KR20010114210A - 발광 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제어된 산소(O) 도핑을 이용하여 LED의 주 방사 파장과 상관된 O 도펀트 농도를 갖는 적어도 하나의 LED층을 형성하는 LED 제조 방법 및 그 LED에 관한 것이다. 이 O 도펀트 농도는 LED가 긴 주 방사 파장을 가질수록 높게 조정된다. 이 주 방사 파장은 LED의 액티브층(들)의 조성에 따라 결정되므로, 이 층 내의 O 도펀트 농도는 액티브층(들)의 조성과 관련된다. 제어된 O 도핑에 의해 O 도펀트의 도입으로 인한 임의의 광 출력 저하를 최소하면서 신뢰도를 개선한. 일 실시예에서, LED는 기판, 선택적인 분산 브래그 반사층, n-형 한정층, 선택적인 n-형 단벽층, 액티브 영역, 선택적인 p-형 단벽층, p-형 한정층, 선택적인 윈도우층을 포함하는 AlGaInP LED이다. 바람직한 실시예에 있어서, 액티브 영역은 다수의 액티브층을 구비하는데, 각각의 액티브층은 125 Å 이하의 두께를 가지며, 조성이 Al0.5In0.5P이고 100 Å 이하의 두께를 갖는 장벽층에 의해 서로 분리된다. 바람직한 실시예에 있어서, p-형 한정층과 p-형 단벽층은 제어된 양의 O로 도핑되는데, 이 O의 양은 LED의 주 방사 파장에 따라 결정된다. O 도핑 이외에, LED의 p-형 한정층은 바람직하게 Mg, Zn, C 또는 Be 등의 다량의 p-형 도펀트로 도핑된다. 고온 열처리 동안, 고농도의 p-형 도펀트가 부분적으로 액티브 영역에 확산되어 두텁게 p-형 도핑된 액티브 영역을 얻을 수 있다.

Description

발광 소자 및 그 제조 방법{THIN MULTI-WELL ACTIVE LAYER LED WITH CONTROLLED O DOPING}
형광등, 백열등 및 네온등과 같은 통상의 광원(lighting sources)은 발광 다이오드(LED)에 비해 여러 단점을 갖고 있다. 이들 단점은 큰 사이즈, 파손되기 쉬운 필라멘트의 사용으로 인한 내구성 결여, 짧은 동작 수명, 높은 동작 전압 등이다. 반대로, LED는 사이즈가 작고, 내구성이 있으며, 낮은 동작 전압을 필요로 한다. 더욱이 LED는 보다 훨씬 긴 동작 수명을 갖고 있다. 전형적인 LED는 500 내지 4000 시간의 평균 동작 수명을 갖는 할로겐 램프에 비해, 10,000 시간 이상의 동작 수명을 갖는다. 또한, 필라멘트의 파손으로 인해 동작하지 않는 통상적인 광원과는 달리, LED는 광 출력의 점차적인 감소로 고장이 나게 된다. 따라서 많은 조명 분야가 LED의 장점으로부터 이익을 얻고 있다. 그러나, 통상적인 광원과 효과적으로 경합하기 위해서, LED는 밝아야 하며, 그 예상 동작 수명 동안 밝기를 유지해야 한다. 즉, 신뢰성이 있어야 한다.
여러 가지 설계 변경을 통해서 이러한 LED의 밝기를 개선하기 위한 많은 시도가 있어 왔다. 예를 들어, 통상 액티브층(active layer)으로 알려진 한 개 이상의 발광층을 사용함으로써 LED의 밝기를 개선할 수 있었다. 이러한 LED는 이 층 두께가 100 Å보다 클 경우 다수 웰(multiwell : MW) LED라 지칭하며 층 두께가 대략 100 Å보다 작을 경우 다수 양자 웰(multiple quantum well : MQW) LED이라 지칭한다. 이러한 두 가지 다른 형의 LED의 구별 기준은 액티브층이 양자 형성 효과가 중요하게 될 만큼 즉, 이산 또는 양자화된 에너지 상태가 액티브층에서 발생하게 될 만큼 충분히 얇은지 여부이다. (이는 일반적으로 대략 100 Å 이하의 웰 두께에서 발생하며, 해당 재료의 에너지 밴드 구조(bandstructure)에 따른다.) 반대로, 단일 액티브층을 갖는 LED는 이중 헤테로 구조(doble heterostructure : DH) LED 또는 단일 양자 웰(SQW) LED라 하는데, 이 역시 각각의 액티브층 두께 치수가 각기 100 Å 이상인지 이하인지에 따라 구별된다. 또한, 액티브층의 개수 및/또는 두께를 조절함으로써 밝기를 개선하려는 시도가 있어 왔는데, 예를 들면, 스가와라(Sugawara) 등의 미국 특허 제 5,410,159 호는 8 내지 29 개의 액티브층, 바람직하게는 10 내지 19 개의 액티브층을 가지며, 그 두께는 10 내지 100 Å, 보다 바람직하게는 통상 50 Å인 MQW LED를 개시하고 있다. 따라서 이 스가와라 특허에 개시된 장치는 양자 체제로 제한된다.
통상적인 MQW LED를 개략적으로 도1에 도시한다. (이 도1의 LED도 MW LED로 표시된다.) LED(10)는 제 1 도전형의 기판(12), 제 1 도전형의 하부한정층(confining layer)(14), 제 1 도전형일 수도 있고 도핑되지 않을 수도 있으며 제 2 도전형일 수도 있는 MQW 액티브 영역(16), 제 2 도전형의 상부 한정층(18), 제 2 도전형의 선택적인 윈도우 층(20)으로 이루어진다. MQW 액티브 영역은 하나 이상의 장벽층(24)에 의해 서로 분리된 두 개 이상의 액티브 층(22)을 갖는다. 이 MQW 액티브 영역이 4 개의 액티브층을 구비하는 것으로 도시하였지만, 액티브 영역에 포함된 액티브층의 수는 그 이상으로 될 수 있다.
가장 일반적인 구성에 있어서, 제 1 도전형은 n-형이며, 제 2 도전형은 p-형이다. 이는 가장 일반적인 LED 구성이기 때문에, 그러한 구성을 본 명세서에서 예로서 사용한다. 이러한 구성에 있어서, 도1의 LED(10)의 하부 한정층(14)은 기판(12)을 통해 n-형 오믹 콘택트(ohmic contact)(26)에 전기적으로 접속되며, p-형 상부 한정층(18) 또는 선택적인 윈도우층(20)은 p-형 오믹 콘택트(28)에 전기적으로 접속된다. (제 1 도전형이 p-형이고, 제 2 도전형이 n-형인 LED를 형성할 수도 있다. 이러한 LED는 p-형 기판 상에 LED를 성장시키거나, p-형 기판 또는 다른 p-형 반도체 재료에 LED를 접합 즉 부착시켜 형성할 수 있다.)
오믹 콘택트(26,28)에 전위가 인가되면, n-형 하부 한정층으로부터 MQW 액티브 영역(16)으로 전자가 주입되며, p-형 상부 한정층(18)으로부터 MQW 액티브 영역으로 정공(hole)이 주입된다. 이러한 액티브 영역의 액티브층(22) 내의 전자와 정공의 발광 재결합(radiative recombination)으로 인해 빛이 생성된다. 그러나 하부 한정층, 상부 한정층 또는 액티브 영역의 장벽층에서 재결합이 일어나는 경우에는 빛이 생성되지 않는다. 따라서 이러한 LED의 소정의 다른 층 내에서의 재결합이 아니라 액티브층 내에서 전자와 정공이 재결합할 가능성을 향상시키는 것이 바람직하다. LED의 액티브층에 의해 형성된 다수 양자 웰은 액티브층 중 한 층에서 재결합하지 않은 정공이나 전자에게 다른 액티브층에서 재결합할 기회를 부여함으로써 발광 재결합 가능성을 향상시킨다. 액티브층 내에서의 전자와 정공의 이러한 발광 재결합이 증가하면, LED의 광 출력이 증가한다.
신뢰도와 관련하여, 본 발명의 양수인에게 양수된 스톡맨(Stockman) 등의 미국 특허 제 5,909,051 호는 향상된 동작 안정성 즉, 신뢰도를 갖는 AlGaInP LED 등의 소수 캐리어 장치를 제조하기 위해, 불순물로 액티브 영역에 인접한 적어도 하나의 도전 영역을 도핑하는 방법을 개시한다. 바람직한 실시예에 있어서, 도전 영역으로 도입되는 불순물은 산소 도펀트(dopant) 원자인데, 스톡맨의 제조 방법은 산소 도펀트 원자가 액티브 영역에 인접한 영역에 배치되어야 한다고 주장하고 있다.
스톡맨 특허에 개시된 종래의 제조 방법 및 그 장치에 대한 문제는 LED 밝기의 개선과 그 신뢰도의 향상이 종종 반대의 관계를 갖는다는 데 있다. 따라서, 한 파라미터를 개선하면, 다른 파라미터에게는 불리한 결과가 주어진다. 특히, 스톡맨의 방법은 개선된 LED 신뢰도를 제공한다. 그러나, 이는 통상 초기 광 출력에 있어서는 불리한 결과를 주게 된다. 스톡맨의 방법이 보다 안정된 광 출력을 나타내기는 하지만, 산소를 도핑한 이러한 장치들은 산소를 도핑하지 않는 장치보다 초기에 더 어두운 장치이다 된다.
LED의 밝기(즉 μCd의 단위에서 Iv로 측정된 광 출력) 또는 신뢰도의 개선은 통상의 방법으로 이루어질 수 있지만, 다른 파라미터에의 불리한 영향을 최소화시키는 추가적인 개선이 요망된다. 따라서 LED의 밝기 및 신뢰도를 최적으로 개선하도록 구성된 LED 제조 방법 및 그 LED가 필요하다.
발명의 개요
본 발명의 LED 및 그 LED 제조 방법은, 제어된 산소(O) 도핑을 이용해서 LED의 주 방사 파장과 관련된 O 도펀트 농도를 갖는 적어도 하나의 LED 층을 형성한다. 이 O 도펀트 농도는 LED가 더 긴 주 방사 파장을 가질수록 더 높게 되도록 조정된다. 주 방사 파장은 LED의 액티브 층(들)의 조성에 따르므로, 이 층 내의 O 도펀트 농도는 액티브 층(들)의 조성과 상관된다. 제어된 O 도펀트 도핑에 의하면, 신뢰도를 개선하는 동시에 O 도펀트의 도입으로 인한 광 출력의 저하도 최소화 할 수 있다.
예시의 실시예에 있어서, LED는 선택적인 분산 브래그 반사층(Bragg reflector layer), 하부 한정층, 선택적인 하부 단벽층(set-back layer), 액티브 영역, 선택적인 상부 단벽층, 상부 한정층 및 선택적인 윈도우층을 구비하는 AlGaInP LED이다. 상기 기판은 GaAs 등의 반도체재료로 구성된다. 하부 한정층은 n-형(AlxGal-x)yInl-yP재료로 구성되는데, x ≥0.6이고 y = 0.5 ±0.1이며, 상부 한정층은 p-형 (AlxGal-x)yInl-yP재료로 구성되는데, x ≥0.6이고 y = 0.5 ±0.1이다. 선택적인 상부 단벽층은 도핑되지 않은 (AlxGal-x)yInl-yP재료로 구성되는데, x ≥0.6이고 y = 0.5 ±0.1이다. 선택적인 상부 단벽층은 고온 처리 단계 동안, 상부 형성 영역으로부터 액티브 영역으로 p-형 도펀트의 확산을 제어하는 데 보조적인 역할을 한다. 선택적인 하부 단벽층 또한 도핑되지 않은 또는 n-형 (AlxGal-x)yInl-yP 재료로 구성되는데, x ≥0.6이고 y = 0.5 ±0.1이다. 선택적인 상부 및 하부 단벽층도 상부와 하부 한정층의 알루미늄 조성 이하인 알루미늄 조성 x를 갖는데, 이는 필수적이지는 않다.
일 실시예에 있어서, LED의 상부 한정층만이 제어된 량의 O로 도핑된다. 액티브 영역에 인접한 상부 단벽층은 이 농도의 O로 도핑되지 않는다. LED가 대략 595 nm 미만의 주 방사 파장을 갖도록 구성되는 경우, LED의 상부 한정층 내의 O 농도는 3 ×1017cm-3과 2 ×1018cm-3사이에 있다. LED가 대략 595 nm와 620nm 사이의 주 방사 파장을 갖도록 구성되는 경우, O 농도는 4 ×1017cm-3과 4 ×1018cm-3사이에 있는데, 바람직하게는 4 ×1018cm-3이다. LED가 대략 620 nm를 넘는 주 방사 파장을 갖도록 구성되는 경우, LED의 상부 한정층 내의 O 농도는 5 ×1017cm-3과 5 ×1018cm-3사이에 있다. 그러나, 대략 626 nm를 넘는 주 방사 파장에서 LED의 O 농도는 5 ×1018cm-3보다 클 수 있다. 다른 O 농도에 대한 이론적인 근거는, O 도핑과 공통으로 관련한 광 출력 저하가 주 방사 파장에 따른다는 데 있다.주 방사 파장이 짧으면, 주 방사 파장이 긴 경우보다 광 출력 저하가 커진다. 사실 상, 626 nm를 넘는 주 방사 파장의 경우에, O 도핑을 사용함에 따른 광 출력의 개선이 있다. 따라서, p-형 한정층 내의 O 농도를 제어함으로써 O 도핑과 관련한 광 출력 저하는 경감될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, LED의 p-형 단벽층은 제어된 양의 O로 도핑되어 5 ×1018cm-3미만, 바람직하게는 1 ×1017cm-3미만의 산소 농도를 함유하는데, 단벽층 내의 바람직한 O 농도는 주 방사 파장의 단축과 더불어 감소한다. 이 경우, 액티브 영역에 인접하지 않은 상부 한정층도 O로 도핑된다.
O 도핑 이외에, LED의 상부 한정층은 바람직하게 Mg, Zn, C 또는 Be 등의 증가된 양의 p-형 도펀트로 도핑된다. 고온의 열 처리 이전에 얻어지는 상부 한정층은 대략 1 ×1017cm-3과 1 ×1019cm-3사이의 p-형 도펀트 농도를 갖는다. 이어서 고온 열처리가 되면, 액티브 영역으로 p-형 도펀트가 확산되어 대략 1 ×1017cm-3과 3 ×1018cm-3사이, 바람직하게는 3 ×1017cm-3과 6 ×1017cm-3사이의 자유 정공 농도로 두텁게 p-도핑된 액티브 영역을 얻게된다.
LED의 액티브 영역은 단일 발광 액티브층 또는 다수의 발광 액티브층을 구비한다. 다수의 발광 액티브층을 갖는 LED의 경우에, 전체 액티브층의 두께 D는 액티브 영역 내의 모든 발광층의 두께의 합으로 정의된다. 예로서, 각기 동일한 두께 t의 N 개의 발광층을 갖는 LED의 경우에, 전체 액티브층 두께는 다음의 식 1로주어진다.
D = Nt
고정된 전체 액티브층 두께 D의 경우에, 발광층의 수가 증가하면, LED 장치의 광 출력이 증가하게 된다. 고정된 전체 액티브층 두께에 있어, 발광층의 수를 증가시키면, 각각의 발광층의 타겟 두께 또한 감소한다. 바람직한 전체 액티브층 두께는, 호박색(amber) LED(주 파장 < 대략 595 nm) 또는 오렌지색 LED(대략 595 nm와 610 nm 사이의 주 파장)의 경우에, 약 500 Å 내지 약 2000 Å 범위에 있으며, 바람직한 전체 액티브층 두께는 적색-오렌지색 LED(대략 610 nm와 620 nm 사이의 주 파장) 또는 적색 LED(주 파장 > 대략 620 nm)의 경우에, 약 125 Å 내지 약 1000 Å 범위에 있다. 따라서, LED가 광 스펙트럼의 호박색 부분에서 오렌지색 부분의 주 방사 파장을 갖도록 구성되는 경우, 액티브 영역은 대략 8 내지 16 개의 다수의 발광층을 갖는데, 그 각각의 발광층은 대략 125 Å 이하의 두께를 갖는다. 그러나 LED가 광 스펙트럼의 적색 또는 적색-오렌지색 부분에서 주 방사 파장을 갖도록 구성되는 경우, 액티브 영역은 대략 1 내지 8 개의 다수의 발광층을 갖는데, 그 각각의 발광층은 대략 125 Å 이하의 두께를 갖는다. 이들 상이한 색의 LED의 최적의 두께는 그 장치가 GaAs 등의 흡수 기판 재료를 갖는지 및 그 장치가 GaP, 유리, 또는 다른 비흡수 재료 등의 비흡수 또는 투명기판(TS) 상에서 성장 또는 접합 혹은 다르게 부착되는지 여부에 따라 다르다. 이 범위 내의 두꺼운 값은 흡수 기판 장치에 바람직하며, 얇은 값은 투명 기판 장치에 적합하다. 각각의 액티브층 두께 t를 감소시키고, 이 액티브층의 수 N을 증가시키는 개념에 부분적인기반을 둔 본 발명은 양자 체제로 감소된 층 두께(layer thicknesses well down into the quantum regime) 즉, 대략 10 Å으로 감소한 두께에서 동작함을 유의해야 한다. 이 경우, 웰의 수 N은 50 이상으로 많아질 수 있다.
이 LED의 액티브 영역을 두 개의 인접한 발광층 사이에 위치한 N-1 개의 장벽층을 갖는데, 여기서 N은 액티브 영역 내에 포함된 발광층의 수이다. 광 출력은 장벽층의 두께를 감소시키거나 및/또는 장벽층의 에너지 밴드갭(bandgap)을 증가시켜 향상시킬 수 있음을 알 수 있었다. 이러한 점에서 장벽층의 두께는 350 Å 이하이며, 바람직하게 100 Å이다. 또한, 장벽층의 조성은 (AlxGal-x)yInl-yP로서, x ≥0.6이고 y = 0.5 ±0.1이다. 바람직한 실시예에서, 장벽층의 조성은 Al0.5In0.5P로서, y = 0.5 ±0.1이고 장벽층은 100 Å 이하의 두께이다.
본 발명의 장점은 얇은 웰과, 얇은 장벽, AlInP 장벽 조성, 단벽층 조성과 산소와 수용체(acceptor atoms) 원자(Mg, Zn, Be 또는 C)의 고농도 도핑의 고유한 조합으로, 광 출력과 신뢰성이 종래 기술의 LED 설계에서 볼 수 있었던 것보다 큰 정도로 분리될 수 있다는 데 있다. 따라서 본 발명은 이하의 도 6,7에서 도시한 바와 같이, 밝기와 신뢰성 양면의 동시적인 개선을 제공할 수 있다.
본 발명은 전반적으로 발광 소자에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 개선된 밝기 및 신뢰도를 갖는 발광 다이오드와 그 제조 방법에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술의 MQW LED의 개략도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 AlGaInP LED의 개략도,
도 3은 AlGaInP LED의 주 방사 파장에 대한 산소(O) 유도 광 출력 저하 의존도를 도시한 그래프,
도 4는 다른 O 농도를 갖는 두 개의 적색-오렌지색 LED(615 nm의 주 파장)에 있어 시간에 따른 광 출력의 변화를 도시한 그래프,
도 5는 상부 한정층(UCL)의 형성 시, Mg 도펀트 흐름의 함수로서 여러 O 농도를 갖는 LED의 광 출력을 도시한 그래프,
도 6은 고정된 전체 액티브층 두께에 있어 웰의 수를 증가시킴으로써 광 출력을 개선한 것을 도시한 그래프,
도 7은 고정된 전체 액티브층 두께에 있어 웰의 수를 증가시킴으로써 신뢰도를 개선한 것을 도시한 그래프,
도 8은 본 발명에 따른 도 2의 LED의 제조 방법에 대한 플로우차트.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 LED(30)가 도시되는데, 일 실시예에서, LED는 이 장치의 신뢰도 및 광 출력을 개선하도록 설계된 AlGaInP LED이다. 이 LED는 기판(32), 선택적인 분산 브래그 반사층(33), 하부 한정층(34), 액티브 영역(36), 선택적인 상부 단벽층(38), 상부 한정층(40) 및 선택적인 윈도우층(42)을 구비한다. 이 LED는 또한 LED의 동작 전류를 제공하는 두 개의 오믹 콘택트(44,46)를 갖는다. 기판은 GaAs 또는 GaP 등의 반도체 재료로 만들어지며, 하부 한정층은 n-형의 AlGaInP 재료로 구성되고, 상부 한정층은 p-형의 AlGaInP 재료로 구성되며, 상부 단벽층은 도핑되지 않은 AlGaInP 재료로 구성된다. 선택적인 상부 단벽층은 고온 처리 단계에서 상부 형성 영역으로부터 액티브 영역으로 p-형 도펀트의 확산을 제어하는 데 보조적인 역할을 한다. 상부 단벽층 및 액티브 영역은 확산 처리의 결과에 따라 p-형으로 될 수 있다. (바람직한 실시예에서 이 장치는 p-형 단벽층을 갖는다.) 이하 기술하는 바와 같이, 상부 단벽층 및/또는 상부 한정층은 장치의 신뢰성을 개선하도록 산소(O)로 도핑된다. LED는 또한 하부 한정층과 액티브영역 사이에 선택적인 하부 단벽층(도시하지 않음)을 포함한다. 이 하부 단벽층은 상부 단벽층과 같은 물질로 형성될 수 있으나 반드시 그럴 필요는 없다. (전술한 바와 같이, 가장 일반적인 LED구성은 n-형 기판, n-형 하부 한정층, 선택적인 n-형 하부 단벽층, n-형, p-형 또는 도핑되지 않은 액티브 영역, 선택적인 p-형 단벽층, p-형 상부 한정층, 선택적인 p-형 윈도우층을 포함한다. 그러나, p-형 하부 한정층, 선택적인 p-형 하부 단벽층, n-형, p-형 또는 도핑되지 않은 액티브 영역, 선택적인 n-형 상부 단벽층, p-형 상부 한정층, 선택적인 p-형 윈도우층을 이용하여 p-형 기판 또는 다른 재료 상에 LED를 성장시키거나 그에 LED를 접합 또는 부착시킬 수도 있다.)
일 실시예에 있어서, 상부 한정층(40)만이 O로 도핑된다. 상부 한정층의 이 O 도펀트 농도는 LED(30)의 주 방사파장에 따르는데, 스톡맨의 미국 특허 제 5,909,051 호에 개시된 바와 같이, LED의 p-형 상부 한정층(액티브 영역에 인접)에 O 도펀트를 함유함으로써, 장치의 신뢰도를 개선할 수 있다. 대부분의 경우, O 도펀트가 있으면, 광 출력에는 저하가 생긴다. 그러나, 대략 626 nm를 넘는 주 방사파장을 갖는 광을 발생시키도록 구성된 AlGaInP LED의 경우에는, O 도펀트를 포함하면 광 출력을 향상시킬 수 있다. 도 3은 AlGaInP LED의 주 방사 파장에서의 O 유도 광 출력 저하의 의존도가 도시하고 있는데, 실선 48은 LED의 상부 한정층이 대략 ~1 ×1018cm-3의 농도에서 O로 도핑된 주 파장의 함수로서 광 출력(Iv)을 도시하며, 실선 50은 LED의 상부 한정층이 O로 도핑되지 않은 주 파장의 함수로서 광 출력을 도시한다. 실선 52는 O 도핑에 의한 광 출력 저하(퍼센트)를 도시한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 570 nm의 주 방사 파장을 갖는 AlGaInP LED는 상부 한정층 내의 O의 사용과 관련한 광 출력 즉 Iv에서 70 %에 가까운 광 출력 저하를 갖는다. 그러나, AlGaInP LED의 주 방사파장이 570nm에서 585 nm와 615 nm로 각각 증가하면, O의 사용과 관련한 광 출력의 저하는 70 %에서 35 %와 20 %로 각각 감소한다. 626 nm의 주 방사 파장을 갖는 AlGaInP LED의 경우에, O의 사용과 관련한 광 출력의 저하는 없다. 실제로, 626 nm의 주 방사 파장을 갖는 AlGaInP LED의 광 출력은 상부 한정층에 O의 도입으로 증가한다.
이러한 상관 관계로 보아, 도 2의 LED의 O 농도는 장치의 주 방사 파장에 따라 가변될 수 있어서 장치의 신뢰도를 향상시키는 동시에 O 도핑으로 인한 광 출력 저하를 최소화할 수 있다. 예를 들어, LED가 호박색 광을 방사하도록 구성된 경우 보다 적색광을 방사하도록 구성되는 경우 높은 O 농도가 이용될 수 있는데, 이는 광 스펙트럼의 적색 부분에서 광을 출력하도록 구성된 LED에서 O의 사용과 관련한 광 출력 저하가 없기 때문이다. LED의 상부 한정층(40)의 O 농도를 높이면, 보다신뢰성 있는 장치를 얻을 수 있다. 이러한 O 농도 증가의 효과를 도 4에 도시하였는데, 이 도 4는 다른 O 농도를 갖는 두 개의 적색-오렌지색 LED(615 nm의 주 파장)의 시간에 따른 광 출력 변화를 도시하고 있다. 실선 54는 1 ×1018cm-3미만의 O 농도를 갖는 적색-오렌지색 LED의 시간에 따른 광 출력을 도시하며, 실선 56은 4 ×1018cm-3의 O농도를 갖는 적색-오렌지색 LED의 시간에 따른 광 출력을 도시한다.
색 의존도를 고려하면, LED(30)의 상부 한정층(40)의 O 농도는 LED의 주 방사 파장과 관련하여 LED의 구성에 따라 비례적으로 변할 수 있다. LED가 대략 595 nm 미만의 주 방사 파장을 갖도록 구성된 경우, LED의 상부 한정층 내의 O 농도는 약 3 ×1017cm-3과 2 ×1018cm-3사이에 있다. LED가 대략 595 nm와 대략 620 nm 사이의 주 방사 파장을 갖도록 구성된 경우, LED의 상부 한정층 내의 O 농도는 약 4 ×1017cm-3과 4 ×1018cm-3사이, 바람직하게 3 ×1018cm-3에 있다. LED가 약 620 nm를 넘는 큰 주 방사 파장을 갖는 경우, 상부 한정층 내의 O 농도는 약 5 ×1017cm-3과 5 ×1018cm-3사이, 바람직하게 4 ×1018cm-3에 있다.
그러나, 대략 626 nm를 넘는 주 방사 파장을 갖는 LED와 관련된 광 출력 저하가 없으므로, O 농도는 이 LED의 경우에 5 ×1018cm-3으로 될 수 있다. 대략 626 nm를 넘는 주 방사 파장을 갖는 LED의 경우에, O 농도는 5 ×1019cm-3까지 증가할 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 광 출력 저하는 p-형 상부 단벽층의 사용을 통해 추가적으로 경감될 수 있는데, 이 층은 O로 도핑되거나 도핑되지 않을 수 있다. 도 2의 LED(30)의 상부 단벽층(38)에 O가 도입되는 경우, 상부 단벽층(38)의 O 농도는 5 ×1018cm-3미만, 바람직하게는 1 ×1017cm-3미만으로 될 수 있는데, 여기서 바람직한 O 농도는 주 방사 파장의 감소에 따라 감소한다. 상부 단벽층의 O 농도는 상부 한정층 내의 O 도핑 농도보다 훨씬 작을 수 있음을 유의한다. 전술한 다른 요인 즉, 얇은 웰, 얇은 장벽, 단벽층 조성 및 상부층 내의 높은 수용체 원자와 O 도펀트 원자의 농도 이외에, 상부 단벽층 내의 O 농도를 감소시키면 스톡맨 방법에서 얻은 것 이상으로 광 출력과 신뢰도를 분리시키는데 추가적인 도움을 줄 수 있다.
O 도펀트 이외에, LED(30)의 상부 한정층(40)은 마그네슘, 아연, 탄소 또는 베릴륨 등의 높은 p-형 도펀트 흐름으로 바람직하게 형성되어 고 농도의 p-형 도펀트를 상부 한정층에 도입할 수 있다. O 도펀트와 관련하여 p-형 도펀트의 농도를 높이면, O 도펀트의 도입으로 인한 임의의 광 출력 저하를 경감할 수 있다. 도 5는 상부 한정층(UCL)의 형성 동안 O 농도와 Mg 도펀트 흐름의 여러 가지 조합에 의한 LED의 광 출력을 도시하는데, 실선 60, 62, 64 및 66은 각각 1 ×1018cm-3, 3 ×1018cm-3, 4 ×1018cm-3, 5 ×1018cm-3의 O 농도를 갖는 LED에 대응한다. 도 5는 상부 한정층(40) 내의 Mg 등의 고농도의 p-형 도펀트에 의해 O 도핑으로 인한 광 출력 저하가 경감될 수 있는 것을 도시한다. 도 5로부터 고농도의 O와 Mg의 조합에 의해, 저농도의 O와 Mg의 조합보다 밝은 LED를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 도2의 LED(30)의 상부 한정층(40)은 고농도의 p-형 도펀트 즉, Mg, Zn, C 또는 Be로 도핑된다. 이 상부 한정층의 p-형 도펀트의 농도는 바람직하게 표준 농도 이상인데, 통상, 표준농도는 1 ×1017cm-3에서 3 ×1017cm-3이다. 따라서 상부 한정층의 p-형 도펀트의 농도는 고온 열 처리 이전에 3 ×1017cm-3에서 1 ×1017cm-3사이에 있어야 한다. 이어서 고온 열 처리에 따라 p-형 도펀트가 상부 단벽층(38)으로 도입되어 대략 1 ×1017cm-3에서 3 ×1018cm-3사이, 바람직하게 3 ×1017cm-3에서 6 ×1017cm-3사이의 자유 정공 농도를 갖는 두텁게 p-도핑된 액티브 영역을 얻을 수 있다.
따라서 상부 단벽층(38)이 액티브 영역(36)으로의 p-형 도펀트 확산 제어에 도움을 줄 수 있어서, 높은 수율과 보다 많은 제조 프로세스를 얻을 수 있다. 상부 단벽층은 또한 액티브 영역으로부터 두텁게 O 도핑된 상부 한정층(40)을 분리시킴으로써 광 출력과 신뢰도를 별개로 하는데 도움을 줄 수 있다. (상부 단벽층 내의 O 농도는 상부 한정층 내의 O 농도보다 훨씬 낮음을 유의한다.) 이것이 O 도핑영역이 액티브 영역과 인접하여야 할 것을 기술한 스톡맨 특허의 종래 기술과 본 발명과의 주요한 차이점이다. 본 발명과 스톡맨 특허의 다른 추가의 차이점은 다수양자 웰 액티브 영역의 경우에, 액티브 영역 사이의 장벽층은 O로 도핑되지 않으므로, O 도핑층이 액티브 영역과 인접하지 않는다는 점이다.
LED(30)의 액티브 영역(36)은 각기 N-1 개의 장벽층으로 분리된 N 개의 발광층(76)을 구비하는데, N은 0 이상의 정수이다. 따라서 LED는 단일의 액티브층(N=1)이 있는 DH LED로서 구성될 수 있다. 도 2에 6 개의 액티브층과 5 개의 장벽층을 갖는 LED를 도시했지만, 이 장벽층과 액티브층의 수는 이를 훨씬 상회할 수 있는데 즉, 이 장치는 50 개 이상의 많은 액티브층을 가질 수 있다. 액티브층과 장벽층은 AlGaInP 재료로 구성된다.
본 발명자는 폭넓은 연구를 통해, 액티브층의 수 N이 증가하고, 따라서 각 액티브층의 두께 t가 감소할 때, 고정된 전체 액티브층 두께 D에 있어, LED의 광 출력이 증가하는 것을 알아냈다. 이러한 효과는 이하의 표 1과 도 6에 도시된다. 액티브층의 두께 t를 감소시키고 액티브층의 수 N을 증가시키는 것에 부분적인 기반을 둔 본 발명은, 대략 10 Å으로 내려간 액티브층 두께와 50 개 이상의 액티브층의 수에서 동작한다.
표 1에 도시한 바와 같이, 실험 1, 2, 3은 호박색 광(주 파장 = 590 nm)을 방사하는 LED 구조에 관한 것이며, 실험 4는 적색광(주 파장 = 626 nm)을 방사하는 LED 구조에 관한 것이다. 호박색 오렌지 LED의 바람직한 전체 액티브층 두께는 대략 500 Å에서 2000 Å 범위에 있다. 적색-오렌지색 또는 적색 LED의 바람직한 전체 액티브층 두께는 대략 125 Å 내지 1000 Å 범위에 있다. 도 6에서, 실선 82, 84, 86 및 88은 각각 표 1에 기술된 실험 1, 2, 3 및 4의 LED 구조에 대응한다. 도 6의 실선 82, 84 및 86은 대략 2000 Å에서 고정된 전체 액티브층 두께를 갖는 호박색 LED를 나타내며, 실선 88은 적색 LED를 나타낸다.
장벽층의 타겟 두께와 그들의 조성은 또한 LED의 광 출력에 영향을 미치도록 구해진다. 표2에 도시한 바와 같이, 장벽층의 타겟 두께를 감소시키면, LED 광 출력을 향상시킬 수 있다.
LED 광 출력에 대한 장벽 조성의 영향은 표 3에 도시된다. 장벽 조성은 LED의 장벽층에서 Al, x의 퍼센트로 되는데, 이 LED는 (AlxGal-x)0.5In0.5P 합금으로 이루어진다. 표 3에 도시된 바와 같이, Al 퍼센트의 증가는 LED 광 출력의 증가에 해당한다. 장벽층의 Al 함량이 장벽층의 에너지 밴드갭에 관련되므로, Al 퍼센트의 증가는 장벽층의 에너지 밴드갭의 증가로 볼 수 있다.
본 발명에 따른 고정된 전체 액티브층 두께에 있어 웰의 수를 증가시키는 것의 추가적인 장점은 얻어지는 LED장치의 신뢰도가 종래의 LED 설계의 신뢰도보다 우수하다는 것인데, 호박색 AlGaInP LED의 경우에 특히 우수하다. 도 7에, 각기 500 Å 두께의 4 개의 웰을 갖는 LED의 신뢰도와 각기 125 Å 두께의 16 개의 웰을 갖는 LED의 신뢰도를 도시하는데, 실선 90, 92, 94 및 96은 각기 500 Å 두께의 4개의 웰을 갖는 LED에 대응하며, 실선 98, 100 및 102는 각기 125 Å 두께의 16 개의 웰을 갖는 LED에 대응한다. 따라서, 각기 125 Å 두께의 16 개의 웰을 갖는 장치는 각기 500 Å 두께의 4 개의 웰을 갖는 장치보다 신뢰도에 있어서 우수하다.
전술한 장점에서 볼 때, 액티브 영역에 포함된 각각의 액티브 층(76)은 전체 액티브층 두께를 변화시키지 않고, 125 Å 이하로 두께가 감소되어야 한다. 결론적으로, LED 내의 각각의 액티브층의 수는 약 610 nm 미만인 주 방사 파장을 갖는 LED의 경우 8 내지 약 16 개 정도의 웰의 범위에 있어야 하며, 약 610 nm를 넘는 주 방사 파장을 갖는 LED의 경우 1 내지 8 개 정도의 웰의 범위에 있어야 한다. 따라서 최적의 전체 액티브층의 두께 D와 최적의 웰의 수 N은 장치가 투명 기판 또는 흡수 기판을 포함하느냐에 따라 다르다. 액티브층의 흡수부는 투명 기판 LED의 주 흡수 메커니즘 중 하나가 되므로, 전체 액티브층 두께 D는 흡수 기판 LED의 경우보다 투명 기판 LED의 경우에 더 얇게 되어야 한다. (투명기판 LED는 GaP, GaAsP, InGaP, 사파이어, SiC, 유리 등의 재료를 포함하는 액티브 영역으로부터 방사된 광에 투명한 재료 상에서 성장하거나, 그에 접합 또는 부착하는 임의의 LED를 포함함을 유의한다.) 이러한 액티브층의 조성은 LED(30)의 소정의 주 방사 파장에 따르며, 일반적으로, 이 액티브층은 (AlxGal-x)yInl-yP로 제조되며, 여기서 0 ≤x ≤0.55이며, y = 0.5 ±0.1이다. 대략 610 nm 미만의 주 방사 파장의 경우에, x의 값은 약 0.15 이상이어야 하며, 대략 615 nm인 주 방사 파장의 경우에, x의 값은 약 0.06과 0.15 사이에 있어야 한다. 마지막으로, 대략 626 nm를 넘는 주 방사 파장의 경우에, x의 값은 약 0.06 이하이어야 한다. 장벽층(78)과 관련하여, 각각의 두께는 350 Å 미만, 바람직하게는 100 Å 미만이어야 한다. 장벽층(78)의 조성은 (AlxGal-x)yInl-yP이어야 하며, 여기서 y = 0.5 ±0.1, x ≥0.6이다. 바람직한 실시예에 있어서, x=1일 때, 장벽층의 조성은 AlyInl-yP이며, 여기서 y = 0.5 ±0.1이다.
본 발명에 따른 도 2의 LED(30)의 제조 방법을 도 2 및 도 8을 참조하여 기술한다. 단계(104)에서, 하부 한정층(34)이 기판(32) 상에 형성된다. 이어서 단계(106)에서 액티브 영역(36)이 하부 한정층 상에 형성되어 액티브 영역이 소정의 주 파장을 갖는 광을 방사한다. 일 실시예에 있어서, 액티브 영역은 단일 발광 액티브층(76)을 포함하도록 형성되며, 다른 실시예에 있어서, 이 액티브 영역은 N 개의 발광 액티브층(76)과 N-1 개의 장벽층을 갖도록 형성되는데, 여기서 N은 1이상의 정수이다. 소정의 주 파장이 광 스펙트럼의 호박색-오렌지 부분에 있는 경우, 고정된 전체 액티브층 두께는 바람직하게 약 500 Å과 2000 Å 사이에 있다. 그러나, 소정의 주 파장이 광 스펙트럼의 적색-오렌지에서 적색 부분에 있는 경우, 고정된 전체 액티브층 두께는 바람직하게 약 125 Å과 약 1000 Å 사이에 있다. 각각의 액티브층의 바람직한 타겟 두께는 대략 125 Å 미만이다. 따라서, 액티브층의 수는, 약 610 nm 미만인 주 파장을 갖는 LED의 경우 약 8 내지 16 개 사이이며, 주 파장이, 610 nm를 넘는 경우 대략 1 내지 8 개 사이이다. (본 발명은 50 개 이상의 액티브층의 수와 대략 10 Å 까지 내려간 액티브층 두께에서 동작한다.) 또한, 액티브층의 조성은 소정의 주 방사 파장에 따르며, 액티브 영역(36)의장벽(78)과 관련하여, 각각의 장벽층의 두께는 바람직하게 350 Å 이하 즉, 100 Å이 바람직하다. 장벽층의 조성은 (AlxGal-x)yInl-yP이며, 여기서 y = 0.5 ±0.1 그리고 x ≥0.6이다. 바람직하게 장벽층은 Al0.5In0.5P로 만들어진다.
단계(108)에서, 선택적인 (p-형) 상부 단벽층(38)은 액티브 영역(36) 상에 형성되며, O로 도핑되어 상부 단벽층 내의 O 농도는 5 ×1018cm-3미만, 바람직하게 1 ×1017cm-3미만에 있으며, 여기서 p-형 단벽층 내의 O 농도는 LED 주 방사 파장이 감소에 따라 감소한다. 단계(110)에서, (p-형) 상부 한정층(40)은 상부 단벽층 상에 형성되며, 소정의 주 방사 파장에 의존하는 제어된 양의 O로 도핑된다. LED가 대략 595 nm 이하의 주 방사 파장을 갖도록 구성되는 경우, LED의 상부 한정층내의 O 농도는 약 3 ×1017cm-3과 2 ×1018cm-3에 있다. LED가 대략 595 nm와 대략 620 nm 사이의 주 방사 파장을 갖도록 구성되는 경우, O 농도는 약 4 ×1017cm-3과 4 ×1018cm-3, 바람직하게 약 3 ×1018cm-3에 있다. LED가 대략 620 nm를 넘는 주 방사 파장을 갖도록 구성되는 경우, O 농도는 약 5 ×1017cm-3과 5 ×1018cm-3, 바람직하게 약 4 ×1018cm-3에 있다. O 농도 이외에, 상부 한정층은 Mg, Zn, C 또는 Be 등의 증가된 양의 p-형 도펀트로 도핑된다. 그 결과 상부 한정층은 고온 열처리 이전에 약 1 ×1017cm-3과 1 ×1019cm-3사이의 p-형 도펀트 농도를 갖는다. 이어서고온 열처리가 실행되어 p-형 도펀트가 액티브층(들)로 확산되어 대략 1 ×1017cm-3과 3 ×1018cm-3사이, 바람직하게는 3 ×1017cm-3과 6 ×1017cm-3사이의 자유 농도 정공을 갖는 두텁게 도핑된 액티브층(들)을 얻을 수 있다.
본 발명은 AlGaInP LED에 대해 설명했지만, 여기에 기술된 각종의 특징은 다른 형의 LED 및 레이저 다이오드 등의 다른 발광 소자에 적용될 수 있다.
여기에 기술된 구조를 제조하는 바람직한 방법은 MOCVD이지만, MBE 또는 VPE 등의 다른 제조 방법을 또한 사용할 수 있다. 또한, 위에서 기술한 GaAs 기판 이외에 본 발명은 GaP, InGaP, Si, Ge, GeSi, 금속, 유리 또는 다른 재료 등의 다른 기판재 상에서 성장, 또는 다르게 기계적으로 부착될 수 있다. 각종 기판의 도전형은 장치가 p-형 기판에서 성장되고, p-형 하부 한정층, 선택적인 p-형 하부 단벽층, 액티브층, 선택적인 n-형 상부 단벽층, n-형 상부 한정층 및 n-형 윈도우층을 갖도록 변형될 수 있다. 이 경우, p-형 단벽층 및/또는 p-형 한정층은 O로 도핑될 수 있다. 지금까지 기술한 장치는 (AlxGal-x)yInl-yP와 같은 재료로 구성되거나,(여기서 0 ≤x ≤1 및 0 ≤y ≤1) AlGaAs 또는 다른 재료로 구성될 수 있다. 여기에서 기술한 p-형 액티브층 이외에, 상기 장치는 또한 도핑되지 않은 액티브층 또는 n-형 액티브층으로 제조될 수 있다. 기술한 장치는 1 내지 16 개의 웰을 갖지만, 이 장치는 16 개 이상의 웰을 갖는 것으로 성장될 수 있다. 이 장치는 또한 액티브층 웰, 액티브영역 장벽, 단벽층 또는 한정층의 정합하지 않은 층들로 된 격자로 성장될 수 있다. 또한, 바람직한 실시예는 p-형 한정층 및/또는 p-형 단벽층의 O도핑층을 갖지만, 추가의 도펀트로는 Si, Se, S, Te, Sn, Ge, N 또는 As가 포함될 수 있다. 이 장치는 또한 GaP, Si, Ge, GeSi, 금속, 유리 또는 다른 기판 재료에 웨이퍼 접합으로 제조될 수 있다. 이 장치는 또한 선택적인 상부 단벽층, 선택적인 하부 단벽층, 상기 액티브층 내의 장벽층 또는 기타 층 등의 하나 이상의 층으로 된 분류된 조성을 갖는 영역을 포함할 수 있는데, 이 장치는 (AlxGal-x)yInl-yP의 조성으로 이루어진다. 이 장치는 또한 p-형 또는 n-형 오믹 콘택트의 아래에 전류 차단층을 갖도록 성장 또는 제조될 수 있다.

Claims (56)

  1. 기판과,
    상기 기판 위에 배치된 제 1 도전형의 하부 영역과,
    상기 하부 영역 위에 배치되며 복수의 발광 액티브층(light emitting active layers)을 포함하는 액티브 영역과,
    상기 액티브 영역 위에 배치된 제 2 도전형의 상부 영역
    을 포함하되,
    상기 상부 영역과 하부 영역 중 적어도 하나는 제어된 농도의 산소 도펀트를 함유하는 산소-도핑층을 포함하며, 상기 제어된 농도의 산소 도펀트는 상기 산소 도펀트의 농도를 제어함으로써 초기 광 출력 저하를 실질적으로 최소화시키면서 상기 발광 소자의 신뢰도를 개선하는
    발광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 영역과 상부 영역 중 하나에 포함되며 상기 산소-도핑층과 상기 액티브 영역 사이에 배치되는 단벽층(a set-back layer)을 더 포함하는 발광 소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 단벽층은 산소 도핑되는 발광 소자.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 산소-도핑층은 상기 하부 영역과 상부 영역 중 하나에 포함된 p-형 한정층(p-type confining layer)이고, 상기 단벽층은 p-형 층인 발광 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 산소-도핑층은 상기 상부 영역과 하부 영역 중 하나에 포함된 단벽층인 발광 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 산소 도펀트의 제어된 농도는 발광 소자의 주된 방사 파장(dominant emission wavelength)에 따라 결정되는 발광 소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 산소 도펀트의 제어된 농도는 약 3 ×1017cm-3과 5 ×1019cm-3사이에 있는 발광 소자.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 발광 소자는 약 595 nm 미만의 주된 파장을 갖는 광을 방사하도록 구성되고, 상기 산소 도펀트의 제어 된 농도는 약 3 ×1017cm-3과 2 ×1018cm-3사이에 있는 발광 소자.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 발광 소자는 약 595 nm와 620 nm 사이의 주 파장을 갖는 광을 방사하도록 구성되고, 상기 산소 도펀트의 제어된 농도는 약 4 ×1017cm-3과 4 ×1018cm-3사이에 있는 발광 소자.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 발광 소자는 약 620 nm를 넘는 주 파장을 갖는 광을 방사하도록 구성되고, 상기 산소 도펀트의 제어된 농도는 약 5 ×1017cm-3과 5 ×1018cm- 3사이에 있는 발광 소자.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 영역과 상부 영역 중 하나는 약 1 ×1017cm-3과 1 ×1019cm-3사이의 농도를 갖는 p-형 도펀트를 갖는 p-형 한정층을 포함하는 발광 소자.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 p-형 한정층은 약 3 ×1017cm-3과 6 ×1017cm-3사이에 있는 자유 정공(free hole) 농도를 갖는 발광 소자.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 p-형 도펀트 각각은 마그네슘, 아연, 탄소, 베릴륨으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소인 발광 소자.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 액티브 영역 내의 상기 발광 액티브층 중 적어도 하나는 약 3 ×1017cm-3과 3 ×1018cm-3사이의 p-형 도핑농도를 갖는 발광 소자.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 발광 액티브층 중 적어도 하나는 약 3 ×1017cm-3과 6 ×1017cm-3사이의 자유 정공 농도를 갖는 발광 소자.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 액티브 영역은 다른 발광 액티브층과 장벽층을 구비하며, 상기 발광 액티브층의 수는 2와 50 사이에 있는 발광 소자.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 소자는 약 610 nm 미만의 주 파장을 갖는 광을 방사하도록 구성되며, 상기 액티브 영역은 8 내지 16 개의 발광 액티브층을 포함하는 발광 소자.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 소자는 약 610 nm를 넘는 주 파장을 갖는 광을 방사하도록 구성되며, 상기 액티브 영역은 2 내지 8 개의 발광 액티브층을 포함하는 발광 소자.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 액티브 영역 내의 상기 각각의 발광 액티브층은 약 125 Å 이하의 두께를 갖는 발광 소자.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 액티브 영역은 약 350 Å 미만의 두께를 갖는 적어도 하나의 장벽층을 포함하는 발광 소자.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 액티브 영역은 약 100 옹스트롬 이하의 두께를 갖는 적어도 하나의 장벽층을 포함하는 발광 소자.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 액티브 영역은 (AlxGal-x)yInl-yP의 조성을 갖는 하나 이상의 장벽층을 포함하되, x는 약 0.6 이상인 발광 소자.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 장벽층의 조성은 AlyIn1-yP이며, y = 0.5 ±0.1인 발광 소자.
  24. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 영역 위에 배치되며 실질적으로 GaP로 이루어지는 윈도우층을 더 포함하는 발광 소자.
  25. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판과 상기 하위 영역 사이에 배치된 분산 브래그 반사기(a distributed Bragg reflector)를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  26. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 액티브 영역에 의해 방사된 광에 대해 투명한 재료로 이루어진 발광 소자.
  27. 신뢰도와 광 출력이 개선된 발광 소자를 제조하는 방법에 있어서,
    기판 상에 제 1 도전형의 하부영역을 형성하는 단계와,
    상기 하부 영역 위에 액티브 영역을 형성하는 단계와,
    상기 액티브 영역 위에 제 2 도전형의 상부 영역을 형성하는 단계와,
    상기 하부 영역과 상부 영역 중 하나 내에 있는 타겟층을 제어된 양의 산소로 도핑하여 상기 타겟층이 상기 발광 소자의 주 방사 파장에 비례적으로 대응하는 산소 도펀트 농도를 갖도록 하는 단계
    를 포함하되,
    상기 산소 도펀트 농도는 상기 주 방사 파장과 관련하여 조정되어, 상기 영역들 중 하나 내의 상기 타겟층을 상기 제어된 양의 상소로 도핑함으로써 상기 발광 소자의 초기 광 출력 저하를 실질적으로 최소화시키면서 상기 발광 소자의 신뢰도를 개선하는
    발광 소자 제조 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 하부 영역과 상부 영역 중 하나 내에 있는 p-형 한정층을 증가된 농도의 p-형 도펀트로 도핑하는 단계를 더 포함하되, 상기 증가된 농도는 약 1 ×1017cm-3과 1 ×1019cm-3사이에 있는 발광 소자 제조 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 p-형 한정층을 도핑하는 단계는 상기 하부 영역과 상부 영역 중 하나 내에 있는 상기 p-형 한정층을 마그네슘, 아연, 탄소, 베릴륨으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소인 증가된 농도의 p-형 도펀트로 도핑하는 단계인 발광 소자 제조 방법.
  30. 제 27 항에 있어서,
    상기 하부 영역을 형성하는 단계와 상기 상부 영역을 형성하는 단계는 상기 액티브 영역과 상기 산소 도핑된 타겟층 사이에 단벽층을 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자 제조 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 단벽층을 형성하는 단계는 상기 단벽층을 산소로 도핑하는 단계를 포함하는 발광 소자 제조 방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 산소 도핑된 타겟층은 상기 단벽층이 형성된 상기 하부 영역과 상부 영역 중 하나에 형성된 p-형 한정층인 발광 소자 제조 방법.
  33. 제 31 항에 있어서,
    상기 단벽층을 산소로 도핑하는 단계는 상기 단벽층에 도입되는 산소 도펀트의 흐름을 제어하는 단계를 포함하되, 상기 산소 흐름은 상기 발광 소자의 주 방사 파장과 연관되는 발광 소자 제조 방법.
  34. 제 27 항에 있어서,
    상기 타겟층은 상기 하부 영역과 상부 영역 중 하나 내에 있는 p-형 한정층이고, 상기 p-형 한정층은 상기 하부 영역과 상부 영역 중 하나 내에 있는 단벽층에 인접하여 배치되는 발광 소자 제조 방법.
  35. 제 27 항에 있어서,
    상기 타겟층을 도핑하는 단계는 상기 하부 영역과 상부 영역 중 하나 내에 있는 상기 타겟층을 상기 제어된 양의 산소로 도핑하여 상기 타겟층이 약 3 ×1017cm-3과 2 ×1018cm-3사이의 도펀트 농도를 갖도록 하는 단계이고, 상기 발광 소자의 주 방사 파장은 약 595 nm 미만인 발광 소자 제조 방법.
  36. 제 27 항에 있어서,
    상기 타겟층을 도핑하는 단계는 상기 하부 영역과 상부 영역 중 하나 내에 있는 상기 타겟층을 상기 제어된 양의 산소로 도핑하여 상기 타겟층이 약 4 ×1017cm-3과 4 ×1018cm-3사이의 도펀트 농도를 갖도록 하는 단계이고, 상기 발광 소자의 주 방사 파장은 약 595 nm와 620 nm 사이에 있는 발광 소자 제조 방법.
  37. 제 27 항에 있어서,
    상기 타겟층을 도핑하는 단계는 상기 하부 영역과 상부 영역 중 하나 내에 있는 상기 타겟층을 상기 제어된 양의 산소로 도핑하여 상기 타겟층이 약 5 ×1017cm-3과 5 ×1018cm-3사이의 도펀트 농도를 갖도록 하는 단계이고, 상기 발광 소자의 주 방사 파장은 약 620 nm 를 넘는 발광 소자 제조 방법.
  38. 제 27 항에 있어서,
    상기 액티브 영역을 형성하는 단계는 N 개의 발광 액티브층을 형성하는 단계를 포함하되, N은 2 내지 50 사이의 정수인 발광 소자 제조 방법.
  39. 제 27 항에 있어서,
    상기 액티브 영역을 형성하는 단계는 M 개의 발광 액티브층을 형성하는 단계를 포함하되, M은 8 내지 16 사이의 정수이며, 상기 발광 소자의 주 방사 파장은 약 610 nm 미만인 발광 소자 제조 방법.
  40. 제 27 항에 있어서,
    상기 액티브 영역을 형성하는 단계는 N 개의 발광 액티브층을 형성하는 단계를 포함하되, N은 2 내지 8 사이의 정수이고, 상기 발광 소자의 주 방사 파장은 약 610 nm를 넘는 발광 소자 제조 방법.
  41. 기판과,
    상기 기판 위에 배치된 제 1 도전형의 하부 영역과,
    상기 하부 영역 위에 배치된 액티브 영역과,
    상기 액티브 영역 위에 배치된 제 2 도전형의 상부 영역
    을 포함하되,
    상기 상부 영역과 하부 영역 중 하나는 산소-도핑층과 단벽층을 포함하며, 상기 산소-도핑층은 적어도 상기 단벽층에 의해 상기 액티브 영역과 분리되는 발광 소자.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 산소-도핑층은 상기 하부 영역과 상부 영역 중 하나 내에 있는 p-형 한정층인 발광 소자.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 p-형 한정층은 약 1 ×1017cm-3과 1 ×1018cm-3사이의 p-형 도펀트 농도를 갖는 발광 소자.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 각각의 p-형 도펀트는 마그네슘, 아연, 탄소, 베릴륨으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소인 발광 소자.
  45. 제 41 항에 있어서,
    상기 단벽층은 산소 도핑되는 발광 소자.
  46. 제 41 항에 있어서,
    상기 산소-도핑층은 상기 발광 소자의 주 방사 파장에 따라 결정되는 산소 도펀트 농도를 가지며, 상기 산소 도펀트 농도는 상기 산소 도펀트 농도로 인해 초기 광 출력 저하를 실질적으로 최소화하면서 상기 발광 소자의 신뢰도를 개선하도록 선택적으로 규정되는 발광 소자.
  47. 제 46 항에 있어서,
    상기 발광 소자는 약 595 nm 미만의 주 방사 파장을 갖는 광을 방사하도록 구성되며, 상기 산소 도펀트 농도는 약 3 ×1017cm-3과 2 ×1018cm-3사이에 있는 발광 소자.
  48. 제 46 항에 있어서,
    상기 발광 소자는 약 595 nm 와 620 nm 사이의 주 방사 파장을 갖는 광을 방사하도록 구성되며, 상기 산소 도펀트 농도는 약 4 ×1017cm-3과 4 ×1018cm-3사이인 발광 소자.
  49. 제 46 항에 있어서,
    상기 발광 소자는 약 620 nm를 넘는 주 방사 파장을 갖는 광을 방사하도록 구성되며, 상기 산소 도펀트 농도는 약 5 ×1017cm-3과 5 ×1018cm-3사이인 발광 소자.
  50. 제 46 항에 있어서,
    상기 액티브 영역은 약 125 Å 이하의 두께를 갖는 복수의 발광 액티브층을 포함하는 발광 소자.
  51. 제 46 항에 있어서,
    상기 액티브 영역은 약 100 Å 이하의 두께를 갖는 하나 이상의 장벽층을 포함하는 발광 소자.
  52. 제 51 항에 있어서,
    상기 장벽층의 조성은 AlyIn1-yP이며, y = 0.5 ±0.1인 발광 소자.
  53. n-형 기판과,
    상기 n-형 기판 위에 배치된 n-형 하부 한정층과,
    상기 n-형 하부 한정층 위에 배치된 액티브 영역과,
    상기 액티브 영역 위에 배치된 p-형 상부 단벽층과,
    상기 p-형 상부 단벽층 위에 배치되고 산소 도핑된 p-형 상부 한정층과,
    상기 p-형 상부 한정층 위에 배치된 윈도우층
    을 포함하는 발광 소자.
  54. 제 53 항에 있어서,
    상기 p-형 상부 단벽층은 산소 도핑되는 발광 소자.
  55. 제 53 항에 있어서,
    상기 p-형 상부 한정층은 약 1 ×1017cm-3과 ×1019cm-3사이의 p- 형 도펀트 농도를 갖는 발광 소자.
  56. 제 53 항에 있어서,
    상기 액티브 영역은 복수의 발광층 및 적어도 하나의 장벽층을 구비하는 발광 소자.
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