KR101773706B1 - 자외선 발광소자용 투명전극 및 이의 제조방법 - Google Patents

자외선 발광소자용 투명전극 및 이의 제조방법 Download PDF

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연규재
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Abstract

본 발명은, 자외선 발광소자용 투명전극 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 반도체층 상에 형성된 제1 산화물층; 상기 제1 산화물층 상에 형성된 금속층; 및 상기 금속층 상에 형성된 제2 산화물층; 을 포함하고, 상기 제1 산화물층 및 제2 산화물층 중 적어도 어느 하나는, FTO(fluorine doped tin oxide)를 포함하는, 자외선 발광소자용 투명전극 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은, 단파장 영역에 대한 높은 투과도를 갖는 자외선 발광소자용 투명 전극을 제공하고, 자외선 발광소자의 제조단가를 낮출 수 있다.

Description

자외선 발광소자용 투명전극 및 이의 제조방법{TRANSPARENT ELECTRODE FOR UV LIGHT EMITTING DIODE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은, 자외선 발광소자용 투명전극, 이의 제조방법 및 상기 투명전극을 포함하는 자외선 발광소자에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emittering Diode, LED)는 반도체 화합물을 이용한 p형 반도체와 n형 반도체의 이종접합구조를 가지며, 전압을 가하면 전자와 정공이 결합하여 반도체 밴드갭에 해당되는 에너지를 빛의 형태로 방출하는 광전자 소자의 한 종류이다.
발광 다이오드는, 디스플레이, 조명, 태양전지 등에 적용되고 있으며, 최근에는 의료산업, 바이오산업, 환경산업, 농수산업, 국방산업 등 다양한 분야에 적용이 기대되는 자외선 영역의 빛을 발생시키는 UV-LED에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
UV-LED는, 고가 및 인체에 유해한 특수 가스를 이용하여 제조되는 기존 광원에 비해 가격이 낮고, 고효율의 조사 특성을 얻을 수 있는 장점이 있으나, 자외선 영역 대한 고투과도 및 고전도성을 갖는 투명전극의 개발이 필요하고, UV-LED의 효율을 향상시키기 위해 플립칩(Flip-Chip) 구조와 같은 고가의 제작방식이 적용되므로, 상용화를 위해서 경제적인 제조단가가 요구된다.
일반적으로 UV-LED는 제조단가를 낮추기 위해 epi-up 구조를 제안할 수 있으나, epi-up에 적용되는 투명전극으로 ITO전극(Transparent Conductive Oxide)이 이용되고 있고, ITO전극이 UV-LED에 적용될 경우에, 활성층에서 생성된 자외선 영역(400 nm 미만)의 빛이 대부분 ITO 전극에 흡수되거나 반사되어 ITO 전극을 투과하여 외부로 추출되는 빛이 급격하게 낮아진다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 예를 들어, ITO/Ga2O3 /glass를 이용한 ITO 전극이 제안되었으나, 자외선 영역에 대한 투과도가 만족스럽지 않고, 전기적 특성이 현저하게 떨어지는 문제점이 있다. 또한, ITO 전극을 표면 처리하여 굴곡표면(rough surface)이 형성된 ITO 전극이 제시되었으나, 굴곡표면을 통하여 자외선 투과도는 어느 정도 향상되었으나, 추가 공정이 더 필요하므로, 제조공정이 복잡해지는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 단파장 영역에 대한 높은 투과율을 갖는 자외선 발광소자용 투명전극을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은, 상기 자외선 발광소자용 투명전극의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은, 상기 자외선 발광소자용 투명전극을 포함하는 발광소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 하나의 양상은,
반도체층 상에 형성된 제1 산화물층; 상기 제1 산화물층 상에 형성된 금속층; 및 상기 금속층 상에 형성된 제2 산화물층; 을 포함하고,
상기 제1 산화물층 및 제2 산화물층 중 적어도 어느 하나는, FTO(fluorine doped tin oxide)를 포함하는 자외선 발광소자용 투명전극에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 FTO를 포함하는 상기 제1 산화물 및 제2 산화물층 중 적어도 어느 하나는 ITO를 더 포함하는 FTO-ITO 혼합층일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 혼합층 중 FTO:ITO 몰비는 1:1에서 1:5까지 변화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제1 산화물층 및 제2 산화물층은 각각, 10 nm에서 100 nm까지 두께를 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 투명전극은 350 nm 이하의 파장에서 광투과율이 85 % 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 양상은,
반도체층 상에 제1 산화물층을 형성하는 단계; 상기 제1 산화물층 상에 금속층을 형성하는 단계; 및 상기 금속층 상에 제2 산화물층을 형성하는 단계; 를 포함하고, 상기 제1 산화물층 및 제2 산화물층 중 적어도 어느 하나는, FTO를 포함하는 자외선 발광소자용 투명전극의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 FTO를 포함하는 상기 제1 산화물 및 제2 산화물층 중 적어도 어느 하나는 ITO를 더 포함하는 FTO-ITO 혼합층일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 혼합층을 형성하는 단계는 코스퍼터링을 통해 수행할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제조방법은, 제2 산화물층을 형성하는 단계 이후에 열처리하는 단계를 더 포함하고, 상기 열처리하는 단계는, 100 ℃ 이상에서 수행할 수 있다.
본 발명은, UV-A와 UV-B영역에 대한 높은 투과도를 갖는, 단파장 자외선 발광소자용 와이드 밴드갭 투명전극을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 투명전극을 적용하여 자외선 발광소자의 효율과 제조단가를 낮출 수 있다.
또한, 본 발명은, 자외선 영역에 대한 고휘도를 갖는 자외선 발광소자를 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 자외선 발광소자용 투명전극에 대한 단면도를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 자외선 발광소자용 투명전극의 제조방법에 대한 흐름도를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 자외선 발광소자용 투명전극을 포함하는 자외선 발광소자의 단면도를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 4는, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 자외선 발광소자용 투명전극의 표면에 대한 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 5는, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 자외선 발광소자용 투명전극의 광투과도를 나타낸 것이다.
도 6은, 본 발명의 실시예 3 내지 실시예 4 및 비교예 1에서 제조된 자외선 발광소자용 투명전극의 광투과도를 나타낸 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명은, 자외선 발광소자용 투명전극에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른, 자외선 발광소자용 투명전극은, 다성분계 산화물을 바탕으로 하여 안정적인 투명전극 특성을 제공하고, UV-A와 UV-B 영역에서 높은 투과율을 나타내는 와이드 밴드갭 투명전극을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 자외선 발광소자용 투명전극은 도 1을 참조하여 설명하며, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광소자용 투명전극(20)에 대한 단면도를 예시적으로 나타낸 것이다. 도 1에서 상기 자외선 발광소자용 투명전극(20)은, 제1 산화물층(21), 금속층(22) 및 제2 산화물층(23)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 제1 산화물층(21)은, 발광소자의 반도체층과 양호한 오믹 콘택 특성을 제공하고, 단파장 영역에 대한 고투과성을 제공할 수 있다.
예를 들어, 제1 산화물층(21)은, 반도체층(10) 상에 형성되고, FTO fluorine doped tin oxide); ITO(Indium Tin Oxide); 또는 이 둘을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 FTO 또는 FTO-ITO 혼합층을 포함할 수 있다. 예를 들어, FTO-ITO 혼합층은, FTO 대 ITO가 1:1 내지 1:5의 몰비; 더 바람직하게는 1:1: 내지 1:2로 혼합될 수 있으며, 상기 몰비 내로 포함되면 단파장 영역에 대한 고투과성을 나타낼 수 있다.
예를 들어, 제1 산화물층(21)은, 10 nm 내지 100 nm, 바람직하게는 10 nm 내지 70 nm; 더 바람직하게는 10 nm 내지 50 nm의 두께를 가질 수 있으며, 상기 두께 범위 내에 포함되면, 단파장 영역에 대한 고투과성을 나타내면서 반도체층과 오믹 컨택이 잘 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 예로, 금속층(22)은, 높은 전기 전도성을 제공하는 것으로, 예를 들어, Ag, Au, Pd, Al, Pt, Cu, Zn, Cd, In, Si, Zr, Mo, Ni, Cr, Mg, Mn, Co 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 Ag를 포함할 수 있다. 예를 들어, 금속층(22)은, 1 nm 내지 50 nm 두께, 바람직하게는 1 내지 20 nm 두께를 가질 수 있고, 상기 두께 범위 내에 포함되면 표면 플라즈몬 효과에 의해 특정 범위의 파장에서 투과율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 예로, 제2 산화물층(23)은, 제1 산화물층(21)과 동일한 성분 또는 상이한 성분의 산화물을 포함할 수 있고, 예를 들어, FTO; ITO; 또는 이 둘을 포함할 수 있고, 단, 제1 산화물층(21)/제2 산화물층(23)이 ITO/ITO로 구성되지 않는다. 예를 들어, 제1 산화물층(21) 및 제2 산화물층(23) 중 적어도 하나는 FTO를 포함할 수 있고, FTO를 포함하는 산화물층 중 적어도 하나는 ITO를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 산화물층(21)/제2 산화물층(23)는, ITO/FT0; ITO/FTO-ITO; FTO/ITO; FTO/FTO; FTO/FTO-ITO; FTO-ITO/ITO; FTO-ITO/FTO; 또는 FTO-ITO/FTO-ITO; 일 수 있다.
예를 들어, 제2 산화물층(23)은, 제1 산화물층(21)과 동일하거나 또는 상이한 두께를 가질 수 있으며, 제2 산화물층(23)은, 10 nm 내지 100 nm; 바람직하게는 10 nm 내지 70 nm; 더 바람직하게는 10 nm 내지 50 nm의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 일 예로, 본 발명에 의한 자외선 발광소자용 투명전극은, 360 nm 이하의 파장 영역에서 50 % 이상; 바람직하게는 85 % 이상의 광투과율을 나타낼 수 있다.
본 발명은, 본 발명에 의한 자외선 발광소자용 투명전극의 제조방법을 제공하는 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제조방법은, 단파장 영역에 대한 높은 투과율을 갖는 투명전극을 제공하고, 이러한 제조방법을 자외선 발광소자의 제조방법에 적용 시 발광소자의 제조단가를 낮출 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 제조방법은, 도 2를 참조하여 설명하며, 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 자외선 발광소자용 투명전극의 제조방법에 대한 흐름도를 예시적으로 나타낸 것으로, 도 2에서 상기 제조방법은, 반도체층을 준비하는 단계(S1), 제1 산화물층을 형성하는 단계(S2), 금속층을 형성하는 단계(S3), 및 제2 산화물층을 형성하는 단계(S4)를 포함할 수 있고, 열처리하는 단계(S5)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 반도체층을 준비하는 단계(S1)는, 자외선 발광소자의 광발생을 위한 반도체층(10)을 준비하는 단계이며, 자외선 발광소자에 적용가능한 반도체층이라면 제한 없이 적용될 수 있고, 예를 들어, 상기 반도체층은, 질화갈륨계 반도체 발광 다이오드를 포함하고, n-형 반도체층, 활성층 및 p-형 반도체층 등을 포함할 수 있으나, 하기의 발광소자에서 보다 구체적으로 설명한다.
예를 들어, 반도체층을 준비하는 단계(S1)는, 본 발명의 기술 분야에서 적용되는 방법을 이용할 수 있으며, 예를 들어, CVD(chemical vapor deposition), PVD(physical vapor deposition), MOCVD(metal-organic chemical vapour deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy), HVPE(Hydride Vapour Phase Epitaxy) 등의 기상 성장 방법을 이용하여 반도체층을 형성할 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.
본 발명의 일 예로, 제1 산화물층을 형성하는 단계(S2)는, 반도체층(10) 상에 제1 산화물층(21)을 형성하는 단계이다.
예를 들어, 제1 산화물층(21)은, 상기 투명전극에서 제시한 바와 같은 성분으로 구성된다.
예를 들어, 제1 산화물층을 형성하는 단계(S2)는, 직류 마그네트론 스퍼터링, 라디오 주파수 마그네트론 스퍼터링 등의 스퍼터링법, 화학기상증착법(CVD), 열화학기상증착법(TCVD), 마이크로 웨이브 플라즈마 화학기상증착법(MPECVD), 용액 증착법 등을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 스퍼터링법을 이용하여 제1 산화물층(21)을 성막할 수 있다.
예를 들어, 상기 스퍼터링법에서 스퍼터링 타켓은 산화물 타켓 또는 금속타켓을 이용할 수 있고, 아르곤, 헬륨, 네온 가스 등과 같은 불활성 가스를 스퍼터 가스를 사용하고, 상기 스퍼터 가스에 산소, 이산화탄소 등과 같은 산화성 가스를 더 추가할 수 있으며, 산화성 가스는 스퍼터 가스의 10 % 이하로 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 스퍼터링법은, 아르곤 가스 유량 10 내지 20 sccm 및 산소 유량 1 내지 2 sccm으로 투입하고, 상온(25 ℃± 5℃) 이상의 온도에서 스퍼트 압력 1 내지 10 mTorr, 투입압력 90 W 내지 150 W에서 증착하고, 고온 성장시켜 산화물층을 형성할 수 있으며, 이러한 공정 조건은, 단지 예시적으로 기재되어 있을 뿐, 본 발명의 목적을 벗어나지 않는다면, 적절하게 선택하고 변경할 수 있다.
예를 들어, 제1 산화물층을 형성하는 단계(S2)에서 산화물이 다성분일 경우에, 각 성분을 코스퍼터링하여 제1 산화물층을 형성할 수 있으며, 예를 들어, 제1 산화물층이 FTO 및 ITO의 혼합층일 경우에, FTO 및 ITO는 동시에 코스퍼터링하여 형성될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 금속층을 형성하는 단계(S3)는, 제1 산화물층(21) 상에 금속층(22)을 형성하는 단계이다. 금속층을 형성하는 단계(S3)는, 스퍼터링법 등을 이용하여 수행될 수 있고, 단계(S2)와 동일한 방법으로 성막될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 제2 산화물층을 형성하는 단계(S4)는, 금속층(22) 상에 제2 산화물층(23)을 형성하는 단계이다. 제2 산화물층을 형성하는 단계(S4)는, 직류 마그네트론 스퍼터링, 라디오 주파수 마그네트론 스퍼터링 등의 스퍼터링법, 화학기상증착법(CVD), 열화학기상증착법(TCVD), 또는 마이크로 웨이브 플라즈마 화학기상증착법(MPECVD), 용액 증착법 등을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 스퍼터링법을 이용하여 제2 산화물층(23)을 성막할 수 있으며, 단계(S2)와 동일한 방법으로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 투명전극의 제조방법은, 열처리하는 단계(S5)를 더 포함할 수 있다. 열처리하는 단계(S5)는, 제2 산화물층의 형성 이후에 제1 및 제2 산화물층의 산화를 진행시켜 산화물을 안정화시키고, 내부 결정계의 재결정화를 통해 전기적 특성을 확보할 뿐만 아니라, 성막의 그레인 사이의 간격을 증가시켜 투명 전극의 투명도를 증가시킬 수 있다.
예를 들어, 열처리하는 단계(S5)에서 열처리 온도는 100 ℃ 이상일 수 있고, 열처리에 따른 산화물층 입자의 불규칙한 형태 등에 따른 광학적 투과율의 저하를 방지하기 위해서, 바람직하게는 200 ℃ 내지 800 ℃, 더 바람직하게는 300 ℃ 내지 700 ℃, 더 바람직하게는 500 ℃ 내지 700 ℃일 수 있다. 예를 들어, 열처리하는 단계(S5)는, 공기 분위기에서 1분 내지 1시간 동안 열처리될 수 있고, 바람직하게는 1분 내지 30분; 더 바람직하게는 1분 내지 15분일 수 있다. 상기 열처리 시간이 상기 범위 내에 포함되면, 산화가 원활하게 진행되고, 과도한 열처리에 따른 자외선 영역에 대한 투과도 저하를 방지할 수 있다.
본 발명은, 자외선 발광소자에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 자외선 발광소자는, 본 발명에 의한 투명전극을 적용하여 기존의 ITO 전극에 따른 자외선 영역의 낮은 투과도를 개선하여 자외선 영역에 대한 고휘도를 나타낼 수 있다. 또한, 상기 자외선 발광소자는, 수직형 또는 수평형 epi-side up 구조로 제작이 가능하여 경제성이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 발광소자는, 도 3을 참조하여 설명하며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명에 의한 자외선 발광소자의 단면도를 예시적으로 나타낸 것이다. 도 3에서 발광소자는, 기판(110), 반도체층(130, 140, 150), 투명전극층(160) 및 전극(170)을 포함할 수 있고, 버퍼층(120)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 기판(110)은, 본 발명의 기술 분야의 자외선 발광소자에 적용가능한 기판이라면 제한 없이 사용될 수 있고, 예를 들어, 사파이어, 다이아몬드, InP, AlGaN, LiAlO2, InN, GaP, Ge, InAs, AlAs, SiO2, Si, SiC, GaN, GaAs, 및 Al으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.
본 발명의 일 예로, 반도체층(130, 140, 150)은, 기판(110) 상에 형성되며, 제1 반도체층(130), 활성층(140) 및 제2 반도체층(150)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 반도체층(130)은, 와이드 밴드갭 반도체 화합물을 포함하고, 예를 들어, III-V계 반도체 화합물, II-VI계 반도체 화합물 또는 이 둘을 포함하는 N-형 반도체 화합물일 수 있다. 예를 들어, 상기 III-V계 반도체 화합물은, GaN, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb, AlGaN, AlGaP, AlGaAs, AlGaSb, InGaN, GaInP, GaInAs, GaInSb, AlInN, AlInP, AlInAs, AlInSb, AlGaInN, AlGaInP, AlGaInAs 및 AlGaInSb으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 II-VI계 반도체 화합물은, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, 및 CdTe으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
예를 들어, 활성층(140)은, 자외선 영역의 빛이 발생되는 영역이며, 단일 또는 다중 양자우물층을 포함할 수 있다. 활성층(140)은, III-V계 반도체 화합물을 포함하며, 예를 들어, GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb, AlGaN, AlGaP, AlGaAs, AlGaSb, InGaN, GaInP, GaInAs, GaInSb, AlInN, AlInP, AlInAs, AlInSb, AlGaInN, AlGaInP, AlGaInAs 및 AlGaInSb으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 상기 다중 양자구조는 AlN/AlGaN, AlN/GaN, AlN/InGaN, AlN/InN, AlN/AlGaInN, AlGaN/GaN, AlGaN/InGaN, AlGaN/AlGaInN, GaN/InGaN, GaN/InN, AlGaInN/InGaN, AlGaInN/InN, AlP/AlGaP, AlP/GaP, AlP/InGaP, AlP/InP, AlP/AlGaInP, AlGaP/GaP, 및 AlGaP/InGaP으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제2 반도체층(150)은, III-V계 반도체 화합물, II-VI계 반도체 화합물 또는 이 둘을 포함하는 p-형 반도체 화합물일 수 있다. 예를 들어, 상기 III-V계 반도체 화합물은, GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb, AlGaN, AlGaP, AlGaAs, AlGaSb, InGaN, GaInP, GaInAs, GaInSb, AlInN, AlInP, AlInAs, AlInSb, AlGaInN, AlGaInP, AlGaInAs 및 AlGaInSb으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 II-VI계 반도체 화합물은 ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, 및 CdTe으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 투명전극층(160)은, 반도체 화합물층(130, 140, 150)과 오믹컨택을 형성하는 것으로, 투명전극층(160)은, 활성층(140)에서 발광된 빛의 단파장 영역에 대한 고투과율을 나타내고, 가시광선 영역에 대한 높은 흡수율과 반사율을 제공하여, 고휘도의 자외선 발광소자를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 전극(170)은, 발광소자에 전류를 공급하여 전기구동을 가능하게 하는 것으로, 예를 들어, N형 전극(170a) 및 p형 전극(170b)을 포함할 수 있다. 예를 들어, n-형 금속 전극층(170a)은 Co, Ir, Ta, Cr, Mn, Mo, Tc, W, Re, Fe, Sc, Ti, Sn, Ge, Sb, Al, Pt, Ni, Au, ITO 및 ZnO 중 1종 또는 2종 이상의 혼합물로 이루어진, 단일층 또는 복수층으로 구성될 수 있다. 예를 들어, p-형 금속 전극층(170b)은 Co, Ir, Ta, Cr, Mn, Mo, Tc, W, Re, Fe, Sc, Ti, Sn, Ge, Sb, Al, Pt, Ni, Au, ITO 및 ZnO 중 1종 또는 2종 이상의 혼합물로 이루어진, 단일층 또는 복수층으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 버퍼층(120)은, 제1 반도체층(130)의 성장을 용이하게 하기 위한 것으로, 도핑되지 않은 반도체 화합물을 포함하고, 예를 들어, III-V계 반도체 화합물, II-VI계 반도체 화합물 또는 이 둘을 포함할 수 있고, 상기 반도체 화합물은 상기 언급한 바와 같다.
본 발명의 일 예로, 본 발명에 의한 자외선 발광소자는, 본 발명의 목적을 벗어나지 않는다면, 본 발명의 기술 분야에서 적용되는 자외선 발광소자의 구성을 더 포함할 수 있으며, 예를 들어, 투명전극층(160) 상에 전류확산층 등이 더 형성될 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.
하기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
실시예 1
사파이어 기판 상에 n-GnN/MQW이 형성된 반도체층을 제조하고, 상기 반도체층 상에 스퍼터링 가스(Ar), 온도(500 ℃), 및 압력(3 mTorr) 하에서 FTO-ITO(70 nm, FTO:ITO=1:1)/Ag(14 nm)/FTO-ITO(70 nm) 박막의 투명전극이 형성된 UV-LED를 제조하였다. 투명전극의 표면에 대한 SEM 이미지를 측정하여 도 4(a)에 나타내고, UV-spectrometer 장치를 이용하여 광투과도를 측정하여 도 5에 나타내었다.
실시예 2
FTO-ITO(50 nm, FTO:ITO=1:1)/Ag(14 nm)/FTO-ITO(50 nm, FTO:ITO=1:1) 박막의 투명전극을 형성한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 UV-LED를 제조하였다. 투명전극의 표면에 대한 SEM 이미지를 측정하여 도 4(b)에 나타내고, UV-spectrometer 장치를 이용하여 광투과도를 측정하여 도 5에 나타내었다.
실시예 3
FTO-ITO(50 nm, FTO:ITO=1:1)/Ag(14 nm)/FTO-ITO(50 nm, FTO:ITO=1:1) 박막의 투명전극을 실시예 2와 동일한 방법으로 UV-LED를 제조하였다. 상기 UV-LED 는 500 ℃ 온도에서 1분 동안 열처리하였다. 열처리 후의 투명전극의 표면에 대한 SEM 이미지를 측정하여 도 4(c)에 나타내고, UV-spectrometer 장치를 이용하여 광투과도를 측정하여 도 5 및 도 6에 나타내었다.
실시예 4
FTO(50 nm)/Ag(14 nm)/FTO(50 nm) 박막의 투명전극을 실시예 1과 동일한 방법으로 UV-LED를 제조하였다. 상기 UV-LED 는 500 ℃ 온도에서 1분 동안 열처리하였다. UV-spectrometer 장치를 이용하여 광투과도를 측정하여 도 6에 나타내었다.
비교예 1
ITO(50 nm)/Ag(14 nm)/ITO(50 nm) 박막의 투명전극을 형성한 것 외에는 실시예 3과 동일한 방법으로 UV-LED를 제조하고 열처리하였다. UV-spectrometer 장치를 이용하여 광투과도를 측정하여 도 6에 나타내었다.
도 4 내지 도 6을 살펴보면, 도 4 및 도 5에서 산화물층의 두께가 얇은 실시예 2의 투명전극은, 산화물층의 입자 그레인이 증가되고, 자외선 영역에 대한 투과도가 실시예 1에 비하여 증가된 것을 확인할 수 있다. 또한, 열처리된 투명전극(실시예 3)이, 월등하게 증가된 자외선 투과도를 나타내고 있으며, 이는 열처리 시 산화물층의 재결정화에 따른 안정화 및 산화물층의 그레인 증가에 따라 자외선 영역에 대한 투과도를 개선시킨 것으로 예측할 수 있다.
또한, 도 6을 살펴보면, 본 발명에 의한 FTO를 포함하는, 실시예 3 및 실시예 4는, 비교예 1의 ITO-OMO(oxide/metal/oxide) 구조의 투명전극에 비하여 360 nm 이하의 자외선 영역에서 월등하게 증가된 투과도를 제공하는 것을 확인할 수 있다. 이는, 본 발명에 의한 FTO를 포함하는 산화물층을 투명전극에 적용할 경우에, 기존에 사용된 ITO 기반 투명전극에 비하여 자외선 투과도를 개선시킬 수 있음을 보여주는 것이다.
본 발명에 의한 FTO를 포함하는 산화물층을 적용한 자외선 발광소자용 투명전극은, 단파장 자외선 영역에 대한 높은 투과도를 제공하고, 자외선 발광소자의 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 투명전극을 자외선 발광소자에 적용할 경우에, 수평형 또는 수직형 자외선 발광소자의 제조가 가능하여 기존의 플립칩 구조로 제조되는 자외선 발광소자에 비하여 제조단가를 낮출 수 있다.

Claims (6)

  1. 반도체층 상에 형성된 제1 산화물층; 상기 제1 산화물층 상에 형성된 금속층; 및 상기 금속층 상에 형성된 제2 산화물층; 을 포함하고,
    상기 제1 산화물층 및 제2 산화물층은, 각각 FTO-ITO 혼합층이며,
    상기 혼합층 중 FTO:ITO 몰비는 1:1에서 1:5까지 변화하고,
    360 nm 이하의 파장에서 광투과율이 85 % 이상인 것인,
    자외선 발광소자용 투명전극.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 산화물층 및 제2 산화물층은 각각, 10 nm에서 100 nm까지 두께를 갖는 것인 자외선 발광소자용 투명전극.
  4. 삭제
  5. 반도체층 상에 제1 산화물층을 형성하는 단계;
    상기 제1 산화물층 상에 금속층을 형성하는 단계; 및
    상기 금속층 상에 제2 산화물층을 형성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 제2 산화물층을 형성하는 단계 이후에 열처리하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 열처리하는 단계는, 200 ℃ 내지 800 ℃에서 수행하고,
    상기 제1 산화물층 및 제2 산화물층은, 각각 FTO-ITO 혼합층이며,
    상기 혼합층 중 FTO:ITO 몰비는 1:1에서 1:5까지 변화하고,
    360 nm 이하의 파장에서 광투과율이 85 % 이상인 것인,
    자외선 발광소자용 투명전극의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 혼합층을 형성하는 단계는 코스퍼터링으로 FTO 및 ITO를 동시에 형성하는 것인, 자외선 발광소자용 투명전극의 제조방법.
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