KR20090090986A

KR20090090986A - Nitride semiconductor light emitting device

Info

Publication number: KR20090090986A
Application number: KR1020080084164A
Authority: KR
Inventors: 이성숙; 미카일 시니친; 쉐벌로드 룬딘; 알렉세이 사하로프; 예브게니 자바린; 안드레이 짜실리코프; 안드레이 니콜라예프; 박희석
Original assignee: 삼성전기주식회사; 에이. 에프. 이오페 피지코-테크니컬 인스티튜트 오브 라스
Priority date: 2008-02-21
Filing date: 2008-08-27
Publication date: 2009-08-26
Also published as: KR101012516B1; RU2369942C1

Abstract

A nitride semiconductor light emitting device is provided to improve surface morphology of p-nitride semiconductor region by laminating p-doped GaN layer and AlGaN layer alternately. An active layer(106) is formed on the n nitride semiconductor region(104), and p nitride semiconductor region(108) is formed on the active layer. The AlGaN layer of the p-doped GaN layer and p-doped or the undoped are laminated alternately, and the AlGaN layer has the thickness more than 20nm. The substrate(101) is arranged under the n nitride semiconductor region. N-electrode(105) is arranged in order to be electrically connected to the n nitride semiconductor region.

Description

Nitride Semiconductor Light Emitting Device

본 발명은 질화물 반도체 발광소자에 관한 것으로, 특히 p측 질화물 반도체 영역의 전기적 특성과 표면 모폴로지가 크게 개선된 고품질 질화물 반도체 발광 소자에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device, and more particularly to a high quality nitride semiconductor light emitting device in which the electrical properties and surface morphology of the p-side nitride semiconductor region are greatly improved.

최근, GaN, AlGaN, InGaN 등의 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체(간단히, '질화물 반도체'라고도 함) 재료의 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD)가 반도체 발광소자로서 다양한 응용분야에서 사용되고 있다. 질화물 반도체는 통상 In_xAl_yGa_1-x-yN(0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가진다. In recent years, light emitting diodes (LEDs) or laser diodes (LDs) made of III-V nitride semiconductors (hereinafter, simply referred to as "nitride semiconductors") materials such as GaN, AlGaN, and InGaN have been used in various application fields as semiconductor light emitting devices. The nitride semiconductor usually has a composition formula of In _x Al _y Ga _1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1).

질화물 LED 또는 LD를 사용하는 디지털 제품이 진화함에 따라, 보다 큰 휘도 및 효율과 높은 신뢰성을 갖는 질화물 반도체 발광 소자에 대한 요구가 증가하고 있다. 그러나, 질화물 반도체 발광소자의 p측 질화물 반도체 영역에 배치되는 p-도프 GaN층(p-doped GaN layer)는 Mg-H 복합체(Mg-H complex)에 의한 억셉터 기능의 열화 또는 활성화 효율(activation efficiency)의 저하 등으로 인해 p형 특성이나 충분히 높은 전기적 특성을 갖지 보유하지 못하고 있다. As digital products using nitride LEDs or LDs evolve, there is an increasing demand for nitride semiconductor light emitting devices having greater brightness, efficiency, and high reliability. However, the p-doped GaN layer disposed in the p-side nitride semiconductor region of the nitride semiconductor light emitting device has a deterioration or activation efficiency of the acceptor function caused by the Mg-H complex. Due to deterioration of efficiency, it does not possess a p-type characteristic or a sufficiently high electrical characteristic.

도 1은 종래의 질화물 반도체 발광 소자의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 발광 소자(10)는, 사파이어 등의 기판(11) 상에 n-도프 GaN층(14), 활성층(16) 및 p-도프 GaN층(18)이 순차 적층된 구조를 갖는다. 메사 식각에 의해 노출된 n-도프 GaN층(14)의 상면에는 n측 전극(15)이 형성되어 있고, p-도프 GaN층(18) 상에는 p측 전극(19)이 형성되어 있다. 1 is a cross-sectional view of a conventional nitride semiconductor light emitting device. Referring to FIG. 1, the light emitting device 10 has a structure in which an n-doped GaN layer 14, an active layer 16, and a p-doped GaN layer 18 are sequentially stacked on a substrate 11 such as sapphire. Have The n-side electrode 15 is formed on the upper surface of the n-doped GaN layer 14 exposed by mesa etching, and the p-side electrode 19 is formed on the p-doped GaN layer 18.

상술한 종래 질화물 반도체 발광 소자 구조에서, p-도프 GaN층(18)은 비교적 낮은 전기 전도도(conductivity)을 가질 뿐만 아니라 10¹⁸ cm^-1 이상의 홀농도를 쉽게 얻지 못했으며 양질의 결정 품질로 구현하기가 어렵다. 이는 p-도프 GaN 성장시 Mg 도펀트 소스가 Mg-H 복합체를 형성하여 Mg 억셉터의 기능을 열화시키고 Mg의 활성화 효율을 저하시키기 때문이다. 높은 홀농도를 얻기 위해 과량의 Mg 소스를 공급할 경우, p-도프 GaN층의 표면 모폴로지(surface morphology)가 고르지 못하고 결정 품질이 나빠지며 이는 발광 소자의 발광 효율 및 휘도 감소를 가져온다. In the above-described conventional nitride semiconductor light emitting device structure, the p-doped GaN layer 18 not only has a relatively low electrical conductivity, but also has not easily obtained hole concentrations of 10 ¹⁸ cm ^-1 or more and can be implemented with high quality crystal quality. Is difficult. This is because the Mg dopant source forms Mg-H complexes during p-doped GaN growth, degrading the function of the Mg acceptor and lowering the activation efficiency of Mg. When the excess Mg source is supplied to obtain high hole concentration, the surface morphology of the p-doped GaN layer is uneven and the crystal quality is poor, which leads to a decrease in the luminous efficiency and luminance of the light emitting device.

본 발명의 일 과제는, p측 질화물 반도체 영역의 전기 전도도 등 전기적 특성과 표면 모폴로지가 개선된 질화물 반도체 발광 소자를 제공하는 것이다. One object of the present invention is to provide a nitride semiconductor light emitting device having improved electrical properties and surface morphology, such as electrical conductivity of a p-side nitride semiconductor region.

본 발명의 일 측면은, n측 질화물 반도체 영역; 상기 n측 질화물 반도체 영역 상에 형성된 활성층; 및 상기 활성층 상에 형성된 p측 질화물 반도체 영역을 포함하되, 상기 p측 질화물 반도체 영역은 p-도프 GaN층 및 p-도프 또는 언도프의 AlGaN층이 교대로 2회 이상 적층된 다층구조를 갖는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광 소자를 제공한다. One aspect of the invention, the n-side nitride semiconductor region; An active layer formed on the n-side nitride semiconductor region; And a p-side nitride semiconductor region formed on the active layer, wherein the p-side nitride semiconductor region has a multilayer structure in which a p-doped GaN layer and an AlGaN layer of p-doped or undoped are alternately stacked two or more times. A nitride semiconductor light emitting device is provided.

본 발명의 실시형태에서, 상기 AlGaN층은 20nm 이상의 두께를 갖고 상기 p-도프 GaN층은 상기 AlGaN층의 두께보다 크거나 같은 두께를 갖는다. 상기 AlGaN층은 20nm 이상 100nm 이하일 수 있다. 상기 AlGaN층은 언도프되거나 상기 p-도프 GaN층의 도핑 농도보다 낮은 도핑 농도로 p-도프될 수 있다. 일 실시형태로서, 상기 p-도프 GaN층의 도핑 농도는 Mg 도펀트로 6×10¹⁹ 내지 1×10²⁰cm^-3이고 상기 AlGaN층의 도핑 농도는 Mg 도펀트로 0 내지 5×10¹⁹ cm^-3일 수 있다. In an embodiment of the present invention, the AlGaN layer has a thickness of 20 nm or more and the p-doped GaN layer has a thickness that is greater than or equal to the thickness of the AlGaN layer. The AlGaN layer may be 20 nm or more and 100 nm or less. The AlGaN layer may be undoped or p-doped to a lower doping concentration than that of the p-doped GaN layer. In one embodiment, the doping concentration of the p-doped GaN layer is 6 × 10 ¹⁹ to 1 × 10 ²⁰ cm ⁻³ with Mg dopant and the doping concentration of the AlGaN layer is 0-5 × 10 ¹⁹ cm ^{−3 with} Mg dopant. Can be.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 질화물 반도체 발광 소자는, 상기 n측 질화물 반도체 영역에 전기적으로 접속되도록 배치된 n측 전극 및 상기 p측 질화물 반도체 영역 상에 형성된 p측 전극을 더 포함하되, 상기 n측 전극과 p측 전극이 동일측을 향하는 수평구조(lateral-structured) 발광 소자일 수 있다. 이 경우, 상기 질화물 반도체 발광 소자는 상기 n측 질화물 반도체 영역 아래에 배치된 사파이어 등의 기판을 더 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the nitride semiconductor light emitting device further comprises an n-side electrode disposed to be electrically connected to the n-side nitride semiconductor region and a p-side electrode formed on the p-side nitride semiconductor region, The n-side electrode and the p-side electrode may be a lateral-structured light emitting device facing the same side. In this case, the nitride semiconductor light emitting device may further include a substrate such as sapphire disposed under the n-side nitride semiconductor region.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 질화물 반도체 발광 소자는, 상기 n측 질화물 반도체 영역에 전기적으로 접속되도록 배치된 n측 전극 및 상기 p측 질화물 반도체 영역 상에 형성된 p측 전극을 더 포함하되, 상기 n측 전극과 p측 전극이 반대측을 향하는 수직구조(vertical-structured) 발광 소자일 수 있다. 상기 수직구조 발광 소자는 상기 n측 질화물 반도체 영역을 사이에 두고 상기 활성층의 반대편에 배치된 도전성 기판을 더 포함할 수 있다. 이와 달리, 상기 수직구조 발광 소자는 상기 p측 질화물 반도체 영역을 사이에 두고 상기 활성층의 반대편에 배치된 도전성 기판을 더 포함할 수 있다. 이 경우 상기 수직구조 발광소자는 상기 도전성 기판과 p측 질화물 반도체 영역 사이에 형성된 도전성 접착층을 더 포함할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the nitride semiconductor light emitting device further includes an n-side electrode disposed to be electrically connected to the n-side nitride semiconductor region and a p-side electrode formed on the p-side nitride semiconductor region, The n-side electrode and the p-side electrode may be a vertical-structured light emitting device facing the opposite side. The vertical light emitting device may further include a conductive substrate disposed opposite the active layer with the n-side nitride semiconductor region therebetween. Alternatively, the vertical light emitting device may further include a conductive substrate disposed opposite the active layer with the p-side nitride semiconductor region interposed therebetween. In this case, the vertical light emitting device may further include a conductive adhesive layer formed between the conductive substrate and the p-side nitride semiconductor region.

본 발명에 따르면, p측 질화물 반도체 영역에 p-도프 GaN층과 p-도프 또는 언도프의 AlGaN층을 교대로 2회이상 반복 적층하여 형성된 다층구조를 구비함으로써, p측 질화물 반도체 영역의 표면 모폴로지가 개선되고 전기 전도도가 높아진다. 이에 따라, 질화물 반도체 발광 소자의 효율과 휘도가 향상된다. According to the present invention, a p-doped GaN layer and a p-doped or undoped AlGaN layer are alternately stacked two or more times in the p-side nitride semiconductor region, thereby providing a surface morphology of the p-side nitride semiconductor region. Improve and electrical conductivity is high. As a result, the efficiency and luminance of the nitride semiconductor light emitting device are improved.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.

도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광 소자의 단면도이다. 도 2를 참조하면, 질화물 반도체 발광 소자(100)는 사파이어 등의 절연 기판(101) 상에 순차 형성된 층 구조의 n측 질화물 반도체 영역(104), 활성층(106) 및 p측 질화물 반도체 영역(108)을 포함한다. n측 및 p측 질화물 반도체 영역에 전압을 인가하기 위한 n측 전극(105) 및 p측 전극(109)이 n측 및 p측 질화물 반도체 영역(104, 108)에 각각 전기적으로 접속하도록 배치되어 있다. 특히 메사 식각에 의해 n측 질화물 반도체 영역(104)의 일부가 노출되고 그 노출된 n측 질화물 반도체 영역(104) 일부 상에 n측 전극(105)이 배치된다. 이에 따라, 질화물 반도체 발광 소자(100)는 n측 전극(105)과 p측 전극(109)이 동일측을 향하는 수평구조의(lateral- structured) 발광 소자를 이룬다.2 is a cross-sectional view of a nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the nitride semiconductor light emitting device 100 includes an n-side nitride semiconductor region 104, an active layer 106, and a p-side nitride semiconductor region 108 having a layer structure sequentially formed on an insulating substrate 101 such as sapphire. ). The n-side electrode 105 and the p-side electrode 109 for applying a voltage to the n-side and p-side nitride semiconductor regions are arranged to be electrically connected to the n-side and p-side nitride semiconductor regions 104 and 108, respectively. . In particular, a portion of the n-side nitride semiconductor region 104 is exposed by mesa etching, and the n-side electrode 105 is disposed on the exposed portion of the n-side nitride semiconductor region 104. Accordingly, the nitride semiconductor light emitting device 100 forms a lateral-structured light emitting device in which the n-side electrode 105 and the p-side electrode 109 face the same side.

n측 질화물 반도체 영역(104)는 그 하부에서 기판(101)과의 격자 불일치를 완화하기 위한 버퍼 구조를 포함할 수 있다. 활성층(106)은 예컨대, 언도프 GaN의 장벽층과 언도프 InGaN의 우물층의 다중양자우물(MQW) 구조를 갖거나, 단일양자우물 구조를 가질 수 있다. The n-side nitride semiconductor region 104 may include a buffer structure at the bottom thereof to mitigate lattice mismatch with the substrate 101. The active layer 106 may have, for example, a multi-quantum well (MQW) structure of a barrier layer of undoped GaN and a well layer of undoped InGaN, or may have a single quantum well structure.

도 2에 도시된 바와 같이, p측 질화물 반도체 영역(108)은 언도프 또는 p-도프의 AlGaN층(108a)과 p-도프 GaN층(108b)이 교대로 2회이상 반복 적층되어 형성된 다층막 구조를 갖는다. 이러한 2 페어(2 pairs)이상의 GaN(p-도프)/AlGaN(언도프 또는 p-도프)로 된 다층막 구조에서는, p-도프 GaN층(108b)를 샌드위칭하는 AlGaN층(108a)들은 Mg 등의 p형 도펀트의 활성화를 돕고 p-도프 GaN층(108b)의 홀 농도를 증가시키는 역할을 한다. 또한, AlGaN층(108a)과 p-도프 GaN층(108b)을 2회 이상 교대로 반복 적층함으로써 AlGaN과 GaN 간의 계면에서 스트레스가 완화된다. As shown in FIG. 2, the p-side nitride semiconductor region 108 has a multi-layered film structure in which an undoped or p-doped AlGaN layer 108a and a p-doped GaN layer 108b are alternately stacked two or more times. Have In the multilayered film structure of GaN (p-doped) / AlGaN (undoped or p-doped) having two or more pairs, the AlGaN layers 108a sandwiching the p-doped GaN layer 108b are made of Mg or the like. Helps to activate the p-type dopant and to increase the hole concentration of the p-doped GaN layer 108b. In addition, by repeatedly stacking the AlGaN layer 108a and the p-doped GaN layer 108b alternately two or more times, stress is alleviated at the interface between AlGaN and GaN.

상기한 홀농도 증가와 계면에서의 스트레스 완화에 의해, 상부의 p-도프 GaN층(108b)은 증가 된 전기전도도와 평탄한(smooth) 표면 모폴로지를 갖게 된다. 실제로 p측 질화물 반도체 영역을 p-도프 GaN층만으로 성장시킨 경우와 비교할 때, 동일한 Mg 도핑 농도로도 p측 질화물 반도체 영역은 더 작은 평균 표면 거칠기(average roughness)와 더 높은 전기전도도를 갖는다는 것을 실험적으로 확인할 수 있다(도 6 참조).Due to the above hole concentration increase and stress relaxation at the interface, the upper p-doped GaN layer 108b has increased electrical conductivity and smooth surface morphology. In fact, compared to the case where the p-side nitride semiconductor region is grown with only the p-doped GaN layer, even with the same Mg doping concentration, the p-side nitride semiconductor region has a smaller average surface roughness and higher electrical conductivity. It can be confirmed experimentally (see FIG. 6).

상술한 p-도프 GaN/ 언도프 또는 p-도프 AlGaN의 교대 반복 적층 구조(108a, 108b)는 MOCVD(유기금속 화학기상증착)로 형성될 수 있는데, 예컨대, TMG, TMA 등의 유기금속 소스와 CP₂Mg의 도펀트 소스를 사용하여 MOCVD로 성장될 수 있다. The alternating repeating stacked structures 108a, 108b of p-doped GaN / undoped or p-doped AlGaN described above may be formed by MOCVD (organic metal chemical vapor deposition), for example, with organometallic sources such as TMG, TMA, etc. Can be grown by MOCVD using a dopant source of CP ₂ Mg.

본 실시형태에서는 질화물 반도체 결정 성장을 위한 기판(101)으로서 사파이어(Al₂O₃) 등의 절연 기판을 사용하고 있지만, 사파이어 기판 대신에 SiC 기판, Si기판, ZnO기판, MgO기판, GaN기판 등 질화물 반도체층 성장에 사용될 수 있는 어떠한 기판도 사용가능하다. In this embodiment, an insulating substrate such as sapphire (Al ₂ O ₃ ) or the like is used as the substrate 101 for nitride semiconductor crystal growth. However, an SiC substrate, a Si substrate, a ZnO substrate, an MgO substrate, a GaN substrate, or the like is used instead of the sapphire substrate. Any substrate that can be used for nitride semiconductor layer growth can be used.

도 3은 본 발명의 실시형태들에 따른 p측 질화물 반도체 영역의 부분 단면도이다. 도 3(a)와 같이 p측 질화물 반도체 영역은 활성층 위에서 AlGaN층(언도프 또는 p-도프)부터 시작하여 GaN층(p-도프), 다시 AlGaN층, GaN층의 순서로 적층된 다층막 구조를 가질 수 있다. 다른 예로서, 도 3(b)와 같이 활성층 위에서 먼저 GaN층(p-도프)이 성장하고 그 위에 AlGaN층이 성장하고, 이러한 GaN/AlGaN의 2층 구조 반복될 수도 있다. 3 is a partial cross-sectional view of a p-side nitride semiconductor region in accordance with embodiments of the present invention. As shown in FIG. 3 (a), the p-side nitride semiconductor region has a multi-layered structure in which a GaN layer (p-doped), an AlGaN layer, and a GaN layer are stacked on the active layer, starting with an AlGaN layer (undoped or p-doped). Can have As another example, the GaN layer (p-dope) is first grown on the active layer and the AlGaN layer is grown thereon, as shown in FIG. 3 (b), and the two-layer structure of GaN / AlGaN may be repeated.

바람직한 실시형태에서, 상술한 p측 질화물 반도체 영역(108)의 다층막 구조 에 있어서, 언도프 또는 p-도프의 AlGaN층(108a)의 두께(d1)은 20nm 이상이고, p-도프 GaN층(108b)의 두께(d2)는 AlGaN층(108a)의 두께(d1)와 같거나 더 클 수 있다. 예를 들어, 상기한 다층막 구조 내의 AlGaN층(108a)은 20 내지 100nm의 두께를 갖고 p-도프 GaN층(108b)은 AlGaN층(108a) 두께 이상 110nm 이하의 두께를 가질 수 있다. 이러한 p-GaN층 및 AlGaN층의 두께는 초격자를 구성하는 단일막보다는 더 큰 두께를 나타내고 초격자 구조에서 예상하지 못하는 p-GaN 표면 모폴로지와 전기전도도를 실현할 수 있다.In a preferred embodiment, in the above-described multilayer structure of the p-side nitride semiconductor region 108, the thickness d1 of the undoped or p-doped AlGaN layer 108a is 20 nm or more, and the p-doped GaN layer 108b. Thickness d2 may be equal to or greater than the thickness d1 of the AlGaN layer 108a. For example, the AlGaN layer 108a in the multilayered film structure may have a thickness of 20 to 100 nm, and the p-doped GaN layer 108b may have a thickness of 110 nm or less than that of the AlGaN layer 108a. The thickness of the p-GaN layer and the AlGaN layer is larger than that of a single layer constituting the superlattice, and the p-GaN surface morphology and electrical conductivity that are not expected in the superlattice structure can be realized.

AlGaN층(108a)은 언도프되거나(의도적인 도핑농도가 0임) p-도프 GaN층의 도핑 농도보다 더 낮은 도핑 농도로 p-도프될 수 있다. 예를 들어, p-도프 GaN층의 도핑 농도는 Mg 도펀트로 6×10¹⁹ 내지 1×10²⁰cm^-3이고 상기 AlGaN층의 도핑 농도는 Mg 도펀트로 0(언도프) 내지 5×10¹⁹ cm^-3일 수 있다. p-도프 GaN층(108b)은 6×10¹⁹cm^-3 정도의 Mg 도핑 농도로도 10¹⁸ cm^-3 이상의 홀농도를 구현할 수 있다. AlGaN layer 108a may be undoped (intentional doping concentration is zero) or p-doped at a lower doping concentration than that of the p-doped GaN layer. For example, the doping concentration of the p-doped GaN layer is between 6 × 10 ¹⁹ and 1 × 10 ²⁰ cm ⁻³ with Mg dopant and the doping concentration of the AlGaN layer is between 0 (undoped) and 5 × 10 ¹⁹ cm with Mg dopant. Can be ^-3 . The p-doped GaN layer 108b may implement a hole concentration of 10 ¹⁸ cm ⁻³ or more even with an Mg doping concentration of about 6 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ .

도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광 소자의 단면도이다. 본 실시형태에서는 n측 전극 및 p측 전극이 발광 구조(n측 질화물 반도체 영역, 활성층 및 p측 질화물 반도체 영역)의 반대측을 향하도록 배치되어, 수직구조(vertical-structured) 발광 소자를 이룬다. 4 is a cross-sectional view of a nitride semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention. In this embodiment, the n-side electrode and the p-side electrode are disposed so as to face opposite sides of the light emitting structure (n-side nitride semiconductor region, active layer and p-side nitride semiconductor region) to form a vertically-structured light emitting element.

도 4를 참조하면, 질화물 반도체 발광 소자(200)는 SiC 등의 도전성 기판(201) 상에 순차 적층된 n측 질화물 반도체 영역(204), 활성층(206) 및 p측 질화물 반도체 영역(208)을 포함한다. n측 전극(205)은 도전성 기판(201) 하면에 배치될 수 있고, p측 전극(209)은 p측 질화물 반도체 영역(208) 상에 배치될 수 있다.Referring to FIG. 4, the nitride semiconductor light emitting device 200 includes an n-side nitride semiconductor region 204, an active layer 206, and a p-side nitride semiconductor region 208 sequentially stacked on a conductive substrate 201 such as SiC. Include. The n-side electrode 205 may be disposed on the bottom surface of the conductive substrate 201, and the p-side electrode 209 may be disposed on the p-side nitride semiconductor region 208.

p측 질화물 반도체 영역(208)은 전술한 바와 같이 언도프 또는 p-도프 AlGaN층과 p-도프 GaN층이 교대로 2회이상 반복 적층된 다층막 구조를 갖는다. 이러한 수직 구조 발광 소자에서도, 상기 다층막 구조의 p측 질화물 반도체 영역(208)은 계면에서의 스트레스 완화와 홀 농도 증가의 효과를 나타내고 고른 p-도프 GaN 모폴로지를 구현할 수 있다. As described above, the p-side nitride semiconductor region 208 has a multilayer film structure in which an undoped or p-doped AlGaN layer and a p-doped GaN layer are alternately stacked two or more times. Even in such a vertical structure light emitting device, the p-side nitride semiconductor region 208 of the multilayer structure exhibits effects of stress relaxation at an interface and an increase in hole concentration, and may implement an even p-doped GaN morphology.

도전성 기판(201)으로는, GaN 성장용 결정면(상면)을 갖는 기판을 사용할 수 있다. 예를 들어, SiC, ZnO 및 GaN 기판 중 어느 하나를 도전성 기판(201)으로 사용할 수 있다. 또한 도전성 기판(201)을 제거하여 박막의 LED 구조를 형성할 수도 있다. 박막 LED 구조에서는, n측 전극(205)은 도전성 기판 없이 n측 질화물 반도체 영역(204)에 직접 접촉할 수 있다.As the conductive substrate 201, a substrate having a crystal surface (upper surface) for GaN growth can be used. For example, any one of SiC, ZnO and GaN substrates may be used as the conductive substrate 201. In addition, the conductive substrate 201 may be removed to form a thin film LED structure. In a thin film LED structure, the n-side electrode 205 may directly contact the n-side nitride semiconductor region 204 without a conductive substrate.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 수직 구조 발광 소자의 단면도이다. 도 5를 참조하면, 질화물 반도체 발광 소자(300)는 도전성 기판(301) 상에 p측 질화물 반도체 영역(308), 활성층(306) 및 n측 질화물 반도체 영역(304)의 순서로 적층된 적층구조를 갖는다. 즉, p측 질화물 반도체 영역(308)은 활성층(306)과 도전성 기판(301)의 사이에 배치되고, 도전성 기판(301)은 n측 질화물 반도체 영역(304)의 반대편에 배치된다. 도전성 기판(301)과 p측 질화물 반도체 영역(308) 사이에는 도전성 접착층(312)이 형성될 수 있다. 도전성 기판(301)의 하면에는 p측 전극(309)이 배치되고 n측 질화물 반도체 영역(304) 상면에는 n측 전극(305)이 배치된다. 5 is a cross-sectional view of a vertical structure light emitting device according to still another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the nitride semiconductor light emitting device 300 is a stacked structure in which a p-side nitride semiconductor region 308, an active layer 306, and an n-side nitride semiconductor region 304 are stacked on a conductive substrate 301. Has That is, the p-side nitride semiconductor region 308 is disposed between the active layer 306 and the conductive substrate 301, and the conductive substrate 301 is disposed opposite the n-side nitride semiconductor region 304. A conductive adhesive layer 312 may be formed between the conductive substrate 301 and the p-side nitride semiconductor region 308. The p-side electrode 309 is disposed on the lower surface of the conductive substrate 301, and the n-side electrode 305 is disposed on the upper surface of the n-side nitride semiconductor region 304.

본 실시형태에서도, p측 질화물 반도체 영역(308)은 p-도프 GaN층과 언도프 또는 p-도프 AlGaN층을 교대로 2페어 이상 반복해서 배치하여 형성된 다층막 구조로 되어 있다. 수직구조 발광 소자(300)는 도전성 기판의 본딩과 성장용 기판의 제거를 통해 얻어질 수 있다. 예를 들어, 사파이어 기판(미도시) 상에 n측 질화물 반도체 영역(304), 활성층(306) 및 다층막 구조의 p측 질화물 반도체 영역(308)을 순차적으로 성장시킨 후, Au, Au-Sn 등의 도전성 접착층(312)을 사용하여 지지용 도전성 기판(301)을 p측 질화물 반도체 영역(308)에 접합시킬 수 있다. 이 후, 레이저 리프트오프(laser lift-off), 에칭 등의 기판 제거 기술을 이용하여 n측 질화물 반도체 영역(304)으로부터 사파이어 기판을 제거할 수 있다. 도전성 기판(301)으로는, SiC, ZnO, GaN 등의 기판 뿐만 아니라 기타 Al, Cu와 같은 금속 기판을 사용할 수 있다. Also in this embodiment, the p-side nitride semiconductor region 308 has a multilayer film structure formed by repeatedly arranging a p-doped GaN layer and an undoped or p-doped AlGaN layer alternately two or more pairs. The vertical light emitting device 300 may be obtained by bonding the conductive substrate and removing the growth substrate. For example, the n-side nitride semiconductor region 304, the active layer 306, and the p-side nitride semiconductor region 308 of the multilayer structure are sequentially grown on a sapphire substrate (not shown), and then Au, Au-Sn, or the like is grown. The conductive conductive substrate 301 can be bonded to the p-side nitride semiconductor region 308 using the conductive adhesive layer 312. Subsequently, the sapphire substrate may be removed from the n-side nitride semiconductor region 304 using substrate removal techniques such as laser lift-off and etching. As the conductive substrate 301, not only substrates such as SiC, ZnO, GaN, but also other metal substrates such as Al and Cu can be used.

도 6은 비교예(a) 및 실시예(b)에 따라 형성된 p측 질화물 반도체 영역의 표 면을 나타낸 AFM(Atomic Force Microscopy) 사진이다. 비교예에서는 갈륨 소스로서 TMG, 질소 소스로서 NH₃를 사용하고 Mg(도펀트) 소스로서 CP₂Mg 를 사용하여, MOCVD로 단순히 p-도프 GaN층만을 성장시켰다. 도 6(a)에 나타난 p-도프 GaN층의 표면의 분석 결과, 비교예에 따른 p-도프 GaN층의 표면 거칠기의 평균값(average roughness)은 2.75 nm이었고, 그 표면 거칠기의 평균 제곱근(root mean square)는 3.62 nm이었다. 6 is an atomic force microscopy (AFM) photograph showing the surface of a p-side nitride semiconductor region formed in accordance with Comparative Example (a) and Example (b). In the comparative example, only p-doped GaN layer was grown by MOCVD using TMG as a gallium source, NH ₃ as a nitrogen source and CP ₂ Mg as a Mg (dopant) source. As a result of analyzing the surface of the p-doped GaN layer shown in FIG. 6 (a), the average roughness of the surface roughness of the p-doped GaN layer according to the comparative example was 2.75 nm, and the root mean square of the surface roughness (root mean). square) is 3.62 nm.

이에 반하여, 실시예에서는 TMG, NH₃, CP₂Mg 및 Al 소스로서 TMA를 사용하여, 상술한 바와 같은 질화물 반도체 다층막 구조를 성장시켰다. 구체적으로는, 언도프 AlGaN층과 p-도프 GaN층이 교대로 10회 반복 적층된 구조(10 페어)로 성장시켰다. p-도프 GaN층 성장시 Mg 도펀트를 사용하였고, 언도프 AlGaN층은 약 20nm, p-도프 GaN층은 약 25nm의 두께로 성장시켰다. 이 다층막 구조에서 맨 위에 형성된(맨 마지막으로 성장된) 층은 p-도프 GaN층이었다. 도 6(b)에 나타난 최상층 p-도프 GaN층의 표면 거칠기의 평균값은 2.30 nm이었고, 그 표면 거칠기의 평균 제곱근은 2.9 nm이었다. In contrast, in the examples, the nitride semiconductor multilayer film structure as described above was grown using TMA as the TMG, NH ₃ , CP ₂ Mg, and Al source. Specifically, an undoped AlGaN layer and a p-doped GaN layer were grown to have a structure (10 pairs) in which 10 repetitions were alternately stacked. Mg dopant was used to grow the p-doped GaN layer, and the undoped AlGaN layer was grown to a thickness of about 20 nm and the p-doped GaN layer to about 25 nm. In this multilayer film structure, the layer formed on top (last grown) was a p-doped GaN layer. The average value of the surface roughness of the uppermost p-doped GaN layer shown in FIG. 6 (b) was 2.30 nm, and the average square root of the surface roughness was 2.9 nm.

비교예 및 실시예의 p측 질화물 반도체 영역에 대하여 전기 전도도를 측정한 결과, 비교예의 p측 질화물 반도체 영역(도 6(a))은 약 0.14 (Ωㆍcm)^-1의 전도도를 나타낸 반면에, 실시예의 p측 질화물 반도체 영역(도 6(b))은 1.2 (Ωㆍcm)^-1 이상의 전도도를 나타내었다. 이로써 실시예의 다층막 구조는 종래의 p-도프 GaN 단일층 구조에 비하여 3배 이상의 전기전도도 개선 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다. As a result of measuring electrical conductivity with respect to the p-side nitride semiconductor region of the comparative example and the example, the p-side nitride semiconductor region (FIG. 6 (a)) of the comparative example showed a conductivity of about 0.14 (cm · cm) ⁻¹ , The p-side nitride semiconductor region (Fig. 6 (b)) of the example showed a conductivity of 1.2 (Ω · cm) ^-1 or higher. As a result, it can be seen that the multilayer structure of the embodiment can obtain an electric conductivity improvement effect of three times or more compared with the conventional p-doped GaN single layer structure.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. The present invention is not limited by the above-described embodiment and the accompanying drawings, but is intended to be limited by the appended claims, and various forms of substitution, modification, and within the scope not departing from the technical spirit of the present invention described in the claims. It will be apparent to those skilled in the art that changes are possible.

도 1은 종래의 질화물 반도체 발광소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a conventional nitride semiconductor light emitting device.

도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광 소자의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시형태들에 따른 p측 질화물 반도체 영역의 부분 단면도이다.3 is a partial cross-sectional view of a p-side nitride semiconductor region in accordance with embodiments of the present invention.

도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광 소자의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of a nitride semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광 소자의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of a nitride semiconductor light emitting device according to still another embodiment of the present invention.

도 6은 비교예 및 실시예에 따른 p측 질화물 반도체 영역 표면의 AFM(Atomic Force Microscopy) 사진이다.6 is an atomic force microscopy (AFM) photograph of a p-side nitride semiconductor region surface according to a comparative example and an embodiment.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100, 200, 300: 질화물 반도체 발광 소자 101, 201, 301: 기판100, 200, 300: nitride semiconductor light emitting device 101, 201, 301: substrate

104, 204, 304: n측 질화물 반도체 영역 105, 205, 305: n측 전극104, 204, 304: n-side nitride semiconductor region 105, 205, 305: n-side electrode

106, 206, 306: 활성층106, 206, 306: active layer

108, 208, 308: p측 질화물 반도체 영역108, 208, 308: p-side nitride semiconductor region

109, 209, 309: p측 전극 312: 도전성 접착층109, 209, 309: p-side electrode 312: conductive adhesive layer

Claims

an n-side nitride semiconductor region;

An active layer formed on the n-side nitride semiconductor region; And

A p-side nitride semiconductor region formed on the active layer,

And the p-side nitride semiconductor region has a multilayer structure in which a p-doped GaN layer and an p-doped or undoped AlGaN layer are alternately stacked two or more times.

The method of claim 1,

The AlGaN layer has a thickness of 20nm or more and the p-doped GaN layer has a thickness greater than or equal to the thickness of the AlGaN layer.

The method of claim 1,

The AlGaN layer is a nitride semiconductor light emitting device, characterized in that 20nm or more and 100nm or less.

The method of claim 1,

And the AlGaN layer is undoped or p-doped to a lower doping concentration than that of the p-doped GaN layer.

The method of claim 4, wherein

The doping concentration of the p-doped GaN layer is 6 × 10 ¹⁹ to 1 × 10 ²⁰ cm ^-3 with Mg dopant and the doping concentration of the AlGaN layer is 0 to 5 × 10 ¹⁹ cm ^-3 with Mg dopant Nitride semiconductor light emitting device.

The method of claim 1,

The nitride semiconductor light emitting device further includes an n-side electrode disposed to be electrically connected to the n-side nitride semiconductor region and a p-side electrode formed on the p-side nitride semiconductor region, wherein the n-side electrode and the p-side electrode are A nitride semiconductor light emitting device, characterized in that the horizontal structure light emitting device facing the same side.

The method of claim 6,

The nitride semiconductor light emitting device further comprises a substrate disposed under the n-side nitride semiconductor region.

The method of claim 1,

The nitride semiconductor light emitting device further includes an n-side electrode disposed to be electrically connected to the n-side nitride semiconductor region and a p-side electrode formed on the p-side nitride semiconductor region, wherein the n-side electrode and the p-side electrode A nitride semiconductor light emitting element, characterized in that it is a vertical structure light emitting element facing the opposite side.

The method of claim 8,

The nitride semiconductor light emitting device further comprises a conductive substrate disposed opposite the active layer with the n-side nitride semiconductor region therebetween.

The method of claim 8,

The nitride semiconductor light emitting device further comprises a conductive substrate disposed opposite the active layer with the p-side nitride semiconductor region therebetween.

The method of claim 10,

The nitride semiconductor light emitting device further comprises a conductive adhesive layer formed between the conductive substrate and the p-side nitride semiconductor region.