KR20240059185A - Method of manufacturing a iii-nitride semiconductor light emitting structure - Google Patents

Method of manufacturing a iii-nitride semiconductor light emitting structure Download PDF

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KR20240059185A
KR20240059185A KR1020220140126A KR20220140126A KR20240059185A KR 20240059185 A KR20240059185 A KR 20240059185A KR 1020220140126 A KR1020220140126 A KR 1020220140126A KR 20220140126 A KR20220140126 A KR 20220140126A KR 20240059185 A KR20240059185 A KR 20240059185A
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Abstract

본 개시는 선택 성장 또는 나노 와이어를 이용하여 발광파장을 장파장 또는 단파장 측으로 이동시킬 수 있는 3족 질화물 반도체 발광구조를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to a method of manufacturing a group III nitride semiconductor light-emitting structure that can shift the emission wavelength to a long or short wavelength using selective growth or nanowires.

Description

3족 질화물 반도체 발광구조를 제조하는 방법{METHOD OF MANUFACTURING A III-NITRIDE SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING STRUCTURE} Method for manufacturing a group III nitride semiconductor light emitting structure {METHOD OF MANUFACTURING A III-NITRIDE SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING STRUCTURE}

본 개시(Disclosure)는 전체적으로 3족 질화물 반도체 발광구조를 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히 선택 성장 또는 나노 와이어를 이용하여 발광파장을 장파장 또는 단파장 측으로 이동시킬 수 있는 3족 질화물 반도체 발광구조를 제조하는 방법에 관한 것이다. 여기서, 3족 질화물 반도체는 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 된 화합물로 이루어진다.This disclosure generally relates to a method of manufacturing a Group III nitride semiconductor light emitting structure, and in particular, to manufacturing a Group III nitride semiconductor light emitting structure that can shift the emission wavelength to a long or short wavelength using selective growth or nanowires. It's about method. Here, the Group 3 nitride semiconductor is made of a compound of Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1).

여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).Here, background information related to the present disclosure is provided, and this does not necessarily mean prior art.

현재 상용의 적색 발광 반도체 발광소자(예: LED, LD)는 AlGaInP계 화합물 반도체를 이용하여 제조되지만, 최근에 3족 질화물 반도체인 InGaN을 활성 영역으로 하는 3족 질화물 반도체 발광구조를 이용하여 황색(yellow), 앰버(amber), 오렌지(oranger), 적색(red) 및 적외선(infrared)을 발광하는 것이 검토되고 있다. Currently, commercial red light-emitting semiconductor light-emitting devices (e.g. LED, LD) are manufactured using AlGaInP-based compound semiconductors, but recently, yellow ( Those emitting yellow, amber, orange, red, and infrared are being considered.

도 1은 종래의 적색 발광 3족 질화물 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 성장 기판(10; 예: 패턴화된 C면 사파이어 기판(PSS)), 버퍼 영역(20; 예: 씨앗층(저온 성장된 GaN) 위에 형성되는 un-doped GaN(2㎛)), n측 컨택 영역(30; 예: Si-doped GaN(2~8㎛)과 Si-doped Al0.03Ga0.97N(1㎛)), 초격자(superlattice) 영역(31; 예: 15주기의 GaN(6nm)/In0.08Ga0.92N(2nm)), 15nm 두께의 Si-doped GaN(32), In의 함량이 적은 양자우물구조(41: 예: In0.2Ga0.8N(2nm)로 된 양자우물과 GaN(2nm)/Al0.13Ga0.87N(18nm)/GaN(3nm)으로 된 장벽층), 적색 발광 활성 영역(42; 예: InGaN(2.5nm)으로 된 양자우물-AlN(1.2nm)/GaN(2nm)/Al0.13Ga0.87N(18nm)/GaN(3nm)으로 된 장벽층-InGaN(2.5nm)으로 된 양자우물-AlN(1.2nm)/GaN(23nm)으로 된 장벽층), 15nm 두께의 GaN 층(43), p측 영역(50; 예: Mg-doped GaN(100nm)과 p+-GaN:Mg(10nm)), 전류 확산 전극(60; 예: ITO), 제1 전극(70; 예: Cr/Ni/Au) 그리고 제2 전극(80; 예: Cr/Ni/Au)을 포함한다(논문: 633-nm InGaN-based red LEDs grown on thick underlying GaN layers with reduced in-plane residual stress; Applied Physics Letters, April 2020).1 is a diagram showing an example of a conventional red light-emitting group III nitride semiconductor light-emitting device, in which the semiconductor light-emitting device includes a growth substrate 10 (e.g., a patterned C-plane sapphire substrate (PSS)) and a buffer region 20 (e.g., a patterned C-plane sapphire substrate (PSS)). : un-doped GaN (2㎛) formed on the seed layer (gaN grown at low temperature), n-side contact area (30; e.g. Si-doped GaN (2~8㎛) and Si-doped Al 0.03 Ga 0.97 N (1 μm)), superlattice region (31; e.g., 15 cycles of GaN (6 nm)/In 0.08 Ga 0.92 N (2 nm)), 15 nm thick Si-doped GaN (32), the In content is Few quantum well structures (41: e.g. quantum wells of In 0.2 Ga 0.8 N (2 nm) and barrier layer of GaN (2 nm)/Al 0.13 Ga 0.87 N (18 nm)/GaN (3 nm)), red light-emitting active region (42; Example: Quantum well made of InGaN (2.5 nm) - Barrier layer made of AlN (1.2 nm)/GaN (2 nm)/Al 0.13 Ga 0.87 N (18 nm)/GaN (3 nm) - Made of InGaN (2.5 nm) quantum well-barrier layer of AlN (1.2 nm)/GaN (23 nm)), 15 nm thick GaN layer (43), p-side region (50; e.g. Mg-doped GaN (100 nm) and p+-GaN:Mg (10 nm)), a current diffusion electrode (60; e.g., ITO), a first electrode (70; e.g., Cr/Ni/Au), and a second electrode (80; e.g., Cr/Ni/Au) (paper : 633-nm InGaN-based red LEDs grown on thick underlying GaN layers with reduced in-plane residual stress; Applied Physics Letters, April 2020).

또한 미국 등록특허공보 US10,396,240호에도 InGaN 활성 영역을 이용하는 적색 발광 반도체 발광소자가 제시되어 있다.Additionally, U.S. Patent Publication No. US10,396,240 also proposes a red light-emitting semiconductor light-emitting device using an InGaN active region.

이에 대하여 '발명을 실시하기 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.This is described at the end of the ‘specific details for carrying out the invention’.

여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).Here, a general summary of the disclosure is provided, and this should not be construed as limiting the scope of the disclosure (This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).

본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 3족 질화물 반도체 발광구조를 제조하는 방법이 제공된다.According to one aspect of the present disclosure, a method for manufacturing a group III nitride semiconductor light emitting structure is provided.

이에 대하여 '발명을 실시하기 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.This is described at the end of the ‘specific details for carrying out the invention’.

도 1은 종래의 적색 발광 3족 질화물 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 2는 본 개시에 따른 3족 질화물 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 본 개시에 따른 반도체 발광구조의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 본 개시에 따른 반도체 발광구조의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 5는 본 개시에 따른 반도체 발광구조의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 6은 본 개시에 따른 실험 결과의 일 예를 나타내는 도면,
도 7은 본 개시에 따른 실험 결과의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 8은 본 개시에 따른 실험 결과의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 9는 본 개시에 따른 실험 결과의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 10은 본 개시에 따른 실험 결과의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 11은 본 개시와 관련된 반도체 발광소자를 밴드갭 에너지의 관점에서 설명하는 도면,
도 12 및 도 14는 본 개시에 따른 실험 결과의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 15는 양자우물 구조의 활성 영역과 초격자 구조의 활성 영역을 비교하는 도면,
도 16은 표 7에 제시된 반도체 발광구조에 따른 실험 결과의 일 예를 나타내는 도면,
도 17은 초격자 구조가 적용된 반도체 발광구조의 다양한 예를 설명하는 도면,
도 18은 본 개시에 따른 반도체 발광구조의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 19 내지 도 21은 초격자 영역과 측면 성장 강화층을 설명하는 도면,
도 22는 본 개시에 따른 반도체 발광구조의 또 다른 예를 나타내는 도면.
도 23 내지 도 26은 도 18 내지 도 22에 제시된 예에 관한 실험 결과를 나타내는 도면,
도 27은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 28은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 29는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 30은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 31은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 32는 도 31에 제시된 개구 패턴의 일 예를 나타내는 도면,
도 33은 본 개시에 따른 성장 방지막의 개구 배치의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 34 내지 도 36은 본 개시에 따른 반도체 발광소자를 제조하는 방법의 일 예를 나타내는 도면,
도 37 내지 도 40은 본 개시에 따른 반도체 발광소자를 제조하는 방법의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 41은 도 27 내지 도 33에 제시된 방법에 따른 실험 결과의 일 예를 나타내는 도면,
도 42는 도 27 내지 도 33에 제시된 방법에 따른 실험 결과의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 43은 도 41 및 도 42에 제시된 실험 결과를 정리한 그래프,
도 44는 본 개시에 따른 광 여기(PL) 실험 결과의 일 예를 나타내는 도면,
도 45는 본 개시에 따른 전계 발광(EL) 실험 결과의 일 예를 나타내는 도면,
도 46은 본 개시에 따른 레이저가 추가된 전계 발광(EL) 실험 결과의 일 예를 나타내는 도면,
도 47 내지 도 49는 본 개시에 따른 발광 원리를 설명하는 도면.
1 is a diagram showing an example of a conventional red light-emitting group III nitride semiconductor light-emitting device;
2 is a diagram showing an example of a Group III nitride semiconductor light emitting device according to the present disclosure;
3 is a diagram showing an example of a semiconductor light-emitting structure according to the present disclosure;
4 is a diagram showing another example of a semiconductor light-emitting structure according to the present disclosure;
5 is a diagram showing another example of a semiconductor light-emitting structure according to the present disclosure;
6 is a diagram showing an example of an experiment result according to the present disclosure;
7 is a diagram showing another example of experimental results according to the present disclosure;
8 is a diagram showing another example of experimental results according to the present disclosure;
9 is a diagram showing another example of experimental results according to the present disclosure;
10 is a diagram showing another example of experimental results according to the present disclosure;
11 is a diagram illustrating a semiconductor light emitting device related to the present disclosure from the perspective of bandgap energy;
12 and 14 are diagrams showing another example of experimental results according to the present disclosure;
Figure 15 is a diagram comparing the active area of the quantum well structure and the active area of the superlattice structure;
16 is a diagram showing an example of experimental results according to the semiconductor light emitting structure shown in Table 7;
17 is a diagram illustrating various examples of semiconductor light-emitting structures using a superlattice structure;
18 is a diagram showing another example of a semiconductor light-emitting structure according to the present disclosure;
19 to 21 are views explaining the superlattice region and the laterally grown reinforcement layer;
22 is a diagram showing another example of a semiconductor light-emitting structure according to the present disclosure.
Figures 23 to 26 show experimental results for the examples shown in Figures 18 to 22;
27 is a diagram showing another example of a semiconductor light emitting device according to the present disclosure;
28 is a diagram showing another example of a semiconductor light emitting device according to the present disclosure;
29 is a diagram showing another example of a semiconductor light emitting device according to the present disclosure;
30 is a diagram showing another example of a semiconductor light emitting device according to the present disclosure;
31 is a diagram showing another example of a semiconductor light emitting device according to the present disclosure;
Figure 32 is a diagram showing an example of the opening pattern shown in Figure 31;
33 is a view showing another example of the opening arrangement of the growth prevention film according to the present disclosure;
34 to 36 are diagrams showing an example of a method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present disclosure;
37 to 40 are diagrams showing another example of a method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present disclosure;
Figure 41 is a diagram showing an example of experimental results according to the method shown in Figures 27 to 33;
Figure 42 is a diagram showing another example of experimental results according to the method presented in Figures 27 to 33;
Figure 43 is a graph summarizing the experimental results presented in Figures 41 and 42;
44 is a diagram showing an example of the results of a light excitation (PL) experiment according to the present disclosure;
45 is a diagram showing an example of electroluminescence (EL) experiment results according to the present disclosure;
46 is a diagram showing an example of the results of an electroluminescence (EL) experiment with a laser added according to the present disclosure;
47 to 49 are diagrams illustrating the light emission principle according to the present disclosure.

이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).Hereinafter, the present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s).

도 2는 본 개시에 따른 3족 질화물 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 성장 기판(10), 버퍼 영역(20), n측 컨택 영역(30), 초격자 영역(31), 반도체 발광구조 또는 활성 영역(42), 전자 차단층(51; EBL), p측 컨택 영역(52), 전류 확산 전극(60), 제1 전극(70) 그리고 제2 전극(80)을 포함한다.FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a Group III nitride semiconductor light emitting device according to the present disclosure, wherein the semiconductor light emitting device includes a growth substrate 10, a buffer region 20, an n-side contact region 30, and a superlattice region 31. ), a semiconductor light emitting structure or active region 42, an electron blocking layer 51 (EBL), a p-side contact region 52, a current diffusion electrode 60, a first electrode 70, and a second electrode 80. Includes.

성장 기판(10)은 사파이어 기판, Si(111) 기판 등이 사용될 수 있으며, 특히 패턴화된 C면 사파이어 기판(C-face PSS)이 적용될 수 있고, 동종 기판 및 이종 기판 등 특별히 제한되지 않는다.The growth substrate 10 may be a sapphire substrate, a Si (111) substrate, etc. In particular, a patterned C-face sapphire substrate (C-face PSS) may be used, and there is no particular limitation on the use of a same-type substrate or a heterogeneous substrate.

버퍼 영역(20)은 씨앗층 위에 형성된 un-doped GaN으로 이루어질 수 있으며, 성장 조건(MOVCD법 기준)으로 950℃~1100℃의 온도, 1~4㎛의 두께, 100~400mbar의 압력, H2 분위기가 이용될 수 있다. The buffer region 20 may be made of undoped GaN formed on the seed layer, and the growth conditions (based on MOVCD method) are a temperature of 950°C to 1100°C, a thickness of 1 to 4 μm, a pressure of 100 to 400 mbar, and H 2 Atmosphere can be used.

n측 컨택 영역(30)은 Si-doped GaN으로 이루어질 수 있으며, 성장 조건으로 1000℃~1100℃의 온도, 1~4㎛의 두께, 100~400mbar의 압력, H2 분위기가 이용될 수 있다.The n-side contact region 30 may be made of Si-doped GaN, and growth conditions include a temperature of 1000°C to 1100°C, a thickness of 1 to 4 μm, a pressure of 100 to 400 mbar, and an H 2 atmosphere.

초격자 영역(31)은 전류확산을 향상하기 위해 일반적인 성장 조건을 이용하여 InaGa1-aN/InbGa1-bN (0<a<1, 0≤b<1, a>b)가 반복 15주기) 적층된 초격자 구조이며, Al이 추가되는 것은 배제하지 않고, n형 도펀트(예: Si)로 도핑될 수 있으며, 반복의 과정에서 조성이 약간씩 변경될 수 있음은 물론이다.The superlattice region 31 is In a Ga 1-a N/In b Ga 1-b N (0<a<1, 0≤b<1, a>b) using general growth conditions to improve current diffusion. ) is a stacked superlattice structure with a repetition of 15 cycles, and the addition of Al is not excluded, and it can be doped with an n-type dopant (e.g. Si), and the composition may change slightly during the repetition process. am.

전자 차단층(51)은 Mg-doped AlGaN으로 이루어질 수 있으며, 성장 조건으로 900℃의 온도, 10~40nm의 두께, 50~100mbar의 압력, H2 분위기가 이용될 수 있다.The electron blocking layer 51 may be made of Mg-doped AlGaN, and growth conditions include a temperature of 900°C, a thickness of 10 to 40 nm, a pressure of 50 to 100 mbar, and an H 2 atmosphere.

p측 컨택 영역(52) 또한 일반적인 성장조건을 이용하여 Mg-doped GaN으로 형성될 수 있다.The p-side contact region 52 can also be formed of Mg-doped GaN using general growth conditions.

전류 확산 전극(60)으로 ITO와 같은 TCO(Tranparent Conductive Oxide)가 이용될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.TCO (Tranparent Conductive Oxide) such as ITO may be used as the current diffusion electrode 60, but is not limited thereto.

제1 전극(70) 및 제2 전극(80)으로 Cr/Ni/Au가 사용될 수 있다.Cr/Ni/Au may be used as the first electrode 70 and the second electrode 80.

도 2에 제시된 예에 사용된 구조는 종래에 3족 질화물 반도체를 이용하여 청색 및 녹색을 발광하는 반도체 발광소자를 만드는데 이용되는 아주 보편적인 구조이며, 청색 및 녹색을 발광하는데 이용되는 3족 질화물 반도체 발광소자에 사용되는 구조라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 제시된 형태가 래터럴 칩 형태이지만, 플립 칩 형태 및 수직형 칩 형태가 사용될 수 있음은 물론이다.The structure used in the example shown in Figure 2 is a very common structure used to make semiconductor light-emitting devices that emit blue and green light using group III nitride semiconductors. Any structure used in a light emitting device can be used without particular restrictions. Although the presented form is a lateral chip form, it goes without saying that flip chip form and vertical chip form can be used.

도 3은 본 개시에 따른 반도체 발광구조의 일 예를 나타내는 도면으로서, 도 3(a)에는 기존의 녹색 발광 3족 질화물 반도체 발광구조가 제시되어 있으며, 도 3(b)에는 본 개시에 따른 3족 질화물 반도체 발광구조가 제시되어 있다. 설명을 위해, 2개의 양자우물이 제시되어 있다. FIG. 3 is a diagram showing an example of a semiconductor light-emitting structure according to the present disclosure. FIG. 3(a) shows a conventional green light-emitting Group III nitride semiconductor light-emitting structure, and FIG. 3(b) shows a 3-nitride semiconductor light-emitting structure according to the present disclosure. A nitride semiconductor light emitting structure is presented. For illustration purposes, two quantum wells are presented.

도 3(a)에 제시된 반도체 발광구조는 IncGa1-cN으로 된 양자우물(QW)과 AldGaeIn1-d-eN(0≤d≤1, 0≤e≤1; 예: GaN)으로 된 장벽층(배리어)을 사용한다. In의 함량 c는 반도체 발광구조가 발광하는 피크파장에 따라 달라질 수 있으며, 청색을 발광하는 경우에, c가 0.1의 값을 가질 수 있고, 녹색을 발광하는 경우에, c가 0.2의 값을 가질 수 있다. 장벽층으로 InGaN, AlGaN, AlGaInN 등을 사용할 수 있지만, 일반적으로 GaN이 이용된다.The semiconductor light emitting structure shown in Figure 3(a) is a quantum well (QW) made of In c Ga 1-c N and Al d Ga e In 1-de N (0≤d≤1, 0≤e≤1; e.g. A barrier layer made of GaN is used. The content c of In may vary depending on the peak wavelength at which the semiconductor light emitting structure emits light. When emitting blue light, c may have a value of 0.1, and when emitting green color, c may have a value of 0.2. You can. InGaN, AlGaN, AlGaInN, etc. can be used as the barrier layer, but GaN is generally used.

본 개시에 따른 반도체 발광구조는 이미 상용화되고 안정적으로 구현되어 있는 도 3(a)에 제시된 반도체 발광구조에, 도 3(b)에 도시된 것과 같은 장벽층 구조를 도입함으로써, 장파장의 빛을 발광할 수 있다는 것을 보여준다. 따라서 본 개시에 따른 반도체 발광구조를 활용함으로써, 도 1에 제시된 다량의 In을 함유하는 InGaN 활성 영역을 이용할 때의 문제점을 극복할 수 있게 되며, 또한 제조된 반도체 발광소자의 구동 과정에서 발생하던 문제점을 극복할 수 있게 된다.The semiconductor light-emitting structure according to the present disclosure emits light of a long wavelength by introducing a barrier layer structure as shown in FIG. 3(b) into the semiconductor light-emitting structure shown in FIG. 3(a), which has already been commercialized and stably implemented. It shows that it can be done. Therefore, by utilizing the semiconductor light emitting structure according to the present disclosure, it is possible to overcome the problems when using the InGaN active region containing a large amount of In shown in FIG. 1, and also solve the problems that occurred during the driving process of the manufactured semiconductor light emitting device. can overcome.

제1(x), 제2(x)1st(x), 2nd(x) 제1(x), 제2(o)1st(x), 2nd(o) 제1(o), 제2(x)1st(o), 2nd(x) 제1(o), 제2(o)1(o), 2(o) 파장(Wp,nm)Wavelength (Wp, nm) 530 (녹색)530 (green) 560560 580580 625 (적색)625 (red) 광량(정성적 평가)Light quantity (qualitative evaluation) 밝음bright 약함weakness 보통commonly 보통commonly

표 1에 도시된 바와 같이, ① 양자우물의 양측에 본 개시에 따른 제1 층(1) 및 제2 층(2)을 모두 구비하지 않은 경우에 530nm 파장의 빛을 밝게 발광하였으며, ② 양자우물에 본 개시에 따른 제2 층(2)만을 구비하는 경우에 560nm 파장의 빛을 약하게 발광하였고, ③ 양자우물에 본 개시에 따른 제1 층(1)만을 구비하는 경우에 580nm 파장의 빛을 보통으로 발광하였으며, ④ 양자우물의 양측에 본 개시에 따른 제1 층(1) 및 제2 층(2)을 모두 구비하는 경우에 625nm 파장의 빛을 보통으로 발광하였음을 확인할 수 있었다.As shown in Table 1, ① when neither the first layer (1) nor the second layer (2) according to the present disclosure were provided on both sides of the quantum well, light with a wavelength of 530 nm was brightly emitted, and ② the quantum well In the case where only the second layer (2) according to the present disclosure is provided, light with a wavelength of 560 nm is weakly emitted, and ③ when the quantum well is provided with only the first layer (1) according to the present disclosure, light with a wavelength of 580 nm is usually emitted. ④ It was confirmed that light with a wavelength of 625 nm was normally emitted when both the first layer (1) and the second layer (2) according to the present disclosure were provided on both sides of the quantum well.

도 4는 본 개시에 따른 반도체 발광구조의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 도 4(a)는 양자우물의 형성 과정에서 In의 분포가 균일하게 공급된 예를 나타내고, 도 4(b)는 양자우물의 형성 과정에서 In의 분포가 그레이딩(감소하다가 증가되는 형태)되도록 공급된 예를 나타낸다. 각각의 양자우물에 동일한 총량의 In이 공급되었을 때, 도 4(b)에 제시된 예가 더 밝은 빛을 보였다.FIG. 4 is a diagram showing another example of a semiconductor light-emitting structure according to the present disclosure. FIG. 4(a) shows an example in which In is uniformly distributed during the formation of a quantum well, and FIG. 4(b) shows a quantum well. This shows an example in which the distribution of In was supplied to be graded (decreased and then increased) during the formation of a well. When the same total amount of In was supplied to each quantum well, the example shown in Figure 4(b) showed brighter light.

도 5는 본 개시에 따른 반도체 발광구조의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 라스트 배리어(반도체 발광구조에서 p측에 가장 가깝게 위치하는 배리어)의 물질 구성을 GaN에서 GaN보다 밴드갭 에너지가 낮은 물질(예: InGaN)로 변경함으로써, 반도체 발광구조의 발광 파장을 더 길게 할 수 있다는 것을 확인하였다. 예를 들어, In/(In+Ga)의 비를 적절히 조절(예: 0.05, 0.10; 여기서 비는 성장중 기체상태에서 MO 소스(TEGa(TriEthyl Ga), TMIn(TriMethyl In), TMAl(TriMethyl Al)) 간의 분자수 비율)하였더니 625nm 파장을 발광하던 반도체 발광구조가 635nm 파장을 발광하는 반도체 발광구조로 변경됨을 확인할 수 있었다.Figure 5 is a diagram showing another example of a semiconductor light-emitting structure according to the present disclosure, in which the material composition of the last barrier (the barrier located closest to the p side in the semiconductor light-emitting structure) is changed from GaN to a material with a lower bandgap energy than GaN ( It was confirmed that by changing to (e.g. InGaN), the emission wavelength of the semiconductor light emitting structure can be made longer. For example, adjust the ratio of In/(In+Ga) appropriately (e.g., 0.05, 0.10; where the ratio is the MO source (TEGa (TriEthyl Ga), TMIn (TriMethyl In), TMAl (TriMethyl Al) in the gas phase during growth). )), it was confirmed that the semiconductor light-emitting structure that emits light at a wavelength of 625 nm was changed to a semiconductor light-emitting structure that emits light at a wavelength of 635 nm.

도 6은 본 개시에 따른 실험 결과의 일 예를 나타내는 도면으로서, 상단 좌측에 제1 층(1) 및 제2 층(2) 모두가 없는 경우(녹색), 상단 중간에 제2 층(2)만 있는 경우(노란색), 상단 우측에 제1 층(1)만 있는 경우(오렌지), 하단 좌측에 제1 층(1) 및 제2 층(2) 모두가 있는 경우(적색), 하단 중간에 도 5에 제시된 예의 경우(더 적색), 하단 우측에 제1 층(1) 및 제2 층(2)에 Al/(Al+Ga)의 비율이 0.95인 AlfGa1-fN를 사용한 경우(파란색)를 나타내었다.Figure 6 is a diagram showing an example of an experiment result according to the present disclosure, where both the first layer (1) and the second layer (2) are absent at the top left (green), and the second layer (2) is in the middle of the top. only (yellow), only the first layer (1) on the top right (orange), both the first layer (1) and second layer (2) on the bottom left (red), in the middle of the bottom For the example shown in Figure 5 (more red), at the bottom right, Al f Ga 1-f N with a ratio of Al/(Al+Ga) of 0.95 is used for the first layer (1) and second layer (2). (blue) is shown.

실험에는 GaN 장벽층(4nm)과 In/(In+Ga)의 비율이 0.56인 IncGa1-cN 우물층(2.5nm)이 사용되었으며, 구체적으로 2개의 양자우물을 사용하여, GaN 장벽층(4nm)-IncGa1-cN 우물층(2.5nm)-GaN 장벽층(4nm)-IncGa1-cN 우물층(2.5nm)-GaN 장벽층(8nm)이 기존 구조로 사용되었다. 실험의 제약으로 1~4개의 양자우물을 사용해보았으며, 광 특성에 큰 변화는 없었다. 제1 층(1)과 제2 층(2)으로는 Al/(Al+Ga)의 비율이 0.85인 AlfGa1-fN(2nm)를 사용하였다.In the experiment, a GaN barrier layer (4 nm) and an In c Ga 1-c N well layer (2.5 nm) with an In/(In+Ga) ratio of 0.56 were used. Specifically, two quantum wells were used to form a GaN barrier layer. Layer (4nm) - In c Ga 1-c N well layer (2.5 nm) - GaN barrier layer (4 nm) - In c Ga 1-c N well layer (2.5 nm) - GaN barrier layer (8 nm) as the existing structure. It was used. Due to limitations in the experiment, 1 to 4 quantum wells were used, and there was no significant change in optical characteristics. For the first layer (1) and the second layer (2), Al f Ga 1-f N (2 nm) with an Al/(Al+Ga) ratio of 0.85 was used.

우물층(양자우물)은 670℃의 온도에서 TMGa, TMIn을 사용하여 2.5nm의 두께로 성장시켰으며, 장벽층은 770℃의 온도에서 GaN을 4nm의 두께로 성장시켰다. n측에 첫번 째로 위치하는 제1 층(1)은 제1 장벽층(n측에 위치하는 첫번 째 장벽층)의 성장 직후, 제1 장벽층과 동일 조건에서 TMAl과 TMGa를 이용하여 Al/(Al+Ga)의 비율이 0.85인 AlfGa1-fN를 2nm 정도의 두께로 성장시켰다(이들이 통합적으로 장벽층을 형성한다.). 제1 양자우물(n측에 위치하는 첫번 째 우물층)의 성장 직후 n측에 위치하는 제2 층(2)은 50s 동안 온도를 올리며 TMGa와 TMAl을 사용하여 0.3nm의 두께로 성장시켰으며, 이후 장벽층과 동일한 성장 조건에서 나머지 1.7nm를 성장시키고, GaN 장벽층을 성장시켰다. p측에 위치하는 제1 층(1) 및 제2 층(2)도 마찬가지의 방식으로 성장시켰으며, 제1 층(1) 및 제2 층(2) 모두를 구비하는 경우에 반도체 발광구조(42)는 초격자 영역(31)의 마지막 GaN(1.5nm)-GaN 장벽층(4nm)-AlfGa1-fN(2nm) 제1 층(1)-IncGa1-cN 우물층(2.5nm)-AlfGa1-fN(2nm) 제2 층(2)-GaN 장벽층(4nm)-AfGa1-fN(2nm) 제1 층(1)-IncGa1-cN 우물층(2.5nm)-AlfGa1-fN(2nm) 제2 층(2)-GaN 장벽층(8nm)-전자 차단층(51)의 구조를 가진다. 도 5에 제시된 반도체 발광구조의 경우에 마지막 장벽층(전자 차단층(51)에 인접한 장벽층)이 IngGa1-gN 장벽층(4nm)-GaN 장벽층(4nm)의 구조를 가질 수 있다.The well layer (quantum well) was grown to a thickness of 2.5 nm using TMGa and TMIn at a temperature of 670°C, and the barrier layer was grown to a thickness of 4 nm using GaN at a temperature of 770°C. The first layer (1) located first on the n-side is formed using TMAl and TMGa under the same conditions as the first barrier layer immediately after the growth of the first barrier layer (first barrier layer located on the n-side) using Al/( Al f Ga 1-f N with an Al + Ga) ratio of 0.85 was grown to a thickness of about 2 nm (they collectively form a barrier layer). Immediately after the growth of the first quantum well (the first well layer located on the n-side), the second layer (2) located on the n-side was grown to a thickness of 0.3 nm using TMGa and TMAl while raising the temperature for 50 s. Afterwards, the remaining 1.7 nm was grown under the same growth conditions as the barrier layer, and the GaN barrier layer was grown. The first layer (1) and the second layer (2) located on the p side were also grown in the same manner, and when both the first layer (1) and the second layer (2) are provided, the semiconductor light emitting structure ( 42) is the last GaN (1.5 nm) of the superlattice region 31 - GaN barrier layer (4 nm) - Al f Ga 1-f N (2 nm) first layer (1) - In c Ga 1-c N well layer (2.5nm)-Al f Ga 1-f N (2nm) second layer (2)-GaN barrier layer (4nm)-A f Ga 1-f N (2nm) first layer (1)-In c Ga 1 It has a structure of -c N well layer (2.5 nm) - Al f Ga 1 - f N (2 nm) second layer (2) - GaN barrier layer (8 nm) - electron blocking layer (51). In the case of the semiconductor light emitting structure shown in Figure 5, the last barrier layer (barrier layer adjacent to the electron blocking layer 51) may have a structure of In g Ga 1-g N barrier layer (4 nm) - GaN barrier layer (4 nm). there is.

도 6에 도시된 바와 같이, 주어진 반도체 발광구조에서 제1 층(1) 및/또는 제2 층(2)을 도입하여 발광 파장을 긴 쪽으로 이동시킬 수 있다는 것을 알 수 있다. 그러나 이러한 현상은 도 6의 하단 우측에 제시된 바와 같이, 제1 층(1) 및 제2 층(2)의 Al 농도가 임계점을 지나면 파장이 원래 반도체 발광구조가 발광하던 파장보다 더 짧은 쪽으로 이동한다는 것을 알 수 있었다.As shown in FIG. 6, it can be seen that the emission wavelength can be shifted to the longer side by introducing the first layer 1 and/or the second layer 2 in a given semiconductor light emitting structure. However, as shown in the bottom right of FIG. 6, this phenomenon occurs when the Al concentration of the first layer (1) and the second layer (2) passes the critical point, and the wavelength moves to a shorter wavelength than the wavelength at which the original semiconductor light emitting structure emits light. could know that

표 2에 기존에 사용되던 초격자 영역(31)의 성장 조건의 일 예를 정리하였다. 전술한 바와 같이, 본 개시에서 조성은 성장중 기체상태에서 MO 소스(TEGa(TriEthyl Ga), TMIn(TriMethyl In), TMAl(TriMethyl Al)) 간의 분자수 비율로 표시된다.Table 2 summarizes examples of growth conditions for the previously used superlattice region 31. As described above, in the present disclosure, the composition is expressed as the ratio of the number of molecules between the MO sources (TriEthyl Ga (TEGa), TriMethyl In (TMIn), and TriMethyl Al (TMAl)) in the gas phase during growth.

성장온도growth temperature 조성Furtherance 두께thickness InaGa1-aN (초격자 영역(31))In a Ga 1-a N (superlattice region (31)) 720℃720℃ In/(In+Ga) = 0.55In/(In+Ga) = 0.55 1.5nm1.5nm InbGa1-bN (초격자 영역(31))In b Ga 1-b N (superlattice region (31)) 780℃780℃ b = 0 (GaN)b = 0 (GaN) 1.5nm1.5nm

여기서, 초격자 영역(31)은 도핑될 수 있으며, 전체적으로 도핑되거나, 부분적으로 도핑될 수 있다. 예를 들어, 장벽층인 InbGa1-bN (초격자 영역(31))만을 5x1018/cm3 정도로 Si 도핑하거나, 짝수 번째 장벽층만을 도핑하거나, 홀수 번째 장벽층만을 도핑할 수 있다.Here, the superlattice region 31 may be doped, fully doped, or partially doped. For example, only the barrier layer In b Ga 1-b N (superlattice region 31) may be doped with Si to about 5x10 18 /cm 3 , only the even-numbered barrier layers may be doped, or only the odd-numbered barrier layers may be doped. .

표 3에 기존에 사용되던 반도체 발광구조 또는 활성 영역(42)의 성장 조건의 일 예를 정리하였다.Table 3 summarizes examples of growth conditions for the previously used semiconductor light emitting structure or active region 42.

성장온도growth temperature 조성Furtherance 두께thickness AldGaeIn1-d-eN 장벽층 (반도체 발광구조 (42))Al d Ga e In 1-de N barrier layer (semiconductor light emitting structure (42)) 770℃770℃ d = 0, e = 1 (GaN)d = 0, e = 1 (GaN) 4nm4nm IncGa1-cN 우물층 (반도체 발광구조(42))In c Ga 1-c N well layer (semiconductor light emitting structure (42)) 670℃670℃ In/(In+Ga) = 0.56In/(In+Ga) = 0.56 2.5nm2.5nm AldGaeIn1-d-eN 장벽층 (반도체 발광구조(42))Al d Ga e In 1-de N barrier layer (semiconductor light emitting structure (42)) 770℃770℃ d = 0, e = 1 (GaN)d = 0, e = 1 (GaN) 4nm4nm IncGa1-cN 우물층 (반도체 발광구조(42))In c Ga 1-c N well layer (semiconductor light emitting structure (42)) 670℃670℃ In/(In+Ga) = 0.56In/(In+Ga) = 0.56 2.5nm2.5nm AldGaeIn1-d-eN 장벽층 (반도체 발광구조 (42))Al d Ga e In 1-de N barrier layer (semiconductor light emitting structure (42)) 770℃770℃ d = 0, e = 1 (GaN)d = 0, e = 1 (GaN) 8nm8nm

표 4에 본 개시에 따른 반도체 발광구조 또는 활성 영역(42)에 사용된 성장 조건의 일 예를 정리하였다.Table 4 summarizes examples of growth conditions used for the semiconductor light-emitting structure or active region 42 according to the present disclosure.

성장온도growth temperature 조성Furtherance 두께thickness AldGaeIn1-d-eN 장벽층 (반도체 발광구조 (42))Al d Ga e In 1-de N barrier layer (semiconductor light emitting structure (42)) 770℃770℃ d = 0, e = 1 (GaN)d = 0, e = 1 (GaN) 4nm4nm AlfGa1-fN 제1 층(1)Al f Ga 1-f N first layer (1) 770℃770℃ Al/(Al+Ga) = 0.85Al/(Al+Ga) = 0.85 2nm2nm IncGa1-cN 우물층 (반도체 발광구조(42))In c Ga 1-c N well layer (semiconductor light emitting structure (42)) 670℃670℃ In/(In+Ga) = 0.56In/(In+Ga) = 0.56 2.5nm2.5nm AlfGa1-fN 제2 층 (2)Al f Ga 1-f N second layer (2) 770℃770℃ Al/(Al+Ga) = 0.85Al/(Al+Ga) = 0.85 2nm2nm AldGaeIn1-d-eN 장벽층 (반도체 발광구조 (42))Al d Ga e In 1-de N barrier layer (semiconductor light emitting structure (42)) 770℃770℃ d = 0, e = 1 (GaN)d = 0, e = 1 (GaN) 4nm4nm AlfGa1-fN 제1 층(2)Al f Ga 1-f N first layer (2) 770℃770℃ Al/(Al+Ga) = 0.85Al/(Al+Ga) = 0.85 2nm2nm IncGa1-cN 우물층 (반도체 발광구조(42))In c Ga 1-c N well layer (semiconductor light emitting structure (42)) 670℃670℃ In/(In+Ga) = 0.56In/(In+Ga) = 0.56 2.5nm2.5nm AlfGa1-fN 제2 층 (2)Al f Ga 1-f N second layer (2) 770℃770℃ Al/(Al+Ga) = 0.85Al/(Al+Ga) = 0.85 2nm2nm AldGaeIn1-d-eN 장벽층 (반도체 발광구조 (42))Al d Ga e In 1-de N barrier layer (semiconductor light emitting structure (42)) 770℃770℃ d = 0, e = 1 (GaN)d = 0, e = 1 (GaN) 8nm8nm

표 5에 도 5에 따른 반도체 발광구조 또는 활성 영역(42)에 사용된 성장 조건의 일 예를 정리하였다.Table 5 summarizes examples of growth conditions used for the semiconductor light emitting structure or active region 42 according to FIG. 5.

성장온도growth temperature 조성Furtherance 두께thickness AldGaeIn1-d-eN 장벽층 (반도체 발광구조 (42))Al d Ga e In 1-de N barrier layer (semiconductor light emitting structure (42)) 770℃770℃ d = 0, e = 1 (GaN)d = 0, e = 1 (GaN) 4nm4nm AlfGa1-fN 제1 층(1)Al f Ga 1-f N first layer (1) 770℃770℃ Al/(Al+Ga) = 0.85Al/(Al+Ga) = 0.85 2nm2nm IncGa1-cN 우물층 (반도체 발광구조(42))In c Ga 1-c N well layer (semiconductor light emitting structure (42)) 670℃670℃ In/(In+Ga) = 0.56In/(In+Ga) = 0.56 2.5nm2.5nm AlfGa1-fN 제2 층 (2)Al f Ga 1-f N second layer (2) 770℃770℃ Al/(Al+Ga) = 0.85Al/(Al+Ga) = 0.85 2nm2nm AldGaeIn1-d-eN 장벽층 (반도체 발광구조 (42))Al d Ga e In 1-de N barrier layer (semiconductor light emitting structure (42)) 770℃770℃ d = 0, e = 1 (GaN)d = 0, e = 1 (GaN) 4nm4nm AlfGa1-fN 제1 층(2)Al f Ga 1-f N first layer (2) 770℃770℃ Al/(Al+Ga) = 0.85Al/(Al+Ga) = 0.85 2nm2nm IncGa1-cN 우물층 (반도체 발광구조(42))In c Ga 1-c N well layer (semiconductor light emitting structure (42)) 670℃670℃ In/(In+Ga) = 0.56In/(In+Ga) = 0.56 2.5nm2.5nm AlfGa1-fN 제2 층 (2)Al f Ga 1-f N second layer (2) 770℃770℃ Al/(Al+Ga) = 0.85Al/(Al+Ga) = 0.85 2nm2nm IngGa1-gN 장벽층 (반도체 발광구조(42))In g Ga 1-g N barrier layer (semiconductor light emitting structure (42)) 770℃770℃ In/(In+Ga) = 0.01In/(In+Ga) = 0.01 4nm4nm AldGaeIn1-d-eN 장벽층 (반도체 발광구조 (42Al d Ga e In 1-de N barrier layer (semiconductor light emitting structure (42 770℃770℃ d = 0, e = 1 (GaN)d = 0, e = 1 (GaN) 4nm4nm

도 7은 본 개시에 따른 실험 결과의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, Al의 조성에 따른 발광 파장의 변화를 나타내었다. 좌측에 Al/(Al+Ga)의 비가 0.25일 때 발광(노란색)을, 중간에 Al/(Al+Ga)의 비가 0.75일 때 발광(적색)을, 우측에 Al/(Al+Ga)의 비가 0.95일 때 발광(파란색)을 나타냈었다. 도 6의 실험에 사용된 반도체 발광구조의 기준으로 20% 이상의 Al 조성일 때 유의미한 파장의 변화를 유도하였으며, Al 90% 이상의 어떤 값에서 파장이 다시 짧아지는 변화를 보인다는 것을 알 수 있다.Figure 7 is a diagram showing another example of an experiment result according to the present disclosure, showing the change in emission wavelength according to the composition of Al. On the left is light emission (yellow) when the ratio of Al/(Al+Ga) is 0.25, in the middle is light emission (red) when the ratio of Al/(Al+Ga) is 0.75, and on the right is light emission (red) when the ratio of Al/(Al+Ga) is 0.75. Luminescence (blue) was observed when the ratio was 0.95. Based on the semiconductor light emitting structure used in the experiment of Figure 6, a significant change in wavelength was induced when the Al composition was 20% or more, and it can be seen that the wavelength shortened again at a certain value of 90% or more Al.

도 8은 본 개시에 따른 실험 결과의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 제1 층(1) 및 제2 층(2)의 두께 변화에 따른 광량 변화를 나타내었다. 도 6에 제시된 구조를 사용할 때, 대략 2nm 인근에서 최대치를 보이고, 5nm가 되면 값이 급격히 떨어짐을 알 수 있으며, 0.5-4nm의 값을 사용할 수 있을 것이다.FIG. 8 is a diagram showing another example of an experiment result according to the present disclosure, showing a change in light quantity according to a change in the thickness of the first layer 1 and the second layer 2. When using the structure shown in FIG. 6, it can be seen that the maximum is observed around 2nm and the value drops sharply when it reaches 5nm, and a value of 0.5-4nm can be used.

도 9는 본 개시에 따른 실험 결과의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 좌측에 도 4(a)에 제시된 반도체 발광구조를 사용할 때의 결과값, 우측에 도 4(b)에 제시된 반도체 발광구조를 사용할 때의 결과값을 나타내었다. 우측의 예가 더 밝고 더 붉은 빛을 띤다는 것을 알 수 있다.FIG. 9 is a diagram illustrating another example of an experiment result according to the present disclosure, with the result values when using the semiconductor light-emitting structure shown in FIG. 4(a) on the left, and the semiconductor light-emitting structure shown in FIG. 4(b) on the right. The results when used are shown. You can see that the example on the right is brighter and more reddish.

도 10은 본 개시에 따른 실험 결과의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 전류에 따른 파장 변화 정도를 확인해보았다. 기존 대량 In을 사용하는 InGaN 적색 LED와 달리(전류량이 늘어나면 급격히 파장이 짧아짐), 전류량이 늘어나도 파장 Shift가 적다는 것을 알 수 있다.Figure 10 is a diagram showing another example of an experiment result according to the present disclosure, and the degree of wavelength change according to current was confirmed. Unlike InGaN red LEDs that use existing large amounts of In (the wavelength rapidly shortens as the current amount increases), it can be seen that the wavelength shift is small even when the current amount increases.

도 11은 본 개시와 관련된 반도체 발광소자를 밴드갭 에너지의 관점에서 설명하는 도면으로서, (a)에 종래의 반도체 발광소자를 나타내었고, (b)에 도 2에 제시된 반도체 발광소자를 나타내었으며, (c)에 (b)에 제시된 구조에서 초격자 영역(31)에 반도체 발광구조(42)의 장벽층 형태를 적용한 반도체 발광소자를 나타내었다.FIG. 11 is a diagram illustrating a semiconductor light emitting device related to the present disclosure from the perspective of bandgap energy. (a) shows a conventional semiconductor light emitting device, and (b) shows the semiconductor light emitting device shown in FIG. 2. (c) shows a semiconductor light emitting device in which the barrier layer form of the semiconductor light emitting structure 42 is applied to the superlattice region 31 in the structure shown in (b).

표 6에 도 11(c)에 제시된 반도체 발광소자에 사용된 성장 조건의 일 예를 정리하였다.Table 6 summarizes examples of growth conditions used in the semiconductor light emitting device shown in FIG. 11(c).

성장온도growth temperature 조성Furtherance 두께thickness AlgGa1-gN 제3 층(3)Al g Ga 1-g N third layer (3) 780℃780℃ Al/(Al+Ga) = 0.50Al/(Al+Ga) = 0.50 0.8nm0.8nm InaGa1-aN (초격자 영역(31))In a Ga 1-a N (superlattice region (31)) 720℃720℃ In/(In+Ga) = 0.55In/(In+Ga) = 0.55 1.5nm1.5nm AlgGa1-gN 제4 층(4))Al g Ga 1-g N fourth layer (4)) 780℃780℃ Al/(Al+Ga) = 0.50Al/(Al+Ga) = 0.50 0.8nm0.8nm InbGa1-bN (초격자 영역(31))In b Ga 1-b N (superlattice region (31)) 780℃780℃ b = 0 (GaN)b = 0 (GaN) 1.5nm1.5nm :: :: :: :: <<15 주기>><<15 cycles>> :: :: :: :: AlgGa1-gN 제3 층(3)Al g Ga 1-g N third layer (3) 780℃780℃ Al/(Al+Ga) = 0.50Al/(Al+Ga) = 0.50 0.8nm0.8nm InaGa1-aN (초격자 영역(31))In a Ga 1-a N (superlattice region (31)) 720℃720℃ In/(In+Ga) = 0.55In/(In+Ga) = 0.55 1.5nm1.5nm AlgGa1-gN 제4 층(4))Al g Ga 1-g N fourth layer (4)) 780℃780℃ Al/(Al+Ga) = 0.50Al/(Al+Ga) = 0.50 0.8nm0.8nm InbGa1-bN (초격자 영역(31))In b Ga 1-b N (superlattice region (31)) 780℃780℃ b = 0 (GaN)b = 0 (GaN) 1.5nm1.5nm AldGaeIn1-d-eN 장벽층 (반도체 발광구조 (42))Al d Ga e In 1-de N barrier layer (semiconductor light emitting structure (42)) 770℃770℃ d = 0, e = 1 (GaN)d = 0, e = 1 (GaN) 4nm4nm AlfGa1-fN 제1 층(1)Al f Ga 1-f N first layer (1) 770℃770℃ Al/(Al+Ga) = 0.85Al/(Al+Ga) = 0.85 2nm2nm IncGa1-cN 우물층 (반도체 발광구조(42))In c Ga 1-c N well layer (semiconductor light emitting structure (42)) 670℃670℃ In/(In+Ga) = 0.56In/(In+Ga) = 0.56 2.5nm2.5nm AlfGa1-fN 제2 층 (2)Al f Ga 1-f N second layer (2) 770℃770℃ Al/(Al+Ga) = 0.85Al/(Al+Ga) = 0.85 2nm2nm AldGaeIn1-d-eN 장벽층 (반도체 발광구조 (42))Al d Ga e In 1-de N barrier layer (semiconductor light emitting structure (42)) 770℃770℃ d = 0, e = 1 (GaN)d = 0, e = 1 (GaN) 4nm4nm AlfGa1-fN 제1 층(2)Al f Ga 1-f N first layer (2) 770℃770℃ Al/(Al+Ga) = 0.85Al/(Al+Ga) = 0.85 2nm2nm IncGa1-cN 우물층 (반도체 발광구조(42))In c Ga 1-c N well layer (semiconductor light emitting structure (42)) 670℃670℃ In/(In+Ga) = 0.56In/(In+Ga) = 0.56 2.5nm2.5nm AlfGa1-fN 제2 층 (2)Al f Ga 1-f N second layer (2) 770℃770℃ Al/(Al+Ga) = 0.85Al/(Al+Ga) = 0.85 2nm2nm AldGaeIn1-d-eN 장벽층 (반도체 발광구조 (42))Al d Ga e In 1-de N barrier layer (semiconductor light emitting structure (42)) 770℃770℃ d = 0, e = 1 (GaN)d = 0, e = 1 (GaN) 8nm8nm

도 12 및 도 14는 본 개시에 따른 실험 결과의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 도 12는 도 11(c)에 제시된 반도체 발광소자에 대한 실험 결과를 나타내는 도면으로서, 도 11(b)에 제시된 반도체 발광소자에서 초격자 영역(31)을 제외하고 모든 성장 조건을 동일하게 두었을 때의 결과이며, 도 7의 우측에 제시된 소자와 마찬가지로 다시 파장이 짧은 파장으로 이동하는 결과를 나타냈다. 이는 도 11(c)에 제시된 초격자 영역(31) 즉, 초격자 영역(31)에 도입된 제3 층(3) 및 제4 층(4) 구조가 반도체 발광구조(42)의 우물층에 주입되는 In의 양을 증가시키는 역할을 하는 것으로 판단된다. 여기서, 제1 층(1)과 제2 층(2)에 사용되는 Al/(Al+Ga)의 비를 0.85에서 0.45으로 낮추었더니 도 13에 제시된 바와 같이, 붉은 색(635nm의 발광 파장)의 빛이 도 11(b)에 제시된 반도체 발광소자에 비해 2배 이상이 발광되는 것을 확인하였다. 도 14에는 제3 층(3) 및 제4 층(4)의 유무에 따른 초격자 영역(31)의 PL 측정결과가 나타나 있으며, 제3 층(3) 및 제4 층(4)을 구비할 때 PL 피크가 445nm에서 535nm로 장파장 측에서 큰 폭 이동한 것을 보여준다.12 and 14 are diagrams showing another example of experimental results according to the present disclosure. FIG. 12 is a diagram showing experimental results for the semiconductor light emitting device shown in FIG. 11(c), and FIG. 12 is a diagram showing experimental results for the semiconductor light emitting device shown in FIG. 11(c). This is the result when all growth conditions were kept the same except for the superlattice region 31 in the semiconductor light emitting device, and, like the device shown on the right side of Figure 7, the wavelength shifted again to a shorter wavelength. This means that the superlattice region 31 shown in FIG. 11(c), that is, the third layer 3 and fourth layer 4 structures introduced into the superlattice region 31, are in the well layer of the semiconductor light emitting structure 42. It is believed to play a role in increasing the amount of In injected. Here, the ratio of Al/(Al+Ga) used in the first layer 1 and the second layer 2 was lowered from 0.85 to 0.45, and as shown in FIG. 13, red (emission wavelength of 635 nm) It was confirmed that more than twice as much light was emitted compared to the semiconductor light emitting device shown in Figure 11(b). Figure 14 shows the PL measurement results of the superlattice region 31 depending on the presence or absence of the third layer (3) and the fourth layer (4), and the PL measurement results of the superlattice region 31 with the third layer (3) and the fourth layer (4) are shown. It shows that the PL peak shifted significantly from 445 nm to 535 nm on the long wavelength side.

표 7에 도 11(c)에 제시된 반도체 발광소자에서, 양자우물 구조의 활성 영역(42)을, 초격자 영역(31)과 마찬가지로 초격자 구조의 반도체 발광영역 또는 활성 영역(42)으로 변경한 성장 조건의 일 예를 나타내었다. 도 15는 양자우물 구조의 활성 영역과 초격자 구조의 활성 영역을 비교하는 도면으로서, 좌측에 도시된 양자우물 구조의 활성 영역에서는 각각의 양자 우물이 두꺼운 장벽층(배리어)으로 인해 고립된 밴드를 형성하여 독립적으로 전자와 정공의 재결합(electron-hole recombination)을 통해 발광하지만, 우측에 도시된 초격자 구조의 활성 영역에서는, 즉 장벽층(배리어)이 충분히 얇아지면 각각의 우물들이 고립되지 않고 미니 밴드(miniband)를 형성하여 미니밴드 트랜지션(miniband transition)을 통해 발광한다. 초격자 구조의 활성 영역은 3족 질화물계 반도체 발광소자에서는 일반적으로 사용하지 않는 기술이지만, 본 개시에 따른 반도체 발광구조에 적용될 때 매우 효과적이라는 것으로 알게 되었다(도 16 참조). 활성 영역(42)을 초격자 영역(31)과 동일하게 구성하였으며, 다만, 8주기를 적용하였고, 도핑을 행하지 않았으며, 우물층의 성장 온도를 700℃로 하였고, 나머지 층들의 성장 온도를 780℃로 하였으며, 제1 층(1)과 제2 층(2)의 두께를 0.8nm로 하였고, AldGaeIn1-d-eN 장벽층(d = 0, e = 1 (GaN))의 두께를 1.5nm로 하였으며, 우물층의 In/(In+Ga)의 비를 0.55으로 하였고, 제1 층(1) 및 제2 층(2)의 Al/(Al+Ga)의 비를 0.50로 하였으며, 우물층의 두께를 1.5nm로 하였다.In the semiconductor light emitting device shown in Figure 11(c) in Table 7, the active region 42 of the quantum well structure is changed to the semiconductor light emitting region or active region 42 of the superlattice structure, similar to the superlattice region 31. An example of growth conditions is shown. Figure 15 is a diagram comparing the active area of the quantum well structure and the active area of the superlattice structure. In the active area of the quantum well structure shown on the left, each quantum well produces an isolated band due to a thick barrier layer. However, in the active region of the superlattice structure shown on the right, that is, when the barrier layer is sufficiently thin, each well is not isolated and emits light through electron-hole recombination. It forms a miniband and emits light through a miniband transition. Although the active region of the superlattice structure is a technology that is not generally used in group III nitride-based semiconductor light emitting devices, it was found to be very effective when applied to the semiconductor light emitting structure according to the present disclosure (see FIG. 16). The active region 42 was configured the same as the superlattice region 31, except that 8 cycles were applied, no doping was performed, the growth temperature of the well layer was 700°C, and the growth temperature of the remaining layers was 780°C. ℃, the thickness of the first layer (1) and the second layer (2) was set to 0.8 nm, and the thickness of the Al d Ga e In 1-de N barrier layer (d = 0, e = 1 (GaN)) was set to 1.5 nm, the ratio of In/(In+Ga) of the well layer was set to 0.55, and the ratio of Al/(Al+Ga) of the first layer (1) and second layer (2) was set to 0.50. , the thickness of the well layer was set to 1.5 nm.

성장온도growth temperature 조성Furtherance 두께thickness AlgGa1-gN 제3 층(3)Al g Ga 1-g N third layer (3) 780℃780℃ Al/(Al+Ga) = 0.50Al/(Al+Ga) = 0.50 0.8nm0.8nm InaGa1-aN (초격자 영역(31))In a Ga 1-a N (superlattice region (31)) 720℃720℃ In/(In+Ga) = 0.55In/(In+Ga) = 0.55 1.5nm1.5nm AlgGa1-gN 제4 층(4))Al g Ga 1-g N fourth layer (4)) 780℃780℃ Al/(Al+Ga) = 0.50Al/(Al+Ga) = 0.50 0.8nm0.8nm InbGa1-bN (초격자 영역(31))In b Ga 1-b N (superlattice region (31)) 780℃780℃ b = 0 (GaN)b = 0 (GaN) 1.5nm1.5nm :: :: :: :: <<15 주기>><<15 cycles>> :: :: :: :: AlgGa1-gN 제3 층(3)Al g Ga 1-g N third layer (3) 780℃780℃ Al/(Al+Ga) = 0.50Al/(Al+Ga) = 0.50 0.8nm0.8nm InaGa1-aN (초격자 영역(31))In a Ga 1-a N (superlattice region (31)) 720℃720℃ In/(In+Ga) = 0.55In/(In+Ga) = 0.55 1.5nm1.5nm AlgGa1-gN 제4 층(4))Al g Ga 1-g N fourth layer (4)) 780℃780℃ Al/(Al+Ga) = 0.50Al/(Al+Ga) = 0.50 0.8nm0.8nm InbGa1-bN (초격자 영역(31))In b Ga 1-b N (superlattice region (31)) 780℃780℃ b = 0 (GaN)b = 0 (GaN) 1.5nm1.5nm AldGaeIn1-d-eN 장벽층 (반도체 발광구조 (42))Al d Ga e In 1-de N barrier layer (semiconductor light emitting structure (42)) 780℃780℃ d = 0, e = 1 (GaN)d = 0, e = 1 (GaN) 4nm4nm AlfGa1-fN 제1 층(1)Al f Ga 1-f N first layer (1) 780℃780℃ Al/(Al+Ga) = 0.50Al/(Al+Ga) = 0.50 0.8nm0.8nm IncGa1-cN 우물층 (반도체 발광구조(42))In c Ga 1-c N well layer (semiconductor light emitting structure (42)) 700℃700℃ In/(In+Ga) = 0.55In/(In+Ga) = 0.55 1.5nm1.5nm AlfGa1-fN 제2 층 (2)Al f Ga 1-f N second layer (2) 780℃780℃ Al/(Al+Ga) = 0.50Al/(Al+Ga) = 0.50 0.8nm0.8nm AldGaeIn1-d-eN 장벽층 (반도체 발광구조 (42))Al d Ga e In 1-de N barrier layer (semiconductor light emitting structure (42)) 780℃780℃ d = 0, e = 1 (GaN)d = 0, e = 1 (GaN) 1.5nm1.5nm :: :: :: :: <<8 주기>><<8 cycles>> :: :: :: :: AlfGa1-fN 제1 층(1)Al f Ga 1-f N first layer (1) 780℃780℃ Al/(Al+Ga) = 0.50Al/(Al+Ga) = 0.50 0.8nm0.8nm IncGa1-cN 우물층 (반도체 발광구조(42))In c Ga 1-c N well layer (semiconductor light emitting structure (42)) 700℃700℃ In/(In+Ga) = 0.55In/(In+Ga) = 0.55 1.5nm1.5nm AlfGa1-fN 제2 층 (2)Al f Ga 1-f N second layer (2) 780℃780℃ Al/(Al+Ga) = 0.50Al/(Al+Ga) = 0.50 0.8nm0.8nm AldGaeIn1-d-eN 장벽층 (반도체 발광구조 (42))Al d Ga e In 1-de N barrier layer (semiconductor light emitting structure (42)) 780℃780℃ d = 0, e = 1 (GaN)d = 0, e = 1 (GaN) 8nm8nm

도 16은 표 7에 제시된 반도체 발광구조에 따른 실험 결과의 일 예를 나타내는 도면으로서, 표 6에 제시된 예에 비해 7배의 출력 증가가 있는 것으로 확인되었다. Figure 16 is a diagram showing an example of an experiment result according to the semiconductor light emitting structure shown in Table 7, and it was confirmed that there was a 7-fold increase in output compared to the example shown in Table 6.

도 17은 초격자 구조가 적용된 반도체 발광구조의 다양한 예를 설명하는 도면, (a)에는 표 7에 제시된 반도체 발광소자가 밴드갭 에너지의 관점에서 제시되어 있고, (b)에는 초격자 영역(31)과 반도체 발광구조(42)의 p측에 위치하는 층들, 즉 제2 층(2)과 제4 층(4)이 제거된 형태의 반도체 발광소자가 제시되어 있다. 도 17(b)에 제시된 반도체 발광소자의 경우에도 도 17(a)에 제시된 반도체 발광소자와 유사한 실험결과를 나타내었다. 성장 조건은 모두 동일하지만, 제1 층(1)의 Al/(Al+Ga)의 비가 0.50에서 0.65로 변경되었다.FIG. 17 is a diagram illustrating various examples of semiconductor light-emitting structures to which a superlattice structure is applied. In (a), the semiconductor light-emitting devices shown in Table 7 are presented in terms of bandgap energy, and in (b) the superlattice region 31 ) and the layers located on the p side of the semiconductor light emitting structure 42, that is, the second layer 2 and the fourth layer 4, are removed. The semiconductor light emitting device shown in FIG. 17(b) also showed similar experimental results to the semiconductor light emitting device shown in FIG. 17(a). All growth conditions were the same, but the Al/(Al+Ga) ratio of the first layer (1) was changed from 0.50 to 0.65.

한편, 도 17(b)에 제시된 반도체 발광소자에서, 반도체 발광구조(42)의 AldGaeIn1-d-eN 장벽층(d = 0, e = 1 (GaN))의 두께를 1.5nm에서 1nm로 변경하였더니, 발광파장이 630nm에서 640nm로 장파장측으로 이동하였다.Meanwhile, in the semiconductor light emitting device shown in Figure 17(b), the thickness of the Al d Ga e In 1-de N barrier layer (d = 0, e = 1 (GaN)) of the semiconductor light emitting structure 42 is 1.5 nm. When changed to 1 nm, the emission wavelength moved to the long wavelength side from 630 nm to 640 nm.

또한, 도 17(b)에 제시된 반도체 발광소자에서, 반도체 발광구조(42)의 반복주기를 8 주기에서 16주기로 변경하였더니, 발광파장이 625nm로 짧아졌으며, 광량은 유사하였다.Additionally, in the semiconductor light emitting device shown in FIG. 17(b), when the repetition cycle of the semiconductor light emitting structure 42 was changed from 8 cycles to 16 cycles, the emission wavelength was shortened to 625 nm, and the amount of light was similar.

또한, 도 17(b)에 제시된 반도체 발광소자에서, 반도체 발광구조(42)의 AldGaeIn1-d-eN 장벽층(d = 0, e = 1 (GaN))의 두께를 1.5nm에서 0.75nm로 변경하고, 제1 층(1)의 두께를 0.8nm에서 0.4nm로 변경하고, 우물층의 두께를 1.5nm에서 0.75nm로 줄였더니, 파장이 630nm에서 600nm로 감소하였고, 광량은 50% 이상 감소하였다.In addition, in the semiconductor light emitting device shown in Figure 17(b), the thickness of the Al d Ga e In 1-de N barrier layer (d = 0, e = 1 (GaN)) of the semiconductor light emitting structure 42 is 1.5 nm. When changed to 0.75nm, the thickness of the first layer (1) was changed from 0.8nm to 0.4nm, and the thickness of the well layer was reduced from 1.5nm to 0.75nm, the wavelength decreased from 630nm to 600nm, and the light quantity decreased to 50nm. decreased by more than %.

또한, 도 17(b)에 제시된 반도체 발광소자에서, 반도체 발광구조(42)의 AldGaeIn1-d-eN 장벽층(d = 0, e = 1 (GaN))의 두께를 1.5nm에서 1.0nm로 변경하고, 제1 층(1)의 두께를 0.8nm로 그대로 두고, 우물층의 두께를 1.5nm에서 2.0nm로 늘렸더니 파장이 630nm에서 680nm로 대폭 증가하였고, 광량은 50% 정도 감소하였다. 이러한 조건에서 성장 온도를 높은 쪽으로 변경하여 발광파장이 630nm가 되게 할 수 있었으며, 광량이 도 17(b)에 제시된 반도체 발광소자보다 20% 증가하였다.In addition, in the semiconductor light emitting device shown in Figure 17(b), the thickness of the Al d Ga e In 1-de N barrier layer (d = 0, e = 1 (GaN)) of the semiconductor light emitting structure 42 is 1.5 nm. When changed to 1.0 nm, leaving the thickness of the first layer (1) at 0.8 nm, and increasing the thickness of the well layer from 1.5 nm to 2.0 nm, the wavelength significantly increased from 630 nm to 680 nm, and the light intensity decreased by about 50%. did. Under these conditions, by changing the growth temperature to a higher level, the emission wavelength could be increased to 630 nm, and the amount of light increased by 20% compared to the semiconductor light emitting device shown in Figure 17(b).

초격자 영역(31) 및 반도체 발광구조(42)를 구성하는 각각의 층에 도펀트를 추가하거나, Al, In, Ga을 추가하거나, 반복 과정에서 조성 및 성장 조건을 약간씩 변경하거나 하는 등의 변화를 줄 수 있음은 물론이다.Changes such as adding dopants, adding Al, In, or Ga to each layer constituting the superlattice region 31 and the semiconductor light emitting structure 42, or slightly changing the composition and growth conditions during the repetition process. Of course, it can be given.

도 18은 본 개시에 따른 반도체 발광구조의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 도 2에 제시된 반도체 발광구조와 달리 복수의 초격자 영역(33,34,35)을 가진다는 점에서 차이를 가지며, 제시된 예에서는 초격자 구조의 활성 영역(42)을 사용한다. 초격자 영역(33)과 초격자 영역(34) 사이에는 측면 성장 강화층(36; Lateral Enhancement Layer)이 구비되어 있으며, 초격자 영역(34)과 초격자 영역(35) 사이에는 측방 성장 강화층(37)이 구비되어 있다.FIG. 18 is a diagram showing another example of a semiconductor light-emitting structure according to the present disclosure, which differs from the semiconductor light-emitting structure shown in FIG. 2 in that it has a plurality of superlattice regions 33, 34, and 35. In the example, the active region 42 of the superlattice structure is used. A lateral growth enhancement layer (36) is provided between the superlattice region 33 and the superlattice region 34, and a lateral growth enhancement layer is provided between the superlattice region 34 and the superlattice region 35. (37) is provided.

초격자 영역(33,34,35)은 AlGaN-InGaN-GaN의 순차적 반복적층, GaN-InGaN-AlGaN의 순차적 반복적층, GaN-AlGaN-InGaN-AlGaN의 순차적 반복적층 또는 AlGaN-InGaN의 순차적 반복적층 등으로 이루어질 수 있으며, 초격자 영역(33,34,35) 내에 AlGaN-InGaN의 인터페이스가 존재하는 것으로 충분하고, AlGaN-InGaN의 인터페이스를 형성해서 확산(diffusion)에 의하든, 의도적으로든 AlInGaN이 존재하도록 한다. 기존 3족 질화물 반도체 발광소자에 있어서, 초격자 영역은 주로 n측 컨택 영역(30; 예: GaN)과 InGaN을 포함하는 활성 영역 간의 에너지 밴드갭 차이를 줄이기 위해 사용되나, 본 개시에 있어서 초격자 영역(33,34,35)은 이러한 기능과 함께, 활성 영역(42)에 In이 많이 들어가게 하기 위해 사용된다. 즉, GaN과 InGaN은 격자상수의 차가 커서 활성 영역에 In이 잘 안들어가는데, 초격자 영역(33,34,35)을 통해 In의 함량을 늘려감으로써 활영 영역(42)에 좀 더 In을 효율적으로 많이 넣을 수 있게 된다. 참고로, 초격자 영역(33)에 In이 투입됨으로써, 초격자 영역(34)은 초격자 영역(33)과 동일한 성장 조건을 사용하더라도 In이 더 많이 투입될 수 있게 되며, 초격자 영역(35)의 경우에도 마찬가지다.The superlattice regions 33, 34, and 35 are sequential repetitive stacks of AlGaN-InGaN-GaN, sequential repetitive stacks of GaN-InGaN-AlGaN, sequential repetitive stacks of GaN-AlGaN-InGaN-AlGaN, or sequential repetitive stacks of AlGaN-InGaN. It is sufficient that the AlGaN-InGaN interface exists in the superlattice regions 33, 34, 35, and AlInGaN is present either by diffusion or intentionally by forming the AlGaN-InGaN interface. Let's do it. In existing group III nitride semiconductor light emitting devices, the superlattice region is mainly used to reduce the energy bandgap difference between the n-side contact region (30; e.g., GaN) and the active region containing InGaN, but in the present disclosure, the superlattice region The regions 33, 34, and 35 are used for this function as well as to allow a lot of In to enter the active region 42. In other words, the difference in lattice constants between GaN and InGaN makes it difficult for In to enter the active region. However, by increasing the In content through the superlattice regions (33, 34, 35), In is more efficient in the active region (42). You can put a lot into it. For reference, by adding In to the superlattice region 33, more In can be added to the superlattice region 34 even if the same growth conditions are used as the superlattice region 33, and the superlattice region 35 ) is also the same.

이렇게 형성된 초격자 영역(33,34,35)은 AlGaN-InGaN 인터페이스로 인해, 평평하게 표면이 형성되는 것이 아니라, 도 19 내지 도 21에 도시된 바와 같이 표면(S)이 거칠게 형성된다. 초격자 영역(33)의 거친 표면(S)의 계속적 축적은 소자의 결정결함을 증가시킬 수 있으므로, 측면 성장 강화층(36)을 도입하여 평탄화 작업을 거치게 하며, 재차 초격자 영역(34)을 도입하여 활성 영역(42)의 In의 주입을 용이하게 하는 한편, 또 다시 측면 성장 강화층(37)을 도입하여 결정 결함을 해소한다. 초격자 영역(33,34,35)은 하나 이상이면 되고, 그 상한에 제한이 있는 것은 아니다. 그러나 도 21에 도시된 바와 같이, 활성 영역(42)과 그에 최근접한 초격자 영역(35) 사이에는 측면 성장 강화층을 도입하지 않는 것이 더 바람직하다. 거친 표면(S)은 세미 폴라면(semi-polar facet)으로 이루어지는데, 예를 들어 성장 기판(10)이 C면 사파이어 기판인 경우에 그 위에 성장되는 평평한 3족 질화물 반도체는 c축을 따라 성장되는 폴라면을 가지지만, 거친 표면(S)을 구성하는 입체적인 면은 세미 폴라면을 구성하게 되는 것이다. 폴라면의 경우에 In의 주입이 용이한 반면 피에조 상수가 큰 단점(피에조 상수가 큰 경우, 전류밀도가 증가함에 따라 단파장 쪽으로 파장이 대폭 이동할 수 있음)을 가지고, non-폴라면의 경우에 피에조 상수가 0이지만 In의 주입이 어려운 단점을 가진다. 본 개시에서는 거친 표면(S) 즉, 세미 폴라면에 활성 영역(42)을 성장시킴으로써, In의 주입을 용이하는 하게 한편 적절한 피에조 상수를 가질 수 있게 한다. 도 21에 도시된 바와 같이, 활성 영역(42)의 마지막 장벽층 즉, 라스트 베리어(44)는 성장 조건을 조절하여 평탄하게 성장시켜도 좋고, 거친 표면(S)을 따르는 형태를 가지도록 성장시키는 것도 가능하다.The superlattice regions 33, 34, and 35 formed in this way do not have a flat surface due to the AlGaN-InGaN interface, but have a rough surface S as shown in FIGS. 19 to 21. Since the continuous accumulation of the rough surface (S) of the superlattice region 33 can increase the crystal defects of the device, a lateral growth reinforcement layer 36 is introduced to undergo a planarization process, and the superlattice region 34 is formed again. This facilitates the injection of In into the active region 42, while the lateral growth enhancement layer 37 is again introduced to eliminate crystal defects. There may be one or more superlattice regions 33, 34, and 35, and there is no upper limit. However, as shown in FIG. 21, it is more preferable not to introduce a lateral growth reinforcement layer between the active region 42 and the superlattice region 35 closest thereto. The rough surface S is made of a semi-polar facet. For example, when the growth substrate 10 is a C-plane sapphire substrate, the flat group III nitride semiconductor grown on it is grown along the c-axis. Although it has a polar face, the three-dimensional surface that makes up the rough surface (S) constitutes a semi-polar face. In the case of a polar plane, injection of In is easy, but it has the disadvantage of having a large piezo constant (if the piezo constant is large, the wavelength may shift significantly toward a short wavelength as the current density increases), and in the case of a non-polar plane, the piezo constant is large. Although the constant is 0, it has the disadvantage of making In injection difficult. In the present disclosure, the active region 42 is grown on a rough surface (S), that is, a semipolar surface, thereby facilitating the injection of In and having an appropriate piezoelectric constant. As shown in FIG. 21, the last barrier layer of the active region 42, that is, the last barrier 44, may be grown flatly by adjusting the growth conditions, or may be grown to have a shape following the rough surface S. possible.

표 8에 도 18에 제시된 반도체 발광구조의 성장 조건의 일 예를 나타내었다. Table 8 shows an example of growth conditions for the semiconductor light emitting structure shown in FIG. 18.

성장온도(℃)Growth temperature (℃) 조성Furtherance 두께(nm)Thickness (nm) GaN(초격자 영역(33))GaN (superlattice region (33)) 830830 1.51.5 InxGa1-xN(초격자 영역(33))In x Ga 1-x N (superlattice region (33)) 730730 x=0.1x=0.1 1.51.5 AlyGa1-yN(초격자 영역(33))Al y Ga 1-y N (superlattice region (33)) 780780 y=0.5y=0.5 0.50.5 :: :: :: :: <<10 주기>><<10 cycles>> :: :: :: :: GaN(측면 성장 강화층(36))GaN (lateral growth enhancement layer (36)) 830830 100100 GaN(초격자 영역(34))GaN (superlattice region (34)) 830830 1.51.5 InxGa1-xN(초격자 영역(34))In x Ga 1-x N (superlattice region (34)) 730730 x=0.1x=0.1 1.51.5 AlyGa1-yN(초격자 영역(34))Al y Ga 1-y N (superlattice region (34)) 780780 y=0.5y=0.5 0.50.5 :: :: :: :: <<10 주기>><<10 cycles>> :: :: :: :: GaN(측면 성장 강화층(37))GaN (lateral growth enhancement layer (37)) 830830 100100 AlyGa1-yN(초격자 영역(35))Al y Ga 1-y N (superlattice region (35)) 780780 y=0.5y=0.5 0.50.5 InxGa1-xN(초격자 영역(35))In x Ga 1-x N (superlattice region (35)) 730730 x=0.1x=0.1 1.51.5 GaN(초격자 영역(35))GaN (superlattice region (35)) 830830 1.51.5 :: :: :: :: <<10주기>><<10 cycles>> :: :: :: :: InxGa1-xN(활성 영역(42))In x Ga 1-x N (active region (42)) 710710 x=0.35x=0.35 2.22.2 InxGa1-xN(활성 영역(42))In x Ga 1-x N (active region (42)) 760760 x=0.05x=0.05 0.40.4 AlyGa1-yN(활성 영역(42))Al y Ga 1-y N (active region (42)) 760760 y=0.1y=0.1 0.80.8 InxGa1-xN(활성 영역(42))In x Ga 1-x N (active region (42)) 760760 x=0.05x=0.05 0.40.4 :: <<3주기>><<Cycle 3>> :: AlyGa1-yN(라스트 베리어(44))
GaN(라스트 베리어(44))
InxGa1-xN(라스트 베리어(44))
Al y Ga 1-y N (Last Barrier (44))
GaN (Last Barrier (44))
In x Ga 1-x N (Last Barrier (44))
760
760
760
760
760
760
y=0.05

x=0.05
y=0.05

x=0.05
6
6
6
6
6
6
AlyGa1-x-yInxN(전자 차단층(51))Al y Ga 1-xy In x N (electron blocking layer (51)) 820820 x=.0.1,y=0.2x=.0.1,y=0.2 2020 p-GaN(p측 컨택 영역(52))p-GaN (p-side contact area 52) 900900 200200

측면 성장 강화층(36,37)의 두께는 거친 표면(S)을 덮을 수 있는 정도로 성장되는 것으로 족하고), 그 상한에 제한은 없으나, 너무 두꺼워지면(예: 500nm) 두꺼운 GaN 층이 활성 영역(42) 이전에 위치하게 되어 초격자 영역(33,34)의 기능이 대폭 감소될 염려가 있다.The thickness of the lateral growth reinforcement layer (36,37) is sufficient to cover the rough surface (S), and there is no upper limit, but if it becomes too thick (e.g., 500 nm), the thick GaN layer will be in the active area ( 42) There is concern that the function of the superlattice regions 33 and 34 will be greatly reduced due to their previous location.

여기서, 사용된 In, Al, Ga의 조성은 앞선 예들과 달리, 성장이 완료된 이후에 고체 상태에서의 예측 값을 사용하였다. 참고로, 같은 InxGa1-xN(x=0.1)이더라도 성장이 진행될수록 실제 인듐 함량은 높아질 수 있으며, InGaN의 두께를 크게 할수록 성장이 진행될수록 In은 더 많이 들어갈 수 있다는 점을 감안해야 한다.Here, unlike the previous examples, the compositions of In, Al, and Ga used were predicted values in the solid state after growth was completed. For reference, even if it is the same In do.

라스트 베리어(44)는 AlyGa1-yN(44; y=0.05), GaN(44), InxGa1-xN(44; x=0.05) 각각을 해보았고, AlyGa1-yN(44; y=0.05)일 때 가장 좋은 광출력을 보였다. 또한 일반적인 LED 소자에서 라스트 베리어(44)에 Al이 추가되면 단파장 천이를 보이고, In이 추가되면 장파장 천이를 보이는데, 본 예에 제시된 소자에서는 Al이 추가되면 장파장 천이를 보이고, In이 추가되면 단파장 천이를 보였다. Al의 함량과 In의 함량을 조절함으로써, 원하는 적색광 파장을 얻을 수 있음을 알 수 있으며, 기존의 이해와는 반대 거동을 이용하였고, 이는 strain 효과로 추정된다. 표 8에 제시된 활성 영역(42)에서 3주기의 마지막 In0.05Ga0.95N(0.4nm)-Al0.1Ga0.9N(0.8nm)-In0.05Ga0.95N(0.4nm)을 생략하고, Al0.05Ga0.95N(라스트 베리어(44)); 6nm), GaN(라스트 베리어(44); 6nm) 또는 InxGa1-xN(라스트 베리어(44); 6nm)을 형성하는 것도 가능하며, 라스트 베리어(44)를 In0.05Ga0.95N(0.4nm)-Al0.1Ga0.9N(0.8nm)-In0.05Ga0.95N(0.4nm)-Al0.05Ga0.95N(6nm)로 구성할 때보다, Al0.05Ga0.95N(6nm)만으로 구성할 때 효과가 좋았고, In0.05Ga0.95N(0.4nm)-Al0.1Ga0.9N(0.8nm)-In0.05Ga0.95N(0.4nm)-In0.05Ga0.95N(6nm)로 구성할 때 In0.05Ga0.95N(6nm)만으로 구성할 때보다 효과가 좋았으며, Al0.05Ga0.95N(6nm)을 이용하는 측이 In0.05Ga0.95N(6nm) 및 GaN(6nm)을 이용할 때보다 효과가 좋았다(도 23 참조).The last barrier (44) was Al y Ga 1-y N (44; y=0.05), GaN (44), and In x Ga 1 -x N (44; x=0.05), respectively, and Al y Ga 1- The best light output was shown when y N (44; y=0.05). Additionally, in a typical LED device, when Al is added to the last barrier 44, a short-wavelength transition is shown, and when In is added, a long-wavelength transition is shown. However, in the device presented in this example, when Al is added, a long-wavelength transition is shown, and when In is added, a short-wavelength transition is shown. showed. It can be seen that the desired red light wavelength can be obtained by controlling the Al content and In content, and a behavior opposite to the existing understanding was used, which is presumed to be a strain effect. Omitting the last In 0.05 Ga 0.95 N (0.4 nm)-Al 0.1 Ga 0.9 N (0.8 nm)-In 0.05 Ga 0.95 N (0.4 nm) of the 3rd cycle in the active region 42 shown in Table 8, Al 0.05 Ga 0.95 N (last barrier (44)); 6 nm) , GaN (last barrier 44 ; 6 nm) or In nm)-Al 0.1 Ga 0.9 N (0.8 nm)-In 0.05 Ga 0.95 N (0.4 nm)-Al 0.05 Ga 0.95 N (6 nm), more effective when composed only of Al 0.05 Ga 0.95 N (6 nm) was good, and when composed of In 0.05 Ga 0.95 N (0.4 nm)-Al 0.1 Ga 0.9 N (0.8 nm)-In 0.05 Ga 0.95 N (0.4 nm)-In 0.05 Ga 0.95 N (6 nm), In 0.05 Ga 0.95 N The effect was better than when composed of only (6 nm), and the effect of using Al 0.05 Ga 0.95 N (6 nm) was better than that of In 0.05 Ga 0.95 N (6 nm) and GaN (6 nm) (see Figure 23) .

활성 영역(42) 내에서 우물층에 해당하는 영역(제시된 예는 활성 영역(42)이 초격자 구조로 되어 미니 밴드를 형성하는 형태이지만, 편이상 양자우물 구조에서 사용하는 우물층(well layer), 장벽층(barrier layer)이라는 표현을 그대로 사용한다.)인 InxGa1-xN(활성 영역(42); x=0.35)의 두께(2.2nm)가 장벽층에 해당하는 영역 InxGa1-xN(활성 영역(42); x=0.05)-AlyGa1-yN(활성 영역(42); y=0.1)-InxGa1-xN(활성 영역(42); x=0.05)의 두께(1.6nm=0.4nm+0.8nm+0.4nm)보다 두껍다는 특징을 가진다. 활성 영역(42)에서 장벽층의 두께가 얇을수록, 우물층의 두께가 두꺼울수록 장파장으로 변한다는 점도 확인하였다(도 24 참조).The region corresponding to the well layer within the active region 42 (the example presented is a form in which the active region 42 has a superlattice structure to form a mini band, but for convenience, it is a well layer used in the quantum well structure, The expression “barrier layer” is used as is.) In x Ga 1-x N ( active region 42 ; -x N (active area 42; x=0.05)-Al y Ga 1-y N(active area 42; y=0.1)-In x Ga 1-x N(active area 42; x= It has the characteristic of being thicker than the thickness of 0.05 (1.6nm=0.4nm+0.8nm+0.4nm). It was also confirmed that the thinner the barrier layer and the thicker the well layer in the active region 42, the longer the wavelength (see FIG. 24).

또한, 제시된 바와 같이, 단일의 GaN 베리어를 사용하지 않고, InGaN-AlGaN-InGaN 형태의 장벽층을 사용함으로써, 효율의 증대를 보였다(도 25 참조).In addition, as shown, efficiency was increased by using a barrier layer in the form of InGaN-AlGaN-InGaN instead of using a single GaN barrier (see FIG. 25).

또한 라스트 베리어(44)의 성장 이후에, 전자 차단층(51)을 AlGaN 대신에 AlInGaN으로 성장하였더니, 장파장으로 이동하면서 효율이 10% 증대하는 효과를 보였다(도 26 참조).In addition, after the growth of the last barrier 44, the electron blocking layer 51 was grown with AlInGaN instead of AlGaN, and the efficiency increased by 10% by moving to a longer wavelength (see Figure 26).

도 22는 본 개시에 따른 반도체 발광구조의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 도 18에 제시된 반도체 발광소자와 달리 초격자 영역(33,34)이 스트레인 제어 영역(38,39; Strain Control Region)으로 대체되어 있다. 일반적으로 초격자 구조(Superlattice Structure)라 함은 서로 다른 밴드갭을 가진 두개 이상의 층이 교대로 성장되어진 것으로, 각각의 두께가 수 nm이며, 터널링이 일어나 미니밴드를 형성하는 구조를 말한다. FIG. 22 is a diagram showing another example of a semiconductor light emitting structure according to the present disclosure. Unlike the semiconductor light emitting device shown in FIG. 18, the superlattice regions 33 and 34 are transformed into strain control regions 38 and 39. It has been replaced. In general, a superlattice structure refers to a structure in which two or more layers with different band gaps are grown alternately, each having a thickness of several nm, and tunneling occurs to form a miniband.

표 9에 도 18에 제시된 반도체 발광구조의 성장 조건의 일 예를 나타내었다.Table 9 shows an example of growth conditions for the semiconductor light emitting structure shown in FIG. 18.

성장온도(℃)Growth temperature (℃) 조성Furtherance 두께(nm)Thickness (nm) GaN( 영역(38))GaN (area (38)) 870870 1515 InxGa1-xN(초격자 영역(38))In x Ga 1-x N (superlattice region (38)) 770770 x=0.05x=0.05 3030 AlyGa1-yN(초격자 영역(38))Al y Ga 1-y N (superlattice region (38)) 870870 y=0.2y=0.2 55 :: :: :: :: <<10 주기>><<10 cycles>> :: :: :: :: GaN(측면 성장 강화층(36))GaN (lateral growth enhancement layer (36)) 10001000 4545 GaN(초격자 영역(39))GaN (superlattice region (39)) 870870 1515 InxGa1-xN(초격자 영역(39))In x Ga 1-x N (superlattice region (39)) 770770 x=0.05x=0.05 3030 AlyGa1-yN(초격자 영역(39))Al y Ga 1-y N (superlattice region (39)) 870870 y=0.2y=0.2 55 :: :: :: :: <<10 주기>><<10 cycles>> :: :: :: :: GaN(측면 성장 강화층(37))GaN (lateral growth enhancement layer (37)) 10001000 4545 AlyGa1-yN(초격자 영역(35))Al y Ga 1-y N (superlattice region (35)) 780780 y=0.5y=0.5 0.50.5 InxGa1-xN(초격자 영역(35))In x Ga 1-x N (superlattice region (35)) 730730 x=0.1x=0.1 1.51.5 GaN(초격자 영역(35))GaN (superlattice region (35)) 830830 1.51.5 :: :: :: :: <<10주기>><<10 cycles>> :: :: :: :: InxGa1-xN(활성 영역(42))In x Ga 1-x N (active region (42)) 710710 x=0.35x=0.35 2.22.2 InxGa1-xN(활성 영역(42))In x Ga 1-x N (active region (42)) 760760 x=0.05x=0.05 0.40.4 AlyGa1-yN(활성 영역(42))Al y Ga 1-y N (active region (42)) 760760 y=0.1y=0.1 0.80.8 InxGa1-xN(활성 영역(42))In x Ga 1-x N (active region (42)) 760760 x=0.05x=0.05 0.40.4 :: <<3주기>><<Cycle 3>> :: AlyGa1-yN(라스트 베리어(44))
GaN(라스트 베리어(44))
InxGa1-xN(라스트 베리어(44))
Al y Ga 1-y N (Last Barrier (44))
GaN (Last Barrier (44))
In x Ga 1-x N (Last Barrier (44))
760
760
760
760
760
760
y=0.05

x=0.05
y=0.05

x=0.05
6
6
6
6
6
6
AlyGa1-x-yInxN(전자 차단층(51))Al y Ga 1-xy In x N (electron blocking layer (51)) 820820 x=.0.1,y=0.2x=.0.1,y=0.2 2020 p-GaN(p측 컨택 영역(52))p-GaN (p-side contact area 52) 900900 200200

적생광을 발광하기 위해, 활성 영역(42)에 상대적으로 높은 In 함량이 요구되는데, 초격자 영역만으로는 n측 반도체 영역(30)과 활성 영역(42) 간의 급격한 격자상수 차로 인한 결정 결함을 극복하기가 쉽지 않은 경우에, 하나 이상의 스트레인 제어 영역(38,39)을 도입함으로써, 이러한 문제점을 해소할 수 있게 된다.In order to emit red light, a relatively high In content is required in the active region 42, and the superlattice region alone is sufficient to overcome crystal defects caused by a sharp difference in lattice constants between the n-side semiconductor region 30 and the active region 42. In cases where this is not easy, this problem can be solved by introducing one or more strain control regions 38 and 39.

스트레인 제어 영역(38,39)은 수소 분위기에서 성장하였으며, 초격자 영역(35) 및 그 이후의 영역은 질소 분위기에서 성장하였다. 수소 분위기에 성장시킴으로써 스트레인 제어 영역(38,39)의 성장 속도를 향상시킬 수 있게 된다.The strain control regions 38 and 39 were grown in a hydrogen atmosphere, and the superlattice region 35 and subsequent regions were grown in a nitrogen atmosphere. By growing in a hydrogen atmosphere, the growth rate of the strain control regions 38 and 39 can be improved.

스트레인의 제어 영역(38,39)에서, InxGa1-xN의 두께는 수십 nm(예: 30nm)가 되도록 하였으며, 조성 x는 0<x<0.3로 둘 수 있고, GaN층은 두께를 10nm~200nm로 둘 수 있으며, AlyGa1-yN층은 y는 0.01<y<0.9, 두께는 1~20nm로 둘 수 있다. InxGa1-xN과 GaN의 성장온도차(delta T)는 최소 20도 이상 차이가 나는 것이 바람직하다. GaN의 성장 온도는 InxGa1-xN의 성장 온도보다 높게 하였다.In the strain control region (38,39), the thickness of In x Ga 1-x N is set to be several tens of nm (e.g. 30 nm), the composition It can be set at 10nm~200nm, and for the Al y Ga 1-y N layer, y can be set at 0.01<y<0.9, and the thickness can be set at 1~20nm. It is desirable that the growth temperature difference (delta T) between In x Ga 1-x N and GaN differs by at least 20 degrees. The growth temperature of GaN was higher than that of In x Ga 1-x N.

표 8에 제시된 예와 비교할 때, 측면 성장 강화층(36)의 두께를 100nm에서 45nm로 감소시켰으며, 표 8에 제시된 예에 비해 거친 표면(S)의 정도가 덜한 경우 50nm 이하의 두께로 측면 성장 강화층(36)을 형성할 수 있다.Compared to the example shown in Table 8, the thickness of the side growth reinforcement layer 36 was reduced from 100 nm to 45 nm, and when the degree of rough surface (S) is less than that shown in Table 8, the side growth layer 36 is reduced to a thickness of 50 nm or less. A growth reinforcement layer 36 can be formed.

도 27은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 도 1, 도 2, 도 18 및 도 22에 제시된 예와 달리, 성장 기판(10)에 성장 방지막(21; 예: SiO2)이 구비되어 있으며, 반도체 발광부(A; 20,30,42,50)는 성장 방지막(21)에 형성된 개구(21)를 통해 노출된 성장 기판(10)으로부터 성장된다. 이러한 선택적 성장(Selective Expitaxy)에서는 개구(22)의 크기 즉, 패턴의 크기를 조절함으로써 반도체 발광부(A)의 성장 속도를 조절할 수 있다. 개구(22)의 크기를 작게 하면, 성장 속도가 빨라지고, 성장되는 반도체 발광부(A)의 두께는 두꺼워진다. 따라서 활성 영역(42)도 그 두께가 두꺼워져서 Quantum Confinement Effect를 가질 뿐만 아니라, 주입되는 In의 양도 늘어나서 더 장파장의 빛을 발광하게 된다. 활성 영역(42) 아래에 InGaN 층을 구비하는 경우에 이 층의 In 함량을 늘릴 수 있음은 물론이다. 반도체 발광부(A)의 예시로서 버퍼 영역(20), n측 컨택 영역(30), 활성 영역(42), p측 영역(50)을 제시하였지만, 앞서 설명한 다양한 구조가 적용될 수 있을 뿐만 아니라, 종래에 제시된 반도체 발광부 구조에도 적용될 수 있다.FIG. 27 is a diagram illustrating another example of a semiconductor light emitting device according to the present disclosure. Unlike the examples shown in FIGS. 1, 2, 18, and 22, a growth prevention film 21 (e.g., SiO) is formed on the growth substrate 10. 2 ) is provided, and the semiconductor light emitting portions (A; 20, 30, 42, 50) are grown from the growth substrate 10 exposed through the opening 21 formed in the growth prevention film 21. In this selective growth (Selective Expitaxy), the growth rate of the semiconductor light emitting portion (A) can be controlled by adjusting the size of the opening 22, that is, the size of the pattern. If the size of the opening 22 is reduced, the growth speed becomes faster, and the thickness of the grown semiconductor light emitting portion A becomes thicker. Accordingly, the thickness of the active region 42 becomes thicker to have a Quantum Confinement Effect, and the amount of In injected also increases to emit longer wavelength light. Of course, when an InGaN layer is provided under the active region 42, the In content of this layer can be increased. Although the buffer region 20, n-side contact region 30, active region 42, and p-side region 50 are presented as examples of the semiconductor light emitting unit (A), not only can the various structures described above be applied, It can also be applied to conventionally presented semiconductor light emitting unit structures.

도 28은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 도 27에 제시된 예와 달리, 버퍼 영역(20)이 성장 방지막(21) 아래에 구비되어 있다. 이러한 구조의 다양한 예가 이 출원인의 출원인 국제공개공보 제WO/2019/199144호에 제시되어 있다.FIG. 28 is a diagram illustrating another example of a semiconductor light emitting device according to the present disclosure. Unlike the example shown in FIG. 27, the buffer area 20 is provided below the growth prevention film 21. Various examples of such structures are presented in the applicant's International Publication No. WO/2019/199144.

도 29는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 도 28에 제시된 예와 달리, 성장 방지막(21)이 생략되고, 버퍼 영역(20)의 일부를 식각하여 식각된 영역(E)에서는 성장이 일어나지 않도록 함으로써 식각된 영역(E)이 성장 방지막(21)을 대체하여 반도체 발광부(A)가 선택 성장되도록 한 예가 제시되어 있다. 이때 식각되고 남은 버퍼 영역(20)의 상면 크기 또는 식각된 영역(E)의 크기를 조절함으로써, 활성 영역(42)의 발광파장을 조절하는 것이 가능하다. 도 28에 제시된 성장 방지막(21)과 식각된 영역(E)을 통칭하여 성장 방지영역(21,E)이라 칭하며, 본 개시에서 성장 방지막(21)이 적용될 수 있다면, 식각된 영역(E)으로 대체될 수 있다. 버퍼 영역(20) 위에 n측 접촉 영역(30)을 성장하고, 이들을 식각하여 식각된 영역(E)을 만들 수 있음은 물론이다.FIG. 29 is a diagram showing another example of a semiconductor light emitting device according to the present disclosure. Unlike the example shown in FIG. 28, the growth prevention film 21 is omitted, and a portion of the buffer region 20 is etched to show an etched region ( In E), an example is presented in which growth is prevented from occurring so that the etched area E replaces the growth prevention film 21 and the semiconductor light emitting portion A is selectively grown. At this time, it is possible to adjust the emission wavelength of the active region 42 by adjusting the size of the upper surface of the etched remaining buffer region 20 or the size of the etched region E. The growth prevention film 21 and the etched area (E) shown in FIG. 28 are collectively referred to as the growth prevention region (21,E), and if the growth prevention film 21 can be applied in the present disclosure, it is referred to as the etched area (E). can be replaced Of course, the n-side contact area 30 can be grown on the buffer area 20 and the etched area E can be created by etching them.

도 30은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 도 28에 제시된 예와 달리, 버퍼 영역(20)과 n측 컨택 영역(30)이 성장 방지막(21) 아래에 구비되어 있다. FIG. 30 is a diagram showing another example of a semiconductor light emitting device according to the present disclosure. Unlike the example shown in FIG. 28, the buffer region 20 and the n-side contact region 30 are provided below the growth prevention film 21. there is.

도 31은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 도 28에 제시된 예와 달리, 성장 방지막(21)에 각각 크기를 달리하는 개구(22,23,24)를 구비한다. 각각의 개구(22,23,24)에서 성장되는 반도체 발광부(A,B,C)는 하나의 성장 조건에서 성장되지만 그 두께와 활성 영역(42)의 In 함량을 달리하며, 따라서 다른 파장의 빛을 발광하게 된다. 예를 들어, 크기가 가장 작은 개구(22)에서 성장된 반도체 발광부(A)가 가장 장파장의 빛(예: 적색)을 발광하고, 크기가 가장 큰 개구(24)에서 성장된 반도체 발광부(C)가 가장 단파장의 빛(예: 청색)을 발광하며, 크기가 중간인 개구(23)에서 성장된 반도체 발광부(B)가 중간 파장의 빛(예: 녹색)을 발광하게 설계할 수 있다. 도 28에 제시된 형태가 이용될 수 있음은 물론이다.FIG. 31 is a diagram showing another example of a semiconductor light emitting device according to the present disclosure. Unlike the example shown in FIG. 28, the growth prevention film 21 is provided with openings 22, 23, and 24 of different sizes. The semiconductor light emitting portions (A, B, and C) grown in each opening (22, 23, and 24) are grown under one growth condition, but their thickness and In content in the active region 42 are different, and thus the semiconductor light emitting portions (A, B, and C) are grown under one growth condition. It emits light. For example, the semiconductor light emitting part (A) grown in the smallest opening 22 emits the longest wavelength light (e.g. red), and the semiconductor light emitting part (A) grown in the largest opening 24 ( C) emits light of the shortest wavelength (e.g. blue), and the semiconductor light emitting part (B) grown in the medium-sized opening 23 can be designed to emit light of medium wavelength (e.g. green). . Of course, the form shown in Figure 28 can be used.

도 32는 도 31에 제시된 개구 패턴의 일 예를 나타내는 도면으로서, 크기가 가장 작은 개구(22)를 동일 면적에 많이 배치(예: 6개)하고, 크기가 가장 큰 개구(24)를 동일 면적에 가장 적게 배치(예: 1개)하며, 크기가 중간인 개구(23)를 동일 면적에 중간 수로 배치(예: 4개)하여, 그 위에 형성되는 반도체 발광부(A,B,C)의 광량을 조절할 수 있게 된다.FIG. 32 is a diagram showing an example of the opening pattern shown in FIG. 31, in which many openings 22 of the smallest size are arranged in the same area (e.g., 6), and the openings 24 of the largest size are arranged in the same area. By arranging the fewest number of openings 23 (e.g., 1) and the average number of openings 23 (e.g., 4) in the same area, the semiconductor light emitting units (A, B, C) formed thereon are disposed. The amount of light can be adjusted.

도 33은 본 개시에 따른 성장 방지막의 개구 배치의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 왼쪽에는 성장 방지막(21)의 개구(22)가 좁은 간격으로 배치되어 있고, 오른쪽에는 성장 방지막(21)의 개구(22)가 넓은 간격으로 배치되어 있다. 개구(22)의 크기는 동일하다. 주어진 성장 조건에서, 개구(22)간 간격을 넓게 하면 각각의 개구(22)에 소스 공급이 더 충분해져 두껍게 그리고 In 함량이 충분하게 이루어질 수 있게 된다. 하나의 성장 방지막(21)에 개구(22)간 간격을 다양하게 적용하여 도 31에서 설명된 효과를 낼 수 있음은 물론이다. 개구(22)를 식각되고 남은 영역으로 대체하면(도 28 참조) 마찬가지 원리가 적용된다. 본 개시에서 성장 방지영역(22,E)의 크기와 간격 조절을 통칭하여 성장 방지영역(22,E)의 패턴 조절이라 한다.Figure 33 is a diagram showing another example of the arrangement of the openings of the growth prevention film 21 according to the present disclosure, in which the openings 22 of the growth prevention film 21 are arranged at narrow intervals on the left, and the openings of the growth prevention film 21 are on the right. (22) are placed at wide intervals. The size of the opening 22 is the same. Under given growth conditions, if the spacing between the openings 22 is widened, the source supply to each opening 22 becomes more sufficient, allowing the openings 22 to be thick and have sufficient In content. Of course, the effect described in FIG. 31 can be achieved by varying the spacing between the openings 22 in one growth prevention film 21. If the opening 22 is replaced by the etched remaining area (see Figure 28), the same principle applies. In the present disclosure, adjusting the size and spacing of the growth prevention area (22,E) is collectively referred to as pattern control of the growth prevention area (22,E).

도 34 내지 도 36은 본 개시에 따른 반도체 발광소자를 제조하는 방법의 일 예를 나타내는 도면으로서, 도 34에 도시된 바와 같이, n측 컨택 영역(30) 위에 성장 방지막(21)의 형성없이 반도체 발광부(C)의 활성 영역(42)과 p측 영역(50)을 성장한다. 다음으로, 도 35에 도시된 바와 같이, 반도체 발광부(C)의 활성 영역(42)과 p측 영역(50)의 일부를 식각을 통해 제거하고 n측 컨택 영역(30)을 노출한다. 마지막으로, 도 36에 도시된 바와 같이, 성장 방지막(21)을 형성한 다음, 개구(22)와 개구(23)를 형성한 다음, 하나의 성장 공정을 통해 반도체 발광부(A; 42,50)와 반도체 발광부(B; 42,50)를 형성한다. 이 성장 조건을 개구(22)에서 성장되는 반도체 발광부(A)의 활성 영역(42)이 적색을 발광하도록 맞추고, 개구(23)의 크기를 조절하여 반도체 발광부(B)가 녹색을 발광하도록 조절할 수 있다. 적색과 청색 간에는 파장의 차이가 크므로, 청색을 발광하는 반도체 발광부(C)는 선택 성장을 이용하는 것이 아니라, 미리 성장시킨 후 식각을 통해 형성할 수 있다. 또한 발광 색에 관계없이 반도체 발광부(C)의 크기를 조절할 수 있는 이점도 가진다. 반도체 발광부(A)의 활성 영역(42)과 p측 영역(50)을 먼저 성장하거나 반도체 발광부(B)의 활성 영역(42)과 p측 영역(50)을 먼저 성정할 수 있음은 물론이다.FIGS. 34 to 36 are diagrams showing an example of a method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present disclosure. As shown in FIG. 34, a semiconductor film is fabricated without forming a growth prevention film 21 on the n-side contact region 30. The active region 42 and p-side region 50 of the light emitting portion C are grown. Next, as shown in FIG. 35, part of the active region 42 and the p-side region 50 of the semiconductor light emitting unit C is removed through etching and the n-side contact region 30 is exposed. Finally, as shown in FIG. 36, the growth prevention film 21 is formed, and then the openings 22 and 23 are formed, and then the semiconductor light emitting unit (A) 42,50 is formed through one growth process. ) and a semiconductor light emitting part (B; 42,50). These growth conditions are adjusted so that the active region 42 of the semiconductor light emitting portion (A) grown in the opening 22 emits red color, and the size of the opening 23 is adjusted so that the semiconductor light emitting portion (B) emits green color. It can be adjusted. Since there is a large difference in wavelength between red and blue, the semiconductor light emitting part C that emits blue light can be formed through pre-growth and then etching, rather than using selective growth. It also has the advantage of being able to adjust the size of the semiconductor light emitting unit (C) regardless of the color of the light. Of course, the active region 42 and the p-side region 50 of the semiconductor light emitting portion (A) can be grown first, or the active region 42 and the p-side region 50 of the semiconductor light emitting portion (B) can be grown first. am.

도 37 내지 도 40은 본 개시에 따른 반도체 발광소자를 제조하는 방법의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 도 37에 도시된 바와 같이, 도 35에 도시된 상태에서 성장 방지막(21)을 형성하고, n측 컨택 영역(30)에 반도체 발광부(A; 42,50)를 성장한다. 다음으로, 도 38에 도시된 바와 같이, 식각 마스크(25)를 형성하고, 도 39에 도시된 바와 같이, 소정의 크기로 반도체 발광부(A; 42,50)를 남기는 한편, 일부를 나노 와이어 구조(N)로 남겨둔다. 마지막으로, 도 40에 도시된 바와 같이, 나노 와이어 구조(N)에 클래딩 영역(26; 예: SiO2)을 형성하여 나노 와이어로 된 반도체 발광부(B; 42,50)를 형성한다. 예를 들어, 반도체 발광부(C)를 청색을 발광하도록 설계하고, 반도체 발광부(A)를 적색을 발광하도록 설계한 다음, 반도체 발광부(B)를 나노 와이어 구조로 형성함으로써, 서로 간섭하지 않는 독립된 2개의 성장 조건을 통해 3색 발광 monolithic LED를 구현할 수 있게 된다. 반도체 발광부(A,B,C)의 크기를 원하는 대로 조절할 수 있음은 물론이다. 도 27에 제시된 형태 및 도 28에 제시된 형태로 반도체 발광부(A,B,C)를 구현할 수 있지만, 제시된 예에서 n측 컨택 영역(30)을 공통 전극으로 사용하는 이점을 가진다(Size-Dependent Strain Relaxation and Optical Characteristics of InGaN/GaN Nanorod LEDs; IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 15, NO. 4, JULY/AUGUST 2009).FIGS. 37 to 40 are diagrams showing another example of a method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present disclosure. As shown in FIG. 37, a growth prevention film 21 is formed in the state shown in FIG. 35, Semiconductor light emitting portions (A; 42 and 50) are grown in the n-side contact region (30). Next, as shown in FIG. 38, an etch mask 25 is formed, and as shown in FIG. 39, the semiconductor light emitting portions (A) 42 and 50 are left with a predetermined size, while some are formed with nanowires. Leave it as Structure (N). Finally, as shown in FIG. 40, a cladding region (26; e.g., SiO 2 ) is formed on the nanowire structure (N) to form semiconductor light emitting units (B) 42 and 50 made of nanowires. For example, the semiconductor light emitting part (C) is designed to emit blue color, the semiconductor light emitting part (A) is designed to emit red light, and then the semiconductor light emitting part (B) is formed into a nanowire structure so that they do not interfere with each other. It is possible to implement a three-color light-emitting monolithic LED through two independent growth conditions. Of course, the size of the semiconductor light emitting parts (A, B, C) can be adjusted as desired. Although the semiconductor light emitting units (A, B, C) can be implemented in the form shown in FIG. 27 and in the form shown in FIG. 28, the presented example has the advantage of using the n-side contact area 30 as a common electrode (Size-Dependent Strain Relaxation and Optical Characteristics of InGaN/GaN Nanorod LEDs; IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 15, NO. 4, JULY/AUGUST 2009) .

도 41은 도 27 내지 도 33에 제시된 방법에 따른 실험 결과의 일 예를 나타내는 도면으로서, 좌측에 제시된 반도체 발광부(A)는 적색(예: 610nm)을 발광하며, 우측에 제시된 반도체 발광부(B)는 녹색(예: 550nm)을 발광하고, 중간에 제시된 반도체 발광부(D)는 주황색 내지 황색(예: 580nm)을 발광한다. 실험에는 한변의 길이가 각각 14㎛, 23㎛, 40㎛인 정육각형 개구가 사용되었고(도 32 참조), 개구간 간격은 10㎛가 적용되었다. 개구의 크기가 작아짐에 따라 발광피크 파장이 길어짐을 알 수 있다. 전술한 바와 같이, 개구가 작을수록 성장 속도가 빨라져서 초격자 영역(SL) 및 활성 영역(42)의 두께가 두꺼워지고, In의 주입량 또한 늘어나게 되어 상대적으로 더 긴 파장의 빛을 발광하는 것으로 판단된다. 표 9에 제시된 활성 영역(42)의 성장 조건과 비교할 때, 크기 14㎛, 간격 10㎛의 개구를 이용하여 선택 성장하는 경우에, In/(In+GaN)의 공급량을 60%로 하고, 우물층과 장벽층의 두께가 50% 정도 성장되도록 하는 조건을 이용하여 도 41에 제시된 적색 발광 3족 질화물 반도체 발광소자를 만들 수 있게 되며, 본 개시는 하나의 웨이퍼에 다양한 색을 선택 성장을 통해 구현하는 것뿐만 아니라, 선택 성장을 이용함으로써 선택 성장을 이용하지 않는 경우에 비해 적은 양의 In을 공급하여 적색 발광 3족 질화물 반도체 발광소자를 구현하는 것으로 확장될 수 있다.FIG. 41 is a diagram showing an example of an experiment result according to the method shown in FIGS. 27 to 33. The semiconductor light emitting part (A) shown on the left emits red (e.g., 610 nm), and the semiconductor light emitting part (A) shown on the right emits red (e.g., 610 nm). B) emits green (e.g., 550 nm), and the semiconductor light emitting part (D) shown in the middle emits orange to yellow (e.g., 580 nm). In the experiment, regular hexagonal openings with side lengths of 14㎛, 23㎛, and 40㎛ were used (see Figure 32), and the spacing between openings was 10㎛. It can be seen that as the size of the aperture decreases, the emission peak wavelength becomes longer. As described above, the smaller the opening, the faster the growth rate, which increases the thickness of the superlattice region (SL) and the active region 42, and also increases the amount of In injection, which is believed to emit light with a relatively longer wavelength. . Compared to the growth conditions of the active region 42 shown in Table 9, in the case of selective growth using openings with a size of 14㎛ and a spacing of 10㎛, the supply amount of In/(In+GaN) is set to 60%, and the well It is possible to create a red light-emitting group III nitride semiconductor light-emitting device shown in FIG. 41 by using conditions that allow the thickness of the layer and barrier layer to grow by about 50%, and the present disclosure is implemented through selective growth of various colors on a single wafer. In addition, by using selective growth, it can be expanded to implement a red light-emitting group III nitride semiconductor light-emitting device by supplying a smaller amount of In than when selective growth is not used.

도 42는 도 27 내지 도 33에 제시된 방법에 따른 실험 결과의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 좌측에 제시된 반도체 발광부(A)는 적색(예: 610nm)을 발광하며, 중간에 제시된 반도체 발광부(E)는 반도체 발광부(A)의 폭(즉, 개구의 크기; 14㎛)보다 작은 폭(예: 6㎛)을 가지지만 청색(예: 450nm)을 발광하고, 우측에 제시된 반도체 발광부(F)는 도 41의 반도체 발광부(D)와 동일한 폭(23㎛)을 가지지만 주황색 내지 황색이 아니라 백색을 발광한다. 반도체 발광부(E)가 더 긴 파장이 아니라 더 짧은 파장의 빛을 발광하는 것은 앞선 실험의 결과에 대한 해석과 일치하지 않는데, 이는 C면 사파이어로 된 성장 기판(10; 도 27 내지 도 31 참조)에 성장되는 반도체 발광부(A), 반도체 발광부(B), 반도체 발광부(D)에서 각각의 활성 영역(42)이 상면(T) 즉, (0001)면에서 성장되는 반면에, 반도체 발광부(E)는 개구가 작아서 상면(T)이 아니라 측면(L) 즉, (11-22)면에서 활성 영역(42L)이 형성되기 때문으로 판단된다. (11-22)면의 경우에 (0001)면에 비해 성장 속도가 1/2~1/7 정도로 느리며, In 주입도 상대적으로 잘 안되므로 청색을 발광하는 것으로 추정된다. 반도체 발광부(F)의 경우에, 반도체 발광부(D)와 폭(예: 23㎛)을 동일하게 두었지만, 개구간 간격(도 33 참조)을 10㎛이 아니라 30㎛로 두었으며, 간격이 증가함에 따라 MOCVD 장비 내에 균일하게 성장 가스가 공급된다는 것을 가정할 때, 간격이 넓은 반도체 발광부(F) 주변의 성장 가스가 많아서 성장 속도가 빨라지게 되고, 따라서 반도체 발광부(D)에 비해 키가 큰 형태로 성장되면서 상면(T)과 측면(L) 각각에 활성 영역(42T)과 활성 영역(42L)이 형성되고, 상면(T)의 활성 영역(42T)에서는 주황색 내지 황색이 발광되고, 측면(L)의 활성 영역(42L)에서는 청색이 발광되며, 주황색 내지 황색과 청색은 보색 관계이므로 백색을 띄게 된다.Figure 42 is a diagram showing another example of experimental results according to the method shown in Figures 27 to 33, where the semiconductor light emitting part (A) shown on the left emits red (e.g. 610 nm), and the semiconductor light emitting part shown in the middle emits red (eg, 610 nm). (E) has a width (e.g., 6 μm) smaller than the width of the semiconductor light emitting portion (A) (i.e., size of the opening; 14 μm), but emits blue light (e.g., 450 nm), and is shown on the right. (F) has the same width (23 μm) as the semiconductor light emitting portion (D) of Figure 41, but emits white light instead of orange or yellow. The fact that the semiconductor light emitting part (E) emits light of a shorter wavelength rather than a longer wavelength is inconsistent with the interpretation of the results of the previous experiment, which is consistent with the C-plane sapphire growth substrate (10; see FIGS. 27 to 31). ), while the active region 42 in each of the semiconductor light-emitting portions (A), semiconductor light-emitting portions (B), and semiconductor light-emitting portions (D) is grown on the top surface (T), that is, the (0001) plane, This is believed to be because the light emitting unit (E) has a small opening, so the active area (42L) is formed not on the top surface (T) but on the side (L), that is, the (11-22) plane. In the case of the (11-22) plane, the growth rate is about 1/2 to 1/7 slower than that of the (0001) plane, and In injection is relatively difficult, so it is presumed to emit blue light. In the case of the semiconductor light emitting part (F), the width (e.g., 23㎛) was the same as that of the semiconductor light emitting part (D), but the gap between openings (see Figure 33) was set at 30㎛ instead of 10㎛, and the gap As this increases, assuming that the growth gas is uniformly supplied within the MOCVD equipment, there is a lot of growth gas around the semiconductor light emitting part (F) with a wide gap, so the growth rate becomes faster, and therefore, compared to the semiconductor light emitting part (D). As it grows into a tall shape, an active area 42T and an active area 42L are formed on the top surface (T) and the side surface (L), and the active area 42T on the top surface (T) emits orange to yellow light. , The active area 42L on the side (L) emits blue light, and since orange to yellow and blue are complementary colors, it appears white.

도 43은 도 41 및 도 42에 제시된 실험 결과를 정리한 그래프로서, 전체적으로 개구(22,23,24; 도 32 참조)의 크기가 작아짐에 따라 발광피크 파장이 장파장으로 이동하지만, 주어진 성장 조건 하에서 개구가 반도체 발광부(A,E,F; 도 42 참조)의 측면(L; 예: (11-22)면)에 활성 영역(42L)이 형성되는 크기 이하를 가지게 되면 측면(L)에 활성 영역(42L)이 형성되고, 활성 영역(42L)은 상면(T)에 형성되는 활성 영역(42T)에서 발광되는 빛보다 상대적으로 짧은 파장의 빛을 발광한다는 것을 보여준다. 또한, 상면(T) 및 측면(L) 각각에 활성 영역(42T)과 활성 영역(42L)을 성장시키고, 이들 각각이 보색 관계에 있는 빛을 발광하도록 성장 조건과 성장 방지영역(22,E)의 패턴을 조절하면 하나의 반도체 발광부(F)가 백색을 발광할 수 있다는 것을 보여준다.Figure 43 is a graph summarizing the experimental results presented in Figures 41 and 42. Overall, as the size of the openings (22, 23, 24; see Figure 32) decreases, the peak emission wavelength shifts to a longer wavelength, but under given growth conditions, If the opening is smaller than the size at which the active region 42L is formed on the side surface (L; e.g., (11-22) plane) of the semiconductor light emitting portion (A, E, F; see Figure 42), the active region 42L is formed on the side surface (L). A region 42L is formed, and the active region 42L emits light with a relatively shorter wavelength than the light emitted from the active region 42T formed on the upper surface T. In addition, an active region 42T and an active region 42L are grown on each of the top surface (T) and the side surface (L), and growth conditions and growth prevention regions 22 and E are set so that each of them emits light in a complementary color relationship. It shows that one semiconductor light emitting part (F) can emit white light by adjusting the pattern of .

도 44는 본 개시에 따른 광 여기(PL) 실험 결과의 일 예를 나타내는 도면으로서, 왼쪽부터 325nm 파장의 여기 광으로 u-GaN 흡수 결과, 325nm 파장의 여기 광으로 p-GaN 흡수 결과, 405nm 파장의 여기 광으로 활성층 흡수 결과를 나타낸다. 모든 경우에서 매우 약하고 같은 deep level emission만 측정되고, u-GaN, p-GaN, 활성층에 선택적으로 빛을 흡수시킨 경우에도 매우 약한 동일한 발광 스펙트럼을 보였다. 바이어스 인가에 따른 피크 이동이 전혀 없었고(바이어스는 활성층에만 인가되므로, active 발광이 아님을 말함), 405nm 여기의 경우 역방향 바이어스 인가에 따른 약간의 세기 감소만 보였다(Active를 포함한 시료 전반에 동일한 deep level이 존재하고 있음).Figure 44 is a diagram showing an example of the results of a light excitation (PL) experiment according to the present disclosure, from the left: u-GaN absorption result with excitation light of 325 nm wavelength, p-GaN absorption result with excitation light of 325 nm wavelength, and 405 nm wavelength. The active layer absorption results are shown with excitation light. In all cases, only very weak and identical deep level emission was measured, and even when light was selectively absorbed by u-GaN, p-GaN, and the active layer, the same, very weak emission spectrum was observed. There was no peak shift at all due to the application of bias (since the bias is applied only to the active layer, meaning that it is not active emission), and in the case of 405 nm excitation, only a slight decrease in intensity was seen due to the application of reverse bias (same deep level throughout the sample, including the active layer). exists).

도 45는 본 개시에 따른 전계 발광(EL) 실험 결과의 일 예를 나타내는 도면으로서, 전류 주입에 따른 EL은 PL과는 전혀 다른 보다 장파장에서 시작되고, EL에서는 PL세기 보다 수십 배 이상 큰 세기의 발광이 보다 장파장에서 관측되었으며, 저온 PL, high excitation PL에서도 EL에 해당하는 광발광은 관측되지 않았다. EL의 동작전압이 발광파장으로 얻어지는 최소 동작전압(hv/e) 보다도 작다. 이상의 결과는 PL 발광과 EL 발광이 공간적으로 서로 다른 분리된 영역에서 일어나고 있음을 나타낸다.Figure 45 is a diagram showing an example of the results of an electroluminescence (EL) experiment according to the present disclosure. EL according to current injection starts at a longer wavelength that is completely different from PL, and in EL, the intensity is dozens of times greater than the PL intensity. Light emission was observed at longer wavelengths, and photoluminescence corresponding to EL was not observed even in low-temperature PL and high excitation PL. The operating voltage of EL is smaller than the minimum operating voltage (hv/e) obtained by the emission wavelength. The above results indicate that PL emission and EL emission occur in spatially different and separate regions.

도 46은 본 개시에 따른 레이저가 추가된 전계 발광(EL) 실험 결과의 일 예를 나타내는 도면으로서, EL이 켜진 상태에서 레이저를 추가로 조사시키면 EL의 세기가 극적으로 (3배이상) 커졌다. 레이저만 조사한 경우는 앞서 기술한대로 매우 약한 다른 PL이 관측되고, 순방향 전압을 인가하여 EL 관측시 여기 광을 더하면 EL세기가 비선형적으로 증가하고, 그 정도는 여기 광의 파장에 의존하였다. 이때 조사된 레이저는 405nm 파장의 레이저로 레이저의 에너지는 우물층의 에너지보다 크고 장벽층 혹은 p-GaN, n-GaN층의 에너지 보다 작다. 즉 레이저는 우물층에서만 선택적으로 흡수된다.Figure 46 is a diagram showing an example of the results of an electroluminescence (EL) experiment with a laser added according to the present disclosure. When the laser is additionally irradiated with the EL turned on, the intensity of the EL increases dramatically (more than 3 times). In the case of only laser irradiation, a very weak other PL was observed as described above, and when excitation light was added when observing EL by applying a forward voltage, the EL intensity increased nonlinearly, and the degree depended on the wavelength of the excitation light. The laser irradiated at this time is a laser with a wavelength of 405 nm, and the energy of the laser is greater than the energy of the well layer and less than the energy of the barrier layer or p-GaN or n-GaN layer. That is, the laser is selectively absorbed only in the well layer.

도 44 내지 도 46의 실험 결과를 정리하면, ① EL은 관측되나 PL은 관측되지 않는다. ② PL시 여기 레이저에 의한 흡수는 양자우물층에서 일어난다. Photocurrent 측정결과는 이를 실험적으로 확증한다. ③ PL에서 레이저 흡수는 양자우물층에서 일어나나 양자우물층의 발광은 관측되지 않는다. ④ 양자우물층에서는 비복사성 재결합 중심 밀도가 커서 광 발광 효율이 매우 낮다. ⑤ EL은 PL과 공간적으로 분리된 다른 영역에서 발생한다.To summarize the experimental results of Figures 44 to 46, ① EL is observed, but PL is not observed. ② During PL, absorption by the excitation laser occurs in the quantum well layer. Photocurrent measurement results experimentally confirm this. ③ In PL, laser absorption occurs in the quantum well layer, but emission from the quantum well layer is not observed. ④ In the quantum well layer, the density of non-radiative recombination centers is large, so the photoluminescence efficiency is very low. ⑤ EL occurs in another area spatially separated from PL.

도 47에 이러한 정리와 부합하는 발광 메커니즘 즉, Tunneling Injection을 통한 발광을 도식적으로 나타내었다(논문: Tunnel Injection and Power Efficiency of InGaN/GaN Light-Emitting Diodes; ISSN 1063-7826, Semiconductors, 2013, Vol. 47, No. 1, pp. 127-134. ⓒPleiades Publishing, Ltd., 2013.). 전자는 tunneling에 의해 주입되어 AlGaN 장벽층에 있는 낮은 에너지 상태로 주입된다. EL에서 전자-정공 재결합은 비복사성 재결합 중심밀도가 높은 양자우물층을 회피하여 일어나며 장벽층은 비복사성 재결합 중심 밀도가 낮아서 높은 효율의 낮은 에너지 (장파장) 광 발광이 가능하고, 낮은 동작전압의 EL의 관측이 가능해졌다고 판단된다(도 48 참조). Figure 47 schematically shows the light emission mechanism that conforms to this theorem, that is, light emission through Tunneling Injection (Paper: Tunnel Injection and Power Efficiency of InGaN/GaN Light-Emitting Diodes; ISSN 1063-7826, Semiconductors, 2013, Vol. 47, No. 1, pp. 127-134. Electrons are injected by tunneling into a low energy state in the AlGaN barrier layer. In EL, electron-hole recombination occurs by avoiding the quantum well layer, which has a high non-radiative recombination center density, and the barrier layer has a low non-radiative recombination center density, enabling high efficiency low energy (long wavelength) light emission and low operating voltage. It is judged that observation of EL has become possible (see Figure 48).

기존 GaN-based LED와 달리 무엇이 본 개시에 따른 반도체 발광소자에서 Tunneling Injection을 통한 발광을 가능케 했는가를 살필 필요가 있는데, 도 21에 도시된 바와 같이, 활성 영역(42)과 그에 최근접한 초격자 영역(35) 사이에 측면 성장 강화층(36 또는 37)을 도입하지 않은 경우에는 이러한 발광이 이루어졌으며, 측면 성장 강화층(36 또는 37)을 도입한 경우에는 그러하지 않았다. 따라서 측면 성장 강화층(36 또는 37)을 구비하지 않은 경우에 활성 영역(42)이 세미 폴라면 상에서 성장되어 In의 주입이 증가될 수 있다는 해석을 별론으로 하고, 거친 표면(S)이 만들어낸 defects을 측면 성장 강화층(36 또는 37)을 통해 회복시키지 않고 활성 영역(42)을 성장시킴으로써 tunneling injection이 가능하게 되었다고 해석할 수 있을 것이다.Unlike existing GaN-based LEDs, it is necessary to examine what enables light emission through Tunneling Injection in the semiconductor light emitting device according to the present disclosure. As shown in FIG. 21, the active region 42 and the superlattice region closest thereto This light emission occurred when the laterally grown reinforcement layer (36 or 37) was not introduced between (35), but this was not the case when the laterally grown reinforcement layer (36 or 37) was introduced. Therefore, apart from the interpretation that in the case where the lateral growth reinforcement layer (36 or 37) is not provided, the active region (42) is grown on a semi-pole surface, injection of In can be increased, and the rough surface (S) created It can be interpreted that tunneling injection is possible by growing the active area (42) without recovering defects through the side growth reinforcement layer (36 or 37).

도 49에 도시된 바와 같이, Barrier 두께가 얇아짐에 따라 마지막 QW과 두번째 QW 사이의 coupling이 일어나면서 QW의 에너지 상태가 둘로 갈라지고, 바닥 상태의 에너지가 보다 낮아지는 것(파장이 길어지는 것)으로 볼 수 있으며(논문: Effect of electric fields on excitons in a coupled double-quantum-well structure; PHYSICAL REVIEW B VOLUME 36, NUMBER 8 15 SEPTEMBER 1987-I), 이러한 해석은 도 24에 제시된 실험 결과인, '활성 영역(42)에서 장벽층의 두께가 얇을수록, 우물층의 두께가 두꺼울수록 장파장으로 변한다는 점도 확인하였다'는 결과에도 부합한다. 따라서, 본 개시에 따른 실험 결과 및 해석에 의하면, 라스트 Barrier의 두께를 얇게 하고, 라스트 우물층의 두께를 두껍게 함으로써, 발광 파장을 장파장으로 제어할 수 있게 된다.As shown in Figure 49, as the barrier thickness becomes thinner, coupling between the last QW and the second QW occurs, the energy state of the QW is split into two, and the energy of the ground state becomes lower (wavelength becomes longer). ) (Paper: Effect of electric fields on excitons in a coupled double-quantum-well structure; PHYSICAL REVIEW B VOLUME 36, NUMBER 8 15 SEPTEMBER 1987-I), and this interpretation is based on the experimental results presented in FIG. It is also consistent with the result that 'It was confirmed that the thinner the barrier layer and the thicker the well layer in the active region 42, the longer the wavelength.' Therefore, according to the experimental results and analysis according to the present disclosure, the emission wavelength can be controlled to a long wavelength by thinning the thickness of the last barrier and increasing the thickness of the last well layer.

이하에서, 본 개시의 다양한 실시 형태를 설명한다.Below, various embodiments of the present disclosure are described.

(1) 발광 피크 파장이 600nm 이상인 적색광을 발광하는, 3족 질화물 반도체 발광구조를 제조하는 방법에 있어서, 제1 서브층과 제2 서브층의 반복 적층으로 된 제1 초격자 영역을 성장하는 단계; 그리고, 제1 초격자 영역 위에, Al을 포함하는 3족 질화물 반도체로 되어 있으며 제1 밴드갭 에너지를 가지는 제3 서브층, In을 포함하는 3족 질화물 반도체로 되어 있으며 제1 밴드갭 에너지보다 작은 제2 밴드갭 에너지를 가지는 제4 서브층과, Al을 포함하는 3족 질화물 반도체로 되어 있으며 제2 밴드갭 에너지보다 큰 제3 밴드갭 에너지를 가지는 제5 서브층을 포함하는 활성 영역을 성장하는 단계;를 포함하며, 활성 영역을 성장하는 단계에서, 제4 서브층의 In 함량을 제3 서브층 및 제5 서브층이 GaN일 때 제4 서브층에서 600nm 이하의 발광 피크 파장의 빛을 발광하도록 설정하고, 제3 서브층의 Al 함량 및 제5 서브층의 Al 함량을 제4 서브층에서 600nm 이상의 발광 피크 파장을 가지는 적색광을 발광하도록 설정하는, 3족 질화물 반도체 발광구조를 제조하는 방법.(1) A method of manufacturing a group III nitride semiconductor light-emitting structure that emits red light with an emission peak wavelength of 600 nm or more, the step of growing a first superlattice region made of repeated stacking of a first sub-layer and a second sub-layer. ; And, on the first superlattice region, a third sublayer is made of a group III nitride semiconductor containing Al and has a first band gap energy, and a third sublayer is made of a group III nitride semiconductor containing In and has a first band gap energy smaller than the first band gap energy. Growing an active region including a fourth sub-layer having a second band gap energy and a fifth sub-layer made of a group III nitride semiconductor containing Al and having a third band gap energy greater than the second band gap energy. In the step of growing the active region, when the In content of the fourth sub-layer is changed to GaN, the fourth sub-layer emits light with a peak emission wavelength of 600 nm or less. A method of manufacturing a group III nitride semiconductor light-emitting structure, wherein the Al content of the third sub-layer and the Al content of the fifth sub-layer are set to emit red light having an emission peak wavelength of 600 nm or more in the fourth sub-layer.

(2) 활성 영역은 양자우물 구조를 포함하며, 제4 서브층이 양자 우물층이며, 제3 서브층 및 제5 서브층이 양자 장벽층인, 3족 질화물 반도체 발광구조를 제조하는 방법. (도 3 참조)(2) A method of manufacturing a group III nitride semiconductor light-emitting structure, wherein the active region includes a quantum well structure, the fourth sub-layer is a quantum well layer, and the third and fifth sub-layers are quantum barrier layers. (see Figure 3)

(3) 제4 서브층을 성장하는 과정에서 In의 공급을 감소시키다가 증가시키는, 3족 질화물 반도체 발광구조를 제조하는 방법. (도 4 참조)(3) A method of manufacturing a group III nitride semiconductor light-emitting structure in which the supply of In is decreased and then increased during the process of growing the fourth sub-layer. (see Figure 4)

(4) 활성 영역을 성정하는 단계에서, 제3 서브층, 제4 서브층 및 제5 서브층을 순차로 복수회 성장시키며, 최상 측에 구비되는 제5 서브층은 활성 영역 전체의 발광 피크 파장을 장파장으로 이동시키도록 InGaN을 포함하는, 3족 질화물 반도체 발광구조를 제조하는 방법. (도 5 참조)(4) In the step of forming the active region, the third sub-layer, fourth sub-layer, and fifth sub-layer are sequentially grown multiple times, and the fifth sub-layer provided on the uppermost side has the peak emission wavelength of the entire active region. A method of manufacturing a Group III nitride semiconductor light-emitting structure containing InGaN to move to a long wavelength. (see Figure 5)

(5) 최상 측에 구비되는 제5 서브층은 InGaN-GaN으로 되어 있는, 3족 질화물 반도체 발광구조를 제조하는 방법.(5) A method of manufacturing a group III nitride semiconductor light-emitting structure in which the fifth sub-layer provided on the uppermost side is made of InGaN-GaN.

(6) 제3 서브층 및 제5 서브층은 각각 AlGaN-GaN-AlGaN으로 되어 있는, 3족 질화물 반도체 발광구조를 제조하는 방법.(6) A method of manufacturing a group III nitride semiconductor light-emitting structure in which the third sub-layer and the fifth sub-layer are each made of AlGaN-GaN-AlGaN.

(7) 제1 서브층은 제4 밴드갭 에너지를 가지고, 제2 서브층은 제4 밴드갭 에너지보다 큰 제5 밴드갭 에너지를 가지며, 제2 서브층이 AlGaN-(In)GaN, AlGaN-(In)GaN-AlGaN 또는 (In)GaN-AlGaN으로 되어 있는, 3족 질화물 반도체 발광구조를 제조하는 방법. (도 11(c) 참조)(7) The first sub-layer has a fourth band gap energy, the second sub-layer has a fifth band gap energy greater than the fourth band gap energy, and the second sub-layer has AlGaN-(In)GaN, AlGaN- A method of manufacturing a group III nitride semiconductor light-emitting structure made of (In)GaN-AlGaN or (In)GaN-AlGaN. (See Figure 11(c))

(8) 제2 서브층의 AlGaN의 Al 함량은 제3 서브층의 Al 함량 및 제5 서브층의 Al 함량보다 많은, 3족 질화물 반도체 발광구조를 제조하는 방법.(8) A method of manufacturing a group III nitride semiconductor light-emitting structure, wherein the Al content of AlGaN in the second sub-layer is greater than the Al content in the third sub-layer and the Al content in the fifth sub-layer.

(9) 활성 영역이 초격자 구조를 포함하는, 3족 질화물 반도체 발광구조를 제조하는 방법. (표 7 참조)(9) A method of manufacturing a group III nitride semiconductor light-emitting structure in which the active region includes a superlattice structure. (See Table 7)

(10) 제3 서브층 및 제5 서브층이 GaN-AlGaN으로 된, 3족 질화물 반도체 발광구조를 제조하는 방법. (도 17(b) 참조)(10) A method of manufacturing a group III nitride semiconductor light-emitting structure in which the third sub-layer and the fifth sub-layer are made of GaN-AlGaN. (See Figure 17(b))

성장 기판(10), 버퍼 영역(20), n측 컨택 영역(30), 초격자 영역(31), 활성 영역(42), 전자 차단층(51), p측 컨택 영역(52), 전류 확산 전극(60), 제1 전극(70), 제2 전극(80)Growth substrate 10, buffer region 20, n-side contact region 30, superlattice region 31, active region 42, electron blocking layer 51, p-side contact region 52, current diffusion Electrode 60, first electrode 70, second electrode 80

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3족 질화물 반도체 발광구조를 제조하는 방법.Method for manufacturing a group III nitride semiconductor light-emitting structure.
KR1020220140126A 2022-10-27 2022-10-27 Method of manufacturing a iii-nitride semiconductor light emitting structure KR20240059185A (en)

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PCT/KR2023/016773 WO2024091031A1 (en) 2022-10-27 2023-10-26 Group iii nitride semiconductor light-emitting device

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