WO2014189207A1 - 발광 소자 및 그것을 제조하는 방법 - Google Patents

발광 소자 및 그것을 제조하는 방법 Download PDF

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Definitions

  • light emitting devices using nitride semiconductors include n-type semiconductor layers, active layers and p-type semiconductor layers.
  • the active layer electrons and holes combine to emit light.
  • the recombination rate of electrons and holes in the active layer directly affects the luminous efficiency of the light emitting device.
  • it is necessary to prevent the overflow of electrons it is necessary to prevent the overflow of electrons, and the electron block layer of the p-type AlGaN layer is adopted for this purpose.
  • the undoped layer which does not doping Mg uses source gas and carrier gas which are the same conditions as a hole injection layer or a p-type contact layer except Mg source gas. Is grown. In this case, even if the Mg source gas is not introduced, the Mg impurity concentration in the undoped layer is relatively high, and thus the mobility of the hole is reduced.
  • a light emitting device an n-type semiconductor layer; p-type semiconductor layer; An active layer positioned between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer; And an electron block layer positioned between the p-type semiconductor layer and the active layer.
  • the p-type semiconductor layer includes a laminated structure in which a low concentration doping layer, an undoped layer and a high concentration doping layer are sequentially stacked, the thickness of the undoped layer is less than the sum of the thickness of the low concentration doping layer and the high concentration doping layer Bigger
  • the growth temperature may be lowered in the order of the low concentration doping layer, the undoped layer and the high concentration doping layer.
  • the active layer 27 is positioned between the n-type semiconductor layer 25 and the p-type semiconductor layer 33 and has a single quantum well structure having a single well layer or a multi-quantum well structure in which well layers and barrier layers are alternately stacked.
  • the well layer may be formed of, for example, InGaN
  • the barrier layer may be formed of a gallium nitride based semiconductor layer having a wider band gap than that of the well layer, such as GaN.
  • the impurity concentration in the undoped layer 33b may be affected by the doping concentrations of the low concentration doping layer 33a and the high concentration doping layer 33c, and the low concentration doping layer 33a and the high concentration doping layer described herein (
  • the doping concentration of the undoped layer 33b in the doping concentration range of 33b) may be less than 2E19 / cm 3.
  • the concentration of impurities in the undoped layer 33b may be in a range of 1E19 / cm 3 or more and less than 2E19 / cm 3 depending on the depth.
  • Such a doping concentration is difficult to achieve with the conventional p-type semiconductor growth method of supplying H 2 gas while growing the undoped layer.
  • the Mg in the low concentration doped layer 33a can be suppressed from flowing into the undoped layer 33b, and thus the undoped layer ( It can be seen that the Mg doping concentration in 33b) can be lowered. Further, by lowering the Mg doping concentration in the undoped layer 33b, it is expected that the mobility of the holes is improved, thereby improving the hole injection efficiency and increasing the light output.

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Abstract

발광 소자 및 그것을 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은 저농도 도핑층, 언도프트층 및 고농도 도핑층을 갖는 p형 반도체층을 성장하는 방법을 포함한다. 저농도 도핑층 및 고농도 도핑층을 성장하는 동안에는 N2 가스와 H2 가스가 함께 공급되지만, 언도프트층을 성장하는 동안에는 H2 가스의 공급이 차단되고 N2 가스가 공급된다. 이에 따라, 언도프트층 내에 함유되는 Mg의 도핑 농도를 더욱 낮출 수 있어 p형 반도체층 내의 홀의 이동도를 개선할 수 있다.

Description

발광 소자 및 그것을 제조하는 방법
본 발명은 질화물 반도체 발광 소자에 관한 것으로, 특히 p형 반도체층을 갖는 질화물 반도체 발광 소자 및 그것을 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 질화물 반도체를 이용하는 발광 소자는 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 포함한다. 상기 활성층에서 전자와 홀이 결합하여 광을 방출한다. 활성층 내에서의 전자와 홀의 재결합율은 발광 소자의 발광 효율에 직접적인 영향을 미친다. 활성층 내 전자와 홀의 재결합율을 향상시키기 위해 전자의 오버 플로우를 방지할 필요가 있으며, 이를 위해 p형 AlGaN층의 전자 블록층이 채택되고 있다.
한편, p형 반도체층으로부터 활성층으로 주입되는 홀의 주입 효율을 높이기 위하여 p형 반도체층 내의 도핑 프로파일을 제어하는 방법이 개시된 바 있다. 예를 들어, 특허문헌(특허등록번호 10-0838196)은 홀 주입층과 p형 콘택층을 구분하고 홀 주입층의 불순물 도핑 농도를 p형 콘택층보다 낮게 함으로써 홀 주입 효율을 증가시킨 것을 개시하고 있다. 아울러, 클래드층과 홀 주입층 사이에 언도프트층을 배치하거나 홀 주입층과 p형 콘택층 사이에 언도프트층을 배치하는 내용을 기재하고 있다.
상기 특허문헌에 따르면, 홀 주입층 내의 홀의 이동도를 증가시켜 활성층 내에 주입되는 홀의 이동을 촉진할 수 있다. 그러나, 상기 특허문헌에 따르더라도, 상기 홀 주입층이 상대적으로 저농도의 도핑 농도를 갖도록 도핑되기 때문에, 홀의 이동도를 증가시키는데 한계가 있다.
나아가, Mg을 도핑하지 않는 언도프트층을 개시하고 있기는 하지만, 언도프트층이, Mg 소스 가스를 제외하고는, 홀주입층 또는 p형 콘택층과 동일한 조건의 소스 가스 및 캐리어 가스를 이용하여 성장된다. 이 경우, Mg 소스 가스를 유입하지 않더라도 언도프트층 내의 Mg 불순물 농도가 상대적으로 높게 나타나며, 따라서, 홀의 이동도를 떨어뜨리게 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 활성층 내로의 홀 주입 효율을 개선할 수 있는 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, p형 반도체층 내의 언도프트층 내 불순물 농도를 낮출 수 있는 p형 반도체층 제조 방법 및 발광 소자 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 태양에 따른 발광 소자는, n형 반도체층; p형 반도체층; 상기 n형 반도체층과 상기 p형 반도체층 사이에 위치하는 활성층; 및 상기 p형 반도체층과 상기 활성층 사이에 위치하는 전자 블록층을 포함한다. 한편, 상기 p형 반도체층은 저농도 도핑층, 언도프트층 및 고농도 도핑층이 순차 적층된 적층 구조를 포함하며, 상기 언도프층의 두께는 상기 저농도 도핑층과 상기 고농도 도핑층의 두께의 합보다 더 크다.
상대적으로 두꺼운 언도프층을 저농도 도핑층과 고농도 도핑층 사이에 배치함으로써 홀의 이동도를 증가시켜 홀 주입 효율을 증가시킬 수 있다.
나아가, 상기 저농도 도핑층 내의 불순물의 농도는 1E20/㎤~5E20/㎤이고, 상기 고농도 도핑층 내의 불순물의 농도는 5E20/㎤~1E21/㎤이며, 상기 언도프층 내의 불순물의 농도는 2E19/㎤ 미만일 수 있다. 나아가, 상기 언도프층 내의 불순물의 농도는 깊이에 따라 1E19/㎤ 이상 2E19/㎤ 미만의 범위 내에 있을 수 있다.
1E20/㎤ 이상의 저농도 도핑층 및 5E20/㎤ 이상의 고농도 도핑층 사이에 배치되면서도 2E19/㎤ 미만의 불순물 농도를 갖는 언도프트층을 배치함으로써 홀의 이동도를 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 저농도 도핑층이 상기 전자 블록층에 접할 수 있다. 불순물이 도핑된 층을 전자 블록층에 접하도록 배치함으로써, 홀을 전자 블록층을 통해 활성층으로 용이하게 주입할 수 있다. 한편, 상기 고농도 도핑층은 p형 콘택층일 수 있으며, 따라서 콘택 저항을 낮출 수 있다.
상기 발광 소자는 발광 다이오드 칩일 수 있으며, 수직형 또는 수평형일 수 있으나, 특정 칩 구조에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 금속 유기화학 기상 성장법을 이용하여 p형 반도체층을 성장시키는 방법이 제공된다. 상기 p형 반도체층 성장 방법은, 챔버 내로 질소 소스 가스, 갈륨 소스 가스, Mg 소스 가스, N2 가스 및 H2 가스를 공급하여 상기 챔버 내의 기판 상에 저농도 도핑층을 성장하고; 상기 챔버 내로 질소 소스 가스, 갈륨 소스 가스 및 N2 가스 가스를 공급하되, Mg 소스 가스 및 H2 가스의 공급을 차단하여 상기 저농도 도핑층 상에 언도프층을 성장하고; 상기 챔버 내로 질소 소스 가스, 갈륨 소스 가스, Mg 소스 가스, N2 가스 및 H2 가스를 공급하여 상기 언도프트층 상에 고농도 도핑층을 성장하는 것을 포함한다.
상기 저농도 도핑층 및 고농도 도핑을 성장하는 동안 H2 가스를 공급함으로써 반도체층의 결정 품질을 향상시킬 수 있으며, 또한, 상기 언도프트층을 성장시키는 동안 H2의 공급을 차단함으로써 언도프트층 내의 불순물의 농도를 떨어뜨릴 수 있다.
한편, 상기 p형 반도체층 성장 방법은, 상기 저농도 도핑층을 성장하기 전에 상기 챔버 내로 질소 소스 가스 및 N2 가스를 공급하되, 갈륨 소스 가스, Mg 소스 가스 및 H2 가스의 공급을 차단하여 챔버 내의 분위기를 질소와 NH3 분위기로 변경하는 것을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 챔버 내에 잔류할 수 있는 H2 가스를 충분히 제거할 수 있다. 상기 챔버 내의 분위기를 질소와 NH3 분위기로 변경하는 시간은 3 내지 10분일 수 있다.
한편, 상기 저농도 도핑층 및 상기 고농도 도핑층을 성장시키는 동안 H2 가스의 유량은 N2 가스의 유량보다 더 많을 수 있다. 상기 저농도 도핑층 및 상기 고농도 도핑층을 성장시키는 동안 H2 가스의 유량은 N2 가스의 유량의 3배 내지 5배일 수 있다.
또한, 상기 저농도 도핑층 및 고농도 도핑층 성장시키는 동안 NH3 가스의 유량은 H2 가스의 유량보다 적고, 상기 언도프트층을 성장시키는 동안 N2 가스의 유량은 상기 NH3 가스의 유량보다 많을 수 있다.
예를 들어, 상기 저농도 도핑층 및 고농도 도핑을 성장시키는 동안 N2, H2 및 NH3의 유량비는 약 1:3:1이고, 상기 언도프트층을 성장시키는 동안 N2, H2 및 NH3의 유량비는 약 3:0:1일 수 있다.
저농도 도핑층 및 고농도 도핑층을 성장시키는 동안에는 H2 가스를 우세하게 공급함으로써 성장되는 반도체층의 결정 품질을 개선하고, 나아가, 언도프트층을 성장하는 동안에는 H2를 차단하된 N2 가스의 유량을 증가시켜 챔버 내 전체 압력을 일정하게 유지할 수 있다.
한편, 상기 저농도 도핑층, 상기 언도프트층 및 상기 고농도 도핑층의 순서로 성장 온도가 낮아질 수 있다.
상기 저농도 도핑층 내의 불순물의 농도는 1E20/㎤~5E20/㎤이고, 상기 고농도 도핑층 내의 불순물의 농도는 5E20/㎤~1E21/㎤이며, 상기 언도프층 내의 불순물의 농도는 2E19/㎤ 미만일 수 있다.
한편, 상기 고농도 도핑층을 성장시킨 후, 챔버 내에서 상기 p형 반도체층이 열처리될 수 있다. 이에 따라, 상기 p형 반도체층 내에 도핑된 불순물이 활성화될 수 있다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 발광 소자를 제조하는 방법이 제공된다. 이 발광 소자 제조 방법은, 금속 유기화학 기상 성장법을 이용하여 챔버 내의 기판 상에 n형 반도체층, 활성층, 전자 블록층 및 p형 반도체층을 성장시키는 것을 포함한다. 한편, 상기 p형 반도체층을 성장시키는 것은, 위에서 설명한 p형 반도체층 성장 방법에 따라 성장될 수 있으며, 상기 전자 블록층 상에 성장될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 저농도 도핑층과 고농도 도핑층 사이에 상대적으로 두꺼운 언도프트층이 위치함으로써 홀의 이동도를 증가시킬 수 있고 이에 따라 발광 소자의 홀 주입 효율을 향상시킬 수 있다. 나아가, 상기 언도프층을 성장시키는 동안 H2 가스의 공급을 차단함으로써 언도프트층 내의 불순물의 농도를 더욱 낮출 수 있어 언도프트층 내의 홀의 이동도를 더욱 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 p형 반도체층 성장 방법을 설명하기 위해 가스 및 온도 프로파일들을 나타내는 개략도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 그리고, 도면에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 발광 소자는, 기판(21), 버퍼층(23), n형 반도체층(25), 초격자층(27), 활성층(29), 전자 블록층(31) 및 p형 반도체층(33)을 포함할 수 있다.
기판(21)은 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 패터닝된 사파이어 기판, 스피넬 기판, 탄화실리콘 기판 또는 질화갈륨 기판 등일 수 있다.
버퍼층(23)은 저온 버퍼층 및 고온 버퍼층을 포함할 수 있다. 다만, 상기 기판(21)이 질화갈륨 기판인 경우, 버퍼층(23)은 생략될 수도 있다.
n형 반도체층(25)은 n형 콘택층을 포함한다. n형 반도체층(25)은 (Al, Ga, In)N 계열의 III족 질화물 반도체층으로 형성되며, 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다. 될 수 있다. 예컨대, 상기 n형 반도체층(25)은 GaN층을 포함하며, n형 불순물 예컨대 Si이 도핑되어 형성될 수 있다.
초격자층(27)은 전류 분산을 향상시키고 활성층의 결정 품질을 개선하기 위해 채택될 수 있다. 초격자층(27)은 예를 들어 GaN/InGaN 또는 InGaN/InGaN을 반복하여 적층함으로써 형성될 수 있다.
활성층(27)은 n형 반도체층(25)과 p형 반도체층(33) 사이에 위치하며, 단일의 웰층을 갖는 단일 양자우물 구조 또는 웰층과 장벽층이 교대로 적층된 다중양자우물 구조를 가질 수 있다. 웰층은 예컨대 InGaN으로 형성되며, 장벽층은 웰층에 비해 넓은 밴드갭을 갖는 질화갈륨계 반도체층, 예컨대 GaN으로 형성될 수 있다.
전자 블록층(31)은 활성층(29)과 p형 반도체층(33) 사이에 위치하며, 활성층(29)으로부터 전자가 p형 반도체층(33)으로 오버 플로우되는 것을 방지한다. 전자 블록층(31)은 통상 p형 반도체층(33)보다 넓은 밴드갭을 갖는 질화갈륨계 반도체층, 예컨대 AlGaN으로 형성될 수 있다.
p형 반도체층(33)은 저농도 도핑층(33a), 언도프트층(33b) 및 고농도 도핑층(33c)을 포함한다. 저농도 도핑층(33a), 언도프트층(33b) 및 고농도 도핑층(33c)은 불순물 농도를 제외하고는 동일한 조성의 질화갈륨계 반도체층, 예컨대 GaN으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 전극(도시하지 않음)에서 유입된 홀이 에너지 장벽 없이 p형 반도체층(33)을 통과할 수 있다. 저농도 도핑층(33a)은 전자 블록층(31)에 접하여 위치할 수 있다. 또한, 고농도 도핑층(33c)은 전극(도시하지 않음)이 콘택되는 p형 콘택층이 될 수 있다.
언도프트층(33b)의 두께는 저농도 도핑층(33a)과 고농도 도핑층(33c)의 두께의 합보다 더 클 수 있다. 예를 들어, 저농도 도핑층(33a)은 5~20nm의 두께를 가질 수 있으며, 언도프트층(33b)은 60~110nm의 두께를 가질 수 있고, 고농도 도핑층(33c)은 10~30nm의 두께를 가질 수 있다.
한편, 저농도 도핑층(33a) 내의 불순물의 농도는 1E20/㎤~5E20/㎤, 고농도 도핑층(33c) 내의 불순물의 농도는 5E20/㎤~1E21/㎤, 언도프층(33b) 내의 불순물의 농도는 2E19/㎤ 미만일 수 있다. 나아가, 상기 언도프층(33b) 내의 불순물의 농도는 깊이에 따라 1E19/㎤ 이상 2E19/㎤ 미만의 범위 내에 있을 수 있다.
언도프트층(33b)을 상대적으로 두껍게 형성하고, 또한 불순물 농도를 낮춤으로써 홀의 이동도를 크게 증가시킬 수 있으며, 이에 따라, 활성층(29) 내로의 홀 주입율을 향상시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법, 특히 p형 반도체층(33) 성장 방법을 설명하기 위한 가스 및 온도 프로파일들이다. 여기서, p형 반도체층(33)은 금속유기화학 기상 성장법을 이용하여 성장되며, 나아가, 버퍼층(23), n형 반도체층(25), 초격자층(27), 활성층(29) 및 전자 블록층(31) 또한 금속유기화학 기상 성장법을 이용하여 동일챔버에서 인시츄로 성장될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 우선 챔버 내에 기판(21)이 로딩되고, 금속 소스 가스, 질소 소스 가스 및 캐리어 가스 또는 분위기 가스가 챔버 내로 공급되어 버퍼층(23), n형 반도체층(25), 초격자층(27), 활성층(29), 전자 블록층(31) 등의 반도체층들이 성장된다. 필요에 따라 n형 불순물의 소스 가스가 챔버 내로 공급될 수 있다.
금속 소스 가스는 Ga 소스 가스, Al 소스 가스 및/또는 In 소스 가스를 포함하며, 성장되는 질화갈륨계 반도체층의 금속 성분에 따라 적합한 소스 가스가 공급된다. 예를 들어, Ga 소스 가스로는 TMGa 또는 TEGa를 사용할 수 있으며, Al 소스 가스로는 TMAl 또는 TEAl을 사용할 수 있고, In 소스 가스로는 TMIn 또는 TEIn을 일반적으로 사용할 수 있다.
한편, 질소(N) 소스 가스로는 NH3가 일반적으로 사용될 수 있으며, n형 불순물의 소스 가스로는 SiH4이 사용될 수 있다. 또한, 캐리어 가스 또는 분위기 가스로는 일반적으로 N2 및/또는 H2가 사용될 수 있다.
상기 전자 블록층(31) 성장이 완료된 후, 상기 챔버 내에서 금속 유기화학 기상 성장법을 이용하여 p형 반도체층(33)이 성장된다. p형 반도체층(33)은 대체로 100~300Torr의 압력에서 성장될 수 있다.
우선, 전자 블록층(31) 상에 저농도 도핑층(33a)이 예를 들어 970~990℃의 범위에서 성장된다. 저농도 도핑층(33a)은 챔버 내로 질소 소스 가스(예컨대, NH3) 및 갈륨 소스 가스(예컨대, TMGa 또는 TEGa)와 함께, Mg 소스 가스(예컨대 Cp2Mg), N2 가스 및 H2 가스를 공급하여 성장될 수 있다. 이때, N2 가스의 유량은 약 30~50L/min일 수 있으며, H2 가스의 유량은 140~160L/min일 수 있고, NH3 가스의 유량은 30~50L/min일 수 있다. 예컨대, N2:H2:NH3 유량비는 1:3:1일수 있다. 한편, Mg 소스 가스의 유량은 적한한 도핑 농도를 달성하도록 선택되며, 저농도 도핑층(33a) 내의 Mg 도핑 농도는 대략 1E20/㎤~5E20/㎤일 수 있다.
저농도 도핑층(33a)이 성장된 후, 언도프트층(33b)이 예를 들어 940~970℃의 범위에서 성장된다. 언도프트층(33b)은 챔버 내로 질소 소스 가스(예컨대, NH3), 갈륨 소스 가스(예컨대, TMGa 또는 TEGa) 및 N2 가스 가스를 공급하되, Mg 소스 가스 및 H2 가스의 공급을 차단하여 성장된다. 예를 들어, N2 소스 가스는 140~160L/min, H2 소스 가스는 0L/min, NH3 가스는 30~50L/min일 수 있다. 특히, N2:H2:NH3의 유량비는 3:0:1일 수 있다.
일반적으로, Mg 소스 가스를 공급하지 않더라도 언도프트층(33b)을 성장하는 동안 저농도 도핑층(33a)으로부터 Mg이 언도프트층(33b)으로 유입된다. 본 발명자들은 언도프트층(33b) 성장 동안에 H2 가스를 공급할 경우, Mg의 유입이 더욱 가속되는 것을 발견하였다. 따라서, 언도프트층(33b)을 성장하는 동안, H2의 공급을 차단함으로써 언도프트층(33b) 내의 불순물의 농도를 감소시킬 수 있다.
상기 언도프트층(33b) 내의 불순물 농도는 저농도 도핑층(33a) 및 고농도 도핑층(33c)의 도핑 농도에 영향을 받을 수 있으며, 본 명세서에 설명된 저농도 도핑층(33a) 및 고농도 도핑층(33b)의 도핑 농도 범위에서 언도프트층(33b)의 도핑 농도는 2E19/㎤ 미만일 수 있다. 나아가, 상기 언도프층(33b) 내의 불순물의 농도는 깊이에 따라 1E19/㎤ 이상 2E19/㎤ 미만의 범위 내에 있을 수 있다. 이러한 도핑 농도는 언도프트층을 성장하는 동안 H2 가스를 공급하는 종래의 p형 반도체 성장 방법으로는 달성하기 곤란한 것이다.
한편, 언도프층(33b)을 성장하기 전에, 챔버 내의 분위기를 질소 및 NH3 분위기로 변경할 수 있다. 이를 위해, 저농도 도핑층(33b)을 성장하기 전에 챔버 내로 질소 소스 가스 및 N2 가스를 공급하되, 갈륨 소스 가스, Mg 소스 가스 및 H2 가스의 공급은 차단될 수 있다. 챔버 내의 분위기를 질소 및 NH3 분위기로 변경하는 것은 약 3~10분 동안 수행될 수 있다.
저농도 도핑층(33b)이 성장된 후 고농도 도핑층(33c)이 예를 들어 910~940℃에서 성장된다. 고농도 도핑층(33c)은 챔버 내로 질소 소스 가스(예컨대, NH3), 갈륨 소스 가스(예컨대, TMGa 또는 TEGa), Mg 소스 가스(예컨대, Cp2Mg), N2 가스 및 H2 가스를 공급하여 언도프트층(33b) 상에 성장된다. 예를 들어, N2 가스는 30~50L/min, H2 가스는 140~160L/min, NH3 가스는 30~50L/min일 수 있다. 예컨대, N2:H2:NH3 유량비는 1:3:1일 수 있으며, Mg 소스 가스의 유량을 제외하면 저농도 도핑층(33b)의 성장 조건과 동일할 수 있다. 한편, Mg 소스 가스의 유량은 적한한 도핑 농도를 달성하도록 선택되며, 저농도 도핑층(33a) 내의 Mg 도핑 농도는 대략 5E20/㎤~1E21/㎤일 수 있다.
상기 고농도 도핑층(33c)이 성장된 후, 챔버 온도를 대략 700~800℃로 내려 N2 분위기에서 p형 반도체층(33)을 열처리할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 언도프트층(33b)을 성장하는 동안 H2 가스의 공급을 차단함으로써 언도프트층(33b) 내의 불순물의 농도를 낮출 수 있다. 또한, 저농도 도핑층(33a) 및 고농도 도핑층(33c)을 성장하는 동안에는 N2 가스와 H2 가스를 공급함으로써 p형 반도체층(33)의 결정 품질이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
그 후, n형 반도체층(25) 및 p형 반도체층(33)에 콘택하는 전극을 형성하고 개별 발광 다이오드 칩으로 분할함으로써 수평형 구조, 플립칩형 구조의 발광 소자가 제조될 수 있다. 나아가, p형 반도체층(33) 상부에 지지 기판(도시하지 않음)을 형성하고 기판(21)을 제거함으로써 성장 기판이 제거된 구조의 발광 소자, 예컨대 수직형 구조의 발광 다이오드 칩이 제작될 수도 있다.
(실험예)
언도프트층(33b)을 성장하는 동안 H2 가스의 공급 여부에 따른 광 출력 및 Mg 도핑 프로파일을 확인하기 위해 다른 조건은 모두 동일하게 하고 언도프트층(33b) 성장시 N2:H2:NH3 유량비만을 변경하여 발광 다이오드 칩을 제작하였다. 여기서, 언도프트층(33b) 성장 조건은 N2:H2:NH3 유량비를 1:3:1로 한 것을 기준으로 하고, 상기 유량비를 3:0:1로 변경하였으며, 압력은 동일하게 유지하였다.
위 실험에 따라 제작된 발광 다이오드 칩의 칩 레벨 광 출력을 측정한 결과, 언도프트층(33b)을 성장하는 동안 H2 공급을 차단한 실시예의 경우, 기준 시료에 비해 약 10% 이상 향상되었다.
한편, 위 실험에 따라 제작된 시료들의 Mg 도핑 프로파일을 동일한 조건에서 SIMS 분석을 하였다. 기준 시료의 경우, 저농도 도핑층(33a)과 언도프트층(33b)의 경계 근처에서 언도프트층(33b) 내에 약 3E19/㎤ 이상의 상당한 양의 Mg 도핑 농도가 관찰되었으며, 고농도 도핑층(33c)과 언도프트층(33b)의 경계 부분에서 저농도 도핑층(33a)과 언도프트층(33b)의 경계 부분으로 갈수록 Mg 도핑 농도가 상당히 증가하는 경향을 나타내었으며, 언도프트층(33b) 내의 Mg 도핑 농도는 깊이에 따라 약 8E18/㎤ 내지 약 3E19/㎤ 범위 내에 있었다.
이에 반해, 언도프트층(33b)의 성장 시 H2 가스의 공급을 차단한 실시예의 경우, 저농도 도핑층(33a)과 언도프트층(33b)의 경계 근처에서 언도프트층(33b) 내에 2E19/㎤ 미만의 Mg 도핑 농도가 관찰되었으며, 고농도 도핑층(33c)과 언도프트층(33b)의 경계 부분에서 저농도 도핑층(33a)과 언도프트층(33b)의 경계 부분으로 갈수록 Mg 도핑 농도가 완만하게 증가하는 것이 관찰되었다. 언도프트층(33b) 내의 Mg 도핑 농도는 깊이에 따라 1E19/㎤ 이상 2E19/㎤ 미만의 범위 내에 있었다.
따라서, 언도프트층(33b)을 성장하는 동안 H2 가스의 공급을 차단함으로써 저농도 도핑층(33a) 내의 Mg이 언도프트층(33b) 내로 유입되는 것을 억제할 수 있으며, 이에 따라 언도프트층(33b) 내의 Mg 도핑 농도를 낮출 수 있다는 것을 알 수 있다. 나아가, 언도프트층(33b) 내의 Mg 도핑 농도를 낮춤으로써, 홀의 이동도가 향상되고, 이에 따라 홀 주입 효율이 향상되어 광 출력이 증가된 것으로 예상된다.

Claims (19)

  1. n형 반도체층;
    p형 반도체층;
    상기 n형 반도체층과 상기 p형 반도체층 사이에 위치하는 활성층; 및
    상기 p형 반도체층과 상기 활성층 사이에 위치하는 전자 블록층을 포함하고,
    상기 p형 반도체층은 저농도 도핑층, 언도프트층 및 고농도 도핑층이 순차 적층된 적층 구조를 포함하되,
    상기 언도프층의 두께는 상기 저농도 도핑층과 상기 고농도 도핑층의 두께의 합보다 더 큰 발광 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 저농도 도핑층 내의 불순물의 농도는 1E20/㎤~5E20/㎤이고
    고농도 도핑층 내의 불순물의 농도는 5E20/㎤~1E21/㎤이며,
    상기 언도프층 내의 불순물의 농도는 2E19/㎤ 미만인 발광 소자.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 저농도 도핑층이 상기 전자 블록층에 접하며, 상기 고농도 도핑층이 p형 콘택층인 발광 소자.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 발광 소자는 수평형, 플립칩형 또는 수직형 발광 다이오드 칩인 발광 소자.
  5. 금속 유기화학 기상 성장법을 이용하여 p형 반도체층을 성장시키는 방법에 있어서,
    챔버 내로 질소 소스 가스, 갈륨 소스 가스, Mg 소스 가스, N2 가스 및 H2 가스를 공급하여 상기 챔버 내의 기판 상에 저농도 도핑층을 성장하고,
    상기 챔버 내로 질소 소스 가스, 갈륨 소스 가스 및 N2 가스 가스를 공급하되, Mg 소스 가스 및 H2 가스의 공급을 차단하여 상기 저농도 도핑층 상에 언도프층을 성장하고,
    상기 챔버 내로 질소 소스 가스, 갈륨 소스 가스, Mg 소스 가스, N2 가스 및 H2 가스를 공급하여 상기 언도프트층 상에 고농도 도핑층을 성장하는 것을 포함하는 p형 반도체층 성장 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 저농도 도핑층을 성장하기 전에 상기 챔버 내로 질소 소스 가스 및 N2 가스를 공급하되, 갈륨 소스 가스, Mg 소스 가스 및 H2 가스의 공급을 차단하여 챔버 내의 분위기를 질소와 NH3 분위기로 변경하는 것을 더 포함하는 p형 반도체층 성장 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 저농도 도핑층 및 상기 고농도 도핑층을 성장시키는 동안 H2 가스의 유량은 N2 가스의 유량보다 더 많은 p형 반도체층 성장 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 저농도 도핑층 및 상기 고농도 도핑층을 성장시키는 동안 H2 가스의 유량은 N2 가스의 유량의 3배 내지 5배인 p형 반도체층 성장 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 저농도 도핑층 및 고농도 도핑층 성장시키는 동안 NH3 가스의 유량은 H2 가스의 유량보다 적고, 상기 언도프트층을 성장시키는 동안 N2 가스의 유량은 상기 NH3 가스의 유량보다 많은 p형 반도체층 성장 방법.
  10. 청구항 5에 있어서,
    상기 저농도 도핑층, 상기 언도프트층 및 상기 고농도 도핑층의 순서로 성장 온도가 낮아지는 p형 반도체층 성장 방법.
  11. 발광 소자를 제조하는 방법에 있어서,
    금속 유기화학 기상 성장법을 이용하여 챔버 내의 기판 상에 n형 반도체층, 활성층, 전자 블록층 및 p형 반도체층을 성장시키는 것을 포함하되,
    상기 p형 반도체층을 성장시키는 것은,
    챔버 내로 질소 소스 가스, 갈륨 소스 가스, Mg 소스 가스, N2 가스 및 H2 가스를 공급하여 상기 전자 블록층 상에 저농도 도핑층을 성장하고,
    상기 챔버 내로 질소 소스 가스, 갈륨 소스 가스 및 N2 가스 가스를 공급하되, Mg 소스 가스 및 H2 가스의 공급을 차단하여 상기 저농도 도핑층 상에 언도프층을 성장하고,
    상기 챔버 내로 질소 소스 가스, 갈륨 소스 가스, Mg 소스 가스, N2 가스 및 H2 가스를 공급하여 상기 언도프트층 상에 고농도 도핑층을 성장하는 것을 포함하는 발광 소자 제조 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 저농도 도핑층을 성장하기 전에 상기 챔버 내로 질소 소스 가스 및 N2 가스를 공급하되, 갈륨 소스 가스, Mg 소스 가스 및 H2 가스의 공급을 차단하여 챔버 내의 분위기를 질소와 NH3 분위기로 변경하는 것을 더 포함하는 발광 소자 제조 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 챔버 내의 분위기를 질소와 NH3 분위기로 변경하는 시간은 3 내지 10분인 발광 소자 제조 방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 저농도 도핑층 및 상기 고농도 도핑층을 성장시키는 동안 H2 가스의 유량은 N2 가스의 유량보다 더 많은 발광 소자 제조 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 저농도 도핑층 및 상기 고농도 도핑층을 성장시키는 동안 H2 가스의 유량은 N2 가스의 유량의 3배 내지 5배인 발광 소자 제조 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 저농도 도핑층 및 고농도 도핑층 성장시키는 동안 NH3 가스의 유량은 H2 가스의 유량보다 적고, 상기 언도프트층을 성장시키는 동안 N2 가스의 유량은 상기 NH3 가스의 유량보다 많은 발광 소자 제조 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 저농도 도핑층 및 고농도 도핑을 성장시키는 동안 N2, H2 및 NH3의 유량비는 1:3:1이고, 상기 언도프트층을 성장시키는 동안 N2, H2 및 NH3의 유량비는 3:0:1인 발광 소자 제조 방법.
  18. 청구항 11에 있어서,
    상기 고농도 도핑층을 성장시킨 후, 챔버 내에서 상기 p형 반도체층을 열처리하는 것을 더 포함하는 발광 소자 제조 방법.
  19. 청구항 11에 있어서,
    상기 저농도 도핑층 내의 불순물의 농도는 1E20/㎤~5E20/㎤이고
    고농도 도핑층 내의 불순물의 농도는 5E20/㎤~1E21/㎤이며,
    상기 언도프층 내의 불순물의 농도는 2E19/㎤ 미만인 발광 소자 제조 방법.
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