KR20080017947A - Reflective electrode, compound semiconductor light emitting device comprising same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반사막 전극, 상기 반사막 전극이 구비된 화합물 반도체 발광소자 및 이에 대한 제조방법에 관한 것으로서, 화합물 반도체 발광소자의 p형 화합물 반도체층 상에 산화물 전극을 오믹 접촉하여 형성하고 산화물 전극에 홀을 형성하여 광을 반사하는 금속 반사막을 홀 내부에 충진한 후, 그 위에 금속 반사막을 추가로 더 형성하여 광을 효율적으로 반사하는 것을 포함한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reflective film electrode, a compound semiconductor light emitting device including the reflective film electrode, and a method for manufacturing the same. Forming a metal reflecting film that reflects light into the hole, and then further forming a metal reflecting film thereon to efficiently reflect the light.
본 발명에 따르면 투명 산화물 전극에 n형 다 성분계 투명 산화물 전극과 p형 산화물 투명전극을 사용하고 금속 반사막 전극을 형성함에 의하여 발광한 빛의 반사율을 높일 수 있으며 열 방출 효율 및 출사 효율을 아울러 개선시킬 수 있어 고성능의 반도체 발광소자를 제공할 수 있다.According to the present invention, by using the n-type multi-component transparent oxide electrode and the p-type oxide transparent electrode in the transparent oxide electrode and forming the metal reflective film electrode, the reflectance of the emitted light can be increased and heat emission efficiency and emission efficiency can be improved. It is possible to provide a high performance semiconductor light emitting device.
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사막 전극을 구비한 화합물 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a compound semiconductor light emitting device including a reflective electrode according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사막 전극과 p형 질화갈륨(GaN)계 반도체층과의 접합상태를 나타내는 전류-전압 특성 그래프이다.2 is a current-voltage characteristic graph showing a junction state between a reflective film electrode and a p-type gallium nitride (GaN) -based semiconductor layer according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사막 전극을 구비한 화합물 반도체 발광소자의 전압-전류 특성을 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing voltage-current characteristics of a compound semiconductor light emitting device including a reflective electrode according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사막 전극을 구비한 발광소자와 다른 투명 전극을 구비한 발광소자의 전류-출력 파워 특성을 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing current-output power characteristics of a light emitting device having a reflective electrode and a light emitting device having another transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
｛도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명｝｝ Description of the symbols for the main parts of the drawing｝
10 : 기판 11 : 버퍼층10
12 : n형 금속전극 13 : n형 화합물 반도체층12 n-type metal electrode 13 n-type compound semiconductor layer
14 : 활성층 15 : p형 화합물 반도체층14 active layer 15 p-type compound semiconductor layer
16 : 산화물 전극 17 : 금속 반사막16
18 : 반사막 보호 금속층 19 : p형 금속전극18: reflective film protective metal layer 19: p-type metal electrode
본 발명은 반사막 전극 및 투명 산화물 전극을 포함하는 화합물 반도체 발광소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 낮은 접촉저항과 높은 반사율, 및 향상된 전기 전도성을 가지도록 반사막 전극과 투명 산화물 전극의 구조를 변형한 화합물 반도체 발광소자에 관한 것이다.The present invention relates to a compound semiconductor light emitting device including a reflective electrode and a transparent oxide electrode, and more particularly, a compound in which the structures of the reflective electrode and the transparent oxide electrode are modified to have low contact resistance, high reflectance, and improved electrical conductivity. It relates to a semiconductor light emitting device.
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.Compound semiconductor light emitting devices that convert electrical signals to light using characteristics of compound semiconductors, that is, light emitting devices such as LEDs (Light Emitting Diodes) or laser diodes (LDs), are used in applications such as lighting, optical communication, and multiple communication. It is a trend that is being studied and put into practical use in.
이러한 반도체 발광소자들은 통신분야나 디스크 플레이어 등과 같은 장치에서 데이터의 전송이나 데이터의 기록 및 판독을 위한 수단의 광원으로써도 널리 사용되고 있다.Such semiconductor light emitting devices are also widely used as a light source of a means for transferring data or recording and reading data in a communication field or a device such as a disc player.
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 광이용효율과 높 은 휘도의 특성을 가지게 된다.In general, the flip-chip type of the compound semiconductor light emitting device can form a reflective film on the p-type compound semiconductor layer more than the top-emitting type, and the reflective film reflects light generated in the active layer. It has higher light utilization efficiency and high brightness.
반도체 발광소자에서 광추출 또는 이용효율을 높이기 위해 반사막을 적용할 경우 반사막의 재료는 반사도가 높고 접촉되는 p형 화합물 반도체층과 오믹 접합 특성이 좋아야 한다.When the reflective film is applied to increase the light extraction or utilization efficiency in the semiconductor light emitting device, the material of the reflective film should have high reflectivity and good ohmic bonding properties with the p-type compound semiconductor layer in contact.
주로 반사막의 재료로서 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 크롬(Cr), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh) 등이 사용되고 있다.Silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), chromium (Cr), copper (Cu), aluminum (Al), palladium (Pd), rhodium (Rh) and the like are mainly used as the material of the reflective film.
그러나, 은(Ag)은 반사도와 오믹 접합 특성은 높지만 반도체층과의 접착력과 열적 안정성에 문제가 있어 LED 칩의 신뢰성에 한계를 가지고 있다. However, although silver (Ag) has high reflectivity and ohmic bonding characteristics, there is a problem in adhesion strength and thermal stability with the semiconductor layer, thus limiting the reliability of the LED chip.
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. In order to solve this problem, a technique for improving adhesion by using an oxide electrode between a p-type gallium nitride based semiconductor layer (p-GaN) and a metal reflective film has been proposed and is currently being applied to an LED chip.
국내 공개특허 제10-2006-0020331호, 제10-2006-0031079호, 제10-2006-0037938호 및 제10-2006-0054089호는 그러한 산화물 전극을 이용한 반사막에 대한 종래기술을 개시한다. Korean Patent Laid-Open Nos. 10-2006-0020331, 10-2006-0031079, 10-2006-0037938 and 10-2006-0054089 disclose prior arts for reflective films using such oxide electrodes.
하지만, 상기 종래기술은 산화물 전극을 이용하여 오믹 접합과 접착력을 일응 개선시킨 점은 인정되나, LED칩의 열적 신뢰성면에서 볼 때 산화물 전극의 열전도 특성이 매우 낮고 오믹접합 특성이 낮아 신뢰성에 한계를 가지며, 접착력 또한 완전히 해결되지 않아 이에 대한 개선이 필요하다. However, it is recognized that the prior art improves ohmic bonding and adhesion by using an oxide electrode, but in terms of thermal reliability of the LED chip, the thermal conductivity of the oxide electrode is very low and the ohmic bonding characteristic is low, thereby limiting the reliability. The adhesive force is also not completely solved and there is a need for improvement.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하여 열 방출 효율과 출사효율이 개선된 홀 구조를 가지는 투명 산화물 전극과 금속 반사막을 구비한 화합물 반도체 발광소자를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a compound semiconductor light emitting device having a transparent oxide electrode and a metal reflective film having a hole structure in which heat emission efficiency and emission efficiency are improved by solving the above problems of the prior art.
본 발명의 다른 목적은 화합물 반도체 발광소자에 있어서 생성된 광의 파장에 따라 높은 반사도를 가지면서 반도체층과의 접착력과 오믹접합 특성이 개선된 반사막 전극을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a reflective film electrode having high reflectivity according to the wavelength of light generated in the compound semiconductor light emitting device and improved adhesion to the semiconductor layer and ohmic bonding properties.
본 발명의 또 다른 목적은 일반적인 화합물 반도체 발광소자의 제조방법에 있어서 간단한 공정을 추가함으로써 단일 발광소자의 면적당 광반사율이 높고 낮은 접촉저항을 가지는 고효율 및 고신뢰도의 발광소자를 제조하여 경제적 부가가치를 창출하는 제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to add a simple process in the manufacturing method of a general compound semiconductor light emitting device to create a high value and high reliability light emitting device having a high light reflectivity per area of a single light emitting device and a low contact resistance to create economic added value It is to provide a manufacturing method.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 화합물 반도체 발광소자의 반사막 전극은 발광소자의 p형 화합물 반도체층 상에 형성되는 전극에 있어서, 상기 p형 화합물 반도체층 상에 오믹 접촉된 산화물 전극과, 상기 산화물 전극과 함께 상기 p형 화합물 반도체층 상에 오믹 접촉되어 광을 반사하는 금속 반사막과, 상기 산화물 전극 및 금속 반사막 상에 추가로 형성되어 광을 반사하는 금속 반사막을 포함한다.In order to achieve the above object, the reflective film electrode of the compound semiconductor light emitting device of the present invention is an electrode formed on the p-type compound semiconductor layer of the light emitting device, the oxide electrode in ohmic contact on the p-type compound semiconductor layer, the oxide And a metal reflective film that is in ohmic contact with the electrode on the p-type compound semiconductor layer to reflect light, and a metal reflective film that is further formed on the oxide electrode and the metal reflective film to reflect light.
본 발명에서 상기 산화물 전극과 함께 상기 p형 화합물 반도체층 상에 오믹 접촉되는 금속 반사막은, 상기 산화물 전극에 하나 이상의 홀을 형성하고 상기 홀에 채워진다.In the present invention, the metal reflective film in ohmic contact with the oxide electrode on the p-type compound semiconductor layer is formed with one or more holes in the oxide electrode and filled in the holes.
본 발명에서 바람직하게는 상기 홀의 형상은 원기둥형 또는 다각기둥형인 것을 특징으로 한다.In the present invention preferably the shape of the hole is characterized in that the columnar or polygonal columnar.
본 발명에서 바람직하게는 상기 홀의 크기는 직경이 1㎛ 내지 10㎛로 형성된다.In the present invention, preferably, the hole has a diameter of 1 μm to 10 μm.
본 발명에서, 상기 금속 반사막은 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 크롬(Cr), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh)으로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 원소인 것이 바람직하다.In the present invention, the metal reflective film is a group consisting of silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), chromium (Cr), copper (Cu), aluminum (Al), palladium (Pd), rhodium (Rh) It is preferably at least one element selected from
본 발명에서, 상기 산화물 전극은 산화 아연(ZnO), 산화 주석(SnO), 산화 갈륨(Ga2O3), 산화 인듐(In2O3), 산화 알루미늄(Al2O3), 구리알루미늄 산화물(CuAlO2), 구리갈륨 산화물(CuGaO2) 및 스트론튬구리 산화물(SrCu2O2)으로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 산화물인 것이 바람직하다.In the present invention, the oxide electrode is zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO), gallium oxide (Ga 2 O 3 ), indium oxide (In 2 O 3 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), copper aluminum oxide At least one oxide selected from the group consisting of (CuAlO 2 ), copper gallium oxide (CuGaO 2 ), and strontium copper oxide (SrCu 2 O 2 ) is preferable.
본 발명에서 바람직하게는 상기 산화물 전극의 두께는 1㎚ 내지 1000㎚로 형성된다.In the present invention, preferably, the oxide electrode has a thickness of 1 nm to 1000 nm.
본 발명에서 상기 산화물 전극 및 금속 반사막 상에 추가로 형성되는 금속 반사막의 두께는 1㎚ 내지 500㎚인 것이 바람직하다.In the present invention, the thickness of the metal reflective film further formed on the oxide electrode and the metal reflective film is preferably 1nm to 500nm.
본 발명에서 상기 산화물 전극 및 금속 반사막 상에 추가로 형성되는 금속 반사막의 상면에 금(Au), 백금(Pt), 실리콘(Si), 구리(Cu), 이리듐(Ir), 텅스텐(W) 으로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나 이상의 원소로 이루어진 반사막 보호 금속층을 더 포함한다.In the present invention, gold (Au), platinum (Pt), silicon (Si), copper (Cu), iridium (Ir), and tungsten (W) are formed on the upper surface of the metal reflective film further formed on the oxide electrode and the metal reflective film. It further comprises a reflective film protective metal layer composed of any one or more elements selected from the group consisting of.
본 발명에서 상기 p형 화합물 반도체층 상에 오믹 접촉된 산화물 전극과 금속 반사막은 진공 또는 질소 분위기 하에서 500℃ 내지 700℃로 10초 내지 5분간 열처리하는 것이 바람직하다.In the present invention, the oxide electrode and the metal reflective film which are ohmic contacted on the p-type compound semiconductor layer are preferably heat-treated at 500 ° C. to 700 ° C. for 10 seconds to 5 minutes under a vacuum or nitrogen atmosphere.
상기 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 화합물 반도체 발광소자는 종래 n형 및 p형 전극과 그 사이에 적어도 n형 화합물 반도체층, 활성층 및 p형 화합물 반도체층을 구비하는 화합물 반도체 발광소자에 있어서, 상기 p형 화합물 반도체층 상에 오믹 접촉된 산화물 전극과, 상기 산화물 전극과 함께 상기 p형 화합물 반도체층 상에 오믹 접촉되어 광을 반사하는 금속 반사막과, 상기 산화물 전극 및 금속 반사막 상에 추가로 형성되어 광을 반사하는 금속 반사막을 포함한다.The compound semiconductor light emitting device of the present invention for achieving the object of the present invention is a compound semiconductor light emitting device comprising a conventional n-type and p-type electrode and at least an n-type compound semiconductor layer, an active layer and a p-type compound semiconductor layer between them An oxide electrode in ohmic contact on the p-type compound semiconductor layer, a metal reflection film in ohmic contact with the oxide electrode on the p-type compound semiconductor layer to reflect light, and further on the oxide electrode and the metal reflection film. And a metal reflecting film formed to reflect light.
본 발명에서, 상기 산화물 전극과 함께 상기 p형 화합물 반도체층 상에 오믹 접촉되는 금속 반사막은, 상기 산화물 전극에 하나 이상의 홀을 형성하고 상기 홀에 채워진다.In the present invention, the metal reflective film which is in ohmic contact with the oxide electrode on the p-type compound semiconductor layer, forms one or more holes in the oxide electrode and is filled in the holes.
본 발명에서 바람직하게는 상기 홀의 형상이 원기둥형 또는 다각기둥형인 것을 포함한다.In the present invention, preferably, the shape of the hole includes a cylindrical shape or a polygonal shape.
본 발명에서 바람직하게는 상기 홀의 크기가 직경이 1㎛ 내지 10㎛인 것으로 형성된다.In the present invention, preferably, the hole has a diameter of 1 μm to 10 μm.
본 발명에서, 상기 금속 반사막은 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 크롬(Cr), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh)으로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 원소로 형성된다.In the present invention, the metal reflective film is a group consisting of silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), chromium (Cr), copper (Cu), aluminum (Al), palladium (Pd), rhodium (Rh) It is formed of at least one element selected from.
본 발명에서, 상기 산화물 전극은 산화 아연(ZnO), 산화 주석(SnO), 산화 갈륨(Ga2O3), 산화 인듐(In2O3), 산화 알루미늄(Al2O3), 구리알루미늄 산화물(CuAlO2), 구리갈륨 산화물(CuGaO2) 및 스트론튬구리 산화물(SrCu2O2)으로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 산화물로 형성된다.In the present invention, the oxide electrode is zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO), gallium oxide (Ga 2 O 3 ), indium oxide (In 2 O 3 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), copper aluminum oxide (CuAlO 2 ), copper gallium oxide (CuGaO 2 ), and strontium copper oxide (SrCu 2 O 2 ).
본 발명에서, 상기 산화물 전극의 두께는 1㎚ 내지 1000㎚인 것이 바람직하다.In the present invention, the thickness of the oxide electrode is preferably 1nm to 1000nm.
본 발명에서, 상기 산화물 전극 및 금속 반사막 상에 추가로 형성되는 금속 반사막의 두께는 1㎚ 내지 500㎚인 것이 바람직하다.In the present invention, the thickness of the metal reflective film further formed on the oxide electrode and the metal reflective film is preferably 1nm to 500nm.
본 발명에서, 상기 산화물 전극 및 금속 반사막 상에 추가로 형성되는 금속 반사막은 그 상면에 금(Au), 백금(Pt), 실리콘(Si), 구리(Cu), 이리듐(Ir), 텅스텐(W)으로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나 이상의 원소로 이루어진 반사막 보호 금속층을 더 포함한다.In the present invention, the metal reflective film further formed on the oxide electrode and the metal reflective film is gold (Au), platinum (Pt), silicon (Si), copper (Cu), iridium (Ir), tungsten (W) It further comprises a reflective film protective metal layer made of any one or more elements selected from the group consisting of
본 발명에서, 상기 p형 화합물 반도체층 상에 오믹 접촉된 산화물 전극과 금속 반사막은 진공 또는 질소 분위기 하에서 500℃ 내지 700℃로 10초 내지 5분간 열처리한다.In the present invention, the oxide electrode and the metal reflective film which are ohmic contacted on the p-type compound semiconductor layer are heat treated at 500 ° C. to 700 ° C. for 10 seconds to 5 minutes under a vacuum or nitrogen atmosphere.
상기 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 화합물 반도체 발광소자의 제조방법은 n형 및 p형 전극과 그 사이에 적어도 n형 화합물 반도체층, 활성층 및 p형 화합물 반도체층을 순차로 구비하는 발광소자의 제조방법에 있어서, 상기 p형 화합물 반도체층 상에 산화물 전극을 형성하는 단계와, 상기 산화물 전극에 상기 활성층과 p형 화합물 반도체층보다 밴드갭이 큰 홀을 형성하는 단계와 상기 홀에 금속 반사막 재료를 충진하고 열처리하는 단계 및 상기 단계 후 금속 반사막 및 반사막 보호 금속층을 순차로 더 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a compound semiconductor light emitting device of the present invention for achieving the object of the present invention is a light emitting device having an n-type and p-type electrode and at least an n-type compound semiconductor layer, an active layer and a p-type compound semiconductor layer in sequence A method of manufacturing a semiconductor device, the method comprising: forming an oxide electrode on the p-type compound semiconductor layer, forming a hole having a band gap larger than that of the active layer and the p-type compound semiconductor layer in the oxide electrode, and forming a metal reflective film in the hole Filling and heat-treating the material and subsequently forming a metal reflective film and a reflective film protective metal layer sequentially.
본 발명에서, 상기 산화물 전극은 산화 아연(ZnO), 산화 주석(SnO), 산화 갈륨(Ga2O3), 산화 인듐(In2O3), 산화 알루미늄(Al2O3), 구리알루미늄 산화물(CuAlO2), 구리갈륨 산화물(CuGaO2) 및 스트론튬구리 산화물(SrCu2O2)으로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 산화물인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the oxide electrode is zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO), gallium oxide (Ga 2 O 3 ), indium oxide (In 2 O 3 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), copper aluminum oxide At least one oxide selected from the group consisting of (CuAlO 2 ), copper gallium oxide (CuGaO 2 ) and strontium copper oxide (SrCu 2 O 2 ).
본 발명에서 바람직하게는 상기 산화물 전극의 두께가 1㎚ 내지 1000㎚으로 형성된다.In the present invention, preferably, the oxide electrode has a thickness of 1 nm to 1000 nm.
본 발명에서 상기 산화물 전극의 홀의 형상은 원기둥형 또는 다각기둥형이고, 상기 산화물 전극의 홀의 크기는 직경이 1㎛ 내지 10㎛인 것이 바람직하다.In the present invention, the shape of the hole of the oxide electrode is cylindrical or polygonal column, the size of the hole of the oxide electrode is preferably 1㎛ to 10㎛ diameter.
본 발명에서 상기 금속 반사막은 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 크롬(Cr), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh)으로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 원소로 형성된다.In the present invention, the metal reflective film is formed of silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), chromium (Cr), copper (Cu), aluminum (Al), palladium (Pd), and rhodium (Rh). It is formed of at least one selected element.
본 발명의 화합물 반도체 발광소자의 제조방법에서 상기 열처리는 진공 또는 질소 분위기 하에서 500℃ 내지 700℃로 10초 내지 5분간 수행된다.In the method of manufacturing a compound semiconductor light emitting device of the present invention, the heat treatment is performed at 500 ° C. to 700 ° C. for 10 seconds to 5 minutes under a vacuum or nitrogen atmosphere.
본 발명에서 상기 산화물 전극 상에 형성되는 금속 반사막의 두께는 1㎚ 내지 500㎚인 것이 바람직하다.In the present invention, the thickness of the metal reflective film formed on the oxide electrode is preferably 1nm to 500nm.
본 발명에서 상기 반사막 보호 금속층은 금(Au), 백금(Pt), 실리콘(Si), 구리(Cu), 이리듐(Ir), 텅스텐(W)으로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나 이상의 원소로 이루어진다.In the present invention, the reflective film protection metal layer is made of at least one element selected from the group consisting of gold (Au), platinum (Pt), silicon (Si), copper (Cu), iridium (Ir), and tungsten (W).
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Detailed descriptions of well-known functions and configurations that are determined to unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사막 전극을 구비한 화합물 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a compound semiconductor light emitting device including a reflective electrode according to an exemplary embodiment of the present invention.
구체적인 화합물 반도체 발광소자의 대표적인 예는 질화갈륨(GaN)계 반도체 발광 다이오드가 있다.A representative example of a specific compound semiconductor light emitting device is a gallium nitride (GaN) -based semiconductor light emitting diode.
도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따르면, 반도체 기판(10) 상에 버퍼층(11)을 형성하고 그 위에 n형 화합물 반도체층(13), 활성층(14) 및 p형 화합물 반도체층(15)를 순차적으로 적층하여 p-n 발광다이오드를 형성한다. According to the exemplary embodiment of the present invention illustrated in FIG. 1, the
본 발명의 일 실시예로서, 상기 기판은 주로 사파이어 기판을 사용하여 투광성을 높이고, 상기 버퍼층은 언도핑된(undoped) 질화갈륨(GaN)층으로 형성된다.In one embodiment of the present invention, the substrate is mainly light-transmitting using a sapphire substrate, the buffer layer is formed of an undoped gallium nitride (GaN) layer.
또한, 상기 활성층은 단일 및 다중 양자우물 구조로 형성될 수 있다.In addition, the active layer may be formed of a single and multiple quantum well structure.
상기 실시예에서, 상기 p형 화합물 반도체층(15) 상면에 활성층과 p형 반도체층보다 밴드갭이 큰 홀을 가지는 투명 산화물 전극층(16)을 형성하고, 금속 반사 막(17)은 상기 홀에 채워짐과 동시에 산화물 전극층 위에 한 개 층으로 더 형성된다. In the above embodiment, the transparent oxide electrode layer 16 having a hole having a larger band gap than the active layer and the p-type semiconductor layer is formed on the upper surface of the p-type
상기 금속 반사막 위에 반사막 보호 금속층(18)을 더 형성하고, 그 위에 p형 금속전극(19)를 형성한다. n형 금속전극(12)은 발광 다이오드를 소정부분을 n형 반도체층(13)까지 식각하여 n형 반도체층의 타측상에 형성한다.A reflective film
투명 산화물 전극은 산화 아연(ZnO), 산화 주석(SnO), 산화 갈륨(Ga2O3), 산화 인듐(In2O3), 산화 알루미늄(Al2O3)으로 형성된 n형 다 성분계 투명 산화물 전극과, 구리알루미늄 산화물(CuAlO2), 구리갈륨 산화물(CuGaO2) 및 스트론튬구리 산화물(SrCu2O2) 등으로 이루어진 p형 산화물 투명전극을 사용함으로써 더 우수한 광 반사율을 얻을 수 있다.The transparent oxide electrode is an n-type multicomponent transparent oxide formed of zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO), gallium oxide (Ga 2 O 3 ), indium oxide (In 2 O 3 ), and aluminum oxide (Al 2 O 3 ). By using an electrode and a p-type oxide transparent electrode made of copper aluminum oxide (CuAlO 2 ), copper gallium oxide (CuGaO 2 ), strontium copper oxide (SrCu 2 O 2 ), and the like, excellent light reflectance can be obtained.
본 발명의 일 실시예는 상기 반사막 전극이 구비된 화합물 반도체 발광소자, 특히 질화갈륨(GaN)계 발광다이오드를 제시하며, 아울러 그의 제조방법을 제시하고자 한다.An embodiment of the present invention proposes a compound semiconductor light emitting device, in particular a gallium nitride (GaN) -based light emitting diode equipped with the reflective film electrode, and also proposes a method of manufacturing the same.
본 발명의 일 실시예의 투명 산화물 전극층은 공지의 증착방법 중에서 해당분야 당업자라면 누구나 알 수 있는 방법을 사용하여 형성할 수 있으며, 특히 스퍼터링 증착법의 사용이 바람직하다. 산화물로 이루어진 산화물 투명 전극은 1nm 내지 1000nm 두께로 형성되는 것이 바람직하다.The transparent oxide electrode layer of one embodiment of the present invention can be formed using a method known to those skilled in the art among known deposition methods, and the use of sputter deposition is particularly preferred. The oxide transparent electrode made of oxide is preferably formed to a thickness of 1nm to 1000nm.
본 발명에서 산화물 전극층을 증착하고 난 후 금속 반사막이 충진될 수 있는 홀을 형성하는 방법은 당업자라면 누구나 공지기술로부터 알 수 있는 방법을 사용할 수 있으나, 특히 리프트오프(lift-off)법을 사용하여 형성한다. 리프트오프법을 통해 형성되는 홀의 모양은 다양하며, 특히 원기둥이나 다각기둥 형태가 바람직하다.In the present invention, a method of forming a hole in which a metal reflective film may be filled after depositing an oxide electrode layer may be used by those skilled in the art, and in particular, using a lift-off method. Form. The shape of the hole formed by the lift-off method is various, and in particular, a cylinder or polygonal column shape is preferable.
홀의 크기는 그 직경이 1㎛ 내지 10㎛로 형성되고, 홀 사이의 간격은 1㎛ 내지 10㎛로 형성될 수 있다.The size of the hole may be formed in the diameter of 1
상기 다 성분계 산화물로 이루어진 투명 산화물 전극층 및 홀에 충진되는 금속 반사막과 화합물 반도체층은 오믹 접촉을 이루게 되는데, 이 때 접촉 저항 특성을 향상하기 위하여 열처리 과정을 더 수행하고 이로 인해 전류 확산 특성이 향상될 수 있다. The transparent oxide electrode layer made of the multi-component oxide and the metal reflective film and the compound semiconductor layer filled in the hole are in ohmic contact, and at this time, a heat treatment process is performed to improve contact resistance characteristics, thereby improving current diffusion characteristics. Can be.
열처리는 진공 또는 질소의 분위기 하에서 500℃ 내지 700℃로 10초 내지 5분간 수행하는 것이 바람직하다.The heat treatment is preferably performed at 500 ° C. to 700 ° C. for 10 seconds to 5 minutes under an atmosphere of vacuum or nitrogen.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사막 전극과 p형 질화갈륨(GaN)계 반도체층과의 접합상태를 나타내는 전류-전압 특성 그래프이다.2 is a current-voltage characteristic graph showing a junction state between a reflective film electrode and a p-type gallium nitride (GaN) -based semiconductor layer according to an embodiment of the present invention.
가로축은 인가 전압(V)이고, 세로축은 전류(A)를 나타낸다. The horizontal axis represents the applied voltage (V), and the vertical axis represents the current (A).
도 2를 참조하면, 전류가 인가 전압에 대하여 비례하고 있으므로, 반사막 전극과 p형 GaN계 반도체층과의 접합은 오믹 접촉을 형성함을 알 수 있다. Referring to FIG. 2, since the current is proportional to the applied voltage, it can be seen that the junction between the reflective film electrode and the p-type GaN-based semiconductor layer forms an ohmic contact.
여기서, 산화물 투명 전극은 비저항이 1x10-3 Ω·cm 이하이고, 광선 투과율 이 85% 이상이며, 캐리어 농도는 1x1019 cm-3 이상의 특성을 가진다.Here, the oxide transparent electrode has a resistivity of 1 × 10 −3 Ω · cm or less, a light transmittance of 85% or more, and a carrier concentration of 1 × 10 19 cm −3 or more.
또한 금속 반사막은 비저항이 1x10-5Ω·cm 이하이고, 광선 반사도가 70% 이상이다. In addition, the metal reflective film has a specific resistance of 1 × 10 −5 Ω · cm or less and a light reflectivity of 70% or more.
이와 같은 조건으로 형성된 반사막 전극은 금속 전극으로부터 전류의 주입이 용이하고, 면 방향으로 전류의 확산 특성이 뛰어나, 효율적인 발광이 가능해진다. The reflective film electrode formed under such conditions is easy to inject current from the metal electrode, has excellent current diffusion characteristic in the plane direction, and enables efficient light emission.
도 2를 참조하면, 온도에 따른 열처리에 의해 오믹 접촉 저항의 특성이 달라짐을 알 수 있는데, 열처리 온도가 높을수록, 즉 실온보다 400℃, 650℃로 열처리 온도를 높일수록 산화물 전극과 p형 질화갈륨계 반도체층의 오믹 접촉 저항이 낮아져서 전류의 확산력이 뛰어나게 되는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 2, it can be seen that the characteristics of ohmic contact resistance are changed by heat treatment according to temperature. The higher the heat treatment temperature, that is, the higher the heat treatment temperature at 400 ° C. and 650 ° C. than the room temperature, the oxide electrode and the p-type nitride It can be seen that the ohmic contact resistance of the gallium-based semiconductor layer is lowered, thereby making the current diffusing power excellent.
또한 본 발명의 질화갈륨(GaN)계 반도체 발광소자는 반도체 발광소자의 열 방출 효율 및 출사 효율이 뛰어난 발광소자를 구현할 수 있다.In addition, the gallium nitride (GaN) -based semiconductor light emitting device of the present invention can implement a light emitting device excellent in heat emission efficiency and emission efficiency of the semiconductor light emitting device.
구체적으로 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사막 전극을 구비한 화합물 반도체 발광소자의 전압-전류 특성을 나타낸 그래프로서, 이 때 발광 파장은 460nm이며, 20mA에서 Vf 값은 3.4eV 이었다.Specifically, Figure 3 is a graph showing the voltage-current characteristics of the compound semiconductor light emitting device having a reflective electrode according to an embodiment of the present invention, the emission wavelength is 460nm, Vf value was 3.4eV at 20mA.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사막 전극을 구비한 발광소자와 다른 투명 전극을 구비한 발광소자의 전류-출력 파워 특성을 비교하여 나타낸 그래프이다.4 is a graph illustrating a comparison of current-output power characteristics of a light emitting device having a reflective electrode and a light emitting device having another transparent electrode according to an exemplary embodiment of the present invention.
상기 도 4를 참조하면, 기존의 투명 전극재료인 니켈(Ni)/금(Au) 또는 인듐주석산화물(ITO)에 비교하여 상대적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 반사막 전극은 출력 파워가 우수하여 효율적으로 빛을 외부로 꺼낼 수 있음을 나타내고 있다. Referring to FIG. 4, the reflective film electrode according to the exemplary embodiment of the present invention has a superior output power compared to the conventional transparent electrode material nickel (Ni) / gold (Au) or indium tin oxide (ITO). It shows that light can be taken out efficiently.
본 발명의 일 실시예에 따른 질화갈륨(GaN)계 반도체 발광 다이오드 제조방법은 하기와 같다. A method of manufacturing a gallium nitride (GaN) -based semiconductor light emitting diode according to an embodiment of the present invention is as follows.
p형 질화갈륨계 반도체층 상부에 xZn2In2O5 + (1-x)GaInO3 화합물의 조성에 있어서, x는 0<x<1 사이의 조성을 가지는 소결체를 사용하여 스퍼터링법으로 일정한 두께를 가지는 산화물 투명 전극층을 형성한다. In the composition of the xZn 2 In 2 O 5 + (1-x) GaInO 3 compound on the p-type gallium nitride based semiconductor layer, x has a constant thickness by sputtering using a sintered body having a composition of 0 <x <1. The branches form an oxide transparent electrode layer.
산화물 투명전극의 홀은 liff-off법을 이용하여 형성하며, 홀은 원형 모양이며 크기는 3μm이고 홀 사이의 간격은 3μm 이다. The hole of the oxide transparent electrode is formed by using the liff-off method, the hole is circular shape, the size is 3μm and the spacing between the holes is 3μm.
여기서 스퍼터링 증착 조건으로서, 스퍼터링 가스는 아르곤 가스를 사용하고, 스퍼트 압력 5mTorr, 투입 전력 90W ~ 150W, 증착 온도는 상온에서 수행할 수 있다.Here, as the sputtering deposition conditions, the sputtering gas may use argon gas, a sputtering pressure of 5 mTorr, an input power of 90 W to 150 W, and a deposition temperature may be performed at room temperature.
다음으로, 투명 산화물 전극을 스퍼터링으로 증착한 후, 홀을 lift-off 하고, 급속 가열로 홀 내부에 금속 반사막 시료를 넣어 질소 분위기 하에서 650℃에서 2분 동안 열처리하여 전류 확산 특성을 향상시킨다.Next, after depositing the transparent oxide electrode by sputtering, the hole is lifted-off, and a metal reflecting film sample is put into the hole in a rapid heating furnace and heat-treated at 650 ° C. for 2 minutes under a nitrogen atmosphere to improve current spreading characteristics.
다음으로, 산화물 투명전극 위에 은(Ag)을 원료로 하는 금속 반사막을 형성시킨 후, 금속 반사막 위에 금(Au)을 원료로 하는 반사막 보호 금속층을 형성시킨 다.Next, a metal reflective film made of silver (Ag) is formed on the oxide transparent electrode, and then a reflective film protective metal layer made of gold (Au) is formed on the metal reflective film.
반사막 보호 금속층 위에 p-형 전극층을 형성시킨 후, 순차적으로 n형 질화갈륨(GaN) 반도체층의 중간까지 에칭하고, 노출된 n형 질화갈륨(GaN) 반도체층 및 p형 질화갈륨(GaN) 반도체층 일측 상부면에는 금속 전극을 전자빔 증착기로 증착하고, 리프트 오프 공정을 거친 후, 급속 가열로 안에 시료를 넣어 진공에서 600℃에서 30초 동안 열처리하여 금속 전극을 형성한다. After the p-type electrode layer is formed on the reflective film protection metal layer, the semiconductor layer is sequentially etched to the middle of the n-type gallium nitride (GaN) semiconductor layer, and the n-type gallium nitride (GaN) semiconductor layer and the p-type gallium nitride (GaN) semiconductor are exposed. A metal electrode is deposited on an upper surface of the layer by an electron beam evaporator, and after a lift-off process, a sample is put into a rapid heating furnace and heat-treated at 600 ° C. for 30 seconds to form a metal electrode.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허등록청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, but those skilled in the art can vary the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. It will be appreciated that modifications and variations can be made.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 반도체층 상에 산화물 전극과 반사막 전극이 함께 오믹접촉되고 그 위에 다시 반사막 전극을 구비함으로써 발광한 빛의 반사율을 더욱 높일 수 있고 열 방출 효율 및 출사 효율이 향상되는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the oxide electrode and the reflective film electrode are in ohmic contact on the semiconductor layer, and the reflective film electrode is provided on the semiconductor layer to further increase the reflectance of the emitted light and improve the heat emission efficiency and the emission efficiency. There is.
또한, 화합물 반도체 발광소자의 제조 공정에서 산화물 전극에 홈을 형성하고 금속 반사막 전극을 충진하는 간단한 공정을 추가함으로써 고반사율과 낮은 접촉저항을 갖는 고효율 및 고신뢰도의 반도체 발광소자를 제조할 수 있고 경제적 측면에서 잇점이 있다.In addition, in the manufacturing process of the compound semiconductor light emitting device, by adding a simple process of forming a groove in the oxide electrode and filling the metal reflective film electrode, a high efficiency and high reliability semiconductor light emitting device having high reflectance and low contact resistance can be manufactured and economically. In terms of benefits.
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