KR100905877B1 - Nitride semiconductor device - Google Patents
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Abstract
질화물 반도체 소자는, p형 및 n형 질화물 반도체층과 그 사이에 복수의 양자우물층과 복수의 양자장벽층이 교대로 적층되어 이루어진 다중양자우물구조의 활성층을 포함하며, 상기 복수의 양자장벽층 중 적어도 하나가 p형 불순물로 도프된 영역을 갖는다. 상기 적어도 하나의 p형 불순물로 도핑된 양자장벽층은 상기 양자우물층과 접하는 계면에 상기 양자장벽층의 도핑된 다른 내부영역의 농도보다 낮은 p형 불순물 농도를 갖는 확산방지막을 구비할 수 있다.The nitride semiconductor device includes a p-type and n-type nitride semiconductor layer and an active layer having a multi-quantum well structure formed by alternately stacking a plurality of quantum well layers and a plurality of quantum barrier layers therebetween, wherein the plurality of quantum barrier layers At least one has a region doped with a p-type impurity. The quantum barrier layer doped with the at least one p-type impurity may include a diffusion barrier layer having a p-type impurity concentration lower than that of another internal region doped with the quantum barrier layer at an interface contacting the quantum well layer.
질화물 반도체 소자(nitride semiconductor device), 다중양자우물(muti quantum well), p형 불순물(p-type dopant) Nitride semiconductor devices, muti quantum wells, p-type dopants
Description
본 발명은 질화물 반도체 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전체 양자우물구조에서의 재결합효율이 향상되도록 정공의 주입효율을 개선한 질화물 반도체 소자에 관한 것이다. The present invention relates to a nitride semiconductor device, and more particularly, to a nitride semiconductor device having improved hole injection efficiency to improve recombination efficiency in the entire quantum well structure.
일반적으로, 질화물 반도체는 풀컬러 디스플레이, 이미지 스캐너, 각종 신호시스템 및 광통신기기에 광원으로 제공되는 녹색 또는 청색 발광 다이오드(light emitting diode:LED) 또는 레이저 다이오드(laser diode: LD)에 널리 사용되고 있다. 이러한 질화물 반도체 소자는 전자와 정공의 재결합원리를 이용하는 활성층에서 빛을 생성하여 방출시킨다.In general, nitride semiconductors are widely used in green or blue light emitting diodes (LEDs) or laser diodes (LDs), which are provided as light sources in full color displays, image scanners, various signal systems, and optical communication devices. The nitride semiconductor device generates and emits light in an active layer using a recombination principle of electrons and holes.
상기 활성층은 하나의 양자우물층을 갖는 단일양자우물(single quantum well: SQW)구조와 약 100Å보다 작은 복수개의 양자우물층을 갖는 다중양자우물(muti quantum well: MQW)구조가 있다. 이 중에서, 특히 다중양자우물구조의 활성층은 단일양자우물구조에 비해 전류대비 광효율이 우수하고 높은 발광출력을 가지므로 적극적으로 활용되고 있다. The active layer has a single quantum well (SQW) structure having one quantum well layer and a muti quantum well (MQW) structure having a plurality of quantum well layers smaller than about 100 ms. In particular, the active layer of the multi-quantum well structure is actively used because of its superior light efficiency and high luminous output compared to a single quantum well structure.
이러한 질화물 반도체 소자의 광효율은 원천적으로 활성층 내에서의 전자와 정공의 재결합확률, 즉 내부양자효율에 의해 결정된다. 이러한 내부양자효율의 개선방안은 주로 활성층 자체의 구조를 개선하거나 캐리어의 유효량(effective mass)을 증가시키는 방향으로 연구되고 있다. The optical efficiency of the nitride semiconductor device is determined by the probability of recombination of electrons and holes in the active layer, that is, internal quantum efficiency. In order to improve the internal quantum efficiency, research has been conducted mainly to improve the structure of the active layer itself or to increase the effective mass of the carrier.
하지만, 정공의 이동도와 주입길이는 전자의 이동도와 주입길이에 비해 훨씬 작으므로, 대부분의 재결합은 p형 질화물 반도체층에 인접한 양자우물에서만 제한적으로 발생된다. 이러한 문제는, 최근에 활발히 연구되고 있는 다색 활성층(청색-녹색 활성층)을 갖는 발광소자에 보다 심각한 문제로 대두된다. 즉, 다색 활성층을 갖는 발광소자의 경우에, 원하는 청색 스펙트럼과 녹색 스펙트럼을 유사한 출력으로 생성하는 것이 중요하지만, p형 질화물 반도체층에 인접한 영역에서만 제한적으로 발광이 일어나며 결국 특정영역의 광만의 출력이 강해져 원하는 혼색효과를 얻기 어려운 문제가 있다. However, since the hole mobility and injection length are much smaller than the electron mobility and injection length, most recombination occurs only in the quantum well adjacent to the p-type nitride semiconductor layer. This problem is more serious in light emitting devices having a multicolor active layer (blue-green active layer) that has been actively studied in recent years. That is, in the case of a light emitting device having a multi-color active layer, it is important to generate a desired blue spectrum and a green spectrum with similar outputs, but limited light emission occurs only in the region adjacent to the p-type nitride semiconductor layer, resulting in output of only light in a specific region. There is a problem that it becomes difficult to obtain a desired mixed effect.
본 발명은 상술된 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 p형 질화물 반도체층으로부터 주입되는 정공이 전체 양자우물영역으로 원활하게 주입될 수 있는 다중 양자우물구조를 갖는 질화물 반도체 소자를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object thereof is to provide a nitride semiconductor device having a multi-quantum well structure in which holes injected from a p-type nitride semiconductor layer can be smoothly injected into the entire quantum well region. It is.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은,In order to achieve the above technical problem, the present invention,
p형 및 n형 질화물 반도체층과 그 사이에 복수의 양자우물층과 복수의 양자장벽층이 교대로 적층되어 이루어진 다중양자우물구조의 활성층을 포함하며, 상기 복수의 양자장벽층 중 적어도 하나가 p형 불순물로 도프된 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자를 제공한다. a p-type and n-type nitride semiconductor layer and a plurality of quantum well layers and an active layer having a plurality of quantum barrier layers alternately stacked therebetween, wherein at least one of the plurality of quantum barrier layers is p A nitride semiconductor element having a region doped with a type impurity is provided.
구체적으로, 상기 p형 불순물은 Mg, Zn, Cd, Be, Ca 및 Ba로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소일 수 있다.Specifically, the p-type impurity may be at least one element selected from the group consisting of Mg, Zn, Cd, Be, Ca, and Ba.
바람직하게, 상기 적어도 하나의 p형 불순물로 도핑된 양자장벽층은 상기 양자우물층과 접하는 계면에 상기 양자장벽층의 도핑된 다른 내부영역의 농도보다 낮은 p형 불순물 농도를 갖는 확산방지막을 구비한다.Preferably, the quantum barrier layer doped with the at least one p-type impurity includes a diffusion barrier layer having a p-type impurity concentration lower than that of another doped internal region of the quantum barrier layer at an interface in contact with the quantum well layer. .
이 경우에, 상기 양자장벽층의 내부도핑영역의 p형 불순물 농도는 5×1015 ∼ 1×1017 /㎤일 수 있다.In this case, the p-type impurity concentration of the internal doped region of the quantum barrier layer may be 5 × 10 15 to 1 × 10 17 / cm 3.
바람직하게, 상기 확산방지막의 p형 불순물농도는 상기 양자우물층과 접하는 계면에 상기 양자장벽층의 다른 내부도핑영역의 p형 불순물농도보다 0.1배 이하일 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 확산방지막은 고의적으로 도프되지 않은 영역일 수 있다.Preferably, the p-type impurity concentration of the diffusion barrier layer may be 0.1 times or less than the p-type impurity concentration of the other inner doped region of the quantum barrier layer at an interface in contact with the quantum well layer. More preferably, the diffusion barrier layer may be a region intentionally undoped.
상기 적어도 하나의 양자장벽층의 n형 불순물 확산방지막의 두께는 그 양자장벽층의 두께의 1/10 내지 3/10인 것이 바람직하다.The thickness of the n-type impurity diffusion barrier of the at least one quantum barrier layer is preferably 1/10 to 3/10 of the thickness of the quantum barrier layer.
구체적으로, 상기 적어도 하나의 양자장벽층의 두께는 약 10㎚ ∼ 약 30㎚이며, 상기 n형 불순물 확산방지막의 두께는 약 1㎚ ∼ 약 9㎚일 수 있다.In detail, the thickness of the at least one quantum barrier layer may be about 10 nm to about 30 nm, and the thickness of the n-type impurity diffusion barrier layer may be about 1 nm to about 9 nm.
바람직한 실시형태에서, 상기 p형 불순물로 도프된 양자장벽층은 상기 p형 질화물 반도체층에 가까운 양자장벽층일 수 있다. In a preferred embodiment, the quantum barrier layer doped with the p-type impurity may be a quantum barrier layer close to the p-type nitride semiconductor layer.
또한, 상기 p형 불순물로 도핑된 양자장벽층은 복수개인 경우에, 상기 p형 불순물로 도핑된 양자장벽층 중 적어도 하나의 양자장벽층은 다른 양자장벽층과 다른 p형 불순물 농도를 가질 수 있으며, 이 경우에, 바람직하게는 상기 p형 불순물로 도핑된 복수개의 양자장벽층은, 상기 p형 질화물 반도체층에 접한 양자장벽층의 p형 불순물농도가 가장 높으며, 상기 n형 질화물 반도체층측에 가까울수록 그 불순 물농도가 낮아지도록 배치될 수 있다.In addition, when there are a plurality of quantum barrier layers doped with the p-type impurity, at least one of the quantum barrier layers doped with the p-type impurity may have a different p-type impurity concentration than other quantum barrier layers. In this case, preferably, the plurality of quantum barrier layers doped with the p-type impurity have the highest p-type impurity concentration of the quantum barrier layer in contact with the p-type nitride semiconductor layer, and are close to the n-type nitride semiconductor layer side. The higher the impurity concentration can be arranged.
본 발명의 특정 응용예에서, 상기 활성층의 방출파장과 다른 파장을 방출하기 위한 복수의 양자우물층과 복수의 양자장벽층을 갖는 추가적인 활성층을 가지며, 상기 추가적인 활성층은 n형 질화물 반도체층에 인접하여 배치될 수 있다.In a particular application of the present invention, there is an additional active layer having a plurality of quantum well layers and a plurality of quantum barrier layers for emitting wavelengths different from the emission wavelength of the active layer, wherein the additional active layer is adjacent to the n-type nitride semiconductor layer. Can be deployed.
본 발명에 따르면, 본 발명은, 양자장벽층을 선택적으로 또는 전체적으로 적정량 p형 불순물로 도프함으로써 상대적으로 열악한 정공주입효율을 향상시킬 수 있다. 전체 양자우물층에서 균일한 발광이 가능하여 재결합효율, 즉 발광효율을 크게 높일 수 있다.According to the present invention, the present invention can improve relatively poor hole injection efficiency by selectively or totally doping the quantum barrier layer with an appropriate amount of p-type impurities. Uniform light emission is possible in the entire quantum well layer, thereby greatly increasing the recombination efficiency, that is, the light emission efficiency.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 보다 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 질화물 반도체 소자를 나타내는 측단면도이다. 1 is a side cross-sectional view showing a nitride semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
도1에 도시된 바와 같이, 질화물 반도체 소자(20)는 기판(21) 상에 순차적으로 n형 질화물 반도체층(23), 다중양자우물구조인 활성층(25) 및 p형 질화물 반도 체층(27)을 포함한다. 상기 활성층(25)은 복수의 양자장벽층(25a)과 복수의 양자우물층(25b)을 갖는 다중양자우물구조로 제공된다.As shown in FIG. 1, the
n측 전극(29a)은 메사에칭되어 노출된 n형 질화물 반도체층(27) 상면 영역에 형성되며, 상기 p형 질화물 반도체층(23) 상면에는 투명전극층(28)과 p측 전극(29b)이 차례로 형성된다. The n-side electrode 29a is formed in the upper region of the n-type
상기 양자장벽층(25a)은 Alx1Iny1Ga1-x1-y1N(x1+y1=1, 0≤x1≤1, 0≤y1≤1)에서 적절히 선택하여 사용할 수 있으며, 상기 양자우물층(25b)은 상기 양자장벽층(25a)보다 작으면서 원하는 방출 파장에 해당하는 에너지 밴드갭을 갖는 Alx2Iny2Ga1-x2-y2N(x2+y2=1, 0≤x2≤1, 0≤y2≤1)에서 적절히 선택하여 사용할 수 있다.The quantum barrier layer (25a) can be appropriately selected from Al x1 In y1 Ga 1-x1 -y1 N (x 1 + y 1 = 1, 0≤x 1 ≤1, 0≤y 1 ≤1), The
특히, 본 실시형태에서 채용된 다중 양자 우물구조의 활성층(25)에서, 양자우물층(25b)은 InGaN과 같은 언도프된 질화물층으로 이루어지는데 반하여, 양자장벽층(25a)은 GaN과 같은 p형 불순물이 도프된 질화물층으로 이루어진다.In particular, in the
이와 같이, 상기 p형 불순물로 도프된 양자장벽층(25a)은 활성층(25) 내에서 정공의 주입효율을 증가시킬 수 있다. 즉, 앞서 설명한 바와 같이, 정공은 전자에 비해 그 주입길이나 이동도가 수십배 내지 수백배 작으므로, 이에 따라 특정 영역에서 정공의 양이 급격히 감소하여 재결합효율이 낮아지게 된다. 본 발명에서 채용하는 양자장벽층(25a)은 활성화된 p형 불순물을 통해서 이러한 정공의 급격한 감소를 완화시킬 수 있으며, 결과적으로 재결합효율을 향상시킬 수 있다. As such, the
상기 양자장벽층(25)의 활성화된 p형 불순물을 통해서 상기한 재결합 효율을 향상시키기 위해서는, 양자장벽층의 p형 불순물 농도는 5×1015 ∼ 1×1017 /㎤ 범위로 하는 것이 바람직하다.In order to improve the recombination efficiency through the activated p-type impurity of the
이러한 p형 불순물로는 Mg, Zn, Cd, Be, Ca 및 Ba로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소가 사용될 수 있다. 예를 들어, MOCVD공정에서 Mg 원소를 불순물로 선택할 경우에, 양자장벽층 형성시에 Cp2Mg 가스를 주입하여 용이하게 실시할 수 있다. As the p-type impurity, at least one element selected from the group consisting of Mg, Zn, Cd, Be, Ca, and Ba may be used. For example, when the Mg element is selected as an impurity in the MOCVD process, the Cp 2 Mg gas can be easily injected to form the quantum barrier layer.
도2는 본 발명의 실시형태에 따라 개선된 활성층의 구조를 나타내는 개략적인 에너지밴드다이어그램이다. 도1의 활성층과 그 주위 부분으로 이해할 수 있다.2 is a schematic energy band diagram showing the structure of an improved active layer in accordance with an embodiment of the present invention. It can be understood as the active layer of Fig. 1 and its surroundings.
여기서, 세로축은 에너지밴드갭의 절대크기(eV)를 말하며, 가로축은 n형 질화물 반도체층부터 p형 질화물 반도체층으로 수직방향의 거리를 의미한다.Here, the vertical axis refers to the absolute size (eV) of the energy band gap, and the horizontal axis refers to the distance in the vertical direction from the n-type nitride semiconductor layer to the p-type nitride semiconductor layer.
도2을 참조하면, n형 질화물 반도체층(23)과 p형 질화물 반도체층(27) 사이에 4개의 양자우물층(25b)과 그 양자우물층(25b)보다 큰 밴드갭을 갖는 3개의 양자장벽층(25a)으로 구성된 활성층(25)에 대한 에너지밴드갭 다이어그램이 도시되어 있다.Referring to FIG. 2, four
본 다이어그램에서는, 보다 구체적으로 n형 질화물 반도체층(23)은 n형 GaN 이며, p형 질화물 반도체층(27)은 언도프 GaN 스페이서층(27a)과, p형 AlGaN 전자장벽층(27b)과, p형 GaN층(27c)으로 이루어진 형태로 예시되어 있다.In this diagram, more specifically, the n-type
이와 같이, 상기 양자장벽층(25a)은 활성화된 p형 불순물을 통해서 정공의 급격한 감소를 완화시킬 수 있다. 따라서, n형 질화물 반도체층에 가까운 양자우물층까지 도달할 수 있는 정공의 양을 증가시킬 수 있으며, 이로써 발광효율을 향상시킬 수 있다.As such, the
본 실시형태에서는 모든 양자장벽층(25a)에 p형 불순물로 도프한 것으로 예시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 양자장벽층에 대한 p형 불순물 도핑은 특정 양자장벽층에 선택적으로 수행될 수 있으며, 서로 다른 불순물 농도를 갖도록 구현될 수 있다.In this embodiment, all the
바람직하게는, p형 질화물 반도체층(27)측에 인접한 양자장벽층을 중심으로 선택하여 도핑시킴으로써 활성화된 p형 불순물에 의한 정공의 상대적인 양의 증가와 함께 제한적으로 p형 불순물을 도프함으로써 불순물 도핑에 의해 결정성에 미칠 수 있는 영향을 저감시킬 수 있다. 이러한 유형의 활성층은 도3에 도시된 에너지밴드 다이어그램을 참조하여 설명할 수 있다.Preferably, doping the impurities by doping the p-type impurities with a limited increase in the relative amount of holes due to the p-type impurities activated by selecting and doping around the quantum barrier layer adjacent to the p-type
도3을 참조하면, n형 GaN 반도체층(33)과 p형 질화물 반도체층(37) 사이에 4개의 양자우물층(35b)과 그 양자우물층(35b)보다 큰 밴드갭을 갖는 3개의 양자장벽층(35a)으로 구성된 활성층(35)이 도시되어 있다.Referring to FIG. 3, four
3개의 양자장벽층(35a) 중 상대적으로 p형 질화물 반도체층(37)에 가까운 2 개의 양자장벽층(35a')만이 p형 불순물이 도프된다. 특히, 상기 p형 불순물이 도프된 2개의 양자장벽층(35a')은 p형 질화물 반도체층에 인접할수록 높은 불순물농도를 갖도록 배치된다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 p형 AlGaN 반도체층(37)에 인접한 양자장벽층에서 활성화된 p형 불순물에 의한 정공주입효율 개선효과가 크기 때문이다.Of the three
이와 같이, 일부 양자장벽층(35')에만 선택적으로 p형 불순물로 도프함으로써 불순물 도핑에 따른 결정성에 대한 부정적인 영향을 완화시킬 수 있다. 도시된 형태에서는 2개의 양자장벽층(35')에 한하여 p형 불순물이 도프된 형태로 도시하였으나, 1개의 양자장벽층에 한하여 p형 불순물이 도프된 형태도 포함되며, 그 위치도 p형 질화물 반도체층에 인접하도록 배치하는 것이 바람직할 것이다.As such, by selectively doping only a portion of the quantum barrier layer 35 'with p-type impurities, a negative effect on crystallinity due to the doping of impurities may be alleviated. In the illustrated form, only the two quantum barrier layers 35 'are doped with p-type impurities, but only one quantum barrier layer is doped with p-type impurities, and the position thereof is also p-type nitride. It would be desirable to arrange adjacent to the semiconductor layer.
도4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 질화물 반도체 소자를 나타내는 측단면도이다. 4 is a side sectional view showing a nitride semiconductor device according to another embodiment of the present invention.
도4를 참조하면, 질화물 반도체 소자(110)는 도1에 도시된 소자와 유사하게 기판(111) 상에 순차적으로 n형 질화물 반도체층(113), 다중양자우물구조인 활성층(115) 및 p형 질화물 반도체층(117)을 포함한다. 상기 활성층(115)은 복수의 양자장벽층(115a)과 복수의 양자우물층(115b)을 갖는 다중양자우물구조로 제공된다.Referring to FIG. 4, the
n측 전극(119a)은 메사에칭되어 노출된 n형 질화물 반도체층(117) 상면 영역에 형성되며, 상기 p형 질화물 반도체층(113) 상면에는 투명전극층(118)과 p측 전극(119b)이 차례로 형성된다. The n-
상기 다중 양자 우물구조의 활성층(115)에서, 양자장벽층(115a)은 도1에 도시된 형태와 달리 내부영역(115a')에 한하여 p형 도프되며, 양자우물층(115b)과의 계면에는 언도프된 영역으로 된 확산방지막(115a")을 포함하는 구조를 갖는다.In the
본 실시형태에 채용된 양자장벽층(115a)에서, 정공을 보충하기 위한 p형 불순물로 도핑된 내부영역(115a')은 보다 양질의 결정성을 유지하기 위해서, 상기 p형 질화물 반도체층(117)의 불순물농도보다 작은 농도를 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 양자장벽층의 내부영역(115a")은 5×1015 ∼ 1×1017 /㎤의 불순물 농도를 가질 수 있다. In the
본 실시형태에서는, 도시된 바와 같이 상기 양자장벽층(115a)은 상기 양자우물층(115b)과 접하는 계면에는 고의적으로 도프되지 않은 확산방지막(115a")을 구비한다. 이러한 확산방지막(115a")은 내부영역(115a')으로부터 양자우물층(115b)으로의 원하지 않는 불순물의 확산을 방지하기 위한 구조이다. In this embodiment, as shown, the
본 실시형태에서 채용되는 확산방지막(115a")은 고의적으로 도프되지 않은 영역으로 예시되어 있으나, 도핑된 양자장벽층(115a)의 내부영역(115a')의 농도보다 낮은 불순물 농도 바람직하게는, 그 0.1배 이하의 p형 불순물농도를 갖도록 도프되더라도, 양자우물층(115b)으로 확산가능한 불순물의 양을 획기적으로 저감시킬 수 있다. The
나아가, 상기 확산방지막(115a")을 본 실시형태와 같이 언도프영역으로 형성하거나, 다른 내부영역 농도의 10% 이하에서 일정한 불순물 농도를 갖도록 구성하는 경우에는, 그 양자장벽층(115a) 상에 양자우물층(115b)을 성장할 때에 공정조건 및 표면 모폴로지가 변화하는 것을 방지할 수 있다는 추가적인 잇점을 얻을 수 있다.Further, in the case where the
이러한 확산방지막(115a")의 두께(ta)는 양자장벽층의 전체 두께(t)의 1/10 내지 3/10의 크기로 형성하는 것이 바람직하다. 확산방지막(115a")의 두께(ta)가 양자장벽층 전체 두께(t)의 0.1배보다 작은 경우에는 양자우물층(115b)으로의 불순물확산을 방지하는 기능이 미약하며, 0.3배보다 큰 경우에는 불순물이 도핑된 양자장벽층(115a)의 내부영역(115a")이 너무 작아져 순방향전압을 낮추는 역할이 효과적으로 수행하기 어렵다. 보다 구체적인 예에서, 양자장벽층(115a)의 두께(t)가 약 10㎚ ∼ 약 30㎚일 때에, 상기 확산방지막(115a")의 두께(ta)는 약 1㎚ ∼ 약 9㎚일 수 있다.The thickness t a of the
이와 같이, 상기 p형 불순물로 도프된 내부영역(115a")을 갖는 양자장벽층(115a)은 활성층(115) 내에서 정공의 주입효율을 증가시킬 수 있다. 결과적으로 재결합효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 확산방지막(115a")은 p형 불순물이 양자우물층(115b)으로 확산되는 것을 방지하여 양자우물층의 신뢰성을 보장할 수 있 다.As such, the
도5는 도4에 도시된 질화물 반도체 소자에 채용된 활성층에 대한 개략적인 에너지밴드 다이어그램이다.FIG. 5 is a schematic energy band diagram of an active layer employed in the nitride semiconductor device shown in FIG.
도5를 참조하면, n형 GaN 반도체층(113)과 p형 질화물 반도체층(117) 사이에 4개의 양자우물층(115b)과 그 양자우물층(115b)보다 큰 밴드갭을 갖는 3개의 양자장벽층(115a)으로 구성된 활성층(115)에 대한 에너지밴드 다이어그램이 도시되어 있다. 앞선 형태와 유사하게, 보다 구체적으로 n형 질화물 반도체층(113)은 n형 GaN이며, p형 질화물 반도체층(117)은 언도프 GaN 스페이서층(117a)과, p형 AlGaN 전자장벽층(117b)과, p형 GaN층(117c)으로 이루어진 형태로 예시되어 있다.Referring to FIG. 5, three quantum well layers 115b between the n-type
상기 양자장벽층(115a)은 상기 양자우물층(115b)의 전자와 정공의 재결합확률을 높이기 위해서 p형 불순물로 도프된 내부영역(115a')과 양자우물층과 접하는 양계면에 형성된 확산방지막(115a")으로 이루어진다. 상기 확산방지막(115a")은 다른 영역, 즉 내부영역(115a')보다 낮은 p형 불순물농도를 가지며, 바람직하게는 그 불순물농도의 0.1배 이하인 불순물농도를 갖는 영역, 보다 바람직하게는 언도프된 영역으로 형성될 수 있다. The
따라서, 양자장벽층의 내부영역(115a')에서 활성화된 p형 불순물을 통해서 정공의 증대효과를 기대할 수 있는 동시에, 낮게 도핑되거나 언도프된 확산방지 막(115a")에 의해 양자우물층(115b)으로 진입하는 불순물의 확산을 저감시키거나 방지할 수 있다.Therefore, the hole-increasing effect can be expected through the p-type impurity activated in the
본 실시형태에서도, 도3에 설명된 형태와 유사하게 상기 p형 불순물로 도프된 복수개의 양자장벽층이 서로 다른 p형 불순물 농도를 갖거나, 일부의 양자장벽층에만 n형 불순물이 도핑된 구조에도 적용될 수 있으며, 도3에 관련된 구조는 확산방지막을 채용한 본 실시형태와 결합하여 구현될 수 있다.Also in this embodiment, a structure in which a plurality of quantum barrier layers doped with the p-type impurity have different p-type impurity concentrations, or doped with n-type impurities only in a part of the quantum barrier layers, similarly to the form described in FIG. 3 may be implemented in combination with the present embodiment employing the diffusion barrier.
특히, 활성층에서의 정공주입효율 문제를 개선한 본 발명에 따른 구조는 서로 다른 파장을 갖는 다색 활성층을 갖는 발광소자에서도 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다. 다색 활성층을 구현하기 위해서 층 수의 증가가 불가피하므로, 상대적으로 정공주입효율의 문제가 보다 심각할 수 있다. 이 경우에도, 일부 또는 전체 활성층의 양자장벽층을 상술된 구조를 갖도록 p형 도프함으로써 원하는 효과를 얻을 수 있다. 이 경우에도, p형 불순물이 도프된 양자장벽층을 갖는 특정 파장의 활성층은 p형 질화물 반도체층에 인접하여 배치하는 것이 바람직할 것이다.In particular, the structure according to the present invention, which improves the hole injection efficiency problem in the active layer, may be very usefully applied to a light emitting device having a multicolor active layer having different wavelengths. Since an increase in the number of layers is inevitable to implement a multicolor active layer, the problem of hole injection efficiency may be more serious. Also in this case, a desired effect can be obtained by p-type doping the quantum barrier layer of some or all of the active layers to have the above-described structure. Even in this case, it is preferable that the active layer having a specific wavelength having a quantum barrier layer doped with p-type impurities be disposed adjacent to the p-type nitride semiconductor layer.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이며, 이 또한 첨부 된 청구범위에 기재된 기술적 사상에 속한다 할 것이다.The present invention is not limited by the above-described embodiment and the accompanying drawings, but by the appended claims. Therefore, it will be apparent to those skilled in the art that various forms of substitution, modification, and alteration are possible without departing from the technical spirit of the present invention as set forth in the claims. Will belong to the technical spirit described in.
도1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 질화물 반도체 소자를 나타내는 측단면도이다. 1 is a side cross-sectional view showing a nitride semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
도2는 도1에 도시된 질화물 반도체 소자에 채용된 활성층에 대한 개략적인 에너지밴드 다이어그램이다.FIG. 2 is a schematic energy band diagram of an active layer employed in the nitride semiconductor device shown in FIG.
도3은 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자에 채용가능한 다른 예의 활성층에 대한 에너지밴드 다이어그램이다.3 is an energy band diagram of another example of an active layer employable in a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention.
도4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 질화물 반도체 소자를 나타내는 측단면도이다. 4 is a side sectional view showing a nitride semiconductor device according to another embodiment of the present invention.
도5는 도4에 도시된 질화물 반도체 소자에 채용된 활성층에 대한 개략적인 에너지밴드 다이어그램이다.FIG. 5 is a schematic energy band diagram of an active layer employed in the nitride semiconductor device shown in FIG.
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