KR101018132B1 - Nitride semiconductor light emitting device for polarization alleviation - Google Patents
Nitride semiconductor light emitting device for polarization alleviation Download PDFInfo
- Publication number
- KR101018132B1 KR101018132B1 KR1020070140550A KR20070140550A KR101018132B1 KR 101018132 B1 KR101018132 B1 KR 101018132B1 KR 1020070140550 A KR1020070140550 A KR 1020070140550A KR 20070140550 A KR20070140550 A KR 20070140550A KR 101018132 B1 KR101018132 B1 KR 101018132B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- quantum barrier
- barrier layer
- light emitting
- emitting device
- Prior art date
Links
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 title claims abstract description 76
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 45
- 230000010287 polarization Effects 0.000 title abstract description 16
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 88
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 abstract description 4
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 34
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000005428 wave function Effects 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 2
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 gallium nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
활성층에서 발생하는 분극을 완화하기 위한 질화물 반도체 발광 소자에 관한 것이다. A nitride semiconductor light emitting device for alleviating polarization generated in an active layer.
본 발명에 따른 질화물 반도체 발광 소자는 n형 질화물층과 p형 질화물층 사이에서 양자장벽층과 양자우물층이 교대로 다수 적층된 활성층을 포함하고, 상기 양자장벽층 중 적어도 하나는 소정의 인듐 함량과 알루미늄 함량을 가지는 Alx1Ga1-x1-y1Iny1N(0 < x1 ≤ 1, 0 < y1 ≤ 1, 0 < x1+y1 ≤1)으로 형성된 제1 양자장벽층; 및 상기 제1 양자장벽층의 상부면 또는 하부면에 Alx2Ga1-x2-y2Iny2N(0 ≤ x2 < x1, 0 ≤ y2 < y1)으로 형성된 적어도 하나의 제2 양자장벽층을 포함한다. The nitride semiconductor light emitting device according to the present invention includes an active layer in which a plurality of quantum barrier layers and quantum well layers are alternately stacked between an n-type nitride layer and a p-type nitride layer, and at least one of the quantum barrier layers has a predetermined indium content. A first quantum barrier layer formed of Al x1 Ga 1-x1-y1 In y1 N having an aluminum content of 0 <x1 ≦ 1, 0 <y1 ≦ 1, 0 <x1 + y1 ≦ 1); And at least one second quantum barrier layer formed of Al x2 Ga 1-x2-y2 In y2 N (0 ≦ x2 <x1, 0 ≦ y2 <y1) on an upper surface or a lower surface of the first quantum barrier layer. do.
본 발명에 따라 In의 함량비에 따른 최적의 Al의 함량비를 가지는 제1 양자장벽층을 양자장벽층 내에 형성함으로써, 활성층 내의 응력과 분극을 완화하고, 내부양자효율을 극대화하여 고효율의 질화물 반도체 발광소자를 제공할 수 있다. According to the present invention, a first quantum barrier layer having an optimal Al content ratio in accordance with the In content ratio is formed in the quantum barrier layer, thereby mitigating stress and polarization in the active layer, maximizing internal quantum efficiency, and thus high-efficiency nitride semiconductor. A light emitting device can be provided.
양자장벽층, 4원계 질화물층, 분극 완화 Quantum barrier layer, quaternary nitride layer, polarization relaxation
Description
본 발명은 질화물 반도체 발광 소자에 관한 것으로, 특히 활성층에서 발생하는 분극을 완화하기 위한 질화물 반도체 발광 소자에 관한 것이다. The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device, and more particularly to a nitride semiconductor light emitting device for reducing the polarization generated in the active layer.
종래의 질화물 반도체 소자에는 예를 들어 GaN계 질화물 반도체 소자를 들 수 있고, 이 GaN계 질화물 반도체 발광소자는 그 응용분야에 있어서 청색/녹색 LED의 발광소자, MESFET과 HEMT 등의 고속 스위칭과 고출력 소자 등에 응용되고 있다. 특히, 청색/녹색 LED 발광소자는 이미 양산화가 진행된 상태이며 전 세계적인 매출은 지수함수적으로 증가하고 있는 상황이다. Conventional nitride semiconductor devices include, for example, GaN-based nitride semiconductor devices, which are high-speed switching and high-output devices such as blue / green LED light emitting devices, MESFETs and HEMTs, etc. It is applied to the back. In particular, blue / green LED light emitting devices have already been mass-produced and global sales are increasing exponentially.
특히, GaN계 질화물 반도체의 적용 분야중 발광다이오드 및 반도체 레이저 다이오드 등의 발광 소자의 분야에서 마그네슘, 아연 등의 2족 원소가 GaN계 질화물 반도체의 Ga 위치에 도핑된 결정층을 가진 반도체 발광소자는 청색 발광하는 소자로서 주목받고 있다. In particular, in the field of light emitting devices such as light emitting diodes and semiconductor laser diodes among the applications of GaN nitride semiconductors, a semiconductor light emitting device having a crystal layer doped with
이와 같은 종래의 GaN계 질화물 반도체 발광소자는 도 1a에 도시된 바와 같이 다중 양자웰구조를 가진 질화물 반도체 발광 소자를 예로 들 수 있고, 종래의 질화물 반도체 발광 소자(10)는 사파이어 기판(11), n형 질화물층(12), 다중양자우물 구조인 활성층(15) 및, p형 질화물층(17)을 포함한다. 메사에칭된 p 질화물 반도체층(17) 상면에는 투명전극층(18)과 p측 전극(19b)이 순차적으로 형성되며, n형 질화물 반도체층(12)의 노출된 상면에는 n측 전극(19a)이 차례로 형성된다. Such a conventional GaN-based nitride semiconductor light emitting device may be a nitride semiconductor light emitting device having a multi-quantum well structure as shown in Figure 1a, the conventional nitride semiconductor
일반적으로, 활성층(15)은 도 1a와 도 1b에 도시된 바와 같이 GaN 양자장벽층(15a)과 InGaN 양자우물층(15b)이 교대로 적층된 다중양자우물구조로 이루어지고, GaN 양자장벽층(15a)과 InGaN 양자우물층(15b)에는 도 1b에 도시된 바와 같이 전도대(conduction band: EC)와 가전도대(valence band: EV)의 높이가 InGaN 양자우물층(15b)의 전체 내에서 일정하다. In general, the
그러나, 활성층(15)의 양자장벽층(15a)과 양자우물층(15b)은 격자상수 및 열팽창계수의 차이로 인하여 응력과 변형이 발생하고, 이러한 응력과 변형은 활성층의 밴드 갭이 경사지게 하여 분극 현상을 초래하게 되며, 특히 활성층 내에서 분극 현상(polarization)이 일어나게 되면, 전자의 분포를 나타내는 파동함수(wave function: A)의 최정점은 중심에서 p 질화물 반도체층(17)으로 치우쳐 나타나게 되고, 정공의 파동함수(B)는 n형 질화물층(12)으로 치우쳐 나타나게 된다. 이렇게 전자의 파동함수(A)와 정공의 파동함수(B)는 양자우물층(15b) 내에서 서로 반대쪽에 위치하게 됨에 따라, 전자와 정공의 발광재결합 효율이 두 파동함수가 겹치는 중첩 면적에 비례하는 특성에 의해, 전자와 정공의 발광 재결합 효율은 감소하게 되어 발광량 또한 감소하게 된다. However, stress and strain occur in the
이와 같이 재결합을 하지 못한 전자와 정공은 양자장벽을 넘어 전자는 p측 전극(19b) 쪽으로, 정공은 n측 전극(19a) 쪽으로 누설되는데, 이러한 현상은 종래의 GaN계 질화물 반도체 발광소자의 전형적인 약점인, 전류 밀도가 증가할수록 고전류에서 발광 효율이 감소하는 문제점 중의 하나이다. 그러므로, 격자 상수 및 열팽창 계수의 차이로 인한 분극 현상의 해소는 고출력 고효율 발광소자를 제조하기 위한 필수적인 요건이 된다. As described above, electrons and holes that do not recombine cross the quantum barrier and electrons leak toward the p-
본 발명은 활성층에서 발생하는 분극을 완화하기 위한 양자장벽층과 양자우물층을 구비하여 고출력 고효율의 질화물 반도체 발광 소자를 제공하는데 목적이 있다. An object of the present invention is to provide a quantum barrier layer and a quantum well layer for mitigating polarization generated in the active layer to provide a nitride semiconductor light emitting device having high output and high efficiency.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예는 n형 질화물층과 p형 질화물층 사이에서 양자장벽층과 양자우물층이 교대로 다수 적층된 활성층을 포함하고, 상기 양자장벽층 중 적어도 하나는 소정의 인듐 함량과 알루미늄 함량을 가지는 Alx1Ga1-x1-y1Iny1N(0 < x1 ≤ 1, 0 < y1 ≤ 1, 0 < x1+y1 ≤1)으로 형성된 제1 양자장벽층; 및 상기 제1 양자장벽층의 상부면 또는 하부면에 Alx2Ga1-x2-y2Iny2N(0 ≤ x2 < x1, 0 ≤ y2 < y1)으로 형성된 적어도 하나의 제2 양자장벽층을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광 소자에 관한 것이다. Embodiments of the present invention for achieving the above object includes an active layer in which a plurality of quantum barrier layers and quantum well layers are alternately stacked between an n-type nitride layer and a p-type nitride layer, at least one of the quantum barrier layers A first quantum barrier layer formed of Al x1 Ga 1-x1-y1 In y1 N (0 <x1 ≦ 1, 0 <y1 ≦ 1, 0 <x1 + y1 ≦ 1) having a predetermined indium content and aluminum content; And at least one second quantum barrier layer formed of Al x2 Ga 1-x2-y2 In y2 N (0 ≦ x2 <x1, 0 ≦ y2 <y1) on an upper surface or a lower surface of the first quantum barrier layer. The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device.
본 발명의 실시예에서 상기 제1 양자장벽층은 In의 함량비(y1)가 0 < y1 < 0.25 이고, Al의 함량비(x1)가 0 < x1 < 0.48 인 것을 특징으로 한다. In the embodiment of the present invention, the first quantum barrier layer is characterized in that the content ratio (y1) of In is 0 <y1 <0.25 and the content ratio (x1) of Al is 0 <x1 <0.48.
본 발명의 실시예에서 상기 제2 양자장벽층은 상기 제1 양자장벽층의 하부면에 GaN으로 형성된 제 1 질화물층; 및 상기 제1 양자장벽층의 상부면에 GaN으로 형성된 제 2 질화물층을 포함하는 것을 특징으로 한다. In an embodiment of the present invention, the second quantum barrier layer may include a first nitride layer formed of GaN on a lower surface of the first quantum barrier layer; And a second nitride layer formed of GaN on an upper surface of the first quantum barrier layer.
본 발명의 실시예에서 상기 제1 양자장벽층은 1 nm ~ 20 nm의 두께를 가지고, 상기 제2 양자장벽층은 1 nm ~ 10 nm의 두께를 가지며, 상기 제1 양자장벽층을 포함한 양자장벽층은 3 nm ~ 30 nm의 두께를 가지는 것을 특징으로 한다. In an embodiment of the present invention, the first quantum barrier layer has a thickness of 1 nm to 20 nm, the second quantum barrier layer has a thickness of 1 nm to 10 nm, and includes a first quantum barrier layer. The layer is characterized by having a thickness of 3 nm to 30 nm.
본 발명의 실시예에서 상기 양자우물층은 InxGa1 - xN (0< x ≤1)으로 이루어진 층인 것을 특징으로 한다. In an embodiment of the present invention, the quantum well layer is characterized in that the layer consisting of In x Ga 1 - x N (0 <x ≤ 1).
본 발명의 실시예에서 상기 제1 양자장벽층과 상기 제2 양자장벽층은 동일한 에너지 밴드를 가지는 것을 특징으로 한다. In an embodiment of the present invention, the first quantum barrier layer and the second quantum barrier layer are characterized in that they have the same energy band.
상기한 바와 같이 본 발명은 In의 함량비에 따른 최적의 Al의 함량비를 가지는 제1 양자장벽층을 양자장벽층 내에 형성함으로써, 활성층 내의 응력과 분극을 완화하고, 내부양자효율을 극대화하여 고효율의 질화물 반도체 발광소자를 제공할 수 있다. As described above, the present invention forms a first quantum barrier layer having an optimal Al content ratio in accordance with the In content ratio in the quantum barrier layer, thereby relieving stress and polarization in the active layer, maximizing internal quantum efficiency, The nitride semiconductor light emitting device can be provided.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 소자를 나타내는 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 질화물 반도체 발광 소자의 활성층 일부에 대한 에너지 밴드 다이어그램이다. 2 is a cross-sectional view illustrating a nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an energy band diagram of a portion of an active layer of the nitride semiconductor light emitting device shown in FIG. 2.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자(100)는 기판(110), n형 질화물층(120), 다중양자우물구조인 활성층(150) 및, p형 질화물층(170)을 포함하고, 메사 에칭된 p형 질화물 반도체층(170) 상면에는 투 명 전극층(180)과 p측 전극(190b)이 형성되며, 노출된 n형 질화물 반도체층(120) 상면에는 n측 전극(190a)이 차례로 형성된다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자(100)는 기판(110)과 n형 질화물층(120) 사이의 격자 부정합을 해소하기 위해 AlN/GaN 등과 같은 버퍼층(도시하지 않음)을 형성하여 구비할 수 있다. As shown in FIG. 2, the nitride semiconductor
활성층(150)은 양자우물층(150a)과 양자장벽층(150b)이 교대로 다수 적층된 다중양자우물구조로 이루어지고, 양자장벽층(150b)의 일부는 Al이 포함된 제1 양자장벽층(150b2), 즉 Alx1Ga1-x1-y1Iny1N(0 < x1 ≤ 1, 0 < y1 ≤ 1, 0 < x1+y1 ≤1)을 기준으로 상하 양면에 GaN계 물질의 제 1 및 제 2 갈륨 질화물층(150b1, 150b3)을 제2 양자장벽층으로 구현하여 응력과 변형에 의한 자발적인 분극을 억제하도록 형성된다. The
구체적으로, 활성층(150)에서 발생하는 분극을 완화하기 위해 양자장벽층(150b)중 어느 하나는 Alx1Ga1-x1-y1Iny1N(0 < x1 ≤ 1, 0 < y1 ≤ 1, 0 < x1+y1 ≤1)으로 이루어진 제1 양자장벽층(150b2)을 1nm ~ 20nm의 두께로 채용하고, InxGa1-xN (0 < x ≤1)으로 이루어진 양자우물층(150a)에 대해 격자 상수 및 열팽창계수의 차이가 적은 재질로서 Alx2Ga1-x2-y2Iny2N(0 ≤ x2 < x1, 0 ≤ y2 < y1)의 재질, 예를 들어 Al 또는 In을 함유하지 않은 GaN계 물질로 이루어진 제 1 및 제 2 갈륨 질화물(150b1, 150b3)을 제1 양자장벽층(150b2)의 상하 양면에 1nm ~ 10nm의 두께로 형성할 수 있다. 여기서, 제1 양자장벽층(150b2)의 상하 양면에 GaN계 물질의 제 1 및 제 2 갈륨 질화물층(150b1, 150b3)을 구현하지 않고, 제1 양자장벽층(150b2)의 상부면 또는 하부면 일면에만 형성할 수 있으며, 제1 양자장벽층(150b2)을 포함한 양자장벽층(150b)은 3nm ~ 30nm의 두께로 형성될 수 있다. Specifically, one of the quantum barrier layers 150b is Al x1 Ga 1-x1-y1 In y1 N (0 <x1 ≤ 1, 0 <y1 ≤ 1, 0 to alleviate polarization occurring in the active layer 150). A first quantum barrier layer 150b2 made of <x1 + y1 ≦ 1) is employed to have a thickness of 1 nm to 20 nm, and a
Alx1Ga1-x1-y1Iny1N으로 이루어진 제1 양자장벽층(150b2)을 채용한 이유는, 도 3에 도시된 바와 같이 3.11Å의 격자 상수를 가지는 AlN, 3.19Å의 격자 상수를 가지는 GaN 및 3.54Å의 격자 상수를 가지는 InN 사이에서 양자장벽층(150b)은 종래에 양자장벽층인 GaN의 에너지 밴드갭을 가지면서 InxGa1-xN의 양자우물층(150a)과의 격자 부정합을 해소하기 위해 "A" 만큼의 격자 상수 차이를 가지는 지점(B)을 양자장벽층(150b)의 특성 지점으로 판단할 수 있고, 이러한 특성 지점(B)을 만족시키는 제1 양자장벽층을 4원계 질화물로서 Alx1Ga1-x1-y1Iny1N을 적용하여 InxGa1-xN의 양자우물층(150a)에 대한 격자 상수 차이에 의한 응력 발생을 방지하도록 구현할 수 있다. The reason why the first quantum barrier layer 150b2 composed of Al x1 Ga 1-x1-y1 In y1 N is adopted is that AlN having a lattice constant of 3.11, and a lattice constant of 3.19 Å as shown in FIG. 3. Between GaN and InN having a lattice constant of 3.54 Å, the quantum barrier layer 150b has a lattice with the
또한, 도 4에 도시된 바와 같이 Alx1Ga1-x1-y1Iny1N의 제1 양자장벽층(150b2)은 In의 함량비(y1)가 0.2인 경우(Ⅲ)를 적용한 경우, 분극 발생의 경계 그래프(Ⅰ)와 종래의 양자장벽층인 GaN의 에너지 밴드갭을 나타낸 그래프(Ⅱ)에 대해 Al의 함량비(x)는 0 < x1 < 0.48의 범위를 가지는 것을 알 수 있고, 이에 따라 Al의 함량비(x)를 가진 Alx1Ga1-x1-y1Iny1N의 제1 양자장벽층(150b2)은 상하 양면 또는 일면에 GaN계 물질로 이루어진 갈륨 질화물층(150b1, 150b3)의 제2 양자장벽층을 포함하여 종래의 양자장벽층인 GaN의 에너지 밴드를 가지고 발생한 분극을 완화할 수 있다. 여기서, 제1 양자장벽층(150b2)과 갈륨 질화물층(150b1, 150b3) 모두는 종래의 양자장벽층인 GaN의 에너지 밴드와 동일한 에너지 밴드를 가지도록 형성될 수 있다. In addition, as illustrated in FIG. 4, the first quantum barrier layer 150b2 of Al x1 Ga 1-x1-y1 In y1 N is polarized when the In content ratio y1 is 0.2 (III). It can be seen that the Al content ratio (x) has a range of 0 <x1 <0.48 for the boundary graph (I) of the graph and the graph (II) showing the energy band gap of the conventional quantum barrier layer GaN. The first quantum barrier layer 150b2 of Al x1 Ga 1-x1-y1 In y1 N having an Al content ratio (x) is formed of the gallium nitride layers 150b1 and 150b3 made of GaN-based materials on both sides of the top and bottom surfaces. Including the quantum barrier layer, polarization generated by the energy band of GaN, which is a conventional quantum barrier layer, can be alleviated. Here, both the first quantum barrier layer 150b2 and the gallium nitride layers 150b1 and 150b3 may be formed to have the same energy band as that of GaN, which is a conventional quantum barrier layer.
따라서, 본 발명의 실시예에 따라 양자장벽층(150b)과 양자우물층(150a)이 교대로 적층된 다중양자우물구조의 활성층(150)에서, In 함량비(y1)가 0 < y1 < 0.25 이고 Al의 함량비(x1)가 0 < x < 0.48 인 Alx1Ga1-x1-y1Iny1N의 제1 양자장벽층(150b2)과 양면 또는 일면에 Alx2Ga1-x2-y2Iny2N으로서 GaN으로 이루어진 갈륨 질화물층(150b1, 150b3)을 포함한 양자장벽층(150b) 및 InxGa1-xN의 양자우물층(150a)을 교대로 형성하여, 양자우물층(150a)과 양자장벽층(150b) 사이의 격자 상수 차이에 의한 응력을 완화하고 발생한 분극을 완화함으로써, 예를 들어 청색 발광을 수행하는 질화물 반도체 발광 소자의 발광 효율을 향상시킬 수 있다. Therefore, in the
이하, 구체적으로 본 발명의 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법을 설명한다. 여기서, 질화물 반도체 발광 소자의 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, a method of manufacturing the nitride semiconductor light emitting device according to the embodiment of the present invention will be described in detail. Here, in the case where it is determined that the detailed description of the related known structure or function of the nitride semiconductor light emitting device may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자(100)를 제조하기 위해서, 먼저 기판(110) 상에 n형 질화물층(120)을 성장시킨다. As shown in FIG. 2, in order to manufacture the nitride semiconductor
n형 질화물층(120)의 성장을 위해서 예를 들어, NH3, 트리메탈갈륨(TMG), 및 Si과 같은 n형 도펀트를 포함한 실란 가스를 공급하여 기판(110) 상에 소정 두께로 n-GaN층을 n형 질화물층(120)으로 성장시킨다. 여기서, 기판(110)과 n형 질화물 층(120) 사이에 격자 부정합을 해소하기 위해 AlN/GaN과 같은 버퍼층(도시하지 않음)을 형성하여 구비할 수 있다. For the growth of the n-
n형 질화물층(120)이 형성된 후, n형 질화물층(120)상에 활성층(150)을 성장시킨다. 여기서, 활성층(150)은 양자우물층(150a)과 양자장벽층(150b)이 교대로 다수 적층된 다중양자우물구조로 이루어지되, 양자장벽층(150b)의 일부는 Alx1Ga1-x1-y1Iny1N의 제1 양자장벽층(150b2)과 제1 양자장벽층(150b2)의 양면에 Alx2Ga1-x2-y2Iny2N의 GaN계 물질로 이루어진 갈륨 질화물층(150b1, 150b3)을 제2 양자장벽층으로 포함하고, 양자우물층(150a)은 예를 들어 InxGa1-xN 으로 이루어져 응력과 변형에 의한 자발적인 분극을 억제하도록 형성된다. After the n-
구체적으로, 활성층(150)을 형성하기 위해 먼저 n형 질화물층(120)의 상부면에 InGaN로 이루어진 양자우물층(150a)을 형성하기 위해, 780℃의 성장 온도에서 질소를 캐리어 가스로 사용하여 NH3, TMG, 및 트리메틸인듐(TMI)을 공급하여, InGaN로 이루어진 양자우물층(150a)을 30 내지 100Å의 두께로 성장시킬 수 있다. Specifically, in order to form the
n형 질화물층(120)의 상부면에 양자우물층(150a)을 형성한 후, 양자우물층(150a)의 상부면에 Alx2Ga1-x2-y2Iny2N으로 이루어진 제 1 갈륨 질화물층(150b1)을 1nm 내지 10nm의 두께로 성장시켜 형성할 수 있다. After forming the
제 1 갈륨 질화물층(150b1)을 형성한 후, Alx1Ga1-x1-y1Iny1N의 제1 양자장벽층(150b2)을 형성하되, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 방법으로 소정의 성장 온도에서 질소를 캐리어 가스로 사용하여 NH3, TMG, 트리메틸알루미늄(TMA) 및 트리메틸인듐(TMI)을 공급하여, Alx1Ga1-x1-y1Iny1N으로 이루어진 제1 양자장벽층(150b2)을 형성한다. 여기서, 제1 양자장벽층(150b2)은 In 함량비(y)가 0 < y1 < 0.25 이고 Al의 함량비(x1)가 0 < x1 < 0.48 인 Alx1Ga1-x1-y1Iny1N의 4원계 질화물로 성장시킨 층으로 형성할 수 있다. After the first gallium nitride layer 150b1 is formed, a first quantum barrier layer 150b2 of Al x1 Ga 1-x1-y1 In y1 N is formed, and predetermined growth is performed by a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. First quantum barrier layer 150b2 consisting of Al x1 Ga 1-x1-y1 In y1 N by supplying NH 3 , TMG, trimethylaluminum (TMA) and trimethylindium (TMI) using nitrogen as a carrier gas at a temperature To form. Here, the first quantum barrier layer 150b2 may be formed of Al x1 Ga 1-x1-y1 In y1 N having an In content ratio (y) of 0 <y1 <0.25 and an Al content ratio (x1) of 0 <x1 <0.48 It can be formed from a layer grown with quaternary nitrides.
Alx1Ga1-x1-y1Iny1N의 제1 양자장벽층(150b2)을 형성한 후, 제1 양자장벽층(150b2)의 상부면에 제 1 갈륨 질화물층(150b1)과 동일하게 Alx2Ga1-x2-y2Iny2N으로 이루어진 제 2 갈륨 질화물층(150b3)을 1nm 내지 10nm의 두께로 성장시켜 형성할 수 있다. After forming the first quantum barrier layer (150b2) of Al x1 Ga 1-x1-y1 In y1 N, Al x2 on the upper surface of the first quantum barrier layer (150b2) and the same as the first gallium nitride layer (150b1) The second gallium nitride layer 150b3 formed of Ga 1-x2-y2 In y2 N may be formed by growing to a thickness of 1 nm to 10 nm.
이후, 형성된 제 2 갈륨 질화물층(150b3)의 상부면에 전술한 바와 같이 InGaN로 이루어진 양자우물층(150a)을 성장시킬 수 있으며, 이와 같은 양자우물층(150a)과 양자장벽층(150b)을 교대로 다수 적층된 다중양자우물구조를 가지는 활성층(150)을 형성할 수 있다. Thereafter, as described above, the
이와 같이 활성층(150)을 형성한 후, 일반적인 질화물 반도체 발광소자와 동일하게 활성층(150)에 대해 p형 질화물층(170)을 형성하고 에칭하며, 에칭된 p형 질화물 반도체층(170) 상면으로 투명 전극층(180)과 p측 전극(190b)이 형성되며, 노출된 n형 질화물 반도체층(120) 상면에는 n측 전극(190a)이 차례로 형성될 수 있다. After the
따라서, 본 발명에서는 도 4에 도시된 분극 발생의 경계 그래프(Ⅰ)와 종래의 양자장벽층인 GaN의 에너지 밴드갭을 나타낸 그래프(Ⅱ)를 근거로 하여, In의 함량비(y1)에 따른 최적의 Al의 함량비(x1)를 설정하여, InxAlyGa1-x-yN의 4원계 질화물로 이루어진 제1 양자장벽층(150b2)을 양자장벽층(150b) 내에 형성함으로써, 활성층(150) 내의 응력과 분극을 완화하고, 내부양자효율을 극대화하여 고효율의 질화물 반도체 발광소자를 구현할 수 있다. Therefore, in the present invention, based on the boundary graph (I) of polarization generation shown in FIG. 4 and the graph (II) showing the energy band gap of GaN, which is a conventional quantum barrier layer, By setting the optimum content ratio (x1) of Al, a first quantum barrier layer 150b2 made of ternary nitride of In x Al y Ga 1-xy N is formed in the quantum barrier layer 150b, whereby the
본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. Although the technical spirit of the present invention has been described in detail according to the above-described preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiments are for the purpose of description and not of limitation.
또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.In addition, those skilled in the art will understand that various implementations are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
도 1a는 종래의 질화물 반도체 발광 소자를 나타내는 단면도. 1A is a cross-sectional view showing a conventional nitride semiconductor light emitting device.
도 1b는 도 1a에 도시된 질화물 반도체 발광 소자의 활성층 일부에 대한 에너지밴드 다이어그램. FIG. 1B is an energy band diagram of a portion of an active layer of the nitride semiconductor light emitting device shown in FIG. 1A; FIG.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 질화물 반도체 발광 소자를 나타내는 단면도. 2 is a cross-sectional view showing a nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 양자장벽층의 4원계 질화물의 격자 상수를 설명하기 위한 격자상수와 에너지 밴드갭에 관한 그래프. Figure 3 is a graph of the lattice constant and energy bandgap for explaining the lattice constant of the quaternary nitride of the quantum barrier layer according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 양자장벽층의 4원계 질화물의 인듐 함량비와 알루미늄 함량비에 관한 그래프. Figure 4 is a graph of the indium content ratio and aluminum content ratio of the quaternary nitride of the quantum barrier layer according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명> <Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100: 질화물 반도체 발광 소자 110: 기판 100 nitride semiconductor
120: n형 질화물층 150: 활성층 120: n-type nitride layer 150: active layer
150a: 양자우물층 150b: 양자장벽층 150a: quantum well layer 150b: quantum barrier layer
150b1: 제 1 질화물층 150b2: 제1 양자장벽층 150b1: first nitride layer 150b2: first quantum barrier layer
150b3: 제 2 질화물층 170: p형 질화물층 150b3: second nitride layer 170: p-type nitride layer
180: 투명 전극층 190a: n측 전극 180:
190b: p측 전극 190b: p-side electrode
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070140550A KR101018132B1 (en) | 2007-12-28 | 2007-12-28 | Nitride semiconductor light emitting device for polarization alleviation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070140550A KR101018132B1 (en) | 2007-12-28 | 2007-12-28 | Nitride semiconductor light emitting device for polarization alleviation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20090072444A KR20090072444A (en) | 2009-07-02 |
KR101018132B1 true KR101018132B1 (en) | 2011-02-25 |
Family
ID=41329669
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020070140550A KR101018132B1 (en) | 2007-12-28 | 2007-12-28 | Nitride semiconductor light emitting device for polarization alleviation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101018132B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10593830B1 (en) * | 2012-01-06 | 2020-03-17 | Trustees Of Boston University | Ultraviolet light emitting diode structures and methods of manufacturing the same |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101125026B1 (en) | 2010-11-19 | 2012-03-27 | 엘지이노텍 주식회사 | Light emitting device and method for fabricating the light emitting device |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050098789A1 (en) * | 2000-07-07 | 2005-05-12 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
JP2005197293A (en) | 2003-12-26 | 2005-07-21 | Toyoda Gosei Co Ltd | Group iii nitride-based compound semiconductor light emitting element and its fabrication process |
KR20050113942A (en) * | 2004-05-31 | 2005-12-05 | 삼성전기주식회사 | Nitride semiconductor light emitting device |
-
2007
- 2007-12-28 KR KR1020070140550A patent/KR101018132B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050098789A1 (en) * | 2000-07-07 | 2005-05-12 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
JP2005197293A (en) | 2003-12-26 | 2005-07-21 | Toyoda Gosei Co Ltd | Group iii nitride-based compound semiconductor light emitting element and its fabrication process |
KR20050113942A (en) * | 2004-05-31 | 2005-12-05 | 삼성전기주식회사 | Nitride semiconductor light emitting device |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Introduction to nitride semiconductor blue lasers and light emitting diodes, ISBN 0-7484-0836-3* |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10593830B1 (en) * | 2012-01-06 | 2020-03-17 | Trustees Of Boston University | Ultraviolet light emitting diode structures and methods of manufacturing the same |
US11502220B1 (en) | 2012-01-06 | 2022-11-15 | Trustees Of Boston University | Ultraviolet light emitting diode structures and methods of manufacturing the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20090072444A (en) | 2009-07-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10522716B2 (en) | Semiconductor light emitting device | |
KR101459752B1 (en) | Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof | |
EP1636858B1 (en) | Light emitting device using nitride semiconductor and fabrication method of the same | |
US20090050875A1 (en) | Nitride semiconductor light emitting device | |
JP3890930B2 (en) | Nitride semiconductor light emitting device | |
US20110095264A1 (en) | Semiconductor light emitting device and method for manufacturing the same | |
KR101393897B1 (en) | Semiconductor light emitting device and fabrication method thereof | |
KR20070078494A (en) | Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof | |
JP7447151B2 (en) | Light emitting diode precursor including passivation layer | |
JP2008288397A (en) | Semiconductor light emitting device | |
KR20070081862A (en) | Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof | |
CN116914043A (en) | Light-emitting diode epitaxial wafer and preparation method thereof, light-emitting diode | |
KR100946034B1 (en) | Nitride Semiconductor Light Emitting Device | |
KR100925062B1 (en) | Quaternary nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof | |
US7053418B2 (en) | Nitride based semiconductor device | |
KR101018132B1 (en) | Nitride semiconductor light emitting device for polarization alleviation | |
KR100998234B1 (en) | Nitride semiconductor light emitting device and its manufacturing method | |
KR20080088221A (en) | Light Emitting Diodes Having Well Layers of Superlattice Structure | |
KR20100024154A (en) | Light emitting diode | |
JP2009076864A (en) | Nitride-based light emitting device | |
KR100795547B1 (en) | Nitride semiconductor light emitting device | |
KR102299362B1 (en) | Green light emitting device including quaternary quantum well on a vicinal c-plane | |
KR100906972B1 (en) | Nitride-based light emitting device | |
KR102681567B1 (en) | Light emitting device using type-2 quantum well | |
CN204102922U (en) | A kind of LED epitaxial structure of Lattice Matching |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20071228 |
|
PA0201 | Request for examination | ||
PG1501 | Laying open of application | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20091030 Patent event code: PE09021S01D |
|
AMND | Amendment | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20100318 Patent event code: PE09021S01D |
|
N231 | Notification of change of applicant | ||
PN2301 | Change of applicant |
Patent event date: 20100319 Comment text: Notification of Change of Applicant Patent event code: PN23011R01D |
|
E601 | Decision to refuse application | ||
PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20100908 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20100318 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I Patent event date: 20091030 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |
|
AMND | Amendment | ||
J201 | Request for trial against refusal decision | ||
PJ0201 | Trial against decision of rejection |
Patent event date: 20101108 Comment text: Request for Trial against Decision on Refusal Patent event code: PJ02012R01D Patent event date: 20100908 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PJ02011S01I Appeal kind category: Appeal against decision to decline refusal Decision date: 20110105 Appeal identifier: 2010101008588 Request date: 20101108 |
|
PB0901 | Examination by re-examination before a trial |
Comment text: Amendment to Specification, etc. Patent event date: 20101108 Patent event code: PB09011R02I Comment text: Request for Trial against Decision on Refusal Patent event date: 20101108 Patent event code: PB09011R01I Comment text: Amendment to Specification, etc. Patent event date: 20091230 Patent event code: PB09011R02I |
|
B701 | Decision to grant | ||
PB0701 | Decision of registration after re-examination before a trial |
Patent event date: 20110105 Comment text: Decision to Grant Registration Patent event code: PB07012S01D Patent event date: 20101209 Comment text: Transfer of Trial File for Re-examination before a Trial Patent event code: PB07011S01I |
|
GRNT | Written decision to grant | ||
PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20110221 Patent event code: PR07011E01D |
|
PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20110221 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
PG1601 | Publication of registration | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140129 Year of fee payment: 4 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20140129 Start annual number: 4 End annual number: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150202 Year of fee payment: 5 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20150202 Start annual number: 5 End annual number: 5 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee | ||
PC1903 | Unpaid annual fee |
Termination category: Default of registration fee Termination date: 20170109 |