KR101701316B1 - High-efficiency GaN-based light-emitting diodes and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판; 질화갈륨 계열의 n형 반도체층; 질화갈륨 계열의 p형 반도체층; 및 상기 n형 반도체층과 상기 p형 반도체층 사이에 개재된 활성층;을 포함하는 질화갈륨계 고효율 발광다이오드에 있어서,
상기 질화갈륨 계열의 p형 반도체층에 접촉되는 투명전극이 Ag 나노와이어를 포함하여 형성된 것임을 특징으로 하는 질화갈륨계 고효율 발광다이오드 및 그의 제조방법을 제공한다. The present invention relates to a substrate; An n-type semiconductor layer of gallium nitride type; A gallium nitride based p-type semiconductor layer; And an active layer interposed between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer, the gallium nitride-based high efficiency light emitting diode comprising:
And a transparent electrode in contact with the p-type semiconductor layer of the gallium nitride type is formed to include an Ag nanowire, and a method of manufacturing the gallium nitride-based high efficiency light emitting diode.
Description
본 발명은 질화갈륨계 고효율 발광다이오드 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a gallium nitride-based high-efficiency light-emitting diode and a method of manufacturing the same.
고효율/고출력을 갖는 질화갈륨계 발광다이오드를 제작하기 위하여 수평형 구조의 발광다이오드가 가장 널리 사용되며 이에 대한 광범위한 연구가 진행되고 있다. 특히, 이러한 구조에 관한 가장 큰 이슈는 p형 GaN에 접촉시키는 물질에 대한 투명전극으로서의 활용도이며, 이러한 투명전극에 대한 전류퍼짐(current spreading) 효과, 낮은 접촉저항, 높은 광투과도 획득은 반드시 해결해야 할 중요한 과제로 인식되고 있다.In order to fabricate gallium nitride based light emitting diodes having high efficiency / high output, light emitting diodes having a horizontal structure are most widely used and extensive researches on them have been conducted. Particularly, the biggest issue regarding this structure is the utilization as a transparent electrode for a substance which is in contact with p-type GaN, and current spreading effect, low contact resistance and high light transmittance for such a transparent electrode must be solved Is recognized as an important task.
상기와 같은 과제에 관한 선행기술(대한민국 특허 제2001-0002265호)로서 A12O3(ITO), 니켈/금(Ni/Au) 계의 물질 등을 활용하여 투명전극을 형성함으로써 저저항/고투과도 특성 및 고효율 특성을 갖는 발광 다이오드를 제조하려는 시도가 이루어진 바 있다.As a prior art (Korean Patent No. 2001-0002265) related to the above-mentioned problems, a transparent electrode is formed by using Al 2 O 3 (ITO), nickel / gold (Ni / Au) An attempt has been made to fabricate light emitting diodes having high transmittance characteristics and high efficiency characteristics.
그러나, 상기 투명전극용 물질들은 전류밀집(current crowding) 효과로 인하여 소자면적 대비 광추출이 낮은 단점을 가지며, 특히, 200~400 nm 사이의 자외선 영역에서 급격한 광흡수로 인하여 투과도 특성이 저하되므로 낮은 파장(deep-UV)의 영역에서는 매우 취약한 것으로 확인되고 있다. However, the materials for the transparent electrode have a disadvantage in that the light extraction is low relative to the area of the device due to the current crowding effect. Particularly, in the ultraviolet region between 200 and 400 nm, And it is confirmed to be very weak in the region of deep-UV.
본 발명은 종래기술의 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전류퍼짐(current spreading) 효과가 우수하며, 낮은 접촉저항을 제공하며, 및 가시광선 영역은 물론 낮은 파장(deep-UV)의 영역에서도 우수한 광투과율을 제공하는 질화갈륨계 고효율 발광다이오드 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a semiconductor device having excellent current spreading effect, low contact resistance, and low- And to provide a gallium nitride-based high-efficiency light-emitting diode which provides an excellent light transmittance even in the region.
본 발명은, 기판; 질화갈륨 계열의 n형 반도체층; 질화갈륨 계열의 p형 반도체층; 및 상기 n형 반도체층과 상기 p형 반도체층 사이에 개재된 활성층;을 포함하는 질화갈륨계 고효율 발광다이오드에 있어서, 상기 질화갈륨 계열의 p형 반도체층에 접촉되는 투명전극이 Ag 나노와이어를 포함하여 형성된 것임을 특징으로 하는 질화갈륨계 고효율 발광다이오드를 제공한다. The present invention provides a semiconductor device comprising: a substrate; An n-type semiconductor layer of gallium nitride type; A gallium nitride based p-type semiconductor layer; And an active layer interposed between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer, wherein the transparent electrode in contact with the gallium nitride-based p-type semiconductor layer includes Ag nanowires A gallium nitride-based high-efficiency light-emitting diode.
또한, 본 발명은 기판; 질화갈륨 계열의 n형 반도체층; 질화갈륨 계열의 p형 반도체층; 및 상기 n형 반도체층과 상기 p형 반도체층 사이에 개재된 활성층;을 포함하는 질화갈륨계 고효율 발광다이오드의 제조방법 있어서, Ag 나노와이어를 분산시킨 디스퍼젼을 코팅하여 상기 질화갈륨 계열의 p형 반도체층에 접촉되는 투명전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 고효율 발광다이오드의 제조방법을 제공한다. In addition, the present invention provides a semiconductor device comprising a substrate; An n-type semiconductor layer of gallium nitride type; A gallium nitride based p-type semiconductor layer; And an active layer interposed between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer, the method comprising the steps of: coating a dispersion of Ag nanowires dispersed to form a gallium nitride p-type And forming a transparent electrode in contact with the semiconductor layer. The method of manufacturing a gallium nitride-based high-efficiency light emitting diode according to the present invention includes the steps of:
본 발명에 의한 질화갈륨계 고효율 발광다이오드는 전류퍼짐(current spreading) 효과가 우수하며, 낮은 접촉저항을 나타내며, 가시광선 영역은 물론 낮은 파장(deep-UV)의 영역에서의 우수한 광투과율을 제공한다. The gallium nitride-based high-efficiency light emitting diode according to the present invention has excellent current spreading effect, low contact resistance, and excellent light transmittance in a region of a deep-UV as well as a visible light region .
또한, 본 발명의 질화갈륨계 고효율 발광다이오드의 제조방법은 간단한 방법에 의해 상기와 같은 우수한 효과를 갖는 질화갈륨계 고효율 발광다이오드를 제공하므로, 이 분야에서 매우 유용하게 사용될 것으로 기대된다. Further, the gallium nitride-based high-efficiency light emitting diode of the present invention provides a gallium nitride-based high-efficiency light emitting diode having the above-described excellent effect by a simple method and is expected to be very useful in this field.
도 1은 AgNW 막의 급속 가열 어닐링 전과 후의 SEM 이미지를 나타낸다.
도 2는 코팅 된 AgNW 막의 열처리에 따른 투과도 측정 결과, Ni/Au 막의 두께에 따르는 투과도 측정 결과, 현재 양산수준 두께의 ITO 막의 투과도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 AgNW 막, Ni/Au 막, 및 ITO 막의 광투과율 및 면저항(R sh)을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 AgNW 전극의 전기적 특성 평가하기 위해 TLM(transmission line model)법에 의해 형성된 AgNW 전극소자 및 Ni/Au 전극소자를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 AgNW-LED와 레퍼런스인 Ni/Au-LED를 모식적으로 나타내고, 상기 LED에서 나오는 광량을 촬영하여 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 AgNW-LED와 레퍼런스인 Ni/Au-LED의 전기적 특성을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 AgNW-LED와 레퍼런스인 Ni/Au-LED의 광학적 특성을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 AgNW-LED와 레퍼런스인 Ni/Au-LED의 발광 이미지이다.
도 9는 도 8에 나타낸 발광 이미지를 정량적으로 분석하기 위하여, 전류 퍼짐 길이를 이론적으로 추출하여 나타낸 그래프이다.
도 10은 미들-칩 사이즈(500 x 500 ㎛)인 본 발명의 AgNW-LED와 레퍼런스인 Ni/Au-LED의 현미경 이미지, EL 이미지, confocal 발광 이미지, 및 confocal EL 이미지를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명에 적용된 질화갈륨계 고효율 발광다이오드의 공정 프로세스를 모식적으로 도시한 것이다. 1 shows an SEM image of AgNW film before and after rapid thermal annealing.
FIG. 2 is a graph showing the result of measuring the transmittance of the ITO film at the current mass production level as a result of measuring the transmittance according to the thickness of the Ni / Au film as a result of the measurement of the transmittance according to the heat treatment of the coated AgNW film.
3 is a graph showing the light transmittance and sheet resistance ( R sh ) of AgNW film, Ni / Au film, and ITO film measured.
Fig. 4 shows an AgNW electrode element and a Ni / Au electrode element formed by a transmission line model (TLM) method for evaluating electrical characteristics of an AgNW electrode.
FIG. 5 schematically shows an AgNW-LED of the present invention and a reference Ni / Au-LED, and shows the amount of light emitted from the LED.
6 is a graph showing electrical characteristics of the AgNW-LED of the present invention and the reference Ni / Au-LED.
7 is a graph showing the optical characteristics of the AgNW-LED of the present invention and the reference Ni / Au-LED.
8 is a light emission image of an AgNW-LED of the present invention and a reference Ni / Au-LED.
9 is a graph showing theoretically extracted current spreading length for quantitatively analyzing the luminescent image shown in Fig.
10 shows a microscope image, an EL image, a confocal emission image, and a confocal EL image of an AgNW-LED of the present invention having a mid-chip size (500 x 500 m) and a reference Ni / Au LED.
11 schematically shows a process of a gallium nitride-based high-efficiency light emitting diode applied to the present invention.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
본 발명은, 기판; 질화갈륨 계열의 n형 반도체층; 질화갈륨 계열의 p형 반도체층; 및 상기 n형 반도체층과 상기 p형 반도체층 사이에 개재된 활성층;을 포함하는 질화갈륨계 고효율 발광다이오드에 있어서, The present invention provides a semiconductor device comprising: a substrate; An n-type semiconductor layer of gallium nitride type; A gallium nitride based p-type semiconductor layer; And an active layer interposed between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer, the gallium nitride-based high efficiency light emitting diode comprising:
상기 질화갈륨 계열의 p형 반도체층에 접촉되는 투명전극이 Ag 나노와이어를 포함하여 형성된 것임을 특징으로 하는 질화갈륨계 고효율 발광다이오드에 관한 것이다. And a transparent electrode contacting the p-type semiconductor layer of the gallium nitride type is formed to include Ag nanowires. The present invention also relates to a gallium nitride-based high efficiency light emitting diode.
본 발명의 질화갈륨계 고효율 발광다이오드는 11.7 Ω/sq의 매우 낮은 면저항과 3.5×10-3 Ω·cm2의 낮은 접촉 저항을 제공하며, 450 nm에서 97% 및 260 nm에서 88%의 광투과율을 제공하므로 가시광선 영역뿐만 아니라 낮은 파장(deep-UV)의 영역에서도 우수한 광투과율을 제공한다. 또한, 최대 141 ㎛(3V)의 전류 퍼짐 길이를 가짐으로써 넓은 면적의 소자에서 전류밀집(current crowding) 현상을 효과적으로 방지할 수 있다. 이하 하기 실시예를 통하여 자세히 설명한다.A gallium nitride-based high-efficiency light-emitting diode of the present invention 11.7 Ω / sq sheet resistance and a very low 3.5 × 10 -3 Ω · provides a low contact resistance of 2 cm, the light transmittance at 260 nm and 97% at 450 nm 88% of the So that it provides excellent light transmittance not only in the visible light region but also in the deep-UV region. In addition, current spreading lengths of up to 141 m (3 V) can effectively prevent current crowding in devices with a large area. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples.
상기 Ag 나노와이어를 포함하여 형성된 투명전극은 10 nm ~ 200 nm의 두께를 가질 수 있다. The transparent electrode including the Ag nanowire may have a thickness of 10 nm to 200 nm.
상기 Ag 나노와이어를 포함하여 형성된 투명전극은 Ag 나노와이어를 분산시킨 디스퍼젼을 질화갈륨 계열의 p형 반도체층 상에 코팅하여 형성할 수 있으며, 상기 Ag 나노와이어를 분산시킨 디스퍼젼은 디스퍼젼 총 중량에 대하여 Ag 나노와이어 2 내지 20 중량% 및 용매 80 내지 98 중량%를 포함하는 것이 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 용매는 DI water일 수 있다.The transparent electrode including the Ag nanowire may be formed by coating a dispersion of Ag nanowires on a gallium nitride based p-type semiconductor layer, and a disperser in which the Ag nanowires are dispersed may include a
본 발명의 질화갈륨계 고효율 발광다이오드는 사파이어(Sapphire) 기판; 상기 기판 상부에 위치하는 하부 GaN층; 상기 하부 GaN층 상에 위치하는 질화갈륨 계열의 n형 반도체층; 상기 n형 반도체층 상에 위치하는 질화갈륨 계열의 p형 반도체층; 및 상기 n형 반도체층과 상기 p형 반도체층 사이에 개재된 활성층;을 포함하며, 상기 활성층은 InGaN/GaN층으로 형성되는 것일 수 있다. The gallium nitride-based high-efficiency light emitting diode of the present invention includes a sapphire substrate; A lower GaN layer located on the substrate; A gallium nitride based n-type semiconductor layer located on the lower GaN layer; A gallium nitride-based p-type semiconductor layer located on the n-type semiconductor layer; And an active layer interposed between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer, and the active layer may be formed of an InGaN / GaN layer.
본 발명의 질화갈륨계 고효율 발광다이오드의 특징은 질화갈륨 계열의 p형 반도체층에 접촉되는 투명전극이 Ag 나노와이어를 포함하여 형성된 것이라는 점에 있기 때문에, 상기 및 하기에서 특별히 한정된 내용을 제외하고는 이 분야에서 질화갈륨계 고효율 발광다이오드에 관하여 적용되고 있는 공지의 기술들은 본 발명에 제한 없이 채용될 수 있다. The gallium nitride-based high-efficiency light-emitting diode of the present invention is characterized in that the transparent electrode that is in contact with the gallium nitride-based p-type semiconductor layer includes Ag nanowires. Therefore, Known techniques which have been applied in this field for gallium nitride-based high-efficiency light emitting diodes can be employed without limitation in the present invention.
본 발명은 또한, 기판; 질화갈륨 계열의 n형 반도체층; 질화갈륨 계열의 p형 반도체층; 및 상기 n형 반도체층과 상기 p형 반도체층 사이에 개재된 활성층;을 포함하는 질화갈륨계 고효율 발광다이오드의 제조방법 있어서, The present invention also provides a semiconductor device comprising: a substrate; An n-type semiconductor layer of gallium nitride type; A gallium nitride based p-type semiconductor layer; And an active layer interposed between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer, the method comprising the steps of:
Ag 나노와이어를 분산시킨 디스퍼젼을 코팅하여 상기 질화갈륨 계열의 p형 반도체층에 접촉되는 투명전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 고효율 발광다이오드의 제조방법에 관한 것이다. And forming a transparent electrode in contact with the gallium nitride based p-type semiconductor layer by coating a dispersion in which the Ag nanowire is dispersed. The present invention also relates to a method of manufacturing the gallium nitride based high efficiency light emitting diode.
상기에서 Ag 나노와이어를 분산시킨 디스퍼젼은 디스퍼젼 총 중량에 대하여 Ag 나노와이어 2 내지 20 중량% 및 용매 80 내지 98 중량%를 포함하는 것이 바람직하게 사용될 수 있다. The dispersion in which the Ag nanowires are dispersed may be preferably used in an amount of 2 to 20% by weight of the Ag nanowire and 80 to 98% by weight of the solvent based on the total weight of the dispersion.
상기 질화갈륨계 고효율 발광다이오드의 제조방법은 사파이어(Sapphire) 기판 상부에 하부 GaN층을 적층하는 단계; 상기 하부 GaN층 상에 질화갈륨 계열의 n형 반도체층을 형성하는 단계; 상기 n형 반도체층 상에 InGaN/GaN 활성층을 형성하는 단계; 상기 활성층 상에 질화갈륨 계열의 p형 반도체층을 형성하는 단계; n 전극을 형성하기 위하여 건식식각 공정에 의해 상기 n형 반도체층을 노출시키는 단계; 상기 노출된 n형 반도체층 상에 n전극을 증착하는 단계; 및 상기 p형 반도체층에 프로빙 패드(probing pad)를 형성하고, 노출된 p형 반도체층 및 상기 프로빙 패드 위에 리프트-오프 기술 수단에 의해 선택적으로 Ag 나노와이어 디스퍼젼을 코팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method of fabricating the GaN-based high-efficiency light emitting diode includes the steps of: stacking a lower GaN layer on a sapphire substrate; Forming a gallium nitride based n-type semiconductor layer on the lower GaN layer; Forming an InGaN / GaN active layer on the n-type semiconductor layer; Forming a gallium nitride based p-type semiconductor layer on the active layer; exposing the n-type semiconductor layer by a dry etching process to form an n-electrode; Depositing an n-electrode on the exposed n-type semiconductor layer; And forming a probing pad on the p-type semiconductor layer and selectively coating Ag nanowire dispersion on the exposed p-type semiconductor layer and the probing pad by lift-off technique means .
본 발명에서 상기 Ag 나노와이어 디스퍼젼을 코팅하는 단계 후에는 코팅된 Ag 나노와이어 디스퍼젼에 대하여 열처리를 하지 않는 것이 바람직하다. 왜냐하면, Ag 나노와이어 대한 열처리가 진행됨에 따라, Ag가 녹으며 와이어가 끊어지는 현상이 발생하기 때문이다.In the present invention, it is preferable that the coated Ag nanowire dispersion is not heat-treated after the step of coating the Ag nanowire dispersion. This is because, as the heat treatment for the Ag nanowire proceeds, Ag melts and the wire breaks.
상기 Ag 나노와이어 디스퍼젼으로 형성된 투명전극의 두께는 10 nm ~ 200 nm일 수 있다. The thickness of the transparent electrode formed of the Ag nanowire dispersion may be 10 nm to 200 nm.
이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. However, the following examples are intended to further illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited by the following examples. The following examples can be appropriately modified and changed by those skilled in the art within the scope of the present invention.
실시예Example 1: One: AgNWAgNW 막, membrane, NiNi // AuAu 막 및 Membrane and ITOITO 막 형성 및 이들의 물성 평가 Film formation and evaluation of their properties
Ag 은나노와이어(이하, "AgNW"로 칭함) 막을 형성하기 위하여 AgNW(Cambrios ClearOhm Ink)를 함유하는 준완성 디스퍼젼(an as-received dispersion)을 300초 동안 초음파 처리하고 잘 진탕시킨 후, 미리 세정된 사파이어 기판 위에 40초 동안 800 rpm으로 스핀코팅시켰다.An as-received dispersion containing AgNW (Cambrios ClearOhm Ink) was ultrasonicated for 300 seconds and shaken well to form a Ag silver nanowire (hereinafter referred to as "AgNW ") film, Coated sapphire substrate at 800 rpm for 40 seconds.
AgNW 막을 급속 가열 어닐링 하기 전과 후로 나누어 평가하였으며, 상기 급속 가열 어닐링은 질소 분위기의 100 ℃ 및 150 ℃의 온도에서 1분 동안 수행되었다. The AgNW film was evaluated before and after the rapid thermal annealing, and the rapid thermal annealing was performed for one minute at a temperature of 100 캜 and 150 캜 in a nitrogen atmosphere.
비교 평가를 위하여, 비교 전극으로서 3.5/3.5, 5/5, 7/7 nm 의 다른 두께를 갖는 Ni/Au 이중막을 사파이어 기판 위에 e-빔 증착기(e-beam evaporator)를 사용하여 증착시키고, 산소 분위기의 550 ℃의 온도 하에서 1분 동안 급속 가열 어닐링을 수행하였다. For comparison, evaluation, as a comparative electrode, 3.5 / 3.5, 5/5, and deposited Ni / Au film having a double thickness of the other 7/7 nm using a depositing machine (e -beam evaporator) e- beam on a sapphire substrate, the oxygen Rapid heating annealing was performed at a temperature of 550 캜 in the atmosphere for 1 minute.
또한, ITO 막을 사파이어 기판 위에 e-빔 증착기(e-beam evaporator) 또는 100W의 RF 파워를 갖는 RF마그네트론 스퍼터링 시스템을 사용하여 500 ℃의 온도, Ar:O2 가스(10:2의 비율) 분위기, 및 10 mTorr의 작동압력 하에서 6분간 증착시킨 후, 산소 분위기의 550 ℃의 온도 하에서 1분 동안 급속 가열 어닐링을 수행하였다.Further, ITO film temperature of 500 ℃ using an RF magnetron sputtering system with the RF power of the e- beam deposition (e -beam evaporator) 100W or on a sapphire substrate, Ar: O 2 gas (10: 2 ratio) atmosphere, And 10 mTorr for 6 minutes, followed by rapid thermal annealing for 1 minute at a temperature of 550 DEG C in an oxygen atmosphere.
스핀코팅된 AgNW 막은 SEM에 의해 분석되었으며, 그들의 전체적인 두께는 대략 70 nm로 나타났다. AgNW 막, Ni/Au 이중막 및 ITO 막의 광투과율 및 R sh는 UV/VIS 분광기(V-670EX) 및 4 탐침 장치(four-point probe system, CMT-SR1000N)를 사용하여 측정되었다.The spin-coated AgNW films were analyzed by SEM and their overall thickness was found to be approximately 70 nm. The light transmittance and R sh of the AgNW film, Ni / Au bilayer and ITO film were measured using a UV / VIS spectrometer (V-670EX) and a four-point probe system (CMT-SR1000N).
도 1은 AgNW 막의 급속 가열 어닐링 전과 후의 SEM 이미지를 나타낸다. 도 1에서 확인되는 바와 같이, AgNW 막에 대한 열처리가 진행됨에 따라, Ag가 녹으며 와이어가 끊어지는 현상이 관찰되었다. 따라서 본 발명에서는 열처리 공정 없이 AgNW 막 전극을 형성해야 함을 알 수 있었다.1 shows an SEM image of AgNW film before and after rapid thermal annealing. As can be seen in FIG. 1, as the annealing for the AgNW film proceeded, Ag melted and the wire was broken. Therefore, it was found that the AgNW film electrode should be formed without the heat treatment process in the present invention.
도 2는 코팅 된 AgNW 막의 열처리에 따른 투과도 측정 결과, Ni/Au 막의 두께에 따르는 투과도 측정 결과, ITO 막의 투과도 측정 결과를 나타낸 그래프이다. 도 2로부터 AgNW막이 코팅 된 샘플이 기존의 ITO 막, Ni/Au 막에서보다 blue 파장(~450nm)은 물론 near-UV 영역(200~400 nm)에서도 높은 광투과도를 나타냄을 확인할 수 있다. FIG. 2 is a graph showing the results of measurement of transmittance of an ITO film as a result of measurement of transmittance according to the thickness of a Ni / Au film as a result of measurement of transmittance according to a heat treatment of a coated AgNW film. It can be seen from FIG. 2 that the sample coated with the AgNW film shows higher light transmittance than the conventional ITO film and Ni / Au film even in the near-UV region (~400 nm) as well as the blue wavelength (~ 450 nm).
도 3은 AgNW 막, Ni/Au 막 및 ITO 막의 광투과율 및 면저항(R sh)을 측정하여 나타낸 그래프이다. 도 3으로부터 확인되는 바와 같이, AgNW 막은 Ni/Au 막 및 ITO 막과 비교하여 광투과율이 우수할 뿐만 아니라, 면저항(R sh)도 매우 낮은 것이 확인되었다.3 is a graph showing light transmittance and sheet resistance ( R sh ) of AgNW film, Ni / Au film and ITO film measured. 3, it was confirmed that the AgNW film had not only superior light transmittance but also very low sheet resistance ( R sh ) as compared with the Ni / Au film and the ITO film.
실시예Example 2: 2: AgNWAgNW 전극의 접촉성 평가 Contact Evaluation of Electrode
인접한 SiO2/Pt 패드를 조사하는 것에 의해 p-GaN에 대한 AgNW전극의 접촉성을 측정하기 위하여 특별하게 디자인된 TLM 패턴을 도 4에 나타낸 대로 형성하였다.A specially designed TLM pattern was formed as shown in FIG. 4 to measure the contact of the AgNW electrode to p- GaN by irradiating adjacent SiO 2 / Pt pads.
먼저, 20 nm 두께 SiO2 막을 LED 웨이퍼의 p층 위에 e-빔 증착기(e-beam evaporator)에 의해 증착시키고, SiO2 막의 선택적 습식 식각(버퍼된 옥사이드 식각액 사용)을 수행하여 AgNW 접촉을 위한 상기 p 층 표면을 노출시켰다. 그리고 나서, 10 nm 두께의 Pt 패드를 상기 노출된 p층의 가장자리 위에 선택적으로 증착시키고, 상기 노출된 p층과 상기 Pt 패드 위에 동시에 AgNWs의 선택적 코팅을 수행하였다. First, 20 nm thick SiO 2 film was deposited by e- beam deposition (e -beam evaporator) on the p-layer of the LED wafer, SiO 2 film is selectively wet etched to perform (a buffered oxide etching solution used) for the contact AgNW The p-layer surface was exposed. A 10 nm thick Pt pad was then selectively deposited over the edges of the exposed p-layer and selective coating of AgNWs was simultaneously performed on the exposed p-layer and the Pt pad.
상기 Pt 패드 및 AgNW 접촉의 선택적 적층을 위해 포토리소그래피에 의한 리프트-오프(lift-off) 기술이 사용되었다. A lift-off technique by photolithography was used for selective deposition of the Pt pad and AgNW contact.
상기에서 AgNW에 probe-tip이 직접적으로 컨텍하기 힘들어, 본딩 메탈을 미리 증착한 뒤, AgNW를 코팅하는 방법을 이용하였다.In the above, it is difficult for the probe-tip to directly contact the AgNW, and the bonding metal is pre-deposited and AgNW is coated.
비교를 위하여, 도 4에 나타낸 바와 같이, 산화된 Ni/Au 전극을 표준 TLM 패턴을 사용하여 평가하였다. For comparison, oxidized Ni / Au electrodes were evaluated using a standard TLM pattern, as shown in Fig.
상기 AgNW 전극을 위하여, 상기 TLM 패턴은 150×200 ㎛ 접촉 패드 및 10, 20, 40, 및 60 ㎛의 공간(간격)을 포함하며; 상기 Ni/Au 전극을 위하여, 상기 TLM 패턴은 100×200 ㎛ 접촉 패드 및 5, 10, 15, 20, 25, 및 30 ㎛의 공간(간격)을 포함하였다. 상기 접촉의 전기적 성질을 파라미터 분석기(parameter analyzer, HP4156A)를 사용하여 평가하였다.
For the AgNW electrode, the TLM pattern comprises a 150 x 200 um contact pad and 10, 20, 40, and 60 um spacing (spacing); For the Ni / Au electrode, the TLM pattern included 100 × 200 μm contact pads and 5, 10, 15, 20, 25, and 30 μm spacing. The electrical properties of the contact were evaluated using a parameter analyzer (HP4156A).
실시예Example 3: 3: AgNWAgNW -- LEDsLEDs 의 of 성능 시험Performance test
AgNW TCEs를 가진 LED를 제조하기 위하여, 상기 AgNW TLM 패턴을 형성하기 위하여 사용된 것과 동일한 방법이 사용되었다.To fabricate LEDs with AgNW TCEs, the same method as used to form the AgNW TLM pattern was used.
구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 직사각 메사(mesa)는 유도결합 플라즈마 반응성 이온식각 시스템(inductively coupled plasma reactive ion etching system)을 사용하여 n 층을 노출시키기 위하여 ~1.0 ㎛의 두께로 건식식각하는 것에 의해 윤곽을 드러냈고, 그 위에 Ti/Al/Ni/Au (30/70/30/70 nm) 층을 e-빔 증착기(e-beam evaporator)에 의해 n 전극으로 증착하였다. Specifically, as shown in FIG. 5, a rectangular mesa is dry etched to a thickness of ~ 1.0 μm to expose the n-layer using an inductively coupled plasma reactive ion etching system (inductively coupled plasma reactive ion etching system) the contour by deureonaetgo, was deposited on the Ti / Al / Ni / Au ( 30/70/30/70 nm) layer thereon to the n-electrode by e- beam deposition (e -beam evaporator) to.
N형 오믹접촉을 형성하기 위하여, 급속 가열 어닐링은 질소분위기의 550 ℃ 온도에서 1분 동안 수행되었다. In order to form an N-type ohmic contact, rapid thermal annealing was performed for 1 minute at a temperature of 550 DEG C in a nitrogen atmosphere.
P 층 위에 AgNW TCEs를 형성하기 위하여, 먼저, Ti/Au (20 nm/10 nm) 프로빙 패드(probing pad)를 상기 메사 위에 형성하고, 상기 노출된 p 층 및 Ti/Au 프로빙 패드 위에 리프트-오프 기술 수단에 의해 선택적 AgNW 코팅이 수행되었다. To form AgNW TCEs on the P layer, first a Ti / Au (20 nm / 10 nm) probing pad is formed on the mesa and a lift-off A selective AgNW coating was performed by technical means.
마지막 단계에서 스핀코팅 공정이 수행되고, 그 것이 AgNW의 가능한 오염을 추가적인 포토리소그래피 공정에 의해 최소화시켰다는 것은 주목할만하다.It is noteworthy that in the last step a spin coating process is carried out, which minimizes possible contamination of the AgNW by an additional photolithographic process.
상기 실험을 실시하기 위하여, 상업적으로 이용가능한 LEDs 웨이퍼를 사용하였으며, 이들은 c-plane 사파이어 기판 위에서 금속유기화학기상증착시스템(metalorganic chemical vapor deposition system)에 의해 성장되었다.To carry out the experiment, commercially available LEDs wafers were used, which were grown on a c-plane sapphire substrate by a metalorganic chemical vapor deposition system.
LED의 연구는 2.0 ㎛의 도핑되지 않은 GaN, 3.5 ㎛의 n-GaN, 450 nm-발광을 가지는 5주기 인듐 갈륨 질화물 다중 양자 우물(5-period GaN/InGaN multiple quantum well (MQW) active regions), 0.024㎛ p-AlGaN 전자차단층, 및 0.14 ㎛ p-GaN 층을 포함하였다.The study of the LEDs is based on a 5-period indium gallium nitride multi-quantum well (5-period GaN / InGaN multiple quantum well (MQW) active regions) with 2.0 탆 undoped GaN, 3.5 탆 n -GaN, 450 nm- A 0.024 mu m p- AlGaN electron blocking layer, and a 0.14 mu m p- GaN layer.
상기 LEDs 제조는 광다이오드(UV-818)에 연결된 파라미터 분석기(a parameter analyzer) 및 광학분광기(Ocean Optics-USB2000+)를 사용하여 평가되었다. 특별히 분해 전계발광(resolved electroluminescence (EL)) 이미지를 조사하기 위해 CSEM이 사용되었다.The LEDs were evaluated using a parameter analyzer and an optical spectrometer (Ocean Optics-USB 2000+) connected to a photodiode (UV-818). CSEM was used to investigate specially resolved electroluminescence (EL) images.
도 5는 AgNW-LED의 성능 시험을 위하여 제조된 AgNW-LED와 Ni/Au-LED를 모식적으로 나타내고, 상기 LED에서 나오는 광량을 촬영하여 나타낸 도면이다. 도 5에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 AgNW-LED는 레퍼런스인 Ni/Au-LED와 비교하여 훨씬 더 많은 광량을 제공함을 알 수 있다. FIG. 5 schematically shows the AgNW-LED and the Ni / Au-LED manufactured for the performance test of the AgNW-LED, and is a drawing showing the amount of light emitted from the LED. As can be seen in FIG. 5, the AgNW-LED of the present invention provides much more light compared to the reference Ni / Au-LED.
도 6은 본 발명의 AgNW-LED와 레퍼런스인 Ni/Au-LED의 전기적 특성을 나타낸 그래프이며, 도 7은 본 발명의 AgNW-LED와 레퍼런스인 Ni/Au-LED의 광학적 특성을 나타낸 그래프이다. 도 6에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 AgNW-LED는 레퍼런스인 Ni/Au-LED와 비교하여 전기적으로 우수한 특성을 나타내며, 특히, 광학적으로 매우 뛰어난 광 추출 효율을 내고 있다. FIG. 6 is a graph showing electrical characteristics of an AgNW-LED of the present invention and a reference Ni / Au-LED, and FIG. 7 is a graph showing optical characteristics of an AgNW-LED of the present invention and a reference Ni / Au-LED. As can be seen from FIG. 6, the AgNW-LED of the present invention exhibits excellent electrical characteristics as compared with a reference Ni / Au-LED, and in particular, has an optically excellent light extraction efficiency.
도 8은 본 발명의 AgNW-LED와 레퍼런스인 Ni/Au-LED의 발광 이미지이다. 상기 도 8에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 AgNW-LED는 대면적에서도 레퍼런스인 Ni/Au-LED와 비교하여 전류 퍼짐(current-spreading)이 잘 일어나는 것을 확인할 수 있다.8 is a light emission image of an AgNW-LED of the present invention and a reference Ni / Au-LED. As can be seen from FIG. 8, the AgNW-LED of the present invention shows a current spreading well in comparison with a reference Ni / Au-LED even in a large area.
도 9는 도 8에 나타낸 발광 이미지를 정량적으로 분석하기 위하여, 전류 퍼짐 길이를 이론적으로 추출하여 나타낸 그래프이다. 상기 도 9에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 AgNW-LED는 실제 양산에서 적용되는 전류퍼짐 길이인 120 ㎛ 이상으로 적용 가능함을 알 수 있다. 상기에서 전류퍼짐 길이는 하기의 수학식에 의해 구해진 구해진 것이다.9 is a graph showing theoretically extracted current spreading length for quantitatively analyzing the luminescent image shown in Fig. As can be seen from FIG. 9, the AgNW-LED of the present invention can be applied to a current spreading length of 120 μm or more, which is applied in actual mass production. In the above, the current spreading length is obtained by the following equation.
도 10은 미들-칩 사이즈(500 x 500 ㎛)인 본 발명의 AgNW-LED와 레퍼런스인 Ni/Au-LED의 현미경 이미지, EL 이미지, confocal 발광 이미지, 및 confocal EL 이미지를 나타낸 것이다. 도 10에서 EL 이미지 안의 빨간 표시 부분을 확대한 부분이 confocal 발광 & EL 이미지 영역이다. 상기 도 10으로부터 본 발명의 AgNW-LED는 레퍼런스인 Ni/Au-LED와 비교하여 현저한 광학적 특성을 나타냄을 알 수 있다.
10 shows a microscope image, an EL image, a confocal emission image, and a confocal EL image of an AgNW-LED of the present invention having a mid-chip size (500 x 500 m) and a reference Ni / Au LED. In FIG. 10, the enlarged portion of the red display portion in the EL image is the confocal emission & EL image region. 10, the AgNW-LED of the present invention exhibits remarkable optical characteristics as compared with the reference Ni / Au-LED.
이상에서 본 발명의 바람직한 구현 예를 예로 들어 상세하게 설명하였으나, 이러한 설명은 단순히 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명 및 개시하는 것이다. 당업자는 본 발명의 범위 및 정신으로부터 벗어남이 없이 상기 설명 및 첨부 도면으로부터 다양한 변경, 수정 및 번형 예가 가능함을 용이하게 인식할 것이다.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. Those skilled in the art will readily appreciate that various changes, modifications and alterations can be made herein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the following claims and accompanying drawings.
Claims (8)
질화갈륨 계열의 n형 반도체층;
질화갈륨 계열의 p형 반도체층; 및
상기 n형 반도체층과 상기 p형 반도체층 사이에 개재된 활성층;을 포함하는 질화갈륨계 고효율 발광다이오드에 있어서,
상기 질화갈륨 계열의 p형 반도체층에 접촉되는 투명전극이 Ag 나노와이어를 포함하여 형성되며,
상기 Ag 나노와이어를 포함하는 투명전극은 상기 p형 반도체층에 프로빙 패드를 형성하고, 노출된 p형 반도체층 및 상기 프로빙 패드 위에 리프트-오프 기술 수단에 의해 선택적으로 Ag 나노와이어를 분산시킨 디스퍼젼을 코팅하여 형성되고,
상기 질화갈륨계 고효율 발광다이오드는 3 V에서 120 내지 141 ㎛의 전류 퍼짐 길이를 가지는 것인 질화갈륨계 고효율 발광다이오드. Board;
An n-type semiconductor layer of gallium nitride type;
A gallium nitride based p-type semiconductor layer; And
And an active layer interposed between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer, the gallium nitride-based high efficiency light emitting diode comprising:
The transparent electrode contacting the gallium nitride based p-type semiconductor layer is formed to include Ag nanowires,
The transparent electrode including the Ag nanowire may be formed by forming a probing pad on the p-type semiconductor layer, exposing the p-type semiconductor layer and the probing pad on which the Ag nanowire is selectively dispersed by a lift- ,
Wherein the gallium nitride-based high-efficiency light emitting diode has a current spreading length of 120 to 141 탆 at 3 V.
상기 Ag 나노와이어를 포함하는 투명전극은 10 nm ~ 200 nm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 고효율 발광다이오드.The method according to claim 1,
Wherein the transparent electrode including the Ag nanowire has a thickness of 10 nm to 200 nm.
상기 질화갈륨계 고효율 발광다이오드는
사파이어(Sapphire) 기판;
상기 기판 상부에 위치하는 하부 GaN층;
상기 하부 GaN층 상에 위치하는 질화갈륨 계열의 n형 반도체층;
상기 n형 반도체층 상에 위치하는 질화갈륨 계열의 p형 반도체층; 및
상기 n형 반도체층과 상기 p형 반도체층 사이에 개재된 활성층;을 포함하며,
상기 활성층은 InGaN/GaN층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 고효율 발광다이오드.The method according to claim 1,
The gallium nitride-based high-efficiency light emitting diode
Sapphire substrate;
A lower GaN layer located on the substrate;
A gallium nitride based n-type semiconductor layer located on the lower GaN layer;
A gallium nitride-based p-type semiconductor layer located on the n-type semiconductor layer; And
And an active layer interposed between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer,
Wherein the active layer is formed of an InGaN / GaN layer.
상기 하부 GaN층 상에 질화갈륨 계열의 n형 반도체층을 형성하는 단계;
상기 n형 반도체층 상에 InGaN/GaN 활성층을 형성하는 단계;
상기 활성층 상에 질화갈륨 계열의 p형 반도체층을 형성하는 단계;
n 전극을 형성하기 위하여 건식식각 공정에 의해 상기 n형 반도체층을 노출시키는 단계;
상기 노출된 n형 반도체층 상에 n전극을 증착하는 단계; 및
상기 p형 반도체층에 프로빙 패드를 형성하고, 노출된 p형 반도체층 및 상기 프로빙 패드 위에 리프트-오프 기술 수단에 의해 선택적으로 Ag 나노와이어를 분산시킨 디스퍼젼을 코팅하여 상기 질화갈륨 계열의 p형 반도체층에 접촉되는 투명전극을 형성하는 단계;
를 포함하는 것인 질화갈륨계 고효율 발광다이오드의 제조방법. Stacking a lower GaN layer on the substrate;
Forming a gallium nitride based n-type semiconductor layer on the lower GaN layer;
Forming an InGaN / GaN active layer on the n-type semiconductor layer;
Forming a gallium nitride based p-type semiconductor layer on the active layer;
exposing the n-type semiconductor layer by a dry etching process to form an n-electrode;
Depositing an n-electrode on the exposed n-type semiconductor layer; And
Forming a probing pad on the p-type semiconductor layer, exposing the exposed p-type semiconductor layer and the probing pad by dispersing the Ag nanowire selectively by a lift-off technique to form the gallium nitride p-type semiconductor layer Forming a transparent electrode in contact with the semiconductor layer;
Based light emitting diode.
Ag 나노와이어를 분산시킨 디스퍼젼은 디스퍼젼 총 중량에 대하여 Ag 나노와이어 2 내지 20 중량% 및 용매 80 내지 98 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 고효율 발광다이오드의 제조방법. 5. The method of claim 4,
Wherein the dispersion in which Ag nanowires are dispersed comprises 2 to 20% by weight of Ag nanowires and 80 to 98% by weight of a solvent based on the total weight of the dispersions.
상기 Ag 나노와이어 디스퍼젼으로 형성된 투명전극의 두께는 10 nm ~ 200 nm인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 고효율 발광다이오드의 제조방법. 5. The method of claim 4,
Wherein the thickness of the transparent electrode formed of the Ag nanowire dispersion is 10 nm to 200 nm.
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