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KR100773538B1 - 반사 전극 및 이를 구비하는 화합물 반도체 발광소자 - Google Patents

반사 전극 및 이를 구비하는 화합물 반도체 발광소자 Download PDF

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KR100773538B1
KR100773538B1 KR1020040079963A KR20040079963A KR100773538B1 KR 100773538 B1 KR100773538 B1 KR 100773538B1 KR 1020040079963 A KR1020040079963 A KR 1020040079963A KR 20040079963 A KR20040079963 A KR 20040079963A KR 100773538 B1 KR100773538 B1 KR 100773538B1
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light emitting
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곽준섭
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삼성전자주식회사
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Abstract

반사 전극 및 이를 구비하는 화합물 반도체 발광소자가 개시된다. 본 발명에 따르면, 화합물 반도체 발광소자의 p형 화합물 반도체 층 상에 형성되는 전극에 있어서, 상기 p형 화합물 반도체 층과 오믹 콘택을 형성하는 것으로 Ag와 Ag-계 합금 중의 어느 하나로 형성된 제 1 전극 층, 상기 제 1 전극 층 상에 형성되는 것으로 Ni, Ni-계 합금, Zn, Zn-계 합금, Cu, Cu-계 합금, Ru, Ir 및 Rh 으로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성된 제 3 전극 층, 상기 제 3 전극 층 상에 광반사 물질로 형성되는 제 4 전극 층을 구비하는 화합물 반도체 발광소자의 반사 전극이 제공된다. 또한, 상기 반사 전극을 구비하는 화합물 반도체 발광소자, 예를 들어 LED 또는 LD가 제공된다.

Description

반사 전극 및 이를 구비하는 화합물 반도체 발광소자{Reflective electrode and compound semiconductor light emitting device including the same}
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반사 전극을 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반사 전극을 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반사 전극을 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반사 전극이 구비된 화합물 반도체 발광소자를 보여주는 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 반사 전극에 포함되는 제 1 전극 층/제 3 전극 층(Ag/Ni)에 대해 각각 광흡수도 및 광투과도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반사 전극(Ag/Ni-Zn alloy/Ag)에 대해 전류-전압 특성을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
20:p형 화합물 반도체 층 22, 23, 24:반사 전극
22a:제 1 전극 층 22b:제 2 전극 층
22c:제 3 전극 층 22d:제 4 전극 층
22e:제 5 전극 층 100:기판
102:n형 화합물 반도체 층 104:활성 층
106:p형 화합물 반도체 층 108:p형 전극
120:n형 전극
본 발명은 반사 전극 및 이를 구비하는 화합물 반도체 발광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 낮은 접촉저항과 높은 반사율, 그리고 향상된 전기 전도성을 가지는 반사 전극 및 이를 구비하는 화합물 반도체 발광소자에 관한 것이다.
화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기적 신호를 빛으로 변화시키는 화합물 반도체 발광소자, 예를 들어 LED(Light Emitting Diode) 또는 LD(Laser Diode)와 같은 반도체 레이저 다이오드의 레이저광은 광통신, 다중통신, 우주통신과 같은 응용분야에서 현재 실용화되어 가고 있다. 반도체 레이저는 광통신 등과 같은 통신 분야나 컴팩 디스크 플레이어(CDP; Compact Disk Player)나 디지털 다기능 디스크 플레이어(DVDP; Digital Versatile Disk Player) 등과 같은 장치에서 데이터의 전송이나 데이터의 기록 및 판독을 위한 수단의 광원으로써 널리 사용되고 있다.
이러한 화합물 반도체 발광소자는 광의 출사방향에 따라 탑-에미트형 발광다이오드(top-emitting light emitting diode; TLED)와 플립칩 발광다이오드(flip-chip light emitting diodes: FCLED)로 분류된다.
탑에미트형 발광다이오드는 p형 화합물 반도체 층과 오믹콘택을 형성하는 p형 전극을 통해 광이 출사되는 구조를 가진다. 상기 p형 전극은 주로 p형 화합물 반도체 층 위에 니켈(Ni) 층과 금(Au) 층이 순차적으로 적층된 구조를 가진다. 그러나, 니켈 층/금 층으로 형성된 p형 전극은 반투명성을 가지며, 상기 p형 전극이 적용된 탑에미트형 발광다이오드는 낮은 광이용효율 및 낮은 휘도 특성을 가진다.
플립칩 발광다이오드는 활성 층에서 발생된 광이 p형 화합물 반도체 층 위에 형성된 반사 전극에서 반사되며, 상기 반사광이 기판을 통하여 출사되는 구조를 가진다. 상기 반사 전극은 은(Ag), 알루미늄(Al) 및 로듐(Rh) 등과 같은 광반사 특성이 우수한 물질로 형성된다. 이러한 반사 전극이 적용된 플립칩 발광다이오드는 높은 광이용효율 및 높은 휘도 특성을 가질 수 있다. 그러나, 상기 반사 전극은 상기 p형 화합물 반도체 층 위에서 큰 접촉저항을 가지기 때문에, 상기 반사 전극이 적용된 발광소자의 수명이 짧아지고 발광소자의 특성이 안정적이지 못하다는 문제점을 가진다.
이러한 문제점을 해결하고자 낮은 접촉저항과 높은 반사율을 가지는 전극물질 및 전극구조에 관한 연구가 진행되고 있다.
국제 공개 번호 WO 01/47038 A1는 반사 전극이 적용된 반도체 발광소자에 관한 기술을 개시한다. 여기에서, 반사 전극과 p형 화합물 반도체 층 사이에 오믹콘택트 층이 형성되어 있으나, 상기 오믹콘택트 층의 형성물질(Ti, Ni/Au 등)은 광투과율이 낮다. 따라서, 광이용효율 및 휘도 특성이 낮으며, 이에 대한 개선이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 낮은 접촉저항과 높은 반사율, 그리고 향상된 전기 전도성을 가지는 반사 전극 및 이를 구비하는 화합물 반도체 발광소자를 제공함에 있다.
본 발명에 따르면, 화합물 반도체 발광소자의 p형 화합물 반도체 층 상에 형성되는 전극에 있어서,
상기 p형 화합물 반도체 층과 오믹콘택을 형성하는 것으로 Ag와 Ag-계 합금 중의 어느 하나로 형성된 제 1 전극 층;
상기 제 1 전극 층 상에 형성되는 것으로 Ni, Ni-계 합금, Zn, Zn-계 합금, Cu, Cu-계 합금, Ru, Ir 및 Rh 으로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성된 제 3 전극 층;
상기 제 3 전극 층 상에 광반사 물질로 형성되는 제 4 전극 층;을 구비하는 화합물 반도체 발광소자의 반사 전극이 제공된다.
또한 본 발명에 따르면, n형 및 p형 전극과 그 사이에 적어도 n형 화합물 반도체 층, 활성 층 및 p형 화합물 반도체 층을 구비하는 화합물 반도체 발광소자에 있어서,
상기 p형 전극은,
상기 p형 화합물 반도체 층과 오믹콘택을 형성하는 것으로 Ag와 Ag-계 합금 중의 어느 하나로 형성된 제 1 전극 층;
상기 제 1 전극 층 상에 형성되는 것으로 Ni, Ni-계 합금, Zn, Zn-계 합금, Cu, Cu-계 합금, Ru, Ir 및 Rh 으로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성된 제 3 전극 층;
상기 제 3 전극 층 상에 광반사 물질로 형성되는 제 4 전극 층;을 구비하는 화합물 반도체 발광소자가 제공된다.
상기 Ag-계 합금은 Mg, Zn, Sc, Hf, Zr, Te, Se, Ta, W, Nb, Cu, Si, Ni, Co, Mo, Cr, Mn, Hg, Pr 및 La으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함한다. 바람직하게, 상기 제 1 전극 층 및 제 3 전극 층의 두께는 각각 0.1nm 내지 500nm의 범위에 있다.
상기 광반사 물질은 Ag, Ag-계 합금, Al, Al-계 합금 및 Rh로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나이다. 바람직하게, 상기 제 4 전극 층의 두께는 10nm 내지 5000nm의 범위에 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면,
어닐링 공정에서 발생되는 상기 제 4 전극 층 표면에서의 응집 현상을 억제하기 위해 상기 제 4 전극 층 상에 소정의 물질로 형성되는 제 5 전극 층을 더 구비한다. 여기에서, 상기 물질은 Cu, Cu/Ru, Cu/Ir, Cu-계 합금, Cu-계 합금/Ru 및 Cu-계 합금/Ir으로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나이다. 바람직하게, 상기 제 5 전극 층의 두께는 1nm 내지 500nm의 범위에 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의하면,
상기 제 1 전극 층과 제 3 전극 층 사이에 Ni 또는 Ni-계 합금으로 형성된 제 2 전극 층;을 더 구비한다. 바람직하게, 상기 제 2 전극 층의 두께는 0.1nm 내지 500nm의 범위에 있다.
본 발명에 따른 반사 전극에 포함되는 제 1 전극 층/제 3 전극 층, 예를 들어 Ag/Ni은 오믹접촉 특성이 우수하고, 광흡수도가 낮으며, 광투과도가 우수하다. 따라서, 본 발명에 따른 반사 전극은 낮은 접촉저항과 높은 반사율, 그리고 향상된 전기 전도성을 가진다. 이러한 반사 전극은 전류-전압 특성이 우수하다.
또한, 본 발명의 반사 전극을 구비한 화합물 반도체 발광소자는 낮은 동작전압과 향상된 광출력, 그리고 향상된 전류-전압 특성을 가진다. 이러한 화합물 반도체 발광소자의 소모전력은 작다. 따라서, 화합물 반도체 발광소자의 발광효율이 향상될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 반사 전극 및 이를 구비하는 화합물 반도체 발광소자를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반사 전극을 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, p형 화합물 반도체 층(20)의 상면에 반사 전극(22)이 형성되어 있다. 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반사 전극(22)은 p형 화합물 반도체 층(20)의 상면에 순차적으로 적층되는 제 1 전극 층(22a), 제 3 전극 층(22c) 및 제 4 전극 층(22d)을 구비한다.
상기 제 1 전극 층(22a)은 상기 p형 화합물 반도체 층(20)과 오믹콘택을 형성한다. 상기 제 1 전극 층(22a)은 Ag와 Ag-계 합금 중의 어느 하나로 형성되며, 그 두께는 0.1nm 내지 500nm 이다. 여기에서, 상기 Ag-계 합금은 Mg, Zn, Sc, Hf, Zr, Te, Se, Ta, W, Nb, Cu, Si, Ni, Co, Mo, Cr, Mn, Hg, Pr 및 La으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함한다.
상기 Ag 및 상기 열거된 합금원소들은 상기 제1 전극 층(22a)의 오믹접촉 특성을 향상시킨다. 구체적으로는, 상기 Ag 및 상기 열거된 합금원소들은 상기 p형 화합물 반도체 층(20)의 실효 캐리어 농도를 높이고, p형 화합물 반도체 층(20)을 이루고 있는 화합물 중 질소 이외의 성분과 반응성이 좋다.
예를 들면 p형 화합물 반도체 층(20)이 GaN계 화합물인 경우, 상기 Ag 및 상기 열거된 합금원소들은 질소보다 갈륨(Ga)에 대해 우선적으로 반응한다. 이 경우, p형 화합물 반도체 층(20)의 갈륨(Ga)과 상기 Ag와의 반응 또는 p형 화합물 반도체 층(20)의 갈륨(Ga)과 상기 열거된 합금원소들과의 반응에 의해 p형 화합물 반도체 층(20)의 표면에 갈륨공공(Gallium vacancy)이 형성된다. 상기 p형 화합물 반도체 층(20)이 활성화 되면, 상기 p형 화합물 반도체 층(20)에 형성된 갈륨 공공은 p형 도펀트, 즉 억셉터(accepter)로 작용하며, p형 화합물 반도체 층(20) 표면의 실효 캐리어 농도(carrier concentration)를 증가시킨다.
상기 제 3 전극 층(22c)은 Ni, Ni-계 합금, Zn, Zn-계 합금, Cu, Cu-계 합금, Ru, Ir 및 Rh 으로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성되며, 0.1nm 내지 500nm의 두께로 형성된다.
상기 제 4 전극 층(22d)은 광반사 물질로 형성되며, 10nm 내지 5000nm의 두께로 형성된다. 상기 광반사 물질은 Ag, Ag-계 합금, Al, Al-계 합금 및 Rh로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나이다. 상기 제 4 전극 층(22d)의 형성에 있어서, Ag-계 합금은 Ag를 포함하는 모든 합금재료를 의미하며, Al-계 합금은 Al을 포함하는 모든 합금재료를 의미한다.
제 1 전극 층(22a), 제 3 전극 층(22c) 및 제 4 전극 층(22d)은 전자빔 및 열에 의한 증착기(e-beam & thermal evaporator), PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), PLD(plasma laser deposition) 또는 이중형의 열증착기(dual-type thermal evaporator) 등에 의해 형성될 수 있다. 이때, 증착온도는 20℃ 내지 1500℃이고, 반응기(reactor) 내의 압력은 대기압 내지 10-12 torr 이다.
상기 제 4 전극 층(22d)을 형성한 후에, 그 결과물에 대한 어닐링(annealing) 공정이 수행된다. 구체적으로, 상기 제 4 전극 층(22d)이 형성된 결과물은 질소, 아르곤, 헬륨, 산소, 수소, 공기 중 적어도 하나를 포함하는 기체 분위기에서 어닐링된다. 상기 어닐링은 200℃ 내지 700℃의 온도범위에서, 10초 내지 2시간 동안 수행된다.
상기 어닐링 공정은 상기 제 3 전극 층(22c)을 형성한 후에 동일한 조건으로 더 수행될 수 있다. 즉, 상기 어닐링 공정은 상기 제 3 전극 층(22c)을 형성한 후 및 상기 제 4 전극 층(22d)을 형성한 후에 대하여 각각 수행될 수 있다. 따라서, 상기 반사 전극의 제조시에 두 번의 어닐링 공정이 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 반사 전극에 포함되는 제 1 전극 층/제 3 전극 층, 예를 들어 Ag/Ni은 오믹접촉 특성이 우수하고, 광흡수도가 낮으며, 광투과도가 우수하다. 따라서, 본 발명에 따른 반사 전극은 낮은 접촉저항과 높은 반사율, 그리고 향상된 전기 전도성을 가진다. 이러한 반사 전극은 전류-전압 특성이 우수하다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반사 전극을 보여주는 단면도이다.
본 발명의 제 2 실시예에서는 상술한 제 1 실시예와 다른 부분에 대해서만 설명한다. 또한 동일한 부재에 대해서는 동일한 참조번호를 그대로 사용한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반사 전극(23)은 도 1에 도시된 반사 전극(22)의 제 4 전극 층(22d) 상에 제 5 전극 층(22e)을 더 구비한다.
상기 제 5 전극 층(22e)은 Cu, Cu/Ru(Cu 층/Ru 층), Cu/Ir(Cu 층/Ir 층), Cu-계 합금, Cu-계 합금/Ru(Cu-계 합금 층/Ru 층) 및 Cu-계 합금/Ir(Cu-계 합금 층/Ir 층)으로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성되며, 1nm 내지 500nm의 두께로 형성된다. 여기에서 Cu-계 합금은 Cu를 포함하는 모든 합금재료를 의미한다.
상기 제 5 전극 층(22e)은 어닐링 공정에서 발생되는 상기 제 4 전극 층(22d) 표면에서의 응집현상(Agglomeration)을 억제하는 역할을 할 수 있다.
구체적으로, p형 화합물 반도체 층(20)의 표면에너지와 제 4 전극 층(22d)의 형성물질인 Ag, Ag-계 합금, Al, Al-합금 및 Rh 등과 같은 금속재료의 표면에너지는 서로 큰 차이가 난다. 이러한 표면에너지의 차이로 인해 어닐링 과정에서 상기 금속재료의 표면, 즉 제 4 전극 층(22d)의 표면에서 응집현상이 발생된다는 것이 일반적으로 알려져 있다. 제 4 전극 층(22d)의 표면에 응집현상이 일어나면, 결과적으로 제 4 전극 층(22d)의 반사도가 떨어지게 되며, 따라서 상기 반사 전극(22)이 적용된 화합물 반도체 발광소자의 광출력이 감소하게 되는 문제가 있다.
상기 제 5 전극 층(22e)의 형성물질은 상대적으로 p형 질화물 반도체 층(20)과의 적은 표면에너지 차이와 우수한 전기전도성을 가진다. 따라서, 제 4 전극 층(22d) 상에 형성된 상기 제 5 전극 층(22e)은 응집방지 층(Agglomeration Preventing Layer; APL)과 전극으로의 역할을 함께 수행할 수 있다.
상기 제 5 전극 층(22e)은 전자빔 및 열에 의한 증착기(e-beam & thermal evaporator), PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), PLD(plasma laser deposition) 또는 이중형의 열증착기(dual-type thermal evaporator) 등에 의해 형성될 수 있다. 이때, 증착온도는 20℃ 내지 1500℃이고, 반응기(reactor) 내의 압력은 대기압 내지 10-12 torr 이다.
또한, 상기 제 5 전극 층(22e)이 형성된 후에, 그 결과물에 대한 어닐링 공정이 수행될 수 있다. 구체적으로, 제 5 전극 층(22e)이 형성된 결과물은 질소, 아르곤, 헬륨, 산소, 수소, 공기 중 적어도 하나를 포함하는 기체 분위기에서 어닐링된다. 상기 어닐링은 200℃ 내지 700℃의 온도범위에서, 10초 내지 2시간 동안 수행된다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반사 전극을 보여주는 단면도이다.
본 발명의 제 3 실시예에서는 상술한 제 1 실시예와 다른 부분에 대해서만 설명한다. 또한 동일한 부재에 대해서는 동일한 참조번호를 그대로 사용한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반사 전극(24)은 도 1에 도시된 반사 전극(22)에서, 상기 제 1 전극 층(22a)과 제 3 전극 층(22c) 사이에 제 2 전극 층(22b)을 더 구비한다.
상기 제 2 전극 층(22b)은 Ni 또는 Ni-계 합금으로 형성되며, 0.1nm 내지 500nm의 두께로 형성된다.
상기 반사 전극(24)에 상기 제 2 전극 층(22b)이 더 구비됨으로써, 상기 반사 전극(24)의 전기 전도성이 더 향상될 수 있다.
상기 제 2 전극 층(22b)은 전자빔 및 열에 의한 증착기(e-beam & thermal evaporator), PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), PLD(plasma laser deposition) 또는 이중형의 열증착기(dual-type thermal evaporator) 등에 의해 형성될 수 있다. 이때, 증착 온도는 20℃ 내지 1500℃이고, 반응기(reactor) 내의 압력은 대기압 내지 10-12 torr 이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반사 전극이 구비된 화합물 반도체 발광소자를 보여주는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반사 전극이 구비된 화합물 반도체 발광소자는 n형 및 p형 전극(120)(108)과 그 사이에 적어도 n형 화합물 반도체 층(102), 활성 층(104) 및 p형 화합물 반도체 층(106)을 구비한다. 상기 p형 전극(108)으로 도 1에 도시된 반사 전극(22)이 그대로 채택되었다. 즉, 상기 p형 전극(108)은 도 1에 도시된 제 1 전극 층(22a), 제 3 전극 층(22c) 및 제 4 전극 층(22d)을 구비하며, 그 작용 및 효과는 상술한 바와 같다.
n형 화합물 반도체 층(102)은, 기판(100)의 상면에 적층되며 단차를 가지는 하부 콘택트 층으로서의 제1화합물 반도체 층과, 제1화합물 반도체 층의 상면에 적층되는 하부 클래드 층을 포함한다. 제1화합물 반도체 층의 단차가 형성된 부분에는 n형 하부 전극(120)이 위치한다.
상기 기판(100)은 사파이어 기판 또는 프리스탠딩 GaN 기판이 주로 이용되며, 제1화합물 반도체 층은 n-GaN 계열의 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 화합물 반도체 층으로 형성하되, 특히 n-GaN 층으로 형성하는 것이 바람직하다. 하지만, 이에 한정되지 않으며 레이저 발진(레이징)이 가능한 Ⅲ-Ⅴ족의 다른 화합물 반도체 층일 수 있다. 하부 클래드 층은 소정의 굴절률을 가지는 n-GaN/AlGaN 층인 것이 바람직하나 레이징이 가능한 다른 화합물 반도체 층일 수 있다.
활성 층(104)은 레이징이 일어날 수 있는 물질 층이면 어떠한 물질 층이라도 사용할 수 있으며 바람직하게는 임계전류값이 작고 횡모드 특성이 안정된 레이저광을 발진할 수 있는 물질 층을 사용한다. 활성 층(104)으로 Al이 소정 비율 함유된 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1 그리고 x+y≤1)인 GaN계열의 III-V족 질화물 화합물 반도체 층을 사용하는 것이 바람직하다. 여기에서 상기 활성 층은 다중양자우물 또는 단일양자우물 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있으며 이러한 활성 층의 구조는 본 발명의 기술적 범위를 제한하지 않는다.
상기 활성 층(104)의 상하면에 상부 도파 층 및 하부 도파 층이 더 형성될 수 있다. 상하부 도파 층은 활성 층(104)보다 굴절률이 작은 물질로 형성하는데, GaN 계열의 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 층으로 형성하는 것이 바람직하다. 하부 도파 층은 n-GaN 층으로, 상부 도파 층은 p-GaN 층으로 형성한다.
p형 화합물 반도체 층(106)은 상기 활성 층(104)의 상면에 적층되며, 상기 활성 층(104)보다 굴절률이 작은 상부 클래드 층과, 상기 상부 클래드 층의 상면에 오믹 콘택트 층으로서 적층되는 제2화합물 반도체 층을 포함한다. 제2화합물 반도체 층은 p-GaN 계열의 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 화합물 반도체 층으로 형성하되, 특히 p-GaN 층으로 형성하는 것이 바람직하다. 하지만, 이에 한정되지 않으며 레이저 발진(레이징)이 가능한 Ⅲ-Ⅴ족의 다른 화합물 반도체 층일 수 있다. 상부 클래드 층은 소정의 굴절률을 가지는 p-GaN/AlGaN 층인 것이 바람직하나 레이징이 가능한 다른 화합물 반도체 층일 수 있다.
하부 오믹 콘택트 층으로서의 제1화합물 반도체 층의 단차부분에는 n형 전극(120)이 형성되어 있다. 그러나 p형 전극(108)과 대향하도록 기판(100)의 저면에 형성될 수 있는데, 이 경우 기판(100)은 실리콘 카바이드(SiC) 또는 갈륨 나이트라이드(GaN)로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 화합물 반도체 발광소자의 반사 전극에 포함되는 제 1 전극 층/제 3 전극 층, 예를 들어 Ag/Ni은 오믹접촉 특성이 우수하고, 광흡수도가 낮으며, 광투과도가 우수하다. 따라서, 본 발명의 반사 전극을 구비한 화합물 반도체 발광소자는 낮은 동작전압과 향상된 광 출력, 그리고 향상된 전류-전압 특성을 가진다. 이러한 화합물 반도체 발광소자의 소모전력은 작다. 따라서, 화합물 반도체 발광소자의 발광효율이 향상될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 반사 전극에 포함되는 제 1 전극 층(Ag)/제 3 전극 층(Ni)에 대해 각각 광 흡수도 및 광 투과도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 여기에서, 상기 제 1 전극 층(Ag) 및 제 3 전극 층(Ni)은 각각 5nm의 두께로 형성되었다. 또한, 상기 그래프에서 종래 전극 층(Ni/Au)에 대한 광흡수도 및 광투과도가 함께 비교되고 있다.
도 5a 및 도 5b를 함께 참조하면, 400 내지 800nm 파장(wavelength)에서 Ag/Ni의 광흡수도가 종래 전극 층(Ni/Au)의 광 흡수도 보다 현저하게 낮다. 또한, 450nm의 파장에서 Ag/Ni의 광 투과도가 90% 이상이며, 종래 전극 층(Ni/Au)의 광 투과도(80%이하) 보다 향상되었다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반사 전극(Ag/Ni-Zn alloy/Ag)에 대해 전류-전압 특성을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
제 1 실시예로서 형성된 반사 전극은 기판상에 순차적으로 Ag로 형성된 제 1 전극 층, Ni-Zn alloy로 형성된 제 3 전극 층 및 Ag로 형성된 제 4 전극 층을 구비한다. 상기 제 1 전극 층, 제 3 전극 층 및 제 4 전극 층은 각각 2nm, 4nm 및 250nm의 두께로 형성되었다. 기판 상에 두 개의 반사 전극이 4nm의 간격을 두고 상호 이격되도록 형성되었으며, 전극간 전류-전압 특성이 측정되었다.
상기 반사 전극(Ag/Ni-Zn alloy/Ag)의 제조시에 어닐링 공정이 수행되었다. 상기 어닐링은 제 1 및 제 3 전극 층을 형성한 후에, 공기(air) 분위기에서 1분 동안 수행되었으며, 제 4 전극 층을 형성한 후에 동일한 조건의 어닐링 공정이 더 수행되었다.
<실시예>
다음에는 이러한 반사 전극과 관련하여 본 발명자가 실시한 실험 예를 설명한다. 본 발명의 진정한 기술적 범위는 하기된 본 발명자가 실시한 반사 전극의 형성방법의 예시된 공정에 의해 제한되지 않는다.
먼저, 본 발명자는 기판 위에 질화갈륨(GaN)을 주성분으로 한 p형 화합물 반도체 층이 형성된 구조체를 트리클로로에틸렌, 아세톤, 메탄올, 증류수로 초음파 세척기(ultrasonic bath) 안에서 60℃에서 각각 5 분씩 표면 세척한 후, 시료에 남아 있는 수분을 제거하기 위하여 100℃에서 10분 동안 하드 베이킹(hard baking)을 하였다.
이후, 포토레지스트(photo-resist)를 p형 화합물 반도체 층 위에 4,500 rpm에서 스핀코팅(spin coating)하였다. 그 후 85℃ 에서 15분 동안 소프트 베이킹 (soft baking)하고, 마스크 패턴을 현상하기 위하여 마스크와 시료를 일치(align) 시킨 다음에 22.8 mW의 강도의 자외선(UV)에 15초 동안 노출시키고, 현상액과 증류수의 비를 1:4로 혼합한 용액 속에 시료를 침지시켜 25초 정도 경과시켜 현상하였다.
그 후, BOE 용액을 이용해 현상된 시료에 있는 오염 층을 제거하기 위하여 5분간 침지 시켰다. 이후에, Ag를 전자빔 증착기 챔버내의 반응대상체 장착스테이지에 장착하였으며, 전자빔 증착기(electron-beam evaporator)를 이용하여 Ag로 제 1 전극 층을 증착하였다.
상기 제 1 전극 층 상에 Ni로 제 3 전극 층을 증착한 다음, 아세톤으로 리프트 오프(lift-off) 공정을 거친 후, 급속 가열(rapid thermal annealing : RTA) 로(furnace) 안에 시료를 넣어 공기(air) 분위기 하에서 430℃ 내지 530℃에서 1분 동안 어닐링 하였다. 그리고 나서 전자빔 증착기에 의해 상기 제 3 전극 층 위에 Ag로 제 4 전극 층을 증착하였다. 그 다음에 공기 분위기에서, 상기 제 4 전극 층이 형성된 결과물을 어닐링 하였으며, 어닐링 온도 및 시간은 상술한 바와 동일하다.
한편, 이러한 실시예는 도 4에 도시된 발광소자를 제조하는 방법에 그대로 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 반사 전극은 낮은 접촉저항과 높은 반사율, 그리고 향상된 전기 전도성을 가진다. 이러한 반사 전극은 전류-전압 특성이 우수하다.
또한, 본 발명의 반사 전극을 구비한 화합물 반도체 발광소자는 낮은 동작전압과 향상된 광출력, 그리고 향상된 전류-전압 특성을 가진다. 이러한 화합물 반도체 발광소자의 소모전력은 작다. 따라서, 화합물 반도체 발광소자의 발광효율이 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 반사 전극은 LED(Light Emitting Diode) 또는 LD(Laser Diode) 같은 발광소자에 적용될 수 있다.
이러한 본원 발명의 이해를 돕기 위하여 몇몇의 모범적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었으나, 이러한 실시예들은 단지 넓은 발명을 예시하고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이며, 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 구조와 배열에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이며, 이는 다양한 다른 수정이 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.

Claims (20)

  1. 화합물 반도체 발광소자의 p형 화합물 반도체 층 상에 형성되는 전극에 있어서,
    상기 p형 화합물 반도체 층과 오믹콘택을 형성하는 것으로 Ag와 Ag-계 합금 중의 어느 하나로 형성된 제 1 전극 층;
    상기 제 1 전극 층 상에 형성되는 것으로 Ni, Ni-계 합금, Zn, Zn-계 합금, Cu, Cu-계 합금, Ru, Ir 및 Rh 으로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성된 제 3 전극 층;
    상기 제 3 전극 층 상에 광반사 물질로 형성되는 제 4 전극 층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자의 반사 전극.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 Ag-계 합금은 Mg, Zn, Sc, Hf, Zr, Te, Se, Ta, W, Nb, Cu, Si, Ni, Co, Mo, Cr, Mn, Hg, Pr 및 La으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자의 반사 전극.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 층 및 제 3 전극 층의 두께는 각각 0.1nm 내지 500nm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자의 반사 전극.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광반사 물질은 Ag, Ag-계 합금, Al, Al-계 합금 및 Rh로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자의 반사 전극.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 4 전극 층의 두께는 10nm 내지 5000nm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자의 반사 전극.
  6. 제 1 항에 있어서,
    어닐링 공정에서 발생되는 상기 제 4 전극 층 표면에서의 응집 현상을 억제하기 위해 상기 제 4 전극 층 상에 전기 전도성 물질로 형성되는 제 5 전극 층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자의 반사 전극.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전기 전도성 물질은 Cu, Cu/Ru, Cu/Ir, Cu-계 합금, Cu-계 합금/Ru 및 Cu-계 합금/Ir으로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자의 반사 전극.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 5 전극 층의 두께는 1nm 내지 500nm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자의 반사 전극.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 층과 제 3 전극 층 사이에,
    Ni 또는 Ni-계 합금으로 형성된 제 2 전극 층;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자의 반사 전극.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 전극 층의 두께는 0.1nm 내지 500nm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자의 반사 전극.
  11. n형 및 p형 전극과 그 사이에 적어도 n형 화합물 반도체 층, 활성 층 및 p형 화합물 반도체 층을 구비하는 화합물 반도체 발광소자에 있어서,
    상기 p형 전극은,
    상기 p형 화합물 반도체 층과 오믹콘택을 형성하는 것으로 Ag와 Ag-계 합금 중의 어느 하나로 형성된 제 1 전극 층;
    상기 제 1 전극 층 상에 형성되는 것으로 Ni, Ni-계 합금, Zn, Zn-계 합금, Cu, Cu-계 합금, Ru, Ir 및 Rh 으로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성된 제 3 전극 층;
    상기 제 3 전극 층 상에 광반사 물질로 형성되는 제 4 전극 층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 Ag-계 합금은 Mg, Zn, Sc, Hf, Zr, Te, Se, Ta, W, Nb, Cu, Si, Ni, Co, Mo, Cr, Mn, Hg, Pr 및 La으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 층 및 제 3 전극 층의 두께는 각각 0.1nm 내지 500nm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 광반사 물질은 Ag, Ag-계 합금, Al, Al-계 합금 및 Rh로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 4 전극 층의 두께는 10nm 내지 5000nm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자.
  16. 제 11 항에 있어서,
    어닐링 공정에서 발생되는 상기 제 4 전극 층 표면에서의 응집 현상을 억제하기 위해 상기 제 4 전극 층 상에 전기 전도성 물질로 형성되는 제 5 전극 층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 전기 전도성 물질은 Cu, Cu/Ru, Cu/Ir, Cu-계 합금, Cu-계 합금/Ru 및 Cu-계 합금/Ir으로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 5 전극 층의 두께는 1nm 내지 500nm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 층과 제 3 전극 층 사이에,
    Ni 또는 Ni-계 합금으로 형성된 제 2 전극 층;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 2 전극 층의 두께는 0.1nm 내지 500nm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 발광소자.
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