KR100679825B1 - 질화물 발광 다이오드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 질화물 발광 다이오드에 관한 것으로, N-GaN층, 상기 N-GaN층 위에 형성된 활성층, 상기 활성층 위에 형성된 P-GaN층 및 상기 활성층 주위에 형성된 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층을 포함하여 구성된다.

이러한 특징으로 인해, 본 발명은 전자 및 정공의 오버플로(Over-flow)를 효과적으로 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 에피층내에서 결함이 성장하는 것을 방지함으로써 우수한 결정을 얻을 수 있으며, 전위 장벽의 두께를 조절하여 반사층을 구비한 효과를 얻을 수 있다.

전위 장벽, 질화물 발광 다이오드, 반사층

Description

질화물 발광 다이오드{Nitride-based Light Emitting Diode}

도 1은 종래의 기술에 따른 질화물 발광 다이오드의 개략적인 구성을 나타내는 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 질화물 발광 다이오드의 일실시예를 나타내는 단면도,

도 3a 내지 3c는 본 발명에 따른 질화물 발광 다이오드의 일실시예의 밴드갭 다이어그램을 나타내는 도,

도 4 및 5는 본 발명에 따른 질화물 발광 다이오드의 다른 실시예를 나타내는 단면도,

도 6 내지 9는 본 발명에 따른 질화물 발광 다이오드의 실시예를 나타내는 단면도이다.

***도면의 주요 부호의 설명***

10 : 기판 11 : N-GaN층

12 : 활성층 13 : In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층

14 : P-GaN층 15 : N-전극

16 : P-전극 17 : 전도성 기판

20 : 서브마운트 기판 21 : 금속지지층

본 발명은 질화물 발광 다이오드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자 및 정공의 오버플로를 효과적으로 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 전위 장벽이 반사층의 역할을 수행할 수 있는 질화물 발광 다이오드 및 질화물 발광 다이오드를 제공하기 위한 것이다.

질화물 발광 다이오드는 전자가 천이될 때 빛을 방출하는 현상을 이용한 발광 소자로서, 질화물 발광 다이오드의 발광은 반도체 전도대(Conduction Band)의 전자들이 가전자대(Valence Band)의 정공(Hole)과 재결합하는 과정에서 일어난다.

발광 다이오드는 종래의 광원에 비해 소형이고, 수명은 길며, 전기 에너지가 빛에너지로 직접 변환하기 때문에 전력이 적게 들고 효율이 좋다. 또한 고속응답이라 자동차 계기류의 표시소자, 광통신용 광원 등 각종 전자기기의 표시용 램프, 숫자표시 장치나 계산기의 카드 판독기 등에 쓰이고 있다.

최근 질화물 반도체를 이용한 질화물 발광 다이오드는 활성층의 밴드갭(Band Gap)의 범위가 넓어서 조성에 따라 가시광의 전 영역에서의 발광이 가능한 물질로 알려져 있다. 이 발광 다이오드는 그 응용영역이 매우 넓으며 점차 응용의 범위가 확대, 증가되는 추세에 있어 고품위의 발광 다이오드의 개발이 매우 중요하다.

도 1은 일반적인 질화물 발광 다이오드의 단면도로서, 사파이어 기판(110) 상부에 N-GaN층(111), 활성층(112)과 P-GaN층(113)이 순차적으로 형성되어 있고; 상기 P-GaN층(113)에서 N-GaN층(111)까지 메사(Mesa)식각되어 있고; 상기 메사 식각된 N-GaN층(111) 상부에 N-전극(115)이 형성되어 있고; 상기 P-GaN층(113) 상부에 P-전극(114)이 형성되어 있다.

이렇게 해서 완성된 칩은 P-전극(114)에 양의 부하를, N-전극(115)에 음의 부하를 가하게 되면, P-GaN층(113)과 N-GaN층(111)으로부터 각각 정공과 전자들이 활성층(112)으로 모여 재결합함으로써 활성층(112)에서 발광을 하게 된다.

그러나, 상기 P 도핑된 P-GaN층의 홀 캐리어 농도가 전자 캐리어의 농도에 비하여 낮을 뿐만 아니라, 홀 캐리어의 이동도가 전자 캐리어의 농도에 비하여 낮음으로 인해 전자의 오버플로(Over-flow), 즉, N-GaN층에서 활성층으로 주입된 전자가 활성층에서 정공과 결합하여 발광소멸을 하지 못하고 P-GaN층으로 이동하여 비발광 소멸을 하는 현상이 발생한다. 캐리어의 농도 및 이동도를 고려하였을 때, 전자의 오버플로가 주로 문제되지만, 질화물 발광 다이오드에 있어서 활성층과 GaN층 사이의 실제 밴드갭 차이가 크지 않기 때문에 정공의 오버플로도 발생한다.

이러한 전자 및 정공의 오버플로는 질화물 발광 다이오드에 있어서, 광효율 저하의 주요원인 중 하나이다. 따라서, 질화물 발광 다이오드의 효율을 향상시키고 적용 영역을 확대시키기 위하여 전자 및 정공의 오버플로를 방지할 수 있는 구조의 질화물 발광 다이오드가 필요하다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 활성층과 도핑된 GaN층 사이에 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층으로 이루어진 전위 장벽을 형성함으로써 전자 및 정공의 오버플로를 효과적으로 방지할 수 있는 질화물 발광 다이오드를 제공하기 위한 것이다.

또, In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층이 전자 및 정공이 활성층에 주입되는 것을 방해하지 않을 뿐만 아니라, 반사층의 역할을 수행할 수 있는 효과적인 구조의 질화물 발광 다이오드를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 N-GaN층, 상기 N-GaN층 위에 형성된 활성층, 상기 활성층 위에 형성된 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층 및 상기 In_XAl_YGa_ZN층 위에 형성된 P-GaN층을 포함하여 구성되는 질화물 발광 다이오드를 제공한다.

또, N-GaN층, 상기 N-GaN층의 위에 형성된 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층, 상기 In_XAl_YGa_ZN층 위에 형성된 활성층 및 상기 활성층 위에 형성된 P-GaN층을 포함하여 구성되는 질화물 발광 다이오드를 제공한다.

또, 상기 질화물 발광 다이오드에 있어서, 활성층과 P-GaN층 사이 및 활성층과 N-GaN층 사이에 각각 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층을 포함한 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드를 제공한다.

또, 상기 질화물 발광 다이오드에 있어서, 상기 N-GaN층의 상면의 일부가 드러나도록 메사(Mesa) 식각되고, 상기 N-GaN층 아래에 형성된 기판, 상기 N-GaN층의 식각된 상면에 형성된 N-전극 및 상기 P-GaN층 위에 형성된 P-GaN층을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드를 제공한다.

또, 상기 질화물 발광 다이오드에 있어서, 상기 N-GaN층 아래에 형성된 전도성 기판, 상기 전도성 기판 아래에 형성된 N-전극, 상기 P-GaN층 위에 형성된 오믹 컨택층 및 상기 오믹컨택층 위에 형성된 P-전극을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드를 제공한다.

또, 상기 질화물 발광 다이오드에 있어서, 상기 P-GaN층 위에 형성된 서브마운트 기판, 상기 N-GaN층 아래에 형성된 오믹컨택(Ohmic Contact)층 및 상기 오믹컨택층 아래에 형성된 N-전극을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드를 제공한다.

또, 상기 질화물 발광 다이오드에 있어서, 상기 P-GaN층 위에 형성된 금속지지층, 상기 N-GaN층 아래에 형성된 오믹컨택층 및 상기 오믹컨택층 아래에 형성된 N-전극을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드를 제공한다.

상기 N-GaN층, 활성층, P-GaN층은 일반적인 질화물 발광 다이오드의 필수적인 구성요소인데, 본 발명은 상기 활성층과 N-GaN층 사이, 활성층과 P-GaN층 사이 또는 양쪽 모두에 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층을 형성하는 것이 특징이다. 전술한 전자 및 정공의 오버플로가 쉽게 일어나는 것은 전자, 정공의 이동도 및 캐리어 농도가 다를 뿐만 아니라, 실제 질화물 발광 다이오드에 있어서 활성층과 N,P-GaN층 사이의 밴드갭차이가 크지 않기 때문이다. 따라서, 본 발명은 상기 In_XAl_YGa_ZN층의 밴드갭을 N,P-GaN층의 밴드갭 보다 크도록 구성하여 전자 및 정공의 오버플로를 방지하는 전위장벽의 역할을 하는 것이 특징이다. 상기 In_XAl_YGa_ZN층은 P-GaN층 쪽에 형성되었을 때는 전자장벽, N-GaN층 쪽에 형성되었을 때는 정공 장벽의 역할을 하게 된다.

또, 본 발명의 다른 특징은 상기 In_XAl_YGa_ZN층의 조성을 다르게 하여 큰 밴드갭을 갖는 In_XAl_YGa_ZN층과 보다 작은 밴드갭을 갖는 In_XAl_YGa_ZN층을 쌍으로 하여 교호 적층하는 것이다.

상기와 같이, 서로 다른 밴드갭을 갖는 In_XAl_YGa_ZN층을 교호 적층할 경우, 에피층내에서 결함이 성장하는 것을 방지함으로써 결정의 질이 우수해질 뿐만 아니라, 격자주기의 차이에 의해 발생하는 스트레스에 의해 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징은 상기 교호 적층된 In_XAl_YGa_ZN층을 형성함에 있어서, 각 층의 두께를 조절함으로써 반사층의 효과를 얻을 수 있는 것이다. 전자와 정공의 결합에 의하여 활성층에서 방출된 빛은 모든 방향으로 방출되므로 원하지 않는 방향으로 빠져나가거나 발광 구조물에서 흡수, 감쇄되어 발광 효율이 감소하게 된다. 본 발명의 In_XAl_YGa_ZN층은 반사층의 역할을 어느 정도 수행하여 상기와 같이 소실되는 빛을 감소시킴으로써 발광 다이오드의 전체 효율을 향상시킬 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 기술적 특징을 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명은 실시예에 의하여 보다 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이고, 첨부된 특허청구범위에 의하여 정해지는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

도 2는 본 발명에 따른 질화물 발광 다이오드의 일실시예를 나타내는 단면도로서, N-GaN층(11), 상기 N-GaN층 위에 형성된 활성층(12), 상기 활성층 위에 형성된 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층(13) 및 상기 In_XAl_YGa_ZN층 위에 형성된 P-GaN층(14)을 포함하여 구성된다.

상기 N-GaN층(11), 활성층(12), P-GaN층(14)은 일반적인 질화물 발광 다이오드의 필수적인 구성요소이다. 상기 N-GaN층(11)의 N 도핑을 위한 도펀트(Dopant)로는 실리콘, 게르마늄, 셀레늄, 텔루륨, 탄소 등이 사용될 수 있다. 실리콘을 사용할 경우 도핑 농도는 10¹⁷/cm³ 정도가 일반적이다. 상기 N-GaN층은 도핑농도를 다르게 하여 N⁺ 및 N^- 의 이층 구조로 형성할 수도 있다.

상기 활성층(12)은 발광 다이오드에 있어서 빛을 방출하는 부분이다. Al_XGa_YIn_1-X-YN(0≤x<1, 0<y<1)의 일반식으로 나타낼 수 있으며, 질화 알루미늄, 질화갈륨 및 질화인듐과 같은 2원계와 질화갈륨-인듐 및 질화갈륨-알루미늄과 같은 3원계를 포함한다. Ⅲ족원소는 붕소, 탈륨 등으로 일부 치환될 수 있으며, 질소는 인, 비소, 안티몬 등으로 일부 치환될 수 있다.

상기 활성층은 성분 조성을 변화시킴으로써 방출하는 빛의 파장을 조절할 수 있다. 예컨대 청색빛을 방출하기 위해서는 약 22% 정도의 인듐이 포함된다. 또, 녹색빛을 방출하기 위해서는 약 40% 정도의 인듐이 포함된다.

상기 P-GaN층(14)의 도펀트로는 마그네슘, 아연, 베릴륨, 칼슘, 스트론튬, 바륨 등이 사용될 수 있다. 상기 P-GaN층도 N-GaN층과 같이, P⁺ 및 P^-의 이층구조로 형성하는 것이 가능하다.

상기 In_XAl_YGa_ZN층(13)은 P-GaN층의 밴드갭보다 크게 구성하는데, Al의 조성비가 높아질수록 밴드갭이 커진다. 따라서, 상기 In_XAl_YGa_ZN층은 활성층에 주입된 전자가 P-GaN층으로 빠져나가는 것을 전자장벽의 역할을 하게 된다. 바람직하기로는 상기 In_XAl_YGa_ZN층은 활성층 내의 끝단의 웰(Well)로 부터 10㎛ 보다 작은 거리에 위치하는 것이 좋다. 활성층 내의 끝단의 웰(Well)로 부터 10㎛ 보다 먼 거리 에 위치할 경우 전자 및 정공이 활성층 내의 웰로부터 빠져나오게 되어 전위 장벽의 역할을 충분히 수행할 수 없다.

상기 In_XAl_YGa_ZN층은 큰 밴드갭을 갖는 In_XAl_YGa_ZN층과 보다 작은 밴드갭을 갖는 In_XAl_YGa_ZN층이 교호로 적층되어 형성된다. 상기 In_XAl_YGa_ZN층이 갖는 구체적인 밴드갭의 구체적인 양태는 다음과 같다.

도 3a 내지 도 3c는 본 실시예에 따른 질화물 발광 다이오드의 활성층, In_XAl_YGa_ZN층, P-GaN층의 밴드갭을 그래프로 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 큰 밴드갭을 갖는 In_XAl_YGa_ZN층과 보다 작은 밴드갭을 갖는 In_XAl_YGa_ZN층이 단순히 교호로 형성된 형태(도 3a), 큰 밴드갭을 갖는 In_XAl_YGa_ZN층의 밴드갭이 교호로 달라지도록 형성된 형태(도 3b), 큰 밴드갭을 갖는 In_XAl_YGa_ZN층의 밴드갭이 활성층쪽에서부터 점차적으로 작아지도록 형성된 형태(도 3c) 등이 가능하다.

전술한 바와 같이, 서로 다른 밴드갭을 갖는 In_XAl_YGa_ZN층을 교호 적층할 경우, 에피층내에서 결함이 성장하는 것을 방지함으로써 결정의 질이 우수해질 뿐만 아니라, 격자주기의 차이에 의해 발생하는 스트레스에 의해 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

상기 In_XAl_YGa_ZN층은 전자의 오버플로에 대한 전위 장벽의 역할을 하지만, 반대로 활성층에 주입되는 정공에 대한 전위장벽 역할을 하기도 한다는 문제점이 있다. 도 2c와 같이, 큰 밴드갭을 갖는 In_XAl_YGa_ZN층의 밴드갭이 활성층쪽에서부터 점차적으로 작아지도록 형성된 형태의 경우, 정공의 이동에 있어서 밴드갭의 차이가 급격히 변하지 않는다. 따라서, 전자에 대한 충분한 전위장벽이 형성되는 반면, 정공에 대한 실질적인 전위장벽은 감소함으로써 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있다.

또, 바람직하기로는 상기 각 In_XAl_YGa_ZN층의 두께는 λ/4n (λ:발광다이오드의 발광파장, n:구성물질의 굴절율)을 만족하도록 형성하는 것이 좋다. 이 경우, 각 층 사이의 계면에서의 반사율이 높아짐으로써 반사층의 역할을 할 수 있다. 상기 In_XAl_YGa_ZN층의 전체 반사율은 큰 밴드갭을 갖는 In_XAl_YGa_ZN층과 보다 작은 밴드갭을 갖는 In_XAl_YGa_ZN층이 이루는 쌍의 수가 많아 질수록 높아진다.

상기 In_XAl_YGa_ZN층을 전술한 반사 구조로 형성할 것인지는 발광 다이오드가 수평형인지, 수직형인지 또는 플립칩(Flip-chip)형인지에 따라 달라진다.

도 4는 본 발명에 따른 질화물 발광 다이오드의 다른 실시예를 나타내는 단면도로서, N-GaN층(11), 상기 N-GaN층 위에 형성된 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0 ≤z<1)층(13), 상기 In_XAl_YGa_ZN층 위에 형성된 활성층(12) 및 상기 활성층 위에 형성된 P-GaN층(14)을 포함하여 구성된다.

본 실시예는 N-GaN층과 활성층 사이에 N-GaN층 보다 밴드갭이 큰In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층을 포함함으로써, 상기 In_XAl_YGa_ZN층은 정공의 오버플로를 방지하는 정공장벽의 역할을 한다.

상기 In_XAl_YGa_ZN층 역시 전술한 실시예에서와 같이, 밴드갭이 다르도록 교호로 적층하여 형성될 수 있으며, 반사층의 역할을 하도록 형성할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 질화물 발광 다이오드의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도로서, N-GaN층(11), 상기 N-GaN층 위에 형성된 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층(13), 상기 In_XAl_YGa_ZN층 위에 형성된 활성층(12), 상기 활성층 위에 형성된 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층(13) 및 상기 In_XAl_YGa_ZN층 위에 형성된 P-GaN층(14)을 포함하여 구성된다.

본 실시예는 N-GaN층과 활성층 사이 및 활성층과 P-GaN층 사이에 각각 In_XAl_YGa_ZN층을 형성한다. 따라서, 전자장벽과 정공장벽을 모두 포함하는 것이 특징이다.

상기 In_XAl_YGa_ZN층 역시 전술한 실시예에서와 같이, 밴드갭이 다르도록 교호로 적층하여 형성될 수 있으나, 반사층 구조는 한 쪽에만 형성하여야 빛이 가둬지 지 않는다.

도 6은 본 발명에 따른 질화물 발광 다이오드의 일실시예를 나타내는 단면도로서, 기판(10), 상기 기판 위에 형성되며 일부가 메사 식각된 N-GaN층(11), 상기 N-GaN층의 식각되지 않은 상면에 형성된 활성층(12), 상기 활성층 위에 형성된 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층(13), 상기 In_XAl_YGa_ZN층 위에 형성된 P-GaN층(14), 상기 N-GaN층의 식각된 상면에 형성된 N-전극(15) 및 상기 P-GaN층 위에 형성된 P-전극(16)을 포함하여 구성된다.

본 실시예는 전술한 본 발명의 발광 다이오드를 수평형 발광 다이오드에 적용한 것이다. 제조수순을 간략히 설명하면, 기판 위에 N-GaN층, 활성층, In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층 및 P-GaN층을 순서대로 적층하여 발광구조물을 형성한 다음, 상기 N-GaN층의 상면의 일부가 드러나도록 발광구조물을 메사 식각한다. 이 후 드러난 N-GaN층의 상면에 N-전극을, P-GaN층 위에 P-전극을 형성한다. 상기 In_XAl_YGa_ZN층은 N-GaN층과 활성층 사이에만 형성될 수도 있으며, N-GaN층과 활성층 사이 및 활성층과 P-GaN층 사이에 모두 형성될 수도 있다.

상기 N-GaN층, 활성층, P-GaN층, In_XAl_YGa_ZN층의 형성방법으로는 얇은 GaN층을 증착할 수 있는 것이면 제한없이 사용될 수 있으나, 바람직하기로는 유기금속 화학증착법(MOCVD)이 적당하다.

상기 기판은 사파이어(Sapphire) 기판, 실리콘(Si) 기판, 산화아연(ZnO)기판 또는 질화물 반도체 기판 중 어느 하나 또는, 기판에 GaN, InGaN, AlGaN, AlInGaN 중에서 적어도 어느 하나가 적층된 템플레이트(Template) 기판이 사용될 수 있다.

본 발명에서는 도핑되지 않은 U-GaN층(미도시)을 먼저 기판 위에 형성한 다음, 그 위에 N-GaN층을 형성할 수 있다. 이는 기판 위에 N-GaN층을 형성할 경우 격자 주기가 급격히 변함으로 인하여 결함이 발생되어 박막특성이 저하되는 것을 방지하기 위한 것이다.

또, 상기 P-GaN층과 P-전극 사이에 오믹컨택층(미도시)을 더 형성할 수 있다. 상기 오믹컨택층은 투명 전도성 산화물(Transparent Conducting Oxide)인 것이 바람직하다. 투명 전도성 산화물로는 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)등이 사용될 수 있다. 투명 전도성 산화물은 오믹컨택층의 역할을 할 수 있으므로, 오믹컨택층을 따로 형성할 필요가 없는 유리한 점이 있을 뿐만 아니라, 광투과도가 90% 이상이므로 광추출 효율을 증가시킬 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 질화물 발광 다이오드의 다른 실시예를 나타내는 단 면도로서, 전도성 기판(17), 상기 기판 위에 형성된 N-GaN층(11), 상기 N-GaN층 위에 형성된 활성층(12), 상기 활성층 위에 형성된 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층(13), 상기 In_XAl_YGa_ZN층 위에 형성된 P-GaN층(14), 상기 P-GaN층 위에 형성된 P-전극(16) 및 상기 전도성 기판 아래에 형성된 N-전극(15)을 포함하여 구성된다. 전술한 바와 같이, 상기 In_XAl_YGa_ZN층은 N-GaN층과 활성층 사이에만 형성될 수도 있으며, N-GaN층과 활성층 사이 및 활성층과 P-GaN층 사이에 모두 형성될 수도 있다. 도핑되지 않은 U-GaN층(미도시)을 먼저 기판 위에 형성한 다음, 그 위에 N-GaN층을 형성할 수도 있다. 또, 상기 P-GaN층과 P-전극 사이에 오믹컨택층(미도시)을 더 형성할 수 있다.

본 실시예는 전도성 기판을 사용함으로써 수직형 발광 다이오드를 구현한 것이다. 수직형 발광 다이오드는 수평형 발광 다이오드에 비하여 동일 웨이퍼에서 생산되는 발광 다이오드의 수가 많아 생산수율이 높고, 전류의 흐름이 효율적인 유리한 점이 있다.

도 8은 본 발명에 따른 질화물 발광 다이오드의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도로서, 서브마운트(Sub-mount) 기판(20), 상기 서브마운트 기판 위에 형성된 P-GaN층(16), 상기 P-GaN층 위에 형성된 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층 (13), 상기 In_XAl_YGa_ZN층 위에 형성된 활성층(12), 상기 활성층 위에 형성된 N-GaN층(11) 및 상기 N-GaN층 위에 형성된 N-전극(15)을 포함하여 구성된다.

본 실시예는 발광 구조물을 형성시킨 다음, 서브마운트 기판을 본딩하고 기판을 제거하여 제조된 발광 다이오드이다. 제조 방법의 특성상 수평형 발광 다이오드와는 발광 구조가 역순으로 배치되어 있다.

전술한 바와 같이, 상기 In_XAl_YGa_ZN층은 N-GaN층과 활성층 사이에만 형성될 수도 있으며, N-GaN층과 활성층 사이 및 활성층과 P-GaN층 사이에 모두 형성될 수도 있다. 또, 상기 N-GaN층과 N-전극 사이에 오믹컨택층(미도시)을 더 형성할 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 질화물 발광 다이오드의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도로서, 금속지지층(21), 상기 금속지지층 위에 형성된 P-GaN층(14), 상기 P-GaN층 위에 형성된 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층(13), 상기 In_XAl_YGa_ZN층 위에 형성된 활성층(12), 상기 활성층 위에 형성된 N-GaN층(11) 및 상기 N-GaN층 위에 형성된 N-전극(15)을 포함하여 구성된다.

본 실시예는 발광구조물을 형성한 다음, 그 위에 금속지지층을 형성하고 기판을 제거하여 제조된 발광 다이오드이다. 제조 방법의 특성상 수평형 발광 다이 오드와는 발광 구조가 역순으로 배치되어 있다.

전술한 바와 같이, 상기 In_XAl_YGa_ZN층은 N-GaN층과 활성층 사이에만 형성될 수도 있으며, N-GaN층과 활성층 사이 및 활성층과 P-GaN층 사이에 모두 형성될 수도 있다. 또, 상기 N-GaN층과 N-전극 사이에 오믹컨택층(미도시)을 더 형성할 수 있다.

상기 금속지지층을 이용할 경우, 전기적으로 안정되며 효율적인 열방출이 가능할 뿐만 아니라, 후공정에서 기판과의 격자결함의 불일치로 인하여 생산 수율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명은 활성층과 도핑된 GaN층 사이에 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층으로 이루어진 전위 장벽을 형성함으로써 전자 및 정공의 오버플로를 효과적으로 방지할 수 있다.

또, 본 발명은 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층의 밴드갭이 활성층쪽에서부터 점자척으로 작아지도록 함으로써 전자 및 정공이 활성층에 주입되는 것을 방해하지 않는다.

또, 본 발명은 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층의 두께를 조절함으로써, 반사층의 역할을 수행할 수 있도록 하여 별도의 반사층을 구비하지 않아도 높은 발광 효율을 얻을 수 있다.

또, 본 발명은 서로 다른 밴드갭을 갖는 In_XAl_YGa_ZN층을 교호 적층함으로써, 에피층내에서 결함이 성장하는 것을 방지함으로써 결정의 질이 우수해질 뿐만 아니라, 격자주기의 차이에 의해 발생하는 스트레스에 의해 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

Claims (14)

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2. N-GaN층;

   상기 N-GaN층 위에 형성된 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층;

   상기 In_XAl_YGa_ZN층 위에 형성된 활성층; 및

   상기 활성층 위에 형성된 P-GaN층을 포함하여 구성되는 질화물 발광 다이오드.
3. N-GaN층;

   상기 N-GaN층 위에 형성된 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층;

   상기 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층의 위에 형성된 활성층;

   상기 활성층 위에 형성된 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층; 및

   상기 In_XAl_YGa_ZN층 위에 형성된 P-GaN층을 포함하여 구성되는 질화물 발광 다이오드.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 N-GaN층은 일부가 메사 식각되어 형성되며,

   N-GaN층 위에 형성되는 층은 N-GaN층의 식각되지 않은 상면에 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드.
5. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 In_XAl_YGa_ZN층은 활성층 내의 끝단의 웰(Well)로부터 10㎛보다 작은 거리에 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드.
6. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층은 큰 밴드갭을 갖는 In_XAl_YGa_ZN층과 보다 작은 밴드갭을 갖는 In_XAl_YGa_ZN층이 교호로 적층되어 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드.
7. 제6항에 있어서,

   상기 큰 밴드갭을 갖는 In_XAl_YGa_ZN층의 밴드갭이 교호로 다르도록 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드.
8. 제6항에 있어서,

   상기 큰 밴드갭을 갖는 In_XAl_YGa_ZN층의 밴드갭이 활성층쪽에서부터 점차적으로 작아지도록 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드.
9. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 In_XAl_YGa_ZN(0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤z<1)층은 큰 밴드갭을 갖는 In_XAl_YGa_ZN층과 보다 작은 밴드갭을 갖는 In_XAl_YGa_ZN층이 교호로 적층되며,

   상기 각 In_XAl_YGa_ZN층의 두께는 λ/4n (λ:발광다이오드의 발광파장, n:구성물질의 굴절율)로 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드.
10. 제4항에 있어서,

    상기 N-GaN층 아래에 형성된 기판;

    상기 N-GaN층의 식각된 상면에 형성된 N-전극;

    상기 P-GaN층 위에 형성된 오믹컨택층; 및

    상기 오믹컨택층 위에 형성된 P-전극을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드.
11. 제10항에 있어서,

    상기 기판과 N-GaN층 사이에 도핑되지 않은 U-GaN층이 더 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드.
12. 제2항 또는 제3항에 있어서,

    상기 N-GaN층 아래에 형성된 전도성 기판;

    상기 전도성 기판 아래에 형성된 N-전극;

    상기 P-GaN층 위에 형성된 오믹컨택층; 및

    상기 오믹컨택층 위에 형성된 P-전극을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드.
13. 제2항 또는 제3항에 있어서,

    상기 P-GaN층 위에 형성된 서브마운트 기판;

    상기 N-GaN층 아래에 형성된 오믹컨택층; 및

    상기 오믹컨택층 아래에 형성된 N-전극을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드.
14. 제2항 또는 제3항에 있어서,

    상기 P-GaN층 위에 형성된 금속지지층;

    상기 N-GaN층 아래에 형성된 오믹컨택층; 및

    상기 오믹컨택층 아래에 형성된 N-전극을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 질화물 발광 다이오드.

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