KR100882977B1 - Method of manufacturing light emitting device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광 소자 제조 방법에 관한 것으로, 사파이어 기판 상부에 N-GaN층, 활성층, 확산방지층, 제 1 P-GaN층과 상기 제 1 P-GaN층보다 P타입 캐리어의 농도가 작게 도핑되는 제 2 P-GaN층을 순차적으로 성장시키는 제 1 단계와; 열처리 공정을 수행하여, 제 1 P-GaN층과 제 2 P-GaN층의 P타입 캐리어를 확산시켜, 상기 확산방지층, 제 1 P-GaN층과 제 2 P-GaN층으로 이루어지고, P타입 캐리어가 균일하게 분포된 P-GaN층을 형성하는 제 2 단계와; 상기 P-GaN층에서 상기 N-GaN층의 일부까지 메사(Mesa) 식각하는 제 3 단계와; 상기 P-GaN층의 상부에 P-전극패드를 형성하고, 상기 식각된 N-GaN층의 상부에 N-전극패드를 형성하는 제 4 단계로 구성된다.The present invention relates to a method of manufacturing a light emitting device, wherein an N-GaN layer, an active layer, a diffusion barrier layer, a first P-GaN layer, and a dopant having a lower P-type carrier concentration than the first P-GaN layer are formed on a sapphire substrate. A first step of sequentially growing 2 P-GaN layers; Performing a heat treatment process to diffuse the P-type carriers of the first P-GaN layer and the second P-GaN layer to form the diffusion barrier layer, the first P-GaN layer, and the second P-GaN layer; A second step of forming a P-GaN layer in which carriers are uniformly distributed; Mesa etching from the P-GaN layer to a part of the N-GaN layer; Forming a P-electrode pad on the P-GaN layer and forming an N-electrode pad on the etched N-GaN layer.
따라서, 본 발명은 고온, 고농도의 Mg 도핑조건에서 성장되는 P-GaN 성장에 전에, Mg가 도핑되지 않는 확산방지층을 성장시킴으로써, 고온 확산에 의해 Mg가 활성층으로 침투하는 것을 방지하여, 활성층 안으로 Mg 확산에 의한 결함 생성을 억제하여 소자의 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 발생한다. Therefore, the present invention grows a diffusion barrier layer that is not doped with Mg prior to P-GaN growth grown at high temperature and high concentration of Mg, thereby preventing Mg from penetrating into the active layer by high temperature diffusion, thereby preventing Mg into the active layer. It is possible to suppress the generation of defects due to diffusion, thereby improving the characteristics of the device.
질화물, 발광소자, 확산, Mg, 방지층Nitride, Light Emitting Diode, Diffusion, Mg, Prevention Layer
Description
도 1은 일반적인 발광 소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a general light emitting device.
도 2는 종래 기술에 따른 발광소자의 개략적인 에너지 밴드 다이어그램이다.2 is a schematic energy band diagram of a light emitting device according to the prior art.
도 3a와 3b는 종래 기술에 따른 발광소자에 있는 P-GaN층의 확산 전과 후 상태의 개략적인 Mg 농도 분포도이다.3A and 3B are schematic Mg concentration distribution diagrams of before and after diffusion of a P-GaN layer in a light emitting device according to the prior art.
도 4a 내지 4c는 본 발명에 따른 발광소자의 제조 공정도이다.Figures 4a to 4c is a manufacturing process of the light emitting device according to the present invention.
도 5a와 5b는 본 발명에 따른 발광소자에 있는 P-GaN층의 확산 전과 후 상태의 개략적인 Mg 농도 분포도이다.5A and 5B are schematic Mg concentration distribution diagrams of before and after diffusion of a P-GaN layer in a light emitting device according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 사파이어 기판 110,110a : N-GaN층 100: sapphire substrate 110,110a: N-GaN layer
120 : 활성층 130 : 확산방지층120: active layer 130: diffusion barrier layer
131,132,150 : P-GaN층 161 : P-전극패드 131,132,150: P-GaN layer 161: P-electrode pad
162 : N-전극패드 162: N-electrode pad
본 발명은 발광 소자 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고온, 고농 도의 Mg 도핑조건에서 성장되는 P-GaN 성장에 전에, Mg가 도핑되지 않는 확산방지층을 성장시킴으로써, 고온 확산에 의해 Mg가 활성층으로 침투하는 것을 방지하여, 활성층 안으로 Mg 확산에 의한 결함 생성을 억제하여 소자의 특성을 향상시킬 수 있는 발광 소자 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a light emitting device, and more particularly, before the growth of P-GaN grown under high temperature and high concentration of Mg doping, by growing a diffusion barrier layer that is not doped with Mg, Mg is active layer by high temperature diffusion. The present invention relates to a method of manufacturing a light emitting device capable of preventing the penetration of light into the active layer and suppressing the generation of defects due to Mg diffusion into the active layer to improve device characteristics.
일반적으로, 질화물계 화합물 반도체를 사용한 발광 소자는 점차 그 용도가 여러 분야로 넓혀지고 있다.In general, the light emitting device using the nitride compound semiconductor has been widely used in various fields.
특히, 이들 물질을 이용한 LD 및 LED는 총 천연색 전광판, 신호등과 같은 디스플레이 그리고 고밀도 광 기록 ??의 개발 등을 위해서 필수적이라고 할 수 있겠다.In particular, LDs and LEDs using these materials are essential for the development of full color displays, displays such as traffic lights, and high density optical recording.
도 1은 일반적인 발광 소자의 단면도로서, 기판(100)의 상부에 형성되어 상부의 일부가 식각된 N-화합물 반도체층(101)과; 상기 N-화합물 반도체층(101)의 식각되지 않은 상부에 형성된 활성층(111)과; 상기 활성층(111)의 상부에 형성된 P-화합물 반도체층(102)과; 상기 P-화합물 반도체층(102)의 상부에 형성된 전류 확산용 투명전극(105)과; 상기 전류 확산용 투명전극(105)의 상부에 형성된 P-전극(107)과; 상기 N-화합물 반도체층의 식각된 상부에 형성된 N-전극(108)으로 구성된다.1 is a cross-sectional view of a general light emitting device, an N-
상기 P-전극(107)과 N-전극(108)에서 정공과 전자가 주입되면, 상기 활성층(111)에서 정공과 전자가 재결합하여 광을 방출하게 된다.When holes and electrons are injected from the P-
도 2는 종래 기술에 따른 발광소자의 개략적인 에너지 밴드 다이어그램으로서, 활성층은 N-GaN층과 P-GaN층 사이에서 우물 형상으로 형성되어 있고, 이 활성 층에는 N-GaN층으로부터 전자와 P-GaN층으로부터 정공을 주입받아, 우물에서 구속된 상태로 전자와 정공이 재결합되어 광을 방출시킨다.FIG. 2 is a schematic energy band diagram of a light emitting device according to the prior art, in which an active layer is formed in a well shape between an N-GaN layer and a P-GaN layer, which includes electrons and P- from the N-GaN layer. Holes are injected from the GaN layer, and electrons and holes are recombined in a confined state in the well to emit light.
도 3a와 3b는 종래 기술에 따른 발광소자에 있는 P-GaN층의 확산 전과 후 상태의 개략적인 Mg 농도 분포도로서, P 타입 도펀트인 Mg는 GaN층이 성장되는 도중에 일정하게 주입되어, 도 3a에 도시된 바와 같이, 확산되기 전에 P-GaN층의 Mg 농도는 일정하다.3A and 3B are schematic Mg concentration distribution diagrams of before and after diffusion of a P-GaN layer in a light emitting device according to the prior art, in which Mg, a P type dopant, is constantly injected during the growth of a GaN layer, As shown, the Mg concentration of the P-GaN layer is constant before diffusion.
확산공정을 수행하면, 도 3b에 도시된 바와 같이, P-GaN층의 Mg는 활성층으로 침투하게 되며, 이는 소자 특성을 저하시키는 원인이 되었다.When the diffusion process is performed, as shown in FIG. 3B, Mg of the P-GaN layer penetrates into the active layer, which causes deterioration of device characteristics.
한편, 질화물계 화합물 반도체를 이용한 발광소자의 제조에서 현재까지 남아있는 가장 큰 어려움의 하나는 높은 정공농도를 가지는 P-GaN층을 얻기 위해서는 도핑 물질로 사용되는 Mg의 활성화 효율이 낮기 때문에 정공 농도보다 훨씬 많은 양의 Mg를 도핑해야 하며, 이로 인한 결함 발생을 피하기 어렵다.On the other hand, one of the biggest difficulties remaining until now in manufacturing a light emitting device using a nitride compound semiconductor is that the activation efficiency of Mg used as a doping material is lower than the hole concentration to obtain a P-GaN layer having a high hole concentration. Much higher amounts of Mg must be doped, which makes it difficult to avoid defects.
이처럼 과다 도핑된 Mg는 P-GaN층 자체에서만 결함을 발생시키는 것이 아니라, 성장온도가 약 1000℃정도이므로, 성장시간 동안의 확산에 의해 인접한 다른 층들에도 결함을 발생시킬 수 있다.The excessively doped Mg does not only generate defects in the P-GaN layer itself, but also has a growth temperature of about 1000 ° C., which may cause defects in other adjacent layers by diffusion during the growth time.
특히, 도 3b와 같이, 활성층으로 P-GaN층의 성장동안 또는 열처리 공정동안 Mg가 확산되어 침투된다면, 소자의 특성은 상당히 저하된다.In particular, as shown in FIG. 3B, if Mg diffuses and penetrates into the active layer during the growth of the P-GaN layer or during the heat treatment process, the characteristics of the device are significantly degraded.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 고온, 고농도의 Mg 도핑조건에서 성장되는 P-GaN 성장에 전에, Mg가 도핑되지 않는 확산방지층을 성장시킴으로써, 고온 확산에 의해 Mg가 활성층으로 침투하는 것을 방지하여, 활성층 안으로 Mg 확산에 의한 결함 생성을 억제하여 소자의 특성을 향상시킬 수 있는 발광소자의 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the problems described above, and before the growth of P-GaN grown under high temperature and high concentration of Mg doping, by growing a diffusion barrier layer that is not doped with Mg, Mg by high temperature diffusion It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a light emitting device capable of preventing penetration into the active layer, thereby suppressing defect generation due to Mg diffusion into the active layer, thereby improving the characteristics of the device.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 사파이어 기판 상부에 N-GaN층, 활성층, 확산방지층, 제 1 P-GaN층과 상기 제 1 P-GaN층보다 P타입 캐리어의 농도가 작게 도핑되는 제 2 P-GaN층을 순차적으로 성장시키는 제 1 단계와;A preferred aspect for achieving the above object of the present invention is a P-type carrier on the sapphire substrate than the N-GaN layer, the active layer, the diffusion barrier layer, the first P-GaN layer and the first P-GaN layer. A first step of sequentially growing a second P-GaN layer doped with a small concentration of;
열처리 공정을 수행하여, 제 1 P-GaN층과 제 2 P-GaN층의 P타입 캐리어를 확산시켜, 상기 확산방지층, 제 1 P-GaN층과 제 2 P-GaN층으로 이루어지고, P타입 캐리어가 균일하게 분포된 P-GaN층을 형성하는 제 2 단계와;Performing a heat treatment process to diffuse the P-type carriers of the first P-GaN layer and the second P-GaN layer to form the diffusion barrier layer, the first P-GaN layer, and the second P-GaN layer; A second step of forming a P-GaN layer in which carriers are uniformly distributed;
상기 P-GaN층에서 상기 N-GaN층의 일부까지 메사(Mesa) 식각하는 제 3 단계와;Mesa etching from the P-GaN layer to a part of the N-GaN layer;
상기 P-GaN층의 상부에 P-전극패드를 형성하고, 상기 식각된 N-GaN층의 상부에 N-전극패드를 형성하는 제 4 단계로 구성된 발광소자의 제조 방법이 제공된다.A method of manufacturing a light emitting device comprising a fourth step of forming a P-electrode pad on the P-GaN layer and forming an N-electrode pad on the etched N-GaN layer is provided.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 4a 내지 4c는 본 발명에 따른 질화물계 발광소자의 제조 공정도로서, 사파이어 기판(100) 상부에 N-GaN층(110), 활성층(120), 확산방지층(130), 제 1 P-GaN층(131)과 상기 제 1 P-GaN층(131)보다 P타입 캐리어의 농도가 작게 도핑되는 제 2 P-GaN층(132)을 순차적으로 성장시킨다.(도 4a)4A to 4C illustrate a manufacturing process of the nitride-based light emitting device according to the present invention. The N-GaN layer 110, the
상기 확산방지층(130)은 P-GaN층으로부터 P타입 캐리어의 확산을 방지하는 층으로, 도핑되지 않은 GaN층으로 형성한다.The
여기서, 상기 제 1 P-GaN층(131)과 제 2 P-GaN층(132)은 GaN층을 성장시키는 중에 Mg를 도핑시켜 형성하고, 제 1 P-GaN층(131)은 상기 제 2 P-GaN층(132)보다 10~20% Mg를 더 도핑시켜 형성한다.Here, the first P-
도 5a를 참조하며, 확산방지층(130)인 도핑되지 않은 GaN층, 제 1 P-GaN층(131)과 제 2 P-GaN층(132)의 Mg 농도를 알 수 있다.Referring to FIG. 5A, Mg concentrations of the undoped GaN layer, the first P-
이 때, 상기 제 1 P-GaN층(131)의 두께는 10~30㎚로 성장하는 것이 바람직하다.At this time, the thickness of the first P-
이러한, P타입 캐리어 농도가 큰 제 1 P-GaN층(131)은 확산방지층(130), 즉, 도핑되지 않은 GaN층이 삽입됨에 따라 전기 전도도 저하를 최소화하기 위하여 형성된다.The first P-
그 다음, 열처리 공정을 수행하여, 상기 확산방지층(130), 제 1 P-GaN층(131)과 제 2 P-GaN층(132)의 P타입 캐리어를 확산시켜 P타입 농도가 균일해진 P-GaN층(150)을 형성한다.(도 4b)Next, a P-type carrier of the
여기서, 도 5b를 참조하여 설명하면, 열처리 공정은 제 1 P-GaN층(131)과 제 2 P-GaN층(132)의 P타입 캐리어를 활성화시켜, 양 층(Layer)에 P타입 캐리어의 농도를 균일하게 하고, 확산되는 제 1 P-GaN층(131)의 P타입 캐리어를 상기 확산방지층(130)에서 거의 트랩(Trap)하여 활성층(120)에는 영향이 미치지 않는다.
Here, referring to FIG. 5B, the heat treatment process activates the P-type carriers of the first P-
그 후, 상기 P-GaN층(150)에서 상기 N-GaN층(110)의 일부까지 메사(Mesa) 식각한다.(도 4c)Thereafter, Mesa is etched from the P-GaN
마지막으로, 상기 P-GaN층(150)의 상부에 P-전극패드(161)를 형성하고, 상기 식각된 N-GaN층(110a)의 상부에 N-전극패드(162)를 형성한다.(도 4d)Finally, a P-
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 고온, 고농도의 Mg 도핑조건에서 성장되는 P-GaN 성장에 전에, Mg가 도핑되지 않는 확산방지층을 성장시킴으로써, 고온 확산에 의해 Mg가 활성층으로 침투하는 것을 방지하여, 활성층 안으로 Mg 확산에 의한 결함 생성을 억제하여 소자의 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention is to prevent the penetration of Mg into the active layer by high temperature diffusion by growing a diffusion preventing layer that is not doped with Mg before the growth of P-GaN grown under high temperature and high concentration of Mg doping. In addition, there is an effect that the characteristics of the device can be improved by suppressing defect generation due to Mg diffusion into the active layer.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.Although the invention has been described in detail only with respect to specific examples, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the spirit of the invention, and such modifications and variations belong to the appended claims.
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- 2003-03-03 KR KR1020030013020A patent/KR100882977B1/en not_active IP Right Cessation
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