KR101372846B1 - Method for manufacturing nitride semiconductor light emitting device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 질화물계 광전소자의 전자와 홀의 이동도와 전하농도의 차이에 의한 광출력 저하, 주입전류 증가에 따른 효율 감소 문제를 개선하여 홀의 주입효율을 향상시킨 고출력의 질화물계 반도체 발광소자 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
따라서 본 발명은 다양자 우물구조의 활성층에서 발광에 기여하지 않는 우물들에 직접 홀(정공)을 주입시킴으로써, 전자와 홀의 재결합 불균일성을 해소하여 발광 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.The present invention provides a method of manufacturing a nitride-based semiconductor light emitting device having a high output power to improve the injection efficiency of the hole by improving the efficiency of light injection due to the difference between the electron and hole mobility and the charge concentration of the nitride-based photoelectric device, the efficiency decrease due to the injection current increase It aims to provide.
Therefore, the present invention has an advantage of improving light emission efficiency by eliminating recombination non-uniformity of electrons and holes by directly injecting holes (holes) into wells that do not contribute to light emission in the active layer of the multi-well structure.
Description
본 발명은 질화물계 반도체 발광소자 제조 방법에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 질화물계 광전소자의 전자와 홀의 이동도와 전하농도의 차이에 의한 광출력 저하, 주입전류 증가에 따른 효율 감소 문제를 개선하여 홀의 주입효율을 향상시킨 고출력의 질화물계 반도체 발광소자 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for manufacturing a nitride-based semiconductor light emitting device, and more particularly, to improve the light output due to the difference between the electron and hole mobility and the charge concentration of the nitride-based semiconductor light emitting device, the efficiency reduction problem due to the increase of the injection current A method of manufacturing a high output nitride-based semiconductor light emitting device having improved hole injection efficiency.
발광소자는 전자가 천이될 때 빛을 방출하는 현상을 이용한 발광 소자로서, 발광소자의 발광은 반도체 전도대(conduction band)의 전자들이 가전자대(valence band)의 정공(hole)과 재결합하는 과정에서 일어난다.The light emitting device is a light emitting device using a phenomenon of emitting light when electrons are transitioned, the light emission of the light emitting device occurs in the process of recombination of the electrons in the semiconductor conduction band (hole) of the valence band (hole) .
발광소자는 종래의 광원에 비해 소형이고, 수명은 길며, 전기 에너지가 빛에너지로 직접 변환하기 때문에 전력이 적게 들고 효율이 좋다. 또한 고속응답이라 자동차 계기류의 표시소자, 광통신용 광원 등 각종 전자기기의 표시용 램프, 숫자표시 장치나 계산기의 카드 판독기 등에 쓰이고 있다.The light emitting device is smaller than the conventional light source, has a long lifetime, and has low power and good efficiency because electrical energy is directly converted into light energy. It is also used for display devices such as display devices for automotive instruments, light sources for optical communication, display lamps for various electronic devices, card readers for numeric display devices and calculators.
최근에는 질화 갈륨을 이용한 발광소자(LED;Light Emitting Diode), 레이저 다이오드(LD;Laser Diode)는 대규모 총천연색 평판 표시장치, 신호등, 실내 조명과 고밀도 광원, 고해상도 출력 시스템, 광통신 등의 응용 분야를 갖고 있어 많은 연구자들의 관심의 대상이 되고 있으며, 이의 상업화를 위한 시도도 끊임없이 진행되고 있는 실정이다.Recently, light emitting diodes (LEDs) and laser diodes (LDs) using gallium nitride have applications such as large-scale full-color flat panel display devices, traffic lights, indoor lighting and high density light sources, high resolution output systems, and optical communications. As a result, many researchers are attracting attention, and attempts for commercialization are ongoing.
상기 발광소자에서 방출되는 빛의 파장은 사용되는 반도체 재료의 밴드 갭 함수이다. The wavelength of the light emitted by the light emitting element is a band gap function of the semiconductor material used.
작은 밴드 갭(Band Gap)에서는 낮은 에너지와 더 긴 파장의 빛을 방출시키고, 더 짧은 파장의 빛을 방출하기 위해서는 더 넓은 밴드 갭을 갖는 재료가 요구된다.Small band gaps require materials with a wider band gap to emit lower energy and longer wavelengths of light, and shorter wavelengths of light.
상기 발광소자의 발광 파장은 반도체에 첨가되는 불순물의 종류를 바꿈으로써 조절한다. The light emission wavelength of the light emitting device is controlled by changing the type of impurities added to the semiconductor.
예를 들어, 인화 갈륨의 경우, 아연 및 산소 원자가 관여하는 발광은 적색(파장 700nm)이고, 질소 원자가 관여하는 발광은 녹색(파장 550nm)이다. For example, in the case of gallium phosphide, the light emission involving zinc and oxygen atoms is red (wavelength 700 nm), and the light emission involving nitrogen atoms is green (wavelength 550 nm).
반면, 스펙트럼의 청색 또는 자외선 파장을 갖는 빛을 생성하기 위해서는 비교적 큰 밴드 갭을 갖는 반도체 재료인 실리콘 카바이드(SiC)와 Ⅲ족 질화물계 반도체, 특히 GaN(질화 갈륨)이 있다.On the other hand, silicon carbide (SiC) and Group III nitride-based semiconductors, particularly GaN (gallium nitride), are semiconductor materials having a relatively large bandgap in order to generate light having blue or ultraviolet wavelengths in the spectrum.
단파장 발광소자는 색 자체 외에도, 광기록장치의 저장 공간을 증가시킬 수 있다는 장점(적색 광에 비해 약 4배 증가 가능)을 갖고 있다.In addition to the color itself, the short wavelength light emitting device has an advantage of increasing the storage space of the optical recording device (about four times larger than that of red light).
이와 같은 청색광을 위한 질화물계 화합물 반도체중 GaN는 다른 Ⅲ족 질화물계와 마찬가지로, 벌크 단결정체를 형성할 수 있는 실용 가능한 기술이 없다. Among such nitride compound semiconductors for blue light, GaN has no practical technology capable of forming bulk single crystals like other group III nitride systems.
따라서, GaN 결정의 성장에 적합한 기판을 사용하여야 하며, 대표적으로는 사파이어 기판, 즉, 알루미늄 옥사이드 기판이 있다.Therefore, a substrate suitable for the growth of GaN crystals should be used, typically a sapphire substrate, that is, an aluminum oxide substrate.
도 1은 일반적인 발광소자의 단면도로서, 발광소자(10)는 사파이어 기판(11) 상부에 n-GaN층(12), 활성층(13)과 p-GaN층(14)이 순차적으로 형성되어 있고, 상기 p-GaN층(14)에서 n-GaN층(12)까지 메사(Mesa)식각되어 있으며, 상기 p-GaN층(14)의 상면에는 투명 전극층(15)이 형성되고, 투명 전극층(15)의 상부에는 p-전극(16)이 형성되au, 메사 식각된 n-GaN층(12)의 상부에는 n-전극(17)이 형성되어 있다.1 is a cross-sectional view of a general light emitting device, in which the n-
이렇게 완성된 발광소자(10)는 p-전극(16)에 양의 부하를, n-전극(17)에 음의 부하를 공급하게 되면, p-GaN층(14)과 n-GaN층(12)으로부터 각각 홀과 전자들이 활성층(13)으로 모여 재결합함으로써, 상기 활성층(13)에서 발광을 하게 된다.When the
한편, 질화물계 반도체에서 홀의 상대적으로 큰 유효질량에 의해 전자와 홀의 이동도 차이가 10배 이상 발생하고, 또한 p형 도펀트의 높은 이온화 에너지 때문에 홀 농도는 전자 농도에 비해 10배 이상 작다.On the other hand, in nitride-based semiconductors, the difference in electron and hole mobility is caused by 10 times or more due to the relatively large effective mass of the holes, and the hole concentration is 10 times or more smaller than the electron concentration due to the high ionization energy of the p-type dopant.
따라서 이동도가 작은 주입된 홀은 n-GaN층(12) 쪽의 양자우물까지 도달하지 못하거나 도달하는 개수 또한 적어 일반적으로 다양자 우물구조에서 p-GaN층(14) 쪽의 양자우물에서만 재결합이 발생하여 활성층(13)의 양자우물 내 홀의 불균일이 개선되지 못하는 문제점이 있다.Therefore, the injected holes with small mobility do not reach or reach the quantum wells on the n-
또한, p-GaN층(14)과 p-전극(16) 사이에 형성된 투명 전극층(15)은 투명 전도성 산화물(Transparent Conducting Oxide)로서, 전반사를 감소시킬 뿐만 아니라 투광성이 좋기 때문에, p-GaN층(14) 쪽으로 방출되는 빛의 추출 효율을 증가시킬 수 있는 장점이 있지만, 상기 투명 전극층(15)은 전도도가 높지 않기 때문에 전류의 확산이 잘 이루어지지 않고, 전류 주입 면적이 작아 발광소자의 발광 효율을 저하시키는 문제점이 있다.
또한, 한국 특허등록번호 제10-1158126호(발명의 명칭 : 질화 갈륨계 발광 다이오드)에는 전류 주입 면적을 증가시켜 발광 효율을 증가시킬 수 있는 질화 갈륨계 발광 다이오드가 개시되어 있다.
In addition, the
In addition, Korean Patent Registration No. 10-1158126 (name of the invention: gallium nitride-based light emitting diode) discloses a gallium nitride-based light emitting diode that can increase the luminous efficiency by increasing the current injection area.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 질화물계 광전소자의 전자와 홀의 이동도와 전하농도의 차이에 의한 광출력 저하, 주입전류 증가에 따른 효율 감소 문제를 개선하여 홀의 주입효율을 향상시킨 고출력의 질화물계 반도체 발광소자 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
In order to solve this problem, the present invention improves the efficiency of light injection due to the difference between the electron and hole mobility and the charge concentration of the nitride-based photoelectric device, the efficiency reduction due to the injection current to improve the injection efficiency of the high output nitride An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor semiconductor light emitting device.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 질화물계 반도체 발광소자 제조 방법으로서, a) 기판부 상에 n형 반도체층, 도핑되지 않은 비도핑 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 순차적으로 적층하여 반도체층을 형성하는 단계; b) 상기 적층된 반도체층의 일측은 활성층 및 p형 반도체층을 일정 폭으로 식각하여 n형 반도체층까지 노출된 메사 식각면을 형성하고, 타측은 상기 활성층 및 p형 반도체층을 일정 폭으로 식각하여 도핑되지 않은 비도핑 반도체층까지 노출된 수직 전극면을 형성하는 단계; c) 상기 a)단계에서 형성된 p형 반도체층의 상면과, 상기 b)단계에서 형성된 수직 전극면에 각각 수평 방향과 수직 방향으로 정공(홀)이 주입되도록 수직 전극부(171)를 갖는 투명 전극층을 형성하는 단계; 및 d) 상기 투명 전극층의 상부와 식각을 통해 노출된 n형 반도체층의 상부에 각각 p형 전극과 n형 전극을 형성하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for manufacturing a nitride-based semiconductor light emitting device, a) a semiconductor by sequentially stacking an n-type semiconductor layer, an undoped undoped semiconductor layer, an active layer and a p-type semiconductor layer on the substrate portion Forming a layer; b) one side of the stacked semiconductor layer is formed by etching the active layer and the p-type semiconductor layer to a predetermined width to form a mesa etching surface exposed to the n-type semiconductor layer, the other side is etching the active layer and p-type semiconductor layer to a predetermined width Thereby forming a vertical electrode surface exposed to the undoped undoped semiconductor layer; c) a transparent electrode layer having
또한, 본 발명에 따른 상기 b)단계는 노출된 비도핑 반도체층 상에 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, step b) according to the invention is characterized in that it further comprises the step of forming an insulating layer on the exposed undoped semiconductor layer.
또한, 본 발명에 따른 상기 a)단계의 활성층은 다양자 우물구조인 것을 특징으로 한다.In addition, the active layer of step a) according to the invention is characterized in that the multi-well well structure.
또한, 본 발명에 따른 상기 c)단계의 수직 전극부는 터널링을 통해 활성층의 측면에서 홀이 주입되도록 하는 것을 특징으로 한다.
In addition, the vertical electrode portion of step c) according to the invention is characterized in that the hole is injected from the side of the active layer through tunneling.
본 발명은 본 발명은 다양자 우물구조의 활성층에서 발광에 기여하지 않는 우물들에 직접 홀(정공)을 주입시킴으로써, 전자와 홀의 재결합 불균일성을 해소하여 발광 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.The present invention has the advantage that by injecting holes (holes) directly into the wells that do not contribute to light emission in the active layer of the multi-well structure, the light emission efficiency can be improved by eliminating the recombination non-uniformity of the electrons and holes.
또한, 본 발명은 질화물계 광전소자의 전자와 홀의 이동도와 전하농도의 차이에 의한 광출력 저하, 주입전류 증가에 따른 효율 감소 문제를 개선하여 홀의 주입 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
In addition, the present invention has an advantage of improving the injection efficiency of the hole by improving the efficiency of light reduction due to the difference between the mobility and charge concentration of electrons and holes of the nitride-based photoelectric device, the efficiency decrease due to the injection current.
도 1 은 일반적인 발광소자의 구성을 나타낸 단면도.
도 2 는 본 발명에 따른 질화물계 반도체 발광소자 제조 방법을 통해 제조한 발광소자를 나타낸 사시도.
도 3 은 본 발명에 따른 질화물계 반도체 발광소자 제조 방법의 제 1 실시예에 따른 발광소자의 제조 과정을 나타낸 단면도.
도 4 는 도 3에 따른 질화물계 반도체 발광소자 제조 방법의 수직 전극면 형성 과정을 나타낸 단면도.
도 5 는 도 3에 따른 질화물계 반도체 발광소자 제조 방법의 메사 식각면 형성 과정을 나타낸 단면도.
도 6 은 도 3에 따른 질화물계 반도체 발광소자 제조 방법의 투명 전극층 형성 과정을 나타낸 단면도.
도 7 은 도 3에 따른 질화물계 반도체 발광소자 제조 방법의 전극 형성 과정을 나타낸 단면도.
도 8 은 본 발명에 따른 질화물계 반도체 발광소자 제조 방법의 제 2 실시예에 따른 발광소자를 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view showing the configuration of a general light emitting device.
Figure 2 is a perspective view showing a light emitting device manufactured by the nitride-based semiconductor light emitting device manufacturing method according to the present invention.
3 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a light emitting device according to a first embodiment of the method for manufacturing a nitride based semiconductor light emitting device according to the present invention;
4 is a cross-sectional view illustrating a vertical electrode surface forming process of the nitride-based semiconductor light emitting device manufacturing method according to FIG. 3.
5 is a cross-sectional view illustrating a mesa etching surface forming process of the nitride-based semiconductor light emitting device manufacturing method according to FIG.
6 is a cross-sectional view illustrating a transparent electrode layer forming process of the nitride-based semiconductor light emitting device manufacturing method according to FIG. 3.
7 is a cross-sectional view illustrating an electrode forming process of the nitride-based semiconductor light emitting device manufacturing method according to FIG. 3.
8 is a cross-sectional view showing a light emitting device according to a second embodiment of the method for manufacturing a nitride-based semiconductor light emitting device according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 질화물계 반도체 발광소자 제조 방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the nitride-based semiconductor light emitting device manufacturing method according to the present invention.
(제 1 실시예)(Embodiment 1)
도 2는 본 발명에 따른 질화물계 반도체 발광소자 제조 방법을 통해 제조한 발광소자를 나타낸 사시도이고, 도 3 내지 도 7은 제 1 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자 제조 과정을 나타낸 도면이다.2 is a perspective view showing a light emitting device manufactured by the method for manufacturing a nitride-based semiconductor light emitting device according to the present invention, Figures 3 to 7 is a view showing a manufacturing process of the nitride-based semiconductor light emitting device according to the first embodiment.
도 2 내지 도 7에 나타낸 바와 같이, 제 1 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자(100)의 제조 방법은 반도체층을 형성하는 단계와, 수직 전극면(210)을 형성하는 단계와, 투명 전극층(170)을 형성하는 단계와, p형 전극(180)과 n형 전극(181)을 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.2 to 7, the method of manufacturing the nitride based semiconductor
상기 반도체층을 형성하는 단계는 기판부(110) 상에 n형 반도체층(130), 도핑되지 않은 비도핑 반도체층(140), 활성층(150) 및 p형 반도체층(160)을 순차적으로 적층하여 반도체층을 형성한다.In the forming of the semiconductor layer, the n-
상기 기판부(110)는 그 위에 성장하는 질화물 반도체 물질과의 격자 정합을 고려하여 사파이어 기판을 사용하는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 실리콘 카바이드, 갈륨비소(GaAs), 갈륨 나이트라이드(GaN), 알루미늄갈륨나이트라이드(AlGa1-xN, 0<=x<1), 실리콘(Si) 등을 이용하여 기판부(110)를 구성할 수도 있다.The
상기 기판부(110) 상에는 n형 반도체층(130), 활성층(150), p형 반도체층(160)이 유기금속화학증착법(MOCVD), 분자빔 성장법(MBE), 또는 하이브리드 기상증착법(HVPE)과 같은 공지의 증착 공정을 이용하여 순차적으로 적층된 반도체층이 형성되도록 한다.The n-
상기 n형 반도체층(130)은 GaN, AlGaN, GaInN 등으로 이루어진 질화물 반도체층의 형성과정에서 적절한 불순물로 도핑을 하고, n형 도핑에 사용되는 불순물로는 Si, Ge, Se, Te, 또는 C 등이 사용될 수 있다.The n-
또한, 상기 n형 반도체층(130)은 기판부(110)와의 사이에 도핑되지 않은 비도핑 반도체층(120)을 형성하여 격자 주기가 급격히 변함으로 인하여 결함이 발생되어 박막 특성이 저하되는 것을 방지하도록 한다.In addition, the n-
또한, 상기 n형 반도체층(130)은 활성층(150)과의 사이에 일정 두께를 가지는 도핑되지 않은 비도핑 반도체층(140)을 형성하여 발광소자(100) 내부의 ESD(Electro Static Discharge)가 개선될 수 있도록 하고, 또한 n측의 면 저항을 p측의 면 저항(단위 면적당 10 ~ 20Ω 정도)에 근접하도록 낮추면서도 결정성을 확보할 수 있도록 한다.In addition, the n-
상기 활성층(150)은 전자 및 정공이 재결합되는 영역으로서, InGaN을 포함하여 이루어지며, 상기 활성층(150)을 이루는 물질의 종류에 따라 발광셀에서 추출되는 발광 파장이 결정되고, 상기 활성층(130)은 양자 우물층과 장벽층이 반복적으로 형성된 다층막의 다양자 우물구조이다.The
상기 p형 반도체층(160)은 GaN, AlGaN, GaInN 등으로 이루어진 질화물 반도체층의 형성과정에서 적절한 불순물로 도핑을 하고, p형 도핑에 사용되는 불순물로는 Mg, Zn 또는 Be 등이 사용될 수 있다.The p-
상기 수직 전극면(210)을 형성하는 단계는 적층이 완료된 반도체층의 일측은 활성층(150) 및 p형 반도체층(160)을 일정 폭으로 식각하여 n형 반도체층(130)까지 노출된 메사 식각면(200)을 형성하고, 타측은 상기 활성층(150) 및 p형 반도체층(160)을 일정 폭으로 식각하여 도핑되지 않은 비도핑 반도체층(140)까지 노출된 수직 전극면(210)이 형성되도록 한다.In the forming of the
상기 투명 전극층(170)을 형성하는 단계는 적층된 p형 반도체층(160)의 상면과, 메사 식각을 통해 형성된 수직 전극면(210)에 각각 수평 방향과 수직 방향으로 정공(홀)이 주입될 수 있도록 수직 전극부(171)를 갖는 투명 전극층(170)이 형성되도록 한다.In the forming of the
상기 투명 전극층(170)은 발광소자에서 외부로 방출되는 빛이 전반사되어, 발광소자 내부에서 흡수, 감쇄되는 것을 감소시키고, ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide) 또는 ZCO(Zinc Carbon Oxide) 등의 재질로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 ITO로 이루어진다.The
또한, 상기 투명 전극층(170)은 p형 전극(180)으로 전류가 공급될 경우, 공급되는 전류가 고르게 공급되도록 하고, 수직 전극면(210)의 측면에 수직 방향으로 형성된 수직 전극부(171)는 상기 반도체층의 활성층(150) 측면에 배리어 전극이 형성되도록 하여 상기 수직 전극부(171)를 통해 활성층의 다양자 우물에 직접 홀을 주입시켜 상대적으로 높은 정공 농도 및 이동도를 가질 수 있게 한다.In addition, when the current is supplied to the p-
즉 p형 반도체층(160)의 정공은 무겁고 이동도가 작아 정공의 확산이 잘 이루어지지 않는 성질을 갖고 있으며, 이는 다양자 우물구조의 활성층(150)에서 p형 반도체 쪽 양자우물에서만 재결합이 이루어져서, 활성층(150)의 전 영역이 아닌 일부 영역으로만 전류가 주입되는 결과를 유발시키므로 활성층(150)의 전 영역에 걸쳐 빛을 형성시키지 못하게 할 뿐 아니라, 출력을 높이기 위한 많은 전류의 주입도 제한된다.That is, the holes of the p-
따라서 상기 수직 전극부(171)는 상기 활성층(150)의 측면에 수직 방향으로 배리어 전극을 형성하여 서로 간의 상호작용이 거의 없이 인접한 우물에 분리 속박되어 있던 전자나 정공이 인접 우물로 쉽게 이동할 수 있도록 터널링을 통해 활성층(150)의 측면에서 홀이 주입되도록 한다.Accordingly, the
상기 터널링은 쇼트키 배리어 또는 터널 배리어 중 어느 하나의 형태로 이루어져, 수직 전극부(171)에서 활성층(150)으로 공급되는 정공이 증가하여 전류의 원활한 이동과 고수율의 광이 생성되도록 유도할 수 있게 된다.The tunneling may be formed of any one of a schottky barrier or a tunnel barrier, and the holes supplied from the
상기 p형 전극(180)과 n형 전극(181)을 형성하는 단계는 투명 전극층(170)의 상부와 식각을 통해 노출된 n형 반도체층(130)의 상부에 각각 p형 전극(180)과 n형 전극(181)이 형성되도록 한다.The forming of the p-
상기 p형 전극(180)은 투명 전극층(170) 상에 Au 또는 AU 합금으로 이루어진 재료로 하여 유기금속화학증착법 등을 통해 증착하거나 스퍼터링 등의 공정을 통해 형성되도록 하고, 상기 n형 전극(181)은 식각을 통해 노출된 n형 반도체층(130) 상에 Ti, Cr, Al, Cu 및 Au로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료로 하여 유기금속화학증착법 등을 통해 증착하거나 스퍼터링 등의 공정을 통해 형성되도록 한다.
The p-
(제 2 실시예)(Second Embodiment)
도 8에 나타낸 바와 같이, 제 2 실시예에 따른 질화물계 반도체 발광소자(100')는 반도체층을 형성하는 단계와, 수직 전극면(210)을 형성하는 단계와, 비도핑 반도체층(140) 상에 절연층(190)을 형성하는 단계와, 투명 전극층(170)을 형성하는 단계와, p형 전극(180)과 n형 전극(181)을 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 8, the nitride-based semiconductor
상기 반도체층을 형성하는 단계는 기판부(110) 상에 n형 반도체층(130), 도핑되지 않은 비도핑 반도체층(140), 활성층(150) 및 p형 반도체층(160)을 순차적으로 적층하여 반도체층을 형성한다.In the forming of the semiconductor layer, the n-
상기 기판부(110)와 n형 반도체층(130) 사이에는 도핑되지 않은 비도핑 반도체층(120)이 형성될 수도 있다.An undoped
상기 수직 전극면(210)을 형성하는 단계는 적층이 완료된 반도체층의 일측은 활성층(150) 및 p형 반도체층(160)을 일정 폭으로 식각하여 n형 반도체층(130)까지 노출된 메사 식각면(200)을 형성하고, 타측은 상기 활성층(150) 및 p형 반도체층(160)을 일정 폭으로 식각하여 도핑되지 않은 비도핑 반도체층(140)까지 노출된 수직 전극면(210)이 형성되도록 한다.In the forming of the
상기 비도핑 반도체층(140) 상에 절연층(190)을 형성하는 단계는 n형 반도체층(130)과 수직 방향으로 증착된 투명 전극층(170) 사이를 절연하는 구성으로서, 상기 투명 전극층(170)의 수직 전극부(171)로부터 메사 식각을 통해 노출된 도핑되지 않은 비도핑 반도체층(140)에 증착시켜 n형 반도체층(130)과의 접촉이 방지되도록 한다.The step of forming the insulating
또한, 상기 절연층(190)으로 사용될 수 있는 물질로는 통상 SiO2가 바람직하며, 이외에도 Si3N4, Al2O3 등의 절연물질들이 사용될 수 있다.In addition, SiO 2 is generally used as a material that may be used as the insulating
상기 투명 전극층(170)을 형성하는 단계는 적층된 p형 반도체층(160)의 상면과, 메사 식각을 통해 형성된 수직 전극면(210)에 각각 수평 방향과 수직 방향으로 정공(홀)이 주입될 수 있도록 수직 전극부(171)를 갖는 투명 전극층(170)이 형성되도록 한다.In the forming of the
상기 p형 전극(180)과 n형 전극(181)을 형성하는 단계는 투명 전극층(170)의 상부와 식각을 통해 노출된 n형 반도체층(130)의 상부에 각각 p형 전극(180)과 n형 전극(181)이 형성되도록 한다.The forming of the p-
따라서 다양자 우물구조의 활성층에서 발광에 기여하지 않는 양자 우물들에 직접 홀(정공)을 주입시킴으로써, 전자와 홀의 재결합 불균일성을 해소하여 발광 효율을 향상시킬 수 있고, 질화물계 광전소자의 전자와 홀의 이동도와 전하농도의 차이에 의한 광출력 저하, 주입전류 증가에 따른 효율 감소 문제를 개선하여 홀의 주입 효율을 향상시킨 질화물계 반도체 발광소자(100)를 제공할 수 있게 된다.
Therefore, by directly injecting holes (holes) into the quantum wells that do not contribute to light emission in the active layer of the multi-well structure, the recombination non-uniformity of the electrons and holes can be solved to improve the luminous efficiency, the electron and hole of the nitride-based photoelectric device It is possible to provide the nitride-based semiconductor
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It can be understood that
또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
In the course of the description of the embodiments of the present invention, the thicknesses of the lines and the sizes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation, , Which may vary depending on the intentions or customs of the user, the operator, and the definitions of these terms should be based on the contents throughout this specification.
100 : 발광소자
110 : 기판부
120 : 비도핑 반도체층
130 : n형 반도체층
140 : 비도핑 반도체층
150 : 활성층
160 : p형 반도체층
170 : 투명 전극층
171 : 수직 전극부
180 : p형 전극
181 : n형 전극
190 : 절연층
200 : 수직 전극면
210 : 메사 식각면100: Light emitting element
110:
120: undoped semiconductor layer
130: n-type semiconductor layer
140: undoped semiconductor layer
150: active layer
160: p-type semiconductor layer
170: transparent electrode layer
171: vertical electrode portion
180: p-type electrode
181 n-type electrode
190: insulation layer
200: vertical electrode surface
210: mesa etching surface
Claims (4)
a) 기판부(110) 상에 n형 반도체층(130), 도핑되지 않은 비도핑 반도체층(140), 활성층(150) 및 p형 반도체층(160)을 순차적으로 적층하여 반도체층을 형성하는 단계;
b) 상기 적층된 반도체층의 일측은 활성층(150) 및 p형 반도체층(160)을 일정 폭으로 식각하여 n형 반도체층(130)까지 노출된 메사 식각면(200)을 형성하고, 타측은 상기 활성층(150) 및 p형 반도체층(160)을 일정 폭으로 식각하여 도핑되지 않은 비도핑 반도체층(140)까지 노출된 수직 전극면(210)을 형성하는 단계;
c) 상기 a)단계에서 형성된 p형 반도체층(160)의 상면과, 상기 b)단계에서 형성된 수직 전극면(210)에 각각 수평 방향과 수직 방향으로 정공(홀)이 주입되도록 수직 전극부(171)를 갖는 투명 전극층(170)을 형성하는 단계; 및
d) 상기 투명 전극층(170)의 상부와 식각을 통해 노출된 n형 반도체층(130)의 상부에 각각 p형 전극(180)과 n형 전극(181)을 형성하는 단계를 포함하는 질화물계 반도체 발광소자 제조 방법.
A nitride-based semiconductor light emitting device manufacturing method,
a) forming a semiconductor layer by sequentially stacking an n-type semiconductor layer 130, an undoped undoped semiconductor layer 140, an active layer 150, and a p-type semiconductor layer 160 on the substrate unit 110. step;
b) one side of the stacked semiconductor layer is formed by etching the active layer 150 and the p-type semiconductor layer 160 to a predetermined width to form a mesa etching surface 200 exposed to the n-type semiconductor layer 130, the other side Etching the active layer 150 and the p-type semiconductor layer 160 to a predetermined width to form a vertical electrode surface 210 exposed to the undoped undoped semiconductor layer 140;
c) a vertical electrode part (hole) is injected into the upper surface of the p-type semiconductor layer 160 formed in step a) and the vertical electrode surface 210 formed in step b) in a horizontal direction and a vertical direction, respectively ( Forming a transparent electrode layer 170 having 171; And
d) forming a p-type electrode 180 and an n-type electrode 181 on the upper portion of the transparent electrode layer 170 and the n-type semiconductor layer 130 exposed through etching, respectively. Light emitting device manufacturing method.
e) 상기 b)단계는 노출된 비도핑 반도체층(140) 상에 절연층(190)을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자 제조 방법.
The method of claim 1,
e) the step b) further comprises the step of forming an insulating layer (190) on the exposed undoped semiconductor layer (140).
상기 a)단계의 활성층(150)은 다양자 우물구조인 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자 제조 방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
The active layer 150 of step a) is a nitride-based semiconductor light emitting device manufacturing method characterized in that the multi-well well structure.
상기 c)단계의 수직 전극부(171)는 터널링을 통해 활성층(150)의 측면에서 홀이 주입되도록 하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 발광소자 제조 방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
The vertical electrode part 171 of step c) is a method of manufacturing a nitride-based semiconductor light emitting device, characterized in that the hole is injected from the side of the active layer 150 through tunneling.
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