KR20010029787A

KR20010029787A - 광원의 광 투과성 컨택트 형성 방법

Info

Publication number: KR20010029787A
Application number: KR1020000031262A
Authority: KR
Inventors: 루도와이즈마이클제이; 마라노우스키스티븐에이; 스테이거월드다니엘에이; 위에러조나단요셉2세
Original assignee: 마리 오 휴버; 애질런트 테크놀로지스, 인크.
Priority date: 1999-06-08
Filing date: 2000-06-08
Publication date: 2001-04-16
Also published as: GB2351605A; JP5635033B2; JP5105658B2; DE10017758A1; JP2012142616A; JP2001007398A; GB0012069D0; US6287947B1; DE10017758B4; TW471185B

Abstract

광전 소자(10)의 p타입 갈륨 질화물(GaN) 층 상에 광투과성 컨택트를 형성하는 방법은 일 실시예에서 p타입 GaN 층의 표면 상에 선택된 금속(24)을 증착한 후에만 그 금속을 산화시키기 보다는 그 선택된 금속(24)을 산화된 상태로 도입하는 단계를 포함한다. 일부의 애플리케이션에서, 산화된 금속은 금과 같은 종래의 제 2 고전도성 컨택트 금속의 요건을 감소시키기 위해 충분한 측면 전도성을 제공한다. 만약 제 2 컨택트 금속(38)을 원할 경우, 산소가 없는 환경에서의 어닐링(40)은 제 2 층의 증착후에 행해진다. 이러한 어닐링은 제 2 금속을 산화된 금속내로 침투시켜 p타입 GaN 층의 표면에 융합되게 한다. 제 2 실시예에서, 산화는 상기 두 개의 금속 중 적어도 하나가 p타입 GaN 층의 표면상에 증착된 후에만 발생한다. 제 2 실시예의 한 애플리케이션에서, 두 개의 금속은 증착되고 산화는 수증기와 산소 가스(52)를 포함하는 환경에서 발생한다. 제 2 실시예의 다른 애플리케이션에서, 제 1 금속 층은 증착되고 다음에 그 깊이 전체에 걸쳐 산화된다. 금과 같은 제 2 금속은 제 1 물질 상에 증착되고, 제 2 금속을 산화된 제 1 금속 내로 유입시키기 위해 재 어닐링 단계가 행해진다. 한 실시예의 임의의 애플리케이션에서, 윈도우의 패턴은 최종의 컨택트 구조체 혹은 그 구조체 상에 형성되는 추가적인 층 내에 형성될 수도 있다.

Description

광원의 광 투과성 컨택트 형성 방법{METHOD OF FORMING TRANSPARENT CONTACTS TO A P-TYPE GaN LAYER}

본 발명은 발광 다이오드 및 레이저 다이오드와 같은 광전 소자에 관한 것으로, 특히 광전 소자의 발광층들에 대한 컨택트를 형성하기 위한 방법에 관한 것이다.

발광 다이오드(LED)와 레이저 다이오드와 같은 광전 소자들은 여기 신호에 응답하여 광을 발생시키는 고체 상태 소자이다. 통상적으로, 가장 효율적인 발광 다이오드는 광 스펙트럼의 적색광 영역에서 최대 파장을 갖는 광을 방출시킨다. 그러나, 광 스펙트럼의 청색광 영역에서 최대 파장을 갖는 광을 효율적으로 방출하는 갈륨 질화물(GaN) 기반의 발광 다이오드 타입이 개발되었다. 이러한 발광 다이오드는 종래의 발광 다이오드보다는 매우 큰 광 출력을 제공할 수도 있다. 게다가, 청색광은 적색광보다 짧은 파장을 갖기 때문에, GaN 기반의 LED에 의해 생성되는 청색광은 긴 파장을 갖는 광을 생성하도록 쉽게 변환될 수가 있다. 이러한 효율적인 변환은 시장성이 높은 "백색광" LED가 제조될 수 있는 가능성을 한층 높이고 있다. GaN 기반의 LED는 녹색광을 생성하도록 제조되기도 한다.

주지된 일예의 GaN 기반의 LED에 있어서, 발광 반도체 구조체는 사파이어 기판 상에 형성된다. 이 반도체 구조체는 n타입 GaN 영역과 p타입 GaN 영역을 포함하고 있다. 이러한 두 개의 영역은 에피택셜적으로 성장된다. 통상적으로, 금속 유기 기상 에피택시가 사용된다. p타입 GaN은 마그네슘(Mg) 혹은 아연(Zn)을 도펀트로서 사용함으로써 형성될 수 있다. 또한 다른 층들이 포함될 수도 있다. 가령, 사파이어 기판과 GaN 물질 사이의 접착성을 향상시키는 전이층으로서 기능하는 버퍼층이 사파이어 기판과 반도체 구조체 사이에 형성될 수도 있다. 이 버퍼층은 알루미늄 질화물(AlN)로 형성될 수 있다.

동작에 있어서, 광은 여기 신호를 p타입 GaN 영역과 n타입 GaN 영역에 인가하는 것에 응답하여 발생된다. 따라서, 옴 컨택트(ohmic contact)는 이러한 두 개의 영역 상에 형성되어야 한다. 관심 대상이 되는 것은, p타입 GaN 물질에 대한 허용가능한 낮은 저항값의 옴 컨택트를 제조하기가 곤란하다는 것이다. p타입 GaN 영역에 대한 허용가능한 컨택트 영역을 형성하기 위한 다양한 구조적 배치와 그 제조 방법이 테스트되었다. 바람직하게는, 컨택트가 광 투과성을 가지고 있어서, 생성된 광은 컨택트를 관통하여 벗어날 수 있다. 바이메탈(Bi-metal) 광 투과성 컨택트는 시바타의 일본 공개 특허 공보 제 10-135515호와 카미무라 등의 제 10-209500 호 및 제 10-209493 호에 개시되고 있다. 이러한 문헌에는 다른 물질들이 확인되고 있지만, 컨택트를 형성하기 위한 바람직한 물질은 코발트(Co) 및 금(Au) 혹은 니켈(Ni) 및 금(Au)를 들 수 있다. p타입 GaN 물질의 표면 상에는 제 1 금속(가령, 니켈 혹은 코발트)이 증착된다. 다음에 제 1 금속 상에는 제 2 금속(가령, Au)이 증착된다. 두 개의 금속은 산소를 포함하고 있는 분위기에서 열처리되어, 제 1 금속을 산화시키고 제 2 금속을 제 1 금속에 침투시켜 GaN 물질에 도달되도록 하고 있다. 만약 제 1 금속이 니켈이면, 열처리는 NiO를 형성하지만 Au는 금속 상태로 유지된다.

광전 소자의 p타입 GaN 층에 대한 주지의 광 투과성 컨택트가 층들의 표면에 따른 투과율 및 측면 전도성과 관련하여 허용가능한 성능을 달성한다고 하지만, 보다 나은 개선점이 요청되고 있다. 필요로 하는 것은 p타입 GaN 층에 인가될 경우 원하는 광 및 전기적 특성을 갖는 광 투과성 컨택트를 형성하는 방법이다.

p타입 GaN 층을 갖는 광원의 광 투과성 컨택트를 형성하는 방법은 일실시예에서 p타입 GaN 층의 표면 상에 선택된 금속을 증착한 후에만 그 금속을 산화시키기 보다는 그 선택된 금속을 산화된 상태로 도입하는 단계를 포함한다. 선택된 조건하에서, 산화된 금속 컨택트는 금과 같은 종래의 제 2 고전도성 컨택트 금속의 요건을 감소시키기 위해 충분한 측면 전도성(파라미터 V_f로 측정됨)을 제공한다. 제 2 금속이 상기 컨택트의 광 투과성에 악영향을 끼치는 경향이 있기 때문에 컨택트 구조체를 단일의 산화된 금속으로 환원시키는 것이 바람직하다.

제 1 금속이 산화된 상태로 p타입 GaN 표면으로 도입되는 제 1 실시예에서, 산화는 p타입 GaN 표면에 물질을 도입하는 동안이나 도입하기 이전에 발생할 수도 있다. 그러나, 바람직한 방법은 금속을 산화 분위기에서 표면에 반응성으로 증착시키거나 반응성으로 스퍼터링하는 것이다. 금속은 바람직하게는 니켈, 혹은 그룹Ⅱ 혹은 전이 금속이다. 제 2 금속을 원할 경우, 귀금속이 바람직한데, 금(Au)이 가장 바람직한 금속이 된다. 가령, NiO를 형성하기 위해 니켈이 반응성으로 증착되거나 스퍼터링되며, 그 후 금이 증착되거나 스퍼터링되며 그리고 어닐링된다. 이러한 어닐링은 금을 산화된 금속을 침투시키고 p타입 GaN 층의 표면에 융합시킨다. 만약 온도가 충분히 높다면(적어도 550℃), 어닐링은 GaN 층의 p도핑을 활성화시킬 것이다. 제 1 실시예와 일치하는 대안의 실시예로서, 원하는 광 특성(가령, 윈도우)과 원하는 전기적 특성(가령, 옴 컨택트)을 제공하도록 제 1 금속은 제 2 금속과 함께 도핑되거나 융합될 수 있다. 가령, 금(Au) 또는 은(Ag)과 함께 도핑되거나 융합된 마그네슘 산화물(MgO)은 원하는 특성을 제공할 수도 있다. MgO는 이중 증착 또는 사전 혼합(premixing)을 사용하여 제 2 금속과 함께 이중 증착될 수도 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, NiO 및 MgO와 같은 산화물에 대한 참조부호는 모든 종류의 산화물(가령, NiO_x)과 그 화학량론적 편차를 나타내기 위한 것이다. 게다가, 용어 "층"은 원하는 특성을 달성하기 위해 협력하는 층의 계층들을 포함하는 것으로 간주된다. 가령, p타입 GaN 층은 일련의 p 도핑된 GaN 층들일 수 있다.

제 1 금속이 가령, NiO와 같은 산화물로서 증착되고 고전도성 제 2 금속이 투과성 금속 산화물 상에 증착될 경우, 투과성 금속 산화물을 관통하는 제 2 금속의 확산을 일으키는 열처리는 통상적으로 비반응성 환경에서 구현된다. (그러나, 산호 함유 분위기가 효과적인 애플리케이션이 있을 수 있다.) N₂의 환경이 사용될 수도 있다. 컨택트의 광 투과율은 컨택트 물질에서의 금속류의 누적량에 반비례적으로 종속하며, 금속류의 투과율에 종속한다. 다른 한편으로, 컨택트의 측면 전도성은 컨택트 구조체에서의 인접하는 금속류의 량에 비례적으로 종속한다. 따라서, 투과율 및 측면 전도성은 상충되고 있다. 즉, 광 투과를 위해서는 최소량의 금속이 바람직하지만 보다 많은 금속량은 측면 전도성을 증가시키게 된다. 이러한 두 개의 고려 대상은 두 개의 금속, 특히 고전도성 금속(가령, 금)의 층 두께의 최적의 범위 선택을 가능하게 한다. 바람직하게는, 제 1 금속은 150Å 미만의 두께를 가지지만, 제 2 금속은 100Å 미만의 두께를 갖는다. 최적의 두께는 적용예에 따라 달라질 수 있다. 가령, 20㎃ 구동 전류로 동작하는 전형적인 디바이스에 있어서, 50Å 두께의 Au 층은 500㎚의 파장에서 80%의 투과율을 가지면서 3.0과 3.4 사이의 범위의 V_f를 제공한다. 그러나, 전력 효율이 소정의 칩 영역에 대한 발광 출력을 최대화시키는 것보다 관심도가 낮은 디바이스에 있어서, 4.0내지 4.8볼트의 범위의 V_f가 허용되어 Au 층을 5 내지 30Å의 두께를 가질 수 있다.

제 2 실시예에서, 산화는 두 개의 금속 중의 적어도 하나의 금속이 p타입 GaN 층의 표면상에 증착된 후에만 발생한다. 컨택트 표면을 형성하기 위한 금속의 선택은 기본적으로 제 1 실시예의 물질 선택과 동일하다. 물질들 중의 하나의 물질은 기본적으로 그의 고전도성을 위해 선택되지만, 나머지 물질은 p타입 GaN 층과 연결되는 것과 관련한 기계적 특성과 산화 이후의 광 특성을 위해 선택된다. Ni는 산화용으로 적합한 물질이지만, Mg는 p타입 GaN 층의 도핑을 향상시키기 위한 대체용으로 사용될 수도 있다. 다른 그룹 Ⅱ와 전이 금속들이 또한 Ni에 대한 대체물로서 사용될 수도 있다.

제 2 실시예의 하나의 애플리케이션에서, 두 개의 금속은 증착되고 산화가 수증기 및 산소 가스를 포함한 환경에서 발생한다. 산소는 공기중에서 발견되는 것 보다 높은 농도(가령, 21℃에서 대략 40%의 상대 습도를 초과하는 농도)로 수증기와 혼합된다. 가령, 산화 분위기는 질소에서 20%의 산소의 전자 등급 혼합이며, 수증기는 95℃에서 유지되는 물 보관소를 통해 가스를 부풀리게 함으로써 부가된다. 충분히 높은 온도(550℃초과)에서, 이 공정은 또한 p도핑을 활성화시킨다. 실험적 테스트에 의하면, 산소 및 수증기의 혼합은 수증기를 함유하지 않는 산소 혹은 산호가 존재하지 않는 질소에서의 수증기를 갖는 산화 분위기와 비교할 때 보다 더 바람직한 결과를 발생시킨다. 게다가, 이러한 방안을 통한 p도펀트를 활성화시키는 장점은 수개의 고려 대상으로부터 도출된다. 먼저, 여러 실시예에서 기술되는 도펀트 활성화 단계와 어닐링 단계는 단일의 단계로 결합된다. 이러한 단계들의 제거는 공정 시간을 절약하며, 발광 구조체의 추가적인 열적 저하를 방지하며, 필요한 공정 툴의 수를 감소시킨다. 그 결과, 제조 공정에서의 코스트가 보다 효율적으로 된다. 둘째, 금속 산화물의 층은 과도한 수소를 모으는 역할을 하며, 이 수소는 p 도펀트의 패시베이팅 제이다. 최종적으로, 금속/금속 산화물 계층은 수소 p 도펀트 합성물의 분해를 위한 에너지 장벽을 낮추어 어닐링 동안 P도펀트의 활성을 가능하게 하는 역할을 하며, 이는 바람직하게는 H₂O 및 O₂의 혼합물에서 발생하게 된다.

또한 Ni/Au 컨택트 금속에 인접한 층에서 Mg[Mg]의 최적 범위의 농도가 존재한다. Ni/Au 컨택트 금속에 인접한 층에서 Mg[Mg]의 농도는 Ni를 NiO로 변환시키는데 영향을 끼친다. 550℃를 초과하는 온도에서 수증기를 갖는 건조 공기에서 Ni를 NiO로 변환시키는 것은 인접한 층의 Mg의 농도가 2×10²⁰cm^-3미만인 경우에만 성공적이라 할 수 있다. 보다 높은 농도에서, Ni는 NiO로 변환되지 않으며, 컨택트는 불투명하다. 또한 옴 컨택트를 달성하는 것과 관련한 Mg 농도에 하한이 존재한다. 비록 Ni/Au 컨택트 층에 인접한 낮은 Mg 농도 층으로 인해, 550℃ 보다 높은 온도에서 수증기를 갖는 건조 공기에서 산화될 경우 Ni가 NiO로 변환되더라도, 컨택트는 옴 상태로 되지는 않을 것이다. 옴 컨택트를 달성하는데 필요한 낮은 Mg 농도 한계는 5×10¹⁹cm^-3이다. 따라서, 투과성의 옴 컨택트를 달성하기 위해서는, 인접하는 층의 Mg 농도는 5×10¹⁹cm^-3≤[Mg]≤2×10²⁰cm^-3으로 될 필요가 있다.

제 2 실시예의 다른 적용예에 있어서, 형성될 제 1 층은 Ni 물질이다. 산화 어닐링 사이클은 그 깊이에 걸쳐 Ni를 NiO로 변환시킨다. 금과 같은 제 2 물질은 산화된 제 1 물질 상에 증착된다. 재 어닐링 단계는 제 2 물질을 산화된 물질을 관통시키며, 제 2 물질과 p타입 GaN 층을 합금시킨다.

제 1 또는 제 2 실시예를 사용하여 형성된 컨택트 구조체의 광 특성은 적어도 제 2 금속을 패터닝함으로써 향상될 수도 있다. 즉, 컨택트 구조체가 전기적 전도성의 컨택트 물질의 블랭킷 층을 관통하는 윈도우를 포함하도록 선택적으로 패터닝된다면, 광 출력은 윈도우 수단에 의해 향상되지만, 충분한 측면 전도성은 컨택트 물질의 상호 접속에 의해 유지된다. 이러한 개념의 한 애플리케이션에서, 제 2 금속만이 패터닝되지만, 제 1 금속은 산화된 상태에 있거나 그렇지 않을 수 있다. 어닐링 단계는 제 2 물질을 p타입 GaN 층 표면으로 도입시킨다. 대안으로서, 제 2 금속이 열처리에 의해 처리되기 전이나 이후에 두 개의 금속이 패터닝될 수 있다. 또다른 애플리케이션에서, 하나 이상의 추가적인 층은 제 2 금속이 산화된 제 1 금속을 통해 도입된 후 옴 컨택트 구조체 상에 형성된다. 이러한 애플리케이션에서, 추가적인 층이 패터닝될 수 있다. 일예로서, 은의 패터닝된 층은 NiO:Au의 블랭킷 층의 상부 혹은 NiO의 블랭킷 층의 상부 및 인듐 주석 산화물(ITO) 상에 형성될 수 있다. 얇은 Ag 층(100Å미만)이 동일한 두께의 Au 층보다 더욱 투과적이며 보다 더 전도성이 있기 때문에 Ag가 바람직하다. 모든 애플리케이션에서, 높은 측면 전도성을 제공하고 투과성을 향상시키도록 하는 패턴이 선택된다.

모든 실시예들이 하나 혹은 두 개의 금속에 국한되는 것으로 기술되었지만, 다른 컨택트 구조체가 고려될 수도 있다. NiO 층이 GaN:Mg 표면 상에 먼저 형성된 후, Ni 및 Au층이 형성된다. 최초 층은 산화 분위기에서 Ni로부터 형성되는 NiO의 또다른 형성을 위한 "시드" 층으로서 역할을 할 수 있다. 시드 층은 다른 산화물의 신뢰성있는 형성을 향상시키기 위한 역할을 행한다. 다른 금속 및 금속 산화물은 유사한 방식으로 형성되며, 하나의 금속의 산화물의 시드 물질은 상이한 금속 산화물 층의 형성을 향상시키는 역할을 한다.

두 개 이상의 층을 컨택트 구조체 상에 제공하는 개념은 다른 구현예에 사용될 수도 있다. ITO 층은 제 1 두 개의 금속층 상부에 증착될 수도 있다. ITO는 어닐링 단계에 의해 컨택트의 다른 층과 상호 혼합될 수 있으며(가령, ITO는 컨택트 구조체를 포함하는 다른 물질내로 유입된다), 혹은 어닐링 이후에 증착될 수도 있다. ITO 층의 추가는 측면 전도성을 향상시킨다. ITO는 또한 최초 NiO 층에 대한 대체물로서 사용될 수 있다. 또다른 대안의 다층 컨택트 구조체로서, Ni/Au 의 반복 패턴과 같은 층의 반복 패턴이 제공될 수 있다.

Ni/Au/Ni의 다층 스택이 테스트되었다. 산화동안, Ni의 최상부층은 Ni의 산화를 마스킹하는 Au 물질이 없이도 산화가 개시되도록 하는 산화물 개시층을 형성한다. 일단 NiO 형성이 개시되기 시작했다면, Au 층은 그 내부로 분해되어 산소가 하부의 Ni층 내로의 투과가 가능해지도록 한다. 산화 공정은 모든 Ni 금속이 소비되거나 투과성 산화물로 변환될 때까지 진행되며, Au는 p타입 GaN 층의 표면으로 이동한다. 이러한 방식으로, 산화 공정이 보다 더 재생성있고 균일하게 행해진다. 기본적인 개념은 3개 이상의 층으로 확장될 수 있으며, 이는 보다 적은 층으로 형성되는 구조체와 비교할 때 열처리 동안 보다 우수한 광 및 전기적 특성을 갖는 컨택트 구조체를 형성하도록 상호작용한다. Ni/Au/Ni의 3층 스택은 35Å의 일관된 두께의 층을 가질 수 있다.

도 1은 p타입 GaN 층 상에 컨택트 구조체를 포함하지 않는 광전 소자의 사시도,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 투과성 금속 산화물층으로 형성된 컨택트 구조체를 갖는 도 1의 광전 소자의 측면 단면도,

도 3은 도 2의 소자를 형성하기 위한 공정 흐름도,

도 4는 도 2의 투과성 금속 산화물층과 고전도성 금속층의 조합으로 이루어진 컨택트 구조체를 갖는 도 1의 소자의 측면 단면도,

도 5는 어닐링 단계에 후속하는 도 4의 소자의 측면 단면도,

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 컨택트 구조체를 형성하기 위한 공정 흐름도,

도 7은 본 발명의 다른 애플리케이션에 따른 컨택트 구조체를 형성하기 위한 공정 흐름도,

도 8은 본 발명의 또다른 애플리케이션에 따른 컨택트 구조체를 형성하기 위한 공정 흐름도,

도 9는 도 1의 소자의 3층 컨택트 구조체의 측면 단면도,

도 10은 본 발명에 따른 패턴화된 컨택트 구조체를 갖는 도 1의 광전 소자의 사시도,

도 11은 도 10의 소자의 측면 단면도,

도 12는 도 10의 패턴화된 컨택트 구조체의 다른 애플리케이션을 도시한 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10: GaN 기반의 발광 다이오드

12: 기판 14: 버퍼층

16: n타입 GaN 층 18: 능동 소자 영역

20: p타입 GaN 층 22: 컨택트

24: 광 투과성 금속 산화물

도 1을 참조하면, GaN 기반의 발광 다이오드(LED)가 기판(12)과 다수의 층을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 기판의 타입과 도면에 도시된 층은 후술되는 바와 같이 본 발명에서 중요한 요소는 아니다. 종래, 기판(12)은 사파이어로 형성되지만, 다른 기판 물질은 실리콘 탄화물, 아연 산화물 및 실리콘 산화물을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 기판의 상부면은 LED의 능동 소자 영역으로부터 방출되는 입사광을 랜덤화하기 위해 텍스처링된다. 텍스처링된 기판은 반도체 기판의 측면 혹은 상부면을 통해 LED를 벗어나는 입사광의 확률을 증가시킨다. 게다가, 텍스처링된 기판은 비패턴화된 기판상에서의 성장과 관련하여 크랙에 대한 민감도가 덜하면서 두꺼운 GaN 에피택셜층(7㎛를 초과하는 층)의 성장을 용이하게 한다.

선택적으로, 기판(14)의 상부면은 버퍼층을 포함하고 있다. 일예로서, 버퍼층은 알루미늄 질화물로 형성될 수도 있으며 대략 25㎚의 두께를 가질 수도 있다. 바람직한 실시예에서, 버퍼층 상부의 적어도 하나의 층은 종래의 LED의 비교대상이 되는 층보다 훨씬 두껍다. 이러한 두께의 증가는 능동 소자 영역으로부터 방출된 광이 보다 낮은 통과율을 갖는 구조체의 표면을 관통해서 벗어나게 한다. 특히, 두께의 증가는 방출된 광이 층 대 기판의 경계면 혹은 층 대 층의 경계면으로부터 단일의 반사를 갖는 디바이스(10)의 측면으로부터 방출되는 확률을 증가시킨다. 이러한 광은 "제 1 통과" 추출광으로 지칭된다. 광이 하나의 경계면과 조우할 때마다 광 에너지의 퍼센트는 손실될 수 있다. 하나 이상의 층의 증가된 두께는 제 1 반사 이후 광이 방출될 수 있는 측면 영역을 증가시킨다. 종래, 버퍼층(14) 상부의 층의 조합된 두께는 3마이크로미터이다. 그러나, 도 1의 LED(10)의 조합된 두께는 바람직하게는 적어도 7마이크로미터이며 15마이크로미터를 초과할 수도 있다. GaAs 기판을 사용하는 LED의 두꺼운 에피택셜 층의 형성은 플레처 등에 의한 미국 특허 제 5233204 호에 개시되고 있으며 이는 본 출원인에게 양도되었다.

버퍼층(14) 상부에는 n도핑된 GaN 층(16)이 제공된다. 본 기술분야에서 널리 알려진 바와 같이, GaN 물질은 금속 유기 화학 기상 증착법(MOCVD)을 사용하여 에피택셜적으로 성장된다. GaN 핵형성 층은 낮은 온도에서 사파이어 기판(12) 상에 성장될 수도 있다. 이 다음에는 두꺼운 도핑되지 않은 GaN 층 혹은 적절히 도핑된 GaN 층이 성장된다. 도핑되지 않은 GaN은 본래 n타입이어서, n타입 GaN 층(16)이 선택된 두께로 형성된다.

n타입 GaN 층(16)의 상부에는 능동소자 영역(18)이 형성된다. 능동 소자 영역이 도 1에서 단일 층으로 도시되어 있지만, 그 영역은 광을 발생시키기 위해 전자와 정공이 재결합하는 광 발생 층을 포함하는 다수의 층으로 이루어져 있다. 광 발생 층의 대향 단부에는 본 기술분야에서 널리 알려진 바와 같은 클래드층이 형성되어 있다.

능동 소자 영역(18) 상부에는 p타입 GaN 층(20)이 형성되어 있다. 층(16)과 마찬가지로, GaN 층(20)은 에피택셜적으로 성장된다. 적합한 도펀트는 Mg이지만, 아연과 같은 다른 도펀트가 사용되기도 한다. 본 기술분야의 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 임의의 요소(16, 18, 20)에 적용되는 용어 "층"은 원하는 특성을 달성하기 위해 협력하는 계층을 포함하는 것으로 이해해야 한다. 가령, p타입 GaN 층(20)은 일련의 층들일 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 능동 소자 영역(18)의 부분과 p타입 GaN 층(20)은 n타입 GaN 층(16)의 상부면을 노출시키도록 제거되어, 컨택트(22)를 층(16) 상에 형성시킨다. 컨택트는 여기 신호의 소스가 층(16)에 인가되도록 한다. n타입 GaN 층상에 낮은 저항값의 컨택트를 형성하는 수단은 p타입 GaN 층(20)에 전압을 인가하기 위한 적절한 투과성 컨택트 구조체를 형성하는 것과 관련한 문제를 발생시키지는 않는다. 결과적으로, n타입 컨택트 구조체(22)의 형성은 본 명세서에서 개시되지는 않는다.

도 2를 참조하면, LED(10)는 단일층의 컨택트 구조체를 갖는 것으로 도시되고 있다. 층(24)은 산화된 상태로 p타입 GaN 층(20)의 표면으로 유입되는 광 투과성 금속 산화물이다. 즉, 금속은 증착 후 어닐링 단계에서 산화되기 보다는, 층의 형성 동안이나 그 형성 이전에 산화된다. 선택된 상태하에서, 산화된 금속은 제 2 고전도성 컨택트 금속의 종래 요건을 제거하도록 충분한 측면 전도성을 제공한다. 바람직한 실시예에서, 산화는 가령 반응성 증착 혹은 반응성 스퍼터링에 의한 것과 같은 형성 단계 동안 발생한다. 그러나, 일부의 애플리케이션에서, 금속 산화물은 LED 형성 과정 이전에 형성된다. 만약 금속 산화물이 p타입 GaN 층(20)에 대한 컨택트 구조체를 형성할 때 사용되는 유일한 물질이라면, NiO는 충분한 측면 전도성을 제공하도록 결정되었던 물질이다. 단일층의 컨택트 구조체를 사용할 경우의 장점은 컨택트 구조체의 투과율이 증가한다는 것이다. 금과 같은 제 2 고전도성 컨택트 금속을 제공하는 종래의 요건은, 컨택트의 광 투과율이 금속류의 누적량에 따라 반비례하고 금속류의 투과율에 따라 달라지기 때문에 광 출력에 악영향을 끼친다.

도 2에 도시된 실시예는 도 2에서의 제 1의 5개의 단계를 사용하여 제조된다. 즉, 도 3에 도시된 최종의 두 개의 단계는 모든 실시예에 모두 필요한 것은 아니다. 단계 26에서, n타입 GaN 층(16)이 성장된다. 에피택셜 성장은 본 기술분야에서 널리 알려져 있다. 능동 소자 영역(18)은 단계 28에서 형성된다. 주지된 바와 같이, 능동 소자 영역은 두 개의 클래드층 간에 샌드위치식으로 끼워져 있는 광 발생 층을 포함하는 층의 조합이다. p타입 GaN 층은 단계 30에서 도시되는 바와 같이 능동 소자 영역 상에 성장된다. 제조 공정의 이 시점에서, 최종의 구조체와 종래의 LED 구조체 간의 가장 큰 유일한 차이점은, 기판(12)의 표면이 바람직하게도 거칠며 적어도 하나의 GaN 층이 종래의 LED의 GaN 층보다 더 두껍다는 것이다.

단계 32에서, 컨택트 금속이 선택된다. 바람직한 특성은 기계적, 광학적 그리고 전기적 특성과 관련된다. 기계적으로, 금속은 p타입 GaN 층의 상부면에 잘 부착되어야 한다. 광학적으로, 금속은 산화된 상태에 있을 때 광 투과율이 우수해야 한다. 전기적으로, 금속은 매우 큰 측면 전도성을 제공하며 바람직하게도 p타입 GaN에 대해 낮은 저항값의 옴 컨택트를 제공해야만 한다. 이러한 전기적 특성은 특히 도 2의 단일 층 구조체가 사용될 경우에 중요하다. 주지된 바와 같이, Ni는 바람직한 물질이다. 그러나, Mg는 p타입 GaN 층의 도핑을 향상시킬 수 있다. 마찬가지로, 아연은 GaN 층(30)이 GaN:Zn인 경우 바람직하다. 다른 그룹 Ⅱ 혹은 전이 금속은 선택될 수 있다. 비소모적인 리스트의 투과성 금속 산화물은 TiO, SiO₂, YO, HfO, ZrOM, CoO 및 바륨 스트론티늄 티탄화물(BST)와 같은 페로브스키테 산화물(perovskite oxide)을 포함할 수 있다. 특히 컨택트 구조체를 제공하기 위해 적어도 하나의 나머지 층과 결합될 경우 장점을 제공하는 다른 적합한 물질은 아래에서 보다 상세히 설명되는 바와 같은 인듐 주석 산화물(ITO)이다.

단계 34에서, 선택된 컨택트 금속은 산화된 상태에서 p타입 GaN 층(20)의 표면에 도입된다. 바람직한 실시예는 반응성 증착 혹은 반응성 스퍼터링일 수 있다.

만약 단일층 컨택트 구조체가 사용된다면, 측면 전도성을 제공하기 위한 컨택트 구조체는 단계 34에서 완료된다. 다음에, 보다 작은 컨택트가 n타입 GaN 층(16)상(도 1의 컨택트 포인트(2)로 도시되는 바와 같이)과 도 2의 광 투과성 금속 산화물(24)의 상부면상에 형성된다.

그러나, 여러 애플리케이션에서, 단일층인, p타입 GaN 층(20) 상의 단일 금속 컨택트 구조체는 충분하지 않다. 결과적으로, p타입 GaN 층(20)을 따라 충분한 측면 전도성을 제공하는 컨택트 구조체의 형성시 적어도 하나의 추가적인 물질이 사용된다. 금속은 바람직하게는 귀금속이며, 가장 바람직하게는 Au이다. 허용가능한 비소모성 금속 리스트는 Al, Pd, Pt, Co, Zn, Ag, Cd, Hg, Ir, Re, Os, Ru 및 Rh를 포함한다.

제 2 금속을 사용함으로써 제 2 측면 전도성을 제공하는 한 방법에 있어서 고전도성 금속은 도 3의 단계 36에서 도 4의 바이메탈 컨택트 구조체를 제공하도록 도입된다. 바이메탈 컨택트 구조체는 산화층(24)과 고전도성 층(38)을 포함하고 있다. 다음에 단계 40에서 제 2 금속이 투과성 금속 산화물층(24)을 통해 p타입 GaN 층(20)으로 확산되도록 어닐링이 행해진다. 도 5에 도시된 바와 같이, 어닐링 단계 이후에, 고전도성 층(38)은 p타입 GaN 층과 접촉된다. 층(24)이 층(38)을 형성하기 전에 산화되기 때문에, 어닐링 단계(40)는 바람직하게도 비반응성 환경에서 행해진다. 즉, 비반응성 가스가 바람직하게 사용된다. 가령, N₂가스가 400 내지 850℃의 범위의 온도에서 사용될 수도 있다. 그러나, 산소 함유 환경이 효과적인 경우가 있을 수 있다.

단계 34에서 도입된 물질이 NiO이고 단계 36에서 도입된 금속이 Au인 경우, 산화물층(24)의 두께는 바람직하게도 150Å미만이 되지만 금속층(38)의 두께는 바람직하게도 100Å미만이 된다. 어닐링 단계 40이후에 형성되는 컨택트의 광 투과율은 컨택트 물질의 금속류의 누적량에 반비례하게 의존하며, 금속류의 투과율에 종속한다. 다른 한편으로, 컨택트 구조체의 측면 전도성은 컨택트 구조체의 인접하는 금속류의 양에 직비례한다. 즉, 투과율과 측면 전도성은 상충하는 관계에 있다. 최소의 금속량은 광 투과율에는 바람직하지만, 거대한 금속량은 측면 전도성을 증가시킨다. 이러한 두 개의 고려 대상에 따라, 두 개의 금속에 대한 층 두께의 선택, 특히 고전도성 금속(가령, Au)이 선택된다. 층들의 최적의 두께는 적용예에 따라 달라질 수 있다. 가령, 20㎃의 구동 전류를 갖는 통상의 디바이스에서, 50Å두께의 Au 층은 500㎚의 파장에서 80%의 투과율을 보이면서 3.0과3.4 사이의 범위의 V_f를 제공한다. 그러나, 소정의 칩 영역에 대해 발광 출력을 최대화하는 것 보다 전력 효율이 낮은 디바이스에서, 4.0과 4.8간의 범위의 V_f가 허용될 수가 있어 Au층은 5내지 30Å의 두께를 가질 수 있다.

도 6은 컨택트 물질이 p타입 GaN 층으로 물질을 도입하는 동안이나 그 도입 단계 이전에 산화되는 컨택트 구조체를 형성하는 방법의 대안의 실시예이다. 도 6의 단계를 사용하여, 컨택트 구조체의 두 개의 금속이 이중으로 증착된다. n타입 GaN 층(26)을 성장하고, 능동 소자 영역(28)을 형성하고, p타입 GaN 층(3)을 성장하는 제 1의 세 개의 단계는 도 3을 참조하여 기술된 바와 같이 종래의 단계들이다. 단계 42 및 44에서, 두 개의 컨택트 물질이 선택된다. 선택된 두 개의 금속은 다음에 단계 46에서 이중으로 증착되며, 이 후에 도 5에 도시된 구조체를 형성하는 어닐링 단계 48이 후속된다. 바람직하게도, 금속의 이중 증착은 반응성 스퍼터링이나 반응성 증착을 사용하여 행해지지만, 적어도 한나의 물질이 산화된 상태에 있도록 물질들을 증착하는데 다른 기법들이 사용될 수도 있다. 광학적 어닐링 단계 48은 질소와 같은 비반응성 가스 상태에서 구현된다. 그러나, 산소 함유 환경이 효과적인 적용예가 있을 수 있다.

도 6의 방법을 사용하면, 단계 42에서 선택된 금속은 니켈일 수 있으며, 단계 44에서 선택된 금속은 Au일 수 있다. 따라서, 최종의 구조체는 바람직한 전기적 광학적 특성을 제공하는 NiO:Au일 것이다. NiO는 동시적인 스퍼터링 증착에 의해 Au와 함께 반응성 증착될 수 있다.

도 3 및 6에서 기술된 방법들 중의 한 방법에 있어서 제 1 금속의 선택과 관련하여 NiO가 보다 바람직하지만 중요한 것은 아니다. NiO에 대한 MgO의 대체는 p타입 GaN 층의 도핑을 향상시킬 수 있다. Au와 함께 도핑되거나 융합된 MgO는 옴 컨택트 및 윈도우로서 NiO:Au 동작을 모방한다. Au와 함께 인듐 주석 산화물(ITO)은 커다란 측면 전류 확산을 제공한다. ZnO는 또한 NiO에 대한 대체물로서 사용될 수 있어, MgO의 사용과 마찬가지의 추가적인 도핑을 제공할 수 있다. 게다가, 산화된 그룹 Ⅱ 혹은 전이 금속의 조합체가 사용될 수가 있다.(가령, MgO 혹은 ZnO를 갖는 NiO).

Ni/Au 컨택트 금속의 경우, Ni/Au 컨택트 금속에 인접한 층의 Mg[Mg]의 농도의 최적 범위가 또한 존재한다. Ni/Au 컨택트 금속에 인접한 층의 Mg의 농도는 Ni대 NiO의 변환에 영향을 끼친다. 550℃를 초과하는 온도에서 수증기를 갖는 건조 공기에서 Ni대 NiO의 변환은, 인접층의 Mg의 농도가 2×10²⁰cm^-3미만인 경우에만 성공적이다. 보다 높은 농도에서 Ni는 NiO로 변환되지 않으며 컨택트는 불투명하다. 또한, 옴 컨택트를 달성하는 것과 관련한 Mg의 농도에는 하한치가 존재한다. 비록 Ni/Au 컨택트 층에 인접한 낮은 Mg 농도 층에 따라, 550℃를 초과하는 온도에서 수증기를 갖는 건조 공기에서 산화될 경우에 Ni가 NiO로 변환될지라도, 컨택트는 옴 상태일 수는 없다. 옴 컨택트를 달성하는데 필요한 낮은 Mg 농도 한계치는 5×10¹⁹cm^-3이다. 따라서, 투과성의 옴 컨택트를 달성하기 위해서는, 인접층의 Mg 농도가 5×10¹⁹cm^-3≤[Mg]≤2×10²⁰cm^-3의 범위에 있을 필요가 있다. 최적의 Mg 농도 범위는 또한 다른 금속/금속 산화물 조합체를 위해 존재할 수도 있다.

도 7은 본 발명의 또다른 실시예를 도시하고 있다. 이 실시예에서, 산화 공정은 종래의 LED 제조 단계 26, 28 및 30에 후속하여 발생하는 것으로, 단계 50에서의 컨택트 금속의 증착후에만 발생한다. 증착 단계 50의 일예로서, 제 1 금속은 두께 100Å의 Ni이지만, 제 2 금속은 두께 50Å의 두께를 갖는 Au일 수 있다.

625℃에서 다양한 분위기의 100Å의 Ni/50Å의 Au를 NiO:Au를 변환시키기 위한 실험이 행해졌다. 세가지의 분위기는 (1)수증기를 갖는 질소와, (2)건조 공기와, (3)수증기를 갖는 건조 공기였다. 질소와 수증기 내의 20% 산소의 전자적 미세 등급 혼합물로부터 나오는 건조 공기는 95℃로 유지되는 물 보관소를 통해 가스를 버블링함으로써 부가되었다.

분당 7.5리터의 유속을 갖는 건조 공기 단독의 경우에, N I대 NiO의 부분적인 변환만이 2인치 직경의 GaN 디바이스 웨이퍼의 1/2부분을 통한 회색 불투명 영역에 의해 입증되었다. 샘플은 동일한 온도의 룸 공기에서 산화되었던 동일 웨이퍼의 절반을 제어하는 것과 매우 유사하게 나타났다.

수증기를 갖는 분당 7.5리터로 흐르는 건조 질소의 경우에 룸 공기에서 산화된 동일한 웨이퍼의 절반을 제어하는 것과 관련한 부분 변환에 비해 NiO로 변환시키는 것이 상당하였다. Ni를 NiO로 변환시킬 경우 룸 공기 보다는 보다 더 효과적일지라도, 수증기를 갖는 건조 질소를 사용하는 변환은 완료되지 않았다.

수증기를 갖는 건조 공기의 산화와 관련하여, 그 결과치들은 매우 우수했다. GaN 디바이스 웨이퍼의 거의 절반의 산화 완료는 수증기를 갖는 분당 7.5리터로 흐르는 건조 공기의 혼합물 내에서 발생했다. 동일 웨이퍼의 절반의 제어는 전술한 웨이퍼의 절반의 제어와 마찬가지로 부분적 산화만 나타냈다. 도 7의 산화 단계 52는 바람직하게도 룸 공기에서 발견되는 것을 초과한 농도(가령, 21℃에서 40%의 상대 습도를 초과하는 농도)의 산소 및 수증기의 혼합물을 사용하는 단계이다. 승압된 온도에서 산소 및 수증기의 혼합물은 Ni:Au에 보다 균일하게 재생가능한 Ni/Au 구조체의 산화를 제공한다. 수증기없는 산소는 산소없는 질소에서 수증기가 되는 것보다 덜 효과적이다. 충분히 높은 온도(550 내지 850℃ 범위 내의 온도)에서, 이러한 공정은 또한 p도핑을 활성화시킨다. 게다가, 이러한 방안을 통한 p도펀트의 활성화 효과는 수개의 고려 대상으로부터 유래된다. 먼저, 전술한 실시예에서 기술된 도펀트 활성화 단계와 어닐링 단계는 단일의 단계로 조합된다. 이러한 단계들의 제거는 공정 시간을 절약하며, 발광 구조체의 추가적인 열적 저하를 방지하며, 필요한 공정 툴의 수를 감소시킨다. 그 결과, 비용이 매우 절약되는 제조 공정이 된다. 둘째, 금속 산화물층은 과도한 수소를 보다 더 늘리는 작용을 하며, 이 과도한 수소는 p도펀트 패시베이팅 제가 된다. 최종적으로, 금속/금속 산화물 계층은 수소-p-도펀트 화합물의 분해를 위한 에너지 장벽을 낮추는 역할을 하여, 어닐링 단계 동안 p도펀트의 활성화를 용이하게 하는데, 이는 바람직하게는 H₂O 및 O₂의 혼합물에서 발생한다.

도 8은 본 발명의 다른 적용예를 도시하고 있다. 이 애플리케이션에서, 컨택트 구조체는 두 개의 별도의 어닐링 단계에 노출된다. GaN 층과 능동 소자 영역을 형성하도록 종래의 단계 26, 28 및 30이 후속된다. 단계 54에서, Ni는 선택된 두께로 증착된다. 그룹 Ⅱ 및 전이 금속과 같은 Ni를 다른 금속이 대체될 수도 있다. 단계 54에서의 제 1 금속의 도입에 후속하여, 산화 어닐링 사이클이 사용되어, 제 1 금속은 그 단계 내내 투과성 금속 산화물로 변환된다. 따라서, 만약 니켈이 단계 54에서 도입된다면, 단계 56에서 금속이 NiO로 변환된다.

단계 58에서, 제 2 금속이 도입된다. 주지된 바와 같이, 바람직한 물질은 Au이지만, 다른 금속이 Au 대신에 사용될 수도 있다. 단계 54 및 58은 금속 증착 단계로서 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 니켈은 100Å의 두께를 가지지만, Au는 50Å의 두께를 갖는다.

단계 60에서, 구조체는 제 2 금속을 금속 산화물 내로 도입시키고 제 2 금속을 p타입 GaN 층에 합금시키기 위해 재어닐링되어 도 5에 도시된 컨택트를 제공한다. 이중 어닐링 공정은 광, 전기, 및 기계적 특성과 관련한 원하는 특성을 갖는 컨택트 구조체를 제공한다.

본 발명이 바이메탈(금속/금속 산화물) 컨택트 구조체를 제공하는 것과 관련하여 기술되었지만, 두 개 이상의 컨택트 층을 포함하는 효과가 있다. 도 9를 참조하면, 제 3 컨택트 층(62)이 전술한 컨택트 층(38)의 상부에 형성되는 것으로 도시되어 있다. 제 3 컨택트 층은 제 1의 두 개의 층들의 능력 이상으로 향상된 전류 확산을 가능하게 할 정도의 두께로 증착될 수 있다. 일 애플리케이션에서, ITO 층은 제 1의 두 개의 층(24, 28)이 혼합되도록 어닐링된 후에만 부가된다. 이 애플리케이션에서, 제 3 층(62)은 측면 전도성에 방해를 입히지 않고도 제 2 금속의 두께 감소를 가능하게 하는 별도의 층이다. 그러나, 다른 애플리케이션에서, 세 개의 층은 이 세층 모두로부터의 물질을 상호 혼합하기 위해 어닐링된다.

다층 컨택트 구조체의 또다른 실시예에서, 제 1 및 제 3 층(24, 62)은 니켈이지만, 중앙층(38)은 Au이다. 니켈의 최상층은 산화물 초기층을 형성하기 위한 것으로, 이 층은 니켈과 산화 가스간의 마스크로서 작용하는 Au층(38)이 없더라고 산화 공정이 가능해지도록 하고 있다. 일단 NiO 형성이 개시되면, Au층은 그것을 분해하며, 이는 산소가 하부의 Ni 층(24) 내로 침투되도록 하고 있다. 산화 공정은 모든 Ni 금속이 소모되어 투과성 산화물로 변환될 때까지 지속되며, Au는 p타입 GaN 층(20)의 표면에까지 이동한다. 이러한 방식으로 산화 공정은 보다 재생적이고 균일하게 제조된다. 기본적인 개념은 다른 타입의 물질 및 보다 많은 층에까지 확장될 수 있으며, 이는 보다 작은 층으로 형성되는 구조체와 비교할 때 부다 우수한 전기적 및 광학적 특성을 갖는 구조체를 형성하도록 열처리 동안 상호 작용한다. 도 9의 다층 구조체 Ni/Au/Ni의 한 구현예에서, 세 개의 층(24, 38 및 62)의 각각은 35Å의 두께를 갖는다.

다층 구조체는 Ni/Au/Ni/Au와 같이 반복하는 패턴의 층을 가질 수 있다. 세 개의 컨택트층(24, 38 및 62)만이 도 9에 도시되었지만, 추가적인 층들이 제공될 수도 있다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 또다른 실시예에서 p타입 GaN 층(20)에 대한 컨택트 구조체(64)는 전술한 임의의 방법으로 형성된 컨택트 층들을 패터닝함으로써 제공되는 일련의 개구(66)를 포함하고 있다. 가령, 제 1 컨택트 물질은 금속 산화물 상에 증착될 수 있으며, 두 개의 층은 제 2 층이 금속 산화물층을 침투하도록 하는 어닐링 단계 이전이나 이후에 패터닝(가령, 포토리소그래피를 사용하여)될 수 있다. 컨택트 층의 패터닝을 위해 종래의 기법이 사용될 수도 있다.

컨택트 구조체(64)의 상부에는 여기 신호의 소스를 접속하기 위한 전극(68)이 형성된다. 전극이 두 개의 층의 구조체로서 도시되었지만, 이러한 것은 중요한 사항은 아니다. 전극은 종래의 기법으로 형성될 수도 있다.

도 11을 참조하면, 컨택트 구조체(64)의 물질은 p타입 GaN 층(20)의 표면 전체에 따른 전도성을 제공하도록 내부 접속된다. 그러나, 개구(66)는 광전 디바이스의 발광 출력을 향상시키기 위한 윈도우로서 작용한다. 개구(66)는 순환하는 것으로 도시되었지만 이러한 것은 중요한 것이 아니다. 전체 표면 영역에 대한 윈도우 영역의 비는 바람직하게는 충분한 측면 전도성을 유지하지 하면서 최대화된다. 타원형 개구 혹은 다른 구성은 순환 개구에 대해 우선되는 구성으로 선택될 수 있다.

도 10 및 도 11에서, 컨택트 구조체의 모든 층은 패터닝된다. 패터닝은 고전도성 금속(가령, 금)이 금속 산화물(가령 NiO) 내로 침투되기 전이나 후에 발생할 수 있다. 도 10 및 도 11을 참조하면, 만약 두 개 이상의 층이 컨택트 구조체를 형성한다면, 추가적인 층이 또한 패터닝된다.

도 11의 구조체의 변형은 도 12에 도시된다. 컨택트 구조체의 모든 층을 패터닝하기 보다는, 적어도 하나의 층이 패터닝되지 않은 채로 유지된다. 가령, 금속 산화물 층(70)(가령, NiO)은 도 3과 관련하여 기술된 바와 같이 증착될 수 있으며, 고전도성 층(72)(가령, 은)은 금속 산화물 층의 상부에 형성될 수도 있다. 금속층 내의 개구(74)는 윈도우로서 기능한다. 윈도우의 모형은 도 10 및 도 11과 관련하여 주지한 바와 같이 중요한 사항은 아니다. 다른 일예로서, 패턴화되지 않은 물질(70)은 NiO:AU일 수 있으며, 패터닝된 층은 은일 수 있다. 이러한 실시예에서, 금의 농도는 감소되며, 이 금은 p타입 GaN 층(20)에 옴 컨택트를 제공하며, 은은 필요한 측면 전도성을 제공한다. 이러한 것은 또한 패턴화되지 않은 물질(가령, 블랭킷 물질)이 ITO의 상부층을 포함하고 패턴화된 층이 고전도성인 경우에 가능하다. ITO의 블랭킷 층은 충분한 측면 전도성을 유지하면서 전체 표면 영역에 대한 윈도우 영역의 비를 증가시키도록 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 여러 실시예에서 기술되는 도펀트 활성화 단계와 어닐링 단계가 단일의 단계로 결합되어 공정 시간이 절약되며, 발광 구조체의 추가적인 열적 저하를 방지하며, 필요한 공정 툴의 수를 감소시킨다. 그 결과, 제조 공정에서의 코스트가 보다 효율적으로 되며, 또한 금속/금속 산화물 계층은 수소 p 도펀트 합성물의 분해를 위한 에너지 장벽을 낮추어 어닐링 동안 P도펀트의 활성을 가능하게 하는 역할을 하게 된다.

Claims

광원의 광 투과성 컨택트를 형성하는 방법에 있어서,

광전 디바이스(10)의 하나의 층으로서 적어도 하나의 p타입 갈륨 질화물(GaN)(20, 30)을 형성하는 단계와,

상기 p타입의 GaN 층의 표면 상에 전도성 광 투과성 층(24)을 형성하도록 하는 금속(32)을 선택하는 단계와,

상기 선택된 금속(34)을 상기 표면 상에 산화된 물질로서 도입하는 단계를 포함하며,

상기 선택된 금속은 상기 p타입의 GaN 층 상에 상기 선택된 금속을 도입하기 전이나 그 후에 산화되는

광원의 광 투과성 컨택트 형성 방법.
제 1 항에 있어서,

금속(32)을 선택하는 단계는 니켈, 그룹 Ⅱ 금속 및 전이 금속 간의 선택 단계이며, 상기 선택된 금속(34)을 도입하는 단계는 선택된 금속 산화물의 하나를 NiO, 그룹 Ⅱ 금속 산화물 및 전이 금속 산화물로서 증착하는 단계로서 실행되는 광원의 광 투과성 컨택트 형성 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 선택된 금속 산화물 상에 귀금속의 층(36, 38)을 형성하는 단계와, 상기 선택된 금속 산화물과 상기 귀금속 층을 열처리하는 단계를 더 포함하며, 이에 따라 상기 귀금속이 상기 선택된 금속 산화물로 침투하여 상기 p타입 GaN 층(20)에 확산가능하게 되는 광원의 광 투과성 컨택트 형성 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 선택된 금속 산화물(34)을 증착하는 단계는, 동시에 상기 표면(20) 상에 귀금속936)을 도입하며, 이에 따라 상기 선택된 금속 산화물과 상기 귀금속의 조합체가 되는 층(24, 38)을 형성하는 단계를 포함하는 광원의 광 투과성 컨택트 형성 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 선택된 금속 산화물(34)과 상기 귀금속(36)을 동시 증착하는 단계는 반응성 이중 증착 및 반응성 이중 스퍼터링 NiO 및 Au 중의 하나를 포함하는 광원의 광 투과성 컨택트 형성 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 선택된 금속(24) 상에 제 2 금속(38)을 형성하는 단계와,

상기 제 2 금속을 상기 선택된 금속을 관통하도록 확산시키는 단계와,

상기 p타입 GaN 층의 상기 표면에 따른 측면 전도성을 향상시키기 위해 ITO 층(62)을 형성시키는 단계를 더 포함하는 광원의 광 투과성 컨택트 형성 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 산화되어 선택된 금속(24) 상에 고전도성의 물질층(36, 38)을 형성하는 단계와,

상기 고전도성 물질층 상에 상기 선택된 금속의 제 2 층(62)을 형성하는 단계와,

상기 제 2 층을 산화시키고 상기 고전도성 물질이 상기 산화되어 선택된 물질을 관통하게 확산되어 상기 p타입 GaN 층(20)에 도달하도록 어닐링(40)을 실행하는 단계를 더 포함하는 광원의 광 투과성 컨택트 형성 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 선택된 금속(34)을 도입하는 단계는 반응성 증착 및 반응성 스퍼터링 중의 하나를 사용하여 NiO를 증착하는 단계를 포함하며, 상기 증착 단계 다음에, Au(36)를 증착하는 단계와 실질적으로 산소가 없는 환경에서 상기 NiO 및 Au를 어닐링(40)하는 단계가 후속하는 광원의 광 투과성 컨택트 형성 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 선택된 금속(34)을 도입하는 단계는 반응성 증착 및 반응성 스퍼터링 중의 하나를 사용하여 NiO를 증착하는 단계를 포함하며, 상기 증착 단계 다음에, 전도성 물질(36)를 증착하는 단계와 실질적으로 수소가 없는 환경에서 상기 NiO 및 전도성 물질을 어닐링(40)하는 단계가 후속하며, 상기 p타입 GaN 층의 p도핑이 활성화되는 광원의 광 투과성 컨택트 형성 방법.
제 1 항 내지 제 9 항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 산화되어 선택된 금속(24) 상에 적어도 하나의 패터닝된 전기적 전도층(64, 72)을 형성하는 단계를 더 포함하는 광원의 광 투과성 컨택트 형성 방법.