KR20020082637A - Metal electrode for light emitting diodes using n-ZnO group semiconductor and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR20020082637A
KR20020082637A KR1020010022331A KR20010022331A KR20020082637A KR 20020082637 A KR20020082637 A KR 20020082637A KR 1020010022331 A KR1020010022331 A KR 1020010022331A KR 20010022331 A KR20010022331 A KR 20010022331A KR 20020082637 A KR20020082637 A KR 20020082637A
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zinc oxide
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김한기
성태연
김경국
박성주
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광주과학기술원
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Abstract

PURPOSE: A metal electrode for an LED(Light Emitting Diode) using an n-type ZnO and a method for manufacturing the same are provided to easily form an excellent ohmic contact by using transition metals having melting point of high temperature. CONSTITUTION: A light emitting diode(100) comprises an alumina(Al2O3) substrate(110), an n-type zinc oxide(ZnO) semiconductor(120) formed on the alumina substrate(110), and a metal electrode(130) formed on the ZnO semiconductor(120). The metal electrode(130) is composed of transition metals having a melting point of high temperature. Preferably, the transition metal is one selected from groups composing of Ru, Hf, Ir, Mo, Re, W, V, Pt, Pd and Ta. Also, the melting point of the transition metal is about 1500-3500°C.

Description

n형 산화 아연계 반도체를 이용한 발광다이오드용 금속전극 및 그의 제조 방법{Metal electrode for light emitting diodes using n-ZnO group semiconductor and manufacturing method thereof}Metal electrode for light emitting diode using n-type zinc oxide-based semiconductor and method for manufacturing thereof {Metal electrode for light emitting diodes using n-ZnO group semiconductor and manufacturing method}

본 발명은 n형 산화 아연계 반도체를 이용한 발광다이오드용 금속전극 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 고온의 녹는점을 가지는 금속을 이용하여 고온에서도 안정한 고품위 오믹접촉(Ohmic contact)을 형성한, n형 산화 아연계 반도체를 이용한 발광 다이오드에 사용되는 금속전극 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal electrode for a light emitting diode using an n-type zinc oxide-based semiconductor, and a method for manufacturing the same. In particular, a high quality ohmic contact formed at a high temperature using a metal having a high melting point is formed. The present invention relates to a metal electrode used in a light emitting diode using a zinc oxide semiconductor and a method of manufacturing the same.

종래에 산화 아연계 반도체는 투명전극 (Transparent Electrode), 태양전지의 윈도우 물질(window materials), 및 바리스터 소자(Varistors) 등의 광소자 분야에 쓰여져 왔다. 그리고 산화 아연이 가지는 넓은 밴드갭으로 인하여 발광 다이오드와 레이저 다이오드와 같은 광소자에서 사용되는 질화갈륨(GaN) 반도체를 대체할 물질로 각광 받고 있다.Background Art Conventionally, zinc oxide-based semiconductors have been used in the field of optical devices such as transparent electrodes, window materials of solar cells, and varistors. In addition, due to the wide bandgap of zinc oxide, it has been spotlighted as a substitute material for gallium nitride (GaN) semiconductors used in optical devices such as light emitting diodes and laser diodes.

최근 일본의 오호타는 미국 물리학회지(Applied Physics Letters 77, 475, 2000)에 p-SrCu2O2와 n-ZnO를 이용한 p-n형 이종접합 적외선 발광 다이오드(p-n Heterojunction UV Light Emitting Diode)제조에 관한 논문을 발표함으로써 산화 아연를 이용한 광소자의 연구를 가속시키고 있다. 이러한 산화 아연계 반도체를 이용하여 청/녹색 및 자외선을 내는 단파장 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)와 레이저 다이오드(Laser Diode, LD)와 같은 광소자를 구현하기 위해서는 무엇보다도 반도체와 금속간에 양질의 오믹접촉을 형성해야 한다.Recently, Ohota, Japan, published a paper on the fabrication of pn-type heterojunction UV Light Emitting Diode using p-SrCu 2 O 2 and n-ZnO in the Applied Physics Letters 77, 475, 2000. By releasing the study, research on optical devices using zinc oxide has been accelerated. In order to realize optical devices such as light emitting diodes (LEDs) and laser diodes (LDs) emitting blue / green and ultraviolet rays using these zinc oxide-based semiconductors, a high-quality ohmic between semiconductors and metals is required. A contact must be formed.

최근, n형 산화 아연계 반도체에서 오믹접촉 특성의 저하를 극복하고자 반응층과 주입층 사이에 아연(Zn)의 외부확산(outdiffusion)을 억제시키는 확산장벽(diffusion barrier)으로 여러 금속전극을 사용하였지만 300℃ 이상의 고온에서는 만족할 만한 효과는 거두지 못하였다.Recently, in order to overcome the deterioration of ohmic contact characteristics in n-type zinc oxide-based semiconductors, several metal electrodes have been used as a diffusion barrier to suppress outdiffusion of zinc (Zn) between the reaction layer and the injection layer. Satisfactory effects were not achieved at high temperatures above 300 ° C.

따라서 고온에서 안정한 오믹접촉 방법의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이나 아직까지 이에 대한 연구가 미진한 상태이다.Therefore, the development of a stable ohmic contact method at a high temperature is urgently required, but studies on this are still insufficient.

이에 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 고온의 녹는점을 가지는 전이금속을 이용하여 고온에서 열적, 전기적, 구조적으로 우수한 오믹접촉을 형성하는 n형 산화 아연계 반도체를 이용한 발광다이오드용 금속전극 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, a technical object of the present invention is to manufacture a metal electrode for a light emitting diode using an n-type zinc oxide-based semiconductor that forms an excellent ohmic contact thermally, electrically and structurally at a high temperature by using a transition metal having a high melting point. To provide a way.

도 1은 본 발명에 따른 n형 산화 아연계 반도체를 이용한 발광다이오드에 사용되는 금속전극를 설명하기 위한 개략도; 및1 is a schematic diagram illustrating a metal electrode used in a light emitting diode using an n-type zinc oxide-based semiconductor according to the present invention; And

도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 금속전극의 특성을 나타낸 그래프들 및 사진이다.2 to 5 are graphs and photographs showing the characteristics of the metal electrode according to the present invention.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 n형 산화 아연계 반도체를 이용한 발광다이오드용 금속전극은, 1500℃∼3500℃의 녹는점을 가지는 전이금속 또는 상기 전이금속으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.A metal electrode for a light emitting diode using an n-type zinc oxide-based semiconductor according to an embodiment of the present invention for achieving the above technical problem, at least one selected from a transition metal having a melting point of 1500 ℃ to 3500 ℃ or the transition metal It is characterized by consisting of an alloy comprising a.

이때, 전이금속은 Ru, Hf, Ir, Mo, Re, W, V, Pt, Pd 또는 Ta으로 이루어져도 좋다.At this time, the transition metal may be made of Ru, Hf, Ir, Mo, Re, W, V, Pt, Pd or Ta.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 예에 따른 n형 산화 아연계 반도체를 이용한 발광다이오드용 금속전극은, In 또는 In 화합물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention for achieving the above technical problem, a metal electrode for a light emitting diode using an n-type zinc oxide-based semiconductor is formed of In or an In compound.

이때, In 화합물은 InSn, InZn, InMg 또는 InGa으로 이루어져도 좋다.In this case, the In compound may be made of InSn, InZn, InMg, or InGa.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명 각각의 예에서 상기 금속전극의 두께는 1∼1,000nm로 이루어져도 좋다.In each example of the present invention for achieving the above technical problem, the metal electrode may have a thickness of 1 to 1,000 nm.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 n형 산화 아연계 반도체를 이용한 발광다이오드용 금속전극의 제조방법은, 1500℃∼3500℃의 녹는점을 가지는 전이금속 또는 상기 전이금속으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 합금을 증발법 또는 스퍼터링법으로 증착하여 형성하는 것을 특징으로 한다.Method of manufacturing a metal electrode for a light emitting diode using an n-type zinc oxide-based semiconductor according to an embodiment of the present invention for achieving the above technical problem, selected from the transition metal having a melting point of 1500 ℃ to 3500 ℃ or the transition metal It is characterized by forming an alloy comprising at least one by evaporation or sputtering.

이때, 전이금속은 Ru, Hf, Ir, Mo, Re, W, V, Pt, Pd 또는 Ta으로 이루어져도 좋다.At this time, the transition metal may be made of Ru, Hf, Ir, Mo, Re, W, V, Pt, Pd or Ta.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 예에 따른 n형 산화 아연계 반도체를 이용한 발광다이오드용 금속전극의 제조방법은, 상기 n형 산화아연계 반도체 상에 In 또는 In 화합물을 증발법 또는 스펴터링법으로 증착하여 형성하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a metal electrode for a light emitting diode using an n-type zinc oxide-based semiconductor, comprising evaporating or spreading an In or In compound on the n-type zinc oxide-based semiconductor. It is characterized by forming by evaporation by the terring method.

이때, 상기 In 화합물은 InSn, InZn, InMg 또는 InGa으로 이루어져도 좋다.In this case, the In compound may be formed of InSn, InZn, InMg, or InGa.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명 각각의 예에서 상기 금속전극을 형성한 다음에 산소, 질소, 또는 아르곤 분위기 하에서 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 열처리는 100℃∼1200℃의 온도에서 1초∼3시간 동안 이루어져도 좋다.In each example of the present invention for achieving the technical problem may further comprise the step of heat treatment under an oxygen, nitrogen, or argon atmosphere after forming the metal electrode, the heat treatment at a temperature of 100 ℃ to 1200 ℃ It may be made for 1 second to 3 hours.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명에 따른 n형 산화 아연계 반도체를 이용한 발광다이오드에 사용되는 금속전극을 설명하기 위한 개략도이다.1 is a schematic diagram illustrating a metal electrode used in a light emitting diode using an n-type zinc oxide-based semiconductor according to the present invention.

도 1을 참조하면, 발광다이오드(100)는, 산화 알루미늄 기판(Al2O3)(110) 상에 형성된 n형 산화아연계 반도체(120)와 n형 산화 아연계 반도체(120) 상에 형성된 녹는점이 1500∼3500℃의 전이금속으로 이루어진 금속전극(130)으로 이루어진다.Referring to FIG. 1, the light emitting diode 100 is formed on an n-type zinc oxide-based semiconductor 120 and an n-type zinc oxide-based semiconductor 120 formed on an aluminum oxide substrate (Al 2 O 3 ) 110. Melting point is made of a metal electrode 130 made of a transition metal of 1500 ~ 3500 ℃.

이때, 금속전극(130)은 녹는점이 1500∼3500℃의 전이금속 중에서 Ru(루쎄늄), Hf(하프늄), Ir(이리듐), Mo(몰리브데늄), Re(레늄), W(텅스텐), V(바나듐), Pt(플라티늄), Pd(파라듐) 또는 Ta(탄탈륨) 등의 금속 및 그들로부터 선택된 적어도 어느 하나가 포함된 합금으로 이루어지는 경우에는 산화 아연계 반도체에 존재하는 산소와 금속 전극의 반응이 잘 일어남으로써 더욱 좋다. 한편, 금속전극은 In 또는 In 화합물로 이루어져도 좋다.At this time, the metal electrode 130 has a melting point of 1500-3500 ° C. among the transition metals Ru (rusenium), Hf (hafnium), Ir (iridium), Mo (molybdenum), Re (renium), W (tungsten) , Metals such as V (vanadium), Pt (platinum), Pd (paradium) or Ta (tantalum), and alloys containing at least one selected from them. It is better to respond well. The metal electrode may be made of In or an In compound.

이하에서, 본 발명에 따른 산화 아연계 반도체를 이용한 발광 다이오드용 금속전극의 제조 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a metal electrode for a light emitting diode using a zinc oxide semiconductor according to the present invention will be described.

[실시예 1]Example 1

먼저, 기판 상에 형성된 n형 산화아연(ZnO) 반도체를 초음파 세척기(ultrasonic bath)안에서 50℃ 온도의 트리클로로에틸렌, 아세톤, 메탄올 및 증류수로 각각 5분 동안 표면 세척한다. 그리고 표면 세척된 n형 산화아연반도체를 100℃에서 10분 동안 하드 베이킹(hard baking)하여 남아 있는 수분을 제거한 후,n형 산화 아연 반도체 상에 포토 레지스트(Photoresist)를 5,500rpm으로 스핀코팅(spin coating)한다.First, the n-type zinc oxide (ZnO) semiconductor formed on the substrate is surface-washed with trichloroethylene, acetone, methanol and distilled water at 50 ° C. for 5 minutes in an ultrasonic bath. The surface-washed n-type zinc oxide semiconductor was hard baked at 100 ° C. for 10 minutes to remove residual water, and then spin coated with a photoresist at 5,500 rpm on the n-type zinc oxide semiconductor. coating).

다음에, 포토 레지스트가 코팅된 산화 아연 반도체를 85℃에서 15분 동안 소프트 베이킹(soft baking)하고, 패턴을 현상하기 위한 마스크를 산화 아연 반도체 상에 위치시킨다. 그리고 마스크 상에 22.8 mW 강도의 자외선을 15초 동안 조사한 후에, 현상액과 증류수의 비를 1:4로 혼합한 용액 속에 산화 아연 반도체를 25초 동안 침지시켜서 현상한다.Next, the zinc oxide semiconductor coated with the photoresist is soft baked at 85 ° C. for 15 minutes, and a mask for developing the pattern is placed on the zinc oxide semiconductor. After irradiating UV light with 22.8 mW intensity on the mask for 15 seconds, the zinc oxide semiconductor is immersed for 25 seconds in a solution in which the ratio of developer and distilled water is 1: 4.

그 다음에, 패턴이 현상된 산화 아연 반도체를 HCl:H2O의 비율이 1:1인 용액에 1분간 침지시킴으로써 산화 아연 반도체 상의 오염층을 제거한다.Then, the contaminated layer on the zinc oxide semiconductor is removed by immersing the patterned zinc oxide semiconductor in a solution having a HCl: H 2 O ratio of 1: 1 for 1 minute.

이어서, 산화 아연 반도체 상에 전자빔 증착기(Electron-beam evaporator)를 이용한 증발법으로 Ru 성분의 금속전극을 500Å의 두께로 형성한다.Subsequently, a Ru component metal electrode is formed to a thickness of 500 kPa on the zinc oxide semiconductor by an evaporation method using an electron-beam evaporator.

계속해서, 아세톤을 이용하여 리프트 오프(lift-off) 공정을 실시하여 오믹 접촉이 형성된 금속 전극을 구비한 발광다이오드를 제조한다.Subsequently, a lift-off process is performed using acetone to produce a light emitting diode having a metal electrode with ohmic contact.

일반적으로, 열전자 방출 (Thermionic emission)은 도핑농도 1017cm-3이하에서 일어나고, 열전자 필드방출(Thermionic field emission)은 도핑농도 1017cm-3∼1018cm-3에서 일어나며, 필드방출(Field emission)은 도핑농도 1018cm-3에서 일어난다. 그러므로 1017cm-3보다 낮은 도핑농도에서는 금속과 반도체간의 접촉장벽(Contact barrier)을 넘어서 캐리어가 흐르게 되지만, 도핑농도가 증가하여 1017cm-3이상이 되면 금속과 반도체간의 접촉 장벽에 관계없이 터널링(Tunneling)에 의하여 캐리어가 흐르게 된다. 따라서, 실시예 1에서와 같이 Ru금속으로 고온에서도 안정한 오믹접촉을 형성하는 경우에 n형 산화아연 반도체의 도핑농도는 1017cm-3이상이어야 한다.In general, the thermal electron emission (Thermionic emission) is taking place in less than the doping concentration of 10 17 cm -3, thermionic field emission (Thermionic emission field) takes place in a doping concentration 10 17 cm -3 ~10 18 cm -3 , a field emission (Field emission) takes place at a doping concentration of 10 18 cm −3 . Therefore, at the doping concentration lower than 10 17 cm -3 , the carrier flows over the contact barrier between the metal and the semiconductor.However, when the doping concentration increases and becomes more than 10 17 cm -3 , regardless of the contact barrier between the metal and the semiconductor The carrier flows by tunneling. Therefore, when forming a stable ohmic contact even at high temperature with Ru metal as in Example 1, the doping concentration of the n-type zinc oxide semiconductor should be 10 17 cm -3 or more.

[실시예 2]Example 2

[실시예 1]에 의하여 형성된 금속전극의 오믹접촉을 더욱 향상시키기 위하여, 급속 가열로 (Rapid Thermal Annealing: RTA) 안에 실시예 1에 의한 발광 다이오드를 장입하고 질소(Nitrogen) 분위기 하에서 500℃로 60초 동안 열처리한다.In order to further improve the ohmic contact of the metal electrode formed by [Example 1], the light emitting diode according to Example 1 was charged in a rapid thermal annealing (RTA), and was heated at 500 ° C. under nitrogen atmosphere at 60 ° C. Heat treatment for seconds.

[실시예 3]Example 3

[실시예 1]에 의하여 형성된 금속전극의 오믹접촉을 더욱 향상시키기 위하여, 급속 가열로 안에 실시예 1에 의한 발광다이오드를 장입하고 질소 분위기 하에서 700℃에서 60초 동안 열처리한다.In order to further improve the ohmic contact of the metal electrode formed by [Example 1], the light emitting diode according to Example 1 was charged into a rapid heating furnace and heat-treated at 700 ° C. for 60 seconds under a nitrogen atmosphere.

이하, 본 발명에 따른 상기 실시예들의 오믹접촉 특성을 첨부한 도면들을 참조하여 비교 설명한다.Hereinafter, the ohmic contact characteristics of the embodiments according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 금속전극의 비접촉저항을 나타낸 그래프로서, 도 2의 (1)은 실시예 1에 의한 경우이고, 도 2의 (2)는 실시예 2에 의한 경우이며, 도 2의(3)은 실시예 3에 의한 경우이다.Figure 2 is a graph showing the specific contact resistance of the metal electrode according to the present invention, Figure 2 (1) is the case of Example 1, Figure 2 (2) is the case of Example 2, (3) is the case by Example 3.

도 3은 원자력 현미경(Atomic Force Microscopy, AFM)으로 발명에 따른 금속전극의 표면 상태를 관찰한 것으로, 도 3의 (1)은 실시예 1에 의한 경우이고, 도 3의 (2)는 실시예 2에 의한 경우이며, 도 3의 (3)은 실시예 3에 의한 경우이다.3 is an atomic force microscope (AFM) to observe the surface state of the metal electrode according to the invention, Figure 3 (1) is the case of Example 1, Figure 3 (2) is an embodiment 2 is a case where FIG. 3 (3) shows a case by Example 3. FIG.

[비교예 1]Comparative Example 1

도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명 각각의 실시예들에 따른 오믹접촉 특성, 특히 비접촉저항 및 표면상태를 비교 설명한다.2 and 3, the ohmic contact characteristics, in particular, the specific contact resistance and the surface state according to the embodiments of the present invention will be described.

도 2의 (1) 및 도 3의 (1)을 참조하면 상술한 실시예 1의 경우에는, 도 2의 (1)의 그래프에서와 같이 비접촉저항 값이 2.1×10-3ohm-㎠ 으로 낮게 나타나고, Ru 금속전극의 표면 상태는 도 3의 (1)와 같이 매우 평탄하며, RMS(Root Mean Square) 거칠기도 9Å의 낮은 값을 나타난다.Referring to Figs. 2 (1) and 3 (1), in the case of Example 1 described above, the specific contact resistance value is as low as 2.1 × 10 −3 ohm-cm 2 as shown in the graph of Fig. 2 (1). The surface state of the Ru metal electrode is very flat as shown in (1) of FIG. 3, and the root mean square (RMS) roughness has a low value of 9 μs.

도 2의 (2) 및 도 3의 (2)를 참조하면 상술한 실시예 2의 경우에는, 열처리에 의해 도 2의 (1)의 경우, 즉 실시예 1의 경우 보다 낮은 2.5×10-4ohm-㎠의 비접촉저항이 나타나고, 표면 상태는 도 3의 (2)와 같이 균일하였으며 RMS 거칠기도 11Å로 도 3의 (1)의 경우, 즉 실시예 1의 경우에서와 큰 차이를 보이지 않았다.Referring to Figs. 2 (2) and 3 (2), in the case of Example 2 described above, 2.5 × 10 −4, which is lower than in the case of Fig. 2 (1), that is, in the case of Example 1, by heat treatment. The specific contact resistance of ohm-cm 2 was shown, and the surface state was uniform as in (2) of FIG. 3, and the RMS roughness was 11 Å, showing no significant difference from that of (1) of FIG.

도 2의 (3) 및 도 3의 (3)을 참조하면 상술한 실시예 3의 경우에는, 도 2의 (3) 그래프에서와 같이 비접촉저항은 5×10-5ohm-㎠로 더욱 더 낮은 값으로 나타나고, 표면 상태도 도 3의 (3)과 같이 평탄한 표면을 나타내고 RMS 거칠기도 14Å로낮은 값을 보이고 있다.Referring to Figs. 2 (3) and 3 (3), in the case of Example 3 described above, as shown in the graph of Fig. 2 (3), the specific contact resistance is much lower, such as 5 × 10 −5 ohm-cm 2. In terms of values, the surface state also shows a flat surface as shown in Fig. 3 (3), and the RMS roughness shows a low value of 14 dB.

따라서 본 발명의 일 예에 따른 Ru을 이용한 금속전극은, 발광다이오드 제작시 필요한 낮은 비접촉저항과 평탄한 표면을 실시예 1 뿐 아니라 실시예 2 및 실시예 3과 같이 급속열처리한 경우에도 형성되는 것을 볼 수 있다.Therefore, the metal electrode using Ru according to an embodiment of the present invention, it is seen that the low specific contact resistance and flat surface required for manufacturing the light emitting diode is formed even in the case of rapid heat treatment as in Example 2 and Example 3 Can be.

도 4는 본 발명에 따른 산화 아연 반도체를 이용한 금속전극의 안정성에 대한 오제 심도 분석표(Auger depth profile)로서, 도 4의 (1)은 실시예 1에 의한 경우이고, 도 4의 (2)는 실시예 2에 의한 경우이며, 도 4의 (3)은 실시예 3에 의한 경우이다. 이러한 오제 심도 분석표는 n형 산화아연계 반도체에 존재하는 아연이온의 외부 확산, n형 산화아연계 반도체에 존재하는 산소의 외부 확산 및 Ru이온의 내부확산을 나타낸다.4 is an Auger depth profile for the stability of the metal electrode using the zinc oxide semiconductor according to the present invention, Figure 1 (1) is the case of Example 1, Figure 4 (2) is This is the case according to the second embodiment, and Fig. 4 (3) is the case according to the third embodiment. The Auger Depth Analysis Table shows the external diffusion of zinc ions present in the n-type zinc oxide based semiconductor, the external diffusion of oxygen present in the n-type zinc oxide based semiconductor, and the internal diffusion of Ru ions.

[비교예 2]Comparative Example 2

도 4를 참조하여, 본 발명 각각의 실시예들에 따른 금속전극의 안전성을 비교 설명한다.Referring to FIG. 4, the safety of the metal electrode according to each embodiment of the present invention will be described.

도 4의 (1)를 참조하면, 실시예 1의 경우에 산화 아연 반도체에 존재하는 아연이온의 외부확산 및 Ru이온의 내부확산과 같은 확산반응 없이 안정한 상태의 금속전극을 유지하고 있다. 이러한 안정한 상태의 금속전극은 도 3의 (1)에서와 같이 평탄한 금속전극 표면을 유지시킨다.Referring to FIG. 4 (1), in the case of Example 1, a metal electrode in a stable state is maintained without diffusion reaction such as external diffusion of zinc ions and internal diffusion of Ru ions present in the zinc oxide semiconductor. This stable metal electrode maintains a flat metal electrode surface as shown in FIG.

도 4의 (2)를 참조하면, 실시예 2의 경우에 산화 아연 반도체에 존재하는 아연이온의 외부 확산이나 Ru이온의 내부확산의 경향이 역시 나타나지 않고 있다. 이는 500℃의 고온에서도 Ru 오믹접촉이 안정한 상태로 유지될 수 있음을 말해준다.Referring to Fig. 4 (2), in the case of Example 2, there is no tendency of external diffusion of zinc ions or internal diffusion of Ru ions present in the zinc oxide semiconductor. This indicates that the Ru ohmic contact can be maintained in a stable state even at a high temperature of 500 ° C.

도 4의 (3)을 참조하면, 실시예 3의 경우에 산화 아연 반도체로부터 산소의 외부 확산이 일어나고 있는 것을 알 수 있다. 이러한 산소의 외부확산은 Ru 금속전극과의 반응을 통해 RuO2전도성 계면을 형성시키게 되고 이는 아연의 외부확산에 대한 확산 장벽으로 작용하게 된다. 또한 산화아연 반도체로부터의 산소 외부확산은 산소 공공을 산화 아연 반도체 표면에 남기게 되는데 이는 도펀트(dopant)로 작용하게 되어 캐리어 농도를 증가시키는 역할을 하게 된다.Referring to Fig. 4 (3), it can be seen that in the case of Example 3, external diffusion of oxygen occurs from the zinc oxide semiconductor. This external diffusion of oxygen forms a RuO 2 conductive interface through the reaction with the Ru metal electrode, which acts as a diffusion barrier to the external diffusion of zinc. In addition, oxygen external diffusion from the zinc oxide semiconductor leaves oxygen vacancies on the surface of the zinc oxide semiconductor, which acts as a dopant and increases the carrier concentration.

도 5는 본 발명에 따른 금속전극의 특성을 볼 수 있는 글랜싱 X-선 회절(Glancing angle x-ray, GXRD) 분석 결과를 나타낸 그래프로서, 5의 (1)은 실시예 1에 의한 경우이고, 도 5의 (2)는 실시예 3에 의한 경우이다.5 is a graph showing the results of the analysis of the glancing angle x-ray diffraction (GXRD) GXRD to see the characteristics of the metal electrode according to the present invention, 5 (1) is the case according to Example 1 5 is the case by Example 3. FIG.

[비교예 3]Comparative Example 3

도 5를 참조하여, 본 발명 각각의 실시예들에 따른 금속전극의 특성 중 성분을 비교 설명한다.5, the components of the characteristics of the metal electrode according to the exemplary embodiments of the present invention will be compared and described.

도 5의 (1)을 참조하면, 실시예 1에 의한 경우에 Ru 금속만의 피크강도(Peak Intensity)를 보여주고 있는데 이는 상온에서는 금속전극과 산화 아연 반도체의 반응이 일어나지 않았음을 나타낸다.Referring to (1) of FIG. 5, the peak intensity of only Ru metal is shown in Example 1, which indicates that the reaction between the metal electrode and the zinc oxide semiconductor did not occur at room temperature.

도 5의 (2)를 참조하면, 실시예 3에 의한 경우에 산소의 외부확산으로 인해 형성된 RuO2결정의 피크강도가 나타난다. 이와 같이 급속 열처리를 함으로써 형성된 RuO2결정은 확산장벽 및 전도층 역할을 수행한다.Referring to FIG. 5 (2), the peak intensity of the RuO 2 crystal formed due to the external diffusion of oxygen in the case of Example 3 is shown. The RuO 2 crystals formed by rapid thermal treatment thus serve as diffusion barriers and conductive layers.

상술한 비교예 1 및 비교예 3에서와 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 급속열처리를 실시하여 오믹접촉이 형성하는 경우에는 다음과 같은 장점이 있다.As described in Comparative Example 1 and Comparative Example 3 described above, when the ohmic contact is formed by performing the rapid heat treatment according to the present invention, there are advantages as follows.

첫째, n형 산화 아연계 반도체를 이용한 발광다이오드를 열처리 하는 경우에는 열처리하지 않은 경우 보다 낮은 비접촉저항을 가지며, 금속전극의 표면도 평탄하게 유지함으로써 안정한 고품질의 오믹접촉을 형성한다.First, in the case of heat-treating the light emitting diode using the n-type zinc oxide-based semiconductor, it has a lower specific contact resistance than that of the non-heat treatment and keeps the surface of the metal electrode flat to form stable high quality ohmic contact.

둘째, n형 산화아연계 반도체와 금속전극의 계면에서는 열처리에 의하여 n형 산화 아연계 반도체의 산소와 금속전극에서의 금속이 반응하여 산화물층이 형성된다. 이렇게 형성된 산화물층은 캐리어 주입을 용이하게 하여 금속성 전도층의 역할을 하게 된다. 뿐 만 아니라, 고온에서는 산화 아연계 반도체의 아연이 확산하여 아연 공공(vacancy)을 형성하게 되는 데, 이 때 산화물층은 아연 공공이 반도체 표면에서 억셉터(acceptor)로 작용하는 것을 방지하는 확산장벽의 역할을 하게 된다.Second, at the interface between the n-type zinc oxide-based semiconductor and the metal electrode, an oxide layer is formed by the reaction of oxygen of the n-type zinc oxide-based semiconductor with the metal at the metal electrode. The oxide layer thus formed facilitates carrier injection and serves as a metallic conductive layer. In addition, at high temperatures, zinc in the zinc oxide-based semiconductor diffuses to form zinc vacancies, where the oxide layer prevents the zinc vacancies from acting as an acceptor on the semiconductor surface. It will play the role of.

상술한 바와 같이, Ru은 낮은 일함수(Work function: 4.71eV)와 높은 녹는점(2334℃)을 가짐으로써 고온에서 안정한 오믹접촉을 형성할 뿐 아니라 전도층과 확산장벽의 특성을 동시에 나타낸다.As described above, Ru has a low work function (4.71 eV) and a high melting point (2334 ° C.) to form stable ohmic contact at high temperature, and simultaneously exhibit the characteristics of the conductive layer and the diffusion barrier.

상술한 본 발명의 실시예들 및 비교예들은 Ru를 예로 들어서 설명하였지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 예를 들어, In 화합물들 또는 1500℃∼3500℃의 녹는점을 가지는 전이금속 중에서 V, In, InSn, InZn, InMg, InGa 등을 사용하는 경우에는 산화아연 반도체와 금속전극의 계면에서 전도층의 형성이 용이하며,Ta, W 및 Ta-Ru은 확산장벽의 형성이 용이하다.Embodiments and comparative examples of the present invention described above have been described using Ru as an example, but are not necessarily limited thereto. For example, when using V, In, InSn, InZn, InMg, InGa, etc. among In compounds or transition metals having a melting point of 1500 ° C to 3500 ° C, the conductive layer may be It is easy to form, and Ta, W and Ta-Ru easily form diffusion barriers.

본 발명에 의한 n형 산화 아연계 반도체를 이용한 발광 다이오드용 금속전극은, 고온에서도 낮은 비접촉저항 및 평탄한 금속전극 표면을 유지하여 고온 소자의 상업화를 위한 기초적 단계를 제공함으로써 최근 차세대 청색 발광 물질로 각광을 받고 있는 산화 아연계 반도체의 발광소자 및 레이저 다이오드 개발에 이용될 수 있다.The light emitting diode metal electrode using the n-type zinc oxide-based semiconductor according to the present invention has been spotlighted as the next-generation blue light emitting material by providing a basic step for commercializing high-temperature devices by maintaining a low contact resistance and a flat metal electrode surface even at high temperatures. It can be used in the development of light emitting devices and laser diodes of zinc oxide semiconductors.

특히, 고온 열처리 시 수반되는 계면 반응으로 인해 형성된 고온에서 안정한 산화물층을 전도층 및 확산 장벽으로 이용하게 됨으로써 발광다이오드 제작시 부가적으로 전도층이나 확산 장벽을 증착시키는 공정을 줄일 수 있으므로 산화 아연계 반도체의 상업화를 가속화시킬 것으로 기대된다.In particular, since the oxide layer stable at high temperature formed by the interfacial reaction accompanying high temperature heat treatment is used as the conductive layer and the diffusion barrier, the process of additionally depositing the conductive layer or the diffusion barrier during the manufacture of the light emitting diode can be reduced. It is expected to accelerate the commercialization of semiconductors.

본 발명은 상기 실시예들에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention.

Claims (11)

1500℃∼3500℃의 녹는점을 가지는 전이금속 또는 상기 전이금속으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 n형 산화 아연계 반도체를 이용한 발광다이오드용 금속전극.A metal electrode for light emitting diodes using n-type zinc oxide-based semiconductors, comprising a transition metal having a melting point of 1500 ° C. to 3500 ° C. or an alloy containing at least one selected from the transition metals. 제 1항에 있어서, 상기 전이금속은 Ru, Hf, Ir, Mo, Re, W, V, Pt, Pd 또는 Ta인 것을 특징으로 하는 n형 산화 아연계 반도체를 이용한 발광다이오드용 금속전극.The metal electrode for a light emitting diode using an n-type zinc oxide-based semiconductor according to claim 1, wherein the transition metal is Ru, Hf, Ir, Mo, Re, W, V, Pt, Pd or Ta. In 또는 In 화합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 n형 산화 아연계 반도체를 이용한 발광다이오드용 금속전극.Light emitting diode metal electrode using an n-type zinc oxide-based semiconductor, characterized in that consisting of In or In compound. 제 3항에 있어서, 상기 In 화합물은 InSn, InZn, InMg 또는 InGa 인 것을 특징으로 하는 n형 산화 아연계 반도체를 이용한 발광다이오드용 금속전극.The metal electrode of claim 3, wherein the In compound is InSn, InZn, InMg, or InGa. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 두께는 1∼1,000nm인 것을 특징으로 n형 산화 아연계 반도체를 이용한 발광다이오드용 금속전극.The metal electrode for light emitting diode according to any one of claims 1 to 4, wherein the thickness is 1 to 1,000 nm. n형 산화아연계 반도체를 이용한 발광다이오드용 금속전극의 제조방법에 있어서, 상기 금속전극은 상기 n형 산화아연계 반도체 상에 1500℃∼3500℃의 녹는점을 가지는 전이금속 또는 상기 상기 전이금속으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 합금을 증발법 또는 스펴터링법으로 증착하여 형성하는 것을 특징으로 하는 n형 산화 아연계 반도체를 이용한 발광다이오드용 금속전극의 제조방법.In the method of manufacturing a metal electrode for a light emitting diode using an n-type zinc oxide-based semiconductor, the metal electrode is a transition metal having a melting point of 1500 ℃ to 3500 ℃ on the n-type zinc oxide-based semiconductor or from the transition metal A method of manufacturing a metal electrode for a light emitting diode using an n-type zinc oxide-based semiconductor, characterized in that formed by depositing an alloy containing at least one selected by evaporation or spreading method. 제 6항에 있어서, 상기 전이금속은 Ru, Hf, Ir, Mo, Re, W, V, Pt, Pd 또는 Ta인 것을 특징으로 하는 n형 산화 아연계 반도체를 이용한 발광다이오드용 금속전극의 제조방법.7. The method of claim 6, wherein the transition metal is Ru, Hf, Ir, Mo, Re, W, V, Pt, Pd or Ta. . n형 산화아연계 반도체를 이용한 발광다이오드용 금속전극의 제조방법에 있어서, 상기 금속전극은 상기 n형 산화아연계 반도체 상에 In 또는 In 화합물을 증발법 또는 스펴터링법으로 증착하여 형성하는 것을 특징으로 하는 n형 산화 아연계 반도체를 이용한 발광다이오드용 금속전극의 제조방법.A method of manufacturing a metal electrode for a light emitting diode using an n-type zinc oxide-based semiconductor, wherein the metal electrode is formed by depositing an In or In compound on the n-type zinc oxide-based semiconductor by evaporation or sputtering. The manufacturing method of the metal electrode for light emitting diodes which uses the n-type zinc-oxide type semiconductor. 제 8항에 있어서, 상기 In 화합물은 InSn, InZn, InMg 또는 InGa 인 것을 특징으로 하는 n형 산화 아연계 반도체를 이용한 발광다이오드용 금속전극의 제조방법.9. The method of claim 8, wherein the In compound is InSn, InZn, InMg or InGa. 제 6항 또는 제 8항에 있어서, 상기 금속전극을 형성한 다음에 산소, 질소, 또는 아르곤 분위기 하에서 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 n형 산화 아연계 반도체를 이용한 발광다이오드용 금속전극의 제조방법.9. The metal electrode for light emitting diode according to claim 6 or 8, further comprising the step of forming the metal electrode and then performing heat treatment under an oxygen, nitrogen, or argon atmosphere. Manufacturing method. 제 10항에 있어서, 상기 열처리는 100℃∼1200℃의 온도에서 1초∼3시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 n형 산화 아연계 반도체를 이용한 발광다이오드용 금속전극의 제조방법.The method of claim 10, wherein the heat treatment is performed at a temperature of 100 ° C. to 1200 ° C. for 1 second to 3 hours.
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