KR20130134655A - Method of manufacturing nitride light emitting device and nitride light emitting device manufactured by the same - Google Patents
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Abstract
단층으로 이루어지며 불순물의 불필요한 이동이 없고 별도의 장비가 없이 간단한 방법으로 p형 불순물을 활성화시킬 수 있는 질화물 발광소자의 제조방법 및 그에 의해 제조된 질화물 발광소자를 제시한다. 그 방법 및 소자는 기판, 제1 반도체층, 활성층, 제2 반도체층, p형 콘택층 및 투명 전극이 순차적으로 적층된 질화물 발광소자에 있어서, p형 콘택층은 p형 불순물을 포함하고 유기금속 화학기상증착법에 의해 제조되며 성장속도는 0.67 ~ 1Å/초이며, p형 콘택층의 표면부에서의 p형 불순물의 농도가 수소의 농도보다 크다.The present invention provides a method of manufacturing a nitride light emitting device, which is composed of a single layer, which does not require unnecessary movement of impurities, and which can activate p-type impurities in a simple manner without any additional equipment, and a nitride light emitting device manufactured thereby. The method and device include a nitride light emitting device in which a substrate, a first semiconductor layer, an active layer, a second semiconductor layer, a p-type contact layer, and a transparent electrode are sequentially stacked, wherein the p-type contact layer includes a p-type impurity and an organometallic It is manufactured by chemical vapor deposition and has a growth rate of 0.67 to 1 dB / sec, and the concentration of p-type impurities at the surface portion of the p-type contact layer is larger than that of hydrogen.
Description
본 발명은 발광소자의 제조방법 및 그에 의해 제조된 발광소자에 관한 것으로, 특히 p형 불순물이 도핑된 p형 콘택층(contact layer)을 가진 Ⅲ족-질화물 발광소자의 제조방법 및 그에 의해 제조된 질화물 발광소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a light emitting device and a light emitting device manufactured by the same, and in particular, a method of manufacturing a group III-nitride light emitting device having a p-type contact layer doped with p-type impurities, and It relates to a nitride light emitting device.
Ⅲ족-질화물 박막들은 단파장 LED, LD, 그리고 높은 파워(high power), 고주파, 고온 트랜지스터 및 집적 회로를 포함하는 전자 소자와 같은 다양한 반도체 소자를 개발 및 제조하는데 중요성이 커지고 있다. 예를 들어, 단파장(예를 들어, 청색/녹색부터 자외선) LED는 Ⅲ족-질화물 반도체 물질 즉, 갈륨 질화물(GaN)을 이용하여 제조된다. GaN을 이용하여 제조된 단파장 LED는 Ⅱ-Ⅵ족 원소를 포함하는 비질화물 반도체 물질의 단파장 LED 보다 상당히 높은 효율 및 긴 작동수명을 제공할 수 있다. Group III-nitride thin films are becoming increasingly important for developing and manufacturing various semiconductor devices such as short wavelength LEDs, LDs, and electronic devices including high power, high frequency, high temperature transistors, and integrated circuits. For example, short wavelength (eg, blue / green to ultraviolet) LEDs are fabricated using Group III-nitride semiconductor materials, namely gallium nitride (GaN). Short wavelength LEDs fabricated using GaN can provide significantly higher efficiency and longer operating life than short wavelength LEDs of non-nitride semiconductor materials containing Group II-VI elements.
Ⅲ족-질화물 발광소자가 효율적으로 동작하기 위해서는 전극 재료와 전기적으로 양호하게 접속하고 소자구조에서 기생저항 성분을 작게 하여야 하며, 이를 위해 오믹(ohmic) 저항이 작은 p형 콘택층이 필요하다. 오믹 저항이 작으면, 정전기 방전(ElectroStatic Discharge; ESD)이 낮아져 상기 콘택층의 손상을 방지할 수 있다. 그런데, p형 콘택층은, 통상적으로, 유기금속 화학기상증착법(MOCVD)으로 트리메틸갈륨, 또는 트리에틸갈륨, 트리메틸알루미늄 등의 반응가스를 주입하여 성장시키는 데, 이때 상기 콘택층 내의 마그네슘과 같은 불순물은 분위기 가스인 암모니아 중의 수소와 쉽게 결합하는 성질을 갖는다. 이로 인해, 상기 불순물의 이동도가 떨어지고 결과적으로 소자의 구동전압이 증가하며 정전기 방전의 문제를 야기한다. 따라서 상기 불순물과 수소의 결합, 예를 들어 Mg-H의 결합을 제거하여, 마그네슘을 전기적으로 활성화시키는 것이 요구된다.In order to effectively operate the group-III-nitride light emitting device, it is necessary to connect electrically with the electrode material and to reduce the parasitic resistance component in the device structure. For this purpose, a p-type contact layer having a low ohmic resistance is required. If the ohmic resistance is small, the electrostatic discharge (ESD) is lowered to prevent damage to the contact layer. However, the p-type contact layer is typically grown by injecting a reaction gas such as trimethylgallium, triethylgallium, or trimethylaluminum by organometallic chemical vapor deposition (MOCVD), wherein impurities such as magnesium in the contact layer are grown. Has the property of easily bonding with hydrogen in ammonia which is an atmospheric gas. As a result, the mobility of the impurities is lowered, and as a result, the driving voltage of the device is increased and causes a problem of electrostatic discharge. Therefore, it is required to remove the bond of the impurity and hydrogen, for example, the bond of Mg-H, to electrically activate magnesium.
종래에는 p형 불순물, 특히 마그네슘을 전기적으로 활성화시키는 다양한 방법이 제시되어 있다. 먼저 p형 불순물을 400℃이상으로 열처리하는 비교적 간단한 공정을 통해 p형 불순물을 활성화시킬 수 있으나, 이는 불순물의 불필요한 이동이 초래되고, 특히 활성층으로 불순물이 이동되어 활성층의 특성이 저하되는 원인이 될 수 있다. 또한, p형 콘택층 상에 플라즈마, 레이저, 이온빔 등을 조사하여 p형 불순물을 활성화시킬 수 있으나, 이 방안은 상대적으로 큰 에너지의 충격으로 인하여 상기 콘택층이 손상될 수 있고 별도의 장비를 구비하여야 한다는 단점이 있다. Conventionally, various methods for electrically activating p-type impurities, in particular magnesium, have been proposed. First, the p-type impurity may be activated through a relatively simple process of heat-treating the p-type impurity to 400 ° C. or higher. Can be. In addition, the p-type impurity may be activated by irradiating plasma, laser, ion beam, etc. on the p-type contact layer, but this method may damage the contact layer due to the impact of relatively large energy, and may have a separate device. The disadvantage is that it should.
나아가, 열처리를 하는 과정에서 수소를 흡수하는 물질을 부착시켜 Mg-H 결합을 제거시키는 방법이 있으나, 이 역시 별도의 장비가 필요하고 공정이 복잡하다. 또한, 두께, 캐리어 농도 등을 달리하는 여러 개의 층을 적층하여 두께 방향으로 농도 차이를 갖게 하여서 정전기 방전을 방지하는 방식이 제안되었으나, 이는 공정이 복잡하고, 정밀한 공정관리가 요구되며, 제조하는 비용이 상대적으로 많이 소요된다. Furthermore, there is a method of removing Mg-H bonds by attaching a material that absorbs hydrogen in the process of heat treatment, but this also requires a separate equipment and the process is complicated. In addition, a method of preventing electrostatic discharge by stacking a plurality of layers having different thicknesses, carrier concentrations, and the like to have a concentration difference in the thickness direction has been proposed, but this is a complicated process, requires precise process control, and a manufacturing cost. This is relatively expensive.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 단층으로 이루어지며 불순물의 불필요한 이동이 없고 별도의 장비가 없이 간단한 방법으로 p형 콘택층의 p형 불순물을 활성화시킬 수 있는 질화물 발광소자의 제조방법 및 그에 의해 제조된 질화물 발광소자를 제공하는 데 있다. The problem to be solved by the present invention is made of a single layer, there is no unnecessary movement of impurities and there is no additional equipment manufacturing method of the nitride light emitting device capable of activating the p-type impurity of the p-type contact layer in a simple manner and produced by The present invention provides a nitride light emitting device.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 질화물 발광소자의 제조방법은 기판, 제1 반도체층, 활성층, 제2 반도체층, p형 콘택층 및 투명 전극이 순차적으로 적층된 질화물 발광소자를 제조하는 데에 있어서, 상기 p형 콘택층은 유기금속 화학기상증착법에 의해 제조되며, 성장속도는 0.67 ~ 1.0Å/초이다. 이때, 상기 성장속도는 0.6 ~ 0.8Å/초가 바람직하며, 0.7 ~ 0.77Å/초가 더 바람직하다. 여기서, 상기 p형 불순물은 마그네슘(Mg), 베릴륨(Be) 및 알루미늄(Al) 중에 선택된 어느 하나인 것이 바람직하고, 특히 마그네슘(Mg)이 더욱 바람직하다. A method of manufacturing a nitride light emitting device for solving the problems of the present invention is to manufacture a nitride light emitting device in which a substrate, a first semiconductor layer, an active layer, a second semiconductor layer, a p-type contact layer and a transparent electrode are sequentially stacked , The p-type contact layer is prepared by an organometallic chemical vapor deposition method, the growth rate is 0.67 ~ 1.0 Å / sec. At this time, the growth rate is preferably 0.6 ~ 0.8mW / second, more preferably 0.7 ~ 0.77mW / second. Herein, the p-type impurity is preferably any one selected from magnesium (Mg), beryllium (Be), and aluminum (Al), and more preferably magnesium (Mg).
본 발명의 바람직한 방법에 있어서, 상기 성장속도는 예를 들어 600∼1200℃의 온도와 10∼760Torr의 압력을 유지하고, N2 또는 H2 , NH3를 10~50리터/분, 시클로펜타제닐마그네슘(Mg(C5H5)2)이 공급되는 조건에서, 트리메틸갈륨(trimethylgallium;TMGa) 또는 트리에틸갈륨(triethylgallium;TEGa)의 양을 조절하여 이루질 수 있다. 본 발명의 과제를 해결하기 위한 질화물 발광소자는 상기 제조방법 중의 어느 하나에 의해 제조되고, p형 콘택층의 표면부에서 이차이온질량분석에 의한 p형 불순물의 농도가 수소의 농도보다 크다. 또한, 상기 수소의 농도는 상기 p형 콘택층의 표면에서 멀어질수록 점점 증가하다가 최고피크를 이루고 점점 떨어지는 양상을 가진다. 여기서, 상기 p형 불순물은 마그네슘(Mg), 베릴륨(Be) 및 알루미늄(Al) 중에 선택된 어느 하나인 것이 바람직하고, 특히 마그네슘(Mg)이 더욱 바람직하다. 나아가, 상기 p형 콘택층의 표면부에서 이차이온질량분석에 의한 상기 마그네슘의 최고피크는 상기 수소의 최고피크에 비해 클 수 있다.In a preferred method of the present invention, the growth rate is maintained at a temperature of 600-1200 ° C. and a pressure of 10-760 Torr, for example, N 2 or H 2 , NH 3 at 10-50 liters / min, cyclopentazenyl Under the condition that magnesium (Mg (C 5 H 5 ) 2 ) is supplied, the amount of trimethylgallium (TMGa) or triethylgallium (TEGa) may be adjusted. A nitride light emitting device for solving the problems of the present invention is manufactured by any one of the above manufacturing methods, the concentration of p-type impurities by secondary ion mass spectrometry at the surface portion of the p-type contact layer is greater than the concentration of hydrogen. In addition, the concentration of hydrogen increases gradually as it moves away from the surface of the p-type contact layer, and reaches a peak peak and falls gradually. Herein, the p-type impurity is preferably any one selected from magnesium (Mg), beryllium (Be), and aluminum (Al), and more preferably magnesium (Mg). Furthermore, the highest peak of magnesium by secondary ion mass spectrometry at the surface portion of the p-type contact layer may be larger than the highest peak of hydrogen.
본 발명에 의한 질화물 발광소자의 제조방법 및 그에 의해 제조된 질화물 발광소자에 따르면, 단층의 p형 콘택층을 제조하는 과정에서 성장속도를 조절하여 p형 콘택층의 표면부에서 p형 불순물과 수소의 결합을 억제함으로써, 불순물의 불필요한 이동이 일어나지 않고 별도의 장비가 없이 간단한 방법으로 p형 불순물을 활성화시킬 수 있는 질화물 발광소자의 제조방법 및 그에 의해 제조된 질화물 발광소자를 제공할 수 있다. According to the method of manufacturing the nitride light emitting device according to the present invention and the nitride light emitting device manufactured by the same, p-type impurities and hydrogen in the surface portion of the p-type contact layer by controlling the growth rate in the process of manufacturing a single-layer p-type contact layer By suppressing the combination of the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing a nitride light emitting device capable of activating p-type impurities in a simple manner without unnecessary movement of impurities and without additional equipment, and a nitride light emitting device manufactured thereby.
도 1은 본 발명에 의한 질화물 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 실험예에 의한 p형 콘택층의 두께에 따른 이차이온 질량분석(SIMS, Secondary Ion Mass Spectroscopy) 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2b는 종래의 비교예에 의한 p형 콘택층의 두께에 따른 이차이온 질량분석(SIMS, Secondary Ion Mass Spectroscopy) 결과를 나타내는 그래프이다. 1 is a cross-sectional view showing a nitride light emitting device according to the present invention.
Figure 2a is a graph showing the secondary ion mass spectroscopy (SIMS) results according to the thickness of the p-type contact layer according to the experimental example of the present invention.
2B is a graph showing Secondary Ion Mass Spectroscopy (SIMS) results according to a thickness of a p-type contact layer according to a conventional comparative example.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention.
본 발명의 실시예는, 단층의 p형 콘택층을 제조하는 과정에서 성장속도를 조절하여 p형 콘택층의 표면부에서 p형 불순물과 수소의 결합을 억제함으로써, 불순물의 불필요한 이동이 일어나지 않고 별도의 장비가 없이 간단한 방법으로 p형 불순물을 활성화시킬 수 있는 질화물 발광소자의 제조방법 및 그에 의해 제조된 질화물 발광소자를 제시한다. 이에 따라, 본 발명의 실시예는 성장속도를 조절하여 p형 불순물이 활성화되는 과정을 살펴보고, 이에 의해 제조된 p형 콘택층의 특성을 알아보기로 한다. 여기서, p형 불순물은 마그네슘(Mg), 베릴륨(Be), 알루미늄(Al) 등이 있으나, 특히 마그네슘이 바람직하며, 이하에서는 마그네슘을 중심으로 설명하기로 한다.In the embodiment of the present invention, by controlling the growth rate in the process of manufacturing a single-layer p-type contact layer to suppress the bonding of p-type impurities and hydrogen at the surface portion of the p-type contact layer, unnecessary movement of impurities does not occur separately A method of manufacturing a nitride light emitting device capable of activating a p-type impurity in a simple manner without the equipment of the present invention, and a nitride light emitting device manufactured thereby. Accordingly, the embodiment of the present invention looks at the process of activating the p-type impurity by controlling the growth rate, to determine the characteristics of the p-type contact layer manufactured thereby. Here, the p-type impurities include magnesium (Mg), beryllium (Be), aluminum (Al), and the like, and magnesium is particularly preferable.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 질화물 발광소자를 나타내는 단면도이다. 기판(110) 상에 순차적으로 적층되어 형성된 제1 반도체층(120), 활성층(130), 제2 반도체층(140) 및 투명 전극(160)과, 제2 반도체층(140) 및 활성층(130)이 제거되어 노출된 제1 반도체층(120) 상에 형성된 제1 전극(170)과, 투명 전극(160) 상부의 소정 영역에 형성된 제2 전극(180)을 포함한다. 또한, 기판(110)과 제1 반도체층(120) 사이에 형성된 버퍼층(미도시)을 더 포함할 수 있고, 버퍼층과 제1 반도체층(120) 사이에 형성된 언도프트(un-doped)층을 더 포함할 수도 있다.1 is a cross-sectional view showing a nitride light emitting device according to an embodiment of the present invention. The
기판(110)은 발광소자를 제작하기 위한 통상의 웨이퍼를 지칭하며, 바람직하게는 질화물 반도체 단결정을 성장시키기에 적합한 재질을 이용할 수 있다. 예를 들면, 기판(110)은 Al2O3, SiC, ZnO, Si, GaAs, GaP, LiAl2O3, BN, AlN 및 GaN 중 어느 하나를 이용할 수 있다.The
제1 반도체층(120)은 1㎛~10㎛의 두께를 가진 N형 불순물이 도핑된 N형 반도체일 수 있고, 그에 따라 활성층(130)에 전자를 공급할 수 있다. 제1 반도체층(120)은 N형 불순물, 예를 들어 Si가 도핑된 GaN층을 이용할 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 다양한 반도체 물질이 가능하다. 즉, GaN, InN, AlN(Ⅲ-Ⅴ족) 등과 같은 질화물과 이러한 질화물을 일정한 비율로 혼합한 화합물이 이용될 수 있는데, 예를 들어 AlGaN을 이용할 수도 있다. 또한, 제1 반도체층(120)은 단일막으로 형성할 수도 있고 다층막으로 형성할 수도 있다. 한편, 기판(110)과 제1 반도체층(120) 사이의 격자의 불일치를 완화하기 위해 10㎚∼1㎛ 두께의 버퍼층(미도시)이 형성될 수 있다. 버퍼층은 예를 들어 AlGaN을 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 버퍼층 상에 언도프트층(미도시)을 형성할 수 있는데, 언도프트층은 불순물이 도핑되지 않은 층으로 형성할 수 있고, 예를 들어 언도프트 GaN층으로 형성할 수 있다.The
활성층(130)은 소정의 밴드 갭을 가지며 양자 우물이 만들어져 전자 및 홀이 재결합되는 영역이다. 활성층(130)은 다중 양자 우물 구조(MQW)로 형성할 수 있는데, 다중 양자 우물 구조는 도 1에 도시된 바와 같이 양자 우물층(131)과 장벽층(132)이 반복적으로 복수개가 적층되어 10Å∼100Å의 두께로 형성될 수 있다.The active layer 130 has a predetermined band gap and is a region where quantum wells are made to recombine electrons and holes. The active layer 130 may be formed of a multi-quantum well structure (MQW). The multi-quantum well structure may be formed by repeatedly stacking a plurality of
제2 반도체층(140)은 1㎛∼10㎛의 두께를 가진 P형 불순물이 도핑된 반도체층일 수 있으며, 그에 따라 활성층(130)에 홀을 공급할 수 있다. 예를 들어 제2 반도체층(140)은 P형 불순물, 예를 들어 Mg가 도핑된 GaN층을 이용할 수도 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 다양한 반도체 물질이 가능하다. 즉, GaN, InN, AlN(Ⅲ-Ⅴ족) 등과 같은 질화물과 이러한 질화물을 일정한 비율로 혼합한 화합물이 이용될 수 있는데, 예를 들어 AlGaN, AlInGaN을 포함한 다양한 반도체 물질이 가능하다. 한편, 제2 반도체층(140)은 단일층으로 형성할 수도 있고, 다층으로 형성할 수도 있다. 나아가, 제2 반도체층(140) 상에는 오믹(ohmic) 특성을 향상시켜 정전기 방전(ESD)을 방지하기 위하여 본 발명의 실시예에 의한 p형 콘택층(150)이 위치한다.The
투명 전극(160)은 제2 반도체층(140) 상부에 형성되어 제2 전극(180)을 통해 인가되는 전원이 제2 반도체층(140)에 고르게 공급되도록 한다. 또한, 투명 전극(160)은 활성층(130)에서 발생된 광이 잘 투과될 수 있도록 투명 도전성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 투명 전극(160)은 ITO, IZO, ZnO, RuOx, TiOx, IrOx 등을 이용하여 형성할 수 있다.The
제1 및 제2 전극(170, 180)은 도전성 물질을 이용하여 형성할 수 있는데, 예를 들어 Ti, Cr, Au, Al, Ni, Ag 등의 금속 물질 또는 이들의 합금을 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 전극(170, 180)은 단일층 또는 다층으로 형성할 수 있다. 제1 전극(170)은 제2 반도체층(140) 및 활성층(130)의 소정 영역이 제거되어 노출된 제1 반도체층(120) 상에 형성되어 제1 반도체층(120)에 전원을 공급한다. 또한, 제2 전극(180)은 투명 전극(160) 상부의 소정 영역에 형성되어 투명 전극(160)을 통해 제2 반도체층(140)에 전원을 공급한다. 이때, 제1 전극(170)은 예를 들어 사각형 형상의 발광 소자의 하나의 모서리 부근에 형성되고, 제2 전극(180)은 제1 전극(170)이 형성된 면과 대향되는 면에 접하여 중앙부에 형성될 수 있다. 그러나, 이러한 제1 및 제2 전극(170, 180)의 형성 위치는 다양하게 변경될 수 있다.The first and
상기 p형 콘택층(150)은 10Å∼100Å의 단층이며, 이를 제조하는 과정에서 성장속도가 조절되어 p형 콘택층(150)의 표면부에서 p형 불순물과 수소의 결합이 억제됨으로써, 상기 결합이 종래에 비해 줄어든 층이다. 이와 같이 p형 불순물과 수소의 결합이 본 발명의 실시예와 같이 줄어든 상태를 p형 불순물의 활성화 상태라고 하며, 이에 비해 종래와 같이 상기 결합이 많은 경우는 상기 불순물의 비활성 상태라고 할 수 있다.The p-
본 발명의 p형 콘택층(150)의 성장속도는 0.67 ~ 1.0Å/초이며, 바람직하게는 0.6 ~ 0.8Å/초이고, 보다 바람직하게는 0.7 ~ 0.77Å/초이다. 상기 성장속도가 1.0Å/초보다 빠르면 본 발명의 실시예에서 추구하는 p형 콘택층(150)의 표면부에서 p형 불순물과 수소의 결합이 억제되는 현상이 일어나지 않아 정전기 방전(ESD) 특성이 저하되며, 0.67Å/초보다 느리면 p형 콘택층(150)을 형성하는 공정속도가 지나치게 느려지는 문제가 있다. 이때, 상기 성장속도는 600~1200℃와 10~760Torr로 유지하고, N2, H2 및 NH3를 10~50리터/분, 시클로펜타제닐마그네슘(Mg(C5H5)2)이 공급되는 조건에서, 트리메틸갈륨(TMGa) 및 또는 트리에틸갈륨(triethylgallium;TEGa)의 양을 조절하여 이루어질 수 있다. 이에 대해서는 도 1을 참고하여 다음의 실험예를 통하여 성장속도에 의한 정전기 방지를 상세하게 알아보기로 한다.The growth rate of the p-
(실험예 1) (Experimental Example 1)
본 발명의 실험예 1에 의한 발광소자는 사파이어 기판(110) 위에 AlGaN의 버퍼층(미도시)을 도포한 다음, N형 불순물이 도핑된 GaN으로 구성되는 제1 반도체층(120), InGaN로 이루어진 활성층(130), P형 불순물이 도핑된 GaN으로 구성되는 제2 반도체층(140)을 통상적인 방법에 의해 순차적으로 형성하였다. 이어서, 두께 100Å의 P형 불순물이 도핑된 GaN으로 구성되는 p형 콘택층(150)을 본 발명의 실험예 1의 조건대로 형성하였다. 발광소자는 이후에 니켈로 구성되는 제2 전극(180)을 p형 콘택층(150) 상의 투명 전극(160)과 접합하고 제1 반도체층(120)의 표면의 일부가 노출된 곳에 제1 전극(170)을 형성하여 완성된다. In the light emitting device according to Experimental Example 1 of the present invention, an AlGaN buffer layer (not shown) is coated on the
본 발명의 실험예 1에 의한 p형 콘택층(150)은 유기금속 화학기상증착법(MOCVD)으로 형성하고, 온도를 1000℃로 유지하고, N2 또는 H2를 50리터/분, NH3를 10리터/분, 트리메틸갈륨(TMGa)을 2.79E-4mol/분, 시클로펜타제닐마그네슘(Mg(C5H5)2)을 4×10-4mol/분의, 두께 약 0.1㎛의 마그네슘 도프의 GaN의 콘택층(150)을 0.83Å/초의 속도로 형성하였다. 이때, 콘택층(150)의 마그네슘의 농도는 4×1020/㎤이었다. 위와 같이, 제조된 p형 콘택층(150)의 역방향 전압에 따른 ESD 레벨을 (ESS-6008, NOISEKEN)에 의해 측정하였다.P-
(실험예 2)(Experimental Example 2)
상기 실험예 1에서의 다른 층은 모두 동일한 조건에서 형성하고, p형 콘택층(150)은 온도를 1000℃로 유지하고, N2 또는 H2를 50리터/분, NH3를 10리터/분, 트리메틸갈륨(TMGa)을 2.57E-4mol/분, 시클로펜타제닐마그네슘(Mg(C5H5)2)을 4×10-4mol/분의, 두께 약 0.1㎛의 마그네슘 도프의 GaN의 콘택층(150)을 0.77Å/초의 속도로 형성하였다. 이때, 콘택층(150)의 마그네슘의 농도는 4×1020/㎤이었다. 위와 같이, 제조된 p형 콘택층(150)의 역방향 전압에 따른 ESD 레벨을 (ESS-6008, NOISEKEN)에 의해 측정하였다.The other layers in Experimental Example 1 were all formed under the same conditions, and the p-
(실험예 3)(Experimental Example 3)
상기 실험예 1에서의 다른 층은 모두 동일한 조건에서 형성하고, p형 콘택층(150)은 온도를 1000℃로 유지하고, N2 또는 H2를 50리터/분, NH3를 10리터/분, 트리메틸갈륨(TMGa)을 2.39E-4mol/분, 시클로펜타제닐마그네슘(Mg(C5H5)2)을 4×10-4mol/분의, 두께 약 0.1㎛의 마그네슘 도프의 GaN의 콘택층(150)을 0.71Å/초의 속도로 형성하였다. 이때, 콘택층(150)의 마그네슘의 농도는 3×1020/㎤이었다. 위와 같이, 제조된 p형 콘택층(150)의 역방향 전압에 따른 ESD 레벨을 (ESS-6008, NOISEKEN)에 의해 측정하였다.The other layers in Experimental Example 1 were all formed under the same conditions, and the p-
(비교예 1) (Comparative Example 1)
상기 실험예 1에서의 다른 층은 모두 동일한 조건에서 형성하고, p형 콘택층(150)은 p형 콘택층(150)은 온도를 1000℃로 유지하고, N2 또는 H2를 50 리터/분, NH3를 10리터/분, 트리메틸갈륨(TMGa)을 4.78E-4mol/분, 시클로펜타제닐마그네슘(Mg(C5H5)2)을 4×10-4mol/분의, 두께 약 0.1㎛의 마그네슘 도프의 GaN의 콘택층(150)을 1.43Å/초의 속도로 형성하였다. 이때, 콘택층(150)의 마그네슘의 농도는 1×1020/㎤이었다. 위와 같이, 제조된 p형 콘택층(150)의 역방향 전압에 따른 ESD 레벨을 (ESS-6008, NOISEKEN)에 의해 측정하였다.All other layers in Experimental Example 1 were formed under the same conditions, the p-
(비교예 2) (Comparative Example 2)
상기 실험예 1에서의 다른 층은 모두 동일한 조건에서 형성하고, p형 콘택층(150)은 온도를 1000℃로 유지하고, N2 또는 H2를 50리터/분, NH3를 10리터/분, 트리메틸갈륨(TMGa)을 3.35E-4mol/분, 시클로펜타제닐마그네슘(Mg(C5H5)2)을 4×10-4mol/분의, 두께 약 0.1㎛의 마그네슘 도프의 GaN의 콘택층(150)을 1.11Å/초의 속도로 형성하였다. 이때, 콘택층(150)의 마그네슘의 농도는 2×1020/㎤이었다. 위와 같이, 제조된 p형 콘택층(150)의 역방향 전압에 따른 ESD 레벨을 (ESS-6008, NOISEKEN)에 의해 측정하였다.The other layers in Experimental Example 1 were all formed under the same conditions, and the p-
표 1은 본 발명의 실험예와 비교예의 역방향 전압에 의한 칩(chip) 생존율(%)을 비교한 것이다. 여기서, 칩 생존율이 100%라는 것은 측정한 복수개의 칩에 가해진 인가전압에서 모두 발광소자로서 동작하는 것을 말한다. 이에 따라, 칩의 생존율이 100%가 되지 않으면, p형 콘택층은 정전기 방전(ESD)에 대한 내성이 약한 것으로 볼 수 있다. 본 발명의 실험예 및 비교예에서는 각각 10개의 칩에 대하여 생존율을 측정하였다. Table 1 compares the chip survival rate (%) by the reverse voltage of the experimental example and the comparative example of the present invention. Here, the chip survival rate of 100% means that all of the devices operate as light emitting devices at the voltage applied to the plurality of measured chips. Accordingly, if the survival rate of the chip does not reach 100%, the p-type contact layer may be regarded as having low resistance to electrostatic discharge (ESD). In the experimental and comparative examples of the present invention, the survival rate was measured for each of 10 chips.
표 1에 의하면, 각각 성장속도 0.83Å/초, 0.77 Å/초 및 0.71Å/초인 본 발명의 실험예 1 내지 3은 역방향 전압을 4kV로 인가해도, 홀의 생존율은 100%를 나타내었다. 다시 말해, 본 발명의 실험예 1 내지 3의 성장속도로 성장시킨 p형 콘택층은 정전기 방전(ESD)에 대하여 충분한 내성을 갖는 것을 알 수 있었다. 또한, 성장속도가 0.77 Å/초 및 0.71Å/초 인 본 발명의 실험예 2 및 3의 p형 콘택층은 8kV의 인가전압에서 성장속도가 0.83Å/초보다 생존율이 두 배 정도를 나타내므로, 성장속도가 0.77 Å/초 내지 0.71Å/초인 것이 보다 바람직하였다.According to Table 1, Experimental Examples 1 to 3 of the present invention having growth rates of 0.83 kV / sec, 0.77 kV / sec and 0.71 kV / sec, respectively, showed a 100% survival rate even when the reverse voltage was applied at 4 kV. In other words, the p-type contact layer grown at the growth rates of Experimental Examples 1 to 3 of the present invention was found to have sufficient resistance to electrostatic discharge (ESD). In addition, the p-type contact layers of Experimental Examples 2 and 3 of the present invention having growth rates of 0.77 Å / sec and 0.71 Å / sec show about twice the survival rate of 0.83 Å / sec at 8 kV applied voltage. It is more preferable that the growth rate is 0.77 kPa / sec to 0.71 kPa / sec.
본 발명의 실험예들의 성장속도는 온도를 1000℃로 유지하고, N2 또는 H2를 50리터/분, NH3를 10리터/분, 시클로펜타제닐마그네슘(Mg(C5H5)2)을 4×10-4mol/분의 조건에서, 트리메틸갈륨(TMGa)의 양을 2.39E-4mol/분으로 내지 2.79E-4mol/분으로 조절하여 얻었다. 즉, 성장속도 0.83Å/초, 0.77 Å/초 및 0.71Å/초는 각각 트리메틸갈륨(TMGa)의 양을 2.79 E-4mol/분, 2.57E-4mol/분 및 2.39E-4mol/분으로 공급하여 얻을 수 있었다. 이때, p형 콘택층의 마그네슘의 농도는 각각 4×1020/㎤, 4×1020/㎤ 및 3×1020/㎤이었다. Growth rate of the experimental examples of the present invention is maintained at a temperature of 1000 ℃, N 2 or H 2 50 liter / min, NH 3 10 liter / min, cyclopentazenyl magnesium (Mg (C 5 H 5 ) 2 ) of 4 × 10 -4 in terms of mol / min, was obtained by adjusting the amount of trimethylgallium (TMGa) as 2.39E-4mol / minute to about 2.79E-4mol / min. In other words, the growth rates of 0.83 kPa / sec, 0.77 kPa / sec and 0.71 kPa / sec respectively supply trimethylgallium (TMGa) at 2.79 E-4 mol / min, 2.57E-4 mol / min and 2.39E-4 mol / min, respectively. Could be obtained. At this time, the concentrations of magnesium in the p-type contact layer were 4 × 10 20 / cm 3, 4 × 10 20 / cm 3, and 3 × 10 20 / cm 3, respectively.
이에 반해, 비교예들의 성장속도는 온도를 1000℃로 유지하고, N2 또는 H2를 50리터/분, NH3를 10리터/분, 시클로펜타제닐마그네슘(Mg(C5H5)2)을 4×10-4mol/분의 조건에서, 트리메틸갈륨(TMGa)의 양을 4.78E-4mol/분 및 3.35E-4mol/분으로 조절하여 얻었다. 즉, 성장속도 1.43Å/초 및 1.11Å/초는 각각 트리메틸 갈륨(TMGa)의 양을 4.78E-4mol/분, 3.35E-4mol/분으로 공급하여 얻을 수 있었다. 이때, p형 콘택층의 마그네슘의 농도는 각각 1×1020/㎤ 및 2×1020/㎤이었다. In contrast, the growth rate of the comparative examples is maintained at 1000 ℃ temperature, 50 liters / min N 2 or H 2 , 10 liters / min NH 3 , cyclopentazenyl magnesium (Mg (C 5 H 5 ) 2 ) Was obtained by adjusting the amount of trimethylgallium (TMGa) to 4.78E-4mol / min and 3.35E-4mol / min at 4 × 10 -4 mol / min. That is, the growth rates of 1.43 kPa / sec and 1.11 kPa / sec were obtained by feeding trimethyl gallium (TMGa) at 4.78E-4mol / min and 3.35E-4mol / min, respectively. At this time, the concentrations of magnesium in the p-type contact layer were 1 × 10 20 / cm 3 and 2 × 10 20 / cm 3, respectively.
트리메틸갈륨(TMGa)가 투입되는 양을 조절하면, p형 콘택층의 마그네슘의 농도가 달라지는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 트리메틸갈륨(TMGa)의 양을 2.79 E-4mol/분 내지 2.39E-4mol/분으로 하였을 때 각각 p형 콘택층의 마그네슘의 농도는 4×1020/㎤ 내지 3×1020/㎤이었고, 4.78E-4mol/분 및 3.35E-4mol/분으로 하였을 때 마그네슘의 1×1020/㎤ 및 2×1020/㎤이었다. 이에 따라, 본 발명의 실험예에 의한 마그네슘의 양이 비교예들보다 현저하게 증가되었다.By adjusting the amount of trimethylgallium (TMGa) is injected, it was confirmed that the concentration of magnesium in the p-type contact layer is changed. That is, when the amount of trimethylgallium (TMGa) was 2.79 E-4 mol / min to 2.39E-4 mol / min, the concentration of magnesium in the p-type contact layer was 4 × 10 20 / cm 3 to 3 × 10 20 / cm 3, respectively. , 4.78E-4mol / min and 3.35E-4mol / min were 1 × 10 20 / cm 3 and 2 × 10 20 / cm 3 of magnesium. Accordingly, the amount of magnesium according to the experimental example of the present invention was significantly increased than the comparative examples.
성장속도를 0.67 ~ 1Å/초로 하면, 마그네슘과 수소와의 결합이 이루어지는 확률이 줄어들어 Mg-H의 결합이 억제된다. 이와 같이, Mg-H의 결합이 억제되면, 자유 홀(free hoe)농도가 높아지며, p형 콘택층 내의 전류 분산(current spreading)이 좋아져 정전기 방전(ESD) 특성이 향상된다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 의한 성장속도 0.67 ~ 1Å/초는 p형 콘택층에서 정전기 방전을 해소하기 위해 제시된 최적의 범위이다.When the growth rate is 0.67 to 1 dB / sec, the probability of bonding between magnesium and hydrogen is reduced, and the binding of Mg-H is suppressed. As such, when Mg-H binding is suppressed, free hoe concentration is increased, current spreading in the p-type contact layer is improved, and electrostatic discharge (ESD) characteristics are improved. Accordingly, the growth rate of 0.67 ~ 1 kHz / second according to the embodiment of the present invention is the optimum range proposed to solve the electrostatic discharge in the p-type contact layer.
그런데, 각각 성장속도가 1.43Å/초 및 1.11Å/초인 비교예 1 및 2의 p형 콘택층은 4kV의 역방향 전압에 홀 생존율이 각각 0%와 50%이다. 따라서, 비교예 1에서는 모든 칩이 발광소자로 작동하지 못하였고, 비교예 2에서는 단지 50%의 칩만이 발광소자의 역할을 할 수 있었다. 이와 같이, 성장속도가 1.43Å/초 및 1.11Å/초인 비교예 1 및 2의 p형 콘택층은 정전기 방전에 내성이 작아 콘택층으로 사용하기 곤란하였다. By the way, the p-type contact layers of Comparative Examples 1 and 2 having growth rates of 1.43 kV / sec and 1.11 kV / sec, respectively, have hole survival rates of 0% and 50% at 4 kV reverse voltage, respectively. Therefore, in Comparative Example 1, all chips did not operate as light emitting devices, and in Comparative Example 2, only 50% of chips could function as light emitting devices. As described above, the p-type contact layers of Comparative Examples 1 and 2 having growth rates of 1.43 kV / sec and 1.11 kV / sec were difficult to use as contact layers because they were less resistant to electrostatic discharge.
도 2a는 본 발명의 실험예 2에 의한 p형 콘택층의 두께에 따른 이차이온 질량분석(SIMS, Secondary Ion Mass Spectroscopy) 결과를 나타낸 그래프이고, 도 2b는 종래의 비교예 2에 의한 p형 콘택층의 두께에 따른 이차이온 질량분석 결과를 나타내는 그래프이다. 이때, 설명의 편의를 위하여, p형 전극에 접하는 부분을 p형 콘택층의 표면이라고 하고, 상기 표면으로부터 전체 두께의 20%까지를 표면부라고 정의한다.FIG. 2A is a graph illustrating secondary ion mass spectroscopy (SIMS) results according to a thickness of a p-type contact layer according to Experimental Example 2 of the present invention, and FIG. 2B is a p-type contact according to a conventional comparative example 2. It is a graph which shows the result of secondary ion mass spectrometry according to the thickness of a layer. At this time, for convenience of description, the portion in contact with the p-type electrode is called the surface of the p-type contact layer, and up to 20% of the total thickness from the surface is defined as the surface portion.
도 2a에 의하면, 실험예 2의 p형 콘택층의 표면부에서는 수소 농도(실선)가 마그네슘 농도(점선)에 비해 작았다. 또한, 수소 농도는 표면에서 멀어질수록 점점 증가하다가 최고피크(a)를 이루고 점점 떨어지는 양상을 보였다. 유사하게, 마그네슘 농도도 최고피크(b)를 이루었으나, 수소 농도의 최고피크(a)는 마그네슘 농도의 최고피크(b)에 비해 작았다. 이는 본 발명의 실험예 2에 의하여 발생한 표면부의 Mg-H의 결합은 도 2b의 종래의 경우에 비해 상대적으로 적은 것을 시사한다. 이에 따라, 표면부는 수소와 결합하지 않은 마그네슘이 많이 존재하여 자유 홀이 쉽게 형성되어 홀의 생존율을 높인 것을 알 수 있었다.According to FIG. 2A, in the surface part of the p-type contact layer of Experimental example 2, hydrogen concentration (solid line) was small compared with magnesium concentration (dotted line). In addition, the hydrogen concentration gradually increases as the distance from the surface reaches the highest peak (a) and drops gradually. Similarly, the magnesium concentration also reached the highest peak (b), but the highest peak (a) of the hydrogen concentration was smaller than the highest peak (b) of the magnesium concentration. This suggests that Mg-H bonding of the surface portion generated by Experimental Example 2 of the present invention is relatively smaller than that of the conventional case of FIG. 2B. Accordingly, it can be seen that since the surface portion contains a lot of magnesium not bonded with hydrogen, free holes are easily formed to increase the survival rate of the holes.
한편, 도 2b에와 같이 비교예 2의 p형 콘택층의 표면부에는 수소 농도가 마그네슘 농도의 최고피크(b)에 비해 크며, 수소 농도는 피크를 이루지 않고 점점 감소하는 추세를 보였다. 이와 같이, 수소 농도가 마그네슘 농도에 비해 크면, 표면부의 Mg-H의 결합이 본 발명의 실험예 2보다 많은 것을 의미한다. 이에 따라, 비교예 2의 p형 콘택층은 4kV의 전압인가에 칩의 생존율이 100%가 되지 않아서, 정전기 방전(ESD)에 대한 내성이 약하다는 것을 알 수 있었다.On the other hand, as shown in FIG. 2B, the surface portion of the p-type contact layer of Comparative Example 2 has a larger hydrogen concentration than the highest peak (b) of magnesium concentration, and the hydrogen concentration does not form a peak and gradually decreases. As such, when the hydrogen concentration is larger than the magnesium concentration, it means that the bonding of the surface portion of Mg-H is more than that of Experimental Example 2 of the present invention. Accordingly, it was found that the p-type contact layer of Comparative Example 2 did not reach 100% of the chip survival rate when the voltage of 4 kV was applied, so that the resistance to electrostatic discharge (ESD) was weak.
이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다. 예를 들어, 본 발명의 실시예는 p형 불순물로서 마그네슘을 그 예로 들었으나, 다른 p형 불순물, 예컨대 베릴륨이나 알루미늄에서도 적용될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but many variations and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. It is possible. For example, an embodiment of the present invention uses magnesium as a p-type impurity as an example, but may also be applied to other p-type impurities such as beryllium or aluminum.
110; 기판 120; 제1 반도체층
130; 활성층 140; 제2 반도체층
150; p형 콘택층 160; 투명 전극
170; 제1 전극 180; 제2 전극 110;
130;
150; p-
170; A
Claims (11)
상기 p형 콘택층은 p형 불순물을 포함하며, 유기금속 화학기상증착법에 의해 제조되고, 성장속도는 0.67 ~ 1Å/초인 질화물 발광소자의 제조방법.In the method for manufacturing a nitride light emitting device in which a substrate, a first semiconductor layer, an active layer, a second semiconductor layer and a p-type contact layer are sequentially stacked,
The p-type contact layer includes a p-type impurity, is manufactured by an organometallic chemical vapor deposition method, the growth rate is 0.67 ~ 1 Å / sec manufacturing method of the nitride light emitting device.
The nitride light emitting device according to claim 10, wherein the highest peak of magnesium in the surface portion of the p-type contact layer is larger than the highest peak of hydrogen.
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