KR100737821B1 - Light emitting device and the fabrication method thereof - Google Patents
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도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 단면도.1 is a cross-sectional view of a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조 공정을 설명하기 위한 공정 순서도.2 is a process flowchart illustrating a manufacturing process of a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
도 3 및 도 4는 도 2의 제조 공정에 따른 공정 단면도.3 and 4 are cross-sectional views of the manufacturing process of FIG. 2.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 발광소자 제조방법에 따라 제조된 오믹성 전극에 대한 XRD 회절 피크 그래프.5 is an XRD diffraction peak graph of an ohmic electrode prepared according to a light emitting device manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 오믹성 투명 전극과 비교예에 의한 오믹성 투명 전극의 광출력파워를 나타내는 그래프.6 is a graph showing the optical output power of the ohmic transparent electrode according to a comparative example and the ohmic transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 사파이어 기판 200 : 버퍼층100: sapphire substrate 200: buffer layer
300 : Undoped GaN층 400 : N형 GaN층300: Undoped GaN layer 400: N-type GaN layer
500 : 활성층 600 : P형 GaN층500: active layer 600: P-type GaN layer
700 : 오믹성 투명 전극 710 : Ni 금속층700: ohmic transparent electrode 710: Ni metal layer
720 : Au 금속층 800a,800b : 전극패드720: Au
본 발명은 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 발광효율을 향상시킬 수 있는 오믹성 투명 전극을 가지는 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a light emitting device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a light emitting device having an ohmic transparent electrode that can improve the luminous efficiency and a manufacturing method thereof.
각종 발광 소자를 제작하는데 이용되는 III-V족 화합물 반도체는 고속 및 고온 전자제품들, 광 방출기 및 광 검출기 등의 응용제품들에서 우수한 성능을 제공한다. 특히, 질화갈륨계 화합물 반도체에 포함되어 있는 갈륨 나이트라이드(GaN)는 청색 레이저 및 청색 파장의 스펙트럼을 방출하는 발광 다이오드에 요구되는 밴드갭을 가지고 있어, 이에 대한 연구가 많이 진행되어 왔으며, 그 사용이 증가하고 있다. 또한, 알루미늄 나이트라이드(AlN), 인디움 나이트라이드(InN) 및 갈륨 나이트라이드(GaN)의 얼로이(alloy)는 가시영역 전범위에 걸친 스펙트럼을 제공한다.Group III-V compound semiconductors used to fabricate various light emitting devices provide superior performance in applications such as high speed and high temperature electronics, light emitters and photo detectors. Particularly, gallium nitride (GaN) included in gallium nitride compound semiconductors has a bandgap required for a blue laser and a light emitting diode emitting a blue wavelength spectrum. This is increasing. In addition, alloys of aluminum nitride (AlN), indium nitride (InN) and gallium nitride (GaN) provide spectra across the visible range.
질화물계 화합물 반도체 예를 들면 질화갈륨(GaN) 반도체를 이용한 발광다이오드 또는 레이저 다이오드와 같은 발광소자를 구현하기 위해서는 반도체와 N형 및 P형 전극간의 오믹접촉 구조가 매우 중요하다. 특히, P형 클래드층과 전극간의 오믹접촉 구조는 질화물계 발광소자의 성능을 좌우할 정도로 중요한 기술 부분이다.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, an ohmic contact structure between the semiconductor and the N-type and P-type electrodes is very important. In particular, the ohmic contact structure between the P-type cladding layer and the electrode is an important technical part so as to influence the performance of the nitride-based light emitting device.
이러한 질화물계 발광소자 중, 발광다이오드는 탑-에미트형 발광다이오 드(top-emitting light emitting diodes; TLEDS)와 플립칩 발광다이오드(flip-chip light emitting diodes: FCLEDS)로 분류된다.Among such nitride-based light emitting devices, light emitting diodes are classified into top-emitting light emitting diodes (TLEDS) and flip-chip light emitting diodes (FCLEDS).
탑에미트형 발광다이오드는 P형 클래드층과 접촉하고 있는 P형 오믹 전극층을 통해 광이 출사되게 형성된다. 따라서, P형 오믹 전극층은 높은 빛 투과도와 낮은 비접촉 저항 및 면 저항 값을 갖는 것이 요구된다.The top emit light emitting diode is formed such that light is emitted through the P-type ohmic electrode layer in contact with the P-type cladding layer. Therefore, the P-type ohmic electrode layer is required to have high light transmittance and low specific contact resistance and sheet resistance values.
플립칩형 발광다이오드는 투명한 절연성 기판을 통해서 빛을 외부로 방출하는 구조로 되어 있다. 따라서, P형 클래드층과 접촉하고 있는 P형 오믹 전극층은 높은 빛 반사율 및 낮은 비접촉 저항 및 면 저항 값을 갖는 것이 요구된다.The flip chip type light emitting diode has a structure that emits light to the outside through a transparent insulating substrate. Therefore, the P-type ohmic electrode layer in contact with the P-type cladding layer is required to have high light reflectance and low specific contact resistance and sheet resistance values.
그런데, 대부분의 전극 소재들은 광학적 특성과 전기적 특성이 상호 역관계(reverse relationship)를 갖고 있고, P형 클래드층의 낮은 전류 주입(current injection) 및 전류 퍼짐(current spreading)과 같은 열악한 전기적 특성으로 인하여 탑에미트형 또는 플립칩형 발광다이오드 구조에 알맞은 P형 오믹전극층을 개발하기는 쉽지가 않다.However, most electrode materials have a reverse relationship between optical and electrical characteristics, and due to poor electrical characteristics such as low current injection and current spreading of the P-type cladding layer, It is not easy to develop a P-type ohmic electrode layer suitable for an emitter or flip chip type light emitting diode structure.
현재, 탑에미트형 발광소자의 P형 오믹전극층은 니켈(Ni) 금속과 같은 천이 금속(transition metal)들을 기본으로 하는 금속박막구조로서 산화된 반투명한 니켈(Ni)/금(Au)의 금속박막이 널리 이용되고 있다.Currently, the P-type ohmic electrode layer of the top-emitting type light emitting device is a metal thin film structure based on transition metals such as nickel (Ni) metal, and is oxidized semi-transparent nickel (Ni) / gold (Au) metal. Thin films are widely used.
이러한 니켈(Ni) 금속을 기본으로 하는 금속박막은 산소(O2) 분위기에서 열처리하여 10-3∼10-4Ω㎠정도의 비접촉저항을 갖는 반투명 오믹컨택트층(semi-transparent ohmic contact layer)을 형성하는 것으로 보고 되어지고 있다.The metal thin film based on the 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 Ω cm 2 . It is reported to form.
이러한 낮은 비접촉저항은 500℃-600℃ 온도 범위, 산소(O2) 분위기에서 열처리시 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 : SBH)를 감소시키게 되어, P형 질화갈륨 표면부근에 다수캐리어인 홀(hole)을 용이하게 공급하여 P형 질화갈륨 표면부근에서의 실효 캐리어 농도(effective carrier concentration)를 증가시킨다. This low specific contact resistance is due to the island-like shape of nickel oxide (NiO), which is a P-type semiconductor oxide, at the interface between P-type gallium nitride and nickel (Ni) during heat treatment in an oxygen (O 2 ) temperature range of 500 ° C to 600 ° C It is formed between the Au formed in the upper portion and the upper layer to reduce the Schottky barrier height (SBH), thereby easily supplying a multi-carrier hole near the P-type gallium nitride surface. To increase the effective carrier concentration near the surface of the P-type gallium nitride.
다른 한편으로는 니켈(Ni)/금(Au)을 P형 질화갈륨에 접촉 후 열처리하면 Mg-H 금속간 화합물(complex)를 제거하여 P형 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 (산화 니켈) 사이에 터널링(tunneling) 전도를 일으켜 오믹전도 특성을 보이는 것으로 이해되어지고 있다.On the other hand, when nickel (Ni) / gold (Au) is contacted with P-type gallium nitride and heat-treated, Mg-H intermetallic compounds are removed to remove magnesium (Mg) dopant on the P-type gallium nitride surface. Reactivation increases the concentration of these effective carrier concentrations above 10 19 on the surface of gallium nitride, resulting in tunneling conduction between the gallium nitride and the electrode layer (nickel oxide). It is understood to exhibit conductive properties.
하지만, 산화된 니켈/금으로 형성되는 반투명 전극박막을 이용한 탑에미트형 발광다이오드는 광 이용효율이 낮아 대용량 및 고휘도 발광소자를 구현하기는 어렵다.However, the top-emitting type light emitting diode using a translucent electrode thin film formed of oxidized nickel / gold has low light utilization efficiency, making it difficult to realize a high capacity and high brightness light emitting device.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 N형 반도체층, 활성층, P형 반도체층이 적층되고 그 위에 Ni/Au로 이루어지는 오믹성 투명 전극이 형성되는 발광소 자에서 오믹성 투명 전극의 광이용 효율을 향상시키는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to improve the light utilization efficiency of an ohmic transparent electrode in a light emitting device in which an N-type semiconductor layer, an active layer, and a P-type semiconductor layer are stacked and an ohmic transparent electrode made of Ni / Au is formed thereon. It is to let.
이러한 기술적 과제들을 달성하기 위해 본 발명의 일측면에 의하면, 기판위에 N형 반도체층, 활성층, P형 반도체층을 차례대로 형성하는 단계와, 상기 P형 반도체층위에 Ni 금속층을 형성하는 단계와, 상기 Ni 금속층위에 Au 금속층을 형성하는 단계와, 상기 Au 금속층에 산소 함유기체를 이용한 플라즈마 처리를 수행하는 단계와, 상기 Ni 금속층 및 Au 금속층을 산소 분위기에서 어닐링 처리하여 Ni/Au으로 이루어지는 오믹성 투명 전극을 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자의 제조방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention to achieve these technical problems, the step of sequentially forming an N-type semiconductor layer, an active layer, a P-type semiconductor layer on a substrate, forming a Ni metal layer on the P-type semiconductor layer, Forming an Au metal layer on the Ni metal layer, performing a plasma treatment using an oxygen-containing gas on the Au metal layer, and annealing the Ni metal layer and the Au metal layer in an oxygen atmosphere to form Ni / Au. It provides a method of manufacturing a light emitting device comprising the step of forming an electrode.
상기 플라즈마 처리는 50 - 200W, O2 30 - 60 SCCM, 70 - 85mTorr에서 40 - 240sec 동안 수행될 수 있다.The plasma treatment is 50-200 W, O 2 It may be performed for 30-60 SCCM, 40-240 sec at 70-85 mTorr.
상기 어닐링 처리는 350℃ - 700℃의 온도에서 산소 함유기체를 포함하는 공기 분위기에서 5 - 10분간 수행될 수 있다.The annealing treatment may be performed for 5-10 minutes in an air atmosphere containing an oxygen-containing gas at a temperature of 350 ℃-700 ℃.
상기 P형 반도체층, 활성층, N형 반도체층의 일부를 식각하여 상기 N형 반도체층의 일부를 노출시키는 단계와, 상기 Ni/Au 오믹성 투명 전극과 상기 노출된 N형 반도체층에 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.Etching a portion of the P-type semiconductor layer, the active layer, and the N-type semiconductor layer to expose a portion of the N-type semiconductor layer, and forming an electrode on the Ni / Au ohmic transparent electrode and the exposed N-type semiconductor layer It may further comprise the step.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 기판과, 상기 기판위에 형성된 N형 반도체층과, 상기 N형 반도체층위에 형성된 활성층과, 상기 활성층위에 형성된 P형 반도체 층과, 상기 P형 반도체층위에 Ni 금속층과 Au 금속층이 적층된 후 산소 함유기체를 이용한 플라즈마 처리와 산소 분위기에서의 어닐링 처리를 통해 형성된 Ni/Au 오믹성 투명 전극을 포함하는 발광 소자를 제공한다.According to another aspect of the invention, there is provided a substrate, an N-type semiconductor layer formed on the substrate, an active layer formed on the N-type semiconductor layer, a P-type semiconductor layer formed on the active layer, and a Ni metal layer on the P-type semiconductor layer; Provided is a light emitting device including a Ni / Au ohmic transparent electrode formed by laminating an Au metal layer and performing a plasma treatment using an oxygen-containing gas and an annealing treatment in an oxygen atmosphere.
상기 발광 소자는 상기 P형 반도체층, 활성층, N형 반도체층의 일부를 식각하여 상기 N형 반도체층의 일부를 노출시킨 후 상기 Ni/Au 오믹성 투명 전극과 상기 노출된 N형 반도체층에 형성된 전극을 더 포함할 수 있다.The light emitting device exposes a portion of the N-type semiconductor layer by etching a portion of the P-type semiconductor layer, the active layer, and the N-type semiconductor layer, and then is formed on the Ni / Au ohmic transparent electrode and the exposed N-type semiconductor layer. It may further include an electrode.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are provided as examples to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the invention is not limited to the embodiments described below and may be embodied in other forms. In the drawings, lengths, thicknesses, and the like of layers and regions may be exaggerated for convenience. Like numbers refer to like elements throughout.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는 기판(100), 버퍼층(200), Undoped GaN층(300), N형 GaN층(400), 활성층(500), P형 GaN층(600), Ni/Au으로 이루어지는 오믹성 투명 전극(700), 전극패드(800a,800b)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a light emitting diode according to an embodiment of the present invention may include a
기판(100)은 사파이어 기판으로 이루어진다. 기판(100)은 사파이어 기판이외에도 스피넬(spinel) 기판, Si 기판, 포러스 Si 기판, SiC 기판, ZnO 기판, GaAs 기판, GaN 기판 등 다른 종류의 기판이 사용될 수 있다.The
버퍼층(200), Undoped GaN층(300), N형 GaN층(400), 활성층(500), P형 GaN층(600)은 금속유기 화학기상증착(MOCVD), 분자선 성장(MBE) 또는 수소화물 기상 성장(HVPE) 방법 등을 사용하여 형성될 수 있다. 또한, 동일한 공정챔버에서 연속적으로 형성될 수 있다.
버퍼층(200)은 기판(100)과 Undoped GaN층(300)간의 격자 불일치를 완화하기 위해 개재된다. 예를 들어 버퍼층(200)은 AlxGa1 - xN(0≤x≤1)로 금속 유기 화학 기상 증착법(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD), 수소화물 기상 성장법(hydride vapor phase epitaxy, HVPE) 또는 분자선 성장법(molecular beam epitaxy, MBE), 금속 유기 화학 기상 성장법(metalorganic chemical vapor phase epitaxy, MOCVPE) 등을 사용하여 형성할 수 있다. The
버퍼층(200)을 형성할 경우, Al 및 Ga의 소오스 가스로 트리메틸알루미늄(trimethyl aluminum; TMAl, Al(CH3)3)과 트리메틸갈륨(trimethyl galium; TMG, Ga(CH3)3)을 사용하고, 반응가스로 암모니아(NH3)를 사용한다. 이들 소오스 가스 및 반응가스를 반응 챔버 내에 유입시키고, 400~1200℃에서 버퍼층(200)을 형성할 수 있다.When the
Undoped GaN 층(300)은 버퍼층(200)위에 N형 GaN층(400)을 성장시키기 위하여 성장된다.The undoped GaN
N형 GaN층(400)은 GaN에 실리콘(Si)을 도우핑하여 형성할 수 있다. The N-
활성층(500)은 전자 및 정공이 재결합되는 영역으로서, InGaN/GaN을 포함하여 이루어진다. 활성층(500)을 이루는 물질의 종류에 따라 발광 다이오드에서 방출되는 발광 파장이 결정된다. 활성층(500)은 양자우물층과 장벽층이 반복적으로 형성된 다층막일 수 있다. 양자우물층과 장벽층은 일반식 AlxInyGa1 -x- yN (0≤x,y,x+y≤1)으로 표현되는 2원 내지 4원 화합물 반도체층들일 수 있다. The
P형 GaN층(600)은 GaN에 아연(Zn) 또는 마그네슘(Mg)을 도우핑하여 형성할 수 있다. The P-
오믹성 투명 전극(700)은 P형 GaN층(600)위에 형성된다. 오믹성 투명 전극(700)은 판상 형태로서 활성층(500)에서 방출되는 빛을 외부로 투과시킨다. The ohmic
오믹성 투명 전극(700)은 Ni/Au와 같은 투명물질로 형성될 수 있다.The ohmic
오믹성 투명 전극(700)은 P형 GaN층(600)위에 Ni 금속층과 Au 금속층이 적층된 후 산소 함유기체를 이용한 플라즈마 처리와 산소 분위기에서의 어닐링 처리를 통해 형성된다.The ohmic
오믹성 투명 전극(700)은 전극패드(800a)를 통해 입력되는 전류를 골고루 분산시켜 발광효율을 높이는 역할도 수행한다.The ohmic
전극 패드(800a,800b)는 오믹성 투명 전극(700) 위 및 N형 GaN층(400)위에 형성된다. 전극패드(800a, 800b)는 와이어(wire)에 의해 리드(lead)(미도시)와 연결되어 외부전원으로부터 전원을 공급받는다.The
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조 공정을 설명하기 위한 공정 순서도이고, 도 3 내지 도 4는 그 제조 공정에 따른 공정 단면도이다.2 is a flowchart illustrating a manufacturing process of a light emitting diode according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIGS. 3 to 4 are cross-sectional views illustrating a manufacturing process thereof.
도 2 및 도 3을 참조하면 사파이어 기판(100)을 준비한다(S1).2 and 3 to prepare a sapphire substrate 100 (S1).
기판(100)위에 버퍼층(200)을 형성한다(S2). A
버퍼층(200)은 금속 유기 화학 기상 증착법(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD), 수소화물 기상 성장법(hydride vapor phase epitaxy, HVPE) 또는 분자선 성장법(molecular beam epitaxy, MBE), 금속 유기 화학 기상 성장법(metalorganic chemical vapor phase epitaxy, MOCVPE) 등을 사용하여 형성할 수 있다. The
버퍼층(200)은 400 내지 1200℃에서 압력이 약 10 torr 내지 약 780 torr인 상태에서 상술한 결정 성장 방법 중 어느 하나를 이용하여 성장될 수 있다.The
버퍼층(200)이 형성된 이후에 버퍼층(200)위에 1㎛ 두께의 Undoped GaN 층(300)과 2㎛ 두께의 N형 GaN층(400)과, 활성층(500)과 0.15㎛ 두께의 P형 GaN층(600)을 1000℃에서 차례대로 성장시킨다(S3)After the
Undoped GaN층(300), N형 GaN층(400), 활성층(500), P형 GaN층(600)은 금속 유기 화학 기상 증착법(MOCVD), 수소화물 기상 성장법(HVPE) 또는 분자선 성장법(MBE) 등을 사용하여 형성할 수 있다. 또한, 동일한 공정 챔버에서 연속적으로 형성될 수 있다.
P형 GaN층(600)이 형성된 후 P형 GaN층(600)위에 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 또는 PALE(Pused Atomic Layer Epitaxy)법을 통해 Ni금속층(710)을 증착하여 형성한다(S4). Ni금속층(710)의 증착 두께는 예를 들면, 10㎚일 수 있다.After the P-
P형 GaN층(600)위에 Ni금속층(710)이 형성되면, Ni금속층(710)에 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 또는 PALE(Pused Atomic Layer Epitaxy)법을 통해 Au금속층(720)을 증착하여 형성한다(S5). Au금속층(720)의 증착 두께는 예를 들면, 10㎚일 수 있다.When the Ni metal layer 710 is formed on the P-
P형 GaN층(600)위에 Ni 금속층(710) 및 Au 금속층(720)이 형성되면 Ni 금속층(710) 및 Au 금속층(720)에 대하여 산소 함유 기체를 이용하여 산소 플라즈마 처리를 수행한다(S6).When the Ni metal layer 710 and the
산소 플라즈마 처리는 플라즈마를 이용한 산소 래디컬(radical) 반응으로서 산소의 공급은 MFC(mass floe controller)에 의해서 유량을 조절한다.Oxygen plasma treatment is an oxygen radical reaction using plasma, and the supply of oxygen is controlled by a mass floe controller (MFC).
여기에서, 산소 함유 기체는 O2 , O3 , CO, CO2, NO, N2O, NO2 및 H2O로 부터 선택된 하나 이상의 기체 또는 이들 기체 둘 이상을 함유하는 혼합 기체일 수 있다. 산소 함유 기체는 또한 O2, O3, CO, CO2, NO, N2O, NO2 및 H2O중의 하나 이상과 하나 이상의 불활성 기체를 함유하는 혼합 기체일 수도 있고, 또는, O2, O3, CO, CO2, NO, N2O, NO2 및 H2O중의 둘 이상과 하나 이상의 불활성 기체의 혼합물을 함유하는 혼합 기체일 수 있다. 간단히 말해서, 산소 함유 기체는 산소 원자를 함유하는 기체 또는 산소 원자를 함유하는 분자들의 기체를 의미한다.Here, the oxygen containing gas may be one or more gases selected from O 2 , O 3 , CO, CO 2 , NO, N 2 O, NO 2 and H 2 O or a mixed gas containing two or more of these gases. The oxygen containing gas may also be a mixed gas containing at least one of O 2 , O 3 , CO, CO 2 , NO, N 2 O, NO 2 and H 2 O and at least one inert gas, or O 2 , It may be a mixed gas containing a mixture of two or more of O 3 , CO, CO 2 , NO, N 2 O, NO 2 and H 2 O and one or more inert gases. In short, oxygen-containing gas means a gas containing oxygen atoms or a gas of molecules containing oxygen atoms.
예를 들어, 산소 플라즈마 처리는 50 - 200W, O2 30 - 60 SCCM, 70 - 85mTorr에서 40 - 240sec 동안 수행한다.For example, oxygen plasma treatment is 50-200 W, O 2 It is carried out at 30-60 SCCM, 70-85 mTorr for 40-240 sec.
Au 금속층(720)에 대하여 산소 플라즈마 처리를 하게 되면 산소 입자에 의해 Au 금속층(720)의 표면이 거칠게 처리된다. Au 금속층(720)의 표면이 거칠게 처리되면 산소 함유기체를 이용하여 공기 분위기에서 어닐링 처리를 수행할 때 Au 금속층(720)의 표면에서 Ni와 산소가 만날 확률이 더욱 증가하여 Ni의 산화가 더욱 촉진되어 NiO의 형성이 더 잘될 수 있다.When the oxygen plasma treatment is performed on the
Ni 금속층(710) 및 Au 금속층(720)에 대하여 산소 플라즈마 처리가 완료되면 Ni 금속층(710) 및 Au 금속층(720)에 대한 어닐링 처리를 수행한다(S8).When the oxygen plasma treatment is completed on the Ni metal layer 710 and the
어닐링 처리는 350℃ - 700℃의 온도에서 바람직하게는 530℃의 온도로 산소 함유기체를 포함하는 공기 분위기에서 5 - 10분간 수행한다.The annealing treatment is performed at a temperature of 350 ° C.-700 ° C., preferably at 530 ° C., for 5-10 minutes in an air atmosphere containing an oxygen-containing gas.
산소 함유 기체는 O2 , O3 , CO, CO2, NO, N2O, NO2 및 H2O로 부터 선택된 하나 이상의 기체 또는 이들 기체 둘 이상을 함유하는 혼합 기체일 수 있다. 산소 함유 기체는 또한 O2, O3, CO, CO2, NO, N2O, NO2 및 H2O중의 하나 이상과 하나 이상의 불활성 기체를 함유하는 혼합 기체일 수도 있고, 또는, O2, O3, CO, CO2, NO, N2O, NO2 및 H2O중의 둘 이상과 하나 이상의 불활성 기체의 혼합물을 함유하는 혼합 기체일 수 있다. 간단히 말해서, 산소 함유 기체는 산소 원자를 함유하는 기체 또는 산소 원자를 함유하는 분자들의 기체를 의미한다.The oxygen containing gas may be one or more gases selected from O 2 , O 3 , CO, CO 2 , NO, N 2 O, NO 2 and H 2 O, or a mixed gas containing two or more of these gases. The oxygen containing gas may also be a mixed gas containing at least one of O 2 , O 3 , CO, CO 2 , NO, N 2 O, NO 2 and H 2 O and at least one inert gas, or O 2 , It may be a mixed gas containing a mixture of two or more of O 3 , CO, CO 2 , NO, N 2 O, NO 2 and H 2 O and one or more inert gases. In short, oxygen-containing gas means a gas containing oxygen atoms or a gas of molecules containing oxygen atoms.
도 2 및 도 4를 참조하면 Ni/Au로 이루어진 오믹성 투명 전극(700)이 형성된 후, 사진 및 식각 공정을 사용하여 오믹성 투명 전극(700), P형 GaN층(600) 및 활 성층(500)을 패터닝 또는 식각하여 N형 GaN층(400)의 일부 영역이 노출되도록 한다(S6).Referring to FIGS. 2 and 4, after the ohmic
그 후, 노출된 N형 GaN층(400)위에 전극패드(800b)를 형성하고 투명 전극(700)위에 전극패드(800a)를 형성하면(S7) 도 1에 도시된 발광 다이오드가 완성된다. 여기에서 전극 패드들(800a,800b)은 리프트 오프(lift off)법을 사용하여 형성될 수 있다. Thereafter, when the
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 발광소자 제조방법에 따라 제조된 오믹성 전극에 대한 XRD 회절 피크 그래프이다.5 is an XRD diffraction peak graph of an ohmic electrode manufactured according to a light emitting device manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
도 5에서 Ni 금속층 10㎚, Au 금속층 10㎚으로 이루어지는 오믹성 투명 전극을 형성함에 있어서 4가지 비교 조건에서 XRD 회절 피크를 측정한 것이다.In FIG. 5, XRD diffraction peaks were measured under four comparison conditions in forming an ohmic transparent electrode including a 10 nm Ni metal layer and a 10 nm Au metal layer.
제 1 비교예(as-deposited Ni/Au)는 Ni 금속층과 Au 금속층을 증착한 상태에서 플라즈마 처리 및 어닐링 처리를 하지 않은 경우이고, 제 2 비교예(annealed)는 Ni 금속층과 Au 금속층을 증착한 상태에서 어닐링 처리를 수행한 경우이고, 제 3 비교예(plasma treated)는 Ni 금속층과 Au 금속층을 증착한 상태에서 어닐링 처리는 수행하지 않고 플라즈마 처리만을 수행한 경우이고, 본 발명의 실시예(plasma treated & annealed)에는 Ni 금속층과 Au 금속층을 증착한 후에 플라즈마 처리와 어닐링 처리를 수행한 경우이다.The first comparative example (as-deposited Ni / Au) is a case where the plasma treatment and annealing treatment are not performed while the Ni metal layer and the Au metal layer are deposited. In the second comparative example (annealed), the Ni metal layer and the Au metal layer are deposited. In the state where the annealing treatment is performed, and the third comparative example (plasma treated) is a case where only the plasma treatment is performed without performing the annealing treatment in the state in which the Ni metal layer and the Au metal layer are deposited, an embodiment of the present invention treated & annealed) is a case where the plasma treatment and annealing treatment are performed after the deposition of the Ni metal layer and the Au metal layer.
도 5에서 볼 수 있는 바와 같이 플라즈마 처리를 수행한 후 어닐링 처리를 수행함으로써 Au의 격자를 변형시키고, Ni의 산화가 증가되어 NiO의 형성이 더 잘 일어남을 알 수 있다.As shown in FIG. 5, the lattice of Au is deformed by performing annealing after plasma treatment, and the oxidation of Ni is increased to better form NiO.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 오믹성 투명 전극과 비교예에 의한 오믹성 투명 전극의 광출력파워(optical output power)를 나타내는 그래프이다.6 is a graph illustrating optical output power of an ohmic transparent electrode according to an embodiment of the present invention and an ohmic transparent electrode according to a comparative example.
도 6을 참조하면 본 발명의 실시예에 따라 Ni 금속층과 Au 금속층을 증착한 후 플라즈마 처리와 어닐링 처리를 수행한 경우(plasma treated)가 Ni 금속층과 Au 금속층을 증착한 후 플라즈마 처리를 하지 않고 어닐링 처리만을 수행한 경우(un-treated)에 비하여 광투과도가 무려 20%가 향상된 것을 볼 수 있다.Referring to FIG. 6, when the Ni metal layer and the Au metal layer are deposited according to an embodiment of the present invention, the plasma treatment and the annealing treatment are performed after the deposition of the Ni metal layer and the Au metal layer. It can be seen that the optical transmittance is improved by as much as 20% compared to the case of only treatment (un-treated).
이와 같이 광투과도가 향상되는 것은 Ni 금속층과 Au 금속층을 증착한 후 플라즈마 처리를 수행하면, Au 금속층의 표면이 거치게 처리되고 이에 따라 산소 함유기체를 이용하여 공기 분위기에서 어닐링 처리를 수행할 때 Ni가 산소와 결합할 수 있는 표면의 면적이 많아짐에 따라 Ni의 산화가 증가되어 NiO의 형성이 더 잘 얼어남에서 기인된다.As such, the light transmittance is improved by depositing the Ni metal layer and the Au metal layer, and then performing plasma treatment. The surface of the Au metal layer is subjected to the treatment. Therefore, when Ni is annealed in an air atmosphere using an oxygen-containing gas, As the area of the surface capable of bonding with oxygen increases, oxidation of Ni increases, which results from better freezing of NiO.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다. The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and changes can be made by those skilled in the art, which are included in the spirit and scope of the present invention as defined in the appended claims.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에서는 발광소자의 제작을 위해 N형 반도체층 및 P형 반도체층으로 III-V족 화합물 반도체중에서 질화갈륨(GaN)를 이용하는 것에 대하여 설명하였다.For example, in an embodiment of the present invention, the use of gallium nitride (GaN) in a group III-V compound semiconductor as an N-type semiconductor layer and a P-type semiconductor layer for fabricating a light emitting device has been described.
그러나, 발광소자를 제작하기 위한 N형 및 P형 반도체층으로 질화갈륨(GaN)외에도 질화알루미늄(AlN), 질화인디움(InN) 및 이들의 얼로이(alloy)와 같은 다양 한 질화물 화합물 반도체(AlxInyGa1 -x- yN(0≤x,y,x+y≤1)를 사용할 수 있다. 이외에도 GaP 및 GaAs의 III-V족 화합물 반도체를 사용할 수 도 있다.However, in addition to gallium nitride (GaN), various nitride compound semiconductors such as aluminum nitride (AlN), indium nitride (InN), and alloys thereof may be used as N-type and P-type semiconductor layers for manufacturing light emitting devices. Al x in y Ga 1 -x- y N may be used (0≤x, y, x + y≤1 ). in addition may be used a Group III-V compound semiconductor of GaP and GaAs.
본 발명에 의하면, 발광소자에서 Ni/Au 오믹성 투명 전극이 비접촉저항을 낮추고 이를 통해서 외부에서 공급되는 캐리어가 소자 내부로의 균일한 전류 퍼짐(current spreading)이 가능하며, 또한 광효율을 개선하여 발광 소자 내부에서 발생되어 나오는 광자(photon)가 외부로 잘 빠져나갈 수 있게 한다.According to the present invention, in the light emitting device, the Ni / Au ohmic transparent electrode lowers the specific contact resistance, and thus, the carrier supplied from the outside can uniformly spread current into the device, and also improve light efficiency to emit light. Photons generated inside the device can be easily escaped to the outside.
즉, 본 발명에서는 발광소자의 오믹성 투명 전극을 형성할 때 P형 반도체층위에 Ni 금속층과 Au 금속층을 증착한 후 산소 플라즈마 처리를 수행함으로써, Au 금속층의 표면을 거칠게 처리한다.That is, in the present invention, when forming the ohmic transparent electrode of the light emitting device, the surface of the Au metal layer is roughened by depositing a Ni metal layer and an Au metal layer on the P-type semiconductor layer and then performing an oxygen plasma treatment.
산소 플라즈마 처리를 통해 Au 금속층의 표면이 거칠어진 상태에서 산호 함유 기체를 이용하여 산소 함유기체를 이용하여 공기 분위기에서 Ni 금속층과 Au 금속층에 대하여 어닐링 처리를 수행함으로써 Au 금속층의 아래에 있던 Ni이 Au 금속층으로 합금화되고 Au 금속층의 거칠어진 표면에서 산소와 반응하여 산화가 좀더 용이하게 진행되어 NiO의 형성이 더 잘되고, NiO가 빛의 투과성을 향상시킴에 따라 소자 내부에서 발생되어 나오는 광자(photon)가 외부로 잘 빠져나갈 수 있게 되는 것이다.The Ni metal layer and the Au metal layer were annealed to the Ni metal layer and the Au metal layer in an air atmosphere by using an oxygen-containing gas using an oxygen-containing gas while the surface of the Au metal layer was roughened by oxygen plasma treatment. Oxidation proceeds more easily by oxidation with oxygen on the roughened surface of the Au metal layer and alloyed with the metal layer, resulting in better formation of NiO and photon generated inside the device as NiO improves light transmittance. It will be able to escape well outside.
따라서, 산화된 니켈/금으로 형성되는 오믹성 투명 전극을 이용한 탑에미트 형 발광다이오드를 제작할 경우 대용량 및 고휘도 발광소자를 구현하는데 필요한 광 이용효율을 좀더 향상시킬 수 있다.Therefore, when fabricating a top-emitting light emitting diode using an ohmic transparent electrode formed of oxidized nickel / gold, it is possible to further improve the light utilization efficiency required to realize a large capacity and high brightness light emitting device.
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US8659714B2 (en) | 2010-08-30 | 2014-02-25 | Lg Innotek Co., Ltd. | Light emitting device |
KR101528098B1 (en) * | 2014-02-28 | 2015-06-10 | 전북대학교산학협력단 | Method for manufacturing gallium nitride-type light emitting diode using oblique angle deposition and RTA |
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KR20060068856A (en) * | 2004-12-17 | 2006-06-21 | 엘지이노텍 주식회사 | Nitride compound semiconductor led and fabricating method thereof |
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