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KR20110117410A - Nitride semiconductor light emitting device - Google Patents

Nitride semiconductor light emitting device Download PDF

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KR20110117410A
KR20110117410A KR1020100036849A KR20100036849A KR20110117410A KR 20110117410 A KR20110117410 A KR 20110117410A KR 1020100036849 A KR1020100036849 A KR 1020100036849A KR 20100036849 A KR20100036849 A KR 20100036849A KR 20110117410 A KR20110117410 A KR 20110117410A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nitride semiconductor
layer
light emitting
emitting device
semiconductor light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
KR1020100036849A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김민호
이진현
Original Assignee
삼성엘이디 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성엘이디 주식회사 filed Critical 삼성엘이디 주식회사
Priority to KR1020100036849A priority Critical patent/KR20110117410A/en
Publication of KR20110117410A publication Critical patent/KR20110117410A/en
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Abstract

본 발명은 질화물 반도체 발광소자에 관한 것으로서, n형 질화물 반도체층; 상기 n형 질화물 반도체층 상에 형성되고, 교대로 적층된 복수의 양자장벽층 및 양자우물층을 구비하며, 상기 양자우물층과 인접한 상기 양자장벽층 중 음의 계면 분극 전하가 존재하는 적어도 하나의 양자장벽층의 계면에 도너 불순물이 델타 도핑된 활성층; 및 상기 활성층 상에 형성된 p형 질화물 반도체층;을 포함하는 질화물 반도체 발광소자를 제공한다.The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device, n-type nitride semiconductor layer; At least one of a plurality of quantum barrier layers and quantum well layers alternately stacked on the n-type nitride semiconductor layer and having a negative interface polarization charge among the quantum barrier layers adjacent to the quantum well layer; An active layer delta-doped with donor impurities at an interface of the quantum barrier layer; It provides a nitride semiconductor light emitting device comprising a; and a p-type nitride semiconductor layer formed on the active layer.

Description

질화물 반도체 발광소자{Nitride semiconductor light emitting device}Nitride semiconductor light emitting device

본 발명은 질화물 반도체 발광소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 양자우물층과 인접한 양자장벽층의 계면에 도너 또는 억셉터 불순물이 델타 도핑(delta doping)된 질화물 반도체 발광소자에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device, and more particularly, to a nitride semiconductor light emitting device in which donor or acceptor impurities are delta doped at an interface between a quantum well layer and an adjacent quantum barrier layer.

최근, GaN 등의 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체는, 우수한 물리적, 화화적 특성으로 인해 발광 다이오드(light emitting diode: LED) 또는 레이저 다이오드(laser diode: LD) 등의 발광소자의 핵심 소재로 각광을 받고 있다. Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체 재료를 이용한 발광소자는 청색 또는 녹색 파장대 등의 광을 얻기 위한 발광소자에 많이 사용되고 있으며, 이러한 발광소자는 가전제품, 전광판, 일반 조명 및 자동차의 헤드램프 등 각종 제품의 광원으로 응용되고 있다.Recently, III-V nitride semiconductors such as GaN have been spotlighted as core materials of light emitting devices such as light emitting diodes (LEDs) or laser diodes (LDs) due to their excellent physical and chemical properties. have. Light emitting devices using III-V group nitride semiconductor materials are widely used in light emitting devices for obtaining light in the blue or green wavelength band, and such light emitting devices are used as light sources for various products such as home appliances, electronic displays, general lighting, and headlamps of automobiles. It is applied to.

종래의 질화물 반도체 발광소자는, 사파이어 기판과 그 상부에 순차적으로 형성된 n형 질화물 반도체층, 활성층 및 p형 질화물 반도체층을 포함한다. 상기 p형 질화물 반도체층과 활성층은 메사 에칭되어 n형 질화물 반도체층의 상면 일부를 노출시키고, 노출된 n형 질화물 반도체층의 상면과 p형 질화물 반도체층 상면에는 각각 n형 및 p형 전극이 구비되어 있다.The conventional nitride semiconductor light emitting device includes a sapphire substrate and an n-type nitride semiconductor layer, an active layer and a p-type nitride semiconductor layer sequentially formed thereon. The p-type nitride semiconductor layer and the active layer are mesa-etched to expose a portion of the upper surface of the n-type nitride semiconductor layer, and the n-type and p-type electrodes are provided on the upper surface of the exposed n-type nitride semiconductor layer and the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer, respectively. It is.

상기 활성층은 GaN인 양자장벽층과 InGaN인 양자우물층을 교대로 복수회 적층한 다중양자우물(Multi-Quantum Well: MQW) 구조일 수 있으며, 각 전극에 소정의 전류가 인가되면 n형 질화물 반도체층으로부터 제공되는 전자와 p형 질화물 반도체층으로부터 제공되는 정공이 다중양자우물 구조의 활성층에서 재결합되어 광을 방출하게 된다.The active layer may have a multi-quantum well (MQW) structure in which a plurality of GaN quantum barrier layers and an InGaN quantum well layer are alternately stacked, and an n-type nitride semiconductor is applied when a predetermined current is applied to each electrode. Electrons provided from the layer and holes provided from the p-type nitride semiconductor layer are recombined in the active layer of the multi-quantum well structure to emit light.

그러나 종래의 질화물 반도체 발광소자의 활성층에는 양자장벽층과 양자우물층이 가지는 고유의 자발 분극(spontaneous polarization)과, 두 층간의 격자상수 차이로부터 발생되는 압전 분극(piezoelectric polarization)이 존재하며, 이 두 가지 자발 분극과 압전 분극의 합이 활성층 내에 존재하는 알짜 분극(net polarization)이 된다.However, in the active layer of the conventional nitride semiconductor light emitting device, there is a spontaneous polarization inherent in the quantum barrier layer and the quantum well layer, and piezoelectric polarization generated from the lattice constant difference between the two layers. The sum of branch spontaneous polarization and piezoelectric polarization becomes net polarization present in the active layer.

즉 GaN으로 이루어진 양자장벽층과 InGaN으로 이루어진 양자우물층의 계면에는 계면 분극 전하(polarization sheet charge)가 발생되고, 이에 의해 활성층 내에는 수 MV/㎝에 해당하는 전계가 발생하며, 이는 활성층 내의 에너지 밴드 휨(energy band bending) 현상을 유발한다. 이러한 에너지 밴드 휨 현상은 양자우물층 내에서 전자와 홀 파동함수의 중첩을 감소시킴으로써 발광 재결합 효율(radiative recombination efficiency)의 저하를 야기시키는 문제점이 있다.That is, polarization sheet charge is generated at the interface between the quantum barrier layer made of GaN and the quantum well layer made of InGaN, thereby generating an electric field corresponding to several MV / cm in the active layer. It causes energy band bending. The energy band warpage phenomenon causes a decrease in the radiative recombination efficiency by reducing the overlap of electron and hole wave functions in the quantum well layer.

또한, 전류 주입량이 증가될수록 재결합하지 못한 전자가 p형 질화물 반도체층으로 쉽게 오버플로우(overflow)되어 양자 효율이 현저히 저하되는 이피션시 드룹(efficiency droop) 현상이 일어나는 문제점이 있었다.
In addition, as the current injection amount increases, electrons that cannot be recombined easily overflow to the p-type nitride semiconductor layer, thereby causing an efficiency droop phenomenon in which quantum efficiency is significantly reduced.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은, 양자우물층과 인접한 양자장벽층의 계면에 도너 또는 억셉터 불순물을 델타 도핑함으로써, 상기 양자장벽층과 양자우물층 간의 계면 분극 전하를 상쇄시켜 발광 효율을 향상시킬 수 있는 질화물 반도체 발광소자를 제공하는 데 있다.
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems, and an object of the present invention is to delta-dope donor or acceptor impurities at an interface between a quantum well layer and an adjacent quantum barrier layer. The present invention provides a nitride semiconductor light emitting device capable of canceling interfacial polarization charges to improve luminous efficiency.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 질화물 반도체 발광소자는, n형 질화물 반도체층; 상기 n형 질화물 반도체층 상에 형성되고, 교대로 적층된 복수의 양자장벽층 및 양자우물층을 구비하며, 상기 양자우물층과 인접한 상기 양자장벽층 중 음의 계면 분극 전하가 존재하는 적어도 하나의 양자장벽층의 계면에 도너 불순물이 델타 도핑된 활성층; 및 상기 활성층 상에 형성된 p형 질화물 반도체층;을 포함할 수 있다.A nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, an n-type nitride semiconductor layer; At least one of a plurality of quantum barrier layers and quantum well layers alternately stacked on the n-type nitride semiconductor layer and having a negative interface polarization charge among the quantum barrier layers adjacent to the quantum well layer; An active layer delta-doped with donor impurities at an interface of the quantum barrier layer; And a p-type nitride semiconductor layer formed on the active layer.

여기서, 상기 도너 불순물은 4족 원소일 수 있으며, 상기 4족 원소는 Si, Ge, 및 Sn 중 어느 하나를 포함할 수 있다.Here, the donor impurity may be a Group 4 element, and the Group 4 element may include any one of Si, Ge, and Sn.

또한, 상기 도너 불순물은, 상기 음의 계면 분극 전하 밀도의 0.5 내지 상기 음의 계면 분극 전하 밀도 전체를 상쇄시킬 수 있는 밀도로 도핑된 것일 수 있다.In addition, the donor impurity may be doped to a density capable of canceling the whole of the negative interfacial polarization charge density of the negative interfacial polarization charge density.

또한, 상기 활성층의 양자장벽층 중 최상부에 배치된 양자장벽층과 상기 p형 질화물 반도체층 사이에 형성된 전자차단층을 더 포함할 수 있다.The semiconductor device may further include an electron blocking layer formed between the quantum barrier layer disposed at the top of the quantum barrier layer of the active layer and the p-type nitride semiconductor layer.

또한, 상기 전자차단층과 인접한 상기 양자장벽층의 계면에 억셉터 불순물이 델타 도핑되어 있을 수 있다.In addition, acceptor impurities may be delta doped at an interface between the electron blocking layer and the quantum barrier layer.

또한, 상기 억셉터 불순물은 2족 원소일 수 있으며, 상기 2족 원소는 Mg를 포함할 수 있다.In addition, the acceptor impurity may be a Group 2 element, and the Group 2 element may include Mg.

또한, 상기 양자장벽층과 인접한 상기 양자우물층 중 양의 계면 분극 전하가 존재하는 적어도 하나의 양자우물층의 계면에 억셉터 불순물이 델타 도핑되어 있을 수 있다.In addition, acceptor impurities may be delta-doped at an interface between at least one quantum well layer having a positive interfacial polarization charge among the quantum well layers adjacent to the quantum barrier layer.

또한, 상기 억셉터 불순물은 2족 원소일 수 있으며, 상기 2족 원소는 Mg를 포함할 수 있다.In addition, the acceptor impurity may be a Group 2 element, and the Group 2 element may include Mg.

또한, 상기 억셉터 불순물은, 상기 양의 계면 분극 전하 밀도의 0.5 내지 상기 양의 계면 분극 전하 밀도 전체를 상쇄시킬 수 있는 밀도로 도핑된 것일 수 있다.In addition, the acceptor impurity may be doped to a density capable of canceling the total amount of the interfacial polarization charge density from 0.5 to the total amount of the interfacial polarization charge density.

그리고, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 의한 질화물 반도체 발광소자는, n형 질화물 반도체층; 상기 n형 질화물 반도체층 상에 형성되고, 교대로 적층된 복수의 양자장벽층 및 양자우물층을 구비하며, 상기 양자장벽층과 인접한 상기 양자우물층 중 양의 계면 분극 전하가 존재하는 적어도 하나의 양자우물층의 계면에 억셉터 불순물이 델타 도핑된 활성층; 및 상기 활성층 상에 형성된 p형 질화물 반도체층;을 포함할 수 있다.In addition, the nitride semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention for achieving the above object, an n-type nitride semiconductor layer; At least one of a plurality of quantum barrier layer and the quantum well layer formed on the n-type nitride semiconductor layer, and alternately stacked, the positive interfacial polarization charge of the quantum well layer adjacent to the quantum barrier layer An active layer having delta doped acceptor impurities at an interface of the quantum well layer; And a p-type nitride semiconductor layer formed on the active layer.

여기서, 상기 억셉터 불순물은 2족 원소일 수 있으며, 상기 2족 원소는 Mg를 포함할 수 있다.Here, the acceptor impurity may be a Group 2 element, and the Group 2 element may include Mg.

또한, 상기 억셉터 불순물은, 상기 양의 계면 분극 전하 밀도의 0.5 내지 상기 양의 계면 분극 전하 밀도 전체를 상쇄시킬 수 있는 밀도로 도핑된 것일 수 있다.In addition, the acceptor impurity may be doped to a density capable of canceling the total amount of the interfacial polarization charge density from 0.5 to the total amount of the interfacial polarization charge density.

또한, 상기 활성층의 양자장벽층 중 최상부에 배치된 양자장벽층과 상기 p형 질화물 반도체층 사이에 형성된 전자차단층을 더 포함할 수 있다.The semiconductor device may further include an electron blocking layer formed between the quantum barrier layer disposed at the top of the quantum barrier layer of the active layer and the p-type nitride semiconductor layer.

또한, 상기 전자차단층과 인접한 상기 양자장벽층의 계면에 억셉터 불순물이 델타 도핑되어 있을 수 있다.In addition, acceptor impurities may be delta doped at an interface between the electron blocking layer and the quantum barrier layer.

또한, 상기 억셉터 불순물은 2족 원소일 수 있으며, 상기 2족 원소는 Mg를 포함할 수 있다.
In addition, the acceptor impurity may be a Group 2 element, and the Group 2 element may include Mg.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자에 의하면, 양자우물층과 인접한 양자장벽층 중 음의 계면 분극 전하가 존재하는 양자장벽층의 계면에 Si 등과 같은 도너 불순물을 델타 도핑함으로써 이온화된 도너 불순물, 즉 Si+ 원자가 상기 음의 계면 분극 전하를 상쇄시키도록 할 수 있다.As described above, according to the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, ionization is performed by delta doping of a donor impurity such as Si at the interface between the quantum well layer and the quantum barrier layer in which the negative interfacial polarization charge is present. Donor impurities, i.e., Si + atoms, can be made to cancel the negative interfacial polarization charge.

따라서, 본 발명은 양자장벽층과 양자우물층 간의 계면 분극 전하를 감소시킴으로써, 활성층 내의 전계 발생을 감소시킬 수 있게 된다. 그리고, 활성층 내의 전계 감소는 에너지 밴드 휨 현상을 억제하여 양자우물층 내에서 전자와 홀 파동함수의 중첩을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 내부 양자 효율을 향상시켜 광 출력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.Accordingly, the present invention can reduce the electric field polarization in the active layer by reducing the interfacial polarization charge between the quantum barrier layer and the quantum well layer. In addition, the reduction of the electric field in the active layer may suppress the energy band warpage and increase the overlap of the electron and hole wave functions in the quantum well layer. Accordingly, the present invention has the effect of improving the light output by improving the internal quantum efficiency.

또한, 본 발명은 상기한 바와 같이 에너지 밴드 휨 현상을 억제함으로써, 순방향 전압(Vf)의 감소 효과를 기대할 수 있다.In addition, the present invention can be expected to reduce the forward voltage (Vf) by suppressing the energy band bending phenomenon as described above.

또한, 본 발명은 활성층 내의 전계 발생을 감소시킴으로써 고전류 영역에서의 이피션시 드룹 현상을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.In addition, the present invention has the advantage of reducing the droop phenomenon in the high-current region by reducing the generation of the electric field in the active layer.

따라서, 본 발명은 저전류 뿐만 아니라 고전류에서도 높은 발광 효율을 얻을 수 있으므로, 일반 조명 장치 및 자동차 헤드 램프 등의 다양한 분야에 적용 가능한 고효율의 질화물 반도체 발광소자를 제공할 수 있다.
Therefore, since the present invention can obtain high luminous efficiency at high current as well as low current, it is possible to provide a highly efficient nitride semiconductor light emitting device applicable to various fields such as general lighting devices and automobile head lamps.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 단면도.
도 2는 도 1의 활성층 주변을 확대하여 나타낸 부분 단면도.
도 3은 도 2의 활성층 주변의 계면 분극 전하를 모식적으로 나타낸 에너지 밴드 다이어그램으로서,
도 3a는 불순물을 델타 도핑하지 않은 경우를 나타낸 것이고, 도 3b는 불순물을 델타 도핑한 경우를 나타낸 것임.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 단면도.
도 5는 도 4의 활성층 주변을 확대하여 나타낸 부분 단면도.
도 6은 도 5의 활성층 주변의 계면 분극 전하를 모식적으로 나타낸 에너지 밴드 다이어그램으로서,
도 6a는 불순물을 델타 도핑하지 않은 경우를 나타낸 것이고, 도 6b는 불순물을 델타 도핑한 경우를 나타낸 것임.
도 7은 본 발명의 제2 실시예의 변형예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 활성층 주변을 확대하여 나타낸 부분 단면도.
도 8은 도 7의 활성층 주변의 계면 분극 전하를 모식적으로 나타낸 에너지 밴드 다이어그램.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 활성층 주변을 확대하여 나타낸 부분 단면도.
도 10은 도 9의 활성층 주변의 계면 분극 전하를 모식적으로 나타낸 에너지 밴드 다이어그램.
1 is a cross-sectional view showing the structure of a nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged partial cross-sectional view of the periphery of the active layer of FIG. 1; FIG.
3 is an energy band diagram schematically showing the interfacial polarization charge around the active layer of FIG.
FIG. 3A illustrates the case where the impurities are not delta-doped, and FIG. 3B illustrates the case where the impurities are delta-doped.
4 is a cross-sectional view illustrating a structure of a nitride semiconductor light emitting device according to a second exemplary embodiment of the present invention.
5 is an enlarged partial cross-sectional view of the periphery of the active layer of FIG.
FIG. 6 is an energy band diagram schematically showing interfacial polarization charges around the active layer of FIG. 5.
FIG. 6A illustrates the case where the impurities are not delta-doped, and FIG. 6B illustrates the case where the impurities are delta-doped.
7 is an enlarged partial cross-sectional view of a periphery of an active layer of a nitride semiconductor light emitting device according to a modification of the second exemplary embodiment of the present invention;
FIG. 8 is an energy band diagram schematically showing interfacial polarization charges around the active layer of FIG. 7; FIG.
9 is an enlarged partial cross-sectional view of a periphery of an active layer of a nitride semiconductor light emitting device according to a third exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an energy band diagram schematically showing interfacial polarization charges around the active layer of FIG. 9; FIG.

이하, 본 발명의 실시예들은 질화물 반도체 발광소자의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings of the nitride semiconductor light emitting device. The following embodiments are provided as examples to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the invention is not limited to the embodiments described below and may be embodied in other forms. In the drawings, the size and thickness of the device may be exaggerated for convenience. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자에 대하여 상세히 설명한다.First, the nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1의 활성층 주변을 확대하여 나타낸 부분 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a nitride semiconductor light emitting device according to a first exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged partial cross-sectional view of the periphery of the active layer of FIG. 1.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자는, 기판(110)과, 상기 기판(110) 상에 형성된 n형 질화물 반도체층(120)과, 상기 n형 질화물 반도체층(120) 상에 형성된 다중양자우물(MQW) 구조의 활성층(130) 및 상기 활성층(130) 상에 형성된 p형 질화물 반도체층(150)을 포함할 수 있다.1 and 2, the nitride semiconductor light emitting device according to the embodiment of the present invention, the substrate 110, the n-type nitride semiconductor layer 120 formed on the substrate 110, and the n An active layer 130 having a multi-quantum well (MQW) structure formed on the type nitride semiconductor layer 120 and a p-type nitride semiconductor layer 150 formed on the active layer 130 may be included.

여기서, 상기 p형 질화물 반도체층(150) 및 활성층(130)이 메사 식각(mesa etching) 공정에 의해 그 일부 영역이 제거된 바, n형 질화물 반도체층(120)의 일부 상면이 노출되어 있으며, 노출된 n형 질화물 반도체층(120) 상에는 n형 전극(160)이 형성되어 있고, 상기 p형 질화물 반도체층(150) 상에는 p형 전극(170)이 형성되어 있다.Here, the partial region of the p-type nitride semiconductor layer 150 and the active layer 130 is removed by a mesa etching process, a part of the upper surface of the n-type nitride semiconductor layer 120 is exposed, An n-type electrode 160 is formed on the exposed n-type nitride semiconductor layer 120, and a p-type electrode 170 is formed on the p-type nitride semiconductor layer 150.

이때, 도면에 도시하지는 않았으나, 상기 p형 전극(170) 하부의 상기 p형 질화물 반도체층(150) 상에는 투명 전극(미도시)이 더 형성되어 있을 수도 있다.Although not shown in the drawings, a transparent electrode (not shown) may be further formed on the p-type nitride semiconductor layer 150 under the p-type electrode 170.

상기 투명 전극은 전류 주입 면적을 증가시켜 전류 확산(current spreading) 효과를 향상시키기 위한 것으로서, ITO(Indium Tin Oxide), TO(Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 및 ITZO(Indium Tin Zinc Oxide) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.The transparent electrode is to improve the current spreading effect by increasing the current injection area, indium tin oxide (ITO), tin oxide (TO), indium zinc oxide (IZO) and indium tin zinc oxide (ITZO) It may be made, including at least one.

상기 기판(110)은 질화물 반도체 단결정을 성장시키기에 적합한 기판으로서, 사파이어와 같은 투명한 재료를 이용하여 형성될 수 있으며, 사파이어 이외에, 징크 옥사이드(zinc oxide, ZnO), 갈륨 나이트라이드(gallium nitride, GaN), 갈륨 아세나이드(gallium asenide, GaAs), 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC) 및 알루미늄 나이트라이드(AlN) 등으로 형성될 수도 있다.The substrate 110 is a substrate suitable for growing a nitride semiconductor single crystal, and may be formed using a transparent material such as sapphire, and in addition to sapphire, zinc oxide (ZnO), gallium nitride (GaN) ), Gallium asenide (GaAs), silicon carbide (SiC), aluminum nitride (AlN), and the like.

상기 n형 질화물 반도체층(120)은, 상기 활성층(130)에 전자를 공급해주는 층으로서 Si 등과 같은 n형 도전형 불순물이 도핑된 질화물 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 이때 대표적인 질화물 반도체 물질로는 GaN, AlGaN, InGaN 등이 있다. 그리고, 상기 n형 질화물 반도체층(120)에 도핑되는 n형 도전형 불순물로는 Si 이외에도 Ge, Sn 등이 사용될 수 있다.The n-type nitride semiconductor layer 120 may be formed of a nitride semiconductor material doped with n-type conductive impurities such as Si as a layer for supplying electrons to the active layer 130. Representative nitride semiconductor materials include GaN, AlGaN, InGaN, and the like. In addition to Si, Ge, Sn, and the like may be used as the n-type conductive impurity doped in the n-type nitride semiconductor layer 120.

상기 n형 질화물 반도체층(120)은, n형 불순물이 도핑된 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1 임)을 갖는 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 상기 n형 불순물로서, Si, Ge 또는 Sn 등을 사용할 수 있으며, 이 중 Si가 대표적으로 사용된다.The n-type nitride semiconductor layer 120 is composed of an Al x In y Ga (1-xy) N composition formula doped with n-type impurities, where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, and 0 ≦ x + y ≦. 1). As the n-type impurity, Si, Ge, Sn, or the like may be used, of which Si is typically used.

상기 n형 질화물 반도체층(120)은, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy), 또는 HVPE(Hybrid Vapor Phase Epitaxy) 등과 같은 질화물 증착 공정을 통해 기판(110) 상에 형성될 수 있다.The n-type nitride semiconductor layer 120 is formed on the substrate 110 through a nitride deposition process such as metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), or hybrid vapor phase epitaxy (HVPE). Can be.

일반적으로 상기 n형 질화물 반도체층(120)과 상기 기판(110) 사이에는 격자 부정합을 완화하기 위한 버퍼층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 버퍼층은 GaN 또는 AlN 등으로 이루어질 수 있다.In general, a buffer layer (not shown) may be formed between the n-type nitride semiconductor layer 120 and the substrate 110 to mitigate lattice mismatch. The buffer layer may be made of GaN or AlN.

상기 활성층(130)은 n형 질화물 반도체층(120) 및 p형 질화물 반도체층으로부터 각각 공급받은 전자 및 홀이 재결합하여 발광하는 층으로서, 복수의 양자장벽층(131) 및 양자우물층(132)이 교대로 적층된 다중양자우물 구조로 이루어져 있다.The active layer 130 is a layer in which electrons and holes respectively supplied from the n-type nitride semiconductor layer 120 and the p-type nitride semiconductor layer recombine and emit light. The plurality of quantum barrier layers 131 and the quantum well layer 132 are provided. It consists of a multi-quantum well structure stacked alternately.

상기 활성층(130)의 양자장벽층(131)은 GaN층 등으로 이루어질 수 있고, 양자우물층(132)은 InGaN층 등으로 이루어질 수 있다.The quantum barrier layer 131 of the active layer 130 may be formed of a GaN layer or the like, and the quantum well layer 132 may be formed of an InGaN layer or the like.

상기 p형 질화물 반도체층(150)은, p형 불순물이 도핑된 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1 임)을 갖는 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 상기 p형 불순물로서, Mg, Zn 또는 Be 등을 사용할 수 있으며, 이 중 Mg가 대표적으로 사용된다.The p-type nitride semiconductor layer 150 has an Al x In y Ga (1-xy) N composition formula doped with p-type impurities, where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, and 0 ≦ x + y ≦. 1). As the p-type impurity, Mg, Zn or Be or the like may be used, and Mg is representatively used.

상기 활성층(130) 및 상기 p형 질화물 반도체층(150)은 상기 n형 질화물 반도체층(120)과 같이 MOCVD, MBE 또는 HVPE 등과 같은 공지의 질화물 증착 공정을 통해 형성될 수 있다.The active layer 130 and the p-type nitride semiconductor layer 150 may be formed through a known nitride deposition process such as MOCVD, MBE, or HVPE, like the n-type nitride semiconductor layer 120.

여기서 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자는, 상기 양자우물층(132)과 인접한 상기 양자장벽층(131) 중 음의 계면 분극 전하(δ-)가 존재하는 적어도 하나의 양자장벽층(131)의 계면에 도너 불순물(D)이 델타 도핑(delta doping)되어 있다.In the nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention, at least one quantum barrier in which the negative interface polarization charge δ is present among the quantum barrier layer 131 adjacent to the quantum well layer 132. Donor impurities D are delta doped at the interface of the layer 131.

상기 도너 불순물(D)로서 Si와 같은 4족 원소를 사용할 수 있으며, Si 이외에도 Ge 또는 Sn 등의 4족 원소를 사용할 수도 있다.As the donor impurity (D), a Group 4 element such as Si may be used, and in addition to Si, a Group 4 element such as Ge or Sn may be used.

상기 도너 불순물(D)로서 Si을 사용하는 경우, Si의 델타 도핑은 양자장벽층(131)인 GaN층을 형성한 다음, 상기 GaN층의 소스 가스인 TEGa(트리에틸갈륨) 가스의 공급을 중단한 상태에서 Si의 소스 가스인 SiH4 가스를 수 초(sec)간, 예컨대 1 ∼ 2 초간 공급하여 이루어질 수 있다.When Si is used as the donor impurity (D), delta doping of Si forms a GaN layer, which is a quantum barrier layer 131, and then stops supply of TEGa (triethylgallium) gas, which is the source gas of the GaN layer. In one state, SiH 4 gas, which is a source gas of Si, may be supplied for a few seconds, for example, for 1 to 2 seconds.

이러한 델타 도핑은 1 ∼ 2 커버리지(coverage)의 Si 원자층이 형성되도록 불순물이 도핑됨으로써, 불순물에 의해 양자장벽층(131)의 결정성이 저하될 염려가 없다.In the delta doping, since impurities are doped to form an atomic layer of 1 to 2 coverage, the crystallinity of the quantum barrier layer 131 is not reduced by the impurities.

도 3은 도 2의 활성층 주변의 계면 분극 전하를 모식적으로 나타낸 에너지 밴드 다이어그램으로서, 도 3a는 불순물을 델타 도핑하지 않은 경우를 나타낸 것이고, 도 3b는 불순물을 델타 도핑한 경우를 나타낸 것이다.FIG. 3 is an energy band diagram schematically showing the interfacial polarization charge around the active layer of FIG. 2, in which FIG. 3A illustrates delta doping without impurities and FIG. 3B illustrates delta doping of impurities.

먼저 도 3a에 도시된 바와 같이, 활성층(130)에 불순물을 델타 도핑하지 않은 경우, 양자장벽층(131)과 양자우물층(132)의 계면에는 양자장벽층(131)과 양자우물층(132)간의 알짜 분극(net polarization)의 차이로 인해 음의 계면 분극 전하(δ-) 및 양의 계면 분극 전하(δ+)가 존재한다.First, as illustrated in FIG. 3A, when the dopant is not delta-doped in the active layer 130, the quantum barrier layer 131 and the quantum well layer 132 are formed at the interface between the quantum barrier layer 131 and the quantum well layer 132. Due to the difference in net polarization between), there is a negative interfacial polarization charge (δ ) and a positive interfacial polarization charge (δ + ).

이러한 음, 양의 계면 분극 전하(δ-+)는 활성층(130) 내에 분극 유도 전계(polarization-induced electric field)를 발생시켜 활성층(130) 내의 에너지 밴드 휨 현상을 유발하게 된다.These negative and positive interfacial polarization charges δ , δ + generate polarization-induced electric fields in the active layer 130, causing energy band bending in the active layer 130.

그런데, 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자와 같이, 상기 양자우물층(132)과 인접한 상기 양자장벽층(131) 중 음의 계면 분극 전하(δ-)가 존재하는 양자장벽층(131)의 계면에 Si과 같은 도너 불순물(D)이 델타 도핑(delta doping)된 경우, 도 3b에 도시된 바와 같이, 이온화된 도너 불순물, 즉 Si+ 원자가 음의 계면 분극 전하(δ-)를 상쇄시켜서 완전히 없앨 수 있다.However, like the nitride semiconductor light emitting device according to the first exemplary embodiment of the present invention, the quantum barrier layer in which the negative interface polarization charge δ is present in the quantum barrier layer 131 adjacent to the quantum well layer 132 is present. When the donor impurity D such as Si is delta doped at the interface of 131, as shown in FIG. 3B, the ionized donor impurity, i.e., Si + valence negative interface polarization charge (δ ) Can be eliminated completely.

여기서, 본 실시예에서는 Si 델타 도핑을 통해 음의 계면 분극 전하(δ-)를 0으로 상쇄시킨 경우를 도시하였으나, 상기 도너 불순물(D)은, 상기 음의 계면 분극 전하(δ-) 밀도의 0.5 내지 상기 음의 계면 분극 전하(δ-) 밀도 전체를 상쇄시킬 수 있는 밀도로 도핑되는 것이 바람직하다.Here, in the present exemplary embodiment, the case where the negative interfacial polarization charge (δ ) is canceled to zero through Si delta doping is shown. However, the donor impurity (D) may have a density of the negative interfacial polarization charge (δ ). It is preferred to be doped to a density capable of canceling 0.5 to the entirety of the negative interfacial polarization charge δ .

이는, 상기 도너 불순물(D)이 상기 음의 계면 분극 전하(δ-) 밀도의 0.5 보다 작은 밀도 만큼 상쇄시키는 경우, 활성층(130) 내의 분극 유도 전계의 발생을 충분히 억제시키기 어려울 수 있기 때문이다.This is because when the donor impurity D cancels by a density smaller than 0.5 of the negative interfacial polarization charge δ , it may be difficult to sufficiently suppress the generation of a polarization induced electric field in the active layer 130.

일반적으로 GaN층으로 이루어진 양자장벽층(131)과 InGaN층으로 이루어진 양자우물층(132)의 계면에는 약 1e13/㎠ ∼ 2e13/㎠의 밀도를 갖는 계면 분극 전하(polarization sheet charge)가 존재하고 있다.In general, an interface polarization sheet charge having a density of about 1e13 / cm 2 to 2e13 / cm 2 exists at the interface between the quantum barrier layer 131 made of the GaN layer and the quantum well layer 132 made of the InGaN layer. .

따라서, 예를 들어 상기 양자장벽층(131)과 양자우물층(132)의 계면에 2e13/㎠의 밀도로 음의 계면 분극 전하가 존재하는 경우, 상기 도너 불순물(D)은 상기한 수치의 계면 분극 전하를 반 이상 감소시키거나 완전히 없앨 수 있는 밀도인 1e13/㎠ ∼ 2e13/㎠의 밀도로 도핑될 수 있다.Thus, for example, when a negative interface polarization charge is present at an interface of the quantum barrier layer 131 and the quantum well layer 132 at a density of 2e13 / cm 2, the donor impurity (D) has an interface of the above-mentioned value. It may be doped to a density of 1e13 / cm 2 to 2e13 / cm 2, which is a density capable of reducing or completely eliminating the polarized charge by more than half.

즉 도너 불순물(D)은 상기 음의 계면 분극 전하 밀도의 0.5 이상에서 음의 계면 분극 전하 밀도 이하의 밀도로 도핑될 수 있다.That is, the donor impurity (D) may be doped at a density of 0.5 or more of the negative interfacial polarization charge density or less.

이와 같이 본 실시예에서는 도너 불순물(D)의 델타 도핑을 통해 양자장벽층(131)과 양자우물층(132) 간에 존재하는 계면 분극 전하 중 음의 계면 분극 전하(δ-)를 완전히 없애거나 반 이상 감소시킴으로써, 활성층(130) 내에서의 전계 발생을 억제하여 도 3b에서와 같이 에너지 밴드 휨 정도를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, in the present embodiment, the delta doping of the donor impurity (D) completely eliminates or halves the negative interfacial polarization charge (δ ) among the interfacial polarization charges existing between the quantum barrier layer 131 and the quantum well layer 132. By reducing the above, there is an effect that the generation of the electric field in the active layer 130 can be suppressed to reduce the degree of energy band warpage as shown in FIG. 3B.

이에 따라, 본 실시예에서는 양자우물층(132) 내에서 전자와 홀 파동함수의 중첩을 증가시켜 내부 양자 효율(IQE)을 향상시키고, 결국 소자의 광 출력을 향상시킬 수 있게 된다.Accordingly, in the present exemplary embodiment, the overlapping of the electron and hole wave functions in the quantum well layer 132 may be increased, thereby improving the internal quantum efficiency (IQE), and thus improving the light output of the device.

뿐만 아니라, 상기한 바와 같이 에너지 밴드 휨 현상을 억제할 수 있게 되면, 순방향 전압(Vf)의 감소 효과를 기대할 수 있다.In addition, when the energy band warpage phenomenon can be suppressed as described above, a reduction effect of the forward voltage Vf can be expected.

또한, 본 실시예에서는, 상기한 바와 같이 활성층(130) 내에서의 전계 발생을 감소시킴으로써 고전류 영역에서의 이피션시 드룹(efficiency droop) 현상을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.In addition, in this embodiment, as described above, by reducing the generation of the electric field in the active layer 130, there is an advantage that can reduce the efficiency droop phenomenon in the high current region.

따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 저전류 뿐만 아니라 고전류에서도 높은 발광 효율을 얻을 수 있어, 자동차의 헤드 램프 및 일반 조명 장치 등에 사용할 수 있는 질화물 반도체 발광소자를 제공할 수 있다.
Therefore, according to the embodiment of the present invention, it is possible to obtain a high luminous efficiency at high current as well as low current, it is possible to provide a nitride semiconductor light emitting device that can be used in headlamps and general lighting devices of automobiles.

다음으로, 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자에 대하여 상세히 설명한다.Next, the nitride semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 6.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 단면도이고, 도 5는 도 4의 활성층 주변을 확대하여 나타낸 부분 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating a structure of a nitride semiconductor light emitting device according to a second exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an enlarged partial cross-sectional view of the periphery of the active layer of FIG. 4.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자와 대부분의 구성이 동일하고, 다만 상기 활성층(130)의 양자장벽층(131) 중 최상부에 배치된 양자장벽층(131)과 상기 p형 질화물 반도체층(150) 사이에 상기 p형 질화물 반도체층(150) 보다 큰 에너지 밴드갭을 갖는 전자차단층(EBL: electron blocking layer, 140)을 더 포함한다는 점에서만 제1 실시예와 다르다.4 and 5, the nitride semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention has the same structure as most of the nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention, except that the active layer An electron having an energy band gap greater than that of the p-type nitride semiconductor layer 150 between the quantum barrier layer 131 disposed at the top of the quantum barrier layer 131 of the 130 and the p-type nitride semiconductor layer 150. It differs from the first embodiment only in that it further includes an electron blocking layer (EBL) 140.

상기 전자차단층(140)은, AlXGa(1-X)N(0<X≤1) 등으로 이루어질 수 있으며, 전자가 다중양자우물 구조의 활성층에서 재결합되지 않고 p형 질화물 반도체층(150)으로 오버플로우되는 것을 효과적으로 방지하게 된다.The electron blocking layer 140 may be formed of Al X Ga (1-X) N (0 < X ≦ 1), and the p-type nitride semiconductor layer 150 may not be recombined in the active layer of the multi-quantum well structure. This will effectively prevent overflow.

이때 상기 전자차단층(140)과 인접한 상기 양자장벽층(131)의 계면에는 억셉터(acceptor) 불순물(A)이 델타 도핑되어 있다. 상기 억셉터 불순물(A)은 Mg 등과 같은 2족 원소일 수 있다.In this case, an acceptor impurity (A) is delta-doped at an interface between the electron blocking layer 140 and the quantum barrier layer 131 adjacent to the electron blocking layer 140. The acceptor impurity (A) may be a Group 2 element such as Mg.

도 6은 도 5의 활성층 주변의 계면 분극 전하를 모식적으로 나타낸 에너지 밴드 다이어그램으로서, 도 6a는 불순물을 델타 도핑하지 않은 경우를 나타낸 것이고, 도 6b는 불순물을 델타 도핑한 경우를 나타낸 것이다.FIG. 6 is an energy band diagram schematically showing the interfacial polarization charge around the active layer of FIG. 5, in which FIG. 6A illustrates the case where the impurities are not delta-doped, and FIG. 6B illustrates the case where the impurities are delta-doped.

도 6a에 도시된 바와 같이, 활성층(130)에 불순물을 델타 도핑하지 않은 경우, 양자장벽층(131)과 양자우물층(132)의 계면에는 이들간의 알짜 분극의 차이로 인해 음의 계면 분극 전하(δ-) 및 양의 계면 분극 전하(δ+)가 존재한다.As shown in FIG. 6A, when the dopant is not delta-doped in the active layer 130, a negative interface polarization charge is generated at the interface between the quantum barrier layer 131 and the quantum well layer 132 due to the difference in net polarization therebetween. (δ ) and positive interfacial polarization charge (δ + ).

또한, 복수의 양자장벽층(131) 중 최상부에 배치된 양자장벽층(131)과 전자차단층(140)의 계면에는 이들간의 알짜 분극의 차이로 인해 양의 계면 분극 전하(δ+)가 존재한다.In addition, a positive interface polarization charge (δ + ) exists at an interface between the quantum barrier layer 131 and the electron blocking layer 140 disposed at the top of the plurality of quantum barrier layers 131 due to the difference in net polarization therebetween. do.

그런데, 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자와 같이, 상기 양자우물층(132)과 인접한 상기 양자장벽층(131) 중 음의 계면 분극 전하(δ-)가 존재하는 양자장벽층(131)의 계면에 Si과 같은 도너 불순물(D)이 델타 도핑되고, 전자차단층(140)과 인접한 양자장벽층(131)의 계면에는 Mg와 같은 억셉터 불순물(A)이 델타 도핑된 경우, 도 6b에 도시된 바와 같이, 이온화된 도너 불순물 및 억셉터 불순물, 즉 Si+ 원자 및 Mg- 원자가 각각 음의 계면 분극 전하(δ-) 및 양의 계면 분극 전하(δ+)를 상쇄시켜 없애거나 감소시킬 수 있다.However, like the nitride semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention, the quantum barrier layer in which the negative interface polarization charge δ is present in the quantum barrier layer 131 adjacent to the quantum well layer 132 is present. A donor impurity (D) such as Si is delta-doped at the interface of 131, and an acceptor impurity (A) such as Mg is delta-doped at the interface of the quantum barrier layer 131 adjacent to the electron blocking layer 140. away to offset a and the amount of the interface polarization charge (δ +) - atom each interface polarization charge of the negative (δ -), the, the ionized donor impurity and an acceptor impurity, i.e. Si + atoms and Mg, as shown in Figure 6b Can be reduced or reduced.

이와 같은 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자는, 본 발명의 제1 실시예에서와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있으며, 활성층(130)과 p형 질화물 반도체층(150)의 사이에 전자차단층(140)이 형성됨으로써, 오버플로잉(overflowing)으로 인해 소모되는 전자를 감소시켜 발광소자의 광효율을 더욱 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
The nitride semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention can obtain the same operation and effect as in the first embodiment of the present invention, and between the active layer 130 and the p-type nitride semiconductor layer 150 Since the electron blocking layer 140 is formed in the electron blocking layer 140, electrons consumed due to overflowing may be reduced to further improve light efficiency of the light emitting device.

다음으로, 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 제2 실시예의 변형예에 따른 질화물 반도체 발광소자에 대하여 상세히 설명한다.Next, a nitride semiconductor light emitting device according to a modification of the second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 7 and 8.

도 7은 본 발명의 제2 실시예의 변형예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 활성층 주변을 확대하여 나타낸 부분 단면도이고, 도 8은 도 7의 활성층 주변의 계면 분극 전하를 모식적으로 나타낸 에너지 밴드 다이어그램이다.FIG. 7 is an enlarged partial cross-sectional view of a periphery of an active layer of a nitride semiconductor light emitting device according to a modification of the second exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 8 is an energy band diagram schematically showing the interfacial polarization charge around the active layer of FIG. 7. .

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예의 변형예에 따른 질화물 반도체 발광소자는, 도 6b에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자와 대부분의 구성이 동일하고, 다만 상기 양자장벽층(131)과 인접한 상기 양자우물층(132) 중 양의 계면 분극 전하(δ+)가 존재하는 적어도 하나의 양자우물층(132)의 계면에 억셉터 불순물(A)이 추가로 델타 도핑되어 있다는 점에서만 제2 실시예와 다르다.7 and 8, the nitride semiconductor light emitting device according to the modification of the second embodiment of the present invention, the nitride semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention shown in Figure 6b and most of the configuration Is the same, but acceptor impurities are formed at the interface of at least one quantum well layer 132 in which the positive interfacial polarization charge δ + is present in the quantum well layer 132 adjacent to the quantum barrier layer 131. It differs from the second embodiment only in that A) is further delta doped.

이때, 상기 억셉터 불순물(A)은 Mg 등과 같은 2족 원소일 수 있으며, 상기 양의 계면 분극 전하(δ+) 밀도의 0.5 내지 상기 양의 계면 분극 전하(δ+) 밀도 전체를 상쇄시킬 수 있는 밀도로 도핑될 수 있다.In this case, the acceptor impurity (A) may be a Group 2 element such as Mg, and may offset the total of the positive interfacial polarization charge (δ + ) density from 0.5 to the positive interfacial polarization charge (δ + ) density. Can be doped to any density.

즉, 앞서의 도 6b에 도시된 바와 같이, 양자우물층(132)의 계면에 억셉터 불순물이 도핑되지 않은 경우, 양자우물층(132)과 양자장벽층(131)의 계면에는 이들의 알짜 분극의 차이로 인해 양의 계면 분극 전하(δ+)가 존재한다.That is, as shown in FIG. 6B, when acceptor impurities are not doped at the interface of the quantum well layer 132, their net polarization is formed at the interface between the quantum well layer 132 and the quantum barrier layer 131. Due to the difference of positive interfacial polarization charge (δ + ) is present.

그런데, 본 발명의 제2 실시예의 변형예에 따른 질화물 반도체 발광소자는, 상기한 바와 같이 양자장벽층(131)과 인접한 양자우물층(132) 중 양의 계면 분극 전하(δ+)가 존재하는 양자우물층(132)의 계면에 Mg와 같은 억셉터 불순물(A)을 추가로 델타 도핑시킴으로써, 도 8에 도시된 바와 같이 이온화된 억셉터 불순물, 즉 Mg- 원자가 양의 계면 분극 전하(δ+)를 상쇄시켜 완전히 없애거나 반 이상 감소시킬 수 있다.However, in the nitride semiconductor light emitting device according to the modified example of the second embodiment of the present invention, the positive polarization polarization charge δ + is present in the quantum well layer 132 adjacent to the quantum barrier layer 131 as described above. By further delta doping the acceptor impurity (A), such as Mg, at the interface of the quantum well layer 132, the ionized acceptor impurity, ie, Mg - valence positive interface polarization charge (δ +) , as shown in FIG. ) Can be canceled out completely or reduced by more than half.

이와 같은 본 발명의 제2 실시예의 변형예에 따른 질화물 반도체 발광소자는, 본 발명의 제2 실시예에서와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있으며, 음의 계면 분극 전하 뿐만 아니라 양의 계면 분극 전하를 상쇄시킴으로써, 제2 실시예에 비해 에너지 밴드 휨 정도를 더욱 감소시키고 발광소자의 광효율을 더욱 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
The nitride semiconductor light emitting device according to the modification of the second embodiment of the present invention can obtain the same operation and effect as in the second embodiment of the present invention, and not only the positive interface polarization charge but also the positive interface polarization charge By canceling, there is an advantage that the degree of energy band warpage can be further reduced and the light efficiency of the light emitting device can be further improved as compared with the second embodiment.

다음으로, 앞서의 도 6a와 도 9 및 도 10을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자에 대하여 상세히 설명한다.Next, the nitride semiconductor light emitting device according to the third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 6A, 9, and 10.

도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 활성층 주변을 확대하여 나타낸 부분 단면도이고, 도 10은 도 9의 활성층 주변의 계면 분극 전하를 모식적으로 나타낸 에너지 밴드 다이어그램이다.FIG. 9 is an enlarged partial cross-sectional view of an active layer around a nitride semiconductor light emitting device according to a third exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 10 is an energy band diagram schematically showing interfacial polarization charges around the active layer of FIG.

도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자와 대부분의 구성이 동일하고, 다만 양자장벽층(131)의 계면에 도너 불순물(D)이 델타 도핑되어 있는 대신에, 양자장벽층(131)과 인접한 상기 양자우물층(132) 중 양의 계면 분극 전하(δ+)가 존재하는 적어도 하나의 양자우물층(132)의 계면에 억셉터 불순물(A)이 델타 도핑되어 있다는 점에서만 제2 실시예와 다르다.9 and 10, the nitride semiconductor light emitting device according to the third embodiment of the present invention has the same structure as that of the nitride semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention, except that it is a quantum barrier. At least one of positive interfacial polarization charges (δ + ) present in the quantum well layer 132 adjacent to the quantum barrier layer 131 instead of delta-doped donor impurity (D) at the interface of the layer 131. The second embodiment differs only in that the acceptor impurity A is delta-doped at the interface of the quantum well layer 132.

즉 앞서의 도 6a에 도시된 바와 같이, 활성층(130)에 불순물을 델타 도핑하지 않은 경우에는, 양자장벽층(131)과 양자우물층(132)의 계면에 이들간의 알짜 분극의 차이로 인해 음의 계면 분극 전하(δ-) 및 양의 계면 분극 전하(δ+)가 존재한다. 또한, 복수의 양자장벽층(131) 중 최상부에 배치된 양자장벽층(131)과 전자차단층(140)의 계면에는 이들간의 알짜 분극의 차이로 인해 양의 계면 분극 전하(δ+)가 존재한다.That is, as shown in FIG. 6A, when the active layer 130 is not delta-doped with impurities, the negative polarity between the quantum barrier layer 131 and the quantum well layer 132 is negative due to the difference in net polarization therebetween. Interfacial polarization charge (δ ) and positive interfacial polarization charge (δ + ). In addition, a positive interface polarization charge (δ + ) exists at an interface between the quantum barrier layer 131 and the electron blocking layer 140 disposed at the top of the plurality of quantum barrier layers 131 due to the difference in net polarization therebetween. do.

그런데, 상기 양자장벽층(131)과 인접한 상기 양자우물층(132) 중 양의 계면 분극 전하(δ+)가 존재하는 양자우물층(132)의 계면에 Mg와 같은 억셉터 불순물(A)이 델타 도핑되고, 전자차단층(140)과 인접한 양자장벽층(131)의 계면에 Mg와 같은 억셉터 불순물(A)이 델타 도핑되는 본 실시예의 경우, 도 10에 도시된 바와 같이, 이온화된 억셉터 불순물, 즉 Mg- 원자가 양의 계면 분극 전하(δ+)를 상쇄시켜 없애거나 감소시킬 수 있다.However, an acceptor impurity (A) such as Mg is formed at the interface between the quantum barrier layer 131 and the quantum well layer 132 adjacent to the quantum well layer 132 where the positive interfacial polarization charge δ + exists. In the present embodiment in which the dope is delta doped and the acceptor impurity (A) such as Mg is delta-doped at the interface between the electron blocking layer 140 and the quantum barrier layer 131 adjacent to the electron blocking layer 140, as shown in FIG. Separator impurities, i.e., Mg - valences, can be eliminated or reduced by counteracting positive interfacial polarized charges (δ + ).

이때, 상기 억셉터 불순물(A)은 Mg 등과 같은 2족 원소일 수 있으며, 상기 양의 계면 분극 전하(δ+) 밀도의 0.5 내지 상기 양의 계면 분극 전하(δ+) 밀도 전체를 상쇄시킬 수 있는 밀도로 도핑될 수 있다.In this case, the acceptor impurity (A) may be a Group 2 element such as Mg, and may offset the total of the positive interfacial polarization charge (δ + ) density from 0.5 to the positive interfacial polarization charge (δ + ) density. Can be doped to any density.

이와 같은 본 발명의 제3 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자는, Mg와 같은 억셉터 불순물(A)의 델타 도핑을 통해 양자장벽층(131)과 양자우물층(132) 간에 존재하는 계면 분극 전하 중 양의 계면 분극 전하(δ+)를 없애거나 반 이상 감소시킴으로써, 본 발명의 제2 실시예에서와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다.
In the nitride semiconductor light emitting device according to the third embodiment of the present invention, the interfacial polarization charge existing between the quantum barrier layer 131 and the quantum well layer 132 through delta doping of acceptor impurities A such as Mg. By eliminating or reducing by more than half of the positive interfacial polarization charge (δ + ), the same effects and effects as in the second embodiment of the present invention can be obtained.

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.
Preferred embodiments of the present invention described above are disclosed for the purpose of illustration, and various substitutions, modifications, and changes within the scope without departing from the spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It will be possible, but such substitutions, changes and the like should be regarded as belonging to the following claims.

110: 기판
120: n형 질화물 반도체층
130: 활성층
131: 양자장벽층
132: 양자우물층
140: p형 질화물 반도체층
150: 전자차단층
160: n형 전극
170: p형 전극
D: 도너 불순물
A: 억셉터 불순물
110: substrate
120: n-type nitride semiconductor layer
130: active layer
131: quantum barrier layer
132: quantum well layer
140: p-type nitride semiconductor layer
150: electronic blocking layer
160: n-type electrode
170: p-type electrode
D: donor impurities
A: acceptor impurity

Claims (20)

n형 질화물 반도체층;
상기 n형 질화물 반도체층 상에 형성되고, 교대로 적층된 복수의 양자장벽층 및 양자우물층을 구비하며, 상기 양자우물층과 인접한 상기 양자장벽층 중 음의 계면 분극 전하가 존재하는 적어도 하나의 양자장벽층의 계면에 도너 불순물이 델타 도핑된 활성층; 및
상기 활성층 상에 형성된 p형 질화물 반도체층;
을 포함하는 질화물 반도체 발광소자.
an n-type nitride semiconductor layer;
At least one of a plurality of quantum barrier layers and quantum well layers alternately stacked on the n-type nitride semiconductor layer and having a negative interface polarization charge among the quantum barrier layers adjacent to the quantum well layer; An active layer delta-doped with donor impurities at an interface of the quantum barrier layer; And
A p-type nitride semiconductor layer formed on the active layer;
Nitride semiconductor light emitting device comprising a.
제1항에 있어서,
상기 도너 불순물은 4족 원소인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
The method of claim 1,
The donor impurity is a nitride semiconductor light emitting device, characterized in that the element.
제2항에 있어서,
상기 4족 원소는 Si, Ge, 및 Sn 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
The method of claim 2,
The group IV element includes any one of Si, Ge, and Sn.
제1항에 있어서,
상기 도너 불순물은, 상기 음의 계면 분극 전하 밀도의 0.5 내지 상기 음의 계면 분극 전하 밀도 전체를 상쇄시킬 수 있는 밀도로 도핑된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
The method of claim 1,
The donor impurity is nitride semiconductor light emitting device, characterized in that doped to a density capable of canceling the whole of the negative interface polarization charge density of the negative interface polarization charge density.
제1항에 있어서,
상기 활성층의 양자장벽층 중 최상부에 배치된 양자장벽층과 상기 p형 질화물 반도체층 사이에 형성된 전자차단층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
The method of claim 1,
And an electron blocking layer formed between the quantum barrier layer disposed at the top of the quantum barrier layer of the active layer and the p-type nitride semiconductor layer.
제5항에 있어서,
상기 전자차단층과 인접한 상기 양자장벽층의 계면에 억셉터 불순물이 델타 도핑되어 있는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
The method of claim 5,
A nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein acceptor impurities are delta doped at an interface between the electron blocking layer and the quantum barrier layer.
제6항에 있어서,
상기 억셉터 불순물은 2족 원소인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
The method of claim 6,
And the acceptor impurity is a Group 2 element.
제7항에 있어서,
상기 2족 원소는 Mg를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
The method of claim 7, wherein
The group 2 element is nitride semiconductor light emitting device, characterized in that containing Mg.
제1항에 있어서,
상기 양자장벽층과 인접한 상기 양자우물층 중 양의 계면 분극 전하가 존재하는 적어도 하나의 양자우물층의 계면에 억셉터 불순물이 델타 도핑된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
The method of claim 1,
And an acceptor impurity delta-doped at an interface between at least one quantum well layer having positive interfacial polarization charges in the quantum well layer adjacent to the quantum barrier layer.
제9항에 있어서,
상기 억셉터 불순물은 2족 원소인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
10. The method of claim 9,
And the acceptor impurity is a Group 2 element.
제10항에 있어서,
상기 2족 원소는 Mg를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
The method of claim 10,
The group 2 element is nitride semiconductor light emitting device, characterized in that containing Mg.
제9항에 있어서,
상기 억셉터 불순물은, 상기 양의 계면 분극 전하 밀도의 0.5 내지 상기 양의 계면 분극 전하 밀도 전체를 상쇄시킬 수 있는 밀도로 도핑된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
10. The method of claim 9,
The acceptor impurity is nitride semiconductor light emitting device, characterized in that the doped to a density capable of canceling the whole of the positive interfacial polarization charge density of the positive interfacial polarization charge density.
n형 질화물 반도체층;
상기 n형 질화물 반도체층 상에 형성되고, 교대로 적층된 복수의 양자장벽층 및 양자우물층을 구비하며, 상기 양자장벽층과 인접한 상기 양자우물층 중 양의 계면 분극 전하가 존재하는 적어도 하나의 양자우물층의 계면에 억셉터 불순물이 델타 도핑된 활성층; 및
상기 활성층 상에 형성된 p형 질화물 반도체층;
을 포함하는 질화물 반도체 발광소자.
an n-type nitride semiconductor layer;
At least one of a plurality of quantum barrier layer and the quantum well layer formed on the n-type nitride semiconductor layer, and alternately stacked, the positive interfacial polarization charge of the quantum well layer adjacent to the quantum barrier layer An active layer having delta doped acceptor impurities at an interface of the quantum well layer; And
A p-type nitride semiconductor layer formed on the active layer;
Nitride semiconductor light emitting device comprising a.
제13항에 있어서,
상기 억셉터 불순물은 2족 원소인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
The method of claim 13,
And the acceptor impurity is a Group 2 element.
제14항에 있어서,
상기 2족 원소는 Mg를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
The method of claim 14,
The group 2 element is nitride semiconductor light emitting device, characterized in that containing Mg.
제13항에 있어서,
상기 억셉터 불순물은, 상기 양의 계면 분극 전하 밀도의 0.5 내지 상기 양의 계면 분극 전하 밀도 전체를 상쇄시킬 수 있는 밀도로 도핑된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
The method of claim 13,
The acceptor impurity is nitride semiconductor light emitting device, characterized in that the doped to a density capable of canceling the whole of the positive interfacial polarization charge density of the positive interfacial polarization charge density.
제13항에 있어서,
상기 활성층의 양자장벽층 중 최상부에 배치된 양자장벽층과 상기 p형 질화물 반도체층 사이에 형성된 전자차단층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
The method of claim 13,
And an electron blocking layer formed between the quantum barrier layer disposed at the top of the quantum barrier layer of the active layer and the p-type nitride semiconductor layer.
제17항에 있어서,
상기 전자차단층과 인접한 상기 양자장벽층의 계면에 억셉터 불순물이 델타 도핑되어 있는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
The method of claim 17,
A nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein acceptor impurities are delta doped at an interface between the electron blocking layer and the quantum barrier layer.
제18항에 있어서,
상기 억셉터 불순물은 2족 원소인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
The method of claim 18,
And the acceptor impurity is a Group 2 element.
제19항에 있어서,
상기 2족 원소는 Mg를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
20. The method of claim 19,
The group 2 element is nitride semiconductor light emitting device, characterized in that containing Mg.
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