KR100661606B1 - 질화물 반도체 소자 - Google Patents

질화물 반도체 소자 Download PDF

Info

Publication number
KR100661606B1
KR100661606B1 KR1020050095335A KR20050095335A KR100661606B1 KR 100661606 B1 KR100661606 B1 KR 100661606B1 KR 1020050095335 A KR1020050095335 A KR 1020050095335A KR 20050095335 A KR20050095335 A KR 20050095335A KR 100661606 B1 KR100661606 B1 KR 100661606B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
nitride semiconductor
type
semiconductor device
type cladding
Prior art date
Application number
KR1020050095335A
Other languages
English (en)
Inventor
심현욱
김제원
한상헌
강중서
이동주
이현진
Original Assignee
삼성전기주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전기주식회사 filed Critical 삼성전기주식회사
Priority to KR1020050095335A priority Critical patent/KR100661606B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100661606B1 publication Critical patent/KR100661606B1/ko

Links

Images

Landscapes

  • Led Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 질화물 반도체 소자에 관한 것으로서, 동작 전압을 낮추고, 발광 효율을 높일 수 있으며, ESD 내성을 강화시킬 수 있는 효과가 있다.
이를 위한 본 발명에 의한 질화물 반도체 소자는, 기판; 상기 기판 상에 형성되어 있는 n형 클래드층; 상기 n형 클래드층 상의 일부분에 형성되어 있는 활성층; 상기 활성층 상에 형성되어 있는 p형 클래드층; 상기 p형 클래드층 상에 형성되며, 서로 다른 에너지 밴드를 가지는 질화물 반도체층이 순차적으로 적층된 다층 구조의 p형 초격자층으로 구성된 p형 콘택층; 상기 p형 콘택층 상에 형성되어 있는 p형 전극; 및 상기 활성층이 형성되지 않은 n형 클래드층 상에 형성되어 있는 n형 전극을 포함한다.
질화물, 초격자층, 동작 전압, 정전기방전(ESD), 에너지 밴드

Description

질화물 반도체 소자{Nitride semiconductor device}
도 1은 종래 기술에 따른 질화물 반도체 소자(LED)의 구조를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물 반도체 소자(LED)의 구조를 나타낸 단면도.
도 3은 제 1 실시예의 제 1 변형예에 따른 p형 초격자층을 나타낸 부분 단면도.
도 4는 도 3의 p형 초격자층의 에너지 밴드갭 프로파일의 일례를 개략적으로 나타낸 그래프.
도 5는 제 1 실시예의 제 2 변형예에 따른 p형 초격자층을 나타낸 부분 단면도.
도 6은 도 5의 p형 초격자층의 에너지 밴드갭 프로파일의 일례를 개략적으로 나타낸 그래프.
도 7은 제 1 실시예의 제 3 변형예에 따른 p형 초격자층을 나타낸 부분 단면도.
도 8은 도 7의 p형 초격자층의 에너지 밴드갭 프로파일의 일례를 개략적으로 나타낸 그래프.
도 9는 제 1 실시예의 제 4 변형예에 따른 p형 초격자층을 나타낸 부분 단면도.
도 10은 도 9의 p형 초격자층의 에너지 밴드갭 프로파일의 일례를 개략적으로 나타낸 그래프.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 각각의 질화물 반도체 소자(LED)의 구조를 나타낸 단면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100: 기판 110: 버퍼층
120: n형 클래드층 130: 활성층
140: p형 클래드층 200: p형 초격자층
160: 투명 도전체층 170: p형 전극
180: n형 전극
본 발명은 발광다이오드(LED), 레이저다이오드(LD) 등의 발광소자, 태양전지, 광센서 등의 수광소자, 또는 트랜지스터, 파워디바이스 등의 전자디바이스에 사용되는 질화물 반도체 소자에 관한 것이다.
최근, GaN 등의 Ⅲ-Ⅴ 질화물 반도체는, 우수한 물리적, 화화적 특성으로 인해 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD) 등의 발광 소자의 핵심 소재로 각광을 받고 있다. Ⅲ-Ⅴ 질화물 반도체 재료를 이용한 LED 혹은 LD는 청색 또는 녹색 파장대의 광을 얻기 위한 발광 소자에 많이 사용되고 있으며, 이러한 발광 소자는 전광판, 조명 장치 등 각종 제품의 광원으로 응용되고 있다. 상기 Ⅲ-Ⅴ 질화물 반도체는 통상 InXAlYGa1-X-YN (0≤X, 0≤Y, X+Y≤1)의 조성식을 갖는 GaN계 물질로 이루어져 있다.
그러면, 이하 도 1을 참조하여 상기와 같이 Ⅲ-Ⅴ 질화물 반도체를 사용한 종래의 질화물 반도체 소자(LED)에 대해 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 질화물 반도체 소자(LED)의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래 기술에 따라 질화물 반도체를 사용한 LED 소자는, 광투과성 기판인 사파이어 기판(100) 상에 GaN으로 된 버퍼층(110), n형 클래드층(120), 단일 양자 우물(SQW) 구조의 InGaN 또는 InGaN을 함유하는 다중 양자 우물(MQW) 구조의 활성층(130), p형 클래드층(140)이 순차 적층된 기본 구조를 가진다.
그리고, 상기 p형 클래드층(140)과 활성층(130)은 일부 메사 식각(mesa etching) 공정에 의하여 그 일부 영역이 제거된 바, n형 클래드층(120)의 일부 상면이 노출되어 있다. 또한, 노출된 n형 클래드층(120)의 상면에는 n형 전극(180) 이 형성되어 있고, p형 클래드층(140) 상에는 오믹(ohmic) 특성 향상을 위한 p형 콘택층(150), 투명 도전체층(160), 및 p형 전극(170)이 순차 적층된 구조로 형성되어 있다.
상술한 바와 같이, 상기 질화물 반도체 소자(LED)는 InGaN으로 이루어진 우물층(well layer)을 갖는 단일 양자 우물 또는 다중 양자 우물 구조의 활성층(130)을 갖는 이중 헤테로 구조를 채용할 수 있다.
특히, 상기 질화물 반도체 소자(LED)에 있어서, 다중 양자 우물 구조는 다수개의 미니 밴드를 갖고 효율이 좋으며, 작은 전류에서도 발광이 가능하므로, 단일 양자 우물 구조보다 발광 출력이 높게 되는 등의 소자특성의 향상이 기대되고 있다. 이는 일본 특허공개공보 평10-135514호에서 발광 효율 및 발광 광도를 향상시키기 위해, 언도프(undoped) GaN의 장벽층과 언도프 InGaN의 우물층으로 이루어진 다중 양자 우물 구조를 갖는 활성층을 개시하고 있으며, 이와 더불어 상기 활성층의 장벽층보다도 큰 밴드갭을 갖는 클래드층을 포함하는 질화물 반도체 소자를 개시하고 있다.
그런데, 상기 활성층을 다중 양자 우물 구조로 하면, 높은 발광 효율 및 발광 광도는 얻을 수 있었으나, 질화물 반도체 소자를 조명용 광원이나 옥외 디스플레이의 광원으로 사용하기에는 발광 효율 및 발광 광도 즉, 광 출력에 있어서 한계가 있다. 또한, 상기 활성층을 다중 양자 우물 구조로 하면, 단일 양자 우물 구조일때와 비교하여 활성층 전체의 두께가 두껍기 때문에, 종방향의 직렬저항이 높게 되고, 특히, LED 소자의 경우에는 동작 전압(Vf)이 높아지는 문제가 있다.
그러나, 상기와 같이, LED 소자의 동작 전압이 높아지게 되면 전류밀도의 집중으로 인해 LED 소자의 중심파장이 짧아지는 단파장화(blue-shift)가 발생하므로, 발광 효율이 감소하는 문제가 있다.
또한, 상기 질화물 반도체를 사용하는 발광 소자는 통상 정전기 방전(ESD)에 대한 내성이 약하기 때문에, 정전기 방전 특성을 개선시킬 필요가 있다. 특히, 질화물 반도체 LED 소자 또는 LD 소자는 이를 취급하거나 사용하는 과정에서, 사람이나 사물에서 쉽게 발생되는 정전기에 의해 파손될 수 있는 문제가 있다.
이에 따라, ESD로 인한 질화물 반도체 소자의 손상을 억제하기 위해, 최근 다양한 연구들이 진행되고 있다. 예를 들어, 미국특허 제6,593,597호는, 동일 기판에 LED 소자와 쇼트키 다이오드를 집적하여 LED 소자와 쇼트키 다이오드를 병렬로 연결시켜 ESD로부터 LED 소자를 보호하는 기술을 개시하고 있다. 그 외에도, ESD 내성을 개선시키기 위해, LED 소자를 제너 다이오드(zenor diode)와 병렬 연결시키는 방법이 제시된 바 있다.
그러나, 이와 같은 방안들은 별도의 제너 다이오드를 구입하여 조립하거나 쇼트키 접합을 형성시켜야 하는 번거로움을 초래하고, 그에 따라 소자의 전반적인 제조 비용을 증가시키는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 동작 전압을 낮추고, 전류 확산 효과를 향상시켜 LED 소자의 단파장화(blue-shift) 현상을 최소화하고, 발광 효율을 높일 수 있는 질화물 반도체 소자를 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명의 목적은, ESD 내성 향상을 위한 별도의 다른 소자를 구비할 필요없이 높은 ESD 내성을 구현할 수 있는 질화물 반도체 소자를 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 질화물 반도체 소자는,
기판;
상기 기판 상에 형성되어 있는 n형 클래드층;
상기 n형 클래드층 상의 일부분에 형성되어 있는 활성층;
상기 활성층 상에 형성되어 있는 p형 클래드층;
상기 p형 클래드층 상에 형성되며, 서로 다른 에너지 밴드를 가지는 질화물 반도체층이 순차적으로 적층된 다층 구조의 p형 초격자층으로 구성된 p형 콘택층;
상기 p형 콘택층 상에 형성되어 있는 p형 전극; 및
상기 활성층이 형성되지 않은 n형 클래드층 상에 형성되어 있는 n형 전극을 포함한다.
여기서, 상기 p형 초격자층을 구성하는 서로 다른 에너지 밴드를 가지는 질 화물 반도체층은, InXAlYGa1-X-YN (0≤X, 0≤Y, X+Y≤1) 조성물로 이루어져 있으며, Al과 In의 조성비를 다르게 하여 형성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 p형 초격자층은, 상기 p형 클래드층의 에너지 밴드보다 더 높은 제 1 질화물 반도체층과 상기 p형 클래드층의 에너지 밴드보다 더 낮은 제 2 질화물 반도체층이 교대로 1회 이상 반복 적층되어 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 p형 초격자층은, 상기 p형 클래드층의 에너지 밴드보다 더 낮은 제 1 질화물 반도체층과 상기 p형 클래드층의 에너지 밴드보다 더 높은 제 2 질화물 반도체층이 교대로 1회 이상 반복 적층되어 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 p형 초격자층을 이루는 제 1 질화물 반도체층과 상기 제 2 질화물 반도체층 사이에 어느 일방으로 에너지 밴드가 순차적으로 증가하는 1층 이상의 질화물 반도체층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 p형 초격자층을 이루는 질화물 반도체층의 전체층 또는 일부층은 p형 불순물이 도핑되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 p형 불순물의 도핑 농도는 상기 p형 초격자층을 이루는 질화물 반도체층의 위치마다 다르게 또는 일정하게 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 p형 콘택층과 상기 p형 전극 사이에 형성되어 있는 투명 도전체층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 p형 클래드층의 적어도 일부분에 형성되며, 서로 다른 에너지 밴드를 가지는 질화물 반도체층이 순차적으로 적층된 다층 구조의 p형 초격자층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 p형 초격자층을 구성하는 서로 다른 에너지 밴드를 가지는 질화물 반도체층은, InXAlYGa1-X-YN (0≤X, 0≤Y, X+Y≤1) 조성물로 이루어져 있으며, Al과 In의 조성비를 다르게 하여 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 p형 초격자층은, 상기 p형 클래드층의 에너지 밴드보다 더 높은 제 1 질화물 반도체층과 상기 p형 클래드층의 에너지 밴드보다 더 낮은 제 2 질화물 반도체층이 교대로 1회 이상 반복 적층되어 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 p형 초격자층은, 상기 p형 클래드층의 에너지 밴드보다 더 낮은 제 1 질화물 반도체층과 상기 p형 클래드층의 에너지 밴드보다 더 높은 제 2 질화물 반도체층이 교대로 1회 이상 반복 적층되어 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 p형 초격자층을 이루는 제 1 질화물 반도체층과 상기 제 2 질화물 반도체층 사이에 어느 일방으로 에너지 밴드가 순차적으로 증가하는 1층 이상의 질화물 반도체층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 p형 초격자층을 이루는 질화물 반도체층의 전체층 또는 일부층은 p형 불순물이 도핑되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 p형 불순물의 도핑 농도는 상기 p형 초격자층을 이루는 질화물 반도체층의 위치마다 다르게 또는 일정하게 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 p형 초격자층이 상기 p형 클래드층의 중간 부분에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 p형 초격자층이 상기 p형 클래드층의 하부에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 p형 초격자층이 상기 p형 클래드층의 전체에 걸쳐 형성되는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 병기하였다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 질화물 반도체 소자에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
[실시예 1]
우선, 도 2를 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물 반도체 소자에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물 반도체 소자(LED)의 구조를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물 반도체 소자는, 도 2에 도시한 바와 같이, 광투과성인 기판(100)과, 상기 기판(100) 상에 버퍼층(110), n형 클래드층(120), 활성층(130), p형 클래드층(140), 및 p형 초격자층(super lattice, 200)으로 구성된 p형 콘택층이 순차 적층되어 이루어진 발광 구조물을 포함한다.
상기 기판(100)은, 질화물 반도체 단결정을 성장시키기에 적합한 기판으로서, 사파이어 기판 및 실리콘카바네이트(SiC) 기판과 같은 이종 기판 또는 질화물 기판과 같은 동종 기판일 수 있다.
상기 버퍼층(110)은, 상기 n형 클래드층(120)을 성장하기 전에 상기 기판(100)과의 격자정합을 향상시키기 위한 층으로, 일반적으로 AlN/GaN으로 형성되어 있다.
상기 n형 클래드층(120), 활성층(130), 및 p형 클래드층(140)은, InXAlYGa1-X-YN 조성식(여기서, 0≤X, 0≤Y, X+Y≤1)을 갖는 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 n형 클래드층(120)은 n형 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 이루어질 수 있으며, n형 도전형 불순물로는 예를 들어, Si, Ge, Sn 등을 사용하고, 바람직하게는 Si를 주로 사용한다. 또한, 상기 p형 클래드층(140)은 p형 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 이루어질 수 있으며, p형 도전형 불순물로는 예를 들어, Mg, Zn, Be 등을 사용하고, 바람직하게는 Mg를 주로 사용한다. 그리고, 상기 활성층(130)은 다중 양자우물(Multi-Quantum Well) 구조의 InGaN/GaN층으로 이루어질 수 있다.
특히, 본 발명은 상기 p형 클래드층(140) 상에, 서로 다른 에너지 밴드를 가 지는 질화물 반도체층이 순차적으로 적층되어 있는 다층 구조의 p형 초격자층(200)으로 구성된 p형 콘택층이 형성되어 있다. 이는 p형 콘택층의 캐리어(carrier)를 증가시켜 일함수(work function)를 낮춤으로써, 오믹 콘택 특성 및 전류 확산 효과를 높이고, 단파장화(blue-shift) 현상을 최소화하며, 정전기 방전(ESD) 특성의 내성을 강화시키기 위한 것이다.
또한, 본 발명에 따른 질화물 반도체 소자는, 상기 p형 초격자층(200)으로 구성된 p형 콘택층, p형 클래드층(140), 및 활성층(130)을 일부 메사 식각 공정에 의해 그 일부 영역이 제거된 바, n형 클래드층(120)의 일부 상면이 노출되어 있다. 그리고, 상기 메사 식각 공정에 의해 노출된 n형 클래드층(120)의 상에는 n형 전극(180)이 형성되어 있고, 상기 p형 초격자층(200)으로 구성된 p형 콘택층 상에는 투명 도전체층(160) 및 p형 전극(170)이 순차 적층된 구조로 형성되어 있다.
이러한 본 발명의 발광 구조물 구성에서, 상기 투명 도전체층(160)은, 전류 주입 면적을 증가시켜 전류 확산 효과를 향상시키기 위한 층으로 ITO(Indium Tin Oxide), TO(Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 및 ITZO(Indium Tin Zinc Oxide)로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나의 막으로 이루어짐이 바람직하다.
그러면, 이하, 서로 다른 에너지 밴드를 가지는 질화물 반도체층이 순차 적층되어 있는 다층 구조의 p형 초격자층(200)의 구체적인 종류에 대하여, 도 3 내지 및 도 10을 참조하여 설명하기로 한다.
변형예 1
도 3 및 도 4를 참조하여 본 실시예의 제 1 변형예에 따른 질화물 반도체 소자의 p형 초격자층에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 실시예의 제 1 변형예에 따른 p형 초격자층을 나타낸 부분 단면도이고, 도 4는 도 3의 p형 초격자층의 에너지 밴드갭 프로파일의 일례를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, p형 클래드층(140) 상에, p형 콘택층으로서, 서로 다른 에너지 밴드를 가지는 질화물 반도체층, 예를 들어, p형 클래드층(140)의 에너지 밴드를 기준으로 이보다 높은 에너지 밴드를 가지는 제 1 질화물 반도체층(200a)과 이보다 낮은 에너지 밴드를 갖는 제 2 질화물 반도체층(200b)이 교대로 다수회 반복 적층되어 이루어진 p형 초격자층(200)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 1 및 제 2 질화물 반도체층(200a, 200b)은 InXAlYGa1-X-YN 조성식(여기서, 0≤X, 0≤Y, X+Y≤1)을 갖는 반도체 물질로 이루어져 있으며, In과 Al의 서로 다른 조성비를 통해 서로 다른 에너지 밴드를 가지고 있다.
본 실시예에서는 상기 p형 클래드층(140)으로 GaN을 사용하고, 제 1 질화물 반도체층(200a)으로 AlGaN을 사용하며, 제 2 질화물 반도체층(200b)으로는 InGaN을 사용하였다. 또한, 상기 p형 초격자층(200)을 이루는 질화물 반도체층의 전체층 또는 일부층이 p형 불순물로 도핑되어 있는 것이 바람직하다. 이때, 상기 p형 불순물의 도핑 농도는 공정 조건 및 공정 특성에 따라 상기 p형 초격자층(200)을 이 루는 질화물 반도체층의 위치마다 다르게 또는 일정하게 형성될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 p형 초격자층(200)은 상기 제 1 질화물 반도체층(200a)과 상기 제 2 질화물 반도체층(200b)의 서로 다른 에너지 밴드, 즉 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 질화물 반도체층(200a)과 제 2 질화물 반도체층(200b)의 계면에서 에너지 밴드가 급격히 변화하는 에너지 밴드의 불연속성에 의해 그 계면에 이차원 전자가스층(도시하지 않음)을 형성하게 된다.
따라서, 전압인가시에 상기 이차원 전자가스층을 통해 n+-p+접합으로 터널링 현상이 발생되어 콘택층의 캐리어를 증가시켜 일함수를 낮춤으로써, 오믹 콘택 특성 및 전류 확산 효과를 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 동작 전압(Vf)이 낮아지게 되고, 발광 영역의 증가로 인해 단파장화(blue-shift) 현상이 최소화되어 발광 효율 또한 향상되므로, 광 출력을 확보하는 질화물 반도체 소자를 구현할 수 있다. 특히, 상기 단파장화(blue-shift) 현상은 상기 p형 초격자층(200)을 이루는 질화물 반도체층 중에 높은 In의 조성으로 낮은 에너지 밴드갭(band gap)을 갖는 질화물 반도체층의 In 유량이 증가할수록 더욱 감소한다.
또한, 상기 p형 초격자층(200)의 InGaN으로 이루어진 제 2 질화물 반도체층(200b)은 GaN으로 이루어진 p형 클래드층(140)과 AlGaN으로 이루어진 제 1 질화물 반도체층(200a) 사이에 개재되어 상대적으로 높은 유전율을 갖게 되므로, p형 초격자층(200)은 일종의 커패시터로서의 역할을 수행할 수 있게 된다. 따라서, 상기 p형 초격자층(200)은 급격한 서지(surge) 전압 또는 정전기 현상으로부터 질화물 반 도체 소자를 보호할 수 있게 되고, 그로 인해 소자의 ESD 내성을 개선하는 것이 가능하다.
변형예 2
도 5 및 도 6을 참조하여 본 실시예의 제 2 변형예에 대해 설명하기로 한다. 다면, 제 2 변형예의 구성 중 제 1 변형예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고, 제 2 변형예에서 달라지는 구성에 대해서만 상술하기로 한다.
도 5는 본 실시예의 제 2 변형예에 따른 p형 초격자층을 나타낸 부분 단면도이고, 도 6은 도 5의 p형 초격자층의 에너지 밴드갭 프로파일의 일례를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 제 2 변형예에 따른 p형 초격자층(200)은 제 1 변형예에 따른 p형 초격자층(200)과 대부분의 구성이 동일하고, 다만, 상기 p형 클래드층(140) 상에 형성되는 최하층의 질화물 반도체층이 p형 클래드층(140)의 에너지 밴드보다 높은 에너지 밴드를 가지는 제 1 질화물 반도체층(200a)이 아닌 p형 클래드층(140)의 에너지 밴드보다 낮은 에너지 밴드를 가지는 제 2 질화물 반도체(200b)라는 점에서만 제 1 변형예와 다르다.
즉, 제 1 변형예는 상기 p형 초격자층으로 상기 p형 클래드층의 에너지 밴드보다 더 높은 제 1 질화물 반도체층과 상기 p형 클래드층의 에너지 밴드보다 더 낮은 제 2 질화물 반도체층이 교대로 1회 이상 반복 적층되어 형성되어 있는 것을 예시한 것이며, 제 2 변형예는 상기 p형 초격자층으로 상기 p형 클래드층의 에너지 밴드보다 더 낮은 제 1 질화물 반도체층과 상기 p형 클래드층의 에너지 밴드보다 더 높은 제 2 질화물 반도체층이 교대로 1회 이상 반복 적층되어 형성되어 있는 것을 예시한 것이다.
따라서, 이러한 제 2 변형예는 제 1 변형예에서와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다.
변형예 3
이하, 도 7 및 도 8을 참조하여 본 실시예의 제 3 변형예에 대해 설명하기로 한다. 다만, 제 3 변형예의 구성 중 제 1 변형예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고, 제 3 변형예에서 달라지는 구성에 대해서만 상술하기로 한다.
도 7은 본 실시예의 제 3 변형예에 따른 p형 초격자층을 나타낸 부분 단면도이고, 도 8은 도 7의 p형 초격자층의 에너지 밴드갭 프로파일의 일례를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 제 3 변형예에 따른 p형 초격자층(200)은 제 1 변형예에 따른 p형 초격자층(200)과 대부분의 구성이 동일하고, 다만, 상기 제 1 질화물 반도체층(200a)과 상기 제 2 질화물 반도체층(200b) 사이에 질화물 반도체층인 스트레스(stress) 완충층(210)을 더 포함한다는 점에서만 제 1 변형예와 다르다. 이때, 상기 스트레스 완충층(210)은 InXAlYGa1-X-YN 조성식(여기서, 0≤X, 0≤Y, X+Y≤1)을 갖는 반도체 물질로 이루어져 있으며, In과 Al의 서로 다른 조성비 를 통해 제 1 질화물 반도체층(200a)과 상기 제 2 질화물 반도체층(200b) 사이의 에너지 밴드갭의 차이를 조절하는 역할을 한다.
따라서, 제 3 변형예는 제 1 변형예에서와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 제 1 질화물 반도체층(200a)과 제 2 질화물 반도체층(200b) 사이에 형성된 스트레스 완충층(210)을 통해 제 1 질화물 반도체층(200a)과 제 2 질화물 반도체층(200b)의 계면에서 급격히 변화하는 에너지 밴드갭을 완충시킴으로써, 소자에 특성을 보다 안정적으로 유지시킬 수 있는 이점이 있다.
한편, 도시하지는 않았지만, 이러한 스트레스 완충층(210)은 본 발명의 제 2 변형예에 기재된 p형 초격자층에도 적용하는 것이 가능하다.
변형예 4
이하, 도 9 및 도 10을 참조하여 본 실시예의 제 4 변형예에 대해 설명하기로 한다. 다만, 제 4 변형예의 구성 중 제 3 변형예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고, 제 4 변형예에서 달라지는 구성에 대해서만 상술하기로 한다.
도 9는 본 실시예의 제 4 변형예에 따른 p형 초격자층을 나타낸 부분 단면도이고, 도 10은 도 9의 p형 초격자층의 에너지 밴드갭 프로파일의 일례를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, 제 4 변형예에 따른 p형 초격자층(200)은 제 3 변형예에 따른 p형 초격자층과 대부분의 구성이 동일하고, 다만, 상기 제 4 변형예에서는 제 1 질화물 반도체층(200a)과 상기 제 2 질화물 반도체층(200b) 및 제 1 질화물 반도체층(200a)이 순차적으로 적층되어 있는 3층 구조를 하나의 주기로 다수회 반복 적층되어 있으며, 제 1 질화물 반도체층(200a)과 제 2 질화물 반도체층(200b) 사이 및 제 2 질화물 반도체층(200b)과 제 1 질화물 반도체층(200b) 사이에 어느 일방으로 에너지 밴드가 순차적으로 증가하는 1층 이상의 질화물 반도체층(210a, 210b, 210c)인 스트레스(stress) 완충층(210)을 더 포함한다는 점에서만 제 3 변형예와 다르다.
따라서, 제 4 변형예는 제 3 변형예에서와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있는 이점이 있다.
[실시예 2]
그러면, 이하 도 11 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 질화물 반도체 소자에 대해 설명하기로 한다. 다만, 제 2 실시예의 구성 중 제 1 실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고, 제 2 실시예에서 달라지는 구성에 대해서만 상술하기로 한다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 각각의 질화물 반도체 소자의 구조를 나타낸 단면도이다.
제 2 실시예에 따른 질화물 반도체 소자는 제 1 실시예에 따른 질화물 반도체 소자와 대부분의 구성이 동일하고, 다만, 도 11 내지 도 13에 각각 도시한 바와 같이, 상기 p형 클래드층(140)의 적어도 일부분에 서로 다른 에너지 밴드를 가지는 질화물 반도체층이 순차적으로 적층되어 있는 다층 구조의 p형 초격자층(200p)이 형성되어 있다는 점에서만 제 1 실시예와 다르다.
즉, 제 1 실시예는 상기 p형 클래드층(140) 상에, p형 콘택층으로서 p형 초격자층(200)이 형성되어 있는 것을 예시한 것이며, 제 2 실시예는 상기 p형 클래드층(140) 상에 p형 콘택층으로서 형성된 p형 초격자층(200)과, p형 클래드층(140)의 적어도 일부분에 형성된 p형 초격자층(200p)을 더 포함하고 있는 것을 예시한 것이다.
여기서, 도 11은 p형 클래드층(140)의 중간 부분에 p형 초격자층(200p)이 형성된 경우를 나타낸 것으로서, 도 11에 도시된 질화물 반도체 소자의 p형 클래드층(140)은 제 1 p형 클래드층(140b), p형 초격자층(200p) 및 제 2 p형 클래드층(140a)이 차례로 적층된 구조를 갖는다. 그리고, 도 12는 p형 클래드층(140)의 하부에 p형 초격자층(200p)이 형성된 경우를 나타낸 것으로서, 도 12에 도시된 질화물 반도체 소자의 p형 클래드층(140)은 p형 초격자층(200p) 및 p형 클래드층(140a)이 차례로 적층된 구조를 갖는다. 또한, 도 13은 p형 초격자층(200p)이 p형 클래드층(140)의 전체에 걸쳐 형성된 경우를 나타낸 것이다.
이와 같이, p형 클래드층(140)의 적어도 일부분에 형성된 상기 p형 초격자층(200p)은, 앞서 상술한 p형 콘택층을 구성하는 p형 초격자층(200)의 변형예들과 동일한 변형예를 가질 수 있으며, 그에 따라, 상기 p형 초격자층(200)의 변형예들과 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다.
즉, 이러한 본 발명의 제 2 실시예는 제 1 실시예에서와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 상기 p형 클래드층의 클래딩(cladding) 효과 및 전류 확산 효과를 한층 더 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 질화물 반도체 소자에 의하면, p형 클래드층 상에 형성되는 p형 콘택층으로서 서로 다른 에너지 밴드를 가지는 질화물 반도체층이 순차적으로 적층되어 형성된 다층 구조의 초격자층을 적용하여, 오믹 콘택 특성 및 전류 확산 효과를 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 오믹 콘택 특성 및 전류 확산 효과의 향상으로 인하여 동작 전압을 낮추고, 단파장화(blue-shift) 현상을 최소화하여 높은 광 출력을 얻을 수 있는 질화물 반도체 소자를 구현하게 된다.
또한, 본 발명은 서로 다른 에너지 밴드를 가지는 질화물 반도체층이 순차적으로 적층되어 형성된 다층 구조의 초격자층을, p형 클래드층의 적어도 일부분에 형성하여 p형 클래드층의 클래딩 효과 및 전류 확산 효과를 한층 더 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 초격자층의 서로 다른 에너지 밴드를 가지는 질화물 반도체층이 순차적으로 적층되어 있는 구조가 일종의 커패시터 역할을 수행함으로써, ESD 내성 향상을 위한 별도의 다른 소자를 구비할 필요없이 ESD 내성을 개선시켜 고신뢰성의 질화물 반도체 소자를 구현하게 된다.

Claims (18)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성되어 있는 n형 클래드층;
    상기 n형 클래드층 상의 일부분에 형성되어 있는 활성층;
    상기 활성층 상에 형성되어 있는 p형 클래드층;
    상기 p형 클래드층 상에 형성되며, 서로 다른 에너지 밴드를 가지는 질화물 반도체층이 순차적으로 적층된 다층 구조의 p형 초격자층으로 구성된 p형 콘택층;
    상기 p형 콘택층 상에 형성되어 있는 p형 전극; 및
    상기 활성층이 형성되지 않은 n형 클래드층 상에 형성되어 있는 n형 전극을 포함하는 질화물 반도체 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 p형 초격자층을 구성하는 서로 다른 에너지 밴드를 가지는 질화물 반도체층은, InXAlYGa1-X-YN (0≤X, 0≤Y, X+Y≤1) 조성물로 이루어져 있으며, Al과 In의 조성비를 다르게 하여 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 p형 초격자층은, 상기 p형 클래드층의 에너지 밴드보다 더 높은 제 1 질화물 반도체층과 상기 p형 클래드층의 에너지 밴드보다 더 낮은 제 2 질화물 반도체층이 교대로 1회 이상 반복 적층되어 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 p형 초격자층은, 상기 p형 클래드층의 에너지 밴드보다 더 낮은 제 1 질화물 반도체층과 상기 p형 클래드층의 에너지 밴드보다 더 높은 제 2 질화물 반도체층이 교대로 1회 이상 반복 적층되어 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 p형 초격자층을 이루는 제 1 질화물 반도체층과 상기 제 2 질화물 반도체층 사이에 어느 일방으로 에너지 밴드가 순차적으로 증가하는 1층 이상의 질화물 반도체층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 p형 초격자층을 이루는 질화물 반도체층의 전체층 또는 일부층은 p형 불순물이 도핑되어 있는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 p형 불순물의 도핑 농도는 상기 p형 초격자층을 이루는 질화물 반도체층의 위치마다 다르게 또는 일정하게 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 p형 콘택층과 상기 p형 전극 사이에 형성되어 있는 투명 도전체층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 p형 클래드층의 적어도 일부분에 형성되며, 서로 다른 에너지 밴드를 가지는 질화물 반도체층이 순차적으로 적층된 다층 구조의 p형 초격자층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 p형 초격자층을 구성하는 서로 다른 에너지 밴드를 가지는 질화물 반도체층은, InXAlYGa1-X-YN (0≤X, 0≤Y, X+Y≤1) 조성물로 이루어져 있으며, Al과 In의 조성비를 다르게 하여 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 p형 초격자층은, 상기 p형 클래드층의 에너지 밴드보다 더 높은 제 1 질화물 반도체층과 상기 p형 클래드층의 에너지 밴드보다 더 낮은 제 2 질화물 반도체층이 교대로 1회 이상 반복 적층되어 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 p형 초격자층은, 상기 p형 클래드층의 에너지 밴드보다 더 낮은 제 1 질화물 반도체층과 상기 p형 클래드층의 에너지 밴드보다 더 높은 제 2 질화물 반도체층이 교대로 1회 이상 반복 적층되어 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도 체 소자.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 p형 초격자층을 이루는 제 1 질화물 반도체층과 상기 제 2 질화물 반도체층 사이에 어느 일방으로 에너지 밴드가 순차적으로 증가하는 1층 이상의 질화물 반도체층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 p형 초격자층을 이루는 질화물 반도체층의 전체층 또는 일부층은 p형 불순물이 도핑되어 있는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 p형 불순물의 도핑 농도는 상기 p형 초격자층을 이루는 질화물 반도체층의 위치마다 다르게 또는 일정하게 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 p형 초격자층이 상기 p형 클래드층의 중간 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  17. 제 9 항에 있어서,
    상기 p형 초격자층이 상기 p형 클래드층의 하부에 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  18. 제 9 항에 있어서,
    상기 p형 초격자층이 상기 p형 클래드층의 전체에 걸쳐 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
KR1020050095335A 2005-10-11 2005-10-11 질화물 반도체 소자 KR100661606B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050095335A KR100661606B1 (ko) 2005-10-11 2005-10-11 질화물 반도체 소자

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050095335A KR100661606B1 (ko) 2005-10-11 2005-10-11 질화물 반도체 소자

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100661606B1 true KR100661606B1 (ko) 2006-12-26

Family

ID=37815632

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050095335A KR100661606B1 (ko) 2005-10-11 2005-10-11 질화물 반도체 소자

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100661606B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102185053A (zh) * 2011-04-02 2011-09-14 映瑞光电科技(上海)有限公司 发光二极管及其制造方法
KR20130102210A (ko) * 2012-03-07 2013-09-17 삼성전자주식회사 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR101414652B1 (ko) 2012-06-04 2014-08-06 엘지전자 주식회사 질화물 반도체 발광 소자

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001102690A (ja) 1999-09-29 2001-04-13 Toshiba Corp 窒化物系半導体レーザ装置
KR20010068552A (ko) * 2000-01-06 2001-07-23 구자홍 질화물 발광 소자
KR20010100651A (ko) * 2000-05-04 2001-11-14 구자홍 질화물 발광소자
KR20040104266A (ko) * 2003-06-03 2004-12-10 삼성전기주식회사 GaN계 접합 구조
KR20050096665A (ko) * 2004-03-31 2005-10-06 삼성전기주식회사 질화물 반도체 발광소자의 제조방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001102690A (ja) 1999-09-29 2001-04-13 Toshiba Corp 窒化物系半導体レーザ装置
KR20010068552A (ko) * 2000-01-06 2001-07-23 구자홍 질화물 발광 소자
KR20010100651A (ko) * 2000-05-04 2001-11-14 구자홍 질화물 발광소자
KR20040104266A (ko) * 2003-06-03 2004-12-10 삼성전기주식회사 GaN계 접합 구조
KR20050096665A (ko) * 2004-03-31 2005-10-06 삼성전기주식회사 질화물 반도체 발광소자의 제조방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102185053A (zh) * 2011-04-02 2011-09-14 映瑞光电科技(上海)有限公司 发光二极管及其制造方法
KR20130102210A (ko) * 2012-03-07 2013-09-17 삼성전자주식회사 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR101903361B1 (ko) 2012-03-07 2018-10-04 삼성전자주식회사 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR101414652B1 (ko) 2012-06-04 2014-08-06 엘지전자 주식회사 질화물 반도체 발광 소자

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100631971B1 (ko) 질화물 반도체 발광 소자
KR100703096B1 (ko) 질화물 반도체 발광 소자
KR100835116B1 (ko) 질화물 반도체 발광 소자
KR100674862B1 (ko) 질화물 반도체 발광 소자
US7084420B2 (en) Nitride based semiconductor device
KR100665364B1 (ko) 질화물 반도체 발광 소자
KR100604406B1 (ko) 질화물 반도체 소자
KR100703091B1 (ko) 질화물 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법
KR101389348B1 (ko) 질화갈륨계 반도체 발광소자
KR100604423B1 (ko) 질화물 반도체 소자
US7935970B2 (en) Nitride semiconductor light emitting diode
KR101423720B1 (ko) 다중양자웰 구조의 활성 영역을 갖는 발광 소자 및 그제조방법
KR100638729B1 (ko) ３족 질화물 발광 소자
KR20090104454A (ko) 질화물 반도체 발광소자
KR100661606B1 (ko) 질화물 반도체 소자
KR20100027407A (ko) 질화물 반도체 발광소자
KR100850778B1 (ko) 질화물 반도체 소자
KR100803246B1 (ko) 질화물 반도체 소자
KR100716792B1 (ko) 질화물 반도체 소자
KR20080038628A (ko) 질화물 반도체 발광소자
KR100721160B1 (ko) 질화물 반도체 소자
KR100836132B1 (ko) 질화물계 반도체 발광다이오드
KR20010068552A (ko) 질화물 발광 소자
KR102212781B1 (ko) 발광소자 및 조명시스템
KR100674709B1 (ko) 질화물 반도체 소자

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121130

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131129

Year of fee payment: 8

LAPS Lapse due to unpaid annual fee