KR20120131147A - 발광 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
n형 질화물 반도체층; 상기 n형 질화물 반도체층에 형성된 활성층; 상기 활성층 위에 AlN과 GaN이 교대로 반복 성장되어 형성된 초격자 구조의 AlN/GaN층; 상기 초격자 구조의 AlN/GaN층위에 형성된 p형 질화물 반도체층을 포함하되, 상기 AlN 및 상기 GaN 중 적어도 하나는 p형 도펀트가 도핑된 p형인 것을 특징으로 하는 발광 소자가 제공된다.
Description
본 발명은 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 p형 질화물 반도체층과 활성층 사이에 초격자 구조의 p형 AlN/GaN층을 가지는 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 질화물계 반도체는 풀컬러 디스플레이, 교통 신호등, 일반조명 및 광통신기기의 광원으로 청/녹색 발광 다이오드(light emitting diode) 또는 레이저 다이오드(laser diode)에 널리 이용되고 있다. 이러한 질화물계 발광 소자는 n형 및 p형 질화물 반도체층 사이에 위치한 다중양자우물 구조의 활성층을 포함하며, 상기 활성층에서 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 발생시킨다.
이러한 질화물 반도체층들은 주로, 반응기 내에 기판을 배치한 후, III족 금속의 유기물 소스를 이용한 소스 가스들을 반응기 내로 공급함으로써 상기 기판 상에 질화물 반도체층을 성장시키는 금속유기화학 기상성장법을 사용하여 성장된다.
한편, p형 질화물 반도체층은 EBL(electronic blocking layer)로 p-AlGaN을 사용하며, 주로 Mg을 도펀트로 사용하여 형성되는데, 이때, Mg는 수소와 결합하여 p형 질화물 반도체층의 결정성을 악화시키는 동시에 p형 질화물 반도체층의 전기 전도성에 기여하지 못할 수 있다. Mg의 도핑에 따른 이러한 문제점은, 발광 소자의 누설전류 증가, 역전압 특성 열화 및 불량한 전류확산을 초래하여, 발광소자의 발광효율 및 휘도를 감소시킨다.
한편, 질화갈륨계 반도체 발광소자의 구동 전압을 낮추고, 그 출력을 향상시키기 위해서는 p형 질화물 반도체층의 전기 전도성을 개선할 필요가 있다. 그러나, Mg의 도핑 농도를 증가시킬 경우, 캐리어 농도가 감소하는 현상, 이른바 자발 보상(self-compensation)이 발생된다.
따라서, Mg 도핑 농도를 충분히 증가시켜 p형 질화물 반도체층의 전기 전도성을 향상시키는 것과, p형 질화물반도체층의 결정성을 향상시키는 것이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전기 전도성 및/또는 결정성이 향상된 p형 질화물 반도체층을 가지는 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, n형 질화물 반도체층; 상기 n형 질화물 반도체층에 형성된 활성층; 상기 활성층 위에 AlN과 GaN이 교대로 반복 성장되어 형성된 초격자 구조의 AlN/GaN층; 상기 초격자 구조의 AlN/GaN층위에 형성된 p형 질화물 반도체층을 포함하되, 상기 AlN 및 상기 GaN 중 적어도 하나는 p형 도펀트가 도핑된 p형인 것을 특징으로 하는 발광 소자가 제공된다.
바람직하게는, 상기 p형 질화물 반도체층은 p-GaN일 수 있다.
바람직하게는, 상기 초격자 구조의 AlN/GaN층은, 상기 교대로 반복 성장된 상기 AlN과 상기 GaN으로 이루어지는 각 쌍마다 도핑되는 p형 도펀트의 양이 동일한 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 초격자 구조의 AlN/GaN층은, 상기 교대로 반복 성장된 상기 AlN과 상기 GaN으로 이루어지는 각 쌍마다 도핑되는 p형 도펀트의 양이 가변적인 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 p형 도펀트는 Mg 또는 Zn일 수 있다.
바람직하게는, 상기 AlN은 p형 도펀트로 도핑된 p-AlN 일 수 있다.
바람직하게는, 상기 초격자 구조의 AlN/GaN층은, 상기 GaN이 상기 AlN보다 두껍게 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 기판위에 n형 질화물 반도체층을 형성하는 단계; 상기 n형 질화물 반도체층에 활성층을 형성하는 단계; 상기 활성층 위에 AlN과 GaN을 교대로 반복 성장시켜 초격자 구조의 AlN/GaN층을 형성하는 단계; 상기 초격자 구조의 AlN/GaN층위에 p형 질화물 반도체층을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 AlN 및 상기 GaN 중 적어도 하나는 p형 도펀트가 도핑된 p형인 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 p형 질화물 반도체층은 p-GaN일 수 있다.
바람직하게는, 상기 초격자 구조의 AlN/GaN층은, 상기 GaN이 상기 AlN보다 두껍게 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 초격자 구조의 AlN/GaN층 형성 단계는, 반응기내에서 이루어지며, 상기 반응기내로 p형 도펀트 소스 가스, N 소스 가스, Al 소스 가스를 포함하는 소스 가스들을 공급하여 상기 활성층위에 p형 도펀트가 도핑된 p형 AlN층을 성장시키고, 상기 반응기 내로 공급되는 p형 도펀트 소스 가스, Al 소스 가스의 공급을 중단하여 상기 p형 AlN층의 성장을 중단시키되, NH3 가스를 공급하고, 상기 반응기 내로 Ga 소스 가스 및 NH3 가스를 공급하여 p형 AlN층위에 u-GaN층을 성장시키고, 상기 반응기 내로 공급되는 Ga 소스 가스의 공급을 중단하여 u-GaN층의 성장을 중단시키되, NH3 가스를 공급하고, 상기 과정을 반복하여 수행할 수 있다.
바람직하게는, 상기 방법은 상기 초격자 구조의 AlN/GaN층 형성 단계를 수행한 후, 상기 반응기 내로 Ga 소스 가스, N 소스 가스, p형 도펀트 소스 가스를 포함하는 소스 가스들을 공급하여 상기 기판 상에 p형 도펀트가 도핑된 상기 p형 질화물 반도체층을 성장시키는 것을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 과정의 반복시, 각 반복시마다 상기 공급되는 상기 p형 도펀트 소스 가스를 동일한 유량으로 공급할 수 있다.
바람직하게는, 상기 과정의 반복시, 각 반복시마다 상기 공급되는 상기 p형 도펀트 소스 가스를 서로 다른 유량으로 공급할 수 있다.
상기 초격자 구조의 AlN/GaN층 형성 단계는, 반응기내에서 이루어지며, 상기 반응기내로 p형 도펀트 소스 가스, N 소스 가스, Al 소스 가스를 포함하는 소스 가스들을 공급하여 상기 활성층위에 p형 도펀트가 도핑된 p형 AlN층을 성장시키고, 상기 반응기 내로 공급되는 p형 도펀트 소스 가스, Al 소스 가스의 공급을 중단하여 상기 p형 AlN층의 성장을 중단시키되, NH3 가스를 공급하고, 상기 반응기 내로 p형 도펀트 소스 가스, Ga 소스 가스 및 NH3 가스를 공급하여 p형 AlN층위에 p-GaN층을 성장시키고, 상기 반응기 내로 공급되는 p형 도펀트 소스 가스, Ga 소스 가스의 공급을 중단하여 p-GaN층의 성장을 중단시키되, NH3 가스를 공급하고, 상기 과정을 반복하여 수행할 수 있다.
바람직하게는, 상기 초격자 구조의 AlN/GaN층 형성 단계는, 반응기내에서 이루어지며, 상기 반응기내로 N 소스 가스, Al 소스 가스를 포함하는 소스 가스들을 공급하여 상기 활성층위에 AlN층을 성장시키고, 상기 반응기 내로 공급되는 Al 소스 가스의 공급을 중단하여 상기 AlN층의 성장을 중단시키되, NH3 가스를 공급하고, 상기 반응기 내로 p형 도펀트 소스 가스, Ga 소스 가스 및 NH3 가스를 공급하여 AlN층위에 p-GaN층을 성장시키고, 상기 반응기 내로 공급되는 p형 도펀트 소스 가스, Ga 소스 가스의 공급을 중단하여 p-GaN층의 성장을 중단시키되, NH3 가스를 공급하고, 상기 과정을 반복하여 수행할 수 있다.
상기 p형 도펀트는 Mg 또는 Zn일 수 있으며, 상기 p형 도펀트 소스 가스는 CP2Mg 또는 DMZn일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, p형 질화물 반도체층과 활성층 사이에 초격자 구조의 AlN/GaN층을 형성함으로써, 결정 결함 밀도 예컨대 전위 밀도를 감소시키어 p형 질화물 반도체층의 결정성을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 구동전압이 낮고 발광 효율 및 발광 출력이 향상된 발광 소자를 제공할 수 있다. 아울러, 초격자 구조의 AlN/GaN층을 통해 Mg를 도핑함으로써 Mg의 확산을 막아 원하는 곳에 적절하게 도핑이 가능함에 따라 발광 효율을 증가시킬 수 도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 제조하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 제조하는 방법을 설명하기 위한 타이밍 다이어그램이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 Mg 유량 변화에 따른 광방출량을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 Al의 유량 변화에 따른 광방출량을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 제조하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 제조하는 방법을 설명하기 위한 타이밍 다이어그램이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 Mg 유량 변화에 따른 광방출량을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 Al의 유량 변화에 따른 광방출량을 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 발광 소자는 n형 질화물 반도체층(25), 활성층(27), 초격자 구조의 AlN/GaN층(28), p형 질화물 반도체층(29)을 포함한다. 또한, 상기 발광 소자는 기판(21), 버퍼층(23), 투명전극층(31), n-전극(33) 및 p-전극(35)을 포함할 수 있다.
상기 기판(21)은 질화물계 발광소자를 제작하기 위한 웨이퍼를 지칭하는 것으로, 주로 사파이어(Al2O3) 또는 실리콘카바이드(SiC)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 질화물 반도체층을 성장시키기에 적합한 이종기판, 예컨대 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs), 스피넬 등의 이종기판 또는 GaN와 같은 동종기판일 수 있다.
버퍼층(23)은 기판(21) 상에 질화물 반도체층의 성장시 기판(21)과 질화물 반도체층 간의 격자 부정합을 완화하기 위한 것으로, InAlGaN 계열이나 SiC 또는 ZnO계열의 재료로 형성될 수 있다.
한편, n형 질화물 반도체층(25)은 주로 GaN로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, (Al, In, Ga)N 계열의 2원계 내지 4원계 질화물 반도체로 형성될 수 있다. 또한, n형 질화물 반도체층(25)은 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있으며, 초격자층을 포함할 수 있다.
활성층(27)은 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조로 형성될 수 있으며, 다중 양자우물 구조의 경우, 양자장벽층과 양자우물층이 교대로 2회 이상 20회 이하로 반복되어 형성될 수 있다. 상기 활성층은 요구되는 발광 파장에 따라 그 조성이 결정되며, 청색 내지 녹색 계열의 가시광선을 방출하기 위해 InGaN이 활성층(양자우물층)으로 적합하다. 양자장벽층은 상기 양자우물층에 비해 밴드갭이 큰 질화물로 형성되며, 예컨대, GaN 또는 InGaN으로 형성될 수 있다.
초격자 구조의 AlN/GaN층(28)은 활성층(27)과 p형 질화물 반도체층(29)사이에 AlN(28a)과 GaN(28b)이 교대로 반복 성장되어 형성된 초격자 구조를 지닌다. 초격자 구조의 AlN/GaN층(28)은 그 위에 성장되는 p형 질화물 반도체층(29)으로 전위가 성장되는 것을 차단할 수 있어 p형 질화물 반도체층(29)의 결정성을 높이고, 홀농도를 높일 수 있으며, AlN/GaN층내에 Mg의 확산도 방해하여 원하는 곳에 적절히 도핑할 수 있다. 이때, AlN/GaN층(28)은 AlN 및 GaN 중 적어도 하나는 p형 도펀트가 도핑된 p형이어야 한다. 예를 들면, Mg이 도핑된 p형의 AlN과 u-GaN, Mg이 도핑되지 않은 AlN과 Mg이 도핑된 p-GaN, Mg이 도핑된 p형의 AlN과 Mg가 도핑된 p-GaN일 수 있다. 여기에서는, p형 도펀트로 Mg을 사용하는 것에 대하여 설명하지만, 본 발명은 이에 제한되지 않고 그외에 Zn을 사용할 수 도 있다.
아울러, 상기 초격자 구조의 AlN/GaN층(28)은 GaN(28b)이 AlN(28a)보다 두껍게 형성되는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써 Vf가 높아지는 것과 결정질이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
p형 질화물 반도체층(29)은 주로 GaN로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, (Al, In, Ga)N 계열의 2원계 내지 4원계 질화물 반도체로 형성될 수 있다. 또한, p형 질화물 반도체층(29)은 Mg를 도펀트로 사용하여 형성된다.
상기 p형 질화물 반도체층(29) 상에 투명전극층(31)이 위치하며, 투명전극층(31)은 Ni/Au와 같은 투명 금속층 또는 ITO와 같은 전도성 산화물로 형성될 수 있다.
한편, n형 질화물 반도체층(25)에 n-전극(33)이 형성될 수 있으며, 투명전극층(31) 상에 p-전극이 형성될 수 있다. n-전극 및 p-전극은 Ti/Al 등 다양한 금속 재료로 형성될 수 있다.
상기 버퍼층, n형 질화물 반도체층, 활성층은 금속유기화학 기상성장법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular BeamEpitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등 다양한 기술을 사용하여 형성될 수 있으나, 현재로서는 금속유기화학 기상성장법이 주로 사용되고 있다. 따라서, 이하에서는 금속유기화학 기상성장법을 사용하여 상기 p형 질화물 반도체층을 형성하는 방법을 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 제조하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 제조하는 방법을 설명하기 위한 타이밍 다이어그램이다.
도 2를 참조하면, 우선 기판(21)이 준비된다(S01). 상기 기판(21)은 그 위에 버퍼층(23), n형 질화물 반도체층(25) 및 활성층(27)을 가질 수 있다. 이러한 기판(21)은 반응기 내에 기판(21)을 로딩하고, 상기 반응기 내로 소스 가스들을 공급하여 버퍼층(23), n형 질화물 반도체층(25) 및 활성층(27)을 증착시킴으로써 준비될 수 있다.
상기 버퍼층(23)은 질화물로 형성될 수 있으며, 버퍼층의 형성 방법 및 재료에 대해서는 이미 잘 알려져 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
상기 n형 질화물 반도체층(25)은 일반적으로 Si를 도펀트로 사용하여 형성될 수 있으며, 상기 Si의 소스로서 SiH4나 Si2H4 등의 불활성 가스 또는 DTBSi와 같은 금속 유기물 소스를 사용할 수 있다. 상기 Si 농도는 1×1017/㎤~5×1019/㎤의 범위일 수 있으며, n형 질화물 반도체층은 1.0~5.0㎛의 두께로 형성될 수 있다.
상기 활성층(27)은 단일 양자 우물 구조 또는, InxGa11 -xN(0.1<x<1) 양자우물층과 InyGa1 -yN(0<y<0.5) 양자장벽층이 2회 이상 20회 이하로 반복 적층된 다중양자우물구조로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 각 양자우물층은 1~5nm 두께 및 In 함량(0.1<x<0.4)로 형성될 수 있으며, 각 양자장벽층은 5~40nm 두께 및 In 함량 (0<y<0.2)로 형성될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 반응기 내로 p형 도펀트 소스, N 소스 가스, Al 소스 가스들을 공급하여 p형 AlN층(28a)을 성장시킨다(S03). 소스 가스들의 공급은 T1 시간 동안 이루어진다.
p형 도펀트 소스로는 CP2Mg 혹은 DMZn을 사용할 수 있으며, N 소스 가스로는 암모니아(NH3) 또는 디메틸히드라진(DMHy)을 사용할 수 있고, Al 소스 가스로는 트리메틸알루미늄(trimethyl aluminum; TMAl, Al(CH3)3)을 사용할 수 있다. 여기에서는 p형 도펀트 소스 가스로 Mg 소스 가스인 CP2Mg를 사용하는 경우로 설명하지만 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
상기 T1 시간은 요구되는 두께의 AlN층(28a)을 형성하는 데 필요한 시간으로 설정될 수 있다.
그 후, 상기 반응기 내로 공급되는 Mg 소스 가스 및 Al 소스 가스의 공급을 중단하여 p형 AlN층의 성장을 중단시킨다(S05). 상기 성장 중단은 T2 시간 동안 이루어진다.
반응기에는 배기펌프가 장착되어 반응기 내의 가스들을 배출시킴으로, 상기 소스 가스들의 공급이 중단된 후 시간이 지남에 따라 상기 반응기 내에 잔류하는 Mg 소스 가스 및 Al 소스 가스는 대부분 외부로 배출된다. 상기 T2 시간은 상기 Mg 소스 가스 및 Al 소스 가스를 배출하기 위한 시간으로 1 내지 60초일 수 있다.
상대적으로 고온 상태에서 성장을 중단시키면, 기판 상에 성장된 질화물 반도체층에서 질소 원자들이 해리되어 질소 공공들을 형성할 수 있다. 따라서, 질화물 반도체층의 성장 중단 동안에 NH3 가스를 공급하여 N 원자들을 공급할 수 있다. 본 실시예에서, 상기 N 소스 가스가 NH3를 포함하는 경우, Mg 소스 가스 및 Al 소스 가스의 공급을 중단하고 NH3를 계속 공급할 수 있다. 이와 달리, 상기 N 소스 가스가 NH3를 포함하지 않은 경우, 상기 성장 중단 단계(S05)에서 NH3를 별도로 공급할 수 있다.
그 후, 상기 반응기 내로 Ga 소스 가스 및 NH3 가스를 공급하여 상기 p형 AlN층(28a)위에 u-GaN층(28b)을 성장시킨다(S07). Ga 소스로는 트리메틸갈륨(TMGa) 또는 트리에틸갈륨(TEGa)을 사용할 수 있다
상기 u-GaN층(28b)의 성장은 T3 시간 동안 이루어지며, T3는 1 내지 60초의 범위 내에 있을 수 있다.
그 후, 상기 반응기 내로 공급되는 Ga 소스 가스의 공급을 중단하여 u-GaN층(28b)의 성장을 중단시킨다(S09). 상기 성장 중단은 T4 시간 동안 이루어진다.
반응기에는 배기펌프가 장착되어 반응기 내의 가스를 배출시킴으로, 상기 Ga 소스 가스의 공급이 중단된 후 시간이 지남에 따라 상기 반응기 내에 잔류하는 Ga 소스 가스는 대부분 외부로 배출된다. 상기 T4 시간은 상기 Ga 소스 가스를 배출하기 위한 시간으로 1 내지 60초일 수 있다.
이상에서 설명한 p형 AlN층(28a)의 성장, 성장 중단, u-GaN층(28b)의 성장, 성장 중단 단계들을 여러 번 반복하여 실시한다(S11). 이때, 성장되는 p형 AlN층(28a) 및 u-GaN층(28b)은 적층된 전체 두께가 300-400Å로 형성될 수 있다. 초격자 구조의 AlN/GaN층(28)은 10 내지 100 쌍(pair)을 이룰 수 있다. 이에 따라 초격자 구조를 이루는 p형 AlN층(28a) 및 u-GaN층(28b)의 각각의 두께는 상기 전체 두께를 구현하기 위한 두께로 결정될 수 있다.
MOCVD를 사용하여 질화물 반도체층들을 성장시킬 경우, 동일한 반응기 내에서 n형 질화물 반도체층(25), 활성층(27), 초격자 구조의 AlN/GaN층(28) 및 p형 질화물 반도체층(29)이 성장될 수 있다.
다시 반응기 내로 Ga 소스 가스, N 소스 가스 및 Mg 소스 가스를 공급하여 Mg 도핑된 p형 질화물 반도체층(29)을 성장시킨다(S13).
그 후, 상기 기판(21) 상에 형성된 p형 질화물 반도체층(29) 및 활성층(27)을 패터닝하고, 투명전극층(31), n-전극(33) 및 p-전극(35)을 형성함으로써 도 1의 발광소자가 완성된다.
본 발명의 실시예들에 따르면, p형 질화물 반도체층(29)과 활성층(27)사이에 p형 AlN층(28a) 및 u-GaN층(28b)이 번갈아 적층된 초격자 구조의 AlN/GaN층(28)을 형성함으로써 그 위에 성장되는 질화물 반도체층으로 전위가 성장되는 것을 차단할 수 있어 p형 질화물 반도체층(29)의 결정성을 높이고, 홀농도를 높일 수 있으며, AlN/GaN층(28)내에 Mg의 확산도 방해하여 원하는 곳에 적절히 도핑할 수 있다.
<실험1>
실험1에서는 초격자 구조의 p형 AlN/u-GaN층의 성장시 Mg의 유량 변화에 따른 광방출 효과를 측정하였다.
- 온도 980℃,
- Mg 120sccm, 180sccm, 240sccm, 300sccm, 360sccm, 480sccm
- p형 AlN/u-GaN층 60쌍(pairs), 시간 0.1분/0.1분
도 4는 Mg의 유량 변화에 따른 광방출량을 나타내는 그래프이다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이 초격자 구조의 AlN/GaN층을 사용함으로써 전체적으로 광방출량이 증가된 것을 확인할 수 있다. AlN/GaN층의 성장시 Mg의 유량에 따라 광방출량에 차이가 있었으며 Mg의 유량이 180sccm 부근에서 최상의 광방출량이 확인되었다.
<실험2>
실험2에서는 초격자 구조의 p형 AlN/u-GaN층의 성장시 Al의 유량 변화에 따른 광방출 효과를 측정하였다.
- 온도 980℃,
- Al : 32/40/31(-10%); 40/40/31; 49/40/31(+10%)
- p형 AlN/u-GaN층 60쌍(pairs), 시간 0.1분/0.1분
도 5는 Al의 유량 변화에 따른 광방출량을 나타내는 그래프이다. 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이 초격자 구조의 AlN/GaN층을 사용함으로써 전체적으로 광방출량이 증가된 것을 확인할 수 있다. AlN/GaN층의 성장시 Al의 유량에 따라 광방출량에 차이가 있었으며 Mg의 유량이 40 sccm 부근에서 최상의 광방출량이 확인되었다.
본 실시예의 p형 질화물 반도체층 형성 방법은 발광 다이오드뿐만 아니라 다른 질화물계 광소자, 예컨대 레이저 다이오드를 제조하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명에 대해서 바람직한 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허 청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서 많은 수정과 변형이 가능함을 이해할 것이다.
예를 들어, 본 실시예들에서는 초격자 구조의 AlN/GaN층을 설명할 때 AlN층을 먼저 성장시키고 그 후에 GaN층을 성장시키는 것에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 GaN층을 먼저 성장시키는 공정을 수행하고 그 후에 AlN층을 성장시키는 공정을 수행할 수 도 있다.
또한, 본 실시예들에서는 AlN과 GaN을 번갈아 적층되어 여러 쌍으로 이루어진 초격자 구조의 AlN/GaN층을 형성할 때, 각 쌍마다 Mg의 양을 일정하게 하는 것에 대하여 설명하였지만 본 발명은 이에 제한되지 않고, AlN/GaN층의 각 쌍마다 Mg의 양을 예를 들어 점점 감소시키면서 또는 점점 증가시키는 것과 같이 Mg의 양을 변화시키는 것도 가능하다.
또한, 본 실시예들에서는 p형 AlN과 u-GaN으로 이루어지는 AlN/GaN에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
예를 들어, 상기 초격자 구조의 AlN/GaN층 형성 단계를 수행함에 있어서, 상기 반응기내로 Mg 소스 가스, N 소스 가스, Al 소스 가스를 포함하는 소스 가스들을 공급하여 상기 활성층위에 Mg가 도핑된 p형 AlN층을 성장시키고, 상기 반응기 내로 공급되는 Mg 소스 가스, Al 소스 가스의 공급을 중단하여 상기 p형 AlN층의 성장을 중단시키되, NH3 가스를 공급하고, 상기 반응기 내로 Mg 소스 가스, Ga 소스 가스 및 NH3 가스를 공급하여 p형 AlN층위에 p-GaN층을 성장시키고, 상기 반응기 내로 공급되는 Mg 소스 가스, Ga 소스 가스의 공급을 중단하여 p-GaN층의 성장을 중단시키되, NH3 가스를 공급하고, 상기 과정을 반복하여 수행함으로써, Mg 도핑된 p형 AlN과 Mg 도핑된 p-GaN으로 이루어지는 초격자 구조의 AlN/GaN층 형성할 수 있다.
또한, 상기 초격자 구조의 AlN/GaN층 형성 단계를 수행함에 있어서, 반응기내로 N 소스 가스, Al 소스 가스를 포함하는 소스 가스들을 공급하여 상기 활성층위에 AlN층을 성장시키고, 상기 반응기 내로 공급되는 Al 소스 가스의 공급을 중단하여 상기 AlN층의 성장을 중단시키되, NH3 가스를 공급하고, 상기 반응기 내로 Mg 소스 가스, Ga 소스 가스 및 NH3 가스를 공급하여 AlN층위에 p-GaN층을 성장시키고, 상기 반응기 내로 공급되는 Mg 소스 가스, Ga 소스 가스의 공급을 중단하여 p-GaN층의 성장을 중단시키되, NH3 가스를 공급하고, 상기 과정을 반복하여 수행함으로써, Mg 도핑되지 않은 AlN과 Mg 도핑된 p-GaN으로 이루어지는 초격자 구조의 AlN/GaN층 형성할 수 있다.
아울러, 본 발명의 일실시예에서는 p형 도펀트로 Mg, 그에 따라 p형 도펀트 소스 가스로 Cp2Mg인 경우에 대하여 설명하였지만, p형 도펀트로 Zn, 그에 따라 p형 도펀트 소스 가스로 DMZn을 사용하여 구현할 수 도 있다.
Claims (7)
- n형 질화물 반도체층;
상기 n형 질화물 반도체층에 형성된 활성층;
상기 활성층 위에 AlN과 GaN이 교대로 반복 성장되어 형성된 초격자 구조의 AlN/GaN층;
상기 초격자 구조의 AlN/GaN층위에 형성된 p형 질화물 반도체층을 포함하되,
상기 AlN 및 상기 GaN 중 적어도 하나는 p형 도펀트가 도핑된 p형인 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 p형 질화물 반도체층은 p-GaN인 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 청구항 1에 있어서, 상기 초격자 구조의 AlN/GaN층은,
상기 교대로 반복 성장된 상기 AlN과 상기 GaN으로 이루어지는 각 쌍마다 도핑되는 p형 도펀트의 양이 동일한 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 청구항 1에 있어서, 상기 초격자 구조의 AlN/GaN층은,
상기 교대로 반복 성장된 상기 AlN과 상기 GaN으로 이루어지는 각 쌍마다 도핑되는 p형 도펀트의 양이 가변적인 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 p형 도펀트는 Mg 또는 Zn인 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 AlN은 p형 도펀트로 도핑된 p-AlN 인 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 청구항 1에 있어서, 상기 초격자 구조의 AlN/GaN층은,
상기 GaN이 상기 AlN보다 두껍게 형성된 것을 특징으로 하는 발광 소자.
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