KR20090019883A - Ⅲ-니트라이드 발광 장치에서 옴 접촉의 형성 - Google Patents
Ⅲ-니트라이드 발광 장치에서 옴 접촉의 형성 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 금속과의 옴(Ohm) 접촉 형성을 위해 GaN계 발광 장치의 P-형 층을 최적화하는 것에 관한 것이다. 제 1 실시태양에서, 약 7Ω㎝ 이상의 저항을 갖는 p-형 GaN 전이층을 p-형 전도성층과 금속 접촉부 사이에 형성한다. 제 2 실시태양에서, p-형 전이층은 임의의 III-V 반도체이다. 제 3 실시태양에서, p-형 전이층은 초격자이다. 제 4 실시태양에서는, 다양한 조성 및 다양한 농도의 도펀트의 단일 p-형 층이 형성된다.
Description
도 1은 선행 기술의 발광 다이오드이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시태양에 따른 발광 다이오드이다.
도 3은 [Mg]의 함수로서 도시된 NA를 설명한다.
도 4a 및 4b는 p-형 전도성층(A) 및 p-형 전이층(B)상에 침적된 금속에 대한 "백-투-백" 구성의 Ni/Au-Mg-도핑된 GaN 접촉부에 대한 I-V 특성을 나타낸다.
도 5a는 p-접촉부 배리어 높이와 Mg-도핑된 GaN 층에 대한 저항 사이의 관계를 설명한다.
도 5b는 p-형 전도성층 및 p-형 전이층에 대한 Ni/Au-Mg-도핑된 GaN 접촉부 배리어에 미치는 접촉 어닐링의 영향을 설명한다(이때, p-형 전도성은 2개의 차등 RTA(5분) 활성화 프로세스(600℃ 및 850℃)에 의해 활성화된다).
도 6은 AlInGaN 물질 시스템에 대한 밴드갭 에너지와 격자 인자 사이의 관계를 설명한다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시태양에 따른 발광 다이오드를 설명한다.
도 8은 본 발명의 제 4 실시태양에 따른 발광 다이오드를 설명한다.
도 9는 도 8에 설명된 발광 다이오드중 하나의 실시태양에서 몇가지 예의 p-형 층을 가로지른 Al 및 In-조성 및 Mg 농도의 변화를 설명한다.
본 발명은 III-V 발광 및 레이저 다이오드의 제조방법, 특히 다이오드의 p-형 부분과의 전기적 접촉 특성을 향상시키는 제조방법에 관한 것이다.
갈륨 니트라이드(GaN) 화합물은 전범위의 가시 스펙트럼 뿐만 아니라 UV의 일부분에 걸쳐 파장을 방출한다. 도 1은 전형적인 GaN-계 발광 다이오드(LED)를 설명한다. 종래, 대부분의 GaN계 LED는 사파이어 또는 실리콘 카바이드(SiC) 기판상에서 계층적으로 성장한다. 핵 생성층, n-형 층, 활성 영역, p-형 AlGaN 층 및 GaN의 p-형 층을 포함하는 이중 헤테로-구조가 기판상에 형성된다. 일반적으로, p-형 층과 옴 접촉을 형성하는 능력은 신뢰할만한 발광 다이오드 및 레이저 다이오드를 제조하는데 있어 바람직한 특성이다. p-형 GaN에 대한 옴 접촉은 달성하기가 힘든데 왜냐하면 Mg-도핑된 III-니트라이드계 반도체에 대해 달성할 수 있는 정공 농도가 한정되어 있기 때문이다. 게다가, 많은 발광 다이오드 및 수직 캐비티 표면-발광 레이저 다이오드는 얇고 투명한 금속 접촉부를 사용한다. 금속의 선택은 제한되고 금속 층은 광 흡수를 낮추기 위해, 15 nm 미만으로 얇어야 한다. p-형 GaN에서 전개되는 측면 전류가 열등하기 때문에, 금속 층은 일반적으로 전체 장치 면적을 거의 커버한다.
GaN의 P-형 전도성은 GaN 격자중 갈륨을 대체하면서 액셉터(MgGa)로서 작용하는 Mg로 도핑함으로써 달성한다. MgGa는 GaN의 밴드 갭 안으로 비교적 깊은 액셉터 레벨을 도입한다. 결과적으로, 도입된 Mg 액셉터의 단지 1% 미만만이 실온에서 이온화한다. 이를 설명하자면, 약 5×1019㎝-3의 Mg 농도([Mg])가 실온에서 약 5×1017㎝-3의 정공 농도를 달성하는데 필요하다. 또한, Mg-도핑된 GaN은 p-형 도펀트를 활성화하기 위해 성장후 활성화 과정을 필요로 한다. 성장후 활성화 과정은 예를 들면 열 어닐링, 저-에너지 전자-빔 조사, 또는 마이크로웨이브 노출일 수 있다. 전도성이 최적화되고 Mg-도핑된 GaN 층, [Mg] < 5×1019㎝-3에 대해, 액셉터 농도(NA)는 원자 Mg 농도와 거의 동일하고 저항은 약 1Ωcm 이하이다. 이들 층은 "p-형 전도성층"으로 칭한다. Mg 함량이 대략 5×1019㎝-3 넘게 증가하더라도, 더 높은 액셉터 농도로 변환하지 않는다. 일반적으로 [Mg]가 특정 최대 농도를 초과하고 층들이 저항성이 되면 NA의 감소가 관찰된다.
III-니트라이드-계 발광 장치의 P-형 층은 금속과의 옴 접촉 형성을 위해 최 적화된다. 몇몇 실시태양에서, p-형 전이층이 p-형 전도성층과 금속 접촉부 사이에 형성된다. p-형 전이층은 7Ω-㎝ 초과의 저항을 갖는 GaN 층, III-니트라이드층, As 또는 P가 첨가된 III-니트라이드층, 또는 고도로 도핑되거나 원소성인 도펀트 서브층과 약하게 도핑되거나 미도핑된 서브층이 교대로 있는 초격자일 수 있다.
몇몇 실시태양에서, p-형 층은 다양한 도펀트 레벨로 연속적이다. p-접촉부에 인접한 p-형 층의 영역에서의 도펀트의 농도는 활성 영역에 인접한 p-형 층의 영역에서의 도펀트의 농도보다 크다. p-형 층은 또한 다양한 조성, 예를 들면 Al 또는 In 또는 모두를 가질 수 있다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시태양에 따른 GaN 발광 다이오드(10)를 설명한다. 핵형성층(12)은 기판(14), 예를 들면 Al2O3, SiC 또는 GaN상에서 성장한다. 상기 핵형성층(12)상에 Si로 도핑된 GaN의 n-형 층(16)이 제조된다. 상기 n-형 층(16)상에 InGaN의 활성 영역(18)이 제조된다. 상기 활성 영역(18)상에 AlGaN:Mg의 p-형 층(20)이 제조되고, 이어서 전도성(p-형 전도성층)에 대해 최적화된 Mg-도핑된 GaN의 p-형 층(22)이 그 위에 형성되고, 이어서 p-형 전이층(24)이 p-형 층(22)상에 침적된다. 금속 접촉부(26A 및 26B)는 각각 n-형 층(16) 및 p-형 전이층(24)상에 적용된다. 금속 접촉부는 투명하거나 불투명할 수 있다.
p-형 전이층(24)은 금속 층과 양호한 옴 접촉을 형성하도록 최적화된다. 제 1 실시태양에서, p-형 전이층(24)의 물질은 p-형 전도성층(22)과 비교할때 더 높은 Mg 원자 농도를 갖되 더 낮은 액셉터/정공 농도를 갖는 GaN-계 층이다. 도 3에서, NA의 의존도는 [Mg]의 함수로서 설명된다. 커브(30)는 특정 세트의 성장 조건에 대해 Mg 농도 및 결과적인 액셉터 농도를 설명한다. 기타 성장 조건은 커브를 위 또는 아래 또는 왼쪽 또는 오른쪽으로 이동시킬 수 있고, 다만 커브의 모양은 성장 조건과 무관하게 커브(30)와 대략 동일할 것으로 추정된다. 커브(30)에 의해 설명되듯이, GaN계 필름이 Mg로 고도로 도핑될 때, 액셉터 농도는 감소하고, 따라서 필름은 고도로 저항성이 된다. 이러한 거동은 기타 III-V 반도체에 비하면 비전형적인 것이다.
p-형 전도층을 위한 예시적인 Mg 및 액셉터 농도는 영역(34)에 나타낸다. 일반적으로, p-형 전도성층(22)은 대략 5×1019㎝-3 미만의 [Mg]를 갖고, NA~[Mg]이고 약 1Ωcm 이하의 저항을 갖는다. 대조적으로, p-형 전이층(24)은 약 5×1019㎝-3 보다 큰 [Mg]를 갖고 NA<<[Mg]이고 저항성 높은 필름이다. 높은 Mg 도핑은, Mg/Ga 비율을 기상에서 증가시킴으로써 고형상으로의 Mg 도입을 촉진하도록 성장 조건을 조정하여 달성될 수 있다. p-형 전이층(24)의 실시태양을 위한 Mg 및 액셉터 농도는 영역(32)에 도시된다. 도 3의 영역(32)은 대략적인 범위의 Mg 및 액셉터 농도를 설명한다. 몇몇 실시태양에서, p-형 전이층(24)의 Mg 및 액셉터 농도는 영역(32)의 외부에 있을 수 있다. 전이층(24)은 금속과의 옴 접촉, 예를 들면 Au, Ni, Al, Pt, Co, Ag, Ti, Pd, Rh, Ru, Re 및 W, 또는 이들의 합금의 투명 또는 비-투명성 접촉을 형성한다.
p-형 전이층(24)을 위한 p-형 도펀트는 Be, Mg, Ca, Sr, Zn 및 Cd를 포함하는 II족 부류로부터 선택된다. 바람직한 도펀트는 Mg이고, 이는 O, S, Se 및 Te와 같은 VIA족 원소와 함께 도핑된다.
제 1 실시태양중 하나의 예로서, p-형 전이층(24)의 두께는 약 10 내지 약 200 nm이다. 결과적으로, p-형 전이층(24)이 직렬 저항에 기여하는 정도는 적다. 도 4b는 옴 접촉 형성을 위해 최적화된 Mg-도핑된 GaN층(제 1 실시태양에 따르면 p-형 전이층)에 대한 "백-투-백"(금속-반도체-반도체-금속) 구성의 Ni/Au 금속 p-형 GaN 접촉부에 대한 I-V 특성을 설명한다. 순방향 전류(I)는 전압(V)에 선형 의존성을 나타내고, 이는 접촉이 옴성임을 입증하는 것이다. 도 4a는 p-형 전도성층에 대한 상황을 설명한다. I-V 커브는 전류 흐름에 대한 배리어의 존재를 나타낸다.
p-형 전이층은 배리어 높이가 약 0.5eV 미만이고 대략적인 옴 특성을 나타내는 금속 층과의 접촉을 형성한다. 금속을 p-형 전도성층상에 직접 침착시켜 접촉을 형성하면, 배리어 높이는 약 1.0 eV보다 크다. 이러한 높은 배리어 높이로 접촉하게 되면 다이오드의 순방향 전압은 증가하고 이들의 총 전력 효율은 감소한다. 도 5a에서, 배리어 높이는 전이 물질의 벌크 저항의 함수로서 설명된다. 낮은 저항을 갖는 Mg-도핑된 GaN층은 금속 층과 결합될 때 접촉을 형성하기 위해 높은 배리어 높이를 나타낸다. 도 5a에서 설명한 바와 같이, p-형 전이층의 바람직한 실 시태양, 즉 약 0.5eV 미만의 배리어 높이를 갖는 실시태양은 약 7 내지 약 250Ωcm의 벌크 저항을 나타낸다. 이러한 p-형 전이층은 장치의 구동 전압상에 최소 영향을 미친다. 이러한 장치의 구동 전압은 약 3.5 V 이하이다. 다른 실시태양에서, 벌크 저항은 250Ωcm보다 클 수 있다. p-형 전이 및 전도성층의 배리어 높이에서 차이는 Mg의 외부-확산, Mg-도핑된 GaN 필름의 표면 근처에 있는 수소의 재분산, 표면의 상이한 성질 또는 매우 높게 Mg-도핑된 전이층에서 마그네슘 니트라이드 포함부의 형성에서의 차이에 의해 설명될 수 있다.
배리어 높이는 접촉 어닐링을 통해 추가로 낮출 수 있다. 도 5b는 p-형 전도성층으로 형성된 접촉부 및 p-형 전이층으로 형성된 접촉부의 배리어 높이상에 미치는 RTA 시스템에서 접촉 어닐링의 효과를 설명한다. y-축은 배리어 높이를 나타내고, x-축은 한가지 유형의 층에서 p-형 도펀트를 활성화시키기 위한 열적 어닐링의 온도를 나타낸다. 따라서, 도 5b는 2개의 상이한 어닐링 효과, 즉 열적 액셉터-활성화 어닐링 및 접촉 어닐링(도 5b상에서 "접촉부 RTA"로 칭함) 효과를 설명한다.
접촉 어닐링은 전이층과 p-형 전도성층 모두에 대한 배리어 높이를 감소시킨다. 예를 들면, 600℃에서 열적으로 어닐링된 p-형 전도성층에 대한 배리어 높이는 접촉 어닐링 전에 약 2.7eV로부터 접촉 어닐링 후 약 2.3eV까지 떨어지고 600℃에서 열적으로 어닐링된 p-형 전이층에 대한 배리어 높이는 접촉 어닐링 전 약 0.8eV로부터 접촉 어닐링 후 약 0.4eV까지 떨어진다. 그러나, 접촉 어닐링 후에도, p-형 전도성층으로 형성된 접촉부는 p-형 전이층으로 형성된 접촉부보다 훨씬 높은 배리어 높이를 나타내며, 즉 p-형 전이층에 대한 약 0.4eV과 비교하여 p-형 전도성층에 대해서는 약 2.3eV를 나타낸다. 따라서, 접촉 어닐링으로 p-형 전도성층 접촉부에 대한 배리어 높이를 감소시키더라도, p-형 전이층 접촉부에 대한 배리어 높이를 감소시키기에는 효과가 충분하지 않다.
또한 도 5b에 나타낸 결과를 보면, 600℃ 내지 850℃에서 활성화를 위해 동일하게 잘 작동할 때, 관찰된 배리어 높이 감소가 액셉터 활성화 과정의 온도에 그다지 의존하지 않는다는 사실을 알 수 있다. 접촉 어닐링에 의해 배리어 높이를 감소시키기 위한 방법은 문헌에 설명되어 있다[Nakamura 등, Appl.Phys.Lett. 70, 1417(1997) "Room-temperature continous-wave operation of InGaN multi-quantum-well structure laser diodes with a lifetime of 27 hours"].
제 2 실시태양에서, p-형 전이층(24)은 Mg 도핑된 GaN에 제한되지 않고 임의의 III-V 물질이다. 제 2 실시태양에 따른 p-형 전이층(24)은 균일하게 도핑된다. 제 2 실시태양에 따른 p-형 전이층(24)은 예를 들면, InN, InGaN, AlInGaN, AlN 또는 AlGaN이다. p-형 전이층(24)이 InGaN이면, 일반적으로 결정중 III족 화합물은 약 40% In 미만이되, In의 양은 III족 화합물의 0 내지 100%이다. p-형 전이층(24)이 AlGaN일 때, 일반적으로 결정의 III족 화합물은 약 20% Al 미만이되, Al의 양은 III족 화합물의 0 내지 100%이다.
도 6은 4원 AlInGaN 물질 시스템에서 알루미늄, 인듐 및 갈륨의 조성물에 대한 격자 인자와 밴드갭 사이의 관계를 설명한다. 도 6에서, 사각형은 2원 화합물 AlN GaN 및 InN을 나타내고, 사각형을 연결하는 라인은 각각의 III 족 물질의 다양 한 조성을 갖는 3원 화합물 AlGaN, AlInN 및 InGaN을 나타내고, 라인 사이의 음영 삼각형은 각 III족 물질의 다양한 조성을 갖는 4원 화합물 AlInGaN을 나타낸다. 라인(60)은 예시적 격자 상수를 나타낸다. 도트는 포텐셜 LED 장치 층의 조성을 나타낸다. 주입 층은 p-형 전도성층(22)을 나타낸다. 제조하기 위한 가장 간단한 장치는 각 장치 층에 대해 합리적으로 가까운 격자 상수를 갖는 것이다. 따라서, 도 6은 일단 장치 층들의 조성이 선택된 후, p-형 전이층의 조성이 장치 층에 대해 p-형 전이층을 격자-매칭하고 옴 접촉에 대해 p-형 전이층을 최적화하도록 선택되는 것을 설명한다.
제 2 실시태양에 따른 p-형 전이층(24)은 또한 임의의 III-니트라이드 아르세나이드 화합물, III-니트라이드 포스파이드 화합물, 또는 III-니트라이드 아르세나이드 포스파이드 화합물, 예를 들면 GaNAs, GaNP 또는 GaNAsP일 수 있다. As 또는 P를 매우 적은 양으로 첨가하더라도 III-니트라이드 반도체의 밴드갭을 상당히 낮출 수 있다.
본 발명의 제 1 및 제 2 실시태양에서, 장치의 p-형 층은 균일하게 도핑된다. 아래 설명된 제 3 및 제 4 실시태양에서, 장치의 p-형층중 하나 이상은 다양한 농도의 도펀트를 갖는다.
도 7은 전이층(24)(도 2)이 도핑 초격자인 본 발명의 제 3 실시태양을 설명한다. 많은 III-V 반도체에서, 도핑 초격자는 균일하게 도핑된층보다 더 높은 레벨의 도핑을 달성할 수 있다. 이는 많은 III-V 반도체에서, 고도로 p-도핑된 두꺼운 장치 층이 열등한 표면 특성을 나타내기 때문이다. 따라서, 고도로 도핑된 층 및 가볍게 도핑되거나 미도핑된 층들은 향상된 표면 특성을 갖는 고도로 도핑된 구조를 형성하기 위해 번갈아 있다.
제 3 실시태양의 제 1 예로서, 전이층(24)은 고도로 도핑된 층과 약하게 도핑되거나 미도핑된 층이 번갈아 있는 세트(70)로 구성된다. 각각의 세트(70)의 층은 하부상에 고도로 Mg-도핑된 물질의 층(71) 및 상부상에 미도핑된 또는 약하게 Mg-도핑된 물질의 층(72)을 갖는다. "하부" 및 "상부"란 서브층중 하나가 p-형 전도성층 및 금속 층 모두에 인접할 수 있도록 무작위이다. 하위층(71 및 72)은 1 nm 내지 20 nm의 두께이다. 제 3 실시태양의 한가지 예로서, 각각의 하위 층(71 및 72)은 약 10 nm 두께이고 전이층(24)은 전이층(24)이 200 nm 두께를 갖도록 10 세트의 하위층이다. 고도로 도핑된 층(71)은 약 1×1020cm-3 내지 약 5×1021cm-3의 Mg 농도를 갖는다. 약하게 도핑된 층(72)은 미도핑되거나 약 1×1020cm-3으로 도핑된 Mg 농도를 갖는다.
제 3 실시태양의 제 2 예로서, 고도로 도핑된 층 이외에, 층(71)은 원소 도펀트의 층이다. 따라서, 이러한 예에서, 층(72)은 Mg-도핑되거나 미도핑된 GaN 또는 AlInGaN일 수 있고 층(71)은 원소 Mg일 수 있다.
도 8은 본 발명의 제 4 실시태양을 설명한다. p-형 층(28)은 활성 InGaN 영역(18)과 금속 층(26B)을 분리한다. p-형 층(28)은 5nm 내지 200nm 두께이다. p-형 층(28)은 금속 층(26B)과의 옴 접촉 형성 및 활성 영역(18)으로의 정공 주입을 제공하도록 도핑된다. 조성 및 농도는 층(28)을 통해 다양하다. p-형 층(28)에서 도핑이 다양하므로 p-형 전도성층을 분리할 필요가 없다.
도 9는 다양한 Mg 함량 및 4가지 예, 즉 제 4 실시태양에 따라 p-형 층(28)에서 다양한 조성을 갖는 라벨 A 내지 D중 한가지 예이다. 커브(82)는 층(28)중 Mg 농도의 한가지 예이다. 층(28)중 Mg의 양은 활성 영역(18)에 인접한 영역에서 약 1×1019cm-3으로부터 금속 층(26B)에 인접한 영역에서 약 1×1020cm-3까지 증가한다. 활성 영역(18)에 인접한 층(28)의 영역중 Mg의 농도는 약 1×1018cm-3 내지 약 5×1019cm-3까지 다양하다. 금속 층(26B)에 인접한 층(28)의 영역중 Mg의 농도는 약 5×1019cm-3 내지 약 1×1021cm-3까지 다양하다. 예 A중 커브(81)는 층(28)의 Al 조성이 변화하는 다양한 조성의 첫 번째 예를 설명한다. 층(28)중 Al의 양은 활성 영역(18)에 인접한 영역에서 약 20%로부터 금속 층(26B)에 인접한 영역에서 약 0%까지 감소한다. Al의 존재는 활성 층으로의 효과적인 정공 주입을 제공하고, 따라서 Al 조성은 활성 영역(18)에 인접한 층(28)의 영역에서 유리하게 최대화된다. 예(B)의 커브(83)은 층(28)중 In 조성이 변화하는 예를 설명한다. In의 양은 활성 영역(18)에 인접한 영역에서 약 0%로부터 금속 층(26B)에 인접한 영역에서 약 40%까지 증가한다. In의 존재는 물질의 밴드갭을 낮추고 이로써 효율적인 옴 접촉을 제공하고, 따라서 In 조성은 금속 접촉부 가까이에서 최대화된다. 활성 층에 인접한 층 부분에 In은 더 이상 존재하지 않는다.
예 C 및 D에서, Al 및 In의 조성은 모두 변화한다. 예 C에서, Al의 조성은 감소하고, Al은 In로 대체된다. 커브(84)에서 설명하는 바와 같이, Al의 조성은 금속 접촉부(26B)에 가까이에서 0이다. 유사하게, 커브(85)에서 설명하는 바와 같이, In의 조성은 활성 영역(18) 가까이에서 0이다. 따라서, 층(28)은 활성 영역에 바로 인접하여 AlGaN, 활성 영역과 금속 접촉부 사이의 영역에서 AlInGaN, 및 금속 접촉부에 바로 인접하여 InGaN이다. 예 D에서, Al 및 In 모두는 층(28)의 모든 영역에 존재한다. 커브(86)에 의해 설명하는 바와 같이, Al 조성은 활성 영역으로부터 금속 접촉부까지 감소하지만, 결코 0 조성에는 도달하지 않는다. 마찬가지로 커브(87)에 의해 설명하듯이, In 조성은 금속 접촉부로부터 활성 영역까지 감소하되, 결코 0 조성에 도달하지 않는다. 따라서 층(28)은 전체적으로 AlInGaN이되, 활성 영역 가까이에서 In보다 더욱 Al이 많이 있고 금속 접촉부 가까이에서는 Al보다 In이 더 많이 있다.
도 9는 제 4 실시태양에 따른 p-형 층(28)에서 다양한 조성 및 농도의 몇가지 예를 나타낸다. 기타 예에서, Al은 활성 영역(18)에 인접하여 p-형 층(28)의 절반에만 존재하고 In은 금속 접촉부(26B)에 인접하여 p-형 층(28)의 절반에만 존재한다. 다른 예에서, 기타 III족 또는 V족 원소의 조성은 다양하다. 또 다른 예에서, Mg 이외의 도펀트의 농도는 다양하다. 또한, As 및 P는 일반적으로 층(28)의 밴드갭을 감소시키기 위해 층(28)에, 즉 접촉부에 인접한 층(28)의 영역에서 첨가될 수 있다. 양호한 접촉부를 형성하기 위해, 가장 낮은 밴드갭 물질을 금속 접촉부 다음에 둔다. As 및 P가 물질의 밴드갭 물질을 감소시키기 때문에, As 및 P를 접촉부의 특성을 향상시키기 위해 접촉부에 인접한 층(28)의 1 내지 2nm에 첨가 한다. As 또는 P를 p-형 층(28)에 도입하는 장치에서, As 또는 P는 V족 물질의 3% 미만일 수 있다.
본 발명의 특정 태양을 설명하였지만, 본 발명의 취지를 벗어나지 않으면서 더욱 넓은 범위의 태양으로 변화 및 변형이 가능하다는 것은 자명할 것이고, 따라서 첨부된 청구의 범위 안에 이러한 본 발명의 취지 및 범위 안에 있는 변화 및 변형을 포함시키고자 한다. 예를 들면, 층이 MOCVD에 의해 성장하는 것으로 설명되었지만, 증착, 스퍼터링, 확산 또는 웨이퍼 결합 기술 뿐만 아니라 MBE, HVPE에 의해 제조될 수도 있다.
신뢰할만한 발광 다이오드를 제조하는데 있어서, p-형 층과 옴 접촉을 형성하는 능력은 매우 바람직한 특성이다. 종래에는 p-형 GaN에 대한 옴 접촉이 달성하기가 힘들었는데 왜냐하면 Mg-도핑된 III-니트라이드계 반도체에 대해 달성할 수 있는 정공 농도가 한정되어 있기 때문이다. 게다가, 많은 발광 다이오드는 얇고 투명한 금속 접촉부를 사용하므로 금속의 선택이 제한되고 금속 층이 얇아야 했다.
따라서, 본 발명에 따라 발광 장치의 p-형 층을 최적화함으로써 발광 장치에서 우수한 옴 접촉을 형성할 수 있다.
Claims (19)
- 기판;상기 기판상에 형성된 III-니트라이드의 n-형 층;상기 n-형 층상에 형성된 활성 영역;상기 활성 영역상에 형성되고 다양한 조성 및 다양한 농도의 도펀트를 갖는 단일 p-형 층;상기 n-형 층에 연결된 n-형 접촉부 및 상기 p-형 층에 연결된 p-형 접촉부를 포함하는 발광 다이오드.
- 제 1 항에 있어서,상기 p-형 층 도펀트가 Be, Mg, Ca, Sr, Zn, Cd 및 C로 이루어진 군으로부터 선택된 II족 도펀트인 발광 다이오드.
- 제 2 항에 있어서,상기 II족 도펀트가 마그네슘이고 p-형 층이 Si, Ge, O, S, Se 및 Te로 이루어진 군으로부터 선택된 공-도펀트를 추가로 포함하는 발광 다이오드.
- 제 1 항에 있어서,상기 p-형 층이 III-니트라이드, III-니트라이드 아르세나이드, III-니트라이드 포 스파이드, 및 III-니트라이드 아르세나이드 포스파이드로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함하는 발광 다이오드.
- 제 1 항에 있어서,상기 p-형 층이 5 내지 200 nm의 두께를 갖는 발광 다이오드.
- 제 1 항에 있어서,상기 활성 영역에 인접한 p-형 층의 영역에서의 제 1 도펀트 농도가 상기 p-형 접촉부에 인접한 p-형 층의 영역에서의 제 2 도펀트 농도보다 낮은 발광 다이오드.
- 제 6 항에 있어서,상기 도펀트가 마그네슘이고 상기 제 1 농도가 1×1018㎝-3 내지 5×1019㎝-3인 발광 다이오드.
- 제 6 항에 있어서,상기 도펀트가 마그네슘이고 상기 제 2 농도가 5×1019㎝-3 내지 1×1021㎝-3인 발광 다이오드.
- 제 1 항에 있어서,상기 p-형 층이 다양한 조성의 알루미늄을 포함하는 발광 다이오드.
- 제 9 항에 있어서,상기 알루미늄의 조성이 상기 활성 영역에 인접한 p-형 층의 영역에서의 20%로부터 상기 p-형 접촉부에 인접한 p-형 층의 영역에서의 0%까지 변하는 발광 다이오드.
- 제 1 항에 있어서,상기 p-형 층이 다양한 조성의 In을 포함하는 발광 다이오드.
- 제 11 항에 있어서,상기 In의 농도가 상기 활성 영역에 인접한 p-형 층의 영역에서의 0%로부터 상기 p-형 접촉부에 인접한 p-형 층의 영역에서의 40%까지 변하는 발광 다이오드.
- 제 1 항에 있어서,구동 전압이 3.5V 미만인 발광 다이오드.
- 기판상에 III-니트라이드의 n-형 층을 형성하는 단계;상기 n-형 층상에 활성 영역을 형성하는 단계;상기 활성 영역상에 다양한 조성 및 다양한 농도의 도펀트를 갖는 p-형 층을 형성하는 단계;상기 n-형 층에 연결된 n-형 접촉부 및 상기 p-형 층에 연결된 p-형 접촉부를 형성하는 단계를 포함하는 발광 다이오드의 제조방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 p-형 층을 Be, Mg, Ca, Sr, Zn, Cd 및 C로 이루어진 군으로부터 선택된 II족 도펀트로 도핑하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 II족 도펀트가 마그네슘이고 p-형 층을 Si, Ge, O, S, Se 및 Te로 이루어진 군으로부터 선택된 공-도펀트로 도핑하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 활성 영역에 인접한 p-형 층의 영역을 제 1 농도로 도핑하고, 상기 p-형 접촉부에 인접한 p-형 층의 영역을 제 2 농도로 도핑하되, 상기 제 1 농도가 제 2 농도보다 낮은 방법.
- 제 14 항에 있어서,알루미늄의 조성을 상기 활성 영역에 인접한 p-형 층의 영역에서의 20%로부터 상기 p-형 접촉부에 인접한 p-형 층의 영역에서의 0%까지 변화시키는 방법.
- 제 14 항에 있어서,p-형 층이 초격자이고, p-형 층을 형성하는 단계가 도핑된 p-형 물질의 제 1 서브층을 형성하는 단계; 및 도핑된 p-형 물질의 제 2 서브층을 형성하는 단계를 추가로 포함하되, 상기 제 2 서브층에서의 도펀트 농도가 제 1 서브층에서의 도펀트 농도보다 낮은 방법.
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