KR20140117016A - 우수한 정전기 방전 보호 효과를 나타내는 질화물 반도체 발광소자 - Google Patents
우수한 정전기 방전 보호 효과를 나타내는 질화물 반도체 발광소자 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20140117016A KR20140117016A KR1020130031680A KR20130031680A KR20140117016A KR 20140117016 A KR20140117016 A KR 20140117016A KR 1020130031680 A KR1020130031680 A KR 1020130031680A KR 20130031680 A KR20130031680 A KR 20130031680A KR 20140117016 A KR20140117016 A KR 20140117016A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- doping concentration
- type
- nitride semiconductor
- type dopant
- Prior art date
Links
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 title claims abstract description 73
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 76
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims abstract description 56
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 14
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 131
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 3
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010199 LiAl Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 SiC Chemical class 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- USZGMDQWECZTIQ-UHFFFAOYSA-N [Mg](C1C=CC=C1)C1C=CC=C1 Chemical compound [Mg](C1C=CC=C1)C1C=CC=C1 USZGMDQWECZTIQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/14—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
본 발명은 우수한 정전기 방전 보호 효과를 나타내는 질화물 반도체 발광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제1 p-클래드층, 제2 p-클래드층 및 p-컨택층을 포함하는 p형 반도체층에 있어서, 제2 p-클래드층 내 p형 도펀트의 최저 도핑 농도에 대한 p형 도펀트의 최고 도핑 농도의 비율이 특정 범위를 나타내도록 형성된 질화물 반도체 발광소자에 관한 것이다.
Description
본 발명은 우수한 정전기 방전 보호 효과를 나타내는 질화물 반도체 발광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제1 p-클래드층, 제2 p-클래드층 및 p-컨택층을 포함하는 p형 반도체층에 있어서, 제2 p-클래드층 내 p형 도펀트의 최저 도핑 농도에 대한 p형 도펀트의 최고 도핑 농도의 비율이 특정 범위를 나타내도록 형성된 질화물 반도체 발광소자에 관한 것이다.
질화물 반도체 소자는, 예를 들어 GaN계 질화물 반도체 소자를 들 수 있다. 이 GaN계 질화물 반도체 발광소자는 그 응용 분야에 있어서 청색 또는 녹색 LED의 발광소자, MESFET과 HEMT 등의 고속 스위칭과 고출력 소자 등에 다양한 분야에 응용되고 있다.
도 1은 일반적인 질화물 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 질화물 반도체 발광소자는 성장 기판(11)로부터 형성된다. 보다 구체적으로, 질화물 반도체 발광소자는, 상기 성장 기판(11) 상에 형성된 n형 질화물 반도체층(12), 활성층(13) 및 p형 질화물 반도체층(14)을 포함한다.
그리고, n형 질화물 반도체층(12)에 정공을 주입하기 위하여, n형 질화물 반도체층(12)에 전기적으로 연결되도록 n측 전극 패드(15)이 형성된다. 또한, p형 질화물 반도체층(14)에 정공을 주입하기 위하여, p형 질화물 반도체층(14)에 전기적으로 연결되도록 p측 전극 패드(16)가 형성된다.
한편, p형 질화물 반도체층(14)은 n형 질화물 반도체층(12)에 비하여 상대적으로 높은 비저항을 가진다. 그 결과, p형 질화물 반도체층(14) 내에서 전류가 고르게 분산되지 못하고, p측 전극 패드(16)가 형성된 부분에 전류가 집중된다. 또한, 상기 전류는 반도체층들을 통해 흘러서 n측 전극 패드(15)로 빠져나간다. 이에 따라, 상기 n형 질화물 반도체층(12)에서 n측 전극 패드(15)가 형성된 부분에 전류가 집중되며, 발광 다이오드의 모서리를 부분에 전류가 집중적으로 흐르는 문제점이 발생된다. 상기와 같은 전류의 집중은 발광영역의 감소로 이어지고, 결과적으로 발광 효율을 저하시킨다.
한편, 일반적인 질화물 반도체 발광소자의 경우, 정전기 방전(Electro Static Discharge, ESD)에 취약하다. 종래에는 이를 개선하고자, 발광소자 패키징 시에 제너 다이오드(Zenor Diode)와 같은 별도의 ESD 보호 소자를 활용하였다. 또한, 성장구조를 이용하여 ESD를 개선하는 방법으로는 격자부정합에 의한 결함을 줄여 결정성을 향상시키거나 초격자(supper lattice) 구조 및 전류 방지층(current blocking layer)을 형성함으로서 전류가 수평방향으로 잘 퍼져나가 전류 집중(current crowding) 효과를 줄이기도 한다.
그러나, 이와 같은 방안들은 별도의 제너 다이오드를 구입하여 조립하거나 쇼트키 접합을 형성시켜야 하는 번거로움을 초래하고, 그에 따라 질화물 반도체 발광소자의 전반적인 제조 비용을 증가시키는 문제가 있다.
한편, 한국공개특허 제2010-0059324호에서는 AlGaN층과 GaN층 사이에 델타 도핑된 InN 층을 삽입하여 2DEG 층 효과로 전류 분산 특성을 개선함으로써 정전기 방전에 대한 내성을 강화하고자 시도하였다.
그럼에도 불구하고, 별도 2DEG 층이나 초격자 층을 형성하지 않으면서도 p형 질화물 반도체층 내에서의 도핑 농도의 조절을 통하여 정전기 방전에 대한 내성을 향상시키고자 한 시도는 아직까지 알려진 바가 없다.
이에 본 발명자들은 정전기 방전 보호 특성을 향상시킬 수 있는 질화물 반도체 발광소자를 개발하고자 연구, 노력한 결과, p형 반도체층이 제1 p-클래드층과 제2 p-클래드층을 포함하도록 구성하고, 상기 제2 p-클래드층에서 최저 도핑 농도와 최고 도핑 농도가 일정 비율을 나타내도록 도펀트의 농도 분포를 조절하여, 질화물 반도체 발광소자가 우수한 정전기 방전 보호 특성과 전기적 특성을 나타낼 수 있음을 발견함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서 본 발명의 목적은 최저 도핑 농도와 최고 도핑 농도가 일정 비율을 나타내도록 제2 p-클래드층 내 도펀트의 도핑 농도를 조절함으로써 정전기 방전에 대한 보호 효과를 향상시킨 질화물 반도체 발광소자를 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자는 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 포함하고, 상기 p형 반도체층은 활성층으로부터 상부 방향으로 제1 p-클래드층, 제2 p-클래드층 및 p-컨택층을 포함하며, 상기 제2 p-클래드층 내에서 p형 도펀트의 최저 도핑 농도에 대한 p형 도펀트의 최고 도핑 농도의 비율이 5 ~ 15 범위에 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 질화물 반도체 발광소자에서 상기 제1 p-클래드층은 AlxInyGazN(x+y+z=1, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0<z≤1)으로 이루어지고, 상기 제2 p-클래드층은 InxGa1-xN(0≤x<1)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 질화물 반도체 발광소자는 상기 제2 p-클래드층에서 p형 도펀트의 최저 도핑 농도가 1 x 1019 ~ 5 x 1019 atoms/cm3 범위에 있고, p형 도펀트의 최고 도핑 농도가 1 x 1020 ~ 5 x 1020 atoms/cm3 범위에 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 질화물 반도체 발광소자에서 상기 p형 도펀트의 최고 도핑 농도는 제2 p-클래드층과 p-컨택층의 경계점에서 p형 도펀트의 도핑 농도와 같거나 낮은 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 질화물 반도체 발광소자는 상기 제2 p-클래드층에서 p형 도펀트의 최저 도핑 농도를 나타내는 지점이 p형 도펀트의 최고 도핑 농도를 나타내는 지점의 하부에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 질화물 반도체 발광소자에서 상기 p형 도펀트는 마그네슘(Mg), 베릴륨(Be), 아연(Zn) 및 카드뮴(Cd) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 p형 반도체층 내 p형 도펀트의 농도를 조절함으로써 정전기 방전에 대한 보호 효과를 향상시킬 수 있다.
특히, 본 발명은 별도 2DEG 층이나 초격자 층을 형성하지 않고 간단하게 반도체층의 성장과정에서 p형 도펀트 소스의 공급 유량만을 조절함으로써 정전기 방전에 대한 문제를 해결할 수 있는 점에서 당업계의 정전기 방전 문제를 해결하기 위한 방안으로 널리 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
도 1은 일반적인 질화물 반도체 발광소자의 단면을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 실시예 1에서 p형 질화물 반도체층 내 Mg의 도핑 농도를 나타낸 프로파일이다.
도 4은 실시예 2에서 p형 질화물 반도체층 내 Mg의 도핑 농도를 나타낸 프로파일이다.
도 5는 비교예 1에서 p형 질화물 반도체층 내 Mg의 도핑 농도를 나타낸 프로파일이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 실시예 1에서 p형 질화물 반도체층 내 Mg의 도핑 농도를 나타낸 프로파일이다.
도 4은 실시예 2에서 p형 질화물 반도체층 내 Mg의 도핑 농도를 나타낸 프로파일이다.
도 5는 비교예 1에서 p형 질화물 반도체층 내 Mg의 도핑 농도를 나타낸 프로파일이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 또는 "상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 다른 부분 “하에” 또는 “하부에” 있다고 할 때, 이 역시 다른 부분 “바로 아래에” 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 또는 “바로 아래에” 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 우수한 정전기 방전 보호 효과를 나타내는 질화물 반도체 발광소자에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 단면을 도시한 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자(100)는 기판(110)의 상부 방향으로 n형 질화물 반도체층(130), 활성층(140), p형 질화물 반도체층(150)을 포함하며, 상기 p형 질화물 반도체층(150)은 상기 활성층(140)으로부터 상부 방향으로 제1 p-클래드층(151), 제2 p-클래드층(152) 및 p-컨택층(153)을 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자는 도 2에 도시된 예와 같이, 버퍼층(120), 투명 전극층(160), p측 전극(170) 및 n측 전극(180)을 포함할 수 있다.
이 때, 상기 제1 p-클래드층(151) 상부에 형성되는 제2 p-클래드층(152)은 p형 도펀트의 농도가 깊이에 따라 변화하면서 나타나므로 p형 도펀트의 최고 도핑 농도(A) 및 최저 도핑 농도(B)를 나타내는 지점이 형성된다.
본 발명에서는 상기 제2 p-클래드층(152)에서 p형 도펀트의 최저 도핑 농도에 대한 p형 도펀트의 최고 도핑 농도의 비율(A/B)이 5 ~ 15 범위로 존재하고, 바람직하게는 6 ~ 12, 보다 바람직하게는 7 ~ 10 의 범위 내에 존재한다. 상기 최저 도핑 농도에 대한 최고 도핑 농도의 비율이 5 미만인 경우, 도펀트 농도 차이에 따른 전류 분산 효과가 충분하지 않아 정전기 방전에 대한 보호 효과가 낮게 나타나며, 상기 비율이 15를 초과하는 경우, 순방향 전압 강하의 상승으로 인하여 전기적 특성에 문제가 나타날 우려가 있다.
상기 제2 p-클래드층(152)에서 p형 도펀트의 최저 도핑 농도는 1 x 1019 ~ 5 x 1019 atoms/cm3 범위에 있는 것이 바람직하고, 1 x 1019 ~ 4 x 1019 atoms/cm3 범위에 있는 것이 보다 바람직하다. 제2 p-클래드층(152)에서 p형 도펀트의 최저 도핑 농도가 1 x 1019 atoms/cm3 미만일 경우 n형 질화물 반도체층에서의 캐리어와 도핑 밸런스를 맞추기 어려운 문제점이 있다. 반대로, 제2 p-클래드층(152)에서 p형 도펀트의 최저 도핑 농도가 5 x 1019 atoms/cm3를 초과하는 경우, p형 도펀트의 최저 도핑 농도에 대한 p형 도펀트의 최고 도핑 농도의 비율 감소로 인하여 전류 분산효과가 불충분할 수 있다.
또한, 제2 p-클래드층(152)에서 p형 도펀트의 최고 도핑 농도는 1 x 1020 ~ 5 x 1020 atoms/cm3 범위에 있는 것이 바람직하고, 1 x 1020 ~ 4 x 1020 atoms/cm3 범위에 있는 것이 보다 바람직하다. 제2 p-클래드층(152)에서 p형 도펀트의 최고 도핑 농도가 1 x 1020 atoms/cm3 미만일 경우, p형 도펀트의 최저 도핑 농도에 대한 p형 도펀트의 최고 도핑 농도의 비율 감소로 인하여 전류 분산효과가 불충분할 수 있다. 반대로, 제2 p-클래드층(152)에서 p형 도펀트의 최고 도핑 농도가 5 x 1020 atoms/cm3를 초과하는 경우, 결정 품질 저하가 발생할 수 있다.
특히, 제2 p-클래드층(152)에서의 p형 도펀트의 최고 도핑 농도는 제2 p-클래드층(152)과 p-컨택층(153)의 경계점에서의 p형 도펀트의 도핑 농도와 같거나 낮게 나타나며, 제2 p-클래드층(152)과 p-컨택층(153)의 경계점에서 p형 도펀트의 도핑 농도를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 제2 p-클래드층(152)에서의 p형 도펀트의 최고 도핑 농도가 제2 p-클래드층(152)과 p-컨택층(153)의 경계점에서의 p형 도펀트의 도핑 농도를 초과하는 경우, 정공 이동이 원할하게 이루어지지 않을 수 있다.
그리고, 상기 제2 p-클래드층(152) 내에서 p형 도펀트의 최저 도핑 농도를 나타내는 지점은 p형 도펀트의 최고 도핑 농도를 나타내는 지점보다 하부에 형성되는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, p형 도펀트의 최고 도핑 농도를 나타내는 지점보다 상부에 형성될 수도 있다.
상기 p형 도펀트의 도핑 농도 조절은 p형 질화물 반도체층의 형성시 Cp2Mg(bis(cyclopentadienyl) Magnesium)와 같은 p형 도펀트 소스의 공급 유량을 변화시켜가며 질화물 반도체층을 성장시킴에 따라 이루어질 수 있다.
상기 p형 도펀트로는 마그네슘(Mg), 베릴륨(Be), 아연(Zn) 및 카드뮴(Cd) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상이 될 수 있으나, 바람직하게는 마그네슘(Mg)을 사용하는 것이 좋다.
상기 제1 p-클래드층(151)은 AlxInyGazN(x+y+z=1, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0<z≤1)으로 이루어질 수 있으며, x 또는 y가 0인 3성분계 질화물로서 형성될 수도 있으나, 바람직하게는 x와 y가 모두 0이 아닌 4성분계 질화물을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1 p-클래드층(151) 내 p형 도펀트의 도핑 농도는 1 x 1019 ~ 1 x 1020 atoms/cm3 범위에 있는 것이 바람직하고, 상기 제2 p-클래드층에서 p형 도펀트의 최고 도핑 농도 및 최저 도핑 농도의 범위 내로 존재하는 것이 좋다.
또한, 상기 제2 p-클래드층(152)은 Ga을 포함하는 질화물로 형성될 수 있고, InxGa1-xN(0≤x<1)으로 이루어지는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 GaN으로 이루어지는 것이 좋다.
그리고, 상기 p-컨택층(153) 또한 InxGa1-xN(0≤x<1)으로 이루어지는 것이 바람직하고, 상기 제2 p-클래드층과 동일하거나 다른 성분으로 이루어질 수 있으나, 보다 바람직하게는 동일 성분으로 이루어지는 것이 좋다. 상기 p-컨택층(153) 내 p형 도펀트의 최고 도핑 농도는 1 x 1020 ~ 1 x 1021 atoms/cm3 범위에 있는 것이 바람직하고, 제2 p-클래드층(152) 내 p형 도펀트의 최고 도핑 농도에 비하여 높게 형성되는 것이 좋다.
한편, 상기 기판(110)은 사파이어를 비롯하여, SiC, Si, GaN, ZnO, GaAs, GaP, LiAl2O3, BN 또는 AlN 등의 화합물로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 버퍼층(120)은 기판(110)과 n형 질화물 반도체층(130) 사이의 격자 부정합을 해소하기 위해 선택적으로 형성될 수 있고, 예컨대 AlN 또는 GaN으로 형성할 수 있다.
n형 질화물 반도체층(130)은 기판(110) 또는 버퍼층(120)의 상부면에 형성되고, n형 도판트가 도핑되어 있는 질화물로 형성된다. 상기 n형 도판트로는 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn) 등이 사용될 수 있다. 여기서, n형 질화물 반도체층(130)은 Si을 도핑한 n형 AlGaN 또는 언도우프 AlGaN으로 이루어진 제 1 층, 및 언도우프 또는 Si을 도핑한 n형 GaN로 이루어진 제 2 층이 번갈아가며 형성된 적층 구조일 수 있다. 물론, n형 질화물 반도체층(150)은 단층의 n형 질화물 반도체층으로 성장시키는 것도 가능하나, 제 1 층과 제 2 층의 적층 구조로 형성하여 크랙이 없는 결정성이 좋은 캐리어 제한층으로 작용할 수 있다.
활성층(140)은 n형 질화물 반도체층(130)과 p형 질화물 반도체층(150) 사이에서 단일양자우물구조 또는 다중양자우물구조로 이루어질 수 있으며, n형 질화물 반도체층(130)을 통하여 흐르는 전자와, p형 질화물 반도체층(150)을 통하여 흐르는 정공이 재결합(re-combination)되면서, 광이 발생된다. 여기서, 활성층(140)은 다중양자우물구조로서, 양자장벽층과 양자우물층은 각각 AlxGayInzN(이 때, x+y+z=1, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1)으로 이루어질 수 있다. 이러한 양자장벽층과 양자우물층이 반복되어 형성된 구조의 활성층(140)은 발생하는 응력과 변형에 의한 자발적인 분극을 억제할 수 있다.
다음, 상기 투명 전극층(160)은 p형 질화물 반도체층(150)의 상부면에 구비된 층으로, 이러한 투명 전극층(160)은 투명 전도성 산화물로 이루어지고, 그 재질은 In, Sn, Al, Zn, Ga 등의 원소를 포함하며, 예컨대 ITO(Indium Tin Oxide), ZnO(Zinc Oxide), NiO(Nikel Oxide), In2O3(Indium Oxide) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
또한, 상기 p형 전극(170)과 n형 전극(180)은 통상의 PVD, CVD, MOCVD 방법 등을 이용하여 Cr, Al, Ni, Au, Ag, ITO 등을 포함하는 금속막 또는 금속 합금막을 증착한 후 이를 마스크를 이용하여 패터닝함으로써 형성될 수 있다.
이하, 본 발명의 하기 실시예를 통하여 본 발명의 질화물 반도체 발광소자에 대하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
실시예 1 ~ 2 및 비교예 1
실시예 1~2 및 비교예 1에 따른 질화물 반도체 발광소자를 구성하기 위한 n형 질화물 반도체층은 GaN을 적용하였고, 제1 p-클래드층은 AlInGaN, 제2 p-클래드층과 p-컨택층은 GaN을 적용하였다.
실시예 1~2 및 비교예 1에 따른 질화물 반도체 발광소자 내 p형 질화물 반도체층에서 깊이에 따른 Mg 도핑 농도 프로파일을 도 3 내지 5에 나타내었다. 또한, 실시예 1~2 및 비교예 1에 따른 질화물 반도체 발광소자 각각에서, 상기 제2 p-클래드층(p-GaN층)에서 Mg의 최고 도핑 농도(A), 최저 도핑 농도(B) 및 최저 도핑 농도에 대한 최고 도핑 농도의 비율(A/B)을 하기 표 1에 나타내었다.
[표 1]
상기 표 1에서와 같이 제2 p-클래드층 내에서 최고 도핑 농도와 최저 도핑 농도를 달리하는 발광소자에서 정전기 방전 보호 특성을 평가하기 위하여, 각각 0.25, 0.5, 1, 2, 4 kV 전압 인가 시 발광소자가 파괴되는지 여부를 확인하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
[표 2]
상기 표 2에서 보는 바와 같이, 제2 p-클래드층 내에서 최저 도핑 농도에 대한 최고 도핑 농도의 비율이 3.0에 해당하는 비교예 1의 발광소자는 4 kV 인가시 완전히 파괴되는 것을 확인하였으나, 제2 p-클래드층 내에서 최저 도핑 농도에 대한 최고 도핑 농도의 비율이 7.0 및 10.0 에 해당하는 실시예 1 및 2에서는 4kV 인가 시에도 파괴가 일어나지 않음을 확인할 수 있었다.
따라서 상기 실험을 통하여 본 발명의 발광소자와 같이 제2 p-클래드층 내에서 최저 도핑 농도에 대한 최고 도핑 농도의 비율이 일정 범위 내에 존재하는 경우 우수한 정전기 방전 보호 및 전기적 특성을 나타낼 수 있음을 확인할 수 있었다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 이하에 기재되는 특허청구범위에 의해서 판단되어야 할 것이다.
100: 질화물 발광소자 110: 기판
120: 버퍼층 130: n형 질화물 반도체층
140: 활성층 150: p형 질화물 반도체층
151: 제1 p-클래드층 152: 제2 p-클래드층
153: p-컨택층 160: 투명도전층
170: p측 전극 180: n측 전극
120: 버퍼층 130: n형 질화물 반도체층
140: 활성층 150: p형 질화물 반도체층
151: 제1 p-클래드층 152: 제2 p-클래드층
153: p-컨택층 160: 투명도전층
170: p측 전극 180: n측 전극
Claims (11)
- n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 포함하는 질화물 반도체 발광소자에 있어서,
상기 p형 반도체층은 활성층으로부터 상부 방향으로 제1 p-클래드층, 제2 p-클래드층 및 p-컨택층을 포함하고,
상기 제2 p-클래드층 내에서, p형 도펀트의 최저 도핑 농도에 대한 p형 도펀트의 최고 도핑 농도의 비율이 5 ~ 15 범위에 있는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 p-클래드층은 AlxInyGazN(x+y+z=1, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0<z≤1)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 p-클래드층은
Ga을 포함하는 질화물로 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제3항에 있어서,
상기 제2 p-클래드층은
InxGa1-xN(0≤x<1)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제4항에 있어서,
상기 제2 p-클래드층은
GaN으로 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 p-클래드층에서 p형 도펀트의 최저 도핑 농도는 1 x 1019 ~ 5 x 1019 atoms/cm3 범위에 있는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 p-클래드층에서 p형 도펀트의 최고 도핑 농도는 1 x 1020 ~ 5 x 1020 atoms/cm3 범위에 있는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제7항에 있어서,
상기 p형 도펀트의 최고 도핑 농도는 제2 p-클래드층과 p-컨택층의 경계점에서 p형 도펀트의 도핑 농도와 같거나 낮은 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 p-클래드층에서 p형 도펀트의 최저 도핑 농도를 나타내는 지점은 p형 도펀트의 최고 도핑 농도를 나타내는 지점의 하부에 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 p형 도펀트는 마그네슘(Mg), 베릴륨(Be), 아연(Zn) 및 카드뮴(Cd) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 p-클래드층 내에서, p형 도펀트의 최저 도핑 농도에 대한 p형 도펀트의 최고 도핑 농도의 비율이 7 ~ 10 범위에 있는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020130031680A KR20140117016A (ko) | 2013-03-25 | 2013-03-25 | 우수한 정전기 방전 보호 효과를 나타내는 질화물 반도체 발광소자 |
TW103111057A TW201438277A (zh) | 2013-03-25 | 2014-03-25 | 具優良靜電放電防護效果之氮化物發光二極體 |
PCT/KR2014/002525 WO2014157928A1 (ko) | 2013-03-25 | 2014-03-25 | 우수한 정전기 방전 보호 효과를 나타내는 질화물 반도체 발광소자 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020130031680A KR20140117016A (ko) | 2013-03-25 | 2013-03-25 | 우수한 정전기 방전 보호 효과를 나타내는 질화물 반도체 발광소자 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20140117016A true KR20140117016A (ko) | 2014-10-07 |
Family
ID=51624802
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020130031680A KR20140117016A (ko) | 2013-03-25 | 2013-03-25 | 우수한 정전기 방전 보호 효과를 나타내는 질화물 반도체 발광소자 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20140117016A (ko) |
TW (1) | TW201438277A (ko) |
WO (1) | WO2014157928A1 (ko) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
USD820678S1 (en) * | 2015-10-09 | 2018-06-19 | Crown Packaging Technology, Inc. | Beverage can top |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019091801A (ja) * | 2017-11-14 | 2019-06-13 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体レーザ素子 |
CN110635006A (zh) * | 2019-08-28 | 2019-12-31 | 映瑞光电科技(上海)有限公司 | GaN基发光二极管外延结构 |
CN110635007B (zh) * | 2019-09-12 | 2024-09-27 | 佛山市国星半导体技术有限公司 | 一种抗静电外延结构及其制备方法 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6677619B1 (en) * | 1997-01-09 | 2004-01-13 | Nichia Chemical Industries, Ltd. | Nitride semiconductor device |
KR100683234B1 (ko) * | 1998-03-12 | 2007-02-15 | 니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤 | 질화물 반도체 소자 |
US6838705B1 (en) * | 1999-03-29 | 2005-01-04 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
KR20090104454A (ko) * | 2008-03-31 | 2009-10-06 | 삼성전기주식회사 | 질화물 반도체 발광소자 |
JP5229048B2 (ja) * | 2009-03-27 | 2013-07-03 | 豊田合成株式会社 | Iii族窒化物半導体発光素子およびその製造方法 |
-
2013
- 2013-03-25 KR KR1020130031680A patent/KR20140117016A/ko not_active Application Discontinuation
-
2014
- 2014-03-25 TW TW103111057A patent/TW201438277A/zh unknown
- 2014-03-25 WO PCT/KR2014/002525 patent/WO2014157928A1/ko active Application Filing
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
USD820678S1 (en) * | 2015-10-09 | 2018-06-19 | Crown Packaging Technology, Inc. | Beverage can top |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TW201438277A (zh) | 2014-10-01 |
WO2014157928A1 (ko) | 2014-10-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101017396B1 (ko) | 변조도핑층을 갖는 발광 다이오드 | |
US9761576B2 (en) | Optoelectronic semiconductor chip and method for fabrication thereof | |
EP2523228B1 (en) | Light emitting diode | |
US11688690B2 (en) | Semiconductor device comprising electron blocking layer | |
KR101007087B1 (ko) | 발광소자 및 그 제조방법 | |
JP2012195616A (ja) | 発光素子 | |
KR20130066870A (ko) | 반도체 발광소자 | |
KR101389348B1 (ko) | 질화갈륨계 반도체 발광소자 | |
KR20130042784A (ko) | 질화물 반도체 발광소자 | |
KR20130078345A (ko) | 스트레인 완충층을 이용하여 발광효율이 우수한 질화물계 발광소자 | |
KR20130058406A (ko) | 반도체 발광소자 | |
US20210226094A1 (en) | Semiconductor device | |
US10177274B2 (en) | Red light emitting diode and lighting device | |
KR20140117016A (ko) | 우수한 정전기 방전 보호 효과를 나타내는 질화물 반도체 발광소자 | |
JP2013016774A (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
US10535795B2 (en) | Ultraviolet light emitting element and lighting system having a quantum barrier structure for improved light emission efficiency | |
CN109817775B (zh) | 半导体元件 | |
KR20100077264A (ko) | 인듐질화물을 포함하는 발광 다이오드 | |
JP5919484B2 (ja) | 窒化物半導体発光ダイオード | |
KR20160027644A (ko) | 발광소자 및 조명시스템 | |
WO2017090903A1 (ko) | 매립된 p형 컨택층을 포함하는 발광다이오드 | |
CN109860363B (zh) | 半导体元件 | |
KR20170096489A (ko) | 발광 소자 | |
CN115692557A (zh) | 半导体元件 | |
KR20120088983A (ko) | 발광소자 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |