KR20060044241A - 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판위에 제1 질화물 반도체층을 형성시키는 단계와, 상기 제1 질화물 반도체층위에 수소 분위기와 고온 조건하에서 성장시킨 배리어층을 포함하는 활성층을 형성시키는 단계와, 상기 활성층위에 제2 질화물 반도체층을 형성시키는 단계를 포함하여 구성되는 질화물 반도체 발광소자 제조방법 및 그에 따라 제조되는 질화물 반도체 발광소자에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명에 따라 제조되는 질화물 반도체 발광소자에서는 활성층 하부에 존재하는 격자결함의 전파가 차단됨으로써 질화물 반도체의 InxGa1-xN(0≤x≤1)/InyGa1-yN(0≤y≤1) 사이의 큰 격자부정합으로 인한 결정결함이 감소되고 활성층의 결정성이 높아지므로 높은 In 조성의 InxGa1-xN(0≤x≤1)를 갖는 박막 성장층에 의한 발광효율의 증가와 높은 신뢰성을 가지는 소자 제작이 가능하게 되었다.
발광소자, 질화물 반도체, 활성층, 장벽층, 시드층

Description

질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법{Light Emitting Device using nitrogen compound semiconductor and producing method thereof}
도 1은 종래의 질화물 반도체 발광소자의 단면을 도시한 도면
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 단면을 도시한 도면
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 단면을 도시한 도면
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 단면을 도시한 도면
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
210,310 : 기판 220,320 : 버퍼층
230,330 : n형 질화물 반도체층 240,340 : 활성층
241,341 : 제1 활성층 241a,341a: 제1 장벽층
241b : 제1 시드층 241c,341c: 제1 우물층
242,342 : 제2 활성층 250,350 : p형 질화물 반도체층
440 : 추가 장벽층
본 발명은 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 질화물 반도체는 청색발광 다이오드, 청색 레이저 다이오드 등의 재료로써 크게 주목 받고 있다.
도 1은 종래의 질화물 반도체 발광소자의 단면을 도시한 도면이다.
종래의 일반적인 질화물 반도체 발광소자는 도 1에 도시된 바와 같이 사파이어로 구성된 기판(110)과, 상기 기판(110)상에 형성된 버퍼층(120)과, 상기 버퍼층상에 형성된 n형 질화물 반도체층(130)과, 상기 n형 질화물 반도체층(130)상에 형성된 활성층(140)과, 상기 활성층상에 형성된 p형 질화물 반도체층(150)으로 구성된다.
상기 n형 및 p형 반도체층(130, 150)은 각각 질화갈륨(GaN)에 여러 도펀트(dopant)가 도핑되어 형성되며, n형 도펀트로는 규소(Si)가, p형 도펀트로는 주로 마그네슘(Mg)이 사용된다.
상기와 같이 구성되는 종래의 질화물 반도체 발광소자는 몇가지의 문제점을 가지게 된다.
활성층의 대표적인 성장 방법으로는 질화물내의 In(인듐) 과 Ga(갈륨)의 비율이 일정의 비율로 포함되어 있는 InxGa1-xN(0≤x≤1)과 질화갈륨이 접촉되어 형성 된 InxGa1-xN(0≤x≤1) 다중우물구조에 관한 것으로, 종래 기술의 대표적인 것으로는 900℃ 이하의 온도에서 성장시키는 것이 있다.
상기 900℃ 이하의 온도에서의 일반적인 성장방법은 In 과 Ga의 조성비의 적절한 배합을 위하여 낮은 온도와 질소(N₂) 분위기의 성장을 수행하게 된다. 이는 InxGa1-xN(0≤x≤1)박막 성장에 있어 GaN에서 In의 인입이 많아질수록 또는 InN에서 Ga의 인입이 많을 수록 상분리 현상이 심하며 이를 해결하기 위하여 성장온도를 높이게 되면 In 상분리 현상이 커지게 되어 양질의 막을 얻기가 매우 어렵다.
이러한 낮은 온도에서의 성장에서는 InGaN 박막에서의 In 편석(segregation)에 의한 막질의 저하와 GaN 사이의 격자 차이로 인해 InxGa1-xN(0≤x≤1)/GaN 계면에서 많은 결정결함이 발생된다. 또한, In의 상분리(dissociation) 현상이 커지게 되어 양질의 막을 얻기가 어려우며, 하부구조의 결정결함과 결합하여 발광효율의 저하, 소자의 신뢰성 저하를 초래하게 된다.
결국, 이러한 종래의 성장 방법을 통한 InGaN/GaN 계열의 재료는 큰 격자부정합으로 인한 응력 때문에 활성층 내부에 강한 피에조 전기장이 발생되고, 전자-홀 파동함수가 분리되어 발광효율이 저하되는 결과를 초래하게 된다.
본 발명은 질화물 반도체의 InxGa1-xN(0≤x≤1)/InyGa1-yN(0≤y≤1) 사이의 큰 격자부정합으로 인한 결정결함을 감소시켜 InxGa1-xN(0≤x≤1) 활성층의 결정성이 높아 지도록 하여 In 조성의 InxGa1-xN(0≤x≤1)를 갖는 박막 활성층에 의한 발광효율의 증가에 따라 저구동 전압과 고발광 효율을 갖는 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 질화물 반도체 발광소자는 기판위에 형성된 제1 질화물 반도체층과, 상기 제1 질화물 반도체층위에 수소 분위기와 고온 조건하에서 성장된 배리어층을 포함하는 활성층과, 상기 활성층위에 형성된 제2 질화물 반도체층을 포함하여 구성되는 것을 그 특징으로 한다.
상기 활성층은 상기 제1 질화물 반도체층위에 형성된 우물층과, 상기 우물층위에 수소 분위기와 고온 조건하에서 형성된 장벽층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 활성층을 구성하는 우물층과, 상기 우물층위에 수소 분위기와 고온 조건하에서 형성된 장벽층은 교대로 다수층 형성된다.
바람직하게는 상기 활성층은 상기 제1 질화물 반도체층위에 형성된 우물층과, 상기 우물층위에 수소 분위기와 고온 조건하에서 형성된 장벽층과, 상기 장벽층위에 이후에 형성될 우물층으로의 In 공급을 위한 시드층이 추가로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 활성층을 구성하는 상기 우물층과 상기 장벽층과 상기 시드층이 교대로 다수층 형성된다.
또한, 맨처음 형성되는 상기 우물층의 격자결함 해소를 위해 상기 제1 질화물 반도체층과 상기 우물층 사이에 수소 분위기와 고온 조건하에서 형성된 장벽층이 추가로 구비되어질 수 있다.
이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 질화물 반도체 발광소자 제조방법은 기판위에 제1 질화물 반도체층을 형성시키는 단계와, 상기 제1 질화물 반도체층위에 수소 분위기와 고온 조건하에서 성장시킨 장벽층을 포함시킨 활성층을 형성하는 단계와, 상기 활성층위에 제2 질화물 반도체층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 그 특징으로 한다.
상기 활성층을 형성시키는 단계는 상기 제1 질화물 반도체층위에 우물층을 형성시키는 과정과, 상기 우물층위에 수소 분위기와 고온 조건하에서 장벽층을 형성하는 과정을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 활성층을 형성시키는 단계는 상기 제1 질화물 반도체층위에 우물층을 형성시키는 과정과, 상기 우물층위에 수소 분위기와 고온 조건하에서 장벽층을 형성하는 과정과, 상기 장벽층위에 In 공급을 위한 시드층을 형성시키는 과정을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 단면을 도시 한 도면이고, 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 단면을 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 단면을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자는 기판(210)위에 형성된 버퍼층(220)과, 상기 버퍼층(220)위에 형성된 n형 질화물 반도체층(230)과, 상기 n형 질화물 반도체층(230)위에 장벽층(241b, 249b)을 포함하여 형성되는 활성층(240)과, 상기 활성층(240)위에 형성된 p형 질화물 반도체층(250)을 포함하여 구성된다.
상기 활성층(240)은 n형 질화물 반도체층(230)과 p형 질화물 반도체층(250)사이에 형성된다. 상기 활성층(240)은 종래의 장벽층보다 결정결함을 낮추기 위하여 고온과 수소 분위기 속에서 성장된 장벽층(241b, 249b)을 포함한 것을 특징으로 한다.
상기 활성층(240)은 n형 질화물 반도체층(230)위에 형성된 제1 우물층(241a)과, 상기 제1 우물층(241a)위에 고온과 수소 분위기 속에서 성장된 제1 장벽층(241b)을 포함하여 구성된다.
상기 활성층(240)은 제1 우물층(241a)과 제1 장벽층(241b)으로 구성된 단일 양자우물구조나 다수의 우물층(241a, 249a)과 다수의 장벽층(241b, 249b)이 교대로 형성되는 다중 양자우물구조로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 상기 각각의 우물층(241a, 249a)과 장벽층(241b, 249b)은 4 ~ 10 개의 층으로 구성된다.
상기 우물층(241a, 249a)은 10 ~ 20%의 In 조성비를 갖는 InxGa1-xN(0≤x≤1)으로 구성되며, 상기 장벽층(241b, 249b)은 10% 이하의 In 조성비를 갖는 InyGa1-yN(0≤y≤1)으로 구성된다.
이상에서 상술한 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자를 제조하기 위한 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 기판(210)상에 버퍼층(220)을 형성시킨다. 상기 기판(210)은 질화물 반도체 발광소자에 일반적으로 쓰이는 사파이어나 실리콘 또는 실리콘 카바이드(SiC) 기판 등을 이용할 수 있다.
상기 버퍼층(220) 위에 제1질화물 반도체층으로서 n형의 GaN 반도체층(230)을 형성시킨다. 지금까지의 공정은 종래의 질화물 반도체 발광소자의 제조방법의 일반적인 공정과 동일 또는 유사하다.
상기 n형의 GaN 반도체층(230)을 형성한 후 활성층(240)을 형성하는 단계를 수행하게 된다.
먼저, n형의 GaN 반도체층(230) 위에 InxGa1-xN(0≤x≤1)으로 구성되는 우물층(241a)을 형성한다. 바람직하게는 상기 우물층(241a)은 10 ~ 20%의 In 조성비를 갖도록 한다.
상기 우물층(241a)을 형성시킨 후, 상기 우물층(241a) 위에 InyGa1-yN(0≤y≤1)으로 구성되는 장벽층(241b)을 형성시킨다. 바람직하게는 상기 장벽층(241b)은 10% 이하의 In 조성비를 갖는 InyGa1-yN(0≤y≤1)으로 구성된다.
이때 장벽층(241b)은 수소분위기하에서 고온 조건으로 그 두께를 30 ~ 200Å 으로 형성시킨다. 상기 장벽층(241b)의 두께를 너무 얇게 하는 경우, 각각 우물층과 장벽층을 구성하는 InxGa1-xN(0≤x≤1)/InyGa1-yN(0≤y≤1) 계면에서 발생되는 흠 또는 포섭 등과 같은 결정결함의 제거 효과가 감소되어 소자의 성능향상 효과가 떨어지므로 그 두께를 30Å 이상으로 실시함이 바람직하다. 또한 상기 장벽층(241b)의 두께를 너무 두껍게 형성시키는 경우에는 소자 제작시 발생되는 저항의 증가로 인한 소자의 전기적 특성 및 발광소자의 발광효율의 저하를 일으키게 되므로 200Å 이하로 형성시키는 것이 바람직 하다.
본 발명에 따른 장벽층(241b) 형성을 수소분위기하에서 900℃ 이상에서 실시한 결과 900℃ 이하의 온도 조건으로 실시한 종래의 다중 우물구조에서의 InyGa1-yN(0≤y≤1) 장벽층 성장시보다 결정결함을 현저히 낮출 수 있었다. 한편 1040℃를 초과하는 경우에는 또 다시 결정결함이 증가되기 때문에 본 발명의 장벽층 형성과정의 온도 조건을 900 ~ 1040℃로 유지하는 것이 바람직하다.
상기 과정에 의하여 상기 활성층(240)은 우물층(241a), 장벽층(241b)으로 구성된 단일 양자우물구조나 다수의 우물층, 장벽층 등으로 된 다중 우물양자구조를 형성시킨다.
상기 활성층(240)을 형성하고 난 이후, 상기 활성층(240)위에 제2 질화물 반도체층으로써 p형 질화물 반도체층(250)을 형성시킨다.
이상에서 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조 방법에 대하여 설명하였다. 이하에서 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조 방법에 대하여 설명한다,
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자는 기판(310)위에 형성된 버퍼층(320)과, 상기 버퍼층(320)위에 형성된 n형 질화물 반도체층(330)과, 상기 n형 질화물 반도체층(330)위에 장벽층(341b, 349b)을 포함하여 형성되는 활성층(340)과, 상기 활성층위에 형성된 p형 질화물 반도체층(350)을 포함하여 구성된다.
상기 활성층(340)은 역시 n형 질화물 반도체층(330)과 p형 질화물 반도체층(350)사이에 형성된다. 상기 활성층(340)은 종래의 장벽층보다 결정결함을 낮추기 위하여 고온과 수소 분위기 속에서 성장된 장벽층(341b, 349b)을 포함한 것을 특징으로 한다.
상기 활성층(340)은 n형 질화물 반도체층(330)위에 형성된 제1 우물층(341a)과, 상기 제1 우물층(341a)위에 고온과 수소 분위기 속에서 성장된 제1 장벽층(341b)과 상기 제1 장벽층(341b)위에 형성된 시드층(341c)을 포함하여 구성된다.
상기 활성층(340)에는 다수의 우물층(341a, 349a)과 다수의 장벽층(341b, 349b)과, 다수의 시드층(341c, 349c)이 교대로 형성될 수 있다. 바람직하게는 상기 우물층(341a, 349a)과 장벽층(341b, 349b)과 시드층(341c, 349c)은 각각 4 ~ 10 개의 층으로 구성된다.
상기 시드층(341c, 348c)은 InzGa1-zN(0〈 z〈 1) 또는 InN 단일층으로 성장되어 형성된다. 이는 이후에 형성될 우물층 형성시에 상기 우물층내로 인듐의 유입이 충분하도록 하기 위한 시드역할을 하기 위한 층으로써 역할을 한다.
이와같이 구성되는 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조방법은 상기 우물층 특성개선을 위해 우물층 형성에 앞서 상기 우물층에 충분한 In을 공급해 주기 위해 시드층을 형성하는 과정이 추가되는 것을 그 특징으로 한다.
도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 설명한다.
먼저, 기판(310)상에 버퍼층(310)을 형성시키고 난 후, 상기 버퍼층(310) 위에 제1질화물 반도체층으로서 n형의 GaN 반도체층(230)을 형성시킨다.
상기 n형의 GaN 반도체층(330)을 형성한 후 활성층(340)을 형성하는 단계를 수행하게 된다.
먼저, n형의 GaN 반도체층(330) 위에 InxGa1-xN(0≤x≤1)으로 구성되는 우물층(341a)을 형성한다. 상기 우물층(341a)을 형성시킨 후, 상기 우물층(341a) 위에 장벽층(341b)을 형성시킨다.
상기 장벽층(341b) 형성단계까지는 앞서 상술한 방법과 동일하므로 자세한 내용은 생락한다.
상기 장벽층(341b)을 형성시킨 후에 시드층(341c)으로서 InzGa1-zN(0〈 z〈 1)또는 InN 단일층을 성장시킨다. 이는 이후에 형성시킬 InxGa1-xN(0≤x≤1)로 구성되는 우물층(342a) 형성 과정에서 InzGa1-zN(0〈 z〈 1) 또는 InN 단일층이 시드역할을 함으로써 InxGa1-xN(0≤x≤1)로 구성되는 상기 우물층(342a)에 In을 충분히 공급해 주기 위해서이다. 이에 따라서 InGaN 구조 자체의 상분리 및 In 조성 불균일성으로 인해 생기는 캐리어 국소화(Localization)를 조절가능토록 한다.
상기 시드층(341c)의 InzGa1-zN내의 In의 비율은 바람직하게는 전체 조성중 10% 이상이 되도록 형성시킨다.
종래의 기술에 의한 InxGa1-xN(0≤x≤1)로 구성되는 우물층의 일반적인 조성의 경우 In의 조성비가 15% 정도를 차지하게 된다. 본 발명에 의한 질화물 반도체 발광소자에서는 우물층(342a)의 In의 조성비를 높이기 위하여 상기 시드층(341c)을 구성하는 InzGa1-zN층 내의 In의 비율을 10% 이상으로 하여 실시한다. 이 경우 In의 우물층내로의 인입효과가 커짐으로써 상기 우물층(342a)내의 In의 조성비가 15% 이상으로 높아지는 효과가 나타난다.
상기 시드층(341c)으로서 InzGa1-zN(0〈 z〈 1) 또는 InN 단일층의 두께는 바람직하게는 20Å 이하로 성장시킨다. 시드층(341c)의 두께를 20Å 이하로 성장시키는 이유는 상기 시드층(341c)이 우물층(342a)의 두께보다 두꺼울 경우 계면과 두 층사이에서 In이 격리되는 현상이 발생하게 되므로 박막의 막질저하 또는 발광특성의 저하를 일으킬 수 있기 때문이다.
상기 시드층(341c)을 성장시키고 난 후에는 필요에 따라 성장된 시드층(341c)을 열처리 하는 과정을 추가할 수 있다. 이러한 열처리 방법으로는 상기 시드층(341c) 성장시의 온도와 동일한 온도로 열적 어닐링(annealing)을 시키거나 또는 우물층(342a) 성장시에 성장온도를 상승시키는 방법으로 수행해도 무방하다. 이러한 열처리에 의해 상기 시드층(341c)내에 인입되어진 In이 N(질소)와 격자결합을 이루는 것을 촉진시키도록 하고 이후의 우물층(342a) 형성시에 Ga 와 In이 상호 결합하는 것을 도와주는 역할을 하게 된다.
상기 시드층(341c)을 형성시키고 난 이후에 InxGa1-xN(0≤x≤1)으로 구성되는 우물층(342a)을 형성시킨다. 상기 InxGa1-xN(0≤x≤1)으로 구성되는 우물층(342a) 형성을 위한 성장과정 중에는 이전 단계에서 형성한 시드층(341c)으로부터 상기 우물층(342a)으로 In이 충분이 인입되게 된다. 이에 따라 활성층의 고온성장을 유도하게 됨으로써 고품위의 InxGa1-xN(0≤x≤1)으로 구성되는 박막을 얻을 수 있다. 결과적으로 높은 In 조성의 고품위 InGaN 박막에 의한 캐리어 국소화 효과로 인하여 높은 발광효율을 지닌 질화물 반도체 발광소자를 얻을 수 있게 된다.
상기 과정에 의하여 우물층(341a), 장벽층(341b) 및 시드층(341c)으로 된 단일 양자우물구조나 상기 시드층(341c)위에 다수의 우물층(342a), 장벽층 및 시드층 등을 성장시켜 다중 양자우물구조를 형성할 수 있다.
상기 활성층(349)의 마지막 양자우물구조 형성과정에서는 우물층(349a), 장벽층(349b) 을 형성시키지만 시드층의 형성과정은 생략한다. 이는 추가의 우물층을 형성시키지 않기 때문에 추가의 시드층이 불필요하고, 상기 장벽층(349b)과 이후에 형성될 p형 질화물 반도체층(350)과의 직접적인 접촉층 형성에 의한 발광소자의 정상적 동작환경을 위해서이다.
상기 활성층(340)위에 제2 질화물 반도체층(350)으로써 p형 GaN 반도체층을 형성시킨다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자의 특징을 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
상기 활성층(340)내의 상기 장벽층(341b, 349b)은 고온과 수소 분위기 속에서 성장되어 결정결함이 감소됨으로써, 기판(310)과 버퍼층(320) 및 상기 n형 질화물 반도체층(330)과 같은 하부구조의 결정결함과 InxGa1-xN(0≤x≤1)/InyGa 1-yN(0≤y≤1) 계면에서 발생되는 흠(defect) 또는 포섭(inclusion) 등과 같은 결정결함(dislocation)의 전파를 저지시켜 소자의 신뢰성을 향상시킨다.
상기 시드층(341c, 348c)은 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자를 제조하는 단계 중 InxGa1-xN(0≤x≤1)으로 형성되는 우물층(342a, 349a)을 성장시키는 과정에서 인듐의 유입이 충분하도록 작용한다. 이는 높은 인듐 조성에 의한 성장온도 상승을 자연 유도하여 고온 성장의 InGaN 박막을 얻을 수 있게 함으로써 캐리어 국소화(localization) 효과에 의해 발광효율을 높일 수 있게 한다.
최근 연구 결과 InN의 에너지 밴드 갭이 0.7 일렉트론 볼트(eV: 파장 1771나노 미터에 해당)의 매우 작은 값을 갖는다는 것이 밝혀졌다. 이는 InxGa1-xN(0≤x≤ 1)의 에너지 갭이 적외선 영역에서 자외선 영역을 모두 포함한다는 것을 의미한다. 따라서 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자에 의하여 모든 파장에서 발광하는 LED 제작이 가능하게 된다.
한편, 이상에서 자세히 설명한 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 의하면 제1 우물층(241a, 341a)은 n형 질화물 반도체층(230, 330)상에 직접 성장되는 과정을 거치므로 상기 제1 우물층(241a, 341a)의 격자구조 결함이 충분히 감소되지 않을 가능성도 존재하게 된다.
따라서 이의 보완을 위하여 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따라 질화물 반도체 발광소자의 활성층(240)은 n형 질화물 반도체층(430)과 제1 우물층(441a) 사이에 추가 장벽층(440)을 구비시킬 수 있다.
이는 제1 우물층(441a)의 격자결함 제거와 발광소자의 동작에 있어서의 안정성을 확보하기 위하여 고온과 수소 분위기 속에서 성장된 추가 장벽층(440)을 추가로 형성시킨 구성을 나타낸다.
이러한 추가 장벽층(440)의 형성과정은 앞에서 상술한 n형 질화물 반도체층(430)형성 과정과 상기 제1 우물층(441a) 형성과정 사이에 구비된다.
이러한 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 통하여 기판(410)과 버퍼층(420) 및 상기 n형 질화물 반도체층(430)과 같은 하부구조의 결정결함과 InxGa1-xN(0≤x≤1)/InyGa1-yN(0≤y≤1)으로 되는 우물층과 장벽층 계면에서 발생되는 흠(defect) 또는 포섭(inclusion) 등과 같은 결정결함 (dislocation)의 전파가 저지되어 활성층의 결정결함을 최소화 시킬 수 있게 된다.
본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자에 의하면 수소분위기와 고온 조건하에서 성장시킨 장벽층에 의하여 질화물 반도체의 InxGa1-xN(0≤x≤1)/InyGa 1-yN(0≤y≤1)으로 되는 우물층과 장벽층 사이의 큰 격자부정합으로 인한 결정결함이 감소되고 InxGa1-xN(0≤x≤1) 활성층의 결정성이 높아지므로 높은 In 조성의 InzGa 1-zN(0≤z≤1)를 갖는 박막 성장층에 의한 발광효율의 증가와 높은 신뢰성을 가지는 소자 제작이 가능하다.

Claims (14)

  1. 기판위에 형성된 제1 질화물 반도체층과, 상기 제1 질화물 반도체층위에 수소분위기와 고온 조건하에서 성장시킨 장벽층을 포함하여 형성된 활성층과, 상기 활성층위에 형성된 제2 질화물 반도체층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 활성층은 우물층과 장벽층으로된 단일 양자우물구조나 다수의 우물층과 장벽층이 교대로 다수층 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 활성층은 상기 제1 질화물 반도체층위에 형성된 우물층과, 상기 우물층위에 수소 분위기와 고온 조건하에서 형성된 장벽층과, 상기 장벽층위에 이후에 형성될 우물층으로의 In 공급을 위한 시드층이 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 활성층은 상기 우물층과 상기 장벽층과 상기 시드층이 교대로 다수층 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  5. 제 2항 또는 제4항에 있어서, 상기 제1 질화물 반도체층과 상기 우물층 사이 에 수소 분위기와 고온 조건하에서 형성된 장벽층이 추가로 구비된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
  6. 기판위에 제1 질화물 반도체층을 형성시키는 단계와, 상기 제1 질화물 반도체층위에 수소 분위기와 고온 조건하에서 성장시킨 장벽층을 포함시킨 활성층을 형성시키는 단계와, 상기 활성층위에 제2 질화물 반도체층을 형성시키는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 장벽층의 성장온도는 900~1040℃로 하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 장벽층의 두께는 30 ~ 200 Å으로 성장시키는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 활성층을 형성시키는 단계는, 상기 장벽층위에 In 공급을 위한 시드층을 형성시키는 과정이 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 시드층의 두께는 20Å이하로 형성시키는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 시드층의 In 함량은 10% 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  12. 제 9항에 있어서, 상기 시드층을 형성시킨후 상기 시드층을 열처리하는 과정이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  13. 제 6항에 있어서, 상기 활성층을 형성시키는 단계는, 상기 제1 질화물 반도체층위에 우물층을 형성시키기전에 수소 분위기와 고온 조건하에서 장벽층을 추가로 형성시키는 과정을 더 구비시킨 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
  14. 제 6항에 있어서, 상기 기판위에 제1 질화물 반도체층을 형성시키는 단계는, 상기 기판상에 버퍼층을 형성하는 단계와, 상기 버퍼층위에 제1 질화물 반도체층을 형성시키는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.
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