open No. 2000-312030 discloses another LED element. As shown in Fig. 18, the element has a laminated structure and an electrode attached to the laminated structure. The stacked structure includes an n-type cladding layer 103 formed of an AlGaInP-based compound semiconductor, an active layer 102 formed of an AlGaInP-based compound semiconductor having a composition for obtaining a lower band gap energy than the n-type cladding layer, and a higher bandgap energy than the active layer. A cladding layer 104 formed of a p-type AlGaInP-based compound semiconductor having a composition for obtaining and a p-type window layer 105 formed of GaP are included. The device further includes an intermediate layer (forward current reducing layer) 110 formed in a material having a lower energy bandgap than the p-type cladding layer between the p-type cladding layer 104 and the p-type window layer 105.

일본 특허 공개평 제 8-293623 호는 DH 접합구조를 갖는 LED 소자의 제조 방법을 개시한다. 도 19에 도시된 바와 같이, 상기 소자는 p형 불순물이 비도핑 활성층에 확산되어 발광 효율이 저하되는 것없이 우수한 특성이 달성될 수 있도록, 반도체 기판(101) 상에 n형 클래딩층(103), 활성층(102) 및 p형 클래딩층(104)을 포 함하는 DH 접합 발광층을 갖는다. 상기 방법은 상기 활성층(102)의 측상의 상기 p형 클래딩층(104)의 일부를 비도핑층(111)으로 실질적으로 형성하는 반도체층의 순차적 형성 및 전류 확산층(윈도우층)(105)상의 접촉층(113)을 통한 전극(107)의 형성을 포함한다.Japanese Patent Laid-Open No. 8-293623 discloses a method of manufacturing an LED device having a DH junction structure. As shown in FIG. 19, the device has an n-type cladding layer 103 on the semiconductor substrate 101 so that excellent characteristics can be achieved without the p-type impurity diffused into the undoped active layer and the luminous efficiency is lowered. And a DH junction light emitting layer comprising an active layer 102 and a p-type cladding layer 104. The method comprises a sequential formation of a semiconductor layer that substantially forms a portion of the p-type cladding layer 104 on the side of the active layer 102 as an undoped layer 111 and a contact on a current spreading layer (window layer) 105. Formation of electrode 107 through layer 113.

또한, 미국특허 제 5,008,718 호는 AlGaInP에 제공되는 GaP 윈도우층을 갖는 구조의 LED 소자를 개시하고 있다. "J. Crys. Growth"[142, pp. 15-20 (1994), J. Lin et al]는 AlGaInP층에 GaP 윈도우층(105)을 적층하는 단계를 포함하는 도 20에 도시된 LED 소자의 제조 방법을 개시하고 있으며, 상기 성장은 결정 결함의 발생을 억제하기 위해 800℃ 이상에서 행해진다. U.S. Patent No. 5,008,718 also discloses an LED device having a structure having a GaP window layer provided on AlGaInP. "J. Crys. Growth" [142, pp. 15-20 (1994), J. Lin et al, disclose a method of fabricating the LED device shown in FIG. 20 which includes laminating a GaP window layer 105 on an AlGaInP layer, wherein the growth is crystal defects. In order to suppress the occurrence of the above, it is carried out at 800 ° C or higher.

일반적으로, p-AlGaInP 또는 p-AlInP는 매우 작은 전기 전도율을 갖는 것으로 알려져 있다. 이러한 낮은 전도율을 극복하기 위해, 발광부의 면적을 증가시켜 전류가 국소적으로 흐르는 것없이 확산되도록 윈도우층(또는 전류 확산층)이 LED 소자에 이용된다. 그러나, 이 윈도우층이 큰 저항율을 가질 때, LED 소자에 정격 전류를 공급하는데 필요한 전압은 증가한다. 따라서, 윈도우층은 될 수 있는 한 작은 저항율을 갖는 물질로 형성되는 것이 바람직하다.In general, p-AlGaInP or p-AlInP is known to have very small electrical conductivity. In order to overcome this low conductivity, a window layer (or current diffusion layer) is used in the LED element so as to increase the area of the light emitting portion so that current flows without locally flowing. However, when this window layer has a large resistivity, the voltage required to supply a rated current to the LED element increases. Thus, the window layer is preferably formed of a material having as small a resistivity as possible.

윈도우층(또는 전류 확산층)의 결정성의 증대는 윈도우층의 비저항을 낮추는데 효과적이다. 그러나, 윈도우층의 결정성을 증대시키기 위하여 윈도우층이 고온에서 성장될 때, LED 소자의 전체는 고온 처리를 받는다. 따라서, 윈도우층 이외의 소자의 부분에서 문제가 발생하여, 고출력 강도의 LED 소자를 제조하지 못한다.Increasing the crystallinity of the window layer (or the current diffusion layer) is effective to lower the specific resistance of the window layer. However, when the window layer is grown at a high temperature to increase the crystallinity of the window layer, the whole of the LED element is subjected to a high temperature treatment. Therefore, a problem occurs in the parts of the elements other than the window layer, and it is impossible to manufacture the LED element of high output intensity.

황녹에서 적등의 광을 출사하는 종래 공지된 발광 소자[예를 들면, 발광 다 이오드(LEDs) 및 레이저 다이오드(LDs)]는 예를 들면 일본 특허 공개평 제 8-83927 호에 개시된 바와 같이 AlGaInP 혼정층으로 형성된 발광부를 통합한 발광 다이오드 소자를 포함한다.Conventionally known light emitting devices (e.g. light emitting diodes (LEDs) and laser diodes (LDs)) which emit red light from yellow rust are for example AlGaInP mixed crystals as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-83927. And a light emitting diode device incorporating a light emitting portion formed in a layer.

일본 특허 공개평 제 8-83927 호에 개시된 발광 소자는 AlGaInP혼정 층으로 형성된 발광부, 발광부의 표면상에 적층되는 산화 인듐 주석으로 형성된 투명 도전막, 및 투명 도전막에 형성된 상부 표면 전극을 포함하는 구성을 갖는다. 상기 구성을 갖는 발광 소자에 있어서, 상부 표면 전극으로부터의 전류는 투명 도전막을 통하여 반도체 표면상의 가능한 가장 넓은 범위로 확산된다.The light emitting device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-83927 includes a light emitting portion formed of an AlGaInP mixed crystal layer, a transparent conductive film formed of indium tin oxide laminated on the surface of the light emitting portion, and an upper surface electrode formed on the transparent conductive film. Has a configuration. In the light emitting device having the above structure, the current from the upper surface electrode is diffused to the widest possible range on the semiconductor surface through the transparent conductive film.

그러나, 상술한 종래 발광 소자에 있어서, 투명 도전막과 발광부의 표면간의 충분한 오믹 접촉이 달성되지 않고, 순방향 전압의 증가와 수명 특성의 저하를 일으킨다. 상술한 점을 고려하여, 예를 들면 일본 특허 공개평 제 11-17220 호는 개선된 오믹 접촉을 나타내는 발광 소자를 개시한다.However, in the above-described conventional light emitting device, sufficient ohmic contact between the transparent conductive film and the surface of the light emitting portion is not achieved, causing an increase in the forward voltage and a decrease in the life characteristics. In view of the above, Japanese Patent Laid-Open No. 11-17220, for example, discloses a light emitting device exhibiting improved ohmic contact.

일본 특허 공개평 제 11-17220 호에 개시된 발광 소자는 발광부, 발광부의 표면에 형성된 윈도우층, 윈도우층에 형성된 접촉층, 접촉층상에 적층되는 산화 인듐 주석으로 형성된 투명 도전막(도전 투과 산화층), 및 투명 도전막에 형성된 상부 표면 전극(상부층 전극)을 포함하는 구성을 갖는다. 발광 소자에서, 상부 표면 전극으로부터의 전류는 투명 도전막, 접촉층 및 윈도우층을 통하여 발광부의 표면상의 가능한 가장 넓은 범위로 확산된다.The light emitting device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-17220 includes a light emitting portion, a window layer formed on the surface of the light emitting portion, a contact layer formed on the window layer, and a transparent conductive film formed of indium tin oxide laminated on the contact layer (conductive transmission oxide layer). And an upper surface electrode (upper layer electrode) formed on the transparent conductive film. In the light emitting element, the current from the upper surface electrode is diffused to the widest possible range on the surface of the light emitting portion through the transparent conductive film, the contact layer and the window layer.

일본 특허 공개평 제 11-17220 호에 개시된 발광 소자에 있어서, 투명 도전막과 반도체층간의 오믹 접촉이 개선될 지라도, 발광부상에 제공되는 접촉층에 발 광이 흡수되므로, 고휘도 방사가 달성되지 않고 방사 효율이 향상되지 않는다. In the light emitting device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-17220, even though the ohmic contact between the transparent conductive film and the semiconductor layer is improved, light emission is absorbed by the contact layer provided on the light emitting portion, so that high luminance radiation is not achieved. The radiation efficiency does not improve.

상술한 점을 고려하여, 본 발명자는 반도체층 및 반도체층 표면의 일부에 제공되는 분배 전극을 포함하는 구성을 갖는 발광 소자를 제안하였다. 상기 구성에 의하여 분배 전극과 반도체층간의 전기 저항은 투명 도전막과 반도체층간의 전기 저항보다 낮고, 패드 전극으로부터 공급되는 대부분의 구동 전류는 저전기 저항을 나타내고, 계속적으로 투명 도전막, 분배 전극 및 반도체층(발광부)의 경로를 통하여 흐른다. 상기 발광 소자는 일본 특허 공개평 제 2001-189493 호에 개시되어 있다.In view of the above, the present inventor has proposed a light emitting device having a structure including a semiconductor layer and a distribution electrode provided on a part of the surface of the semiconductor layer. According to the above configuration, the electrical resistance between the distribution electrode and the semiconductor layer is lower than the electrical resistance between the transparent conductive film and the semiconductor layer, and most of the driving currents supplied from the pad electrode exhibit low electrical resistance, and the transparent conductive film, the distribution electrode and It flows through the path of a semiconductor layer (light emitting part). The light emitting element is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-189493.

일본 특허 공개 제 2001-189493 호에 개시된 발광 소자에서는 광이 발광부의 일부로부터 발광되고, 발광부의 일부가 분배 전극의 주변에 위치된 일부와 부합하기 때문에 방사는 분배 전극 바로 아래의 영역에서 직접적으로 발생되지 않는다. 따라서, 대부분의 발광은 분배 전극에 의해 차단되지 않고 발광 소자의 상부 부분으로부터 추출됨으로써 가능하여 방사 효율이 향상될 수 있다. 게다가, 발광 소자는 어떠한 접촉층도 포함하지 않으므로, 발광이 접촉층에 흡수되는 것을 방지할 수 있다. 상기 광 흡수의 방지는 또한 발광 효율의 향상에 기여한다. In the light emitting device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-189493, radiation occurs directly in a region directly below the distribution electrode because light is emitted from a portion of the light emitting portion, and the portion of the light emitting portion coincides with a portion located around the distribution electrode. It doesn't work. Therefore, most of the light emission is possible by being extracted from the upper portion of the light emitting element without being blocked by the distribution electrode, so that the radiation efficiency can be improved. In addition, since the light emitting element does not include any contact layer, the light emission can be prevented from being absorbed by the contact layer. The prevention of light absorption also contributes to the improvement of luminous efficiency.

그러나, 일본 특허 공개 제 2001-189493 호에 개시된 발광 소자의 경우에, 분배 전극이 분산되고 작은 면적을 가질지라도, 각 전극 바로 아래의 영역에서의 발광은 발광 소자의 상부 부분으로부터 추출될 때 전극에 의해 차단된다. 상기 차단은 발광 효율을 저하시키는 원인인 것으로 판명되었다.However, in the case of the light emitting device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-189493, even though the distribution electrode is dispersed and has a small area, light emission in the area immediately below each electrode is applied to the electrode when extracted from the upper portion of the light emitting device. Is blocked by. The blocking has been found to be the cause of lowering the luminous efficiency.

상술한 점을 고려하여, 본 발명은 종래의 소자가 상당히 감소된 출력 강도를 나타내는 황녹 밴드 내에 있는 파장에서 고휘도를 달성할 수 있는 발광 다이오드 소자를 제공하며, 상기 소자는 윈도우층을 종래 사용된 것보다 높은 프로세스 온도에서 형성함으로써, 개선된 전기 전도도를 갖는 윈도우층을 제공하고, 고온 프로세스에 의해 야기되는 변화를 방지하도록 소자 구조를 변경함으로써 제조된다.In view of the foregoing, the present invention provides a light emitting diode device capable of achieving high brightness at a wavelength in which a conventional device is in a yellow green band exhibiting a significantly reduced output intensity, wherein the device comprises a window layer conventionally used. By forming at higher process temperatures, it is produced by providing a window layer with improved electrical conductivity and altering the device structure to prevent changes caused by high temperature processes.

본 발명의 다른 목적은 전극과 반도체층의 양호한 오믹 접촉을 달성하고, 발광부에서의 발광을 효과적으로 추출하면서 발광의 차단을 방지할 수 있는 발광 다이오드 소자 및 발광 다이오드 소자의 제조 방법을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a light emitting diode device and a method of manufacturing a light emitting diode device capable of achieving good ohmic contact between an electrode and a semiconductor layer and effectively preventing light emission while extracting light emitted from the light emitting portion.

윈도우층의 결정성을 높이고, 고온 프로세스에 의해 야기되는 결함의 발생을 억제하는, 정밀도가 향상된 발광 다이오드 소자를 얻기 위해서, 본 발명의 발광 다이오드 소자는 AlGaInP 활성층; 상기 활성층을 샌드위치하고 상기 활성층의 에너지 밴드갭값보다 큰 에너지 밴드갭값을 갖는 양극 측 클래딩층 및 음극 측 클래딩층; 및 상기 양극 측 클래딩층 상에 형성되고 상기 활성층보다 큰 에너지 밴드갭값을 갖는 윈도우층을 포함하고; 상기 양극 측 클래딩층은 0.5㎛이상의 두께를 갖도록 성장되고 활성층에 접하는 비도핑 AlInP층; 및 p형 전도성을 띠도록 도핑되며 윈도우층에 접하고 상기 비도핑 AlInP층의 에너지 밴드갭값과 상기 윈도우층의 에너지 밴드갭값 사이에 중간 에너지 밴드갭을 갖는 중간층을 포함한다.In order to obtain a light emitting diode device having improved precision, which increases the crystallinity of the window layer and suppresses the occurrence of defects caused by a high temperature process, the light emitting diode device of the present invention comprises: an AlGaInP active layer; An anode side cladding layer and a cathode side cladding layer sandwiching the active layer and having an energy band gap value greater than the energy band gap value of the active layer; And a window layer formed on the anode side cladding layer and having a greater energy bandgap value than the active layer; The anode-side cladding layer is an undoped AlInP layer grown to have a thickness of 0.5㎛ or more and in contact with the active layer; And an intermediate layer doped to have a p-type conductivity and in contact with the window layer and having an intermediate energy bandgap between an energy bandgap value of the undoped AlInP layer and an energy bandgap value of the window layer.

또한, 본 발명의 발광 다이오드 소자는 AlGaInP 활성층; 상기 활성층을 샌드위치하고 상기 활성층의 에너지 밴드갭값보다 큰 에너지 밴드갭값을 갖는 양극 측 클래딩층 및 음극 측 클래딩층; 및 상기 양극 측 클래딩층 상에 형성되고 상기 활성층보다 큰 에너지 밴드갭값을 갖는 큰 윈도우층을 포함하고; 상기 윈도우층은 도펀트로서 기능하는 아연의 존재하에 730℃ 이상의 온도 및 7.8㎛/시간 이상의 성장속도로 성장되는 GaP층이다. In addition, the LED device of the present invention AlGaInP active layer; An anode side cladding layer and a cathode side cladding layer sandwiching the active layer and having an energy band gap value greater than the energy band gap value of the active layer; And a large window layer formed on the anode side cladding layer and having a larger energy bandgap value than the active layer; The window layer is a GaP layer grown at a temperature of 730 ° C. or higher and a growth rate of 7.8 μm / hour or more in the presence of zinc functioning as a dopant.

상술한 발광 다이오드 소자에 있어서, 상기 양극 측 클래딩층은 0.5㎛이상의 두께를 갖도록 성장되고 활성층에 접하는 비도핑 AlInP층; 및 p형 전도성을 띠도록 도핑되며, 윈도우층에 접하고 상기 비도핑 AlInP층의 에너지 밴드갭값과 윈도우층의 에너지 밴드갭값 사이에 중간 에너지 밴드갭을 갖는 중간층을 포함한다.In the above-described light emitting diode device, the anode-side cladding layer is grown to have a thickness of 0.5㎛ or more and an undoped AlInP layer in contact with the active layer; And an intermediate layer doped to have a p-type conductivity, the intermediate layer being in contact with the window layer and having an intermediate energy bandgap between an energy bandgap value of the undoped AlInP layer and an energy bandgap value of the window layer.

또한, 본 발명의 발광 다이오드 소자는 AlGaInP의 활성층; 상기 활성층을 샌드위치하고 상기 활성층의 에너지 밴드갭값보다 큰 에너지 밴드갭값을 갖는 양극 측 클래딩층 및 음극 측 클래딩층; 및 상기 양극 측 클래딩층 상에 형성되며 상기 활성층보다 큰 에너지 밴드갭값을 갖는 윈도우층을 포함하며; 상기 음극 측 클래딩층은 활성층에 접하고 0.1㎛이상의 두께를 갖는 비도핑 AlInP층을 포함한다.In addition, the light emitting diode device of the present invention is an active layer of AlGaInP; An anode side cladding layer and a cathode side cladding layer sandwiching the active layer and having an energy band gap value greater than the energy band gap value of the active layer; And a window layer formed on the anode side cladding layer and having a larger energy bandgap value than the active layer; The cathode side cladding layer includes an undoped AlInP layer in contact with the active layer and having a thickness of 0.1 μm or more.

상술한 발광 다이오드 소자에 있어서, 상기 음극 측 클래딩층은 상기 비도핑 AlInP층의 음극 측단에 접하고, 도펀트로서 기능하는 실리콘을 포함하는 ｎ형 클래딩층을 포함한다, In the above-described light emitting diode device, the cathode side cladding layer includes an n-type cladding layer containing silicon in contact with the cathode side end of the undoped AlInP layer and functioning as a dopant.

또한, 본 발명은 비화 갈륨(GaAs)기판상에 버퍼층을 퇴적하는 공정; 상기 버퍼층상에 n형 반사층을 제공하는 공정; 상기 반사층상에 실리콘-도핑된 ｎ형 클래딩층을 퇴적하는 공정; 상기 ｎ형 클래딩층상에 제 1 비도핑 AlInP층을 제공하는 공정; 상기 제 1 비도핑 AlInP층상에 AlGaInP 활성층을 제공하는 공정; 상기 활성층상에 제 2 비도핑 AlInP층을 제공하는 공정; 상기 제 2 비도핑 AlInP층 상에 ｐ형 중간층을 제공하는 공정; 및 상기 ｐ형 중간층 상에 윈도우층으로서 기능하는 아연-도핑된 p형 GaP층을 730℃ 이상의 온도 및 7.8㎛/시간 이상의 성장 속도로 성장시키는 공정을 포함하는 발광 다이오드 소자의 제조 방법을 제공한다. In addition, the present invention is a process for depositing a buffer layer on a gallium arsenide (GaAs) substrate; Providing an n-type reflective layer on the buffer layer; Depositing a silicon-doped n-type cladding layer on the reflective layer; Providing a first undoped AlInP layer on the n-type cladding layer; Providing an AlGaInP active layer on the first undoped AlInP layer; Providing a second undoped AlInP layer on the active layer; Providing a V-type intermediate layer on said second undoped AlInP layer; And growing a zinc-doped p-type GaP layer functioning as a window layer on the X-type intermediate layer at a temperature of at least 730 ° C. and a growth rate of at least 7.8 μm / hour.

또한, 전극과 반도체층간의 양호한 오믹 접촉 및 고발광 효율을 나타내는 발광 다이오드 소자를 얻기 위해서, 본 발명의 발광 다이오드 소자는 배면에 제 1 전극이 형성된 반도체 기판; 상기 반도체 기판상에 형성되고, AlInGaP로 형성되는 발광부 및 발광부의 상부에 형성되는 윈도우층을 포함하는 반도체층; 상기 윈도우층의 표면의 일부를 따라 연장되도록 형성되고 상기 윈도우층과 오믹 접촉하는 분배 전극; 상기 윈도우층과 상기 분배 전극의 표면을 커버하도록 형성되고 그 분배 전극과 도통하는 투명 도전막; 및 상기 투명 도전막의 표면의 일부에 형성되고 상기 도전막과 도통하는 패드 전극을 포함한다.Further, in order to obtain a light emitting diode device exhibiting good ohmic contact and high light emission efficiency between the electrode and the semiconductor layer, the light emitting diode device of the present invention comprises a semiconductor substrate having a first electrode formed on its rear surface; A semiconductor layer formed on the semiconductor substrate and including a light emitting part formed of AlInGaP and a window layer formed on the light emitting part; A distribution electrode formed to extend along a portion of the surface of the window layer and in ohmic contact with the window layer; A transparent conductive film formed to cover the window layer and the surface of the distribution electrode and conductive with the distribution electrode; And a pad electrode formed on a portion of the surface of the transparent conductive film and conductive with the conductive film.

상술한 발광 다이오드 소자에 있어서, 상기 반도체 기판은 ｎ형 전도성이고, 상기 윈도우층은 불순물로서 Zn 또는 Mg을 함유하는 p형 GaP층으로 형성된다.In the above-described light emitting diode element, the semiconductor substrate is n-type conductive, and the window layer is formed of a p-type GaP layer containing Zn or Mg as impurities.

상기 윈도우층은 3㎛ 내지 20㎛의 두께를 가지며, 두께와 캐리어 농도를 가지며, 그 곱Nㆍd이 5×1014㎝-2이상이고, 1×1018㎝-3이상의 표면 캐리어 농도를 갖는 윈도우층을 포함한다.The window layer has a thickness of 3 μm to 20 μm, has a thickness and a carrier concentration, the product N · d is 5 × 10 14 cm −2 or more, and has a surface carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more It includes a window layer.

상기 발광 다이오드 소자의 상기 분배 전극은 평면적으로 볼 때 패드 전극과 겹치지 않도록 반도체층 표면에 형성되며, 면적이 패드 전극보다 작고, 유효 방사 면적의 3%이상 30%이하의 합계 표면적을 갖고, 금합금으로 형성된다.The distribution electrode of the light emitting diode element is formed on the surface of the semiconductor layer so as not to overlap the pad electrode in plan view, the area is smaller than the pad electrode, and has a total surface area of 3% or more and 30% or less of the effective radiation area, Is formed.

상기 발광 다이오드 소자의 투명 도전막은 산화 인듐 주석(ITO)으로 형성된다.The transparent conductive film of the light emitting diode element is formed of indium tin oxide (ITO).

상기 발광 다이오드 소자의 상기 패드 전극은 평면적으로 볼 때 소자 표면의 중심에 형성되며, 금으로 형성된 표면을 가지며, 다층막으로 형성되고, 투명 도전막과 접하는 크롬으로 형성된 층을 갖는다.The pad electrode of the light emitting diode device is formed in the center of the surface of the device in plan view, has a surface formed of gold, is formed of a multilayer film, and has a layer formed of chromium in contact with a transparent conductive film.

상기 발광 다이오드 소자의 상기 분배 전극은 패드 전극을 둘러싸는 거의 사각형 또는 원형을 갖고, 20㎛ 이하의 폭을 갖는 루프 전극으로 형성된다.The distribution electrode of the light emitting diode element has a substantially rectangular or circular shape surrounding the pad electrode and is formed as a loop electrode having a width of 20 μm or less.

또한, 본 발명은 단결정 기판상에 AlInGaP으로 형성된 발광부 및 발광부의 상부에 ｐ형 윈도우층을 포함하는 반도체층을 에피택셜 성장시키는 공정; 윈도우층의 표면의 일부상에, 상기 윈도우층과 오믹 접촉하는 분배 전극을 형성하는 공정; 상기 윈도우층의 표면과 상기 분배 전극을 커버하고, 그 분배 전극과 도통하는 투명 도전막을 형성하는 공정; 상기 투명 도전막의 표면의 일부에, 상기 도전막과 도통하는 패드 전극을 형성하는 공정을 포함하는 발광 다이오드 소자의 제조 방법을 제공한다.The present invention also provides a process for epitaxially growing a semiconductor layer including a light emitting portion formed of AlInGaP on a single crystal substrate and a V-shaped window layer on top of the light emitting portion; Forming a distribution electrode on a part of the surface of the window layer in ohmic contact with the window layer; Forming a transparent conductive film covering the surface of the window layer and the distribution electrode and conducting with the distribution electrode; Provided is a method of manufacturing a light emitting diode element comprising forming a pad electrode on a part of a surface of the transparent conductive film, the conductive film conducting the conductive film.

상술한 방법에 있어서, 상기 반도체층은 유기 금속 화학 기상 퇴적법 (MOVCD)에 의해 형성되고, 상기 투명 도전막은 스퍼터링법에 의해 형성되고, 상기 패드 전극은 스퍼터링법에 의해 형성된다.In the above-described method, the semiconductor layer is formed by organometallic chemical vapor deposition (MOVCD), the transparent conductive film is formed by sputtering, and the pad electrode is formed by sputtering.

또한, 본 발명은 윈도우층의 결정성을 높이며, 결함 발생을 억제하고, 윈도우층에 제공된 분배 전극을 갖는, 정밀도가 향상된 발광 다이오드 소자를 제공한다. In addition, the present invention provides a light emitting diode device having improved precision, which improves the crystallinity of the window layer, suppresses the occurrence of defects, and has a distribution electrode provided in the window layer.

AlGaInP의 활성층을 갖는 DH-구조의 발광 다이오드 소자에서는, 상술한 바와 같이, 상기 양극 측 클래딩층은 0.5㎛이상의 두께를 갖도록 성장되고 활성층에 접하는 비도핑 AlInP층; 및 ｐ형 전도성을 띠도록 도핑되며, 윈도우층에 접하고, 상기 비도핑 AlInP층의 에너지 밴드갭값 및 윈도우층의 에너지 밴드갭값 사이에 있는 중간 에너지 밴드갭을 갖는 중간층을 포함한다. 따라서, 상기 윈도우층의 결정성은 개선되고, 그 휘도는 약 2배가 될 수 있다.In the DH-structure light emitting diode device having the active layer of AlGaInP, as described above, the anode-side cladding layer is grown to have a thickness of 0.5 µm or more and an undoped AlInP layer in contact with the active layer; And an intermediate layer doped to have a V-type conductivity and having an intermediate energy bandgap that is in contact with the window layer and is between an energy bandgap value of the undoped AlInP layer and an energy bandgap value of the window layer. Thus, the crystallinity of the window layer is improved, and its brightness can be about twice.

또한, 상기 윈도우층의 표면의 일부와 오믹 접촉하는 분배 전극을 제공한 발광 다이오드 소자에서는, 분배 전극과 윈도우층 사이의 전기 저항이 상당히 낮고 분배 전극에서 윈도우층으로 흐르는 전류가 윈도우층에 적절히 확산되므로, 발광은 분배 전극의 주변에 위치된 일부에서 행해진다. 따라서, 대부분의 발광은 분배 전극에 의해 차단되지 않고, 발광 다이오드 소자의 상부로부터 추출될 수 있다.In addition, in the light emitting diode device providing a distribution electrode in ohmic contact with a part of the surface of the window layer, the electrical resistance between the distribution electrode and the window layer is considerably low, and the current flowing from the distribution electrode to the window layer is appropriately diffused in the window layer. The light emission is performed at a portion located around the distribution electrode. Thus, most of the light emission is not blocked by the distribution electrode and can be extracted from the top of the light emitting diode element.

도 1은 본 발명에 따른 AlGaInP 활성층을 갖는 이중 헤테로 발광 다이오드(LED) 소자의 일 실시형태를 나타내는 개략 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing one embodiment of a dual hetero light emitting diode (LED) device having an AlGaInP active layer according to the present invention.

도 2(a)는 도 1의 LED 소자에 포함된 중간층의 조성에 대한 LED의 순방향 전압(Vf)의 의존성을 나타내는 그래프이다.FIG. 2A is a graph showing the dependence of the forward voltage Vf of the LED on the composition of the intermediate layer included in the LED device of FIG. 1.

도 2(b)는 도 1의 LED 소자에 포함된 중간층의 조성에 대한 LED 휘도의 의존성을 나타내는 그래프이다.FIG. 2B is a graph showing the dependence of the LED brightness on the composition of the intermediate layer included in the LED device of FIG. 1.

도 3(a)는 도 1의 LED 소자에 포함된 음극 측 비도핑 AlInP층의 두께에 대한 LED Vf의 의존성을 나타내는 그래프이다.FIG. 3A is a graph showing the dependence of the LED Vf on the thickness of the cathode side undoped AlInP layer included in the LED device of FIG. 1.

도 3(b)는 도 1의 LED 소자에 포함된 음극 측 비도핑 AlInP층의 두께에 대한 의존성을 나타내는 그래프이다.FIG. 3B is a graph showing the dependence on the thickness of the cathode-side undoped AlInP layer included in the LED device of FIG. 1.

도 4(a)는 도 1의 LED 소자에 포함된 윈도우층 성장 조건에 대한 LED Vf의 의존성을 나타내는 그래프이다.FIG. 4A is a graph showing the dependence of the LED Vf on the window layer growth conditions included in the LED device of FIG. 1.

도 4(b)는 도 1의 LED 소자에 포함된 윈도우층 성장 조건에 대한 LED 휘도의 의존성을 나타내는 그래프이다.FIG. 4B is a graph showing the dependence of LED brightness on window layer growth conditions included in the LED device of FIG. 1.

도 5는 윈도우층의 표면의 일부와 오믹 접촉하는 분배 전극을 제공한 본 발명의 다른 LED 소자의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.5 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of another LED element of the present invention in which a distribution electrode is in ohmic contact with a portion of the surface of the window layer.

도 6은 도 5의 LED 소자를 나타내는 개략 평면도이다.6 is a schematic plan view of the LED device of FIG. 5.

도 7은 도 5의 LED 소자의 변형의 구성을 도시한 개략 단면도이다.7 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a modification of the LED element of FIG. 5.

도 8은 도 7의 LED 소자를 나타내는 개략 평면도이다.8 is a schematic plan view of the LED device of FIG. 7.

도 9는 본 발명의 LED 소자에 이용된 분배 전극의 다른 모범적인 배치를 나타내는 평면도이다.9 is a plan view showing another exemplary arrangement of distribution electrodes used in the LED device of the present invention.

도 10은 본 발명의 LED 소자에 이용된 분배 전극의 또 다른 모범적인 배치를 나타내는 평면도이다.10 is a plan view showing another exemplary arrangement of distribution electrodes used in the LED device of the present invention.

도 11은 본 발명의 LED 소자에 이용된 분배 전극의 또 다른 모범적인 배치를 나타내는 평면도이다.Fig. 11 is a plan view showing another exemplary arrangement of distribution electrodes used in the LED device of the present invention.

도 12는 본 발명의 LED 소자에 이용된 분배 전극의 또 다른 모범적인 배치를 나타내는 평면도이다.Fig. 12 is a plan view showing another exemplary arrangement of distribution electrodes used in the LED device of the present invention.

도 13은 분배 전극을 제공한 AlGaInP 활성층 및 윈도우층을 갖는 본 발명에 따른 발광 다이오드 소자의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.Fig. 13 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a light emitting diode element according to the present invention having an AlGaInP active layer and a window layer provided with a distribution electrode.

도 14는 종래의 LED의 제 1 실시형태를 나타내는 개략 단면도이다.It is a schematic sectional drawing which shows 1st Embodiment of the conventional LED.

도 15는 종래의 LED의 제 2 실시형태를 나타내는 개략 단면도이다.It is a schematic sectional drawing which shows 2nd Embodiment of the conventional LED.

도 16은 종래의 LED의 제 3 실시형태를 나타내는 개략 단면도이다.It is a schematic sectional drawing which shows 3rd embodiment of the conventional LED.

도 17은 종래의 LED의 제 4 실시형태를 나타내는 개략 단면도이다.It is a schematic sectional drawing which shows 4th embodiment of the conventional LED.

도 18은 종래의 LED의 제 5 실시형태를 나타내는 개략 단면도이다.18 is a schematic cross-sectional view showing a fifth embodiment of a conventional LED.

도 19는 종래의 LED의 제 6 실시형태를 나타내는 개략 단면도이다.19 is a schematic cross-sectional view showing a sixth embodiment of a conventional LED.

도 20은 종래의 LED의 제 7 실시형태를 나타내는 개략 단면도이다.20 is a schematic cross-sectional view showing a seventh embodiment of a conventional LED.

도 1은 본 발명에 따른 AlGaInP 활성층을 갖는 이중 헤테로 발광 다이오드(LED) 소자의 일 실시형태를 나타내는 개략 단면도이다. 상기 실시형태에서, 기판(1)상에, 버퍼층(2), 반사층(3), ｎ형 클래딩층(4), 제 1 비도핑 AlInP층(5), 활성층(6), 제 2 비도핑 AlInP층(7), ｐ형 중간층(8) 및 윈도우층(9)이 이 순서로 형성되고 기판(1)의 배면측에는 n전극(10)이 제공되고 윈도우층(9)의 전면 표면에는 ｐ형 전극(11)이 제공된다.1 is a schematic cross-sectional view showing one embodiment of a dual hetero light emitting diode (LED) device having an AlGaInP active layer according to the present invention. In the above embodiment, on the substrate 1, the buffer layer 2, the reflective layer 3, the n-type cladding layer 4, the first undoped AlInP layer 5, the active layer 6, the second undoped AlInP The layer 7, the X-type intermediate layer 8 and the window layer 9 are formed in this order and the n-electrode 10 is provided on the back side of the substrate 1 and the X-type electrode is provided on the front surface of the window layer 9. 11 is provided.

상기 실시형태에 사용된 기판(1)은 실리콘(Si)-도핑된 비화 갈륨(GaAs) 기판[(100)에 관해 15°벗어난]이다. 하기 표 1에 리스트된 층들은 트리메틸갈륨(Ga(CH3)3), 트리메틸인듐(In(CH3)3), 트리메틸알루미늄(Al(CH3)3), 디메틸아연(Zn(CH3)2), 디실란(Si2H6), 아르신(AsH3) 및 인화수소(PH3)의 이용에 의해 기판상에 형성된다. 특히, 막 형성시 AlGaInP층 및 AlInP층은 GaAs기판에 격자 정합되는 것이 바람직하다.The substrate 1 used in the above embodiment is a silicon (Si) -doped gallium arsenide (GaAs) substrate [15 ° off with respect to 100]. The layers listed in Table 1 below are trimethylgallium (Ga (CH 3 ) 3 ), trimethylindium (In (CH 3 ) 3 ), trimethylaluminum (Al (CH 3 ) 3 ), dimethylzinc (Zn (CH 3 ) 2 ), Disilane (Si 2 H 6 ), arsine (AsH 3 ) and hydrogen phosphide (PH 3 ) are formed on the substrate. In particular, the AlGaInP layer and the AlInP layer is preferably lattice matched to the GaAs substrate during film formation.

Figure 112005044208243-pct00001
Figure 112005044208243-pct00001

따라서, 본 발명에 따른 제조 프로세스의 일반적 순서는 하기와 같다.Thus, the general sequence of the manufacturing process according to the invention is as follows.

(1) 버퍼층(2)으로서 기능하는 실리콘-도핑된 n형 GaAs층은 0.5㎛의 두께를 얻기 위해 GaAs기판(1)상에 퇴적된다.(1) A silicon-doped n-type GaAs layer functioning as a buffer layer 2 is deposited on the GaAs substrate 1 to obtain a thickness of 0.5 mu m.

(2) 반사층(3)(DBR:Distributed Bragg Reflector)으로서, n형 SiAl0.5Ga0.5As/Al0.9Ga0.1As 적층막이 제공된다. 상기 반사층이 제공되지 않을 때, 발광이 감소된다.(2) As the reflective layer 3 (Distributed Bragg Reflector), an n-type SiAl 0.5 Ga 0.5 As / Al 0.9 Ga 0.1 As laminated film is provided. When the reflective layer is not provided, light emission is reduced.

(3) 반사층(3)상에, 제 1 ｎ형 클래딩층(4)으로서 실리콘-도핑된 AlInP층이 제공된다.(3) On the reflective layer 3, a silicon-doped AlInP layer is provided as the first n-type cladding layer 4.

(4) ｎ형 클래딩층(4)상에, 제 1 비도핑 클래딩층(5)으로서 비도핑 AlInP층이 제공된다. 상기 층(5)은 0.1㎛ 이상의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 상기 층(5)이 제공되지 않을 때, 발광이 감소된다. 상기 ｎ형 클래딩층(4) 및 제 1 비도핑 AlInP층(5)은 음극 측 클래딩층을 조합하여 형성한다. (4) On the n-type cladding layer 4, an undoped AlInP layer is provided as the first undoped cladding layer 5. It is preferable that the said layer 5 has a thickness of 0.1 micrometer or more. In addition, light emission is reduced when the layer 5 is not provided. The n-type cladding layer 4 and the first undoped AlInP layer 5 are formed by combining a cathode side cladding layer.

(5) 제 1 비도핑 AlInP층(5)상에, 활성층(6)으로서 비도핑 AlGaInP로 형성된 층이 제공된다. 상기 활성층은 상기 제 1 비도핑 AlInP층(5) 및 제 2 비도핑 AlInP층(7)에 의해 샌드위치되어, 발광에 유리한 이중 헤테로(ＤＨ) 구조를 형성한다.(5) On the first undoped AlInP layer 5, a layer formed of undoped AlGaInP as the active layer 6 is provided. The active layer is sandwiched by the first undoped AlInP layer 5 and the second undoped AlInP layer 7 to form a double hetero (DH) structure in favor of luminescence.

(6) 활성층(6)상에, 제 2 비도핑 클래딩층(7)으로서 비도핑 AlInP층이 제공된다. 이 층(7)은 0.5㎛이상의 두께를 갖는 것이 바람직하다.(6) On the active layer 6, an undoped AlInP layer is provided as the second undoped cladding layer 7. It is preferable that this layer 7 has a thickness of 0.5 micrometer or more.

(7) 비도핑 AlInP층(7)상에, 아연(Zn)-도핑된 (Al0 .6Ga0 .4)InP로 형성된 ｐ형 중간층(8)이 형성된다. 상기 (Al0 .6Ga0 .4)InP는 GaP의 밴드갭값과 AlInP의 밴드갭값 사이에 있는 중간 밴드갭값을 갖는다. 따라서, 윈도우층(9)과 제 2 비도핑 AlInP층(7) 사이에 2개의 작은 불연속성 밴드갭이 제공된다. 그러므로, 밴드갭의 존재로 야기되는 저항치의 증가는 하나의 불연속성 밴드갭이 존재하는 경우에 비하여 더 효과적으로 억제된다. 또한, 상기 ｐ형 중간층(8)의 조성은 (Al0 .6Ga0 .4)InP에 한정되지 않고, 도 2에 도시된 바와 같이, (Al0 .7Ga0 .3)InP는 또한 발광하기 위해 이용될 수 있다. AlInP가 사용되는 경우에 비하여 중간층이 (Al0 .6Ga0 .4)InP 또는 (Al0.7Ga0.3)InP로 형성될 때, 순방향 전압(Ｖｆ)은 거의 반으로 감소되고, 그 휘도는 2배 정도가 된다. 하기 표 2에 나타낸 데이터는 도 2(a) 및 (b)에 도시된 데이터 분포 도표로부터 유도된다. (Al0 .6Ga0 .4)InP의 이용은, (Al0 .7Ga0 .3)InP가 이용되는 경우에 비하여, Vf가 0.15V 감소되고, 그 휘도가 8.5% 증가되기 때문에 특히 바람직하다. 제 2 비도핑 AlInP층(7) 및 ｐ형 중간층(8)의 조합으로부터 양극 측 클래딩층이 형성된다.7, an undoped AlInP layer 7 on, zinc (Zn) - doped (Al 0 .6 Ga 0 .4) p -type InP is formed by the intermediate layer 8 is formed. The (Al 0 .6 Ga 0 .4) InP has a middle band gaepgap between the GaP gaepgap band and the band gaepgap AlInP. Thus, two small discontinuous bandgaps are provided between the window layer 9 and the second undoped AlInP layer 7. Therefore, the increase in resistance caused by the presence of the bandgap is more effectively suppressed than when there is one discontinuous bandgap. In addition, the composition of the p-type intermediate layer 8 is also a light emitting InP (Al 0 .6 Ga 0 .4) is not limited to InP, as shown in Figure 2, (Al 0 .7 Ga 0 .3) It can be used to. When compared with the case that AlInP is used to be the intermediate layer it is formed of InP (Al 0 .6 Ga 0 .4 ) InP or (Al 0.7 Ga 0.3), the forward voltage (Vf) is almost reduced by half, the brightness is doubled It is about. The data shown in Table 2 below is derived from the data distribution plots shown in Figures 2 (a) and (b). Use of (Al 0 .6 Ga 0 .4) InP is, (Al 0 .7 Ga 0 .3 ) in comparison with the case that InP is used, particularly preferable because the Vf is reduced 0.15V, that is the luminance is increased by 8.5% Do. An anode-side cladding layer is formed from the combination of the second undoped AlInP layer 7 and the V-type intermediate layer 8.

Figure 112005044208243-pct00002
Figure 112005044208243-pct00002

(8) ｐ형 중간층(8)상에, 아연-도핑된 p형 GaP로 형성된 윈도우층(9)이 제공된다. 상기 층(9)은 5㎛ 이상의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 상기 층(9)의 성장은 730℃도 이상의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 막 성장은 아연으로 도핑을 행한다. 도펀트의 밀도를 증가시키기 위해, 고성장 속도가 이용되는 것이 바람직하다. 후술하는 바와 같이, 7.8㎛/시간 이상에서 층을 성장시킴으로써, 그 휘도는 70% 개선되었다.(8) On the V-type intermediate layer 8, a window layer 9 formed of zinc-doped p-type GaP is provided. The layer 9 preferably has a thickness of at least 5 μm. The growth of the layer 9 is preferably carried out at a temperature of 730 ℃ or more. Film growth is doped with zinc. In order to increase the density of the dopant, high growth rates are preferably used. As described later, by growing the layer at 7.8 mu m / hour or more, the luminance was improved by 70%.

(9) 윈도우층(9)의 전면표면에 p형 전극(11)이 형성되는 반면, GaAs 기판(1)의 배면측에 n형 전극(10)이 형성된다. (9) The p-type electrode 11 is formed on the front surface of the window layer 9, while the n-type electrode 10 is formed on the back side of the GaAs substrate 1.

또한, 음극 측 클래딩 층의 구성에 대한 Vf와 휘도의 의존성이 기술된다. 표 3은 음극 측 클래딩층에 포함된 비도핑 AlInP층의 각종 두께 값에서의 Ｖｆ와 휘도값을 나타낸다. 상기 표 3으로부터 명확해지는 바와 같이, 비도핑 AlInP층이 없는 경우에 비하여, 0.1㎛ 또는 0.2㎛의 두께를 갖는 비도핑 AlInP층이 존재하는 경우, Vf는 0.2V 정도 저하되고, 그 휘도는 거의 2배가 된다. 또한, 비도핑 AlInP층이 0.2㎛의 두께를 가질 때, AlInP층이 0.1㎛의 두께를 가질 경우에 비하여 휘도는 6％ 개선된다. 표 3에 나타낸 데이터는 도 3(a) 및 (b)에 도시된 데이터 분포 도표로부터 유도된다.  Also, the dependence of Vf and luminance on the configuration of the cathode side cladding layer is described. Table 3 shows the values of V and luminance at various thickness values of the undoped AlInP layer included in the cathode side cladding layer. As apparent from Table 3 above, when there is an undoped AlInP layer having a thickness of 0.1 µm or 0.2 µm, Vf is reduced by about 0.2V, and the luminance is almost 2 It is doubled. Further, when the undoped AlInP layer has a thickness of 0.2 mu m, the luminance is improved by 6% compared with the case where the AlInP layer has a thickness of 0.1 mu m. The data shown in Table 3 is derived from the data distribution charts shown in Figures 3 (a) and (b).

Figure 112005044208243-pct00003
Figure 112005044208243-pct00003

또한, 윈도우층의 성장 조건에 대한 Vf와 휘도의 의존성이 기술된다. 표 4는 윈도우층의 성장 온도를 변화시켰을 경우의 Vf값과 휘도값를 나타내고 있다. 표 4로부터 명확해지는 바와 같이, 700℃에서 2.8/㎛/시간의 성장 속도로 성장되는 경우에 비하여, 성장이 700℃에서 7.8/㎛/시간의 속도로 수행되는 경우, 거의 동일한 Vf와 휘도가 얻어진다. 그러나, 성장이 730℃에서 7.8/㎛/시간의 성장 속도로 수행되는 경우, Vf는 0.16V정도 저하되고, 그 휘도는 88% 개선된다. 이 경우, 음극 측 비도핑 AlInP층은 0.2㎛의 두께를 갖고, 표 3에 나타낸 데이터로부터 계산되는 바와 같이, 두께 차이에 의한 효과는 6%이다. 이 효과가 무시되더라도, 휘도는 80%이상 증대된다. 표 4에 도시된 데이터는 도 4 (a) 및 (b)에 도시된 데이터 분포 도표로부터 유도된다. In addition, the dependence of Vf and luminance on the growth conditions of the window layer is described. Table 4 shows the Vf value and the luminance value when the growth temperature of the window layer is changed. As is clear from Table 4, almost the same Vf and luminance are obtained when the growth is performed at 700 ° C. at a rate of 7.8 / µm / hour as compared with the case of growth at 700 ° C. at a 2.8 / µm / hour. Lose. However, when the growth is carried out at a growth rate of 7.8 / mu m / hour at 730 DEG C, Vf is reduced by about 0.16 V, and the brightness is improved by 88%. In this case, the cathode side undoped AlInP layer has a thickness of 0.2 占 퐉, and as calculated from the data shown in Table 3, the effect by the thickness difference is 6%. Even if this effect is ignored, the luminance is increased by 80% or more. The data shown in Table 4 is derived from the data distribution charts shown in Figures 4 (a) and (b).

Figure 112005044208243-pct00004
Figure 112005044208243-pct00004

윈도우층의 표면의 일부와 접하는 분배 전극을 제공한 본 발명의 발광 다이오드 소자는 도 5 내지 도 12를 참조하여 기술된다.The light emitting diode device of the present invention providing a distribution electrode in contact with a portion of the surface of the window layer is described with reference to FIGS.

도 5 및 도 6은 본 발명의 발광 다이오드 소자의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 5는 V-V선에 따른 도 6의 소자의 단면도이며, 도 6은 상기 소자의 평면도이다. 여기서 사용되는 "평면적으로 볼 때 반도체층 표면"의 표현은 도 6에 도시된 평면도에서 보여지는 표면의 경우를 언급한다. 5 and 6 are diagrams schematically showing the configuration of the LED device of the present invention. 5 is a cross-sectional view of the device of FIG. 6 along the line V-V, and FIG. 6 is a plan view of the device. The expression "semiconductor layer surface in plan view" as used herein refers to the case of the surface shown in the plan view shown in FIG.

상기 도면들에 도시된 바와 같이, 본 발명의 발광 다이오드 소자는 배면에 제 1 전극(30)을 갖는 반도체 기판(21); 반도체 기판(21)상에 형성되고 AlInGaP로 형성된 발광부(22) 및 발광부의 상부에 윈도우층(23)을 포함하는 반도체층(24); 윈도우층(23)(반도체층24)의 표면을 따라 연장되도록 형성되고, 그 윈도우층(23)과 오믹 접촉하는 분배 전극(32); 윈도우층(23)의 표면과 분배 전극(32)을 커버하도록 형성되고, 그 분배 전극(32)과 도통하는 투명 도전막(29); 및 도전막(29)의 표면의 일부에 형성되고, 상기 도전막(29)과 도통하는 패드 전극(31)을 포함한다. 발광부(22)는 공지된 이중 헤테로 구조 또는 공지된 멀티플 양자 우물(multiple quantum well)(MQW)구조 등의 고발광 효율을 나타내는 구조를 갖는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 분배 전극(32)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 반도체층(24)의 표면의 일부에 제공되며, 그 일부는 평면적으로 볼 때 패드 전극(31)과 겹치지 않는다. 더 바람직하게는, 패드 전극(31)과 겹치는 부분에 분배 전극(320이 제공되지 않는다. 분배 전극(32)과 윈도우층(23)간에는 양호한 오믹 접촉이 유지되므로 이들 사이의 전기 저항이 작아진다. 대조적으로 투명 도전막(29)과 윈도우층(23)사이에서 충분한 오믹 접촉이 얻어지지 않기 때문에, 이들 사이의 전기 저항이 커진다.As shown in the drawings, the light emitting diode device of the present invention comprises: a semiconductor substrate 21 having a first electrode 30 at a rear surface thereof; A semiconductor layer 24 formed on the semiconductor substrate 21 and including a light emitting part 22 formed of AlInGaP and a window layer 23 on the light emitting part; A distribution electrode 32 formed to extend along the surface of the window layer 23 (semiconductor layer 24) and in ohmic contact with the window layer 23; A transparent conductive film 29 formed to cover the surface of the window layer 23 and the distribution electrode 32 and conductive with the distribution electrode 32; And a pad electrode 31 formed on a part of the surface of the conductive film 29 and conductive with the conductive film 29. The light emitting unit 22 preferably has a structure exhibiting high light emission efficiency such as a known double heterostructure or a known multiple quantum well (MQW) structure. Preferably, the distribution electrode 32 is provided on a part of the surface of the semiconductor layer 24, as shown in FIG. 6, which part does not overlap the pad electrode 31 in plan view. More preferably, the distribution electrode 320 is not provided at the portion overlapping with the pad electrode 31. The good ohmic contact is maintained between the distribution electrode 32 and the window layer 23, so that the electrical resistance therebetween becomes small. In contrast, since sufficient ohmic contact is not obtained between the transparent conductive film 29 and the window layer 23, the electrical resistance therebetween becomes large.

상술한 구성을 갖는 발광 다이오드 소자에 있어서, 분배 전극(32)은 윈도우층(23)의 표면의 일부에 제공되고 윈도우층(23)과 오믹 접촉된다. 따라서, 분배 전극(32)과 윈도우층(23)간의 전기 저항은 투명 도전막(29)과 윈도우층(23)간의 전기 저항보다 훨씬 더 작고, 패드 전극(31)으로부터 공급되는 대부분의 구동 전류는, 도 5의 화살표로 나타낸 바와 같이, 낮은 전기 저항을 나타내고, 연속적으로 투명 도전막(29), 분배 전극(32) 윈도우층(23) 및 발광부(22)의 경로를 통하여 흐른다. 분배 전극(32)에서 윈도우층(23)으로 흐르는 전류는 윈도우층(23)에 적절히 확산되므로, 발광부(22)의 일부에서의 발광이 행해지며, 그 일부는 분배 전극(32)의 주변에 위치된 일부에 대응한다. 따라서, 발광부(22)에서의 소량의 발광만이 분배 전극(32)에 의해 차단되고, 그 대부분의 발광은 발광 다이오드 소자의 상부 부분으로부터 추출됨으로써, 발광 효율이 개선될 수 있다.  In the light emitting diode element having the above-described configuration, the distribution electrode 32 is provided on a part of the surface of the window layer 23 and is in ohmic contact with the window layer 23. Thus, the electrical resistance between the distribution electrode 32 and the window layer 23 is much smaller than the electrical resistance between the transparent conductive film 29 and the window layer 23, and most of the driving current supplied from the pad electrode 31 is As shown by the arrows in FIG. 5, low electrical resistance is shown and continuously flows through the paths of the transparent conductive film 29, the distribution electrode 32, the window layer 23, and the light emitting portion 22. Since the current flowing from the distribution electrode 32 to the window layer 23 is appropriately diffused in the window layer 23, light is emitted from a part of the light emitting part 22, and a part of the current is distributed around the distribution electrode 32. Corresponds to the part located. Therefore, only a small amount of light emission in the light emitting portion 22 is blocked by the distribution electrode 32, and most of the light emission is extracted from the upper portion of the light emitting diode element, so that the light emission efficiency can be improved.

상기 윈도우층(23)은 어떤 전도 형태(ｎ형 또는 ｐ형)에 관계없이 발광 효율의 개선에 기여한다. ｐ형은 일반적으로 이동도가 낮고, 층에서 분배 전극(32)으로부터의 전류가 확산되기 어려워진다. 그러나, 본 발명자는 상기 ｐ형 윈도우층이 특정 조건을 만족하고, 층의 두께, 층의 상기 두께와 캐리어 농도와의 곱, 층의 표면 캐리어 농도 및 층의 재료를 포함하는 요소가 최적화될 때, 결과적인 층은 고휘도 발광의 달성에 크게 기여한다. The window layer 23 contributes to the improvement of luminous efficiency regardless of any conduction form (n-type or X-type). The X-type generally has low mobility and it becomes difficult for the current from the distribution electrode 32 to diffuse in the layer. However, the inventors have found that when the chamfered window layer satisfies certain conditions and the elements including the thickness of the layer, the product of the thickness of the layer and the carrier concentration, the surface carrier concentration of the layer and the material of the layer are optimized, The resulting layer contributes greatly to the achievement of high luminance luminescence.

구체적으로, 본 발명자는 윈도우층(23)이 ｐ형 전도성을 가진 경우, 상기 층이 3㎛ 이상의 두께를 가진다면, 충분한 양의 전류가 상기 층에 확산된다는 것을 발견했다. 그러나, 층의 두께가 지나치게 큰 경우, 층의 표면 상태가 손상된다. 따라서, 층의 두께가 20㎛이하인 것이 바람직하다. 저가격의 관점으로부터, 층의 두께가 10㎛이하인 것이 더 바람직하다. Specifically, the inventors have found that when the window layer 23 has a V-type conductivity, if the layer has a thickness of 3 µm or more, a sufficient amount of current is diffused in the layer. However, if the thickness of the layer is too large, the surface state of the layer is damaged. Therefore, it is preferable that the thickness of a layer is 20 micrometers or less. It is more preferable that the thickness of a layer is 10 micrometers or less from a viewpoint of low price.

또한, 본 발명자는 윈도우층(23)의 두께와 캐리어 농도의 곱이 고휘도 발광을 달성하는데 매우 중요한 요소이고, 그 곱이 5×1014㎝-2 이상인 경우 층이 고휘도 발광을 달성하는 효과를 나타낸다는 것을 발견했다.In addition, the inventors found that the product of the thickness of the window layer 23 and the carrier concentration is a very important factor in achieving high luminance emission, and when the product is 5 × 10 14 cm −2 or more, the layer has an effect of achieving high luminance emission. found.

윈도우층(23)의 표면 캐리어 농도가 1×1018㎝- 3이상인 경우, 층(23)과 분배 전극(32)간의 접촉 저항이 저하되고, 전류 확산을 촉진하고 고휘도 발광을 달성한다.A surface carrier concentration of the window layer 23 is 1 × 10 18 ㎝ - not less than 3, and the contact resistance between layer 23 and the distribution electrodes 32 decrease, facilitate current spreading and achieves high-luminance light emission.

상기 윈도우층(23)의 재료는 발광을 전달하고 충분한 양의 전류를 확산할 수 있는 재료인 것이 바람직하다. 예를 들면, GaP는 GaP 층이 유기 금속 화학 기상 퇴적법(MOCVD법)을 통하여 성장될 수 있고, GaP층의 저저항화 및 층의 두께 증가가 용이하게 달성되기 때문에 윈도우층을 형성하기 위한 최적의 재료이다.The material of the window layer 23 is preferably a material capable of transmitting light emission and diffusing a sufficient amount of current. For example, GaP is optimal for forming a window layer because the GaP layer can be grown through an organometallic chemical vapor deposition method (MOCVD method), and the low resistance of the GaP layer and the increase in the thickness of the layer are easily achieved. It is the material of.

분배 전극(32)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 패드 전극(31)을 둘러싸도록 거의 원형 루프 전극으로 형성된다. 이 루프 전극은 방사상으로 연장되는 부분을 포함한다. 루프 전극의 폭은 20㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이러한 분배 전극(32)의 평면 배치는 전류가 윈도우층(23)에 더 효과적으로 확산되게 하므로 패드 전극(31)으로부터의 구동 전류는 윈도우층(23) 표면의 넓은 범위로 확대될 수 있다.The distribution electrode 32 is formed as an almost circular loop electrode so as to surround the pad electrode 31 as shown in FIG. This loop electrode includes a radially extending portion. It is preferable that the width of a loop electrode is 20 micrometers or less. This planar arrangement of the distribution electrodes 32 allows the current to diffuse more effectively into the window layer 23 so that the drive current from the pad electrode 31 can be extended to a wider range of the surface of the window layer 23.

상술한 바와 같이, 분배 전극(32)은 패드 전극(31)과 겹치지 않도록 제공된다. 그러므로, 패드 전극(31) 바로 아래 영역에서 발광이 약해지고, 대부분의 발광은 패드 전극(31)에 의해 차단되지 않고, 발광 다이오드 소자의 상부 부분으로부터 추출될 수 있어서, 발광 효율을 상당히 개선하고 고휘도 발광을 달성한다.As described above, the distribution electrode 32 is provided so as not to overlap with the pad electrode 31. Therefore, light emission is weakened in the area immediately below the pad electrode 31, and most of the light emission can be extracted from the upper portion of the light emitting diode element without being blocked by the pad electrode 31, thereby significantly improving the light emission efficiency and high luminance light emission. To achieve.

분배 전극(32)의 면적이 패드 전극(31)보다 작게 조정될 때, 발광은 종래의 발광 다이오드 소자의 경우에 비하여 소자의 외부에 더 효율적으로 추출될 수 있으며, 즉 발광 효율이 더 향상될 수 있다.When the area of the distribution electrode 32 is adjusted to be smaller than the pad electrode 31, light emission can be extracted more efficiently on the outside of the device than in the case of the conventional light emitting diode device, that is, the light emission efficiency can be further improved. .

상술한 바와 같이, 분배 전극(32)과 반도체층(24)간의 전기 저항은 전극(32) 및 층(24)간의 오믹 접촉에 의해 작아진다. 따라서, 발광 다이오드 소자의 순방향 전압의 증가가 억제됨으로써, 소자의 수명 특성이 개선될 수 있다.As described above, the electrical resistance between the distribution electrode 32 and the semiconductor layer 24 is reduced by the ohmic contact between the electrode 32 and the layer 24. Therefore, the increase in the forward voltage of the light emitting diode device is suppressed, whereby the life characteristics of the device can be improved.

투명 도전막(29)은 예를 들면, 산화 인듐 주석(ITO)로 형성되고 우수한 투과성을 나타낸다. 특히 스퍼터링법을 통하여 막이 형성될 때, 결과적인 막은 우수한 특성(즉, 저저항 및 고투과율)을 나타낸다. 따라서, 발광부(22)로부터의 실질적인 어떠한 발광도 투명 도전막(29)을 통과할 때 상기 도전막에 흡수되지 않으므로, 발광은 투명 도전막(29)을 통하여 발광 다이오드 소자의 상부 부분으로부터 효율적으로 추출될 수 있다. The transparent conductive film 29 is formed of, for example, indium tin oxide (ITO) and exhibits excellent permeability. In particular, when the film is formed through the sputtering method, the resulting film exhibits excellent properties (i.e., low resistance and high transmittance). Thus, since substantially no light emission from the light emitting portion 22 is absorbed by the conductive film when passing through the transparent conductive film 29, the light emission is efficiently from the upper portion of the light emitting diode element through the transparent conductive film 29. Can be extracted.

패드 전극(31)은 발광 다이오드를 외부 전기 회로에 접속하도록 와이어-본딩을 행하기 위한 전극이므로, 전극(31)은 어느 정도의 면적을 가져야만 한다. 종래의 발광 다이오드 소자의 경우, 패드 전극(31)에서 패드 전극(31) 바로 아래 영역으로 흐르는 구동 전류에 의한 발광은 전극(31)에 의해 차단되어 장치의 외측으로 추출되지 않는다. 따라서, 몇몇 대책이 일반적으로 취해졌다. 예컨대, 절연층은 패드 전극(31)과 발광부(22) 사이에 형성됨으로써 강제적으로 패드 전극(31)에서 전극(31) 바로 아래 영역으로의 구동 전류의 흐름을 방지한다. 반면, 본 발명에 있어서, 구동 전류는 분배 전극(32)을 통한 흐름을 유도할 수 있다. 따라서, 절연층을 가지지 않는 더 간단한 구성으로 구동 전류는 패드 전극(31) 바로 아래 영역으로의 흐름을 방지할 수 있다.Since the pad electrode 31 is an electrode for wire-bonding to connect a light emitting diode to an external electric circuit, the electrode 31 must have a certain area. In the conventional light emitting diode device, light emission due to a driving current flowing from the pad electrode 31 to the region immediately below the pad electrode 31 is blocked by the electrode 31 and is not extracted to the outside of the device. Thus, some measures have been taken in general. For example, the insulating layer is formed between the pad electrode 31 and the light emitting portion 22 to forcibly prevent the flow of the driving current from the pad electrode 31 to the region immediately below the electrode 31. In contrast, in the present invention, the driving current may induce a flow through the distribution electrode 32. Thus, in a simpler configuration having no insulating layer, the driving current can prevent the flow to the region immediately below the pad electrode 31.

투명 도전막(29)의 표면[또는 반도체 층(24)의 표면] 중 발광하면 유효해지는 면의 면적은 상기 필름(29)의 표면적으로부터 패드 전극(31)의 표면적(즉, 도 6에 도시된 평면도에 보여진 면적)을 공제함으로써 얻어진다. 이하 결과적인 면적을 유효 발산 면적(S)이라 칭한다. 발광의 추출은 전극 바로 아래 영역 내의 패드 전극(31)에 의해 차단되고, 이와 같은 현상은 분배 전극(32)의 경우에도 다소 발생한다. 따라서, 본 발명에 있어서, 바람직하게는, 분배 전극(32)의 전체 표면적(즉, 위에서 보았을 때 측정된 면적)은 3%부터 30%까지 유효 발광 면적(S)의 전체 표면적을 포함하여 규정되어, 분배 전극(32)의 표면적이 지나치게 큰 경우에 발생될 수 있는 발광의 추출의 과도한 차단에 의해 야기되는 문제 또는 전극(32)의 표면적이 지나치게 적은 경우에 발생될 수 있는 순방향 전압(Vf)의 증가에 의해 야기되는 문제의 발생을 방지한다.The surface area of the surface of the transparent conductive film 29 (or the surface of the semiconductor layer 24) that becomes effective when light is emitted is the surface area of the pad electrode 31 from the surface area of the film 29 (that is, shown in FIG. 6). It is obtained by subtracting (area shown in plan view). Hereinafter, the resulting area is referred to as the effective divergence area S. The extraction of light emission is blocked by the pad electrode 31 in the region immediately below the electrode, and this phenomenon occurs somewhat in the case of the distribution electrode 32 as well. Thus, in the present invention, preferably, the total surface area (ie, the area measured from above) of the distribution electrode 32 is defined including the total surface area of the effective light emitting area S from 3% to 30%. Of the forward voltage Vf, which may be caused by excessive interruption of extraction of light emission, which may occur when the surface area of the distribution electrode 32 is too large, or when the surface area of the electrode 32 is too small. Prevents the occurrence of problems caused by an increase.

발광의 추출이 전극(32) 바로 아래 영역 내의 분배 전극(32)에 의해 차단되는 현상은 전류가 적절한 방법으로 윈도우층(22)으로 양호하게 발산되는 경우에 발생하는 것보다 적을 수 있다.The phenomenon of extraction of light emission blocked by the distribution electrode 32 in the region immediately below the electrode 32 may be less than what would occur if the current is well diverted to the window layer 22 in an appropriate manner.

이하, 도 7 내지 도 12를 참조하여 본 발명에 의한 반도체 발광 장치의 실시형태를 더 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the semiconductor light emitting apparatus according to the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 7 to 12.

도 7과 도 8은 도 5에 도시된 본 발명에 의한 발광 다이오드 소자의 변형을 나타낸다. 도 8은 소자의 평면도이고, 도 7은 도 8에 도시된 장치의 VII-VII선에서 본 단면도이다. 이 도면에 도시된 본 발명에 의한 발광 다이오드 소자는 황녹광을 발광한다.7 and 8 show a modification of the light emitting diode device according to the present invention shown in FIG. FIG. 8 is a plan view of the device, and FIG. 7 is a sectional view seen from the line VII-VII of the apparatus shown in FIG. The light emitting diode element according to the present invention shown in this figure emits yellowish green light.

반도체 층(24)은 Si 도핑된 n형 15°-오프 (001) GaAs 단결정 기판(21)에 형성된다. 반도체 층(24)은 Si 도핑된 n형 GaAs로 형성되는 버퍼층(25), Si 도핑된 n형 Al0 .5Ga0 .5As/Al0 .9Ga0 .1As 다층막으로 형성되는 DBR 반사층(26), Si 도핑된 n형 Al0 .5In0 .5P층과 비도핑 Al0.5In0.5P층으로 형성되는 하부 클래딩 층(27), 발광 파장이 570nm에 도달되도록 조성이 조정된 비도핑 AlGaInP혼정으로 형성되는 발광층(22), 비도핑 Al0.5In0.5P층과 Zn 도핑된 p형 Al0.5Ga0.5P층으로 형성되는 상부 클래딩 층(28) 및 Zn 도핑된 p형 GaP 윈도우층(23)을 포함하고, 상기 층은 기판을 성공적으로 구성한다.Semiconductor layer 24 is formed on Si doped n-type 15 ° -off (001) GaAs single crystal substrate 21. The semiconductor layer 24 is formed of a Si-doped n-type GaAs buffer layer (25), a Si-doped n-type Al Ga 0 .5 0 .5 DBR reflection layer is formed of As / Al 0 .9 Ga 0 .1 As the multilayer film (26), a Si-doped n-type Al 0 .5 0 .5 in the composition ratio is adjusted such that the lower cladding layer 27, the emission wavelength is formed in a P layer and an undoped Al0.5In0.5P layer reaches 570nm A light emitting layer 22 formed of a doped AlGaInP mixed crystal, an upper cladding layer 28 formed of a undoped Al0.5In0.5P layer and a Zn-doped p-type Al0.5Ga0.5P layer, and a Zn-doped p-type GaP window layer ( 23), said layer successfully constructing the substrate.

반도체 층(24)을 구성하는 각 층(25, 26, 27, 22, 28, 및 23)은 (CH3)3Al, (CH3)3Ga 및 (CH3)3In을 사용한 감압 MOCVD에 의해 기판(21)의 상부에 형성된다. (C2H5)2Zn은 원료를 도핑하는 Zn으로서 이용된다. Si2H6는 원료를 도핑하는 n형으로서 이용된다. 또한, PH3 또는 AsH3은 V족 원소의 원료로서 이용된다. 각 층(25, 26, 27, 22, 28 및 23)은 735℃의 온도로 형성된다.Each layer 25, 26, 27, 22, 28, and 23 constituting the semiconductor layer 24 is subjected to reduced pressure MOCVD using (CH 3 ) 3 Al, (CH 3 ) 3 Ga, and (CH 3 ) 3 In. This is formed on the substrate 21. (C 2 H 5 ) 2 Zn is used as Zn to dope the raw material. Si 2 H 6 is used as the n-type to dope the raw material. In addition, AsH 3 or PH 3 is used as a raw material of Group V elements. Each layer 25, 26, 27, 22, 28 and 23 is formed at a temperature of 735 ° C.

버퍼층(25)의 캐리어 농도와 두께는 각각 약 2×1018㎝-3와 약 0.5㎛로 조정된다. 반사층(26)의 캐리어 농도와 두께는 각각 약 2×1018㎝-3와 약 1.2㎛로 조정된다. 하부 클래딩 층(27)의 캐리어 농도는 약 1×1018㎝-3로 조정된다. 상기 하부 클래딩 층(27)에 있어서, Si 도핑된 n형 층과 비도핑층의 두께는 각각 약 1.3㎛와 0.2㎛로 조정되어 형성된다. 발광층(22)의 두께는 약 1㎛로 조정된다. 상부 클래딩 층(28)에 있어서, 비도핑층과 Zn 도핑된 p형 층의 두께는 각각 0.5㎛와 약 0.5㎛로 조정되어 형성된다. Zn 도핑된 p형 층의 캐리어 농도는 약 6×1017㎝-3로 조정된다.The carrier concentration and the thickness of the buffer layer 25 are adjusted to about 2 x 10 18 cm -3 and about 0.5 mu m, respectively. The carrier concentration and the thickness of the reflective layer 26 are adjusted to about 2 x 10 18 cm -3 and about 1.2 mu m, respectively. The carrier concentration of the lower cladding layer 27 is adjusted to about 1 × 10 18 cm -3 . In the lower cladding layer 27, the thicknesses of the Si doped n-type layer and the undoped layer are adjusted to about 1.3 mu m and 0.2 mu m, respectively. The thickness of the light emitting layer 22 is adjusted to about 1 mu m. In the upper cladding layer 28, the thicknesses of the undoped layer and the Zn doped p-type layer are formed to be adjusted to 0.5 mu m and about 0.5 mu m, respectively. The carrier concentration of the Zn doped p-type layer is adjusted to about 6 × 10 17 cm −3 .

p형 윈도우층(23)의 캐리어 농도와 두께는 각각 약 3×1018㎝-3와 약 6㎛으로 조정된다. 윈도우층(23)의 캐리어 농도 N와 두께 d의 곱, 즉, Nㆍd는 약 1.8×1015㎝-2로 된다.The carrier concentration and thickness of the p-type window layer 23 are adjusted to about 3 x 10 18 cm -3 and about 6 mu m, respectively. The product of the carrier concentration N of the window layer 23 and the thickness d, that is, N · d, is about 1.8 × 10 15 cm −2 .

하부 클래딩 층(27), 발광층(22) 및 상부 클래딩 층(28)은 발광 다이오드 소자의 발광부를 구성한다. 따라서, 발광부는 AlGaInP로 형성된 이중 헤테로 구성을 갖는다.The lower cladding layer 27, the light emitting layer 22, and the upper cladding layer 28 constitute a light emitting part of the light emitting diode device. Thus, the light emitting portion has a double hetero configuration formed of AlGaInP.

발광 다이오드 소자에 있어서, 분배 전극(32)를 형성하기 위해, 우선, 금 베릴륨 합금[Au(99 wt.%)-Be(1 wt.%)] 막(두께 : 약 50㎚)은 일반적으로 이용되는 진공증착 기술에 의해 윈도우층(32)의 전체 표면상으로 임시로 증착되고, 그 다음, 금막(두께 : 약 100㎚)은 금 베릴륨 합금막의 표면상으로 증착된다.In the light emitting diode element, in order to form the distribution electrode 32, first, a gold beryllium alloy [Au (99 wt.%)-Be (1 wt.%)] Film (thickness: about 50 nm) is generally used. The vapor deposition technique is then temporarily deposited onto the entire surface of the window layer 32, and then a gold film (thickness: about 100 nm) is deposited onto the surface of the gold beryllium alloy film.

그 후, 이렇게 형성된 금 베릴륨 합금막(제 1 막)과 금막(제 2 막)으로 이루어진 이중층은 일반적으로 포토리소그래피 기술을 이용하여 패터닝됨으로써 실질적으로 정방형 프레임 형상(폭 : 약 6㎛, 각 변의 사이즈 : 150㎛)을 갖는 분배 전극(32)을 형성한다. 분배 전극(32)의 면적은 약 0.36×10-4㎝-2로 된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 막으로 이루어지는 분배 전극(32)은 전극(32)이 패드 전극(31)을 둘러싸도록 윈도우층(23)의 표면[패드 전극(31)의 바로 아래 영역을 제외한]상에 형성된다. 상기 관점에서, 분배 전극(32)은 대칭적인 거의 사각형상을 띤다.Thereafter, the bilayer consisting of the gold beryllium alloy film (first film) and the gold film (second film) thus formed is generally patterned using photolithography technology to form a substantially square frame shape (width: about 6 mu m, size of each side). : Distribution electrode 32 having a thickness of 150 µm). The area of the distribution electrode 32 is about 0.36 × 10 −4 cm −2 . As shown in Fig. 8, the distribution electrode 32 composed of the first and second films is formed on the surface of the window layer 23 (the pad electrode 31 is disposed so that the electrode 32 surrounds the pad electrode 31). On the lower region]. In view of the above, the distribution electrode 32 is almost square in symmetry.

단결정 기판(21)의 이면상에, 금 게르마늄 합금층(두께 : 약 0.3㎛)이 형성되고, 금층(두께 : 약 0.3㎛)이 그 위에 형성됨으로써 n형 오믹 전극(30)이 형성된다. 그 후, 상기 결과물은 니트로젠 기류하에서 450℃로 10분동안 합금 열처리됨으로써 분배 전극(32)와 윈도우(23) 사이의 오믹 접촉과 n형 오믹 전극(30)과 단결정 기판(21) 사이의 오믹 접촉을 형성한다.On the back surface of the single crystal substrate 21, a gold germanium alloy layer (thickness: about 0.3 mu m) is formed, and a gold layer (thickness: about 0.3 mu m) is formed thereon, whereby the n-type ohmic electrode 30 is formed. The resultant is then subjected to alloy heat treatment at 450 ° C. for 10 minutes under nitrogen airflow to provide ohmic contact between the distribution electrode 32 and the window 23 and ohmic between the n-type ohmic electrode 30 and the single crystal substrate 21. To form a contact.

그 후, ITO(indium tin oxide) 투명 도전막(29)은 공지의 마그네트론 스퍼터링 기술에 의해 윈도우층(23)과 분배 전극(32)의 표면상으로 증착된다. 투명 도전성 필름(29)의 비저항과 두께는 각각 약 4×10-4Ω㎝와 약 500㎚로 조정된다. 상기 필름(29)는 발광 파장에 대해 약 95%의 투과율, 즉 양호한 특성을 나타낸다.Thereafter, an indium tin oxide (ITO) transparent conductive film 29 is deposited on the surface of the window layer 23 and the distribution electrode 32 by a known magnetron sputtering technique. The resistivity and thickness of the transparent conductive film 29 are adjusted to about 4 × 10 −4 Ωcm and about 500 nm, respectively. The film 29 exhibits a transmission of about 95%, ie good properties, over the emission wavelength.

Cr층(두께 : 30㎚)과 금층(두께 : 1㎛)으로 이루어진 다층막은 공지의 마그네트론 스퍼터링 기술에 의해 투명 도전막(29) 상에 형성된다. 일반적으로 이용되는 유기 포토레지스트 재료가 다층에 적용된 후, 패드 전극(31)이 형성된 면은 공지의 포토리소그래피 기술에 의해 패터닝됨으로써 약 110㎛의 직경을 갖는 원형 패드 전극(31)을 형성한다. 패드 전극(31)의 표면적은 약 1×10-4㎠로 된다.A multilayer film made of a Cr layer (thickness: 30 nm) and a gold layer (thickness: 1 µm) is formed on the transparent conductive film 29 by a known magnetron sputtering technique. After the generally used organic photoresist material is applied to the multilayer, the surface on which the pad electrode 31 is formed is patterned by known photolithography techniques to form a circular pad electrode 31 having a diameter of about 110 mu m. The surface area of the pad electrode 31 is about 1 × 10 −4 cm 2.

도 8의 평면도에 도시된 바와 같이, 패드 전극(31)이 형성되어야할 면은 발광 다이오드 소자의 표면의 중심, 즉, 소자의 사각표면 상의 대각선의 교점을 포함하도록 결정된다. 패드 전극(31)이 발광 다이오드 소자의 표면의 중앙에 형성되는 경우, 전류는 발광 다이오드 소자를 통해 일정하게 흐르는 경향을 보이고, 소자 칩의 기울어짐 현상은 패드 전극(31)이 와이어 본딩될 때 발생하지 않는 경향을 보인다.As shown in the plan view of FIG. 8, the surface on which the pad electrode 31 is to be formed is determined to include the center of the surface of the light emitting diode element, that is, the intersection of the diagonal lines on the rectangular surface of the element. When the pad electrode 31 is formed at the center of the surface of the light emitting diode element, current tends to flow uniformly through the light emitting diode element, and the tilting of the element chip occurs when the pad electrode 31 is wire bonded. Tends not to.

그 후, 상기와 같이 형성된 결과물은 일반적으로 이용되는 다이싱 기술에 의해 칩으로 재단됨으로써 정방형 발광 다이오드 소자(크기 : 230㎛×230㎛)를 제작한다. 투명 도전막(29)의 표면적은 약 4×10-4㎠로 되고, 투명 도전막(29)의 표면적으로부터 패드 전극(31)의 표면적을 공제한 유효 발광 면적(S)은 약 3×10-4㎠로 계산된다. 분배 전극(32)의 전체 표면적은 약 0.36×10-4㎠로 되고, 유효 발광 면적(S)의 전체 표면적에 대한 비율은 약 12%로 계산된다.Thereafter, the resultant formed as described above is cut into chips by a dicing technique generally used to produce a square light emitting diode element (size: 230 mu m x 230 mu m). The surface area of the transparent conductive film 29 is about 4 × 10 −4 cm 2, and the effective light emitting area S obtained by subtracting the surface area of the pad electrode 31 from the surface area of the transparent conductive film 29 is about 3 × 10 −. It is calculated as 4 cm 2. The total surface area of the distribution electrode 32 is about 0.36 × 10 −4 cm 2, and the ratio of the effective light emitting area S to the total surface area is calculated as about 12%.

순방향 전류가 상기와 같이 형성된 발광 다이오드 소자의 오믹 전극(30)과 패드 전극(31)을 통해 흐르면, 황녹광(파장 : 약 570㎚)은 투명 도전막(29)의 표면을 통해 발광된다. 20㎃의 전류가 흐르면, 순방향 전압(Vf:20㎃에 대하여)은 분배 전극(32)의 양호한 오믹 특성과 윈도우층(23)의 전류 확산 효과에 의해 약 2V로 된다.When a forward current flows through the ohmic electrode 30 and the pad electrode 31 of the light emitting diode element formed as described above, yellowish green light (wavelength: about 570 nm) is emitted through the surface of the transparent conductive film 29. When a current of 20 mA flows, the forward voltage (for Vf: 20 mA) becomes about 2 V due to the good ohmic characteristics of the distribution electrode 32 and the current diffusion effect of the window layer 23.

발광 다이오드 소자의 주변부에 형성된 오믹 분배 전극(32)의 효과 및 윈도우(23)의 효과에 의해 발광은 발광 다이오드 소자의 주변부에서 관찰되고 간단한 방법으로 측정되는 소자 칩으로부터의 발광의 강도는 약 40 mcd로 된다. 구동 전류가 분배 전극(32)과 윈도우층(23)에 의해 소자를 통해 일정하게 확산되기 때문에, 실질적으로 일정한 강도의 광은 투명 도전막(29)의 표면상의 임의의 부분을 통해서도 발광된다.Due to the effect of the ohmic distribution electrode 32 formed on the periphery of the light emitting diode element and the effect of the window 23, the intensity of the light emission from the element chip observed at the periphery of the light emitting diode element and measured by a simple method is about 40 mcd. It becomes Since the driving current is uniformly diffused through the element by the distribution electrode 32 and the window layer 23, light of substantially constant intensity is also emitted through any portion on the surface of the transparent conductive film 29.

상기 제 1 실시형태에 있어서, Zn 또는 Si는 도펀트로서 이용된다. 그러나, Mg, Te 또는 Se와 같은 공지의 도펀트도 이용되고, 상기한 바와 유사한 효과를 얻을 수 있다. 상기 제 1 실시형태에 있어서, 이중 헤테로 구조는 발광층(22)에 적용된다. 그러나, 발광층(22)이 MQW 구조를 갖더라도 상기한 바와 유사한 효과를 얻을 수 있다.In the first embodiment, Zn or Si is used as the dopant. However, known dopants such as Mg, Te or Se are also used, and effects similar to those described above can be obtained. In the first embodiment, the double heterostructure is applied to the light emitting layer 22. However, even if the light emitting layer 22 has an MQW structure, similar effects to those described above can be obtained.

상기한 바와 같이, 제 1 실시예에 의한 발광 다이오드 소자에 있어서, 윈도우층(23)의 두께와 캐리어 농도는 각각 약 6㎛와 약 3×1018㎝-3이고, 윈도우층(23)캐리어 농도 N과 두께 d의 곱, 즉, Nㆍd는 약 1.8×1015㎝-2이다. 상기 발광 다이오드 소자는 실시예 1 의 발광 다이오드 소자이다. 윈도우층의 두께와 캐리어 농도가 표5에 표시된 바와 같이 변경되는 것을 제외하고 상기 실시예 1의 처리(제 1 실시형태)를 반복함으로써 발광 다이오드 소자의 다섯가지 형태(실시예 2, 3, 4, 5 및 6)를 제작한다. 실시예 1 내지 6에 의한 각 발광 다이오드 소자의 Vf 수치와 발광 강도를 측정한다. 그 결과는 아래 표 5에 나타낸다.As described above, in the light emitting diode device according to the first embodiment, the thickness and carrier concentration of the window layer 23 are about 6 μm and about 3 × 10 18 cm −3 , respectively, and the window layer 23 carrier concentration is The product of N and the thickness d, ie N · d, is about 1.8 × 10 15 cm −2 . The light emitting diode element is the light emitting diode element of Example 1. By repeating the process of Example 1 (the first embodiment) except that the thickness of the window layer and the carrier concentration were changed as shown in Table 5, five types of light emitting diode elements (Examples 2, 3, 4, 5 and 6). The Vf value and the light emission intensity of each light emitting diode element according to Examples 1 to 6 were measured. The results are shown in Table 5 below.

Figure 112005044208243-pct00005
Figure 112005044208243-pct00005

윈도우층이 형성되지 않은 것을 제외하고 실시예 1의 소자와 같은 구조를 갖는 발광 다이오드 소자는 비교를 위해 제작된다. 이렇게 제작된 비교용 소자의 상기 Vf 수치와 발광 강도는 실시예 1 내지 6에 의한 각 발광 다이오드 소자와 비교된다. 그 결과는 상기 표 5에 나타낸다.The light emitting diode device having the same structure as the device of Example 1 except that the window layer was not formed was fabricated for comparison. The Vf value and the luminescence intensity of the comparative element thus produced are compared with the respective light emitting diode elements according to Examples 1 to 6. The results are shown in Table 5 above.

표 5에 도시된 바와 같이, 비교예에 의한 발광 다이오드 소자의 상기 Vf 수치(20㎃에 대한)는 실시예 1 내지 6에 의한 각각의 발광 다이오드 소자의 Vf 수치, 즉 1.99V 부터 2.02V 보다 높은 약 2.2V이다. 비교예의 소자에 있어서, 발광은 오믹 전극 바로 아래 영역과 전극 주위면에만 발생하고, 이렇게 많은 발광양은 전극에 의해 차단되어 소자의 외측으로 추출되지 않는다. 따라서, 비교 소자는 낮은 휘도, 즉, 15 mcd보다 적은 휘도를 갖는 광이 발광된다. 반면, 실시예 1 내지 6의 비교 소자는 30 mcd 부터 42 mcd까지의 휘도를 갖는 광을 발광한다.As shown in Table 5, the Vf value (for 20 kHz) of the light emitting diode device according to the comparative example is higher than the Vf value of each light emitting diode device according to Examples 1 to 6, that is, from 1.99V to 2.02V. It is about 2.2V. In the device of the comparative example, light emission only occurs in the region just below the ohmic electrode and the electrode peripheral surface, and so much light emission is blocked by the electrode and is not extracted to the outside of the device. Thus, the comparison element emits light having a low luminance, that is, a luminance of less than 15 mcd. On the other hand, the comparative elements of Examples 1 to 6 emit light having a luminance from 30 mcd to 42 mcd.

비교예의 소자와 예의 소자 사이의 비교는 본 발명에 의한 발광 다이오드 소자가 낮은 레벨의 Vf를 유지하는 동안 높은 휘도의 광을 발광한다는 것을 나타낸다.Comparison between the device of the comparative example and the device of the example shows that the light emitting diode device according to the present invention emits light of high luminance while maintaining a low level of Vf.

도 9 내지 도 12는 분배 전극의 다른 모범적인 배치를 나타내는 평면도이다. 상기 실시예에 있어서, 연속 루프 분배 전극이 제공되어 패드 전극을 둘러싼다. 그러나, 도 9에 도시된 바와 같이, 분배 전극(32)은 패드 전극(31)의 주위에 배치되는 분리된 각 루프 전극으로 형성된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 분배 전극(32)은 루프 전극의 선형 조합을 취할 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 분배 전극(32)은 루프 전극의 격자 배치로 형성될 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 분배 전극(32)은 루프 전극의 조합과 개별적으로 분리된 전극으로 형성될 수 있다.9-12 are plan views showing another exemplary arrangement of the distribution electrodes. In this embodiment, a continuous loop distribution electrode is provided to surround the pad electrode. However, as shown in FIG. 9, the distribution electrode 32 is formed of each separated loop electrode disposed around the pad electrode 31. As shown in FIG. 10, distribution electrode 32 may take a linear combination of loop electrodes. As shown in FIG. 11, the distribution electrode 32 may be formed by lattice arrangement of the loop electrodes. As shown in FIG. 12, the distribution electrode 32 may be formed as an electrode separately from the combination of the loop electrodes.

상기한 바와 같이, 분배 전극(32)은 개별적으로 분산된 전극, 루프 전극의 연속 벨트 또는 평면 전극(s)으로 형성될 수 있다.As described above, the distribution electrodes 32 may be formed of individually distributed electrodes, continuous belts of loop electrodes, or planar electrodes s.

분배 전극(32)이 루프 전극의 연속 벨트로 형성되는 경우에, 전극은 정방형, 장방형, 원형, 타원형 또는 다각형과 같은 임의의 형상을 취할 수 있다. 한편, 분배 전극(7)이 개별적으로 분산된 전극으로 형성되는 경우에, 분산된 전극은 방사상, 원주상 또는 나선 패턴과 같은 임의의 패턴을 취할 수 있다.In the case where the distribution electrode 32 is formed of a continuous belt of loop electrodes, the electrodes can take any shape, such as square, rectangular, circular, elliptical or polygonal. On the other hand, in the case where the distribution electrodes 7 are formed of individually dispersed electrodes, the distributed electrodes may take any pattern such as radial, circumferential or spiral patterns.

분배 전극, 투명 도전막 및 패드 전극은 실시예 1의 조건하에 표 4의 샘플 I에 도시된 나타낸 바와 같은 소자의 윈도우층에 형성된다. Vf, 휘도 및 발광 파장은 샘플 I와 같은 조건하에 측정된다. 그 결과는 실시예 7로서 아래 표 6에 나타낸다. 실시예 7의 휘도 향상과 Vf 감소는 샘플 I와 비교하여 명확히 확인될 수 있다.The distribution electrode, the transparent conductive film and the pad electrode were formed in the window layer of the device as shown in Sample I of Table 4 under the conditions of Example 1. Vf, luminance and emission wavelength are measured under the same conditions as sample I. The results are shown in Table 6 below as Example 7. The luminance improvement and Vf reduction of Example 7 can be clearly seen in comparison with Sample I.

Figure 112005044208243-pct00006
Figure 112005044208243-pct00006

또한, 본 발명은 소자의 윈도우층(9)이 분배 전극(32)에 형성된 도 13에 도시되어 있는 AlGaInP의 활성층(6)을 갖는 이중 헤테로 구조 발광 다이오드 소자를 포함한다. 윈도우층의 결정성이 향상된 발광 다이오드 소자를 얻는 이러한 구조는 휘도가 향상되고 발광 효과가 양호해진다.The present invention also includes a dual heterostructure light emitting diode device having an active layer 6 of AlGaInP shown in FIG. 13 in which a window layer 9 of the device is formed on a distribution electrode 32. Such a structure of obtaining a light emitting diode element having improved crystallinity of the window layer has improved luminance and good luminous effect.

본 발명의 상기 구조에 의하면, 제공될 수 있는 효과는 아래와 같다.According to the above structure of the present invention, the effects that can be provided are as follows.

AlGaInP 활성층을 갖는 본 발명에 의한 이중 헤테로 구조 발광 다이오드 소자에 있어서, 상기한 바와 같이, 양극 측 클래딩층은 활성층에 접하고 0.5㎛ 이상의 두께로 성장한 비도핑 AlInP층 및 P형 도전율을 갖도록 도핑되고 윈도우층과 접하고 비도핑 AlInP층의 에너지 밴드 갭 수치와 윈도우층의 에너지 밴드 갭 수치 사이의 중간 에너지 밴드 갭 수치를 갖는 중간층으로 구성된다. 따라서, Vf는 반으로 감소할 수 있고 휘도는 거의 두배가 될 수 있다.In the dual heterostructure light emitting diode device according to the present invention having the AlGaInP active layer, as described above, the anode-side cladding layer is doped to have an undoped AlInP layer and a P-type conductivity in contact with the active layer and grown to a thickness of 0.5 µm or more. And an intermediate layer having an intermediate energy band gap value between the energy band gap value of the undoped AlInP layer and the energy band gap value of the window layer. Thus, Vf can be reduced in half and the brightness can be nearly doubled.

고온으로 윈도우층을 성장시킴으로써 윈도우층의 결정성을 개선하고 그 성장은 도핑되는 동안 고속으로 진행된다. 이와 같은 처리를 통해 Vf를 약 0.16V로 낮출 수 있고 휘도를 80%이상까지 개선할 수 있다.Growing the window layer at high temperature improves the crystallinity of the window layer and its growth proceeds at high speed while being doped. Through this process, Vf can be lowered to about 0.16V and luminance can be improved up to 80% or more.

음극 측 클래딩층 활성층측에 비도핑층을 제공함으로써 Vf는 약 0.2V까지 낮출 수 있고, 휘도는 거의 두배가 될 수 있다.By providing an undoped layer on the cathode side cladding layer active layer side, Vf can be lowered to about 0.2V, and the brightness can be nearly doubled.

음극 측 반도체층의 도펀트로서 실리콘을 사용함으로써 그렇지 않은 경우에 처리 온도의 증가를 야기할 수 있는 문제를 방지할 수 있다. 즉, 이러한 문제가 발생하지 않는다.By using silicon as the dopant of the cathode-side semiconductor layer, it is possible to prevent the problem that may otherwise cause an increase in the processing temperature. That is, this problem does not occur.

또한, 본 발명에 의한 발광 다이오드 소자에 있어서, 분배 전극은 윈도우층의 표면 부분에 제공되고 윈도우층과 오믹 접촉된다. 따라서, 분배 전극과 윈도우층 사이의 전기적 저항은 투명 도전막과 윈도우층 사이의 전기적 저항보다 대폭 작아져 패드 전극으로부터 공급된 대부분의 구동 전류는 낮은 전기적 저항을 나타내고 연속적으로 투명 도전막, 분배 전극, 윈도우층 및 발광부의 경로를 통하여 흐른다. 분배 전극으로부터 윈도우층으로 흐르는 전류가 윈도우층으로 적절히 확산되기 때문에, 광은 대응하는 발광부로부터 분배 전극 주위에 위치된 부분으로 발광된다. 따라서, 발광부로부터의 적은 양의 발광은 분배 전극에 의해 차단되고 대부분의 빛의 발광은 발광 다이오드 소자의 상부로부터 추출될 수 있음으로써 발광 효율을 개선할 수 있다.Further, in the light emitting diode element according to the present invention, the distribution electrode is provided on the surface portion of the window layer and is in ohmic contact with the window layer. Therefore, the electrical resistance between the distribution electrode and the window layer is significantly smaller than the electrical resistance between the transparent conductive film and the window layer, so that most of the driving current supplied from the pad electrode exhibits low electrical resistance, and the transparent conductive film, the distribution electrode, It flows through the path of a window layer and a light emitting part. Since the current flowing from the distribution electrode to the window layer is appropriately diffused into the window layer, light is emitted from the corresponding light emitting portion to a portion located around the distribution electrode. Therefore, a small amount of light emission from the light emitting portion can be blocked by the distribution electrode and most light emission can be extracted from the top of the light emitting diode element, thereby improving the light emission efficiency.

윈도우층이 P형 도전율인 경우에, 층의 두께는 3㎛이상으로 정해지므로, 전류의 충분한 양이 층으로 확산된다.In the case where the window layer is P-type conductivity, the thickness of the layer is determined to be 3 µm or more, so that a sufficient amount of current diffuses into the layer.

윈도우층이 P형 도전율인 경우에 있어서, 층의 두께와 캐리어 농도의 곱은 5×1014㎝-2 이상으로 정해지므로, 층은 효과적으로 고휘도의 발광을 달성한다.In the case where the window layer is P-type conductivity, the product of the layer thickness and the carrier concentration is determined to be 5 × 10 14 cm −2 or more, so that the layer effectively achieves high luminance light emission.

윈도우층이 P형 도전율인 경우에, 층의 표면 캐리어 농도는 1×1018㎝-3이상으로 정해지므로, 층과 분배 전극 사이의 접촉 저항은 낮아지고, 전류 확산의 촉진과 고휘도의 발광이 이루어진다.When the window layer is P-type conductivity, the surface carrier concentration of the layer is determined to be 1 × 10 18 cm -3 or more, so that the contact resistance between the layer and the distribution electrode is lowered, thereby promoting current diffusion and emitting high luminance. .

윈도우층이 불순물로서 Zn 또는 Mg를 포함하는 P형 GaP로 형성되기 때문에, 층은 발광에 대해 투명하고 전류의 충분한 양을 확산할 수 있다. 또한, 층의 최적 화뿐만 아니라 층의 두께와 윈도우층의 저항의 감소가 용이하게 달성된다.Since the window layer is formed of P-type GaP containing Zn or Mg as impurities, the layer is transparent to light emission and can diffuse a sufficient amount of current. In addition, the optimization of the layer as well as the reduction of the thickness of the layer and the resistance of the window layer are easily achieved.

Claims (40)

AlGaInP 활성층(6);AlGaInP active layer 6; 상기 활성층을 샌드위치하고 상기 활성층의 에너지 밴드갭값보다 큰 에너지 밴드갭값을 갖는 양극 측 클래딩층(7, 8) 및 음극 측 클래딩층(4, 5); 및 An anode side cladding layer (7, 8) and a cathode side cladding layer (4, 5) sandwiching the active layer and having an energy band gap value greater than the energy band gap value of the active layer; And 상기 양극 측 클래딩층 상에 형성되고 상기 활성층보다 큰 에너지 밴드갭값을 갖는 윈도우층(9)을 포함하고; A window layer (9) formed on said anode side cladding layer and having an energy bandgap value greater than said active layer; 상기 양극 측 클래딩층은 0.5㎛이상의 두께를 갖도록 성장되고 활성층에 접하는 비도핑 AlInP층(7); 및 p형 전도성을 띠도록 도핑되며, 윈도우층에 접하고 상기 비도핑 AlInP층의 에너지 밴드갭값과 상기 윈도우층의 에너지 밴드갭 사이에 중간 에너지 밴드갭값을 갖는 중간층(8)을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자.The anode-side cladding layer is grown to have a thickness of 0.5 mu m or more and an undoped AlInP layer 7 in contact with the active layer; And an intermediate layer 8 doped to have a p-type conductivity, the intermediate layer 8 being in contact with the window layer and having an intermediate energy bandgap value between the energy bandgap value of the undoped AlInP layer and the energy bandgap of the window layer. Light emitting diode device. AlGaInP 활성층(6); AlGaInP active layer 6; 상기 활성층을 샌드위치하고 상기 활성층의 에너지 밴드갭값보다 큰 에너지 밴드갭값을 갖는 양극 측 클래딩층(7, 8) 및 음극 측 클래딩층(4, 5); 및An anode side cladding layer (7, 8) and a cathode side cladding layer (4, 5) sandwiching the active layer and having an energy band gap value greater than the energy band gap value of the active layer; And 상기 양극 측 클래딩층 상에 형성되고 상기 활성층보다 큰 에너지 밴드갭값을 갖는 윈도우층(9)을 포함하고; A window layer (9) formed on said anode side cladding layer and having an energy bandgap value greater than said active layer; 상기 윈도우층은 도펀트로서 기능하는 아연의 존재하에 730℃ 이상의 온도 및 7.8㎛/시간 이상의 성장 속도로 성장되는 GaP층인 것을 특징으로 하는 발광 다 이오드 소자.Wherein said window layer is a GaP layer grown at a temperature of at least 730 ° C. and at a growth rate of at least 7.8 μm / hour in the presence of zinc functioning as a dopant. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 양극 측 클래딩층은 0.5㎛이상의 두께를 갖도록 성장되고 활성층에 접하는 비도핑 AlInP층(7); 및 p형 전도성을 띠도록 도핑되며, 윈도우층에 접하고, 상기 비도핑 AlInP층의 에너지 밴드갭값과 윈도우층의 에너지 밴드갭값 사이에 중간 에너지 밴드갭을 갖는 중간층(8)을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자.The anode-side cladding layer is grown to have a thickness of 0.5 mu m or more and an undoped AlInP layer 7 in contact with the active layer; And an intermediate layer 8 which is doped to have a p-type conductivity and is in contact with the window layer and has an intermediate energy bandgap between an energy bandgap value of the undoped AlInP layer and an energy bandgap value of the window layer. Light emitting diode device. AlGaInP의 활성층(6); Active layer 6 of AlGaInP; 상기 활성층을 샌드위치하고 상기 활성층의 에너지 밴드갭값보다 큰 에너지 밴드갭값을 갖는 양극 측 클래딩층(7, 8) 및 음극 측 클래딩층(4, 5); 및 An anode side cladding layer (7, 8) and a cathode side cladding layer (4, 5) sandwiching the active layer and having an energy band gap value greater than the energy band gap value of the active layer; And 상기 양극 측 클래딩층 상에 형성되며 상기 활성층보다 큰 에너지 밴드갭값을 갖는 윈도우층(9)을 포함하며; A window layer (9) formed on said anode side cladding layer and having a larger energy bandgap value than said active layer; 상기 음극 측 클래딩층은 활성층에 접하고 0.1㎛이상의 두께를 갖는 비도핑 AlInP층(5)을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자.The cathode side cladding layer comprises an undoped AlInP layer (5) in contact with the active layer and having a thickness of at least 0.1 μm. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 음극 측 클래딩층은 상기 비도핑 AlInP층의 음극 측단에 접하고 도펀트로서 기능하는 실리콘을 함유하는 ｎ형 클래딩층(4)을 포함하는 것을 특징으로 하 는 발광 다이오드 소자.The cathode side cladding layer comprises an n-type cladding layer (4) containing silicon in contact with the cathode side end of the undoped AlInP layer and functioning as a dopant. 비화 갈륨(GaAs) 기판(1)상에 버퍼층(2)을 퇴적하는 공정; Depositing a buffer layer 2 on a gallium arsenide (GaAs) substrate 1; 상기 버퍼층상에 n형 반사층(3)을 제공하는 공정; Providing an n-type reflective layer (3) on the buffer layer; 상기 반사층상에 실리콘-도핑된 ｎ형 클래딩층(4)을 퇴적하는 공정; Depositing a silicon-doped n-type cladding layer (4) on the reflective layer; 상기 ｎ형 클래딩층상에 제 1 비도핑 AlInP층(5)을 제공하는 공정; Providing a first undoped AlInP layer (5) on the n-type cladding layer; 상기 제 1 비도핑 AlInP층상에 AlGaInP 활성층(6)을 제공하는 공정; Providing an AlGaInP active layer (6) on said first undoped AlInP layer; 상기 활성층상에 제 2 비도핑 AlInP층(7)을 제공하는 공정; Providing a second undoped AlInP layer (7) on the active layer; 상기 제 2 비도핑 AlInP층상에 ｐ형 중간층(8)을 제공하는 공정; 및Providing a V-type intermediate layer (8) on said second undoped AlInP layer; And 상기 ｐ형 중간층 상에 윈도우층으로서 기능하는 아연-도핑된 p형 GaP층(9)을 730℃ 이상의 온도 및 7.8㎛/시간 이상의 성장 속도로 성장시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자의 제조 방법.Growing a zinc-doped p-type GaP layer 9 functioning as a window layer on the X-type intermediate layer at a temperature of at least 730 ° C. and a growth rate of at least 7.8 μm / hour. Manufacturing method. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 5, 상기 윈도우층의 표면의 일부에 형성되고 상기 윈도우층과 오믹 접촉하는 분배 전극(32); A distribution electrode 32 formed on a portion of the surface of the window layer and in ohmic contact with the window layer; 상기 윈도우층과 상기 분배 전극의 표면을 커버하도록 형성되고 그 분배 전극과 도통하는 투명 도전막(29); 및 A transparent conductive film (29) formed to cover the window layer and the surface of the distribution electrode and conductive with the distribution electrode; And 상기 투명 도전막의 표면의 일부에 형성되고 그 투명 도전막과 도통하는 패드 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자.And a pad electrode formed on a part of the surface of the transparent conductive film and conductive with the transparent conductive film. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 윈도우층은 3㎛ 내지 20㎛의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자.The window layer is a light emitting diode device, characterized in that having a thickness of 3㎛ 20㎛. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 윈도우층은 두께와 캐리어 농도를 갖고, 그 곱은 5×1014㎝-2이상인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자.The window layer has a thickness and a carrier concentration, the product of which is more than 5 × 10 14 cm -2 . 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 윈도우층은 1×1018㎝-3이상의 표면 캐리어 농도를 가지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자.The window layer has a surface carrier concentration of 1 × 10 18 cm -3 or more. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 분배 전극은 평면적으로 볼 때 패드 전극과 겹치지 않도록 반도체층 표면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자.And the distribution electrode is formed on the surface of the semiconductor layer so as not to overlap with the pad electrode in plan view. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 분배 전극의 면적은 패드 전극의 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자.The area of the distribution electrode is smaller than the area of the pad electrode, the light emitting diode device. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 분배 전극은 유효 방사 면적의 3%이상 30%이하의 합계 표면적을 가지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자.And the distribution electrode has a total surface area of 3% or more and 30% or less of the effective emission area. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 분배 전극은 금합금으로 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자.The distribution electrode is a light emitting diode device, characterized in that formed of gold alloy. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 투명 도전막은 산화 인듐 주석으로 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자.The transparent conductive film is a light emitting diode device, characterized in that formed of indium tin oxide. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 패드 전극은 평면적으로 볼 때 소자 표면의 중심에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자.The pad electrode is formed in the center of the surface of the device when viewed in plan view. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 패드 전극은 금으로 형성된 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자.The pad electrode has a surface formed of gold. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 패드 전극은 다층막으로 형성되고, 투명 도전막과 접하는 크롬으로 형성된 층을 가지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자.The pad electrode is formed of a multilayer film and has a layer formed of chromium in contact with the transparent conductive film. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 분배 전극은 패드 전극을 둘러싸는 거의 사각형 또는 원형을 갖는 루프 전극으로 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자.And the distribution electrode is formed of a loop electrode having an almost square or circular shape surrounding the pad electrode. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 분배 전극은 20㎛ 이하의 폭을 갖는 루프 전극인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자.The distribution electrode is a light emitting diode device, characterized in that the loop electrode having a width of 20㎛ or less.
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