KR20200105321A - High Transmittance Ultraviolet Transparent Electrode and Fabricating Method Thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판상에 하부 산화갈륨층을 형성하는 하부 산화갈륨층 형성단계, 상기 하부 산화갈륨층에 금속 중간층을 형성하는 금속 중간층 형성단계, 상기 금속 중간층에 상부 산화갈륨층을 형성하는 상부 산화갈륨층 형성단계 및 상기 상부 산화갈륨층을 열처리하는 열처리 단계를 포함하는 고 투과성 자외선 투명전극의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 산화갈륨층과 금속 중간층으로 이루어진 다층구조의 투명전극을 형성함으로써, 400nm 미만의 자외선 LED 등에 적용되어 우수한 전기적 특성과 투과도를 나타낼 수 있는 효과가 있다.The present invention provides a lower gallium oxide layer forming step of forming a lower gallium oxide layer on a substrate, a metal intermediate layer forming step of forming a metal intermediate layer on the lower gallium oxide layer, and an upper gallium oxide forming an upper gallium oxide layer on the metal intermediate layer. It relates to a method of manufacturing a highly transparent ultraviolet transparent electrode comprising a layer forming step and a heat treatment step of heat-treating the upper gallium oxide layer.
According to the present invention, by forming a transparent electrode having a multilayer structure consisting of a gallium oxide layer and a metal intermediate layer, it is applied to an ultraviolet LED of less than 400 nm and has an effect of exhibiting excellent electrical characteristics and transmittance.
Description
본 발명은 고 투과성 자외선 투명전극 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산화갈륨층과 금속 중간층으로 이루어진 다층구조의 투명전극을 형성함으로써, 400nm 미만의 자외선 LED 등에 적용되어 우수한 전기적 특성과 투과도를 나타낼 수 있는 고 투과성 자외선 투명전극 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high transmittance ultraviolet transparent electrode and a method of manufacturing the same, and more particularly, by forming a multi-layered transparent electrode consisting of a gallium oxide layer and a metal intermediate layer, it is applied to ultraviolet LEDs of less than 400 nm and has excellent electrical properties and transmittance. It relates to a high transmittance ultraviolet transparent electrode capable of representing and a method of manufacturing the same.
UV-LED (UV-Light Emitting Diode)란 자외선 영역의 광을 방출하는 발광 다이오드로서, 산업용 경화, 위폐감별, 살균, 의료용, 공기 정화, 정수 및 살균 등과 같은 다양한 용도로 사용된다. 투명 전극이란, 기판 상에 투명한 도전성 패턴을 형성한 전극으로서, 디스플레이, 트랜지스터, 터치패널, 태양전지 등의 다양한 분야에 유용하게 활용되고 있는 전자소자이다.UV-LED (UV-Light Emitting Diode) is a light emitting diode that emits light in the ultraviolet region and is used for various purposes such as industrial curing, counterfeit detection, sterilization, medical use, air purification, water purification and sterilization. A transparent electrode is an electrode in which a transparent conductive pattern is formed on a substrate, and is an electronic device that is usefully used in various fields such as displays, transistors, touch panels, and solar cells.
UV-LED는 파장 영역에 따라서, UV-A, UV-B 및 UV-C로 분류되며, UV-A의 경우 (315 ~ 400 nm), 산업용 UV 경화, 인쇄 잉크 경화, 노광기, 위폐 감별, 광촉매 살륜, 특수 조명 (수족관/농업용 등) 등의 다양한 용도로 사용되고, UV-B의 경우 (280 ~ 315 nm), 의료용으로 널리 사용되며, UV-C (200 ~ 280 nm)의 경우, 공기 정화, 정수, 살균 제품 등에 적용된다.UV-LED is classified into UV-A, UV-B and UV-C according to the wavelength range, and in the case of UV-A (315 ~ 400 nm), industrial UV curing, printing ink curing, exposure machine, counterfeit detection, photocatalyst It is used for a variety of purposes, such as fleshing and special lighting (aquarium/agriculture, etc.), widely used for UV-B (280 ~ 315 nm), medical use, and UV-C (200 ~ 280 nm), air purification, It is applied to water purification and sterilization products.
따라서, 이러한 다양한 응용분야를 갖는 UV-LED를 활용하여 살균기, 에어컨, 냉장고, 청소기, 칫솔 보관함, 정수기, 공기청정기, 비데, 신발장, 자동차 등과 같은 다양한 제품들에 적용하여 고부가가치화를 도모할 수 있다. UV-LED의 제품 가격은, 현재 3 와트 (W) 제품 기준으로, 백색 LED 가격이 2달러 선인 반면에, 410 ~ 420 nm UV- LED는 4달러, 360 nm UV-LED는 7 ~ 10달러 전후의 고가에 형성되어 있다.Therefore, UV-LEDs having various applications can be applied to various products such as sterilizers, air conditioners, refrigerators, vacuum cleaners, toothbrush storage boxes, water purifiers, air purifiers, bidets, shoe racks, automobiles, etc. . The product price of UV-LED is currently around $2 for a 3 watt (W) product, while the price of white LED is around $2, while 410 ~ 420 nm UV-LED is around $4 and 360 nm UV-LED is around $7 ~ $10. It is formed at the high price of.
현재, 질화갈륨 (GaN) 기반 발광다이오드의 전류 확산층 (투명전극 층)으로는 인듐 주석 산화물 (ITO; Indium Tin Oxide) 박막이 가장 보편적으로 사용되고 있다. 그러나, ITO의 UV 파장 영역에서의 높은 흡수율과 투과도를 높이기 위해서 ITO 전류 확산층을 얇게 형성하게 되면 높은 면저항으로 인한 발열 문제가 있고, 또한 원재료인 인듐의 고갈로 인한 가격 상승 문제 때문에 대체할 수 있는 투명전극 층을 찾는 연구가 활발히 진행되고 있다.Currently, an indium tin oxide (ITO) thin film is most commonly used as a current diffusion layer (transparent electrode layer) of a gallium nitride (GaN)-based light emitting diode. However, in order to increase the high absorption and transmittance in the UV wavelength region of ITO, if the ITO current diffusion layer is formed thin, there is a problem of heat generation due to high sheet resistance, and also transparent that can be replaced due to the problem of price increase due to depletion of the raw material indium. Research to find an electrode layer is actively being conducted.
이와 관련하여, p-AlGaN와 같은 반도체층 위에 투명 전극을 형성하지 않고, Ni/Au [0006] 등과 같은 금속 전극 패드를 형성하는 방법이 시도된 바 있으나, 전류가 금속 전극 패드 주위에만 집중되고 발광층 (활성층) 전체로 공급되지 않아 발생되는 빛의 양이 현저하게 감소하는 문제점이 있다. [0006] In this regard, a method of forming a metal electrode pad such as Ni/Au, etc. without forming a transparent electrode on a semiconductor layer such as p-AlGaN has been tried, but the current is concentrated only around the metal electrode pad and the light emitting layer (Active layer) There is a problem that the amount of light generated is not supplied to the whole decrease remarkably.
또한, 그래핀을 사용하는 방안도 시도된 바 있는 데, 그래핀은 가시광 및 자외선을 포함하는 넓은 파장 영역에서 90% 이상의 높은 광 투과율을 보이며, 전기 전도도와 유연성이 우수하다는 장점을 갖기 때문에, GaN 기반 발광 다이오드에서 ITO를 대체할 투명전극층으로서 주목받고 있다. 그러나, 그래핀은 무기물층과의 접착력이 약해서 GaN 기반 소자 공정 과정에서 그래핀이 소실되는 문제가 있으며, 소자 제작 후에도 전류 확산이 불균일하거나 높은 질화갈륨과의 접촉 저항, 고전류에서의 열화 문제 등으로 인해서, 발광다이오드의 투명전극층으로서 안정적으로 사용되기에는 많은 한계를 나타내는 문제점이 있다.In addition, a method of using graphene has also been attempted.Since graphene exhibits a high light transmittance of 90% or more in a wide wavelength region including visible light and ultraviolet rays, and has the advantage of excellent electrical conductivity and flexibility, GaN It is attracting attention as a transparent electrode layer to replace ITO in the base light emitting diode. However, graphene has a problem in that graphene is lost in the process of GaN-based device processing due to poor adhesion to the inorganic material layer. Even after device fabrication, current diffusion is uneven, high contact resistance with gallium nitride, and deterioration at high current. For this reason, there are many limitations in stably being used as a transparent electrode layer of a light emitting diode.
본 발명의 목적은 산화갈륨층과 금속 중간층으로 이루어진 다층구조의 투명전극을 형성함으로써, 400nm 미만의 자외선 LED 등에 적용되어 우수한 전기적 특성과 투과도를 나타낼 수 있는 고 투과성 자외선 투명전극 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a highly transmissive ultraviolet transparent electrode capable of exhibiting excellent electrical properties and transmittance by forming a multi-layered transparent electrode consisting of a gallium oxide layer and a metal intermediate layer, and thus being applied to an ultraviolet LED of less than 400 nm, and a manufacturing method thereof. Is to do.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 고 투과성 자외선 투명전극의 제조방법은 기판상에 하부 산화갈륨층을 형성하는 하부 산화갈륨층 형성단계, 상기 하부 산화갈륨층에 금속 중간층을 형성하는 금속 중간층 형성단계, 상기 금속 중간층에 상부 산화갈륨층을 형성하는 상부 산화갈륨층 형성단계 및 상기 상부 산화갈륨층을 열처리하는 열처리 단계를 포함하는 것으로 이루어질 수 있다.In order to achieve this object, the method of manufacturing a highly transparent ultraviolet transparent electrode according to the present invention includes forming a lower gallium oxide layer on a substrate, and forming a metal intermediate layer forming a metal intermediate layer on the lower gallium oxide layer. The step, a step of forming an upper gallium oxide layer of forming an upper gallium oxide layer on the metal intermediate layer, and a heat treatment step of heat treating the upper gallium oxide layer.
상기 하부 산화갈륨층 형성단계는 RF-Magnetron Sputter System을 이용하여 650 내지 750 ℃ 온도에서 20 내지 30 분 동안 수행될 수 있다.The step of forming the lower gallium oxide layer may be performed for 20 to 30 minutes at a temperature of 650 to 750° C. using an RF-Magnetron Sputter System.
상기 금속 중간층 형성단계는 E-beam evaporator system을 이용하여 Ag 금속을 0.1 내지 0.5 Å/sec의 속도로 성장시키는 것으로 수행될 수 있다.The metal intermediate layer forming step may be performed by growing Ag metal at a rate of 0.1 to 0.5 Å/sec using an E-beam evaporator system.
상기 상부 산화갈륨층 형성단계는 RF-Magnetron Sputter System을 이용하여 650 내지 750 ℃ 온도에서 10 내지 15 분 동안 수행될 수 있다.The upper gallium oxide layer forming step may be performed for 10 to 15 minutes at a temperature of 650 to 750° C. using an RF-Magnetron Sputter System.
상기 열처리 단계는 Rapid thermal annealing system을 이용하여 질소 분위기, 650 내지 750 ℃ 온도에서 1 내지 5분 동안 수행될 수 있다.The heat treatment step may be performed for 1 to 5 minutes at a temperature of 650 to 750 °C in a nitrogen atmosphere using a rapid thermal annealing system.
본 발명은 또한 상기 목적을 달성하기 위하여 제2 산화갈륨을 포함하는 하부 산화갈륨층, 상기 하부 산화갈륨층 상에 형성된 Ag 금속을 포함하는 금속 중간층 및 상기 금속 중간층 상에 형성된 제2 산화갈륨을 포함하는 상부 산화갈륨층을 포함하는 고 투과성 자외선 투명전극을 제공한다.The present invention also includes a lower gallium oxide layer containing a second gallium oxide, a metal intermediate layer containing Ag metal formed on the lower gallium oxide layer, and a second gallium oxide formed on the metal intermediate layer to achieve the above object. It provides a high transmittance ultraviolet transparent electrode including the upper gallium oxide layer.
본 발명에 따른 고 투과성 자외선 투명전극 및 이의 제조방법은 산화갈륨층과 금속 중간층으로 이루어진 다층구조의 투명전극을 형성함으로써, 400nm 미만의 자외선 LED 등에 적용되어 우수한 전기적 특성과 투과도를 나타낼 수 있는 효과가 있다.The highly transmissive ultraviolet transparent electrode and its manufacturing method according to the present invention are applied to ultraviolet LEDs of less than 400 nm by forming a multi-layered transparent electrode consisting of a gallium oxide layer and a metal intermediate layer, thereby exhibiting excellent electrical properties and transmittance. have.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과성 자외선 투명전극과 관련된 투명전극의 원리를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과성 자외선 투명전극에 대한 연구 동향을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과성 자외선 투명전극과 관련된 Wide band gap thin film 투명전극 개발 동향을 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과성 자외선 투명전극과 관련된 TCO/Ag를 이용한 Near UV TCO 개발 동향을 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과성 자외선 투명전극의 제조에 사용되는 RF magnetron sputter system의 개략적인 구성을 나타낸 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과성 자외선 투명전극의 제조에 사용되는 E-beam evaporator system의 개략적인 구성을 나타낸 모식도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과성 자외선 투명전극의 제조에 사용되는 Rapid thermal annealing system의 개략적인 구성을 나타낸 모식도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과성 자외선 투명전극 제조방법에 적용되는 공정조건을 나타낸 표이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과성 자외선 투명전극의 각 제조단계에 따른 구조를 나타낸 모식도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과성 자외선 투명전극의 접촉각 특성을 나타낸 모식도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과성 자외선 투명전극의 제조과정에서 UV ozone 처리 후의 모습을 나타낸 SEM 사진이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과성 자외선 투명전극의 제조과정에서 UV ozone 처리 후의 모습을 나타낸 원자힘현미경(Atomic Force Microscopy, AFM) 사진이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과성 자외선 투명전극의 열처리 후 광학적 특성을 나타낸 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과성 자외선 투명전극의 열처리 후 구조적 특성을 나타낸 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과성 자외선 투명전극의 열처리 전후의 광학적 특성을 나타낸 그래프이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과성 자외선 투명전극의 열처리 후 전기적 특성을 나타낸 그래프이다.1 is a schematic diagram showing the principle of a transparent electrode related to a highly transparent ultraviolet transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram showing a research trend for a highly transparent ultraviolet transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram showing a development trend of a wide band gap thin film transparent electrode related to a highly transparent ultraviolet transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic diagram showing a development trend of Near UV TCO using TCO/Ag related to a high transmittance UV transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an RF magnetron sputter system used to manufacture a highly transparent ultraviolet transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
6 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an E-beam evaporator system used to manufacture a highly transparent ultraviolet transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
7 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a rapid thermal annealing system used to manufacture a highly transparent ultraviolet transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
8 is a table showing process conditions applied to a method of manufacturing a highly transparent ultraviolet transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
9 is a schematic diagram showing a structure according to each manufacturing step of a highly transparent ultraviolet transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
10 is a schematic diagram showing the contact angle characteristics of a highly transparent ultraviolet transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
11 is a SEM photograph showing a state after UV ozone treatment in the manufacturing process of a highly transparent ultraviolet transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
12 is an Atomic Force Microscopy (AFM) photograph showing a state after UV ozone treatment in the manufacturing process of a highly transparent ultraviolet transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
13 is a graph showing optical characteristics after heat treatment of a highly transparent ultraviolet transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
14 is a graph showing structural characteristics of a highly transparent ultraviolet transparent electrode according to an embodiment of the present invention after heat treatment.
15 is a graph showing optical characteristics of a high transmittance ultraviolet transparent electrode before and after heat treatment according to an embodiment of the present invention.
16 is a graph showing electrical characteristics after heat treatment of a highly transparent ultraviolet transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 구체적인 수치는 실시예에 불과하다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. In addition, in describing the embodiments of the present invention, specific numerical values are merely examples.
도 1에는 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과성 자외선 투명전극과 관련된 투명전극의 원리를 나타낸 모식도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과성 자외선 투명전극에 대한 연구 동향을 나타낸 모식도가 도시되어 있으며, 도 3에는 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과성 자외선 투명전극과 관련된 Wide band gap thin film 투명전극 개발 동향을 나타낸 모식도가 도시되어 있다.1 is a schematic diagram showing the principle of a transparent electrode related to a highly transparent ultraviolet transparent electrode according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a research trend of a highly transparent ultraviolet transparent electrode according to an embodiment of the present invention. A schematic diagram is shown, and FIG. 3 is a schematic diagram showing a development trend of a wide band gap thin film transparent electrode related to a high transmittance ultraviolet transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
도 4에는 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과성 자외선 투명전극과 관련된 TCO/Ag를 이용한 Near UV TCO 개발 동향을 나타낸 모식도가 도시되어 있고, 도 5에는 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과성 자외선 투명전극의 제조에 사용되는 RF magnetron sputter system의 개략적인 구성을 나타낸 모식도가 도시되어 있으며, 도 6에는 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과성 자외선 투명전극의 제조에 사용되는 E-beam evaporator system의 개략적인 구성을 나타낸 모식도가 도시되어 있다.FIG. 4 is a schematic diagram showing the development trend of Near UV TCO using TCO/Ag related to a highly transparent UV transparent electrode according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 shows a high transmissive UV light according to an embodiment of the present invention. A schematic diagram showing a schematic configuration of an RF magnetron sputter system used for manufacturing a transparent electrode is shown, and FIG. 6 shows an E-beam evaporator system used for manufacturing a highly transparent ultraviolet transparent electrode according to an embodiment of the present invention. A schematic diagram showing a schematic configuration is shown.
도 7에는 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과성 자외선 투명전극의 제조에 사용되는 Rapid thermal annealing system의 개략적인 구성을 나타낸 모식도가 도시되어 있으며, 도 8에는 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과성 자외선 투명전극 제조방법에 적용되는 공정조건을 나타낸 표가 개시되어 있으며, 도 9에는 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과성 자외선 투명전극의 각 제조단계에 따른 구조를 나타낸 모식도가 도시되어 있다.7 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a rapid thermal annealing system used to manufacture a highly transparent ultraviolet transparent electrode according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 shows a high transmittance according to an embodiment of the present invention. A table showing the process conditions applied to the method of manufacturing an ultraviolet transparent electrode is disclosed, and FIG. 9 is a schematic diagram showing a structure according to each manufacturing step of a highly transparent ultraviolet transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
도 10에는 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과성 자외선 투명전극의 접촉각 특성을 나타낸 모식도가 도시되어 있고, 도 11에는 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과성 자외선 투명전극의 제조과정에서 UV ozone 처리 후의 모습을 나타낸 SEM 사진이 개시되어 있으며, 도 12에는 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과성 자외선 투명전극의 제조과정에서 UV ozone 처리 후의 모습을 나타낸 원자힘현미경(Atomic Force Microscopy, AFM) 사진이 개시되어 있다.FIG. 10 is a schematic diagram showing the contact angle characteristics of a highly transparent ultraviolet transparent electrode according to an embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a UV ozone treatment in the manufacturing process of the highly transparent ultraviolet transparent electrode according to an embodiment of the present invention. A SEM photograph showing the state of the after is disclosed, and FIG. 12 shows an atomic force microscopy (AFM) photograph showing the state after UV ozone treatment in the manufacturing process of the highly transparent ultraviolet transparent electrode according to an embodiment of the present invention. It is disclosed.
도 13에는 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과성 자외선 투명전극의 열처리 후 광학적 특성을 나타낸 그래프가 개시되어 있고, 도 14에는 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과성 자외선 투명전극의 열처리 후 구조적 특성을 나타낸 그래프가 개시되어 있으며, 도 15에는 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과성 자외선 투명전극의 열처리 전후의 광학적 특성을 나타낸 그래프가 개시되어 있다.13 is a graph showing the optical characteristics after heat treatment of the highly transparent ultraviolet transparent electrode according to an embodiment of the present invention, and FIG. 14 shows structural characteristics after the heat treatment of the highly transparent ultraviolet transparent electrode according to an embodiment of the present invention. A graph showing is disclosed, and FIG. 15 is a graph showing the optical characteristics of the high transmittance ultraviolet transparent electrode before and after heat treatment according to an embodiment of the present invention.
도 16에는 본 발명의 일실시예에 따른 고 투과성 자외선 투명전극의 열처리 후 전기적 특성을 나타낸 그래프가 개시되어 있다.16 is a graph showing the electrical characteristics of the high-transmissive ultraviolet transparent electrode according to an embodiment of the present invention after heat treatment.
이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 고 투과성 자외선 투명전극의 제조방법은 기판상에 하부 산화갈륨층을 형성하는 하부 산화갈륨층 형성단계, 상기 하부 산화갈륨층에 금속 중간층을 형성하는 금속 중간층 형성단계, 상기 금속 중간층에 상부 산화갈륨층을 형성하는 상부 산화갈륨층 형성단계 및 상기 상부 산화갈륨층을 열처리하는 열처리 단계를 포함하는 것으로 구성된다.Referring to these drawings, the method of manufacturing a highly transparent ultraviolet transparent electrode according to the present invention includes a lower gallium oxide layer forming step of forming a lower gallium oxide layer on a substrate, and a metal intermediate layer forming a metal intermediate layer on the lower gallium oxide layer. And a step of forming an upper gallium oxide layer to form an upper gallium oxide layer on the metal intermediate layer, and a heat treatment step of heat-treating the upper gallium oxide layer.
즉, 본 발명에 따른 고 투과성 자외선 투명전극의 제조방법은 상부와 하부의 산화갈륨층과 금속 중간층으로 이루어진 다층구조의 투명전극을 형성함으로써, 400nm 미만의 자외선 LED 등에 적용되어 우수한 전기적 특성과 투과도를 나타낼 수 있는 효과가 있다.That is, the method of manufacturing a highly transparent ultraviolet transparent electrode according to the present invention is applied to ultraviolet LEDs of less than 400 nm by forming a multi-layered transparent electrode consisting of an upper and lower gallium oxide layer and a metal intermediate layer to provide excellent electrical properties and transmittance. There is an effect that can be expressed.
상기 하부 산화갈륨층과 상부 산화갈륨층은 산화제2갈륨(Ga2O3)을 포함하는 산화갈륨층으로 각각 이루어질 수 있으며, 하부 산화갈륨층은 50 내지 70nm 두께이고, 상부 산화살륨층은 20 내지 40nm 두께로 형성될 수 있다. 또한 상기 금속 중간층은 Ag 금속을 포함하는 8 내지 14nm 두께의 금속층으로 형성될 수 있다.The lower gallium oxide layer and the upper gallium oxide layer may be each formed of a gallium oxide layer including gallium oxide (Ga 2 O 3 ), the lower gallium oxide layer is 50 to 70 nm thick, and the upper salium oxide layer is 20 to It can be formed to a thickness of 40nm. In addition, the metal intermediate layer may be formed of a metal layer having a thickness of 8 to 14 nm including Ag metal.
상기 하부 산화갈륨층 형성단계는 RF-Magnetron Sputter System을 이용하여 650 내지 750 ℃ 온도에서 20 내지 30 분 동안 수행될 수 있다. 이때, 초기 진공도는 예를 들어, 3.0 x 10-7 Torr, 작업 압력은 3mTorr일 수 있으며, 20sccm의 아르곤(Ar) 가스 분위기 공정조건에서 수행될 수 있다.The step of forming the lower gallium oxide layer may be performed for 20 to 30 minutes at a temperature of 650 to 750° C. using an RF-Magnetron Sputter System. In this case, the initial degree of vacuum may be 3.0 x 10 -7 Torr, the working pressure may be 3 mTorr, and may be performed under a 20 sccm argon (Ar) gas atmosphere process condition.
상기 금속 중간층 형성단계는 E-beam evaporator system을 이용하여 Ag 금속을 0.1 내지 0.5 Å/sec의 속도로 성장시키는 것으로 수행될 수 있다. 이때, 초기 진공도는 예를 들어, 4.0 x 10-7 Torr로 설정될 수 있다.The metal intermediate layer forming step may be performed by growing Ag metal at a rate of 0.1 to 0.5 Å/sec using an E-beam evaporator system. In this case, the initial vacuum degree may be set to, for example, 4.0 x 10 -7 Torr.
상기 상부 산화갈륨층 형성단계는 RF-Magnetron Sputter System을 이용하여 650 내지 750 ℃ 온도에서 10 내지 15 분 동안 수행될 수 있다. 이때, 초기 진공도는 예를 들어, 3.0 x 10-7 Torr, 작업 압력은 3mTorr일 수 있으며, 20sccm의 아르곤(Ar) 가스 분위기 공정조건에서 수행될 수 있다.The upper gallium oxide layer forming step may be performed for 10 to 15 minutes at a temperature of 650 to 750° C. using an RF-Magnetron Sputter System. In this case, the initial degree of vacuum may be 3.0 x 10 -7 Torr, the working pressure may be 3 mTorr, and may be performed under a 20 sccm argon (Ar) gas atmosphere process condition.
상기 열처리 단계는 Rapid thermal annealing system을 이용하여 질소 분위기, 650 내지 750 ℃ 온도에서 1 내지 5분 동안 수행될 수 있다. 이러한 열처리 단계를 거친 하부 산화갈륨층, 금속 중간층 및 상부 산화갈륨층을 포함하는 투명박막의 경우, XRD 그래프 상에서 Beta 상을 갖는 결정구조를 나타내며, 전기적 특성을 나타내는 Hall 측정 결과 10-4 이하의 우수한 비저항 특성과 1021 이상의 높은 캐리어 농도를 나타내는 투명전극이 제조되는 결과를 얻을 수 있다.The heat treatment step may be performed for 1 to 5 minutes at a temperature of 650 to 750 °C in a nitrogen atmosphere using a rapid thermal annealing system. In the case of a transparent thin film including a lower gallium oxide layer, a metal intermediate layer, and an upper gallium oxide layer that has been subjected to such annealing step, a crystal structure having a Beta phase is shown on the XRD graph, and a Hall measurement showing electrical characteristics shows an excellent value of 10 -4 or less. It is possible to obtain a result in which a transparent electrode exhibiting a specific resistance characteristic and a high carrier concentration of 10 21 or higher is manufactured.
상기 고 투과성 자외선 투명전극의 제조방법은 상기 하부 산화갈륨층 형성단계 이후, 금속 중간층 형성단계 이전에 형성된 하부 산화갈륨층에 대한 UV ozone 처리단계가 더 수행될 수 있다. 이러한 UV ozone 처리단계가 수행된 산화갈륨층의 경우, 물(DI water)을 뿌렸을 때의 각도를 나타내는 접촉각이 현저히 감소하여 Smooth 한 표면특성을 나타내며, 연속적인 형태의 SEM 이미지를 나타내는 장점이 있다.In the method of manufacturing the highly transparent ultraviolet transparent electrode, after the formation of the lower gallium oxide layer, a UV ozone treatment step on the lower gallium oxide layer formed before the metal intermediate layer formation step may be further performed. In the case of the gallium oxide layer on which the UV ozone treatment step was performed, the contact angle indicating the angle when DI water was sprayed was significantly reduced, indicating a smooth surface characteristic, and exhibiting a continuous SEM image. .
본 발명은 또한, 제2 산화갈륨을 포함하는 하부 산화갈륨층, 상기 하부 산화갈륨층 상에 형성된 Ag 금속을 포함하는 금속 중간층 및 상기 금속 중간층 상에 형성된 제2 산화갈륨을 포함하는 상부 산화갈륨층을 포함하는 고 투과성 자외선 투명전극을 제공한다.The present invention also provides a lower gallium oxide layer including a second gallium oxide, a metal intermediate layer including an Ag metal formed on the lower gallium oxide layer, and an upper gallium oxide layer including a second gallium oxide formed on the metal intermediate layer. It provides a high transmittance ultraviolet transparent electrode comprising a.
본 발명에 따른 고 투과성 자외선 투명전극은 상부와 하부의 산화갈륨층과 금속 중간층으로 이루어진 다층구조의 투명전극을 포함함으로써, 400nm 미만의 자외선 LED 등에 적용될 경우 우수한 전기적 특성과 투과도를 나타낼 수 있다.The highly transmissive ultraviolet transparent electrode according to the present invention includes a multilayered transparent electrode composed of an upper and lower gallium oxide layer and a metal intermediate layer, so that when applied to an ultraviolet LED of less than 400 nm, excellent electrical properties and transmittance may be exhibited.
구체적으로, 상기 고 투과성 자외선 투명전극은 8 내지 14nm의 Ag 금속 중간층이 형성된 투명전극으로 구현될 경우, 310 내지 350nm 파장범위의 빛에 대해 77% 내지 94%의 높은 투과율과 10-4 이하의 우수한 비저항 특성과 1021 이상의 높은 캐리어 농도를 갖는 전기적 특성을 나타내는 장점이 있다.Specifically, when the highly transparent ultraviolet transparent electrode is implemented as a transparent electrode in which an Ag metal intermediate layer of 8 to 14 nm is formed, a high transmittance of 77% to 94% for light in a wavelength range of 310 to 350 nm and an excellent transmittance of less than 10 -4 It has the advantage of exhibiting a specific resistance characteristic and an electrical characteristic having a high carrier concentration of 10 21 or more.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, in the present invention, specific matters such as specific components, etc., and limited embodiments and drawings have been described, but this is provided only to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments. , If a person of ordinary skill in the field to which the present invention belongs, various modifications and variations are possible from these descriptions.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention is limited to the described embodiments and should not be defined, and all things that are equivalent or equivalent to the claims as well as the claims to be described later belong to the scope of the invention. .
Claims (6)
상기 하부 산화갈륨층에 금속 중간층을 형성하는 금속 중간층 형성단계;
상기 금속 중간층에 상부 산화갈륨층을 형성하는 상부 산화갈륨층 형성단계; 및
상기 상부 산화갈륨층을 열처리하는 열처리 단계;
를 포함하는 고 투과성 자외선 투명전극의 제조방법.
A lower gallium oxide layer forming step of forming a lower gallium oxide layer on the substrate;
A metal intermediate layer forming step of forming a metal intermediate layer on the lower gallium oxide layer;
An upper gallium oxide layer forming step of forming an upper gallium oxide layer on the metal intermediate layer; And
A heat treatment step of heat-treating the upper gallium oxide layer;
Method of manufacturing a high transmittance ultraviolet transparent electrode comprising a.
상기 하부 산화갈륨층 형성단계는 RF-Magnetron Sputter System을 이용하여 650 내지 750 ℃ 온도에서 20 내지 30 분 동안 수행되는 고 투과성 자외선 투명전극의 제조방법.
The method of claim 1,
The step of forming the lower gallium oxide layer is a method of manufacturing a highly transparent ultraviolet transparent electrode performed at a temperature of 650 to 750° C. for 20 to 30 minutes using an RF-Magnetron Sputter System.
상기 금속 중간층 형성단계는 E-beam evaporator system을 이용하여 Ag 금속을 0.1 내지 0.5 Å/sec의 속도로 성장시키는 것으로 수행되는 고 투과성 자외선 투명전극의 제조방법.
The method of claim 1,
The metal intermediate layer forming step is a method of manufacturing a highly transparent ultraviolet transparent electrode, which is performed by growing Ag metal at a rate of 0.1 to 0.5 Å/sec using an E-beam evaporator system.
상기 상부 산화갈륨층 형성단계는 RF-Magnetron Sputter System을 이용하여 650 내지 750 ℃ 온도에서 10 내지 15 분 동안 수행되는 고 투과성 자외선 투명전극의 제조방법.
The method of claim 1,
The upper gallium oxide layer forming step is a method of manufacturing a highly transparent ultraviolet transparent electrode performed at a temperature of 650 to 750° C. for 10 to 15 minutes using an RF-Magnetron Sputter System.
상기 열처리 단계는 Rapid thermal annealing system을 이용하여 질소 분위기, 650 내지 750 ℃ 온도에서 1 내지 5분 동안 수행되는 고 투과성 자외선 투명전극의 제조방법.
The method of claim 1,
The heat treatment step is a method of manufacturing a highly transparent ultraviolet transparent electrode performed for 1 to 5 minutes at a temperature of 650 to 750° C. in a nitrogen atmosphere using a rapid thermal annealing system.
상기 하부 산화갈륨층 상에 형성된 Ag 금속을 포함하는 금속 중간층; 및
상기 금속 중간층 상에 형성된 제2 산화갈륨을 포함하는 상부 산화갈륨층;
을 포함하는 고 투과성 자외선 투명전극.
A lower gallium oxide layer including a second gallium oxide;
A metal intermediate layer including Ag metal formed on the lower gallium oxide layer; And
An upper gallium oxide layer including a second gallium oxide formed on the metal intermediate layer;
High transmittance ultraviolet transparent electrode comprising a.
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