KR100918968B1 - 초접촉층을 구비한 질화갈륨 소자 제작방법 및 그 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명의 GaN 소자 제작방법은, 기판을 제공하는 단계; 상기 기판에 n-GaN층/활성층 및 p-GaN층을 순차적으로 적층성장시키는 단계; 상기 p-GaN층상에 초접촉층을 성장시키는 단계; 상기 초접촉층상에 TCL층을 성장시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

초접촉층을 구비한 질화갈륨 소자 제작방법 및 그 소자{A METHOD FOR FABRICATING GaN DEVICE, HAVING SUPER CONTACT LAYER, AND DEVICE STRUCTURE THEREOF}

도 1 내지 도 4는 본 발명의 제조공정을 나타낸 도면.

기존의 GaN LED 제조방법은 p-Layer 위에 Ni/Au, N-Layer에 Ti/Al 등을 Contact Metal로 사용하는 방법이 주를 이루고 있다. 하지만 표면으로 나오는 빛이 대부분을 차지하는 GaN LED에서는 Ni/Au의 낮은 빛의 투과율이 문제되었으며, 이에 ITO 등과 같은 TCL(Transparent Conductive Layer)를 Ni/Au 대신 사용해 광도를 향상시키는 방법이 많이 시도되고 있다.

따라서 상기 TCL는 전기전도성이 좋고, 투과성이 좋아서 널리 사용되는 추세이다. 하지만 TCL 자체적으로 N+ 특성을 가지고 있어서 그 하부의 p-GaN과 함께 n-p-n 구조가 되어서 문턱전압(Vf)이 지나치게 높아지는 문제가 발생하게 된다.

따라서 종래에는 이러한 문제해결을 위해 Ni/Au 등 p-contact metal을 먼저 p-GaN상에 증착하고 이 위에 ITO를 증착하는 방법이나, p-GaN 위에 n+GaN등을 성장 한 후 여기에 ITO 를 성장하는 방법 등이 시도되고 있다.

하지만 이러한 방식은 공정 단계가 복잡해지거나 또는 생각보다 좋은 오믹 접촉 특성을 나타내지 못한다는 단점을 안고 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, TCL층과 그 하부에 위치하는 p-GaN층간의 오믹 접촉 특성이 향상된 새로운 GaN 광소자 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 GaN 소자 제작방법은, 기판을 제공하는 단계; 상기 기판에 n-GaN층/활성층 및 p-GaN층을 순차적으로 적층성장시키는 단계; 상기 p-GaN층상에 초접촉층을 성장시키는 단계; 상기 초접촉층상에 TCL층을 성장시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

위에서 언급한 것처럼 휘도향상을 위한 ITO 적용이 필요하며, 이 ITO와 p-GaN 접합에 있어서, 중간에 빛을 흡수하거나 반사하지 않으면서도 저항을 증가시키지 않아 문턱전압(Vf) 등의 전기적 특성을 개선할 수 있는 방법을 찾을 수 있는 것이 매우 중요하다.

이러한 문제들을 해결하는 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 순서대로 설명한다.

도 1에서 우선 GaN 소자를 제작할 수 있는 기판을 준비하는데 기판은 사파이어, Si, SiC 또는 GaN freestanding 기판 등 다양한 형태가 사용가능하다.

도 2에서, 기판상에 n-GaN층을 성장시키는데 이 n-GaN층 및 그 상부층들의 결정질 향상을 위해서 버퍼층을 삽입하거나 또는 ELOG, Pendeo 방식 등 기존에 알려진 다양한 부가 공법을 사용할 수 있음은 물론이다.

상기 n-GaN층상에 활성층을 성장시킨다. 활성층은 보통 GaN에 In이나 Al이 포함된 합금층이 사용되지만, 기타 원소를 도핑 또는 합금 성분으로 추가할 수 있으며, 단순 활성층 외에 양자우물 형태(QW)의 활성층을 생성하는 것도 가능하다.

상기 활성층상에 p-GaN층을 성장시킨다. 보통 p-GaN층을 만들기 위해서 Mg 등의 도핑 원소를 포함시킨 다음, 열적 또는 광학적으로 수소 결합을 떼어내어 도핑 원소를 활성화시키는 방법을 사용한다.

그 다음, 도 3에서, 상기 p-GaN 위에 10Å-100 Å 정도, 바람직하게는 15-50Å 정도의 두께를 가진 활성층의 In 양보다 작은 In양을 포함한 u-InxGaN( 0=< x =<0.3)을 성장시킨다. 이하 상기 u-InxGaN층을 초접촉층(Super Contact Layer, SCL)이라 부른다.

상기 초접촉층은 작은 밴드갭 에너지를 가진 u-InGaN 이므로 기존의 p-metal인 Ni/Au 를 사용한 경우나 ITO 등의 TCL층을 사용하는 경우 모두에 대해 전기적 특성인 오믹접촉성을 가짐을 확인하였다.

반면 n-InGaN을 사용하는 경우는 일반적으로 생각하는 것과는 달리 n-doping 농도를 증가시킴에 따라 Vf 가 증가함을 확인하였다. 이는 p-layer와 n+ 사이에서 Si, Mg의 상호 확산에 의해 Carrier가 Compensation 되어서 고저항층이 형성된 것 으로 추측되어진다.

이처럼 u-InGaN을 매개층으로 사용하는 경우는 별다른 광손실이나, 저항 증가없이 ITO 층을 사용할 수 있게 됨에 따라, 기존의 전기적 특성을 유지하면서 광도의 증가를 기대할 수 있을 것이다.

그 다음 도 4에서 그 상부에 TCL층을 형성함으로써 소자 제작이 완료된다.

본 발명은 p-GaN층과 ITO 등과 같은 TCL(Transparent Conductive Oxide)층 사이에 u-InGaN층을 삽입하여 전기전도성과 투과성이 좋으며 휘도가 향상된 GaN 광소자를 제작하는 것이다. 따라서 본 발명을 이용하면 Ni/Au를 완전대체할 수 있으며, 그에 더불어 휘도향상을 가져올 수 있을 것이다.

참고로 본 발명의 GaN 소자는 LD, LED 및 기타 다양한 형태의 소자를 의미하는 것이다. 또한 상기 n-GaN/활성층/p-GaN층 사이에는 전기적, 광학적 기타 목적을 위하여 다양한 중간층을 포함할 수도 있다. 따라서 본 발명에서 순차적으로 적층되었다 함은 어떤 층 상부에 어떤 층이 존재한다는 의미일 뿐, 그 사이에 다른 층이나 물질이 개재된 것을 배제한 것은 아니다.

Claims (7)

1. GaN 소자 제작방법에 있어서

   기판을 제공하는 단계;

   상기 기판에 n-GaN층/활성층 및 p-GaN층을 순차적으로 적층성장시키는 단계;

   상기 p-GaN층상에 초접촉층을 성장시키는 단계;

   상기 초접촉층상에 투명 도전층(Transparent Conductive Layer:TCL)을 성장시키는 단계를 포함하고,

   상기 초접촉층은 u-InGaN층인 것을 특징으로 하는 GaN 소자 제작방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 초접촉층은 10Å-100Å 두께로 성장시키는 것을 특징으로 하는 GaN 소자 제작방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 초접촉층은 In_xGa_1-xN(0=< x=< 0.3)인 것을 특징으로 하는 GaN 소자 제작방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 기판은 GaN, 사파이어, SiC, Si 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 GaN 소자 제작방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 활성층은 GaN에 In이 포함된 합금층인 것을 특징으로 하는 GaN 소자 제작방법.
7. GaN 소자에 있어서

   기판;

   상기 기판상에 순차적으로 적층된 n-GaN층/활성층 및 p-GaN층;

   상기 p-GaN층상에 적층된 초접촉층;

   상기 초접촉층상에 성장된 투명 도전층(Transparent Conductive Layer:TCL);

   를 포함하고,

   상기 초접촉층은 u-InGaN층인 것을 특징으로 하는 GaN 소자.

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