KR20160079214A - 초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극, 이를 구비한 광전소자 및 초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극의 형성방법 - Google Patents
초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극, 이를 구비한 광전소자 및 초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극의 형성방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 산화아연계 투명전극의 구조를 변경하여 전기적 특성을 크게 향상시킨 초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극에 관한 것으로, 산화아연계 투명 반도체층과 투명 절연체층을 교대로 적층한 초격자 구조인 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 산화아연계 투명 반도체층과 투명 절연체층을 교대로 적층한 초격자 구조를 구성함으로써, 종래의 산화인듐주석 투명전극에 비하여 재료비용을 줄이면서 종래의 산화아연계 투명전극에 비하여 전기적 특성이 향상된 투명전극을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 종래의 산화인듐주석 투명전극에 비하여 재료비용을 줄이면서 종래의 산화아연계 투명전극에 비하여 전기적 특성이 향상된 초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극을 광전소자에 적용함으로써, 산화인듐주석 투명전극 사용하는 경우에 비하여 광전소자의 제조비용을 낮추면서도 종래의 산화아연계 투명전극을 사용한 광전소자보다 효율이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은, 산화아연계 투명 반도체층과 투명 절연체층을 교대로 적층한 초격자 구조를 구성함으로써, 종래의 산화인듐주석 투명전극에 비하여 재료비용을 줄이면서 종래의 산화아연계 투명전극에 비하여 전기적 특성이 향상된 투명전극을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 종래의 산화인듐주석 투명전극에 비하여 재료비용을 줄이면서 종래의 산화아연계 투명전극에 비하여 전기적 특성이 향상된 초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극을 광전소자에 적용함으로써, 산화인듐주석 투명전극 사용하는 경우에 비하여 광전소자의 제조비용을 낮추면서도 종래의 산화아연계 투명전극을 사용한 광전소자보다 효율이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
Description
본 발명은 투명전극과 그 형성방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 전기적 특성이 향상된 초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극 및 그 형성방법에 관한 것이다.
최근 질화물계 LED 소자, 디스플레이 소자 및 태양전지 등에 있어서 빛을 투과하는 투명전극의 사용이 증가하고 있으며, 현재의 투명전극은 전도성과 투과율이 우수한 산화인듐주석(ITO, indium tin oxide)이 주로 사용되고 있다. 하지만, 전 세계적으로 인듐 금속의 수요가 증가할 뿐 아니라, 적은 매장량으로 인한 공급 부족 현상에 의해 인듐 금속의 가격이 매우 증가하고 있는 실정이다. 따라서 산화인듐주석 투명전극을 대체할 수 있는 새로운 투명 전도성 산화막 물질을 찾는 것이 중요한 이슈가 되고 있다.
지금까지의 많은 연구 결과로부터 산화인듐주석을 대체할 수 있는 물질 중의 하나인 산화아연(ZnO)이 주목을 받고 있다. 산화아연은 기존의 산화인듐주석과 유사한 전기적 특성 및 광학적 특성을 갖고 있을 뿐만 아니라, 특히, 질화물계 LED에 적용되었을 경우 질화물 반도체 물질과 산화아연과의 격자 불일치도가 적다는 장점이 존재하고 있다. 하지만 산화인듐주석에 비해 면저항이 상대적으로 높아서 전기적 특성이 부족한 단점이 있기 때문에, 높은 투과도를 유지한 상태에서 면저항을 낮출 수 있는 방법 및 구조에 대한 다양한 연구가 필요한 실정이다.
한편, 산화아연계 투명전극으로는 알루미늄이 도핑된 산화아연 (Al doped ZnO: AZO) 박막을 주로 사용하지만, AZO 박막은 플라즈마 안정성과 산소에 의한 전기적 물성 저하 문제가 있다. 또한, AZO 박막은 시간의 경과에 따라 물성이 변화되고 에칭 특성이 안 좋은 문제점이 있다.
이러한 산화아연계 투명전극의 단점을 해결하기 위하여, 이터븀을 도핑하거나 알루미늄과 갈륨을 동시에 도핑하는 기술이 개발되었고, 산화아연계 투명전극의 표면에 금속 나노입자를 증착하는 기술도 개발되었으나, 만족할만한 성과를 얻지 못하고 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 산화아연계 투명전극의 구조를 변경하여 전기적 특성을 크게 향상시킨 초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극 및 그 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극은, 산화아연계 투명 반도체층과 투명 절연체층을 교대로 적층한 초격자 구조인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 종래의 단일층 구조의 산화아연계 투명전극에 도핑 물질을 추가 또는 변경하거나 표면에 전도성 물질을 코팅하던 방식에서 벗어나 산화아연계 투명 반도체층과 투명 절연체층을 교대로 2회 이상 적층하여 초격자 구조를 구성하는 방법으로 전기적 특성이 향상된 새로운 구조의 산화아연계 투명전극을 제공한다.
이때, 산화아연계 투명 반도체층이 ZnO 또는 금속이 도핑된 ZnO 재질인 것이 좋으며, 도핑된 ZnO에는 Al, Ga 및 In 중에서 선택된 하나 이상이 5% 미만으로 도핑된 것이 바람직하다.
그리고 투명 절연체층으로는 절연 산화막 재질이 다양하게 사용될 수 있으나, 특히 Al2O3 또는 Ga2O3 재질을 사용하는 것이 바람직하다.
투명 절연체층의 재질과 산화아연계 투명 반도체층의 재질에 따라서 최적의 두께에서는 차이가 있지만, 투명 절연체층의 두께는 1nm 내지 15nm 범위이고 바람직하게는 3nm 내지 8nm 범위인 것이 좋으며, 산화아연계 투명 반도체층의 두께가 3nm 내지 20nm 범위 인 것이 좋다.
투명 절연체층의 두께가 너무 얇으면 초격자 구조 형성에 의한 전기적 특성의 향상 효과가 적어지고, 너무 두꺼운 경우에도 전기적 특성이 저하된다. 투명 절연층의 과도한 두께에 의해서 전기적 특성이 저하되는 것은 초격자 구조의 계면 사이에 음의 전자를 형성하는 점결함이 생성되는 영향과 두 층 사이의 계면에서 응력에 의한 전하가 생성되기 때문인 것으로 여겨진다.
산화아연계 투명 반도체층의 두께가 너무 얇으면 전기적 특성이 낮아지고, 두께가 너무 두꺼운 경우 투명 절연체층과의 비율 차이로 인하여 초격자 구조에 따른 전기적 특성의 상승률이 적어지는 단점이 있다.
또한, 본 발명의 산화아연계 투명전극은 산화아연계 투명 반도체층과 투명 절연체층이 교대로 적층되는 횟수가 2회 이상인 경우에 초격자 구조에 의한 충분한 전기적 특성의 향상효과를 얻을 수 있었고, 이에 따른 산화아연계 투명전극의 총 두께는 15nm 이상인 것이 좋다. 산화아연계 투명 반도체층과 투명 절연체층이 적층되는 횟수와 산화아연 투명전극 총 두께의 상한선은 특별히 제한되지 않지만, 너무 과도한 경우 증착공정의 반복 횟수가 증가하므로 적절한 횟수와 두께를 선택하는 것이 바람직하다.
한편, 광전소자에 사용되는 투명전극은 상부 표면과 하부 표면에 직접 접촉하여 전기를 통과시키는 구조일 수 있으며, 이때에는 투명전극의 최하층과 최상층이 산화아연계 투명 반도체층이 되도록 구성하여야 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 형태에 의한 광전소자는, 앞서 설명한 구조 중 하나의 초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극을 구비하는 것을 특징으로 한다. 발광다이오드, 태양전지, 광센서, 바이오센서, 나노발전기 등 전기를 빛으로 바꾸거나 빛을 전기로 바꾸는 광전소자(optoelectronic device)들은 빛이 투과하는 부분에 투명전극을 사용한다. 이들 광전소자들에 앞서 설명한 초격자 구조의 산화아연계 투명전극을 사용하는 경우에 종래의 산화인듐주석에 비하여 재료비가 저렴하면서도 종래의 산화아연계 투명전극에 비하여 전기적 특성이 향상된 투명전극으로 인하여 소자의 효율이 높아지는 효과가 있다.
이때, 광전소자는 디스플레이, 광검출기, 발광 소자 및 태양전지 중 하나일 수 있다. 발광 소자로는 Si, Ge을 포함한 4족 반도체와 질화물계를 포함한 3-5족 화합물 반도체 및 2-6족 화합물 반도체 중 하나를 기반으로 하는 LED 소자일 수 있으며, 특히 산화아연과의 격자 불일치도가 적은 질화물계 LED 소자일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 형태에 의한 초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극의 형성방법은, 산화아연계 투명 반도체층을 증착하는 단계와 투명 절연체층을 증착하는 단계를 반복하여, 산화아연계 투명 반도체층과 투명 절연체층을 교대로 적층한 초격자 구조를 형성하는 것을 특징으로 한다.
이때, 산화아연계 투명 반도체층을 증착하는 단계와 투명 절연체층을 증착하는 단계가 스퍼터링법, PECVD법, 원자층 증착법 등의 진공 증착법이나 화학합성법 중 어느 하나의 방법으로 수행되는 것이 가능하다. 바람직하게는, 얇은 두께를 제어하기 위한 원자층 증착법 등의 진공증착법이 유리할 것이다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 산화아연계 투명 반도체층과 투명 절연체층을 교대로 적층한 초격자 구조를 구성함으로써, 종래의 산화인듐주석 투명전극에 비하여 재료비용을 줄이면서 종래의 산화아연계 투명전극에 비하여 전기적 특성이 향상된 투명전극을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 종래의 산화인듐주석 투명전극에 비하여 재료비용을 줄이면서 종래의 산화아연계 투명전극에 비하여 전기적 특성이 향상된 초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극을 광전소자에 적용함으로써, 산화인듐주석 투명전극 사용하는 경우에 비하여 광전소자의 제조비용을 낮추면서도 종래의 산화아연계 투명전극을 사용한 광전소자보다 효율이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 첫 번째 실시예에 따른 산화아연계 투명전극의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 첫 번째 실시예에 따른 산화아연계 투명전극 및 비교예의 투명전극에 대하여 캐리어 농도를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 두 번째 실시예에 따른 산화아연계 투명전극의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 두 번째 실시예에 따른 산화아연계 투명전극 및 비교예의 투명전극에 대하여 캐리어 농도를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 세 번째 실시예에 따른 산화아연계 투명전극의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 세 번째 실시예에 따른 산화아연계 투명전극 및 비교예의 투명전극에 대하여 캐리어 농도를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 산화아연계 투명전극을 구비한 LED 소자와 비교예의 투명전극을 구비한 LED 소자에 대한 미분 발광 세기 변화를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 첫 번째 실시예에 따른 산화아연계 투명전극 및 비교예의 투명전극에 대하여 캐리어 농도를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 두 번째 실시예에 따른 산화아연계 투명전극의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 두 번째 실시예에 따른 산화아연계 투명전극 및 비교예의 투명전극에 대하여 캐리어 농도를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 세 번째 실시예에 따른 산화아연계 투명전극의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 세 번째 실시예에 따른 산화아연계 투명전극 및 비교예의 투명전극에 대하여 캐리어 농도를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 산화아연계 투명전극을 구비한 LED 소자와 비교예의 투명전극을 구비한 LED 소자에 대한 미분 발광 세기 변화를 나타내는 그래프이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 첫 번째 실시예에 따른 산화아연계 투명전극의 구조를 나타내는 모식도이다.
첫 번째 실시예는 ZnO층과 Al2O3층이 교대로 증착된 초격자 구조의 박막을 투명전극으로서 구성한다.
이를 위하여, 원자층 증착법을 이용하여 사파이어 기판의 표면에 먼저 ZnO층을 증착하고, 그 위 Al2O3층을 증착한 뒤에 다시 ZnO층을 증착하여, ZnO층과 Al2O3층이 교대로 증착된 초격자 구조의 박막을 형성한다.
첫 번째 실시예에서는 ZnO층의 두께는 10nm로 고정한 상태에서 Al2O3의 두께를 2.5nm와 5nm 및 10nm로 변경함으로써 동일한 총 두께 100nm 내에 적층된 횟수를 변경하였다. 또한, 본 실시예와의 비교를 위하여 100nm 두께의 단일층으로 구성된 ZnO 투명전극을 형성하였다.
도 2는 본 발명의 첫 번째 실시예에 따른 산화아연계 투명전극 및 비교예의 투명전극에 대하여 캐리어 농도를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
우선, 비교예의 단일층으로 구성된 ZnO 투명전극의 경우는 캐리어 농도가 3.2×1019/cm3에 불과하지만, 본 실시예와 같이 ZnO층과 Al2O3층을 교대로 적층하여 초격자 구조를 형성하는 경우에는 캐리어 농도가 상승하였다. 특히, Al2O3층의 두께가 5nm인 경우에는 캐리어 농도가 6.2×1019/cm3을 나타내어 비교예에 비하여 약 2배정도 증가한 결과를 나타내었다. 한편, Al2O3층의 두께에 따라서 캐리어 농도가 변화하였으며, 처음에 Al2O3의 두께가 두꺼워질수록 캐리어 농도가 증가하다가 이후에는 두께가 두꺼워질수록 캐리어 농도가 감소하는 경향을 나타내었다.
도 3은 본 발명의 두 번째 실시예에 따른 산화아연계 투명전극의 구조를 나타내는 모식도이다.
두 번째 실시예는 Al이 3% 도핑된 ZnO층(이하 AZO층)과 Al2O3층이 교대로 증착된 초격자 구조의 박막을 투명전극으로서 구성한다.
이를 위하여, 원자층 증착법을 이용하여 사파이어 기판의 표면에 먼저 AZO층을 증착하고, 그 위 Al2O3층을 증착한 뒤에 다시 AZO층을 증착하여, AZO층과 Al2O3층이 교대로 증착된 초격자 구조의 박막을 형성한다.
두 번째 실시예에서는 Al2O3층의 두께는 5nm로 고정한 상태에서 AZO의 두께를 5nm와 10nm 및 15nm로 변경함으로써 동일한 총 두께 100nm 내에 적층된 횟수를 변경하였다. 또한, 비교를 위하여 100nm 두께의 단일층으로 구성된 ZnO 투명전극을 형성하였다.
도 4는 본 발명의 두 번째 실시예에 따른 산화아연계 투명전극 및 비교예의 투명전극에 대하여 캐리어 농도를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
비교예의 단일층으로 구성된 ZnO 투명전극에 비하여, 본 실시예와 같이 AZO층과 Al2O3층을 교대로 적층하여 초격자 구조를 형성하는 경우에는 캐리어 농도가 상승하였다. 특히, AZO층의 두께가 두꺼워질수록 캐리어 농도가 증가하는 경향을 보여, AZO층의 두께가 15nm인 경우에는 캐리어 농도가 1.2×1020/cm3을 나타내어 매우 높은 결과를 나타내었다. 한편, AZO의 두께가 두꺼워질수록 캐리어 농도가 지속적으로 증가하였으나, AZO층의 두께가 10nm 이상이 되는 경우에는 증가세가 감소하였다.
도 5는 본 발명의 세 번째 실시예에 따른 산화아연계 투명전극의 구조를 나타내는 모식도이다.
세 번째 실시예는 Ga이 3% 도핑된 ZnO층(이하 GZO층)과 Al2O3층이 교대로 증착된 초격자 구조의 박막을 투명전극으로서 구성한다.
이를 위하여, 원자층 증착법을 이용하여 사파이어 기판의 표면에 먼저 GZO층을 증착하고, 그 위 Al2O3층을 증착한 뒤에 다시 GZO층을 증착하여, GZO층과 Al2O3층이 교대로 증착된 초격자 구조의 박막을 형성한다.
세 번째 실시예에서는 GZO층의 두께는 5nm로 고정한 상태에서 Al2O3층의 두께를 1nm, 2nm, 3.5nm, 5nm, 6.5nm 및 8nm로 변경함으로써 동일한 총 두께 100nm 내에 적층된 횟수를 변경하였다. 또한, 비교를 위하여 100nm 두께의 단일층으로 구성된 ZnO 투명전극과 GZO 투명전극을 형성하였다.
도 6은 본 발명의 세 번째 실시예에 따른 산화아연계 투명전극 및 비교예의 투명전극에 대하여 캐리어 농도를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
비교예의 단일층으로 구성된 ZnO 투명전극과 GZO 투명전극의 캐리어 농도는 3.2×1019/cm3과 5.0×1019/cm3을 나타내는 반면에, 본 실시예와 같이 GZO층과 Al2O3층을 교대로 적층하여 초격자 구조를 형성하는 경우에는 Al2O3층의 두께가 1nm에서 3.5nm인 범위에서 캐리어 농도가 상승하여 Al2O3층의 두께가 3.5nm인 경우에 2.25×1020/cm3의 매우 높은 값을 나타내었다. 다만, Al2O3층의 두께가 3.5nm에서 5nm로 증가한때 부터는 캐리어 농도가 감소하였으며, Al2O3층의 두께가 6.5nm와 8nm인 경우에는 단일층의 GZO 투명전극과 유사한 범위까지 감소하였다.
이상의 결과에서 본 발명에 따라서 산화아연계 투명 반도체층과 투명 절연체층을 교대로 적층한 초격자 구조의 투명전극은 단일층으로 구성된 산화아연계 투명전극에 비하여 면저항이 감소된 투명전극으로 기능할 수 있음을 알 수 있다.
다음으로 앞서 설명한 첫 번째 실시예 중에서 ZnO층의 두께가 10nm이고 Al2O3층의 두께가 5nm이며 총 두께가 100nm인 산화아연계 투명전극을 질화물계 LED 소자에 적용한 뒤에 발광특성을 조사하였다. 비교를 위하여 단일층의 ZnO로 구성된 투명전극을 동일한 질화물계 LED 소자에 적용하였다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 산화아연계 투명전극을 구비한 LED 소자와 비교예의 투명전극을 구비한 LED 소자에 대한 미분 발광 세기 변화를 나타내는 그래프이다.
비교예의 ZnO 단일층 투명전극을 사용한 LED는 전류 주입 증가에 따라서 미분 발광세기가 급격히 감소하였으며, 이는 ZnO 단일층 투명전극은 낮은 전기 전도도로 인하여 전류퍼짐 효과가 적게 나타나기 때문이다.
반면에, 초격자 구조의 산화아연계 투명전극을 구비한 LED는 높은 전류가 인가된 경우에는 미분 발광세기의 감소가 나타나지 않았다. 이는 초격자 구조에 의해서 전기적 특성이 향상됨으로써 전류 퍼짐 효과가 향상되었기 때문으로 여겨진다.
이상의 결과로부터, 본 발명에 따른 초격자 구조의 산화아연 투명전극은 자체의 전기적 특성이 향상되며, 결국 이를 적용한 소자의 특성도 향상시키는 것을 알 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (16)
- 산화아연계 투명 반도체층과 투명 절연체층을 교대로 적층한 초격자 구조인 것을 특징으로 하는 초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극.
- 청구항 1에 있어서,
상기 산화아연계 투명 반도체층이 ZnO 또는 금속이 도핑된 ZnO 재질인 것을 특징으로 하는 초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극.
- 청구항 2에 있어서,
상기 도핑된 ZnO은 Al, Ga 및 In 중에서 선택된 하나 이상이 도핑된 것을 특징으로 하는 초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극.
- 청구항 3에 있어서,
상기 금속의 도핑량이 5% 미만인 것을 특징으로 하는 초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극.
- 청구항 1에 있어서,
상기 투명 절연체층이 Al2O3, Ga2O3를 포함하는 절연산화물 군에서 선택되는 어느 하나의 재질인 것을 특징으로 하는 초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극.
- 청구항 1에 있어서,
상기 투명 절연체층의 두께가 1nm 내지 15nm 범위인 것을 특징으로 하는 초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극.
- 청구항 1에 있어서,
상기 투명 절연체층의 두께가 3nm 내지 8nm 범위인 것을 특징으로 하는 초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극.
- 청구항 1에 있어서,
상기 산화아연계 투명 반도체층의 두께가 3nm 내지 20nm 범위 인 것을 특징으로 하는 초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극.
- 청구항 1에 있어서,
상기 산화아연계 투명 반도체층과 상기 투명 절연체층이 교대로 적층되는 횟수가 2회 이상인 것을 특징으로 하는 초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극.
- 청구항 1에 있어서,
상기 투명전극의 총 두께가 15nm 이상 인 것을 특징으로 하는 초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극.
- 청구항 1에 있어서,
상기 투명전극의 최하층과 최상층이 산화아연계 투명 반도체층인 것을 특징으로 하는 초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극.
- 청구항 1 내지 청구항 11 중 하나의 초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극을 구비한 것을 특징으로 하는 광전소자.
- 청구항 12에 있어서,
상기 광전소자가 디스플레이, 광검출기, 발광 소자 및 태양전지 중 하나인 것을 특징으로 하는 광전소자.
- 청구항 13에 있어서,
상기 발광 소자가 Si, Ge을 포함한 4족 반도체와 질화물계를 포함한 3-5족 화합물 반도체 및 2-6족 화합물 반도체 중 하나를 기반으로 하는 LED 소자인 것을 특징으로 하는 광전소자.
- 산화아연계 투명 반도체층을 증착하는 단계와 투명 절연체층을 증착하는 단계를 반복하여, 산화아연계 투명 반도체층과 투명 절연체층을 교대로 적층한 초격자 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극의 형성방법.
- 청구항 15에 있어서,
상기 산화아연계 투명 반도체층을 증착하는 단계와 상기 투명 절연체층을 증착하는 단계가 스퍼터링법, PECVD법, 원자층 증착법을 포함하는 진공증착법 중에서 선택된 어느 하나의 방법 또는 화학합성법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극의 형성방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020140190223A KR20160079214A (ko) | 2014-12-26 | 2014-12-26 | 초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극, 이를 구비한 광전소자 및 초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극의 형성방법 |
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| KR1020140190223A KR20160079214A (ko) | 2014-12-26 | 2014-12-26 | 초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극, 이를 구비한 광전소자 및 초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극의 형성방법 |
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ID=56502203
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| KR1020140190223A KR20160079214A (ko) | 2014-12-26 | 2014-12-26 | 초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극, 이를 구비한 광전소자 및 초격자 구조를 적용한 산화아연계 투명전극의 형성방법 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180080833A (ko) * | 2017-01-05 | 2018-07-13 | 동국대학교 산학협력단 | 원통형 형상을 가지는 단일의 섬유 가닥에 형성된 자외선 센서 |
| KR20190056693A (ko) * | 2017-11-17 | 2019-05-27 | 한국과학기술원 | 투명 플렉시블 전극 구조체 및 그 제조방법 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100682741B1 (ko) | 2005-06-17 | 2007-02-15 | 한국과학기술연구원 | 산화 아연 계 투명 전도성 산화물 박막의 제조 방법 |
| KR101117797B1 (ko) | 2009-04-24 | 2012-03-09 | (주)석경에이티 | 이터븀이 함유된 산화아연을 함유하는 투명전도성 복합체의 제조방법, 투명전도성 조성물, 이를 포함하는 코팅필름, 및 광학소자 |
| KR101257035B1 (ko) | 2011-04-21 | 2013-04-19 | 삼성코닝정밀소재 주식회사 | 산화아연계 투명 전도성 산화막 제조방법 및 이에 의해 제조되는 산화아연계 투명 전도성 산화막 |
-
2014
- 2014-12-26 KR KR1020140190223A patent/KR20160079214A/ko active Search and Examination
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100682741B1 (ko) | 2005-06-17 | 2007-02-15 | 한국과학기술연구원 | 산화 아연 계 투명 전도성 산화물 박막의 제조 방법 |
| KR101117797B1 (ko) | 2009-04-24 | 2012-03-09 | (주)석경에이티 | 이터븀이 함유된 산화아연을 함유하는 투명전도성 복합체의 제조방법, 투명전도성 조성물, 이를 포함하는 코팅필름, 및 광학소자 |
| KR101257035B1 (ko) | 2011-04-21 | 2013-04-19 | 삼성코닝정밀소재 주식회사 | 산화아연계 투명 전도성 산화막 제조방법 및 이에 의해 제조되는 산화아연계 투명 전도성 산화막 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180080833A (ko) * | 2017-01-05 | 2018-07-13 | 동국대학교 산학협력단 | 원통형 형상을 가지는 단일의 섬유 가닥에 형성된 자외선 센서 |
| KR20190056693A (ko) * | 2017-11-17 | 2019-05-27 | 한국과학기술원 | 투명 플렉시블 전극 구조체 및 그 제조방법 |
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