KR101239856B1 - Light-emitting diode and Method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판, 상기 기판 상에 형성된 N형 반도체층 및 상기 N형 반도체층 상에 형성된 P형 반도체층을 포함하고, 상기 N형 반도체층은 N형 불순물이 소정 농도로 도핑된 N형 화합물층과, 상기 소정 농도보다 높은 농도로 오버도핑된 N형 화합물층이 교대로 반복 형성된 적층 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 및 이의 제조 방법을 제공한다. The present invention includes a substrate, an N-type semiconductor layer formed on the substrate, and a P-type semiconductor layer formed on the N-type semiconductor layer, wherein the N-type semiconductor layer includes an N-type compound layer doped with N-type impurities at a predetermined concentration; The present invention provides a light emitting diode and a method for manufacturing the same, comprising a stacked structure in which an N-type compound layer doped over a predetermined concentration is alternately repeatedly formed.
본 발명은 소정 농도의 N형 화합물층과 상기 소정 농도보다 높은 농도로 오버도핑된 N형 화합물층이 반복 적층된 구조의 N형 반도체층을 형성함으로써, 발광 다이오드의 전류 확산 특성을 개선하여 균일한 휘도 특성을 확보하고, 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 정전기 방전으로 인한 발광 다이오드의 손상을 방지하여 신뢰성을 향상시키고, 발광 다이오드의 수명 향상을 기대할 수 있다. The present invention forms an N-type semiconductor layer having a structure in which an N-type compound layer having a predetermined concentration and an N-type compound layer overdoped with a concentration higher than the predetermined concentration are formed, thereby improving current spreading characteristics of the light emitting diode to achieve uniform luminance characteristics. Can be secured and the luminous efficiency can be improved. In addition, it is possible to prevent the damage of the light emitting diode due to the electrostatic discharge to improve the reliability, it is expected to improve the life of the light emitting diode.
발광 다이오드, LED, 질화갈륨, GaN, Si, 도핑 Light Emitting Diode, LED, Gallium Nitride, GaN, Si, Doping
Description
도 1은 종래 발광 다이오드를 도시한 개략 단면도.1 is a schematic cross-sectional view showing a conventional light emitting diode.
도 2는 본 발명에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략 단면도.2 is a schematic cross-sectional view for explaining a light emitting diode according to the present invention;
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 발광 다이오드의 일실시예의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an embodiment of a light emitting diode according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10, 100 : 기판 20, 110 : 버퍼층10, 100:
50, 150 : N형 반도체층 60, 160 : 활성층50, 150: N-
70, 170 : P형 반도체층 70 and 170: P-type semiconductor layer
본 발명은 발광 다이오드 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 질화물계 반도체 발광 다이오드에 있어서 전류 확산 특성을 개선하여 발광 효율을 향상시키고 정전기 방전에 대한 신뢰성을 확보할 수 있는 발광 다이오드 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a light emitting diode and a method of manufacturing the same, and more particularly, to improve the current diffusion characteristics in the nitride-based semiconductor light emitting diode to improve the luminous efficiency and to ensure the reliability of electrostatic discharge and its manufacture It is about a method.
발광 다이오드(light emission diode; LED)는 반도체의 p-n 접합 구조를 이용하여 주입된 소수 캐리어(전자 또는 정공)를 만들고 이들의 재결합에 의하여 소정의 빛을 발산하는 소자를 지칭하며, GaAs, AlGaAs, GaN, InGaN, AlGaInP 등의 화합물 반도체(compound semiconductor) 재료의 변경을 통해 발광원을 구성함으로써 다양한 색을 구현할 수 있다. A light emitting diode (LED) refers to a device that makes a small number of carriers (electrons or holes) injected using a pn junction structure of a semiconductor and emits a predetermined light by recombination thereof. GaAs, AlGaAs, GaN Various colors may be realized by configuring a light emitting source by changing a compound semiconductor material such as InGaN, AlGaInP, or the like.
발광 다이오드는 기존의 전구 또는 형광등에 비해 소모 전력이 작고 수명이 길며, 협소한 공간에 설치 가능하고 진동에 강한 특성을 보인다. 이러한 발광 다이오드는 소모 전력의 절감과 내구성 측면에서 우수한 특성을 갖기 때문에 표시 소자 및 백라이트로 이용되고 있으며, 최근 일반 조명 용도로 이를 적용하기 위해 활발한 연구가 진행중이다.The light emitting diode has a smaller power consumption and a longer lifespan than a conventional light bulb or a fluorescent lamp, and can be installed in a narrow space and is strong in vibration. Such light emitting diodes are used as display devices and backlights because they have excellent characteristics in terms of power consumption and durability, and active research is being conducted to apply them to general lighting applications.
상기 화합물 반도체 중에서 질화물계 반도체 물질은 가시광선 및 UV 영역에 대해서 우수한 발광 특성을 보이고 있으며, 고출력, 고주파 전자 소자에 있어서도 사용된다. 특히 질화갈륨(GaN)은 상온에서 3.4 eV의 직접 천이형 밴드갭(direct bandgap)을 가지며 질화인듐(InN), 질화알루미늄(AlN) 같은 물질과 조합하여 1.9eV(InN)에서 3.4eV(GaN), 6.2eV(AlN)까지 직접 에너지 밴드갭을 가지고 있어서 가시광에서부터 자외선 영역까지 넓은 파장 영역 때문에 광소자의 응용 가능성이 매우 큰 물질이다.Among the compound semiconductors, nitride-based semiconductor materials exhibit excellent luminescent properties for visible and UV regions, and are also used in high power, high frequency electronic devices. In particular, gallium nitride (GaN) has a direct transition bandgap of 3.4 eV at room temperature and is combined with materials such as indium nitride (InN) and aluminum nitride (AlN) at 1.9 eV (InN) to 3.4 eV (GaN). It has a direct energy bandgap of up to 6.2eV (AlN), which is a material with great potential for application of optical devices due to the wide wavelength range from visible light to ultraviolet light.
도 1은 종래 발광 다이오드를 도시한 개략 단면도이다. 1 is a schematic cross-sectional view showing a conventional light emitting diode.
도 1을 참조하면, 발광 다이오드는 기판(1)과, 상기 기판(1) 상에 형성된 버퍼층(2)과, 상기 버퍼층(2) 상에 순차적으로 형성된 N형 반도체층(3), 활성층(4) 및 P형 반도체층(5)을 포함한다. Referring to FIG. 1, a light emitting diode includes a substrate 1, a
상기 활성층(4)의 상부 및 하부에 각각 형성된 P형 및 N형 반도체층(5, 3)은 활성층(4)에 전류를 공급하여 발광하도록 한다. 일반적으로 질화갈륨계 반도체 발광 다이오드에 있어서, 상기 P형 반도체층(5)으로는 마그네슘(Mg)이 도핑된 GaN 반도체 화합물을 사용하고, 상기 N형 반도체층(3)으로는 실리콘(Si)이 도핑된 GaN 반도체 화합물을 사용한다. P-type and N-
그러나 이러한 종래 발광 다이오드는 전류 확산(current spreading) 특성이 좋지 않아 발광 효율의 저하를 야기하며, 휘도가 균일하지 못한 단점이 있다. 또한, 정전기 방전(ESD)으로 인해 발광 다이오드가 손상을 입을 우려가 있으며, 이로 인해 발광 다이오드의 수명이 단축될 수 있다.However, such a conventional light emitting diode has a poor current spreading property, leading to a decrease in luminous efficiency, and has a disadvantage in that luminance is not uniform. In addition, the light emitting diode may be damaged by the electrostatic discharge (ESD), which may shorten the lifespan of the light emitting diode.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 소정 농도의 N형 불순물이 도핑된 N형 화합물층과 상기 소정 농도보다 높은 농도로 오버도핑된 N형 화합물층이 반복 적층된 구조의 N형 반도체층을 포함함으로써, 발광 다이오드의 전류 확산 특성을 개선하여 균일한 휘도 특성을 확보하고, 정전기 방전으로 인한 발광 다이오드의 손상을 방지하여 신뢰성을 향상시킬 수 있는 발광 다이오드 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been made to solve the above problems, and includes an N-type semiconductor layer having a structure in which an N-type compound layer doped with an N-type impurity of a predetermined concentration and an N-type compound layer overdoped with a concentration higher than the predetermined concentration are repeatedly stacked. Accordingly, an object of the present invention is to provide a light emitting diode and a method of manufacturing the same, which may improve current spreading characteristics of the light emitting diode to secure uniform luminance characteristics, prevent damage of the light emitting diode due to electrostatic discharge, and improve reliability.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여 기판, 상기 기판 상에 형성된 N형 반도체층 및 상기 N형 반도체층 상에 형성된 P형 반도체층을 포함하고, 상기 N형 반도체층은 N형 불순물이 소정 농도로 도핑된 N형 화합물층과, 상기 소정 농도보다 높은 농도로 오버도핑된 N형 화합물층이 교대로 반복 형성된 적층 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 제공한다. The present invention includes a substrate, an N-type semiconductor layer formed on the substrate and a P-type semiconductor layer formed on the N-type semiconductor layer in order to achieve the above object, wherein the N-type semiconductor layer has a predetermined concentration of N-type impurities The present invention provides a light emitting diode comprising a stacked structure in which an N-type compound layer doped with and an N-type compound layer overdoped with a concentration higher than the predetermined concentration are alternately formed.
상기 N형 또는 P형 반도체층은 질화 갈륨(GaN)이고, 상기 N형 불순물은 실리콘(Si)인 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 N형 화합물층 및 상기 오버도핑된 N형 화합물층은 10층 내지 50층의 적층 구조로 형성될 수 있다.The N-type or P-type semiconductor layer may be gallium nitride (GaN), and the N-type impurity may be silicon (Si). The N-type compound layer and the over-doped N-type compound layer may be formed of a laminated structure of 10 to 50 layers.
상기 소정 농도는 1× 1019 내지 1× 1022/cm3이고, 상기 오버도핑된 N형 화합물층은 상기 소정 농도보다 10 내지 100배 높은 농도로 도핑된 것을 특징으로 할 수 있다. The predetermined concentration may be 1 × 10 19 to 1 × 10 22 / cm 3 , and the over-doped N-type compound layer may be doped at a
상기 기판과 상기 N형 반도체층 사이에 GaN, InN 또는 AlN의 버퍼층을 더 포함할 수 있다. A buffer layer of GaN, InN or AlN may be further included between the substrate and the N-type semiconductor layer.
본 발명은 기판 상에 N형 불순물이 소정 농도로 도핑된 N형 화합물층과, 상기 소정 농도보다 높은 농도로 오버도핑된 N형 화합물층을 교대로 반복 성장시켜 N형 반도체층을 형성하는 단계 및 상기 N형 반도체층 상에 P형 반도체층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조 방법을 제공한다. The present invention provides a method of forming an N-type semiconductor layer by alternately repeatedly growing an N-type compound layer doped with N-type impurities at a predetermined concentration and an N-type compound layer doped with a concentration higher than the predetermined concentration on a substrate, and the N-type semiconductor layer. It provides a light emitting diode manufacturing method comprising the step of forming a P-type semiconductor layer on the semiconductor layer.
상기 N형 또는 P형 반도체층은 질화 갈륨(GaN)이고, 상기 N형 불순물은 실리콘(Si)인 것을 특징으로 할 수 있다. The N-type or P-type semiconductor layer may be gallium nitride (GaN), and the N-type impurity may be silicon (Si).
상기 N형 반도체층을 형성하는 단계는, Ga, N, Si의 소스 가스를 동시에 사용하여 N형 불순물이 소정 농도로 도핑된 N형 화합물층을 성장시키는 단계 및 상기 Ga의 소스 가스의 사용을 멈추고 N, Si의 소스 가스를 사용하여 상기 N형 화합물층 상에 상기 소정 농도보다 높은 농도로 오버도핑된 N형 화합물층을 성장시키는 단계를 포함할 수 있다. The forming of the N-type semiconductor layer may include growing a N-type compound layer doped with N-type impurities to a predetermined concentration by using a source gas of Ga, N, and Si simultaneously, and stopping using the Ga source gas and using N And growing the over-doped N-type compound layer to a concentration higher than the predetermined concentration on the N-type compound layer using a source gas of Si.
상기 N형 화합물층 또는 상기 오버도핑된 N형 화합물층은 수십 내지 수백 Å으로 성장시킬 수 있다. 상기 소정 농도는 1× 1019 내지 1× 1022/cm3이고, 상기 오버도핑된 N형 화합물층은 상기 소정 농도보다 10 내지 100배 높은 농도로 도핑된 것을 특징으로 할 수 있다.The N-type compound layer or the over-doped N-type compound layer may be grown to tens to hundreds of microseconds. The predetermined concentration may be 1 × 10 19 to 1 × 10 22 / cm 3 , and the over-doped N-type compound layer may be doped at a
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, It is provided to let you know. Wherein like reference numerals refer to like elements throughout.
도 2는 본 발명에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략 단면도이다.2 is a schematic cross-sectional view illustrating a light emitting diode according to the present invention.
도 2를 참조하면, 발광 다이오드는 기판(10) 상에 순차적으로 형성된 버퍼층(20), 도핑되지 않은 반도체층(30), 제 1 N형 반도체층(40), 적층 구조로 형성된 제 2 N형 반도체층(50), 제 3 N형 반도체층(60), 활성층(80) 및 P형 반도체층(90)을 포함한다. 상기 제 2 N형 반도체층(50)은 소정 농도로 도핑된 N형 화합물층(50a)과, 상기 소정 농도보다 10 내지 100배 높은 농도로 오버도핑된 N형 화합물층 (50b)이 교대로 반복되어 적층되는 구조로 형성된다. Referring to FIG. 2, the light emitting diode includes a
상기 기판(10)은 사파이어(Al2O3), 탄화규소(SiC) 또는 실리콘(Si) 등이 사용된다. As the
상기 버퍼층(20)은 결정 성장시 상기 기판과 후속층들의 격자 부정합을 줄이기 위해 형성되며, 반도체 재료인 질화갈륨(GaN), 질화인듐(InN) 또는 질화알루미늄(AlN)을 포함하여 형성된다. The
상기 도핑되지 않은 반도체층(30)은 그 상면에 성장되는 반도체 박막의 결정성을 향상시키기 위한 것으로, 동일한 물질을 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. The
상기 제 1, 제 2 및 제 3 N형 반도체층(40, 50, 60)은 전자가 생성되는 층으로, N형 불순물이 주입된 질화갈륨(GaN)을 사용하는 것이 바람직하고, 이에 한정되지 않고 다양한 반도체 성질의 물질층이 가능하다. The first, second and third N-
상기 제 1, 제 2 및 제 3 N형 반도체층(40, 50, 60)은 N형 불순물이 도핑(doping)되어 형성되고, 상기 제 2 N형 반도체층(50)은 소정 농도로 도핑된 N형 화합물층(50a)과, 상기 소정 농도보다 10 내지 100배 높은 농도로 오버도핑된 N형 화합물층(50b)이 교대로 반복되어 적층되는 구조로 형성된다. 상기 제 2 N형 반도체층(50)의 N형 화합물층(50a) 및 오버도핑된 N형 화합물층(50b)은 10 내지 50층 적층되어 형성된다. 이러한 적층 구조로 형성된 제 2 N형 반도체층(50)으로 인해, 특히 상기 오버도핑된 N형 화합물층(50b)으로 인해 우수한 전류 확산 특성을 얻을 수 있다. The first, second, and third N-
상기 활성층(80)은 소정의 밴드 갭을 가지며 양자 우물이 만들어져 전자 및 정공이 재결합되는 영역으로, InGaN을 포함하여 형성될 수 있다. 활성층(80)을 이루는 물질의 종류에 따라 전자 및 전공이 결합하여 발생하는 발광 파장이 변화된다. 따라서, 목표로 하는 파장에 따라 활성층(80)에 포함되는 반도체 재료를 조절하는 것이 바람직하다.The
또한, 상기 P형 반도체층(90)은 정공이 생성되는 층으로, P형 불순물이 도핑된 질화갈륨(GaN)을 사용하는 것이 바람직하고, 이에 한정되지 않고 다양한 반도체 성질의 물질층이 가능하다. In addition, the P-
본 발명의 발광 다이오드는 상술한 설명에 한정되지 않고, 소자의 특성 및 공정의 편의에 따라 상기 물질층이 생략 및 변경되거나, 또는 다양한 물질층이 추가될 수 있다. 예를 들어, 광효율을 증가시키기 위해 보다 큰 에너지 밴드갭을 갖는 AlGaN 등의 P형 클래딩층(cladding layer)을 상기 활성층(80)과 P형 반도체층(90) 사이에 추가적으로 구성할 수 있다.The light emitting diode of the present invention is not limited to the above description, and the material layer may be omitted or changed, or various material layers may be added according to the characteristics of the device and the convenience of the process. For example, to increase light efficiency, a P-type cladding layer such as AlGaN having a larger energy band gap may be further configured between the
이와 같은 본 발명의 발광 다이오드는 소정 농도의 N형 화합물층과 상기 소정 농도보다 높은 농도로 오버도핑된 N형 화합물층이 반복 적층된 구조의 N형 반도체층을 포함함으로써, 반도체 물질의 전기 저항성을 줄일 수 있어 전류 확산 특성을 향상시킬 수 있다. 따라서 균일한 휘도 특성을 얻을 수 있으며, 발광 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 또한 본 발명은 반복 적층된 상기 N형 화합물층과 오버도핑된 N형 화합물층을 포함한 N형 반도체층으로 인해, 정전기 방전으로 인한 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다. The light emitting diode of the present invention includes an N-type semiconductor layer having a structure in which an N-type compound layer having a predetermined concentration and an N-type compound layer overdoped with a concentration higher than the predetermined concentration are repeatedly stacked, thereby reducing electrical resistance of the semiconductor material. It can improve the current spreading characteristics. Therefore, it is possible to obtain a uniform luminance characteristic, there is an advantage that can improve the luminous efficiency. In addition, the present invention is due to the N-type semiconductor layer including the N-type compound layer and the doped N-type compound layer repeatedly stacked, there is an effect that can prevent damage due to electrostatic discharge.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 발광 다이오드의 일실시예의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an embodiment of a light emitting diode according to the present invention.
반도체의 증착 및 성장 방법으로는 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 강화 화학 증착법(PECVD; Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy)등을 포함한 다양한 방법을 사용할 수 있으며, 본 실시예에서는 유기금속 화학 증착법(MOCVD)을 사용한다. As the deposition and growth method of semiconductor, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), chemical vapor deposition (CVD), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), molecular beam growth method Various methods including (MBE; Molecular Beam Epitaxy) and Hydride Vapor Phase Epitaxy (HVPE) can be used. In this embodiment, organometallic chemical vapor deposition (MOCVD) is used.
도 3a를 참조하면, 기판(110) 상에 순차적으로 버퍼층(120), 도핑되지 않은 GaN층(130, undoped-GaN), 제 1 N형 GaN층(140)을 형성한다. Referring to FIG. 3A, a
일반적으로 질화갈륨(GaN) 반도체는 격자 정합이 되는 기판이 부재하고, 격자 상수 및 열팽창 계수의 차이가 커서 양질의 질화갈륨(GaN) 반도체 박막 성장이 매우 어려운 실정이다. 따라서 격자 상수가 불일치하는 이종 기판 상에 버퍼층을 성장시킨 후, 질화갈륨(GaN) 반도체 결정 박막을 성장시킨다. 이렇게 성장된 반도체의 버퍼층 영역에는 격자 상수의 불일치에서 비롯되는 고농도의 결함이 발생하지만 상당 부분 연속함으로써 최종 성장되는 버퍼층 상에 적층되는 박막층에서는 결정 결함이 감소된다. In general, gallium nitride (GaN) semiconductors do not have a lattice matched substrate, and a large difference in lattice constant and thermal expansion coefficient makes it difficult to grow a high quality gallium nitride (GaN) semiconductor thin film. Therefore, after a buffer layer is grown on a heterogeneous substrate having a mismatched lattice constant, a gallium nitride (GaN) semiconductor crystal thin film is grown. The defects of high concentration resulting from the mismatch of lattice constants are generated in the buffer layer region of the semiconductor thus grown, but the crystal defects are reduced in the thin film layer deposited on the buffer layer to be finally grown by being substantially continuous.
상기 기판(110)은 발광 다이오드를 제작하기 위한 통상의 웨이퍼를 지칭하는 것으로, Al2O3, SiC, ZnO, Si, GaAs, GaP, LiAl2O3, BN, AlN 및 GaN 중 적어도 어느 하나의 기판(110)을 사용한다. 본 실시예에서는 사파이어(Al2O3)로 구성된 결정 성장 기판(110)을 사용한다. The
상기 기판(110) 상에 상술한 바와 같이 결정 성장시 기판(110)과 후속층들의 격자 부정합을 줄이기 위한 버퍼층(120)을 형성한다. 버퍼층(120)은 반도체 재료인 GaN, InN 또는 AlN을 포함하여 형성할 수 있다. As described above, a
또한, 상기 버퍼층(120) 상에 도핑되지 않은 GaN층(130)을 형성한다. 이는 그 상면에 성장되는 GaN 반도체 박막의 결정성을 향상시키기 위해 바람직하다. In addition, an
상기 도핑되지 않은 GaN층(130) 상에 제 1 N형 반도체층(140)을 형성한다. 이의 성장 두께는 0.5 내지 5㎛으로 하며, 1× 1018 내지 1× 1020/cm3의 농도로 N형 불순물을 도핑하여 형성한다. The first N-
도 3b를 참조하면, 상기 제 1 N형 반도체층(140) 상에 제 2 N형 반도체층(150)을 형성한다. 상기 제 1 N형 반도체층(140) 상에 N형 불순물이 소정 농도로 도핑된 N형 화합물층(150a)과, 상기 소정 농도보다 10 내지 100배 높은 농도로 오버도핑된 N형 화합물층(150b)을 교대로 적층하여 형성하며, 상기 N형 화합물층(150a) 및 오버도핑된 N형 화합물층(150b)은 10층 내지 50층의 적층 구조로 성장되는 것을 특징한다. 각 층은 수십 내지 수백 Å의 두께로 성장시킨다. Referring to FIG. 3B, a second N-
본 실시예는 상기 제 2 N형 반도체층(150)으로 Si이 도핑된 GaN층을 형성한다. 이 때, Ga를 위한 소스 가스로는 트리메틸갈륨(TMGa) 또는 트리에틸갈륨(TEGa)을 사용할 수 있고, N을 위한 소스 가스로는 암모니아(NH3), 모노메틸히드라진 (MMHy), 디메틸히드라진(DMHy)을 사용할 수 있고, Si을 위한 소스 가스로는 실란(SiH4), 디실란(Si2H6) 또는 테트라에톡시실란(Si(OEt)4)을 사용할 수 있다. 이에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.In this embodiment, a GaN layer doped with Si is formed as the second N-
먼저, Ga, N, Si를 위한 소스 가스를 동시에 주입하여 상기 제 1 N형 반도체층(140) 상에 Si가 소정 농도로 도핑된 N형 화합물층(150a)을 형성한다. 이 때, 상기 소정 농도는 1× 1019 내지 1× 1022/cm3이고, 상기 제 1 N형 반도체층(140) 상에 형성되는 N형 화합물층(150a)의 도핑 농도는 상기 제 1 N형 반도체층(140)의 도핑 농도보다 50 내지 100배 높은 도핑 농도인 것이 바람직하다.First, source gases for Ga, N, and Si are simultaneously injected to form an N-
이러한 N형 화합물층(150a)을 수십 내지 수백 Å 두께로 성장시킨 후, Si의 도핑 농도가 상기 N형 화합물층(150a)보다 10 내지 100배 높은 오버도핑된 N형 화합물층(150b)을 성장시킨다. 이를 위해, Ga를 위한 소스 가스의 주입을 멈추고 N, Si를 위한 소스 가스만 주입하게 되면 상기 N형 화합물층(150a) 상에 오버도핑된 N형 화합물층(150b)이 성장한다. 이러한 오버도핑된 N형 화합물층(150b)을 수십 내지 수백 Å 두께로 성장시킨 후, 다시 Ga를 위한 소스 가스를 동시에 주입하여 상기와 같은 공정을 반복한다. After the N-
이와 같은 방법을 통해 상기 제 1 N형 반도체층(140) 상에 N형 화합물층(150a)과 오버도핑된 N형 화합물층(150b)이 10층 내지 50층 반복 적층된 제 2 N형 반도체층(150)을 형성한다. The second N-
도 3c를 참조하면, 상기 제 2 N형 반도체층(150) 상에 제 3 N형 반도체층 (160), 활성층(180), P형 반도체층(190)을 형성한다. Referring to FIG. 3C, a third N-
상기 제 2 N형 반도체층(150) 상에 제 3 N형 반도체층(160)을 형성한다. 이의 성장 두께는 상기 제 1 N형 반도체층(140)과 동일하거나, 상기 제 1 N형 반도체층(140)보다 작을 수 있으며, 1× 1018 내지 1× 1020/cm3의 농도로 N형 불순물을 도핑하여 형성한다.The third N-
이러한 N형 반도체층(170) 상에 목표로 하는 파장에 따라 반도체 재료를 조절하여 활성층(180)을 형성한다. 본 실시예는 390 내지 550㎚의 녹색 발광에서 UV 발광에까지 가능한 InGaN/GaN을 성장한다. 또한 UV 발광 소자를 제조하기 위해, 상기 N형 반도체층(170)으로 N형 불순물이 도핑되어 있는 AlN을 사용하고, 활성층(180)으로 AlGaN/AlGaN을 사용할 수도 있다. 이 때, 상기 N형 반도체층(170)의 제조 공정은 상술한 바와 동일하며, 상기 Al을 위한 소스 가스로 트리메틸알루미늄(TMAl), 트리에틸알루미늄(TEAl), 트리메틸아민알루미늄(TMAAl), 디메틸에틸아민알루미늄(DMEAAl)을 사용하여 형성할 수 있다. The
상기 활성층(180) 상에 P형 불순물이 도핑된 P형 반도체층(190)을 형성한다. 본 실시예는 상기 P형 반도체층(190)으로 마그네슘(Mg) 원자가 도핑된 GaN층을 형성한다. A P-
도 3d를 참조하면, 소정의 식각 공정을 통해 상기 P형 반도체층(190) 및 활성층(180)의 일부를 제거하여 상기 N형 반도체층(170)의 일부를 노출시킨 후, P형 반도체층(190)과 노출된 N형 반도체층(170) 상에 P형 전극(200) 및 N형 전극(210) 을 형성한다. Referring to FIG. 3D, a portion of the N-
이를 위해 P형 반도체층(190) 상에 식각 마스크 패턴을 형성한 다음, 건식 또는 습식 식각 공정을 실시하여 P형 반도체층(190) 및 활성층(180)을 제거하여 N형 반도체층(170)을 노출시킨다. 이후, 상기 식각 마스크 패턴을 제거하고, P형 반도체층(190)과 노출된 N형 반도체층(170) 상에 P형 전극(200) 및 N형 전극(210)을 형성한다. 도면에는 식각 공정을 통해 상기 제 3 N형 반도체층(160)을 노출시켜 그 상면에 N형 전극(210)을 형성하였으나, 이에 한정되지 않고 제 3 N형 반도체층(160)을 식각하여 상기 제 1 또는 제 2 N형 반도체층(140, 150) 상면에 N형 전극(210)을 형성할 수도 있다. To this end, an etch mask pattern is formed on the P-
상기 P형 반도체층(190)과 상기 P형 전극(200) 사이에 P형 반도체층(190)의 저항을 줄이고 광의 투과율을 향상시키기 위해 투명전극층을 더 형성할 수 있다. 상기 투명전극층으로는 ITO(Indium Tin Oxide), ZnO 또는 전도성을 갖는 투명 금속을 사용할 수 있다. 또한, 상기 P형 전극(200) 및 N형 전극(210)을 형성하기 전에 P형 반도체층(190) 또는 노출된 N형 반도체층(170) 상부에 전류의 공급을 원활히 하기 위한 별도의 오믹금속층을 더 형성할 수도 있다. 상기 오믹금속층으로는 Cr, Au를 사용할 수 있다.A transparent electrode layer may be further formed between the P-
이로써, N형 화합물층과, 상기 N형 화합물층보다 높은 도핑 레벨로 오버도핑된 N형 화합물층이 반복 적층된 구조의 N형 반도체층을 포함하는 발광 다이오드를 제조할 수 있다. As a result, a light emitting diode including an N-type compound layer and an N-type semiconductor layer having a structure in which an N-type compound layer overdoped with a higher doping level than the N-type compound layer is repeatedly stacked may be manufactured.
상술한 본 발명의 발광 다이오드의 제조 방법은 이에 한정되지 않고, 다양한 공정과 제조 방법이 소자의 특성 및 공정의 편의에 따라 변경되거나 추가될 수 있다. The method of manufacturing the light emitting diode of the present invention described above is not limited thereto, and various processes and manufacturing methods may be changed or added according to the characteristics of the device and the convenience of the process.
이와 같이 본 발명은 소정 농도의 N형 화합물층과 상기 소정 농도보다 높은 농도로 오버도핑된 N형 화합물층이 반복 적층된 구조의 N형 반도체층을 형성함으로써, 반도체 물질의 전기 저항성을 줄일 수 있어 전류 확산 특성을 향상시킬 수 있다. 따라서 균일한 휘도 특성을 얻을 수 있으며, 발광 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 또한 본 발명은 반복 적층된 상기 N형 화합물층과 오버도핑된 N형 화합물층을 포함한 N형 반도체층으로 인해, 정전기 방전으로 인한 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다. As described above, the present invention forms an N-type semiconductor layer having a structure in which an N-type compound layer having a predetermined concentration and an N-type compound layer overdoped at a concentration higher than the predetermined concentration are formed, thereby reducing the electrical resistance of the semiconductor material and spreading current. Properties can be improved. Therefore, it is possible to obtain a uniform luminance characteristic, there is an advantage that can improve the luminous efficiency. In addition, the present invention is due to the N-type semiconductor layer including the N-type compound layer and the doped N-type compound layer repeatedly stacked, there is an effect that can prevent damage due to electrostatic discharge.
본 실시예는 수평형 발광 다이오드의 제조에 적용한 예를 설명하고 있으나, 본 발명의 기술적 요지는 상기 상술한 실시예에 한정되지 않고 여러 가지 수정과 변형이 가능하며, 다양한 구조의 발광 다이오드에 응용될 수 있다. 예를 들어, 수직형 발광 다이오드의 제조를 위해 상술한 공정을 통해 기판 상에 버퍼층, N형 반도체층, 활성층, P형 반도체층을 형성한 후, 상기 P형 반도체층 상에 도전성의 호스트 기판을 본딩한다. 다음에 하부의 버퍼층 및 베이스 기판을 제거하고, 그리하여 노출된 N형 반도체층의 하면과 P형 반도체층의 상면에 N형 전극 및 P형 전극을 형성한다. 이러한 제조 공정시 N형 반도체층을 N형 화합물층과 오버도핑된 N형 화합물층이 반복 적층된 구조를 포함하여 형성함으로써, 본 발명에 따른 효과를 얻을 수 있음은 물론이다.The present embodiment describes an example applied to the manufacture of a horizontal light emitting diode, but the technical gist of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and variations are possible, and may be applied to light emitting diodes having various structures. Can be. For example, a buffer layer, an N-type semiconductor layer, an active layer, and a P-type semiconductor layer are formed on the substrate through the above-described process for manufacturing a vertical light emitting diode, and then a conductive host substrate is formed on the P-type semiconductor layer. Bond Next, the lower buffer layer and the base substrate are removed, and the N-type electrode and the P-type electrode are formed on the lower surface of the exposed N-type semiconductor layer and the upper surface of the P-type semiconductor layer. In this manufacturing process, by forming the N-type semiconductor layer including a structure in which the N-type compound layer and the doped N-type compound layer is repeatedly stacked, the effect according to the present invention can of course be obtained.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명 의 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 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail using the preferable Example, the scope of the present invention is not limited to a specific Example and should be interpreted by the attached Claim. In addition, those skilled in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.
본 발명은 소정 농도의 N형 화합물층과 상기 소정 농도보다 높은 농도로 오버도핑된 N형 화합물층이 반복 적층된 구조의 N형 반도체층을 형성함으로써, 발광 다이오드의 전류 확산 특성을 개선하여 균일한 휘도 특성을 확보하고, 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 정전기 방전으로 인한 발광 다이오드의 손상을 방지하여 신뢰성을 향상시키고, 발광 다이오드의 수명 향상을 기대할 수 있다. The present invention forms an N-type semiconductor layer having a structure in which an N-type compound layer having a predetermined concentration and an N-type compound layer overdoped with a concentration higher than the predetermined concentration are formed, thereby improving current spreading characteristics of the light emitting diode to achieve uniform luminance characteristics. Can be secured and the luminous efficiency can be improved. In addition, it is possible to prevent the damage of the light emitting diode due to the electrostatic discharge to improve the reliability, it is expected to improve the life of the light emitting diode.
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