KR20090003384A - Nitride light emitting device - Google Patents

Nitride light emitting device Download PDF

Info

Publication number
KR20090003384A
KR20090003384A KR1020070055360A KR20070055360A KR20090003384A KR 20090003384 A KR20090003384 A KR 20090003384A KR 1020070055360 A KR1020070055360 A KR 1020070055360A KR 20070055360 A KR20070055360 A KR 20070055360A KR 20090003384 A KR20090003384 A KR 20090003384A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
light emitting
quantum
emitting device
quantum well
Prior art date
Application number
KR1020070055360A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101198759B1 (en
Inventor
문용태
Original Assignee
엘지전자 주식회사
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사, 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR20070055360A priority Critical patent/KR101198759B1/en
Priority to EP07113150.2A priority patent/EP1883121B1/en
Priority to US11/878,642 priority patent/US7977665B2/en
Priority to TW096127303A priority patent/TWI451591B/en
Publication of KR20090003384A publication Critical patent/KR20090003384A/en
Priority to US13/116,802 priority patent/US8450719B2/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101198759B1 publication Critical patent/KR101198759B1/en

Links

Images

Landscapes

  • Led Devices (AREA)

Abstract

The iii-nitride semiconductor light-emitting device is provided to reduce the compressive stress of the light-emitting layer and to improve the internal quantum efficiency of the emitting device. The iii-nitride semiconductor light-emitting device is comprised of the light-emitting layer(30) of the quantum well structure(20) and the electron hole implant layer(40), the N-type electron injection layer(10). The quantum well structure is made of The first quantum barrier layers(21), stress compliant layer(22), second quantum barrier layers(23), quantum-well layer(24) and the first quantum barrier layers. The stress releasing layer has the face direction lattice constant value between the quantum-well layer and the first quantum barrier layers.

Description

질화물계 발광 소자 {Nitride light emitting device}Nitride-based light emitting device

도 1은 발광 소자의 박막구조의 일례를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing an example of a thin film structure of a light emitting element.

도 2는 발광 소자의 박막구조의 다른 예를 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing another example of a thin film structure of a light emitting device.

도 3은 도 2의 박막구조의 에너지 밴드 다이어그램이다.3 is an energy band diagram of the thin film structure of FIG. 2.

도 4는 본 발명의 제1실시예의 박막구조를 나타내는 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing the thin film structure of the first embodiment of the present invention.

도 5는 도 4의 박막구조의 에너지 밴드 다이어그램이다.FIG. 5 is an energy band diagram of the thin film structure of FIG. 4.

도 6은 제1실시예에 의한 수평형 발광 소자의 일례를 나타내는 단면도이다.6 is a cross-sectional view showing an example of the horizontal light emitting device according to the first embodiment.

도 7은 본 발명의 제2실시예의 박막구조를 나타내는 단면도이다.7 is a cross-sectional view showing a thin film structure of a second embodiment of the present invention.

도 8은 도 7의 박막구조의 에너지 밴드 다이어그램이다.FIG. 8 is an energy band diagram of the thin film structure of FIG. 7.

도 9는 제2실시예에 의한 수직형 발광 소자의 일례를 나타내는 단면도이다.9 is a cross-sectional view showing an example of the vertical light emitting device according to the second embodiment.

도 10은 본 발명의 제3실시예의 박막구조를 나타내는 단면도이다.10 is a cross-sectional view showing a thin film structure according to a third embodiment of the present invention.

도 11은 본 발명의 제4실시예의 박막구조를 나타내는 단면도이다.11 is a cross-sectional view showing a thin film structure according to a fourth embodiment of the present invention.

도 12는 본 발명의 제5실시예의 박막구조를 나타내는 단면도이다.12 is a cross-sectional view showing a thin film structure according to a fifth embodiment of the present invention.

도 13은 도 12의 박막구조의 에너지 밴드 다이어그램이다.FIG. 13 is an energy band diagram of the thin film structure of FIG. 12.

<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명><Brief description of the main parts of the drawing>

10 : 전자주입층 20 : 양자우물구조10: electron injection layer 20: quantum well structure

21 : 제1양자장벽층 22 : 응력완화층21: first quantum barrier layer 22: stress relaxation layer

23 : 제2양자장벽층 24 : 양자우물층23: second quantum barrier layer 24: quantum well layer

30 : 발광층 40 : 정공주입층30 light emitting layer 40 hole injection layer

50 : 기판50: substrate

본 발명은 질화물계 발광 소자에 관한 것으로 특히, 발광 소자의 발광 효율과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 질화물계 발광 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a nitride-based light emitting device, and more particularly to a nitride-based light emitting device that can improve the luminous efficiency and reliability of the light emitting device.

발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 잘 알려진 반도체 발광 소자로서, 1962년 GaAsP 화합물 반도체를 이용한 적색 LED가 상품화 된 것을 시작으로 GaP:N 계열의 녹색 LED와 함께 정보 통신기기를 비롯한 전자장치의 표시 화상용 광원으로 이용되어 왔다.Light Emitting Diodes (LEDs) are well-known semiconductor light emitting devices that convert current into light.In 1962, red LEDs using GaAsP compound semiconductors were commercialized, along with GaP: N series green LEDs. It has been used as a light source for display images of electronic devices, including.

이러한 LED에 의해 방출되는 광의 파장은 LED를 제조하는데 사용되는 반도체 재료에 따른다. 이는 방출된 광의 파장이 가전자대(valence band) 전자들과 전도대(conduction band) 전자들 사이의 에너지 차를 나타내는 반도체 재료의 밴드갭(band-gap)에 따르기 때문이다. The wavelength of light emitted by such LEDs depends on the semiconductor material used to make the LEDs. This is because the wavelength of the emitted light depends on the band-gap of the semiconductor material, which represents the energy difference between the valence band electrons and the conduction band electrons.

질화 갈륨 화합물 반도체(Gallium Nitride: GaN)는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭(0.8 ~ 6.2eV)을 가지고 있어, LED를 포함한 고출력 전자부품 소자 개발 분야에서 많은 주목을 받아왔다. Gallium nitride compound semiconductors (Gallium Nitride (GaN)) have high thermal stability and wide bandgap (0.8 to 6.2 eV), which has attracted much attention in the development of high-power electronic components including LEDs.

이에 대한 이유 중 하나는 GaN이 타 원소들(인듐(In), 알루미늄(Al) 등)과 조합되어 녹색, 청색 및 백색광을 방출하는 반도체 층들을 제조할 수 있기 때문이다.One reason for this is that GaN can be combined with other elements (indium (In), aluminum (Al), etc.) to produce semiconductor layers that emit green, blue and white light.

이와 같이 방출 파장을 조절할 수 있기 때문에 특정 장치 특성에 맞추어 재료의 특징들에 맞출 수 있다. 예를 들어, GaN를 이용하여 광기록에 유익한 청색 LED와 백열등을 대치할 수 있는 백색 LED를 만들 수 있다. In this way, the emission wavelength can be adjusted to match the material's characteristics to specific device characteristics. For example, GaN can be used to create white LEDs that can replace incandescent and blue LEDs that are beneficial for optical recording.

이러한 GaN 계열 물질의 이점들로 인해, GaN 계열의 LED 시장이 급속히 성장하고 있다. 따라서, 1994년에 상업적으로 도입한 이래로 GaN 계열의 광전자장치 기술도 급격히 발달하였다. Due to the advantages of these GaN-based materials, the GaN-based LED market is growing rapidly. Therefore, since commercial introduction in 1994, GaN-based optoelectronic device technology has rapidly developed.

상술한 바와 같은 GaN 계열 물질을 이용한 LED의 휘도 또는 출력은 크게, 활성층의 구조, 빛을 외부로 추출할 수 있는 광추출 효율, LED 칩의 크기, 램프 패키지 조립 시 몰드(mold)의 종류 및 각도, 형광물질 등에 의해서 좌우된다.The brightness or output of the LED using the GaN-based material as described above is large, the structure of the active layer, the light extraction efficiency to extract light to the outside, the size of the LED chip, the type and angle of the mold (mold) when assembling the lamp package , Fluorescent material and the like.

한편, 이러한 GaN 계열 반도체 성장이 다른 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체보다 어려운 이유 중에 하나는 고품질의 기판, 즉, GaN, InN, AlN 등의 물질의 웨이퍼가 존재하지 않기 때문이다.On the other hand, one of the reasons why the growth of GaN-based semiconductors is more difficult than other III-V compound semiconductors is that there are no high-quality substrates, that is, wafers made of materials such as GaN, InN, and AlN.

따라서 사파이어와 같은 이종 기판 위에 LED 구조를 성장하게 되며, 이때 많은 결함이 발생하게 되고, 이러한 결함들은 LED 성능에 큰 영향을 미치게 된다. Therefore, the LED structure is grown on a heterogeneous substrate such as sapphire, and many defects are generated, and these defects have a great influence on the LED performance.

특히, LED 구조에서 빛을 발생시키는 상기 활성층은 질화물 반도체 다중 양자우물구조(multi-quantum well; MQW)를 갖는다. 이러한 다중 양자우물구조는 양자우물층과 양자장벽층이 반복적으로 적층되어 있어서, n-형 반도체층과 p-형 반도체층으로부터 각각 주입되는 전자와 정공이 양자우물층에서 서로 결합하여 빛을 발산 한다.In particular, the active layer for generating light in the LED structure has a nitride semiconductor multi-quantum well (MQW). In this multi-quantum well structure, the quantum well layer and the quantum barrier layer are repeatedly stacked, and electrons and holes injected from the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer, respectively, combine with each other in the quantum well layer to emit light. .

이러한 양자우물구조를 이루는 양자우물층과 양자장벽층은 다른 물질 성분을 가지게 되고, 이러한 물질 성분의 차이에 의하여 양자우물층에 응력이 미칠 수 있다.The quantum well layer and the quantum barrier layer constituting the quantum well structure have different material components, and stress may be applied to the quantum well layer due to the difference in the material components.

이와 같이 양자우물층에 작용하는 응력은 양자우물층 내에서의 에너지 밴드구조를 변형시켜서 발광특성을 크게 저하시키고 또한, 양자장벽층과 양자우물층 사이의 계면특성을 저하시켜서 결국 발광 소자의 발광효율을 저하시킬 수 있다.The stress acting on the quantum well layer deforms the energy band structure in the quantum well layer to greatly reduce the luminescence properties, and also lowers the interfacial characteristics between the quantum barrier layer and the quantum well layer. Can be lowered.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 발광 소자의 발광층에 작용하는 응력 문제를 효과적으로 해결함으로써 고휘도의 질화물계 발광 소자를 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a nitride-based light emitting device of high brightness by effectively solving the stress problem acting on the light emitting layer of the light emitting device.

상기 기술적 과제를 이루기 위해, 본 발명은, 질화물계 발광 소자에 있어서, 제1양자장벽층과; 상기 제1양자장벽층 상에 위치하는 응력완화층과; 상기 응력완화층 상에 위치하는 제2양자장벽층과; 상기 제2양자장벽층 상에 위치하는 양자우물층과; 상기 양자우물층 상에 위치하는 제1양자장벽층으로 이루어지는 적어도 하나 이상의 양자우물구조를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.In order to achieve the above technical problem, the present invention, the nitride-based light emitting device, the first quantum barrier layer; A stress relaxation layer positioned on the first quantum barrier layer; A second quantum barrier layer positioned on the stress relaxation layer; A quantum well layer positioned on the second quantum barrier layer; It is preferably configured to include at least one quantum well structure consisting of a first quantum barrier layer located on the quantum well layer.

상기 응력완화층은, 면방향 격자상수 값이 상기 제1양자장벽층과 상기 양자우물층 사이의 값을 가질 수 있다. 또한, 상기 응력완화층의 에너지 밴드갭은, 상기 제1양자장벽층과 상기 양자우물층 사이의 에너지 밴드갭을 가질 수 있다.The stress relaxation layer may have a plane lattice constant value between the first quantum barrier layer and the quantum well layer. The energy band gap of the stress relaxation layer may have an energy band gap between the first quantum barrier layer and the quantum well layer.

상기 응력완화층의 두께는, 1 내지 15nm일 수 있고, 양자우물구조가 여러 개 구성될 때, 상기 응력완화층 중 적어도 하나 이상은 n-형 도펀트를 포함하여 구성될 수 있다.The stress relaxation layer may have a thickness of 1 to 15 nm, and when a plurality of quantum well structures are formed, at least one or more of the stress relaxation layers may include an n-type dopant.

한편, 상기 응력완화층은, 평균 조성이 0.1 내지 5%의 In 성분을 포함할 수 있다.On the other hand, the stress relaxation layer, the average composition may comprise an In component of 0.1 to 5%.

상기 제2양자장벽층의 에너지 밴드갭은, 상기 응력완화층의 에너지 밴드갭보다 클 수 있고, 상기 제2양자장벽층의 두께는, 상기 제1양자장벽층의 두께보다 얇을 수 있다. 또한, 상기 제2양자장벽층의 두께는, 0.2 내지 5nm일 수 있다.The energy band gap of the second quantum barrier layer may be greater than the energy band gap of the stress mitigating layer, and the thickness of the second quantum barrier layer may be thinner than the thickness of the first quantum barrier layer. In addition, the thickness of the second quantum barrier layer may be 0.2 to 5nm.

상술한 양자우물구조가 다수개 구성되는 다중 양자우물구조일 때, 제1양자장벽층 및 양자우물층 중 적어도 하나 이상은 n-형 도펀트를 포함하여 형성될 수 있다.When the quantum well structure described above is a multiple quantum well structure composed of a plurality, at least one or more of the first quantum barrier layer and the quantum well layer may be formed including an n-type dopant.

한편, 상기 양자우물층과 상기 제1양자장벽층 사이에는 제2응력완화층을 더 포함할 수 있으며, 이러한 제2응력완화층은 질화갈륨/질화인듐갈륨이 반복되는 초격자 구조일 수 있다.Meanwhile, a second stress relaxation layer may be further included between the quantum well layer and the first quantum barrier layer, and the second stress relaxation layer may have a superlattice structure in which gallium nitride / indium gallium nitride is repeated.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다. While the invention allows for various modifications and variations, specific embodiments thereof are illustrated by way of example in the drawings and will be described in detail below. However, it is not intended to be exhaustive or to limit the invention to the precise forms disclosed, but rather the invention includes all modifications, equivalents, and alternatives consistent with the spirit of the invention as defined by the claims.

동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다. 도면들에서 층들 및 영역들의 치수는 명료성을 위해 과장되어있다. 또한 여기에서 설명되는 각 실시예는 상보적인 도전형의 실시예를 포함한다.Like reference numerals denote like elements throughout the description of the drawings. In the drawings the dimensions of layers and regions are exaggerated for clarity. In addition, each embodiment described herein includes an embodiment of a complementary conductivity type.

층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 표면과 같은 구성 요소의 일부가 '내부(inner)'라고 표현된다면 이것은 그 요소의 다른 부분들 보다도 소자의 외측으로부터 더 멀리 있다는 것을 의미한다고 이해할 수 있을 것이다. When an element such as a layer, region or substrate is referred to as being on another component "on", it will be understood that it may be directly on another element or there may be an intermediate element in between. . If a part of a component, such as a surface, is expressed as 'inner', it will be understood that this means that it is farther from the outside of the device than other parts of the element.

나아가 '아래(beneath)' 또는 '중첩(overlies)'과 같은 상대적인 용어는 여기에서는 도면에서 도시된 바와 같이 기판 또는 기준층과 관련하여 한 층 또는 영역과 다른 층 또는 영역에 대한 한 층 또는 영역의 관계를 설명하기 위해 사용될 수 있다. Furthermore, relative terms such as "beneath" or "overlies" refer to the relationship of one layer or region to one layer or region and another layer or region with respect to the substrate or reference layer, as shown in the figures. Can be used to describe.

이러한 용어들은 도면들에서 묘사된 방향에 더하여 소자의 다른 방향들을 포함하려는 의도라는 것을 이해할 수 있을 것이다. 마지막으로 '직접(directly)'라는 용어는 중간에 개입되는 어떠한 요소가 없다는 것을 의미한다. 여기에서 사용되는 바와 같이 '및/또는'이라는 용어는 기록된 관련 항목 중의 하나 또는 그 이상의 어느 조합 및 모든 조합을 포함한다.It will be understood that these terms are intended to include other directions of the device in addition to the direction depicted in the figures. Finally, the term 'directly' means that there is no element in between. As used herein, the term 'and / or' includes any and all combinations of one or more of the recorded related items.

비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할것이 다. Although the terms first, second, etc. may be used to describe various elements, components, regions, layers, and / or regions, such elements, components, regions, layers, and / or regions It will be understood that it should not be limited by these terms.

이러한 용어들은 단지 다른 영역, 층 또는 지역으로부터 어느 하나의 요소, 성분, 영역, 층 또는 지역들을 구분하기 위해 사용되는 것이다. 따라서 아래에서 논의된 제1 영역, 층 또는 지역은 제2 영역, 층 또는 지역이라는 명칭으로 될 수 있다.These terms are only used to distinguish one element, component, region, layer or region from another region, layer or region. Thus, the first region, layer or region discussed below may be referred to as the second region, layer or region.

본 발명의 실시예들은 예를 들어, 사파이어(Al2O3)계 기판과 같은 비도전성 기판상에 형성된 질화갈륨(GaN)계 발광 소자를 참조하여 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 이러한 구조에 한정되는 것은 아니다. Embodiments of the present invention will be described with reference to a gallium nitride (GaN) based light emitting device formed on a nonconductive substrate such as, for example, a sapphire (Al 2 O 3 ) based substrate. However, the present invention is not limited to this structure.

도 1은 현재 널리 상용화되고 있는 고휘도 질화물 반도체 발광 소자의 기본 박막구조를 나타낸다. 이러한 GaN 계열 물질의 LED의 기본 구조는 n-형 전자주입층(1)과 p-형 정공주입층(3) 사이에 양자우물구조(quantum well)를 가지는 발광층(2)이 위치한다. 1 illustrates a basic thin film structure of a high brightness nitride semiconductor light emitting device that is currently widely commercialized. The basic structure of the LED of the GaN-based material is a light emitting layer 2 having a quantum well structure between the n-type electron injection layer 1 and the p-type hole injection layer 3.

일반적으로 빛을 발생시키는 상기 발광층(2)은 질화물 반도체 다중 양자우물구조(multi-quantum well; MQW)를 갖는다. In general, the light emitting layer 2 generating light has a nitride semiconductor multi-quantum well (MQW).

이러한 다중 양자우물구조는 양자우물층(quantum well; 4)과 양자장벽층(quantum barrier; 5)이 반복적으로 적층되어 있어서, n-형 전자주입층(1)과 p-형 정공주입층(3)으로부터 각각 주입되는 전자와 정공이 양자우물층(4)에서 서로 결합하여 빛을 발산한다.In this multi-quantum well structure, a quantum well layer 4 and a quantum barrier layer 5 are repeatedly stacked, so that the n-type electron injection layer 1 and the p-type hole injection layer 3 are stacked. Electrons and holes injected from each other are combined with each other in the quantum well layer 4 to emit light.

이때, 양자우물층(4)은 두 개의 양자장벽층(5) 사이에 놓여서 전자와 정공을 양자역학적으로 구속할 수 있게 된다. In this case, the quantum well layer 4 is disposed between the two quantum barrier layers 5 to constrain the electrons and holes quantum mechanically.

따라서 고휘도 발광 소자 구현을 위해서는 전자와 정공들이 양자우물층(4)까지 잘 수송될 수 있어야 하고, 또한 수송된 전자와 정공들은 양자우물층(4)에서 효율적으로 결합할 수 있어야 한다. Therefore, in order to implement a high-brightness light emitting device, electrons and holes should be transported well to the quantum well layer 4, and transported electrons and holes should be able to be efficiently combined in the quantum well layer 4.

결국, 고휘도 발광소자 구현을 위해서는 양자우물층(4)과 양자장벽층(5)들의 박막 결정성이 매우 우수해야 한다. As a result, thin film crystallinity of the quantum well layer 4 and the quantum barrier layer 5 should be very excellent in order to implement a high brightness light emitting device.

현재, 질화물 반도체 발광 소자의 가장 대표적인 다중 양자우물구조는 밴드갭이 상대적으로 큰 질화갈륨(GaN) 양자장벽층(5)과 밴드갭이 상대적으로 작은 질화인듐갈륨(InGaN) 양자우물층(4)으로 이루어진다. 이때, 발광효율을 높이기 위해서 질화갈륨과 질화인듐갈륨은 결정성이 우수한 고품위의 박막으로 준비된다. Currently, the most representative multi-quantum well structure of a nitride semiconductor light emitting device is a gallium nitride (GaN) quantum barrier layer (5) having a relatively large band gap and an indium gallium nitride (InGaN) quantum well layer (4) having a relatively small band gap. Is done. At this time, gallium nitride and indium gallium nitride are prepared as a high quality thin film having excellent crystallinity in order to increase luminous efficiency.

그런데, 질화갈륨과 질화인듐갈륨은 본질적으로 매우 큰 결정 격자 불일치를 갖는다. 이것은 인듐의 원자반경이 갈륨의 원자반경보다 크고, 인듐과 질소의 결합력과 결합 길이가 갈륨과 질소의 결합력과 결합 길이보다, 각각, 약하고 길기 때문이다. By the way, gallium nitride and indium gallium nitride inherently have a very large crystal lattice mismatch. This is because the atomic radius of indium is larger than that of gallium, and the bonding force and bond length of indium and nitrogen are weaker and longer than the bonding force and bond length of gallium and nitrogen, respectively.

따라서 질화인듐갈륨 양자우물층(4)은 심하게 압축 응력을 받게 된다. 이러한 압축 응력은 양자우물층(4) 내에서의 에너지 밴드구조를 변형시켜서 전자와 정공이 양자우물 내에서 공간적으로 분리되는 특성을 가지게 되어 결국 발광 소자의 발광효율이 저하될 수 있다. Therefore, the indium gallium nitride quantum well layer 4 is severely subjected to compressive stress. This compressive stress deforms the energy band structure in the quantum well layer 4 so that electrons and holes are spatially separated in the quantum well, and thus the luminous efficiency of the light emitting device may be reduced.

또한, 이러한 압축 응력은 질화갈륨 양자장벽층(5)과 질화인듐갈륨 양자우물층(4) 사이의 계면특성을 저하시켜서 계면에서 캐리어들의 손실이 발생하고 결국 발광 소자의 발광효율을 저하시킬 수 있다. In addition, such compressive stress may lower the interface characteristics between the gallium nitride quantum barrier layer 5 and the indium gallium nitride quantum well layer 4, resulting in loss of carriers at the interface, and thus, lowering the luminous efficiency of the light emitting device. .

상술한 문제점을 근본적으로 극복하기 위하여 질화물 응력완화층(InvAlwGa1 -v- wN, 0≤v,w≤1, 0≤v+w≤1)을 포함하는 양자우물구조를 이용할 수 있다.In order to fundamentally overcome the above-mentioned problems to use a quantum well structure comprising a nitride stress relieving layer (In v Al w Ga 1 -v- w N, 0≤v, w≤1, 0≤v + w≤1) Can be.

즉, 이러한 현상을 개선할 수 있는 구조는, 도 2에서 도시되는 바와 같이, n-형 전자주입층(10) 상에 제1양자장벽층(21)/응력완화층(22)/제2양자장벽층(23)/양자우물층(24)/제1양자장벽층(21)이 순서대로 적층되어 이루어지는 양자우물구조(20)로 이루어지는 발광층(30)을 포함하고, 도시하는 바와 같이, 발광층(30)에서 이러한 양자우물구조(20)는 적어도 2회 이상 반복되어 구성될 수 있다.That is, a structure capable of improving such a phenomenon is, as shown in FIG. 2, on the n-type electron injection layer 10, the first quantum barrier layer 21 / stress relaxation layer 22 / second quantum. A light emitting layer 30 comprising a quantum well structure 20 in which the barrier layer 23 / quantum well layer 24 / first quantum barrier layer 21 is laminated in this order, and as shown, In 30), the quantum well structure 20 may be configured by repeating at least two or more times.

이와 같은 발광층(30) 상에는 p-형 정공주입층(40)이 구성되어, 발광층(30)에서는 이러한 전자주입층(10)과 정공주입층(40)으로부터 각각 주입되는 전자와 정공이 서로 결합하여 빛을 발산한다.The p-type hole injection layer 40 is formed on the light emitting layer 30. In the light emitting layer 30, electrons and holes injected from the electron injection layer 10 and the hole injection layer 40 are coupled to each other. Radiates light.

양자우물구조(20)를 이루는 응력완화층(22)은 발광층(30) 내의 응력을 효과적으로 완화시키기 위해서 그 면방향(in-plane) 격자상수 값이 제1양자장벽층(21)의 면방향 격자상수와 양자우물층(24)의 면방향 격자상수 값의 사이 값을 가질 수 있다.The stress relaxation layer 22 constituting the quantum well structure 20 has an in-plane lattice constant of the first quantum barrier layer 21 in order to effectively relieve stress in the light emitting layer 30. It may have a value between the constant and the plane lattice constant value of the quantum well layer 24.

또한, 도 3에서 도시하는 바와 같이, 응력완화층(22)은 전자와 정공을 효과적으로 양자우물에 주입할 수 있도록 그 에너지 밴드갭이 제1양자장벽층(21)의 밴드갭 값과 양자우물층(24) 밴드갭 값의 사이 값을 가질 수 있다.In addition, as shown in FIG. 3, the stress relaxation layer 22 has a bandgap value of the first quantum barrier layer 21 and a quantum well layer so that an energy band gap thereof can effectively inject electrons and holes into the quantum well. (24) may have a value between the bandgap values.

경우에 따라서는 이러한 응력완화층(22)은 초격자층을 이룰 수 있다.In some cases, the stress relaxation layer 22 may form a superlattice layer.

한편, 이러한 응력완화층(22)은 양자역학적인 기능을 수행할 수 있다. 즉, 응력완화층(22)과 양자우물층(24) 사이에 제2양자장벽층(23)이 위치하여 n-형 전자주입층(10)에서 주입되는 전자들이 응력완화층(22)에 효과적으로 모여서 구속될 수 있고, 그 결과 응력완화층(22)에 구속된 전자들이 양자우물층(24)에 효과적으로 주입될 수 있다.On the other hand, the stress relaxation layer 22 may perform a quantum mechanical function. That is, the second quantum barrier layer 23 is positioned between the stress relaxation layer 22 and the quantum well layer 24 so that the electrons injected from the n-type electron injection layer 10 can be effectively applied to the stress relaxation layer 22. Gathered and constrained, the electrons constrained in the stress relaxation layer 22 can be effectively injected into the quantum well layer 24.

이러한 양자역학적 기능을 고려할 때, 응력완화층(22)의 두께는 1 내지 15 나노미터(nm)의 두께를 갖는 것이 바람직하다. In consideration of this quantum mechanical function, the thickness of the stress relaxation layer 22 preferably has a thickness of 1 to 15 nanometers (nm).

또한, 응력완화층(22)이 제1양자장벽층(21)과 양자우물층(24) 사이의 격자 불일치에 기인한 응력을 효과적으로 완화시키기 위하여 제2양자장벽층(23)은 그 두께가 1차 양자장벽층(21)보다 작은 것이 바람직하다. In addition, the second quantum barrier layer 23 has a thickness of 1 so that the stress relaxation layer 22 effectively alleviates the stress caused by the lattice mismatch between the first quantum barrier layer 21 and the quantum well layer 24. It is desirable to be smaller than the difference quantum barrier layer 21.

그리고 제2양자장벽층(23)의 두께는 0.2 nm 내지 5 nm의 두께를 가질 수 있고, 이러한 제2양자장벽층(23)의 에너지 밴드갭 값은 응력완화층(22)의 에너지 밴드갭 값보다 클 수 있다. 이러한 제2양자장벽층(23)은 양자우물층(24)에 전자와 정공이 양자역학적으로 효과적으로 구속되어 발광 결합 확률을 증대시키는 기능을 할 수 있다.The second quantum barrier layer 23 may have a thickness of 0.2 nm to 5 nm, and the energy band gap value of the second quantum barrier layer 23 may be an energy band gap value of the stress relaxation layer 22. Can be greater than The second quantum barrier layer 23 may function to effectively constrain luminescence coupling by electrons and holes being constrained quantum mechanically in the quantum well layer 24.

한편, 다중 양자우물구조(20) 내의 응력완화층(22)들 중에서 한 층 혹은 그 이상의 층들은 양자우물층(24)에서 전자와 정공의 결합 효율을 높일 수 있도록 n-형 도펀트에 의해 도핑될 수 있다.Meanwhile, one or more of the stress relaxation layers 22 in the multi-quantum well structure 20 may be doped by an n-type dopant to increase the coupling efficiency of electrons and holes in the quantum well layer 24. Can be.

상술한 바와 같은 다중 양자우물구조(20)의 발광층(30) 내에 위치하는 응력완화층(22)과 제1 및 제2양자장벽층(21, 23)은 양자우물층(24)에 본질적으로 존재 하는 압축응력을 획기적으로 감소시키고, 양자우물층(24) 내에 전자와 정공을 효과적으로 구속함으로써 발광 소자의 내부양자효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다.As described above, the stress relaxation layer 22 and the first and second quantum barrier layers 21 and 23 located in the light emitting layer 30 of the multi-quantum well structure 20 are essentially present in the quantum well layer 24. The compressive stress can be dramatically reduced, and the internal quantum efficiency of the light emitting device can be dramatically improved by effectively constraining electrons and holes in the quantum well layer 24.

즉, 이러한 응력완화층(22)은 양자장벽층(21, 23)과 양자우물층(24) 사이의 격자상수 불일치에 기인하여 발생되는 압축응력을 효과적으로 완화시켜서 양자우물층(24) 내에서의 응력분포와 인듐조성 분포를 더욱 균일하게 하여 광특성을 더욱 개선시킬 수 있다.That is, the stress relaxation layer 22 effectively alleviates the compressive stress caused by the lattice constant mismatch between the quantum barrier layers 21 and 23 and the quantum well layer 24, thereby effectively reducing the stress in the quantum well layer 24. The stress distribution and the indium composition distribution can be made more uniform to further improve the optical characteristics.

더구나 이와 같은 양자장벽층(21, 23)과 양자우물층(24) 사이의 계면특성이 향상되어 계면에서의 캐리어 손실을 크게 줄임으로써 발광 효율을 크게 개선시킬 수 있다.In addition, the interface characteristics between the quantum barrier layers 21 and 23 and the quantum well layer 24 may be improved, thereby greatly reducing the carrier loss at the interface, thereby greatly improving the luminous efficiency.

결국, 발광 소자의 본질적인 광특성인 내부양자효율을 획기적으로 증대시킴으로써 고휘도 고효율의 발광소자를 구현할 수 있는 것이다.As a result, it is possible to realize a high brightness high efficiency light emitting device by dramatically increasing the internal quantum efficiency, which is an essential optical characteristic of the light emitting device.

<제1실시예>First Embodiment

도 4와 같이 도시되는 본 발명의 제1실시예에서, 질화물 반도체 박막 성장을 위해서 유기금속 화학 기상 증착 시스템(MOCVD; metal organic chemical vapor deposition)을 사용하였다. 기판(50)으로는 사파이어를 사용하였다. In the first embodiment of the present invention shown in FIG. 4, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) was used for growing a nitride semiconductor thin film. Sapphire was used as the substrate 50.

암모니아를 질소원으로 사용하였고 수소와 질소를 운반가스로 사용하였다. 갈륨과 인듐, 알루미늄은 유기금속 소스를 사용하였다. n-형 도펀트는 실리콘(Si)을 사용하였고 p-형 도펀트는 마그네슘(Mg)을 사용하였다. 사파이어 기판 위에 4 마이크로미터(㎛)의 n-형 질화갈륨(GaN) 반도체 전자주입층(10)을 1050 ℃에서 성장하였고, 압력은 200 토르(Torr)를 적용하였다. Ammonia was used as the nitrogen source and hydrogen and nitrogen were used as the carrier gas. Gallium, indium and aluminum used an organometallic source. The n-type dopant was made of silicon (Si) and the p-type dopant was made of magnesium (Mg). An n-type gallium nitride (GaN) semiconductor electron injection layer 10 of 4 micrometers (μm) was grown on the sapphire substrate at 1050 ° C., and a pressure of 200 Torr was applied.

그 위에, 도 5와 같은 밴드 구조를 갖는 발광층(30)을 성장하였다. 즉, 온도 850 ℃에서 10 nm 크기의 질화갈륨(GaN) 제1양자장벽층(21)을 성장하였다. 그 위에, 3 nm 두께의 질화인듐갈륨(InGaN) 응력완화층(22)을 성장하였다. 이때, 질화인듐갈륨 응력완화층(22)의 평균 인듐 조성이 약 3% 정도가 되도록 인듐 소스량과 성장온도를 제어하였다. On it, a light emitting layer 30 having a band structure as shown in FIG. 5 was grown. That is, the first quantum barrier layer 21 of gallium nitride (GaN) having a size of 10 nm was grown at a temperature of 850 ° C. On it, an indium gallium nitride (InGaN) stress relaxation layer 22 having a thickness of 3 nm was grown. At this time, the indium source amount and the growth temperature were controlled so that the average indium composition of the indium gallium nitride stress relaxation layer 22 was about 3%.

그 위에, 1 nm 크기의 질화갈륨 제2양자장벽층(23)을 성장하였다. 이후, 온도 700 ℃에서 2.5nm 두께의 질화인듐갈륨 양자우물층(24)을 성장하였다. 질화인듐갈륨 양자우물(24)의 인듐 조성은 약 22% 정도가 되도록 인듐 소스량을 제어하였다. On it, a gallium nitride second quantum barrier layer 23 having a size of 1 nm was grown. Thereafter, an indium gallium nitride quantum well layer 24 having a thickness of 2.5 nm was grown at a temperature of 700 ° C. The indium source amount of the indium gallium nitride quantum well 24 was controlled to be about 22%.

동일한 순서를 반복하여 모두 여덟 쌍의 질화갈륨 제1양자장벽층(21)/질화인듐갈륨 응력완화층(22)/질화갈륨 제2양자장벽층(23)/질화인듐갈륨 양자우물층(24)으로 이루어지는 다중 양자우물구조(20)를 가지는 발광층(30)을 성장하였다.Repeating the same sequence, all eight pairs of gallium nitride first quantum barrier layer 21 / indium gallium nitride stress relaxation layer 22 / gallium nitride second quantum barrier layer 23 / indium gallium nitride quantum well layer 24 The light emitting layer 30 having the multi-quantum well structure 20 formed of the same was grown.

이러한 질화물 반도체 다중 양자우물구조(20)의 발광층(30) 위에 0.1 ㎛의 p-형 질화갈륨 정공주입층(40)을 성장시켰다. The p-type gallium nitride hole injection layer 40 having a thickness of 0.1 μm was grown on the light emitting layer 30 of the nitride semiconductor multi-quantum well structure 20.

이후, 도 6에서와 같이, 식각장치를 이용하여 p-형 정공주입층(40)과 발광층(30)을 식각하여 n-형 전자주입층(10) 일부 노출시킨 후 n-형 전극(11)을 형성하였다. 또한, 정공 주입을 위하여 p-형 정공주입층(40) 위에 p-형 전극(41)을 형성하여, 측면형 또는 수평형 발광 소자 구조를 형성할 수 있다.Thereafter, as shown in FIG. 6, the p-type hole injection layer 40 and the light emitting layer 30 are etched using an etching apparatus to expose a portion of the n-type electron injection layer 10 and then the n-type electrode 11. Formed. In addition, the p-type electrode 41 may be formed on the p-type hole injection layer 40 for hole injection to form a lateral or horizontal light emitting device structure.

<제2실시예>Second Embodiment

제2실시예에서는, 도 7에서 도시하는 바와 같이, 사파이어 기판(150) 위에 4 ㎛ 두께의 n-형 질화물 반도체 전자주입층(110)을 1050 ℃에서 성장하였고, 압력은 200 토르를 적용하였다. In the second embodiment, as shown in FIG. 7, the n-type nitride semiconductor electron injection layer 110 having a thickness of 4 μm was grown on the sapphire substrate 150 at 1050 ° C., and the pressure was 200 Torr.

그 위에, 도 8과 같은 양자우물구조(120)의 밴드 구조를 가지는 발광층(130)을 성장하였다. 즉, 먼저, 온도 850 ℃에서 10 nm 크기의 질화갈륨 제1양자장벽층(121)을 성장하였다. 그 위에, 3 nm 두께의 질화인듐갈륨 응력완화층(122)을 성장하였다. On it, a light emitting layer 130 having a band structure of the quantum well structure 120 as shown in FIG. 8 was grown. That is, first, the first gallium nitride quantum barrier layer 121 having a size of 10 nm was grown at a temperature of 850 ° C. On it, an indium gallium nitride stress relaxation layer 122 having a thickness of 3 nm was grown.

응력완화층(122) 성장시 n-형 도펀트 소스를 주입하였다. 질화인듐갈륨 응력완화층(122)의 평균 인듐 조성이 0.1 내지 5% 정도가 되도록 인듐 소스량과 성장온도를 제어하였다. An n-type dopant source was injected during growth of the stress relaxation layer 122. The indium source amount and the growth temperature were controlled such that the average indium composition of the indium gallium nitride stress relaxation layer 122 was about 0.1 to 5%.

그 위에, 0.2 내지 3 nm 크기의 질화갈륨 제2양자장벽층(123)을 성장하였다. 그 위에 온도 700 ℃에서 2.5nm 두께의 질화인듐갈륨 양자우물층(124)을 성장하였다. 질화인듐갈륨 양자우물층(124)의 인듐 조성은 약 22% 정도가 되도록 인듐 소스량을 제어하였다. On it, a gallium nitride second quantum barrier layer 123 having a size of 0.2 to 3 nm was grown. An indium gallium nitride quantum well layer 124 having a thickness of 2.5 nm was grown thereon at a temperature of 700 ° C. The indium composition of the indium gallium nitride quantum well layer 124 was controlled to be about 22%.

동일한 순서를 반복하여 모두 여덟 쌍의 질화갈륨 제1양자장벽층(121)/질화인듐갈륨 응력완화층(122)/질화갈륨 제2양자장벽층(123)/질화인듐갈륨 양자우물층(124)으로 이루어지는 다중 양자우물구조(120)를 가지는 발광층(130)을 성장하였다. Repeating the same sequence, all eight pairs of gallium nitride first quantum barrier layer 121 / indium gallium nitride stress relaxation layer 122 / gallium nitride second quantum barrier layer 123 / indium gallium nitride quantum well layer 124 The light emitting layer 130 having the multi-quantum well structure 120 formed of the same was grown.

이러한 질화물 반도체 다중 양자우물구조를 가지는 발광층(130) 위에 0.1 ㎛의 p-형 질화갈륨 정공주입층(140)을 성장시켰다. The p-type gallium nitride hole injection layer 140 having a thickness of 0.1 μm was grown on the light emitting layer 130 having the nitride semiconductor multi-quantum well structure.

이후의 측면형 또는 수평형 발광 소자를 제작하는 과정은 제1실시예와 동일 할 수 있다.Subsequently, the process of manufacturing the side type or horizontal type light emitting device may be the same as in the first embodiment.

경우에 따라서는 수직형 발광 소자의 구조를 제작할 수 있다. 즉, p-형 정공주입층(140) 상에 오믹 전극 또는 반사형 오믹 전극(160)을 형성하고, 그 위에 반도체 또는 금속으로 이루어지는 지지층(170)을 형성한다.In some cases, the structure of the vertical light emitting device can be manufactured. That is, an ohmic electrode or a reflective ohmic electrode 160 is formed on the p-type hole injection layer 140, and a support layer 170 made of a semiconductor or a metal is formed thereon.

이후, 기판(150)을 제거하고, 이와 같이 기판(150)을 제거하여 드러난 전자주입층(110) 상에 n-형 전극(180)을 형성하면 도 9와 같은 수직형 발광 소자 구조를 이룰 수 있다.Thereafter, if the substrate 150 is removed and the n-type electrode 180 is formed on the electron injection layer 110 exposed by removing the substrate 150 as described above, a vertical light emitting device structure as illustrated in FIG. 9 may be formed. have.

<제3실시예>Third Embodiment

도 10에서 도시하는 바와 같이, 사파이어 기판(240) 위에 4 ㎛ n-형 질화물 반도체 전자주입층(210)을 1050 ℃에서 성장하였고, 압력은 200 토르를 적용하였다. As shown in FIG. 10, a 4 μm n-type nitride semiconductor electron injection layer 210 was grown on the sapphire substrate 240 at 1050 ° C., and a pressure of 200 Torr was applied.

그 위에 다음과 같은 구조를 가지는 발광층(220)을 성장하였다. 즉, 온도 850 ℃에서 10 nm 크기의 질화인듐갈륨 제1양자장벽층을 성장하였다. 제1양자장벽층의 인듐 조성은 약 0.3% 정도가 되도록 인듐 소스량을 제어하여 성장장비 내부에 주입하였다. On it, a light emitting layer 220 having a structure as follows was grown. That is, the first quantum barrier layer of indium gallium nitride having a size of 10 nm was grown at a temperature of 850 ° C. The indium composition of the first quantum barrier layer was injected into the growth equipment by controlling the amount of the indium source to be about 0.3%.

그 위에, 1 내지 7 nm 두께의 질화인듐갈륨 응력완화층을 성장하였다. 질화인듐갈륨 응력완화층의 평균 인듐 조성이 1 내지 5% 정도가 되도록 인듐 소스량과 성장온도를 제어하였다. On it, an indium gallium nitride stress relaxation layer having a thickness of 1 to 7 nm was grown. The indium source amount and the growth temperature were controlled so that the average indium composition of the indium gallium nitride stress relaxation layer was about 1 to 5%.

그 위에, 0.2 내지 3 nm 크기의 질화인듐갈륨 제2양자장벽층을 성장하였다. 질화인듐갈륨 제2양자장벽층의 인듐조성이 약 0.3% 정도가 되도록 인듐 소스량을 제어하였다. On it, a second quantum barrier layer of indium gallium nitride having a size of 0.2 to 3 nm was grown. The indium source amount was controlled so that the indium composition of the indium gallium nitride second quantum barrier layer was about 0.3%.

그 위에 온도 700 ℃에서 2 내지 3 nm 두께의 질화인듐갈륨 양자우물층을 성장하였다. 질화인듐갈륨 양자우물층의 인듐 조성은 약 16 내지 25% 정도가 되도록 인듐 소스량을 제어하였다. An indium gallium nitride quantum well layer having a thickness of 2 to 3 nm was grown thereon at a temperature of 700 ° C. The amount of indium source was controlled so that the indium composition of the indium gallium nitride quantum well layer was about 16 to 25%.

동일한 순서를 반복하여 모두 여덟 쌍의 질화인듐갈륨 제1양자장벽층/질화인듐갈륨 응력완화층/질화인듐갈륨 제2양자장벽층/질화인듐갈륨 양자우물층으로 이루어지는 다중 양자우물구조를 가지는 발광층(220)을 성장하였다. The light emitting layer having a multi-quantum well structure composed of eight pairs of indium gallium nitride first quantum barrier layer / indium gallium nitride stress relaxation layer / indium gallium nitride second quantum barrier layer / indium gallium nitride quantum well layer 220).

이중, 여덟 개의 응력완화층 중에서 초기 2개 내지 6개의 응력완화층에는 n-형 도펀트 소스를 주입하였다. Of these, n-type dopant sources were injected into the initial two to six stress relaxation layers among the eight stress relaxation layers.

발광층(220) 내의 제1양자장벽층 중에서 초기 2개 내지 4개의 제1양자장벽층에는 n-형 도펀트 소스를 주입하였다. 이러한 질화물 반도체 다중 양자우물구조를 갖는 발광층(220) 위에 0.1 ㎛의 p-형 질화갈륨 정공주입층(230)을 성장시켰다. Among the first quantum barrier layers in the light emitting layer 220, n-type dopant sources were implanted into the first two to four first quantum barrier layers. The p-type gallium nitride hole injection layer 230 having a thickness of 0.1 μm was grown on the light emitting layer 220 having the nitride semiconductor multi-quantum well structure.

이후에는, 제1실시예에서와 같이, 수평형 발광 소자 구조를 제작하거나 제2실시예에서와 같이 수직형 발광 소자 구조를 제작할 수 있다.Thereafter, as in the first embodiment, a horizontal light emitting device structure may be manufactured or a vertical light emitting device structure may be manufactured as in the second embodiment.

<제4실시예>Fourth Embodiment

도 11에서 도시하는 바와 같이, 사파이어 기판(340) 위에 4 ㎛ n-형 질화물 반도체 전자주입층(310)을 1050 ℃에서 성장하였고, 압력은 200 토르를 적용하였다. As shown in FIG. 11, a 4 μm n-type nitride semiconductor electron injection layer 310 was grown on the sapphire substrate 340 at 1050 ° C., and a pressure of 200 Torr was applied.

그 위에 다음과 같은 구조를 가지는 발광층(320)을 형성하였다. 즉, 온도 850 ℃에서 10 nm 크기의 질화인듐갈륨 제1양자장벽층을 성장하였다. 그 위에, 3 nm 두께의 질화인듐갈륨 응력완화층을 성장하였다. 응력완화층의 평균 인듐 조성이 3% 정도가 되도록 인듐 소스량과 성장온도를 제어하였다. On the light emitting layer 320 having the following structure was formed. That is, the first quantum barrier layer of indium gallium nitride having a size of 10 nm was grown at a temperature of 850 ° C. On it, a 3 nm thick indium gallium nitride stress relaxation layer was grown. The amount of indium source and the growth temperature were controlled so that the average indium composition of the stress relaxation layer was about 3%.

그 위에, 1 nm 크기의 질화인듐갈륨 제2양자장벽층을 성장하였다. 그 위에 온도 760 ℃에서 3 nm 두께의 질화인듐갈륨 양자우물층을 성장하였다. 이러한 양자우물층의 인듐 조성은 약 16% 정도가 되도록 인듐 소스량을 제어하였다. On it, a second quantum barrier layer of indium gallium nitride having a size of 1 nm was grown. A 3 nm thick indium gallium nitride quantum well layer was grown thereon at a temperature of 760 ° C. The indium composition of the quantum well layer was controlled to be about 16%.

동일한 순서를 반복하여 모두 여덟 쌍의 질화인듐갈륨 제1양자장벽층/질화인듐갈륨 응력완화층/질화인듐갈륨 제2양자장벽층/질화인듐갈륨 양자우물층으로 이루어지는 발광층(320)을 형성하였다. 여덟 개의 응력완화층 중에서 초기 2개의 응력완화층에는 n-형 도펀트 소스를 주입하였다. The same procedure was repeated to form the light emitting layer 320 including all eight pairs of indium gallium nitride first quantum barrier layer / indium gallium nitride stress relaxation layer / indium gallium nitride second quantum barrier layer / indium gallium nitride quantum well layer. Among the eight stress relaxation layers, the first two stress relaxation layers were injected with an n-type dopant source.

발광층(320) 내의 제1양자장벽층 중에서 초기 4개의 제1양자장벽층에는 n-형 도펀트 소스를 주입하였다. 또한, 발광층(320) 내의 양자우물층들 중에서 초기 1개 내지 4개의 양자우물층들에는 n-형 도펀트 소스를 주입하여 성장하였다. The first four quantum barrier layers among the first quantum barrier layers in the light emitting layer 320 were injected with an n-type dopant source. In addition, among the quantum well layers in the light emitting layer 320, the first 1 to 4 quantum well layers were grown by implanting an n-type dopant source.

이러한 질화물 반도체 다중 양자우물구조의 발광층(320) 위에 0.1 ㎛의 두께를 가지는 p-형 질화갈륨 정공주입층(330)을 성장시켰다. The p-type gallium nitride hole injection layer 330 having a thickness of 0.1 μm was grown on the light emitting layer 320 of the nitride semiconductor multi-quantum well structure.

이후에는, 제1실시예에서와 같이, 수평형 발광 소자 구조를 제작하거나 제2실시예에서와 같이 수직형 발광 소자 구조를 제작할 수 있다.Thereafter, as in the first embodiment, a horizontal light emitting device structure may be manufactured or a vertical light emitting device structure may be manufactured as in the second embodiment.

<제5실시예>Fifth Embodiment

도 12에서 도시하는 바와 같이, 사파이어 기판(440) 위에 4 ㎛의 두께를 가지는 n-형 질화물 반도체 전자주입층(410)을 1050 ℃에서 성장하였고, 압력은 200 토르를 적용하였다. As shown in FIG. 12, an n-type nitride semiconductor electron injection layer 410 having a thickness of 4 μm was grown on the sapphire substrate 440 at 1050 ° C., and a pressure of 200 Torr was applied.

그 위에는 도 13과 같은 구조를 가지는 발광층(420)을 형성하였다. 즉, 온도 900 ℃ 에서 약 7 nm 두께의 질화갈륨 제1양자장벽층(421)을 성장하였다. 그 위에, 3 nm 두께의 질화인듐갈륨 제1응력완화층(422)을 성장하였다. A light emitting layer 420 having a structure as shown in FIG. 13 was formed thereon. That is, the first gallium nitride quantum barrier layer 421 having a thickness of about 7 nm was grown at a temperature of 900 ° C. On it, a 3 nm thick indium gallium nitride first stress relaxation layer 422 was grown.

이러한 제1응력완화층(422)의 평균 인듐 조성이 2% 정도가 되도록 인듐 소스량과 성장온도를 제어하였다. 그 위에, 1 nm 두께의 질화갈륨 제2양자장벽층(423)을 성장하였다. The indium source amount and the growth temperature were controlled such that the average indium composition of the first stress relaxation layer 422 was about 2%. On it, a gallium nitride second quantum barrier layer 423 having a thickness of 1 nm was grown.

이와 같은 제2양자장벽층(423) 위에 온도 710 ℃에서 3 nm 두께의 질화인듐갈륨 양자우물층(424)을 성장하였다.An indium gallium nitride quantum well layer 424 having a thickness of 3 nm was grown on the second quantum barrier layer 423 at a temperature of 710 ° C.

이러한 양자우물층(424) 상에는 제2응력완화층(425)를 성장할 수 있고, 이러한 제2응력완화층(425) 상에는 7 nm 두께의 제1양자장벽층(421)이 위치한다.The second stress relaxation layer 425 may be grown on the quantum well layer 424, and the first quantum barrier layer 421 having a thickness of 7 nm may be disposed on the second stress relaxation layer 425.

상술한 제2응력완화층은 다음과 같은 구조로 이루어질 수 있다. 즉, 온도 900 ℃에서 약 0.5nm 두께의 질화갈륨층을 성장하고, 그 위에 연속하여 약 0.5nm 두께의 질화인듐갈륨(인듐조성 약 0.2%)을 성장한다.The second stress relaxation layer may have a structure as follows. That is, a gallium nitride layer having a thickness of about 0.5 nm is grown at a temperature of 900 deg. C, and indium gallium nitride (about 0.2% of indium composition) having a thickness of about 0.5 nm is successively grown thereon.

이러한 질화갈륨과 인듐조성이 약 0.2%인 질화인듐갈륨으로 이루어지는 쌍이 2 내지 10쌍 구비되는 초격자 구조를 가질 수 있다.The gallium nitride may have a superlattice structure including 2 to 10 pairs of gallium nitride and indium gallium nitride having an indium composition of about 0.2%.

한편, 양자우물층(424)의 인듐 조성은 약 23% 정도가 되도록 인듐 소스량을 제어하였다. 동일한 순서를 반복하여 모두 여덟 쌍의 질화물 반도체 다중 양자우물구조 발광층(420)을 성장하였다. On the other hand, the amount of indium source was controlled so that the indium composition of the quantum well layer 424 was about 23%. The same sequence was repeated to grow all eight pairs of nitride semiconductor multi quantum well structure light emitting layers 420.

여덟 개의 제1응력완화층(422) 중에서 초기 2개의 제1응력완화층(422)에는 n-형 도펀트 소스를 주입하였다. 발광층(420) 내의 제1양자장벽층(421) 중에서 초 기 4개의 제1양자장벽층(421)에는 n-형 도펀트 소스를 주입하였다. Among the eight first stress relaxation layers 422, the first two first stress relaxation layers 422 were injected with an n-type dopant source. The first four quantum barrier layers 421 of the first quantum barrier layer 421 in the emission layer 420 were injected with an n-type dopant source.

발광층(420) 내의 양자우물층(424)들 중에서 초기 2개의 양자우물층(424)들에는 n-형 도펀트 소스를 주입하여 성장하였다. Among the quantum well layers 424 in the light emitting layer 420, the first two quantum well layers 424 were grown by implanting an n-type dopant source.

이러한 구조를 가지는 질화물 반도체 다중 양자우물구조의 발광층(420) 위에 0.1 ㎛의 두께를 가지는 p-형 질화갈륨 정공주입층(430)을 성장시켰다. The p-type gallium nitride hole injection layer 430 having a thickness of 0.1 μm was grown on the light emitting layer 420 of the nitride semiconductor multi-quantum well structure having such a structure.

이후에는, 제1실시예에서와 같이, 수평형 발광 소자 구조를 제작하거나 제2실시예에서와 같이 수직형 발광 소자 구조를 제작할 수 있다.Thereafter, as in the first embodiment, a horizontal light emitting device structure may be manufactured or a vertical light emitting device structure may be manufactured as in the second embodiment.

상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 형태의 변형이 가능하고, 이러한 기술적 사상의 여러 실시 형태는 모두 본 발명의 보호범위에 속함은 당연하다.The above embodiment is an example for explaining the technical idea of the present invention in detail, and the present invention is not limited to the above embodiment, various modifications are possible, and various embodiments of the technical idea are all protected by the present invention. It belongs to the scope.

이상과 같은 본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.The present invention as described above has the following effects.

첫째, 발광층 내에 본질적으로 존재하는 압축응력을 획기적으로 감소시키고, 양자우물층 내에 전자와 정공을 효과적으로 구속함으로써 발광 소자의 내부양자효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다.First, the internal quantum efficiency of the light emitting device can be dramatically improved by significantly reducing the compressive stress inherently present in the light emitting layer and effectively constraining electrons and holes in the quantum well layer.

둘째, 이와 같이, 발광층의 압축응력을 효과적으로 완화시켜서 양자우물층 내에서의 응력분포와 인듐조성 분포를 더욱 균일하게 하여 광특성을 더욱 개선시킬 수 있다.Second, as described above, the compressive stress of the light emitting layer can be effectively alleviated to make the stress distribution and the indium composition distribution in the quantum well layer more uniform, thereby further improving the optical characteristics.

셋째, 양자장벽층과 양자우물층 사이의 계면특성이 향상되어 계면에서의 캐 리어 손실을 크게 줄임으로써 발광 효율을 크게 개선시킬 수 있다.Third, the interfacial characteristics between the quantum barrier layer and the quantum well layer are improved, thereby greatly reducing the carrier loss at the interface, thereby greatly improving the luminous efficiency.

넷째, 발광 소자의 본질적인 광특성인 내부양자효율을 획기적으로 증대시킴으로써 고휘도 고효율의 발광소자를 구현할 수 있다.Fourth, it is possible to implement a light emitting device having high brightness and high efficiency by dramatically increasing the internal quantum efficiency, which is an essential optical characteristic of the light emitting device.

Claims (15)

질화물계 발광 소자에 있어서,In the nitride-based light emitting device, 제1양자장벽층과;A first quantum barrier layer; 상기 제1양자장벽층 상에 위치하는 응력완화층과;A stress relaxation layer positioned on the first quantum barrier layer; 상기 응력완화층 상에 위치하는 제2양자장벽층과;A second quantum barrier layer positioned on the stress relaxation layer; 상기 제2양자장벽층 상에 위치하는 양자우물층과;A quantum well layer positioned on the second quantum barrier layer; 상기 양자우물층 상에 위치하는 제1양자장벽층으로 이루어지는 적어도 하나 이상의 양자우물구조를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광 소자.A nitride-based light emitting device comprising at least one quantum well structure consisting of a first quantum barrier layer located on the quantum well layer. 제 1항에 있어서, 상기 응력완화층은, 면방향 격자상수 값이 상기 제1양자장벽층과 상기 양자우물층 사이의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광 소자.The nitride-based light emitting device according to claim 1, wherein the stress relaxation layer has a value between the first quantum barrier layer and the quantum well layer. 제 1항에 있어서, 상기 응력완화층의 에너지 밴드갭은, 상기 제1양자장벽층과 상기 양자우물층 사이의 에너지 밴드갭을 갖는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광 소자.The nitride-based light emitting device according to claim 1, wherein the energy band gap of the stress relaxation layer has an energy band gap between the first quantum barrier layer and the quantum well layer. 제 1항에 있어서, 상기 응력완화층의 두께는, 1 내지 15nm인 것을 특징으로 하는 질화물계 발광 소자.The nitride-based light emitting device according to claim 1, wherein the stress relaxation layer has a thickness of 1 to 15 nm. 제 1항에 있어서, 상기 응력완화층 중 적어도 하나 이상은, n-형 도펀트를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광 소자.The nitride-based light emitting device according to claim 1, wherein at least one of the stress relaxation layers comprises an n-type dopant. 제 1항에 있어서, 상기 응력완화층은, 평균 조성이 0.1 내지 5%의 In 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광 소자.The nitride-based light emitting device according to claim 1, wherein the stress relaxation layer comprises an In component having an average composition of 0.1 to 5%. 제 1항에 있어서, 상기 제2양자장벽층의 에너지 밴드갭은, 상기 응력완화층의 에너지 밴드갭보다 큰 것을 특징으로 하는 질화물계 발광 소자.The nitride-based light emitting device according to claim 1, wherein an energy band gap of the second quantum barrier layer is larger than an energy band gap of the stress relaxation layer. 제 1항에 있어서, 상기 제2양자장벽층의 두께는, 상기 제1양자장벽층의 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 질화물계 발광 소자.The nitride-based light emitting device according to claim 1, wherein the thickness of the second quantum barrier layer is thinner than the thickness of the first quantum barrier layer. 제 1항에 있어서, 상기 제2양자장벽층의 두께는, 0.2 내지 5nm인 것을 특징으로 하는 질화물계 발광 소자.The nitride-based light emitting device according to claim 1, wherein the second quantum barrier layer has a thickness of 0.2 to 5 nm. 제 1항에 있어서, 상기 양자우물구조는 8개로 구성되는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광 소자.The nitride-based light emitting device of claim 1, wherein the quantum well structure comprises eight. 제 1항에 있어서, 제1양자장벽층 중 적어도 하나 이상은, n-형 도펀트를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광 소자.The nitride-based light emitting device according to claim 1, wherein at least one of the first quantum barrier layers comprises an n-type dopant. 제 1항에 있어서, 상기 양자우물층 중 적어도 하나 이상은, n-형 도펀트를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광 소자.The nitride-based light emitting device of claim 1, wherein at least one of the quantum well layers comprises an n-type dopant. 제 1항에 있어서, 상기 양자우물층과 상기 제1양자장벽층 사이에는 제2응력완화층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광 소자.The nitride-based light emitting device of claim 1, further comprising a second stress relaxation layer between the quantum well layer and the first quantum barrier layer. 제 13항에 있어서, 상기 제2응력완화층은, 초격자 구조인 것을 특징으로 하는 질화물계 발광 소자.The nitride-based light emitting device according to claim 13, wherein the second stress relaxation layer has a superlattice structure. 제 13항에 있어서, 상기 제2응력완화층은, 질화갈륨 및 질화인듐갈륨이 반복되는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광 소자.The nitride-based light emitting device according to claim 13, wherein the second stress relaxation layer has a structure in which gallium nitride and indium gallium nitride are repeated.
KR20070055360A 2006-07-26 2007-06-07 Nitride light emitting device KR101198759B1 (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20070055360A KR101198759B1 (en) 2007-06-07 2007-06-07 Nitride light emitting device
EP07113150.2A EP1883121B1 (en) 2006-07-26 2007-07-25 Nitride-based semiconductor light emitting device
US11/878,642 US7977665B2 (en) 2006-07-26 2007-07-25 Nitride-based light emitting device
TW096127303A TWI451591B (en) 2006-07-26 2007-07-26 Nitride-based light emitting device
US13/116,802 US8450719B2 (en) 2006-07-26 2011-05-26 Nitride-based light emitting device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20070055360A KR101198759B1 (en) 2007-06-07 2007-06-07 Nitride light emitting device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090003384A true KR20090003384A (en) 2009-01-12
KR101198759B1 KR101198759B1 (en) 2012-11-12

Family

ID=40486009

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20070055360A KR101198759B1 (en) 2006-07-26 2007-06-07 Nitride light emitting device

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101198759B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113725326A (en) * 2021-08-10 2021-11-30 广州市众拓光电科技有限公司 Ultraviolet LED epitaxial structure and preparation method and application thereof
US12027646B2 (en) 2018-10-25 2024-07-02 Nichia Corporation Light emitting element

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102038885B1 (en) 2013-05-27 2019-10-31 삼성전자주식회사 Semiconductor light emitting device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12027646B2 (en) 2018-10-25 2024-07-02 Nichia Corporation Light emitting element
CN113725326A (en) * 2021-08-10 2021-11-30 广州市众拓光电科技有限公司 Ultraviolet LED epitaxial structure and preparation method and application thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR101198759B1 (en) 2012-11-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI451591B (en) Nitride-based light emitting device
KR100753518B1 (en) Nitride based light emitting diode
KR100850950B1 (en) Nitride based light emitting diode
JP5702739B2 (en) Boron Introduced Group III Nitride Light Emitting Diode Device
US8513694B2 (en) Nitride semiconductor device and manufacturing method of the device
US20090032833A1 (en) Light emitting diode having algan buffer layer and method of fabricating the same
KR101174908B1 (en) Light-emitting device and manufacturing method thereof
US9978905B2 (en) Semiconductor structures having active regions comprising InGaN and methods of forming such semiconductor structures
US7955881B2 (en) Method of fabricating quantum well structure
CN114649454B (en) Epitaxial wafer structure of light emitting diode and preparation method thereof
KR101047652B1 (en) Light emitting device and manufacturing method
KR101198759B1 (en) Nitride light emitting device
KR101241331B1 (en) Nitride based LED and method of manufacturing the same
KR100728132B1 (en) Light-emitting diode using current spreading layer
KR101198761B1 (en) Nitride based light emitting diode
KR101387543B1 (en) Nitride semiconductor light emitting device
KR20210005737A (en) Light emitting diode
KR20130094451A (en) Nitride semiconductor light emitting device and method for fabricating the same
KR100857796B1 (en) Nitride based light emitting diode
KR100774214B1 (en) Nitride based led and method of manufacturing the same
KR101198760B1 (en) LED having vertical structure and method of making the same
KR101414654B1 (en) Nitride semiconductor light emitting device
KR101641972B1 (en) Nitride semiconductor light emitting device
KR101414652B1 (en) Nitride semiconductor light emitting device
KR20070109618A (en) Led having vertical structure and method of making the same

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151005

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161006

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171011

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181010

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191010

Year of fee payment: 8