KR100604406B1 - Nitride semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 질화물 반도체 소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 기판과, 상기 기판 상에 형성되어 있는 n형 클래드층과, 상기 n형 클래드층 상의 일부에, 서로 다른 에너지 밴드를 가지는 질화물 반도체층이 순차적으로 적층되어 다층 구조를 갖는 초격자층으로 이루어진 n개(상기 n은 2 이상의 정수)의 양자장벽층과 n-1개의 양자우물층이 순차적으로 교번하여 적층되어 다층 구조로 형성되어 있는 활성층과, 상기 활성층 상에 형성되어 있는 p형 클래드층과, 상기 p형 클래드층 상에 형성되어 있는 p형 전극 및 상기 활성층이 형성되지 않은 n형 클래드층 상에 형성되어 있는 n형 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a nitride semiconductor device, and in more detail, a substrate, an n-type cladding layer formed on the substrate, and a nitride semiconductor layer having different energy bands in a portion on the n-type cladding layer are sequentially An n-layer (the n is an integer of 2 or more) quantum barrier layers and n-1 quantum well layers, which are stacked to form a multi-layered structure, sequentially stacked to form a multi-layered structure; And a p-type cladding layer formed on the active layer, a p-type electrode formed on the p-type cladding layer, and an n-type electrode formed on an n-type cladding layer in which the active layer is not formed. It relates to a nitride semiconductor device.
질화물, 활성층, 양자장벽층, 초격자층, 다중양자우물구조 Nitride, active layer, quantum barrier layer, superlattice layer, multi-quantum well structure
Description
도 1은 종래 기술에 따른 질화물 반도체 소자(LED)의 구조를 나타낸 측단면도.1 is a side cross-sectional view showing the structure of a nitride semiconductor device (LED) according to the prior art.
도 2는 도 1에 도시한 질화물 반도체 소자(LED)에 따른 활성층의 구조를 개략적으로 나타낸 에너지밴드다이어그램.FIG. 2 is an energy band diagram schematically showing the structure of an active layer according to the nitride semiconductor device (LED) shown in FIG. 1. FIG.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물 반도체 소자(LED)의 구조를 나타낸 측단면도.Figure 3 is a side cross-sectional view showing the structure of a nitride semiconductor device (LED) according to a first embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 활성층의 구조를 개략적으로 나타낸 에너지밴드다이어그램.4 is an energy band diagram schematically showing the structure of an active layer according to the first embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제1 실시예의 제1 변형예에 따른 활성층의 양자장벽층을 나타낸 부분 단면도.5 is a partial cross-sectional view showing a quantum barrier layer of an active layer according to a first modification of the first embodiment of the present invention;
도 6은 도 5의 양자장벽층의 에너지 밴드갭 프로파일의 일례를 개략적으로 나타낸 그래프.FIG. 6 is a graph schematically showing an example of an energy band gap profile of the quantum barrier layer of FIG. 5. FIG.
도 7은 제1 실시예의 제2 변형예에 따른 활성층의 양자장벽층을 나타낸 부분 단면도.7 is a partial sectional view showing a quantum barrier layer of an active layer according to a second modification of the first embodiment;
도 8은 도 7의 양자장벽층의 에너지 밴드갭 프로파일의 일례를 개략적으로 나타낸 그래프.FIG. 8 is a graph schematically illustrating an example of an energy band gap profile of the quantum barrier layer of FIG. 7. FIG.
도 9는 제1 실시예의 제3 변형예에 따른 활성층의 양자장벽층을 나타낸 부분 단면도.9 is a partial sectional view showing a quantum barrier layer of an active layer according to a third modification of the first embodiment;
도 10은 도 9의 양자장벽층의 에너지 밴드갭 프로파일의 일례를 개략적으로 나타낸 그래프.FIG. 10 is a graph schematically illustrating an example of an energy band gap profile of the quantum barrier layer of FIG. 9. FIG.
도 11은 제1 실시예의 제4 변형예에 따른 활성층의 양자장벽층을 나타낸 부분 단면도.FIG. 11 is a partial sectional view showing a quantum barrier layer of an active layer according to a fourth modification of the first embodiment; FIG.
도 12는 도 11의 양자장벽층의 에너지 밴드갭 프로파일의 일례를 개략적으로 나타낸 그래프.12 is a graph schematically illustrating an example of an energy band gap profile of the quantum barrier layer of FIG. 11.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물 반도체 소자(LED)의 구조를 나타낸 측단면도.13 is a side cross-sectional view showing a structure of a nitride semiconductor device (LED) according to a second embodiment of the present invention.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 활성층의 구조를 개략적으로 나타낸 에너지밴드다이어그램.14 is an energy band diagram schematically showing the structure of an active layer according to a second embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
110 : 기판 120 : n형 클래드층110 substrate 120 n-type cladding layer
130 : 활성층 131 : 양자장벽층130: active layer 131: quantum barrier layer
132 : 양자우물층 140 : p형 클래드층132: quantum well layer 140: p-type cladding layer
150 : 투명 도전체층 160 : p형 전극150: transparent conductor layer 160: p-type electrode
170 : n형 전극170: n-type electrode
본 발명은 질화물 반도체 소자에 관한 것으로, 특히 발광다이오드(LED), 레이저다이오드(LD) 등의 발광소자에 사용되는 질화물계 반도체 소자의 활성층 구조를 개선하여 내부양자효율을 향상된 질화물 반도체 소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nitride semiconductor device, and more particularly, to a nitride semiconductor device having an improved internal quantum efficiency by improving an active layer structure of a nitride semiconductor device used in a light emitting device such as a light emitting diode (LED) or a laser diode (LD). .
최근, 질화물 반도체는, 우수한 물리적, 화화적 특성으로 인해 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD) 등의 발광 소자의 핵심 소재로 각광을 받고 있다. 특히, Ⅲ-Ⅴ 질화물 반도체 재료를 이용한 발광 다이오드(LED)는 청색 또는 녹색 파장대의 광을 얻기 위한 발광소자에 많이 사용되고 있으며, 이러한 발광 다이오드(LED)는 전자와 정공의 재결합원리를 이용하는 활성층에서 빛을 생성하여 방출시킨다.In recent years, nitride semiconductors 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. In particular, a light emitting diode (LED) using a III-V nitride semiconductor material is widely used in a light emitting device for obtaining light in a blue or green wavelength band, and such a light emitting diode (LED) is light in an active layer using a recombination principle of electrons and holes. To generate and release.
상기 발광 다이오드(LED)의 활성층은 크게 하나의 양자우물층을 갖는 단일양자우물(single quantum well: SQW) 구조와 약 100Å 보다 작은 복수개의 양자우물층을 갖는 다중양자우물(multi quantum well: MQW) 구조로 구분되어 있다. 이 중에서, 특히 다중양자우물 구조의 활성층은 단일양자우물 구조에 비해 광효율이 우수하고 높은 발광출력을 가지므로 적극적으로 활용되고 있다.The active layer of the light emitting diode (LED) has a single quantum well (SQW) structure having a single quantum well layer and a multi quantum well (MQW) having a plurality of quantum well layers smaller than about 100 μs. It is divided into structures. In particular, the active layer of the multi-quantum well structure is actively used because of its superior light efficiency and high luminous output compared to the single-quantum well structure.
그러면, 이하 도 1 및 도 2를 참조하여 상기와 같이 다중양자우물 구조로 이루어진 활성층을 가지는 종래의 질화물 반도체 소자(LED)를 상세하게 설명한다.Next, a conventional nitride semiconductor device (LED) having an active layer having a multi-quantum well structure as described above will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.
도 1은 종래 기술에 따른 질화물 반도체 소자(LED)의 구조를 나타낸 측단면 도이고, 도 2는 도 1에 도시한 질화물 반도체 소자(LED)에 따른 활성층의 구조를 개략적으로 나타낸 에너지밴드다이어그램이다.1 is a side cross-sectional view showing a structure of a nitride semiconductor device (LED) according to the prior art, and FIG. 2 is an energy band diagram schematically showing the structure of an active layer according to the nitride semiconductor device (LED) shown in FIG. 1.
우선, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 LED 소자는, 광투과성 기판인 사파이어 기판(110) 상에 GaN으로 된 버퍼층(도시하지 않음), n형 클래드층(120), InGaN을 함유하는 다중양자우물(MQW) 구조의 활성층(130) 및 p형 클래드층(140)이 순차 적층된 기본 구조를 가진다.First, as shown in FIG. 1, the LED device according to the prior art contains a buffer layer (not shown) made of GaN, an n-
그리고, 상기 p형 클래드층(140)과 활성층(130)은 일부 메사 식각(mesa etching) 공정에 의하여 그 일부 영역이 제거된 바, n형 클래드층(120)의 일부 상면이 노출되어 있다. 또한, 노출된 n형 클래드층(120)의 상면에는 n형 전극(170)이 형성되어 있고, p형 클래드층(140) 상에는 ITO 등으로 이루어진 투명 도전체층(150)과 p형 전극(160)이 순차 적층된 구조로 형성되어 있다.In addition, since some regions of the p-
여기서, 상기 다중양자우물 구조의 활성층(130)은 일반적으로 언도프(undoped)된 GaN 양자장벽층(131)과 언도프된 InGaN 양자우물층(132)이 교번하여 적층된 다층 구조로 이루어진다. 이를 도 2와 같이 에너지밴드갭(Eg)의 분포로서 나타내면, 상기 활성층(130)은 복수개의 InGaN 양자우물층(132)과 이보다 밴드갭이 큰 GaN 양자장벽층(131)이 복수개의 InGaN 양자우물층(132)의 양면에 형성된 구조로 설명될 수 있다. 이러한 다중양자우물 구조로 이루어진 활성층(130)은 직렬로 배열된 복수개의 양자우물층(132)을 이용하여 발광하므로 단일양자우물 구조에 비해 전류대비 광효율이 우수하고 높은 발광출력을 가질 수 있다.In this case, the
그런데, 상기 다중양자우물 구조로 이루어진 활성층은 복수개의 층으로 구성되므로 그 전체 두께는 단일양자우물 구조로 이루어진 활성층과 비교하여 볼 때, 활성층 전체의 두께가 두껍다. 그러나, 상기 활성층의 전체의 두께가 두꺼워지게 되면, 종방향의 직렬저항이 커지게 되고, 결과적으로 동작전압(Vf)이 높아지는 문제가 발생한다.By the way, since the active layer made of a multi-quantum well structure is composed of a plurality of layers, the overall thickness thereof is thicker than the active layer made of a single quantum well structure. However, when the entire thickness of the active layer becomes thick, the series resistance in the longitudinal direction becomes large, resulting in a problem that the operating voltage V f becomes high.
또한, 상기 다중양자우물 구조로 이루어진 활성층은 사파이어 기판 위에 질화물반도체층인 복수개의 양자우물층 및 양자장벽층을 성장시켜 형성하기 때문에 격자상수 차이로 인해 스트레인이 발생한다. 이와 같이, 상기 활성층에 형성되는 스트레인은 활성층의 특성을 좌우하는 중요한 변수로 작용하며, 특히, 상기 활성층 내에 스트레인으로 인한 압전 전계(piezoelectric field)를 유발하여 활성층 내의 전자와 정공의 파동함수 간의 거리를 멀어지게 하기 때문에 정공과 전자와의 발광 재결합률이 낮아지게 되어 광효율이 저하되는 문제가 있다.In addition, since the active layer formed of the multi-quantum well structure is formed by growing a plurality of quantum well layers and quantum barrier layers, which are nitride semiconductor layers, on the sapphire substrate, strain is generated due to the lattice constant difference. As such, the strain formed in the active layer acts as an important variable that determines the characteristics of the active layer, and in particular, induces a piezoelectric field due to strain in the active layer, thereby reducing the distance between the wave function of electrons and holes in the active layer. Since the distance from the light emitting recombination between the hole and the electrons is lowered, there is a problem that the light efficiency is lowered.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 동작 전압(Vf)을 낮추고 전자포획 효과 및 전류확산 효과를 향상시켜 고휘도 특성을 갖는 질화물 반도체 소자를 제공하는 데에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a nitride semiconductor device having high brightness characteristics by lowering the operating voltage (V f ) and improving the electron trapping effect and the current diffusion effect.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 기판과, 상기 기판 상에 형성되어 있는 n형 클래드층과, 상기 n형 클래드층 상의 일부에, 서로 다른 에너지 밴드를 가지는 질화물 반도체층이 순차적으로 적층되어 다층 구조를 갖는 초격자층으로 이루어진 n개(상기 n은 2 이상의 정수)의 양자장벽층과 n-1개의 양자우물층이 순차적으로 교번하여 적층되어 다층 구조로 형성되어 있는 활성층과, 상기 활성층 상에 형성되어 있는 p형 클래드층과, 상기 p형 클래드층 상에 형성되어 있는 p형 전극 및 상기 활성층이 형성되지 않은 n형 클래드층 상에 형성되어 있는 n형 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a substrate, an n-type cladding layer formed on the substrate, and a nitride semiconductor layer having different energy bands are sequentially stacked on a portion of the n-type cladding layer. N active layer having a multi-layered superlattice layer (where n is an integer of 2 or more) and an active layer having a multi-layer structure in which n-1 quantum well layers are alternately stacked and formed on the active layer A p-type cladding layer formed on the substrate, a p-type electrode formed on the p-type cladding layer, and an n-type electrode formed on the n-type cladding layer on which the active layer is not formed. Provided is a semiconductor device.
또한, 상기 본 발명의 질화물 반도체 소자에서, 상기 양자장벽층의 초격자층을 구성하는 질화물 반도체층은, InXAlYGa1 -X- YN (0≤X, 0≤Y, X+Y≤1) 조성물로 이루어져 있으며, Al과 In의 조성비를 달리하여 서로 다른 에너지 밴드를 가지게 하는 것이 바람직하다.Further, in the nitride semiconductor device of the present invention, the nitride semiconductor layer constituting the superlattice layer of the quantum barrier layer is In X Al Y Ga 1 -X- Y N (0≤X, 0≤Y, X + Y ≤1) It is preferable that the composition has a different energy band by varying the composition ratio of Al and In.
또한, 상기 본 발명의 질화물 반도체 소자에서, 상기 양자장벽층의 초격자층은, 상기 양자우물층의 에너지 밴드보다 더 높은 제1 질화물 반도체층과 상기 양자우물층의 에너지 밴드보다 더 낮은 제2 질화물 반도체층이 교대로 1회 이상 반복 적층되어 형성되어 있거나, 상기 양자장벽층의 초격자층은 상기 양자우물층의 에너지 밴드보다 더 낮은 제1 질화물 반도체층과 상기 양자우물층의 에너지 밴드보다 더 높은 제2 질화물 반도체층이 교대로 1회 이상 반복 적층되어 형성되어 있는 것이 바람직하다.Further, in the nitride semiconductor device of the present invention, the superlattice layer of the quantum barrier layer is a first nitride semiconductor layer higher than the energy band of the quantum well layer and a second nitride lower than the energy band of the quantum well layer. The semiconductor layers are alternately stacked one or more times, or the superlattice layer of the quantum barrier layer is higher than the energy band of the first nitride semiconductor layer and the quantum well layer, which is lower than the energy band of the quantum well layer. It is preferable that the second nitride semiconductor layers are formed by alternately stacking one or more times.
또한, 상기 본 발명의 질화물 반도체 소자에서, 상기 제1 질화물 반도체층과 상기 제2 질화물 반도체층 사이에 어느 일방으로 에너지 밴드가 순차적으로 증가하는 1층 이상의 질화물 반도체층을 포함하는 것이 바람직하다.Further, in the nitride semiconductor device of the present invention, it is preferable to include at least one nitride semiconductor layer in which an energy band is sequentially increased in either direction between the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer.
또한, 상기 본 발명의 질화물 반도체 소자에서, 상기 n개의 양자장벽층은, 서로 균일한 에너지 밴드갭의 변화를 가지거나, 서로 다른 에너지 밴드갭의 변화를 가지는 초격자층으로 이루어지는 것이 바람직하다.In the nitride semiconductor device of the present invention, it is preferable that the n quantum barrier layers have a superlattice layer having a uniform energy bandgap or a different energy bandgap.
또한, 상기 본 발명의 질화물 반도체 소자에서, 상기 n개의 양자장벽층은, 서로 균일한 두께로 이루어지거나, 서로 다른 두께로 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, in the nitride semiconductor device of the present invention, the n quantum barrier layers are preferably made of a uniform thickness or different thicknesses.
또한, 상기 본 발명의 질화물 반도체 소자에서, 상기 n개의 양자장벽층은 균일한 두께로 이루어지거나, 상기 n개의 양자장벽층 중 상기 n형 클래드층과 인접하는 상기 양자장벽층은 상기 p형 클래드층과 인접하는 상기 양자장벽층보다 두꺼운 두께로 이루어지는 것이 바람직하다.Further, in the nitride semiconductor device of the present invention, the n quantum barrier layer is made of a uniform thickness, or the quantum barrier layer adjacent to the n-type cladding layer of the n quantum barrier layer is the p-type cladding layer It is preferably made thicker than the quantum barrier layer adjacent to.
또한, 상기 본 발명의 질화물 반도체 소자에서, 상기 p형 클래드층과 상기 p형 전극 사이에 형성된 투명 도전체층을 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 투명 도전체층은 상기 p형 전극을 통해 주입되는 전류의 주입 면적을 증가시켜 전류확산 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.Further, in the nitride semiconductor device of the present invention, it is preferable to further include a transparent conductor layer formed between the p-type cladding layer and the p-type electrode. The transparent conductor layer may further increase the current diffusion effect by increasing the injection area of the current injected through the p-type electrode.
상기한 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명은 기판과, 상기 기판 상에 형성되어 있는 n형 클래드층과, 상기 n형 클래드층 상의 일부에, n개(상기 n은 2 이상의 정수)의 제1 양자장벽층과 n-1개의 양자우물층이 순차적으로 교번하여 적층되어 다층 구조로 형성되어 있는 활성층과, 상기 활성층 상에 형성되어 있는 p형 클래드 층과, 상기 p형 클래드층 상에 형성되어 있는 p형 전극 및 상기 활성층이 형성되지 않은 n형 클래드층 상에 형성되어 있는 n형 전극을 포함하고, 상기 n개의 제1 양자장벽층의 내부에는 상기 제1 양자장벽층 보다 높은 에너지밴드를 가지는 제2 양자장벽층이 삽입되어 있거나, 상기 n형 클래드층과 인접하는 일부 상기 제1 양자장벽층의 내부에만 상기 제1 양자장벽층 보다 높은 에너지밴드를 가지는 제2 양자장벽층이 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자를 제공한다.In order to achieve the above another object, the present invention provides a substrate, an n-type cladding layer formed on the substrate, and a portion of n first (n is an integer of 2 or more) in a portion of the n-type cladding layer. An active layer in which a barrier layer and n-1 quantum well layers are alternately stacked and formed in a multilayer structure, a p-type cladding layer formed on the active layer, and p formed on the p-type cladding layer A second type electrode and an n-type electrode formed on the n-type cladding layer in which the active layer is not formed, and having a higher energy band than the first quantum barrier layer in the n first quantum barrier layers. A quantum barrier layer is inserted, or a second quantum barrier layer having an energy band higher than that of the first quantum barrier layer is inserted only inside the first quantum barrier layer adjacent to the n-type cladding layer. It provides a nitride semiconductor device of ranging.
또한, 상기 본 발명의 질화물 반도체 소자에서, 상기 제1 양자장벽층과 제2 양자장벽층을 구성하는 서로 다른 에너지 밴드를 가지는 질화물 반도체층은, InXAlYGa1-X-YN (0≤X, 0≤Y, X+Y≤1) 조성물로 이루어져 있으며, Al과 In의 조성비를 달리하여 서로 다른 에너지 밴드를 가지게 하는 것이 바람직하다.Further, in the nitride semiconductor device of the present invention, the nitride semiconductor layer having different energy bands constituting the first quantum barrier layer and the second quantum barrier layer is In X Al Y Ga 1-XY N (0≤X , 0≤Y, X + Y≤1) composition, it is preferable to have a different energy band by changing the composition ratio of Al and In.
또한, 상기 본 발명의 질화물 반도체 소자에서, 상기 제2 양자장벽층의 두께는, 상기 제1 양자장벽층의 두께와 동일하거나, 서로 달리하는 것이 바람직하며, 또는, 상기 제2 양자장벽층의 두께는, 상기 양자우물층의 두께와 동일하거나, 서로 달리하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 제2 양자장벽층은 상기 n형 클래드층 근처의 전자를 포획하기 위한 것이기 때문에 상기 제2 양자장벽층의 에너지 밴드가 상기 제1 양자장벽층의 에너지 밴드 보다 높으면, 두께는 전자를 포획하는데 별다른 영향을 미치지 못한다.In the nitride semiconductor device of the present invention, the thickness of the second quantum barrier layer is preferably the same as or different from the thickness of the first quantum barrier layer, or the thickness of the second quantum barrier layer. Is equal to or different from the thickness of the quantum well layer. That is, since the second quantum barrier layer is for trapping electrons near the n-type cladding layer, if the energy band of the second quantum barrier layer is higher than the energy band of the first quantum barrier layer, the thickness traps electrons. It does not have much effect.
또한, 상기 본 발명의 질화물 반도체 소자에서, 상기 제2 양자장벽층의 에너지 밴드는 상기 양자우물층의 에너지 밴드와 동일하거나, 서로 달리하는 것이 바람 직하다.In the nitride semiconductor device of the present invention, the energy band of the second quantum barrier layer is preferably the same as or different from the energy band of the quantum well layer.
이하 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 병기하였다.In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., are exaggerated for clarity. Like reference numerals designate like parts throughout the specification.
이제 본 발명의 실시예에 따른 질화물 반도체 소자에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.A nitride semiconductor device according to an embodiment of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[[ 실시예Example 1] One]
우선, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물 반도체 소자에 대하여 상세히 설명한다.First, the nitride semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물 반도체 소자(LED)의 구조를 나타낸 측단면도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 활성층의 구조를 개략적으로 나타낸 에너지밴드다이어그램이다.3 is a side cross-sectional view illustrating a structure of a nitride semiconductor device (LED) according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an energy band diagram schematically showing the structure of an active layer according to the first embodiment of the present invention.
도 3에 도시한 바와 같이, 광투과성인 기판(110)과, 상기 기판(110) 상에 버퍼층(도시하지 않음), n형 클래드층(120), 활성층(130) 및 P형 클래드층(140)이 순차 적층되어 이루어진 발광 구조물을 포함한다.As shown in FIG. 3, a
상기 기판(110)은, 질화물 반도체 단결정을 성장시키기에 적합한 기판으로서, 사파이어 기판 및 실리콘카바네이트(SiC) 기판과 같은 이종 기판 또는 질화물 기판과 같은 동종 기판일 수 있다.The
상기 버퍼층(도시하지 않음)은, 상기 n형 클래드층(120)을 성장하기 전에 상기 사파이어 기판(110)과의 격자정합을 향상시키기 위한 층으로, 일반적으로 AlN/GaN으로 형성되어 있다.The buffer layer (not shown) is a layer for improving lattice matching with the
상기 n형 및 p형 클래드층(120, 140) 및 활성층(130)은, InXAlYGa1 -X- YN 조성식(여기서, 0≤X, 0≤Y, X+Y≤1)을 갖는 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 n형 클래드층(120)은 n형 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 이루어질 수 있으며, n형 도전형 불순물로는 예를 들어, Si, Ge, Sn 등을 사용하고, 바람직하게는 Si를 주로 사용한다. 또한, 상기 p형 클래드층(140)은 p형 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 이루어질 수 있으며, p형 도전형 불순물로는 예를 들어, Mg, Zn, Be 등을 사용하고, 바람직하게는 Mg를 주로 사용한다.The n-type and p-type cladding layers 120 and 140 and the
그리고, 상기 활성층(130)은 n-1개의 양자우물층(132)과 n개의 양자장벽층(131)이 교번하여 적층된 다중 양자우물(Multi-Quantum Well) 구조로 이루어져 있다.In addition, the
특히, 본 발명에 따른 상기 활성층(130)의 n개의 양자장벽층(131)은 서로 다른 에너지 밴드를 가지는 질화물 반도체층이 순차적으로 적층되어 있는 다층 구조 의 초격자층으로 형성되어 있다. 이는 상기 활성층(130)의 전류확산 효과 및 전자포획 효과를 높여 내부양자효율을 향상시켜 결과적으로, 발광효율을 증가시키기 위한 것이다.In particular, the n quantum barrier layers 131 of the
한편, 상기 n개의 양자장벽층(131)은, 공정 조건 및 소자 특성에 따라 서로 균일한 에너지 밴드갭의 변화를 가지거나, 서로 다른 에너지 밴드갭의 변화를 가지는 초격자층으로 형성하는 것이 가능하다. 또한, 상기 n개의 양자장벽층(131)은, 서로 균일한 두께를 가지거나, 서로 다른 두께를 가지게 형성하는 것이 가능하다.The n quantum barrier layers 131 may be formed as superlattice layers having uniform energy bandgap changes or different energy bandgap changes depending on process conditions and device characteristics. . In addition, the n quantum barrier layers 131 may be formed to have a uniform thickness or have different thicknesses.
또한, 본 발명에 따른 질화물 반도체 소자는, 상기 p형 클래드층(140)과 활성층(130)을 에칭하여 상기 n형 클래드층(120)의 일부 상면을 노출시킴으로써 형성된 복수의 메사와, 상기 복수의 메사 상의 상기 노출된 n형 클래드층(120) 상에 형성된 n형 전극(170)과, 전류를 확산시키기 위해 상기 p형 클래드층(140) 상에 형성된 투명 도전체층(150) 및 상기 투명 도전체층(150) 상에서 반사 메탈 역할 및 본딩 메탈 역할을 하는 p형 전극(160)이 포함되어 있다. In addition, the nitride semiconductor device according to the present invention includes a plurality of mesas formed by etching the p-
이러한 본 실시예의 발광 구조물 구성에서, 상기 투명 도전체층(150)은, 전류 주입 면적을 증가시켜 전류확산 효과를 향상시키기 위한 층으로 ITO(Indium Tin Oxide), TO(Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide) 및 TCO(Transparent Conductive Oxide)로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나의 막으로 이루어짐이 바람직하다.In the light emitting structure of the present embodiment, the
그러면, 이하, 서로 다른 에너지 밴드를 가지는 질화물 반도체층이 순차 적 층되어 있는 다층 구조의 초격자층으로 이루어진 양자장벽층(131)의 구체적인 종류에 대하여, 도 5 내지 및 도 12를 참조하여 설명하기로 한다.Next, a specific kind of the
변형예Variant 1 One
도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물 반도체 소자의 양자장벽층의 제1 변형예에 대하여 상세히 설명한다.A first modified example of the quantum barrier layer of the nitride semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6.
도 5는 본 발명의 제1 실시예의 제1 변형예에 따른 활성층의 양자장벽층을 나타낸 부분 단면도이고, 도 6은 도 5의 양자장벽층의 에너지 밴드갭 프로파일의 일례를 개략적으로 나타낸 그래프이다.FIG. 5 is a partial cross-sectional view illustrating a quantum barrier layer of an active layer according to a first modified example of the first embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a graph schematically showing an example of an energy band gap profile of the quantum barrier layer of FIG. 5.
도 5를 참조하면, 양자우물층(132)의 양면에 서로 다른 에너지 밴드를 가지는 질화물 반도체층, 예를 들어, 양자우물층(132)의 에너지 밴드를 기준으로 이보다 높은 에너지 밴드를 가지는 제1 질화물 반도체층(131a)과 이보다 낮은 에너지 밴드를 갖는 제2 질화물 반도체층(131b)이 교대로 다수회 반복 적층되어 이루어진 초격자층 즉, 양자장벽층(131)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 질화물 반도체층(131a, 131b)은 InXAlYGa1-X- YN 조성식(여기서, 0≤X, 0≤Y, X+Y≤1)을 갖는 반도체 물질로 이루어져 있으며, In과 Al의 서로 다른 조성비를 통해 서로 다른 에너지 밴드를 가지고 있다. 본 실시예에서는 제1 질화물 반도체층(131a)으로 AlGaN을 사용하며, 제2 질화물 반도체층(131b)으로는 InGaN을 사용하였다.Referring to FIG. 5, a first nitride having a higher energy band based on an energy band of a nitride semiconductor layer having different energy bands on both surfaces of the
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 양자장벽층(131)은 상기 제1 질화물 반 도체층(131a)과 상기 제2 질화물 반도체층(131b)의 서로 다른 에너지 밴드, 즉 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 질화물 반도체층(131a)과 제2 질화물 반도체층(131b)의 계면에서 에너지 밴드가 급격히 변화하는 에너지 밴드의 불연속성에 의해 그 계면에 이차원 전자가스층(도시하지 않음)을 형성하게 된다.Accordingly, the
따라서, 전압인가시에 상기 이차원 전자가스층을 통해 n+-p+접합으로 터널링 현상이 발생되어 활성층(130)의 높은 캐리어 이동도를 확보하여 전류확산 효과를 향상시키고, 양자우물층(132)에 주입되는 전자와 정공의 재결합률을 향상시킬 수 있다. 이와 같이, 활성층(130)에서 전류확산 효과 및 전자와 정공의 재결합률이 향상되면, 동작 전압(Vf)가 낮아지게 되고, 발광 영역의 증가로 인해 발광 효율 또한 향상되므로, 광 출력을 확보하는 질화물 반도체 소자를 구현할 수 있다.Accordingly, when voltage is applied, a tunneling phenomenon occurs at the n + -p + junction through the two-dimensional electron gas layer to secure a high carrier mobility of the
변형예Variant 2 2
도 7 및 도 8을 참고로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 질화물 반도체 소자의 양자장벽층의 제2 변형예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 다만, 제2 변형예의 구성 중 제1 변형예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고, 제2 변형예에서 달라지는 구성에 대해서만 상술하기로 한다.7 and 8, a second modification of the quantum barrier layer of the nitride semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described in detail. However, the description of the same parts as the first modification of the configuration of the second modification is omitted, and only the configuration that is different from the second modification will be described in detail.
도 7은 본 발명의 제2 변형예에 따른 양자장벽층을 나타낸 부분 단면도이고, 도 8은 도 7의 양자장벽층의 에너지 밴드갭 프로파일의 일례를 개략적으로 나타낸 그래프이다.7 is a partial cross-sectional view showing a quantum barrier layer according to a second modification of the present invention, and FIG. 8 is a graph schematically showing an example of an energy band gap profile of the quantum barrier layer of FIG. 7.
도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 제2 변형예에 따른 양자장벽층(131)은 제1 변형예에 따른 양자장벽층(131)과 대부분의 구성이 동일하고, 다만, 상기 양자우물층(132)의 양면에 가장 인접하게 형성되는 질화물 반도체층이 양자우물층(132)의 에너지 밴드보다 높은 에너지 밴드를 가지는 제1 질화물 반도체층(131a)이 아닌 양자우물층(132)의 에너지 밴드보다 낮은 에너지 밴드를 가지는 제2 질화물 반도체(131b)라는 점에서만 제1 변형예와 다르다.As shown in FIG. 7 and FIG. 8, the
즉, 제1 변형예는 상기 양자장벽층으로 상기 양자우물층의 에너지 밴드보다 더 높은 제1 질화물 반도체층과 상기 양자우물층의 에너지 밴드보다 더 낮은 제2 질화물 반도체층이 교대로 1회 이상 반복 적층되어 형성되어 있는 것을 예시한 것이며, 제2 실시예는 상기 양자장벽층으로 상기 양자우물층의 에너지 밴드보다 더 낮은 제1 질화물 반도체층과 상기 양자우물층의 에너지 밴드보다 더 높은 제2 질화물 반도체층이 교대로 1회 이상 반복 적층되어 형성되어 있는 것을 예시한 것이다.That is, in the first modification, the first nitride semiconductor layer higher than the energy band of the quantum well layer and the second nitride semiconductor layer lower than the energy band of the quantum well layer are alternately repeated one or more times as the quantum barrier layer. In the second embodiment, the first nitride semiconductor layer is lower than the energy band of the quantum well layer and the second nitride semiconductor is higher than the energy band of the quantum well layer. It illustrates that the layers are formed by alternately laminating one or more times alternately.
따라서, 이러한 제2 변형예는 제1 변형예에서와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다.Therefore, this second modification can obtain the same effects and effects as in the first modification.
변형예Variant 3 3
이하, 도 9 및 도 10을 참고로, 본 발명의 제3 변형예에 대해 설명하기로 한다. 다만, 제3 변형예의 구성 중 제1 변형예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고, 제3 변형예에서 달라지는 구성에 대해서만 상술하기로 한다.Hereinafter, a third modified example of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 10. However, the description of the same parts as the first modification of the configuration of the third modification is omitted, and only the configuration that is different from the third modification will be described in detail.
도 9는 본 발명의 제3 변형예에 따른 양자장벽층을 나타낸 부분 단면도이고, 도 10은 도 9의 양자장벽층의 에너지 밴드갭 프로파일의 일례를 개략적으로 나타낸 그래프이다.9 is a partial cross-sectional view showing a quantum barrier layer according to a third modified example of the present invention, and FIG. 10 is a graph schematically showing an example of an energy band gap profile of the quantum barrier layer of FIG. 9.
도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, 제3 변형예에 따른 양자장벽층(131)은 제1 변형예에 따른 양자장벽층(131)과 대부분의 구성이 동일하고, 다만, 상기 제1 질화물 반도체층(131a)과 상기 제2 질화물 반도체층(131b) 사이에 어느 일방으로 에너지 밴드가 순차적으로 증가하는 1층 이상의 질화물 반도체층인 스트레스(stress) 완충층(131')을 더 포함한다는 점에서만 제1 변형예와 다르다. 이때, 상기 스트레스 완충층(300)은 InXAlYGa1 -X- YN 조성식(여기서, 0≤X, 0≤Y, X+Y≤1)을 갖는 반도체 물질로 이루어져 있으며, In과 Al의 서로 다른 조성비를 통해 제1 질화물 반도체층(131a)과 상기 제2 질화물 반도체층(131b) 사이의 에너지 밴드갭의 차이를 조절하는 역할을 한다.9 and 10, the
따라서, 제3 변형예는 제1 변형예에서와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 제1 질화물 반도체층(131a)과 제2 질화물 반도체층(131b) 사이에 형성된 스트레스 완충층(131')을 통해 제1 질화물 반도체층(131a)과 제2 질화물 반도체층(131b)의 계면에서 급격히 변화하는 에너지 밴드갭을 완충시킴으로써, 소자에 특성을 보다 안정적으로 유지시킬 수 있는 이점이 있다.Therefore, the third modification can obtain the same functions and effects as those in the first modification, and the stress buffer layer 131 'formed between the first
한편, 도시하지는 않았지만, 이러한 스트레스 완충층(131')은 본 발명의 제2 변형예에 기재된 양자장벽층에도 적용하는 것이 가능하다.Although not shown, such a stress buffer layer 131 'can be applied to the quantum barrier layer described in the second modification of the present invention.
변형예Variant 4 4
이하, 도 11 및 도 12를 참고로, 본 발명의 제4 변형예에 대해 설명하기로 한다. 다만, 제4 변형예의 구성 중 제3 변형예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고, 제3 변형예에서 달라지는 구성에 대해서만 상술하기로 한다.Hereinafter, a fourth modified example of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 and 12. However, the description of the same parts as the third modification of the configuration of the fourth modification will be omitted, and only the configuration different from the third modification will be described in detail.
도 11은 본 발명의 제4 변형예에 따른 양자장벽층을 나타낸 부분 단면도이고, 도 12는 도 11의 양자장벽층의 에너지 밴드갭 프로파일의 일례를 개략적으로 나타낸 그래프이다.FIG. 11 is a partial cross-sectional view illustrating a quantum barrier layer according to a fourth modified example of the present invention, and FIG. 12 is a graph schematically showing an example of an energy band gap profile of the quantum barrier layer of FIG. 11.
도 11 및 도 12에 도시한 바와 같이, 제4 변형예에 따른 양자장벽층은 제3 변형예에 따른 양자장벽층과 대부분의 구성이 동일하고, 다만, 상기 제4 변형예에서는 제1 질화물 반도체층(131a)과 상기 제2 질화물 반도체층(131b) 및 제1 질화물 반도체층(131a)이 순차적으로 적층되어 있는 3층 구조를 하나의 주기로 다수회 반복 적층되어 있으며, 제1 질화물 반도체층(131a)과 제2 질화물 반도체층(131b) 사이 및 제2 질화물 반도체층(131b)과 제1 질화물 반도체층(131b) 사이에 어느 일방으로 에너지 밴드가 순차적으로 증가하는 1층 이상의 질화물 반도체층인 스트레스(stress) 완충층(131')을 더 포함한다는 점에서만 제3 변형예와 다르다.11 and 12, the quantum barrier layer according to the fourth modified example has the same configuration as that of the quantum barrier layer according to the third modified example, except that the first nitride semiconductor is used in the fourth modified example. A three-layer structure in which the
따라서, 제4 변형예는 제3 변형예에서와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있는 이점이 있다.Therefore, the fourth modification has an advantage that the same operation and effect as in the third modification can be obtained.
[[ 실시예Example 2] 2]
그러면, 이하 도 13 및 도 14를 참고로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화 물 반도체 소자에 대해 설명하기로 한다. 다만, 제2 실시예의 구성 중 제1 실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고, 제2 실시예에서 달라지는 구성에 대해서만 상술하기로 한다.Next, the nitride semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 13 and 14. However, the description of the same parts as those of the first embodiment of the configuration of the second embodiment will be omitted, and only the configuration that is different from the second embodiment will be described in detail.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 질화물 반도체 소자(LED)의 구조를 나타낸 측단면도이고, 도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 활성층의 구조를 개략적으로 나타낸 에너지밴드다이어그램이다.FIG. 13 is a side cross-sectional view illustrating a structure of a nitride semiconductor device (LED) according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 14 is an energy band diagram schematically showing the structure of an active layer according to the second embodiment of the present invention.
도 13 및 도 14에 도시한 바와 같이, 제2 실시예에 따른 질화물 반도체 소자는 제1 실시예에 따른 질화물 반도체 소자와 대부분의 구성이 동일하고, 다만, 상기 n형 클래드층(120)과 인접한 활성층(130)의 양자장벽층(131)의 두께가 n형 클래드층(120)과 인접하지 않은 즉, p형 클래드층(140)과 인접한 양자장벽층(131)의 두께보다 두꺼운 두께를 가지게 형성되어 있다는 점에서만 제1 실시예와 다르다.13 and 14, the nitride semiconductor device according to the second embodiment has the same configuration as that of the nitride semiconductor device according to the first embodiment, but is adjacent to the n-
한편, 본 실시예에서는 상기 n형 클래드층(120)과 인접한 양자장벽층(131)의 일부 두께만 그 외의 양자장벽층(131)에 비해 두꺼운 경우를 예를 들었으나, 상기 양자장벽층(131)의 두께는 활성층(130) 내의 어느 부분에서도 달리하는 것이 가능하다.Meanwhile, in the present embodiment, only a part of the thickness of the
일반적으로, 다중양자우물 구조의 활성층을 가지는 질화물 반도체 소자(LED)는 p형 클래드층의 정공 농도가 n형 클래드층의 전자 농도 보다 약 10배 이상이며, 이동도는 약 20배 이상 차이를 가진다. 이와 같이, n형 클래드층과 인접한 활성층에서는 정공의 농도와 이동도가 낮기 때문에 대부분의 전자와 정공은 p형 클래드층과 인접한 활성층에서 발광 재결합이 일어나게 되며, n형 클래드층과 인접한 활성 층에서는 재결합이 거의 이루어지지 않으나, 본 발명의 제2 실시예는 n형 클래드층과 인접한 활성층의 양자장벽층의 두꺼운 두께를 통해 이동하는 전자를 포획하여 n형 클래드층과 인접한 활성층 내에서도 발광 재결합이 이루어지게 하여 발광 효율을 더욱 극대화시킬 수 있다.In general, in a nitride semiconductor device (LED) having an active layer having a multi-quantum well structure, the hole concentration of the p-type cladding layer is about 10 times or more than the electron concentration of the n-type cladding layer, and the mobility is about 20 times or more. . As such, since the concentration and mobility of holes are low in the active layer adjacent to the n-type cladding layer, most electrons and holes generate light emission recombination in the active layer adjacent to the p-type cladding layer and in the active layer adjacent to the n-type cladding layer. Although little is achieved, the second embodiment of the present invention captures electrons moving through the thick thickness of the quantum barrier layer of the active layer adjacent to the n-type cladding layer, so that the light emission recombination is performed in the active layer adjacent to the n-type cladding layer. It is possible to further maximize the luminous efficiency.
한편, 상기 두꺼운 두께의 양자장벽층은 앞서 상술한 양자장벽층의 변형예들과 동일한 변형예를 가질 수 있으며, 그에 따라, 양자장벽층의 변형예들과 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다.On the other hand, the thick quantum barrier layer may have the same modifications as the modifications of the above-described quantum barrier layer, it is possible to obtain the same operation and effect as the modification of the quantum barrier layer.
즉, 이러한 제2 실시예는 제1 실시예에서와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 상기 n형 클래드층과 인접한 활성층의 양자장벽층이 그 외의 양자장벽층에 비해 두꺼운 두께를 가지고 형성되어 있기 때문에 n형 클래드층에 인접한 양자장벽층에서의 전자포획 효과 또한 향상시켜 내부양자효율을 극대화하므로, 발광효율을 증가시키는 것이 가능하다.That is, the second embodiment can obtain the same functions and effects as in the first embodiment, and the quantum barrier layer of the active layer adjacent to the n-type cladding layer is formed to have a thicker thickness than the other quantum barrier layers. Since the electron trapping effect in the quantum barrier layer adjacent to the n-type cladding layer is also improved, the internal quantum efficiency is maximized, so that the luminous efficiency can be increased.
[[ 실시예Example 3] 3]
그러면, 이하 도 15 및 도 16을 참고로, 본 발명의 제3 실시예에 따른 질화물 반도체 소자에 대해 설명하기로 한다. 다만, 제3 실시예의 구성 중 제1 실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고, 제3 실시예에서 달라지는 구성에 대해서만 상술하기로 한다.Next, a nitride semiconductor device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 15 and 16. However, the description of the same parts as those of the first embodiment of the configuration of the third embodiment will be omitted, and only the configuration that is different from the third embodiment will be described in detail.
제3 실시예에 따른 질화물 반도체 소자는 제1 실시예에 따른 질화물 반도체 소자와 대부분의 구성이 동일하고, 다만, 상기 n형 클래드층(120)과 인접한 활성층 (130)의 양자장벽층(131)이 서로 다른 에너지 밴드를 가지는 초격자층으로 이루어져 있지 않고, 단일 에너지 밴드를 가지는 제1 양자장벽층으로 이루어져 있으며, 그 내부에 상기 제1 양자장벽층 보다 높은 에너지밴드를 가지는 제2 양자장벽층(133)이 삽입되어 있다는 점에서만 제1 실시예와 다르다.The nitride semiconductor device according to the third embodiment has the same configuration as that of the nitride semiconductor device according to the first embodiment, except that the
이는 제2 실시예의 원리와 마찬가지로, 일반적으로, 다중양자우물 구조의 활성층을 가지는 질화물 반도체 소자(LED)는 p형 클래드층의 정공 농도가 n형 클래드층의 전자 농도 보다 약 10배 이상이며, 이동도는 약 20배 이상 차이를 가진다. 이와 같이, n형 클래드층과 인접한 활성층에서는 정공의 농도와 이동도가 낮기 때문에 대부분의 전자와 정공은 p형 클래드층과 인접한 활성층에서 발광 재결합이 일어나게 되며, n형 클래드층과 인접한 활성층에서는 재결합이 거의 이루어지지 않으나, 본 발명의 제3 실시예는 n형 클래드층과 인접한 활성층의 제1 양자장벽층 내부에 삽입되어 있으며, 제1 양자장벽층 보다 에너지 밴드가 높은 제2 양자장벽층을 통해 이동하는 전자를 포획할 수 있으므로, n형 클래드층과 인접한 활성층 내에서도 발광 재결합이 이루어지게 하여 발광 효율을 더욱 극대화시킬 수 있다.This is similar to the principle of the second embodiment. In general, in a nitride semiconductor device (LED) having an active layer of a multi-quantum well structure, the hole concentration of the p-type cladding layer is about 10 times or more than the electron concentration of the n-type cladding layer, and is moved. Figures differ by about 20 times or more. As such, since the concentration and mobility of holes are low in the active layer adjacent to the n-type cladding layer, most electrons and holes generate light emission recombination in the active layer adjacent to the p-type cladding layer, and in the active layer adjacent to the n-type cladding layer, recombination occurs. Although hardly achieved, the third embodiment of the present invention is inserted into the first quantum barrier layer of the active layer adjacent to the n-type cladding layer and moves through the second quantum barrier layer having a higher energy band than the first quantum barrier layer. Since the electrons can be trapped, the light emitting recombination is also performed in the active layer adjacent to the n-type cladding layer, thereby further maximizing the light emitting efficiency.
또한, 상기 제1 양자장벽층과 제2 양자장벽층을 구성하는 서로 다른 에너지 밴드를 가지는 질화물 반도체층은, InXAlYGa1 -X- YN (0≤X, 0≤Y, X+Y≤1) 조성물로 이루어져 있으며, Al과 In의 조성비를 달리하여 형성할 수 있다.Further, the nitride semiconductor layer having different energy bands constituting the first quantum barrier layer and the second quantum barrier layer is In X Al Y Ga 1 -X- Y N (0≤X, 0≤Y, X + Y≤1) It is composed of a composition, it can be formed by varying the composition ratio of Al and In.
또한, 상기 제2 양자장벽층(133)은 상기 n형 클래드층(120) 근처의 전자를 포획하기 위한 것이므로, 상기 제2 양자장벽층(133)의 에너지 밴드가 상기 제1 양 자장벽층의 에너지 밴드보다 높으면, 상기 제2 양자장벽층(133)의 두께는, 상기 제1 양자장벽층(131)과 동일하거나, 서로 다르게 형성되는 것이 가능하다.In addition, since the second
즉, 이러한 제3 실시예는 제1 실시예에서와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 상기 n형 클래드층과 인접한 활성층의 제1 양자장벽층 내부에 제1 양자장벽층의 에너지 밴드보다 높은 에너지 밴드를 가지는 제2 양자장벽층이 삽입되어 있기 때문에 n형 클래드층에 인접한 양자장벽층에서의 전자포획 효과 또한 향상시켜 내부양자효율을 극대화하므로, 발광효율을 증가시킬 수 있는 제2 실시예에서와 동일한 작용 및 효과 또한 얻는 수 있다.In other words, the third embodiment can obtain the same functions and effects as those of the first embodiment, and also has a higher energy band than the energy band of the first quantum barrier layer in the first quantum barrier layer of the active layer adjacent to the n-type cladding layer. Since the second quantum barrier layer having a high energy band is inserted, the electron trapping effect in the quantum barrier layer adjacent to the n-type cladding layer is also improved to maximize the internal quantum efficiency, thereby increasing the luminous efficiency. The same action and effect as in can also be obtained.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims also fall within the scope of the present invention.
상기한 바와 같이, 본 발명은 서로 다른 에너지 밴드를 가지는 질화물 반도체층이 순차적으로 적층되어 형성된 다층 구조의 초격자층으로 이루어진 양자장벽층을 구비하여 활성층의 전류확산 효과 및 전자포획 효과를 향상시킬 수 있다.As described above, the present invention includes a quantum barrier layer made of a superlattice layer having a multilayer structure formed by sequentially stacking nitride semiconductor layers having different energy bands, thereby improving current diffusion and electron trapping effects of the active layer. have.
이와 같이, 상기 활성층의 전류확산 효과 및 전자포획 효과가 향상되면, 동작 전압(Vf)을 낮출 수 있어 발광 효율 및 발광 재결합률 또한 향상시켜, 높은 광 출력을 얻을 수 있는 질화물 반도체 소자를 구현하게 된다.As such, when the current diffusion effect and the electron trapping effect of the active layer are improved, the operating voltage (V f ) can be lowered to improve the light emission efficiency and the light emission recombination rate, thereby realizing a nitride semiconductor device capable of obtaining high light output. do.
Claims (16)
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