KR20100070074A - 발광 다이오드 제조방법 - Google Patents

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본 발명은 발광 다이오드 제조방법에 관한 것으로 상부 클래드층에 인접한 부분에 AlInP과 u-AlGaInP 등으로 형성된 초격자(super-lattice) 구조를 포함하는 활성층을 형성하고, 다중 양자 장벽(MQW) 구조로 형성된 상부 클래드층을 형성한다.
본 발명에 의하면, 다중 양자 장벽 구조에 의해 전자들이 상부 클래드층으로 넘치는 현상(overflowing)을 억제하고, 초격자 구조에 의해 활성층으로 유입되는 홀(hole)의 효율을 향상시켜 전체적이 발광 다이오드의 발광 효율을 향상시킨다.
SL구조, MQB 구조, 활성층, 클래드층

Description

발광 다이오드 제조방법{LIGHT EMITTING DIODE MANUFACTURE METHOD}
본 발명은 초격자 구조의 활성층과 MQB 구조의 상부 클래드층으로 발광 다이오드를 형성하여 전자의 오버플로우(overflofing) 현상을 방지하여 발광 효율을 향상시키는 발광 다이오드 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 광통신 시스템에서 광원으로 사용되는 발광 다이오드는 광섬유 통신 시스템의 대용량화, 장거리화에 따라 고성능화가 요구되고 있으며, 이에 따라 발광 다이오드는 저소비전력화를 위하여 낮은 문턱치 전류 동작이 요구되며, 특히 광통신용 광원에 있는 장파장대 InP/InGaAsP 계의 발광 다이오드는 온도의 의존성이 크므로 온도 특성의 개선이 요구된다.
또한, InP/InGaAsP계의 발광 다이오드는 이종접합구조에서 전도대 영역의 밴드 오프셋(band offset)이 가전자대 영역보다 40:60 으로 작기 때문에 전자의 오버플로우(overflow)에 의한 누설전류로 고온동작 특성이 나빠지게 된다.
이에 따라, 누설전류를 방지하기 위해 일반적으로 다중 양자 장벽(Multi Quantum Barrier;MQB)구조를 포함하는 상부 클래드층(제 2클래드층)를 포함하는 발광 다이오드를 사용하고 있다.
하지만, 도 1에서와 같이 제 2클래드층에 MQB 구조를 도입할 경우에는 MQB에 의한 높은 에너지 장벽 형성으로 전자들이 제 2클래드층으로 넘치는 현상(overflowing)을 효과적으로 억제시킬 수는 있으나, 제 2클래드층으로부터 캐리어 분포를 집중하거나 활성층으로의 홀 주입 효율이 감속하여 발광 효율이 저하되는 단점이 발생한다.
따라서, 제 2클래드층의 전자 넘침(overflowing) 현상을 제어하면서 활성층으로의 홀 주입 효율을 향상시켜 발광 다이오드의 발광 효율을 향상시킬 수 있는 기술이 요구된다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 종래의 MQB 구조로 이루어진 상부 클래드층으로부터 활성층으로 유입되는 홀의 분포를 균일하게 유도하여 발광 다이오드의 발광 효율을 향상시키는 발광 다이오드 제조방법을 제공하는 데에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 발광 다이오드 제조방법에 있어서, 활성층 중 상부 클래드층과 인접하는 장벽(Barrier)층에 초격자 구조(super-lattice)를 형성하여 발광 다이오드의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 기판, 버퍼층, 제 1클래드층, 활성층, 및 제 2클래드층이 순차적으로 적층된 발광 다이오드 제조방법에 있어서, 제 2클래드층과 인접하는 양자 장벽층에 초격자 구조(super-lattice)를 형성하는 활성층을 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 제 2클래드층은 다중 양자 장벽(MQB) 구조로 형성될 수 있다.
본 발명에서 상기 다중 양자 장벽 구조는 알루미늄인듐인(AlInP)으로 형성될 수 있다.
본 발명에서 상기 활성층은 갈륨인듐인(GaInP)으로 형성된 양자 우물층과 도 핑되지 않은 알루미늄인듐인(u-Al0.5GaInP)으로 형성된 양자 장벽층으로 형성할 수 있다.
본 발명에서 상기 활성층의 초격자 구조는 제 2클래드층에 도핑된 불순물과 동일 불순물이 도핑된 알루미늄인듐인(AlInP)과 도핑되지 않는 알루미늄갈륨인듐인(u-(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P)으로 형성할 수 있다.
본 발명에서 상기 제 1클래드층과 제 2클래드층은 알루미늄인듐인(AlInP)으로 형성되며 서로 다른 불순물이 도핑되어 형성할 수 있다.
본 발명에 의하면, 초격자 구조의 활성층과 MQB 구조의 상부 클래드층으로 발광 다이오드를 구현함에 따라 전자들이 상부 클래드층으로 유입할때 발생하는 넘침(overflowing) 현상을 효과적으로 억제하고, 활성층으로의 균일한 캐리어(carrier) 분포를 유도하여 발광 다이오드의 발광 효율을 향상시키는 효과가 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 하부 전극(180), 기판(110), 버퍼층(120), 제 1클래드층(130), 활성층(140), 제 2클래드층(150), 캡층(160), 및 상부전극(170)이 순차적으로 적층되어 발광 다이오드를 형성한다.
기판(110)은 화합물 반도체 기판을 사용하며 좀더 자세하게, 갈륨비소(GaAs) 기판 또는 인듐인(InP) 기판 등의 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 기판을 사용한다. 그리고 한정하는 것은 아니나 인듐인(InP) 기판을 사용하는 것이 바람직하다.
버퍼층(120)은 기판(110)의 상부에 적층하여 이는 갈륨 비소(GaAs) 또는 인듐인(InP)으로 형성할 수 있으며, 사용자의 선택에 따라 생략할 수 있다.
제 1클래드층(하부 클래드층, 130) 및 제 2클래드층(상부 클래드층, 145)은 도전성 물질로 형성되며 서로 다른 화합물 극성을 나타낸다. 예를 들어, 제 1클래드층(130)이 N형 불순물이 포함된 도전성 물질을 사용한다면, 제 2클래드층(150)은 P형 불순물이 포함된 도전성 물질을 사용한다.
본 발명에서는 제 1클래드층(130)은 N형 클래드층으로 알루미늄인듐인(AlInP)으로 형성하며, 제 2클래드층(150)은 P형 클래드층으로 동일한 물질인 알루미늄인듐인(AlInP)으로 형성한다.
활성층(140)은 양자 우물층(Well)과 양자 장벽층(Barrier)으로 형성된 다중 양자 장벽(MQB) 구조로 형성된다.
또한, 본 발명에서는 활성층(140) 중 제 2클래드층(150)에 인접하는 P-side Barrier 층에 초격자 구조를 형성하여 활성층(140)으로의 유입되는 홀 주입의 효율을 향상시켜 발광 효율을 향상시킨다. 이하 자세한 내용은 하기의 도 3a 및 도 3b를 참조한다.
캡층(160)은 하기의 활성층(140)을 보호하는 보호막의 역할을 하며 사용자의 선택에 따라 생략할 수 있다.
상부 전극(170)은 제 2클래드층(150)과 동일한 불순물을 갖는 전극으로 본 발명에서는 P형 전극으로 형성되고, 하부 전극(180)은 제 1클래드층(130)과 동일한 불순물을 갖는 전극으로 본 발명에서는 N형 전극으로 형성한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드의 상하부 클래드 층 및 활성층을 나타낸 도면이다.
도 3a를 참조하면, 활성층에 초격자(SL) 구조를 형성한 것을 나타내며, 제 1클래드층(130)은 n-AlInP으로 형성하고, 활성층(140)의 제 1클래드층(130)과 인접한 N-side의 우물(Well)층 u-FaInP로 형성하여 장벽(Barrier)층은 u-Al0.5GaInP으로 형성한다.
그리고, 제 2클래드층(150)과 인접한 P-side는 p-AlInP/u-Al0.5GaInP으로 이루어진 초격자(SL) 구조를 형성한다.
이에 따라, 기존의 발광 다이오드에서 발생할 수 있는 문제인, p-side 활성층(140)으로의 캐리어(carrier) 분포 집중 현상 및 제 2클래드층(150)으로부터 활성층(140)으로의 홀(Hole) 주입 효율이 감소되는 현상을 방지하여 발광 효율을 향상시킨다.
도 3b를 참조하면, 기존의 상부 클래드층(제 2클래드층,150)에 MQB 구조를 도입하여 전자들이 활성층(140)의 P-side 영역(제 2클래드층과 인접한 영역)으로 넘치는 현상(overflowing)을 억제하던 발광 다이오드(상기 도 1)의 문제점을 극복하기 위하여 도 3a에서와 같이 P-side 영역에 p-AlInP/u-(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P으로 이루어진 초격자(SL) 구조를 도입하여 활성층(130)으로의 균일한 캐리어(Carrier) 분포를 유동하여 발광 효율을 향상시킨다.
도 4는 종래의 발광 다이오드와 본 발명의 발광 다이오드의 특성을 비교한 그래프로서, 종래의 발광 다이오드(도 1참조)의 휘도 및 구동전압과 본 발명의 발광 다이오드(도 3b참조)의 휘도 및 구동전압을 비교하였다.
도 4를 참조하면, 휘도(Iv)는 종래 구조에서 69mcd을 나타내고, 발명구조에서 76mcd을 나타냄에 따라 약 10% 상승을 알 수 있으며, 구동전압(Vf)은 종래 구조에서 1.94V를 나타내고, 발명 구조에서는 1.93V로서 동등한 수준을 유지함을 알 수 있다.
따라서, 본발명의 발광 다이오드의 제조방법에 의해 제작된 소자는 기존의 발광 다이오드에 비해 동일한 전압을 사용하였을 경우 약 10% 발광 효율이 향상됨을 알 수 있다.
당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 범위에 속한다. 또한, 본 명세서에서 설명한 각 구성요소의 물질은 당업자가 공지된 다양한 물질로부터 용이하게 선택하여 대처할 수 있다. 또한, 당업자는 본 명세서에서 설명된 구성요소 중 일부를 성능의 열화 없이 생략하거나 성능을 개선하기 위해 구성요소를 추가할 수 있다. 뿐만 아니라, 당업자는 공정 환경이나 장비에 따라 본 명세서에서 설명한 방법 단계의 순서를 변경할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시형태가 아니라 특허청구범위 및 그 균등물에 의해 결정되어야 한다.
도 1은 종래의 발광 다이오드의 상하부 클래드 층 및 활성층을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드를 나타낸 도면.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드의 상하부 클래드 층 및 활성층을 나타낸 도면.
도 4는 종래의 발광 다이오드와 본 발명의 발광 다이오드의 특성을 비교한 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 기판 120 : 버퍼층
130 : 제 1클래드층 140 : 활성층
150 : 제 2클래드층 160 : 캡층
170 : 상부전극 180 : 하부전극

Claims (6)

  1. 기판, 버퍼층, 제 1클래드층, 활성층, 및 제 2클래드층이 순차적으로 적층된 발광 다이오드 제조방법에 있어서,
    제 2클래드층과 인접하는 양자 장벽층에 초격자 구조(super-lattice)를 형성하는 활성층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 2클래드층은 다중 양자 장벽(MQB) 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 다중 양자 장벽 구조는 알루미늄인듐인(AlInP)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 활성층은 갈륨인듐인(GaInP)으로 형성된 양자 우물층과 도핑되지 않은 알루미늄인듐인(u-Al0.5GaInP)으로 형성된 양자 장벽층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 활성층의 초격자 구조는
    제 2클래드층에 도핑된 불순물과 동일 불순물이 도핑된 알루미늄인듐인(AlInP)과 도핑되지 않는 알루미늄갈륨인듐인(u-(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P)으로 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제 1클래드층과 제 2클래드층은 알루미늄인듐인(AlInP)으로 형성되며 서로 다른 불순물이 도핑된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
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