KR100999694B1 - 발광 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광 소자에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 발광 소자는 제1 도전형의 반도체층; 상기 제1 도전형의 반도체층 상에 활성층; 상기 활성층 상에 제2 도전형의 반도체층; 및 상기 제2 도전형의 반도체층 상에 InNO층 또는 In rich InGaNO층으로 형성된 산화층이 포함된다.
발광 소자
Description
본 발명은 발광 소자에 관한 것이다.
최근, 발광 소자로써 LED(Light Emitting Diode)를 이용한 장치가 많이 연구되고 있다.
LED는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기 신호를 빛으로 변환시키는 것으로, 제1 도전형의 반도체층, 활성층, 제2 도전형의 반도체층이 적층되어 전원이 인가됨에 따라 상기 활성층에서 빛을 방출한다.
상기 제1 도전형의 반도체층은 n형 반도체층이 되고 상기 제2 도전형의 반도체층은 p형 반도체층이 될 수 있고, 또는 각각 그 반대의 도전형을 가질 수도 있다.
한편, 종래에는 상기 활성층에서 발생된 광이 외부로 효과적으로 방출될 수 있도록 상기 제2 도전형의 반도체층 상에 ITO층을 형성하였다. 그러나, 상기 ITO층은 저항이 크기 때문에 LED의 동작 전압을 증가시키고 이에 따라 전력 소모 및 발열량이 증가되는 문제가 있다.
실시예는 광 방출 효율이 향상된 발광 소자를 제공한다.
실시예는 제2 도전형의 반도체층과 제2 전극층 사이의 접촉 저항이 감소된 발광 소자를 제공한다.
실시예는 전력 소모 및 발열량이 감소된 발광 소자를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 발광 소자는 제1 도전형의 반도체층; 상기 제1 도전형의 반도체층 상에 활성층; 상기 활성층 상에 제2 도전형의 반도체층; 및 상기 제2 도전형의 반도체층 상에 InNO층 또는 In rich InGaNO층으로 형성된 산화층이 포함된다.
본 발명의 실시예에 따른 발광 소자 제조방법은 제1 도전형의 반도체층을 형성하는 단계; 상기 제1 도전형의 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계; 상기 활성층 상에 제2 도전형의 반도체층을 형성하는 단계; 및 상기 제2 도전형의 반도체층 상에 InNO층 또는 In rich InGaNO층으로 형성된 산화층을 형성하는 단계가 포함된다.
실시예는 광 방출 효율이 향상된 발광 소자를 제공할 수 있다.
실시예는 제2 도전형의 반도체층과 제2 전극층 사이의 접촉 저항이 감소된 발광 소자를 제공할 수 있다.
실시예는 전력 소모 및 발열량이 감소된 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들에 따른 발광 소자에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 소자의 단면을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 발광 소자는 기판(10)과, 상기 기판(10) 상에 형성된 버퍼층(20)과, 상기 버퍼층(20) 상에 형성된 제1 도전형의 반도체층(30)과, 상기 제1 도전형의 반도체층(30) 상에 형성된 활성층(40)과, 상기 활성층(40) 상에 형성된 제2 도전형의 반도체층(50)과, 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 상에 형성된 산화층(60)을 포함한다.
또한, 발광 소자는 상기 제1 도전형의 반도체층(30) 상에 제1 전극층(70)을 포함하고, 상기 산화층(60) 상에 제2 전극층(80)을 포함한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 소자에서는, 상기 제2 전극층(80)과 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 사이에 상기 산화층(60)이 형성된다.
상기 산화층(60)은 상기 제2 전극층(80)과 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 사이에서 발생되는 접촉 저항을 감소시켜 발광 소자의 동작 전압을 감소시킨다. 따라서, 발광 소자의 전력소모 및 발열량이 감소될 수 있고, 발광 소자의 발광 효율이 증가될 수 있다.
상기 산화층(60)은 InNO층 또는 InGaNO층을 포함한다.
예를 들어, 상기 InNO층은 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 상에 InN층을 형성하고 이를 산화시킴으로써 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 InGaNO층은 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 상에 In rich InGaN층을 형성하고 이를 산화시킴으로써 형성될 수 있다. 상기 In rich InGaN층은 InxGa1-xN층(단, 0.7≤x＜1)이 될 수 있다.
상기와 같은 발광 소자의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저 기판(10)을 준비하고, 상기 기판(10) 상에 버퍼층(20)을 형성한다.
상기 기판(10)은 사파이어(Al2O3), Si, SiC, GaAs, ZnO, MgO 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 버퍼층(20)은 상기 기판(10)과 상기 기판(10)의 상측에 적층되는 반도체층 사이의 격자상수의 차이를 줄여주기 위한 것으로, 예를 들어, AlInN/GaN, InxGa1-xN/GaN, AlxInyGa1-x-yN/InxGa1-xN/GaN 등과 같은 적층 구조로 형성될 수 있다.
상기 버퍼층(20)은 상기 기판(10)이 위치된 챔버 내부로, 분당 3×105 몰의 트리메틸 갈륨(TMGa)과 트리메틸 인듐(TMIn), 그리고 분당 3×106 몰의 트리메틸 알루미늄(TMAl)을 수소 가스 및 암모니아 가스와 함께 주입시킴으로써 성장될 수 있다.
또한, 상기 버퍼층(20)과 상기 제1 도전형의 반도체층(30) 사이에는 Undoped GaN층이 형성될 수도 있다.
다음, 상기 버퍼층(20) 상에 제1 도전형의 반도체층(30), 활성층(40), 제2 도전형의 반도체층(50)을 형성한다.
상기 제1 도전형의 반도체층(30)은 제1 도전형의 불순물이 주입된 질화물 반도체층이 될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형의 반도체층(30)은 NH3(3.7×10-2 몰/분), TMGa(1.2×10-4 몰/분) 및 Si와 같은 n형 불순물을 포함한 사일렌 가스(SiH4)를 공급하여 형성될 수 있다.
상기 활성층(40)은 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물(Multi-Quantum Well) 구조로 형성될 수 있고, InGaN 우물층/GaN 장벽층의 적층구조로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 상기 활성층(40)은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 공법을 이용하여 트리메틸 갈륨 및 트리메틸 인듐을 주입하면서 질소 분위기에서 성장될 수 있다.
상기 제2 도전형의 반도체층(50)은 제2 도전형의 불순물이 주입된 질화물 반 도체층이 될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 도전형의 반도체층(50)은 수소를 캐리어 가스로 하여 TMGa 가스(7×10-6 몰/분), 비세틸 사이클로 펜타디에닐 마그네슘(EtCp2Mg){Mg(C2H5C5H4)2}(5.2×10-7 몰/분), 및 NH3(2.2×10-1 몰/분)을 공급함으로써 성장될 수 있다.
그리고, 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 상에 상기 산화층(60)을 형성한다.
상기 산화층(60)은 InNO층 또는 InGaNO층으로 형성될 수 있으며, 우선, 상기 InNO층 또는 InGaNO층은 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 상에 InN층 또는 In rich InGaN층을 형성한 후 상기 InN층 또는 In rich InGaN층에 대해 산화 공정을 수행하여 형성한다.
상기 InN층은 MOCVD 장비에 TMIn 가스 및 NH3 가스를 주입하여 400-700℃의 온도에서 형성하고, 상기 In rich InGaN층은 MOCVD 장비에 TMIn 가스, TMGa 가스 및 NH3 가스를 주입하여 400-700℃의 온도에서 형성한다.
상기 산화 공정은 RTP 장비, PECVD 장비, RIE 장비 등에서 O2 분위기로 건식 산화 공정으로 수행될 수 있다. 다른 실시예로서, 상기 산화 공정은 습식 산화 공정도 적용될 수 있다.
다음으로, 메사 에칭을 통해 상기 산화층(60), 제2 도전형의 반도체층(50), 활성층(40) 및 제1 도전형의 반도체층(30)을 선택적으로 제거하여, 상기 제1 도전형의 반도체층(30)의 일부가 상측 방향으로 노출되도록 한다.
그리고, 상기 제1 도전형의 반도체층(30) 상에 제1 전극층(70)을 형성하고, 상기 산화층(60) 상에 제2 전극층(80)을 형성한다.
따라서, 도 1에 도시된 바와 같은 제1 실시예에 따른 발광 소자가 제조될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 소자의 단면을 도시한 도면으로서, 상술한 제1 실시예와의 차이점에 대해서만 설명하도록 한다.
도 2를 참조하면, 제2 실시예에 따른 발광 소자는 상기 산화층(60)과 제2 도전형의 반도체층(50) 사이에 InN층 또는 In rich InGaN층(61)이 형성된다.
제1 실시예에서는, 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 상에 InN층 또는 InGaN층을 형성하고, 이를 완전히 산화시켜 InNO층 또는 InGaNO층으로 산화층(60)을 형성하였으나, 제2 실시예에서는 InN층 또는 In rich InGaN층(61)의 상부만 일부 산화시켜 InNO층 또는 In rich InGaNO층인 산화층(60)을 형성한다.
즉, 제2 실시예에서는 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 상에 InN층 또는 In rich InGaN층(61)이 형성되고, 상기 InN층 또는 In rich InGaN층(61) 상에 산화층(60)이 형성된다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 소자의 단면을 도시한 도면으로, 상술한 제1 실시예와의 차이점에 대해서만 설명하도록 한다.
도 3을 참조하면, 제3 실시예에 따른 발광 소자는 상기 산화층(60)과 제2 도전형의 반도체층(50) 사이에 제3 도전형의 반도체층(62)이 형성된다.
상기 산화층(60)은 InNO층 또는 InGaNO층으로 형성되어 n형 불순물의 특성이 강하게 나타나지만, 접촉 저항이 다소 높을 수도 있기 때문에 이를 보완하기 위해 상기 산화층(60)과 제2 도전형의 반도체층(50) 사이에 제3 도전형의 반도체층(62)를 형성한다.
상기 제3 도전형의 반도체층(62)은 n형 불순물인 Si가 포함된 GaN층 또는 InGaN층으로 형성될 수 있으며, 2-10nm의 두께로 형성될 수 있다.
상기 제3 도전형의 반도체층(62)은 전류 퍼짐(current spreading) 효과를 증대시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 발광 소자의 단면을 도시한 도면으로, 상술한 제1 실시예와의 차이점에 대해서만 설명하도록 한다.
도 4를 참조하면, 제4 실시예에 따른 발광 소자는 상기 산화층(60) 상에 ITO층(63)이 형성된다.
상기 ITO층(63)은 상기 산화층(60) 상에 형성되기 때문에, 종래의 제2 도전형의 반도체층 상에 형성된 ITO층(63)보다 접촉 저항이 작은 장점이 있다.
상술한 제1 내지 제4 실시예에서, 상기 보호층(60)은 1-100nm의 두께로 형성될 수 있으며, InN층 또는 In rich InGaN층을 산화시켜 형성될 수 있다. 여기서, 상기 In rich InGaN층은 InxGa1-xN층(단, 0.7≤x＜1)이 될 수 있다.
또한, 상기 보호층(60)은 Si가 포함될 수 있으며, Si가 포함된 InNO층 또는 In rich InGaNO층이 될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 실시예들에 따른 발광 소자는 제2 도전형의 반도체층과 제2 전극층 사이에 InNO층 또는 In rich InGaNO층을 형성함으로써, 접촉 저항을 감소시킬 수 있으며, 발광 소자의 전력 소모 및 발열량이 감소시켜 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 소자의 단면도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 소자의 단면도.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 소자의 단면도.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 발광 소자의 단면도.
Claims (10)
- 제1 도전형의 반도체층;상기 제1 도전형의 반도체층 상에 활성층;상기 활성층 상에 제2 도전형의 반도체층;상기 제2 도전형의 반도체층 상에 InN층 또는 In rich InGaN층; 및상기 InN층 상에 InNO층 또는 상기 In rich InGaN층 상에 In rich InGaNO층으로 형성된 산화층이 포함되는 발광 소자.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,상기 산화층과 상기 제2 도전형의 반도체층 사이에 si가 포함된 제3 도전형의 반도체층이 포함되는 발광 소자.
- 제 1항에 있어서,상기 산화층 상에 형성된 ITO층이 포함되는 발광 소자.
- 제 1항에 있어서,상기 산화층에는 Si가 포함되는 발광 소자.
- 제 2항에 있어서,상기 In rich InGaN층은 InxGa1-xN층(단, 0.7≤x＜1)인 발광 소자.
- 제1 도전형의 반도체층을 형성하는 단계;상기 제1 도전형의 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계;상기 활성층 상에 제2 도전형의 반도체층을 형성하는 단계;상기 제2 도전형의 반도체층 상에 InN층 또는 In rich InGaN층을 형성하는 단계; 및상기 InN층 또는 In rich InGaN층을 부분적으로 산화시켜 상기 InN층 또는 In rich InGaN층 상에 InNO층 또는 In rich InGaNO층으로 형성된 산화층을 형성하는 단계가 포함되는 발광 소자 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 제 7항에 있어서,상기 산화층 상에 ITO층을 형성하는 단계가 포함되는 발광 소자 제조방법.
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