KR20140004361A - 초격자 구조를 이용한 질화물계 반도체 발광 소자의 제조 방법 - Google Patents

초격자 구조를 이용한 질화물계 반도체 발광 소자의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초격자 구조를 갖는 질화물계 반도체 발광 소자에 관한 것으로, 저항 특성개선을 통하여 광출력을 향상시키기 위한 것이다. p형 전극 및 n 전극을 포함하는 질화물계 반도체 발광 소자에 있어서, p형 전극 또는 n형 전극은 각각 조성이 주기적으로 변화하는 복수의 질화물층을 포함하는 초격자층 위에 형성되며, 초격자층은 복수의 질화물층 중 적어도 연속되는 두 개의 질화물층이 노출되는 전극 형성부를 갖고, 전극 형성부 위에 p형 전극 또는 n형 전극 중에 하나가 형성된다.

Description

초격자 구조를 이용한 질화물계 반도체 발광 소자{Nitride semiconductor light emitting device using superlattice structure}
본 발명은 질화물계 반도체 발광 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저항 특성을 개선하여 광출력을 향상시킬 수 있는 초격자 구조를 이용한 질화물계 반도체 발광 소자에 관한 것이다.
일반적으로 질소(N)와 같은 Ⅴ족 소스와, 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 인듐(In) 등과 같은 Ⅲ족 소스를 포함하는 GaN, AlN, AlGaN, AlGaInN 등의 질화물 반도체 소재는 열적 안정성이 우수하고 직접 천이형의 에너지 밴드(band) 구조를 갖고 있어, 최근 청색 및 자외선 영역의 질화물계 반도체 발광 소자용 물질로 많이 사용되고 있다.
이러한 질화물계 반도체 발광 소자는 일반적으로 기판 위에 버퍼층, n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층 및 전극의 구조로 이루어져 있다. 이때, 활성층은 전자 및 정공이 재결합되는 영역으로서, 양자우물층(quantum well layer)이 양자장벽층(quantum barrier layer) 사이에 배치된 구조를 갖는다. 이러한 활성층을 이루는 물질의 종류에 따라 질화물계 반도체 발광 소자에서 방출되는 발광 파장이 결정된다.
활성층에는 하나의 양자우물층을 갖는 단일양자우물(single quantum well; SQW) 구조, 복수개의 양자우물층을 갖는 다중양자우물(multi quantum well; MQW) 구조가 있다. 이 중에서 다중양자우물구조의 활성층은 단일양자우물구조에 비해 전류대비 발광효율이 우수하고 높은 발광출력을 가지므로 적극적으로 활용되고 있다. 이러한 질화물계 반도체 발광 소자의 발광효율은 원천적으로 활성층 내에서의 발광에 참여하는 전자와 정공의 재결합확률, 즉 내부양자효율에 의해 결정된다.
이러한 활성층에서 생성된 빛의 흡수를 막기 위해, 예컨대 AlGaN 기반 반도체 발광 소자의 활성층 알루미늄 조성비는 n형 반도체층 또는 p형 반도체층의 알루미늄(Al) 조성비보다는 작아야 한다.
일반적으로 Al의 조성비가 높을수록 도핑이 어려워 저항이 높아지는 특성을 보인다. 따라서 종래의 질화물계 반도체 발광 소자는 n형 반도체층 또는 p형 반도체층의 알루미늄 조성비가 활성층의 알루미늄 조성비에 비해서 높기 때문에, 고농도의 도핑이 어려워 저항이 높아 고출력의 질화물계 반도체 발광 소자를 제작하기 어려운 문제점을 안고 있다.
따라서 본 발명의 목적은 저항 특성개선을 통하여 광출력을 향상시킬 수 있는 초격자 구조를 갖는 질화물계 반도체 발광 소자를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 AlxGayIn1-x-yN(0≤x, 0≤y, x+y≤1) 기반 질화물계 반도체 발광 소자 제작시 Al 조성이 증가할수록 도핑농도가 줄어드는데 초격자층(superlattice layer)을 형성하면 Al 조성비가 높더라도 더 높은 도핑농도를 얻을 수 있는 현상을 이용하여, 조성이 주기적으로 변하는 복수의 층이 노출된 초격자층 위에 전극을 형성한 초격자 구조를 이용한 질화물계 반도체 발광 소자를 제공한다.
즉 본 발명에 따른 질화물계 반도체 발광 소자는 초격자층과 전극을 포함한다. 상기 초격자층은 조성이 주기적으로 변하는 복수의 질화물층을 포함하고, 상기 복수의 질화물층 중 적어도 연속되는 두 개의 질화물층이 노출되는 전극 형성부를 갖는다. 그리고 상기 전극은 상기 초격자층의 전극 형성부에 형성된다.
본 발명에 따른 질화물계 반도체 발광 소자에 있어서, 상기 전극은 n형 또는 p형 중에 하나이고, 상기 초격자층은 상기 전극 형성부에 형성되는 전극의 타입과 동일하게 상기 복수의 질화물층이 도핑된다.
본 발명에 따른 질화물계 반도체 발광 소자에 있어서, 상기 초격자층은 도핑된 제1 질화물층과, 상기 제1 질화물층 위에 형성되며 다른 조성을 갖는 제2 질화물층을 포함한다. 이때 상기 제1 및 제2 질화물층이 교대로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 질화물계 반도체 발광 소자에 있어서, 상기 제1 및 제2 질화물층은 도핑된 AlxGayIn1-x-yN(0≤x, 0≤y, x+y≤1)의 소재로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 질화물계 반도체 발광 소자에 있어서, 상기 초격자층의 전극 형성부는 경사면, 요홈 또는 계단면으로 형성될 수 있다.
본 발명은 또한, p형 전극 및 n 전극을 포함하는 질화물계 반도체 발광 소자에 있어서, 상기 p형 전극 또는 n형 전극은 각각 조성이 주기적으로 변화하는 복수의 질화물층을 포함하는 초격자층 위에 형성되며, 상기 초격자층은 상기 복수의 질화물층 중 적어도 연속되는 두 개의 질화물층이 노출되는 전극 형성부를 갖고, 상기 전극 형성부 위에 상기 p형 전극 또는 n형 전극 중에 하나가 형성되는 질화물계 반도체 발광 소자를 제공한다.
본 발명은 또한, 베이스 기판, 버퍼층, 제1 반도체 그룹층, 활성층, 제2 반도체 그룹층, 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 질화물계 반도체 발광 소자를 제공한다. 질화물계의 상기 버퍼층은 상기 베이스 기판 위에 형성된다. 질화물계의 상기 제1 반도체 그룹층은 상기 버퍼층 위에 형성된 n형 또는 p형 중의 하나로 도핑되어 있다. 질화물계의 상기 활성층은 상기 제1 반도체 그룹층의 일부가 노출되게 상기 제1 반도체 그룹층 위에 형성된다. 질화물계의 상기 제2 반도체 그룹층은 상기 활성층 위에 형성되며, 상기 제1 반도체 그룹층과 다른 타입이다. 상기 제1 전극은 상기 활성층 밖으로 노출된 상기 제1 반도체 그룹층 위에 형성된다. 그리고 상기 제2 전극은 상기 제2 반도체 그룹층 위에 형성된다. 이때 상기 제1 또는 제2 반도체 그룹층은, 조성이 주기적으로 변하는 복수의 질화물층을 포함하고, 상기 복수의 질화물층 중 적어도 연속되는 두 개의 질화물층이 노출되는 전극 형성부를 갖고, 상기 전극 형성부 위에 전극이 형성되는 초격자층을 포함한다.
본 발명에 따른 질화물계 반도체 발광 소자에 있어서, 상기 초격자층은 상기 전극 형성부에 형성되는 전극의 타입과 동일하게 상기 복수의 질화물층이 도핑된다.
본 발명에 따른 질화물계 반도체 발광 소자에 있어서, 상기 초격자층의 전극 형성부는 섀도우 마스크, 포토레지스트 리플로우 또는 레이저 가공법으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 질화물계 반도체 발광 소자에 있어서, 상기 제1 또는 제2 반도체 그룹층이 상기 초격자층일 수 있다.
본 발명에 따른 질화물계 반도체 발광 소자에 있어서, 상기 제1 반도체 그룹층은 제1 초격자층과 제1 반도체층을 포함할 수 있다. 상기 제1 초격자층은 상기 버퍼층 위에 형성되며, 조성이 주기적으로 변하는 복수의 질화물층을 포함하고, 상기 복수의 질화물층 중 적어도 연속되는 두 개의 질화물층이 노출되는 제1 전극 형성부를 갖고, 상기 제1 전극 형성부 위에 제1 전극이 형성된다. 그리고 상기 제1 반도체층은 상기 제1 초격자층 위에 형성된다.
그리고 본 발명에 따른 질화물계 반도체 발광 소자에 있어서, 상기 제2 반도체 그룹층은 제2 반도체층과 제2 초격자층을 포함할 수 있다. 상기 제2 반도체층은 상기 활성층 위에 형성되며, 상기 제1 반도체 그룹층과 다른 타입이다. 상기 제2 초격자층은 상기 제2 반도체층 위에 형성되며, 조성이 주기적으로 변하는 복수의 질화물층을 포함하고, 상기 복수의 질화물층 중 적어도 연속되는 두 개의 질화물층이 노출되는 제2 전극 형성부를 갖고, 상기 제2 전극 형성부 위에 제2 전극이 형성된다.
본 발명에 따르면, AlxGayIn1-x-yN(0≤x, 0≤y, x+y≤1) 기반 질화물계 반도체 발광 소자 제작시 Al 조성이 증가할수록 도핑농도가 줄어드는데 초격자층을 형성하면 Al 조성비가 높더라도 더 높은 도핑농도를 얻을 수 있기 때문에, 조성이 주기적으로 변하는 복수의 층이 노출된 초격자층 위에 전극을 형성함으로써, 저항 특성을 개선하여 고출력의 질화물계 반도체 발광 소자를 제작할 수 있다.
즉 본 발명에 따른 질화물계 반도체 발광 소자는 조성이 주기적으로 변하는 초격자층에 전극을 형성함으로써, 도핑 농도의 감소 현상을 개선하여 광출력을 향상시킬 수 있다. 예컨대 조성이 주기적으로 변하는 초격자층을 형성하고, 초격자층의 적어도 두 개의 층을 외부로 노출시킨 후 그 곳에 전극을 형성함으로써, 전극은 조성이 주기적으로 변하는 층 중에서 상대적으로 Al 조성비가 낮은 층에도 접속되기 때문에, 고농도의 도핑이 가능하다.
또한 본 발명에 따른 질화물계 반도체 발광 소자는 도핑 농도가 높기 때문에, 오믹(ohmic) 전극도 용이하게 형성할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 질화물계 반도체 발광 소자는 초격자 구조를 이용하기 때문에, 고함량의 Al을 사용할 수 있는 이점도 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초격자 구조를 이용한 질화물계 반도체 발광 소자를 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초격자 구조를 이용한 질화물계 반도체 발광 소자의 제조 방법에 따른 흐름도이다.
도 4 내지 도 11은 도 3의 제조 방법에 따른 각 단계를 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 초격자 구조를 이용한 질화물계 반도체 발광 소자를 보여주는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 초격자 구조를 이용한 질화물계 반도체 발광 소자를 보여주는 사시도이다.
도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 초격자 구조를 이용한 질화물계 반도체 발광 소자를 보여주는 단면도이다.
도 15는 본 발명의 제5 실시예에 따른 초격자 구조를 이용한 질화물계 반도체 발광 소자를 보여주는 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제6 실시예에 따른 초격자 구조를 이용한 질화물계 반도체 발광 소자를 보여주는 사시도이다.
도 17은 본 발명의 제7 실시예에 따른 초격자 구조를 이용한 질화물계 반도체 발광 소자를 보여주는 단면도이다.
도 18은 본 발명의 제8 실시예에 따른 초격자 구조를 이용한 질화물계 반도체 발광 소자를 보여주는 단면도이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
제1 실시예
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초격자 구조를 이용한 질화물계 반도체 발광 소자를 보여주는 사시도이다. 도 2는 도 1의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 실시예에 따른 초격자 구조를 이용한 질화물계 반도체 발광 소자(100)는 n형 전극(70) 및 p형 전극(80)을 포함하는 질화물계 반도체 발광 소자(100)이다. n형 전극(70) 또는 p형 전극(80)은 각각 조성이 주기적으로 변화하는 복수의 질화물층(35,37)을 포함하는 초격자층(30; superlattice layer) 위에 형성된다. 초격자층(30)은 복수의 질화물층(35,37) 중 적어도 연속되는 두 개의 질화물층(35,37)이 노출되는 전극 형성부(39)를 갖는다. 초격자층(30)의 전극 형성부(39) 위에 n형 전극(70) 또는 p형 전극(80) 중에 하나가 형성된다. 제1 실시예에서는 초격자층(30)의 전극 형성부(39) 위에 n형 전극(70)이 형성된 예를 개시하였다.
이러한 제1 실시예에 따른 초격자 구조를 이용한 질화물계 반도체 발광 소자(100)는 베이스 기판(10) 상에 순차적으로 버퍼층(20), 초격자층(30), n형 반도체층(40), 활성층(50) 및 p형 반도체층(60)이 형성된 구조를 갖는다. 질화물계 반도체 발광 소자(100)는 외부로 노출된 초격자층(30) 부분에 n형 전극(70)이 형성되고, p형 반도체층(60) 위에 p형 전극(80)이 형성된 구조를 갖는다. 여기서 버퍼층(20)은 베이스 기판(10) 위에 형성되며, 질화물계의 소재를 성장하여 형성한다. 초격자층(30)은 버퍼층(20) 위에 형성되며, 조성이 주기적으로 변하는 복수의 질화물층(35,37)을 포함하고, 복수의 질화물층(35,37) 중 적어도 연속되는 두 개의 질화물층(35,37)이 노출되는 전극 형성부(39)를 갖는다. n형 반도체층(40)은 적어도 초격자층(30) 위에 형성되며, 알루미늄을 함유하는 질화물계의 소재로 형성될 수 있다. 활성층(50)은 n형 반도체층(40) 위에 형성되며, 알루미늄을 함유하는 질화물계의 소재로 형성될 수 있다. p형 반도체층(60)은 활성층(50) 위에 형성되며, 알루미늄을 함유하는 질화물계의 소재로 형성될 수 있다. n형 전극(70)은 초격자층(30)의 전극 형성부(39) 위에 형성된다. 그리고 p형 전극(80)은 p형 반도체층(60) 위에 형성된다.
이러한 제1 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(100)에 대해서 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
베이스 기판(10)은 질화물계 반도체 단결정을 성장시키기에 적합한 소재로 이루어질 수 있다. 이때 베이스 기판(10)은 사파이어, 실리콘(Si), 징크 옥사이드(zinc oxide, ZnO), 갈륨 나이트라이드(gallium nitride, GaN), 갈륨 비소(GaAs), 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 산화 마그네슘(MgO) 등의 원소 혹은 화합물로 제조될 수 있다. 예컨대 베이스 기판(10)으로는 C면({0001}면), R면({1-102}), M면({1-100}) 및 A면({11-20})을 갖는 사파이어 기판 등이 사용될 수 있다. 베이스 기판(10) 위에 버퍼층(20), 초격자층(30), n형 반도체층(40), 활성층(50), p형 반도체층(60)이 순차적으로 형성된다.
버퍼층(20)은 핵 생성층과 도핑하지 않는 질화물층으로 구성될 수 있다. 핵생성층은 베이스 기판(10)과 n형 반도체층(40)의 격자 상수 차이를 줄여 주기 위한 것으로서, 베이스 기판(10) 위에 형성된다. 핵 성장층으로는 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, AlInN, AlGaInN, AlGaInBN 등의 질화물계 소재가 사용될 수 있다. 도핑되지 않는 질화물층은 결정성을 향상시키고 평탄한 표면을 얻기 위해 사용되어지며 물질로는 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, AlInN, AlGaInN, AlGaInBN 등의 질화물계 소재가 사용될 수 있다. 이때 버퍼층(20)은 금속 유기 화학 기상 증착법(metal organic chemical vapor deposition; MOCVD), 수소화물 기상 성장법(hydride vapor phase epitaxy; HVPE) 또는 분자선 성장법(molecular beam epitaxy; MBE) 등을 사용하여 형성할 수 있다.
초격자층(30)과 n형 반도체층(40)은 제1 반도체 그룹층을 형성한다. 제1 반도체 그룹층에 포함되는 초격자층(30)은 n형 반도체층(40)과 동일하게 n형으로 도핑된다.
초격자층(30)은 버퍼층(20) 위에 조성이 주기적으로 변하는 복수의 질화물층(35,37)을 포함하도록 형성된다. 초격자층(30)은 복수의 질화물층(35,37) 중 적어도 연속되는 두 개의 질화물층(35,37)이 노출되는 전극 형성부(39)를 구비한다. 이때 전극 형성부(39)는 n형 반도체층(40), 활성층(50) 및 p형 반도체층(60)에 대해서 외부로 노출된다.
n형 반도체층(40)은 초격자층(30) 위에 형성되며, 적어도 초격자층(30)의 전극 형성부(39)가 노출되게 초격자층(30) 위에 형성된다. n형 반도체층(40)은 AlGaN계로 형성되며, n형으로 도핑을 하기 위해 일반적으로 실리콘이 도핑 된다.
활성층(50)은 n형 반도체층(40) 위에 형성된다. 활성층(50)은 MOCVD, HVPE, MBE 등의 방법을 이용하여 양자우물구조로 형성될 수 있다. 활성층(50)에서는 n형 반도체층(40)을 통하여 흐르는 전자와 p형 반도체층(60)을 통하여 흐르는 정공이 결합됨으로써 광이 발생되는데, 이때 양자우물의 여기 준위 또는 에너지 밴드갭 차이에 해당되는 에너지의 빛이 발광된다.
p형 반도체층(60)은 활성층(50) 위에 형성된다. 이러한 p형 반도체층(60)은 Mg, Zn, Be등과 같은 n형 도전형 불순물이 도핑된 질화물계 소재의 반도체층이다. p형 반도체층(60)은 p형 AlGaN계로 형성될 수 있다.
그리고 n형 전극(70)은 초격자층(30)의 전극 형성부(39)에 형성된다. p형 전극(80)은 p형 반도체층(60) 위에 형성된다. 이때 n형 전극(70)은 전극 형성부(39)에 노출된 복수의 질화물층(35,37)에 접합된다.
이때 초격자층(30)은 n형 반도체층(40)의 알루미늄 조성비 보다는 낮은 알루미늄 조성비를 갖는 질화물층을 포함하며, 전극 형성부(39)에 해당 질화물층이 노출된다. 알루미늄 조성비가 낮은 질화물층은 제1 및 제2 질화물층(35,37) 중에 하나이다. 초격자층(30)은 n형으로 도핑된 제1 질화물층(35)과, 제1 질화물층(35) 위에 형성되는 n형으로 도핑된 제2 질화물층(37)이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 제1 및 2 질화물층(35,37)은 n형으로 도핑된 AlxGayIn1-x-yN(0≤x, 0≤y, x+y≤1)의 소재로 형성될 수 있다. 예컨대 초격자층(30)은 100nm 내지 1㎛의 두께로 형성될 수 있다. 초격자층(432)을 형성하는 단위층인 제1 및 제2 질화물층(35,37)은 각각 1~20nm의 두께로 형성될 수 있다.
초격자층(30)의 전극 형성부(39) 위에 n형 전극(70)을 형성하는 이유는, 초격자층(30)을 형성하면 Al 조성이 벌크(bulk)일 때보다도 높아도 더 높은 n형 도핑 특성을 가질 수 있기 때문이다. 또한 n형 같은 경우도 초격자층을 이용하면 고농도의 도핑이 가능하다.
초격자층(30)의 전극 형성부(39)는 경사면으로 형성될 수 있으며, 경사면으로 제1 질화물층(35)과 제2 질화물층(37)이 노출된다. 이때 경사면은 섀도우 마스크(shadow mask), 포토레지스트 리플로우(photo-resist reflow) 또는 레이저 가공 등의 방법으로 형성할 수 있다. 전극 형성부(39)의 경사면은 X축을 기준으로 YZ평면에서 소정의 각도를 갖는 경사면으로 형성될 수 있다.
여기서 Z축은 베이스 기판(10) 위에 버퍼층(20), 초격자층(30), n형 반도체층(40), 활성층(50) 및 p형 반도체층(60)이 적층된 방향을 나타내는 축이다. X축은 n형 반도체층과 노출된 초격자층(30)의 경계선에 대응되는 축이다. Y축은 n형 반도체층(40), 활성층(50) 및 p형 반도체층(60)에 대해서 초격자층(30)이 노출되는 방향을 나타내는 축으로, XZ평면에 수직한 축이다.
그리고 n형 전극(70)은 제1 및 제2 질화물층(35,37)이 노출된 전극 형성부(39)에 형성되어 전극 형성부(39)에 노출된 제1 및 제2 질화물층(35,37)에 접합된다.
이와 같이 제1 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(100)는 조성이 주기적으로 변하는 초격자층(30)의 전극 형성부(39)에 n형 전극(70)을 형성함으로써, 도핑 농도의 개선을 통하여 광출력을 향상시킬 수 있다. 예컨대 초격자층(30)으로 조성이 주기적으로 변하는 적어도 두 개의 질화물층(35,37)을 외부로 노출시킨 후 그 곳에 n형 전극(70)을 형성함으로써, n형 전극(70)은 조성이 주기적으로 변하는 질화물층(35,37) 중에서 상대적으로 조성이 낮은 질화물층, 즉 알루미늄 조성비가 낮은 질화물층에도 접속되기 때문에, 상대적으로 고농도의 도핑이 가능하다. 즉 초격자층(30)은 n형 반도체층(40)의 알루미늄 조성비 보다 낮은 AlxGayIn1-x-yN(0≤x, 0≤y, x+y≤1)의 소재를 사용할 수 있다. 또한 초격자층(30)은 활성층(50)에서 발생되는 빛을 반사하여 질화물계 반도체 발광 소자(100)의 광출력을 향상시킬 수 있다.
예컨대 초격자층(30)은 제1 질화물층(35)으로 n형 Al0.7Ga0.3N층을 형성하고, 제2 질화물층(37)으로 n형 Al0.1Ga0.9N층을 형성할 수 있다. 이러한 제1 및 제2 질화물층(35,37)을 단위 초격자층(30a)으로 하여 3층으로 형성될 수 있다. 전극 형성부(39)를 통하여 Al 조성비가 낮은 제2 질화물층(37)을 하나 이상을 노출시키고, 노출된 제2 질화물층(37)에 접속되게 n형 전극(70)을 형성함으로써 상대적으로 고농도의 도핑을 얻을 수 있는 것이다.
제1 실시예에서는 초격자층(30)은 단위 초격자층(30a)이 3층으로 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 초격자층(30)은 단위 초격자층(30a)을 1층 이상을 포함할 수 있다.
또한 제1 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(100)는 도핑 농도가 높기 때문에, 오믹(ohmic) 전극도 용이하게 형성할 수 있다.
또한 제1 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(100)는 초격자 구조를 이용하기 때문에, 고함량의 Al을 사용할 수 있는 이점도 있다.
이러한 제1 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(30)는 Al이 포함된 UV LED 뿐만 아니라, InGaN과 같은 가시광선대역의 LED에도 적용할 수 있다.
이와 같은 제1 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(100)의 제조 방법에 대해서 도 1 내지 도 11을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초격자 구조를 이용한 질화물계 반도체 발광 소자(100)의 제조 방법에 따른 흐름도이다. 도 4 내지 도 11은 도 3의 제조 방법에 따른 각 단계를 보여주는 도면이다.
먼저 도 4에 도시된 바와 같이, S11단계에서 베이스 기판(10)을 준비한다. 이때 베이스 기판(10)으로는 사파이어, 실리콘(Si), 징크 옥사이드(ZnO), 갈륨 나이트라이드(GaN), 갈륨 비소(GaAs), 실리콘 카바이드(SiC), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 산화 마그네슘(MgO) 등의 원소 혹은 화합물 소재의 기판이 사용될 수 있다. 제1 실시예에서는 베이스 기판(11)으로는 사파이어 기판을 사용하였다.
다음으로 도 5에 도시된 바와 같이, S13단계에서 베이스 기판(10) 위에 버퍼층(20)을 형성한다. 즉 베이스 기판(10) 위에 버퍼층(20)으로 형성될 질화물 핵 성장층을 형성한다. 이때 질화물 핵 성장층은 MOCVD, HVPE, MBE 또는 MOCVPE 등을 사용하여 형성할 수 있다. 예컨대 Ⅴ족 소스 및 복수의 Ⅲ족 소스를 이용하여 형성한 질화물 핵 성장층은 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, AlInN, AlInGaN, AlInGaBN 등의 재질로 이루어질 수 있다. 이이서 질화물 핵 성장층을 기반으로 도핑하지 않은 질화물 층을 성장시켜 버퍼층(20)을 형성한다.
다음으로 도 6에 도시된 바와 같이, S15단계에서 버퍼층(20) 위에 초격자층(30)을 형성한다. 즉 초격자층(30)은 버퍼층(20) 위에 조성이 주기적으로 변하는 복수의 질화물층(35,37)을 교대로 적층하여 형성한다. 초격자층(30)은 n형으로 도핑된 제1 질화물층(35)과, 제1 질화물층(35) 위에 형성되는 n형으로 도핑된 제2 질화물층(37)이 교대로 적층된 구조를 갖도록 형성된다. 즉 초격자층(30)은 제1 및 제2 질화물층(35,37)을 단위 초격자층(30a)으로 하여, 단위 초격자층(30a)이 다층으로 적층된 형태로 형성될 수 있다. 예컨대 제1 및 제2 질화물층(35)은 n형으로 도핑된 AlxGayIn1-x-yN(0≤x, 0≤y, x+y≤1)의 소재로 형성될 수 있다.
다음으로 도 7에 도시된 바와 같이, S17단계에서 초격자층(30) 위에 n형 반도체층(40)을 형성한다. n형 반도체층(40)은 AlGaN계로 형성되며, 구동 전압을 낮추기 위해 실리콘이 도핑될 수 있다. 이때 제1 실시예에서는 n형 반도체 그룹층으로 초격자층(30)과 n형 반도체층(40)을 형성한 예를 개시하였다.
다음으로 도 8에 도시된 바와 같이, S19단계에서 n형 반도체층(40) 위에 활성층(50)을 형성한다. 활성층(50)은 MOCVD, HVPE, MBE, MOCVPE 등의 방법을 이용하여 양자우물구조로 형성될 수 있다.
다음으로 도 9에 도시된 바와 같이, S21단계에서 활성층(50) 위에 p형 반도체층(60)을 형성한다. p형 반도체층(60)은 Mg, Zn, Be등과 같은 p형 도전형 불순물이 도핑된 질화물 소재의 반도체층이다.
다음으로 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, S23단계에서 초격자층(30)에 전극 형성부(39)를 형성한다. 즉 p형 반도체층(60), 활성층(50) 및 n형 반도체층(40)으로부터 일부의 초격자층(30)을 노출시키되, 복수의 질화물층(35,37) 중 적어도 연속되는 두 개의 질화물층(35,37)을 노출시켜 전극 형성부(39)를 형성한다. 이때 전극 형성부(39)는 경사면으로 형성될 수 있으며, 경사면으로 제1 질화물층(35)과 제2 질화물층(37)이 노출된다. 경사면은 섀도우 마스크, 포토레지스트 리플로우 또는 레이저 가공 등의 방법으로 형성할 수 있다. 도 10에서는 섀도우 마스크를 이용하여 경사면을 형성하는 예를 개시하였다.
섀도우 마스크를 이용하여 포토레지스트 마스크 끝이 경사진 형태로 형성할수 있고 전극 형성부(39)는 다음과 같이 형성할 수 있다.
먼저 p형 반도체층(60) 위에 메탈을 증착시켜 금속마스크(MM) 패턴을 형성한다. 금속 마스크(MM)는 전극 형성부(39)를 형성할 때 남겨지는 p형 반도체층(60) 부분에 형성된다. 그리고 섀도우 마스크를 이용하여 p형 반도체층(60) 위에 끝부분이 경사진 형태의 포토레지스트 마스크(PM)를 형성한다. 포토레지스트 마스크(PM)는 금속 마스크(MM)을 덮도록 일정 두께로 형성되고, 전극 형성부(39)가 형성될 부분은 끝 쪽으로 갈수록 두께가 얇아지는 경사면으로 형성된다.
다음으로 건식 식각 공정을 수행한다. 이때 건식 식각 공정에 의해 포토레지스트 마스크(PM)가 제거되게 되는데, 두께가 점진적으로 얇게 가공된 포토레지스트 마스크(PM)의 끝 쪽부터 제거되기 시작한다. 이로 인해 포토레지스트 마스크(PM)의 끝 쪽에 위치하는 p형 반도체층(60) 부분이 노출되면서 식각이 이루어지기 때문에, 도 10에 도시된 바와 같이, 경사면 형태로 식각이 이루어진다.
이때 금속 마스크(MM)는 건식 식각 공정을 진행하는 동안 제거되지 않고 식각 마스크로 작용하여 금속 마스크(MM) 외측의 p형 반도체층(60), 활성층(50), n형 반도체층(40) 및 초격자층(30) 부분을 연속적으로 식각한다.
그리고 도 11에 도시된 바와 같이, 초격자층(30)에 전극 형성부(39)를 형성한 이후에 금속 마스크층(MM)을 제거한다.
또는 전극 형성부(39)는 다음과 같이 형성할 수 있다. 먼저 일반적인 메사 식각 방법을 통하여 p형 반도체층(60), 활성층(50) 및 n형 반도체층(40)의 일부를 제거하여 초격자층(30)을 외부로 노출시킨다. 그리고 노출된 초격자층(30) 부분에 레이저를 조사하여 전극 형성부(39)를 형성할 수 있다. 이때 레이저를 조사하는 레이저 발생 장치는 Y축 방향으로 이동하면서 레이저를 조사하되, Y축 방향의 이동 거리에 비례하게 레이저 빔의 세기를 높여 초격자층(30)에 조사하여 경사면 형태의 전극 형성부(39)를 형성할 수 있다.
그리고 도 1에 도시된 바와 같이, S25단계에서 초격자층(30)의 전극 형성부(39) 위에 n형 전극(70)을 형성하고, p형 반도체층(60) 위에 p형 전극(80)을 형성함으로써, 제1 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(100)를 얻을 수 있다.
이때 n형 전극(70)은 전극 형성부(39)에 노출된 제1 및 제2 질화물층(35,37)에 접합되기 때문에, n형 전극(70)을 통한 도핑 농도를 개선할 수 있다. 예컨대 초격자층(30)은 제1 질화물층(35)으로 n형 Al0.7Ga0.3N층을 형성하고, 제2 질화물층(37)으로 n형 Al0.1Ga0.9N층을 형성할 수 있다. 이러한 제1 및 제2 질화물층(35,37)을 단위 초격자층(30a)으로 하여 3층으로 형성될 수 있다. 전극 형성부(39)를 통하여 Al 조성비가 낮은 제2 질화물층(37)을 하나 이상 노출시키고, 노출된 제2 질화물층(37)에 접속되게 n형 전극(70)을 형성함으로써 고농도의 도핑을 얻을 수 있는 것이다.
제2 실시예
한편 제1 실시예에서는 초격자층(30)의 전극 형성부(39)가 경사면으로 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 아니다. 예컨대 도 12에 도시된 바와 같이, 전극 형성부(139)가 요홈으로 형성될 수 있다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 초격자 구조를 이용한 질화물계 반도체 발광 소자(200)를 보여주는 단면도이다.
도 12를 참조하면, 제2 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(200)는 베이스 기판(110) 상에 순차적으로 버퍼층(120), 초격자층(130), n형 반도체층(140), 활성층(150) 및 p형 반도체층(160)이 형성된 구조를 갖는다.
초격자층(130)의 일부가 노출되게 p형 반도체층(160), 활성층(150) 및 n형 반도체층(140)의 일부를 제거하고, 초격자층(130)을 형성하는 복수의 질화물층(135,137) 중 적어도 연속되는 두 개의 질화물층(135,137)이 노출되게 요홈 형태의 전극 형성부(139)를 형성한다. 전극 형성부(139)를 형성하는 요홈의 내측면을 통하여 초격자층(130)을 형성하는 복수의 질화물층(135,137)이 노출된다.
전극 형성부(139)는 다음과 같이 형성할 수 있다. 먼저 일반적인 메사 식각 방법을 통하여 p형 반도체층(160), 활성층(150) 및 n형 반도체층(140)의 일부를 제거하여 초격자층(130)을 외부로 노출시킨다. 그리고 노출된 초격자층(130) 부분에 레이저를 조사하여 반구형의 요홈 형태를 갖는 전극 형성부(139)를 형성할 수 있다.
그리고 n형 전극(170)이 전극 형성부(139)의 요홈에 충전되게 형성되어, 요홈에 노출된 복수의 질화물층(135,137)에 접합된다.
이와 같이 제2 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(200) 또한 제1 실시예와 같이 전극 형성부(139)를 형성하는 조성이 상이한 복수의 질화물층(135,137)에 일괄적으로 접합됨으로써, 고농도의 도핑을 통하여 광출력 특성을 개선할 수 있다.
제3 실시예
한편 제2 실시예에 따른 초격자층(130)의 전극 형성부(139)가 반구형의 요홈으로 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 도 13에 도시된 바와 같이, 전극 형성부(239)가 복수의 요홈으로 형성될 수 있다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 초격자 구조를 이용한 질화물계 반도체 발광 소자(300)를 보여주는 사시도이다.
도 13을 참조하면, 제3 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(300)는 베이스 기판(210) 상에 순차적으로 버퍼층(220), 초격자층(230), n형 반도체층(240), 활성층(250) 및 p형 반도체층(260)이 형성된 구조를 갖는다.
초격자층(230)의 일부가 노출되게 p형 반도체층(260), 활성층(250) 및 n형 반도체층(240)의 일부를 제거하고, 초격자층(230)을 형성하는 복수의 질화물층(235,237) 중 적어도 연속되는 두 개의 질화물층(235,237)이 노출되게 복수의 요홈 형태의 전극 형성부(239)를 형성한다. 전극 형성부(239)를 형성하는 복수의 요홈의 내측면을 따라서 초격자층(230)을 형성하는 복수의 질화물층(235,237)이 노출된다.
전극 형성부(239)는 다음과 같이 형성할 수 있다. 먼저 일반적인 메사 식각 방법을 통하여 p형 반도체층(260), 활성층(250) 및 n형 반도체층(240)의 일부를 제거하여 초격자층(230)을 외부로 노출시킨다. 그리고 노출된 초격자층(230) 부분에 레이저를 불연속적으로 조사하여 복수의 요홈 형태를 갖는 전극 형성부(239)를 형성할 수 있다. 이때 요홈들의 깊이는 초격자층(230)의 연속되는 두 개의 질화물층(235,237)의 두께 보다는 깊게 형성한다. 요홈들은 초격자층(230) 내에 형성하는 것이 바람직하다.
그리고 n형 전극(270)이 전극 형성부(239)의 요홈들에 충전되게 형성되어, 요홈들에 노출된 복수의 질화물층(235,237)에 접합된다.
이와 같이 제3 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(300) 또한 제1 실시예와 같이 전극 형성부(239)를 형성하는 조성이 상이한 복수의 질화물층(235,237)에 일괄적으로 접합됨으로써, 고농도의 도핑을 통하여 광출력 특성을 개선할 수 있다.
제4 실시예
한편 제1 실시예에서는 초격자층의 전극 형성부가 경사면으로 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 아니다. 예컨대 도 14에 도시된 바와 같이, 전극 형성부(339)는 계단면으로 형성될 수 있다.
도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 초격자 구조를 이용한 질화물계 반도체 발광 소자(400)를 보여주는 사시도이다.
도 14를 참조하면, 제4 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(400)는 베이스 기판(310) 상에 순차적으로 버퍼층(320), 초격자층(330), n형 반도체층(340), 활성층(350) 및 p형 반도체층(360)이 형성된 구조를 갖는다.
초격자층(330)의 일부가 노출되게 p형 반도체층(360), 활성층(350) 및 n형 반도체층(340)의 일부를 제거하고, 초격자층(330)을 형성하는 복수의 질화물층(335,337) 중 적어도 연속되는 두 개의 질화물층(335,337)이 노출되게 계단 형태의 전극 형성부(339)를 형성한다.
전극 형성부(339)는 다음과 같이 형성할 수 있다. 먼저 일반적인 메사 식각 방법을 통하여 p형 반도체층(360), 활성층(350) 및 n형 반도체층(340)의 일부를 제거하여 초격자층(330)을 외부로 노출시킨다. 그리고 노출된 초격자층(330) 부분을 식각하여 계단 형태를 갖는 전극 형성부(339)를 형성할 수 있다. 또는 노출된 초격자층(230) 부분에 레이저를 연속적으로 조사하되, 레이저 빔의 강도를 순차적으로 증가시키거나 감소시키면서 조사하여 계단 형태를 갖는 전극 형성부(339)를 형성할 수 있다. 이때 초격자층(330)을 형성하는 복수의 질화물층(335,337)이 각각 계단면과, 계단면에 이웃하는 측면에 노출될 수 있다. 계단면과 이웃하는 측면에 적어도 하나의 질화물층(335,337)이 노출될 수 있다.
그리고 n형 전극(370)이 전극 형성부(339)의 계단면에 접합된다. 이로 인해 복수의 계단면을 형성하는 복수의 질화물층(335,337)에 n형 전극(370)이 접합될 수 있다.
이와 같이 제4 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(400) 또한 제1 실시예와 같이 전극 형성부(339)를 형성하는 조성이 상이한 복수의 질화물층(335,337)에 일괄적으로 접합됨으로써, 고농도의 도핑을 통하여 광출력 특성을 개선할 수 있다.
제5 실시예
한편 제1 실시예에서는 초격자층이 n형 반도체층 아래에 형성되는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 도 15에 도시된 바와 같이, 초격자층(490)은 p형 반도체층(460) 위에도 형성할 수 있다.
도 15는 본 발명의 제5 실시예에 따른 초격자 구조를 이용한 질화물계 반도체 발광 소자를 보여주는 단면도이다. 이때 n형 전극(470)이 형성되는 초격자층(430)과 p형 전극(480)이 형성되는 초격자층(490)을 구분하기 위해서, 두 개의 초격자층(430,490)은 n형 초격자층(430)과 p형 초격자층(490)이라 한다.
도 15를 참조하면, 제5 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(500)는 베이스 기판(410) 상에 순차적으로 버퍼층(420), n형 초격자층(430), n형 반도체층(440), 활성층(450) 및 p형 반도체층(460)이 형성된 구조를 가지며, 더하여 p형 반도체층(460) 위에 p형 초격자층(490)이 형성된 구조를 갖는다. n형 초격자층(430)의 제1 전극 형성부(439) 위에 n형 전극(470)이 형성되고, n형 초격자층(490)의 제2 전극 형성부(499) 위에 n형 전극(480)이 형성된다.
이때 n형 초격자층(430)은 제1 실시예에 따른 초격자층(도 2의 30)과 동일하게 형성될 수 있다.
n형 초격자층(490)과 n형 반도체층(460)은 제2 반도체 그룹층을 형성한다. 제3 반도체 그룹층에 포함되는 n형 초격자층(490)은 n형 반도체층(460)과 동일하게 n형으로 도핑된다.
n형 초격자층(490)은 p형 반도체층(60)의 알루미늄 조성비 보다는 낮은 알루미늄 조성비를 갖는 질화물층을 포함하며, 제2 전극 형성부(499)에 해당 질화물층이 노출된다. 알루미늄 조성비가 낮은 질화물층은 제1 및 제2 질화물층(495,497) 중에 하나이다. p형 초격자층(490)은 p형으로 도핑된 제1 질화물층(495)과, 제1 질화물층(495) 위에 형성되는 p형으로 도핑된 제2 질화물층(497)이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 제1 및 2 질화물층(495,497)은 p형으로 도핑된 AlxGayIn1-x-yN(0≤x, 0≤y, x+y≤1)의 소재로 형성될 수 있다.
한편 제5 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(500)는 제1 및 제2 전극 형성부(439,499)가 서로 반대 방향으로 경사지게 형성된 예를 개시하였지만, n형 초격자층(430)의 제1 전극 형성부(439)의 경사면과 동일한 방향으로 p형 초격자층(490)의 제2 전극 형성부(499)를 형성할 수도 있다.
또한 제5 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(500)는 n형 및 p형 초격자층(430,490)이 함께 형성된 예를 개시하였지만, p형 초격자층(490)만을 형성할 수도 있다.
이와 같이 제5 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(500) 또한 제1 실시예와 같이 제2 전극 형성부(499)를 형성하는 조성이 상이한 복수의 질화물층(495,497)에 일괄적으로 접합됨으로써, 고농도의 도핑을 통하여 광출력 특성을 개선할 수 있다.
제6 실시예
한편 제5 실시예에서는 제1 반도체 그룹층이 n형 초격자층과 n형 반도체층을 포함하는 예를 개시하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 도 16에 도시된 바와 같이, 제1 반도체 그룹층은 n형 초격자층(530)만을 포함할 수 있다.
도 16은 본 발명의 제6 실시예에 따른 초격자 구조를 이용한 질화물계 반도체 발광 소자(600)를 보여주는 사시도이다.
도 16을 참조하면, 제6 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(600)는 베이스 기판(510) 상에 순차적으로 버퍼층(520), n형 초격자층(530), 활성층(550), p형 반도체층(560) 및 p형 초격자층(590)이 형성된 구조를 갖는다.
제6 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(600)와 제5 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자를 비교하면, 제6 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(600)는 제1 반도체 그룹층이 n형 초격자층(530)으로만 구성된다는 것을 제외하면 동일한 구조를 갖는다.
이와 같이 제6 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(600) 또한 제5 실시예와 같이 제1 및 제2 전극 형성부(539, 599)를 형성하는 조성이 상이한 복수의 질화물층에 일괄적으로 접합됨으로써, 고농도의 도핑을 통하여 광출력 특성을 개선할 수 있다.
제7 실시예
한편 제5 실시예에서는 제2 반도체 그룹층이 p형 초격자층(490)과 p형 반도체층(460)을 포함하는 예를 개시하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 도 17에 도시된 바와 같이, 제2 반도체 그룹층은 p형 초격자층(690)만을 포함할 수 있다.
도 17은 본 발명의 제7 실시예에 따른 초격자 구조를 이용한 질화물계 반도체 발광 소자(700)를 보여주는 단면도이다.
도 17을 참조하면, 제7 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(700)는 베이스 기판(610) 상에 순차적으로 버퍼층(620), n형 초격자층(630), n형 반도체층(640), 활성층(650) 및 p형 초격자층(690)이 형성된 구조를 갖는다.
제7 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(700)와 제5 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자를 비교하면, 제7 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(700)는 제2 반도체 그룹층이 p형 초격자층(690)으로만 구성된다는 것을 제외하면 동일한 구조를 갖는다.
이와 같이 제7 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(700) 또한 제5 실시예와 같이 제1 및 제2 전극 형성부(639, 699)를 형성하는 조성이 상이한 복수의 질화물층에 일괄적으로 접합됨으로써, 고농도의 도핑을 통하여 광출력 특성을 개선할 수 있다.
제8 실시예
한편 제6 실시예에서는 제1 반도체 그룹층만이 n형 초격자층으로 형성되고, 제7 실시예에서는 제2 반도체 그룹층만이 p형 초격자층으로 형성된 예를 개시하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 도 18에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 반도체 그룹층이 각각 n형 초격자층(730)과 p형 초격자층(790)으로만 형성될 수 있다.
도 18은 본 발명의 제8 실시예에 따른 초격자 구조를 이용한 질화물계 반도체 발광 소자(800)를 보여주는 단면도이다.
도 18을 참조하면, 제8 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(800)는 베이스 기판(710) 상에 순차적으로 버퍼층(520), n형 초격자층(730), 활성층(750), p형 초격자층(790)이 형성된 구조를 갖는다. n형 전극(770)은 n형 초격자층(730)의 제1 전극 형성부(739) 위에 형성된다. 그리고 p형 전극(780)은 n형 초격자층(790)의 제2 전극 형성부(799) 위에 형성된다.
이와 같이 제8 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자(800) 또한 제5 실시예와 같이 제1 및 제2 전극 형성부(739, 799)를 형성하는 조성이 상이한 복수의 질화물층에 일괄적으로 접합됨으로써, 고농도의 도핑을 통하여 광출력 특성을 개선할 수 있다.
한편 제1 내지 제8 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광 소자는 베이스 기판 위에 n형의 제1 반도체층, 활성층 및 p형의 제2 반도체층을 포함하며, 제1 또는 제2 반도체층에 초격자층이 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉 질화물계 반도체 발광 소자는 베이스 기판 위에 p형의 제1 반도체층, 활성층 및 n형의 제2 반도체층을 포함하며, 제1 또는 제2 반도체층에 초격자층이 형성된 구조를 가질 수 있다.
이와 같이 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
10 : 베이스 기판
20 : 버퍼층
30 : 초격자층
39 : 전극 형성부
40 : n형 반도체층
50 : 활성층
60 : p형 반도체층
70 : n형 전극
80 : p형 전극
100 : 질화물계 반도체 발광 소자

Claims (15)

  1. 조성이 주기적으로 변하는 복수의 질화물층을 포함하고, 상기 복수의 질화물층 중 적어도 연속되는 두 개의 질화물층이 노출되는 전극 형성부를 갖는 초격자층;
    상기 초격자층의 전극 형성부에 형성되는 전극;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극은 n형 또는 p형 중에 하나이고,
    상기 초격자층은 상기 전극 형성부에 형성되는 전극의 타입과 동일하게 상기 복수의 질화물층이 도핑되는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 초격자층은,
    도핑된 제1 질화물층;
    상기 제1 질화물층 위에 형성되며 다른 조성을 갖는 제2 질화물층;을 포함하며,
    상기 제1 및 제2 질화물층이 교대로 형성된 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 질화물층은 도핑된 AlxGayIn1-x-yN(0≤x, 0≤y, x+y≤1)의 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 초격자층의 전극 형성부는,
    경사면, 요홈 또는 계단면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자.
  6. p형 전극 및 n 전극을 포함하는 질화물계 반도체 발광 소자에 있어서,
    상기 p형 전극 또는 n형 전극은 각각 조성이 주기적으로 변화하는 복수의 질화물층을 포함하는 초격자층 위에 형성되며, 상기 초격자층은 상기 복수의 질화물층 중 적어도 연속되는 두 개의 질화물층이 노출되는 전극 형성부를 갖고, 상기 전극 형성부 위에 상기 p형 전극 또는 n형 전극 중에 하나가 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자.
  7. 베이스 기판;
    상기 베이스 기판 위에 형성된 질화물계의 버퍼층;
    상기 버퍼층 위에 형성된 n형 또는 p형 중의 하나의 질화물계 제1 반도체 그룹층;
    상기 제1 반도체 그룹층의 일부가 노출되게 상기 제1 반도체 그룹층 위에 형성된 질화물계의 활성층;
    상기 활성층 위에 형성되며, 상기 제1 반도체 그룹층과 다른 타입의 질화물계 제2 반도체 그룹층;
    상기 활성층 밖으로 노출된 상기 제1 반도체 그룹층 위에 형성된 제1 전극;
    상기 제2 반도체 그룹층 위에 형성된 제2 전극;을 포함하고,
    상기 제1 또는 제2 반도체 그룹층은,
    조성이 주기적으로 변하는 복수의 질화물층을 포함하고, 상기 복수의 질화물층 중 적어도 연속되는 두 개의 질화물층이 노출되는 전극 형성부를 갖고, 상기 전극 형성부 위에 전극이 형성되는 초격자층;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자.
  8. 제7항에 있어서, 상기 초격자층은,
    상기 전극 형성부에 형성되는 전극의 타입과 동일하게 상기 복수의 질화물층이 도핑되는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자.
  9. 제8항에 있어서, 상기 초격자층은,
    도핑된 제1 질화물층;
    상기 제1 질화물층 위에 형성되며 다른 조성을 갖는 제2 질화물층;을 포함하며,
    상기 제1 및 제2 질화물층이 교대로 형성된 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 질화물층은 도핑된 AlxGayIn1-x-yN(0≤x, 0≤y, x+y≤1)의 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자.
  11. 제7항에 있어서, 상기 초격자층의 전극 형성부는,
    경사면, 요홈 또는 계단면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자.
  12. 제7항에 있어서, 상기 초격자층의 전극 형성부는,
    섀도우 마스크, 포토레지스트 리플로우 또는 레이저 가공법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 반도체 그룹층이 상기 초격자층인 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자.
  14. 제7항에 있어서, 상기 제1 반도체 그룹층은,
    상기 버퍼층 위에 형성되며, 조성이 주기적으로 변하는 복수의 질화물층을 포함하고, 상기 복수의 질화물층 중 적어도 연속되는 두 개의 질화물층이 노출되는 제1 전극 형성부를 갖고, 상기 제1 전극 형성부 위에 제1 전극이 형성되는 제1 초격자층;
    상기 제1 초격자층 위에 형성된 제1 반도체층;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자.
  15. 제7항 또는 제14항에 있어서, 상기 제2 반도체 그룹층은,
    상기 활성층 위에 형성되며, 상기 제1 반도체 그룹층과 다른 타입의 제2 반도체층;
    상기 제2 반도체층 위에 형성되며, 조성이 주기적으로 변하는 복수의 질화물층을 포함하고, 상기 복수의 질화물층 중 적어도 연속되는 두 개의 질화물층이 노출되는 제2 전극 형성부를 갖고, 상기 제2 전극 형성부 위에 제2 전극이 형성되는 제2 초격자층;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광 소자.
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