KR20070063912A - Group iii nitride light emitting devices using transparent conducting oxynitride-based multi p-type ohmic contact layer and method of manufacturing thereof - Google Patents

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KR20070063912A KR20050124258A KR20050124258A KR20070063912A KR 20070063912 A KR20070063912 A KR 20070063912A KR 20050124258 A KR20050124258 A KR 20050124258A KR 20050124258 A KR20050124258 A KR 20050124258A KR 20070063912 A KR20070063912 A KR 20070063912A
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Abstract

An optical device and its manufacturing method are provided to enhance current-voltage characteristics and to improve the efficiency and brightness of device by improving ohmic contact characteristics with a P type nitride based clad layer using a TCON(Transparent Conducting OxyNitride) layer as a transparent electrode. An LED(Light Emitting Diode) includes an N type nitride based clad layer(40), a P type nitride based clad layer(60) and an active layer(50) between the N and P type nitride based clad layers. A multi-P type ohmic contact layer(70) is formed on the P type nitride based clad layer. The multi-P type ohmic contact layer includes one or more TCON layers.

Description

투명전도성 질소산화물계 고투명 피형 다중 오믹컨택트층 개발과 이를 이용한 그룹 3족 질화물계 발광소자 및 그 제조방법{group Ⅲ nitride light emitting devices using transparent conducting oxynitride-based multi p-type ohmic contact layer and method of manufacturing thereof} Group III nitride light emitting devices using transparent conducting oxynitride-based multi p-type ohmic contact layer and method of manufacturing about}

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 다중 패형 오믹컨택트 전극구조체가 적용된 탑에미트형 발광 다이오드(top-emitting light emitting diode : TELED)를 나타내 보인 단면도이고,  1 is a cross-sectional view illustrating a top-emitting light emitting diode (TELED) to which a multi-shell ohmic contact electrode structure according to a first embodiment of the present invention is applied.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 다중 피형 오믹컨택트 전극구조체가 적용된 탑에미트형 발광 다이오드(top-emitting light emitting diode : TELED)를 나타내 보인 단면도이고,  FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a top-emitting light emitting diode (TELED) to which a multi-type ohmic contact electrode structure according to a second exemplary embodiment of the present invention is applied.

도 3은 본 발명의 제1, 2실시예에 따른 피형 질화물계 클래드층 상층부에 형성되는 다중 피형 오믹컨택트 전극구조체(multi P-type ohmic contact layer)들의 여러 적층 형태 모습을 보인 단면도이고,FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating various stacked shapes of multi- p ohmic contact layers formed on the upper nitrided cladding layer according to the first and second embodiments of the present invention.

도 4는 본 발명의 제1, 2실시예에 따른 피형 질화물계 클래드층 상층부에 나노미터크기 규모 파티클(nanometer scale particle)을 도입시킨 후에 형성되는 다중 피형 오믹컨택트 전극구조체(multi P-type ohmic contact layer)의 여러 적층 형태 모습을 보인 단면도이다.4 is a multi-p ohmic contact electrode structure (multi P- type ohmic contact) formed after the introduction of nanometer scale particles in the upper layer of the nitride-based cladding layer according to the first and second embodiments of the present invention. This is a cross-sectional view showing various stacked forms of layers).

본 발명은 질화물계 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 투명전도성 산화물 및 질화물(transparent conducting oxide or nitride : TCO or TCN)보다 투명전도성 박막물질로서 더 뛰어난 성능(figure of merits : FOM), 즉 낮은 전기저항(low electrical resistance) 및 높은 빛투과도(high light transmittance)를 지닌 투명전도성 질소산화물(transparent conducting oxynitride : TCON)을 피형 투명전극(P-type transparent electrode)으로 적용한 질화물계 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nitride based light emitting device and a method of manufacturing the same, and more specifically, to a transparent conductive thin film material (FIG), which is superior to transparent conducting oxide or nitride (TCO or TCN). That is, a nitride-based light emitting device using a transparent conducting oxynitride (TCON) having low electrical resistance and high light transmittance as a P- type transparent electrode; It relates to a manufacturing method.

현재 투명전도성 박막(transparent conducting thin film)은 유기물 및 무기물 (organic and inorganic materials)을 사용한 광전자분야, 디스플레이 분야 및 에너지 산업 분야에서 다양하게 이용되고 있다. 발광 다이오드(light emitting diode : LED) 및 레이저 다이오드(laser diode : LD) 등의 반도체 발광소자 분야에서는 원활한 캐리어 주입(carrier injection) 및 전류퍼짐(current spreading) 이외에도, 반도체 발광소자 활성층(active layer)에서 생성된 포톤(photon)을 최대한 외부로 많이 방출(light emission)시킬 수 있도록 전기 및 광학적 특성을 동시에 갖는 물질이어야 한다.   Currently, transparent conducting thin films are widely used in the optoelectronic field, the display field, and the energy industry using organic and inorganic materials. In the field of semiconductor light emitting devices such as light emitting diodes (LEDs) and laser diodes (LDs), in addition to smooth carrier injection and current spreading, the semiconductor light emitting device active layer The photon should be a material having both electrical and optical properties so as to emit as much light as possible to the outside.

특히 차세대 조명용 광원으로 각광받고 있는 질화물계 발광 다이오드(group Ⅲ nitride light emitting diode : Ⅲ nitride LED)와 관련된 국내외 많은 연구 기관에서는 양질의 발광소자용 투명전도성 박막을 개발하고자 활발하게 연구 중에 있다. 그 결과, 널리 알려진 인듐주석산화물(indium tin oxide :ITO)을 비롯한 여러 불순물이 첨가된 아연산화물(doped zinc oxide : ZnO) 등의 투명전도성 물질들은 최근 직접적으로 질화물계 발광 다이오드(LED)의 전극으로 사용되고 있다.   In particular, many research institutes at home and abroad related to the group III nitride light emitting diodes (III nitride LEDs), which are spotlighted as next generation lighting sources, are actively researching to develop high quality transparent conductive thin films for light emitting devices. As a result, transparent conductive materials such as indium tin oxide (ITO), which are widely known, and doped zinc oxide (ZnO), have been recently used as direct electrodes of nitride-based light emitting diodes (LEDs). It is used.

여러 투명전도성 산화물(TCO)중에서 가장 활발하게 연구 개발되고 있는 물질은 인듐산화물(In2O3), 주석산화물(SnO2), 카드뮴산화물(CdO), 아연산화물(ZnO), 및 인듐주석산화물(ITO) 등인데, 이들은 상대적으로 작은 일함수 값과 가시광선 및 자외선 빛의 파장 영역에서 급격한 빛투과도 감소 특성을 지니고 있어 질화물계 발광 다이오드(LED)의 투명전극으로 이용 시 많은 문제점을 지니고 있다. 현제 질화물계 발광 다이오드에서 부분적으로 이용되고 있는 이들 물질들이 겪는 문제들을 요약하면 하기와 같다.    Among the various transparent conductive oxides (TCO), the most actively researched materials are indium oxide (In2O3), tin oxide (SnO2), cadmium oxide (CdO), zinc oxide (ZnO), and indium tin oxide (ITO). In addition, since they have relatively small work function values and rapid light transmittance reduction characteristics in the wavelength range of visible and ultraviolet light, they have many problems when used as transparent electrodes of nitride-based light emitting diodes (LEDs). Summarizing the problems experienced by these materials which are partially used in current nitride based light emitting diodes are as follows.

첫째, 기존의 투명전도성 산화물(TCO) 또는 질화물(TCN)들은 피형 질화물 클래드층(P-type nitride-based cladding layer)의 일함수(work function) 값에 비해 상대적으로 훨씬 작은 일함수 값을 지니고 있어서, 피형 오믹컨택트층(P-type ohmic contact layer)으로 사용 시 계면에 캐리어 흐름에 대한 높은 에너지 장벽이 형성되어 원활한 홀 주입(hole injection)이 어렵게 되고, 이로 인하여 높은 외부발광효율을 지닌 발광 다이오드를 구현하는데 많은 어려움이 있다.First, conventional transparent conductive oxides (TCOs) or nitrides (TCNs) have a much smaller work function than the work function of the P- type nitride-based cladding layer. When used as a P- type ohmic contact layer, a high energy barrier to carrier flow is formed at the interface, which makes it difficult to inject holes smoothly. There are many difficulties to implement.

둘째, 기존의 투명전도성 산화물(TCO) 또는 질화물(TCN)들은 질화물계 LED에서 생성 및 출사되는 빛들 중에서 청색 빛을 갖는 파장 영역이하에서는 낮은 빛투과도를 갖기 때문에 단파장 영역의 빛을 발광시키는 소자에는 적용하기가 어렵다.   Second, the conventional transparent conductive oxide (TCO) or nitride (TCN) has a low light transmittance below the wavelength range with blue light among the light generated and emitted from the nitride-based LED, so it is applied to the device emitting light in the short wavelength region Difficult to do

셋째, 기존의 투명전도성 산화물(TCO) 또는 질화물(TCN)들은 빛에 대한 굴절 지수(refractive index)가 약 2 에 가까운 큰 값을 지니고 있기 때문에 이들 투명전도성 산화물 전극을 통해서 빛을 공기중으로 출사시키는데도 어려움이 있다.   Third, the conventional transparent conductive oxide (TCO) or nitride (TCN) has a large value close to the refractive index of the light (about 2), so even through the transparent conductive oxide electrode to emit light into the air There is difficulty.

현재 질화물계 반도체를 이용하여 트랜지스터(transistor) 및 광감지기(phot-detector) 등의 전자소자를 비롯해서 발광 다이오드 (LED) 및 레이저 다이오드(laser diode : LD)와 같은 광소자를 폭넓게 산업적으로 상품화하고 있는데, 현재 보다 더욱 더 우수한 성능을 갖는 광전자 소자(optoelectronic device)를 구현하기 위해서는 그룹 3족 질화물계 반도체와 전극간의 계면특성인 접촉 제어 기술(contact controlling technology)이 매우 중요하다.    Currently, nitride semiconductors are used to commercialize electronic devices such as transistors and photo-detectors, as well as optical devices such as light emitting diodes (LEDs) and laser diodes (LDs). In order to implement an optoelectronic device having even better performance than the present, contact control technology, which is an interface property between a group III nitride semiconductor and an electrode, is very important.

질화인듐(InN), 질화갈륨(GaN), 및 질화알루미늄(AlN)으로 구성된 질화물계 반도체를 이용한 발광 다이오드(LED)는 탑에미트형 발광 다이오드(top-emitting light emitting diode : TELED)와 플립칩 발광 다이오드(flip-chip light emitting diode : FCLED)로 분류된다.   A light emitting diode (LED) using a nitride semiconductor composed of indium nitride (InN), gallium nitride (GaN), and aluminum nitride (AlN) is a top-emitting light emitting diode (TELED) and a flip chip. It is classified as a flip-chip light emitting diode (FCLED).

현재 일반적으로 널리 사용되고 있는 TELED는 피형 질화물계 클래드층과 접촉하고 있는 피형 오믹컨택트층(P-type ohmic contact layer)을 통해 생성된 빛이 출사되게 형성된다. 반면에 TELED에 비해서 구동시에 발생되는 열 발산이 비교적 용이한 특성을 이용하여 대면적 및 대용량 발광소자로 제작되고 있는 FCLED는 TELED와는 반대로 활성층에서 생성된 빛을 고 반사성 피형 오믹컨택트층을 이용하여 투명한 사파이어 기판을 통해서 발광시키는 구조이다. 그룹 3족 질화물계 반도체를 이용하는 발광 다이오드는 피형 질화물계 클래드층의 낮은 홀 농도로 인해서, 피형 질화물계 클래드층에서 사방으로 용이하게 피형 캐리어인 홀(hole)의 전도(transporting)가 어려워서, 이러한 피형 질화물계 클래드층을 이용한 양질의 광전자소자를 만들기 위해서는 우수한 전류퍼짐성을 갖고 있는 양질의 피형 오믹컨택트층이 절대적으로 필요하다. 다시 말하자면, 그룹 3족 질화물계 반도체를 이용한 고품위 차세대 발광 다이오드를 실현화하기 위해서는 측면방향으로의 전류 퍼짐성(current spreading)과 수직방향으로의 홀 주입(hole injecting)이 뛰어나고, 동시에 가시광선 및 단파장 영역의 빛에 대한 광학적 특성(빛투과도 또는 빛반사도)이 우수한 피형 오믹컨택트 전극구조체가 개발/형성되어야 한다.   Currently widely used TELED is formed so that the light generated through the P-type ohmic contact layer (P-type ohmic contact layer) in contact with the nitride nitride-based cladding layer. On the other hand, FCLED, which is manufactured with large area and high-capacity light emitting device by using heat dissipation which is relatively easy in driving than TELED, is transparent by using highly reflective type ohmic contact layer. It emits light through a sapphire substrate. Light emitting diodes using group III-nitride semiconductors have a low hole concentration in the nitride-based cladding layer, which makes it difficult to transport holes that are easily carriers in all directions in the nitride-based cladding layer. In order to make a high quality optoelectronic device using a nitride-based cladding layer, a good quality ohmic contact layer having excellent current spreadability is absolutely required. In other words, in order to realize a high quality next-generation light emitting diode using a group III nitride semiconductor, it has excellent current spreading in the lateral direction and hole injection in the vertical direction, and at the same time in the visible and short wavelength region An ohmic contact electrode structure having excellent optical properties (light transmittance or light reflectance) with respect to light should be developed / formed.

현재 가장 널리 이용되고 있는 TELED용 피형 오믹컨택트층은 피형 질화물계 클래드층 상층부에 산화된 니켈-금(Ni-Au)으로 형성되어 있다. 전자빔 증착기(e-beam evaporator) 등을 이용하여 피형 질화물계 클래드층 상층부에 Ni-Au 얇은 박막층을 순차적으로 증착시키고 산소(O2)분위기에서 열처리하여 10-3 ~ 10-4 Ω㎠ 정도의 비접촉저항(specific ohmic contact resistance)을 갖는 반투명 오믹컨택트층(semi-transparent ohmic contact layer)을 형성하는 것으로 알려져 있다. 산화시킨 Ni-Au 오믹컨택트층은 청색 빛의 파장 영역인 460 나노미터(nm) 이하에서는 75% 이하의 낮은 빛투과도를 갖고 있어 차세대 질화물계 발광 다이오드용 피형 오믹컨택트층으로는 적합하지 않다.   The most widely used ohmic contact layer for TELED is formed of nickel-gold (Ni-Au) oxidized on the nitride-based cladding layer. A thin film layer of Ni-Au was sequentially deposited on the nitride nitride clad layer using an e-beam evaporator, and then heat-treated in an oxygen (O2) atmosphere to obtain a specific contact resistance of about 10-3 to 10-4 Ω㎠. It is known to form a semi-transparent ohmic contact layer with specific ohmic contact resistance. The oxidized Ni-Au ohmic contact layer has a low light transmittance of 75% or less at 460 nanometers (nm) or less, which is a wavelength range of blue light, and thus is not suitable for the next type ohmic contact layer for nitride-based light emitting diodes.

상기한 산화시킨 반투명 Ni-Au 오믹컨택층의 낮은 비접촉저항은 500℃ 내지 600℃ 정도의 온도 및 산소(O2) 개스 분위기에서 열처리할 때 피형 질화물계 클래드층을 이루고 있는 질화갈륨(GaN)과 오믹컨택트층으로 적용된 니켈(Ni) 금속과의 접촉계면에서 피형 반도체 산화물인 니켈산화물(NiO)이 섬(island)모양으로 형성되며, 동시에 금(Au) 금속이 섬모양으로 분포되어 있는 니켈산화물(NiO) 사이와 상층부를 덮고 있는 구조를 갖는 것으로 밝혀졌다. 특히, 피형 질화물계 클래드층 상층부에 얇게 증착된 Ni-Au를 산소(O2) 분위기에서 열처리 했을 때 니켈산화물(NiO)이 형성되는데, 이는 질화갈륨(GaN)과 전극간에 형성된 쇼트키 장벽의 높이 및 폭(Schottky barrier height & width : SBH & SBW)을 감소시키게 되고 이러한 전극을 통해서 외부전압 인가 시 캐리어를 소자에 용이하게 공급하게 된다. 상기한 바와 같이 산화시킨 얇은 Ni-Au으로 이루어진 박막층이 우수한 전기적 특성인 오믹성 거동을 보인 이유는 SBH & SBW 감소를 이끄는 니켈산화물(NiO) 역할 이외에도 측면방향으로의 전류 퍼짐성을 주도적으로 향상시키는 금(Au) 금속 성분이다.   The low specific contact resistance of the oxidized semi-transparent Ni-Au ohmic contact layer is characterized by gallium nitride (GaN) and ohmic forming a type nitride nitride cladding layer when subjected to heat treatment in a temperature of 500 ° C. to 600 ° C. and an oxygen (O 2) gas atmosphere. In the contact interface with the nickel (Ni) metal applied as the contact layer, the nickel oxide (NiO), a semiconductor oxide, is formed in an island shape, and at the same time, nickel oxide (NiO) in which gold (Au) metal is distributed in an island shape. It was found to have a structure covering the upper layer and between). In particular, nickel oxide (NiO) is formed when Ni-Au thinly deposited on the upper layer of the nitride-based cladding layer is heat-treated in an oxygen (O 2) atmosphere, and the height of the Schottky barrier formed between gallium nitride (GaN) and the electrode is increased. It reduces the width (Schottky barrier height & width: SBH & SBW) and through this electrode, the carrier can be easily supplied to the device when an external voltage is applied. The reason why the thin film layer made of thin Ni-Au oxidized as described above showed an excellent ohmic behavior, which is an excellent electrical property, is not only a role of nickel oxide (NiO), which leads to reduction of SBH & SBW, but also gold, which leads to the improvement of current spreading in the lateral direction. (Au) A metal component.

상기한 Ni-Au 박막층의 오믹성 거동에 대한 메카니즘(mechanism) 이외에도 피형 질화물계 클래드층 상층부에 얇은 니켈-금으로 이루어진 박막층을 형성시킨 후에 열처리하면 피형 질화물계 클래드층 내부에 실효 홀 농도(net effective hole concentration)를 제한하고 있는 Mg-H 금속간 화합물을 제거하여 피형 질화물계 클래드층 표면에서 마그네슘 도펀트(dopant) 농도를 증가시키는 재활성화(reactivation) 과정을 통해서 피형 질화물계 클래드층 표면에서 이러한 실효 홀 농도가 1018 이상이 되게 하여 피형 질화물계 클래드층과 니켈산화물을 함유한 오믹컨택트층 사이에 터널링 전도(tunneling transport)를 일으켜 낮은 비접촉저항 값을 지닌 오믹성 거동을 보이는 것으로 이해되고 있다.   In addition to the mechanism for the ohmic behavior of the Ni-Au thin film layer, a thin nickel-gold thin film layer is formed on the upper layer of the nitride-based cladding layer and then heat treated to form an effective hole concentration in the nitride-based cladding layer. This effective hole on the surface of the nitride-based cladding layer is removed through a reactivation process that removes the Mg-H intermetallic compound that limits the hole concentration, thereby increasing the magnesium dopant concentration on the surface of the nitride-based cladding layer. It is understood that a concentration of 1018 or more causes tunneling transport between the nitride-based cladding layer and the ohmic contact layer containing nickel oxide, thereby exhibiting ohmic behavior with low specific contact resistance.

그러나 산화시킨 Ni-Au으로 형성되는 반투명 피형 오믹컨택트 전극구조체를 이용한 TELED는 빛투과도를 저해하고 있는, 즉 LED 활성층에서 생성된 다량의 빛을 흡수하는 금(Au) 금속 성분을 포함하고 있어 외부발광효율이 낮아 향후 대면적 및 대용량 고휘도 조명용 LED 응용에 한계점을 갖고 있다. 최근 들어 이러한 탑에미트형 및 플립칩 발광 다이오드의 소자의 한계를 다소나마 극복하고자, 기존에 피형 오믹컨택트층으로 사용되고 있는 반투명의 Ni-Au 구조보다 우수한 빛투과도를 갖는 투명전도성 산화물, 예를 들면 ITO를 이용하고자 하는 연구내용이 문헌[T. Margalith et al., Appl. Phys. Lett. Vol.74. p3930 (1999)]를 통해 보고되고 있다. 최근 ITO 오믹컨택트층을 이용하여 기존의 니켈-금 구조와 비교 시 보다 향상된 출력(output power)을 나타내는 TELED를 구현하였다는 내용이 문헌[Solid-State Electronics vol.47. p849 (2003)]을 통해 보고되고 있다. 그러나 이러한 구조의 오믹컨택트층은 발광 다이오드의 출력을 증대시킬 수 있지만 상대적으로 높은 동작 전압을 나타내는 문제점을 갖고 있는데 그 근본적인 원인은 앞서 설명된 바와 같이 피형 질화물계 반도체의 일함수 값에 비해 상대적으로 작은 값을 지니고 있어, 피형 질화물계 클래드층과 ITO 오믹컨택트층 사이의 계면에 높은 쇼트키 장벽을 형성하여 원활한 캐리어 주입이 어려워 다량의 열 발생과 이로 인하여 짧은 소자 수명 등을 야기한다.   However, TELEDs using semi-transparent, ohmic contact electrode structures formed of oxidized Ni-Au contain gold (Au) metal components that inhibit light transmission, that is, absorb a large amount of light generated in the LED active layer. The low efficiency limits the application of large-area and high-capacity high-brightness LED applications in the future. Recently, in order to overcome some of the limitations of the devices of the top-emit type and flip chip light emitting diodes, transparent conductive oxides having an excellent light transmittance, for example, than the semi-transparent Ni-Au structure, which is conventionally used as an ohmic contact layer, for example, The research aimed at using ITO is described in T. Margalith et al., Appl. Phys. Lett. Vol. 74. p3930 (1999). Recently, the use of the ITO ohmic contact layer to implement TELED exhibiting improved output power compared to the conventional nickel-gold structure is described in Solid-State Electronics vol.47. p849 (2003). However, the ohmic contact layer of such a structure can increase the output of the light emitting diode, but has a problem of showing a relatively high operating voltage. The root cause is relatively small compared to the work function of the nitride-based semiconductor as described above. Because of the high value, a high Schottky barrier is formed at the interface between the nitride-based cladding layer and the ITO ohmic contact layer, which makes it difficult to inject a carrier smoothly, causing a large amount of heat generation and a short device life.

상기한 바와 같이 피형 질화물계 클래드층 상층부에 ITO 및 ZnO 등과 같은 TCO들을 직접적으로 증착/접촉시키면 높고 두꺼운 SBH 및 SBW가 각각 생성되어 양질의 오믹컨택트층을 형성하지 못하는데, 이를 해결하고자 더 최근 들어 국내 광주과학기술원(GIST)의 연구그룹에서는 피형 질화물계 클래드층과 TCO들 사이에 얇은 제 2의 TCO 층을 삽입하여 열처리하여 100 나노미터(nm) 이하의 입자들(particles)을 만들어 양질의 오믹컨택트층을 형성한 결과들이 발표되었다. 이러한 계면에 생성된 나노 입자들은 계면에서 전기장(electric field)을 유발하고, 이처럼 유발된 전기장이 쇼키장벽의 높이 및 폭을 낮추어 주고 쇼키성 거동을 보인 TCO 전극을 오믹성 거동으로 전환시켜주는 역할을 한 것으로 분석되었다.   As described above, when TCOs such as ITO and ZnO are directly deposited / contacted on the upper layer of the nitride-based cladding layer, high and thick SBH and SBW are generated, respectively, to prevent the formation of a high quality ohmic contact layer. GIST's research group inserts a thin second TCO layer between the nitride nitride cladding layer and the TCOs and heats them to produce particles of less than 100 nanometers (nm). The results of the formation of the layers have been published. The nanoparticles generated at these interfaces generate an electric field at the interface, and this induced electric field lowers the height and width of the schottky barrier and converts the TCO electrode exhibiting schottky behavior into ohmic behavior. Was analyzed.

본 발명은 상기한 바와 같이 양질의 고투명전도성 다중 피형 오믹컨택트층(multi P-type ohmic contact layer) 갖고 있는 질화물계 발광 다이오드(LED)를 제작하기 위해서 창안된 것으로서, 기존의 널리 알려진 ITO 및 ZnO 등과 같은 일반 투명전도성 산화물(TCO) 또는 TiN와 같은 투명전도성 질화물(TCN)들보다 투명전도성 박막층 물질로서 더 우수한 장점(FOM)들을 갖고 있는 투명전도성 질소산화물 (TCON)을 이용하여 낮은 비접촉저항과 높은 빛투과도를 제공할 수 있는 고유한 고품위 투명전도성 다중 피형 오믹컨택트 전극구조체를 개발하고, 이를 적용한 탑에미트형 그룹 3족 질화물계 발광 다이오드 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.As the invention is of high quality highly transparent conductive pihyeong multi ohmic contact layer (P -type multi ohmic contact layer) as been made to produce a nitride-based light-emitting diode (LED) which has, in the well known conventional ITO and ZnO as described above, Low specific contact resistance and high light by using transparent conductive nitrogen oxide (TCON), which has advantages as a transparent conductive thin film material (FOM) over transparent conductive nitrides (TCN) such as TCO or TiN. The purpose of the present invention is to develop a unique high-grade transparent conductive multi-type ohmic contact electrode structure capable of providing a transmittance, and to provide a top-emitting group group III nitride-based light emitting diode and a method of manufacturing the same.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 질화물계 발광소자는 엔형 질화물계 클래드층(N-type nitride cladding layer)과 피형 질화물계 클래드층(P-type nitride cladding layer) 사이에 질화물계 활성층(nitride active layer)을 갖는 질화물계 발광소자(특히, 발광 다이오드)에 있어서, 상기 피형 질화물계 클래드층 상층부에 적어도 한층 이상의 투명전도성 질소산화물(transparent conducting oxynitride : TCON)을 포함하고 있는 다중 피형 오믹컨택트층(multi P-type ohmic contact layer)을 구비하고, 상기 투명전도성 질소산화물(TCON)은 인듐(In), 주석(Sn), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 타이타늄(Ti), 몰리브덴늄(Mo), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 루세늄(Ru), 또는 팔라듐(Pd) 금속들 중에서 적어도 하나 이상의 성분을 주성분으로 하고 산소(O) 및 질소(N)가 반드시 동시에 결합하여 형성된 물질을 말한다. 바람직하게는 상기 투명전도성 질소산화물(TCON)은 전기적 특성을 조절하기 위해서 다른 금속 성분들이 도펀트(dopant)로서 더 포함될 수 있다. 여기서 도펀트로 적용되는 금속들은 원소 주기율표상에서 금속으로 분류된 원소가 적용된다. 또한 도펀트로 적용되는 금속 물질이외에도 불소(F) 및 황(S)을 포함하는 것이 바 람직하다. 또한 상기 투명전도성 질소산화물(TCON)에 대한 상기 도펀트의 첨가비는 0.001 내지 20 웨이트 퍼센트(wt. %)로 적용되는 것이 바람직하다.In order to achieve the above object, a nitride based light emitting device according to the present invention includes a nitride based active layer between an N- type nitride cladding layer and a P- type nitride cladding layer. In a nitride-based light emitting device (especially a light emitting diode) having an active layer, a multiple-type ohmic contact layer (TCON) containing at least one or more transparent conducting oxynitride (TCON) on the upper part of the nitride-based cladding layer ( It has a multi P- type ohmic contact layer, and the transparent conductive nitrogen oxide (TCON) is indium (In), tin (Sn), zinc (Zn), cadmium (Cd), gallium (Ga), aluminum (Al) , Magnesium (Mg), titanium (Ti), molybdenum (Mo), nickel (Ni), copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), rhodium (Rh), iridium (Ir ), Ruthenium (Ru), or at least one of the palladium (Pd) metals as a main component And oxygen (O) and nitrogen (N) is a material formed by combining at the same time. Preferably, the transparent conductive nitrogen oxide (TCON) may further include other metal components as dopants in order to control electrical properties. Herein, the metals applied as dopants are applied with elements classified as metals on the periodic table of elements. It is also preferable to include fluorine (F) and sulfur (S) in addition to the metal material to be applied as a dopant. In addition, the addition ratio of the dopant to the transparent conductive nitrogen oxide (TCON) is preferably applied to 0.001 to 20 weight percent (wt.%).

본 발명의 또 다른 측면에 따르면 상기한 다중 피형 오믹컨택트층은 투명전도성 질소산화물(TCON) 이외에도 다음과 같이, 피형 질화물계 클래드층 상층부에서 오믹접촉 전극을 형성하는데 유리한 금속(metal) 및 이들 금속을 모체로 하는 합금/고용체(alloy/solid solution), 일반 전도성 산화물(conducting oxide), 투명전도성 산화물(TCO), 및 투명전도성 질화물(TCN) 등과 함께 적층 순서와는 무관하게 접목하여 형성시킬 수 있다.   According to another aspect of the present invention, in addition to the transparent conductive nitrogen oxide (TCON), the multi-type ohmic contact layer may include metals and metals that are advantageous for forming ohmic contact electrodes on the upper part of the nitride-based cladding layer as follows. It can be formed by incorporating a parent alloy / solid solution, a common conducting oxide, a transparent conductive oxide (TCO), a transparent conductive nitride (TCN), and the like regardless of the stacking order.

금속(metal) 및 이들 금속을 모체로 하는 합금/고용체(alloy/solid solution) : 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 금(Au), 로듐(Rh), 루세늄(Ru), 이리듐(Ir), 은(Ag), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 베릴륨(Be), 구리(Cu), 코발트(Co), 주석(Sn), 희토류 금속들(rare earth metal), 또는 이들 금속을 모체로 하는 합금/고용체.   Metals and alloys / solid solutions based on these metals: platinum (Pt), palladium (Pd), nickel (Ni), gold (Au), rhodium (Rh), ruthenium (Ru) ), Iridium (Ir), silver (Ag), zinc (Zn), magnesium (Mg), beryllium (Be), copper (Cu), cobalt (Co), tin (Sn), rare earth metals Or an alloy / solid solution based on these metals.

일반 전도성 산화물(conducting oxide) : 니켈산화물(Ni-O), 로듐산화물(Rh-O), 루세늄산화물(Ru-O),이리듐산화물(Ir-O), 구리산화물(Cu-O), 코발트산화물(Co-O), 텅스텐산화물(W-O), 또는 타이타늄산화물(Ti-O).    General conducting oxide: Nickel oxide (Ni-O), rhodium oxide (Rh-O), ruthenium oxide (Ru-O), iridium oxide (Ir-O), copper oxide (Cu-O), cobalt Oxide (Co-O), tungsten oxide (WO), or titanium oxide (Ti-O).

투명전도성 산화물(TCO) : 인듐산화물(In2O3), 주석산화물(SnO2), 인듐주석산화물(ITO), 아연산화물(ZnO), 마그네슘(MgO), 캐드뮴산화물(CdO), 마그네슘아연산화물(MgZnO), 인듐아연산화물(InZnO), 인듐주석산화물(InSnO), 구리알루미늄산화물(CuAlO2), 실버산화물(Ag2O), 갈륨산화물(Ga2O3), 아연주석산화물(ZnSnO), 아연인듐주석산화물(ZITO), 또는 이들 투명전도성 산화물이 결합된 또 다른 산화물들.   Transparent conductive oxide (TCO): indium oxide (In2O3), tin oxide (SnO2), indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), magnesium (MgO), cadmium oxide (CdO), magnesium zinc oxide (MgZnO) , Indium zinc oxide (InZnO), indium tin oxide (InSnO), copper aluminum oxide (CuAlO2), silver oxide (Ag2O), gallium oxide (Ga2O3), zinc tin oxide (ZnSnO), zinc indium tin oxide (ZITO), or Still other oxides to which these transparent conductive oxides are combined.

투명전도성 질화물(TCN) : 타이타늄질화물(TiN), 크롬질화물(CrN), 텅스텐(WN), 탄탈륨(TaN), 니오븀(NbN).   Transparent conductive nitride (TCN): titanium nitride (TiN), chromium nitride (CrN), tungsten (WN), tantalum (TaN), niobium (NbN).

또한 더 바람직하게는 상기한 산화물 및 질화물에 이들 물질들의 전기적 특성을 향상시키기 위해서 제 3의 물질, 즉 도판트(dopant)를 첨가시킬 수 있다.   More preferably, a third material, ie, a dopant, may be added to the above-described oxides and nitrides in order to improve the electrical properties of these materials.

또한 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 그룹 3족 질화물계 발광소자의 제조방법은 엔형 질화물계 클래드층(N-type nitride cladding layer)과 피형 질화물계 클래드층(P-type nitride cladding layer) 사이에 질화물계 활성층(nitride active layer)을 갖는 질화물계 발광소자의 제조방법에 있어서,In addition, in order to achieve the above object, a method of manufacturing a group III nitride light emitting device according to the present invention includes an N- type nitride cladding layer and a P- type nitride cladding layer. In the manufacturing method of the nitride-based light emitting device having a nitride active layer (nitride active layer) in between,

가. 기판 상층부에 엔형 질화물계 클래드층, 활성층, 및 피형 질화물계 클래드층이 순차적으로 적층된 발광구조체의 상기 피형 질화물계 클래드층 상층부에 적어도 한층 이상 투명전도성 질소산화물(transparent conducting oxynitride : TCON)을 포함하는 다중 피형 오믹컨택트 전극구조체를 적층하는 단계와;    end. At least one transparent conducting oxynitride (TCON) in the upper layer of the nitride-based cladding layer of the light emitting structure in which the en-type nitride-based cladding layer, the active layer, and the nitride-based cladding layer are sequentially stacked on the substrate. Stacking the multi-type ohmic contact electrode structures;

나. 상기 가 단계를 거쳐서 적층된 다층 전극을 양질의 오믹컨택트층을 형성하기 위해서 열처리하는 단계;를 포함하고, 상기 가 단계에서 상기 투명전도성 질소산화물(TCON)은 인듐(In), 주석(Sn), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 타이타늄(Ti),몰리브덴늄(Mo), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 루세늄(Ru), 또는 팔라듐(Pd) 금속들 중에서 적어도 하나 이상의 성분을 주성분으로 하고 산소(O) 및 질소(N)가 반드시 동시에 결합하여 형성된 물질을 말한다.   I. And heat treating the stacked multilayer electrodes to form a high quality ohmic contact layer. The transparent conductive nitrogen oxide (TCON) may include indium (In), tin (Sn), and the like. Zinc (Zn), Cadmium (Cd), Gallium (Ga), Aluminum (Al), Magnesium (Mg), Titanium (Ti), Molybdenum (Mo), Nickel (Ni), Copper (Cu), Silver (Ag) At least one of gold (Au), platinum (Pt), rhodium (Rh), iridium (Ir), ruthenium (Ru), or palladium (Pd) metals as a main component, and oxygen (O) and nitrogen ( N) refers to a material formed by binding at the same time.

상기 열처리단계는 100도 내지 800도에서 10초 내지 3시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 열처리 단계는 상기 오믹컨택트 전극구조체가 내장된 반응기내에 질소(N2), 산소(O2), 수소(H2), 공기, 아르곤(Ar), 또는 헬륨(He) 개스 중 적어도 하나를 포함하는 기체 분위기에서 수행한다.   The heat treatment step is preferably performed for 10 seconds to 3 hours at 100 to 800 degrees. The heat treatment may include at least one of nitrogen (N 2), oxygen (O 2), hydrogen (H 2), air, argon (Ar), or helium (He) gas in the reactor in which the ohmic contact electrode structure is embedded. It is carried out in a gas atmosphere.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 그룹 3족 질화물계 발광소자 및 그 제조방법을 보다 상세하게 설명한다.   Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred group group III nitride-based light emitting device and a method of manufacturing the same.

이하의 설명에서 참조되는 도면들에서 동일기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기한다.   In the drawings referred to in the following description, elements having the same function are denoted by the same reference numerals.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 다중 다중 오믹컨택트 전극구조체가 적용된 발광 다이오드를 나타내 보인 단면도이다.    1 is a cross-sectional view illustrating a light emitting diode to which a multiple multiple ohmic contact electrode structure according to a first embodiment of the present invention is applied.

상세하게는 도 1(a)은 절연성 성장기판인 사파이어(10) 상층부에 적층/성장된 그룹 3족 질화물계 탑에미트형 발광 다이오드(TELED)를 나타낸 단면도이고, 반면에 도 1(b)은 전기적으로 전도성을 갖는 기판, 즉 실리콘카바이드(SiC), 아연산화물(ZnO), 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs), 또는 이미 많은 문헌 등에서 공지된 일렉트로프레이팅(electroplating)/본딩 트랜스퍼(bonding transfer) 방법에 의해서 형성되는 금속(Cu, Ni, Al, 등) 또는 합금(alloy)등과 같은 전도성 물질층 상층부에 형성된 그룹 3족 질화물계 탑에미트형 발광 다이오드(TELED)를 나타낸 단면이다.    In detail, FIG. 1 (a) is a cross-sectional view showing a group III nitride-based top-emitting type light emitting diode (TELED) stacked / grown on an upper layer of sapphire 10, which is an insulating growth substrate, whereas FIG. Electrically conductive substrates, namely silicon carbide (SiC), zinc oxide (ZnO), silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), or electroplating / bonding transfers known in many literatures, etc. A cross-sectional view showing a group III-nitride-based top-emitting light emitting diode (TELED) formed on an upper layer of a conductive material layer such as metal (Cu, Ni, Al, etc.) or alloy formed by the method.

도면을 참조하면, 발광소자는 기판(10), 저온 핵생성층(20), 질화물계 버퍼층(30), 엔형 질화물계 클래드층(40), 질화물계 활성층(50), 피형 질화물계 클래드층(60), 다중 피형 오믹컨택트층(70)이 순차적으로 적층된 구조로 되어 있다. 참조부호 80은 피형 전극패드이고, 90은 엔형 전극패드이다.   Referring to the drawings, the light emitting device includes a substrate 10, a low temperature nucleation layer 20, a nitride buffer layer 30, an N-type nitride cladding layer 40, a nitride-based active layer 50, and a nitride-based cladding layer ( 60), a multi-layered ohmic contact layer 70 is laminated in this order. Reference numeral 80 denotes a shaped electrode pad, and 90 denotes an N-type electrode pad.

여기서 기판(10)으로부터 피형 질화물계 클래드층(60)까지가 발광구조체에 해당하고, 피형 질화물계 클래드층(60) 상층부에 적층된 다층 구조체가 피형 전극구조체에 해당한다.    The substrate 10 to the nitride nitride cladding layer 60 correspond to the light emitting structure, and the multilayer structure stacked on the upper portion of the nitride nitride cladding layer 60 corresponds to the electrode structure.

기판(10)은 사파이어(Al2O3), 실리콘카바이드(SiC), 아연산화물(ZnO), 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs), 또는 이미 많은 문허등에서 공지된 일렉트로프레이팅(electroplating)/본딩 트랜스퍼(bonding transfer) 방법에 의해서 형성되는 금속(Cu, Ni, Al, 등) 또는 합금(alloy)등과 같은 물질들 중 어느 하나로 형성된 것이 바람직하다.   The substrate 10 may be formed of sapphire (Al 2 O 3), silicon carbide (SiC), zinc oxide (ZnO), silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), or electroplating / bonding transfer (also known in many literatures). It is preferably formed of any one of materials such as metal (Cu, Ni, Al, etc.) or alloy (alloy) formed by a bonding transfer method.

저온 핵생성층(20)은 700도 이하의 저온에서 형성된 비정질(amorphous) 질화갈륨(GaN) 또는 질화알루미늄(AlN)이 바람직하며, 경우에 따라서 생략될 수 있다.   The low temperature nucleation layer 20 is preferably amorphous gallium nitride (GaN) or aluminum nitride (AlN) formed at a low temperature of 700 degrees or less, and may be omitted in some cases.

질화물계 버퍼층(30)으로부터 피형 질화물계 클래드층(60)까지의 각 층은 3족 질화물계 화합물의 일반식인 AlxInyGazN(x, y, z : 정수) 중 선택된 어느 화합물을 기본으로 하여 형성되고, 엔형 질화물계 클래드층(40) 및 피형 질화물계 클래드층(60)은 해당 도펀트가 첨가된다.   Each layer from the nitride buffer layer 30 to the nitride nitride cladding layer 60 is formed on the basis of any compound selected from AlxInyGazN (x, y, z: integer), which is a general formula of a group III nitride compound, The dopant is added to the nitride cladding layer 40 and the nitride nitride cladding layer 60.

또한 질화물계 활성층(50)은 단층, 다중 양자 우물(multi quantum well : MQW), 다중 양자 점/선(multi quantum dot/wire), 또는 양자 점/선 및 우물이 섞여 있는 층 등 공지된 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 일예로서 질화갈륨(GaN) 화합물을 적용하는 경우, 버퍼층(30)은 GaN으로 형성되고, 엔형 질화물계 클래드층(40)은 GaN에 엔형 도펀트로서 Si, Ge, Se, Te등이 첨가되어 형성되고, 활성층은 InGaN/GaN MQW 또는 AlGaN/GaN MQW로 형성되며, 피형 질화물계 클래드층(60)은 GaN 에 피형 도펀트로서 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등이 첨가되어 형성된다.   In addition, the nitride-based active layer 50 may be a variety of known methods such as monolayer, multi quantum well (MQW), multi quantum dot / wire, or a layer in which quantum dots / lines and wells are mixed. It may be configured as. For example, when a gallium nitride (GaN) compound is applied, the buffer layer 30 is formed of GaN, and the N-type nitride cladding layer 40 is formed by adding Si, Ge, Se, Te, etc. to GaN as an n-type dopant. The active layer is formed of InGaN / GaN MQW or AlGaN / GaN MQW, and the nitride-based cladding layer 60 is formed by adding Mg, Zn, Ca, Sr, Ba, etc. to GaN as a dopant.

엔형 질화물계 클래드층(40)과 엔형 전극패드(90) 사이에는 엔형 오믹컨택트층(미도시)이 개제될 수 있고, 엔형 오믹컨택트층은 타이타늄(Ti)과 알루미늄(Al)이 순차적으로 적층된 층구조 등 공지된 다양한 구조가 적용될 수 있다.   An en-type ohmic contact layer (not shown) may be interposed between the en-type nitride cladding layer 40 and the en-type electrode pad 90, and the en-type ohmic contact layer is formed by sequentially stacking titanium (Ti) and aluminum (Al). Various known structures such as a layer structure can be applied.

상기한 바와같이 본 발명 특허의 핵심기술인 다중 다중 오믹컨택트층(70)은 피형 질화물계 클래드층(60) 상층부에 적어도 한층 이상의 투명전도성 질소산화물(transparent conducting oxynitride : TCON)을 포함하고 있는 피형 다중 오믹컨택트층(70)을 구비하고, 상기 투명전도성 질소산화물(TCON)은 인듐(In), 주석(Sn), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 타이타늄(Ti),몰리브덴늄(Mo), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 루세늄(Ru), 또는 팔라듐(Pd) 금속들 중에서 적어도 하나 이상의 성분을 주성분으로 하고 산소(O) 및 질소(N)가 반드시 동시에 결합하여 형성된 물질을 말한다. 바람직하게는 상기 투명전도성 질소산화물(TCON)은 전기적 특성을 조절하기 위해서 다른 금속 성분들이 도펀트(dopant)로서 더 포함될 수 있다. 여기서 도펀트로 적용되는 금속들은 원소 주기율표상에서 금속으로 분류된 원소가 적용된다. 또한 도펀트로 적용되는 금속 물질이외에도 불소(F) 및 황(S)을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 상기 투명전도성 질소산화물(TCON)에 대한 상기 도펀트의 첨가비는 0.001 내지 20 웨이트 퍼센트(wt. %)로 적용되는 것이 바람직하다.   As described above, the multiple multi-ohmic contact layer 70, which is the core technology of the present invention, has a multi-layered ohmic including at least one or more transparent conducting oxynitride (TCON) on the upper layer of the nitride-based cladding layer 60. The transparent conductive nitrogen oxide (TCON) is provided with a contact layer 70, and indium (In), tin (Sn), zinc (Zn), cadmium (Cd), gallium (Ga), aluminum (Al), magnesium ( Mg), titanium (Ti), molybdenum (Mo), nickel (Ni), copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), rhodium (Rh), iridium (Ir), rousse It refers to a material formed by combining at least one or more components of nium (Ru) or palladium (Pd) metals with oxygen (O) and nitrogen (N) necessarily bonded at the same time. Preferably, the transparent conductive nitrogen oxide (TCON) may further include other metal components as dopants in order to control electrical properties. Herein, the metals applied as dopants are applied with elements classified as metals on the periodic table of elements. In addition to the metal material to be applied as a dopant, it is preferable to include fluorine (F) and sulfur (S). In addition, the addition ratio of the dopant to the transparent conductive nitrogen oxide (TCON) is preferably applied to 0.001 to 20 weight percent (wt.%).

본 발명의 또 다른 측면에 따르면 상기한 피형 다중 오믹컨택트층(70)은 투명전도성 질소산화물(TCON)이외에도 하기와 같이, 피형 질화물계 클래드층(60) 상층부 에서 오믹접촉 전극을 형성하는데 유리한 금속(metal) 및 이들 금속을 모체로 하는 합금/고용체(alloy/solid solution), 일반 전도성 산화물(conducting oxide), 투명전도성 산화물(TCO), 및 투명전도성 질화물(TCN)등과 함께 적층 순서와는 무관하게 접목하여 형성시킬 수 있다.   According to another aspect of the present invention, in addition to the transparent conductive nitrogen oxide (TCON), the corrugated multiple ohmic contact layer 70 is advantageous in forming an ohmic contact electrode on the upper layer of the nitride-based cladding layer 60 as follows. metals and alloys / solid solutions based on these metals, common conducting oxides, transparent conducting oxides (TCOs), and transparent conducting nitrides (TCNs), etc. Can be formed.

금속(metal) 및 이들 금속을 모체로 하는 합금/고용체(alloy/solid solution) : 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 금(Au), 로듐(Rh), 루세늄(Ru), 이리듐(Ir), 은(Ag), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 베릴륨(Be), 구리(Cu), 코발트(Co), 주석(Sn), 희토류 금속들(rare earth metal), 또는 이들 금속을 모체로 하는 합금/고용체.   Metals and alloys / solid solutions based on these metals: platinum (Pt), palladium (Pd), nickel (Ni), gold (Au), rhodium (Rh), ruthenium (Ru) ), Iridium (Ir), silver (Ag), zinc (Zn), magnesium (Mg), beryllium (Be), copper (Cu), cobalt (Co), tin (Sn), rare earth metals Or an alloy / solid solution based on these metals.

일반 전도성 산화물(conducting oxide) : 니켈산화물(Ni-O), 로듐산화물(Rh-O), 루세늄산화물(Ru-O),이리듐산화물(Ir-O), 구리산화물(Cu-O), 코발트산화물(Co-O), 텅스텐산화물(W-O), 또는 타이타늄산화물(Ti-O).    General conducting oxide: Nickel oxide (Ni-O), rhodium oxide (Rh-O), ruthenium oxide (Ru-O), iridium oxide (Ir-O), copper oxide (Cu-O), cobalt Oxide (Co-O), tungsten oxide (WO), or titanium oxide (Ti-O).

투명전도성 산화물(TCO) : 인듐산화물(In2O3), 주석산화물(SnO2), 인듐주석산화물(ITO), 아연산화물(ZnO), 마그네슘(MgO), 캐드뮴산화물(CdO), 마그네슘아연산화물(MgZnO), 인듐아연산화물(InZnO), 인듐주석산화물(InSnO), 구리알루미늄산화물(CuAlO2), 실버산화물(Ag2O), 갈륨산화물(Ga2O3), 아연주석산화물(ZnSnO), 아연인듐주석산화물(ZITO), 또는 이들 투명전도성 산화물이 결합된 또 다른 산화물들.   Transparent conductive oxide (TCO): indium oxide (In2O3), tin oxide (SnO2), indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), magnesium (MgO), cadmium oxide (CdO), magnesium zinc oxide (MgZnO) , Indium zinc oxide (InZnO), indium tin oxide (InSnO), copper aluminum oxide (CuAlO2), silver oxide (Ag2O), gallium oxide (Ga2O3), zinc tin oxide (ZnSnO), zinc indium tin oxide (ZITO), or Still other oxides to which these transparent conductive oxides are combined.

투명전도성 질화물(TCN) : 타이타늄질화물(TiN), 크롬질화물(CrN), 텅스텐(WN), 탄탈륨(TaN), 또는 니오븀(NbN).   Transparent conductive nitride (TCN): titanium nitride (TiN), chromium nitride (CrN), tungsten (WN), tantalum (TaN), or niobium (NbN).

또한 더 바람직하게는 상기한 산화물 및 질화물에 이들 물질들의 전기적 특성을 향상시키기 위해서 제 3의 물질, 즉 도판트(dopant)를 첨가시킬 수 있다.   More preferably, a third material, ie, a dopant, may be added to the above-described oxides and nitrides in order to improve the electrical properties of these materials.

또한 다중 피형 오믹컨택트층(70)은 1 나노미터 내지 1000 나노미터의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.   In addition, the multilayered ohmic contact layer 70 is preferably formed to a thickness of 1 nanometer to 1000 nanometers.

또한 다중 피형 오믹컨택트층(70)을 형성하기 위해 적용되는 증착온도는 20도 내지 1500도 범위 내에서, 증착기 내의 압력은 대기압 내지 10-12 토르(torr) 정도에서 수행한다.    In addition, the deposition temperature applied to form the multiple-type ohmic contact layer 70 is in the range of 20 degrees to 1500 degrees, and the pressure in the evaporator is performed at atmospheric pressure to about 10-12 torr.

또한 다중 피형 오믹컨택트층(70)을 형성한 후에는 열처리(annealing)과정을 거치는 것이 바람직하다. 열처리(annealing)는 반응기내의 온도를 100도 내지 800도에서 진공 또는 가스 분위기에서 10초 내지 3시간 정도 수행한다. 열처리시 반응기 내에 투입되는 가스는 질소, 아르곤, 헬륨, 산소, 수소, 공기 중 적어도 하나 이상의 기체가 적용될 수 있다.   In addition, after forming the multi-type ohmic contact layer 70, it is preferable to undergo an annealing process. Annealing is performed at a temperature in the reactor at 100 to 800 degrees for 10 seconds to 3 hours in a vacuum or gas atmosphere. At least one gas of nitrogen, argon, helium, oxygen, hydrogen, or air may be applied to the gas introduced into the reactor during the heat treatment.

피형 전극패드(80)는 니켈(Ni)/금(Au), 은(Ag)/금(Au), 타이타늄(Ti)/금(Au), 니켈(Ni)/금(Au), 팔라듐(Pd)/금(Au), 또는 크롬(Cr)/금(Au) 등이 순차적으로 적층된 층구조가 적용될 수 있다.   The electrode pad 80 is formed of nickel (Ni) / gold (Au), silver (Ag) / gold (Au), titanium (Ti) / gold (Au), nickel (Ni) / gold (Au), and palladium (Pd). A layer structure in which) / gold (Au), or chromium (Cr) / gold (Au) is sequentially stacked may be applied.

각 층의 형성방법은 전자빔 또는 열 증착기(e-beam or thermal evaporator), 레이저 에너지원을 이용한 PLD(pulsed laser deposition), 이중형의 열증착기(dual-type thermal evaporator) 스퍼터링(sputtering) 등의 물리적인 증착 방법(physical vapor deposition : PVD)와 일렉트로플레이팅(electroplating), 금속 유기 화학 증기 증착법(metaloganic chemical vapor deposition)등의 화학반응을 이용하는 화학적인 증착 방법(chemical vapor deposition : CVD)에 의해 형성 된다.   The method of forming each layer is physical such as electron beam or thermal evaporator, pulsed laser deposition using laser energy source, dual-type thermal evaporator sputtering, etc. It is formed by chemical vapor deposition (CVD) using chemical reactions such as physical vapor deposition (PVD), electroplating, and metal-organic chemical vapor deposition.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 다중 피형 오믹컨택트 전극구조체가 적용된 발광 다이오드를 나타내 보인 단면도이다.    2 is a cross-sectional view illustrating a light emitting diode to which a multi-type ohmic contact electrode structure according to a second exemplary embodiment of the present invention is applied.

상세하게는 도 2(a)는 절연성 성장기판인 사파이어(10) 상층부에 적층/성장된 그룹 3족 질화물계 탑에미트형 발광 다이오드(TELED)를 나타낸 단면도이고, 반면에 도 2(b)는 전기적으로 전도성을 갖는 기판, 즉 실리콘카바이드(SiC), 아연산화물(ZnO), 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs), 또는 이미 많은 문헌 등에서 공지된 일렉트로프레이팅(electroplating)/본딩 트랜스퍼(bonding transfer) 방법에 의해서 형성되는 금속(Cu, Ni, Al, 등) 또는 합금(alloy)등과 같은 전도성 물질층 상층부에 형성된 그룹 3족 질화물계 탑에미트형 발광 다이오드(TELED)를 나타낸 단면이다.    In detail, FIG. 2 (a) is a cross-sectional view illustrating a group III-nitride-based top-emitting type light emitting diode (TELED) laminated / grown on an upper layer of sapphire 10, which is an insulating growth substrate, whereas FIG. Electrically conductive substrates, namely silicon carbide (SiC), zinc oxide (ZnO), silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), or electroplating / bonding transfers known in many literatures, etc. A cross-sectional view showing a group III-nitride-based top-emitting light emitting diode (TELED) formed on an upper layer of a conductive material layer such as metal (Cu, Ni, Al, etc.) or alloy formed by the method.

무엇보다도 상기한 제1실시예와는 확연히 다른 적층구조로서 피형 질화물계 클래드(60상층부에 다중 피형 오믹컨택트층(70)을 형성시키기 전에 터널 정션층(tunnel junction layer : 100)이 삽입된 적층구조를 갖고 있다.    First of all, the laminated structure in which the tunnel junction layer 100 is inserted before the formed nitride-based cladding (multiple-type ohmic contact layer 70 is formed on the upper 60 layer) is a different stacked structure from the first embodiment. Have

이처럼 도입된 터널 정션층(100)은 그룹 3-5족 원소로 구성되는 AlaInbGacNxPyAsz (a, b, c, x, y, z ; 정수)로 표현한 화합물 중 선택된 어느 화합물을 기본으로 하여 50 나노미터(nm) 이하의 두께로 형성된 단층(single layer), 바람직하게는 이중층(bi-layer), 삼중층(tri-layer), 또는 그 이상의 적층구조로 형성될 수 있다.The tunnel junction layer 100 thus introduced is a compound represented by Al a In b Ga c N x P y As z (a, b, c, x, y, z; integer) composed of group 3-5 elements. Based on any compound selected, a single layer, preferably a bi-layer, tri-layer, or more stacked structure formed to a thickness of 50 nanometers or less may be formed. Can be.

바람직하게는 이미 여러 문헌에서 공지된 슈퍼래티스 구조(superlattice structure)를 터널 정션층(100)로 한다. 일예로 InGaN/GaN, AlGaN/GaN, AlInN/GaN, AlGaN/InGaN, AlInN/InGaN, AlN/GaN, 또는 AlGaAs/InGaAs 등처럼 그룹 3-5족 원소들로 형성된 얇은 적층구조로서 반복적으로 최대 30쌍(30 pairs)까지를 적층할 수 있다.   Preferably, the superlattice structure already known in the literature is referred to as the tunnel junction layer 100. For example, a thin lamination structure formed of Group 3-5 elements such as InGaN / GaN, AlGaN / GaN, AlInN / GaN, AlGaN / InGaN, AlInN / InGaN, AlN / GaN, or AlGaAs / InGaAs, and the like, and have a maximum of 30 pairs repeatedly. Up to 30 pairs can be laminated.

더욱 바람직하게는 그룹 2족 원소(Mg, Be, Zn) 또는 그룹 4족 원소(Si, Ge)가 첨가된 단결정(epitaxy), 다결정(poly-crystal), 또는 비정질(amorphous) 물질층을 말한다.   More preferably, it refers to a single crystal, poly-crystal, or amorphous material layer to which group group elements (Mg, Be, Zn) or group group elements (Si, Ge) are added.

도면을 참조하면, 발광소자는 기판(10), 저온 핵생성층(20), 질화물계 버퍼층(30), 엔형 질화물계 클래드층(40), 질화물계 활성층(50), 피형 질화물계 클래드층(60), 다중 피형 오믹컨택트층(70), 및 터널 정션층(100)이 순차적으로 적층된 구조로 되어 있다. 참조부호 80은 피형 전극패드이고, 90은 엔형 전극패드이다.   Referring to the drawings, the light emitting device includes a substrate 10, a low temperature nucleation layer 20, a nitride buffer layer 30, an N-type nitride cladding layer 40, a nitride-based active layer 50, and a nitride-based cladding layer ( 60), the multiple-type ohmic contact layer 70, and the tunnel junction layer 100 are sequentially stacked. Reference numeral 80 denotes a shaped electrode pad, and 90 denotes an N-type electrode pad.

여기서 기판(10)으로부터 피형 질화물계 클래드층(60)까지가 발광구조체에 해당하고, 피형 질화물계 클래드층(60) 상층부에 적층된 구조체가 다중 피형 전극구조체에 해당한다.    Here, the substrate 10 to the nitride-based cladding layer 60 corresponds to the light emitting structure, and the structure stacked on the upper portion of the nitride-based cladding layer 60 corresponds to the multi-type electrode structure.

기판(10)은 사파이어(Al2O3), 실리콘카바이드(SiC), 아연산화물(ZnO), 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs), 또는 이미 많은 문허등에서 공지된 일렉트로프레이팅(electroplating)/본딩 트랜스퍼(bonding transfer) 방법에 의해서 형성되는 금속(Cu, Ni, Al, 등) 또는 합금(alloy)등과 같은 물질들 중 어느 하나로 형성된 것이 바람직하다.   The substrate 10 may be formed of sapphire (Al 2 O 3), silicon carbide (SiC), zinc oxide (ZnO), silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), or electroplating / bonding transfer (also known in many literatures). It is preferably formed of any one of materials such as metal (Cu, Ni, Al, etc.) or alloy (alloy) formed by a bonding transfer method.

저온 핵생성층(20)은 700도 이하의 저온에서 형성된 비정질(amorphous) 질화갈륨(GaN) 또는 질화알루미늄(AlN)이 바람직하며, 경우에 따라서 생략될 수 있다.   The low temperature nucleation layer 20 is preferably amorphous gallium nitride (GaN) or aluminum nitride (AlN) formed at a low temperature of 700 degrees or less, and may be omitted in some cases.

질화물계 버퍼층(30)으로부터 피형 질화물계 클래드층(60)까지의 각 층은 3족 질화물계 화합물의 일반식인 AlxInyGazN(x, y, z : 정수) 중 선택된 어느 화합물을 기본으로 하여 형성되고, 엔형 질화물계 클래드층(40) 및 피형 질화물계 클래드층(60)은 해당 도펀트가 첨가된다.   Each layer from the nitride buffer layer 30 to the nitride nitride cladding layer 60 is formed on the basis of any compound selected from AlxInyGazN (x, y, z: integer), which is a general formula of a group III nitride compound, The dopant is added to the nitride cladding layer 40 and the nitride nitride cladding layer 60.

또한 질화물계 활성층(50)은 단층, 다중 양자 우물(multi quantum well : MQW), 다중 양자 점/선(multi quantum dot/wire), 또는 양자 점/선 및 우물이 섞여 있는 층 등 공지된 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 일예로서 질화갈륨(GaN) 화합물을 적용하는 경우, 버퍼층(30)은 GaN으로 형성되고, 엔형 질화물계 클래드층(40)은 GaN에 엔형 도펀트로서 Si, Ge, Se, Te 등이 첨가되어 형성되고, 활성층은 InGaN/GaN MQW 또는 AlGaN/GaN MQW로 형성되며, 피형 질화물계 클래드층(60)은 GaN에 피형 도펀트로서 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등이 첨가되어 형성된다.   In addition, the nitride-based active layer 50 may be a variety of known methods such as monolayer, multi quantum well (MQW), multi quantum dot / wire, or a layer in which quantum dots / lines and wells are mixed. It may be configured as. As an example, when a gallium nitride (GaN) compound is applied, the buffer layer 30 is formed of GaN, and the N-type nitride cladding layer 40 is formed by adding Si, Ge, Se, Te, or the like as Ga-type dopants to GaN. The active layer is formed of InGaN / GaN MQW or AlGaN / GaN MQW, and the nitride-based cladding layer 60 is formed by adding Mg, Zn, Ca, Sr, Ba, etc. to GaN as a dopant.

엔형 질화물계 클래드층(40)과 엔형 전극패드(90) 사이에는 엔형 오믹컨택트층(미도시)이 개제될 수 있고, 엔형 오믹컨택트층은 타이타늄(Ti)과 알루미늄(Al)이 순차적으로 적층된 층구조 등 공지된 다양한 구조가 적용될 수 있다.   An en-type ohmic contact layer (not shown) may be interposed between the en-type nitride cladding layer 40 and the en-type electrode pad 90, and the en-type ohmic contact layer is formed by sequentially stacking titanium (Ti) and aluminum (Al). Various known structures such as a layer structure can be applied.

상기한 바와 같이 본 발명 특허의 핵심기술인 다중 피형 오믹컨택트층(70)은 피형 질화물계 클래드층(60) 상층부에 적어도 한층 이상의 투명전도성 질소산화물(transparent conducting oxynitride : TCON)을 포함하고 있는 피형 다중 오믹컨택트층(70)을 구비하고, 상기 투명전도성 질소산화물(TCON)은 인듐(In), 주석(Sn), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 타이타늄(Ti),몰리브덴늄(Mo), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 루세늄(Ru), 또는 팔라듐(Pd) 금속들 중에서 적어도 하나 이상의 성분을 주성분으로 하고 산소(O) 및 질소(N)가 반드시 동시에 결합하여 형성된 물질을 말한 다.   As described above, the multi-type ohmic contact layer 70, which is the core technology of the present invention, has a multi-type ohmic including at least one or more transparent conducting oxynitride (TCON) on the upper layer of the nitride-based cladding layer 60. The transparent conductive nitrogen oxide (TCON) is provided with a contact layer 70, and indium (In), tin (Sn), zinc (Zn), cadmium (Cd), gallium (Ga), aluminum (Al), magnesium ( Mg), titanium (Ti), molybdenum (Mo), nickel (Ni), copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), rhodium (Rh), iridium (Ir), rousse It refers to a material formed by combining at least one component among nium (Ru) or palladium (Pd) metals with oxygen (O) and nitrogen (N) necessarily bonded at the same time.

바람직하게는 상기 투명전도성 질소산화물(TCON)은 전기적 특성을 조절하기 위해서 다른 금속 성분들이 도펀트(dopant)로서 더 포함될 수 있다. 여기서 도펀트로 적용되는 금속들은 원소 주기율표상에서 금속으로 분류된 원소가 적용된다. 또한 도펀트로 적용되는 금속 물질이외에도 불소(F) 및 황(S)을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 상기 투명전도성 질소산화물(TCON)에 대한 상기 도펀트의 첨가비는 0.001 내지 20 웨이트 퍼센트(wt. %)로 적용되는 것이 바람직하다.   Preferably, the transparent conductive nitrogen oxide (TCON) may further include other metal components as dopants in order to control electrical properties. Herein, the metals applied as dopants are applied with elements classified as metals on the periodic table of elements. In addition to the metal material to be applied as a dopant, it is preferable to include fluorine (F) and sulfur (S). In addition, the addition ratio of the dopant to the transparent conductive nitrogen oxide (TCON) is preferably applied to 0.001 to 20 weight percent (wt.%).

본 발명의 또 다른 측면에 따르면 상기한 다중 피형 오믹컨택트층(70)은 투명전도성 질소산화물(TCON) 이외에도 하기와 같이, 피형 질화물계 클래드층(60) 상층부에서 오믹접촉 전극을 형성하는데 유리한 금속(metal) 및 이들 금속을 모체로 하는 합금/고용체(alloy/solid solution), 일반 전도성 산화물(conducting oxide), 투명전도성 산화물(TCO), 및 투명전도성 질화물(TCN)등과 함께 적층 순서와는 무관하게 접목하여 형성시킬 수 있다.   According to another aspect of the present invention, in addition to the transparent conductive nitrogen oxide (TCON), the multi-type ohmic contact layer 70 is advantageous in forming an ohmic contact electrode on the upper portion of the nitride-based cladding layer 60 as follows. metals and alloys / solid solutions based on these metals, common conducting oxides, transparent conducting oxides (TCOs), and transparent conducting nitrides (TCNs), etc. Can be formed.

금속(metal) 및 이들 금속을 모체로 하는 합금/고용체(alloy/solid solution) : 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 금(Au), 로듐(Rh), 루세늄(Ru), 이리듐(Ir), 은(Ag), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 베릴륨(Be), 구리(Cu), 코발트(Co), 주석(Sn), 희토류 금속들(rare earth metal), 또는 이들 금속을 모체로 하는 합금/고용체.   Metals and alloys / solid solutions based on these metals: platinum (Pt), palladium (Pd), nickel (Ni), gold (Au), rhodium (Rh), ruthenium (Ru) ), Iridium (Ir), silver (Ag), zinc (Zn), magnesium (Mg), beryllium (Be), copper (Cu), cobalt (Co), tin (Sn), rare earth metals Or an alloy / solid solution based on these metals.

일반 전도성 산화물(conducting oxide) : 니켈산화물(Ni-O), 로듐산화물(Rh-O), 루세늄산화물(Ru-O),이리듐산화물(Ir-O), 구리산화물(Cu-O), 코발트산화물(Co-O), 텅스텐산화물(W-O), 또는 타이타늄산화물(Ti-O).    General conducting oxide: Nickel oxide (Ni-O), rhodium oxide (Rh-O), ruthenium oxide (Ru-O), iridium oxide (Ir-O), copper oxide (Cu-O), cobalt Oxide (Co-O), tungsten oxide (WO), or titanium oxide (Ti-O).

투명전도성 산화물(TCO) : 인듐산화물(In2O3), 주석산화물(SnO2), 인듐주석산화물(ITO), 아연산화물(ZnO), 마그네슘(MgO), 캐드뮴산화물(CdO), 마그네슘아연산화물(MgZnO), 인듐아연산화물(InZnO), 인듐주석산화물(InSnO), 구리알루미늄산화물(CuAlO2), 실버산화물(Ag2O), 갈륨산화물(Ga2O3), 아연주석산화물(ZnSnO), 아연인듐주석산화물(ZITO), 또는 이들 투명전도성 산화물이 결합된 또 다른 산화물들.   Transparent conductive oxide (TCO): indium oxide (In2O3), tin oxide (SnO2), indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), magnesium (MgO), cadmium oxide (CdO), magnesium zinc oxide (MgZnO) , Indium zinc oxide (InZnO), indium tin oxide (InSnO), copper aluminum oxide (CuAlO2), silver oxide (Ag2O), gallium oxide (Ga2O3), zinc tin oxide (ZnSnO), zinc indium tin oxide (ZITO), or Still other oxides to which these transparent conductive oxides are combined.

투명전도성 질화물(TCN) : 타이타늄질화물(TiN), 크롬질화물(CrN), 텅스텐(WN), 탄탈륨(TaN), 또는 니오븀(NbN).   Transparent conductive nitride (TCN): titanium nitride (TiN), chromium nitride (CrN), tungsten (WN), tantalum (TaN), or niobium (NbN).

또한 더 바람직하게는 상기한 산화물 및 질화물에 이들 물질들의 전기적 특성을 향상시키기 위해서 제 3의 물질, 즉 도판트(dopant)를 첨가시킬 수 있다.   More preferably, a third material, ie, a dopant, may be added to the above-described oxides and nitrides in order to improve the electrical properties of these materials.

또한 다중 피형 오믹컨택트층(70)은 1 나노미터 내지 1000 나노미터의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.   In addition, the multilayered ohmic contact layer 70 is preferably formed to a thickness of 1 nanometer to 1000 nanometers.

또한 다중 피형 오믹컨택트층(70)을 형성하기 위해 적용되는 증착온도는 20도 내지 1500도 범위내에서, 증착기 내의 압력은 대기압 내지 10-12 토르(torr) 정도에서 수행한다.    In addition, the deposition temperature applied to form the multi-type ohmic contact layer 70 is in the range of 20 degrees to 1500 degrees, and the pressure in the evaporator is performed at atmospheric pressure to about 10-12 torr.

또한 다중 피형 오믹컨택트층(70)을 형성한 후에는 열처리(annealing)과정을 거치는 것이 바람직하다. 열처리(annealing)는 반응기내의 온도를 100도 내지 800도에서 진공 또는 가스 분위기에서 10초 내지 3시간 정도 수행한다. 열처리시 반응기 내에 투입되는 가스는 질소, 아르곤, 헬륨, 산소, 수소, 공기 중 적어도 하나 이상의 기체가 적용될 수 있다.   In addition, after forming the multi-type ohmic contact layer 70, it is preferable to undergo an annealing process. Annealing is performed at a temperature in the reactor at 100 to 800 degrees for 10 seconds to 3 hours in a vacuum or gas atmosphere. At least one gas of nitrogen, argon, helium, oxygen, hydrogen, or air may be applied to the gas introduced into the reactor during the heat treatment.

피형 전극패드(80)는 니켈(Ni)/금(Au), 은(Ag)/금(Au), 타이타늄(Ti)/금(Au), 니켈(Ni)/금(Au), 팔라듐(Pd)/금(Au), 또는 크롬(Cr)/금(Au) 등이 순차적으로 적층된 층구조가 적용될 수 있다.   The electrode pad 80 is formed of nickel (Ni) / gold (Au), silver (Ag) / gold (Au), titanium (Ti) / gold (Au), nickel (Ni) / gold (Au), and palladium (Pd). A layer structure in which) / gold (Au), or chromium (Cr) / gold (Au) is sequentially stacked may be applied.

각 층의 형성방법은 전자빔 또는 열 증착기(e-beam or thermal evaporator), 레이저 에너지원을 이용한 PLD(pulsed laser deposition), 이중형의 열증착기(dual-type thermal evaporator) 스퍼터링(sputtering) 등의 물리적인 증착 방법(physical vapor deposition : PVD)와 일렉트로플레이팅(electroplating), 금속 유기 화학 증기 증착법(metaloganic chemical vapor deposition)등의 화학반응을 이용하는 화학적인 증착 방법(chemical vapor deposition : CVD)에 의해 형성 된다.   The method of forming each layer is physical such as electron beam or thermal evaporator, pulsed laser deposition using laser energy source, dual-type thermal evaporator sputtering, etc. It is formed by chemical vapor deposition (CVD) using chemical reactions such as physical vapor deposition (PVD), electroplating, and metal-organic chemical vapor deposition.

도 3은 본 발명의 제1, 2실시예에 따른 피형 질화물계 클래드층(60) 상층부에 형성되는 다중 피형 오믹컨택트 전극구조체(70)의 여러 적층 형태 모습을 보인 단면도이다.   3 is a cross-sectional view illustrating various stacked shapes of the multi-type ohmic contact electrode structure 70 formed on the upper part of the nitride-based cladding layer 60 according to the first and second embodiments of the present invention.

본 발명에서 적용되는 다중 피형 오믹컨택트 전극구조체(70)는 상기한 바와 같이 산소(O2)와 질소(N2)가 동시에 결합되어 생성된 투명전도성 질소산화물(TCON)을 적어도 한층 이상 포함하고 단층 또는 두층 이상의 다중으로 형성하는 것이 바람직하다.   The multi-type ohmic contact electrode structure 70 applied in the present invention includes at least one transparent conductive nitrogen oxide (TCON) generated by combining oxygen (O 2) and nitrogen (N 2) at the same time as described above. It is preferable to form in multiple multiples.

더욱 바람직하게는 도 3(a)에 보인 바와같이 투명전도성 질소산화물(TCON) 단층(70a)으로 형성되는 것보다는 금속, 합금, 고용체, 일반 전도성 산화물, 투명전도성 산화물(TCO), 또는 투명전도성 질화물(TCN)등과 같이 적층순서와는 무관하게 접목한 도 3(b), 3(c), 또는 3(d) 등의 다중 형태가 좋다.    More preferably, metals, alloys, solid solutions, common conductive oxides, transparent conductive oxides (TCO), or transparent conductive nitrides are formed rather than formed of transparent conductive nitrogen oxide (TCON) monolayer 70a as shown in FIG. 3 (a). As in (TCN), multiple forms such as Fig. 3 (b), 3 (c), or 3 (d) which are grafted irrespective of the stacking order are preferable.

도 4는 본 발명의 제1, 2실시예에 따른 피형 질화물계 클래드층 상층부에 나노 미터크기 규모 파티클(nanometer scale particle)을 도입시킨 후에 형성되는 다중 피형 오믹컨택트 전극구조체(multi P-type ohmic contact layer)의 여러 적층 형태 모습을 보인 단면도이다.4 is a multi-p ohmic contact electrode structure (multi P- type ohmic contact) formed after introducing nanometer scale particles into the upper layer of the nitride-based cladding layer according to the first and second embodiments of the present invention. This is a cross-sectional view showing various stacked forms of layers).

본 발명에서 적용되는 다중 피형 오믹컨택트 전극구조체(70)를 피형 질화물계 클래드층(60) 상층부에 형성시키기 전에 반도체 클래드층(60)과 전극구조체(70) 사이의 계면에서 캐리어들의 전하 흐름(charge transport)을 조절하는 쇼키배리어의 높이 및 폭(Schottky barrier height and width)을 조절할 수 있는 금속(metal), 합금(alloy), 고용체(solid solution), 일반 전도성 산화물(conducting oxide), 투명전도성 산화물(TCO), 투명전도성 질화물(TCN), 또는 투명전도성 질소산화물(TCON)들로 구성된 나노미터크기 규모 파티클을 형성시킨 다음, 상기한 바와 같이 산소(O2)와 질소(N2)가 동시에 결합되어 생성된 투명전도성 질소산화물(TCON)을 적어도 한층 이상 포함하고 단층 또는 두층 이상의 다중으로 형성하는 것이 바람직하다.   The charge flow of carriers at the interface between the semiconductor cladding layer 60 and the electrode structure 70 prior to forming the multi-type ohmic contact electrode structure 70 applied in the present invention above the nitride-based cladding layer 60. Metals, alloys, solid solutions, common conducting oxides, and transparent conducting oxides that can control the Schottky barrier height and width to control the transport TCO), transparent conductive nitride (TCN), or transparent conductive nitrogen oxides (TCON) to form a nanometer size particle, and then, as described above, oxygen (O2) and nitrogen (N2) are combined to form It is preferable to include at least one transparent conductive nitrogen oxide (TCON) and to form a single layer or multiple layers of two or more layers.

더욱 바람직하게는 도 4(a)에 보인 바와 같이 투명전도성 질소산화물(TCON) 단층(70a)으로 형성되는 것보다는 금속, 합금, 고용체, 일반 전도성 산화물, 투명전도성 산화물(TCO), 또는 투명전도성 질화물(TCN)등과 같이 적층순서와는 무관하게 접목한 도 4(b), 4(c), 또는 4(d) 등의 다층 형태가 좋다.    More preferably, metals, alloys, solid solutions, common conductive oxides, transparent conductive oxides (TCO), or transparent conductive nitrides are formed rather than the transparent conductive nitrogen oxide (TCON) monolayer 70a as shown in FIG. 4 (a). Multilayer forms such as (B), 4 (c), or 4 (d), which are grafted regardless of the stacking order, such as (TCN), are preferable.

바람직한 다중 피형 오믹컨택층(70) 일예들로, 니켈(Ni)/인듐주석질소산화물(ITON) 또는 아연질소산화물(ZnON), 루세늄(Ru)/인듐주석질소산화물(ITON) 또는 아연질소산화물(ZnON), 이리듐(Ir)/인듐주석질소산화물(ITON) 또는 아연질소산 화물(ZnON), 니켈산화물(Ni-O)/인듐주석질소산화물(ITON) 또는 아연질소산화물(ZnON), 루세늄산화물(Ru-O)/인듐주석질소산화물(ITON) 또는 아연질소산화물(ZnON), 이리듐산화물(Ir-O)/인듐주석질소산화물(ITON) 또는 아연질소산화물(ZnON), 니켈(Ni)/은(Ag) 또는 금(Au)/인듐주석질소산화물(ITON) 또는 아연질소산화물(ZnON), 루세늄(Ru)/은(Ag) 또는 금(Au)/인듐주석질소산화물(ITON) 또는 아연질소산화물(ZnON), 이리듐(Ir)/은(Ag) 또는 금(Au)/인듐주석질소산화물(ITON) 또는 아연질소산화물(ZnON), 니켈산화물(Ni-O)/은(Ag) 또는 금(Au)/인듐주석질소산화물(ITON) 또는 아연질소산화물(ZnON), 루세늄산화물(Ru-O)/은(Ag) 또는 금(Au)/인듐주석질소산화물(ITON) 또는 아연질소산화물(ZnON), 이리듐산화물(Ir-O)/은(Ag) 또는 금(Au)/인듐주석질소산화물(ITON) 또는 아연질소산화물(ZnON), 인듐주석산화물(ITO) 또는 아연산화물(ZnO)/인듐주석질소산화물(ITON) 또는 아연질소산화물(ZnON), 인듐주석질소산화물(ITON) 또는 아연질소산화물(ZnON)/인듐주석산화물(ITO) 또는 아연산화물(ZnO) 등등의 여러 각종 적층구조가 있다.   Examples of preferred multi-type ohmic contact layers 70 include nickel (Ni) / indium tin nitrous oxide (ITON) or zinc nitrous oxide (ZnON), ruthenium (Ru) / indium tin nitrous oxide (ITON) or zinc nitrous oxide. (ZnON), Iridium (Ir) / Indium Tin Nitrogen Oxide (ITON) or Zinc Nitrogen Oxide (ZnON), Nickel Oxide (Ni-O) / Indium Tin Nitrogen Oxide (ITON) or Zinc Nitrogen Oxide (ZnON), Ruthenium Oxide (Ru-O) / Indium Tin Nitrogen Oxide (ITON) or Zinc Nitrogen Oxide (ZnON), Iridium Oxide (Ir-O) / Indium Tin Nitrogen Oxide (ITON) or Zinc Nitrogen Oxide (ZnON), Nickel (Ni) / Silver (Ag) or Gold (Au) / Indium Tin Nitrogen Oxide (ITON) or Zinc Nitrogen Oxide (ZnON), Ruthenium (Ru) / Silver (Ag) or Gold (Au) / Indium Tin Nitrogen Oxide (ITON) or Zinc Nitrogen oxides (ZnON), iridium (Ir) / silver (Ag) or gold (Au) / indium tin nitrogen oxide (ITON) or zinc nitrous oxide (ZnON), nickel oxide (Ni-O) / silver (Ag) or gold (Au) / Indium Tin Nitrogen Oxide (ITON) or Ah Nitrogen oxides (ZnON), ruthenium oxides (Ru-O) / silver (Ag) or gold (Au) / indium tin nitrogen oxides (ITON) or zinc nitrogen oxides (ZnON), iridium oxides (Ir-O) / silver (Ag) or Gold (Au) / Indium Tin Nitrogen Oxide (ITON) or Zinc Nitrogen Oxide (ZnON), Indium Tin Oxide (ITO) or Zinc Oxide (ZnO) / Indium Tin Nitrogen Oxide (ITON) or Zinc Nitrogen Oxide (ZnON ), Indium tin oxide (ITON) or zinc nitrogen oxide (ZnON) / indium tin oxide (ITO) or zinc oxide (ZnO) and the like.

지금까지 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 그룹 3족 질화물계 발광소자 및 그 제조방법에 의하면 상대적으로 전기 및 광학적 특성이 기존의 투명전도성 박막전극으로 이용되고 있는 투명전도성 산화물(TCO) 및 투명전도성 질화물(TCN)보다 훨씬 더 뛰어난 투명전도성 질소산화물(TCON)을 적용함으로써 피형 질화물계 클래드층과의 오믹접촉 특성을 개선시켜 우수한 전류-전압 특성을 나타낼 뿐만 아니라 투명전극이 갖는 높은 빛투과도로 인해 고효율 고휘도 발광 다이오드를 제작할 수 있다.As described so far, according to the Group III nitride-based light emitting device according to the present invention and a method for manufacturing the same, the transparent conductive oxide (TCO) and the transparent conductivity whose electrical and optical characteristics are used as the conventional transparent conductive thin film electrodes By applying transparent conductive nitrogen oxide (TCON), which is much better than nitride (TCN), it improves the ohmic contact characteristics with the nitride-based cladding layer, thereby showing excellent current-voltage characteristics and high efficiency due to the high light transmittance of the transparent electrode. A high brightness light emitting diode can be manufactured.

Claims (7)

엔형 질화물계 클래드층(N-type nitride cladding layer)과 피형 질화물계 클래드층 (P-type nitride cladding layer)사이에 활성층(active layer)을 갖는 그룹 3족 질화물계 발광 다이오드(LED)에 있어서,In a group III-nitride-based light emitting diode (LED) having an active layer between an N- type nitride cladding layer and a P- type nitride cladding layer, 상기 피형 질화물계 클래드층 상층부에 적어도 투명전도성 질소산화물(transparent conducting oxynitride : TCON)을 한층 이상 갖는 적층구조로 형성된 다중 피형 오믹컨택트층(multi P-type ohmic contact layer)을 구비하고,A multi P- type ohmic contact layer formed in a laminated structure having at least one layer of transparent conducting oxynitride (TCON) on the upper layer of the nitride-based cladding layer; 상기 투명전도성 질소산화물(TCON)은 인듐(In), 주석(Sn), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 타이타늄(Ti), 몰리브덴늄(Mo), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 루세늄(Ru), 또는 팔라듐(Pd) 금속들 중에서 적어도 하나 이상의 성분을 주성분으로 하고 산소(O) 및 질소(N)가 반드시 동시에 결합하여 형성된 물질층 말한다.    The transparent conductive nitrogen oxide (TCON) is indium (In), tin (Sn), zinc (Zn), cadmium (Cd), gallium (Ga), aluminum (Al), magnesium (Mg), titanium (Ti), molybdenum Ium (Mo), nickel (Ni), copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), rhodium (Rh), iridium (Ir), ruthenium (Ru), or palladium (Pd ) A material layer formed by combining at least one component among metals with oxygen (O) and nitrogen (N) necessarily combined at the same time. 바람직하게는 상기 투명전도성 질소산화물(TCON)은 전기적 특성을 조절하기 위해서 다른 금속 성분들이 도펀트(dopant)로서 더 포함될 수 있다. 여기서 도펀트로 적용되는 금속들은 원소 주기율표상에서 금속으로 분류된 원소가 적용된다. 또한 도펀트로 적용되는 금속 물질이외에도 불소(F) 및 황(S)을 포함하는 것이 바람직하다.   Preferably, the transparent conductive nitrogen oxide (TCON) may further include other metal components as dopants in order to control electrical properties. Herein, the metals applied as dopants are applied with elements classified as metals on the periodic table of elements. In addition to the metal material to be applied as a dopant, it is preferable to include fluorine (F) and sulfur (S). 제 1항에 있어서,   The method of claim 1, 상기 피형 다중 오믹컨택트층은 투명전도성 질소산화물(TCON) 이외에도 피형 질화물계 클래드층 상층부에서 오믹접촉 전극을 형성하는데 유리한 금속(metal) 및 이들 금속을 모체로 하는 합금/고용체(alloy/solid solution), 일반 전도성 산화물(conducting oxide), 투명전도성 산화물(TCO), 및 투명전도성 질화물(TCN)등과 함께 적층 순서와는 무관하게 접목하여 형성시킨 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자.   In addition to the transparent conductive nitrogen oxide (TCON), the corrugated multi-ohmic contact layer is advantageous in forming an ohmic contact electrode on the upper part of the nitride-based cladding layer, an alloy / solid solution based on these metals, A nitride-based light emitting device comprising a common conductive oxide, a transparent conductive oxide (TCO), a transparent conductive nitride (TCN), and the like, formed by grafting regardless of the stacking order. 제 2항에 있어서, 상기 투명전도성 질소산화물(TCON) 이외에 피형 다중 오믹컨택트층을 형성하는데 접목된 금속 및 이들 금속을 모체로 하는 합금/고용체, 일반 전도성 산화물, 투명전도성 산화물, 및 투명전도성 질화물은 하기와 같은    3. The metal grafted to form a multi-layered ohmic contact layer in addition to the transparent conductive nitrogen oxide (TCON), and an alloy / solid solution based on these metals, a general conductive oxide, a transparent conductive oxide, and a transparent conductive nitride Such as 금속(metal) 및 이들 금속을 모체로 하는 합금/고용체(alloy/solid solution) : 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 금(Au), 로듐(Rh), 루세늄(Ru), 이리듐(Ir), 은(Ag), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 베릴륨(Be), 구리(Cu), 코발트(Co), 주석(Sn), 희토류 금속들(rare earth metal), 또는 이들 금속을 모체로 하는 합금/고용체,   Metals and alloys / solid solutions based on these metals: platinum (Pt), palladium (Pd), nickel (Ni), gold (Au), rhodium (Rh), ruthenium (Ru) ), Iridium (Ir), silver (Ag), zinc (Zn), magnesium (Mg), beryllium (Be), copper (Cu), cobalt (Co), tin (Sn), rare earth metals Or an alloy / solid solution based on these metals, 일반 전도성 산화물(conducting oxide) : 니켈산화물(Ni-O), 로듐산화물(Rh-O), 루세늄산화물(Ru-O),이리듐산화물(Ir-O), 구리산화물(Cu-O), 코발트산화물(Co-O), 텅스텐산화물(W-O), 또는 타이타늄산화물(Ti-O),    General conducting oxide: Nickel oxide (Ni-O), rhodium oxide (Rh-O), ruthenium oxide (Ru-O), iridium oxide (Ir-O), copper oxide (Cu-O), cobalt Oxide (Co-O), tungsten oxide (WO), or titanium oxide (Ti-O), 투명전도성 산화물(TCO) : 인듐산화물(In2O3), 주석산화물(SnO2), 인듐주석산화물(ITO), 아연산화물(ZnO), 마그네슘(MgO), 캐드뮴산화물(CdO), 마그네슘아연산화물(MgZnO), 인듐아연산화물(InZnO), 인듐주석산화물(InSnO), 구리알루미늄산화물 (CuAlO2), 실버산화물(Ag2O), 갈륨산화물(Ga2O3), 아연주석산화물(ZnSnO), 아연인듐주석산화물(ZITO), 또는 이들 투명전도성 산화물이 결합된 또 다른 산화물들,   Transparent conductive oxide (TCO): indium oxide (In2O3), tin oxide (SnO2), indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), magnesium (MgO), cadmium oxide (CdO), magnesium zinc oxide (MgZnO) , Indium zinc oxide (InZnO), indium tin oxide (InSnO), copper aluminum oxide (CuAlO2), silver oxide (Ag2O), gallium oxide (Ga2O3), zinc tin oxide (ZnSnO), zinc indium tin oxide (ZITO), or Other oxides to which these transparent conductive oxides are bonded, 투명전도성 질화물(TCN) : 타이타늄질화물(TiN), 크롬질화물(CrN), 텅스텐(WN), 탄탈륨(TaN), 또는 니오븀(NbN)을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자.   Transparent conductive nitride (TCN): A nitride-based light emitting device comprising titanium nitride (TiN), chromium nitride (CrN), tungsten (WN), tantalum (TaN), or niobium (NbN). 제2항에 있어서,   The method of claim 2, 투명전도성 질소산화물(transparent conducting oxynitride : TCON)을 한층 이상 갖는 적층구조로 형성된 다중 피형 오믹컨택트층(P-type multi ohmic contact layer)을 피형 질화물계 클래드층(P-type nitride cladding layer) 상층부에 형성시키기 전에 상기한 금속(metal), 합금(alloy), 고용체(solid solution), 일반 전도성 산화물(conducting oxide), 투명전도성 산화물(TCO), 투명전도성 질화물(TCN), 또는 투명전도성 질소산화물(TCON)로 형성되는 나노미터크기 규모 파티클(nanometer scale particle)을 도입하는 것을 특징으로 한 질화물계 발광소자.A P- type multi ohmic contact layer formed of a laminated structure having at least one transparent conducting oxynitride (TCON) is formed on an upper layer of the P- type nitride cladding layer. Metal, alloy, solid solution, conducting oxide, transparent conducting oxide (TCO), transparent conducting nitride (TCN), or transparent conducting nitrogen oxide (TCON) as described above. A nitride-based light emitting device comprising the introduction of nanometer scale particles (nanometer scale particles) formed. 엔형 질화물계 클래드층과 피형 질화물계 클래드층 사이에 활성층을 갖는 질화물계 발광소자의 제조방법에 있어서,   In the manufacturing method of the nitride type light emitting element which has an active layer between an en type nitride type cladding layer and a type nitride type cladding layer, 가. 기판 위에 엔형 질화물계 클래드층, 활성층 및 피형 질화물계 클래드층이 순차적으로 적층된 발광구조체에서 상기 피형 질화물계 클래드층 상층부에 적어도 한층 이상의 투명전도성 질소산화물을 포함하는 다중 피형 오믹컨택트층을 형성하 는 단계와;   end. A multi-type ohmic contact layer including at least one or more transparent conductive nitrogen oxides is formed on an upper layer of the nitride-based cladding layer in a light emitting structure in which an N-type nitride-based cladding layer, an active layer and a nitride-based cladding layer are sequentially stacked on a substrate. Steps; 나. 상기 가 단계를 거친 전극구조체를 열처리하는 단계;를 포함하고,   I. And heat-treating the electrode structure having undergone the temporary step. 상기 가 단계에서 적층되는 투명전도성 질소산화물은 인듐(In), 주석(Sn), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 타이타늄(Ti),몰리브덴늄(Mo), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 루세늄(Ru), 또는 팔라듐(Pd) 금속들 중에서 적어도 하나 이상의 성분을 주성분으로 하고 산소(O) 및 질소(N)가 반드시 동시에 결합하여 형성된 물질층을 갖는 질화물계 발광소자의 제조방법.   The transparent conductive nitrogen oxides stacked in the step are indium (In), tin (Sn), zinc (Zn), cadmium (Cd), gallium (Ga), aluminum (Al), magnesium (Mg), titanium (Ti) Molybdenum (Mo), nickel (Ni), copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), rhodium (Rh), iridium (Ir), ruthenium (Ru), or palladium (Pd) A method of manufacturing a nitride-based light emitting device having a material layer formed by combining at least one component among metals and having oxygen (O) and nitrogen (N) necessarily bonded at the same time. 제5항에 있어서,   The method of claim 5, 상기 투명전도성 질소산화물을 포함하고 있는 다중 피형 오믹컨택트층의 전기적인 특성을 향상시키고자, 다중 피형 오믹컨택트층을 형성하는데 유리한 금속, 합금, 고용체, 일반 전도성 산화물, 투명전도성 산화물, 또는 투명전도성 질화물이 적층순서와는 무관하게 접목될 수 있으며, 이와 더불어서 제 3의 도펀트를 더 포함된 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자의 제조방법.   Metals, alloys, solid solutions, general conductive oxides, transparent conductive oxides, or transparent conductive nitrides, which are advantageous for forming the multi-type ohmic contact layers, to improve the electrical properties of the multi-type ohmic contact layers containing the transparent conductive nitrogen oxides. A method of manufacturing a nitride-based light emitting device, which can be grafted irrespective of the stacking order, and further includes a third dopant. 본 발명에서 개발된 투명전도성 질소산화물(TCON)계 투명전극은 그룹 3족 질화물계 수광 및 발광소자 이외에도 다른 화학조성을 갖는 무기물 및 유기물로 제작되어지는 모든 광관련 소자들, 즉 솔라셀(solar cell) 및 유기 발광소자(OLED) 등의 소자의 고품위 투명전극구조체에 적용할 수 있다.   The transparent conductive nitrogen oxide (TCON) -based transparent electrode developed in the present invention is all light-related devices that are made of inorganic and organic materials having other chemical compositions in addition to group III-nitride light-receiving and light emitting devices, that is, solar cells. And high quality transparent electrode structures of devices such as organic light emitting diodes (OLEDs).
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