(57)【要約】  本発明は、ｎ型半導体層の露出面にｎ電極と接触特性を向上することができるｎ電極形成層を形成することにより、電気的特性及び光変換効率を改善可能な窒化物半導体紫外線発光素子に関する。  このために、本発明の窒化物半導体紫外線発光素子は、基板上に順次積層されるｎ型半導体層と、活性層ＴＰ、ｐ型半導体層とを含み、電流印加のためのｎ電極と、ｐ電極とが備えられた窒化物半導体紫外線発光素子において、前記ｐ型半導体層、活性層、及び前記ｎ型半導体層の一部がエッチングされることにより露出された前記ｎ型半導体層の露出面の一部または全体にｎ電極形成層が備えられ、前記ｎ電極形成層を覆うように前記ｎ型半導体層露出面の上側にｎ型金属層が形成されるが、前記ｎ電極形成層は、前記ｎ型半導体層よりもバンドギャップエネルギが小さくなるように構成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に順次積層されるｎ型半導体層と、活性層ＴＰ、ｐ型半導体層とを含み、電流印加のためのｎ電極と、ｐ電極とが備えられた窒化物半導体紫外線発光素子において、
前記ｐ型半導体層、活性層、及び前記ｎ型半導体層の一部がエッチングされることにより露出された前記ｎ型半導体層の露出面の一部または全体にｎ電極形成層が備えられ、前記ｎ電極形成層を覆うように前記ｎ型半導体層露出面の上側にｎ型金属層が形成されるが、前記ｎ電極形成層は、前記ｎ型半導体層よりもバンドギャップエネルギが小さいことを特徴とする窒化物半導体紫外線発光素子。
【請求項２】
前記ｎ型半導体層は、ＡｌｚＧａ１-ｚＮ（０≦ｚ≦１）の組成で形成され、前記ｎ電極形成層は、ＡｌｕＧａ１-ｕＮ（０≦ｕ≦１、ｕ＜ｚ）の組成で形成されることにより、前記ｎ電極形成層が、前記ｎ型半導体層よりもバンドギャップエネルギが小さく構成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紫外線発光素子。
【請求項３】
前記ｎ電極形成層は、複数の層構造を有するように形成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紫外線発光素子。
【請求項４】
前記ｎ電極形成層を形成する複数の層は、上部に行くほどバンドギャップエネルギが減少する層構造で構成されたことを特徴とする、請求項３に記載の窒化物半導体紫外線発光素子。
【請求項５】
前記ｎ電極形成層は、上部に行くほどバンドギャップエネルギが徐々に減少するグラデーション（ｇｒａｄａｔｉｏｎ）形態に形成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紫外線発光素子。
【請求項６】
前記ｎ電極形成層は、選択領域成長法を通じて成長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紫外線発光素子。
【請求項７】
前記ｎ電極形成層は、前記ｎ型半導体層の露出面に誘電体層を形成し、前記誘電体層の一部を開口させた後、半導体層を成長させる方法により成長されたことを特徴とする、請求項６に記載の窒化物半導体紫外線発光素子。
【請求項８】
前記誘電体層は、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＮ、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３、ＧａＯの少なくともいずれか１つからなることを特徴とする、請求項７に記載の窒化物半導体紫外線発光素子。
【請求項９】
前記活性層と前記ｐ型半導体層との間に備えられた電子遮断層；をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の窒化物半導体紫外線発光素子。
【請求項１０】
前記ｎ電極形成層は、相互離隔したストライプ状形態に形成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紫外線発光素子。
【請求項１１】
前記ｎ電極形成層は、相互離隔した環状形態に形成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紫外線発光素子。
【請求項１２】
前記ｎ電極形成層は、メイン形成層及び前記メイン形成層から延在した複数のサーブ形成層を含んで構成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紫外線発光素子。
【請求項１３】
前記ｎ電極形成層は、相互離隔したストライプ状形態、相互離隔した環状形態、メイン形成層及び前記メイン形成層から延在した複数のサーブ形成層を含む形態の少なくともいずれか１つの形態を含んで構成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紫外線発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体紫外線発光素子に関し、より詳細には、ｎ型半導体層の露出面にｎ電極と接触特性を向上することができるｎ電極形成層を形成することにより、電気的特性及び光変換効率を改善可能な窒化物半導体紫外線発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡｌＧａＮＩｎＮ等のような窒化物半導体は、直接遷移型のエネルギー構造を有し、Ａｌ、Ｉｎ、及びＧａの組み合わせを通じて、０．６６ｅＶ（ＩｎＮ）から６．２ｅＶ（ＡｌＮ）までのエネルギバンドギャップを調節することができるため、赤外線領域から紫外線領域までの広い波長領域を有する発光素子に用いられる。
【０００３】
窒化物界半導体の代表的な応用分野として、フルカラーディスプレイ、交通信号灯、一般照明、及び光通信機器の光源があり、紫外線、白色発光素子（ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅｓ）またはレーザダイオード（ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅ）の形態で適用される。
【０００４】
このような窒化物界発光素子は、ｎ型及びｐ型窒化物半導体層の間に位置した多重量子井戸構造の活性層を含み、前記活性層内の量子井戸層において電子と正孔が再結合する原理で光を生成する。
【０００５】
図１は、従来の半導体発光素子を説明するための断面図であって、図１を参照すると、前記の従来の半導体発光素子は、基板１０と、ｎ型半導体層１００と、活性層２００と、スペーサ層３１０と、正孔注入層３２０と、電子遮断層３３０と、ｐ型半導体層４００と、ｐ電極形成層４１０ａと、ｎ型金属層１１５と、ｐ型金属層４１０ｂと、ｎ電極１２０と、ｐ電極４２０とを含んで構成される。
【０００６】
このような従来の発光素子は、ｎ型半導体層１００とｐ型半導体層４００との間に多重量子井戸構造の活性層２００を含んで内部量子効率を改善しており、多重量子井戸構造内のＩｎＧａＮ井戸層のＩｎ含有量またはＡｌＧａＮ井戸層のＡｌ含有量を調節して、所望の波長の光を放出することができる。
【０００７】
また、電子遮断層３３０が、ｐ型半導体層４００と活性層２００との間に位置し、電子のオーバーフローを遮断することにより発光再結合率を向上させる。
【０００８】
一方、スペーサ層３１０が活性層２００上に形成され、電子遮断層３３０の形成のためのバッファ層として用いられる。
【０００９】
また、ｐ電極形成層４１０ａの上面に備えられたｐ型金属層４１０ｂ上にｐ電極４２０が形成され、電流がｐ型半導体層４００内に均一に分散されるようにしている。
【００１０】
上述したような構造の半導体発光素子に電流が印加されると、ｎ型半導体層１００とｐ型半導体層４００から、それぞれ、電子と正孔が提供され、電子と正孔が活性層２００において再結合して、光が発生するようになる。
【００１１】
この時、生成された光の取出効率を高めるために、ｐ電極が光を反射するように厚めに形成して、光が基板側に発光されるようにフリップチップ構造を適用したりすることもある。
【００１２】
特に、窒化物系紫外線発光素子の場合、ｐタイプのＧａＮ層がｐ電極形成層として主に用いられるが、活性層で発生した紫外線の多くの部分を吸収するため、フリップチップ構造が適用されている。
【００１３】
ここで、ｐ電極形成層は、ｐタイプの半導体層の低い正孔濃度のため、オーミックコンタクトの形成が難しいという短所を補完するために挿入される。
【００１４】
一方、ｎタイプのＡｌＧａＮ層の上端に形成されたｎ電極の場合、ｐ電極とは異なってオーミック特性を得ることができるものの、高Ａｌ組成のため、表面に容易に酸化アルミニウム層が形成されるという問題があった。
【００１５】
例えば、ｎ−ＡｌＧａＮの上端に形成されたｎ電極の場合、一般的に１０−３Ω／ｃｍ２の水準の接触抵抗を有するのに対し、一方、ｎ−ＧａＮの上端のｎ電極の場合は、酸化アルミニウム層によって１０−５Ω／ｃｍ２以下の接触抵抗を有するようになるものである。
【００１６】
したがって、窒化物半導体系紫外線発光素子の電気的特性及び光変換効率の向上のために、従来のｎ電極特性より改善された特性を有するｎ電極形成技術が要望されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】韓国公開特許公報第１０−２００９−００６７３０６号（２００９．０６．２５．）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上述した従来技術による問題点を解決するための本発明の目的は、ｎ型半導体層の露出面にｎ電極と接触特性を向上することができるｎ電極形成層を形成することにより、電気的特性及び光変換効率を改善可能な窒化物半導体紫外線発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記技術的課題を解決するための本発明の窒化物半導体紫外線発光素子は、基板上に順次積層されるｎ型半導体層と、活性層ＴＰ、ｐ型半導体層とを含み、電流印加のためのｎ電極と、ｐ電極とが備えられた窒化物半導体紫外線発光素子において、前記ｐ型半導体層、活性層、及び前記ｎ型半導体層の一部がエッチングされることにより露出された前記ｎ型半導体層の露出面の一部または全体にｎ電極形成層が備えられ、前記ｎ電極形成層を覆うように前記ｎ型半導体層露出面の上側にｎ型金属層が形成されるが、前記ｎ電極形成層は、前記ｎ型半導体層よりもバンドギャップエネルギが小さく構成される。
【００２０】
好ましくは、前記ｎ型半導体層は、ＡｌｚＧａ１-ｚＮ（０≦ｚ≦１）の組成で形成され、前記ｎ電極形成層は、ＡｌｕＧａ１-ｕＮ（０≦ｕ≦１、ｕ＜ｚ）の組成で形成されることにより、前記ｎ電極形成層が、前記ｎ型半導体層よりもバンドギャップエネルギが小さく構成することができる。
【００２１】
好ましくは、前記ｎ電極形成層は、複数の層構造を有するように形成することができる。
【００２２】
好ましくは、前記ｎ電極形成層を形成する複数の層は、上部に行くほどバンドギャップエネルギが減少する層構造で構成することができる。
【００２３】
好ましくは、前記ｎ電極形成層は、上部に行くほどバンドギャップエネルギが徐々に減少するグラデーション（ｇｒａｄａｔｉｏｎ）形態に形成することができる。
【００２４】
好ましくは、前記ｎ電極形成層は、選択領域成長法を通じて成長することができる。
【００２５】
好ましくは、前記ｎ電極形成層は、前記ｎ型半導体層の露出面に誘電体層を形成し、前記誘電体層の一部を開口させた後、半導体層を成長させる方法により成長することができる。
【００２６】
好ましくは、前記誘電体層は、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＮ、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３、ＧａＯの少なくともいずれか１つからなることができる。
【００２７】
好ましくは、前記活性層と前記ｐ型半導体層との間に備えられた電子遮断層；をさらに含むことができる。
【００２８】
好ましくは、前記ｎ電極形成層は、相互離隔したストライプ状形態に形成することができる。
【００２９】
好ましくは、前記ｎ電極形成層は、相互離隔した環状形態に形成することができる。
【００３０】
好ましくは、前記ｎ電極形成層は、メイン形成層及び前記メイン形成層から延在した複数のサーブ形成層を含んで構成することができる。
【００３１】
好ましくは、前記ｎ電極形成層は、相互離隔したストライプ状形態、相互離隔した環状形態、メイン形成層及び前記メイン形成層から延在した複数のサーブ形成層を含む形態の少なくともいずれか１つの形態を含んで構成することができる。
【発明の効果】
【００３２】
上記のような本発明は、電気的特性が向上した窒化物半導体紫外線発光素子が得られるという利点があり、具体的に、ｎ電極の接触抵抗が改善され、電極で発生する電圧強化を低減することにより、素子の動作電圧が減少する利点がある。
【００３３】
また、動作電圧の減少により、窒化物半導体紫外線発光素子の光変換効率が改善されるという利点がある。
【００３４】
また、ｎ電極形成層は、活性層で発生した光（紫外線）を吸収しないため、従来の窒化物半導体紫外線発光素子の光効率を維持することができ、接触抵抗の減少に伴って注入される電気的エネルギの減少効果により、素子の光変換効率が向上されるという利点がある。
【００３５】
さらに、電子の注入効率が改善されることにより、ｎ型半導体層へより均一な電流の注入が可能であるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来の半導体発光素子を説明するための断面図である。
【図２】本発明の一実施例による半導体発光素子を示した断面図である。
【図３ａ】本発明の一実施例による半導体発光素子を示した平面図である。
【図３ｂ】図３ａにおける‘Ａ’部分の断面を示した部分断面図である。
【図４】本発明の一実施例による半導体発光素子を示した断面拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明は、その技術的思想または主な特徴から逸脱することなく、他の多様な形態で実施することができる。したがって、本発明の実施例は、すべての点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならないものである。
【００３８】
第１、第２等のような用語は、多様な構成要素を説明する上で使用することができるが、上記構成要素は、上記用語により限定されるものではない。
【００３９】
上記用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ使用される。例えば、本発明の権利範囲から外れずに、第１の構成要素は第２の構成要素と命名することができ、同様に、第２の構成要素もまた第１の構成要素と命名され得る。
【００４０】
及び／またはとの用語は、複数の関連のある記載項目の組み合わせまたは複数の関連のある記載項目のうち何れかの項目を含む。
【００４１】
ある構成要素が他の構成要素に“連結されて”いるとか、“接続されて”いると言及された時には、その他の構成要素に直接に転結されているか、または接続されていることも可能であるが、中間に他の構成要素が存在していてもよいものと理解すべきである。
【００４２】
一方、ある構成要素が他の構成要素に“直接に連結されて”いるとか、“直接に接続されて”いると言及された時には、中間に他の構成要素が存在しないものと理解すべきである。
【００４３】
本出願において使用された用語は、単に特定の実施例を説明するために使用されたものであり、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上明らかに異なる意味でない限り、複数の表現を含んでいる。
【００４４】
本出願において、“含む”または“備える”、“有する”等の用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、１つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたもの等の存在または付加の可能性を前もって排除するものではないと理解すべきである。
【００４５】
特に定義されない限り、技術的や科学的な用語を含めてここで使用される全ての用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同一の意味を有しいる。
【００４６】
一般的に使用される辞典に定義されているような用語は、関連技術の文脈上で有する意味と一致する意味を有するものと解釈すべきであり、本出願において明らかに定義していない限り、理想的か、または過度に形式的な意味と解釈されない。
【００４７】
以下において、添付の図面を参照して本発明による好ましい実施例を詳しく説明するが、図面符号に関係なく、同一または対応する構成要素には同一の参照番号を与えて、これについての重複の説明は省略することとする。
【００４８】
本発明を説明する上で、関連の公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨をぼやかすおそれがあると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。
【００４９】
本発明の一実施例による窒化物半導体紫外線発光素子は、図２に示されたように、基板１０上に順次積層されるｎ型半導体層１００と、活性層２００と、ｐ型半導体層４００とを含む窒化物半導体紫外線発光素子であり、活性層２００とｐ型半導体層４００との間には、スペーサ層３１０と、正孔注入層３２０と、電子遮断層３３０とがさらに備えられていてもよい。
【００５０】
前記ｎ型半導体層１００及び前記ｐ型半導体層４００の材料としては、ＡｌＧａＮを用いることができる。
【００５１】
一方、本実施例の窒化物半導体紫外線発光素子は、前記ｐ型半導体層４００の上面には、ｐ電極形成層４１０ａ及びｐ型金属層４１０ｂが順次積層された構造で構成され、前記ｐ電極形成層４１０ａ上にｐ電極４２０が形成される。
【００５２】
また、図３ｂに示されたように、前記窒化物半導体紫外線発光素子は、前記ｐ型半導体層４００、活性層２００、及び前記ｎ型半導体層１００の一部がエッチングされることによって露出された前記ｎ型半導体層１００の露出面の全体にｎ電極形成層１１０が備えられる（図３ａの場合に該当）か、あるいは前記ｎ型半導体層１００の露出面の一部にｎ電極形成層１１０が備えられ（図３ｂの場合に該当）、前記ｎ電極形成層１１０を覆うように前記ｎ型半導体層１００の露出面の上側にｎ型金属層１１５が形成される。
【００５３】
この時、前記ｎ電極形成層１１０は、前記ｎ型半導体層１００よりもバンドギャップエネルギが小さく形成される。例えば、前記ｎ電極形成層１１０は、前記ｎ型半導体層１００に用いられたＡｌＧａＮよりも低いＡｌ組成のＡｌＧａＮまたはＧａＮが用いられていてもよく、ｎ型でドープされている。
【００５４】
具体的に、前記ｎ電極形成層１１０は、前記ｎ型半導体層１００よりもＡｌ組成が低くなるように形成され、例えば、前記ｎ型半導体層１００が、ＡｌｚＧａ１-ｚＮ（０≦ｚ≦１）の組成で形成され、前記ｎ電極形成層１１０が、ＡｌｕＧａ１-ｕＮ（０≦ｕ≦１、ｕ＜ｚ）の組成で形成されることにより、前記ｎ電極形成層が、前記ｎ型半導体層よりもバンドギャップエネルギが小さくなるように構成することができる。
【００５５】
一例として、Ａｌ組成が相対的に高いｎ型半導体層１００（ｎ型ＡｌＧａＮ層）の上端に、Ａｌ組成が相対的に低いｎ型でドープされたＡｌＧａＮまたはＧａＮを挿入してｎ電極形成層１１０を形成することができ、このように、前記ｎ電極形成層１１０の上にｎ電極１２０を形成することにより、向上した電気的特性を有する窒化物半導体紫外線発光素子を提供することができる。
【００５６】
一方、図４に示されたように、前記ｎ電極形成層１１０は、複数の層構造を有するように形成することができる。
【００５７】
例えば、前記ｎ電極形成層１１０は、第１の電極形成層１１０−１、第２の電極形成層１１０−２、第３の電極形成層１１０−３が順次積層された構造で構成することができ、この時、前記ｎ電極形成層１１０を形成する第１の電極形成層１１０−１、第２の電極形成層１１０−２、第３の電極形成層１１０−３のバンドギャップエネルギが上部に行くほど減少するように構成されることが好ましい。
【００５８】
すなわち、Ａｌ組成が‘第１の電極形成層１１０−１＞第２の電極形成層１１０−２＞第３の電極形成層１１０−３’の条件を満足するように形成することができる。
【００５９】
これは、第１の電極形成層１１０−１、第２の電極形成層１１０−２、第３の電極形成層１１０−３のＡｌ組成が上部に行くほど減少するように構成して、バンドギャップエネルギが上部に行くほど減少するように構成することにより、ｎ型金属層１１５がＡｌ組成の低い部分に形成され、接触特性が向上する効果があるからである。
【００６０】
一方、前記ｎ電極形成層１１０は、上部に行くほど組成が徐々に減少するグラデーション（ｇｒａｄａｔｉｏｎ）形態に形成されていてもよいことは勿論である。
【００６１】
上述したようなｎ電極形成層１１０は、選択領域成長法（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ａｒｅａ  ｇｒｏｗｔｈ）を通じて成長することができ、具体的には、前記ｎ電極形成層１１０は、選択領域成長法を適用してＡｌＧａＮまたはＧａＮ層を成長させることにより形成することができる。
【００６２】
より詳細には、前記ｎ電極形成層１１０は、前記ｎ型半導体層１００の露出面に誘電体層を形成した後、前記誘電体層の一部分を開口させ、半導体層を成長させる過程を通じて形成することができ、前記誘電体層は、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＮ、ＳｉＮｘ、Ａｌ２Ｏ３、ＧａＯの少なくともいずれか１つからなることができる。
【００６３】
一方、前記ｎ電極形成層１１０は、図３ａに示されたように、相互離隔してストライプ状形態に形成されたフィンガー型、相互離隔して複数のｎ型電極層がアイランド形態に形成されたドット型等、前記ｎ型半導体層１００の露出面の一部または全体に備えられる形態であれば、多様な形態での適用が可能である。
【００６４】
上述したように、前記ｎ型半導体層１００の露出面の一部または全体にｎ電極形成層１１０を形成し、前記ｎ電極形成層１１０を覆うように前記ｎ型半導体層１００の露出面の上側にｎ型金属層１１５を形成するが、前記ｎ電極形成層１１０が、前記ｎ型半導体層１００よりもバンドギャップエネルギが小さくなるように形成して、電気的特性が向上した窒化物半導体紫外線発光素子を得ることができ、具体的には、ｎ電極１２０の接触抵抗が改善され、電極で発生する電圧強化を低減することにより、素子の動作電圧が減少するだけではなく、窒化物半導体紫外線発光素子の光変換効率が改善され得るようになる。
【００６５】
本発明は、添付の図面を参照して、好ましい実施例を中心に記述されたが、当業者であれば、このような記載から本発明の範疇を外れることなく、多数の多様かつ自明な変形が可能であるのは明らかである。したがって、本発明の範疇は、このような多数の変形例を含むように記述された特許請求の範囲により解釈しなければならないものである。
【図１】
2016526801.tif 000003
【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2016526801.tif 000009
2016526801.tif 000010
2016526801.tif 000011