LED 전극기술 보고서

목차

1. 개요

2. 이론적 배경

3. 전극 증착방법

4. LED 구조

본문내용

)이 발생함을 알 수 있음. 한편, EDS profile로부터 약 30% 수준의 Ga이 외부확산됨을 확인하였음. <그림.8(c)>는 530℃ 고온 열처리 한 샘플의 TEM 단면 구조를 나타낸 것임. 저온 열처리에 비해 기공의 발생 수가 더욱 증가하였음을 알 수 있고, 약 15% 수준의 Ga이 외부확산됨을 알 수 있었음. 즉, 열처리 후 전기적 특성이 변화는, 우선 낮은 온도 열처리의 경우, 다량의 Ga이 외부확산하여 계면에서 Ga 공공 (vacancy)을 다수 발생하여 GaN의 유효 캐리어 농도를 증가시키는 것으로 해석됨.
- 그러나, 열처리 온도가 증가될수록 Ga 외부 확산은 감소하고 특히 계면에서의 기공발생이 급격히 증가되어 유효 캐리어 농도 감소와 접촉 면적 감소에 따라 전기적 특성이 다시 퇴화하는 것으로 이해됨. 한편, 열처리에 따른 소자의 광학적 특성 감소는 계면에서 발생한 다량의 기공으로 인해 내부에서 발생한 빛의 반사에 앞서 계면 산란(scattering)이 우선적으로 발생하는 데 기인하는 것으로 판단됨.
② 투명전도성 산화물 (transparent conducting oxide :TCO)
- 기존에 반사전극으로 사용되고 있는 Ag는 95%이상의 고반사도를 갖는 반면, GaN와 접촉시 오믹접촉 저항이 높고, 열적으로 불안정한 문제점을 안고 있음. 이로 인해 열적으로 안정한 투명 전도성 산화물과 Ag를 이용하여 반사효율을 유지하면서도 낮은 비접촉 저항과 열적으로 안정한 고반사막 전극을 개발하고자 하는 연구가 활발함.
- Mg-doped Indium oxide (MIO) /Ag는 330~530℃ 온도범위에서 매우 선형적인 I-V 특성을 나타내었으며, 10-4~ 10-5Ωcm2의 낮은 비접촉 저항을 보였음.
- CIO(Cu-In2O3, CIO)박막을 Ag 반사막과 GaN계면에 얇게 증착시켜 열처리 후, 오믹컨텍 특성을 개선하면서도 우수한 반사 특성을 갖는 전극 시스템을 개발하고자 함. 열처리 후의 경우, 매우 선형적인 I-V 커브를 보였으며, 2.67x10-5Ωcm ~ 1.28x10-5Ωcm2 수준의 매우 낮은 비접촉 저항을 나타냄.
- CIO/Ag 반사전극과 단일 Ag 반사전극에 대한 열처리 전, 후의 반사도 변화를 보면, 단일 Ag 반사전극의 경우, 열처리 전, 90% 이상의 매우 우수한 반사도를 보이는 반면 열처리 후에, 반사도의 급격한 저하가 관찰됨.
이와 달리, CIO/Ag 반사전극의 경우, 열처리 후에도 매우 우수한 반사도 (~90% at 460 nm)를 얻을 수 있었음.
- 이러한 원인은 단일 Ag 구조가 열처리 후에 심각한 열적 불안정성 요인, 예를 들어 agglomeration 등의 현상을 나타내는데 반해, 얇은 CIO 층을 pGaN과 Ag 반사막 계면에 삽입한 경우, 집괴현상(agglomeration)방지 효과를 유발하여 계면을 안정화 시킬 수 있는 데 기인함.
- 이러한 노력으로 열적, 기계적, 및 소자 신뢰성 문제는 계면에 도입된 얇은 금속 및 투명전도성 박막층 도입으로 인해서 해결할 수 있었지만, 플립칩형 LED 내부에서 방출된 다량의 빛이 계면에 도입된 금속 및 투명전도성 박막에 의해서 흡수되어 전체적인 외부발광효율이 급격하게 저하되는 역작용이 발생되는 문제가 여전히 존재하고 있음.
- 게다가, 고반사성 금속인 은(Ag)은 400nm 근처 이하의 파장대 영역에서 급격하게 감소하는 빛 반사율을 지니고 있어 향후 단파장 영역의 빛을 이용한 차세대 조명용 백색광원 개발에 이용하는 데는 여전히 많은 한계점을 지니고 있음.
3) 수직구조
<그림.9> 수직구조 GaN LED 단면도
- 플립칩 구조를 통해서 GaN LED의 특성이 많이 향상되었다고 할지라도 궁극적으로 GaN LED는 <그림. 9>과 같이 수직구조 형태를 띠는 것이 바람직함.
- 이러한 수직구조 LED는 기존의 수평구조 LED나 플립칩 LED와 비교하였을 때, 여러 가지 측면에서 장점을 가지고 있음. 아래는 수평구조 LED와 수직구조 LED의 특징을 대조적으로 비교한 것 임.
√ 수평구조 LED에서는 구조적인 특성상 전류 확산 저항이 크기 때문에 균일한 전류 확산이 어려운데 반해, 수직구조 LED에서는 전류 확산 저항이 작아 상대적으로 매우 균일한 전류 확산 분포를 얻을 수 있어 보다 낮은 작동전압과 큰 광출력을 얻을 수 있음.
√ 수평구조 LED에서는 열전도성이 낮은 사파이어 기판을 통해 열방출이 원활하지 않아 소자의 수명이 짧고 고출력 작동이 어려운 반면에, 수직구조 LED에서는 열전도성이 좋은 금속 기판을 통해 원활한 열방출이 가능하기 때문에 상대적으로 수명이 길고 고출력 작동이 가능함.
√ 수평구조 LED에서는 n형 전극을 만드는데 필요한 넓이만큼의 영역에서는 빛이 나지 않는 반면에, 수직 구조 LED에서는 모든 영역에서 빛을 발하기 때문에 발광면적이 커 상대적으로 칩크기를 작게 할 수 있음.
- 이러한 장점을 가진 수직구조 LED는 높은 인가 전류에서도 원활한 작동이 가능하므로 장차 조명용 백색광원으로 적용을 앞당길 수 있을 것임.
- 사파이어 성장기판이 제거된 수직구조 LED 에서도 활성층에서 생성된 빛을 n형 질화물계 반도체 클래드층 및 고투명성 n형 오믹접촉 전극구조체를 통해서 외부로 최대한 많이 발광시키기 위해서는 고투명성 n형 오믹접촉 전극구조체 이외에 고반사성 p형 오믹접촉 전극구조체개발이 절실히 필요함.
1) 전극재료
<그림.10> Ni, Ni/Ag, Ni/Ag/Mg contact의 열처리에 따른 반사도 특성
- <그림.10>은 Ni/Ag와 Ni/Ag/Mg p형 오믹 전극과 반사율 표준으로 사용된 Ag 거울의 빛의 파장에 따른 반사율 측정 결과임.
- Ni/Ag/Mg p형 전극은 460nm 파장에서 83%의 높은 반사율를 나타내는 반면 Ni/Ag전극은 76%의 상대적으로 낮은 반사율을 나타내었음. 이는 Mg overlayer가 열처리에 의한 Ag의 agglomeration과 oxidation에 의한 반사율 하락을 효과적으로 방지했음을 보여줌. 이 결과는 Ni/Ag/Mg p형 전극이 수직 구조 LED의 고반사율 전극으로서 매우 적합함을 보여주고 있음.

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LED 전극,   LED 전극 증착방법,   LED 구조