(57)【要約】【課題】窒化物半導体発光素子をなす活性層の決定性を向上させて、光出力及び信頼性を向上させることができる窒化物半導体発光素子を提供すること。【解決手段】n型窒化物半導体層、前記n型窒化物半導体層上に形成されたInが含有された超格子構造層、前記超格子構造層上に形成された第1電極接触層、前記第1電極接触層上に形成された第1クラスタ層、前記第1クラスタ層上に形成された第1 In含有窒化ガリウム層、前記第1窒化ガリウム層上に形成された第2クラスタ層、前記第2クラスタ層上に形成された活性層、前記活性層上に形成されたp型窒化物半導体層、及び前記p型窒化物半導体層上に形成された第2電極接触層が含まれる。
2006527500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
n型窒素化物半導体層、
前記n型窒化物半導体層上に形成されたInが含有された超格子構造層、
前記超格子構造層上に形成された第1電極接触層、
前記第1電極接触層上に形成された第1クラスタ層、
前記第1クラスタ層上に形成された第1 In含有窒化ガリウム層、
前記第1窒化ガリウム層上に形成された第2クラスタ層、
前記第2クラスタ層上に形成された活性層、
前記活性層上に形成されたp型窒化物半導体層、及び
前記p型窒化物半導体層上に形成された第2電極接触層が含まれる窒化物半導体発光素子。 
【請求項２】
前記活性層はInｙGa1-ｙN井戸層/InzGa1-zN障壁層構造の第1量子井戸層と、
前記第1量子井戸層上に形成された第2In含有窒化ガリウム層、及び
前記第2 In含有窒化ガリウム層上に形成されるInｙGa1-ｙN井戸層/InzGa1-zN障壁層構造で成り立った第2量子井戸層が含まれることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記n型窒化物半導体層の下に形成されるバッファー層と、前記バッファー層の下に形成される基板が含まれることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記n型窒化物半導体層はInがドーピングされたことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記バッファー層は、AlInN構造、AlInN/GaNの積層構造、InGaN/GaN超格子構造、InxGa1-xN/GaN積層構造、AlxInyGa1-x-yN/InzGa1-zN/GaNの積層構造中で選択されることを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
前記第1電極接触層はシリコンとインジウムが同時ドーピングされた窒化ガリウム層であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
前記第1クラスタ層及び/又、は第2クラスタ層は原子尺度の厚さに形成されることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項８】
前記クラスタ層はSiNaで形成されることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項９】
前記第1In含有窒化ガリウム層は表面形状が螺旋形状として成長することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１０】
前記第1 In含有窒化ガリウム層は表面形状が前記活性層の表面まで連結されて成長することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１１】
前記活性層は、 InxGa1-xN井戸層/InyGa1-yN障壁層として形成される単一量子井戸構造又、は多重量子井戸構造で構成されることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１２】
前記InxGa1-xN井戸層/InyGa1-yN障壁層のインジウム含量はそれぞれ0 < x < 0.35、 0 < y < 0.1の値を有することを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１３】
第1インジウム含有窒化ガリウム層はInxGa1-xNに表示されて、 1 < x < 0.1の値を有することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１４】
前記活性層をなすInxGa1-xN井戸層とInyGa1-yN障壁層の間に、原子尺度の厚さに形成されるSiNaクラスタ層がより形成されることを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１５】
前記活性層とp型窒化物半導体層の間に、原子尺度の厚さに形成されるSiNaクラスタ層がより形成されることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１６】
前記第2電極接触層はInxGa1-xN/InyGa1-yN超格子構造、InxGa1-xNのスーパーグレーディング構造、(InxGa1-xN/InyGa1-yN超格子)/n-GaN積層構造層の中のある一つに形成されることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１７】
前記第2電極接触層はInxGa1-xN/InyGa1-yN階がそれぞれ2〜50Åの厚さで相互に構成されることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１８】
前記第2電極接触層をなすInxGa1-xN/InyGa1-yN層は全体200Å未満の厚さに形成されることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１９】
前記第2電極接触層はシリコンがドーピングされることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２０】
前記n型窒化物半導体層と、前記n型窒化物半導体層上に形成されるIn含有超格子構造層は少なくとも一つ以上が反復して形成されることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２１】
前記In含有超格子構造層はInxGa1-xN/InyGa1-yNで成り立った層が少なくとも一つ含むことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２２】
前記p型窒化物半導体層はマグネシウムがドーピングされて形成されて、その形成過程でマグネシウムのドーピング量を順次に増加させて、ドーピング量が順次に増加される複数層構造に形成されることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２３】
前記第2 In含有窒化ガリウム層はInxGa1-xN(0 < x < 0.1)の化学式を有し、 300〜2000Åの厚さで形成されることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２４】
第1電極接触層、
前記第電極接触層上に形成された第1クラスタ層、
前記第1クラスタ層上に形成された第1 In含有窒化ガリウム層、
前記第1 In含有窒化ガリウム層上に形成された第2クラスタ層、
前記第2クラスタ層上に形成される活性層、及び
前記活性層上に形成されたp型窒化物半導体層が含まれる窒化物半導体発光素子。
【請求項２５】
前記第1及び/又、は第2クラスタ層はSiNaに形成されることを特徴とする請求項２４に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２６】
前記活性層はInyGa1-yN井戸層/InzGa1-zN障壁層構造の第1量子井戸層、
前記第1量子井戸層上に形成された第2 In含有窒化ガリウム層、及び
前記第2 In含有窒化ガリウム層上に形成された、少なくとも一つ以上のInyGa1-yN井戸層/InzGa1-zN障壁層構造で成り立った第2量子井戸層が含まれることを特徴とする請求項２４に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２７】
前記p型窒化物半導体層上に第2電極接触層がより形成されることを特徴とする請求項２４に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２８】
前記第2電極接触層はInが含有され超格子構造に形成されることを特徴とする請求項２７に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２９】
前記p型窒化物半導体の上にシリコンがドーピングされるInが含有される超格子構造が形成されることを特徴とする請求項２４に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３０】
前記第1電極接触層は、
インジウムがドーピングされたIn-doped GaN層と、前記In-doped GaN層上に形成されたInxGa1-xN/InyGa1-yN超格子構造層、及び前記InxGa1-xN/InyGa1-yN超格子構造層上に形成された、シリコンとインジウムが同時にドーピングされたGaN層が含まれることを特徴とする請求項２４に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３１】
前記活性層は、 InyGa1-yN井戸層/InzGa1-zN障壁層に形成される単一量子井戸構造又、は多重量子井戸構造で構成されることを特徴とする請求項２４に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３２】
前記活性層はInyGa1-yN井戸層とInzGa1-zN障壁層に形成されて、その間にはSiNaクラスタ層がより形成されることを特徴とする請求項２４に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３３】
前記活性層とp型窒化物半導体層の間に、 SiNaクラスタ層がより形成されることを特徴とする請求項２４に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３４】
n型の第1電極接触層、
前記第1電極接触層上に形成された第1 SiNaクラスタ層、
前記第1 SiNaクラスタ層上に形成された第1 In含有窒化ガリウム層、
前記第1 In含有窒化ガリウム層上に形成された第2 SiNaクラスタ層、
前記第2 SiNaクラスタ層上に形成されて光を放出する活性層、
前記活性層上に形成されたp型窒化物ガリウム層、及び
前記p型窒化物ガリウム層上に形成されたn型の第2電極接触層が含まれる窒化物半導体発光素子。
【請求項３５】
n型の第1電極接触層、
前記第1電極接触層上に形成されるストレーン制御層、
前記ストレーン制御層の上側に形成されて光を放出するために、InyGa1-yN井戸層と、原子尺度の厚さで形成されるSiNaクラスタ層と、InzGa1-zN障壁層が積層形成される活性層、
前記活性層上に形成されたp型窒化ガリウム層、及び
前記p型窒化ガリウム層上に形成されたn型の第2電極接触層が含まれる窒化物半導体発光素子。
【請求項３６】
n型の第1電極接触層、
前記第1電極接触層上に形成されるストレーン制御層、
前記ストレーン制御層の上側に形成される活性層、
前記活性層の上側に形成されるSiNaクラスタ層、
前記SiNaクラスタ層上に形成されるp型窒化物半導体層、及び
前記p型窒化物半導体層上に形成されたn型の第2電極接触層が含まれる窒化物半導体発光素子。
【請求項３７】
n型の第1電極接触層、
前記第1電極接触層上に形成されるストレーン制御層、
前記ストレーン制御層の上側に形成されて、第1量子井戸層と、第2量子井戸層と、前記第1量子井戸層と第2量子井戸層の間に挿入されるInxGa1-xN層が含まれる活性層、
前記活性層の上側に形成されるp型窒化物半導体層、及び
前記p型窒化物半導体層上に形成されたn型の第2電極接触層が含まれる窒化物半導体発光素子。
【請求項３８】
n型の第1電極接触層、
前記第1電極接触層の上側に形成されて光を放出する活性層、
前記活性層上に形成されたp型窒化物半導体層、及び
前記p型窒化物半導体層上に形成されるInxGa1-xN/InyGa1-yN超格子構造のn型の第2電極接触層が含まれる窒化物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化物半導体に関することとして、より詳細に説明すると窒化物半導体発光素子の光出力及び信頼性を向上させることができる窒化物半導体発光素子に関することである。
【背景技術】
【０００２】
一般的にGaN係窒化物半導体はその応用分野において青色/緑色LEDの光素子及びMESFET、 HEMT等の高速スイッチング、高出力素子である電子素子に応用されている。特に、青色/緑色LED素子はすでに量産化が進行された状態で全世界的な売上げは指数関数的に増加されている状況である。
【０００３】
このようなGaN係窒化物半導体発光素子は主にサファイア基板又、はSiC基板上で成長する。そして、低温の成長温度でサファイア基板又、はSiC基板上にAlyGa1-yN層の多結晶薄膜をバッファー層(buffer layer)で成長させて、以後高温で前記バッファー層上にドーピングされないGaN層、シリコン(Si)がドーピングされたn-GaN層又、は前記構造の混合した構造で成長させてn-GaN層を第1電極接触層にして、上部にマグネシウム(Mg)がドーピングされたp-GaN層を第2電極接触層にして窒化物半導体発光素子が製造される。又、発光層は多重量子井戸構造の活性層によって前記n-GaN層の第1電極接触層とp-GaN層の第2電極接触層の間にサンドイッチ構造で形成されたpn-接合ダイオードである。
【０００４】
ところが、このような構造を具備する窒化物半導体発光素子は基板とバッファー層界面で発生される決定欠陷が約1０8/cm3程度で非常に高い値を有し、それによる窒化物半導体発光素子の電気的特性、特に、逆バイアス条件下で漏泄電流が増加するようになることで、素子の信頼性に致命的な影響を及ぼす問題点がある。
【０００５】
又、前記する一般的な窒化物半導体発光素子によっては、輝度が低くて高輝度要求される大画面には適用されることができない短所がある。故に、発光素子の信頼性を向上させて、輝度を増大させることができる方案が続いて模索されているのが実情である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は窒化物半導体発光素子をなす活性層の決定性を向上させて、光出力及び信頼性を向上させることができる窒化物半導体発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を果たすために本発明による窒化物半導体発光素子は、 n型窒化物半導体層、前記n型窒化物半導体層上に形成されたInが含有された超格子構造層、前記超格子構造層上に形成された第1電極接触層、前記第1電極接触層上に形成された第1クラスタ層、前記第1クラスタ層上に形成された第1 In含有窒化ガリウム層、前記第1窒化ガリウム層上に形成された第2クラスタ層、前記第2クラスタ層上に形成された活性層、前記活性層上に形成されたp型窒化物半導体層、及び前記p型窒化物半導体層上に形成された第2電極接触層が含まれる。
【０００８】
他の側面による本発明の窒化物半導体発光素子は第1電極接触層、前記第１電極接触層上に形成された第1クラスタ層、前記第1クラスタ層上に形成された第1 In含有窒化ガリウム層、前記第1 In含有窒化ガリウム層上に形成された第2クラスタ層、前記第2クラスタ層上に形成される活性層、及び前記活性層上に形成されたp型窒化物半導体層が含まれる。
【０００９】
又、他の側面による本発明の窒化物半導体発光素子はn型の第1電極接触層、前記第1電極接触層上に形成された第1 SiNaクラスタ層、前記第1 SiNaクラスタ層上に形成された第1 In含有窒化ガリウム層、前記第1 In含有窒化ガリウム層上に形成された第2 SiNaクラスタ層、前記第2 SiNaクラスタ層上に形成されて光を放出する活性層、前記活性層上に形成されたp型窒化物ガリウム層、及び前記p型窒化物ガリウム層上に形成されたn型の第2電極接触層が含まれる。
【００１０】
又、他の側面による本発明の窒化物半導体発光素子はn型の第1電極接触層、前記第1電極接触層上に形成されるストレーン制御層、前記ストレーン制御層の上側に形成されて光を放出するために、 InyGa1-yN井戸層と、原子尺度(atomic scale)の厚さで形成されるSiNaクラスタ層と、 InzGa1-zN障壁層が積層形成される活性層、前記活性層上に形成されたp型窒化ガリウム層、及び前記p型窒化ガリウム層上に形成されたn型の第2電極接触層が含まれる。
【００１１】
又、他の側面による本発明の窒化物半導体発光素子はn型の第1電極接触層、前記第1電極接触層上に形成されるストレーン制御層、前記ストレーン制御層の上側に形成される活性層、前記活性層の上側に形成されるSiNaクラスタ層、前記SiNaクラスタ層上に形成されるp型窒化物半導体層、及び前記p型窒化物半導体層上に形成されたn型の第2電極接触層が含まれる。
【００１２】
又、他の側面による本発明の窒化物半導体発光素子はn型の第1電極接触層、前記第1電極接触層上に形成されるストレーン制御層、前記ストレーン制御層の上側に形成されて、第1量子井戸層と、第2量子井戸層と、前記第1量子井戸層と第2量子井戸層の間に挿入されるInxGa1-xN層が含まれる活性層、前記活性層の上側に形成されるp型窒化物半導体層、及び前記p型窒化物半導体層上に形成されたn型の第2電極接触層が含まれる。
【００１３】
又、他の側面による本発明の窒化物半導体発光素子はn型の第1電極接触層、前記第1電極接触層の上側に形成されて光を放出する活性層、前記活性層上に形成されたp型窒化物半導体層、及び前記p型窒化物半導体層上に形成されるInxGa1-xN/InyGa1-yN超格子構造(super lattice structure)のn型の第2電極接触層が含まれる。
【発明の効果】
【００１４】
このような本発明によれば、窒化物半導体発光素子を成す活性層の結晶性を向上させて、光出力及び信頼性を向上させることができる長所がある。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付された図面を参照して本発明による実施例を詳細に説明する。
本発明の思想は提示される実施例に制限されなく、本発明の思想を理解する当業者は構成要素の容易部が、容易削除、容易追加、 容易変更等によって他の実施例を提案することもできるはずであり、これも又、本発明の思想の範囲内に入るといえるはずである。
【００１６】
第1実施例
【００１７】
図1は本発明による窒化物半導体発光素子の第1実施例の積層構造を示した図面である。
【００１８】
図1を参照すれば、本発明による窒化物半導体発光素子は基板(102)上にバッファー層(104)が形成されている。ここで、前記バッファー層(104)はAlInN構造、 InGaN/GaN超格子構造、 InxGa1-xN/GaN積層構造、 AlxInyGa1-x-yN/InzGa1-zN/GaNの積層構造、 AlInN/GaNの積層構造の中で選択されて形成されることができる。そして、前記バッファー層(104)上にはインジウムがドーピングされたIn-doped GaN層(106)が形成されていて、前記In-doped GaN層(106)上にはInxGa1-xN/InyGa1-yN超格子構造層(108)が形成されている。又、前記InxGa1-xN/InyGa1-yN超格子構造層(108)上にはインジウムがドーピングされたIn-doped GaN層(110)が形成されていて、その上にはInxGa1-xN/InyGa1-yN超格子構造層(112)がより形成されている。ここで、インジウムがドーピングされたIn-doped GaN層及び前記InxGa1-xN/InyGa1-yN超格子構造層は複数で反復されてより形成されるようにすることもできる。
【００１９】
そして、前記InxGa1-xN/InyGa1-yN超格子構造層(112)上にはn型の第1電極接触層が具備されて、本発明では前記第1電極接触層でシリコンとインジウムが同時にドーピングされたSi-In co-doped GaN層(114)を形成した。このようにシリコンとインジウムが同時にドーピングされることで、低い接触抵抗が具現されることができて、シリコンドーピング量の増加による結晶性の低下を抑制することができる。
【００２０】
そして、前記Si-In co-doped GaN層(114)上に第1 SiNa(前記aは零を超過するある値として、以下で等しい。)クラスタ層(116)が形成されて、前記第1 SiNaクラスタ層(116)上にはインジウム含量が少なくドーピングされた第1 InzGa1-zN層(118)が形成されて、前記第1 InzGa1-zN層(118)上には第2 SiNaクラスタ層(120)が再び形成されるようにした。この時、前記第1 SiNaクラスタ層(116)と第2SiNaクラスタ層(120)は原子尺度(atomic scale)の厚さで形成した。
【００２１】
前記第2SiNaクラスタ層(120)上には光を放出する活性層を形成した。本発明では、 InxGa1-xN井戸層/InyGa1-yN障壁層に形成される単一量子井戸構造又、は多重量子井戸構造で活性層を形成するようにしたし、前記InxGa1-xN井戸層とInyGa1-yN障壁層の間にはSiNaクラスタ層をそれぞれ形成した。
【００２２】
言い換えれば、本発明による活性層は、 InxGa1-xN井戸層/SiNaクラスタ層/InyGa1-yN障壁層(122)(124)(126)で構成される一つの量子井戸構造に形成されることができる。そして、その上にInxGa1-xN井戸層/SiNaクラスタ層/InyGa1-yN障壁層(128)(130)(132)が多重に形成される多重量子井戸構造に形成されることもできる。勿論、前記井戸層、クラスタ層、及び障壁層の具体的な組成費は各層ごとに変わるようにすることもできる。
【００２３】
又、前記のような構造で形成される活性層上部にはp-GaN層(136)が形成されて、前記p-GaN層(136)上にはn型の第2電極接触層が形成される。本発明では第2電極接触層としてシリコンがドーピングされたInxGa1-xN/InyGa1-yN超格子構造(super lattice structure)の層、 InGaN/InGaN超格子構造層、インジウム造成を変化させてエネルギーバンドギャップを制御したスーパーグレーディング(super grading)構造のInxGa1-xN層(Si-doped)、及び(InxGa1-xN/InyGa1-yN超格子)/n-積層構造層の中で選択されて形成されることができる。又、前記活性層とp-GaN層(136)の間にはSiNaクラスタ層(134)をより形成した。この時、前記SiNaクラスタ層(134)は原子尺度(atomic scale)の厚さに形成されるようにした。
【００２４】
提示されるところのような窒化物半導体発光素子によれば、シリコンとインジウムが同時にドーピングされたSi-In co-doped GaN層(114)を第1電極接触層で、 Si-doped n-InxGa1-xN/InyGa1-yN超格子層(138)を第2電極接触層で具備するn-/p-/n-接合を有する窒化物半導体発光素子を形成することができるようになる。ここで、前記第1電極接触層及び第2電極接触層には追後進行される工程でそれぞれ電極(未図示)が形成されて、これを通して電圧が印加されるようになる。
【００２５】
又、本発明では窒化物半導体発光素子の光出力と信頼性を向上させるため、活性層を成長させる前にインジウム含量が低いlow-mole InzGa1-zN層(118)の成長前後にかけて原子尺度(atomic scale)のSiNaクラスタ層(116)(120)を成長させた(SiNa/low-mole InxGa1-xN/SiNa)。このように構成されることで、前記low-mole InzGa1-zN層(118)によって活性層のストレーンが制御されて、活性層の内部量子効率が向上する。又、 SiNaクラスタ層(116)(120)によって前記ストレーンが精密に制御されることができる。
【００２６】
又、本発明では活性層を形成するにおいても、又、InxGa1-xN井戸層(122)(128)とInyGa1-yN障壁層(126)(132)の間に等しい方式でSiNaクラスタ層(124)(130)が挿入された構造で形成した(InxGa1-xN/SiNa/InyGa1-yN)。前記SiNaクラスタ層(124)(130)が挿入されることで、活性層の内部量子効率が向上することができる。
【００２７】
又、本発明ではマグネシウム(Mg)元素がドーピングされたp-GaN層(136)から、活性層中にマグネシウムの内部拡散を抑制するため、最後のInyGa1-yN障壁層(132)を成長させた後に原子尺度(atomic scale)のSiNaクラスタ層(134)を形成させた。それ故、従来の第2電極接触層で使われるp-GaN層(136)の低いマグネシウムドーピング効率によって発生する高い接触抵抗と、それに隋伴される電極周囲の電流密集(current crowding)によって発生する信頼性の問題をn-InxGa1-xN/InyGa1-yN超格子層を第2電極接触層で使うことで充分に改善することができる。言い換えれば、 n+-層による電流の広がることを効果的にして均一な動作電圧とそれによる発光素子の寿命を効果的に増大させて信頼性を改善することができる。特に、このようなn-/p-/n-接合発光素子構造は多くの熱が発生する対面的高出力発光素子に効率的に対応することができる長所がある。 
【００２８】
本発明では、内部量子効率(internal quantum efficiency)を向上させて光出力を増大させるために活性層のストレーン(strain)を制御するようにインジウム含量が低いlow-mole InzGa1-zN層(118)を形成させた。又、インジウム変動(fluctuation)による光出力及び逆方向漏泄電流(reverse leakage current)を改善させるために前記low-mole InzGa1-zN層(118)の成長前後に、原子尺度(atomic scale)の厚さにSiNaクラスタ層(116)(120)を形成した。このような過程を通して、 SiNaクラスタ層(116)/low-mole InzGa1-zN(118)/SiNaクラスタ層(120)で構成されるストレーン制御層を成長させた。
【００２９】
そして、SiNaクラスタ層/low-mole InzGa1-zN/SiNaクラスタ層(116)(118)(120)で構成されるストレーン制御層を成長させた以後、望む波長帯域の光を放出する活性層はInxGa1-xN井戸層/SiNaクラスタ層/InyGa1-yN障壁層を一つの単位構造にして単一量子井戸層(single quantum well)又、は多重量子井戸層(multi quantum well)を形成した。 
【００３０】
ここで、光を放出する井戸層と障壁層それぞれのインジウム含量はInxGa1-xN(0<x<0。35)/SiNa/InyGa1-yN(0<y<0。1)で構成される。そして、 量子井戸構造で構成された活性層の成長段階にあって、 N2、 H2+N2キャリアガス及びNH3雰囲気でTMGa、 TMIn、 SiH4、 Si2H6ソースを流入させて成長させる。 
【００３１】
又、前記Low-mole InzGa1-zN層(118)にドーピングされるインジウムの含量は0<z<0。1の値を持つようにできる。そして、前記Low-mole InzGa1-zN層(118)の厚さは10〜300Åで井戸層と障壁層の厚さはそれぞれ10〜30Å及び50〜250Å位に構成されて成長温度は730℃〜770℃位である。この時、前記Low-mole InzGa1-zN層(118)はその表面形状が螺旋形状(spiral mode)で成長するように制御して、その成長した螺旋形状は活性層の表面まで連結されるように制御する。そして、井戸層と障壁層間に挿入されたSiNaクラスタ層(124)(130)は原子尺度(atomic scale)で制御されてSiH4、 Si2H6流量及び時間とNH3流量を有しその特性を制御することができる。 
【００３２】
前記SiNaクラスタ層/Low-mole InxGa1-xN層/SiNaクラスタ層/井戸層/SiNaクラスタ層/障壁層/SiNaクラスタ層構造で成り立つ活性層を成長させた後、成長温度を増加させてマグネシウム元素がドーピングされたp-GaN層(136)をH2、 N2、 H2+N2とNH3ガス雰囲気で成長させる。 
【００３３】
この時、前記p-GaN層(136)はマグネシウムがドーピングされて形成されて、その形成過程でマグネシウムのドーピング量を順次に増加させて、ドーピング量が順次に増加される複数層構造で形成させる。望ましい例として、前記p-GaN層(136)はマグネシウムドーピング量が順次に増加される3層構造で構成されて厚さは500〜2500Åでこの時成長温度は900〜1020℃範囲で成長する。
【００３４】
前記p-GaN層(136)を成長させた後、 n-InxGa1-xN/InyGa1-yN超格子構造層(138)を成長させてインジウム含量が低いInyGa1-yN(0<y<0。1)層だけ過大にシリコーン元素をドーピングさせて接触抵抗を低める。これによって、前記n-InxGa1-xN/InyGa1-yN(Si)超格子構造層(138)は第2電極接触層で使われ電流が広がることを効果的に遂行する。ここで、第2電極接触層で使われる前記超格子層の厚さはそれぞれ2~50Åで相互に構成されて最大200Å未満で構成して光出力と及び信頼性が優秀な性能を持つ接合構造のn-/p-/n-接合高輝度/高信頼性発光素子を形成することができるようになる。
【００３５】
前述される具体的な実施例で、 x、 y、 z、 n等の下添附字は各層に混用されて使われているが、そういう制限事項は該当する層にだけ制限されることとして、ある一層の組成費を制限する下添附字は、他の層に対しては独立的な組成費を制限するのである。本説明は下記の第2実施例に対しても等しい。 
【００３６】
第2実施例
【００３７】
図2は本発明による窒化物半導体発光素子の第2実施例の積層構造を示した図面である。本実施例は井戸層と障壁層で構成された一対の量子井戸層間にインジウム含量が少ないInxGa1-xN層を追加で形成することで、インジウム含量が少ないInxGa1-xN層の上側に形成される量子井戸層のストレーン特性を制御して、効果的に逆方向破壊電圧を向上させて、光出力を増大して、発光素子の信頼性を向上させるようにした。
【００３８】
本発明による窒化物半導体発光素子の第2実施例は、図2に示したところのように、基板(202)上にバッファー層(204)が形成されている。ここで、前記バッファー層(204)はAlInN構造、 AlInN/GaN積層構造、 InGaN/GaN超格子構造、 InxGa1-xN/GaN積層構造 AlxInyGa1-x、yN/InxGa1-xN/GaNの積層構造の中で選択されて形成されることができる。
【００３９】
そして、前記バッファー層(204)上にはインジウムがドーピングされたIn-doped GaN層(206)が形成されているて、前記In-doped GaN層(206)上にはInxGa1-xN/InyGa1-yN超格子構造層(208)が形成されている。又、前記InxGa1-xN/InyGa1-yN超格子構造層(208)上にはインジウムがドーピングされたIn-doped GaN層(210)が形成されているて、その上にはInxGa1-xN/InyGa1-yN超格子構造層(212)がより形成されている。ここで、インジウムがドーピングされたIn-doped GaN層及び前記InxGa1-xN/InyGa1-yN超格子構造層は複数で反復してより形成されるようにすることもできる。
【００４０】
前記InxGa1-xN/InyGa1-yN超格子構造層(212)上にはn型の第1電極接触層が具備されて、本発明では前記第1電極接触層でシリコンとインジウムが同時にドーピングされたSi-In co-doped GaN層(214)を形成した。
【００４１】
そして、前記Si-In co-doped GaN層(214)上に第1 SiNaクラスタ層(216)が形成されて、前記第1 SiNaクラスタ層(216)上にはインジウム含量が少なくドーピングされたLow-mole InzGa1-zN層(218)が形成されて、前記Low-mole InzGa1-zN層(218)上には第2 SiNaクラスタ層(220)が再び形成されるようにした。この時、前記Low-mole InzGa1-zN層(218)はその表面形状が螺旋形状(spiral mode)で成長されるように制御して、前記第1 SiNaクラスタ層(216)と第2 SiNaクラスタ層(220)は原子尺度(atomic scale)の厚さで形成した。
【００４２】
前記第2 SiNaクラスタ層(220)上にはInxGa1-xN井戸層/InyGa1-yN障壁層(222)(224)構造の第1量子井戸層が形成されている。又、前記第1量子井戸層上にはインジウム含量が少ないInzGa1-zN層(226)が形成されていて、その上には少なくとも一つ以上のInxGa1-xN井戸層/InyGa1-yN障壁層(228)(230)構造で成り立った多重量子井戸層が形成される。
【００４３】
ここで、インジウム含量が少ない前記InzGa1-zN層(226)は300~2000Å位の厚さに成長して、前記InzGa1-zN層(226)上に成長する単一量子井戸層又、は多重量子井戸層のストレーン(strain)程度を制御することで、光出力と逆方向漏泄電流を効果的に抑制することができる発光素子を製造することができるようになる。この時、インジウム含量が少ない前記InzGa1-zN層(226)に含まれるインジウムの含量は障壁層に含まれるインジウム含量に比べてより小さな値を持つようにする。
【００４４】
図3は多重量子井戸層が形成される場合に前記InzGa1-zN層(226)が挿入されて多重量子井戸層が成長する場合と、前記InzGa1-zN層(226)が挿入されない状態で、多重量子井戸層が成長する場合に逆方向破壊電圧の変化を図示している。
【００４５】
図3を参照すれば、一般的な多重量子井戸層(MQW)の場合に比べて前記InzGa1-zN層(226)が挿入される多重量子井戸層(Bulk-InGaN MQW)が形成される場合に逆方向破壊電圧が向上して発光素子の信頼性が増大されることを観察することができる。
【００４６】
又、前記のような構造に形成される活性層上部にはp-GaN層(232)が形成されて、前記p-GaN層(232)上にはn型の第2電極接触層が形成される。本発明では第2電極接触層としてシリコンがドーピングされたInxGa1-xN/InyGa1-yN超格子構造(super lattice structure)の層で形成した。
【００４７】
これに従って本発明によれば、シリコンとインジウムが同時にドーピングされたSi-In co-doped GaN層(214)を第1電極接触層で、 n-InxGa1-xN/InyGa1-yN(Si-doped)超格子層(234)を第2電極接触層で具備するn-/p-/n-接合を有する窒化物半導体発光素子を形成することができるようになる。ここで、前記第1電極接触層及び第2電極接触層には追後進行される工程でそれぞれ電極(未図示)が形成されて、これを通して電圧が印加されるようになる。
本発明による窒化物半導体発光素子の第2実施例の製造方法は図1を参照して説明されたところと類似していて、詳しい説明は省略する。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上の説明のように本発明による窒化物半導体発光素子及びその製造方法によれば、窒化物半導体発光素子をなす発光層の決定性を向上させて、光出力及び信頼性を向上させることができる長所がある。このように発光素子の輝度が増大されることで、大画面のディスプレー機器に適用されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明による窒化物半導体発光素子の第1実施例の積層構造を示した図面。
【図２】本発明による窒化物半導体発光素子の第2実施例の積層構造を示した図面。
【図３】本発明による窒化物半導体発光素子の電流特性を示した図面。
【図１】
2006527500.tif 000003
【図２】
2006527500.tif 000004
【図３】
2006527500.tif 000005
【国際調査報告】
2006527500.tif 000006
2006527500.tif 000007
2006527500.tif 000008