KR20050068402A - P-type ohmic contact in gan-based led - Google Patents
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Abstract
본 발명은 질화물계 발광다이오드의 p형 전극에 관한 것으로써, 특히 플립칩구조에서 접촉 저항을 감소시키고, 반사율을 향상시킬 수 있는 p형 전극에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a p-type electrode of a nitride-based light emitting diode, and more particularly, to a p-type electrode capable of reducing contact resistance and improving reflectance in a flip chip structure.
본 발명에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 p형 전극은 접촉저항을 낮추는 전극층과, Ag의 확산을 방지하는 확산방지층, 그리고, 반사층(Ag)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 것을 특징으로 한다. The p-type electrode of the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention has a structure in which an electrode layer for lowering contact resistance, a diffusion barrier layer for preventing diffusion of Ag, and a reflective layer Ag are sequentially stacked.
Description
본 발명은 질화물계 발광다이오드의 p형 전극에 관한 것으로써, 특히 플립칩구조에서 접촉 저항을 감소시키고, 반사율을 향상시킬 수 있는 p형 전극에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a p-type electrode of a nitride-based light emitting diode, and more particularly, to a p-type electrode capable of reducing contact resistance and improving reflectance in a flip chip structure.
대표적인 질화물계 반도체인 질화갈륨(GaN)은 에너지 밴드갭이 3.4 일렉트론볼트(Electron Voltage ; eV)로 매우 크기 때문에 고온 고출력 소자에 쓰일 수 있다는 장점을 가지고 있을 뿐만 아니라, 밴드갭 조절에 의해서 기존의 GaAs 계열의 반도체 다이오드에서 얻을 수 없었던 푸른 빛을 얻을 수 있다는 점이 가장 큰 매력으로 작용하고 있다. Gallium nitride (GaN), a typical nitride-based semiconductor, has the advantage of being able to be used in high-temperature, high-power devices because its energy band gap is very large as 3.4 electron volts (eV), and by adjusting the band gap, existing GaAs The biggest attraction is that blue light, which is not available in the series of semiconductor diodes, can be obtained.
때문에 청색 발광다이오드(Light Emitting Diode ; LED), 레이저 다이오드, 그리고, 자외선 검출기(Ultraviolet Detector) 등과 같은 광소자에 이용되고 있을 뿐만 아니라, 고전자 이동도 트랜지스터(high Electron Mobility Transistor ; HEMT), 이종접합트랜지스터(Hetero-junction Bipolar Transistor ; HBT) 등과 같은 고온 고출력 소자에도 많이 이용되고 있다.Therefore, it is not only used in optical devices such as blue light emitting diodes (LEDs), laser diodes, and ultraviolet detectors, but also in high electron mobility transistors (HEMTs) and heterojunctions. It is also widely used in high temperature and high output devices such as a transistor (Hetero-junction Bipolar Transistor; HBT).
상기와 같은 소자의 원활한 작동을 위해서는 기본적으로 낮은 접촉저항을 갖는 것이 필수적인데, 특히 질화갈륨이 광소자에 이용될 경우 낮은 접촉저항을 갖는 발광소자를 제조할 수 있게된다.It is essential to have a low contact resistance for the smooth operation of the device as described above, in particular when the gallium nitride is used in the optical device it is possible to manufacture a light emitting device having a low contact resistance.
질화갈륨을 이용한 발광소자의 기본 원리는 n형 GaN에서 나오는 전자와 p형 GaN에서 나오는 정공이 AlGaN/InGaN로 구성되는 양자 우물에서 재결합하여 InGaN의 밴드갭에 해당하는 푸른색 영역의 빛을 발하는 것으로, 이렇게 발생된 빛은 p형 GaN층과 기판 재로 쓰이는 사파이어층을 통해서 나오게 된다. The basic principle of a light emitting device using gallium nitride is that electrons from n-type GaN and holes from p-type GaN recombine in a quantum well composed of AlGaN / InGaN to emit light in the blue region corresponding to the bandgap of InGaN. The generated light is emitted through the p-type GaN layer and the sapphire layer used as the substrate material.
그러나, 기존의 발광소자의 경우 사파이어 층을 통해서 나오는 빛을 이용하지 못하기 때문에 외부 양자효율이 감소되는 단점이 있다. However, in the conventional light emitting device, since the light emitted through the sapphire layer cannot be used, the external quantum efficiency is reduced.
이러한 문제를 해결하고자 기존의 GaN계 발광소자를 뒤집어서 p형 GaN를 통해 나오는 빛을 반사시켜 사파이어를 통해서 나오게 하는 플립칩(Flip-Chip) 방식의 발광소자가 많이 연구되고 있다. In order to solve this problem, many researches have been conducted on flip-chip type light emitting devices inverting GaN-based light emitting devices and reflecting light emitted through p-type GaN to be emitted through sapphire.
플립칩 방식의 발광소자는 기존의 상부 발산(Top Emission) 방식의 발광소자에 비해 다음과 같은 장점을 지니고 있다. Flip chip type light emitting devices have the following advantages over conventional top emission type light emitting devices.
첫째, 기존의 상부 발산 방식의 발광소자는 p형 GaN를 통해서 빛이 방출되기 때문에 p형 GaN의 전극이 투명해야한다는 제약조건에 따라 전극의 두께가 얇아야만 했으나, 플립 칩 방식 발광소자의 경우에는 p형 GaN를 통해 나오는 빛을 반사시키면 되므로 두꺼운 전극의 사용이 가능해져 p형 GaN를 통하는 전류밀도를 감소시켜 제품의 안정성을 향상시킬 수 있다. First, in the conventional top-emitting light emitting device, since the light is emitted through the p-type GaN, the thickness of the electrode had to be thin due to the constraint that the electrode of the p-type GaN should be transparent. By reflecting light emitted through p-type GaN, a thicker electrode can be used, thereby reducing the current density through the p-type GaN, thereby improving product stability.
둘째, 기존의 상부 발산 방식의 발광소자를 패키징할 때는 열 전도성이 매우낮은 사파이어를 패키지 틀에 접촉시켜야만 했기 때문에 높은 전류인가시 발생되는 열이 빠져나갈 통로가 없어 제품의 열적 안정성이 낮았으나, 플립칩 방식의 발광소자의 경우 p형 전극을 패키지 틀에 접촉시키므로 높은 전류를 인가해도 발생되는 열이 p형 전극을 통해 패키지 틀로 빠져나가 열적 안정성 향상을 기대할 수 있다. Second, when packaging a conventional top-emitting light emitting device, the sapphire, which has very low thermal conductivity, had to be contacted with the package frame.Therefore, there was no path for escape of heat generated when high current was applied. In the case of the chip-type light emitting device, since the p-type electrode is brought into contact with the package housing, heat generated even when a high current is applied may escape through the p-type electrode into the package housing, thereby improving thermal stability.
그리고, 셋째는 플립칩 발광소자의 경우 p형 전극 자체가 반사층으로 활용되기 때문에 기존의 상부 발산 방식의 발광소자에서 발생 가능한 p형 전극 자체에서의 빛 흡수 효과를 배제할 수 있다. And third, since the p-type electrode itself is used as a reflective layer in the case of the flip chip light emitting device, it is possible to exclude the light absorption effect of the p-type electrode itself that can be generated in the conventional top-emitting light emitting device.
일반적인 질화물계 반도체 발광소자는 도 1에 도시한 바와 같이 사파이어 등을 사용한 기판(10) 상에 버퍼층(11), n형 GaN층(12), 활성층(13), 그리고, p형 GaN층(14)이 순차적으로 적층되어 형성되고, 상기 p형 GaN층(14)과 활성층(13)의 일부가 패터닝되어 상기 n형 GaN층(12)의 소정부분이 노출되어있다. 이렇게 노출된 상기 n형 GaN층(12)과 상기 p형 GaN층(14) 상에 각각 n형 및 p형 전극(16)(18)이 형성된다. As a general nitride semiconductor light emitting device, as shown in FIG. 1, a buffer layer 11, an n-type GaN layer 12, an active layer 13, and a p-type GaN layer 14 are formed on a substrate 10 using sapphire or the like. ) Are sequentially stacked and a portion of the p-type GaN layer 14 and the active layer 13 is patterned to expose a predetermined portion of the n-type GaN layer 12. The n-type and p-type electrodes 16 and 18 are formed on the exposed n-type GaN layer 12 and the p-type GaN layer 14, respectively.
상기에서 n형 전극(16)은 Ti/Al을 이용한 고온 열처리 효과를 통해서 금속과 반도체 계면 사이에 TiN층을 형성하여 n형 도너로 작용하는 공공(Vacancy)이 유발되고, 이러한 n형 공공이 반도체 표면에 생성되면서 표면에서의 도핑농도가 증가되어 그 결과 터널링(tunneling)에 의한 전자의 전도가 이루어져서 접촉저항이 낮아지는 것으로 알려지고 있다. As described above, the n-type electrode 16 forms a TiN layer between the metal and the semiconductor interface through a high temperature heat treatment effect using Ti / Al to cause a vacancy acting as an n-type donor, and the n-type vacancy is a semiconductor. As it is formed on the surface, the doping concentration on the surface is increased, and as a result, the conduction of electrons due to tunneling is known to lower the contact resistance.
한편 p형 전극(18)은 p형 도핑이 잘되지 않기 때문에 고농도를 갖는 p형 GaN를 얻기가 상당히 어렵다. 따라서, 일반적인 금속 접합 기술에 의한 접촉저항은 상당히 높은 값을 나타낸다. On the other hand, since the p-type electrode 18 is not well p-doped, it is very difficult to obtain p-type GaN having a high concentration. Therefore, the contact resistance by the general metal joining technique shows a considerably high value.
종래에는 Ni/Au, Pt/Au, 그리고, Pd/Au 등 높은 일함수를 갖는 금속을 이용한 오믹 접합 형성으로 비교적 낮은 접촉 저항 값을 얻을 수 있었는데, 현재 질화갈륨계를 근간으로한 상부 발산 방식의 발광소자에서는 Ni/Au가 p형 GaN의 오믹 전극으로 많이 이용되고 있다. Conventionally, a relatively low contact resistance can be obtained by forming an ohmic junction using a metal having a high work function such as Ni / Au, Pt / Au, and Pd / Au. In light emitting devices, Ni / Au is widely used as an ohmic electrode of p-type GaN.
하지만, Ni/Au 역시 가시광선 영역에서 반사율이 높지 않기 때문에 플립칩 방식의 발광소자의 p형 전극으로 활용되기에는 많은 문제점이 있다. 반사율이 높은 금속으로는 Al과 Ag가 대표적이라 할 수 있는데, Al과 Ag의 일함수가 5 eV 이하로 낮기 때문에 p형 전극으로 활용 시 낮은 접촉 저항을 기대할 수 없는 단점이 있다.However, since Ni / Au also does not have high reflectance in the visible light region, there are many problems to be utilized as a p-type electrode of a flip chip type light emitting device. Al and Ag are representative examples of metals with high reflectivity. However, since Al and Ag have low work functions of less than 5 eV, low contact resistance cannot be expected when used as a p-type electrode.
따라서, 본 발명의 목적은 접촉저항을 낮추고 반사율을 향상시킬 수 있는 질화물계 반도체 발광소자의 p형 전극을 제공함에 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a p-type electrode of a nitride-based semiconductor light emitting device that can lower the contact resistance and improve the reflectance.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 p형 전극은 기판 상에 전극층, 확산 방지막층, 그리고, 반사막층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 다층인 것을 특징으로 한다.The p-type electrode of the nitride-based semiconductor light emitting device according to the present invention for achieving the above object is characterized in that the electrode layer, the diffusion barrier layer, and the reflective film layer is a multilayer having a structure in which the laminated layer sequentially.
이하, 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
일반적인 질화물계 반도체 발광소자는 사파이어 등을 사용한 기판 상에 버퍼층, n형 GaN층, 활성층, 그리고, p형 GaN층이 순차적으로 적층되어 형성되고, 상기 p형 GaN층과 활성층의 일부가 패터닝되어 소정부분 노출된 상기 n형 GaN층과 상기 p형 GaN층 상에 각각 n형 및 p형 전극이 형성된다. A general nitride semiconductor light emitting device is formed by sequentially stacking a buffer layer, an n-type GaN layer, an active layer, and a p-type GaN layer on a substrate using sapphire or the like, and patterning a portion of the p-type GaN layer and the active layer by N-type and p-type electrodes are formed on the partially exposed n-type GaN layer and the p-type GaN layer, respectively.
본 발명은 Ag를 이용한 플립칩 구조의 질화물계 발광소자의 p형 오믹전극에 관한 것으로 도 2에 도시된 바와같이 기판 상에 전극층(22), 확산방지막층(24), 그리고, 반사막층(26)이 순차적으로 형성되어 p형 반사막 오믹전극(18)을 완성한다. 상기에서 기판은 p형 GaN층(14)을 나타낸다. The present invention relates to a p-type ohmic electrode of a nitride-based light emitting device having a flip chip structure using Ag. The electrode layer 22, the diffusion barrier layer 24, and the reflective layer 26 are formed on a substrate as shown in FIG. ) Are sequentially formed to complete the p-type reflective film ohmic electrode 18. In the above, the substrate represents the p-type GaN layer 14.
종래에는 100 Å의 얇은 두께의 Ni/Au, Pt/Au등의 금속을 전극으로 사용하거나 반사도의 향상을 위해 Ag 자체만을 전극으로 사용한 것과 달리 본 발명에서는 전극층으로 10 ∼ 200 Å 두께의 Ni와, 10 ∼ 200 Å 두께의 Au를, Ni/Au와 Ag의 반응을 방지하는 확산방지막으로는 100 ∼ 5000 Å 두께의 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)를, 반사막층으로는 100 Å ∼ 50 ㎛ 두께의 Al 또는 Ag를 사용하여 접촉저항을 낮추고 반사율을 높이는 다층의 p형 오믹전극을 형성하였다. 상기에서 확산방지막으로 사용되는 ITO 또는 IZO에 불순물을 도핑하여 전도도를 향상시킬 수 있고, 상기 전극층은 Pd, Pt, Au, Ti, Ru, Ir, W, Ta, V, Co 또는 Ni 중에서 하나 또는 둘 이상 서로 다른 종류의 금속을 교대로 사용하여 형성할 수도 있다. Conventionally, in contrast to using a metal such as Ni / Au or Pt / Au having a thin thickness of 100 kW as an electrode or using only Ag as an electrode for improving the reflectivity, in the present invention, 10 to 200 kW of Ni, 10 to 200 Å thick Au, 100 to 5000 Å thick ITO (Indium Tin Oxide) or IZO (Indium Zinc Oxide) to prevent the reaction between Ni / Au and Ag, 100 으로 는 as the reflective film layer A p-type ohmic electrode having a low contact resistance and a high reflectance was formed using Al or Ag having a thickness of ˜50 μm. The conductivity may be improved by doping impurities to ITO or IZO used as the diffusion barrier in the above, and the electrode layer may be one or two of Pd, Pt, Au, Ti, Ru, Ir, W, Ta, V, Co, or Ni. It can also form by using different types of metals alternately.
상기에서 기판 p형 GaN층 상에 Ni/Au를 얇게 증착한 후 산소 분위기 열처리를 통하여 NiO를 형성하고, 이후, ITO 및 Ag를 순차적으로 증착시킨 다음 100 ∼ 700 ℃의 온도에서 산소분위기 열처리를 통하여 낮은 접촉저항을 얻을 수 있었다. 상기 Ni/Au는 산소 분위기 열처리 이후에도 반사율이 우수한 것으로 나타났다. Ni / Au is thinly deposited on the substrate p-type GaN layer and then NiO is formed through an oxygen atmosphere heat treatment, thereafter, ITO and Ag are sequentially deposited and then oxygen atmosphere heat treatment is performed at a temperature of 100 to 700 ° C. Low contact resistance could be obtained. The Ni / Au was found to have excellent reflectance even after the oxygen atmosphere heat treatment.
도 3은 산소분위기에서 p형 GaN층 상에 증착된 여러가지 전극에 대한 온도에따른 접촉저항의 변화를 나타낸 그래프이다. 3 is a graph showing a change in contact resistance with temperature for various electrodes deposited on a p-type GaN layer in an oxygen atmosphere.
실험에 사용된 샘플은 사파이어 기판 상에 유기금속 화학 증착법으로 성장된 p형 GaN에 패턴을 형성하고, 유도 결합 플라즈마를 이용하여 메사에칭하여 소자와 소자 사이를 전기적으로 절연한다. 그 위에 TLM(Transfer Line Method) 미세 패턴을 형성하고, 염산과 탈 이온수를 1:1로 섞은 용액에 1분동안 전 처리한 후, 전자선 증착장치(e-beam Evaporator)를 이용하여 Ni(20 Å)/Au(30 Å)을 증착한다. The sample used in the experiment forms a pattern on p-type GaN grown on the sapphire substrate by organometallic chemical vapor deposition, and is mesa-etched using an inductively coupled plasma to electrically insulate the device from the device. A TLM (Transfer Line Method) fine pattern was formed thereon, and pretreated for 1 minute in a solution mixed with hydrochloric acid and deionized water for 1 minute, and then Ni (20 Å) using an e-beam evaporator. ) / Au (30 mW) is deposited.
그 후에 향후 열처리시 발생 가능한 확산 방지막으로 활용되는 ITO로부터의 In확산을 방지하기 위해서 산소 분위기 500 ℃에서 열처리하여 NiO를 형성한다. 그런 다음, ITO와 Ag 또는 Al을 순차적으로 증착하여 시편을 완성한다. 특성을 비교하기 위하여 p형 GaN의 오믹 전극으로 가장 많이 사용되는 Ni(20 Å)/Au(30 Å)을 증착한 시편과, ITO 확산 방지막을 활용하지 않은 Ni(20 Å)/Au(30 Å)/Ag(1200 Å), Ni(20 Å)/Au(30 Å)/Al(1200 Å)을 증착한 시편을 같이 준비한다. Thereafter, in order to prevent In diffusion from ITO, which is used as a diffusion barrier that may occur in the future heat treatment, NiO is formed by heat treatment in an oxygen atmosphere at 500 ° C. Then, ITO and Ag or Al are sequentially deposited to complete the specimen. In order to compare the characteristics, Ni (20 Å) / Au (30 시) deposited specimen, which is most commonly used as an ohmic electrode of p-type GaN, and Ni (20 Å) / Au (30 Å) without using ITO diffusion barrier Prepare specimens deposited with) / Ag (1200 Å) and Ni (20 Å) / Au (30 Å) / Al (1200 Å).
이렇게 제작된 TLM 시편을 급속열처리(rapid thermal annealing) 장비를 이용하여 500 ℃ 산소분위기에서 1분간 열처리한 후, 4포인트 프로브(4-point probe) 방식을 통하여 접촉저항을 시편별로 구한다. 이렇게 얻은 결과는 도시된 바와 같이 Ni/Au/ITO/Ag 시편이 3.2×10-5 Ω㎠로 가장 낮은 값을 보임을 알 수 있다.The TLM specimen thus prepared is heat treated in an oxygen atmosphere at 500 ° C. using rapid thermal annealing equipment, and then contact resistance is obtained for each specimen through a four-point probe method. As a result, it can be seen that the Ni / Au / ITO / Ag specimen showed the lowest value of 3.2 × 10 −5 μm 2 as shown.
도 4는 산소 분위기 열처리하기 전의 여러 가지 시편의 XRD 패턴으로, Ni/Au보다 Ni/Au/ITO가 접촉 저항이 낮은 것을 알 수 있다. 4 is an XRD pattern of various specimens before heat treatment in oxygen atmosphere, and it can be seen that Ni / Au / ITO has a lower contact resistance than Ni / Au.
도 5는 산소 분위기 500 ℃ 열처리 이후의 XRD 패턴으로 Ni/Au 시편의 경우 Au를 의미하는 피크의 강도가 커진 것으로 미루어보아 열처리 효과에 의한 Au층의 결정성이 증가했다고 보인다. FIG. 5 shows that the crystallinity of the Au layer due to the heat treatment effect was increased in view of the increase in the intensity of the peak of Au for the Ni / Au specimen with the XRD pattern after the oxygen atmosphere at 500 ° C. heat treatment.
또한, Ni/Au/ITO/Al 시편의 경우 Au를 의미하는 피크가 높은 각도로 움직임과 동시에 AlAu2(212)를 의미하는 새로운 피크가 생겼음을 볼 수 있는데, 이것은 Au-Al 고용체가 형성되었음을 의미한다.In addition, in the case of Ni / Au / ITO / Al specimens, the peak of Au moves at a high angle and a new peak of AlAu 2 (212) is formed, indicating that Au-Al solid solution is formed. do.
이것은 다시 말하면 Al의 원자반경이 1.42 Å으로 Au의 원자 반경 1.44 Å보다 작다고 알려져 있는데, 브래그 회절조건에 의거하여 Al이 Au층으로 확산되어 들어감에 따라 격자 상수가 작아지게 되어 Au를 의미하는 피크가 높은 각도로 이동되어 갔고, Ni/Au/Al의 경우 Au를 의미하는 피크가 사라지고 Au-Al 완전 고용체를 의미하는 피크가 생성되었음을 알 수 있다. 이러한 결과로 미루어 생각할 때, ITO가 Al의 확산 방지막으로 작용하기는 하였으나 효과적이지 못하였다는 것을 알 수 있다. In other words, it is known that the atomic radius of Al is 1.42 작, which is smaller than the atomic radius of Au of 1.44,. As Al diffuses into the Au layer based on Bragg diffraction conditions, the lattice constant decreases, and the peak meaning Au is In the case of Ni / Au / Al, the peak representing Au disappeared and the peak representing Au-Al completely solid solution was generated. From these results, it can be seen that ITO, although acting as a diffusion barrier for Al, was not effective.
Ni/Au/Ag 시편의 경우 열처리 이전에 38.4° 근처에서 보였던 Au를 의미하는 피크가 사라진 것으로 보아 Au 와 Ag 사이에 어떠한 반응이 일어났음을 알 수 있다. 하지만, Ni/Au/ITO/Ag 시편의 경우는 열처리 전, 후 아무런 변화가 없는데 이것은 ITO가 Ag의 확산방지막으로 잘 작용하고 있음을 알 수 있게 해준다. In the case of Ni / Au / Ag specimens, the peak of Au, which was seen near 38.4 ° before the heat treatment, disappeared, indicating that some reaction occurred between Au and Ag. However, in the case of Ni / Au / ITO / Ag specimens, there is no change before and after the heat treatment, indicating that ITO works well as a diffusion barrier for Ag.
도 6은 산소 분위기 500 ℃ 열처리 이후 Ni/Au 시편의 깊이 방향 오우거(Auger) 분석 자료로, 산소 분위기 열처리에 따라 Au 층이 Gan 계면으로 확산하여 들어가고 Ni층이 NiO층으로 바뀌었음을 볼 수 있다. FIG. 6 is an auger analysis data of a Ni / Au specimen after annealing at 500 ° C. in an oxygen atmosphere, and it can be seen that the Au layer diffuses into a Gan interface and the Ni layer is changed into a NiO layer according to an oxygen atmosphere heat treatment. .
도 7은 산소 분위기 500 ℃ 열처리 이후 Al 반사층을 이용한 시편의 깊이 방향 오우거 분석 자료이다. 7 is a depth ogre analysis data of the specimen using the Al reflection layer after the heat treatment 500 ℃ oxygen atmosphere.
보는 바와 같이 Ni/Au/Al 시편의 경우 Au와 Al이 완전히 섞여 있음을 알 수 있는데, 이것은 도 4에 보았던 XRD 결과와도 잘 일치함을 알 수 있다. As can be seen in the Ni / Au / Al specimens it can be seen that Au and Al are completely mixed, which can be seen that the well matched the XRD results shown in FIG.
또한, ITO 확산 방지막을 사용한 Ni/Au/ITO/Al시편의 경우도 Ag, ITO, Au가 복잡하게 섞여있어, 이 경우 ITO는 Al의 확산방지막으로서는 효과적이지 못함을 알 수 있다. In addition, in the case of Ni / Au / ITO / Al specimens using ITO diffusion barrier, Ag, ITO, and Au are mixed in a complex manner. In this case, ITO is not effective as an Al diffusion barrier.
도 8은 산소 분위기 500 ℃ 열처리 이후 Ag 반사층을 이용한 시편의 깊이 방향 오우거 분석 자료이다. 8 is a depth ogre analysis data of the specimen using the Ag reflective layer after heat treatment at 500 ℃ oxygen atmosphere.
Ni/Au/Ag 시편의 경우 Ag와 Au가 섞여있음을 알 수 있는데, 이것은 산소 분위기 열처리 이후 Ni/Au/Ag 구조가 NiO/Au-Ag 고용체로 바뀌었음을 의미한다. In the case of Ni / Au / Ag specimens, it can be seen that Ag and Au are mixed, which means that the Ni / Au / Ag structure is changed to NiO / Au-Ag solid solution after oxygen atmosphere heat treatment.
그러나, Ni/Au/ITO/Ag 시편의 경우 ITO가 확실하게 Ag의 확산 방지막으로 활용되고 있음을 보여준다. 즉, Ni/Au/ITO/Ag를 전극으로 사용할 경우, 접촉저항을 낮출 수 있는 것이다. However, for Ni / Au / ITO / Ag specimens, ITO is clearly used as a diffusion barrier for Ag. That is, when Ni / Au / ITO / Ag is used as the electrode, the contact resistance can be lowered.
도 9는 산소 분위기 500 ℃ 열처리 이후의 파장에 따른 상대 반사율을 측정한 결과로, Ag만을 사용한 시편을 반사율 100 %로 하여 나타내었다. 9 is a result of measuring the relative reflectance according to the wavelength after heat treatment at 500 ° C. in an oxygen atmosphere, and shows a specimen using only Ag as a reflectance of 100%.
Ni/Au의 경우는 반사율을 측정하기 위해서 Au를 추가적으로 증착한 후 실험하였고, Ni/Au/Al, Ni/Au/Ag, Ni/Au/ITO/Ag, Ni/Au, 그리고, Ni/Au/ITO/Al의 경우 460 ㎚에서의 상대적인 반사율은 각각 82.5 %, 80.2 %, 78.8 %, 64.2 %, 그리고, 59.8 %로 계산되었다. Ni / Au was tested after additional deposition of Au to measure reflectance, Ni / Au / Al, Ni / Au / Ag, Ni / Au / ITO / Ag, Ni / Au, and Ni / Au / For ITO / Al the relative reflectances at 460 nm were calculated to be 82.5%, 80.2%, 78.8%, 64.2%, and 59.8%, respectively.
즉, Ni/Au/ITO/Ag 시편의 경우 반사율이 Ni/Au에 비해서 약 15 % 정도 높은 것을 알 수 있고 따라서, Ni/Au/ITO/Ag 다층 박막은 질화물계 플립칩 구조의 발광소자 p형 전극으로 활용될 수 있음을 알 수 있다.That is, in the case of Ni / Au / ITO / Ag specimens, the reflectance is about 15% higher than that of Ni / Au. Therefore, the Ni / Au / ITO / Ag multilayer thin film is a p-type light emitting device having a nitride flip chip structure. It can be seen that it can be used as an electrode.
도 10은 Ni/Au를 접촉저항을 낮추는 전극층으로, ITO를 확산 방지막으로, Al 혹은 Ag 를 반사막으로 이용한 다층의 p형 전극을 적용시킨 발광소자의 열처리 이전의 전류-전압 데이타이다. FIG. 10 shows current-voltage data before heat treatment of a light emitting device in which a multilayer p-type electrode using Ni / Au as an electrode layer for lowering contact resistance, ITO as a diffusion barrier, and Al or Ag as a reflective film is applied.
도면에서 보는 바와 같이 전류가 20 ㎃일 때의 작동 전압이 Ni/Au/ITO/Al 시편을 제외하고는 모두 3.3 V 정도로 낮았다.As shown in the figure, the operating voltage at a current of 20 mA was as low as 3.3 V except for the Ni / Au / ITO / Al specimens.
도 11은 도 10에서 보여준 발광소자 시편은 500 ℃ 산소 분위기 열처리 이후의 전류-전압 데이타로서, 그림에서 보듯이 Ni/Au와 Ni/Au/ITO/Ag를 p형 전극으로 활용한 발광소자의 경우는 열처리 전후의 전류-접압 특성이 같으나 나머지는 모두 하락함을 볼 수 있다.FIG. 11 is a light emitting device specimen shown in FIG. 10 as current-voltage data after annealing at 500 ° C. in an oxygen atmosphere. As shown in the figure, a light emitting device using Ni / Au and Ni / Au / ITO / Ag as a p-type electrode is shown. It can be seen that the current-contacting characteristics before and after heat treatment are the same, but the rest are all reduced.
따라서, 본 발명에 따른 질화물계 반도체 발광소자의 p형 전극은 Ni/Au가 접촉저항을 낮추는 전극층과, Ag의 확산을 방지하는 ITO 확산방지층, 그리고, 반사층 Ag가 순차적으로 적층되어 접촉 저항을 낮추고, 반사율이 증가된 p형 전극을 제공할 수 있는 장점이 있다.Therefore, in the p-type electrode of the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, the electrode layer of Ni / Au lowers the contact resistance, the ITO diffusion prevention layer preventing Ag diffusion, and the reflective layer Ag are sequentially stacked to lower the contact resistance. Therefore, there is an advantage that can provide a p-type electrode with increased reflectance.
도 1은 일반적인 질화물계 반도체 발광소자의 구조를 나타내는 단면도.1 is a cross-sectional view showing the structure of a general nitride semiconductor light emitting device.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 질화물계 반도체의 p형 전극 단면도.2 is a cross-sectional view of a p-type electrode of a nitride semiconductor according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 산소 분위기 열처리 온도에 따른 Ni/Au, Ni/Au/Al, Ni/Au/ITO/Al, Ni/Au/Ag 그리고, Ni/Au/ITO/Ag 각각의 접촉저항 변화를 도시하는 그래프.3 is Ni / Au, Ni / Au / Al, Ni / Au / ITO / Al, Ni / Au / Ag, and Ni / Au / ITO / Ag according to an oxygen atmosphere heat treatment temperature according to an embodiment of the present invention. Graph showing change in contact resistance.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 산소 분위기 열처리 이전의 Ni/Au, Ni/Au/Al, Ni/Au/ITO/Al, Ni/Au/Ag 그리고, Ni/Au/ITO/Ag 시편의 XRD 패턴.4 is XRD of Ni / Au, Ni / Au / Al, Ni / Au / ITO / Al, Ni / Au / Ag, and Ni / Au / ITO / Ag specimens before an oxygen atmosphere heat treatment according to an embodiment of the present invention. pattern.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 제시한 산소 분위기 500 ℃ 열처리 이후의 Ni/Au, Ni/Au/Al, Ni/Au/ITO/Al, Ni/Au/Ag 그리고, Ni/Au/ITO/Ag 시편의 XRD 패턴5 is Ni / Au, Ni / Au / Al, Ni / Au / ITO / Al, Ni / Au / Ag, and Ni / Au / ITO / after 500 ° C. heat treatment in an oxygen atmosphere presented in one embodiment of the present invention. XRD Pattern of Ag Specimen
도 6은 본 발명의 실시 예에 제시한 산소 분위기 500 ℃ 열처리 이후 Ni/Au 시편의 깊이방향 오우거 분석.6 is a depth ogre analysis of Ni / Au specimens after heat treatment at 500 ° C. in an oxygen atmosphere presented in an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 실시 예에 제시한 산소 분위기 500 ℃ 열처리 이후 Ni/Au/Al와 Ni/Au/ITO/Al 시편의 깊이 방향 오우거 분석.FIG. 7 is a depth ogre analysis of Ni / Au / Al and Ni / Au / ITO / Al specimens after heat treatment at 500 ° C. in an oxygen atmosphere presented in an embodiment of the present invention. FIG.
도 8은 본 발명의 실시 예에 제시한 산소 분위기 500 ℃ 열처리 이후 Ni/Au/Ag와 Ni/Au/ITO/Ag 시편의 깊이 방향 오우거 분석.FIG. 8 is a depth ogre analysis of Ni / Au / Ag and Ni / Au / ITO / Ag specimens after heat treatment at 500 ° C. in an oxygen atmosphere presented in an embodiment of the present invention. FIG.
도 9는 본 발명의 실시 예에 제시한 산소 분위기 500 ℃ 열처리 이후의 파장에 따른 상대 반사율 측정 그래프.9 is a graph of relative reflectance measurement according to the wavelength after heat treatment at 500 ° C. in an oxygen atmosphere presented in an embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명에 따른 Ni/Au, Ni/Au/Al, Ni/Au/ITO/Al, Ni/Au/Ag 및 Ni/Au/ITO/Ag 전극을 p형 전극으로 사용한 발광다이오드의 열처리 전의 전류전압 데이터.10 is before heat treatment of a light emitting diode using Ni / Au, Ni / Au / Al, Ni / Au / ITO / Al, Ni / Au / Ag, and Ni / Au / ITO / Ag electrodes according to the present invention as p-type electrodes. Current voltage data.
도 11은 본 발명에 따른 Ni/Au, Ni/Au/Al, Ni/Au/ITO/Al, Ni/Au/Ag 및 Ni/Au/ITO/Ag 전극을 p형 전극으로 사용한 발광다이오드의 열처리 후의 전류전압 데이터.11 is a heat treatment of a light emitting diode using Ni / Au, Ni / Au / Al, Ni / Au / ITO / Al, Ni / Au / Ag and Ni / Au / ITO / Ag electrodes according to the present invention as p-type electrodes. Current voltage data.
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