KR100691277B1 - Gallium nitride based light emitting diode and producing method of the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 질화갈륨계 반도체 발광소자에 관한 것으로서, 기판과, 상기 기판 상에 형성된 제1 도전형 질화갈륨계 반도체층과, 상기 제1 도전형 질화갈륨계 반도체층 상에 형성된 활성층과, 상기 활성층 상에 형성된 제2 도전형 하부 질화갈륨계 반도체층과, 상기 제2 도전형 하부 질화갈륨계 반도체 상에 형성된, MgN계 단결정으로 이루어진 극성변환층과, 상기 극성변환층 상에 형성된 제2 도전형 상부 질화갈륨계 반도체층을 포함하며, 상기 제2 도전형 상부 질화갈륨계 반도체층은 상기 극성변환층에 의해 그 표면이 N극성으로 전환되어 형성되는 다수의 피트로 인해 거친 상면을 갖게 되는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 발광소자를 제공한다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gallium nitride semiconductor light emitting device, comprising: a substrate, a first conductive gallium nitride based semiconductor layer formed on the substrate, an active layer formed on the first conductive gallium nitride based semiconductor layer, and the active layer A second conductive type lower gallium nitride based semiconductor layer formed on the second conductive type lower gallium nitride based semiconductor layer, an MgN based single crystal formed on the second conductive lower gallium nitride based semiconductor, and a second conductive type formed on the polarity converting layer An upper gallium nitride-based semiconductor layer, wherein the second conductive upper gallium nitride-based semiconductor layer has a rough upper surface due to a plurality of pits formed by converting its surface into an N-polarity by the polarity conversion layer. A gallium nitride-based semiconductor light emitting device is provided.
질화갈륨(GaN), 극성변환층(polarity conversion layer), MgN Gallium Nitride (GaN), polarity conversion layer, MgN
Description
도1은 종래의 질화갈륨계 발광소자를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a conventional gallium nitride-based light emitting device.
도2는 본 발명의 일실시형태에 따른 질화갈륨계 발광소자를 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a gallium nitride-based light emitting device according to an embodiment of the present invention.
도3a 내지 도3e는 상기한 실시예에서 각각 다른 두께로 성장된 p형 질화물 반도체층의 표면을 촬영한 AFM 사진이다.3A to 3E are AFM images of surfaces of p-type nitride semiconductor layers grown to different thicknesses in the above-described embodiment.
도4a 및 도4b는 각각 본 발명에 따른 실시예로부터 얻어진 발광소자의 광출력 및 구동전압을 나타내는 그래프이다.4A and 4B are graphs showing the light output and the driving voltage of the light emitting device obtained from the embodiment according to the present invention, respectively.
도5a 및 도5b는 각각 종래 기술에 따른 비교예로부터 얻어진 발광소자의 광출력 및 구동전압을 나타내는 그래프이다.5A and 5B are graphs showing light output and driving voltage of light emitting devices obtained from comparative examples according to the prior art, respectively.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명><Code Description of Main Parts of Drawing>
21: 사파이어 기판 22: n형 질화갈륨계 반도체층21: sapphire substrate 22: n-type gallium nitride based semiconductor layer
25: 활성층 26: p형 질화갈륨계 반도체층25: active layer 26: p-type gallium nitride based semiconductor layer
27: MgN계 극성변환층27: MgN polarity conversion layer
본 발명은 질화갈륨계 발광소자에 관한 것으로서, 추가적인 에칭공정에 의하지 않고 성장과정에서 광추출효율을 개선하는 거친 표면을 형성할 수 있는 질화갈륨계 발광소자 및 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a gallium nitride-based light emitting device, and relates to a gallium nitride-based light emitting device and a manufacturing method capable of forming a rough surface to improve the light extraction efficiency in the growth process without an additional etching process.
최근에 질화갈륨계 반도체 발광소자는 청색 또는 녹색 등의 단파장광을 포함한 넓은 파장대역의 광을 생성할 수 있는 고출력 광소자로서, 관련 기술분야에서 크게 각광을 받고 있다. 상기 질화갈륨계 반도체 발광소자는 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0<x+y≤1임)을 갖는 반도체 단결정으로 이루어진다.Recently, a gallium nitride-based semiconductor light emitting device is a high output optical device capable of generating light of a wide wavelength band including short wavelength light such as blue or green, and has been greatly attracting attention in the related art. The gallium nitride-based semiconductor light emitting device is composed of a semiconductor single crystal having an Al x In y Ga (1-xy) N composition formula, where 0≤x≤1, 0≤y≤1, and 0 <x + y≤1. .
일반적으로 반도체 발광소자의 광효율은 내부양자효율(internal quantum efficiedncy)과 광추출효율(light extraction efficiency, 또는 외부양자효율이라고도 함)에 의해 결정된다. 특히, 광추출효율은 발광소자의 광학적 인자, 즉 각 구조물의 굴절률 및/또는 계면의 평활도(flatness) 등에 의해 결정된다. In general, the light efficiency of a semiconductor light emitting device is determined by an internal quantum efficiedncy and a light extraction efficiency (also called an external quantum efficiency). In particular, the light extraction efficiency is determined by the optical factors of the light emitting device, that is, the refractive index of each structure and / or the flatness of the interface.
특히, 광추출효율측면에서, 질화갈륨계 반도체 발광소자는 근본적인 제한사항을 갖고 있다. 즉, GaN층은 외부대기나 기판에 비해 큰 굴절률을 가지므로, 빛의 방출가능한 입사각범위를 결정하는 임계각이 작아진다. 그 결과, 활성층으로부터 발생된 광의 상당부분은 내부전반사되어 실질적으로 원하지 않는 방향으로 전파되거나 전반사과정에서 손실되어 광추출효율이 저하된다. In particular, in terms of light extraction efficiency, gallium nitride-based semiconductor light emitting devices have fundamental limitations. That is, since the GaN layer has a larger refractive index than the external atmosphere or the substrate, the critical angle that determines the range of incident angles of light emission is small. As a result, much of the light generated from the active layer is totally reflected internally and propagates in a substantially undesired direction or is lost in the total reflection process, resulting in lowered light extraction efficiency.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 발광소자의 표면에 고의적으로 요철 등을 형성하여 표면의 평활도를 낮추는 다양한 방안이 있다. 이러한 광추출효율 개선방안 중 미국등록특허 6,4441,403호(공고일: 2002.08.27, United Epitaxy Comp.)에는, 에칭공정과 같은 추가적인 표면처리공정 없이 성장온도를 조절하여 거친 표면을 제공하는 방법을 제안하고 있다.In order to solve this problem, there are various ways to intentionally form irregularities on the surface of the light emitting device to lower the smoothness of the surface. US Patent No. 6,4441,403 (Announcement Date: 2002.08.27, United Epitaxy Comp.) Among the methods to improve the light extraction efficiency, a method of providing a rough surface by controlling the growth temperature without an additional surface treatment process such as etching process Is proposing.
즉, 도1에 도시된 질화갈륨계 반도체 발광소자(10)는, 사파이어 기판(11)상에 순차적으로 형성된 n형 질화물 반도체층(12), 다중양자우물구조의 활성층(15) 및 p형 질화물 반도체층(16)을 포함한다. 여기서, p형 질화물 반도체층(16) 중 하부층(16a)은 다른 질화물층과 유사하게 고온의 조건에서 형성되지만, 상기 상부층(16b)은 낮은 온도(400∼1000℃)에서 성장된다. 따라서, 상기 p형 질화물 반도체층(16)의 상부층(16b)은 고품질의 결정을 얻을 수 있는 성장온도에서 벗어난 온도에서 성장되므로 거친 표면(v)을 갖게 된다. That is, the gallium nitride-based semiconductor
하지만, p형 상부 질화물 반도체층(16b)을 성장할 때에, 낮은 온도에서 성장되므로, p형 불순물인 Mg의 인코포레이션(incoporation)효율이 매우 낮아져 홀 농도가 감소된다. 또한, 저온성장조건에서 NH3 크래킹(cracking)효율이 감소되어 n형 불순물과 유사한 역할을 하는 N 공극이 증가되므로, 저하된 홀의 농도를 상쇄시켜 구동전압을 크게 증가시킨다. However, when the p-type upper
이와 같이, 상술된 종래 기술은 요철형성 또는 조면화처리를 위한 추가적인 에칭공정없이 광추출효율을 개선할 수 있는 유익한 방안이나, 오히려 구동전압을 증가시키는 문제가 있으므로, 실용화하는데 곤란한 문제가 있다. As described above, the above-described prior art is an advantageous way to improve the light extraction efficiency without the additional etching process for the uneven formation or roughening treatment, but rather there is a problem of increasing the driving voltage, which is difficult to put into practical use.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 p형 질화갈륨계 반도체층의 소정의 영역에 극성변환층을 도입하여 그 상부영역을 결함이 많은 N 극성으로 전환시킴으로써 거친 표면을 제공하는 질화갈륨계 발광소자를 제공하는데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and its purpose is to introduce a polarization conversion layer into a predetermined region of a p-type gallium nitride based semiconductor layer and to convert the upper region into a defective N polarity with a rough surface. It is to provide a gallium nitride-based light emitting device that provides.
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본 발명의 다른 목적은 추가적인 에칭공정 없이 거친 상면을 제공하기 위해서, 극성변환층을 이용하여 그 상부 질화물층영역을 결함이 많은 N 극성으로 전환시키는 질화갈륨계 발광소자의 제조방법을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a gallium nitride-based light emitting device for converting the upper nitride layer region into a defective N polarity by using a polarity conversion layer in order to provide a rough top surface without additional etching process.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은,As to solve the above technical problem, the present invention,
기판과, 상기 기판 상에 형성된 제1 도전형 질화갈륨계 반도체층과, 상기 제1 도전형 질화갈륨계 반도체층 상에 형성된 활성층과, 상기 활성층 상에 형성된 제2 도전형 하부 질화갈륨계 반도체층과, 상기 제2 도전형 하부 질화갈륨계 반도체 상에 형성된, MgN계 단결정으로 이루어진 극성변환층과, 상기 극성변환층 상에 형성된 제2 도전형 상부 질화갈륨계 반도체층을 포함하며, 상기 제2 도전형 상부 질화갈륨계 반도체층은 상기 극성변환층에 의해 그 표면이 N극성으로 전환되어 형성되는 다수의 피트로 인해 거친 상면을 갖게 되는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 발광소자를 제공한다. A substrate, a first conductivity type gallium nitride based semiconductor layer formed on the substrate, an active layer formed on the first conductivity type gallium nitride based semiconductor layer, and a second conductivity type lower gallium nitride based semiconductor layer formed on the active layer And a polarization conversion layer made of an MgN-based single crystal formed on the second conductivity type lower gallium nitride based semiconductor, and a second conductivity type upper gallium nitride based semiconductor layer formed on the polarization conversion layer. The conductive upper gallium nitride-based semiconductor layer provides a gallium nitride-based semiconductor light-emitting device characterized in that it has a rough upper surface due to the plurality of pits formed by converting its surface into an N-polarity by the polarity conversion layer.
일 실시형태에서, 상기 극성변환층은 조성식(AlxGayInz)Mg3-(x+y+z)N2을 만족하는 물질(여기서, 0≤x,z≤1, 0<y≤1, 0≤x+y+z<3)일 수 있다. 이와 달리, 상기 극성변환층은 조성식 SiaMg3 - aN2을 만족하는 물질(0< a< 3)일 수 있다. 상기 극성변환층은 다른 층의 형성공정과 동일하게 MBE 또는 MOCVD법으로 형성될 수 있다. In one embodiment, the polarity converting layer is a material satisfying the compositional formula (Al x Ga y In z ) Mg 3- (x + y + z) N 2 (where 0 ≦ x, z ≦ 1, 0 <y ≦ 1, 0 ≦ x + y + z <3). In contrast, the polarity conversion layer may be a material (0 <a <3) satisfying the compositional formula Si a Mg 3 - a N 2 . The polarity converting layer may be formed by MBE or MOCVD in the same manner as the other layer forming process.
본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 상기 제2 도전형 하부 질화갈륨계 반도체층은 p형 AlGaN계 전류차단층이며, 상기 제2 도전형 상부 질화갈륨계 반도체층은 p형 GaN 콘택층일 수 있다. 바람직하게, 상기 극성변환층은 10∼100㎚의 두께를 가질 수 있다. 상기 제2 도전형 하부 질화갈륨계 반도체층은 적어도 100㎚의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제2 도전형 하부 질화갈륨계 반도체층은 50∼180㎚의 두께를 갖는 것이 바람직하다.In a preferred embodiment of the present invention, the second conductivity type lower gallium nitride based semiconductor layer may be a p-type AlGaN based current blocking layer, and the second conductivity type upper gallium nitride based semiconductor layer may be a p type GaN contact layer. Preferably, the polarity conversion layer may have a thickness of 10 to 100nm. Preferably, the second conductivity type lower gallium nitride based semiconductor layer has a thickness of at least 100 nm. In addition, the second conductivity type lower gallium nitride based semiconductor layer preferably has a thickness of 50 ~ 180nm.
또한, 본 발명은 질화갈륨계 반도체 발광소자 제조방법을 제공한다. 상기 방 법은 기판 상에 제1 도전형 질화갈륨계 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 제1 도전형 질화갈륨계 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계와, 상기 활성층 상에 제2 도전형 하부 질화갈륨계 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 제2 도전형 하부 질화갈륨계 반도체 상에 MgN계 단결정으로 이루어진 극성변환층을 형성하는 단계와, 상기 극성변환층 상에 제2 도전형 상부 질화갈륨계 반도체층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제2 도전형 상부 질화갈륨계 반도체층은 상기 극성변환층에 의해 그 표면이 N극성으로 전환되어 형성되는 다수의 피트로 인해 거친 상면을 갖게 된다.In addition, the present invention provides a method for manufacturing a gallium nitride-based semiconductor light emitting device. The method includes forming a first conductive gallium nitride based semiconductor layer on a substrate, forming an active layer on the first conductive gallium nitride based semiconductor layer, and forming a second conductive lower portion on the active layer. Forming a gallium nitride based semiconductor layer, forming a polarization converting layer of MgN based single crystal on the second conductivity type lower gallium nitride based semiconductor, and forming a second conductive upper gallium nitride on the polarization converting layer And forming a semiconductor layer, wherein the second conductive upper gallium nitride-based semiconductor layer has a rough upper surface due to a plurality of pits formed by converting the surface to N-polarity by the polarity conversion layer.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the present invention in more detail.
도2는 본 발명의 일실시형태에 따른 질화갈륨계 발광소자를 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a gallium nitride-based light emitting device according to an embodiment of the present invention.
도2를 참조하면, 사파이어 기판(21)상에 순차적으로 형성된 n형 질화갈륨계 반도체층(22), 다중양자우물구조의 활성층(25) 및 p형 질화갈륨계 반도체층(26)을 포함한 질화갈륨계 반도체 발광소자(20)가 도시되어 있다.Referring to FIG. 2, a nitride including an n-type gallium nitride based
상기 질화갈륨계 반도체층(26)은 p형 하부 반도체층(26a)과 p형 상부 반도체층(26b)으로 구분된다. 본 발명에 따른 MgN계 극성변환층(27)은 상기 p형 하부 반도체층(26a) 상에 형성되며, 상기 p형 상부 반도체층(26b)의 극성에 영향을 준다. 즉, 상기 극성변환층(27)은 그 위에 성장되는 p형 상부 반도체층(26b)의 표면을 N 극성으로 변환시킨다. 이러한 N 극성 표면을 갖는 질화갈륨층은 Ga극성 표면에 비 해 결정성이 낮으므로, N극성을 갖는 p형 상부 반도체층(26b)은 피트(V)가 다수 발생된 표면을 갖는다. The gallium nitride based
상기 극성변환층(27)은 MgN계 단결정으로 이루어진다. 구체적으로, 상기 극성변환층은 (AlxGayInz)Mg3 -(x+y+z)N2을 만족하는 물질(여기서, 0≤x,z≤1, 0<y≤1, 0≤x+y+z<3)일 수 있다. 이와 달리, 상기 극성변환층(27)은 조성식 SiaMg3 - aN2을 만족하는 물질(0< a< 3)일 수 있다. The
본 발명에 채용되는 극성변환층(27)은 다른 층의 형성공정과 동일한 MBE 또는 MOCVD법으로 성장될 수 있으므로, 연속적인 성장공정을 통해 형성될 수 있다. The
바람직하게, 상기 p형 하부 질화갈륨계 반도체층(26a)은 p형 AlGaN계 전류차단층이며, 상기 p형 상부 질화갈륨계 반도체층(26b)은 p형 GaN 콘택층일 수 있다. The p-type lower gallium nitride-based
또한, 상기 극성변환층(27)의 두께(t)는 10∼100㎚인 것이 바람직하다. 10㎚미만인 경우에, 충분한 극성변환기능을 기대하기 어려우며, 100㎚를 초과하는 경우에는 p형 질화물층(26)의 전기적 특성을 저하시킬 수 있다. In addition, the thickness t of the
상기 p형 하부 질화갈륨계 반도체층(26a)의 두께(ta)는, MgN 극성변환층(27)이 활성층(25)에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해서 적어도 100㎚로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 p형 상부 질화갈륨계 반도체층(26b)의 두께(tb)는 50∼180㎚인 것이 바람직하다. 50㎚미만인 경우에, 극성변환을 통해 표면에 결함이 충분히 발생되기 어려우며, 180㎚를 초과하는 경우에는 층두께의 증가로 저항이 지나치게 높아질 우려가 있다.The thickness ta of the p-type lower gallium
이와 같이, 본 발명에서는 추가적인 에칭공정과 같은 표면처리공정없이, 극성변환층의 작용을 통해 성장과정에서 원하는 거친 표면을 갖는 p형 질화물층을 얻을 수 있다. 이러한 극성변환층과 p형 질화물층의 성장은 고온에서 실시되므로, 저온 성장에서 야기되는 Mg 불순물농도의 감소로 인한 구동전압의 증가문제를 해결할 수 있다. As such, in the present invention, a p-type nitride layer having a desired rough surface in the growth process may be obtained through the action of the polarity conversion layer without a surface treatment process such as an additional etching process. Since the growth of the polarity conversion layer and the p-type nitride layer is performed at a high temperature, it is possible to solve the problem of increasing the driving voltage due to the decrease in the Mg impurity concentration caused by the low temperature growth.
이하, 본 발명에 따른 구체적인 실시예와 도1에 설명된 종래 기술에 따른 비교예를 대비함으로써 본 발명의 작용과 효과를 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Hereinafter, the operation and effect of the present invention will be more easily understood by comparing the specific examples according to the present invention and the comparative example according to the related art described in FIG. 1.
(( 실시예Example ))
본 실시예는 극성변환층에 의한 p형 질화물층의 표면변화를 확인하기 위해서 실시되었다.This example was carried out to confirm the surface change of the p-type nitride layer by the polarity conversion layer.
우선, 사파이어 기판상에 n형 GaN층, 다중양자우물구조의 활성층 및 p형 AlGaN층을 각각 1.5㎛, 0.5㎛ 및 0.7㎛로 순차적으로 형성하였다. 이와 같은 샘플을 5개 마련하였다. 제1 샘플은 극성변환층 없이 그대로 전극을 형성하여 LED로 제조하였으며, 다른 나머지 제2 내지 제6 샘플에서는 120㎚의 MgN계 극성변환층을 p형 AlGaN층 상에 형성하였다. 이어 상기 극성변환층 상에 동일한 조건으로 p형 GaN층을 추가로 형성하되, 각 샘플(제2 내지 제6샘플)에서 추가로 성장된 p형 GaN의 두께는 80㎚, 120㎚, 160㎚, 240㎚로 달리하였다. First, an n-type GaN layer, an active layer of a multi-quantum well structure, and a p-type AlGaN layer were sequentially formed on the sapphire substrate at 1.5 μm, 0.5 μm, and 0.7 μm, respectively. Five such samples were prepared. The first sample was manufactured as an LED by forming an electrode without a polarity converting layer, and in the other second to sixth samples, a 120 nm MgN-based polarity converting layer was formed on the p-type AlGaN layer. Subsequently, a p-type GaN layer is further formed on the polarity converting layer under the same conditions, and the thicknesses of the p-type GaN further grown in each sample (second to sixth samples) are 80 nm, 120 nm, 160 nm, The difference was 240 nm.
이렇게 얻어진 6개의 샘플의 LED에서, 최종 성장된 p형 GaN층의 표면(단, 제1 샘플은 p형 AlGaN 표면임)을 AFM으로 촬영하였다. 그 결과를 도3a 내지 도3e에 나타내었다.In the six sample LEDs thus obtained, the surface of the finally grown p-type GaN layer (where the first sample was a p-type AlGaN surface) was photographed by AFM. The results are shown in FIGS. 3A to 3E.
도3a와 같이 극성변환층이 제공되지 않은 p형 AlGaN층의 표면은 매우 매끄러운 상태를 나타내었으나, 도3b와 같이 MgN계 극성변환층 상에 형성된 p형 GaN층(두께 80㎚)의 표면은 미세한 피트가 다수 형성되었음을 알 수 있다. p형 GaN층의 두께를 120㎚로 증가시킨 경우에 도3c와 같이 피트크기가 증가되었으며, 도3d와 같이 160㎚두께의 p형 GaN층을 형성한 경우에, 뚜렷한 헥사고날 형상의 피트구조가 큰 밀도로 나타났다. 이를 통해서, 극성변환층 상에 형성된 p형 GaN층의 극성이 변환되어 결함을 형성하는데 충분한 두께가 요구된다는 것을 알 수 있다. 다만, 도3e와 같이, 240㎚로 성장한 경우에는 도3d에서의 표면보다 향상되는 부분이 거의 없으며, 오히려 층 두께의 증가로 구동전압이 증가될 수 있다. 따라서, 극성변환층 상에 형성된 p형 질화갈륨층의 두께는 약 180㎚이하로 하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 3A, the surface of the p-type AlGaN layer without the polarity conversion layer was very smooth. However, the surface of the p-type GaN layer (thickness 80 nm) formed on the MgN-based polarity conversion layer was fine as shown in FIG. 3B. It can be seen that a large number of pits are formed. When the thickness of the p-type GaN layer was increased to 120 nm, the pit size was increased as shown in FIG. 3C. When the p-type GaN layer was formed as shown in FIG. 3D, the 160 nm-thick p-type GaN layer had a distinct hexagonal pit structure. Appeared to be a large density. Through this, it can be seen that a sufficient thickness is required to convert the polarity of the p-type GaN layer formed on the polarity conversion layer to form a defect. However, as shown in FIG. 3E, when grown at 240 nm, there is almost no improvement over the surface of FIG. 3D, and rather, the driving voltage may be increased by increasing the layer thickness. Therefore, the thickness of the p-type gallium nitride layer formed on the polarity conversion layer is preferably about 180 nm or less.
또한, 이렇게 얻어진 6개의 샘플의 LED에 대해서, 광출력과 구동전압을 측정하였으며, 그 결과를 도4a 및 도4b에 도시하였다.In addition, for the LEDs of six samples thus obtained, light output and driving voltage were measured, and the results are shown in FIGS. 4A and 4B.
도4a와 같이, MgN계 극성변환층을 채용한 제2 내지 제5 샘플에서는 광출력이 50 내지 300정도 증가된 것으로 나타났다. 특히, 표면피트가 가장 뚜렷하게 나타난 제4 및 제5 샘플에서 가장 높은 광출력 증가를 나타내었다.As shown in Figure 4a, the light output is increased by about 50 to 300 in the second to fifth samples employing the MgN-based polarity conversion layer. In particular, it showed the highest increase in light output in the fourth and fifth samples where surface pits were most pronounced.
이에 반해, 도4b와 같이, 모든 샘플에서의 구동전압변화는 측정오차범위(±0.05)에 있는 것으로 나타났다 On the contrary, as shown in Fig. 4B, the driving voltage change in all samples was found to be in the measurement error range (± 0.05).
(( 비교예Comparative example ))
본 비교예는 도1에서 설명된 종래의 기술과 같이 p형 질화물층을 저온성장하는 방식으로 표면피트를 형성시켰다.In this comparative example, as in the conventional technique described with reference to FIG.
사파이어 기판상에 n형 GaN층, 다중양자우물구조의 활성층 및 p형 AlGaN층을 각각 1.5㎛, 0.5㎛ 및 0.7㎛로 순차적으로 형성하였다. 이와 같은 샘플을 3개 마련하였다. 각 제1 내지 제3 샘플에서는 온도를 제외한 모든 조건을 동일하게 p형 AlGaN층 상에 p형 GaN층을 형성하였다. 각 제1 내지 제3샘플에서 p형 GaN층의 성장온도는 800℃,840℃ 및 920℃로 하였다. On the sapphire substrate, an n-type GaN layer, an active layer having a multi-quantum well structure, and a p-type AlGaN layer were sequentially formed at 1.5 μm, 0.5 μm, and 0.7 μm, respectively. Three such samples were prepared. In each of the first to third samples, the p-type GaN layer was formed on the p-type AlGaN layer in the same manner except for the temperature. The growth temperatures of the p-type GaN layer in each of the first to third samples were 800 ° C, 840 ° C, and 920 ° C.
각 샘플에서 결과물을 LED로 제조하여, 광출력 및 구동전압을 측정하였으며, 그 결과를 도5a 및 도5b에 도시하였다.The resultant in each sample was made of LED, and the light output and driving voltage were measured, and the results are shown in FIGS. 5A and 5B.
도5a에 도시된 제1 내지 제3 샘플의 결과와 같이, 보다 저온에서 성장할수록 광출력이 증가하는 것으로 나타났으나, 도5b와 같이 광출력의 증가와 함께 구동전압도 증가하는 문제가 있다. 이는 저온성장에 의해 실질적인 정공농도가 감소하는 결과에 따른 것이다.
이러한 종래 기술의 결과에 대비하여, 본 발명은 실시예(도4b 참조)에서 확인되는 바와 같이 구동전압의 변화 없이 광출력을 향상시킬 수 있다는 장점을 갖는다.As shown in the results of the first to third samples shown in FIG. 5A, the light output increases as the temperature grows at a lower temperature. However, as shown in FIG. 5B, the driving voltage increases with the increase in the light output. This is due to the fact that the actual hole concentration decreases due to the low temperature growth.
In contrast to the results of this prior art, the present invention has the advantage that it is possible to improve the light output without changing the driving voltage as confirmed in the embodiment (see Fig. 4b).
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.It is intended that the invention not be limited by the foregoing embodiments and the accompanying drawings, but rather by the claims appended hereto. Accordingly, various forms of substitution, modification, and alteration may be made by those skilled in the art without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims, which are also within the scope of the present invention. something to do.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 질화갈륨계 발광소자는, p형 질화갈륨계 반도체층의 소정의 영역에 극성변환층을 도입하여 그 상부영역을 결함이 많은 N 극성으로 전환시킴으로써 다수의 피트가 형성된 거친 표면을 가질 수 있다. 이로써 광추출효율을 향상시킬 수 있다. 본 발명에 따른 제조방법은 추가적인 에칭공정 없이 요구되지 않을 뿐만 아니라, 구동전압의 증가와 같은 소자의 특성을 저해시키지 않을 수 있다는 장점을 갖는다. As described above, the gallium nitride-based light emitting device according to the present invention introduces a polarization converting layer into a predetermined region of the p-type gallium nitride-based semiconductor layer and converts the upper region into a defective N polarity with a large number of pits. It may have a rough surface formed. This can improve the light extraction efficiency. The manufacturing method according to the present invention has the advantage that it may not be required without an additional etching process, and may not impair device characteristics such as an increase in driving voltage.
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