KR20100027407A - 질화물 반도체 발광소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 질화물 반도체 발광소자에 관한 것으로서, 기판 상에 형성된 n형 클래드층; 상기 n형 클래드층 상에 형성된 활성층; 상기 활성층 상에 형성된 p형 클래드층; 상기 p형 클래드층 내에 배치되고, 서로 다른 에너지 밴드 및 두께를 가지는 질화물 반도체층이 적층된 다층 구조의 p형 전류확산층; 및 상기 p형 클래드층 상에 형성된 p형 콘택층;을 포함하는 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.

질화물, 발광소자, 전류확산층

Description

질화물 반도체 발광소자{NITRIDE SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}

본 발명은 질화물 반도체 발광소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, p형 클래드층 내에 서로 다른 에너지 밴드 및 두께를 가지는 질화물 반도체층이 적층된 다층 구조의 p형 전류확산층을 배치한 질화물 반도체 발광소자에 관한 것이다.

최근, GaN 등의 Ⅲ-Ⅴ 질화물 반도체는, 우수한 물리적, 화화적 특성으로 인해 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD) 등의 발광 소자의 핵심 소재로 각광을 받고 있다. Ⅲ-Ⅴ 질화물 반도체 재료를 이용한 LED 혹은 LD는 청색 또는 녹색 파장대의 광을 얻기 위한 발광 소자에 많이 사용되고 있으며, 이러한 발광소자는 전광판, 조명 장치 등 각종 제품의 광원으로 응용되고 있다. 상기 Ⅲ-Ⅴ 질화물 반도체는 통상 In_XAl_YGa_{1 -X- Y}N (0≤X, 0≤Y, X+Y≤1)의 조성식을 갖는 GaN계 물질로 이루어져 있다.

이하, 상기 Ⅲ-Ⅴ 질화물 반도체를 사용한 종래의 질화물 반도체 발광소자에 대해 설명한다.

종래 기술에 따라 질화물 반도체를 사용한 발광소자는, 광투과성 기판인 사파이어 기판 상에 GaN으로 된 버퍼층, n형 클래드층, 활성층, p형 클래드층 및 p형 콘택층이 순차 적층된 기본 구조를 가진다.

이러한 질화물 반도체 발광소자는 InGaN으로 이루어진 우물층(well layer)을 갖는 단일 양자 우물 또는 다중 양자 우물 구조의 활성층을 갖는 이중 헤테로 구조를 채용할 수 있다.

특히, 상기 질화물 반도체 발광소자에 있어서, 다중 양자 우물 구조는 다수개의 미니 밴드를 갖고 효율이 좋으며, 작은 전류에서도 발광이 가능하므로, 단일 양자 우물 구조보다 발광 출력이 높게 되는 등의 소자특성의 향상이 기대되고 있다. 이는 일본 특허공개공보 평10-135514호에서 발광 효율 및 발광 광도를 향상시키기 위해, 언도프(undoped) GaN의 장벽층과 언도프 InGaN의 우물층으로 이루어진 다중 양자 우물 구조를 갖는 활성층을 개시하고 있으며, 이와 더불어 상기 활성층의 장벽층보다도 큰 밴드갭을 갖는 클래드층을 포함하는 질화물 반도체 소자를 개시하고 있다.

그런데, 상기 활성층을 다중 양자 우물 구조로 하면, 높은 발광 효율 및 발광 광도는 얻을 수 있었으나, 질화물 반도체 소자를 조명용 광원이나 옥외 디스플레이의 광원으로 사용하기에는 발광 효율 및 발광 광도 즉, 광 출력에 있어서 한계가 있다. 또한, 상기 활성층을 다중 양자 우물 구조로 하면, 단일 양자 우물 구조일때와 비교하여 활성층 전체의 두께가 두껍기 때문에, 종방향의 직렬저항이 높게 되고, 특히, LED 소자의 경우에는 동작 전압(V_f)이 높아지는 문제가 있다.

그러나, 상기와 같이, LED 소자의 동작 전압이 높아지게 되면 전류밀도의 집중으로 인해 LED 소자의 중심파장이 짧아지는 단파장화(blue-shift)가 발생하므로, 발광 효율이 감소하는 문제가 있다.

또한, 상기 질화물 반도체를 사용하는 발광 소자는 통상 정전기 방전(ESD)에 대한 내성이 약하기 때문에, 정전기 방전 특성을 개선시킬 필요가 있다. 특히, 질화물 반도체 LED 소자 또는 LD 소자는 이를 취급하거나 사용하는 과정에서, 사람이나 사물에서 쉽게 발생되는 정전기에 의해 파손될 수 있는 문제가 있다.

이에 따라, ESD로 인한 질화물 반도체 소자의 손상을 억제하기 위해, 최근 다양한 연구들이 진행되고 있다. 예를 들어, 미국특허 제6,593,597호는, 동일 기판에 LED 소자와 쇼트키 다이오드를 집적하여 LED 소자와 쇼트키 다이오드를 병렬로 연결시켜 ESD로부터 LED 소자를 보호하는 기술을 개시하고 있다. 그 외에도, ESD 내성을 개선시키기 위해, LED 소자를 제너 다이오드(zenor diode)와 병렬 연결시키는 방법이 제시된 바 있다.

그러나, 이와 같은 방안들은 별도의 제너 다이오드를 구입하여 조립하거나 쇼트키 접합을 형성시켜야 하는 번거로움을 초래하고, 그에 따라 소자의 전반적인 제조 비용을 증가시키는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은, 동작 전압을 낮추고, 전류 확산 효과를 향상시켜 LED 소자의 단파장화(blue-shift) 현상을 최소화하고, 발광 효율을 높일 수 있는 질화물 반도체 발광소자를 제공하는 데에 있다.

또한, 본 발명의 목적은, ESD 내성 향상을 위한 별도의 다른 소자를 구비할 필요없이 높은 ESD 내성을 구현할 수 있는 질화물 반도체 발광소자를 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 질화물 반도체 발광소자는, 기판 상에 형성된 n형 클래드층; 상기 n형 클래드층 상에 형성된 활성층; 상기 활성층 상에 형성된 p형 클래드층; 상기 p형 클래드층 내에 배치되고, 서로 다른 에너지 밴드 및 두께를 가지는 질화물 반도체층이 적층된 다층 구조의 p형 전류확산층; 및 상기 p형 클래드층 상에 형성된 p형 콘택층을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 p형 전류확산층은, In_XAl_YGa_{1 -X- Y}N (0≤X, 0≤Y, X+Y≤1) 조성물로 이루어져 있으며, Al과 In의 조성비를 다르게 하여 형성될 수 있다.

그리고, 상기 p형 전류확산층은, 상기 p형 클래드층의 에너지 밴드보다 더 높은 제1 질화물 반도체층과 상기 p형 클래드층의 에너지 밴드보다 더 낮은 제2 질화물 반도체층을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 질화물 반도체층 및 상기 제2 질화물 반도체층을 이루는 질화물 반도체층의 에너지 밴드는, 상층으로 갈수록 상기 p형 클래드층 에너지 밴드와의 차이가 작아질 수 있다.

또한, 상기 제1 질화물 반도체층과 상기 제2 질화물 반도체층이 주기적으로 적층될 수 있다.

또한, 상기 제1 질화물 반도체층과 상기 제2 질화물 반도체층이 비주기적으로 적층될 수 있다.

또한, 상기 제1 질화물 반도체층과 상기 제2 질화물 반도체층 사이에 어느 일방으로 에너지 밴드가 순차적으로 증가하는 1층 이상의 질화물 반도체층을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 p형 전류확산층은 p형 불순물이 도핑되어 있는 질화물 반도체층을 포함할 수 있다.

또한, 상기 p형 불순물이 도핑되어 있는 질화물 반도체층은 계면활성제를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 p형 전류확산층은 상기 p형 클래드층의 전체에 걸쳐 형성될 수 있다.

또한, 상기 p형 전류확산층은 계단형의 에너지 밴드갭 프로파일을 가질 수 있다.

또한, 상기 p형 전류확산층은 뾰족한 피크 형태의 스파이크부를 갖는 에너지 밴드갭 프로파일을 가질 수 있다.

또한, 상기 n형 클래드층 내에 배치되며, 서로 다른 에너지 밴드 및 두께를 가지는 질화물 반도체층이 적층된 다층 구조의 n형 전류확산층을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 n형 전류확산층은, In_XAl_YGa_{1 -X- Y}N (0≤X, 0≤Y, X+Y≤1) 조성물로 이루어져 있으며, Al과 In의 조성비를 다르게 하여 형성될 수 있다.

또한, 상기 n형 전류확산층은, 상기 n형 클래드층의 에너지 밴드보다 더 높은 제1 질화물 반도체층과 상기 n형 클래드층의 에너지 밴드보다 더 낮은 제2 질화물 반도체층을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 질화물 반도체층과 상기 제2 질화물 반도체층이 주기적으로 적층될 수 있다.

또한, 상기 제1 질화물 반도체층과 상기 제2 질화물 반도체층이 비주기적으로 적층될 수 있다.

또한, 상기 제1 질화물 반도체층과 상기 제2 질화물 반도체층 사이에 어느 일방으로 에너지 밴드가 순차적으로 증가하는 1층 이상의 질화물 반도체층을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 n형 전류확산층은 n형 불순물이 도핑되어 있는 질화물 반도체층을 포함할 수 있다.

또한, 상기 n형 불순물이 도핑되어 있는 질화물 반도체층은 계면활성제를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 n형 전류확산층은 상기 n형 클래드층의 전체에 걸쳐 형성될 수 있다.

또한, 상기 p형 콘택층 내에 배치되며, 서로 다른 에너지 밴드 및 두께를 가지는 질화물 반도체층이 적층된 다층 구조의 p형 전류확산층을 더 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자에 의하면, p형 클래드층 내에 서로 다른 에너지 밴드 및 두께를 가지는 질화물 반도체층이 적층된 다층 구조의 p형 전류확산층을 배치하여, 전류확산 효과 및 스트레스 이완 효과를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 상기한 바와 같은 전류 확산 효과의 향상으로 인하여 동작 전압을 낮추고, 단파장화(blue-shift) 현상을 최소화하여 높은 광 출력을 얻을 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명은 n형 클래드층과 p형 콘택층 내에도, 서로 다른 에너지 밴드 및 두께를 가지는 질화물 반도체층이 순차적으로 적층되어 형성된 다층 구조의 n형 전류확산층 및 p형 전류확산층을 각각 배치하여 전류 확산 효과를 한층 더 향상시킬 수 있다.

또한, 상기한 p형 또는 n형 전류확산층의 서로 다른 에너지 밴드를 가지는 질화물 반도체층이 순차적으로 적층되어 있는 구조가 일종의 커패시터 역할을 수행함으로써, ESD 내성 향상을 위한 별도의 다른 소자를 구비할 필요없이 ESD 내성을 개선할 수 있는 장점이 있다.

본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 병기하였다.

< 제1 실시예 >

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자는, 광투과성인 기판(101)과, 상기 기판(101) 상에 순차 적층된 버퍼층(102), n형 클래드층(103), 활성층(104), p형 클래드층(105) 및 p형 콘택층(106)을 포함한 다.

상기 기판(101)은, 질화물 반도체 단결정을 성장시키기에 적합한 기판으로서, 사파이어 기판 및 실리콘카바네이트(SiC) 기판과 같은 이종 기판 또는 질화물 기판과 같은 동종 기판일 수 있다.

상기 버퍼층(102)은, 상기 n형 클래드층(103)을 성장하기 전에 상기 기판(101)과의 격자정합을 향상시키기 위한 층으로서, AlN/GaN 등으로 형성될 수 있다.

상기 n형 클래드층(103), 활성층(104), 및 p형 클래드층(105)은, In_XAl_YGa_{1 -X-Y}N 조성식(여기서, 0≤X, 0≤Y, X+Y≤1)을 갖는 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 n형 클래드층(103)은 n형 도전형 불순물이 도핑된 InAlGaN층으로 이루어질 수 있으며, n형 도전형 불순물로는 예를 들어, Si, Ge, Sn 등을 사용하고, 바람직하게는 Si를 주로 사용할 수 있다.

또한, 상기 p형 클래드층(105) 및 p형 콘택층(106)은 p형 도전형 불순물이 도핑된 InAlGaN층 등으로 이루어질 수 있으며, p형 도전형 불순물로는 예를 들어, Mg, Zn, Be 등을 사용하고, 바람직하게는 Mg를 주로 사용할 수 있다.

상기 활성층(104)은 다중 양자우물(Multi-Quantum Well) 구조의 InGaN/GaN층 등으로 이루어질 수 있다.

특히, 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자는, 상기 p형 클래드층(105) 내에, 서로 다른 에너지 밴드 및 두께를 가지는 질화물 반도체층이 적 층된 다층 구조의 p형 전류확산층(200)이 형성되어 있다. 상기 p형 전류확산층(200)은, 이를 구성하는 질화물 반도체층의 에너지 밴드 및 두께를 다르게 하여, p형 클래드층(105)의 클래딩(cladding) 효과와 전류 확산 및 스트레스 이완 효과를 높이고, 단파장화(blue-shift) 현상을 최소화하며, 정전기 방전(ESD) 특성의 내성을 강화시키기 위한 것이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 p형 전류확산층을 나타낸 부분 단면도이고, 도 3은 도 2의 p형 전류확산층의 에너지 밴드갭 프로파일의 일례를 개략적으로 나타낸 그래프이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 p형 클래드층(105) 내에는, 서로 다른 에너지 밴드 및 두께를 가지는 질화물 반도체층, 예컨대 상기 p형 클래드층(105)의 에너지 밴드를 기준으로 이보다 높은 에너지 밴드를 갖는 1층 이상의 제1 질화물 반도체층(201a,201b,201c)과 이보다 낮은 에너지 밴드를 갖는 1층 이상의 제2 질화물 반도체층(202a,202b,202c)이 적층된 다층 구조의 p형 전류확산층(200)이 형성되어 있다.

상기 제1 및 제2 질화물 반도체층(201a,201b,201c,202a,202b,202c)을 구성하는 각각의 질화물 반도체층들 역시, 도면에서와 같이 서로 다른 에너지 밴드 및 두께를 가질 수 있으며, 이때 상기 제1 질화물 반도체층(201a,201b,201c) 및 제2 질화물 반도체층(202a,202b,202c)을 이루는 질화물 반도체층의 에너지 밴드는 도 3에서와 같이, 상층으로 갈수록 상기 p형 클래드층(105) 에너지 밴드와의 차이가 작아지는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 상기 p형 전류확산층(200)에 의해서 전자 의 오버플로우(overflow)는 억제하고 정공의 유입을 극대화하여 발광효율을 극대화할 수 있으며, 전류확산 효율을 높일 수 있다.

여기서, 상기 p형 전류확산층(200)을 구성하는 상기 제1 및 제2 질화물 반도체층(201a,201b,201c,202a,202b,202c)은, In_XAl_YGa_{1 -X- Y}N (0≤X, 0≤Y, X+Y≤1) 조성물로 이루어져 있으며, Al과 In의 서로 다른 조성비를 통해 서로 다른 에너지 밴드를 가질 수 있다.

예를 들면, 상기 제1 질화물 반도체층(201a,201b,201c)으로서 AlGaN을 사용하고, 상기 제2 질화물 반도체층(202a.202b,202c)으로서 InGaN을 사용할 수 있다.

상기 p형 전류확산층(200)을 구성하는 질화물 반도체층들 중 최하층에 형성되는 질화물 반도체층은, AlGaN층 및 InGaN층 중 어느 층으로 이루어지더라도 상관없다.

상기 p형 전류확산층(200)을 이루는 질화물 반도체층의 전체층 또는 일부층이 p형 불순물로 도핑되어 있는 것이 바람직하며, 상기 p형 불순물의 도핑시 계면활성제가 첨가될 수 있다. 상기 계면활성제로서 In이 사용될 수 있으며, 이는 상기한 p형 불순물의 활성화 에너지를 낮추어 발광소자의 동작전압을 더 낮출 수 있게 된다.

여기서, 상기 p형 전류확산층(200)을 구성하는 상기 제1 질화물 반도체층(201a,201b,201c)과 상기 제2 질화물 반도체층(202a,202b,202c) 사이에는 질화물 반도체층인 스트레스 완충층(203)이 추가로 형성될 수도 있다.

상기 스트레스 완충층(203)은 In_XAl_YGa_{1 -X- Y}N 조성식(여기서, 0≤X, 0≤Y, X+Y≤1)을 갖는 반도체 물질로 이루어져 있으며, In과 Al의 서로 다른 조성비를 통해 제1 질화물 반도체층(201a,201b,201c)과 상기 제2 질화물 반도체층(202a,202b,202c) 사이의 에너지 밴드갭의 차이를 조절하는 역할을 한다.

즉, 상기 스트레스 완충층(203)을 통해 제1 질화물 반도체층(201a,201b,201c)과 제2 질화물 반도체층(202a,202b,202c)의 계면에서 급격히 변화하는 에너지 밴드갭을 완충시킴으로써, 소자에 특성을 보다 안정적으로 유지시킬 수 있는 것이다.

상기 스트레스 완충층(203)은, 상기 제1 질화물 반도체층(201a,201b,201c)과 제2 질화물 반도체층(202a,202b,202c) 사이에 1층 또는 복수개의 층으로 형성될 수 있다. 상기 스트레스 완충층(203)이 복수층으로 형성되는 경우, 어느 일방으로 에너지 밴드가 순차적으로 증가하는 1층 이상의 질화물 반도체층으로 이루어질 수 있다.

상기 p형 전류확산층(200)은, 상기 p형 클래드층(105)의 에너지 밴드보다 높은 상기 제1 질화물 반도체층(201a,201b,201c)과, 상기 p형 클래드층(105)의 에너지 밴드보다 낮은 상기 제2 질화물 반도체층(202a,202b,202c)이 교대로 1회 이상 반복 적층되는 것과 같이 주기적으로 적층된 것일 수 있다.

예컨대 상기 스트레스 완충층(203)을 포함하는 상기 p형 전류확산층(200)은, AlGaN/GaN/InGaN/GaN이 다층 구조의 1주기를 형성할 수도 있고, AlGaN/GaN/InGaN이 다층 구조의 1주기를 형성할 수도 있으며, 이들과 반대 순서가 다층 구조의 1주기를 형성할 수도 있는 등 다양한 주기로 적층될 수 있다.

하지만, 상기 제1 질화물 반도체층(201a,201b,201c)과 제2 질화물 반도체층(202a,202b,202c)은 비주기적으로 적층될 수도 있다.

이러한 본 실시예에 따른 p형 전류확산층(200)은 상기 제1 질화물 반도체층(201a,201b,201c)과 상기 제2 질화물 반도체층(202a,202b,202c)의 계면에서 에너지 밴드가 급격히 변화하는 에너지 밴드의 불연속성에 의해 그 계면에 이차원 전자가스층(도시하지 않음)을 형성하게 된다.

이에 따라, 본 발명은 전압인가시에 상기 p형 전류확산층(200)을 통해 n⁺-p⁺접합으로 터널링 현상이 발생되어 p형 클래드층(105)의 클래딩(cladding) 효과를 향상시키고, 높은 캐리어 이동도를 확보하여 전류확산 효과를 향상시킬 수 있다.

이와 같이, 상기 p형 전류확산층(200)을 통해 전류확산 효과가 향상되면, 동작 전압(Vf)가 낮아지게 되고, 발광 영역의 증가로 인해 단파장화(blue-shift) 현상이 최소화되어 발광 효율 또한 향상시킬 수 있다.

상기 단파장화(blue-shift) 현상은 상기 p형 전류확산층(200)을 이루는 질화물 반도체층 중에 높은 In의 조성으로 낮은 에너지 밴드갭(band gap)을 갖는 질화물 반도체층의 In 유량이 증가할수록 더욱 감소한다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따르면 상기 p형 전류확산층(200)을 구성하는 질화물 반도체층들의 두께를 서로 다르게 형성함으로써, 스트레스 이완 효과를 얻 을 수 있다.

또한, 상기 p형 전류확산층(200)의 InGaN으로 이루어진 제2 질화물 반도체층(202a,202b,202c)은 AlGaN으로 이루어진 제1 질화물 반도체층(201a,201b,201c) 사이에 개재되어 상대적으로 높은 유전율을 갖게 되므로, p형 전류확산층(200)은 일종의 커패시터로서의 역할을 수행할 수 있게 된다. 따라서, 상기 p형 전류확산층(200)은 급격한 서지(surge) 전압 또는 정전기 현상으로부터 발광소자를 보호할 수 있게 되고, 그로 인해 소자의 ESD 내성이 개선될 수 있다.

상술한 바와 같은 p형 전류확산층(200)은, 상기 p형 클래드층(105)의 적어도 일부분에 형성되어, p형 클래드층(105)의 일부 또는 전체를 구성할 수 있다.

그리고, 상기 p형 전류확산층(200)은 도 3에 도시된 바와 같이 계단형의 에너지 밴드갭 프로파일을 가질 수도 있지만, 이와 다른 형태의 에너지 밴드갭 프로파일을 가질 수도 있다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 p형 전류확산층의 에너지 밴드갭 프로파일의 다른 일례를 개략적으로 나타낸 그래프이다.

도 4에 도시된 바와 같이, p형 전류확산층(200)은, 뾰족한 피크(peak) 형태의 스파이크(spike)부를 갖는 에너지 밴드갭 프로파일을 가질 수도 있다. 이러한 형태의 에너지 밴드갭 프로파일은 델타 도핑(delta doping)에 의해 구현될 수 있다.

< 제2 실시예 >

도 5를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자에 대해 설명하기로 한다. 다만, 제2 실시예의 구성 중 제1 실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고, 제2 실시예에서 달라지는 구성에 대해서만 상술하기로 한다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 단면도이다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자는, 제1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자와 대부분의 구성이 동일하고, 다만 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 n형 클래드층(103) 내에, 서로 다른 에너지 밴드 및 두께를 가지는 질화물 반도체층이 적층된 다층 구조의 n형 전류확산층(300)이 더 형성되어 있다는 점에서만 제1 실시예와 다르다.

상기 n형 전류확산층(300)을 구성하는 서로 다른 에너지 밴드 및 두께를 가지는 질화물 반도체층은, In_XAl_YGa_{1 -X- Y}N (0≤X, 0≤Y, X+Y≤1) 조성물로 이루어져 있으며, Al과 In의 조성비를 다르게 하여 형성될 수 있다.

여기서 상기 n형 전류확산층(300)은, 상기 n형 클래드층(103)의 에너지 밴드를 기준으로 이보다 높은 에너지 밴드를 가지는 1층 이상의 제1 질화물 반도체층(도면 미도시)과 이보다 낮은 에너지 밴드를 가지는 1층 이상의 제2 질화물 반도체층(도면 미도시)이 주기적 또는 비주기적으로 적층되어 형성될 수 있다.

이때, 상기 n형 전류확산층(300)을 구성하는 상기 제1 질화물 반도체층과 제2 질화물 반도체층 사이에는, 1층 이상의 스트레스 완충층이 더 형성될 수도 있 다.

상기 n형 전류확산층(300)을 이루는 질화물 반도체층의 일부층 또는 전체층은 n형 불순물로 도핑되어 있는 것이 바람직하며, 상기 n형 불순물과 함께 In과 같은 계면활성제가 첨가될 수 있다.

이러한 n형 전류확산층(300)은 상기 n형 클래드층(103)의 일부 또는 전체에 걸쳐 형성될 수 있다.

본 발명의 제2 실시예는 제1 실시예에서와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 상기 n형 클래드층(103)의 클래딩(cladding) 효과 및 전류 확산 효과를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

< 제3 실시예 >

도 6을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자에 대해 설명하기로 한다. 다만, 제3 실시예의 구성 중 제2 실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고, 제3 실시예에서 달라지는 구성에 대해서만 상술하기로 한다.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 단면도이다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자는, 제2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자와 대부분의 구성이 동일하고, 다만 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 p형 콘택층(106) 내에, 서로 다른 에너지 밴드 및 두께를 가지는 질화물 반도체층이 적층된 다층 구조의 p형 전류확산층(200)이 더 형성되어 있다는 점에서 만 제2 실시예와 다르다.

이러한 제3 실시예는 제2 실시예에서와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 소자의 전류 확산 효과를 한층 더 향상시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 단면도.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 p형 전류확산층을 나타낸 부분 단면도.

도 3은 도 2의 p형 전류확산층의 에너지 밴드갭 프로파일의 일례를 개략적으로 나타낸 그래프.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 p형 전류확산층의 에너지 밴드갭 프로파일의 다른 일례를 개략적으로 나타낸 그래프.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 단면도.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101: 기판 102: 버퍼층

103: n형 클래드층 104: 활성층

105: p형 클래드층 106: p형 콘택층

200: p형 전류확산층 300: n형 전류확산층

Claims (22)

1. 기판 상에 형성된 n형 클래드층;

   상기 n형 클래드층 상에 형성된 활성층;

   상기 활성층 상에 형성된 p형 클래드층;

   상기 p형 클래드층 내에 배치되고, 서로 다른 에너지 밴드 및 두께를 가지는 질화물 반도체층이 적층된 다층 구조의 p형 전류확산층; 및

   상기 p형 클래드층 상에 형성된 p형 콘택층;

   을 포함하는 질화물 반도체 발광소자.
2. 제1항에 있어서,

   상기 p형 전류확산층은, In_XAl_YGa_{1 -X- Y}N (0≤X, 0≤Y, X+Y≤1) 조성물로 이루어져 있으며, Al과 In의 조성비를 다르게 하여 형성된 질화물 반도체 발광소자.
3. 제1항에 있어서,

   상기 p형 전류확산층은, 상기 p형 클래드층의 에너지 밴드보다 더 높은 제1 질화물 반도체층과 상기 p형 클래드층의 에너지 밴드보다 더 낮은 제2 질화물 반도 체층을 포함하는 질화물 반도체 발광소자.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제1 질화물 반도체층 및 상기 제2 질화물 반도체층을 이루는 질화물 반도체층의 에너지 밴드는, 상층으로 갈수록 상기 p형 클래드층 에너지 밴드와의 차이가 작아지는 질화물 반도체 발광소자.
5. 제3항에 있어서,

   상기 제1 질화물 반도체층과 상기 제2 질화물 반도체층이 주기적으로 적층된 질화물 반도체 발광소자.
6. 제3항에 있어서,

   상기 제1 질화물 반도체층과 상기 제2 질화물 반도체층이 비주기적으로 적층된 질화물 반도체 발광소자.
7. 제3항에 있어서,

   상기 제1 질화물 반도체층과 상기 제2 질화물 반도체층 사이에 어느 일방으로 에너지 밴드가 순차적으로 증가하는 1층 이상의 질화물 반도체층을 더 포함하는 질화물 반도체 발광소자.
8. 제1항에 있어서,

   상기 p형 전류확산층은 p형 불순물이 도핑되어 있는 질화물 반도체층을 포함하는 질화물 반도체 발광소자.
9. 제8항에 있어서,

   상기 p형 불순물이 도핑되어 있는 질화물 반도체층은 계면활성제를 더 포함하는 질화물 반도체 발광소자.
10. 제1항에 있어서,

    상기 p형 전류확산층은 상기 p형 클래드층의 전체에 걸쳐 형성된 질화물 반도체 발광소자.
11. 제1항에 있어서,

    상기 p형 전류확산층은 계단형의 에너지 밴드갭 프로파일을 갖는 질화물 반도체 발광소자.
12. 제1항에 있어서,

    상기 p형 전류확산층은 뾰족한 피크 형태의 스파이크부를 갖는 에너지 밴드갭 프로파일을 갖는 질화물 반도체 발광소자.
13. 제1항에 있어서,

    상기 n형 클래드층 내에 배치되며, 서로 다른 에너지 밴드 및 두께를 가지는 질화물 반도체층이 적층된 다층 구조의 n형 전류확산층을 더 포함하는 질화물 반도체 발광소자.
14. 제13항에 있어서,

    상기 n형 전류확산층은, In_XAl_YGa_{1 -X- Y}N (0≤X, 0≤Y, X+Y≤1) 조성물로 이루어져 있으며, Al과 In의 조성비를 다르게 하여 형성된 질화물 반도체 발광소자.
15. 제13항에 있어서,

    상기 n형 전류확산층은, 상기 n형 클래드층의 에너지 밴드보다 더 높은 제1 질화물 반도체층과 상기 n형 클래드층의 에너지 밴드보다 더 낮은 제2 질화물 반도체층을 포함하는 질화물 반도체 발광소자.
16. 제15항에 있어서,

    상기 제1 질화물 반도체층과 상기 제2 질화물 반도체층이 주기적으로 적층된 질화물 반도체 발광소자.
17. 제15항에 있어서,

    상기 제1 질화물 반도체층과 상기 제2 질화물 반도체층이 비주기적으로 적층된 질화물 반도체 발광소자.
18. 제15항에 있어서,

    상기 제1 질화물 반도체층과 상기 제2 질화물 반도체층 사이에 어느 일방으 로 에너지 밴드가 순차적으로 증가하는 1층 이상의 질화물 반도체층을 더 포함하는 질화물 반도체 발광소자.
19. 제13항에 있어서,

    상기 n형 전류확산층은 n형 불순물이 도핑되어 있는 질화물 반도체층을 포함하는 질화물 반도체 발광소자.
20. 제19항에 있어서,

    상기 n형 불순물이 도핑되어 있는 질화물 반도체층은 계면활성제를 더 포함하는 질화물 반도체 발광소자.
21. 제13항에 있어서,

    상기 n형 전류확산층은 상기 n형 클래드층의 전체에 걸쳐 형성된 질화물 반도체 발광소자.
22. 제13항에 있어서,

    상기 p형 콘택층 내에 배치되며, 서로 다른 에너지 밴드 및 두께를 가지는 질화물 반도체층이 적층된 다층 구조의 p형 전류확산층을 더 포함하는 질화물 반도체 발광소자.

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