KR20120018581A - Semiconductor photo device structure having electron consumption layer and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A semiconductor photo device structure having an electron consumption layer and a manufacturing method thereof are provided to improve quantum efficiency by inserting an electron consumption layer and reducing electronics overflow. CONSTITUTION: A template layer(220) is formed on a substrate(210). A light emission diode layer(230) is formed on the template layer. The light emission diode layer comprises an N type GaN layer(231), a multiple quantum well(232), an Mid-P layer(233), and an electronics depletion layer(234). An ECL restricts the electronics gain and increase the recombination of electron-hole. A P-type nitride semiconductor layer(235) is formed on the ECL.

Description

전자 소모층을 갖는 반도체 광소자 구조 및 그 제조 방법{Semiconductor Photo Device Structure having Electron Consumption Layer and Manufacturing Method thereof}Semiconductor photo device structure having electron consuming layer and manufacturing method thereof

본 발명은 반도체 광소자 구조 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 활성층인 MQW층(Multi Quantum Well: 다중 양자 우물층) 외에 기존의 EBL층(Electron Blocking Layer: 전자 차단층) 대신 ECL층(Electron Consumption Layer: 전자 소모층)을 삽입하여 전자 오버플로우를 감소시킴으로써 순방향 전압(Vf)을 낮추고 양자효율을 향상시킨 고품질 반도체 광소자 구조 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor optical device structure and a method of manufacturing the same. In particular, an ECL layer (Electron) instead of an existing EBL layer (Electron Blocking Layer) in addition to the active layer MQW layer (Multi Quantum Well) The present invention relates to a high-quality semiconductor optical device structure and a method for manufacturing the same, which have a low forward voltage (V f ) and an improved quantum efficiency by inserting a consumption layer.

최근, GaN 등의 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체는, 우수한 물리적, 화학적 특성으로 인해 발광 다이오드(LED), 레이저 다이오드(LD), 태양 전지 등의 반도체 광소자의 핵심 소재로 각광을 받고 있다. Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체는 통상 AlxInyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 이루어져있다. 이러한 질화물 반도체 광소자는 핸드폰의 백라이트(backlight)나 키패드, 전광판, 조명 장치 등 각종 제품의 광원으로 응용되고 있다. 특히, 디지털 제품이 진화함에 따라, 보다 큰 휘도와 높은 신뢰성을 갖는 질화물 반도체 광소자에 대한 요구가 증가하고 있다. Recently, group III-V nitride semiconductors such as GaN have been spotlighted as core materials of semiconductor optical devices such as light emitting diodes (LEDs), laser diodes (LDs), and solar cells due to their excellent physical and chemical properties. Ⅲ-Ⅴ nitride semiconductor is made of a semiconductor material having a composition formula of the conventional Al x In y Ga 1 -x- y N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x + y≤1). The nitride semiconductor optical device is applied as a light source of various products such as a backlight of a mobile phone, a keypad, an electronic signboard, an illumination device, and the like. In particular, as digital products evolve, there is an increasing demand for nitride semiconductor optical devices having greater brightness and higher reliability.

도 1은 기존의 발광 다이오드(100)의 구조를 나타낸다. 도1을 참조하면, 기존의 발광 다이오드(100)는 사파이어와 같은 기판(110) 상에 버퍼 역할을 하는 템플레이트(template)층(120)을 형성하고 그위에 LED층(130)을 갖는다. LED층(130)은 각 전극(141/142)에 연결된 N형 GaN층(131)과 P형 GaN층(134) 사이에 활성층인 MQW층(132)과 EBL층(133)을 포함한다. MQW층(132)은 일반적으로 InGaN/GaN 층을 수회 반복한 양자 우물층들로서 전자가 우물로 구속되어 재결합할 수 있도록 한다. 1 illustrates a structure of a conventional light emitting diode 100. Referring to FIG. 1, a conventional light emitting diode 100 forms a template layer 120 serving as a buffer on a substrate 110 such as sapphire and has an LED layer 130 thereon. The LED layer 130 includes an MQW layer 132 and an EBL layer 133, which are active layers, between the N-type GaN layer 131 and the P-type GaN layer 134 connected to the electrodes 141/142. The MQW layer 132 is generally a quantum well layer that repeats the InGaN / GaN layer several times so that electrons can be confined to the well and recombine.

도 2와 같이 EBL층(133)은 InGaN/GaN 층 보다는 에너지 밴드갭(band gap)이 크게 형성되며, 이에 따라 도 3과 같이 결함을 따라 터널링이나 누설 통로를 통해 P형 GaN층(134)으로 일부 전자가 누설되기는 하지만, 대부분의 전자가 P형 GaN층(134)으로 흐르지 못하도록 차단시키는 역할을 하여 전자-정공의 재결합율을 높여 양자효율을 증가시킨다. As shown in FIG. 2, the EBL layer 133 has a larger energy band gap than the InGaN / GaN layer. As a result, as shown in FIG. Although some electrons leak, they block most electrons from flowing into the P-type GaN layer 134, thereby increasing the recombination rate of electron-holes, thereby increasing quantum efficiency.

그러나, 위와 같은 기존의 발광 다이오드 구조에서는, EBL층(133)과 MQW층(132)의 GaN 층 사이의 큰 밴드갭 차이로 인하여 순방향 전압(Vf)을 높여 동작 전압을 증가시키는 문제점이 있다. 또한, 도 4와 같이 P형 GaN층(134)으로부터 MQW층(132)으로의 정공 주입도 원활하지 못하여 전자-정공 재결합율을 떨어뜨리며, MQW층(132)으로부터 P형 GaN층(134)으로 오버 플로우(overflow)되는 전자의 양도 매우 크게 나타나, 결국 양자효율이 저조해 도 5와 같이 전체 발광 강도가 낮게 나타난다. However, in the conventional light emitting diode structure as described above, there is a problem of increasing the operating voltage by increasing the forward voltage V f due to the large band gap difference between the GaN layer of the EBL layer 133 and the MQW layer 132. Also, as shown in FIG. 4, hole injection from the P-type GaN layer 134 to the MQW layer 132 is not smooth, thereby decreasing the electron-hole recombination rate, and from the MQW layer 132 to the P-type GaN layer 134. The amount of overflowed electrons is also very large, resulting in low quantum efficiency, resulting in low total emission intensity as shown in FIG. 5.

따라서, 이하에서도 기술하는 바와 같이, 다른 조건을 유사하게 하고 기존의 EBL층 대신에 ECL층을 삽입함으로써 순방향 전압(Vf)을 낮추고 도 9 및 도 10과 같이 전자의 오버 플로우를 감소시켜서 양자효율을 증가시키고 발광 강도를 향상시킬 수 있는 발광 다이오드 등의 반도체 광소자 구조를 제안하고자 한다. Therefore, as will be described below, the quantum efficiency can be reduced by lowering the forward voltage (V f ) and reducing the overflow of electrons as shown in FIGS. 9 and 10 by making other conditions similar and inserting the ECL layer instead of the existing EBL layer. The present invention proposes a semiconductor optical device structure such as a light emitting diode capable of increasing the light emission intensity and improving the light emission intensity.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 활성층 외에 ECL층을 삽입하여 순방향 전압(Vf)을 낮추고 전자 오버플로우를 감소시킴으로써 양자 효율을 향상시킨 고품질 반도체 광소자 구조 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above-described problems, the object of the present invention is to insert a ECL layer in addition to the active layer to lower the forward voltage (V f ) and to reduce the electron overflow high quality semiconductor optical device It is to provide a structure and a method of manufacturing the same.

먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 발광 다이오드 등의 반도체 광소자의 제조 방법은, N형 질화물 반도체층과 P형 질화물 반도체층 사이에 활성층을 갖는 반도체 광소자의 제조 방법으로서, 상기 N형 질화물 반도체층 위에 상기 활성층으로서 다중 양자 우물층을 형성하고, 상기 다중 양자 우물층과 상기 P형 질화물 반도체층 사이에 전자-정공 재결합율을 증가시키기 위한 전자 소모층을 형성한 것을 특징으로 한다.First, to summarize the features of the present invention, a method for manufacturing a semiconductor optical device such as a light emitting diode according to an aspect of the present invention for achieving the above object of the present invention, between the N-type nitride semiconductor layer and the P-type nitride semiconductor layer A method for manufacturing a semiconductor optical device having an active layer, comprising: forming a multi quantum well layer as the active layer on the N-type nitride semiconductor layer and increasing an electron-hole recombination rate between the multi quantum well layer and the P-type nitride semiconductor layer It is characterized in that an electron consuming layer for forming.

이와 같이 제조되는 반도체 광소자에서, 상기 다중 양자 우물층과 상기 전자 소모층 사이에 상기 P형 질화물 반도체층의 도펀트 농도 보다 작거나 같은 도펀트 농도로 이루어진 다른 P형 질화물 반도체층을 더 포함한다.The semiconductor optical device manufactured as described above further includes another P-type nitride semiconductor layer having a dopant concentration less than or equal to the dopant concentration of the P-type nitride semiconductor layer between the multi-quantum well layer and the electron-consuming layer.

상기 다른 P형 질화물 반도체층과 상기 전자 소모층의 합한 두께는 상기 다중 양자 우물층에 포함된 배리어층의 두께 보다 크고 상기 P형 질화물 반도체층의 두께보다 작다.The combined thickness of the other P-type nitride semiconductor layer and the electron-consuming layer is greater than the thickness of the barrier layer included in the multi-quantum well layer and smaller than the thickness of the P-type nitride semiconductor layer.

상기 전자 소모층은 InxGa1 - xN (0<x<1) 층으로 이루어지고, 상기 다중 양자 우물층은 InxGa1 - xN (0<x<1) 양자 우물층과 GaN 배리어층을 복수회 반복한 층들을 포함하고, 상기 전자 소모층의 In 성분비가 상기 양자 우물층의 In 성분비 보다 작거나 같다.The electron consuming layer is formed of an In x Ga 1 - x N (0 <x <1) layer, and the multi quantum well layer is formed of an In x Ga 1 - x N (0 <x <1) quantum well layer and a GaN barrier. Including a layer repeated a plurality of times, the In component ratio of the electron consumption layer is less than or equal to the In component ratio of the quantum well layer.

상기 전자 소모층은 AlxInyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1) 층으로 이루어질 수도 있다. The electron consuming layer may be formed of an Al x In y Ga 1 −x− y N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) layer.

상기 반도체 광소자는 발광 다이오드, 레이저 다이오드, 광검출 소자 또는 태양 전지일 수 있다.The semiconductor optical device may be a light emitting diode, a laser diode, a photodetector, or a solar cell.

본 발명에 따른 반도체 광소자 구조 및 그 제조 방법에 따르면, 활성층 외에 EBL층 대신에 ECL층을 삽입하여 순방향 전압(Vf)을 낮추고 전자 오버플로우를 감소시킴으로써 양자 효율을 향상시킬 수 있다.According to the semiconductor optical device structure and the manufacturing method thereof according to the present invention, the quantum efficiency can be improved by inserting an ECL layer instead of the EBL layer in addition to the active layer to lower the forward voltage (V f ) and reduce electron overflow.

도 1은 기존의 발광 다이오드의 구조를 나타낸다.
도 2는 도 1의 구조의 에너지 밴드 다어어그램이다.
도 3은 도 1의 구조에서의 전자의 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1의 구조에서의 오버 플로우된 전자 농도의 분석 결과이다.
도 5는 도 1의 구조에서의 파장에 따른 발광 강도에 대한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드의 구조를 나타낸다.
도 7은 도 6의 구조의 에너지 밴드 다어어그램이다.
도 8은 도 6의 구조에서의 전자의 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 6의 구조에서의 오버 플로우된 전자 농도의 분석 결과이다.
도 10은 도 6의 구조에서의 파장에 따른 발광 강도에 대한 그래프이다.
도 11은 도 1의 구조와 도6의 구조에 대한 순방향 전압의 비교 결과이다.
도 12는 도 1의 구조와 도6의 구조에 대한 발광 강도의 비교 결과이다.1 shows the structure of a conventional light emitting diode.
FIG. 2 is an energy band diagram of the structure of FIG. 1. FIG.
3 is a view for explaining the movement of electrons in the structure of FIG.
4 is an analysis result of overflowed electron concentration in the structure of FIG. 1.
FIG. 5 is a graph of luminescence intensity according to wavelength in the structure of FIG. 1. FIG.
6 shows a structure of a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an energy band diagram of the structure of FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is a diagram for explaining the movement of electrons in the structure of FIG. 6.
9 is a result of analysis of overflowed electron concentration in the structure of FIG. 6.
FIG. 10 is a graph of luminescence intensity according to wavelength in the structure of FIG. 6.
FIG. 11 is a comparison result of the forward voltages of the structure of FIG. 1 and the structure of FIG. 6.
12 is a comparison result of the light emission intensity of the structure of FIG. 1 and the structure of FIG. 6.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드(200)의 구조를 나타낸다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드(200)는 기판(210), 그 위에 형성된 템플레이트층(template layer)(220), 및 발광 다이오드(LED) 층(230)을 포함한다. 6 shows a structure of a light emitting diode 200 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, a light emitting diode 200 according to an embodiment of the present invention includes a substrate 210, a template layer 220 formed thereon, and a light emitting diode (LED) layer 230. do.

이하에서 템플레이트층(220) 위에 도6과 같이 발광 다이오드(LED)층(230)이 형성되는 발광 다이오드(200)의 구조에 대하여 설명하지만, 발광 다이오드(LED)층(230)이 발광 다이오드(200)의 구조에만 응용될 수 있는 것은 아니며, 레이저 다이오드, 광검출 소자 또는 태양 전지 등 다양한 반도체 광소자에 유사하게 응용될 수 있음을 밝혀 둔다.Hereinafter, a structure of the light emitting diode 200 in which the light emitting diode (LED) layer 230 is formed on the template layer 220 as shown in FIG. 6 will be described. However, the light emitting diode (LED) layer 230 is formed of the light emitting diode 200. It is not only applicable to the structure of), but it is found that it can be similarly applied to various semiconductor optical devices such as laser diodes, photodetecting devices or solar cells.

도 6에서 기판(210)은 사파이어로 이루어질 수 있으며, 경우에 따라서는 실리콘, 질화물 반도체 등 다양한 재질로 이루어질 수 있는 것을 배제하지 않는다. 템플레이트층(220)은 발광 다이오드(LED)층(230)을 형성하기 위한 버퍼층으로서 AlxInyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)층 또는 GaN층 등으로 이루어질 수 있다. In FIG. 6, the substrate 210 may be made of sapphire, and in some cases, the substrate 210 may not be made of various materials such as silicon and nitride semiconductor. The template layer 220 is a buffer layer for forming the light emitting diode (LED) layer 230 and Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). ) Layer or GaN layer.

LED층(230)은 각 전극(241/242)에 연결된 N형 GaN층(231)과 P형 GaN층(235) 사이에 활성층으로서 MQW층(다중 양자 우물층)(232), Mid-P층(233), 및 ECL층(전자 소모층)(234)을 포함한다. The LED layer 230 is an active layer between the N-type GaN layer 231 and the P-type GaN layer 235 connected to the electrodes 241/242, and the MQW layer (multi quantum well layer) 232 and the Mid-P layer. 233, and an ECL layer (electron consumption layer) 234.

N형 질화물 반도체층(231)은 Si 등의 도펀트를 도핑한 GaN 층을 2 마이크로미터 정도의 두께로 성장시켜 형성될 수 있다.The N-type nitride semiconductor layer 231 may be formed by growing a GaN layer doped with a dopant such as Si to a thickness of about 2 micrometers.

MQW층(232)은 일반적으로 양자 우물층(InGaN층)(W)과 배리어층(GaN 층)(B)을 수회(예를 들어, 5회) 반복한 양자 우물층들을 포함하고, 전자가 우물층(W)으로 구속되어 재결합할 수 있도록 한다. 양자 우물층(W)은 2.5 나노미터 정도의 두께로 형성될 수 있으며, 배리어층(B)은 7.5 나노미터 정도의 두께로 형성될 수 있다. The MQW layer 232 generally includes quantum well layers in which a quantum well layer (InGaN layer) (W) and a barrier layer (GaN layer) (B) are repeated several times (for example, five times). Constrained to layer W to allow for recombination. The quantum well layer W may be formed to a thickness of about 2.5 nanometers, and the barrier layer B may be formed to a thickness of about 7.5 nanometers.

MQW층(232)의 InGaN 양자우물층과 GaN 배리어층은 무도핑층일 수도 있지만, 1*1016 내지 1*1017 (/cm3)정도의 도펀트 농도로 도핑될 수 있으며, 이때 사용되는 도펀트로서 Si, O, S, C, Ge,　Zn, Cd, Mg 중 적어도 어느 하나 이상이 이용될 수 있다. InGaN 양자우물층은 InxGa1 - xN (0<x<1)과 같은 조성식으로 이루어지며 x=0.15 정도가 적당하고, 경우에 따라서 In의 성분비를 다르게 할 수도 있다.The InGaN quantum well layer and the GaN barrier layer of the MQW layer 232 may be undoped layers, but may be doped at a dopant concentration of about 1 * 10 16 to 1 * 10 17 (/ cm 3 ), and the dopant may be used as a dopant. At least one or more of Si, O, S, C, Ge, Zn, Cd, and Mg may be used. The InGaN quantum well layer is composed of a composition formula such as In x Ga 1 - x N (0 <x <1), and x = 0.15 is appropriate. In In some cases, the In component ratio may be different.

한편, ECL층(234) 위에 형성되는 P형 질화물 반도체층(235)은 Mg 등 P 형 도펀트를 1*1018 (/cm3)정도로 도핑한 GaN 층으로 이루어지며, 그 두께가 120 나노미터 정도로 성장되도록 형성될 수 있다.Meanwhile, the P-type nitride semiconductor layer 235 formed on the ECL layer 234 is made of a GaN layer doped with P-type dopants such as Mg at about 1 * 10 18 (/ cm 3 ), and the thickness thereof is about 120 nanometers. It can be formed to grow.

Mid-P층(233)은 P형 질화물 반도체층(235)과 유사하게 P 형 도펀트를 도핑한 GaN 층으로 이루어지며, 다만, P형 질화물 반도체층(235)의 도펀트 농도 보다 작거나 같게 도핑되도록, 예를 들어, P 형 도펀트를 1*1017 (/cm3)정도로 도핑한 GaN 층으로 이루어지며, 그 두께는 15 나노미터 정도로 성장되도록 형성될 수 있다. 이에 따라, Mid-P층(233)은 도 7의 에너지 밴드다이어그램과 같이 MQW층(232)의 GaN 배리어층 보다 밴드갭이 같거나 작도록 형성될 수 있으며, 도 8과 같이, 전자의 흐름을 원활하게 할 수 있다. The Mid-P layer 233 is made of a GaN layer doped with a P-type dopant similarly to the P-type nitride semiconductor layer 235, except that the Mid-P layer 233 is less than or equal to the dopant concentration of the P-type nitride semiconductor layer 235. For example, the GaN layer doped with a P-type dopant at about 1 * 10 17 (/ cm 3 ) may be formed to grow to about 15 nanometers in thickness. Accordingly, the Mid-P layer 233 may be formed to have a band gap equal to or smaller than that of the GaN barrier layer of the MQW layer 232, as shown in the energy band diagram of FIG. 7. I can do it smoothly.

ECL층(전자 소모층)(234)은 전자를 다시 구속하여 전자-정공 재결합율을 증가시키기 위한 층으로서, InxGa1 - xN (0<x<1) 층으로 이루어지며, x=0.13 정도가 적당하고, 경우에 따라서 In의 성분비를 다르게 할 수도 있다. 예를 들어, ECL층(전자 소모층)(234)의 In의 성분비는 MQW층(232)의 InGaN 양자우물층의 In의 성분비보다 작거나 같게 할 수 있다. 위와 같이 ECL층(전자 소모층)(234)을 InxGa1 - xN (0<x<1) 층으로 하는 경우에, In의 성분비를 MQW층(232)의 InGaN 양자우물층의 In의 성분비보다 작거나 같게 함으로써, ECL층(전자 소모층)(234)의 밴드갭이 MQW층(232)의 InGaN 양자우물층의 밴드갭보다 작거나 같게 할 수 있지만, 이외에도 ECL층(전자 소모층)(234)을 AlxInyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 구성하는 경우에도, Al과 In을 적절한 성분비로 선택함으로써, 위와 같은 효과를 얻을 수도 있을 것이다. 여기서, ECL층(전자 소모층)(234)의 두께는 5 나노미터 정도로 성장되도록 형성될 수 있다.The ECL layer (electron consumed layer) 234 is a layer for restraining electrons again to increase the electron-hole recombination rate, which is composed of an In x Ga 1 - x N (0 <x <1) layer, and x = 0.13 The degree is appropriate and the component ratio of In may be changed in some cases. For example, the component ratio of In of the ECL layer (electron consumption layer) 234 may be less than or equal to the component ratio of In of the InGaN quantum well layer of the MQW layer 232. In the case where the ECL layer (electron consumed layer) 234 is an In x Ga 1 - x N (0 <x <1) layer as described above, the component ratio of In is set to In of the InGaN quantum well layer of the MQW layer 232. By making it smaller than or equal to the component ratio, the bandgap of the ECL layer (electron consuming layer) 234 can be made equal to or smaller than the bandgap of the InGaN quantum well layer of the MQW layer 232. In addition, the ECL layer (electron consuming layer) even when constituting a 234 by Al x in y Ga 1 -x- y N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x + y≤1), select a suitable component ratio of Al and in By doing so, the above effects may be obtained. Here, the thickness of the ECL layer (electron consumption layer) 234 may be formed to grow to about 5 nanometers.

결국, Mid-P층(233)과 ECL층(전자 소모층)(234)을 합한 두께, 예를 들어, 20 나노미터 정도는 MQW층(232)의 GaN 배리어층의 두께(약 7.5 나노미터) 보다 크며 P형 질화물 반도체층(235)의 두께(약 120 나노미터 ) 보다 작게 된다. Finally, the sum of the Mid-P layer 233 and the ECL layer (electron consumed layer) 234, for example, about 20 nanometers, is the thickness of the GaN barrier layer of the MQW layer 232 (about 7.5 nanometers). Larger than the thickness of the P-type nitride semiconductor layer 235 (about 120 nanometers).

한편, 기존의 EBL층이 전자의 흐름을 차단하여 전자의 오버 플로우를 감소시키려하는 것과는 달리, 본 발명에 따른 ECL층(전자 소모층)(234)은 도 8과 같이 전자가 다시 우물 형태의 ECL층(전자 소모층)(234)에서 구속되어 전자의 오버 플로우를 감소시킴으로써 전자-정공 재결합율을 향상시킬 수 있도록 한다. On the other hand, unlike the conventional EBL layer is to block the flow of electrons to reduce the overflow of the electron, the ECL layer (electron consumption layer) 234 according to the present invention is the ECL of the former well type again as shown in FIG. It is constrained in layer (electron consuming layer) 234 to reduce electron overflow, thereby improving electron-hole recombination rate.

다만, ECL층(전자 소모층)(234)의 In의 성분비가 MQW층(232)의 InGaN 양자우물층의 In의 성분비 보다 작게 하는 것이 바람직하다. 이는 도 7과 같이 ECL층(전자 소모층)(234)의 밴드갭이 MQW층(232)의 InGaN 양자우물층의 밴드갭 보다 크게 하며, 이에 따라 전자의 흐름을 원활하게 할 뿐만 아니라, 특히, 기존 EBL층과 달리 P형 질화물 반도체층(235)으로부터의 정공 주입 효율을 향상시키고 이에 따라 ECL층(전자 소모층)(234)에서의 전자-정공 재결합율이 더욱 잘 일어나도록 할 수 있다. However, it is preferable that the component ratio of In of the ECL layer (electron consumption layer) 234 is smaller than the component ratio of In of the InGaN quantum well layer of the MQW layer 232. This makes the bandgap of the ECL layer (electron consuming layer) 234 larger than the bandgap of the InGaN quantum well layer of the MQW layer 232 as shown in FIG. 7, thereby smoothing the flow of electrons. Unlike the existing EBL layer, the hole injection efficiency from the P-type nitride semiconductor layer 235 may be improved, and thus, the electron-hole recombination rate in the ECL layer (electron consumed layer) 234 may be improved.

N형 질화물 반도체층(231)과 P형 질화물 반도체층(235) 위에는 각각 전원을 인가하기 위한 전극(141, 142)이 형성될 수 있고, 이와 같이 완성된 발광 다이오드(200)는 소정 패키지 기판에 실장되어 개별 광소자로서 기능할 수 있게 된다. Electrodes 141 and 142 for applying power may be formed on the N-type nitride semiconductor layer 231 and the P-type nitride semiconductor layer 235, respectively. It can be mounted to function as an individual optical device.

기존의 EBL층 대신에 이와 같이 본 발명에서는 Mid-P층(233)과 ECL층(전자 소모층)(234)을 삽입함으로써, 본 발명에서는 기존의 EBL층 때문에 밴드갭이 커지고 이에 따라 순방향 전압(Vf)이 증가하는 문제점을 해소하여 도 11과 같이 순방향 전압(Vf)을 4.2% 정도 낮출 수 있게 되었다. By inserting the Mid-P layer 233 and the ECL layer (electron consumed layer) 234 in the present invention instead of the existing EBL layer, in the present invention, the band gap is increased due to the existing EBL layer, and thus the forward voltage ( By solving the problem of increasing Vf), the forward voltage V f can be lowered by about 4.2% as shown in FIG. 11.

또한, 도 9와 같이 MQW층(232)으로부터 P형 GaN층(235)으로 오버 플로우(overflow)되는 전자의 양이, 도 4와 같은 기존 구조에서의 오버 플로우되는 전자의 양에 비교하여 1/100로 감소함을 확인하였다. 결국 ECL층(전자 소모층)(234)의 삽입을 통하여 전자 오버플로우를 감소시킴으로써 양자 효율을 향상시킬 수 있게 되며, 도 10과 같은 발광 강도의 그래프에서도 확인되는 바와 같이, ECL층(전자 소모층)(234)에서도 전자-정공 재결합으로 빛이 발생될 수 있게 된다. 도 10에서, ECL은 ECL층(전자 소모층)(234)에서 발생되는 빛을 분석한 발광 강도, QW5는 P형 GaN층(235)에서 가장 가까운 MQW층(232)의 양자 우물층에서 발생되는 빛을 분석한 발광 강도, 및 Total은 활성층인 MQW층(232), Mid-P층(233), ECL층(전자 소모층)(234) 전체에서 발생되는 빛을 분석한 발광 강도를 나타낸다. 도 12에 정리된 바와 같이, 도 5의 기존 구조에서의 전체 발광 강도에 비교하여 본 발명에 따른 ECL층(전자 소모층)(234)의 삽입을 통하여 16.7% 정도의 발광 강도의 향상을 달성하였다. 위와 같은 기존 구조와 본 발명의 구조의 성능 비교에서, 다른 조건을 유사하게 하고 기존의 EBL층의 두께(약 20 나노미터)와 본 발명의 Mid-P층(233)과 ECL층(전자 소모층)(234)을 합한 두께가 같게 하여 분석한 결과임을 밝혀 둔다. In addition, as shown in FIG. 9, the amount of electrons overflowing from the MQW layer 232 to the P-type GaN layer 235 is 1/1 compared to the amount of electrons overflowing in the conventional structure as shown in FIG. 4. It was confirmed that the decrease to 100. As a result, quantum efficiency can be improved by reducing electron overflow through the insertion of the ECL layer (electron-consuming layer) 234, and as shown in the graph of emission intensity as shown in FIG. 10, the ECL layer (electron-consuming layer) In 234, light may be generated by electron-hole recombination. In FIG. 10, ECL is the emission intensity of light emitted from the ECL layer (electron consuming layer) 234, and QW5 is generated in the quantum well layer of the MQW layer 232 closest to the P-type GaN layer 235. The light emission intensity after analyzing the light, and Total represents the light emission intensity after analyzing the light generated from the active layer MQW layer 232, Mid-P layer 233, the ECL layer (electron consumption layer) 234. As summarized in FIG. 12, an improvement in emission intensity of about 16.7% was achieved through the insertion of the ECL layer (electron consumed layer) 234 according to the present invention as compared to the overall emission intensity in the existing structure of FIG. 5. . In comparing the performance of the existing structure and the structure of the present invention as described above, the other conditions are similar and the thickness of the existing EBL layer (about 20 nanometers) and the Mid-P layer 233 and the ECL layer (electron consuming layer) of the present invention. Note that it is the result of analyzing the same thickness of the sum (234).

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims below but also by the equivalents of the claims.

231: N형 질화물 반도체층
232: 다중 양자 우물층
233: P형 질화물 반도체층(Mid-P)
234: 전자 소모층
235: P형 질화물 반도체층
241, 242: 전극231: N-type nitride semiconductor layer
232: multiple quantum well layer
233: P-type nitride semiconductor layer (Mid-P)
234: electron consumption layer
235 P-type nitride semiconductor layer
241, 242: electrode

Claims (8)

N형 질화물 반도체층과 P형 질화물 반도체층 사이에 활성층을 갖는 반도체 광소자의 제조 방법으로서,
상기 N형 질화물 반도체층 위에 상기 활성층으로서 다중 양자 우물층을 형성하고,
상기 다중 양자 우물층과 상기 P형 질화물 반도체층 사이에 전자-정공 재결합율을 증가시키기 위한 전자 소모층을 형성한 것을 특징으로 하는 반도체 광소자의 제조 방법.A method of manufacturing a semiconductor optical device having an active layer between an N-type nitride semiconductor layer and a P-type nitride semiconductor layer,
Forming a multi-quantum well layer as the active layer on the N-type nitride semiconductor layer,
And an electron consuming layer for increasing the electron-hole recombination rate between the multi-quantum well layer and the P-type nitride semiconductor layer. 제1항의 제조방법으로 제조된 반도체 광소자.A semiconductor optical device manufactured by the manufacturing method of claim 1. 제2항에 있어서,
상기 다중 양자 우물층과 상기 전자 소모층 사이에 상기 P형 질화물 반도체층의 도펀트 농도 보다 작거나 같은 도펀트 농도로 이루어진 다른 P형 질화물 반도체층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 광소자.The method of claim 2,
And another P-type nitride semiconductor layer having a dopant concentration less than or equal to the dopant concentration of the P-type nitride semiconductor layer between the multi-quantum well layer and the electron-consuming layer. 제3항에 있어서,
상기 다른 P형 질화물 반도체층과 상기 전자 소모층의 합한 두께는 상기 다중 양자 우물층에 포함된 배리어층의 두께 보다 크고 상기 P형 질화물 반도체층의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 반도체 광소자.The method of claim 3,
The combined thickness of the other P-type nitride semiconductor layer and the electron-consuming layer is larger than the thickness of the barrier layer included in the multi-quantum well layer and smaller than the thickness of the P-type nitride semiconductor layer. 제2항에 있어서,
상기 전자 소모층은 InxGa1 - xN (0<x<1) 층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 광소자.The method of claim 2,
The electron consumption layer is a semiconductor optical device, characterized in that consisting of In x Ga 1 - x N (0 <x <1) layer. 제5항에 있어서,
상기 다중 양자 우물층은 InxGa1 - xN (0<x<1) 양자 우물층과 GaN 배리어층을 복수회 반복한 층들을 포함하고,
상기 전자 소모층의 In 성분비가 상기 양자 우물층의 In 성분비 보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 반도체 광소자.The method of claim 5,
The multi quantum well layer includes layers obtained by repeating an In x Ga 1 - x N (0 <x <1) quantum well layer and a GaN barrier layer a plurality of times,
And the In component ratio of the electron consuming layer is less than or equal to the In component ratio of the quantum well layer. 제2항에 있어서,
상기 전자 소모층은 AlxInyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1) 층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 광소자.The method of claim 2,
The electron consumption layer is a semiconductor optical device, characterized in that the Al x In y Ga 1 -x- y N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x + y≤1) layer. 제2항에 있어서,
상기 반도체 광소자는 발광 다이오드, 레이저 다이오드, 광검출 소자 또는 태양 전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 광소자.The method of claim 2,
The semiconductor optical device includes a light emitting diode, a laser diode, a photodetector device or a solar cell.
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