KR100680430B1 - Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자 - Google Patents

Abstract

Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자에 있어서, InGaN층의 양측을 AlGaN층으로 끼우고 이루어지는 부분을 갖는 발광층을 채택한다. 웰층이 되는 InGaN층의 막두께, 성장 속도, 성장 온도를 제어하고, 배리어층이 되는 AlGaN층의 막두께를 제어하여 이들의 최적화를 도모하고 발광 소자의 출력을 향상시킬 수 있다.

반도체, 발광 소자, 질화물

Description

Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자{III GROUP NITRIDE COMPOUND SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING ELEMENT}

도 1은 웰층이 되는 InGaN층의 막두께와 발광 소자의 발광 강도와의 관계를 도시한 도면.

도 2는 InGaN층의 성장 속도와 발광 소자의 발광 강도와의 관계를 도시한 도면.

도 3은 InGaN층의 성장 온도와 발광 소자의 발광 강도와의 관계를 도시한 도면.

도 4는 배리어층이 되는 AlGaN층의 막두께와 발광 소자의 발광 강도와의 관계를 도시한 도면.

도 5는 제 1의 AlGaN 중간층의 성장 온도와 발광 소자의 발광 강도와의 관계를 도시한 도면.

도 6은 제 1의 AlGaN 중간층의 불순물 농도와 발광 소자의 발광 강도와의 관계를 도시한 도면.

도 7은 본 발명의 실시예의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 적층 구조를 도시한 도면.

도 8은 본 발명의 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시한 도면.

도 9는 발광층의 InGaN 웰층과 AlGaN 배리어층의 단위 쌍의 막두께와 PL 발광 강도와의 관계를 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>

1 ; 발광 다이오드13 ; n형 콘택트층

14 ; 중간층, 15 ; 발광층

15a ; 클래드층15b ; 웰층

15c ; 배리어층16 ; p형 클래드층

18 ; p형 콘택트층

본 발명은 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자에 관한 것으로서, 상세하게는 비교적 단파장의 광을 방출하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자에 관한 것이다.

Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자는 청색 내지 녹색의 광을 방출하는 발광 다이오드로서 알려져 있다. 이러한 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자는 가시광보다 더욱 단파장의 광(근자외 내지 자외)을 방출하는 발광 다이오드로서도 사용되고 있다.

종래부터 단파장의 광을 방출하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자는 알려져 있지만 요즘 이 발광 소자에는 보다 높은 발광 효율과 출력이 요구되고 있다.

본 발명자들은 단파장의 광을 방출하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자를 개량하고자 종래 기술을 검토하여 온 결과 다음의 발광 소자에 도달하게 되었다. 즉, 360 내지 550㎚의 파장의 광을 방출하고 InGaN층의 양측을 AlGaN층으로 끼우고 이루어지는 부분을 갖는 발광층을 구비한 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자가 얻어지게 되었다.

이와 같이 구성된 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자에 의하면, 종래품에 비하여 높은 출력으로 단파장(상기한 구성에서는 360 내지 550㎚의 파장)의 광을 방출 가능하게 된다.

또한 상기 구성에 있어서, 웰층이 되는 InGaN층의 막두께, 성장 속도, 성장 온도를 제어하고, 배리어층이 되는 AlGaN층의 막두께를 제어하고, 또한 웰층과 이것에 인접하는 배리어층과의 합계의 막두께를 제어하여 이들의 최적화를 도모한다. 이로써, Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자의 출력을 향상시킬 수 있다.

또한, 발광층의 하지층이 되는 중간층의 최적화도 도모하고 이것으로부터도 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자의 출력 향상을 목표로 한다.

이하, 본 발명에 관하여 상세히 설명한다.

본 발명의 하나의 특징에서 그 발광 출력 향상을 목표로 하는 파장 범위는 360 내지 550㎚이다. 본 발명에서 그 발광 출력 향상을 목표로 하는 더욱 바람직한 파장 범위는 360 내지 520㎚이고, 더더욱 바람직하기는 360 내지 490㎚이고, 더더 더욱 바람직하기는 360 내지 460㎚이고, 가장 바람직하기는 360 내지 430㎚이다.

본 명세서에 있어서, Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체는 일반식으로서 Al_XGa_Y In_1-X-YN(0≤X≤1, 0≤Y≤1, 0≤X+Y≤1)로 표시되고, AlN, GaN 및 InN의 이른바 2원계, Al_XGa_1-XN, Al_XIn_1-XN 및 Ga_XIn_1-XN(이상에 있어서 0< X< 1)의 이른바 3원계를 포함한다. Ⅲ족 원소의 일부를 붕소(B), 탈륨(T1) 등으로 치환하여도 좋고 또한 질소(N)의 일부도 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb), 비스무트(Bi) 등으로 치환할 수 있다. Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층은 임의의 도펀트를 포함하는 것이라도 좋다. n형 불순물으로서 Si, Ge, Se, Te, C 등을 사용할 수 있다. p형 불순물으로서 Mg, Zn, Be, Ca, Sr, Ba 등을 사용할 수 있다. 또한, p형 불순물을 도핑한 후에 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체를 전자선 조사, 플라즈마 조사 또는 로(furnace)에 의한 가열에 노출하는 것도 가능하다. Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층의 형성 방법은 특히 한정되지 않지만 유기 금속 기상 성장법(MOCVD법) 외에 공지의 분자선 결정 성장법(MBE법), 할라이드 기상 성장법(HVPE법), 스퍼터법, 이온 플레이팅법, 전자 샤워법 등에 의해서도 형성할 수 있다.

본 발명에서는 특정한 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체를 사용하여 특정한 층을 형성하고 있다.

본 발명의 발광층은 InGaN층으로 이루어지는 웰층과 AlGaN층으로 이루어지는 배리어층을 포함하여 이루어진다. 그리고, InGaN층의 양측을 AlGaN층으로 끼운 적층 구조를 갖는다.

다른 특징에 있어서, 발광층은 AlGaN층과 InGaN층과의 적층물을 단위 쌍으로 하고, 이 단위 쌍이 1 또는 2 이상 적층되고, 최후로 즉 그 최외층에 상기 AlGaN층이 적층된 구성이다. 즉 p형의 콘택트층측은 AlGaN층으로 이루어진다. 다른 한편, n형의 콘택트층측은 AlGaN층으로 이루어지는 경우와 InGaN층으로 이루어지는 경우가 있다. 단위 쌍의 수는 1 내지 10으로 하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하기는 2 내지 8, 더더욱 바람직하기는 3 내지 7, 더더 더욱 바람직하기는 3 내지 6, 가장 바람직하기는 3. 5이다.

발광층으로부터 방출되는 광의 파장은 오로지 InGaN층에 있어서의 In과 Ga의 조성비에 의존한다.

단파장의 광을 방출시키는 데는 In의 조성비를 4 내지 20%로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하기는, 4 내지 15%이고, 더더욱 바람직하기는 4 내지 10%이고, 가장 바람직하기는 4 내지 8%이다.

웰층이 되는 InGaN층의 막두께와 발광 소자의 20㎃에서의 발광 강도와의 관계를 도 1에 도시한다(이하, 특히 언급하지 않는 한 발광 소자의 발광 강도는 20㎃ 인가시의 발광 강도를 나타낸다). 도 1의 결과는, 실시예에 나타낸(도 7, 8 참조) 발광 소자(1)에 있어서, 발광층을 구성하는 3개의 InGaN층의 두께를 각각 횡축과 같이 변화시킨 때에 얻어진 것이다.

도 1의 결과로부터 , InGaN층의 막두께는 35 내지 50Å(3.5 내지 5.0㎚)로 하는 것이 바람직함을 알 수 있다. 더욱 바람직하기는, 37 내지 48Å(3.7 내지 4.8㎚)이고, 더더욱 바람직하기는 40 내지 45Å(4.0 내지 4.5㎚)이다.

InGaN층의 성장 속도와 발광 소자의 발광 강도와의 관계를 도 2에 도시한다.

도 2의 결과는, 실시예에 나타낸 발광 소자에 있어서, 발광층을 구성하는 InGaN층의 성장 속도를 횡축과 같이 변화시킨 때에 얻어진 것이다.

도 2의 결과로부터 InGaN층의 성장 속도는 0.2 내지 0.7Å/s(0.02 내지 0.07㎚/s)로 하는 것이 바람직함을 알 수 있다. InGaN층의 더욱 바람직한 성장 속도는 0.25 내지 0.6Å/s(0.025 내지 0.06㎚/s)이고, 더더욱 바람직한 성장 속도는 0.35 내지 0.5A/s(0.035 내지 0.05㎚/s)이다.

도 2의 결과를 얻는데 있어서, 성장 속도는 재료 가스(TMG, TMI, 암모니아)의 유량을 변화시킴으로써 제어하였다.

InGaN층의 성장 온도와 발광 소자의 발광 강도와의 관계를 도 3에 도시한다.

도 3의 결과는, 실시예에 나타낸 발광 소자에 있어서, 발광층을 구성하는 InGaN층의 성장 온도를 횡축에 도시한 바와 같이 변화시킨 때에 얻어진 것이다.

도 3의 결과로부터, InGaN층의 성장 온도는 850℃ 이하로 하는 것이 바람직하고. 더욱 바람직하기는 840℃ 이하이다. InGaN층이 성장 가능하면 성장 온도의 하한은 특히 한정되는 것은 아니다.

배리어층이 되는 AlGaN층의 막두께와 발광 소자의 발광 강도와의 관계를 도 4에 도시한다. 도 4의 결과는, 실시예에 나타낸 발광 소자에 있어서, 발광층을 구성하는 4개의 AlGaN층의 두께를 각각 횡축과 같이 변화시킨 때에 얻어진 것이다.

도 4의 결과로부터 , AlGaN층의 막두께는 50Å(5.0㎚) 이상으로 하는 것이 바람직함을 알 수 있다. 더욱 바람직하기는 60Å(6.0㎚) 이상이고, 더더욱 바람직하기는 70Å(7.0㎚) 이상이다. AlGaN층의 상한은 특히 한정되는 것은 아니지만, 100 내지 500Å(10 내지 50㎚)로 하는 것이 제조 공정 등의 관계로부터 바람직하다.

또한, 가장 p형 콘택트층에 가까운 AlGaN층은 캡층으로 작용을 하기 때문에, 다른 AlGaN층보다 10 내지 30% 두껍게 형성하는 것이 바람직하다.

다음에, 웰층으로서의 InGaN층과 이것에 계속되는 배리어층으로서의 AlGaN층과의 1단위 쌍의 막두께와 발광 소자의 포토 루미네선스(PL) 발광 강도와의 관계를 도 9에 도시한다. 도 9의 결과는, 도 7에 도시한 실시예의 적층체(단, 버퍼층은 저온에서 형성하였다)에 대해 He-Cd 레이저광을 조사한 때의 PL 스펙트럼이다. 도면중 실선으로 도시한 샘플(A)은 1단위 쌍의 두께가 16㎚(160Å)인 경우이고, 도면중 파선으로 도시한 샘플(B)은 1단위 쌍의 두께가 8㎚(80Å)인 경우이다. 도 9의 결과로 부터 알 수 있는 바와 같이, 샘플(B)에서는 발광층에 기인하는 파장(385㎚ 이상)의 발광이 거의 보여지지 않는데 비해 샘플(A)에서는 그곳에 강한 발광이 보여졌다. 또한, 370㎚ 부근의 발광은 소자의 GaN층에 기인하는 것이다.

도 9의 결과로부터, 1단위 쌍의 막두께는 10㎚ 이상으로 하는 것이 바람직함 을 알 수 있다. 더욱 바람직하기는, 10 내지 100㎚이고, 더더욱 바람직하기는 10 내지 50㎚이고, 더더 더욱 바람직하기는 10 내지 20㎚이다.

또한, 웰층 및 배리어층의 개별적인 막두께는 특히 한정되는 것은 아니지만, 도 7의 결과는 웰층 막두께 : 배리어층 막두께의 비율을 대강 3 : 7로 유지하여 얻은 것이다.

이와 같이 웰층 및 배리어층을 두껍게 하면 발광 강도가 증가하는 것은 하기와 같은 이유에 의한다고 생각된다. 즉, 배리어층이 두꺼워지기 때문에 캐리어 누설을 방지할 수 있고, 또한 p층측으로부터의 Mg의 확산을 방지할 수 있다. 또한, 웰층이 어느 정도 두꺼워짐으로서 캐리어가 충분히 갇히여진다. 전체로 막두께가 증가함으로써 발광층의 결정성이 향상한다.

본 발명의 다른 특징은 발광층의 하지층이 되는 AlGaN으로 이루어지는 중간층에 주목하고 있다.

AlGaN 중간층의 성장 온도와 발광 소자의 발광 강도와의 관계를 도 5에 도시한다.

도 5의 결과는, 실시예에 나타낸 발광 소자에 있어서, 발광층의 하지가 되는 AlGaN 중간층(제 1의 중간층)의 성장 온도를 횡축에 도시한 바와 같이 변화시킨 때에 얻어진 것이다.

도 5의 결과로부터, AlGaN 중간층의 성장 온도는 865 내지 905℃로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하기는 870 내지 900℃이다. 더더욱 바람직하기는 880 내지 890℃이다.

AlGaN 중간층의 불순물 농도와 발광 소자의 발광 강도와의 관계를 도 6에 도시한다.

도 6의 결과는, 실시예에 나타낸 발광 소자에 있어서, 발광층의 하지가 되는 AlGaN 중간층의 불순물 농도를 횡축에 도시한 바와 같이 변화시킨 때에 얻어진 것이다.

도 6의 결과로부터 , AlGaN 중간층의 불순물 농도는 2×10¹⁶/㎤ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하기는 1×10¹⁷/㎤ 이상이다. 불순물 농도의 상한은 특히 한정되는 것은 아니지만, 1×10¹⁹/㎤ 이하로 하는 것이 바람직하다.

도 6의 예에서는 불순물로서 Si를 도프하였다.

AlGaN 중간층의 막두께는 특히 한정되는 것은 아니지만, 10O 내지 300㎚으로 하는 것이 바람직하다.

다음에 본 발명의 실시예에 관해 설명한다.

실시예의 발광 다이오드(1)의 반도체 적층 구조를 도 7에 도시하였다.

각 층의 스펙은 다음과 같다.

층 : 조성 : 불순물 (막두께)

p형 콘택트층(17) : p-Al_0.02Ga_0.98N : Mg (75㎚)

p형 클래드층(16) : p-Al_0.10-0.45Ga_0.90-0.55N : Mg (70㎚ 미만)

발광층(15) : 다중 양자 우물

클래드층(15a) : Al_0.04-0.10Ga_0.96-0.90N (5 - 10.5㎚)

웰층(15b) : In_0.06-0.07Ga_0.94-0.93N (3.5 - 5㎚)

배리어층(15c) : Al_0.04-0.10Ga_0.96-0.90N (5 - 10.5㎚)

중간층(14) : n-Al_0.04-0.06Ga_0.96-0.94N ; Si (100 - 300㎚)

n형 콘택트층(13) : n-GaN : Si (4㎛)

버퍼층(12) : AlN (20㎚)

기판(11) : 사파이어(a면) (350㎛)

단, 캐리어 농도에 관해서는 다음과 같다.

p형 콘택트층(17)의 캐리어 농도는 1×10¹⁷/㎤ 이상이다.

p형 클래드층(16)의 캐리어 농도는 0.5 내지 2.0×10¹⁷/㎤이다.

중간층(14)의 캐리어 농도는 2.0×10¹⁶/㎤ 이상이다.

n형 콘택트층(13)의 캐리어 농도는 1.0×10¹⁸/㎤ 이상이다.

또한, 기판 온도(성장 온도)에 관해서는, n형 콘택트층(13), p형 클래드층(16) 및 p형 콘택트층(17)에 관해서는 1000℃ 이상으로 하였다. 버퍼층은 이른바 저온 버퍼층의 사용도 가능하지만, 본 실시예에서는 고온 버퍼층을 채용하고 있다(특개 2001-15443 참조).

또한, 상기 발광 다이오드(1)의 기판(11)은 사파이어에 의해 형성되어 있지 만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 스피넬(MgAl₂O₄), SiC(6H, 4H, 3C를 포함한다), 산화아연(ZnO), 황하아연(ZnS), 산화마그네슘, Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 단결정(GaAs, GaP 등), 실리콘(Si) 등을 기판의 재료로서 열거할 수 있다.

상기 구성의 발광 다이오드는 다음과 같이 하여 제조된다.

우선, MOCVD 장치의 반응 장치 내로 수소 가스를 유통시키면서 해당 사파이아 기판(11)을 11300℃까지 승온하여 표면(a면)을 클리닝 한다.

그 후, 그 기판 온도에 있어서 TMA 및 NH₃을 도입하여 AlN제의 버퍼층(12)을 M0CVD법으로 성장시킨다.

뒤이어, 기판 온도를 1130℃로 유지한 상태에서 n형 콘택트층(13)을 형성하고, 그 이후의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층(14 내지 17)을 보통 방법(MOCVD법)에 따라 형성한다.

MOCVD 법에 있어서는, 암모니아 가스와 Ⅲ족 원소의 알킬 화합물 가스, 예를 들면 트리메틸갈륨(TMG), 트리메틸알루미늄(TMA)이나 트리메칠인듐(TMI)을 적당한 온도로 가열된 기판상에 공급하여 열분해 반응시키고, 이로써 소망하는 결정을 기판의 위에 성장시킨다. 불순물로서 실리콘(Si)을 도입하기 위해 실란이나 디실란이 사용되고, 불순물로서 마크네슘(Mg)을 도입하기 위해 (RC₅H₄)₂Mg가 사용된다.

이미 기술한 바와 같이 제 1의 중간층(14)을 성장시킬 때의 기판 온도는 865 내지 905℃로 하는 것이 바람직하고(도 5 참조), 본 실시예에서는 기판 온도를 885℃로 하였다.

발광층(15)에 있어서의 InGaN층(15b)을 성장시킬 때의 기판 온도는, 도 3에 도시한 바와 같이 850℃ 이하로 하는 것이 바람직하고, 본 실시예에서는 기판 온도를 840℃로 하엿다.

발광층(15)에 있어서의 AlGaN층(15a)의 성장 온도는, 인듐(In)을 포함한 웰층이 소실되지 않는 온도라면 특히 한정되지 않지만, 본 실시예에서는 기판 온도를 885℃로 하였다.

p형의 클래드층(16) 및 p형 콘택트층(17)의 기판 온도는 1000℃로 유지하였다.

다음에, Ti/Ni를 마스크로 하여 반도체층의 일부를 반응성 이온 에칭에 의해 제거하고, n전극 패드(21)를 형성하고자 n형 콘택트층(13)을 표출시킨다(도 8 참조).

반도체 표면상에 포토 레지스트를 일양하게 도포하고, 포토 리소그래피에 의해, p형 콘택트층(17)의 위의 전극 형성 부분의 포토 레지스트를 제거하고, 그 부분의 p형 콘택트층(17)을 노출시킨다. 증착 장치로, 노출시킨 p형 콘택트층(17)의 위에, Au-Co 투광성 전극층(19)을 형성한다.

다음에, 마찬가지로 하여 p전극 패드(20), n전극 패드(21)를 증착한다.

이와 같이 구성된 발광 다이오드로부터는, 382㎚의 파장의 광이 방출되게 되었다.

본 발명은 상기 발명의 실시의 형태 및 실시예의 설명에 전혀 한정되는 것이 아니다. 특허 청구의 범위의 기재를 일탈하지 않고, 당업자가 용이하게 상도할 수 있는 범위에서 여러가지의 변형 양태도 본 발명에 포함된다.

이하, 본 명세서중의 개시 사항을 열거한다.

제 1의 특징으로서, InGaN층의 양측을 AlGaN층으로 끼우고 이루어지는 부분을 갖는 발광층을 구비하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자가 개시되어 있다. 여기서, InGaN층의 막두께는 3.5 내지 5㎚로 설정될 수 있다. 또한, AlGaN층의 막두께는 5㎚ 이상으로 설정될 수 있다. 또한, InGaN층은 0.02 내지 0.07㎚/s의 성장 속도로 형성될 수 있다. 또한, InGaN층은 850℃ 이하의 성장 온도로 형성될 수 있다. 이들 InGaN층의 막두께, AlGaN층의 막두께, InGaN층의 성장 속도 InGaN층의 성장 온도는, 자유롭게 조합시켜서 적용 가능하다. 또한, 발광층은 상기 AlGaN층과 상기 InGaN층과의 적층물을 단위 쌍으로 하고, 이 단위 쌍이 1 또는 2 이상 적층되고, 최후로 상기 AlGaN층이 적층되어 있는 구성으로 할 수 있다. 또한, 성장 온도가 865 내지 905℃ 및/혹은 2×10¹⁶/㎤ 이상의 불순물 농도를 갖는 AlGaN으로 이루어지는 중간층이 구비되고 해당 중간층의 위에 상기 발광층이 형성되어 있는 구성으로 하여도 좋다.

제 2의 특징으로서, InGaN층의 양측을 AlGaN층으로 끼우고 이루어지는 부분을 갖는 발광층을 구비하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자의 제조 방법이 개시되어 있는데, 해당 방법에서는, (i) InGaN층을 0.02 내지 0.07㎚/s의 성장 속 도로 형성하던지, (ⅱ) InGaN층를 850℃ 이하의 성장 온도로 형성하던지, 또는 (ⅲ) 발광층의 형성 전에 865 내지 905℃의 성장 온도로 AlGaN으로 이루어지는 중간층을 형성하는 공정의 어느 하나가 채용된다. 이들 (i) 내지 (ⅲ)의 공정은 자유롭게 조합시켜서 적용 가능하다. 상기 어느 하나의 공정에 있어서, 발광층은 상기 AlGaN층과 상기 InGaN층과의 적층물을 단위 쌍으로 하고, 이 단위 쌍이 1 또는 2 이상 적층되고, 최후로 상기 AlGaN층이 적층되어 있는 구성으로 하여도 좋다.

또한, 발광층은 360 내지 550㎚ 또는 360 내지 430㎚의 파장의 광을 방출하도록 형성할 수 있다.

또한, 상기 InGaN층의 막두께를 3.5 내지 5㎚으로 하고, 상기 AlGaN층의 막두께를 5㎚ 이상으로 할 수 있다.

(ⅲ)에 있어서, 상기 중간층은 2×10¹⁶/㎤ 이상의 불순물 농도를 갖는 것으로 할 수 있다.

제 3의 특징으로서, 360 내지 550㎚의 파장의 광을 방출하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자용의 적층체로서, InGaN 층의 양측을 AlGaN층으로 끼우고 이루어지는 부분을 갖는 발광층을 구비한 적층체가 개시되어 있다. 여기서, InGaN층의 막두께는 3.5 내지 5㎚로 설정될 수 있다. 또한, AlGaN층의 막두께는 5㎚ 이상으로 설정될 수 있다. 또한, InGaN층은 0.02 내지 0.07㎚/s의 성장 속도로 형성될 수 있다. 또한, InGaN층은 850℃ 이하의 성장 온도로 형성될 수 있다. 이들 InGaN층의 막두께, AlGaN층의 막두께, InGaN층의 성장 속도, InGaN층의 성장 온도 는, 자유롭게 조합시켜서 적용 가능하다. 또한, 발광층은 상기 AlGaN층과 상기 InGaN층과의 적층물을 단위 쌍으로 하고, 이 단위 쌍이 1 또는 2 이상 적층되고, 최후로 상기 AlGaN층이 적층되어 있는 구성으로 할 수 있다. 또한, 성장 온도가 865 내지 905℃ 및/혹은 2×10¹⁶/㎤ 이상의 불순물 농도를 갖는 AlGaN으로 이루어지는 중간층이 구비되고 해당 중간층의 위에 상기 발광층이 형성되어 있는 구성으로 하여도 좋다.

제 4의 특징으로서, 발광층으로부터 360 내지 550㎚ 또는 360 내지 430㎚의 파장의 광을 방출하는 적층체로서, 성장 온도가 865 내지 905℃ 및/또는 2×10¹⁶/㎤ 이상의 불순물 농도를 갖는 AlGaN으로 이루어지는 중간층이 구비되고 해당 중간층의 위에 상기 발광층이 형성되어 있는 적층체가 개시되어 있다.

제 5의 특징으로서, InGaN층의 양측을 AlGaN층으로 끼우고 이루어지는 부분을 갖는 발광층을 구비한 적층체가 개시되어 있다. 여기서, InGaN층의 막두께는 3.5 내지 5㎚로 설정될 수 있다. 또한, AlGaN층의 막두께는 5㎚ 이상으로 설정될 수 있다. 또한, InGaN층은 0.02 내지 0.07㎚/s의 성장 속도로 형성될 수 있다. 또한, InGaN층은 850℃ 이하의 성장 온도로 형성될 수 있다. 이들 InGaN층의 막두께, AlGaN층의 막두께, InGaN층의 성장 속도, InGaN층의 성장 온도는, 자유롭게 조합시켜서 적용 가능하다. 또한, 발광층은 상기 AlGaN층과 상기 InGaN층과의 적층물을 단위 쌍으로 하고, 이 단위 쌍이 1 또는 2 이상 적층되고, 최후로 상기 AlGaN층이 적층되어 있는 구성으로 할 수 있다. 또한, 성장 온도가 865 내지 905℃ 및/혹은 2 ×10¹⁶/㎤ 이상의 불순물 농도를 갖는 AlGaN으로 이루어지는 중간층이 구비되고 해당 중간층의 위에 상기 발광층이 형성되어 있는 구성으로 하여도 좋다.

제 6의 특징으로서, InGaN층의 양측을 AlGaN층으로 끼우고 이루어지는 부분을 갖는 발광층을 구비하는 적층체의 제조 방법이 개시되어 있는데, 해당 방법에서는, (i) InGaN층을 0.02 내지 0.07㎚/s의 성장 속도로 형성하던지, (ⅱ) InGaN층을 850℃ 이하의 성장 온도로 형성하던지, 또는 (ⅲ) 발광층의 형성 전에 865 내지 905℃의 성장 온도로 AlGaN으로 이루어지는 중간층을 형성하는 공정의 어느 하나가 채용된다. 이들 (i) 내지 (ⅲ)의 공정은 자유롭게 조합시켜서 적용 가능하다. 상기 어느 하나의 공정에 있어서, 발광층은 상기 AlGaN층과 상기 InGaN층과의 적층물을 단위 쌍으로 하고, 이 단위 쌍이 1 또는 2 이상 적층되고, 최후로 상기 AlGaN층이 적층되어 있는 구성으로 하여도 좋다.

또한, 발광층은 360 내지 550㎚ 또는 360 내지 430㎚의 파장의 광을 방출하도록 형성할 수 있다.

또한, 상기 InGaN층의 막두께를 3.5 내지 5㎚로 하고, 상기 AlGaN층의 막두께를 5nm 이상으로 할 수 있다.

(ⅲ)에 있어서, 상기 중간층은 2×10¹⁶/㎤ 이상의 불순물 농도를 갖는 것으로 할 수 있다.

제 7의 특징으로서, 360 내지 550㎚의 파장의 광을 방출하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자로서, InGaN층의 양측을 AlGaN층으로 끼우고 이루어지는 부분을 갖는 발광층을 구비하고, 하나의 상기 InGaN층과 해당 InGaN층에 인접하는 하나의 상기 AlGaN층의 합계의 막두께가 10㎚ 이상인, Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자가 개시되어 있다. 여기서, InGaN층의 막두께는 3.5 내지 5㎚로 설정될 수 있다. 또한, AlGaN층의 막두께는 5㎚ 이상으로 설정될 수 있다. 또한, InGaN층은 0.02 내지 0.07㎚/s의 성장 속도로 형성될 수 있다. 또한, AlGaN층은 850℃ 이하의 성장 온도로 형성될 수 있다. 이들 InGaN층의 막두께, AlGaN층의 막두께, InGaN층의 성장 속도, InGaN층의 성장 온도는, 자유롭게 조합시켜서 적용 가능하다. 또한, 발광층은 상기 AlGaN층과 상기 InGaN층과의 적층물을 단위 쌍으로 하고, 이 단위 쌍이 1 또는 2 이상 적층되고, 최후로 상기 AlGaN층이 적층되어 있는 구성으로 할 수 있다. 또한, 성장 온도가 865 내지 905℃ 및/혹은 2×10¹⁶/㎤ 이상의 불순물 농도를 갖는 AlGaN으로 이루어지는 중간층이 구비되고 해당 중간층의 위에 상기 발광층이 형성되어 있는 구성으로 하여도 좋다.

제 8의 특징으로서, InGaN층의 양측을 AlGaN층으로 끼우고 이루어지는 부분을 갖는 발광층을 구비하고, 하나의 상기 InGaN층과 해당 InGaN층에 인접하는 하나의 상기 AlGaN층의 합계의 막두께가 10㎚ 이상인 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자가 개시되어 있다. 여기서, InGaN층의 막두께는 3.5 내지 5㎚로 설정될 수 있다. 또한, AlGaN층의 막두께는 5㎚ 이상으로 설정될 수 있다. 또한, InGaN층은 0.02 내지 0.07㎚/s의 성장 속도로 형성될 수 있다. 또한, InGaN 층은 85C℃ 이하의 성장 온도로 형성될 수 있다. 이들 InGaN층의 막두께, AlGaN층의 막두께, InGaN 층의 성장 속도, InGaN층의 성장 온도는, 자유롭게 조합시켜서 적용 가능하다. 또한, 발광층은 상기 AlGaN층과 상기 InGaN층과의 적층물을 단위 쌍으로 하고, 이 단위 쌍이 1 또는 2 이상 적층되고, 최후로 상기 AlGaN층이 적층되어 있는 구성으로 할 수 있다. 또한, 성장 온도가 865 내지 905℃ 및/혹은 2×10¹⁶/㎤ 이상의 불순물 농도를 갖는 AlGaN으로 이루어지는 중간층이 구비되고 해당 중간층의 위에 상기 발광층이 형성되어 있는 구성으로 하여도 좋다.

제 9의 특징으로서, 360 내지 550㎚ 파장의 광을 방출하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자용의 적층체로서, InGaN층의 양측을 AlGaN층으로 끼우고 이루어지는 부분을 갖는 발광층을 구비하고, 하나의 상기 InGaN층과 해당 InGaN층에 인접하는 하나의 상기 AlGaN층과의 합계의 막두께가 10㎚ 이상인 적층체가 개시되어 있다. 여기서, InGaN층의 막두께는 3.5 내지 5㎚로 설정될 수 있다. 또한, AlGaN층의 막두께는 5㎚ 이상으로 설정될 수 있다. 또한, InGaN층은 0.02 내지 0.07㎚/s의 성장 속도로 형성될 수 있다. 또한, InGaN층은 850℃ 이하의 성장 온도로 형성될 수 있다. 이들 InGaN층의 막두께, AlGaN층의 막두께, InGaN층의 성장 속도, InGaN층의 성장 온도는, 자유롭게 조합시켜서 적용 가능하다. 또한, 발광층은 상기 AlGaN층과 상기 InGaN층과의 적층물을 단위 쌍으로 하고, 이 단위 쌍이 1 또는 2 이상 적층되고, 최후로 상기 AlGaN층이 적층되어 있는 구성으로 할 수 있다. 또한, 성장 온도가 865 내지 905℃ 및/혹은 2×10¹⁶/㎤ 이상의 불순물 농도를 갖는 AlGaN으로 이루어지는 중간층이 구비되고 해당 중간층의 위에 상기 발광층이 형성 되어 있는 구성으로 하여도 좋다.

제 10의 특징으로서, InGaN층의 양측을 AlGaN층으로 끼우고 이루어지는 부분을 갖는 발광층을 구비하고, 하나의 상기 InGaN층과 해당 InGaN층에 인접하는 하나의 상기 AlGaN층과의 합계의 막두께가 10㎚ 이상인 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자용의 적층체가 개시되어 있다. 여기서, InGaN층의 막두께는 3.5 내지 5㎚로 설정될 수 있다. 또한, AlGaN층의 막두께는 5㎚ 이상으로 설정될 수 있다. 또한, InGaN층은 0.02 내지 0.07㎚/s의 성장 속도로 형성될 수 있다. 또한, InGaN층는 850℃ 이하의 성장 온도로 형성될 수 있다. 이들 InGaN층의 막두께, AlGaN층의 막두께, InGaN층의 성장 속도, InGaN층의 성장 온도는, 자유롭게 조합시켜서 적용 가능하다. 또한, 발광층은 상기 AlGaN층과 상기 InGaN층과의 적층물을 단위 쌍으로 하고, 이 단위 쌍이 1 또는 2 이상 적층되고, 최후로 상기 AlGaN층이 적층되어 있는 구성으로 할 수 있다. 또한, 성장 온도가 865 내지 905℃ 및/혹은 2×10¹⁶/㎤ 이상의 불순물 농도를 갖는 AlGaN으로 이루어지는 중간층이 구비되고 해당 중간층의 위에 상기 발광층이 형성되어 있는 구성으로 하여도 좋다.

Claims (23)

1. 360 내지 550㎚의 파장의 광을 방출하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자로서,

   InGaN층과 AlGaN층을 포함하고, 상기 InGaN층의 양측을 상기 AlGaN층으로 끼우고 이루어지는 부분을 포함하고, 상기 InGaN층의 막두께는 3.5 내지 5㎚이며,

   발광층의 위에 형성되는 p형 콘택트층을 더 구비하고,

   상기 발광층에 포함되는 AlGaN층 중에서 가장 p형 콘택트층에 가까운 AlGaN층은 다른 AlGaN층 보다도 10 내지 30% 두꺼운 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 p형 콘택트층에 가까운 최외 AlGaN층의 막두께는 5㎚ 내지 50nm인 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 InGaN층은 740℃ 내지 850℃의 성장 온도로 형성된 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 p형 콘택트층에 가까운 최외 AlGaN층의 막두께는 5㎚ 내지 50nm이고, 상기 InGaN층은 0.02 내지 0.07㎚/s의 성장 속도로 형성된 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 p형 콘택트층에 가까운 최외 AlGaN층의 막두께는 5㎚ 내지 50nm이고, 상기 InGaN층은 740℃ 내지 850℃의 성장 온도로 형성된 것을 특징으로 하는 Ⅲ 족 질화물 계화전물 반도체 발광 소자.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 InGaN층은 0.02 내지 0.07㎚/s의 성장 속도로 형성된 것이고, 상기 InGaN층은 740℃ 내지 850℃의 성장 온도로 형성된 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 p형 콘택트층에 가까운 최외 AlGaN층의 막두께는 5㎚ 내지 50nm이고, 상기 InGaN층은 0.02 내지 0.07㎚/s의 성장 속도로 형성된 것이고, 상기 InGaN층은 740℃ 내지 850℃의 성장 온도로 형성된 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 발광층은 상기 p형 콘택트층에 가까운 최외 AlGaN층과 상기 InGaN층과의 적층물을 단위 쌍으로 하고, 이 단위 쌍이 1 또는 2 이상 적층되고, 그 최외층에 상기 AlGaN층이 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자.
9. 제 1항에 있어서,

   발광 파장이 360 내지 430㎚인 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자.
10. 제 1항에 있어서,

    상기 발광층은 상기 p형 콘택트층에 가까운 최외 AlGaN층과 상기 InGaN층과의 적층물을 단위 쌍으로 하고, 이 단위 쌍이 1 또는 2 이상 적층되고, 그 최외층에 상기 AlGaN층이 적층되고, 발광 파장이 360 내지 430㎚인 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자.
11. 제 1항에 있어서,

    상기 발광층에 접하고, 성장 온도가 865 내지 905℃의 AlGaN으로 이루어지는 중간층을 또한 갖는 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자.
12. 제 1항에 있어서,

    상기 발광층에 접하고, 2×10¹⁶/㎤ 내지 1×10¹⁹㎤의 불순물 농도를 갖는 AlGaN으로 이루어지는 중간층을 또한 갖는 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자.
13. 제 1항에 있어서,

    상기 발광층에 접하고, 성장 온도가 865 내지 905℃이고, 또한 2×10¹⁶/㎤ 내지 1×10¹⁹㎤의 불순물 농도를 갖는 AlGaN으로 이루어지는 중간층을 또한 갖는 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자.
14. 성장 온도가 865 내지 905℃의 AlGaN으로 이루어지는 중간층과,

    상기 중간층의 위에 형성된 발광층을 가지며,

    360 내지 550㎚의 파장의 광을 상기 발광층부터 방출하며,

    상기 발광층의 위에 형성되는 p형 콘택트층을 더 구비하고,

    상기 발광층에 포함되는 AlGaN층 중에서 가장 p형 콘택트층에 가까운 AlGaN층은 다른 AlGaN층 보다도 10 내지 30% 두꺼운 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자.
15. 제 14항에 있어서,

    상기 파장이 360 내지 430㎚인 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자.
16. 2×10¹⁶/㎤ 내지 1×10¹⁹㎤의 불순물 농도를 갖는 AlGaN으로 이루어지는 중간층과,

    상기 중간층의 위에 형성된 발광층을 가지며,

    360 내지 550㎚의 파장의 광을 상기 발광층으로부터 방출하며,

    상기 발광층의 위에 형성되는 p형 콘택트층을 더 구비하고,

    상기 발광층에 포함되는 AlGaN층 중에서 가장 p형 콘택트층에 가까운 AlGaN층은 다른 AlGaN층 보다도 10 내지 30% 두꺼운 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자.
17. 제 16항에 있어서,

    상기 파장이 360 내지 430㎚인 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자.
18. 성장 온도가 865 내지 905℃이고, 또한 2×10¹⁶/㎤ 내지 1×10¹⁹㎤의 불순물 농도를 갖는 AlGaN으로 이루어지는 중간층과,

    상기 중간층의 위에 형성된 발광층을 가지며,

    360 내지 550㎚의 파장의 광을 상기 발광층부터 방출하며

    상기 발광층의 위에 형성되는 p형 콘택트층을 더 구비하고,

    상기 발광층에 포함되는 AlGaN층 중에서 가장 p형 콘택트층에 가까운 AlGaN층은 다른 AlGaN층 보다도 10 내지 30% 두꺼운 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자.
19. 제 18항에 있어서,

    상기 파장이 360 내지 430㎚인 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자.
20. 360 내지 550㎚의 파장의 광을 방출하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자로서,

    막두께가 3.5 내지 5㎚인 InGaN층의 양측을 AlGaN층으로 끼우고 이루어지는 부분을 포함하는 발광층을 가지며,

    하나의 상기 InGaN층과 상기 InGaN층에 연속하여 적층된 하나의 상기 AlGaN층과의 합계의 막두께가 10㎚ 이상이며,

    상기 발광층의 위에 형성되는 p형 콘택트층을 더 구비하고,

    상기 발광층에 포함되는 AlGaN층 중에서 가장 p형 콘택트층에 가까운 AlGaN층은 다른 AlGaN층 보다도 10 내지 30% 두꺼운 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자.
21. 제 20항에 있어서,

    상기 InGaN층은 0.02 내지 0.07㎚/s의 성장 속도로 형성된 것을 특징으로 하 는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자.
22. 제 20항에 있어서,

    상기 InGaN층은 740℃ 내지 850℃의 성장 온도로 형성된 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자.
23. 제 20항에 있어서,

    상기 InGaN층은 0.02 내지 0.07㎚/s의 성장 속도로 형성된 것이고, 상기 InGaN층은 740℃ 내지 850℃의 성장 온도로 형성된 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자.

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