KR101528098B1 - 전자 빔 빗각 증착과 열처리를 이용하는 질화갈륨 계열 발광 다이오드 제조 방법 - Google Patents
전자 빔 빗각 증착과 열처리를 이용하는 질화갈륨 계열 발광 다이오드 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101528098B1 KR101528098B1 KR1020140024198A KR20140024198A KR101528098B1 KR 101528098 B1 KR101528098 B1 KR 101528098B1 KR 1020140024198 A KR1020140024198 A KR 1020140024198A KR 20140024198 A KR20140024198 A KR 20140024198A KR 101528098 B1 KR101528098 B1 KR 101528098B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- gallium nitride
- electrode
- semiconductor
- gan
- light emitting
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 230000008021 deposition Effects 0.000 title claims abstract description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 9
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 title description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 74
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 56
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims abstract description 54
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000004151 rapid thermal annealing Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 28
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 12
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 7
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 11
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 10
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 9
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 4
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004630 atomic force microscopy Methods 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 4
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 3
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 3
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 3
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 3
- 229910018553 Ni—O Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 229910019080 Mg-H Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KYKLWYKWCAYAJY-UHFFFAOYSA-N oxotin;zinc Chemical compound [Zn].[Sn]=O KYKLWYKWCAYAJY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013074 reference sample Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N zinc indium(3+) oxygen(2-) Chemical compound [O--].[Zn++].[In+3] YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H01L21/205—
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
- H01L33/40—Materials therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
- H01L33/40—Materials therefor
- H01L33/42—Transparent materials
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
본 발명의 반도체와 금속 사이의 오믹 특성 강화 방법은, 질화갈륨(GaN) 계열 반도체 상에 니켈/금(Ni/Au) 전극을 형성하는 방법에 있어서, 상기 반도체와 상기 전극 간의 양질의 오믹 접촉을 위하여 전자 빔 빗각 증착(oblique-angle deposition)하는 단계, 및 상기 반도체와 상기 전극을 산소(O₂) 분위기에서 열처리(rapid thermal annealing)하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 질화갈륨(GaN) 계열 반도체 상에 니켈/금(Ni/Au) 전극을 형성하는 방법에 관한 것으로, 특히 수평형(플립칩형) 고효율, 고출력의 발광 다이오드를 제조함에 있어서, 낮은 접촉 저항, 높은 광 투과도, 및 전류 퍼짐을 위하여, 전자 빔 빗각 증착 기술(oblique-angle deposition)을 이용하여 질화갈륨 기반 도전성 반도체층 상에 니켈/금(Ni/Au) 전극을 형성하고, 최적의 열처리 공정을 실시하는 반도체와 금속 사이의 오믹 특성 강화 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 발광 다이오드의 경우 ITO(indium tin oxide) 물질을 p타입 질화갈륨(p-GaN)에서의 전류 흐름층으로 활용함으로써, 광 투과도가 높은 고효율의 광소자를 제작한다.
ITO는 매우 우수한 광 투과성 및 전기 전도성의 장점을 가지고 있지만, 인듐(In)의 희소성으로 인한 높은 가격과 플라즈마에 노출 시 열화로 인한 특성 변화가 지속적인 문제점으로 지적되고 있다. 이에 따라 인듐(In)을 사용하지 않는 투명 전극 물질에 대한 관심이 높아져, 이를 대체하기 위하여 도핑 된(doped) ZnO, 열처리를 통해 산화된(oxidized) 니켈/금(Ni/Au)을 투명 전극으로 활용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
질화갈륨 반도체 기반 발광 다이오드를 이용하는 광소자를 구현하기 위해서는 반도체와 금속 전극 간에 양질의 오믹 접촉을 형성하는 것이 매우 중요하다.
종래부터 p타입 질화갈륨(p-GaN)의 경우 니켈/금(Ni/Au)의 금속 박막이 오믹 접촉을 위한 금속 박막 구조로 널리 사용되고 있으며 최근, Ni/Pt/Au, Pt/Ni/Au, Pd/Au 등과 같이 다양한 형태의 오믹 접촉 금속 시스템이 개발되고 있다.
그러나 현재까지도 양질의 p타입 질화갈륨(p-GaN) 오믹 접촉 형성에는 다음과 같은 문제점이 있다.
그들 중에서, 특히 p타입 질화갈륨(p-GaN) 성장 시 사용되는 분위기 가스인 암모니아(NH3)의 수소(H)가 p타입 도펀트인 Mg와 결합하여 전기적으로 절연특성을 보이는 Mg-H 결합체(complex)를 형성하여 낮은 실효 캐리어 농도(effective carrier concentration)와 높은 표면 저항 값을 갖게 되어 양질의 오믹 접촉을 형성하기 곤란할 뿐만이 아니라, 실제 광소자에서 낮은 캐리어(hole) 주입 때문에 고품위 광소자를 제작하기가 곤란하다.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 광소자의 투명 전극을 형성함에 있어서, 전류 퍼짐(current spreading) 효과, 낮은 접촉 저항, 및 높은 광 투과도 획득을 만족하는 고효율, 고출력의 질화갈륨 계열 반도체 기반 광소자의 제조방법을 제공하는 것이다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 질화갈륨(GaN) 계열 반도체 상에 니켈/금(Ni/Au) 전극을 형성하는 방법에 있어서, 상기 반도체와 상기 전극 간의 양질의 오믹 접촉을 위하여 전자 빔 빗각 증착(oblique-angle deposition)하는 단계, 및 상기 반도체와 상기 전극을 산소(O₂) 분위기에서 열처리(rapid thermal annealing)하는 단계를 포함한다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 구성에 의하면 빗각 증착 방법(oblique-angle deposition)을 이용한 니켈/금(Ni/Au) 전극을 최적의 열처리 조건을 통한 p타입 질화갈륨(p-GaN)과의 접촉을 통하여 발광 다이오드를 제작함으로써 높은 광 추출 효율을 갖는 투명 전극으로서의 역할이 기대된다.
도 1은 본 발명에 의한 전자 빔 빗각 증착과 열처리를 통해 반도체와 금속 사이의 오믹 특성이 강화되는 발광 다이오드의 구조를 나타내는 단면 사시도.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 의한 전자 빔 빗각 증착과 열처리를 통해 반도체와 금속 사이의 오믹 특성이 강화되는 발광 다이오드의 제조방법을 나타내는 단면도들.
도 3은 본 발명에 의한 질화갈륨(GaN) 계열 반도체 상에 니켈/금(Ni/Au)을 빗각 증착 후 최적의 열처리된 표면을 AFM(atomic force microscopy) 측정한 사진.
도 4는 본 발명에 의한 질화갈륨(GaN) 계열 반도체 상에 니켈/금(Ni/Au)을 빗각 증착 후 최적의 열처리된 상태의 오믹(ohmic) 특성을 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명에 의한 질화갈륨(GaN) 계열 반도체 상에 니켈/금(Ni/Au)을 빗각 증착 후 열처리함에 있어서, 빗각에 따른 면 저항과 광 투과도의 변화를 나타내는 그래프.
도 6은 본 발명에 의한 질화갈륨(GaN) 계열 반도체 상에 니켈/금(Ni/Au)을 빗각 증착 후 최적의 열처리한 결과, 구동 전압과 광 추출 효율의 변화를 나타내는 그래프.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 의한 전자 빔 빗각 증착과 열처리를 통해 반도체와 금속 사이의 오믹 특성이 강화되는 발광 다이오드의 제조방법을 나타내는 단면도들.
도 3은 본 발명에 의한 질화갈륨(GaN) 계열 반도체 상에 니켈/금(Ni/Au)을 빗각 증착 후 최적의 열처리된 표면을 AFM(atomic force microscopy) 측정한 사진.
도 4는 본 발명에 의한 질화갈륨(GaN) 계열 반도체 상에 니켈/금(Ni/Au)을 빗각 증착 후 최적의 열처리된 상태의 오믹(ohmic) 특성을 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명에 의한 질화갈륨(GaN) 계열 반도체 상에 니켈/금(Ni/Au)을 빗각 증착 후 열처리함에 있어서, 빗각에 따른 면 저항과 광 투과도의 변화를 나타내는 그래프.
도 6은 본 발명에 의한 질화갈륨(GaN) 계열 반도체 상에 니켈/금(Ni/Au)을 빗각 증착 후 최적의 열처리한 결과, 구동 전압과 광 추출 효율의 변화를 나타내는 그래프.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해 질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려 주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 개략도인 평면도 및 단면도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이고, 발명의 범주를 제한하기 위한 것은 아니다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 전자 빔 빗각 증착과 열처리를 통해 반도체와 금속 사이의 오믹 특성이 강화되는 발광 다이오드의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 수평형 질화갈륨 계열 발광 다이오드에서 낮은 접촉 저항, 높은 광 투과도, 및 전류 퍼짐의 특성을 가지는 p형 질화갈륨(GaN)에 접촉되는 투명 전극으로 활용되는 물질로 니켈/금속(Ni/Au)을 빗각 증착 방법 및 열처리 방법으로 제공함으로써, 고효율, 고출력의 질화갈륨 계열 반도체 기반 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 발광 다이오드(100)는, 투명 재질의 기판(110), 기판(110) 상에 형성되는 반도체 발광 구조물(G)을 포함한다.
기판(110)은 400㎛ 두께의 실리콘(Si) 기판 혹은 사파이어(Al₂O₃) 기판을 포함할 수 있다. 기판(110)은 블루(Blue) 파장 영역의 웨이퍼(Wafer) 구조를 가질 수 있다.
발광 구조물(G)은, 기판(110) 상에 적층되는 제1도전성 반도체층(120), 제1도전성 반도체층(120) 상에 적층되는 활성층(130), 및 활성층(130) 상에 적층되는 제2도전성 반도체층(140)을 포함할 수 있다.
제1도전성 반도체층(120)은 3㎛ 두께 이하의 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체 물질로 형성될 수 있다. 가령, n타입 질화갈륨(n-GaN) 계열일 수 있다.
제1도전성 반도체층(120)은 제1부분(R1)과 제2부분(R2)으로 구획될 수 있다. 활성층(130)은 제1부분(R1) 상에만 형성되고, 제2부분(R2) 상에는 후술할 제2전극(142)이 형성된다.
활성층(130)은 InxGa1-xN (0≤x<1)인 질화갈륨(GaN) 계열의 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체층일 수 있다. 활성층(130)은, 가령 MQW(GaN/InGaN) 혹은 MQW(GaN/AlGaN)의 다중양자우물(multi-quantum well: MQW)로 구성될 수 있다. 다중양자우물(MQW)은 90nm의 두께로 형성될 수 있다.
제2도전성 반도체층(140)은 40nm 두께의 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체 물질로 형성될 수 있다. 가령, p타입 질화갈륨(p-GaN) 또는 p-GaN/AlGaN 계열일 수 있다.
기판(110) 상에는 제1버퍼층(112)이 더 형성되고, 제1버퍼층(112)은 3㎛ 두께 이하의 언-도핑 질화갈륨(un-GaN) 계열일 수 있다.
활성층(130) 상에 전자 장벽층(132)이 더 형성될 수 있다. 가령, 외부로부터 주입되는 캐리어의 오버플로 현상을 억제하고, 캐리어의 주입 효율을 향상시키기 위하여 EBL(Electron Blocking Layer)을 활성층(130)의 상부에 더 삽입할 수 있다. 전자 장벽층(132)은 40nm 두께의 AlGaN 계열일 수 있다.
제1도전성 반도체층(120) 상에 이와 접촉되는 제1전극(122)이 적층된다. 제1전극(122)은 Ti/Al(5/5nm)과 같은 투명 도전성 물질을 포함할 수 있다.
제2도전성 반도체층(140) 상에 이와 접촉되는 제2전극(142)이 적층된다. 제2전극(142)은 니켈/금(Ni/Au)(30/80nm)와 같은 투명 도전성 물질을 포함할 수 있다.
이와 같은 제1전극(122)과 제2전극(142) 사이에 소정의 전압이 인가되면, 전자 주입층의 n타입 질화갈륨(n-GaN)과 전공 주입층의 p타입 질화갈륨(p-GaN)으로부터 각각 발생되는 전자(electrons)와 정공(holes)이 활성층(130)으로 주입됨으로써, MQW(GaN/InGaN)이 발광할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, p-GaN 상에 p-GaN의 전류 흐름층으로서 ITO(Indium Tin Oxide), ZITO(Zinc-doped Indium Tin Oxide), ZIO(Zinc Indium Oxide), GIO(Gallium Indium Oxide), ZTO(Zinc TinOxide), FTO(Fluorine-doped Tin Oxide), AZO(Aluminium-doped Zinc Oxide), 혹은 GZO(Gallium-doped Zinc Oxide)의 투명 전극층을 별도로 형성하지 않아도 된다.
이하, 본 발명에 전자 빔 빗각 증착과 열처리를 통해 반도체와 금속 사이의 오믹 특성이 강화되는 발광 다이오드의 제조방법을 설명한다.
도 2a를 참조하면, 사파이어 기판(110)을 준비한다. 계속해서, 사파이어 기판(110) 상에 순차적으로 도핑되지 않은 질화갈륨(un-GaN), 및 n-도핑된 질화갈륨(n-GaN)을 에피택시 성장시켜, 버퍼층(112), 및 제1도전성 반도체층(120)을 형성한다.
도 2b를 참조하면, 제1도전성 반도체층(120) 상에 GaN 클래딩층과 InGaN 클래딩층을 교차하여 복층(2층 혹은 3층)으로 에피택시 성장시켜, 활성층(130)을 형성한다.
도 2c를 참조하면, 활성층(130) 상에 순차적으로 도핑되지 않은 AlGaN, 및 p-도핑된 질화갈륨(p-GaN)을 에피택시 성장시켜, 전자 장벽층(132), 및 제2도전성 반도체층(140)을 형성한다.
도 2d를 참조하면, 제1도전성 반도체층(120) 상에 제1전극(122)을 형성한다.
도 2e를 참조하면, 제2도전성 반도체층(140) 상에 제2전극(142)을 형성한다.
이하, 제2전극의 형성 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명은 1차적으로 빗각 증착 기술(oblique-angle deposition)을 이용하여 증착된 니켈/금(Ni/Au) 전극에 2차적으로 최적의 열처리 공정을 실시하여 발광 다이오드를 제작함으로써 높은 광 추출 효율을 갖는 투명 전극을 제공할 수 있다.
먼저, 빗각 증착 공정(oblique-angle deposition)을 설명한다.
본 발명의 제2도전성 반도체층(140)과 제2전극(142) 사이에는 오믹 접촉이 형성될 수 있다. 가령, p-타입 질화갈륨(p-GaN)과 니켈/금(Ni/Au) 사이에 오믹 접촉을 형성하기 위하여, 제2전극(142) 공정 시 전자 빔 증착기(E-beam evaporator)를 이용하여 니켈/금(Ni/Au)을 빗각 증착 방법(oblique-angle deposition)으로 증착함에 특징이 있다.
이와 같이, 니켈/금(Ni/Au)을 전자 빔 증착기(E-beam evaporator)를 이용한 빗각 증착 방법(oblique-angle deposition)으로 증착하게 되면, 일반적인 층간 층(layer by layer)으로 증착한 전극보다 낮은 면 저항과 높은 광 투과도를 얻을 수 있다.
다음, 최적의 열처리 공정을 설명한다.
본 발명의 실시예에서는 최적의 열처리 공정을 통하여 높은 광 투과도를 가지는 발광 다이오드를 제작함에 특징이 있다.
가령, 반도체와 금속 전극 간에 양질의 오믹 접촉을 위하여 최적의 열처리 공정을 실시한다. 최적화된 열처리 조건(550℃)에서 실시된 산화된(oxidized) 니켈/금(Ni/Au) 접촉으로 인하여 제2도전성 반도체층(140)과 제2전극(142) 사이에 Ni-O를 형성함으로써 접촉 저항을 효과적으로 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 광 특성 면에서도 높은 투과율을 얻을 수 있다.
도 3은 본 발명에 의한 질화갈륨(GaN) 계열 반도체 상에 니켈/금(Ni/Au)을 빗각 증착 후 최적의 열처리된 표면을 AFM(atomic force microscopy) 측정한 결과이다.
도 3을 참조하면, 니켈/금(Ni/Au)을 일반적인 층간 층(layer by layer)으로 증착한 표면보다, 빗각 증착 방법(oblique angle deposition)으로 증착한 표면의 표면 거칠기(Root Mean Square Roughness: RMS roughness)가 더 크게 관찰됨을 알 수 있다. 이는 빗각 증착 방법(oblique angle deposition)으로 증착한 샘플의 표면이 다 기공(porous)함을 나타내며, 이로써 일반적인 증착 방법을 통한 샘플의 표면에서보다 낮은 면 저항을 얻을 수 있게 된다. 또한, 산소(O₂)에서 열처리를 실시한 후 형성된 Ni-O 사이마다 금(Au)이 전류를 흐를 수 있게 하는 패스(path)가 형성이 되어 결과적으로 낮은 접촉 저항을 얻을 수 있게 된다.
도 4는 본 발명에 의한 질화갈륨(GaN) 계열 반도체 상에 니켈/금(Ni/Au)을 빗각 증착 후 최적의 열처리된 상태의 오믹(ohmic) 특성을 나타내고 있다.
도 4를 참조하면, 빗각 증착을 실시한 경우 열처리 전, 후 모두 오믹(ohmic) 특성을 보이며, 제2전도성 반도체층(p-GaN)(140)과 제2전극(Ni/Au)(142) 사이에 캐리어(carrier)의 이동이 원활하게 되도록, 패스(path)가 비교적 잘 형성되어 있음을 확인할 수 있다.
열처리 후 샘플의 접촉 저항(ρc)이 보다 명확하게 낮아지는 점을 확인할 수 있으며, 특히 45°기울기에서 니켈/금(Ni/Au)(5/5nm)을 증착 시킨 샘플이 ~ 10Ω/cm2으로 일반적인 증착 방법에 의하여 기준 샘플에 비해 낮은 값을 나타내고 있다.
도 5는 본 발명에 의한 질화갈륨(GaN) 계열 반도체 상에 니켈/금(Ni/Au)을 빗각 증착 후 열처리함에 있어서, 빗각에 따른 면 저항과 광 투과도의 변화를 나타내고 있다.
도 5를 참조하면, 빗각 증착 방법(Oblique angle deposition)에 있어서, 최적의 증착 각도를 위하여, 0 ~ 75 ° 영역에서의 면 저항과 광 투과도 측정을 실시한 결과, 열처리 후 낮은 면 저항과 높은 광 투과도를 함께 만족하는 조건이 40°~ 50°(특히 45°)임을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명에 의한 질화갈륨(GaN) 계열 반도체 상에 니켈/금(Ni/Au)을 빗각 증착 후 최적의 열처리한 결과, 구동 전압과 광 추출 효율의 변화를 나타내고 있다.
도 6을 참조하면, 완성된 LED 소자에 대한 전기적 특성(좌)과, 광학적 특성(우)을 비교 분석한 결과, 구동 전압의 변화는 크지 않으나, 광 추출 효율은 대략 10% 이상 높아지고 있음을 확인할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 질화갈륨(GaN) 계열 반도체 기반의 광소자에 적용하기 위한 투명 전극을 빗각 증착 방법(oblique-angle deposition)으로 니켈/금(Ni/Au) 물질을 증착한 후, 최적화된 열처리 공정을 실시하여 형성하는 구성을 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다. 이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
100: 발광 다이오드 110: 기판
112: 버퍼층 120: 제1도전성 반도체층
122: 제1전극 130: 활성층
132: 전자 장벽층 140: 제2도전성 반도체층
142: 제2전극
112: 버퍼층 120: 제1도전성 반도체층
122: 제1전극 130: 활성층
132: 전자 장벽층 140: 제2도전성 반도체층
142: 제2전극
Claims (8)
- 질화갈륨(GaN) 계열 반도체 상에 니켈/금(Ni/Au) 전극을 형성하는 발광 다이오드 제조 방법에 있어서,
상기 반도체와 상기 전극 간의 양질의 오믹 접촉을 위하여 전자 빔 빗각 증착(oblique-angle deposition)하는 단계; 및
상기 반도체와 상기 전극을 산소(O₂) 분위기에서 열처리(rapid thermal annealing)하는 단계;를 포함하고,
상기 빗각 증착은 40°~ 50°기울기 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨 계열 발광 다이오드 제조 방법. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 기울기는 45°인 것을 특징으로 하는 질화갈륨 계열 발광 다이오드 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 열처리는 550℃ 조건에서 60초간 실시되는 것을 특징으로 하는 질화갈륨 계열 발광 다이오드 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 빗각 증착에 의하여 상기 반도체와 상기 전극 사이의 계면에 다 기공(porous)이 형성되고, 상기 열처리에 의하여 상기 다 기공(porous)이 확대되는 것을 특징으로 하는 질화갈륨 계열 발광 다이오드 제조 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 다 기공은 상기 반도체와 상기 전극 사이에 캐리어(carrier)의 이동을 원활하게 하는 패스(path)를 형성하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨 계열 발광 다이오드 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 반도체를 형성하는 공정은,
기판 상에 n타입 질화갈륨을 증착하는 단계;
상기 n타입 질화갈륨 상에 다중양자우물(multi-quantum well)(InGaN/GaN)을 증착하는 단계;
상기 다중양자우물 상에 p타입 질화갈륨을 증착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨 계열 발광 다이오드 제조 방법.
- 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140024198A KR101528098B1 (ko) | 2014-02-28 | 2014-02-28 | 전자 빔 빗각 증착과 열처리를 이용하는 질화갈륨 계열 발광 다이오드 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140024198A KR101528098B1 (ko) | 2014-02-28 | 2014-02-28 | 전자 빔 빗각 증착과 열처리를 이용하는 질화갈륨 계열 발광 다이오드 제조 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101528098B1 true KR101528098B1 (ko) | 2015-06-10 |
Family
ID=53505827
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020140024198A KR101528098B1 (ko) | 2014-02-28 | 2014-02-28 | 전자 빔 빗각 증착과 열처리를 이용하는 질화갈륨 계열 발광 다이오드 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101528098B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107188112A (zh) * | 2017-04-14 | 2017-09-22 | 南京邮电大学 | 一种基于硅基氮化物的可变光分布器件及其制备方法 |
| KR20180117352A (ko) * | 2017-04-19 | 2018-10-29 | 전북대학교산학협력단 | 질화갈륨 계열 발광 다이오드의 제조방법 및 이로부터 제조된 질화갈륨 계열 발광 다이오드 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100737821B1 (ko) * | 2006-06-08 | 2007-07-10 | 서울옵토디바이스주식회사 | 발광 소자 및 그 제조방법 |
| WO2009041239A1 (ja) * | 2007-09-26 | 2009-04-02 | National University Corporation Hokkaido University | ニッケル薄膜およびその形成方法ならびに強磁性ナノ接合素子およびその製造方法ならびに金属細線およびその形成方法 |
| KR20090120588A (ko) * | 2008-05-20 | 2009-11-25 | 고려대학교 산학협력단 | 경사 입사 증착법을 이용한 발광효율이 향상된 질화물 발광소자 제조 방법 및 질화물 발광소자 |
| KR20120034910A (ko) * | 2010-10-04 | 2012-04-13 | 삼성엘이디 주식회사 | 반도체 발광소자 및 이의 제조방법 |
-
2014
- 2014-02-28 KR KR1020140024198A patent/KR101528098B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100737821B1 (ko) * | 2006-06-08 | 2007-07-10 | 서울옵토디바이스주식회사 | 발광 소자 및 그 제조방법 |
| WO2009041239A1 (ja) * | 2007-09-26 | 2009-04-02 | National University Corporation Hokkaido University | ニッケル薄膜およびその形成方法ならびに強磁性ナノ接合素子およびその製造方法ならびに金属細線およびその形成方法 |
| KR20090120588A (ko) * | 2008-05-20 | 2009-11-25 | 고려대학교 산학협력단 | 경사 입사 증착법을 이용한 발광효율이 향상된 질화물 발광소자 제조 방법 및 질화물 발광소자 |
| KR20120034910A (ko) * | 2010-10-04 | 2012-04-13 | 삼성엘이디 주식회사 | 반도체 발광소자 및 이의 제조방법 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107188112A (zh) * | 2017-04-14 | 2017-09-22 | 南京邮电大学 | 一种基于硅基氮化物的可变光分布器件及其制备方法 |
| CN107188112B (zh) * | 2017-04-14 | 2019-10-01 | 南京邮电大学 | 一种基于硅基氮化物的可变光分布器件及其制备方法 |
| KR20180117352A (ko) * | 2017-04-19 | 2018-10-29 | 전북대학교산학협력단 | 질화갈륨 계열 발광 다이오드의 제조방법 및 이로부터 제조된 질화갈륨 계열 발광 다이오드 |
| KR102000271B1 (ko) | 2017-04-19 | 2019-10-01 | 전북대학교산학협력단 | 질화갈륨 계열 발광 다이오드의 제조방법 및 이로부터 제조된 질화갈륨 계열 발광 다이오드 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6958494B2 (en) | Light emitting diodes with current spreading layer | |
| US6881602B2 (en) | Gallium nitride-based semiconductor light emitting device and method | |
| JP2015532014A (ja) | ナノピラミッドサイズ光電構造及びそれを製造するための方法 | |
| US9543467B2 (en) | Light emitting device | |
| JP2008047860A (ja) | 表面凹凸の形成方法及びそれを利用した窒化ガリウム系発光ダイオード素子の製造方法 | |
| WO2017079168A1 (en) | Iii-nitride tunnel junction with modified p-n interface | |
| TWM274645U (en) | III-nitride based semiconductor device with low-resistance ohmic contacts | |
| TW201526287A (zh) | 半導體裝置之製造方法 | |
| CN105023980A (zh) | 一种具有P型AlInGaN接触层的LED及其制备方法 | |
| WO2014045882A1 (ja) | Ｌｅｄ素子及びその製造方法 | |
| US9331237B2 (en) | Semiconductor light emitting device, including a plurality of barrier layers and a plurality of well layers, and method for manufacturing the same | |
| JP5749888B2 (ja) | 半導体素子及び半導体素子を作製する方法 | |
| KR101528098B1 (ko) | 전자 빔 빗각 증착과 열처리를 이용하는 질화갈륨 계열 발광 다이오드 제조 방법 | |
| KR102099440B1 (ko) | 발광 소자의 제조 방법 | |
| EP2290708B1 (en) | Light-emitting element and a production method therefor | |
| US8987026B2 (en) | Semiconductor light emitting device | |
| KR101622097B1 (ko) | 질화물계 반도체 발광소자 및 이의 제조 방법 | |
| JP2008187033A (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| KR101600783B1 (ko) | 고효율 발광다이오드의 제조방법 | |
| KR101412142B1 (ko) | 엔형 질화갈륨 윈도우층을 가진 알루미늄갈륨인듐인계 발광다이오드 및 그 제조 방법 | |
| JP2005197506A (ja) | 窒化ガリウム基ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体発光ダイオードとその製造方法 | |
| KR101202731B1 (ko) | 수직형 발광 다이오드의 제조 방법 | |
| KR102000271B1 (ko) | 질화갈륨 계열 발광 다이오드의 제조방법 및 이로부터 제조된 질화갈륨 계열 발광 다이오드 | |
| US20060035398A1 (en) | Fabrication method of transparent electrode on visible light-emitting diode | |
| KR101239848B1 (ko) | 발광다이오드의 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180523 Year of fee payment: 4 |