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KR101392218B1 - 반도체 발광소자 - Google Patents

반도체 발광소자 Download PDF

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KR101392218B1
KR101392218B1 KR1020130016235A KR20130016235A KR101392218B1 KR 101392218 B1 KR101392218 B1 KR 101392218B1 KR 1020130016235 A KR1020130016235 A KR 1020130016235A KR 20130016235 A KR20130016235 A KR 20130016235A KR 101392218 B1 KR101392218 B1 KR 101392218B1
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KR
South Korea
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layer
semiconductor
type
zinc oxide
electrons
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KR1020130016235A
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안도열
Original Assignee
서울시립대학교 산학협력단
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Abstract

발광효율이 향상된 반도체 발광소자가 개시된다. 이러한 반도체 발광소자는 전자와 전공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 활성층, 활성층의 일측에 위치하고 전자가 주입되는 n형 산화아연(ZnO)계 반도체층, 활성층의 타측에 위치하고 정공이 주입되는 p형 질화갈륨(GaN)계 반도체층, 및 활성층과 p형 질화갈륨계 반도체층 사이에 위치하는 전자 장벽층을 포함한다. 이때, 전자 장벽층은 질화갈륨(GaN)계 반도체를 포함하여 타입-2의 밴드 배치를 갖는다. 이와 같이, 본 발명의 반도체 발광소자가 산화아연(ZnO)계 반도체로 이루어진 N측과 질화갈륨(GaN)계 반도체로 이루어지는 P측으로 구성된 하이브리드(hybrid) 타입의 구조를 가짐에 따라, 산화아연(ZnO)계 반도체에 비해 발광효율이 향상될 뿐만아니라, 산화아연(ZnO)계 반도체만으로 발광소자를 제조할 때 발생되는 p형 불순물의 도핑의 어려움도 해결할 수 있다. 또한, 전자를 차단하고 정공을 통과시킬 수 있는 전자 장벽층이 질화갈륨계 반도체의 타입-2 이종 접합 구조를 가짐에 따라 효율적으로 전송자를 주입할 수 있다.

Description

반도체 발광소자{SEMICONDUCTOR LIGHT GENERATING DEVICE}
본 발명은 반도체 발광소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발광효율을 향상시킨 반도체 발광소자에 관한 것이다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다.
일반적으로, 차세대 조명의 핵심소자로 Ⅲ-Ⅴ족 질화물계, 예를 들어 GaN계 양자우물 구조기반 청녹색 단파장 발광소자가 많이 사용되고 있다. 이러한 Ⅲ-Ⅴ족 질화물계 반도체는 성장 온도가 고온이고, 성장에 사용되고 있는 사파이어 기판이 고가이며, 소면적이라는 단점을 갖고 있다. 또한, 상기 Ⅲ-Ⅴ족 질화물계 반도체는 본질적인 특성인 활성층에 인가되는 응력에 비례하는 피에조 전계와 자발 분극에 의해 발광특성이 다른 Ⅲ-Ⅴ족 반도체에 비해 열악하다.
이러한 단점을 극복하기 위해, 저온 성장이 가능하고 대면적 웨이퍼에서의 성장이 가능하며 가격이 저렴한 Ⅲ-Ⅴ족 이외의 다른 반도체, 예를 들어 Ⅱ-Ⅵ족 또는 Ⅰ-Ⅶ족 반도체 기반의 발광소자에 대한 연구가 진행되고 있다. 일반적으로, Ⅱ-Ⅵ족 또는 Ⅰ-Ⅶ족 반도체 기반의 발광소자는 Ⅲ-Ⅴ족 질화물계 양자우물 구조기반 반도체 발광소자보다 발광 효율이 높을 것으로 기대되나, p형 불순물의 도핑이 어렵다는 문제점을 갖고 있다.
한편, Ⅲ-Ⅴ족 질화물계 양자우물 구조기반 반도체 발광소자뿐만 아니라 Ⅱ-Ⅵ족 또는 Ⅰ-Ⅶ족 반도체 기반 반도체 발광소자에 대해서, 그 발광 효율을 높이고자 하는 노력이 계속되고 있다. 특히, 발광소자 내에서 전자가 정공보다 이동속도가 빠름에 따라, 활성층에서의 전자와 전공의 재결합이 방해되어 발광효율이 떨어지는 문제점이 있는데, 이러한 문제점을 해결하기 위해 활성층과 p형 반도체층 사이 전자장벽층(Electron blocking layer: EBL)을 형성할 수 있다. 이러한 전자장벽층은 n형 반도체층에서 활성층으로 이동하는 전자를 차단하고, p형 반도체층에서 활성층으로 이동하는 전공을 원활하게 통과시킴으로써, 활성층에서의 전자와 전공의 재결합을 향상시켜 발광효율을 증가시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 발광소자보다 발광효율이 향상된 반도체 발광소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 발광소자는 전자와 전공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 활성층, 상기 활성층의 일측에 위치하고 전자가 주입되는 n형 산화아연(ZnO)계 반도체층, 상기 활성층의 타측에 위치하고 정공이 주입되는 p형 질화갈륨(GaN)계 반도체층, 및 상기 활성층과 상기 p형 질화갈륨계 반도체층 사이에 위치하는 전자 장벽층(electron blocking layer; EBL)을 포함한다. 이때, 상기 전자 장벽층은 질화갈륨(GaN)계 반도체를 포함하여 타입-2의 밴드 배치(Type-Ⅱ band alignment)를 갖는다.
상기 활성층은 전자 및 정공의 재결합이 일어나고 질화갈륨(GaN)계 반도체를 포함하는 양자 우물층, 및 상기 양자 우물층의 양측에 각각 위치하고, 산화아연(ZnO)계 반도체를 포함하는 양자 장벽층들을 포함할 수 있다. 이때, 상기 양자 우물층은 질화인갈륨(INGaN) 반도체로 이루어질 수 있고, 상기 양자 장벽층은 산화마그네슘아연(MgZnO) 반도체로 이루어질 수 있다.
상기 양자 장벽층들 각각은 상기 양자 우물층과 접하여 위치하고, 상기 양자 우물층의 에너지 밴드갭보다 큰 에너지 밴드갭을 갖는 1차 양자 장벽층, 및 상기 1차 양자 장벽층과 접하여 위치하는 2차 양자 장벽층을 포함할 수 있다.
상기 2차 양자 장벽층은 상기 1차 양자 장벽층의 에너지 밴드갭보다 큰 에너지 밴드갭을 가질 수 있다. 이때, 상기 1차 양자 장벽층은 상기 양자 우물층으로부터 멀어질수록 에너지 밴드갭이 서서히 증가할 수 있다.
또는, 상기 2차 양자 장벽층은 상기 1차 양자 장벽층의 에너지 밴드갭과 동일한 에너지 밴드갭을 갖되, 다중 양자 장벽(muti-quantum barrier) 구조를 가질 수 있다.
상기 전자 장벽층은 질화갈륨(GaN) 반도체 기반에 안티몬질화알루미늄갈륨(AlGaNSb) 또는 비소질화알루미늄갈륨(AlGaNAs) 반도체를 포함하는 타입-2 이종 접합 구조를 가질 수 있다. 이때, 상기 전자 장벽층은 공명 터널 구조(resonant tunneling structure)를 가질 수 있다.
한편, 상기 반도체 발광소자는 상기 n형 산화아연계 반도체층으로 전자를 제공하는 n측 전극, 및 상기 p형 질화갈륨계 반도체층으로 전공을 제공하는 p측 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 n형 산화아연계 반도체층은 상기 n측 전극과 접촉되어 전자를 제공받는 산화아연계 전극접촉층, 및 상기 활성층과 상기 산화아연계 전극접촉층 사이에 형성된 산화아연계 전자주입층을 포함할 수 있다. 이때, 상기 산화아연계 전자주입층은 상기 산화아연계 전극접촉층으로부터 전자를 제공받아 상기 활성층으로 전달한다.
상기 산화아연계 전자주입층은 산화아연(ZnO) 및 산화마그네슘아연(MgZnO) 중 적어도 하나를 포함하고, n형 불순물이 도핑될 수 있다. 상기 산화아연계 전극접촉층은 n형 불순물이 도핑된 산화아연(N-ZnO) 및 n형 불순물이 도핑되지 않은 산화아연(I-ZnO) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이와 같이 반도체 발광소자에 따르면, Ⅱ-Ⅵ족 산화아연(ZnO)계 반도체 기반으로 발광소자가 제조되어 발광효율이 향상될 수 있고, 이때 상기 산화아연계 반도체는 사파이어 기판보다 가격이 저렴하고 대면적이 가능한 산화아연 기판을 통해 성장시킬 수 있다.
또한, 상기 반도체 발광소자가 산화아연(ZnO)계 반도체로 이루어진 N측과 질화갈륨(GaN)계 반도체로 이루어지는 P측으로 구성된 하이브리드(hybrid) 타입의 구조를 가짐에 따라, 산화아연(ZnO)계 반도체만으로 발광소자를 제조할 때 p형 불순물의 도핑이 어렵다는 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 전자를 차단하고 정공을 통과시킬 수 있는 전자 장벽층이 질화갈륨계 반도체의 타입-2 이종 접합 구조를 가짐에 따라 효율적으로 전송자를 주입할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 반도체 발광소자 중 활성층에서의 에너지 밴드갭의 변화의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 반도체 발광소자 중 활성층에서의 에너지 밴드갭의 변화의 다른 일 예를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1의 반도체 발광소자 중 활성층에서의 에너지 밴드갭의 변화의 또 다른 일 예를 도시한 도면이다.
도 5는 도 1에서 반도체 발광소자 중 전자 장벽층에서의 에너지 밴드갭의 변화의 일 예를 도시한 도면이다.
도 6은 도 1에서 반도체 발광소자 중 전자 장벽층에서의 에너지 밴드갭의 변화의 다른 일 예를 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면들에 있어서, 각 장치 또는 막(층) 및 영역들의 두께는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 과장되게 도시되었으며, 또한 각 장치는 본 명세서에서 설명되지 아니한 다양한 부가 장치들을 구비할 수 있으며, 막(층)이 다른 막(층) 또는 기판 상에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 다른 막(층) 또는 기판 상에 직접 형성되거나 그들 사이에 추가적인 막(층)이 개재될 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 반도체 발광소자는 기판(10), n형 산화아연(ZnO)계 반도체층(100), 활성층(200), 전자 장벽층(electron blocking layer, EBL; 300), p형 질화갈륨(GaN)계 반도체층(400), n측 전극(20), 전류 확산층(30) 및 p측 전극(40)을 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 기판(10), 상기 n형 산화아연계 반도체층(100), 상기 활성층(200), 상기 전자 장벽층(300) 및 상기 p형 질화갈륨계 반도체층(400)이 순서대로 형성된다. 이때, 필요에 따라서 상기 각 층들은 다시 세부 층들을 포함할 수 있다. 이후, 식각된 상기 n형 산화아연계 반도체층(100) 상에 상기 n측 전극(20)이 형성되고, 상기 p형 질화갈륨계 반도체층(400) 상에 상기 전류 확산층(30) 및 상기 p측 전극(40)이 형성되며, 이들의 상에 보호막(도시되지 않음)이 더 형성될 수 있다.
상기 기판(10)은 상기 n형 산화아연계 반도체층(100)을 성장시키기 위한 베이스판으로 작용한다. 상기 기판(10)은 예를 들어, 사파이어 기판일 수도 있지만, 바람직하게 산화아연(ZnO) 기판일 수 있다.
상기 n형 산화아연계 반도체층(100)은 상기 기판(10) 상에 형성되고, 상기 n측 전극(20)에서 제공되는 전자를 상기 활성층(200)으로 제공한다. 여기서, 상기 n형 산화아연계 반도체층(100)은 상기 기판(10) 상에 직접 성장되어 형성될 수도 있지만, 상기 기판(10) 및 상기 n형 산화아연계 반도체층(100) 사이에 위치하여 상기 n형 산화아연계 반도체층(100)의 성장을 향상시킬 수 있는 버퍼층(미도시)이 더 형성될 수도 있다.
상기 n형 산화아연계 반도체층(100)은 예를 들어, 상기 n측 전극(20)과 접촉되어 전자를 제공받는 산화아연계 전극접촉층(110), 및 상기 활성층(200)과 상기 산화아연계 전극접촉층(110) 사이에 형성된 산화아연계 전자주입층(120)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 산화아연계 전자주입층(120)은 상기 산화아연계 전극접촉층(110)으로부터 전자를 제공받아 상기 산화아연계 활성층(200)으로 전달한다.
상기 산화아연계 전극접촉층(110)은 n형 불순물이 도핑된 산화아연(N-ZnO) 및 n형 불순물이 도핑되지 않은 산화아연(I-ZnO) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 산화아연계 전자주입층(120)은 산화아연(ZnO) 및 산화마그네슘아연(MgZnO) 중 적어도 하나를 포함하고, n형 불순물이 도핑될 수 있다.
상기 활성층(200)은 상기 n형 산화아연계 반도체층(100) 상에 형성되고, 전자와 전공의 재결합에 의해 빛을 생성한다.
상기 전자 장벽층(300)은 상기 활성층(200) 상에 형성되고, 상기 n형 산화아연계 반도체층(100)에서 주입되어 상기 산화아연계 활성층(200)을 통과하는 전자를 차단하고, 상기 p형 질화갈륨계 반도체층(400)에서 주입되는 정공을 원활히 통과시켜 상기 활성층(200)로 제공하여, 전자와 전공의 재결합을 향상시킬 수 있다.
상기 p형 질화갈륨계 반도체층(400)은 상기 전자 장벽층(300) 상에 형성되어 상기 p측 전극(40)에서 제공되는 정공을 상기 활성층(200)로 전달한다. 이때, 상기 p형 질화갈륨계 반도체층(400)은 p형 불순물이 도핑된 질화갈륨(P-GaN) 반도체로 이루어질 수 있다.
상기 전류 확산층(30)은 상기 p형 질화갈륨계 반도체층(400) 상에 형성되어 있고, 그 위에 상기 p측 전극(40)이 형성된다. 상기 전류 확산층(30)은 상기 p측 전극(40)에서 인가되는 정공을 확산시켜 상기 p형 질화갈륨계 반도체층(400)의 전 영역으로 골고루 확산시키는 역할을 수행하며, 광이 쉽게 투과될 수 있도록 투명한 물질로 이루어진다. 즉, 상기 전류 확산층(30)은 투명한 도성성 물질, 예를 들어 ITO로 이루어질 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 상기 n측 전극(20) 및 상기 p측 전극(40)이 동일한 방향을 향하도록 배치된 수평형 반도체 발광소자 구조를 일례로 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 상기 n측 전극(20) 및 상기 p측 전극(40)이 서로 반대방향에 배치된 수직형 반도체 발광소자(이 경우, 상기 기판(10)은 제거될 수 있음)에도 동일하게 적용될 수 있다.
이하, 별도의 도면들을 이용하여 상기 활성층(200)에 대해 상세하게 설명하고자 한다.
도 2는 도 1의 반도체 발광소자 중 활성층에서의 에너지 밴드갭의 변화의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 활성층(200)은 전자 및 정공의 재결합이 일어나고 질화갈륨(GaN)계 반도체를 포함하는 양자 우물층(210), 및 상기 양자 우물층(210)의 양측에 각각 위치하고 산화아연(ZnO)계 반도체를 포함하는 양자 장벽층들(220)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 양자 우물층(210)은 질화인갈륨(INGaN) 반도체로 이루어질 수 있고, 상기 양자 장벽층들(220) 각각은 산화마그네슘아연(MgZnO) 반도체로 이루어질 수 있다.
상기 양자 장벽층들(220) 각각은 상기 양자 우물층(210)과 접하여 위치하고 상기 양자 우물층(210)의 에너지 밴드갭보다 큰 에너지 밴드갭을 갖는 1차 양자 장벽층(222), 및 상기 1차 양자 장벽층(222)과 접하여 위치하는 2차 양자 장벽층(224)을 포함할 수 있다.
상기 2차 양자 장벽층(224)은 상기 1차 양자 장벽층(222)의 에너지 밴드갭보다 큰 에너지 밴드갭을 가질 수 있다. 즉, 상기 1차 양자 장벽층(222)은 상기 양자 우물층(210) 및 상기 2차 양자 장벽층(224) 사이의 중간 에너지 밴드갭을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 2차 양자 장벽층(224)은 상기 1차 양자 장벽층(222)과 동일한 산화마그네슘아연(MgZnO) 반도체로 이루어지되, 상기 1차 양자 장벽층(222)보다 높은 구성비의 마그네슘(Mg)을 가짐으로써, 상기 1차 양자 장벽층(222)의 에너지 밴드갭보다 큰 에너지 밴드갭을 가질 수 있다.
한편 본 실시예에서, 상기 활성층(200)은 도면에는 상기 양자 우물층(210)이 하나인 단일 양자우물 구조를 일례로 도시하였으나, 바람직하게는 상기 양자 우물층(210)과 상기 양자 장벽층(220)이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조로 이루어질 수 있다.
도 3은 도 1의 반도체 발광소자 중 활성층에서의 에너지 밴드갭의 변화의 다른 일 예를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 1차 양자 장벽층(222)은 상기 양자 우물층(210) 및 상기 2차 양자 장벽층(224) 사이의 에너지 밴드갭을 갖되, 상기 양자 우물층(210)으로부터 멀어질수록 에너지 밴드갭이 서서히 증가할 수 있다.
구체적으로, 상기 1차 양자 장벽층(222)은 상기 2차 양자 장벽층(224)과 동일한 산화마그네슘아연(MgZnO) 반도체로 이루어지되, 상기 양자 우물층(210)으로부터 멀어질수록 마그네슘(Mg)의 구성비가 서서히 증가됨으로써, 상기 양자 우물층(210)으로부터 멀어질수록 서서히 증가하는 에너지 밴드갭을 가질 수 있다. 이때, 상기 2차 양자 장벽층(224)과 접하는 상기 1차 양자 장벽층(222)의 최외곽은 상기 2차 양자 장벽층(224)과 동일한 에너지 밴드갭을 가질 수 있다.
도 4는 도 1의 반도체 발광소자 중 활성층에서의 에너지 밴드갭의 변화의 또 다른 일 예를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 2차 양자 장벽층(224)은 상기 1차 양자 장벽층(222)의 에너지 밴드갭과 동일한 에너지 밴드갭을 갖되, 다중 양자 장벽(muti-quantum barrier) 구조를 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 2차 양자 장벽층(224)은 산화마그네슘아연(MgZnO) 반도체를 기반으로 이보다 에너지 밴드갭이 낮은 물질, 예를 들어 질화갈륨계 반도체를 포함하여 다수의 양자 장벽을 형성시킬 수 있다.
이하, 별도의 도면들을 이용하여 상기 전자 장벽층(300)에 대해 상세하게 설명하고자 한다.
도 5는 도 1에서 반도체 발광소자 중 전자 장벽층에서의 에너지 밴드갭의 변화의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 전자 장벽층(300)은 상기 활성층(200) 상에 형성되고, 질화갈륨(GaN)계 반도체를 포함하여 타입-2의 밴드 배치(Type-Ⅱ band alignment)를 갖는다. 이때, '타입-2의 밴드 배치'라 함은, 전도대(Ec)의 에너지가 주변에 비해 큰 경우, 가전자대(Ev)의 에너지도 주변에 비해 큰 구조를 가지는 밴드 배치를 의미한다. 이는, 전도대(Ec)의 에너지가 주변에 비해 큰 경우, 가전자대(Ev)의 에너지는 주변에 비해 작은 구조를 가지는 밴드 배치를 의미하는 '타입-1의 밴드 배치'와 구별된다.
구체적으로, 상기 전자 장벽층(300)은 질화갈륨(GaN) 반도체 기반에 안티몬질화알루미늄갈륨(AlGaNSb) 또는 비소질화알루미늄갈륨(AlGaNAs) 반도체를 포함하는 타입-2 이종 접합 구조를 가질 수 있고, 이에 더하여 p형 불순물이 더 도핑될 수도 있다.
한편, 본 실시예에서, 상기 반도체 발광소자는 상기 p형 질화갈륨계 반도체층(400)에서 제공되는 정공의 주입을 향상시킬 수 있는 정공 축적층(hole accumulation layer; 미도시)을 더 포함할 수 있다.
상기 정공 축적층은 상기 활성층(200)과 상기 전자 장벽층(300) 사이, 상기 전자 장벽층(300) 내, 그리고 상기 전자 장벽층(300)과 상기 p형 질화갈륨계 반도체층(400) 사이 중 적어도 한 곳에 형성되어 정공의 주입을 향상시킬 수 있다. 상기 정공 축적층은 적어도 하나의 p형 델타 도핑층을 포함할 수 있다. 이때 상기 p형 델타 도핑층은 성장 도중에 p형 불순물을 얇게 도핑하여 형성된 층을 의미한다.
도 6은 도 1에서 반도체 발광소자 중 전자 장벽층에서의 에너지 밴드갭의 변화의 다른 일 예를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 전자 장벽층(300)은 공명 터널 구조(resonant tunneling structure)를 가질 수 있다. 이때, 상기 공명 터널 구조에서는 안티몬질화알루미늄갈륨(AlGaNSb) 또는 비소질화알루미늄갈륨(AlGaNAs) 반도체를 통해 형성된 다수의 에너지 장벽들을 일정 간격으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 공명 터널 구조에서의 에너지 장벽들 사이에 정공 축적층(미도시)이 더 형성되어 정공의 주입 효율을 더욱 증가시킬 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따르면, Ⅱ-Ⅵ족 산화아연(ZnO)계 반도체 기반으로 발광소자가 제조됨에 따라, 발광효율이 향상될 뿐만 아니라, 사파이어 기판보다 가격이 저렴하고 대면적이 가능한 산화아연 기판을 통해 성장이 가능하여 비용 절감효과도 있다.
또한, 본 실시예에 의한 반도체 발광소자가 산화아연(ZnO)계 반도체로 이루어진 N측과 질화갈륨(GaN)계 반도체로 이루어지는 P측으로 구성된 하이브리드(hybrid) 타입의 구조를 가짐에 따라, 산화아연(ZnO)계 반도체만으로 발광소자를 제조할 때 발생되는 p형 불순물의 도핑의 어려움을 해결할 수 있다.
또한, 전자를 차단하고 정공을 통과시킬 수 있는 전자 장벽층이 질화갈륨계 반도체의 타입-2 이종 접합 구조를 가짐에 따라 효율적으로 전송자를 주입할 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 기판 20 : n측 전극
30 : 전류 확산층 40 : p측 전극
100 : n형 산화아연계 반도체층 110 : 산화아연계 전극접촉층
120 : 산화아연계 전자주입층 200 : 활성층
210 : 양자 우물층 220 : 양자 장벽층
300 : 전자 장벽층 400 : p형 질화갈륨계 반도체층

Claims (14)

  1. 전자와 전공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 활성층;
    상기 활성층의 일측에 위치하고, 전자가 주입되는 n형 산화아연(ZnO)계 반도체층;
    상기 활성층의 타측에 위치하고, 정공이 주입되는 p형 질화갈륨(GaN)계 반도체층; 및
    상기 활성층 및 상기 p형 질화갈륨계 반도체층 사이에 위치하고, 질화갈륨(GaN)계 반도체를 포함하여 타입-2의 밴드 배치(Type-Ⅱ band alignment)를 갖는 전자 장벽층(electron blocking layer; EBL)을 포함하고,
    상기 활성층은
    전자 및 정공의 재결합이 일어나고, 질화갈륨(GaN)계 반도체를 포함하는 양자 우물층; 및
    상기 양자 우물층의 양측에 각각 위치하고, 산화아연(ZnO)계 반도체를 포함하는 양자 장벽층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 양자 우물층은
    질화인갈륨(INGaN) 반도체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 양자 장벽층은
    산화마그네슘아연(MgZnO) 반도체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  5. 제4항에 있어서, 상기 양자 장벽층들 각각은
    상기 양자 우물층과 접하여 위치하고, 상기 양자 우물층의 에너지 밴드갭보다 큰 에너지 밴드갭을 갖는 1차 양자 장벽층; 및
    상기 1차 양자 장벽층과 접하여 위치하는 2차 양자 장벽층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  6. 제5항에 있어서, 상기 2차 양자 장벽층은
    상기 1차 양자 장벽층의 에너지 밴드갭보다 큰 에너지 밴드갭을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  7. 제6항에 있어서, 상기 1차 양자 장벽층은
    상기 양자 우물층으로부터 멀어질수록 에너지 밴드갭이 서서히 증가하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  8. 제5항에 있어서, 상기 2차 양자 장벽층은
    상기 1차 양자 장벽층의 에너지 밴드갭과 동일한 에너지 밴드갭을 갖되, 다중 양자 장벽(muti-quantum barrier) 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  9. 전자와 전공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 활성층;
    상기 활성층의 일측에 위치하고, 전자가 주입되는 n형 산화아연(ZnO)계 반도체층;
    상기 활성층의 타측에 위치하고, 정공이 주입되는 p형 질화갈륨(GaN)계 반도체층; 및
    상기 활성층 및 상기 p형 질화갈륨계 반도체층 사이에 위치하고, 질화갈륨(GaN)계 반도체를 포함하여 타입-2의 밴드 배치(Type-Ⅱ band alignment)를 갖는 전자 장벽층(electron blocking layer; EBL)을 포함하고,
    상기 전자 장벽층은
    질화갈륨(GaN) 반도체 기반에 안티몬질화알루미늄갈륨(AlGaNSb) 또는 비소질화알루미늄갈륨(AlGaNAs) 반도체를 포함하는 타입-2 이종 접합 구조를 갖고, 공명 터널 구조(resonant tunneling structure)를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  10. 삭제
  11. 제1항 또는 제9항에 있어서, 상기 n형 산화아연계 반도체층으로 전자를 제공하는 n측 전극; 및
    상기 p형 질화갈륨계 반도체층으로 전공을 제공하는 p측 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  12. 제11항에 있어서, 상기 n형 산화아연계 반도체층은
    상기 n측 전극과 접촉되어 전자를 제공받는 산화아연계 전극접촉층; 및
    상기 활성층과 상기 산화아연계 전극접촉층 사이에 형성되고, 상기 산화아연계 전극접촉층으로부터 전자를 제공받아 상기 활성층으로 전달하는 산화아연계 전자주입층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  13. 제12항에 있어서, 상기 산화아연계 전자주입층은
    산화아연(ZnO) 및 산화마그네슘아연(MgZnO) 중 적어도 하나를 포함하고, n형 불순물이 도핑된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  14. 제12항에 있어서, 상기 산화아연계 전극접촉층은
    n형 불순물이 도핑된 산화아연(N-ZnO) 및 n형 불순물이 도핑되지 않은 산화아연(I-ZnO) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
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