KR101734091B1 - 수평형 발광 다이오드용 투명전극 및 이를 이용한 발광다이오드 - Google Patents

수평형 발광 다이오드용 투명전극 및 이를 이용한 발광다이오드 Download PDF

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Abstract

그래핀계 물질층; 및 상기 그래핀계 물질층 상에 형성된, 전류주입을 위한 금속 패드를 구비한 금속 격자층을 포함하는 수평형 발광 다이오드용 투명전극, 그리고 이를 이용한 수평형 발광 다이오드가 제공된다.
본 발명에 따르면, 낮은 면저항과 높은 투과도를 달성할 수 있는 수평형 발광 다이오드용 투명전극과 이를 이용한 수평형 발광다이오드를 제공하여 전류밀도 불균형에 따른 광의 불균등 방사를 방지할 수 있다.

Description

수평형 발광 다이오드용 투명전극 및 이를 이용한 발광다이오드{TRANSPARENT ELECTRODE FOR LATERAL LIGHT EMITTING DIODE AND LED USING THE SAME}
본 발명은 수평형 발광 다이오드용 투명전극 및 이를 이용한 수평형 발광다이오드에 관한 것이다.
GaN, InGaN, AlGaN 또는 AlInGaN 등의 질화물계 화합물 반도체를 이용한 발광 다이오드는 통상 절연체인 사파이어 기판 위에 성장되기 때문에, 기존의 전도성 기판을 사용한 발광 다이오드와 달리 n형 전극과 p형 전극이 같은 쪽에(결정 성장된 질화물 반도체 상에) 배치되며 이에 따라 발광 면적이 작아지는 단점이 있다. 또한 p-GaN 등의 p형 질화물 반도체는 큰 일함수와 높은 저항을 갖고 있기 때문에 p형 질화물 반도체 상에 직접 p-전극(본딩 패드 또는 전극 패드) 금속을 사용할 수 없고 오믹 콘택 및 전류 확산(current spreading) 목적의 투명전극을 p형 질화물 반도체층 상에 증착하여 수평형 발광 다이오드로 구현한다.
현재 사용되고 있는 가장 대표적인 투명전극은 우수한 광학적, 전기적 성능을 나타내는 인듐 주석 산화물 (ITO)이다. 하지만 ITO의 주원료인 인듐의 매장량 한계와 이에 따른 가격 상승으로 대체 투명전극의 개발이 절실한 상황이다. 연구되고 있는 대체 투명전극으로 그래핀, 금속나노와이어, 얇은 금속박막 등 그 종류는 다양하다.
그래핀의 경우 높은 투과도를 가진 반면 면저항이 높기 때문에 수평형 발광 다이오드의 p형 전극과 n형 전극 사이의 전류 경로 상에서 전류밀도를 고르게 분산시키지 못한다. 따라서, 상대적으로 저항값이 작은 직선거리 부분에 전류가 집중되어 전류밀도가 증가하고, 전류 밀도의 불균형으로 인하여 광의 방사가 불균형적으로 발생하는 문제점이 있다. 또한, 금속나노와이어나 얇은 금속박막의 경우도 투명전극으로 사용되기에 적합한 면저항 특성을 갖출 수 있지만 면저항 특성을 개선하기 위해서는 투과도가 낮춰야 한다는 문제가 발생한다.
본 발명의 일 측면은 낮은 면저항과 높은 투과도를 달성할 수 있는 ITO 대체 투명전극을 제시하고자 한다.
본 발명의 다른 측면은 p형 전극과 n형 전극 사이의 전류밀도 불균형에 따른 광의 불균형 방사를 방지할 수 있는 수평형 발광 다이오드를 제시하고자 한다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은, 그래핀계 물질층; 및 상기 그래핀계 물질층 상에 형성된, 전류주입을 위한 금속 패드를 구비한 금속 격자층을 포함하는, 수평형 발광 다이오드용 투명전극을 제공한다.
본 발명의 다른 측면은, 기판; 상기 기판 상에 n-GaN층, 활성층 및 p-GaN층이 순차적으로 적층되는 반도체층; 및 상기 p-GaN층 상에 형성되는 것으로, 그래핀계 물질층 및 상기 그래핀계 물질층 상에 형성된 전류주입을 위한 금속 패드를 구비한 금속 격자층을 가지는 투명전극;을 포함하는 수평형 발광 다이오드를 제공한다.
본 발명에 의하면, 낮은 면저항과 높은 투과도를 달성할 수 있는 수평형 발광 다이오드용 투명전극과 이를 이용한 수평형 발광다이오드를 제공하여 전류밀도 불균형에 따른 광의 불균등 방사를 방지할 수 있다.
도 1은 ITO 투명전극(a), 그래핀 투명전극(b) 및 그래핀-금속격자 투명전극(c)의 구조와 전류의 확산 정도를 나타내는 그림이다.
도 2는 ITO 투명전극, 그래핀 투명전극 및 그래핀-금속격자 투명전극들을 구비한 발광다이오드의 제작과정을 나타내는 그림이다.
도 3은 양면사파이어 위에 ITO 투명전극, 그래핀 투명전극 및 그래핀-금속격자 투명전극들을 제작하여 현미경으로 관찰한 모습과 라만 분석 결과이다.
도 4는 양면사파이어 위에 ITO 투명전극, 그래핀 투명전극 및 그래핀-금속격자 투명전극들의 면저항 및 광투과도를 측정한 결과이다.
도 5는 ITO 투명전극, 그래핀 투명전극 및 그래핀-금속격자 투명전극들 적용하여 제작한 소자들의 현미경 이미지 및 라만 분석 결과이다.
도 6은 ITO 투명전극, 그래핀 투명전극 및 그래핀-금속격자 투명전극들의 전기적 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 ITO 투명전극, 그래핀 투명전극 및 그래핀-금속격자 투명전극을 적용하여 제작한 소자들의 광출력 파워를 나타내는 그래프이다.
도 8은 ITO 투명전극, 그래핀 투명전극 및 그래핀-금속격자 투명전극을 적용하여 제작한 소자들의 발광사진과 금속패드로부터의 거리에 따른 광의 세기를 나타내는 그래프이다.
도 9는 ITO 투명전극, 금속격자 투명전극, 금속격자 위의 그래핀 투명전극 및 그래핀 위의 금속격자 투명전극의 전기적 특성을 나타내는 그래프이다.
도 10은 ITO 투명전극, 금속격자 투명전극, 금속격자 위의 그래핀 투명전극 및 그래핀 위의 금속격자 투명전극을 제작한 소자의 현미경 사진 및 발광사진이다.
도 11은 그래핀-금속 격자 투명전극에 있어서 금속 패드가 구비된 것과 금속 패드가 구비되지 않은 경우의 전기적 특성을 비교한 그래프이다.
도 12는 그래핀-금속 격자 투명전극에 있어서 금속 패드가 구비된 것과 금속 패드가 구비되지 않은 경우의 소자의 현미경 사진 및 발광사진이다.
도 13은 그래핀-금속 격자 투명전극에 있어서 금속 패드가 구비된 것과 금속 패드가 구비되지 않은 경우의 전류 주입시의 전류흐름을 비교한 그림이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본 명세서에서 "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 발명은 종래에 수평형 발광 다이오드에서 사용되던 투명전극의 면저항 특성 및 투과도를 개선하여 전류확산층으로 사용될 수 있는 새로운 구조의 투명전극을 제시하고자 한다.
이를 위해서 본 발명에서는 그래핀계 물질층; 및 상기 그래핀계 물질층 상에 형성된, 전류주입을 위한 금속 패드를 구비한 금속 격자층을 포함하는, 수평형 발광 다이오드용 투명전극을 제안한다. 상기 그래핀계 물질층이란 그래핀 또는 그래핀 산화물을 의미할 수 있다. 이하에서는 그래핀계 물질층의 대표적인 물질로 그래핀을 위주로 설명하고자 한다.
도 1을 참조하면, 종래의 ITO 투명전극(a), 그래핀으로 형성된 투명전극(b) 및 본 발명에 따른 그래핀 위에 형성된 전류주입을 위한 금속 패드를 구비한 금속 격자층을 포함하는 투명전극(c)의 구조를 확인할 수 있다. ITO 투명전극의 경우 금속 패드(p-pad)에 p형 전극으로부터 전류가 인가되면 금속 패드로부터 거리가 멀어질수록 전류의 밀도가 낮아지는 경향이 있어 소자로 제작시 광의 방사가 불균일해질 우려가 있다. 그래핀 투명전극의 경우 높은 면저항으로 인하여 금속 패드에서 아주 근접한 부분에서만 전류밀도가 분포하며, 금속 패드로부터 일정 거리 이상이 되면 전류의 확산이 이루어지지 않으므로 n형 전극까지 전류가 충분히 전달되지 못하여 투명전극 본연의 기능을 다하지 못한다는 문제가 있다.
반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 투명전극의 경우는 그래핀 상에 금속 패드(p-pad)로부터 n형 전극과 연결되는 n-pad 방향으로 금속 격자가 형성되어 있어, 상기 금속 패드에 전류가 인가되면 전류가 금속 격자를 따라 고르게 분산될 수 있다. 금속 격자가 면저항을 낮추는 역할을 하고 그래핀이 금속 격자 사이의 벌어진 틈을 메우면서 전류를 분산시키고 2차원 면을 통해 접촉저항을 안정화시킨다. 상기 그래핀과 상기 금속 격자는 면저항 측면에서 병렬 연결 구조를 이룬다.
또한, 금속 패드는 전기적 접촉을 높여주어 전기적 특성을 우수하게 유지하게 한다. 이러한 금속 패드는 금속 격자 형성시에 하나의 공정에 의해 제작되어 접촉저항을 줄일 수 있게 되며, 추가적 공정을 통하여 금속 격자 위에 금속 패드가 올라가는 형태로 제작되는 것이 아니다. 상기 금속 패드를 이루는 금속의 종류로는 Au, Ag, Cu, Al 등 전도도가 우수해 전류를 잘 분산시킬 수 있는 금속 또는 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 금속 격자를 이루는 금속의 종류는 Au, Ag, Cu, Al 등 전도도가 우수해 전류를 잘 분산시킬 수 있는 금속 또는 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 금속 격자층은 상기 금속 패드를 중심으로 대칭 구조를 형성하는 것이 바람직하며, 구체적으로 상기 금속 패드를 중심으로 역방사형, 굴곡진 역방사형, 사각형, 굴곡진 사각형, 원형, 다이아몬드형, 회전타원체형, 평행사변형, 줄무늬형, 또는 빗살형 등 다양한 구조를 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
특히, 상기 금속 패드를 중심으로 역방사형 구조를 형성하는 것이 바람직하다. 이렇게 되면, 금속 패드는 p형 전극으로부터 전류를 인가받고, 인가된 전류는 상기 금속 격자층을 통해 그래핀의 표면으로 분산되며, n-GaN 영역으로 갈수록 집중되는 특징을 가지게 된다. 이때, 상기 금속 격자층의 격자 간격을 조절하여 광투과도와 면저항을 조절할 수 있다.
상술한 본 발명의 투명전극을 이용하여 수평형 발광 다이오드를 제작할 수 있다. 그 구조는 기판; 상기 기판 상에 n-GaN층, 활성층 및 p-GaN층이 순차적으로 적층되는 반도체층; 및 상기 p-GaN층 상에 형성되는 것으로, 그래핀계 물질층 및 상기 그래핀계 물질층 상에 형성된 전류주입을 위한 금속 패드를 구비한 금속 격자층을 가지는 투명전극;을 포함하는 것일 수 있다.
상기 기판은 그 위에 성장되는 질화물 반도체 물질과의 격자정합을 고려하여 사파이어 기판일 수 있다. 이러한 사파이어 기판은 비교적 질화물 반도체 물질의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하여 주로 사용된다. 하지만, 본 실시예에서 상기 기판은 사파이어 기판으로 제한되는 것은 아니며, SiC, Si, GaN, 및 AlN 중 어느 하나로 이루어진 기판일 수도 있다.
상기 n-GaN층은 n형 도펀트로 도핑된 질화물 반도체로 이루어질 수 있으며, 예를 들면 GaN, AlGaN, InGaN와 같은 질화물 반도체에 Si, Ge, Se, Te 또는 C 등과 같은 도펀트가 도핑된다.
상기 활성층은 전자 및 정공이 재결합되어 광이 방출되는 영역으로서, 상기 활성층을 이루는 물질의 종류에 따라 추출되는 광의 파장이 결정된다. 이러한 상기 활성층은 다중양자우물(MQW) 구조를 갖거나 단일 양자우물 구조를 가질 수 있다.
상기 p-GaN층은 p형 도펀트로 도핑된 반도체 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들면, GaN, AlGaN, InGaN과 같은 질화물 반도체에 Mg, Zn 또는 Be 등과 같은 도펀트가 도핑된다.
상기 투명전극은 상기 활성층으로부터 발생된 광을 외부로 방출하는 기능을 가지므로, 우수한 전기적 특성과 광 방출을 저해하지 않는 특성이 요구되며, 그 구조는 상술한 바와 같다. 이러한 상기 투명전극은 상기 p-GaN층 상에 형성된다. 또한 상기 투명전극 상에 p형 전극이 형성되고 메사 에칭된 상기 n-GaN층 상에 n형 전극이 형성된다.
일반적으로 발광 다이오드는 상기 p-GaN층과 상기 n-GaN층에 인가되는 전압에 의해 발광하며, 외부에서 공급되는 전압은 상기 p형 전극과 상기 n형 전극에 인가되고 상기 p형 전극은 상기 투명전극에 형성된다. 이러한 상기 투명전극은 전류의 경로를 따라 형성되기 때문에 저항(R)으로 볼 수 있다. 따라서, 본 발명에서와 같이 그래핀 위에 금속 격자층을 형성하여 상기 투명전극의 거리에 따른 저항값을 일정하게 함으로써 전류밀도의 불균형을 해소하고 발광효율을 증대시킬 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 수평형 발광 다이오드의 제조방법을 설명한다.
기판 상에 n-GaN층, 활성층 및 p-GaN층을 순차적으로 성장시켜 반도체층을 형성하는 단계, 상기 p-GaN층 상에 그래핀계 물질층을 형성한 후 상기 그래핀계 물질층 상에 금속 격자층을 증착하여 투명전극을 형성하는 단계, 상기 투명전극 상에 p형 전극을 형성하고 상기 n-GaN층 상에 n형 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 반도체층을 이루는 각 층은 예를 들면, 금속-유기물 화학증착법(metal-organic chemical vapor deposition, MOCVD)방식으로 상기 기판 상에 순차적으로 에피 성장시킨다. 이후 상기 n형 전극을 형성하기 위해 상기 n-GaN층의 일측을 메사 에칭한다. 후속하여 상기 p-GaN층 상에 일정한 두께로 그래핀계 물질층을 전사하며, 상기 그래핀계 물질층 상에 금속 패드를 구비한 금속 격자층을 증착하여 투명전극을 형성하며, 이때 전자빔 증착법 또는 스퍼터링법을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이후 후속 공정에 의해 상기 투명전극 상에, 바람직하게는 상기 금속 패드 상에 p형 전극을 형성하고, 메사 에칭된 상기 n-GaN층 상에 n형 전극을 형성함으로써, 수평형 발광 다이오드를 완성한다.
이와 같은 방법에 의해 투명전극의 면저항을 줄이고, 투과도를 향상시킬 수 있으며, p형 전극과 n형 전극 사이의 전류밀도 불균형을 해소하고 광의 불균형 방사를 방지하여 발광 효율이 향상된 수평형 발광 다이오드를 제조할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 예일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하지는 않는다.
[실시예]
<제조예1>
사파이어 기판 상에 n-GaN층, 활성층 및 p-GaN층을 순차적으로 성장시켜 반도체층을 형성하고, 다음과 같이 다양한 투명전극을 형성하였다.
(a)ITO 투명전극: 200nm ITO 증착함.
(b)GR 투명전극: 그래핀층 전사함.
(c)RM 300(또는 Mesh 300) 투명전극: 그래핀층 형성 후 그 위에 금속 패드를 구비한 역방사형 금속 격자층 증착하되, 격자 간격이 300㎛임.
(d)RM 150(또는 Mesh 150) 투명전극: 그래핀층 형성 후 그 위에 금속 패드를 구비한 역방사형 금속 격자층 증착하되, 격자 간격이 150㎛임.
(e)RM 75(또는 Mesh 75) 투명전극: 그래핀층 형성 후 그 위에 금속 패드를 구비한 역방사형 금속 격자층 증착하되, 격자 간격이 75㎛임.
이후, 투명전극 상에 p형 전극을 형성하고, n-GaN층 상에 n형 전극을 형성하여 각각 수평형 발광 다이오드를 제작하였다.
<분석예1>
도 3에서는 상기 제조예1에서 제조된 5종의 투명전극을 현미경으로 관찰한 것으로 격자의 유무 및 그 간격을 확인할 수 있다. 또한, 라만 스펙트럼을 통해 Mesh 300, Mesh 150, Mesh 75에 전사되어 있는 그래핀의 존재 유무를 확인할 수 있다.
도 4는 제조예1에서 제조된 투명전극의 면저항과 투과도를 측정한 결과로써 그래핀만 사용된 경우 95% 이상의 높은 투과도를 가진 반면 알려진 사실과 같이 600 Ω/□ 이상의 높은 면저항이 나타났다. 그에 반해 금속 격자와 그래핀이 결합된 투명전극인 Mesh 300, Mesh 150, Mesh 75는 간격이 작아지면서 투과도가 2배에서 4배로 떨어졌지만 Mesh 150의 경우 88% 이상의 준수한 투과도와 3 Ω/□의 매우 낮은 면저항을 나타내어 투명전극으로 사용하기 위해 부족함이 없는 특성을 나타내었다.
도 5는 각각의 투명전극을 적용하여 소자를 제작된 소자의 현미경 이미지로서 격자의 유무 및 그 간격을 확인할 수 있다. 또한, 라만 스펙트럼을 통해 RM 300, RM 150, RM 75에 전사되어 있는 그래핀의 존재 유무를 확인할 수 있다.
소자 제작 결과 도 6의 전기적 특성을 보면 그래핀만 사용하였을 때보다 금속 격자를 결합해주면 직렬저항이 크게 개선됨을 알 수 있었으며, 기존의 ITO 투명전극 대비 금속 격자와 그래핀을 결합한 투명전극의 전기적 특성이 비슷한 수준임을 파악할 수 있었다.
이에 반해, 도 7과 같이 전체적인 광출력을 보면 150㎛의 간격을 가진 금속 격자와 그래핀을 결합한 투명전극을 사용한 발광다이오드 소자는 다른 4가지 발광다이오드의 광출력에 비해 훨씬 더 좋은 것을 알 수 있었다.
이러한 결과는 도 8의 발광다이오드 발광사진을 보면 알 수 있듯이 금속 격자의 낮은 면저항과 준수한 투과도의 장점과 함께 2차원 면의 형태를 가진 그래핀이 금속격자의 각 선을 연결해 줌으로써 전류 분산이 원활하게 이루어졌기 때문이다.
결과적으로 본 발명은 금속격자와 그래핀을 결합하여 기존 ITO 대비 더 우수한 투명전극의 특성을 파악할 수 있었다. 또한, 공정 시간이나 가격 면에서도 중간에 열처리 과정이 없다는 점에서 유리하며, 금속과 탄소계열의 물질을 사용하였으므로 금속 격자와 그래핀을 결합한 투명전극은 다른 대체 투명전극 대비 경쟁력이 있다고 판단된다.
<제조예2>
제조예 1과 동일한 방식으로 투명전극 및 수평형 발광 다이오드를 제작하되, 투명전극은 다음과 같은 종류로 준비하였다.
(a) ITO 투명전극: 200nm ITO 증착함.
(b) Mesh 투명전극: 금속 격자층을 증착함.
(C) GR on Mesh 투명전극: 금속 격자층 형성 후 그 위에 그래핀층 형성함.
(d) Mesh on GR 투명전극: 그래핀층 형성 후 그 위에 금속 격자층 증착함.
<분석예2>
상기 제조예2에서 제조된 4종의 투명전극을 통해 그래핀층의 유무 및 그 위치에 따라 소자의 특성이 달라지는지 관찰하였다.
그래핀이 금속 격자층 위에 위치하게 되면(GR on Mesh 투명전극의 경우) 금속 격자가 소자의 표면에 접촉하게 되어 접촉저항은 금속 격자를 따라가게 되어 2차원 면을 통해 접촉저항을 안정화시키는 그래핀의 효과가 소자에 별로 나타나지 않는다. 그 이유는 전류가 그래핀이 존재하는 면보다 금속 격자가 있는 쪽으로만 흐르게 되기 때문이다. 따라서, 그래핀이 금속 격자층 위에 위치하게 되면(GR on Mesh 투명전극의 경우) 전류 분산을 시키는데 한계가 있으며, 금속 격자층이 그래핀층 위에 존재하는 것(Mesh on GR 투명전극의 경우)이 유리하다.
도 9 및 도 10을 통해서 금속 격자층이 그래핀층 위에 존재하는 것(Mesh on GR 투명전극의 경우)이 전기적, 광학적, 발광 특성이 우수함을 확인할 수 있다.
<제조예3>
제조예2의 Mesh on GR 투명전극과 동일한 방식으로 투명전극 및 수평형 발광 다이오드를 제작하되, 투명전극은 다음과 같은 종류로 준비하였다.
(a) Pad 1~5: 금속 패드를 구비한 것으로 한 소자 안에서 균일도를 보기 위해 각각 다른 위치에서 측정한 것임.
(b) Non-pad 1~5: 금속 패드를 구비하지 않은 것으로 한 소자 안에서 균일도를 보기 위해 각각 다른 위치에서 측정한 것임.
<분석예3>
금속 패드는 전기적 접촉을 높여주어 전기적 특성을 우수하게 유지하게 한다.
제조예3에서 제조된 투명전극들을 통해 금속 패드의 유무에 따라 소자의 특성이 달라지는지 관찰하였다.
도 11에서는 각각의 전기적 특성을 도시하였는데, 금속 패드가 있는 것(Pad 1~5)이 금속 패드를 구비하지 않은 것(Non-pad 1~5)에 비해 월등히 좋은 특성을 나타냄을 확인할 수 있다.
또한, 도 12의 발광사진에서도 확인할 수 있듯이 금속 격자층에 금속 패드가 구비되면 접촉이 안정화되어 전류주입이 원활히 이루어지고 이를 통해 전류 분산이 우수하여 발광 효율도 좋음을 확인할 수 있다.
즉, 도 13에서 표현한 것과 같이, 금속 패드가 구비된 경우 주입되는 전류는 온전히 아래로 전달되어 전류 분산이 원활하게 이루어진다. 그러나, 금속 격자만 존재하는 경우 전류가 저항이 낮은 가느다란 금속 격자를 통해서만 흐르므로 부분적으로만 전류가 전달되므로 막대한 전류 손실이 발생하게 되어 비효율적일 것으로 유추할 수 있다.

Claims (7)

  1. p-GaN층 상에 형성된 그래핀계 물질층;
    상기 그래핀계 물질층 상에 형성된 금속 격자층; 및
    상기 금속 격자층과 일체인 동일층으로 형성되고, 상부에 p형 전극이 형성되는 금속 패드를 포함하고,
    상기 금속 격자층은 상기 금속 패드에 대해 상기 금속 패드와 멀어질수록 격자 간의 거리가 감소하는 역방사형인 것을 특징으로 하는 수평형 발광 다이오드용 투명전극.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속 격자층 및 상기 금속 패드는 Au, Ag, Cu 또는 Al 인 것을 특징으로 하는 수평형 발광 다이오드용 투명전극.
  3. 제1항에 있어서, 상기 금속 패드는 상기 그래핀계 물질층 상에 형성되고, 상기 금속 격자층과 동일 물질로 구성된 것을 특징으로 하는 수평형 발광 다이오드용 투명전극.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 금속 격자층의 격자 간격을 조절하여 광투과도와 면저항을 조절하는 것을 특징으로 하는 수평형 발광 다이오드용 투명전극.
  5. 기판;
    상기 기판 상에 n-GaN층, 활성층 및 p-GaN층이 순차적으로 적층되는 반도체층;
    상기 p-GaN층 상에 형성된 그래핀계 물질층, 상기 그래핀계 물질층 상에 형성된 금속 격자층 및 상기 금속 격자층과 일체인 동일층으로 형성된 금속 패드를 포함하는 투명전극을 포함하고,
    상기 투명전극의 상기 금속 격자층은 상기 금속 패드에 대해 상기 금속 패드와 멀어질수록 격자 간의 거리가 감소하는 역방사형인 것을 특징으로 하는 수평형 발광 다이오드.
  6. 제5항에 있어서, 상기 투명 전극의 상기 금속 패드의 상부에는 p형 전극이 형성되고, 상기 n-GaN층 상에는 n형 전극이 형성되며, 상기 p형 전극과 상기 n형 전극은 서로 대향하는 것을 특징으로 하는 수평형 발광 다이오드.
  7. 제5항에 있어서, 상기 금속 패드는 상기 그래핀계 물질층 상에 형성되고, 상기 금속 격자층과 동일 물질로 구성된 것을 특징으로 하는 수평형 발광 다이오드.
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