KR101824322B1 - 질화갈륨계 고효율 발광다이오드 및 그의 제조방법 - Google Patents

질화갈륨계 고효율 발광다이오드 및 그의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101824322B1
KR101824322B1 KR1020160070408A KR20160070408A KR101824322B1 KR 101824322 B1 KR101824322 B1 KR 101824322B1 KR 1020160070408 A KR1020160070408 A KR 1020160070408A KR 20160070408 A KR20160070408 A KR 20160070408A KR 101824322 B1 KR101824322 B1 KR 101824322B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
electrode
semiconductor layer
light emitting
emitting diode
Prior art date
Application number
KR1020160070408A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170138247A (ko
Inventor
김현수
오문식
Original Assignee
전북대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 전북대학교산학협력단 filed Critical 전북대학교산학협력단
Priority to KR1020160070408A priority Critical patent/KR101824322B1/ko
Priority to PCT/KR2017/005880 priority patent/WO2017213403A1/ko
Publication of KR20170138247A publication Critical patent/KR20170138247A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101824322B1 publication Critical patent/KR101824322B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/14—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/38—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/40—Materials therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1204—Optical Diode
    • H01L2924/12041—LED
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0016—Processes relating to electrodes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 기판; 질화갈륨 계열의 제 1 도전형 반도체층; 질화갈륨 계열의 제 2 도전형 반도체층; 및 상기 제 1 도전형 반도체층과 상기 제 2 도전형 반도체층 사이에 개재된 활성층; 상기 제 2 도전형 반도체층에 접촉되는 투명전극을 포함하며, 투명전극이 전자빔 증발법(electron-beam evaporator)으로 증착된 제 1 전극층 및 스퍼터(sputter)로 증착된 제 2 전극층을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 고효율 발광다이오드 및 그의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 질화갈륨계 고효율 발광다이오드는 높은 광투과도와 낮은 면저항을 가질 수 있다.

Description

질화갈륨계 고효율 발광다이오드 및 그의 제조방법{HIGH-EFFICIENCY GaN-BASED LIGHT-EMITTING DIODES AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 질화갈륨계 고효율 발광다이오드 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 질화갈륨계 반도체(GaN) 기반의 발광 소자에 적용하기 위한 투명전극을 ITO(indium-tin oxide) 물질을 포함한 구조로 함으로써 광 출력을 향상시킨 질화갈륨계 고효율 발광다이오드 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
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.
위와 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.
그러나, 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.
또한, 기존의 스퍼터링법(sputtered)으로 증착된 ITO는 이온데미지(ion-damage)로 인하여 p형 GaN에서의 오믹 접촉의 형성이 취약한 단점을 안고 있었다.
대한민국 특허 제2001-0002265호
Myungkwan Song, et al., "Highly efficient and bendable organic solar cells with solution-processed silver nanowire electrodes", Adv. Funct. Mater. 23(34), 4272 (2013)
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.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 기판; 질화갈륨 계열의 제 1 도전형 반도체층; 질화갈륨 계열의 제 2 도전형 반도체층; 제 1 도전형 반도체층과 제 2 도전형 반도체층 사이에 개재된 활성층; 및 제 2 도전형 반도체층에 접촉되는 투명전극을 포함하며, 투명전극은 제 2 도전형 반도체층 표면에 접촉되는 도트(dot) 패턴의 제 1 전극층 및 도트 패턴의 제 1 전극층을 감싸면서 제 2 도전형 반도체층에 접촉되는 제 2 전극층을 포함하는 것인 질화갈륨계 고효율 발광다이오드를 제공할 수 있다.
제 1 전극층은 전자빔 증발법(e-beam evaporator)으로 증착된 것이고, 제 2 전극층은 전극층은 스퍼터(sputter)로 증착된 것일 수 있다.
제 1 전극층의 도트 패턴은 지름이 1 내지 10 ㎛ 크기이며, 두께는 10 내지 200 nm의 반구 렌즈 형태일 수 있다.
제 2 전극층의 두께는 10 내지 200 nm일 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 일 실시예에 따르면, 기판 상에 제 1 도전형 반도체층을 증착하는 단계; 제 1 도전형 반도체층 상에 활성층을 증착하는 단계; 활성층 상에 제 2 도전형 반도체층을 증착하는 단계; 제 2 도전형 반도체층 상에 전자빔 증발법(e-beam evaporator)으로 패턴이 형성된 제 1 전극층을 증착하는 단계; 및 제 1 전극층 상에 스퍼터법(sputtered)으로 제 2 전극층을 증착하는 단계를 포함하는 것인 질화갈륨계 고효율 발광다이오드의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예에 따르면, 발광다이오드의 제조방법은 질소 및 산소 분위기에서 300 내지 900 ℃ 의 온도로 30 내지 600초 동안 상기 투명전극을 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 질화갈륨계 고효율 발광다이오드는 전류퍼짐(current spreading) 효과 및 광추출 효과가 우수하며, 낮은 접촉저항을 나타내며, 가시광선 영역은 물론 낮은 파장(deep-UV)의 영역에서의 우수한 광투과율을 제공한다.
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.
도 1은 본원발명의 바람직한 일 실시예에 따른 질화갈륨계 고효율 발광다이오드(도 1a 및 1b)의 모식도이다.
도 2는 비교예 1의 전자빔 증착 ITO를 투명전극으로 활용한 질화갈륨계 발광다이오드(도 2a 및 2b)의 모식도이다.
도 3은 본원발명의 바람직한 일 실시예에 따른 투명전극막과 비교예 1 및 비교예 2의 전극막의 광투과도 측정결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본원발명의 바람직한 일 실시예에 따른 투명전극막과 비교예 1의 전극막의 I-V커브를 통한 접촉저항을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본원발명의 바람직한 일 실시예에 따른 투명전극막 구조의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy, SEM) 이미지이다.
도 6은 본원발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 질화갈륨계 고효율 발광다이오드와 비교예 1 발광 다이오드의 광학적인 특성을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본원발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 질화갈륨계 고효율 발광다이오드와 비교예 1 발광 다이오드의 전기적 특성을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본원발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 질화갈륨계 고효율 발광다이오드 및 비교예 1의 발광다이오드의 전자발광(Electro-Luminescence, EL) 스펙트럼의 그래프(도 8a), 전류 퍼짐길이에 대한 결과값(도 8b) 및 그래프(도 8c)이다.
도 9는 본원발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 질화갈륨계 고효율 발광다이오드 및 비교예 1의 발광다이오드의 광학현미경(Optical Microscopy, OM) 및 공초첨 주사전자형광현미경 (Confocal Scanning Electroluminescence Microscopy, CSEM) 이미지이다.
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.
본 발명의 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용한 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 명세서에서 '포함한다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지칭하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판; 질화갈륨 계열의 제 1 도전형 반도체층; 질화갈륨 계열의 제 2 도전형 반도체층; 및 상기 제 1 도전형 반도체층과 상기 제 2 도전형 반도체층 사이에 개재된 활성층; 상기 제 2 도전형 반도체층에 접촉되는 투명전극을 포함하며, 상기 투명전극은 상기 제 2 도전형 반도체층 표면에 접촉되는 도트(dot) 패턴의 제 1 전극층 및 상기 도트 패턴의 제 1 전극층을 감싸면서 상기 제 2 도전형 반도체층에 접촉되는 제 2 전극층을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 고효율 발광다이오드를 제공하는 기술에 관한 것이다.
도 1은 본원발명의 바람직한 일 실시예에 따른 질화갈륨계 고효율 발광다이오드의 단면 모식도(도 1a) 및 이를 위에서 바라본 모식도(도 1b)이다.
이하 도 1을 참조하여 본원발명의 발광다이오드(100)의 구조를 보다 구체적으로 설명하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 발광다이오드(100)는 기판(10), 상기 기판 위에 위치하는 반도체 광전자 구조체(20) 및 투명전극(40)을 포함할 수 있다.
상기 기판(10)은 통상 반도체 기판으로서 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로는 상기 기판(10)은 반도체 단결정 성장용 기판일 수 있으며, 보다 구체적으로는 사파이어(sapphire), Al2O3, AlN, BN, GaAs, GaN, LiAlO2, LiGaO2, MgAl2O4, MgO, 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC), 산화아연(ZnO), 유리 등을 포함하는 기판일 수 있다.
일례로, 상기 기판(10)이 사파이어로 형성된 경우, 상기 사파이어는 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 방향의 요철상수가 13.001Å, a축 방향 향으로는 4.765Å의 요철 간 거리를 갖는 것일 수 있으며, 또 사파이어 면방향(orientation plane)으로는 C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등을 갖는 것일 수 있다. 이중에서도 사파이어 기판층의 C면의 경우 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 성장용 기판으로서 보다 바람직할 수 있다.
상기 기판(10)은 100 내지 600 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 상기한 범위 내의 두께를 가질 때 기판 위에 형성되는 발광다이오드에 대해 적절한 지지력을 나타낼 수 있다. 보다 구체적으로는 상기 기판은 200 내지 400 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
또, 상기 발광다이오드(100)는, 전기에너지를 빛에너지로 변환하여 발광을 나타내거나, 또는 빛에너지를 전기에너지로 변환하는 역할을 하는 것으로, 해당 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 발광다이오드(100)가 질소계 반도체 광전자 구조체(20)를 포함하는 경우, 상기 반도체 광전자 구조체(20)는 비도핑 반도체층(21), 제1도전형 반도체층(22), 활성층(23), 그리고 제2도전형 반도체층(24)이 순차로 적층된 다층 구조체일 수 있다.
상기 발광다이오드(100)에 있어서, 상기 제1도전형 반도체층(22)은 제1도전형 불순물로 도핑된 질화물 반도체를 포함할 수 있다. 상기 질화물 반도체는 구체적으로는, AlxInyGa(1-x-y)N(이때, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)일 수 있으며, 보다 구체적으로는 GaN, AlGaN 또는 InGaN 등일 수 있다. 또, 상기 질화물 반도체에 도핑되는 제1도전형 불순물은 n형 불순물일 수 있으며, 구체적으로는, Si, Ge, Se, 또는 Te 등일 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층(22)은 발광다이오드의 성능에 미치는 제1도전성 반도체층의 영향을 고려할 때, 1 내지 20 ㎛, 보다 바람직하게는 1 내지 10 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
또, 상기 발광다이오드(100)에 있어서, 상기 제1도전형 반도체층(22) 위에 위치하는 활성층(23)은 전자 및 정공이 재결합되는 영역으로서, 양자우물층과 양자장벽층을 포함한다. 상기 반도체 광전자 구조체가 발광소자일 경우 활성층은 소정의 파장을 갖는 빛을 발산하고, 상기 반도체 광전자 구조체가 수광소자 또는 광기전력 발생소자일 경우에는 소정의 파장을 갖는 빛을 흡수한다. 따라서, 상기 활성층에서 발산되거나 흡수되는 빛의 파장은 활성층을 구성하는 물질의 종류에 따라 달라질 수 있다.
구체적으로, 상기 발광다이오드(100)가 질소계 발광다이오드인 경우 상기 활성층(23)은 인듐 함량에 따라 밴드갭 에너지가 조절되도록 InxGa1 - xN(0<x<1) 등의 반도체 재료를 포함할 수 있다.
또, 상기 활성층(23)은 양자 장벽층과 양자 우물층이 서로 교대로 적층된 다중 양자 우물(multi-quantumn well, MQW) 구조를 가질 수 있다. 구체적으로 상기 활성층은 InGaN과 GaN이 반복적으로 적층되어 형성될 수 있고, AlGaN과 GaN이 반복적으로 적층되어 형성될 수도 있다.
상기 활성층(23)은 발광다이오드의 성능에 미치는 활성층의 영향을 고려할 때, 0.1 내지 20 ㎛, 바람직하게는 1 내지 10 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
한편, 상기 반도체 광전자 구조체(20)에 있어서, 상기 활성층(23) 위에 위치하는 상기 제2도전형 반도체층(24)은 제2도전형 불순물로 도핑된 질화물 반도체를 포함할 수 있다. 상기 질화물 반도체는 구체적으로는, AlxInyGa(1-x-y)N(이때, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)일 수 있으며, 보다 구체적으로는 GaN, InN, AlGaN, 또는 InGaN 등일 수 있다. 또, 상기 질화물 반도체에 도핑되는 제2도전형 불순물은 p형 불순물로서, 구체적으로는 Mg, Zn, 또는 Be 등일 수 있다.
상기 제2도전성 반도체층(24)은 발광다이오드의 성능에 미치는 제2도전성 반도체층의 영향을 고려할 때, 0.01 내지 1 ㎛, 바람직하게는 0.05 내지 0.1 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
한편, 상기 제1 및 제2도전형 반도체층은 각각 n형 및 p형 반도체층라고 설명되었으나, 이와 반대로 각각 p형 및 n형 반도체층일 수도 있다.
또, 상기 제1 및 제2도전형 반도체층은 각각 독립적으로 단일층일 수도 있고, 또는 2층 이상의 다층 구조를 가질 수도 있다.
또, 상기 발광다이오드(100)에 있어서, 상기 제1도전형 반도체층(22)의 아래, 즉 기판과 접하는 제1도전형 반도체층의 면측에 질화물 반도체층(21)이 더 포함될 수도 있다.
구체적으로 상기 질화물 반도체(21)층은 AlxInyGa(1-x-y)N(이때, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)의 질화물 반도체를 포함할 수 있으며, 보다 구체적으로는 GaN, AlGaN, 또는 InGaN 등을 포함할 수 있다.
상기 질화물 반도체층(21)은 증착법 등 통상의 질화물 반도체층 형성 방법에 따라 형성될 수 있으며, 또, 반도체 광전자 구조체 내의 질화물 반도체층, 구체적으로는 GaN 층내의 관통전압을 감소시킬 수 있도록 수평 성장한 질화물 반도체를 포함할 수도 있다.
상기 질화물 반도체층(21)은 그 형성에 따른 발광다이오드의 성능 개선 효과의 현저함을 고려할 때, 0.1 내지 20 ㎛, 보다 바람직하게는 1 내지 10 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
또, 상기한 반도체 광전자 구조체에서의 제2도전형 반도체층(또는 p형 질화물 반도체층)과 오믹 접촉을 형성하는 투명 전극(40)이 위치한다.
상기 투명전극(40)은 투명전극 상에 위치하는 제 1 금속전극(43) 또는 p형 전극을 통해 외부로부터 인가되는 전원이 제 2 도전형 반도체층(24)에 고르게 공급되도록 하는 역할을 한다.
본 발명의 제 1 전극층(41) 및 제 2 전극층(42)을 포함하는 투명전극(40)은 ITO, IZO, ZnO2, RuOx, TiOx, IrOx, SiO2, Al2O3 등의 투명전극 형성용 조성물을 포함할 수 있으며, 보다 구체적으로 본 발명에서의 투명 도전성 물질은 13족 원소, 구체적으로는 인듐(In)이 도핑된 산화주석(Tin Oxide)(이하 ITO라 함)일 수 있다. 또, 상기 ITO는 구체적으로 SnO2에 In 또는 In2O3이 0.1 내지 5중량%, 혹은 0.1 내지 2중량%의 양으로 도핑된 것일 수 있다. 또한, 본 발명의 투명전극(40)을 구성하는 제 1 전극층(41)은 전자빔 증발법(electron-beam evaporator)으로 증착된 전극층이고, 제 2 전극층(42)는 스퍼터(sputter)로 증착된 전극층일 수 있다.
본 발명의 제 1 전극층(41)은 포토리소그래피 공정을 활용하여 패터닝을 통해 형성할 수 있으며, 또한 상기 제 1 전극층(41)은 상기 제 2 도전형 반도체층(24) 표면에 접촉되는 도트(dot) 패턴의 형태를 띌 수 있다. 보다 바람직하게 상기 제 1 전극층(41)은 전자주사현미경(scanning electron microscope, SEM) 또는 투과전자현미경(transmission electron microscope, TEM)를 기반으로 한 관찰결과 지름이 1 내지 10 ㎛ 크기인 반구 렌즈 형태의 도트 패턴을 형성할 수 있으며, 보다 바람직하게는 아주 납작한 형태의 반구 렌즈 형태의 도트 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 도트 패턴의 면적은 제 2 전극층(42)이 증착되는 면적의 1 내지 5 %만큼 형성될 수 있다.
상기 패턴의 지름이 1 ㎛ 미만이거나 패턴의 접촉면적이 1 % 미만인 경우에는 패턴 형성으로 인한 하이브리드 전극층 제조를 통한 오믹형성 효과가 줄어들 수 있고, 상기 패턴의 지름이 10 ㎛를 초과하거나 패턴의 접촉면적이 5 %를 초과하는 경우에는 전자빔 증발법으로만 전체 투명전극층을 증착한 ITO 전극층에 비해 높은 광투과도와 낮은 면저항 특성이 발현되지 못할 수 있다.
제 1 전극층(41)은 전자빔 증발법으로 증착된 전극층은 10 내지 200 nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 전자빔 증발법으로 증착된 전극층의 두께가 10 nm 미만인 경우에는 오믹 접촉 형성에 대한 문제가 발생할 수 있고, 200 nm를 초과할 경우에는 광 투과도가 저하되는 문제점이 생길 수 있다.
본 발명의 제 2 전극층(42)은 상기 제 1 전극층(41)을 감싸면서 제 2 도전형 반도체층(24)에 접촉되는 형태를 띌 수 있다. 상기 제 2 전극층(42)은 10 내지 200 nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 제 2 전극층(42)의 두께가 10 nm 미만인 경우에는 전자빔 증발법으로 증착된 전극층을 충분히 덮지 못할 수 있으며, 200 nm를 초과할 경우에는 광 투과도가 저하되는 문제점이 생길 수 있다.
통상 p형 질화물 반도체층은 수직으로는 수 Ω의 저항을 갖고, 수평으로 수백 ㏀의 저항을 갖기 때문에, 수평 방향으로는 전류가 흐르지 않고 수직 방향으로만 전류가 흐르게 된다. 따라서, p형 질화물 반도체층에 국부적으로 전원을 인가하게 되면 p형 반도체층 전체적으로 전류가 흐르지 않으므로, 우수한 전도성을 가져 p형 반도체층에 전체적으로 전류가 흐를 수 있도록 하는 동시에, 투명성을 가져 활성층에서 발생된 광이 잘 투과될 수 있도록 투명 도전성 물질을 이용하여 투명전극을 형성하는 것이 바람직할 수 있다.
상기한 투명 도전성 물질을 포함하는 투명전극(40)은 발광다이오드의 성능에 미치는 영향을 고려했을 때, 200 내지 500 nm의 두께를 가질 수 있다.
한편, 상기와 같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 발광다이오드는, 상기 반도체 광전자 구조체 위에 서로 이격되어 위치하는 제 1 전극(43) 및 제 2 전극(30)을 더 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제 1 전극(43)은 투명전극 위에 위치하는 p형 전극일 수 있고, 상기 제 2 전극(30)은 식각에 의해 상면 일부가 노출된 제 1 도전형 반도체층(22) 위에 상기 활성층(23) 및 제 2 도전형 반도체층(24)과 이격되어 위치하는 n형 전극일 수 있다.
상기 제 1 전극(43) 및 제 2 전극(30) 역시 발광다이오드의 종류에 따라 해당 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 발광다이오드가 질소계 발광다이오드인 경우 상기 제 1 및 제 2 전극은 도전성 물질을 포함할 수 있으며, 보다 구체적으로는 Ti, Cr, Au, Al, Ni, Ag, Zn 등의 금속 단체, 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
또, 상기 제 1 및 제 2 전극은 각각 독립적으로 단층 구조 또는 2층 이상의 다층 구조를 가질 수 있으며, 또, 상기 제 1 전극(또는 p형 전극)은 전류의 확산을 위한 전극 패턴에 따라 복수 개로 형성될 수도 있다.
보다 구체적으로는 상기 제 1 전극(또는 p형 전극)(43)은 Ti/Au 전극층이 순차적으로 증착된 것이고, 상기 제 2 전극(또는 n형 전극)(30)은 하나 이상의 금속전극층(31, 32)를 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 Ti/Al 전극층(31) 및 Ti/Au 전극층(32)이 순차적으로 증착된 것일 수 있다.
상기 제 1 전극(43) 및 제 2 전극(30)은 각각 독립적으로 100 내지 200 nm의 두께를 가질 수 있다.
보다 상세하게 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; 상기 n형 반도체층과 상기 p형 반도체층 사이에 개재된 InGaN/GaN 활성층; 상기 p형 반도체층 상에 위치하는 전자빔 증발법(electron-beam evaporator)으로 증착된 전극층 및 스퍼터법(sputtered)으로 증착된 전극층을 포함하는 투명전극;을 포함할 수 있으며, 상기 InGaN/GaN 활성층은 다중양자우물(multi-quantum well)을 포함하는 활성층일 수 있다.
본 발명의 질화갈륨계 고효율 발광다이오드의 특징은 질화갈륨 계열의 p형 반도체층에 접촉되는 투명전극이 전자빔 증발법(electron-beam evaporator)으로 증착된 전극층 및 스퍼터법(sputtered)으로 증착된 전극층을 포함하는 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.
본 발명의 질화갈륨계 고효율 발광다이오드는 24.2 Ω/sq의 매우 낮은 면저항과 1.5x10-3 Ω·cm2의 낮은 접촉 저항을 제공한다.
또한, 본원발명의 전자빔 증발법(electron-beam evaporator)으로 증착된 전극층 및 스퍼터법(sputtered)으로 증착된 전극층을 사용한 고효율 발광 다이오드는 투명전극으로 활용하기 위한 조건인 광 투과도 특성 역시 450 nm의 블루파장 영역에서 기존의 전자빔 증발법으로만 증착한 투명전극과 비교하여 8% 더 높은 93%의 매우 높은 광투과율을 제공하므로 가시광선 영역뿐만 아니라 낮은 파장(deep-UV)의 영역에서도 우수한 광투과율을 제공한다.
또한, 최대 320 ㎛(3V)의 전류 퍼짐 길이를 가짐으로써 넓은 면적의 소자에서 전류밀집(current crowding) 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자빔 증발법(electron-beam evaporator)으로 증착된 전극층 및 스퍼터법(sputtered)으로 증착된 전극층을 포함하는 질화갈륨계 고효율 발광다이오드는 기존의 전자빔 증발법으로만 증착한 투명전극을 활용한 발광 다이오드에 비해 30% 이상의 높은 광 출력 특성을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 기판 상에 제 1 도전형 반도체층을 증착하는 단계; 상기 제 1 도전형 반도체층 상에 다중양자우물(multi-quantum well)을 포함하는 활성층을 증착하는 단계; 상기 활성층 상에 제 2 도전형 반도체층을 증착하는 단계; 상기 제 2 도전형 반도체층 상에 전자빔 증발법(e-beam evaporator)으로 패턴이 형성된 제 1 전극층을 증착하는 단계; 및 상기 제 1 전극층 상에 스퍼터법(sputtered)으로 제 2 전극층을 증착하는 단계를 포함하는 것인 질화갈륨계 고효율 발광다이오드의 제조방법에 관한 것이다.
보다 상세하게 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; 상기 p형 반도체층 상에 전자빔 증발법(e-beam evaporator)으로 패턴화 된 전자빔 증발 증착 전극층을 증착하는 단계; 및 전자빔 증발 증착 전극층 위에 스퍼터법(sputtered)으로 스퍼터링 증착 전극층을 증착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 전극층의 두께는 10 내지 200 nm일 수 있으며, 상기 제 1 전극층은 패턴, 보다 바람직하게는 지름이 1 내지 10 ㎛ 크기인 반구 렌즈형태의 도트(dot)패턴의 형태로 형성될 수 있다.
상기 제 2 전극층의 두께는 10 내지 200 nm일 수 있다.
상기 제 1 전극층 및 제 2 전극층의 증착단계 이후 각각의 전극층을 열처리하는 단계를 더 포함하여 투명전극을 제조할 수 있으며, 상기 제 1 및 제 2 전극층을 열처리하는 단계는 질소 및 산소 분위기에서 300 내지 900 ℃ 의 온도로 30 내지 600 초 동안 수행될 수 있다.
또, 상기 반도체 광전자 구조체에 있어서 제1도전형 반도체층, 활성층 및 제2도전형 반도체층은 통상의 방법에 따라 제조될 수 있으며, 구체적으로는, 유기 금속 화학 증착법(metalorganic chemical vapor deposition, MOCVD), 수소 기상 증착법(hydride vapor phase epitaxy, HVPE), MOCVD 또는 분자빔 에피택시법(molecular beam epitaxy, MBE) 등의 방법을 이용하여 열전도층 상에서 제1도전형 반도체 형성물질, 활성층 형성물질, 및 제2도전형 반도체 형성물질을 각각 이용하여 순차적으로 성장시킴으로써 제조될 수 있다. 이때 상기 제1도전형 반도체 형성물질, 활성층 형성물질, 및 제2도전형 반도체 형성물질은 앞서 설명한 바와 동일한 것일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 발광다이오드에 있어서, 제2전극은 상면 일부가 노출된 제1도전형 반도체층 위에 상기 활성층 및 제2도전형 반도체층과 이격되어 위치한다. 이에 따라 제2전극 형성을 위하여 상기 반도체 광전자 구조체의 형성 후에는 활성층 및 제2도전형 반도체층을 부분적으로 식각하여 제1도전형 반도체층의 일부를 노출시키는 식각 공정이 수행된다.
상기 식각 공정은 통상의 방법에 따라 수행될 수 있으며, 본 발명에서는 메사-드라이 에칭법(Mesa-dry etching, ICP-RIE)을 이용하여 수행될 수 있다.
한편, 상기 제조방법은, 발광다이오드가 제1도전형 반도체층 아래 열전도층과 접하는 면 사이에 질화물 반도체층을 더 포함하는 경우에는 열전도층의 형성 후 질화물 반도체층을 형성하는 공정을 더 포함할 수 있다. 이때 질화물 반도체층의 형성 방법은 증착 등 통상의 반도체층 형성방법에 따라 실시될 수 있으며, 이때 사용가능한 질화물 반도체층 형성용 물질은 앞서 설명한 바와 동일하다.
상기 투명전극 형성공정은 통상의 방법에 따라 수행될 수 있으며, 구체적으로는 투명전극 형성용 투명 전도성 물질을 1차로 전자빔 증발법으로 패턴화 된 전극층을 증착하는 공정 및 상기 패턴화 된 전극층 상에 2차로 라디오파 마그네트론 스퍼터링 장치(RF magnetron sputtering system)를 이용하여 박막의 형태로 증착시킴으로써 수행될 수 있다. 이때 사용되는 투명전극 형성용 투명 전도성 물질은 앞서 설명한 바와 동일한 것일 수 있다.
다음으로, 제1 및 제2 전극 형성 공정이 수행될 수 있다.
상기 제1 및 제2전극의 형성 방법은 앞서 설명한 바와 같은 전극 형성용 물질을 이용하여 통상의 전극 형성 방법에 따라 실시될 수 있다.
상기와 같은 제조방법에 의해 제조된 발광다이오드는 투명전극과 p형 질화물 반도체층 사이에 e-beam evaporator로 증착 및 패턴을 형성한 ITO층을 형성함으로써, 비저항 증가 없이 p형 질화물 반도체층과의 오믹접촉을 형성할 수 있고, 또 투명전극의 전기적, 광학적 특성이 향상됨으로써 높은 광 추출 효율을 나타낼 수 있다. 이에 따라 상기 발광다이오드는 TV, 조명, 자동차 등과 같이 높은 광 출력이 요구되는 LED 조명 등에 유용하다.
구체적으로, 상기 발광다이오드는 광 다이오드, 레이저 다이오드, 광검출 소자 또는 태양 전지를 포함하는 광소자; 또는 박막 트랜지스터를 포함하는 전자 소자 일 수 있다.
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.
[실시예]
사파이어 기판 위에 MOCVD 방법으로 GaN을 수평성장시켜 GaN 박막층을 형성하고, 이어서, GaN 박막층 위에 n-GaN, MQW(Multi Quantum Well) 및 p-GaN를 순차적으로 성장시켜 발광다이오드 구조체를 제조하였다.
투명전극으로는 본원발명의 일 실시예에 따른 e-beam evaporator ITO-dot/sputtered ITO 이중막을 채택하여 사용하였다.
우선 p-GaN 위에 e-빔 증착기(e-beam evaporator)로 5 ㎛ x 5 ㎛ 크기의 반구 렌즈 형태의 ITO 패턴을 전체 접촉면적의 2 %만큼 형성되도록 500 ℃의 온도, Ar:O2 가스(10:2의 비율) 분위기, 및 10 mTorr의 작동압력 하에서 6분간 증착시킨 후, 질소 분위기하에 700 ℃에서 5분동안 급속 열처리하여 소성시켜 100 nm 두께의 패턴화 된 e-beam evaporator ITO-dot층을 제조하였다.
이어서 패턴화 된 e-beam evaporator ITO-dot층 위에 100W의 RF 파워를 갖는 라디오파 마그네트론 증착기(radio-frequency magnetron sputtering system)를 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 수행하여 100 nm 두께의 스퍼터법으로 증착된 ITO층을 제조하여, 최종적으로 본원발명의 일 실시예에 따른 e-beam evaporator ITO-dot/sputtered ITO 이중막(e-ITO/s-ITO)을 제조하였다.
통상의 포토리소그래피법과 건식 에칭방법을 이용한 유도결합형 플라즈마 반응성 이온식각장치(inductively coupled plasma reactive ion etching system)를 이용하여 rectangular mesa를 두께 약 0.6㎛ 정도로 하였다. 다음으로 Ti/Al/Ti/Au (30/70/30/70 nm) 및 ZnO TCEs를 노출된 n-GaN층 및 최상위 p-GaN 층 위에 각각 형성하여 n-접촉 및 p-접촉을 형성하였다. 마지막으로, Ti/Au (50/30 nm) 프르브 패드를 n- 및 p-접촉부 위에 선택적으로 증착시켜 발광다이오드를 제조하였다.
도 1은 본원발명의 바람직한 일 실시예에 따른 질화갈륨계 고효율 발광다이오드의 단면 모식도(도 1a) 및 위에서 바라본 모식도(도 1b)이다.
[비교예 1]
e-beam evaporator ITO 막(e-ITO)은 사파이어 기판 위에 e-빔 증착기(e-beam evaporator) 시스템을 사용하여 500 ℃의 온도, Ar:O2 가스(10:2의 비율) 분위기, 및 10 mTorr의 작동압력 하에서 10분간 증착시킨 후, 산소 분위기의 550 ℃의 온도 하에서 1분 동안 급속 가열 어닐링을 수행하였으며, 전체 e-ITO 투명전극층의 두께는 300 nm였다.
투명전극의 제조방법을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 수행하여 발광 다이오드를 제조하였다.
도 2는 비교예 1의 전자빔 증착 ITO를 투명전극으로 활용한 질화갈륨계 발광다이오드(도 2a 및 2b)의 모식도이다.
[비교예 2]
sputtered ITO 막(s-ITO)은 사파이어 기판 위에 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 수행하였으며, s-ITO 투명전극층의 두께는 100 nm였다.
투명전극의 제조방법을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 수행하여 발광 다이오드를 제조하였다.
[실험예 1] 전자빔 증발증착 및 진공증착 전극막 형성 및 물성 평가
상기 실시예 및 비교예 1 내지 2에 따른 발광 다이오드의 제조 시 투명전극으로 사용되는 전극막의 물성을 평가하기 위해 투과도, 접촉저항 및 SEM 이미지를 통해 표면의 오믹접촉을 관찰하였다.
도 3은 본원발명의 바람직한 일 실시예에 따른 투명전극막과 비교예 1 및 비교예 2의 전극막의 광투과도 측정결과를 나타낸 그래프이고, 도 4는 본원발명의 바람직한 일 실시예에 따른 투명전극막과 비교예 1의 전극막의 I-V커브를 통한 접촉저항을 나타낸 그래프이며, 도 5는 본원발명의 바람직한 일 실시예에 따른 투명전극막 구조의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy, SEM) 이미지이다.
도 3에서 측정된 광투과율 및 면저항값(R sh)은 UV/VIS 분광기(V-670EX) 및 4 탐침 장치(four-point probe system, CMT-SR1000N)를 사용하여 측정되었다. 실시예의 e-ITO/s-ITO 막은 450 nm의 파장범위에서 93.1 %의 투과도를 보였다. 비교예 1의 e-ITO 막은 85.0 %의 투과도를 보여 본원발명의 실시예 보다 낮은 투과도를 보였으며, 비교예 2의 s-ITO 막은 93.4 %의 투과도로 실시예와 비슷한 투과도를 보였다. 그리고 본원발명의 투명전도막은 blue 파장(~450nm)은 물론 near-UV 영역(200~400 nm)에서도 높은 광투과도를 나타냄을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 및 비교예 1 내지 2의 면저항값이 각각 24.2 Ω/sq, 12.7 Ω/sq 및 35.8 Ω/sq인 것을 측정하였다.
도 4와 같이 실시예와 비교예 1의 투명전극막의 전기적 특성을 분석한 결과, I-V 커브에서 선형 커브를 보였으며, 이를 통해 실시예의 접촉저항 값은 1 x 10-3 Ω·cm2의 낮은 값을 얻음을 확인하였다. 실시예의 경우, 비교적 낮은 면저항값과 접촉저항 값을 가지는 것을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 오믹이 형성되었음을 확인하였다.
도 5는 실시예의 e-ITO/s-ITO 이중막의 SEM 이미지를 나타내었다. 이를 통해 스퍼터링법으로만 증착된 ITO층의 단면(붉은 사각형)에서는 p-GaN와의 접촉면에 공동(interfacial void)이 형성되는 것을 발견할 수 있었으며, 반구 렌즈형태의 전자빔 증발증착된 ITO층 위에 스퍼터링 증착된 ITO층의 단면(파란 사각형)에서는 전자빔 증발증착한 ITO와 p-GaN 계면 사이에 데미지가 발생하지 않음을 확인하였고, 이 부분을 통해 오믹접촉이 형성되었음을 판단할 수 있었다.
[ 실험예 2] 전자빔 증발증착 및 진공증착 전극막을 포함하는 발광다이오드의 성능 평가
상기 실시예 및 비교예 1 내지 2에 따른 발광 다이오드의 광학적인 특성, 전기적인 특성 및 광추출 특성을 평가하기 위해 아래와 같은 성능평가를 실시하였다.
도 6은 본원발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 질화갈륨계 고효율 발광다이오드와 비교예 1 발광 다이오드의 광학적인 특성을 나타낸 그래프이고, 도 7은 본원발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 질화갈륨계 고효율 발광다이오드와 비교예 1 발광 다이오드의 전기적 특성을 나타낸 그래프이며, 도 8은 본원발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 질화갈륨계 고효율 발광다이오드 및 비교예 1의 발광다이오드의 전자발광(Electro-Luminescence, EL) 스펙트럼의 그래프(도 8a), 전류 퍼짐 길이에 대한 결과값(도 8b) 및 그래프(도 8c)이다. 도 9는 본원발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 질화갈륨계 고효율 발광다이오드 및 비교예 1의 발광다이오드의 광학현미경(Optical Microscopy, OM) 및 공초첨 주사전자형광현미경 (Confocal Scanning Electroluminescence Microscopy, CSEM) 이미지이다.
도 6과 같이 실시예의 발광다이오드와 비교예 1의 발광다이오드의 발광특성을 비교한 결과, 실시예의 e-ITO/s-ITO 이중막을 투명전극으로 사용하여 수평형 발광 다이오드 LED 소자를 제조한 경우, 비교예 1의 e-ITO막을 투명전극으로 사용한 LED에 비해 32.8 %만큼 광특성이 개선된 것을 확인할 수 있었다.
도 7과 같이 실시예의 발광다이오드와 비교예 1의 발광다이오드의 I-V 커브를 통해 전기적인 특성을 분석한 결과, 전기적인 특성 또한 실시예는 3.75 V의 출력을 보여 비교예 1의 3.7 V 값과 비교하였을 때 양호한 수준을 보였다.
도 8a에서는 실시예와 비교예 1의 발광 다이오드의 전자발광 특성을 발광 파장에 따른 강도 스펙트럼을 통해 분석하였다. 실시예의 발광 다이오드(파란색 점선)의 경우, 약 30 % 이상 강한 발광특성을 보였으며, 이는 시각적으로도 비교예(검은색 실선)에 비해 밝은 것을 확인할 수 있었다.
도 8b에서는 메사면적이 100 내지 1,200 ㎛인 시험패턴을 제작하여 5 mA의 전류를 주입하였을 때, 발광 다이오드의 발광특성을 시각적으로 확인하였고, 도 8c에서는 이를 주입전압에 대한 전류 퍼짐 길이를 변수로 하여 그래프로 환산하여 나타내었다. 도 8b를 통해 실시예의 발광다이오드는 전 면적에서 빛이 고르고 강하게 나오는 것에 반해, 비교예 1의 발광 다이오드는 메사 가장자리에서만 빛이 나오는 낮은 효율을 보임을 알 수 있었다. 또한, 도 8c와 같이 전류 퍼짐 길이를 계산해 본 결과, 본원발명의 발광다이오드는 3 V를 주입했을 시에 약 300 ㎛ 이상의 우수한 전류 퍼짐 길이를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 이는 실제 양산에 허용되는 120 ㎛를 훨씬 웃도는 높은 수치였다.
도 9에서는 실시예와 비교예 1의 발광다이오드를 500 x 500 ㎛2의 칩으로 제조하여 5 mA를 주입하는 조건에서 광학현미경(Optical Microscopy, OM)과 공초첨 주사전자형광현미경 (Confocal Scanning Electroluminescence Microscopy, CSEM)으로 관찰한 결과를 통해 국부적으로 빛이 어떠한 형태로 나오는지 관찰하였다. 실시예의 발광 다이오드의 경우에는 전자빔 증발증착한 렌즈 형태의 반구패턴(dot)을 중심으로 빛이 매우 강하게 나오는 것을 확인할 수 있었으며, 비교예 1의 발광 다이오드의 경우에는 전 면적을 통해 본원발명의 다이오드보다 비교적 약한 빛이 발광되는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 질화갈륨계 고효율 발광다이오드는 저저항/고투과도 특성을 갖는 스퍼터링법(sputtered)으로 증착된 ITO 전극을 사용하되, p형 GaN층과 투명전극으로 사용되는 sputtered ITO층 사이에 패터닝 공정을 통한 전자빔 증발(electron-beam evaporator)로 증착된 ITO 패턴층을 삽입한 구조를 채택함으로써, 빛을 방출하기 위한 광 추출구조 및 렌즈 구조로 작용하여 p형 GaN에서의 오믹 접촉 형성은 물론 높은 전류 퍼짐 효과를 갖는 질화갈륨계 고효율 발광다이오드를 제조할 수 있다.
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.
100, 200 : 발광 다이오드 10 : 기판
20 : 반도체 광전자 구조체 21 : 질화물 반도체 층
22 : 제1도전형 반도체 층 23 : 활성층
24 : 제2도전형 반도체 층
30 : 제 2 금속전극 31, 32 : 금속 전극층
40, 50 : 투명전극 41 : 제 1 전극층
42 : 제 2 전극층 43, 52 : 제 1 금속전극
51 : 금속산화물 전극층

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 기판 상에 제 1 도전형 반도체층을 증착하는 단계;
    상기 제 1 도전형 반도체층 상에 활성층을 증착하는 단계;
    상기 활성층 상에 제 2 도전형 반도체층을 증착하는 단계;
    상기 제 2 도전형 반도체층 상에 전자빔 증발법(e-beam evaporator)으로 지름이 1 내지 10 ㎛ 크기이며, 두께는 10 내지 200 nm의 반구 렌즈 형태인 도트(dot) 구조의 패턴이 형성된 제 1 전극층을 증착하는 단계; 및
    상기 제 1 전극층 상에 스퍼터법(sputtered)으로 제 2 전극층을 증착하는 단계;를 포함하고,
    상기 제 1 전극층 및 제 2 전극층은 ITO 및 IZO로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나의 투명 도전성 물질을 포함하고,
    상기 제 1 전극층 상에 스퍼터법으로 제 2 전극층을 증착하는 단계 이후에, 질소 및 산소 분위기에서 300 내지 600 ℃ 의 온도로 30 내지 600초 동안 상기 제 1 전극층 및 제 2 전극층을 열처리하는 단계를 더 포함하는 것인 질화갈륨계 고효율 발광다이오드의 제조방법.
  6. 삭제
KR1020160070408A 2016-06-07 2016-06-07 질화갈륨계 고효율 발광다이오드 및 그의 제조방법 KR101824322B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160070408A KR101824322B1 (ko) 2016-06-07 2016-06-07 질화갈륨계 고효율 발광다이오드 및 그의 제조방법
PCT/KR2017/005880 WO2017213403A1 (ko) 2016-06-07 2017-06-07 질화갈륨계 고효율 발광다이오드 및 그의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160070408A KR101824322B1 (ko) 2016-06-07 2016-06-07 질화갈륨계 고효율 발광다이오드 및 그의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170138247A KR20170138247A (ko) 2017-12-15
KR101824322B1 true KR101824322B1 (ko) 2018-01-31

Family

ID=60954536

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160070408A KR101824322B1 (ko) 2016-06-07 2016-06-07 질화갈륨계 고효율 발광다이오드 및 그의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101824322B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113436983A (zh) * 2020-03-19 2021-09-24 京东方科技集团股份有限公司 μLED基板及制备方法、EL检测方法及装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005244129A (ja) 2004-02-27 2005-09-08 Nichia Chem Ind Ltd 半導体発光素子
KR100793337B1 (ko) * 2006-11-20 2008-01-11 삼성전기주식회사 질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법
JP2013161902A (ja) 2012-02-03 2013-08-19 Toyoda Gosei Co Ltd 半導体発光素子の製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005244129A (ja) 2004-02-27 2005-09-08 Nichia Chem Ind Ltd 半導体発光素子
KR100793337B1 (ko) * 2006-11-20 2008-01-11 삼성전기주식회사 질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법
JP2013161902A (ja) 2012-02-03 2013-08-19 Toyoda Gosei Co Ltd 半導体発光素子の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170138247A (ko) 2017-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8674375B2 (en) Roughened high refractive index layer/LED for high light extraction
EP1941555B1 (en) SEMICONDUCTOR LIGHT-EMITTING DEVICE WITH ELECTRODE FOR N-POLAR InGaAlN SURFACE
US8022432B2 (en) Light-emitting device comprising conductive nanorods as transparent electrodes
CN102047454B (zh) 发光器件及其制造方法
US8471239B2 (en) Light-emitting element and a production method therefor
US8791480B2 (en) Light emitting device and manufacturing method thereof
US20130134475A1 (en) Semiconductor light emitting device
KR101007078B1 (ko) 발광소자 및 그 제조방법
JP5471485B2 (ja) 窒化物半導体素子および窒化物半導体素子のパッド電極の製造方法
US8735923B2 (en) Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof
WO2017213403A1 (ko) 질화갈륨계 고효율 발광다이오드 및 그의 제조방법
KR101749154B1 (ko) 발광 다이오드 칩 및 이의 제조방법
KR100586973B1 (ko) 돌기부가 형성된 기판을 구비한 질화물 반도체 발광소자
KR101824322B1 (ko) 질화갈륨계 고효율 발광다이오드 및 그의 제조방법
KR101025948B1 (ko) 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR101622097B1 (ko) 질화물계 반도체 발광소자 및 이의 제조 방법
KR101494331B1 (ko) 플립 칩 구조의 질화물 반도체 발광소자
KR20120116257A (ko) 발광 다이오드의 휘도 향상 방법 및 그에 의한 발광 다이오드
KR101868232B1 (ko) 혼성 투명전극을 포함하는 led 소자
KR102260691B1 (ko) 발광 다이오드 및 이의 제조 방법
KR102128835B1 (ko) 그래핀 양자점 광증폭 발광소자를 포함하는 자동차 전장 부품
KR101198357B1 (ko) 발광다이오드 및 이의 제조방법
KR101026059B1 (ko) 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
CN115692557A (zh) 半导体元件
TWI740418B (zh) 發光元件及其製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant