KR19980067850A - 발광 다이오드 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
발광 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 전극 형성시 공정이 복잡하고 전극의 표면이 거친 문제점을 해결하기 위하여, 기판상의 제 1 에피택셜층 일정영역에 활성층 및 제 2 에피택셜층을 형성하고, 제 1 에피택셜층의 일정영역에 조성의 기울기를 갖는 TiN층, Au층 또는 Al층으로 이루어진 n형 전극을 형성한 후, 제 2 에피택셜층의 일정영역에 p형 전극을 형성함으로써, 공정이 단순하고 전극 표면의 모폴로지가 향상되며 소자의 특성이 향상된 발광 다이오드를 제작할 수 있다.
Description
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 특히 전극의 표면이 평탄하고 소자의 특성이 향상된 발광 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 발광 다이오드 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 발광 다이오드의 제조공정을 보여주는 공정단면도이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 사파이어 기판(1)상에 n형 불순물을 도핑시킨 n형 에피택셜층(2)을 일정두께로 성장시킨다. 그리고, n형 에피택셜층(2)상에 연속적으로 활성층(3) 및 p형 불순물을 도핑시킨 p형 에피택셜층(4)을 일정두께로 성장시킨다.
이때, n형 및 p형 에피택셜층(2,4)은 GaN으로 한다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 사진석판술(photolithography) 및 식각공정으로 활성층(3) 및 p형 에피택셜층(4)을 선택적으로 제거하여 n형 에피택셜층(2)의 일정영역을 노출시킨다.
도 1c에 도시된 바와 같이, n형 및 p형 에피택셜층(2,4) 전면에 제 1 감광막을 도포하고 패터닝하여 n형 에피택셜층(2)의 일정 영역을 노출시킨다. 그리고, 노출된 n형 에피택셜층(2)을 포함한 제 1 감광막 전면에 Ti층(5), Al층(6), Ti층(5) 그리고 Au층(7)을 차례로 형성하고 리프트-오프(lift-off)공정으로 제 1 감광막 및 제 1 감광막상에 형성된 Ti층(5), Al층(6), Ti층(5) 그리고 Au층(7)을 제거하여 n형전극을 형성한다.
도 1d에 도시된 바와 같이, n형 전극을 포함한 n형 및 p형 에피택셜층(2,4) 전면에 제 2 감광막을 도포하고 패터닝하여 p형 에피택셜층(4)의 일정 영역을 노출시킨다. 그리고, 노출된 p형 에피택셜층(4)을 포함한 제 2 감광막 전면에 Ti층(5), Cr층(8), Ti층(5) 그리고 Au층(7)을 차례로 형성하고 리프트-오프(lift-off)공정으로 제 2 감광막 및 제 2 감광막상에 형성된 Ti층(5), Cr층(8), Ti층(5) 그리고 Au층(7)을 제거하여 p형 전극(8)을 형성한다.
이와 같이 형성된 발광 다이오드의 구조를 설명하면 다음과 같다.
도 1d에 도시된 바와 같이, 사파이어 기판(1)상에 형성되는 n형 에피택셜층(2)과, n형 에피택셜층(2)상의 일정영역에 형성되는 활성층(3) 및 P형 에피택셜층(4)과, n형 에피택셜층(2)상의 일정영역에 형성되고 Ti층(5), Al층(6), Ti층(5) 그리고 Au층(7)으로 이루어진 n형 전극과, p형 에피택셜층(4)상의 일정영역에 형성되고 Ti층(5), Cr층(8), Ti층(5) 그리고 Au층(7)으로 이루어진 p형 전극(8)으로 구성된다.
종래 기술에 따른 발광 다이오드 및 그 제조방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
첫째, n형 전극을 Au/Ti/Al/Ti로 형성함으로써 공정이 복잡하고 비효율적이다.
둘째, n형 전극 형성을 위한 열처리시 Ti이 확산하여 Ti과 Al이 결합하고 Ti과 Au이 결합하므로 전극 표면이 매우 거칠어진다.
셋째, n형 전극 형성을 위한 열처리시 Ti의 확산으로 인하여 Ti와 에피택셜층의 N과의 반응성이 좋지 않아 원하는 만큼의 저항값을 얻을 수 없다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, N의 양이 점차 증가하는 그레디언트(Gradient)를 갖는 TiN을 사용하여 전극의 표면이 평탄하고 특성이 향상된 발광 다이오드 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 발광 다이오드의 제조공정을 보여주는 공정단면도
도 2a 내지 도 2d는 본 발명 제 1 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조공정을 보여주는 공정단면도
도 3은 본 발명 제 2 실시예에 따른 발광 다이오드를 보여주는 구조단면도이다.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 기판 12 : n형 에피택셜층
13 : 활성층 14 : p형 에피택셜층
15 : TiN층 16 : Al층
17 : Au층 18 : p형 전극
19 : Ti층
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 발광 다이오드 및 그 제조방법은 n형 전극을 N의 양이 상부쪽으로 갈수록 증가된 TiN층, Al층 또는 Au층으로 이루어진 이중층으로 형성함에 그 특징이 있다.
본 발명의 다른 특징은 n형 전극 형성시 TiN층 표면의 Ti와 N의 비율을 1:1이 되도록 하는데 있다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 발광 다이오드 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명 제 1 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조공정을 보여주는 공정단면도이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 깨끗이 세척한 사파이어 기판(11)상에 n형 불순물을 도핑시킨 n형 에피택셜층(12)을 일정두께로 성장시킨다. 그리고, n형 에피택셜층(12)상에 연속적으로 활성층(13) 및 p형 불순물을 도핑시킨 p형 에피택셜층(14)을 일정두께로 성장시킨다.
이때, n형 및 p형 에피택셜층(12,14)은 GaN으로 한다.
이어, 도 2b에 도시된 바와 같이, 사진석판술(photolithography) 및 식각공정으로 활성층(13) 및 p형 에피택셜층(14)을 선택적으로 제거하여 n형 에피택셜층(12)의 일정영역을 노출시킨다.
그리고, 도 2c에 도시된 바와 같이, N2+Ar 또는 NH3+Ar 혼합가스를 사용하여 n형 에피택셜층(12)상에 상부로 올라갈수록 N의 양이 점점 증가하는 그레디언트(Gradient)를 가지도록 TiN층(15)을 형성하고, TiN층(15)상에 Al층(16) 또는 Au층(17)형성한 후, 패터닝하여 n형 에피택셜층(12)의 일정영역에 이중층으로 이루어진 n형 전극을 형성한다. 그리고, n형 전극을 약 900℃에서 열처리한다.
이때, TiN층(15)의 상부표면은 Ti와 N의 비율이 1:1이 되도록 한다.
이와 같이, TiN층(15)의 N의 양을 상부로 갈수록 증가시키는 이유는 TiN층(15) 상부쪽에서는 Ti의 확산을 방지하고 TiN층(15) 하부쪽에서는 n형 에피택셜층(12)의 GaN으로부터 N을 쉽게 공급받아 n형 전극을 쉽게 이루도록 하기 때문이다.
즉, TiN층(15)의 하부에는 N이 부족하므로 열처리시 GaN으로부터 질소를 쉽게 공급받아 상부 표면의 TiN과 비슷한 조성을 갖는 TiN이 형성되고, GaN은 반대로 질소가 부족하여 n형 에피택셜층(12)에 많은 전자 캐리어(electron carrier)들이 형성됨으로써 n형 전극이 쉽게 이루어진다.
또한, TiN층(15)의 상부에는 질소가 거의 Ti와 동일한 양으로 존재하므로 접촉금속인 Al 또는 Au를 통해 빠져나가려는 Ti를 효과적으로 막아주는 베리어(barrier)역할을 한다.
이어, 도 2d에 도시된 바와 같이, p형 에피택셜층(14)상에 전극 물질을 형성하고 패터닝하여 p형 전극(18)을 형성함으로써 발광 다이오드를 완성한다.
이와 같이 제조된 본 발명 제 1 실시예에 따른 발광 다이오드의 n형 전극은 상기에 설명한 바와 같이, N의 양이 점차 증가하는 그레디언트(Gradient)를 갖는 TiN층(15), Al층(16) 또한 Au층(17)이 적층된 이중층으로 이루어진 구조를 갖는다.
도 3은 본 발명 제 2 실시예에 따른 발광 다이오드를 보여주는 구조단면도로써, 도 3에 도시된 바와 같이, Ti층(19), TiN층(15), Al층(16) 또는 Au층(17)이 차례로 적층하여 n형 전극을 형성하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 발광 다이오드 및 그 제조방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, n형 전극의 구조를 이중층으로 형성하므로, 공정이 단순하고 경제적인 측면에서 우수하다.
둘째, 열처리 공정시, 접촉 금속을 통해 빠져나가는 Ti를 막아주므로 접촉금속 표면의 모폴로지(morphology)를 깨끗하게 유지한다.
셋째, 열처리 공정시, TiN층 하부쪽에서는 n형 에피택셜층의 GaN으로부터 N을 쉽게 공급받아 n형 전극을 쉽게 이루어져 소자의 특성이 좋아진다.
Claims (8)
- 기판상에 제 1 에피택셜층, 활성층 그리고 제 2 에피택셜층을 순차적으로 형성하는 스텝;상기 활성층 및 제 2 에피택셜층을 패터닝하여 상기 제 1 에피택셜층의 일정영역을 노출시키는 스텝;상기 제 1 에피택셜층상의 일정영역에 N의 양을 점차 증가시키면서 TiN층을 형성하고 상기 TiN층상에 Au층 또는 Al층을 형성하여 이중층으로 이루어진 제 1 전극을 형성하는 스텝; 그리고상기 제 2 에피택셜층의 일정영역에는 제 2 전극을 형성하는 스텝을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 TiN층은 상부쪽으로 갈수록 N의 양이 증가되도록 형성함을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 TiN층 표면의 Ti와 N의 비율은 1:1임을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 TiN층 형성시 사용되는 가스는 N2+Ar 또는 NH3+Ar 임을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
- 기판상에 형성되는 제 1 에피택셜층;상기 제 1 에피택셜층의 일정영역에 적층되어 형성되는 활성층 및 제 2 에피택셜층;상기 제 1 에피택셜층의 일정영역에 형성되고 N의 양이 점차 증가하는 그레디언트(Gradient)를 갖는 TiN층과 TiN층상에 형성되는 Au층 또는 Al층으로 이루어진 제 1 전극; 그리고상기 제 2 에피택셜층의 일정영역에 형성되는 제 2 전극을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 발광 다이오드.
- 제 5 항에 있어서, 상기 TiN층은 N의 양이 TiN층 상부쪽으로 갈수록 증가됨을 특징으로 하는 발광 다이오드.
- 제 5 항에 있어서, 상기 TiN층 표면의 Ti와 N의 비율은 1:1임을 특징으로 하는 발광 다이오드.
- 기판상에 형성되는 제 1 에피택셜층;상기 제 1 에피택셜층의 일정영역에 적층되어 형성되는 활성층 및 제 2 에피택셜층;상기 제 1 에피택셜층의 일정영역에 형성되고 Ti층, TiN층, Au층 또는 Al층이 차례로 적층되어 이루어진 제 1 전극; 그리고상기 제 2 에피택셜층의 일정영역에 형성되는 제 2 전극을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 발광 다이오드.
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