KR100658308B1 - Light emitting diode - Google Patents

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KR100658308B1
KR100658308B1 KR1020060000502A KR20060000502A KR100658308B1 KR 100658308 B1 KR100658308 B1 KR 100658308B1 KR 1020060000502 A KR1020060000502 A KR 1020060000502A KR 20060000502 A KR20060000502 A KR 20060000502A KR 100658308 B1 KR100658308 B1 KR 100658308B1
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신종언
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엘지전자 주식회사
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Abstract

A light emitting diode is provided to enhance light emitting efficiency by forming an activation layer with a quantum well structure of well layers and barrier layers. A first GaN layer is formed on an upper surface of a substrate. An activation layer is formed on an upper surface of the first GaN layer. A second GaN layer is formed on an upper surface of the activation layer. The activation layer is formed with a plurality of well layers(13a) and a plurality of barrier layers(13b). The plurality of well layers and the plurality of barrier layers are formed alternately. The first GaN layer is formed with an N-GaN layer. The second GaN layer is formed with a P-GaN layer.

Description

발광 다이오드{Light Emitting Diode}Light Emitting Diode

도 1은 일반적인 발광 다이오드의 개략적인 구성을 나타내는 단면도,1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a general light emitting diode;

도 2는 일반적인 양자우물구조의 활성층의 밴드갭 다이어그램,2 is a bandgap diagram of an active layer of a typical quantum well structure,

도 3은 본 발명에 따른 발광 다이오드의 제1실시예를 나타내는 단면도,3 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a light emitting diode according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 발광 다이오드의 제1실시예의 활성층을 확대하여 나타내는 단면도,4 is an enlarged cross-sectional view of an active layer of a first embodiment of a light emitting diode according to the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 발광 다이오드의 제1실시예의 활성층의 밴드갭 다이어그램이다.5 is a bandgap diagram of the active layer of the first embodiment of the light emitting diode according to the present invention.

***도면의 주요 부호의 설명****** Explanation of the Major Symbols in the Drawings ***

10 : 기판 11 : 도핑되지 않은 U-GaN층10 substrate 11 undoped U-GaN layer

12 : N-GaN층 13 : 활성층12: N-GaN layer 13: active layer

13a : 웰층 13b : 장벽층13a: well layer 13b: barrier layer

14 : P-GaN층 15 : N-전극14 P-GaN layer 15 N-electrode

16 : P-전극16: P-electrode

본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웰층과 장벽층의 양자우물구조로 이루어지는 활성층을 형성함에 있어서, 장벽층의 두께를 P-GaN층에 가까워질수록 점차적으로 감소시킴으로써, 발광 효율을 증가시키고 발열량을 감소시킬 수 있는 발광 다이오드에 관한 것이다.The present invention relates to a light emitting diode, and more particularly, in forming an active layer consisting of a quantum well structure of a well layer and a barrier layer, the thickness of the barrier layer is gradually decreased as it approaches the P-GaN layer, thereby improving luminous efficiency. The present invention relates to a light emitting diode capable of increasing and decreasing a calorific value.

발광 다이오드는 종래의 광원에 비해 소형이고, 수명은 길며, 전기 에너지가 빛에너지로 직접 변환하기 때문에 전력이 적게 들고 효율이 좋다. 또한 고속응답이라 자동차 계기류의 표시소자, 광통신용 광원 등 각종 전자기기의 표시용 램프, 숫자표시 장치나 계산기의 카드 판독기 등에 쓰이고 있다. Light emitting diodes are smaller than conventional light sources, have a long lifespan, and have low power and good efficiency because electrical energy is directly converted into light energy. In addition, it is used for display devices of automotive instrumentation, display lamps for various electronic devices such as optical communication light sources, numeric display devices, and card readers for calculators.

최근에는 질화 갈륨을 이용한 발광 다이오드(LED;Light Emitting Diode), 레이저 다이오드(LD;Laser Diode)는 대규모 총천연색 평판 표시장치, 신호등, 실내 조명과 고밀도 광원, 고해상도 출력 시스템, 광통신 등의 응용 분야를 가지고 있어 많은 연구자들의 관심의 대상이 되고 있으며, 이의 상업화를 위한 시도도 끊임없이 진행되고 있는 실정이다.In recent years, light emitting diodes (LEDs) and laser diodes (LDs) using gallium nitride have applications such as large scale full color flat panel display devices, traffic lights, indoor lighting and high density light sources, high resolution output systems, and optical communication. As a result, many researchers are attracting attention, and attempts for commercialization are ongoing.

상기 발광 다이오드에서 방출되는 빛의 파장은 사용되는 반도체 재료의 밴드 갭 함수이다. 작은 밴드 갭(Band Gap)에서는 낮은 에너지와 더 긴 파장의 빛을 방출시키고, 더 짧은 파장의 빛을 방출하기 위해서는 더 넓은 밴드 갭을 갖는 재료가 요구된다.The wavelength of light emitted from the light emitting diode is a function of the band gap of the semiconductor material used. Small band gaps require materials with a wider band gap to emit lower energy and longer wavelengths of light, and shorter wavelengths of light.

상기 발광 다이오드의 발광 파장은 반도체에 첨가되는 불순물의 종류를 바꿈으로써 조절한다. 예를 들어, 인화 갈륨의 경우, 아연 및 산소 원자가 관여하는 발광은 적색(파장 700nm)이고, 질소 원자가 관여하는 발광은 녹색(파장 550nm)이다. 반면, 스펙트럼의 청색 또는 자외선 파장을 갖는 빛을 생성하기 위해서는 비교적 큰 밴드 갭을 갖는 반도체 재료인 실리콘 카바이드(SiC)와 Ⅲ족 질화물계 반도체, 특히 GaN(질화 갈륨)이 있다. 단파장 발광 다이오드는 색 자체 외에도, 광기록장치의 저장 공간을 증가시킬 수 있다는 장점(적색 광에 비해 약 4배 증가 가능)을 갖고 있다.The light emission wavelength of the light emitting diode is controlled by changing the type of impurities added to the semiconductor. For example, in the case of gallium phosphide, the light emission involving zinc and oxygen atoms is red (wavelength 700 nm), and the light emission involving nitrogen atoms is green (wavelength 550 nm). On the other hand, silicon carbide (SiC) and group III nitride semiconductors, in particular GaN (gallium nitride), which are semiconductor materials having a relatively large band gap, are used to generate light having a blue or ultraviolet wavelength of the spectrum. In addition to the color itself, the short wavelength light emitting diode has the advantage of increasing the storage space of the optical recording device (about four times larger than the red light).

이와 같은 청색광을 위한 질화물계 화합물 반도체중 GaN는 다른 Ⅲ족 질화물계와 마찬가지로, 벌크 단결정체를 형성할 수 있는 실용 가능한 기술이 없다. 따라서, GaN 결정의 성장에 적합한 기판을 사용하여야 하며, 대표적으로는 사파이어 기판, 즉, 알루미늄 옥사이드 기판이 있다.Among such nitride compound semiconductors for blue light, GaN has no practical technology capable of forming bulk single crystals like other group III nitride systems. Therefore, a substrate suitable for the growth of GaN crystals should be used, typically a sapphire substrate, that is, an aluminum oxide substrate.

도 1은 일반적인 발광 다이오드의 단면도로서, 사파이어 기판(110) 상부에 N-GaN층(111), 활성층(112)과 P-GaN층(113)이 순차적으로 형성되어 있고; 상기 P-GaN층(113)에서 N-GaN층(111)까지 메사(Mesa)식각되어 있고; 상기 메사 식각된 N- GaN층(111) 상부에 N-전극(115)이 형성되어 있고; 상기 P-GaN층(113) 상부에 P-전극(114)이 형성되어 있다.1 is a cross-sectional view of a general light emitting diode, in which an N-GaN layer 111, an active layer 112, and a P-GaN layer 113 are sequentially formed on a sapphire substrate 110; Mesa is etched from the P-GaN layer 113 to the N-GaN layer 111; An N-electrode 115 is formed on the mesa-etched N-GaN layer 111; The P-electrode 114 is formed on the P-GaN layer 113.

이렇게 해서 완성된 칩은 P-전극(114)에 양의 부하를, N-전극(115)에 음의 부하를 가하게 되면, P-GaN층(113)과 N-GaN층(111)으로부터 각각 정공과 전자들이 활성층(112)으로 모여 재결합함으로써 활성층(112)에서 발광을 하게 된다. In this way, when the chip is loaded with a positive load on the P-electrode 114 and a negative load on the N-electrode 115, holes are formed from the P-GaN layer 113 and the N-GaN layer 111, respectively. And electrons gather in the active layer 112 and recombine to emit light in the active layer 112.

상기 활성층은 교호로 형성되는 웰층과 장벽층으로 이루어지는 양자우물구조로 이루어진다. 이는 주입된 전자와 정공 모두가 빛을 방출하는 발광 소멸을 하는 것이 아니라, 웰층을 지나 GaN층 등에서 비발광 소멸을 하기 때문이다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 활성층을 전술한 다중 장벽과 다중 웰을 구비한 양자우물구조로 형성함으로써, 전자가 웰을 지나치더라도, 다음 웰에서 정공과 결합하도록 하여 전자와 정공의 발광 소멸 비율을 높이고자 하는 것이다.The active layer has a quantum well structure consisting of an alternating well layer and a barrier layer. This is because both the injected electrons and holes do not extinguish luminescence that emits light, but do not luminesce in the GaN layer through the well layer. Thus, as shown in FIG. 2, by forming the active layer in the quantum well structure having the above-described multiple barriers and multiple wells, even if the electrons pass through the wells, they bond with holes in the next wells so that the emission of electrons and holes disappears. I want to increase the ratio.

그러나, 상기 전자가 각 웰 사이의 장벽에서 정공과 결합하는 경우, 비발광 소멸을 함으로써, 발광 효율이 저하되고, 다이오드의 발열량이 증가하는 원인이 된다.However, when the electrons are bonded to the holes in the barriers between the wells, non-luminescence extinction causes the luminous efficiency to decrease, resulting in an increase in the amount of heat generated by the diode.

따라서, 이러한 전자와 정공의 비발광 소멸을 감소시킴으로써, 발광 효율을 증가시키고 발열량을 감소시킬 수 있는 다이오드의 개발이 필요하다.Therefore, it is necessary to develop a diode capable of increasing the luminous efficiency and reducing the amount of heat generated by reducing the non-luminescence disappearance of electrons and holes.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 웰층과 장벽층의 양자우물구조로 이루어지는 활성층을 형성함에 있어서, 장벽층의 두께를 P-GaN층에 가까워질수록 점차적으로 감소시킴으로써, 발광 효율을 증가시키고 발열량을 감소시킬 수 있는 발광 다이오드를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to solve the above problems, in forming an active layer consisting of a quantum well structure of the well layer and the barrier layer, by gradually decreasing the thickness of the barrier layer closer to the P-GaN layer, thereby increasing the luminous efficiency It is to provide a light emitting diode that can reduce the amount of heat generated.

본 발명은 기판 위에 형성된 제1GaN층; 상기 제1GaN층 위에 형성된 활성층; 및 상기 활성층 위에 형성된 제2GaN층을 포함하여 이루어지며, 상기 활성층은 교호로 형성되는 복수의 웰(Well)층과 장벽층을 포함하여 이루어지고, 상기 장벽층의 두께는 제2GaN층에 가까울수록 점차적으로 얇아지는 발광 다이오드이다.The present invention is a first GaN layer formed on a substrate; An active layer formed on the first GaN layer; And a second GaN layer formed on the active layer, wherein the active layer includes a plurality of well layers and barrier layers formed alternately, and the thickness of the barrier layer is gradually closer to the second GaN layer. It is a light emitting diode that becomes thinner.

또, 상기 제1GaN층은 N-GaN층이고, 상기 제2GaN층은 P-GaN층인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드이다.The first GaN layer is an N-GaN layer, and the second GaN layer is a P-GaN layer.

또, 상기 각 장벽층의 두께는 상기 웰층의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 발광 다이오드이다.In addition, the thickness of each barrier layer is a light emitting diode, characterized in that the thickness of the well layer.

또, 상기 각 장벽층의 두께는 바로 아래에 위치한 장벽층의 두께의 1/3 내지 1/2인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드이다.In addition, the thickness of each barrier layer is a light emitting diode, characterized in that 1/3 to 1/2 of the thickness of the barrier layer located directly below.

또, 상기 각 장벽층은 실리콘 도핑된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드이다.In addition, each barrier layer is a light emitting diode, characterized in that the silicon doped.

또, 상기 복수의 장벽층들 중, 가장 아래에 위치한 장벽층과 가장 위에 위치한 장벽층을 제외한 나머지 장벽층들은 실리콘 도핑된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드이다.In addition, among the plurality of barrier layers, the remaining barrier layers except for the bottom barrier layer and the top barrier layer are silicon doped.

또, 상기 각 실리콘 도핑된 장벽층의 실리콘 도핑 농도는 1x1017/cm3 내지 5x1018/cm3 인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드이다.In addition, the silicon doping concentration of each of the silicon-doped barrier layer is a light emitting diode, characterized in that 1x10 17 / cm 3 to 5x10 18 / cm 3 .

또, 상기 각 실리콘 도핑된 장벽층의 실리콘 도핑 농도는 제2GaN층에 가까워질수록 점차적으로 낮아지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드이다.In addition, the silicon doping concentration of each silicon doped barrier layer is a light emitting diode, characterized in that gradually decreases closer to the second GaN layer.

이하에서는 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 기술적 특징을 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명은 실시예에 의하여 보다 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이고, 첨부된 특허청구범위에 의하여 정해지는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the technical features of the present invention. The invention can be better understood by the examples, the following examples are for illustrative purposes of the invention and are not intended to limit the scope of protection defined by the appended claims.

도 2는 본 발명에 따른 질화 갈륨계 발광 다이오드의 제1실시예를 나타내는 단면도로서, 기판(10) 위에 형성된 도핑되지 않은 U-GaN층(11); 상기 도핑되지 않은 U-GaN층 위에 형성되며, 일부가 식각된 N-GaN층(12); 상기 N-GaN층의 식각되지 않은 상면에 형성된 활성층(13); 상기 활성층 위에 형성된 P-GaN층(14); 상기 N-GaN층의 식각된 면에 형성된 N-전극(15); 및 상기 P-GaN층 위에 형성된 P-전극(16)을 포함하여 이루어진다. 상기 활성층은 교호로 형성되는 복수의 웰(Well)층과 장벽층을 포함하여 이루어지고, 상기 장벽층의 두께는 P-GaN층에 가까울수록 점차적으로 얇아진다.2 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a gallium nitride based light emitting diode according to the present invention, in which an undoped U-GaN layer 11 is formed on a substrate 10; An N-GaN layer 12 formed on the undoped U-GaN layer and partially etched; An active layer 13 formed on an unetched upper surface of the N-GaN layer; A P-GaN layer 14 formed on the active layer; An N-electrode 15 formed on the etched surface of the N-GaN layer; And a P-electrode 16 formed on the P-GaN layer. The active layer includes a plurality of well layers and barrier layers that are alternately formed, and the thickness of the barrier layer is gradually thinner as it is closer to the P-GaN layer.

상기 기판(10)은 GaN층을 성장시킬 수 있는 지지부의 역할을 한다. 사파이어(Sapphire) 기판, 실리콘(Si) 기판, 산화아연(ZnO)기판 또는 질화물 반도체 기판 중 어느 하나 또는, 기판에 GaN, InGaN, AlGaN, AlInGaN 중에서 적어도 어느 하나가 적층된 템플레이트(Template) 기판이 사용될 수 있다.The substrate 10 serves as a support for growing a GaN layer. Any one of a sapphire substrate, a silicon (Si) substrate, a zinc oxide (ZnO) substrate, or a nitride semiconductor substrate, or a template substrate in which at least one of GaN, InGaN, AlGaN, and AlInGaN are stacked on the substrate is used. Can be.

상기 N-GaN층, 활성층, P-GaN층의 형성방법으로는 얇은 GaN층을 증착할 수 있는 것이면 제한없이 사용될 수 있으나, 바람직하기로는 유기금속 화학증착법(MOCVD)이 적당하다.As the method for forming the N-GaN layer, the active layer, and the P-GaN layer, any thin GaN layer can be used without limitation, but preferably, an organic metal chemical vapor deposition (MOCVD) method is suitable.

N-GaN층(12)을 형성하기 위하여 GaN층의 형성과정에서 적절한 도펀트로 도핑을 한다. N 도핑을 위한 도펀트로는 실리콘, 게르마늄, 셀레늄, 텔루륨, 탄소 등 을 사용할 수 있다. 실리콘을 사용할 경우 도핑 농도는 약 1017/cm3 정도가 일반적이다. 상기 N-GaN층은 도핑농도를 다르게 하여 N+ 및 N- 의 이층 구조로 형성할 수도 있다.In order to form the N-GaN layer 12, doping with an appropriate dopant is performed during the formation of the GaN layer. As the dopant for N doping, silicon, germanium, selenium, tellurium, carbon, and the like may be used. When silicon is used, the doping concentration is generally about 10 17 / cm 3 . The N-GaN layer may be formed in a double layer structure of N + and N − by varying the doping concentration.

본 실시예에서는 도핑되지 않은 U-GaN층(11)을 먼저 기판 위에 형성한 다음, 그 위에 N-GaN층을 형성한다. 이와 같이, N-GaN층을 형성하기에 앞서 도핑되지 않은 U-GaN층을 형성하는 것은, 기판 위에 바로 N-GaN층을 형성할 경우, 격자 주기가 급격히 변함으로 인하여 결함이 발생되어 박막특성이 저하되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 경우에 따라 생략될 수 있다. 수직형 발광 다이오드를 형성하는 경우에는 상기 U-GaN층은 성장 기판과 함께 제거된다. In this embodiment, an undoped U-GaN layer 11 is first formed on a substrate, and then an N-GaN layer is formed thereon. As described above, forming the undoped U-GaN layer prior to forming the N-GaN layer, when the N-GaN layer is formed directly on the substrate, defects are generated due to the rapid change in lattice period, resulting in thin film characteristics. In order to prevent the deterioration, it may be omitted in some cases. In the case of forming a vertical light emitting diode, the U-GaN layer is removed together with the growth substrate.

상기 활성층(13)은 발광 다이오드에 있어서 빛을 방출하는 부분이다. AlXGaYIn1-X-YN(0≤x<1, 0<y<1)의 일반식으로 나타낼 수 있으며, 질화 알루미늄, 질화갈륨 및 질화인듐과 같은 2원계와 질화갈륨-인듐 및 질화갈륨-알루미늄과 같은 3원계를 포함한다. Ⅲ족원소는 붕소, 탈륨 등으로 일부 치환될 수 있으며, 질소는 인, 비소, 안티몬 등으로 일부 치환될 수 있다. The active layer 13 is a part emitting light in the light emitting diode. Al X Ga Y In 1-XY N (0≤x <1, 0 <y <1) can be represented by the general formula, binary system such as aluminum nitride, gallium nitride and indium nitride, gallium nitride-indium and gallium nitride Ternary systems such as aluminum. Group III elements may be partially substituted with boron, thallium, and the like, and nitrogen may be partially substituted with phosphorus, arsenic, antimony, and the like.

상기 활성층은 성분 조성을 변화시킴으로써 방출하는 빛의 파장을 조절할 수 있다. 예컨대 청색광을 방출하기 위해서는 약 22% 정도의 인듐이 포함된다. 또, 녹색빛을 방출하기 위해서는 약 40% 정도의 인듐이 포함된다. The active layer can adjust the wavelength of light emitted by changing the component composition. For example, about 22% of indium is included to emit blue light. In addition, about 40% of indium is included to emit green light.

본 발명에 있어서, 상기 활성층은 교호로 형성되는 웰층과 장벽층으로 이루어지는 양자우물구조로 이루어진다. 이는 주입된 전자와 정공 모두가 빛을 방출하는 발광 소멸을 하는 것이 아니라, 웰층을 지나 GaN층 등에서 비발광 소멸을 하기 때문이다. 따라서, 활성층을 전술한 다중 장벽과 다중 웰을 구비한 양자우물구조로 형성함으로써, 전자가 웰을 지나치더라도, 다음 웰에서 정공과 결합하도록 하여 전자와 정공의 발광 소멸 비율을 높이고자 하는 것이다. In the present invention, the active layer is formed of a quantum well structure consisting of a well layer and a barrier layer formed alternately. This is because both the injected electrons and holes do not extinguish luminescence that emits light, but do not luminesce in the GaN layer through the well layer. Therefore, the active layer is formed of the quantum well structure having the above-described multiple barriers and multiple wells, so that even if electrons pass through the wells, the electrons are bonded to holes in the next well to increase the emission extinction ratio of the electrons and holes.

상기, 양자우물구조의 활성층을 형성함에 있어서, 웰층과 장벽층 사이에는 웰층을 보호하기 위한 캡층이 더 형성될 수 있다. 캡층은 이후에 온도를 높이는 과정에서 인듐의 탈착을 방지하는 역할을 하며, 장벽층의 일부로 볼 수도 있다. In forming the active layer of the quantum well structure, a cap layer for protecting the well layer may be further formed between the well layer and the barrier layer. The cap layer later serves to prevent desorption of indium in the process of raising the temperature, and may be viewed as part of the barrier layer.

보다 구체적인 예로서, InGaN으로 이루어진 웰층과 GaN으로 이루어진 캡층과 장벽층으로 이루어지는 활성층을 형성하는 경우, 트리에틸갈륨 가스, 트리메틸인듐 가스, 암모니아 가스, 질소 가스를 포함한 분위기에서 웰층을 형성하는 단계; 상기 트리메틸인듐 가스 및 트리에틸갈륨 가스의 공급을 차단한 상태로, 온도를 점차적으로 높이는 승온 단계; 상기 트리메틸인듐 가스 및 트리에틸갈륨 가스의 공급을 차단한 상태로 일정한 온도를 유지하는 안정화 단계; 및 상기 트리에틸갈륨 가스의 공급을 재개하여 장벽층을 형성하는 단계를 반복하여 이루어진다. 상기 단계의 반 복 횟수는 필요에 따라 달라질 수 있으나, 3 내지 10회 정도가 적당하다.As a specific example, when forming an active layer consisting of a well layer made of InGaN, a cap layer made of GaN, and a barrier layer, forming a well layer in an atmosphere including triethylgallium gas, trimethylindium gas, ammonia gas, and nitrogen gas; A temperature raising step of gradually raising the temperature in a state in which the supply of the trimethylindium gas and the triethylgallium gas is blocked; A stabilization step of maintaining a constant temperature in a state where the supply of the trimethylindium gas and triethylgallium gas is blocked; And resuming the supply of triethylgallium gas to form a barrier layer. The number of repetitions of the above step may vary as needed, but 3 to 10 times is appropriate.

먼저, 트리에틸갈륨 가스, 트리메틸인듐 가스, 암모니아 가스, 질소 가스를 포함한 분위기에서 웰층을 형성한다. 상기, 웰층의 성장온도는 발광 다이오드의 용도 및 방출시키고자 하는 파장에 따라 달라지나, 700 내지 800℃ 정도가 적절하며, 성장 압력은 200 내지 450torr의 범위에서 적절히 선택할 수 있다. 상기, 웰층의 두께는 15 내지 40Å에서 선택하는 것이 좋다.First, the well layer is formed in an atmosphere containing triethylgallium gas, trimethylindium gas, ammonia gas, and nitrogen gas. The growth temperature of the well layer varies depending on the use of the light emitting diode and the wavelength to be emitted, but about 700 to 800 ° C. is appropriate, and the growth pressure may be appropriately selected in the range of 200 to 450 torr. The thickness of the well layer is preferably selected from 15 to 40 kPa.

다음으로, 상기 트리메틸인듐 가스 및 트리에틸갈륨 가스의 공급을 차단한 상태로, 웰층의 성장 온도보다 30 내지 100℃ 높은 온도까지 점차적으로 온도를 높인다. 상기 승온 단계에서는 인듐 및 갈륨의 공급이 차단되어서, 박막의 성장은 거의 일어나지 않는다. Next, while the supply of the trimethyl indium gas and the triethyl gallium gas is cut off, the temperature is gradually raised to a temperature of 30 to 100 ° C. higher than the growth temperature of the well layer. In the temperature raising step, the supply of indium and gallium is blocked, so that the growth of the thin film hardly occurs.

상기 활성층을 형성함에 있어서, 승온 단계 전에, 트리메틸인듐 가스의 공급을 차단한 상태로, 웰층 위에 웰층을 보호하기 위한 캡(Cap)층을 형성할 수도 있다. 상기 캡층은 이후에 온도를 높이는 과정에서 인듐의 탈착을 방지하는 역할을 한다. 인듐 가스의 공급을 차단하였으므로, 상기 캡층은 질화갈륨으로 이루어지며, 장벽층의 일부로 볼 수도 있다. In forming the active layer, a cap layer for protecting the well layer may be formed on the well layer while the supply of trimethylindium gas is blocked before the temperature raising step. The cap layer then serves to prevent the desorption of indium in the process of raising the temperature. Since the supply of indium gas was interrupted, the cap layer is made of gallium nitride, and may be viewed as part of the barrier layer.

다음으로, 상기 트리메틸인듐 가스 및 트리에틸갈륨 가스의 공급을 차단한 상태를 약 30초 동안 유지한다. 상기 단계는 장벽층을 성장하기 전에 승온된 온도를 유지함으로써, 박막 표면을 안정화하기 위한 것이다.Next, the state in which the supply of the trimethylindium gas and the triethylgallium gas is cut off is maintained for about 30 seconds. The step is to stabilize the thin film surface by maintaining the elevated temperature before growing the barrier layer.

다음으로, 상기 트리에틸갈륨 가스의 공급을 재개하여 장벽층을 형성시킨다. 양자 효과를 고려하였을 때, 상기 각 장벽층의 두께는 10 내지 300Å의 범위에서 선택될 수 있으며, 웰층의 두께보다 두꺼운 것이 좋다. Next, the supply of the triethylgallium gas is restarted to form a barrier layer. In consideration of the quantum effect, the thickness of each barrier layer may be selected from the range of 10 to 300 kPa, preferably thicker than the thickness of the well layer.

본 발명의 발광 다이오드의 활성층은 복수의 웰층과 장벽층으로 이루어지며, 상기 장벽층은 점차적으로 두께가 얇아지므로, N-GaN층과 가장 가까운 첫 장벽층의 두께는, 보다 바람직하게는 200 내지 300Å인 것이 좋다.Since the active layer of the light emitting diode of the present invention comprises a plurality of well layers and a barrier layer, and the barrier layer gradually becomes thin, the thickness of the first barrier layer closest to the N-GaN layer is more preferably 200 to 300 kV. It is good to be.

상기 각 단계를 3회 내지 10회 반복하여 웰층과 장벽층의 양자 우물 구조로 이루어진 활성층을 형성한다.Each step is repeated three to ten times to form an active layer consisting of a quantum well structure of a well layer and a barrier layer.

상기 웰층-캡층-장벽층의 형성을 반복하는 단계에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 장벽층(13b)의 두께는 점차적으로 얇아지도록 형성한다. 바람직하기로는, 각 장벽층의 두께는 바로 아래에 위치한 장벽층의 두께의 1/3 내지 1/2이 되도록 형성한다. 종래의 기술에 따른 발광 다이오드는 일정한 두께의 장벽층을 구비한다. 이 경우, 두께가 두껍다면, 전자를 양자 우물에 잘 가둘 수 있으나, 장벽층에서의 비발광 소멸이 증가하여 광효율이 저하되며, 두께가 얇다면, 장벽층에서의 비발광 소멸을 감소시킬 수 있으나, 전자를 양자 우물에 가두는 장벽층으로서의 역할을 충분히 수행할 수 없다. In the step of repeating the formation of the well layer-cap layer-barrier layer, as shown in FIG. 3, the thickness of the barrier layer 13b is gradually formed to be thinner. Preferably, the thickness of each barrier layer is formed to be 1/3 to 1/2 of the thickness of the barrier layer located directly below. The light emitting diode according to the prior art has a barrier layer of constant thickness. In this case, if the thickness is thick, electrons can be confined well in the quantum well, but the light efficiency is reduced by increasing the non-light emission in the barrier layer, and if the thickness is thin, the light emission in the barrier layer can be reduced. However, it cannot fully function as a barrier layer to trap electrons in the quantum well.

본 발명에 따른 발광 다이오드의 활성층 구조는 전자의 이동도가 활성층을 통과함에 따라 점차적으로 변한다는 점을 고려한 것으로서, 전자를 양자 우물에 효과적으로 가둠과 동시에, 장벽층에서의 비발광 소멸되는 전자 및 정공의 비율을 감소시킴으로써, 발광 다이오드의 발광 효율을 증가시키고, 발열량을 감소시킬 수 있다. 도 4는 상기 구조에 따른 활성층의 밴드갭 다이어그램이다.The active layer structure of the light emitting diode according to the present invention takes into account that the mobility of electrons gradually changes as it passes through the active layer, and effectively traps the electrons in the quantum well, and at the same time, electrons and holes that are non-light-emitted in the barrier layer By reducing the ratio of, the luminous efficiency of the light emitting diode can be increased and the amount of heat generated can be reduced. 4 is a bandgap diagram of an active layer according to the above structure.

상기 P-GaN층(14)의 도펀트로는 마그네슘, 아연, 베릴륨, 칼슘, 스트론튬, 바륨 등이 사용될 수 있다. 상기 P-GaN층도 N-GaN층과 같이, P+ 및 P-의 이층구조로 형성하는 것이 가능하다. As the dopant of the P-GaN layer 14, magnesium, zinc, beryllium, calcium, strontium, barium, or the like may be used. Like the N-GaN layer, the P-GaN layer can be formed in a two - layer structure of P + and P − .

상기 기판 위에 N-GaN층, 활성층, P-GaN층을 순서대로 적층한 다음에는 상기 P-GaN층을 활성화할 필요가 있다. 상기 활성화 단계는 P-GaN층의 도펀트인 마그네슘 등이 수소와 결합하여 결함으로 작용하는 것을 방지하기 위하여 마그네슘과 수소의 결합을 끊는 것이다. 보다 상세하게는 600℃에서 약 20분 정도 열처리하여 이루어진다.After the N-GaN layer, the active layer, and the P-GaN layer are stacked in this order, the P-GaN layer needs to be activated. The activation step is to discontinue the bonding of magnesium and hydrogen in order to prevent the dopant of the P-GaN layer, such as magnesium do not combine with hydrogen to act as a defect. More specifically, the heat treatment is performed at 600 ° C. for about 20 minutes.

상기 N-GaN층의 식각된 상면과 P-GaN층 위에는 각각 전극(15, 16)이 형성된다. 상기 P-GaN층과 전극 사이에는 발광 다이오드의 용도 및 기능에 따라, 투명 전극층, 투명 전도성 산화물층, 반사층 등을 더 포함하여 형성될 수 있다.Electrodes 15 and 16 are formed on the etched top surface and the P-GaN layer of the N-GaN layer, respectively. The P-GaN layer and the electrode may further include a transparent electrode layer, a transparent conductive oxide layer, a reflective layer, and the like, depending on the use and function of the light emitting diode.

본 발명에 따른 발광 다이오드의 제2실시예는 기판(10) 위에 형성된 도핑되지 않은 U-GaN층(11); 상기 도핑되지 않은 U-GaN층 위에 형성되며, 일부가 식각된 N-GaN층(12); 상기 N-GaN층의 식각되지 않은 상면에 형성된 활성층(13); 상기 활성층 위에 형성된 P-GaN층(14); 상기 N-GaN층의 식각된 면에 형성된 N-전극(15); 및 상기 P-GaN층 위에 형성된 P-전극(16)을 포함하여 이루어진다. 상기 활성층은 교호로 형성되는 복수의 웰(Well)층과 장벽층을 포함하여 이루어지고, 상기 장벽층의 두께는 제2GaN층에 가까울수록 점차적으로 얇아지며, 각 장벽층은 실리콘으로 도핑된다.A second embodiment of a light emitting diode according to the present invention comprises an undoped U-GaN layer 11 formed over a substrate 10; An N-GaN layer 12 formed on the undoped U-GaN layer and partially etched; An active layer 13 formed on an unetched upper surface of the N-GaN layer; A P-GaN layer 14 formed on the active layer; An N-electrode 15 formed on the etched surface of the N-GaN layer; And a P-electrode 16 formed on the P-GaN layer. The active layer includes a plurality of well layers and barrier layers formed alternately, and the thickness of the barrier layer becomes gradually thinner as the second GaN layer approaches, and each barrier layer is doped with silicon.

상기 실리콘으로 도핑된 장벽층은 낮은 저항을 갖는다. 따라서, 전자가 원활하게 장벽층을 넘어 다음 웰층에 도달할 수 있도록 하며, 장벽층에서의 비발광 소멸되는 전하를 감소시킬 수 있다. 상기, 각 장벽층의 실리콘 도핑 농도는 1x1017/cm3 내지 5x1018/cm3 인 것이 좋으며, 장벽층의 두께가 얇아질수록, 즉, N-GaN층에 가까워질수록, 도핑 농도가 낮은 것이 좋다. 이는, 본 발명에 따른 발광 다이오드는 장벽층의 두께가 점차적으로 얇아지기 때문에, 첫 장벽층의 도핑 농도와 다른 장벽층의 도핑 농도가 같도록 하는 경우, 상대적으로 얇은 두께를 가진 장벽층에서 전자의 이동이 너무 쉽게 이루어져, 장벽층의 역할을 충분히 수행하기 어렵 기 때문이다.The barrier layer doped with silicon has a low resistance. Thus, electrons can be smoothly crossed over the barrier layer to reach the next well layer, and non-emissive dissipated charges in the barrier layer can be reduced. The silicon doping concentration of each barrier layer is preferably 1x10 17 / cm 3 to 5x10 18 / cm 3 , and the thinner the barrier layer, that is, the closer the N-GaN layer, the lower the doping concentration. good. This is because in the light emitting diode according to the present invention, the thickness of the barrier layer is gradually thinned, so that when the doping concentration of the first barrier layer is equal to the doping concentration of the other barrier layer, the electrons in the barrier layer having the relatively thin thickness This is because the movement is so easy that it is difficult to fully function as a barrier layer.

본 발명에 따른 발광 다이오드의 제3실시예는 기판(10) 위에 형성된 도핑되지 않은 U-GaN층(11); 상기 도핑되지 않은 U-GaN층 위에 형성되며, 일부가 식각된 N-GaN층(12); 상기 N-GaN층의 식각되지 않은 상면에 형성된 활성층(13); 상기 활성층 위에 형성된 P-GaN층(14); 상기 N-GaN층의 식각된 면에 형성된 N-전극(15); 및 상기 P-GaN층 위에 형성된 P-전극(16)을 포함하여 이루어진다. 상기 활성층은 교호로 형성되는 복수의 웰(Well)층과 장벽층을 포함하여 이루어지고, 상기 장벽층의 두께는 제2GaN층에 가까울수록 점차적으로 얇아지며, 상기 N-GaN층 바로 위에 위치한 장벽층과 P-GaN층 바로 아래에 위치한 장벽층을 제외한 나머지 장벽층들은 실리콘으로 도핑된다.A third embodiment of a light emitting diode according to the present invention comprises an undoped U-GaN layer 11 formed over a substrate 10; An N-GaN layer 12 formed on the undoped U-GaN layer and partially etched; An active layer 13 formed on an unetched upper surface of the N-GaN layer; A P-GaN layer 14 formed on the active layer; An N-electrode 15 formed on the etched surface of the N-GaN layer; And a P-electrode 16 formed on the P-GaN layer. The active layer includes a plurality of well layers and barrier layers that are alternately formed, and the thickness of the barrier layer is gradually thinner as the second GaN layer is closer, and the barrier layer is located directly above the N-GaN layer. The remaining barrier layers are doped with silicon except for the barrier layer directly below the P-GaN layer.

본 실시예에 따른 발광 다이오드의 장벽층은 전부 실리콘 도핑되어 있지 않고, 첫 장벽층과 마지막 장벽층, 즉 상기 복수의 장벽층들 중, 가장 아래에 위치한 장벽층과 가장 위에 위치한 장벽층을 제외한 나머지 장벽층들만 도핑된다.The barrier layers of the light emitting diode according to the present embodiment are not all silicon-doped, except for the first barrier layer and the last barrier layer, that is, the bottom barrier layer and the top barrier layer among the plurality of barrier layers. Only barrier layers are doped.

가장 아래에 위치한 장벽층의 경우, 상기 장벽층을 통과하는 전자의 이동도가 충분히 높기 때문에 도핑을 할 필요가 없으며, 가장 위에 위치한 장벽층의 경우, 정공이 도입되는 부분이어서, 도핑에 의한 정공의 소모를 최소화하기 위하여 도핑하지 않는 것이 좋기 때문이다.In the case of the bottommost barrier layer, doping is not necessary because the mobility of electrons through the barrier layer is sufficiently high, and in the case of the topmost barrier layer, holes are introduced, so that the hole This is because it is better not to dope to minimize the consumption.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다. Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the scope of the invention.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 발광 다이오드는 웰층과 장벽층의 양자우물구조로 이루어지는 활성층을 형성함에 있어서, 장벽층의 두께를 P-GaN층에 가까워질수록 점차적으로 감소시킴으로써, 전자를 양자 우물에 효과적으로 가둠과 동시에, 장벽층에서의 비발광 소멸되는 전자 및 정공의 비율을 감소시킴으로써, 발광 다이오드의 발광 효율을 증가시키고, 발열량을 감소시킬 수 있다. As described above, the light emitting diode according to the present invention, in forming an active layer consisting of a quantum well structure of a well layer and a barrier layer, gradually reduces the thickness of the barrier layer as it approaches the P-GaN layer, thereby reducing electrons. By effectively confining to, by reducing the ratio of electrons and holes that are non-light-emitted in the barrier layer, it is possible to increase the luminous efficiency of the light emitting diode and to reduce the amount of heat generated.

또, 본 발명에 따른 발광 다이오드는 실리콘 도핑을 이용하여 장벽층의 저항을 낮춤으로써, 전자가 원활하게 장벽층을 넘어 다음 웰층에 도달할 수 있도록 하며, 장벽층에서의 비발광 소멸되는 전자 및 정공의 비율을 감소시킬 수 있다.In addition, the light emitting diode according to the present invention lowers the resistance of the barrier layer by using silicon doping, so that electrons can smoothly cross the barrier layer to reach the next well layer, and electrons and holes which are non-light-emitting in the barrier layer Can reduce the ratio of

Claims (8)

기판 위에 형성된 제1GaN층;A first GaN layer formed on the substrate; 상기 제1GaN층 위에 형성된 활성층; 및An active layer formed on the first GaN layer; And 상기 활성층 위에 형성된 제2GaN층을 포함하여 이루어지며,It comprises a second GaN layer formed on the active layer, 상기 활성층은 교호로 형성되는 복수의 웰(Well)층과 장벽층을 포함하여 이루어지고, 상기 장벽층의 두께는 제2GaN층에 가까울수록 점차적으로 얇아지는 발광 다이오드.The active layer includes a plurality of well layers and barrier layers formed alternately, and the thickness of the barrier layer gradually decreases as the thickness of the barrier layer approaches the second GaN layer. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1GaN층은 N-GaN층이고,The first GaN layer is an N-GaN layer, 상기 제2GaN층은 P-GaN층인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.The second GaN layer is a light emitting diode, characterized in that the P-GaN layer. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 각 장벽층의 두께는 상기 웰층의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.Wherein each barrier layer has a thickness greater than that of the well layer. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 각 장벽층의 두께는 바로 아래에 위치한 장벽층의 두께의 1/3 내지 1/2인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.The thickness of each barrier layer is a light emitting diode, characterized in that 1/3 to 1/2 of the thickness of the barrier layer located directly below. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 각 장벽층은 실리콘 도핑된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.Wherein each barrier layer is silicon doped. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 복수의 장벽층들 중, 가장 아래에 위치한 장벽층과 가장 위에 위치한 장벽층을 제외한 나머지 장벽층들은 실리콘 도핑된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.The light-emitting diode of the plurality of barrier layers, wherein the remaining barrier layers except for the bottom barrier layer and the top barrier layer are silicon doped. 제5항 또는 제6항에 있어서,The method according to claim 5 or 6, 상기 각 실리콘 도핑된 장벽층의 실리콘 도핑 농도는 1x1017/cm3 내지 5x1018/cm3 인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.Wherein the silicon doping concentration of each silicon doped barrier layer is 1 × 10 17 / cm 3 to 5 × 10 18 / cm 3 . 제5항 또는 제6항에 있어서,The method according to claim 5 or 6, 상기 각 실리콘 도핑된 장벽층의 실리콘 도핑 농도는 제2GaN층에 가까워질수록 점차적으로 낮아지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.Wherein the silicon doping concentration of each silicon doped barrier layer is gradually lowered closer to the second GaN layer.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101046109B1 (en) * 2008-11-26 2011-07-01 삼성엘이디 주식회사 Nitride semiconductor devices
CN103474540A (en) * 2013-09-25 2013-12-25 湘能华磊光电股份有限公司 Epitaxial growth method and structure of LED structure with gradually-varied potential difference thickness
CN103474537A (en) * 2013-09-25 2013-12-25 湘能华磊光电股份有限公司 Epitaxial growth method and structure of light-emitting diode (LED) structure including potential barrier with gradually-varied thickness
KR20140009794A (en) * 2012-07-13 2014-01-23 엘지이노텍 주식회사 Light emitting device
KR20150012417A (en) * 2013-07-25 2015-02-04 엘지이노텍 주식회사 A light emitting device
WO2015111814A1 (en) * 2014-01-27 2015-07-30 엘지이노텍 주식회사 Light emitting element, light emitting element package, and light unit

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101046109B1 (en) * 2008-11-26 2011-07-01 삼성엘이디 주식회사 Nitride semiconductor devices
KR20140009794A (en) * 2012-07-13 2014-01-23 엘지이노텍 주식회사 Light emitting device
KR101962222B1 (en) * 2012-07-13 2019-03-27 엘지이노텍 주식회사 Light emitting device
KR20150012417A (en) * 2013-07-25 2015-02-04 엘지이노텍 주식회사 A light emitting device
KR102087938B1 (en) 2013-07-25 2020-03-11 엘지이노텍 주식회사 A light emitting device
CN103474540A (en) * 2013-09-25 2013-12-25 湘能华磊光电股份有限公司 Epitaxial growth method and structure of LED structure with gradually-varied potential difference thickness
CN103474537A (en) * 2013-09-25 2013-12-25 湘能华磊光电股份有限公司 Epitaxial growth method and structure of light-emitting diode (LED) structure including potential barrier with gradually-varied thickness
WO2015111814A1 (en) * 2014-01-27 2015-07-30 엘지이노텍 주식회사 Light emitting element, light emitting element package, and light unit
US10090439B2 (en) 2014-01-27 2018-10-02 Lg Innotek Co., Ltd. Light emitting device, light emitting device package, and light unit

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