KR20050024078A - Method to Make Light Emitting Devices using p-ZnO - Google Patents
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Description
본 발명은 산화아연 박막 상에서 p형 산화아연의 형성 방법과 p-n접합 박막에 제작 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스퍼터링 방법을 이용하여 베이스 기판 위에 n형 산화아연 박막을 증착시키고, 그 위에 인(P)이 도핑된 p형 산화아연 박막을 형성시킨 뒤, 열처리를 통해 구조적ㆍ전기적 특성을 향상시킨 산화아연 발광 소자의 제작 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of forming a p-type zinc oxide on a zinc oxide thin film and a fabrication technique for a pn-bonded thin film, and more particularly, by depositing an n-type zinc oxide thin film on a base substrate using a sputtering method, After forming a p-type zinc oxide thin film doped with P), the present invention relates to a method for manufacturing a zinc oxide light emitting device having improved structural and electrical properties through heat treatment.
순방향 바이어스 조건에서 자발적으로 빛을 방출하는 발광 다이오드(LED) 및 레이저다이오드(LD)는 그동안 시각 표시 장치와 광데이타 저장 장치 및 광섬유 통신 분야 등에서 매우 중요하게 쓰여 왔다. 정보통신 분야의 정보 사용량이 기하급수적으로 팽창하면서 보다 많은 양의 정보를 저장하기 위해 단파장 영역의 광소자를 필요로 하게 되었으며, 디스플레이 산업이 주요 산업의 하나로 자리매김하면서 에너지 소비율이 낮고 광효율이 높은 광원에 대한 관심이 증가하게 되었고, 그 결과로 LED에 대한 관심이 폭발적으로 증가하고 있다. p형 질화갈륨계 반도체의 개발로 녹색 및 청색 LED 사용이 보편화되고 있고, 자외선 영역의 단파장 발광 소자를 개발하려는 노력도 지속되고 있지만, 아직까지 뚜렷한 성과가 없는 상태이다. Light emitting diodes (LEDs) and laser diodes (LDs), which spontaneously emit light under forward bias conditions, have been used in the field of visual display, optical data storage, and optical fiber communication. As information usage in the field of information and communication expands exponentially, optical devices in the short wavelength range are needed to store more information.In the display industry, as one of the major industries, the energy consumption rate and light efficiency are high. Interest has increased, and as a result, interest in LEDs has exploded. The use of green and blue LEDs is becoming more common due to the development of p-type gallium nitride-based semiconductors, and efforts have been made to develop short-wavelength light emitting devices in the ultraviolet region, but there are still no clear achievements.
질화갈륨계 반도체는 고온(1000℃ 이상)에서 만들어지는 결정 성장의 어려움과 큰 소자 저항을 갖고 있다는 단점이 있다. 특히 p형 질화갈륨계 반도체의 경우 박막의 표면이 좋지 않고, 캐리어 밀도가 낮기 때문에 질화갈륨계 반도체 소자의 제작에 큰 어려움이 있다. 이 때문에 질화갈륨계 반도체를 이용한 단파장 영역의 광소자 기술의 큰 진전이 없는 것이 현재의 실정이다. Gallium nitride-based semiconductors have disadvantages of difficulty in crystal growth and high device resistance that are made at high temperature (1000 ° C. or more). In particular, in the case of a p-type gallium nitride-based semiconductor, since the surface of the thin film is not good and the carrier density is low, there is a great difficulty in manufacturing a gallium nitride-based semiconductor device. For this reason, there is no current progress in optical device technology in the short wavelength region using gallium nitride-based semiconductors.
이로 인해 새로운 단파장 발광 물질을 찾기 위한 노력이 진행되고 있는데, 그 중에서도 산화아연(ZnO)이 질화갈륨계 반도체를 대신할 그 대표적인 물질로 주목 받고 있다. As a result, efforts are being made to find new short wavelength light emitting materials. Among them, zinc oxide (ZnO) is attracting attention as a representative material to replace gallium nitride-based semiconductors.
질화갈륨과 결정 구조 및 밴드갭이 매우 유사한 특징을 가지고 있는 산화아연은 질화갈륨보다 약 세 배 이상의 높은 엑시톤 결합 에너지를 가지고 있어서 상온 및 고온에서도 안정적으로 존재할 수 있는 엑시톤을 이용한 발광 효율이 높은 광소자를 만들 수 있다.Zinc oxide, which has a very similar crystal structure and band gap to gallium nitride, has an exciton binding energy that is about three times higher than that of gallium nitride, and thus uses an optical device having high luminous efficiency using excitons which can be stably existed at room temperature and high temperature. I can make it.
또한 비교적 낮은 온도에서도 양질의 박막을 만들 수 있는 제작 방법상의 이점 때문에 질화갈륨을 대체할 가능성이 높은 물질로 여겨지고 있다. In addition, it is considered a material that is likely to replace gallium nitride because of the advantages of the manufacturing method that can produce a high quality thin film at a relatively low temperature.
하지만, 이러한 장점들에도 불구하고, 산화아연은 본래 p형 물질이 되기 매우 어려운 물질로 알려져 있고, 이를 극복하고 p형을 만든 사례가 극히 드물며, 그 전기적 특성 또한 매우 불안정하다. However, in spite of these advantages, zinc oxide is known to be very difficult to be a p-type material by nature, and very rare cases of overcoming the p-type material, and its electrical characteristics are also very unstable.
최근 비소(As)와 질소(N)를 이용하여 p형 산화아연 박막을 개발했다고 보고한 그룹이 몇몇 있으나(Journal of Crystal Growth 219 (2000) 330, Applied Physics Letter 79 (2001) 4139, Applied Physics Letter 80 (2002) 1195, Applied Physics Letter 81 (2002) 1830,), 재현성이 매우 낮아서 활용되지 못하고 있는 실정이다. There are several groups that recently reported the development of p-type zinc oxide thin films using arsenic (As) and nitrogen (N) (Journal of Crystal Growth 219 (2000) 330, Applied Physics Letter 79 (2001) 4139, Applied Physics Letter) 80 (2002) 1195, Applied Physics Letter 81 (2002) 1830,).
그리고, 산화아연 p-n접합이 제작된 예가 있긴 하나 (Journal of Crystal Growth 219 (2000) 419, Applied Physics Letter 76 (2000) 3257, Jpn. J. Appl. Physics Letter 40 (2001) L177) 전기적 특성과 광학적 특성 및 효율이 매우 떨어져 실제 소자로 제작되기엔 무리가 있다. And, there are examples of zinc oxide pn junctions (Journal of Crystal Growth 219 (2000) 419, Applied Physics Letter 76 (2000) 3257, Jpn. J. Appl. Physics Letter 40 (2001) L177). Its characteristics and efficiency are very low, making it impossible to manufacture a real device.
그래서, 이와 같은 p형 산화아연박막의 제조상의 어려움을 극복하기 위하여 p형 산화아연을 대신에 p형 질화갈륨이나 p형 산화스트론튬구리 박막위에 위에 n형 산화아연 박막을 성장시켜 만들어진 이종 접합 발광소자를 개발하려는 시도도 행해지고 있다. Thus, in order to overcome the difficulties in manufacturing the p-type zinc oxide thin film, a heterojunction light emitting device made by growing an n-type zinc oxide thin film on a p-type gallium nitride or p-type strontium oxide thin film instead of p-type zinc oxide Attempts have also been made to develop.
p형 산화아연을 개발하고 이를 이용한 발광소자를 개발하려는 종래의 선행기술 중에는 MBE(분자선 에피탁시)방법으로 비소(As)를 p형 도판트로 사용한 방법(미국특허.2001. US 6410162B1, White 외)이 있으나, 이 방법을 통하여 제작된 소자의 전기적 특성(I-V 곡선)이 다이오드의 그것과 그 형태는 유사하나 박막들의 결함으로 인한 누설전류의 영향이 커서 소자의 전기적 특성이 오믹(Ohmic)특성에 가깝다고 볼 수 있다. 또한, 이 방법은 제작 시간이 길고, 고가의 장비를 이용하여 비경제적이며, 박막의 대면적 성장이 어렵다는 단점이 있다. Among the prior arts for developing p-type zinc oxide and developing light emitting devices using the same, arsenic (As) is used as a p-type dopant by MBE (molecular beam epitaxy) method (US Patent. 2001. US 6410162B1, White et al. However, the electrical characteristics of the device fabricated through this method (IV curve) are similar to those of the diode, but the leakage current due to the defects of the thin films is so large that the electrical characteristics of the device are affected by the ohmic characteristics. It's close. In addition, this method is disadvantageous in that the manufacturing time is long, it is uneconomical by using expensive equipment, and the large area growth of the thin film is difficult.
2001년에 고안된 '증착온도에 따른 단파장 산화아연 발광소자의 제작 방법'(특2001-0070677. 이상렬 외)과 '후 열처리에 따른 단파장 산화 아연 발광 소자의 제작 방법'(특2001-0068017. 이상렬 외)은, 절연체인 산화아연(사파이어) 기판을 p형 반도체로 사용하는 점과, 만일 이 사실이 가능하다면 p형 사파이어의 제작 방법을 제시해야 하나, 그러지 못하는 것으로 보아 현실성이 거의 없다고 할 수 있다.'Method for manufacturing short wavelength zinc oxide light emitting device according to deposition temperature' (Special 2001-0070677. Lee Sang-yeol et al.) And 'Method for manufacturing short wavelength zinc oxide light emitting device for post-heat treatment' (Special 2001-0068017. ) Uses a zinc oxide (sapphire) substrate, which is an insulator, as a p-type semiconductor, and if this is possible, a method of manufacturing a p-type sapphire should be suggested, but it cannot be considered as practical.
또한, 이 소자를 제작했을 때 얻을 수 있는 전류-전압 곡선(I-V curve)도 제시하지 못하고 있는 점으로 미루어 볼 때 이 특허에서 제시한 단파장 발광 소자 제작 방법의 실현 가능성을 의심할 수 있다. In addition, since the current-voltage curve (I-V curve) obtained when the device is manufactured is not presented, the possibility of manufacturing the short wavelength light emitting device proposed by this patent may be doubted.
그리고, 2002년 니키시게루가 고안한 'ZnO계 화합물 반도체 발광 소자 및 그 제작 방법'(특2002-0048377)에서는 고품위 산화아연 박막 성장 방법과 발광 소자의 구조에 관한 방법은 있으나 p형 산화아연 박막 제작 방법 및 산화 아연 발광소자의 광학적 특성이나 전기적 특성의 측정 결과에 대한 언급이 전혀 없었다. In 2002, Nikishigeru devised the ZnO compound semiconductor light emitting device and its manufacturing method (Special 2002-0048377), although there is a method of growing a high quality zinc oxide thin film and the structure of the light emitting device. There was no mention of the results of measuring the optical and electrical properties of the method and the zinc oxide light emitting device.
이처럼 재현성과 신뢰성을 갖춘 p형 산화아연 반도체 제조 기술 및 소자 제작 기술이 없는 것이 현재의 실정이다. As such, there is no current p-type zinc oxide semiconductor manufacturing technology and device manufacturing technology with reproducibility and reliability.
2003년 스퍼터링 법을 이용한 재현성과 신뢰성을 갖는 p형 산화아연 반도체 개발 기술이 미국 응용 물리 학회지(Applied Physics Letters, 83 (2003) 62)에 발표되면서 이를 이용한 산화아연 발광소자에 관한 연구가 한층 더 가속화되고 있는 실정이다.In 2003, the development of p-type zinc oxide semiconductor with reproducibility and reliability using sputtering method was published in American Journal of Applied Physics Letters, 83 (2003) 62. It's happening.
본 발명의 목적은 종래의 전기적 특성이 매우 불안정하고 재현성이 떨어지던 p형 산화아연 반도체 성장 방법 대신에, 스퍼터링 방법을 이용하여 안정적인 전기적 특성을 보이는 p형 산화아연 반도체를 제조하고, 또 이를 이용하여 산화아연 단파장 발광 소자를 만드는 기술을 제공하는 데 있다. An object of the present invention is to manufacture a p-type zinc oxide semiconductor showing a stable electrical characteristics by using a sputtering method, instead of the p-type zinc oxide semiconductor growth method of the conventional electrical characteristics are very unstable and poor reproducibility, The present invention provides a technique for making a zinc oxide short wavelength light emitting device.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 발광 소자 제작 방법은 베이스 기판 상부에 n형 산화아연 박막을 성장시키는 단계와, 상기 n형 산화아연 박막 상부에 p형 산화아연 박막을 성장시키는 단계와, 상기 p형 산화아연 박막을 열처리 하여 활성화시키는 단계, 및 상기 n형 산화아연 박막과 p형 산화아연 박막 상부에 전극을 형성하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the light emitting device fabrication method comprises the steps of growing an n-type zinc oxide thin film on the base substrate, a p-type zinc oxide thin film on the n-type zinc oxide thin film, and the p-type Activating the zinc oxide thin film by heat treatment, and forming an electrode on the n-type zinc oxide thin film and the p-type zinc oxide thin film.
본 발명의 다른 발광 소자 제작 방법은 베이스 기판 상부에 n형 질화갈륨 박막을 성장시키는 단계와, 상기 n형 질화갈륨 박막 상부에 p형 산화아연 박막을 성장시키는 단계와, 상기 p형 산화아연 박막을 열처리 하여 활성화시키는 단계, 및 상기 n형 산화아연 박막과 p형 산화아연 박막 상부에 전극을 형성하는 단계를 포함한다.Another light emitting device manufacturing method of the present invention comprises the steps of growing an n-type gallium nitride thin film on the base substrate, a p-type zinc oxide thin film on the n-type gallium nitride thin film and the p-type zinc oxide thin film Activating by heat treatment, and forming an electrode on the n-type zinc oxide thin film and the p-type zinc oxide thin film.
본 발명의 다른 발광 소자 제작 방법은 산화아연 기판 상부에 p형 산화아연 박막을 성장시키는 단계와, 상기 p형 산화아연 박막을 열처리 하여 활성화시키는 단계, 및 산화아연 기판 상부와 p형 산화아연 박막 상부에 전극을 형성하는 단계를 포함한다.Another light emitting device manufacturing method of the present invention comprises the steps of growing a p-type zinc oxide thin film on the zinc oxide substrate, the step of thermally activating the p-type zinc oxide thin film, and the top of the zinc oxide substrate and the p-type zinc oxide thin film Forming an electrode in the.
본 발명의 다른 발광 소자 제작 방법은 베이스 기판 상부에 n형 산화아연 박막을 성장시키는 단계와, 상기 n형 산화아연 박막 상부에 p형 질화갈륨 박막과 p형 산화아연 박막을 순차적으로 성장시키는 단계와, 상기 p형 산화아연 박막을 열처리 하여 활성화시키는 단계, 및 상기 n형 산화아연 박막과 p형 산화아연 박막 상부에 전극을 형성하는 단계를 포함한다.Another light emitting device fabrication method of the present invention comprises the steps of growing an n-type zinc oxide thin film on the base substrate, and sequentially growing a p-type gallium nitride thin film and a p-type zinc oxide thin film on the n-type zinc oxide thin film; And thermally activating the p-type zinc oxide thin film, and forming an electrode on the n-type zinc oxide thin film and the p-type zinc oxide thin film.
본 발명의 다른 발광 소자 제작 방법은 베이스 기판 상부에 n형 질화갈륨 박막을 성장시키는 단계와, 상기 n형 질화갈륨 박막 상부에 p형 질화갈륨 박막과 p형 산화아연 박막을 순차적으로 성장시키는 단계와, 상기 p형 산화아연 박막을 열처리 하여 활성화시키는 단계, 및 상기 n형 질화갈륨 박막과 p형 산화아연 박막 상부에 전극을 형성하는 단계를 포함한다.Another light emitting device fabrication method of the present invention comprises the steps of growing an n-type gallium nitride thin film on the base substrate, and sequentially growing a p-type gallium nitride thin film and a p-type zinc oxide thin film on the n-type gallium nitride thin film; And activating the p-type zinc oxide thin film by heat treatment, and forming an electrode on the n-type gallium nitride thin film and the p-type zinc oxide thin film.
본 발명의 다른 발광 소자 제작 방법은 산화아연 기판 상부에 p형 질화아연 박막과 p형 산화아연 박막을 순차적으로 성장시키는 단계와, 상기 p형 산화아연 박막을 열처리 하여 활성화시키는 단계, 및 산화아연 기판 상부와 p형 산화아연 박막 상부에 전극을 형성하는 단계를 포함한다.Another light emitting device fabrication method of the present invention comprises the steps of sequentially growing a p-type zinc nitride thin film and a p-type zinc oxide thin film on the zinc oxide substrate, the step of heat treatment to activate the p-type zinc oxide thin film, and zinc oxide substrate And forming an electrode on the top and the p-type zinc oxide thin film.
본 발명에서 베이스 기판은 산화알루미늄(사파이어), 실리콘(Si), 비소화갈륨(GaAs), 탄화실리콘(SiC), 산화아연(ZnO)에서 선택되는 1종 이상의 원소 또는 화합물이 포함되는 것이 바람직하다.In the present invention, the base substrate preferably includes at least one element or compound selected from aluminum oxide (sapphire), silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), silicon carbide (SiC), and zinc oxide (ZnO). .
본 발명에서 n형 산화아연 박막을 증착시 사용되는 도판트 물질은 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In)에서 선택되는 1종 이상의 원소로 이루어지는 것이 바람직하다.In the present invention, the dopant material used for depositing the n-type zinc oxide thin film is preferably made of at least one element selected from aluminum (Al), gallium (Ga), and indium (In).
본 발명에서 p형 산화아연 박막을 증착하는데 사용하는 도판트 물질은 인(P), 레늄(Re), 리튬(Li), 나트륨(Na) 칼륨(K), 세슘(Cs), 안티모니(Sb), 납(Pb) 에서 선택되는 1종 이상의 원소로 이루어지는 것이 바람직하다.The dopant material used to deposit the p-type zinc oxide thin film in the present invention is phosphorus (P), rhenium (Re), lithium (Li), sodium (Na) potassium (K), cesium (Cs), antimony (Sb) ) And one or more elements selected from lead (Pb).
본 발명에서 상기 n형 산화아연 박막을 증착시키는 단계와 p형 산화아연 박막을 증착시키는 단계의 사이에는, 상기 n형 산화아연 박막 상부에 광발광 활성층으로 도핑되지 않은 산화아연 박막을 증착하는 단계를 더 포함한다.Between the step of depositing the n-type zinc oxide thin film and the step of depositing a p-type zinc oxide thin film in the present invention, the step of depositing a zinc oxide thin film doped with a photoluminescent active layer on the n-type zinc oxide thin film It includes more.
본 발명에서 상기 n형 산화아연 박막을 증착시키는 단계와 p형 산화아연 박막을 증착시키는 단계의 사이에는, 상기 n형 산화아연 박막 상부에 인듐(In) 또는 알루미늄(Al)이 포함된 질화갈륨(GaN)이나, 불순물을 포함하지 않는 질화갈륨(GaN), 산화아연마그네슘(ZnMgO), 산화아연카드뮴(ZnCdO)에서 선택되는 1종 이상의 화합물을 포함하는 단일 또는 다중 양자우물층을 증착하는 단계가 더 포함될 수 있다.In the present invention, between depositing the n-type zinc oxide thin film and depositing the p-type zinc oxide thin film, gallium nitride containing indium (In) or aluminum (Al) on the n-type zinc oxide thin film ( And depositing a single or multiple quantum well layer comprising at least one compound selected from GaN), gallium nitride (GaN), zinc magnesium oxide (ZnMgO), and zinc cadmium oxide (ZnCdO) containing no impurities. May be included.
본 발명에서 열처리는 300~1500℃ 에서 1~1000초간 이루어지는 것이 바람직하다.In the present invention, the heat treatment is preferably made for 1 to 1000 seconds at 300 ~ 1500 ℃.
본 발명에서 박막층의 두께는 1~1,000㎚인 것이 바람직하다.In the present invention, the thickness of the thin film layer is preferably 1 to 1,000 nm.
이하 첨부한 고면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying surface.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화아연 발광소자의 구조를 도시한 도면이다. 1 is a view showing the structure of a zinc oxide light emitting device according to an embodiment of the present invention.
상기 실시예에서 발광소자는 기판층, n형 산화 아연층, p형 산화 아연층, 전극층을 포함한다.In the above embodiment, the light emitting device includes a substrate layer, an n-type zinc oxide layer, a p-type zinc oxide layer, and an electrode layer.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자의 제작공정을 나타내는 플로우 차트이다.2 is a flowchart illustrating a manufacturing process of a light emitting device according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 발광소자 제작공정은 베이스 기판 위에 n형 산화아연 박막을 200~1000℃ 에서 약 0.5~2㎛의 두께로 성장시키는 단계와, 200~1000℃ 에서 약 0.3~20㎛의 두께로 인(P)이 도핑된 p형 산화 아연 박막을 그 위층으로 성장시키는 단계와, 300~1000℃ 이상에서 1~3분간 열처리를 하는 단계 및 n형 산화아연층과 p형 산화아연층에 각각 전극을 형성하는 단계를 포함한다.Referring to FIG. 2, the light emitting device fabrication process includes growing an n-type zinc oxide thin film on a base substrate to a thickness of about 0.5 to 2 μm at 200 to 1000 ° C., and about 0.3 to 20 μm at 200 to 1000 ° C. Growing p-type zinc oxide thin film doped with phosphorus (P) to the upper layer, heat-treating for 1 to 3 minutes at 300 to 1000 ° C or higher, and n-type zinc oxide layer and p-type zinc oxide layer, respectively. Forming an electrode.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 제작된 단파장 산화아연 발광 소자의 전압에 따른 전류 값(I-V curve) 변화를 보여주는 측정 결과이다.3 is a measurement result showing a change in current value (I-V curve) according to the voltage of a short wavelength zinc oxide light emitting device manufactured according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 이는 본 발명에 따른 방법으로 제작된 단파장 산화아연 발광 소자의 전압의 변화에 따른 전류값 변화를 나타낸 것으로, 기존에 제작되었던 다이오드들의 전류-전압 곡선의 모양과는 달리 전형적인 다이오드 특성을 잘 보여준다.Referring to FIG. 3, this shows a change in current value according to a change in voltage of a short wavelength zinc oxide light emitting device manufactured by the method according to the present invention, and is a typical diode unlike the shape of a current-voltage curve of conventional diodes. Show the characteristics well.
이하, 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만 이 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시되는 것일 뿐 본 발명의 권리범위가 이들 실시예에 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 아니된다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments. However, this embodiment is only presented to understand the content of the present invention and should not be construed that the scope of the present invention is limited to these embodiments.
<실시예> < Example>
도 4는 본 발명에 사용되는 스퍼터링 방법 장치의 개략도이다. 스퍼터링 장치는 진공 또는 반응 가스가 채워진 챔버 안에 다층 박막을 증착시킬 수 있는 여러 개의 타겟(도4의2,3,4)이 존재하고, 타겟 홀더와 기판(도 4의 5) 간의 거리를 조절할 수 있다. 4 is a schematic diagram of a sputtering method apparatus used in the present invention. The sputtering apparatus has a plurality of targets (2, 3 and 4 in FIG. 4) capable of depositing a multilayer thin film in a chamber filled with vacuum or reactive gas, and can control the distance between the target holder and the substrate (5 in FIG. 4). have.
스퍼터 챔버 내부의 압력은 10mTorr~20mTorr 이고, 아르곤과 산소의 비율을 1:1~3:1로 유지하면서 베이스 기판의 온도를 200~1200℃ 로 유지한 뒤, n형 산화아연 박막을 교류전력 60~150W를 공급해서 증착시킨다. 이 때, 교류 전력이 충분히 공급되지 않거나 지나치게 많으면 양질의 박막을 형성할 수 없다. The pressure inside the sputter chamber is 10mTorr ~ 20mTorr, while maintaining the ratio of argon and oxygen at 1: 1 ~ 3: 1, while maintaining the temperature of the base substrate at 200 ~ 1200 ℃, the n-type zinc oxide thin film is changed to AC power 60 Supply ~ 150W to deposit. At this time, when the AC power is not sufficiently supplied or excessively high, a thin film of good quality cannot be formed.
n형 산화아연 박막을 만드는데 사용하는 타겟은 산화아연과 Al2O3, Ga2 O3, In2O3을 97:3~99.9:0.1의 질량 비율로 혼합된 것을 사용한다. 도판트 물질들의 질량비가 높아질수록 박막의 특성이 나빠지며, 제시된 양보다 적으면 도판트의 양이 충분히 공급되지 않는 단점이 있다.The target used to make the n-type zinc oxide thin film is a mixture of zinc oxide and Al 2 O 3 , Ga 2 O 3 , In 2 O 3 in a mass ratio of 97: 3 ~ 99.9: 0.1. The higher the mass ratio of the dopant materials, the worse the characteristics of the thin film, and less than the suggested amount has a disadvantage that the amount of the dopant is not supplied enough.
스퍼터 반응기 내부의 압력을 일정하게 유지하면서, 교류 전력 60~150W, 온도를 200~1000℃ 사이로 유지하고, 상기 박막층 위에 인(P)이 도핑된 p형 산화아연 박막을 증착시키는데, 이때 사용하는 타겟은 산화아연과 P2O5, P, Zn2 P2O7, Zn3P2을 97:3~99.9:0.1의 질량 비율로 혼합된 것을 사용한다.While maintaining a constant pressure inside the sputter reactor, the AC power is maintained between 60-150W, the temperature between 200-1000 ° C, and a phosphorus (P) -doped p-type zinc oxide thin film is deposited on the thin film layer. Silver zinc oxide is mixed with P 2 O 5 , P, Zn 2 P 2 O 7 and Zn 3 P 2 in a mass ratio of 97: 3 to 99.9: 0.1.
상기 제작된 소자를 온도 300~1000℃ , 질소와 대기 분위기에서 1~3분간 열처리를 한다. 이로써 P로 도핑된 산화아연 박막은 인(P)의 활성화로 인하여 전기적으로 p형이 되는데, 정공의 농도는 약 1 x 1018~1.7 x 1019 ㎝-3 이고, 정공의 이동도는 약 0.5~3.5 ㎠/Vㆍs 가된다. 뿐만 아니라, 사파이어 위에 형성되었던 n형 산화아연 층의 전자 농도 또한 약 1 x 1018~1 x 1021 ㎝-3 이고, 전자의 이동도는 약 1~100㎠/Vs 가 된다. 열처리 방법을 이용하면 박막의 결정성 또한 크게 향상되어 비발광 중심 결함들이 감소하기 때문에 발광 소자의 효율을 증가시킬 수 있다.The produced device is heat-treated for 1 to 3 minutes in a temperature of 300 ~ 1000 ℃, nitrogen and air atmosphere. As a result, the zinc oxide thin film doped with P becomes electrically p-type due to the activation of phosphorus (P), and the hole concentration is about 1 x 10 18 to 1.7 x 10 19 cm -3 , and the hole mobility is about 0.5. It becomes -3.5 cm <2> / V * s. In addition, the electron concentration of the n-type zinc oxide layer formed on the sapphire is also about 1 x 10 18 -1 x 10 21 cm -3 , and the electron mobility is about 1-100 cm 2 / Vs. When the heat treatment method is used, the crystallinity of the thin film is also greatly improved, and thus the efficiency of the light emitting device can be increased because non-emitting center defects are reduced.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 장시간동안 고온에서도 전기적 특성이 변하지 않고 안정적으로 존재할 수 있는 p형 산화아연 박막을 스퍼터링 방법으로 경제적으로 제작할 수 있고, 이를 바탕으로 동작 시간이 길고, 전기적 특성이 안정적이며, 광효율이 우수한 단파장 발광 소자를 제작할 수 있다는 장점이 있다.As described above, according to the present invention, a p-type zinc oxide thin film which can stably exist even at high temperature for a long time can be economically manufactured by sputtering method, and the operation time is long and the electrical property is stable based on this. And, there is an advantage that can be produced a short wavelength light emitting device excellent in light efficiency.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and modified within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. It will be appreciated that it can be changed.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단파장 ZnO 발광 소자 중 베이스 기판 위에 산화아연을 주재료로 하는 p-n 접합층의 구조를 보여주는 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a p-n junction layer mainly composed of zinc oxide on a base substrate of a short wavelength ZnO light emitting device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단파장 산화아연 발광 소자의 제조과정을 나타내는 플로우차트이다.2 is a flowchart illustrating a manufacturing process of a short wavelength zinc oxide light emitting device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단파장 산화아연 발광 소자의 전압에 따른 전류 값(I-V curve) 변화를 보여주는 측정 결과이다.3 is a measurement result showing a change in the current value (I-V curve) according to the voltage of the short wavelength zinc oxide light emitting device according to the embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명에 사용된 스퍼터링 장치의 모식도이다.4 is a schematic diagram of a sputtering apparatus used in the present invention.
{도면의 주요부호에 대한 설명}{Description of major symbols in the drawing}
101 : 베이스 기판 102 : n형 산화 아연101: base substrate 102: n-type zinc oxide
103 : p형 산화 아연 104 : 전극103: p-type zinc oxide 104: electrode
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