KR20130082130A - Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR20130082130A
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Abstract

PURPOSE: A nitride semiconductor light emitting device and a manufacturing method thereof are provided to reduce the degradation of a band gap of a first conductive nitride semiconductor layer by forming a silicon indium doped layer on the first conductive nitride semiconductor layer. CONSTITUTION: A buffer layer (120) is formed on a substrate (110). A first conductive nitride semiconductor layer (130) is formed on the buffer layer. The first conductive nitride semiconductor layer is formed by alternatively laminating an indium doped layer (131) and a silicon doped layer (132). An active layer (140) is formed on the first conductive nitride semiconductor layer. A second conductive nitride semiconductor layer (150) is formed on the active layer.

Description

질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법{NITRIDE SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Nitride semiconductor light emitting device and its manufacturing method {NITRIDE SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device and a method of manufacturing the same.

반도체 발광다이오드(Light emitting diode: LED)는 소자 내에 포함되어 있는 물질이 빛을 발광하는 소자로서, 접합된 반도체의 전자와 정공이 재결합하며 발생하는 에너지를 광으로 변환하여 방출한다. 이러한 LED는 현재 조명, 표시장치 및 광원으로서 널리 이용되며 그 개발이 가속화되고 있는 추세이다.
A semiconductor light emitting diode (LED) is a device in which a material contained in the device emits light. The semiconductor light emitting diode converts energy generated by recombination of electrons and holes of the bonded semiconductor into light. Such LEDs are now widely used as lights, displays, and light sources, and their development is accelerating.

특히, 최근 그 개발 및 사용이 활성화된 질화갈륨(GaN)계 발광다이오드를 이용한 휴대폰 키패드, 사이드 뷰어, 카메라 플래쉬 등의 상용화에 힘입어, 최근 발광다이오드를 이용한 일반 조명 개발이 활기를 띠고 있다. 대형 TV의 백라이트 유닛 및 자동차 전조등, 일반 조명 등 그의 응용제품이 소형 휴대제품에서 대형화, 고출력화, 고효율화된 제품으로 진행하여 해당 제품에 요구되는 특성을 나타내는 광원을 요구하게 되었다.
In particular, with the commercialization of mobile phone keypads, side viewers, and camera flashes using gallium nitride (GaN) based light emitting diodes that have been developed and used recently, the development of general lighting using light emitting diodes has been actively developed. Backlight units of large-sized TVs, automobile headlights, general lighting, and the like have been demanding light sources that exhibit the characteristics required for the corresponding products by proceeding with large-sized, high-output, and high-efficiency products in small portable products.

이와 같은 발광 다이오드의 낮은 광추출 효율을 개선하기 위하여, AlGaN의 도전형 질화물 반도체층의 성장시에 실리콘을 도핑하여 도핑 효율을 향상시키고 있으나, Al의 몰분율(mole fraction)이 증가하면, 양이온 결함(cation vacancy), CN(carbon aniti-site) 또는 전위(dislocation) 등으로 인하여 반도체층의 결함이 증가한다. 이와 같이, 반도체층의 결함이 증가하면 도핑 효율이 감소하게 되어, 높은 효율을 갖는 고출력의 반도체 발광소자의 제조가 어렵게 되는 문제점이 발생한다.
In order to improve the low light extraction efficiency of the light emitting diode, doping efficiency is improved by doping silicon when the AlGaN conductive nitride semiconductor layer is grown. However, when the mole fraction of Al is increased, cation defects ( and due to such cation vacancy), C N (carbon aniti-site) or potential (dislocation) increases the defect of the semiconductor layer. As described above, when the defects in the semiconductor layer increase, the doping efficiency decreases, which makes it difficult to manufacture a high output semiconductor light emitting device having high efficiency.

본 발명의 목적 중의 하나는 도전형 질화물 반도체층의 성장시에 도핑 효율이 증가되어 고출력이 가능한 질화물 반도체 발광소자를 제공하는 데에 있다.One of the objectives of the present invention is to provide a nitride semiconductor light emitting device capable of high output by increasing doping efficiency upon growth of a conductive nitride semiconductor layer.

본 발명의 다른 목적 중의 하나는 도전형 질화물 반도체층의 성장시에 도핑 효율이 증가되어 고출력이 가능한 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 제공하는 데에 있다.
Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device capable of high output since the doping efficiency is increased when the conductive nitride semiconductor layer is grown.

본 발명의 일실시예에 의한 질화물 반도체 발광소자의 제조방법은 기판 상에 제1 도전형 질화물 반도체층을 형성하는 단계; 상기 제1 도전형 질화물 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계; 및 상기 활성층 상에 제2 도전형 질화물 반도체층을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 제1 도전형 질화물 반도체층을 형성하는 단계는 일정시간 간격으로 일정 농도의 인듐을 반복 도핑하여, 상기 제1 도전형 질화물 반도체층에 인듐이 도핑된 복수의 인듐 도핑층을 개재하고, 상기 인듐 도핑층의 사이에 일정 농도의 실리콘을 도핑하여, 상기 인듐 도핑층과 상기 실리콘 도핑층을 교대로 적층 형성되며, 상기 제1 도전형 질화물 반도체층은 AlxGa(1-x)N으로 표현되며, 여기서 0.5≤x＜1인 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention comprises the steps of forming a first conductivity type nitride semiconductor layer on a substrate; Forming an active layer on the first conductivity type nitride semiconductor layer; And forming a second conductivity type nitride semiconductor layer on the active layer, wherein the forming of the first conductivity type nitride semiconductor layer is performed by repeatedly doping a predetermined concentration of indium at a predetermined time interval. A plurality of indium-doped indium-doped layers of the indium-doped nitride semiconductor layer, and doped with a predetermined concentration of silicon between the indium-doped layers to alternately form the indium-doped layer and the silicon-doped layer, The first conductivity type nitride semiconductor layer is represented by Al x Ga (1-x) N, where 0.5 ≦ x <1.

상기 제1 도전형 질화물 반도체층을 형성하는 단계 전에 상기 기판 상에 버퍼층을 성장시키는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include growing a buffer layer on the substrate before forming the first conductivity type nitride semiconductor layer.

상기 버퍼층은 AlN층일 수 있다.The buffer layer may be an AlN layer.

상기 인듐 도핑층은 실리콘이 함께 도핑될 수 있다.The indium doped layer may be doped with silicon.

상기 제1 도전형 질화물 반도체층은 800℃~900℃의 N2 분위기에서 형성될 수 있다.The first conductivity type nitride semiconductor layer may be formed in an N 2 atmosphere of 800 ° C. to 900 ° C.

상기 제1 도전형 질화물 반도체층의 상기 인듐 도핑층은 2초간 성장될 수 있다.The indium doped layer of the first conductivity type nitride semiconductor layer may be grown for 2 seconds.

상기 인듐 도핑층은 2초간 성장되고, 상기 실리콘 도핑층은 4초간 성장될 수 있다.The indium doped layer may be grown for 2 seconds and the silicon doped layer may be grown for 4 seconds.

상기 제1 도전형 질화물 반도체층은 MOCVD법에 의해 형성될 수 있다.
The first conductivity type nitride semiconductor layer may be formed by MOCVD.

본 발명의 일실시형태에 의한 질화물 반도체 발광소자는 기판 상에 형성되며 일정 농도의 인듐과 일정 농도의 실리콘이 상하 방향으로 교대로 도핑된 제1 도전형 질화물 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 형성된 활성층; 및 상기 활성층 상에 형성된 제2 도전형 질화물 반도체층을 포함하며, 상기 제1 도전형 질화물 반도체층은 AlxGa(1-x)N으로 표현되며, 여기서 0.5≤x＜1인 것을 특징으로 한다.A nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention includes a first conductivity type nitride semiconductor layer formed on a substrate and doped with a predetermined concentration of indium and a predetermined concentration of silicon alternately in the vertical direction; An active layer formed on the first conductive semiconductor layer; And a second conductivity type nitride semiconductor layer formed on the active layer, wherein the first conductivity type nitride semiconductor layer is represented by Al x Ga (1-x) N, wherein 0.5 ≦ x <1. .

상기 인듐이 도핑된 제1 도전형 질화물 반도체층은 상기 실리콘이 도핑된 제1 도전형 질화물 반도체층 사이에 개재될 수 있다.
The indium-doped first conductive nitride semiconductor layer may be interposed between the silicon-doped first conductive nitride semiconductor layer.

본 발명에 의한 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법은 도전형 질화물 반도체층의 성장시에 도핑 효율이 증가되어 고출력이 가능한 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
The nitride semiconductor light emitting device and the method of manufacturing the same according to the present invention can provide a nitride semiconductor light emitting device and a method of manufacturing the same, which have a high output since doping efficiency is increased when the conductive nitride semiconductor layer is grown.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 의한 질화물 반도체 발광소자의 제조방법의 일 예를 설명하기 위한 각 공정별 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 의한 질화물 반도체 발광소자를 도시한 단면도이다.
도 6은 제1 실시예에 의한 제1 도전형 질화물 반도체층의 성장조건을 도시한 그래프이다.
도 7은 제2 실시예에 의한 제1 도전형 질화물 반도체층의 성장조건을 도시한 그래프이다.1 to 4 are cross-sectional views of respective processes for explaining an example of a method of manufacturing the nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view illustrating a nitride semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention.
6 is a graph illustrating growth conditions of the first conductivity type nitride semiconductor layer according to the first embodiment.
7 is a graph showing growth conditions of the first conductivity type nitride semiconductor layer according to the second embodiment.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명한다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment according to the present invention.

이러한 실시예는 본 발명에 대하여 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범위를 예시하기 위해 제공되는 것이다. 그러므로 본 발명은 이하의 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 특허청구범위가 제시하는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상, 크기 및 두께 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 도면 상에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 참조부호를 사용할 것이다.
These examples are provided to illustrate the scope of the invention to those skilled in the art with respect to the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the following embodiments, but may be embodied in various forms suggested by the claims of the present invention. Therefore, the shape, size and thickness of the components shown in the drawings may be exaggerated for more clear description, components having substantially the same configuration and function in the drawings will use the same reference numerals.

먼저, 본 발명의 제1 실시예에 의한 질화물 반도체 발광소자(100) 및 그 제조방법에 대해 설명한다.
First, the nitride semiconductor light emitting device 100 and the manufacturing method thereof according to the first embodiment of the present invention will be described.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 의한 질화물 반도체 발광소자의 제조방법의 일 예를 설명하기 위한 각 공정별 단면도이다.
1 to 4 are cross-sectional views of respective processes for explaining an example of a method of manufacturing the nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention.

본 발명의 제1 실시예에 의한 질화물 반도체 발광소자(100)의 제조방법은 기판(110) 상에 복수의 인듐 도핑층(131)이 개재된 제1 도전형 질화물 반도체층(130)을 형성하는 단계, 상기 제1 도전형 질화물 반도체층(130) 상에 활성층(140)을 형성하는 단계 및 상기 활성층(140) 상에 제2 도전형 질화물 반도체층(150)을 형성하는 단계를 포함한다.
In the method of manufacturing the nitride semiconductor light emitting device 100 according to the first embodiment of the present invention, the first conductive nitride semiconductor layer 130 including a plurality of indium doped layers 131 is formed on a substrate 110. The method may include forming an active layer 140 on the first conductive nitride semiconductor layer 130 and forming a second conductive nitride semiconductor layer 150 on the active layer 140.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(110)을 마련한 후, 상기 기판(110) 상에 제1 도전형 질화물 반도체층(130)을 형성한다.
First, as shown in FIG. 1, after preparing a substrate 110, a first conductivity type nitride semiconductor layer 130 is formed on the substrate 110.

상기 기판(110)은 사파이어 기판, 실리콘 카바이드(SiC) 기판, 실리콘(Si) 기판, MgAl2O4, MgO, LiAlO2 또는 LiGaO2 중의 어느 하나를 사용할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 본 실시예에서는 사파이어 기판을 사용할 수 있다.
The substrate 110 may be any one of a sapphire substrate, a silicon carbide (SiC) substrate, a silicon (Si) substrate, MgAl 2 O 4 , MgO, LiAlO 2, or LiGaO 2 , but is not limited thereto. In this embodiment, a sapphire substrate can be used.

상기 기판(110) 상에는 제1 도전형 질화물 반도체층(130)이 형성된다. 상기 제1 도전형 질화물 반도체층(130)은 AlxGa(1-x)N 조성식을 갖는 반도체 물질로 형성될 수 있으며, 대표적으로, AlGaN이 사용될 수 있다. 이때, 상기 x값은 0≤x≤1의 범위 내로 할 수 있다.
The first conductivity type nitride semiconductor layer 130 is formed on the substrate 110. The first conductivity type nitride semiconductor layer 130 may be formed of a semiconductor material having an Al x Ga (1-x) N composition formula, and AlGaN may be typically used. In this case, the x value may be in the range of 0 ≦ x ≦ 1.

상기 제1 도전형 질화물 반도체층(130)은 일정시간 간격으로 일정 농도의 인듐을 반복 도핑하여, 상기 제1 도전형 질화물 반도체층(130)에 인듐이 도핑된 복수의 인듐 도핑층(131)을 개재되게 한다.
The first conductivity type nitride semiconductor layer 130 is repeatedly doped with a predetermined concentration of indium at a predetermined time interval, so that the plurality of indium doped layers 131 doped with indium in the first conductivity type nitride semiconductor layer 130. Let it intervene.

일반적으로 n형층인 제1 도전형 질화물 반도체층(130)을 AlGaN으로 형성하는 경우, AlGaN 성장시에 실리콘(Si)를 도핑하여, 도핑 효율(doping efficiency)을 향상시킨다. 그러나, Al의 몰분율(mole fraction)이 50% 이상이 되면, 양이온 결함(cation vacancy), CN(carbon aniti-site) 또는 전위(dislocation) 등으로 인하여 반도체층의 결함이 증가한다. 이와 같이, 반도체층의 결함이 증가하면 도핑 효율이 감소하게 되어, 높은 효율을 갖는 고출력의 반도체 발광소자의 제조가 어렵게 된다.
When the first conductivity type nitride semiconductor layer 130, which is generally an n-type layer, is formed of AlGaN, doping efficiency is improved by doping silicon (Si) during AlGaN growth. However, the molar fraction of Al (mole fraction) is when more than 50%, due to the cation defect (cation vacancy), C N ( carbon aniti-site) or potential (dislocation) increases the defect of the semiconductor layer. As such, when the defects in the semiconductor layer increase, the doping efficiency decreases, making it difficult to manufacture a high output semiconductor light emitting device having high efficiency.

본 발명의 실시예에서는 이와 같은 반도체층의 결함을 감소시키기 위해 인듐을 제1 도전형 질화물 반도체층(130)에 도핑한다. 상기 제1 도전형 질화물 반도체층(130)의 성장과정에서 인듐은 등전자 도펀트(isoelectronic dopant)로 작용하여, 반도체층의 양이온 결함을 억제하므로, 반도체층의 도핑 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 그러므로 더욱 고출력의 반도체 발광소자의 제조가 가능한 것이다.
In an embodiment of the present invention, indium is doped into the first conductivity type nitride semiconductor layer 130 to reduce defects in the semiconductor layer. Indium acts as an isoelectronic dopant during the growth of the first conductivity type nitride semiconductor layer 130, thereby suppressing cation defects in the semiconductor layer, thereby further improving the doping efficiency of the semiconductor layer. Therefore, it is possible to manufacture a higher power semiconductor light emitting device.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 의한 제1 도전형 질화물 반도체층의 성장조건을 도시한 그래프이다. 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 인듐 도핑층과 실리콘 도핑층은 교대로 도핑되는 펄스 도핑(pulse doping)을 통하여 성장되며, 펄스 도핑을 통하여 성장된 제1 도전형 질화물 반도체층(130)은 인듐과 실리콘이 교대로 도핑되어 다층구조를 이루게 된다. 이와 같이, 실리콘과 함께 인듐을 도핑하면, 두꺼운 실리콘 도핑에 의해 반도체층에 응력이 작용하여 크랙이 발생하는 것이 방지된다.
6 is a graph showing growth conditions of the first conductivity type nitride semiconductor layer according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, the indium doped layer and the silicon doped layer are grown through pulse doping alternately doped, and the first conductivity type nitride semiconductor layer 130 grown through pulse doping is indium. And silicon are alternately doped to form a multilayer structure. As described above, when indium is doped with silicon, stress is applied to the semiconductor layer by thick silicon doping to prevent cracks from occurring.

이때, 상기 인듐이 도핑되는 시간(t11, t13, t15, t17)의 간격은 일정하게 하되, 약 2초의 간격으로 할 수 있다. 또한, 상기 실리콘이 도핑되는 시간(t12, t14, t16)의 간격 또한 일정하게 하되, 약 4초의 간격으로 할 수 있다.
At this time, the interval of the time (t11, t13, t15, t17) doped with the indium is constant, but may be about 2 seconds intervals. In addition, the interval of the time (t12, t14, t16) the silicon is doped is also constant, it may be about 4 seconds intervals.

구체적으로, 상기 제1 도전형 질화물 반도체층(130)은 N2 분위기에서 800℃~900℃의 성장온도로 유기금속 기상증착법(MOCVD)으로 성장될 수 있으며, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 인듐을 2초간 투입하여 인듐 도핑층(132)을 성장시킨 후, 실리콘을 4초간 투입하여 실리콘 도핑층(132)을 형성할 수 있다. 상기 인듐 도핑층(131)과 상기 실리콘 도핑층(132)이 교대로 적층되는 층 수의 상한을 제한하는 것은 아니며, 제조하고자 하는 반도체 발광소자의 특성에 따라 적층되는 도핑층의 층 수를 조절시킬 수 있다. 이때, 상기와 같이 2초간 성장되는 인듐 도핑층(131)은 제1 도전형 질화물 반도체층(130)의 0.3%~1%가 되도록 형성할 수 있다.
Specifically, the first conductivity type nitride semiconductor layer 130 may be grown by organic metal vapor deposition (MOCVD) at a growth temperature of 800 ℃ ~ 900 ℃ in N 2 atmosphere, as shown in FIG. After indium is added for 2 seconds to grow the indium doped layer 132, silicon may be added for 4 seconds to form the silicon doped layer 132. The upper limit of the number of layers in which the indium doped layer 131 and the silicon doped layer 132 are alternately stacked is not limited, and the number of layers of the doped layer stacked may be adjusted according to the characteristics of the semiconductor light emitting device to be manufactured. Can be. In this case, the indium doped layer 131 grown for 2 seconds as described above may be formed to be 0.3% to 1% of the first conductivity type nitride semiconductor layer 130.

또한, 상기 제1 도전형 질화물 반도체층(130)을 형성하기 전에, 상기 기판(110) 상에 버퍼층(120)을 더 형성할 수도 있다. 상기 버퍼층(120)은 상기 기판(110)과 상기 제1 도전형 질화물 반도체층(130)간의 격자 부정합을 완화시키는 층으로서, 본 실시예에서는 AlN이 사용될 수 있다.
In addition, before forming the first conductivity type nitride semiconductor layer 130, a buffer layer 120 may be further formed on the substrate 110. The buffer layer 120 is a layer that mitigates lattice mismatch between the substrate 110 and the first conductivity type nitride semiconductor layer 130. In this embodiment, AlN may be used.

그 다음으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 도전형 질화물 반도체층(130) 상에 활성층(140)을 형성한다.
Next, as shown in FIG. 2, the active layer 140 is formed on the first conductivity type nitride semiconductor layer 130.

상기 활성층(140)은 양자우물층과 양자장벽층이 교대로 적층된 다중양자우물구조(multiple quantum well : MQW )로　이루질 수 있으며 단일양자우물 구조로 이루어질 수도 있다. 예를 들어 AlxInyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 양자장벽층과 양자우물층이 교대로 적층된 다중양자우물구조로　형성되어 소정의 밴드 갭을 가지며, 이와 같은 양자 우물에 의해 전자 및 정공이 재결합되어 발광한다. 상기 활성층(140)은 심자외선(약 190㎚∼369㎚ 파장범위)을 발광하기 위한 층일 수 있으며, 상기 제1 도전형 질화물 반도체층(130)과 동일하게 유기금속 기상증착법으로 성장될 수 있다.
The active layer 140 may be formed of a multiple quantum well (MQW) structure in which a quantum well layer and a quantum barrier layer are alternately stacked, or may have a single quantum well structure. For example, both the multi-quantum barrier layer and quantum well layer of Al x In y Ga 1 -x- y N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x + y≤1) is a laminated alternately It is formed in a well structure and has a predetermined band gap, and electrons and holes are recombined by the quantum well to emit light. The active layer 140 may be a layer for emitting deep ultraviolet light (a wavelength range of about 190 nm to 369 nm), and may be grown by an organometallic vapor deposition method in the same manner as the first conductive nitride semiconductor layer 130.

그 다음으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 활성층(140) 상에 제2 도전형 질화물 반도체층(150)을 형성한다.
Next, as shown in FIG. 3, a second conductivity type nitride semiconductor layer 150 is formed on the active layer 140.

상기 제2 도전형 질화물 반도체층(150)은 상기 제1 도전형 질화물 반도체층(130)과 동일한 AlxGa(1-x)N 조성식을 갖는 p형 불순물이 도핑된 반도체 물질로 형성될 수 있다. 이때, 상기 x값은 0≤x≤1의 범위 내로 할 수 있다. 또한, 상기 p형 불순물로는 Mg, Zn 또는 Be 등이 사용될 수 있으며, 본 실시예에서는 상기 제2 도전형 질화물 반도체층(150)으로 p-AlGaN을 사용할 수 있다.
The second conductivity type nitride semiconductor layer 150 may be formed of a semiconductor material doped with a p-type impurity having the same Al x Ga (1-x) N compositional formula as the first conductivity type nitride semiconductor layer 130. . In this case, the x value may be in the range of 0 ≦ x ≦ 1. In addition, Mg, Zn, or Be may be used as the p-type impurity. In this embodiment, p-AlGaN may be used as the second conductivity type nitride semiconductor layer 150.

그 다음으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1 도전형 질화물 반도체층(130)의 일부가 노출되도록 메사 식각한 후, 상기 제1 및 제2 도전형 질화물 반도체층(130, 150) 상의 적어도 일 영역에 각각 제1 및 제2 전극(160, 170)을 형성함으로써, 본 발명의 일 실시예에 의한 질화물 반도체 발광 소자(100)가 완성된다.
Next, as shown in FIG. 4, after the mesa etching to expose a portion of the first conductivity type nitride semiconductor layer 130, the first and second conductivity type nitride semiconductor layers 130 and 150 are formed on the substrate. The nitride semiconductor light emitting device 100 according to the exemplary embodiment of the present invention is completed by forming the first and second electrodes 160 and 170 in at least one region.

상기 제1 및 제2 전극(160, 170)은 Ni, Au, Ag, Ti, Cr 및 Cu로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 단일층 또는 복수층으로 형성될 수 있으며, 화학기상증착법 및 전자빔 증발법과 같은 공지의 증착 방법 또는 스퍼터링 등의 공정에 의해 형성될 수 있다.
The first and second electrodes 160 and 170 may be formed of a single layer or a plurality of layers made of a material selected from the group consisting of Ni, Au, Ag, Ti, Cr, and Cu, and may include chemical vapor deposition and electron beam evaporation. The same may be formed by a known deposition method or a process such as sputtering.

상기와 같은 제조방법에 의해 제조된, 본 발명의 제1 실시예에 의한 질화물 반도체 발광소자는(100)는 상기 기판(110) 상에 형성되며 일정 농도의 인듐과 일정 농도의 실리콘이 교대로 도핑된 제1 도전형 질화물 반도체층(130), 상기 제1 도전형 반도체층(130) 상에 형성된 활성층(140) 및 상기 활성층(140) 상에 형성된 제2 도전형 질화물 반도체층(150)으로 구성된다.
In the nitride semiconductor light emitting device 100 according to the first embodiment of the present invention, which is manufactured by the above-described manufacturing method, 100 is formed on the substrate 110 and indium of a predetermined concentration and silicon of a predetermined concentration are alternately doped. The first conductive nitride semiconductor layer 130, the active layer 140 formed on the first conductive semiconductor layer 130, and the second conductive nitride semiconductor layer 150 formed on the active layer 140. do.

이와 같은 구성에 의한 상기 질화물 반도체 발광소자(100)는 상기 제1 도전형 질화물 반도체층(130) 내에 인듐이 도핑된 인듐 도핑층(131)과 실리콘이 도핑된 실리콘 도핑층(132)이 교대로 적층된다. 따라서, 제조방법에서 설명한 바와 같이, 상기 인듐이 등전자 도펀트(isoelectronic dopant)로 작용하여, 반도체층의 양이온 결함을 억제하므로, 반도체층의 도핑 효율을 더욱 향상될 수 있다.
In the nitride semiconductor light emitting device 100 having the above configuration, the indium doped layer 131 and the silicon doped silicon layer 132 doped with indium are alternately formed in the first conductivity type nitride semiconductor layer 130. Are stacked. Therefore, as described in the manufacturing method, since the indium acts as an isoelectronic dopant to suppress the cation defect of the semiconductor layer, the doping efficiency of the semiconductor layer can be further improved.

다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 의한 질화물 반도체 발광소자(200) 및 그 제조방법에 대해 설명한다.
Next, the nitride semiconductor light emitting device 200 and the manufacturing method thereof according to the second embodiment of the present invention will be described.

본 발명의 제2 실시예에 의한 질화물 반도체 발광소자(200)는 앞서 설명한 제1 실시예에 의한 질화물 반도체 발광소자(100)와 유사한 공정에 의해 제조되나, 앞서 설명한 제1 실시예와 달리, 제1 도전형 질화물 반도체층(230)을 형성하는 단계에서, 인듐과 함께 실리콘이 함께 도핑(co-doping)되는 차이가 있다.
The nitride semiconductor light emitting device 200 according to the second embodiment of the present invention is manufactured by a process similar to the nitride semiconductor light emitting device 100 according to the first embodiment described above, but unlike the first embodiment described above, In the step of forming the first conductivity type nitride semiconductor layer 230, there is a difference in that silicon is doped together with indium.

먼저, 앞서 설명한 제1 실시예와 같이, 기판(210)을 마련한 후, 상기 기판(210) 상에 제1 도전형 질화물 반도체층(230)을 형성한다. 상기 제1 도전형 질화물 반도체층(230)은 AlxGa(1-x)N 조성식을 갖는 반도체 물질로 형성될 수 있으며, 대표적으로, AlGaN이 사용될 수 있다. 이때, 상기 x값은 0≤x≤1의 범위 내로 할 수 있다.
First, as in the first embodiment described above, after the substrate 210 is provided, a first conductivity type nitride semiconductor layer 230 is formed on the substrate 210. The first conductivity type nitride semiconductor layer 230 may be formed of a semiconductor material having an Al x Ga (1-x) N composition formula, and AlGaN may be typically used. In this case, the x value may be in the range of 0 ≦ x ≦ 1.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 의한 제1 도전형 질화물 반도체층(230)의 성장조건을 도시한 그래프이다. 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 인듐이 일정간격으로 도핑되는 델타 도핑(delta doping)을 통하여 성장되며, 델타 도핑을 통하여 성장된 제1 도전형 질화물 반도체층(230)은 실리콘과 인듐이 코도핑(co-doping)된 실리콘 및 인듐 도핑층(231)과 실리콘만 도핑된 실리콘 도핑층(232)이 교대로 적층되어 다층구조를 이루게 된다.
7 is a graph showing growth conditions of the first conductivity type nitride semiconductor layer 230 according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, the first conductive nitride semiconductor layer 230 grown through delta doping in which indium is doped at a predetermined interval is co-doped with silicon and indium. Co-doped silicon and indium doped layers 231 and silicon-doped silicon doped layers 232 are alternately stacked to form a multilayer structure.

이때, 상기 인듐이 성장되는 시간(t21, t23, t25, t27)의 간격은 일정하게 하되, 약 2초의 간격으로 할 수 있다.
At this time, the interval of the time (t21, t23, t25, t27) in which the indium is grown is constant, it may be about 2 seconds intervals.

이와 같이, 제1 도전형 질화물 반도체층(230)을 형성하는 단계에서, 인듐 도핑시에 실리콘을 함께 도핑하면, 실리콘과 함께 인듐이 도펀트로 작용하여 제1 도전형 질화물 반도체층(230)의 밴드 갭(band-gap)이 저하(degradation)되는 것을 완화시킬 수 있다.
As described above, in the step of forming the first conductivity type nitride semiconductor layer 230, when silicon is doped together at the time of indium doping, indium acts as a dopant together with silicon to form a band of the first conductivity type nitride semiconductor layer 230. It is possible to mitigate the degradation of the band-gap.

또한, 상기 제1 도전형 질화물 반도체층(230)을 형성하기 전에, 상기 기판(210) 상에 버퍼층(220)을 더 형성할 수도 있다. 상기 버퍼층(220)은 상기 기판(210)과 상기 제1 도전형 질화물 반도체층(230)간의 격자 부정합을 완화시키는 층으로서, 본 실시예에서는 AlN이 사용될 수 있다.
In addition, the buffer layer 220 may be further formed on the substrate 210 before the first conductivity type nitride semiconductor layer 230 is formed. The buffer layer 220 is a layer that mitigates lattice mismatch between the substrate 210 and the first conductivity type nitride semiconductor layer 230. In this embodiment, AlN may be used.

그 다음으로, 앞서 설명한 제1 실시예와 같이, 상기 제1 도전형 질화물 반도체층(230) 상에 활성층(240)을 형성한다.
Next, as in the first embodiment described above, the active layer 240 is formed on the first conductivity type nitride semiconductor layer 230.

상기 활성층(240)은 제1 실시예와 동일하게 양자우물층과 양자장벽층이 교대로 적층된 다중양자우물구조로　이루어질 수 있으며, 단일양자우물구조로 이루어질 수도 있다. 예를 들어,상기 활성층(240)은 AlxInyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 양자장벽층과 양자우물층이 교대로 적층된 다중양자우물구조(multiple quantum well : MQW )로　형성되어 소정의 밴드 갭을 가지며, 이와 같은 양자 우물에 의해 전자 및 정공이 재결합되어 발광할 수 있다. 상기 활성층(140)은 심자외선(약 190㎚∼369㎚ 파장범위)을 발광하기 위한 층일 수 있으며, 상기 제1 반도체층(130)과 동일하게 유기금속 기상증착법으로 성장될 수 있다.
As in the first embodiment, the active layer 240 may have a multi-quantum well structure in which quantum well layers and quantum barrier layers are alternately stacked, or may have a single quantum well structure. For example, the active layer 240 is a quantum barrier layer and a quantum well layer of Al x In y Ga 1 -x- y N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). The quantum wells (QW) stacked alternately have a predetermined band gap, and electrons and holes can be recombined to emit light. The active layer 140 may be a layer for emitting deep ultraviolet light (about 190 nm to 369 nm wavelength range), and may be grown by organometallic vapor deposition in the same manner as the first semiconductor layer 130.

그 다음으로, 앞서 설명한 제1 실시예와 같이, 상기 활성층(240) 상에 제2 도전형 질화물 반도체층(250)을 형성한다.
Next, as in the first embodiment described above, a second conductivity type nitride semiconductor layer 250 is formed on the active layer 240.

상기 제2 도전형 질화물 반도체층(250)은 상기 제1 도전형 질화물 반도체층(230)과 동일한 AlxGa(1-x)N 조성식을 갖는 p형 불순물이 도핑된 반도체 물질로 형성될 수 있다. 이때, 상기 x값은 0≤x≤1의 범위 내로 할 수 있다. 또한, 상기 p형 불순물로는 Mg, Zn 또는 Be 등이 사용될 수 있으며, 본 실시예에서는 상기 제2 도전형 질화물 반도체층(250)으로 p-AlGaN을 사용할 수 있다.
The second conductivity type nitride semiconductor layer 250 may be formed of a semiconductor material doped with a p-type impurity having the same Al x Ga (1-x) N composition formula as that of the first conductivity type nitride semiconductor layer 230. . In this case, the x value may be in the range of 0 ≦ x ≦ 1. In addition, Mg, Zn, or Be may be used as the p-type impurity. In this embodiment, p-AlGaN may be used as the second conductivity type nitride semiconductor layer 250.

그 다음으로, 앞서 설명한 제1 실시예와 같이, 상기 제1 도전형 질화물 반도체층(230)의 일부가 노출되도록 메사 식각한 후, 상기 제1 및 제2 도전형 질화물 반도체층(230, 250) 상의 일 영역에 각각 제1 및 제2 전극(260, 270)을 형성함으로써, 본 발명의 제2 실시예에 의한 질화물 반도체 발광 소자(200)가 완성된다. 이때, 상기 제1 및 제2 전극(260, 270)은 Ni, Au, Ag, Ti, Cr 및 Cu로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 단일층 또는 복수층으로 형성될 수 있으며, 화학기상증착법 및 전자빔 증발법과 같은 공지의 증착 방법 또는 스퍼터링 등의 공정에 의해 형성될 수 있다.
Next, as in the first embodiment described above, after the mesa etching to expose a portion of the first conductivity type nitride semiconductor layer 230, the first and second conductivity type nitride semiconductor layers 230 and 250 The nitride semiconductor light emitting device 200 according to the second embodiment of the present invention is completed by forming the first and second electrodes 260 and 270 in one region of the image. In this case, the first and second electrodes 260 and 270 may be formed of a single layer or a plurality of layers made of a material selected from the group consisting of Ni, Au, Ag, Ti, Cr, and Cu, and chemical vapor deposition and electron beams. It may be formed by a known deposition method such as an evaporation method or a process such as sputtering.

상기와 같은 제조방법에 의해 제조된 질화물 반도체 발광소자(200)는, 실리콘이 도핑된 실리콘 도핑층(232)과 실리콘과 인듐이 함께 도핑된 실리콘 및 인듐 도핑층(231)이 교대로 적층 형성된 제1 도전형 질화물 반도체층(230), 상기 제1 도전형 반도체층(230) 상에 형성된 활성층(240) 및 상기 활성층(240) 상에 형성된 제2 도전형 질화물 반도체층(250)으로 구성된다.
The nitride semiconductor light emitting device 200 manufactured by the above-described manufacturing method includes a silicon-doped silicon doped layer 232 and a silicon and indium doped layer 231 alternately doped with silicon and indium. The first conductive nitride semiconductor layer 230 is formed of an active layer 240 formed on the first conductive semiconductor layer 230 and a second conductive nitride semiconductor layer 250 formed on the active layer 240.

이와 같은 구성에 의한 상기 질화물 반도체 발광소자(200)는 상기 제1 도전형 질화물 반도체층(230) 내에 실리콘과 인듐이 함께 도핑된 실리콘 및 인듐 도핑층(231)을 형성하므로, 실리콘과 함께 인듐이 도펀트로 작용하여 제1 도전형 질화물 반도체층(230)의 밴드 갭(band-gap)이 저하(degradation)되는 것을 완화시킬 수 있다.
The nitride semiconductor light emitting device 200 having the above-described configuration forms a silicon and indium doped layer 231 doped with silicon and indium in the first conductivity type nitride semiconductor layer 230, so that indium together with silicon By acting as a dopant, degradation of a band gap of the first conductivity type nitride semiconductor layer 230 may be alleviated.

100, 200: 질화물 반도체 발광소자
110: 기판
120: 버퍼층
131: 인듐 도핑층
132, 232: 실리콘 도핑층
130, 230: 제1 도전형 질화물 반도체층
140, 240: 활성층
150, 250: 제2 도전형 질화물 반도체층
160, 260: 제1 전극
170, 270: 제2 전극
231: 실리콘 및 인듐 도핑층100 and 200: nitride semiconductor light emitting device
110: substrate
120: buffer layer
131: indium doped layer
132, 232: silicon doped layer
130 and 230: first conductivity type nitride semiconductor layer
140, 240: active layer
150, 250: second conductivity type nitride semiconductor layer
160, 260: first electrode
170, 270: second electrode
231 silicon and indium doped layers

Claims (10)

기판 상에 제1 도전형 질화물 반도체층을 형성하는 단계;
상기 제1 도전형 질화물 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계; 및
상기 활성층 상에 제2 도전형 질화물 반도체층을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 제1 도전형 질화물 반도체층을 형성하는 단계는 일정시간 간격으로 일정 농도의 인듐을 반복 도핑하여, 상기 제1 도전형 질화물 반도체층에 인듐이 도핑된 복수의 인듐 도핑층을 개재하고, 상기 인듐 도핑층의 사이에 일정 농도의 실리콘을 도핑하여, 상기 인듐 도핑층과 상기 실리콘 도핑층을 교대로 적층 형성되며,
상기 제1 도전형 질화물 반도체층은 AlxGa(1-x)N으로 표현되며, 여기서 0.5≤x＜1인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
Forming a first conductivity type nitride semiconductor layer on the substrate;
Forming an active layer on the first conductivity type nitride semiconductor layer; And
Forming a second conductivity type nitride semiconductor layer on the active layer;
The forming of the first conductivity type nitride semiconductor layer may be performed by repeatedly doping a predetermined concentration of indium at a predetermined time interval, and interposing a plurality of indium doped layers doped with indium on the first conductivity type nitride semiconductor layer. Doping a predetermined concentration of silicon between the doped layer, the indium doped layer and the silicon doped layer are alternately formed,
The first conductivity type nitride semiconductor layer is represented by Al x Ga (1-x) N, wherein 0.5≤x <1.
제1항에 있어서,
상기 제1 도전형 질화물 반도체층을 형성하는 단계 전에 상기 기판 상에 버퍼층을 성장시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
The method of claim 1,
And growing a buffer layer on the substrate before the forming of the first conductivity type nitride semiconductor layer.
제2항에 있어서,
상기 버퍼층은 AlN층인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
The method of claim 2,
The buffer layer is a method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device, characterized in that the AlN layer.
제1항에 있어서,
상기 인듐 도핑층은 실리콘이 함께 도핑되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
The method of claim 1,
The indium doped layer is a method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device, characterized in that the silicon is doped together.
제1항에 있어서,
상기 제1 도전형 질화물 반도체층은 800℃~900℃의 N2 분위기에서 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
The method of claim 1,
The first conductivity type nitride semiconductor layer is a method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device, characterized in that formed in N 2 atmosphere of 800 ℃ ~ 900 ℃.
제5항에 있어서,
상기 제1 도전형 질화물 반도체층의 상기 인듐 도핑층은 2초간 성장되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
The method of claim 5,
And the indium doped layer of the first conductivity type nitride semiconductor layer is grown for 2 seconds.
제1항에 있어서,
상기 인듐 도핑층은 2초간 성장되고, 상기 실리콘 도핑층은 4초간 성장되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
The method of claim 1,
The indium doped layer is grown for 2 seconds, the silicon doped layer is a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device, characterized in that grown for 4 seconds.
제1항에 있어서,
상기 제1 도전형 질화물 반도체층은 MOCVD법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법.
The method of claim 1,
The first conductive nitride semiconductor layer is formed by a MOCVD method.
기판 상에 형성되며 일정 농도의 인듐과 일정 농도의 실리콘이 상하 방향으로 교대로 도핑된 제1 도전형 질화물 반도체층;
상기 제1 도전형 반도체층 상에 형성된 활성층; 및
상기 활성층 상에 형성된 제2 도전형 질화물 반도체층을 포함하며, 상기 제1 도전형 질화물 반도체층은 AlxGa(1-x)N으로 표현되며, 여기서 0.5≤x＜1인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
A first conductivity type nitride semiconductor layer formed on the substrate and doped with a predetermined concentration of indium and a predetermined concentration of silicon in an up and down direction;
An active layer formed on the first conductive semiconductor layer; And
And a second conductivity type nitride semiconductor layer formed on the active layer, wherein the first conductivity type nitride semiconductor layer is represented by Al x Ga (1-x) N, wherein 0.5 ≦ x <1. Semiconductor light emitting device.
제9항에 있어서,
상기 인듐이 도핑된 제1 도전형 질화물 반도체층은 상기 실리콘이 도핑된 제1 도전형 질화물 반도체층 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.10. The method of claim 9,
And the indium-doped first conductivity type nitride semiconductor layer is interposed between the silicon-doped first conductivity type nitride semiconductor layer.
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