KR20100027407A - Nitride semiconductor light emitting device - Google Patents
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Description
본 발명은 질화물 반도체 발광소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, p형 클래드층 내에 서로 다른 에너지 밴드 및 두께를 가지는 질화물 반도체층이 적층된 다층 구조의 p형 전류확산층을 배치한 질화물 반도체 발광소자에 관한 것이다.The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device, and more particularly, to a nitride semiconductor light emitting device having a p-type current diffusion layer having a multilayer structure in which nitride semiconductor layers having different energy bands and thicknesses are stacked in a p-type cladding layer. It is about.
최근, GaN 등의 Ⅲ-Ⅴ 질화물 반도체는, 우수한 물리적, 화화적 특성으로 인해 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD) 등의 발광 소자의 핵심 소재로 각광을 받고 있다. Ⅲ-Ⅴ 질화물 반도체 재료를 이용한 LED 혹은 LD는 청색 또는 녹색 파장대의 광을 얻기 위한 발광 소자에 많이 사용되고 있으며, 이러한 발광소자는 전광판, 조명 장치 등 각종 제품의 광원으로 응용되고 있다. 상기 Ⅲ-Ⅴ 질화물 반도체는 통상 InXAlYGa1 -X- YN (0≤X, 0≤Y, X+Y≤1)의 조성식을 갖는 GaN계 물질로 이루어져 있다.Recently, III-V nitride semiconductors such as GaN have been spotlighted as core materials of light emitting devices such as light emitting diodes (LEDs) or laser diodes (LDs) due to their excellent physical and chemical properties. LEDs or LDs using III-V nitride semiconductor materials are widely used in light emitting devices for obtaining light in the blue or green wavelength band, and these light emitting devices are used as light sources of various products such as electronic displays and lighting devices. The III-V nitride semiconductor is generally made of a GaN-based material having a composition formula of In X Al Y Ga 1 -X- Y N (0≤X, 0≤Y, X + Y≤1).
이하, 상기 Ⅲ-Ⅴ 질화물 반도체를 사용한 종래의 질화물 반도체 발광소자에 대해 설명한다.Hereinafter, a conventional nitride semiconductor light emitting device using the III-V nitride semiconductor will be described.
종래 기술에 따라 질화물 반도체를 사용한 발광소자는, 광투과성 기판인 사파이어 기판 상에 GaN으로 된 버퍼층, n형 클래드층, 활성층, p형 클래드층 및 p형 콘택층이 순차 적층된 기본 구조를 가진다.According to the prior art, a light emitting device using a nitride semiconductor has a basic structure in which a GaN buffer layer, an n-type cladding layer, an active layer, a p-type cladding layer, and a p-type contact layer are sequentially stacked on a sapphire substrate, which is a light transmissive substrate.
이러한 질화물 반도체 발광소자는 InGaN으로 이루어진 우물층(well layer)을 갖는 단일 양자 우물 또는 다중 양자 우물 구조의 활성층을 갖는 이중 헤테로 구조를 채용할 수 있다.The nitride semiconductor light emitting device may employ a single hetero quantum well having a single quantum well or a multi quantum well structure having a well layer made of InGaN.
특히, 상기 질화물 반도체 발광소자에 있어서, 다중 양자 우물 구조는 다수개의 미니 밴드를 갖고 효율이 좋으며, 작은 전류에서도 발광이 가능하므로, 단일 양자 우물 구조보다 발광 출력이 높게 되는 등의 소자특성의 향상이 기대되고 있다. 이는 일본 특허공개공보 평10-135514호에서 발광 효율 및 발광 광도를 향상시키기 위해, 언도프(undoped) GaN의 장벽층과 언도프 InGaN의 우물층으로 이루어진 다중 양자 우물 구조를 갖는 활성층을 개시하고 있으며, 이와 더불어 상기 활성층의 장벽층보다도 큰 밴드갭을 갖는 클래드층을 포함하는 질화물 반도체 소자를 개시하고 있다.In particular, in the above-mentioned nitride semiconductor light emitting device, the multi-quantum well structure has a large number of mini-bands, has high efficiency, and can emit light even at a small current, thereby improving device characteristics such as higher light emission output than a single quantum well structure. It is expected. This discloses an active layer having a multi-quantum well structure consisting of a barrier layer of undoped GaN and a well layer of undoped InGaN in order to improve luminous efficiency and luminous intensity in Japanese Patent Laid-Open No. 10-135514. In addition, a nitride semiconductor device including a cladding layer having a band gap larger than that of the barrier layer of the active layer is disclosed.
그런데, 상기 활성층을 다중 양자 우물 구조로 하면, 높은 발광 효율 및 발광 광도는 얻을 수 있었으나, 질화물 반도체 소자를 조명용 광원이나 옥외 디스플레이의 광원으로 사용하기에는 발광 효율 및 발광 광도 즉, 광 출력에 있어서 한계가 있다. 또한, 상기 활성층을 다중 양자 우물 구조로 하면, 단일 양자 우물 구조일때와 비교하여 활성층 전체의 두께가 두껍기 때문에, 종방향의 직렬저항이 높게 되고, 특히, LED 소자의 경우에는 동작 전압(Vf)이 높아지는 문제가 있다.However, when the active layer has a multi-quantum well structure, high luminous efficiency and luminous intensity can be obtained. However, there is a limit in luminous efficiency and luminous intensity, that is, light output, for using a nitride semiconductor element as a light source for illumination or an outdoor display. have. In addition, when the active layer has a multi-quantum well structure, the thickness of the whole active layer is thicker than that of the single quantum well structure, so that the series resistance in the longitudinal direction is high, and in particular, in the case of LED elements, the operating voltage (V f ). There is a problem of getting higher.
그러나, 상기와 같이, LED 소자의 동작 전압이 높아지게 되면 전류밀도의 집중으로 인해 LED 소자의 중심파장이 짧아지는 단파장화(blue-shift)가 발생하므로, 발광 효율이 감소하는 문제가 있다.However, as described above, when the operating voltage of the LED device is increased, a blue-shift occurs in which the center wavelength of the LED device is shortened due to the concentration of the current density, thereby reducing the luminous efficiency.
또한, 상기 질화물 반도체를 사용하는 발광 소자는 통상 정전기 방전(ESD)에 대한 내성이 약하기 때문에, 정전기 방전 특성을 개선시킬 필요가 있다. 특히, 질화물 반도체 LED 소자 또는 LD 소자는 이를 취급하거나 사용하는 과정에서, 사람이나 사물에서 쉽게 발생되는 정전기에 의해 파손될 수 있는 문제가 있다.In addition, since the light emitting device using the nitride semiconductor is generally poor in resistance to electrostatic discharge (ESD), it is necessary to improve the electrostatic discharge characteristics. In particular, the nitride semiconductor LED device or LD device has a problem that can be damaged by the static electricity easily generated in people or things in the process of handling or using the same.
이에 따라, ESD로 인한 질화물 반도체 소자의 손상을 억제하기 위해, 최근 다양한 연구들이 진행되고 있다. 예를 들어, 미국특허 제6,593,597호는, 동일 기판에 LED 소자와 쇼트키 다이오드를 집적하여 LED 소자와 쇼트키 다이오드를 병렬로 연결시켜 ESD로부터 LED 소자를 보호하는 기술을 개시하고 있다. 그 외에도, ESD 내성을 개선시키기 위해, LED 소자를 제너 다이오드(zenor diode)와 병렬 연결시키는 방법이 제시된 바 있다.Accordingly, in order to suppress damage of the nitride semiconductor device due to ESD, various studies have recently been conducted. For example, US Pat. No. 6,593,597 discloses a technique for protecting an LED device from ESD by integrating the LED device and the Schottky diode on the same substrate and connecting the LED device and the Schottky diode in parallel. In addition, in order to improve ESD resistance, a method of connecting an LED device in parallel with a Zener diode has been proposed.
그러나, 이와 같은 방안들은 별도의 제너 다이오드를 구입하여 조립하거나 쇼트키 접합을 형성시켜야 하는 번거로움을 초래하고, 그에 따라 소자의 전반적인 제조 비용을 증가시키는 문제가 있다.However, these methods have the problem of purchasing and assembling a separate zener diode or forming a Schottky junction, thereby increasing the overall manufacturing cost of the device.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은, 동작 전압을 낮추고, 전류 확산 효과를 향상시켜 LED 소자의 단파장화(blue-shift) 현상을 최소화하고, 발광 효율을 높일 수 있는 질화물 반도체 발광소자를 제공하는 데에 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to reduce the operating voltage, improve the current spreading effect, minimize the blue-shift phenomenon of the LED device, and improve the luminous efficiency. It is to provide a nitride semiconductor light emitting device that can be.
또한, 본 발명의 목적은, ESD 내성 향상을 위한 별도의 다른 소자를 구비할 필요없이 높은 ESD 내성을 구현할 수 있는 질화물 반도체 발광소자를 제공하는 데에 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a nitride semiconductor light emitting device that can implement a high ESD resistance without having to provide a separate device for improving the ESD resistance.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 질화물 반도체 발광소자는, 기판 상에 형성된 n형 클래드층; 상기 n형 클래드층 상에 형성된 활성층; 상기 활성층 상에 형성된 p형 클래드층; 상기 p형 클래드층 내에 배치되고, 서로 다른 에너지 밴드 및 두께를 가지는 질화물 반도체층이 적층된 다층 구조의 p형 전류확산층; 및 상기 p형 클래드층 상에 형성된 p형 콘택층을 포함할 수 있다.A nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, an n-type cladding layer formed on a substrate; An active layer formed on the n-type cladding layer; A p-type cladding layer formed on the active layer; A p-type current diffusion layer having a multilayer structure disposed in the p-type cladding layer and having a nitride semiconductor layer having different energy bands and thicknesses stacked thereon; And it may include a p-type contact layer formed on the p-type cladding layer.
여기서, 상기 p형 전류확산층은, InXAlYGa1 -X- YN (0≤X, 0≤Y, X+Y≤1) 조성물로 이루어져 있으며, Al과 In의 조성비를 다르게 하여 형성될 수 있다.Herein, the p-type current spreading layer is composed of In X Al Y Ga 1 -X- Y N (0≤X, 0≤Y, X + Y≤1) composition, and may be formed by different composition ratios of Al and In. Can be.
그리고, 상기 p형 전류확산층은, 상기 p형 클래드층의 에너지 밴드보다 더 높은 제1 질화물 반도체층과 상기 p형 클래드층의 에너지 밴드보다 더 낮은 제2 질화물 반도체층을 포함할 수 있다.The p-type current spreading layer may include a first nitride semiconductor layer higher than an energy band of the p-type cladding layer and a second nitride semiconductor layer lower than an energy band of the p-type cladding layer.
또한, 상기 제1 질화물 반도체층 및 상기 제2 질화물 반도체층을 이루는 질화물 반도체층의 에너지 밴드는, 상층으로 갈수록 상기 p형 클래드층 에너지 밴드와의 차이가 작아질 수 있다.In addition, an energy band of the nitride semiconductor layer constituting the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer may have a smaller difference from the energy band of the p-type cladding layer toward the upper layer.
또한, 상기 제1 질화물 반도체층과 상기 제2 질화물 반도체층이 주기적으로 적층될 수 있다.In addition, the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer may be periodically stacked.
또한, 상기 제1 질화물 반도체층과 상기 제2 질화물 반도체층이 비주기적으로 적층될 수 있다.In addition, the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer may be stacked aperiodically.
또한, 상기 제1 질화물 반도체층과 상기 제2 질화물 반도체층 사이에 어느 일방으로 에너지 밴드가 순차적으로 증가하는 1층 이상의 질화물 반도체층을 더 포함할 수 있다.The semiconductor device may further include at least one nitride semiconductor layer in which an energy band is sequentially increased in any one direction between the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer.
또한, 상기 p형 전류확산층은 p형 불순물이 도핑되어 있는 질화물 반도체층을 포함할 수 있다.In addition, the p-type current spreading layer may include a nitride semiconductor layer doped with p-type impurities.
또한, 상기 p형 불순물이 도핑되어 있는 질화물 반도체층은 계면활성제를 더 포함할 수 있다.In addition, the nitride semiconductor layer doped with the p-type impurity may further include a surfactant.
또한, 상기 p형 전류확산층은 상기 p형 클래드층의 전체에 걸쳐 형성될 수 있다.In addition, the p-type current spreading layer may be formed over the entire p-type cladding layer.
또한, 상기 p형 전류확산층은 계단형의 에너지 밴드갭 프로파일을 가질 수 있다.In addition, the p-type current spreading layer may have a stepped energy bandgap profile.
또한, 상기 p형 전류확산층은 뾰족한 피크 형태의 스파이크부를 갖는 에너지 밴드갭 프로파일을 가질 수 있다.In addition, the p-type current spreading layer may have an energy bandgap profile having spikes in the form of sharp peaks.
또한, 상기 n형 클래드층 내에 배치되며, 서로 다른 에너지 밴드 및 두께를 가지는 질화물 반도체층이 적층된 다층 구조의 n형 전류확산층을 더 포함할 수 있다.The n-type cladding layer may further include an n-type current diffusion layer having a multilayer structure in which nitride semiconductor layers having different energy bands and thicknesses are stacked.
또한, 상기 n형 전류확산층은, InXAlYGa1 -X- YN (0≤X, 0≤Y, X+Y≤1) 조성물로 이루어져 있으며, Al과 In의 조성비를 다르게 하여 형성될 수 있다.In addition, the n-type current spreading layer, In X Al Y Ga 1 -X- Y N (0≤X, 0≤Y, X + Y≤1) composition, it is formed by varying the composition ratio of Al and In Can be.
또한, 상기 n형 전류확산층은, 상기 n형 클래드층의 에너지 밴드보다 더 높은 제1 질화물 반도체층과 상기 n형 클래드층의 에너지 밴드보다 더 낮은 제2 질화물 반도체층을 포함할 수 있다.In addition, the n-type current spreading layer may include a first nitride semiconductor layer higher than the energy band of the n-type cladding layer and a second nitride semiconductor layer lower than the energy band of the n-type cladding layer.
또한, 상기 제1 질화물 반도체층과 상기 제2 질화물 반도체층이 주기적으로 적층될 수 있다.In addition, the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer may be periodically stacked.
또한, 상기 제1 질화물 반도체층과 상기 제2 질화물 반도체층이 비주기적으로 적층될 수 있다.In addition, the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer may be stacked aperiodically.
또한, 상기 제1 질화물 반도체층과 상기 제2 질화물 반도체층 사이에 어느 일방으로 에너지 밴드가 순차적으로 증가하는 1층 이상의 질화물 반도체층을 더 포함할 수 있다.The semiconductor device may further include at least one nitride semiconductor layer in which an energy band is sequentially increased in any one direction between the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer.
또한, 상기 n형 전류확산층은 n형 불순물이 도핑되어 있는 질화물 반도체층을 포함할 수 있다.In addition, the n-type current diffusion layer may include a nitride semiconductor layer doped with n-type impurities.
또한, 상기 n형 불순물이 도핑되어 있는 질화물 반도체층은 계면활성제를 더 포함할 수 있다.In addition, the nitride semiconductor layer doped with the n-type impurity may further include a surfactant.
또한, 상기 n형 전류확산층은 상기 n형 클래드층의 전체에 걸쳐 형성될 수 있다.In addition, the n-type current spreading layer may be formed over the entirety of the n-type cladding layer.
또한, 상기 p형 콘택층 내에 배치되며, 서로 다른 에너지 밴드 및 두께를 가지는 질화물 반도체층이 적층된 다층 구조의 p형 전류확산층을 더 포함할 수 있다.In addition, the semiconductor device may further include a p-type current diffusion layer having a multilayer structure disposed in the p-type contact layer and having nitride energy layers having different energy bands and thicknesses stacked thereon.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자에 의하면, p형 클래드층 내에 서로 다른 에너지 밴드 및 두께를 가지는 질화물 반도체층이 적층된 다층 구조의 p형 전류확산층을 배치하여, 전류확산 효과 및 스트레스 이완 효과를 향상시킬 수 있다.As described above, according to the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, a p-type current diffusion layer having a multilayered structure in which nitride semiconductor layers having different energy bands and thicknesses are stacked in a p-type cladding layer has a current diffusion effect. And stress relaxation effects.
또한, 본 발명은 상기한 바와 같은 전류 확산 효과의 향상으로 인하여 동작 전압을 낮추고, 단파장화(blue-shift) 현상을 최소화하여 높은 광 출력을 얻을 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of lowering the operating voltage and minimizing the blue-shift due to the improvement of the current diffusion effect as described above to obtain a high light output.
그리고, 본 발명은 n형 클래드층과 p형 콘택층 내에도, 서로 다른 에너지 밴드 및 두께를 가지는 질화물 반도체층이 순차적으로 적층되어 형성된 다층 구조의 n형 전류확산층 및 p형 전류확산층을 각각 배치하여 전류 확산 효과를 한층 더 향상시킬 수 있다.Also, in the present invention, in the n-type cladding layer and the p-type contact layer, the n-type current diffusion layer and the p-type current diffusion layer having a multi-layer structure formed by sequentially stacking nitride semiconductor layers having different energy bands and thicknesses, respectively, The current spreading effect can be further improved.
또한, 상기한 p형 또는 n형 전류확산층의 서로 다른 에너지 밴드를 가지는 질화물 반도체층이 순차적으로 적층되어 있는 구조가 일종의 커패시터 역할을 수행함으로써, ESD 내성 향상을 위한 별도의 다른 소자를 구비할 필요없이 ESD 내성을 개선할 수 있는 장점이 있다.In addition, since a structure in which nitride semiconductor layers having different energy bands of the p-type or n-type current spreading layers are sequentially stacked serves as a kind of capacitor, there is no need to provide another device for improving ESD resistance. This has the advantage of improving ESD immunity.
본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.Matters relating to the effect of the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, including the technical configuration for the above object will be clearly understood by the following detailed description with reference to the drawings showing preferred embodiments of the present invention.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 병기하였다.In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., are exaggerated for clarity. Like reference numerals designate like parts throughout the specification.
< 제1 <First 실시예Example > >
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4.
먼저, 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 단면도이다.First, Figure 1 is a cross-sectional view showing the structure of the nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자는, 광투과성인 기판(101)과, 상기 기판(101) 상에 순차 적층된 버퍼층(102), n형 클래드층(103), 활성층(104), p형 클래드층(105) 및 p형 콘택층(106)을 포함한 다.As shown in FIG. 1, the nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention includes a
상기 기판(101)은, 질화물 반도체 단결정을 성장시키기에 적합한 기판으로서, 사파이어 기판 및 실리콘카바네이트(SiC) 기판과 같은 이종 기판 또는 질화물 기판과 같은 동종 기판일 수 있다.The
상기 버퍼층(102)은, 상기 n형 클래드층(103)을 성장하기 전에 상기 기판(101)과의 격자정합을 향상시키기 위한 층으로서, AlN/GaN 등으로 형성될 수 있다.The
상기 n형 클래드층(103), 활성층(104), 및 p형 클래드층(105)은, InXAlYGa1 -X-YN 조성식(여기서, 0≤X, 0≤Y, X+Y≤1)을 갖는 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 n형 클래드층(103)은 n형 도전형 불순물이 도핑된 InAlGaN층으로 이루어질 수 있으며, n형 도전형 불순물로는 예를 들어, Si, Ge, Sn 등을 사용하고, 바람직하게는 Si를 주로 사용할 수 있다.The n-
또한, 상기 p형 클래드층(105) 및 p형 콘택층(106)은 p형 도전형 불순물이 도핑된 InAlGaN층 등으로 이루어질 수 있으며, p형 도전형 불순물로는 예를 들어, Mg, Zn, Be 등을 사용하고, 바람직하게는 Mg를 주로 사용할 수 있다.In addition, the p-
상기 활성층(104)은 다중 양자우물(Multi-Quantum Well) 구조의 InGaN/GaN층 등으로 이루어질 수 있다.The
특히, 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자는, 상기 p형 클래드층(105) 내에, 서로 다른 에너지 밴드 및 두께를 가지는 질화물 반도체층이 적 층된 다층 구조의 p형 전류확산층(200)이 형성되어 있다. 상기 p형 전류확산층(200)은, 이를 구성하는 질화물 반도체층의 에너지 밴드 및 두께를 다르게 하여, p형 클래드층(105)의 클래딩(cladding) 효과와 전류 확산 및 스트레스 이완 효과를 높이고, 단파장화(blue-shift) 현상을 최소화하며, 정전기 방전(ESD) 특성의 내성을 강화시키기 위한 것이다.In particular, in the nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention, a p-type
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 p형 전류확산층을 나타낸 부분 단면도이고, 도 3은 도 2의 p형 전류확산층의 에너지 밴드갭 프로파일의 일례를 개략적으로 나타낸 그래프이다.2 is a partial cross-sectional view illustrating a p-type current spreading layer according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a graph schematically showing an example of an energy band gap profile of the p-type current spreading layer of FIG. 2.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 p형 클래드층(105) 내에는, 서로 다른 에너지 밴드 및 두께를 가지는 질화물 반도체층, 예컨대 상기 p형 클래드층(105)의 에너지 밴드를 기준으로 이보다 높은 에너지 밴드를 갖는 1층 이상의 제1 질화물 반도체층(201a,201b,201c)과 이보다 낮은 에너지 밴드를 갖는 1층 이상의 제2 질화물 반도체층(202a,202b,202c)이 적층된 다층 구조의 p형 전류확산층(200)이 형성되어 있다.2 and 3, in the p-
상기 제1 및 제2 질화물 반도체층(201a,201b,201c,202a,202b,202c)을 구성하는 각각의 질화물 반도체층들 역시, 도면에서와 같이 서로 다른 에너지 밴드 및 두께를 가질 수 있으며, 이때 상기 제1 질화물 반도체층(201a,201b,201c) 및 제2 질화물 반도체층(202a,202b,202c)을 이루는 질화물 반도체층의 에너지 밴드는 도 3에서와 같이, 상층으로 갈수록 상기 p형 클래드층(105) 에너지 밴드와의 차이가 작아지는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 상기 p형 전류확산층(200)에 의해서 전자 의 오버플로우(overflow)는 억제하고 정공의 유입을 극대화하여 발광효율을 극대화할 수 있으며, 전류확산 효율을 높일 수 있다.The nitride semiconductor layers constituting the first and second
여기서, 상기 p형 전류확산층(200)을 구성하는 상기 제1 및 제2 질화물 반도체층(201a,201b,201c,202a,202b,202c)은, InXAlYGa1 -X- YN (0≤X, 0≤Y, X+Y≤1) 조성물로 이루어져 있으며, Al과 In의 서로 다른 조성비를 통해 서로 다른 에너지 밴드를 가질 수 있다.Here, the first and second
예를 들면, 상기 제1 질화물 반도체층(201a,201b,201c)으로서 AlGaN을 사용하고, 상기 제2 질화물 반도체층(202a.202b,202c)으로서 InGaN을 사용할 수 있다.For example, AlGaN may be used as the first
상기 p형 전류확산층(200)을 구성하는 질화물 반도체층들 중 최하층에 형성되는 질화물 반도체층은, AlGaN층 및 InGaN층 중 어느 층으로 이루어지더라도 상관없다.The nitride semiconductor layer formed on the lowermost layer of the nitride semiconductor layers constituting the p-type current spreading
상기 p형 전류확산층(200)을 이루는 질화물 반도체층의 전체층 또는 일부층이 p형 불순물로 도핑되어 있는 것이 바람직하며, 상기 p형 불순물의 도핑시 계면활성제가 첨가될 수 있다. 상기 계면활성제로서 In이 사용될 수 있으며, 이는 상기한 p형 불순물의 활성화 에너지를 낮추어 발광소자의 동작전압을 더 낮출 수 있게 된다.It is preferable that all or part of the nitride semiconductor layer constituting the p-type current spreading
여기서, 상기 p형 전류확산층(200)을 구성하는 상기 제1 질화물 반도체층(201a,201b,201c)과 상기 제2 질화물 반도체층(202a,202b,202c) 사이에는 질화물 반도체층인 스트레스 완충층(203)이 추가로 형성될 수도 있다.Here, the
상기 스트레스 완충층(203)은 InXAlYGa1 -X- YN 조성식(여기서, 0≤X, 0≤Y, X+Y≤1)을 갖는 반도체 물질로 이루어져 있으며, In과 Al의 서로 다른 조성비를 통해 제1 질화물 반도체층(201a,201b,201c)과 상기 제2 질화물 반도체층(202a,202b,202c) 사이의 에너지 밴드갭의 차이를 조절하는 역할을 한다.The
즉, 상기 스트레스 완충층(203)을 통해 제1 질화물 반도체층(201a,201b,201c)과 제2 질화물 반도체층(202a,202b,202c)의 계면에서 급격히 변화하는 에너지 밴드갭을 완충시킴으로써, 소자에 특성을 보다 안정적으로 유지시킬 수 있는 것이다.That is, the
상기 스트레스 완충층(203)은, 상기 제1 질화물 반도체층(201a,201b,201c)과 제2 질화물 반도체층(202a,202b,202c) 사이에 1층 또는 복수개의 층으로 형성될 수 있다. 상기 스트레스 완충층(203)이 복수층으로 형성되는 경우, 어느 일방으로 에너지 밴드가 순차적으로 증가하는 1층 이상의 질화물 반도체층으로 이루어질 수 있다.The
상기 p형 전류확산층(200)은, 상기 p형 클래드층(105)의 에너지 밴드보다 높은 상기 제1 질화물 반도체층(201a,201b,201c)과, 상기 p형 클래드층(105)의 에너지 밴드보다 낮은 상기 제2 질화물 반도체층(202a,202b,202c)이 교대로 1회 이상 반복 적층되는 것과 같이 주기적으로 적층된 것일 수 있다.The p-type current spreading
예컨대 상기 스트레스 완충층(203)을 포함하는 상기 p형 전류확산층(200)은, AlGaN/GaN/InGaN/GaN이 다층 구조의 1주기를 형성할 수도 있고, AlGaN/GaN/InGaN이 다층 구조의 1주기를 형성할 수도 있으며, 이들과 반대 순서가 다층 구조의 1주기를 형성할 수도 있는 등 다양한 주기로 적층될 수 있다.For example, in the p-type
하지만, 상기 제1 질화물 반도체층(201a,201b,201c)과 제2 질화물 반도체층(202a,202b,202c)은 비주기적으로 적층될 수도 있다.However, the first
이러한 본 실시예에 따른 p형 전류확산층(200)은 상기 제1 질화물 반도체층(201a,201b,201c)과 상기 제2 질화물 반도체층(202a,202b,202c)의 계면에서 에너지 밴드가 급격히 변화하는 에너지 밴드의 불연속성에 의해 그 계면에 이차원 전자가스층(도시하지 않음)을 형성하게 된다.In the p-type current spreading
이에 따라, 본 발명은 전압인가시에 상기 p형 전류확산층(200)을 통해 n+-p+접합으로 터널링 현상이 발생되어 p형 클래드층(105)의 클래딩(cladding) 효과를 향상시키고, 높은 캐리어 이동도를 확보하여 전류확산 효과를 향상시킬 수 있다.Accordingly, in the present invention, when a voltage is applied, a tunneling phenomenon occurs through the p-type
이와 같이, 상기 p형 전류확산층(200)을 통해 전류확산 효과가 향상되면, 동작 전압(Vf)가 낮아지게 되고, 발광 영역의 증가로 인해 단파장화(blue-shift) 현상이 최소화되어 발광 효율 또한 향상시킬 수 있다.As such, when the current spreading effect is improved through the p-type current spreading
상기 단파장화(blue-shift) 현상은 상기 p형 전류확산층(200)을 이루는 질화물 반도체층 중에 높은 In의 조성으로 낮은 에너지 밴드갭(band gap)을 갖는 질화물 반도체층의 In 유량이 증가할수록 더욱 감소한다.The blue-shift phenomenon is further reduced as the In flow rate of the nitride semiconductor layer having a low energy band gap due to the composition of high In in the nitride semiconductor layer forming the p-type current spreading
그리고, 본 발명의 실시예에 따르면 상기 p형 전류확산층(200)을 구성하는 질화물 반도체층들의 두께를 서로 다르게 형성함으로써, 스트레스 이완 효과를 얻 을 수 있다.In addition, according to the embodiment of the present invention, by forming different thicknesses of the nitride semiconductor layers constituting the p-type current spreading
또한, 상기 p형 전류확산층(200)의 InGaN으로 이루어진 제2 질화물 반도체층(202a,202b,202c)은 AlGaN으로 이루어진 제1 질화물 반도체층(201a,201b,201c) 사이에 개재되어 상대적으로 높은 유전율을 갖게 되므로, p형 전류확산층(200)은 일종의 커패시터로서의 역할을 수행할 수 있게 된다. 따라서, 상기 p형 전류확산층(200)은 급격한 서지(surge) 전압 또는 정전기 현상으로부터 발광소자를 보호할 수 있게 되고, 그로 인해 소자의 ESD 내성이 개선될 수 있다.In addition, the second
상술한 바와 같은 p형 전류확산층(200)은, 상기 p형 클래드층(105)의 적어도 일부분에 형성되어, p형 클래드층(105)의 일부 또는 전체를 구성할 수 있다.The p-type current spreading
그리고, 상기 p형 전류확산층(200)은 도 3에 도시된 바와 같이 계단형의 에너지 밴드갭 프로파일을 가질 수도 있지만, 이와 다른 형태의 에너지 밴드갭 프로파일을 가질 수도 있다.The p-type current spreading
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 p형 전류확산층의 에너지 밴드갭 프로파일의 다른 일례를 개략적으로 나타낸 그래프이다.4 is a graph schematically showing another example of the energy band gap profile of the p-type current spreading layer according to the first embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, p형 전류확산층(200)은, 뾰족한 피크(peak) 형태의 스파이크(spike)부를 갖는 에너지 밴드갭 프로파일을 가질 수도 있다. 이러한 형태의 에너지 밴드갭 프로파일은 델타 도핑(delta doping)에 의해 구현될 수 있다.As shown in FIG. 4, the p-type current spreading
< 제2 <2nd 실시예Example > >
도 5를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자에 대해 설명하기로 한다. 다만, 제2 실시예의 구성 중 제1 실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고, 제2 실시예에서 달라지는 구성에 대해서만 상술하기로 한다.A nitride semiconductor light emitting device according to a second exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5. However, the description of the same parts as those of the first embodiment of the configuration of the second embodiment will be omitted, and only the configuration that is different from the second embodiment will be described in detail.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 단면도이다.5 is a cross-sectional view illustrating a structure of a nitride semiconductor light emitting device according to a second exemplary embodiment of the present invention.
본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자는, 제1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자와 대부분의 구성이 동일하고, 다만 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 n형 클래드층(103) 내에, 서로 다른 에너지 밴드 및 두께를 가지는 질화물 반도체층이 적층된 다층 구조의 n형 전류확산층(300)이 더 형성되어 있다는 점에서만 제1 실시예와 다르다.The nitride semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention has the same configuration as that of the nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment, but as shown in FIG. 5, the n-
상기 n형 전류확산층(300)을 구성하는 서로 다른 에너지 밴드 및 두께를 가지는 질화물 반도체층은, InXAlYGa1 -X- YN (0≤X, 0≤Y, X+Y≤1) 조성물로 이루어져 있으며, Al과 In의 조성비를 다르게 하여 형성될 수 있다.A nitride semiconductor layer having different energy bands and thicknesses constituting the n-type current spreading
여기서 상기 n형 전류확산층(300)은, 상기 n형 클래드층(103)의 에너지 밴드를 기준으로 이보다 높은 에너지 밴드를 가지는 1층 이상의 제1 질화물 반도체층(도면 미도시)과 이보다 낮은 에너지 밴드를 가지는 1층 이상의 제2 질화물 반도체층(도면 미도시)이 주기적 또는 비주기적으로 적층되어 형성될 수 있다.The n-type current spreading
이때, 상기 n형 전류확산층(300)을 구성하는 상기 제1 질화물 반도체층과 제2 질화물 반도체층 사이에는, 1층 이상의 스트레스 완충층이 더 형성될 수도 있 다.In this case, one or more stress buffer layers may be further formed between the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer constituting the n-type
상기 n형 전류확산층(300)을 이루는 질화물 반도체층의 일부층 또는 전체층은 n형 불순물로 도핑되어 있는 것이 바람직하며, 상기 n형 불순물과 함께 In과 같은 계면활성제가 첨가될 수 있다.Some or all layers of the nitride semiconductor layer constituting the n-type
이러한 n형 전류확산층(300)은 상기 n형 클래드층(103)의 일부 또는 전체에 걸쳐 형성될 수 있다.The n-type current spreading
본 발명의 제2 실시예는 제1 실시예에서와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 상기 n형 클래드층(103)의 클래딩(cladding) 효과 및 전류 확산 효과를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.The second embodiment of the present invention has the advantages that the same action and effect as in the first embodiment can be obtained, and the cladding effect and the current spreading effect of the n-
< 제3 <3rd 실시예Example > >
도 6을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자에 대해 설명하기로 한다. 다만, 제3 실시예의 구성 중 제2 실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고, 제3 실시예에서 달라지는 구성에 대해서만 상술하기로 한다.A nitride semiconductor light emitting device according to a third exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6. However, the description of the same parts as those of the second embodiment of the configuration of the third embodiment will be omitted, and only the configuration that is different from the third embodiment will be described in detail.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 단면도이다.6 is a cross-sectional view illustrating a structure of a nitride semiconductor light emitting device according to a third exemplary embodiment of the present invention.
본 발명의 제3 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자는, 제2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자와 대부분의 구성이 동일하고, 다만 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 p형 콘택층(106) 내에, 서로 다른 에너지 밴드 및 두께를 가지는 질화물 반도체층이 적층된 다층 구조의 p형 전류확산층(200)이 더 형성되어 있다는 점에서 만 제2 실시예와 다르다.The nitride semiconductor light emitting device according to the third embodiment of the present invention has the same configuration as that of the nitride semiconductor light emitting device according to the second embodiment, except that the p-
이러한 제3 실시예는 제2 실시예에서와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 소자의 전류 확산 효과를 한층 더 향상시킬 수 있다.This third embodiment can not only obtain the same functions and effects as in the second embodiment, but can further improve the current spreading effect of the device.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.Preferred embodiments of the present invention described above are disclosed for the purpose of illustration, and various substitutions, modifications, and changes within the scope without departing from the spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It will be possible, but such substitutions, changes and the like should be regarded as belonging to the following claims.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view showing the structure of a nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 p형 전류확산층을 나타낸 부분 단면도.2 is a partial cross-sectional view showing a p-type current spreading layer according to the first embodiment of the present invention.
도 3은 도 2의 p형 전류확산층의 에너지 밴드갭 프로파일의 일례를 개략적으로 나타낸 그래프.3 is a graph schematically illustrating an example of an energy band gap profile of the p-type current spreading layer of FIG. 2.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 p형 전류확산층의 에너지 밴드갭 프로파일의 다른 일례를 개략적으로 나타낸 그래프.4 is a graph schematically showing another example of an energy band gap profile of a p-type current spreading layer according to a first embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 단면도.5 is a cross-sectional view showing a structure of a nitride semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 단면도.6 is a cross-sectional view showing a structure of a nitride semiconductor light emitting device according to a third embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
101: 기판 102: 버퍼층101: substrate 102: buffer layer
103: n형 클래드층 104: 활성층103: n-type cladding layer 104: active layer
105: p형 클래드층 106: p형 콘택층105: p-type cladding layer 106: p-type contact layer
200: p형 전류확산층 300: n형 전류확산층200: p-type current diffusion layer 300: n-type current diffusion layer
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2008
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