KR20070068534A - 광학 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 그룹 3족 피형 질화물계 반도체(group Ⅲ p-type nitride-based semiconductor) 상층부에 오믹컨택트층(ohmic contact layer)으로 사용되는 일반 금속들보다 전기적으로 우수한 오믹접촉 거동과 광학적 빛투과도를 나타내는 열분해 질화물(thermally decomposed nitride), 즉 니켈질화물(Ni-N), 구리질화물(Cu-N), 아연질화물(Zn-N), 인듐질화물(In-N), 또는 주석질화물(Sn-N)을 그룹 3족 질화물계 발광다이오드의 고투명 피형 오믹컨택트층으로 적용한 질화물계 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

그룹 3족 질화물계 발광소자(group Ⅲ nitride-based optical device)들은 보통 기판(substrate), 엔형 질화물계 클래드층(n-type nitride cladding layer), 질화물계 활성층(nitride-based active layer), 피형 질화물계 클래드층(p-type nitride cladding layer), 및 다중 피형 오믹컨택트층(multilayered p-type ohmic contact layer)이 순차적으로 적층되어 있고, 상기한 다중 피형 오믹컨택트층은 투명전도성 박막으로서 우수한 전기 및 광학적 특성을 지닌 열분해 질화물계 박막을 적어도 한층 이상 지닌 다층 박막층, 또는 전기 및 광학적 특성을 조절하기 위해서 상기한 열분해 질화물 이외에도 금속(metal), 합금(alloy), 고용체(solid solution), 일반 전도성 산화물(conducting oxide), 투명전도성 산화물(transparent conducting oxide : TCO), 투명전도성 질화물(transparent conducting nitride :TCN), 또는 투명전도성 질소산화물(transparent conducting oxynitride :TCNO) 등과 같은 피형 질화물계 반도체 상층부에서 오믹접촉 계면을 형성하는데 유리한 상(phase)들과 접목한 적층 형태도 포함한다.

본 발명에 따라서 개발된 투명전도성 다중 피형 오믹컨택트층을 적용한 질화물계 발광소자 및 그 제조방법에 의하면, 무엇보다도 피형 질화물계 클래드층(p-type nitride cladding layer)과의 접촉된 계면특성이 개선되어 우수한 전류-전압(I-V) 특성을 나타낼 뿐만 아니라 높은 빛투과도로 인해 발광소자의 외부발광효율을 높일 수 있다.

구리질화물, 니켈질화물, 아연질화물, 인듐질화물, 주석질화물, 열분해 질화물, 투명전도성 산화물, 투명전도성 질화물, 투명전도성 질소산화물, 다중 피형 오믹컨택트층, 그룹 3족 질화물계 클래드층, 질화물계 발광소자

Description

열분해 질화물로 구성된 다중 피형 오믹컨택트층을 이용한 그룹 3족 질화물계 발광소자 및 그 제조방법{group 3 nitride light emitting device using multilayered p-type ohmic contact layer composed of thermally decomposed nitride and method of manufacturing thereof}

도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 피형 다중 오믹컨택트 전극구조체가 적용된 탑에미트형 발광 다이오드(top-emitting light emitting diode : TELED)를 나타내 보인 단면도이고,

도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 피형 다중 오믹컨택트 전극구조체가 적용된 탑에미트형 발광 다이오드(top-emitting light emitting diode : TELED)를 나타내 보인 단면도이고,

도 3은 본 발명의 제1 및 2실시예에 따른 피형 질화물계 클래드층 상층부에 형성되는 피형 다중 오믹컨택트 전극구조체(p-type multi ohmic contact layer)들의 여러 적층 형태 모습을 보인 단면도이고,

도 4는 본 발명의 제1 및 2실시예에 따른 피형 질화물계 클래드층 상층부에 나노미터크기 규모 파티클(nanometer scale particle)을 도입시킨 후에 형성된 피형 다 중 오믹컨택트 전극구조체(p-type multi ohmic contact layer)의 여러 적층 형태 모습을 보인 단면도이다.

본 발명은 그룹 3족 질화물계 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 그룹 3족 피형 질화물계 반도체(group Ⅲ p-type nitride-based semiconductor) 상층부에서 오믹컨택트층(ohmic contact layer)으로 사용되는 일반 금속보다 전기적으로 우수한 오믹접촉 거동과 광학적 빛투과도를 갖는 열분해 질화물(thermally decomposed nitride), 즉 니켈질화물(Ni-N), 구리질화물(Cu-N), 아연질화물(Zn-N), 인듐질화물(In-N), 또는 주석질화물(Sn-N)을 그룹 3족 질화물계 발광다이오드의 고투명 피형 오믹컨택트층으로 적용한 질화물계 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

현재 투명전도성 박막(transparent conducting thin film)은 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)성 등의 전기적 특성 이외에도, 반도체 발광소자 활성층(active layer)에서 생성된 포톤(photon)을 최대한 외부로 많이 방출(light emission)시킬 수 있 도록 광학적 특성을 동시에 갖추고 있는 물질이어야 한다. 특히, 차세대 조명용 광원으로 각광받고 있는 그룹 3족 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) 및 여러 불순물이 첨가된 아연산화물(doped zinc oxide : ZnO)등의 투명전도성 물질들은 최근 직접적으로 질화물계 발광 다이오드(LED)의 전극으로 사용되고 있다.

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. 현재 질화물계 발광 다이오드에서 부분적으로 이용되고 있는 이들 물질들이 겪는 문제들은 하기와 같다.

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 그룹 3족 질화물계 발광 다이오드(LED)를 구현하는데 많은 어려움이 있다.

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 LED에는 적용하기가 어렵다.

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 공기 중으로 출사시키는데도 어려움이 있다.

현재 질화물계 반도체를 이용하여 트랜지스터(transistor)를 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(contact control)가 매우 중요하다.

질화갈륨(GaN), 질화인듐(InN), 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.

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 TELED와 는 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.

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 니켈-금 오믹컨택트층은 청색 빛의 파장 영역인 460 나노미터(nm) 이하에서는 75% 이하의 낮은 빛투과도를 갖고 있어 차세대 질화물계 발광 다이오드용 피형 오믹컨택트층으로는 적합하지 않다.

상기한 반투명 니켈-금 오믹컨택트층의 낮은 비접촉저항은 500 내지 600도 정도의 온도 및 산소(O2) 개스 분위기에서 열처리할 때 피형 질화물계 클래드층을 이루고 있는 질화갈륨(GaN)과 오믹컨택트층으로 적용된 니켈 금속과의 접촉계면에서 피형 반도체 산화물인 니켈산화물(NiO)이 섬(island) 모양으로 형성되며, 동시에 금(Au) 금속이 섬모양으로 분포되어 있는 니켈산화물 사이와 상층부를 덮고 있는 구조를 갖는 것으로 밝혀졌다. 특히, 피형 질화물계 클래드층 상층부에 얇게 증착된 니켈-금을 산소 분위기에서 열처리 했을 때 니켈산화물이 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 얇은 Ni/Au으로 이루어진 박막층이 우수한 전기적 특성인 오믹성 거동을 보인 이유는 SBH & SBW 감소를 이끄는 니켈산화물의 역할 이외에도 측면방향으로의 전류 퍼짐성을 주도적으로 향상시키는 금(Au) 금속 성분이다.

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 오 믹컨택트층 사이에 터널링 전도(tunneling transport)를 일으켜 낮은 비접촉저항 값을 지닌 오믹성 거동을 보이는 것으로 이해되고 있다.

그러나, 산화시킨 Ni/Au으로 형성되는 반투명 피형 오믹컨택트층을 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 니켈-금 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 동작전압을 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.

상기한 바와 같이 피형 질화물계 클래드층 상층부에 ITO 및 ZnO와 같은 TCO들을 직접적으로 증착/접촉시키면 높고 두꺼운 SBH 및 SBW가 각각 생성되어 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 쇼키 거동을 보인 TCO 전극을 오믹 거동으로 전환시켜주는 역할을 한 것으로 분석되었다.

본 발명은 상기한 바와 같이, 양질의 고투명전도성 피형 다중 오믹컨택트층(p-type multi ohmic contact layer) 갖는 질화물계 발광소자를 제작하기 위해서 창안된 것으로서, 종래 널리 알려진 일반금속, 인듐주석산화물(ITO) 및 아연산화물(ZnO)와 같은 일반 투명전도성 산화물(TCO), 또는 타이타늄 질화물(TiN)와 같은 투명전도성 질화물(TCN)에 비해서 그룹 3족 피형 질화물계 반도체(group Ⅲ p-type nitride-based semiconductor) 상층부에서 수직 및 수평 방향으로의 접촉계면 특성면에서 휠씬 우수한 장점을 갖고 있는 열분해 질화물(thermally decomposed nitride), 즉 니켈질화물(Ni-N), 구리질화물(Cu-N), 아연질화물(Zn-N), 인듐질화물(In-N), 또는 주석질화물(Sn-N)을 이용하여 낮은 비접촉저항과 높은 빛투과도를 제공할 수 있는 고유한 고품위 투명전도성 피형 다중 오믹컨택트 전극구조체를 개발하고, 이를 적용한 탑에미트형 그룹 3족 질화물계 발광 다이오드 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

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-based active layer)을 갖는 질화물계 발광소자(특히, 발광 다이오드 및 레이저 다이오드)에 있어서, 상기 피형 질화물계 클래드층 상층부에 적어도 한층 이상의 열분해 질화물(thermally decomposed nitride)을 포함하고 있는 피형 다중 오믹컨택트층(multi p-type ohmic contact layer)을 구비하고, 상기 열분해 질화물(thermally decomposed nitride)은 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 인듐(In), 또는 주석(Sn) 등의 금속들 중에서 적어도 하나 이상의 금속성분과 질소(N)성분이 반드시 결합된 물질을 지칭한다.

피형 질화물계 클래드층 상층부에 증착된 열분해 질화물은 열처리 시에 금속(metal)과 질소(N) 성분으로 분해되고, 분해되어 나온 질소(N) 성분은 피형 질화물계 클래드층 상부에 다량으로 존재하면서 피형 오믹전극을 형성하는데 악영향을 미치는 질소공공(nitrogen vacancy)을 제거하는 역할을 하며, 동시에 분해로부터 나온 금속(metal) 성분은 클래드층 상층부에 있는 갈륨(Ga) 성분과 금속간화합물(intermetallic compound)을 생성하여 피형 오믹전극을 형성하는데 유리한 도움을 준다.

바람직하게는 상기 열분해 질화물은 전기적 특성을 조절하기 위해서 다른 금속 성분들이 도펀트(dopant)로서 더 포함될 수 있다. 여기서 도펀트로 적용되는 금속 들은 원소 주기율표상에서 금속으로 분류된 원소가 적용된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기한 고투명 다중 피형 오믹컨택트 전극구조체는 열분해 질화물 이외에도 다음과 같이, 피형 질화물계 클래드층 상층부에서 오믹접촉 전극구조체를 형성하는데 유리한 금속(metal) 및 이들 금속을 모체로 하는 합금/고용체(alloy/solid solution), 일반 전도성 산화물(conducting oxide), 투명전도성 산화물(TCO), 투명전도성 질화물(TCN), 투명전도성 질소산화물(TCON) 등과 함께 적층 순서와는 무관하게 접목하여 형성시킬 수 있다.

상기 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.

상기 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).

상기 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.

상기 투명전도성 질화물(TCN) : 타이타늄질화물(TiN), 크롬질화물(CrN), 텅스텐(WN), 탄탈륨(TaN), 또는 니오븀(NbN).

상기 투명전도성 질소산화물(TCON) : 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 물질.

또한, 더 바람직하게는 상기한 산화물 및 질화물에 이들 물질들의 전기적 특성을 향상시키기 위해서 제 3의 물질, 즉 도판트(dopant)를 첨가시킬 수 있다.

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,

가. 기판 상층부에 엔형 질화물계 클래드층, 활성층 및 피형 질화물계 클래드층이 순차적으로 적층된 발광구조체의 상기 피형 질화물계 클래드층 상층부에 적어도 상기한 열분해 질화물(thermally decomposed nitride)을 포함하고 있는 피형 다중 오믹컨택트 전극구조체를 형성하는 단계와;

나. 상기 가 단계를 거쳐서 적층된 다중 전극구조체를 양질의 오믹컨택트층을 형 성하기 위한 열처리 단계;를 포함하고, 상기 가 단계에서 열분해 질화물(thermally decomposed nitride)은 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 인듐(In), 또는 주석(Sn) 등의 금속들 중에서 적어도 하나 이상의 금속성분과 질소(N)가 반드시 결합하여 형성된 물질을 지칭한다.

상기 나 단계에서 행하는 열처리는 100 내지 800도에서 10초 내지 3시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 열처리 단계는 상기 오믹컨택트 전극체가 내장된 반응기내에 질소(N2), 산소(O2), 수소(H2), 공기, 아르곤(Ar), 또는 헬륨(He) 개스 중 적어도 하나를 포함하는 기체 분위기에서 수행한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 그룹 3족 질화물계 발광소자 및 그 제조방법을 보다 상세하게 설명한다.

이하의 설명에서 참조되는 도면들에서 동일기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기한다.

도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 피형 다중 오믹컨택트 전극구조체가 적용된 발광 다이오드를 나타내 보인 단면도이다.

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 일렉트로 프레이팅(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 단면도이다.

도면1을 참조하면, 발광소자는 기판(10), 저온 핵생성층(20), 질화물계 버퍼층(30), 엔형 질화물계 클래드층(40), 질화물계 활성층(50), 피형 질화물계 클래드층(60), 오믹컨택트층(70)이 순차적으로 적층된 구조로 되어 있다. 참조부호 80은 피형 전극패드이고, 90은 엔형 전극패드이다.

여기서, 기판(10)으로부터 피형 질화물계 클래드층(60)까지가 발광구조체에 해당하고, 피형 질화물계 클래드층(60) 상층부에 적층된 구조체가 피형 전극구조체에 해당한다.

기판(10)은 사파이어(Al2O3), 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 물질들 중 어느 하나로 형성된 것이 바람직하다.

저온 핵생성층(20)은 700도 이하의 저온에서 형성된 비정질(amorphous) 질화갈륨(GaN) 또는 질화알루미늄(AlN)이 바람직하며, 경우에 따라서 생략될 수 있다.

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.

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 GaN에 피형 도펀트로서 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등이 첨가되어 형성된다.

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.

상기한 바와 같이, 본 발명 특허의 핵심기술인 피형 다중 오믹컨택트층(70)은 피형 질화물계 클래드층(60) 상층부에 적어도 한층 이상의 열분해 질화물(thermally decomposed nitride), 즉 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 인듐(In), 또는 주석(Sn) 등의 금속들 중에서 적어도 하나 이상의 금속성분과 질소(N) 성분이 반드시 결합된 물질인 질화물이 적층되어 있다.

바람직하게는 상기 열분해 질화물은 전기적 특성을 조절하기 위해서 다른 금속 성분들이 도펀트(dopant)로서 더 포함될 수 있다. 여기서 도펀트로 적용되는 금속들은 원소 주기율표상에서 금속으로 분류된 원소가 적용된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기한 고투명 다중 피형 오믹컨택트 전극구조체는 열분해 질화물 이외에도 다음과 같이, 피형 질화물계 클래드층 상층부에서 오믹접촉 전극구조체를 형성하는데 유리한 금속(metal) 및 이들 금속을 모체로 하는 합금/고용체(alloy/solid solution), 일반 전도성 산화물(conducting oxide), 투명전도성 산화물(TCO), 투명전도성 질화물(TCN), 투명전도성 질소산화물(TCON) 등과 함께 적층 순서와는 무관하게 접목하여 형성시킬 수 있다.

상기 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.

상기 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).

상기 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.

상기 투명전도성 질화물(TCN) : 타이타늄질화물(TiN), 크롬질화물(CrN), 텅스텐 (WN), 탄탈륨(TaN), 또는 니오븀(NbN).

상기 투명전도성 질소산화물(TCON) : 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 물질.

또한, 더 바람직하게는 상기한 산화물 및 질화물에 이들 물질들의 전기적 특성을 향상시키기 위해서 제 3의 물질, 즉 도판트(dopant)를 첨가시킬 수 있다.

또한, 피형 다중 오믹컨택트층(70)은 1 나노미터 내지 1000 나노미터의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 피형 다중 오믹컨택트층(70)을 형성하기 위해 적용되는 증착온도는 20도 내지 1500도 범위 내에서, 증착기 내의 압력은 대기압 내지 10-12 토르(torr) 정도에서 수행한다.

또한, 피형 다중 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.

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.

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.

도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 피형 다중 오믹컨택트 전극구조체가 적용된 발광 다이오드를 나타내 보인 단면도이다.

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 문허등에서 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.

무엇보다도 상기한 제 1실시예와는 확연히 다른 적층구조로서 피형 질화물계 클래드(60상층부에 피형 다중 오믹컨택트층(70)을 형성시키기 전에 터널 정션층(tunnel junction layer : 100)이 삽입된 적층구조를 갖고 있다.

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.

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.

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.

도면 2를 참조하면, 발광소자는 기판(10), 저온 핵생성층(20), 질화물계 버퍼층(30), 엔형 질화물계 클래드층(40), 질화물계 활성층(50), 피형 질화물계 클래드층(60), 오믹컨택트층(70), 및 터널 정션층(100)이 순차적으로 적층된 구조로 되어 있다. 참조부호 80은 피형 전극패드이고, 90은 엔형 전극패드이다.

여기서 기판(10)으로부터 피형 질화물계 클래드층(60)까지가 발광구조체에 해당하고, 피형 질화물계 클래드층(60) 상층부에 적층된 구조체가 피형 전극구조체에 해당한다.

기판(10)은 사파이어(Al2O3), 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 물질들 중 어느 하나로 형성된 것이 바람직하다.

저온 핵생성층(20)은 700도 이하의 저온에서 형성된 비정질(amorphous) 질화갈륨(GaN) 또는 질화알루미늄(AlN)이 바람직하며, 경우에 따라서 생략될 수 있다.

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.

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 GaN에 피형 도펀트로서 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등이 첨가되어 형성된다.

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.

상기한 바와 같이, 본 발명 특허의 핵심기술인 피형 다중 오믹컨택트층(70)은 피형 질화물계 클래드층(60) 상층부에 적어도 한층 이상의 열분해 질화물(thermally decomposed nitride), 즉 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 인듐(In), 또는 주석(Sn) 등의 금속들 중에서 적어도 하나 이상의 금속성분과 질소(N) 성분이 반드시 결합된 물질인 질화물이 적층되어 있다.

바람직하게는 상기 열분해 질화물은 전기적 특성을 조절하기 위해서 다른 금속 성분들이 도펀트(dopant)로서 더 포함될 수 있다. 여기서 도펀트로 적용되는 금속들은 원소 주기율표상에서 금속으로 분류된 원소가 적용된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기한 고투명 다중 피형 오믹컨택트 전극구조체는 열분해 질화물 이외에도 다음과 같이, 피형 질화물계 클래드층 상층부에서 오믹접촉 전극구조체를 형성하는데 유리한 금속(metal) 및 이들 금속을 모체로 하는 합금/고용체(alloy/solid solution), 일반 전도성 산화물(conducting oxide), 투명전도성 산화물(TCO), 투명전도성 질화물(TCN), 투명전도성 질소산화물(TCON) 등과 함께 적층 순서와는 무관하게 접목하여 형성시킬 수 있다.

상기 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.

상기 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).

상기 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.

상기 투명전도성 질화물(TCN) : 타이타늄질화물(TiN), 크롬질화물(CrN), 텅스텐(WN), 탄탈륨(TaN), 또는 니오븀(NbN).

상기 투명전도성 질소산화물(TCON) : 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 물질.

또한, 더 바람직하게는 상기한 산화물 및 질화물에 이들 물질들의 전기적 특성을 향상시키기 위해서 제 3의 물질, 즉 도판트(dopant)를 첨가시킬 수 있다.

또한, 피형 다중 오믹컨택트층(70)은 1 나노미터 내지 1000 나노미터의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 피형 다중 오믹컨택트층(70)을 형성하기 위해 적용되는 증착온도는 20도 내지 1500도 범위내에서, 증착기 내의 압력은 대기압 내지 10-12 토르(torr) 정도에서 수행한다.

또한, 피형 다중 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.

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.

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.

도 3은 본 발명의 제 1, 2실시예에 따른 피형 질화물계 클래드층(60) 상층부에 형성되는 피형 다중 오믹컨택트 전극구조체(70)의 여러 적층 형태 모습을 보인 단면도이다.

본 발명에서 적용되는 피형 다중 오믹컨택트 전극구조체(70)는 상기한 바와 같 이, 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 인듐(In), 또는 주석(Sn) 등의 금속들 중에서 적어도 하나 이상의 성분과 질소(N)가 반드시 결합된 열분해 질화물(thermally decomposed nitride)을 적어도 한층 이상 포함하고 단층 또는 두층 이상의 다중형태로 형성하는 것이 바람직하다.

더욱 바람직하게는 도 3(a)에 보인 바와 같이 투명전도성 질소산화물(TCON) 단층(70a)으로 형성되는 것보다는 금속, 합금, 고용체, 일반 전도성 산화물, 투명전도성 산화물(TCO), 투명전도성 질화물, 또는 투명전도성 질소산화물(TCON)등과 같이 적층순서와는 무관하게 접목한 도 3(b), 3(c), 또는 3(d) 등의 다중형태가 좋다.

도 4는 본 발명의 제1, 2실시예에 따른 피형 질화물계 클래드층 상층부에 나노미터크기 규모 파티클(nanometer scale particle)을 도입시킨 후에 형성되는 피형 다중 오믹컨택트 전극구조체(p-type multi ohmic contact layer)의 여러 적층 형태 모습을 보인 단면도이다.

본 발명에서 적용되는 피형 다중 오믹컨택트 전극구조체(70)를 피형 질화물계 클래드층(60) 상층부에 형성시키기 전에 그룹 3족 질화물계 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), 투명전도성 질소산화물(TCON), 또는 열분해 질화물로 구성된 나노미터크기 규모 파티클을 형성시킨 다음, 상기한 바와 같이 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 인듐(In), 또는 주석(Sn) 등의 금속들 중에서 적어도 하나 이상의 금속 성분과 질소(N) 성분이 반드시 결합된 열분해 질화물을 적어도 한층 이상 포함하고 단층 또는 두층 이상의 다중형태로 형성하는 것이 바람직하다.

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), 투명전도성 질화물, 또는 투명전도성 질소산화물(TCON)등과 같이 적층순서와는 무관하게 접목한 도 4(b), 4(c), 또는 4(d) 등의 다중형태가 좋다.

바람직한 피형 다중 오믹컨택트층(70) 일예들로, 니켈질화물(Ni-N)/인듐주석산화물(ITO) 또는 아연산화물(ZnO), 니켈질화물(Ni-N)/인듐주석질소산화물(ITON) 또는 아연질소산화물(ZnON), 구리질화물(Cu-N)/루세늄(Ru)/인듐주석질소산화물(ITON) 또는 아연질소산화물(ZnON), 주석질화물(Sn-N)/이리듐(Ir)/인듐주석질소산화물(ITON) 또는 아연질소산화물(ZnON), 니켈질화물(Ni-N)/은(Ag)/인듐주석질소산화물(ITON) 또는 아연질소산화물(ZnON), 아연질화물(Zn-N)/루세늄산화물(Ru-O)/인듐주석질소산화물(ITON) 또는 아연질소산화물(ZnON), 주석질화물(Sn-N)/이리듐산화물(Ir-O)/인듐주석질소산화물(ITON) 또는 아연질소산화물(ZnON), 니켈질화물(Ni-N)/은(Ag) 또는 금(Au)/인듐주석산화물(ITO) 또는 아연산화물(ZnO), 주석질화물(Sn-N)/루세늄(Ru)/은(Ag) 또는 금(Au)/인듐주석질소산화물(ITON) 또는 아연질소산화물(ZnON), 구리질화물(Cu-N)/이리듐(Ir)/은(Ag) 또는 금(Au)/인듐주석질소산화물(ITON) 또는 아연질소산화물(ZnON), 니켈질화물(Ni-N)/니켈산화물(Ni-O)/은(Ag) 또는 금(Au)/인듐주석질소산화물(ITON) 또는 아연질소산화물(ZnON), 주석질화물(Sn-N)/루세늄산화 물(Ru-O)/은(Ag) 또는 금(Au)/인듐주석질소산화물(ITON) 또는 아연질소산화물(ZnON), 아연질화물(Zn-N)/이리듐산화물(Ir-O)/은(Ag) 또는 금(Au)/인듐주석질소산화물(ITON) 또는 아연질소산화물(ZnON), 구리질화물(Cu-N)/인듐주석산화물(ITO) 또는 아연산화물(ZnO)/인듐주석질소산화물(ITON) 또는 아연질소산화물(ZnON), 니켈질화물(Ni-N)/인듐주석질소산화물(ITON) 또는 아연질소산화물(ZnON)/인듐주석산화물(ITO) 또는 아연산화물(ZnO) 등의 여러 각종 적층구조가 있다.

본 발명에서 고안 제시된 고투명 피형 다중오믹컨택트층으로 구성된 전극 구조체는 절연성 물질인 사파이어 기판 상층부에 형성 제조된 그룹 3족 질화물계 상부 발광 다이오드에만 국한하는 것이 아니라, 전기적으로 절연성 기판물질이 아닌 전도성 기판들, 즉 Si, SiC, GaAs, ZnO, 또는 MgZnO 등과 같은 기판 상부에 형성 제조된 그룹 3족 질화물계 수직형 상부 발광 다이오드에도 적용할 수 있다.

지금까지 설명된 바와 같이, 본 발명에 의해 고안된 그룹 3족 질화물계 발광소자 및 그 제조방법에 의하면 상대적으로 전기 및 광학적 특성이 일반금속, 투명전도성 산화물 또는 질화물을 이용한 투명전도성 박막전극보다 훨씬 더 뛰어난 질화물계 피형 오믹전극 특성을 지닌 열분해 질화물(thermally decomposed nitride)을 그룹 3족 질화물계 상부 발광 다이오드의 피형 오믹전극으로 적용함으로써 피형 질화물계 클래드층과의 오믹접촉 계면 특성을 획기적으로 개선시켜 우수한 전류-전압 특 성을 나타낼 뿐만 아니라 투명전극이 가져야 하는 높은 빛투과도로 인해 고효율 고휘도 그룹 3족 질화물계 상부 발광 발광소자를 제작할 수 있다.

Claims (6)

1. 엔형 질화물계 클래드층(n-type nitride cladding layer)과 피형 질화물계 클래드층 (p-type nitride cladding layer)사이에 질화물계 활성층(nitride-based active layer)을 갖는 그룹 3족 질화물계 발광 다이오드(LED) 제조 공정에 있어서,

   상기 피형 질화물계 클래드층 상층부에 적어도 열분해 질화물(thermally decomposed nitride)을 한층 이상 갖는 적층구조로 형성된 피형 다중 오믹컨택트층(p-type multi ohmic contact layer)을 구비하고,

   피형 질화물계 클래드층 상부에 적층된 다중 전극구조체가 양질의 오믹컨택트층을 형성하도록 하기 위한 열처리 단계;를 포함하고,

   상기 열분해 질화물(thermally decomposed nitride)은 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 인듐(In), 또는 주석(Sn) 등의 금속들 중에서 적어도 하나 이상의 금속성분과 질소(N) 성분이 반드시 결합하여 형성된 물질을 지칭하며,

   바람직하게는 상기 열분해 질화물의 전기적 특성을 조절하기 위해서 다른 금속 성분들이 도펀트(dopant)로서 더 포함될 수 있다. 여기서, 도펀트로 적용되는 금속들은 원소 주기율표상에서 금속으로 분류된 원소가 적용된 그룹 3족 질화물계 발광소자.
2. 제1항에 있어서,

   상기 피형 다중 오믹컨택트층은 열분해 질화물 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), 투명전도성 질화물(TCN), 또는 투명전도성 질소산화물(TCON) 등과 함께 적층 순서와는 무관하게 접목하여 형성시킨 것을 특징으로 하는 그룹 3족 질화물계 발광소자.
3. 제2항에 있어서,

   상기 열분해 질화물 이외에 피형 다중 오믹컨택트층을 형성하는데 접목된 금속 및 이들 금속을 모체로 하는 합금/고용체, 일반 전도성 산화물, 투명전도성 산화물, 및 투명전도성 질화물은 하기와 같은 ;

   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,

   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),

   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,

   투명전도성 질화물(TCN) : 타이타늄질화물(TiN), 크롬질화물(CrN), 텅스텐(WN), 탄탈륨(TaN), 또는 니오븀(NbN)을 포함하는 것을 특징으로 하는 그룹 3족 질화물계 발광소자.
4. 제2항에 있어서,

   열분해 질화물을 한층 이상 갖는 적층구조로 형성된 피형 다중 오믹컨택트층(p-type multi ohmic contact layer)을 피형 질화물계 클래드층(p-type nitride cladding layer) 상층부에 형성시키에 앞서, 상기한 금속(metal), 합금(alloy), 고용체(solid solution), 일반 전도성 산화물(conducting oxide), 투명전도성 산화물(TCO), 투명전도성 질화물(TCN), 투명전도성 질소산화물(TCON), 또는 열분해 질화물(thermally decomposed nitride)로 형성되는 나노미터크기 규모 파티클(nanometer scale particle)을 도입하는 것을 특징으로 한 그룹 3족 질화물계 발광소자.
5. 엔형 질화물계 클래드층과 피형 질화물계 클래드층 사이에 활성층을 갖는 질화물계 발광소자의 제조방법에 있어서,

   가. 기판 위에 엔형 질화물계 클래드층, 활성층 및 피형 질화물계 클래드층이 순차적으로 적층된 발광구조체의 상기 피형 질화물계 클래드층 상층부에 적어도 한층 이상의 열분해 질화물(thermally decomposed nitride)을 포함하는 피형 다중 오믹컨택트층을 형성하는 단계와;

   나. 상기 가 단계를 거쳐 형성된 전극구조체를 열처리하는 단계;를 포함하고,

   상기 가 단계에서 적층되는 열분해 질화물은 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 인듐(In), 또는 주석(Sn) 등의 금속들 중에서 적어도 하나 이상의 금속성분과 질소(N) 성분이 반드시 결합된 물질층을 갖는 그룹 3족 질화물계 발광소자의 제조방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 투명전도성 질소산화물을 포함하고 있는 피형 다중 오믹컨택트층의 전기적인 특성을 향상시키고자, 피형 다중 오믹컨택트층을 형성하는데 유리한 금속, 합금, 고용체, 일반 전도성 산화물, 투명전도성 산화물, 투명전도성 질화물, 또는 투명전도성 질소산화물이 적층순서와는 무관하게 접목될 수 있으며, 이와 더불어서 제 3의 도펀트를 더 포함된 것을 특징으로 하는 질화물계 발광소자의 제조방법.

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