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KR100855340B1 - Manufacturing method of light emitting diode device - Google Patents

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KR100855340B1
KR100855340B1 KR1020070046142A KR20070046142A KR100855340B1 KR 100855340 B1 KR100855340 B1 KR 100855340B1 KR 1020070046142 A KR1020070046142 A KR 1020070046142A KR 20070046142 A KR20070046142 A KR 20070046142A KR 100855340 B1 KR100855340 B1 KR 100855340B1
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KR
South Korea
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gallium nitride
semiconductor layer
layer
hole injection
type gallium
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임원택
추성호
이종희
최원철
이재학
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(주)더리즈
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Abstract

본 발명은 발광 다이오드(diode) 소자와 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 질화갈륨(GaN)계 발광 다이오드 소자에 있어서 상부 투명 전극의 구조 및 그 형성 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 발광 다이오드 소자는, 질화갈륨(GaN) 계열의 발광 다이오드 소자에 있어서, n형 질화갈륨 반도체층과 p형 질화갈륨 반도체층을 포함하며, 기판 위에 적층된 질화갈륨 반도체층; 상기 질화갈륨 반도체층 상부에 위치하는 정공 주입층; 및 상기 정공 주입층 상부에 위치하는 투명전극을 포함한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting diode device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a structure of a top transparent electrode and a method of forming the same in a gallium nitride (GaN) -based light emitting diode device. A light emitting diode device according to the present invention includes a gallium nitride (GaN) -based light emitting diode device, the gallium nitride semiconductor layer comprising an n-type gallium nitride semiconductor layer and a p-type gallium nitride semiconductor layer; A hole injection layer positioned on the gallium nitride semiconductor layer; And a transparent electrode positioned on the hole injection layer.

Description

발광 다이오드 소자의 제조 방법 {MANUFACTURING METHOD FOR LIGHT EMITTING DIODE DEVICE}Manufacturing Method of Light Emitting Diode Device {MANUFACTURING METHOD FOR LIGHT EMITTING DIODE DEVICE}

도 1은 일반적인 발광 다이오드 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 발광 다이오드 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a structure of a general light emitting diode device, and FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a structure of a light emitting diode device manufactured according to an embodiment of the present invention.

도 3은 종래 기술에 의한 발광 다이오드 소자와 본 발명의 실시예에 따라 제조된 발광 다이오드 소자의 오믹 접합 특성을 비교한 결과를 나타낸다.Figure 3 shows the result of comparing the ohmic junction characteristics of the LED device according to the prior art and the LED device manufactured according to the embodiment of the present invention.

본 발명은 발광 다이오드(diode) 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 질화갈륨(GaN)계 발광 다이오드 소자에 있어서 상부 투명 전극의 구조 및 그 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a light emitting diode device, and more particularly, to a structure of a top transparent electrode and a method of forming the same in a gallium nitride (GaN) based light emitting diode device.

일반적으로 빛을 발하기 위한 소자로 사용되는 발광 다이오드는 백열 전구나 형광등을 대체하는 차세대 조명으로 각광받고 있다. 특히, 질화갈륨(GaN)을 이용하는 청색 발광 다이오드가 개발되면서 모든 색의 구현이 가능하게 되었으며, 이에 따라 다양한 방면에서 수요가 더욱 크게 증가하고 있다. 발광 다이오드는 반도체의 빠른 처리 속도와 낮은 전력 소모 등의 장점과 함께, 환경 친화적이면서도 에너지 절약 효과가 높아서 차세대 국가 전략 품목으로 꼽히고 있다.BACKGROUND ART In general, light emitting diodes used as devices for emitting light have been spotlighted as next-generation lighting replacing incandescent bulbs or fluorescent lamps. In particular, as a blue light emitting diode using gallium nitride (GaN) has been developed, it is possible to realize all colors, and accordingly, demand in various fields is increasing. Light-emitting diodes are considered as next-generation national strategic items because they have the advantages of fast processing speed and low power consumption of semiconductors and environmentally friendly and high energy saving effect.

이러한 질화갈륨 발광 다이오드를 생산하는 일반적인 방법은 다음과 같다.A general method for producing such a gallium nitride light emitting diode is as follows.

도 1은 일반적인 발광 다이오드의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 준비된 기판(10) 위에 제1 반도체층(11)을 형성한다. 상기의 제1 반도체층(11) 위에 상기의 제1 반도체층(11)과 반대 극성을 가지는 제2 반도체층(12)을 형성하여 p-n 접합면(20)을 만들 수 있다. 즉, 제1 반도체층(11)이 p형으로 도핑되어 있다면 제1 반도체층(11) 위에 n형으로 도핑된 제2 반도체층(12)을 형성하고, 제1 반도체층(11)이 n형으로 도핑되어 있으면 제1 반도체층(11) 위에 p형으로 도핑된 제2 반도체층(12)을 형성할 수 있다. 이렇게 형성된 p-n 접합면(20)으로 전류를 흘리기 위해 제2 반도체층(12)과 접한 표면에 제1 금속 전극(14)을 형성한다.  이때 p-n 접합면(20)으로 전류가 균일하게 흐를 수 있도록 제2 반도체층(12)의 상부면과 제1 금속 전극(14) 사이에 전류 분포용 투명 전극(13)을 형성할 수 있다. 또한, 제2 금속 전극(15)을 형성시키기 위하여 건식 식각 방법을 사용하여 소자 구조 중 가장 위쪽에 있는 제2 반도체층(12)에서부터 제1 반도체층(11)의 일부분까지 식각한다.  식각이 끝난 후 포토 리소그래피 공정을 이용하여 패턴을 형성하고 전자빔 증착법 등을 사용하여 제2 금속 전극(15)을 형성한다. 이후 외부 전원과의 와이어 접촉을 위한 패드(도시하지 않음)를 형성한다. 이와 같이 제작된 발광 다이오드의 제1 금속 전극(14)과 제2 금속 전극(15)을 통해 전류를 흘리면 p-n 접합면에서 빛이 방출된다.1 is a perspective view schematically showing a structure of a general light emitting diode. As shown in FIG. 1, the first semiconductor layer 11 is formed on the prepared substrate 10. The p-n junction surface 20 may be formed on the first semiconductor layer 11 by forming a second semiconductor layer 12 having a polarity opposite to that of the first semiconductor layer 11. That is, when the first semiconductor layer 11 is doped with p-type, the second semiconductor layer 12 doped with n-type is formed on the first semiconductor layer 11, and the first semiconductor layer 11 is n-type. When doped, the second semiconductor layer 12 doped in a p-type may be formed on the first semiconductor layer 11. The first metal electrode 14 is formed on the surface in contact with the second semiconductor layer 12 to flow current through the p-n junction surface 20 formed as described above. In this case, the current distribution transparent electrode 13 may be formed between the upper surface of the second semiconductor layer 12 and the first metal electrode 14 so that the current flows uniformly to the p-n junction surface 20. In addition, in order to form the second metal electrode 15, etching is performed from the second semiconductor layer 12 at the top of the device structure to a part of the first semiconductor layer 11 using a dry etching method. After etching is completed, a pattern is formed using a photolithography process and the second metal electrode 15 is formed using an electron beam deposition method or the like. A pad (not shown) is then formed for wire contact with an external power source. When current flows through the first metal electrode 14 and the second metal electrode 15 of the light emitting diode manufactured as described above, light is emitted from the p-n junction surface.

질화갈륨 발광다이오드의 전기적 성질을 결정하는 가장 중요한 요소는 p형 질화갈륨 반도체층과 금속 전극의 오믹(ohmic) 특성이다. 오믹 접합(ohmic contact)이 나쁘면 디바이스의 동작을 위해 요구되는 전압이 매우 높게 되어 장기적으로 디바이스의 신뢰성을 떨어뜨린다. 여기서, 오믹 접합이라 함은 두 개의 물질이 접합되어 있으며, 그 접합부에 흐르는 전류가 접합부의 전위차에 비례하는 특성을 가지는 영역을 말한다.The most important factor that determines the electrical properties of the gallium nitride light emitting diode is the ohmic characteristics of the p-type gallium nitride semiconductor layer and the metal electrode. Poor ohmic contact results in a very high voltage required for the operation of the device, reducing the reliability of the device in the long run. Here, the ohmic junction refers to a region in which two materials are bonded to each other and a current flowing in the junction portion is in proportion to the potential difference of the junction portion.

종래에는, 전류의 균일한 분포를 달성하기 위해서 전류 확산용으로 금속 박막을 형성하였다. Ni/Au 전극이나 Pt 등의 금속박막을 산소 분위기에서 어닐링하여 투명하게 하는 것이다. 그러나 Ni/Au나 Pt는 비저항이 작은데 비해, 투명도는 충분하지 않고, 발광한 빛의 추출 효율도 악화된다. 즉, 발광 다이오드에서 발생한 빛이 투명 전극을 지나서 방출되는데, Ni/Au 전극은 광투과율이 80% 이상을 유지하기 힘들어서, 20% 이상의 빛이 방출 과정에서 손실되는 것이다.Conventionally, metal thin films have been formed for current diffusion in order to achieve a uniform distribution of current. Metal thin films such as Ni / Au electrodes and Pt are annealed in an oxygen atmosphere to be transparent. However, Ni / Au and Pt have a small specific resistance, but the transparency is not sufficient, and the extraction efficiency of the emitted light is also deteriorated. That is, the light emitted from the light emitting diode is emitted through the transparent electrode, the light transmittance of the Ni / Au electrode is difficult to maintain more than 80%, 20% or more light is lost during the emission process.

또한, 발광한 빛의 투과율을 높이기 위해 금속 박막의 두께를 얇게 하면, 투명도는 증가하게 되나, 소자 전체에 골고루 퍼지게 되는 전류 확산 효과(current spreading effect)는 현저하게 감소하여 소자의 특성을 향상시키지는 못 한다. In addition, if the thickness of the metal thin film is increased to increase the transmittance of the emitted light, the transparency is increased, but the current spreading effect that is spread evenly throughout the device is remarkably reduced, which does not improve the device characteristics. do.

또한, 전류확산용으로 ITO(indium tin oxide) 박막층을 사용하면, 투명도나 전류 확산 효과는 향상되지만, ITO 물질은 n형 전도성 물질에 속하므로, 접합을 이루는 최종 박막층이 p형 질화갈륨 반도체층인 경우에는 오믹 접합이 아닌 쇼트키(Schottky) 접합 특성을 보이게 되므로, 그 자체만으로 투명전극 층을 형성할 수 는 없다. In addition, when the indium tin oxide (ITO) thin film layer is used for current diffusion, the transparency or current diffusion effect is improved, but since the ITO material belongs to the n-type conductive material, the final thin film layer forming the junction is a p-type gallium nitride semiconductor layer. Since the Schottky bonding characteristic is shown instead of the ohmic bonding, the transparent electrode layer cannot be formed by itself.

상기와 같이 종래의 방법으로는 원하는 충분한 오믹 특성을 얻는 데는 한계가 있다. 또한, 오믹 접합 형성을 위해 고온에서 열처리를 하는 경우에는 p형 질화갈륨 반도체층 표면에서는 갈륨 빈자리만 생기는 것이 아니라, 질소 빈자리도 함께 생기는 문제가 발생한다. 질소 빈자리는 갈륨 빈자리와는 정반대로 정공의 농도를 감소시키게 된다. 따라서 최적의 오믹 특성을 얻기 위해서는 열처리하는 과정 중 p형 질화갈륨 반도체층 내부에 질소 빈자리를 만들지 않고 정공의 농도를 높일 수 있는 방법이 필요하다.As described above, the conventional method has a limit in obtaining desired desired ohmic characteristics. In addition, when heat treatment is performed at high temperature to form an ohmic junction, not only gallium vacancies are generated on the surface of the p-type gallium nitride semiconductor layer, but also nitrogen vacancies occur. Nitrogen vacancies reduce the concentration of holes as opposed to gallium vacancies. Therefore, in order to obtain an optimal ohmic characteristic, a method of increasing the concentration of holes without forming nitrogen vacancies in the p-type gallium nitride semiconductor layer during the heat treatment is required.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, p형 질화갈륨 반도체층과 전극 간에 전류 확산 효과 및 투명도를 극대화하면서도 오믹 접합을 이룰 수 있는 전계 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide an electroluminescent device capable of forming an ohmic junction while maximizing a current spreading effect and transparency between a p-type gallium nitride semiconductor layer and an electrode, and a method of manufacturing the same. .

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 발광 다이오드 소자는, 질화갈륨(GaN) 계열의 발광 다이오드 소자에 있어서, n형 질화갈륨 반도체층과 p형 질화갈륨 반도체층을 포함하며, 기판 위에 적층된 질화갈륨 반도체층; 상기 질화갈륨 반도체층 상부에 위치하는 정공 주입층(hole injection layer); 및 상기 정공 주입층 상부에 위치하는 투명전극을 포함한다.In order to achieve the above technical problem, a light emitting diode device according to the present invention includes a gallium nitride (GaN) -based light emitting diode device, which includes an n-type gallium nitride semiconductor layer and a p-type gallium nitride semiconductor layer, and is stacked on a substrate. Gallium nitride semiconductor layers; A hole injection layer on the gallium nitride semiconductor layer; And a transparent electrode positioned on the hole injection layer.

여기서, 상기 질화갈륨 반도체층은 사파이어 기판 위에 n형 질화갈륨 반도체층, 활성층, p형 질화갈륨 반도체층이 차례로 적층되어 형성되고, 상기 정공 주입층은 상기 p형 질화갈륨 반도체층의 바로 위에 위치하는 것으로 할 수 있다.The gallium nitride semiconductor layer is formed by sequentially stacking an n-type gallium nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type gallium nitride semiconductor layer on a sapphire substrate, and the hole injection layer is positioned directly on the p-type gallium nitride semiconductor layer. It can be done.

상기 정공 주입층은 p형으로 도핑된 투명한 전도성 산화물로 형성할 수 있으며, 인듐-주석 산화물(ITO), CuAlO2, CuGaO2, SrCu2O2, ZnO:P, ZnO:N, 및In2O3+Ag2O을 포함하는 군에서 선택된 물질을 포함할 수 있으며, 그 두께는 5Å 내지 100Å의 범위 이내인 것으로 할 수 있다.The hole injection layer may be formed of a p-type doped transparent conductive oxide, indium-tin oxide (ITO), CuAlO 2 , CuGaO 2 , SrCu 2 O 2 , ZnO: P, ZnO: N, and In 2 O It may include a material selected from the group containing 3 + Ag 2 O, the thickness may be within the range of 5 kPa to 100 kPa.

상기 투명전극은 인듐-주석 산화물(ITO), 또는 산화 아연과 알루미늄의 혼합물(ZnO:Al)로 형성 할 수 있으며, 상기 투명전극의 두께는 500Å 내지 3000Å의 범위 이내로 할 수 있다.The transparent electrode may be formed of indium tin oxide (ITO), or a mixture of zinc oxide and aluminum (ZnO: Al), and the thickness of the transparent electrode may be within a range of 500 kV to 3000 kV.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 질화갈륨(GaN) 계열의 발광 다이오드 소자의 제조 방법은 기판 위에 n형 질화갈륨 반도체층 및 p형 질화갈륨 반도체층을 포함하는 질화갈륨 반도체층을 형성하는 단계; 상기 질화갈륨 반도체층의 위에 정공 주입층을 형성하는 단계; 및 상기 정공 주입층의 위에 투명전극을 형성하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above technical problem, a method of manufacturing a gallium nitride (GaN) -based light emitting diode device according to the present invention includes forming a gallium nitride semiconductor layer including an n-type gallium nitride semiconductor layer and a p-type gallium nitride semiconductor layer on a substrate. step; Forming a hole injection layer on the gallium nitride semiconductor layer; And forming a transparent electrode on the hole injection layer.

상기 질화갈륨 반도체층을 형성하는 단계는 상기 기판 위에 n형 질화갈륨 반도체층을 형성하는 단계; 상기 n형 질화갈륨 반도체층 위에 활성층을 형성하는 단계; 상기 활성층 위에 p형 질화갈륨 반도체층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 정공 주입층은 상기 p형 질화갈륨 반도체층의 바로 위에 형성하는 것으로 할 수 있다.The forming of the gallium nitride semiconductor layer may include forming an n-type gallium nitride semiconductor layer on the substrate; Forming an active layer on the n-type gallium nitride semiconductor layer; And forming a p-type gallium nitride semiconductor layer on the active layer, and the hole injection layer may be formed directly on the p-type gallium nitride semiconductor layer.

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조 방법에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a light emitting diode according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 “위에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 “바로 위에” 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 “바로 위에” 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., are exaggerated for clarity. When a part of a layer, film, area, plate, etc. is said to be "on" another part, this includes not only the other part "directly" but also another part in the middle. On the contrary, when a part is “just above” another part, there is no other part in the middle.

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 발광 다이오드 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a light emitting diode device manufactured according to an embodiment of the present invention.

본 발명이 적용되는 질화갈륨 화합물 반도체 발광 소자는, 도 1의 경우와 유사하게, 사파이어 등의 재료로 이루어진 기판(100) 위에 질화갈륨층의 성장을 돕기 위한 완충층(미도시함)을 형성하고 n형 질화갈륨층(110), 활성층(미도시함), 및 p형 질화갈륨층(120)을 순차적으로 성장시킨다. 이어서, 본 발명의 실시예에 따르는 발광 다이오드 소자에서는 상기 p형 질화갈륨층(120)의 위에 투명 전극을 형성하였던 종래 방식과는 달리, 정공 주입층(125)을 먼저 형성하고, 상기 정공 주입층(125)의 바로 위에 투명 전극(130)을 형성한다.In the gallium nitride compound semiconductor light emitting device to which the present invention is applied, similarly to the case of FIG. 1, a buffer layer (not shown) is formed on the substrate 100 made of a material such as sapphire to help the growth of the gallium nitride layer. The gallium nitride layer 110, the active layer (not shown), and the p-type gallium nitride layer 120 are sequentially grown. Subsequently, in the light emitting diode device according to the embodiment of the present invention, unlike the conventional method in which the transparent electrode is formed on the p-type gallium nitride layer 120, the hole injection layer 125 is first formed, and then the hole injection layer is formed. The transparent electrode 130 is formed directly on the 125.

여기서, 정공 주입층(125)의 역할은 그 하부에 위치한 p형 질화갈륨층(120)과 투명 전극(130)의 오믹 접합의 형성을 돕는다. 즉, 오믹 접합 형성을 위해 고온에서 열처리를 하는 경우에, p형 질화갈륨 반도체층, 특히 표면 부근에 발생하는 질소 빈자리로 인한 정공의 농도 감소를 방지 혹은 상쇄하게 된다. 따라서 열처리하는 과정 중 p형 질화갈륨 반도체층 내부에 정공의 농도를 유지 내지 증가시키게 된다.Here, the role of the hole injection layer 125 helps to form an ohmic junction between the p-type gallium nitride layer 120 and the transparent electrode 130 disposed below. That is, when heat treatment is performed at high temperature to form an ohmic junction, a decrease in the concentration of holes due to nitrogen vacancies occurring near the p-type gallium nitride semiconductor layer, particularly near the surface, is prevented or cancelled. Therefore, during the heat treatment, the concentration of holes is maintained or increased in the p-type gallium nitride semiconductor layer.

이러한 목적을 가진 상기 정공 주입층(125)은, p형으로 도핑된 물질로 형성할 수 있다. 즉, 하부 p형 질화갈륨층(120)에 정공을 공급할 수 있도록, p형으로 도핑된 물질로 이루어지며, 바람직하게는 상기 p형 질화갈륨층(120)과 동일한 도핑 원소를 포함하여, 후속 열처리 공정에서의 상기 도핑 원소의 손실을 방지하도록 한다.The hole injection layer 125 having this purpose may be formed of a p-type doped material. That is, the p-type gallium nitride layer 120 is formed of a material doped with a p-type material so as to supply holes, and preferably includes the same doping element as the p-type gallium nitride layer 120, subsequent heat treatment To prevent the loss of the doping element in the process.

또한, 정공 주입층이 삽입되더라도 발광 다이오드의 광 투과성을 유지하도록 하는 것이 중요하다. 이를 위해서 투명한 전도성 전극을 사용한다. 즉, p형으로 도핑이 가능하고, 투명하면서도 전도성이 우수한 물질이 필요하다. 이를 위해 대표적인 것은 전도성 산화물 물질, 바람직하게는, 인듐-주석 산화물(ITO), CuAlO2, CuGaO2, SrCu2O2, ZnO:P, ZnO:N, 및 In2O3+Ag2O을 포함하는 군에서 선택된 물질을 포함할 수 있다.In addition, it is important to maintain the light transmittance of the light emitting diode even when the hole injection layer is inserted. For this purpose, a transparent conductive electrode is used. That is, a material that can be doped with a p-type, transparent and excellent in conductivity is required. Representatives for this purpose include conductive oxide materials, preferably indium-tin oxide (ITO), CuAlO 2 , CuGaO 2 , SrCu 2 O 2 , ZnO: P, ZnO: N, and In 2 O 3 + Ag 2 O It may include a material selected from the group.

또한, 정공 주입층(125)의 두께는 5Å 내지 100Å의 범위가 되도록 한다. 정공 주입층(125)은 상부의 투명 전극(130)과 하부의 p형 질화갈륨층(120)의 사이에서 오믹 접합의 형성을 돕는 역할을 하는 것이므로, 광 투과의 손실 방지 및 패터닝 공정과 같은 후속 공정의 진행을 고려할 때, 오믹 접합 형성의 역할을 수행할 수 있는 범위 내에서 최대한 얇은 두께로 형성하는 것이 유리하다. In addition, the thickness of the hole injection layer 125 is in the range of 5 kPa to 100 kPa. Since the hole injection layer 125 serves to help form an ohmic junction between the upper transparent electrode 130 and the lower p-type gallium nitride layer 120, subsequent steps such as preventing light loss and patterning processes In consideration of the progress of the process, it is advantageous to form as thin as possible within the range that can serve as the ohmic junction formation.

일반적으로 p형 질화갈륨 층은 많은 양의 수소를 포함하고 있는데, 이 수소들은 유기금속화학증착(MOCVD) 방법으로 성장하는 과정 중에 포함되며, 도핑 원소(예컨대 마그네슘 원소)와 Mg-H와 같은 형태로 결합되어 있다. 따라서 이 수소를 제거해야만 비로소 도핑 원소가 활성화되어 정공을 생성하는 억셉터(accepter)의 역할을 한다. 이 수소를 제거하기 위해, 별도의 급속열처리 또는 전기로에서의 열처리 과정이 필요하다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 p형 질화갈륨계 디바이스 제조방법은, 열처리 확산과정에 의해 상기 정공 주입층(125)으로부터 p형 질화갈륨층(120) 내부로 정공 및/또는 도핑 원소가 확산되어, p형 질화갈륨의 정공 농도를 높이고, 도핑된 원소를 활성화시킬 수 있다.In general, the p-type gallium nitride layer contains a large amount of hydrogen, which is included during the growth process by organometallic chemical vapor deposition (MOCVD), and forms such as doping element (eg magnesium element) and Mg-H. Are combined. Therefore, only when the hydrogen is removed, the doping element is activated to act as an acceptor to generate holes. In order to remove this hydrogen, a separate rapid heat treatment or heat treatment in an electric furnace is required. Therefore, in the p-type gallium nitride-based device manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the hole and / or doping element is diffused from the hole injection layer 125 into the p-type gallium nitride layer 120 by a heat treatment diffusion process , the hole concentration of the p-type gallium nitride can be increased, and the doped element can be activated.

즉, p형 질화갈륨층(120) 위에 정공 주입층(125)을 형성한 이후, 질소 분위기의 증착 장치 내에서 열처리하여 정공 주입층(125)의 정공 및/또는 도핑 원소를 상기 p형 질화갈륨층(120)의 내부로 확산시킬 수 있다. 이때, 질소 분위기에서 400℃ 내지 800℃의 온도에서 급속열처리(RTA)(Rapid Thermal Annealing)하여, 불필요한 열 부담(thermal budget)을 최소화 하는 가운데에서 정공 주입 효과를 극대화하는 것이 바람직하다. 물론, 정공 및/또는 도핑 원소를 상기와 같이 p형 질화갈륨층(120)의 내부로 확산시키는 방법은 상기의 방법에 한정된 것이 아니며, 전기로에서 열처리하거나, 정공 주입층 형성과 동시에 열처리를 실시하여 구현될 수도 있다.That is, after the hole injection layer 125 is formed on the p-type gallium nitride layer 120, the hole and / or doping elements of the hole injection layer 125 are heat-treated in a vapor deposition apparatus under a nitrogen atmosphere to form the p-type gallium nitride. May diffuse into the interior of layer 120. At this time, it is preferable to maximize the hole injection effect in the middle of rapid thermal treatment (RTA) at a temperature of 400 ° C. to 800 ° C. in a nitrogen atmosphere, while minimizing unnecessary thermal budget. Of course, the method of diffusing the hole and / or doping element into the p-type gallium nitride layer 120 as described above is not limited to the above method, and may be heat-treated in an electric furnace or heat-treated at the same time as the hole injection layer is formed. It may be implemented.

또한, 정공 주입층(125)이 p형 질화갈륨층(120)을 덮고 있기 때문에, 확산 공정 중에 p형 질화갈륨층(120) 내부의 질소 원자가 외부로 빠져나가는 것을 효과적으로 막을 수 있게 된다.In addition, since the hole injection layer 125 covers the p-type gallium nitride layer 120, it is possible to effectively prevent the nitrogen atoms inside the p-type gallium nitride layer 120 from escaping to the outside during the diffusion process.

이러한 열처리 공정은 상기 정공 주입층(125)의 위에 투명전극(130)을 형성하는 공정이 완료된 이후에 진행할 수도 있다.The heat treatment process may be performed after the process of forming the transparent electrode 130 on the hole injection layer 125 is completed.

상기 투명전극(130)으로는, n형 투명 전극 물질인 인듐-주석 산화물(ITO), 또는 산화 아연과 알루미늄의 혼합물(ZnO:Al)이 적용 가능하다. 이외에도, 산화 아연과 알루미늄의 혼합물(ZnO:Al), IrO2, RhO2, RuO2, Co3O4, Fe3O4, Mo2O3 등의 산화물 계열의 전도성 물질을 사용할 수 있다. 투명전극(130)은 전류의 고른 분포 및 안정적인 오믹 접합 형성을 요하므로, 그 두께는 500Å 내지 3000Å의 두께 범위로 하여 상기 정공 주입층(125)보다는 두껍게 형성하는 것이 바람직하다.As the transparent electrode 130, indium tin oxide (ITO), which is an n-type transparent electrode material, or a mixture of zinc oxide and aluminum (ZnO: Al) is applicable. In addition, a mixture of zinc oxide and aluminum (ZnO: Al), IrO 2 , RhO 2 , RuO 2 , Co 3 O 4 , Fe 3 O 4 , Mo 2 O 3, etc. Oxide-based conductive materials can be used. Since the transparent electrode 130 requires even distribution of current and stable ohmic junction formation, the thickness of the transparent electrode 130 is preferably greater than that of the hole injection layer 125 in a thickness range of 500 kV to 3000 kV.

이후의 공정은 일반적인 질화물 발광 다이오드의 제작공정에 따라, n-전극(150)이 형성될 지역에 건식 식각 방법 등으로 상기 p형 질화 갈륨층(120) 및 n형 질화 갈륨층(110)의 일부를 제거한 후 n-전극(150)을 형성한다. 상기 투명전극(130) 위에는 p-전극(140)을 위한 금속물질을 증착한다. 이후, 오믹 접합 형성을 돕기 위해 400℃ 내지 1000℃으로 열처리하는 단계를 추가할 수 있다.Subsequent processes are a part of the p-type gallium nitride layer 120 and the n-type gallium nitride layer 110 by a dry etching method in a region where the n-electrode 150 is to be formed, according to a general manufacturing process of a nitride light emitting diode. After removing the n-electrode 150 is formed. The metal material for the p-electrode 140 is deposited on the transparent electrode 130. Thereafter, heat treatment at 400 ° C. to 1000 ° C. may be added to help form the ohmic junction.

n형과 p형 질화갈륨층(110, 120) 위에 각각 전극(130, 150)을 형성하는데 있어서의 오믹접합은 운반자의 이동 메카니즘으로부터 이해할 수 있다. 일반적으로 낮은 저항의 반도체와 금속(전도성 산화물 포함) 계면간의 오믹접합을 형성시키기 위해서는 포텐셜(potential) 장벽을 터널링(tunneling)하기 위해 높은 일함수를 갖는 전도성 물질을 채택하게 된다. 전술한 정공 주입층(125)에 사용되는 물질 들이 이러한 특성을 만족하는 물질들이다. 예컨대, ITO 물질의 일함수는 4.5eV 인 것과 비교하여, CuAlO2의 일함수는 5.3eV로 상당히 높기 때문에 오믹 특성 형성에 유리하다. 또한 광학적 밴드갭도 약 4eV로 가시광선 투과율도 우수하다.The ohmic junction in forming the electrodes 130 and 150 on the n-type and p-type gallium nitride layers 110 and 120, respectively, can be understood from the transport mechanism of the carrier. In general, in order to form an ohmic junction between a low resistance semiconductor and a metal (including conductive oxide) interface, a conductive material having a high work function is employed to tunnel the potential barrier. The materials used for the hole injection layer 125 described above are materials that satisfy these characteristics. For example, the work function of CuAlO 2 is considerably high as 5.3 eV, compared to that of ITO material of 4.5 eV, which is advantageous for forming ohmic properties. In addition, the optical bandgap is about 4eV, and the visible light transmittance is excellent.

또한, 본 발명에서 도입한 정공 주입층의 효과를 알아보기 위해, 도 1에서 도시한 것과 같은 종래의 기술에 따라 제작한 p-형 질화갈륨층과 본 발명에서 제작한 p-형 질화갈륨층에 대해서, 각각 투명 전극과의 계면에서의 전기적 특성을 비교해 보았으며, 이를 도 3의 전압-전류 관계 그래프로 도시하였다. In addition, in order to examine the effect of the hole injection layer introduced in the present invention, the p-type gallium nitride layer prepared according to the conventional technique as shown in Figure 1 and the p-type gallium nitride layer produced in the present invention For each, the electrical characteristics at the interface with the transparent electrode were compared, which is illustrated in the voltage-current relationship graph of FIG. 3.

도 3에서 (a)로 표시한 그래프, 즉 네모 형태로 데이터값을 표시한 그래프가 본 발명의 실시예에 따라 정공 주입층을 도입한 p-형 질화갈륨층에 대한 것이고, (b)로 표시한 그래프, 즉 동그라미 형태로 데이터값을 표시한 그래프는 정공 주입층이 없는 p-형 질화갈륨층에 대한 것이다. p-형 질화갈륨층과 투명 전극층(ITO) 사이에 정공 주입층을 도입한 경우와 그렇지 않은 경우에 대하여 -0.5 내지 0.5V의 전압을 인가하여 이들 사이에 흐르는 전류의 값을 0.05V 단위로 측정하여 그래프로 나타내었다. 그래프 (a), 즉 p-형 질화갈륨층과 투명 전극층 사이에 정공 주입층을 도입한 경우에는 저항값이 약 3.3Ω으로 나타나는 반면에, 그렇지 않은 경우에는 저항값이 약 6.7Ω으로 약 2배 정도의 차이를 나타냄을 확인할 수 있었다. 즉, 다른 조건의 변화 없이, 정공 주입층을 p-형 질화갈륨층과 투명 전극층 사이에 도입하여 오믹 특성을 현저히 개선할 수 있음을 확인하였다.In FIG. 3, a graph showing a data value in a square form, that is, a graph showing a data value in a square form is for a p-type gallium nitride layer in which a hole injection layer is introduced according to an embodiment of the present invention, and is represented by (b) One graph, a graph showing data values in the form of a circle, is for a p-type gallium nitride layer without a hole injection layer. When the hole injection layer was introduced between the p-type gallium nitride layer and the transparent electrode layer (ITO) and when it was not, a voltage of -0.5 to 0.5V was applied to measure the value of the current flowing between them in 0.05V units. The graph is shown. In the graph (a), that is, when the hole injection layer is introduced between the p-type gallium nitride layer and the transparent electrode layer, the resistance value is about 3.3 ohms, otherwise the resistance value is about 6.7 ohms about 2 times. It was confirmed that the difference in degree. That is, it was confirmed that the ohmic characteristics can be remarkably improved by introducing a hole injection layer between the p-type gallium nitride layer and the transparent electrode layer without changing other conditions.

이상에서는 현재로서 실질적이라 고려되는 실시예를 참고로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것으로 이해되어서는 안 된다. 오히려, 전술한 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.In the above, the present invention has been described with reference to the presently considered embodiments, but the present invention should not be understood as being limited to the above embodiments. Rather, it should be construed as including all modifications of the range which are easily changed by those skilled in the art from the above-described embodiment of the present invention and considered equivalent.

본 발명의 실시예에 따르면, p형 질화갈륨 반도체 소자에 있어서 전류 확산 효과 및 투명도를 극대화를 이룰 수 있는 투명 전극을 사용하면서도, p형 질화갈륨층과 투명 전극 간에 우수한 오믹 접합 특성을 나타내는 전계 발광 소자를 제조할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, an electroluminescence exhibiting excellent ohmic bonding characteristics between a p-type gallium nitride layer and a transparent electrode while using a transparent electrode capable of maximizing a current diffusion effect and transparency in a p-type gallium nitride semiconductor device The device can be manufactured.

비교적 간단한 공정 단계의 추가만으로 상기의 특성 향상을 이룰 수 있으므로, 전계 발광 소자의 대량 생산에 적합하다.The improvement of the above properties can be achieved only by the addition of a relatively simple process step, which is suitable for mass production of electroluminescent devices.

Claims (18)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 질화갈륨(GaN) 계열의 발광 다이오드 소자의 제조 방법에 있어서,In the manufacturing method of a gallium nitride (GaN) series light emitting diode device, 상기 기판 위에 n형 질화갈륨 반도체층을 형성하는 단계;Forming an n-type gallium nitride semiconductor layer on the substrate; 상기 n형 질화갈륨 반도체층 위에 활성층을 형성하는 단계;Forming an active layer on the n-type gallium nitride semiconductor layer; 상기 활성층 위에 p형 질화갈륨 반도체층을 형성하는 단계;Forming a p-type gallium nitride semiconductor layer on the active layer; 상기 p형 질화갈륨 반도체층의 위에, p형으로 도핑된 투명한 전도성 산화물로 이루어진 정공 주입층을 형성하는 단계;Forming a hole injection layer of a p-type doped transparent conductive oxide on the p-type gallium nitride semiconductor layer; 상기 정공 주입층과 상기 질화갈륨 반도체층의 접합(contact) 저항을 줄이기 위해서 400 내지 800℃의 온도에서 급속 열처리(RTA) 방법으로 열처리하는 단계; 및Heat treatment by rapid thermal annealing (RTA) at a temperature of 400 to 800 ° C. to reduce contact resistance between the hole injection layer and the gallium nitride semiconductor layer; And 상기 정공 주입층의 위에 투명전극을 형성하는 단계Forming a transparent electrode on the hole injection layer 를 포함하고,Including, 상기 정공 주입층에 대한 도핑 원소는 상기 p형 질화갈륨 반도체층에 대한 도핑 원소와 동일하고,The doping element for the hole injection layer is the same as the doping element for the p-type gallium nitride semiconductor layer, 상기 투명한 전도성 산화물은 CuGaO2, ZnO:P, ZnO:N, 및In2O3+Ag2O을 포함하는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.The transparent conductive oxide is selected from the group comprising CuGaO 2 , ZnO: P, ZnO: N, and In 2 O 3 + Ag 2 O. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제9항에 있어서, The method of claim 9, 상기 투명전극은 인듐-주석 산화물(ITO), 또는 산화 아연과 알루미늄의 혼합물(ZnO:Al)로 형성된 것을 특징으로 하는 제조 방법.The transparent electrode is formed of indium-tin oxide (ITO), or a mixture of zinc oxide and aluminum (ZnO: Al). 제9항 또는 제15항에 있어서, The method according to claim 9 or 15, 상기 정공 주입층은 5Å 내지 100Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.The hole injection layer is a manufacturing method, characterized in that formed to a thickness of 5 ~ 100Å. 제9항 또는 제 15항에 있어서, The method according to claim 9 or 15, 상기 투명전극의 두께는 500Å 내지 3000Å의 범위 이내인 것을 특징으로 하는 제조 방법.The thickness of the transparent electrode is a manufacturing method, characterized in that within the range of 500 kV to 3000 kV. 삭제delete
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