KR101175957B1 - 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드 - Google Patents
산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법에 관한 것으로서, 기판상에 n형반도체층, 활성층, p형반도체층이 순차적으로 적층되고, 상기 n형반도체층상에 n형전극이 형성되며, 상기 p형반도체층상에 투명전극이 적층되고, 상기 투명전극 일부에 p형전극이 형성된 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법에 있어서, 포토레지스트를 상기 n형전극, 상기 투명전극 및 상기 p형 전극 상부에 도포하는 도포단계; 상기 투명전극 영역에 도포된 포토레지스트를 포토리소그래피 방식으로 제거하는 제거단계; 상기 투명전극상에 시드층을 형성시키는 시드층 형성단계; 상기 시드층을 성장용액에 침지시켜 제 1반사방지막을 성장시키는 제 1반사방지막 성장단계; 및 상기 시드층을 성장용액에 침지시켜 제 2반사방지막을 성장시키는 제 2반사방지막 성장단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 밀도차이가 있는 이중층 구조의 산화아연 반사방지막을 투명전극상에 성장시킴으로써, 굴절률 차이를 점진적으로 줄여줄 수 있는 구조를 형성하여, 투명전극과 외부와의 프레넬(Fresnel) 반사를 현저히 줄임으로써, 광추출효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 의하면, 밀도차이가 있는 이중층 구조의 산화아연 반사방지막을 투명전극상에 성장시킴으로써, 굴절률 차이를 점진적으로 줄여줄 수 있는 구조를 형성하여, 투명전극과 외부와의 프레넬(Fresnel) 반사를 현저히 줄임으로써, 광추출효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
Description
본 발명은 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이중층 구조의 산화아연 반사방지막을 투명전극상에 성장시킴으로써, 투명전극과 외부와의 프레넬(Fresnel) 반사를 줄여, 투명전극의 손상없이 간단한 방식으로, 전기적 특성의 저하가 없으면서도 추출되는 광의 반사를 줄여 광추출효율을 현저히 향상시킨 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드에 관한 것이다.
최근 많이 사용되고 있는 질화갈륨 기반의 발광다이오드는, 낮은 외부 양자효율로 인한 문제가 있어, 이를 높이기 위해 낮은 광추출효율을 높일 필요성이 제기되었다. 이에, 광추출효율을 높이기 위해서, 표면거칠기를 늘려 표면에 임계각을 넓혀주어 원활하게 빛의 추출이 가능하도록 하는 방법이 사용되었으며, 최근에는 광결정 구조 등을 이용한 다양한 방법들이 제시되어 왔다.
그러나, 이러한 방법은 투명전극에 에칭에 의한 결함을 주는 문제가 있을 뿐만 아니라, 제작과정이 복잡하고 어렵다는 문제가 있다.
이에, 발광다이오드 내부에서 생성된 빛을 외부로 방출하기 위한 방법으로서, 반사방지막이 제안 되었다.
J. K. Kim et al.은 ITO 나노구조를 이용한 반사방지막을 발광다이오드의 투명전극 부분에 응용하여 발광다이오드의 외부 추출 효율을 개선한 바 있다.( Adv. Mater. 2008, 20, 801)
이러한 경우, ITO 나노구조를 제작하기 위해서는 Oblique angle deposition 법을 이용하여, 여러 번의 스텝을 두어 제작하게 된다. 그러한 경우에 반사방지막의 제작이 어려울 뿐만 아니라, 대면적 등의 응용에 어려움이 있다.
따라서, 투명전극에 에칭이나 가열로 인한 손상을 주지 않으면서, 간단한 방식으로 광추출효율을 효과적으로 증가시킬 수 있는 방법의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 밀도차이가 있는 이중층 구조의 산화아연 반사방지막을 투명전극상에 성장시킴으로써, 굴절률 차이를 점진적으로 줄여줄 수 있는 구조를 형성하여, 투명전극과 외부와의 프레넬(Fresnel) 반사를 현저히 줄임으로써, 광추출효율을 향상시킬 수 있는 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 종래와 달리, 수용액방식으로 반사방지막을 형성시킴으로써, 저온에서 반응이 가능하므로, 투명전극에 열적손상을 주지 않고, 전기적 특성의 저하가 없으며, 에칭에 의한 투명전극의 손상 또한 방지할 수 있는 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
뿐만 아니라, 나노로드의 직경을 반사방지효과를 극대화하도록 최적화함으로써, 반사방지막에서 빛이 도파되지 않아, 광추출효율을 극대화시킬 수 있는 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 수용액 방식으로 제조공정이 간단하고 경제적이며, 대면적에도 용이하게 적용할 수 있는 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 밀도차이가 있으며, 이중층의 두께를 나노사이즈로 최적화함으로써, 빛의 흡수율이 현저히 낮으면서도 투과율이 높은 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법은, 기판상에 n형반도체층, 활성층, p형반도체층이 순차적으로 적층되고, 상기 n형반도체층상에 n형전극이 형성되며, 상기 p형반도체층상에 투명전극이 적층되고, 상기 투명전극 일부에 p형전극이 형성된 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법에 있어서, 포토레지스트를 상기 n형전극, 상기 투명전극 및 상기 p형 전극 상부에 도포하는 도포단계; 상기 투명전극 영역에 도포된 포토레지스트를 포토리소그래피 방식으로 제거하는 제거단계; 상기 투명전극상에 시드층을 형성시키는 시드층 형성단계; 상기 시드층을 성장용액에 침지시켜 제 1반사방지막을 성장시키는 제 1반사방지막 성장단계; 및 상기 시드층을 성장용액에 침지시켜 제 2반사방지막을 성장시키는 제 2반사방지막 성장단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2반사방지막 성장단계에서의 상기 성장용액의 몰농도는 상기 제 1반사방지막 성장단계에서의 상기 성장용액 몰농도의 40% 내지 60%인 것을 특징으로 하며, 상기 시드층 형성단계는, 스퍼터링 방식, 펄스레이저증착방식, 열분해방식, 전자빔을 이용한 진공증착방식 또는 열증착방식 중 어느 하나의 방식으로 상기 시드층을 형성시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 시드층 형성단계에서, 상기 시드층은 산화아연으로 이루어진 것을 특징으로 하며, 상기 제 1반사방지막 성장단계 및 상기 제 2반사방지막 성장단계에서, 상기 성장용액은, 질산아연수화물(Zinc nyitrate hydrate), 헥사메틸렌테트라아민(Hexamethylene tetramine) 및 폴리에테르이미드(Polyetherimide)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1반사방지막 성장단계 및 상기 제 2반사방지막 성장단계에 의해 형성된 상기 제 1반사방지막 및 상기 제 2반사방지막은 나노로드 형태로 이루어지며,상기 투명전극은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), 산화주석(SnO2), 산화아연, 불소 함유 산화주석(Fulluorine tin Oxide), 갈륨이 도핑된 산화아연(ZnO:Ga), 알루미늄이 도핑된 산화아연(ZnO:Al), 갈륨이 도핑된 산화아연마그네슘(MgZnO:Ga) 또는 알루미늄이 도핑된 산화아연마그네슘(MgZnO:Al) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
다음으로, 본 발명에 따른 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제 1실시예는 기판, n형반도체층, 활성층, p형반도체층 및 투명전극을 포함하여 이루어지는 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드에 있어서, 상기 투명전극 또는 상기 p형반도체층상에 형성된 산화아연 반사방지막;을 포함하여 이루어지며, 상기 산화아연 반사방지막은 이중층 나노로드 형태로 형성되며, 상기 이중층에서, 하부층이 상부층보다 상기 나노로드의 밀도가 높은 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제 2실시예는 기판, n형반도체층, 활성층, p형반도체층 및 투명전극을 포함하여 이루어지는 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드에 있어서, 상기 투명전극 또는 상기 p형반도체층상에 형성된 산화아연 반사방지막;을 포함하여 이루어지며, 상기 산화아연 반사방지막은 이중층 나노로드 형태이며, 상기 이중층은 나노로드간의 높이차이로 인해 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 투명전극은 상기 투명전극은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), 산화주석(SnO2), 산화아연, 불소 함유 산화주석(Fulluorine tin Oxide), 갈륨이 도핑된 산화아연(ZnO:Ga), 알루미늄이 도핑된 산화아연(ZnO:Al), 갈륨이 도핑된 산화아연마그네슘(MgZnO:Ga) 또는 알루미늄이 도핑된 산화아연마그네슘(MgZnO:Al) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드에 따르면, 밀도차이가 있는 이중층 구조의 산화아연 반사방지막을 투명전극상에 성장시킴으로써, 굴절률 차이를 점진적으로 줄여줄 수 있는 구조를 형성하여, 투명전극과 외부와의 프레넬(Fresnel) 반사를 현저히 줄임으로써, 광추출효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 종래와 달리, 수용액방식으로 반사방지막을 형성시킴으로써, 저온에서 반응이 가능하므로, 투명전극에 열적손상을 주지 않고, 전기적 특성의 저하가 없으며, 에칭에 의한 투명전극의 손상 또한 방지할 수 있는 장점이 있다.
뿐만 아니라, 나노로드의 직경을 반사방지효과를 극대화하도록 최적화함으로써, 반사방지막에서 빛이 도파되지 않아, 광추출효율을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 수용액 방식으로 제조공정이 간단하고 경제적이며, 대면적에도 용이하게 적용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 밀도차이가 있으며, 이중층의 두께를 나노사이즈로 최적화함으로써, 빛의 흡수율이 현저히 낮으면서도 투과율이 높은 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법을 순차적으로 나타낸 순서도
도 2는 p형반도체층과 투명전극간의 굴절율에 따른 빛의 이동을 나타낸 모식도
도 3은 본 발명에 따른 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법에서, 제 1반사방지막 성장단계(S40) 및 제 2반사방지막 성장단계(S50)를 나타낸 모식도
도 4는 본 발명의 제 1반사방지막 성장단계(S40) 및 제 2반사방지막 성장단계(S50)에 따라 형성된 반사방지막을 촬영한 SEM 사진
도 5는 본 발명에 따른 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법을 순차적으로 나타낸 모식도
도 6은 본 발명과 비교예에 대해 파장별 투과율을 측정한 그래프
도 7은 본 발명의 반사방지막을 적용한 발광다이오드와 그렇지 않은 발광다이오드에 대해, 일렉트로루미네선스(electroluminescence)스펙트럼과 광출력을 측정한 그래프
도 8은 본 발명의 반사방지막을 적용한 발광다이오드와 그렇지 않은 발광다이오드에 대해, 광출력을 측정한 그래프
도 9는 본 발명의 반사방지막을 적용한 발광다이오드와 그렇지 않은 발광다이오드에 대해, 전류와 전압의 관계를 측정한 그래프
도 2는 p형반도체층과 투명전극간의 굴절율에 따른 빛의 이동을 나타낸 모식도
도 3은 본 발명에 따른 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법에서, 제 1반사방지막 성장단계(S40) 및 제 2반사방지막 성장단계(S50)를 나타낸 모식도
도 4는 본 발명의 제 1반사방지막 성장단계(S40) 및 제 2반사방지막 성장단계(S50)에 따라 형성된 반사방지막을 촬영한 SEM 사진
도 5는 본 발명에 따른 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법을 순차적으로 나타낸 모식도
도 6은 본 발명과 비교예에 대해 파장별 투과율을 측정한 그래프
도 7은 본 발명의 반사방지막을 적용한 발광다이오드와 그렇지 않은 발광다이오드에 대해, 일렉트로루미네선스(electroluminescence)스펙트럼과 광출력을 측정한 그래프
도 8은 본 발명의 반사방지막을 적용한 발광다이오드와 그렇지 않은 발광다이오드에 대해, 광출력을 측정한 그래프
도 9는 본 발명의 반사방지막을 적용한 발광다이오드와 그렇지 않은 발광다이오드에 대해, 전류와 전압의 관계를 측정한 그래프
이하, 본 발명에 의한 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드에 대하여 본 발명의 바람직한 하나의 실시형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시목적을 위한 것이고, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
도 1 및 도 5에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법은, 도포단계(S10), 제거단계(S20), 시드층 형성단계(S30), 제 1반사방지막 성장단계(S40) 및 제 2반사방지막 성장단계(S50)를 포함하여 이루어진다.
이는, 기판상에 n형반도체층, 활성층, p형반도체층이 순차적으로 적층되고, 상기 n형반도체층상에 n형전극이 형성되며, 상기 p형반도체층상에 투명전극이 적층되고, 상기 투명전극 일부에 p형전극이 형성된 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법에 관한 것이다.
먼저, 도포단계(S10)는 포토레지스트를 상기 n형전극, 상기 투명전극 및 상기 p형 전극 상부에 도포하는 단계이다. 이는 도 5의 (a)와 (b)에 도시되어 있으며, 반사방지막 형성에 있어서, p형전극 및 n형전극을 보호하고, 투명전극 영역에만 선택적으로 포토레지스트를 제거하기 위한 준비과정이다.
상기 포토레지스트는 일반적인 포토리소그래피방식에 사용되는 물질이면 어느 것이든 무방하며, 도포 또한 통상적인 방식으로 해도 무방하다.
또한, 상기 투명전극은 상기 투명전극은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), 산화주석(SnO2), 산화아연, 불소 함유 산화주석(Fulluorine tin Oxide), 갈륨이 도핑된 산화아연(ZnO:Ga), 알루미늄이 도핑된 산화아연(ZnO:Al), 갈륨이 도핑된 산화아연마그네슘(MgZnO:Ga) 또는 알루미늄이 도핑된 산화아연마그네슘(MgZnO:Al) 중 어느 하나인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 ITO(Indium Tin Oxide)인 것이 가장 효과적이다. 본 발명의 반사방지막과 반응하지 않고, 효과적으로 투과도를 높이기 위해 상기 재료를 사용하는 것이, 수차례의 실험결과, 가장 적합한 것으로 확인되었다.
다음으로, 제거단계(S20)는 상기 투명전극 영역에 도포된 포토레지스트를 포토리소그래피 방식으로 제거하는 단계이다. 이는 도 5의 (b)에 도시되어 있으며, p형전극 및 n형전극의 보호를 위해 선택적으로 투명전극영역의 포토레지스트만을 제거하는 공정이다.
일반적인 포토리소그래피 방식으로 투명전극 영역만 노출시키도록 포토레지스트를 제거하면 무방하며, 제거단계(S20)를 거치면, 투명전극 영역의 포토레지스트만 제거되어, 이하의 산화아연 시드층을 형성하기 위한 공간이 확보된다.
다음으로, 시드층 형성단계(S30)는 상기 투명전극상에 시드층을 형성시키는 단계이다. 이는 도 5의 (c)에 도시되어 있으며, 이하의 반사방지막을 성장시키기 위한 기초공정이다.
상기 제거단계(S20)에 의해 노출된 투명전극 영역상에 스퍼터링 방식, 펄스레이저증착방식, 열분해방식, 전자빔을 이용한 진공증착방식 또는 열증착방식 중 어느 하나의 방식으로 시드층을 형성시키는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 스퍼터링 방식을 사용하는 것이 효과적이다. 이들 중 어느 하나의 방식을 이용하는 것이, 투명전극에 효과적으로 증착되어, 반사방지막의 내구성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
상기 시드층 형성단계(S30)에서, 상기 시드층은 본 발명의 방식을 이용하여 나노로드 형태로 성장시킬 수 있는 물질이면 어느 것이든 무방하나, 본 발명에서는산화아연으로 이루어지는 것이 가장 바람직하다.
다음으로, 제 1반사방지막 성장단계(S40)는 상기 시드층을 성장용액에 침지시켜 제 1반사방지막을 성장시키는 단계이다. 이는 도 5의 (d)에 도시되어 있으며, 시드층을 특수수용액과 반응시켜, 반사방지막을 성장시키는 공정이다.
마지막으로, 제 2반사방지막 성장단계(S50)는 상기 시드층을 성장용액에 침지시켜 제 2반사방지막을 성장시키는 단계이다. 이는 도 5의 (e)에 도시되어 있으며, 반사방지막을 이중층으로 형성함으로써, 굴절률 차이를 최대한 점진적으로 줄여줄 수 있는 구조를 형성하여, 투명전극과 외부와의 프레넬(Fresnel) 반사를 현저히 줄임으로써, 광추출효율을 향상시키기 위한 공정이다.
제 1반사방지막 성장단계(S40) 및 제 2반사방지막 성장단계(S50)에 대해, 도 3에 나타나 있다.
투명전극과 외부와의 프레넬(Fresnel) 반사의 원리는 도 2에 나타난 바와 같이, 투명전극과 외부 공기와의 굴절율 차이로 인해 빛이 다시 발광다이오드 쪽으로 반사되는 현상을 의미하며, 본 발명에 의하면, 이러한 반사를 굴절율 차이를 점차적으로 줄여줌으로써, 현저히 감소시킬 수 있다.
상기 제 2반사방지막 성장단계(S50)에서의 상기 성장용액의 몰농도는 상기 제 1반사방지막 성장단계(S40)에서의 상기 성장용액 몰농도의 40% 내지 60%인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 45% 내지 55%, 가장 바람직하게는 50%인 것이 효과적이다.
이는 성장용액에 포함된 모든 물질의 몰농도의 비율을 한정한 것으로, 결과적으로, 제 1반사방지막을 형성하는 나노로드의 길이가 제 2반사방지막에 비해 길게 됨으로써, 하부층의 나노로드 밀도가 상부층보다 높은 구조를 구현함으로써, 굴절률의 차이를 점진적으로 줄여주는 역할을 한다.
이러한 방식으로, 밀도가 점진적으로 줄어들도록 삼중층, 사중층으로 다층구조를 구성할 수 있으며, 그로 인해 점차적으로 반사방지효과가 향상되지만, 수차례의 실험결과, 경제성 대비 광추출효율의 극대화는 이중층으로 구성하는 것이 가장 바람직하여, 본 발명에서는 이중층 구조를 적용하였다.
상기 제 2반사방지막 성장단계(S50)에서의 상기 성장용액의 몰농도는 상기 제 1반사방지막 성장단계(S40)에서의 상기 성장용액 몰농도가 40%미만인 경우에는 상부층의 두께가 현저히 줄어들어, 굴절률구배가 적절히 형성되지 못 하여, 반사되는 빛의 양이 증가함으로써, 광추출효율이 감소하는 문제가 있으며, 60%를 초과하는 경우에는 하부층의 두께가 현저히 줄어들어, 굴절률구배가 적절히 형성되지 못 하여, 반사되는 빛의 양이 증가함으로써, 광추출효율이 감소하는 문제가 있다.
또한, 제 1반사방지막 성장단계(S40) 및 제 2반사방지막 성장단계(S50)에서, 상기 성장용액의 구성물질은 동일하며, 이는 질산아연, 황산아연 또는 염화아연 수용액 중 적어도 하나를 사용하는 것이 바람직하나, 더욱 바람직하게는, 질산아연 수용액, 가장 바람직하게는 질산아연수화물(Zinc nyitrate hydrate), 헥사메틸렌테트라아민(Hexamethylene tetramine) 및 폴리에테르이미드(Polyetherimide)를 포함하여 이루어지는 것이 효과적이다.
종래에, MOCVD나 VLS 성장법을 이용한 산화아연 성장법의 경우에는 나노구조를 형성하기 위해서는 500~700℃의 온도가 필요한 것과 달리, 본 발명에서는 수차례의 연구끝에, 약 100℃의 저온에서 나노구조의 산화아연을 성장시킬 수 있는 수용액성장법을 개발하였으며, 상기 구성물질을 갖는 성장용액을 사용할 경우에 최적의 반사방지막을 형성할 수 있다.
이렇게 저온에서 성장이 가능하므로, 투명전극에 열적 손상을 주지 않고, 전기적 특성의 저하가 거의 없는 장점이 있다.
또한, 제 1반사방지막 성장단계(S40) 및 상기 제 2반사방지막 성장단계(S50)에 의해 형성된 상기 제 1반사방지막 및 상기 제 2반사방지막은 나노로드 형태인 것이 바람직하다. 나노볼 등의 형태일 경우에는, 반사방지효과가 현저히 저하되는 문제가 있으며, 나노로드 형태일 때에, 반사방지효과를 극대화할 수 있다.
또한, 상기 나노로드의 직경은 10nm 내지 149nm인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 50nm 내지 120nm인 것이 효과적이다. 10nm미만인 경우에는 경제성이 떨어지며, 굴절율 차이가 커지는 문제가 있으며, 149nm를 초과하는 경우에는 빛이 도파되므로, 반사방지효과를 구현할 수 없는 문제가 있다.
상기 제 1반사방지막 성장단계(S40)에서, 상기 성장용액은, 상기 질산아연수화물 15mM 내지 25mM, 상기 헥사메틸렌테트라아민 15mM 내지 25mM 및 상기 폴리에테르이미드 5mM 내지 7mM을 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 질산아연수화물 20mM, 상기 헥사메틸렌테트라아민 20mM 및 상기 폴리에테르이미드 6mM을 포함하는 것이 효과적이다.
상기 함량범위 미만인 경우에는 나노로드가 충분히 성장하지 못 하여, 이중층 구조가 제대로 형성되지 않아, 광추출효율이 낮아지는 문제가 있으며, 상기 함량범위를 초과하는 경우에는 굴절율 구배가 점차적으로 이루어지지 않아 반사방지효과가 저하되는 문제가 있다.
또한, 제 1반사방지막 성장단계(S40)는, 60℃ 내지 120℃의 온도하에서 50분 내지 90분간 제 1반사방지막을 성장시키는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 80℃ 내지 100℃의 온도하에서 50분 내지 70분간 성장시키는 것이 효과적이다. 60℃미만인 경우에는 낮은 온도로 산화아연 반사방지막이 성장이 되지 않거나 매우 늦은 문제가 있으며, 120℃를 초과하는 경우에는 반사방지막인 나노로드의 형태가 불균일하거나 투명기판이 열로 인해 손상될 수 있는 문제가 있다.
또한, 반응시간이 50분미만인 경우에는 반사방지막이 충분히 성장하지 못 하여, 광추출효율이 저하되는 문제가 있으며, 90분을 초과하는 경우에는 경제성이 떨어질 뿐만 아니라, 반사방지막인 나노로드의 형태가 불균일해지는 문제가 있다.
제 1반사방지막 성장단계(S40)에 의해 형성된 제 1반사방지막의 평균 두께는 150nm 내지 280nm인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 170nm 내지 200nm인 것이 효과적이다. 150nm미만인 경우에는 두께가 얇아서 제 2반사방지막과의 이중층을 효과적으로 형성하기 어려운 문제가 있으며, 280nm를 초과하는 경우에는 과도하게 두꺼워, 굴절율 구배로 인한 광추출효율 증가효과가 현저히 저하되는 문제가 있다.
상기 제 2반사방지막 성장단계(S50)에서, 상기 성장용액은, 상기 질산아연수화물 5mM 내지 12mM, 상기 헥사메틸렌테트라아민 5mM 내지 12mM 및 상기 폴리에테르이미드 2mM 내지 4mM을 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 질산아연수화물 10mM, 상기 헥사메틸렌테트라아민 10mM 및 상기 폴리에테르이미드 3mM을 포함하는 것이 효과적이다.
상기 함량범위 미만인 경우에는 나노로드가 충분히 성장하지 못 하여, 이중층 구조가 제대로 형성되지 않아, 광추출효율이 낮아지는 문제가 있으며, 상기 함량범위를 초과하는 경우에는 굴절율 구배가 점차적으로 이루어지지 않아 반사방지효과가 저하되는 문제가 있다.
또한, 제 2반사방지막 성장단계(S50)는, 60℃ 내지 120℃의 온도하에서 20분 내지 40분간 제 2반사방지막을 성장시키는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 80℃ 내지 100℃의 온도하에서 25분 내지 35분간 성장시키는 것이 효과적이다. 60℃미만인 경우에는 낮은 온도로 산화아연 반사방지막이 성장이 되지 않거나 매우 늦은 문제가 있으며, 120℃를 초과하는 경우에는 반사방지막인 나노로드의 형태가 불균일하거나 투명기판이 열로 인해 손상될 수 있는 문제가 있다.
또한, 반응시간이 20분미만인 경우에는 반사방지막이 충분히 성장하지 못 하여, 광추출효율이 저하되는 문제가 있으며, 40분을 초과하는 경우에는 경제성이 떨어질 뿐만 아니라, 반사방지막인 나노로드의 형태가 불균일해지거나 과도하게 두께워져 이중층 구조가 형성되지 못 하는 문제가 있다.
제 2반사방지막 성장단계(S50)에 의해 형성된 제 2반사방지막의 평균 두께는 50nm 내지 140nm인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 70nm 내지 110nm인 것이 효과적이다. 50nm미만인 경우에는 두께가 얇아서 제 1반사방지막과의 이중층을 효과적으로 형성하기 어려운 문제가 있으며, 140nm를 초과하는 경우에는 과도하게 두꺼워, 굴절율 구배로 인한 광추출효율 증가효과가 현저히 저하되는 문제가 있다.
도 4에서는 상기 제 1반사방지막 성장단계(S40) 및 제 2반사방지막 성장단계(S50)를 거쳐 형성된 반사방지막에 대해 SEM촬영한 사진을 나타나 있다. 도 4에서 (a)는 위에서 내려다 본 사진이고, (b)는 단면사진으로써, 이중층의 나노로드가 형성되어 반사방지막을 형성하고 있음을 알 수 있다.
상기 본 발명에 의해 제조된 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드는 상기에 나타난 바와 같은 장점이 있다.
다음으로, 본 발명의 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드는, 기판, n형반도체층, 활성층, p형반도체층 및 투명전극을 포함하여 이루어지는 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드에 있어서, 상기 투명전극 또는 상기 p형반도체층상에 형성된 산화아연 반사방지막;을 포함하여 이루어지며,
상기 산화아연 반사방지막은 산화아연 시드층위에 이중층 나노로드 형태로 형성되며, 상기 이중층에서, 하부층이 상부층보다 상기 나노로드의 밀도가 높은 것을 특징으로 한다. 즉, 상,하부층의 밀도차이로 인해, 굴절률을 차이를 완만하게 함으로써, 반사되는 빛의 양을 최소화하는 장점이 있다.
상기 산화아연 방지막은 투명전극이 포함되지 않을 경우에는, p형반도체층상에 바로 형성될 수 있다.
상기 산화아연 반사방지막에서, 상기 하부층의 평균두께는 50nm 내지 140nm인 것이 바람직하며, 상기 이중층의 평균두께는 150nm 내지 280nm인 것이 바람직하다.
또한, 상기 산화아연 반사방지막은, 산화아연 시드층상에 이중층 나노로드 형태로 형성되는 것이 바람직하며, 산화아연 시드층이 사용되는 이유는 상기에서 설명한 바와 같다.
또한, 상기 나노로드의 직경은 10nm 내지 149nm인 것이 바람직하며, 상기 투명전극은 상기 투명전극은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), 산화주석(SnO2), 산화아연, 불소 함유 산화주석(Fulluorine tin Oxide), 갈륨이 도핑된 산화아연(ZnO:Ga), 알루미늄이 도핑된 산화아연(ZnO:Al), 갈륨이 도핑된 산화아연마그네슘(MgZnO:Ga) 또는 알루미늄이 도핑된 산화아연마그네슘(MgZnO:Al) 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
본 발명의 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드에 대한 설명은 상기 본 발명의 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법에 기재된 바와 같다.
이하에서는 본 발명의 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법을 이용하여 제조된 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 우수성을 입증하기 위한 실험을 실시하고, 그 결과를 나타내었다.
먼저, 도 6은 유리기판만 있는 경우(bare glass), 유리기판상부에 ITO가 적층된 경우(ITO/glass), 본 발명과 같이 유리기판/ITO/이중층 반사방지막이 형성된 경우에 대한, 파장별 빛의 투과율을 나타낸 그래프로, 도 6에 나타난 바와 같이, 본 발명의 경우에는 반사방지막에 부가되었음에도 종래 ITO만이 적층된 경우와 비교해서 투과율이 떨어지지 않으며, 특정파장에서는 오히려 우수함을 알 수 있다.
즉, 본 발명의 반사방지막은 투과율에 영향을 주지 않고, 오히려 증가시키는 효과가 있음을 확인할 수 있다.
다음으로, 도 7 및 도 8은 본 발명의 반사방지막을 적용한 발광다이오드와 그렇지 않은 발광다이오드에 대해, 일렉트로루미네선스(electroluminescence)스펙트럼과 광출력을 측정한 그래프이다.
도 7 및 도 8에 나타난 바와 같이, 본 발명의 경우가 일반적인 발광다이오드에 비해, 50%이상 월등히 광출력이 증가하였음을 알 수 있으며, 20mA 전류 인가시에 발광파장의 변화없이 광출력이 향상되었음을 확인할 수 있다.
즉, 상기 실험결과에 의해, 본 발명은 반사방지막을 통해 투명전극과 외부와의 플레넬 반사를 현저히 감소시킴으로써, 광출력을 향상시켰으며, 저온에서 반사방지막이 성장하여, 발광다이오드 활성층에 열적손상을 주지 않음으로써, 발광파장의 변화없이 효과적으로 광출력이 향상된다는 본 발명의 효과가 명확히 입증되었다.
다음으로, 도 9는 본 발명의 반사방지막을 적용한 발광다이오드와 그렇지 않은 발광다이오드에 대해, 전류와 전압의 관계를 측정한 그래프이다. 둘다 전류와 전압의 특성이 일정하게 유지되는 것으로 보아, 본 발명이 저온에서 성장됨으로 인해 열로 인한 활성층의 손상이 없어, 전기적 특성의 저하가 없음을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
10: 기판
20: n형반도체층
30: 활성층
40: p형반도체층
50: 투명전극
60: n형 전극
70: p형 전극
80: 산화아연 시드층
90: 산화아연 반사방지막
20: n형반도체층
30: 활성층
40: p형반도체층
50: 투명전극
60: n형 전극
70: p형 전극
80: 산화아연 시드층
90: 산화아연 반사방지막
Claims (10)
- 기판상에 n형반도체층, 활성층, p형반도체층이 순차적으로 적층되고, 상기 n형반도체층상에 n형전극이 형성되며, 상기 p형반도체층상에 투명전극이 적층되고, 상기 투명전극 일부에 p형전극이 형성된 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법에 있어서,
포토레지스트를 상기 n형전극, 상기 투명전극 및 상기 p형 전극 상부에 도포하는 도포단계;
상기 투명전극 영역에 도포된 포토레지스트를 포토리소그래피 방식으로 제거하는 제거단계;
상기 투명전극상에 시드층을 형성시키는 시드층 형성단계;
상기 시드층을 성장용액에 침지시켜 제 1반사방지막을 성장시키는 제 1반사방지막 성장단계; 및
상기 시드층을 성장용액에 침지시켜 제 2반사방지막을 성장시키는 제 2반사방지막 성장단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법
- 제 1항에 있어서,
상기 제 2반사방지막 성장단계에서의 상기 성장용액의 몰농도는 상기 제 1반사방지막 성장단계에서의 상기 성장용액 몰농도의 40% 내지 60%인 것을 특징으로 하는 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 시드층 형성단계는, 스퍼터링 방식, 펄스레이저증착방식, 열분해방식, 전자빔을 이용한 진공증착방식 또는 열증착방식 중 어느 하나의 방식으로 상기 시드층을 형성시키는 것을 특징으로 하는 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 시드층 형성단계에서, 상기 시드층은 산화아연으로 이루어진 것을 특징으로 하는 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 제 1반사방지막 성장단계 및 상기 제 2반사방지막 성장단계에서, 상기 성장용액은, 질산아연수화물(Zinc nyitrate hydrate), 헥사메틸렌테트라아민(Hexamethylene tetramine) 및 폴리에테르이미드(Polyetherimide)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 제 1반사방지막 성장단계 및 상기 제 2반사방지막 성장단계에 의해 형성된 상기 제 1반사방지막 및 상기 제 2반사방지막은 나노로드 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 투명전극은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), 산화주석(SnO2), 산화아연, 불소 함유 산화주석(Fulluorine tin Oxide), 갈륨이 도핑된 산화아연(ZnO:Ga), 알루미늄이 도핑된 산화아연(ZnO:Al), 갈륨이 도핑된 산화아연마그네슘(MgZnO:Ga) 또는 알루미늄이 도핑된 산화아연마그네슘(MgZnO:Al) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법
- 기판, n형반도체층, 활성층, p형반도체층 및 투명전극을 포함하여 이루어지는 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드에 있어서,
상기 투명전극 또는 상기 p형반도체층상에 형성된 산화아연 반사방지막;을 포함하여 이루어지며,
상기 산화아연 반사방지막은 이중층 나노로드 형태로 형성되며, 상기 이중층에서, 하부층이 상부층보다 상기 나노로드의 밀도가 높은 것을 특징으로 하는 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드
- 기판, n형반도체층, 활성층, p형반도체층 및 투명전극을 포함하여 이루어지는 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드에 있어서,
상기 투명전극 또는 상기 p형반도체층상에 형성된 산화아연 반사방지막;을 포함하여 이루어지며,
상기 산화아연 반사방지막은 이중층 나노로드 형태이며, 상기 이중층은 나노로드간의 높이차이로 인해 형성되는 것을 특징으로 하는 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드
- 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
상기 투명전극은 상기 투명전극은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), 산화주석(SnO2), 산화아연, 불소 함유 산화주석(Fulluorine tin Oxide), 갈륨이 도핑된 산화아연(ZnO:Ga), 알루미늄이 도핑된 산화아연(ZnO:Al), 갈륨이 도핑된 산화아연마그네슘(MgZnO:Ga) 또는 알루미늄이 도핑된 산화아연마그네슘(MgZnO:Al) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드
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| KR1020110055325A KR101175957B1 (ko) | 2011-06-08 | 2011-06-08 | 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020110055325A KR101175957B1 (ko) | 2011-06-08 | 2011-06-08 | 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드 |
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| KR1020110055325A KR101175957B1 (ko) | 2011-06-08 | 2011-06-08 | 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 산화아연 반사방지막을 포함하는 발광다이오드 |
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| Country | Link |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015108297A1 (ko) * | 2014-01-16 | 2015-07-23 | 코닝정밀소재 주식회사 | 반사 방지 글라스 기판 및 그 제조방법 |
| KR20160013554A (ko) * | 2014-07-28 | 2016-02-05 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광소자 및 조명시스템 |
-
2011
- 2011-06-08 KR KR1020110055325A patent/KR101175957B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015108297A1 (ko) * | 2014-01-16 | 2015-07-23 | 코닝정밀소재 주식회사 | 반사 방지 글라스 기판 및 그 제조방법 |
| US10295705B2 (en) | 2014-01-16 | 2019-05-21 | Corning Precision Materials Co., Ltd. | Anti-reflection glass substrate and method for manufacturing same |
| KR20160013554A (ko) * | 2014-07-28 | 2016-02-05 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광소자 및 조명시스템 |
| KR102200072B1 (ko) | 2014-07-28 | 2021-01-11 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광소자 및 조명시스템 |
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