KR101280501B1 - Light emitting diodes using a transparent electrode - Google Patents

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손준호
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포항공과대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은, 질화갈륨계 발광다이오드에 산화막/금속/산화막으로 이루어진 투명전극을 적용함으로써, 종래에 비해 발광효율을 향상시킬 수 있는 발광다이오드에 관한 것이다.
본 발명에 따른 발광다이오드는 발광 구조를 갖는 반도체층 위의 표면 반도체층이 N-페이스 또는 Ga-페이스를 갖는 n형 반도체 상에 형성된 투명전극을 포함하는 발광다이오드로서, 상기 투명전극은 상기 n형 반도체 상에, 산화물층, 금속층 및 산화물층이 순차적으로 형성된 다층구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.
The present invention relates to a light emitting diode capable of improving luminous efficiency compared to the prior art by applying a transparent electrode made of an oxide film / metal / oxide film to a gallium nitride-based light emitting diode.
The light emitting diode according to the present invention is a light emitting diode comprising a transparent electrode formed on an n-type semiconductor having a surface semiconductor layer on the semiconductor layer having a light emitting structure or an N-face or Ga-face, the transparent electrode is the n-type An oxide layer, a metal layer, and an oxide layer are sequentially formed on a semiconductor.

Description

투명 전극을 이용한 발광다이오드 {LIGHT EMITTING DIODES USING A TRANSPARENT ELECTRODE}Light Emitting Diode Using Transparent Electrode {LIGHT EMITTING DIODES USING A TRANSPARENT ELECTRODE}

본 발명은, 발광다이오드의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 질화갈륨계 발광다이오드에 산화막/금속/산화막으로 이루어진 투명전극을 적용함으로써, 종래에 비해 발광효율을 향상시킬 수 있는 발광다이오드에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of manufacturing a light emitting diode, and more particularly, to a light emitting diode capable of improving luminous efficiency compared to the prior art by applying a transparent electrode made of an oxide film / metal / oxide film to a gallium nitride-based light emitting diode. will be.

백색광원 질화물갈륨계 발광다이오드는 에너지 변환 효율이 높고, 수명이 길며, 빛의 지향성이 높고, 저전압 구동이 가능하며, 예열 시간과 복잡한 구동회로가 필요하지 않고, 충격 및 진동에 강하기 때문에 다양한 형태의 고품격 조명 시스템의 구현이 가능해 향후 5년 이내에 백열등, 형광등, 수은등과 같은 기존의 광원을 대체할 고체 조명(solid-state lighting) 광원으로 기대되고 있다.White light source gallium nitride-based light emitting diodes have various forms of energy conversion efficiency, long life, high light directivity, low voltage driving, no preheating time and complicated driving circuit, and strong against shock and vibration. It is expected to be a solid-state lighting source that will replace the existing light sources such as incandescent lamps, fluorescent lamps and mercury lamps within the next five years due to the implementation of high quality lighting systems.

질화물갈륨계 발광다이오드가 기존의 수은등이나 형광등을 대체하여 백색광원으로서 쓰이기 위해서는 열적 안정성이 뛰어나야 할 뿐만 아니라 낮은 소비 전력에서도 고출력 빛을 발할 수 있어야 한다. In order to use a gallium nitride-based light emitting diode as a white light source to replace a mercury lamp or a fluorescent lamp, it must not only have excellent thermal stability but also be able to emit high power at low power consumption.

현재 백색광원으로 널리 이용되고 있는 수평구조의 질화물갈륨계 발광다이오드는 상대적으로 제조비용이 적게 들고 제작 공정이 간단하다는 장점이 있으나, 인가전류가 높고 면적이 큰 고출력의 광원으로 쓰이기에는 부적절하다는 원천적 한계가 있다.Horizontal gallium nitride-based light emitting diodes, which are widely used as white light sources, have the advantages of relatively low manufacturing cost and simple manufacturing process, but they are inadequate to be used as high power sources with high applied current and large area. There is.

이러한 수평구조 발광다이오드의 단점을 극복하고 대면적의 고출력 발광다이오드 적용이 용이한 소자가 수직구조 발광다이오드이다. 이러한 수직구조 발광다이오드는 기존의 수평구조 소자와 비교하여 여러 가지 장점을 가지고 있다. 수직구조 발광다이오드에서는 전류 확산 저항이 작아 매우 균일한 전류 확산을 얻을 수 있어 보다 낮은 작동 전압과 큰 광출력을 얻을 수 있으며, 열전도성이 좋은 금속 또는 반도체 기판을 통해 원활한 열방출이 가능하기 때문에 보다 긴 소자 수명과 월등히 향상된 고출력 작동이 가능하다. 이러한 수직구조 발광다이오드에서는 최대 인가전류가 수평구조 발광다이오드에 비해 3-4배 이상 증가하므로 조명용 백색광원으로 널리 이용될 것이 확실시되어, 현재 일본의 니치아화학사, 미국의 필립스 ㄹ루미레드사, 독일의 오스람사와 같은 국외 발광다이오드 선두 기업들과 서울반도체, 삼성전기, LG 이노텍과 같은 국내 기업들이 질화물갈륨계 수직 발광다이오드의 상용화 및 성능향상을 위해 활발한 연구 개발을 진행하고 있고, 오스람과 같은 일부 기업에서는 이미 관련 제품을 판매하고 있는 실정이다.A vertical structure light emitting diode is a device that overcomes the disadvantages of the horizontal structure light emitting diode and is easy to apply a large area high power light emitting diode. Such vertical structured light emitting diodes have various advantages compared to conventional horizontal structured devices. In the vertical light emitting diode, the current spreading resistance is small, so a very uniform current spreading can be obtained, resulting in a lower operating voltage and a large light output, and a smooth heat dissipation through a metal or semiconductor substrate having good thermal conductivity. Long device life and significantly improved high power operation are possible. In this vertical structured light emitting diode, the maximum applied current increases more than 3-4 times compared to the horizontal structured light emitting diode, so it is certain that it will be widely used as a white light source for illumination. Leading overseas LED companies such as OSRAM and domestic companies such as Seoul Semiconductor, Samsung Electro-Mechanics and LG Innotek are actively conducting R & D to commercialize and improve the performance of gallium nitride vertical light emitting diodes. It is already selling related products.

이러한 질화물갈륨계 수직 구조의 발광다이오드에서 광출력을 더욱 향상시키기 위해서는 n형 반도체층으로의 전류확산을 원활하게 하기 위한 전류확산층이 필요한데, 전류확산층으로는 ITO나 ZnO와 같은 재료를 이용하는 연구가 계속되고 있다.
In order to further improve the light output of the light emitting diode of the gallium nitride-based vertical structure, a current diffusion layer is required to smooth current diffusion to the n-type semiconductor layer. As a current diffusion layer, studies using materials such as ITO and ZnO continue to be performed. It is becoming.

본 발명은 반도체층의 원활한 전류확산을 가능하게 하는 투명전극을 발광다이오드 구조에 적용함으로써, 종래에 비해 향상된 광출력을 얻을 수 있는 발광다이오드를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
The present invention is to solve the problem to provide a light emitting diode that can obtain a light output improved compared to the conventional by applying a transparent electrode that enables a smooth current diffusion of the semiconductor layer to the light emitting diode structure.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로 본 발명은, 발광 구조를 갖는 반도체층 위의 표면 반도체층이 N-페이스(N-face) 또는 Ga-페이스(Ga-face)를 갖는 n형 반도체 상에 형성된 투명전극을 포함하는 발광다이오드로서, 상기 투명전극은 상기 n형 반도체 상에, 산화물층, 금속층 및 산화물층이 순차적으로 형성된 다층구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.As a means for solving the above problems, the present invention is a transparent semiconductor layer formed on an n-type semiconductor having an N-face or a Ga-face on the surface semiconductor layer on the semiconductor layer having a light emitting structure A light emitting diode including an electrode, wherein the transparent electrode has a multi-layer structure in which an oxide layer, a metal layer, and an oxide layer are sequentially formed on the n-type semiconductor.

또한, 본 발명의 다른 측면으로 본 발명에 따른 발광다이오드는, 상기 n형 반도체와 상기 투명 전극 사이에 전류주입용 금속층을 포함할 수 있다.In addition, as another aspect of the present invention, the light emitting diode according to the present invention may include a metal layer for current injection between the n-type semiconductor and the transparent electrode.

또한, 본 발명의 또 다른 측면으로, 본 발명에 따른 발광다이오드는, 발광 구조를 갖는 반도체층 위의 표면 반도체층이 N-페이스 또는 Ga-페이스를 갖는 n형 반도체 상에 형성된 투명전극을 포함하고, 상기 투명전극은 상기 n형 반도체 상에 금속층과 산화물층이 순차적으로 형성된 다층구조로 이루어질 수 있다.In still another aspect of the present invention, a light emitting diode according to the present invention comprises a transparent electrode on which a surface semiconductor layer on a semiconductor layer having a light emitting structure is formed on an n-type semiconductor having an N-face or a Ga-face; The transparent electrode may have a multilayer structure in which a metal layer and an oxide layer are sequentially formed on the n-type semiconductor.

또한, 상기 발광다이오드에 있어서, 상기 투명전극의 상부 산화물층의 표면이 패터닝될 수 있다.In addition, in the light emitting diode, the surface of the upper oxide layer of the transparent electrode may be patterned.

또한, 상기 발광다이오드에 있어서, 상기 투명전극의 상부 산화물층 또는 금속층 위에 n형 전극이 형성될 수 있다.In the light emitting diode, an n-type electrode may be formed on the upper oxide layer or the metal layer of the transparent electrode.

또한, 상기 발광다이오드에 있어서, 상기 산화물층은 WOx, ZnOx, CaOx, TiOx, NiOx, CoOx, CeOx, SiOx, CuOx, ITO, AZO, MoOx 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어질 수 있다.In the light emitting diode, the oxide layer is at least one selected from WO x , ZnO x , CaO x , TiO x , NiO x , CoO x , CeO x , SiO x , CuO x , ITO, AZO, MoO x . Can be made.

또한, 상기 발광다이오드에 있어서, 상기 산화물층의 두께는 1nm ~ 10㎛인 것이 바람직하다.In the light emitting diode, the oxide layer preferably has a thickness of 1 nm to 10 μm.

또한, 상기 발광다이오드에 있어서, 상기 금속층은 Ag, Au 또는 Al 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 상기 금속층의 두께는 1nm ~ 100nm인 것이 바람직하다.In addition, in the light emitting diode, the metal layer may include at least one selected from Ag, Au or Al, the thickness of the metal layer is preferably 1nm ~ 100nm.

또한, 상기 발광다이오드에 있어서, 상기 전류 주입 금속층은 Ti, Ni, Cr 또는 Ag를 포함할 수 있으며, 상기 전류 주입 금속층의 두께는 0.1nm ~ 100nm 인 것이 바람직하다.In the light emitting diode, the current injection metal layer may include Ti, Ni, Cr, or Ag, and the thickness of the current injection metal layer is preferably 0.1 nm to 100 nm.

또한, 상기 발광다이오드에 있어서, 상기 패터닝은 포토리소그래피법 또는 나노 임프린트법에 의해 형성될 수 있다.In the light emitting diode, the patterning may be formed by a photolithography method or a nanoimprint method.

또한, 상기 발광다이오드에 있어서, 상기 n형 전극은 Cr, Au, Ti, Al, Ni, Pd, Pt 또는 Ag 중에서 선택된 1종 이상의 금속으로 이루어질 수 있다.
In the light emitting diode, the n-type electrode may be formed of at least one metal selected from Cr, Au, Ti, Al, Ni, Pd, Pt, or Ag.

본 발명의 산화막/금속/산화막 투명 오믹 전극은 현재 널리 사용되고 있는 질화물갈륨계 발광다이오드의 제조 공정에 즉시 적용 가능하며, 종래에 비해 광출력이 현저하게 향상된다.
The oxide / metal / oxide transparent ohmic electrode of the present invention can be immediately applied to a manufacturing process of a gallium nitride-based light emitting diode which is widely used at present, and the light output is remarkably improved compared with the prior art.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 질화갈륨계 수직 발광다이오드의 단면구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2a 및 2b는 각각 본 발명의 실시예 1에 따른 질화갈륨계 수직 발광다이오드의 n형 전극을 형성하는 위치를 달리하였을 때의 상태를 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 질화갈륨계 수직 발광다이오드의 단면구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예 3에 따른 질화갈륨계 수직 발광다이오드의 단면구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예 4에 따른 질화갈륨계 수직 발광다이오드의 단면구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1 및 2에 따라 제조한 질화갈륨계 수직 발광다이오드의 전류-전압 곡선을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예 1 및 2에 따라 제조한 질화갈륨계 수직 발광다이오드의 투과도를 나타내는 스펙트럼이다.
1 is a schematic cross-sectional view of a gallium nitride-based vertical light emitting diode according to a first embodiment of the present invention.
2A and 2B are cross-sectional views showing states when the positions of forming n-type electrodes of the gallium nitride-based vertical light emitting diodes according to Example 1 of the present invention are changed.
3 is a schematic cross-sectional view of a gallium nitride-based vertical light emitting diode according to a second embodiment of the present invention.
4 is a schematic cross-sectional view of a gallium nitride-based vertical light emitting diode according to a third embodiment of the present invention.
5 is a schematic cross-sectional view of a gallium nitride-based vertical light emitting diode according to a fourth embodiment of the present invention.
6 shows current-voltage curves of gallium nitride based light emitting diodes prepared according to Examples 1 and 2 of the present invention.
7 is a spectrum showing the transmittance of a gallium nitride-based vertical light emitting diode prepared according to Examples 1 and 2 of the present invention.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 기초하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 예에 불과한 것으로 이에 의해 본 발명의 권리범위가 축소 및 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the preferred embodiments of the present invention. However, the following examples are merely examples to help the understanding of the present invention, whereby the scope of the present invention is not reduced or limited.

n형 반도체층에 형성되는 n형 전극은 투명하지 않기 때문에 n형 전극의 면적이 넓을 경우 위로 빠져나오는 빛이 n형 전극에 막혀 나오지 못해 빛이 소자에서 빠져나오는 광추출 효율이 낮아지게 된다. 반대로 n형 전극의 면적이 작을 경우에는 대면적 소자에서 n형 전극에서 주입되는 전자가 넓은 범위의 소자에 퍼지지 못하고 전류과밀(current crowding) 효과가 생기는 문제가 발생한다.Since the n-type electrode formed on the n-type semiconductor layer is not transparent, when the area of the n-type electrode is large, the light escaping above is not blocked by the n-type electrode, and thus the light extraction efficiency from which the light escapes from the device becomes low. On the contrary, when the area of the n-type electrode is small, a problem arises in that electrons injected from the n-type electrode in a large area device do not spread to a wide range of devices and a current crowding effect occurs.

그런데, n형 전극 밑에 투명하면서도 전도성을 가지고 있는 투명전극을 형성하게 되면 작은 면적의 n형 전극을 이용하여도 전자가 소자 전체로 분산되어 전류과밀(current crowding) 효과가 생기지 않아 고효율 고출력의 발광다이오드를 만들 수 있다.
However, if a transparent and conductive transparent electrode is formed under the n-type electrode, even if a small area n-type electrode is used, electrons are dispersed throughout the device so that a current crowding effect does not occur, so that a high-efficiency high output light emitting diode Can make

[실시예 1]Example 1

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 질화갈륨계 수직 발광다이오드 단면 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에 따른 질화갈륨계 수직 발광다이오드는, 크게 전도성 기판(10), 상기 전도성 기판(10) 상에 형성되는 반사형 p형 전극(20), p형 GaN층(30), 활성층(40), n형 GaN층(50), 투명전극(60) 및 n형 전극(70)을 포함하여 이루어진다.1 is a schematic view showing a cross-sectional structure of a gallium nitride-based vertical light emitting diode according to Example 1 of the present invention. As shown in FIGS. 1 and 2, the gallium nitride-based vertical light emitting diode according to the first embodiment of the present invention includes a conductive substrate 10 and a reflective p-type electrode 20 formed on the conductive substrate 10. ), a p-type GaN layer 30, an active layer 40, an n-type GaN layer 50, a transparent electrode 60, and an n-type electrode 70.

상기 전도성 기판(10)은 바람직하게는 Si, Mo, Cu, 스테인리스 강판(Stainless Steel), 인바 강판(Invar Steel) 및 금속 합금으로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상을 포함하여 이루어질 수 있으며, 그 일면에는 요철 형상, 톱니 형상, 반구 형상, 이들을 조합한 형상 등 발광다이오드에서 발생하는 열의 방출 효율을 높이기 위한 방열 패턴이 형성될 수 있다.The conductive substrate 10 may be preferably made of one or more selected from the group consisting of Si, Mo, Cu, stainless steel, Invar steel, and a metal alloy, one side of which A heat dissipation pattern may be formed to increase the efficiency of dissipation of heat generated from the light emitting diode, such as a concave-convex shape, a sawtooth shape, a hemisphere shape, and a combination thereof.

상기 반사형 p형 전극(20)은 전원을 인가하기 위한 층으로, 바람직하게는 Ag, Al 등으로 이루어질 수 있다.The reflective p-type electrode 20 is a layer for applying power, preferably Ag, Al, or the like.

상기 p형 GaN층(30)은 정공을 제공하는 층으로 GaN 이외에도 AlN, InGaN, AlGaN, AlInGaN 등으로 형성될 수 있다.The p-type GaN layer 30 is a layer providing holes and may be formed of AlN, InGaN, AlGaN, AlInGaN, or the like in addition to GaN.

상기 활성층(40)은 n형 GaN층(50)에서 제공된 전자와 p형 GaN층(30)에서 제공된 정공이 재결합되면서 소정 파장의 광을 출력하는 층으로서, 우물층(well layer)과 장벽층(barrier layer)을 교대로 적층하여 단일 또는 다중 양자 우물 구조(multiple quantum well) 구조를 갖는 다층의 반도체 박막으로 형성될 수 있으며, 이러한 활성층(40)은 그 재료에 따라 출력되는 광의 파장이 변화하므로, 목표로 하는 출력 파장에 따라 적절한 재료가 선택될 수 있다.The active layer 40 is a layer that outputs light having a predetermined wavelength while electrons provided from the n-type GaN layer 50 and holes provided from the p-type GaN layer 30 are recombined, and include a well layer and a barrier layer ( barrier layers) may be alternately stacked to form a multilayer semiconductor thin film having a single or multiple quantum well structure, and the active layer 40 may vary in wavelength of light output according to its material. The appropriate material can be selected according to the desired output wavelength.

상기 n형 GaN층(50)은 전자를 제공하는 층으로서, 각각 질화갈륨계 화합물 반도체로 이루어질 수 있으며, GaN 이외에도 AlN, InGaN, AlGaN, AlInGaN 등으로 형성될 수 있다.The n-type GaN layer 50 may be formed of a gallium nitride compound semiconductor as a layer for providing electrons, and may be formed of AlN, InGaN, AlGaN, AlInGaN, or the like in addition to GaN.

상기 투명전극(60)은 하부 산화물층(61), 금속층(62) 및 상부 산화물층(63)의 다층구조로 이루어진다. 즉, 본 발명의 실시예 1에 따른 투명전극은 산화물/금속/산화물의 다층구조를 이루는 것을 특징으로 하는데, 이와 같이 산화물층의 사이에 금속층이 개재되면 금속층과 대기 (air)와의 굴절율 차이를 완화시킬 수 있기 때문에, zero-reflection (무반사) 코팅 효과를 얻을 수 있어, 상기 활성층에서 발생한 빛의 투과율의 감소를 최소로 하면서 전류주입 효과를 높일 수 있고, 이는 n형 전극의 면적을 줄이는 결과로 이어져, 발광다이오드의 광출력을 크게 개선하게 한다.The transparent electrode 60 has a multilayer structure of a lower oxide layer 61, a metal layer 62, and an upper oxide layer 63. That is, the transparent electrode according to the first embodiment of the present invention is characterized by forming a multilayer structure of an oxide / metal / oxide. Thus, when the metal layer is interposed between the oxide layers, the difference in refractive index between the metal layer and the air is alleviated. As a result, it is possible to obtain a zero-reflection coating effect, thereby increasing the current injection effect while minimizing the decrease in the transmittance of light generated in the active layer, resulting in a reduction of the area of the n-type electrode. This greatly improves the light output of the light emitting diodes.

한편, 상기 하부 및 상부 산화물층(61,63)은 WOx, ZnOx, CaOx, TiOx, NiOx, CoOx, CeOx, SiOx, CuOx, ITO, AZO, MoOx 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어지는 것이 바람직하고, 그 두께는 1nm ~ 10㎛ 인 것이 바람직한데, 이는 1nm 미만일 경우 산화물 증착시 박막이 균일하게 형성되지 못하고, 10㎛를 초과할 경우 두꺼운 박막으로 인하여 투명전극의 투과율이 감소하기 때문이다.The lower and upper oxide layers 61 and 63 may be selected from WO x , ZnO x , CaO x , TiO x , NiO x , CoO x , CeO x , SiO x , CuO x , ITO, AZO, and MoO x . It is preferably made of more than one species, the thickness is preferably 1nm ~ 10㎛, which is less than 1nm when the oxide is not thin film is formed uniformly, when the thickness exceeds 10㎛ transmittance of the transparent electrode due to the thick thin film Because it decreases.

또한, 상기 금속층은 Ag, Au 또는 Al 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어지는 것이 바람직하고, 그 두께는 1nm ~ 100nm인 것이 바람직한데, 이는 1nm 미만일 경우, 균일한 금속층 형성이 되지 않아 빛의 산란이 증가하고, 100nm를 초과할 경우 금속층의 반사도가 증가하여 투명전극의 투과율이 감소하기 때문이다.In addition, the metal layer is preferably made of one or more selected from Ag, Au or Al, the thickness is preferably 1nm ~ 100nm, which is less than 1nm, the uniform metal layer is not formed, the light scattering increases If the thickness exceeds 100 nm, the reflectivity of the metal layer is increased, thereby decreasing the transmittance of the transparent electrode.

n형 전극(70)은 n형 반도체에 전류를 주입하는 역할을 하는 것으로 Cr, Au, Ti, Al, Ni, Pd, Pt 또는 Ag 로 이루어지는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예 1에서는 n형 전극(70)은 n형 반도체층에 전류확산을 원활히 시켜주는 투명전극 상에 형성되는데, 도 2a에 도시된 바와 같이, 상부 산화물층(63) 상에 포토리소그래피와 리프트 오프 방법을 통해 형성되거나, 도 2b에 도시된 바와 같이 전류 주입 효율을 보다 높이기 위하여 상부 산화물층(63)의 일부를 건식식각 또는 습식식각한 후에 금속층(62) 상에 형성될 수도 있다.The n-type electrode 70 serves to inject a current into the n-type semiconductor, preferably made of Cr, Au, Ti, Al, Ni, Pd, Pt or Ag. In Embodiment 1 of the present invention, the n-type electrode 70 is formed on a transparent electrode that facilitates the current diffusion to the n-type semiconductor layer, as shown in Figure 2a, photolithography on the upper oxide layer 63 And a part of the upper oxide layer 63 may be formed on the metal layer 62 after dry etching or wet etching a portion of the upper oxide layer 63 to increase current injection efficiency, as shown in FIG. 2B.

이상과 같은 구조를 갖는 발광다이오드는 다음과 같은 공정을 통해 제조될 수 있다.The light emitting diode having the structure as described above may be manufactured through the following process.

먼저, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)를 이용하여 사파이어 기판 위에 Si으로 도핑된 GaN으로 이루어진 n형 GaN층을 형성하고, 순차적으로 InGaN/GaN으로 이루어진 활성층과 Mg으로 도핑된 p형 GaN층을 형성한 후, 아세톤, IPA(Iso-propanol alcohol) 그리고 탈이온수를 이용하여 세척한 후 질소로 건조한다. 그 후, 은(Ag)으로 이루어진 반사형 p형 전극과 보호층을 전자선 증착법을 이용하여 형성하고 그 위에 수 마이크로 두께의 GaN을 지지할 수 있고 전류 주입에 문제가 없는 Ni, Au, Cu, Ni-Fe 합금 등의 금속 기판 또는 Si, GaAs 등과 반도체 기판 등으로 이루어진 전도성 기판을 부착한다. 그 후, 사파이어가 있는 면으로 248 nm의 파장을 갖는 KrF 레이저를 조사하게 되면 레이저의 에너지보다 큰 에너지 밴드갭을 갖는 사파이어는 레이저가 통과하고, 밴드갭이 작은 GaN 반도체층에 레이저가 흡수됨으로써 GaN 층이 녹게 된다. 이런 원리를 이용한 레이저 리프트-오프 방법을 이용하여 사파이어와 GaN 사이를 분리해 낸 후, 염산과 탈이온수를 1:1로 혼합한 용액으로 레이저 리프트-오프시 생성된 금속성 Ga을 제거한다. 이어서, n형 GaN층 위에 산화막/금속/산화막 구조의 투명전극을 전자선 증착법, 스퍼터 증착법, 열 증착법 등의 방법으로 증착한다.First, an n-type GaN layer made of Si-doped GaN is formed on a sapphire substrate using MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), and an active layer made of InGaN / GaN and a p-type GaN layer doped with Mg are sequentially formed. After washing with acetone, IPA (Iso-propanol alcohol) and deionized water, it is dried with nitrogen. After that, a reflective p-type electrode made of silver (Ag) and a protective layer were formed by electron beam evaporation, and Ni, Au, Cu, and Ni can support GaN having a thickness of several micrometers and have no problem in current injection. A metal substrate such as -Fe alloy or a conductive substrate made of Si, GaAs, or the like, is attached. Subsequently, when irradiated with KrF laser having a wavelength of 248 nm to the sapphire surface, the sapphire having an energy bandgap larger than the laser energy passes through the laser, and the laser is absorbed by the GaN semiconductor layer having a small bandgap. The layer will melt. After separating the sapphire and GaN by using the laser lift-off method using this principle, the metallic Ga generated during the laser lift-off is removed by a solution of 1: 1 hydrochloric acid and deionized water. Subsequently, a transparent electrode having an oxide film / metal / oxide structure is deposited on the n-type GaN layer by an electron beam deposition method, a sputter deposition method, or a thermal vapor deposition method.

본 발명의 실시예 1에서는, 하부 산화물층(61)으로 WOx로 이루어진 박막을 30nm의 두께로 형성한 후, 금속층(62)으로 Ag로 이루어진 박막을 15nm로 형성하였으며, 상부 산화물층(63)으로 WOx로 이루어진 박막을 30nm 두께로 형성하는 방법을 통해, 투명전극(60)을 형성하였다.In Example 1 of the present invention, after forming a thin film made of WO x as the lower oxide layer 61 to a thickness of 30nm, a thin film made of Ag was formed as the metal layer 62 to 15nm, the upper oxide layer 63 By the method of forming a thin film made of WO x to a thickness of 30nm, a transparent electrode 60 was formed.

하기 표 1은 이와 같이 형성한 투명전극(60)의 450nm 파장의 광 투과도와 접촉저항을 측정한 결과를 나타낸 것이다. 도 6 및 7은 그 결과(도면상, 'DMD'로 표시된 것)를 보여주는 그래프이다.Table 1 shows the results of measuring the light transmittance and the contact resistance of the 450 nm wavelength of the transparent electrode 60 formed as described above. 6 and 7 are graphs showing the result (indicated as 'DMD' in the figure).

WOx/Ag/WOx 투명전극WO x / Ag / WO x transparent electrode 접촉저항(Ω㎠)Contact resistance (Ω㎠) 5.2×10-2 5.2 × 10 -2 450nm 광투과도(%)450nm light transmittance (%) 8787

상기 표 1에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에 따른 투명전극의 투과도는 87%로 상당히 높은 수준이었고, 접촉저항은 5.2×10- 2 로 n형 반도체의 전류 확산층으로 사용될 수 있음을 보여준다.
And may be used as a current diffusion layer of the n-type semiconductor to the second-, transmittance of the transparent electrode according to a first embodiment of the present invention was significantly higher to 87%, the contact resistance is 5.2 × 10 as identified in Table 1 above. Shows.

[실시예 2][Example 2]

도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 질화갈륨계 수직 발광다이오드 단면 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 2에 따른 질화갈륨계 수직 발광다이오드는, 실시예 1과 동일하게 전도성 기판(10), 상기 전도성 기판(10) 상에 형성되는 반사형 p형 전극(20), p형 GaN층(30), 활성층(40), n형 GaN층(50), 투명전극(60) 및 n형 전극(70)을 포함하여 이루어지며, 다만 n형 GaN층(50)과 투명전극(60)의 사이에 전류주입금속층(80)을 추가로 포함하는 점에서 차이가 있다(실시예 1과 동일한 구성은 동일한 도면번호로 표시함).3 is a schematic view showing a cross-sectional structure of a gallium nitride-based vertical light emitting diode according to Example 2 of the present invention. As shown, the gallium nitride-based vertical light emitting diode according to the second embodiment of the present invention, the conductive substrate 10, the reflective p-type electrode 20 formed on the conductive substrate 10 as in the first embodiment ), the p-type GaN layer 30, the active layer 40, the n-type GaN layer 50, the transparent electrode 60 and the n-type electrode 70, but the n-type GaN layer 50 and There is a difference in that the current injection metal layer 80 is further included between the transparent electrodes 60 (the same configuration as that of the first embodiment is denoted by the same reference numeral).

실시예 2는 n형 GaN층의 바로 위에 산화물층이 형성되는 것에 비해 초박막의 금속층이 형성될 경우, 투과율의 저하를 최소화하면서 접촉저항을 낮춰 n형 GaN층으로의 전류주입이 보다 향상될 수 있음을 고려한 것이다.In Example 2, when an ultra-thin metal layer is formed, an oxide layer is formed directly on the n-type GaN layer, current injection into the n-type GaN layer can be further improved by lowering contact resistance while minimizing a decrease in transmittance. Considered.

전류주입금속층(80)은 열증착법, 스퍼터, 전자선 증착법으로 증착 후, 포토리소그래피 방법으로 형성될 수 있다. 하기 표 2는 전류주입금속층(80)으로 각각 1nm 두께의 Ti, Ni 및 Cr 초박막을 형성한 후, 450nm 파장의 광 투과도와 접촉저항을 측정한 결과를 나타낸 것이며, 도 6 및 7은 그 결과를 나타내는 그래프이다.The current injection metal layer 80 may be formed by photolithography after deposition by thermal deposition, sputtering, or electron beam deposition. Table 2 shows the results of measuring the light transmittance and the contact resistance of 450 nm wavelength after forming a 1 nm thick Ti, Ni and Cr ultra-thin films with the current injection metal layer 80, respectively, and FIGS. 6 and 7 show the results. It is a graph.

Ti/WOx/Ag/WOx Ti / WO x / Ag / WO x Ni/WOx/Ag/WOx Ni / WO x / Ag / WO x Cr/WOx/Ag/WOx Cr / WO x / Ag / WO x 접촉저항(Ω㎠)Contact resistance (Ω㎠) 2.4×10-4 2.4 × 10 -4 1.3×10-4 1.3 × 10 -4 3.1×10-4 3.1 × 10 -4 450nm 광투과도(%)450nm light transmittance (%) 80.8380.83 77.5877.58 82.3582.35

도 6에서 확인되는 바와 같이, 전류주입금속층을 형성하였을 때가 그렇지 않은 경우보다 오믹 전극 특성이 강하게 나왔고 그로 인해 낮은 접촉 저항을 가질 수 있다.As shown in FIG. 6, when the current injection metal layer is formed, the ohmic electrode characteristics are stronger than when the current injection metal layer is not formed, and thus, the contact resistance may be low.

전류주입금속층(80)으로 Ni를 사용한 경우 접촉 저항이 1.3×10-4 Ωcm2로 매우 낮은 값을 보였으며 다면 Ni의 경우 투과율이 77.58%로 다소 낮은 값을 나타내었으며, Ti와 Cr을 사용한 경우에는 각각 접촉 저항이 2.4×10-4 Ωcm2와 3.1×10-4 Ωcm2로 실시예 1에 비해 상당히 낮은 수준이면서 투과율도 80%로 비교적 양호한 값을 보였다. 따라서, 본 발명의 실시예 2와 같이, 전류주입금속층(80)을 적용할 경우, 수직 구조 발광다이오드에서 전류과밀(current crowding) 현상을 최소화할 수있어, 광출력을 종래에 비해 높일 수 있게 된다.
When Ni was used as the current injection metal layer 80, the contact resistance was very low as 1.3 × 10 −4 Ωcm 2 , and when Ni, the transmittance was slightly lower as 77.58%, and when Ti and Cr were used. The contact resistances were 2.4 × 10 −4 μm 2 and 3.1 × 10 −4 μm 2, respectively, which were considerably lower than those of Example 1, and the transmittance was 80%. Therefore, when applying the current injection metal layer 80, as in the second embodiment of the present invention, it is possible to minimize the current crowding (phenomena crowding) in the vertical structure light emitting diode, it is possible to increase the light output compared to the conventional .

[실시예 3][Example 3]

또한, 도 4는 본 발명의 실시예 3에 따른 투명전극 구조로서, 상부 산화물층(63)에 패터닝을 형성함으로써, 활성층에서 발생한 빛이 외부로 효율적으로 빠져나갈 수 있도록 함으로써, 추가적인 광추출 효율의 향상을 기대할 수 있는 수직 발광다이오드 구조이다.
In addition, Figure 4 is a transparent electrode structure according to the third embodiment of the present invention, by forming a pattern on the upper oxide layer 63, by allowing the light generated in the active layer to efficiently escape to the outside, the additional light extraction efficiency The vertical light emitting diode structure can be expected to be improved.

[실시예 4]Example 4

또한, 도 5는 실시예 4에 따른 투명전극 구조로서, 별도의 하부 산화물층을 형성하지 않고 n형 GaN층으로 대체하는 것으로서, 이 구조의 경우 실시예 1과 유사한 효과를 얻으면서, 하부 산화물층을 형성하는 공정을 줄일 수 있어서, 비용의 측면에서 좀 더 고려한 구조이다.
In addition, Figure 5 is a transparent electrode structure according to the fourth embodiment, to replace the n-type GaN layer without forming a separate lower oxide layer, in the case of this structure while obtaining a similar effect as in Example 1, the lower oxide layer It is possible to reduce the process of forming a, it is a structure more considered in terms of cost.

10 : 전도성 기판
20 : p형 전극
30 : p형 GaN층
40 : 활성층
50 : n형 GaN층
60 : 투명전극
70 : n형 전극
80 : 전류주입금속층
10: conductive substrate
20: p-type electrode
30: p-type GaN layer
40: active layer
50: n-type GaN layer
60: transparent electrode
70: n-type electrode
80: current injection metal layer

Claims (13)

발광 구조를 갖는 반도체층 위의 표면 반도체층이 N-페이스 또는 Ga-페이스를 갖는 n형 반도체 상에 형성된 투명전극을 포함하는 발광다이오드로서,
상기 투명전극은 상기 n형 반도체 상에, 산화물층, 금속층 및 산화물층이 순차적으로 형성된 다층구조로 이루어져 있고,
상기 n형 반도체와 상기 투명 전극 사이에 Ti 또는 Cr로 이루어진 전류주입용 금속층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
A light emitting diode comprising a transparent electrode formed on an n-type semiconductor having an N-face or a Ga-face, wherein the surface semiconductor layer on the semiconductor layer having a light emitting structure is provided.
The transparent electrode has a multilayer structure in which an oxide layer, a metal layer, and an oxide layer are sequentially formed on the n-type semiconductor,
A light emitting diode, characterized in that a current injection metal layer made of Ti or Cr is formed between the n-type semiconductor and the transparent electrode.
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 투명전극에서 상기 금속층의 상부에 형성된 산화물층의 표면이 패터닝되어 있는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
The method of claim 1,
And a surface of an oxide layer formed on the metal layer in the transparent electrode is patterned.
제 1 항에 있어서,
상기 투명전극의 상기 금속층 또는 상기 금속층의 상부에 형성된 산화물층에 n형 전극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
The method of claim 1,
The n-type electrode is formed on the metal layer or the oxide layer formed on the metal layer of the transparent electrode.
제 1 항에 있어서,
상기 산화물층은 WOx, ZnOx, CaOx, TiOx, NiOx, CoOx, CeOx, SiOx, CuOx, ITO, AZO, MoOx 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
The method of claim 1,
The oxide layer is a light emitting diode, characterized in that made of at least one selected from WO x , ZnO x , CaO x , TiO x , NiO x , CoO x , CeO x , SiO x , CuO x , ITO, AZO, MoO x .
제 1 항에 있어서,
상기 산화물층의 두께는 1nm ~ 10㎛ 인 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
The method of claim 1,
The thickness of the oxide layer is a light emitting diode, characterized in that 1nm ~ 10㎛.
제 1 항에 있어서,
상기 금속층은 Ag, Au 또는 Al 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
The method of claim 1,
The metal layer is a light emitting diode, characterized in that it comprises at least one selected from Ag, Au or Al.
제 1 항에 있어서,
상기 금속층의 두께는 1nm ~ 100nm 인 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
The method of claim 1,
The thickness of the metal layer is a light emitting diode, characterized in that 1nm ~ 100nm.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 전류주입 금속층의 두께는 0.1nm ~ 100nm 인 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
The method of claim 1,
The thickness of the current injection metal layer is a light emitting diode, characterized in that 0.1nm ~ 100nm.
제 4 항에 있어서,
상기 패터닝은 포토리소그래피법 또는 나노 임프린트법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
The method of claim 4, wherein
The patterning is a light emitting diode, characterized in that formed by photolithography or nanoimprint method.
제 5 항에 있어서,
상기 n형 전극은 Cr, Au, Ti, Al, Ni, Pd, Pt 또는 Ag 중에서 선택된 1종 이상의 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
The method of claim 5, wherein
The n-type electrode is a light emitting diode, characterized in that made of at least one metal selected from Cr, Au, Ti, Al, Ni, Pd, Pt or Ag.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09129919A (en) * 1995-10-27 1997-05-16 Nichia Chem Ind Ltd Nitride semiconductor light emitting device
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09129919A (en) * 1995-10-27 1997-05-16 Nichia Chem Ind Ltd Nitride semiconductor light emitting device
KR20070105577A (en) * 2006-04-26 2007-10-31 삼성전기주식회사 Vertically structured gan type light emitting diode device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101707330B1 (en) 2015-10-21 2017-02-16 고려대학교 산학협력단 Transparent electrode with oxide/metal/oxide multilayered structure and method for preparing the same

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