KR19980014650A - 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치 - Google Patents

Abstract

광원 장치용 방출층(5)은 다층 구조를 가지도록 형성되어 있고, 억셉터 및 도너 불순물로 도핑된다. 상기 다층 구조는 양자 우물(QW) 구조 혹은 다중양자 우물(MQW) 구조(50)를 포함할 수 있다. 상기 구조를 이용하면, 상기 억셉터 도터 불순물의 원자 사이의 거리가 커지기 때문에, 상기 광원의 최고 파장이 제어될 수 있다. 몇몇 배치가 예를 들면, 상기 다층 구조의 각각의 복합층의 두께를 변화시키고, 이들의 조성비를 변화시키고, 상기 불순물로 도핑된 층 사이에 도핑되지 않은 층(5)을 형성하여 만들어질 수 있다. 또한, 도너 불순물 및 억셉터 불순물로 도핑하면 도너-억셉터 방출 메커니즘과 여분의 캐리어를 얻을 수 있기 때문에 자외선의 광도는 향상될 수 있다. 몇몇 배치는, 상기 광원의 광도를 높이기 위해 예를 들면 복합층의 재료를 최적화하고, 이들의 조성비를 최적화하고, 이들의 격자 상수를 최적화 함으로써 만들어질 수 있다.

Description

3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치

본 발명은 3족 니트라이드 화합물을 이용하고 다중 방출층을 가지는 반도체 발광 다이오드(light-emitting semiconductor diode)(LED) 및 레이저 다이오드(laser diode)(LD)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 청록색에서 청색까지의 가시 단파장 영역과 자외선 영역에서 방출 효율이 향상된 LED 및 LD에 관한 것이다.

알루미늄 갈륨 인듐 니트라이드(AlGaInN) 화합물 반도체는 청색 및 자외선을 방출하는 발광 다이오드(LED) 혹은 레이저 다이오드(LD)를 얻는데 사용될 수 있는 것으로 알려져 있다. 직접 전자 천이에 기인하는 높은 발광 효율과 삼원색 중 하나인 청색 빛을 방출하는 능력 때문에 상기 반도체 장치는 유용하다.

전자빔을 조사(照射)하고 열처리를 수행하면, 마그네슘(Mg)이 도핑된 i층은 p형 전도층으로 변한다. 그 결과, 알루미늄 갈륨 니트라이드(AlGaN) p층, 아연(Zn)이 도핑된 인듐 갈륨 니트라이드(InGaN) 방출층과, AlGaN n층으로 제조된 이중 헤테로(double hetero) p-n 접합 구조를 가지는 LED 혹은 LD가 얻어진다. 상기 LED 혹은 LD는 n층과 반(semi) 절연 i층을 구비하는 금속 절연물 반도체(metal insulator semiconductor)(MIS) 구조를 가지는 종래의 LED보다 반도체 시장에서 더욱 성장하고 있다.

도 6에 도시된 것과 같은, 높은 광을 방출하는 LED(10)는 일본 특허 출원 제113484/1994호(아직 공개되지 않았음)에 기재되어 있다. LED(10)의 GaInN 방출층(5)은 아연(Zn)과 실리콘(Si)으로 도핑되어 있고, 상기 방출층(5)의 두 평면은 인접한 AlGaN n층(4)과 AlGaN p층(61)을 가진 이중 헤테로 접합 구조를 형성한다. LED(10)의 최대 파장은 420nm과 450nm 사이에 있고 그 광도는 1000mcd이다. 청색의 높은 광도를 가진 상기 LED는 예를 들면, 다색(multicolor) 디스플레이 장치에 사용되기 때문에 수요가 많다.

약 500nm의 최대 파장으로 청녹색 혹은 암녹색을 띠는 광이 교통 신호등에 필요하지만, 종래의 LED(10)는 필요한 파장을 제공할 수 없다. 상기 요구를 충족시키기 위하여, 상기 방출층의 에너지 밴드폭은 상기 방출층(5)의 성분중 인듐(In)의 비를 증가시켜서 좁게할 필요가 있다. 또한, 상기 LED의 광도를 최대로 하기 위해 이들의 불순물 농도를 제어하여 억셉터 불순물과 도우너 불순물을 모두 방출층(5)으로 도핑된다.

그러나, 상기 방출층(5)의 조성물 중 In비를 증가시키고 억셉터와 도우너 불순물로 방출층을 도핑하는 상기 배치는 오히려 상기 억셉터와 도너 사이의 쿨롱 힘에 의해 발생도니 포텐셜 에너지를 크게 증가시키고, 전자 천이 에너지는 상기 포텐셜 에너지와 상기 억셉터와 도너 레벨 사이의 에너지 차의 합과 같게 된다. 상기 억셉터와 도너 레벨간의 에너지 차는 쿨롱 힘이 없는 경우의 에너지 차보다 실제로 더 크게 된다. 결국, 상기 최대 파장은 발광 스펙트럼에서 더 짧은 파장쪽으로 변화되어 500nm의 필요한 최대 파장을 얻을 수 없다.

도 10에 도시된 것과 같이, 다중 방출층 구조를 가진 갈륨 니트라이드 화합물 반도체 장치(20)는 공개 일본 특허 출원 제268257/1994호에 기재되어 있다. 상기 방출층은 3개의 In_0.2Ga_0.8N(44) 우물과 2개의 In_0.04Ga_0.96N(44') 장벽에 의해 형성된다. 이들 각각의 두께는 5 내지 50Å 범위에 있고 이들은 교대로 적층된다.

도 10의 장치(20)의 최대 파장은 여전히 대략 410 내지 420nm인데, 왜냐하면 상기 장치(20)의 방출 메커니즘은 발광 중심으로 작용하는 상기 우물(44)에 어떠한 불순물도 도핑하지 않고 형성된 내부 밴드 재결합(inter-band recombination)이기 때문이다. 상기 최대 파장은 교통 신호를 위해 필요한 500nm 파장을 충족시키지 못한다. 또한, 상기 장치(20)의 광도는 여전히 개선의 여지가 있다. 따라서, 더 넓은 최대 파장과 더 높은 광도를 가지는 LED가 필요하다.

InGaN와 AlGaN는 가시광선을 방출하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 장치의 방출층을 위한 대표적인 재료이다. InGaN가 상기 방출층에 이용되고 In의 조성비가 5.5% 혹은 그 이하일 때, 최대 파장 380nm인 자외선이 얻어지며 상기 장치의 방출 메커니즘은 내부 밴드 재결합이다. AlGaN가 방출층에 사용되고, 상기 방출층이 Zn과 Si로 도핑되고, Al의 조성비가 약 16%일 때, 최대 파장이 380nm인 자외선이 얻어지며 상기 장치의 방출 메커니즘은 상기 도너와 상기 억셉터의 에너지 레벨간의 전자 천이이다.

InGaN 혹은 AlGaN을 사용하는 상기 장치의 최대 파장이 만족스럽다 하더라도, 상기 장치의 발광 효율은 몇몇 이유 때문에 여전히 좋지 않다. InGaN으로 제조된 방출층은 저 성장 온도와 밴드간의 캐리어 재결합의 결과로 발생하는 불량한 결정성 때문에 낮은 발광 효율을 가진다. AlGaN으로 제조된 상기 방출층은 격자 상수의 불일치로 인한 전위(dislocation) 때문에 낮은 발광 효율을 가진다.

따라서, 본 발명의 제1목적은 3족 니트라이드 화합물을 이용하는 LED에 의해 생성된 청색에 대한 발광 효율을 향상시키고 상기 LED의 최대 파장을 약 500nm로 변화(연장)시키는 것에 있다.

본 발명의 제2목적은 3족 니트라이드 화합물을 이용하는 LED 혹은 LD에 의해 생성된 자외선의 발광 효율을 향상시키는 것에 있다.

본 발명의 제1형태에 의하면, 다중 방출층이 배치된다. 상기 억셉터 불순물과 상기 도너 불순물 사이의 거리를 넓히기 위하여 억셉터와 도너 불순물이 상기 다중 방출층의 각각의 복합층에 교대로 도핑된다.

본 발명의 제2형태에 의하면, 억셉터와 도너 불순물의 원자 사이의 거리를 넓게 하기 위하여 도너로 도핑된 층과 억셉터로 도핑된 층 사이에 도핑되지 않은 층이 배치된다.

통상적으로, 도너 불순물과 억셉터 불순물은 더 높은 광도를 얻기 위하여 단일 방출층으로 도핑된다. 그러나, 상기 구조를 가지는 LED로는 최대 파장을 제어하기 어렵고, 최대 파장의 길이를 증가시키는 것은 특히 어렵다. 본 발명의 발명자는 억셉터 불순물 원자와 도너 불순물 원자 사이의 거리가 가까워지면 천이하는 전자에 영향을 주고 상기 불순물 사이의 에너지 레벨 차이를 실질적으로 넓게하는 쿨롱 힘을 발생시킨다는 것을 연구결과 발견하였다. 결국, 더 긴 최대 파장은 얻어질 수 없다.

상기 방출의 최대 에너지 hν는 다음식에 의해 계산되고,

hν=Eg(ED+EA)+(q²/r)

식중 h는 플랑크 상수이고, ν는 광 주파수이고, Eg는 에너지 밴드 갭이고, ED는 상기 도너의 활성 에너지이고, EA는 상기 억셉터의 활성 에너지이고, r은 상기 도너 불순물과 상기 억셉터 불순물 원자 사이의 거리이고, q는 기본 전하량이다.

상기 식에서 알 수 있는 바와 같이, 더 긴 최대 파장은 더 큰 값 r 혹은 상기 억셉터 불순물과 상기 도너 불순물 원자간의 더 긴 거리에 의해 얻어진다. 본 발명의 발명자는 더 큰 값 r을 얻기 위한 몇몇 구조적인 배치를 제안한다. 즉, 방출층이 다층 구조로 형성되고, 상기 층의 복합층이 교대로 억셉터 불순물과 도너 불순물로 도핑된다. 또한, 상기 불순물로 도핑된 복합층의 두께 및/혹은 조성비는 필요한 최대 파장을 얻기 위하여 변경할 수 있다. 또한, 도핑되지 않은 층은 불순물로 도핑된 층 사이에 형성될 수 있고, δ 도핑과 같은 다른 모듈화 도핑(modulation doping)이 상기 합성층으로 불순물을 도핑하기 위해 사용될 수 있다.

상기 배치를 이용함으로써, 상기 거리 r는 커진다. 쿨롱 힘은 대략 층의 중심으로부터 평균거리의 다른 층의 중심까지의 거리와 일치하기 때문에, 상기 억셉터와 상기 도너 불순물의 원자에 의해 발생된 쿨롱 힘의 영향은 상기 거리 r을 넓힘으로써 실질적으로 감소될 수 있다.

결국, 상기 최대 파장은 의도한대로 즉, 450nm 내지 500nm의 더 긴 값으로 변화할 수 있다. 또한, 복합재료, 상기 재료의 조성비, 도핑 불순물, 상기 불순물의 농도 등과 같은 상기 방출층의 다른 조건을 선택 및 최적화하여 최대 광도를 얻을 수 있으므로 약 3000mcd의 청색의 높은 광도가 유지될 수 있다.

본 발명의 제3형태에 의하면, 억셉터 불순물과 도너 불순물 모두로 도핑된 적어도 한 세트의 우물과 장벽을 갖춘 양자 우물(QW) 구조를 가진 방출층이 배치된다.

상기 QW 구조는 출력 전력과 광도를 증가시키는데, 왜냐하면 상기 QW 구조는 각각 상기 우물의 갭보다 더 넓은 밴드 갭을 가지는 장벽에 의해 둘러싸여 있고, 상기 장벽으로부터 나온 캐리어가 상기 우물로 들어가서 광방출에 기여하기 때문이다. 결국, 광도가 향상된다. 또한, 상기 우물로 억셉터 불순물과 도너 불순물을 모두 도핑하면 상기 억셉터 불순물과 도너 불순물의 에너지 레벨 사이의 천이 때문에 최대 파장은 길어지고, 여분의 캐리어 때문에 광도는 향상된다. 또한, 상기 억셉터 불순물과 상기 도너 불순물은 더 높은 광도를 얻기 위하여 상기 우물과 장벽 모두로 도핑될 수 있다.

본 발명의 제4형태에 의하면, x1x2이고 적어도 한 세트의 Alx₂Ga₁-x₂N 장벽과 Alx₁Ga₁-x₁N 우물로 구성된 QW 구조를 가진 방출층이 배치된다.

Al의 몰 조성비는 약 380nm의 더 짧은 최대 파장을 얻기 위하여 15% 혹은 그 이상으로 설계된다. 상기 우물의 두껨는 50Å 내지 200Å 범위로 설계된다. 상기 우물의 두께는 50Å보다 더 얇지 않은 것이 양호한데, 왜냐하면 불순물이 인접층으로 퍼지거나 확산되기 때문이다. 상기 우물의 두께는 200Å보다 크지 않은 것이 양호한데, 왜냐하면 양자 효과를 기대할 수 없기 때문이다. 상기 장벽의 두께는 50Å 내지 200Å 범위로 설계된다. 상기 장벽의 두께는 50Å보다 작지 않은 것이 양호한데, 왜냐하면 상기 우물의 캐리어 억제 효율이 떨어지기 때문이다. 상기 장벽의 두께는 200Å보다 크지 않은 것이 양호한데, 왜냐하면 양자 효과를 기대할 수 없기 때문이다. 또한, 200Å보다 더 두꺼운 장벽은 양호하지 않은데, 왜냐하면 상기 장벽은 도핑되지 않을 때 큰 저항률을 가지고, 불순물로 도핑될 때 전위로 인한 균열을 가질 수 있기 때문이다.

QW 방출층으로 도핑된 상기 억셉터 불순물과 도너 불순물의 양호한 불순물 농도는 각각 1×10¹⁷/cm³내지 1×10²⁰/cm³범위에 있다. 각 불순물의 농도는 1×10¹⁷/cm³보다 더 낮지 않은 것이 양호한데, 왜냐하면 발광 중심의 부족으로 인해 발광 효율이 떨어지기 때문이다. 각 불순물의 농도는 1×10²⁰/cm³보다 더 높지 않은 것이 양호한데, 왜냐하면 결정성이 불량하고 오제 효과(Auger effect)가 나타나기 때문이다.

InGaN보다 더 나은 결정성을 가진 상기 방출층에 대하여 AlGaN을 사용하면 발광 효율은 향상된다. 그리고 또한, 상기 방출층은 불일치 격자 상수가 넓어지는 것을 방지하기 위하여 QW의 초격자 구조(super lattice structure)로 이루어진다. 결국, 상기 우물의 결정성과 발광 효율은 향상된다. 또한, 억셉터 불순물과 도너 불순물을 상기 우물 혹은 상기 우물과 상기 장벽 모두에 도핑하여 형성된 도너 억셉터 쌍 방출층은 발광 효율을 향상시킨다.

본 발명의 제5형태에 의하면, 적어도 한 세트의 Al_x1Ga_y1In_1-x1-y1N 우물과 금지대(forbidden band)가 상기 우물보다 더 넓은 Al_x2Ga_y2In_1-x2-y2N 장벽을 포함하는 QW 방출층이 배치된다. 상기 우물 혹은 상기 우물 및 상기 장벽 모두는 도너 불순물 혹은 억셉터 불순물로 도핑된다. 따라서, 도너 혹은 억셉터 에너지 레벨이 상기 우물 내에서 형성되거나 상기 우물과 장벽 모두에 형성되어, 도너 혹은 억셉터 에너지 레벨의 형성에 기인하는 전자와 정공(hole) 사이의 재결합 가능성이 증가한다. 결국, 발광 효율이 크게 향상된다. 또한, 인듐(In)의 조성비와 불순물 농도가 최적화 되어 의도된 최대 파장과 광도가 균형을 이룬다.

본 발명의 다른 목적, 특징, 특성은 본 명세서의 일부를 이루고 있는 첨부도면을 참조한 다음의 설명 및 특허청구범위를 통하여 명확해 질 것이며, 도면에 있어서 동일부호는 동일부분을 나타낸다.

도 1은 실시예 1의 LED 구조를 도시한 도면(하기에 상술됨).

도 2는 실시예 1의 다중 방출층 구조를 도시한 설명도.

도 3a 및 3b는 실시예 2의 다중 방출층 구조를 도시한 도면.

도 4a 및 4b는 실시예 3의 다중 방출층 구조를 도시한 도면.

도 5a 내지 도 5c는 실시예 4의 다중 방출층 구조를 도시한 도면.

도 6은 LED의 구조를 도시한 도면.

도 7은 실시예 5의 LED 구조를 도시한 도면.

도 8은 실시예 5의 다중 방출층 구조를 도시한 설명도.

도 9는 실시예 6의 다중 방출층 구조를 도시한 도면.

도 10은 종래의 LED 구조를 도시한 도면.

도 11은 실시예 7의 LED 구조를 도시한 도면.

도 12 내지 15는 실시예 7에 기술된 LED 제조 공정을 도시한 단면도.

도 16은 실시예 8의 다중 방출층 구조를 도시한 도면.

도 17은 실시예 9의 다중 방출층 구조를 도시한 도면.

도 18은 실시예 11의 LED 구조를 도시한 도면.

도 19는 실시예 11의 다중 방출층 구조를 도시한 설명도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1:사파이어 기판2:AlN 완충층

3:n⁺층4:AlGaN n층

5:GaInN 방출층7,8:니켈 전극

10:LED61:AlGaN p층

62:제2접촉층63:제1접촉층

본 발명은 다음 실시예를 참조함으로서 더욱 충분히 이해할 수 있을 것이다.

[실시예 1]

도 1은 실시예 1에서 실시된 LED(100)를 나타내고, 도 2는 도 1에 도시된 상기 LED에 대응하는 적층 구조를 나타내고, 더욱 상세하게는 다층으로 된 방출층(5)를 나타낸다. 이것은 사파이어(Al₂O₃) 기판(1)을 가지며 상기 기판상에는 두께가 500Å인 질화 알루미늄(AlN) 완충층(2)이 형성된다. 계속하여, 2개의 n형 층이 상기 AlN 완충층(2)상에 형성되고, 실리콘(Si)이 도핑된 약 2.0μm 두께의 GaN은 2×10¹⁸/cm³을 가지는 높은 캐리어 농도의 n⁺층(3)을 형성하고, 두께가 약 2.0μm이고 Si가 도핑된 Al_x2Ga_1-x2N은 8×10¹⁷/cm³의 전자 농도를 가지는 n형 클래드 층(4)을 형성한다.

상기 n형 클래드 층(4)상에는, 두께가 약 0.52μm이고 다층 구조를 가지는 방출층(5)이 도 2에 도시된 것과 같이 형성된다. 상기 방출층(5)은 0y1이고 마그네슘(Mg)과 아연(Zn)이 도핑된 Ga_yIn_1-yN 및 0y1이고 Mg와 Si가 도핑된 Ga_yIn_1-yN으로 이루어진 13개의 A층(511)과 13개의 D층(512)을 각각 구비한다. 이런 2종류의 층 중 하나는 각각 교대로 반복해서 서로 적층된다. 상기 D층(512)중 하나는 n형 클래드 층(4)상에 형성된 최하위 층이다. 3개의 p층은 방출층(5)상에 형성되고, 두께가 약 1.0μm이고 Mg가 도핑된 Al_x1Ga_1-x1N는 5×10¹⁷/cm³의 홀 농도가 1×10²⁰/cm³의 Mg 농도를 가진 클래드 층으로 작용하는 p층(61)을 형성하고, Mg가 도핑된 약 0.2μm 두께의 GaN은 5×10 17/cm³의 홀 농도와 1×10²⁰/cm³의 Mg 농도를 가진 제2접촉층으로 작용하는 p층(62)을 형성하고, Mg가 도핑된 약 500Å 두께의 GaN은 2×10¹⁷/cm³의 홀 농도와 2×10²⁰/cm³의 Mg 농도를 가진 제1접촉층으로 p층(63)을 형성한다. 니켈 전극(7,8)은 각각 상기 제1접촉층(63)에 접속되고 니켈 전극(8)은 또한 상기 n⁺층(3)에 접속된다. 상기 전극은 홈(9)에 의해 서로 전기적으로 절연되어 있다.

LED(100)는 이하에 MOVPE라고 칭하는 금속 유기 기상 에피택시(metal organic vapor phase epitaxy)라고 하는 기상 에피택셜 성장(gaseous phase epitaxial growth)에 의해 제조된다.

상기 공정에 사용된 기체는 암모니아(NH₃), 캐리어 기체(H₂또는 N₂), 트리메틸 갈륨(Ga(CH₃)₃)(이하 TMG), 트리메틸 알루미늄(Al(CH₃)₃)(이하 TMA), 트리메틸 인듐(In(CH₃)₃)(이하 TMI), 디에틸아연((Zn(C₂H₂)₂)(이하 DEZ), 실란(SiH₄)과, 바이시클로펜타디에닐 마그네슘(Mg(C₅H₅)₂)(이하 CP₂Mg)이다.

단결정 사파이어 기판(1)은 상기 MOVPE 처리를 위하여 반응 챔버 내의 서셉터 상에 위치되었고, 상기 기판의 주면(main surface) 'a'은 유기 세정 용제와 열 처리에 의해 세정되었다. 다음에 상기 사파이어 기판(1)은 대기압 하에서 30분 동안 2liter/min의 유량으로 상기 챔버로 공급되는 H₂증기에 의해 1100℃에서 소결되었다.

두께가 500Å인 AlN 완충층(2)은 상기 챔버내의 온도를 400℃로 낮추어 온도를 일정하게 유지하고, 90초 동안 유량 20liter/min인 H₂와 10liter/min인 NH₃와, 1.8×10^-5mol/min인 TMA를 동시에 공급하도록 제어된 상태에서 에칭된 사파이어 기판(1)의 상기 면 'a'상에 형성되었다. Si가 도핑된 두께가 약 2.0μm인 GaN, 약 2×10¹⁸/cm³의 전자 농도를 가진 높은 캐리어 농도의 n⁺층(3)은 상기 사파이어 기판(1)의 온도를 1150℃로 유지하고 30분 동안 유량 15liter/min인 H₂, 8liter/min인 NH₃, 1.7×10-4mol/min인 TMG와, H₂에 의해 0.86ppm으로 희석된 5×10-8mol/min인 실란을 동시에 공급하도록 제어된 상태에서 상기 완충층(2) 상에 형성되었다.

다음의 제조 공정을 이용하여, 다층 구조를 가진 방출층(5)을 n형 클래드 층(4)과 p층(61) 사이에 형성할 수 있으며, 방출층(5)은 활성층으로 작용하고 n형 클래드 층(4)과 p층(61)은 클래드 층으로 작용하고, 본 실시예의 상기 LED(100)는 발광 스펙트럼에서 최대 파장이 500nm이고 Zn과 Si의 발광 중심을 가지는 광을 방출하도록 설계된다.

Si가 도핑된 약 2.0μm 두께의 Al_0.1Ga_0.9N는 전자 농도가 8×10¹⁷/cm³인 n형 클래드 층(4)을 형성하고, 상기 층은 사파이어 기판(1)의 온도를 1000℃로 유지하고 20분 동안 유량 10liter/min인 N₂혹은 H₂, 10liter/min인 NH₃, 1.12×10^-4mol/min인 TMG, 0.47×10^-4mol/min인 TMA와, H₂에 의해 0.86ppm으로 희석된 8×10^-9mol/min인 실란을 동시에 공급하도록 제어된 상태에서 n⁺층(3)상에 형성되었다.

Si가 도핑된 두께가 약 200Å인 Ga_yIn_1-yN층(512)(D층)은 상기 사파이어 기판(1)의 온도를 850℃로 유지하고, 4분 동안 유량 20liter/min인 N₂혹은 H₂, 10liter/min인 NH₃, 1×10^-5mol/min인 TMG, 1×10^-4mol/min인 TMI, 2×10^-4mol/min인 CP₂Mg와, H₂에 의해 0.86ppm으로 희석된 5×10^-9mol/min인 실란을 동시에 공급하도록 제어된 상태에서 n형 클래드 층(4) 상의 다중 방출층(5)의 최하위 층으로 형성되었다. 그 다음에, 실란을 2×10^-6mol/min인 DEZ로 대체한 후, Zn이 도핑된 두께가 약 200Å인 Ga_yIn_1-yN층(511)(A층)이 상기 D층(512)을 형성하는데 이용된 조건과 같은 상태에서 상기 D층(512)상에 형성되었다. 다시, Si가 도핑된 두께가 200Å인 Ga_yIn_1-yN(512)이 상기 A층(511) 상에 형성되었다. 이런 방식으로, 상기 D층(512)과 A층(511)은 반복해서 교대로 형성되어 도 2에 도시된 것처럼 두께가 약 0.52μm인 다중 방출층(5)을 형성한다. 상기 단계에서, 상기 다중 방출층(5)은 높은 저항률을 나타내었다. 상기 다중 방출층(5)으로 도핑된 Mg, Zn과 Si의 불순물 농도는 각각 1×10¹⁹/cm³, 5×10¹⁸/cm³와, 5×10¹⁸/cm³이다.

Mg가 도핑된 두께가 약 1.0μm인 Al_0.1Ga_0.9N p층(61)은 상기 사파이어 기판(1)의 온도를 1000℃로 유지하고, 20분 동안 유량 10liter/min인 N₂혹은 H₂, 10liter/min NH₃, 1.12×10^-4mol/min인 TMG, 0.47×10^-4mol/min인 TMA와, 2×10^-4mol/min인 CP₂Mg을 동시에 공급하도록 제어된 상태에서 상기 다중 방출층(5)상에 형성되었다. 상기 p층(61)의 저항률은 절연 특성을 나타내는 10⁸Ω·cm 혹은 그 이상이었다. 상기 p층(61)으로 도핑된 Mg의 불순물 농도는 1×10²⁰/cm³였다.

Mg가 도핑된 두께가 약 0.2μm인 GaN의 제2접촉층(62)은 상기 사파이어 기판(1)의 온도를 1000℃로 유지하고, 10분 동안 유량 10liter/min인 N₂혹은 H₂, 10liter/min인 NH₃, 1.12×10^-4mol/min인 TMG와, 1×10^-4mol/min인 CP₂Mg을 동시에 공급하도록 제어된 상태에서 p층(61)상에 형성되었다. 상기 p층(62)의 저항률은 절연 특성을 나타내는 10⁸Ω·cm 정도였다. 상기 GaN층(62)으로 도핑된 Mg의 불순물 농도는 1×10²⁰/cm³이었다.

Mg가 도핑된 두께가 약 500Å인 GaN의 제1접촉층(63)은 상기 사파이어 기판(1)의 온도를 1000℃로 유지하고, 2분 동안 유량 10liter/min인 N₂혹은 H₂, 10liter/min인 NH₃, 1.12×10^-4mol/min인 TMG와, 4×10^-4mol/min인 CP₂Mg을 동시에 공급하도록 제어된 상태에서 GaN층(62)상에 형성되었다. 상기 제1접촉층(63)의 저항률은 절연 특성을 나타내는 10⁸Ω·cm 혹은 그 이상이었다. 상기 GaN층(63)으로 도핑된 Mg의 불순물 농도는 2×10²⁰/cm³이었다.

그 다음에, 전자선이 균일하게 상기 제1접촉층(63), 상기 제2접촉층(62), 상기 p층(61)과, 다중 방출층(5)으로 반사 전자선 회절 장치를 이용하여 조사되었다. 상기 조사 조건은 가속 전압에 대하여 10KV, 샘플 전류에 대하여 1μA, 주사선(scanning beam)의 속도에 대하여 0.2mm/sec, 빔 애퍼처(beam aperture)에 대하여 60μmψ와, 5.0×10Torr의 진공으로 설정되었다. 상기 조사는 절연 제1접촉층(63), 제2접촉층(62), p층(61)과, 다중 방출층(5)을 각각 홀 농도가 7×10¹⁷/cm³, 5×10¹⁷/m³, 3×10¹⁷/cm³, 2×10¹⁷/cm³이고 저항률이 0.5Ω·cm, 0.8Ω·cm, 1.5Ω·cm와 2Ω·cm인 p형 도전 반도체로 변화시켰다. 결국, 도 2에 도시된 것과 같이 다층 구조를 가진 웨이퍼가 얻어졌다.

다수의 원소를 가지는 상기 웨이퍼는 종래의 공정에 의해 처리될 수 있고 실용 및 공업 규격에 따라서 개개의 장치로 분할되거나 주사위 모양으로 절단될 수 있다.

상기 얻어진 LED(100)는 20mA의 구동 전류와 4V의 구동 전압에서의 발광 스펙트럼에 있어서 2000mcd의 광도와 480nm의 최대 파장을 가지는 것으로 나타났다. 상기 LED(100)의 광도는 종래의 LED의 광도보다 2배 더 강하고 최대 파장은 교통 신호등에 필요한 500nm에 더욱 가까와졌다.

[실시예 2]

도 3A와 3B는 각각 실시예 2에 의한 다층 구조를 가진 방출층(5)의 구조를 도시한다. 도 3A의 방출층(5)은 Mg와 Zn이 도핑된 InGaN의 25개의 A층(521)과 Mg와 Si가 도핑된 GaN의 25개의 D층(522)을 가지고, 도 3B의 방출층은 Mg와 Zn이 도핑된 InGaN의 34개의 A층(523)과 Mg와 Si가 도핑된 GaN의 34개의 D층(524)을 가진다. 실시예 2와 실시예 1의 방출층(5) 사이의 차이는 복합층의 두께와 상기 층을 형성하기 위해 사용된 재료에 있다.

상기 사파이어 기판(1)에서 상기 n형 클래드 층(4)까지의 층은 상기 공정에 의해 제조되었다. 도 3A에 도시된 것과 같이, Mg와 Si가 도핑된 두께 100Å인 GaN층(522)(D층)은 상기 사파이어 기판(1)의 온도를 850℃로 유지하고 2분 동안 유량이 20liter/min인 N₂, 10liter/min인 NH₃, 1×10^-5mol/min인 TMG, 2×10^-4mol/min인 CP₂Mg와, H₂에 의해 0.86ppm으로 희석된 5×10^-9mol/min인 실란을 동시에 공급하도록 제어된 상태에서 상기 n형 클래드 층(4)상에 다중 방출층(5)의 최하위 층으로 형성되었다. 상기 실란을 2×10^-6mol/min인 DEZ로 대체하고, 부가적으로 1×10^-4mol/min인 TMI를 공급하여, Mg와 Zn이 도핑된 두께가 약 100Å인 In_0.15Ga_0.85N층(521)(A층)이 일반적으로 상기 GaN층(522)을 형성하기 위해 사용된 것과 같은 조건하에서 상기 GaN층(522)(D층)상에 형성되었다. 상기 방법으로, GaN층(522)과 InGaN층(521)은 반복해서 교대로 적층되어 두께가 약 0.5μm인 전체 다중 방출층(5)을 형성한다. 상기 D층과 A층의 수는 각각 25개, 즉 상기 방출층은 모두 50개의 복합층을 가진다. 상기 방출층(5)으로 도핑된 Mg, Zn과, Si의 불순물 농도는 각각 1×10¹⁹/cm³, 1×10¹⁹/cm³, 8×10¹⁸/cm³이다.

도 3B는 상기 다중 방출층(5)의 다른 변형을 도시한다. 도 3B의 상기 방출층(5)의 합성 재료는 도 3A의 재료와 같다. 차이점은 Mg, Zn과 Si를 포함하는 불순물이 도핑되었다는 점과 각 복합층의 두께게 있다. Zn과 Mg는 두께가 50Å인 상기 GaN층(524)(A층)으로 도핑되었고, Si와 Mg는 두께가 100Å인 In_0.15Ga_0.85N층(523)(D층)으로 도핑되었다. 상기 D층(523)가 상기 A층(524)의 수는 각각 34개였고, 상기 방출층(5)은 두께가 0.51μm인 모두 68개의 복합층을 가진다. 상기 방출층(5)으로 도핑된 Mg, Zn과 Si의 불순물 농도는 각각 1×10¹⁹/cm³, 5×10¹⁸/cm³, 5×10¹⁸/cm³였다.

상기 클래드 층(61)과 같은 다른 층을 형성하기 위해 이용된 공정은 실시예 1에서 LED(100)에 대하여 전술한 공정과 같다.

도 3A와 3B의 각각의 다중 방출층 구조를 갖춘 얻어진 LED는 광도와 최대 파장에서 만족스러운 것으로 나타났고, 각각 20mA의 구동 전류와 4V의 구동 전압에서, 전자는 광도가 3000mcd이고 최대 파장이 500nm이며 후자는 광도가 2500mcd이고 최대 파장이 490nm이다.

[실시예 3]

도 4A와 4B는 각각 실시예 3에 의한 다중 방출층(5)의 구조를 도시한다. 도 4A의 방출층(5)은 Zn 농도가 5×10¹⁸/cm³인 도핑된 In_0.08Ga_0.92N층의 25개의 A층(531)을 가지고, Si 농도가 5×10¹⁸/cm³인 Si가 도핑된 Al_0.1Ga_0.9N층의 25개의 D층(532)을 가지고, 도 4B도의 방출층은 Si 농도가 2×10¹⁸/cm³인 Si가 도핑된 In_0.08Ga_0.92N층의 25개의 D층(533)과 Zn 농도가 1×10¹⁸/cm³인 Zn이 도핑된 Al_0.1Ga_0.9N의 25개의 A층(534)을 가진다. 상기 A층과 D층은 교대로 반복해서 적층되었고, 각각 100Å의 두께를 가진다. 상기 D층(532)과 A층(534)은 최하위 층이다. 전체 방출층(5)은 두께가 약 0.5μm이고 복합층의 총 개수는 50개이다. 상기 장치의 다른 부분은 실시예 1에 상술된 것과 같이 제조된다.

각각의 도 4A와 도 4B의 다중 방출층(5)을 갖춘 얻어진 LED는 20mA의 구동 전류와 4V의 구동 전압에서, 2500 내지 3000mcd의 광도와 490nm의 최대 파장을 가지는 것으로 나타났다.

실시예 1 내지 3에서, 방출층(5)의 각각의 복합층(511,512,521,522,523,524,531,532,533과 534)의 양호한 두께는 50Å에서 500Å이다. 상기 쿨롱 힘은 실질적으로 감소될 수 없기 때문에 상기 복합층은 50Å보다 더 얇지 않는 것이 양호하다. 또한, 상기 복합층은 500Å보다 더 두껍지 않는 것이 양호한데, 왜냐하면 상기 두께에서는 도너 억셉터 쌍의 방출은 거의 일어나지 않기 때문이다.

[실시예 4]

도 5A 내지 5C는 다중 방출층(5)의 구조적인 변경을 도시한다. 도 5A에 도시된 것과 같이, 두께가 50Å인 도핑되지 않은 층(540)은 도너가 도핑된 D층(541)과 억셉터가 도핑된 A층(542) 사이에 형성될 수 있다. 도 5B에 도시된 것과 같이, 얇은 도너가 도핑된 D층(544)과 얇은 억셉터가 도핑된 A층(545)은 일정한 조성비를 가진 도핑되지 않은 층(543) 내에서 교대로 반복하여 형성된다. 도 5C에 도시된 것과 같이, 얇은 도너가 도핑된 D층(548)과 얇은 억셉터가 도핑된 A층(549)은 각각 δ도핑과 같은 모듈화 도핑을 이용하여, 도핑되지 않은 층(546)과 상기 도핑되지 않은 층(546)과는 다른 조성비를 가진 다른 도핑되지 않은 층(547) 내에서 형성될 수 있다.

또한, 상기 복합층(540,543,546과 547)은 Mg가 도핑된 p형 반도체 층일 수 있다. 각각의 도핑되지 않은 층(540)의 상기 양호한 두께, 혹은 상기 D층(544)과 상기 A층(545) 사이의 거리는 50Å에서 500Å까지이다. 각각의 상기 도핑되지 않은 층(540)은 50Å보다 더 얇지 않는 것이 양호한데, 왜냐하면 쿨롱 힘이 실질적으로 감소될 수 없기 때문이다. 각각의 상기 도핑되지 않은 층(540)은 500Å보다 더 두껍지 않은 것이 양호한데, 왜냐하면 상기 두께에서는 도너 억셉터 쌍의 방출이 거의 일어나지 않기 때문이다.

실시예 1내지 4에서, LED(100)는 다중 방출층(5)보다 밴드 갭이 더 넓은 2개의 인접한 층, p층(61)과 n형 클래드층(4) 사이에 끼워져 있는 다중 방출층(5)을 포함하는 이중 헤테로 접합 구조를 가진다. 또한, 상기 다중 방출층(5)의 격자 상수는 상기 p층(61)과 상기 n형 클래드층(4)의 격자 상수와 일치하지 않는데, 왜냐하면 전자는 주로 InGaN 화합물로 제조되고 후자는 AlGaN이기 때문이다. Al_xIn_yGa_1-x-yN으로 상기 3개의 층을 형성하고 이들의 격자 상수를 높은 캐리어 농도의 n⁺층(3)의 격자 상수와 같도록 설게하는 것이 더 양호할 것이다.

실시예 1 내지 4에서, 상기 다중 방출층(5)의 복합층으로 도핑된 각각의 Zn과 Si의 양호한 농도는 광도를 향상시키기 위해서는 1×10¹⁷/cm³내지 1×10²⁰/cm³범위에 있는 것으로 나타났다. 각각의 Zn과 Si의 더 양호한 농도는 1×10¹⁸/cm³에서 1×10¹⁹/cm³범위이내이다. 불순물 농도가 1×10¹⁸/cm³보다 더 낮을때, 도핑 불순물은 광도에 영향을 거의 미치지 않는다. 상기 불순물 농도가 1×10¹⁹/cm³보다 더 높을 때, 상기 방출층의 결정성은 떨어지게 된다.

실시예 1 내지 4에서, 상기 접촉층은 Mg로 높게 도핑된 제1접촉층(63), 상기 제1접촉층(63)의 Mg 농도에 비하여 더 낮은 농도로 도핑된 제2접촉층(62)을 포함하는 이중층 구조를 가진다. 또한, 상기 다중 방출층(5) 보다 더 높게 도핑된 단지 Mg로만 도핑된 접촉층이 전극(7,8) 아래에 형성될 수 있다. 상기 접촉층에 대한 적절한 Mg 농도는 전도성을 최적화하는 1×10¹⁹/cm³내지 1×10²¹/cm³범위에 있다. 또한, Mg는 상기 방출층(5)으로 도핑되지 않을 수도 있다. 즉, 상기 방출층의 도전형은 임의로 할 수 있다.

GaN이 상기 접촉층(62,63)의 재료로 사용되었지만, 혼합 재료 혹은 P형 nxGa_1-xN의 결정이 대신 사용될 수도 있다.

실시예 1 내지 4에서, Mg와 Zn이 억셉터 불순물로 이용될 수 있고 Si가 도너 불순물로 이용될 수 있다. 또한, 2족 원소인 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 카드뮴(Cd)과, 수은(Hg)이 억셉터 불순물로 사용될 수 있고, 4족 원소인 하나이상의 탄소(C), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb)이 도너 불순물로 사용될 수 있다. 또한, 하나 이상의 4족 원소가 억셉터 불순물로 사용될 수 있고 상기 6족 원소인 하나 이상의 황(S), 셀레늄(Se)과, 텔루르(Te)가 도너 불순물로 사용될 수 있다.

N₂기체 분위기에서 가열 어닐링(heat annealing), 열 처리, 혹은 레이저 조사가 p형 도전성을 얻기 위해 전자 조사 대신에 이용될 수 있다.

또한, 상기 방출층(5), n층(4), 및 p층(61,62,63)은 임의의 조성비를 가진 Al_xGa_yIn_1-x-yN으로 제조될 수 있다.

[실시예 5]

도 7은 다중 양자 우물(MQW) 방출, 혹은 활성층(50)을 포함하는 LED(200)를 도시하고, 도 8은 상기 층의 상세를 도시한다. Zn과 Si가 도핑된 Al_x3In_y3Ga_1-x3-y3N의 25개의 우물(522)과 Mg가 도핑된 Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N의 26개의 장벽(551)이 연속해서 교대로 형성된 상기 MQW 방출층(50)은 2개의 클래드층, 즉 Si가 도핑된 Al_x4In_y4Ga_1-x4-y4N n형 클래드층(4)과 Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N p형 층(61) 사이에 끼워져있다. 상기 우물(552)과 장벽(551)의 두께는 각각 100Å이다.

상기 상술한 공정은 상기 사파이어 기판(1)으로부터 n형 클래드층(4), 삼중 p층 구조(6) 등의 범위에 걸치는 층을 형성하는데 이용되었다.

Mg가 도핑된 두께 100Å의 Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N 장벽(551)은 상기 MQW 방출층(50)의 최하위 층으로, 상기 사파이어 기판(1)의 온도를 850℃로 유지하고 2분 동안 유량이 20liter/min인 N₂혹은 H₂, 10liter/min인 NH₃, 1×10^-5mol/min인 TMG, 1×10^-4mol/min인 TMI와, 2×10^-4mol/min인 CP₂Mg을 동시에 공급하도록 제어된 상태에서 상기 n형 클래드층(4) 상에 형성되었다. 그 다음에, CP₂Mg를 2×10^-6mol/min인 DEZ로 대체하고 실란을 5×10^-9mol/min인 H₂에 의해 0.86ppm으로 희석하여 상기 상태를 변화시키면, Zn과 Si가 도핑된 두께 100Å의 Al_x3In_y3Ga_1-x3-y3N 우물(552)은 상기 장벽(551)과 일반적으로 같은 조건에서 형성되었다. 상기 장벽(551)과 상기 우물(552)은 전체 두께가 약 0.51μm인 전체 MQW 방출층(50)을 형성하도록 반복해서 교대로 형성되었다. 상기 단게에서, 상기 다중 방출층(50)은 높은 저항률을 나타내었다. 상기 장벽(551)으로 Mg가 도핑된 불순물 농도는 1×10²⁰/cm³이었고, 상기 우물(552)로 도핑된 Zn과 Si의 불순물 농도는 각각 5×10¹⁸/cm³, 5×10¹⁸/cm³이다.

그 다음에, LED(200)의 나머지 부분은, Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N p층(61), 제2접촉층으로 작용하는 Mg가 도핑된 GaN층(62), 제1접촉층으로 작용하는 높은 캐리어 농도의 Mg가 도핑된 GaN층(63)을 구비하는 삼중 클래드층(6)을 먼저 상술한 공정을 이용하여 형성하였다. 절연 제1접촉층(63), 제2접촉층(62), p층(61)과, MQW 방출층(50)을 각각 7×10¹⁷/cm³, 5×10¹⁷/cm³, 3×10¹⁷/cm³와, 2×10¹⁷/cm³의 홀 농도와 0.5Ω·cm, 0.8Ω·cm, 1.5Ω·cm, 2.0Ω·cm의 저항률을 가진 p형 도전 반도체로 변화시키기 위하여, 실시예 1에서 상술한 것과 같은 상태에서 전자가 조사되었다. 따라서, 도 8에 도시된 것과 같이 다중 구조 층을 가진 웨이퍼가 얻어졌다. 다수의 원소를 가진 상기 웨이퍼는 종래의 공정에 의해 처리될 수 있고 개개의 장치로 분할되거나 혹은 주사위 모양으로 절단될 수 있다.

MQW 방출층(50)을 갖춘 얻어진 상기 LED(200)는 광도가 5000mcd이고 최대 파장이 490nm인 것으로 나타났다. 상기 광도는 종래의 LED의 3배였고, 최대 파장은 교통 신호등에 필요한 최대 파장 500nm에 만족할 수 있을 정도로 가까워졌다.

상기(200)의 발광 스펙트럼에서 최대 파장이 변환되었는데(길어졌음), 왜냐하면 억셉터 Zn과 도너 Si의 에너지레벨 사이의 천이 거리가 MQW 방출층(50)의 베이스 재료의 거리보다 더 짧기 때문이다. 또한, LED(200)의 광도가 크게 향상되었는데, 왜냐하면 Mg 도핑으로 인한 p형 도전을 가지며 상기 우물(552)로 들어가는 인접 장벽(551)으로부터 많은 캐리어가 있기 때문이며, 상기 억셉터와 상기 도너의 에너지 레벨 사이의 광도가 향상되기 때문이다.

[실시예 6]

도 9는 실시예 6의 MQW 방출층(50)의 변화를 도시한다. 실시예 6과 실시예 5에서 MQW 방출층(50) 사이의 차이점은 Mg가 상기 장벽으로 도핑되는가의 여부에 있다. 실시예 5에 사용된 것과 같은 우물이 실시예 6에 사용되었다. 즉, 실시예 6의 MQW 방출층(50)은 Zn과 Si가 도핑된 Al_x3In_y3Ga_1-x3-y3N의 25개의 우물(562)과 도핑되지 않은 Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N의 26개의 장벽(561)을 포함한다. 상기 복합층(562,561)은 각각 두께가 100Å이고 두께가 약 0.51μm인 전체 방출층(50)을 형성하도록 반복해서 교대로 형성된다. 상기 장벽(561)중 1개는 상기 n형층(4)상에 형성된 최하위층이다. 상기 우물(562)로 도핑된 Zn과 Si의 불순물 농도는 각각 5×10¹⁸/cm³과 5×10¹⁸/cm³였다.

장벽(561)이 p형 전도를 가지지 않아도, 상기 효과는 실시예 5의 효과와 같았다. 도핑되지 않은 장벽(561)과 Zn과 Si가 도핑된 우물(562)을 이용하여 얻어진 상기 LED는 20mA의 구동 전류와 4V의 구동 전압에서 4000mcd의 광도와 490nm의 최대 파장을 가지는 것으로 나타났다. 상기 광도는 종래의 LED 광도의 2배이고, 최대 파장은 발광 스펙트럼에서 500nm가 필요한 교통 신호 최대 파장에 적합하였다.

실시예 5 및 실시예 6에서, 상기 우물(552)로 도핑된 Zn과 Si의 양호한 농도는 각각 광도를 개선하는 것으로서는 1×10¹⁷/cm³에서 1×10²⁰/cm³까지의 범위인 것으로 나타났다. Zn과 Si의 더욱 양호한 특정 농도는 각각 1×10¹⁸/cm³에서 1×10¹⁹/cm³까지의 범위인 것으로 나타났다. 불순물 농도가 1×10¹⁸/cm³보다 낮을 때, 도핑 불순물은 광도에 영향을 거의 미치지 않는다. 불순물 농도가 1×10¹⁹/cm³보다 높을 때, 상기 방출층의 결정성은 떨어진다.

실시예 5와 6에서, 몇몇 헤테로 접합 구조가 클래드층(4), 장벽, 우물과 클래드층(6) 사이에 형성되었다. 상기 층(4,5,6)의 Al, In과 Ga의 조성비는 상기 층(4,5,6)의 격자 상수가 각각 n⁺층(3), 층(4), 층(5)의 격자 상수와 같도록 제어되었다.

실시예 5와 6에서, Zn은 억셉터 불순물로 사용되었고, Si는 도너 불순물로 사용되었다. 또한, 2족 원소인 하나 이상의 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 카드뮴(Cd) 및 수은(Hg)이 억셉터 불순물로 사용될 수 있고 4족 원소인 하나 이상의 탄소(C), 게르마늄(Ge), 주석(Sn)과 납(Pb)이 도너 불순물로 사용될 수 있다. 또한, 하나 이상의 주지의 4족 원소가 억셉터 불순물로 사용될 수 있고 6족 원소인 황(S), 셀레늄(Se)과 텔루르(Te)가 도너 불순물로 사용될 수 있다.

N2 기체 분위기에서 열적 어닐링, 열처리, 혹은 레이저 조사가 p형 도전을 얻기 위하여 전자 조사에 대한 대안으로 사용될 수 있다.

또한, 실시예 5 및 실시예 6에서, 장벽(551,561)과 우물(552,562)의 두께는 양자 효과를 발생시키기 위하여 50Å 내지 200Å의 범위가 양호하다. Mg 대신에, 다른 억셉터 불순물로 대체하여 상기 장벽(551,561)으로 도핑할 수도 있다. 억터와 도너 불순물 모두 상기 장벽과 상기 우물로 각각 도핑될 수 있다. 상기 장벽과 우물의 세트 수는 하나 이상이다.

[실시예 7]

도 11은 실시예 7에 의해 형성된 LED(300) 실시예를 도시한다. 이것은 사파이어(Al₂O₃) 기판(1)을 가지고 상기 기판 상에는 500Å의 질화알루미늄(AlN) 완충층(2)이 형성된다. 계속해서, 2개의 n형층이 AlN 완충층(2) 상에 형성된다. 즉, 실리콘(Si)이 도핑된 약 2.0μm 두께의 GaN은 전자 농도가 2×10¹⁸/cm³인 높은 캐리어 농도의 n⁺층(3)을 형성하고, Si가 도핑된 약 1.0μm 두께의 Al_0.3Ga_0.7N은 전자 농도가 8×10¹⁸/cm³인 n형 클래드층(4)을 형성한다. 상기 n형 클래드층(4)상에는, 두께가 0.11μm인 MQW 방출층(50)이 형성된다. 상기 MQW 방출층(50)상에는, Mg가 도핑된 두께가 약 1.0μm이고 홀농도가 5×10¹⁷/cm³이고 Mg 농도가 1×10²⁰/cm³인 Al_0.3Ga_0.7N p층(61)이 형성된다. Mg가 도핑된 약 0.2μm 두께의 GaN p층(62)은 상기 p층(61)상에 형성된 접촉층으로 작용하고, 7×10¹⁷/cm³의 홀 농도과 2×10²⁰/cm³의 Mg 농도를 가진다. 니켈 전극(7,8)은 각각 접촉층(62)과 상기 n⁺층(3)의 노출된 영역 및 부분에 형성되어 접속된다.

도 12에 도시된 바와 같이, 상기 MQW 방출층(50)은5개의 Al_0.2Ga_0.8N 우물(572)과 6개의 Al_0.25Ga_0.75N 장벽(571)으로 구성된다. 상기 우물과 장벽은 각각 두께가 약 100Å이고 약 0.11μm 두께인 전체 MQW 방출층(50)을 형성하도록 교대로 반복해서 적층된다. 상기 우물(572)로 도핑된 Zn과 Si의 농도는 각각 5×10¹⁸/cm³이다. 최하위층은 상기 n형 클래드층(4) 상에 형성된 상기 장벽(571) 중 1개였다.

상기 n+층(3)에 대한 사파이어 기판(1)은 실시예 1에서 상술된 것과 같은 공정에 의해 제조되었다. Si가 도핑된 두께가 약 1.0μm이고 전자 농도가 8×10¹⁷/cm³인 Al_0.3Ga_0.7N n형 클래드층(4)은 상기 사파이어 기판(1)의 온도를 1100℃로 유지하고 60분 동안 유량이 10liter/min인 N₂혹은 H₂, 10liter/min인 NH₃, 1.12×10^-4mol/min인 TMG, 0.47×10^-4mol/min인 TMA와, H₂에 의해 0.86ppm으로 희석된 10×10^-9mol/min인 실란을 동시에 공급하도록 제어된 상태에서 상기 n⁺층(3)상에 형성되었다.

도핑되지 않은 두께가 약 100Å인 Al_0.25Ga_0.75N 장벽(571)은 상기 사파이어 기판(1)의 온도를 1100℃로 유지하고 3분 동안 유량이 20liter/min인 N₂혹은 H₂, 10liter/min인 NH₃, 1×10^-5mol/min인 TMG와, 0.39×10^-4mol/min인 TMA을 동시에 공급하도록 제어된 상태에서 상기 n형 클래드층(4) 상에 형성되었다. 그 다음에, Zn과 Si가 도핑된 두께가 약 100Å인 Al_0.2Ga_0.8N 우물(572)은 3분 동안 유량이 20liter/min인 N₂혹은 H₂, 10liter/min인 NH₃, 1×10^-5mol/min인 TMG, 0.31×10^-4mol/min인 TMA, H₂에 의해 0.86ppm으로 희석된 10×10^-9mol/min인 실란과, 2×10^-4mol/min인 DEZ를 동시에 공급하도록 제어된 상태에서 상기 장벽(571) 상에 형성되었다. 상기 우물(572)로 도핑된 Si의 Zn의 불순물 농도는 각각 5×10¹⁸/cm³과 5×10¹⁸/cm³이다. 상기 장벽(571)과 상기 우물(572)은 약 0.11μm 두께의 전체 MQW 방출층(50)을 형성하도록 교대로 반복해서 형성되었다.

Mg로 도핑된 두께가 약 1.0μm인 Al_0.3Ga_0.7N p층(61)은 상기 사파이어 기판(1)의 온도를 1100℃로 유지하고 60분 동안 유량이 20liter/min인 N₂혹은 H₂, 10liter/min인 NH₃, 1.12×10^-4mol/min인 TMG, 0.47×10^-4mol/min인 TMA와, 2×10^-4mol/min인 CP₂Mg를 동시에 공급하도록 제어된 상태에서 상기 MQW 방출층(5) 상에 형성되었다. 상기 p층(61)의 저항률은 절연 특성을 나타내는 10⁸Ω·cm 혹은 그 이상이었다. 상기 p층(61)으로 도핑된 Mg의 불순물 농도는 1×1020/cm³였다.

Mg로 도핑된 두께가 약 0.2μm인 GaN 접촉층(62)은 상기 사파이어 기판(1)의 온도를 1100℃로 유지하고 4분 동안 유량이 20liter/min인 N₂혹은 H₂, 10liter/min인 NH₃, 1.12×10^-4mol/min인 TMG와, 4×10^-4mol/min인 CP₂Mg를 동시에 공급하도록 제어된 상태에서 상기 p층(61) 상에 형성되었다. 상기 p층(62)의 저항률은 절연 특성을 나타내는 10⁸Ω·cm 혹은 그 이상이었다. 상기 GaN층(62)으로 도핑된 Mg의 불순물 농도는 2×10²⁰/cm³였다.

그 다음에, 45분 동안 450℃의 온도에서 열처리가 수행되었고, 상기 열처리에 의해 상기 절연 접촉층(62,61)은 홀 농도가 각각 7×10¹⁷/cm³과 5×10¹⁷/cm³이고 저항치가 각각 2Ω·cm과 0.8Ω·cm인 p형 도전 반도체로 변화하였다. 따라서, 도 12에 도시된 것과 같은 다중 구조층을 가진 웨이퍼가 얻어졌다.

도 13 내지 도 15는 상기 웨이퍼 상의 개개의 장치의 형성을 도시한 단면도이다. 실용과 산업 규격에 따라서, 다수의 원소를 가진 웨이퍼는 다음의 공정에 의해 처리되고, 개개의 장치로 분할되거나 주사위 모양으로 절단된다.

두께가 약 2000Å인 SiO2층(11)은 스퍼터링에 의해 접촉층(62) 상에 형성되었다. 그 다음에, 상기 SiO2층(11)은 포토레지스트 층(12)으로 도포되었다. 포토레지스트 층(12)중 선택된 부분 또는 영역은 즉 A'은 도 13에 도시된 것과 같이 포토리소그라피(photolithography)에 의해 제거된다. 포토레지스트층(12)으로 덮히지 않은 상기 SiO2층(11) 영역의 부분은 그 다음에 도 14에 도시된 것과 같이 불화수소산 등의 에칭 액체에 의해 에칭되었다.

그 다음에, 상기 접촉층(62)에서 높은 캐리어 농도의 n⁺층(3)까지 상기 장치의 표면으로부터 연속되는 층의 노출된 부분은 드라이 에칭에 의해 제거되었거나 혹은 0.04Torr의 진공도에서 0.44W/cm²의 고주파수 전력 밀도와 10ml/min의 BCl₃기체를 공급함으로써 제거되었다. 그 다음에, 아르곤(Ar)을 이용한 드라이 에칭이 상기 장치에 수행되었다. 결국, 높은 캐리어 농도의 n⁺층(3)의 부분 A을 형성하는 전극이 도 15에 도시된 것과 같이 형성되었다.

그 다음에, 상기 GaN p층(62)상에 남아 있는 SiO₂층(11)은 불화수소산에 의해 제거되었고, 니켈(Ni)층은 증기 증착(vapor deposition)에 의해 상기 장치의 전면(全面)에 적층되었고, 포토레지스트는 그 위에 증착되었다. 상기 포토레지스트는 그 다음에 포토리소그라피에 의해 선택적으로 에칭되어 형성될 전극이 각각 높은 캐리어 농도의 n층(3)과 p층(62)에 접속되도록 하는 형상의 패턴을 남긴다. 마스크로 포토레지스트를 사용하여, 상기 포토레지스트로부터 Ni층의 노출된 부분 혹은 영역이 질산 등의 에칭 액체에 의해 에칭되었다. 그 다음에, 상기 포토레지스트 층은 아세톤 등의 포토레지스트 제거액체에 의해 제거되었다. 이어서, Ni전극(8)은 높은 캐리어 농도의 n⁺층(3)상에 형성되었고 상기 전극(7)은 상기 p층(62)상에 형성되었다.

상기 상술한 공정에 의해 처리된 웨이퍼는 도 11에 도시한 것과 같이 갈륨 니트라이드 화합물 LED(300)을 포함하는 분리된 칩 혹은 소자를 형성하도록 분할되거나 주사위 모양으로 절단되었다.

상기 얻어진 LED(300)는 20mA의 구동 전류에서 광도가 2mW이고 발광 스펙트럼의 최대 파장이 380nm를 가지는 것으로 나타났다. 상기 발광 효율은 종래 LED의 10배인 3%였다.

[실시예 8]

도 16은 실시예 8에 의한 MQW 발광층(50)을 도시한다. 실시예 7과 실시예 8의 차이는 Zn과 Si 모두가 우물로 각각 도핑되는가의 여부에 있다. 실시예 7에서는, Zn과 Si 모두가 5개의 우물(572)로 각각 도핑되었지만, 실시예 8에서는, Zn 혹은 Si중 하나만이 상기 5개의 우물로 각각 선택적으로 도핑된다. 즉, 실시예 8에서는 Zn이 도핑된 2개의 우물(582)과 Si가 도핑된 3개의 우물(583)은 각각 6개의 도핑되지 않은 장벽(581)중 2개의 인접한 장벽 사이에서 교대로 형성되어 두께가 0.11μm인 MQW 방출층을 형성한다. 6개의 장벽(581) 중 하나는 n형 클래드층(4) 상에 형성된 최하위층이다. 다른 조건 및 다른 층은 실시예 7에서 LED(300)를 형성하기 위해 사용된 것과 같다.

본 실시예에서 상기 MQW 방출층(50)의 구조는 억셉터와 도너의 에너지 레벨 사이에서 광 방출을 실현했고, 자외선 발광 효율을 개선시켰다.

본 실시예의 MQW구조를 갖춘 얻어진 LED는 20mA의 구동 전류에서 광도는 5mW이고 발광 스펙트럼의 최대 파장은 380nm인 것으로 나타났다. 상기 발광 효율은 종래 LED의 25배인 7%였다.

[실시예 9]

도 17에서 도시된 것과 같이, 본 실시예의 MQW 방출층(50)은 Si가 도핑된 6개의 장벽(591)과 Zn이 도핑된 5개의 우물(592)을 가지며 이들은 교대로 형성되었다. 상기 6개의 장벽층 중 한 층은 n형 클래드층(4)상에 형성된 최하위층이다. 상기 우물과 장벽의 두께 및 다른 조건은 실시예 7의 LED(300)와 동일하다.

또한, 상기 구조는 억셉터와 도너의 에너지 레벨 사이에서 광 방출을 실현했고 자외선 발광 효율을 향상시켰다. 변형으로서, Si는 우물(592)로 도핑될 수 있고 Zn은 장벽(591)으로 도핑될 수 있다.

본 실시예의 MQW 구조를 가지는 얻어진 LED는 20mA의 구동 전류에서 광도가 5mW이고 최대 파장이 370nm인 것으로 나타났다. 상기 발광 효율은 종래 LED의 25배인 7%였다.

[실시예 10]

본 실시예는 Mg를 실시예 7 내지 9의 장벽(571,581,591)으로 각각 부가적으로 도핑하고, p형 도전을 얻기 위해 상기 방출층에 열처리를 행함으로서 얻어진 3개의 다른 MQW 방출층(50)을 포함한다.

본 실시예에서 각각의 MQW 방출층(50)을 갖춘 얻어진 LED는 20mA의 구동 전류에서 광도가 10mW이고 발광 스펙트럼의 최대 파장이 380nm인 것으로 나타났다. 상기 발광 효율은 종래 LED의 50배인 15%였다.

[실시예 11]

도 18은 실시예 11에서 실시된 LED(400)를 도시한다. 상기 LED는 사파이어(Al₂O₃) 기판(1)을 가지며, 상기 기판 상에 두께가 500Å인 질화알루미늄(AlN) 완충층(2)이 형성되었다. 이어서, 2개의 n형 층, 즉 전자 농도가 5×10¹⁸/cm³인 높은 캐리어 농도인 n⁺층(3)을 형성하는 실리콘(Si)이 도핑된 두께가 약 5.0μm인 GaN와, 전자 농도가 5×10¹⁷/cm³인 n층(4)을 형성하는 Si가 도핑된 두께가 약 5.0μm인 GaN이 상기 AlN 완충층(2) 상에 형성되어 있다. 두께가 약 0.41μm인 MQW 방출층(50)은 상기 n층(4) 상에 형성되어 있다. Mg가 도핑된 두께가 약 0.5μm인 Al_0.08Ga_0.92N은 상기 MQW 방출층(50) 상에 형성되어, 홀 농도가 5×10¹⁷/cm³이고 Mg 농도가 5×10²⁰/cm³인 p층(61)을 형성한다. Mg가 도핑된 두께가 약 1μm인 GaN 접촉층(62)은 상기 p층(61)상에 형성되어 있고, 홀 농도가 7×10¹⁸/cm³이고 Mg 농도가 5×10²¹/cm³이다. 니켈 전극(7,8)은 상기 접촉층(62)과 상기 n⁺층(3)의 노출된 영역 혹은 부분 상에 각각 형성되어 접속되어 있다.

도 19에 도시한 것과 같이, 상기 MQW 방출층(50)은 21개의 GaN 장벽(5111)과 Si가 도핑된 20개의 In_0.07Ga_0.93N 우물(5112)로 구성되어 있다. 상기 21개의 장벽(5111) 중 한 개는 상기 n형 층(4) 상에 형성된 최하위층이다. 상기 장벽(5111)과 상기 우물(5112)은 각각 두께가 100Å이고 반복해서 교대로 적층되어 두께가 0.41μm인 전체 MQW층(50)을 형성한다. 상기 우물(5112)로 도핑된 Si의 농도는 5×10¹⁸/cm³이다.

상기 사파이어 기판(1)과 상기 완충층(2)은 실시예 1에서 상술된 동일 공정에 의해 제조된다. 상기 완충층(2) 상에서, Si가 도핑된 두께가 약 5.0μm이고 전자 농도가 5×10m¹⁸/cm³인 높은 캐리어 농도를 가진 GaN n⁺층(3)이 상기 사파이어 기판(1)의 온도를 1150℃로 유지하고 70분 동안 유량이 20liter/min인 H₂, 10liter/min인 NH₃, 1.7×10^_4mol/min인 TMG와, H₂에 의해 0.86ppm으로 희석된 200ml/min인 실란을 동시에 공급하도록 제어된 상태에서 완충층(2) 상에 형성되었다.

Si가 도핑된 두께가 약 0.5μm이고 전자 농도가 5×10¹⁷/cm³인 GaN n층(4)이 상기 사파이어 기판(1)의 온도를 1000℃로 유지하고 30분 동안 유량이 10liter/min인 N₂혹은 H₂, 10liter/min인 NH₃, 1.12×10^-4mol/min인 TMG와, H₂에 의해 0.86ppm으로 희석된 10×10^-9mol/min인 실란을 동시에 공급하도록 제어된 상태에서 n⁺층(3)상에 형성되었다.

두께가 약 100Å인 도핑되지 않은 GaN 장벽(5111)은 상기 사파이어 기판(1)의 온도를 850℃로 유지하고 3분 동안 유량이 20liter/min인 H₂, 10liter/min인 NH₃, 1.7×10^-4mol/min인 TMG를 동시에 공급하도록 제어된 상태에서 n형 층(4)상에 형성되었다. 그 다음에, 두께가 약 100Å이고 Si 농도가 5×10¹⁸/cm³이고 In가 도핑된_0.07Ga_0.93N 우물(5112)은 3분 동안 유량이 20liter/min인 N₂혹은 H₂, 10liter/min인 NH₂, 2.1×10^-4mol/min인 TMG, 0.02×10^-4mol/min인 TMI와, H₂에 의해 0.86ppm으로 희석된 3×10^-9mol/min인 실란을 동시에 공급하도록 제어된 상태에서 장벽(5111) 상에 형성되었다. 상기 장벽(5111)과 상기 우물(5112)은 반복해서 교대로 형성되어 두께가 약 0.41μm인 전체 MQW 방출층(50)을 형성한다.

두께가 약 0.5μm이고 Mg가 도핑된 Al_0.08Ga_0.92N p층(61)은 상기 사파이어 기판(1)의 온도를 1100℃로 유지하고 30분 동안 유량이 20liter/min인 N₂혹은 H₂, 10liter/min인 NH₃, 1.12×10^-4mol/min인 TMG, 0.47×10^-4mol/min인 TMA와, 2×10^-4mol/min인 CP₂Mg를 동시에 공급하도록 제어된 상태에서 MQW 방출층(50)상에 형성되었다. 상기 p층(61)의 저항률은 절연특성을 나타내는 10⁸Ω·cm 혹은 그 이상이었다. p층(61)으로 도핑된 Mg의 불순물 농도는 5×10²⁰/cm³였다.

두께가 약 0.1μm이고 Mg가 도핑된 GaN 접촉층(62)은 상기 사파이어 기판(1)의 온도를 1100℃로 유지하고 4분 동안 유량이 20liter/min인 N₂혹은 H₂, 10liter/min인 NH₃, 1.12×10^-4mol/min인 TMG와, 4×10³mol/min인 CP₂Mg를 동시에 공급하도록 제어된 상태에서 상기 p층(61)상에 형성되었다. 상기 p층(62)의 저항률은 절연 특성을 나타내는 10⁸Ω·cm 혹은 그 이상이었다. GaN층(62)으로 도핑된 Mg의 불순물 농도는 5×10²¹/cm³이었다.

그 다음에, 전극을 형성하기 위한 열 처리 및 다른 공정이 실시예 7에 상술된 것과 동일한 공정에 의해 수행되었다.

활성화 에너지가 작은 도너 혹은 억셉터 불순물이 우물(5112)로 도핑되었기 때문에, 발광 중심의 수가 증가하여 발광 효율을 향상시켰다.

상기 얻어진 LED(400)는 20mA의 구동 전류에서 광도가 2mW이고 발광 스펙트럼의 최대 파장은 380nm인 것으로 나타났다. 상기 발광 효율은 종래 LED의 10배인 3%로 향상되었다.

실시예 11에서, 우물로 도핑된 양호한 Si 농도는 1×10¹⁷/cm³내지 5×10¹⁸/cm³의 범위이다. Si 농도가 1×10¹⁷/cm³보다 낮은 경우, 발광 효율은 감소된다. Si 농도가 5×10¹⁸/cm³보다 높은 경우, 우물의 결정성이 불량해진다.

In_0.07Ga_0.93N 혹은 3원 화합물이 우물(5112)의 재료로 사용되었지만, Al_0.03Ga_0.89In_0.08N과 같은 4원자 화합물이 대신 사용될 수도 있다. 또한, GaN은 실시예 11에서 장벽(5111)으로 사용되었다. 또한, 상기 우물(5112)의 밴드갭보다 더 넓은 밴드 갭을 가진 Al_x2Ga_y2In_1-x2-y2N와 같은 반도체가 사용될 수 있다. 상기 우물과 장벽의 세트 수는 1에서 20까지 변할 수 있다. 상기 장벽(5111)과 상기 우물(5112)의 격자 상수를 대략 조정할 수 있도록 이들의 조성비를 선택하는 것이 양호하다.

실시예 7 내지 11에서, MQW 방출층(50)은 이중 헤테로 접합 구조를 형성하는 상기 MQW 방출층의 장벽보다 밴드 갭이 더 넓은 2개의 인접층, 즉 p층(61)과 n층(4) 사이에 끼워졌다. 또한 단일 헤테로 접합 구조가 사용될 수 있고, 상기 우물과 상기 장벽 쌍의 수는 하나 이상이다. 억셉터 불순물과 도너 불순물은 우물과 장벽 모두에 도핑될 수 있다.

또한, 실시예 7 내지 실시예 11에서, p형 도전을 얻기 위해 열적 어닐링이 이용되었다. 상기와 동일한 p형 도전을 위하여 전자 조사가 이용될 수 있다.

실시예 7 내지 실시예 11에서, Zn은 억셉터 불순물로 사용되었고 Si는 도너 불순물로 사용되었다. 또한 2족 원소인 하나 이상의 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 카드뮴(Cd) 및 수은(Hg)은 억셉터 불순물로 사용될 수 있고 4족 원소인 하나 이상의 탄소(C),, 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb)은 도너 불순물로 사용될 수 있다. 또한, 4족 원소인 하나 이상의 공지된 원소가 억셉터 불순물로 사용될 수 있고 6족 원소인 하나 이상의 황(S), 셀레늄(Se) 및 텔루르(Te)는 도너 불순물로 사용될 수 있다.

실시예 7 내지 실시예 11이 LED의 실시예를 나타내지만 레이저 다이오드에도 또한 적용될 수 있다.

본 발명은 현재 가장 실용적이고 양호한 실시예라고 여겨지는 것과 관련하여 상술되었지만, 본 발명은 상기 실시예에 제한되지 않고, 다음의 특허청구의 범위의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 다양한 변형 및 등가의 배치를 포함할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

내용 없음

Claims (39)

1. 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치에 있어서,

   억셉터 불순물과 도너 불순물 모두로 도핑된 방출층을 포함하고, 상기 방출층은 상기 억셉터 불순물로 도핑된 층과 상기 도너 불순물로 도핑된 층을 가지는 다층 구조를 포함하고, 상기 억셉터 불순물로 도핑된 상기 층과 상기 도너 불순물로 도핑된 상기 층은 서로 교대로 형성되는 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 방출층은 인접층 사이에 끼워져서 이중 헤테로 접합 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 방출층은 x=0, y=0, x=y=0를 포함하여, 화학식 Al_xGa_yIn_1-x-yN을 만족시키는 알루미늄 갈륨 인듐 니트라이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
4. 제1항에 있어서, 도핑되지 않은 층은 상기 억셉터 불순물로 도핑된 상기 층과 상기 도너 불순물로 도핑된 상기 층 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 도핑되지 않은 층은 두께가 50Å 내지 500Å인 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 억셉터 불순물과 상기 도너 불순물은 모듈화 도핑과 δ 도핑 중 하나의 도핑에 의해서 상기 방출층으로 분포되는 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 억셉터 불순물로 도핑된 상기 층과 상기 도너 불순물로 도핑된 상기 층은 각각 두께가 50Å 내지 500Å인 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 방출층은 농도가 1×10¹⁹/cm³내지 1×10²¹/cm³범위인 마그네슘(Mg)으로 도핑되고 p형 도전을 나타내는 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 억셉터 불순물은 카드뮴(Cd), 아연(Zn), 베릴륨(Be)과 칼슘(Ca)을 포함하는 군(group)으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 도너 불순물은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 텔루르(Te)와, 황(S)을포함하는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 억셉터 불순물로 도핑된 상기 층은 x=o, y=0와 x=y=0를 포함하여, 화학식 Al_xGa_yIn_1-x-yN을 만족시키는 알루미늄 갈륨 인듐 니트라이드를 포함하고, 상기 도너 불순물로 도핑된 상기 층은 상기 화학식에서 조성비가 변경된 알루미늄 갈륨 인듐 니트라이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
12. 3족 니트라이드 화합물 반도체 발강 장치에 있어서,

    억셉터 불순물과 도너 불순물 모두로 도핑된 방출층을 포함하고, 상기 방출층은 적어도 1개의 우물층을 포함하는 양자 우물(QW) 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 우물층은 억셉터 불순물과 도너 불순물 모두로 도핑되어 있는 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
14. 제12항에 있어서, 상기 방출층의 상기 우물층과 장벽층은 억셉터 불순물과 도너 불순물 모두로 도핑되어 있는 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
15. 제12항에 있어서, 상기 방출층은 아연(Zn)과 실리콘(Si)이 도핑된 인듐 알루미늄 갈륨 니트라이드(InAlGaN) 화합물을 포함하는 활성층인 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
16. 제13항에 있어서, 상기 양자 우물(QW) 구조는 상기 우물 층과 상이한 조성비를 가지는 인듐 알루미늄 갈륨 니트라이드(InAlGaN) 화합물을 포함하는 장벽층을 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
17. 제16항에 있어서, 상기 조성비는 상기 장벽 층의 격자 상수가 상기 우물 층의 격자 상수와 일치하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
18. 제12항에 있어서, 상기 양자 우물(QW) 구조는 억셉터 불순물로 도핑된 장벽 층 사이에 끼워진 상기 우물 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
19. 제12항에 있어서, 상기 우물 층은 두께가 50Å 내지 200Å인 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
20. 제16항에 있어서, 상기 장벽 층은 두께가 50Å 내지 200Å인 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
21. 제12항에 있어서, 양자 우물(QW) 구조를 가진 상기 방출층은 0x11, 0x21 및 x1x2인, Al_x2Ga_1-x2N 장벽층과 Al_x1Ga_1-x1N 우물층을 교대로 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
22. 제21항에 있어서, 상기 우물 층은 억셉터 불순물과 도너 불순물 모두로 도핑되는 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
23. 제21항에 있어서, 상기 우물층과 상기 장벽 층은 억셉터 불순물과 도너 불순물 모두로 도핑되는 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
24. 제21항에 있어서, 상기 양자 우물(QW) 구조는 복수의 상기 우물 층을 가진 다중 양자 우물(MQW)을 포함하고, 각각의 상기 우물 층은 상기 억셉터 불순물 혹은 상기 도너 불순물로 교대로 도핑되는 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
25. 제21항에 있어서, 상기 우물 층은 상기 억셉터 불순물로 도핑되고 상기 장벽 층은 상기 도너 불순물로 도핑되는 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
26. 제25항에 있어서, 상기 우물 층은 상기 도너 불순물로 도핑되고 상기 장벽 층은 상기 억셉터 불순물로 도핑되는 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
27. 제25항에 있어서, 상기 억셉터 불순물은 아연(Zn)이고 상기 도너 불순물은 실리콘(Si)인 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
28. 제21항에 있어서, 상기 방출층은 x1x3인 p형 상태의 억셉터로 도핑된 Al_x3Ga_1-x3N을 포함하는 p층과 x1x4인 n형 상태의 도너로 도핑된 Al_x4Ga_1-x4N의 n층 사이에 끼워져 있는 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
29. 제28항에 있어서, 상기 p층으로 도핑된 상기 억셉터 불순물은 마그네슘(Mg)이고 상기 n층으로 도핑된 상기 도너 불순물은 실리콘(Si)인 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
30. 제12항에 있어서, 상기 양자 우물(QW) 구조는 Al_x1Ga_y1In_1-x1-y1N 우물과 Al_x2Ga_y2In_1-x2-y2N 장벽을 포함하고, 상기 장벽의 밴드 갭은 상기 우물의 밴드 갭보다 더 넓고, 상기 우물은 도너 불순물과 억셉터 불순물 중 하나로 도핑되는 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
31. 제12항에 있어서, 상기 양자 우물(QW) 구조는 Al_x1Ga_y1In_1-x1-y1N 우물과 Al_x2Ga_y2In_1-x2-y2N 장벽을 포함하고, 상기 장벽의 밴드 갭은 상기 우물의 밴드 갭보다 더 넓고, 상기 장벽은 도너 불순물과 억셉터 불순물 중 하나로 도핑되는 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
32. 제30항에 있어서, 상기 장벽은 질화 갈륨(GaN)을 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
33. 제30항에 있어서, 상기 도너 불순물은 실리콘(Si), 텔루르(Te), 황(S)과 셀레늄(Se) 중 하나이고, 상기 억셉터 불순물은 마그네슘(Mg)과 아연(Zn) 중 하나인 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
34. 제30항에 있어서, 상기 우물은 1×10¹⁷/cm³내지 5×10¹⁸/cm³범위의 불순물 농도로 도핑되는 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
35. 제30항에 있어서, 상기 우물의 격자 상수는 상기 장벽의 격자 상수와 일치하는 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
36. 제12항에 있어서, 상기 우물 층과 상기 장벽 층은 억셉터 불순물과 도너 불순물 모두로 도핑되는 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
37. 제12항에 있어서, 상기 우물(QW) 구조는 복수의 상기 우물 층을 가진 다중 양자 우물(MQW)을 포함하고, 각각의 상기 우물 층은 상기 억셉터 불순물 혹은 상기 도너 불순물로 교대로 도핑되는 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
38. 제12항에 있어서, 상기 우물 층은 상기 억셉터 불순물로 도핑되고 상기 장벽 층은 상기 도너 불순물로 도핑되는 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.
39. 제12항에 있어서, 상기 우물 층은 상기 도너 불순물로 도핑되고 상기 장벽 층은 상기 억셉터 불순물로 도핑되는 것을 특징으로 하는 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치.