KR100404170B1 - 청색 발광 다이오드의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
N형 전극의 표면을 평탄하게 할 수 있도록 한 청색 발광 다이오드의 제조방법에 관한 것으로 N형 전극의 표면이 거칠게 되어 리드 와이어를 형성하기 위한 와이어 본딩이 잘 되지 않는 문제점을 해결하기 위하여 기판 전면에 N형 질화 갈륨층, P형 질화 갈륨층의 순서로 적층하고 N형 질화 갈륨층이 노출되도록 일부 영역을 식각하여 일정 온동서 1차 열처리 하고 P형 질화 갈륨층상의 일정영역에 P형 금속물질을 적층하여 P형 전극을 먼저 형성하고 일정 온도에서 2차 열처리한 다음 N형 질화 갈륨층상의 일정 영역에 N형 금속물질을 적층하여 N형 전극을 형성하고 고온의 열처리를 추가로 수행하지 않으므로 청색 발광 다이오드의 동작 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 N형 전극의 표면을 평탄하게 할 수 있도록 한 청색 발광 다이오드의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 발광 다이오드(Light Emitting Diode)는 주입된 전자와 정공이 재결합할 때 과잉 에너지를 빛으로 방출하는 다이오드이고 GaAsP등을 이용한 적색 발광 다이오드, GaP를 이용한 녹색 발광 다이오드 등이 있으며 모두 저전압 소전력으로 동작하는 장점을 지닌 소자로써 소형의 숫자 문자 표시소자, 광결합 소자용광원으로 사용된다. 이러한 발광 다이오드는 전류 전압간에 선형적 특성을 갖도록 하기 위하여 전극을 이루는 금속과 반도체간에 비 정류성 접촉인 저항성 접촉(Ohmic Contact)을 이룬다. 이때 금속과 반도체가 저항성 접촉을 이루기 위해서는 고온의 열처리 공정이 필요하고 이 열처리 공정이 전극의 표면에 영향을 미칠 수 있다.
이하 종래의 기술에 따른 청색 발광 다이오드의 제조 방법을 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1a 내지 도 1d는 종래의 기술에 따른 청색 발광 다이오드의 제조공정을 보여주는 공정단면도이다.
종래의 기술에 따른 청색 발광 다이오드의 제조 방법은 도 1a와 같이 사파이어 기판(11)의 전면에 유기금속 기상증착법(MOCVD)(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)으로 N형 질화 갈륨(GaN)층(12)을 형성하고 N형 질화 갈륨층(12)의 전면에 유기금속 기상증착법으로 P형 질화 갈륨층(13)을 형성한다. 이때, N형 질화 갈륨층(12)은 질화 갈륨에 실리콘(Si)을 도핑(Doping)한 것이고 P형 질화 갈륨층(13)은 질화 갈륨에 마그네슘(Mg)을 도핑한 것이다. 이어서 도 1b와 같이 N형 질화 갈륨층(12)의 일부 영역이 노출되도록 N형 질화 갈륨층(12) 및 P형 질화 갈륨층(13)의 일정 영역을 반응성 이온 식각(RIE)(Reactive Ion Etching) 방법으로 제거한다. 그리고 도 1c와 같이 노출된 N형 질화 갈륨층(12)상의 일부 영역에 Ti(14), Al(15), Ni(16), Au(17)을 차례로 적층하여 N형 전극을 형성하고, 850℃~950℃의 온도에서 열처리한다. 이때 N형 전극과 N형 질화 갈륨층(12)이 저항성 접촉을 이루게 된다. 이어서 도 1d와 같이 P형 질화 갈륨층(13)상의 일정영역에 Cr(18), Ni(19), Au(20)을 차례로 적층하여 P형 전극을 형성하고, 500℃~600℃의 온도에서 열처리하여 청색 발광 다이오드의 제조를 완료한다. 이때 P형 전극과 P형 질화 갈륨층(13)이 저항성 접촉을 이루게 된다.
종래의 기술에 따른 청색 발광 다이오드의 제조방법은 N형 전극을 형성한 다음 약 900℃의 고온 열처리를 수행하므로 N형 전극의 표면이 거칠어지는 볼 업(Ball Up) 현상이 발생하여 N형 전극 표면에 리드 와이어(Lead Wire)를 형성하기 위한 와이어 본딩(Wire Bonding)이 잘되지 않는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서 N형 전극의 표면을 평탄하게 할 수 있도록 한 청색 발광 다이오드의 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1a 내지 도 1d는 종래의 기술에 따른 청색 다이오드의 제조공정을 보여주는 공정단면도이고,
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 청색 발광 다이오드의 제조공정을 보여주는 공정단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
21:기판22:N형 질화 갈륨층
23:P형 질화 갈륨층24:Ti(타이타늄)
25:Al(알루미늄)26:Ni(니켈)
27:Au(금)28:Cr(크롬)
29:Ni30:Au
본 발명은 기판 전면에 N형 및 P형 에피층을 형성하고 N형 에피층의 일부 영역이 노출되도록 N형 및 P형 에피층을 일정 깊이로 제거하여 노출된 N형 에피층에 1차 열처리를 먼저 수행하고, P형 에피층의 일정영역에 P형 전극을 형성하여 기판 전면에 2차 열처리한 다음 노출된 N형 에피층의 일정 영역에 N형 전극을 형성하고 별도의 열처리 공정을 수행하지 않으므로 N형 전극의 표면이 평탄화됨을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 따른 청색 발광 다이오드의 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 청색 발광 다이오드의 제조 공정을 보여주는 공정 단면도이다.
본 발명에 따른 청색 발광 다이오드의 제조 공정은 도 2a와 같이 사파이어 기판(21)의 전면에 유기금속 기상증착법(MOCVD)(Metal Orgaic Chemical Vapor Deposition)으로 N형 질화 갈륨(GaN) 층(22)을 형성하고 N형 질화 갈륨층(22)의 전면에 동일한 방법으로 P형 질화 갈륨층(23)을 형성한다. 이어서 도 2b와 같이 N형 질화 갈륨층(22)의 일부 영역이 노출되도록 N형 질화 갈륨층(22) 및 P형 질화 갈륨층(23)의 일정 영역을 반응성 이온 식각(RIE)(Reactive Ion Etching)하여 제거하고 850℃~950℃의 온도에서 열처리한다. 그리고 도 2c와 같이 P형 질화 갈륨층(13)상의 일정영역에 Cr(28), Ni(29), Au(30)을 차례로 적층하여 P형 전극을 형성하고 500℃~600℃의 온도에서 열처리한다. 이때 500℃~600℃ 온도의 열처리에 의해 P형 제1 금속층(28)을 이루는 크롬(Cr)이 용융(Melting)되어 일종의 전자층을 형성하게 되고 이로 인하여 P형 전극과 P형 질화 갈륨층은 저항성 접촉을 이루게 된다. 이어서 도 2d와 같이 노출된 N형 질화 갈륨층(22)상의 일부 영역에 Ti(24), Al(25), Ni(26), Au(27)을 차례로 적층하여 N형 전극을 형성하고 청색 발광 다이오드의 제조를 완료한다. 이때 도 2b에서 실시한 고온(850℃~950℃)의 열처리로 인해 N형 질화 갈륨층(GaN)(22)의 원자간 결합이 해제되면서 질소(N+)가 기화되어 N형 질화 갈륨층(22)의 표면에는 전자(Ga-)가 다수 존재하게 되고 전자층이 형성되어 N형 질화 갈륨층(22)과 N형 전극이 저항성 접촉을 이루기 위한 조건은 이미 갖추어져 있으므로 N형 질화 갈륨층(22)상에 N형 전극을 형성후 별도의 열처리 공정을 수행하지 않아도 N형 질화 갈륨층(22)과 N형 전극은 저항성 접촉을 이루게 된다.
본 발명에 따른 청색 발광 다이오드의 제조방법은 N형 전극의 표면을 평탄하게 형성할 수 있고 N형 전극의 표면상에 리드 와이어를 형성하기 위한 와이어 본딩이 잘 되게 하므로 청색 발광 다이오드의 신뢰성 및 동작 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Claims (3)
- 기판 전면에 N형 에피층을 형성하고 상기 N형 에피층 전면에 P형 에피층을 형성하는 단계;상기 N형 에피층의 일부 영역이 노출되도록 상기 N형 및 P형 에피층을 일정 깊이로 제거하고 노출된 N형 에피층에 1차 열처리 하는 단계;상기 P형 에피층의 일정영역에 P형 전극을 형성하고 기판 전면에 2차 열처리하는 단계;상기 노출된 N형 에피층의 일정 영역에 N형 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 청색 발광 다이오드의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 1차 열처리의 온도는 850℃~950℃임을 특징으로 하는 청색 발광 다이오드의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 2차 열처리의 온도는 500℃~600℃임을 특징으로 하는 청색 발광 다이오드의 제조방법.
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