KR101311772B1 - 투명 전극 및 투명 전극 형성 방법 - Google Patents

투명 전극 및 투명 전극 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 투명 전극 및 투명 전극 형성 방법을 공개한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명 전극은, 투명 전극이 형성될 반도체층과 오믹 접촉이 이루어지면서도 전도성이 높은 제 1 전극을 반도체층 위에 패턴으로 형성하고, 패턴으로 형성된 제 1 전극들 사이를 가시광 영역뿐만 아니라 자외선 영역까지의 빛의 투과도가 높은 제 2 전극으로 채움으로써, 반도체층과 오믹 특성이 양호하면서도 자외선 영역을 포함한 빛의 투과도가 우수한 투명 전극을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 일시예에 따른 투명 전극은 반도체층 위에 전도성과 투과도가 우수한 CNT(Carbon Nano Tube) 또는 그래핀(graphene) 등으로 형성되는 전류 확산층을 박막으로 형성하고, 그 위에 상술한 제 1 전극 및 제 2 전극을 형성함으로써, 양호한 오믹 특성 및 우수한 빛의 투과도 특성 이외에도, 양호한 전류 확산 효과를 더 나타낼 수 있다.

Description

투명 전극 및 투명 전극 형성 방법{Transparent electrode and Fabrication method of the same}
본 발명은 전극 및 전극 형성 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 투명 전극 및 투명 전극 형성 방법에 관한 것이다.
투명 전극은 LED, 태양전지, 의료용 자외선 소독기, 수산업 등 다양한 분야에서 이용되고 있고, 점점 그 응용 분야와 그 수요가 증대되는 추세에 있다. 특히, 투명 전극은 LED 분야에서 많이 이용되고 있고, LED에 적용되는 현재의 투명 전극 기술은 가시광 영역(400nm-800nm)과 전체 자외선 영역(10nm-400nm) 중 일부 영역(365nm~400nm)까지 적용될 수 있는 ITO(Indium Tin Oxide) 기반의 기술이 주를 이루고 있다.
최근에는, 자외선 영역의 빛을 발생시키는 UV LED에 대한 수요가 급속히 증가하고 있으나, 자외선 영역에서 고전도성과 고투과도를 나타내는 투명 전극이 현재까지 개발되지 못하고 있다. 따라서, 자외선 LED와 같이, 자외선 영역의 빛을 이용하는 반도체 장치들은 상용화되기 어려운 실정이다.
예컨대, 현재 가장 많이 이용되고 있는 ITO 투명 전극이 형성된 UV LED의 경우에, 활성층에서 생성된 단파장의 자외선 영역(10nm~320nm)의 빛은 대부분 ITO에서 흡수되어, ITO를 투과하여 외부로 추출되는 빛이 1%정도에 불과하다.
도 1a에는 종래기술에 따라서 P-GaN 반도체층위에 ITO로 투명 전극을 형성한 경우의 투과도 및 오믹 특성(전도도 특성)을 도시하였다. 여기서, ITO 투명 전극층을 200도 내지 700도에서 열처리를 수행한 ITO 투명 전극의 투과도 및 약 2㎛ 간격의 TLM(Transfer Length Method) 패턴으로 측정한 오믹 특성을 도시하였다.
도 1a에 도시된 바와 같이, ITO 투명 전극의 경우에는 양호한 오믹 특성을 나타낸다. 그러나, 투과도 측면에 있어서는, 파장이 400nm 이상인 영역에서는 80% 이상의 투과도를 나타내지만, 단파장의 자외선 영역에서는 투과도가 급격히 감소하는 것을 알 수 있고, 특히, 300nm 이하의 단파장 영역에서는 투과도가 20%이하로 감소함을 알 수 있다.
이러한, 자외선 영역의 빛에 대한 투과도 특성을 개선하기 위한 투명 전극으로서, Ga2O3가 제안되었다. 도 1b는 종래 기술에 따른 P-GaN 반도체층위에 Ga2O3로 투명 전극을 형성한 경우의 투과도 및 오믹 특성(전도도 특성)을 도시하였다. 도 1b에 도시된 바와 같이, Ga2O3 투명 전극의 경우에는, 300nm 이하의 빛에 대해서도 양호한 투과도 특성을 나타내지만, 오믹 특성이 매우 나빠서 투명 전극으로 사용하기에는 부적합하였다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 다른 종래기술은 p-AlGaN와 같은 반도체층 위에 투명 전극을 형성하지 않고, 금속 전극 패드를 직접 형성하였으나, 금속과 반도체층 사이의 일함수의 차이가 너무 커서 Ohmic Contact이 이루어지지 않을 뿐 만 아니라, 전류가 금속 전극 패드에 대응되는 영역에 집중되고 활성층 전체로 공급되지 않아 활성층에서 발생되는 빛이 양이 현저하게 감소하는 문제점이 발생한다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 다양한 연구들이 진행되고 있으나, 아직까지 자외선 영역에서 고전도성과 고투과도를 동시에 나타내는 투명 전극은 개발되고 못하는 실정이다. 이는 물질의 전도성과 투과도는 서로 trade-off관계를 가지고 있기 때문이다. 자외선 영역에서 이용될 수 있을 만큼 높은 투과도를 가지는 물질은 큰 밴드갭(large band-gap)을 가지므로, 전극으로 이용되기에는 전도성이 낮고 반도체 물질과 Ohmic contact 이 잘 이루어지지 않아 전극으로 이용하기 어렵다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 제안된 기술의 일예로서, 투명 전극을 은(Ag) 박막으로 형성하는 기술이 한국특허출원 제 10-2007-0097545 호로서 출원되었다. 그러나, 이러한 종래 기술에서 Ag을 이용하여 투명 전극을 형성하는 경우, Ohmic contact 이 이루어지도록 반도체층 위에 Ag를 얇게 증착하는 것이 매우 어려울 뿐만 아니라, Ag를 반도체층 위에 얇게 증착한다 하더라도 한국특허출원 제 10-2007-0097545 호 도 4의 그래프에 도시된 바와 같이, 빛의 파장이 420nm 이하인 영역에서는 투과도가 80%이하로 급격히 하락하고, 빛의 파장이 380nm 이하인 영역에서는 투과도가 50% 이하로 감소하여, 종래의 ITO 전극과 투과도에서 차이가 없어, 실질적으로 자외선 영역의 투과도 개선을 기대하기 어렵다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 가시광 영역뿐만 아니라, 단파장의 자외선 영역에서도 고투과도와 고전도성을 나타내며, 반도체층과 양호한 Ohmic Contact 특성을 나타내는 투명 전극 및 투명 전극 형성 방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명 전극은, 반도체층에 일면이 접촉하고, 빛의 투과도 및 전도도가 서로 다른 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 전극은 상기 제 2 전극보다 전기 전도도가 높고, 상기 제 2 전극은 상기 제 1 전극보다 빛의 투과도가 높을 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 전극은 일정한 패턴으로 형성되고, 상기 제 2 전극은 상기 제 1 전극들 사이를 채우도록 형성되는 것이 바람직 하다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 전극은 복수의 전도성 막대가 일정한 간격으로 배치된 패턴으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 전극은 격자 패턴으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 투명 전극은 상기 반도체층과 접촉하는 면에 전류 확산층을 더 포함하고, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은 상기 전류 확산층에 접촉하도록 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 전극의 표면에는 상기 전류 확산층이 형성되고, 상기 제 2 전극은 상기 전류 확산층과 접촉하면서 상기 제 1 전극들 사이를 채우도록 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 전류 확산층은 CNT(Carbon Nano Tube) 또는 그래핀(graphene)으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 반도체층에 접촉한 제 1 전극의 표면과 상기 반도체층의 표면 위에 형성된 전류 확산층을 더 포함하고, 상기 제 2 전극은 상기 전류 확산층과 접촉하면서 상기 제 1 전극들 사이를 채우도록 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 전극은 상기 반도체층에 접촉하여 상기 반도체층에 수직한 방향으로 형성되고, 상기 제 2 전극은 상기 제 1 전극 사이의 공간을 채우도록 상기 반도체층과 접촉하여 형성될 수 있다.
한편, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 장치는 상술한 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 투명 전극을 포함한다.
한편, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명전극 형성 방법은, (a) 제 1 전극을 형성하는 단계; 및 (b) 상기 제 1 전극과 빛의 투과도 및 전도도가 다른 제 2 전극을 형성하는 단계;를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 전극은 상기 제 2 전극보다 전기 전도도가 높고, 상기 제 2 전극은 상기 제 1 전극보다 빛의 투과도가 높은 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 (a) 단계에서, 상기 제 1 전극은 일정한 패턴으로 형성되고, 상기 (b) 단계에서, 상기 제 2 전극은 상기 제 1 전극들 사이를 채우도록 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 (a) 단계에서, 상기 제 1 전극은 복수의 전도성 막대가 일정한 간격으로 배치된 패턴으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 (a) 단계에서, 상기 제 1 전극은 격자 패턴으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 (a) 단계 이전에, 상기 반도체층과 접촉하는 면에 전류 확산층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은 상기 전류 확산층에 접촉하도록 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 (a) 단계에서, 상기 제 1 전극이 상기 전류 확산층에 접촉하도록 형성된 후, 상기 제 1 전극의 표면에 상기 전류 확산층이 추가로 형성되고, 상기 (b) 단계에서, 상기 제 2 전극은 상기 전류 확산층과 접촉하면서 상기 제 1 전극들 사이를 채우도록 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 전류 확산층은 CNT(Carbon Nano Tube) 또는 그래핀(graphene)으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 (a) 단계에서, 상기 제 1 전극은 상기 반도체층에 접촉하도록 형성되고, 상기 (a) 단계와 상기 (b) 단계 사이에, 상기 제 1 전극의 표면과 상기 반도체층의 표면 위에 전류 확산층이 형성되는 단계를 더 포함하며, 상기 (b) 단계에서, 상기 제 2 전극은 상기 전류 확산층과 접촉하면서 상기 제 1 전극들 사이를 채우도록 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 (a) 단계에서, 상기 제 1 전극은 상기 반도체층에 접촉하도록 상기 반도체층에 수직한 방향으로 형성되고, 상기 (b) 단계에서, 상기 제 2 전극은 상기 제 1 전극 사이의 공간을 채우도록 상기 반도체층과 접촉하여 형성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명 전극은, 투명 전극이 형성될 반도체층과 오믹 접촉이 이루어지면서도 전도성이 높은 제 1 전극을 반도체층 위에 패턴으로 형성하고, 패턴으로 형성된 제 1 전극들 사이를 가시광 영역뿐만 아니라 자외선 영역까지의 빛의 투과도가 높은 제 2 전극으로 채움으로써, 반도체층과 오믹 특성이 양호하면서도 자외선 영역을 포함한 빛의 투과도가 우수한 투명 전극을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일시예에 따른 투명 전극은 반도체층 위에 전도성과 투과도가 우수한 CNT(Carbon Nano Tube) 또는 그래핀(graphene) 등으로 형성되는 전류 확산층을 박막으로 형성하고, 그 위에 상술한 제 1 전극 및 제 2 전극을 형성함으로써, 양호한 오믹 특성 및 우수한 빛의 투과도 특성 이외에도, 양호한 전류 확산 효과를 더 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 투명 전극은, 투명 전극이 형성될 반도체층과 오믹 접촉이 이루어지면서도 전도성이 높은 제 1 전극을 반도체층 위에 패턴으로 형성하고, 제 1 전극과 반도체층의 표면에 전도성과 투과도가 우수한 CNT 또는 그래핀으로 형성되는 전류 확산층을 박막으로 형성한 후, 그 위에 가시광 영역뿐만 아니라 자외선 영역까지의 빛의 투과도가 높은 제 2 전극을 형성하여, 제 1 전극들 사이를 채움으로써, 반도체층과 오믹 특성이 양호하고 자외선 영역을 포함한 빛의 투과도가 우수하며, 양호한 전류 확산 효과를 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 투명 전극은, 상술한 실시예들을 결합하여, 반도체층 위에 전류 확산층을 형성하고, 그 위에 제 1 전극을 패턴으로 형성한 후, 제 1 전극의 표면에 전류 확층을 다시 형성한 후, 제 2 전극으로 제 1 전극들 사이를 채움으로써, 보다 양호한 반도체층과 오믹 특성, 자외선 영역을 포함한 빛의 투과도 특성, 전류 확산 효과를 나타낼 수 있다.
도 1a는 종래기술에 따라서 P-GaN 반도체층위 ITO 투명 전극을 형성한 경우의 투과도 및 오믹 특성을 도시한 도면이다.
도 1b는 종래기술에 따라서 P-GaN 반도체층위 Ga2O3 투명 전극을 형성한 경우의 투과도 및 오믹 특성을 도시한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 투명 전극 및 투명 전극을 구비하는 반도체 장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 2b는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 투명 전극 및 투명 전극을 구비하는 반도체 장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 2c는 본 발명의 다른 변형 실시예들에 따른 투명 전극의 단면을 도시하는 도면이다.
도 3a는 상술한 본 발명의 바람직한 실시예 및 변형 실시예에 따른 투명 전극의 투과도 측정 데이터를 도시하는 그래프이다.
도 3b는 상술한 본 발명의 바람직한 실시예 및 변형 실시예에 따른 투명 전극의 오믹 특성을 측정한 데이터를 도시하는 그래프이다.
도 4는 도 2a 및 도 2b 에 도시된 투명 전극을 제조하는 과정을 설명하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.
다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명 전극은 모든 분야의 투명 전극(OLED용 투명전극, 태양전지용 투명전극, LED용 투명전극 등)에 적용되는 것이고, 이하에서 설명되는 내용은 본 발명의 기술적 사상을 설명하기 위한 실시예들에 불과함을 주의해야 한다.
도 2a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 투명 전극 및 투명 전극을 구비하는 반도체 장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 투명 전극(20)을 구비하는 반도체 장치는, 반도체층(10)과 반도체층(10) 위에 형성된 투명 전극(20)을 포함한다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명 전극(20)은 반도체층(10) 위에 형성된 전류 확산층(21), 및 전류 확산층(21) 위에 형성된 제 1 전극(22a)과 제 2 전극(23)을 포함한다.
전류 확산층(21)은 제 1 전극(22a)을 상호 연결하여 전류 확산 효율을 높이기 위한 것으로서, 투과도 및 전도도가 높은 CNT(Carbon Nano Tube) 또는 그래핀(Graphene)으로 형성되는 것이 바람직하고, 투과도를 저해하지 않기 위해서 제 1 전극들(22a)을 상호 연결할 수 있는, 가능한 얇은 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 전류 확산층(21)을 약 2nm 내지 약 100nm 의 두께로 형성하였다. 2nm는 CNT 및 그래핀을 단일층으로 형성할 수 있는 최소의 두께이고, 100nm는 빛의 투과도를 80% 이상으로 유지할 수 있는 최대의 두께이다.
제 1 전극(22a)은 일정한 패턴으로 전류 확산층(21)위에 형성되고, 제 2 전극(23)은 제 1 전극(22a) 사이의 빈 공간에 채워지도록 전류 확산층(21) 위에 형성된다. 도 2a 에 도시된 예에서, 제 1 전극(22a)은 일정한 간격으로 배치된 막대 형상으로 구현되었으며, 그 단면은 원형, 삼각형 등 그 어느 것이라도 무방하다.
제 1 전극(22a)은 반도체층(10)으로 전류를 주입하거나, 반도체층(10)으로부터 유입되는 전류를 외부로 전달하기 위한 것으로서, 반도체층(10)과 오믹 접촉되도록 전도성이 높은 물질로 형성된다.
제 2 전극(23)은 막대 형상의 제 1 전극(22a)들의 사이 공간을 채우도록 전류 확산층(21)위에 형성되었고, 반도체층(10)으로부터 유입되는 빛, 특히, 자외선 영역의 빛을 외부로 방출할 수 있도록 투과도가 높은 물질로 형성된다.
상술한 투명 전극(20)이 LED에 적용되는 경우에, 제 1 전극(22a)을 통해서 유입된 전류는 전류 확산층(21)에서 반도체층(10) 표면 전체로 확산되어 반도체층(10)으로 주입된다. 이 때, 제 2 전극(23)도 제 1 전극(22a)에 비해서는 낮지만 절연체에 비해서는 높은 전도도를 나타내므로, 제 1 전극(22a)으로 유입되는 전류의 일부는 제 2 전극(23)을 통해서도 전류 확산층(21)으로 유입된다.
한편, 반도체층(10)으로부터 투명 전극(20)으로 유입되는 빛의 대부분은 투과도가 높은 제 2 전극(23)을 통해서 외부로 방출되고, 제 1 전극(22a)이 투명한 물질로 형성되는 경우에, 일부의 빛이 제 1 전극(22a)을 통해서도 외부로 방출된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예는 오믹 특성(전기 전도도 특성)을 향상시키기 위한 제 1 전극(22a)과 광투과도 특성을 향상시키기 위한 제 2 전극(23)을 함께 이용하여 투명 전극(20)을 형성하였다. 이러한, 특성을 만족시키기 위해서, 본 발명의 제 1 전극(22a)은 제 2 전극(23)에 비하여 투과도는 낮으나 전기 전도도가 높은 물질(즉, 밴드갭 에너지가 낮고 접촉 저항이 낮은 물질)로 형성되고, 제 2 전극(23)은 제 1 전극(22a)에 비하여 전기 전도도는 낮으나 투과도가 높은 물질(즉, 밴드갭 에너지가 높고 접촉 저항이 상대적으로 높은 물질)로 형성하였다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는, 밴드갭 에너지가 4.5eV 이하이고, 접촉 저항이 10-2Ω㎝-2 이하인 물질(예컨대, ITO(3.5~4.3eV), ZnO(3.37eV), AZO(3.36eV), IZO(3.0eV), GZO(3.51eV), SnO(2.7~3.4 eV), NiO(3.4~4.3 eV), TiO2(3.2eV), CdO(2.2eV), 및 모든 금속물질)을 이용하여 제 1 전극(22a)을 형성하였으나, 반드시 이러한 물질에 한정되는 것은 아님을 주의해야 한다. 이 때, 제 1 전극(22a)으로 전도도가 높고 투과도가 낮은 물질을 이용할수록(예컨대, 금속 물질을 이용하는 경우), 전체 투과도에 영향을 미치지 않도록 제 1 전극(22a)의 면적은 가능한 작게 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 밴드갭 에너지가 4.5eV를 초과하고 전기 전도도가 10-9Ω-1cm- 1이상인 물질(예컨대, Ga2O3(5.1 eV), Al2O3(7.0eV), SiO2(8.9eV), MgO (7.8eV), AlN(6.2eV), 및 전도성을 나타내는 모든 광대역 투명전극 물질)을 이용하여 제 2 전극(23)을 형성하였으나, 반드시 이러한 물질에 한정되는 것은 아님을 주의해야 한다.
한편, 반도체층(10)은 무기 반도체층과 유기 반도체층을 모두 포함할 뿐만 아니라, 전하가 유동할 수 있는 모든 물질을 포함하는 개념임을 주의하여야 한다. 무기 반도체층은 Si 및 Ge 과 같은 단일 원소로 이루어지는 단일 원소 반도체를 포함한다. 또한, 무기 반도체층은 Nitride 계열의 화합물 반도체층(GaN, AlGaN, InN, InGaN, AlN 등) 및 Oxide 계열의 화합물 반도체층(GaO, ZnO, CoO, IrO2, Rh2O3, Al2O3, SnO 등)과 같은 화합물 반도체층을 포함하는 개념이다.
무기 반도체층은 대표적으로 OLED(Organic Light Emitting Diode)의 전자(정공) 주입층 및 전자(정공) 수송층을 구성하는 물질을 포함하는 개념이다.
한편, 반도체층(10)의 전도성을 향상시키기 위해서, 반도체층(10)의 투명 전극(20)과 접촉하는 표면에는 p타입 또는 n타입으로 도핑되는 것이 바람직하다.
도 2b는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 투명 전극(20) 및 투명 전극(20)을 구비하는 반도체 장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 2b에 도시된 예에서는, 반도체층(10) 위에 전류 확산층(21)이 형성되고, 그 위에 제 1 전극(22b)이 격자 패턴으로 형성된 후, 제 1 전극(22b)들 사이의 공간을 채우도록 제 2 전극(23)이 전류 확산층(21) 위에 형성된다. 전류 확산층(21), 제 1 전극(22b), 및 제 2 전극(23)으로 이용되는 물질은 상술한 예와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 도 2a 및 도 2b에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예 이외에도, 전기 전도도와 광투과도가 서로 다른 전극을 이용하여 형성된 투명 전극(20)의 변형 실시예들은 모두 본 발명의 기술적 사상의 범위내에 포함된다.
예컨대, 상술한 도 2a에 도시된 예에서는, 막대 형상을 갖는 복수개의 제 1 전극(22a)이 일정한 패턴으로 배치되었으나, 하나의 제 1 전극이 막대 형상으로 전류 확산층(21) 위에 형성되고, 제 1 전극 주변을 모두 채우도록 제 2 전극이 전류 확산층(21) 위에 형성된 투명 전극(20)도 생성될 수 있다.
또한, 상술한 실시예들에서는, 반도체층(10) 위에 전류 확산층(21)이 형성되고, 그 위에 제 1 전극(22a,22b) 및 제 2 전극(23)이 형성되는 것으로 설명하였으나, 전류 확산층(21)은 전류 확산 효과를 향상시키기 위한 구성일 뿐이므로, 투명 전극(20)에서 전류 확산층(21)이 생략될 수도 있다. 이 경우에, 반도체층(10) 위에 제 1 전극(22c) 및 제 2 전극(23)이 직접 형성되고, 제 1 전극(22c)과 접촉하는 제 2 전극(23)에 의해서 전류가 반도체층(10) 전체로 확산될 수 있다(도 2c의 (a) 참조).
또한, 본 발명의 다른 변형 실시예에서는, 도 2c의 (b)에 도시된 바와 같이, 제 1 전극(22d)이 반도체층(10)과 직접 접촉하도록 반도체층(10) 위에 형성되고, 반도체층(10)의 표면과 제 1 전극(22d)의 표면에 전류 확산층(21-1)이 형성된다. 제 2 전극(23)은 제 1 전극(22d) 사이의 공간을 채우도록 형성된다. 이 때, 제 2 전극(23)은 도시된 바와 같이, 제 1 전극(22d) 또는 반도체층(10)과 접촉되지 않고, 오직 전류 확산층(21-1)과만 접촉된다.
또한, 본 발명의 다른 변형 실시예에서는. 도 2c의 (c)에 도시된 바와 같이, 반도체층(10)위에 전류 확산층(21-2)이 형성되고, 전류 확산층(21) 위에 제 1 전극(22e)이 형성된다. 또한, 제 1 전극(22e)의 표면에 전류 확산층(21-2)과 동일한 재질로 전류 확산층(21-2)을 추가로 형성된 후, 도 2c의 (b)에 도시된 것과 동일한 방식으로, 제 1 전극(22e) 사이 영역을 채우도록 제 2 전극(23)이 형성된다.
도 3a는 상술한 본 발명의 바람직한 실시예 및 변형 실시예에 따른 투명 전극(20)의 투과도 측정 데이터를 도시하는 그래프이고, 도 3b는 상술한 본 발명의 바람직한 실시예 및 변형 실시예에 따른 투명 전극(20)의 오믹 특성을 측정한 데이터를 도시하는 그래프이다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 그래프는, 반도체층(10)으로 P-GaN층을, 제 1 전극(22a,22c,22d,22e)으로 ITO전극을, 전류 확산층(21,21-1,21-2)으로 CNT층을, 제 2 전극(23)으로 Ga2O3를 이용하여 측정한 그래프로서, 도 2a에 도시된 실시예의 측정 결과를 "CNT+ITO-rod"로 표시하였고, 도 2c의 (a)에 도시된 실시예의 측정 결과를 "Only ITO-rod"로 표시하였으며, 도 2c의 (b)에 도시된 실시예의 측정 결과를 "ITO-rod+CNT"로 표시하였고, 도 2c의 (d)에 도시된 실시예의 측정 결과를 "CNT+ITO-rod+CNT"로 표시하였다.
먼저, 도 3a를 참조하면, 모든 실시예의 투과도 측정 결과가 300nm의 자외선 영역의 빛에 대해서 90% 이상의 양호한 투과도를 나타냄을 알 수 있고, 가장 투과도가 낮은 도 2c의 (a)에 도시된 실시예("Only ITO-rod")의 경우에도 90% 이상의 투과도를 나타냄을 알 수 있다.
이러한 결과는, 도 1a에 도시된, 300nm 영역의 빛에 대한 투과도가 20~30%인 종래의 ITO 투명 전극에 비하여 투과도가 현저하게 개선된 것임을 알 수 있다.
또한, 도 3b를 참조하면, 본 발명의 모든 실시예의 투명 전극이 높은 투과도를 나타내면서도, 양호한 오믹 특성을 나타냄을 알 수 있다. 특히, 도 2c의 (d)에 도시된 실시예("CNT+ITO-rod+CNT")가 가장 양호한 전도도를 나타낸다.
단, 도 3b에 도시된 그래프는 200㎛간격으로 TLM(Transfer Length Method) 패턴을 구성하여 측정한 결과를 나타낸 것으로서, 도 1a의 종래 기술의 패턴 간격 약 2㎛ 보다 패턴 간격이 100배 가량 길어 전류측정값이 상대적으로 작게 측정되었다. 따라서, 본 발명의 경우에도 TLM 패턴 간격을 종래기술과 동일한 약 2㎛로 설정한다면, 전류 측정값은 도 3b에 나타난 값보다 훨씬 큰 값이 나올 것임을 당업자는 알 수 있을 것이다.
지금까지 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명 전극 및 이를 구비하는 반도체 장치에 대해서 설명하였다.
이하에서는, 도 2a 및 도 2b에 도시된 투명 전극(20)을 형성하는 방법을 도시하는 도 4를 참조하여, 투명 전극의 형성 방법을 설명한다.
도 4를 참조하면, 투명 전극(20)이 형성될 반도체층(10) 위에, 전류 확산층(21)을 형성한다(도 4의 (a)참조). 상술한 바와 같이, 전류 확산층(21)은 CNT 또는 그래핀으로 2nm 내지 100nm 의 두께로 형성하는 것이 바람직한데, 이를 위해서, CNT 또는 그래핀이 포함된 용액을 반도체층(10) 위에 코팅하고 용액을 증발시켜 전류 확산층(21)을 형성할 수 있다.
그 후, 전류 확산층(21) 위에 포토레지스트(41)를 형성하고 마스크(51)를 이용하여 노광 및 현상하여 제 1 전극(22a,22b)을 형성할 패턴 영역의 포토레지스트를 제거한 후(도 4의 (b)참조), 제 1 전극(22a,22b) 물질을 증착하여 제 1 전극(22a,22b) 패턴을 형성한다(도 4의 (c)참조). 이 때, 도 2a에 도시된 바와 같이, 일정한 간격으로 막대 형상의 제 1 전극(22a) 패턴이 형성될 수 있고, 도 2b에 도시된 바와 같이, 격자 형상의 제 1 전극(22b) 패턴이 형성될 수도 있으며, 이 밖에 다른 패턴의 제 1 전극이 형성될 수도 있음은 물론이다.
제 1 전극(22a,22b) 패턴이 형성된 후, 다시, 전류 확산층(21) 및 제 1 전극(22a,22b) 패턴 위에 포토레지스트(42)를 형성하고 마스크(52)를 이용하여 노광 및 현상하여 전류 확산층(21) 위에 제 2 전극(23)이 형성될 영역에 형성된 포토레지스트(42)를 제거한 후(도 4의 (d)참조), 제 2 전극(23) 물질을 증착하여 제 1 전극(22a,22b)들의 사이를 채우는 제 2 전극(23)을 형성한다(도 4의 (e)참조).
이어서, 제 1 전극(22a,22b) 위에 형성된 포토레지스트(42) 및 제 2 전극(23) 물질을 제거하여 상술한 바와 같은 투명 전극(20)을 완성한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 반도체층 20 투명 전극
21 전류 확산층 22a~22e 제 1 전극
23 제 2 전극 41,42 포토레지스트
51,52 마스크

Claims (21)

  1. 반도체층 위에 CNT(Carbon Nano Tube) 또는 그래핀(graphene)으로 형성된 전류 확산층;
    상기 전류 확산층 위에 일정한 패턴으로 형성되는 제 1 전극; 및
    상기 제 1 전극들 사이를 채우도록 상기 제 1 전극과 동일한 높이로 형성되는 제 2 전극을 포함하고,
    상기 제 1 전극은 상기 제 2 전극보다 전기 전도도가 높고, 상기 제 2 전극은 상기 제 1 전극보다 빛의 투과도가 높은 것을 특징으로 하는 투명 전극.
  2. 반도체층 위에 일정한 패턴으로 형성되는 제 1 전극;
    상기 반도체층과 상기 제 1 전극의 표면에 CNT(Carbon Nano Tube) 또는 그래핀(graphene)으로 형성된 전류 확산층; 및
    상기 전류 확산층과 접촉하면서 상기 제 1 전극들 사이를 채우도록 상기 제 1 전극위에 형성된 전류 확산층과 동일한 높이로 형성되는 제 2 전극을 포함하고,
    상기 제 1 전극은 상기 제 2 전극보다 전기 전도도가 높고, 상기 제 2 전극은 상기 제 1 전극보다 빛의 투과도가 높은 것을 특징으로 하는 투명 전극.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 복수의 전도성 막대가 일정한 간격으로 배치된 패턴으로 형성된 것을 특징으로 하는 투명 전극.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 격자 패턴으로 형성된 것을 특징으로 하는 투명 전극.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1 항 또는 제 2 항의 투명 전극을 포함하는 반도체 장치.
  12. (a) 반도체층 위에 CNT(Carbon Nano Tube) 또는 그래핀(graphene)으로 형성된 전류 확산층을 형성하는 단계;
    (b) 상기 전류 확산층 위에 일정한 패턴으로 제 1 전극을 형성하는 단계; 및
    (b) 상기 제 1 전극들 사이를 채우도록 상기 제 1 전극과 동일한 높이로 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 전극은 상기 제 2 전극보다 전기 전도도가 높고, 상기 제 2 전극은 상기 제 1 전극보다 빛의 투과도가 높은 것을 특징으로 하는 투명 전극 형성 방법.
  13. (a) 반도체층 위에 일정한 패턴으로 제 1 전극을 형성하는 단계;
    (b) 상기 반도체층과 상기 제 1 전극의 표면에 CNT(Carbon Nano Tube) 또는 그래핀(graphene)으로 전류 확산층을 형성하는 단계; 및
    (c) 상기 전류 확산층과 접촉하면서 상기 제 1 전극들 사이를 채우도록 상기 제 1 전극위에 형성된 전류 확산층과 동일한 높이로 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 전극은 상기 제 2 전극보다 전기 전도도가 높고, 상기 제 2 전극은 상기 제 1 전극보다 빛의 투과도가 높은 것을 특징으로 하는 투명 전극 형성 방법.
  14. 삭제
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 복수의 전도성 막대가 일정한 간격으로 배치된 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 투명 전극 형성 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 격자 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 투명 전극 형성 방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
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