KR20130094451A - Nitride semiconductor light emitting device and method for fabricating the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 질화물 반도체 발광 소자를 개시한다. 개시된 본 발명의 질화물 반도체 발광 소자 및 그 제조방법은 기판; 상기 기판 상에 형성된 버퍼층과 언도프트 반도체층; 상기 언도프트 반도체층 상에 형성된 N형 반도체층과 P형 반도체층; 상기 N형 반도체층과 P형 반도체층 사이에 개재되며, 복수의 양자우물층과 복수의 양자장벽층이 교대로 배치되는 다중양자우물 구조의 활성층; 및 상기 활성층과 P형 반도체층 사이에 개재된 정공유도층을 포함하고, 상기 정공유도층은 상기 활성층의 양자장벽층과 상기 양자장벽층에 확산된 P형 도펀트 확산층으로 이루어지며, 상기 P형 반도체층, P형 도펀트 확산층 및 양자장벽층의 에너지 레벨은 순차적으로 낮아지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 질화물 반도체 발광소자는 활성층과 P형 반도체층 사이에 활성층의 양자우물층에 사용되는 반도체층 또는 P형 도펀트가 확산된 반도체층으로 이루어진 정공유도층을 통하여 활성층에 정공 주입을 원활하게 한 효과가 있다.The present invention discloses a nitride semiconductor light emitting device. The nitride semiconductor light emitting device of the present invention and a method of manufacturing the same include a substrate; A buffer layer and an undoped semiconductor layer formed on the substrate; An N-type semiconductor layer and a P-type semiconductor layer formed on the undoped semiconductor layer; An active layer interposed between the N-type semiconductor layer and the P-type semiconductor layer and having a plurality of quantum well layers and a plurality of quantum barrier layers alternately arranged; And a positive covalentness layer interposed between the active layer and the P-type semiconductor layer, wherein the positive covalentness layer comprises a quantum barrier layer of the active layer and a P-type dopant diffusion layer diffused into the quantum barrier layer, and the P-type semiconductor. The energy levels of the layer, the P-type dopant diffusion layer and the quantum barrier layer are sequentially lowered.
The nitride semiconductor light emitting device of the present invention smoothly injects holes into the active layer through a positive covalent layer composed of a semiconductor layer used for the quantum well layer of the active layer or a semiconductor layer in which the P-type dopant is diffused between the active layer and the P-type semiconductor layer. It works.
Description
본 발명은 질화물 반도체 발광소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 활성층의 마지막 장벽층에 P형 도펀트를 확산하여 정공주입을 원할하게 하고, 발광 효율을 개선한 질화물 반도체 발광소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device, and more particularly, to a nitride semiconductor light emitting device which diffuses a P-type dopant into the last barrier layer of an active layer to facilitate hole injection and improves luminous efficiency.
일반적으로 질화물 반도체 발광 소자에 사용되는 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN) 등과 같은 Ⅲ족 원소의 질화물은 열적 안정성이 우수하고 직접 천이형의 에너지 밴드(band) 구조로 되어 있어, 최근 청색 및 자외선 영역의 광전소자용 물질로 많은 각광을 받고 있다. 특히, 질화갈륨(GaN)을 이용한 청색 및 녹색 발광 소자는 대규모 천연색 평판 표시 장치, 신호등, 실내 조명, 고밀도광원, 고해상도 출력 시스템과 광통신 등 다양한 응용 분야에 활용되고 있다.In general, nitrides of Group III elements such as gallium nitride (GaN) and aluminum nitride (AlN) used in nitride semiconductor light emitting devices have excellent thermal stability and have a direct transition type energy band structure. It is attracting much attention as a material for optoelectronic devices in the ultraviolet region. In particular, blue and green light emitting devices using gallium nitride (GaN) have been used in various applications such as large-scale color flat panel displays, traffic lights, indoor lighting, high-density light sources, high resolution output systems and optical communication.
도 1은 종래 질화물 반도체 발광소자의 구조를 도시한 것이고, 도 2는 상기 도 1의 다중양자우물 구조의 활성층 영역을 도시한 도면이다.1 illustrates a structure of a conventional nitride semiconductor light emitting device, and FIG. 2 illustrates an active layer region of the multi-quantum well structure of FIG. 1.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래 질화물 반도체 발광소자는, 절연 기판(10) 상에 버퍼층(20)이 형성되고, 상기 버퍼층(20) 상에 언도프트 반도체층(21), N형 반도체층(22), 활성층(23), P형 반도체층(24) 및 투명금속층(25) 들이 적층되어 있다. 또한, 외부로 노출된 N형 반도체층(22) 및 P형 반도체층(24) 상에는 각각 N형 전극(27)과 P형 전극(26)이 형성되어 있다.1 and 2, in the conventional nitride semiconductor light emitting device, a
상기 절연 기판(10)은 질화물 반도체 단결정을 성장시키기에 적합한 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 절연 기판(10)은 사파이어와 같은 재료를 이용하여 형성될 수 있으며, 사파이어 이외에도, 징크 옥사이드(zinc oxide, ZnO), 갈륨나이트라이드(gallium nitride, GaN), 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC), 알루미늄 나이트라이드(AlN) 등으로 형성될 수도 있다.The insulating
상기 활성층(23)은 전자 및 정공이 재결합되는 영역으로서, InxGa1-xN(0≤x≤1)의 일반식으로 표현되는 양자장벽층(23a)과 양자우물층(23b)들이 교대로 형성되는 다중양자우물 구조를 갖는다. 이러한 활성층(23)을 이루는 물질의 종류에 따라 질화물 반도체 발광소자에서 방출되는 발광 파장이 결정된다.The
상기 활성층(23)에는 하나의 양자우물층을 갖는 단일양자우물(single quantum well: SQW) 구조와 약 100Å보다 작은 복수개의 양자우물층을 갖는 다중양자우물(multi quantum well: MQW) 구조가 있다. 이 중에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 다중양자우물구조의 활성층(23)은 단일양자우물구조에 비해 전류대비 광효율이 우수하고 높은 발광출력을 갖는다.The
이러한 질화물 반도체 발광소자의 광 효율은 원천적으로 활성층 내에서의 전자와 정공의 재결합확률, 즉 내부양자효율에 의해 결정된다. 이러한 내부양자효율의 개선방안은 주로 활성층 자체의 구조를 개선하거나 캐리어의 유효량(effective mass)을 증가시키는 방향으로 연구되고 있다.The light efficiency of the nitride semiconductor light emitting device is basically determined by the probability of recombination of electrons and holes in the active layer, that is, internal quantum efficiency. In order to improve the internal quantum efficiency, research has been conducted mainly to improve the structure of the active layer itself or to increase the effective mass of the carrier.
하지만, 일반적으로 정공의 이동도가 전자의 이동도에 비해 낮기 때문에 P형 반도체층(24)으로부터 활성층(23)으로 충분히 공급되지 못하는 문제가 발생한다.However, in general, since the mobility of holes is lower than that of electrons, there is a problem in that the P-
이와 같이, 활성층(23)에 정공이 충분히 공급되지 못하면, N형 반도체층(22)으로부터 공급되는 전자들 중 결합하지 않는 전자들이 발생하여 발광 효율이 떨어지게 된다.As such, when holes are not sufficiently supplied to the
최근, 활성층에 정공 주입 특성을 개선하기 위해 나노 적층 구조를 추가로 형성하는 방법이 제안되고 있지만, 나노 적층 구조 형성을 위한 성장 시간이 길어 전체적인 생산성은 저하되는 문제가 발생하였다.Recently, a method of additionally forming a nano laminated structure has been proposed to improve hole injection characteristics in an active layer. However, a long growth time for forming a nano laminated structure causes a problem in that the overall productivity decreases.
또한, 전자 넘침 현상과 정공의 원활한 주입을 위하여 AlGaN계열의 전자장벽층 형성 방법이 제안되고 있지만, 반도체층 성장시 알루미늄(Al)은 오염원으로 작용하여 소자 특성을 저하시키는 문제가 있다. 아울러, 전자장벽층 형성을 위해 반응기를 장시간 고열 상태로 유지해야 하는 추가 공정이 요구된다.In addition, an AlGaN-based electron barrier layer forming method has been proposed for electron overflow and hole injection, but aluminum (Al) acts as a source of contamination during semiconductor layer growth, thereby degrading device characteristics. In addition, an additional process is required to keep the reactor in a high temperature state for a long time to form the electronic barrier layer.
본 발명은 활성층의 마지막 장벽층(Barrier)에 P형 도펀트를 확산시켜 발광 효율 및 동작전압을 개선한 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a nitride semiconductor light emitting device having a light emission efficiency and an operating voltage by diffusing a P-type dopant in the last barrier layer of the active layer and a method of manufacturing the same.
또한, 본 발명은 활성층으로의 정공 주입 효율의 향상을 위한 P형 도펀트 분위기 형성을 통해서 소자의 전기적 특성을 개선한 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a nitride semiconductor light emitting device and a method of manufacturing the same, which improve electrical properties of the device by forming a P-type dopant atmosphere for improving hole injection efficiency into the active layer.
또한, 본 발명은 활성층의 마지막 장벽층(Barrier)에 P형 도펀트를 확산시킴으로써, 활성층으로의 정공 주입 효율의 증가를 위한 기능층의 삽입 공정을 생략할 수 있어 공정 시간을 단축시킬 수 있는 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, the present invention is a nitride semiconductor that can shorten the process time by eliminating the insertion process of the functional layer for increasing the hole injection efficiency into the active layer by diffusing the P-type dopant in the last barrier layer (barrier) of the active layer Another object is to provide a light emitting device and a method of manufacturing the same.
상기와 같은 종래 기술의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 질화물 반도체 발광 소자는, 기판; 상기 기판 상에 형성된 버퍼층과 언도프트 반도체층; 상기 언도프트 반도체층 상에 형성된 N형 반도체층과 P형 반도체층; 상기 N형 반도체층과 P형 반도체층 사이에 개재되며, 복수의 양자우물층과 복수의 양자장벽층이 교대로 배치되는 다중양자우물 구조의 활성층; 및 상기 활성층과 P형 반도체층 사이에 개재된 정공유도층을 포함하고, 상기 정공유도층은 상기 활성층의 양자장벽층과 상기 양자장벽층에 확산된 P형 도펀트 확산층으로 이루어지며, 상기 P형 반도체층, P형 도펀트 확산층 및 양자장벽층의 에너지 레벨은 순차적으로 낮아지는 것을 특징으로 한다.The nitride semiconductor light emitting device of the present invention for solving the above problems of the prior art, the substrate; A buffer layer and an undoped semiconductor layer formed on the substrate; An N-type semiconductor layer and a P-type semiconductor layer formed on the undoped semiconductor layer; An active layer interposed between the N-type semiconductor layer and the P-type semiconductor layer and having a plurality of quantum well layers and a plurality of quantum barrier layers alternately arranged; And a positive covalentness layer interposed between the active layer and the P-type semiconductor layer, wherein the positive covalentness layer comprises a quantum barrier layer of the active layer and a P-type dopant diffusion layer diffused into the quantum barrier layer, and the P-type semiconductor. The energy levels of the layer, the P-type dopant diffusion layer and the quantum barrier layer are sequentially lowered.
또한, 본 발명의 질화물 반도체 발광 소자 제조 방법은, 기판 상에 버퍼층, 언도프트 반도체층, N형 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 N형 반도체층 상에 복수의 양자우물층과 복수의 양자장벽층이 교대로 배치되는 다중양자우물 구조의 활성층을 형성하는 단계와, 상기 활성층 형성 후, P형 반도체층 형성 전에 MOCVD 반응기 내부를 P형 도펀트 분위기로 전환하여, 상기 P형 반도체층과 인접한 상기 활성층의 양자장벽층에 P형 도펀트를 노출시키는 단계와, 상기 활성층의 양자장벽층에 P형 도펀트가 확산되어, 상기 양자장벽층과 P형 도펀트 확산층으로 이루어진 정공유도층을 형성하는 단계와, 상기 정공유도층 상에 P형 반도체층, 투명전극층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device of the present invention comprises the steps of forming a buffer layer, an undoped semiconductor layer, an N-type semiconductor layer on the substrate, a plurality of quantum well layer and a plurality of quantum barrier on the N-type semiconductor layer Forming an active layer having a multi-quantum well structure in which layers are alternately disposed, and after forming the active layer and converting an inside of a MOCVD reactor into a P-type dopant atmosphere before forming a P-type semiconductor layer, the active layer adjacent to the P-type semiconductor layer Exposing a P-type dopant to a quantum barrier layer of the P-type dopant, forming a P-type dopant on the quantum barrier layer of the active layer to form a positive co-conducting layer including the quantum barrier layer and the P-type dopant diffusion layer, and Forming a P-type semiconductor layer, a transparent electrode layer on the induction layer.
본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법은, 활성층의 마지막 장벽층(Barrier)에 P형 도펀트가 확산되어 장벽층의 에너지 레벨이 상대적으로 증가하고, 정공이 활성층에 원활히 주입될 수 있도록 함으로써 발광 효율을 개선한 제 1 효과가 있다.The nitride semiconductor light emitting device and the method of manufacturing the same according to the present invention, the P-type dopant is diffused in the last barrier layer (Barrier) of the active layer to increase the energy level of the barrier layer relatively, so that holes can be smoothly injected into the active layer There is a first effect of improving luminous efficiency.
또한, 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법은, 활성층으로의 정공 주입 효율의 향상을 위한 P형 도펀트 분위기 형성을 통해서 질화갈륨계 발광 다이오드 소자의 전기적 특성을 개선하는 제 2 효과가 있다.In addition, the nitride semiconductor light emitting device and the method of manufacturing the same according to the present invention have a second effect of improving the electrical characteristics of the gallium nitride based light emitting diode device by forming a P-type dopant atmosphere for improving the hole injection efficiency into the active layer. .
또한, 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법은, 활성층의 성장 종료 후에 P형 반도체층을 성장하기 위한 램핑(ramping) 시간 내에 P형 도펀트 분위기 형성이 가능하여, 활성층으로의 정공 주입 효율의 증가를 위한 기능층의 삽입이 필요 없으므로 성장 시간을 단축하는 제 3 효과가 있다.In addition, the nitride semiconductor light emitting device and the method of manufacturing the same according to the present invention can form a P-type dopant atmosphere within a ramping time for growing the P-type semiconductor layer after the growth of the active layer is completed, and thus the hole injection efficiency into the active layer There is a third effect of shortening the growth time since the insertion of the functional layer for the increase of is not necessary.
도 1은 종래 질화물 반도체 발광소자의 구조를 도시한 것이다.
도 2는 상기 도 1의 다중양자우물 구조의 활성층 영역을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따라 활성층 상에 P형 도펀트가 확산된 질화물계 발광소자의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다중양자우물 구조의 활성층 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 다중양자우물 구조의 활성층 구조를 도시한 도면이다.1 illustrates a structure of a conventional nitride semiconductor light emitting device.
FIG. 2 is a diagram illustrating an active layer region of the multi-quantum well structure of FIG. 1.
3 is a diagram illustrating a structure of a nitride based light emitting device in which a P-type dopant is diffused on an active layer according to the present invention.
4 illustrates a method of manufacturing the nitride semiconductor light emitting device of the present invention.
5 is a diagram illustrating an active layer structure of a multi-quantum well structure according to a first embodiment of the present invention.
6 is a view showing an active layer structure of a multi-quantum well structure according to a second embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시예들은 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following embodiments are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in other forms. In the drawings, the size and thickness of the device may be exaggerated for convenience. Like numbers refer to like elements throughout.
도 3은 본 발명에 따라 활성층 상에 P형 도펀트가 확산된 질화물 반도체 발광소자의 구조를 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating a structure of a nitride semiconductor light emitting device in which a P-type dopant is diffused on an active layer according to the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명은 돌기 패턴들이 형성된 절연 기판(100) 상에 버퍼층(120)이 형성되고, 상기 버퍼층(120) 상에 언도프트 반도체층(121), N형 반도체층(122), 활성층(123), P형 반도체층(124) 및 투명금속층(125)들이 적층되어 있다. 또한, 외부로 노출된 N형 반도체층(122) 및 P형 반도체층(124) 상에는 각각 N형 전극(127)과 P형 전극(126)을 포함하며, 상기 활성층(123)과 P형 반도체층(124) 사이에는 P형 도펀트 확산층과 상기 활성층의 P형 도펀트가 확산되지 않은 마지막 양자장벽층으로 이루어진 정공유도층(200)이 형성된다.Referring to FIG. 3, in the present invention, a
상기 기판(100)은 돌기 패턴이 형성될 수 있으며, 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 투명전극층(116)은 ITO, IZO 및 ITZO와 같은 투명성 도전물질로 형성할 수 있다. The
상기 버퍼층(120), 언도프트 반도체층(121), N형 반도체층(122), 활성층(123) 및 P형 반도체층(124)은 화학증착방법(CVD), 분자선 에피택시법(MBE), 스퍼터링법(Sputtering), 수산화물 증기상 에피택시법(HVPE) 등의 방법에 의해 상기 기판(100) 상에 형성될 수 있으며 이에 대해 한정되지는 않는다.The
도 4는 본 발명의 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 도시한 것이다.4 illustrates a method of manufacturing the nitride semiconductor light emitting device of the present invention.
도 4를 참조하면, P형 반도체층 성장 전에 P형 도펀트 분위기를 형성한다. 기판(100) 상에 버퍼층(120), 언도프트 반도체층(121), N형 반도체층(122), 활성층(123)을 차례대로 성장한 후 MOCVD 반응기 내부를 P형 도펀트 분위기로 전환하여 일정시간 P형 도펀트 분위기를 유지한다. 이 때, P형 도펀트(150)가 활성층(123)의 마지막 양자장벽층에 확산하게 되고, 이 후 P형 반도체층를 성장한다. MOCVD 반응기 내부는 1초 내지 10분 이내로 P형 도펀트 분위기를 형성할 수 있다. 또한, 바람직하게는 P형 도펀트는 Mg이 사용될 수 있다. P형 반도체층을 성장하기 위해서는 램핑(ramping) 시간이 필요한데, 본 발명의 경우, 램핑(ramping) 시간 내에 P형 도펀트 분위기의 공정이 삽입될 수 있다. 따라서, 활성층(123)으로의 정공 주입 효율의 증가를 위한 기능층의 삽입이 필요 없으므로 성장시간의 단축 효과가 있다.Referring to FIG. 4, a P-type dopant atmosphere is formed before growth of the P-type semiconductor layer. After the
아래 본 발명의 실시 예들은 상기 도 3의 다중양자우물 구조의 활성층 영역을 도시한 도면이다. Embodiments of the present invention below show the active layer region of the multi-quantum well structure of FIG.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다중양자우물 구조의 활성층 구조를 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating an active layer structure of a multi-quantum well structure according to a first embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 활성층(123)은 다음과 같은 다중양자우물(multi quantum well: MQW) 구조로 형성된다. N형 반도체층(122)과 P형 반도체층(124) 사이에는 다수의 양자장벽층(123a)과 이들 양자장벽층(123a)들 사이의 양자우물층(123b)들로 구성된 활성층(123)이 형성된다.Referring to FIG. 5, the
또한, 상기 활성층(123)과 P형 반도체층 사이에 개재되는 정공유도층(200)은 P형 도펀트가 확산되어 에너지 레벨이 상대적으로 증가하는 P형 도펀트 확산층(200b)과 P형 도펀트가 확산되지 않은 상기 활성층(123)의 마지막 양자장벽층(200a)으로 형성되어 있다. In addition, in the
상기 N형 반도체층(122)과 P형 반도체층(124)은 (Al, In, Ga)N과 같은 화합물 계열의 3족 질화물 반도체층으로 형성할 수 있다. 예컨대, 상기 N형 반도체층(122) 및 P형 반도체층(124)은 각각 N형 및 P형 GaN, 또는 N형 및 P형 AlGaN 일 수 있다.The N-
또한, 상기 양자장벽층(123a)들은 GaN계 반도체 물질에 p형(p+) 불순물 또는 n형(n+) 불순물을 도핑하여 형성될 수 있다. 상기 양자우물층(123b)들은 InxGa1-xN(0<x<1)로 이루어질 수 있고, 구동 전압을 낮추기 위해 실리콘이 도핑 될 수 있다.In addition, the
또한, 상기 마지막 양자장벽층(200a)은 단일층으로 GaN계 또는 InGaN계 반도체층으로 형성될 수 있으며, 상기 P형 도펀트 확산층(200b)은 P형 도펀트 분위기로 형성된 MOCVD 반응기 내부에서 GaN계 반도체층에 P형 도펀트가 확산되어 형성된다. P형 도펀트가 확산되면 GaN계의 반도체층보다 동작 전압 레벨이 상승하고, 도면에 도시된 바와 같이, P형 반도체층(124), P형 도펀트 확산층(200b) 및 활성층의 마지막 양자장벽층(200a) 들이 순차적으로 동작 전압 레벨이 낮아지는 것을 볼 수 있다. 따라서, P형 반도체층(124)에 주입되는 정공들은 P형 도펀트 확산층(200b)과 마지막 양자장벽층(200a)을 통해 활성층(123)으로 쉽게 넘어가 공급될 수 있다. 또한, 상기 P형 반도체층(124)의 정공들이 활성층(123)까지 쉽게 도달할 수 있어, 질화물 반도체 발광소자의 동작 전압이 낮아진다.In addition, the last
또한, 본 발명의 질화물 반도체 발광소자는 활성층(123)과 P형 반도체층(124) 사이에 정공유도층(200)을 형성하여 발광 효율 및 제조 수율을 개선한 효과가 있다.In addition, the nitride semiconductor light emitting device of the present invention has the effect of improving the luminous efficiency and manufacturing yield by forming a positive
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 다중양자우물 구조의 활성층(123) 구조를 도시한 도면이다.6 is a view showing the structure of the
도 6을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 활성층 영역은 N형 반도체층(122), 활성층(123)과 정공유도층(300) 및 P형 반도체층(124)으로 이루어진다.Referring to FIG. 6, the active layer region of the nitride semiconductor light emitting device according to the second exemplary embodiment of the present invention may be an N-
상기 활성층(123)은 다수의 양자장벽층(123a)과 이들 양자장벽층(123a)들 사이의 양자우물층(123b)들로 구성된다.The
상기 활성층(123)과 P형 반도체층(124) 사이에 개재되는 정공유도층(300)은 상기 활성층(123)의 마지막 제 1 양자장벽층(300a), 제 2 양자장벽층(300b) 및 P형 도펀트 확산층(300c)으로 이루어진다.The
상기 제 1 양자장벽층(300a)과 제 2 양자장벽층(300b)은 GaN계 또는 InGaN계 반도체층으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 1 양자장벽층(300a) 및 제 2 양자장벽층(300b)은 InGaN계 반도체층으로 형성하되, In 조성이 서로 다르게 형성될 수 있다.The first
상기 정공유도층(300)은 P형 반도체층(124)에서 주입된 정공이 P형 도펀트 확산층(300c)과 제 2 양자장벽층(300b), 제 1 양자장벽층(300a)을 거쳐 활성층(123)으로 쉽게 이동하도록 할 수 있다. 이로 인하여, 활성층(123)의 정공 및 전자의 결합율이 높아지고 발광소자의 구동 전압이 낮아지는 이점이 있다.The
즉, 본 발명의 질화물 반도체 발광소자는 활성층(123)과 P형 반도체층(124) 사이에 정공유도층(300)을 형성하여 활성층(123)에 정공 주입을 원활하게 하고, 발광 효율 및 제조 수율을 개선한 효과가 있다.That is, the nitride semiconductor light emitting device of the present invention forms a positive
따라서, 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법은 활성층의 마지막 양자장벽층(Barrier)에 P형 도펀트가 확산되어 양자장벽층의 에너지 레벨이 상대적으로 증가하고, 정공이 활성층에 원활히 주입될 수 있도록 함으로써 발광 효율을 개선한다.Therefore, in the nitride semiconductor light emitting device and the method of manufacturing the same according to the present invention, the P-type dopant is diffused into the last quantum barrier layer of the active layer so that the energy level of the quantum barrier layer is relatively increased, and holes are smoothly injected into the active layer. The luminous efficiency is improved by making it possible.
또한, P형 도펀트 분위기 형성을 통해서 질화갈륨계 발광 다이오드 소자의 전기적 특성을 개선한다.In addition, the electrical characteristics of the gallium nitride based light emitting diode device may be improved by forming a P-type dopant atmosphere.
종래 질화물 반도체 발광소자와 Mg 분위기에서 10초간 유지하여 활성층의 마지막 양자장벽층에 Mg이 확산된 본 발명의 동작전압을 비교한 결과, 종래 발광소자는 동작전압이 2.99V인데 반해, 본 발명의 발광소자는 2.94V로 동작전압(VF)가 0.05V 개선되었다.As a result of comparing the operating voltage of the conventional nitride semiconductor light emitting device with the Mg diffused in the last quantum barrier layer of the active layer by holding it for 10 seconds in the Mg atmosphere, the conventional light emitting device has an operating voltage of 2.99V, The device has an improved operating voltage (VF) of 0.05V to 2.94V.
또한, 활성층의 성장 종료 후에 P형 반도체층을 성장하기 위한 램핑(ramping) 시간 내에 P형 도펀트 분위기 형성이 가능하여, 활성층으로의 정공 주입 효율의 증가를 위한 기능층의 삽입이 필요 없으므로 성장 시간을 단축하는 효과가 있다.In addition, since the P-type dopant atmosphere can be formed within a ramping time for growing the P-type semiconductor layer after the growth of the active layer is completed, the growth time is not required since the insertion of the functional layer is not required to increase the hole injection efficiency into the active layer. It is effective to shorten.
100: 절연 기판 120: 버퍼층
121: 언도프트층 122: N형 반도체층
123: 활성층 200,300: 정공유도층
124: P형 반도체층 125: 투명전극층
126: P형 전극 127: N형 전극100: insulating substrate 120: buffer layer
121: undoped layer 122: N-type semiconductor layer
123:
124: P-type semiconductor layer 125: transparent electrode layer
126: P-type electrode 127: N-type electrode
Claims (12)
상기 기판 상에 형성된 버퍼층과 언도프트 반도체층;
상기 언도프트 반도체층 상에 형성된 N형 반도체층과 P형 반도체층;
상기 N형 반도체층과 P형 반도체층 사이에 개재되며, 복수의 양자우물층과 복수의 양자장벽층이 교대로 배치되는 다중양자우물 구조의 활성층; 및
상기 활성층과 P형 반도체층 사이에 개재된 정공유도층을 포함하고,
상기 정공유도층은 상기 활성층의 양자장벽층과 상기 양자장벽층에 확산된 P형 도펀트 확산층으로 이루어지며,
상기 P형 반도체층, P형 도펀트 확산층 및 양자장벽층의 에너지 레벨은 순차적으로 낮아지는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.Board;
A buffer layer and an undoped semiconductor layer formed on the substrate;
An N-type semiconductor layer and a P-type semiconductor layer formed on the undoped semiconductor layer;
An active layer interposed between the N-type semiconductor layer and the P-type semiconductor layer and having a plurality of quantum well layers and a plurality of quantum barrier layers alternately arranged; And
It includes a positive covalent layer interposed between the active layer and the P-type semiconductor layer,
The positive coherence layer is made of a quantum barrier layer of the active layer and a P-type dopant diffusion layer diffused in the quantum barrier layer,
And the energy levels of the P-type semiconductor layer, the P-type dopant diffusion layer, and the quantum barrier layer are sequentially lowered.
상기 N형 반도체층 상에 복수의 양자우물층과 복수의 양자장벽층이 교대로 배치되는 다중양자우물 구조의 활성층을 형성하는 단계와,
상기 활성층 형성 후, P형 반도체층 형성 전에 MOCVD 반응기 내부를 P형 도펀트 분위기로 전환하여, 상기 P형 반도체층과 인접한 상기 활성층의 양자장벽층에 P형 도펀트를 노출시키는 단계와,
상기 활성층의 양자장벽층에 P형 도펀트가 확산되어, 상기 양자장벽층과 P형 도펀트 확산층으로 이루어진 정공유도층을 형성하는 단계와,
상기 정공유도층 상에 P형 반도체층, 투명전극층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자 제조방법.Forming a buffer layer, an undoped semiconductor layer, an N-type semiconductor layer on the substrate,
Forming an active layer of a multi-quantum well structure in which a plurality of quantum well layers and a plurality of quantum barrier layers are alternately disposed on the N-type semiconductor layer;
After forming the active layer and before forming the P-type semiconductor layer, converting the inside of the MOCVD reactor into a P-type dopant atmosphere to expose the P-type dopant to the quantum barrier layer of the active layer adjacent to the P-type semiconductor layer;
P-type dopant is diffused into the quantum barrier layer of the active layer, to form a positive co-conducting layer consisting of the quantum barrier layer and the P-type dopant diffusion layer,
And forming a P-type semiconductor layer and a transparent electrode layer on the positive sharing layer.
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