KR20130061155A - Nitride based light emitting diode with excellent effect of blocking leakage current and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 누설 전류를 차단할 수 있는 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a nitride semiconductor light emitting device capable of blocking a leakage current and a method for manufacturing the same.
종래의 질화물 반도체 소자에는 예를 들어 GaN계 질화물 반도체 소자를 들 수 있고, 이 GaN계 질화물 반도체 발광소자는 그 응용분야에 있어서 청색과 녹색 LED의 발광소자, MESFET과 HEMT 등의 고속 스위칭과 고출력 소자 등에 응용되고 있다.Conventional nitride semiconductor devices include, for example, GaN-based nitride semiconductor devices, which include high-speed switching and high-output devices such as blue and green LED light emitting devices, MESFETs and HEMTs, etc. It is applied to the back.
특히, 청색과 녹색 LED 발광소자는 이미 양산화가 진행된 상태이며 전 세계적인 매출은 지수함수적으로 증가하고 있는 상황이다. In particular, blue and green LED light emitting devices have already been mass-produced and global sales are increasing exponentially.
이와 같은 종래의 GaN계 질화물 반도체 발광소자는 도 1에 도시된 바와 같이 다중양자우물구조의 활성층(15)을 가진 질화물 반도체 발광 소자(10)를 예로 들 수 있다. 종래의 질화물 반도체 발광 소자는 사파이어 기판(10), 버퍼층(11), n형 질화물층(12), 활성층(13) 및 p형 질화물층(14)을 포함한다. p형 질화물층(14)의 상부면에는 p측 전극(15)이 형성되고, n형 질화물 반도체층(12)의 노출된 면에는 n측 전극(16)이 차례로 형성된다. The conventional GaN-based nitride semiconductor light emitting device may be, for example, a nitride semiconductor
그러나, 이러한 질화물 반도체 발광소자는 활성층(13)에 전자와 정공을 주입하고 이 전자와 정공들의 결합으로 발광하게 되는데, 이러한 활성층(13)의 발광효율을 향상시키기 위해, 광추출 효율 즉, 내부양자효율과 외부양자효율을 개선하는 두 측면에서 연구가 활발히 진행되고 있다. However, the nitride semiconductor light emitting device injects electrons and holes into the
일반적으로, 내부양자효율에 관련된 개선 방안은 원시적으로 활성층(13)으로부터 발생하는 광 효율을 높이는 방안으로서, 국내공개특허공보 제 2010-0037433(2010.04.09)호에 기재된 바와 같이 활성층(13)의 결정 품질을 개선하는데 관심을 두고 있다. In general, the improvement related to the internal quantum efficiency is a way to increase the light efficiency generated from the
구체적으로, 질화물 반도체 발광소자를 대면적화함에 따라 균일하지 못한 전류 확산(current spreading)에 의해 질화물 반도체 발광소자의 n형 질화물 반도체층(12)과 버퍼층(11) 사이에 누설 전류(leakage current)의 경로가 증가하는 문제가 발생한다. Specifically, the leakage current between the n-type
따라서, 대면적화된 질화물 반도체 발광소자는 활성층(13)에 대해 낮은 전류 밀도를 갖게 되어, 내부양자효율이 저하되는 문제가 발생한다.
Therefore, the large-area nitride semiconductor light emitting device has a low current density with respect to the
본 발명의 목적은 누설 전류를 방지하여 발광 효율을 향상시킨 질화물 반도체 발광소자를 제공하는 데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a nitride semiconductor light emitting device having improved luminous efficiency by preventing leakage current.
본 발명의 다른 목적은 상기의 목적을 갖는 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
Another object of the present invention is to provide a method for producing a nitride semiconductor light emitting device having the above object.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 질화물 반도체 발광소자는 기판과 n형 질화물층 사이에 형성된 전류 차단부; 상기 n형 질화물층의 상부면에 형성된 활성층; 및 상기 활성층의 상부면에 형성된 p형 질화물층을 포함하고, 상기 전류 차단부는 절연 물질로 형성되는 것을 특징으로 한다. The nitride semiconductor light emitting device of the present invention for achieving the above object comprises a current blocking portion formed between the substrate and the n-type nitride layer; An active layer formed on an upper surface of the n-type nitride layer; And a p-type nitride layer formed on an upper surface of the active layer, wherein the current blocking unit is formed of an insulating material.
본 발명의 질화물 반도체 발광소자에서 상기 전류 차단부는 산화물층, 언도프(undoped) 질화물층, Ti, Fe 및 Cr의 전류 차단용 불순물 중 적어도 하나를 함유한 산화물층, 상기 전류 차단용 불순물 중 적어도 하나를 함유한 질화물층, 및 Al 함량을 조정한 질화물층 중 선택된 적어도 하나 이상의 층을 포함하는 것을 특징으로 한다. In the nitride semiconductor light emitting device of the present invention, the current blocking unit includes at least one of an oxide layer, an undoped nitride layer, an oxide layer containing at least one of Ti, Fe, and Cr current blocking impurities, and the current blocking impurities. It characterized in that it comprises a nitride layer containing and at least one layer selected from the nitride layer adjusted the Al content.
본 발명의 질화물 반도체 발광소자에서 상기 전류 차단부는 Al 함량을 조정한 질화물층, 예를 들어 Al 함량을 조정한 AlGaN 층이고, 상기 Al 함량이 상기 AlGaN 층 전체에 대해 10 ~ 40 중량%의 함량을 가지며, 0.02㎛ ~ 0.5㎛의 두께 범위를 가지는 것을 특징으로 한다. In the nitride semiconductor light emitting device of the present invention, the current blocking unit is a nitride layer in which the Al content is adjusted, for example, an AlGaN layer in which the Al content is adjusted, and the Al content is 10 to 40% by weight with respect to the entire AlGaN layer. It has a thickness range of 0.02㎛ ~ 0.5㎛.
본 발명의 질화물 반도체 발광소자에서 상기 전류 차단부는 Al 함량을 조정한 AlGaN 층이고, 상기 Al 함량(원자비)과 층 두께(㎛)의 곱이 0.01~0.06인 것을 특징으로 한다. In the nitride semiconductor light emitting device of the present invention, the current blocking unit is an AlGaN layer having an Al content adjusted, and a product of the Al content (atomic ratio) and the layer thickness (μm) is 0.01 to 0.06.
본 발명의 질화물 반도체 발광소자에서 상기 전류 차단부는 상기 기판 방향에 형성된 제 1 전류 차단층; 상기 제 1 전류 차단층의 상부면에 형성된 제 2 전류 차단층; 및 상기 제 2 전류 차단층의 상부면에 형성된 제 3 전류 차단층을 포함하여 적어도 3층의 적층 구조로 형성되고, 상기 제 1 전류 차단층은 Al 함량을 조정하고 n형 도펀트를 함유한 AlGaN 층 n-AlGaN 층이며, 상기 제 2 전류 차단층은 Al 함량을 조정하고 p형 도펀트를 함유한 AlGaN 층 p-AlGaN 층이며, 상기 제 3 전류 차단층은 Al 함량을 조정하고 n형 도펀트를 함유한 AlGaN 층 n-AlGaN 층 인 것을 특징으로 한다. In the nitride semiconductor light emitting device of the present invention, the current blocking unit includes: a first current blocking layer formed in the substrate direction; A second current blocking layer formed on an upper surface of the first current blocking layer; And a third current blocking layer formed on an upper surface of the second current blocking layer, wherein the first current blocking layer has an AlGaN layer containing an n-type dopant with an Al content adjusted. n-AlGaN layer, the second current blocking layer is an AlGaN layer containing a p-type dopant with adjusting Al content p-AlGaN layer, the third current blocking layer is an Al content with an n-type dopant It is characterized in that the AlGaN layer is an n-AlGaN layer.
본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법은 기판과 n형 질화물층 사이에 전류 차단부를 형성하는 단계; 상기 n형 질화물층 상에 활성층을 형성하는 단계; 및 상기 활성층 상에 p형 질화물층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 전류 차단부는 절연 물질로 형성되는 것을 특징으로 한다. A method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention includes forming a current blocking portion between a substrate and an n-type nitride layer; Forming an active layer on the n-type nitride layer; And forming a p-type nitride layer on the active layer, wherein the current blocking unit is formed of an insulating material.
본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법에서 상기 전류 차단부를 형성하는 단계는 상기 기판과 n형 질화물층 사이에 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 전류 차단부는 상기 버퍼층의 상부면, 상기 버퍼층의 하부면 및 상기 버퍼층의 내부 중 적어도 어느 하나에 형성되는 것을 특징으로 한다.
In the method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, the forming of the current blocking unit further includes forming a buffer layer between the substrate and the n-type nitride layer, wherein the current blocking unit is an upper surface of the buffer layer. And at least one of a lower surface of the buffer layer and an inside of the buffer layer.
본 발명의 질화물 반도체 발광소자 및 이의 제조 방법에 의하면, 전류 차단의 기능을 수행하는 전류 차단층을 이용하여, 전류가 버퍼층과 기판으로 누설되지 않고 활성층으로만 흐르게 함으로써, 발광효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
According to the nitride semiconductor light emitting device of the present invention and a method of manufacturing the same, by using a current blocking layer that performs a function of blocking current, the current flows only into the active layer without leakage to the buffer layer and the substrate, thereby improving luminous efficiency. It works.
도 1은 종래의 질화물 반도체 발광 소자의 기본 구조를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자를 설명하기 위한 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자를 설명하기 위한 단면도.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
1 is a cross-sectional view showing the basic structure of a conventional nitride semiconductor light emitting device.
2 is a cross-sectional view illustrating a nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view illustrating a nitride semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention.
4A to 4E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 여기서, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Here, the embodiment 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.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자는 기판(100), 버퍼층(110), 전류 차단층(120), n형 질화물층(130), 활성층(140), p형 질화물층(150), 투명 전극층(160), p측 전극(171) 및 n측 전극(172)을 포함한다. As shown in FIG. 2, the nitride semiconductor light emitting device according to the exemplary embodiment of the present invention includes a
기판(100)은 GaN 기판, 또는 상부면에 요철 구조가 형성된 사파이어 기판을 사용할 수 있다. The
버퍼층(110)은 선택적으로 기판(100)의 상부면을 덮도록 구비되는 층으로, 기판(100)과 전류 차단층(120) 사이의 격자 부정합을 해소하기 위해 AlN 또는 GaN으로 형성할 수 있다. 여기서, 기판(100)으로 상부면에 요철 구조가 형성된 사파이어 기판을 사용할 경우, 버퍼층(110)은 요철 구조가 형성된 기판(100)의 상부면을 매립하여 덮는 형태로 형성될 수도 있다. The buffer layer 110 is a layer provided to cover the upper surface of the
전류 차단층(120)은 버퍼층(110)과 n형 질화물층(130) 사이에 형성되고, 버퍼층(110)과 기판(100)으로 전류가 누설되지 않고 활성층(140)에 한정하여 흐르도록 전류를 차단하는 기능을 수행할 수 있다. 여기서, 전류 차단층(120)은 버퍼층(110)의 상부면, 하부면 및 내부 중 어느 하나에 형성될 수도 있다. The
전류 차단층(120)은 산화물층, 언도프(undoped) 질화물층, Ti, Fe, Cr 등의 전류 차단용 불순물을 적어도 하나를 함유한 산화물 또는 질화물로 이루어진 층, 또는 Al 함량을 조정한 질화물층으로 형성할 수 있다. 여기서, 전류 차단층(120)은 구체적으로, SiO2 와 같은 산화물층, SiN층, 언도우프의 GaN(undope-GaN) 층 및 InGaN 과 같은 질화물, 또는 이러한 산화물 또는 질화물에 Ti, Fe, Cr 등의 전류 차단용 불순물이 함유된 층, Al 함량을 조정한 AlGaN 층으로 형성할 수도 있다. The
전류 차단층(120)의 두께는 층의 재질에 따라 결정되며, 예를 들어 Al 함량을 조정한 AlGaN으로 이루어진 층인 경우에는 0.02㎛ ~ 0.5㎛ 의 두께 범위를 가질 수 있다. 여기서, 전류 차단층(120)의 두께가 이 범위를 벗어나 0.02㎛ 미만에서는 전류 차단을 수행할 수 없고, 0.5㎛를 초과하면 n형 질화물층(130)과 격자 부정합이 발생하여 변형(strain) 결함을 발생시킨다. The thickness of the
n형 질화물층(130)은 전류 차단층(120)의 상부면에 구비되는 층으로 예컨대, Si을 도핑한 AlGaN으로 이루어진 제 1 층, 및 언도우프의 GaN으로 이루어진 제 2 층이 번갈아가며 구비된 적층 구조로 형성될 수 있다. 물론, n형 질화물층(130)은 단일의 질화물층으로 성장시키는 것도 가능하나, 제 1 층과 제 2 층이 번갈아가며 구비된 적층 구조로 형성하여 크랙이 없는 결정성이 좋은 캐리어 제한층으로 작용할 수 있다. The n-
활성층(140)은 n형 질화물층(130)과 p형 질화물층(150) 사이에서 단일양자우물구조 또는 양자우물층과 양자장벽층이 교대로 다수 적층된 다중양자우물구조로 이루어진 층으로 구비될 수 있다. 여기서, 활성층(140)은 다중양자우물구조로 이루어지되, 양자장벽층은 예컨대 Al이 포함된 AlGaInN의 4원계 질화물층이고, 양자우물층은 예를 들어 InGaN으로 이루어질 수 있다. 이러한 구조의 활성층(140)은 발생하는 응력과 변형에 의한 자발적인 분극을 억제할 수 있다. The
p형 질화물층(150)은 예컨대 Mg을 p형 도펀트로 도핑한 p형 AlGaN의 제 1 층과, Mg을 도핑한 p형 GaN로 이루어진 제 2 층을 번갈아가며 구비한 적층 구조로 형성될 수 있다. 또한, p형 질화물층(150)은 n형 질화물층(130)과 마찬가지로 캐리어 제한층으로 작용할 수 있다. The p-
투명 전극층(160)은 p형 질화물층(150)의 상부면에 투명전도성 산화물로 이루어지고, 그 재질은 In, Sn, Al, Zn, Ga 등의 원소를 포함하며, 예컨대, ITO, CIO, ZnO, NiO, In2O3 중 어느 하나로 형성될 수 있다. The
이와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자는 버퍼층(110)과 n형 질화물층(130) 사이에 전류 차단층(120)을 구비하여, 전류 차단층(120)의 절연 기능으로 전류가 버퍼층(110)과 기판(100)으로 누설되지 않고 활성층(140)에 한정하여 흐를 수 있다. Such a nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention has a
여기서, 전류 차단층(120)이 버퍼층(110)과 n형 질화물층(130) 사이에 구비되지만, 이에 한정되지 않고 전류 차단층(120)이 기판(100)과 버퍼층(110) 사이에 형성되거나, 또는 버퍼층(110)의 내부에 형성될 수도 있다. Here, the
이러한 전류 차단층(120)의 효율을 검증하기 위해서, 예를 들어 1200㎛×600㎛크기의 칩에서 2㎛ 두께의 버퍼층(110)과 4㎛ 두께의 n형 질화물층(130) 사이에 전류 차단층(120)이 소정의 두께와 Al 함량을 조정한 AlGaN층으로 형성되는 경우를 적용한다. 여기서, 전류 차단층(120)의 Al 함량은 전류 차단층(120) 전체에 대해 10 ~ 40 중량%의 범위를 갖는 것이 바람직하다. In order to verify the efficiency of the
구체적으로, 전류 차단층(120)의 Al 함량과 두께를 [표 1]에 기재된 바와 같이 조정한 각각의 경우에 대해, 1㎂의 전류를 인가하여 측정된 전압이 2.1V 이상으로 검출되는 비율(%), 즉 1㎂Vf 수율을 계산한다. Specifically, for each case in which the Al content and thickness of the
그 결과, 1㎂Vf 수율은 Al 함량과 두께의 곱이 0.01~0.06 범위에서 향상되고, 이에 따라 저전류 수율이 높아지는 것을 알 수 있다. As a result, it can be seen that the yield of 1 mA Vf is improved in the product of Al content and thickness in the range of 0.01 to 0.06, thereby increasing the low current yield.
[표 1][Table 1]
이러한 특성은 전류 차단층(120)이 전류 차단의 기능을 수행하여, 전류가 버퍼층(110)과 기판(100)으로 누설되지 않고 활성층(140)으로만 흐르게 한 결과라고 볼 수 있다.
This characteristic may be regarded as a result of the
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자를 도 3을 참조하여 설명한다. 여기서, 질화물 반도체 발광 소자의 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, a nitride semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3. Here, in the case where it is determined that the detailed description of the related known structure or function of the nitride semiconductor light emitting device may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자는 도 3에 도시된 바와 같이, 기판(200), 버퍼층(210), 적어도 3층의 적층 구조로 형성된 전류 차단부(220), n형 질화물층(230), 활성층(240), p형 질화물층(250), 투명 전극층(260), p측 전극(271) 및 n측 전극(272)을 포함한다. As shown in FIG. 3, the nitride semiconductor light emitting device according to another exemplary embodiment of the present invention includes a
전류 차단부(220)는 버퍼층(210)의 상부면에 순차적으로 형성된 제 1 전류 차단층(221), 제 2 전류 차단층(222), 및 제 3 전류 차단층(223)으로 구성될 수 있다. The
전류 차단부(220)의 전류 차단층들(221,222,223) 각각은 산화물층, 질화물층, Ti, Fe, Cr 등의 전류 차단용 불순물을 적어도 하나 함유한 산화물 또는 질화물로 이루어진 층, 및 Al 함량을 조정한 AlGaN 층 중 선택된 어느 하나의 층으로 형성될 수 있다. Each of the current blocking layers 221, 222, and 223 of the
예를 들어, 전류 차단층들(221,222,223) 각각은 상기의 층들 중 어느 하나의 층을 선택하여 형성되되, 제 1 전류 차단층(221)은 SiO2 의 산화물층, 제 2 전류 차단층(222)은 언도프 GaN의 질화물층, 제 3 전류 차단층(223)은 Al 함량을 조정한 AlGaN층으로 형성될 수도 있다. For example, each of the current blocking layers 221, 222, and 223 is formed by selecting any one of the above layers, and the first
여기서, 제 1 전류 차단층(221)부터 제 3 전류 차단층(223)은 각각 Al 함량을 전류 차단부(220) 전체에 대해 10 ~ 40 중량%의 범위에서 차별적으로 함유하고, n형 도펀트 또는 p형 도펀트를 갖는 질화물층으로 n형 도펀트를 함유한 AlGaN층/p형 도펀트를 함유한 AlGaN층/n형 도펀트를 함유한 AlGaN층의 npn 다층 구조로 형성될 수도 있다. Here, each of the first
물론, 제 1 전류 차단층(221)부터 제 3 전류 차단층(223) 각각은 바람직하게 Al 함량과 두께의 곱이 0.01~0.06까지의 범위를 갖도록 형성될 수 있다. Of course, each of the first
이때, 제 1 전류 차단층(221)과 제 3 전류 차단층(223)의 n형 도펀트는 제 2 전류 차단층(222)의 p형 도펀트 농도보다 높은 고 농도로 함유된다. In this case, the n-type dopant of the first
이와 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자는 제 1 전류 차단층(221)부터 제 3 전류 차단층(223) 까지 n형 도펀트 또는 p형 도펀트를 함유한 npn 질화물 적층 구조를 적용한다. The nitride semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention applies an npn nitride stacked structure containing an n-type dopant or a p-type dopant from the first
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자는 npn 구조를 갖는 전류 차단부(220)에서 위 아래의 고농도 n형 도펀트를 함유한 n-AlGaN층(221,223)의 영향에 의해 p형 도펀트를 함유한 p-AlGaN층(222)의 접합 영역(junction)이 공핍 영역으로 형성되어 전류가 차단되고, 이에 따라 버퍼층(210)과 기판(200)으로 누설되는 전류를 완전히 차단할 수 있다.
Therefore, the nitride semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention is a p-type dopant under the influence of the n-AlGaN layer (221, 223) containing a high concentration n-type dopant up and down in the
이하, 구체적으로 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법을 도 4a 내지 도 4e를 참조하여 설명한다. 여기서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법은 제 1 전류 차단층(221)부터 제 3 전류 차단층(223) 까지 n형 도펀트 또는 p형 도펀트를 함유한 npn 질화물 적층 구조의 전류 차단부(220)를 적용하여 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIGS. 4A to 4E. Here, the method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention is an npn nitride stacked structure containing an n-type dopant or a p-type dopant from the first
본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자를 제조하기 위해서, 도 4a에 도시된 바와 같이 기판(200)의 상부면에 버퍼층(210)과 제 1 전류 차단층(221)을 순차적으로 형성한다. 여기서, 기판(200)은 GaN 기판 또는 상부면에 요철 구조가 형성된 사파이어 기판을 사용할 수 있다. In order to manufacture a nitride semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 4A, a
물론, 기판(200)의 상부면에 버퍼층(210)과 제 1 전류 차단층(221)을 순차적으로 형성하기 전에, 기판(200)으로 사파이어 기판을 사용하여 상부면에 대해 요철 구조를 형성하여 마련할 수 있다. Of course, before the
버퍼층(210)은 기판(110)과 제 1 전류 차단층(221) 사이에 격자 부정합을 해소하기 위해 AlN 또는 GaN 등의 재질을 이용하여 기판(200)의 상부면에 선택적으로 형성할 수 있다. 여기서, 기판(200)으로 상부면에 요철 구조가 형성된 사파이어 기판을 사용할 경우, 버퍼층(210)은 요철 구조가 형성된 기판(200)의 상부면을 매립하여 덮는 형태로 형성될 수도 있다. The
버퍼층(210)을 형성한 후, 제 1 전류 차단층(221)이 버퍼층(210)의 상부면에 형성된다. 제 1 전류 차단층(221)은 산화물층, 언도프(undoped) 질화물층, Ti, Fe, Cr 등의 전류 차단용 불순물을 적어도 하나 함유한 산화물 또는 질화물로 이루어진 층, 및 Al 함량을 조정한 질화물층 중 선택된 어느 하나의 층으로 형성될 수 있다. 여기서, Al 함량을 조정한 질화물층은 Al 함량을 조정한 AlGaN 층 일 수 있다.
After the
구체적으로, 제 1 전류 차단층(221)은 ALE(atomic layer epitaxy), APCVD(atmospheric pressure chemical vapour deposition), MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition), PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 중 선택된 어느 하나의 기상 에피택시 성장 방법으로 Al 함량을 조정한 n-AlGaN 층을 형성할 수 있다. 물론, 제 1 전류 차단층(221)은 기상 에피택시 성장 방법으로 Al 함량을 조정한 AlGaN 층을 형성한 후, 이온 주입 방법으로 n형 도펀트를 주입한 n-AlGaN 층으로 형성될 수 있다. Specifically, the first
이때, 제 1 전류 차단층(221)은 n-AlGaN 층으로 형성되되, Al 함량은 제 1 전류 차단층(221) 전체에 대해 10 ~ 40 중량%의 범위 내에서 조절되어 형성될 수 있다. 바람직하게, 제 1 전류 차단층(221)은 Al 함량과 두께의 곱이 0.01~0.06의 범위를 갖도록 형성될 수 있다. At this time, the first
제 1 전류 차단층(221)이 형성된 후, 도 4b에 도시된 바와 같이 p-AlGaN 층의 제 2 전류 차단층(222)이 제 1 전류 차단층(221)의 상부면에 형성된다. 제 2 전류 차단층(222)은 산화물층, 언도프 질화물층, Ti, Fe, Cr 등의 전류 차단용 불순물을 적어도 하나 함유한 산화물 또는 질화물로 이루어진 층, 및 Al 함량을 제 2 전류 차단층(222) 전체에 대해 10 ~ 40 중량%의 범위 내에서 조정한 AlGaN으로 이루어진 층 중 선택된 어느 하나의 층으로 형성될 수 있다. After the first
여기서, 제 2 전류 차단층(222)은 바람직하게 제 1 전류 차단층(221)과 마찬가지로 ALE, APCVD, PECVD 중 선택된 어느 하나의 기상 에피택시 성장 방법으로 Al 함량과 두께의 곱이 0.01~0.06까지의 범위를 갖는 p-AlGaN층으로 형성될 수 있다. Here, the second
제 2 전류 차단층(222)이 형성된 후, 도 4c에 도시된 바와 같이 n-AlGaN 층의 제 3 전류 차단층(223)이 제 2 전류 차단층(222)의 상부면에 형성된다. 제 3 전류 차단층(223)은 제 1 전류 차단층(221)과 동일하게 산화물층, 언도프 질화물층, Ti, Fe, Cr 등의 전류 차단용 불순물을 적어도 하나 함유한 산화물 또는 질화물로 이루어진 층, 및 Al 함량을 제 3 전류 차단층(223) 전체에 대해 10 ~ 40 중량%의 범위 내에서 조정한 AlGaN으로 이루어진 층 중 선택된 어느 하나의 층으로 형성될 수 있다. After the second
여기서, 제 3 전류 차단층(223)은 제 1 전류 차단층(221)의 형성 방법과 동일하게 기상 에피택시 성장 방법으로 Al 함량과 두께의 곱이 0.01~0.06인 n-AlGaN 층으로 형성될 수 있다. Here, the third
이와 같이 제 1 전류 차단층(221)부터 제 3 전류 차단층(223)으로 이루어진 전류 차단부(220)를 형성한 후, 도 4d에 도시된 바와 같이 n형 질화물층(230)이 제 3 전류 차단층(223)의 상부면에 형성된다. 여기서, 전류 차단부(220)가 버퍼층(210)의 상부면에 형성되지만, 전류 차단부(220)는 버퍼층(210)의 상부면, 하부면 및 내부 중 어느 하나에 형성될 수도 있다. As described above, after the
n형 질화물층(230)의 형성 방법은 예를 들어, NH3, 트리메탈갈륨(TMG), 및 Si과 같은 n형 도펀트를 포함한 실란 가스를 공급하여 n-GaN층을 n형 질화물층(230)으로 성장시킨다. For example, the n-
n형 질화물층(230)이 형성된 후, n형 질화물층(230)의 상부면에 활성층(240)을 성장시킨다. 활성층(240)은 단일양자우물구조 또는 양자우물층과 양자장벽층이 교대로 다수 적층된 다중양자우물구조로 형성될 수 있고, 본 발명의 다른 실시예에 따른 활성층(240)은 양자우물층과 양자장벽층이 교대로 다수 적층된 다중양자우물구조를 적용한다. After the n-
예컨대, 활성층(240)의 양자장벽층은 예컨대 Al이 포함된 AlGaInN의 4원계 질화물층이고, 양자우물층은 예를 들어 InGaN 으로 다수 적층된 다중양자우물구조로 이루어져 응력과 변형에 의한 자발적인 분극을 억제하도록 형성된다. For example, the quantum barrier layer of the
이와 같이 활성층(240)을 형성한 후, 일반적인 질화물 반도체 발광소자와 동일하게 활성층(240)의 상부면 방향으로 p형 질화물층(250)과 투명 전극층(260)을 순차적으로 형성한다. After the
투명 전극층(260)까지 형성된 후, 도 4e에 도시된 바와 같이 투명 전극층(260)의 일 영역부터 n형 질화물층(230)의 일부까지 노광 에칭(lithography etching)하고 클리닝하여, n형 질화물층(230)의 일부 영역을 노출할 수 있다. After forming the
이렇게 n형 질화물층(230)의 일부 영역을 노출한 후, 투명 전극층(260)의 상부면과 노출된 n형 질화물층(230)의 일부 영역 각각에 p측 전극(271)과 n측 전극(272)을 형성한다. After exposing a portion of the n-
이와 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법은 제 1 전류 차단층(221)부터 제 3 전류 차단층(223) 까지 n형 도펀트가 함유된 AlGaN층/p형 도펀트가 함유된 AlGaN층/n형 도펀트가 함유된 AlGaN층의 npn 질화물 적층 구조의 전류 차단부(220)를 형성하는 방법을 설명하지만, 전류 차단부(220)가 이에 한정되지 않고 3층 이상의 적층 구조로 형성될 수도 있다. Such a method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention includes an AlGaN layer / p-type dopant containing an n-type dopant from the first
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법은 3층 이상의 적층 구조를 갖는 전류 차단부(220)를 이용하여 전류가 버퍼층(210)과 기판(200)으로 누설되는 것을 더욱 방지할 수 있는 질화물 반도체 발광소자를 제공할 수 있다.
Therefore, in the method of manufacturing the nitride semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention, the current is leaked to the
본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. Although the technical idea of the present invention has been specifically described according to the above preferred embodiments, it is to be noted that the above-described embodiments are intended to be illustrative and not restrictive.
또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention.
100, 200: 기판 110, 210: 버퍼층
120: 전류 차단층 130, 230: n형 질화물층
140, 240: 활성층 150, 250: p형 질화물층
160, 260: 투명 전극층 171, 271: p측 전극
172, 272: n측 전극 220: 전류 차단부
221: 제 1 전류 차단층 222: 제 2 전류 차단층
223: 제 3 전류 차단층 100, 200: substrate 110, 210: buffer layer
120:
140, 240:
160 and 260:
172, 272: n-side electrode 220: current interruption
221: first current blocking layer 222: second current blocking layer
223: third current blocking layer
Claims (7)
상기 n형 질화물층 상에 형성된 활성층; 및
상기 활성층 상에 형성된 p형 질화물층을 포함하고,
상기 전류 차단부는 Al 함량(원자비)과 층 두께(㎛)의 곱이 0.01~0.06인 AlGaN 층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
A current blocking part formed of an insulating material between the substrate and the n-type nitride layer;
An active layer formed on the n-type nitride layer; And
A p-type nitride layer formed on the active layer,
The current blocking unit is a nitride semiconductor light emitting device, characterized in that formed by AlGaN layer of the product of the Al content (atomic ratio) and the layer thickness (㎛) of 0.01 ~ 0.06.
상기 기판은 요철 구조가 형성된 상부면을 갖는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
The method of claim 1,
The substrate has a nitride semiconductor light emitting device, characterized in that the upper surface is formed with an uneven structure.
상기 기판과 n형 질화물층 사이에 버퍼층을 더 포함하고,
상기 전류 차단부는 상기 버퍼층의 상부면에 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
The method of claim 1,
Further comprising a buffer layer between the substrate and the n-type nitride layer,
The current blocking unit is formed on the upper surface of the buffer layer nitride semiconductor light emitting device.
상기 기판과 n형 질화물층 사이에 버퍼층을 더 포함하고,
상기 전류 차단부는 상기 버퍼층의 내부에 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
The method of claim 1,
Further comprising a buffer layer between the substrate and the n-type nitride layer,
The current blocking unit is formed in the buffer layer, characterized in that the nitride semiconductor light emitting device.
상기 기판과 n형 질화물층 사이에 버퍼층을 더 포함하고,
상기 전류 차단부는 상기 버퍼층의 하부에 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
The method of claim 1,
Further comprising a buffer layer between the substrate and the n-type nitride layer,
The current blocking unit is formed in the lower portion of the buffer layer nitride semiconductor light emitting device.
상기 n형 질화물층 상에 활성층을 형성하는 단계; 및
상기 활성층 상에 p형 질화물층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 전류 차단부를 형성하는 단계는
Al 함량(원자비)과 층 두께(㎛)의 곱이 0.01~0.06인 AlGaN 층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법.
Forming a current interruption between the substrate and the n-type nitride layer with an insulating material;
Forming an active layer on the n-type nitride layer; And
Forming a p-type nitride layer on the active layer;
Forming the current blocking unit
A method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device, characterized in that the product of Al content (atomic ratio) and layer thickness (μm) is formed of an AlGaN layer having 0.01 to 0.06.
상기 전류 차단부를 형성하기 전에,
상기 기판 상에 요철 구조를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조 방법. The method according to claim 6,
Before forming the current interruption,
The method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device further comprising the step of forming a concave-convex structure on the substrate.
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CN117525233A (en) * | 2024-01-05 | 2024-02-06 | 南昌凯迅光电股份有限公司 | Small-size red light LED chip and manufacturing method thereof |
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