[go: up one dir, main page]

KR100638729B1 - ３족 질화물 발광 소자 - Google Patents

３족 질화물 발광 소자 Download PDF

Info

Publication number
KR100638729B1
KR100638729B1 KR1020050026736A KR20050026736A KR100638729B1 KR 100638729 B1 KR100638729 B1 KR 100638729B1 KR 1020050026736 A KR1020050026736 A KR 1020050026736A KR 20050026736 A KR20050026736 A KR 20050026736A KR 100638729 B1 KR100638729 B1 KR 100638729B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
light emitting
group iii
iii nitride
emitting device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
KR1020050026736A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20060104510A (ko
Inventor
심현욱
윤석길
강중서
원종학
Original Assignee
삼성전기주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전기주식회사 filed Critical 삼성전기주식회사
Priority to KR1020050026736A priority Critical patent/KR100638729B1/ko
Priority to US11/313,967 priority patent/US7301173B2/en
Publication of KR20060104510A publication Critical patent/KR20060104510A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100638729B1 publication Critical patent/KR100638729B1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/816—Bodies having carrier transport control structures, e.g. highly-doped semiconductor layers or current-blocking structures
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/822—Materials of the light-emitting regions
    • H10H20/824—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP
    • H10H20/825—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP containing nitrogen, e.g. GaN
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2301/00—Functional characteristics
    • H01S2301/17—Semiconductor lasers comprising special layers
    • H01S2301/173—The laser chip comprising special buffer layers, e.g. dislocation prevention or reduction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/3211—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities
    • H01S5/3213—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities asymmetric clading layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/3211—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities
    • H01S5/3216—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities quantum well or superlattice cladding layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
    • H01S5/32341—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP

Landscapes

  • Led Devices (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

개선된 동작 전압 특성과 정전기 방전 특성을 갖는 3족 질화물 발광 소자를 제공한다. 본 발명에 따른 3족 질화물 발광 소자는, 기판 상에 순차 적층된 하부 n형 클래드층, 전류 확산층 및 상부 n형 클래드층과; 상기 상부 n형 클래드층 상에 순차 적층된 활성층 및 p형 클래드층을 포함하되, 상기 전류 확산층은 SiC층을 포함한다.
질화갈륨, 발광 소자, 반도체 레이저, 전류 확산층

Description

３족 질화물 발광 소자{Group Ⅲ-Nitride Light-Emitting Device}
도 1은 종래의 3족 질화물 발광 소자의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 3족 질화물 발광 소자를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 3족 질화물 발광 소자를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 3족 질화물 발광 소자의 전류 확산층을 나타내는 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 3족 질화물 발광 소자의 전류 확산층을 나타내는 부분 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 3족 질화물 발광 소자의 전류 확산층을 나타내는 부분 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
101: 기판 103: 언도프 GaN층
104: 하부 n형 클래드층 105: 상부 n형 클래드층
107: 활성층 109: p형 클래드층
120: 투명 전극층 122: p측 전극
130: 전류 확산층 331, 333: 고농도 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N층
305: 저농도 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N층
본 발명은 3족 질화물 발광 소자에 관한 것으로서, 특히 개선된 동작 전압 특성과 정전기 방전 특성을 갖는, 3족 질화물 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드등의 3족 질화물 발광 소자에 관한 것이다.
3족 질화물 반도체를 사용하는 소자는 발광 다이오드(LED), 레이저 다이오드(LD) 등의 발광 소자 또는 태양 전지, 광센서 등의 수광 소자 등 여러 분야에서 사용되고 있으며, 트랜지스터, 파워 디바이스 등의 전자 소자에서도 연구되고 사용되고 있다. 3족 질화물 반도체는 AlxGayIn(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 이루어진 화합물 반도체인데, 이러한 물질을 이용한 LED 및 LD 소자는 총 천연색 전광판, 교통 신호, 이미지 스캐너 광원 등 각종 광원과 고밀도 광기록 매체의 개발을 위해서 거의 필수적으로 이용되고 있다.
도 1은 종래의 3족 질화물 발광 소자(특히, LED 소자)의 단면도를 나타내는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 발광 소자(10)는, 사파이어 기판(11) 상에 순차 형성된 언도프(undoped) GaN층(13), n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N으로 된 n형 클래드층(14), 활성층(16), 및 p-도프 AlxGayIn(1-x-y)N으로 된 p형 클래드층(18)을 포함한다. 메사 식각에 의해 노출된 n형 클래드층(14)의 상면에는 n측 전극(24)이 형성되어 있고, p형 GaN계 클래드층(18) 상에는 ITO 등으로 된 투명 전극층(20)과 p측 전극(22)이 형성되어 있다. 일본 특허공개공보 평10-135514호에서는, 발광효율 및 발광 광도를 향상시키기 위해, 언도프(undoped) GaN의 장벽층과 언도프 InGaN의 우물층으로 이루어진 다중 양자우물 구조를 갖는 활성층을 개시하고 있다.
그러나, 상기 구조의 LED 소자(10)를 조명용 광원, 옥외 디스플레이의 광원으로 사용하기 위해서는, 출력을 더 향상시키고 동작 전압(Vf)을 더 낮추어 발열량을 줄이고 소자의 신뢰성과 수명을 더 개선할 필요가 있다. 또한 LD 소자에서도, 광 픽업 또는 DVD 등의 안정적인 광원으로 실용화되기 위해서는 LD 소자에 대한 더 많은 개량이 필요하며, 동작 전압의 감소에 의한 소자 수명의 연장이 필요하다.
동작 전압의 문제와 더불어, LED 또는 LD 소자의 취급 또는 사용시 사람이나 기계에 의해 발생되는 ESD(정전기 방전) 현상이 문제되고 있다. ESD로 인한 LED 또는 LD 소자의 파손을 억제하기 위해, 소자의 ESD 내성을 향상시키고자 하는 연구가 많이 진행되고 있으며, 여러가지 해결 방안이 제시되고 있다. 예를 들어, LED 또는 LD 등의 광소자를 별도의 제너 다이오드와 병렬 연결하여 사용하는 방안이나, 발광 소자 제작시 ESD 보호용 다이오드를 단일 기판 상에 집적하는 방안(미국특허 제6,593,597호 참조)이 있다. 그러나 이러한 방안들은, LED(또는 LD)소자 이외에 별도의 보호 소자를 구입하여 조립하거나 별도의 공정으로 보호 소자를 형성하여야 하기 때문에, 제조 공정이 복잡하고 비용 증가를 야기한다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 보다 큰 광출력과 낮은 동작 전압을 갖는 3족 질화물 발광 소자를 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명의 목적은, ESD 내성 향상을 위한 다른 소자를 구비할 필요없이 높은 ESD 내성을 구현할 수 있는 3족 질화물 발광 소자를 제공하는 데에 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 3족 질화물 발광 소자는, 기판 상에 순차 적층된 하부 n형 클래드층, 전류 확산층 및 상부 n형 클래드층과; 상기 상부 n형 클래드층 상에 순차 적층된 활성층 및 p형 클래드층을 포함하되, 상기 전류 확산층은 SiC층을 포함한다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 SiC층은 언도프 SiC층일 수 있다. 도핑되지 않은 SiC층은 기본적으로 n형의 도전형을 나타낸다. 다른 실시형태에 따르면, 상기 SiC층은 n-도프 SiC층일 수 있다. 이 경우, 상기 SiC층에 첨가되는 도펀트로 는 N, Ti, Cr 및 P 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 전류 확산층은,
상기 SiC층의 위와 아래에 각각 형성되고 상기 하부 n형 클래드층의 전자농도보다 더 높은 전자농도를 갖는 고농도 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)층들을 더 포함한다. 이 경우, 상기 고농도 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N층의 전자 농도는 1×1021 cm-3이하인 것이 바람직하다. 또한, 상기 하부 n형 클래드층의 전자 농도는 1×1018 내지 5×1018 cm-3 인 것이 바람직하다. 상기 SiC층 위에 형성된 고농도 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N층의 조성과 상기 SiC층 아래에 형성된 고농도 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N층의 조성은 같을 수도 있고 다를 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 전류 확산층은 상기 SiC층 위에 형성된 상기 고농도 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N층 위에 하나 이상의 SiC층을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전류 확산층은, 상기 고농도 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N층/상기 SiC층이 다수회 반복 적층되어 형성된 적층 구조물을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 상부 n형 클래드층은,
상기 활성층 바로 아래에 형성되고 상기 하부 n형 클래드층의 전자 농도보다 더 낮은 전자 농도를 갖는 저농도 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N층을 포함한다. 바람직하게는, 상기 저농도 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N층의 전자 농도는 1×1016 cm-3 이상이다. 더 바람직하게는, 상기 저농도 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N층의 전자 농도는 1×1016 cm-3 내지 1×1018 cm-3 이다.
본 발명에 따른 3족 질화물 발광 소자는 3족 질화물 발광 다이오드일 수도 있고 3족 질화물 레이저 다이오드일 수도 있다.
본 발명의 핵심적인 특징은, 3족 질화물 발광 소자의 n형 클래층들 사이에 SiC층을 포함하는 전류 확산층이 삽입되어 있다는 점이다. 이 전류 확산층은 가장 단순하게는, SiC층만으로 이루어질 수도 있다. 그러나, 충분한 ESD 보호 효과를 얻기 위해서는, 상기 전류 확산층은 상기 SiC층의 아래와 위에 각각 형성된 고농도 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N층을 포함하는 것이 바람직하다. 실시형태에 따라서는 상기 전류 확산층은 다수의 SiC층을 포함할 수도 있다.
본 명세서에서, '3족 질화물'이란, AlxGayIn(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y ≤1)로 표현되는 2성분계(bianary), 3성분계(ternary) 또는 4성분계(quaternary) 화합물 반도체를 의미한다. 또한, '3족 질화물 발광 소자'란, 발광 구조물을 구성하는 n형 클래드층, 활성층 및 p형 클래드층이 3족 질화물로 되어 있다는 것을 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 3족 질화물 발광 소자의 단면도이다. 특히, 도 2는 3족 질화물 발광 다이오드 소자(LED)를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 3족 질화물 발광 소자(100)는 사파이어 기판(101) 상에 순차 적층된 언도프 GaN층(103), n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N로 된 하부 n형 클래드층(104), 전류 확산층(current spreading layer; CSL)(130), n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N로 된 상부 n형 클래드층(105)을 포함한다. 상부 및 하부 n형 클래드층(105, 104)과 전류 확산층(130)은 발광 소자(100)의 n측 영역을 이룬다.
상부 n형 클래드층(105) 상에는 다중 양자우물(MQW) 구조의 활성층(107), p-도프 AlxGayIn(1-x-y)N로 된 p형 클래드층(109) 및 투명 전극층(120)이 형성되어 있으며, 그 위의 일측에는 p측 전극(122)이 형성되어 있다. 메사 식각에 의해 노출된 하부 n형 클래드층(104) 상면에는 n측 전극(124)이 형성되어 있다. 실시형태에 따라서는 단일 양자우물(SQW) 구조의 활성층(107)을 사용할 수도 있다.
본 발명의 핵심적인 특징은, 전류 확산 현상을 증대시키고 ESD 내성을 개선시키기 위해, n형 클래드층 영역(135) 내에 SiC층을 포함하는 전류 확산층(130)이 삽입되어 있다는 점이다. 전류 확산층(130) 내에 포함된 SiC층 계면에서는 밴드갭 차이로 인해 2차원 전자가스(2-dimensional electron gas; 2-DEG)층이 형성된다. 따라서, 높은 전자 이동도를 갖는 2-DEG층에 의해 전류가 더욱 잘 확산되어지게 된다. 이러한 전류 확산 효과로 인해, 동작 전압(Vf)은 낮아지고 발광 영역이 확대된다. 결국, 상기 전류 확산층(130)에 의해 발광효율이 증가하게 되고 광출력이 향상된다.
또한, 전류 확산층(130) 내의 SiC층은 인접한 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N 물질에 비하여 상대적으로 높은 유전율을 가지므로, 상기 SiC층은 일종의 커패시터 유전체 역할을 한다. 따라서, 전류 확산층(130)은 급격한 서지(surge) 전압 또는 정전기 현상으로부터 발광 소자(100)를 보호하여, 발광 소자의 ESD 내성을 향상시킨다. 전류 확산층(130)의 구체적인 층 구조의 예들은 도 4 내지 도 6에 도시되어 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 3족 질화물 발광 소자를 나타내는 단면도이다. 특히, 도 3은 3족 질화물 레이저 다이오드(LD)를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 3족 질화물 발광 소자(200)는, GaN 기판 또는 SiC 기판(201) 상에 순차 적층된, 하부 n형 클래드층(203), 전류 확산층(230) 및 상부 n형 클래드층(205)을 포함한다. 상기 상하부 n형 클래드층(203, 205)는 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N로 되어 있으며, 상하부 n형 클래드층(203, 205) 및 전류 확산층(230)은 n측 영역(235)을 이루고 있다.
상부 n형 클래드층(205) 상에는 활성층(207)과 p형 클래드층(209)이 형성되어 있다. p형 클래드층(209)은 리지(ridge) 구조를 가지며 p-도프 AlxGayIn(1-x-y)N으로 되어 있다. 리지 측면에는 절연 물질 등으로 된 전류 차단층(215)이 형성되어 있고, p형 클래드층(209) 상에는 p형 컨택층(213)이 형성되어 있다. 도 3에는 도시되어 있지 않지만, p형 컨택층(213) 상면과 기판(210) 하면에는 각각 p측 전극 및 n측 전극이 형성된다.
본 실시형태에서도, 상기 전류 확산층(230)은 n형 클래드층들 사이에 삽입되어 있으며, SiC층을 포함한다. 따라서, 전술한 실시형태와 마찬가지로 본 실시형태에서도, 에너지 밴드갭 차이로 인해 발생하는 2-DEG층에 의해 전류 확산 효과를 얻을 수 있고, SiC층의 높은 유전율에 의해 발광 소자(200)의 ESD 내성을 향상시킬 수 있게 된다. 이와 같이, 본 발명은 발광 다이오드뿐만 아니라 레이저 다이오드에 도 유용하게 적용된다.
도 4는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 3족 질화물 발광 소자의 전류 확산층을 나타내는 부분 단면도이다. 도 4을 참조하면, 언도프 GaN층(303) 상에는 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N로 된 하부 n형 클래드층(304)이 형성되어 있고, 그 위에 전류 확산층(330a)이 배치되어 있다. 전류 확산층(330a) 상에는 저농도 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N로 된 상부 n형 클래드층(305)와 다중 양자우물(MQW) 구조의 활성층(307)이 형성되어 있다.
본 실시형태에서는, 전류 확산층(330a)이 SiC층으로만 구성되어 있다. SiC층은 그 위와 아래에 위치한 n형 클래드층들(305, 304)에 비하여 작은 에너지 밴드갭을 갖고 있다. 이에 따라, SiC층의 계면에서는 2차원 전자 가스(2-DEG)층이 형성된다. 이 2-DEG층 내의 전자이동도는 매우 높은 것으로 알려져 있다. 따라서, 발광 소자 동작시 상기 2-DEG층의 높은 전자이동도에 의해 전류가 잘 확산되게 된다. 이러한 전류 확산 효과는 동작 전압을 낮추고 발광 효율을 높이는 역할을 한다.
또한, 전류 확산층(330a)을 이루는 SiC층은 n형 클래드층들(305, 304)에 비하여 상대적으로 높은 유전율을 가진다. 이에 따라, n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N/SiC층/n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N의 적층 구조는 커패시터 역할을 하게 된다. 따라서, 이러한 커 패시터는, ESD 전압 인가시 순간적으로 전하를 축적함으로써, 발광 소자를 보호하게 된다.
상기 전류 확산층(330a)을 구성하는 SiC층은 언도프 SiC층일 수도 있고 n-도프 SiC층일 수도 있다. 언도프 SiC층은 기본적으로 n형 도전형을 띠게 된다. n-도프 SiC층에 첨가되는 도펀트로는 예를 들어, N, Ti, Cr 및 P 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 활성층(307) 바로 아래에 있는 상부 n형 클래드층(305)은, 하부 n형 클래드층(304)의 전자농도보다 낮은 전자 농도를 갖는 저농도 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N층으로 이루어져 있다. 이와 같이, 활성층(307) 바로 아래에는 저농도(즉, 하부 n형 클래드층(304)의 전자농도보다 낮은 농도)의 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N층(상부 n형 클래드층)을 배치시킴으로써, 활성층(307)의 결정성 저하를 방지한다. 만약 활성층(307) 바로 아래에 고농도로 도핑된 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N층을 배치시킨다면, 활성층의 결정성은 도펀트 불순물로 인해 악화된다.
바람직하게는, 하부 n형 클래드층(304)의 전자 농도는 약 1×1018 내지 5×1018 cm-3 이다. 하부 n형 클래드층(304)의 전자 농도보다 더 낮은 전자 농도를 갖는 상부 n형 클래드층(305)는 1×1016 cm-3 이상의 전자농도를 갖는 것이 바람직하다. 상부 n형 클래드층(305)의 전자 농도가 1×1016 cm-3 보다 더 작게되면, 전기저항이 너무 커지는 문제가 발생한다. 바람직하게는, 상부 n형 클래드층(305)의 전자농도는 1×1016 cm-3 내지 1×1018 cm-3 이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 3족 질화물 발광 소자의 전류 확산층을 나타내는 부분 단면도이다. 본 실시형태에서는, 전류 확산층(330b)은 고농도 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N층들(331, 333)과 그 사이에 개재된 SiC층(332)을 포함한다. 이와 같이, SiC층(332)의 상하에 고농도(즉, 하부 n형 클래드층(304)보다 높은 농도)로 도핑된 AlxGayIn(1-x-y)N층들(331, 333)을 배치시킴으로써, 전류를 넓게 확산시킬 뿐만 아니라 ESD 보호 능력도 더욱 개선한다. 고농도로 도핑된 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N층들(331, 333) 사이에 높은 유전율을 갖는 SiC층(332)을 삽입함으로써, ESD 내성을 더욱 개선시킨다. 도 5의 실시형태는, 도 4의 실시형태보다 ESD 내성의 측면에서 더 유리하다. SiC층(332)를 샌드위칭하고 있는 고농도 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N층들(331, 333)은, 양질의 커패시터 전극으로 사용될 수 있기 때문이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 3족 질화물 발광 소자의 전류 확산층을 나타내는 부분 단면도이다. 본 실시형태에서, 전류 확산층(330c)은 다수의 SiC층(332)과 이를 샌드위칭하는 고농도 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N층들(331)을 포함한다. 이와 같이, 고농도 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N층(331)/SiC층(332)을 반복하여 적층함으로써, 더 많은 2-DEG층들을 형성할 수 있게 된다. 이에 따라, 전류 확산 효과가 더 현저하게 되어 동작 전압 특성은 더욱 개선되고, 소자의 수명은 더 연장된다. 도 6의 실시형태에서도, 고농도 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N층(331)/SiC층(332)/고농도 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N층(331)의 커패시터 적층 구조에 의한 ESD 보호 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 또한, 본 발명은 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, n형 클래드층들 사이에 SiC층을 포함하는 전류 확산층을 삽입함으로써, 전류가 넓게 확산되고 발광 영역이 넓어지게 된다. 이에 따라, 발광 소자의 동작 전압이 저감되고 발열량이 낮아지고 소자 수명이 향상될 뿐만 아니라, 발광 효율과 광출력이 높아지게 된다.
또한, n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N층들 사이에 높은 유전율의 SiC층을 삽입함으로써, ESD 전압으로부터 발광 소자가 보호받게 된다.

Claims (16)

  1. 기판 상에 순차 적층된 하부 n형 클래드층, 전류 확산층 및 상부 n형 클래드층; 및
    상기 상부 n형 클래드층 상에 순차 적층된 활성층 및 p형 클래드층을 포함하되,
    상기 전류 확산층은 SiC층을 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 SiC층은 언도프 SiC층인 것을 특징으로 하는 3족 질화물 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 SiC층은 n-도프 SiC층인 것을 특징으로 하는 3족 질화물 발광 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 SiC층에 첨가되는 도펀트는 N, Ti, Cr 및 P 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 3족 질화물 발광 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전류 확산층은,
    상기 SiC층의 위와 아래에 각각 형성되고 상기 하부 n형 클래드층의 전자농도보다 더 높은 전자농도를 갖는 고농도 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)층들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 발광 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전류 확산층은, 상기 SiC층 위에 형성된 상기 고농도 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N층 위에 하나 이상의 SiC층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 발광 소자.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 전류 확산층은, 상기 고농도 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N층/상기 SiC층이 다수회 반복 적층되어 형성되는 적층 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 발광 소자.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 고농도 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N층의 전자 농도는 1×1021 cm-3이하인 것을 특징으로 하는 3족 질화물 발광 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 하부 n형 클래드층 전자 농도는 1×1018 내지 5×1018 cm-3 인 것을 특징으로 하는 3족 질화물 발광 소자.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 SiC층 위에 형성된 고농도 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N층의 조성과 상기 SiC층 아래에 형성된 고농도 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N층의 조성은, 서로 같은 것을 특징으로 하는 3족 질화물 발광 소자.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 SiC층 위에 형성된 고농도 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N층의 조성과 상기 SiC층 아래에 형성된 고농도 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N층의 조성은, 서로 다른 것을 특징으로 하는 3족 질화물 발광 소자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 상부 n형 클래드층은,
    상기 활성층 바로 아래에 형성되고 상기 하부 n형 클래드층의 전자 농도보다 더 낮은 전자 농도를 갖는 저농도 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N층을 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 발광 소자.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 저농도 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N층의 전자 농도는 1×1016 cm-3 이상인 것을 특징으로 하는 3족 질화물 발광 소자.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 저농도 n-도프 AlxGayIn(1-x-y)N층의 전자 농도는 1×1016 cm-3 내지 1×1018 cm-3 인 것을 특징으로 하는 3족 질화물 발광 소자.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 3족 질화물 발광 소자는 발광 다이오드인 것을 특징으로 하는 3족 질화물 발광 소자.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 3족 질화물 발광 소자는 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 3족 질화물 발광 소자.
KR1020050026736A 2005-03-30 2005-03-30 ３족 질화물 발광 소자 Expired - Lifetime KR100638729B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050026736A KR100638729B1 (ko) 2005-03-30 2005-03-30 ３족 질화물 발광 소자
US11/313,967 US7301173B2 (en) 2005-03-30 2005-12-22 Group III-nitride light emitting device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050026736A KR100638729B1 (ko) 2005-03-30 2005-03-30 ３족 질화물 발광 소자

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060104510A KR20060104510A (ko) 2006-10-09
KR100638729B1 true KR100638729B1 (ko) 2006-10-30

Family

ID=37069227

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050026736A Expired - Lifetime KR100638729B1 (ko) 2005-03-30 2005-03-30 ３족 질화물 발광 소자

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7301173B2 (ko)
KR (1) KR100638729B1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5108532B2 (ja) * 2006-01-18 2012-12-26 パナソニック株式会社 窒化物半導体発光装置
KR100931509B1 (ko) * 2006-03-06 2009-12-11 엘지이노텍 주식회사 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR100903103B1 (ko) * 2007-12-05 2009-06-16 우리엘에스티 주식회사 화합물 반도체를 이용한 발광소자
KR101583276B1 (ko) * 2009-12-29 2016-01-19 서울바이오시스 주식회사 전류 분산을 위한 다층 구조체를 갖는 발광 다이오드
KR20130042784A (ko) * 2011-10-19 2013-04-29 삼성전자주식회사 질화물 반도체 발광소자
KR101961798B1 (ko) * 2011-12-27 2019-03-25 엘지이노텍 주식회사 발광 소자

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3304787B2 (ja) 1996-09-08 2002-07-22 豊田合成株式会社 半導体発光素子及びその製造方法
TW492202B (en) * 2001-06-05 2002-06-21 South Epitaxy Corp Structure of III-V light emitting diode (LED) arranged in flip chip configuration having structure for preventing electrostatic discharge
US6720570B2 (en) * 2002-04-17 2004-04-13 Tekcore Co., Ltd. Gallium nitride-based semiconductor light emitting device

Also Published As

Publication number Publication date
KR20060104510A (ko) 2006-10-09
US20060219999A1 (en) 2006-10-05
US7301173B2 (en) 2007-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100703096B1 (ko) 질화물 반도체 발광 소자
KR100835116B1 (ko) 질화물 반도체 발광 소자
US6872986B2 (en) Nitride semiconductor device
KR100631971B1 (ko) 질화물 반도체 발광 소자
US7601985B2 (en) Semiconductor light-emitting device
US20070045655A1 (en) Nitride semiconductor light emitting device
JP2008060331A (ja) 半導体発光素子
KR20090104454A (ko) 질화물 반도체 발광소자
KR100638729B1 (ko) ３족 질화물 발광 소자
KR100853851B1 (ko) 질화물 반도체 발광소자
KR100604423B1 (ko) 질화물 반도체 소자
KR100803246B1 (ko) 질화물 반도체 소자
JP3903988B2 (ja) 窒化物半導体素子
KR100850778B1 (ko) 질화물 반도체 소자
KR100661606B1 (ko) 질화물 반도체 소자
JP2007019057A (ja) 発光ダイオード
KR100716792B1 (ko) 질화물 반도체 소자
KR101916273B1 (ko) 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR20090004044A (ko) 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR100721160B1 (ko) 질화물 반도체 소자
KR102237136B1 (ko) 발광소자 및 조명시스템
KR102531349B1 (ko) 발광소자
KR100674709B1 (ko) 질화물 반도체 소자
JP4597108B6 (ja) 窒化物半導体発光素子
KR20100059324A (ko) 질화물 반도체 발광소자

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20050330

PA0201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20060525

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20060929

PG1501 Laying open of application
GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20061019

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20061020

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20091016

Start annual number: 4

End annual number: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20100929

Start annual number: 5

End annual number: 5

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20110916

Start annual number: 6

End annual number: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120925

Year of fee payment: 7

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20120925

Start annual number: 7

End annual number: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130930

Year of fee payment: 8

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20130930

Start annual number: 8

End annual number: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141001

Year of fee payment: 9

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20141001

Start annual number: 9

End annual number: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151001

Year of fee payment: 10

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20151001

Start annual number: 10

End annual number: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160930

Year of fee payment: 11

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20160930

Start annual number: 11

End annual number: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180927

Year of fee payment: 13

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20180927

Start annual number: 13

End annual number: 13

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190930

Year of fee payment: 14

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20190930

Start annual number: 14

End annual number: 14

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20210929

Start annual number: 16

End annual number: 16

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20220927

Start annual number: 17

End annual number: 17