KR20140102422A - Nitride-based semiconductor light emitting device - Google Patents

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KR20140102422A KR1020130015660A KR20130015660A KR20140102422A KR 20140102422 A KR20140102422 A KR 20140102422A KR 1020130015660 A KR1020130015660 A KR 1020130015660A KR 20130015660 A KR20130015660 A KR 20130015660A KR 20140102422 A KR20140102422 A KR 20140102422A
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송후영
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Abstract

질화물계 반도체 발광소자를 제공한다. 질화물계 반도체 발광소자는 제1 전도성을 가지는 제1 반도체층, 상기 제1 반도체층 상에 위치하며, 알루미늄을 포함하는 질화물계 초격자구조를 갖는 전류확산층, 상기 전류확산층 상에 위치하며, 제1 전도성을 가지는 제2 반도체층, 상기 제2 반도체층 상에 위치하는 활성층 및 상기 활성층 상에 위치하며, 제2 전도성을 가지는 제3 반도체층을 포함하고, 상기 전류확산층은,도핑되지 않은 질화물계 반도체층, 상기 도핑되지 않은 질화물계 반도체층 상에 위치하는 일정성분비의 알루미늄이 포함된 제1 질화물계 반도체층 및 상기 제1 질화물계 반도체층 상에 위치하고, 상기 활성층 방향으로 알루미늄의 성분비가 감소되는 제2 질화물계 반도체층을 포함한다. 따라서, 제1 전도성을 가지는 반도체층의 수평 및 수직방향으로의 전류확산을 향상시킬 수 있다.A nitride-based semiconductor light-emitting device is provided. The nitride-based semiconductor light-emitting device includes a first semiconductor layer having a first conductivity, a current diffusion layer having a nitride-based superlattice structure, the current diffusion layer being disposed on the first semiconductor layer and containing aluminum, A second semiconductor layer having conductivity, an active layer disposed on the second semiconductor layer, and a third semiconductor layer disposed on the active layer and having a second conductivity, wherein the current diffusion layer includes a non-doped nitride- And a second nitride based semiconductor layer disposed on the undoped nitride based semiconductor layer, the first nitride based semiconductor layer including aluminum having a constant component ratio and the first nitride based semiconductor layer disposed on the undoped nitride based semiconductor layer, 2 nitride-based semiconductor layer. Therefore, current diffusion in the horizontal and vertical directions of the semiconductor layer having the first conductivity can be improved.

Description

질화물계 반도체 발광소자{Nitride-based semiconductor light emitting device}[0001] NITRIDE-BASED SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE [0002]

본 발명은 질화물계 반도체 발광소자에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 n형 질화물계 반도체층 내부의 전류확산을 향상시킨 질화물계 반도체 발광소자에 관한 것이다.The present invention relates to a nitride-based semiconductor light-emitting device, and more particularly, to a nitride-based semiconductor light-emitting device having improved current diffusion in an n-type nitride-based semiconductor layer.

발광다이오드(light-emitting diode: LED)는 p-n접합 다이오드의 일종으로, 순방향으로 전압이 걸릴 때 단파장광(monochromatic light)이 방출되는 현상인 전기발광효과(electroluminescence)를 이용한 반도체 소자이다.A light-emitting diode (LED) is a type of p-n junction diode, and is a semiconductor device using electroluminescence, which is a phenomenon in which monochromatic light is emitted when voltage is applied in the forward direction.

발광다이오드의 동작은 양극과 음극으로 표현되는 2개의 전극에 전압을 인가하고, 전압의 인가에 따른 전류의 공급에 의해 발광동작이 수행되는 메커니즘이다. 특히, 다중양자우물 구조가 형성된 활성층에는 n형 반도체층과 p형 반도체층이 상하부에 접촉된다. n형 반도체층은 활성층에 전자를 공급하고, p형 반도체층은 활성층에 정공을 공급한다. 다중양자우물 구조에 투입된 전자 및 정공은 양자구속효과에 의해 우물층 내부에 정의되고, 재결합에 의해 발광동작이 수행된다.The operation of the light emitting diode is a mechanism in which a voltage is applied to two electrodes represented by an anode and a cathode, and a light emitting operation is performed by supplying a current according to application of a voltage. Particularly, in the active layer in which the multiple quantum well structure is formed, the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer are in contact with the upper and lower portions. The n-type semiconductor layer supplies electrons to the active layer, and the p-type semiconductor layer supplies holes to the active layer. Electrons and holes injected into the multiple quantum well structure are defined inside the well layer by the quantum confinement effect, and the light emitting operation is performed by recombination.

질화 갈륨(GaN)으로 대표되는 질화물계 화합물 반도체(Nitride Compound Semiconductor)는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭(0.8 ~ 6.2 eV)을 가지고 있어, LED를 포함한 고출력 전자부품 소자 개발 분야에서 많은 주목을 받아왔다.Nitride compound semiconductors typified by gallium nitride (GaN) have high thermal stability and a wide bandgap (0.8 to 6.2 eV), attracting much attention in the field of high-output electronic component development including LEDs come.

이에 대한 이유 중 하나는 GaN이 타 원소들(인듐(In), 알루미늄(Al) 등)과 조합되어 녹색, 청색 및 백색광을 방출하는 반도체 층들을 제조할 수 있기 때문이다.One of the reasons for this is that GaN can be combined with other elements (indium (In), aluminum (Al), etc.) to produce semiconductor layers emitting green, blue and white light.

이러한 질화물계 발광 다이오드는 일반적으로 금속유기 화학기상증착법을 이용하여 사파이어, 탄화규소, 규소 등의 이종 기판 위에 p-i-n 다이오드 구조로 성장된다. 질화물계 박막과 이종 기판 사이에는 격자상수와 열팽창계수의 차이가 있기 때문에 성장되면서 두께가 증가함에 따라 인가되는 인장 혹은 압축 응력의 증가로 임계 두께 이상에서 균열이 발생한다.These nitride-based light emitting diodes are generally grown in a p-i-n diode structure on a different substrate such as sapphire, silicon carbide, or silicon, using metal organic chemical vapor deposition. Since there is a difference between the lattice constant and the thermal expansion coefficient between the nitride thin film and the dissimilar substrate, cracks occur at a critical thickness or more due to an increase in applied tensile or compressive stress as the thickness increases while growing.

n형 질화갈륨 박막은 청색 발광 질화물계 발광 다이오드 구조에서 두께의 80-90% 이상을 차지하고 있으며, 특히 규소 기판을 사용한 경우 큰 열팽창계수 차이로 n형 질화갈륨 박막의 임계 두께가 급격히 낮아지는 것으로 알려져 있다.The n-type gallium nitride thin film occupies more than 80-90% of the thickness of the blue light emitting nitride light emitting diode structure. In particular, when the silicon substrate is used, it is known that the critical thickness of the n-type gallium nitride thin film is drastically reduced due to a large difference in thermal expansion coefficient have.

이러한 n형 질화갈륨 박막의 두께가 증가할 수록 발광 다이오드 소자에 있어 전류 확산이 향상되고, 이렇게 향상된 전류 확산은 광출력, 동작전압, 신뢰성 등 다양한 소자 성능의 향상에 기여한다.As the thickness of the n-type gallium nitride thin film is increased, current diffusion is improved in the light-emitting diode device. Such improved current diffusion contributes to improvement of performance of various devices such as light output, operating voltage and reliability.

다만, 최근 개발되고 있는 다양한 수평/수직형 구조 발광 다이오드의 경우, 활성층에서 형성된 광의 흡수 손실을 최소화 하기 위해 오히려 박막 두께를 최소화해야 하는 구조적 필요성을 가지고 있다.However, recently, various horizontal and vertical type light emitting diodes have a structural need to minimize the thickness of the thin film to minimize the absorption loss of the light formed in the active layer.

따라서, 박막 두께를 최소화 하면서 동시에 전류 확산을 향상시키는 방안으로 초격자 구조에 대한 연구가 활발하다.Therefore, superlattice structure is actively studied as a way to improve current diffusion while minimizing the thickness of the thin film.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 n형 질화물계 반도체층의 박막 두께를 최소화하면서 전류확산을 향상시켜 발광 분포, 동작 전압 및 광 출력이 향상된 질화물계 반도체 발광소자를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a nitride-based semiconductor light-emitting device in which current diffusion is improved while minimizing the thickness of an n-type nitride-based semiconductor layer to improve light emission distribution, operating voltage and optical output.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 질화물계 반도체 발광소자를 제공한다. 상기 질화물계 반도체 발광소자는 제1 전도성을 가지는 제1 반도체층, 상기 제1 반도체층 상에 위치하며, 알루미늄을 포함하는 질화물계 초격자구조를 갖는 전류확산층, 상기 전류확산층 상에 위치하며, 제1 전도성을 가지는 제2 반도체층, 상기 제2 반도체층 상에 위치하는 활성층 및 상기 활성층 상에 위치하며, 제2 전도성을 가지는 제3 반도체층을 포함할 수 있다. 이 때의 전류확산층은 수직 및 수평 방향으로의 전도도를 향상시켜 전류확산 효과를 증대시키기 위하여, 도핑되지 않은 질화물계 반도체층, 상기 도핑되지 않은 질화물계 반도체층 상에 위치하는 알루미늄이 포함된 제1 질화물계 반도체층 및 상기 제1 질화물계 반도체층 상에 위치하고, 상기 활성층 방향으로 알루미늄의 성분비가 감소되는 제2 질화물계 반도체층을 포함할 수 있다.According to one aspect of the present invention, there is provided a nitride-based semiconductor light emitting device. The nitride-based semiconductor light-emitting device includes a first semiconductor layer having a first conductivity, a current diffusion layer having a nitride-based superlattice structure and located on the first semiconductor layer, the current diffusion layer including aluminum, 1 conductive semiconductor layer, an active layer located on the second semiconductor layer, and a third semiconductor layer located on the active layer and having a second conductivity. In this case, in order to improve the conductivity in the vertical and horizontal directions and to increase the current diffusion effect, the current diffusion layer is formed on the undoped nitride based semiconductor layer, the first non-doped nitride based semiconductor layer containing aluminum Based semiconductor layer and a second nitride-based semiconductor layer located on the first nitride-based semiconductor layer and having a composition ratio of aluminum reduced toward the active layer.

이 때의 제1 질화물계 반도체층은 두께 방향으로 알루미늄의 성분비가 일정하고, 제2 질화물계 반도체층은 상기 활성층 방향으로 알루미늄의 성분비가 점진적 또는 계단적으로 감소되는 것을 특징으로 한다.The first nitride-based semiconductor layer at this time is characterized in that the composition ratio of aluminum in the thickness direction is constant and the composition ratio of aluminum in the direction of the active layer of the second nitride-based semiconductor layer is gradually or gradually reduced.

또한, 전류 확산 효과를 보다 향상시키기 위하여 상기 제2 질화물계 반도체층은 n형 도핑된 것을 특징으로 한다.In order to further improve the current diffusion effect, the second nitride semiconductor layer is n-type doped.

한편, 전류 확산 효과를 좀 더 극대화하기 위하여 상기 제1 질화물계 반도체층 및 제2 질화물계 반도체층 사이에 위치하는 n형 델타도핑층을 더 포함할 수 있다.The n-type delta-doped layer may be disposed between the first and second nitride-based semiconductor layers to maximize the current diffusion effect.

본 발명에 따르면, n형 질화물계 반도체층 내부에 알루미늄을 포함하는 질화물계 초격자구조를 갖는 전류확산층을 구비함으로써, n형 질화물계 반도체층의 두께를 최소화시키면서 전류확산을 향상시킨 질화물계 반도체 발광소자를 제공할 수 있다.According to the present invention, by providing the current diffusion layer having a nitride-based superlattice structure including aluminum in the inside of the n-type nitride-based semiconductor layer, the nitride-based semiconductor light-emitting device having improved current diffusion while minimizing the thickness of the n-type nitride- Device can be provided.

또한, 본 발명의 전류확산층에서는 점진적으로 알루미늄 성분비를 변화시키는 층을 활용하여 질화물 반도체 초격자 구조의 계면에서 발생하는 높은 내부전기장을 박막 내부로 전가시켜 에너지 장벽을 감소시킴으로써, 질화물 반도체 초격자 구조의 수평 및 수직 방향 전도 특성을 극대화시킬 수 있다.Further, in the current diffusion layer of the present invention, by utilizing a layer which gradually changes the aluminum component ratio, a high internal electric field generated at the interface of the nitride semiconductor superlattice structure is transferred to the inside of the thin film to reduce the energy barrier, It is possible to maximize horizontal and vertical conduction characteristics.

또한, 전류확산층 내의 알루미늄 성분비가 변화되는 층에 n형 도핑하여 초격자구조 이차원전자가스 구조에서의 이동도 특성을 보다 향상시킬 수 있다.In addition, the n-type doping can be performed on the layer in which the aluminum component ratio in the current diffusion layer is changed, thereby further improving the mobility characteristics in the superlattice structure two-dimensional electron gas structure.

또한, 본 발명의 전류확산층에서는 n형 델타도핑층을 더 포함함으로써, 에너지 장벽을 추가적으로 상쇄시켜 수직방향으로의 전도도를 향상시킬 수 있고, 높은 농도의 도핑영역에 의해 전도 특성의 향상에 기여할 수 있다.In addition, the current diffusion layer of the present invention further includes an n-type delta-doped layer to further cancel the energy barrier to improve the conductivity in the vertical direction and contribute to the improvement of conduction characteristics by the doping region of high concentration .

본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other technical effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 일 단면도이다.
도 2는 전류확산층의 단위구조의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 3은 전류확산층의 단위구조의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 전류확산층의 에너지 밴드 계산 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 수직 방향으로의 전압-전류 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 동작전압 및 광출력을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 전류 분포 특성을 나타낸 이미지들이다.
1 is a cross-sectional view of a nitride-based semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing an example of the unit structure of the current diffusion layer.
3 is a cross-sectional view showing an example of the unit structure of the current diffusion layer.
4 is a graph showing a result of energy band calculation of a current diffusion layer of a nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing a voltage-current relationship in a vertical direction of a nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph illustrating an operating voltage and an optical output of a nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph illustrating current distribution characteristics of a nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. Rather, the intention is not to limit the invention to the particular forms disclosed, but rather, the invention includes all modifications, equivalents and substitutions that are consistent with the spirit of the invention as defined by the claims.

층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. It will be appreciated that when an element such as a layer, region or substrate is referred to as being present on another element "on," it may be directly on the other element or there may be an intermediate element in between .

비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.Although the terms first, second, etc. may be used to describe various elements, components, regions, layers and / or regions, such elements, components, regions, layers and / And should not be limited by these terms.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a nitride-based semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 질화물계 반도체 발광소자는 기판(100), 버퍼층(200), 제1 반도체층(300), 전류확산층(400), 제2 반도체층(500), 활성층(600), 전자블록층(700) 및 제3 반도체층(800)을 포함한다.1, a nitride-based semiconductor light emitting device includes a substrate 100, a buffer layer 200, a first semiconductor layer 300, a current diffusion layer 400, a second semiconductor layer 500, an active layer 600, A blocking layer 700 and a third semiconductor layer 800.

기판(100)은 이러한 다이오드 구조를 포함하는 질화물 반도체를 성장시키기 위한 성장 기판으로서, 소정의 광투과도를 가지고 n형 반도체층의 성장을 용이하게 할 수 있는 재질이라면 어느 것이나 가능할 것이다. 예를 들어, 기판(100)은 사파이어(Al2O3), 실리콘 카바이드(SiC), 스피넬 또는 실리콘 기판이 이용될 수 있다. 경우에 따라, 패터닝된 기판이 이용될 수 있다. 이러한 패턴을 가지는 기판은 발광 소자의 광추출구조를 향상시킬 수 있다.The substrate 100 may be a growth substrate for growing a nitride semiconductor including such a diode structure, and may be any material capable of easily growing an n-type semiconductor layer with a predetermined light transmittance. For example, the substrate 100 may be made of sapphire (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), spinel or silicon substrate. Optionally, a patterned substrate can be used. A substrate having such a pattern can improve the light extraction structure of the light emitting device.

버퍼층(200)은 기판(100) 상에 위치한다. 버퍼층(200)은 기판(100)과 제1 반도체층(300) 사이의 격자상수(lattice constant) 및 열팽창 계수(thermal expansion coefficient)의 불일치에 따른 결정 결함(crystal defect)의 발생을 최소화시키기 위한 층으로서, 상대적으로 저온에서 성장될 수 있다. 제1 반도체층(300)이 n-GaN층인 경우, 버퍼층(200)은 도핑되지 않은 GaN층(u-GaN층)일 수 있다. 한편, 경우에 따라, 버퍼층(200)은 생략될 수도 있다.The buffer layer 200 is located on the substrate 100. The buffer layer 200 is formed on the first semiconductor layer 300 to minimize the occurrence of crystal defects due to mismatch of lattice constant and thermal expansion coefficient between the substrate 100 and the first semiconductor layer 300. [ , It can be grown at a relatively low temperature. When the first semiconductor layer 300 is an n-GaN layer, the buffer layer 200 may be an undoped GaN layer (u-GaN layer). On the other hand, depending on the case, the buffer layer 200 may be omitted.

제1 반도체층(300)은 버퍼층(200) 상에 위치하며, 제1 전도성을 가진다. 제1 전도성을 가지는 제1 반도체층(300)은 질화물계 물질 예컨대, 질화갈륨을 포함할 수 있다. 제1 전도성을 가지는 제1 반도체층(300)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있다. 이 경우, 도판트로는 4족 원소가 사용되며, 예컨대 Si 또는 Ge이 도판트로 사용될 수 있다.The first semiconductor layer 300 is located on the buffer layer 200 and has a first conductivity. The first semiconductor layer 300 having the first conductivity may include a nitride-based material such as gallium nitride. The first semiconductor layer 300 having the first conductivity may be implemented as an n-type semiconductor layer. In this case, a Group 4 element is used as the dopant, and for example, Si or Ge can be used as a dopant.

전류확산층(400)은 제1 반도체층(300) 및 제2 반도체층(500) 사이에 위치하며, 알루미늄을 포함하는 질화물계 초격자 구조를 가진다.The current diffusion layer 400 is located between the first semiconductor layer 300 and the second semiconductor layer 500 and has a nitride-based superlattice structure including aluminum.

이러한 전류확산층(400)은 후술하는 도 2를 참조하면, 도핑되지 않은 질화물계 반도체층(410), 알루미늄이 포함된 제1 질화물계 반도체층(420) 및 알루미늄의 성분비가 변화하는 제2 질화물계 반도체층(430)이 교대로 반복적으로 적층된 초격자 구조일 수 있다.2, which will be described later, the current diffusion layer 400 includes an undoped nitride-based semiconductor layer 410, a first nitride-based semiconductor layer 420 containing aluminum, and a second nitride- The semiconductor layers 430 may be alternately repeatedly stacked.

이러한 제1 질화물계 반도체층(420)은 두께 방향으로 알루미늄의 성분비가 일정할 수 있다. 또한, 제2 질화물계 반도체층(430)은 활성층(600) 방향으로 알루미늄의 성분비가 감소될 수 있다. 예를 들어, 제2 질화물계 반도체층(430)은 활성층(600) 방향으로 알루미늄의 성분비가 점진적 또는 계단적으로 감소될 수 있다.The composition ratio of aluminum in the thickness direction of the first nitride semiconductor layer 420 may be constant. In addition, the second nitride based semiconductor layer 430 may have a reduced composition ratio of aluminum in the active layer 600 direction. For example, in the second nitride semiconductor layer 430, the composition ratio of aluminum in the direction of the active layer 600 may be gradually or gradually reduced.

이 때, 좀 더 수평/수직 방향의 전도특성을 향상시키기 위하여 도핑되지 않은 질화물계 반도체층(410)의 두께와 제1 질화물계 반도체층(420) 및 제2 질화물계 반도체층(430)의 총 두께와의 비는 3 대 1 내지 1 대 3의 범위를 가질 수 있다. 또한, 제1 질화물계 반도체층(420)의 두께와 제2 질화물계 반도체층(430)의 두께의 비는 2 대 1 내지 1 대 2의 범위를 가질 수 있다.At this time, in order to further improve the horizontal / vertical conduction characteristics, the thickness of the undoped nitride based semiconductor layer 410 and the total thickness of the first and second nitride based semiconductor layers 420 and 430 The thickness to thickness ratio can range from 3: 1 to 1: 3. The ratio of the thickness of the first nitride semiconductor layer 420 to the thickness of the second nitride semiconductor layer 430 may range from 2: 1 to 1: 2.

또한, 이렇게 교대로 반복적으로 적층된 구조는 1회 내지 50회 반복적으로 적층된 구조일 수 있다.In addition, the alternately repeatedly stacked structures may be repeatedly stacked one to fifty times.

이렇게 알루미늄이 포함된 질화물 반도체 초격자 구조를 포함하는 질화갈륨 박막은 초격자 구조를 포함하지 않은 기존의 n형 질화갈륨 박막에 비해 수평방향으로 약 2.5배 이상의 전도도 향상을 보여 발광소자의 균일한 전류 확산에 기여할 수 있다.The gallium nitride thin film including the nitride semiconductor superlattice structure including aluminum in this way exhibited a conductivity improvement of about 2.5 times or more in the horizontal direction as compared with the conventional n-type gallium nitride thin film not including the superlattice structure, It can contribute to diffusion.

따라서, 이러한 초격자구조의 높은 전도도 특성을 바탕으로 균일한 전류 확산을 유도하여 광출력, 동작전압, 신뢰성 등의 소자 특성을 향상시킬 수 있다.Therefore, it is possible to improve device characteristics such as light output, operating voltage, and reliability by inducing uniform current diffusion based on the high conductivity characteristic of the superlattice structure.

다만, 일반적인 질화알루미늄갈륨-질화갈륨 반도체 초격자 구조는 수평방향으로 2차원전자가스(2DEG)에 의한 높은 전도 특성을 가지고 있으나, 수직방향으로의 높은 에너지 장벽이 전류의 주입 특성을 저하시키는 단점을 가지고 있다.However, the general aluminum gallium nitride-gallium nitride semiconductor superlattice structure has a high conduction characteristic by a two-dimensional electron gas (2DEG) in a horizontal direction, but a high energy barrier in the vertical direction has a drawback Have.

이는 수직방향의 에너지 장벽이 초격자구조 내 질화알루미늄갈륨 박막과 질화갈륨 박막의 계면에서 응력에 의해 발생하는 내부 전기장과 밀접한 연관이 있기 때문이다.This is because the energy barrier in the vertical direction is closely related to the internal electric field generated by the stress at the interface between the gallium nitride thin film and the gallium nitride thin film in the superlattice structure.

따라서, 본 발명의 전류확산층(400)에서는 점진적으로 알루미늄 성분비를 변화시키는 층을 활용하여 질화물 반도체 초격자 구조의 계면에서 발생하는 높은 내부전기장을 박막 내부로 전가시켜 에너지 장벽을 감소시킴으로써, 질화물 반도체 초격자 구조의 수평/수직 방향 전도 특성을 극대화시킬 수 있다.Therefore, in the current diffusion layer 400 of the present invention, by utilizing a layer that gradually changes the aluminum component ratio, a high internal electric field generated at the interface of the nitride semiconductor superlattice structure is transferred to the inside of the thin film to reduce the energy barrier, It is possible to maximize horizontal / vertical conduction characteristics of the lattice structure.

제1 전도성을 가지는 제2 반도체층(500)은 전류확산층(400) 상에 위치한다. 이러한 제2 반도체층(500)은 질화물계 물질 예컨대, 질화갈륨을 포함할 수 있다. 제1 전도성을 가지는 제2 반도체층(500)은 예를 들어 n형 반도체층으로 구현될 수 있다. 이 경우, 도판트로는 4족 원소가 사용되며, 예컨대 Si 또는 Ge이 도판트로 사용될 수 있다.The second semiconductor layer 500 having the first conductivity is positioned on the current diffusion layer 400. The second semiconductor layer 500 may include a nitride-based material such as gallium nitride. The second semiconductor layer 500 having the first conductivity may be formed of, for example, an n-type semiconductor layer. In this case, a Group 4 element is used as the dopant, and for example, Si or Ge can be used as a dopant.

예컨대, 제2 반도체층(500)은 제1 반도체층(300)과 동일한 질화물계 물질일 수 있다.For example, the second semiconductor layer 500 may be the same nitride-based material as the first semiconductor layer 300.

활성층(600)은 제2 반도체층(500) 상에 위치한다. 이러한 활성층(600)은 먼저 양자장벽층(미도시)을 성장시키고, 이어서 양자우물층(미도시)을 형성한다. 따라서, 활성층(600)은 양자장벽층 사이에 양자 우물층이 위치하도록 형성하며, 이러한 양자우물층은 GaN 또는 InGaN 층을 포함할 수 있다. 이러한 다중 양자 우물 구조 내의 양자장벽층과 양자우물층의 In 조성 및 각 층의 적층 회수는 발광 소자의 목적으로 하는 발광 파장에 따라 임의로 설정할 수 있다.The active layer 600 is located on the second semiconductor layer 500. This active layer 600 first grows a quantum barrier layer (not shown) and then a quantum well layer (not shown). Thus, the active layer 600 is formed such that a quantum well layer is positioned between the quantum barrier layers, and the quantum well layer may include a GaN or InGaN layer. The In composition of the quantum barrier layer and the quantum well layer in the multiple quantum well structure and the number of times of lamination of each layer can be arbitrarily set according to the intended emission wavelength of the light emitting device.

전자블록층(electron-blocking layer, EBL, 700)은 활성층(600) 상에 위치한다. 이러한 전자블록층(700)은 예컨대, AlGaN으로 이루어질 수 있다. 이 때의 전자블록층(700)은 그 두께와 Al 조성을 임의로 설정할 수 있고, 경우에 따라 생략하는 것도 가능하다.An electron blocking layer (EBL) 700 is located on the active layer 600. Such an electron blocking layer 700 may be made of AlGaN, for example. The thickness and the Al composition of the electronic block layer 700 can be arbitrarily set, and can be omitted depending on the case.

제2 전도성을 가지는 제3 반도체층(800)은 전자블록층(700) 상에 위치한다. 만일, 전자블록층(700)이 생략된 경우, 제3 반도체층(800)은 활성층(600) 상에 위치할 것이다.The third semiconductor layer 800 having the second conductivity is located on the electron blocking layer 700. If the electron blocking layer 700 is omitted, the third semiconductor layer 800 will be located on the active layer 600.

제3 반도체층(800)은 제2 전도성을 가진다. 이러한 제2 전도성을 가진 제3 반도체층(800)은 p형 반도체층일 수 있다. 예컨대, p형 특성을 띠도록 하기 위하여 마그네슘(Mg) 과 같은 불순물로 도핑될 수 있다.The third semiconductor layer 800 has a second conductivity. The third semiconductor layer 800 having the second conductivity may be a p-type semiconductor layer. For example, it may be doped with an impurity such as magnesium (Mg) to have a p-type characteristic.

한편, 제1 전도성은 n형이고, 제2 전도성은 p형인 경우뿐만 아니라, 제1 전도성이 p형이고, 제2 전도성이 n형이 될 수도 있음은 물론이다.It goes without saying that the first conductivity may be the p-type and the second conductivity may be the n-type, as well as the case where the first conductivity is n-type and the second conductivity is p-type.

이하, 이러한 전류확산층에 대하여 도 2 및 도 3의 일례를 이용하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, such a current diffusion layer will be described in detail with reference to Figs. 2 and 3.

도 2는 전류확산층의 단위구조의 일례를 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing an example of the unit structure of the current diffusion layer.

도 2를 참조하면, 전류확산층(400)은 도핑되지 않은 질화물계 반도체층(410), 이러한 도핑되지 않은 질화물계 반도체층(410) 상에 위치하는 일정성분비의 알루미늄이 포함된 제1 질화물계 반도체층(420) 및 이러한 제1 질화물계 반도체층(420) 상에 위치하고, 두께 방향으로 알루미늄의 성분비가 감소되는 제2 질화물계 반도체층(430)을 포함할 수 있다.2, the current diffusion layer 400 includes a non-doped nitride based semiconductor layer 410, a first nitride based semiconductor layer 410 including a predetermined proportion of aluminum located on the undoped nitride based semiconductor layer 410, Based semiconductor layer 430 and a second nitride based semiconductor layer 430 disposed on the first nitride based semiconductor layer 420 and having a reduced proportion of aluminum in the thickness direction.

예를 들어, 도핑되지 않은 질화물계 반도체층(410)은 도핑되지 않은 GaN층이고, 제1 질화물계 반도체층(420)은 두께 방향으로 알루미늄의 성분비가 일정한 AlGaN층일 수 있다. 또한, 제2 질화물계 반도체층(430)은 두께 방향으로 알루미늄의 성분비가 감소되는 AlGaN층일 수 있다.For example, the undoped nitride based semiconductor layer 410 may be an undoped GaN layer, and the first nitride based semiconductor layer 420 may be an AlGaN layer having a constant aluminum proportion in the thickness direction. In addition, the second nitride semiconductor layer 430 may be an AlGaN layer in which the proportion of aluminum in the thickness direction is reduced.

이 때, 제1 질화물계 반도체층(420)인 두께 방향으로 알루미늄의 성분비가 일정한 AlGaN층의 Al 조성은 Al과 Ga의 총합 대비 5% 내지 30%일 수 있다. In this case, the Al composition of the AlGaN layer having a constant aluminum component ratio in the thickness direction of the first nitride semiconductor layer 420 may be 5% to 30% of the total of Al and Ga.

또한, 제2 질화물계 반도체층(430)인 알루미늄 성분비가 감소되는 AlGaN층의 Al 조성비는 두께 방향 예컨대, 도 1의 활성층(600) 방향으로 감소될 수 있다. 이 때, 감소되는 Al의 조성비는 Al과 Ga의 총합 대비 5% 내지 30% 범위에서 0% 내지 5% 범위로 감소될 수 있다. 예를 들어, 제2 질화물계 반도체층(430)은 두께 방향으로 Al0 .2Ga0 .8N에서 Al0 .01Ga0 .99N으로 알루미늄 조성비가 감소될 수 있다.In addition, the Al composition ratio of the AlGaN layer in which the aluminum component ratio of the second nitride semiconductor layer 430 is reduced can be reduced in the thickness direction, for example, in the direction of the active layer 600 in FIG. At this time, the composition ratio of Al to be reduced can be reduced to the range of 0% to 5% in the range of 5% to 30% of the total amount of Al and Ga. For example, the second nitride-based semiconductor layer 430 may be an aluminum composition ratio of reduced to Al 0 .01 Ga 0 .99 N from Al 0 .2 Ga 0 .8 N in the thickness direction.

이 때, 제2 질화물계 반도체층(430)은 알루미늄의 성분비가 점진적 또는 계단적으로 감소될 수 있다.At this time, the composition ratio of aluminum in the second nitride-based semiconductor layer 430 can be gradually or stepwise reduced.

따라서, 이러한 초격자 구조의 계면에서 발생하는 내부전기장을 알루미늄 성분비의 변화를 통해 점진적으로 완화시킬 수 있다.Therefore, the internal electric field generated at the interface of such a superlattice structure can be gradually relaxed by changing the aluminum component ratio.

즉, 도핑되지 않은 질화물계 반도체층(410)과 알루미늄이 포함된 질화물계 반도체층(420) 사이에 발생하는 내부전기장을 알루미늄의 성분비가 변화하는 질화물계 반도체층(430)을 사용하여 계면에서 발생하는 내부전기장을 박막 전체로 분산시켜 그 크기를 감소시킬 수 있다.That is, the internal electric field generated between the undoped nitride based semiconductor layer 410 and the nitride based semiconductor layer 420 containing aluminum is generated at the interface by using the nitride based semiconductor layer 430 in which the composition ratio of aluminum is changed Can be dispersed throughout the thin film to reduce its size.

한편, 제2 질화물계 반도체층(420)은 n형 도핑된 것을 특징으로 한다. 즉, 질화알루미늄갈륨층과 질화갈륨층 사이에서 형성되는 2차원 전자가스(2DEG)의 이동도를 최적화하기 위해 n형 도펀트 예컨대, 규소를 두 층 사이의 계면에서 수 나노미터 거리를 가지고 도핑할 수 있다. 따라서, 이렇게 도핑된 n형 도펀트는 전자의 이동경로에서 산란의 원인이 되므로 전자의 이동도를 증가시킬 수 있다.On the other hand, the second nitride semiconductor layer 420 is n-type doped. That is, in order to optimize the mobility of the two-dimensional electron gas (2DEG) formed between the aluminum gallium nitride layer and the gallium nitride layer, an n-type dopant such as silicon can be doped at a distance of several nanometers from the interface between the two layers have. Therefore, the doped n-type dopant can increase the mobility of electrons because it causes scattering in the electron migration path.

이러한 n형 도핑 농도는 5×1017cm-3 내지 5×1019cm-3인 것이 바람직하다.The n-type doping concentration is preferably in the range of 5 × 10 17 cm -3 to 5 × 10 19 cm -3 .

도 3은 전류확산층의 단위구조의 일례를 나타낸 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing an example of the unit structure of the current diffusion layer.

도 3을 참조하면, 전류확산층(400')은 도 2의 전류확산층(400)의 단위구조에서, 제1 질화물계 반도체층(420) 및 제2 질화물계 반도체층(430) 사이에 위치하는 n형 델타도핑층(440)을 더 포함한 구조이다.Referring to FIG. 3, the current diffusion layer 400 'is formed in the unit structure of the current diffusion layer 400 of FIG. 2, and the n < th > diffusion layer 400' is located between the first nitride semiconductor layer 420 and the second nitride semiconductor layer 430 Type delta-doped layer 440 is further included.

이러한 n형 델타도핑층(440)은 Si 또는 Ge를 포함할 수 있다.The n-type delta-doped layer 440 may include Si or Ge.

또한, n형 델타도핑 농도는 5×1018cm-3 내지 1×1020cm-3인 것이 바람직하다.Further, the n-type delta-doping concentration is preferably 5 × 10 18 cm -3 to 1 × 10 20 cm -3 .

예컨대, 규소의 델타도핑은 V 모양 포텐셜을 인가하여 에너지 장벽을 추가적으로 상쇄시킬 수 있으며 높은 농도의 도핑영역이 전도 특성의 향상에 기여할 수 있다. 따라서, 이러한 델타도핑층(440)의 삽입으로 초격자 구조의 수직방향 에너지 장벽을 최소화할 수 있다.For example, silicon delta doping can additionally offset the energy barrier by applying a V-shaped potential, and a high concentration of doped regions can contribute to improved conduction characteristics. Thus, by inserting this delta doped layer 440, the vertical energy barrier of the superlattice structure can be minimized.

제조예Manufacturing example 1 One

10nm 두께의 도핑되지 않은 u-GaN층, 5nm 두께의 Al0 .15Ga0 .85N층 및 5nm 두께의 점진적으로 알루미늄 성분비가 감소하는 AlxGa1 - xN층(x가 1.5에서 0으로 감소)을 교대로 8회 반복 적층한 전류확산층을 MOCVD법을 이용하여 형성하였다. A 10 nm thick undoped u-GaN layer, a 5 nm thick Al 0 .15 Ga 0 .85 N layer and a 5 nm thick Al x Ga 1 - x N layer with decreasing aluminum content Reduction) were alternately repeated eight times, and a current diffusion layer was formed by MOCVD.

제조예Manufacturing example 2 2

10nm 두께의 도핑되지 않은 u-GaN층, 5nm 두께의 Al0 .15Ga0 .85N층 및 5nm 두께 의 점진적으로 알루미늄 성분비가 감소하는 AlxGa1 - xN층(x가 1.5에서 0으로 감소)을 교대로 8회 반복 적층한 전류확산층을 MOCVD법을 이용하여 형성하였다.A 10 nm thick undoped u-GaN layer, a 5 nm thick Al 0 .15 Ga 0 .85 N layer and a 5 nm thick Al x Ga 1 - x N layer with decreasing aluminum content Reduction) were alternately repeated eight times, and a current diffusion layer was formed by MOCVD.

그리고, Al0 .15Ga0 .85N층 및 AlxGa1 - xN층의 계면에 국소적으로 규소를 델타도핑하였다.And, Al 0 .15 Ga 0 .85 N layer and the Al x Ga 1 - x N layer delta-doped silicon were locally at the interface.

비교예Comparative Example

10nm 두께의 도핑되지 않은 u-GaN층 및 10nm 두께의 Al0 .15Ga0 .85N층을 교대로 8회 반복 적층한 전류확산층을 MOCVD법을 이용하여 형성하였다.An undoped u-GaN layer having a thickness of 10 nm and an Al 0 .15 Ga 0 .85 N layer having a thickness of 10 nm were alternately laminated eight times repeatedly to form a current diffusion layer by MOCVD.

실험예Experimental Example 1 One

제조예 1, 제조예 2 및 비교예의 전류확산층의 에너지 밴드를 계산하였다.The energy bands of the current diffusion layers of Production Example 1, Production Example 2 and Comparative Example were calculated.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 전류확산층의 에너지 밴드 계산 결과를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing a result of energy band calculation of a current diffusion layer of a nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 상부 그래프는 AlGaN/GaN 초격자 구조가 반복되고 있는 거리에 따른 에너지 밴드를 계산한 그래프이다. 상부 그래프를 참조하면, AlGaN과 GaN 계면에서 발생하는 피에조-일렉트릭 필드(piezo-electric field)가 밴드 모양을 휘게 만든다.Referring to FIG. 4, the upper graph is a graph of energy bands calculated according to a distance at which the AlGaN / GaN superlattice structure is repeated. Referring to the upper graph, a piezo-electric field generated at the AlGaN-GaN interface bends the band shape.

도 4의 하부 그래프는 거리에 따른 전자의 분포를 계산한 그래프이다. 이러한 상부 그래프 및 하부 그래프를 참조하면, 에너지 밴드가 아래로 뾰족한 부분으로 전자가 모임을 알 수 있다.The lower graph of FIG. 4 is a graph of the distribution of electrons along the distance. Referring to the upper graph and the lower graph, electrons can be gathered by the point where the energy band is downward.

이 때, 230nm 내지 240nm 위치가 GaN층이고, 240nm 내지 250nm 위치가 AlGaN층이며, 이후로 같은 구조가 반복되고 있다.At this time, the position of 230 nm to 240 nm is the GaN layer, the position of 240 nm to 250 nm is the AlGaN layer, and the same structure is repeated thereafter.

비교예의 전류확산층은 약 0.3eV의 높은 에너지 배리어가 형성됨을 알 수 있다. 따라서, 수직방향으로의 전자의 이동을 방해함을 알 수 있다.It can be seen that a high energy barrier of about 0.3 eV is formed in the current diffusion layer of the comparative example. Therefore, it can be seen that the movement of the electrons in the vertical direction is disturbed.

이에 반하여, 제조예 1의 전류확산층은 약 0.1eV로 에너지 배리어가 감소됨을 알 수 있다. 따라서, 수직방향으로의 전자의 이동이 향상됨을 알 수 있다.On the other hand, the energy barrier of the current diffusion layer of Production Example 1 is reduced to about 0.1 eV. Therefore, it can be seen that the movement of electrons in the vertical direction is improved.

나아가, 제조예 2의 전류확산층은 약 0.05eV로 에너지 배리어가 더욱 감소됨을 알 수 있다. 따라서, 규소의 델타도핑에 의해 수직방향으로의 전자 이동도가 더욱 향상됨을 알 수 있다. 또한, 하부 그래프를 참조하면, 제조예 2에서의 전자 농도가 제조예 1 및 비교예에 비하여 증가됨을 알 수 있다. 이는 델타도핑층이 추가로 전자를 공급하여 전자 농도가 향상됨을 알 수 있다.Further, it can be seen that the energy barrier is further reduced to about 0.05 eV in the current diffusion layer of Production Example 2. Therefore, it can be seen that the electron mobility in the vertical direction is further improved by the delta doping of silicon. Further, referring to the lower graph, it can be seen that the electron concentration in Production Example 2 is increased as compared with Production Example 1 and Comparative Example. It can be seen that the electron concentration is further improved by the addition of the electrons to the delta-doped layer.

실험예Experimental Example 2 2

제조예 1, 제조예 2 및 비교예의 전류확산층을 내부에 삽입한 n형 질화갈륨층의 수직방향으로의 전압-전류를 측정하였다.The voltage-current in the vertical direction of the n-type gallium nitride layer in which the current diffusion layers of Production Example 1, Production Example 2 and Comparative Example were inserted was measured.

먼저, 단위박막인 n형 질화갈륨층을 형성하였다. 그 다음에, 이러한 n형 질화갈륨층의 일부를 식각한 후, n형 질화갈륨층 상부 및 식각된 표면에 Cr/Ni/Au 전극을 각각 형성하였다. 이 때, n형 질화갈륨층의 식각된 높이는 450nm이다.First, an n-type gallium nitride layer as a unit thin film was formed. Then, a part of the n-type gallium nitride layer was etched, and Cr / Ni / Au electrodes were respectively formed on the upper surface of the n-type gallium nitride layer and the etched surface. At this time, the etched height of the n-type gallium nitride layer is 450 nm.

또한, 상술한 비교예, 제조예 1 및 제조예 2의 전류확산층이 상술한 n형 질화갈륨층 내에 삽입한 구조를 형성하여 수직방향으로 흐르는 전류의 양을 비교하였다.In addition, the current diffusion layers of Comparative Example, Production Example 1 and Production Example 2 described above formed a structure inserted in the above-described n-type gallium nitride layer to compare the amount of current flowing in the vertical direction.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 수직 방향으로의 전압-전류 관계를 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing a voltage-current relationship in a vertical direction of a nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 제조예 1 및 제조예 2의 전류확산층을 삽입한 구조가 비교예의 전류확산층을 삽입한 구조에 비해 전기적 특성이 좋음을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that the structure in which the current diffusion layers are inserted in Manufacturing Example 1 and Manufacturing Example 2 has better electrical characteristics than the structure in which the current diffusion layer in the comparative example is inserted.

나아가, 제조예 2의 경우 전류확산층을 삽입하지 않은 일반 n형 질화갈륨 층에 비해 동등 이상 수준으로 수직방향으로의 전기적 특성이 좋음을 알 수 있다.Further, in the case of Production Example 2, it is found that the electric characteristics in the vertical direction are better than those of the general n-type gallium nitride layer without the current diffusion layer inserted therein.

이는 도 4의 에너지 밴드를 계산한 결과와 연관되어 에너지 배리어의 크기가 감소할수록 수직방향으로의 전기적 특성이 좋음을 알 수 있다.It can be seen that the electrical characteristics in the vertical direction are better as the size of the energy barrier decreases in association with the calculation result of the energy band in FIG.

또한, 제조예 1, 제조예 2 및 비교예의 전류확산층을 삽입한 n형 질화갈륨층의 sheet concentration, 이동도 및 전도도를 Hall 효과 측정시스템을 이용하여 측정하였다.The sheet concentration, mobility and conductivity of the n-type gallium nitride layer in which the current diffusion layers of Production Example 1, Production Example 2 and Comparative Example were inserted were measured using a Hall effect measurement system.

하기 표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 sheet concentration, 이동도 및 전도도 특성을 나타낸 표이다.Table 1 below shows the sheet concentration, mobility and conductivity of the nitride based semiconductor light emitting device according to one embodiment of the present invention.

구조rescue Sheet concentration
(/cm2)
Sheet concentration
(/ cm 2 )
이동도
(cm2/Vs)
Mobility
(cm 2 / Vs)
전도도
(/Ωcm)
conductivity
(/ Ωcm)
n형 질화갈륨층The n-type gallium nitride layer -- 237237 197197 비교예Comparative Example 6.61×1013 6.61 × 10 13 649649 289289 제조예 1Production Example 1 6.25×1013 6.25 × 10 13 960960 340340 제조예 2Production Example 2 1.02×1014 1.02 x 10 14 10751075 569569

표 1을 참조하면, LED 소자의 전류확산은 수평방향 전도도와 밀접한 연관이 있다. 즉, 전도도는 sheet concentration와 이동도의 곱에 비례한다.Referring to Table 1, the current diffusion of the LED device is closely related to the horizontal conductivity. In other words, the conductivity is proportional to the product of sheet concentration and mobility.

기존 n형 질화갈륨층에 비해 비교예, 제조예 1 및 제조예 2의 전류확산층을 삽입한 n형 질화갈륨층의 전도도가 높음을 알 수 있다.It can be seen that the conductivity of the n-type gallium nitride layer inserted with the current diffusion layer of Comparative Example, Production Example 1 and Production Example 2 is higher than that of the conventional n-type gallium nitride layer.

한편, 비교예의 경우 AlGaN층에 도핑된 Si가 전자의 이동을 방해하여 구조 제조예 1 및 제조예 2에 비해 이동도가 낮음을 알 수 있다. 이는 제조예 1 및 제조예 2의 경우, 도핑되지 않은 AlGaN층을 약 5nm 형성후 Si 도핑을 하므로 AlGaN/GaN 계면에서의 Si 산란이 상대적으로 낮아 이동도가 높게 된다.On the other hand, in the comparative example, Si doped in the AlGaN layer interferes with the movement of electrons, indicating that mobility is lower than that in Structural Examples 1 and 2. In the case of Production Example 1 and Production Example 2, since the undoped AlGaN layer is Si doped after forming about 5 nm, the Si scattering at the AlGaN / GaN interface is relatively low and the mobility is high.

또한, 제조예 2의 sheet concentration는 비교예 및 제조예 1보다 높음을 알 수 있다. 이는 제조예 2의 경우 Si 델타도핑층에서 공급되는 전자의 양이 제조예 1에 비해 상대적으로 많아 sheet concentration이 높게 된다.The sheet concentration of Production Example 2 is higher than that of Comparative Example and Production Example 1. In the case of Production Example 2, the amount of electrons supplied from the Si delta-doped layer is relatively larger than that of Production Example 1, resulting in a higher sheet concentration.

따라서, 비교예, 제조예 1 및 제조예 2의 경우 기존 n형 질화갈륨층에 비해 수평방향으로의 전도도가 향상됨을 알 수 있다. 또한, 제조예 2의 경우 비교예 및 제조예 1 보다 더 크게 전도도가 향상됨을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the conductivity in the horizontal direction is improved as compared with the conventional n-type gallium nitride layer in Comparative Example, Production Example 1 and Production Example 2. In addition, in the case of Production Example 2, the conductivity is improved to be larger than that of Comparative Example and Production Example 1. [

도 5 및 표 1을 종합하면, 제조예 1 및 제조예 2의 경우 수평/수직 방향 전도도가 높아 전류확산이 향상됨을 알 수 있다.5 and Table 1, it can be seen that, in the case of Production Example 1 and Production Example 2, current diffusion is improved due to high horizontal / vertical conductivity.

실험예Experimental Example 3 3

기존 n형 질화갈륨층(n-GaN)만을 사용하는 기준 LED와 n형 질화갈륨층 내부에 제조예 1, 제조예 2 및 비교예의 전류확산층을 삽입한 수평형 LED를 제조하여 각각의 특성을 비교하였다.A horizontal LED having the current diffusion layers of Production Example 1, Production Example 2 and Comparative Example inserted in the reference LED using only the conventional n-type gallium nitride layer (n-GaN) and the n-type gallium nitride layer was manufactured, Respectively.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 동작전압 및 광출력을 나타낸 그래프이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 전류 분포 특성을 나타낸 이미지들이다.FIG. 6 is a graph illustrating an operating voltage and an optical output of a nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention. FIG. 7 is a graph illustrating current distribution characteristics of a nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention. admit.

도 6을 참조하면, 비교예의 경우, 기준 LED에 비하여 동작전압(Voltage)이 증가되었으나, 제조예 1 및 제조예 2의 경우, 기준 LED에 비하여 동작전압이 낮아짐을 알 수 있다.(점선 참조)Referring to FIG. 6, in the comparative example, the operating voltage is increased compared to the reference LED, but it is found that the operating voltage is lower than that of the reference LED in Production Example 1 and Production Example 2 (see dotted line).

또한, 비교예, 제조예 1 및 제조예 2 모두 기준 LED에 비하여 광출력(Output power)이 증가되었음을 알 수 있다. 나아가 제조예 1 및 제조예 2의 경우 비교예에 비하여 광출력이 보다 향상되었음을 알 수 있다.(실선 참조)In addition, it can be seen that the output power of Comparative Example, Production Example 1 and Production Example 2 is increased as compared with the reference LED. Further, it can be seen that the light output is further improved in the case of Production Example 1 and Production Example 2 as compared with the Comparative Example (see solid line).

도 7을 참조하면, 각 LED의 전류확산 이미지를 확인할 수 있다. 기준 LED에 비하여 제조예 1 및 제조예 2 이미지 가운데 영역이 큼을 알 수 있다. 따라서, 기준 LED와 비교하여 제조예 1 및 제조예 2의 전류확산 특성이 보다 향상되었음을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, the current diffusion image of each LED can be confirmed. It can be seen that the area between the images of Production Example 1 and Production Example 2 is larger than that of the reference LED. Thus, it can be seen that the current diffusion characteristics of Manufacturing Example 1 and Manufacturing Example 2 are further improved as compared with the reference LED.

따라서, 향상된 전류확산 특성이 광출력의 상승과 동작전압의 감소에 기여하였음을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the improved current diffusion characteristics contributed to the increase of the light output and the reduction of the operating voltage.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.It should be noted that the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are only illustrative of specific examples for the purpose of understanding and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.

100: 기판 200: 버퍼층
300: 제1 반도체층 400, 400': 전류확산층
410: 도핑되지 않은 질화물계 반도체층;
420: 제1 질화물계 반도체층 430: 제2 질화물계 반도체층
440: n형 델타도핑층 500: 제2 반도체층
600: 활성층 700: 전자블록층
800: 제3 반도체층
100: substrate 200: buffer layer
300: first semiconductor layer 400, 400 ': current diffusion layer
410: a non-doped nitride based semiconductor layer;
420: first nitride semiconductor layer 430: second nitride semiconductor layer
440: n-type delta doping layer 500: second semiconductor layer
600: active layer 700: electronic block layer
800: Third semiconductor layer

Claims (11)

제1 전도성을 가지는 제1 반도체층;
상기 제1 반도체층 상에 위치하며, 알루미늄을 포함하는 질화물계 초격자구조를 갖는 전류확산층;
상기 전류확산층 상에 위치하며, 제1 전도성을 가지는 제2 반도체층;
상기 제2 반도체층 상에 위치하는 활성층; 및
상기 활성층 상에 위치하며, 제2 전도성을 가지는 제3 반도체층을 포함하고,
상기 전류확산층은,
도핑되지 않은 질화물계 반도체층;
상기 도핑되지 않은 질화물계 반도체층 상에 위치하는 알루미늄이 포함된 제1 질화물계 반도체층; 및
상기 제1 질화물계 반도체층 상에 위치하고, 상기 활성층 방향으로 알루미늄의 성분비가 감소되는 제2 질화물계 반도체층을 포함하는 질화물계 반도체 발광소자.
A first semiconductor layer having a first conductivity;
A current diffusion layer located on the first semiconductor layer and having a nitride-based superlattice structure including aluminum;
A second semiconductor layer located on the current diffusion layer and having a first conductivity;
An active layer located on the second semiconductor layer; And
And a third semiconductor layer located on the active layer and having a second conductivity,
The current diffusion layer
An undoped nitride based semiconductor layer;
A first nitride based semiconductor layer including aluminum located on the undoped nitride based semiconductor layer; And
And a second nitride based semiconductor layer located on the first nitride based semiconductor layer and having a composition ratio of aluminum reduced toward the active layer.
제1항에 있어서,
상기 제1 질화물계 반도체층은 두께 방향으로 알루미늄의 성분비가 일정한 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.
The method according to claim 1,
Wherein the first nitride based semiconductor layer has a constant component ratio of aluminum in the thickness direction.
제1항에 있어서,
상기 제2 질화물계 반도체층은 상기 활성층 방향으로 알루미늄의 성분비가 점진적 또는 계단적으로 감소되는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.
The method according to claim 1,
Wherein a ratio of aluminum in the direction of the active layer of the second nitride based semiconductor layer is gradually or stepwise reduced.
제1항에 있어서,
상기 도핑되지 않은 질화물계 반도체층, 제1 질화물계 반도체층 및 제2 질화물계 반도체층이 교대로 반복적으로 적층된 구조인 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.
The method according to claim 1,
Wherein the undoped nitride based semiconductor layer, the first nitride based semiconductor layer, and the second nitride based semiconductor layer are alternately and repeatedly stacked.
제1항에 있어서,
상기 제2 질화물계 반도체층은 n형 도핑된 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.
The method according to claim 1,
And the second nitride based semiconductor layer is n-type doped.
제5항에 있어서,
상기 n형 도핑 농도는 5×1017cm-3 내지 5×1019cm-3인 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.
6. The method of claim 5,
And the n-type doping concentration is 5 x 10 17 cm -3 to 5 x 10 19 cm -3 .
제1항에 있어서,
상기 제1 질화물계 반도체층 및 제2 질화물계 반도체층 사이에 위치하는 n형 델타도핑층을 더 포함하는 질화물계 반도체 발광소자.
The method according to claim 1,
And an n-type delta-doped layer located between the first nitride-based semiconductor layer and the second nitride-based semiconductor layer.
제7항에 있어서,
상기 n형 델타도핑층은 Si 또는 Ge를 포함하는 질화물계 반도체 발광소자.
8. The method of claim 7,
Wherein the n-type delta-doped layer comprises Si or Ge.
제7항에 있어서,
상기 n형 델타도핑 농도는 5×1018cm-3 내지 1×1020cm-3인 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.
8. The method of claim 7,
Wherein the n-type delta-doping concentration is in the range of 5 × 10 18 cm -3 to 1 × 10 20 cm -3 .
제1항에 있어서,
상기 제1 질화물계 반도체층은 두께 방향으로 알루미늄의 성분비가 일정한 AlGaN층이고, 상기 알루미늄의 성분비가 일정한 AlGaN층의 Al 조성은 Al과 Ga의 총합 대비 5% 내지 30%인 질화물계 반도체 발광소자.
The method according to claim 1,
Wherein the first nitride based semiconductor layer is an AlGaN layer having a constant aluminum component ratio in the thickness direction and the Al composition ratio of the AlGaN layer having a constant aluminum component ratio is 5% to 30% based on the total of Al and Ga.
제1항에 있어서,
상기 제2 질화물계 반도체층은 상기 활성층 방향으로 알루미늄의 성분비가 감소되는 AlGaN층이고, 상기 알루미늄의 성분비가 감소되는 AlGaN층의 Al 조성은 Al과 Ga의 총합 대비 5% 내지 30% 범위에서 상기 활성층 방향으로 0% 내지 5% 범위로 감소되는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자.
The method according to claim 1,
Wherein the second nitride based semiconductor layer is an AlGaN layer in which the proportion of aluminum in the direction of the active layer is reduced and the Al composition of the AlGaN layer in which the proportion of aluminum is reduced is in the range of 5% to 30% To 5%. ≪ RTI ID = 0.0 > 8. < / RTI >
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Patent event date: 20130214

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