KR20160117020A - Light emitting diode with high efficiency - Google Patents

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KR20160117020A
KR20160117020A KR1020150045571A KR20150045571A KR20160117020A KR 20160117020 A KR20160117020 A KR 20160117020A KR 1020150045571 A KR1020150045571 A KR 1020150045571A KR 20150045571 A KR20150045571 A KR 20150045571A KR 20160117020 A KR20160117020 A KR 20160117020A
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장삼석
정정환
김경해
곽우철
조성룡
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서울바이오시스 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는 n형 질화물 반도체층, 상기 n형 질화물 반도체층 상에 위치한 탄소쇼크층, 상기 탄소쇼크층 상에 위치한 활성층, 상기 활성층 상에 위치한 p형 질화물 반도체층을 포함하며, 상기 탄소쇼크층의 탄소 농도는 1×1016 atoms/cm3 내지 1×1020 atoms/cm3 이며, 상기 탄소쇼크층의 두께는 20nm 내지 300nm 일 수 있다. 탄소쇼크층(110)은 순방향 전압 인가 시에는 전자의 수평 방향 이동도가 증가하여 발광 다이오드 내 전류 분산 효과가 향상되며, 역전압 인가 시에는 높은 저항을 가지므로 ESD에 대한 내압 특성이 향상될 수 있다.A light emitting diode according to an embodiment of the present invention includes an n-type nitride semiconductor layer, a carbon shock layer positioned on the n-type nitride semiconductor layer, an active layer located on the carbon shock layer, and a p-type nitride semiconductor layer located on the active layer Wherein the carbon concentration of the carbon shock layer is 1 x 10 16 atoms / cm 3 to 1 x 10 20 atoms / cm 3 , and the thickness of the carbon shock layer is 20 nm to 300 nm. When the forward voltage is applied to the carbon shock layer 110, the electron mobility in the horizontal direction increases to improve the current dispersion effect in the light emitting diode. When the reverse voltage is applied, the carbon shock layer 110 has a high resistance, have.

Description

고효율의 발광 다이오드{LIGHT EMITTING DIODE WITH HIGH EFFICIENCY}[0001] LIGHT EMITTING DIODE WITH HIGH EFFICIENCY [0002]

본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 특히, 전류 분산 효율이 향상된 발광 다이오드에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting diode, and more particularly, to a light emitting diode having improved current dispersion efficiency.

발광 다이오드(LED)는 전기적 에너지를 광으로 변환하는 고체 상태 소자이며, 일반적으로 반대 도전형 불순물로 도핑된 반도체층들 사이에 개재된 하나 이상의 반도체 재료의 활성층을 포함한다. 순방향 바이어스가 이 도핑 층들을 가로질러 인가되는 경우, 전자와 정공이 활성층에 주입되고, 재결합하여 광이 발생한다.Light emitting diodes (LEDs) are solid state devices that convert electrical energy into light and generally comprise an active layer of one or more semiconductor materials interposed between semiconductor layers doped with opposite conductivity type impurities. When a forward bias is applied across these doped layers, electrons and holes are injected into the active layer, recombined to generate light.

발광 다이오드에 있어서, 일반적으로 순방향 전압에 의해 공급된 전류가 반도체층 내에서 수평 방향으로 발광 영역 전체에 대해서 균일하게 분산되는 것이 어렵다. 따라서 전자와 정공의 재결합은 주로 전극 패드 주변에서 이루어진다. 이에 따라, 종래의 발광 다이오드의 발광 영역 중 일부에서 발광 강도가 낮아지게 되고, 발광 다이오드의 전체적인 발광 효율이 저하되는 문제가 있다.In a light emitting diode, it is generally difficult for a current supplied by a forward voltage to be uniformly dispersed in the semiconductor layer in the horizontal direction over the entire light emitting region. Therefore, recombination of electrons and holes is mainly performed around the electrode pads. Accordingly, the light emission intensity is lowered in a part of the light emitting region of the conventional light emitting diode, and the overall light emitting efficiency of the light emitting diode is lowered.

이와 같이 발광 다이오드의 반도체층 내에서 전류 분산이 효율적으로 이루지지 않는 문제를 해결하기 위하여, 전극 연장부를 발광 다이오드와 함께 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 전극 연장부를 형성하기 위해서는, 상기 전극 연장부가 반도체층에 컨택되는 영역을 형성하기 위하여 활성층을 제거하므로, 발광 영역이 감소하는 문제점이 있다. 나아가, 전극 연장부를 이용하여 전류 분산을 고르게 하더라도 반도체층 내에서의 수평 방향 전류 분산이 잘 이루어지지 않아, 발광 영역 전체에 걸쳐 고르게 전류가 분산되도록 하는 것에 한계가 있다.In order to solve the problem that the current dispersion is not efficiently performed in the semiconductor layer of the light emitting diode, the electrode extension part can be used together with the light emitting diode. However, in order to form such an electrode extending portion, the active layer is removed to form a region where the electrode extending portion is in contact with the semiconductor layer, which causes a problem that the light emitting region is reduced. Furthermore, even if the current spreading is made uniform by using the electrode extension portion, the horizontal current dispersion in the semiconductor layer is not performed well, and there is a limit to uniformly distribute the current throughout the light emitting region.

한편, 발광 다이오드가 교류 전원에 연결되고, 역방향 전압이 인가된 경우 발광 다이오드 내에 공핍층이 생겨, 전류가 흐르지 않는 것이 이상적이다. 그러나, 실제로는 ESD(electrostatic discharge)가 발생하여, 전자가 공핍층 내의 결함을 따라 이동하게 되어 원하지 않은 누설 전류가 형성되는 문제가 발생한다.On the other hand, when a light emitting diode is connected to an AC power source and a reverse voltage is applied, it is ideal that a depletion layer is formed in the light emitting diode and no current flows. However, in practice, an electrostatic discharge (ESD) occurs, causing electrons to move along defects in the depletion layer, resulting in an undesirable leakage current.

따라서, 순방향 전압이 인가될 시 전류 분산 효율이 높으며, 역방향 전압이 인가될 시 누설 전류를 방지할 수 있는 구조를 포함하는 발광 다이오드가 요구된다.Accordingly, there is a demand for a light emitting diode including a structure that has a high current dispersion efficiency when a forward voltage is applied and can prevent a leakage current when a reverse voltage is applied.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전류 분산 효율이 향상되고, ESD에 대한 내압 특성이 개선된 발광 다이오드를 제공하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to provide a light emitting diode having improved current dispersion efficiency and improved withstand voltage characteristics against ESD.

본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는 n형 질화물 반도체층, 상기 n형 질화물 반도체층 상에 위치한 탄소쇼크층, 상기 탄소쇼크층 상에 위치한 활성층, 상기 활성층 상에 위치한 p형 질화물 반도체층을 포함하며, 상기 탄소쇼크층의 탄소 농도는 1×1016 atoms/cm3 내지 1×1020 atoms/cm3 이며, 상기 탄소쇼크층의 두께는 20nm 내지 300nm 일 수 있다. 이 경우, 순방향 전압 인가 시에는 전자의 수평 방향 이동도가 증가하여 발광 다이오드 내 전류 분산 효과가 향상되며, 역전압 인가 시에는 탄소쇼크층이 높은 저항을 가지므로 ESD에 대한 내압 특성이 향상될 수 있다.A light emitting diode according to an embodiment of the present invention includes an n-type nitride semiconductor layer, a carbon shock layer positioned on the n-type nitride semiconductor layer, an active layer located on the carbon shock layer, and a p-type nitride semiconductor layer located on the active layer Wherein the carbon concentration of the carbon shock layer is 1 x 10 16 atoms / cm 3 to 1 x 10 20 atoms / cm 3 , and the thickness of the carbon shock layer is 20 nm to 300 nm. In this case, when the forward voltage is applied, the electron mobility in the horizontal direction increases to improve the current dispersion effect in the LED, and since the carbon shock layer has a high resistance at the time of applying the reverse voltage, the withstand voltage characteristic against ESD can be improved have.

상기 탄소쇼크층의 탄소 농도는 상기 n형 질화물 반도체층의 n형 도펀트 농도보다 작을 수 있다. 이를 통해, 상기 활성층으로 이동할 수 있는 전자들이 상기 탄소쇼크층의 넓은 영역에 걸쳐 위치할 수 있으며, 상기 활성층의 넓은 영역에 대해 전자의 이동 확률이 높아질 수 있다. 따라서, 발광 다이오드의 발광 효율이 증가할 수 있다.The carbon concentration of the carbon-shock layer may be smaller than the n-type dopant concentration of the n-type nitride semiconductor layer. Through this, electrons which can move to the active layer can be positioned over a wide region of the carbon shock layer, and the probability of electron migration to a wide region of the active layer can be increased. Therefore, the light emitting efficiency of the light emitting diode can be increased.

상기 탄소쇼크층의 저항은 상기 n형 질화물 반도체층의 저항보다 클 수 있다. 따라서, 역방향 전압이 인가될 시, 상기 탄소쇼크층의 높은 저항으로 인해 공핍층의 커패시턴스(capacitance)가 증가하게 되어, ESD에 대한 내압 특성이 향상될 수 있다.The resistance of the carbon shock layer may be greater than the resistance of the n-type nitride semiconductor layer. Therefore, when the reverse voltage is applied, the capacitance of the depletion layer increases due to the high resistance of the carbon shock layer, and the withstand voltage characteristic against ESD can be improved.

상기 활성층은 In을 포함하는 우물층을 포함하며, 상기 발광 다이오드는 상기 탄소쇼크층과 상기 활성층 사이에 위치한 초격자층을 더 포함하며, 상기 초격자층의 In 농도는 상기 우물층의 In 농도의 20% 내지 50% 일 수 있다. 이를 통해, 탄소쇼크층과 활성층의 격자 부정합에 따른 스트레스가 보다 효과적으로 방지될 수 있다.Wherein the active layer comprises a well layer comprising In and the light emitting diode further comprises a superlattice layer located between the carbon shock layer and the active layer and the In concentration of the superlattice layer is greater than the In concentration of the well layer 20% to 50%. As a result, the stress due to lattice mismatching between the carbon shock layer and the active layer can be more effectively prevented.

상기 탄소쇼크층은 n형 도펀트를 포함하며, 상기 탄소쇼크층의 n형 도펀트 농도는 상기 탄소쇼크층 내의 탄소 농도 이하일 수 있다. 상기 탄소쇼크층 내의 n형 도펀트 농도가 상기 탄소쇼크층 내의 탄소 농도보다 높은 경우, 상기 탄소쇼크층 내의 전자 트랩 센터가 탄소쇼크층 내의 전자로 채워지므로, 상기 n형 질화물 반도체층에서 상기 탄소쇼크층으로 공급되는 전자들의 수평 방향 이동도 개선 효과가 감소하게 된다.Wherein the carbon shock layer comprises an n-type dopant and the n-type dopant concentration of the carbon-shock layer is greater than a carbon concentration in the carbon- ≪ / RTI > When the concentration of the n-type dopant in the carbon shock layer is higher than the concentration of carbon in the carbon shock layer, the electron trap center in the carbon shock layer is filled with electrons in the carbon shock layer, The effect of improving the horizontal movement of the electrons supplied to the light emitting element is reduced.

상기 발광 다이오드는 상기 탄소쇼크층과 상기 n형 질화물 반도체층 사이에 위치하는 전자분산층을 더 포함하며, 상기 전자분산층의 밴드갭은 상기 n형 질화물 반도체층의 밴드갭보다 클 수 있다. 따라서, 상기 활성층의 넓은 영역에 걸쳐 전자가 균일하게 주입될 수 있으므로, 내부 양자 효율이 증가할 수 있다. The light emitting diode further includes an electron dispersion layer positioned between the carbon shock layer and the n-type nitride semiconductor layer, and the bandgap of the electron dispersion layer may be larger than the bandgap of the n-type nitride semiconductor layer. Therefore, electrons can be uniformly injected over a wide region of the active layer, so that the internal quantum efficiency can be increased.

상기 발광 다이오드는 상기 전자분산층과 상기 n형 질화물 반도체층 사이에 2차원의 전자가스층을 더 포함할 수 있다. 이에 따라 상기 탄소쇼크층이 또 다른 전자 분산층의 역할을 할 수 있게 되므로, 전자의 수평 방향 이동이 더욱 향상될 수 있다.The light emitting diode may further include a two-dimensional electron gas layer between the electron dispersion layer and the n-type nitride semiconductor layer. Accordingly, since the carbon shock layer can serve as another electron dispersion layer, the movement of electrons in the horizontal direction can be further improved.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드는 성장 챔버 내에 기판을 배치하고, 상기 기판 상에 n형 질화물 반도체층을 형성하고, 상기 n형 질화물 반도체층 상에 탄소쇼크층을 형성하고, 상기 탄소쇼크층 상에 활성층을 형성하고, 및상기 활성층 상에 p형 질화물 반도체층을 형성하는 것을 포함하며, 상기 탄소쇼크층을 형성하는 것은 상기 성장 챔버 내에 트리에틸 갈륨(TEGa) 소스를 도입하는 것을 포함하며, 상기 탄소쇼크층을 형성하는 것의 성장 온도는 상기 n형 질화물 반도체층을 형성하는 것의 성장 온도보다 낮을 수 있다. 탄소쇼크층이 상대적으로 저온에서 성장할 경우 Ⅲ족 원자 소스를 구성하고 있는 리간드인 메틸 또는 에틸에 포함된 탄소가 원자소스와 해리되지 못하고 성장결정에 도입되어 탄소쇼크층에 충분한 농도로 도핑될 수 있다.A light emitting diode according to another embodiment of the present invention includes a substrate in a growth chamber, an n-type nitride semiconductor layer on the substrate, a carbon shock layer on the n-type nitride semiconductor layer, Forming a p-type nitride semiconductor layer on the active layer, wherein forming the carbon-shock layer comprises introducing triethyl gallium (TEGa) source into the growth chamber And the growth temperature for forming the carbon-shock layer may be lower than the growth temperature for forming the n-type nitride semiconductor layer. When the carbon-shock layer grows at a relatively low temperature, the carbon contained in methyl or ethyl, which is a ligand constituting the Group III atomic source, can not be dissociated from the atomic source and can be introduced into the growth crystal and doped to a sufficient concentration in the carbon- .

상기 탄소쇼크층을 형성하는 것의 성장 온도는 850℃ 이하일 수 있다.The growth temperature for forming the carbon shock layer may be 850 캜 or less.

상기 탄소쇼크층을 형성하는 것의 성장 압력은 150torr 이상일 수 있다. 이 경우, 상기 탄소쇼크층의 형성 시, 상기 탄소쇼크층으로의 NH3의 주입량이 줄어들어, 질소원자의 공극이 더 용이하게 탄소로 채워질 수 있다. 또는 질소원자의 자리가 탄소로 치환될 수 있다.The growth pressure for forming the carbon shock layer may be 150 torr or more. In this case, when the carbon shock layer is formed, the amount of NH 3 injected into the carbon shock layer is reduced, so that the pores of the nitrogen atoms can be more easily filled with carbon. Or the site of the nitrogen atom may be substituted with carbon.

상기 탄소쇼크층을 형성하는 것은 상기 성장 챔버 내에 NH3 소스를 도입하는 것을 더 포함하며, 상기 탄소쇼크층의 형성 시에 도입되는 NH3 소스 주입량은 상기 n형 질화물 반도체층의 형성 시에 도입되는 NH3 소스 주입량보다 작을 수 있다. NH3 의 주입량이 줄어들면, 질소원자의 공극이 높아져 더 많은 탄소가 공극을 채울 수 있으며, 또는 질소원자의 자리가 탄소로 치환될 수 있으므로, 상기 탄소쇼크층의 탄소 농도가 높아질 수 있다.The formation of the carbon shock layer may further include introducing an NH 3 source into the growth chamber, wherein an NH 3 source implantation amount introduced at the time of forming the carbon shock layer is introduced at the time of forming the n-type nitride semiconductor layer NH 3 source implant dose. When the amount of NH 3 injected is reduced, the carbon nano pores of the carbon shock layer can be increased because the pores of the nitrogen atoms become higher and more carbon can fill the pores or the sites of the nitrogen atoms can be substituted with carbon.

상기 탄소쇼크층을 형성하는 것은 상기 성장 챔버 내에 4브롬화 탄소(CBr4)를 도입하는 것을 더 포함할 수 있다. 이를 통해 탄소가 상기 탄소쇼크층에 충분한 농도로 도핑될 수 있다.The formation of the carbon-shock layer may further comprise the introduction of 4 carbon tetrabromide (CBr 4) in the growth chamber. Whereby carbon can be doped to a sufficient concentration in the carbon shock layer.

상기 탄소쇼크층의 탄소 농도는 상기 n형 질화물 반도체층의 n형 도펀트 농도보다 작을 수 있다. 이를 통해, 상기 활성층으로 이동할 수 있는 전자들이 상기 탄소쇼크층의 넓은 영역에 걸쳐 위치할 수 있으며, 상기 활성층의 넓은 영역에 대해 전자의 이동 확률이 높아질 수 있다. 따라서, 발광 다이오드의 발광 효율이 증가할 수 있다.The carbon concentration of the carbon-shock layer may be smaller than the n-type dopant concentration of the n-type nitride semiconductor layer. Through this, electrons which can move to the active layer can be positioned over a wide region of the carbon shock layer, and the probability of electron migration to a wide region of the active layer can be increased. Therefore, the light emitting efficiency of the light emitting diode can be increased.

상기 탄소쇼크층의 저항은 상기 n형 질화물 반도체층의 저항보다 클 수 있다. 따라서, 역방향 전압이 인가될 시, 상기 탄소쇼크층의 높은 저항으로 인해 공핍층의 커패시턴스(capacitance)가 증가하게 되어, ESD에 대한 내압 특성이 향상될 수 있다.The resistance of the carbon shock layer may be greater than the resistance of the n-type nitride semiconductor layer. Therefore, when the reverse voltage is applied, the capacitance of the depletion layer increases due to the high resistance of the carbon shock layer, and the withstand voltage characteristic against ESD can be improved.

상기 발광 다이오드 제조방법은 상기 탄소쇼크층과 상기 활성층 사이에 초격자층을 형성하는 것을 더 포함하며, 상기 활성층은 In을 포함하는 우물층을 포함하며, 상기 초격자층의 In 농도는 상기 우물층의 In 농도의 20% 내지 50% 일 수 있다. 이를 통해, 탄소쇼크층과 활성층의 격자 부정합에 따른 스트레스가 보다 효과적으로 방지될 수 있다.The method of fabricating a light emitting diode further comprises forming a superlattice layer between the carbon-shock layer and the active layer, wherein the active layer comprises a well layer comprising In, wherein the In concentration of the superlattice layer is greater than the In concentration of the well layer Of the In concentration of the first layer. As a result, the stress due to lattice mismatching between the carbon shock layer and the active layer can be more effectively prevented.

상기 탄소쇼크층은 n형 도펀트를 포함하며, 상기 탄소쇼크층의 n형 도펀트 농도는 상기 탄소쇼크층 내의 탄소 농도 이하일 수 있다. 상기 탄소쇼크층 내의 n형 도펀트 농도가 상기 탄소쇼크층 내의 탄소 농도보다 높은 경우, 상기 탄소쇼크층 내의 전자 트랩 센터가 탄소쇼크층 내의 전자로 채워지므로, 상기 n형 질화물 반도체층에서 상기 탄소쇼크층으로 공급되는 전자들의 수평 방향 이동도 개선 효과가 감소하게 된다.Wherein the carbon shock layer comprises an n-type dopant and the n-type dopant concentration of the carbon-shock layer is greater than a carbon concentration in the carbon- ≪ / RTI > When the concentration of the n-type dopant in the carbon shock layer is higher than the concentration of carbon in the carbon shock layer, the electron trap center in the carbon shock layer is filled with electrons in the carbon shock layer, The effect of improving the horizontal movement of the electrons supplied to the light emitting element is reduced.

상기 발광 다이오드 제조방법은 상기 탄소쇼크층과 상기 n형 질화물 반도체층 사이에 전자분산층 형성하는 것을 더 포함하며, 상기 전자분산층의 밴드갭은 상기 n형 질화물 반도체층의 밴드갭보다 클 수 있다. 따라서, 상기 활성층의 넓은 영역에 걸쳐 전자가 균일하게 주입될 수 있으므로, 내부 양자 효율이 증가할 수 있다.The light emitting diode manufacturing method may further include forming an electron dispersion layer between the carbon shock layer and the n-type nitride semiconductor layer, wherein a band gap of the electron dispersion layer is larger than a band gap of the n-type nitride semiconductor layer . Therefore, electrons can be uniformly injected over a wide region of the active layer, so that the internal quantum efficiency can be increased.

상기 탄소쇼크층의 탄소 농도는 1×1016 atoms/cm3 내지 1×1020 atoms/cm3 일 수 있다.The carbon concentration of the carbon shock layer may be 1 x 10 16 atoms / cm 3 to 1 x 10 20 atoms / cm 3 .

상기 탄소쇼크층의 두께는 20nm 내지 300nm 일 수 있다.The thickness of the carbon shock layer may be 20 nm to 300 nm.

상기 발광 다이오드 제조방법은 상기 기판을 제거하는 것을 더 포함할 수 있다.The light emitting diode manufacturing method may further include removing the substrate.

본 발명에 따르면, 발광 다이오드의 탄소쇼크층에 의해, 순방향 전압 인가 시에는 전자의 수평 방향 이동도가 증가하여 발광 다이오드 내 전류 분산 효과가 향상되므로 발광 효율이 개선될 수 있다. 또한, 역전압 인가 시에는 탄소쇼크층이 높은 저항을 가지므로 ESD에 대한 내압 특성이 향상될 수 있다.According to the present invention, due to the carbon shock layer of the light emitting diode, when the forward voltage is applied, the electron mobility in the horizontal direction increases to improve the current dispersion effect in the light emitting diode. Further, since the carbon shock layer has a high resistance at the time of applying the reverse voltage, the withstand voltage characteristic against ESD can be improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph illustrating a light emitting diode according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a graph illustrating a light emitting diode according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view illustrating a light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view illustrating a light emitting diode according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 또한, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에" 또는 "상에" 있다고 기재된 경우 각 부분이 다른 부분의 "바로 상부" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라 각 구성요소와 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 개재된 경우도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are provided by way of example so that those skilled in the art can sufficiently convey the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in other forms. In the drawings, the width, length, thickness, etc. of components may be exaggerated for convenience. It is also to be understood that when an element is referred to as being "above" or "above" another element, But also includes the case where another component is interposed between the two. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view illustrating a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는 n형 질화물 반도체층(100), 탄소쇼크층(110), 활성층(120), p형 질화물 반도체층(130)을 포함한다. 나아가, 발광 다이오드는 기판(미도시)을 더 포함할 수 있다.1, a light emitting diode according to an embodiment of the present invention includes an n-type nitride semiconductor layer 100, a carbon shock layer 110, an active layer 120, and a p-type nitride semiconductor layer 130. Referring to FIG. Further, the light emitting diode may further include a substrate (not shown).

도시되진 않았지만, 본 발명의 발광 다이오드는 기판을 포함할 수 있다. 기판은 질화물 반도체층을 성장시킬 수 있는 기판이면 한정되지 않으며, 절연성 또는 도전성 기판일 수 있다. 기판은, 예를 들어, 사파이어 기판, 실리콘 기판, 실리콘 카바이드 기판, 질화알루미늄 기판, 또는 질화갈륨 기판일 수 있다. 본 실시예에 있어서, 기판은 상면에 요철 패턴을 갖는 패터닝된 사파이어 기판(Patterned Sapphire Substrate; PSS)일 수 있고, 또한, 상기 PSS는 성장면으로서 C면을 포함할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 기판은 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off) 등의 방법을 통해 발광 다이오드로부터 제거될 수도 있다.Although not shown, the light emitting diode of the present invention may include a substrate. The substrate is not limited as long as it can grow the nitride semiconductor layer, and may be an insulating or conductive substrate. The substrate may be, for example, a sapphire substrate, a silicon substrate, a silicon carbide substrate, an aluminum nitride substrate, or a gallium nitride substrate. In this embodiment, the substrate may be a patterned sapphire substrate (PSS) having a concavo-convex pattern on its upper surface, and the PSS may include a C face as a growth surface. However, the present invention is not limited thereto. The substrate may be removed from the light emitting diode through a method such as laser lift off.

n형 질화물 반도체층(100)은 (Al, Ga, In)N과 같은 질화물계 반도체를 포함한다. n형 질화물 반도체층(100)은 성장 챔버 내에 배치된 기판 상에MOCVD, MBE, HVPE 등과 같은 방법을 이용하여 성장될 수 있다. MOCVD를 이용하여 n형 질화물 반도체층(100)을 성장시키는 경우, 약 1050 내지 1200?의 성장 온도에서 소정의 성장 속도로 성장될 수 있다. 또한, n형 질화물계 반도체층(100)은 Si, C, Ge, Sn, Te, Pb 등과 같은 불순물을 1종 이상 포함하여 n형으로 도핑될 수 있다.The n-type nitride semiconductor layer 100 includes a nitride semiconductor such as (Al, Ga, In) N. The n-type nitride semiconductor layer 100 may be grown on a substrate disposed in a growth chamber using a method such as MOCVD, MBE, HVPE, or the like. When the n-type nitride semiconductor layer 100 is grown using MOCVD, it can be grown at a growth rate of about 1050 to 1200? At a predetermined growth rate. The n-type nitride semiconductor layer 100 may be doped with n-type impurities including at least one impurity such as Si, C, Ge, Sn, Te, and Pb.

탄소쇼크층(110)은 (Al, Ga, In)N과 같은 질화물계 반도체를 포함할 수 있다. 탄소쇼크층(110)은 탄소 농도가 상대적으로 높을 수 있다. 구체적으로, 탄소쇼크층(110)의 탄소 농도는 n형 질화물 반도체층(100)의 탄소 농도보다 높을 수 있으며, 도핑되지 않은 질화물 반도체층(미도시)의 탄소 농도보다 높을 수 있다. 이 경우, 질화물계 반도체층 내에 존재하며, 전자의 수평 방향 분산을 방해하는 결함들의 자리(site)에, 특히 질소원자의 공극(vacancy)에 탄소가 배치될 수 있다. 이에 따라, 결함에 의한 전자 산란이 감소되므로, 순방향 전압이 인가될 시, 수평 방향에 대한 전자의 이동이 용이해질 수 있다. 일반적으로, 질소원자의 공극과 전자 간의 인력은 반도체층 내에서 전자의 수평 방향 이동을 방해한다. 본 발명과 같이 질소원자의 공극에 탄소가 배치되는 경우, 질소원자의 공극과 전자 간의 인력이 줄어들어 전자의 수평 방향 이동도가 증가한다.The carbon-shock layer 110 may include a nitride-based semiconductor such as (Al, Ga, In) N. The carbon shock layer 110 may have a relatively high carbon concentration. Specifically, the carbon concentration of the carbon-shock layer 110 may be higher than the carbon concentration of the n-type nitride semiconductor layer 100, and may be higher than the carbon concentration of the undoped nitride semiconductor layer (not shown). In this case, carbon may be disposed in a site of defects present in the nitride-based semiconductor layer, which interferes with the horizontal dispersion of electrons, especially vacancies of nitrogen atoms. Accordingly, electron scattering due to defects is reduced, so that, when a forward voltage is applied, the movement of electrons in the horizontal direction can be facilitated. Generally, the attraction between the pores of the nitrogen atoms and the electrons hinders the horizontal movement of electrons in the semiconductor layer. When carbon is disposed in the pores of the nitrogen atoms as in the present invention, attraction between the pores of the nitrogen atoms and electrons is reduced, and the mobility of electrons in the horizontal direction is increased.

탄소쇼크층(110)의 탄소 농도는 n형 질화물 반도체층(100)의 n형 도펀트 농도보다 작을 수 있다. 탄소쇼크층(110)은 Ⅴ족인 질소원자의 자리에 Ⅳ족인 탄소 원자를 포함하므로, 발광 다이오드 내의 전자를 받아들일 수 있는 전자 트랩 센터(electron trap center)를 포함할 수 있다. 전자 트랩 센터는 전자의 수직 방향 이동을 방해한다. 본 발명에서 n형 질화물 반도체층(100)의 n형 도펀트 농도가 탄소쇼크층(110)의 탄소 농도, 즉 전자 트랩 센터보다 높기 때문에, 순방향 전압이 인가되는 경우, n형 질화물 반도체층(100)에서 탄소쇼크층(110)으로 주입된 전자의 일부는 탄소쇼크층(110)의 전자 트랩 센터를 채우면서 수평 방향으로 이동한다. 결과적으로, 활성층(120)으로 이동할 수 있는 전자들이 탄소쇼크층(110)의 넓은 영역에 걸쳐 위치할 수 있으며, 활성층(120)의 넓은 영역에 대해 전자의 이동 확률이 높아질 수 있다. 따라서, 발광 다이오드의 발광 효율이 증가할 수 있다.The carbon concentration of the carbon-shock layer 110 may be less than the n-type dopant concentration of the n-type nitride semiconductor layer 100. The carbon shock layer 110 may include an electron trap center capable of accepting electrons in the light emitting diode, since the carbon shock layer 110 contains a carbon atom that is in the IV group at the position of the nitrogen atom. The electron trap center interferes with the vertical movement of electrons. Since the n-type dopant concentration of the n-type nitride semiconductor layer 100 is higher than the carbon concentration of the carbon shock layer 110, that is, the electron trap center, the n-type nitride semiconductor layer 100, A part of the electrons injected into the carbon shock layer 110 moves in the horizontal direction while filling the electron trap center of the carbon shock layer 110. As a result, electrons capable of moving to the active layer 120 can be positioned over a wide region of the carbon-shock layer 110, and the probability of electron migration to a wide region of the active layer 120 can be increased. Therefore, the light emitting efficiency of the light emitting diode can be increased.

또한, 탄소쇼크층(110)은 높은 탄소 농도에 기인하여, 상대적으로 높은 저항을 가질 수 있다. 구체적으로, 탄소쇼크층(110)의 저항은 n형 질화물 반도체층(100)의 저항보다 클 수 있다. 발광 다이오드에 역방향 전압이 인가되는 경우, 전자 트랩 센터들이 반도체층 내에서 수직 방향으로 이동하려는 전자들로 채워진다. 즉 전자의 이동을 방해하는 역할을 하게 되어 저항이 높은 효과가 나타난다. 따라서, 역방향 전압이 인가될 시, 탄소쇼크층(110)의 높은 저항으로 인해 공핍층의 커패시턴스(capacitance)가 증가하게 되어, ESD(electrostatic discharge)에 대한 내압 특성이 향상될 수 있다.Further, the carbon shock layer 110 may have a relatively high resistance due to a high carbon concentration. Specifically, the resistance of the carbon shock layer 110 may be greater than the resistance of the n-type nitride semiconductor layer 100. When a reverse voltage is applied to the light emitting diode, the electron trap centers are filled with electrons that move vertically in the semiconductor layer. In other words, it plays a role of hindering the movement of the electrons, so that the effect of the resistance is high. Therefore, when the reverse voltage is applied, the capacitance of the depletion layer increases due to the high resistance of the carbon shock layer 110, and the withstand voltage characteristic against ESD (electrostatic discharge) can be improved.

결과적으로, 탄소쇼크층(110)은 순방향 전압 인가 시에는 전자의 수평 방향 이동도가 증가하여 발광 다이오드 내 전류 분산 효과가 향상되며, 역전압 인가 시에는 높은 저항을 가지므로 ESD에 대한 내압 특성이 향상될 수 있다.As a result, when the forward voltage is applied to the carbon shock layer 110, the electron mobility in the horizontal direction increases to improve the current dispersion effect in the light emitting diode. When the reverse voltage is applied, Can be improved.

탄소쇼크층(110)의 탄소 농도는 1×1016 atoms/cm3 내지 1×1020 atoms/cm3 일 수 있다. 상기 탄소 농도가 1×1020 atoms/cm3 을 초과하는 경우, 탄소쇼크층(110)의 탄소원자가 p형 도펀트의 역할을 하게 되므로, 내부 양자 효율이 감소하는 문제가 발생한다.The carbon concentration of the carbon shock layer 110 may be 1 x 10 16 atoms / cm 3 to 1 x 10 20 atoms / cm 3 . If the carbon concentration exceeds 1 x 10 20 atoms / cm 3 , the carbon source of the carbon-shock layer 110 plays a role of a p-type dopant, so that the internal quantum efficiency decreases.

구체적으로, 탄소 농도는 1×1016 atoms/cm3 내지 5×1018 atoms/cm3 일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 순방향 전압 인가 시 n형 질화물 반도체층(100)에서 주입된 전자가 탄소쇼크층(110)의 전자 트랩 센터를 원활하게 채우며 수평 방향으로 이동할 수 있다. 또한, 역방향 전압 인가 시, 전자의 이동을 방해할 수 있는 전자 트랩 센터가 충분할 수 있으므로 ESD에 대한 내압 특성이 향상될 수 있다. 탄소 농도가 5×1018 atoms/cm3 를 초과하는 경우, 전자로 채워지지 않은 전자 트랩 센터에 의해 활성층(120)으로의 전자 주입이 저하될 수 있다. Specifically, the carbon concentration may be 1 x 10 16 atoms / cm 3 to 5 x 10 18 atoms / cm 3 . When the above range is satisfied, electrons injected from the n-type nitride semiconductor layer 100 when the forward voltage is applied can smoothly fill the electron trap center of the carbon shock layer 110 and move in the horizontal direction. In addition, when an inverse voltage is applied, an electron trap center capable of hindering the movement of electrons may be sufficient, so that the withstand voltage characteristic against ESD can be improved. When the carbon concentration exceeds 5 x 10 18 atoms / cm 3 , electron injection into the active layer 120 may be lowered by an electron trap center not filled with electrons.

보다 구체적으로, 탄소 농도는 1×1016 atoms/cm3 내지 5×1016 atoms/cm3 일 수 있다. 상기 범위 내에서 순방향 인가 시, 전자 트랩 센터를 채운 후 남은 전자의 농도가 높아질 수 있어서, 활성층(120)으로 공급되는 전자의 수를 더욱 확보할 수 있다.More specifically, the carbon concentration may be 1 x 10 16 atoms / cm 3 to 5 x 10 16 atoms / cm 3 . In the forward direction within the above range, the concentration of electrons remaining after filling the electron trap center can be increased, so that the number of electrons supplied to the active layer 120 can be further secured.

탄소쇼크층(110)의 두께는 20nm 내지 300nm일 수 있다. 탄소쇼크층(110)의 두께가 20nm 미만인 경우, 탄소쇼크층(110)의 전자 트랩 센터가 충분하지 못하므로 전자의 수직 방향 이동을 충분히 제어할 수 없게 되어, 순방향 전압 인가 시 전류 분산 효과가 떨어지게 된다. 또한, 두께가 20nm 미만인 경우, 역방향 전압 인가 시 공핍층을 통과한 전자가 탄소쇼크층(110)을 원활하게 통과하여 n형 질화물 반도체층(100)에 용이하게 도달할 수 있게 되어 ESD에 대한 내압 특성이 저하하게 된다. 탄소쇼크층(110)의 두께가 300nm를 초과하는 경우, 순방향 전압 인가 시 전자로 채워지지 않은 전자 트랩 센터에 의해 활성층(120)으로의 전자 주입이 저하되므로 내부 양자 효율이 감소하게 된다.The thickness of the carbon shock layer 110 may be 20 nm to 300 nm. When the thickness of the carbon shock layer 110 is less than 20 nm, the electron trap center of the carbon shock layer 110 is not sufficient, so that the vertical movement of the electrons can not be sufficiently controlled, do. When the thickness is less than 20 nm, electrons having passed through the depletion layer when the reverse voltage is applied smoothly pass through the carbon shock layer 110 and can easily reach the n-type nitride semiconductor layer 100, The characteristics are degraded. When the thickness of the carbon shock layer 110 exceeds 300 nm, electron injection into the active layer 120 is reduced by the electron trap center which is not filled with electrons when the forward voltage is applied, so that the internal quantum efficiency is reduced.

탄소쇼크층(110)은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 이 경우, n형 질화물 반도체층(100)의 전자 뿐만 아니라 탄소쇼크층(110)의 전자도 활성층(110)으로 주입될 수 있으므로 내부 양자 효율이 높아질 수 있다. 더불어, 탄소쇼크층(110) 내의 n형 도펀트 농도는 탄소쇼크층(110) 내의 탄소 농도 이하일 수 있다. 탄소쇼크층(110) 내의 n형 도펀트 농도가 탄소쇼크층(110) 내의 탄소 농도보다 높은 경우, 탄소쇼크층(110) 내의 전자 트랩 센터가 탄소쇼크층(110) 내의 전자로 채워지므로, n형 질화물 반도체층(100)에서 탄소쇼크층(110)으로 공급되는 전자들의 수평 방향 이동도 개선 효과가 감소하게 된다. 상기 n형 도펀트는 Si를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The carbon-shock layer 110 may comprise an n-type dopant. In this case, not only the electrons of the n-type nitride semiconductor layer 100 but also the electrons of the carbon shock layer 110 can be injected into the active layer 110, so that the internal quantum efficiency can be increased. In addition, the n-type dopant concentration in the carbon-shock layer 110 may be less than the carbon concentration in the carbon-shock layer 110. When the concentration of the n-type dopant in the carbon shock layer 110 is higher than the concentration of carbon in the carbon shock layer 110, the electron trap center in the carbon shock layer 110 is filled with electrons in the carbon shock layer 110, The effect of improving the horizontal movement of electrons supplied from the nitride semiconductor layer 100 to the carbon shock layer 110 is reduced. The n-type dopant may be Si, but is not limited thereto.

탄소쇼크층(110)은 다음과 같은 방법으로 형성될 수 있다. 탄소쇼크층(110)은 성장 챔버 내에 Al, Ga, In 등과 같은 Ⅲ족 원자 소스 및 N과 같은 Ⅴ족 원자 소스를 도입시켜 성장시킬 수 있다. Ga 소스로 TMGa, TEGa 등을 이용할 수 있고, Al 소스로 TMAl, TEAl 등을 이용할 수 있으며, In 소스로 TMIn, TEIn 등을 이용할 수 있으며, N 소스로 NH3를 이용할 수 있다. 탄소쇼크층(110)은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy) 또는 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등의 기술을 이용하여 성장될 수 있다. 탄소쇼크층(110)은 상대적으로 저온에서 성장될 수 있다. 구체적으로, 도 3을 참조하면, 탄소쇼크층(110)의 성장 온도는 n형 질화물 반도체층(100)의 성장 온도 및/또는 활성층(120)의 성장 온도보다 낮을 수 있다. 저온에서 성장할 경우 Ⅲ족 원자 소스를 구성하고 있는 리간드인 메틸 또는 에틸에 포함된 탄소가 원자소스와 해리되지 못하고 성장결정에 도입되어 탄소쇼크층(110)에 도핑된다. 예를 들어, 탄소쇼크층(110)은 Ga 소스로 TEGa를 이용하고, MOCVD 기술을 이용하여 1000℃ 이상에서 성장하는 n형 질화물 반도체층(100)과 달리 900℃ 이하의 온도에서 성장될 수 있다. 바람직하게는 탄소쇼크층(110)은 850℃ 이하에서 성장할 수 있다. TEGa는 Ga 금속에 트리에틸(Triethyl)이((C2H5)3) 리간드로 포함하므로, 메틸(Methyl)을 리간드로 포함하는 TMGa을 사용하는 경우보다 탄소의 도핑이 용이하다. 상기 온도 범위 이상의 고온에서 성장될 시, 탄소는 대부분 Ga과 분리되어 형성되므로, 반도체층의 탄소 농도가 높지 않다. 상기 온도 범위를 만족하는 경우, 탄소쇼크층(110)이 탄소를 높은 농도로 함유할 수 있다. The carbon shock layer 110 may be formed in the following manner. The carbon shock layer 110 can be grown by introducing a Group III atom source such as Al, Ga, In, etc. and a Group V atom source such as N in the growth chamber. TMGa and TEGa may be used as the Ga source, TMAl and TEAl may be used as the Al source, TMIn and TEin may be used as the In source, and NH 3 may be used as the N source. The carbon shock layer 110 can be grown using a technique such as MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), MBE (Molecular Beam Epitaxy), or HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy). The carbon shock layer 110 can be grown at a relatively low temperature. 3, the growth temperature of the carbon-shock layer 110 may be lower than the growth temperature of the n-type nitride semiconductor layer 100 and / or the growth temperature of the active layer 120. Referring to FIG. When growing at a low temperature, the carbon contained in the methyl or ethyl, which is a ligand constituting the Group III atomic source, is not dissociated from the atomic source and is introduced into the growth crystal and doped into the carbon shock layer 110. For example, the carbon shock layer 110 can be grown at a temperature of 900 ° C or lower, unlike the n-type nitride semiconductor layer 100 grown using TEGa as a Ga source and growing at 1000 ° C or higher by MOCVD . Preferably, the carbon shock layer 110 can grow below 850 < 0 > C. Since TEGa contains triethyl as a ((C 2 H 5 ) 3 ) ligand in a Ga metal, doping of carbon is easier than using TMGa containing methyl as a ligand. When grown at a temperature higher than the above temperature range, most of carbon is formed separately from Ga, so that the carbon concentration of the semiconductor layer is not high. When the temperature range is satisfied, the carbon shock layer 110 may contain carbon at a high concentration.

탄소쇼크층(110)의 성장 압력은 n형 질화물 반도체층(100)의 성장 압력보다 낮을 수 있다. 예컨데 n형 질화물 반도체층(100)은 150 torr 초과의 압력으로 성장하고 탄소쇼크층(110)은 150 torr 이하의 압력에서 성장할 수 있다. 이 경우, 탄소쇼크층(110)의 형성 시, 탄소쇼크층(110)으로의 NH3의 주입량이 줄어들어, 질소원자의 공극이 더 용이하게 탄소로 채워질 수 있다. 또는 질소원자의 자리가 탄소로 치환될 수 있다.The growth pressure of the carbon shock layer 110 may be lower than the growth pressure of the n-type nitride semiconductor layer 100. For example, the n-type nitride semiconductor layer 100 may grow at a pressure greater than 150 torr and the carbon shock layer 110 may grow at a pressure of less than 150 torr. In this case, when the carbon shock layer 110 is formed, the amount of NH 3 injected into the carbon shock layer 110 is reduced, so that the pores of the nitrogen atoms can be more easily filled with carbon. Or the site of the nitrogen atom may be substituted with carbon.

탄소쇼크층(110) 형성 시의 NH3 의 주입량은 n형 질화물 반도체층(100)의 NH3 의 주입량보다 작을 수 있다. NH3 의 주입량이 줄어들면, 질소원자의 공극이 높아져 더 많은 탄소가 공극을 채울 수 있으며, 또는 질소원자의 자리가 탄소로 치환될 수 있으므로, 탄소쇼크층(110)의 탄소 농도가 높아질 수 있다. 예를 들면 n형 질화물 반도체층(100)은 의 NH3 의 주입량은 50 slm이며, 탄소쇼크층(110)의 NH3 의 주입량은 40 slm 일 수 있다.The amount of NH 3 injected when forming the carbon shock layer 110 may be smaller than the amount of NH 3 injected into the n-type nitride semiconductor layer 100. If the amount of NH 3 injected is reduced, the carbon pore density of the carbon shock layer 110 can be increased because the pores of the nitrogen atoms become higher and more carbon can fill the pores or the sites of the nitrogen atoms can be substituted with carbon . For example, injection amount of NH 3 in the n-type nitride semiconductor layer 100 is 50 slm, injection amount of the NH 3 carbon shock layer 110 may be 40 slm.

탄소쇼크층(110)은 탄소 함유 도펀트를 포함할 수 있다. 구체적으로, 탄소쇼크층(110) 형성 시, 4브롬화 탄소(CBr4)와 같은 탄소 함유 도펀트를 별도로 사용할 수 있다. 또한, 탄소 함유 리간드를 포함하는 원자소스를 사용하지 않는 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)로 성장 시 적용될 수 있다.The carbon-shock layer 110 may comprise a carbon-containing dopant. Specifically, at the time of forming the carbon shock layer 110, a carbon-containing dopant such as carbon tetrabromide (CBr 4 ) can be used separately. It can also be applied to growth with HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) which does not use an atom source including a carbon-containing ligand.

활성층(120)은 n형 질화물 반도체층(100) 상에 위치할 수 있다. 활성층(120)은 (Al, Ga, In)N과 같은 질화물 반도체를 포함할 수 있다. 또한, 활성층(120)은 우물층과 장벽층이 적어도 2주기 이상 교대로 적층된 다중양자우물구조(MQW)를 포함할 수 있다. 장벽층은 우물층보다 큰 밴드갭 에너지를 갖는 질화물 반도체를 포함할 수 있으므로, 다수의 캐리어(전자 및 정공)들이 우물층에 집중된다. 이에 따라, 전자와 정공이 결합할 확률이 증가된다.The active layer 120 may be located on the n-type nitride semiconductor layer 100. The active layer 120 may include a nitride semiconductor such as (Al, Ga, In) N. In addition, the active layer 120 may include a multiple quantum well structure (MQW) in which a well layer and a barrier layer are alternately stacked in at least two or more periods. The barrier layer may comprise a nitride semiconductor having a bandgap energy greater than that of the well layer, so that a number of carriers (electrons and holes) are concentrated in the well layer. This increases the probability that electrons and holes are combined.

p형 질화물 반도체층(130)은 활성층(120) 상에 위치할 수 있다. p형 질화물 반도체층(130)은 (Al, Ga, In)N과 같은 질화물 반도체를 포함할 수 있다. p형 질화물 반도체층(130)은 n형 질화물 반도체층(100)과 반대의 도전형으로 도핑될 수 있고, 예를 들어, Mg 도펀트를 포함하여 p형의 도전형을 가질 수 있다. p형 질화물 반도체층(130)은 오믹 컨택 저항을 낮추기 위한 델타 도핑층(미도시)을 더 포함할 수 있다.The p-type nitride semiconductor layer 130 may be located on the active layer 120. The p-type nitride semiconductor layer 130 may include a nitride semiconductor such as (Al, Ga, In) N. The p-type nitride semiconductor layer 130 may be doped with a conductivity type opposite to that of the n-type nitride semiconductor layer 100, and may have a p-type conductivity type including, for example, a Mg dopant. The p-type nitride semiconductor layer 130 may further include a delta doping layer (not shown) for lowering ohmic contact resistance.

도 2는 n형 질화물 반도체층(100), 탄소쇼크층(110) 및 활성층(120)에 따른 Al, In, C의 조성을 나타낸 그래프들이다. 각각의 그래프들은 n형 질화물 반도체층(100), 탄소쇼크층(110) 및 활성층(120) 내에서 그 그래프가 나타내는 물질의 조성의 대략적 비율만을 나타내며, 다른 물질의 그래프들과 수치적으로 비교되지는 않는다. 도 2를 참조하면, 탄소쇼크층(110)은 n형 질화물 반도체층(100) 및 활성층(120)에 비해 높은 탄소 농도를 가질 수 있다. FIG. 2 is a graph showing the compositions of Al, In, and C according to the n-type nitride semiconductor layer 100, the carbon shock layer 110, and the active layer 120. Each graph represents only a rough ratio of the composition of the material represented by the graph in the n-type nitride semiconductor layer 100, the carbon shock layer 110 and the active layer 120, and is not numerically compared with the graphs of other materials . Referring to FIG. 2, the carbon shock layer 110 may have a higher carbon concentration than the n-type nitride semiconductor layer 100 and the active layer 120.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다. 4 is a cross-sectional view illustrating a light emitting diode according to another embodiment of the present invention.

도 4의 발광 다이오드는 도 1의 발광 다이오드와 유사하나, 탄소쇼크층(110)과 활성층(120) 사이에 초격자층(140)을 더 포함한다는 점에서 차이가 있다. 초격자층(140)은 성장 챔버 내에 Al, Ga, In 등과 같은 Ⅲ족 원자 소스 및 N과 같은 Ⅴ족 원자 소스를 도입시켜 성장시키되, 조성이 서로 다른 층을 반복 적층함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 초격자층(140)은 InGaN층과 GaN층이 반복 적층된 구조를 포함할 수 있다. 초격자층(140)은 격자 부정합으로 인한 스트레스 및 스트레인이 활성층(140)에 전달되는 것을 방지하고, 전위와 같은 결함이 전파되는 것을 방지하여 활성층(140)의 결정 품질을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 탄소쇼크층(110)의 높은 탄소 농도에 의해 탄소쇼크층(110)과 n형 질화물 반도체층(100)과의 계면으로부터 격자 부정합이 발생할 수 있다. 구체적으로, 탄소쇼크층(110) 내에서 탄소가 질소원자의 공극을 채우므로, 탄소쇼크층(110)의 격자상수는 활성층(120)의 격자상수보다 작아지므로, 격자 부정합이 발생할 수 있다. 초격자층(140)은 상기 격자 부정합으로 인한 스트레스 및 스트레인이 활성층(140)에 전달되는 것을 방지할 수 있다. 일반적으로 초격자층은 청색 발광 다이오드에 사용하는 활성층의 우물층의 인듐 농도의 20% 에 해당하는 농도의 인듐을 포함한다. 그러나, 본 발명의 경우, 탄소쇼크층(110)과 활성층(120)의 격자 부정합에 따른 스트레스를 보다 효과적으로 방지하기 위해, 초격자층은 우물층의 인듐 농도의 20% 내지 50% 에 해당하는 농도의 인듐을 포함할 수 있다.The light emitting diode of FIG. 4 is similar to the light emitting diode of FIG. 1 except that it further includes a superlattice layer 140 between the carbon shock layer 110 and the active layer 120. The superlattice layer 140 may be formed by introducing a Group III atom source such as Al, Ga, In, etc. and a Group V atom source such as N into the growth chamber, and repeatedly laminating layers having different compositions. For example, the superlattice layer 140 may include a structure in which an InGaN layer and a GaN layer are repeatedly stacked. The superlattice layer 140 prevents stress and strain due to lattice mismatch from being transmitted to the active layer 140 and prevents defects such as dislocations from propagating to improve crystal quality of the active layer 140. Specifically, lattice mismatching may occur from the interface between the carbon-shocked layer 110 and the n-type nitride semiconductor layer 100 due to the high carbon concentration of the carbon-shocked layer 110. Specifically, since the carbon fills the pores of the nitrogen atoms in the carbon shock layer 110, the lattice constant of the carbon shock layer 110 becomes smaller than the lattice constant of the active layer 120, so that lattice mismatching can occur. The superlattice layer 140 may prevent the stress and strain due to the lattice mismatch from being transmitted to the active layer 140. In general, the superlattice layer contains indium at a concentration corresponding to 20% of the indium concentration of the well layer of the active layer used for the blue light emitting diode. However, in the case of the present invention, in order to more effectively prevent the stress caused by the lattice mismatch between the carbon shock layer 110 and the active layer 120, the superlattice layer has a concentration corresponding to 20% to 50% of the indium concentration of the well layer Of indium.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다. 5 is a cross-sectional view illustrating a light emitting diode according to another embodiment of the present invention.

도 5의 발광 다이오드는 도 1의 발광 다이오드와 유사하나, 탄소쇼크층(110)과 n형 질화물 반도체층(100) 사이에 전자분산층(150)을 더 포함한다는 점에서 차이가 있다. 전자분산층(150)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)을 포함할 수 있다. 전자분산층(150)은 n형 질화물 반도체층(100)의 에너지 밴드갭보다 높은 에너지 밴드갭을 포함할 수 있다. 이로 인해, 전자분산층(150)과 n형 질화물 반도체층(100) 사이에 2차원 전자가스(2DEG)가 형성될 수 있다. 순방향 인가 시, n형 질화물 반도체층(100)에서 주입된 전자가 2차원 전자가스 효과로 인해 수평 방향으로 용이하게 분산될 수 있다. 따라서, 활성층의 넓은 영역에 걸쳐 전자가 균일하게 주입될 수 있으므로, 내부 양자 효율이 증가할 수 있다. 동시에 2차원 전자가스에 모인 전자가 탄소쇼크층(110)의 넓은 영역에 걸쳐 주입될 수 있으므로, 전자가 탄소쇼크층(110)의 전자 트랩 센터를 효과적으로 채울 수 있다. 이에 따라, 탄소쇼크층(110)이 또 다른 전자 분산층(150)의 역할을 할 수 있게 되므로, 전자의 수평 방향 이동이 더욱 향상될 수 있다. The light emitting diode of FIG. 5 is similar to the light emitting diode of FIG. 1 except that it further includes an electron dispersion layer 150 between the carbon shock layer 110 and the n-type nitride semiconductor layer 100. The electron dispersion layer 150 may include Al x In y Ga (1-xy) N (0? X? 1, 0? Y? 1, 0? X + y? 1). The electron dispersion layer 150 may include an energy band gap higher than an energy band gap of the n-type nitride semiconductor layer 100. As a result, a two-dimensional electron gas (2DEG) can be formed between the electron dispersion layer 150 and the n-type nitride semiconductor layer 100. Electrons injected from the n-type nitride semiconductor layer 100 can be easily dispersed in the horizontal direction due to the two-dimensional electron gas effect. Therefore, electrons can be uniformly injected over a wide region of the active layer, so that the internal quantum efficiency can be increased. At the same time, electrons gathered in the two-dimensional electron gas can be injected over a wide region of the carbon shock layer 110, so that electrons can effectively fill the electron trap center of the carbon shock layer 110. Accordingly, since the carbon shock layer 110 can serve as another electron dispersion layer 150, the horizontal movement of electrons can be further improved.

전자분산층(150)은 n형 질화물 반도체층(100)보다 에너지 밴드갭이 크며, 격자상수가 작다. 따라서, n형 질화물 반도체층(100)와 전자분산층(150)의 계면에서 발생하는 스트레스 및 스트레인을 완화하기 위해 전자분산층(150)은 초격자로 형성될 수 있으며, 전자분산층(150)의 n형 도펀트 농도는 n형 질화물 반도체층(100)의 n형 도펀트 농도보다 높을 수 있다. The electron dispersion layer 150 has a larger energy band gap and smaller lattice constant than the n-type nitride semiconductor layer 100. Accordingly, the electron dispersion layer 150 may be formed of a superlattice to reduce the stress and strain generated at the interface between the n-type nitride semiconductor layer 100 and the electron dispersion layer 150, The n-type dopant concentration of the n-type nitride semiconductor layer 100 may be higher than the n-type dopant concentration of the n-type nitride semiconductor layer 100.

본 실시예는 전자분산층(150)이 탄소쇼크층(110)과 n형 질화물 반도체층(100)의 사이에 위치하나, 탄소쇼크층(110)과 활성층(120) 사이에 위치할 수도 있다. 이를 통해서도, 전자분산층(150)이 탄소쇼크층(110)과 n형 질화물 반도체층(100)의 사이에 위치하는 경우과 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 탄소쇼크층(110)과 활성층(120) 사이에 위치할 경우, 전자분산층(150)에 집적되는 전자의 농도가 발광 다이오드 수평 방향의 넓은 영역에 걸쳐 보다 균일할 수 있다. 이 경우, 발광 다이오드는 활성층(120)과 탄소쇼크층(110) 사이에 별도의 초격자층을 더 포함할 수 있다.The electron dispersion layer 150 is positioned between the carbon-shock layer 110 and the n-type nitride semiconductor layer 100, but may be positioned between the carbon-shock layer 110 and the active layer 120. The same effect as in the case where the electron dispersion layer 150 is located between the carbon shock layer 110 and the n-type nitride semiconductor layer 100 can be obtained. In addition, when the electron scattering layer 110 is located between the carbon shock layer 110 and the active layer 120, the concentration of electrons accumulated in the electron dispersion layer 150 can be more uniform over a wide region in the horizontal direction of the light emitting diode. In this case, the light emitting diode may further include a superlattice layer between the active layer 120 and the carbon shock layer 110.

본 발명의 발광 다이오드는 전자분산층(150) 상에 위치하는 별도의 탄소쇼크층 (미도시)을 더 포함할 수도 있다. 이를 통해, 전자분산층의 효율을 보다 높일 수 있다. 다만, 전자 트랩 센터가 과도하게 존재하게 되어 순방향 전압이 높아질 수 있으므로, 별도의 탄소쇼크층의 두께, 형성 조건 등을 제어하여 전자 트랩 센터의 농도를 조절할 필요가 있다.
The light emitting diode of the present invention may further include a separate carbon shock layer (not shown) located on the electron dispersion layer 150. As a result, the efficiency of the electron dispersion layer can be further increased. However, since the electron trap center is excessively present and the forward voltage can be increased, it is necessary to control the concentration of the electron trap center by controlling the thickness of the carbon shock layer, formation conditions, and the like.

Claims (20)

n형 질화물 반도체층;
상기 n형 질화물 반도체층 상에 위치한 탄소쇼크층;
상기 탄소쇼크층 상에 위치한 활성층;
상기 활성층 상에 위치한 p형 질화물 반도체층을 포함하며,
상기 탄소쇼크층의 탄소 농도는 1×1016 atoms/cm3 내지 1×1020 atoms/cm3 이며,
상기 탄소쇼크층의 두께는 20nm 내지 300nm인 발광 다이오드.an n-type nitride semiconductor layer;
A carbon shock layer positioned on the n-type nitride semiconductor layer;
An active layer located on the carbon shock layer;
And a p-type nitride semiconductor layer disposed on the active layer,
The carbon concentration of the carbon shock layer is 1 x 10 16 atoms / cm 3 to 1 x 10 20 atoms / cm 3 ,
Wherein the carbon shock layer has a thickness of 20 nm to 300 nm. 청구항 1에 있어서,
상기 탄소쇼크층의 탄소 농도는 상기 n형 질화물 반도체층의 n형 도펀트 농도보다 작은 발광 다이오드.The method according to claim 1,
And the carbon concentration of the carbon shock layer is smaller than the n-type dopant concentration of the n-type nitride semiconductor layer. 청구항 2에 있어서,
상기 탄소쇼크층의 저항은 상기 n형 질화물 반도체층의 저항보다 큰 발광 다이오드.The method of claim 2,
And the resistance of the carbon shock layer is larger than the resistance of the n-type nitride semiconductor layer. 청구항 1에 있어서,
상기 활성층은 In을 포함하는 우물층을 포함하며,
상기 탄소쇼크층과 상기 활성층 사이에 위치한 초격자층을 더 포함하며,
상기 초격자층의 In 농도는 상기 우물층의 In 농도의 20% 내지 50% 인 발광 다이오드.The method according to claim 1,
Wherein the active layer comprises a well layer comprising In,
Further comprising a superlattice layer positioned between the carbon shock layer and the active layer,
Wherein an In concentration of the superlattice layer is 20% to 50% of an In concentration of the well layer. 청구항 1에 있어서,
상기 탄소쇼크층은 n형 도펀트를 포함하며,
상기 탄소쇼크층의 n형 도펀트 농도는 상기 탄소쇼크층 내의 탄소 농도 이하인 발광 다이오드.The method according to claim 1,
Wherein the carbon shock layer comprises an n-type dopant,
Wherein the n-type dopant concentration of the carbon shock layer is higher than the carbon concentration Lt; / RTI > 청구항 1에 있어서,
상기 탄소쇼크층과 상기 n형 질화물 반도체층 사이에 위치하는 전자분산층을 더 포함하며,
상기 전자분산층의 밴드갭은 상기 n형 질화물 반도체층의 밴드갭보다 큰 발광 다이오드.The method according to claim 1,
And an electron dispersion layer disposed between the carbon shock layer and the n-type nitride semiconductor layer,
And the bandgap of the electron dispersion layer is larger than the bandgap of the n-type nitride semiconductor layer. 청구항 6에 있어서,
상기 전자분산층과 상기 n형 질화물 반도체층 사이에 2차원의 전자가스층을 더 포함하는 발광 다이오드.The method of claim 6,
And a two-dimensional electron gas layer between the electron dispersion layer and the n-type nitride semiconductor layer. 성장 챔버 내에 기판을 배치하고;
상기 기판 상에 n형 질화물 반도체층을 형성하고;
상기 n형 질화물 반도체층 상에 탄소쇼크층을 형성하고;
상기 탄소쇼크층 상에 활성층을 형성하고; 및
상기 활성층 상에 p형 질화물 반도체층을 형성하는 것을 포함하며,
상기 탄소쇼크층을 형성하는 것은 상기 성장 챔버 내에 트리에틸 갈륨(TEGa) 소스를 도입하는 것을 포함하며,
상기 탄소쇼크층을 형성하는 것의 성장 온도는 상기 n형 질화물 반도체층을 형성하는 것의 성장 온도보다 낮은 발광 다이오드 제조방법.Disposing a substrate in a growth chamber;
Forming an n-type nitride semiconductor layer on the substrate;
Forming a carbon shock layer on the n-type nitride semiconductor layer;
Forming an active layer on the carbon shock layer; And
And forming a p-type nitride semiconductor layer on the active layer,
Forming the carbon-shock layer includes introducing a triethylgallium (TEGa) source into the growth chamber,
Wherein the growth temperature of the carbon shock layer is lower than the growth temperature of the n-type nitride semiconductor layer. 청구항 8에 있어서,
상기 탄소쇼크층을 형성하는 것의 성장 온도는 850℃ 이하인 발광 다이오드 제조방법.The method of claim 8,
Wherein the growth temperature of the carbon shock layer is 850 DEG C or less. 청구항 8에 있어서,
상기 탄소쇼크층을 형성하는 것의 성장 압력은 150torr 이상인 발광 다이오드 제조방법,The method of claim 8,
The growth pressure of the carbon shock layer is 150 torr or more; 청구항 8에 있어서,
상기 탄소쇼크층을 형성하는 것은 상기 성장 챔버 내에 NH3 소스를 도입하는 것을 더 포함하며,
상기 탄소쇼크층의 형성 시에 도입되는 NH3 소스 주입량은 상기 n형 질화물 반도체층의 형성 시에 도입되는 NH3 소스 주입량보다 작은 발광 다이오드 제조방법.The method of claim 8,
Forming the carbon-shock layer further comprises introducing an NH 3 source into the growth chamber,
Wherein the NH 3 source implantation amount introduced at the time of forming the carbon shock layer is smaller than the NH 3 source implantation amount introduced at the time of forming the n-type nitride semiconductor layer. 청구항 8에 있어서,
상기 탄소쇼크층을 형성하는 것은 상기 성장 챔버 내에 4브롬화 탄소(CBr4)를 도입하는 것을 더 포함하는 발광 다이오드 제조방법.The method of claim 8,
The light emitting diode manufacturing method further comprises the introduction of 4 carbon tetrabromide (CBr 4) in the growth chamber to form the carbon layer shock. 청구항 8에 있어서,
상기 탄소쇼크층의 탄소 농도는 상기 n형 질화물 반도체층의 n형 도펀트 농도보다 작은 발광 다이오드 제조방법.The method of claim 8,
Wherein the carbon concentration of the carbon shock layer is smaller than the n-type dopant concentration of the n-type nitride semiconductor layer. 청구항 13에 있어서,
상기 탄소쇼크층의 저항은 상기 n형 질화물 반도체층의 저항보다 큰 발광 다이오드 제조방법.14. The method of claim 13,
Wherein the resistance of the carbon shock layer is greater than the resistance of the n-type nitride semiconductor layer. 청구항 8에 있어서,
상기 탄소쇼크층과 상기 활성층 사이에 초격자층을 형성하는 것을 더 포함하며,
상기 활성층은 In을 포함하는 우물층을 포함하며,
상기 초격자층의 In 농도는 상기 우물층의 In 농도의 20% 내지 50% 인 발광 다이오드 제조방법.The method of claim 8,
Further comprising forming a superlattice layer between the carbon shock layer and the active layer,
Wherein the active layer comprises a well layer comprising In,
Wherein the In concentration of the superlattice layer is 20% to 50% of the In concentration of the well layer. 청구항 8에 있어서,
상기 탄소쇼크층은 n형 도펀트를 포함하며,
상기 탄소쇼크층의 n형 도펀트 농도는 상기 탄소쇼크층 내의 탄소 농도 이하인 발광 다이오드 제조방법.The method of claim 8,
Wherein the carbon shock layer comprises an n-type dopant,
Wherein the n-type dopant concentration of the carbon shock layer is higher than the carbon concentration Lt; RTI ID = 0.0 >%< / RTI > 청구항 8에 있어서,
상기 탄소쇼크층과 상기 n형 질화물 반도체층 사이에 전자분산층 형성하는 것을 더 포함하며,
상기 전자분산층의 밴드갭은 상기 n형 질화물 반도체층의 밴드갭보다 큰 발광 다이오드 제조방법.The method of claim 8,
And forming an electron dispersion layer between the carbon shock layer and the n-type nitride semiconductor layer,
Wherein a band gap of the electron dispersion layer is larger than a band gap of the n-type nitride semiconductor layer. 청구항 8에 있어서,
상기 탄소쇼크층의 탄소 농도는 1×1016 atoms/cm3 내지 1×1020 atoms/cm3 인 발광 다이오드 제조방법.The method of claim 8,
Wherein the carbon concentration of the carbon shock layer is 1 x 10 16 atoms / cm 3 to 1 x 10 20 atoms / cm 3 . 청구항 8에 있어서,
상기 탄소쇼크층의 두께는 20nm 내지 300nm인 발광 다이오드 제조방법.The method of claim 8,
Wherein the carbon shock layer has a thickness of 20 nm to 300 nm. 청구항 8에 있어서,
상기 기판을 제거하는 것을 더 포함하는 발광 다이오드 제조방법.
The method of claim 8,
And removing the substrate.
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CN107968138A (en) * 2017-11-24 2018-04-27 安徽三安光电有限公司 A kind of iii-nitride light emitting devices

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