KR100329054B1 - Semiconductor light emitting element and method for fabricating the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 반도체 발광소자는 기판; 상기 기판 위에, 하나 이상의 제1도전형의 제1클래드층, 활성층 및 제2도전형의 제2클래드층이 이 순서로 형성되는 반도체 다층 구조; 및 상기 반도체 다층 구조 위에 형성된 제2도전형의 Ga1-xInxP (0<x<1)를 포함하는 재료로 제조된 전류 확산층을 포함한다.The semiconductor light emitting device of the present invention comprises a substrate; A semiconductor multilayer structure wherein one or more first cladding layers of the first conductive type, an active layer, and a second cladding layer of the second conductive type are formed in this order on the substrate; And a current diffusion layer made of a material including a second conductive Ga 1-x In x P (0 <x <1) formed on the semiconductor multilayer structure.
Description
본 발명은 발광 다이오드와 같은 반도체 발광 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor light emitting device such as a light emitting diode and a method of manufacturing the same.
통상, AlGaInP 반도체 재료를 이용한 반도체 발광 소자는 다양한 이유로 인해 가시광선 발광 소자로 사용된다. 즉, AlGaInP 재료는 GaAs 기판과 격자 정합이 가능하고, III-IV족 화합물 반도체 등에서 가장 큰 직접 천이의 밴드갭(bandgap)을 갖는다. 특히, 550nm 내지 690nm 범위의 직접 천이형 빛을 발하는 발광 다이오드(LED)에서 높을 발광 효율을 얻을 수 있다.In general, semiconductor light emitting devices using AlGaInP semiconductor materials are used as visible light emitting devices for various reasons. That is, the AlGaInP material can be lattice matched with a GaAs substrate, and has the largest direct transition bandgap in a group III-IV compound semiconductor or the like. In particular, high luminous efficiency can be obtained in light emitting diodes (LEDs) emitting direct transition light in the range of 550 nm to 690 nm.
그러나, AlGaInP 재료를 사용한 표면 발광형의 통상적인 반도체 발광 소자는 광 출력 효율의 관점에서 문제점이 있었다. 상기 문제는 도 12의 통상적인 LED를 사용하여 설명한다.However, conventional semiconductor light emitting devices of the surface emitting type using AlGaInP materials have problems in terms of light output efficiency. The problem is illustrated using the conventional LED of FIG.
도 12의 통상적인 LED는 n형 GaAs 기판(121) 위에 형성된 n형 AlGaInP 제1클래드층(123), GaInP 활성층(124) 및 p형 AlGaInP 제2클래드층(125)으로 구성된 반도체 다층 구조(1212)를 포함한다. p형 전극(1211)은 p형 클래드층(125)의 중앙부에 형성되고, n형 전극(1210)은 n형 기판(121)의 후면에 형성된다.The conventional LED of FIG. 12 is a semiconductor multilayer structure 1212 composed of an n-type AlGaInP first cladding layer 123, a GaInP active layer 124, and a p-type AlGaInP second cladding layer 125 formed on an n-type GaAs substrate 121. ). The p-type electrode 1211 is formed at the center of the p-type cladding layer 125, and the n-type electrode 1210 is formed on the rear surface of the n-type substrate 121.
LED의 발광부인 GaInP 활성층(124)에서 발생된 광은 p형 전극(1211)이 형성되지 않은 p형 클래드층(125)의 표면부로부터 생성된다. 상기 LED의 발광 효율을 향상시키기 위하여, p형 전극(1211)으로부터 주입된 전류가 GaInP 활성층(124) 전체에 확산될 필요가 있다. 그러나, 실제로 p형 AlGaInP 클래드층(125)의 저항이 크기 때문에, 전류가 p형 클래드층(125) 내에서 조금 밖에 확산되지 않고, p형 전극(1211) 바로 밑에 위치하는 GaInP 활성층(124)의 일부만 빛을 발한다. 그 결과, 도 12의 종래 LED로서는, LED의 상부 표면을 통한 광 출력 효율은 극히 낮다.Light generated in the GaInP active layer 124 which is the light emitting part of the LED is generated from the surface portion of the p-type cladding layer 125 where the p-type electrode 1211 is not formed. In order to improve the luminous efficiency of the LED, the current injected from the p-type electrode 1211 needs to be diffused throughout the GaInP active layer 124. However, in practice, since the resistance of the p-type AlGaInP cladding layer 125 is large, current is diffused only a little in the p-type cladding layer 125, and the GaInP active layer 124 positioned directly below the p-type electrode 1211 is used. Only part of it shines. As a result, as the conventional LED of Fig. 12, the light output efficiency through the upper surface of the LED is extremely low.
상기 문제를 극복하기 위하여, 미국 특허 5,008,718호에서 R.M. Fletcher 등은 GaP 전류 확산층을 제공하여 전류를 보다 넓은 범위로 확산시키는 반도체 발광소자를 제안하였다. 상기 출원에서 제안된 반도체 발광 소자는 도 13을 통하여 설명한다.To overcome this problem, US Pat. No. 5,008,718 to R.M. Fletcher et al. Proposed a semiconductor light emitting device that provides a GaP current spreading layer and spreads the current in a wider range. The semiconductor light emitting device proposed in the above application will be described with reference to FIG. 13.
상기 반도체 발광 소자는 n형 GaAs 기판(131) 위에 n형 AlGaInP 제1클래드층(133), GaInP 활성층(134)및 p형 AlGaInP 제2클래드층(135)으로 구성된 반도체 다층 구조(1312)를 포함하는 LED이다. p형 GaP 전류 확산층(136)은 반도체 다층 구조(1312) 위에 형성된다. p형 GaP 전류 확산층(136)의 중앙부에 p형 전극(1311)이 형성되며, n형 기판(131)의 전 후면에 n형 전극(1310)이 형성된다.The semiconductor light emitting device includes a semiconductor multilayer structure 1312 including an n-type AlGaInP first cladding layer 133, a GaInP active layer 134, and a p-type AlGaInP second cladding layer 135 on an n-type GaAs substrate 131. LED. The p-type GaP current spreading layer 136 is formed over the semiconductor multilayer structure 1312. The p-type electrode 1311 is formed at the center of the p-type GaP current diffusion layer 136, and the n-type electrode 1310 is formed on the entire rear surface of the n-type substrate 131.
상기 반도체 발광 소자에 있어서, p형 GaP 전류 확산층(136)의 저항이 p형 AlGaInP 제2클래드층(135)의 저항보다 작고, 따라서 p형 전류 확산층에서 전류가 확산된다. 그러므로, GaInP 활성층(134)에 있어서 더 넓은 범위의 발광를 얻을 수있어서, 발광 효율이 향상된다. 또한, p형 GaP 전류 확산층(136)의 밴드갭은 p형 AlGaInP 제2클래드층(135)의 밴드갭보다 더 크다. 따라서, 활성층(134)에서 발생한 빛이 p형 전극(1311) 측에서 나올 때, 방출된 빛이 p형 전류 확산층(136)에 흡수되지 않고 투과한다. 이는 발광 효율을 더욱 향상시킨다.In the semiconductor light emitting device, the resistance of the p-type GaP current spreading layer 136 is smaller than the resistance of the p-type AlGaInP second cladding layer 135, so that current is diffused in the p-type current spreading layer. Therefore, a wider range of light emission can be obtained in the GaInP active layer 134, so that the light emission efficiency is improved. In addition, the bandgap of the p-type GaP current diffusion layer 136 is larger than the bandgap of the p-type AlGaInP second cladding layer 135. Therefore, when light generated in the active layer 134 is emitted from the p-type electrode 1311 side, the emitted light is transmitted through the p-type current diffusion layer 136 without being absorbed. This further improves the luminous efficiency.
그러나, 도 13에 나타낸 종래의 반도체 발광 소자에서 전류 확산층에 GaP를 사용하는 것은 하기 문제를 야기한다.However, the use of GaP in the current diffusion layer in the conventional semiconductor light emitting device shown in FIG. 13 causes the following problem.
첫 번째 문제는, GaP층은 양호한 결정성을 제공하지 못한다는 것이다. GaP 결정에서 Ga 원자가 P 원자와 강하게 결합하기 때문에, Ga 원자는 결정의 성장 표면에서 약간 확산(이동)하며, 양호한 층형 성장이 아닌 섬형 성장을 야기한다. 이는 결정 결합을 생성하기 쉬우며, GaP층의 결정성을 저하시켜 저항을 증가시킨다. 그 결과, 얻어진 반도체 발광 소자의 발광 효율 및 신뢰성이 감소한다.The first problem is that the GaP layer does not provide good crystallinity. Since Ga atoms are strongly bound to P atoms in the GaP crystal, the Ga atoms diffuse slightly (move) at the growth surface of the crystal, resulting in island growth rather than good layer growth. This is easy to produce crystal bonds, lowering the crystallinity of the GaP layer and increasing the resistance. As a result, the luminous efficiency and reliability of the obtained semiconductor light emitting element are reduced.
두 번째 문제는 GaP층의 격자 상수가 GaAs 기판 및 이와 격자 정합된 AlGaInP 반도체층의 격자 상수와 현저히 다르다는 것이다. GaAs의 격자 상수는 5.65Å인데 반해, GaP의 격자 상수는 5.45Å이고, -3.54%의 격자 부정합이 발생한다. 상기 격자 부정합은 상기의 첫 번째 문제를 야기한다. 즉, GaP 결정에서 결정 결합이 발생하여 결정성이 감소된다. 그 결과, 첫 번째 문제와 관련하여 기재된 바와 같이, 얻어진 반도체 발광 소자의 발광 효율 및 신뢰성이 감소한다.The second problem is that the lattice constant of the GaP layer is significantly different from the lattice constant of the GaAs substrate and the AlGaInP semiconductor layer lattice matched thereto. The lattice constant of GaAs is 5.65 mW, whereas the lattice constant of GaP is 5.45 mW, and a lattice mismatch of -3.54% occurs. The lattice mismatch causes the first problem above. In other words, crystal bonding occurs in the GaP crystal and crystallinity is reduced. As a result, as described in connection with the first problem, the luminous efficiency and reliability of the obtained semiconductor light emitting device are reduced.
세 번째 문제는 두 번째 문제로서 상기 기재된 바와 같이 GaP와 GaAs의 격자 부정합이 발광부에 악영향을 준다는 것이다. 상기 -3.54%의 격자 부정합에 의해 전위가 발생하기 때문에, 발광부인 활성층, 클래드층 등에 결정 결함이 발생한다. 이는 비발광 재결합 중심의 발생 요인이 된다. 그 결과, 반도체 발광 소자의 발광효율 및 신뢰성이 현저하게 감소한다.The third problem is that, as described above, the lattice mismatch of GaP and GaAs adversely affects the light emitting portion. Since the potential is generated by the -3.54% lattice mismatch, crystal defects occur in the active layer, the cladding layer, and the like which are light emitting portions. This is the cause of the non-luminescent recombination center. As a result, the luminous efficiency and reliability of the semiconductor light emitting element are significantly reduced.
도 1은 본 발명에 따른 실시예 1의 반도체 발광 소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device of Example 1 according to the present invention.
도 2는 Ga1-xInxP의 In 몰조성비 x와 GaAs에 대한 격자 부정합율과의 관계를 나타내는 그래프이다.2 is a graph showing the relationship between the In mole composition ratio x of Ga 1-x In x P and the lattice mismatch rate for GaAs.
도 3은 Ga1-xInxP의 In 몰조성비 x와 밴드갭 Eg와의 관계를 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing the relationship between the In molar composition ratio x of Ga 1-x In x P and the band gap Eg.
도 4는 본 발명에 따른 실시예 2의 반도체 발광 소자의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device of Example 2 according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 실시예 3의 반도체 발광 소자의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device of Example 3 according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 실시예 4의 반도체 발광 소자의 단면도이다.6 is a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device of Example 4 according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 실시예 5의 반도체 발광 소자의 단면도이다.7 is a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device of Example 5 according to the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 실시예 6의 반도체 발광 소자의 단면도이다.8 is a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device of Example 6 according to the present invention.
도 9는 본 발명에 따른 실시예 7의 반도체 발광 소자의 단면도이다.9 is a sectional view of a semiconductor light emitting device according to a seventh embodiment of the present invention.
도 10a 내지 10c는 본 발명에 따른 실시예 8의 반도체 발광 소자의 제조공정을 나타내는 단면도이다.10A to 10C are cross-sectional views illustrating a process for manufacturing the semiconductor light emitting device of Example 8 according to the present invention.
도 11a 내지 11c는 본 발명에 따른 실시예 9의 반도체 발광 소자의 제조공정을 나타내는 단면도이다.11A to 11C are sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor light emitting device of Example 9 according to the present invention.
도 12는 종래의 반도체 발광 소자의 단면도이다.12 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor light emitting device.
도 13은 또 다른 종래의 반도체 발광 소자의 단면도이다.13 is a cross-sectional view of another conventional semiconductor light emitting device.
본 발명의 반도체 발광 소자는 기판; 상기 기판 위에, 하나 이상의 제1도전형의 제1클래드층, 활성층 및 제2도전형의 제2클래드층이 이 순서로 형성되는 반도체 다층 구조; 및 상기 반도체 다층 구조에 형성된 제2도전형의 Ga1-xInxP(0<x<1)를 포함하는 재료로 제조된 전류 확산층을 포함한다.The semiconductor light emitting device of the present invention comprises a substrate; A semiconductor multilayer structure wherein one or more first cladding layers of the first conductive type, an active layer, and a second cladding layer of the second conductive type are formed in this order on the substrate; And a current diffusion layer made of a material including a second conductive Ga 1-x In x P (0 <x <1) formed in the semiconductor multilayer structure.
본 발명의 1실시예에 있어서, 상기 전류 확산층의 In 몰조성비는 x는 0<x<0.49이다.In one embodiment of the present invention, In mole composition ratio x of the current diffusion layer is 0 <x <0.99.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 전류 확산층의 In 몰조성비 x는 0<x<0.27이다.In another embodiment of the present invention, the In molar composition ratio x of the current spreading layer is 0 <x <0.27.
또한, 본 발명의 반도체 발광 소자는 기판; 상기 기판 위에, 하나 이상의 제1도전형의 제1클래드층, 활성층 및 제2도전형의 제2클래드층이 이 순서로 형성되는 반도체 다층 구조; 및 상기 반도체 다층 구조에 형성된 제2도전형의 Ga1-xInxP(0<x<1)를 포함하는 재료로 제조된 전류 확산층을 포함하며, 전류 확산층의 In 몰조성비는 x는 두께 방향으로 변화한다.In addition, the semiconductor light emitting device of the present invention; A semiconductor multilayer structure wherein one or more first cladding layers of the first conductive type, an active layer, and a second cladding layer of the second conductive type are formed in this order on the substrate; And a current diffusion layer made of a material including a second conductive type Ga 1-x In x P (0 <x <1) formed in the semiconductor multilayer structure, wherein an In molar composition ratio of the current diffusion layer is in a thickness direction. To change.
본 발명의 1실시예에 있어서, 상기 전류 확산층의 변화된 In 몰조성비 x는 0<x<0.49이다.In one embodiment of the present invention, the changed In molar composition ratio x of the current spreading layer is 0 <x <0.49.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 전류 확산층의 변화된 In 몰조성비 x는 0<x<0.27이다.In another embodiment of the present invention, the changed In molar composition ratio x of the current spreading layer is 0 <x <0.27.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 활성층은 (AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤ y≤1, 0≤ z≤ 1), AlpGa1-p)zAs(0≤ p≤ 1) 또는 InqGa1-qAs(0≤ q≤ 1)로부터 제조된다.In another embodiment of the present invention, the active layer is (Al y Ga 1-y ) z In 1-z P (0≤y≤1, 0≤z≤1), Al p Ga 1-p ) z As (0 ≦ p ≦ 1) or In q Ga 1-q As (0 ≦ q ≦ 1).
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 한 쌍의 전극이 형성되고, 그 사이에 기판, 반도체 다층 구조 및 전류 확산층이 위치하며, 또 전류 확산층측의 전극 중 하나와 대향하는 전류 저지층이 형성되며, 상기 전류 확산층은 상기 전극 중 하나와 전류 저지층 사이에 위치한다.In another embodiment of the invention, a pair of electrodes is formed, between which a substrate, a semiconductor multilayer structure and a current spreading layer are located, and a current blocking layer opposite to one of the electrodes on the current spreading layer side is formed. The current spreading layer is located between one of the electrodes and the current blocking layer.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 전류 확산층측의 전극이 전류 확산층의 중앙부에 형성되어, 전류 확산층의 주변부를 통하여 빛을 낸다.In another embodiment of the present invention, an electrode on the side of the current spreading layer is formed at the center of the current spreading layer to emit light through the periphery of the current spreading layer.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 전류 확산층측의 전극이 이의 중앙부를 둘러싸는 전류 확산층의 주변부에 형성되어, 전류 확산층의 중앙부를 통하여 빛을 낸다.In still another embodiment of the present invention, an electrode on the side of the current spreading layer is formed at the periphery of the current spreading layer surrounding its center portion to emit light through the center portion of the current spreading layer.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 전류 지지층은 Ga1-aInaP(0<a<1)를 포함하는 재료로 제조된다.In another embodiment of the present invention, the current support layer is made of a material comprising Ga 1-a In a P (0 <a <1).
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 전류 저지층은 Al을 함유하는 화합물 반도체로 제조된다.In another embodiment of the present invention, the current blocking layer is made of a compound semiconductor containing Al.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 전류 저지층은 AlbGa1-bAs(0≤b≤1) 또는(AlcGa1-c)dIn1-dP(0≤c≤1, 0≤d≤1)로 제조된다.In another embodiment of the present invention, the current blocking layer is Al b Ga 1-b As (0 ≦ b ≦ 1 ) or (Al c Ga 1-c ) dIn 1-d P (0 ≦ c ≦ 1 , 0 ≤ d ≤ 1).
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 반도체 발광 소자의 제조 방법이 제공된다. 반도체 발광 소자는 기판; 상기 기판 위에, 하나 이상의 제1도전형의 제1클래드층, 활성층 및 제2도전형의 제2클래드층이 이 순서로 형성되는 반도체 다층 구조; 반도체 다층 구조의 일부에 형성된 제1도전형의 전류 저지층; 상기 전류 지지층을 덮고 있는 반도체 다층 구조 위에 형성된 제2도전형의 Ga1-xInxP(0<x<1)를 포함하는 재료로 제조된 전류 확산층; 및 하나의 전극이 전류 확산층을 통하여 전류 저지층과 대향하도록 전류 확산층에 형성되고, 다른 전극이 기판의 표면에 형성된 한쌍의 전극을 포함한다. 상기 방법은 기판 위에 반도체 다층 구조를 형성시키고, 반도체 다층 구조 위에 Al을 함유하지 않는 재료로 제조된 보호층 및 Al을 함유하는 화합물 반도체로 제조된 전류 저지층을 형성하기 위한 층을 형성시키고; 또 전류 지지층을 형성시키기 위한 층을 선택적으로 에칭하여 반도체 다층 구조 위에 전류 저지층을 형성시키는 단계를 포함하다.In still another embodiment of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor light emitting device is provided. The semiconductor light emitting device includes a substrate; A semiconductor multilayer structure wherein one or more first cladding layers of the first conductive type, an active layer, and a second cladding layer of the second conductive type are formed in this order on the substrate; A current blocking layer of a first conductivity type formed in a part of the semiconductor multilayer structure; A current diffusion layer made of a material including a second conductive Ga 1-x In x P (0 <x <1) formed on the semiconductor multilayer structure covering the current supporting layer; And a pair of electrodes formed in the current spreading layer so that one electrode faces the current blocking layer through the current spreading layer, and the other electrode is formed on the surface of the substrate. The method comprises forming a semiconductor multilayer structure on a substrate, and forming a layer for forming a protective layer made of a material containing no Al and a current blocking layer made of a compound semiconductor containing Al over the semiconductor multilayer structure; And selectively etching the layer for forming the current support layer to form a current blocking layer over the semiconductor multilayer structure.
본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 상기 전류 저지층을 형성시키는 층의 에칭 단계에서 전류 저지층이 반도체 다층 구조의 중앙부에 형성된다.In one embodiment of the present invention, the current blocking layer is formed in the center of the semiconductor multilayer structure in the etching step of the layer forming the current blocking layer.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 전류 저지층을 형성시키는 층의 에칭 단계에서 전류 저지층이 이의 중앙부를 둘러싸고 있는 반도체 다층 구조의 주변부에 형성된다.In another embodiment of the present invention, in the etching step of the layer forming the current blocking layer, a current blocking layer is formed at the periphery of the semiconductor multilayer structure surrounding the central portion thereof.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 전류 저지층으로서AlbGa1-bAs(0≤b≤l)층 또는 (AlcGa1-c)dIn1-dP(0≤c≤1, 0≤d≤1)층이 사용된다.In another embodiment of the present invention, the Al b Ga 1-b As (0 ≦ b ≦ l) layer or (Al c Ga 1-c ) d In 1-d P (0 ≦ c ≦ as the current blocking layer. 1, 0 ≦ d ≦ 1) layer is used.
따라서, 본 발명은 (1) 소자의 발광 효율 및 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있는 반도체 발광 소자를 제공하며, 또 (2) 상기 반도체 발광 소자를 제조하는 방법을 제공한다.Accordingly, the present invention provides (1) a semiconductor light emitting device capable of greatly improving the luminous efficiency and reliability of the device, and (2) a method of manufacturing the semiconductor light emitting device.
본 발명의 상기 및 기타 장점은 첨부한 도면을 참고하여 상세히 설명한다.The above and other advantages of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
바람직한 실시형태의 설명Description of the Preferred Embodiments
우선, 본 발명의 작용을 설명한다.First, the operation of the present invention will be described.
본 발명에 있어서, 반도체 다층 구조 위에 형성된 Ga1-xIn1-xP(0<x<1) 전류 확산층에 의해 전류가 확산되기 때문에, 빛은 넓은 범위의 활성층에서 생성된다. GaInP 전류 확산층은 P 원자보다 더 큰 반경을 갖는 In 원자를 포함한다. 상기 큰 In 원자는 GaInP의 결정성장 도중에 P 원자의 이동을 어렵게 하고, 따라서 결정 결함이 생기기 어렵다. 또한, GaInP은 GaAs 기판 및 이 GaAs 기판 위에 형성된 반도체층과의 격자 부정합이 GaP에 비해 작다. 이는 전류 확산층 자체뿐만 아니라, 발광부인 활성층, 클래드층 등에도 결정 결함이 생기는 것을 어렵게 한다.In the present invention, since the current is diffused by the Ga 1-x In 1-x P (0 <x <1) current spreading layer formed on the semiconductor multilayer structure, light is generated in a wide range of active layers. The GaInP current spreading layer includes In atoms having a radius larger than P atoms. The large In atoms make it difficult for the P atoms to move during crystal growth of GaInP, and thus crystal defects are less likely to occur. In addition, the lattice mismatch between GaInP and the GaAs substrate and the semiconductor layer formed on the GaAs substrate is smaller than that of GaP. This makes it difficult to produce crystal defects not only in the current diffusion layer itself but also in the active layer, the cladding layer, and the like which are light emitting portions.
전류 확산층의 In 몰조성비 x가 0<x<0.49일 때, GaInP 또는 AlGaInP 활성층으로부터 방출된 빛은 흡수되지 않고 투과할 수 있다. 더욱이 GaAs 기판 및 GaAs 기판 위에 형성된 반도체층과의 격자 부정합에 의한 결정 결함의 생성을 감소시킬 수 있다.When the In molar composition ratio x of the current spreading layer is 0 <x <0.49, light emitted from the GaInP or AlGaInP active layer can be transmitted without being absorbed. Furthermore, the generation of crystal defects due to lattice mismatch with the GaAs substrate and the semiconductor layer formed on the GaAs substrate can be reduced.
전류 확산층의 In 몰조성비가 x가 0<x<0.27일 때, 전류 확산층의 밴드갭이GaP와 실질적으로 동일하다. 이로써, 활성층에서 발생한 빛은 전류 확산층에 흡수되지 않는다. 따라서, 광흡수에 의한 전류 확산층이 열화되지 않는다.When the In molar composition ratio x of the current spreading layer is 0 <x <0.27, the band gap of the current spreading layer is substantially the same as GaP. As a result, light generated in the active layer is not absorbed by the current spreading layer. Therefore, the current diffusion layer due to light absorption does not deteriorate.
전류 확산층의 In 몰조성비 x가 두께 방향으로 서서히 변화하면, 격자 왜곡이 서서히 완화된다. 이런 방법으로 격자 왜곡을 감소시킬 수 있다.When the In molar composition ratio x of the current spreading layer gradually changes in the thickness direction, lattice distortion is gradually relaxed. In this way, the grid distortion can be reduced.
전류 확산층의 서서히 변화된 In 몰조성비 x가 0<x<0.49가 되면, GaInP 또는 AlGaInP 활성층으로부터 방출된 빛은 전류 확산층에 흡수되지 않고 투과될 수 있다. 더욱이 GaAs 기판 및 GaAs 기판 위에 형성된 반도체층과의 격자 부정합에 의한 결정 결함을 감소시킬 수 있다.When the slowly changed In molar composition ratio x of the current spreading layer becomes 0 <x <0.49, light emitted from the GaInP or AlGaInP active layer can be transmitted without being absorbed by the current spreading layer. Furthermore, crystal defects due to lattice mismatch with the GaAs substrate and the semiconductor layer formed on the GaAs substrate can be reduced.
전류 확산층의 서서히 변화된 In 몰조성비 x를 0<x<0.27로 하면, 밴드갭이 GaP와 실질적으로 동일하다. 이로써, 활성층에서 발생한 빛은 전류 확산층에 흡수되지 않는다. 따라서, 광흡수에 의한 전류 확산층이 열화되지 않는다.If the gradually changed In molar composition ratio x of the current spreading layer is 0 <x <0.27, the band gap is substantially the same as GaP. As a result, light generated in the active layer is not absorbed by the current spreading layer. Therefore, the current diffusion layer due to light absorption does not deteriorate.
활성층으로서, 화합물 반도체 예컨대 (AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1, 0≤z≤1), AlpGa1-pAs(0≤p≤1), 및 InqGa1-qAs(0≤q≤1)가 사용될 수 있다. 상기 재료를 사용함으로써, 결정 결함의 수가 감소된 발광부를 얻을 수 있다.As an active layer, a compound semiconductor such as (Al y Ga 1-y ) z In 1-z P (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1), Al p Ga 1-p As (0 ≦ p ≦ 1 ), and In q Ga 1-q As (0 ≦ q ≦ 1 ) may be used. By using the material, it is possible to obtain a light emitting portion in which the number of crystal defects is reduced.
전류 확산층이 전류 저지층과 전극 사이에 위치하고, 기판, 반도체 다층 구조 및 전류 확산층이 사이에 위치하는 한 쌍의 전극 중 하나로서 전류 확산층에 형성된 전극과 대향하도록 전류 저지층을 형성할 수 있다. 상기 구성에 따라, 전류 지지층이 하부에 형성되지 않은 전류 확산층 부위를 향하여 전류가 흐른다. 따라서, 전류가 활성층의 원하는 영역으로 효율적으로 흐르기 때문에, 이 영역에서의발광 효율이 향상된다. 발광 영역 위에 전극이 형성되지 않기 때문에, 전극이 형성되지 않은 전류 확산층을 통하여 광출력 효율이 향상된다.The current spreading layer is positioned between the current blocking layer and the electrode, and the current blocking layer can be formed to face the electrode formed in the current spreading layer as one of a pair of electrodes in which the substrate, the semiconductor multilayer structure, and the current spreading layer are located therebetween. According to the above configuration, the current flows toward the portion of the current diffusion layer in which the current support layer is not formed below. Therefore, since the current flows efficiently to the desired area of the active layer, the light emission efficiency in this area is improved. Since no electrode is formed over the light emitting region, the light output efficiency is improved through the current diffusion layer in which the electrode is not formed.
예컨대, 전극이 전류 확산층의 중앙부에 형성되고, 전류 저지층이 전류 확산층을 통하여 전극과 대향하도록 형성되면, 전류가 활성층의 주변부로 유도되어 주변부에서의 발광 효율을 향상시키고, 따라서 전극이 형성되지 않은 전류 확산층의 주변부를 통하여 광출력 효율을 향상시킨다.For example, if an electrode is formed at the center of the current spreading layer and the current blocking layer is formed to face the electrode through the current spreading layer, current is induced to the periphery of the active layer to improve the luminous efficiency at the periphery, thus forming no electrode. The light output efficiency is improved through the periphery of the current spreading layer.
또한, 전극이 이의 중앙부를 둘러싸고 있는 전류 확산층의 주변부에 형성되고, 전류 저지층이 전류 확산층을 통하여 전극과 대향하도록 형성되면, 전류가 활성층의 중앙부로 유도되어 중앙부에서의 발광 효율을 향상시키고, 따라서 전극이 형성되지 않은 전류 확산층의 중앙부를 통하여 광출력 효율을 향상시킨다.Further, if an electrode is formed at the periphery of the current spreading layer surrounding its central portion, and the current blocking layer is formed to face the electrode through the current spreading layer, the current is led to the center portion of the active layer to improve the luminous efficiency at the center portion, thus The light output efficiency is improved through the center portion of the current diffusion layer in which no electrode is formed.
전류 저지층이 Ga1-aInaP(0<a<1)로 제조되면, 전류 저지층과 GaAs 기판 및 GaAs 기판 위에 형성된 반도체층과의 격자 부정합도 감소되며, 이로써 결정 결함이 더욱 감소된다.If the current blocking layer is made of Ga 1-a In a P (0 <a <1), the lattice mismatch between the current blocking layer and the semiconductor layer formed on the GaAs substrate and the GaAs substrate is also reduced, thereby further reducing crystal defects. .
또한, 전류 저지층은 AlbGa1-bAs(0≤b≤1) 및 (AlcGa1-c)dIn1-dP(0≤c≤1, 0≤d≤1)와 같은 Al을 함유하는 화합물 반도체로 제조될 수 있으며, 상기 전류 저지층은 Al을 함유하지 않은 재료로 제조된 보호층을 통하여 반도체 다층 구조 위에 형성될 수 있다. 이는 보호층과 전류 저지층을 선택적으로 에칭하여 원하는 영역에 전류 저지층이 형성되도록 한다.In addition, the current blocking layer is made of Al b Ga 1-b As (0 ≦ b ≦ 1 ) and (Al c Ga 1-c ) d In 1-d P (0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1). It can be made of a compound semiconductor containing Al, and the current blocking layer can be formed on the semiconductor multilayer structure through a protective layer made of a material containing no Al. This selectively etches the protective layer and the current blocking layer so that a current blocking layer is formed in the desired area.
하기에서는 본 발명의 실시예에 관하여 도면을 사용하여 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
실시예 1Example 1
실시예 1에서는 Ga1-xInxP(0<x<1) 전류 확산층을 포함하는 AlGaInP 반도체 발광 소자에 관하여 설명한다. 도 1은 실시예 1의 반도체 발광 소자의 단면도를 나타낸다.In Embodiment 1, an AlGaInP semiconductor light emitting device including a Ga 1-x In x P (0 <x <1) current diffusion layer will be described. 1 is a sectional view of a semiconductor light emitting device of Example 1. FIG.
상기 반도체 발광 소자는 n형 GaAs 기판(1) 위에 형성된 n형 GaAs 버퍼층(2)(예컨대 Si 농도: 5x1017cm-3, 두께: 약 0.5㎛)을 포함하는 LED이다. 버퍼층(2) 위에는 n형(AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1, 0≤z≤1) 클래드층(3)(예컨대 y=0.5, z=0.5, Si 농도: 5x1017cm-3, 두께: 약 1.0㎛), (AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1, 0≤z≤1) 활성층(4)(예컨대 y=0, z=0.5, 두께: 약 0.5㎛) 및 p형(AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1, 0≤z≤1) 클래드층(5)(예컨대 y=0.5, z=0.5, Zn 농도: 5x1017cm-3, 두께: 약 1.0㎛)으로 구성된 반도체 다층 구조(12)가 형성된다. 반도체 다층 구조(12) 위에 p형 Ga1-xInxP(0<x<1) 전류 확산층(6)(예컨대 x=0.40, Zn 농도: 5x1018cm-3, 두께: 약 5.0㎛)이 형성된다. p형 전류 확산층(6)의 중앙부에는 p형 전극(11)이 형성되며, n형 기판(1)의 전체 후면에 n형 전극(10)이 형성된다.The semiconductor light emitting device is an LED including an n-type GaAs buffer layer 2 (for example, Si concentration: 5 × 10 17 cm −3 , thickness: about 0.5 μm) formed on the n-type GaAs substrate 1. On the buffer layer 2, n-type (Al y Ga 1-y ) z In 1-z P (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1) cladding layer 3 (eg y = 0.5, z = 0.5, Si Concentration: 5 × 10 17 cm −3 , thickness: about 1.0 μm), (Al y Ga 1-y ) z In 1-z P (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1) active layer 4 (eg y = 0, z = 0.5, thickness: about 0.5 μm) and p-type (Al y Ga 1-y ) z In 1-z P (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1) clad layer 5 (eg y = 0.5, z = 0.5, Zn concentration: 5x10 17 cm -3 , thickness: about 1.0 mu m). The p-type Ga 1-x In x P (0 <x <1) current diffusion layer 6 (e.g., x = 0.40, Zn concentration: 5x10 18 cm -3 , thickness: about 5.0 탆) is formed on the semiconductor multilayer structure 12. Is formed. The p-type electrode 11 is formed at the central portion of the p-type current diffusion layer 6, and the n-type electrode 10 is formed on the entire rear surface of the n-type substrate 1.
본 실시예의 반도체 발광 소자가 Ga1-xInxP(x=0.40) 전류 확산층(6)을 포함하기 때문에, 격자 왜곡은 하기 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이 개선될 수 있다.Since the semiconductor light emitting device of this embodiment includes a Ga 1-x In x P (x = 0.40) current spreading layer 6, the lattice distortion can be improved as described with reference to FIG. 2 below.
도 2는 Ga1-xlnxP의 In몰조성비 x와 GaAs에 대한 격자 부정합과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, Ga1-xInxP의 격자 상수는 GaAs와 일치하며, 즉 In 몰조성비 x가 약 0.49일 때 이들의 격자 부정합율은 0이 된다. 본 실시예에서 Ga1-xInxP(x=0.40) 전류 확산층(6)의 격자 부정합율은 약 -0.6%이다. 따라서, 본 실시예에서 격자 왜곡은 도 13의 종래 반도체 발광 소자에 있어서 GaAs를 갖는 GaP 전류 확산층의 격자 부정합율 약 -3.54%에 비해서 83%로 감소된다.2 is a graph showing the relationship between the In molar composition ratio x of Ga 1-x ln x P and lattice mismatch with GaAs. As can be seen in Figure 2, the lattice constant of Ga 1-x In x P coincides with GaAs, i.e., when the In molar composition ratio x is about 0.49, their lattice mismatch rate becomes zero. In this embodiment, the lattice mismatch rate of the Ga 1-x In x P (x = 0.40) current diffusion layer 6 is about −0.6%. Therefore, in the present embodiment, the lattice distortion is reduced to 83% compared to about -3.54% of the lattice mismatch rate of the GaP current diffusion layer having GaAs in the conventional semiconductor light emitting device of FIG.
본 실시예의 반도체 발광 소자에 있어서, 전류 확산층(6)은 Ga1-xInxP(x=0.40)로 제조되는 반면, 활성층(4)은 (AlyGa1-y)zIn1-zP(y=0, z=0.5)로 제조된다. 상기 구성에 따라, 활성층(4)에서 발생한 광이 전류 확산층(6)으로 흡수되지 않는다. 이를 도 3을 참조하여 설명한다.In the semiconductor light emitting device of this embodiment, the current spreading layer 6 is made of Ga 1-x In x P (x = 0.40), while the active layer 4 is made of (Al y Ga 1-y ) z In 1-z. Prepared as P (y = 0, z = 0.5). According to the above configuration, light generated in the active layer 4 is not absorbed into the current spreading layer 6. This will be described with reference to FIG. 3.
도 3은 Ga1-xInxP의 In 몰조성비 x와 Ga1-xInxP의 밴드갭 Eg와의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, Ga1-xInxP의 In 몰조성비 x가 0<x≤0.27인 경우에는 간접 천이인 X천이가 나타난다. 따라서, 실질적으로 GaP의 밴드갭 Eg=2.27eV와 동일한 밴드갭이 얻어진다. Ga1-xInxP의 In 몰조성비 x가 0.27<x<1인 경우에는 직접 천이인 Γ 천이가 나타난다. 따라서, 밴드갭은 GaP의 밴드갭보다도 작다. 본 실시예에서 Ga1-xInxP(x=0.40) 전류 확산층(6)의 밴드갭 Eg는약 2.0eV이고, 활성층(4)의 밴드갭 즉, Eg=1.9eV에 보다 더 크다. 따라서, 활성층(4)에서 발생한 광은 전류 확산층(6)에 흡수되지 않고, 반도체 발광 소자의 표면을 통하여 출력된다.Figure 3 is a graph showing the relationship between the band gap Eg of the Ga 1-x In x P of the In composition ratio x mol and Ga 1-x In x P. As can be seen from FIG. 3, when the In molar composition ratio x of Ga 1-x In x P is 0 <x ≦ 0.27, X transition, which is an indirect transition, appears. Thus, a bandgap substantially equal to the bandgap Eg = 2.27eV of GaP is obtained. When the In molar composition ratio x of Ga 1-x In x P is 0.27 <x <1, Γ transition, which is a direct transition, appears. Therefore, the band gap is smaller than the band gap of GaP. In this embodiment, the bandgap Eg of the Ga 1-x In x P (x = 0.40) current spreading layer 6 is about 2.0 eV, which is larger than the bandgap of the active layer 4, that is, Eg = 1.9eV. Therefore, the light generated in the active layer 4 is not absorbed by the current diffusion layer 6 and is output through the surface of the semiconductor light emitting element.
따라서, 본 실시예의 반도체 발광 소자에 있어서, 전류 확산층(6)의 결정 결함의 수가 감소될 수 있으며, 발광부인 활성층(4)등의 전위에 의한 결정 결함의 수가 크게 감소할 수 있다. 이는 소자의 발광 효율 및 신뢰성을 크게 향상시킨다. 또한, 활성층(4)에서 발생한 광이 전류 확산층(6)에 흡수되지 않기 때문에, 발광효율이 감소하지 않고, 광흡수에 의한 반도체 발광 소자의 특성이 열화되지도 않는다. 실제로, 반도체 발광 소자가 파장 650nm의 적색 LED인 경우, 발광 효율이 종래 소자에 비해 약 20% 향상되며, 20mA, 60℃ 구동하에서 광도가 반이 될 때까지 필요한 시간이 약 1.5배에 증가하기 때문에 신뢰성도 향상된다.Therefore, in the semiconductor light emitting device of this embodiment, the number of crystal defects in the current diffusion layer 6 can be reduced, and the number of crystal defects due to potentials of the active layer 4 or the like as the light emitting portion can be greatly reduced. This greatly improves the luminous efficiency and reliability of the device. In addition, since the light generated in the active layer 4 is not absorbed by the current diffusion layer 6, the luminous efficiency is not reduced and the characteristics of the semiconductor light emitting element due to light absorption are not deteriorated. In fact, when the semiconductor light emitting device is a red LED having a wavelength of 650 nm, the light emitting efficiency is improved by about 20% compared with the conventional device, and the time required until the brightness is halved under the driving of 20 mA at 60 ° C is increased by about 1.5 times. Reliability is also improved.
본 실시예에 있어서, n형 클래드층, 활성층 및 p형 클래드층을 구성하는 (AlyGa1-y)zIn1-zP의 몰조성비 y 및 z는 적절히 변경될 수 있다. 이것은 또한 하기 실시예에 적용된다. 본 발명에 따른 반도체 발광 소자는 본 실시예 및 하기 실시예에 기재된 바와 같이 LED에 한정되지 않으며, 상기 소자가 GaAs 기판과 격자 정합하는 화합물 반도체 재료를 사용한 표면 발광형의 반도체 발광 소자이면, 임의의 다른 형태일 수도 있다.In the present embodiment, the molar composition ratios y and z of (Al y Ga 1-y ) z In 1-z P constituting the n-type cladding layer, the active layer and the p-type cladding layer can be appropriately changed. This also applies to the following examples. The semiconductor light emitting device according to the present invention is not limited to the LED as described in this embodiment and the following examples, and any device can be used if the device is a surface light emitting semiconductor light emitting device using a compound semiconductor material lattice matched with a GaAs substrate. It may be in other forms.
실시예 2Example 2
실시예 2의 반도체 발광 소자에 있어서, Ga1-xInxP 전류 확산층의 In 몰조성비 x는 실시예 1과 상이하다. 도 4는 실시예 2의 반도체 발광 소자의 단면도를 나타낸다.In the semiconductor light emitting device of Example 2, the In molar composition ratio x of the Ga 1-x In x P current diffusion layer is different from that in Example 1. 4 is a sectional view of a semiconductor light emitting element of Example 2;
본 실시예의 반도체 발광 소자는 n형 GaAs 기판(1) 위에 형성된 n형 GaAs 버퍼층(22)(예컨대 Si 농도: 5x1017cm-3, 두께: 약 0.5㎛)을 포함하는 LED이다. 상기 버퍼층(22) 위에는 n형(AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1, 0≤z≤1) 클래드층(23)(예컨대 y=1.0, z=0.5, Si 농도: 5x1017cm-3, 두께: 약 1.0㎛), (AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1, 0≤z≤1) 활성층(24)(예컨대 y=0.45, z=0.5, 두께: 약 0.5㎛) 및 p형(AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1, 0≤z≤1) 클래드층(25)(예컨대 y=1.0, z=0.5, Zn 농도: 5x1017cm-3, 두께: 약 1.0㎛)으로 구성된 반도체 다층 구조(212)가 형성된다. 반도체 다층 구조(212) 위에 p형 Ga1-xInxP(0<x<1) 전류 확산층(26)(예컨대 x=0.2, Zn 농도: 5x1018cm-3, 두께: 약 5.0㎛)이 형성된다. p형 전류 확산층(26)의 중앙부에는 p형 전극(11)이 형성되며, n형 기판(1)의 전체 후면에 n형 전극(210)이 형성된다.The semiconductor light emitting element of this embodiment is an LED including an n-type GaAs buffer layer 22 (for example, Si concentration: 5 × 10 17 cm −3 , thickness: about 0.5 μm) formed on the n-type GaAs substrate 1. On the buffer layer 22, an n-type (Al y Ga 1-y ) z In 1-z P (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1) cladding layer 23 (eg y = 1.0, z = 0.5, Si concentration: 5 × 10 17 cm −3 , thickness: about 1.0 μm), (Al y Ga 1-y ) z In 1-z P (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1) active layer 24 (eg y = 0.45, z = 0.5, thickness: about 0.5 μm) and p-type (Al y Ga 1-y ) z In 1-z P (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1) clad layer 25 (eg y = 1.0, z = 0.5, Zn concentration: 5 × 10 17 cm −3 , thickness: about 1.0 μm), to form a semiconductor multilayer structure 212. The p-type Ga 1-x In x P (0 <x <1) current diffusion layer 26 (eg, x = 0.2, Zn concentration: 5x10 18 cm -3 , thickness: about 5.0 μm) is formed on the semiconductor multilayer structure 212. Is formed. The p-type electrode 11 is formed at the central portion of the p-type current diffusion layer 26, and the n-type electrode 210 is formed on the entire rear surface of the n-type substrate 1.
본 실시예의 반도체 발광 소자가 Ga1-xInxP(x=0.2) 전류 확산층(26)을 포함하기 때문에, 격자 부정합율은 도 2에서 관찰되는 바와 같이 약 -2.1%이다. 이것은 본 실시예의 격자 왜곡이 도 13의 종래 반도체 발광 소자에 있어서 GaAs를 갖는 GaP 전류 확산층의 격자 부정합율 약 -3.54%에 비하여 약 40%로 감소됨을 의미한다.Since the semiconductor light emitting element of this embodiment includes a Ga 1-x In x P (x = 0.2) current diffusion layer 26, the lattice mismatch rate is about -2.1% as observed in FIG. This means that the lattice distortion of this embodiment is reduced to about 40% compared to about -3.54% of the lattice mismatch of the GaP current diffusion layer with GaAs in the conventional semiconductor light emitting device of FIG.
비록 본 실시예에서 격자 왜곡의 감소 효과는 실시예 1에 비해 작지만, 단 실시예에서 전류 확산층의 밴드갭을 실시예 1보다 더 크게 할 수 있다. 도 3에서 관찰되는 바와 같이, Ga1-xInxP(x=0.2) 전류 확산층(26)의 밴드갭 Eg는 GaP의 밴드갭과 거의 동일한 2.27eV이고, 활성층(24)의 밴드갭 Eg=2.18eV보다는 더 크다. 따라서, 활성층(24)에서 발생한 녹색광은 전류 확산층(26)에 흡수되지 않고, 반도체 발광 소자의 표면을 통하여 출력된다.Although the effect of reducing the lattice distortion in this embodiment is smaller than that in Example 1, the band gap of the current spreading layer can be made larger than in Example 1 in the embodiment. As observed in FIG. 3, the bandgap Eg of the Ga 1-x In x P (x = 0.2) current spreading layer 26 is 2.27 eV, which is about the same as the bandgap of GaP, and the bandgap Eg = of the active layer 24 = Greater than 2.18eV. Therefore, the green light generated in the active layer 24 is not absorbed by the current diffusion layer 26 and is output through the surface of the semiconductor light emitting element.
따라서, 본 실시예의 반도체 발광 소자에 있어서, 전류 확산층(26)에서 결정결함의 생성이 감소된다. 이는 소자의 발광 효율 및 신뢰성을 크게 향상시킨다. 또한, 활성층(24)에서 발생한 녹색광이 전류 확산층(26)에 흡수되지 않기 때문에, 발광 효율이 감소하지 않고, 광흡수에 의한 반도체 발광 소자의 특성이 열화되지도 않는다. 실제로, 반도체 발광 소자가 파장 550nm의 녹색 LED인 경우, 발광 효율이 종래 소자에 비해 약 30% 향상되며, 20mA, 60℃ 구동하에서 광도가 반이 될 때까지 필요한 시간이 약 2배에 증가하기 때문에 신뢰성도 향상된다.Therefore, in the semiconductor light emitting element of this embodiment, the generation of crystal defects in the current spreading layer 26 is reduced. This greatly improves the luminous efficiency and reliability of the device. In addition, since the green light generated in the active layer 24 is not absorbed by the current diffusion layer 26, the luminous efficiency does not decrease, and the characteristics of the semiconductor light emitting element due to light absorption do not deteriorate. In fact, when the semiconductor light emitting device is a green LED having a wavelength of 550 nm, the light emitting efficiency is improved by about 30% compared to the conventional device, and the time required until the brightness is halved under the driving of 20 mA at 60 ° C is approximately doubled. Reliability is also improved.
실시예 3Example 3
실시예 3의 반도체 발광 소자에 있어서, Ga1-xInxP 전류 확산층의 In 몰조성비 x는 실시예 1 및 2와 상이하다. 도 5는 실시예 3의 반도체 발광 소자의 단면도를 나타낸다.In the semiconductor light emitting device of Example 3, the In molar composition ratio x of the Ga 1-x In x P current diffusion layer is different from Examples 1 and 2. 5 is a sectional view of a semiconductor light emitting element of Example 3. FIG.
본 실시예의 반도체 발광 소자는 n형 GaAs 기판(21) 위에 형성된 n형 GaAs 버퍼층(32)(예컨대 Si 농도: 5x1017cm-3, 두께: 약 0.5㎛)을 포함하는 LED이다. 버퍼층(32) 위에는 n형(AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1, 0≤z≤1) 클래드층(33)(예컨대 y=1.0, z=0.5, Si 농도: 5x1017cm-3, 두께: 약 1.0㎛), (AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1, 0≤z≤1) 활성층(34)(예컨대 y=0.30, z=0.5, 두께: 약 0.5㎛) 및 p형(AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1, 0≤z≤1) 클래드층(35)(예컨대 y=1.0, z=0.5, Zn 농도: 5x1017cm-3, 두께: 약 1.0㎛)으로 구성된 반도체 다층 구조(312)가 형성된다. 반도체 다층 구조(312) 위에 p형 Ga1-xInxP(0<x<1) 전류 확산층(36)(예컨대 x=0.01, Zn 농도: 5x1018cm-3, 두께: 약 5.0㎛)이 형성된다. p형 전류 확산층(36)의 중앙부에는 p형 전극(311)이 형성되며, n형 기판(31)의 전체 후면에 n형 전극(310)이 형성된다.The semiconductor light emitting device of this embodiment is an LED including an n-type GaAs buffer layer 32 (for example, Si concentration: 5 × 10 17 cm −3 , thickness: about 0.5 μm) formed on the n-type GaAs substrate 21. On the buffer layer 32, n-type (Al y Ga 1-y ) z In 1-z P (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1) cladding layer 33 (eg y = 1.0, z = 0.5, Si Concentration: 5 × 10 17 cm −3 , thickness: about 1.0 μm), (Al y Ga 1-y ) z In 1-z P (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1) active layer 34 (eg y = 0.30, z = 0.5, thickness: about 0.5 μm) and p-type (Al y Ga 1-y ) z In 1-z P (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1) clad layer 35 (eg y = 1.0, z = 0.5, Zn concentration: 5x10 17 cm -3 , thickness: about 1.0 mu m). The p-type Ga 1-x In x P (0 <x <1) current diffusion layer 36 (e.g., x = 0.01, Zn concentration: 5x10 18 cm -3 , thickness: about 5.0 μm) is formed on the semiconductor multilayer structure 312. Is formed. The p-type electrode 311 is formed at the central portion of the p-type current diffusion layer 36, and the n-type electrode 310 is formed on the entire rear surface of the n-type substrate 31.
본 실시예의 반도체 발광 소자가 Ga1-xInxP(x=0.01) 전류 확산층(36)을 포함하기 때문에, 도 2에서 관찰되는 바와 같이 격자 부정합율은 GaAs를 갖는 GaP 전류확산층의 격자 부정합율이 약 -3.54%인 도 13의 종래 반도체 발광 소자에 비하여 악간 감소된다. 그러나, 본 실시예에 있어서 Ga1-xInxP(x=0.01) 전류 확산층(36)을 사용한 것은 하기 이유로 인해 GaP층을 사용한 것에 비해 결정성을 향상시킨다.Since the semiconductor light emitting device of the present embodiment includes a Ga 1-x In x P (x = 0.01) current diffusion layer 36, the lattice mismatch rate of the GaP current diffusion layer having GaAs is observed as shown in FIG. This is about -3.54%, which reduces the inter-arm space as compared with the conventional semiconductor light emitting device of FIG. However, the use of the Ga 1-x In x P (x = 0.01) current diffusion layer 36 in this embodiment improves the crystallinity compared with the use of the GaP layer for the following reasons.
GaP층에 있어서, Ga 원자가 GaP 결정 속에서 P 원자와 강하게 결합하기 때문에, Ga 원자는 결정의 성장 표면에서 단지 약간 확산(이동)하여, 양호한 층형 결정성장이 아닌 성형 성장을 야기한다. 이는 결정 결함을 생성시키는 경향이 있다. 반면, In 원자를 함유하는 GaInP층에서는 비록 In 원자의 양이 작지만 결정 결함의 생성이 크게 감소한다. 이것은 In 원자와 P 원자의 결합 에너지가 작아서 In 원자가 결정의 성장 표면을 확산(이동)하기 쉽기 때문이다. 상기 In 원자의 확산과 함께, Ga 원자도 또한 확산하는 경향이 있다. 이것은 양호한 층장 결정 성장을 제공하고, 결정 결함의 생성을 감소시키며, 이로써 양호한 결정성을 제공한다.In the GaP layer, since the Ga atoms strongly bond with the P atoms in the GaP crystal, the Ga atoms diffuse only slightly (move) at the growth surface of the crystal, leading to mold growth rather than good layered crystal growth. This tends to produce crystal defects. On the other hand, in the GaInP layer containing In atoms, the formation of crystal defects is greatly reduced even though the amount of In atoms is small. This is because the binding energy of the In atom and the P atom is small, so that the In atom easily diffuses (moves) the growth surface of the crystal. Along with the diffusion of the In atoms, Ga atoms also tend to diffuse. This provides good layered crystal growth and reduces the formation of crystal defects, thereby providing good crystallinity.
본 실시예의 반도체 발광 소자에 있어서, 도 3에서 관찰되는 바와 같이 Ga1-xInxP(x=0.01) 전류 확산층(36)의 밴드갭 Eg가 GaP의 밴드갭과 거의 동일한 2.27eV이고, (AlyGa1-y)zIn1-zP(y=0.30, z=0.5) 활성층(34)의 밴드갭보다 더 크다. 따라서, 할성층(34)에서 발생한 황색광은 전류 확산층(36)에 흡수되지 않고, 반도체 발광 소자의 상부 표면을 통하여 출력된다.In the semiconductor light emitting device of this embodiment, as observed in FIG. 3, the bandgap Eg of the Ga 1-x In x P (x = 0.01) current diffusion layer 36 is approximately 2.27 eV, which is approximately equal to the bandgap of GaP. Al y Ga 1-y ) z In 1-z P (y = 0.30, z = 0.5) larger than the bandgap of active layer 34. Therefore, yellow light generated in the splitting layer 34 is not absorbed by the current diffusion layer 36 and is output through the upper surface of the semiconductor light emitting element.
따라서, 본 실시예의 반도체 발광 소자에 있어서, 전류 확산층(36)에서 결정결함의 생성이 감소된다. 이는 소자의 발광 효율 및 신뢰성을 크게 향상시킨다. 또한, 활성층(34)에서 발생한 황색광이 전류 확산층(36)에 흡수되지 않기 때문에, 발광 효율이 감소하지 않고, 광흡수에 의한 반도체 발광 소자의 특성이 열화되지도 않는다. 실제로, 반도체 발광 소자가 파장 590nm의 황색 LED인 경우, 발광 효율이 약 20% 향상되며, 20mA, 60℃ 구동하에서 광도가 반이 될 때까지 필요한 시간이 약 1.5배에 증가하기 때문에 신뢰성도 향상된다.Therefore, in the semiconductor light emitting element of this embodiment, the generation of crystal defects in the current spreading layer 36 is reduced. This greatly improves the luminous efficiency and reliability of the device. In addition, since the yellow light generated in the active layer 34 is not absorbed by the current diffusion layer 36, the luminous efficiency is not reduced and the characteristics of the semiconductor light emitting element due to light absorption are not deteriorated. In fact, when the semiconductor light emitting device is a yellow LED having a wavelength of 590 nm, the luminous efficiency is improved by about 20%, and the reliability is also improved because the time required until the brightness is halved under driving at 20 mA and 60 ° C. is increased by about 1.5 times. .
실시예 4Example 4
실시예 4의 반도체 발광 소자에 있어서, Ga1-xInxP 전류 확산층의 In 몰조성비 x를 두께 방향으로 서서히 변화하고, InqGa1-qAs(0≤q≤1)를 활성층으로 사용한다. 도 6은 실시예 4의 반도체 발광 소자의 단면도를 나타낸다.In the semiconductor light emitting device of Example 4, the In molar composition ratio x of the Ga 1-x In x P current diffusion layer is gradually changed in the thickness direction, and In q Ga 1-q As (0 ≦ q ≦ 1 ) is used as the active layer. do. 6 is a sectional view of a semiconductor light emitting device of Example 4;
본 실시예의 반도체 발광 소자는 n형 GaAs 기판(61) 위에 형성된 n형 GaAs 버퍼층(62)(예컨대 Si 농도: 5x1017cm-3, 두께: 약 0.5㎛)을 포함하는 LED이다. 상기 버퍼층(62) 위에는 n형(AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1, 0≤z≤1) 클래드층(63)(예컨대 y=0.5, z=0.5, Si 농도: 5x1017cm-3, 두께: 약 1.0㎛), InqGa1-qAs(0≤q≤1) 활성층(64)(예컨대 q=0.6, 두께: 약 0.5㎛) 및 p형(AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1, 0≤z≤1) 클래드층(65)(예컨대 y=0.5, z=0.5, Zn 농도: 5x1017cm-3, 두께: 약 1.0㎛)으로 구성된 반도체 다층 구조(612)가 형성된다. 반도체 다층 구조(612) 위에 p형 Ga1-xInxP(0<x<1) 전류 확산층(66)(예컨대 x=0.4→0.2, Zn 농도: 5x1018cm-3, 두께: 약 5.0㎛)이 형성된다. p형 전류 확산층(66)의 중앙부에 p형 전극(611)이 형성되며, n형 기판(61)의 전체 후면에 n형 전극(610)이 형성된다.The semiconductor light emitting element of this embodiment is an LED including an n-type GaAs buffer layer 62 (for example, Si concentration: 5 × 10 17 cm −3 , thickness: about 0.5 μm) formed on the n-type GaAs substrate 61. The n-type (Al y Ga 1-y ) z In 1-z P (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1) cladding layer 63 (for example, y = 0.5, z = 0.5, Si concentration: 5 × 10 17 cm −3 , thickness: about 1.0 μm), In q Ga 1-q As (0 ≦ q ≦ 1 ) active layer 64 (eg q = 0.6, thickness: about 0.5 μm) and p-type ( Al y Ga 1-y ) z In 1-z P (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1) cladding layer 65 (eg y = 0.5, z = 0.5, Zn concentration: 5 × 10 17 cm −3 , Thickness: about 1.0 mu m). P - type Ga 1-x In x P (0 <x <1) current diffusion layer 66 (eg, x = 0.4 → 0.2, Zn concentration: 5 × 10 18 cm −3 , thickness: about 5.0 μm over semiconductor multilayer structure 612) ) Is formed. The p-type electrode 611 is formed at the center of the p-type current diffusion layer 66, and the n-type electrode 610 is formed on the entire rear surface of the n-type substrate 61.
본 실시예에서, Ga1-xInxP 전류 확산층(66)의 In 몰조성비 x를 P형 클래드층(65)에서 시작하여 두께 방향으로 약 0.4에서 약 0.2까지 서서히 변화한다. 따라서 격자 부정합에 의한 격자 왜곡이 서서히 감소되어, 발광부에 격자 왜곡이 생기는 것을 최소화할 수 있다.In the present embodiment, the In molar composition ratio x of the Ga 1-x In x P current diffusion layer 66 gradually changes from about 0.4 to about 0.2 in the thickness direction starting from the P-type cladding layer 65. Therefore, the lattice distortion due to lattice mismatch is gradually reduced, thereby minimizing lattice distortion in the light emitting portion.
본 실시예의 반도체 발광 소자에 있어서, Ga1-xInxP(x=0.4→0.2) 전류 확산층(66)의 밴드갭 Eg는 InqGa1-qAs(q=0.6) 활성층(64)의 밴드갭보다 더 크다. 따라서, 활성층(64)에서 발생한 적외선은 전류 확산층(66)에 흡수되지 않고, 반도체 발광소자의 상부 표면을 통하여 출력될 수 있다.In the semiconductor light emitting device of this embodiment, the bandgap Eg of the Ga 1-x In x P (x = 0.4 → 0.2) current diffusion layer 66 is equal to that of the In q Ga 1-q As (q = 0.6) active layer 64. Larger than the bandgap. Therefore, the infrared rays generated in the active layer 64 are not absorbed by the current diffusion layer 66, and may be output through the upper surface of the semiconductor light emitting device.
따라서, 본 실시예의 반도체 발광 소자에 있어서, 격자 왜곡이 감소되며, 이로써 발광 효율 및 신뢰성이 크게 향상된다. 또한, 활성층(64)에서 발생한 적외선이 전류 확산층(66)에 흡수되지 않기 때문에, 발광 효율이 감소하지 않고, 광흡수에 의한 반도체 발광 소자의 특성이 열화되지도 않는다. 실제로, 반도체 발광 소자가 파장 950nm의 적외선 LED인 경우, 발광 효율이 약 30% 향상되며, 20mA, 60℃ 구동하에서 광도가 반이 될 때까지 필요한 시간이 약 1.8배에 증가하기 때문에 신뢰성도 향상된다.Therefore, in the semiconductor light emitting element of this embodiment, lattice distortion is reduced, thereby greatly improving luminous efficiency and reliability. In addition, since the infrared rays generated in the active layer 64 are not absorbed by the current diffusion layer 66, the luminous efficiency is not reduced and the characteristics of the semiconductor light emitting element due to light absorption are not deteriorated. In fact, when the semiconductor light emitting device is an infrared LED having a wavelength of 950 nm, the luminous efficiency is improved by about 30%, and the reliability is also improved because the time required until the brightness is halved at 20 mA and 60 ° C. is increased by about 1.8 times. .
본 실시예에 있어서, 활성층을 구성하는 InqGa1-qAS의 몰조성비 q는 적절히 변경될 수 있다. InqGa1-qAs(0≤q≤1)층은 n형 클래드층 및 p형 클래드층으로 사용될 수 있다.In this embodiment, the molar composition ratio q of In q Ga 1-q AS constituting the active layer can be appropriately changed. The In q Ga 1-q As (0 ≦ q ≦ 1 ) layer may be used as the n-type cladding layer and the p-type cladding layer.
실시예 5Example 5
실시예 5에서, Ga1-xInxP 전류 확산층의 In 몰조성비 x가 두께 방향으로 서서히 변화된 AlGaAs 반도체 발광 소자를 설명한다. 도 7은 실시예 5의 반도체 발광소자의 단면도를 나타낸다.In Example 5, an AlGaAs semiconductor light emitting device in which the In molar composition ratio x of the Ga 1-x In x P current diffusion layer is gradually changed in the thickness direction will be described. 7 is a sectional view of a semiconductor light emitting device of Example 5;
본 실시예의 반도체 발광 소자는 n형 GaAs 기판(71) 위에 형성된 n형 GaAs 버퍼층(72)(예컨대 Si 농도: 5x1017cm-3, 두께: 약 0.5㎛)을 포함하는 LED이다. 상기 버퍼층(72) 위에는 n형 AlpGa1-pAs(0≤p≤1) 클래드층(73)(예컨대 p=0.7, Si 농도: 5x1017cm-3, 두께: 약 1.0㎛), AlpGa1-pAs(0≤p≤1) 활성층(74)(예컨대 p=0, 두께: 약 0.5㎛) 및 p형 AlpGa1-pAs(0≤p≤1) 클래드층(75)(예컨대 p=0.7, Zn 농도: 5x1017cm-3, 두께: 약 1.0㎛)으로 구성된 반도체 다층 구조(712)가 형성된다. 반도체 다층 구조(712) 위에 p형 Ga1-xInxP(0<x<1) 전류 확산층(76)(예컨대 x=0.2→0.01, Zn 농도: 5x1018cm-3, 두께: 약 5.0㎛)이 형성된다. 또한, 전류 확산층(76)의 위에 p형 Ga1-xInxP(0<x<1) 전류 확산층(77)(예컨대 x=0.01, Zn 농도: 5x1018cm-3, 두께: 약 2.0㎛)이 형성된다. p형 전류 확산층(77)의 중앙부에 p형 전극(711)이 형성되고, n형 기판(71)의 전체 후면에 n형 전극(710)이 형성된다.The semiconductor light emitting device of this embodiment is an LED including an n-type GaAs buffer layer 72 (for example, Si concentration: 5 × 10 17 cm −3 , thickness: about 0.5 μm) formed on the n-type GaAs substrate 71. On the buffer layer 72, an n-type Al p Ga 1-p As (0 ≦ p ≦ 1 ) cladding layer 73 (eg p = 0.7, Si concentration: 5 × 10 17 cm −3 , thickness: about 1.0 μm), Al p Ga 1-p As (0 ≦ p ≦ 1 ) active layer 74 (eg p = 0, thickness: about 0.5 μm) and p-type Al p Ga 1-p As (0 ≦ p ≦ 1 ) clad layer 75 ) (Eg, p = 0.7, Zn concentration: 5 × 10 17 cm −3 , thickness: about 1.0 μm) to form a semiconductor multilayer structure 712. P - type Ga 1-x In x P (0 <x <1) current diffusion layer 76 (e.g., x = 0.2 → 0.01, Zn concentration: 5 × 10 18 cm −3 , thickness: about 5.0 μm) over semiconductor multilayer structure 712 ) Is formed. Further, on the current spreading layer 76, the p-type Ga 1-x In x P (0 <x <1) current spreading layer 77 (e.g., x = 0.01, Zn concentration: 5x10 18 cm -3 , thickness: about 2.0 mu m) ) Is formed. The p-type electrode 711 is formed at the center of the p-type current diffusion layer 77, and the n-type electrode 710 is formed on the entire rear surface of the n-type substrate 71.
본 실시예에서, Ga1-xInxP 전류 확산층(76)의 In 몰조성비 x를 p형 클래드층(75)에서 시작하여 두께 방향으로 0.2에서 0.01까지 서서히 변화한다. 따라서 격자 부정합에 의한 격자 왜곡이 서서히 감소되어, 발광부에 격자 왜곡이 생기는 것을 최소화할 수 있다.In the present embodiment, the In molar composition ratio x of the Ga 1-x In x P current diffusion layer 76 is gradually changed from 0.2 to 0.01 in the thickness direction starting from the p-type cladding layer 75. Therefore, the lattice distortion due to lattice mismatch is gradually reduced, thereby minimizing lattice distortion in the light emitting portion.
본 실시예의 반도체 발광 소자에 있어서, Ga1-xInxP(x=0.2→0.01) 전류 확산층(76)의 밴드갭 Eg는 AlPGa1-pAs(p=0) 활성층(74)의 밴드갭보다 더 크다. 따라서, 활성층(74)에서 발생한 적외선은 전류 확산층(76)에 흡수되지 않고, 반도체 발광소자의 상부 표면을 통하여 출력될 수 있다.In the semiconductor light emitting device of this embodiment, the bandgap Eg of the Ga 1-x In x P (x = 0.2 → 0.01) current diffusion layer 76 is equal to that of the Al P Ga 1-p As (p = 0) active layer 74. Larger than the bandgap. Therefore, the infrared rays generated in the active layer 74 are not absorbed by the current diffusion layer 76, and may be output through the upper surface of the semiconductor light emitting device.
따라서, 본 실시예의 반도체 발광 소자에 있어서, 격자 왜곡이 감소되며, 이로써 발광 효율 및 신뢰성이 향상된다. 또한, 활성층(74)에서 발생한 적외선이 전류 확산층(76)에 흡수되지 않기 때문에, 발광 효율이 감소하지 않고, 광흡수에 의한 반도체 발광 소자의 특성이 열화되지도 않는다. 실제로, 반도체 발광 소자가 파장 850nm의 적외선 LED인 경우, 발광 효율이 약 10% 향상되며, 20mA, 60℃ 구동하에서 광도가 반이 될 때까지 필요한 시간이 약 1.3배에 증가하기 때문에 신뢰성도 향상된다.Therefore, in the semiconductor light emitting element of this embodiment, lattice distortion is reduced, thereby improving luminous efficiency and reliability. In addition, since the infrared rays generated in the active layer 74 are not absorbed by the current diffusion layer 76, the luminous efficiency is not reduced and the characteristics of the semiconductor light emitting element due to light absorption are not deteriorated. In fact, when the semiconductor light emitting device is an infrared LED having a wavelength of 850 nm, the luminous efficiency is improved by about 10%, and the reliability is also improved because the time required until the brightness is halved under driving at 20 mA and 60 ° C. is increased by about 1.3 times. .
본 실시예에 있어서, n형 클래드층, 활성층 및 p형 클래드층을 구성하는 AlpGa1-pAs의 몰조성비 p는 적절히 변경될 수 있다.In the present embodiment, the molar composition ratio p of Al p Ga 1-p As constituting the n-type cladding layer, the active layer and the p-type cladding layer can be appropriately changed.
실시예 6Example 6
실시예 6에서는, 반도체 다층 구조의 중앙부에 전류 저지층이 형성되고, 상기 전류 저지층 위에 Ga1-xInxP(0<x<1) 전류 확산층이 형성된 AlGaInP 반도체 발광 소자에 관해서 설명한다. 도 8은 실시예 6의 반도체 발광 소자의 단면도를 나타낸다.In Example 6, an AlGaInP semiconductor light emitting device in which a current blocking layer is formed in the center of a semiconductor multilayer structure and a Ga 1-x In x P (0 <x <1) current diffusion layer is formed on the current blocking layer is described. 8 is a sectional view of a semiconductor light emitting element of Example 6;
본 실시예의 반도체 발광 소자는 n형 GaAs 기판(81) 위에 형성된 n형 GaAs버퍼층(82)(예컨대 Si 농도: 5×1017cm-3, 두께: 약 0.5㎛)을 포함하는 LED이다. 상기 버퍼층(82) 위에 n형 (AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1, 0≤z≤1) 클래드층(83)(예컨대 y=1.0, z=0.5, Si 농도: 5×1017cm-3, 두께: 약 1.0㎛), (AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1, 0≤z≤1) 활성층(84)(예컨대 y=0.15, z=0.5, 두께: 약 0.5㎛) 및 p형 (AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1, 0≤z≤1) 클래드층(85)(예컨대 y=1.0, z=0.5, Zn 농도 5×1017cm-3, 두께: 약 1.0㎛)으로 구성된 반도체 다층 구조(812)가 형성된다.The semiconductor light emitting element of this embodiment is an LED including an n-type GaAs buffer layer 82 (for example, Si concentration: 5 × 10 17 cm −3 , thickness: about 0.5 μm) formed on the n-type GaAs substrate 81. N-type (Al y Ga 1-y ) z In 1-z P (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1) cladding layer 83 (eg y = 1.0, z = 0.5, Si concentration: 5 × 10 17 cm −3 , thickness: about 1.0 μm), (Al y Ga 1-y ) z In 1-z P (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1) active layer 84 ( For example y = 0.15, z = 0.5, thickness: about 0.5 μm) and p-type (Al y Ga 1-y ) z In 1-z P (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1) clad layer 85 (For example, y = 1.0, z = 0.5, Zn concentration 5 × 10 17 cm −3 , thickness: about 1.0 μm), a semiconductor multilayer structure 812 is formed.
반도체 다층 구조(812)의 중앙부에 n형 Ga1-aInaP(0<a<1) 전류 저지층(88)(예컨대 a=0.2, Si 농도: 5x1017cm-3, 두께: 약 0.5㎛)이 형성된다. 상기 반도체 다층 구조(812)의 위에 p형 Ga1-xInxP(0<x<1) 전류 확산층(86)(예컨대 x=0.2, Zn 농도: 5x1018cm-3, 두께: 약 0.5㎛)이 형성되어, 전류 저지층(88)을 덮는다. p형 전류 확산층(86)을 통하여 전류 저지층(88)과 대향하는 p형 전류 확산층(86)의 중앙부에 p형 전극(811)이 형성되며, n형 기판(81)의 전체 후면에 n형 전극(810)이 형성된다.N-type Ga 1-a In a P (0 <a <1) current blocking layer 88 at the center of semiconductor multilayer structure 812 (e.g., a = 0.2, Si concentration: 5x10 17 cm -3 , thickness: about 0.5 Μm) is formed. P - type Ga 1-x In x P (0 <x <1) current diffusion layer 86 (eg, x = 0.2, Zn concentration: 5 × 10 18 cm −3 , thickness: about 0.5 μm) on the semiconductor multilayer structure 812. ) Is formed to cover the current blocking layer 88. The p-type electrode 811 is formed at the center of the p-type current spreading layer 86 facing the current blocking layer 88 through the p-type current spreading layer 86, and the n-type is formed on the entire rear surface of the n-type substrate 81. An electrode 810 is formed.
본 실시예에서, 반도체 다층 구조(812)의 중앙부에 전류 저지층(88)이 형성되고, 전류 저지층(88) 위에 전류 확산층(86)이 형성된다. 상기 구성에 따라, p형 전극(811)으로부터 흐르는 전류는 전류 확산층(86)의 주변부를 향하여 더욱 확산된다. 이는 p형 전극(811)이 형성되지 않은 전류 확산층(86)의 주변부를 통한 광출력효율을 향상시킨다. 또한, 전류 저지층(88)이 n형 Ga1-aInaP(0<a<1)로 제조되기 때문에, 전류 확산층(86)과 같이 격자 왜곡을 감소시키고 소자의 발광 효율 및 신뢰성을 향상시킨다. 실제로, 반도체 발광 소자가 파장 610nm의 오렌지색 LED인 경우, 발광 효율이 약 30% 형성되며, 20mA, 60℃ 구동하에서 광도가 반이 될 때까지 필요한 시간이 약 2.5배에 증가하기 때문에 신뢰성도 향상된다.In this embodiment, the current blocking layer 88 is formed in the center of the semiconductor multilayer structure 812, and the current spreading layer 86 is formed on the current blocking layer 88. According to the above configuration, the current flowing from the p-type electrode 811 is further diffused toward the periphery of the current spreading layer 86. This improves the light output efficiency through the periphery of the current diffusion layer 86 in which the p-type electrode 811 is not formed. In addition, since the current blocking layer 88 is made of n-type Ga 1-a In a P (0 <a <1), like the current diffusion layer 86, the lattice distortion is reduced and the luminous efficiency and reliability of the device are improved. Let's do it. In fact, when the semiconductor light emitting device is an orange LED having a wavelength of 610 nm, the luminous efficiency is formed by about 30%, and the reliability is improved because the time required until the brightness is halved under the driving of 20 mA and 60 ° C. is increased by about 2.5 times. .
본 실시예에 있어서, 발광부의 중앙부에 주입되는 전류를 저지하기 위해 반도체 다층 구조의 중앙부에 전류 저지층이 형성된다. 또한, 반도체 다층 구조가 기판의 중앙부에 형성되어 반도체 다층 구조의 주위를 덮도록 전류 저지층이 형성될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 전류 저지층은 기판과 동일한 도전형으로 도전된다. 또한, 전류 저지층이 절연성 재료로 제조될 수 있다. 이것의 후술하는 실시예 8에도 또한 적용된다.In this embodiment, the current blocking layer is formed in the center of the semiconductor multilayer structure to block the current injected into the center of the light emitting portion. In addition, a current blocking layer may be formed so that a semiconductor multilayer structure is formed at the center of the substrate to cover the periphery of the semiconductor multilayer structure. In this embodiment, the current blocking layer is conducted in the same conductivity type as the substrate. Also, the current blocking layer can be made of an insulating material. This also applies to Example 8 described later.
실시예 7Example 7
실시예 7에서는, 반도체 다층 구조의 중앙부를 둘러싸는 반도체 다층 구조의 주변부에 전류 저지층이 형성되고, 상기 전류 저지층 위에 Ga1-xInxP(0<x<1) 전류 확산층이 형성된 AlGaInP 반도체 발광 소자에 관해서 설명한다. 도 9은 실시예 7의 반도체 발광 소자의 단면도를 나타낸다.In Example 7, AlGaInP has a current blocking layer formed at the periphery of the semiconductor multilayer structure surrounding the central portion of the semiconductor multilayer structure, and a Ga 1-x In x P (0 <x <1) current diffusion layer is formed on the current blocking layer. A semiconductor light emitting element will be described. 9 is a sectional view of a semiconductor light emitting element of Example 7. FIG.
본 실시예의 반도체 발광 소자는 n형 GaAs 기판(91) 위에 형성된 n형 GaAs 버퍼층(92)(예컨대 Si 농도: 5×1017cm-3, 두께: 약 0.5㎛)을 포함하는 LED이다. 상기 버퍼층(92) 위에 n형 (AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1, 0≤z≤1) 클래드층(93)(예컨대y=1.0, z=0.5, Si 농도: 5×1017cm-3, 두께: 약 1.0㎛), (AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1, 0≤z≤1) 활성층(94)(예컨대 y=0.4, z=0.5, 두께: 약 0.5㎛) 및 p형 (AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1, 0≤z≤1) 클래드층(95)(예컨대 y=1.0, 2=0.5, Zn 농도: 5×1017cm-3, 두께: 약 1.0㎛)으로 구성된 반도체 다층 구조(912)가 형성된다.The semiconductor light emitting element of this embodiment is an LED including an n-type GaAs buffer layer 92 (for example, Si concentration: 5 × 10 17 cm −3 , thickness: about 0.5 μm) formed on the n-type GaAs substrate 91. N-type (Al y Ga 1-y ) z In 1-z P (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1) cladding layer 93 (eg y = 1.0, z = 0.5, Si concentration: 5 × 10 17 cm −3 , thickness: about 1.0 μm), (Al y Ga 1-y ) z In 1-z P (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1) active layer 94 ( For example y = 0.4, z = 0.5, thickness: about 0.5 μm) and p-type (Al y Ga 1-y ) z In 1-z P (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1) clad layer 95 (For example, y = 1.0, 2 = 0.5, Zn concentration: 5 × 10 17 cm −3 , thickness: about 1.0 μm), a semiconductor multilayer structure 912 is formed.
반도체 다층 구조의 중앙부를 둘러싸는 반도체 다층 구조(912)의 주변부에 n형 Ga1-aInaP(0<a<1) 전류 저지층(98)(예컨대 a=0.2, Si 농도: 5x1017cm-3, 두께: 약 0.5㎛)이 형성된다. 상기 반도체 다층 구조(912)의 위에 p형 Ga1-xInxP(0<x<1) 전류 확산층(96)(예컨대 x=0.2, Zn 농도: 5x1018cm-3, 두께: 약 0.5㎛)이 형성되어, 전류 저지층(98)을 덮는다. 중앙부를 둘러싸는 p형 전류 확산층(96)의 주변부에 p형 전극(911)이 형성되며, n형 기판(91)의 전체 후면에 n형 전극(910)이 형성된다.N-type Ga 1-a In a P (0 <a <1) current blocking layer 98 (e.g., a = 0.2, Si concentration: 5x10 17 ) at the periphery of the semiconductor multilayer structure 912 surrounding the central portion of the semiconductor multilayer structure cm −3 , thickness: about 0.5 μm). P - type Ga 1-x In x P (0 <x <1) current diffusion layer 96 (eg, x = 0.2, Zn concentration: 5 × 10 18 cm −3 , thickness: about 0.5 μm) on the semiconductor multilayer structure 912. ) Is formed to cover the current blocking layer 98. The p-type electrode 911 is formed at the periphery of the p-type current diffusion layer 96 surrounding the central portion, and the n-type electrode 910 is formed on the entire rear surface of the n-type substrate 91.
본 실시예에서, 중앙부를 둘러싸는 반도체 다층 구조(912)의 주변부에 전류 저지층(98)이 형성되고, 전류 저지층(98) 위에 전류 확산층(96)이 형성된다. 상기 구성에 따라, p형 전극(911)으로부터 흐르는 전류는 전류 확산층(96)의 중앙부에 집중된다. 이는 p형 전극(911)이 형성되지 않은 전류 확산층(96)의 중앙부를 통한 광출력 효율을 더욱 향상시킨다. 또한, 전류 저지층(98)이 n형 Ga1-aInaP(0<a<1)로 제조되기 때문에, 전류 확산층(96)과 같이 격자 왜곡을 감소시키고 소자의 발광 효율 및 신뢰성을 향상시킨다. 실제로, 반도체 발광 소자가 파장 550nm의 녹색 LED인경우, 발광 효율이 약 35% 향상되며, 20mA, 60℃ 구동하에서 광도가 반이 될 때까지 필요한 시간이 약 2.7배에 증가하기 때문에 신뢰성도 향상된다.In this embodiment, a current blocking layer 98 is formed at the periphery of the semiconductor multilayer structure 912 surrounding the central portion, and a current spreading layer 96 is formed over the current blocking layer 98. According to the above configuration, the current flowing from the p-type electrode 911 is concentrated in the center portion of the current spreading layer 96. This further improves the light output efficiency through the center portion of the current diffusion layer 96 where the p-type electrode 911 is not formed. In addition, since the current blocking layer 98 is made of n-type Ga 1-a In a P (0 <a <1), as in the current diffusion layer 96, the lattice distortion is reduced and the luminous efficiency and reliability of the device are improved. Let's do it. In fact, when the semiconductor light emitting device is a green LED having a wavelength of 550 nm, the luminous efficiency is improved by about 35%, and the reliability is also improved because the required time until the brightness is halved at 20 mA and 60 ° C. is increased by about 2.7 times. .
본 실시예에 있어서, 발광부의 주변부에 주입되는 전류를 저지하기 위해 중앙부를 둘러싸는 반도체 다층 구조의 주변부에 전류 저지층이 형성된다. 또한, 중앙부를 둘러싸는 기판의 주변부에 반도체 다층 구조를 형성할 수 있으며, 반도체 다층 구조에 의해 둘러싸인 부분을 덮도록 전류 저지층이 형성된다. 본 실시예에 있어서, 전류 저지층은 기판과 동일한 도전형으로 도통된다. 또한, 전류 저지층이 절연성 재료로 제조될 수 있다. 이것의 후술하는 실시예 9에도 또한 적용된다.In this embodiment, a current blocking layer is formed at the periphery of the semiconductor multilayer structure surrounding the central portion to block the current injected into the periphery of the light emitting portion. In addition, the semiconductor multilayer structure can be formed in the periphery of the substrate surrounding the central portion, and the current blocking layer is formed to cover the portion surrounded by the semiconductor multilayer structure. In this embodiment, the current blocking layer is conducted in the same conductivity type as the substrate. Also, the current blocking layer can be made of an insulating material. This also applies to Example 9 which will be described later.
실시예 8Example 8
실시예 8에서는, 반도체 다층 구조의 중앙부에 Al을 함유하는 화합물 반도체, 예컨대 (AlcGa1-c)dIn1-dP(0≤c≤1, 0≤d≤1)로 제조된 전류 저지층이 형성되고, 상기 전류 저지층 위에 Ga1-xInxP(0<x<1) 전류 확산층이 형성된 AlGaInP 반도체 발광 소자에 관해서 설명한다. 도 10c는 실시예 8의 반도체 발광 소자의 단면도를 나타낸다.In Example 8, a current made of a compound semiconductor containing Al in the central portion of the semiconductor multilayer structure, such as (Al c Ga 1-c ) d In 1-d P (0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1) An AlGaInP semiconductor light emitting device in which a blocking layer is formed and a Ga 1-x In x P (0 <x <1) current diffusion layer is formed on the current blocking layer will be described. 10C is a sectional view of a semiconductor light emitting element of Example 8. FIG.
본 실시예의 반도체 발광 소자는 n형 GaAs 기판(101) 위에 형성된 n형 GaAs 버퍼층(102)(예컨대 Si 농도: 5×1017cm-3, 두께: 약 0.5㎛)을 포함하는 LED이다. 버퍼층(102) 위에 n형(AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1, 0≤z≤1) 클래드층(103)(예컨대 y=1.0, z=0.5, Si 농도: 5×1017cm-3, 두께, 약 1.0㎛), (AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1, 0≤z≤1) 활성층(104)(예컨대 y=0.45, z=0.5, 두께: 약 0.5㎛) 및 p형 (AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1, 0≤z≤1) 클래드층(105)(예컨대 y=1.0, 2=0.5, Zn 농도: 5×1017cm-3, 두께: 약 1.0㎛)으로 구성된 반도체 다층 구조(1012)가 형성된다.The semiconductor light emitting device of this embodiment is an LED including an n-type GaAs buffer layer 102 (for example, Si concentration: 5 × 10 17 cm −3 , thickness: about 0.5 μm) formed on the n-type GaAs substrate 101. N-type (Al y Ga 1-y ) z In 1-z P (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1) clad layer 103 (e.g., y = 1.0, z = 0.5, Si on buffer layer 102) Concentration: 5 × 10 17 cm −3 , thickness, about 1.0 μm), (Al y Ga 1-y ) z In 1-z P (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1) active layer 104 (e.g. y = 0.45, z = 0.5, thickness: about 0.5 μm) and p-type (Al y Ga 1-y ) z In 1-z P (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1) clad layer 105 ( For example, a semiconductor multilayer structure 1012 composed of y = 1.0, 2 = 0.5, Zn concentration: 5 × 10 17 cm −3 , thickness: about 1.0 μm) is formed.
상기 반도체 다층 구조(1012) 위에 p형 Ga1-rInrP(0<r<1) 보호층(109)(예컨대 r=0.2, Zn 농도: 5x1018cm-3, 두께: 약 0.5㎛)이 형성된다. 보호층(109) 위에 n형 (AlcGa1-c)dIn1-dP(0≤c≤1, 0≤d≤1) 전류 저지층(108)(예컨대 c=0.2, d=0.5, Si 농도: 5x1017cm-3, 두께: 약 0.5㎛)이 형성된다. 반도체 다층 구조(1012) 위에 전류 저지층(108)을 덮는 p형 Ga1-xInxP(0<x<1) 전류 확산층(106)(예컨대 x=0.2, Zn 농도: 5x1018cm-3, 두께: 약 0.5㎛)이 형성된다. p형 전류 확산층(106)의 중앙부에는 전류 확산층(106)을 통하여 전류 저지층(108)과 대향하는 p형 전극(1011)이 형성되고, n형 기판(101)의 전체 후면에는 n형 전극(1010)이 형성된다.P - type Ga 1-r In r P (0 <r <1) passivation layer 109 (eg r = 0.2, Zn concentration: 5 × 10 18 cm −3 , thickness: about 0.5 μm) on the semiconductor multilayer structure 1012 Is formed. N-type (Al c Ga 1-c ) d In 1-d P (0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1) current blocking layer 108 (e.g. c = 0.2, d = 0.5) over protective layer 109 , Si concentration: 5 × 10 17 cm −3 , thickness: about 0.5 μm). P - type Ga 1-x In x P (0 <x <1) current spreading layer 106 (eg, x = 0.2, Zn concentration: 5 × 10 18 cm −3 ) covering current blocking layer 108 over semiconductor multilayer structure 1012 , Thickness: about 0.5 mu m). The p-type electrode 1011 is formed at the center of the p-type current spreading layer 106 to face the current blocking layer 108 through the current spreading layer 106, and the n-type electrode ( 1010 is formed.
본 실시예의 반도체 발광 소자는, 예컨대 하기 방법으로 제작된다.The semiconductor light emitting element of this embodiment is produced, for example, by the following method.
우선, 도 10a에 도시된 바와 같이, n형 GaAS 기판(101)에 n형 GaAS 버퍼층(102), n형 (AlyGa1-y)zIn1-zP 클래드층(103), (AlyGa1-y)zIn1-zP 활성층(104), p형 (AlyGa1-y)zIn1-zP 클래드층(105), p형 Ga1-rInrP 보호층(109), 및 n형 (AlcGa1-c)dIn1-dP로 제조된 전류 저지층을 형성시키기 위한 층(108a)이 순차적으로 형성된다.First, as shown in FIG. 10A, an n-type GaAS buffer layer 102, an n-type (Al y Ga 1-y ) z In 1-z P clad layer 103, (Al y Ga 1-y ) z In 1-z P active layer 104, p-type (Al y Ga 1-y ) z In 1-z P cladding layer 105, p-type Ga 1-r In r P protective layer 109, and a layer 108a for forming a current blocking layer made of n-type (Al c Ga 1-c ) d In 1-d P are sequentially formed.
그리고 나서, 도 10b에 도시된 바와 같이, 보호층(109)의 중앙부만을 남기고 전류 저지층 형성용 층(108a)을 에칭하여 전류 저지층(108)을 형성시킨다. 상기 에칭에서, Al 의존성 에칭 속도를 갖는 엣첸트, 예컨대 인산(H3PO4) 엣첸트가 사용된다. 상기 엣첸트를 사용함으로써, Al을 함유하는 화합물 반도체로 제조된 전류 저지층 형성용 층(108a) 및 Al을 함유하지 않은 재료로 제조된 보호층(109)이 선택적으로 에칭되어, 보호층(109)에 도달할 때 에칭을 중지시킬 수 있다.Then, as shown in FIG. 10B, the current blocking layer forming layer 108a is etched leaving only the central portion of the protective layer 109 to form the current blocking layer 108. In this etching, an etchant with Al dependent etching rate, such as phosphoric acid (H 3 PO 4 ) etchant, is used. By using the etchant, the current blocking layer forming layer 108a made of Al-containing compound semiconductor and the protective layer 109 made of Al-free material are selectively etched to protect the protective layer 109 The etching can be stopped when it is reached.
그 후, 도 10c에 도시한 바와 같이, p형 Ga1-xInxP 전류 확산층(106)이 상기 얻어진 구조 위에서 성장되며, n형 전극(1010) 및 p형 전극(1011)이 형성되어 반도체 발광 소자가 완성된다.Thereafter, as shown in FIG. 10C, a p-type Ga 1-x In x P current diffusion layer 106 is grown on the obtained structure, and an n-type electrode 1010 and a p-type electrode 1011 are formed to form a semiconductor. The light emitting element is completed.
따라서, 본 실시예의 반도체 발광 소자에 있어서, 전류 저지층(108)은 Al을 함유하는 (AlcGa1-c)dIn1-dP(r=0.2, d=0.5)로 제조된다. 따라서, 전류 저지층(108)과 Ga1-rInrP(r=0.2) 보호층(109) 사이에 선택적 에칭이 가능하다. 이로써 제조 공정에서의 수율이 크게 증가되고, 생산비용이 감소된다.Therefore, in the semiconductor light emitting element of this embodiment, the current blocking layer 108 is made of (Al c Ga 1-c ) d In 1-d P (r = 0.2, d = 0.5) containing Al. Thus, selective etching is possible between the current blocking layer 108 and the Ga 1-r In r P (r = 0.2) protective layer 109. This greatly increases the yield in the manufacturing process and reduces the production cost.
실시예 9Example 9
실시예 9에서는, 중앙부를 둘러싸는 반도체 다층 구조의 주변부에 Al을 함유하는 화합물 반도체, 예컨대 AlbGa1-bAs(0≤b≤1)로 제조된 전류 저지층이 형성되고, 상기 전류 저지층 위에 Ga1-xInxP(0<x<1) 전류 확산층이 형성된 AlGaInP 반도체 발광 소자에 관해서 설명한다. 도 11c는 실시예 9의 반도체 발광 소자의 단면도를 나타낸다.In Example 9, a current blocking layer made of a compound semiconductor containing Al, such as Al b Ga 1-b As (0 ≦ b ≦ 1 ), is formed at the periphery of the semiconductor multilayer structure surrounding the central portion, and the current blocking An AlGaInP semiconductor light emitting element in which a Ga 1-x In x P (0 <x <1) current diffusion layer is formed on a layer is described. 11C is a sectional view of a semiconductor light emitting element of Example 9;
본 실시예의 반도체 발광 소자는 n형 GaAs 기판(111) 위에 형성된 n형 GaAs 버퍼층(112)(예컨대 Si 농도: 5×1017cm-3, 두께: 약 0.5㎛)을 포함하는 LED이다. 버퍼층(112) 위에 n형(AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1, 0≤z≤1) 클래드층(113)(예컨대 y=1.0, z=0.5, Si 농도: 5×1017cm-3, 두께: 약 1.0㎛), (AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1, 0≤z≤1) 활성층(114)(예컨대 y=0.4, z=0.5, 두께: 약 0.5㎛) 및 p형 (AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1, 0≤z≤1) 클래드층(115)(예컨대 y=1.0, z=0.5, 2n 농도: 5×1017cm-3, 두께: 약 1.0㎛)으로 구성된 반도체 다층 구조(1112)가 형성된다.The semiconductor light emitting device of this embodiment is an LED including an n-type GaAs buffer layer 112 (for example, Si concentration: 5 × 10 17 cm −3 , thickness: about 0.5 μm) formed on the n-type GaAs substrate 111. N-type (Al y Ga 1-y ) z In 1-z P (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1) cladding layer 113 (e.g., y = 1.0, z = 0.5, Si on buffer layer 112) Concentration: 5 × 10 17 cm −3 , thickness: about 1.0 μm), (Al y Ga 1-y ) z In 1-z P (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1) active layer 114 (eg y = 0.4, z = 0.5, thickness: about 0.5 μm) and p-type (Al y Ga 1-y ) z In 1-z P (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1) clad layer 115 ( For example, a semiconductor multilayer structure 1112 composed of y = 1.0, z = 0.5, 2n concentration: 5 × 10 17 cm −3 , thickness: about 1.0 μm) is formed.
상기 반도체 다층 구조(1112) 위에 p형 Ga1-rInrP(0<r<1) 보호층(119)(예컨대 r=0.2, Zn 농도: 5x1018cm-3, 두께: 약 0.5㎛)이 형성된다. 중앙부를 둘러싸는 보호층(119)의 주변부 위에 n형 AlbGa1-bAs(0≤b≤1) 전류 저지층(118)(예컨대 b=0.2, Si 농도: 5x1017cm-3, 두께: 약 0.5㎛)이 형성된다. 반도체 다층 구조(1112) 위에 전류 저지층(118)을 덮는 p형 Ga1-xInxP(0<x<1) 전류 확산층(116)(예컨대 x=0.2, Zn 농도: 5x1018cm-3, 두께: 약 0.5㎛)이 형성된다. 중앙부를 둘러싸는 p형 전류 확산층(116)의 주변부에는 전류 확산층(116)을 통하여 전류 저지층(118)과 대향하는 p형 전극(1111)이 형성되고, n형 기판(111)의 전체 후면에는 n형 전극(1110)이 형성된다.P - type Ga 1-r In r P (0 <r <1) protective layer 119 (eg r = 0.2, Zn concentration: 5 × 10 18 cm −3 , thickness: about 0.5 μm) on the semiconductor multilayer structure 1112 Is formed. An n-type Al b Ga 1-b As (0 ≦ b ≦ 1 ) current blocking layer 118 (eg b = 0.2, Si concentration: 5 × 10 17 cm −3 , thickness over the periphery of the protective layer 119 surrounding the central portion) : About 0.5 mu m) is formed. P - type Ga 1-x In x P (0 <x <1) current diffusion layer 116 (eg, x = 0.2, Zn concentration: 5 × 10 18 cm −3 ) covering current blocking layer 118 over semiconductor multilayer structure 1112 , Thickness: about 0.5 mu m). At the periphery of the p-type current spreading layer 116 surrounding the central portion, a p-type electrode 1111 is formed to face the current blocking layer 118 through the current spreading layer 116, and is formed on the entire rear surface of the n-type substrate 111. An n-type electrode 1110 is formed.
본 실시예의 반도체 발광 소자는, 예컨대 하기 방법으로 제작된다.The semiconductor light emitting element of this embodiment is produced, for example, by the following method.
우선, 도 11a에 도시된 바와 같이, n형 GaAs 기판(111) 위에 n형 GaAs 버퍼층(112), n형 (AlyGa1-y)zIn1-zP 클래드층(113), (AlyGa1-y)zIn1-zP 활성층(114), p형 (AlyGa1-y)zIn1-zP 클래드층(115), p형 Ga1-rInrP 보호층(119), 및 n형 AlbGa1-bAs로 제조된 전류 저지층을 형성시키기 위한 층(118a)이 순차적으로 형성된다.First, as shown in FIG. 11A, the n-type GaAs buffer layer 112, the n-type (Al y Ga 1-y ) z In 1-z P cladding layer 113, and (Al) on the n-type GaAs substrate 111. y Ga 1-y ) z In 1-z P active layer 114, p-type (Al y Ga 1-y ) z In 1-z P cladding layer 115, p-type Ga 1-r In r P protective layer 119, and a layer 118a for forming a current blocking layer made of n-type Al b Ga 1-b As are sequentially formed.
그리고 나서, 도 11b에 도시된 바와 같이, 중앙부를 둘러싸는 보호층(119)의 주변부만을 남기고 전류 저지층 형성용 층(118a)을 에칭하여 전류 저지층(118)을 형성시킨다. 상기 에칭에서, Al 의존성 에칭 속도를 갖는 엣첸트, 예컨대 인산(H3PO4) 엣첸트가 사용된다, 상기 엣첸트를 사용함으로써, Al을 함유하는 화합물 반도체로 제조된 전류 저지층 형성용 층(118a) 및 Al을 함유하지 않은 재료로 제조된 보호층(119)이 선택적으로 에칭되어, 보호층(119)에 도달할 때 에칭을 중지시킬 수 있다.Then, as illustrated in FIG. 11B, the current blocking layer forming layer 118a is etched to leave the peripheral portion of the protective layer 119 surrounding the central portion to form the current blocking layer 118. In the etching, an etchant having an Al dependent etching rate, such as phosphoric acid (H 3 PO 4 ) etchant, is used. By using the etchant, a layer for forming a current blocking layer made of a compound semiconductor containing Al ( 118a) and a protective layer 119 made of Al-free material may be selectively etched to stop the etching when reaching the protective layer 119.
그 후, 도 11c에 도시한 바와 같이, p형 Ga1-xInxP 전류 확산층(116)이 상기 얻어진 구조 위에서 성장되며, n형 전극(1110) 및 p형 전극(1111)이 형성되어 반도체 발광 소자가 완성된다.Thereafter, as shown in FIG. 11C, a p-type Ga 1-x In x P current diffusion layer 116 is grown on the obtained structure, and an n-type electrode 1110 and a p-type electrode 1111 are formed to form a semiconductor. The light emitting element is completed.
본 실시예의 반도체 발광 소자에 있어서, 전류 저지층(118)은 Al을 함유하는 AlbGa1-bAs(b=0.2)로 제조된다. 따라서, 전류 저지층(118)과 Al을 함유하지 않는 Ga1-rInrP(r=0.2) 보호층(119) 사이에 선택적 에칭이 가능하다. 이로써 제조 공정에서의 수율이 크게 증가되고, 생산비용이 감소된다.In the semiconductor light emitting element of this embodiment, the current blocking layer 118 is made of Al b Ga 1-b As (b = 0.2) containing Al. Therefore, selective etching is possible between the current blocking layer 118 and the Ga 1- rIn r P (r = 0.2) protective layer 119 containing no Al. This greatly increases the yield in the manufacturing process and reduces the production cost.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 전류 확산층의 격자 왜곡이 감소될 수 있다. 이는 전류 확산층 자체의 결정 결함의 생성을 감소시킬 뿐만 아니라 활성층등의 발광부에서의 결정 결함의 생성을 억제시킨다. 그 결과, 발광 효율 및 신뢰성이 크게 증가한다.As described above, according to the present invention, the lattice distortion of the current spreading layer can be reduced. This not only reduces the generation of crystal defects in the current diffusion layer itself, but also suppresses the generation of crystal defects in light emitting portions such as the active layer. As a result, luminous efficiency and reliability are greatly increased.
전류 확산층의 In 몰조성비 x를 0<x<0.49로 설정함으로서, GaInP층 또는 AlGaInP층으로부터 방출된 광은 흡수되지 않고 투과된다. 또한, 전류 확산층의 결정의 결함의 생성이 감소된다. 그 결과, 발광 효율 및 신뢰성이 더욱 증가한다.By setting the In molar composition ratio x of the current spreading layer to 0 <x <0.49, the light emitted from the GaInP layer or the AlGaInP layer is transmitted without being absorbed. In addition, the generation of defects in the crystal of the current spreading layer is reduced. As a result, the luminous efficiency and reliability are further increased.
전류 확산층의 In 몰조성비 x를 0<x<0.27로 설정함으로써, 광이 전류 확산층에 흡수되지 않고, 전류 확산층의 결정성이 증가한다. 그 결과, 발광 효율 및 신뢰성이 더욱 증가한다.By setting the In molar composition ratio x of the current spreading layer to 0 <x <0.27, light is not absorbed by the current spreading layer, and the crystallinity of the current spreading layer is increased. As a result, the luminous efficiency and reliability are further increased.
전류 확산층의 In 몰조성비 x를 두께 방향으로 서서히 변화함으로써, 격자 왜곡이 서서히 완화된다. 이는 격자 왜곡을 더욱 감소시키며, 따라서 발광 효율 및 신뢰성이 증가한다,By gradually changing the In molar composition ratio x of the current spreading layer in the thickness direction, lattice distortion is gradually relaxed. This further reduces grating distortion, thus increasing luminous efficiency and reliability,
전류 확산층의 변화시킨 In 몰조성비 x를 0<x<0.49로 설정함으로서, GaInP층 또는 AlGaInP층으로부터 방출된 광은 흡수되지 않고 투과된다. 또한, 결정 결함의 생성이 감소된다. 그 결과, 발광 효율 및 신뢰성이 더욱 증가한다.By setting the changed In molar composition ratio x of the current diffusion layer to 0 <x <0.49, light emitted from the GaInP layer or the AlGaInP layer is transmitted without being absorbed. In addition, the generation of crystal defects is reduced. As a result, the luminous efficiency and reliability are further increased.
전류 확산층의 변화시킨 In 몰조성비 x를 0<x<0.27로 설정함으로써, 전류 확산층에서 흡수되지 않고, 전류 확산층의 결정성이 증가한다. 그 결과, 발광 효율 및 신뢰성이 더욱 증가한다.By setting the changed In molar composition ratio x of the current spreading layer to 0 <x <0.27, it is not absorbed by the current spreading layer and the crystallinity of the current spreading layer is increased. As a result, the luminous efficiency and reliability are further increased.
(AlyGa1-y)zIn1-zP(0≤y≤1, 0≤z≤1), AlpGa1-pzAs(0≤p≤1), InqGa1-qAs(0≤q≤1) 등으로 제조된 발광부를 포함하는 반도체 발광 소자에 상기 전류 확산층을 사용함으로써, 발광부에 결정 결함이 생성되는 것을 방지한다. 이는 소자의 발광 효율을 향상시킨다.(Al y Ga 1-y ) z In 1-z P (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1), Al p Ga 1-pz As (0 ≦ p ≦ 1 ), In q Ga 1-q As By using the current diffusion layer in a semiconductor light emitting element including a light emitting portion manufactured by (0 ≦ q ≦ 1) or the like, it is possible to prevent the formation of crystal defects in the light emitting portion. This improves the luminous efficiency of the device.
전류 확산층을 통하여 전극과 대향하도록 전류 저지층이 형성됨으로써, 전류 저지층이 형성되지 않은 전류 확산층으로 효율적으로 전류가 유도된다. 이로써 발광 효율이 향상되고, 또한 전극이 형성되지 않은 전류 확산층을 통하여 광출력 효율이 향상된다.By forming the current blocking layer so as to face the electrode through the current spreading layer, current is efficiently induced to the current spreading layer in which the current blocking layer is not formed. As a result, the light emission efficiency is improved, and the light output efficiency is improved through the current diffusion layer in which no electrode is formed.
예컨대, 전극이 전류 확산층의 중앙부에 형성될 수 있으며, 전류 저지층은 전류 확산층을 통하여 전극과 대향하도록 형성될 수 있다. 이 경우, 전극이 형성되지 않은 전류 확산층의 주변부를 통한 광출력 효율이 증가된다.For example, an electrode may be formed at the center of the current spreading layer, and the current blocking layer may be formed to face the electrode through the current spreading layer. In this case, the light output efficiency through the periphery of the current diffusion layer in which no electrode is formed is increased.
또한, 전극이 중앙부를 둘러싸는 전류 확산층의 주변부에 형성되고, 전류 확 산층을 통하여 전극과 대향하도록 전류 저지층이 형성된다. 이 경우, 전극이 형성되지 않은 전류 확산층의 중앙부를 통한 광출력 효율이 증가된다.In addition, an electrode is formed at the periphery of the current spreading layer surrounding the central portion, and a current blocking layer is formed so as to face the electrode through the current spreading layer. In this case, the light output efficiency through the center portion of the current diffusion layer in which no electrode is formed is increased.
전류 저지층에 Ga1-aInaP(0<a<1)를 사용함으로써, 전류 저지층의 격자 왜곡이 감소된다. 이는 소자 발광 효율 및 신뢰성을 향상시킨다.By using Ga 1-a In a P (0 <a <1) for the current blocking layer, the lattice distortion of the current blocking layer is reduced. This improves device luminous efficiency and reliability.
전류 지지층에 AlbGa1-bAs(0≤b≤1) 및 (AlcGa1-c)dIn1-dP(0≤c≤1, 0≤d≤1)와같이 Al을 함유하는 화합물 반도체를 사용함으로써, 선택적 에칭에 의해 원하는 영역에 전류 저지층이 형성될 수 있다. 이는 제조 공정에서 수율을 크게 증가시키고 생산 비용을 크게 감소시킨다.Al is contained in the current supporting layer such as Al b Ga 1-b As (0 ≦ b ≦ 1 ) and (Al c Ga 1-c ) d In 1-d P (0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1) By using a compound semiconductor, a current blocking layer can be formed in a desired region by selective etching. This greatly increases the yield in the manufacturing process and greatly reduces the production cost.
다양한 기타 변형은 본 발명의 범위 및 정신을 벗어남이 없이 당업자에 의해 용이하게 변형될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 첨부된 청구 범위는 기재된 내용에 한정되지 않으며, 청구항은 넓게 해석된다.Various other modifications can be readily made by those skilled in the art without departing from the scope and spirit of the invention. Accordingly, the claims appended hereto are not intended to be limited to the details set forth, and the claims are to be construed broadly.
본 발명의 반도체 발광 소자에 있어서, 전류 확산층의 결정 결함의 수가 감소될 수 있으며, 발광부인 활성층 등의 전위에 의한 결정 결함의 수가 크게 감소할 수 있다. 이는 소자의 발광 효율 및 신뢰성을 크게 향상시킨다. 또한, 활성층에서 발생한 광이 전류 확산층에 흡수되지 않기 때문에, 발광 효율이 감소하지 않고, 광흡수에 의한 반도체 발광 소자의 특성이 열화되지도 않는다.In the semiconductor light emitting device of the present invention, the number of crystal defects in the current diffusion layer can be reduced, and the number of crystal defects due to the potential of the active layer or the like as the light emitting portion can be greatly reduced. This greatly improves the luminous efficiency and reliability of the device. In addition, since the light generated in the active layer is not absorbed by the current diffusion layer, the luminous efficiency is not reduced and the characteristics of the semiconductor light emitting element due to light absorption are not deteriorated.
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| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160127 Year of fee payment: 15 |
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| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170224 Year of fee payment: 16 |
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| EXPY | Expiration of term |