KR100721160B1 - 질화물 반도체 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 질화물 반도체 소자에 관한 것으로서, 기판과, 상기 기판 상에 형성되어 있는 n형 클래드층과, 상기 n형 클래드층 상의 일부에, 서로 다른 전자 이동도를 가지는 질화물 반도체층이 순차적으로 교대로 반복하여 다수회 적층되어 다층 구조로 형성되어 있는 전류확산층과, 상기 전류확산층 상에 형성되어 있는 활성층과, 상기 활성층 상에 형성되어 있는 p형 클래드층과, 상기 p형 클래드층 상에 형성되어 있는 p형 전극 및 상기 전류확산층이 형성되지 않은 n형 클래드층 상에 형성되어 있는 n형 전극을 포함하는 질화물 반도체 소자에 관한 것이다.
전류확산층, 전자 이동도, 아세닉(As), 계면활성, 정전기방전(ESD)

Description

질화물 반도체 소자{NITRIDE SEMICONDUCTOR DEVICE}
도 1은 종래 기술에 따른 질화물 반도체 소자(LED)의 구조를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 소자(LED)의 구조를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전류확산층을 나타낸 부분 단면도.
도 4는 도 3의 전류확산층의 에너지 밴드갭 프로파일의 일례를 개략적으로 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명의 제2 실시예의 따른 전류확산층을 나타낸 부분 단면도.
도 6은 도 5의 전류확산층의 에너지 밴드갭 프로파일의 일례를 개략적으로 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전류확산층을 나타낸 부분 단면도.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전류확산층을 나타낸 부분 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 기판 110 : 버퍼층
120 : n형 클래드층 130 : 활성층
140 : p형 클래드층 150 : 투명 도전체층
160 : p형 전극 170 : n형 전극
200 : 전류확산층 300 : 스트레스 완충층
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)를 상세하게 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 질화물 반도체 소자(LED)의 구조를 개략적으로 나 타낸 단면도이다.
도 1에 도시된 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(170)이 형성되어 있고, p형 클래드층(160) 상에는 ITO 등으로 이루어진 투명 도전체층(150)과 p형 전극(160)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 활성층 의 장벽층보다도 큰 밴드갭을 갖는 클래드층을 포함하는 질화물 반도체 소자를 개시하고 있다.
그런데, 상기 활성층을 다중 양자 우물 구조로하면, 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 구조로하면, 단일 양자 우물 구조일때와 비교하여 활성층 전체의 두께가 두껍기 때문에, 종방향의 직렬저항이 높게 되고, 특히, LED 소자의 경우에는 동작전압(Vf)이 높아지는 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.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 발광소자의 동작 전압(Vf)과 같은 전기적인 특성에 영향을 미치지 않으면서, 전류의 수평확산 효과를 향상시켜 고휘도 특성을 갖는 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.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 기판과, 상기 기판 상에 형성되어 있는 n형 클래드층과, 상기 n형 클래드층 상의 일부에, 서로 다른 전자 이동도를 가지는 질화물 반도체층이 순차적으로 교대로 반복하여 다수회 적층되어 다층 구조로 형성되어 있는 전류확산층과, 상기 전류확산층 상에 형성되어 있는 활성층과, 상기 활성층 상에 형성되어 있는 p형 클래드층과, 상기 p형 클래드층 상에 형성되어 있는 p형 전극 및 상기 전류확산층이 형성되지 않은 n형 클래드층 상에 형성되 어 있는 n형 전극을 포함하는 질화물 반도체 소자를 제공한다.
또한, 상기 본 발명의 질화물 반도체 소자에서, 상기 전류확산층은, 서로 균일한 전자 이동도의 변화를 가지는 다층 구조의 질화물 반도체층이 반복적으로 적층되어 있거나, 서로 다른 전자 이동도의 변화를 가지는 다층 구조의 질화물 반도체층이 반복적으로 적층되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명의 질화물 반도체 소자에서, 상기 전류확산층은, 서로 균일한 두께를 가지는 질화물 반도체층으로 이루어지거나, 서로 다른 두께를 가지는 질화물 반도체층으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명의 질화물 반도체 소자에서, 상기 전류확산층은, n형 이온이 도핑된 질화물 반도체층과 아세닉 이온이 도핑된 질화물 반도체층이 순차적으로 1회 이상 교번하여 적층되어 다층 구조를 가지거나, 아세닉 이온이 도핑된 질화물 반도체층과 n형 이온이 도핑된 질화물 반도체층이 순차적으로 1회 이상 교번하여 적층되어 다층 구조를 가지는 것이 바람직하다. 이는, 전류확산층의 에너지 밴드 프로파일을 요철 형상을 가지게 하여 전류의 수평확산 효과를 향상시키기 위함이다.
또한, 상기 본 발명의 질화물 반도체 소자에서, 상기 전류확산층은, 제1 n형 이온이 도핑된 질화물 반도체층과 아세닉 이온이 도핑된 질화물 반도체층 및 제2 n형 이온이 도핑된 질화물 반도체층이 순차적으로 1회 이상 교번하여 적층되어 다층 구조를 가지는 것이 바람직하다. 이때, 상기 제1 n형 이온과 제2 n형 이온은 서로 동일하거나 다른 이온 중 어느 것을 사용하여도 발광소자의 전기적인 특성에 무관 하게 요철 형상의 에너지 밴드 프로파일을 가져 전류의 수평확산 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 질화물 반도체 소자에서, 상기 전류확산층은, 아세닉 이온이 도핑된 질화물 반도체층과 n형 이온이 도핑된 질화물 반도체층 사이에 어느 일방으로 에너지 밴드가 순차적으로 증가하는 1층 이상의 n형 이온이 도핑된 질화물 반도체층을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명의 질화물 반도체 소자에서, 상기 p형 클래드층과 상기 p형 전극 사이에 형성된 투명 도전체층을 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 투명 도전체층은 상기 p형 전극을 통해 주입되는 전류의 주입 면적을 증가시켜 전류확산 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 또 다른 본 발명은, 기판과, 상기 기판 상에 형성되어 있는 n형 클래드층과, 상기 n형 클래드층 상에 형성되어 있는 활성층과, 상기 활성층 상에 서로 다른 전자 이동도를 가지는 질화물 반도체층이 순차적으로 교대로 반복하여 다수회 적층되어 다층 구조로 형성되어 있는 전류확산층과, 상기 전류확산층 상에 형성되어 있는 p형 전극 및 상기 활성층이 형성되지 않은 n형 클래드층 상에 형성되어 있는 n형 전극을 포함하는 질화물 반도체 소자를 제공한다.
또한, 상기 본 발명의 질화물 반도체 소자에서, 상기 전류확산층은, p형 이온이 도핑된 질화물 반도체층과 아세닉 이온이 도핑된 질화물 반도체층이 순차적으로 1회 이상 교번하여 적층되어 다층 구조를 가지거나, 아세닉 이온이 도핑된 질화물 반도체층과 p형 이온이 도핑된 질화물 반도체층이 순차적으로 1회 이상 교번하 여 적층되어 다층 구조를 가지는 것이 바람직하다. 이는, 전류확산층의 에너지 밴드 프로파일을 요철 형상을 가지게 하여 전류의 수평확산 효과를 향상시키기 위함이다.
또한, 상기 본 발명의 질화물 반도체 소자에서, 상기 전류확산층은, 제1 p형 이온이 도핑된 질화물 반도체층과 아세닉 이온이 도핑된 질화물 반도체층 및 제2 p형 이온이 도핑된 질화물 반도체층이 순차적으로 1회 이상 교번하여 적층되어 다층 구조를 가지는 것이 바람직하다. 이때, 상기 제1 p형 이온과 제2 p형 이온은 서로 동일하거나 다른 이온 중 어느 것을 사용하여도 발광소자의 전기적인 특성에 무관하게 요철 형상의 에너지 밴드 프로파일을 가져 전류의 수평확산 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 질화물 반도체 소자에서, 상기 전류확산층은, 아세닉 이온이 도핑된 질화물 반도체층과 p형 이온이 도핑된 질화물 반도체층 사이에 어느 일방으로 에너지 밴드가 순차적으로 증가하는 1층 이상의 p형 이온이 도핑된 질화물 반도체층을 포함하는 것이 바람직하다.
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 병기 하였다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 질화물 반도체 소자에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
우선, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 소자에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 소자의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 광투과성인 기판(100)과, 상기 기판(100) 상에 버퍼층(110), n형 클래드층(120), 전류확산층(200), 활성층(130) 및 P형 클래드층(140)이 순차 적층되어 이루어진 발광 구조물을 포함한다.
상기 기판(100)은, 질화물 반도체 단결정을 성장시키기에 적합한 기판으로서, 사파이어 기판 및 실리콘카바이드(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 사파이어 기판(110)과의 격자정합을 향상시키기 위한 층으로, 일반적으로 GaN 또는 Ga을 포함한 질화물로 형성되어 있다.
상기 n형 및 p형 클래드층(120, 140)과 활성층(130)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.
상기 n형 클래드층(120)과 상기 활성층(130) 사이 계면에는 서로 다른 전자 이동도를 가지는 질화물 반도체층이 교대로 다수회 반복 적층되어 있는 다층 구조의 전류확산층(200)이 형성되어 있다. 이때, 상기 질화물 반도체층은 InXAlYGa1 -X- YN 조성식(여기서, 0≤X, 0≤Y, X+Y≤1)을 갖는 반도체 물질로 이루어진다.
특히, 본 발명에 따른, 상기 전류확산층(200)은 서로 다른 전자 이동도를 가지는 질화물 반도체층의 전자 이동도 차이를 통해 요철 형태의 에너지 밴드 프로파일(profile)을 가진다. 따라서, 본 발명은 서로 다른 전자 이동도 차이로 인해 요철 형태의 에너지 밴드 프로파일을 가지는 전류확산층을 통해 전류의 수평 확산 효과를 향상시켜 소자의 휘도를 높일 수 있으며, 정전기 방전(ESD) 특성의 내성 또한 강화시킬 수 있다.
한편, 상기 전류확산층(200)을 구성하는 서로 다른 전자 이동도를 가지는 질화물 반도체층은, 공정 조건 및 소자 특성에 따라 서로 동일한 두께를 가지거나, 서로 다른 두께를 가지게 형성하는 것이 가능하다. 또한, 상기 서로 다른 전자 이 동도를 가지는 질화물 반도체층은, 서로 균일한 전자 이동도의 변화를 가지거나, 서로 다른 전자 이동도의 변화를 가지게 형성하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 질화물 반도체 소자는, 상기 p형 클래드층(140)과 활성층(130)을 에칭하여 상기 n형 클래드층(120)의 일부 상면을 노출시킴으로써 형성된 복수의 메사와, 상기 복수의 메사 상의 상기 노출된 n형 클래드층(120) 상에 형성된 n형 전극(170)과, 전류를 확산시키기 위해 상기 p형 클래드층(140) 상에 형성된 투명 도전체층(150) 및 상기 투명 도전체층(150) 상에서 반사 메탈 역할 및 본딩 메탈 역할을 하는 p형 전극(160)이 포함되어 있다.
이러한 본 실시예의 발광 구조물 구성에서, 상기 투명 도전체층(150)은, 전류 주입 면적을 증가시켜 전류확산 효과를 향상시키기 위한 층으로 ITO(Indium Tin Oxide), TO(Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide) 및 TCO(Transparent Conductive Oxide)로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나의 막으로 이루어짐이 바람직하다.
그러면, 이하, 서로 다른 전자 이동도를 가지는 질화물 반도체층이 순차적으로 적층되어 다층 구조를 가지는 전류확산층(200)의 구체적인 종류에 대하여, 도 3 내지 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.
실시예 1
도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물 반도체 소자 의 전류확산층에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전류확산층을 나타낸 부분 단면도이고, 도 4는 도 3의 전류확산층의 에너지 밴드갭 프로파일의 일례를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, n형 클래드층(120) 상에 서로 다른 전자 이동도를 가지는 질화물 반도체층, 예를 들어, 아세닉(As) 이온이 도핑된 질화물 반도체층(200a)과 이보다 전자 이동도가 낮은 n형 이온이 도핑된 질화물 반도체층(200b)이 순차적으로 1회 이상 반복 적층되어 이루어진 전류확산층(200)이 형성되어 있다.
이때, 상기 아세닉(As) 이온이 도핑된 질화물 반도체층(200a)은 n형 이온이 도핑된 질화물 반도체층(200b)과 비교하여 상대적으로 높은 전자 이동도를 가지므로, 상기 전류확산층(200)은 층 간의 서로 다른 전자 이동도를 통해 수평방향의 전류확산을 유도한다. 이와 더불어 딥 레벨(deep label) 도펀트인 아세닉 이온으로 인하여 생긴 밴드 오프셋(off-set)을 통해 요철 형태의 에너지 밴드 프로파일을 가진다.
보다 상세하게는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 전류확산층(200)은, 상기 아세닉(As) 이온이 도핑된 질화물 반도체층(200a)과 n형 이온이 도핑된 질화물 반도체층(200b)의 계면에서 에너지 밴드가 급격히 변화하는 에너지 밴드의 불연속성에 의해 그 계면에 이차원 전자가스층(도시하지 않음)을 형성하게 되고, 전체적인 에너지 밴드 프로파일은 요철 형태를 가진다.
따라서, 전압인가시에 상기 이차원 전자가스층을 통해 n+-p+접합으로 터널링 현상이 발생되어 n형 클래드층(120)의 클래딩(cladding) 효과를 향상시키고, 요철 형태의 에너지 밴드 프로파일을 통해 전류의 수평 확산 효과를 향상시킬 수 있다. 이와 같이, 전류확산층(200)에서 전류확산 효과가 향상되면, 발광 영역의 증가로 인해 발광 효율 또한 향상되므로, 광 출력을 확보하는 질화물 반도체 소자를 구현할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 상기 전류확산층(200)은, 서로 다른 전자 이동도를 갖게 하기 위해 n형 이온이 도핑된 질화물 반도체층(200b)과 계면활성 특성이 우수한 아세닉(As) 이온이 도핑된 질화물 반도체층(200a)을 사용하고 있는 바, 전류확산층(200)을 구성하는 다수 층 간의 조성변화에 의한 결함 없이 전체적으로 n형 반도체의 특성을 가질 수 있어 발광소자의 동작전압(Vf)과 같은 전기적 특성을 우수하게 확보할 수 있다.
또한, 상기 전류확산층(200)은 GaN으로 이루어진 n형 클래드층(120)과 다중양자우물(MQW) 구조로 이루어진 활성층(130) 사이에 개재되어 수평방향으로 전류확산을 유도하여 상기 활성층(130)에 국부적으로 전류가 집중되는 현상을 방지하는 역할을 수행할 수 있게 된다. 따라서, 상기 전류확산층(200)은 급격한 서지(surge) 전압 또는 정전기 현상으로부터 질화물 반도체 소자를 보호할 수 있게 되고, 그로 인해 소자의 ESD 내성을 개선하는 것이 가능하다.
실시예 2
도 5 및 도 6을 참고로, 본 발명의 제2 실시예에 대해 설명하기로 한다. 다만, 제2 실시예의 구성 중 제1 실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고, 제2 실시예에서 달라지는 구성에 대해서만 상술하기로 한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전류확산층을 나타낸 부분 단면도이고, 도 6은 도 5의 전류확산층의 에너지 밴드갭 프로파일의 일례를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 제2 실시예에 따른 전류확산층(200)은 제1 실시예에 따른 전류확산층(200)과 대부분의 구성이 동일하고, 다만, 상기 n형 클래드층(120) 상에 형성되는 최하층이 n형 이온이 도핑된 질화물 반도체층(200b)이라는 점에서만 제1 실시예와 다르다.
즉, 제1 실시예는 상기 전류확산층으로 아세닉(As) 이온이 도핑된 질화물 반도체층과 n형 이온이 도핑된 질화물 반도체층이 순차적으로 1회 이상 반복 적층되어 형성되어 있는 것을 예시한 것이며, 제2 실시예는 상기 전류확산층으로 n형 이온이 도핑된 질화물 반도체층과 아세닉 이온이 도핑된 질화물 반도체층이 순차적으로 1회 이상 반복 적층되어 형성되어 있는 것을 예시한 것이다.
따라서, 이러한 제2 실시예는 제1 실시예에서와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다.
실시예 3
이하, 도 7을 참고로, 본 발명의 제3 실시예에 대해 설명하기로 한다. 다만, 제3 실시예의 구성 중 제1 실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고, 제3 실시예에서 달라지는 구성에 대해서만 상술하기로 한다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전류확산층을 나타낸 부분 단면도이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 제3 실시예에 따른 전류확산층(200)은 제1 실시예에 따른 전류확산층(200)과 대부분의 구성이 동일하고, 다만, 상기 n형 클래드층(120)과 상기 활성층(130)과 접하는 층이 n형 이온이 도핑된 질화물 반도체층(200b, 200b')이라는 점에서만 제1 실시예와 다르다.
이때, 상기 n형 클래드층(120)과 접하는 제1 n형 이온이 도핑된 질화물 반도체층(200b)과 상기 활성층(130)과 접하는 제2 n형 이온이 도핑된 질화물 반도체층(200b')의 제1 n형 이온과 제2 n형 이온은 동일하거나 다른 이온을 사용하여도 상관없다.
따라서, 이러한 제3 실시예는 제1 실시예에서와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 아세닉 이온이 도핑된 질화물 반도체층의 양면에 형성된 n형 질화물 반도체층으로 인하여 아세닉 이온이 도핑된 질화물 반도체층이 보다 우수한 n형 특성을 가질 수 있다.
실시예 4
이하, 도 8을 참고로, 본 발명의 제4 실시예에 대해 설명하기로 한다. 다만, 제4 실시예의 구성 중 제1 실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고, 제3 실 시예에서 달라지는 구성에 대해서만 상술하기로 한다.
본 발명의 제4 실시예는 상기 아세닉 이온이 도핑된 질화물 반도체층(200a)과 상기 n형 이온이 도핑된 질화물 반도체층(200b) 사이에 어느 일방으로 전자 이동도가 순차적으로 증가하는 1층 이상의 질화물 반도체층인 스트레스(stress) 완충층(300)을 더 포함한다는 점에서만 제1 실시예와 다르다. 이때, 상기 스트레스 완충층(300)은 상기 아세닉 이온이 도핑된 질화물 반도체층(200a)과 상기 n형 이온이 도핑된 질화물 반도체층(200b) 사이의 전자 이동도의 차이를 조절하는 역할을 한다.
따라서, 제4 실시예는 제1 실시예에서와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 아세닉 이온이 도핑된 질화물 반도체층(200a)과 n형 이온이 도핑된 질화물 반도체층(200b) 사이에 형성된 스트레스 완충층(300)을 통해 아세닉 이온이 도핑된 질화물 반도체층(200a)과 n형 이온이 도핑된 질화물 반도체층(200b)의 계면에서 급격히 변화하는 전자 이동도를 완충시킴으로써, 소자에 특성을 보다 안정적으로 유지시킬 수 있는 이점이 있다.
한편, 도시하지는 않았지만, 이러한 스트레스 완충층(300)은 본 발명의 제2 실시예 및 제3 실시예에 기재된 전류확산층에도 적용하는 것이 가능하다.
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.
예를 들어, 상술한 본 발명의 일 실시예에서는 활성층과 n형 클래드층 사이에 전류 확산층을 구비하는 구성에 대해 기술하였으나, 활성층과 p형 클래드층 사이에 전류 확산층을 구비하는 구성 역시 상술한 실시예에서와 동일한 본 발명의 작용 및 효과를 나타낼 수 있음이 당업자에게 명백하고, 따라서, 이러한 구성 역시 후술할 본 발명의 청구범위의 균등범위 내로서 본 발명의 권리범위 내에 포괄되는 것으로 해석되어야 함이 명백하다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 서로 다른 전자 이동도를 가지는 질화물 반도체층이 순차적으로 적층되어 형성된 다층 구조의 전류확산층을, n형 클래드층과 활성층 사이 또는 활성층과 p형 클래드층 사이에 구비하여 전류의 수평 확산 효과를 향상시켜 높은 광 출력을 얻을 수 있는 질화물 반도체 소자를 구현하게 된다.
또한, 본 발명은 계면활성 특성이 우수한 아세닉 이온을 사용하여 서로 다른 전자 이동도를 가지는 다층 구조의 전류확산층을 구현하므로, 전류확산층을 구성하는 층간의 조성변화로 인한 결함을 방지하여 우수한 전기적인 특성을 가지는 질화물 반도체 소자를 구현하게 된다.
또한, 본 발명은 상기 전류확산층의 서로 다른 전자 이동도를 가지는 질화물 반도체층이 순차적으로 적층되어 있는 구조가 일종의 전류확산층 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 일부에, 서로 다른 전자 이동도를 가지는 질화물 반도체층이 순차적으로 교대로 반복하여 다수회 적층되어 다층 구조로 형성되어 있는 전류확산층;
    상기 전류확산층 상에 형성되어 있는 활성층;
    상기 활성층 상에 형성되어 있는 p형 클래드층;
    상기 p형 클래드층 상에 형성되어 있는 p형 전극; 및
    상기 전류확산층이 형성되지 않은 n형 클래드층 상에 형성되어 있는 n형 전극을 포함하는 질화물 반도체 소자.
  2. 기판;
    상기 기판 상에 형성되어 있는 n형 클래드층;
    상기 n형 클래드층 상에 형성되어 있는 활성층;
    상기 활성층 상에 서로 다른 전자 이동도를 가지는 질화물 반도체층이 순차적으로 교대로 반복하여 다수회 적층되어 다층 구조로 형성되어 있는 전류확산층;
    상기 전류확산층 상에 형성되어 있는 p형 전극; 및
    상기 활성층이 형성되지 않은 n형 클래드층 상에 형성되어 있는 n형 전극을 포함하는 질화물 반도체 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전류확산층을 구성하는 서로 다른 전자 이동도를 가지는 질화물 반도체층은, InXAlYGa1 -X- YN (0≤X, 0≤Y, X+Y≤1) 조성물로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전류확산층은, 서로 균일한 전자 이동도의 변화를 가지는 다층 구조의 질화물 반도체층이 반복적으로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전류확산층은, 서로 다른 전자 이동도의 변화를 가지는 다층 구조의 질화물 반도체층이 반복적으로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전류확산층은, 서로 동일한 두께를 가지는 질화물 반도체층으로 이루어 진 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전류확산층은, 서로 다른 두께를 가지는 질화물 반도체층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전류확산층은, n형 이온이 도핑된 질화물 반도체층과 아세닉 이온이 도핑된 질화물 반도체층이 순차적으로 1회 이상 교번하여 적층되어 다층 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전류확산층은, 아세닉 이온이 도핑된 질화물 반도체층과 n형 이온이 도핑된 질화물 반도체층이 순차적으로 1회 이상 교번하여 적층되어 다층 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전류확산층은, 제1 n형 이온이 도핑된 질화물 반도체층과 아세닉 이온이 도핑된 질화물 반도체층 및 제2 n형 이온이 도핑된 질화물 반도체층이 순차적으로 1회 이상 교번하여 적층되어 다층 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 질화물 반 도체 소자.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 n형 이온과 제2 n형 이온은 동일하거나 서로 다른 이온인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  12. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전류확산층은, 아세닉 이온이 도핑된 질화물 반도체층과 n형 이온이 도핑된 질화물 반도체층 사이에 어느 일방으로 에너지 밴드가 순차적으로 증가하는 1층 이상의 n형 이온이 도핑된 질화물 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 전류확산층은, 아세닉 이온이 도핑된 질화물 반도체층과 p형 이온이 도핑된 질화물 반도체층이 순차적으로 1회 이상 교번하여 적층되어 다층 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  14. 제2항에 있어서,
    상기 전류확산층은, p형 이온이 도핑된 질화물 반도체층과 아세닉 이온이 도핑된 질화물 반도체층이 순차적으로 1회 이상 교번하여 적층되어 다층 구조를 가지 는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  15. 제2항에 있어서,
    상기 전류확산층은, 제1 p형 이온이 도핑된 질화물 반도체층과 아세닉 이온이 도핑된 질화물 반도체층 및 제2 p형 이온이 도핑된 질화물 반도체층이 순차적으로 1회 이상 교번하여 적층되어 다층 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 p형 이온과 제2 p형 이온은 동일하거나 서로 다른 이온인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  17. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전류확산층은, 아세닉 이온이 도핑된 질화물 반도체층과 p형 이온이 도핑된 질화물 반도체층 사이에 어느 일방으로 에너지 밴드가 순차적으로 증가하는 1층 이상의 n형 이온이 도핑된 질화물 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 p형 클래드층과 상기 p형 전극 사이에 형성되어 있는 투명 도전체층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.
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