KR101283233B1 - 발광 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

실시예에서는 발광 소자 및 그 제조방법에 관해 개시된다.

실시예에 따른 발광 소자는 제1 도전형의 반도체층; 상기 제1 도전형의 반도체층 위에 형성된 활성층; 및 상기 활성층 위에 형성된 제2 도전형의 반도체층이 포함되고, 상기 활성층은 InGaN 우물층과, 상기 InGaN 우물층위에 형성된 제1 GaN 장벽층과, 상기 제1 GaN 장벽층 위에 형성된 AlGaN층 및 상기 AlGaN층위에 형성된 제2 GaN 장벽층이 포함된다.

발광 소자

Description

발광 소자 및 그 제조방법{LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

도 1은 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도.

도 2는 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도.

도 3 내지 도 8은 실시예에 따른 발광 소자의 제조방법을 설명하는 도면.

도 9는 실시예에 따른 발광 소자 제조방법에서 활성층 형성 과정에서의 온도 변화와 주입 가스를 설명하는 도면.

실시예에서는 발광 소자 및 그 제조방법에 관해 개시된다.

발광 소자로써 발광 다이오드가 많이 사용되고 있다.

발광 다이오드는 N형 반도체층, 활성층, P형 반도체층이 적층되어, 인가되는 전원에 따라 상기 활성층에서 빛이 발생되어 외부로 방출된다.

실시예는 발광 소자 및 그 제조방법을 제공한다.

실시예는 발광 효율 및 전기적 특성이 향상된 발광 소자 및 그 제조방법을 제공한다.

실시예에 따른 발광 소자는 제1 도전형의 반도체층; 상기 제1 도전형의 반도체층 위에 형성된 활성층; 및 상기 활성층 위에 형성된 제2 도전형의 반도체층이 포함되고, 상기 활성층은 InGaN 우물층과, 상기 InGaN 우물층위에 형성된 제1 GaN 장벽층과, 상기 제1 GaN 장벽층 위에 형성된 AlGaN층 및 상기 AlGaN층위에 형성된 제2 GaN 장벽층이 포함된다.

실시예에 따른 발광 소자 제조방법은 제1 도전형의 반도체층을 형성하는 단계; 상기 제1 도전형의 반도체층 위에 활성층을 형성하는 단계; 및 상기 활성층 위에 제2 도전형의 반도체층을 형성하는 단계가 포함되고, 상기 활성층을 형성하는 단계는 상기 제1 도전형의 반도체층 위에 InGaN 우물층을 형성하는 단계와, 상기 InGaN 우물층위에 제1 GaN 장벽층을 형성하는 단계와, 상기 제1 GaN 장벽층 위에 AlGaN층을 형성하는 단계 및 상기 AlGaN층위에 제2 GaN 장벽층을 형성하는 단계가 포함된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예에 따른 발광 소자 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명하도록 한다.

실시예를 설명함에 있어서, 어떤 요소가 다른 요소의 위(on)/아래(under)에 형성된다고 기재된 경우, 어떤 요소가 다른 요소와 직접(directly) 접촉하여 위/아래에 형성되는 경우와 어떤 요소와 다른 요소 사이에 매개 요소를 개재하여 간접적으로(indirectly) 접촉하여 위/아래에 형성되는 경우를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예에 따른 발광 소자 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자는 기판(10)과, 상기 기판(10)위에 형성된 버퍼층(20)과, 상기 버퍼층(20) 위에 형성된 Un-doped GaN층(30)과, 상기 Un-doped GaN층(30) 위에 형성된 제1도전형의 반도체층(40)과, 상기 제1도전형의 반도체층(40) 위에 형성된 활성층(50)과, 상기 활성층(50) 위에 형성된 제2도전형의 반도체층(60)과, 상기 제1도전형의 반도체층(40) 및 제2도전형의 반도체층(60) 위에 형성된 제1전극층(70) 및 제2전극층(80)이 포함된다.

또한, 상기 활성층(50)은 InGaN 우물층(51)과, 상기 InGaN 우물층(51)위에 형성된 제1 GaN 장벽층(52)과, 상기 제1 GaN 장벽층(52) 위에 형성된 AlGaN층(53)과, 상기 AlGaN층(53)위에 형성된 제2 GaN 장벽층(54)이 포함된다.

상기 AlGaN층(53)은 1~3 모노 레이어(mono layer)의 두께로 성장될 수 있다. 즉, 상기 AlGaN층(53)은 5.18~15.54Å 두께로 성장될 수 있다.

실시예에 따른 발광 소자에서 상기 활성층(50)은 상기 제1 GaN 장벽층(52)과 제2 GaN 장벽층(54) 사이에 상기 AlGaN층(53)이 형성되어 누설 전류를 차단하고 고품질의 장벽층이 형성될 수 있도록 한다.

특히, 상기 제2 GaN 장벽층(54)은 850~1100℃의 온도에서 형성되며, 상기 제1 GaN 장벽층(52)이 형성되는 온도보다 높은 온도에서 형성된다.

따라서, 상기 제2 GaN 장벽층(54)은 고품질의 박막으로 형성될 수 있으며, 누설 전류의 원인이 되는 피트(pit)가 제거되어 전기적인 특성이 향상될 수 있다.

도 2는 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.

도 2를 참조하여, 도 1과의 차이점에 대해서만 설명하도록 한다.

다른 실시예에 따른 발광 소자에서 활성층(50)은 InGaN 우물층(51)과, 상기 InGaN 우물층(51)위에 형성된 제1 GaN 장벽층(52)과, 상기 제1 GaN 장벽층(52) 위에 형성된 AlGaN층(53)과, 상기 AlGaN층(53)위에 형성된 제2 GaN 장벽층(54)이 하나의 주기를 이루어 형성된다.

그리고, 상기 제2 GaN 장벽층(54) 위에 InGaN 우물층(55)과, 상기 InGaN 우물층(55)위에 형성된 제1 GaN 장벽층(56)과, 상기 제1 GaN 장벽층(56) 위에 형성된 AlGaN층(57)과, 상기 AlGaN층(57)위에 형성된 제2 GaN 장벽층(58)이 또 하나의 주기를 이루어 형성된다.

비록, 도시하지는 않았지만, 상기 활성층(50)은 복수 주기로 형성되어, 복수의 우물층, 제1 장벽층, AlGaN층, 제2 장벽층이 반복되어 형성될 수 있다.

즉, 상기 활성층(50)은 다중양자우물구조를 가질 수 있다.

도 3 내지 도 8은 실시예에 따른 발광 소자의 제조방법을 설명하는 도면이다.

도 3을 참조하면, 기판(10)이 준비되고, 상기 기판(10)위에 버퍼층(20), Un-doped GaN층(30), 제1도전형의 반도체층(40) 및 InGaN 우물층(51)이 순차적으로 형성된다.

상기 기판(10)은 사파이어, SiC, Si 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 상기 버퍼층(20)은 AlInN/GaN 적층 구조, In_xGa_1-xN/GaN 적층 구조, Al_xIn_yGa_1-(x+y)N/In_xGa_1-xN/GaN의 적층 구조 중 어느 하나로 형성될 수 있다.

상기 Un-doped GaN층(30)은 트리메틸갈륨(TMGa)과 NH₃를 공급하여 형성한다. 이때, 퍼지(Purge) 가스 및 캐리어 가스로 N₂와 H₂가 사용될 수 있다.

상기 제1도전형의 반도체층(40)은 실리콘과 인듐이 동시에 도핑된 Si-In co-doped GaN층으로 형성될 수 있으며, N형 반도체층으로 형성된다.

상기 InGaN 우물층(51)은 650~850℃의 온도에서 NH₃, 트리메틸갈륨(TMGa), 트리메틸인듐(TMIn)을 공급하여 형성한다. 도 9의 실시예에서는 700℃의 온도에서 상기 InGaN 우물층(51)을 형성하는 것이 예시되어 있다.

도 4를 참조하면, 상기 InGaN 우물층(51) 위에 제1 GaN 장벽층(52)을 형성한다.

상기 제1 GaN 장벽층(52)은 상기 InGaN 우물층(51) 형성 후, 2℃/sec 의 비율로 급격하게 온도를 150℃정도 증가시키면서 800~1000℃의 온도에서 NH₃, 트리메틸갈륨(TMGa)을 공급하여 형성한다. 도 9의 실시예에서는 700℃의 온도에서 온도를 증가시키면서 850℃의 온도에 이르기까지 제1 GaN 장벽층(52)을 형성하는 것이 예시되어 있다.

도 5를 참조하면, 상기 제1 GaN 장벽층(52) 위에 AlGaN층(53)을 형성한다.

상기 AlGaN층(53)은 800~1000℃의 온도에서 NH₃, 트리메틸갈륨(TMGa), 트리 메틸 알루미늄(TMAl)을 공급하여 형성한다. 상기 AlGaN층(53)은 5.18~15.54Å 두께로 성장될 수 있다. 도 9의 실시예에서는 850℃의 온도에서 상기 AlGaN층(53)을 형성하는 것이 예시되어 있다.

상기 AlGaN층(53)은 고온에서 내성을 갖고 있으며, 누설 전류를 차단할 수 있다.

도 6을 참조하면, 상기 AlGaN층(53) 위에 제2 GaN 장벽층(54)이 형성된다.

상기 제2 GaN 장벽층(54)은 상기 AlGaN층(53) 형성 후, 2℃/sec 의 비율로 급격하게 온도를 150℃정도 증가시키면서 850~1100℃의 온도에서 NH₃, 트리메틸갈륨(TMGa)을 공급하여 형성한다. 도 9의 실시예에서는 850℃의 온도에서 온도를 증가시키면서 1000℃의 온도에 이르기까지 제2 GaN 장벽층(54)을 형성하는 것이 예시되어 있다.

상기 AlGaN층(53)에는 Al이 10~50% 포함된다. 즉, 상기 AlGaN층(53)은 Al_xGa_1-xN로 표현될 수 있으며, x는 0.1~0.5 범위에 속하는 값을 갖는다.

한편, 상기 활성층(50) 형성 과정에서 상기 NH₃ 및 트리메틸갈륨(TMGa)은 상기 상기 InGaN 우물층(51)의 표면을 보호하기 위해 중단없이 지속적으로 공급된다.

도 7을 참조하면, 상기 제2 GaN 장벽층(54) 위에 제2 도전형의 반도체층(60)이 형성된다.

상기 제2도전형의 반도체층(60)은 마그네슘(Mg)이 도핑된 GaN층으로 형성될 수 있으며, P형 반도체층으로 형성된다.

도 8을 참조하면, 상기 제2도전형의 반도체층(60), 활성층(50) 및 제1도전형의 반도체층(40)의 일부를 제거한다.

그리고, 상기 제1도전형의 반도체층(40) 상에 제1전극층(70)을 형성하고, 상기 제2도전형의 반도체층(60) 상에 제2전극층(80)을 형성한다.

상기와 같은 발광 소자는 상기 제1전극층(70) 및 제2전극층(80)에 전원이 인가되면, 상기 활성층(50)에서 빛이 방출되어 발광하게 된다.

한편, 실시예에 따른 발광 소자는 상기 활성층(50)이 InGaN 우물층(51), 제1 GaN 장벽층(52), AlGaN층(53), 제2 GaN 장벽층(54)의 구조를 갖고, 상기 제2 GaN 장벽층(54)의 박막 품질이 좋기 때문에, ESD(ElectroStatic Discharge) 특성과 VBR(Breakdown Voltage) 특성이 우수하다.

실시예는 발광 소자 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

실시예는 발광 효율 및 전기적 특성이 향상된 발광 소자 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

Claims (12)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1 도전형의 반도체층을 형성하는 단계;

   상기 제1 도전형의 반도체층 위에 활성층을 형성하는 단계; 및

   상기 활성층 위에 제2 도전형의 반도체층을 형성하는 단계가 포함되고,

   상기 활성층을 형성하는 단계는 상기 제1 도전형의 반도체층 위에 InGaN 우물층을 형성하는 단계와, 상기 InGaN 우물층위에 제1 GaN 장벽층을 형성하는 단계와, 상기 제1 GaN 장벽층 위에 AlGaN층을 형성하는 단계 및 상기 AlGaN층위에 제2 GaN 장벽층을 형성하는 단계를 포함하며,

   상기 제2 GaN 장벽층은 상기 제1 GaN 장벽층 보다 높은 온도에서 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조방법.
6. 삭제
7. 제 5항에 있어서,

   상기 InGaN 우물층은 650~850℃의 온도에서 NH₃, 트리메틸갈륨(TMGa), 트리메틸인듐(TMIn)이 공급되어 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조방법.
8. 제 5항에 있어서,

   상기 제1 GaN 장벽층은 상기 InGaN 우물층 형성 후, 온도를 증가시키면서 800~1000℃의 온도에서 NH₃, 트리메틸갈륨(TMGa)을 공급하여 형성하는 것을 특징으 로 하는 발광 소자 제조방법.
9. 제 5항에 있어서,

   상기 AlGaN층은 800~1000℃의 온도에서 NH₃, 트리메틸갈륨(TMGa), 트리메틸 알루미늄(TMAl)을 공급하여 형성하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조방법.
10. 제 5항에 있어서,

    상기 제2 GaN 장벽층은 상기 AlGaN층 형성 후, 온도를 증가시키면서 850~1100℃의 온도에서 NH₃, 트리메틸갈륨(TMGa)을 공급하여 형성하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조방법.
11. 제 5항에 있어서,

    상기 AlGaN층은 Al_xGa_1-xN로 표현되고, x는 0.1~0.5 범위에 속하는 값을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조방법.
12. 제 5항에 있어서,

    상기 활성층을 형성하는 과정에서 NH₃ 및 트리메틸갈륨(TMGa)은 지속적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조방법.

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