KR20090017200A - 인듐주석산화물 투명전극 직접 접촉층을 포함하는 발광다이오드 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide, ITO) 투명전극 직접 접촉층을 포함하는 발광 다이오드 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 기판, n형 화합물 반도체층, 활성층 및 p형 화합물 반도체층, ITO 투명전극층이 순차적으로 적층되는 발광 다이오드에 있어서, 상기 p형 화합물 반도체층과 ITO 투명전극층 사이에 위치하여 상기 p형 화합물 반도체층과 ITO 투명전극층과 접촉 저항을 낮추는 ITO 투명전극 직접 접촉층을 포함한다.

본 발명에 의하면, ITO 투명전극 직접 접촉층에 의해, 종래 p형 화합물 반도체층과의 오믹접촉을 위해 사용했던 p형 오믹 금속의 공정을 삭제함에 따라 공정이 단순화되고 생산성이 향상되는 경제적 부가가치가 있고, 종래에 비하여 유효 반사 면적이 증가되어 반사율이 높아져서 효율이 향상되는 장점이 있다.

인듐주석산화물, 투명 전극, 발광 다이오드, 오믹 접촉, 화합물 반도체

Description

인듐주석산화물 투명전극 직접 접촉층을 포함하는 발광 다이오드 및 그의 제조방법{Light Emitting Diode Having Indium Tin Oxide Transparent Electrode Direct Contact Layer And Fabrication Method Thereof}

본 발명은 p형 화합물 반도체의 상부에 ITO 투명전극이 형성될 때 오믹 접촉 저항을 낮출 수 있는 ITO 투명전극 직접 접촉층을 p형 반도체층과 ITO 투명전극층 사이에 삽입하여 제작함에 따라 발광되는 빛의 반사율과 휘도를 증가시키고 신뢰성을 향상시키는 발광 다이오드 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기적 신호를 빛으로 변환시키는 화합물 반도체 발광소자 즉, LED(Light Emitting Diode) 또는 레이저 다이오드(Laser Diode, LD)와 같은 발광소자들은 조명, 광통신, 다중통신 등의 응용분야에서 많이 연구되고 실용화되어가고 있는 추세이다.

이러한 반도체 발광소자들은 통신분야나 디스크 플레이어 등과 같은 장치에서 데이터의 전송이나 데이터의 기록 및 판독을 위한 수단의 광원으로써도 널리 사 용되고 있다.

일반적으로 화합물 반도체 발광소자 중 플립칩(flip-chip)형이 탑에미트(top-emitting)형보다 p형 화합물 반도체층 위에 반사막을 더 형성할 수 있고 상기 반사막이 활성층에서 발생한 빛을 반사하기 때문에 더욱 높은 광 이용효율과 높은 휘도의 특성을 가지게 된다.

화합물 반도체 발광소자에서 광추출 또는 이용효율을 높이기 위해 반사막을 적용할 경우 반사막의 재료는 반사도가 높고 접촉되는 p형 화합물 반도체층과 오믹 접합 특성이 좋아야 한다.

주로 반사막의 재료로서 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 크롬(Cr), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh) 등이 사용되고 있다.

그러나, 은(Ag)은 반사도와 오믹 접합 특성은 높지만 반도체층과의 접착력과 열적 안정성에 문제가 있어 LED 칩의 신뢰성에 한계를 가지고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 p형 질화갈륨계 반도체층(p-GaN)과 금속 반사막 사이에 산화물 전극을 사용하여 접착력을 향상시키는 기술이 제안되어 LED칩에 현재 적용을 시도하고 있다.

국내 공개특허 제10-2006-0020331호, 제10-2006-0031079호, 제10-2006-0037938호 및 제10-2006-0054089호는 그러한 산화물 전극을 이용한 반사막에 대한 종래기술을 개시한다.

하지만, 상기 종래기술은 산화물 전극을 이용하여 오믹 접합과 접착력을 일응 개선시킨 점은 인정되나, LED칩의 열적 신뢰성면에서 볼 때 산화물 전극의 열전 도 특성이 매우 낮고 오믹접합 특성이 낮아 신뢰성에 한계를 가지며, 접착력 또한 완전히 해결되지 않은 문제가 있다.

도 1는 일반적인 화합물 반도체를 이용한 발광다이오드를 제조하는 과정에 따른 발광 다이오드의 구조를 순차적으로 나타낸 단면도이다.

도 1을 참조하면 발광 다이오드의 본딩 구조 제작시 기판(100), n형 화합물 반도체층(110), 활성층(120) 및 p형 화합물 반도체층(130)이 순차적으로 적층된 반도체의 상부에 p형 오믹 금속(140)을 증착한 후 상기 p형 오믹 금속(140)을 포함하면서 상기 p형 화합물 반도체층(130) 상부에 ITO 투명전극층(150)이 형성된다.

상기 투명 전극(150)의 상부에 반사층(160)이 증착된 후 본딩용 메탈을 증착한 후 실리콘 기판(170)과의 본딩을 진행하고, 상기 기판(100)을 제거한다.(도 1a, 도 1b, 도 1c 및 도 1d 참조)

상기와 같이 제작된 발광 다이오드는 p형 화합물 반도체층과 오믹 접촉 형성을 위해 포토작업 및 p형 오믹 금속을 증착하는 공정을 진행함에 따른 공정이 추가되는 문제점이 있다.

그리고, 상기 p형 오믹 금속은 반사율이 낮아서 상기 활성층에서 나오는 빛을 효과적으로 반사하지 못하여 발광 효율이 감소하는 문제점이 있다.

따라서, 오믹 접촉 저항을 개선하기 위하여 p형 오믹 금속을 넓은 면적으로 형성하고자 하여도 이로 인한 유효 반사 면적이 줄어들어 반사율이 떨어지는 모순점이 생기게 되어 오믹 접합 특성이 우수하면서도 반사율이 높아서 효율적인 발광다이오드에 대한 연구가 필요한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, p형 화합물 반도체와 투명전극층과의 직접 오믹 접촉 형성을 통해 공정을 단순화시키며, 유효 반사 면적을 증가시켜 반사도, 휘도를 증가시키는 투명전극 직접 접촉층을 포함하는 발광 다이오드 및 그의 제조방법을 제공하는 데에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 p형 화합물 반도체의 상부에 투명 전극 직접 접촉시 오믹 접촉 저항을 낮출 수 있는 n형으로 도핑된 인듐갈륨인 또는 superlattice 형태의 다층을 성장하여 투명 전극과의 직접 컨택을 통해 본딩용 발광 다이오드를 제작한다.

본 발명의 ITO 투명전극 직접 접촉층을 포함하는 발광 다이오드는 기판, 화합물 반도체층, 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide, ITO) 투명전극층을 포함하는 발광 다이오드에 있어서, 상기 화합물 반도체층의 p형 반도체층과 ITO 투명전극층 사이에, 인듐갈륨인으로 이루어지는 ITO 투명전극 직접 접촉층을 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 ITO 투명전극 직접 접촉층은 n형으로 도핑된 인듐갈륨인(n-Ga_xIn_{1 - x}P, 단, x > 0.7)으로 이루어지는 한 개 층으로 형성될 수 있다.

본 발명에서 상기 ITO 투명전극 직접 접촉층의 두께는 제한되지 않으나 100 Å 이하인 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 ITO 투명전극 직접 접촉층은 제1층과 제2층을 하나의 단위층으로 하여 한 개의 단위층 또는 복수개의 단위층으로 구성될 수 있다.

상기 제1층은 도핑되지 않거나 또는 n형으로 도핑된 인듐갈륨인으로 이루어질 수 있으며, 상기 제2층은 상기 제1층 위에 적층되고 n형으로 도핑된 인듐갈륨인으로 이루어질 수 있다.

상기 제1층 및 제2층 두께는 제한되지 않지만 각각 100Å 이하인 것이 바람직할 것이다.

또한 상기 제1층은 n형으로 도핑된 인듐갈륨인으로 구성되는 경우에 그 구체적인 화학조성식은 Ga_x1In_{1 -x1}P일 수 있으며 x1 > 0.8 이다.

상기 제2층은 n형으로 도핑된 인듐갈륨인으로 구성되며 그 구체적인 화학조성식은 Ga_x2In_{1 -x2}P일 수 있으며 x2 > 0.5 이다. 이 때, 상기 x1은 상기 x2보다 큰 것이 바람직하다.

ITO 투명전극 직접 접촉층이 하나 이상의 단위층으로 구성되는 본 발명에 있어서, 단위층 중 제1층이 도핑되지 않은 인듐갈륨인으로 구성되는 것이 바람직하다.

또한 단위층 중 제1층이 n형으로 도핑된 인듐갈륨인으로 구성될 경우 그의 도핑농도는 상기 제2층의 n형 도핑농도보다 작은 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 발광 다이오드의 제조방법은 기판 위 에 화합물 반도체층, 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide, ITO) 투명전극층이 순차로 적층된 발광 다이오드의 제조방법에 있어서, 화합물 반도체층의 p형 반도체층을 형성하는 단계와 ITO 투명전극층을 형성하는 단계 사이에, 인듐갈륨인으로 이루어지는 ITO 투명전극 직접 접촉층을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명에서 상기 ITO 투명전극층을 형성하는 단계 이후에, 반사층을 적층하고 p형 실리콘 기판을 본딩하는 단계와 상기 하부 기판을 제거하는 단계를 추가로 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 ITO 투명전극 직접 접촉층은 n형으로 도핑된 인듐갈륨인(n-Ga_xIn_{1 - x}P, 단, x > 0.7)으로 이루어지는 한 개 층일 수 있다.

또한 본 발명에서 상기 ITO 투명전극 직접 접촉층은, 도핑되지 않거나 또는 n형으로 도핑된 인듐갈륨인(Ga_x1In_{1 -x1}P, 단, x1 > 0.8)으로 이루어진 제1층, 및 상기 제1층 위에 적층되고 상기 제1층의 n형 도핑 농도보다 고농도의 n형으로 도핑된 인듐갈륨인(Ga_x2In_{1 -x2}P, 단, x2 > 0.5)으로 이루어진 제2층을 하나의 단위층으로 하여 상기 단위층을 하나 이상으로 형성하여 구성할 수 있다. 단, 이 경우 x1 > x2 을 만족하는 것이 바람직할 것이다.

상기의 ITO 투명전극 직접 접촉층은 그 형성방법은 당업자이면 공지의 기술로 알수 있는 방법으로 적층될 수 있으며 특정한 방법에 한정되지 않는다. 일반적으로 에피 성장을 통해 증착하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, ITO 투명전극 직접 접촉층을 사용함에 따라 오믹 금속의 면적에 상응하는 유효 반사 면적이 증가하여 휘도가 증가되는 효과가 있다.

또한, 전류 스프레딩(Spreading) 향상에 따라 휘도 및 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

그리고, 오믹 금속을 증착하는 공정이 감소하고 공정이 단순화됨에 따라 생산성이 향상되는 경제적인 가치 창출의 효과가 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 투명 전극 직접 컨택층을 포함하는 발광 다이오드의 적층구조를 나타낸 도면이다.

도 2a 를 참조하면, 기판(100), n형 화합물 반도체층(110), 활성층(120), p형 화합물 반도체층(130) 및 ITO 투명전극 직접 접촉층(200)을 포함한다.

상기 기판(100)은 N-GaAs로 형성되며 상기 n형 화합물 반도체층(110)의 하부 에 위치한다.

상기 n형 화합물 반도체층(110)은 N-GaAs로 형성되는 버퍼층, N-GaInP로 형성되는 에칭 정지층(etch stop layer), N-GaAs로 형성되는 컨택층 및 N-AlInP로 형성되는 클래드층이 순차적으로 적층되어 구성된다.

상기 활성층(120)은 상기 n형 화합물 반도체층(110)의 클래드층의 상부에 적층되며 MQW(Multiple quantum well) 구조로 형성된다.

상기 p형 화합물 반도체층(130)은 AlInp로 형성되는 클래드층과 GaP로 형성되는 윈도우층이 순차적으로 상기 활성층(120)의 상부에 적층된다.

상기 ITO 투명전극 직접 접촉층(200)은 상기 p형 화합물 반도체층(130)의 상부에 적층되며, 상기 p형 화합물 반도체층(130)과 ITO 투명전극층의 접촉 시 오믹 접촉 저항을 낮출 수 있는 n-Ga_(x)In_(1-x)P 구조 또는 superlattice(규칙 격자) 구조의 다층을 성장한다.

상기 ITO 투명전극 직접 접촉층(200)에 대한 자세한 설명은 하기의 도 3 및 도 4 를 참조한다.

도 2b 를 참조하면, 상기 도 2a에서 형성된 발광 다이오드 구조의 상부에 투명 전극층(150) 및 반사층(160)을 순차적으로 증착한다.

이때, 상기 투명 전극층은 인듐주석산화물(ITO)로 이루어진다.

도 2c 를 참조하면, 상기 도 2b에서 형성된 발광 다이오드 구조의 상부에 본딩용 금속을 증착하여 실리콘 기판(170)과 본딩을 진행한 후, 상기 기판(100)을 제 거하여 본딩용 칩을 제작한다.(도 2d 참조)

상기의 순서로 형성되는 발광 다이오드는 오믹 전극을 사용하지 않고 투명 전극과 P형 화합물 반도체층을 직접 접촉하며, 이때, 투명 전극 집적 컨택층을 상기 P형 화합물 반도체층과 투명 전극층 사이에 형성하여 상기 P형 화합물 반도체층과 투명 전극과의 오믹저항을 감소시켜 휘도를 증가시킨다.

도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 ITO 투명전극 직접 접촉층을 나타낸 도면이고, 도 4 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복층의 ITO 투명전극 직접 접촉층을 포함하는 발광 다이오드를 나타낸 도면이다.

도 3 을 참조하면, 상기 ITO 투명전극 직접 접촉층(200)은 단층의 갈륨화합물로서 바람직하게는 n-Ga_(x)In_(1-x)P의 구조(x > 0.7)로 이루어진다.

그리고, 상기 ITO 투명전극 직접 접촉층(200)은 100Å 이하의 두께로 형성되어 P형 화합물 반도체층의 상부에 성장된다.

도 4 를 참조하면, N1-Ga_(x1)In_(1-x1)P로 형성되는 제1층(400)과 N2-Ga_(x2)In_(1-x2)P로 형성되는 제2층(410)이 순차적으로 하나의 단위층을 형성하면서 적층되어 복층으로 구성된 ITO 투명전극 직접 접촉층(200)을 구성한다.

상기 제1층(400)의 x1은 0.8보다 크고, 상기 제2층(410)의 x2는 0.5보다 크며 상기 x1은 x2보다 큰 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제1층(400) 및 상기 제2층(410)은 각각의 두께가 100Å 이하로서 본 도면에서는 n형 화합물 반도체층을 나타낸다.

또한, 상기 제1층(400)은 도핑을 하지 않은 진성반도체층일 수 있다.

상기 제1층(400)이 도핑된 n형 화합물 반도체층으로 구성할 경우 제1층의 도핑농도가 상기 제2층(410)의 도핑농도보다 작게 형성된다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1a, 도 1b, 도 1c 및 도 1d 는 종래의 발광 다이오드 적층구조를 나타낸 도면.

도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d 는 본 발명의 일 실시예에 따른 ITO 투명전극 직접 접촉층을 포함하는 발광 다이오드의 적층구조를 나타낸 도면.

도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 ITO 투명전극 직접 접촉층을 나타낸 도면.

도 4 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복층의 ITO 투명전극 직접 접촉층을 포함하는 발광 다이오드를 나타낸 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 기판 110 : n형 화합물 반도체층

120 : 활성층 130 : p형 화합물 반도체층

140 : p-오믹금속 150 : 투명 전극

160 : 반사층 170 : 실리콘 기판

200 : ITO 투명전극 직접 접촉층 400 : 제1층

410 : 제2층

Claims (11)

1. 기판, 화합물 반도체층, 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide, ITO) 투명전극층을 포함하는 발광 다이오드에 있어서,

   상기 화합물 반도체층의 p형 반도체층과 ITO 투명전극층 사이에, 인듐갈륨인으로 이루어지는 ITO 투명전극 직접 접촉층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 ITO 투명전극 직접 접촉층은,

   n형으로 도핑된 인듐갈륨인(n-Ga_xIn_{1 - x}P, 단, x > 0.7)으로 이루어지는 한 개 층으로 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 ITO 투명전극 직접 접촉층의 두께는 100Å 이하인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 ITO 투명전극 직접 접촉층은,

   도핑되지 않거나 또는 n형으로 도핑된 인듐갈륨인으로 이루어진 제1층, 및 상기 제1층 위에 적층되고 n형으로 도핑된 인듐갈륨인으로 이루어진 제2층을 하나의 단위층으로 하여 상기 단위층을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제1층 및 제2층의 두께는 100Å 이하인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 제1층은 n형으로 도핑된 인듐갈륨인(n-Ga_x1In_{1 -x1}P, 단, x1 > 0.8)으로 이루어지고, 상기 제2층은 n형으로 도핑된 인듐갈륨인(n-Ga_x2In_{1 -x2}P, 단, x2 > 0.5)으로 이루어지며, 상기 x1은 상기 x2보다 큰 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 제1층의 도핑농도는 상기 제2층의 도핑농도보다 작은 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
8. 기판 위에 화합물 반도체층, 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide, ITO) 투명전 극층이 순차로 적층된 발광 다이오드의 제조방법에 있어서,

   화합물 반도체층의 p형 반도체층을 형성하는 단계와 ITO 투명전극층을 형성하는 단계 사이에, 인듐갈륨인으로 이루어지는 ITO 투명전극 직접 접촉층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 ITO 투명전극층을 형성하는 단계 이후에,

   반사층을 적층하고 p형 실리콘 기판을 본딩하는 단계; 및

   상기 기판을 제거하는 단계를 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조방법.
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 ITO 투명전극 직접 접촉층은 n형으로 도핑된 인듐갈륨인(n-Ga_xIn_{1 - x}P, 단, x > 0.7)으로 이루어지는 한 개 층인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조방법.
11. 제 8 항에 있어서,

    상기 ITO 투명전극 직접 접촉층은,

    도핑되지 않거나 또는 n형으로 도핑된 인듐갈륨인(Ga_x1In_{1 -x1}P, 단, x1 > 0.8) 으로 이루어진 제1층, 및 상기 제1층 위에 적층되고 상기 제1층의 n형 도핑 농도보다 고농도의 n형으로 도핑된 인듐갈륨인(Ga_x2In_{1 -x2}P, 단, x2 > 0.5)으로 이루어진 제2층을 하나의 단위층으로 하여 상기 단위층을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조방법. (단, x1 > x2)

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