KR101876576B1 - Nitride semiconductor light emitting device and method for fabricating the same - Google Patents
Nitride semiconductor light emitting device and method for fabricating the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR101876576B1 KR101876576B1 KR1020120015702A KR20120015702A KR101876576B1 KR 101876576 B1 KR101876576 B1 KR 101876576B1 KR 1020120015702 A KR1020120015702 A KR 1020120015702A KR 20120015702 A KR20120015702 A KR 20120015702A KR 101876576 B1 KR101876576 B1 KR 101876576B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- quantum barrier
- semiconductor layer
- type semiconductor
- type
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/04—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
- H01L33/06—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/0004—Devices characterised by their operation
- H01L33/0008—Devices characterised by their operation having p-n or hi-lo junctions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/12—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a stress relaxation structure, e.g. buffer layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/14—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system containing nitrogen
Abstract
본 발명은 질화물 반도체 발광 소자를 개시한다. 개시된 본 발명의 질화물 반도체 발광 소자 및 그 제조방법은 기판; 상기 기판 상에 형성된 버퍼층과 언도프트 반도체층; 상기 언도프트 반도체층 상에 형성된 N형 반도체층과 P형 반도체층; 상기 N형 반도체층과 P형 반도체층 사이에 개재되며, 복수의 양자우물층과 복수의 양자장벽층이 교대로 배치되는 다중양자우물 구조의 활성층; 및 상기 활성층과 P형 반도체층 사이에 개재된 정공유도층을 포함하고, 상기 정공유도층은 상기 활성층의 양자장벽층과 상기 양자장벽층에 확산된 P형 도펀트 확산층으로 이루어지며, 상기 P형 반도체층, P형 도펀트 확산층 및 양자장벽층의 에너지 레벨은 순차적으로 낮아지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 질화물 반도체 발광소자는 활성층과 P형 반도체층 사이에 활성층의 양자우물층에 사용되는 반도체층 또는 P형 도펀트가 확산된 반도체층으로 이루어진 정공유도층을 통하여 활성층에 정공 주입을 원활하게 한 효과가 있다.The present invention discloses a nitride semiconductor light emitting device. The nitride semiconductor light emitting device and the manufacturing method thereof according to the present invention include: a substrate; A buffer layer and an undoped semiconductor layer formed on the substrate; An N-type semiconductor layer and a P-type semiconductor layer formed on the undoped semiconductor layer; An active layer of a multiple quantum well structure interposed between the N-type semiconductor layer and the P-type semiconductor layer and having a plurality of quantum well layers and a plurality of quantum barrier layers alternately arranged; And a hole inducing layer interposed between the active layer and the P-type semiconductor layer, wherein the hole inducing layer is composed of a quantum barrier layer of the active layer and a P-type dopant diffusion layer diffused in the quantum barrier layer, Layer, the P-type dopant diffusion layer and the quantum barrier layer are sequentially lowered.
The nitride semiconductor light emitting device of the present invention is characterized in that a hole injection layer is smoothly injected into the active layer through a hole inducing layer composed of a semiconductor layer used for the quantum well layer of the active layer or a semiconductor layer diffused by the P dopant between the active layer and the P- It is effective.
Description
본 발명은 질화물 반도체 발광소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 활성층의 마지막 장벽층에 P형 도펀트를 확산하여 정공주입을 원할하게 하고, 발광 효율을 개선한 질화물 반도체 발광소자에 관한 것이다.The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device, and more particularly, to a nitride semiconductor light emitting device in which a P-type dopant is diffused into a final barrier layer of an active layer to facilitate hole injection, and the light emitting efficiency is improved.
일반적으로 질화물 반도체 발광 소자에 사용되는 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN) 등과 같은 Ⅲ족 원소의 질화물은 열적 안정성이 우수하고 직접 천이형의 에너지 밴드(band) 구조로 되어 있어, 최근 청색 및 자외선 영역의 광전소자용 물질로 많은 각광을 받고 있다. 특히, 질화갈륨(GaN)을 이용한 청색 및 녹색 발광 소자는 대규모 천연색 평판 표시 장치, 신호등, 실내 조명, 고밀도광원, 고해상도 출력 시스템과 광통신 등 다양한 응용 분야에 활용되고 있다.In general, nitrides of a Group III element such as gallium nitride (GaN) and aluminum nitride (AlN) used in a nitride semiconductor light emitting device have excellent thermal stability and have a direct transition type energy band structure. Recently, And are attracting much attention as materials for photoelectric elements in the ultraviolet region. In particular, blue and green light emitting devices using gallium nitride (GaN) have been used in various applications such as large-scale color flat panel displays, traffic lights, indoor lighting, high-density light sources, high resolution output systems and optical communication.
도 1은 종래 질화물 반도체 발광소자의 구조를 도시한 것이고, 도 2는 상기 도 1의 다중양자우물 구조의 활성층 영역을 도시한 도면이다.FIG. 1 illustrates a structure of a conventional nitride semiconductor light emitting device, and FIG. 2 illustrates an active layer region of the multiple quantum well structure of FIG. 1. Referring to FIG.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래 질화물 반도체 발광소자는, 절연 기판(10) 상에 버퍼층(20)이 형성되고, 상기 버퍼층(20) 상에 언도프트 반도체층(21), N형 반도체층(22), 활성층(23), P형 반도체층(24) 및 투명금속층(25) 들이 적층되어 있다. 또한, 외부로 노출된 N형 반도체층(22) 및 P형 반도체층(24) 상에는 각각 N형 전극(27)과 P형 전극(26)이 형성되어 있다.1 and 2, a conventional nitride semiconductor light emitting device includes a
상기 절연 기판(10)은 질화물 반도체 단결정을 성장시키기에 적합한 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 절연 기판(10)은 사파이어와 같은 재료를 이용하여 형성될 수 있으며, 사파이어 이외에도, 징크 옥사이드(zinc oxide, ZnO), 갈륨나이트라이드(gallium nitride, GaN), 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC), 알루미늄 나이트라이드(AlN) 등으로 형성될 수도 있다.The
상기 활성층(23)은 전자 및 정공이 재결합되는 영역으로서, InxGa1-xN(0≤x≤1)의 일반식으로 표현되는 양자장벽층(23a)과 양자우물층(23b)들이 교대로 형성되는 다중양자우물 구조를 갖는다. 이러한 활성층(23)을 이루는 물질의 종류에 따라 질화물 반도체 발광소자에서 방출되는 발광 파장이 결정된다.The
상기 활성층(23)에는 하나의 양자우물층을 갖는 단일양자우물(single quantum well: SQW) 구조와 약 100Å보다 작은 복수개의 양자우물층을 갖는 다중양자우물(multi quantum well: MQW) 구조가 있다. 이 중에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 다중양자우물구조의 활성층(23)은 단일양자우물구조에 비해 전류대비 광효율이 우수하고 높은 발광출력을 갖는다.The
이러한 질화물 반도체 발광소자의 광 효율은 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 light efficiency of such a nitride semiconductor light emitting device is originally determined by the probability of recombination of electrons and holes in the active layer, that is, the internal quantum efficiency. The improvement of the internal quantum efficiency is mainly studied in order to improve the structure of the active layer itself or increase the effective mass of the carrier.
하지만, 일반적으로 정공의 이동도가 전자의 이동도에 비해 낮기 때문에 P형 반도체층(24)으로부터 활성층(23)으로 충분히 공급되지 못하는 문제가 발생한다.However, since the mobility of holes is generally lower than the mobility of electrons, there arises a problem that the P-
이와 같이, 활성층(23)에 정공이 충분히 공급되지 못하면, N형 반도체층(22)으로부터 공급되는 전자들 중 결합하지 않는 전자들이 발생하여 발광 효율이 떨어지게 된다.If holes are not sufficiently supplied to the
최근, 활성층에 정공 주입 특성을 개선하기 위해 나노 적층 구조를 추가로 형성하는 방법이 제안되고 있지만, 나노 적층 구조 형성을 위한 성장 시간이 길어 전체적인 생산성은 저하되는 문제가 발생하였다.Recently, a method of forming a nano-layered structure to improve the hole injection property in the active layer has been proposed, but the growth time for forming the nano-laminated structure is long and the overall productivity is lowered.
또한, 전자 넘침 현상과 정공의 원활한 주입을 위하여 AlGaN계열의 전자장벽층 형성 방법이 제안되고 있지만, 반도체층 성장시 알루미늄(Al)은 오염원으로 작용하여 소자 특성을 저하시키는 문제가 있다. 아울러, 전자장벽층 형성을 위해 반응기를 장시간 고열 상태로 유지해야 하는 추가 공정이 요구된다.AlGaN-based electron barrier layer formation methods have been proposed for electron overflow phenomenon and smooth injection of holes. However, aluminum (Al) acts as a contaminant source during growth of a semiconductor layer, thereby deteriorating device characteristics. In addition, an additional process is required to maintain the reactor in a high temperature state for a long time in order to form an electron barrier layer.
본 발명은 활성층의 마지막 장벽층(Barrier)에 P형 도펀트를 확산시켜 발광 효율 및 동작전압을 개선한 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a nitride semiconductor light emitting device having improved luminous efficiency and operating voltage by diffusing a P-type dopant in a barrier layer of a final active layer, and a method of manufacturing the same.
또한, 본 발명은 활성층으로의 정공 주입 효율의 향상을 위한 P형 도펀트 분위기 형성을 통해서 소자의 전기적 특성을 개선한 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a nitride semiconductor light emitting device in which electrical characteristics of the device are improved through formation of a P-type dopant atmosphere for improving hole injection efficiency into the active layer and a method of manufacturing the same.
또한, 본 발명은 활성층의 마지막 장벽층(Barrier)에 P형 도펀트를 확산시킴으로써, 활성층으로의 정공 주입 효율의 증가를 위한 기능층의 삽입 공정을 생략할 수 있어 공정 시간을 단축시킬 수 있는 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, the present invention can diffuse P-type dopant to the last barrier layer of the active layer, thereby omitting the step of inserting the functional layer for increasing the hole injection efficiency into the active layer, Another object of the present invention is to provide a light emitting device and a manufacturing method thereof.
상기와 같은 종래 기술의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 질화물 반도체 발광 소자는, 기판; 상기 기판 상에 형성된 버퍼층과 언도프트 반도체층; 상기 언도프트 반도체층 상에 형성된 N형 반도체층과 P형 반도체층; 상기 N형 반도체층과 P형 반도체층 사이에 개재되며, 복수의 양자우물층과 복수의 양자장벽층이 교대로 배치되는 다중양자우물 구조의 활성층; 및 상기 활성층과 P형 반도체층 사이에 개재된 정공유도층을 포함하고, 상기 정공유도층은 상기 활성층의 양자장벽층과 상기 양자장벽층에 확산된 P형 도펀트 확산층으로 이루어지며, 상기 P형 반도체층, P형 도펀트 확산층 및 양자장벽층의 에너지 레벨은 순차적으로 낮아지는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a nitride semiconductor light emitting device comprising: a substrate; A buffer layer and an undoped semiconductor layer formed on the substrate; An N-type semiconductor layer and a P-type semiconductor layer formed on the undoped semiconductor layer; An active layer of a multiple quantum well structure interposed between the N-type semiconductor layer and the P-type semiconductor layer and having a plurality of quantum well layers and a plurality of quantum barrier layers alternately arranged; And a hole inducing layer interposed between the active layer and the P-type semiconductor layer, wherein the hole inducing layer is composed of a quantum barrier layer of the active layer and a P-type dopant diffusion layer diffused in the quantum barrier layer, Layer, the P-type dopant diffusion layer and the quantum barrier layer are sequentially lowered.
또한, 본 발명의 질화물 반도체 발광 소자 제조 방법은, 기판 상에 버퍼층, 언도프트 반도체층, N형 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 N형 반도체층 상에 복수의 양자우물층과 복수의 양자장벽층이 교대로 배치되는 다중양자우물 구조의 활성층을 형성하는 단계와, 상기 활성층 형성 후, P형 반도체층 형성 전에 MOCVD 반응기 내부를 P형 도펀트 분위기로 전환하여, 상기 P형 반도체층과 인접한 상기 활성층의 양자장벽층에 P형 도펀트를 노출시키는 단계와, 상기 활성층의 양자장벽층에 P형 도펀트가 확산되어, 상기 양자장벽층과 P형 도펀트 확산층으로 이루어진 정공유도층을 형성하는 단계와, 상기 정공유도층 상에 P형 반도체층, 투명전극층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention includes the steps of forming a buffer layer, an unshown semiconductor layer, and an N-type semiconductor layer on a substrate; forming a plurality of quantum well layers and a plurality of quantum wells Type semiconductor layer; forming an active layer of a multi-quantum well structure in which the P-type semiconductor layer and the P-type semiconductor layer are alternately arranged; Exposing a P-type dopant to the quantum barrier layer of the active layer, and forming a hole-guiding layer of the P-type dopant diffusion layer by the P-type dopant diffused into the quantum barrier layer of the active layer, And forming a P-type semiconductor layer and a transparent electrode layer on the inductive layer.
본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법은, 활성층의 마지막 장벽층(Barrier)에 P형 도펀트가 확산되어 장벽층의 에너지 레벨이 상대적으로 증가하고, 정공이 활성층에 원활히 주입될 수 있도록 함으로써 발광 효율을 개선한 제 1 효과가 있다.The nitride semiconductor light emitting device and the method of manufacturing the same according to the present invention are characterized in that the energy level of the barrier layer is relatively increased by the diffusion of the P type dopant to the last barrier layer of the active layer and holes can be injected smoothly into the active layer There is a first effect of improving the luminous efficiency.
또한, 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법은, 활성층으로의 정공 주입 효율의 향상을 위한 P형 도펀트 분위기 형성을 통해서 질화갈륨계 발광 다이오드 소자의 전기적 특성을 개선하는 제 2 효과가 있다.The nitride semiconductor light emitting device and the method of manufacturing the same according to the present invention have a second effect of improving the electrical characteristics of the gallium nitride based light emitting diode device by forming a P-type dopant atmosphere for improving the efficiency of hole injection into the active layer .
또한, 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법은, 활성층의 성장 종료 후에 P형 반도체층을 성장하기 위한 램핑(ramping) 시간 내에 P형 도펀트 분위기 형성이 가능하여, 활성층으로의 정공 주입 효율의 증가를 위한 기능층의 삽입이 필요 없으므로 성장 시간을 단축하는 제 3 효과가 있다.The nitride semiconductor light emitting device and the method of manufacturing the same according to the present invention can form a P-type dopant atmosphere in a ramping time for growing a P-type semiconductor layer after completion of growth of an active layer, There is no need to insert the functional layer to increase the growth rate. Therefore, there is a third effect of shortening the growth time.
도 1은 종래 질화물 반도체 발광소자의 구조를 도시한 것이다.
도 2는 상기 도 1의 다중양자우물 구조의 활성층 영역을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따라 활성층 상에 P형 도펀트가 확산된 질화물계 발광소자의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다중양자우물 구조의 활성층 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 다중양자우물 구조의 활성층 구조를 도시한 도면이다.FIG. 1 shows a structure of a conventional nitride semiconductor light emitting device.
2 is a view showing an active layer region of the multiple quantum well structure of FIG.
3 is a view showing a structure of a nitride-based light-emitting device in which a P-type dopant is diffused on an active layer according to the present invention.
4 illustrates a method of manufacturing the nitride semiconductor light emitting device of the present invention.
5 is a view showing an active layer structure of a multiple quantum well structure according to a first embodiment of the present invention.
6 is a view showing an active layer structure of a multiple quantum well structure according to a second embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시예들은 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following embodiments are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in other forms. In the drawings, the size and thickness of the device may be exaggerated for convenience. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.
도 3은 본 발명에 따라 활성층 상에 P형 도펀트가 확산된 질화물 반도체 발광소자의 구조를 도시한 도면이다.FIG. 3 is a view showing a structure of a nitride semiconductor light emitting device in which a P-type dopant is diffused on an active layer according to the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명은 돌기 패턴들이 형성된 절연 기판(100) 상에 버퍼층(120)이 형성되고, 상기 버퍼층(120) 상에 언도프트 반도체층(121), N형 반도체층(122), 활성층(123), P형 반도체층(124) 및 투명금속층(125)들이 적층되어 있다. 또한, 외부로 노출된 N형 반도체층(122) 및 P형 반도체층(124) 상에는 각각 N형 전극(127)과 P형 전극(126)을 포함하며, 상기 활성층(123)과 P형 반도체층(124) 사이에는 P형 도펀트 확산층과 상기 활성층의 P형 도펀트가 확산되지 않은 마지막 양자장벽층으로 이루어진 정공유도층(200)이 형성된다.3, a
상기 기판(100)은 돌기 패턴이 형성될 수 있으며, 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 투명전극층(116)은 ITO, IZO 및 ITZO와 같은 투명성 도전물질로 형성할 수 있다. The
상기 버퍼층(120), 언도프트 반도체층(121), N형 반도체층(122), 활성층(123) 및 P형 반도체층(124)은 화학증착방법(CVD), 분자선 에피택시법(MBE), 스퍼터링법(Sputtering), 수산화물 증기상 에피택시법(HVPE) 등의 방법에 의해 상기 기판(100) 상에 형성될 수 있으며 이에 대해 한정되지는 않는다.The
도 4는 본 발명의 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 도시한 것이다.4 illustrates a method of manufacturing the nitride semiconductor light emitting device of the present invention.
도 4를 참조하면, P형 반도체층 성장 전에 P형 도펀트 분위기를 형성한다. 기판(100) 상에 버퍼층(120), 언도프트 반도체층(121), N형 반도체층(122), 활성층(123)을 차례대로 성장한 후 MOCVD 반응기 내부를 P형 도펀트 분위기로 전환하여 일정시간 P형 도펀트 분위기를 유지한다. 이 때, P형 도펀트(150)가 활성층(123)의 마지막 양자장벽층에 확산하게 되고, 이 후 P형 반도체층를 성장한다. MOCVD 반응기 내부는 1초 내지 10분 이내로 P형 도펀트 분위기를 형성할 수 있다. 또한, 바람직하게는 P형 도펀트는 Mg이 사용될 수 있다. P형 반도체층을 성장하기 위해서는 램핑(ramping) 시간이 필요한데, 본 발명의 경우, 램핑(ramping) 시간 내에 P형 도펀트 분위기의 공정이 삽입될 수 있다. 따라서, 활성층(123)으로의 정공 주입 효율의 증가를 위한 기능층의 삽입이 필요 없으므로 성장시간의 단축 효과가 있다.Referring to FIG. 4, a P-type dopant atmosphere is formed before the P-type semiconductor layer is grown. After the
아래 본 발명의 실시 예들은 상기 도 3의 다중양자우물 구조의 활성층 영역을 도시한 도면이다. Embodiments of the present invention are diagrams illustrating active layer regions of the multiple quantum well structure of FIG.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다중양자우물 구조의 활성층 구조를 도시한 도면이다.5 is a view showing an active layer structure of a multiple quantum well structure according to a first embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 활성층(123)은 다음과 같은 다중양자우물(multi quantum well: MQW) 구조로 형성된다. N형 반도체층(122)과 P형 반도체층(124) 사이에는 다수의 양자장벽층(123a)과 이들 양자장벽층(123a)들 사이의 양자우물층(123b)들로 구성된 활성층(123)이 형성된다.Referring to FIG. 5, the
또한, 상기 활성층(123)과 P형 반도체층 사이에 개재되는 정공유도층(200)은 P형 도펀트가 확산되어 에너지 레벨이 상대적으로 증가하는 P형 도펀트 확산층(200b)과 P형 도펀트가 확산되지 않은 상기 활성층(123)의 마지막 양자장벽층(200a)으로 형성되어 있다. In addition, the
상기 N형 반도체층(122)과 P형 반도체층(124)은 (Al, In, Ga)N과 같은 화합물 계열의 3족 질화물 반도체층으로 형성할 수 있다. 예컨대, 상기 N형 반도체층(122) 및 P형 반도체층(124)은 각각 N형 및 P형 GaN, 또는 N형 및 P형 AlGaN 일 수 있다.The N-
또한, 상기 양자장벽층(123a)들은 GaN계 반도체 물질에 p형(p+) 불순물 또는 n형(n+) 불순물을 도핑하여 형성될 수 있다. 상기 양자우물층(123b)들은 InxGa1-xN(0<x<1)로 이루어질 수 있고, 구동 전압을 낮추기 위해 실리콘이 도핑 될 수 있다.The
또한, 상기 마지막 양자장벽층(200a)은 단일층으로 GaN계 또는 InGaN계 반도체층으로 형성될 수 있으며, 상기 P형 도펀트 확산층(200b)은 P형 도펀트 분위기로 형성된 MOCVD 반응기 내부에서 GaN계 반도체층에 P형 도펀트가 확산되어 형성된다. P형 도펀트가 확산되면 GaN계의 반도체층보다 동작 전압 레벨이 상승하고, 도면에 도시된 바와 같이, P형 반도체층(124), P형 도펀트 확산층(200b) 및 활성층의 마지막 양자장벽층(200a) 들이 순차적으로 동작 전압 레벨이 낮아지는 것을 볼 수 있다. 따라서, P형 반도체층(124)에 주입되는 정공들은 P형 도펀트 확산층(200b)과 마지막 양자장벽층(200a)을 통해 활성층(123)으로 쉽게 넘어가 공급될 수 있다. 또한, 상기 P형 반도체층(124)의 정공들이 활성층(123)까지 쉽게 도달할 수 있어, 질화물 반도체 발광소자의 동작 전압이 낮아진다.In addition, the last
또한, 본 발명의 질화물 반도체 발광소자는 활성층(123)과 P형 반도체층(124) 사이에 정공유도층(200)을 형성하여 발광 효율 및 제조 수율을 개선한 효과가 있다.In addition, the nitride semiconductor light emitting device of the present invention has an effect of improving luminous efficiency and manufacturing yield by forming the
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 다중양자우물 구조의 활성층(123) 구조를 도시한 도면이다.FIG. 6 is a view showing a structure of an
도 6을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 활성층 영역은 N형 반도체층(122), 활성층(123)과 정공유도층(300) 및 P형 반도체층(124)으로 이루어진다.6, the active layer region of the nitride semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention includes an N-
상기 활성층(123)은 다수의 양자장벽층(123a)과 이들 양자장벽층(123a)들 사이의 양자우물층(123b)들로 구성된다.The
상기 활성층(123)과 P형 반도체층(124) 사이에 개재되는 정공유도층(300)은 상기 활성층(123)의 마지막 제 1 양자장벽층(300a), 제 2 양자장벽층(300b) 및 P형 도펀트 확산층(300c)으로 이루어진다.The
상기 제 1 양자장벽층(300a)과 제 2 양자장벽층(300b)은 GaN계 또는 InGaN계 반도체층으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 1 양자장벽층(300a) 및 제 2 양자장벽층(300b)은 InGaN계 반도체층으로 형성하되, In 조성이 서로 다르게 형성될 수 있다.The first
상기 정공유도층(300)은 P형 반도체층(124)에서 주입된 정공이 P형 도펀트 확산층(300c)과 제 2 양자장벽층(300b), 제 1 양자장벽층(300a)을 거쳐 활성층(123)으로 쉽게 이동하도록 할 수 있다. 이로 인하여, 활성층(123)의 정공 및 전자의 결합율이 높아지고 발광소자의 구동 전압이 낮아지는 이점이 있다.The holes injected from the P-
즉, 본 발명의 질화물 반도체 발광소자는 활성층(123)과 P형 반도체층(124) 사이에 정공유도층(300)을 형성하여 활성층(123)에 정공 주입을 원활하게 하고, 발광 효율 및 제조 수율을 개선한 효과가 있다.That is, in the nitride semiconductor light emitting device of the present invention, the
따라서, 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법은 활성층의 마지막 양자장벽층(Barrier)에 P형 도펀트가 확산되어 양자장벽층의 에너지 레벨이 상대적으로 증가하고, 정공이 활성층에 원활히 주입될 수 있도록 함으로써 발광 효율을 개선한다.Therefore, in the nitride semiconductor light emitting device and the method of manufacturing the same according to the present invention, the P-type dopant is diffused in the last quantum barrier layer of the active layer, the energy level of the quantum barrier layer is relatively increased and holes are injected smoothly into the active layer Thereby improving the luminous efficiency.
또한, P형 도펀트 분위기 형성을 통해서 질화갈륨계 발광 다이오드 소자의 전기적 특성을 개선한다.Further, the electrical characteristics of the gallium nitride-based light-emitting diode device are improved by forming the P-type dopant atmosphere.
종래 질화물 반도체 발광소자와 Mg 분위기에서 10초간 유지하여 활성층의 마지막 양자장벽층에 Mg이 확산된 본 발명의 동작전압을 비교한 결과, 종래 발광소자는 동작전압이 2.99V인데 반해, 본 발명의 발광소자는 2.94V로 동작전압(VF)가 0.05V 개선되었다.As a result of comparing the operating voltage of the conventional nitride semiconductor light emitting device and the present invention wherein Mg is diffused in the final quantum barrier layer of the active layer by holding for 10 seconds in a Mg atmosphere, the conventional light emitting device has an operating voltage of 2.99 V, The device was 2.94V, and the operating voltage (VF) was improved by 0.05V.
또한, 활성층의 성장 종료 후에 P형 반도체층을 성장하기 위한 램핑(ramping) 시간 내에 P형 도펀트 분위기 형성이 가능하여, 활성층으로의 정공 주입 효율의 증가를 위한 기능층의 삽입이 필요 없으므로 성장 시간을 단축하는 효과가 있다.Further, it is possible to form a P-type dopant atmosphere in a ramping time for growing the P-type semiconductor layer after completion of growth of the active layer, and it is not necessary to insert the functional layer for increasing the hole injection efficiency into the active layer, There is an effect to shorten.
100: 절연 기판 120: 버퍼층
121: 언도프트층 122: N형 반도체층
123: 활성층 200,300: 정공유도층
124: P형 반도체층 125: 투명전극층
126: P형 전극 127: N형 전극100: insulating substrate 120: buffer layer
121: Undoped layer 122: N-type semiconductor layer
123: active layer 200,300: hole-guiding layer
124: P-type semiconductor layer 125: transparent electrode layer
126: P-type electrode 127: N-type electrode
Claims (12)
상기 기판 상에 형성된 버퍼층과 언도프트 반도체층;
상기 언도프트 반도체층 상에 형성된 N형 반도체층과 P형 반도체층;
상기 N형 반도체층과 P형 반도체층 사이에 개재되며, 복수의 양자우물층과 복수의 양자장벽층이 교대로 배치되는 다중양자우물 구조의 활성층; 및
상기 활성층과 P형 반도체층 사이에 개재된 정공유도층을 포함하고,
상기 정공유도층은 상기 활성층의 양자장벽층들 중에서 상기 P형 반도체층에 가장 인접한 양자장벽층과, 상기 양자장벽층 및 상기 P형 반도체층 사이에 배치된 P형 도펀트 확산층으로 이루어지며,
상기 P형 반도체층, P형 도펀트 확산층 및 상기 P형 반도체층에 가장 인접한 양자장벽층의 에너지 레벨은 순차적으로 낮아지는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.Board;
A buffer layer and an undoped semiconductor layer formed on the substrate;
An N-type semiconductor layer and a P-type semiconductor layer formed on the undoped semiconductor layer;
An active layer of a multiple quantum well structure interposed between the N-type semiconductor layer and the P-type semiconductor layer and having a plurality of quantum well layers and a plurality of quantum barrier layers alternately arranged; And
And a hole inducing layer interposed between the active layer and the P-type semiconductor layer,
The hole inducing layer is composed of a quantum barrier layer closest to the P-type semiconductor layer among the quantum barrier layers of the active layer, and a P-type dopant diffusion layer disposed between the quantum barrier layer and the P-
Type semiconductor layer, the P-type semiconductor layer, the P-type dopant diffusion layer, and the quantum barrier layer closest to the P-type semiconductor layer are sequentially lowered.
상기 N형 반도체층 상에 복수의 양자우물층과 복수의 양자장벽층이 교대로 배치되는 다중양자우물 구조의 활성층을 형성하는 단계와,
상기 활성층 형성 후, P형 반도체층 형성 전에 MOCVD 반응기 내부를 P형 도펀트 분위기로 전환하여, 상기 P형 반도체층에 가장 인접한 상기 활성층의 양자장벽층에 P형 도펀트를 노출시키는 단계와,
상기 활성층의 양자장벽층들 중 상기 P형 반도체층에 가장 인접한 양자장벽층에 P형 도펀트가 확산되어, 상기 P형 반도체층에 가장 인접한 양자장벽층과 P형 도펀트 확산층으로 이루어진 정공유도층을 형성하는 단계와,
상기 정공유도층 상에 P형 반도체층, 투명전극층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.Forming a buffer layer, an undoped semiconductor layer, and an N-type semiconductor layer on a substrate;
Forming an active layer of a multiple quantum well structure in which a plurality of quantum well layers and a plurality of quantum barrier layers are alternately arranged on the N-type semiconductor layer;
After the formation of the active layer, before forming the P-type semiconductor layer, converting the interior of the MOCVD reactor into a P-type dopant atmosphere to expose the P-type dopant to the quantum barrier layer of the active layer closest to the P-
A P-type dopant is diffused in the quantum barrier layer closest to the P-type semiconductor layer among the quantum barrier layers of the active layer to form a hole induction layer consisting of a quantum barrier layer closest to the P-type semiconductor layer and a P-type dopant diffusion layer , ≪ / RTI &
And forming a P-type semiconductor layer and a transparent electrode layer on the hole inducing layer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020120015702A KR101876576B1 (en) | 2012-02-16 | 2012-02-16 | Nitride semiconductor light emitting device and method for fabricating the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020120015702A KR101876576B1 (en) | 2012-02-16 | 2012-02-16 | Nitride semiconductor light emitting device and method for fabricating the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20130094451A KR20130094451A (en) | 2013-08-26 |
KR101876576B1 true KR101876576B1 (en) | 2018-07-10 |
Family
ID=49218219
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020120015702A KR101876576B1 (en) | 2012-02-16 | 2012-02-16 | Nitride semiconductor light emitting device and method for fabricating the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101876576B1 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102261948B1 (en) * | 2014-06-30 | 2021-06-08 | 엘지이노텍 주식회사 | Light emitting device and lighting system having the same |
CN116897438A (en) * | 2021-06-17 | 2023-10-17 | 安徽三安光电有限公司 | Nitride semiconductor light-emitting element and method for manufacturing same |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002270894A (en) * | 2001-03-08 | 2002-09-20 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | Semiconductor light-emitting element |
KR20080060638A (en) * | 2006-12-27 | 2008-07-02 | 전남대학교산학협력단 | Structure for controlling electric field in quantum wells and optical device using the same |
KR20100010364A (en) * | 2008-07-22 | 2010-02-01 | 삼성전기주식회사 | Nitride semiconductor light emitting device |
KR20110114803A (en) * | 2010-04-14 | 2011-10-20 | 삼성엘이디 주식회사 | Nitride semiconductor device |
-
2012
- 2012-02-16 KR KR1020120015702A patent/KR101876576B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002270894A (en) * | 2001-03-08 | 2002-09-20 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | Semiconductor light-emitting element |
KR20080060638A (en) * | 2006-12-27 | 2008-07-02 | 전남대학교산학협력단 | Structure for controlling electric field in quantum wells and optical device using the same |
KR20100010364A (en) * | 2008-07-22 | 2010-02-01 | 삼성전기주식회사 | Nitride semiconductor light emitting device |
KR20110114803A (en) * | 2010-04-14 | 2011-10-20 | 삼성엘이디 주식회사 | Nitride semiconductor device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20130094451A (en) | 2013-08-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR20150025264A (en) | Semiconductor light emitting device including hole injection layer | |
JP2015511776A (en) | Light emitting element | |
JP5568009B2 (en) | Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof | |
KR101285164B1 (en) | Semiconductor light emitting device and method for manufacturing the same | |
KR20160013552A (en) | Light emitting device and lighting system | |
KR20130102210A (en) | Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof | |
KR101876576B1 (en) | Nitride semiconductor light emitting device and method for fabricating the same | |
KR100728132B1 (en) | Light-emitting diode using current spreading layer | |
US20090315063A1 (en) | Light emitting device and method of manufacturing the same | |
JP2009076864A (en) | Nitride-based light emitting device | |
US10665755B2 (en) | Method for manufacturing light emitting device | |
KR20130071087A (en) | Nitride semiconductor light emitting device and method for fabricating the same | |
KR101239856B1 (en) | Light-emitting diode and Method of manufacturing the same | |
KR100906972B1 (en) | Nitride based light emitting device | |
KR100881053B1 (en) | Nitride based light emitting device | |
KR20160043751A (en) | Light emitting device and lighting system | |
KR102224109B1 (en) | Light emitting device, Method for fabricating the same and Lighting system | |
KR101922934B1 (en) | Nitride semiconductor light emitting device | |
KR102302320B1 (en) | Light emitting device | |
KR101387543B1 (en) | Nitride semiconductor light emitting device | |
KR100608919B1 (en) | Light-emitting device and method of manufacturing the same | |
KR20170109904A (en) | Light emitting device and lighting apparatus | |
KR20160015761A (en) | Light emitting device and lighting system | |
KR101414654B1 (en) | Nitride semiconductor light emitting device | |
KR100911775B1 (en) | A nitride based light emitting device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |