KR101988932B1 - 고효율 1000 nm 적외선 발광 다이오드 및 그 제조 방법 - Google Patents

고효율 1000 nm 적외선 발광 다이오드 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적외선 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 변형의 보정을 통해 발광 효율이 향상된 1000nm 적외선 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

Description

고효율 1000 nm 적외선 발광 다이오드 및 그 제조 방법{High efficiency 1,000 nm infrared light emitting diode and manufacturing method thereof}
본 발명은 적외선 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 변형의 보정을 통해 발광 효율이 향상된 1000nm 적외선 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
적외선 발광 다이오드는 고품질 성장이 가능한 MOCVD를 이용해서 제조된다. 900nm이상의 파장을 발광하는 적외선 다이오드는, 도 1에 도시된 바와 같이, 높은 격자 일치율과 높은 비용 절감(경제성)을 가지는 GaAs(8)기판을 사용한다. GaAs기판(8) 상에 격자 상수가 거의 동일한 n형 AlzGa1 - zAs(0.1<z<0.7) 하부 제한층(7), 활성층(4), 및 p형 AlzGa1 -zAs(0.1<z<0.7) 상부 제한층(3)을 성장시킨다. 또한, 광 효율을 극대화하기 위해 상부 제한층(3) 위에 전류 확산을 위한 p형 윈도우 층(2)을 3um 이상 성장시킨다. p형 윈도우 층(2)의 상부에는 상부 전극(1)을 형성하고, GaAs기판(8)의 하부에는 하부 전극(9)을 형성한다. n형 하부 제한층(7)과 p형 상부 제한층(3) 사이에 적층된 활성층(4)은 교대로 반복적층된 양자 장벽층(5)과 양자 우물층(6)으로 이루어지는데, 양자 우물층(6)의 구성물질과 조성 변화에 의해서 방출되는 적외선의 파장이 조절된다. 예를 들어, 940 nm의 중심파장(피크 파장이 940±10nm에 위치하는 파장)을 가지는 적외선 다이오드의 경우, In0 . 07Ga0 . 93As 양자우물층과 GaAs 양자장벽층이 반복 적층된다.
이러한 적외선 발광 다이오드의 경우, 특정 파장을 발광하기 위해서 사용한 양자 우물층을 이루는 물질들이 기판과 격자상수가 상이하여, 적층과정에서 인장 또는 압축 변형이 발생하고, 반복 적층과정에서 누적된 변형은 발광 다이오드의 발광 효율 저하로 이어진다.
대한민국 특허출원 10-2017-0059047는 본 발명자가 양자 우물의 압축 변형을 개선하기 위해서, 940 nm 중심파장을 가지는 발광 다이오드에서, In0 . 07Ga0 . 93As 양자우물과 GaAs 양자 장벽으로 이루어진 활성층의 하부에 GaInP 인장 변형 보상층을 삽입하는 방안을 개시한다.
대한민국 특허출원 10-2018-0017518은, 또한, 본 발명자가 양자 우물의 압축 변형을 개선하기 위해서, GaAs 양자 장벽 대신에 GaAsP 양자 장벽을 In0 . 07Ga0 . 93As 양자우물과 함께 사용하는 방안을 개시하다.
대한민국 특허출원 10-2018-0017518은, 또한, 본 발명자가 양자 우물의 압축 변형을 개선하기 위해서, In0 . 07Ga0 . 93As 양자우물과 GaAsP 양자 장벽을 사용할 경우 발생하는 높은 변형 불균일 차이를 보정하기 위해서, AlGaAs 버퍼층을 함께 사용하는 방안을 개시한다.
그러나 이러한 방식들은 In0 . 07Ga0 . 93As 양자우물을 사용하는 940nm 중심파장의 적외선 발광 다이오드에서는 효과적이나, 1,000nm 중심파장의 적외선 발광 다이오드에서 효과적이지 못하다. 이는 1,000nm 중심파장을 가지는 발광다이오드 경우, 940nm의 중심 파장을 가지는 발광다이오드에 비해 양자우물에서 In의 비율이 더 높아 기판에 비해서 높은 압축변형율 (예를 들어, 10,000ppm 이상의 압축 변형율, 일예로 In0 . 15Ga0 . 85As compressive strain: approximately +11,000ppm)을 가지고 있기 때문이다.
이에 따라서, 1,000 nm 발광다이오드에서 사용되는 InGaAs 양자 우물층의 높은 압축변형 특성을 개선할 수 있는 새로운 방안에 대한 요구가 계속되고 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 1,000 nm 중심 파장을 가지는 적외선 발광 다이오드에서 양자우물층과 기판의 격자 불일치로 인한 효율 저하를 개선할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 1,000nm 중심 파장을 가지는 적외선 발광 다이오드에서 양자우물층과 기판의 격자 불일치를 해소하여 효율이 개선된 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해서,
본 발명에 따른 적외선 발광 다이오드는
압축 변형을 가지는 InxGa1 - xAs(0.13≤x≤0.17) 양자 우물층과,
인장 변형을 가지는 GaAs1 - yPy(0.07≤y≤0.11) 양자 장벽층과,
상기 양자 장벽층에 비해서 압축 변형이 작은 GaInP 변형 보정층과, 및
GaAs 버퍼층을 포함하는 활성층을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 용어 '1,000nm 중심파장'은 피크 파장이 1,000±20nm, 보다 정확하게는 1,000±10nm의 범위에 있는 것을 의미한다.
본 발명에서, 용어 'InGaAs'는 실질적으로 In, Ga, 및 As로 이루어진 층을 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명에서, 용어 'InGaAs 양자우물층'은 InxGa1 - xAs(0.13≤x≤0.17) 양자 우물 층을 의미한다.
본 발명에서, 용어 'GaAsP'은 실질적으로 Ga, As, 및 P로 이루어진 층을 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명에서, 용어 'GaAsP 양자장벽층'은 GaAs1 - yPy(0.07≤<y≤0.11) 양자 장벽 층을 의미한다.
본 발명에서, 용어 'GaInP'는 실질적으로 In, Ga, 및 P로 이루어진 층을 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명에서, 용어 '압축 변형[compressive strain]'은 GaAs 기판의 arcsec 보다 낮은 arcsec을 가지는 것을 의미한다.
본 발명에서, 용어 '인장 변형[tensile strain]'은 GaAs 기판의 arcsec 보다 높은 arcsec을 가지는 것을 의미한다.
본 발명에 있어서, 상기 적외선 발광 다이오드는 1,000nm 중심파장을 가지는 발광 다이오드일 수 있다.
이론적으로 한정된 것은 아니지만, n형 제한층, p형 제한층, 및 윈도우 층은 GaAs 기판과 격자상수가 거의 일치하는 반면(예를 들어, Al0 . 3Ga0 . 7As/GaAs:△a/a≤ +400ppm[compressive strain]; 격자상수 대비 변화율), 1,000nm 중심파장을 위한 InGaAs 양자우물층은 GaAs기판과의 격자 상수의 차이가 크기 때문에(예를 들어, In0.15Ga0.85As/GaAs:△a/a≥ +11,000ppm[compressive strain]; 격자상수 대비 변화율), InGaAs 양자우물층의 압축 변형을 보상할 수 있도록 인장 변형을 가지는 GaAsP 양자 장벽층을 적층하되, 반대 극성을 가지는 GaAsP 양자 장벽층의 도입으로 인해서 발생하는 결함을 개선하여 발광 효율을 높일 수 있도록, InGaAs 양자우물층과 GaAsP 양자장벽층 사이에 GaAsP 양자 장벽층에 비해 작은 인장 변형을 가지는 GaInP 변형 보정층을 도입하여 발광다이오드의 활성층의 효율을 개선하는 것이며, GaInP 변형보정층의 도입시 GaInP 변형보정층이 성장과정에서 InGaAs 양자우물층과 GaAsP양자 장벽층에 영향을 주는 것을 방지할 수 있도록, GaInP 변형 보정층과 InGaAs 양자우물층 사이 및/또는 GaInP 변형 보정층과 GaAsP 양자 장벽층 사이에 GaAs 버퍼층을 적층함으로써, 발광 효율을 개선하는 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 InGaAs 양자 우물층과 GaAsP 양자 장벽층은 교대로 적층되며, GaInP 변형 보정층은 교대로 적층되는 InGaAs 양자우물층과 GaAsP 양자장벽층 사이의 급격한 변형 변화를 완화시킬 수 있도록 InGaAs 양자우물층과 GaAsP 양자장벽층 사이에 위치하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 GaAs 버퍼층은 GaInP 변형 보정층이 성장과정에 InGaAs 양자우물층 및/또는 GaAsP 양자장벽층에 영향을 주는 것을 방지할 수 있도록, InGaAs 양자우물층과 GaInP 변형 보정층 사이와 및/또는 GaAsP 양자 장벽층과 GaInP 변형 보정층 사이에 적층되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 1,000nm 중심파장을 가지는 적외선 발광 다이오드는 InGaAs 양자우물층과 GaAsP 양자장벽층이 교대로 2회이상, 바람직하게는 5회 이상 적층되고, 상기 교대로 적층되는 InGaAs 양자우물층과 GaAsP 양자장벽층 사이에 GaAs 버퍼층/GaInP변형보정층/GaAs 버퍼층이 차례로 MOCVD로 성장되어 적층된 다이오드일 수 있다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 1,000 nm 중심파장을 가지는 적외선 발광 다이오드는 GaAs 기판; 상기 기판에서 성장된 제1형 AlGaAs 하부 제한층; 상기 제1형 AlGaAs 하부 제한층 위에 성장된 활성층과; 상기 활성층 위에 성장된 제2형 AlGaAs 상부 제한층; 및 p형 윈도우층과, 상기 p형 윈도우층과 GaAs기판의 상면 및 하면에 접하는 상부 전극 및 하부 전극을 가지며, 여기서 상기 활성층은 InGaAs 양자우물층과 GaAsP 양자장벽층이 교대로 5회 이상 적층되고, 상기 교대로 적층되는 InGaAs 양자우물층과 GaAsP 양자장벽층 사이에 GaAs 버퍼층/GaInP변형보정층/GaAs 버퍼층이 차례로 MOCVD로 성장되어 적층된 활성층일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 GaAs 기판은 하부 제한층이 성장되는 기판으로서, 기판의 하면에는 하부 전극이 형성될 수 있다. 발명의 실시에 있어서, 상기 GaAs 기판은 제1형 AlGaAs 하부 제한층과 동형, 바람직하게는 n형 GaAs기판일 수 있다. 일 예로 상기 n형 GaAs기판은 32.9 arcsec 값을 가질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 AlGaAs 하부 제한층은 하부 GaAs 기판과 동형을 사용하는 것이 바람직하며, n형 기판과 실질적으로 동일한 수준의 arcsec 값, n형 기판의 arcsec 값±0.5를 가지는 것이 바람직하다. 바람직한 실시에 있어서, AlGaAs는 arcsec 값이 n형 기판과 실질적으로 동일한 수준을 가질 수 있도록, Al과 Ga의 비율을 조절할 수 있다. 일 예로 AlGaAs는 AlzGa1 - zAs로 표현될 수 있으며, z는 0.3일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 InGaAs 양자 우물층은 1,000nm의 중심파장을 방출할 수 있도록 InxGa1 - xAs에서 0.13≤x≤0.17, 보다 바람직하게는 0.14≤x≤0.16 범위를 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 In0 . 15Ga0 . 85As일 수 있으며, 두께에 따라서 약간 조정될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 GaAsP 양자 장벽층은 InGaAs 양자우물층의 압축 변형을 보상할 수 있도록 인장 변형을 가지며, 바람직하게는 변형 보상 및 소정의 광효율 개선 효과를 나타낼 수 있도록 GaAs1 - yPy 에서 0.07≤y≤0.11, 보다 바람직하게는 0.08≤y≤0.10 범위를 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 GaAs0 .91P0.09일 수 있으며, 두께에 따라서 약간 조정될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 GaInP 변형 보정층은 InGaAs 양자 우물층과 GaAsP의 양자 장벽층 사이에서 반대 극성으로 인한 결함을 해소하여 향상된 발광효율을 가질 수 있도록, GaAsP 양자 장벽층보다 적은 인장 변형을 가지는 보정층일 수 있으며, 바람직하게는 GazIn1 - zP, 여기서 0.50≤z≤0.59일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.51≤z≤0.55, 가장 바람직하게는 Ga0.53In047P일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 GaAs층은 양자 우물층, 양자 장벽층, 및 변형 보정층의 상호 작용을 해소하기 위해서 사용되며, 따라서, 양자 우물층과 양자 장벽층 및 변형 보정층들이 직접 접하지 않도록, 하나의 양자 우물층, 양자 장벽층 또는 변형 보정층이 성장될 때마다 그 위에 성장되는 것이 바람직하다. 상기 GaAs층은 비도핑 GaAs층인 것이 바람직하다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 활성층에서 InGaAs 양자우물층과 GaAsP 양자장벽층은 2회 이상, 바람직하게는 3회 이상, 보다 바람직하게는 4회 이상, 가장 바람직하게는 5회 이상 교대로 반복 적층될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 AlGaAs 상부 제한층은 p형 AlGaAs 하부 제한층일 수 있으며, n형 AlGaAs 하부 제한층과 동일한 조성을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명에 실시에 있어서, 상기 활성층에서 InGaAs 양자 우물층과 GaAsP 양자 장벽층은 5nm 및 10nm의 두께를 가질 수 있으며, 실질적으로 동일한 두께를 가질 수 있다. 또한, 상기 활성층에서 AlGaAs 변형 보정층과 GaAs 버퍼층은 각각 5nm 및 2 nm의 두께를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명은 일 측면에 있어서, 기판, 하부 제한층, 양자 장벽층과 양자 우물층을 포함하는 활성층, 상부 제한층, 및 윈도우층을 포함하는 발광 다이오드에 있어서,
상기 양자 우물층은 압축 변형을 가지며,
상기 양자 장벽층 인장 변형을 가지며,
상기 양자 우물층과 양자 장벽층 사이에는 상기 양자 장벽층의 인장 변형보다 작은 인장 변형을 가지는 변형 보정층을 가지며, 상기 변형 보정층의 상하면에는 GaAs 버퍼층을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 일 측면에 있어서, 기판, 하부 제한층, 양자 장벽과 양자 우물을 포함하는 활성층, 상부 제한층, 및 윈도우층을 포함하는 발광 다이오드의 제조 방법에 있어서, 압축 변형을 가지는 양자 우물층과 인장 변형을 가지는 양자 장벽층으로 반복적으로 형성하고, 상기 양자 우물층과 양자 장벽층 사이에서 상기 양자 장벽층의 인장 변형 보다 작은 인장 변형을 가지는 변형 보정층을 형성하고, 상기 변형 보정층의 상하면에는 GaAs층을 형성하는 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 변형 보정층의 인장 변형은 양자 장벽층의 인장 변형의 1~50%, 바람직하게는 2~40%, 보다 바람직하게는 3~30%, 가장 바람직하게는 5~20%일 수 있다.
본 발명에 의해서, 높은 격자 일치율과 높은 비용 절감(경제성)을 가지는 GaAs기판을 사용하는 1,000nm 중심 파장의 적외선 발광 다이오드의 양자 우물층의 변형에 따른 문제가 해결되고, 이로 인해 발광 효율이 향상된 적외선 다이오드가 제공되었다.
본 발명에서는 변형 보상이 이루어진 1,000nm 적외선 발광다이오드의 활성층은 압축 변형을 가지는 InGaAs 양자 우물층과 인장 변형을 가지는 GaAsP 양자 장벽 상의 높은 불균일 변형 조건을 GaInP 변형 보정층과, 상기 GaInP 변형층의 상하면에 형성된 버퍼층을 통해 개선함으로서 상대적으로 효율이 20% 증가한 고효율 1,000 nm 적외선 발광다이오드이 제공되었다.
본 발명에 의해서 기판에 대해서 큰 압축 변형을 가지는 양자우물층의 압축 변형에 의한 결함을 해결할 수 있게 되었다.
도 1은 종래 기술에서 MOCVD 시스템에 의해 제조된 InxGa1 -xP 양자 우물층과 GaAs 양자 장벽층이 교대로 적층된 활성층을 가지는 940nm 적외선 발광다이오드 구조를 간략하게 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따라서 MOCVD 시스템에 의해 제조된 교대로 적층된 InxGa1-xP 양자우물층과 GaAsP 양자 장벽층과, 그 사이에 적층된 GaAs버퍼층/AlGaAs 변형보정층/GaAs버퍼층으로 이루어진 활성층을 가지는 1,000nm 적외선 발광다이오드 구조를 간략하게 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 발광 다이오드에 사용할 수 있는 다양한 활성층의 구조를 보여준다. (a) InGaAs/GaAs, (b)InGaAs/GaAsP, (c)InGaAs/GaAs/GaInP/GaAs/GaAsP.
도 4는 (a) 양자우물층을 이루는 In0 . 15Ga0 . 85As 층과 (b)양자 장벽층을 이루는 GaAs1-yPy 층의 조성에 따른 XRD 특성을 보여준다.
도 5은 종래 InGaAs/GaAs활성층과 InGaAs/GaAs1 - yPy 활성층의 GaAsP의 조성에 따른 PL 특성을 보여준다
도 6는 InGaAs/GaAs/GazIn1 - zP/GaAs/GaAsP 활성층에서 GaInP의 조성에 따른 PL특성을 보여준다.
도 7은 종래 InGaAs/GaAs활성층, 비교되는 InGaAs/GaAsP 활성층, 및 본 발명에 따른 InGaAs/GaAs/GazIn1 - zP/GaAs/GaAsP 활성층을 가진 1,000nm 적외선 발광다이오드에 대한 광학적 특성을 보여준다.
이하, 실시예를 통해서 본 발명을 상세하게 설명한다.
실시예 1
도 2는 MOCVD 시스템에 의해 교대로 InGaAs 양자우물층와 GaAsP 양자 장벽층이 교대로 적층되고, 상기 교대로 적층된 양자 우물층과 양자 장벽층 사이에 GaAs버퍼층/InGaP변형보정층/GaAs 구조로 이루어진 버퍼층이 있는 활성층을 가지는 1,000nm 적외선 발광다이오드 구조를 도식화한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 1,000nm 적외선 발광다오드(10)는 하부의 n형 GaAs기판 (18)과, n형 GaAs기판 위에 성장된 Al0 . 3Ga0 . 7As으로 이루어진 n형 하부 제한층(17)과, 상기 n형 하부 제한층(17) 위에 성장된 활성층(20)과, 상기 활성층(20) 위에 Al0 . 3Ga0 . 7As로 성장된 p형 상부 제한층(13)과, 적외선 발광다이오드의 전류 확산 효과와 방출 콘 영역 확대 효과를 위해 상기 p형 상부 제한층(13) 위에 5㎛ 두께로 성장된 Al0 . 2Ga0 . 8As로 이루어진 윈도우층(12)을 가진다. n형 GaAs기판(18)의 하부에 AuGeNi로 이루어진 하부 전극(19)를 형성하고, 윈도우층(12) 위에 AuZn 로 이루어진 상부 전극(11)을 형성하였다.
상기 활성층(20)은 In0 . 15Ga0 . 85As 양자우물(21)과 GaAs0 .91P0.09 양자장벽(22)이 교대로 5회 반복 성장되며, 양자 우물(21)과 양자 장벽(22) 사이에는 GaAs버퍼층(24)/Ga0.53In0.47P 변형 보정층(23)/GaAs버퍼층(24)이 성장된다. 상기 Ga0 . 53In0 .47P 변형 보정층(43)은 1,000 ppm의 인장 변형을 가진다. 도 2의 층 구조를 가지는 1,000 nm 중심 파장 다이오드(10)의 PL (photoluminescence)의 강도를 측정하였다. 결과를 도 7에 나타내었다. (InGaAs/GaInP/GaAsP0.09MQWs)
비교 실시예 1
활성층(20)의 구조가 도 3a와 같이 In0 . 15Ga0 . 85As 양자 우물층과 GaAs양자 장벽층이 교대로 5회 적층된 것을 제외하고는 실시예 1의 다이오드(10)와 동일한 구조를 가지는 발광 다이오드를 제조하고, PL(photoluminescence)의 강도를 측정하였다. 결과를 도 5a에 나타내었다.
비교 실시예 2-1
활성층(20)의 구조가 도 3b와 같이 In0 . 15Ga0 . 85As 양자 우물층과 GaAs0 .97P0.03 양자 장벽층이 교대로 5회 적층된 것을 제외하고는 실시예 1의 다이오드(10)와 동일한 구조를 가지는 발광 다이오드를 제조하고, PL(photoluminescence)의 강도를 측정하였다. 결과를 도 5b에 나타내었다.
비교 실시예 2-2
활성층(20)의 구조가 도 3b와 같이 In0 . 15Ga0 . 85As 양자 우물층과 GaAs0 .94P0.06 양자 장벽층이 교대로 5회 적층된 것을 제외하고는 실시예 1의 다이오드(10)와 동일한 구조를 가지는 발광 다이오드를 제조하고, PL(photoluminescence)의 강도를 측정하였다. 결과를 도 5b에 나타내었다.
비교 실시예 2-3
활성층(20)의 구조가 도 3b와 같이 In0 . 15Ga0 . 85As 양자 우물층과 GaAs0 .91P0.09 양자 장벽층이 교대로 5회 적층된 것을 제외하고는 실시예 1의 다이오드(10)와 동일한 구조를 가지는 발광 다이오드를 제조하고, PL(photoluminescence)의 강도를 측정하였다. 결과를 도 5b에 나타내었다.
실시예 2
실시예 1에서, 활성층(20)이 In0 . 15Ga0 . 85As 양자우물(21)과 GaAs0 .91P0.09 양자장벽(22)이 교대로 5회 반복 성장되며, 양자 우물(21)과 양자 장벽(22) 사이에는 GaAs버퍼층(44)/Ga0.50In0.50P 변형 보정층(43)/GaAs버퍼층(44)이 성장된다. 여기서, Ga0.50In0.50P 변형 보정층은 인장 변형을 가지지 않는다. 도 2의 층 구조를 가지는 1,000 nm 중심 파장 다이오드(10)의 PL (photoluminescence)의 강도를 측정하였다. 결과를 도 6에 나타내었다.
비교 실시예 3
실시예 1에서, 활성층(20)이 In0 . 15Ga0 . 85As 양자우물(21)과 GaAs0 .91P0.09 양자장벽(22)이 교대로 5회 반복 성장되며, 양자 우물(21)과 양자 장벽(22) 사이에는 GaAs버퍼층(44)/Ga0.47In0.53P 변형 보정층(43)/GaAs버퍼층(44)이 성장된다. 여기서, Ga0.47In0.53P 변형 보정층은 3,000 ppm의 압축 변형을 가진다. 1,000 nm 중심 파장 다이오드(10)의 PL (photoluminescence)의 강도를 측정하였다. 결과를 도 6에 나타내었다.
고찰
도 4는 (a) In0 . 15Ga0 . 85As 양자우물층과 (b) GaAs1 - yPy 변형 조정층들에 대한 XRD 특성을 보여준다. 모든 층들은 GaAs 기판상에 단일층으로 성장되어 omega-2theta 조건으로 스캔 되었다. GaAs 기판(32.9 arcsec) 기판을 기준으로, 더 낮은 arcsec 방향으로 이동시 압축변형(compressive strain) 특성을 가지며, 더 높은 arcsec 방향으로 이동시 인장변형 (tensile strain) 특성을 가진다.
도 4에서 도시한 바와 같이, 1,000nm 적외선 발광 다이오드의 광 방출 양자우물로 사용된 In0 . 15Ga0 . 85As 경우, 32.05 arcsec로 GaAs 기준(32.9 arcsec)에 대해 매우 높은 압축 변형 (+11,000ppm)을 가지고 있으며, GaAs1 - yPy는 인장 변형을 가진다. GaAs1 - yPy은 y 값이 커지면서 인장 변형 정도가 커지는 경향을 나타내었으며, GaAs0.97P0.03(-1,500 ppm), GaAs0 .94P0.06(-3,000 ppm), GaAs0 .91P0.09(-4,500 ppm)의 인장 변형을 가짐을 알 수 있다.
비교 실시예 1과 같이, 높은 압축 변형을 가지는 양자우물층이 압축 변형이 없는 GaAs 양자장벽층과 교대로 적층될 경우, 1,000 nm 중심 파장 발광 다이오드는 양자 우물층에 의한 압축 변형이 개선되지 않으면서, 도 5a에서 도시된 바와 같이, 4 unit의 낮은 PL강도를 가지게 된다.
비교 실시예 2-1, 2-2, 2-3과 같이, 높은 압축 변형을 가지는 양자우물층이 인장 변형을 가지는 GaAs1 - yPy 양자장벽층과 교대로 적층될 경우, 1,000 nm 중심 파장 발광 다이오드는 양자 우물층에 의한 압축 변형이 인장 변형을 가지는 양자 장벽층에 의해 일부 개선되어, 도 5b에서 도시된 바와 같이, 5~6 unit의 개선된 PL강도를 가지게 된다. 높은 인장 변형을 가지는 양자장벽층이 낮은 인장 변형을 가지는 양자장벽층에 비해서 상대적으로 높은 PL강도를 보여준다.
실시예 1 및 실시예 2, 비교 실시예 3 같이, In0 . 15Ga0 . 85As 양자 우물층과 GaAs0.91P0.09 양자장벽층이 교대로 적층된 상태에서, 양자 우물층과 양자 장벽층 사이에 변형 보정층인 GazIn1 - zP와 버퍼층인 GaAs가 GaAs/GazIn1 - zP/GaAs 복합층이 형태로 위치할 경우, P.L.(photoluminescense)특성은 변형 보정층인 GazIn1 - zP의 특성에 영향을 받는다.
비교 실시예 3과 같이, GazIn1 - zP 변형 조정 층이 Ga0 . 53In0 .47P의 형태로 압축 변형(compressive strain(z=0.53))을 가질 경우, PL intensity는 6.2 unit로 양자 우물층과 양자 장벽층 사이에 GaAs가 GaAs/GazIn1 - zP/GaAs 층이 없는 경우(비교 실시예 2-3)보다 약간 낮아지거나 거의 동일하였다.
반면, 실시예 1 과 같이, GazIn1 - zP 변형 조정 층이 Ga0 . 47In0 .53P의 형태로 인장 변형(compressive strain(z=0.53))을 가질 경우, PL intensity는 7.9 unit로 크게 증가하였다.
또한, 실시예 2과 같이, GazIn1 - zP 변형 조정 층이 Ga0 . 50In0 .50P의 형태로 Zero strain (x=0.5)을 가질 경우에도, PL intensity는 7.2로 크게 증가하였다. 이러한 결과는 GazIn1 - zP 변형 조정층의 tensile strain 특성이 In0 . 15Ga0 . 85As/GaAs0 .91P0.09 MQW 에서 발생된 변형 불균일 조건(compensation strain condition : +6500ppm)을 보다 균형적으로 조정하였음을 보여주며, 반대로 GazIn1 - zP 변형 조정층의 compressive strain 특성은 이러한 불균일 조건에 크게 영향을 주거나 좋지 못한 영향을 준다고 보여진다. 또한, GazIn1 - zP 변형 조건이 zero strain 경우에도 상당히 개선된 특성이 확인되었는데, 이러한 결과는 GazIn1 - zP 변형 조정층 적용시 경계면에 필수적으로 삽입되는 GaAs buffer 층에 의해 In0 . 15Ga0 . 85As/GaAs0 .91P0.09 MQW 층의 불균일성이 개선된 것이다.
10: 발광 다이오드
11: 상부 전극
12: 윈도우층
13: p형 제한층
17: n형 제한층
18: 기판
19: 하부 전극
20: 활성층
21: 양자우물
22: 양자장벽
23: 변형 보정층
24: 버퍼층

Claims (10)

  1. 압축 변형을 가지는 InxGa1-xAs 양자 우물층(0.13≤x≤0.15)과,
    인장 변형을 가지는 GaAs1-yPy(0.07≤y≤0.11) 양자 장벽층과,
    상기 양자 장벽층에 비해서 압축 변형이 작은 GaInP 변형 보정층과, 및
    GaAs 버퍼층을 포함하는 활성층을 가지며,
    여기서,
    상기 InGaAs 양자 우물층과 상기 GaAsP 양자 장벽층은 교대로 적층되며,
    GaInP 변형 보정층은 교대로 적층되는 InGaAs 양자우물층과 GaAsP 양자장벽층 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 적외선 발광 다이오드.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 GaAs 버퍼층은
    InGaAs 양자우물층과 GaInP 변형 보정층 사이와,
    상기 GaAsP 양자장벽층과 GaInP 변형 보정층 사이에 적층되는 것을 특징으로 하는 적외선 발광 다이오드.
  4. 제1항에 있어서, 상기 적외선 발광 다이오드는
    InGaAs 양자우물층과 GaAsP 양자장벽층이 교대로 적층되고,
    교대로 적층되는 InGaAs 양자우물층과 GaAsP 양자장벽층 사이에 GaAs 버퍼층/GaInP변형보정층/GaAs 버퍼층이 성장되어 적층된 것을 특징으로 하는 적외선 발광 다이오드.
  5. 제1항에 있어서, 상기 적외선 발광 다이오드는
    1,000 nm 중심파장을 가지는 적외선 발광 다이오드인 것을 특징으로 하는 적외선 발광 다이오드.
  6. 제1항 및 제3 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적외선 발광 다이오드는
    GaAs 기판;
    상기 기판에서 성장된 제1형 AlGaAs 하부 제한층;
    상기 제1형 AlGaAs 하부 제한층 위에 성장된 활성층과;
    상기 활성층 위에 성장된 제2형 AlGaAs 상부 제한층;
    상기 상부 제한층 위에 형성된 p형 윈도우층과;
    상기 p형 윈도우층과 상기 GaAs기판의 상면 및 하면에 각각 접하는 상부 전극 및 하부 전극을 가지는 가지는 것을 특징으로 하는 적외선 발광 다이오드.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 양자 우물층은 In0 . 15Ga0 . 85As이며,
    상기 양자 장벽층은 GaAs0 .91P0.09인 것을 특징으로 하는 적외선 발광 다이오드.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 GaInP 변형 보정층은 제로 스트레인 GaInP인 것을 특징으로 하는 적외선 발광 다이오드.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 GaInP 변형 보정층은 GazIn1 - zP이며, 여기서 0.50<z<0.59인 것을 특징으로 하는 적외선 발광 다이오드.
  10. 제1항에 있어서, 상기 GaAs는 비도핑 GaAs층인 것을 특징으로 하는 적외선 발광 다이오드.
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