KR100682870B1 - 다층전극 및 이를 구비하는 화합물 반도체 발광소자 - Google Patents
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Abstract
다층전극 및 이를 구비하는 화합물 반도체 발광소자가 개시된다. 본 발명에 따르면, 화합물 반도체 발광소자의 p형 화합물 반도체층 상에 형성되는 전극에 있어서, 상기 p형 화합물 반도체층 상에 투명 전도성 산화물, 비전도성 산화물 및 질화물로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성되는 제 1 전극층, 상기 제 1 전극층 상에 투명 전도성 산화물, 비전도성 산화물 및 질화물로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성되는 제 2 전극층을 구비하는 화합물 반도체 발광소자의 다층전극이 제공된다. 또한 본 발명에 따르면, 상기 다층전극을 구비하는 화합물 반도체 발광소자, 예를 들어 LED 또는 LD가 제공된다.
Description
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다층전극을 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 다층전극을 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 다층전극을 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 2의 다층전극이 구비된 화합물 반도체 발광소자를 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 형성된 다층전극(ITO/SiO2)에 대하여 광반사율을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 형성된 다층전극(ITO/Al2O3)에 대하여 광반사율을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 형성된 다층전극(ITO/ZnO)에 대하여 광반사율을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 형성된 다층전극(ITO/ZnMgO/SiO2)에 대하여 광반사율을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
20:p형 화합물 반도체층 21:오믹콘택트층
22, 23, 24:다층전극 22a:제 1 전극층
22b:제 2 전극층 22c:제 3 전극층
22d:제 4 전극층 100:기판
102:n형 화합물 반도체층 104:활성층
106:p형 화합물 반도체층 108:p형 전극
110:본딩층 120:n형 전극
본 발명은 다층전극 및 이를 구비하는 화합물 반도체 발광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 낮은 접촉저항, 향상된 전기전도성 및 특히 높은 광투과율을을 가지는 다층전극 및 이를 구비하는 화합물 반도체 발광소자에 관한 것이다.
화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기적 신호를 빛으로 변화시키는 화합물 반도체 발광소자, 예를 들어 LED(Light Emitting Diode) 또는 LD(Laser Diode)와 같은 반도체 레이저 다이오드의 레이저광은 광통신, 다중통신, 우주통신과 같은 응용분야에서 현재 실용화되어 가고 있다. 반도체 레이저는 광통신 등과 같은 통신 분야나 컴팩 디스크 플레이어(CDP; Compact Disk Player)나 디지털 다기능 디스크 플레이어(DVDP; Digital Versatile Disk Player) 등과 같은 장치에서 데이터의 전송이나 데이터의 기록 및 판독을 위한 수단의 광원으로써 널리 사용되고 있다.
이러한 화합물 반도체 발광소자는 광의 출사방향에 따라 탑-에미트형 발광다이오드(top-emitting light emitting diode; TLED)와 플립칩 발광다이오드(flip-chip light emitting diodes: FCLED)로 분류된다.
플립칩 발광다이오드는 활성층에서 발생된 광이 p형 화합물 반도체층 위에 형성된 반사전극에서 반사되며, 상기 반사광이 기판을 통하여 출사되는 구조를 가진다.
탑에미트형 발광다이오드는 p형 화합물 반도체층과 오믹콘택을 형성하는 p형 전극을 통해 광이 출사되는 구조를 가진다. 여기에서, 상기 p형 전극은 주로 p형 화합물 반도체층 위에 니켈(Ni)층과 금(Au)층이 순차적으로 적층된 구조를 가진다. 그러나, 니켈층/금층으로 형성된 p형 전극은 반투명성을 가지며, 상기 p형 전극이 적용된 탑에미트형 발광다이오드는 낮은 광이용효율 및 낮은 휘도 특성을 가진다.
이러한 문제점을 해결하고자 낮은 접촉저항과 높은 광투과율을 가지는 전극물질 및 전극구조에 관한 연구가 진행되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서 낮은 접촉저항, 향상된 전기전도성 및 특히 높은 광투과율을을 가지는 다층전극 및 이를 구비하는 화합물 반도체 발광소자를 제공함에 있다.
본 발명에 따르면, 화합물 반도체 발광소자의 p형 화합물 반도체층 상에 형성되는 전극에 있어서,
상기 p형 화합물 반도체층 상에 투명 전도성 산화물, 비전도성 산화물 및 질화물로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성되는 제 1 전극층; 및
상기 제 1 전극층 상에 투명 전도성 산화물, 비전도성 산화물 및 질화물로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성되는 제 2 전극층;을 구비하는 화합물 반도체 발광소자의 다층전극이 제공된다.
또한 본 발명에 따르면, n형 및 p형 전극과 그 사이에 적어도 n형 화합물 반도체층, 활성층 및 p형 화합물 반도체층을 구비하는 화합물 반도체 발광소자에 있어서,
상기 p형 전극은,
상기 p형 화합물 반도체층 상에 투명 전도성 산화물, 비전도성 산화물 및 질화물로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성되는 제 1 전극층; 및
상기 제 1 전극층 상에 투명 전도성 산화물, 비전도성 산화물 및 질화물로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성되는 제 2 전극층;을 구비하는 화합물 반도체 발광소자가 제공된다.
여기에서, 상기 투명 전도성 산화물은 In, Sn, Zn, Ga, Cd, Mg, Be, Ag, Mo, V, Cu, Ir, Rh, Ru, W, Co, Ni, Mn 및 La으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 한 원소의 산화물이다. 그리고, 상기 비전도성 산화물은 Si, Al, Zr, Ti 및 Hf으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 한 원소의 산화물이다. 그리고, 상기 질화물은 Si, Al, Zr, Ti 및 Mo으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 한 원소의 질화물이다.
상기 제 1 전극층 및 제 2 전극층은 각각 상기 화합물 반도체 발광소자로부터 발생된 광에 대하여 2% 이하의 반사율을 가지는 두께로 형성된다.
바람직하게, 상기 제 2 전극층 상에 적어도 하나의 전극층이 더 형성되며, 상기 전극층은 투명 전도성 산화물, 비전도성 산화물 및 질화물로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성된다. 여기에서, 상기 전극층은 상기 화합물 반도체 발광소자로부터 발생된 광에 대하여 2% 이하의 반사율을 가지는 두께로 형성된다.
바람직하게, 상기 p형 화합물 반도체층과 상기 제 1 전극층 사이에,
Ag, Ag-계 합금, Zn-계 합금, Ni-계 합금, La-계 합금, Mg-계 합금, 첨가원소가 함유된 인듐산화물 및 첨가원소가 함유된 SnO2으로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성되는 오믹콘택트층;이 더 구비된다. 상기 첨가원소는 Mg, Ag, Zn, Sc, Hf, Zr, Te, Se, Ta, W, Nb, Cu, Si, Ni, Co, Mo, Cr, Mn, Hg, Pr, Sb 및 La으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나이다. 여기에서, 상기 인듐산화물 및 SnO2에 대한 상기 첨가원소의 함유비는 각각 0.001 내지 49 at％이다. 또한, 상기 오믹콘택트층의 두께는 0.1nm 내지 500nm의 범위에 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 다층전극 및 이를 구비하는 화합물 반도체 발광소자를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다층전극을 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, p형 화합물 반도체층(20)의 상면에 다층전극(22)이 형성되어 있다. 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반사전극(22)은 p형 화합물 반도체층(20) 의 상면에 순서대로 적층되는 제 1 전극층(22a) 및 제 2 전극층(22b)을 구비한다.
상기 제 1 전극층(22a) 및 제 2 전극층(22b)은 각각 투명 전도성 산화물, 비전도성 산화물 및 질화물로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성된다.
여기에서, 상기 투명 전도성 산화물은 In, Sn, Zn, Ga, Cd, Mg, Be, Ag, Mo, V, Cu, Ir, Rh, Ru, W, Co, Ni, Mn 및 La으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 한 원소의 산화물이다. 그리고, 상기 비전도성 산화물은 Si, Al, Zr, Ti 및 Hf으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 한 원소의 산화물이다. 그리고, 상기 질화물은 Si, Al, Zr, Ti 및 Mo으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 한 원소의 질화물이다.
상기 제 1 전극층(22a) 및 제 2 전극층(22b)은 각각 상기 화합물 반도체 발광소자로부터 발생된 광에 대하여 2% 이하의 반사율을 가지는 두께로 형성된다. 2% 이하의 반사율, 더욱 바람직하게는 최소의 반사율을 가지는 상기 제 1 전극층(22a) 및 제 2 전극층(22b)의 두께는 각각 수학식1 및 수학식2로부터 구할 수 있다.
여기에서 d1 및 d2는 각각 제1전극층(22a) 및 제2전극층(22b)의 두께이고, n
1 및 n2는 각각 제1전극층(22a) 및 제2전극층(22b)을 이루는 물질의 굴절률, ??는 상기 전극층을 투과하는 광의 파장이다. 또한 n0는 공기의 굴절률이며, nsub는 상기 제1전극층(22a)과 접촉하는 p형 화합물 반도체층(20)의 굴절률이다. F1 및 F2는 각각 치환함수이다.
제1전극층(22a) 및 제2전극층(22b)은 전자빔 및 열에 의한 증착기(e-beam & thermal evaporator), PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), PLD(plasma laser deposition) 또는 이중형의 열증착기(dual-type thermal evaporator) 등에 의해 형성될 수 있다. 이때, 증착온도는 20℃ 내지 1500℃이고, 반응기(reactor) 내의 압력은 대기압 내지 10-12 torr 이다.
상기 제 2 전극층(22b)을 형성한 후에, 그 결과물에 대한 어닐링(annealing) 공정이 수행된다. 구체적으로, 상기 제 2 전극층(22b)이 형성된 결과물은 질소, 아르곤, 헬륨, 산소, 수소, 공기 중 적어도 하나를 포함하는 기체 분위기에서 어닐링된다. 상기 어닐링은 200℃ 내지 700℃의 온도범위에서, 10초 내지 2시간 동안 수 행된다.
이와 같이, 최소의 반사율을 가지는 두께로 형성된 상기 제 1 전극층(22a) 및 제 2 전극층(22b)을 구비하는 다층전극(22)은 전극에서의 광반사율이 최소화되어 높은 광투과율을 가진다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 다층전극을 보여주는 단면도이다.
본 발명의 제 2 실시예에서는 상술한 제 1 실시예와 다른 부분에 대해서만 설명한다. 또한 동일한 부재에 대해서는 동일한 참조번호를 그대로 사용한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반사전극(23)은 p형 화합물 반도체층(20)의 상면에 순서대로 적층되는 오믹콘택트층(21), 제 1 전극층(22a) 및 제 2 전극층(22b)을 구비한다. 상술한 제 1 실시예와 다른 점은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반사전극(23)은 상기 p형 화합물 반도체층(20)과 상기 제 1 전극층(22a) 사이에 오믹콘택트층(21)을 더 구비한다는 점이다.
상기 오믹콘택트층(21)은 상기 p형 화합물 반도체층(20)과 오믹콘택을 형성하며, 낮은 접촉저항을 가진다. 상기 오믹콘택트층(21)은 Ag, Ag-계 합금, Zn-계 합금, Ni-계 합금, La-계 합금, Mg-계 합금, 첨가원소가 함유된 인듐산화물 및 첨가원소가 함유된 SnO2으로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성된다. 여기에서, 상기 첨가원소는 Mg, Ag, Zn, Sc, Hf, Zr, Te, Se, Ta, W, Nb, Cu, Si, Ni, Co, Mo, Cr, Mn, Hg, Pr, Sb 및 La으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나이다. 상기 오믹콘택트층(21)은 0.1nm 내지 500nm의 두께로 형성된다.
상기 첨가원소는 상기 인듐산화물 및 SnO2의 밴드갭(band gap), 전자친화도(electron affinity) 및 일함수(work function)를 조절하여 상기 오믹콘택트층(21)의 오믹접촉 특성을 향상시킨다. 구체적으로는, 상기 첨가원소는 p형 화합물 반도체층(20)의 실효 캐리어 농도를 높이고, p형 화합물 반도체층(20)을 이루고 있는 화합물 중 질소 이외의 성분과 반응성이 좋다.
예를 들면 p형 화합물 반도체층(20)이 GaN계 화합물인 경우, 상기 첨가원소는 질소보다 갈륨(Ga)에 대해 우선적으로 반응한다. 이 경우, p형 화합물 반도체층(20)의 갈륨(Ga)과 상기 첨가원소의 반응에 의해 p형 화합물 반도체층(20)의 표면에 갈륨 공공(vacancy)을 형성하게 된다. p형 화합물 반도체층(20)에 형성되는 갈륨 공공은 p형 도펀트로 작용하며, p형 화합물 반도체층(20) 표면의 실효 캐리어 농도를 증가시킨다.
또한, 상기 첨가원소가 첨가된 인듐산화물은, p형 화합물 반도체층(20)의 표면에 잔류하여 p형 화합물 반도체층(20)과 오믹콘택트층(21) 사이의 계면에서 캐리어 흐름에 장애물 역할을 하는 자연산화층인 갈륨산화물(Ga2O3)과 반응한다. 상기 반응에 의하여 p형 화합물 반도체층(20)과 오믹콘택트층(21) 사이의 계면에 투명 전도성 산화물이 형성되며, 상기 투명 전도성 산화물에 의해 오믹콘택트층(21)과 p형 화합물 반도체층(20)의 계면에서 터널링 전도 현상이 발생된다. 따라서, 오믹콘택트층(21)의 오믹접촉 특성이 향상된다. 따라서, 상기 오믹콘택트층(21)을 구비하는 다층전극(23)은 낮은 접촉저항과 향상된 전기전도성을 가진다.
상기 인듐산화물 및 SnO2에 대한 상기 첨가원소의 함유비는 각각 0.001 내지 49 아토믹(atomic) 퍼센트이다. 여기서 아토믹(atomic) 퍼센트는 첨가되는 원소 상호간의 비율을 말한다.
상기 오믹콘택트층(21)은 전자빔 및 열에 의한 증착기(e-beam & thermal evaporator), PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), PLD(plasma laser deposition) 또는 이중형의 열증착기(dual-type thermal evaporator) 등에 의해 형성될 수 있다. 이때, 증착온도는 20℃ 내지 1500℃이고, 반응기(reactor) 내의 압력은 대기압 내지 10-12 torr 이다.
상기 오믹콘택트층(21)을 형성한 후에, 어닐링(annealing) 공정이 수행될 수 있으며, 어닐링 방법은 제1(22a) 및 제2전극층(22b)에서의 어닐링 방법과 동일하다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 다층전극을 보여주는 단면도이다.
본 발명의 제 3 실시예에서는 상술한 제 2 실시예와 다른 부분에 대해서만 설명한다. 또한 동일한 부재에 대해서는 동일한 참조번호를 그대로 사용한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반사전극(24)은 도 2에 도시된 반사전극(23)의 제 2 전극층(22b) 상에 제 3 전극층(22c)을 더 구비한다.
상기 제 3 전극층(22c)은 투명 전도성 산화물, 비전도성 산화물 및 질화물로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성된다. 상기 제 3 전극층(22c)은 상기 화합물 반도체 발광소자로부터 발생된 광에 대하여 2% 이하의 반사율을 가지는 두 께로 형성된다.
제3전극층(22c)의 형성방법은 제1(22a) 및 제2전극층(22b)의 형성방법과 동일하다. 또한, 상기 제 3 전극층(22c)을 형성한 후에, 그 결과물에 대한 어닐링(annealing) 공정이 더 수행될 수 있으며, 어닐링 방법은 제1(22a) 및 제2전극층(22b)에서의 어닐링 방법과 동일하다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 다층전극(24)은 오믹콘택트층(21)을 구비하여 낮은 접촉저항과 향상된 전기전도성을 가진다. 본 발명의 제 3 실시예에 따른 다층전극(24)은 특히 최소의 반사율을 가지는 두께로 형성된 상기 제 1 전극층(22a), 제 2 전극층(22b) 및 제 3 전극층(22c)을 구비함으로써, 전극에서의 광반사율이 최소화되어 높은 광투과율을 가진다.
상기 제 3 전극층(22c)의 상면에는 적어도 하나의 전극층(미도시), 예를 들어 제4전극층(미도시), 제5전극층(미도시) 등이 더 형성될 수 있으며, 각각의 전극층은 투명 전도성 산화물, 비전도성 산화물 및 질화물로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성된다. 마찬가지로 각각의 전극층은 2% 이하의 반사율, 바람직하게는 최소의 반사율을 가지는 두께로 형성된다.
도 4는 도 2의 다층전극이 구비된 화합물 반도체 발광소자를 보여주는 단면도이다. 도 2에서 설명된 구성요소에 대해서는 설명을 생략하기로 한다. 또한 동일한 부재에 대해서는 동일한 참조번호를 그대로 사용한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반사전극이 구비된 화합물 반도체 발광소자는 n형 및 p형 전극(120)(108)과 그 사이에 적어도 n형 화합물 반 도체층(102), 활성층(104) 및 p형 화합물 반도체층(106)을 구비한다. 상기 p형 전극(108)으로 도 2에 도시된 반사전극(23)이 그대로 채택되었다. 즉, 상기 p형 전극(108)은 오믹콘택층(21), 제1전극층(22a) 및 제2전극층(22b)을 구비하며, 상기 p형 전극(108)은 본딩층(110)과 연결된다. 도시된 바와 같이, 상기 제1전극층(22a) 및 제2전극층(22b)은 각각 투명 전도성 산화물 및 비전도성 산화물로 형성될 수 있다. 이와 같은 경우, 제1전극층의 표면부가 드러나도록 제2전극층(22b)의 소정부분이 에칭되며, 따라서 본딩층(110)이 전도성을 가지는 제1전극층(22a)과 접촉될 수 있다. 상기 본딩층(110)은 Au(gold)와 같은 전도성 물질로 형성된다.
n형 화합물 반도체층(102)은, 기판(100)의 상면에 적층되며 단차를 가지는 하부 콘택트층으로서의 제1화합물 반도체층과, 제1화합물 반도체층의 상면에 적층되는 하부 클래드층을 포함한다. 제1화합물 반도체층의 단차가 형성된 부분에는 n형 하부 전극(120)이 위치한다.
상기 기판(100)은 사파이어 기판 또는 프리스탠딩 GaN 기판이 주로 이용되며, 제1화합물 반도체층은 n-GaN 계열의 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 화합물 반도체층으로 형성하되, 특히 n-GaN 층으로 형성하는 것이 바람직하다. 하지만, 이에 한정되지 않으며 레이저 발진(레이징)이 가능한 Ⅲ-Ⅴ족의 다른 화합물 반도체층일 수 있다. 하부 클래드층은 소정의 굴절률을 가지는 n-GaN/AlGaN층인 것이 바람직하나 레이징이 가능한 다른 화합물 반도체층일 수 있다.
활성층(104)은 레이징이 일어날 수 있는 물질층이면 어떠한 물질층이라도 사용할 수 있으며 바람직하게는 임계전류값이 작고 횡모드 특성이 안정된 레이저광을 발진할 수 있는 물질층을 사용한다. 활성층(104)으로 Al이 소정 비율 함유된 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1 그리고 x+y≤1)인 GaN계열의 III-V족 질화물 화합물 반도체층을 사용하는 것이 바람직하다. 여기에서 상기 활성층은 다중양자우물 또는 단일양자우물 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있으며 이러한 활성층의 구조는 본 발명의 기술적 범위를 제한하지 않는다.
상기 활성층(104)의 상하면에 상부 도파층 및 하부 도파층이 더 형성될 수 있다. 상하부 도파층은 활성층(104)보다 굴절률이 작은 물질로 형성하는데, GaN 계열의 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체층으로 형성하는 것이 바람직하다. 하부 도파층은 n-GaN층으로, 상부 도파층은 p-GaN층으로 형성한다.
p형 화합물 반도체층(106)은 상기 활성층(104)의 상면에 적층되며, 상기 활성층(104)보다 굴절률이 작은 상부 클래드층과, 상기 상부 클래드층의 상면에 오믹 콘택트층으로서 적층되는 제2화합물 반도체층을 포함한다. 제2화합물 반도체층은 p-GaN 계열의 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 화합물 반도체층으로 형성하되, 특히 p-GaN 층으로 형성하는 것이 바람직하다. 하지만, 이에 한정되지 않으며 레이저 발진(레이징)이 가능한 Ⅲ-Ⅴ족의 다른 화합물 반도체층일 수 있다. 상부 클래드층은 소정의 굴절률을 가지는 p-GaN/AlGaN층인 것이 바람직하나 레이징이 가능한 다른 화합물 반도체층일 수 있다.
하부 오믹 콘택트층으로서의 제1화합물 반도체층의 단차부분에는 n형 전극(120)이 형성되어 있다. 그러나 p형 전극(108)과 대향하도록 기판(100)의 저면에 형성될 수 있는데, 이 경우 기판(100)은 실리콘 카바이드(SiC) 또는 갈륨 나이트라이드(GaN)로 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다층전극(108)을 구비하는 화합물 반도체 발광소자는 전류-전압특성이 우수하며, 전극에서의 광투과율이 향상됨으로써 광출력 및 발광효율이 향상된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 형성된 다층전극(ITO/SiO2)에 대하여 광반사율을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
제1전극층 및 제2전극층은 각각 ITO(Indium Tin Oxide; 인듐 주석 산화물) 및 SiO2로 형성되었으며, 각각 190nm 및 100nm의 두께로 형성되었다. 여기에서 ITO의 굴절률(n1) 및 소멸계수(k1: extinction coefficient)는 각각 2.058 및 0.04이다. 또한, SiO2의 굴절률(n2) 및 소멸계수(k2: extinction coefficient)는 각각 1.47 및 0이다. 그래프에서 알 수 있듯이, 470nm의 파장에서 다층전극(ITO/SiO2)의 반사율은 0에 근접하며, 따라서 상기 다층전극(ITO/SiO2)은 높은 광투과율을 가진다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 형성된 다층전극(ITO/Al2O3)에 대하여 광반사율을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
제1전극층 및 제2전극층은 각각 ITO 및 Al2O3로 형성되었으며, 각각 115nm 및 70nm의 두께로 형성되었다. 여기에서 ITO의 굴절률(n1) 및 소멸계수(k1: extinction coefficient)는 각각 2.058 및 0.04이다. 또한, Al2O3의 굴절률(n
2) 및 소멸계수(k2: extinction coefficient)는 각각 1.684 및 0이다. 그래프에서 알 수 있듯이, 470nm의 파장에서 다층전극(ITO/Al2O3)의 반사율은 0에 근접하며, 따라서 상기 다층전극(ITO/Al2O3)은 높은 광투과율을 가진다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 형성된 다층전극(ITO/ZnO)에 대하여 광반사율을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
제1전극층 및 제2전극층은 각각 ITO 및 ZnO로 형성되었으며, 각각 190nm 및 100nm의 두께로 형성되었다. 여기에서 ITO의 굴절률(n1) 및 소멸계수(k1: extinction coefficient)는 각각 2.058 및 0.04이다. 또한, ZnO의 굴절률(n2) 및 소멸계수(k2: extinction coefficient)는 각각 1.5 및 0이다. 그래프에서 알 수 있듯이, 470nm의 파장에서 다층전극(ITO/ZnO)의 반사율은 0에 근접하며, 따라서 상기 다층전극(ITO/ZnO)은 높은 광투과율을 가진다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 형성된 다층전극(ITO/ZnMgO/SiO2)에 대하여 광반사율을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
제1전극층, 제2전극층 및 제3전극층은 각각 ITO, ZnMgO 및 SiO2로 형성되었으며, 각각 60nm, 60nm 및 80nm의 두께로 형성되었다. 여기에서 ITO의 굴절률(n1) 및 소멸계수(k1: extinction coefficient)는 각각 2.058 및 0.04이다. 또한, ZnMgO의 굴절률(n2) 및 소멸계수(k2: extinction coefficient)는 각각 1.9 및 0이다. 또한, SiO2의 굴절률(n3) 및 소멸계수(k3: extinction coefficient)는 각각 1.47 및 0이다. 그래프에서 알 수 있듯이, 470nm의 파장에서 다층전극(ITO/ZnMgO/SiO2)의 반사율은 0에 근접하며, 따라서 상기 다층전극(ITO/ZnMgO/SiO2)은 높은 광투과율을 가진다.
<실시예>
다음에는 이러한 반사전극과 관련하여 본 발명자가 실시한 실험예를 설명한다. 본 발명의 진정한 기술적 범위는 하기된 본 발명자가 실시한 반사전극의 형성방법의 예시된 공정에 의해 제한되지 않는다.
먼저, 본 발명자는 기판위에 질화갈륨(GaN)을 주성분으로 한 p형 화합물 반도체층이 형성된 구조체를 트리클로로에틸렌, 아세톤, 메탄올, 증류수로 초음파 세척기(ultrasonic bath) 안에서 60℃에서 각각 5 분씩 표면 세척한 후, 시료에 남아 있는 수분을 제거하기 위하여 100℃ 에서 10분 동안 하드 베이킹(hard baking)을 하였다.
이후, 포토레지스트(photo-resist)를 p형 화합물 반도체층 위에 4,500 rpm에서 스핀코팅(spin coating)하였다. 그 후 85℃ 에서 15분 동안 소프트 베이킹 (soft baking)하고, 마스크 패턴을 현상하기 위하여 마스크와 시료를 일치(align) 시킨 다음에 22.8 mW의 강도의 자외선(UV)에 15초 동안 노출시키고, 현상액과 증류수의 비를 1:4로 혼합한 용액 속에 시료를 침지시켜 25초 정도 경과시켜 현상하였다.
그 후, BOE 용액을 이용해 현상된 시료에 있는 오염층을 제거하기 위하여 5분간 침지 시켰다. 이후에, 전자빔 증착기(electron-beam evaporator)를 이용하여 ITO로 제 1 전극층을 증착하였다.
상기 제 1 전극층 상에 ZnO로 제 2 전극층을 증착한 다음, 아세톤으로 리프트 오프(lift-off) 공정을 거친 후, 급속 가열(rapid thermal annealing : RTA) 로(furnace) 안에 시료를 넣어 산소 또는 질소 분위기 하에서 430℃ 내지 530℃에서 1분 동안 어닐링 하였다.
한편, 이러한 실시예는 도 4에 도시한 발광소자를 제조하는 방법에 그대로 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 다층전극은 낮은 접촉저항과 향상된 전기전도성을 가지며, 특히 전극에서의 광반사율이 최소화되어 높은 광투과율을 가진다.
또한, 본 발명의 다층전극을 구비하는 화합물 반도체 발광소자는 전류-전압특성이 우수하며, 전극에서의 광투과율이 향상됨으로써 광출력 및 발광효율이 향상된다.
본 발명에 따른 다층전극은 LED(Light Emitting Diode) 또는 LD(Laser Diode) 같은 발광소자에 적용될 수 있다.
이러한 본원 발명의 이해를 돕기 위하여 몇몇의 모범적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었으나, 이러한 실시예들은 단지 넓은 발명을 예시하고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이며, 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 구조와 배열에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이며, 이는 다양한 다른 수정이 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
Claims (20)
- 화합물 반도체 발광소자의 p형 화합물 반도체층 상에 형성되는 전극에 있어서,상기 p형 화합물 반도체층 상에 Ag, Ag-계 합금, Zn-계 합금, Ni-계 합금, La-계 합금, Mg-계 합금, 첨가원소가 함유된 인듐산화물 및 첨가원소가 함유된 SnO2으로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성되는 오믹콘택트층;상기 오믹콘택트층 상에 In, Sn, Zn, Ga, Cd, Mg, Be, Ag, Mo, V, Cu, Ir, Rh, Ru, W, Co, Ni, Mn 및 La으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 한 원소를 포함하는 산화물로 형성되는 제 1 전극층; 및상기 제 1 전극층 상에 투명 전도성 산화물, 비전도성 산화물 및 질화물로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성되는 제 2 전극층;을 구비하고,상기 투명 전도성 산화물은 In, Zn, Ga, Cd, Mg, Be, Ag, Mo, V, Cu, Ir, Rh, Ru, W, Co, Ni, Mn 및 La으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 한 원소의 산화물인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자의 다층전극.
- 제 1 항에 있어서,상기 비전도성 산화물은 Si, Al, Zr, Ti 및 Hf으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 한 원소의 산화물이고,상기 질화물은 Si, Al, Zr, Ti 및 Mo으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 한 원소의 질화물인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자의 다층전극.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 전극층 및 제 2 전극층은 각각 상기 화합물 반도체 발광소자로부터 발생된 광에 대하여 2% 이하의 반사율을 가지는 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자의 다층전극.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 전극층 상에 적어도 하나의 전극층이 더 형성되며,상기 전극층은 투명 전도성 산화물, 비전도성 산화물 및 질화물로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자의 다층전극.
- 제 4 항에 있어서,상기 투명 전도성 산화물은 In, Zn, Ga, Cd, Mg, Be, Ag, Mo, V, Cu, Ir, Rh, Ru, W, Co, Ni, Mn 및 La으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 한 원소의 산화물이고,상기 비전도성 산화물은 Si, Al, Zr, Ti 및 Hf으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 한 원소의 산화물이고,상기 질화물은 Si, Al, Zr, Ti 및 Mo으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 한 원소의 질화물인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자의 다층전극.
- 제 5 항에 있어서,상기 전극층은 상기 화합물 반도체 발광소자로부터 발생된 광에 대하여 2% 이하의 반사율을 가지는 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자의 다층전극.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 첨가원소는 Mg, Ag, Zn, Sc, Hf, Zr, Te, Se, Ta, W, Nb, Cu, Si, Ni, Co, Mo, Cr, Mn, Hg, Pr, Sb 및 La으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자의 다층전극.
- 제 8 항에 있어서,상기 인듐산화물 및 SnO2에 대한 상기 첨가원소의 함유비는 각각 0.001 내지 49 at％인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자의 다층전극.
- 제 1 항에 있어서,상기 오믹콘택트층의 두께는 0.1nm 내지 500nm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자의 다층전극.
- n형 및 p형 전극과 그 사이에 적어도 n형 화합물 반도체층, 활성층 및 p형 화합물 반도체층을 구비하는 화합물 반도체 발광소자에 있어서,상기 p형 전극은,상기 p형 화합물 반도체층 상에 Ag, Ag-계 합금, Zn-계 합금, Ni-계 합금, La-계 합금, Mg-계 합금, 첨가원소가 함유된 인듐산화물 및 첨가원소가 함유된 SnO2으로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성되는 오믹콘택트층;상기 오믹콘택트층 상에 In, Sn, Zn, Ga, Cd, Mg, Be, Ag, Mo, V, Cu, Ir, Rh, Ru, W, Co, Ni, Mn 및 La으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 한 원소를 포함하는 산화물로 형성되는 제 1 전극층; 및상기 제 1 전극층 상에 투명 전도성 산화물, 비전도성 산화물 및 질화물로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성되는 제 2 전극층;을 구비하고,상기 투명 전도성 산화물은 In, Zn, Ga, Cd, Mg, Be, Ag, Mo, V, Cu, Ir, Rh, Ru, W, Co, Ni, Mn 및 La으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 한 원소의 산화물인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자.
- 제 11 항에 있어서,상기 비전도성 산화물은 Si, Al, Zr, Ti 및 Hf으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 한 원소의 산화물이고,상기 질화물은 Si, Al, Zr, Ti 및 Mo으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 한 원소의 질화물인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자.
- 제 12 항에 있어서,상기 제 1 전극층 및 제 2 전극층은 각각 상기 활성층으로부터 발생된 광에 대하여 2% 이하의 반사율을 가지는 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자.
- 제 11 항에 있어서,상기 제 2 전극층 상에 적어도 하나의 전극층이 더 형성되며,상기 전극층은 투명 전도성 산화물, 비전도성 산화물 및 질화물로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소 자.
- 제 14 항에 있어서,상기 투명 전도성 산화물은 In, Zn, Ga, Cd, Mg, Be, Ag, Mo, V, Cu, Ir, Rh, Ru, W, Co, Ni, Mn 및 La으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 한 원소의 산화물이고,상기 비전도성 산화물은 Si, Al, Zr, Ti 및 Hf으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 한 원소의 산화물이고,상기 질화물은 Si, Al, Zr, Ti 및 Mo으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 한 원소의 질화물인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자.
- 제 15 항에 있어서,상기 전극층은 상기 활성층으로부터 발생된 광에 대하여 2%이하의 반사율을 가지는 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자.
- 삭제
- 제 11 항에 있어서,상기 첨가원소는 Mg, Ag, Zn, Sc, Hf, Zr, Te, Se, Ta, W, Nb, Cu, Si, Ni, Co, Mo, Cr, Mn, Hg, Pr, Sb 및 La으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자.
- 제 18 항에 있어서,상기 인듐산화물 및 SnO2에 대한 상기 첨가원소의 함유비는 각각 0.001 내지 49 at％인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자.
- 제 11 항에 있어서,상기 오믹콘택트층의 두께는 0.1nm 내지 500nm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자.
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