KR102337983B1 - Light Emitting Device having Tunnel Junction and Method of Manufacturing the Same, Multi Color Device using Light Emitting Device having Tunnel Junction and Method of Manufacturing the Same - Google Patents
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Abstract
개시되는 터널정션을 구비하는 발광 소자는, n형 반도체인 하부 전극층; 상기 하부 전극층의 상측에 형성되고 높은 도핑 농도의 p형 반도체가 높은 도핑 농도의 n형 반도체의 상측에 배치되는 터널정션 소자; 상기 터널정션 소자의 상측에 형성되고 n형 반도체가 상측에 배치되는 발광 소자층; 및 상기 발광 소자층의 상측에 형성되며 n형 반도체인 상부 전극층;을 포함하는 터널정션 소자를 가진다.The disclosed light emitting device having a tunnel junction includes: an n-type semiconductor lower electrode layer; a tunnel junction element formed on the lower electrode layer and having a high doping concentration p-type semiconductor disposed on the high doping concentration n-type semiconductor; a light emitting device layer formed on an upper side of the tunnel junction device and having an n-type semiconductor disposed thereon; and an upper electrode layer formed on an upper side of the light emitting device layer and which is an n-type semiconductor.
Description
본 발명(Disclosure)은, 터널정션을 구비하는 발광 소자 및 그 제조방법, 터널정션을 구비하는 발광 소자를 이용한 멀티컬러 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로 터널정션 소자를 인시츄(in-situ)로 형성할 수 있으며, 공정 단계가 감소된 멀티컬러 소자에 관한 것이다.The present invention (Disclosure) relates to a light emitting device having a tunnel junction and a method for manufacturing the same, a multicolor device using a light emitting device having a tunnel junction and a method for manufacturing the same, and specifically, to a tunnel junction device in-situ. It can be formed in situ) and relates to a multicolor device with reduced process steps.
여기서는, 본 발명에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).Herein, background information related to the present invention is provided, which does not necessarily mean known art (This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
일반적으로 발광 다이오드의 기본적인 구조는, n형 반도체, 활성층 및 p형 반도체가 상하 방향으로 적층된 구조이다. In general, the basic structure of a light emitting diode is a structure in which an n-type semiconductor, an active layer, and a p-type semiconductor are stacked vertically.
활성층의 상측에 형성되는 반도체 층은, p형 반도체 층으로서, 그 상측에 형성되는 콘택 금속층을 통하여 외부로 부터 캐리어를 공급받아 활성층으로 주입한다. The semiconductor layer formed on the upper side of the active layer is a p-type semiconductor layer, and the carrier is supplied from the outside through the contact metal layer formed on the upper side and injected into the active layer.
일반적인 콘택 금속층은 활성층에서 생성된 빛을 차단하는 효과를 가지므로, 좁은 면적으로 형성된다. 그러나, 콘택 금속층이 좁은 면적으로 형성되면, 전류 분산(current spreading)이 악화하여, 전류 밀집(current crowding)현상이 심화할 수 있다. 특히 p형 반도체 층의 저항은 n형 반도체 층보다 크기 때문에, 좁은 면적으로 형성된 콘택 금속층은 구동 전압 상승의 주요 원인이 된다.Since the general contact metal layer has an effect of blocking light generated in the active layer, it is formed in a narrow area. However, when the contact metal layer is formed in a narrow area, current spreading may deteriorate, and current crowding may intensify. In particular, since the resistance of the p-type semiconductor layer is greater than that of the n-type semiconductor layer, the contact metal layer formed with a small area is a major cause of an increase in the driving voltage.
ITO(Indium Tin Oxide)를 포함하는 투명전극을 사용하면, 광 손실을 최소화 하면서 전류 밀집(current crowding)현상을 완화할 수 있다.When a transparent electrode including indium tin oxide (ITO) is used, current crowding can be alleviated while minimizing light loss.
콘택 금속층과 p형 반도체 층 사이에 투명 전극을 배치한다. A transparent electrode is disposed between the contact metal layer and the p-type semiconductor layer.
그러나 투명전극은, 공정이 추가될 뿐만 아니라, 두께 조절이 쉽지 않은 문제점이 있다. 또한, 콘택 금속층을 넓은 면적으로 형성하였을 때에 대비하여 직렬 전압이 높아진다.However, the transparent electrode has a problem in that it is not easy to control the thickness as well as to add a process. In addition, the series voltage is increased compared to when the contact metal layer is formed with a large area.
최근에는, 이러한 투명전극을 사용하지 않으면서 전류 밀짐(current crowding)현상을 해결하기 위해, 터널 정션(tunnel junction) 구조를 사용하는 구조가 소개되었다.Recently, in order to solve the current crowding phenomenon without using such a transparent electrode, a structure using a tunnel junction structure has been introduced.
고농도로 도핑된 n, p 형 반도체를 접합하고 역 바이어스(reverse bias)를 인가함으로써, 캐리어가 가전자대(valance band)와 전도대(conduction band) 로 형성되는 에너지 장벽을 통과하도록 한다.By bonding the heavily doped n and p-type semiconductors and applying a reverse bias, carriers pass through an energy barrier formed by a valance band and a conduction band.
그러나 p형 반도체가 상측에 배치되는 일반적인 발광 다이오드 구조에 터널 정션 구조를 접목하기 위해서는, 높은 도핑 농도의 p형 반도체의 상측에 또한 높은 도핑 농도의 n형 반도체를 형성해야 한다.However, in order to graft the tunnel junction structure to the general light emitting diode structure in which the p-type semiconductor is disposed on the upper side, it is necessary to form the n-type semiconductor with a high doping concentration on the p-type semiconductor having a high doping concentration.
이러한 구조를 MOCVD(metal organic chemical vapor deposition)방법으로 형성하면, 높은 도핑 농도의 p형 반도체를 성장한 후, 그 상면을 세척해야 하는 문제점이 있다. When such a structure is formed by a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method, there is a problem in that the upper surface of the p-type semiconductor must be washed after growing a p-type semiconductor having a high doping concentration.
이를 위해서는 MOCVD 성장을 중단하고, 웨이퍼를 장비 외부로 꺼내고, 세척 과정을 거치며 다시 MOCVD 공정을 진행해야 한다. To do this, it is necessary to stop the MOCVD growth, take the wafer out of the equipment, go through the cleaning process, and then proceed with the MOCVD process again.
이러한 공정과정은 그 단계가 복잡할 뿐만 아니라, 막 형성의 연속성이 무엇보다도 중요한 에피 성장 공정이 2단계 이상으로 나눠진다.In this process, not only the steps are complicated, but the epitaxial growth process, in which the continuity of film formation is of the utmost importance, is divided into two or more steps.
이에 따라 형성된 터널 정션의 특성이 악화하고 대표적으로 전압이 높아지는 문제점이 있다. Accordingly, there is a problem in that the characteristics of the formed tunnel junction are deteriorated and the voltage is typically increased.
이러한 문제를 해결하는 종래의 방법중 하나가, Applied Physics Express 9, 022102 (2016)에 발표된 논문 "Hybrid tunnel junction contacts to III- nitride light-emitting diodes" 에 소개되었다. One of the conventional methods to solve this problem was introduced in the paper "Hybrid tunnel junction contacts to III-nitride light-emitting diodes" published in Applied Physics Express 9, 022102 (2016).
본 논문에 따르면, MOCVD로 성장된 높은 도핑 농도의 p형 반도체 상에 MBE(molecular beam epitaxy)방법으로 높은 도핑 농도의 n형 반도체를 성장한다.According to this paper, an n-type semiconductor with a high doping concentration is grown by the MBE (molecular beam epitaxy) method on a p-type semiconductor with a high doping concentration grown by MOCVD.
이렇게 함으로서, 고품질의 터널 정션 구조를 구현할 수 있다.By doing so, it is possible to implement a high-quality tunnel junction structure.
그러나 이 방법으로 터널 정션 구조를 구현하기 위해서는, MOCVD를 이용한 p형 반도체 성장-세척-MBE를 이용한 n형 반도체 성장과 같은 공정단계가 필요하다.However, in order to implement the tunnel junction structure in this way, process steps such as p-type semiconductor growth using MOCVD-cleaning-MBE n-type semiconductor growth are required.
즉, 에피 성장 공정이 중단된 후 재 진행되어야 하는 기본적인 문제를 해결하지 못한다. 이런 공정단계는 대량 생산에 적합하지 않다.That is, it does not solve the basic problem of having to be re-progressed after the epi-growth process is stopped. This process step is not suitable for mass production.
한편, 최근에는 하나의 웨이퍼에서 적어도 두 가지 이상의 서로 다른 색을 방출하는 멀티컬러 소자와 이를 이용한 제품에 대한 연구와 시장 요구가 늘어나고 있다. Meanwhile, in recent years, research and market demands for multicolor devices emitting at least two or more different colors from a single wafer and products using the same are increasing.
멀티컬러 소자중 하나는, 선택적 에피 성장(selective epi growth)방법을 이용하여, 다양한 색을 방출하는 발광 소자를 기판(substrate)상에 다수 형성함으로써, 멀티컬러를 구현한다.One of the multicolor devices implements multicolor by forming a plurality of light emitting devices emitting various colors on a substrate using a selective epi growth method.
이와 같은 멀티컬러 소자에 터널 정션 구조를 접목하기 위해서는, MOCVD와 MBE를 이용한 hybrid 터널 정션 구조를 대체하여 발광소자와 터널 정션 구조를 인시츄(in-situ)로 형성할 수 있는 방법에 대한 개발이 시급한 실정이다.In order to graft the tunnel junction structure to such a multicolor device, the development of a method for forming the light emitting device and the tunnel junction structure in-situ by replacing the hybrid tunnel junction structure using MOCVD and MBE is required. It is urgent.
본 발명(Disclosure)은, 인시츄(in-situ)로 형성되어 낮은 직렬저항을 가지는 터널정션 소자를 구비하는 발광 소자의 제공을 일 목적으로 한다.An object of the present invention (Disclosure) is to provide a light emitting device having a tunnel junction device formed in-situ and having a low series resistance.
본 발명(Disclosure)은, 공정 단계가 감소되는 터널정션을 구비하는 발광 소자를 이용한 멀티컬러 소자의 제공을 일 목적으로 한다.An object of the present invention (Disclosure) is to provide a multi-color device using a light emitting device having a tunnel junction with reduced process steps.
여기서는, 본 발명의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 발명의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니 된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).Herein, a general summary of the present invention is provided, which should not be construed as limiting the scope of the present invention (This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
상기한 과제의 해결을 위해, 본 발명을 기술하는 여러 관점들 중 어느 일 관점(aspect)에 따른 터널정션을 구비하는 발광 소자는, n형 반도체인 하부 전극층; 상기 하부 전극층의 상측에 형성되고 높은 도핑 농도의 p형 반도체가 높은 도핑 농도의 n형 반도체의 상측에 배치되는 터널정션 소자; 상기 터널정션 소자의 상측에 형성되고 n형 반도체가 상측에 배치되는 발광 소자층; 및 상기 발광 소자층의 상측에 형성되며 n형 반도체인 상부 전극층;을 포함하는 터널정션 소자를 가진다.In order to solve the above problems, a light emitting device having a tunnel junction according to any one of various aspects describing the present invention includes: a lower electrode layer that is an n-type semiconductor; a tunnel junction element formed on the lower electrode layer and having a high doping concentration p-type semiconductor disposed on the high doping concentration n-type semiconductor; a light emitting device layer formed on an upper side of the tunnel junction device and having an n-type semiconductor disposed thereon; and an upper electrode layer formed on an upper side of the light emitting device layer and which is an n-type semiconductor.
본 발명의 다른 일 관점(aspect)에 따른 터널정션을 구비하는 발광 소자에서, 상기 하부 전극층은, 그 두께가 2㎛ 내지 3㎛일 수 있다.In the light emitting device having a tunnel junction according to another aspect of the present invention, the lower electrode layer may have a thickness of 2 μm to 3 μm.
본 발명의 다른 일 관점(aspect)에 따른 터널정션을 구비하는 발광 소자에서, 상기 하부 전극층의 일부를 노출하기 위하여 상기 하부 전극층의 상위층들을 제거한 하부전극 메사구조를 포함할 수 있다.In the light emitting device having a tunnel junction according to another aspect of the present invention, a lower electrode mesa structure in which upper layers of the lower electrode layer are removed to expose a portion of the lower electrode layer may be included.
상기한 과제의 해결을 위해, 본 발명을 기술하는 여러 관점들 중 어느 일 관점(aspect)에 따른 터널정션을 구비하는 발광 소자의 제조방법은, 기판을 준비하는 제1 단계; 상기 기판의 상측에 n형 반도체인 하부 전극층이 형성되는 제2 단계; 높은 도핑 농도의 p형 반도체가 높은 도핑 농도의 n형 반도체의 상측에 배치되는 터널정션 소자가 상기 하부 전극층의 상측에 형성되는 제3 단계; n형 반도체가 상측에 배치되는 발광 소자층이 상기 터널정션 소자의 상측에 형성되는 제4 단계; n형 반도체인 상부 전극층이 상기 발광 소자층의 상측에 형성되는 제5 단계;를 포함하고, 상기 제2 단계 내지 상기 제5 단계는 인시츄(in-situ)로 수행된다.In order to solve the above problems, a method of manufacturing a light emitting device having a tunnel junction according to any one aspect of various aspects describing the present invention includes a first step of preparing a substrate; a second step of forming an n-type semiconductor lower electrode layer on the upper side of the substrate; a third step of forming a tunnel junction device in which a p-type semiconductor having a high doping concentration is disposed on an upper side of the n-type semiconductor having a high doping concentration is formed on an upper side of the lower electrode layer; a fourth step of forming a light emitting device layer on which an n-type semiconductor is disposed on an upper side of the tunnel junction device; and a fifth step in which an n-type semiconductor upper electrode layer is formed on an upper side of the light emitting device layer, wherein the second to fifth steps are performed in-situ.
상기한 과제의 해결을 위해, 본 발명을 기술하는 여러 관점들 중 어느 일 관점(aspect)에 따른 터널정션을 구비하는 발광 소자를 이용한 멀티컬러 소자는 터널정션을 구비하는 발광 소자가 하나의 기판에 복수개가 형성된다.In order to solve the above problems, a multi-color device using a light emitting device having a tunnel junction according to any one aspect of various aspects describing the present invention is a light emitting device having a tunnel junction on one substrate. A plurality is formed.
본 발명의 다른 일 관점(aspect)에 따른 터널정션을 구비하는 발광 소자를 이용한 멀티컬러 소자에서, 복수개의 상기 발광소자는, 적어도 두 가지 이상의 서로 다른 파장의 빛을 방출하고, 상기 기판상에 나란하게 형성될 수 있다.In a multicolor device using a light emitting device having a tunnel junction according to another aspect of the present invention, a plurality of the light emitting devices emit light of at least two different wavelengths, and are parallel to each other on the substrate. can be formed.
본 발명의 다른 일 관점(aspect)에 따른 터널정션을 구비하는 발광 소자를 이용한 멀티컬러 소자에서, 복수의 상기 발광소자는, 전기적으로 서로 격리되도록, 그 사이의 상기 하부 전극층에 트랜치 상기 기판이 노출되는 트랜치 구조를 포함할 수 있다.In a multicolor device using a light emitting device having a tunnel junction according to another aspect of the present invention, a plurality of the light emitting devices are electrically isolated from each other, and the substrate is exposed in a trench in the lower electrode layer therebetween. It may include a trench structure that is
상기한 과제의 해결을 위해, 본 발명을 기술하는 여러 관점들 중 어느 일 관점(aspect)에 따른 터널정션을 구비하는 발광 소자를 이용한 멀티컬러 소자의 제조 방법은, 상기 기판을 준비하는 제10 단계; n형 반도체이고 상기 기판의 상측에 배치되는 하부 전극층과, 높은 도핑 농도의 p형 반도체가 높은 도핑 농도의 n형 반도체의 상측에 배치되어 상기 하부 전극층의 상측에 배치되는 터널정션 소자와, p형 반도체가 n형 반도체 상측에 배치되어 상기 터널정션 소자의 상측에 배치되는 발광 소자층 및, n형 반도체이고 상기 발광 소자층의 상측에 배치되는 상부 전극층으로 구비되는 제1 발광부를 인시츄(in-situ)로 형성하는 제20 단계; 상기 하부 전극층의 일부가 노출되도록 상기 하부 전극층의 상위층들을 제거하고, 상기 제1 발광부를 가지는 메사 구조체인 제1 발광소자가 형성되는 제30 단계; 상기 제1 발광 소자의 상측에 상기 제1 발광소자를 보호하는 패시베이션(passivation) 층이 형성되는 제40 단계; n형 반도체이고 상기 기판의 상측에 배치되는 또 다른 상기 하부 전극층과, 높은 도핑 농도의 p형 반도체가 높은 도핑 농도의 n형 반도체 상측에 배치되고 상기 또 다른 하부 전극층의 상측에 배치되는 또 다른 상기 터널정션 소자과, n형 반도체가 p형 반도체 상측에 배치되어 또 다른 상기 터널정션 소자의 상측에 배치되는 또 다른 상기 발광 소자층 및, n형 반도체이고 또 다른 상기 발광 소자층의 상측에 배치되는 또 다른 상기 상부 전극층으로 구비되는 제2 발광부를 인시츄(in-situ)로 형성하는 제50 단계; 상기 하부 전극층의 일부가 노출되도록 상기 또 다른 하부 전극층 및 그 상위층들을 제거하고, 상기 제2 발광부를 가지는 메사 구조체인 제2 발광소자를 형성하는 제60 단계; 모든 상기 하부 전극층 및 모든 상기 상부 전극층 상에 콘택 금속층을 형성하는 제70 단계;를 포함한다.In order to solve the above problems, a method of manufacturing a multi-color device using a light emitting device having a tunnel junction according to any one aspect of various aspects describing the present invention is a tenth step of preparing the substrate ; A lower electrode layer which is an n-type semiconductor and is disposed on an upper side of the substrate; A first light emitting part including a light emitting device layer in which a semiconductor is disposed on an upper side of the n-type semiconductor and disposed on an upper side of the tunnel junction device, and an upper electrode layer which is an n-type semiconductor and disposed on an upper side of the light emitting device layer. a twentieth step of forming in situ); a 30th step of removing upper layers of the lower electrode layer to expose a portion of the lower electrode layer, and forming a first light emitting device that is a mesa structure having the first light emitting part; a 40th step of forming a passivation layer on an upper side of the first light emitting device to protect the first light emitting device; Another said lower electrode layer which is an n-type semiconductor and is disposed on the upper side of the substrate, and a high doping concentration p-type semiconductor is disposed above the high doping concentration n-type semiconductor and is disposed above the another lower electrode layer A tunnel junction element, another light emitting device layer in which an n-type semiconductor is disposed above a p-type semiconductor and disposed above another tunnel junction device, and an n-type semiconductor disposed above another light emitting device layer a 50th step of in-situ forming a second light emitting part provided as another upper electrode layer; a 60th step of removing the other lower electrode layer and upper layers thereof so that a part of the lower electrode layer is exposed, and forming a second light emitting device which is a mesa structure having the second light emitting part; and forming a contact metal layer on all of the lower electrode layers and all of the upper electrode layers.
본 발명의 다른 일 관점(aspect)에 따른 터널정션을 구비하는 발광 소자를 이용한 멀티컬러 소자의 제조방법에서, 상기 제1 발광소자와 상기 제2 발광소자는, 서로 전기적으로 격리되도록, 그 사이의 상기 하부 전극층에 상기 기판이 노출되도록 트랜치 구조를 형성하는 제61 단계;를 더 포함할 수 있다.In the method of manufacturing a multicolor device using a light emitting device having a tunnel junction according to another aspect of the present invention, the first light emitting device and the second light emitting device are electrically isolated from each other, The method may further include a step 61 of forming a trench structure in the lower electrode layer to expose the substrate.
본 발명에 따르면, 높은 도핑 농도 p형 반도체가 높은 도핑 농도 n형 반도체의 상측에 배치되는 터널정션 소자 구조를 채용하여, 낮은 직렬저항을 가지는 터널정션 소자를 인시츄(in-situ)로 형성할 수 있다.According to the present invention, a tunnel junction device having a low series resistance can be formed in situ by adopting a tunnel junction device structure in which a high doping concentration p-type semiconductor is disposed on an upper side of a high doping concentration n-type semiconductor. can
본 발명에 따르면, n-up 구조의 터널정션 소자를 구비하는 발광 소자를 이용하여 공정 단계가 감소되는 멀티컬러 소자를 제조할 수 있다.According to the present invention, a multi-color device with reduced process steps can be manufactured by using a light emitting device including a tunnel junction device having an n-up structure.
도 1은 본 발명에 따른 터널 정션층을 구비하는 발광 소자의 일 실시형태를 보인 도면.
도 2는 본 발명에 따른 터널 정션층을 구비하는 발광 소자를 이용한 멀티컬러 소자의 일 실시형태를 보인 도면.
도 3 내지 도 10은 도 2의 터널 정션층을 구비하는 발광 소자를 이용한 멀티컬러 소자의 제조 방법을 공정 순서에 따라 나타낸 도면.1 is a view showing an embodiment of a light emitting device having a tunnel junction layer according to the present invention.
2 is a view showing an embodiment of a multi-color device using a light emitting device having a tunnel junction layer according to the present invention.
3 to 10 are views showing a manufacturing method of a multi-color device using the light emitting device having the tunnel junction layer of FIG. 2 according to the process sequence;
이하, 본 발명에 따른 터널정션을 구비하는 발광 소자를 구현한 실시형태를 도면을 참조하여 자세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment in which a light emitting device having a tunnel junction according to the present invention is implemented will be described in detail with reference to the drawings.
다만, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상은 이하에서 설명되는 실시형태에 의해 그 실시 가능 형태가 제한된다고 할 수는 없고, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상에 기초하여 통상의 기술자에 의해 이하에서 설명되는 실시형태를 치환 또는 변경의 방법으로 용이하게 제안될 수 있는 범위를 포섭함을 밝힌다. However, it cannot be said that the intrinsic technical idea of the present invention is limited by the embodiments described below, and the following by those skilled in the art based on the intrinsic technical idea of the present invention It is revealed that the range that can be easily suggested as a method of substitution or modification of the embodiments described in is included.
또한, 이하에서 사용되는 용어는 설명의 편의를 위하여 선택한 것이므로, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상을 파악하는 데 있어서, 사전적 의미에 제한되지 않고 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미로 적절히 해석되어야 할 것이다. In addition, since the terms used below are selected for convenience of description, in grasping the intrinsic technical idea of the present invention, they are not limited to the dictionary meaning and are appropriately interpreted as meanings consistent with the technical spirit of the present invention. it should be
도 1은 본 발명에 따른 터널정션을 구비하는 발광 소자의 일 실시형태를 보인 도면이다.1 is a view showing an embodiment of a light emitting device having a tunnel junction according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 실시형태에 따른 터널정션을 구비하는 발광 소자는, 하부 전극층(110), 터널정션 소자(120), 발광 소자층(130) 및 상부 전극층(140)을 가진다.Referring to FIG. 1 , the light emitting device having a tunnel junction according to the present embodiment includes a
하부 전극층(110)은 n형 반도체이며 기판(10)상에 형성된다. 하부 전극층(110)은 그 상면에 하부 콘택 금속층(114)이 형성될 수 있다.The
터널정션 소자(120)은 높은 도핑 농도 n형 반도체(121)와 높은 도핑 농도 p형 반도체(122)로 구성된다. 터널정션 소자(120)은 하부 전극층(110) 상측에 형성되고 높은 도핑 농도 p형 반도체(122)가 높은 도핑 농도 n형 반도체(121)의 상측에 배치된다. The
발광 소자층(130)은 n형 반도체(133)와 p형 반도체(131) 및 활성층(132)으로 구성된다. 발광 소자층(130)은 터널정션 소자(120)의 상측에 형성되고 n형 반도체(133)가 p형 반도체(131) 상측에 배치된다. The light emitting
상부 전극층(140)은, 발광 소자층(130)의 상측에 형성되며, 그 상측에 상부 콘택 금속층(144)이 형성될 수 있다.The
도 1에서 확인할 수 있듯이, 본 발명에 따른 터널정션을 구비하는 발광 소자는, 발광 소자층(130)의 하부에 형성되며, 터널정션 소자(120)가 배치된다. As can be seen in FIG. 1 , the light emitting device having a tunnel junction according to the present invention is formed under the light emitting
또한, 터널정션 소자(120)은 높은 도핑 농도 p형 반도체(122)가 높은 도핑 농도 n형 반도체(121)의 상측에 형성된다. In addition, in the
이에 따라 터널정션 소자(120)에서 높은 도핑 농도 n형 반도체(121)의 상측에 높은 도핑 농도 p형 반도체를 연속적(in-situ)로 형성할 수 있다.Accordingly, in the
또한, 이에 따라 높은 도핑 농도 p형 반도체(122)와 높은 도핑 농도 n형 반도체(121) 사이에 형성되는 터널 정션층(123)은, 낮은 직렬 저항을 가짐으로써, 구동 전압이 낮아진다. In addition, the
본 실시형태에 따른 터널정션을 구비하는 발광 소자에서, 하부 전극층(110)은, 그 두께가 2㎛ 내지 3㎛이다. In the light emitting device having the tunnel junction according to the present embodiment, the
이에 따라 하부 전극층(110)은 우수한 전류 분산 효과를 가진다.Accordingly, the
또한 도 1을 참조하면, 본 실시형태에 따른 터널정션을 구비하는 발광 소자는, 하부 전극층(110)의 일부를 노출하기 위하여 하부 전극층(110)의 상위층들을 제거한 하부전극 메사구조를 포함한다.Also, referring to FIG. 1 , the light emitting device having a tunnel junction according to the present embodiment includes a lower electrode mesa structure in which upper layers of the
도 1에 도시된 터널정션을 구비하는 발광 소자를 구비하는 발광 소자 제조 방법은 기판(10)을 준비하는 제1 단계에서 시작된다. The method of manufacturing a light emitting device including a light emitting device having a tunnel junction shown in FIG. 1 starts with the first step of preparing the
제2 단계에서는 n형 반도체(133)인 하부 전극층(110)이 기판(10)의 상측에 형성된다.In the second step, the
제3 단계에서는 높은 도핑 농도의 p형 반도체(131)가 상측에 배치되는 터널정션 소자(120)가 하부 전극층(110)의 상측에 형성된다.In the third step, the
제4 단계에서는 n형 반도체(133)가 상측에 배치되는 발광 소자층(130)이 터널정션 소자(120)의 상측에 형성된다.In the fourth step, the light emitting
제5 단계에서는 발광 소자층(130)의 상측에 n형 반도체인 상부 전극층(140)이 형성된다.In the fifth step, the
본 실시형태에 따른 터널정션을 구비하는 발광 소자의 제조 방법은, 제2 단계 내지 제5 단계는 인시츄(in-situ)로 수행된다.In the method of manufacturing a light emitting device having a tunnel junction according to the present embodiment, the second to fifth steps are performed in-situ.
도 2는 본 발명에 따른 터널정션을 구비하는 발광 소자를 이용한 멀티컬러 소자의 일 실시형태를 보인 도면이다.2 is a view showing an embodiment of a multi-color device using a light emitting device having a tunnel junction according to the present invention.
도 2를 참조하면 본 실시형태에 따른 터널정션을 구비하는 발광 소자를 이용한 멀티컬러 소자는, 도 1의 터널정션을 구비하는 발광 소자(100a, 100b, 100c)가 하나의 기판(10)에 복수개가 형성된다. Referring to FIG. 2 , in a multicolor device using a light emitting device having a tunnel junction according to the present embodiment, a plurality of light emitting
이때 복수개의 발광 소자(100a, 100b, 100c)는, 적어도 두 가지 이상의 서로 다른 파장의 빛을 방출하고, 각 발광 소자(100a, 100b, 100c)는 기판(10)의 평면상에 나란하게 배치된다. At this time, the plurality of light-emitting
또한, 복수의 발광 소자(100a, 100b, 100c)는, 전기적으로 서로 격리되도록, 그 사이의 하부 전극층(110)에 기판(10)이 노출되는 트랜치 구조를 포함할 수 있다..In addition, the plurality of light emitting
본 실시형태에 따른 터널정션을 구비하는 발광 소자를 이용한 멀티컬러 소자는 공정이 단순하여 고품질의 발광 소자(100a, 100b, 100c)를 쉽게 형성할 수 있다.The multi-color device using the light emitting device having a tunnel junction according to the present embodiment has a simple process, so that the high quality
즉, 터널정션 소자(120)를 인시츄(in-situ)로 형성되기 때문에, 한번의 에피 성장(epi growth) 공정으로 한 종류의 발광 소자(100a, 100b, 100c)가 형성될 수 있다.That is, since the
도 3 내지 도 10은 도 2의 터널정션을 구비하는 발광 소자를 이용한 멀티컬러 소자의 제조 방법을 공정 순서에 따라 나타낸 도면이다.3 to 10 are views showing a manufacturing method of a multi-color device using the light emitting device having the tunnel junction of FIG. 2 according to the process sequence.
도 3 내지 도 10을 참조하면, 본 실시형태에 따른 터널정션을 구비하는 발광 소자를 이용한 멀티컬러 소자의 제조방법은, 기판(10)을 준비하는 제10 단계에서 시작한다. 3 to 10 , the method of manufacturing a multi-color device using a light emitting device having a tunnel junction according to the present embodiment starts with a tenth step of preparing the
제20 단계에서는, 기판(10)의 상측에 배치되는 하부 전극층(110), 하부 전극층(110)의 상측에 배치되는 터널정션 소자(120), 터널정션 소자(120)의 상측에 배치되는 발광 소자층(130) 및, 발광 소자층(130)의 상측에 배치되는 상부 전극층(140)으로 구비되는 제1 발광부를 인시츄(in-situ)로 형성한다.In the twentieth step, the
이때, 하부 전극층(110)은 n형 반도체이다.In this case, the
또한, 터널정션 소자(120)는 높은 도핑 농도 p형 반도체(122)가 높은 도핑 농도의 n형 반도체(121)의 상측에 배치된다. In addition, in the
또한, 발광 소자층(130)은 p형 반도체(131)가 n형 반도체(133)의 상측에 배치된다.In addition, in the light emitting
또한 상부 전극층(140)은 n형 반도체이다.Also, the
제30 단계에서는 제1 발광부의 하부 전극층(110)의 일부가 노출되도록 하부 전극층(110)의 상위층들을 제거한다. 이에 따라 제1 발광부를 가지는 메사 구조체인 제1 발광 소자(100a)가 형성된다.In step 30, upper layers of the
제40 단계에서는, 제1 발광 소자(100a)의 상측에 제1 발광 소자(100a)를 보호하는 패시베이션(passivation)층(20)이 형성된다.In step 40, a
제50 단계에서는, 기판(10)의 상측에 배치되는 또 다른 하부 전극층(110b), 또 다른 하부 전극층(110)의 상측에 배치되는 또 다른 터널정션 소자(120b), 또 다른 터널정션 소자(120b)의 상측에 배치되는 또 다른 발광 소자층(130b) 및, 또 다른 발광 소자층(130b)의 상측에 배치되는 또 다른 상부 전극층(140b)으로 구비되는 제1 발광부를 인시츄(in-situ)로 형성한다.In step 50, another
이때, 또 다른 하부 전극층(110b)은 n형 반도체로서, 제1 발광부에 구비되는 하부 전극층(110)과 동일한 물성을 가진다.In this case, another
또한, 또 다른 터널정션 소자(120b)는 높은 도핑 농도의 p형 반도체(122b)가 높은 도핑 농도의 n형 반도체(121b)의 상측에 배치된다. In addition, in another
또한, 또 다른 발광 소자층(130)은 p형 반도체(131)가 n형 반도체의 상측에 배치된다.In addition, in another light emitting
또한 또 다른 상부 전극층(140)은 n형 반도체이다.Also, another
또한 발광 소자층(130)과 또 다른 발광 소자층(130b)은 서로 다른 파장의 빛을 생성한다. In addition, the light emitting
제60 단계에서는, 하부 전극층(110)의 일부가 노출되도록 또 다른 하부 전극층(110b) 및 그 상위층들을 제거하고, 제2 발광부를 가지는 메사 구조체인 제2 발광 소자(100b)가 형성된다. In step 60, another
제70 단계에서는, 모든 하부 전극층 및 모든 상부 전극층 상에 콘택 금속층이 형성된다.In step 70, a contact metal layer is formed on all the lower electrode layers and all the upper electrode layers.
또한 본 실시형태에 따른 터널정션을 구비하는 발광 소자를 이용한 멀티컬러 소자의 제조방법에서 제1 발광소자(100a)와 제2 발광소자(100b)는, 서로 전기적으로 격리되도록, 그 사이의 하부 전극층(110)에 트랜치 구조가 형성되어 기판(10)이 노출되는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, in the method of manufacturing a multicolor device using a light emitting device having a tunnel junction according to the present embodiment, the first
Claims (9)
복수 개의 상기 발광소자는,
적어도 두 가지 이상의 서로 다른 파장의 빛을 방출하고,
상기 기판상에 나란하게 형성되는 터널정션을 구비하되,
상기 하부 전극층은,
두께가 2㎛ 내지 3㎛이고,
상기 하부 전극층의 일부를 노출하기 위하여 상기 하부 전극층의 상위층들을 제거한 하부전극 메사구조를 포함하는 터널정션을 구비하는 발광 소자를 이용한 멀티컬러 소자.a lower electrode layer that is an n-type semiconductor; a tunnel junction element formed on the lower electrode layer and having a p-type semiconductor having a high doping concentration disposed on the n-type semiconductor having a high doping concentration; a light emitting device layer formed on an upper side of the tunnel junction device and having an n-type semiconductor disposed thereon; and an upper electrode layer formed on an upper side of the light emitting device layer and which is an n-type semiconductor;
A plurality of the light emitting device,
Emit at least two or more different wavelengths of light,
Provided with a tunnel junction formed side by side on the substrate,
The lower electrode layer,
The thickness is 2 μm to 3 μm,
A multicolor device using a light emitting device having a tunnel junction including a lower electrode mesa structure in which upper layers of the lower electrode layer are removed to expose a portion of the lower electrode layer.
복수의 상기 발광소자는,
전기적으로 서로 격리되도록, 그 사이의 상기 하부 전극층에 상기 기판이 노출되는 트랜치 구조를 포함하는 터널정션을 구비하는 발광 소자를 이용한 멀티컬러 소자.The method according to claim 1,
A plurality of the light emitting device,
A multicolor device using a light emitting device having a tunnel junction including a trench structure in which the substrate is exposed in the lower electrode layer therebetween so as to be electrically isolated from each other.
상기 기판을 준비하는 제10 단계;
n형 반도체이고 상기 기판의 상측에 배치되는 하부 전극층과, 높은 도핑 농도의 p형 반도체가 높은 도핑 농도의 n형 반도체의 상측에 배치되어 상기 하부 전극층의 상측에 배치되는 터널정션 소자와, p형 반도체가 n형 반도체 상측에 배치되어 상기 터널정션 소자의 상측에 배치되는 발광 소자층 및, n형 반도체이고 상기 발광 소자층의 상측에 배치되는 상부 전극층으로 구비되는 제1 발광부를 인시츄(in-situ)로 형성하는 제20 단계;
상기 하부 전극층의 일부가 노출되도록 상기 하부 전극층의 상위층들을 제거하고, 상기 제1 발광부를 가지는 메사 구조체인 제1 발광소자가 형성되는 제30 단계;
상기 제1 발광 소자의 상측에 상기 제1 발광소자를 보호하는 패시베이션(passivation) 층이 형성되는 제40 단계;
n형 반도체이고 상기 기판의 상측에 배치되는 또 다른 상기 하부 전극층과, 높은 도핑 농도의 p형 반도체가 높은 도핑 농도의 n형 반도체 상측에 배치되고 상기 또 다른 하부 전극층의 상측에 배치되는 또 다른 상기 터널정션 소자과, n형 반도체가 p형 반도체 상측에 배치되어 또 다른 상기 터널정션 소자의 상측에 배치되는 또 다른 상기 발광 소자층 및, n형 반도체이고 또 다른 상기 발광 소자층의 상측에 배치되는 또 다른 상기 상부 전극층으로 구비되는 제2 발광부를 인시츄(in-situ)로 형성하는 제50 단계;
상기 하부 전극층의 일부가 노출되도록 상기 또 다른 하부 전극층 및 그 상위층들을 제거하고, 상기 제2 발광부를 가지는 메사 구조체인 제2 발광소자를 형성하는 제60 단계;
모든 상기 하부 전극층 및 모든 상기 상부 전극층 상에 콘택 금속층을 형성하는 제70 단계;를 포함하는 터널정션을 구비하는 발광 소자를 이용한 멀티컬러 소자의 제조방법.In the manufacturing method of a multi-color device using a light emitting device having a tunnel junction according to claim 1,
a tenth step of preparing the substrate;
A lower electrode layer of an n-type semiconductor and disposed above the substrate, a tunnel junction element having a high doping concentration p-type semiconductor disposed above the n-type semiconductor having a high doping concentration and disposed above the lower electrode layer; A first light emitting unit including a light emitting device layer in which a semiconductor is disposed above the n-type semiconductor and disposed above the tunnel junction device, and an upper electrode layer which is an n-type semiconductor and disposed above the light emitting device layer a twentieth step of forming in situ);
a 30th step of removing upper layers of the lower electrode layer to expose a portion of the lower electrode layer, and forming a first light emitting device that is a mesa structure having the first light emitting part;
a 40th step of forming a passivation layer on an upper side of the first light emitting device to protect the first light emitting device;
Another said lower electrode layer that is an n-type semiconductor and is disposed on the upper side of the substrate, and a high doping concentration p-type semiconductor is disposed above the high doping concentration n-type semiconductor and is disposed above the another lower electrode layer A tunnel junction element, another light emitting device layer in which an n-type semiconductor is disposed above a p-type semiconductor and disposed above another tunnel junction device, and an n-type semiconductor disposed above another light emitting device layer a 50th step of in-situ forming a second light emitting part provided as another upper electrode layer;
a 60th step of removing the other lower electrode layer and upper layers thereof so that a part of the lower electrode layer is exposed, and forming a second light emitting device which is a mesa structure having the second light emitting part;
A method of manufacturing a multicolor device using a light emitting device having a tunnel junction, comprising: forming a contact metal layer on all of the lower electrode layers and all of the upper electrode layers.
상기 제1 발광소자와 상기 제2 발광소자는,
서로 전기적으로 격리되도록, 그 사이의 상기 하부 전극층에 상기 기판이 노출되도록 트랜치 구조를 형성하는 제61 단계;를 더 포함하는 터널정션을 구비하는 발광 소자를 이용한 멀티컬러 소자의 제조방법.9. The method of claim 8,
The first light emitting device and the second light emitting device,
A method of manufacturing a multi-color device using a light emitting device having a tunnel junction further comprising; forming a trench structure to expose the substrate to the lower electrode layer therebetween so as to be electrically isolated from each other.
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| JP2019087710A (en) * | 2017-11-10 | 2019-06-06 | 学校法人 名城大学 | Manufacturing method of nitride semiconductor light-emitting element, and nitride semiconductor light-emitting element |
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