KR19980028123A - Light emitting diode manufacturing method - Google Patents
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Abstract
발광 다이오드 제조방법에 관한 것으로, 하이 도밍(high doping)시 p형 에피택셜층에 크랙(crack)등이 형성되는 문제점을 해결하기 위하여, 기판상에 n형 에피택셜층과 활성층 및 p형 에피택셜층을 순차적으로 형성하고, p형 에피택셜층상에 Mg(또는 Zn,In)금속막을 형성한 후, IBM(Ion Beam Mixing)방법을 이용하여 Mg 금속막 전면에 Ar 이온 빔을 가속으로 수직 입사시켜 Mg 이온을 p형 에피택셜층에 주입시키고, p형 에피택셜층 및 활성층을 선택적으로 제거하여 n형 에피택셜층의 일정영역을 노출시킨 다음, 노출된 n형 에피택셜층과 p형 에피택셜층 상에 각각 전극을형성함으로써, 하이 도핑시에도 p형 에피택셜층에 크랙(crack)등을 방지할 수 있어 발광 다이오드의 수율을 향상시키고 p형 에피택셜층의 도핑 농도를 자유롭게 조절할 수 있으므로 전도성이 우수한 발광 다이오드를 제작할 수 있다.The present invention relates to a method of manufacturing a light emitting diode, wherein an n-type epitaxial layer, an active layer, and p-type epitaxial are formed on a substrate in order to solve a problem in which cracks are formed in a p-type epitaxial layer during high doping. After forming a sequential layer and forming an Mg (or Zn, In) metal film on the p-type epitaxial layer, the Ar ion beam is accelerated and vertically incident on the entire surface of the Mg metal film using IBM (Ion Beam Mixing). Mg ions are implanted into the p-type epitaxial layer, and the p-type epitaxial layer and the active layer are selectively removed to expose a predetermined region of the n-type epitaxial layer, and then the exposed n-type epitaxial layer and the p-type epitaxial layer By forming electrodes on the substrate, it is possible to prevent cracks in the p-type epitaxial layer even at high doping, thereby improving the yield of the light emitting diode and freely controlling the doping concentration of the p-type epitaxial layer. Excellent luminous It can be manufactured diode.
Description
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 특히 원할한 도핑(doping)을 위한 발광 다이오드 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to light emitting diodes, and more particularly to a method of manufacturing light emitting diodes for desired doping.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 발광 다이오드 제조방법을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a light emitting diode manufacturing method according to the related art will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 1d는 종래 기술에 따른 발광 다이오드의 제조공정을 보여주는 공정단면도이다.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a light emitting diode according to the prior art.
도 1a에 도시된 바와 같이, 사파이어 기판(1)상에 GaN 버퍼층(2)을 저온(약 500℃)에서 성장시킨 다음, 버퍼층(2)상에 고온(약 1000℃)에서 n형 불순물을 도핑(doping)시킨 n형 에피택셜층(3)을 일정 두께로 성장시킨다.As shown in FIG. 1A, a GaN buffer layer 2 is grown on a sapphire substrate 1 at low temperature (about 500 ° C.), and then doped with an n-type impurity on the buffer layer 2 at high temperature (about 1000 ° C.). The doped n-type epitaxial layer 3 is grown to a predetermined thickness.
이때, n형 에피택셜층(3)의 도핑원소로는 Si 등을 사용한다. 그리고, n형 에피택셜층(3)은 GaN으로 한다.At this time, Si or the like is used as a doping element of the n-type epitaxial layer 3. The n-type epitaxial layer 3 is made of GaN.
이어, 도 1b에 도시된 바와 같이, n형 에피택셜층(3)상에 연속적으로 활성층(4) 및 p형 불순물을 도핑시킨 p형 에피택셜층(5)을 일정 두께로 성장시킨다.Subsequently, as shown in FIG. 1B, the p-type epitaxial layer 5 in which the active layer 4 and the p-type impurity are successively doped is grown on the n-type epitaxial layer 3.
이때, p형 에피택셜층(5)의 도핑원소로는 Mg을 사용하고 p형 에피택셜층(5)은 GaN으로 한다.At this time, Mg is used as the doping element of the p-type epitaxial layer 5, and the p-type epitaxial layer 5 is GaN.
즉, p형 에피택셜층(5)의 도핑은 에피택셜층 성장중에 Mg 소스(source)를 흘려 자연적으로 도핑시키는 방법을 이용하고 있다.That is, the doping of the p-type epitaxial layer 5 uses a method of naturally doping by flowing an Mg source during epitaxial layer growth.
그리고, 도 1c에 도시된 바와 같이, 사진석판술(photolithograpy) 및 식각공정으로 활성층(4) 및 p형 에피택셜층(5)을 선택적으로 제거하여 n형 에피택셜층(3)의 일정영역을 노출시킨다.As shown in FIG. 1C, the active layer 4 and the p-type epitaxial layer 5 are selectively removed by photolithograpy and etching to remove a predetermined region of the n-type epitaxial layer 3. Expose
이어, 도 1d에 도시된 바와 같이, 노출된 n형 에피택셜층(3)의 일정영역에는 n형 전극(6)을 형성하고 p형 에피택셜층(5)의 일정영역에는 p형 전극(7)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 1D, an n-type electrode 6 is formed in a predetermined region of the exposed n-type epitaxial layer 3, and a p-type electrode 7 is formed in a predetermined region of the p-type epitaxial layer 5. ).
종래 기술에 따른 발광 다이오드 제조방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.The light emitting diode manufacturing method according to the prior art has the following problems.
전도성이 좋은 발광 다이오드의 제작을 위해서는 p형 에피택셜층 성장시 Mg과 같은 도펀트를 1018atom/cc 이상의 하이 도핑(high doping)을 시켜야 하지만 Mg을 1018atom/cc 이상으로 하이 도핑(high doping)시키면 p형 에피택셜층에 크랙(crack)등이 형성되어 발광 다이오드의 수율을 저하시킨다.In order to fabricate a light emitting diode with good conductivity, dopants such as Mg should be high doped at 10 18 atom / cc or higher when growing p-type epitaxial layer, but high doping is performed at 10 18 atom / cc or higher. In this case, cracks or the like are formed in the p-type epitaxial layer, thereby lowering the yield of the light emitting diode.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 Mg 도핑부분에 이온 빔 믹싱(Ion Beam Mixing)방법을 이용하여 하이 도핑을 시켜 수율이 향상된 발광 다이오드 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a light emitting diode having improved yield by high doping using an ion beam mixing method in an Mg doped portion.
도 1a 내지 1d는 종래 기술에 따른 발광 다이오드의 제조공정을 보여주는 공정단면도1A to 1D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a light emitting diode according to the prior art.
도 2a 내지 2d는 본 발명 제 1실시예에 따른 발광 다이오드의 제조공정을 보여주는 공정단면도2A through 2D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a light emitting diode according to a first embodiment of the present invention.
도 3a 내지 3d는 본 발명 제 2실시예에 따른 발광 다이오드의 제조공정을 보여주는 공정단면도3A to 3D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a light emitting diode according to a second embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
11 : 기판 13 : n형 에피택셜층11 substrate 13 n-type epitaxial layer
15 : p형 에피택셜층 17 : n형 전극15: p-type epitaxial layer 17: n-type electrode
12 : 버퍼층 14 : 활성층12: buffer layer 14: active layer
16 : Mg 금속막 18 : p형 전극16: Mg metal film 18: p-type electrode
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 발광 다이오드 제조방법은 기판상에 n형 에피택셜층과 활성층 및 p형 에피택셜층을 순차적으로 형성하고, p형 에피택셜층상에 Mg(또는 Zn,In)금속막을 형성한 후, IBM(Ion Beam Mixing)방법을 이용하여 Mg 금속막 전면에 Ar 이온 빔을 가속으로 수직 입사시켜 Mg 이온을 p형 에피택셜층에 주입시키고, 활성층 및 p형 에피택셜층을 선택적으로 제거하여 n형 에피택셜층의 일정영역을 노출시킨 다음, 노출된 n형 에피택셜층과 p형 에피택셜층 상에 각각 전극을 형성함을 특징으로 한다.In the light emitting diode manufacturing method according to the present invention for achieving the above object, an n-type epitaxial layer, an active layer and a p-type epitaxial layer are sequentially formed on a substrate, and Mg (or Zn, In is formed on the p-type epitaxial layer). After the metal film is formed, Mg ions are injected into the p-type epitaxial layer by injecting Mg ions into the p-type epitaxial layer by vertically accelerating an Ar ion beam to the entire surface of the Mg metal film using the IBM (Ion Beam Mixing) method. And selectively remove a to expose a predetermined region of the n-type epitaxial layer, and then form an electrode on the exposed n-type epitaxial layer and the p-type epitaxial layer, respectively.
상기와 같은 본 발명에 따른 발광 다이오드 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the light emitting diode manufacturing method according to the present invention as described above in more detail with reference to the accompanying drawings as follows.
도 2a 내지 2d는 본 발명 제 1실시예에 따른 발광 다이오드의 제조공정을 보여주는 공정단면도이다.2A through 2D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a light emitting diode according to a first embodiment of the present invention.
도 2a에 도시된 바와 같이, 깨끗이 세척한 사파이어 기판(11)상에 GaN 버퍼층(12)을 약 500℃의 저온에서 성장시킨 다음, 버퍼층(12)상에 약 1000℃의 고온에서 n형 불순물을 도핑(doping)시킨 n형 에피택셜층(13)을 일정 두께로 성장시킨다.As shown in FIG. 2A, the GaN buffer layer 12 is grown on the cleaned sapphire substrate 11 at a low temperature of about 500 ° C., and then n-type impurities are deposited on the buffer layer 12 at a high temperature of about 1000 ° C. FIG. The doped n-type epitaxial layer 13 is grown to a predetermined thickness.
이때, n형 에피택셜층(13)의 도핑원소로는 Si 등을 사용한다. 그리고, n형 에피택셜층(13)은 GaN으로 한다.At this time, Si or the like is used as a doping element of the n-type epitaxial layer 13. The n-type epitaxial layer 13 is made of GaN.
이어, 도 2b에 도시된 바와 같이, n형 에피택셜층(13)상에 연속적으로 활성층(14) 및 p형 불순물을 도핑시킨 p형 에피택셜층(15)을 일정 두께로 성장시킨다.Subsequently, as shown in FIG. 2B, the p-type epitaxial layer 15 in which the active layer 14 and the p-type impurity are successively doped is grown on the n-type epitaxial layer 13.
이때, p형 에피택셜층(15)의 도핑원소로는 Mg을 사용하고 p형 에피택셜층(15)은 GaN으로 한다 그리고, 도 2c에 도시된 바와 같이, p형 에피택셜층(15)상에 분자선 에피택시(molecular beam epitaxy)를 이용하여 얇은 Mg(또는 Zn,In)금속막(16)을 형성한다.In this case, Mg is used as the doping element of the p-type epitaxial layer 15, and the p-type epitaxial layer 15 is GaN, and as shown in FIG. 2C, the p-type epitaxial layer 15 is formed on the p-type epitaxial layer 15. A thin Mg (or Zn, In) metal film 16 is formed using molecular beam epitaxy.
이때, Mg 금속막(16)은 약 200∼500Å의 두께로 형성한다. 이유는 후술하기로 한다.At this time, the Mg metal film 16 is formed to a thickness of about 200 to 500 kPa. The reason will be described later.
그리고, IBM(Ion Beam Mixing)방법을 이용하여 Mg 금속막(16) 전면에 Ar 이온 빔을 가속으로 수직 입사시켜 Mg 금속막(16)의 Mg 이온을 p형 에피택셜층(15)에 주입시킨다.The Ar ion beam is vertically incident on the entire surface of the Mg metal film 16 by using an ion beam mixing (IBM) method to inject Mg ions of the Mg metal film 16 into the p-type epitaxial layer 15. .
이때, Ar 이온 빔은 80∼150kV로 가속시킨다.At this time, the Ar ion beam is accelerated to 80 to 150 kV.
그 이유는 전압이 너무 낮으면 Mg 금속막(16)이 오히려 깎이며 전압이 너무 높으면 Ar 이온 빔 그 자체가 p형 에피택셜층(15)으로 주입되어 버리기 때문이다.The reason is that if the voltage is too low, the Mg metal film 16 is rather shaved. If the voltage is too high, the Ar ion beam itself is injected into the p-type epitaxial layer 15.
그러므로, Mg 금속막(16)의 두께도 Ar 이온 빔의 주입조건을 고려하여 조절된다.Therefore, the thickness of the Mg metal film 16 is also adjusted in consideration of the implantation conditions of the Ar ion beam.
즉, p형 에피택셜층(15)의 도핑 농도는 Ar 이온 빔의 가속에너지, 전류 등으로 자유롭게 조절할 수 있다.That is, the doping concentration of the p-type epitaxial layer 15 can be freely adjusted by the acceleration energy, the current, and the like of the Ar ion beam.
이어, 도 2d에 도시된 바와 같이, 사진석판술(photolithograpy) 및 식각공정으로 활성층(14)과 p형 에피택셜층(15) 및 Mg 금속막(16)을 선택적으로 제거하여 n형 에피택셜층(13)의 일정영역을 노출시키고 노출된 n형 에피택셜층(13)의 일정영역에는 n형 전극(17)을 형성하고 p형 에피택셜층(15)의 일정영역에는 p형 전극(18)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 2D, the active layer 14, the p-type epitaxial layer 15, and the Mg metal layer 16 are selectively removed by photolithograpy and an etching process to form an n-type epitaxial layer. The n-type electrode 17 is formed in a predetermined region of the exposed n-type epitaxial layer 13 while the predetermined region of 13 is exposed, and the p-type electrode 18 is formed in a predetermined region of the p-type epitaxial layer 15. To form.
도 3a 내지 3d는 본 발명 제 2실시예에 따른 발광 다이오드의 제조공정을 보여주는 공정단면도이다.3A to 3D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a light emitting diode according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 3a, 도 3b는 본 발명 제 1실시예와 동일하므로 설명을 생략하기로 한다. 도 3c에 도시된 바와 같이, p형 에피택셜층(15)에 스퍼터링 방법으로 형성한 Mg 이온을 주입하여 p형 에피택셜층(15)을 고농도로 도핑시킨다.3A and 3B are the same as the first embodiment of the present invention, and thus description thereof will be omitted. As shown in FIG. 3C, the p-type epitaxial layer 15 is heavily doped by implanting Mg ions formed by the sputtering method into the p-type epitaxial layer 15.
즉, Mg 타겟에서 떼어낸 Mg 소오스를 필터링(filtering)한 후, 필터링된 Mg이온을 집속시켜 약 50∼100kV로 pGUD 에피택셜층(15)에 주입하는 것이다.That is, after filtering the Mg source separated from the Mg target, the filtered Mg ions are concentrated and injected into the pGUD epitaxial layer 15 at about 50 to 100 kV.
이어, 도 3d에 도시된 바와 같이, 사진석판술(photolithograpy) 및 식각공정으로 활성층(14) 및 p형 에피택셜층(15)을 선택적으로 제거하여 n형 에피택셜층(13)의 일정영역을 노출시키고 노출된 n형 에피택셜층(13)의 일정영역에는 n형 전극(17)을 형성하고 p형 에피택셜층(15)의 일정영역에는 p형 전극(18)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 3D, the active layer 14 and the p-type epitaxial layer 15 are selectively removed by photolithograpy and etching to remove a predetermined region of the n-type epitaxial layer 13. An n-type electrode 17 is formed in a predetermined region of the exposed n-type epitaxial layer 13 and a p-type electrode 18 is formed in a predetermined region of the p-type epitaxial layer 15.
본 발명에 따른 발광 다이오드 제조방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.The light emitting diode manufacturing method according to the present invention has the following effects.
첫째, p형 에피택셜층에 1018atom/cc 이상의 하이 도핑(high doping)을 시켜도 p형 에피택셜층에 크랙(crack)등을 방지할 수 있어 발광 다이오드의 수율을 향상시킨다.First, even if high doping of 10 18 atoms / cc or more is applied to the p-type epitaxial layer, cracks can be prevented in the p-type epitaxial layer, thereby improving the yield of the light emitting diode.
둘째, Ar 이온 빔의 가속에너지, 전류 등을 조절하여 p형 에피택셜층의 도핑농도를 자유롭게 조절할 수 있으므로 전도성이 우수한 발광 다이오드를 제작할 수 있다.Second, since the doping concentration of the p-type epitaxial layer can be freely controlled by adjusting the acceleration energy, current, and the like of the Ar ion beam, a light emitting diode having excellent conductivity can be manufactured.
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