KR20170138247A - HIGH-EFFICIENCY GaN-BASED LIGHT-EMITTING DIODES AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME - Google Patents

HIGH-EFFICIENCY GaN-BASED LIGHT-EMITTING DIODES AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME Download PDF

Info

Publication number
KR20170138247A
KR20170138247A KR1020160070408A KR20160070408A KR20170138247A KR 20170138247 A KR20170138247 A KR 20170138247A KR 1020160070408 A KR1020160070408 A KR 1020160070408A KR 20160070408 A KR20160070408 A KR 20160070408A KR 20170138247 A KR20170138247 A KR 20170138247A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
semiconductor layer
electrode
light emitting
emitting diode
Prior art date
Application number
KR1020160070408A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101824322B1 (en
Inventor
김현수
오문식
Original Assignee
전북대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 전북대학교산학협력단 filed Critical 전북대학교산학협력단
Priority to KR1020160070408A priority Critical patent/KR101824322B1/en
Priority to PCT/KR2017/005880 priority patent/WO2017213403A1/en
Publication of KR20170138247A publication Critical patent/KR20170138247A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101824322B1 publication Critical patent/KR101824322B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005Processes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/14Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/38Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/40Materials therefor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/12Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1204Optical Diode
    • H01L2924/12041LED
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008Processes
    • H01L2933/0016Processes relating to electrodes

Landscapes

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

Abstract

The present invention provides a high efficiency GaN-based light emitting diode and a manufacturing method thereof, the diode including: a substrate; a GaN-based first conductive semiconductor layer; a GaN-based conductive semiconductor layer; an active layer interposed between the first conductive semiconductor layer and the second conductive semiconductor layer; and a transparent electrode in contact with the second conductive semiconductor layer, wherein the transparent electrode includes a first electrode layer deposited by an electron-beam evaporator and a second electrode layer deposited by a sputter. The high efficiency GaN-based light emitting diode according to the present invention can obtain high light transmittance and low surface resistance.

Description

질화갈륨계 고효율 발광다이오드 및 그의 제조방법{HIGH-EFFICIENCY GaN-BASED LIGHT-EMITTING DIODES AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a GaN-based high-efficiency light emitting diode and a method of manufacturing the same. BACKGROUND ART [0002]

본 발명은 질화갈륨계 고효율 발광다이오드 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 질화갈륨계 반도체(GaN) 기반의 발광 소자에 적용하기 위한 투명전극을 ITO(indium-tin oxide) 물질을 포함한 구조로 함으로써 광 출력을 향상시킨 질화갈륨계 고효율 발광다이오드 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a gallium nitride-based high-efficiency light-emitting diode and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a gallium nitride-based high-efficiency light- Thereby improving the light output, and a method of manufacturing the same.

고효율/고출력을 갖는 질화갈륨계 발광다이오드를 제작하기 위하여 수평형 구조의 발광다이오드가 가장 널리 사용되며 이에 대한 광범위한 연구가 진행되고 있다. 특히, 이러한 구조에 관한 가장 큰 이슈는 p형 GaN에 접촉시키는 물질에 대한 투명전극으로서의 활용도이며, 이러한 투명전극에 대한 전류퍼짐(current spreading) 효과, 낮은 접촉저항, 높은 광투과도 획득은 반드시 해결해야 할 중요한 과제로 인식되고 있다.In order to fabricate gallium nitride based light emitting diodes having high efficiency / high output, light emitting diodes having a horizontal structure are most widely used and extensive researches on them have been conducted. Particularly, the biggest issue regarding this structure is the utilization as a transparent electrode for a substance which is in contact with p-type GaN, and current spreading effect, low contact resistance and high light transmittance for such a transparent electrode must be solved Is recognized as an important task.

위와 같은 과제에 관한 선행기술(대한민국 특허 제2001-0002265호)로서 A12O3(ITO), 니켈/금(Ni/Au) 계의 물질 등을 활용하여 투명전극을 형성함으로써 저저항/고투과도 특성 및 고효율 특성을 갖는 발광 다이오드를 제조하려는 시도가 이루어진 바 있다.As a prior art related to the above problem (Korean Patent No. 2001-0002265), a transparent electrode is formed by using Al 2 O 3 (ITO), nickel / gold (Ni / Au) An attempt has been made to fabricate light emitting diodes having characteristics and high efficiency characteristics.

그러나, 투명전극용 물질들은 전류밀집(current crowding) 효과로 인하여 소자면적 대비 광추출이 낮은 단점을 가지며, 특히, 200~400 nm 사이의 자외선 영역에서 급격한 광흡수로 인하여 투과도 특성이 저하되므로 낮은 파장(deep-UV)의 영역에서는 매우 취약한 것으로 확인되고 있다.However, the materials for the transparent electrode have a disadvantage in that the light extraction relative to the device area is low due to the current crowding effect. Particularly, in the ultraviolet region between 200 and 400 nm, (deep-UV) region.

또한, 기존의 스퍼터링법(sputtered)으로 증착된 ITO는 이온데미지(ion-damage)로 인하여 p형 GaN에서의 오믹 접촉의 형성이 취약한 단점을 안고 있었다.In addition, ITO deposited by sputtering has a disadvantage in that formation of ohmic contact in p-type GaN is weak due to ion-damage.

대한민국 특허 제2001-0002265호Korean Patent No. 2001-0002265

Myungkwan Song, et al., "Highly efficient and bendable organic solar cells with solution-processed silver nanowire electrodes", Adv. Funct. Mater. 23(34), 4272 (2013)Myungkwan Song, et al., "Highly efficient and bendable organic solar cells with solution-processed silver nanowire electrodes ", Adv. Funct. Mater. 23 (34), 4272 (2013)

본 발명은 종래기술의 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전류퍼짐(current spreading) 효과가 우수하며, 낮은 접촉저항을 제공하며, 및 가시광선 영역은 물론 낮은 파장(deep-UV)의 영역에서도 우수한 광투과율을 제공하는 질화갈륨계 고효율 발광다이오드 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a semiconductor device having excellent current spreading effect, low contact resistance, and low- And to provide a gallium nitride-based high-efficiency light-emitting diode which provides an excellent light transmittance even in the region.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 기판; 질화갈륨 계열의 제 1 도전형 반도체층; 질화갈륨 계열의 제 2 도전형 반도체층; 제 1 도전형 반도체층과 제 2 도전형 반도체층 사이에 개재된 활성층; 및 제 2 도전형 반도체층에 접촉되는 투명전극을 포함하며, 투명전극은 제 2 도전형 반도체층 표면에 접촉되는 도트(dot) 패턴의 제 1 전극층 및 도트 패턴의 제 1 전극층을 감싸면서 제 2 도전형 반도체층에 접촉되는 제 2 전극층을 포함하는 것인 질화갈륨계 고효율 발광다이오드를 제공할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a substrate comprising: a substrate; A gallium nitride based first conductivity type semiconductor layer; A second conductive semiconductor layer of gallium nitride type; An active layer interposed between the first conductivity type semiconductor layer and the second conductivity type semiconductor layer; And a transparent electrode in contact with the second conductive type semiconductor layer, wherein the transparent electrode surrounds the first electrode layer of a dot pattern in contact with the surface of the second conductive type semiconductor layer and the first electrode layer of the second conductive type semiconductor layer, And a second electrode layer that is in contact with the conductive type semiconductor layer can be provided.

제 1 전극층은 전자빔 증발법(e-beam evaporator)으로 증착된 것이고, 제 2 전극층은 전극층은 스퍼터(sputter)로 증착된 것일 수 있다.The first electrode layer may be deposited by an e-beam evaporator, and the second electrode layer may be a sputtered electrode layer.

제 1 전극층의 도트 패턴은 지름이 1 내지 10 ㎛ 크기이며, 두께는 10 내지 200 nm의 반구 렌즈 형태일 수 있다.The dot pattern of the first electrode layer may be in the form of a hemispherical lens having a diameter of 1 to 10 mu m and a thickness of 10 to 200 nm.

제 2 전극층의 두께는 10 내지 200 nm일 수 있다.The thickness of the second electrode layer may be 10 to 200 nm.

본 발명의 다른 바람직한 일 실시예에 따르면, 기판 상에 제 1 도전형 반도체층을 증착하는 단계; 제 1 도전형 반도체층 상에 활성층을 증착하는 단계; 활성층 상에 제 2 도전형 반도체층을 증착하는 단계; 제 2 도전형 반도체층 상에 전자빔 증발법(e-beam evaporator)으로 패턴이 형성된 제 1 전극층을 증착하는 단계; 및 제 1 전극층 상에 스퍼터법(sputtered)으로 제 2 전극층을 증착하는 단계를 포함하는 것인 질화갈륨계 고효율 발광다이오드의 제조방법을 제공할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: depositing a first conductive semiconductor layer on a substrate; Depositing an active layer on the first conductive semiconductor layer; Depositing a second conductive type semiconductor layer on the active layer; Depositing a first electrode layer on the second conductivity type semiconductor layer, the first electrode layer having a pattern formed by an e-beam evaporator; And depositing a second electrode layer by sputtering on the first electrode layer. The present invention also provides a method of manufacturing a gallium nitride-based high-efficiency light emitting diode.

본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예에 따르면, 발광다이오드의 제조방법은 질소 및 산소 분위기에서 300 내지 900 ℃ 의 온도로 30 내지 600초 동안 상기 투명전극을 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the method of manufacturing a light emitting diode may further include a step of heat-treating the transparent electrode for 30 to 600 seconds at a temperature of 300 to 900 DEG C in a nitrogen and oxygen atmosphere.

본 발명에 의한 질화갈륨계 고효율 발광다이오드는 전류퍼짐(current spreading) 효과 및 광추출 효과가 우수하며, 낮은 접촉저항을 나타내며, 가시광선 영역은 물론 낮은 파장(deep-UV)의 영역에서의 우수한 광투과율을 제공한다.The gallium nitride-based high-efficiency light emitting diode according to the present invention is excellent in current spreading effect and light extracting effect, exhibits low contact resistance, and exhibits excellent light in a region of a deep-UV as well as a visible light region. Transmittance.

또한, 본 발명의 질화갈륨계 고효율 발광다이오드의 제조방법은 간단한 방법에 의해 상기와 같은 우수한 효과를 갖는 질화갈륨계 고효율 발광다이오드를 제공하므로, 이 분야에서 매우 유용하게 사용될 것으로 기대된다.Further, the gallium nitride-based high-efficiency light emitting diode of the present invention provides a gallium nitride-based high-efficiency light emitting diode having the above-described excellent effect by a simple method and is expected to be very useful in this field.

도 1은 본원발명의 바람직한 일 실시예에 따른 질화갈륨계 고효율 발광다이오드(도 1a 및 1b)의 모식도이다.
도 2는 비교예 1의 전자빔 증착 ITO를 투명전극으로 활용한 질화갈륨계 발광다이오드(도 2a 및 2b)의 모식도이다.
도 3은 본원발명의 바람직한 일 실시예에 따른 투명전극막과 비교예 1 및 비교예 2의 전극막의 광투과도 측정결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본원발명의 바람직한 일 실시예에 따른 투명전극막과 비교예 1의 전극막의 I-V커브를 통한 접촉저항을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본원발명의 바람직한 일 실시예에 따른 투명전극막 구조의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy, SEM) 이미지이다.
도 6은 본원발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 질화갈륨계 고효율 발광다이오드와 비교예 1 발광 다이오드의 광학적인 특성을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본원발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 질화갈륨계 고효율 발광다이오드와 비교예 1 발광 다이오드의 전기적 특성을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본원발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 질화갈륨계 고효율 발광다이오드 및 비교예 1의 발광다이오드의 전자발광(Electro-Luminescence, EL) 스펙트럼의 그래프(도 8a), 전류 퍼짐길이에 대한 결과값(도 8b) 및 그래프(도 8c)이다.
도 9는 본원발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 질화갈륨계 고효율 발광다이오드 및 비교예 1의 발광다이오드의 광학현미경(Optical Microscopy, OM) 및 공초첨 주사전자형광현미경 (Confocal Scanning Electroluminescence Microscopy, CSEM) 이미지이다.
1 is a schematic view of a gallium nitride-based high efficiency light emitting diode (Figs. 1A and 1B) according to one preferred embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a schematic view of a gallium nitride-based light emitting diode (Figs. 2A and 2B) using ITO of electron beam deposition of Comparative Example 1 as a transparent electrode.
3 is a graph showing the results of measurement of light transmittance of a transparent electrode film according to a preferred embodiment of the present invention and the electrode films of Comparative Examples 1 and 2.
4 is a graph showing a contact resistance of the transparent electrode film according to one preferred embodiment of the present invention and the IV curve of the electrode film of Comparative Example 1.
5 is a Scanning Electron Microscopy (SEM) image of a transparent electrode film structure according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing optical characteristics of a gallium nitride-based high-efficiency light emitting diode and a comparative example 1 light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph illustrating electrical characteristics of a gallium nitride-based high-efficiency light emitting diode and a comparative example 1 light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a graph (FIG. 8A) of electroluminescence (EL) spectra of a gallium nitride-based high-efficiency light emitting diode according to another embodiment of the present invention and a light emitting diode of Comparative Example 1 (Figure 8b) and graph (Figure 8c).
9 is a graph showing the results of optical microscopy (OM) and confocal scanning electroluminescence microscopy (CSEM) of a gallium nitride-based high-efficiency light emitting diode and a light emitting diode of Comparative Example 1 according to another preferred embodiment of the present invention. Image.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

본 발명의 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용한 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 명세서에서 '포함한다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지칭하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. It is to be understood that the terms " comprises " or " having " and the like in the specification of the present invention are intended to imply the presence of any feature, number, step, operation, But do not preclude the presence or addition of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
It is to be understood that where a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "on" another portion, unless stated otherwise in this specification, .

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판; 질화갈륨 계열의 제 1 도전형 반도체층; 질화갈륨 계열의 제 2 도전형 반도체층; 및 상기 제 1 도전형 반도체층과 상기 제 2 도전형 반도체층 사이에 개재된 활성층; 상기 제 2 도전형 반도체층에 접촉되는 투명전극을 포함하며, 상기 투명전극은 상기 제 2 도전형 반도체층 표면에 접촉되는 도트(dot) 패턴의 제 1 전극층 및 상기 도트 패턴의 제 1 전극층을 감싸면서 상기 제 2 도전형 반도체층에 접촉되는 제 2 전극층을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 고효율 발광다이오드를 제공하는 기술에 관한 것이다.According to an embodiment of the present invention, A gallium nitride based first conductivity type semiconductor layer; A second conductive semiconductor layer of gallium nitride type; And an active layer interposed between the first conductive semiconductor layer and the second conductive semiconductor layer; And a transparent electrode in contact with the second conductive type semiconductor layer, wherein the transparent electrode surrounds the first electrode layer of a dot pattern contacting the surface of the second conductive type semiconductor layer and the first electrode layer of the dot pattern And a second electrode layer that is in contact with the second conductivity type semiconductor layer. The present invention also relates to a technique for providing a gallium nitride-based high efficiency light emitting diode.

도 1은 본원발명의 바람직한 일 실시예에 따른 질화갈륨계 고효율 발광다이오드의 단면 모식도(도 1a) 및 이를 위에서 바라본 모식도(도 1b)이다.1 is a schematic cross-sectional view (FIG. 1A) of a gallium nitride-based high-efficiency light emitting diode according to a preferred embodiment of the present invention and a schematic view thereof (FIG. 1B).

이하 도 1을 참조하여 본원발명의 발광다이오드(100)의 구조를 보다 구체적으로 설명하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 발광다이오드(100)는 기판(10), 상기 기판 위에 위치하는 반도체 광전자 구조체(20) 및 투명전극(40)을 포함할 수 있다.1, a light emitting diode 100 according to an embodiment of the present invention includes a substrate 10, a semiconductor optoelectronic structure 10 disposed on the substrate, (20) and a transparent electrode (40).

상기 기판(10)은 통상 반도체 기판으로서 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로는 상기 기판(10)은 반도체 단결정 성장용 기판일 수 있으며, 보다 구체적으로는 사파이어(sapphire), Al2O3, AlN, BN, GaAs, GaN, LiAlO2, LiGaO2, MgAl2O4, MgO, 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC), 산화아연(ZnO), 유리 등을 포함하는 기판일 수 있다.The substrate 10 is not particularly limited as long as it is usually used as a semiconductor substrate. More specifically, the substrate 10 may be a substrate for growing a semiconductor monocrystal, and more specifically, may be a sapphire substrate, Al 2 O 3 , AlN, BN, GaAs, GaN, LiAlO 2 , LiGaO 2 , MgAl 2 O 4 , MgO, silicon (Si), silicon carbide (SiC), zinc oxide (ZnO), glass and the like.

일례로, 상기 기판(10)이 사파이어로 형성된 경우, 상기 사파이어는 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 방향의 요철상수가 13.001Å, a축 방향 향으로는 4.765Å의 요철 간 거리를 갖는 것일 수 있으며, 또 사파이어 면방향(orientation plane)으로는 C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등을 갖는 것일 수 있다. 이중에서도 사파이어 기판층의 C면의 경우 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 성장용 기판으로서 보다 바람직할 수 있다.For example, when the substrate 10 is formed of sapphire, the sapphire has a Hexa-Rhombo R3c symmetry, and has a concavo-convex constant of 13.001 angstroms in the c-axis direction and 4.765 angstroms in the a- And may have a C (0001) plane, an A (1120) plane, an R (1102) plane or the like as an orientation plane of the sapphire. In the case of the C-plane of the sapphire substrate layer, the nitride thin film can be easily grown and stable at high temperature.

상기 기판(10)은 100 내지 600 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 상기한 범위 내의 두께를 가질 때 기판 위에 형성되는 발광다이오드에 대해 적절한 지지력을 나타낼 수 있다. 보다 구체적으로는 상기 기판은 200 내지 400 ㎛의 두께를 가질 수 있다.The substrate 10 may have a thickness of 100 to 600 mu m. When the thickness is within the above range, it is possible to exhibit an appropriate supporting force for the light emitting diode formed on the substrate. More specifically, the substrate may have a thickness of 200 to 400 [mu] m.

또, 상기 발광다이오드(100)는, 전기에너지를 빛에너지로 변환하여 발광을 나타내거나, 또는 빛에너지를 전기에너지로 변환하는 역할을 하는 것으로, 해당 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있다.The light emitting diode 100 converts light energy into light energy to emit light, or converts light energy into electric energy. The light emitting diode 100 can be used without any particular limitation as long as it is commonly used in the related art .

구체적으로, 상기 발광다이오드(100)가 질소계 반도체 광전자 구조체(20)를 포함하는 경우, 상기 반도체 광전자 구조체(20)는 비도핑 반도체층(21), 제1도전형 반도체층(22), 활성층(23), 그리고 제2도전형 반도체층(24)이 순차로 적층된 다층 구조체일 수 있다.In particular, when the light emitting diode 100 includes the nitrogen-based semiconductor optoelectronic structure 20, the semiconductor optoelectronic structure 20 includes the undoped semiconductor layer 21, the first conductivity type semiconductor layer 22, A second conductive semiconductor layer 23, and a second conductive semiconductor layer 24 are sequentially stacked.

상기 발광다이오드(100)에 있어서, 상기 제1도전형 반도체층(22)은 제1도전형 불순물로 도핑된 질화물 반도체를 포함할 수 있다. 상기 질화물 반도체는 구체적으로는, AlxInyGa(1-x-y)N(이때, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)일 수 있으며, 보다 구체적으로는 GaN, AlGaN 또는 InGaN 등일 수 있다. 또, 상기 질화물 반도체에 도핑되는 제1도전형 불순물은 n형 불순물일 수 있으며, 구체적으로는, Si, Ge, Se, 또는 Te 등일 수 있다.In the light emitting diode 100, the first conductive semiconductor layer 22 may include a nitride semiconductor doped with a first conductive impurity. Specifically, the nitride semiconductor may be Al x In y Ga (1-xy) N (where 0? X? 1, 0? Y ? 1 , 0? X + y? 1) GaN, AlGaN, InGaN, or the like. The first conductive impurity doped in the nitride semiconductor may be an n-type impurity, and may be specifically Si, Ge, Se, Te, or the like.

상기 제1도전형 반도체층(22)은 발광다이오드의 성능에 미치는 제1도전성 반도체층의 영향을 고려할 때, 1 내지 20 ㎛, 보다 바람직하게는 1 내지 10 ㎛의 두께를 가질 수 있다.The first conductive semiconductor layer 22 may have a thickness of 1 to 20 μm, more preferably 1 to 10 μm, in consideration of the influence of the first conductive semiconductor layer on the performance of the light emitting diode.

또, 상기 발광다이오드(100)에 있어서, 상기 제1도전형 반도체층(22) 위에 위치하는 활성층(23)은 전자 및 정공이 재결합되는 영역으로서, 양자우물층과 양자장벽층을 포함한다. 상기 반도체 광전자 구조체가 발광소자일 경우 활성층은 소정의 파장을 갖는 빛을 발산하고, 상기 반도체 광전자 구조체가 수광소자 또는 광기전력 발생소자일 경우에는 소정의 파장을 갖는 빛을 흡수한다. 따라서, 상기 활성층에서 발산되거나 흡수되는 빛의 파장은 활성층을 구성하는 물질의 종류에 따라 달라질 수 있다.In the light emitting diode 100, the active layer 23 located on the first conductivity type semiconductor layer 22 is a region where electrons and holes are recombined, and includes a quantum well layer and a quantum barrier layer. When the semiconductor optoelectronic structure is a light emitting device, the active layer emits light having a predetermined wavelength, and when the semiconductor optoelectronic structure is a light receiving device or a photovoltaic power generating device, the active layer absorbs light having a predetermined wavelength. Therefore, the wavelength of the light emitted or absorbed by the active layer may vary depending on the type of the material constituting the active layer.

구체적으로, 상기 발광다이오드(100)가 질소계 발광다이오드인 경우 상기 활성층(23)은 인듐 함량에 따라 밴드갭 에너지가 조절되도록 InxGa1 - xN(0<x<1) 등의 반도체 재료를 포함할 수 있다.Specifically, when the LED 100 is a nitrogen-based light-emitting diode wherein the active layer 23 is In x Ga 1 so that the band gap energy is adjusted to the indium content-semiconductor material, such as x N (0 <x <1 ) . &Lt; / RTI &gt;

또, 상기 활성층(23)은 양자 장벽층과 양자 우물층이 서로 교대로 적층된 다중 양자 우물(multi-quantumn well, MQW) 구조를 가질 수 있다. 구체적으로 상기 활성층은 InGaN과 GaN이 반복적으로 적층되어 형성될 수 있고, AlGaN과 GaN이 반복적으로 적층되어 형성될 수도 있다.In addition, the active layer 23 may have a multi-quantum well (MQW) structure in which a quantum barrier layer and a quantum well layer are alternately stacked. Specifically, the active layer may be formed by repeatedly laminating InGaN and GaN, and may be formed by repeatedly laminating AlGaN and GaN.

상기 활성층(23)은 발광다이오드의 성능에 미치는 활성층의 영향을 고려할 때, 0.1 내지 20 ㎛, 바람직하게는 1 내지 10 ㎛의 두께를 가질 수 있다.Considering the influence of the active layer on the performance of the light emitting diode, the active layer 23 may have a thickness of 0.1 to 20 탆, preferably 1 to 10 탆.

한편, 상기 반도체 광전자 구조체(20)에 있어서, 상기 활성층(23) 위에 위치하는 상기 제2도전형 반도체층(24)은 제2도전형 불순물로 도핑된 질화물 반도체를 포함할 수 있다. 상기 질화물 반도체는 구체적으로는, AlxInyGa(1-x-y)N(이때, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)일 수 있으며, 보다 구체적으로는 GaN, InN, AlGaN, 또는 InGaN 등일 수 있다. 또, 상기 질화물 반도체에 도핑되는 제2도전형 불순물은 p형 불순물로서, 구체적으로는 Mg, Zn, 또는 Be 등일 수 있다.Meanwhile, in the semiconductor optoelectronic structure 20, the second conductive semiconductor layer 24 located on the active layer 23 may include a nitride semiconductor doped with a second conductive impurity. Specifically, the nitride semiconductor may be Al x In y Ga (1-xy) N (where 0? X? 1, 0? Y ? 1 , 0? X + y? 1) GaN, InN, AlGaN, InGaN, or the like. The second conductivity type impurity to be doped in the nitride semiconductor may be a p-type impurity, specifically, Mg, Zn, Be, or the like.

상기 제2도전성 반도체층(24)은 발광다이오드의 성능에 미치는 제2도전성 반도체층의 영향을 고려할 때, 0.01 내지 1 ㎛, 바람직하게는 0.05 내지 0.1 ㎛의 두께를 가질 수 있다.The second conductive semiconductor layer 24 may have a thickness of 0.01 to 1 탆, preferably 0.05 to 0.1 탆, in consideration of the influence of the second conductive semiconductor layer on the performance of the light emitting diode.

한편, 상기 제1 및 제2도전형 반도체층은 각각 n형 및 p형 반도체층라고 설명되었으나, 이와 반대로 각각 p형 및 n형 반도체층일 수도 있다.Meanwhile, although the first and second conductivity type semiconductor layers are described as n-type and p-type semiconductor layers, respectively, they may be p-type and n-type semiconductor layers, respectively.

또, 상기 제1 및 제2도전형 반도체층은 각각 독립적으로 단일층일 수도 있고, 또는 2층 이상의 다층 구조를 가질 수도 있다.Each of the first and second conductivity type semiconductor layers may be independently a single layer or may have a multilayer structure of two or more layers.

또, 상기 발광다이오드(100)에 있어서, 상기 제1도전형 반도체층(22)의 아래, 즉 기판과 접하는 제1도전형 반도체층의 면측에 질화물 반도체층(21)이 더 포함될 수도 있다.In addition, in the light emitting diode 100, the nitride semiconductor layer 21 may be further included under the first conductivity type semiconductor layer 22, that is, on the surface side of the first conductivity type semiconductor layer in contact with the substrate.

구체적으로 상기 질화물 반도체(21)층은 AlxInyGa(1-x-y)N(이때, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)의 질화물 반도체를 포함할 수 있으며, 보다 구체적으로는 GaN, AlGaN, 또는 InGaN 등을 포함할 수 있다.Specifically, the nitride semiconductor layer 21 includes a nitride semiconductor of Al x In y Ga (1-xy) N (where 0? X? 1, 0? Y ? 1 , 0? X + y? 1) And more specifically GaN, AlGaN, InGaN, or the like.

상기 질화물 반도체층(21)은 증착법 등 통상의 질화물 반도체층 형성 방법에 따라 형성될 수 있으며, 또, 반도체 광전자 구조체 내의 질화물 반도체층, 구체적으로는 GaN 층내의 관통전압을 감소시킬 수 있도록 수평 성장한 질화물 반도체를 포함할 수도 있다.The nitride semiconductor layer 21 may be formed according to a conventional method of forming a nitride semiconductor layer, such as a vapor deposition method, or may be formed by a nitride semiconductor layer in a semiconductor optoelectronic structure, And may include semiconductors.

상기 질화물 반도체층(21)은 그 형성에 따른 발광다이오드의 성능 개선 효과의 현저함을 고려할 때, 0.1 내지 20 ㎛, 보다 바람직하게는 1 내지 10 ㎛의 두께를 가질 수 있다.The nitride semiconductor layer 21 may have a thickness of 0.1 to 20 탆, more preferably 1 to 10 탆, in consideration of the remarkable effect of improving the performance of the light emitting diode upon formation thereof.

또, 상기한 반도체 광전자 구조체에서의 제2도전형 반도체층(또는 p형 질화물 반도체층)과 오믹 접촉을 형성하는 투명 전극(40)이 위치한다.In addition, the transparent electrode 40 forming the ohmic contact with the second conductivity type semiconductor layer (or the p-type nitride semiconductor layer) in the semiconductor optoelectronic structure described above is located.

상기 투명전극(40)은 투명전극 상에 위치하는 제 1 금속전극(43) 또는 p형 전극을 통해 외부로부터 인가되는 전원이 제 2 도전형 반도체층(24)에 고르게 공급되도록 하는 역할을 한다.The transparent electrode 40 serves to uniformly supply power from the outside through the first metal electrode 43 or the p-type electrode located on the transparent electrode to the second conductivity type semiconductor layer 24.

본 발명의 제 1 전극층(41) 및 제 2 전극층(42)을 포함하는 투명전극(40)은 ITO, IZO, ZnO2, RuOx, TiOx, IrOx, SiO2, Al2O3 등의 투명전극 형성용 조성물을 포함할 수 있으며, 보다 구체적으로 본 발명에서의 투명 도전성 물질은 13족 원소, 구체적으로는 인듐(In)이 도핑된 산화주석(Tin Oxide)(이하 ITO라 함)일 수 있다. 또, 상기 ITO는 구체적으로 SnO2에 In 또는 In2O3이 0.1 내지 5중량%, 혹은 0.1 내지 2중량%의 양으로 도핑된 것일 수 있다. 또한, 본 발명의 투명전극(40)을 구성하는 제 1 전극층(41)은 전자빔 증발법(electron-beam evaporator)으로 증착된 전극층이고, 제 2 전극층(42)는 스퍼터(sputter)로 증착된 전극층일 수 있다.The transparent electrode 40 including the first electrode layer 41 and the second electrode layer 42 of the present invention may be formed of a material such as ITO, IZO, ZnO 2 , RuO x , TiO x , IrO x , SiO 2 , Al 2 O 3 , The transparent conductive material may include a composition for forming a transparent electrode. More specifically, the transparent conductive material in the present invention may be a tin oxide (ITO) doped with a Group 13 element, specifically, indium (In) have. The ITO may be specifically doped with In or In 2 O 3 in SnO 2 in an amount of 0.1 to 5 wt%, or 0.1 to 2 wt%. The first electrode layer 41 constituting the transparent electrode 40 of the present invention is an electrode layer deposited by an electron beam evaporator and the second electrode layer 42 is an electrode layer deposited by sputtering. Lt; / RTI &gt;

본 발명의 제 1 전극층(41)은 포토리소그래피 공정을 활용하여 패터닝을 통해 형성할 수 있으며, 또한 상기 제 1 전극층(41)은 상기 제 2 도전형 반도체층(24) 표면에 접촉되는 도트(dot) 패턴의 형태를 띌 수 있다. 보다 바람직하게 상기 제 1 전극층(41)은 전자주사현미경(scanning electron microscope, SEM) 또는 투과전자현미경(transmission electron microscope, TEM)를 기반으로 한 관찰결과 지름이 1 내지 10 ㎛ 크기인 반구 렌즈 형태의 도트 패턴을 형성할 수 있으며, 보다 바람직하게는 아주 납작한 형태의 반구 렌즈 형태의 도트 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 도트 패턴의 면적은 제 2 전극층(42)이 증착되는 면적의 1 내지 5 %만큼 형성될 수 있다.The first electrode layer 41 may be formed by patterning using a photolithography process and the first electrode layer 41 may be formed by a dot having a contact with the surface of the second conductivity type semiconductor layer 24 ) It can take the form of a pattern. More preferably, the first electrode layer 41 is formed in a hemispherical lens shape having a diameter of 1 to 10 μm based on a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM) It is possible to form a dot pattern, and more preferably, a very flattened hemispherical lens dot pattern can be formed. In addition, the area of the dot pattern may be formed by 1 to 5% of the area where the second electrode layer 42 is deposited.

상기 패턴의 지름이 1 ㎛ 미만이거나 패턴의 접촉면적이 1 % 미만인 경우에는 패턴 형성으로 인한 하이브리드 전극층 제조를 통한 오믹형성 효과가 줄어들 수 있고, 상기 패턴의 지름이 10 ㎛를 초과하거나 패턴의 접촉면적이 5 %를 초과하는 경우에는 전자빔 증발법으로만 전체 투명전극층을 증착한 ITO 전극층에 비해 높은 광투과도와 낮은 면저항 특성이 발현되지 못할 수 있다.When the diameter of the pattern is less than 1 占 퐉 or the contact area of the pattern is less than 1%, the effect of forming the hybrid electrode layer due to the pattern formation may be reduced, and the diameter of the pattern may exceed 10 占 퐉 or the contact area If it exceeds 5%, the electron beam evaporation method may fail to exhibit high light transmittance and low sheet resistance characteristics as compared with the ITO electrode layer deposited with the entire transparent electrode layer.

제 1 전극층(41)은 전자빔 증발법으로 증착된 전극층은 10 내지 200 nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 전자빔 증발법으로 증착된 전극층의 두께가 10 nm 미만인 경우에는 오믹 접촉 형성에 대한 문제가 발생할 수 있고, 200 nm를 초과할 경우에는 광 투과도가 저하되는 문제점이 생길 수 있다.The first electrode layer 41 may have a thickness of 10 to 200 nm in the electrode layer deposited by the electron beam evaporation method. If the thickness of the electrode layer deposited by the electron beam evaporation method is less than 10 nm, a problem may be caused to form an ohmic contact. If the thickness exceeds 200 nm, a light transmittance may be deteriorated.

본 발명의 제 2 전극층(42)은 상기 제 1 전극층(41)을 감싸면서 제 2 도전형 반도체층(24)에 접촉되는 형태를 띌 수 있다. 상기 제 2 전극층(42)은 10 내지 200 nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 제 2 전극층(42)의 두께가 10 nm 미만인 경우에는 전자빔 증발법으로 증착된 전극층을 충분히 덮지 못할 수 있으며, 200 nm를 초과할 경우에는 광 투과도가 저하되는 문제점이 생길 수 있다.The second electrode layer 42 may be in contact with the second conductive semiconductor layer 24 while covering the first electrode layer 41. The second electrode layer 42 may have a thickness of 10 to 200 nm. When the thickness of the second electrode layer 42 is less than 10 nm, the electrode layer deposited by the electron beam evaporation method may not be sufficiently covered. If the thickness of the second electrode layer 42 is more than 200 nm, the light transmittance may be deteriorated.

통상 p형 질화물 반도체층은 수직으로는 수 Ω의 저항을 갖고, 수평으로 수백 ㏀의 저항을 갖기 때문에, 수평 방향으로는 전류가 흐르지 않고 수직 방향으로만 전류가 흐르게 된다. 따라서, p형 질화물 반도체층에 국부적으로 전원을 인가하게 되면 p형 반도체층 전체적으로 전류가 흐르지 않으므로, 우수한 전도성을 가져 p형 반도체층에 전체적으로 전류가 흐를 수 있도록 하는 동시에, 투명성을 가져 활성층에서 발생된 광이 잘 투과될 수 있도록 투명 도전성 물질을 이용하여 투명전극을 형성하는 것이 바람직할 수 있다.In general, the p-type nitride semiconductor layer has a resistance of several ohms in a vertical direction and a resistance of several hundreds of kilohms in a horizontal direction, so that no current flows in the horizontal direction and a current flows only in the vertical direction. Therefore, when power is locally applied to the p-type nitride semiconductor layer, current does not flow through the p-type semiconductor layer as a whole, so that current can flow through the p-type semiconductor layer as a whole with excellent conductivity, It may be desirable to form a transparent electrode using a transparent conductive material so that light can be transmitted well.

상기한 투명 도전성 물질을 포함하는 투명전극(40)은 발광다이오드의 성능에 미치는 영향을 고려했을 때, 200 내지 500 nm의 두께를 가질 수 있다.The transparent electrode 40 including the transparent conductive material may have a thickness of 200 to 500 nm considering the influence on the performance of the light emitting diode.

한편, 상기와 같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 발광다이오드는, 상기 반도체 광전자 구조체 위에 서로 이격되어 위치하는 제 1 전극(43) 및 제 2 전극(30)을 더 포함할 수 있다.The light emitting diode according to the present invention may further include a first electrode 43 and a second electrode 30 spaced apart from each other on the semiconductor optoelectronic structure.

보다 구체적으로, 상기 제 1 전극(43)은 투명전극 위에 위치하는 p형 전극일 수 있고, 상기 제 2 전극(30)은 식각에 의해 상면 일부가 노출된 제 1 도전형 반도체층(22) 위에 상기 활성층(23) 및 제 2 도전형 반도체층(24)과 이격되어 위치하는 n형 전극일 수 있다.More specifically, the first electrode 43 may be a p-type electrode located on the transparent electrode, and the second electrode 30 may be formed on the first conductive type semiconductor layer 22, And may be an n-type electrode spaced apart from the active layer 23 and the second conductivity type semiconductor layer 24.

상기 제 1 전극(43) 및 제 2 전극(30) 역시 발광다이오드의 종류에 따라 해당 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 발광다이오드가 질소계 발광다이오드인 경우 상기 제 1 및 제 2 전극은 도전성 물질을 포함할 수 있으며, 보다 구체적으로는 Ti, Cr, Au, Al, Ni, Ag, Zn 등의 금속 단체, 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.The first electrode 43 and the second electrode 30 may also be used without any particular limitation as long as they are commonly used in the related art depending on the type of light emitting diode. More specifically, the first and second electrodes may be formed of a metal such as Ti, Cr, Au, Al, Ni, Ag or Zn. , Or alloys thereof.

또, 상기 제 1 및 제 2 전극은 각각 독립적으로 단층 구조 또는 2층 이상의 다층 구조를 가질 수 있으며, 또, 상기 제 1 전극(또는 p형 전극)은 전류의 확산을 위한 전극 패턴에 따라 복수 개로 형성될 수도 있다.The first electrode and the second electrode may have a single layer structure or a multilayer structure of two or more layers. The first electrode (or the p-type electrode) may have a plurality of .

보다 구체적으로는 상기 제 1 전극(또는 p형 전극)(43)은 Ti/Au 전극층이 순차적으로 증착된 것이고, 상기 제 2 전극(또는 n형 전극)(30)은 하나 이상의 금속전극층(31, 32)를 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 Ti/Al 전극층(31) 및 Ti/Au 전극층(32)이 순차적으로 증착된 것일 수 있다.More specifically, the first electrode (or the p-type electrode) 43 is a Ti / Au electrode layer sequentially deposited, and the second electrode (or the n-type electrode) 30 includes one or more metal electrode layers 31, 32, and more preferably a Ti / Al electrode layer 31 and a Ti / Au electrode layer 32 may be sequentially deposited.

상기 제 1 전극(43) 및 제 2 전극(30)은 각각 독립적으로 100 내지 200 nm의 두께를 가질 수 있다.The first electrode 43 and the second electrode 30 may each independently have a thickness of 100 to 200 nm.

보다 상세하게 본 발명의 질화갈륨계 고효율 발광다이오드는 사파이어(Sapphire) 기판; 상기 기판 상부에 위치하는 하부 GaN층; 상기 하부 GaN층 상에 위치하는 질화갈륨 계열의 n형 반도체층; 상기 n형 반도체층 상에 위치하는 질화갈륨 계열의 p형 반도체층; 상기 n형 반도체층과 상기 p형 반도체층 사이에 개재된 InGaN/GaN 활성층; 상기 p형 반도체층 상에 위치하는 전자빔 증발법(electron-beam evaporator)으로 증착된 전극층 및 스퍼터법(sputtered)으로 증착된 전극층을 포함하는 투명전극;을 포함할 수 있으며, 상기 InGaN/GaN 활성층은 다중양자우물(multi-quantum well)을 포함하는 활성층일 수 있다.More specifically, the gallium nitride-based high-efficiency light emitting diode of the present invention includes a sapphire substrate; A lower GaN layer located on the substrate; A gallium nitride based n-type semiconductor layer located on the lower GaN layer; A gallium nitride-based p-type semiconductor layer located on the n-type semiconductor layer; An InGaN / GaN active layer interposed between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer; And a transparent electrode including an electrode layer deposited on the p-type semiconductor layer by an electron-beam evaporator and a sputtered electrode layer, wherein the InGaN / And may be an active layer including a multi-quantum well.

본 발명의 질화갈륨계 고효율 발광다이오드의 특징은 질화갈륨 계열의 p형 반도체층에 접촉되는 투명전극이 전자빔 증발법(electron-beam evaporator)으로 증착된 전극층 및 스퍼터법(sputtered)으로 증착된 전극층을 포함하는 것이라는 점에 있기 때문에, 상기 및 하기에서 특별히 한정된 내용을 제외하고는 이 분야에서 질화갈륨계 고효율 발광다이오드에 관하여 적용되고 있는 공지의 기술들은 본 발명에 제한 없이 채용될 수 있다.The gallium nitride-based high-efficiency light-emitting diode of the present invention is characterized in that a transparent electrode in contact with a gallium nitride-based p-type semiconductor layer is formed by an electrode layer deposited by an electron-beam evaporator and an electrode layer deposited by sputtering Known techniques applied in the field of gallium nitride-based high-efficiency light-emitting diodes in this field are not limited to the present invention, except for the above and below.

본 발명의 질화갈륨계 고효율 발광다이오드는 24.2 Ω/sq의 매우 낮은 면저항과 1.5x10-3 Ω·cm2의 낮은 접촉 저항을 제공한다.A gallium nitride-based high-efficiency light-emitting diode of the present invention provides a low contact resistance of 24.2 Ω / sq and a very low surface resistance of 1.5x10 -3 Ω · cm 2.

또한, 본원발명의 전자빔 증발법(electron-beam evaporator)으로 증착된 전극층 및 스퍼터법(sputtered)으로 증착된 전극층을 사용한 고효율 발광 다이오드는 투명전극으로 활용하기 위한 조건인 광 투과도 특성 역시 450 nm의 블루파장 영역에서 기존의 전자빔 증발법으로만 증착한 투명전극과 비교하여 8% 더 높은 93%의 매우 높은 광투과율을 제공하므로 가시광선 영역뿐만 아니라 낮은 파장(deep-UV)의 영역에서도 우수한 광투과율을 제공한다.In addition, the high efficiency light emitting diode using the electrode layer deposited by the electron-beam evaporator of the present invention and the electrode layer deposited by sputtering has a light transmittance characteristic of 450 nm as a transparent electrode, It has a very high light transmittance of 93%, which is 8% higher than the transparent electrode deposited only by the conventional electron beam evaporation method in the wavelength region, so that it has excellent light transmittance in the deep-UV region as well as the visible light region to provide.

또한, 최대 320 ㎛(3V)의 전류 퍼짐 길이를 가짐으로써 넓은 면적의 소자에서 전류밀집(current crowding) 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.In addition, current spreading lengths of up to 320 탆 (3 V) can effectively prevent current crowding phenomenon in a wide area device.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자빔 증발법(electron-beam evaporator)으로 증착된 전극층 및 스퍼터법(sputtered)으로 증착된 전극층을 포함하는 질화갈륨계 고효율 발광다이오드는 기존의 전자빔 증발법으로만 증착한 투명전극을 활용한 발광 다이오드에 비해 30% 이상의 높은 광 출력 특성을 얻을 수 있다.
Therefore, the gallium nitride-based high-efficiency light emitting diode including the electrode layer deposited by the electron-beam evaporator and the electrode layer deposited by the sputtering method according to the embodiment of the present invention can be manufactured by the conventional electron beam evaporation method only It is possible to obtain a light output characteristic of 30% or more higher than that of a light emitting diode using a deposited transparent electrode.

또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 기판 상에 제 1 도전형 반도체층을 증착하는 단계; 상기 제 1 도전형 반도체층 상에 다중양자우물(multi-quantum well)을 포함하는 활성층을 증착하는 단계; 상기 활성층 상에 제 2 도전형 반도체층을 증착하는 단계; 상기 제 2 도전형 반도체층 상에 전자빔 증발법(e-beam evaporator)으로 패턴이 형성된 제 1 전극층을 증착하는 단계; 및 상기 제 1 전극층 상에 스퍼터법(sputtered)으로 제 2 전극층을 증착하는 단계를 포함하는 것인 질화갈륨계 고효율 발광다이오드의 제조방법에 관한 것이다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: depositing a first conductive semiconductor layer on a substrate; Depositing an active layer including a multi-quantum well on the first conductive semiconductor layer; Depositing a second conductive semiconductor layer on the active layer; Depositing a first electrode layer on the second conductive semiconductor layer, the first electrode layer having a pattern formed by an e-beam evaporator; And depositing a second electrode layer on the first electrode layer by a sputtering method. The present invention also relates to a method of manufacturing a gallium nitride-based high-efficiency light emitting diode.

보다 상세하게 상기 질화갈륨계 고효율 발광다이오드의 제조방법은 사파이어(Sapphire) 기판 상부에 하부 GaN층을 적층하는 단계; 상기 하부 GaN층 상에 질화갈륨 계열의 n형 반도체층을 형성하는 단계; 상기 n형 반도체층 상에 InGaN/GaN 활성층을 형성하는 단계; 상기 활성층 상에 질화갈륨 계열의 p형 반도체층을 형성하는 단계; 상기 p형 반도체층 상에 전자빔 증발법(e-beam evaporator)으로 패턴화 된 전자빔 증발 증착 전극층을 증착하는 단계; 및 전자빔 증발 증착 전극층 위에 스퍼터법(sputtered)으로 스퍼터링 증착 전극층을 증착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.More specifically, the method of fabricating the gallium nitride-based high-efficiency light emitting diode includes: laminating a lower GaN layer on a sapphire substrate; Forming a gallium nitride based n-type semiconductor layer on the lower GaN layer; Forming an InGaN / GaN active layer on the n-type semiconductor layer; Forming a gallium nitride based p-type semiconductor layer on the active layer; Depositing an electron beam evaporation deposition electrode layer patterned on the p-type semiconductor layer by an e-beam evaporator; And depositing a sputtered deposition electrode layer on the electron beam evaporated deposition electrode layer by sputtering.

상기 제 1 전극층의 두께는 10 내지 200 nm일 수 있으며, 상기 제 1 전극층은 패턴, 보다 바람직하게는 지름이 1 내지 10 ㎛ 크기인 반구 렌즈형태의 도트(dot)패턴의 형태로 형성될 수 있다.The first electrode layer may have a thickness of 10 to 200 nm, and the first electrode layer may be formed in a pattern of a dot pattern, more preferably a hemispherical lens having a diameter of 1 to 10 mu m .

상기 제 2 전극층의 두께는 10 내지 200 nm일 수 있다.The thickness of the second electrode layer may be 10 to 200 nm.

상기 제 1 전극층 및 제 2 전극층의 증착단계 이후 각각의 전극층을 열처리하는 단계를 더 포함하여 투명전극을 제조할 수 있으며, 상기 제 1 및 제 2 전극층을 열처리하는 단계는 질소 및 산소 분위기에서 300 내지 900 ℃ 의 온도로 30 내지 600 초 동안 수행될 수 있다.The method of claim 1, wherein the first electrode layer and the second electrode layer are formed on the first electrode layer and the second electrode layer, respectively. 900 C &lt; / RTI &gt; for 30 to 600 seconds.

또, 상기 반도체 광전자 구조체에 있어서 제1도전형 반도체층, 활성층 및 제2도전형 반도체층은 통상의 방법에 따라 제조될 수 있으며, 구체적으로는, 유기 금속 화학 증착법(metalorganic chemical vapor deposition, MOCVD), 수소 기상 증착법(hydride vapor phase epitaxy, HVPE), MOCVD 또는 분자빔 에피택시법(molecular beam epitaxy, MBE) 등의 방법을 이용하여 열전도층 상에서 제1도전형 반도체 형성물질, 활성층 형성물질, 및 제2도전형 반도체 형성물질을 각각 이용하여 순차적으로 성장시킴으로써 제조될 수 있다. 이때 상기 제1도전형 반도체 형성물질, 활성층 형성물질, 및 제2도전형 반도체 형성물질은 앞서 설명한 바와 동일한 것일 수 있다.The first conductivity type semiconductor layer, the active layer, and the second conductivity type semiconductor layer may be formed by a conventional method in the semiconductor optoelectronic structure. Specifically, metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) A first conductive semiconductor forming material, an active layer forming material, and a second conductive semiconductor forming material are formed on a thermal conductive layer by a method such as vapor deposition, hydrogen vapor phase epitaxy (HVPE), MOCVD or molecular beam epitaxy (MBE) 2-conductivity type semiconductor forming materials, respectively. At this time, the first conductive type semiconductor forming material, the active layer forming material, and the second conductive type semiconductor forming material may be the same as described above.

한편, 본 발명에 따른 발광다이오드에 있어서, 제2전극은 상면 일부가 노출된 제1도전형 반도체층 위에 상기 활성층 및 제2도전형 반도체층과 이격되어 위치한다. 이에 따라 제2전극 형성을 위하여 상기 반도체 광전자 구조체의 형성 후에는 활성층 및 제2도전형 반도체층을 부분적으로 식각하여 제1도전형 반도체층의 일부를 노출시키는 식각 공정이 수행된다.Meanwhile, in the light emitting diode according to the present invention, the second electrode is located apart from the active layer and the second conductivity type semiconductor layer on the exposed first conductivity type semiconductor layer. Accordingly, after the formation of the semiconductor optoelectronic structure, the active layer and the second conductivity type semiconductor layer are partially etched to form a second electrode to expose a portion of the first conductivity type semiconductor layer.

상기 식각 공정은 통상의 방법에 따라 수행될 수 있으며, 본 발명에서는 메사-드라이 에칭법(Mesa-dry etching, ICP-RIE)을 이용하여 수행될 수 있다.The etching process may be performed according to a conventional method. In the present invention, the etching process may be performed using a mesa-dry etching (ICP-RIE) method.

한편, 상기 제조방법은, 발광다이오드가 제1도전형 반도체층 아래 열전도층과 접하는 면 사이에 질화물 반도체층을 더 포함하는 경우에는 열전도층의 형성 후 질화물 반도체층을 형성하는 공정을 더 포함할 수 있다. 이때 질화물 반도체층의 형성 방법은 증착 등 통상의 반도체층 형성방법에 따라 실시될 수 있으며, 이때 사용가능한 질화물 반도체층 형성용 물질은 앞서 설명한 바와 동일하다.In the case where the light emitting diode further includes a nitride semiconductor layer between a surface of the light emitting diode and a surface in contact with the thermal conductive layer below the first conductive semiconductor layer, the manufacturing method may further include forming a nitride semiconductor layer after formation of the thermal conductive layer have. At this time, the method of forming the nitride semiconductor layer may be performed according to a conventional method of forming a semiconductor layer, such as deposition, and the material for forming the nitride semiconductor layer is the same as described above.

상기 투명전극 형성공정은 통상의 방법에 따라 수행될 수 있으며, 구체적으로는 투명전극 형성용 투명 전도성 물질을 1차로 전자빔 증발법으로 패턴화 된 전극층을 증착하는 공정 및 상기 패턴화 된 전극층 상에 2차로 라디오파 마그네트론 스퍼터링 장치(RF magnetron sputtering system)를 이용하여 박막의 형태로 증착시킴으로써 수행될 수 있다. 이때 사용되는 투명전극 형성용 투명 전도성 물질은 앞서 설명한 바와 동일한 것일 수 있다.The transparent electrode forming process may be performed according to a conventional method. Specifically, the transparent electrode may be formed by depositing an electrode layer patterned by a first electron beam evaporation method for forming a transparent electrode, Or by depositing it in the form of a thin film using a RF magnetron sputtering system. The transparent conductive material for forming the transparent electrode used herein may be the same as described above.

다음으로, 제1 및 제2 전극 형성 공정이 수행될 수 있다.Next, the first and second electrode forming processes may be performed.

상기 제1 및 제2전극의 형성 방법은 앞서 설명한 바와 같은 전극 형성용 물질을 이용하여 통상의 전극 형성 방법에 따라 실시될 수 있다.The method of forming the first and second electrodes may be performed according to a conventional electrode forming method using the electrode forming material as described above.

상기와 같은 제조방법에 의해 제조된 발광다이오드는 투명전극과 p형 질화물 반도체층 사이에 e-beam evaporator로 증착 및 패턴을 형성한 ITO층을 형성함으로써, 비저항 증가 없이 p형 질화물 반도체층과의 오믹접촉을 형성할 수 있고, 또 투명전극의 전기적, 광학적 특성이 향상됨으로써 높은 광 추출 효율을 나타낼 수 있다. 이에 따라 상기 발광다이오드는 TV, 조명, 자동차 등과 같이 높은 광 출력이 요구되는 LED 조명 등에 유용하다.The light emitting diode manufactured by the above-described manufacturing method has a structure in which an ITO layer formed by evaporation and patterning is formed between a transparent electrode and a p-type nitride semiconductor layer by an e-beam evaporator, And the electrical and optical characteristics of the transparent electrode are improved, so that a high light extraction efficiency can be obtained. Accordingly, the light emitting diode is useful for LED lighting requiring high light output such as TV, illumination, automobile, and the like.

구체적으로, 상기 발광다이오드는 광 다이오드, 레이저 다이오드, 광검출 소자 또는 태양 전지를 포함하는 광소자; 또는 박막 트랜지스터를 포함하는 전자 소자 일 수 있다.
Specifically, the light emitting diode includes an optical element including a photodiode, a laser diode, a light detecting element, or a solar cell; Or a thin film transistor.

이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. However, the following examples are intended to further illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited by the following examples. The following examples can be appropriately modified and changed by those skilled in the art within the scope of the present invention.

[실시예][Example]

사파이어 기판 위에 MOCVD 방법으로 GaN을 수평성장시켜 GaN 박막층을 형성하고, 이어서, GaN 박막층 위에 n-GaN, MQW(Multi Quantum Well) 및 p-GaN를 순차적으로 성장시켜 발광다이오드 구조체를 제조하였다.A GaN thin film layer was formed on the sapphire substrate by horizontal growth of GaN by the MOCVD method, and subsequently, n-GaN, MQW (Multi Quantum Well) and p-GaN were successively grown on the GaN thin film layer to fabricate a light emitting diode structure.

투명전극으로는 본원발명의 일 실시예에 따른 e-beam evaporator ITO-dot/sputtered ITO 이중막을 채택하여 사용하였다.As the transparent electrode, an e- beam evaporator ITO-dot / sputtered ITO double layer according to an embodiment of the present invention was used.

우선 p-GaN 위에 e-빔 증착기(e-beam evaporator)로 5 ㎛ x 5 ㎛ 크기의 반구 렌즈 형태의 ITO 패턴을 전체 접촉면적의 2 %만큼 형성되도록 500 ℃의 온도, Ar:O2 가스(10:2의 비율) 분위기, 및 10 mTorr의 작동압력 하에서 6분간 증착시킨 후, 질소 분위기하에 700 ℃에서 5분동안 급속 열처리하여 소성시켜 100 nm 두께의 패턴화 된 e-beam evaporator ITO-dot층을 제조하였다.First p-GaN on the e- beam deposition (e -beam evaporator) at a temperature of 500 ℃ be formed by 2% of the total contact area between the ITO pattern of the semi-spherical lens in the form of size 5 ㎛ x 5 ㎛, Ar: O 2 gas ( 10: 2) atmosphere and an operating pressure of 10 mTorr for 6 minutes, followed by rapid thermal annealing at 700 DEG C for 5 minutes under a nitrogen atmosphere to form a 100 nm thick patterned e- beam evaporator ITO-dot layer .

이어서 패턴화 된 e-beam evaporator ITO-dot층 위에 100W의 RF 파워를 갖는 라디오파 마그네트론 증착기(radio-frequency magnetron sputtering system)를 사용하여 500 ℃의 온도, Ar:O2 가스(10:2의 비율) 분위기, 및 10 mTorr의 작동압력 하에서 6분간 증착시킨 후, 산소 분위기의 550 ℃의 온도 하에서 1분 동안 급속 가열 어닐링을 수행하여 100 nm 두께의 스퍼터법으로 증착된 ITO층을 제조하여, 최종적으로 본원발명의 일 실시예에 따른 e-beam evaporator ITO-dot/sputtered ITO 이중막(e-ITO/s-ITO)을 제조하였다.Then, using a radio-frequency magnetron sputtering system having an RF power of 100 W on a patterned e- beam evaporator ITO-dot layer, an Ar: O 2 gas (ratio of 10: 2 ) Atmosphere and an operating pressure of 10 mTorr for 6 minutes and then subjected to rapid thermal annealing for 1 minute at a temperature of 550 DEG C in an oxygen atmosphere to prepare an ITO layer deposited by a sputtering method with a thickness of 100 nm, An e- beam evaporator ITO-dot / sputtered ITO double layer (e-ITO / s-ITO) according to an embodiment of the present invention was prepared.

통상의 포토리소그래피법과 건식 에칭방법을 이용한 유도결합형 플라즈마 반응성 이온식각장치(inductively coupled plasma reactive ion etching system)를 이용하여 rectangular mesa를 두께 약 0.6㎛ 정도로 하였다. 다음으로 Ti/Al/Ti/Au (30/70/30/70 nm) 및 ZnO TCEs를 노출된 n-GaN층 및 최상위 p-GaN 층 위에 각각 형성하여 n-접촉 및 p-접촉을 형성하였다. 마지막으로, Ti/Au (50/30 nm) 프르브 패드를 n- 및 p-접촉부 위에 선택적으로 증착시켜 발광다이오드를 제조하였다.The inductively coupled plasma reactive ion etching system using a conventional photolithography method and a dry etching method was used to make a rectangular mesa having a thickness of about 0.6 μm. Next, Ti / Al / Ti / Au (30/70/30/70 nm) and ZnO TCEs were formed on the exposed n-GaN layer and the topmost p-GaN layer, respectively, to form n-contact and p-contact. Finally, Ti / Au (50/30 nm) pull pads were selectively deposited on the n- and p-contacts to produce light emitting diodes.

도 1은 본원발명의 바람직한 일 실시예에 따른 질화갈륨계 고효율 발광다이오드의 단면 모식도(도 1a) 및 위에서 바라본 모식도(도 1b)이다.1 is a schematic cross-sectional view (FIG. 1A) and a schematic view (FIG. 1B) of a gallium nitride-based high-efficiency light emitting diode according to a preferred embodiment of the present invention.

[비교예 1][Comparative Example 1]

e-beam evaporator ITO 막(e-ITO)은 사파이어 기판 위에 e-빔 증착기(e-beam evaporator) 시스템을 사용하여 500 ℃의 온도, Ar:O2 가스(10:2의 비율) 분위기, 및 10 mTorr의 작동압력 하에서 10분간 증착시킨 후, 산소 분위기의 550 ℃의 온도 하에서 1분 동안 급속 가열 어닐링을 수행하였으며, 전체 e-ITO 투명전극층의 두께는 300 nm였다. e -beam evaporator ITO film (ITO-e) are e- beam deposition (e -beam evaporator) temperature, Ar of 500 ℃ using the system on a sapphire substrate: O 2 gas (10: 2 ratio) atmosphere, and 10 mTorr for 10 minutes, followed by rapid thermal annealing for 1 minute at a temperature of 550 DEG C in an oxygen atmosphere. The thickness of the entire e-ITO transparent electrode layer was 300 nm.

투명전극의 제조방법을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 수행하여 발광 다이오드를 제조하였다.The light emitting diode was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the transparent electrode was fabricated.

도 2는 비교예 1의 전자빔 증착 ITO를 투명전극으로 활용한 질화갈륨계 발광다이오드(도 2a 및 2b)의 모식도이다.Fig. 2 is a schematic view of a gallium nitride-based light emitting diode (Figs. 2A and 2B) using ITO of electron beam deposition of Comparative Example 1 as a transparent electrode.

[비교예 2][Comparative Example 2]

sputtered ITO 막(s-ITO)은 사파이어 기판 위에 100W의 RF 파워를 갖는 RF마그네트론 스퍼터링 시스템을 사용하여 500 ℃의 온도, Ar:O2 가스(10:2의 비율) 분위기, 및 10 mTorr의 작동압력 하에서 6분간 증착시킨 후, 산소 분위기의 550 ℃의 온도 하에서 1분 동안 급속 가열 어닐링을 수행하였으며, s-ITO 투명전극층의 두께는 100 nm였다.The sputtered ITO film (s-ITO) was deposited on a sapphire substrate using an RF magnetron sputtering system with an RF power of 100 W at a temperature of 500 ° C, an Ar: O 2 gas (10: 2 ratio) atmosphere, and an operating pressure of 10 mTorr For 6 minutes. Then, rapid thermal annealing was performed for 1 minute under an oxygen atmosphere at a temperature of 550 DEG C, and the thickness of the s-ITO transparent electrode layer was 100 nm.

투명전극의 제조방법을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 수행하여 발광 다이오드를 제조하였다.
The light emitting diode was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the transparent electrode was fabricated.

[실험예 1] 전자빔 증발증착 및 진공증착 전극막 형성 및 물성 평가[Experimental Example 1] Electron beam evaporation deposition and vacuum deposition electrode film formation and physical property evaluation

상기 실시예 및 비교예 1 내지 2에 따른 발광 다이오드의 제조 시 투명전극으로 사용되는 전극막의 물성을 평가하기 위해 투과도, 접촉저항 및 SEM 이미지를 통해 표면의 오믹접촉을 관찰하였다.In order to evaluate the physical properties of the electrode film used as a transparent electrode in the production of the light emitting diode according to the Examples and Comparative Examples 1 and 2, the ohmic contact of the surface was observed through the transmittance, the contact resistance and the SEM image.

도 3은 본원발명의 바람직한 일 실시예에 따른 투명전극막과 비교예 1 및 비교예 2의 전극막의 광투과도 측정결과를 나타낸 그래프이고, 도 4는 본원발명의 바람직한 일 실시예에 따른 투명전극막과 비교예 1의 전극막의 I-V커브를 통한 접촉저항을 나타낸 그래프이며, 도 5는 본원발명의 바람직한 일 실시예에 따른 투명전극막 구조의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy, SEM) 이미지이다.FIG. 3 is a graph showing the results of measurement of light transmittance of the transparent electrode film according to one preferred embodiment of the present invention and the electrode films of Comparative Example 1 and Comparative Example 2, and FIG. 4 is a graph showing the results of measurement of light transmittance of the transparent electrode film according to a preferred embodiment of the present invention. FIG. 5 is a scanning electron microscope (SEM) image of a transparent electrode film structure according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a graph showing the contact resistance of the electrode film of Comparative Example 1 through an IV curve of the electrode film.

도 3에서 측정된 광투과율 및 면저항값(R sh)은 UV/VIS 분광기(V-670EX) 및 4 탐침 장치(four-point probe system, CMT-SR1000N)를 사용하여 측정되었다. 실시예의 e-ITO/s-ITO 막은 450 nm의 파장범위에서 93.1 %의 투과도를 보였다. 비교예 1의 e-ITO 막은 85.0 %의 투과도를 보여 본원발명의 실시예 보다 낮은 투과도를 보였으며, 비교예 2의 s-ITO 막은 93.4 %의 투과도로 실시예와 비슷한 투과도를 보였다. 그리고 본원발명의 투명전도막은 blue 파장(~450nm)은 물론 near-UV 영역(200~400 nm)에서도 높은 광투과도를 나타냄을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 및 비교예 1 내지 2의 면저항값이 각각 24.2 Ω/sq, 12.7 Ω/sq 및 35.8 Ω/sq인 것을 측정하였다.The measured light transmittance and sheet resistance values ( R sh ) in FIG. 3 were measured using a UV / VIS spectrometer (V-670EX) and a four-point probe system (CMT-SR1000N). The e-ITO / s-ITO film of the example showed a transmittance of 93.1% in the wavelength range of 450 nm. The e-ITO film of Comparative Example 1 showed a transmittance of 85.0% and showed a lower transmittance than the Example of the present invention. The s-ITO film of Comparative Example 2 showed a transmittance similar to that of the Example with a transmittance of 93.4%. It can be seen that the transparent conductive film of the present invention exhibits high light transmittance not only in the blue wavelength (450 nm) but also in the near-UV region (200-400 nm). In addition, the sheet resistance values of Examples and Comparative Examples 1 and 2 were measured to be 24.2? / Sq, 12.7? / Sq and 35.8? / Sq, respectively.

도 4와 같이 실시예와 비교예 1의 투명전극막의 전기적 특성을 분석한 결과, I-V 커브에서 선형 커브를 보였으며, 이를 통해 실시예의 접촉저항 값은 1 x 10-3 Ω·cm2의 낮은 값을 얻음을 확인하였다. 실시예의 경우, 비교적 낮은 면저항값과 접촉저항 값을 가지는 것을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 오믹이 형성되었음을 확인하였다.As shown in FIG. 4, the electrical characteristics of the transparent electrode films of Examples and Comparative Example 1 were analyzed. As a result, a linear curve was observed on the IV curve. As a result, the contact resistance value of the example was as low as 1 × 10 -3 Ω · cm 2 Respectively. In the case of the embodiment, it was confirmed that the sheet had a relatively low sheet resistance value and contact resistance value, and it was confirmed that the ohmic was formed.

도 5는 실시예의 e-ITO/s-ITO 이중막의 SEM 이미지를 나타내었다. 이를 통해 스퍼터링법으로만 증착된 ITO층의 단면(붉은 사각형)에서는 p-GaN와의 접촉면에 공동(interfacial void)이 형성되는 것을 발견할 수 있었으며, 반구 렌즈형태의 전자빔 증발증착된 ITO층 위에 스퍼터링 증착된 ITO층의 단면(파란 사각형)에서는 전자빔 증발증착한 ITO와 p-GaN 계면 사이에 데미지가 발생하지 않음을 확인하였고, 이 부분을 통해 오믹접촉이 형성되었음을 판단할 수 있었다.Fig. 5 shows an SEM image of the e-ITO / s-ITO bilayer of the embodiment. Through this, it was found that an interfacial void was formed on the contact surface with the p-GaN in the cross section (red square) of the ITO layer deposited only by the sputtering method. On the electron beam evaporated ITO layer of the hemispherical lens type, sputtering deposition In the cross section (blue square) of the ITO layer, it was confirmed that there was no damage between the ITO and p-GaN interface by electron beam evaporation deposition, and it was judged that ohmic contact was formed through this portion.

[ [ 실험예Experimental Example 2] 전자빔  2] electron beam 증발증착Evaporation deposition 및 진공증착  And vacuum deposition 전극막을The electrode membrane 포함하는 발광다이오드의 성능 평가 Performance evaluation of light emitting diodes including

상기 실시예 및 비교예 1 내지 2에 따른 발광 다이오드의 광학적인 특성, 전기적인 특성 및 광추출 특성을 평가하기 위해 아래와 같은 성능평가를 실시하였다.The following performance evaluations were performed to evaluate the optical characteristics, electrical characteristics, and light extraction characteristics of the LEDs according to the above-described Examples and Comparative Examples 1 and 2.

도 6은 본원발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 질화갈륨계 고효율 발광다이오드와 비교예 1 발광 다이오드의 광학적인 특성을 나타낸 그래프이고, 도 7은 본원발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 질화갈륨계 고효율 발광다이오드와 비교예 1 발광 다이오드의 전기적 특성을 나타낸 그래프이며, 도 8은 본원발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 질화갈륨계 고효율 발광다이오드 및 비교예 1의 발광다이오드의 전자발광(Electro-Luminescence, EL) 스펙트럼의 그래프(도 8a), 전류 퍼짐 길이에 대한 결과값(도 8b) 및 그래프(도 8c)이다. 도 9는 본원발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 질화갈륨계 고효율 발광다이오드 및 비교예 1의 발광다이오드의 광학현미경(Optical Microscopy, OM) 및 공초첨 주사전자형광현미경 (Confocal Scanning Electroluminescence Microscopy, CSEM) 이미지이다.FIG. 6 is a graph illustrating optical characteristics of a gallium nitride-based high-efficiency light emitting diode and a comparative example 1 light emitting diode according to another embodiment of the present invention. FIG. 8 is a graph showing the electrical characteristics of the gallium nitride-based high-efficiency light emitting diode according to another embodiment of the present invention and the electro-luminescence of the light emitting diode of Comparative Example 1, , EL) spectrum (Fig. 8A), the results for the current spreading length (Fig. 8B) and the graph (Fig. 8C). 9 is a graph showing the results of optical microscopy (OM) and confocal scanning electroluminescence microscopy (CSEM) of a gallium nitride-based high-efficiency light emitting diode and a light emitting diode of Comparative Example 1 according to another preferred embodiment of the present invention. Image.

도 6과 같이 실시예의 발광다이오드와 비교예 1의 발광다이오드의 발광특성을 비교한 결과, 실시예의 e-ITO/s-ITO 이중막을 투명전극으로 사용하여 수평형 발광 다이오드 LED 소자를 제조한 경우, 비교예 1의 e-ITO막을 투명전극으로 사용한 LED에 비해 32.8 %만큼 광특성이 개선된 것을 확인할 수 있었다.As a result of comparing the light emitting characteristics of the light emitting diode of the Example and the light emitting diode of Comparative Example 1 as shown in FIG. 6, when a horizontal light emitting diode LED device was fabricated using the e-ITO / s- It was confirmed that the optical characteristics were improved by 32.8% as compared with the LED using the e-ITO film of Comparative Example 1 as a transparent electrode.

도 7과 같이 실시예의 발광다이오드와 비교예 1의 발광다이오드의 I-V 커브를 통해 전기적인 특성을 분석한 결과, 전기적인 특성 또한 실시예는 3.75 V의 출력을 보여 비교예 1의 3.7 V 값과 비교하였을 때 양호한 수준을 보였다.As a result of analyzing the electrical characteristics through the IV curve of the light emitting diode of the embodiment and the light emitting diode of the comparative example 1 as shown in FIG. 7, the electrical characteristics also showed an output of 3.75 V in comparison with the 3.7 V value of the comparative example 1 , Which is a good level.

도 8a에서는 실시예와 비교예 1의 발광 다이오드의 전자발광 특성을 발광 파장에 따른 강도 스펙트럼을 통해 분석하였다. 실시예의 발광 다이오드(파란색 점선)의 경우, 약 30 % 이상 강한 발광특성을 보였으며, 이는 시각적으로도 비교예(검은색 실선)에 비해 밝은 것을 확인할 수 있었다.In FIG. 8A, the electroluminescence characteristics of the light emitting diodes of the embodiment and the comparative example 1 were analyzed through the intensity spectrum according to the emission wavelength. In the case of the light emitting diode of the embodiment (blue dotted line), the light emission characteristic was about 30% or more stronger, which was visually confirmed to be brighter than the comparative example (black solid line).

도 8b에서는 메사면적이 100 내지 1,200 ㎛인 시험패턴을 제작하여 5 mA의 전류를 주입하였을 때, 발광 다이오드의 발광특성을 시각적으로 확인하였고, 도 8c에서는 이를 주입전압에 대한 전류 퍼짐 길이를 변수로 하여 그래프로 환산하여 나타내었다. 도 8b를 통해 실시예의 발광다이오드는 전 면적에서 빛이 고르고 강하게 나오는 것에 반해, 비교예 1의 발광 다이오드는 메사 가장자리에서만 빛이 나오는 낮은 효율을 보임을 알 수 있었다. 또한, 도 8c와 같이 전류 퍼짐 길이를 계산해 본 결과, 본원발명의 발광다이오드는 3 V를 주입했을 시에 약 300 ㎛ 이상의 우수한 전류 퍼짐 길이를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 이는 실제 양산에 허용되는 120 ㎛를 훨씬 웃도는 높은 수치였다.In FIG. 8B, a test pattern having a mesa area of 100 to 1,200 .mu.m was manufactured. When a current of 5 mA was injected, the light emission characteristics of the light emitting diode were visually confirmed. In FIG. 8C, And converted into a graph. FIG. 8B shows that the light emitting diode according to the embodiment of the present invention exhibits a low efficiency, in which light is emitted only at the edge of the mesa, while light is uniformly and strongly emitted from the entire area. As a result of calculation of the current spreading length as shown in FIG. 8C, it was confirmed that the light emitting diode of the present invention had an excellent current spreading length of about 300 μm or more when 3 V was injected. This was much higher than the actual permissible mass production of 120 μm.

도 9에서는 실시예와 비교예 1의 발광다이오드를 500 x 500 ㎛2의 칩으로 제조하여 5 mA를 주입하는 조건에서 광학현미경(Optical Microscopy, OM)과 공초첨 주사전자형광현미경 (Confocal Scanning Electroluminescence Microscopy, CSEM)으로 관찰한 결과를 통해 국부적으로 빛이 어떠한 형태로 나오는지 관찰하였다. 실시예의 발광 다이오드의 경우에는 전자빔 증발증착한 렌즈 형태의 반구패턴(dot)을 중심으로 빛이 매우 강하게 나오는 것을 확인할 수 있었으며, 비교예 1의 발광 다이오드의 경우에는 전 면적을 통해 본원발명의 다이오드보다 비교적 약한 빛이 발광되는 것을 확인할 수 있었다.
In FIG. 9, light emitting diodes of Example and Comparative Example 1 were fabricated with a 500 x 500 탆 2 chip, and under the conditions of injection of 5 mA, optical microscopy (OM) and Confocal Scanning Electroluminescence Microscopy , CSEM) to observe the shape of the light locally. In the case of the light emitting diode of the embodiment, it was confirmed that light is emitted strongly around a hemispherical pattern of a lens-shaped evaporated evaporated electron beam. In the case of the light emitting diode of Comparative Example 1, It was confirmed that relatively weak light was emitted.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 질화갈륨계 고효율 발광다이오드는 저저항/고투과도 특성을 갖는 스퍼터링법(sputtered)으로 증착된 ITO 전극을 사용하되, p형 GaN층과 투명전극으로 사용되는 sputtered ITO층 사이에 패터닝 공정을 통한 전자빔 증발(electron-beam evaporator)로 증착된 ITO 패턴층을 삽입한 구조를 채택함으로써, 빛을 방출하기 위한 광 추출구조 및 렌즈 구조로 작용하여 p형 GaN에서의 오믹 접촉 형성은 물론 높은 전류 퍼짐 효과를 갖는 질화갈륨계 고효율 발광다이오드를 제조할 수 있다.
Therefore, the gallium nitride-based high-efficiency light emitting diode according to an embodiment of the present invention uses an ITO electrode deposited by sputtering with a low resistance / high transmittance characteristic, and a p-type GaN layer and a sputtered By adopting the structure in which the ITO pattern layer deposited by the electron-beam evaporator is inserted between the ITO layers through the patterning process, the light extracting structure and the lens structure for emitting light are employed, A gallium nitride-based high-efficiency light emitting diode having high current spreading effect as well as contact formation can be manufactured.

이상에서 본 발명의 바람직한 구현 예를 예로 들어 상세하게 설명하였으나, 이러한 설명은 단순히 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명 및 개시하는 것이다. 당업자는 본 발명의 범위 및 정신으로부터 벗어남이 없이 상기 설명 및 첨부 도면으로부터 다양한 변경, 수정 및 번형 예가 가능함을 용이하게 인식할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Those skilled in the art will readily appreciate that various changes, modifications and alterations can be made herein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the following claims and accompanying drawings.

100, 200 : 발광 다이오드 10 : 기판
20 : 반도체 광전자 구조체 21 : 질화물 반도체 층
22 : 제1도전형 반도체 층 23 : 활성층
24 : 제2도전형 반도체 층
30 : 제 2 금속전극 31, 32 : 금속 전극층
40, 50 : 투명전극 41 : 제 1 전극층
42 : 제 2 전극층 43, 52 : 제 1 금속전극
51 : 금속산화물 전극층
100, 200: light emitting diode 10: substrate
20: Semiconductor optoelectronic structure 21: Nitride semiconductor layer
22: first conductivity type semiconductor layer 23: active layer
24: second conductive type semiconductor layer
30: second metal electrode 31, 32: metal electrode layer
40, 50: transparent electrode 41: first electrode layer
42: second electrode layer 43, 52: first metal electrode
51: metal oxide electrode layer

Claims (6)

기판;
질화갈륨 계열의 제 1 도전형 반도체층;
질화갈륨 계열의 제 2 도전형 반도체층;
상기 제 1 도전형 반도체층과 상기 제 2 도전형 반도체층 사이에 개재된 활성층; 및
상기 제 2 도전형 반도체층에 접촉되는 투명전극을 포함하며,
상기 투명전극은 상기 제 2 도전형 반도체층 표면에 접촉되는 도트(dot) 패턴의 제 1 전극층 및 상기 도트 패턴의 제 1 전극층을 감싸면서 상기 제 2 도전형 반도체층에 접촉되는 제 2 전극층을 포함하는 것인 질화갈륨계 고효율 발광다이오드.
Board;
A gallium nitride based first conductivity type semiconductor layer;
A second conductive semiconductor layer of gallium nitride type;
An active layer interposed between the first conductivity type semiconductor layer and the second conductivity type semiconductor layer; And
And a transparent electrode contacting the second conductive semiconductor layer,
The transparent electrode includes a first electrode layer of a dot pattern contacting the surface of the second conductive type semiconductor layer and a second electrode layer surrounding the first electrode layer of the dot pattern and contacting the second conductive type semiconductor layer And a gallium nitride-based high-efficiency light-emitting diode.
제1항에 있어서,
상기 제 1 전극층은 전자빔 증발법(e-beam evaporator)으로 증착된 것이고,
상기 제 2 전극층은 전극층은 스퍼터(sputter)로 증착된 것인 질화갈륨계 고효율 발광다이오드.
The method according to claim 1,
The first electrode layer is deposited by an e-beam evaporator,
And the second electrode layer is deposited by sputtering an electrode layer.
제1항에 있어서,
상기 제 1 전극층의 도트 패턴은 지름이 1 내지 10 ㎛ 크기이며, 두께는 10 내지 200 nm의 반구 렌즈 형태인 것인 질화갈륨계 고효율 발광다이오드.
The method according to claim 1,
Wherein the dot pattern of the first electrode layer has a diameter of 1 to 10 mu m and a thickness of 10 to 200 nm in the form of a hemispherical lens.
제1항에 있어서,
상기 제 2 전극층의 두께는 10 내지 200 nm인 것인 질화갈륨계 고효율 발광다이오드.
The method according to claim 1,
And the second electrode layer has a thickness of 10 to 200 nm.
기판 상에 제 1 도전형 반도체층을 증착하는 단계;
상기 제 1 도전형 반도체층 상에 활성층을 증착하는 단계;
상기 활성층 상에 제 2 도전형 반도체층을 증착하는 단계;
상기 제 2 도전형 반도체층 상에 전자빔 증발법(e-beam evaporator)으로 패턴이 형성된 제 1 전극층을 증착하는 단계; 및
상기 제 1 전극층 상에 스퍼터법(sputtered)으로 제 2 전극층을 증착하는 단계를 포함하는 것인 질화갈륨계 고효율 발광다이오드의 제조방법.
Depositing a first conductive semiconductor layer on the substrate;
Depositing an active layer on the first conductive semiconductor layer;
Depositing a second conductive semiconductor layer on the active layer;
Depositing a first electrode layer on the second conductive semiconductor layer, the first electrode layer having a pattern formed by an e-beam evaporator; And
And depositing a second electrode layer on the first electrode layer by sputtering. 2. The method of claim 1, wherein the first electrode layer is formed by sputtering.
제5항에 있어서,
질소 및 산소 분위기에서 300 내지 600 ℃ 의 온도로 30 내지 600초 동안 상기 투명전극을 열처리하는 단계를 더 포함하는 것인 질화갈륨계 고효율 발광다이오드의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Further comprising the step of heat treating the transparent electrode at a temperature of 300 to 600 DEG C for 30 to 600 seconds in an atmosphere of nitrogen and oxygen.
KR1020160070408A 2016-06-07 2016-06-07 HIGH-EFFICIENCY GaN-BASED LIGHT-EMITTING DIODES AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME KR101824322B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160070408A KR101824322B1 (en) 2016-06-07 2016-06-07 HIGH-EFFICIENCY GaN-BASED LIGHT-EMITTING DIODES AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME
PCT/KR2017/005880 WO2017213403A1 (en) 2016-06-07 2017-06-07 Gallium nitride-based high-efficiency light emitting diode and manufacturing method therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160070408A KR101824322B1 (en) 2016-06-07 2016-06-07 HIGH-EFFICIENCY GaN-BASED LIGHT-EMITTING DIODES AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME

Publications (2)

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

Family

ID=60954536

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160070408A KR101824322B1 (en) 2016-06-07 2016-06-07 HIGH-EFFICIENCY GaN-BASED LIGHT-EMITTING DIODES AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101824322B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113436983A (en) * 2020-03-19 2021-09-24 京东方科技集团股份有限公司 Mu LED substrate, preparation method thereof, EL detection method and device

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005244129A (en) 2004-02-27 2005-09-08 Nichia Chem Ind Ltd Semiconductor light emitting element
KR100793337B1 (en) * 2006-11-20 2008-01-11 삼성전기주식회사 Nitride semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same
JP5803708B2 (en) 2012-02-03 2015-11-04 豊田合成株式会社 Manufacturing method of semiconductor light emitting device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113436983A (en) * 2020-03-19 2021-09-24 京东方科技集团股份有限公司 Mu LED substrate, preparation method thereof, EL detection method and device

Also Published As

Publication number Publication date
KR101824322B1 (en) 2018-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8674375B2 (en) Roughened high refractive index layer/LED for high light extraction
US8022432B2 (en) Light-emitting device comprising conductive nanorods as transparent electrodes
US8502193B2 (en) Light-emitting device and fabricating method thereof
US8471239B2 (en) Light-emitting element and a production method therefor
WO2007048345A1 (en) SEMICONDUCTOR LIGHT-EMITTING DEVICE WITH ELECTRODE FOR N-POLAR InGaAlN SURFACE
US20130134475A1 (en) Semiconductor light emitting device
JP5471485B2 (en) Nitride semiconductor device and pad electrode manufacturing method for nitride semiconductor device
KR101007078B1 (en) Light emitting device and fabrication method thereof
US8735923B2 (en) Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof
KR100755649B1 (en) Gan-based semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same
WO2017213403A1 (en) Gallium nitride-based high-efficiency light emitting diode and manufacturing method therefor
KR100586973B1 (en) Nitride semiconductor light emitting diode having substrate on which rising portions are formed
KR101025948B1 (en) Nitride Semiconductor Light Emitting Device and Menufacturing Method of the Same
KR101824322B1 (en) HIGH-EFFICIENCY GaN-BASED LIGHT-EMITTING DIODES AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME
KR101494331B1 (en) Flip chip type nitride semiconductor light emitting device
KR20120116257A (en) Method for enhancing luminance of light-emitting diode and light-emitting diode by the same
KR101868232B1 (en) Light emitting diode comprising hybrid transparent electrode
KR100946102B1 (en) Nitride Semiconductor Light Emitting Device
KR102260691B1 (en) Light-emitting diodes and method of manufacturing the same
KR101026059B1 (en) Nitride Semiconductor Light Emitting Device and Menufacturing Method of the Same
KR101198357B1 (en) Light emission Diode and Manufacturing Method of the same
US20240355958A1 (en) Light-emitting device and light-emitting apparatus
KR102128835B1 (en) Automotive application composition comprising light emitting device for light amplification using graphene quantum dot
CN115692557A (en) Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips
TWI740418B (en) Light-emitting device and the manufacturing method thereof

Legal Events

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