[논문]ITO 전극 형성 방법이 청색 발광 다이오드의 전기 광학적 특성에 미치는 영향

한재호; 김상배; 전동민

ITO 전극 형성 방법이 청색 발광 다이오드의 전기 광학적 특성에 미치는 영향
Influence of ITO-Electrode Deposition Method on the Electro-optical Characteristics of Blue LEDs 원문보기

電子工學會論文誌. Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea. SD, 반도체, v.44 no.11 = no.365, 2007년, pp.43 - 50

한재호 ((주)삼성전기) , 김상배 (아주대학교 전자공학부) , 전동민 ((주)삼성전기)

초록
AI-Helper

ITO(Indium Tin Oxide) 전극 형성방법은 ITO 박막 자체의 전기 광학적 특성 뿐 아니라 ITO를 전극으로 하는 청색 발광 다이오드(파장 469nm)의 전기 광학적 특성 및 신뢰성에도 큰 영향을 미침을 확인하였다. 세 가지 ITO 전극 형성 방법 즉 electron beam evaporation법과 sputtering법, 그리고 electron beam evaporation법으로 먼저 증착한 뒤에 sputtering법으로 증착한 hybrid법 등을 사용하여 청색 발광 다이오드를 제작한 다음에 ITO 박막의 특성과 aging에 따른 발광 다이오드의 전기 광학적 특성 변화를 고찰하였다. 그 결과, ITO 전극을 sputtering 또는 electron beam evaporation 방법으로 형성한 발광 다이오드는 각각 sputtering damage의 문제와 전기저항이 증가하는 문제점을 안고 있음을 발견하였다. 그리고 이 문제점들을 hybrid 방법으로 해결하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

We have investigated the electro-optical characteristics and reliability of LEDs with the Indium-Tin-Oxide (ITO) electrodes formed by different deposition methods: electron beam evaporation, sputtering, and hybrid method of electron beam evaporation and subsequent sputtering. The deposition method of the ITO electrode has significant influence on the electro-optical characteristics and reliability of LEDs. The LEDs with the ITO electrodes formed by sputtering and electron beam evaporation have problems caused by sputtering damage and increased electrical resistance, respectively, and the problems have been solved by the hybrid method.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

이 연구의 목표는 ITO 전극 증착 방법에 따라 발광 다이오드의 특성과 신뢰성이 어떻게 변화하는지를 살펴보고 발생되는 문제점을 해결하는 데에 있다. 이를 위하여 electron beam evaporation과 sputtering 방법으로 ITO 전극을 만든 발광 다이오드의 특성과 신뢰성을 살펴보고, 이 발광다이오드들에서 나타난 문제점을 해결하기 위한 방법으로 electron beam evaporation 후에 sputtering하는 hybrid 방법을 제안하였다.
전극 형성 공정이 ITO 박막 및 ITO를 전극으로 하는 청색 발광 다이오드의 전기적, 광학적 특성 및 신뢰성에 미치는 영향에 대하여 고찰하였다. 중착된 ITO 박막의 특성을 살펴보면, 투과율에서는 electron beam evaporation으로 증착한 ITO 박막이 sputtering으로 증착한 박막보다 4% 정도 높았고, 비저항은 그 반대로 sputtering 으로 증착한 ITO 가 electron beam evaporation으로 증착한 ITO 박막에 비하여 낮아 42% 수준이었다.

제안 방법

ITO 박막의 미세 구조를 분석하기 위하여 TEM으로 ITO 박막의 파단면을 관찰하였다. 그림 1에 나타난 것과 같이, ITO의 미세구조는 증착 방법에 따라 뚜렷하게 구분된다.
광학적 특성. 변화를 평가하기 위하여 초기 특성을 측정한 뒤에 가속 aging을 하면서 특성의 변화를 분석하였다. ITO 증착 방법과 aging에 따른 전기적, 광학적 특성의 변화를 그림 3, 4, 그리고 5, 6에 보였다.
이 문제를 해결하는 방법으로 ITO 전극의 아래 부분은 electron beam evaporation으로, 위 부분은 sputtering으로 증착하는 hybrid법을 제시하였다. 이 ITO 박막은 투과율은 electron beam 증착된 ITO와 비슷하고 비저항은 sputtering된 ITO의 L4배 정도여서 박막 자체의 특성은 발광 다이오드에 사용하는 데에 적절한 것으로 판명되었다.
이 연구에 사용된 ITO 증착 방법은 electron beam evaporation법과 sputtering1^, 그리고 electron beam evaporation법으로 먼저 증착한 후에 sputtering 법으로 증착한 hybrid 법의 3가지이다 electron beam evaporatione 기본 진공도를 1x10” Torr 이하로 유지한 상태에서 4A/sec의 속도로 이루어졌으며 ITO 박막의 최종 두께는 3800A이였다. sputterin蛇은 기본 진공도 L7x10_「7 Torr에서 이루어졌으며, 증착 조건은 700 watt RF power와 Ar 압력 13 mTon.
이를 위하여 electron beam evaporation과 sputtering 방법으로 ITO 전극을 만든 발광 다이오드의 특성과 신뢰성을 살펴보고, 이 발광다이오드들에서 나타난 문제점을 해결하기 위한 방법으로 electron beam evaporation 후에 sputtering하는 hybrid 방법을 제안하였다. electron beam evaporation과 sputtering 방법으로 제작한 발광다이오드에서는 각각 직렬저항의 증가와 비발광성 재결합 센터의 생성으로 인한 낮은 신뢰성의 문제점이 있음을 확인하였다.
다이오드의 단면 구조를 나타내었다. 청색 발광 다이오드의 제작은 sapphire 기판에 GaN pn 접합을 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 로 성장시킨 다음에 ITO 전극을 형성하는 순서로 이루어졌다. ITO 전극은 앞에서 설명한 3가지 형성 방법으로 이루어졌다.

이론/모형

electron beam evaporation과 sputtering 방법으로 제작한 발광다이오드에서는 각각 직렬저항의 증가와 비발광성 재결합 센터의 생성으로 인한 낮은 신뢰성의 문제점이 있음을 확인하였다. 그리고 이 문제점들을 hybrid 방법으로 해결하였다.
이와 같이, electron beam 증착된 ITO 전극의 발광 다이오드도 신뢰성의 문제를 안고 있다. 이 연구에서는 이러한 문제점들을 hybrid ITO 증착 방법으로 해결하였다.

성능/효과

그림 4에 보였다. 그림 4 (a)에서 aging 시작 3시간 이후부터 역방향 전압 영역과 저전류 영역에서 누설전류가 급격히 증가하는 것을 확인할 수 있고, 4시간째 누설전류가 감소된 것은 완전 고장 모드전의 불안정한 상태임을 알 수 있다. 급격한 누설 전류의 증가는 광 효율과 광출력에 영향을 미치며, 그 결과 그림 4 (b)에 나타낸 것과 같이 광효율과 광출력이 급격히 감소하는 것을 확인할 수 있다.
이로부터 발광 다이오드 저항 값의 안정성은 이ectron beam 증착된 ITO에 비해 우수한 것으로 평가할 수 있다. 100℃ 60mA에서 aging한 결과인 그림 5로부터 electron beam 증착된 ITO 전극 발광 다이오드의 직렬 저항은 고온 고전류 aging에서 훨씬 더 빠른 속도로 증가함을 확인할 수 있다.따라서 신ectron beam evaporation 방법을 고출력 발광 다이오드 제작에는 사용하려면 이 문제를 해결하여야 한다.
이를 위하여 electron beam evaporation과 sputtering 방법으로 ITO 전극을 만든 발광 다이오드의 특성과 신뢰성을 살펴보고, 이 발광다이오드들에서 나타난 문제점을 해결하기 위한 방법으로 electron beam evaporation 후에 sputtering하는 hybrid 방법을 제안하였다. electron beam evaporation과 sputtering 방법으로 제작한 발광다이오드에서는 각각 직렬저항의 증가와 비발광성 재결합 센터의 생성으로 인한 낮은 신뢰성의 문제점이 있음을 확인하였다. 그리고 이 문제점들을 hybrid 방법으로 해결하였다.
그리고 표 2는 실리콘 웨이퍼에 증착한 ITO 박막의 비저항을 비교한 것이다. 투과율은 electron beam evaporation된 ITO가 96 %로 가장 우수하여 가장 낮은 sputter雨!理된 ITO에 비하여 4 % 정도 높은 반면, 비저항은 sputtering으로 형성한 ITO가 가장 좋아 electron beam evaporation된 ITO에 비해 42% 수준이었다.
이렇듯 직렬저항 값은 안정적인 모습을 보이고 있으며, 변화폭은 sputtering된 ITO와 비슷하다. 결론적으로, hybrid ITO를 적용한 소자는 pn 접합 특성에 있어서는 electron beam 증착된 ITO와 비슷하고 직렬저항 특성은 sputter吐ig된 ITO와 비슷하여, electron beam ITO와 sputtering된 ITO의 문제점은 없애고 장점은 모두 지니고 있음을 확인할 수 있다. 그림 6에서 광 출력이 상대적으로 높게 나타난 것은 patterned substrate를 사용하여 extraction efficiencye} 커졌기 때문이다.
이 ITO 박막은 투과율은 electron beam 증착된 ITO와 비슷하고 비저항은 sputtering된 ITO의 L4배 정도여서 박막 자체의 특성은 발광 다이오드에 사용하는 데에 적절한 것으로 판명되었다. 이 hybrid ITO를 사용한 발광 다이오드를 가속 aging 실험을 하면서 특성의 변화를 살펴본 결과, electron beam 증착된 ITO를 사용한 발광 다이오드에서 나타났던 저항값의 증가도 나타나지 않았고, sputter丘彪된 ITO 전극의 발광 다이오드에서 보였던 과도한 비발광성 재결합과 그에 따라 수명이 짧아지는 문제점도 나타나지 않았다.
이 ITO 박막은 투과율은 electron beam 증착된 ITO와 비슷하고 비저항은 sputtering된 ITO의 L4배 정도여서 박막 자체의 특성은 발광 다이오드에 사용하는 데에 적절한 것으로 판명되었다. 이 hybrid ITO를 사용한 발광 다이오드를 가속 aging 실험을 하면서 특성의 변화를 살펴본 결과, electron beam 증착된 ITO를 사용한 발광 다이오드에서 나타났던 저항값의 증가도 나타나지 않았고, sputter丘彪된 ITO 전극의 발광 다이오드에서 보였던 과도한 비발광성 재결합과 그에 따라 수명이 짧아지는 문제점도 나타나지 않았다. 이렇게, electron beam evaporatione- sputtering된 ITO 전극의 문제점을 해결하였다.
그 반면에 그림 4 (c)에서 알 수 있는 것처럼 동저항이나 직렬저항은 aging이 진행되어도 비교적 안정된 특성을 보이고 있다. 이로부터 발광 다이오드 저항 값의 안정성은 이ectron beam 증착된 ITO에 비해 우수한 것으로 평가할 수 있다. 100℃ 60mA에서 aging한 결과인 그림 5로부터 electron beam 증착된 ITO 전극 발광 다이오드의 직렬 저항은 고온 고전류 aging에서 훨씬 더 빠른 속도로 증가함을 확인할 수 있다.
종합하면, 투과율의 관점에서는 electron beam evaporation된 ITO 박막이 sputtering된 ITO 박막에 비하여 우수하지만, 전기적 특성의 관점에서는 정반대의 결과를 보였다. 이에 비하여 hybrid법을 사용한 경우에는 투과율은 electron beam evaporation된 ITO 박막과 비슷하면서 비저항은 sputtering된 박막의 1.
미치는 영향에 대하여 고찰하였다. 중착된 ITO 박막의 특성을 살펴보면, 투과율에서는 electron beam evaporation으로 증착한 ITO 박막이 sputtering으로 증착한 박막보다 4% 정도 높았고, 비저항은 그 반대로 sputtering 으로 증착한 ITO 가 electron beam evaporation으로 증착한 ITO 박막에 비하여 낮아 42% 수준이었다. 발광 다이오드의 특성은, sputtering된 ITO 전극의 발광 다이오드는 비발광성 재결합 센터 때문에, 그리고 닌ectron beam 증착된 ITO 전극의 발광 다이오드는 직렬 저항의 불안정성 때문에 신뢰성에 문제가 있었다.
그런데, 뒤에서 볼 hybrid ITO의 경우에 저항값이 안정적인 것으로 나타남에 비추어 비저항의 증가가 주요 원인임을 유추할 수 있다. 특히 고출력 동작을 위한 고전류 동작에서는 electron beam 증착된 ITO 전극의 발광 다이오드에서 급속한 저항의 증가가 나타났다. 따라서 특히 고전류 동작에서 는, electron beam 증착된 ITO 전극의 발광 다이오드는 신뢰성에 심각한 문제가 있다.

후속연구

이렇게, electron beam evaporatione- sputtering된 ITO 전극의 문제점을 해결하였다. 한편, sputterH昭에 의한 비발광성 재결합 센터의 생성 원리, electron beam 중착된 ITO 전극의 비저항이 증가하는 이유 등은 앞으로 규명하여야 할 과제이다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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