KR100574104B1 - Flip-chip light emitting device and method of manufacturing thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플립칩형 질화물계 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서 플립칩형 질화물계 발광소자는 기판 위에 n형 클래드층과, 활성층 및 p형 클래드층이 순차적으로 적층되어 있고, p형 클래드층 위에 인듐계 산화물, 주석계 산화물, 아연계 산화물 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 산화물을 포함하여 형성된 계면 개질층과, 계면 개질층 위에 투명 전도성 소재로 형성된 투명 전도성 박막층 및 투명 전도성 박막층 위에 반사물질로 형성된 반사층을 구비한다. 이러한 플립칩형 질화물계 발광소자 및 그 제조방법에 의하면, p형 클래드층과의 오믹접촉 특성이 개선되어 발광소자의 패키징 시 와이어 본딩 효율을 및 수율을 높일 수 있고, 낮은 비접촉 저항과 높은 전기적 특성 및 발광 효율을 제공한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flip chip nitride light emitting device and a method of manufacturing the same. In the flip chip nitride light emitting device, an n-type cladding layer, an active layer and a p-type cladding layer are sequentially stacked on a substrate, and an indium is deposited on the p-type cladding layer. And an interface modification layer formed of at least one oxide selected from the group oxides, tin oxides, and zinc oxides, a transparent conductive thin film layer formed of a transparent conductive material on the interface reforming layer, and a reflective layer formed of a reflective material on the transparent conductive thin film layer. . According to the flip chip type nitride-based light emitting device and a manufacturing method thereof, the ohmic contact property with the p-type cladding layer is improved, so that the wire bonding efficiency and the yield can be increased when packaging the light emitting device, and the low specific contact resistance, the high electrical property, Provide luminous efficiency.
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플립칩형 질화물계 발광소자를 나타내 보인 단면도이고,1 is a cross-sectional view showing a flip chip nitride-based light emitting device according to an embodiment of the present invention,
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플립칩형 질화물계 발광소자를 나타내 보인 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a flip chip nitride light emitting device according to another embodiment of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
110: 기판 150: P형 클래드층110: substrate 150: P-type cladding layer
160: 계면 개질층 165: 삽입 금속층160: interface modification layer 165: insertion metal layer
170: 투명 전도성 박막층 180: 반사층 170: transparent conductive thin film layer 180: reflective layer
본 발명은 플립칩형 질화물계 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 오믹특성 및 발광효율이 개선된 플립칩형 질화물계 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
질화물계 화합물 반도체 예를 들면 청·녹색 및 자외선을 내는 질화갈륨 (GaN) 반도체를 이용한 발광다이오드 또는 레이저 다이오드와 같은 발광소자를 구현하기 위해서는 반도체와 전극간의 오믹접촉구조가 매우 중요하다. 현재 상업적으로 이용할 수 있는 질화갈륨계 발광소자는 절연성 사파이어(Al2O3) 기판 위에 형성된다.In order to implement a light emitting device such as a light emitting diode or a laser diode using a nitride compound semiconductor, for example, gallium nitride (GaN) semiconductor emitting blue, green, and ultraviolet rays, an ohmic contact structure between the semiconductor and the electrode is very important. Currently commercially available gallium nitride-based light emitting device is formed on an insulating sapphire (Al 2 O 3 ) substrate.
이러한 질화갈륨계 발광소자는 탑-에미트형 발광다이오드(top-emitting light emitting diodes; TLEDS)와 플립칩형 발광다이오드(flip-chip light emitting diodes: FCLEDS)로 분류된다.Such gallium nitride-based light emitting devices are classified into top-emitting light emitting diodes (TLEDS) and flip-chip light emitting diodes (FCLEDS).
탑에미트형 발광다이오드는 p형 클래드층과 접촉하고 있는 오믹 전극층을 통해 광이 출사되게 형성된다.The top emit light emitting diode is formed such that light is emitted through the ohmic electrode layer in contact with the p-type cladding layer.
또한, 탑에미트형 발광소자는 낮은 홀농도를 지닌 p형 클래드층의 박막 특성에서 비롯된 낮은 전류 주입(current injection) 및 전류 퍼짐(current spreading)과 같은 열악한 전기적 특성들에 대해 투명하고 낮은 면저항(sheet resistance)값을 지닌 오믹접촉 전극 개발을 통해서 발광소자의 문제점들을 극복할 수가 있다. In addition, the top-emitting type light emitting device is transparent and has low sheet resistance to poor electrical characteristics such as low current injection and current spreading resulting from the thin film characteristics of the p-type cladding layer with low hole concentration. It is possible to overcome the problems of the light emitting device by developing an ohmic contact electrode having a sheet resistance.
이러한 탑에미트형 발광소자는 일반적으로 니켈(Ni) 금속과 같은 천이 금속(transition metal)들을 기본으로 하는 금속박막구조로서 산화된 반투명한 니켈(Ni)/금(Au)의 금속박막이 널리 이용되고 있다. This top-emitting light emitting device is generally a metal thin film structure based on transition metals such as nickel (Ni) metal, and a metal thin film of oxidized translucent nickel (Ni) / gold (Au) is widely used. It is becoming.
니켈(Ni) 금속을 기본으로 하는 금속박막은 산소(O2) 분위기에서 열처리하여 10-3∼10-4Ωcm2정도의 비접촉저항을 갖는 반투명 오믹접촉층(semi-transparent ohmic contact layer)을 형성하는 것으로 보고 되어지고 있다. A metal thin film based on nickel (Ni) metal is heat-treated in an oxygen (O 2 ) atmosphere to form a semi-transparent ohmic contact layer having a specific contact resistance of about 10 -3 to 10 -4 Ωcm 2 . It is reported to be.
이러한 낮은 비접촉저항은 500℃-600℃ 온도 범위, 산소(O2) 분위기에서 열처리 시 p형 질화갈륨과 니켈(Ni)의 계면에 p형 반도체 산화물인 니켈 산화물(NiO)이 섬(island) 모양으로 형성되어 있는 금(Au)사이와 상층부에 형성되어 있어 쇼트키 장벽의 높이(Schottky barrier height : HBT)를 감소시키게 되어, 질화갈륨 표면부근에 다수캐리어인 홀(hole)을 용이하게 공급하여 질화갈륨 표면부근에서의 실효 캐리어 농도(effective carrier concentration)를 증가시킨다. 다른 한편으로는 니켈(Ni)/금(Au)을 p형 질화갈륨에 접촉후 열처리하면 Mg-H 금속간 화합물(complex)를 제거하여 질화갈륨 표면에서 마그네슘(Mg) 도판트(dopant) 농도를 증가시키는 재활성화(reactivation) 과정을 통해서 p형 질화갈륨의 표면에서 이러한 실효 캐리어 농도가 1019 이상이 되게 하여 p형 질화갈륨과 전극층(금을 포함한 산화 니켈층) 사이에 터널링(tunneling) 전도를 일으켜 오믹전도 특성을 보이는 것으로 이해되어지고 있다. This low specific contact resistance is due to the p-type semiconductor oxide nickel oxide (NiO) at the interface between p-type gallium nitride and nickel (Ni) when heat-treated in an oxygen (O 2 ) temperature range. It is formed between Au formed in the upper layer and the upper layer to reduce Schottky barrier height (HBT). Increase the effective carrier concentration near the gallium surface. On the other hand, nickel (Ni) / gold (Au) is contacted with p-type gallium nitride and then heat treated to remove Mg-H intermetallic complexes, thereby increasing the magnesium (Mg) dopant concentration on the gallium nitride surface. Increasing reactivation results in an effective carrier concentration of at least 10 19 on the surface of the p-type gallium nitride, thereby providing tunneling conduction between the p-type gallium nitride and the electrode layer (a nickel oxide layer containing gold). It is understood that it exhibits ohmic conductivity characteristics.
그런데, 니켈/금으로 형성되는 반투명 전극박막을 이용한 탑에미트형 발광다이오드는 광이용효율이 낮아 대용량 및 고휘도 발광소자를 구현하기는 어렵다.However, the top-emitting light emitting diode using a translucent electrode thin film formed of nickel / gold has low light utilization efficiency, making it difficult to realize a large capacity and high brightness light emitting device.
최근에는 대용량 고휘도 발광소자 구현을 위해 고 반사층소재로 각광 받고 있는 은(Ag), 은산화물(Ag2O), 알루미늄(Al)을 이용한 플립칩 방식의 발광소자 개발의 필요성이 대두되고 있다.Recently, there is a need to develop a flip chip light emitting device using silver (Ag), silver oxide (Ag 2 O), and aluminum (Al), which have been spotlighted as high reflective layer materials to realize high-capacity high-brightness light emitting devices.
그런데 이들 반사용 금속은 높은 반사효율을 지니고 있기 때문에 일시적으로 높은 발광효율을 제공할 수 있지만, 작은 일함수(work function) 값을 갖는 특성 때문에 저 저항값을 지닌 오믹접촉 형성이 어려워 소자수명이 짧고 질화갈륨과의 접착성이 나빠 소자의 안정적인 신뢰성을 제공하지 못하는 문제점들이 있다. However, these reflective metals can provide high luminous efficiency temporarily because they have high reflection efficiency, but due to the characteristics of small work function, it is difficult to form ohmic contact with low resistance, resulting in short device life. There is a problem in that the adhesion with gallium nitride is poor, and thus the device does not provide stable reliability.
이를 보다 상세히 살펴보면, 먼저, 알루미늄(Al) 금속은 낮은 일함수값과 열처리 시 비교적 낮은 온도에서도 쉽게 질화물(AlN)을 형성하여 p형 질화갈륨과의 오믹접촉을 형성하기가 어렵다. In more detail, first, aluminum (Al) metals easily form nitrides (AlN) at low work function values and relatively low temperatures during heat treatment, making it difficult to form ohmic contacts with p-type gallium nitride.
다음으로 은(Ag)은 양질의 오믹접촉을 형성하고 높은 반사율을 지니고 있지만 열적 불안정성과 질화갈륨과의 나쁜 기계적 접착력 인하여 박막형성 공정을 통해 양질의 박막을 형성하기 어려운 문제점을 갖고 있다.Next, silver (Ag) forms a high quality ohmic contact and has a high reflectance, but has a problem that it is difficult to form a high quality thin film through a thin film forming process due to thermal instability and poor mechanical adhesion to gallium nitride.
최근에는 낮은 비접촉 저항값을 갖으면서도 높은 반사율을 제공하는 오믹컨택트층을 개발하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다.Recently, research has been actively conducted to develop an ohmic contact layer having a low specific resistance and providing a high reflectance.
Mensz et al. 그룹은 문헌(electronics letters 33 (24) pp. 2066)을 통해 2층 구조로서 니켈(Ni)/알루미늄(Al) 및 니켈(Ni)/은(Ag) 구조를 제안하였지만, 이 구조들은 오믹접촉 형성이 어려워 발광다이오드 작동시 높은 작동전압으로 인한 많은 열발생을 야기하는 문제점을 갖고 있다. Mensz et al. The group proposed, in electronics letters 33 (24) pp. 2066, nickel (Ni) / aluminum (Al) and nickel (Ni) / silver (Ag) structures as two-layer structures, but these structures form ohmic contacts. This difficulty has a problem of causing a lot of heat generation due to high operating voltage during the operation of the light emitting diode.
또한, 최근에 Michael R. Krames et al. 그룹에서는 미국 공개 특허(US 2002/0171087 A1)를 통해 니켈(Ni)/은(Ag) 및 금(Au)/산화 니켈(NiOx)/알루미늄(Al) 전극구조를 연구 개발하였다고 보고하였다. 그런데 이 구조 역시 접착성이 떨어지고, 난반사로 인하여 발광효율의 저하되는 단점을 안고 있다.Also recently, Michael R. Krames et al. The group reported that the study of nickel (Ni) / silver (Ag) and gold (Au) / nickel oxide (NiO x ) / aluminum (Al) electrode structures was carried out through a US published patent (US 2002/0171087 A1). However, this structure also has a disadvantage in that the adhesion is lowered, and the luminous efficiency is lowered due to diffuse reflection.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 높은 접착성과 낮은 비접촉저항 및 높은 반사율의 전극 구조를 갖는 플립칩형 질화물계 발광소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a flip chip nitride light emitting device having a high adhesiveness, a low specific contact resistance, and a high reflectance electrode structure and a method of manufacturing the same.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 플립칩형 질화물계 발광소자는 n형 클래드층과 p형 클래드층 사이에 활성층을 갖는 플립칩형 질화물계 발광소자에 있어서, 상기 p형 클래드층 위에 인듐계 산화물, 주석계 산화물, 아연계 산화물 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 산화물을 포함하여 형성된 계면 개질층과; 상기 계면 개질층 위에 투명 전도성 소재로 형성된 투명 전도성 박막층; 및 상기 투명 전도성 박막층 위에 반사물질로 형성된 반사층;을 구비한다.In order to achieve the above object, the flip chip nitride light emitting device according to the present invention is a flip chip nitride light emitting device having an active layer between an n-type cladding layer and a p-type cladding layer, the indium oxide on the p-type cladding layer An interface modification layer formed of at least one oxide selected from tin oxide and zinc oxide; A transparent conductive thin film layer formed of a transparent conductive material on the interface modification layer; And a reflective layer formed of a reflective material on the transparent conductive thin film layer.
상기 인듐계 산화물은 인듐산화물(In2O3)을 주성분으로하고 첨가원소로서 갈륨(Ga), 마그네슘(Mg), 베릴륨(Be), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 구리(Cu), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 루세늄(Ru), 텅스텐(W), 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn), 란탄(La) 원소 계열 금속들 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 성분을 포함하여 형성된 것이 바람직하다.The indium oxide is composed of indium oxide (In 2 O 3 ) as a main component and as an additive element gallium (Ga), magnesium (Mg), beryllium (Be), molybdenum (Mo), vanadium (V), copper (Cu), At least one component selected from iridium (Ir), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), tungsten (W), cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn) and lanthanum (La) element-based metals It is preferable that it is formed to include.
또한, 상기 주석계 산화물은 주석산화물(SnO2)을 주성분으로하고 첨가원소로서 아연(Zn), 갈륨(Ga), 마그네슘(Mg), 베릴륨(Be), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 구리(Cu), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 루세늄(Ru), 텅스텐(W), 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn), 란탄(La) 원소 계열 금속들 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 성분을 포 함하여 형성된 것이 바람직하다.In addition, the tin oxide is composed mainly of tin oxide (SnO 2 ) and as an additive element zinc (Zn), gallium (Ga), magnesium (Mg), beryllium (Be), molybdenum (Mo), vanadium (V), Among copper (Cu), iridium (Ir), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), tungsten (W), cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), and lanthanum (La) elemental metals It is preferably formed comprising at least one component selected.
상기 아연계 산화물은 아연산화물(ZnO)을 주성분으로하고 첨가원소로서 인듐(In), 주석(Sn), 갈륨(Ga), 마그네슘(Mg), 베릴륨(Be), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 구리(Cu), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 루세늄(Ru), 텅스텐(W), 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn), 란탄(La) 원소 계열 금속들 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 성분을 포함하여 형성된 것이 바람직하다.The zinc oxide is mainly composed of zinc oxide (ZnO) and added elements as indium (In), tin (Sn), gallium (Ga), magnesium (Mg), beryllium (Be), molybdenum (Mo), vanadium (V). ), Copper (Cu), iridium (Ir), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), tungsten (W), cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), lanthanum (La) It is preferably formed by including at least one component selected from them.
또한, 상기 계면 개질층의 상기 주성분에 대한 상기 첨가원소의 첨가비는 0.001 내지 50웨이트 퍼센트로 적용된다.In addition, the addition ratio of the additive element to the main component of the interfacial modification layer is applied at 0.001 to 50 weight percent.
상기 계면 개질층은 0.1 나노미터 내지 10 나노미터의 두께로 형성된다.The interface modification layer is formed to a thickness of 0.1 nanometer to 10 nanometers.
바람직하게는 상기 계면 개질층과 상기 투명전도성 박막층 사이에 형성된 삽입 금속층을 더 구비하고, 상기 삽입 금속층은 아연(Zn), 인듐(In), 주석(Sn), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg), 갈륨(Ga), 구리(Cu), 베릴륨(Be), 이리듐(Ir), 루세늄(Ru), 몰리브덴(Mo) 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 성분으로 1 나노미터 내지 100나노미터의 두께로 형성된다.Preferably, further comprising an insertion metal layer formed between the interface modification layer and the transparent conductive thin film layer, the insertion metal layer is zinc (Zn), indium (In), tin (Sn), nickel (Ni), magnesium (Mg) , At least one selected from gallium (Ga), copper (Cu), beryllium (Be), iridium (Ir), ruthenium (Ru), and molybdenum (Mo), and is formed to a thickness of 1 nanometer to 100 nanometers. .
또한, 상기 투명 전도성 박막층은 투명 전도성 산화물(TCO)과 투명 전도성 질화물(TCN) 중 어느 하나로 형성되고, 상기 투명 전도성 산화물은 인듐(In), 주석(Sn), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 카드뮴(Cd), 마그네슘(Mg), 베릴륨(Be), 은(Ag), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 구리(Cu), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 루세늄(Ru), 텅스텐(W), 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 란탄(La) 원소계열의 금속들 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 성분과 산소(O)가 결합되어 형 성된 것을 포함하고, 상기 투명 전도성 질화물은 타이타늄(Ti)과 질소(N)를 함유하여 형성된 것을 포함한다.In addition, the transparent conductive thin film layer is formed of any one of a transparent conductive oxide (TCO) and a transparent conductive nitride (TCN), the transparent conductive oxide is indium (In), tin (Sn), zinc (Zn), gallium (Ga) , Cadmium (Cd), magnesium (Mg), beryllium (Be), silver (Ag), molybdenum (Mo), vanadium (V), copper (Cu), iridium (Ir), rhodium (Rh), ruthenium (Ru ), At least one selected from tungsten (W), cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), palladium (Pd), platinum (Pt), and lanthanum (La) element-based metals and oxygen ( O) is combined and formed, and the transparent conductive nitride includes titanium (Ti) and nitrogen (N) formed.
상기 투명 전도성 박막층은 10 나노미터 내지 1000 나노미터의 두께로 형성된 것이 바람직하다.The transparent conductive thin film layer is preferably formed to a thickness of 10 nanometers to 1000 nanometers.
상기 반사층은 은(Ag), 은 산화물(Ag2O), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 타이타늄(Ti), 로듐(Rh), 마그네슘(Mg), 팔라듐(Pd), 루세늄(Ru), 백금(Pt), 이리듐(Ir) 중에서 선택된 어느 하나의 원소 또는 상기 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 합금, 고용체 중 어느 하나로 형성된다.The reflective layer is silver (Ag), silver oxide (Ag 2 O), aluminum (Al), zinc (Zn), titanium (Ti), rhodium (Rh), magnesium (Mg), palladium (Pd), ruthenium (Ru) ), Platinum (Pt), iridium (Ir) is formed of any one of an element selected from, or an alloy containing at least one element selected above, solid solution.
상기 반사층은 100 나노미터 내지 1000 나노미터의 두께로 형성된 것이 바람직하다.The reflective layer is preferably formed to a thickness of 100 nanometers to 1000 nanometers.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 플립칩형 질화물계 발광소자의 제조방법은 n형 클래드층과 p형 클래드층 사이에 활성층을 갖는 플립칩형 질화물계 발광소자의 제조방법에 있어서, 가. 기판 위에 n형 클래드층, 활성층 및 p형 클래드층이 순차적으로 적층된 발광구조체의 상기 p형 클래드층 위에 인듐계 산화물, 주석계 산화물, 아연계 산화물 중에서 선택된 적어도 하나의 산화물을 포함하여 계면 개질층을 형성하는 단계와; 나. 상기 계면 개질층 위에 투명 전도성 소재로 투명 전도성 박막층을 형성하는 단계; 및 다. 상기 투명 전도성 박막층 위에 반사층을 형성하는 단계; 라. 상기 다 단계를 거쳐 형성된 구조체를 열처리하는 단계;를 포함한다.In addition, in order to achieve the above object, a method of manufacturing a flip chip nitride light emitting device according to the present invention is a method of manufacturing a flip chip nitride light emitting device having an active layer between an n-type cladding layer and a p-type cladding layer. . Interface modification layer including at least one oxide selected from indium oxide, tin oxide and zinc oxide on the p-type cladding layer of the light emitting structure in which the n-type cladding layer, the active layer and the p-type cladding layer are sequentially stacked on the substrate Forming a; I. Forming a transparent conductive thin film layer of a transparent conductive material on the interface modification layer; And c. Forming a reflective layer on the transparent conductive thin film layer; la. And heat-treating the structure formed through the multi-steps.
또한, 상기 나 단계를 거친 이후 상기 반사층 형성 이전에 열처리하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the heat treatment before the reflective layer is formed after the step (b); preferably further comprises.
상기 열처리단계는 상온 내지 800도 범위 내에서 10초 내지 3시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.The heat treatment step is preferably performed for 10 seconds to 3 hours in the range of room temperature to 800 degrees.
또한, 상기 열처리 단계는 상기 p형 전극 구조체가 형성된 발광소자가 내장된 반응기내에 질소, 아르곤, 헬륨, 산소, 수소, 공기, 진공 중 적어도 하나를 포함하는 기체 분위기에서 수행한다.In addition, the heat treatment step is performed in a gas atmosphere containing at least one of nitrogen, argon, helium, oxygen, hydrogen, air, vacuum in the reactor in which the light emitting device in which the p-type electrode structure is formed.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플립칩형 질화물계 발광소자 및 그 제조방법을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, a flip chip nitride light emitting device and a method of manufacturing the same according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 플립칩형 발광소자를 나타내 보인 단면도이다. 1 is a cross-sectional view illustrating a flip chip type light emitting device according to a first embodiment of the present invention.
도면을 참조하면, 플립칩형 발광소자는 기판(110), 버퍼층(120), n형 클래드층(130), 활성층(140), p형 클래드층(150), 계면 개질층(160), 투명 전도성 박막층(170) 및 반사층(180)이 순차적으로 적층된 구조로 되어 있다. 참조부호 190은 p형 전극패드이고, 200은 n형 전극패드이다.Referring to the drawings, the flip chip type light emitting device includes a
여기서 기판(110)으로부터 p형클래드층(150)까지가 발광구조체에 해당하고, p형 클래드층(150) 위에 적층된 계면 개질층(160) 및 투명 전도성 박막층(170)이 멀티 오믹컨택트층에 해당한다. In this case, the
기판(110)은 사파이어(Al2O3), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘(Si), 갈륨비소 (GaAs) 중 어느 하나로 형성된 것이 바람직하다.The
버퍼층(120)은 생략될 수 있다.The
버퍼층(120)으로부터 p형 클래드층(150) 까지의 각 층은 Ⅲ족 질화물계 화합물의 일반식인 AlxInyGazN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, 0≤x+y+z≤1)로 표현되는 화합물 중 선택된 어느 화합물을 기본으로 하여 형성되고, n형 클래드층(130) 및 p형 클래드층(150)은 해당 도펀트가 첨가된다.Each layer from the
또한, 활성층(140)은 단층 또는 MQW층 등 공지된 다양한 방식으로 구성될 수 있다.In addition, the
일 예로서 질화갈륨(GaN)계 화합물을 적용하는 경우, 버퍼층(120)은 GaN으로 형성되고, n형 클래드층(130)은 GaN에 n형 도펀트로서 Si, Ge, Se, Te등이 첨가되어 형성되고, 활성층(140)은 InGaN/GaN MQW 또는 AlGaN/GaN MQW로 형성되며, p형 클래드층(150)은 GaN에 p형 도펀트로서 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등이 첨가되어 형성된다.As an example, when a gallium nitride (GaN) -based compound is applied, the
n형 클래드층(130)과 n형 전극패드(200) 사이에는 n형 오믹컨택트층(미도시)이 개제될 수 있고, n형 오믹컨택트층은 타이타늄(Ti)과 알루미늄(Al)이 순차적으로 적층된 층구조 등 공지된 다양한 구조가 적용될 수 있다.An n-type ohmic contact layer (not shown) may be interposed between the n-
p형 전극패드(190)는 니켈(Ni)/금(Au) 또는 은(Ag)/금(Au)이 순차적으로 적층된 층구조가 적용될 수 있다.The p-
각 층의 형성방법은 전자빔 증착기(e-beam evaporator), PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), PLD(plasma laser deposition), 이중형의 열증착기(dual-type thermal evaporator), 스퍼터링(sputtering) 등 공지된 증착 방식에 의해 형성하면 된다.Each layer is formed by an e-beam evaporator, physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), plasma laser deposition (PLD), dual-type thermal evaporator, or sputtering ( What is necessary is just to form by well-known vapor deposition methods, such as sputtering).
계면 개질층(160)은 700℃ 이하의 온도에서 산소, 질소 또는 아르곤 등의 여러 가스분위기에서 열처리시 쉽게 투명 전도성 나노상(nano phase) 입자로 분해하거나 투명 전도성 박막층을 형성하는 동시에 p형 클래드층(150) 상부에 얇게 형성된 자연 산화층인 산화 갈륨(Ga2O3)을 환원시키거나 전도성 산화물로 변화시킬 수 있는 물질을 적용한다.The interfacial reforming
또한, 계면 개질층(160)은 p형 클래드층(150)과의 사이에 형성되는 쇼트키 장벽의 높이 및 폭을 감소시킬 수 있도록 p형 클래드층(150) 상부에 형성되는 투명 전도성 나노상 입자 또는 박막층의 전자 농도가 1015 내지 1017/cm3의 값을 제공할 수 있는 물질을 적용한다.In addition, the
이러한 조건을 만족하는 계면 개질층(160)의 소재로는 투명 전도성 산화물인 인듐계 산화물, 주석계 산화물, 아연계 산화물 중 적어도 하나 이상의 산화물을 포함하여 형성된다.The material of the interfacial reforming
개면 계질층(160)은 인듐산화물, 주석 산화물, 아연 산화물 중 선택된 어느 하나의 산화물 단독 또는 첨가원소가 첨가되어 형성될 수 있다.The
인듐계 산화물은 인듐 산화물(In2O3)을 주성분으로 하여 형성된다.Indium oxide is formed mainly from indium oxide (In 2 O 3 ).
바람직하게는 인듐계 산화물은 주성분인 인듐 산화물(In2O3)에 인듐산화물의 농도 및 일함수 값을 조절하는 동시에 쇼트키 장벽의 높이 및 폭을 감소시킬 수 있는 첨가원소가 첨가된다.Preferably, the indium oxide is added to the indium oxide (In 2 O 3 ) as the main component, an addition element capable of controlling the concentration and work function of the indium oxide and reducing the height and width of the Schottky barrier.
인듐계 산화물의 인듐 산화물에 첨가되는 첨가원소로서는 갈륨(Ga), 마그네슘(Mg), 베릴륨(Be), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 구리(Cu), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 루세늄(Ru), 텅스텐(W), 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn), 란탄(La) 원소 계열 금속들 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 성분을 포함한 것이 적용된다.Additional elements added to the indium oxide of the indium oxide include gallium (Ga), magnesium (Mg), beryllium (Be), molybdenum (Mo), vanadium (V), copper (Cu), iridium (Ir), and rhodium (Rh). ), At least one selected from ruthenium (Ru), tungsten (W), cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), and lanthanum (La) element-based metals.
계면 개질층(160)의 또 다른 적용 물질인 주석계 산화물은 주석 산화물(SnO2)을 주성분으로 하여 형성된다.Tin-based oxide, which is another application material of the interfacial reforming
바람직하게는 주석계 산화물은 주석산화물의 농도 및 일함수 값을 조절하는 동시에 쇼트키 장벽의 높이 및 폭을 감소시킬 수 있는 첨가원소가 더 첨가되는 것이 바람직하다. Preferably, the tin-based oxide is preferably further added with an element which can reduce the height and width of the Schottky barrier while controlling the concentration and work function of the tin oxide.
주석계 산화물의 주석 산화물에 첨가되는 첨가원소로서는 아연(Zn), 갈륨(Ga), 마그네슘(Mg), 베릴륨(Be), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 구리(Cu), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 루세늄(Ru), 텅스텐(W), 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn), 란탄(La) 원소 계열 금속들 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 성분을 포함한 것이 적용된다.Additional elements added to the tin oxide of the tin oxide include zinc (Zn), gallium (Ga), magnesium (Mg), beryllium (Be), molybdenum (Mo), vanadium (V), copper (Cu), and iridium (Ir). ), At least one selected from rhodium (Rh), ruthenium (Ru), tungsten (W), cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), and lanthanum (La) element-based metals Apply.
또 다른 계면 개질층(160)의 소재인 아연계 산화물은 아연 산화물(ZnO)을 주성분으로 하여 형성된다.Another zinc-based oxide, which is a material of the interfacial reforming
바람직하게는 아연계 산화물은 아연산화물의 농도 및 일함수 값을 조절하는 동시에 쇼트키 장벽의 높이 및 폭을 감소시킬 수 있는 첨가원소가 더 첨가되는 것이 바람직하다. Preferably, the zinc-based oxide is preferably added with an additional element that can reduce the height and width of the Schottky barrier while controlling the concentration and work function of the zinc oxide.
아연계 산화물의 아연 산화물에 첨가되는 첨가원소로서는 인듐(In), 주석(Sn), 갈륨(Ga), 마그네슘(Mg), 베릴륨(Be), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 구리(Cu), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 루세늄(Ru), 텅스텐(W), 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn), 란탄(La) 원소 계열 금속들 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 성분을 포함한 것이 적용된다.Additional elements added to zinc oxide of zinc oxide include indium (In), tin (Sn), gallium (Ga), magnesium (Mg), beryllium (Be), molybdenum (Mo), vanadium (V), and copper (Cu ), At least one selected from iridium (Ir), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), tungsten (W), cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), and lanthanum (La) element-based metals The thing containing the above component is applied.
인듐 산화물, 주석 산화물, 아연 산화물에 대해 각각 첨가되는 위에 열거된 첨가원소의 양은 0.1 내지 50 웨이트 퍼센트(weight %)로 적용하는 것이 바람직하다. 여기서 웨이트 퍼센트는 첨가되는 물질 상호간의 중량비율을 말한다. The amount of the above added elements added to indium oxide, tin oxide and zinc oxide, respectively, is preferably applied at 0.1 to 50 weight percent. The weight percentage here refers to the weight ratio between the materials added.
계면 개질층(160)은 열처리시 쉽게 투명 전도성 나노상 산화물로 분해되거나 캐리어(carrier)가 양자적으로 터널링 할 수 있는 박막층을 형성할 수 있는 0.1 나노미터 10 나노미터의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.The
투명 전도성 박막층(170)은 계면 개질층(160) 위에 형성되어 있다.The transparent conductive
투명 전도성 박막층(170)은 투명 전도성 산화물(TCO) 또는 투명 전도성 질화물(TCN)들 중 어느 하나가 적용된다.The transparent conductive
투명 전도성 산화물(TCO)은 인듐(In), 주석(Sn), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 카드뮴(Cd), 마그네슘(Mg), 베릴륨(Be), 은(Ag), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 구리(Cu), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 루세늄(Ru), 텅스텐(W), 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 란탄(La) 원소계열의 금속 중에서 적어도 하나 이상의 성분 과 산소(O)로 형성된 것이 적용되는 것이 바람직하다.Transparent conductive oxides (TCO) are indium (In), tin (Sn), zinc (Zn), gallium (Ga), cadmium (Cd), magnesium (Mg), beryllium (Be), silver (Ag), molybdenum (Mo) ), Vanadium (V), copper (Cu), iridium (Ir), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), tungsten (W), cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), palladium ( Pd), platinum (Pt), and lanthanum (La) element-based metal is preferably formed of at least one or more components and oxygen (O).
투명 전도성 산화물용 소재로는 일함수(work function) 값과 면 저항값(sheet resistance)을 고려하여 선택하면 된다. The material for the transparent conductive oxide may be selected in consideration of a work function value and sheet resistance value.
투명 전도성 질화물(TN)은 낮은 면저항(sheet resistance)값과 높은 빛 투과도를 지닌 타이티늄(Ti)과 질소(N)로 형성된 것이 적용되는 것이 바람직하다.The transparent conductive nitride (TN) is preferably formed of titanium (Ti) and nitrogen (N) having low sheet resistance and high light transmittance.
또한, 투명 전도성 박막층(170)으로 적용되는 투명 전도성 산화물(TCO) 및 투명 전도성 질화물(TCN)은 상기 주성분에 대해 전기적 특성을 향상시키기 위해서 원소 주기율표상의 금속 성분 중 적어도 하나 이상의 원소를 도판트로 첨가할 수 있다.In addition, the transparent conductive oxide (TCO) and the transparent conductive nitride (TCN) applied to the transparent conductive
여기서 투명 전도성 산화물(TCO) 및 투명 전도성 질화물(TCN)에 적절한 전기적 특성을 갖게 하기 위해서 첨가되는 도판트의 첨가비율은 0.001 내지 20 웨이트 퍼센트(weight %) 범위 내에서 적용되는 것이 바람직하다.Herein, the addition ratio of the dopant added in order to have appropriate electrical properties to the transparent conductive oxide (TCO) and the transparent conductive nitride (TCN) is preferably applied within the range of 0.001 to 20 weight percent.
또한, 투명 전도성 박막층(165)의 두께는 적절한 빛 투과도 및 전기 전도성을 갖도록 10 나노미터 내지 1000 나노미터의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.In addition, the thickness of the transparent conductive
이러한 구조의 멀티 오믹컨택트층인 계면 개질층(160) 및 투명 전도성 박막층(170)은 앞서 설명된 소재로 형성한 후 적절한 기체 분위기 및 온도에서 열처리를 하면 높은 빛 투과도 즉, 400나노미터의 파장대에서 90%이상의 투과율을 갖고, 낮은 면저항값(10Ω/□ 이하)을 갖는 투명 전도성 산화물이 됨과 동시에 p형 클래드층(150) 표면 위에 잔류하고 있으며 계면에서 캐리어 흐름에 장해물 역할을 하는 자연 산화층인 갈륨산화물(Ga2O3)을 환원시켜 쇼트키 장벽(Schottky barrier)의 높이(height)와 폭(width)을 감소시키고, 오믹접촉 형성에 유리한 터널링(tunneling) 효과를 유발하여 전기적 특성을 향상시키면서, 100%에 근접한 빛 투과도를 갖는다.The interfacial modified
반사층(180)은 반사율이 높은 소재 예를 들면 은(Ag), 은 산화물(Ag2O), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 타이타늄(Ti), 로듐(Rh), 마그네슘(Mg), 팔라듐(Pd), 루세늄(Ru), 백금(Pt) 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질로 형성된다.The
본 발명의 또 다른 측면에 따르면 반사층(180)은 은(Ag)을 주성분으로하고, 은(Ag)에 알루미늄(Al), 은 산화물(Ag2O), 아연(Zn), 타이타늄(Ti), 로듐(Rh), 마그네슘(Mg), 팔라듐(Pd), 루세늄(Ru), 백금(Pt), 이리듐(Ir) 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 5웨이트 퍼센트(5 Wt%) 이내 정도 함유되게 형성한 합금 또는 고용체로 형성된다. 이러한 은(Ag)계 합금은 은(Ag) 단독 성분이 갖고 있는 나쁜 접착성 및 열적 불안정성을 개선시켜 우수한 접촉성 및 열적 내구성을 갖을 뿐만아니라 높은 빛 반사율을 그대로 유지한다.According to another aspect of the present invention, the
바람직하게는 반사층(180)은 100 나노미터 내지 1000 나노미터의 두께로 형성한다.Preferably, the
반사층(180)도 앞서 설명된 소재로 증착한 후 열처리를 하는 것이 바람직하다.It is preferable that the
또 다르게는 계면 개질층(160), 투명 전도성 박막층(170) 및 반사층(180)을 연속된 증착 공정을 통해 형성한 후 열처리를 수행한다. Alternatively, the
이러한 구조의 멀티오믹컨택트층 및 반사층(180)은 200℃ 이상의 온도에서 발생되는 표면퇴화(surface degradation) 현상이 방지되고 산화에 안정하며 높은 반사율을 그대로 지니고 있어 고효율의 발광소자를 구현할 수 있다.The multi-ohmic contact layer and the
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플립칩형 발광소자를 나타내 보인 단면도이다. 앞서 도시된 도면에서와 동일 기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기한다.2 is a cross-sectional view showing a flip chip type light emitting device according to another embodiment of the present invention. Elements having the same function as in the above-described drawings are denoted by the same reference numerals.
도면을 참조하면, 플립칩형 발광소자는 기판(110), 버퍼층(120), n형 클래드층(130), 활성층(140), p형 클래드층(150), 계면 개질층(160), 삽입 금속층(165), 투명 전도성 박막층(170) 및 반사층(180)이 순차적으로 적층된 구조로 되어 있다.Referring to the drawings, the flip chip type light emitting device includes a
여기서 멀티 오믹컨택트층은 계면 개질층(160), 삽입 금속층(165) 및 투명 전도성 박막층(170)을 포함한다.The multi-ohmic contact layer may include an
삽입 금속층(165)은 계면 개질층(160)과 투명 전도성 박막층(170) 사이에 형성되어 있다.The
삽입 금속층(165)은 열처리시 쉽게 투명한 전도성 산화물로 변태하는 동시에 계면 개질층(160) 또는 후공정에서 그 상부에 형성될 투명 전도성 박막층의 전기 또는 광학적 특성을 조정할 수 있는 금속으로 적용되는 것이 바람직하다.The
바람직하게는 삽입 금속층(165)은 아연(Zn), 인듐(In), 주석(Sn), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg), 갈륨(Ga), 구리(Cu), 베릴륨(Be), 이리듐(Ir), 루세늄(Ru), 몰리브덴(Mo) 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 성분으로 형성된다.Preferably, the
삽입 금속층(165)은 위에 열거된 소재를 이용하여 복층으로 형성될 수 있음 은 물론이다.
바람직하게는 삽입 금속층(165)은 1 나노미터 내지 100나노미터의 두께로 형성된다.Preferably, the
이하에서는 이러한 구조의 발광소자를 제조하는 과정을 설명한다.Hereinafter, a process of manufacturing a light emitting device having such a structure will be described.
먼저, 기판(110) 위에 버퍼층(120), n형 클래드층(130), 활성층(140) 및 p형 클래드층(150)을 순차적으로 증착하여 발광구조체를 형성시킨다.First, the light emitting structure is formed by sequentially depositing the
이후 n형 전극패드(200)를 형성하기 위한 공간을 확보하기 위해 p형 클래드층(150)부터 n형 클래드층(130)의 일부 까지 식각하여 메사(MESA) 구조를 형성시킨다.Thereafter, in order to secure a space for forming the n-
다음은 p형 클래드층(150) 위에 멀티오믹 컨택트층을 형성한다.Next, a multi-ohmic contact layer is formed on the p-
즉, 도 1의 구조를 적용할 경우 앞서 제작과정을 통해 제작된 발광구조체의 p형 클래드층(150) 위에 계면 개질층(160), 투명 전도성 박막층(170)을 형성하고, 도 2의 구조를 적용할 경우 계면 개질층(160), 삽입 금속층(165) 및 투명 전도성 박막층(170)을 순차적으로 형성시킨다.That is, when the structure of FIG. 1 is applied, the
계면 개질층(160), 삽입금속층(165) 및 투명 전도성 박막층(170)은 전자빔 증착기, PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), PLD(plasma laser deposition), 이중형의 열증착기(dual-type thermal evaporator) 스퍼터링(sputtering) 등 공지된 증착방법에 의해 형성하면 된다.The interfacial reforming
또한, 계면 개질층(160)부터 투명 전도성 박막층(170)까지 순차적으로 형성하기 위해 적용되는 증착온도는 20℃ 내지 1500℃ 범위내에서, 증착기 내의 압력은 대기압 내지 10-12 토르 정도에서 수행한다.In addition, the deposition temperature applied to sequentially form from the
또한, 계면 개질층(160)으로부터 투명 전도성 박막층(170)까지 형성한 후에는 열처리(annealing)과정을 거치는 것이 바람직하다.In addition, after forming from the
열처리(annealing)는 반응기내의 온도를 100℃ 내지 800℃에서 진공 또는 여러 가스 분위기에서 10초 내지 3시간 정도 수행한다.Annealing is performed at a temperature in the reactor at 100 ° C to 800 ° C for 10 seconds to 3 hours in a vacuum or various gas atmospheres.
열처리시 반응기 내에 투입되는 가스는 질소, 아르곤, 헬륨, 산소, 수소, 공기 중 적어도 하나 이상의 기체가 적용될 수 있다.At least one gas of nitrogen, argon, helium, oxygen, hydrogen, or air may be applied to the gas introduced into the reactor during the heat treatment.
열처리 이후에는 투명 전도성 박막층(170) 위에 앞서 설명된 소재로 반사층(180)을 형성한다.After the heat treatment, the
반사층(180)은 앞서 설명된 증착방식에 의해 증착하면 된다.The
반사층(180) 형성 이후에는 구조체를 반사층(180)의 접착력 및 열적 안정성을 향상시키기 위해 앞서 설명된 방법에 의해 열처리를 한다. After forming the
이와는 다르게 p형 클래드층(150) 위에 계면 개질층(160)으로부터 반사층(180)까지 순차적으로 형성한 이후에 열처리를 한번만 할 수 있다.Unlike this, the thermal treatment may be performed only once after sequentially forming the interfacial reforming
실험에 의하면 투명 전도성 박막층(170)까지 형성한 이후에 1차 열처리를 하고, 반사층(180) 형성 이후에 2차 열처리를 행한 경우 멀티 오믹컨택트층의 빛투과도가 더 높아지고 반사층(180)의 반사율이 증가됨을 확인 하였다.According to the experiment, when the first heat treatment is performed after the transparent conductive
지금까지 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 플립칩형 질화물계 발광소자 및 그 제조방법에 의하면, p형 클래드층과의 오믹접촉 특성이 개선되어 발광소자의 패키징 시 와이어 본딩 효율을 및 수율을 높일 수 있고, 낮은 비접촉 저항과 높은 전기적 및 발광 효율을 제공한다.As described so far, according to the flip chip type nitride light emitting device and a method of manufacturing the same, the ohmic contact property with the p-type cladding layer is improved, so that the wire bonding efficiency and the yield can be increased when packaging the light emitting device. And low electrical contact resistance and high electrical and luminous efficiency.
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