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KR101008285B1 - 3족 질화물 반도체 발광소자 - Google Patents

3족 질화물 반도체 발광소자 Download PDF

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KR101008285B1
KR101008285B1 KR1020050102063A KR20050102063A KR101008285B1 KR 101008285 B1 KR101008285 B1 KR 101008285B1 KR 1020050102063 A KR1020050102063 A KR 1020050102063A KR 20050102063 A KR20050102063 A KR 20050102063A KR 101008285 B1 KR101008285 B1 KR 101008285B1
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Abstract

본 발명은 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층을 n형 질화물 반도체층과 p형 질화물 반도체층 사이에 포함하며 활성층이 n형 질화물 반도체층 위에 위치하는 3족 질화물 반도체 발광소자에 있어서, p형 질화물 반도체층 위에 불연속적으로 성장되는 MgN로 된 마스킹막; 그리고 MgN로 된 마스킹막 성장 후에 적어도 MgN로 된 마스킹막이 성장되지 않은 p형 질화물 반도체층 위에 성장되는 질화물 반도체층을 갖는 하나 이상의 질화물 반도체층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자에 관한 것이다.
외부양자효율, MgN, 발광소자, 마스킹막

Description

3족 질화물 반도체 발광소자{Ⅲ-NITRIDE SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}
도 1은 종래의 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 3족 질화물 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 단면도,
도 3은 본 발명에 따라 성장된 제3 AleInfGagN(e+f+g=1)층의 표면사진.
본 발명은 3족 질화물 반도체 발광소자에 관한 것으로, 특히 질화물 반도체층 내부에 섬(또는 요철)형태의 질화물 반도체층을 형성하여 외부양자효율을 향상시키고 낮은 구동 전압을 갖는 3족 질화물 반도체 발광소자에 관한 것이다.
여기서, 3족 질화물 반도체 발광소자는 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 된 화합물 반도체층을 포함하는 발광다이오드와 같은 발광소자를 의미하며, 추가적으로 SiC, SiN, SiCN, CN와 같은 다른 족(group)의 원소로 된 물질이나 이러한 물질로 된 반도체층이 포함되는 것을 배제하지 않는다.
도 1은 종래의 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 단면도로서, 반도체 발광소자는 기판(100), 기판(100) 위에 에피성장되는 버퍼층(200), 버퍼층(200) 위에 에피성장되는 n형 질화물 반도체층(300), n형 질화물 반도체층(300) 위에 에피성장되는 활성층(400), 활성층(400) 위에 에피성장되는 p형 질화물 반도체층(500), p형 질화물 반도체층(500) 위에 형성되는 p측 전극(600), p측 전극(600) 위에 형성되는 p측 본딩 패드(700), p형 질화물 반도체층(500)과 활성층(400)이 메사 식각되어 노출된 n형 질화물 반도체층(301) 위에 형성되는 n측 전극(800)을 포함한다.
기판(100)은 동종기판으로 GaN계 기판이 이용되며, 이종기판으로 사피이어 기판, SiC 기판 또는 Si 기판 등이 이용되지만, 질화물 반도체층이 성장될 수 있는 기판이라면 어떠한 형태이어도 좋다.
기판(100) 위에 에피성장되는 질화물 반도체층들은 주로 MOCVD(유기금속기상성장법)에 의해 성장된다.
버퍼층(200)은 이종기판(100)과 질화물 반도체 사이의 격자상수 및 열팽창계수의 차이를 극복하기 위한 것이며, 미국특허 제5,122,845호에는 사파이어 기판 위에 380℃에서 800℃의 온도에서 100Å에서 500Å의 두께를 가지는 AlN 버퍼층을 성장시키는 기술이 개시되어 있으며, 미국특허 제5,290,393호에는 사파이어 기판 위에 200℃에서 900℃의 온도에서 10Å에서 5000Å의 두께를 가지는 Al(x)Ga(1-x)N (0≤x<1) 버퍼층을 성장시키는 기술이 개시되어 있고, 국제공개공보 WO/05/053042호에는 600℃에서 990℃의 온도에서 SiC 버퍼층(씨앗층)을 성장시킨 다음 그 위에 In(x)Ga(1-x)N (0<x≤1) 층을 성장시키는 기술이 개시되어 있다.
n형 질화물 반도체층(300)은 적어도 n측 전극(800)이 형성된 영역(n형 컨택층)이 불순물로 도핑되며, n형 컨택층은 바람직하게는 GaN로 이루어지고, Si으로 도핑된다. 미국특허 제5,733,796호에는 Si과 다른 소스 물질의 혼합비를 조절함으로써 원하는 도핑농도로 n형 컨택층을 도핑하는 기술이 개시되어 있다.
활성층(400)은 전자와 정공의 재결합을 통해 광자(빛)를 생성하는 층으로서, 주로 In(x)Ga(1-x)N (0<x≤1)로 이루어지고, 하나의 양자우물층(single quantum well)이나 복수개의 양자우물층들(multi quantum wells)로 구성된다. 국제공개공보 WO/02/021121호에는 복수개의 양자우물층들과 장벽층들의 일부에만 도핑을 하는 기술이 개시되어 있다.
p형 질화물 반도체층(500)은 Mg과 같은 적절한 불순물을 이용해 도핑되며, 활성화(activation) 공정을 거쳐 p형 전도성을 가진다. 미국특허 제5,247,533호에는 전자빔 조사에 의해 p형 질화물 반도체층을 활성화시키는 기술이 개시되어 있으며, 미국특허 제5,306,662호에는 400℃ 이상의 온도에서 열처리(annealing)함으로써 p형 질화물 반도체층을 활성화시키는 기술이 개시되어 있고, 국제공개공보 WO/05/022655호에는 p형 질화물 반도체층 성장의 질소전구체로서 암모니아와 하이드라진계 소스 물질을 함께 사용함으로써 활성화 공정없이 p형 질화물 반도체층이 p형 전도성을 가지게 하는 기술이 개시되어 있다.
p측 전극(600)은 p형 질화물 반도체층(500) 전체로 전류가 잘 공급되도록 하기 위해 구비되는 것이며, 미국특허 제5,563,422호에는 p형 질화물 반도체층의 거의 전면에 걸쳐서 형성되며 p형 질화물 반도체층과 오믹접촉하고 Ni과 Au로 이루어 진 투광성 전극에 관한 기술이 개시되어 있으며, 미국특허 제6,515,306호에는 p형 질화물 반도체층 위에 n형 초격자층을 형성한 다음 그 위에 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어진 투광성 전극을 형성한 기술이 개시되어 있다.
한편, p측 전극(600)이 빛을 투과시키지 못하도록, 즉 빛을 기판 측으로 반사하도록 두꺼운 두께를 가지게 형성할 수 있는데, 이러한 p측 전극(600)을 사용하는 발광소자를 플립칩(flip chip)이라 한다. 미국특허 제6,194,743호에는 20nm 이상의 두께를 가지는 Ag 층, Ag 층을 덮는 확산 방지층, 그리고 확산 방지층을 덮는 Au와 Al으로 이루어진 본딩층을 포함하는 전극 구조에 관한 기술이 개시되어 있다.
p측 본딩 패드(700)와 n측 전극(800)은 전류의 공급과 외부로의 와이어 본딩을 위한 것이며, 미국특허 제5,563,422호에는 n측 전극(800)을 Ti과 Al으로 구성한 기술이 개시되어 있으며, 미국특허 제5,652,434호에는 투광성 전극의 일부가 제거되어 p측 본딩 패드가 p형 질화물 반도체층에 직접 접하는 기술이 개시되어 있다.
3족 질화물 반도체 발광소자의 큰 단점 중에 하나는 소자와 주변의 공기와의 굴절률(refractive index) 차이로 인하여 활성층(400)에서 발생한 빛의 많은 부분이 소자의 내부 및 기판(100)에 갇히는 현상이 발생하게 된다.
이런 광갇힘 현상이 심한 소자 즉, 외부양자효율이 낮은 소자는 많은 빛이 내부에 갇혀 열로 소멸하게 되므로 소자의 온도를 증가시켜 소자의 수명 및 특성에 좋지 않은 영향을 준다.
외부양자효율을 개선하는 방법으로는 발광소자의 칩(chip) 모양을 기계적으로 가공하여 개선하기도 하고, 화학적 식각(chemical etching)이나 건식 식각(dry etching) 기법을 이용하여 반도체층의 표면을 거칠게 만들어 외부양자효율을 개선하기도 한다. 또한 최근 들어서는 p형 질화물 반도체층(500)의 성장시 압력이나 온도 및 가스 유량(flow) 등의 성장 조건을 이용하여 박막 품질을 저하시키면서 표면을 거칠게 만들기도 한다.
앞에서 언급한 기계적인 가공일 경우 실리콘카바이드(SiC)와 같은 강도가 약한 기판에서는 용이하나 강도가 큰 사파이어 기판은 어려움이 따른다. 또한 화학적 식각이나 건식 식각 기법을 이용하여 반도체층의 표면을 거칠게 하는 경우에는 거칠게 만들 수 있는 면적에 있어서 제한이 있으며, 그 재현성 및 균일성에 문제가 있다.
그리고, 성장조건을 왜곡하여 p형 질화물 반도체층(500)의 표면을 거칠게 만드는 경우 소자의 외부양자효율을 증가시킬 수는 있어도, 소자의 신뢰성에는 치명적인 문제를 야기할 수 있다.
본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위해서 활성층에서 생성된 빛을 보다 많이 발광소자의 외부로 방출하기 위한 새로운 구조의 3족 질화물 반도체 발광소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위해 본 발명은 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층을 n형 질화물 반도체층과 p형 질화물 반도체층 사이에 포함하며 활성층이 n형 질화물 반도체층 위에 위치하는 3족 질화물 반도체 발광소자에 있어서, p형 질화물 반도체층 위에 불연속적으로 성장되는 MgN로 된 마스킹막; 그리고 MgN로 된 마스킹막 성장 후에 적어도 MgN로 된 마스킹막이 성장되지 않은 p형 질화물 반도체층 위에 성장되는 질화물 반도체층을 갖는 하나 이상의 질화물 반도체층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.
또한 본 발명은 하나 이상의 질화물 반도체층이 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층을 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.
또한 본 발명은 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층이 복수개의 섬들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.
또한 본 발명은 하나 이상의 질화물 반도체층이 제1 AlaInbGacN(a+b+c=1)층과 제2 AlaInbGacN(a+b+c=1)층을 포함하며 제2 AlaInbGacN(a+b+c=1)층은 MgN로 된 마스킹막과 제1 AlaInbGacN(a+b+c=1)층 전체를 덮는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.
또한 본 발명은 하나 이상의 질화물 반도체층이 제2 AlaInbGacN(a+b+c=1)층 위에 성장되는 제3 AleInfGagN(e+f+g=1)층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.
또한 본 발명은 제2 AlaInbGacN(a+b+c=1)이 제1 온도에서 성장되고 제3 AleInfGagN(e+f+g=1)층은 제2 온도에서 성장되며, 제1 온도는 제2 온도보다 낮은 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.
또한 본 발명은 하나 이상의 질화물 반도체층이 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층, 제2 AlaInbGacN(a+b+c=1)층 및 제3 AleInfGagN(e+f+g=1)층을 포함하며, 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층, 제2 AlaInbGacN(a+b+c=1)층 및 제3 AleInfGagN(e+f+g=1)층은 p형 도전성을 가지는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.
또한 본 발명은 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층, 제2 AlaInbGacN(a+b+c=1)층 및 제3 AleInfGagN(e+f+g=1)층중 적어도 하나가 p형 도전성을 가지는 질화물 반도체층과 100Å 이하의 n형 도전성을 가지는 질화물 반도체층의 적층 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.
또한 본 발명은 하나 이상의 질화물 반도체층이 복수개의 섬들로 이루어진 AlxInyGazN(x+y+z=1)층;과 MgN로 된 마스킹막과 복수개의 섬들로 이루어진 AlxInyGazN(x+y+z=1)층을 덮는 추가의 AleInfGagN(e+f+g=1)층을 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.
또한 본 발명은 하나 이상의 질화물 반도체층이 추가의 AleInfGagN(e+f+g=1)층의 성장 온도보다 낮은 성장 온도에서 성장되는 AlaInbGacN(a+b+c=1)층을 복수개의 섬들로 이루어진 AlxInyGazN(x+y+z=1)층과 추가의 AleInfGagN(e+f+g=1)층 사이에 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.
이하 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 3족 질화물 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 단면도로서, 발광소자는 기판(10), 기판(10) 위에 에피성장되는 버퍼층(20), 버퍼층(20) 위에 에피성장되는 n형 질화물 반도체층(30), n형 질화물 반도체층(30) 위에 에피성장되는 활성층(40), 활성층(40) 위에 에피성장되는 p형 질화물 반도체층(50), p형 질화물 반도체층(50) 위에 성장되는 MgN 마스킹막(51), MgN 마스킹막(51) 성장후에 성장되는 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층(52), 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층(52) 성장후에 성장되는 제2 AlaInbGacN(a+b+c=1)층(53), 제2 AlaInbGacN(a+b+c=1)층(53) 성장후에 성장되는 제3 AleInfGagN(e+f+g=1)층(54), 제3 AleInfGagN(e+f+g=1)층(54) 위에 형성되는 투광성 전극(60), p형 질화물 반도체층(50)과 활성층(40)이 메사 식각되어 노출된 n형 질화물반도체층(31) 위에 형성되는 n측 전극(70)을 포함한다.
여기서 투광성 전극(60)은 니켈, 금, 은, 크롬, 티타늄, 백금, 팔라듐, 로듐, 이리듐, 알루미늄, 주석, ITO, 인듐, 탄탈륨, 구리, 코발트, 철, 루테늄, 지르코늄, 텅스텐, 및 몰리브덴으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하여 형성된다.
종래의 발광소자의 경우에 p형 질화물 반도체층(50)이 평탄하게 형성되어 있어 활성층(40)으로부터 생성된 빛이 굴절되어 다시 발광소자 내부를 향하고 있으나 본 발명에 따른 발광소자의 경우에 p형 질화물 반도체층(50) 위에 복수개의 섬들로 이루어진 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층(52)이 형성되어 있어 활성층(40)으로부터 생성 된 빛이 이 섬들에 의해 발광소자 외부로 빠져나가 발광소자의 외부양자효율이 높아지게 된다. 또한 제2 AlaInbGacN(a+b+c=1)층(53)과 고품질의 제3 AleInfGagN(e+f+g=1)층(54)을 성장하여 표면의 전반에 균일한 접촉층을 형성하여 안정된 소자의 전기적 특성을 얻을 수 있다.
이하에서, MgN로 된 마스킹막(51), 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층(52), 제2 AlaInbGacN(a+b+c=1)층(53) 및 제3 AleInfGagN(e+f+g=1)층(54)을 형성하는 과정을 보다 상세히 설명한다.
1. MgN로 된 마스킹막(51)의 형성
MgN로 된 마스킹막(51)을 형성하기 위해서, 마그네슘 공급 소스로 금속유기물(metal organic) 소스의 일종인 Cp2Mg를 사용하였으며, 질소 공급 소스로 암모니아 또는 DMHy를 사용하였다. 마그네슘 공급 소스 및 질소 공급 소스로 다른 물질이 사용될 수 있음은 물론이다.
p형 질화물 반도체층 위에 MgN층을 성장시킬 때 질소 공급 소스로서 암모니아, 하이드라진계 소스, 또는 암모니아 및 하드라진계 소스를 사용하므로, MgN로 된 마스킹막(51)의 성장 동안에 p형 질화물 반도체층(50)에서의 메탈 뭉침현상을 억제할 수 있다. 이는 MgN로 된 마스킹막(51)의 성장 동안에 지속적으로 질소기가 공급되므로써 p형 질화물 반도체층(50)으로부터 질소가 이탈하는 것을 방지할 수 있기 때문이다.
MgN로 된 마스킹막(51)을 이용하는 가장 큰 이유는 Mg이 질화물 반도체층에 p형 불순물로 많이 사용되는 물질로서 MgN로 된 마스킹막(51)을 형성하면 메모리 효과에 인한 후속층들의 홀농도 감소의 우려가 없기 때문이다.
실리콘과 카본을 포함하는 물질(SiCN, CN, SiN)을 마스킹막으로 사용할 경우에는 이들 원소가 n형 불순물 역할을 하여 후속층들에 메모리 효과를 주어 홀농도를 감소시킬 우려가 있기 때문에 충분한 퍼지(Purge) 시간이 필요하다.
MgN로 된 마스킹막(51)은 결정질(crystal), 무결정(amorphous), 복합결정(poly-crystal) 형태로 다양하게 구성될 수 있으며, MgN로 된 마스킹막(51)은 질화물 반도체층의 일반적인 성장온도인 300℃에서 1200℃의 범위 내에서 성장되고, 바람직하게는 400℃에서 1100℃ 사이의 온도에서 성장된다. 성장온도가 300℃ 이하이면 Mg와 N의 결합이 어려우며 1200℃ 이상이면 성장시 분해되는 문제를 가진다.
MgN로 된 마스킹막(51)의 두께는 2Å에서 1000Å 사이의 값을 가지는 것이 바람직하다. 두께가 두꺼워질수록 그 위에 성장되는 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층(52)은 박막의 품질이 나빠지고 요철의 밀도가 낮아지는 현상이 나타난다. 따라서 그 두께를 1000Å 이하로 하는 것이 바람직하며, 두께가 2Å 이하의 경우 마스킹막으로서 기능을 하지 못한다. 이렇게 성장된 MgN로 된 마스킹막(51)은 무작위로 불연속 불균일 층을 이루며, 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층(52)이 복수개의 섬을 형성하도록 마스크로서 기능하게 된다.
2. 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층(52)의 형성
도 2에 도시된 바와 같이, MgN로 된 마스킹막(51) 성장후에 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층(52)을 성장시키면 MgN로 된 마스킹막(51)이 마스크로 역할하여 이 마스크 위에는 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층(52)이 형성되지 못하게 기능하고, 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층(52)은 MgN로 된 마스킹막(51)이 형성되지 않은 부분으로부터 성장되는 복수개의 섬들을 이루게 된다. 이는 웨팅(Wetting)이 잘 안되는 물질 위에 물을 흘렸을 경우 물이 방울방울 뭉치는 현상을 상상하면 쉽게 이해가 된다.
또한 유기금속기상증착법(MOCVD)법을 이용하여 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층(52)을 MgN로 된 마스킹막(51)의 성장후 성장할 경우 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층(52)은 일반적으로 나타나는 갈륨-페이스(Ga-Face)에서 질소-페이스(N-Face)로 전환될 수 있다.
또한 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층(52)은 100Å에서 10000Å 사이의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 두께가 100Å 이하이면 섬형태를 이루기가 어려우며 10000Å 이상이면 박막의 품질이 저하된다. 성장온도는 600℃에서 1100℃ 사이가 바람직하다. 성장온도가 600℃ 이하이면 마스킹막의 상부에도 성장이 되며, 1100℃ 이상이면 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층(52)은 분해되는 경향을 나타낸다.
또한 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층(52)은 반드시 p형 도전성을 지닌 질화물 반도체층일 필요는 없으며, n형 도전성을 지닌 질화물 반도체층이 단층 또는 다중으로 삽이되어 형성될 수 있다. 이 경우 n형 도전성을 지닌 질화물 반도체층의 두께 는 홀의 터널링 효과를 고려하여 100Å 이하의 범위가 바람직하다.
3. 제2 AlaInbGacN(a+b+c=1)층(53)의 형성
제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층(52)의 성장을 통하여 복수개의 섬들을 형성한 후 질화물 반도체층의 이동도가 떨어지는 성장 조건에서 제2 AlaInbGacN(a+b+c=1)층(53)을 성장하면 제2 AlaInbGacN(a+b+c=1)층(53)이 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층(52) 뿐만 아니라 마스크 역할을 하는 MgN로 된 마스킹막(51) 위에도 성장이 된다. 이렇게 성장된 제2 AlaInbGacN(a+b+c=1)층(53) 위에 접촉층에 해당되는 제3 AleInfGagN(e+f+g=1)층(54)을 균일하게 형성할 수 있어서 안정되고 낮은 구동전압을 가지는 발광소자를 얻을 수 있다.
제2 AlaInbGacN(a+b+c=1)층(53)의 성장온도는 온도가 낮을수록 유리하나 p형 도핑을 고려하여 400℃에서 1000℃ 사이에서 성장되는 것이 바람직하며, 제2 AlaInbGacN(a+b+c=1)층(53)의 두께는 박막의 질을 고려하여 5Å에서 5000Å 사이의 값을 가지는 것이 바람직하다.
또한 제2 AlaInbGacN(a+b+c=1)층(53)은 반드시 p형 도전성을 지닌 질화물 반도체층일 필요는 없으며, n형 도전성을 지닌 질화물 반도체층이 단층 또는 다중으로 삽이되어 형성될 수 있다. 이 경우 n형 도전성을 지닌 질화물 반도체층의 두께는 홀의 터널링 효과를 고려하여 100Å 이하의 범위가 바람직하다.
4. 제3 AleInfGagN(e+f+g=1)층(54)의 형성
제3 AleInfGagN(e+f+g=1)층(54)은 접촉층에 해당하므로 높은 홀농도를 얻는 조건에서 성장되는 것이 바람직하다. 제2 AlaInbGacN(a+b+c=1)층(53)이 MgN로 된 마스킹막(51)과 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층(52) 위에 균일하게 형성되어 있으므로 제3 AleInfGagN(e+f+g=1)층(54)은 고품질의 질화물 반도체층을 성장할 수 있는 고온에서 성장하여도 균일한 층을 형성할 수 있다.
제2 AlaInbGacN(a+b+c=1)층(53) 없이 제3 AleInfGagN(e+f+g=1)층(54)을 성장하면 MgN로 된 마스킹막(51) 위에는 제3 AleInfGagN(e+f+g=1)층(54)이 성장되지 않으므로 균일한 접촉층을 형성하는 것이 불가능하여 안정된 전기적 특성을 얻기가 힘들다.
또한 제3 AleInfGagN(e+f+g=1)층(54)은 10Å에서 5000Å 사이의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 두께가 10Å 이하 5000Å 이상이면 박막의 품질이 저하된다. 그리고 제3 AleInfGagN(e+f+g=1)층(54)은 700℃에서 1100℃ 사이의 성장온도를 가지는 것이 바람직하다. 성장온도가 700℃ 미만이면 제3 AleInfGagN(e+f+g=1)층(54)은 다결정성의 경향을 가지고 1100℃를 넘으면 성장시 분해되는 경향이 있다.
도 3은 본 발명에 따라 성장된 제3 AleInfGagN(e+f+g=1)층의 표면사진으로서, 제2 AlaInbGacN(a+b+c=1)층(53)과 제3 AleInfGagN(e+f+g=1)층(54)이 균일하게 성장되어 있음을 알 수 있고, 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층(52)에 의해 섬(또는 요철)들이 형성되어 있음을 알 수 있다.
또한 p형 질화물 반도체층(50) 위에 MgN로 된 마스킹막(51)을 성장한후 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층(52)을 성장한 구조로서 이는 순방향 전압이 증가하지만 발광소자의 응용분야에 따라 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층(52)까지만 형성하는 것도 가능하다.
또한 p형 질화물 반도체층(50) 위에 MgN로 된 마스킹막(51)을 성장한후 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층(52)을 성장하고, 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층(52)을 성장한후 제2 AlaInbGacN(a+b+c=1)층(53)을 성장한 구조로서 이는 순방향 전압이 증가하지만 발광소자의 응용분야에 따라 제2 AlaInbGacN(a+b+c=1)층(53)까지만 형성하는 것도 가능하다.
또한 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층(52), 제2 AlaInbGacN(a+b+c=1)층(53) 및 제3 AleInfGagN(e+f+g=1)층(54)은 p형 전도성을 가지는 질화물 반도체층과 n형 전도성을 가지는 질화물 반도체층의 적층구조로 형성될 수 있으며, 이 경우 n형 질화물 반도체층의 두께는 홀 터널링을 고려하여 100Å 이하의 두께를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 활성층 상측의 p형 질화물 반도체층 위에 섬(또는 요철) 형태의 질화물 반도체층을 형성함으로써 3족 질화물 반도체 발광소자의 외부양자효율을 높일 수 있다.

Claims (10)

  1. 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층을 n형 질화물 반도체층과 p형 질화물 반도체층 사이에 포함하며 활성층이 n형 질화물 반도체층 위에 위치하는 3족 질화물 반도체 발광소자에 있어서,
    p형 질화물 반도체층 위에 불연속적으로 성장되는 MgN로 된 마스킹막; 그리고
    MgN로 된 마스킹막 성장 후에 적어도 MgN로 된 마스킹막이 성장되지 않은 p형 질화물 반도체층 위에 성장되는 질화물 반도체층을 갖는 하나 이상의 질화물 반도체층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 하나 이상의 질화물 반도체층은 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층을 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자.
  3. 제 2 항에 있어서, 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층은 복수개의 섬들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자.
  4. 제 1 항에 있어서, 하나 이상의 질화물 반도체층은 제1 AlaInbGacN(a+b+c=1)층과 제2 AlaInbGacN(a+b+c=1)층을 포함하며 제2 AlaInbGacN(a+b+c=1)층은 MgN로 된 마스킹막과 제1 AlaInbGacN(a+b+c=1)층 전체를 덮는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자.
  5. 제 4 항에 있어서, 하나 이상의 질화물 반도체층은 제2 AlaInbGacN(a+b+c=1)층 위에 성장되는 제3 AleInfGagN(e+f+g=1)층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자.
  6. 제 5 항에 있어서, 제2 AlaInbGacN(a+b+c=1)은 제1 온도에서 성장되고 제3 AleInfGagN(e+f+g=1)층은 제2 온도에서 성장되며, 제1 온도는 제2 온도보다 낮은 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자.
  7. 제 1 항에 있어서, 하나 이상의 질화물 반도체층은 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층, 제2 AlaInbGacN(a+b+c=1)층 및 제3 AleInfGagN(e+f+g=1)층을 포함하며, 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층, 제2 AlaInbGacN(a+b+c=1)층 및 제3 AleInfGagN(e+f+g=1)층은 p형 도전성을 가지는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자.
  8. 제 7 항에 있어서, 제1 AlxInyGazN(x+y+z=1)층, 제2 AlaInbGacN(a+b+c=1)층 및 제3 AleInfGagN(e+f+g=1)층중 적어도 하나는 p형 도전성을 가지는 질화물 반도체층 과 100Å 이하의 n형 도전성을 가지는 질화물 반도체층의 적층 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자.
  9. 제 1 항에 있어서, 하나 이상의 질화물 반도체층은 복수개의 섬들로 이루어진 AlxInyGazN(x+y+z=1)층;과 MgN로 된 마스킹막과 복수개의 섬들로 이루어진 AlxInyGazN(x+y+z=1)층을 덮는 추가의 AleInfGagN(e+f+g=1)층을 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자.
  10. 제 9 항에 있어서, 하나 이상의 질화물 반도체층은 추가의 AleInfGagN(e+f+g=1)층의 성장 온도보다 낮은 성장 온도에서 성장되는 AlaInbGacN(a+b+c=1)층을 복수개의 섬들로 이루어진 AlxInyGazN(x+y+z=1)층과 추가의 AleInfGagN(e+f+g=1)층 사이에 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 발광소자.
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