KR101319563B1 - 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

반도체 발광 소자 및 그 제조 방법 Download PDF

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곽준섭
박민주
손광정
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순천대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 1차 스퍼터링 방법으로 형성된 제1투명산화물 전극층 및 상기 1차 스퍼터링 방법과 상이한 2차 스퍼터링 방법으로 형성된 제2투명산화물 전극층을 형성하여 소자의 전기적 특성 및 광학적 특성을 높일 수 있는 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

Description

반도체 발광 소자 및 그 제조 방법{Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same}
본 발명은 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 반도체 발광 소자의 전기적 특성 및 광학적 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)는 발광 소자로 불려지며, 전기를 통해 주면 전자가 에너지 레벨이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하며 특정한 파장의 빛을 내는 반도체 소자를 말한다. 이와 같은 LED는 1962년 GaAsP 화합물 반도체를 이용한 적색 LED가 상품화된 것을 시작으로 GaP-N 계열의 녹색 LED와 함께 지금까지 정보통신기기를 비롯한 전자장치의 표시용 광으로 이용되어 왔으며, 1990년대 중반 이후 GaN 청색 LED가 개발되면서 총 천연색 디스플레이가 가능하게 되었다.
한편, 고효율의 질화갈륨(GaN)계 발광 다이오드를 개발하는 데, p형 GaN의 오믹 컨택(ohmic contact)을 위한 전극인 투명산화층 전극은 매우 중요하다. 우수한 투명산화층 전극에 있어서 낮은 비저항(contact resistivity), 높은 투과율, p-GaN 과의 ohmic contact 형성은 필수조건이다. GaN계 발광다이오드에서는 대부분 ITO 박막을 투명산화층 전극으로 이용하고 있는데, 대부분 이러한 ITO 박막은 RF 마그네트론(RF magnetron) or DC 마그네트론(magnetron)을 이용하는 스퍼터링 혹은 전자-빔 증착(e-beam evaporator)을 이용하여 p-GaN 위에 증착하게 된다.
상기와 같은 스퍼터링 방법 또는 전자-빔 증착으로 ITO 박막을 형성하는 기술은 한국등록특허 제10-0859148호, 한국공개특허 제10-2006-0041004호 및 한국공개번호 제10-2010-0038520호 등과 같은 여러 특허에 이미 공지되어 있으며, 이 중, 상기 한국등록특허 제10-0859148호 및 한국공개특허 제10-2006-0041004호는 스퍼터링 방법으로 ITO 박막을 형성하는 것을 제공하고 있으며, 상기 스퍼터링 방법으로 ITO 박막 형성시 전자-빔 증착을 이용하여 ITO 박막을 형성하는 경우(한국공개특허 제10-2010-0038520호) 보다 우수한 두께의 균일성, 낮은 비저항 및 높은 투과율 등의 이점을 가지는 ITO 박막을 형성할 수 있게 된다.
그러나, 상기 한국등록특허 제10-0859148호 및 한국공개특허 제10-2006-0041004호와 같이 스퍼터링 방법으로 ITO 박막을 형성하는 종래의 기술에서는 발광 다이오드의 구동시 구동전압이 증가하게 되는 치명적인 단점을 가질 수 있게 된다. 즉, 스퍼터링 진행시 발생하는 플라즈마 내에서 플라즈마 포텐셜(plasma potential)을 벗어나는 전자가 하지층(p-GaN)의 표면에 닿아 표면에서 트랩(trap)으로 작용함으로 인하여 ITO 박막과 하지층 간의 오믹 컨택의 형성을 방해하고, 발광 다이오드의 구동시 구동전압이 증가하게 되는 치명적인 단점을 가지게 된다.
따라서, 당 기술분야에서는 상기와 같은 문제점이 발생하지 않으면서 우수한 두께의 균일성, 낮은 비저항 및 높은 투과율을 가지는 ITO 박막을 증착할 수 있는 새로운 방안이 요구되고 있다.
본 발명은 제1투명산화물 전극층과 제2투명산화물 전극층의 적층 구조로 형성된 투명산화물 전극층을 포함하는 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 DC＋RF 스퍼터링 방법으로 형성된 제1투명산화물 전극층 및 RF 스퍼터링 방법으로 형성된 제2투명산화물 전극층을 포함하는 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 다른 목적이 있다.
게다가, 본 발명은 하지층과의 오믹 컨택을 이루는 투명산화물 전극층 및 높은 투과율 특성을 제공하는 투명산화물 전극층의 적층 구조로 형성된 투명산화물 전극층을 포함하는 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 또 다른 목적이 있다.
본 발명은 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층이 적층된 질화갈륨계 반도체 적층 구조; 및 스퍼터링 방법으로 상기 질화갈륨계 반도체 적층 구조의 p형 반도체층 상부에 형성되고, 제1두께를 갖는 제1투명산화물 전극층 및 제2두께를 갖는 제2투명산화물 전극층의 적층 구조로 구성된 투명산화물 전극층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 투명산화물 전극층은 1×10-4Ω·㎠ 이하의 비접촉 저항을 가지고, 상기 제1투명산화물 전극층은 상기 p형 반도체층과 오믹 컨택을 형성하고,
상기 제1투명산화물 전극층은 10㎚ 내지 20㎚ 두께로 형성되고,
상기 제1투명산화물 전극층은 DC 파워와 RF 파워를 동시에 인가하는 DC＋RF 스퍼터링 방법으로 형성되고,
동시에 인가되는 상기 DC 파워는 정극성(＋)이고,
상기 제2투명산화물 전극층은 RF 스퍼터링 방법으로 형성되고,
상기 제1투명산화물 전극층 및 제2투명산화물 전극층 중 적어도 어느 하나에 대해서 전자-빔 조사가 이루어지고,
상기 제1투명산화물 전극층과 제2투명산화물 전극층은 동일한 성분을 포함하는 물질로 형성되고,
상기 제1투명산화물 전극층 및 제2투명산화물 전극층은 SnO2의 함량이 0.1 내지 50wt％가 포함된 ITO 물질로 이루어지고,
상기 제1투명산화물 전극층 및 제2투명산화물 전극층은 ITO, IZO, CIO, ZnO, SnO2, ATO, FTO, GZO, IGZO, CdO, 인 도핑(In doped)-SnO2, RuO, 알루미늄 도핑(Al doped)-ZnO, SiO2, TiO2 중 어느 하나이거나 이들의 조합으로 이루어진 물질로 형성되고,
상기 제1투명산화물 전극층 및 제2투명산화물 전극층으로 구성된 투명산화물 전극층은 후속 열처리 공정이 진행되고,
상기 후속 열처리 공정은 N2 분위기에서 100 내지 800℃ 온도로 진행된다.
또한, 본 발명은, 기판 상에 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층이 적층으로 이루어진 질화갈륨계 반도체 적층 구조를 형성하는 단계; 1차 스퍼터링 방법으로 상기 질화갈륨계 반도체 적층 구조의 p형 반도체층 상부에 제1두께를 갖는 제1투명산화물 전극층을 형성하는 단계; 및 상기 1차 스퍼터링 방법과 상이한 2차 스퍼터링 방법으로 상기 제1투명산화물 전극 상부에 제2두께를 갖는 제2투명산화물 전극층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 투명산화물 전극층은 1×10-4Ω·㎠ 이하의 비접촉 저항을 가지고, 상기 제1투명산화물 전극층은 상기 p형 반도체층과 오믹 컨택을 형성하고,
상기 제1투명산화물 전극층은 10㎚ 내지 20㎚ 두께로 형성하고,
상기 1차 스퍼터링 방법으로 제1투명산화물 전극층을 형성하는 단계는, DC 파워와 RF 파워를 동시에 인가하는 DC＋RF 스퍼터링 방법을 수행하여 상기 제1투명산화물 전극층을 형성하고,
동시에 인가되는 DC 파워는 정극성(＋)이고,
상기 2차 스퍼터링 방법으로 제2투명산화물 전극층을 형성하는 단계는, RF 스퍼터링 방법을 수행하여 상기 제2투명산화물 전극층을 형성하고,
상기 1차 스퍼터링 방법으로 제1투명산화물 전극층을 형성하는 단계 및 상기 2차 스퍼터링 방법으로 제2투명산화물 전극층을 형성하는 단계 중 적어도 어느 하나의 단계에서는 전자-빔 조사가 동시에 이루어지고,
상기 제2투명산화물 전극층을 형성하는 단계 후, 상기 제1투명산화물 전극층 및 제2투명산화물 전극층에 대해 후속 열처리 공정을 수행하는 단계를 더 포함하고,
상기 열처리 공정은 N2 분위기에서 100 내지 800℃ 온도로 진행하고,
상기 제1투명산화물 전극층과 제2투명산화물 전극층은 동일한 성분을 포함하는 재료로 형성하고,
상기 제1투명산화물 전극층 및 제2투명산화물 전극층은 SnO2의 함량이 0.1 내지 50wt％가 포함된 ITO 물질로 형성하고,
상기 제1투명산화물 전극층 및 제2투명산화물 전극층은 ITO, IZO, CIO, ZnO, SnO2, ATO, FTO, GZO, IGZO, CdO, 인 도핑(In doped)-SnO2, RuO, 알루미늄 도핑(Al doped)-ZnO, SiO2, TiO2 중 어느 하나이거나 이들의 조합으로 이루어진 물질로 형성한다.
본 발명은 정극성인 DC 파워(DC(＋) 파워)와 RF 파워를 동시에 인가하는 DC(＋)＋RF 스퍼터링 방법으로 형성된 제1투명산화물 전극층을 제공함으로써, 상기 제1투명산화물 전극층으로 인하여 투명산화물 전극층을 형성하기 위한 스퍼터링 공정시 p형 반도체층의 플라즈마 영향을 최소화할 수 있게 되어 상기 p형 반도체층과 투명산화물 전극층 간의 오믹 컨택을 가능케 할 수 있어, 이로 인해 소자의 전기적 특성이 향상되는 효과를 기대할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 상기 제1투명산화물 전극층 상부에 RF 파워를 인가하는 RF 스퍼터링 방법으로 상기 제2투명산화물 전극층을 형성함으로써, 높은 투과율 특성을 갖는 투명산화물 전극층을 얻을 수 있어, 이로 인해, 소자의 광학적 특성이 향상되는 효과를 기대할 수 있게 된다.
게다가, 본 발명은 전자-빔 조사 공정이 수행된 제1투명산화물 전극층 및 제2투명산화물 전극층의 적층 구조로 이루어진 투명산화물 전극층을 제공함으로써, 투명산화물 전극층의 전도성 및 투과율이 향상되는 효과를 기대할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 투명산화물 전극층을 나타낸 도면.
도 2a 및 2b는 표 1의 조건에 따라 제조된 투명산화물 전극층의 전기적 특성(I-V, ρ, Rs)을 도시한 그래프.
도 3은 표 1의 조건에 따라 제조된 투명산화물 전극층에 대해 후속 열처리 공정을 진행한 후의 전기적 특성(ρ, Rs)을 도시한 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 제1투명산화물 전극층 및 제2투명산화물 전극층의 적층 구조로 구성된 투명산화물 전극층을 포함하는 반도체 발광 소자를 나타낸 도면.
도 5는 표 1의 조건에 따라 제조된 투명산화물 전극층이 형성된 반도체 발광 소자의 구동 전압 특성을 도시한 그래프.
도 6a 내지 6e는 본 발명에 따른 제1투명산화물 전극층 및 제2투명산화물 전극층의 적층 구조로 구성된 투명산화물 전극층을 포함하는 반도체 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
본 발명은 투명산화물 전극층(Transparent conductive oxide, TCO)을 포함하는 반도체 발광 소자에 관한 것으로, 스퍼터링 방법을 이용해 p-GaN층과 오믹 컨택을 이루기 위한 제1투명산화물 전극층 및 높을 투과율 특성을 가지는 제2투명산화물 전극층의 적층 구조인 투명산화물 전극층을 형성하여 하지층과 투명산화물 전극층의 오믹 컨택을 형성하였다.
도 1은 본 발명에 따른 투명산화물 전극층을 나타낸 도면이다.
도 1에서와 같이, 본 발명에 따른 상기 투명산화물 전극층(140)은 스퍼터링 방법으로 형성되며, 제1두께를 가지는 제1투명산화물 전극층(141) 및 제2두께를 가지는 제2투명산화물 전극층(142)의 적층 구조로 형성된다.
상기 제1투명산화물 전극층(141)은 하지층인 p-GaN층(130)과 오믹 컨택을 형성하는 투명산화물 전극층으로서, DC 파워와 RF 파워를 동시에 인가하는 DC＋RF 스퍼터링 방법, 바람직하게, 정극성인 DC 파워(DC(＋) 파워)와 RF 파워를 동시에 인가하는 DC(＋)＋RF 스퍼터링 방법로 형성된다.
이처럼, 상기 제1투명산화물 전극층(141)은 DC(＋) 파워와 RF 파워를 동시에 인가하는 DC(＋)＋RF 스퍼터링 방법으로 형성됨에 따라 스퍼터링 진행시 상기 하지층인 p-GaN층에서 플라즈마에 의한 데미지 현상을 억제시킬 수 있게 되어 상기 제1투명산화물 전극층(141)을 포함하는 투명산화물 전극층은 상기 p-GaN층과 오믹 컨택을 형성하게 되고, 이로 인해 종래 대비 낮은 항복전압을 얻을 수 있게 된다.
즉, 상기 제1투명산화물 전극층(141)을 형성하기 위하여 DC(＋) 파워와 RF 파워를 동시에 인가하는 DC(＋)＋RF 스퍼터링 진행시 DC(＋) 파워로 인하여 상기 p-GaN층 상부에 향하게 되는 전자의 수가 줄어들게 되어 상기 p-GaN층 표면이 비교적 플라즈마에 의한 데미지를 덜 받게 되고, 또한, 상기 제1투명산화물 전극층(141)이 플라즈마 포텐셜을 벗어나는 전자들을 막아주는 역할을 함으로써, 후속에 RF 파워를 인가하는 RF 스퍼터링 방법으로 상기 제2투명산화물 전극층을 증착하게 되더라도 p-GaN층에는 플라즈마 영향이 미치지 않게 된다.
한편, 상기 방법에서 제1투명산화물 전극층(141)은 상기 DC(＋)＋RF 스퍼터링 진행시 전자-빔 조사 공정을 동시에 수행하는 것으로 형성될 수 있다. 이처럼, 상기 DC(＋)＋RF 스퍼터링 진행시 전자-빔 공정을 동시에 수행하여 제1투명산화물 전극층을 형성하는 경우, 전자-빔의 에너지로 인해 상기 제1투명산화물 전극층이 결정질 상태로 형성하게 되어 후속에 열처리 공정을 생략할 수 있는 장점을 가지게 된다. 또한 열처리 공정이 제거될 경우 다른 소자를 제작함에 있어서 유용한 장점이 있을 수 있다.
상기 제1투명산화물 전극층(141)은 ITO, IZO, CIO, ZnO, SnO2, ATO, FTO, GZO, IGZO, CdO, 인 도핑(In doped)-SnO2, RuO, 알루미늄 도핑(Al doped)-ZnO, SiO2, TiO2 중 어느 하나이거나 이들의 조합으로 이루어진 물질로 형성되고, 바람직하게는, SnO2의 함량이 0.1 내지 50wt％가 포함된 ITO 물질로 형성될 수 있다.
상기 제1투명산화물 전극층(141)은 5 내지 30㎚ 두께로 형성될 수 있고, 바람직하게는 10 내지 20㎚ 두께로 형성될 수 있다. 만약에, 상기 제1투명산화물 전극층(141)이 상기의 범위를 벗어난 두께로 형성하게 되면 상기 제1투명산화물 전극층의 비접촉 저항이 증가하는 문제점이 생길 수 있게 된다.
자세하게는, 상기 제1투명산화물 전극층(141)이 5㎚ 이하로 형성되는 경우, DC(＋)＋RF 스퍼터링의 동시 증착에 의한 박막이 충분히 형성되지 않게 되고, 30㎚ 이상이 되면 우수한 전기적, 광학적 특성을 갖는 RF 스퍼터링에 의한 제2투명산화물 전극층이 전체 적층 구조에서 차지하는 비중이 감소하여 전체적인 적층 구조의 투명산화물의 특성(상기 제1투명산화물 전극층은 계면특성을 좌우하고, 상기 제2투명산화물 전극층은 전체 적층 구조의 전기적, 광학적 특성을 좌우한다)이 저하된다.
상기 제2투명산화물 전극층(142)은 투과율을 제공하는 투명산화물 전극층으로서, RF 파워를 인가하는 RF 스퍼터링 방법으로 형성된다.
본 발명은 상기 DC(＋)＋RF 스퍼터링 방법으로 형성된 제1투명산화물 전극층(141) 상부에 스퍼터링 방법 중에서 증착 물질의 특성이 균일한 RF 스퍼터링 방법으로 제2투명산화물 전극층(142)이 형성됨으로써, 상기 제1투명산화물 전극층과 제2투명산화물 전극층의 적층 구조로 이루어진 투명산화물 전극층(140)은 높은 투과율을 제공해야하는 투명산화물 전극층의 조건을 만족시킬 수 있게 된다.
한편, 상기 방법에서 제2투명산화물 전극층(142)은 상기 RF 스퍼터링 진행시 전자-빔 조사 공정을 동시에 수행하는 것으로 형성될 수 있다. 이처럼, RF 스퍼터링 진행시 전자-빔 공정을 동시에 수행하여 제2투명산화물 전극층을 형성하는 경우, 전자-빔의 에너지로 인해 상기 제2투명산화물 전극층이 결정질 상태로 형성하게 되어 후속에 열처리 공정을 생략할 수 있는 장점을 가지게 된다. 또한 열처리 공정이 제거될 경우 다른 소자를 제작함에 있어서 유용한 장점이 있을 수 있다.
상기 제2투명산화물 전극층(142)은 상기 제1투명산화물 전극층(141)의 형성 물질과 동일한 성분을 포함하는 물질로 형성되도록 한다. 여기서, 상기 제2투명산화물 전극층(142)은 상기 제1투명산화물 전극층(141)과 동일한 성분을 포함하는 물질로 형성됨에 따라, 서로 다른 물질로 적층의 투명산화물 전극층을 형성하는 경우에 비해 이종 물질에 의한 오염 가능성을 배제할 뿐만 아니라, 공정의 단순화 및 공정 시간을 단축시킬 수 있는 효과를 얻을 수도 있게 된다.
또한, 본 발명에서는 투명산화물 전극층의 전기적 특성(I-V, ρ, Rs) 및 광학적 특성(Transmittance, L-I)을 높이기 위하여 상기 제1투명산화물 전극층 및 제2투명산화물 전극층에 대해 후속 열처리 공정이 진행될 수 있다. 상기 후속 열처리 공정을 수행하게 되면 상기 투명산화물 전극층이 완벽한 결정질로 변하게 되어 투명산화물 전극층의 전자 이동도가 증가하게 되고, 따라서 투명산화물 전극층의 전도성 및 투과율이 향상되는 장점을 가지게 된다. 상기 후속 열처리 공정은 N2 분위기에서 약 100 내지 800℃ 온도, 바람직하게 500 내지 700℃ 온도로 대략 1분 동안 진행하는 것이 바람직하다.
통상, 투명산화물 전극층은 면 저항이 크면 전력 소비량이 커지게 되고, 반면 면 저항을 낮추기 위해 두께를 증가시키면 투과도가 저하되는 특성이 있는데, 이에 본 발명은 DC(＋)＋RF 스퍼터링 방법으로 형성된 제1투명산화물 전극층 상에 균일한 박막 특성을 제공하는 RF 스퍼터링 방법만으로 제2투명산화물 전극층이 형성됨에 따라서 낮은 비접촉 저항(1×10-4Ω·㎠ 이하) 및 낮은 면 저항(1.5×105Ω/□ 이하)을 얻으면서 높은 투과도를 가지는 투명산화물 전극층을 확보할 수 있게 된다.
이와 같은 본 발명의 구체적인 실시예는 아래에 기술하는 바와 같다.
( 실시예 1 내지 4: 본 발명에 따른 투명산화물 전극층 형성)
표 1은 본 발명의 실시예1 내지 4에 대한 조건표로서 제1투명산화물 전극층 및 제2투명산화물 전극층의 증착에 관한 제작 조건표이다. 여기에서 80Ｗ의 RF 파워와 40Ｗ의 DC 파워를 동시에 사용하고, Ar：O2(20：0.1)의 가스를 주입하며, 그 형성 두께를 5㎚, 10㎚, 20㎚, 30㎚로 달리하면서 제1투명산화물 전극층을 제작하였고, 120Ｗ의 RF 파워를 사용하고 Ar：O2(20：0.1)의 가스를 주입하며, 그 형성 두께를 30㎚, 40㎚, 50㎚, 55㎚로 달리하면서 제2투명산화물 전극층을 제작하였다. 그리고, 비교예는 120Ｗ의 RF 파워를 사용하고 Ar：O2(20：0.1)의 가스를 주입하며, 60㎚의 단일층으로 제작된 투명산화물 전극층으로 이해한다.
Deposited condition Gas(sccm) Thickness(㎚)
비교예 RF 120Ｗ Ar：O2(20：0.1) 0/60
실시예 1 RF 80Ｗ＋DC 40Ｗ/RF 120Ｗ Ar：O2(20：0.1) 5/55
실시예 2 RF 80Ｗ＋DC 40Ｗ/RF 120Ｗ Ar：O2(20：0.1) 10/50
실시예 3 RF 80Ｗ＋DC 40Ｗ/RF 120Ｗ Ar：O2(20：0.1) 20/40
실시예 4 RF 80Ｗ＋DC 40Ｗ/RF 120Ｗ Ar：O2(20：0.1) 30/30
도 2a 및 2b는 표 1의 조건에 따라 제조된 투명산화물 전극층의 전기적 특성(I-V, ρ)을 도시한 그래프이다.
도 2a는 제1투명산화물 전극층과 제2투명산화물 전극층의 두께별 I-V curve(by using C-TLM) 특성을 나타낸 것으로, 표 1의 제작 조건표에 따른 모든 형성 두께에서 제1투명산화물 전극층과 제2투명산화물 전극층의 적층으로 구성된 투명산화물 전극층은 큰 기울기를 갖는 선형(linear)의 I-V curve를 가지며, 이로부터 특히, 상기 제1투명산화물 전극층이 10 내지 20㎚ 두께, 상기 제2투명산화물 전극층이 40 내지 50㎚ 두께로 형성된 경우에서 p-GaN층과 투명산화물 전극층 사이에 오믹 컨택 형성이 잘 되었다고 할 수 있다.
도 2b는 하지층으로 p-GaN층 상부에 형성된 제1투명산화물 전극층의 두께별 비접촉 저항(Specific Contact Resistance, ρ)과 면 저항(Sheet Resistance, Rs)을 나타낸 것으로, 특히, 상기 제1투명산화물 전극층이 10 내지 20㎚의 두께로 형성되는 경우(상기 제2투명산화물 전극층은 40 내지 50㎚ 두께로 형성됨)에서 낮은 1×10-4Ω·㎠ 이하의 비접촉 저항(ρ)과 낮은 1.4×105 Ω／□ 이하의 면 저항(Rs)이 나타나는 것을 알 수 있다. 이는, 상기 제1투명산화물 전극층이 10 내지 20㎚의 두께로 형성될 때 스퍼터링 진행시 발생하는 플라즈마가 하지층인 p-GaN층에 주는 악영향을 충분히 최소화 해주는 것을 알 수 있다.
도 3은 표 1의 조건에 따라 제조된 투명산화물 전극층에 대해 후속 열처리 공정을 진행한 후의 전기적 특성(ρ, Rs)을 도시한 그래프이다.
도 3은 하지층으로 p-GaN층 상부에 형성된 제1투명산화물 전극층의 두께별 비접촉 저항(ρ)과 면 저항(Rs)을 나타낸 것으로, 상기 열처리 공정 후에 상기 제1투명산화물 전극층의 모든 형성 두께에서 비접촉 저항 및 면 저항 특성이 낮아지는 것을 볼 수 있으며, 특히, 후속 열처리 공정 후에 비접촉 저항이 면 저항 보다 더 우수한 특성이 나타나는 것을 알 수 있다.
한편, 도시하지는 않았으나, 본 발명의 실시예를 적용하여 하지층으로 유리 기판 상부에 형성된 제1투명산화물 전극층의 두께별 450㎚ 파장에서 투과율(Tceransemittance, T％) 특성을 살펴보면, 상기 제1투명산화물 전극층의 모든 형성 두께에서 85％ 이상의 높은 투과율이 나타나게 된다. 이는, 투명산화물 전극층이 85％ 이상의 투과율을 가져야 한다는 점에서 이를 만족하는 실시예였음을 알 수 있다.
( 실시예 5. 발명에 따른 반도체 발광 소자)
도 4는 본 발명에 따른 제1투명산화물 전극층 및 제2투명산화물 전극층의 적층 구조로 구성된 투명산화물 전극층을 포함하는 반도체 발광 소자를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 발광 소자는 사파이어 결정기판으로 구성된 기판(100) 상에 질화갈륨계 n형 반도체층(110), 질화갈륨계 활성층(120), 질화갈륨계 p형 반도체층(130), 그리고, 제1투명산화물 전극층(141) 및 제2투명산화물 전극층(142)의 적층 구조인 투명산화물 전극층(140)이 형성되고, 상기 제2투명산화물 전극층(142) 및 상기 n형 반도체층(110)에 각각 접속하는 p형 전극(150) 및 n형 전극(160)이 형성된 것을 포함한다.
상기 기판(100)은 질화물 반도체 단결정을 성장시키기에 적합한 기판으로 형성되며, 바람직하게, 사파이어, 실리콘 및 PET 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 한편, 상기 기판 상에 사파이어와 같은 물질로 형성된 기판과의 격자정합을 향상시키기 위한 층으로, 일반적으로 AlN/GaN층 또는 GaN층으로 이루어진 버퍼층이 형성될 수 있으나, 본 발명의 실시예에서는 상기 버퍼층을 생략하기로 한다.
상기 n형 반도체층(110)과 활성층(120) 및 p형 반도체층(130)은 각 도전형 불순물이 도핑된 InxAlyGa1 -x- yN 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x＋y≤1임)을 갖는 반도체 물질로 형성될 수 있다. 상기 n형 반도체층(110)은 n형 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 형성될 수 있으며, 상기 n형 도전형 불순물로는 예를 들어, Si, Ge, Sn 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 Si를 주로 사용한다.
상기 활성층(120)은 하나의 양자우물층 또는 더블헤테로(double heterostructure) 구조 또는 InGaN/GaN층으로 구성된 다중양자우물층(Multi-Quantum-Well)으로 형성될 수 있다.
상기 p형 반도체층(130)은 p형 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 형성될 수 있으며, 상기 p형 도전형 불순물 도핑으로는 예를 들어, Mg, Zn, Be 등을 사용하고, 바람직하게는 Mg를 주로 사용한다. 상기 p형 반도체층(130)과 상기 활성층(120)의 일부는 식각 공정에 의해 제거되며, 저면에 상기 n형 반도체층(110)의 일부를 노출시키게 된다.
상기 제1투명산화물 전극층(141)은 상기 p형 반도체층(130)과의 오믹 컨택을 위한 투명산화물 전극층으로서, DC 파워와 RF 파워를 동시에 인가하는 DC＋RF 스퍼터링 방법, 바람직하게는, 전극성인 DC 파워(DC(＋) 파워)와 RF 파워를 동시에 인가하는 DC(＋)＋RF 스퍼터링 방법으로 상기 p형 반도체층(130) 상부에 형성되고, 그 형성 두께는 5 내지 30㎚ 이 될 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 20㎚ 두께가 되도록 한다. 그리고, 상기 제2투명산화물 전극층(142)은 높은 투과율 특성을 갖는 투명산화물 전극층으로서, RF 파워를 인가하는 RF 스퍼터링 방법으로 상기 제1투명산화물 전극층(141) 상에 형성되고, 그 형성 두께는 높은 투과율이 제공되는 30 내지 55㎚이 되는 것이 바람직하다.
이처럼, 본 발명에서는 상기 투명산화물 전극층(140)이 DC(＋) 파워와 RF 파워를 동시에 인가하는 DC(＋)＋RF 스퍼터링 방법으로 형성된 제1투명산화물 전극층(141) 및 RF 파워를 인가하는 RF 스퍼터링 방법으로 형성된 제2투명산화물 전극층(142)의 적층 구조로 형성됨으로써, 상기 제1투명산화물 전극층(141)으로 인하여 상기 p형 반도체층(130) 상에 상기 투명산화물 전극층을 형성하기 위한 스퍼터링 공정시 플라즈마 영향을 최소화할 수 있게 되어 상기 p형 반도체층(130)과 투명산화물 전극층 간의 오믹 컨택을 가능케 할 수 있게 된다. 바람직하게는, 상기 제1투명산화물 전극층이 10 내지 20㎚ 두께로 형성되고, 상기 제2투명산화물 전극층이 40 내지 50㎚ 두께로 형성되는 경우 상기 p형 반도체층과 상기 투명산화물 전극층 사이에 오믹 컨택 형성이 가능하게 된다.
통상, 고효율의 질화갈륨(GaN)계 발광 소자를 개발하는데 있어서 낮은 비저항, 높은 투과율 및 p형 반도체층 간의 오믹 컨택 형성이 필수인 투명산화물 전극층은 대부분 ITO 박막으로 형성되고 있으며, 상기 ITO 박막은 RF 스퍼터링 또는 DC 스퍼터링 방법을 통해 상기 p형 반도체층(고농도 p형 반도체층) 상에 형성하게 된다. 상기 RF 스퍼터링 방법은 다양한 물질에 적용이 가능하고, 균일한 박막 특성을 제공하는 장점이 있으며, 반면, 상기 DC 스퍼터링 방법은 증착 속도가 빠른 장점이 있다. 그런데 이러한 종래 방식의 단일 RF 스퍼터링 또는 단일 DC 스퍼터링 방법을 사용하여 p형 반도체층 상에 ITO 박막을 형성시킬 경우에는 스퍼터링 진행시에 발생하는 플라즈마 내에서 플라즈마 포텐셜(plasma potential)을 벗어나는 전자들이 상기 p형 반도체층의 표면에 닿아 표면에서 트랩(trap)으로 작용하게 된다. 상기 p형 반도체층에 플라즈마 데미지를 발생시키는 이러한 현상은 상기 투명산화물 전극층과 p형 반도체층 간의 오믹 컨택 형성을 방해하고, 이는 소자의 항복 전압이 상승하는 문제로 이어지게 된다.
이에, 본 발명은 상기 투명산화물 전극층을 스퍼터링 방법으로 형성하되, 스퍼터링 진행시 발생하는 플라즈마가 p형 반도체층에 미치는 악영향을 해소할 수 있는 것으로, 상기 p형 반도체층(130) 상에 제1투명산화물 전극층(141) 및 제2투명산화물 전극층(142)의 적층 구조로 이루어진 투명산화물 전극층(140)을 형성하는 것이다.
자세하게 설명하면, 본 발명에서는 상기 적층의 투명산화물 전극층 중에서 먼저, 상기 p형 반도체층(130)과 접하는 상기 제1투명산화물 전극층(141)이 DC 파워와 RF 파워를 동시에 인가하는 DC＋RF 스퍼터링 방법, 바람직하게 DC(+) 파워와 RF 파워를 동시에 인가하는 DC(＋)＋RF 스퍼터링 방법으로 형성됨으로써, 상기 DC(＋)＋RF 스퍼터링 진행시 상기 DC(+) 파워의 인가로 인하여 일정량의 전자들이 상기 p형 반도체층 방향이 아닌 타겟층 방향으로 향하게 되면서 전자들은 상기 p형 반도체층(130) 표면에 닿지 않게 된다.
이러한 현상에 의해 전자들이 플라즈마 포텐셜을 빠져나갈 확률이 줄어들게 되는 것과 같은 효과를 가질 수 있게 되어, 종래의 스퍼터링 방법으로 투명산화물 전극층 형성시 플라즈마가 p형 반도체층에 미치는 데미지를 최소화할 수 있게 된다. 그리고, 상기 제1투명산화물 전극층 상부에 RF 스퍼터링 방법으로 제2투명산화물 전극층을 형성하더라도 상기 제1투명산화물 전극층이 플라즈마 포텐셜을 벗어나는 전자들을 막아주는 역할을 하게 되어 여전히 플라즈마가 p형 반도체층에 미치는 데미지를 최소화할 수 있게 된다. 이러한 장점으로 인하여 본 발명에 따른 상기 투명산화물 전극층은 상기 p형 반도체층과 오믹 컨택을 이룰 수 있게 된다.
따라서, 본 발명은 상기 제1투명산화물 전극층과 제2투명산화물 전극층으로 구성된 투명산화물 전극층으로 인하여 비교적 낮은 비접촉 저항 및 높은 투과율을 갖는 투명산화물 전극층을 얻을 수 있게 되어 종래의 반도체 발광 소자에 비해 낮은 항복전압 및 높은 휘도를 기대할 수 있게 된다.
한편, 상기 방법에서 제1투명산화물 전극층(141) 및/또는 상기 제2투명산화물 전극층(142)은 DC＋RF 스퍼터링 진행시 및/또는 RF 스퍼터링 진행시 전자-빔 조사 공정을 동시에 수행하는 것으로 형성될 수 있다. 이처럼, DC＋RF 스퍼터링 진행시 및/또는 RF 스퍼터링 진행시 전자-빔 공정을 동시에 수행하여 제1투명산화물 전극층 및/또는 상기 제2투명산화물 전극층을 형성하는 경우, 전자-빔의 에너지로 인해 상기 제1투명산화물 전극층 및/또는 상기 제2투명산화물 전극층이 결정질 상태로 형성하게 되어 후속에 열처리 공정을 생략할 수 있는 장점을 가지게 된다. 또한 열처리 공정이 제거될 경우 다른 소자를 제작함에 있어서 유용한 장점이 있을 수 있다.
또한, 본 발명에서는 투명산화물 전극층의 비접촉 저항 및 면 저항 특성을 높이기 위하여 상기 제1투명산화물 전극층(141) 및 제2투명산화물 전극층(142)에 대해 후속 열처리 공정이 진행될 수 있다. 상기 투명산화물 전극층을 형성한 후에 후속 열처리 공정을 수행하게 되면 상기 투명산화물 전극층이 완벽한 결정질로 변하게 되어 투명산화물 전극층의 전자 이동도가 증가하게 되고, 따라서 투명산화물 전극층의 전도성 및 투과율이 향상되는 장점을 가지게 된다. 상기 후속 열처리 공정은 N2 분위기에서 100 내지 800℃ 온도, 바람직하게는 500 내지 700℃ 온도로 대략 1분 동안 진행하는 것이 바람직하다.
도 5는 표 1의 조건에 따라 제조된 투명산화물 전극층이 형성된 반도체 발광 소자의 구동 전압 특성을 도시한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에서와 같이 DC(＋) 파워와 RF 파워를 동시에 인가하는 DC(＋)＋RF 스퍼터링 방법으로 제1투명산화물 전극층을 형성하고, RF 스퍼터링 방법으로 제2투명산화물 전극층을 형성하는 경우, 상기에서 설명한 플라즈마 데미지가 상당히 감소됨으로 반도체 발광 소자의 구동전압이 비교적 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 이는, 즉 DC(+) 파워와 RF 파워를 동시에 인가하는 DC(＋)＋RF 스퍼터링 방법으로 제1투명산화물 전극층을 형성함으로써, p형 반도체층의 플라즈마 데미지가 감소됨을 알 수 있다.
한편, 도시하지는 않았으나, 본 발명의 실시예를 적용하여 상기 제1투명산화물 전극층과 제2투명산화물 전극층이 형성된 반도체 발광 소자의 광학적 특성(Light-Current, L-I) 특성을 살펴보면, 표 1의 제작 조건표에 따른 모든 형성 두께에서 L-I 특성이 비교적 우수한 것으로 나타나며, 이는 높은 투과율 특성을 가지는 투명산화물 전극층을 확보한 것으로 이해할 수 있다.

( 실시예 6. 발명에 따른 반도체 발광 소자의 제조 방법)
도 6a 내지 6e는 본 발명에 따른 제1투명산화물 전극층 및 제2투명산화물 전극층의 적층 구조로 구성된 투명산화물 전극층을 포함하는 반도체 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a를 참조하면, 사파이어, 실리콘 및 PET 중 어느 하나로 이루어진 기판(100) 상에 n형 반도체층(110), 활성층(120) 및 p형 반도체층(130)의 적층으로 이루어진 질화갈륨계 반도체 적층 구조를 형성한다.
여기서, 상기 기판(100) 상에 사파이어와 같은 물질로 형성된 기판과의 격자정합을 향상시키기 위한 층으로, 일반적으로 AlN/GaN층 또는 GaN층으로 이루어진 버퍼층을 더 형성할 수 있다.
상기 n형 반도체층(110)과 활성층(120) 및 p형 반도체층(130)은 각 도전형 불순물이 도핑된 InxAlyGa1 -x- yN 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x＋y≤1)을 갖는 반도체 물질로 형성할 수 있다. 바람직하게, 상기 n형 반도체층(110)은 n형 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 형성할 수 있으며, 상기 n형 도전형 불순물로는 예를 들어, Si, Ge, Sn 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 Si를 주로 사용한다.
상기 활성층(120)은 하나의 양자우물층 또는 더블헤테로(double heterostructure) 구조 또는 InGaN/GaN층으로 구성된 다중양자우물층(Multi-Quantum-Well)으로 형성할 수 있다.
상기 p형 반도체층(130)은 p형 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 형성할 수 있으며, 상기 p형 도전형 불순물 도핑으로는 예를 들어, Mg, Zn, Be 등을 사용하고, 바람직하게는 Mg를 주로 사용한다.
도 6b를 참조하면, 1차 스퍼터링 방법으로 상기 질화갈륨계 반도체 적층 구조의 p형 반도체층(130) 상부에 제1두께를 갖는 제1투명산화물 전극층(141)을 형성한다.
상기 제1투명산화물 전극층(141)은 ITO, IZO, CIO, ZnO, SnO2, ATO, FTO, GZO, IGZO, CdO, 인 도핑(In doped)-SnO2, RuO, 알루미늄 도핑(Al doped)-ZnO, SiO2, TiO2 중 어느 하나이거나 이들의 조합으로 이루어진 물질로 형성하도록 한다. 바람직하게는, SnO2의 함량이 0.1 내지 50wt％가 포함된 ITO 물질로 형성하도록 한다.
상기 1차 스퍼터링 방법은 DC 파워와 RF 파워를 동시에 인가하는 DC＋RF 스퍼터링 방법이 될 수 있으며, 바람직하게 DC(+) 파워와 RF 파워를 동시에 인가하는 DC(＋)＋RF 스퍼터링 방법으로 이루어지도록 한다.
이처럼, 상기 p형 반도체층(130)과 접하는 상기 제1투명산화물 전극층(141)이 DC 파워와 RF 파워를 동시에 인가하는 DC＋RF 스퍼터링 방법, 바람직하게 DC(+) 파워와 RF 파워를 동시에 인가하는 DC(＋)＋RF 스퍼터링 방법으로 형성됨으로써, 상기 DC(＋)＋RF 스퍼터링 진행시 상기 DC(+) 파워의 인가로 인하여 일정량의 전자들이 상기 p형 반도체층 방향이 아닌 타겟층 방향으로 향하게 되면서 전자들은 상기 p형 반도체층(130) 표면에 닿지 않게 되어 p형 반도체층의 플라즈마 데미지 발생을 최소화할 수 있다.
이러한 현상에 의해 전자들이 플라즈마 포텐셜을 빠져나갈 확률이 줄어들게 되는 것과 같은 효과를 가질 수 있게 되어, 종래의 단일 스퍼터링 방법(단일 DC 스퍼터링 방법 또는 단일 RF 스퍼터링 방법)으로 투명산화물 전극층 형성시 플라즈마가 p형 반도체층에 미치는 데미지를 최소화할 수 있게 되므로, 이러한 장점으로 인하여 상기 제1투명산화물 전극층을 포함하는 투명산화물 전극층은 상기 p형 반도체층과 오믹 컨택을 이룰 수 있게 된다.
상기 제1투명산화물 전극층(141)은 10 내지 20㎚ 두께로 형성하는 것이 바람직한데, 이러한 두께는 1×10-4Ω·㎠ 이하의 비접촉 저항을 가지는 투명산화물 전극층을 확보할 수 있기 때문이다.
한편, 상기 방법에서 제1투명산화물 전극층(141)은 상기 DC＋RF 스퍼터링 진행시 전자-빔 조사 공정을 동시에 수행하는 것으로 형성할 수 있다. 이처럼, 상기 DC＋RF 스퍼터링 진행시 전자-빔 공정을 동시에 수행하여 제1투명산화물 전극층을 형성하는 경우, 전자-빔의 에너지로 인해 상기 제1투명산화물 전극층이 결정질 상태로 형성하게 되어 후속에 열처리 공정을 생략할 수 있는 장점을 가지게 된다. 또한 열처리 공정이 제거될 경우 다른 소자를 제작함에 있어서 유용한 장점이 있을 수 있다.
도 6c를 참조하면, 상기 1차 스퍼터링 방법과 상이한 2차 스퍼터링 방법으로 상기 제1투명산화물 전극층(141) 상에 제2두께를 갖는 제2투명산화물 전극층(142)을 형성한다. 이로써, 상기 제1투명산화물 전극층(141)과 제2투명산화물전극층(142)의 적층 구조로 이루어진 투명산화물 전극층(140)을 완성한다.
여기서, 상기 제1투명산화물 전극층과 제2투명산화물 전극층의 적층 구조로 이루어진 투명산화물 전극층은 리프트-오프(lift-off) 공정으로 형성하게 된다. 즉, 상기 투명산화물 전극층(140)의 제조 공정은 상기 p형 반도체층 상에 투명산화물 전극층 형성 영역을 노출시키는 마스크를 형성하는 제1단계, 상기 마스크를 이용하여 1차 및 2차 스퍼터링 방법으로 제1투명산화물 전극층(141) 및 제2투명산화물 전극층(141)을 형성하는 제2단계, 상기 마스크를 리프트-오프하는 제3단계 공정으로 제조될 수 있다. 그러나, 상기 투명산화물 전극층(140)은 상기의 리프트-오프 공정에 의해 형성되는 것에 한정되지 않으며, 증착 및 식각 공정에 의해 형성될 수도 있다.
상기 제2투명산화물 전극층(142)은 상기 제1투명산화물 전극층(141)의 형성 물질과 동일한 성분을 포함하는 물질로 형성하도록 하며, 바람직하게는, ITO, IZO, CIO, ZnO, SnO2, ATO, FTO, GZO, IGZO, CdO, 인 도핑(In doped)-SnO2, RuO, 알루미늄 도핑(Al doped)-ZnO, SiO2, TiO2 중 어느 하나이거나 이들의 조합으로 이루어진 물질로 형성하도록 한다. 더욱 바람직하게는, SnO2의 함량이 0.1 내지 50wt％가 포함된 ITO 물질로 형성하도록 한다.
여기서, 상기 제2투명산화물 전극층(142)은 상기 제1투명산화물 전극층(141)과 동일한 성분을 포함하는 물질로 형성함에 따라, 서로 다른 물질로 적층의 투명산화물 전극층을 형성하는 경우에 비해 공정의 단순화 및 공정 시간을 단축시킬 수 있는 효과를 얻을 수도 있게 된다.
상기 제2투명산화물 전극층(142)은 2차 스퍼터링 방법으로 형성하게 되는데, 상기 2차 스퍼터링 방법은 박막 특성이 균일한 장점을 가지는 RF 스퍼터링 방법이 될 수 있다. 이러한, 상기 RF 스퍼터링 방법으로 형성된 상기 제2투명산화물 전극층(142)은 높은 투과율을 제공하는 투명산화물 전극층으로 그 역할을 수행할 수 있게 된다. 상기 제2투명산화물 전극층(142)은 30 내지 55㎚ 두께로 형성하도록 한다.
이처럼, 상기 제1투명산화물 전극층(141) 상부에 RF 스퍼터링 방법으로 제2투명산화물 전극층(142)을 형성하더라도 상기 제1투명산화물 전극층(141)이 플라즈마 포텐셜을 벗어나는 전자들을 막아주는 역할을 하게 되어 여전히 플라즈마가 p형 반도체층에 미치는 데미지를 최소화할 수 있게 된다. 이러한 장점으로 인하여 본 발명에 따른 상기 투명산화물 전극층은 상기 p형 반도체층과 오믹 컨택을 이룰 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 상기 제1투명산화물 전극층(141)과 제2투명산화물 전극층(142)의 적층 구조로 이루어진 투명산화물 전극층(140)을 형성함으로써, 높은 투과율을 제공해야하는 투명산화물 전극층의 조건을 만족시킬 수 있게 된다.
한편, 상기 방법에서 제1투명산화물 전극층(141) 및/또는 상기 제2투명산화물 전극층(142)은 상기 DC＋RF 스퍼터링 진행시 및/또는 RF 스퍼터링 진행시 전자-빔 조사 공정을 동시에 수행하는 것으로 형성할 수도 있다. 이처럼, DC＋RF 스퍼터링 진행시 및/또는 RF 스퍼터링 진행시 전자-빔 공정을 동시에 수행하여 제1투명산화물 전극층 및/또는 상기 제2투명산화물 전극층을 형성하는 경우, 전자-빔의 에너지로 인해 상기 제1투명산화물 전극층 및/또는 상기 제2투명산화물 전극층이 결정질 상태로 형성하게 되어 후속에 열처리 공정을 생략할 수 있는 장점을 가지게 된다. 또한 열처리 공정이 제거될 경우 다른 소자를 제작함에 있어서 유용한 장점이 있을 수 있다.
도 6d를 참조하면, 상기 제1투명산화물 전극층(141)과 제2투명산화물 전극층(142)의 적층 구조로 형성된 투명산화물 전극층(140)의 전기적 특성 및 광학적 특성을 높이기 위하여 후속 열처리 공정(140T)을 수행한다. 이처럼, 상기 투명산화물 전극층을 형성한 후에 후속 열처리 공정(140T)을 수행하게 되면 상기 투명산화물 전극층이 완벽한 결정질로 변하게 되어 투명산화물 전극층의 전자 이동도가 증가하게 되고, 따라서 투명산화물 전극층의 전도성 및 투과율이 향상되는 장점을 가지게 된다. 상기 후속 열처리 공정(140T)은 N2 분위기에서 100 내지 800℃ 온도, 바람직하게는 500 내지 700℃ 온도로 대략 1분 동안 진행하는 것이 바람직하다.
도 6e를 참조하면, 상기 후속 열처리 공정이 진행된 전체 결과물에 대해 식각 공정을 수행하여 상기 n형 반도체층(110)의 일부를 노출시킨 후, 상기 노출된 n형 반도체층(110) 상부와 제2투명산화물 전극층(142)의 상부에 n형 전극 및 p형 전극 형성 영역을 노출시키는 마스크(미도시)를 형성한다.
이어서, 상기 마스크를 포함하여 상기 노출된 n형 반도체층(110) 상부와 제2투명산화물 전극층(142) 상부에 전자-빔 증착 방법으로 전극 물질을 증착한 후, 상기 마스크를 리프트-오프하여 상기 n형 전극(110) 및 상기 제2투명산화물 전극층(142) 상부에 각각 n형 전극(160) 및 p형 전극(150)을 형성한다.
상기에 전술한 바와 같이, 본 발명에서는 상기 투명산화물 전극층이 DC(+) 파워와 RF 파워를 동시에 인가하는 DC(＋)＋RF 스퍼터링 방법으로 형성된 제1투명산화물 전극층 및 RF 파워를 인가하는 RF 스퍼터링 방법으로 형성된 제2투명산화물 전극층의 적층 구조로 형성함으로써, 상기 제1투명산화물 전극층으로 인하여 상기 p형 반도체층 상에 투명산화물 전극층을 형성하기 위한 스퍼터링 공정시 p형 반도체층의 플라즈마 영향을 최소화할 수 있게 되어 상기 p형 반도체층과 투명산화물 전극층 간의 오믹 컨택을 가능케 할 수 있고, 또한 상기 제2투명산화물 전극층으로 인하여 높은 투과율을 갖는 투명산화물 전극층을 얻을 수 있게 된다.
따라서, 본 발명은 제1투명산화물 전극층 및 제2투명산화물 전극층의 적층 구조로 형성된 투명산화물 전극층을 포함하는 반도체 발광 소자를 제공함으로써, 종래의 반도체 발광 소자에 비해 낮은 항복전압 및 높은 휘도를 기대할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.
100: 기판 110: n형 반도체층
120: 활성층 130: p형 반도체층
140: 투명산화물 전극층
140T: 후속 열처리 공정
141: 제1투명산화물 전극층 142: 투명산화물 전극층
150: p형 전극 160: n형 전극

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  14. 기판 상에 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층이 적층으로 이루어진 질화갈륨계 반도체 적층 구조를 형성하는 단계;
    정극성(＋)인 DC 파워와 RF 파워를 동시에 인가하는 DC(＋)＋RF 스퍼터링 방법으로 상기 질화갈륨계 반도체 적층 구조의 p형 반도체층 상부에 제1두께를 갖는 제1투명산화물 전극층을 형성하는 단계; 및
    RF 파워를 인가하는 RF 스퍼터링 방법으로 상기 제1투명산화물 전극층 상부에 제2두께를 갖는 제2투명산화물 전극층을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1투명산화물 전극층은 질화갈륨계 상기 p형 반도체층과 오믹 컨택을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1투명산화물 전극층 및 제2투명산화물 전극층의 적층 구조로 구성된 투명산화물 전극층은 1×10-4Ω·㎠ 이하의 비접촉 저항을 가지는 반도체 발광 소자의 제조 방법.
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  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1투명산화물 전극층은 10㎚ 내지 20㎚ 두께로 형성하는 반도체 발광 소자의 제조 방법.
  18. 삭제
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  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 DC(＋)＋RF 스퍼터링 방법으로 제1투명산화물 전극층을 형성하는 단계 및 상기 RF 스퍼터링 방법으로 제2투명산화물 전극층을 형성하는 단계 중 적어도 어느 하나의 단계에서는 전자-빔 조사가 동시에 이루어지는 반도체 발광 소자의 제조 방법.
  22. 제 14 항에 있어서,
    상기 제2투명산화물 전극층을 형성하는 단계 후, 상기 제1투명산화물 전극층 및 제2투명산화물 전극층에 대해 후속 열처리 공정을 수행하는 단계를 더 포함하는 반도체 발광 소자의 제조 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 후속 열처리 공정은 N2 분위기에서 100 내지 800℃ 온도로 진행하는 반도체 발광 소자의 제조 방법.
  24. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1투명산화물 전극층과 제2투명산화물 전극층은 동일한 성분을 포함하는 재료로 형성하는 반도체 발광 소자의 제조 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 제1투명산화물 전극층 및 제2투명산화물 전극층은 SnO2의 함량이 0.1 내지 50wt％가 포함된 ITO 물질로 형성하는 반도체 발광 소자의 제조 방법.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 제1투명산화물 전극층 및 제2투명산화물 전극층은 ITO, IZO, CIO, ZnO, SnO2, ATO, FTO, GZO, IGZO, CdO, 인 도핑(In doped)-SnO2, RuO, 알루미늄 도핑(Al doped)-ZnO, SiO2, TiO2 중 어느 하나이거나 이들의 조합으로 이루어진 물질로 형성하는 반도체 발광의 소자 방법.
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