KR20090032366A - 은계를 투명전극으로 하는 자외선 발광소자 - Google Patents

Abstract

자외선 발광소자의 투명전극을 Ni/Au 또는 ITO 막 대신에 은 (Ag) 을 포함하는 물질로 함으로써, 높은 광투과성 및 높은 휘도를 갖는 자외선 발광소자를 얻을 수 있다. 기판, 상기 기판 위에 차례로 형성되는 n-GaN 계 반도체층, 활성층, p-GaN 계 반도체층, 투명전극을 포함하는 자외선 발광소자로서, 상기 투명전극은 은 (Ag) 으로 이루어지는 물질인, 자외선 발광소자가 제공된다.

자외선 발광소자, 투명전극, 은 (Ag)

Description

은계를 투명전극으로 하는 자외선 발광소자 {Ag SERIES TRANSPARENT METAL FOR UV LIGHT EMITTING DIODE}

도 1 은 Ni/Au 와 ITO 의 광 투과도를 나타내는 그래프.

도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 자외선 발광소자의 구조를 나타내는 단면도.

도 3 은 Ag 의 반사율과 감광계수를 나타내는 그래프.

도 4 는 Ag, N/Au, ITO 의 광 투과도를 나타내는 그래프.

*도면의 주요부분에 대한 설명*

21 : 기판 22 : n-GaN 계 반도체층

23 : 활성층 24 : p-GaN 계 반도체층

25 : 투명전극

본 발명은 자외선 발광소자에 관한 것으로, 구체적으로는 질화갈륨계 반도체 자외선 발광소자 제조에 사용되는 투명전극을 은 (Ag) 을 포함하는 물질로 함으 로써 p-GaN 과 투명전극 간의 오믹 접촉을 형성함과 동시에 향상된 투과율을 갖는 자외선 발광소자에 관한 것이다.

p-GaN 계 반도체 발광소자 중, 가시광선 영역의 발광소자에는 투명전극으로서 Ni/Au 를 사용하였었다. p-GaN 계 반도체 층 상에 Ni/Au 을 얇게 증착하여 열처리하여 줌으로써 투명 전극과 p-GaN 계 반도체 층 사이의 오믹접촉을 형성함과 동시에 광선의 투과율에서 어느 정도의 효과를 볼 수 있었다. 그러나, Ni/Au 전극은 금속이므로, 전극의 두께를 두껍게 할 시에는 전류 확산은 활발해지나 빛의 투과율은 낮아지고, 반대로 전극의 두께가 얇을 시에는 빛의 투과율은 높으나 전류 확산이 잘 이루어지지 않는 문제가 있다.

이러한 점 때문에, 가시광선 영역의 발광소자에 사용되는 투명전극으로써 투명 전도성 산화물인 ITO (Indium Tin Oxide) 또는 ZnO (Zinc oxide) 등의 물질을 사용하는 기술이 개발되었다. 도 1 의 그래프에 도시된 바와 같이, Ni/Au 를 얇게 증착한 경우에는, 가시광 영역인 470 nm 부근의 파장에서 70% 정도의 투과율을 보이는 반면, ITO 는 86% 정도의 투과율을 보인다. 따라서, 이러한 투명 전도성 산화물질의 개발로 발광소자의 휘도를 상승시킬 수 있었고, 뛰어난 광 투과도를 갖는 가시광선 발광소자의 제작이 가능할 수 있었다.

이와 마찬가지로, 자외선 발광소자를 개발하는데 있어서도, 투명전극으로서 Ni/Au 또는 ITO 막을 사용하였다. 그러나, 도 1 에 도시된 바와 같이, Ni/Au 또는 ITO 막 모두 자외선 영역에서 50% 에 미치지 못하는 광 투과율을 보여, 원하는 수준의 투과도를 갖는 자외선 발광소자를 제작할 수 없었으며, Ni/Au 막을 ITO 막으 로 대체하더라도 그 차이가 미미하여 휘도가 향상된 자외선 발광소자를 얻을 수 없는 문제가 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 자외선 발광소자의 투명 전극을 은 (Ag) 을 포함하는 물질로 함으로써, p-GaN 계 반도체층과의 오믹 접촉이 형성됨과 동시에 뛰어난 투과도를 갖는 자외선 발광소자를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 자외선 발광소자의 투명 전극의 제조에 있어서, 투명전극을 은 (Ag) 을 포함하는 물질로 함으로써, 뛰어난 광 투과도를 갖는 자외선 발광소자의 제조 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 기판, 상기 기판 위에 차례로 형성되는 n-GaN 계 반도체층, 활성층, p-GaN 계 반도체층, 투명전극을 포함하는 자외선 발광소자로서, 상기 투명전극은 은 (Ag) 으로 이루어지는 물질인, 자외선 발광소자가 제공된다.

바람직하게는, 상기 투명전극의 두께는 0.1 내지 50 nm 이다.

한편, 상기 은 (Ag) 으로 이루어지는 물질은, 은 (Ag) 단일막 또는 은 (Ag) 을 포함하는 합금일 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 기판, n-GaN 계 반도체층, 활성층, p-GaN 계 반도체층을 차례로 적층하는 단계, 및 상기 p-GaN 계 반도체층 상에 은 (Ag) 으로 이루어지는 투명전극을 증착시키는 단계를 포함하는, 자외선 발광소자의 제조 방법이 제공된다.

바람직하게는, 상기 투명전극을 증착시키는 단계는, e-빔 (e-beam) 증착법 또는 스퍼터링 증착법을 이용하여 이루어진다.

바람직하게는, 상기 투명전극은 0.1 내지 50 nm 두께로 증착된다.

바람직하게는, 상기 은 (Ag) 으로 이루어지는 물질은, 은 (Ag) 단일막 또는 은 (Ag) 을 포함하는 합금이다.

이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태를 구체적으로 설명한다.

도 2 에 도시되는 바와 같이, 본 발명에 따른 자외선 발광소자는, 기판 (21), 기판 (21) 상에 형성되는 n-GaN 계 반도체층 (22), n 형 반도체층 상에 적층되는 활성층 (23), 활성층 (23) 상에 형성되는 p-GaN 계 반도체층 (24), p-GaN 계 반도체층 (24) 상에 증착되는 은 (Ag) 또는 은 합금으로 이루어진 투명전극 (25), 투명전극 (25)의 일측 상부에 형성되는 p 형 금속 전극 (26), 및 n-GaN 계 반도체층 (22)의 타측 상에 형성되는 n 형 금속전극 (27) 으로 이루어져 있다.

이렇게 본 발명에 따른 자외선 발광소자는, p-GaN 계 반도체층 (24) 상에 형성되는 투명전극 (25) 으로서 은 (Ag) 또는 은 합금으로 이루어진 물질을 사용하고, 그 두께는 약 0.1 내지 50 nm 정도의 얇은 두께로 하며, 이러한 투명전극 (25) 은 e-빔 (e-beam) 또는 스퍼터링에 의해 증착될 수 있다.

도 3 의 그래프에 도시되는 바와 같이, 자외선 (350~410nm) 영역에서 은 (Ag) 은 약 1.3~2.0 정도의 낮은 감광계수와, 낮은 광 반사율 특성을 보인다. 이러한 특성을 보이는 은 (Ag) 또는 은 합금을 자외선 발광소자의 투명전극에 적용시킴으로써 자외선을 내는 단파장 다이오드 등의 구현에 필요한 높은 광 투과성을 얻을 수 있다.

실제로 도 4 는 은 (Ag) 을 5nm, 10nm, 20nm 의 두께로 증착하여 광 투과도를 측정한 결과이다. 이 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, Ni/Au 층은 380nm 부근의 자외선 영역에서 약 30% 정도의 투과율을 보이고, 전도성 산화물인 ITO (Indium Tin Oxide) 층은 380nm 부근에서 40% 정도의 투과율을 보여, Ni/Au 층 및 ITO 층 모두 50% 를 넘지 못하는 광투과도를 보이는 반면, 얇은 두께로 증착된 은 (Ag) 은 380nm 부근에서 47% 의 투과율을 보이는 것을 알 수 있다. 따라서, 이러한 은 (Ag) 또는 은 합금의 사용으로 자외선 영역에서 광 투과성이 향상된 자외선 발광소자를 얻을 수 있게 된다.

한편, 낮은 접촉저항 (Contact Resistance) 을 갖고 p-GaN 계 반도체 층과 오믹 접촉을 형성하기 위해서는, 전류가 접촉층의 전면에 걸쳐 균일하게 분포하도록 10 S/cm 이상의 전기 전도도를 가져야 하고, 발광 소자에 인가되는 전압을 낮추고 발광소자의 수명을 향상시키기 위해서 10-4Ω㎠ 이하의 접촉저항을 가져야 하는데 이를 위해서는 1018/㎤ 이상의 정공을 함유하고 있어야 하며, 빛이 흡수 혹은 반사되지 않고 투과되어야 하므로 자외선 영역에서 높은 광 투과도를 가져야 하고, p-GaN 과 반응하지 않는 물질이어야 한다. 은 (Ag) 은 6.17×10⁵ S/cm 의 높은 전기 전도도를 갖고, p-GaN 과의 접촉저항이 낮고 서로 반응하지 않으며, 전술한 바와 같이 자외선 영역에서 높은 광 투과도를 갖으므로 p-GaN 계 반도체층과의 오믹 접촉을 형성할 수 있다.

따라서, 자외선 발광소자의 투명전극을 은 (Ag) 또는 은 합금으로 하면, p-GaN 계 반도체층과의 오믹 접촉을 형성할 수 있고, 광 투과성을 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 자외선 발광소자의 휘도를 향상시킬 수 있다.

다음으로 도 2 를 참조하여 본 발명에 따른 자외선 발광소자의 제조 방법을 설명한다.

먼저, 기판 (21), n-GaN 계 반도체층 (22), 활성층 (23), p-GaN 계 반도체층 (24) 을 순차적으로 적층시킨다. 그 후, e-빔 또는 스퍼터링 방법을 이용하여 p-GaN 계 반도체층 (24) 상에 은 (Ag) 또는 은 합금으로 된 투명전극 (25) 을 일정한 두께로 증착하고, 이를 열처리하여 투명전극 (25) 과 p-GaN 계 반도체층 (24) 간의 접촉 저항 특성을 향상시킨다. 다음으로, p 형 전극과 n 형 전극을 증착하여 자외선 발광소자를 형성한다. 이 때, 은 (Ag) 또는 은 합금으로 이루어지는 투명 전극 (25) 은 0.1 내지 50 nm 의 얇은 두께로 형성된다.

이렇게 자외선 발광 소자의 투명 전극으로 일반적으로 사용되는 ITO 대신 은 (Ag) 또는 은 합금을 사용함으로써 p-GaN 계 반도체층 (24) 과의 오믹 접촉을 형성시킬 수 있고, 자외선 발광 소자의 광 투과도를 향상시킬 수 있다. 또한, 이에 따 라 높은 휘도를 갖는 자외선 발광 소자를 얻을 수 있게 된다.

이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 범위에 속한다. 또한, 본 명세서에서 설명한 각 구성요소의 물질은 당업자가 공지된 다양한 물질로부터 용이하게 선택하여 대체할 수 있다. 또한 당업자는 본 명세서에서 설명된 구성요소 중 일부를 성능의 열화 없이 생략하거나 성능을 개선하기 위해 구성요소를 추가할 수 있다. 뿐만 아니라, 당업자는 공정 환경이나 장비에 따라 본 명세서에서 설명한 방법 단계의 순서를 변경할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시형태가 아니라 특허청구범위 및 그 균등물에 의해 결정되어야 한다.

본 발명에 따르면, 자외선 발광소자의 투명 전극과 p-GaN 계 반도체층 간의 오믹 접촉을 형성시킬 수 있음과 동시에, 자외선 발광소자의 광투과성 및 휘도를 향상시킬 수 있다.

Claims (7)

1. 기판, 상기 기판 위에 차례로 형성되는 n-GaN 계 반도체층, 활성층, p-GaN 계 반도체층, 투명전극을 포함하는 자외선 발광소자로서,

   상기 투명전극은 은 (Ag) 으로 이루어지는 물질인, 자외선 발광소자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 투명전극의 두께는 0.1 내지 50 nm 인, 자외선 발광소자.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 은 (Ag) 으로 이루어지는 물질은, 은 (Ag) 단일막 또는 은 (Ag) 을 포함하는 합금인, 자외선 발광소자.
4. 기판, n-GaN 계 반도체층, 활성층, p-GaN 계 반도체층을 차례로 적층하는 단계; 및

   상기 p-GaN 계 반도체층 상에 은 (Ag) 으로 이루어지는 투명전극을 증착시키는 단계를 포함하는, 자외선 발광소자의 제조 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 투명전극을 증착시키는 단계는, e-빔 (e-beam) 증착법 또는 스퍼터링 증착법을 이용하여 이루어지는, 자외선 발광소자의 제조 방법.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 투명전극은 0.1 내지 50 nm 두께로 증착되는, 자외선 발광소자의 제조 방법.
7. 제 4 항에 있어서,

   상기 은 (Ag) 으로 이루어지는 물질은, 은 (Ag) 단일막 또는 은 (Ag) 을 포함하는 합금인, 자외선 발광소자의 제조 방법.

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