KR20000058080A - 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 반도체 발광 소자는 베이스 기판; 상기 베이스 기판상에 형성되는 ZnO 발광층; 및 불순물이 도핑되며 또한 상기 베이스 기판과 상기 ZnO 발광층 사이에 형성되는 ZnO 버퍼층;을 포함한다.
Description
본 발명은 여기자(勵起子; exciton)에 의하여 발광가능한 반도체 발광 소자에 관한 것으로, 특히 에피택셜 ZnO막을 사용하여 형성되며 또한 청색광∼자외광 영역의 파장을 갖는 반도체 발광 소자, 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 발광 디스플레이에 있어서의 다색화의 개발에 대한 요구, 및 데이터 통신 및 데이터 기록에 있어서의 데이타 밀도의 향상에 대한 요구로부터, 청색광∼자외광 영역의 파장을 갖는 반도체 발광 소자의 실현이 강하게 요구되고 있다. 청색광을 발광할 수 있는 반도체 발광 소자를 형성하기 위한 재료로서는, GaN계 반도체 재료가 주목을 받고 있다. 그러나, 이러한 반도체 재료의 제조 공정에는 많은 기술적인 문제점이 있으므로, 이 재료는 실용화되지 않고 있다. 따라서, 본 발명자들은 청색광∼자외광 영역의 파장을 갖는 반도체 재료로서 ZnO를 사용하는 것을 제안하여, GaN계 재료를 대신하고 있다. 더욱 구체적으로는, ZnO를 사용하여, 베이스 기판상에 ZnO막을 에피택셜 성장시킨다. 상기 에피택셜막을 사용함으로써, 파장 370nm 부근에서 여기자에 의하여 발광을 행할 수 있는 발광 소자를 얻고자 하는 것이다.
그러나, 상기 ZnO막을 사용하여 형성된 상기 반도체 발광 소자는, 이하의 문제점을 가지고 있다. 즉 발광층으로서 사용하는 ZnO막(이하, ZnO 발광층이라 함)은, 매우 우수한 결정성을 가져야 한다. 하지만, 이러한 ZnO 발광층의 형성은 매우 어렵다. 종래부터, ZnO막은 각종의 전자 디바이스에서 사용되고 있다. 비교적 낮은 결정성을 갖는 다결정 ZnO막이면, 스퍼터링법에 의하여 용이하게 대량으로 제조할 수 있다. 또한, 베이스 기판으로서 사파이어 기판을 사용하면, 스퍼터링 처리에 의하여 ZnO 에피택셜막을 형성하는 성막 방법을 이용할 수 있다. 그러나 상기 방법에 의하여 형성되는 에피택셜 ZnO막은 만족스런 배향성이 얻어지지 않으며, 따라서 발광 소자를 형성하는데 요하는 양호한 결정성을 제공하는 것이 불가능하다. 이 때문에, 발광 소자로서 사용할 수 있는 ZnO 발광층을 형성하기 위해서는, 베이스 기판으로서 사파이어 기판을 사용하고, 또한 레이저 MBE(Molecular Beam Epitaxy)법 등의 고가이고 정밀한 성막 방법을 사용할 필요가 있다. 그러나, 이러한 성막 방법은 사용에 있어서 매우 한정된다. 게다가, 상술한 방법을 사용하더라도, 아직 아주 만족스런 막질을 갖는 ZnO 발광층을 재현성 좋게 얻을 수 있을지 확실하지 않다. 또한, 레이저 MBE법에서는, 성막할 수 있는 ZnO 발광층의 면적이 기껏해야 수 스퀘어 밀리미터로 매우 작다. 또한 성막 속도가 느려서, 공업적 대량 생산에 적합하지 않다.
따라서, 본 발명의 목적은 발광 소자로서 만족스런 결정성을 나타내는 ZnO 발광층을 갖는 반도체 발광 소자를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 상기 반도체 발광 소자를 재현성 및 양산성 좋게 제조할 수 있는 제조 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시형태에 따라 만들어진 반도체 발광 소자의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따라 만들어진 ZnO 발광층에서 얻어진 포토 루미네슨스 측정 결과와 종래 기술 공정에 따라 만들어진 ZnO 발광층에서 얻어진 포토 루미네슨스 측정 결과를 비교한 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따라 만들어진 ZnO 발광층에서 얻어진 포토 루미네슨스 측정 결과를 나타낸 그래프이며, 이 측정 결과는 베이스 기판의 종류를 다르게 하여 얻어진 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 반도체 발광 소자의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 4에 나타낸 실시 형태의 변형예에 따른 반도체 발광 소자의 구조를 나타낸 단면도이다.
(도면의 주요 부분에 있어서의 부호의 설명)
1: 반도체 발광 소자
2: c면 사파이어 기판
3: ZnO 버퍼층
4: ZnO 발광층
상기 목적 및 그외의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체 발광 소자는 베이스 기판; 상기 베이스 기판상에 형성되는 ZnO 발광층; 및 불순물이 도핑되며, 또한 상기 베이스 기판과 상기 ZnO 발광층 사이에 형성되는 ZnO 버퍼층;을 포함한다.
상기 베이스 기판은 사파이어, 수정, 실리콘, 유리 및 용융 석영으로 이루어지는 군에서 선택되는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 불순물은 Li, Cu, Ni, Y, Ag, Mn, Mg, Al, V, Fe, La, Ti, Ta, Nb 및 Ga로 이루어지는 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 과거에는 제조하기 어려웠던 발광 소자로서 사용하기에 적합한 양호한 배향성/결정성을 갖는 ZnO 발광층을, 스퍼터링법 등의 비교적 용이한 방법에 의하여 높은 생산성으로 제조하는 것이 가능하다.
본 발명을 도시하기 위하여, 도면에 있어서 바람직한 몇가지 형태를 나타내었으나, 본 발명은 도시된 구체적인 배치 및 수단에 의하여 한정되지 않는다는 것을 알 것이다.
(바람직한 실시형태의 설명)
본 발명의 반도체 발광 소자는 사파이어 기판 등의 베이스 기판, 및 상기 베이스 기판상에 형성되는 ZnO 발광층을 포함하며, 상기 베이스 기판과 상기 ZnO 발광층 사이에는, 불순물이 도핑된 ZnO 버퍼층이 형성되는 것을 특징으로 한다. 여기서, 베이스 기판으로서 사용하는 기판으로서는, 사파이어 기판, 수정 기판, 실리콘 기판, 유리 기판 또는 용융 석영 기판을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, ZnO 버퍼층에 도핑되는 불순물은 Li, Cu, Ni, Y, Ag, Mn, Mg, Al, V, Fe, La, Ti, Ta, Nb 및 Ga로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 금속이다.
본 발명자들은 베이스 기판과 ZnO 발광층 사이에, 불순물이 도핑된 ZnO버퍼층을 개재시킴으로써, 버퍼층상에 형성되는 ZnO 발광층의 배향성/결정성을 향상시킬 수 있다는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 이것은 ZnO 버퍼층에 소정의 불순물을 도핑함으로써, ZnO 버퍼층의 배향성 및 결정성을 향상할 수 있으며, 그에 따라서, 버퍼층상에 형성되는 ZnO 발광층의 결정성을 동시에 향상할 수 있기 때문이다.
이와 같이, 배향성 및 결정성이 양호한 버퍼층이 형성되어 있으므로, 종래는 결정성이 부족하여 ZnO 발광층을 형성하는 성막 방법으로서는 사용할 수 없었던 스퍼터링법을, 본 발명의 반도체 발광 소자의 ZnO 발광층의 제조에서 사용하는 것이 가능해졌다.
본 명세서에서 언급하는 ZnO 버퍼층 및 ZnO 발광층은 ZnO, ZnMgO를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태를 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 제 1 바람직한 실시형태에 따른 반도체 발광 소자(1)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, c면 사파이어 기판(2)과, 불순물로서 Ni를 함유하는 ZnO 버퍼층(3), 및 이 ZnO 버퍼층(3)상에 형성된 ZnO 발광층(4)을 포함한다.
상기 구성을 갖는 반도체 발광 소자(1)는 이하의 공정으로 제조된다. 먼저, 베이스 기판으로서 c면 사파이어 기판(2)을 준비한다. 이어서, 사파이어 기판(2)상에, 스퍼터링법에 의하여, Ni가 도핑된 ZnO 버퍼층(3)을 막두께 1.3㎛로 성막한다. 성막 공정에 있어서는, Ar/O2가스를 사용하고, 불순물로서 Ni를 함유하는 ZnO 세라믹 타겟 또는 Zn 금속 타겟을 사용하여 성막하면 된다. 스퍼터링 장치로서는, RF 스퍼터링 장치 또는 ECR 스퍼터링 장치 등의 장치를 사용할 수 있다. ZnO 버퍼층(3)을 성막한 후, 동일한 스퍼터링법에 의하여 ZnO 세라믹 타겟 또는 Zn 금속 타겟을 사용하여 ZnO 발광층(4)을 두께 1.0㎛로 성막한다. 따라서, 스퍼터링 공정에 의하여 반도체 발광 소자(1)를 제조할 수 있다. 그러나, 상기 각 ZnO막은 에피택셜막이다.
과거에는, c면 사파이어 기판상에 스퍼터링법에 의하여 ZnO막을 성막하면 ZnO 에피택셜막을 성막하는 것이 가능하였으나, 충분한 배향성/결정성을 얻기 어려웠다. 이 때문에, 이러한 에피택셜막을 ZnO 발광층으로서 사용할 수 없었다. 또한 이 에피택셜막을 버퍼층으로서 사용하고 또한 그 위에 제 2 ZnO 에피택셜막을 형성하더라도, 결정성이 충분한 제 2 에피택셜막을 얻기 어려우며, 따라서 이 막을 ZnO 발광층으로서 사용하는 것이 불가능하다. 그러나, Ni가 도핑된 ZnO 버퍼층을 스퍼터링법에 의하여 성막하는 경우, 우수한 배향성/결정성을 갖는 ZnO 에피택셜막이 얻어질 수 있다. 그럼에도 불구하고, ZnO 버퍼층 자체는 불순물이 도핑되어 있므로, ZnO 발광층으로서 사용하기에는 적합하지 않다. 한편, 상기의 우수한 배향성/결정성을 갖는 ZnO 버퍼층상에 ZnO 에피택셜막을 형성하면, 발광 소자로 사용할 수 있는 ZnO 발광층을 형성할 수 있다.
ZnO 버퍼층은 0.3㎛이상의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 버퍼층의 두께가 0.3㎛미만인 경우, 불순물을 첨가하더라도, 충분한 배향성/결정성을 갖는 버퍼층을 형성하는 것이 어렵다. 여기서, 충분한 배향성/결정성이란, ZnO 버퍼층의 X선 회절에 의해 얻어지는 록킹 커브 반치폭(rocking curve half value width)이 2도 이하인 것을 의미한다. 그 이유는, 상기 값을 선택함으로써, 비교적 안정된 ZnO 발광층을 얻을 수 있으며, 따라서 발광 소자를 형성하는데 사용할 수 있기 때문이다. 또한, ZnO 발광층은 0.05㎛이상의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 그 이유는 ZnO 버퍼층의 결정성이 양호하더라도, ZnO 발광층의 두께를 0.05㎛ 이상 성막하지 않으면, 발광층으로서 사용하기에 충분한 양호한 결정성을 갖는 ZnO 발광층을 얻기 어렵기 때문이다. ZnO 버퍼층의 두께와 ZnO 발광층의 두께간의 관계는 다음과 같다. ZnO 버퍼층의 두께가 얇을수록, ZnO 발광층을 두껍게 형성할 필요가 있으며, ZnO 버퍼층의 두께가 두꺼울수록, ZnO 발광층의 두께는 얇아도 된다. 예를 들면, 버퍼층의 두께가 0.3㎛로 얇은 경우, ZnO 발광층은 0.1㎛이상의 두께가 요구된다. 한편, 버퍼층의 두께가 약 1.0㎛인 경우, ZnO 발광층은 약 0.05㎛이상의 두께를 가지면 된다.
본 실시형태에서는 불순물로서 Ni를 사용하였으나, 다른 불순물을 버퍼층에 첨가할 수 있으며, 다른 불순물로서는, ZnO 버퍼층의 배향성/결정성을 향상하기 위하여, Li, Cu, Y, Ag, Mn, Mg, Al, V, Fe, La, Ti, Ta, Nb, Ga 중의 적어도 1종의 금속 원소를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시형태에서는 베이스 기판으로서 c면 사파이어 기판을 사용하였으나, 베이스 기판으로서 Z컷 수정 기판, n타입 실리콘 기판, 유리 기판 또는 용융 석영 기판을 사용할 수 있으며, 이들 기판을 사용하더라도, 상기 불순물을 ZnO 버퍼층에 도핑함으로써, 마찬가지로 배향성/결정성이 양호한 ZnO 버퍼층을 형성할 수 있다는 것을 알았다. ZnO 버퍼층 및 ZnO 발광층의 성막 공정에서 사용되는 기판 온도는, 양호한 결정 배향성을 확보하기 위하여 200∼600℃인 것이 바람직하다. 또한 성막 공정시의 Ar/O2의 분압비는, 세라믹 타겟을 사용하는 경우는 60/40∼95/5의 범위인 것이 바람직하며, 금속 타겟을 사용하는 경우는 40/60∼90/10의 범위인 것이 바람직하다.
여기서, 본 발명의 ZnO 발광층의 막질을 확인하기 위하여, 상기 발광층과 종래의 제법에 의하여 얻어진 ZnO 발광층을 비교하여 실험을 행하였다. 더욱 구체적으로는, 사파이어 기판상에 ZnO 버퍼층을 형성하지 않고 직접 ZnO 발광층을 스퍼터링 처리에 의하여 성막하여 얻어진 소자를 시료 1(종래예)로 준비하고, 사파이어 기판상에 ZnO 버퍼층을 형성하지 않고 직접 ZnO 발광층을 레이저 MBE법에 의하여 성막하여 얻어진 소자를 시료 2(종래예)로 준비하고, 먼저 사파이어 기판상에 Ni도핑 ZnO 버퍼층을 형성한 다음 그 위에 ZnO 발광층을 스퍼터링 처리에 의하여 성막하여 얻어진 소자를 시료 3(본 발명)으로 준비하였다. 이어서, 상기 각 시료에 대하여 파장 325nm의 He-Cd 레이저 빔을 조사하고, 포토 루미네슨스(photo luminescence) 측정을 행하였다. 측정 결과를 도 2에 나타낸다. 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 사파이어 기판상에 직접 ZnO 발광층을 스퍼터링 처리에 의하여 성막하여 얻어진 시료 1에서는, 포토 루미네슨스 발광은 확인되지 않았다. 그러나, 직접 ZnO 발광층을 레이저 MBE법에 의하여 성막하여 얻어진 소자, 및 Ni도핑 ZnO 버퍼층상에 ZnO 발광층을 성막하여 얻어진 소자에서는, 포토 루미네슨스 발광이 확인되었다. 그렇지만, 상기 시료 3은 상기 시료 2에 비하여 더욱 강한 루미네슨스 강도를 갖는 것을 알 수 있다.
또한 시료 2 및 시료 3에서는, 그 발광 강도뿐만 아니라, 그 생산성에 있어서도 다르다. 즉 상기 시료 2는 레이저 MBE법에 의하여 얻어진 것이며, 그러므로 ZnO 발광층의 성막 면적도 기껏해야 수 스퀘어 밀리미터의 매우 작은 것밖에 성막할 수 없다. 한편, 상기 시료 3은 ZnO 버퍼층/발광층이 모두 스퍼터링 처리에 의하여 성막되며, 따라서 직경 3∼6인치의 베이스 기판 전면에 한 번의 작업으로 소망의 성막을 행할 수 있으며, 생산성이 매우 높다.
다음으로, 본 발명의 방법에 따라서 제조한 반도체 발광 소자에 대하여, 그 베이스 기판의 변경에 따른 ZnO 발광층의 막질의 변화를 비교하는 실험을 행하였다. 구체적으로는, 베이스 기판으로서 c면 사파이어 기판, Z컷 수정 기판, n타입 실리콘 기판 및 유리 기판을 사용하여 형성된 시료를 각각 준비하였다. 그리고, 상기와 마찬가지의 He-Cd 레이저 빔을 사용한 포토 루미네슨스 측정을 행하였다. 측정 결과를 도 3에 나타낸다. 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 사파이어 기판, Z컷 수정 기판, 실리콘 기판 및 유리 기판을 사용하여 형성된 시료는, 그 포토 루미네슨스 발광 강도가 서로 거의 동일하다는 것을 확인하였다. 또한 도시하지 않았으나, 베이스 기판으로서 용융 석영 기판을 사용한 경우에도, n타입 실리콘 기판을 사용한 경우와 거의 동등한 발광 특성이 얻어질 수 있다. 따라서, 불순물이 도핑된 ZnO 버퍼층을 개재하여 소자를 형성함으로써, 종래에는 얻을 수 없었던, 결정성이 양호한 ZnO 발광층을, 수정 기판 또는 실리콘 기판상에 성막할 수 있다는 것을 알 수 있다.
그러나, 배향성/결정성이 더욱 향상된 ZnO 버퍼층 및 ZnO 발광층을 성막하기 위하여, 순도 99.99%이상의 고순도 타겟을 사용하거나, 순도 99.99%이상의 고순도 도입 가스를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 실시형태에 따른 반도체 발광 소자(11)는, ZnO 발광층을 사용하여 형성된 반도체 발광 소자로서, 소자(11)의 외부로부터 전압을 인가하기 위하여 사용되는 전극이 형성된 LED이다. 이하, 본 실시형태의 발광 소자의 구조에 대하여 도 4를 참조하여 설명한다.
먼저, c면 사파이어 기판(12)상에, Al이 도핑된 ZnO 버퍼층(13)이 형성된다. 여기성, Al이 버퍼층에 도핑되어 있으므로, ZnO버퍼층(13)은 n타입 ZnO이 된다. 그리고, ZnO 버퍼층(13)상에는 ZnO 활성층(14)이 형성된다. 또한 활성층상에는 N(또는 그 이온)이 도핑된 p타입 ZnO층(15)이 형성된다. ZnO층(13, 14, 15)은 모두 스퍼터링 처리에 의하여 형성된 에피택셜막이다.
p타입 ZnO층(15) 및 ZnO 활성층(14)은 에칭 처리에 의하여 부분적으로 제거된다. 에칭 처리후에 얻어진 ZnO 버퍼층(13)의 노출 영역에는, ZnO와 옴 접촉하는 하부 전극(16)이 형성된다. 하부 전극(16)은 Ti/Au 등의 금속 재료로 이루어진다. p타입 ZnO층(15)상에는, 마찬가지로 ZnO와 옴 접촉하는 금속으로 이루어지는 상부 전극(17)이 형성된다.
상기 구성을 갖는 p-n 접합형의 반도체 발광 소자(11)에서는, 하부 전극(16)과 상부 전극(17) 사이에 전압을 인가함으로써, 청색광∼자외광 영역에서 발광하도록 여기자 발광을 행할 수 있다.
제 2실시형태의 상기 구성의 변형으로서, ZnO 버퍼층(13)을 2층 구조로 형성해도 된다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 반도체 발광 소자(21)는 c면 사파이어 기판(12)과 ZnO 활성층(14) 사이에 ZnO 버퍼층(23)을 포함한다. ZnO 버퍼층(23)은 c면 사파이어 기판(12)상에 형성되는 제 1 서브층(23b) 및 ZnO 활성층(14)과 접촉하는 제 2 서브층(23a)을 갖는다. 제 1 서브층(23b)은 ZnO의 배향성 또는 결정성을 향상시키는데 우수한 도핑제가 도핑된 ZnO로 이루어진다. 이러한 도핑제는 Li, Cu, Ni, Y, Ag, Mn, Mg, Fe, La, Ti, Ta, Nb 및 Ga를 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 반대로, 제 2 서브층(23a)은 ZnO의 저항을 감소할 수 있는 도핑제가 도핑된 ZnO로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 도핑제는 Al 및 V를 포함한다.
상기 구성에 따르면, ZnO 버퍼층(23)상에 결정성이 우수한 ZnO 활성층(14)을 형성하는 것이 가능하며, 또한 제 2서브층(23a)의 저저항에 기인하여 ZnO층(14)에 큰 전류를 주입하는 것이 가능하다.
상술한 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 반도체 발광 소자에 의하면, 과거에는 제조하기 어려웠던, 발광 소자로서 사용하기에 바람직한 양호한 배향성/결정성을 갖는 ZnO 발광층을, 스퍼터링법 등의 비교적 용이한 방법에 의하여 높은 생산성으로 제조하는 것이 가능하다.
Claims (17)
- 베이스 기판;상기 베이스 기판상에 형성되는 ZnO 발광층; 및불순물이 도핑되며, 또한 상기 베이스 기판과 상기 ZnO 발광층 사이에 형성되는 ZnO 버퍼층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제 1항에 있어서, 상기 베이스 기판은 사파이어, 수정, 실리콘, 유리 및 용융 석영으로 이루어지는 군에서 선택되는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제 1항에 있어서, 상기 불순물은 Li, Cu, Ni, Y, Ag, Mn, Mg, Al, V, Fe, La, Ti, Ta, Nb 및 Ga로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 베이스 기판;상기 베이스 기판상에 형성되는 ZnO 발광층;제 1 도전성 타입의 불순물이 도핑되며, 또한 상기 베이스 기판과 상기 ZnO 발광층 사이에 형성되는 제 1 ZnO층; 및제 2 도전성 타입의 불순물이 도핑되며, 또한 상기 ZnO 발광층상에 형성되는 제 2 ZnO층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제 4항에 있어서, 상기 베이스 기판은 사파이어, 수정, 실리콘, 유리 및 용융 석영으로 이루어지는 군에서 선택되는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제 4항에 있어서, 상기 제 1 도전성 타입은 n타입이며, 상기 제 2 도전성 타입은 p타입인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제 4항에 있어서, 상기 제 1 ZnO층은 상기 베이스 기판상에 형성된 제 1 서브층 및 상기 ZnO 발광층에 접촉하는 제 2 서브층을 포함하며, 상기 제 2 서브층은 제 1 도전성 타입의 불순물이 도핑되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제 7항에 있어서, 상기 제 1 도전성 타입의 불순물은 Al 및 V중의 하나로부터 선택되며, 상기 제 1 서브층은 Li, Cu, Ni, Y, Ag, Mn, Mg, Fe, La, Ti, Ta, Nb 및 Ga로 이루어지는 군에서 선택되는 불순물이 도핑되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 제 7항에 있어서, 상기 제 1 서브층은 Ni가 도핑되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.
- 베이스 기판상에, 불순물이 도핑된 ZnO 버퍼층을 형성하는 단계; 및상기 ZnO 버퍼층상에 ZnO 발광층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 제조 방법.
- 제 10항에 있어서, 상기 베이스 기판은 사파이어, 수정, 실리콘, 유리 및 용융 석영으로 이루어지는 군에서 선택되는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 제조 방법.
- 제 10항에 있어서, 상기 불순물은 Li, Cu, Ni, Y, Ag, Mn, Mg, Al, V, Fe, La, Ti, Ta, Nb 및 Ga로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 제조 방법.
- 제 10항에 있어서, 상기 ZnO 발광층은 스퍼터링 공정에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 제조 방법.
- 베이스 기판상에, 제 1 도전성 타입의 불순물이 도핑된 제 1 ZnO층을 형성하는 단계;상기 제 1 ZnO층상에 ZnO 발광층을 형성하는 단계; 및상기 ZnO 발광층상에 제 2 도전성 타입의 불순물이 도핑된 제 2 ZnO층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 제조 방법.
- 제 14항에 있어서, 상기 베이스 기판은 사파이어, 수정, 실리콘, 유리 및 용융 석영으로 이루어지는 군에서 선택되는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 제조 방법.
- 제 14항에 있어서, 상기 제 1 도전성 타입은 n타입이며, 상기 제 2 도전성 타입은 p타입인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 제조 방법.
- 제 14항에 있어서, 상기 제 1 ZnO층, 상기 ZnO 발광층 및 상기 제 2 ZnO층은 각각 스퍼터링 공정에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 제조 방법.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100389738B1 (ko) * | 2001-03-05 | 2003-06-27 | 김영창 | 단파장 산화아연 발광소자 및 그 제조방법 |
KR100644728B1 (ko) * | 2004-04-23 | 2006-11-14 | 광주과학기술원 | 아연 산화물을 이용한 실리콘 발광소자 및 그 제조방법 |
KR100943171B1 (ko) * | 2007-03-21 | 2010-02-19 | 한국전자통신연구원 | p-형 산화아연층의 형성 방법 및 p-형 산화아연층을포함하는 반도체 소자의 제조 방법 |
Families Citing this family (34)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6590336B1 (en) * | 1999-08-31 | 2003-07-08 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Light emitting device having a polar plane piezoelectric film and manufacture thereof |
JP4365495B2 (ja) * | 1999-10-29 | 2009-11-18 | ローム株式会社 | 遷移金属を含有する強磁性ZnO系化合物およびその強磁性特性の調整方法 |
GB2361480B (en) * | 2000-04-19 | 2002-06-19 | Murata Manufacturing Co | Method for forming p-type semiconductor film and light emitting device using the same |
JP4540201B2 (ja) * | 2000-09-13 | 2010-09-08 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | ZnO系酸化物半導体層を有する半導体装置の製法 |
DE10103294C1 (de) * | 2001-01-25 | 2002-10-31 | Siemens Ag | Träger mit einer Metallfläche und mindestens ein darauf angeordneter Chip, insbesondere Leistungshalbleiter |
JP4647131B2 (ja) * | 2001-05-08 | 2011-03-09 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 薄膜結晶の形成方法 |
JP4817350B2 (ja) * | 2001-07-19 | 2011-11-16 | 株式会社 東北テクノアーチ | 酸化亜鉛半導体部材の製造方法 |
JP3826755B2 (ja) | 2001-09-28 | 2006-09-27 | 株式会社村田製作所 | ZnO膜及びその製造方法並びに発光素子 |
KR20030033228A (ko) * | 2001-10-19 | 2003-05-01 | (주)블루트론 | p형 아연산화물 박막과 이를 적용한 화합물 반도체 및 그 제조방법 |
CN1445821A (zh) | 2002-03-15 | 2003-10-01 | 三洋电机株式会社 | ZnO膜和ZnO半导体层的形成方法、半导体元件及其制造方法 |
JP3859148B2 (ja) * | 2002-10-31 | 2006-12-20 | 信越半導体株式会社 | Zn系半導体発光素子の製造方法 |
JP4860927B2 (ja) * | 2002-12-11 | 2012-01-25 | アンモノ・スプウカ・ジ・オグラニチョノン・オドポヴィエドニアウノシツィオン | エピタキシ用基板及びその製造方法 |
JP2004247681A (ja) * | 2003-02-17 | 2004-09-02 | Sharp Corp | 酸化物半導体発光素子 |
JP4851103B2 (ja) * | 2005-03-01 | 2012-01-11 | 学校法人常翔学園 | 酸化亜鉛系トランジスタ |
CN1317749C (zh) * | 2005-04-05 | 2007-05-23 | 中国科学院物理研究所 | 含三种掺杂剂的p型氧化锌薄膜及其制造方法 |
JP4543390B2 (ja) * | 2005-07-27 | 2010-09-15 | 住友金属鉱山株式会社 | サファイア中微量元素の定量方法 |
KR100711203B1 (ko) * | 2005-08-23 | 2007-04-24 | 한국과학기술연구원 | 산화아연을 이용한 p형-진성-n형 구조의 발광 다이오드제조방법 |
CN100353578C (zh) * | 2005-11-18 | 2007-12-05 | 浙江大学 | 一种硅基氧化锌紫外电致发光器件及其制备方法 |
JP2007258599A (ja) * | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体素子及び半導体素子の製造方法 |
KR100797077B1 (ko) | 2007-04-04 | 2008-01-22 | 한양대학교 산학협력단 | 유동적 디스플레이용 전극, 이의 제조방법 및 이를포함하는 유동적 디스플레이 |
EP2009683A3 (en) | 2007-06-23 | 2011-05-04 | Gwangju Institute of Science and Technology | Zinc oxide semiconductor and method of manufacturing the same |
KR100884883B1 (ko) * | 2007-06-26 | 2009-02-23 | 광주과학기술원 | 아연산화물 반도체 및 이를 제조하기 위한 방법 |
US20090019188A1 (en) * | 2007-07-11 | 2009-01-15 | Igt | Processing input for computing systems based on the state of execution |
CN101388345B (zh) * | 2007-09-12 | 2010-06-02 | 中国科学院半导体研究所 | 在金属衬底上生长ZnO薄膜的方法 |
JP5651298B2 (ja) * | 2008-10-24 | 2015-01-07 | シチズン時計マニュファクチャリング株式会社 | プラズマ援用反応性薄膜形成装置およびそれを用いた薄膜形成方法 |
JP5346200B2 (ja) * | 2008-11-14 | 2013-11-20 | スタンレー電気株式会社 | ZnO系半導体層とその製造方法、ZnO系半導体発光素子、及びZnO系半導体素子 |
JP2009197333A (ja) * | 2009-05-07 | 2009-09-03 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 酸化亜鉛薄膜 |
US8187976B2 (en) * | 2009-08-26 | 2012-05-29 | Indian Institute Of Technology Madras | Stable P-type semiconducting behaviour in Li and Ni codoped ZnO |
KR101040138B1 (ko) * | 2009-10-29 | 2011-06-10 | 한국과학기술연구원 | 은 및 iii족 원소에 의해 상호 도핑된 산화아연계 박막의 형성 방법 및 이를 이용하여 형성된 박막 |
JP2012119569A (ja) * | 2010-12-02 | 2012-06-21 | Ulvac Japan Ltd | 窒化物半導体素子 |
JP2014027269A (ja) * | 2012-06-22 | 2014-02-06 | Mitsubishi Chemicals Corp | 光電変換素子、太陽電池、及び太陽電池モジュール |
CN103268911B (zh) * | 2013-04-22 | 2016-05-18 | 浙江大学 | p-NiO/n-ZnO异质结发光器件及其制备方法 |
CN108527960B (zh) * | 2018-03-15 | 2020-10-16 | 江苏瓷光光电有限公司 | 一种荧光陶瓷与蓝宝石复合陶瓷材料及其制备方法 |
CN114284408B (zh) * | 2021-12-28 | 2023-09-01 | 江苏第三代半导体研究院有限公司 | 载流子扩展结构、生长方法及外延片 |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0799783B2 (ja) | 1986-10-06 | 1995-10-25 | 松下電器産業株式会社 | 発光ダイオ−ド |
JPS6439082A (en) | 1987-08-05 | 1989-02-09 | Sharp Kk | Blue-light emitting display element |
JP2593960B2 (ja) * | 1990-11-29 | 1997-03-26 | シャープ株式会社 | 化合物半導体発光素子とその製造方法 |
JP3198691B2 (ja) * | 1993-01-14 | 2001-08-13 | 株式会社村田製作所 | 酸化亜鉛圧電結晶膜 |
US5846844A (en) | 1993-11-29 | 1998-12-08 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for producing group III nitride compound semiconductor substrates using ZnO release layers |
JPH07262801A (ja) | 1994-03-25 | 1995-10-13 | Murata Mfg Co Ltd | 薄膜発光素子及び発光装置 |
US5736267A (en) * | 1994-08-17 | 1998-04-07 | Asahi Glass Company Ltd. | Transparent conductive film and method for its production, and sputtering target |
JP2803722B2 (ja) * | 1996-05-10 | 1998-09-24 | 日本電気株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
JP3380422B2 (ja) | 1997-03-25 | 2003-02-24 | 科学技術振興事業団 | Ii族−酸化物を含む光半導体素子 |
US6057561A (en) * | 1997-03-07 | 2000-05-02 | Japan Science And Technology Corporation | Optical semiconductor element |
-
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100389738B1 (ko) * | 2001-03-05 | 2003-06-27 | 김영창 | 단파장 산화아연 발광소자 및 그 제조방법 |
KR100644728B1 (ko) * | 2004-04-23 | 2006-11-14 | 광주과학기술원 | 아연 산화물을 이용한 실리콘 발광소자 및 그 제조방법 |
KR100943171B1 (ko) * | 2007-03-21 | 2010-02-19 | 한국전자통신연구원 | p-형 산화아연층의 형성 방법 및 p-형 산화아연층을포함하는 반도체 소자의 제조 방법 |
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