KR20070046108A - 발광 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
발광 소자의 출광면에 있어서 방위에 따른 광 강도의 불균일이 적은 발광 소자를 제공한다. 본 발명의 발광 소자는 발광부(6)를 개재하여 제1 도전형층(5)과 제2 도전형층(7)을 가지는 적층체와, 당해 적층체의 제2 도전형층(7) 위에 마련한 금속 박막층(9)과, 당해 금속 박막층(9) 위에 마련한 투명 도전체(12)를 구비한 발광 소자(1)로서, 상기 투명 도전체(12)는 단층의 투명 도전막(10)으로 이루어지고, 당해 투명 도전막(10)의 출광면(10ㅄ)에서의 결정 입경을 30nm 이상 300nm 이하로 한다.
Description
본 발명은 화합물 반도체층으로부터 광을 취출하는 화합물 반도체의 발광 소자에 관한 것으로, 특히 투명 도전막을 창(窓)극으로 이용한 화합물 반도체의 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본원은 2004년 7월 30일에 출원된 일본국 특허 출원 제2004-223980호, 제2004-223981호 및 제2004-223982호 및 2005년 7월 11일에 출원된 일본국 특허 출원 제2005-201581호에 대해 우선권을 주장하여 그 내용을 여기에 원용한다.
GaN, AlGaN, InGaN 및 InGaAlN 등의 질화갈륨계 화합물 반도체는 녹색이나 청색 등의 가시광 발광 디바이스로서 주목을 받고 있다.
이들 질화갈륨계 화합물 반도체를 사용한 광디바이스의 제조에 있어서는, 질화갈륨계 화합물 반도체와 격자 정합하는 기판이 적다는 것으로부터, 일반적으로 사파이어가 결정 성장용의 기판으로서 사용된다. 그리고 사파이어와 같은 절연성의 기판을 사용할 경우에는 다른 GaAs나 InP 등의 도전성을 가지는 반도체 기판을 사용한 발광 소자와는 달리 기판 쪽에서 전극을 취출할 수 없기 때문에, 반도체층에 마련하는 p측 전극 및 n측 전극은 반도체층을 적층시키는 기판의 일면 쪽에 형성하 게 된다.
그리하여 발광하는 광의 투과성 저하를 억제하기 위해 투광성의 전극을 마련한 질화갈륨계 화합물 반도체 발광 소자가 제안되어 있다(예컨대, 특허 문헌 1 참조).
도 1은 투광성 전극을 마련한 종래의 질화갈륨계 화합물 반도체 발광 소자의 일례를 나타내는 단면도이다. 질화갈륨계 화합물 반도체 발광 소자(300)는 사파이어 기판(301)의 한쪽 면(도 1의 상면)에 GaN 버퍼층(303)을 개재하여 n형 GaN층(305)이 마련되고, 이 n형 GaN층(305)의 한쪽 면(도 1의 상면)에 p형 도판트인 Mg를 포함하는 p형 GaN층(307)과 Ti/Au 등으로 이루어지는 n측 전극(309)이 마련되어 있다. 그리고 n측 전극(309)은 그 주위를 SiO2막(311a)으로 둘러싸여 p형 GaN층(307)과 전기적으로 절연되어 있다.
한편, p형 GaN층(307) 위에는 SiO2막(311b)과 Mg가 들어간 금속 박막층(313)이 마련되며, 또한 이 금속 박막층(313) 위에는 전류 확산용으로서 주석-첨가 산화인듐(ITO)막으로 이루어지는 두께 100nm의 투명 도전막(315)이 마련되고, SiO2막(311b) 상부와 투명 도전막(315)의 일부를 덮도록 Ti/Au 등으로 이루어지는 p측 전극(317)이 마련되어 있다.
즉, 이 구성에 있어서는 n형 GaN층(305)과 p형 GaN층(307)의 접합 계면에서 발광되는 광을 투명 도전막(315)을 통해 취출할 수 있다. 그리고 도 1에 있어서 점선은 p측 전극(317)으로부터 투명 도전막(315)을 통해 접합 계면에 흐르는 전류의 흐름을 나타낸다. 한편, 일점쇄선은 접합 계면으로부터 발광되는 광이 주로 투명 도전막(315)을 통해 외부에 방사되는 상황을 도시한다.
주석-첨가 산화인듐(ITO)막으로 이루어지는 투명한 도전 막(315)은 n형 불순물인 Sn을 포함하기 때문에, 일반적으로 p형 GaN층(317)의 위에는 형성할 수 없기 때문에, p형 GaN층(317)과 비교적 오믹 콘택을 취하기 쉬운 Mg를 포함하는 금속 박막층(313)을, 발광한 광에 대해 70%의 투과율을 가질 수 있는 두께인 2nm의 두께로 형성하고, 또한 금속 박막층(313)의 시트 저항을 저감시키기 위해 두께 100nm의 투명 도전막(315)이 형성되어 있다.
금속 박막층(313)은 Mg/Ni=1nm/2nm의 증착막 상에 투명 도전막(315)을 성막한 후, 500℃, 10분의 어닐링 처리를 행함으로써 p형 GaN층(307)과의 사이의 밀착성과 오믹 콘택이 달성된다. 금속 박막층(313)은 Mg를 포함하기 때문에, 이대로 어닐링 처리를 하면, 금속 박막층(313)이 증발하여 소실 혹은 박막화되어 버리지만, 금속 박막층(313) 위에 마련된 투명 도전막(315)이 보호막으로서 작용하기 때문에, 금속 박막층(313)의 증발이나 소실을 막고, 이에 의해 전극 프로세스상의 금속 막 두께의 제어성 저하와 이에 따른 발광 소자의 I-V 특성의 악화를 피하고 있다.
또한 p형 도판트인 Mg를 도핑한 p형 GaN층의 위에 전류 확산층으로서 첫째 층에 진공 증착법에 의해 주석-첨가 산화인듐(ITO)막을 형성하고, 그 위에 스파터링법에 의해 둘째 층의 주석-첨가 산화인듐(ITO)막을 형성하여 투명 도전막을 마련한 것이 제안되어 있다(예컨대, 특허 문헌 2 참조).
도 2는 이와 같은 2층의 주석-첨가 산화인듐을 형성한 질화갈륨계 화합물 반 도체 발광 소자(400)의 단면도이다. 사파이어 기판(410)의 한쪽 면에 AlN 버퍼층(420), 두께 약 1.2μm의 Si-도프트 GaN층(430), n형 GaN과 n형 InGaN의 다중 양자웰(MQW)로 이루어지는 두께 약 40nm의 활성층(440), AlN과 p형 GaN의 초격자로 이루어지는 두께 약 20nm의 캐핑층(450), 두께 약 200nm의 Mg-도프트 GaN층(460), 두께 수nm의 Zn막(470)이 순서대로 마련되고, 이 위에 두께 약 10nm의 하측 투명 도전막인 하측 주석-첨가 산화인듐막(481)과, 이 하측 주석-첨가 산화인듐막(481) 위에 상측 투명 도전막인 두께 약 500nm의 상측 주석-첨가 산화인듐막(482)이 형성되는 투명 도전막(480)이 마련되며, 또한 일부 노출된 Si-도프트 GaN층(430) 위에 n형 전극(491)이, 상측 주석-첨가 산화인듐막(482) 위에 p형 전극(492)이 마련되어 있다.
하측 주석-첨가 산화인듐막(481)을 진공 증착법으로 형성하고, 상측 주석-첨가 산화인듐막(482)을 스파터링법으로 형성하고 있다는 것으로부터, 스파터링법에 의해서만 투명 도전막(480)을 형성한 경우에 비교하면, 하측 주석-첨가 산화인듐막(481)을 진공 증착법으로 형성한 것이 Mg-도프트 GaN층(460)의 손상이 적어져서 동작 전압이 낮고 또한 광의 외부로의 인출 효율이 양호한 화합물 반도체 발광 소자(400)가 얻어진다고 기재되어 있다.
또한 주석-첨가 산화인듐으로 이루어지는 투명 도전막이 아니라 금속으로 이루어지는 투광성의 전극을 마련한 질화갈륨계 화합물 반도체 발광 소자가 제안되어 있다(예컨대, 특허 문헌 3 참조).
도 3은 이 일례로서 Ni, Au를 증착하여 투광성 전극(505)을 형성한 질화갈륨 계 화합물 반도체 발광 소자(500)의 단면도이다. 사파이어 기판(501)의 한쪽 면에 n형 GaN층(502), p형 GaN층(503)이 순서대로 마련되고, p형 GaN층 위에 Ni/Au로 이루어지는 금속의 투광성 전극(505)이 마련되어 있다. 투광성 전극(505)은 증착 장치로 p형 GaN층(503) 위에 Ni를 30nm, Ni 위에 Au를 70nm의 두께로 증착하고, 증착 후 어닐링 장치로 500℃에서 10분간 어닐링하여 합금화함과 동시에 투광성으로 한 것으로, 발광 효율, 제조 수율이 양호한 발광 다이오드를 제조할 수 있다고 기재되어 있다.
특허 문헌 1: 일본국 특허 제3207773호 공보
특허 문헌 2: 일본국 특허 제3394488호 공보
특허 문헌 3: 일본국 특허 제2803742호 공보
그렇지만 상기 질화갈륨계 화합물 반도체 발광 소자(300, 400, 500)에 있어서는 투명 도전체(315, 480)나 투광성 전극(505)의 굴절률이 약 2.0으로 공기층의 굴절률이 약 1.0이기 때문에, 발광층에서 발광한 광이 투명 도전체나 투광성 전극을 통해 공기층으로 출광될 때에 투명 도전체나 투광성 전극과 공기층의 계면(출광면)에서의 전반사 비율이 커져 방위에 의해 광의 강도가 다르다는 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 투명 도전체로 이루어지는 출광면에 있어서 전반사 비율을 억제하여 방위에 따른 광의 강도의 불균일이 적은 발광 소자를 제공하는 것을 과제로 한다.
또한 본 발명은 투명 도전막의 내열성을 향상시킴으로써 금속 박막층의 오믹 콘택을 달성하기 위한 어닐링 처리를 해도 투명 도전막의 산화를 방지하여 비저항 증대를 억제할 수 있으며, 창극으로서 기능을 하는 투명 도전막이 갖는 투과율의 안정성이 우수한 화합물 반도체의 발광 소자를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 제1 양태에 관련된 발광 소자는 제1 도전형층과, 제2 도전형층과, 상기 제1 도전형층 및 제2 도전형층 사이에 개재하는 발광부를 가지는 적층체와; 당해 적층체의 제2 도전형층 상에 마련한 금속 박막층; 및 당해 금속 박막층 상에 마련한 투명 도전체를 구비한 발광 소자에 있어서, 상기 투명 도전체는 단층의 투명 도전막으로 이루어지고, 당해 투명 도전막의 출광면에서의 결정 입경이 30nm 이상 300nm 이하임을 특징으로 하고 있다.
이와 같은 구성에 있어서 발광부란 제1 도전형층과 제2 도전형층 사이에 위치하는 층 또는 제1 도전형층과 제2 도전형층의 계면을 의미한다.
본 발명의 제1 양태에 관련된 발광 소자의 제조 방법은 제1 도전형층과, 제2 도전형층과, 상기 제1 도전형층 및 제2 도전형층 사이에 개재하는 발광부를 가지는 적층체; 당해 적층체의 제2 도전형층 상에 마련한 금속 박막층; 및 당해 금속 박막층 상에 마련한 단층의 투명 도전막으로 이루어지는 투명 도전체를 구비한 발광 소자의 제조 방법에 있어서, 상기 투명 도전막의 막 두께를 변화시킴으로써 당해 투명 도전막의 출광면에서의 결정 입경을 제어하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 제2 양태에 관련된 발광 소자는 제1 도전형층과, 제2 도전형층과, 상기 제1 도전형층 및 제2 도전형층 사이에 개재하는 발광부를 가지는 적층체와; 당해 적층체의 제2 도전형층 상에 마련한 금속 박막층과; 당해 금속 박막층 상에 마련한 투명 도전체를 구비한 발광 소자에 있어서, 상기 투명 도전체는 2층 이상의 투명 도전막으로 이루어지며, 최외층을 이루는 투명 도전막의 출광면에서의 결정 입경이 30nm 이상 300nm 이하임을 특징으로 하고 있다.
이와 같은 구성에 있어서 발광부란 제1 도전형층과 제2 도전형층 사이에 위치하는 층 또는 제1 도전형층과 제2 도전형층의 계면을 의미한다.
본 발명의 제2 양태의 발광 소자의 제조 방법은 제1 도전형층과, 제2 도전형층과, 상기 제1 도전형층 및 제2 도전형층 사이에 개재하는 발광부를 가지는 적층체와; 당해 적층체의 제2 도전형층 상에 마련한 금속 박막층과; 당해 금속 박막층 상에 마련한 2층 이상의 투명 도전막으로 이루어지는 투명 도전체를 구비한 발광 소자의 제조 방법에 있어서, 상기 투명 도전체에 있어서 최외층을 이루는 투명 도전막의 막 두께를 변화시킴으로써 당해 투명 도전막의 출광면에서의 결정 입경을 제어하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 제3 양태에 관련된 발광 소자는 제1 도전형층과, 제2 도전형층과, 상기 제1 도전형층 및 제2 도전형층 사이에 개재하는 발광부를 갖는 적층체와; 당해 적층체의 제2 도전형층 상에 마련한 금속 박막층과; 당해 금속 박막층 상에 마련한 투명 도전체를 구비한 발광 소자에 있어서, 상기 투명 도전체는 2층 이상의 투명 도전막으로 이루어지며, 상층의 적어도 1층은 최하층을 이루는 층보다 내열성이 높은 것을 특징으로 하고 있다.
이와 같은 구성에 있어서 발광부란 제1 도전형층과 제2 도전형층 사이에 위치하는 층 또는 제1 도전형층과 제2 도전형층의 계면을 의미한다.
본 발명의 제3 양태에 관련된 발광 소자의 제조 방법은 제1 도전형층과, 제2 도전형층과, 상기 제1 도전형층 및 제2 도전형층 사이에 개재하는 발광부를 가지는 적층체와; 당해 적층체의 제2 도전형층 상에 마련한 금속 박막층과; 당해 금속 박막층 상에 마련한 투명 도전체를 구비한 발광 소자의 제조 방법에 있어서, 상기 투명 도전체 중 최하층을 이루는 투명 도전막으로서 주석-첨가 산화인듐(ITO), 산화인듐(IO), 산화아연(ZO), 안티몬-첨가 산화아연(SbZO), Ga-첨가 산화아연(GZO), 알루미늄-첨가 산화아연(AlZO) 또는 붕소-첨가 산화아연(BZO)으로 이루어지는 막을 스프레이 열분해법을 사용하여 성막하는 공정과, 상기 상층의 적어도 1층을 이루는 투명 도전막으로서 산화주석(TO) 또는 불소-첨가 산화주석(FTO)으로 이루어지는 막을 스프레이 열분해법을 사용하여 성막하는 공정을 적어도 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 제1 양태 및 제2 양태에 관련된 발광 소자는 발광부에서 발광한 광이 투명 도전체로부터 공기층으로 출광할 때, 그 출광면의 결정립의 크기에 의한 요철(凹凸)이나 결정 입계에 의해 산란되기 때문에, 다방향으로 강도의 불균일이 적은 광이 발광된다.
또한 본 발명의 제1 양태 및 제2 양태에 관련된 발광 소자의 제조 방법은 투명 도전체의 막 두께를 변화시킴으로써 출광면에서의 결정 입경을 제어하여 출향되는 광의 불균일을 적게 할 수 있다.
본 발명의 제3 양태에 관련된 발광 소자는 이것을 구성하는 투명 도전체가 2층 이상의 투명 도전막으로 이루어지기 때문에, 개개의 층마다 기능 분담시킬 수 있다.
특히, 최하층을 이루는 투명 도전막이 고도전성과 고투광성을 가지고, 상층의 적어도 1층을 이루는 투명 도전막이 상기 최하층을 이루는 투명 도전막보다 높은 내열성을 구비함으로써 최하층을 이루는 투명 도전막은 그 산화가 방지됨과 동시에 그 비저항의 증대와 광투과율의 저하도 억제된다.
또한 본 발명의 제3 양태에 관련된 발광 소자의 제조 방법은 투명 도전체를 이루는 어느 투명 도전막도 스프레이 열분해법을 사용하기 때문에, 대기 중에 있어서 박막의 형성이 가능하며, 감압 시스템이 불필요한 것에서 제조 비용을 저감할 수 있다.
도 1은 종래의 질화갈륨계 화합물 반도체 발광 소자의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 2는 종래의 질화갈륨계 화합물 반도체 발광 소자의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 3은 종래의 질화갈륨계 화합물 반도체 발광 소자의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 양태에 관련된 발광 소자의 실시예의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 양태의 평가 방법을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 양태에 관련된 발광 소자의 실시예의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 양태의 평가 방법을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제3 양태에 관련된 발광 소자의 실시예의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제3 양태에 관련된 발광 소자 다른 실시예의 일례를 도시하는 단면도이다.
<부호의 설명>
1, 31, 51 ; 발광 소자 5, 35, 55 ; 제1 도전형층
6, 36, 56 ; 발광부 7, 37, 57 ; 제2 도전형층
9, 39, 59 ; 금속 박막층 10, 40, 41, 60, 61 ; 투명 도전막
10' ; 출광면 12, 42, 62 ; 투명 도전체.
이하, 본 발명의 발광 소자에 대해 첨부된 도면에 근거하여 구체적으로 설명한다. 그리고 이 형태는 발명의 취지를 더욱 양호하게 이해하기 위해 구체적으로 설명하는 것으로, 특별히 지정이 없는 한 본 발명을 한정하는 게 아니다.
제1 양태
도 4는 본 발명의 제1 양태에 관련된 발광 소자의 실시예의 일례를 도시하는 단면도다.
그리고 이하에 있어서는 발광부가 층을 이루는 경우에 대해 기술하지만, 계 면 발광의 경우에는 제1 도전형층과 제2 도전형층의 계면이 발광부로서 기능을 한다.
본 발명의 제1 양태의 발광 소자(1)는 사파이어 기판(2)의 한쪽 면(도 4의 상면)에 GaN 버퍼층(3)을 개재하여 Si를 도펀트로 하는 n형 GaN층(4)이 마련되고, 이 n형 GaN층(4)을 개재하여 Si를 도펀트로 하는 n형 AlGaN층(주된 제1 도전형층)(5)이 마련되어 있다. 그리고 이 n형 AlGaN층(5)을 개재하여 InGaN과 GaN의 다중 양자웰(MQW) 구조가 되는 발광부(6), 발광부(6)를 개재하여 p형 도펀트인 Mg를 포함하는 p형 AlGaN층(주된 제2 도전형층)(7), p형 AlGaN층(7)을 개재하여 마찬가지로 Mg를 도펀트로 하는 p형 GaN층(8), p형 GaN층(8)을 개재하여 Ni로 이루어지는 금속 박막층(9), 금속 박막층(9)을 개재하여 단층의 투명 도전막(10)으로 이루어지는 투명 도전체(12)가 마련되어 있다. 그리고 이 투명 도전체(12)의 표면 주연(周緣)의 일부에서는 p측 전극(13)이 마련되고, 한편 n형 GaN층(4)의 주연부의 일부 위에 적층된 각층이 제거되어 노출된 n형 GaN층(4) 위에 n측 전극(14)이 마련되어 있다.
여기서 투명 도전체(12)는 주석-첨가 산화인듐(이하, ITO막이라고 함), 산화주석(이하, TO막이라고 함), 산화아연(이하, ZnO막이라고 함), 안티몬-첨가 산화아연(이하, SbZO막이라고 함) 또는 불소-첨가 산화주석(이하, FTO막이라고 함) 중 어느 1종의 금속 산화물로 이루어지며, 스프레이 열분해법, CVD법, 스파터링법, 진공 증착법, 졸겔법, 페이스트법 등으로 성막되지만, 막 두께를 두껍게 함으로써 결정 입경이 커진다.
본 발명의 제1 양태에 관련된 발광 소자는 출광면의 결정 입경이 100nm 이상 200nm 이하인 것에 의해 더욱 효율적으로 산란되기 때문에, 발광되는 광도의 불균일이 더욱 적어진다.
이하, 스프레이 열분해법에 의해 ITO막으로 이루어지는 투명 도전체의 막 두께를 여러 가지로 변화시켜 발광 소자를 제작했다. 스프레이 열분해법에 의한 ITO 성막 조건은 염화인듐(수화물)과 염화주석(수화물)을 주석의 첨가량이 인듐에 대해 원소비로 5at%가 되도록 배합하여 에탄올액에 용해한 액을 350℃로 가열한 금속 박막층(9)에 분무하여 행했다.
[실시예 1-1]
사파이어 기판(2)의 한쪽 면에 n형 GaN층(4), n형 AlGaN층(5), InGaN과 GaN의 다중 양자웰(MQW) 구조가 되는 발광부(6), p형 AlGaN층(7), p형 GaN층(8), Ni로 이루어지는 금속 박막층(9)의 순서대로 적층된 웨이퍼를 준비하고, 이 금속 박막층(9) 위에 두께 100nm의 ITO막으로 이루어지는 투명 도전막(10)을 형성했다. ITO막으로 이루어지는 투명 도전막(10)의 표면(출광면(10'))의 결정 입경은 30nm이었다.
다음으로, 투명 도전체(12) 위에 마스크를 형성한 후, n형 GaN층(4)의 한쪽 면의 주연부가 노출될 때까지 식각을 행하고, 노출된 n형 GaN층(4) 위에 Al을 두께 약 0.4μm 증착하여 n측 전극(14)을 형성했다. 한편, 마스크를 뗀 투명 도전체(12)(투명 도전막(10)) 위의 주연 일부에 증착법에 의해 Al을 두께 약 0.8μm 증착하여 p측 전극(13)을 마련했다.
이 질화갈륨계 화합물층을 형성한 사파이어 기판(2)을 300μm 각으로 다이싱하여 베어칩으로 하고, 이 베어칩을 스템 상에 다이 본딩에 의해 실장하며, 와이어 본딩에 의해 배선하여 발광 소자(1)를 제작했다.
[실시예 1-2]
실시예 1-1에서의 ITO막의 막 두께를 320nm, 출광면의 결정 입경을 100nm로 한 것 이외에는 실시예 1-1과 마찬가지로 발광 소자(1)를 제작했다.
[실시예 1-3]
실시예 1-1에서의 ITO막의 막 두께를 850nm, 출광면의 결정 입경을 20Onm로 한 것 이외에는 실시예 1-1과 마찬가지로 발광 소자(1)를 제작했다.
[실시예 1-4]
실시예 1-1에서의 ITO막의 막 두께를 1,000nm, 출광면의 결정 입경을 30Onm로 한 것 이외에는 실시예 1-1과 마찬가지로 발광 소자(1)를 제작했다.
[비교예 1-1]
실시예 1-1에서의 ITO막의 막 두께를 40nm, 출광면의 결정 입경을 10nm으로 한 것 이외에는 실시예 1-1과 마찬가지로 발광 소자를 제작했다.
[비교예 1-2]
실시예 1-1에서의 ITO막의 막 두께를 1,200nm, 출광면의 결정 입경을 400nm로 한 것 이외에는 실시예 1-1과 마찬가지로 발광 소자를 제작했다.
[평가 및 평가 결과]
실시예 1-1∼1-4와 비교예 1-1, 1-2에서 제작한 발광 소자를 발광시키고, 도 5에 도시된 바와 같이, 90°(연직) 방향의 광 강도와 30° 방향의 광 강도를 측정하며, 90°(연직) 방향의 광 강도(I90)에 대한 30°방향의 광 강도(I30)의 비(I30/I90)가 0.2 미만을 C, 0.2 이상 및 0.5 미만을 B, 0.5 이상을 A로 평가했다. 즉, 비(I30/I90)가 클수록 방위에 의한 광의 편광이 적어져 있다고 할 수 있다. 평가 결과를 표 1에 나타낸다.
| 막 두께(nm) | 결정 입경(nm) | 평가 결과 | |
| 실시예 1-1 | 100 | 30 | B |
| 실시예 1-2 | 320 | 100 | A |
| 실시예 1-3 | 850 | 200 | A |
| 실시예 1-4 | 1,000 | 300 | B |
| 비교예 1-1 | 40 | 10 | C |
| 비교예 1-2 | 1,200 | 400 | C |
투명 도전체(12)를 ITO막 대신에 TO막, ZnO막, SbZO막 또는 FTO막으로 이루어지는 투명 도전막(10)이라고 했지만, 모두 ITO막과 같은 결과가 얻어졌다. 또한 투명 도전막(10)을 스프레이 열분해법 대신에 CVD법, 스파터링법, 진공 증착법, 졸겔법, 페이스트법으로 성막했지만, 스프레이 열분해법과 같은 결과가 얻어졌다.
제2 양태
도 6은 본 발명의 제2 양태에 관련된 발광 소자의 실시예의 일례를 도시하는 단면도이다.
그리고 이하에 있어서는 발광부가 층을 이루는 경우에 대해 기술하지만, 계면 발광의 경우에는 제1 도전형층과 제2 도전형층의 계면이 발광부로서 기능을 한다.
본 발명의 제2 양태의 발광 소자(31)는 사파이어 기판(32)의 한쪽 면(도 6의 상면)에 GaN 버퍼층(33)을 개재하여 Si를 도펀트로 하는 n형 GaN층(34)이 마련되고, 이 n형 GaN층(34)을 개재하여 Si를 도펀트로 하는 n형 AlGaN층(주된 제1 도전형층)(35)이 마련되어 있다. 그리고 이 n형 AlGaN층(35)을 개재하여 InGaN과 GaN의 다중 양자웰(MQW) 구조가 되는 발광층(36), 발광층(36)을 개재하여 p형 도펀트인 Mg를 포함하는 p형 AlGaN층(주된 제2 도전형층)(37), p형 AlGaN층(37)을 개재하여 마찬가지로 Mg를 도펀트로 하는 p형 GaN층(38), p형 GaN층(38)을 개재하여 Ni로 이루어지는 금속 박막층(39), 금속 박막층(39)을 개재하여 2층의 투명 도전막(40, 41)으로 이루어지는 투명 도전체(42)가 마련되어 있다.
그리고 이 투명 도전체(42)의 표면 주연의 일부에서는 p측 전극(43)이 마련되고, 한편 n형 GaN층(34)의 주연부의 일부 위에 적층된 각층이 제거되어 노출된 n형 GaN층(34) 위에 n측 전극(44)이 마련되어 있다.
여기서 투명 도전체(42)는 그 최외층이 불소-첨가 산화인듐(이하, FTO막이라고 함) 또는 산화주석(이하, TO막이라고 함)으로 이루어지는 투명 도전막(41)으로, 내층의 적어도 1층이 주석-첨가 산화인듐(이하, ITO막이라고 함), TO막, 산화아연(이하, ZnO막이라고 함), 안티몬-첨가 산화아연(이하, SbZO막이라고 함) 또는 FTO막으로 이루어지는 투명 도전막(40)이다. 그리고 어느 투명 도전막도 스프레이 열분해법, CVD법, 스파터링법, 진공 증착법, 졸겔법, 페이스트법 등으로 성막되며, 막 두께를 두껍게 함으로써 결정 입경이 커진다.
본 발명의 제2 양태에 관련된 발광 소자는 출광면의 결정 입경이 100nm 이상 200nm 이하인 것에 의해 더욱 효율적으로 산란되기 때문에, 발광되는 광 강도의 불균일이 더욱 적어진다.
이하, 스프레이 열분해법에 의해 ITO막으로 이루어지는 내층의 투명 도전막(40)과, FTO막으로 이루어지는 외층의 투명 도전막(41)을 형성하고, 이 FTO막으로 이루어지는 투명 도전막(41)의 막 두께를 여러 가지로 변화시켜 발광 소자를 제작했다.
ITO막은 염화인듐(수화물)과 염화주석(수화물)을 주석의 첨가량이 인듐에 대해 원소비로 5at%가 되도록 배합하고 에탄올액에 용해한 액을 350℃로 가열한 금속 박막층(39) 위에 분무하여 형성했다.
FTO막은 불소의 첨가량이 주석에 대해 수ppm∼수천ppm 정도가 되도록 염화주석(수화물)의 에탄올액과 불화암모늄의 포화 수용액을 혼합한 액을 550℃로 가열한 ITO막 상에 분무하여 형성했다.
[실시예 2-1]
사파이어 기판(32)의 한쪽 면에 n형 GaN층(34), n형 AlGaN층(35), InGaN과 GaN의 다중 양자웰(MQW) 구조가 되는 발광층(36), p형 AlGaN층(37), p형 GaN층(38), Ni로 이루어지는 금속 박막층(39)의 순서대로 적층된 웨이퍼를 준비하고, 350℃로 가열한 금속 박막층(39) 위에 두께 350nm의 ITO막(40)을 형성한 후, ITO막을 550℃로 승온 하며, ITO막 상에 120nm의 FTO막(41)을 형성했다. FTO 투명 도전막(41)의 표면(출광면(41'))의 결정 입경은 30nm이었다.
다음으로, 투명 도전체(42) 위에 마스크를 형성한 후, n형 GaN층(34) 한쪽 면의 주연부가 노출될 때까지 식각을 행하고, 노출된 n형 GaN층(34) 위에 Al을 두께 약 0.4μm 증착하여 n측 전극(44)을 형성했다. 한편, 마스크를 뗀 투명 도전체(42)(FTO막(41)) 위의 주연의 일부에 증착법에 의해 Al을 두께 약 0.8μm 증착하여 p측 전극(43)을 마련했다.
이 질화갈륨계 화합물층을 형성한 사파이어 기판(32)을 300μm 각으로 다이싱하여 베어칩으로 하고, 이 베어칩을 스템 상에 다이 본딩에 의해 실장하며, 와이어 본딩에 의해 배선하여 발광 소자(31)를 제작했다.
[실시예 2-2]
실시예 2-1에 있어서의 FTO막의 막 두께를 340nm, 출광면의 결정 입경을 100nm로 한 것 이외에는 실시예 2-1과 마찬가지로 발광 소자(31)를 제작했다.
[실시예 2-3]
실시예 2-1에 있어서의 FTO막의 막 두께를 820nm, 출광면의 결정 입경을 200nm로 한 것 이외에는 실시예 2-1과 마찬가지로 발광 소자(31)를 제작했다.
[실시예 2-4]
실시예 2-1에 있어서의 FTO막의 막 두께를 1,100nm, 출광면의 결정 입경을 300nm로 한 것 이외에는 실시예 2-1과 마찬가지로 발광 소자(31)를 제작했다.
[비교예 2-1]
실시예 2-1에서의 FTO막의 막 두께를 50nm, 출광면의 결정 입경을 10nm로 한 것 이외에는 실시예 2-1과 마찬가지로 발광 소자를 제작했다.
[비교예 2-2]
실시예 2-1에서의 FTO막의 막 두께를 1,100nm, 출광면의 결정 입경을 400nm로 한 것 이외에는 실시예 2-1과 마찬가지로 발광 소자를 제작했다.
[평가 및 평가 결과]
실시예 2-1∼2-4와 비교예 2-1, 2-2에서 제작한 발광 소자를 발광시키고, 도 7에 도시한 바와 같이, 90°(연직) 방향의 광 강도와 30° 방향의 광 강도를 측정하며, 90°(연직) 방향의 광 강도(I90)에 대한 30° 방향의 광 강도(I30)의 비(I30/I90)가 0.2 미만을 C, 0.2 이상 또한 0.5 미만을 B, 0.5 이상을 A로 평가했다. 즉, 비(I30/I90)가 클수록 방위에 의한 광의 편광이 적어져 있다고 할 수 있다. 평가 결과를 표 2에 나타낸다.
| 막 두께(nm) | 결정 입경(nm) | 평가 결과 | |
| 실시예 2-1 | 120 | 30 | B |
| 실시예 2-2 | 340 | 100 | A |
| 실시예 2-3 | 820 | 200 | A |
| 실시예 2-4 | 1,100 | 300 | B |
| 비교예 2-1 | 50 | 10 | C |
| 비교예 2-2 | 1,100 | 400 | C |
내층의 투명 도전막(40)을, ITO막 대신에 TO막, ZnO막, SbZO막 또는 FTO막으로 이루어지는 2층 이상의 막으로 하고, 최외층의 투명 도전막(41)을 FTO막 대신에 TO막으로 해도, 모두 같은 결과를 얻을 수 있다. 또한 투명 도전막을 스프레이 열분해법 대신에 CVD법, 스파터링법, 진공 증착법, 졸겔법, 페이스트 도포법으로 성막했지만, 스프레이 열분해법과 같은 결과가 얻어졌다.
제3 양태
도 8은 본 발명의 제3 양태에 관련된 발광 소자의 제1 실시예를 도시하는 단면도이다.
본 발명의 제3 양태의 발광 소자(51)는 사파이어 기판(52)의 한쪽 면(도 8의 상면)에 GaN 버퍼층(53)을 개재하여 Si를 도펀트로 하는 n형 GaN층(54)이 마련되고, 이 n형 GaN층(54)을 개재하여 Si를 도펀트로 하는 n형 AlGaN층(주된 제1 도전형층)(55)이 마련된다. 그리고 이 n형 AlGaN층(55)을 개재하여 InGaN과 GaN의 다중 양자웰(MQW) 구조가 되는 발광부(56), 발광부(56)를 통해 p형 도펀트인 Mg를 포함하는 p형 AlGaN층(주된 제2 도전형층)(57), p형 AlGaN층(57)을 개재하여 마찬가지로 Mg를 도펀트로 하는 p형 GaN층(58), p형 GaN층(58)을 개재하여 Ni로 이루어지는 금속 박막층(59), 금속 박막층(59)을 개재하여 ITO막(60), FTO막(61)의 순서대로 적층되어 이루어지는 2층의 투명 도전체(62)가 마련되어 있다. 이 투명 도전체(62)의 표면의 주연 일부에서는 p측 전극(63)이 마련되고, 한편 n형 GaN층(54)의 주연부 일부 위에 적층된 각층이 제거되며, 노출된 n형 GaN층(54) 위에 n측 전극(64)이 마련되어 있다.
발광 소자는 유기 금속 화학기상 성장법(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition: 이하, MOCVD법이라고 함), 할라이드 기상 성장법(HDCVD) 등의 기상 성장법에 의해 각층을 성장시킴으로써 형성된다.
MOCVD법에서는 원료 가스에, 예컨대 갈륨원으로서 트리메틸갈륨(TMC), 질소원으로서 암모니아(NH3), 히드라진 등의 수소 원자를 포함하는 화합물, Si원으로서 모노실란(SiH4), Al원으로서 트리메틸알루미늄(TMA), In원으로서 트리메틸인듐(TMI), Mg원으로서 비스시클로펜타디에닐마그네슘(Cp2Mg)을 사용하고, 캐리어 가스로서 수소 가스, 질소 가스 등이 사용된다.
발광 소자의 구조는 기판의 한쪽 면에 적어도 제1 도전형층, 제2 도전형층, 금속 박막층, 전류 확산층으로서의 투명 도전체가 순서대로 적층된 구조라면 좋고, 호모, 싱글헤테로, 더블헤테로 등의 구조로 할 수 있다. 예컨대, 사파이어 기판의 표면에 버퍼층을 개재하여 n형 콘택층과 n형 클래드층, 발광부, p형 클래드층, p형 콘택층, 금속 박막층, 전류 확산층으로서의 투명 도전체를 순서대로 적층한 더블헤테로 구조인 것이 고발광 소자로서 알려져 있다.
이하에 있어서는 발광부가 층을 이루는 경우에 대해 기술하지만, 계면 발광의 경우에는 n형 클래드층과 p형 클래드층의 계면이 발광부로서 기능한다.
n형 콘택층은 도핑되지 않거나 Si, Ge, S, C 등의 n형 도펀트를 도핑한 GaN으로 형성할 수 있다. n형 클래드층은, 예컨대 도핑되지 않거나 n형 도펀트를 도핑한 AlGaN, InAlGaN 등으로 형성할 수 있다.
발광부는 도핑되지 않거나 n형 도펀트 및/또는 Zn, Mg, Cd, Ba 등의 p형 도펀트를 도핑한 InGaN, InAlGaN 등으로 형성할 수 있고, 인듐을 포함하는 발광부를 형성함으로써 자외∼적색까지 발광 파장을 변화시키는 것이 가능하다. 발광부에 n형 도펀트를 도핑하면, 피크 파장에서의 발광 강도가 더욱 커지고, p형 도펀트를 도핑하면, 파장을 약 0.5eV 장파장 쪽으로 옮길 수 있으며, n형 도펀트와 p형 도펀트를 도핑하면, 발광 강도를 크게 한 채 발광 파장을 장파장 쪽으로 이동시킬 수 있다.
p형 클래드층은 p형 도펀트를 도핑한 AlGaN, InAlGaN 등으로 형성할 수 있다. 또한 p형 콘택층은 p형 도펀트를 도핑한 GaN으로 형성할 수 있으며, n형 클래드층과 마찬가지로 GaN은 전극과 바람직한 오믹 콘택을 얻을 수 있다. 또한 n형 클래드층 및/또는 p형 클래드층은 생략할 수도 있다. 생략한 경우는 콘택층이 클래드층으로서 작용한다.
금속 박막층은 p형 콘택층 또는 p형 클래드층의 오믹 콘택을 양호하게 하기 위해 p형층에 도핑되어 있는 도펀트와 같은 금속 원자, 예컨대 Mg원자를 포함하는 합금 또는 다층막이 바람직하고, 증착법이나 스퍼터링법 등에 의해 형성되고, 소정 온도에서 어닐링 처리되어 오믹 콘택이 달성된다. 물론 광투과율을 저감시키지 않기 위해서는 금속 박막층의 두께에는 상한이 마련된다.
투명 도전체는 고도전성과 고투과성에서 주석-첨가 산화인듐막(Indium-Tin-Oxide: 이하, ITO막이라고 함)이 주류가 되고, 그 내열성 보호막으로서 불소-첨가 산화주석막(Fluorine-doped-Tin-Oxide: 이하, FTO막이라고 함)이 적층된다.
종래, ITO막은 감압 스파터링법에 의해 성막되고, FTO막은 대기 CVD법에 의해 성막되는 일이 많았지만, ITO막과 FTO막의 성막으로 각각 다른 제법을 쓰면 공정수가 많아져 비용 증가의 원인이 되므로, ITO막과 FTO막 양쪽 막이 성막이 가능하고 또한 대기 중에서의 성막이 가능한 스프레이 열분해법(Spray Pyrolysis Deposition: 이하, SPD법이라고 함)이 바람직하게 사용된다.
SPD법은 가열한 기판에 원료액을 스프레이 도포함으로써 기판 표면상에서 열분해 및 화학 반응을 발생시켜 성막하는 방법이지만, 대기 중에서의 성막이 가능하며, 제조 비용의 저감 측면에서 바람직하게 사용되는 성막법이다.
본 발명에서의 ITO막의 성막은 염화인듐(수화물)과 염화주석(수화물)의 에탄올액을 350℃로 가열한 기판에 분무함으로써 행하고, 주석의 첨가량을 인듐에 대해 원소비로 5at%가 되도록 배합하여 행하는 것이 바람직하고, 도전성, 투광성이 우수한 두께 100nm로부터 1,000nm 정도의 박막이다.
FTO막의 성막은 염화주석(수화물)의 에탄올액과 불화암모늄의 포화 수용액의 혼합액을 400℃ 이상 700℃이하로 가열한 기판 상에 분무하여 행하지만, 불소의 첨가량은 주석에 대해 수ppm∼수천ppm 정도 도핑하는 것이 바람직하고, 내열성, 내약품성이 우수한 두께 50nm으로부터 300nm 정도의 박막이다.
FTO막의 성막은 400℃를 넘은 온도에서 성막을 개시한다. 오믹 콘택을 얻기 위한 승온은 FTO막의 성막 도중 또는 성막 후에 승온시킴으로써 행하여 상한은 700℃가 된다. FTO막이 10nm 이상 형성되면, 투명 도전막의 내열성이 향상하기 때문에, 성막 도중에 500℃를 넘는 온도로 유지되어도 전기 전도성은 악화되지 않고 초기 상태가 유지되지만, FTO막의 성막 온도가 400℃를 밑돌면 금속 박막층(59)의 가열이 불충분하게 되어 금속 박막층(59)의 오믹 콘택을 달성할 수 없기 때문에 400℃가 하한이다.
ITO막도 FTO막도 같은 SPD법으로 성막할 수 있기 때문에, ITO막을 성막한 후 계속해서(SPD 성막 장치로부터 시료를 취출하는 일 없이) 연속적으로 기판의 온도를 승온하고, 소정 온도로 가열 유지하여 FTO막을 성막하다.
이와 같이 하여 FTO막을 성막할 때의 가열에 의해 ITO막 직하의 금속 박막층도 가열되어 오믹 콘택이 달성되기 때문에, 별도 공정으로 오믹 콘택 달성을 위한 어닐링 처리를 행할 필요가 없어서 제조 공정의 삭감, 제조 비용의 저감이 기대된다.
투명 도전체를 형성한 후, p측 전극과 n측 전극을 형성한다. p측 전극은 투명 도전체 표면의 소정 부위에 형성되지만, n측 전극은 기판에 사파이어 등의 절연 기판을 사용한 경우에는 기판의 다른 쪽 면에 전극을 마련할 수 없기 때문에, 화합물층이나 금속 박막층, 투명 도전체를 적층한 한쪽 면 쪽에 p측 전극과 n측 전극 양쪽 전극을 마련해야 한다. 이를 위해서는 투명 도전체, 금속 박막층, p형 콘택층, p형 클래드층, 발광부, n형 클래드층을 식각하고, n형 콘택층을 노출시켜 그 노출부에 n측 전극을 형성한다.
각층을 식각하는 데는 습식 식각, 건식 식각 중 어느 쪽 방법을 사용해 된다. 습식 식각에서는, 예컨대 인산과 황산의 혼합산을 사용할 수 있다. 건식 식각에서는, 예컨대 반응성 이온 식각, 집속 이온빔 식각, 이온 밀링, ECR(Electron Cyclotron Resonance) 식각 등을 사용할 수 있고, 식각 가스로서 반응성 이온 식각, ECR 식각에서는 CF4, CCl4, SiCl4, CClF3, CClF2, SF, PCl3 등의 가스를 사용할 수 있으며, 집속 이온빔 식각에서는 B, Al, Si, Ga, Ce, In 등을 금속 이온원으로서 사용할 수 있고, 이온 밀링에서는 Ar, Ne, N2 등의 불활성 가스를 사용할 수 있다.
식각은 각 층마다 최적한 식각법을 선택하고, 각 층마다 마스킹하여 식각해도 되지만, 포토리소그래피의 횟수 증가에 따라 발광 면적이 감소하기 때문에, 염소 가스를 포함하는 가스 또는 브롬 가스를 포함하는 가스를 사용하며, 투명 도전체, 금속 박막층, p형 콘택층, p형 클래드층, 발광부, n형 클래드층을 한꺼번에 식각하여 n형 콘택층을 노출하는 방법이 바람직하다.
본 발명에서는 최하층을 이루는 투명 도전막으로서 주석-첨가 산화인듐(ITO) 이외에 산화인듐(IO), 산화아연(ZO), 안티몬-첨가 산화아연(SbZO), Ga-첨가 산화아연(GZO), 알루미늄-첨가 산화아연(AlZO) 또는 붕소-첨가 산화아연(BZO) 등으로 이루어지는 투명 도전막을 사용할 수 있다. 또한 상층의 적어도 1층을 이루는 투명 도전막으로서 불소-첨가 산화주석(FTO) 이외에 산화주석(TO)으로 이루어지는 막을 사용할 수 있다.
최하층을 이루는 투명 도전막은 주석-첨가 산화인듐(ITO), 산화인듐(IO), 산화아연(ZO), 안티몬-첨가 산화아연(SbZO), Ga-첨가 산화아연(GZO), 알루미늄-첨가 산화아연(AlZO) 또는 붕소-첨가 산화아연(BZO)으로 이루어지는 막으로 함으로써 고도전성과 고투광성이 발휘된다. 한편, 상층의 적어도 1층을 이루는 투명 도전막은 산화주석(TO) 또는 불소-첨가 산화주석(FTO)으로 이루어지는 막으로 함으로써 고내열성이 발휘된다. 그 결과, 최하층의 투명 도전막의 산화가 방지되어 투명 도전막의 고도전성과 고투광성을 유지할 수 있다.
특히, 최하층의 투명 도전막을 주석-첨가 산화인듐(ITO)막으로 함으로써 고도전성과 고투광성이 발휘되고, 상층의 적어도 1층의 투명 도전막을 불소-첨가 산화주석(FTO)막으로 함으로써 더욱 고내열성이 발휘되기 때문에, 최하층의 주석-첨가 산화인듐(ITO)막의 산화가 방지되어 투명 도전막의 고도전성과 고투광성을 장기간 안정적으로 유지할 수 있다.
또한 상층의 적어도 1층을 형성할 때의 가열에 의해 금속 박막층은 제2 도전형층과의 접촉저항이 1O-4Ω·cm2대 이하가 되기 때문에, 별도 공정으로 어닐링 처리를 행하지 않아도 오믹 콘택을 달성할 수 있다.
상술한 최하층을 이루는 투명 도전막이나 상층의 적어도 1층을 이루는 투명 도전막은 둘 다 스프레이 열분해법에 의해 성막되기 때문에, 대기 중에서의 제조가 가능하다는 것으로부터, 막대한 도입 비용이나 가동 비용을 요구하는 감압(분위기에서의 성막) 시스템이 불필요하게 되기 때문에, 제조 비용을 낮게 억제할 수 있다.
또한 스프레이 열분해법에 의해 형성되는 막은 통상적인 스파터링막에 비해 입경이 크기 때문에, 발광 소자 상에 형성한 경우에는 나온 광이 전반사하기 어려워 방위에 따른 광 강도의 불균일이 적은 발광 소자를 제공할 수 있다.
특히, 주석-첨가 산화인듐(ITO)막과 불소-첨가 산화주석(FTO)막은 스프레이 열분해법을 사용하여 대기 중에서 안정적으로 형성할 수 있다. 또한 주석-첨가 산화인듐(ITO)막과 불소-첨가 산화주석(FTO)막을 연속적으로 안정적으로 형성할 수 있기 때문에, 제조 비용의 저감뿐 아니라 품질의 안정성을 증가시킬 수 있다.
주석-첨가 산화인듐(ITO)막을 형성할 때의 피성막면(금속 박막층의 표면)의 온도는 낮기 때문에, 금속 박막층을 형성하는 원소가 증발하여 금속 박막층이 박층화되거나 소실되거나 하는 일이 없다. 또한 불소-첨가 산화주석(FTO)막을 형성할 때의 피성막면의 온도가 400℃ 이상 700℃ 이하이기 때문에, 불소-첨가 산화주석(FTO막)을 형성할 때에 하층의 금속 박막층이 충분히 가열되어 금속 박막층과 제2 도전형층의 오믹 콘택을 달성할 수 있다.
[실시예 3-1]
본 발명의 제3 양태의 제1 실시예에 관련된 발광 소자(51)를 이하와 같이 하여 형성했다.
MOCVD법에 의해 사파이어 기판(52)의 한쪽 면에 각 GaN계 화합물층을 형성했다. 원료 가스는, Ga는 트리메틸갈륨(TMG) 가스를, N은 암모니아(NH3) 가스를, Si는 모노실란(SiH4) 가스를, Al은 트리메틸알루미늄(TMA) 가스를, In은 트리메틸인듐(TMI) 가스를, Mg는 비스시클로펜타디에닐마그네슘(Cp2Mg) 가스를 사용하고, 캐리어 가스로서 수소 가스를 사용했다.
우선, MOCVD 장치 내에 직경 2인치로 (0001)면을 화합물 퇴적면으로 하는 사파이어 기판(52)을 마련하고, 수소를 공급하면서 1,050℃로 가열하여 서멀 클리닝을 실시했다. 다음으로, 사파이어 기판(52)을 510℃까지 저하시켜 GaN 버퍼층(53)을 두께 25nm 퇴적시킨 후, GaN 버퍼층(53)을 마련한 사파이어 기판(52)을 1,035℃까지 가열하고, NH3가스, TMC가스, SiH4가스를 흘려 Si를 도펀트로 하는 n형 GaN층(54)을 성장시킨 후, NH3가스, TMG가스, TMA가스, SiH4가스를 흘려 Si를 도펀트로 하는 n형 AlGaN층(55)을 성막했다.
다음으로, 시료의 온도를 750℃로 하고, TMA가스를 단속적으로 흘려보내면서, GaN과 AlGaN의 다중 양자웰(MQW) 구조로 하는 발광부(56)를 n형 AlGaN층(55) 위에 약 40nm 성장시켰다.
이어서 NH3가스, TMG가스, TMA가스, Cp2Mg가스를 흘려보내고, 발광부(56) 위에 Mg를 도펀트로 하는 p형 AlGaN층(57)을 성막하고, 그 후 NH3가스, TMG가스, Cp2Mg가스를 흘려보내며, Mg를 도펀트로 하는 p형 GaN층(58)을 성막했다. 이 p형 GaN층(58)을 성막한 후, 증착법에 의해 Ni를 5μm 증착시켜 금속 박막층(59)을 마련했다.
다음으로, 시료를 SPD법 성막 장치에 옮기고, 금속 박막층(59)을 350℃로 가열 유지하고, SPD법에 의해 금속 박막층(59) 위에 ITO막용 원료 화합물 용액을 분무하여 두께 700nm의 ITO 투명 도전막(60)을 성막했다. ITO 성막 후, 이어서 50℃까지 승온을 개시하고, ITO막(60)의 표면이 400℃를 넘는 시점에서 FTO막 성막용 원료 화합물 용액의 분무를 개시하여 두께 100nm의 FTO막(61)을 성막하여 투명 도전체(62)를 형성했다. 성막 시와 성막 후를 포함시켜 ITO 투명 도전막(60)의 표면을 550℃로 유지한 상태를 10분 이상 계속했다.
ITO막용 원료 화합물 용액은 염화인듐(Ⅲ)4수화물 5.58g와 염화주석(Ⅱ)2수화물 0.23g를 에탄올 100ml에 용해하여 얻었다.
FTO막(61)용 원료 화합물 용액은 염화주석(Ⅵ)5수화물 0.701g를 에탄올 10ml에 용해하고, 이것에 불화암모늄 0.592g의 포화 수용액을 더하며, 이 혼합물을 초음파 세정기에 약 20분간 클리닝해서 완전히 용해하여 얻었다.
다음으로, n형 GaN층(54)의 한쪽 면의 주연부에 n측 전극(64)을 형성하기 위해 n측 전극(64) 형성 부위 위에 적층되어 있는 n형 AlGaN층(55), 발광부(56), p형 AlGaN층(57), p형 GaN층(58), 금속 박막층(59), 투명 도전체(62)를 제거하기 위해 투명 도전체(62) 위에 마스크를 형성했다. 마스크 형성한 후, 시료를 식각 장치에 옮기고, 식각 가스를 흘려보내 n형 GaN층(54)이 노출될 때까지 건식 식각을 행하였다.
건식 식각에 의해 노출된 n형 GaN층(54) 위에 증착법에 의해 Al을 두께 약 4μm 증착하여 n측 전극(63)을 형성하고, 마스크를 뗀 투명 도전체(62)(FTO막(61)) 위의 주연 일부에 증착법에 의해 Al을 두께 약 0.8μm 증착하여 p측 전극(64)을 마련했다.
이 질화갈륨계 화합물층을 형성한 사파이어 기판(52)을 300μm 각형으로 다이싱하여 베어칩으로 했다. 그리고 이 베어칩을 스템 상에 다이 본딩에 의해 실장하고, 와이어 본딩에 의해 배선하여 발광 소자(51)를 제작했다.
[실시예 3-2]
투명 도전체(62) 중 FTO막(61)의 성막 온도만을 400℃로 변경한 것 이외에는 실시예 3-1과 마찬가지로 발광 소자(51)를 제작했다.
[실시예 3-3]
투명 도전체(62) 중 FTO막(61)의 성막 온도만을 700℃로 변경한 것 이외에는 실시예 3-1과 마찬가지로 발광 소자(51)를 제작했다.
[실시예 3-5]
투명 도전체(62) 중 FTO막(61)의 성막 온도만을 350℃로 변경한 것 이외에는 실시예 3-1과 마찬가지로 발광 소자(51)를 제작했다.
[비교예 3-1]
투명 도전체(62) 중 FTO막(61)의 성막 온도만을 750℃로 변경한 것 이외에는 실시예 3-1과 마찬가지로 발광 소자를 제작했다.
[비교예 3-2]
투명 도전체(62)를 ITO 투명 도전막(60)만 (1층)으로 변경한 것 이외에는 실시예 3-1과 마찬가지로 발광 소자를 제작했다.
도 9는 본 발명의 제3 양태에 관련된 발광 소자의 제2 실시예를 도시하는 단면도이다
제1 도전형 기판으로서의 n형 GaAs 기판(71)의 한쪽 면에 n형 AlGaInP 클래드층(주된 제1 도전형층)(72), AlGaInP 발광부(73), p형 AlGaInP 클래드층(주된 제2 도전형층)(74), p형 AlGaInP 전류 분산층(75), Au/Ni로 이루어지는 금속 박막층(76), ITO 투명 도전막(77)과 FTO막(78)으로 이루어지는 투명 도전체(79)가 순서대로 마련되고, n형 GaAs 기판(71)의 다른 쪽 면에 n측 전극(80a)이 투명 도전체(79)의 표면 주연부에는 원형의 p측 전극(80b)이 마련되어 있다.
[실시예 3-4]
본 발명의 제3 양태의 제2 실시예에 이와 같은 발광 소자(70)를 이하와 같이 제작했다.
우선, n형의 GaAs 기판(71) 위에 MOCVD법에 의해 n형 AlGaInP 클래드층(72), AlGaInP 발광부(73), p형 AlGaInP 클래드층(74), p형 AlGaInP 전류 분산층(75)을 순서대로 성막하고, p형 AlGaInP 전류 분산층(75) 위에 증착법에 의해 하부가 Ni로서 Au/Ni로 이루어지는 금속 박막층(76)을 마련했다.
이 금속 박막층(76)의 표면에 SPD법에 의해 ITO 투명 도전막(77)을 성막했다. ITO막(77)은 SPD법에 의해 금속 박막층(76)을 350℃로 가열·유지하고, 금속 박막층(76) 위에 ITO막용 원료 화합물 용액을 분무하여 두께 700nm으로 성막했다.
ITO막용 원료 화합물 용액은 염화인듐(Ⅲ)4수화물 5.58g와 염화주석(Ⅱ)2수화물 0.23g를 에탄올 100ml에 용해하여 얻었다.
ITO 투명 도전막(77)을 성막한 후, 이어서 550℃까지 승온을 개시하고, ITO막(77)의 표면이 440℃를 넘는 시점에서 FTO막용의 원료 화합물 용액을 분무하여 두께 100nm의 FTO막(78)을 성막하여 투명 도전체(79)를 형성했다.
FTO막(78)용 원료 화합물 용액은 염화주석(Ⅳ)5수화물 0.701g를 에탄올 10ml에 용해하고, 이에 불화암모늄 0.592g의 포화 수용액을 더하며, 이 혼합물을 초음파 세정기에 약 20분간 클리닝해서 완전히 용해하여 얻었다.
이 투명 도전체(79) 위에 포토리소그래피에 의해 Au/Ni의 p측 전극(80b)을 형성하고, GaAs기판(71)의 다른 쪽 면에는 AuGe/Ni/Au의 n측 전극(80a)을 형성했다.
이와 같이 하여 적층한 웨이퍼를 300μm 각형으로 다이싱하여 베어칩으로 했다. 그리고 이 베어칩을 스템 상에 다이 본딩에 의해 실장하고, 와이어 본딩에 의해 배선하여 발광 소자(70)를 얻었다.
[비교예 3-3]
투명 도전체(62)를 ITO 투명 도전막(60)만 (1층)으로 변경한 것 이외에는 실시예 3-4와 같이 해 발광 소자를 제작했다.
[평가 방법]
평가는 각 실시예, 각 비교예에서 제작한 발광 소자에 대해 500℃ x 1시간의 열처리 전후의 투명 도전체의 비저항을 측정함과 동시에, 금속 박막층을 통한 투명 도전체와 제2 도전형층의 접촉 저항을 측정하여 행했다.
[평가 결과]
평가 결과를 표 3에 나타낸다.
| 기판 재질 | 투명 두전체의 구성 | FTO막 성막 온도 (℃) | 비저항(Ω·cm) | 접촉 저항(Ω·cm2) | ||||
| 열처리 이전 | 열처리 이후 | 열처리 이전 | 열처리 이후 | |||||
| 실시예 3-1 | 사파이어 | FTO막/ITO막 | 550 | 1.5×10-4 | 1.5×10-4 | 7.3×10-4 | 7.3×10-4 | |
| 실시예 3-2 | 사파이어 | FTO막/ITO막 | 400 | 1.4×10-4 | 1.4×10-4 | 9.0×10-4 | 7.3×10-4 | |
| 실시예 3-3 | 사파이어 | FTO막/ITO막 | 700 | 1.5×10-4 | 1.5×10-4 | 7.0×10-4 | 7.0×10-4 | |
| 실시예 3-4 | GaAs | FTO막/ITO막 | 550 | 1.5×10-4 | 1.5×10-4 | 7.3×10-4 | 7.3×10-4 | |
| 실시예 3-5 | 사파이어 | FTO막/ITO막 | 350 | 1.4×10-4 | 1.4×10-4 | 비-오믹 | 7.3×10-4 | |
| 비교예 3-1 | 사파이어 | FTO막/ITO막 | 750 | 7.0×10-4 | 7.0×10-4 | 9.5×10-4 | 9.5×10-4 | |
| 비교예 3-2 | 사파이어 | ITO막 | - | 1.4×10-4 | 7.5×10-4 | 비-오믹 | 7.3×10-4 | |
| 비교예 3-3 | GaAs | ITO막 | - | 1.4×10-4 | 7.5×10-4 | 비-오믹 | 7.0×10-4 | |
실시예 3-1∼3-4의 투명 도전체의 비저항은 500℃ x 1시간의 열처리 전후에서 거의 변화하지 않으며, 1.4×10-4∼1.5×1O-4Ω·cm의 범위로서 투명 도전체로서의 요건을 만족했다. 이는 상층인 FTO막이 충분한 내열성을 가지기 때문에, 500℃×1시간의 열처리를 행해도 하층의 ITO 투명 도전막의 산화가 FTO막에 의해 방지되어 비저항이 변화하지 않게 되기 때문이다.
한편, 실시예 3-1∼3-4의 금속 박막층을 통한 투명 도전체와 제1 도전형층의 접촉 저항은 500℃×1시간의 열처리 전후 모두 7.O×10-4Ω·cm2∼9.O×1O-4Ω·cm2로서 500℃×1시간의 열처리 이전에도 오믹 콘택이 달성되어 있다. 이는 투명 도전체의 상층의 FTO막을 형성할 때의 가열에 의해 금속 박막층과 제1 도전형층의 오믹 콘택이 달성되었기 때문이다.
실시예 3-5는 투명 도전체가 ITO막과 FTO막의 2층 구조로 이루어지고, FTO막 성막 온도를 저온(350℃)으로 한 경우이다. 이와 같은 조건에서 형성된 투명 도전체의 비저항은 500℃×1시간의 열처리 전후에 있어서 1.4×10-4Ω·cm로서 상술한 실시예 3-1∼3-4의 경우와 마찬가지로 투명 도전체로서 합격되었다. 또한 금속 박막층을 통한 투명 도전체와 제1 도전형층의 접촉 저항은 열처리 이전에는 오믹 콘택이 달성되지 않았지만, 500℃×1시간의 열처리 후에는 오믹 콘택(7.3×10-4Ω·cm)이 달성되어 상술한 실시예 3-1∼3-4의 경우와 동등한 결과가 얻어졌다. 따라서 실시예 3-5와 같이 설령 FTO막 성막 온도가 낮아도 이후의 가열 처리를 행함으로써 양호한 발광을 지니는 발광 소자의 형성이 가능하다는 것이 나타났다.
비교예 3-1은 500℃×1시간의 열처리 이전도 오믹 콘택이 달성되어 있었지만, 500℃×1시간의 열처리 전후 모두 투명 도전체의 비저항이 7.0×10-4Ω·cm으로 높았다. 이는 FTO막의 형성 시의 피성막면(ITO막)의 온도가 750℃로 높기 때문에, 350℃에서 ITO 투명 도전막을 성막한 후, ITO 투명 도전막을 750℃에 승온시킬 때에 ITO 투명 도전막이 산화됨으로 생각된다. 따라서 발광 소자의 제조 조건으로서는 바람직하지 않다.
비교예 3-2, 3-3 모두 500℃×1시간의 열처리 이전은 투명 도전체의 비저항은 1.4×10-4Ω·cm으로 바람직한 값이었지만, 금속 박막층을 통한 투명 도전체와 제1 도전형층의 오믹 콘택이 달성되어 있지 않았다. 그래서 500℃×1시간의 열처리를 행하면, 투명 도전체와 제1 도전형층의 오믹 콘택이 달성되었지만, 투명 도전체의 비저항이 7.5×10-4Ω·cm으로 증대하기 때문에 바람직하지 않다. 이는 ITO막으로 이루어지는 투명 도전체 1층만으로는 내열성이 없어서 ITO막이 산화되기 때문이다.
이상에서 본 발명의 제3 양태와 같이 투명 도전체의 최하층을 ITO 투명 도전막으로 하고, 상층의 적어도 1층을 FTO막으로 하면, FTO막의 성막 시의 가열에 의해 금속 박막층의 오믹 콘택이 달성되기 때문에, 별도 공정으로 금속 박막층의 어닐링 처리를 행할 필요가 없어져서 제조 비용의 저감 효과가 기대된다. 또한 상층의 FTO막은 내열성이 있기 때문에, 투명 도전체를 형성한 후, 700℃까지의 가열을 받아도 ITO 투명 도전막의 비저항은 상승하지 않아 투명 도전체로서의 기능을 발휘할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 제3 양태의 발광 소자의 투명 도전체의 상층의 적어도 1층으로서 성막한 FTO막은 충분한 내열성이 있고, 발광 소자의 투명 도전막의 보호막으로서뿐 아니라 색소 증감 태양 전지의 투명 도전막의 보호막으로서도 이용할 수 있다.
Claims (14)
- 제1 도전형층과, 제2 도전형층과, 상기 제1 도전형층 및 제2 도전형층 사이에 개재하는 발광부를 가지는 적층체와, 상기 적층체의 제2 도전형층 상에 마련한 금속 박막층과, 상기 금속 박막층 상에 마련한 투명 도전체를 구비한 발광 소자에 있어서,상기 투명 도전체는 단층의 투명 도전막으로 이루어지고, 상기 투명 도전막의 출광면에서의 결정 입경이 30nm 이상 300nm 이하인 발광 소자.
- 제1항에 있어서,상기 결정 입경이 100nm 이상 200nm 이하인 발광 소자.
- 제1 도전형층과, 제2 도전형층과, 상기 제1 도전형층 및 제2 도전형층 사이에 개재하는 발광부를 가지는 적층체와, 상기 적층체의 제2 도전형층 상에 마련한 금속 박막층과, 상기 금속 박막층 상에 마련한 단층의 투명 도전막으로 이루어지는 투명 도전체를 구비한 발광 소자의 제조 방법에 있어서,상기 투명 도전막의 막 두께를 변화시킴으로써 상기 투명 도전막의 출광면에서의 결정 입경을 제어하는 발광 소자의 제조 방법.
- 제1 도전형층과, 제2 도전형층과, 상기 제1 도전형층 및 제2 도전형층 사이 에 개재하는 발광부를 가지는 적층체와, 상기 적층체의 제2 도전형층 상에 마련한 금속 박막층과, 상기 금속 박막층 상에 마련한 투명 도전체를 구비한 발광 소자에 있어서,상기 투명 도전체는 2층 이상의 투명 도전막으로 이루어지고, 최외층을 이루는 투명 도전막의 출광면에서의 결정 입경이 30nm 이상 300nm 이하인 발광 소자.
- 제4항에 있어서,상기 결정 입경이 100nm 이상 200nm 이하인 발광 소자.
- 제1 도전형층과, 제2 도전형층과, 상기 제1 도전형층 및 제2 도전형층 사이에 개재하는 발광부를 가지는 적층체와, 상기 적층체의 제2 도전형층 상에 마련한 금속 박막층과, 상기 금속 박막층 상에 마련한 2층 이상의 투명 도전막으로 이루어지는 투명 도전체를 구비한 발광 소자의 제조 방법에 있어서,상기 투명 도전체에 있어서 최외층을 이루는 투명 도전막의 막 두께를 변화시킴으로써 상기 투명 도전막의 출광면에서의 결정 입경을 제어하는 발광 소자의 제조 방법.
- 제1 도전형층과, 제2 도전형층과, 상기 제1 도전형층 및 제2 도전형층 사이에 개재하는 발광부를 가지는 적층체와, 상기 적층체의 제2 도전형층 상에 마련한 금속 박막층과; 상기 금속 박막층 상에 마련한 투명 도전체를 구비한 발광 소자에 있어서,상기 투명 도전체는 2층 이상의 투명 도전막으로 이루어지고, 상층의 적어도 1층은 최하층을 이루는 층보다 내열성이 높은 발광 소자.
- 제7항에 있어서,상기 투명 도전체 중 최하층을 이루는 투명 도전막은 주석-첨가 산화인듐(ITO), 산화인듐(IO), 산화아연(ZO), 안티몬-첨가 산화아연(SbZO), Ga-첨가 산화아연(GZO), 알루미늄-첨가 산화아연(AlZO) 또는 붕소-첨가 산화아연(BZO)으로 이루어지는 막이며, 상층의 적어도 1층을 이루는 투명 도전막은 산화주석(TO) 또는 불소-첨가 산화주석(FTO)으로 이루어지는 막인 발광 소자.
- 제8항에 있어서,상기 최하층을 이루는 투명 도전막은 주석-첨가 산화인듐(ITO)막이고, 상기 상층의 적어도 1층을 이루는 투명 도전막은 불소-첨가 산화주석(FTO)막인 발광 소자.
- 제7항에 있어서,상기 금속 박막층은 상기 제2 도전형층과의 접촉 저항이 1O-4Ω·cm2대 이하인 발광 소자.
- 제1 도전형층과, 제2 도전형층과, 상기 제1 도전형층 및 제2 도전형층 사이에 개재하는 발광부를 가지는 적층체와, 상기 적층체의 제2 도전형층 상에 마련한 금속 박막층과, 상기 금속 박막층 상에 마련한 투명 도전체를 구비한 발광 소자의 제조 방법에 있어서,상기 투명 도전체 중 최하층을 이루는 투명 도전막으로서 주석-첨가 산화인듐(ITO), 산화인듐(IO), 산화아연(ZO), 안티몬-첨가 산화아연(SbZO), Ga-첨가 산화아연(GZO), 알루미늄-첨가 산화아연(AlZO) 또는 붕소-첨가 산화아연(BZO)으로 이루어지는 막을 스프레이 열분해법을 사용하여 성막하는 공정과, 상기 상층의 적어도 1층을 이루는 투명 도전막으로서 산화주석(TO) 또는 불소-첨가 산화주석(FTO)으로 이루어지는 막을 스프레이 열분해법을 사용하여 성막하는 공정을 구비한 발광 소자의 제조 방법.
- 제11항에 있어서,상기 투명 도전체 중 최하층을 이루는 투명 도전막으로서 주석-첨가 산화인듐(ITO)막을 사용하고, 상기 상층의 적어도 1층을 이루는 투명 도전막으로서 불소-첨가 산화주석(FTO)막을 사용한 발광 소자의 제조 방법.
- 제12항에 있어서,상기 주석-첨가 산화인듐(ITO)막을 형성할 때의 피성막면의 온도에 비해 상 기 불소-첨가 산화주석(FTO)막을 형성할 때의 피성막면의 온도가 높은 발광 소자의 제조 방법.
- 상기 불소-첨가 산화주석(FTO)막을 형성할 때의 피성막면의 온도가 400℃ 이상 700℃ 이하인 발광 소자의 제조 방법.
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| CN102067243B (zh) * | 2008-06-24 | 2012-06-13 | 日本曹达株式会社 | 具有fto/ito层叠体的透明导电膜 |
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