KR101175183B1 - 전류 확산 효과가 우수한 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전류 확산용 불순물을 함유한 전류 확산부를 이용하여 전류 확산 효과가 우수한 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조 방법을 개시한다.
본 발명의 질화물 반도체 발광소자는 기판 상에 형성된 n형 질화물층; 상기 n형 질화물층의 상부면에 형성된 전류 확산부; 상기 전류 확산부의 상부면에 형성된 활성층; 및 상기 활성층의 상부면에 형성된 p형 질화물층을 포함하고, 상기 전류 확산부는 상기 활성층의 탄소 농도 또는 상기 n형 질화물층의 탄소 농도보다 높은 농도의 탄소를 함유한 질화물층인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 질화물 반도체 발광소자는 기판 상에 형성된 n형 질화물층; 상기 n형 질화물층의 상부면에 형성된 전류 확산부; 상기 전류 확산부의 상부면에 형성된 활성층; 및 상기 활성층의 상부면에 형성된 p형 질화물층을 포함하고, 상기 전류 확산부는 상기 활성층의 탄소 농도 또는 상기 n형 질화물층의 탄소 농도보다 높은 농도의 탄소를 함유한 질화물층인 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 전류 확산용 불순물을 함유한 전류 확산부를 이용하여 전류 확산 효과가 우수한 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래의 질화물 반도체 소자에는 예를 들어 GaN계 질화물 반도체 소자를 들 수 있고, 이 GaN계 질화물 반도체 발광소자는 그 응용분야에 있어서 청색 또는 녹색 LED의 발광소자, MESFET과 HEMT 등의 고속 스위칭과 고출력 소자 등에 응용되고 있다.
특히, 청색 또는 녹색 LED의 발광소자는 이미 양산화가 진행된 상태이며 전 세계적인 매출은 지수함수적으로 증가하고 있는 상황이다.
이와 같은 종래의 GaN계 질화물 반도체 발광소자는 도 1에 도시된 바와 같이 다중양자우물구조의 활성층(15)을 가진 질화물 반도체 발광 소자(10)를 예로 들 수 있다. 종래의 질화물 반도체 발광 소자(10)는 사파이어 기판(11), n형 질화물층(12), 활성층(15) 및, p형 질화물층(17)을 포함한다. p형 질화물층(17)의 상부면에는 투명 전극층(18)과 p측 전극(19b)이 순차적으로 형성되며, n형 질화물 반도체층(12)의 노출된 면에는 n측 전극(19a)이 차례로 형성된다.
이러한 종래의 GaN계 질화물 반도체 발광소자는 활성층(15)에 전자와 정공을 주입하고 이 전자와 정공들의 결합으로 발광하게 되는데, 이러한 활성층(13)의 발광효율을 향상시키기 위해서 국내공개특허공보 제 2010-0027410(2010.03.11)호에 기재된 바와 같이 n형 질화물층(12)의 n형 도펀트 또는 p형 질화물층(17)의 p형 도펀트의 함유량을 높여 활성층(13)으로 전자 또는 정공의 유입량을 높이는 방안이 실행되고 있다.
그러나, 이렇게 n형 질화물층(12)의 n형 도펀트 또는 p형 질화물층(17)의 p형 도펀트의 함유량을 높인 종래의 질화물 반도체 소자는 균일하지 못한 전류 확산(current spreading)에 의해 발광 효율이 크게 저하된다.
구체적으로, n형 질화물층(12)에서 전자들이 활성층(15)의 일부 영역으로 과도하게 유입되고, p형 질화물층(17)에서 발생한 정공들이 활성층(15)으로 원활하게 유입되지 않아, 활성층(15)의 일부 영역은 높은 전류 밀도를 가지는 반면에 활성층(15)의 다른 영역에서는 낮은 전류 밀도를 갖게 된다.
따라서, 종래의 GaN계 질화물 반도체 발광소자는 활성층(15)에 대해 전체적으로 균일한 전류 확산을 이루어 발광 효율을 향상시켜야 하는 필요성이 증가하고 있다.
본 발명의 목적은 전류 확산용 불순물을 함유한 전류 확산부를 이용하여 전류 확산을 향상시켜 발광 효율을 높인 질화물 반도체 발광소자를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 목적을 갖는 질화물 반도체 발광소자를 용이하게 제조할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 질화물 반도체 발광소자는 n형 질화물층; 상기 n형 질화물층 상에 전류 확산용 불순물을 함유한 질화물로 형성된 전류 확산부; 상기 전류 확산부 상에 형성된 활성층; 및 상기 활성층 상에 형성된 p형 질화물층을 포함하고, 상기 전류 확산용 불순물은 탄소(C)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
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본 발명의 질화물 반도체 발광소자는 n형 질화물층; 상기 n형 질화물층 상에 형성된 전류 확산부; 상기 전류 확산부 상에 형성된 활성층; 및 상기 활성층 상에 형성된 p형 질화물층을 포함하고, 상기 전류 확산부는 다른 층의 탄소 농도보다 높은 농도의 탄소를 함유한 질화물층인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 질화물 반도체 발광소자는 상기 n형 질화물층의 하부에 형성된 버퍼층; 및 상기 버퍼층의 하부에 구비된 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 질화물 반도체 발광소자는 상기 p형 질화물층 상에 형성된 전도성 지지부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 질화물 반도체 발광소자 제조 방법은 기판 상에 n형 질화물층을 형성하는 단계; 상기 n형 질화물층 상에 전류 확산부를 형성하는 단계; 상기 전류 확산부 상에 활성층을 형성하는 단계; 및 상기 활성층 상에 p형 질화물층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 전류 확산부는 전류 확산용 불순물을 함유한 질화물로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 질화물 반도체 발광소자 제조 방법은 상기 전류 확산부를 형성하는 단계에서 상기 전류 확산부의 두께는 상기 전류 확산용 불순물의 농도와 반비례 관계를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 질화물 반도체 발광소자 제조 방법은 기판 상에 n형 질화물층을 형성하는 단계; 상기 n형 질화물층 상에 전류 확산용 불순물과 실리콘(Si) 도펀트를 함유한 복수층 구조의 전류 확산부를 형성하는 단계; 및 상기 전류 확산부 상에 활성층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 전류 확산용 불순물은 탄소(C)를 포함하고, 상기 탄소(C)의 농도가 상기 실리콘(Si)의 농도보다 높은 층과 상기 실리콘(Si)의 농도가 상기 탄소(C)의 농도보다 높은 층을 교대 적층하여 상기 전류 확산부를 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 질화물 반도체 발광 소자는 전류 확산용 불순물을 함유한 전류 확산부를 형성하고, 이에 의해 전자와 정공이 활성층에 원활하게 확산 유입되고, 이에 따른 전류 확산에 의해 발광 면적이 증가하여 발광 효율이 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법은 전류 확산용 불순물의 농도와 실리콘(Si) 도펀트 농도를 조정하면서 전류 확산부를 용이하게 형성하여, 전류 확산에 의해 발광 면적이 증가하고 발광 효율이 향상된 질화물 반도체 발광 소자를 획득할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 질화물 반도체 발광 소자를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수평형 질화물 반도체 발광소자의 단면도.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수평형 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 수직형 질화물 반도체 발광 소자의 단면도.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 수평형 질화물 반도체 발광 소자의 단면도.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 수평형 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전류 확산부의 농도 분포를 설명하기 위한 그래프.
도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 수직형 질화물 반도체 발광소자의 단면도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수평형 질화물 반도체 발광소자의 단면도.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수평형 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 수직형 질화물 반도체 발광 소자의 단면도.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 수평형 질화물 반도체 발광 소자의 단면도.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 수평형 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전류 확산부의 농도 분포를 설명하기 위한 그래프.
도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 수직형 질화물 반도체 발광소자의 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 여기서, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자(100)는 기판(110)의 상부 방향으로 버퍼층(120), n형 질화물층(130), 전류 확산층(140), 활성층(150), p형 질화물층(160), 투명 전극층(170), p측 전극(181) 및 n측 전극(182)을 포함한다.
버퍼층(120)은 기판(110)과 n형 질화물층(130) 사이의 격자 부정합을 해소하기 위해 선택적으로 형성될 수 있고, 예컨대 AlN 또는 GaN으로 형성할 수 있다.
n형 질화물층(130)은 기판(110) 또는 버퍼층(120)의 상부면에 형성된다. 여기서, n형 질화물층(130)은 Si을 도핑한 n형 AlGaN으로 이루어진 제 1 층, 및 언도우프의 GaN로 이루어진 제 2 층이 번갈아가며 형성된 적층 구조일 수 있다. 물론, n형 질화물층(130)은 단층의 n형 질화물층으로 성장시키는 것도 가능하나, 제 1 층과 제 2 층의 적층 구조로 형성하여 크랙이 없는 결정성이 좋은 캐리어 제한층으로 작용할 수 있다.
전류 확산층(140)은 n형 질화물층(130)과 활성층(150) 사이에 형성된 층으로, 활성층(150)에 유입되는 전자 또는 정공이 특정 영역에 집중되지 않고 확산하도록 전류 확산용 불순물을 함유한 질화물층으로 형성될 수 있다. 여기서, 전류 확산층(140)의 전류 확산용 불순물은 전류 확산을 위한 절연체로 작용하고, 14족 원소 중 탄소(C), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb)을 선택적으로 이용할 수 있으며, 바람직하게 탄소(C)를 전류 확산용 불순물로 이용할 수 있다. 전류 확산층(140)에서 이러한 전류 확산용 불순물은 실리콘(Si) 도펀트와 함께 도핑될 수 있다. 이때, 실리콘(Si) 도펀트는 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 델타 도핑된 것일 수 있다.
구체적으로, 전류 확산층(140)이 예를 들어, 탄소(C)를 전류 확산용 불순물로 함유한 GaN:C 와 같은 탄소 질화물층으로 형성한 경우, 탄소(C)의 농도는 1×1016 ~ 1×1018 atoms/cm3 이고, 전류 확산층(140)의 총두께는 탄소(C)의 농도에 반비례하여 바람직하게 500 ~ 5000Å 의 두께로 형성될 수 있다.
또한, 전류 확산층(140)은 탄소(C)의 농도가 상기의 범위 이외에 p형 질화물층(160)과 활성층(150)에 함유된 탄소(C)의 농도보다 높은 농도로 형성될 수도 있다.
이러한 전류 확산층(140)의 두께는 상기 탄소(C)의 농도에 반비례하여, 탄소(C)의 농도가 높아짐에 따라 전류 확산층(140)의 두께는 줄어들 수 있다.
특히, 전류 확산층(140)은 탄소(C)의 농도를 기준으로 상기의 범위를 벗어나 500Å 미만의 두께를 가지면 전류 확산의 기능을 수행할 수 없다. 또한, 전류 확산층(140)의 두께가 상기 탄소(C)의 농도를 기준으로 5000Å 초과이면 고 저항층으로 작용하여 인가 전압을 0.4V 이상으로 높여야 하는 문제가 발생한다.
이와 같이 형성된 전류 확산층(140)은 활성층(150)에 유입되는 전자에 대해서는 일부 영역에 과도한 전자가 유입되는 것을 방지하고, 정공의 측면에서 활성층(150)으로 정공을 더 많이 유도하는 층으로 작용할 수 있다.
활성층(150)은 전류 확산층(140)과 p형 질화물층(160) 사이에서 단일양자우물구조 또는 다중양자우물구조로 이루어질 수 있다. 여기서, 활성층(150)은 다중양자우물구조로서, 양자장벽층은 Al이 포함된 질화물층으로 AlGaInN층이고, 양자우물층은 예를 들어 InGaN으로 이루어질 수 있다. 이러한 양자장벽층과 양자우물층이 반복되어 형성된 구조의 활성층(150)은 발생하는 응력과 변형에 의한 자발적인 분극을 억제할 수 있다.
p형 질화물층(160)은 예컨대 Mg을 도핑한 p형 AlGaN의 제 1 층과, Mg을 도핑한 p형 GaN로 이루어진 제 2 층을 번갈아가며 적층한 구조로 형성될 수 있다. 또한, p형 질화물층(160)은 n형 질화물층(130)과 마찬가지로 단층의 p형 질화물층으로 성장시키는 것도 가능하나, 적층 구조로 형성하여 크랙이 없는 결정성이 좋은 캐리어 제한층으로 작용할 수 있다.
투명 전극층(170)은 p형 질화물층(160)의 상부면에 구비된 층이다. 이러한 투명 전극층(170)은 투명 전도성 산화물로 이루어지고, 그 재질은 In, Sn, Al, Zn, Ga 등의 원소를 포함하며, 예컨대 ITO, CIO, ZnO, NiO, In2O3 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자(100)는 n형 질화물층(130)과 활성층(140) 사이에 전류 확산층(140)을 형성하여, n형 질화물층(130)과 전류 확산층(140) 사이의 계면 저항값이 n형 질화물층(130)부터 전류 확산층(140)으로 수직 방향에 따른 저항값보다 낮다. 이때, 전자가 낮은 저항 쪽으로 흐르는 특성에 의해서, n형 질화물층(130)으로부터 유입된 전자는 n형 질화물층(130)과 전류 확산층(140) 사이의 계면을 따라 확산(current spreading)하면서 활성층(150)으로 유입된다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자(100)는 탄소(C)를 함유한 질화물층으로 이루어진 전류 확산층(140)에 의해 전자와 정공이 활성층(140)에 원활하게 확산 유입되고, 이에 따른 전류 확산에 의해 발광 면적이 증가하여 발광 효율이 향상될 수 있다.
이하, 구체적으로 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 소자(100)의 제조 방법을 도 3a 내지 3e를 참조하여 설명한다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자(100)의 제조 방법은 먼저 기판(110)의 상부면에 버퍼층(120)과 n형 질화물층(130)을 순차적으로 성장시킨다.
버퍼층(120)은 기판(110)과 n형 질화물층(130) 사이에 격자 부정합을 해소하기 위해 기판(110)의 상부면에 선택적으로 형성될 수도 있다. 여기서, 버퍼층(120)은 예를 들어 AlN 또는 GaN을 이용하여 형성될 수도 있다.
n형 질화물층(130)은 n-GaN층으로 형성될 수 있다. n형 질화물층(130)의 형성 방법은 예를 들어, NH3, 트리메탈갈륨(TMG), 및 Si과 같은 n형 도펀트를 포함한 실란 가스를 공급하여, n-GaN층을 n형 질화물층으로 성장할 수 있다.
n형 질화물층(130)이 형성된 후, 도 3b에 도시된 바와 같이 전류 확산용 불순물을 함유한 질화물로 이루어진 전류 확산층(140)이 n형 질화물층(130)의 상부면에 형성된다.
구체적으로, 전류 확산층(140)은 전류 확산용 불순물로서, 14족 원소 중 탄소(C), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb) 등을 선택적으로 이용하여 ALE(atomic layer epitaxy), APCVD(atmospheric pressure chemical vapour deposition), PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), RTCVD(rapid thermal chemical vapor deposition), UHVCVD(ultrahigh vacuum chemical vapor deposition), LPCVD(low pressure chemical vapor deposition), MOCVD(Metal organic Chemical Vapor Deposition) 등의 기상 에피택시 성장 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 전류 확산층(140)에서 이러한 전류 확산용 불순물은 실리콘(Si) 도펀트와 함께 도핑될 수 있다.
예를 들어, 전류 확산층(140)은 바람직하게 탄소(C)를 전류 확산용 불순물로 함유한 질화물층으로 형성되되, MOCVD 방법으로 NH3, 트리메탈갈륨(TMG), 및 DMHY(dimethylhydrazine)를 이용하여 GaN:C 와 같은 탄소 질화물층으로 형성할 수 있다.
여기서, 전류 확산층(140)이 탄소(C)를 전류 확산용 불순물로 함유한 GaN:C 와 같은 탄소 질화물층으로 형성한 경우, 탄소(C)의 농도는 1×1016 ~ 1×1018 atoms/cm3 이고, 전류 확산층(140)의 총 두께는 탄소(C)의 농도에 반비례하여 바람직하게 500 ~ 5000Å 의 두께 범위로 형성될 수 있다. 또한, 전류 확산층(140)은 탄소(C)의 농도가 상기의 범위 이외에 n형 질화물층(130)과 활성층(150)에 함유된 탄소의 농도보다 높은 농도로 형성될 수도 있다.
전류 확산층(140)이 형성된 후, 도 3c에 도시된 바와 같이 활성층(150), p형 질화물층(160) 및 투명 전극층(170)이 전류 확산층(140)의 상부면에 순차적으로 형성될 수 있다.
활성층(150)은 단일양자우물구조 또는 양자우물층과 양자장벽층이 교대로 다수 적층된 다중양자우물구조로 구비될 수 있다. 여기서, 활성층(150)은 다중양자우물구조로 이루어지되, 양자장벽층은 예컨대 Al이 포함된 AlGaInN의 4원계 질화물층이고, 양자우물층은 예를 들어 InGaN으로 이루어질 수 있다.
p형 질화물층(160)은 예컨대 Mg을 도핑한 p형 AlGaN의 제 1 층과, Mg을 도핑한 p형 GaN로 이루어진 제 2 층을 번갈아가며 적층한 구조로 형성될 수 있다. 또한, p형 질화물층(160)은 n형 질화물층(130)과 마찬가지로 단층의 p형 질화물층으로 성장시키는 것도 가능하다.
투명 전극층(170)은 투명전도성 산화물로 이루어지고, 그 재질은 In, Sn, Al, Zn, Ga 등의 원소를 포함하며, 예컨대, ITO, CIO, ZnO, NiO, In2O3 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
이렇게 투명 전극층(170)까지 형성된 후, 도 3d에 도시된 바와 같이 투명 전극층(170)으로부터 n형 질화물층(130)의 일영역까지 노광 에칭(lithography etching)하여, n형 질화물층(130)의 일영역이 노출될 수 있다.
n형 질화물층(130)의 일영역이 노출되면, 도 3e에 도시된 바와 같이 p측 전극(181)이 투명 전극층(170)의 상부면에 형성되고, n측 전극(182)이 노출된 n형 질화물층(130)의 일 영역에 형성된다.
이와 같은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 소자(100)의 제조 방법은 기상 에피택시 성장 방법을 이용하여 요구되는 전류 확산용 불순물 농도를 갖는 전류 확산층(140)을 필요한 두께로 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 소자(100)의 제조 방법은 전류 확산용 불순물의 농도와 필요한 두께를 갖는 전류 확산층(140)을 용이하게 형성할 수 있다.
이하, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 수직형 질화물 반도체 발광 소자를 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 수직형 질화물 반도체 발광 소자의 단면을 나타낸 단면도이다. 여기서, 수직형 질화물 반도체 발광 소자의 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명은 생략한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 수직형 질화물 발광 소자는 p측 전극 지지층(280)의 상부면 방향으로 반사층(272), 오믹 컨택층(271), p형 질화물층(260), 활성층(250), 전류 확산부(240), n형 질화물층(230) 및 n측 전극(290)을 포함한다.
p측 전극 지지층(280)은 전도성 지지부재로서 p측 전극의 역할을 하면서 발광 소자 작동시 발생하는 열을 충분히 발산시켜야 한다. 특히, p측 전극 지지층(280)은 기계적 강도를 가지고, 스크라이빙(scribing) 공정 또는 브레이킹(breaking) 공정을 포함한 제조 과정 중 상부면 방향의 층들을 지지해야 한다.
따라서, p측 전극 지지층(280)은 금(Au), 구리(Cu), 은(Ag) 및 알루미늄(Al) 등의 열전도도가 좋은 금속으로 형성할 수 있다. 또는, p측 전극 지지층(280)은 이런 금속들과 결정 구조 및 결정 격자 상수가 유사하여 합금시 내부 응력 발생을 최소화할 수 있으면서 기계적 강도가 있는 합금 재질로 형성할 수 있다. 예를 들어, 니켈(Ni), 코발트(Co), 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd) 등의 경금속을 포함한 합금으로 형성하는 것이 바람직하다.
반사층(272)은 p측 전극 지지층(280)의 상부면에 선택적으로 형성될 수 있고, 활성층(250)으로부터 발산하는 광을 상부 방향으로 반사시키는 반사율이 높은 금속 재질로 형성될 수 있다.
오믹 컨택층(271)은 반사층(272)의 상부면에 니켈(Ni) 또는 금(Au)의 금속, 또는 이런 금속을 함유한 질화물로 이루어진 층으로 형성되어, 낮은 저항을 갖는 오믹 컨택(Ohmic Contact)을 형성한다. 여기서, 니켈(Ni) 또는 금(Au)의 금속을 이용하여 오믹 컨택층(271)을 형성하는 경우, 오믹 컨택층(271)이 반사 기능을 수행할 수 있으므로 반사층(272)을 형성할 필요가 없다.
전류 확산부(240)는 n형 질화물층(230)의 하부면 방향으로 전류 확산용 불순물을 함유한 질화물층, 즉 14족 원소 중 탄소(C), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb) 등을 선택적으로 함유한 질화물층이다. 전류 확산부(240)에서 이러한 전류 확산용 불순물은 실리콘(Si) 도펀트와 함께 도핑될 수 있다.
이때, 전류 확산부(240)는 전류 확산용 불순물로서 탄소(C)를 이용하고, 탄소(C)를 1×1016 ~ 1×1018 atoms/cm3 의 농도 범위에서 함유할 수 있다.
이러한 전류 확산부(240)는 도 2의 전류 확산부(140)와 마찬가지로 n형 질화물층(230)과 전류 확산부(240) 사이의 계면에 따른 전류 분포, 즉 수평 방향의 전류 분포를 개선할 수 있다.
수평 방향의 전류 분포가 개선되면, 수직형 질화물 반도체 발광소자는 활성층(250)으로 유입되는 전류 밀도가 균일하게 되어 발광 면적이 넓어지므로 발광 효율이 향상될 수 있다.
이와 같은 수직형 질화물 반도체 발광소자는 일반적인 수직형 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법으로 형성될 수 있다. 이때, 탄소(C)를 함유한 가스와 실리콘(Si)을 함유한 가스의 혼합가스를 이용하는 기상 에피택시 성장 방법을 이용하여 동일한 기상 에피택시 성장용 설비(도시하지 않음)에서 형성할 수 있다.
이때, 수직형 질화물 발광 소자의 전류 확산부(240)는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전류 확산부(140)의 형성 과정과 동일하게 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 2 실시예는 전류 확산층(140)에 의해 전자와 정공이 활성층(250)에 원활하게 확산 유입되고, 이에 따른 전류 확산에 의해 발광 면적이 증가하여 발광 효율이 향상될 수 있는 수직형 질화물 발광 소자를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 수평형 질화물 반도체 발광 소자(300)를 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자(300)는 기판(310)의 상부 방향으로 버퍼층(320), n형 질화물층(330), 적층 구조의 전류 확산부(340), 활성층(350), p형 질화물층(360), 투명 전극층(370), p측 전극(382) 및 n측 전극(381)을 포함한다.
버퍼층(320)은 기판(310)과 n형 질화물층(330) 사이의 격자 부정합을 해소하기 위해 선택적으로 형성될 수 있고, 예컨대 AlN 또는 GaN으로 형성할 수 있다.
n형 질화물층(330)은 기판(310) 또는 버퍼층(320)의 상부면에 형성된다. 여기서, n형 질화물층(330)은 Si을 도핑한 n형 AlGaN으로 이루어진 제 1 층, 및 언도우프의 GaN로 이루어진 제 2 층이 번갈아가며 형성된 적층 구조일 수 있다. 물론, n형 질화물층(130)은 단층의 n형 질화물층으로 성장시키는 것도 가능하나, 제 1 층과 제 2 층의 적층 구조로 형성하여 크랙이 없는 결정성이 좋은 캐리어 제한층으로 작용할 수 있다.
전류 확산부(340)는 n형 질화물층(330)과 활성층(350) 사이에 형성된 적층 구조로서, 활성층(350)에 유입되는 전자 또는 정공이 특정 영역에 집중되지 않고 확산시키는 전류 확산(current spreading) 기능을 수행할 수 있다.
이러한 전류 확산부(340)는 n형 질화물층(330)의 상부면 방향으로 전류 확산용 불순물을 함유한 적층 구조이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 전류 확산부(340)는 탄소(C)의 농도가 실리콘(Si)의 농도보다 높은 질화물층으로 형성된 제 1 확산층(341), 및 실리콘(Si)의 농도가 탄소(C)의 농도보다 높은 제 2 확산층(342)이 예컨대 세 번 반복된 적층 구조이다.
물론, 전류 확산부(340)의 적층 구조는 제 1 확산층(341)과 제 2 확산층(342)이 한번 반복된 적층 구조, 또는 제 1 확산층(341)과 제 2 확산층(342)이 다수 반복된 적층 구조로 형성될 수도 있다.
구체적으로, 전류 확산부(340)의 전류 확산용 불순물은 전류 확산을 위한 절연체로 작용하는 재질이다. 전류 확산용 불순물은 14족 원소 중 탄소(C), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb)을 선택적으로 이용할 수 있으며, 바람직하게 탄소(C)를 이용한다.
이때, 전류 확산부(340)의 탄소(C) 함유량은 1×1016 ~ 1×1018 atoms/cm3 이고, 전류 확산부(340)의 총 두께는 예를 들어, 500 ~ 5000 Å의 두께로 형성될 수 있다.
여기서, 전류 확산부(340)의 제 1 확산층(341)과 제 2 확산층(342)은 탄소(C)의 농도 및 총 두께 범위를 기준으로 상기 농도 범위의 미만으로 농도를 가지거나 두께 범위 미만이면 전류 확산의 기능을 수행할 수 없다. 또한, 제 1 확산층(341)과 제 2 확산층(342)의 탄소(C) 농도가 상기 농도 범위를 초과하거나 두께 범위를 초과하면 고저항층으로 작용하여 인가 전압을 3.4V 이상으로 높여야 하는 문제가 발생한다.
이와 같이 제 1 확산층(341)과 제 2 확산층(342)의 적층 구조가 탄소(C) 농도와 실리콘(Si) 도펀트의 농도에서 교대로 차이를 갖는, 즉 탄소(C)의 농도가 실리콘(Si)의 농도보다 높은 제 1 확산층(341)과 실리콘(Si)의 농도가 탄소(C)의 농도보다 높은 제2확산층(342)이 교대 적층된 특징이 있다. 이로 인해, 전류 확산부(340)에서 활성층(350)으로 상부 방향에 따른 저항값이 탄소(C) 농도가 높은 제 1 확산층(341)의 개수에 따라 비례적으로 증가한다.
하지만, 제 1 확산층(341)과 제 2 확산층(342) 사이의 계면 저항값이 전류 확산부(140)에서 활성층(150)으로 상부 수직 방향에 따른 저항값보다 낮다. 이때, 전자가 낮은 저항 쪽으로 흐르는 특성에 의해서, n형 질화물층(330)으로부터 유입된 전자는 제 1 확산층(341)과 제 2 확산층(342) 사이의 계면을 따라 확산(current spreading)하면서 활성층(350)으로 유입된다.
따라서, 제 1 확산층(341)과 제 2 확산층(342) 사이의 계면을 따라 전자가 확산되는 효율, 즉 수평 방향의 전류 확산 효율이 개선된다. 이렇게 수평 방향의 전류 확산 효율이 개선됨에 따라, 전자가 활성층(350)으로 균일하게 유입될 수 있다. 전자가 활성층(350)으로 균일하게 유입됨에 따라 발광 면적이 넓어지므로 발광 효율이 향상될 수 있다.
또한, 전류 확산부(340)에서 수평 방향의 전류 확산이 개선되면, 질화물 반도체 발광소자(300)의 동작 전압은 3.4V 에서 3.1V로 절감될 수 있다.
그리고, 전류 확산부(340)는 활성층(350)에 유입되는 전자에 대해 일부 영역에 과도한 전자가 유입되는 것을 방지하고, 정공의 측면에서 활성층(350)으로 정공을 더 많이 유도하는 층으로 작용할 수 있다.
활성층(350)은 전류 확산부(340)의 상부면에 단일양자우물구조 또는 다중양자우물구조로 이루어질 수 있다. 여기서, 활성층(350)은 다중양자우물구조로서, 양자장벽층(350a)은 Al이 포함된 질화물층으로 AlGaInN층이고, 양자우물층(350b)은 예를 들어 InGaN으로 이루어질 수 있다. 이러한 양자장벽층(350a)과 양자우물층(350b)이 반복되어 형성된 구조의 활성층(350)은 발생하는 응력과 변형에 의한 자발적인 분극을 억제할 수 있다.
p형 질화물층(360)은 예컨대 Mg을 도핑한 p형 AlGaN의 제 1 층과, Mg을 도핑한 p형 GaN로 이루어진 제 2 층을 번갈아가며 적층한 구조로 형성될 수 있다. 또한, p형 질화물층(360)은 n형 질화물층(330)과 마찬가지로 단층의 p형 질화물층으로 성장시키는 것도 가능하나, 적층 구조로 형성하여 크랙이 없는 결정성이 좋은 캐리어 제한층으로 작용할 수 있다.
투명 전극층(370)은 p형 질화물층(360)의 상부면에 구비된 층이다. 이러한 투명 전극층(370)은 투명 전도성 화합물로 이루어지고, 그 재질은 In, Sn, Al, Zn, Ga 등의 원소를 포함할 수 있다. 이러한 투명 전극층(370)은 예컨대, ITO, CIO, ZnO, NiO, In2O3 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자(300)는 n형 질화물층(330)과 활성층(350) 사이에 전류 확산부(340)를 형성하여, 활성층(350)에 흐르는 전류가 특정 영역에 집중되지 않고 확산하도록 하는 기능을 수행할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자(300)는 탄소(C) 농도가 높은 제 1 확산층(341)과 실리콘(Si) 도펀트 농도가 높은 제 2 확산층(342)으로 이루어진 적층 구조의 전류 확산부(340)에 의해 전자와 정공이 활성층(350)에 원활하게 확산 유입된다. 이에 따른 전류 확산에 의해, 질화물 반도체 발광소자(300)는 발광 면적이 증가하여 발광 효율이 향상될 수 있다.
이하, 구체적으로 본 발명의 제 3 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 소자(300)의 제조 방법을 도 6a 내지 6d를 참조하여 설명한다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자(300)의 제조 방법은 먼저 기판(310)의 상부면에 버퍼층(320)과 n형 질화물층(330)을 순차적으로 성장시킨다.
버퍼층(320)은 기판(310)과 n형 질화물층(330) 사이에 격자 부정합을 해소하기 위해 기판(310)의 상부면에 선택적으로 형성될 수도 있다. 여기서, 버퍼층(320)은 예를 들어 AlN 또는 GaN을 이용하여 형성될 수도 있다.
n형 질화물층(330)은 n-GaN층으로 형성될 수 있다. n형 질화물층(330)의 형성 방법은 예를 들어, NH3, 트리메탈갈륨(TMG), 및 실리콘(Si)과 같은 n형 도펀트를 포함한 실란 가스를 공급하여, n-GaN층을 n형 질화물층으로 성장할 수 있다.
n형 질화물층(330)이 형성된 후, 도 6b에 도시된 바와 같이 제 1 확산층(341)과 제 2 확산층(342)이 다수 반복한 적층 구조의 전류 확산부(340)가 n형 질화물층(330)의 상부면에 형성된다.
전류 확산부(340)는 탄소를 포함하는 전류 확산용 불순물을 함유하고, 탄소의 농도가 실리콘(Si) 도펀트의 농도보다 높은 질화물층으로 형성된 제 1 확산층(341), 및 탄소의 농도가 실리콘(Si) 도펀트의 농도보다 낮은 질화물층으로 형성된 제 2 확산층(342)이 교대로 다수 반복하여 500 ~ 5000 Å의 총 두께로 형성될 수 있다.
여기서, 제 1 확산층(341)과 제 2 확산층(342)은 전류 확산용 불순물로서 14족 원소 중 C, Si, Ge, Sn, Pb를 선택적으로 이용하여, ALE(atomic layer epitaxy), APCVD(atmospheric pressure chemical vapour deposition), PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), RTCVD(rapid thermal chemical vapor deposition), UHVCVD(ultrahigh vacuum chemical vapor deposition), LPCVD(low pressure chemical vapor deposition), MOCVD(Metal organic Chemical Vapor Deposition) 등의 기상 에피택시 성장 방법을 이용하여 동일한 기상 에피택시 성장용 설비(도시하지 않음)에서 인시츄(in-situ)로 형성할 수 있다.
특히, 도 7에 도시된 바와 같이 제 1 확산층(341)과 제 2 확산층(342)이 전류 확산용 불순물로서 예컨대, 탄소(C)를 이용하여 형성되되, NH3, 트리메탈갈륨(TMG), 및 DMHY(dimethylhydrazine)를 포함하고, 탄소(C)를 포함한 가스와 실리콘(Si)을 포함한 가스의 혼합가스를 이용하는 MOCVD 방법으로 제 1 확산층(341)과 제 2 확산층(342)을 인시츄(in-situ)로 형성할 수 있다. 이때, 실리콘(Si) 도펀트는 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 델타 도핑된 것일 수 있다.
이때, 혼합가스의 탄소(C) 함유량과 실리콘(Si) 함유량을 조정하되, 탄소(C) 함유량을 높여 탄소(C)의 농도가 높은 제 1 확산층(341)을 먼저 형성한다. 이어서, 제 1 확산층(341)을 형성하는 과정의 마지막에 혼합가스의 실리콘(Si) 함유량을 높여 인시츄로 탄소(C) 농도보다 실리콘(Si)의 농도가 높은 제 2 확산층(342)을 형성할 수 있다.
구체적으로, 제 1 확산층(341)은 탄소(C)를 1×1016 ~ 1×1018 atoms/cm3 의 농도 범위에서 함유하고, 0.04 ~ 0.08㎛의 두께 범위로 형성될 수 있다.
선택적으로, 탄소(C)의 농도와 실리콘(Si)의 농도를 조정하는 방법이 상기의 MOCVD 방법 이외에, 이온 주입 방법(Ion Implantation)으로 탄소(C)의 주입량과 실리콘(Si) 주입량을 조정하면서 인시츄로 반복적으로 수행될 수도 있다.
이와 같이 제 1 확산층(341)과 제 2 확산층(342)의 형성은 MOCVD 설비에서 탄소(C)의 농도와 실리콘(Si)의 농도를 조정하면서 인시츄로 반복적으로 수행될 수 있다. 이에 따라, 전류 확산부(340)가 제 1 확산층(341)과 제 2 확산층(342)이 다수 반복된 적층 구조로 형성될 수 있다.
적층 구조의 전류 확산부(340)가 형성된 후, 도 6c에 도시된 바와 같이 활성층(350), p형 질화물층(360) 및 투명 전극층(370)이 전류 확산층(340)의 상부면에 순차적으로 형성된다.
활성층(350)은 단일양자우물구조 또는 양자우물층과 양자장벽층이 교대로 다수 적층된 다중양자우물구조로 구비될 수 있다. 여기서, 활성층(350)은 다중양자우물구조로 이루어지되, 양자장벽층(350a)은 예컨대 알루미늄(Al)이 포함된 AlGaInN의 4원계 질화물층이고, 양자우물층(350b)은 예를 들어 InGaN으로 이루어질 수 있다.
p형 질화물층(360)은 예컨대 Mg을 도핑한 p형 AlGaN의 제 1 층과, Mg을 도핑한 p형 GaN로 이루어진 제 2 층을 번갈아가며 적층한 구조로 형성될 수 있다. 또한, p형 질화물층(360)은 n형 질화물층(330)과 마찬가지로 단일층의 p형 질화물층으로 성장시키는 것도 가능하다.
투명 전극층(370)은 예컨대, ITO, CIO, ZnO, NiO, In2O3 중 어느 하나의 투명전도성 화합물로 형성될 수 있다.
이렇게 투명 전극층(370)까지 형성된 후, 도 6d에 도시된 바와 같이 투명 전극층(370)으로부터 n형 질화물층(330)의 일 영역까지 노광 에칭하여, n형 질화물층(330)의 일 영역이 노출될 수 있다.
n형 질화물층(330)의 일 영역이 노출되면, p측 전극(382)이 투명 전극층(370)의 상부면에 형성되고, n측 전극(381)이 노출된 n형 질화물층(330)의 일 영역에 형성된다.
이와 같은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 소자(300)의 제조 방법은 제 1 확산층(341)과 제 2 확산층(342)이 반복된 적층 구조의 전류 확산부(340)를 인시츄로 용이하게 형성할 수 있다. 특히, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 소자(300)의 제조 방법은 탄소(C)의 농도와 실리콘(Si) 도펀트 농도를 조정하면서 제 1 확산층(341)과 제 2 확산층(342)을 인시츄로 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법은 전류를 특정 영역에 집중시키지 않고 확산시키는 전류 확산부(340)를 갖는 질화물 반도체 발광 소자(300)를 용이하게 획득할 수 있다.
이하, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 수직형 질화물 발광 소자를 도 8을 참조하여 설명한다. 도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 수직형 질화물 반도체 발광소자의 단면도이다. 여기서, 수직형 질화물 반도체 발광 소자의 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명은 생략한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 수직형 질화물 발광 소자는 도 4에 도시된 수직형 질화물 반도체 발광소자와 유사하게 p측 전극 지지층(480)의 상부면 방향으로 반사층(472), 오믹 컨택층(471), p형 질화물층(460), 활성층(450), 전류 확산부(440), n형 질화물층(430) 및 n측 전극(490)을 포함하지만, 전류 확산부(440)가 제 1 확산층(241)과 제 2 확산층(242)으로 구성된 적층 구조로 형성되는 차이점이 있다.
p측 전극 지지층(480)은 전도성 지지부재로서 p측 전극의 역할을 하면서 발광 소자 작동시 발생하는 열을 충분히 발산시키며, 기계적 강도를 갖고 스크라이빙 공정 또는 브레이킹 공정을 포함한 제조 과정 중 상부면 방향의 층들을 지지해야 한다.
따라서, p측 전극 지지층(480)은 금(Au), 구리(Cu), 은(Ag) 및 알루미늄(Al) 등의 열전도도가 좋은 금속으로 형성할 수 있다. 또는, p측 전극 지지층(480)은 이런 금속들과 결정 구조 및 결정 격자 상수가 유사하여 합금시 내부 응력 발생을 최소화할 수 있으면서 기계적 강도가 있는 합금 재질로 형성할 수 있다. 예를 들어, 니켈(Ni), 코발트(Co), 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd) 등의 경금속을 포함한 합금으로 형성하는 것이 바람직하다.
반사층(472)은 p측 전극 지지층(480)의 상부면에 선택적으로 형성될 수 있고, 활성층(450)으로부터 발산하는 광을 상부방향으로 반사시키는 반사율이 높은 금속 재질로 형성될 수 있다.
오믹 컨택층(471)은 반사층(472)의 상부면에 니켈(Ni) 또는 금(Au)의 금속, 또는 이런 금속을 함유한 질화물로 이루어진 층으로 형성되어, 낮은 저항을 갖는 오믹 컨택(Ohmic Contact)을 형성한다. 여기서, 니켈(Ni) 또는 금(Au)의 금속을 이용하여 오믹 컨택층(471)을 형성하는 경우, 오믹 컨택층(471)이 반사 기능을 수행할 수 있으므로 반사층(472)을 형성할 필요가 없다.
전류 확산부(440)는 n형 질화물층(230)의 하부면 방향으로 탄소(C)의 농도가 실리콘(Si) 도펀트 농도보다 높은 질화물층으로 형성된 제 1 확산층(241), 및 탄소(C)의 농도가 실리콘(Si) 도펀트의 농도보다 낮은 질화물층으로 형성된 제 2 확산층(242)을 다수 적층한 구조이다. 이러한 전류 확산부(440)의 적층 구조는 예컨대, 세 번 반복된 적층 구조이다.
여기서, 전류 확산부(440)는 500 ~ 5000 Å의 두께로 형성될 수 있다. 특히, 제 1 확산층(441)은 전류 확산부(440)에서 0.04 ~ 0.08㎛의 두께 범위로 형성될 수 있다.
물론, 전류 확산부(440)의 적층 구조는 제 1 확산층(441)과 제 2 확산층(442)으로 구성된 적층 구조, 또는 제 1 확산층(441)과 제 2 확산층(442)이 다수 반복된 적층 구조로 형성될 수도 있다.
이때, 전류 확산부(440)의 전류 확산용 불순물은 전류 확산을 위한 절연체로 작용하고, 14족 원소 중 탄소(C)를 1×1016 ~ 1×1018 atoms/cm3 의 농도 범위에서 함유할 수 있다.
이와 같이 제 1 확산층(441)과 제 2 확산층(442)으로 이루어진 전류 확산부(440)가 탄소(C) 농도와 실리콘(Si) 도펀트 농도에서 교대로 차이를 가지는 특징이 있다. 이러한 특징으로 인해, 제 1 확산층(441)과 제 2 확산층(442) 사이의 계면 저항이 전류 확산부(440)에서 활성층(450)으로 수직 방향에 따른 저항보다 낮게 된다.
따라서, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 수직형 질화물 발광 소자는 전류 확산부(440)에서 제 1 확산층(441)과 제 2 확산층(442) 사이의 계면에 따른 전류 분포, 즉 수평 방향의 전류 분포가 개선될 수 있다.
수평 방향의 전류 분포가 개선되면, 수직형 질화물 반도체 발광소자는 활성층(450)으로 유입되는 전류 밀도가 균일하게 되어 발광 면적이 넓어지므로 발광 효율이 향상될 수 있다.
이와 같은 수직형 질화물 반도체 발광소자는 일반적인 수직형 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법으로 형성될 수 있다. 이때, 탄소(C)를 함유한 가스와 실리콘(Si)을 함유한 가스의 혼합가스를 이용하는 기상 에피택시 성장 방법을 이용하여 동일한 기상 에피택시 성장용 설비(도시하지 않음)에서 형성할 수 있다.
이때, 수직형 질화물 발광 소자의 전류 확산부(440)는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전류 확산부(340)의 형성 과정과 동일하게 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 4 실시예는 탄소(C) 농도가 높은 제 1 확산층(441)과 실리콘(Si) 도펀트 농도가 높은 제 2 확산층(442)으로 이루어진 적층 구조의 전류 확산부(440)를 인시츄로 형성할 수 있다. 이렇게 인시츄로 형성된 전류 확산부(440)를 포함한 수직형 질화물 발광 소자는 전류 확산부(440)에 의해 전류 밀도가 균일하게 되고 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다.
또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100: 질화물 반도체 발광소자 110: 기판
120: 버퍼층 130: n형 질화물층
140: 전류 확산부 141: 제 1 확산층
142: 제 2 확산층 150: 활성층
160: p형 질화물층 170: 투명 전극층
181: n측 전극 182: p측 전극
120: 버퍼층 130: n형 질화물층
140: 전류 확산부 141: 제 1 확산층
142: 제 2 확산층 150: 활성층
160: p형 질화물층 170: 투명 전극층
181: n측 전극 182: p측 전극
Claims (35)
- n형 질화물층;
상기 n형 질화물층 상에 전류 확산용 불순물과 델타 도핑된 실리콘(Si) 도펀트를 함께 함유한 질화물로 형성된 전류 확산부;
상기 전류 확산부 상에 형성된 활성층; 및
상기 활성층 상에 형성된 p형 질화물층
을 포함하고,
상기 전류 확산용 불순물은 탄소(C)를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 n형 질화물층의 하부에 형성된 버퍼층; 및
상기 버퍼층의 하부에 구비된 기판;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 p형 질화물층 상에 형성된 전도성 지지부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전류 확산부의 두께는 상기 전류 확산용 불순물의 농도와 반비례 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전류 확산용 불순물의 농도는 1×1016 ~ 1×1018 atoms/cm3 이고,
상기 전류 확산부의 두께는 500 ~ 5000Å 인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- n형 질화물층;
상기 n형 질화물층 상에 형성된 전류 확산부;
상기 전류 확산부 상에 형성된 활성층; 및
상기 활성층 상에 형성된 p형 질화물층
을 포함하고,
상기 전류 확산부는 다른 층의 탄소 농도보다 높은 농도의 탄소를 함유하고, 실리콘을 함께 포함하는 질화물층인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제 11 항에 있어서,
상기 전류 확산부는 상기 활성층의 탄소 농도 또는 상기 n형 질화물층의 탄소 농도보다 높은 농도의 탄소를 함유한 질화물층인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제 11 항에 있어서,
상기 n형 질화물층의 하부에 형성된 버퍼층; 및
상기 버퍼층의 하부에 구비된 기판;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제 11 항에 있어서,
상기 p형 질화물층 상에 형성된 전도성 지지부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전류 확산부의 탄소 농도는 1×1016 ~ 1×1018 atoms/cm3 이고,
상기 전류 확산부의 총두께는 500 ~ 5000Å 인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전류 확산부의 두께는 상기 전류 확산용 불순물의 농도와 반비례 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 기판 상에 n형 질화물층을 형성하는 단계;
상기 n형 질화물층 상에 전류 확산부를 형성하는 단계;
상기 전류 확산부 상에 활성층을 형성하는 단계; 및
상기 활성층 상에 p형 질화물층을 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 전류 확산부를 전류 확산용 불순물과 델타 도핑된 실리콘(Si) 도펀트를 함께 함유한 질화물로 형성하고,
상기 전류 확산용 불순물은 탄소(C)를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법.
- 제 17 항에 있어서,
상기 전류 확산부를 형성하는 단계는
상기 전류 확산용 불순물을 이용하여 ALE(atomic layer epitaxy), APCVD(atmospheric pressure chemical vapour deposition), PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), RTCVD(rapid thermal chemical vapor deposition), UHVCVD(ultrahigh vacuum chemical vapor deposition), LPCVD(low pressure chemical vapor deposition), MOCVD(Metal organic Chemical Vapor Deposition) 중 선택된 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법.
- 삭제
- 제 17 항에 있어서,
상기 전류 확산부를 형성하는 단계는
상기 전류 확산부의 탄소 농도가 상기 활성층의 탄소 농도 또는 상기 n형 질화물층의 탄소 농도 보다 높은 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법.
- 제 17 항에 있어서,
상기 전류 확산부를 형성하는 단계는
상기 전류 확산부의 탄소 농도가 다른 층의 탄소 농도 보다 높은 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법.
- 제 17 항에 있어서,
상기 전류 확산부를 형성하는 단계에서
상기 전류 확산부의 두께는 상기 전류 확산용 불순물의 농도와 반비례 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법.
- 제 17 항에 있어서,
상기 전류 확산부를 형성하는 단계에서
상기 전류 확산용 불순물의 농도는 1×1016 ~ 1×1018 atoms/cm3 이고
상기 전류 확산부의 두께는 500 ~ 5000Å 으로 형성하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법.
- n형 질화물층;
상기 n형 질화물층 상에 전류 확산용 불순물과 실리콘(Si) 도펀트를 함유하여 형성된 전류 확산부;
상기 전류 확산부 상에 형성된 활성층; 및
상기 활성층 상에 형성된 p형 질화물층
을 포함하고,
상기 전류 확산용 불순물은 탄소(C)를 포함하고,
상기 전류 확산부는 상기 탄소(C)의 농도가 상기 실리콘(Si)의 농도보다 높은 층과 상기 실리콘(Si)의 농도가 상기 탄소(C)의 농도보다 높은 층이 교대 적층된 복수층 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제 24 항에 있어서,
상기 n형 질화물층의 하부에 형성된 버퍼층; 및
상기 버퍼층의 하부에 구비된 기판;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제 24 항에 있어서,
상기 p형 질화물층 상에 형성된 전도성 지지부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제 24 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전류 확산부의 두께는 상기 전류 확산용 불순물의 농도와 반비례 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제 24 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전류 확산용 불순물은 탄소(C)이고,
상기 탄소(C)가 1×1016 ~ 1×1018 atoms/cm3의 농도 범위에서 함유되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제 24 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전류 확산부의 총두께는 500 ~ 5000Å 인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제 24 항에 있어서,
상기 n형 질화물층으로부터 도출되는 전자가 상기 n형 질화물층과 상기 전류 확산부 사이의 계면을 따라 확산(spreading)되어 상기 활성층으로 유입되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 기판 상에 n형 질화물층을 형성하는 단계;
상기 n형 질화물층 상에 전류 확산용 불순물과 실리콘(Si) 도펀트를 함유한 복수층 구조의 전류 확산부를 형성하는 단계;
상기 전류 확산부 상에 활성층을 형성하는 단계; 및
상기 활성층 상에 p형 질화물층을 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 전류 확산용 불순물은 탄소(C)를 포함하고,
상기 탄소(C)의 농도가 상기 실리콘(Si)의 농도보다 높은 층과 상기 실리콘(Si)의 농도가 상기 탄소(C)의 농도보다 높은 층을 교대 적층하여 상기 전류 확산부를 형성하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법.
- 제 31 항에 있어서,
상기 전류 확산부를 형성하는 단계에서
상기 전류 확산용 불순물은 탄소(C)이고,
상기 탄소(C)가 1×1016 ~ 1×1018 atoms/cm3의 농도 범위에서 함유되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법.
- 제 32 항에 있어서,
상기 전류 확산부를 형성하는 단계는
상기 탄소(C)를 포함한 가스와 상기 실리콘(Si) 도펀트를 포함한 가스의 혼합가스를 이용하는 기상 에피택시 성장 방법으로 상기 탄소(C)의 농도가 상기 실리콘(Si) 도펀트의 농도보다 높은 질화물층을 형성하는 단계; 및
상기 탄소(C)의 농도가 실리콘(Si) 도펀트의 농도보다 높은 질화물층 상에 상기 기상 에피택시 성장 방법으로 상기 탄소(C)의 농도가 상기 실리콘(Si) 도펀트의 농도보다 낮은 질화물층을 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 전류 확산부를 형성하는 단계는 인시츄 방식으로 1회 이상 교대로 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법.
- 제 32 항에 있어서,
상기 전류 확산부를 형성하는 단계는
이온 주입 방법(Ion Implantation)으로 질화물층에 상기 탄소(C)의 주입량과 상기 실리콘(Si) 도펀트의 주입량을 조정하여, 상기 탄소(C)의 농도가 상기 실리콘(Si) 도펀트의 농도보다 높은 질화물층을 형성하는 단계; 및
상기 탄소(C)의 농도가 상기 실리콘(Si) 도펀트의 농도보다 높은 질화물층 상에 상기 이온 주입 방법으로 상기 탄소(C)의 농도가 상기 실리콘(Si) 도펀트의 농도보다 낮은 질화물층을 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 전류 확산부를 형성하는 단계는 인시츄 방식으로 1회 이상 교대로 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법.
- 제 33 항 또는 제 34 항에 있어서,
상기 전류 확산부의 총두께는 500 ~ 5000Å 인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법.
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