KR20100137474A - 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
발광 소자의 제조 프로세스에 있어서, 혹은 또 발광 소자의 동작 시, 안정된 거동을 나타내는 제2 전극을 갖는 발광 소자를 제공한다. 발광 소자는, n형의 도전형을 갖는 제1 화합물 반도체층(11), 제1 화합물 반도체층(11) 상에 형성되고 화합물 반도체로 이루어지는 활성층(12), 활성층(12) 상에 형성된, p형의 도전형을 갖는 제2 화합물 반도체층(13), 제1 화합물 반도체층(11)에 전기적으로 접속된 제1 전극(15) 및 제2 화합물 반도체층(13) 상에 형성된 제2 전극(14)을 구비하고 있으며, 제2 전극(14)은 티타늄 산화물로 이루어지고, 4×1021/㎤ 이상의 전자 농도를 갖고, 활성층에서 발광된 광을 반사한다.
Description
본 발명은, 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED) 등의 반도체 발광 소자는, 예를 들어, 기체(10) 상에 n형 도전형을 갖는 제1 화합물 반도체층(11), 활성층(12), p형 도전형을 갖는 제2 화합물 반도체층(13)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 그리고, 기판 혹은 노출된 제1 화합물 반도체층(11)의 부분(11A)에는 제1 전극(n측 전극)(15)이 형성되고, 제2 화합물 반도체층(13)의 상부면에는 제2 전극(p측 전극)(114)이 형성되어 있다. 이러한 반도체 발광 소자는, 활성층(12)으로부터의 광이 제2 화합물 반도체층(13)을 통하여 출사되는 형식의 반도체 발광 소자와, 예를 들어, WO2003/007390에 개시되어 있는 바와 같이, 활성층(12)으로부터의 광이 제1 화합물 반도체층(11)을 통하여 출사되는 형식(편의상, 보텀·에미션형이라고 칭한다)의 반도체 발광 소자의 2종류로 분류할 수 있다.
종래의 보텀·에미션형의 반도체 발광 소자에 있어서는, 발광 효율을 높게 유지하기 위하여, 통상, 도 5에 도시된 바와 같이 제2 전극(114)에는 활성층(12)으로부터의 가시광을 반사하는 반사 전극이 많이 사용되고 있다. 여기서, 제2 전극(114)에는, 활성층(12)으로부터 출사된 가시광을 반사시키기 위하여 충분한 전자 밀도가 필요하게 되고, 제2 전극(114)은, 예를 들어, 은(Ag)이나 알루미늄(Al) 등의 금속으로 구성되어 있다. 그러나, 이들의 금속으로 구성된 제2 전극에 있어서는, 반도체 발광 소자의 제조 프로세스에 있어서, 혹은 또 반도체 발광 소자의 동작 시, 전기적 마이그레이션이 발생하기 쉽고, 또한 산화 등의 열화가 현저하다. 그로 인해, 종종 제2 전극을 덮도록, 예를 들어 TiW로 이루어지는 피복층(100)이 형성되어 있다. 또한, 도 5에 있어서의 반도체 발광 소자의 그 밖의 구성 요소에 관해서는, 후술하는 실시예 1에 있어서, 상세하게 설명한다.
그러나, 피복층(100)에 의해 제2 전극(114)을 덮기 위해서는, 예를 들어, 물리적 기상 성장법(PVD법)에 기초하는 피복층(100)의 형성, 리소그래피 기술 및 에칭 기술에 의한 피복층(100)의 패터닝이라는 다양한 프로세스를 필요로 한다. 그로 인해, 반도체 발광 소자의 제조 비용의 증가를 피할 수 없다.
따라서, 본 발명의 목적은, 반도체 발광 소자의 제조 프로세스에 있어서, 혹은 또 반도체 발광 소자의 동작 시, 안정된 거동을 나타내는 제2 전극을 갖는 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 발광 소자는,
(A) n형의 도전형을 갖는 제1 화합물 반도체층,
(B) 제1 화합물 반도체층 상에 형성된, 화합물 반도체로 이루어지는 활성층,
(C) 활성층 상에 형성된, p형의 도전형을 갖는 제2 화합물 반도체층,
(D) 제1 화합물 반도체층에 전기적으로 접속된 제1 전극, 및
(E) 제2 화합물 반도체층 상에 형성된 제2 전극을 구비하고 있으며,
제2 전극은 티타늄 산화물로 이루어지고, 4×1021/㎤ 이상의 전자 농도를 갖고, 활성층에서 발광된 광을 반사한다.
본 발명의 반도체 발광 소자에 있어서는, 제2 전극에는 니오븀(Nb), 탄탈(Ta), 또는 바나듐(V)이 도핑되어 있는 형태로 할 수 있다. 즉, 제2 전극에 도핑된 불순물은, 니오븀(Nb), 탄탈(Ta) 및 바나듐(V)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원자인 형태로 할 수 있다.
또한, 상기한 바람직한 형태를 포함하는 본 발명의 반도체 발광 소자에 있어서, 제1 화합물 반도체층, 활성층 및 제2 화합물 반도체층을 구성하는 화합물 반도체는, AlXGaYIn1 -X- YN(0≤X≤1, 0≤Y≤1, 0≤X+Y≤1)인 구성으로 할 수 있다.
또한, 이상 설명한 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 발명의 반도체 발광 소자에 있어서는, 티타늄 산화물의 결정 구조는 루틸 구조인 구성으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 이상에서 설명한 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 발명의 반도체 발광 소자에 있어서는, 제2 전극이 형성된 제2 화합물 반도체층의 상부면은 (0001)면(C면이라고도 불린다)을 갖는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 제2 화합물 반도체층의 상부면을 C면으로 함으로써, 화합물 반도체층을 구성하는 화합물 반도체에도 의하지만, 제2 전극과의 사이에서 높은 격자 정합성을 도모할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 발광 소자의 제조 방법은,
(a) 기체 상에, n형의 도전형을 갖는 제1 화합물 반도체층, 활성층 및 p형의 도전형을 갖는 제2 화합물 반도체층이 순차적으로 적층되어 이루어지는 발광부를 형성한 후,
(b) 제2 화합물 반도체층 상에 제2 전극을 형성하는 공정을 적어도 구비하고,
제1 화합물 반도체층, 활성층 및 제2 화합물 반도체층을 구성하는 화합물 반도체는 AlXGaYIn1 -X- YN(0≤X≤1, 0≤Y≤1, 0≤X+Y≤1)이며,
상기 공정(b)에 있어서는, (0001)면을 갖는 제2 화합물 반도체층의 상부면 상에 결정 구조가 루틸 구조인 티타늄 산화물로 이루어지는 제2 전극을, 전자 농도가 4×1021/㎤ 이상이 되도록 불순물이 도핑된 상태로 에피택셜 성장시킨다.
본 발명의 반도체 발광 소자의 제조 방법에 있어서는, 불순물은, 니오븀(Nb), 탄탈(Ta), 또는 바나듐(V)인 형태로 할 수 있다. 즉, 제2 전극에 도핑된 불순물은, 니오븀(Nb), 탄탈(Ta) 및 바나듐(V)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원자인 형태로 할 수 있다. 또한, 경우에 따라서는, 제2 전극을 형성한 후, 불순물의 추가라는 관점에서, 예를 들어, 이온 주입법에 의해 불순물을 제2 전극에 주입해도 좋다.
상기한 바람직한 형태를 포함하는 본 발명의 반도체 발광 소자의 제조 방법에 있어서는, 제2 전극을, 물리적 기상 성장법의 일종인 펄스·레이저·데포지션법(Pulse Laser Deposition법, PLD법)에 기초하여 형성하는 것이 바람직하지만, 이것에 한정하는 것이 아니고, 그 외, 분자선 애피택시법(MBE법)이나 스퍼터링법에 기초하여 제2 전극을 형성할 수도 있다.
또한, 이상에 설명한 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 발명의 반도체 발광 소자 혹은 그 제조 방법에 있어서는, 제2 전극을 구성하는 재료는, 온도의 증가와 함께 전기 전도율이 증가하는 성질, 소위 금속 유형의 성질을 갖고 있는 것이 바람직하다. 또한, 금속 유형인지의 여부는, 전기 전도율의 측정 이외에도 X선 광전자 분광법(XPS법)에 기초하여 물질의 상태 밀도를 측정하여, 페르미 에지가 존재하는지의 여부로 조사할 수도 있다.
나아가, 이상에서 설명한 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 발명의 반도체 발광 소자 혹은 그 제조 방법에 있어서는, 제2 전극에 있어서, 이하의 수학식 1로 표현되는 플라즈마 진동수(ω)가 425nm 이하인 형태로 하는 것이 바람직하다.
단,
ne : 전자 밀도
e : 전기소량
ε0 : 진공의 유전율
me : 전자의 정지 질량
이다.
또한, 이상에서 설명한 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 발명의 반도체 발광 소자 혹은 그 제조 방법에 있어서, 활성층에서 발광된 광은, 제1 화합물 반도체층을 통하여 외부로 출사되는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 즉, 반도체 발광 소자를 보텀·에미션형으로 하는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 발명의 반도체 발광 소자, 혹은 이상에서 설명한 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 발명의 반도체 발광 소자의 제조 방법(이하, 이들을 총칭하여, 『본 발명』이라고 칭하는 경우가 있다)에 있어서는 전술한 바와 같이, 화합물 반도체로서, GaN계 화합물 반도체(AlGaN 혼정 혹은 AlGaInN 혼정, GaInN 혼정을 포함한다)뿐만 아니라, InN계 화합물 반도체, AlN계 화합물 반도체를 들 수 있다. 또한, 이들의 층의 형성 방법(성막 방법)으로서, 유기 금속 화학적 기상 성장법(MOCVD법)이나 MBE법, 할로겐이 수송 혹은 반응에 기여하는 하이드라이드 기상 성장법을 들 수 있다. 화합물 반도체층에 첨가되는 n형 불순물로서, 예를 들어, 규소(Si)나 셀레늄(Se), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 탄소(C), 티타늄(Ti)을 들 수 있고, p형 불순물로서, 아연(Zn)이나, 마그네슘(Mg), 베릴륨(Be), 카드뮴(Cd), 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 산소(O)를 들 수 있다.
본 발명에 있어서, 기체로서, 사파이어 기판, GaAs 기판, GaN 기판, SiC 기판, 알루미나 기판, ZnS 기판, ZnO 기판, AlN 기판, LiMgO 기판, LiGaO2 기판, MgAl2O4 기판, InP 기판, Si 기판, Ge 기판, 이들의 기판의 표면(주면)에 하지층이나 버퍼층이 형성된 것을 들 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서, 반도체 발광 소자는, 우선 기체 상에 형성되지만, 반도체 발광 소자의 최종 형태로서 기체 상에 형성되어 있는 형태 및 기체가 제거되어 있는 형태를 들 수 있다.
이상에서 설명한 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 발명의 반도체 발광 소자, 혹은 이상에서 설명한 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 발명의 반도체 발광 소자의 제조 방법에 의해 얻어지는 반도체 발광 소자(이하, 이들을 총칭하여, 『본 발명의 반도체 발광 소자 등』이라고 칭하는 경우가 있다)에 있어서는, 제1 전극을 구성하는 재료로서, 티타늄(Ti), TiW나 TiMo라는 티타늄 합금으로 구성할 수 있고(예를 들어, TiW층, Ti층/Ni층/Au층 등), 혹은 또 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금, AuGe, AuGe/Ni/Au 등으로 구성할 수도 있다. 또한, 전극이 적층 구조를 갖는 경우, 「/」 앞의 재료가 기체측에 위치한다. 제1 전극이나 제2 전극에 대하여, 필요에 따라, 예를 들어 Ti층/Pt층/Au층 등이라는 [접착층(Ti층이나 Cr층 등)]/[배리어 메탈층(Pt층, Ni층, TiW층이나 Mo층 등)]/[실장에 대하여 융화성이 좋은 금속층(예를 들어 Au층)]과 같은 적층 구성으로 한 다층 메탈층으로 이루어지는 콘택트부(패드부)를 형성해도 좋다. 제1 전극이나 콘택트부(패드부)는, 예를 들어, 진공 증착법이나 스퍼터링법이라는 각종 PVD법, 각종 화학적 기상 성장법(CVD법), 도금법에 의해 형성할 수 있다.
본 발명의 반도체 발광 소자 등에 의해, 구체적으로는, 예를 들어, 발광 다이오드(LED), 단부면 발광형의 반도체 레이저나, 면발광 레이저 소자(수직 공진기 레이저, VCSEL)를 구성할 수 있다.
본 발명의 반도체 발광 소자 등에 있어서는, 제2 전극은 활성층에서 발광된 광을 반사하지만, 여기서, 제2 전극이 광을 반사한다는 것은 파장 380nm 내지 800nm에서의 광반사율이 40% 이상인 것을 의미한다. 제2 전극의 광반사율은, 이론적으로 광반사율이 100%인 유전체 다층막을 기준으로 하여, 상대적인 반사광 강도를 비교함으로써 구할 수 있다. 제2 전극에 있어서의 전자 농도는 홀 측정(팬·델·포우법)에 기초하여 구할 수 있다.
본 발명에 있어서는, 고전자 밀도를 갖는 티타늄 산화물로 제2 전극을 구성함으로써, 높은 도전성을 얻을 수 있을 뿐 아니라, 높은 광반사율을 얻을 수 있는 결과, 반도체 발광 소자의 발광 효율을 대폭 향상시킬 수 있다. 게다가, 제2 전극을 티타늄 산화물로 구성하므로, 산화에 의한 열화라는 문제가 발생하지도 않아, 티타늄 산화물은 매우 안정된 물질인 점에서, 전기적 마이그레이션이 발생하지도 않는다. 따라서, 제2 전극을 피복층에 의해 피복할 필요가 없어, 반도체 발광 소자의 제조 공정의 간소화, 반도체 발광 소자의 제조 비용의 저감을 도모할 수 있다.
도 1의 (A) 및 (B)는, 각각 실시예 1의 반도체 발광 소자의 구성 요소의 모식적인 배치도 및 도 1의 (A)의 화살표 B-B를 따른 실시예 1의 반도체 발광 소자의 모식적인 단면도이다.
도 2는 전자 농도와 파장으로 환산한 플라즈마 진동수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3의 (A) 및 (B)는 실시예 1의 반도체 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 기체 등의 모식적인 일부 단면도이다.
도 4의 (A) 및 (B)는 도 3의 (B)에 이어, 실시예 1의 반도체 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 기체 등의 모식적인 일부 단면도이다.
도 5는 종래의 반도체 발광 소자의 모식적인 단면도이다.
도 2는 전자 농도와 파장으로 환산한 플라즈마 진동수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3의 (A) 및 (B)는 실시예 1의 반도체 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 기체 등의 모식적인 일부 단면도이다.
도 4의 (A) 및 (B)는 도 3의 (B)에 이어, 실시예 1의 반도체 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 기체 등의 모식적인 일부 단면도이다.
도 5는 종래의 반도체 발광 소자의 모식적인 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여, 실시예에 기초하여 본 발명을 설명하지만, 그것에 앞서, 본 발명의 제2 전극의 고찰을 행한다.
티타늄 산화물에 5가인 니오븀(Nb)이나 탄탈(Ta)을 도핑하면, 즉 Ti1 - ZAZO2(A는 5가의 불순물)로 함으로써, ITO에 필적할 만큼의 높은 전도성을 얻을 수 있는 것이 알려져 있다(예를 들어, T.Hitotsugi, A.Ueda, Y.Furubayashi, Y.Hirose, S.Nomura, T.Shimada, T.Hasegawa, Jpn.J.Appl.Phys.46, L86(2007),
N.Yamada, T.Hitotsugi, N.L.Kuong, Y.Furubayashi, Y.Hirose, T.Shimada, T.Hasegawa, Jpn.J.Appl.Phys.46, 5275(2007),
T.Hitotsugi, Y.Furubayashi, A.Ueda, K.Itabashi, K.Inaba, Y.Hirose, G.Kinoda, Y.Yamamoto, T.Shimada, T.Hasegawa, Jpn.J.Appl.Phys.44, L1063(2005),
Y.Furubayashi, T.Hitotsugi, Y.Yamamoto, K.Inaba, G.Kinoda, T.Shimada, T.Hasegawa, Appl.Phys.Lett.86, 252101(2005),
T.Hitotsugi, A.Ueda, S.Nakano, N.Yamada, Y.Furubayashi, Y.Hirose, T.Shimada, T.Hasegawa, Appl.Phys.Lett.90, 212106(2007)을 참조). 여기서, 돌데의 전자론에 기초하여, 편력이 없는 자유 전자를 가정하면, 수학식 1에 따라 플라스몬이라고 불리는 플라즈마 진동수(ω)가 결정된다(예를 들어, C.Kittel 「고체물리학 입문 상」 제7판 제304페이지(1998) 참조).
<수학식 1>
단,
ne : 전자 밀도
e : 전기소량
ε0 : 진공의 유전율
me : 전자의 정지 질량
이다.
플라스몬이란 전자 진동을 양자화한 것으로, 그 이하의 에너지의 광은 이론상 전반사되어 버린다. 따라서, 티타늄 산화물 중의 전자 농도를 플라즈마 진동수 이상으로 증가시킴으로써, 가시광 영역의 광을 전반사시키는 것이 가능해진다. 티타늄 산화물 중에서는 불순물인 Nb나 Ta의 활성화율은 약 80%라고 한다. 따라서, 5×1021/㎤의 불순물을 도핑함으로써 전자 농도 캐리어 농도는 4×1021/㎤이 되고, 약 423nm의 광까지 전반사시킬 수 있다(도 2 참조). 또한, 도 2의 횡축은 전자 농도이며, 종축은 파장으로 환산한 플라즈마 진동수이다. 당연히, 더 이상의 불순물을 도핑함으로써, 한층 높은 플라즈마 진동수를 얻을 수 있다.
또한, 티타늄 산화물은 매우 안정된 물질이기 때문에, 티타늄 산화물로 구성한 제2 전극은 프로세스 내성, 열내성, 전기적 내성이 매우 강하다. 나아가, 티타늄 산화물(이산화티타늄, 산화티타늄(IV))은 대기 중에서는 루틸형이 안정되며, 또한 루틸 구조를 갖는 티타늄 산화물(루틸형 TiO2라고 칭하는 경우도 있다)은 GaN의 C면 상에서 헤테로 에피택셜 성장하는 것이 알려져 있다(예를 들어, T.Hitotsugi, Y.Hirose, J.Kasai, Y.Furubayashi, M.Ohtani, K.Nakajima, T.Chilyow, T.Shimada, T.Hasegawa, Jpn.J.Appl.Phys.44, L1503(2005) 참조). 따라서, 루틸형 TiO2로 이루어지는 제2 전극을 제2 화합물 반도체층의 C면 상에서 헤테로 에피택셜 성장시킴으로써, 화합물 반도체층과 제2 전극의 계면에 결함 등에 의해 발생하는 준위가 존재하지 않는, 전기적으로 양호한 계면을 얻을 수 있다.
실시예 1
실시예 1은 본 발명의 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
실시예 1의 반도체 발광 소자는, 발광 다이오드(LED)로 이루어지고, 도 1의 (A)에 구성 요소의 모식적인 배치도를 나타내고, 도 1의 (A)의 화살표 B-B를 따른 도 1의 (B)에 모식적인 단면도를 도시한 바와 같이,
(A) n형의 도전형을 갖는 제1 화합물 반도체층(11),
(B) 제1 화합물 반도체층(11) 상에 형성된, 화합물 반도체로 이루어지는 활성층(12),
(C) 활성층(12) 상에 형성된, p형의 도전형을 갖는 제2 화합물 반도체층(13),
(D) 제1 화합물 반도체층(11)에 전기적으로 접속된 제1 전극(15), 및
(E) 제2 화합물 반도체층(13) 상에 형성된 제2 전극(14)을 구비하고 있다.
그리고, 제2 전극(14)은 티타늄 산화물, 구체적으로는 결정 구조가 루틸 구조를 갖는 티타늄 산화물로 이루어지고, 4×1021/㎤ 이상의 전자 농도를 갖고, 활성층(12)에 의해 발광된 광을 반사한다. 즉, 실시예 1의 반도체 발광 소자는 보텀·에미션형이며, 활성층(12)에 의해 발광된 광은, 제1 화합물 반도체층(11)을 통하여 외부로 출사된다. 여기서, 제2 전극(14)에 있어서는, 티타늄 산화물(루틸형 TiO2)에 니오븀(Nb) 또는 탄탈(Ta)이 도핑되어 있다. 그리고, 홀 측정(팬·델·포우법)에 기초하여 구해진 제2 전극(14)에 있어서의 전자 농도의 값은 4×1021/㎤이다. 따라서, 제2 전극(14)에 있어서, 상술한 수학식 1로 표현되는 플라즈마 진동수(ω)는 425nm 이하이다. 제2 전극(14)을 구성하는 재료(Nb 또는 Ta가 도핑된 루틸형 TiO2)는, 온도의 증가와 함께 전기 전도율이 증가하는 성질, 소위 금속 유형의 성질을 갖고 있다.
여기서, 기체(10)는, 예를 들어 사파이어로 이루어지는 기판(10A) 및 기판(10A) 상에 형성된 GaN으로 이루어지는 하지층(10B)으로 구성되어 있다. 또한, 제1 화합물 반도체층(11), 활성층(12) 및 제2 화합물 반도체층(13)을 구성하는 화합물 반도체는 AlXGaYIn1 -X- YN(0≤X≤1, 0≤Y≤1, 0≤X+Y≤1), 보다 구체적으로는 GaN계 화합물 반도체로 구성되어 있다. 즉, 제1 화합물 반도체층(11)은 Si 도핑의 GaN(GaN : Si)으로 이루어지고, 활성층(12)은 InGaN층(웰층) 및 GaN층(장벽층)으로 이루어지고, 다중 양자 웰 구조를 갖는다. 또한, 제2 화합물 반도체층(13)은 Mg 도핑의 GaN(GaN : Mg)으로 이루어진다. 그리고, 제1 화합물 반도체층(11), 활성층(12) 및 제2 화합물 반도체층(13)이 적층된 적층 구조로 발광부가 구성되어 있다. 또한, 제2 전극(14)이 형성된 제2 화합물 반도체층(13)의 상부면은 C면인 (0001)면을 갖는다.
나아가, 제1 전극(15)은, 제2 화합물 반도체층(13) 및 활성층(12)의 일부분을 제거(에칭)함으로써 노출된 제1 화합물 반도체층(11)의 일부분(11A) 상에 형성되어 있다. 그리고, 제2 전극(14)으로부터 남겨진 제2 화합물 반도체층(13)의 바로 아래의 활성층(12)의 부분을 경유하여 제1 화합물 반도체층(11), 제1 전극(15)으로 전류를 흘림으로써 활성층(12)에 있어서는, 전류 주입에 의해 활성층(12)의 양자 웰 구조가 여기되어, 전체면에 의해 발광 상태로 된다. 또한, 도 1의 (A)에 있어서는, 발광 다이오드의 구성 요소의 일부만을 도시하고 있다.
또한, 실시예 1의 발광 다이오드에 있어서는, 제1 전극(15) 상에는 절연층(16)에 형성된 제1 개구부(17A)로부터 절연층(16) 상을 연장하는 제1 콘택트부(제1 패드부)(18A)가 형성되고, 제2 전극(14) 상에는 절연층(16)에 형성된 제2 개구부(17B)로부터 절연층(16) 상을 연장하는 제2 콘택트부(제2 패드부)(18B)가 형성되어 있다. 절연층(16)을 구성하는 재료로서, SiOX계 재료, SiNY계 재료, SiOXNY계 재료, Ta2O5, ZrO2, AlN, Al2O3를 예시할 수 있다.
이하, 기판 등의 모식적인 일부 단면도인 도 3의 (A), (B) 및 도 4의 (A), (B)를 참조하여, 실시예 1의 반도체 발광 소자의 제조 방법을 설명한다.
[공정-100]
우선, 사파이어로 이루어지는 기판(10A)을 MOCVD 장치에 반입하여, 수소로 이루어지는 캐리어 가스 중, 기판 온도 1050℃에서 10분간의 기판 클리닝을 행한 후, 기판 온도를 500℃까지 저하시킨다. 그리고, MOCVD법에 기초하여, 질소 원료인 암모니아 가스를 공급하면서, 갈륨 원료인 트리메틸갈륨(TMG) 가스의 공급을 행하여, GaN으로 이루어지는 하지층(10B)을 기판(10A)의 표면에 결정 성장시킨 후, TMG 가스의 공급을 중단한다.
[공정-110]
계속해서, 기체(10) 상에 n형을 갖는 제1 화합물 반도체층(11), 활성층(12) 및 p형을 갖는 제2 화합물 반도체층(13)이 순차적으로 적층되어 이루어지는 발광부를 형성한다.
구체적으로는, MOCVD법에 기초하여, 기판 온도를 1020℃까지 상승시킨 후, 상압에서 실리콘 원료인 모노실란(SiH4) 가스의 공급을 개시함으로써, Si 도핑의 GaN(GaN : Si)으로 이루어지고, n형의 도전형을 갖는 두께 3μm의 제1 화합물 반도체층(11)을 하지층(10B)에 결정 성장시킨다. 또한, 도핑 농도는, 예를 들어, 약 5×1018/㎤이다.
그 후, 일단 TMG 가스, SiH4 가스의 공급을 중단하여, 기판 온도를 750℃까지 저하시킨다. 그리고, 트리에틸갈륨(TEG) 가스 및 트리메틸인듐(TMI) 가스를 사용하여, 밸브 전환에 의해 이들의 가스의 공급을 행함으로써 InGaN 및 GaN으로 이루어지고, 다중 양자 웰 구조를 갖는 활성층(12)을 결정 성장시킨다.
예를 들어, 발광 파장 400nm의 발광 다이오드이면, In 조성이 약 9%인 InGaN과 GaN(각각의 두께 : 2.5nm 및 7.5nm)의 다중 양자 웰 구조(예를 들어, 2층의 웰층으로 이루어진다)로 하면 된다. 또한, 발광 파장 460nm±10nm의 청색 발광 다이오드이면, In 조성 15%의 InGaN과 GaN(각각의 두께 : 2.5nm 및 7.5nm)의 다중 양자 웰 구조(예를 들어, 15층의 웰층으로 이루어진다)로 하면 된다. 나아가, 발광 파장 520nm±10nm의 녹색 발광 다이오드이면, In 조성 23%의 InGaN과 GaN(각각의 두께 : 2.5nm 및 15nm)의 다중 양자 웰 구조(예를 들어, 9층의 웰층으로 이루어진다)로 하면 된다.
활성층(12)의 형성 완료 후, TEG 가스, TMI 가스의 공급 중단과 함께, 캐리어 가스를 질소로부터 수소로 전환하여, 850℃까지 기판 온도를 상승시키고, TMG 가스와 비스시클로펜타디에닐마그네슘(Cp2Mg) 가스의 공급을 개시함으로써, 두께 100nm의 Mg 도핑의 GaN(GaN : Mg)으로 이루어지는 제2 화합물 반도체층(13)을 활성층(12) 상에 결정 성장시킨다. 또한, 도핑 농도는 약 5×1019/㎤이다. 그 후, TMG 가스 및 Cp2Mg 가스의 공급 중지와 함께 기판 온도를 저하시켜, 실온까지 기판 온도를 낮추어 결정 성장을 완료시킨다.
[공정-120]
이렇게 하여 결정 성장을 완료한 후, 질소 가스 분위기 중에서 약 800℃, 10분간의 어닐링 처리를 행하고, p형 불순물(p형 도펀트)의 활성화를 행한다.
[공정-130]
이어서, 제2 전극(p측 전극)(14)으로서, 제2 화합물 반도체층 상에 Ti1 -ZAZO2(A는 5가의 불순물이며, 구체적으로는, Nb 또는 Ta)를 PLD법에 기초하여 퇴적시킨다. 구체적으로는, 예를 들어, 이하의 표 1에 나타내는 조건으로 제2 전극(14)을 성막한다. 계속해서, 예를 들어, 수소 분위기에서 400℃, 5분이라는 조건의 환원 어닐링을 행함으로써, 과산화된 제2 전극(14)을 구성하는 TiOx(x>2)를 TiO2로 할 수 있다. 여기서, 불순물 농도는 활성층(12)으로부터의 광이 제2 전극(14)에 의해 반사되도록, 캐리어 농도가 4×1021/㎤ 이상으로 되는 값으로 한다. 예를 들어, 전술한 바와 같이 Nb나 Ta의 경우, TiO2 중에서의 전기적 활성화율은 약 80%이기 때문에, 약 5×1021/㎤ 이상의 도우즈량으로 하면 된다. 또한, 일반적으로는, TiO2 중에서의 불순물의 전기적 활성화율을 α로 하면, 불순물의 도우즈량은 4×1021×(1/α)/㎤ 이상으로 하면 된다. 또한, 루틸형 TiO2는 GaN의 C면 상에 헤테로 에피택셜 성장하는 것이 알려져 있고, 매우 양호한 계면이 얻어지기 쉽다.
[표 1]
레이저 광원 : KrF 엑시머 레이저(파장 : 248nm)
강도 : 2J/cm2 2Hz
타깃 : TiO2 분말의 소결체
(Nb 또는 Ta로서 Nb2O5, Ta2O5를 첨가)
타깃으로부터 제2 화합물 반도체층까지의 거리 : 약 50mm
프로세스 가스 : O2
기판 온도 : 250℃
[공정-140]
그 후, 제1 화합물 반도체층(11)의 일부분을 노출시킨다. 구체적으로는, 리소그래피 기술 및 건식 에칭 기술에 의해 제2 전극(14), 제2 화합물 반도체층(13), 활성층(12)의 일부를 제거하여, 제1 화합물 반도체층(11)의 일부분(11A)을 노출시킨다(도 3의 (A) 참조). 그 후, 리프트 오프법에 기초하여, 노출된 제1 화합물 반도체층(11)의 일부분 상에 제1 전극(15)을 형성한다. 구체적으로는, 전체면에 레지스트층을 형성하고, 제1 전극(15)을 형성해야 할 제1 화합물 반도체층(11)의 일부분 상의 레지스트층에 개구를 형성한다. 그리고, 전체면에, 제1 전극(15)을 구성하는 금속층(예를 들어, Ti층)을 스퍼터링법에 의해 성막하고, 계속해서, 레지스트층을 제거함으로써, 제1 전극(15)을 형성할 수 있다(도 3의 (B) 참조).
[공정-150]
그 후, 적어도 노출된 제1 화합물 반도체층(11)의 일부분, 노출된 활성층(12)의 부분 및 노출된 제2 화합물 반도체층(13)의 부분, 및 제2 전극(14)의 일부분을 절연층(16)에 의해 피복한다(도 4의 (A) 참조). 절연층(16)의 형성 방법으로서, 예를 들어 진공 증착법이나 스퍼터링법이라는 PVD법, 혹은 CVD법을 들 수 있다. 그 후, 제1 전극(15) 상의 절연층(16)의 부분 및 제2 전극(14) 상의 절연층(16)의 부분에 각각 리소그래피 기술 및 건식 에칭 기술에 기초하여, 제1 개구부(17A) 및 제2 개구부(17B)를 형성한다(도 4의 (B) 참조). 계속해서, 제1 전극(15)으로부터 제1 개구부(17A)를 통하여 절연층(16) 상으로 연장되는 제1 콘택트부(제1 패드부)(18A)를 형성하고, 동시에 제2 전극(14)으로부터 제2 개구부(17B)를 통하여 절연층(16) 상으로 연장되는 제2 콘택트부(제2 패드부)(18B)를 형성한다. 또한, 제1 콘택트부(제1 패드부)(18A) 및 제2 콘택트부(제2 패드부)(18B)는, 예를 들어, 진공 증착법에 의해 형성된 Ti층/Pt층 및 그 위에 도금법에 의해 형성된 Au층으로 이루어진다. 그 후, 다이싱에 의해 칩화를 행하여, 도 1에 도시된 반도체 발광 소자(발광 다이오드)를 얻을 수 있다. 나아가, 수지 몰드, 패키지화를 행함으로써, 예를 들어, 포탄형이나 면 실장형이라는 다양한 반도체 발광 소자(구체적으로는, 발광 다이오드)를 제작할 수 있다.
실시예 1에 있어서는, 불순물이 도핑되어, 고전자 밀도를 갖는 티타늄 산화물로 제2 전극(14)을 구성함으로써, 높은 도전성을 얻을 수 있을 뿐 아니라, 높은 광반사율을 얻을 수 있는 결과, 반도체 발광 소자의 발광 효율을 대폭 향상시킬 수 있다. 게다가, 제2 전극(14)을 티타늄 산화물로 구성하므로, 산화에 의해 열화되지 않아, 전기적 마이그레이션이 발생하지도 않는다. 따라서, 종래의 기술과 달리, 제2 전극(14)을 피복층에 의해 피복할 필요가 없어, 반도체 발광 소자의 제조 공정의 간소화, 제조 비용의 저감을 도모할 수 있다. 또한, 불순물이 도핑된 티타늄 산화물은 일함수가 크므로, p형의 도전형을 갖는 제2 화합물 반도체층(13)과의 사이의 쇼트키 배리어가 낮아, 제2 전극(14)과 제2 화합물 반도체층(13) 사이의 전기적 접속으로서 양호한 오믹·콘택트를 얻을 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예에 기초하여 설명했지만, 본 발명은 이 실시예에 한정되는 것이 아니다. 실시예에 있어서 설명한 반도체 발광 소자의 구성, 구조, 반도체 발광 소자를 구성하는 재료, 반도체 발광 소자의 제조 조건이나 각종 수치는 예시이며, 적절히 변경할 수 있다. 예를 들어, 실시예 1에 있어서 설명한 반도체 발광 소자에 있어서는, 반도체 발광 소자의 최종 형태로서 기체 상에 형성되어 있는 형태를 들었지만, 대체적으로, 기체를 연마나 에칭함으로써 제거하여, 노출된 제1 화합물 반도체층(11)에 제1 전극(15)을 형성하는 구조로 할 수도 있다. 또한, 도전성을 갖는 기판을 사용하면, 기판의 주면(표면, 겉면)에 제1 화합물 반도체층 등을 형성하고, 기판의 이면에 제1 전극(15)을 형성하여도 된다.
Claims (14)
- (A) n형의 도전형을 갖는 제1 화합물 반도체층,
(B) 제1 화합물 반도체층 상에 형성된, 화합물 반도체로 이루어지는 활성층,
(C) 활성층 상에 형성된, p형의 도전형을 갖는 제2 화합물 반도체층,
(D) 제1 화합물 반도체층에 전기적으로 접속된 제1 전극, 및
(E) 제2 화합물 반도체층 상에 형성된 제2 전극을 구비하고 있으며,
제2 전극은, 티타늄 산화물로 이루어지고, 4×1021/㎤ 이상의 전자 농도를 갖고, 활성층에서 발광된 광을 반사하는, 반도체 발광 소자. - 제1항에 있어서, 제2 전극에는 니오븀 또는 탄탈이 도핑되어 있는, 반도체 발광 소자.
- 제1항에 있어서, 제1 화합물 반도체층, 활성층 및 제2 화합물 반도체층을 구성하는 화합물 반도체는, AlXGaYIn1 -X- YN(0≤X≤1, 0≤Y≤1, 0≤X+Y≤1)인, 반도체 발광 소자.
- 제1항에 있어서, 티타늄 산화물의 결정 구조는 루틸 구조인, 반도체 발광 소자.
- 제1항에 있어서, 제2 전극이 형성된 제2 화합물 반도체층의 상부면은 (0001)면을 갖는, 반도체 발광 소자.
- 제1항에 있어서, 제2 전극을 구성하는 재료는, 온도의 증가와 함께 전기 전도율이 증가하는 성질을 갖는, 반도체 발광 소자.
- 제1항에 있어서, 제2 전극에 있어서, 이하의 수학식 1로 표현되는 플라즈마 진동수(ω)가 425nm 이하인, 반도체 발광 소자.
<수학식 1>
단,
ne : 전자 밀도
e : 전기소량
ε0 : 진공의 유전율
me : 전자의 정지 질량 - 제1항에 있어서, 활성층에서 발광된 광은, 제1 화합물 반도체층을 통하여 외부로 출사되는, 반도체 발광 소자.
- (a) 기체 상에, n형의 도전형을 갖는 제1 화합물 반도체층, 활성층 및 p형의 도전형을 갖는 제2 화합물 반도체층이 순차적으로 적층되어 이루어지는 발광부를 형성한 후,
(b) 제2 화합물 반도체층 상에 제2 전극을 형성하는 공정을 적어도 구비하고,
제1 화합물 반도체층, 활성층 및 제2 화합물 반도체층을 구성하는 화합물 반도체는, AlXGaYIn1 -X- YN(0≤X≤1, 0≤Y≤1, 0≤X+Y≤1)이며,
상기 공정 (b)에 있어서는, (0001)면을 갖는 제2 화합물 반도체층의 상부면 상에 결정 구조가 루틸 구조인 티타늄 산화물로 이루어지는 제2 전극을, 전자 농도가 4×1021/㎤ 이상이 되도록 불순물이 도핑된 상태에서 에피택셜 성장시키는, 반도체 발광 소자의 제조 방법. - 제9항에 있어서, 불순물은 니오븀 또는 탄탈인, 반도체 발광 소자의 제조 방법.
- 제9항에 있어서, 제2 전극을 펄스·레이저·데포지션법에 기초하여 형성하는, 반도체 발광 소자의 제조 방법.
- 제9항에 있어서, 제2 전극을 구성하는 재료는, 온도의 증가와 함께 전기 전도율이 증가하는 성질을 갖는, 반도체 발광 소자의 제조 방법.
- 제9항에 있어서, 제2 전극에 있어서, 이하의 수학식 1로 표현되는 플라즈마 진동수(ω)가 425nm 이하인, 반도체 발광 소자의 제조 방법.
<수학식 1>
단,
ne : 전자 밀도
e : 전기소량
ε0 : 진공의 유전율
me : 전자의 정지 질량 - 제9항에 있어서, 활성층에서 발광된 광은, 제1 화합물 반도체층을 통하여 외부로 출사되는, 반도체 발광 소자의 제조 방법.
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|---|---|---|---|---|
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Families Citing this family (11)
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|---|---|---|---|---|
| US20100301349A1 (en) * | 2005-01-26 | 2010-12-02 | Harvatek Corporation | Wafer level led package structure for increasing light-emitting efficiency and heat-dissipating effect and method for manufacturing the same |
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| US8273589B2 (en) * | 2010-03-19 | 2012-09-25 | Micron Technology, Inc. | Light emitting diodes and methods for manufacturing light emitting diodes |
| EP2660855A4 (en) * | 2010-12-28 | 2014-07-02 | Dowa Electronics Materials Co Ltd | SEMICONDUCTOR DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR |
| WO2012090254A1 (ja) * | 2010-12-28 | 2012-07-05 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層とのオーミック接触用の電極とその製造方法 |
| US8344392B2 (en) * | 2011-05-12 | 2013-01-01 | Epistar Corporation | Light-emitting element and the manufacturing method thereof |
| TWI479694B (zh) * | 2012-01-11 | 2015-04-01 | Formosa Epitaxy Inc | Light emitting diode wafers |
| KR102222218B1 (ko) | 2013-01-24 | 2021-03-03 | 루미리즈 홀딩 비.브이. | 반도체 발광 디바이스 내의 p-접촉 저항의 제어 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180068574A (ko) * | 2016-12-14 | 2018-06-22 | 광운대학교 산학협력단 | GaN 상에 자발 형성된 금 나노입자의 성장제어방법 |
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