KR101454980B1 - ｐ형 ＡｌＧａＮ층 및 그 제조 방법 및 Ⅲ족 질화물 반도체 발광소자 - Google Patents

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Abstract

캐리어 농도 및 발광 출력을 향상시킨 p형 AlGaN층 및 그 제조 방법 및 III족 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.　III족 원료 가스를 III족 원료 가스 유량 A1(0≤A1)로 공급하는 것과 동시에, V족 원료 가스를 V족 원료 가스 유량 B1(0＜B1)로, 한편 마그네슘을 포함한 가스를 Mg 함유 가스 유량 C1(0＜C1)로 공급하는 제1 공정과, III족 원료 가스를 III족 원료 가스 유량 A2(0＜A2)로 공급하는 것과 동시에, V족 원료 가스를 V족 원료 가스 유량 B2(0＜B2)로, 한편 마그네슘을 포함한 가스를 Mg 함유 가스 유량 C2(0＜C2)로 공급하는 제2 공정을 여러 차례 반복하는 것으로 p형 AlxGa1 - xN층(0≤x＜1)을 형성하며, 상기 III족 원료 가스 유량 A1은 p형 AlxGa1-xN층을 층 성장시키지 않는 유량이며, A1≤0.5A2인 것을 특징으로 한다.

Description

ｐ형 ＡｌＧａＮ층 및 그 제조 방법 및 Ⅲ족 질화물 반도체 발광소자 {P-TYPE ALGAN LAYERM, METHOD FOR PRODUCING SAME AND GROUP Ⅲ NITRIDE SEMICONDUCTOR LIGHT-EMITTING ELEMENT}
본 발명은 p형 AlGaN층에 관한 것으로, 특히, 일정한 알루미늄 조성비를 갖는 마그네슘이 도프된(doped) p형 AlGaN층 및 그 제조 방법 및 III족 질화물 반도체 발광소자에 관한 것이다.
최근 몇 년 동안, III족 질화물 반도체 소자를 이용한 자외(ultraviolet) LED는, 액정의 백라이트, 살균용, 조명용 백색 LED의 여기 광원 및 의료용 등의 용도에 이용되는 것이 기대되어 활발히 연구 및 기술개발을 하고 있다.
일반적으로, 반도체의 전도형은 첨가된 불순물의 종류에 의해 결정된다. 일례로, AlGaN 재료를 p형화하는 경우에는, 통상, 불순물로서 마그네슘이 이용된다. 이때, 첨가된 마그네슘은 억셉터가 되며, 이 AlGaN 재료는 정공이 캐리어가 되도록 한다.
그러나, 이와 같이 마그네슘을 불순물로서 이용하여 MOCVD(유기 금속 기상 성장)법에 의해 반도체층을 형성하는 경우, 불순물이 성장 중인 반도체층에 충분히 받아들여지지 않는, 「도핑 지연(doping delay)」이라고 불리는 현상이 생기는 경우가 있다.
이 이유 중 하나로서, 반도체층의 성장 초기 단계에서, 반도체층에 공급되어야 할 마그네슘이, 성장 장치 및 배관의 내벽 등에 부착되어 반도체층에 충분히 공급되지 않는 것을 들 수 있다.
이것에 대해서 특허 문헌 1에는, 반도체층의 형성에 앞서, 성장 장치 내에 마그네슘 함유 가스를 공급함으로써 상기 부착량을 포화시켜, 도핑 지연을 방지하는 기술이 개시되고 있다.
또한, 이러한 반도체층의 성장 초기 단계에 있어서 도핑 지연 외에, 반도체층의 성장 초기 단계 이후에도 도핑 지연이 생기는 것으로 알려져 있으며, 그 이유로, 예를 들면, 반도체층의 성장 중에 공급되는 가스의 일부가 결정 내에 받아들여지는 경우 발생된 수소 원자는, 결정 내의 질소 원자와 수소 결합하여 전자를 방출하며, 본래의 갈륨 원자가 배치되어야 할 격자 위치에 배치된 p형 불순물인 마그네슘 원자가 방출하는 정공과 결합하여 전기적으로 서로 보상하기 위해 결과적으로, p형화를 위해 첨가한 마그네슘이 억셉터가 되는 것을 방해하고 있다는 점을 들 수 있다. 이것은 반도체층 내의 캐리어 농도의 저하를 야기시킨다.
게다가, 자외 LED의 단파장화에 의해 활성층의 밴드갭이 큰, 고알루미늄 조성비를 갖는 AlxGa1 － xN 재료의 수요가 높아지고 있지만, 알루미늄 조성비(x)가 높아지면 마그네슘 자체의 이온화 에너지도 커지므로, 높은 캐리어 농도를 얻는 것이 어려웠다.
이러한 캐리어 농도의 저하는 저항값을 증가시키며, 이에 따른 발열 등에 의해 충분한 발광 출력을 얻을 수 없다는 문제도 있었다.
특허 문헌 1 : 특개 2007－42886호 공보
본 발명의 목적은, 상기 문제를 해결하여 캐리어 농도 및 발광 출력을 향상시킨 p형 AlGaN층 및 그 제조 방법 및 III족 질화물 반도체 발광소자를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기의 요지 구성을 포함한다.
(1) MOCVD법을 이용하여 마그네슘이 도프된 하나의 p형 AlxGa1 － xN층(0≤x＜1)을 형성함에 있어서, III족 원료 가스를 III족 원료 가스 유량 A1(0≤A1)로 공급하는 것과 동시에, V족 원료 가스를 V족 원료 가스 유량 B1(0＜B1)로, 한편 마그네슘을 포함한 가스를 Mg 함유 가스 유량 C1(0＜C1)로 공급하는 제1 공정과, III족 원료 가스를 III족 원료 가스 유량 A2(0＜A2)로 공급하는 것과 동시에, V족 원료 가스를 V족 원료 가스 유량 B2(0＜B2)로, 한편 마그네슘을 포함한 가스를 Mg 함유 가스 유량 C2(0＜C2)로 공급하는 제2 공정을 여러 차례 반복하는 것으로 p형 AlxGa1 － xN층을 형성하며, III족 원료 가스 유량 A1은 층 성장시키지 않는 유량이며, A1≤0.5A2인 것을 특징으로 하는 p형 AlGaN층의 제조 방법.
(2) MOCVD법을 이용하여 마그네슘이 도프된 하나의 p형 AlxGa1 － xN층(0≤x＜1)을 형성함에 있어서, III족 원료 가스를 III족 원료 가스 유량 A3(0＜A3)로 공급하는 것과 동시에, V족 원료 가스를 V족 원료 가스 유량 B1(0＜B1)로, 한편 마그네슘을 포함한 가스를 Mg 함유 가스 유량 C1(0＜C1)로 공급하는 제1 공정과, III족 원료 가스를 III족 원료 가스 유량 A2(0＜A2)로 공급하는 것과 동시에, V족 원료 가스를 V족 원료 가스 유량 B2(0＜B2)로, 한편 마그네슘을 포함한 가스를 Mg 함유 가스 유량 C2(0＜C2)로 공급하는 제2 공정을 실시하는 것으로 p형 AlxGa1 － xN층을 형성하며, III족 원료 가스 유량 A3은 초기핵만을 성장시키는 유량이며, A3≤0.5A2인 것을 특징으로 하는 p형 AlGaN층의 제조 방법.
(3) MOCVD법을 이용하여 마그네슘이 도프된 하나의 p형 AlxGa1 － xN층(0≤x＜1)을 형성함에 있어서, III족 원료 가스를 III족 원료 가스 유량 A3(0＜A3)로 공급하는 것과 동시에, V족 원료 가스를 V족 원료 가스 유량 B1(0＜B1)로, 한편 마그네슘을 포함한 가스를 Mg 함유 가스 유량 C1(0＜C1)로 공급하는 제1 공정과, III족 원료 가스를 III족 원료 가스 유량 A2(0＜A2)로 공급하는 것과 동시에, V족 원료 가스를 V족 원료 가스 유량 B2(0＜B2)로, 한편 마그네슘을 포함한 가스를 Mg 함유 가스 유량 C2(0＜C2)로 공급하는 제2 공정을 여러 차례 반복하는 것으로 p형 AlxGa1 － xN층을 형성하며, III족 원료 가스 유량 A3는 초기핵만을 성장시키는 유량이며, A3≤0.5A2인 것을 특징으로 하는 p형 AlGaN층의 제조 방법.
(4) 제1 공정에 있어서의 V족 원료 가스 유량 B1은 제2 공정에 있어서의 V족 원료 가스 유량 B2와 동일하고, 및/또는, 제1 공정에 있어서의 Mg 함유 가스 유량 C1은 제2 공정에 있어서의 Mg 함유 가스 유량 C2와 동일한 상기 (1), (2) 또는 (3)에 기재된 p형 AlGaN층의 제조 방법.
(5) 상기 제2 공정에 있어서의 결정 성장 속도로부터, III족 원료 가스 유량과 결정 성장 속도와의 관계를 구했을 때, 상기 제1 공정에 있어서의 III족 원료 가스 유량은, 상기 유량에 대응하는 p형 AlxGa1 － xN층의 성장 속도가 0.03nm/s이하가 되는 유량인, 상기(1), (2), (3) 또는 (4)에 기재된 p형 AlGaN층의 제조 방법.
(6) p형 AlxGa1 － xN층의 알루미늄 조성비(x)는, 0~0.8의 범위인 상기(1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 p형 AlGaN층의 제조 방법.
(7) 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 방법에 의해 제조된 p형 AlxGa1－ xN층을 포함한 III족 질화물 반도체 발광소자.
(8) 마그네슘이 도프된 p형 AlxGa1 － xN층으로서, 알루미늄 조성비(x)가 0.2 이상 0.3 미만의 범위이며, 한편, 캐리어 농도가 5×1017/cm3 이상인 p형 AlGaN층.
(9) 마그네슘이 도프된 p형 AlxGa1 － xN층으로서, 알루미늄 조성비(x)가 0.3 이상 0.4 미만의 범위이며, 한편, 캐리어 농도가 3.5×1017/cm3 이상인 p형 AlGaN층.
(10) 마그네슘이 도프된 p형 AlxGa1 － xN층으로서, 알루미늄 조성비(x)가 0.4 이상 0.5 미만의 범위이며, 한편, 캐리어 농도가 2.5×1017/cm3 이상인 p형 AlGaN층.
(11) 상기 (8) 내지 (10) 중 어느 하나에 기재된 p형 AlxGa1 － xN층을 포함하는 III족 질화물 반도체 발광소자.
본 발명은, MOCVD법을 이용하여 마그네슘이 도프된 하나의 p형 AlGaN층을 형성함에 있어서, 제1 공정에 대해서 공급되는 III족 원료 가스의 유량을, 0 또는 제2 공정에 대해 공급되는 III족 원료 가스의 유량의 절반 이하로 함으로써, 캐리어 농도 및 발광 출력을 향상시킨 p형 AlGaN층 및 그 제조 방법 및 III족 질화물 반도체 발광소자를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 제1 공정과 제2 공정을 여러 차례 반복하는 것으로, 캐리어 농도 및 발광 출력을 향상시킨 p형 AlGaN층 및 그 제조 방법 및 III족 질화물 반도체 발광소자를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 p형 AlGaN층을 제조하기 위한 MOCVD 장치의 일례의 모식도를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 p형 AlGaN층을 제조하기 위한 MOCVD 장치의 성장노의 일례의 모식적 단면도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 방법 및 종래의 방법에 따른 p형 Al0 .23Ga0 .77N층의 XRD 회절상을 나타낸다.
도 4(a), (b)는 각각 본 발명의 방법 및 종래의 방법에 따른 p형 Al0 .23Ga0 .77N층의 TEM 관찰상을 나타낸다.
도 5(a), (b)는 각각 본 발명의 방법 및 종래의 방법에 따른 p형 Al0 .23Ga0 .77N층의 최표층의 미분 간섭식 현미경 사진을 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따르는 III족 질화물 반도체 발광소자의 모식적 단면도를 나타낸다.
도 7은 실시예 9에 따른 발광소자의 p형 Al0 .36Ga0 .64N층의 SIMS 프로파일을 나타낸다.
도 8은 비교예 6에 따른 발광소자의 p형 Al0 .36Ga0 .64N층의 SIMS 프로파일을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 방법 및 종래의 방법에 따른 p형 AlxGa1 － xN층의 비저항값으로부터 산출된 캐리어 농도를 정리한 그래프를 나타낸다.
다음에, 본 발명의 p형 AlGaN층의 제조 방법의 실시 형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 p형 AlGaN층을 제조하기 위한 MOCVD 장치의 일례를 나타내는 모식적 단면도이다. 이 MOCVD 장치(100)는 제1 가스 공급구(101) 및 제2 가스 공급구(102)를 가지는 반응노(103)를 갖추고 있다. 제1 가스 공급구(101)에서는 수소 가스(104)나 질소 가스(105) 등의 캐리어 가스, 및 TMA(trimethylaliminium)(106) 및 TMG(trimethygallium)(107) 등의 III족 원료 가스 및/또는 불순물 원료 가스로서의 마그네슘 함유 가스(108) 등이 반응노(103)에 공급된다. 한편, 제2 가스 공급구(102)에서는 수소 가스(104)나 질소 가스(105) 등의 캐리어 가스, 및 암모니아 등의 V족 원료 가스(109)가 반응노(103)에 공급된다.
본 발명에 따른 p형 AlGaN층의 제조 방법은, 상술한 바와 같은 MOCVD 장치(100)를 이용하여 마그네슘이 도프된, 알루미늄 조성비(x)가 일정한 p형 AlxGa1 －xN(0≤x＜1)를 형성함에 있어서, III족 원료 가스를 III족 원료 가스 유량 A1(0≤A1)으로 공급하는 것과 동시에 V족 원료 가스를 V족 원료 가스 유량 B1(0＜B1)로, 한편, 마그네슘을 포함한 가스를 Mg 함유 가스 유량 C1(0＜C1)로 공급하는 제1 공정과, III족 원료 가스를 III족 원료 가스 유량 A2(0＜A2)로 공급하는 것과 동시에 V족 원료 가스를 V족 원료 가스 유량 B2(0＜B2)로, 한편, 마그네슘을 포함한 가스를 Mg 함유 가스 유량 C2(0＜C2)로 공급하는 제2 공정을 여러 차례 반복하는 것으로 p형 AlxGa1 － xN층을 형성하고, 상기 III족 원료 가스 유량 A1는 p형 AlxGa1 － xN층을 층 성장시키지 않는 유량이며, A1≤0.5A2인 것을 특징으로 하는 것으로서, p형 AlGaN층의 캐리어 농도 및 발광 출력을 향상시킬 수 있는 것이다.
여기서, III족 원료 가스 유량 A1이 p형 AlGaN층을 층 성장시키지 않는 유량인 경우란, 층으로서 두께가 실질적으로 증가하지 않는 것을 의미하며, 전혀 p형 AlGaN의 성장이 일어나지 않는 것에서부터, p형 AlGaN의 초기의 결정핵(예를 들어, 아일랜드(island) 형상 결정)의 성장은 일어나지만 층으로서 두께가 실질적으로 증가하지 않는 것까지를 포함한다. 즉, A1은 p형 AlGaN의 성장이 전혀 일어나지 않는 유량인 경우(적어도 A1=0의 경우가 이에 해당함)와, p형 AlGaN의 초기핵(initial growth nuclei)만을 성장시키는 유량인 경우(적어도 A1＞0이 됨)를 포함한다. 이러한 III족 원료 가스 유량 A1은 적어도 0≤A1≤0.5A2의 관계를 충족시킨다. 또한, 제1 공정은 의도한 기간 동안 층이 성장하지 않는 상태를 유지하는 것을 의미한다. 이때, V족 원료 가스 유량 B1 및 Mg 함유 가스 유량 C1는 III족 원료 가스가 공급되기만 하면, 층이 성장하는 유량 또는 그 이상의 유량인 것이 바람직하다. 즉, B1≥B2 및 C1≥C2인 것이 바람직하다. 질소 누락을 예방하여 층 성장이 멈추어 있는 동안에 많은 Mg를 장치 내에 공급하기 때문이다.
또한, III족 원료 가스로서 예를 들면, TMA(trimethyaliminium) 및 TMG(trimethylgallium) 등 2종의 가스를 공급하는 경우에는, III족 원료 가스 유량 A1는 이것들 가스의 총량을 나타내는 것으로 한다.
덧붙여, 상기 알루미늄 조성비가 일정하다는 것은, 제1 공정과 제2 공정의 반복 회수에 관련되지 않고, 각 회의 제2 공정에 의해 성장하는 층 부분의 알루미늄 조성비(x)가 변화하지 않는 말을 말한다. 즉, 반복의 각 회에서 가스 유량 A1은 같은 유량인 것을 의미한다. 다만, SIMS에 의한 알루미늄량의 측정에 대해서는, 그 분석 원리상, 조성비가 깊이 방향으로 변동한다. 또한, 에피택셜 성장시에 장치로 인해 알루미늄 조성비가 변동되거나, 알루미늄이 평면(in the plane)에 분포될 수 있다. 이것들은 종래의 방법에서도 발생하기 때문에 그런 현상들은 수용될 수 있다. 또한, 본 발명에서 알루미늄 조성은 기판 중앙부에서의 값이다.
도 3은 본 발명의 방법에 따른 p형 Al0 .23Ga0 .77N층(III족 원료 가스의 변동 공급：본 발명의 형태) 및 종래의 방법에 따른 p형 Al0 .23Ga0 .77N층(III족 원료 가스의 변동 공급 없음：종래의 형태)의 X선 회절(XRD) 상을 나타낸 것이며, 표 1은 결정 품질의 지표가 되는 밀러 지수 ［002］ 및 ［102］에 있어서의 대표값을 나타낸다. 전자는 초기핵의 성장축 방향에 대한 「기울기(tilt)」를, 후자는 그 성장면 안쪽 방향에 대한 「뒤틀림(twist)」의 정도를 나타낸다. 또한, 도 4(a), (b)는 각각 본 발명의 방법과 종래의 방법에 따른 p형 Al0 .23Ga0 .77N층의 투과형 전자현미경(TEM) 관찰상을 나타낸 것이며, 도 5(a), (b)는 각각 본 발명의 방법과 종래의 방법에 따른 p형 Al0 .23Ga0 .77N층의 최표층의 전자선 회절 패턴을 나타낸 것이다.
XRD [002] [102]
본 발명의 형태 195 456
종래의 형태 234 442
도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 거시적인 XRD 스펙트럼에 대해 본 발명의 방법은 종래의 방법과 동등하고, 미시적인 TEM 상(像)과 그 전자선 회절 패턴에서는, 결정성장 상의 주기적인 혼동(perturbation)은 관찰되지 않았다. 따라서, 모두 단일의 단결정층으로 성장하고 있는 것을 알 수 있다. 덧붙여, 도 3의 XRD 스펙트럼에 대해서는, 종래의 형태로 약 75°에서 이축성분에 기인하는 2개의 피크가 존재하고 있었지만, 본 발명의 방법에서는 이것들이 소멸되어, 표 1에 나타낸 밀러 지수［002］에서의 대표값이 저감하고 있는 것으로부터, 본 발명이 결정성의 향상에도 기여하고 있는 것을 알 수 있다. 덧붙여, 표 1로부터 초기핵의 성장면안쪽 방향에 대한 「뒤틀림(twist)」성분에는 큰 차이가 없지만, 성장축 방향에 대한 「기울기(tilt)」가 감소하고 있는 것을 알 수 있다. 이것으로부터, 이축성분이 감소하여 초기핵으로서 성장 방향에서의 배향성이 향상되고 있는 것을 알 수 있다.
본 발명에 따른 p형 AlGaN층의 제조 방법에 대해 기술한다. 우선, 도 2에 나타낸 바와 같이, 반응노(103) 내의 서스셉터(susceptor)(110) 상에 기초 기판(111)을 재치한다. 기초 기판(111)으로는, 예를 들면, GaN 기판, 사파이어 기판 및 사파이어 기판 상에 AlN층을 마련한 AlN 템플릿 기판 등을 이용할 수도 있고, 이러한 기판 상에 반도체층을 적층한 것이어도 좋다.
그 다음에, 제1 공정으로서 이 반응노(103) 내에, 제2 가스 공급구(102)로부터 수소 가스(104)나 질소 가스(105) 등의 캐리어 가스 및 암모니아 등의 V족 원료 가스(109)를, 제1 가스 공급구(101)로부터 층 성장하지 않는 유량으로 또는 초기핵 성장만을 일으키는 유량으로 III족 원료 가스를 공급한다. 이러한 원료 가스와 함께 마그네슘을 포함한 가스(108)를 공급한다. 이때의 V족 원료 가스(109)는 반응노(103) 내의 질소 분압의 저하를 억제하여 결정 성장하는 최표면의 보호를 위해서 공급되는 것이다. 덧붙여, 마그네슘 함유 가스(108)로서는 CP2Mg(bis-cyclopentadienyl magnesium) 등을 이용할 수 있다.
소정 시간 경과 후, 제2 공정으로서 제1 가스 공급구(101)로부터 층 성장하는 유량으로 III족 원료 가스를 공급한다. 이 원료 가스와 함께 마그네슘을 포함한 가스(108)를 공급한다. 또한, 제2 가스 공급구(102)로부터 층 성장하는 유량으로 V족 원료 가스(109)를 모두 공급한다. 덧붙여, 제1 공정을 지속시키는 상기 「소정 시간」은 5초 이상 60초 이하 정도로 하는 것이 바람직하다. 소정 시간이 너무 짧으면, 본 발명의 효과를 충분히 얻을 수 없고, 소정 시간이 너무 길어도 마그네슘(Mg)의 혼잡이 과잉이 되어, 이후의 결정성장 시에 마그네슘(Mg)이 결함 발생 기점이 되어 결정성이 나빠지거나 캐리어 농도가 떨어질 가능성이 있기 때문이다.
본 발명에 따른 p형 AlGaN층의 제조 방법은, MOCVD법을 이용하여 마그네슘이 도프된 하나의 p형 AlGaN층(0≤x＜1)을 형성함에 있어서, III족 원료 가스를 III족 원료 가스 유량 A3(0＜A3)으로 공급하는 것과 동시에, V족 원료 가스를 V족 원료 가스 유량 B1(0＜B1)로, 한편 마그네슘을 포함한 가스를 Mg 함유 가스 유량 C1(0＜C1)로 공급하는 제1 공정으로 III족 원료 가스를 III족 원료 가스 유량 A2(0＜A2)로 공급하는 것과 동시에, V족 원료 가스를 V족 원료 가스 유량 B2(0＜B2)로, 한편 마그네슘을 포함한 가스를 Mg 함유 가스 유량 C2(0＜C2)으로 공급하는 제2 공정을 실시하는 것으로 상기 p형 AlxGa1 － xN층을 형성하며, 상기 III족 원료 가스 유량 A3는 p형 AlxGa1－ xN층의 초기핵만을 성장시키는 유량이며, A3≤0.5A2인 것을 특징으로 하는 것으로써, 반응노(103)나 배관 등의 표면에 미리 마그네슘을 많이 피복시킬 수 있어, 이것에 의해 성장 초기의 AlGaN층 내의 마그네슘 농도의 저하, 즉, 도핑 지연을 억제할 수 있다. 여기서, 초기핵만을 성장시키는 유량이란, 예를 들어, 아일랜드(island) 형상의 초기의 결정핵은 형성되지만, 층으로서 실질적으로 두께가 증가하지 않는 상태가 되는 유량을 말한다. 이러한 III족 원료 가스 유량 A3는 적어도 0＜A3≤0.5A2의 관계를 만족시킨다. 덧붙여, 본 발명에 대하여 초기핵만 성장되고 있는 것은, 제1 공정 후에 성장이 중단된 기판 표면을 금속 현미경 또는 SEM에 의해 표면 관찰하는 것으로, 기판 표면에 분산하는 아일랜드 형상의 초기핵을 확인할 수 있다.
또한, III족 원료 가스로서 예를 들면 TMA(trimethyaliminium) 및 TMG(trimethygallium) 등의 2종의 가스를 공급하는 경우에는, III족 원료 가스 유량 A3은, 이것들 가스의 총량을 나타내는 것으로 한다.
상기 제1 공정에 있어서의 V족 원료 가스 유량 B1은, 상기 제2 공정에 있어서의 V족 원료 가스 유량 B2와 동일하고, 및/또는, 상기 제1 공정에 있어서의 Mg 함유 가스 유량 C1은 상기 제2 공정에 있어서의 Mg 함유 가스 유량 C2와 동일하게 하는 것이 바람직하다. 즉, V족 원료 가스 유량은 일정한 그대로 하고, 제1 공정에 있어서의 III족 원료 가스의 유량 A1 또는 A3와, 제2 공정에 있어서의 III족 원료 가스의 유량 A2를 다른 유량으로 하는 것이 바람직하다.
성장 중의 AlGaN층 표면에 마그네슘을 부착시키는 것으로, 횡방향 성장이 우위가 되어 성장축 방향의 결정 성장 속도가 저하된다. 이것에 의해, 국소 영역에 있어서의 초기핵(3차원) 성장이 발생하는 빈도가 높아지는 것으로, 유효적인 표면적의 향상 및 원자의 이동(migration)을 억제하기 위하여 마그네슘의 혼잡 빈도가 향상된다. 따라서, 물리적인 부착에 의한 마그네슘의 강제적인 도입(forcible introduction) 및 성장 속도의 저하에 의한 마그네슘의 혼잡 빈도의 향상에 의해서 AlGaN층 내의 마그네슘 농도가 향상된다.
또한, 이 효과는, 일시적인 것이기 때문에 상술한 제1 공정 및 제2 공정을 여러 차례 반복하는 것에 의해서 AlGaN층 내의 마그네슘 농도를 안정시켜 높은 농도로 유지할 수 있다. 1개의 층을 성장시키는데 상술한 제1 공정과 제2 공정을 반복 실시하는 것으로, 예를 들어, 마그네슘 자체의 이온화 에너지가 커져, 0.15 이상의 알루미늄 조성비를 갖는 p형 AlGaN층의 마그네슘 농도가 저하되더라도, 종래보다 마그네슘 농도가 높은 p형 AlGaN층을 제조할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 p형 AlGaN층의 제조 방법은, 특히, 상술한 것과 같은 MOCVD 장치(100)를 이용하여 마그네슘이 도프된 하나의 p형 AlGaN층을 형성함에 있어서, III족 원료 가스의 유량을 초기핵 성장만되는 양까지 줄이고, III족 가스 및 V족 원료 가스와 마그네슘을 포함한 가스를 공급하는 공정을, 결정 성장이 일어나는 유량으로 III족 및 V족 원료 가스와 마그네슘을 포함한 가스를 모두 공급하는 공정 전에 실시하는 것으로, p형 AlGaN층의 마그네슘 도프량을 유지시킬 수 있는 것이다.
초기 핵 성장시에, 강제적으로 Mg를 충분히 포함하는 부분을 형성하는 것으로, 그 후에 공급되는 원료는 횡방향 확산이 우위가 되기 위하여, 성장축 방향의 결정 성장 속도가 저하된다. 즉, 확산 분자가 스텝단(step ends)에 도입되는 확률을 증가시키기 위하여 평탄한 층 형성이 촉진된다(surfactant effect). 그렇지만, 이 효과는 일시적인 것이며, 당분간 스텝 플로우(step flow) 성장(횡방향 성장)이 계속된 후에, 요철의 원인인 초기핵을 다시 형성하기 시작한다(This effect is temporary and initial growth nuclei causing irregularities being to form again after the step flow growth continued for a while). 이것에 수반하는 표면적의 증대에 의해서 Mg 자체의 평면 확산이 억제되어 층 내부로 Mg의 도입 빈도가 향상되어 AlGaN층 내의 마그네슘 농도가 향상한다.
이 때문에, 본 발명의 III족 원료 가스의 유량을 초기 핵 성장만 되는 양까지 줄이고, III족 가스 및 V족 원료 가스와 마그네슘을 포함한 가스를 공급하는 공정을 마련하는 것으로, Mg의 도입을 향상시키는 것과 동시에, 횡방향 성장에 의해 결정성을 향상시킬 수 있는 것이다.
제1 공정에 있어서의 III족 원료 가스 유량(A1 또는 A3)은 제2 공정에 있어서의 III족 원료 가스 유량 A2와 달리, 제1 공정에 있어서의 III족 원료 가스 유량은 제2 공정에 있어서 III족 원료 가스 유량 A2의 1/2 이하로 한다. 보다 바람직하게는 1/4 이하로 한다. 특히, 결정 성장을 확인할 수 있는 범위로, 단위시간 당 층 성장 두께(즉, 결정 성장 속도)로부터 III족 원자량 가스의 유량과 결정 성장 속도와의 관계를 요구하여(예를 들면, III족 원자량 가스 유량 10~30scmm의 사이에 복수의 유량과 결정 성장 속도와의 관계를 선형 근사한다), 이 관계에서, 제1 공정에 있어서의 III족 원료 가스 유량(A1 또는 A3)을 추정했을 때, 계산상, 제1 공정에 있어서의 상기 유량(A1 또는 A3)에 대응하는 p형 AlxGa1 － xN층의 결정 성장 속도가 0.03nm/s이하가 되는 유량이 바람직하고, 0.01~0.03nm/s가 되는 유량으로 하는 것이 보다 바람직하다. 덧붙여, 제1 공정과 제2 공정에 있어서의 III족 원료 가스 유량의 내역(Ga와 Al 비)은 반드시 배수비례 관계일 필요는 없다. 즉, 제1 공정으로 생성하는 초기핵의 Al 조성과, 제2 공정으로 생성하는 Al 조성이 동일한 필요는 없다. 이것은 해당 발명의 효과를 최대로 하기 위해, 제1 공정으로 형성되는 초기핵에 Mg를 최대한으로 포함하게 하기 위한 것이나, 제2 공정으로 형성되는 결정막의 결정성 등을 향상시키기 때문이다. 덧붙여, 동일하지 않더라도, 해당 제1 공정으로 형성되는 초기핵은 제2 공정으로 형성되는 결정막에 비해서 무시할 수 있는 정도의 두께를 가지기 때문에, 해당 발명의 형태에 대해 얻을 수 있는 결정층은 일정한 Al 조성을 갖는 것으로 간주할 수 있다. 그리고, 계산상의 성장 속도가 0.01~0.03nm/s가 되는 경우에는, 기판 표면의 III족 원료의 존재 확률이 작기 때문에, 예를 들면 아일랜드 형상의 초기핵이 발생할 뿐, 장시간이 지나더라도 실질적인 층을 형성하는데 충분한 두께로 증가하지 않는다. 덧붙여, 제1 공정에 있어서 III족 원료 가스 유량이, 계산상 0.01nm/s미만이 되는 유량의 경우, 초기핵의 성장 및 분해는 후자가 지배적이 되어, p형 AlGaN의 성장이 일어나지 않는다.
MOCVD 장치의 형상이나, 온도, V족 원료 가스의 유량에 의해서 III족 원료 가스의 유량은 초기핵 성장밖에 일어나지 않으며, 명확하게 규정할 수 없지만, 제1 공정에 있어서의 III족 원료 가스 유량(A1 또는 A3)은, 예를 들면, 제2 공정에 있어서의 III족 원료 가스 유량 A2가 20~50 sccm일 경우, 1~10 sccm로 하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 공정 및 제2 공정에 있어서의 V족 원료 가스 유량 B1 및 B2는, 예를 들면, 5~50 slm(Standard　Liter　per　Minutes)로 할 수 있다. 또한, 제1 공정 및 제2 공정에 있어서의 Mg 함유 가스 유량 C1 및 C2는, 예를 들면, 20~200 sccm로 할 수 있다.
제1 공정에 대하여, III족 원료 가스를 전혀 흘리지 않는 경우(A1=0 sccm)에도, 초기핵 성장만 되도록 III족 원료 가스를 흘리는 경우(A1,A3=1~10 sccm)에도, 제1 공정과 제2 공정을 여러 차례 반복하는 것으로, AlGaN층 내의 마그네슘 농도를 안정시켜 높은 농도로 유지할 수 있다. 다만, 초기핵 성장을 일으키게 하는 것은 결정성의 향상 효과를 얻는 것이 쉽기 때문에 보다 바람직하다.
이상의 본 발명의 방법에 의해, 마그네슘 농도가 높은 한편, 결정성이 향상된 p형 AlGaN층을 제조할 수 있다.
또한, p형 AlGaN층의 알루미늄 조성비는 0~0.8로 할 수 있다. 덧붙여, 알루미늄 조성비(x)는, 광 발광에 있어서의 발광 파장을 측정하고, Yun　F.et　al, J.Appl.Phys.92, 4837(2002)에 기재된 보잉 파라메타를 이용하여 광 발광에 있어서의 발광 파장을 변환하여 알아낼 수 있다.
계속해서, 본 발명의 III족 질화물 반도체 발광소자의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명에 따른 III족 질화물 반도체 발광소자(200)은 사파이어 기판(201) 상에 AlN 스트레인 완충층(AlN strain buffer layer)(202)를 가지는 AlN 템플릿 기판 상에, 초격자 스트레인 완충층(203), n형 AlGaN층(204), 발광층(205), p형 AlGaN 블록층(206), p형 AlGaN 가이드층(207), p형 AlGaN 클래딩층(208), p형 GaN 컨택트층(209)를 갖춘 구성을 가질 수 있다. 이들 p형 AlGaN층은 상술한 본 발명에 따른 p형 AlGaN층의 제조 방법에 따라 성장될 수 있다.
또한, 본 발명의 p형 AlGaN층의 제조 방법에 의하면, 마그네슘이 도프된 알루미늄 조성비가 일정한 p형 AlxGa1 － xN층으로서, 알루미늄 조성비(x)가 0.2 이상 0.3 미만의 경우, 캐리어 농도가 5×1017/cm3 이상, 바람직하게는 1×1018/cm3 이하인 p형 AlGaN층을 얻을 수 있다. 또한, 알루미늄 조성비(x)가 0.3 이상 0.4 미만의 경우, 캐리어 농도가 3.5×1017/cm3 이상, 바람직하게는, 5×1017/cm3 이하인 p형 AlGaN층을 얻을 수 있다. 또한, 알루미늄 조성비(x)가 0.4 이상 0.5 미만의 경우, 캐리어 농도가 2.5×1017/cm3 이상, 바람직하게는 3.5×1017/cm3 이하인 p형 AlGaN층을 얻을 수 있다.
덧붙여, 도 1 내지 도 6은, 대표적인 실시 형태의 예를 나타낸 것이며, 본 발명은 이러한 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
실시예
(실시예 １）
실시예 1은 도 1과 도 2에 도시된 성장로 내에 스트레인 완충층을 갖는 AlN 템플릿 기판을 배치하고, 10kPa에서 1050 ℃로 승온시킨 후, 제 1 공정으로 III 족 원료 가스(TMG 유량: 4sccm , TMA 유량: 5sccm)을 흘리며 캐리어 가스(N2 및 H2의 혼합, 유량: 50slm), V족 원료 가스 (NH3 유량: 15slm) 및 CP2Mg 가스(유량: 50sccm)를 15초간(공급 시간 t1) 공급하고, 제2 공정으로 III족 원료 가스의 유량만을 바꾸어 TMG 유량을 20sccm, TMA 유량을 25sccm로 하여, 60초간 III 족 원료 가스 캐리어 가스, V족 원료 가스 및 CP2Mg 가스를 공급(공급 시간 t2)하고, 이들을 교대로 120회 반복하여 두께 1080nm의 p형 Al0 .23Ga0 .77N 층을 형성하였다(또한, 상기 유량 단위 "sccm"는 1atm(대기압: 1013hPa), 0℃에서 분당 흐르는 가스의 양 (cm3)을 나타낸 것이다.). 또한, 제1 공정에서는 초기핵이 성장하나, 층으로 성장하지 않으며, 제 2 공정에 있어서의 결정 성장 속도는 0.15nm/s였다. 또한, 제 1 공정에서 III족 원료 가스 유량에 대응하는, 계산상의 성장 속도는 0.03nm/s였다.
(실시예 2)
실시예 2는 공급 시간(t2)을 30초로 하고, 반복 회수를 240회로 한 것 외에는, 실시예 1과 같은 방법에 의해 두께 1080nm의 p형 Al0 .23Ga0 .77N층을 형성하였다.
(실시예 3)
실시예 3은 공급 시간(t2)을 45초로 하고, 반복 회수를 180회로 한 것 외에는, 실시예 1과 같은 방법에 의해 두께 1080nm의 p형 Al0 .23Ga0 .77N층을 형성하였다.
(실시예 4)
실시예 4는 공급 시간(t2)을 120초로 하고, 반복 회수를 60회로 한 것 외에는, 실시예 1과 같은 방법에 의해 두께 1080nm의 p형 Al0 .23Ga0 .77N층을 형성하였다.
(실시예 5)
실시예 5는 공급 시간(t2)을 7,200초로 하고, 반복 회수를 1회로 한 것 외에는, 실시예 1과 같은 방법에 의해 두께 1080nm의 p형 Al0 .23Ga0 .77N층을 형성하였다.
(참고예)
참고예는, 제1 공정으로서 III족 원료 가스를 흘리지 않고, 초기핵도 성장하지 않게 한 것 외에는, 실시예 5와 같은 방법에 의해 두께 1080nm의 p형 Al0.23Ga0.77N층을 형성하였다.
(비교예 1)
비교예 1은 공급 시간(t1)을 0초, 공급 시간(t2)를 7,200초로 하여, 반복 회수를 1회로 한 것 외에는, 실시예 1과 같은 방법에 의해 두께 1080nm의 p형 Al0.23Ga0.77N층을 형성하였다.
(평가 1)
이들 실시예 1 내지 5, 참고예 및 비교예 1에 대해서, 램프 어닐링노(lamp annealing furnace)를 이용하여 질소 분위기에서, 800℃에서 5분간 어닐링을 실시한 후, 와상 전류(eddy current) 시트 저항 측정 장치(MODEL1318, LEHIGHTON사 제조)를 이용하여 p형 AlGaN층의 평면 비저항을 측정했다. 이 값을 활성화 깊이를 0.5㎛, 역동도를 5로 하여 캐리어 농도를 추측한 결과를 표 2에 나타낸다.
p-AlGaN
단막층		 Al
조성비		 공급시간t1(초) 공급시간t2(초) 반복횟수 r(회) 1회당
두께(nm)		 단막층의 전체 두께
(nm)		 비저항
(Ω·㎝)		 비저항으로부터 산출된 캐리어 농도(/cm3)
실시예1 0.23 15 60 120 9 1080 1.7 7.35×1017
실시예2 0.23 15 30 240 4.5 1080 2.19 5.70×1017
실시예3 0.23 15 45 180 6 1080 2 6.24×1017
실시예4 0.23 15 120 60 18 1080 2.67 4.67×1017
실시예5 0.23 15 7,200 1 1080 1080 2.7 4.63×1017
참고예 0.23 15 7,200 1 1080 1080 2.73 4.58×1017
비교예1 0.23 0 7,200 1 1080 1080 2.75 4.53×1017
표 2로부터, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 5는 비교예 1보다 비저항이 감소하고 있는 것을 확인할 수 있으며, 비교예 1과 비교하여 캐리어 농도를 높이는 효과가 있는 것을 알 수 있다.
(실시예 6)
실시예 6은 도 1 및 도 2에 도시된 성장로 내에 스트레인 완충층을 갖는 AlN 템플릿 기판을 배치하여, 10kPa에서 1050℃로 승온시킨 후, 제1 공정으로서 III족 원료 가스(TMG 유량：5 sccm)를 흘리면서, 캐리어 가스(N2와 H2의 혼합, 유량：50 slm), V족 원료 가스(NH3, 유량：15 slm) 및 CP2Mg 가스(유량：50 sccm)를 15초간(공급 시간 t1) 공급하고, 그 후에 제2 공정으로서 III족 원료 가스의 유량만을 바꾸어 TMG 유량을 20sccm로 하고, 60초간 III족 원료 가스, 캐리어 가스, V족 원료 가스, 및 CP2Mg 가스를 공급(공급 시간 t2)하여, 이들을 교대로 120회 반복하는 것으로, 두께 1080nm의 p형 GaN층을 형성하였다. 덧붙여, 제1 공정에서 초기핵이 성장하나 층으로 성장하지 않으며, 제2 공정에 있어서의 결정 성장 속도는 0.15nm/s였다. 또한, 제1 공정의 III족 원료 가스 유량에 대응하는, 계산상의 성장 속도는 0.02nm/s였다.
(실시예 7)
실시예 7은 도 1 및 도 2에 도시된 성장로 내에 스트레인 완충층을 갖는 AlN 템플릿 기판을 배치하고, 10 kPa에서 1050℃로 승온시킨 후, 제1 공정으로서 III족 원료 가스(TMG 유량：2 sccm, TMA 유량：5 sccm)를 흘리면서, 캐리어 가스(N2와 H2의 혼합, 유량：50 slm), V족 원료 가스(NH3, 유량：15 slm), 및 CP2Mg 가스(유량：50 sccm)를 15초간(공급 시간 t1) 공급하고, 그 후에 제2 공정으로서 III족 원료 가스의 유량만을 바꾸어 TMG 유량을 20 sccm, TMA 유량을 45 sccm로 하여, 60초간 III족 원료 가스, 캐리어 가스, V족 원료 가스, 및 CP2Mg 가스를 공급(공급 시간 t2)하고, 이들을 교대로 120회 반복하는 것으로, 두께 1080nm의 p형 Al0 .36Ga0 .64N층을 형성하였다. 덧붙여, 제1 공정에서는 초기핵이 성장하나 층으로 성장하지는 않으며, 제2 공정에 있어서의 결정 성장 속도는 0.15nm/s였다. 또한, 제1 공정의 III족 원료 가스 유량에 대응하는, 계산상의 성장 속도는 0.02nm/s였다.
(실시예 8)
실시예 8은 제1 공정으로서 III족 원료 가스(TMG 유량：2 sccm, TMA 유량：6 sccm)를 흘리면서, 캐리어 가스(N2와 H2의 혼합, 유량：50 slm), V족 원료 가스(NH3, 유량：15 slm), 및 CP2Mg 가스(유량：50 sccm)를 15초간(공급 시간 t1) 공급하고, 그 후에 제2 공정으로서 III족 원료 가스의 유량만을 바꾸어 TMG 유량을 20 sccm, TMA 유량을 65 sccm로 하여, 60초간 III족 원료 가스, 캐리어 가스, V족 원료 가스, 및 CP2Mg 가스를 공급(공급 시간 t2)하고, 이들을 교대로 반복한 것 외에는, 실시예 7과 같은 방법에 의해 두께 1080nm의 p형 Al0 .43Ga0 .57N층을 형성하였다. 덧붙여, 제1 공정에서는 초기핵이 성장하나 층으로 성장하지는 않으며, 제2 공정에 있어서의 결정 성장 속도는 0.15nm/s였다.또한, 제1 공정의 III족 원료 가스 유량에 대응하는, 계산상의 성장 속도는 0.02nm/s였다.
(비교예 2)
비교예 2는 공급 시간 t1를 0초, 공급 시간 t2를 7,200초로 하여, 반복 회수를 1회로 한 것 외에는, 실시예 6과 같은 방법에 의해 두께 1080nm의 p형 GaN층을 형성하였다.
(비교예 3)
비교예 3은 공급 시간 t1를 0초, 공급 시간 t2를 7,200초로 하여, 반복 회수를 1회로 한 것 외에는, 실시예 1과 같은 방법에 의해 두께 1080nm의 p형 Al0.23Ga0.77N층을 형성하였다.
(비교예 4)
비교예 4는 공급 시간 t1를 0초, 공급 시간 t2를 7,200초로 하여, 반복 회수를 1회로 한 것 외에는, 실시예 7과 같은 방법에 의해 두께 1080nm의 p형 Al0.36Ga0.64N층을 형성하였다.
(비교예 5)
비교예 5는 공급 시간 t1을 0초, 공급 시간 t2를 7,200초로 하여 반복 회수를 1회로 한 것 외에는, 실시예 8과 같은 방법에 의해 두께 1080nm의 p형 Al0.43Ga0.57N층을 형성하였다.
(실시예 9)
도 6에 나타낸 것과 같이, 사파이어 기판 상에 AlN 스트레인 완충층을 갖는 AlN 템플릿 기판 상에, 초격자 스트레인 완충층(AlN/GaN, 두께：600nm), n형 Al0.23Ga0.77N층(두께：1,300nm), 발광층(AllnGaN, 두께：150nm), p형 Al0 .36Ga0 .64N 블록층(두께：20nm), p형 Al0 .23Ga0 .77N 클래드층(두께：180nm), p형 GaN 컨택트층(두께：20nm)을 MOCVD법에 의해 성장시켜 III족 질화물 반도체 발광소자를 형성하였다.
여기서, p형 Al0 .36Ga0 .64N 블록층은 공급 시간 t1을 15초, 공급 시간 t2를 45초로 하고 반복 회수를 3회로 한 것 이외는, 실시예 7과 같은 방법에 의해 형성하였다.
(실시예 10)
실시예 10은 도 6에 나타낸 것과 같이, 사파이어 기판 상에 AlN 스트레인 완충층을 갖는 AlN 템플릿 기판 상에, 초격자 스트레인 완충층(AlN/GaN, 두께：600nm), n형 Al0 .23Ga0 .77N층(두께：1,300nm), 발광층(AllnGaN, 두께：150nm), p형 Al0.43Ga0.57N 블록층(두께：20nm), p형 Al0 .23Ga0 .77N 클래드층(두께：180nm), p형 GaN 컨택트층(두께：20nm)을 MOCVD법에 의해 성장시켜 III족 질화물 반도체 발광소자를 형성하였다.
여기서, p형 Al0 .43Ga0 .57N 블록층은 공급 시간 t1을 10초, 공급 시간 t2를 45초로 하고 반복 회수를 3회로 한 것 외에는, 실시예 8과 같은 방법에 의해 형성하였다.
(비교예 6)
비교예 6은 공급 시간 t1을 0초, 공급 시간 t2를 135초로 하고 반복 회수를 1회로 한 것 외에는, 실시예 9와 같은 방법에 의해 p형 Al0 .36Ga0 .44N 블록층을 갖는 III족 질화물 반도체 발광소자를 형성하였다.
(비교예 7)
비교예 7은 공급 시간 t1을 0초로 하고, 공급 시간 t2를 135초로 하여, 반복 회수를 1회로 한 것 외에는, 실시예 10과 같은 방법에 의해 p형 Al0 .43Ga0 .57N 블록층을 가지는 III족 질화물 반도체 발광소자를 형성하였다.
(평가 2)
실시예 9 및 비교예 6에 대하여, SIMS(2차 이온 질량 분석계)를 이용하고, 발광소자 중의 p형 AlGaN 블록층 내의 마그네슘 농도를 측정한 결과를 각각 도 7 및 도 8에 나타낸다.
또한, 평가 1과 같이, p형 AlGaN 단막층의 비저항값에 의한 캐리어 농도를 산출하였다. 이러한 결과를 표 3으로 도 9에 나타낸다.
p-AlGaN
단막층		 Al
조성비		 공급시간t1(초) 공급시간t2(초) 반복횟수 r(회) 1회당
두께(nm)		 단막층의 전체 두께
(nm)		 비저항
(Ω·㎝)		 비저항으로부터 산출된 캐리어 농도(/cm3)
실시예6 0 15 60 120 9 1080 0.113 1.10×1019
실시예1 0.23 15 60 120 9 1080 1.7 7.35×1017
실시예7 0.36 15 60 120 9 1080 2.76 4.52×1017
실시예8 0.43 15 60 120 9 1080 4.47 2.79×1017
비교예2 0 0 7,200 1 1080 1080 0.146 8.57×1018
비교예3 0.23 0 7,200 1 1080 1080 2.75 4.53×1017
비교예4 0.36 0 7,200 1 1080 1080 3.62 3.45×1017
비교예5 0.43 0 7,200 1 1080 1080 5.42 2.30×1017
표 3으로부터, 본 발명에 따른 실시예 6, 1, 7 및 8은 같은 Al조성의 비교예 2, 3, 4 및 5와 비교하여 각각 마그네슘의 농도가 높은 것을 알 수 있다. 이는, 유효적인 캐리어 농도의 증가를 유도하여 비저항율의 저감을 나타낸다.
(평가 3)
게다가, 이들 실시예 9, 10 및 비교예 6, 7에 대해서, 멀티 채널형 분광기(C10082CAH, 하마마츠 허트닉스사 제조)를 이용하여 발광소자의 후면에서 방출되는 EL 출력을 측정하였다. 이 결과를 표 4에 나타낸다.
발광소자 중 p-AlGaN 블록층 Al 조성비 공급시간, t1(초) 공급시간, t2(초) 반복 횟수, r(회) 1회당 두께(nm) 단막층의 전체 두께(nm) EL 출력(㎼)
실시예9 0.36 15 45 3 6.67 20 33.1
실시예10 0.43 10 45 3 6.67 20 25
비교예6 0.36 0 135 1 20 20 15.5
비교예7 0.43 0 135 1 20 20 6.9
표 4로부터, 본 발명에 따른 실시예 9는 비교예 6과 비교하여 EL 출력이 큰폭으로 향상하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 보다 높은 Al 조성비인 실시예 10에 대해서도, 비교예 7과 비교하여 출력 향상의 효과를 확인할 수 있다. 이러한 결과는, 표 4에 나타낸 바와 같이, 유효 캐리어 농도의 증가에 따라 통전 상황이 개선되었기 때문이라고 생각할 수 있다.
본 발명에 의하면, MOCVD법을 이용하여 마그네슘이 도프된 하나의 p형 AlGaN층을 형성함에 있어서, 제1 공정에 대해 공급되는 III족 원료 가스의 유량을 0 또는 제2 공정에 대해 공급되는 III족 원료 가스의 유량의 반이하로 함으로써, 캐리어 농도 및 발광 출력을 향상시킨 p형 AlGaN층 및 그 제조 방법 및 III족 질화물 반도체 발광소자를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 제1 공정과 제2 공정을 여러 차례 반복하는 것으로, 캐리어 농도 및 발광 출력을 향상시킨 p형 AlGaN층 및 그 제조 방법 및 III족 질화물 반도체 발광소자를 제공할 수 있다.
100:　MOCVD 장치 101:　제1 가스 공급구
102:　제2 가스 공급구 103:　성장노
104:　수소 가스 105:　질소 가스
106:　TMA 107:　TMG
108:　CP2Mg 109:　암모니아
110:　서스셉터 111:　기초 기판
112:　AlGaN층 200:　III족 질화물 반도체 발광소자
201:　기초 기판 202:　AlN 스트레인 완충층
203:　초격자 스트레인 완충층 204:　n형 질화물 반도체층
205:　발광층 206:　p형 AlGaN 블록층
207:　p형 AlGaN 가이드층 208:　p형 AlGaN 클래드층
209:　p형 GaN 컨택트층

Claims (11)

  1. 삭제
  2. MOCVD법을 이용하여 마그네슘이 도프된 하나의 p형 AlxGa1－xN층(0≤x＜1)을 형성함에 있어서,
    III족 원료 가스를 III족 원료 가스 유량 A3(0＜A3)로 공급하는 것과 동시에, V족 원료 가스를 V족 원료 가스 유량 B1(0＜B1)로, 한편 마그네슘을 포함하는 가스를 Mg 함유 가스 유량 C1(0＜C1)로 공급하는 제1 공정과,
    III족 원료 가스를 III족 원료 가스 유량 A2(0＜A2)로 공급하는 것과 동시에,　V족 원료 가스를 V족 원료 가스 유량 B2(0＜B2)로, 한편 마그네슘을 포함하는 가스를 Mg 함유 가스 유량 C2(0＜C2)로 공급하는 제2 공정을 실시하여 상기 p형 AlxGa1－xN층을 형성하며,
    상기 III족 원료 가스 유량 A3은 상기 p형 AlxGa1－xN층의 초기 핵만을 성장시키는 유량이며, A3≤0.5A2인 것을 특징으로 하는 p형 AlxGa1－xN층(0≤x＜1)의 제조 방법.
  3. MOCVD법을 이용하여 마그네슘이 도프된 하나의 p형 AlxGa1－xN층(0≤x＜1)을 형성함에 있어서,
    III족 원료 가스를 III족 원료 가스 유량 A3(0＜A3)으로 공급하는 것과 동시에, V족 원료 가스를 V족 원료 가스 유량 B1(0＜B1)로, 한편 마그네슘을 포함하는 가스를 Mg 함유 가스 유량 C1(0＜C1)로 공급하는 제1 공정과,
    III족 원료 가스를 III족 원료 가스 유량 A2(0＜A2)로 공급하는 것과 동시에,　V족 원료 가스를 V족 원료 가스 유량 B2(0＜B2)로, 한편 마그네슘을 포함하는 가스를 Mg 함유 가스 유량 C2(0＜C2)로 공급하는 제2 공정을 여러 차례 반복하여 상기 p형 AlxGa1－xN층을 형성하며,
    상기 III족 원료 가스 유량 A3은 상기 p형 AlxGa1－xN층의 초기 핵만을 성장시키는 유량이며, A3≤0.5A2인 것을 특징으로 하는 p형 AlxGa1－xN층(0≤x＜1)의 제조 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1 공정에 있어서의 V족 원료 가스 유량 B1은,
    상기 제2 공정에 있어서의 V족 원료 가스 유량 B2와 동일하고, 또는
    상기 제1 공정에 있어서의 Mg 함유 가스 유량 C1은,
    상기 제2 공정에 있어서의 Mg 함유 가스 유량 C2와 동일한, p형 AlxGa1－xN층(0≤x＜1)의 제조 방법.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제2 공정에 있어서의 결정 성장 속도로부터, III족 원료 가스 유량과 결정 성장 속도와의 관계를 구할 때, 상기 제1 공정에 있어서의 III족 원료 가스 유량은,
    상기 유량에 대응하는 p형 AlxGa1－xN층의 성장 속도가 0.01~0.03nm/s가 되는 유량인, p형 AlxGa1－xN층(0≤x＜1)의 제조 방법.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 p형 AlxGa1－xN층의 알루미늄 조성비(x)는,
    0~0.8의 범위인, p형 AlxGa1－xN층(0≤x＜1)의 제조 방법.
  7. 제2항 또는 제3항에 기재된 방법에 의해 제조된 p형 AlxGa1－xN층(0≤x<1)을 포함하는 Ⅲ족 질화물 반도체 발광소자.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
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