KR101710659B1 - 그래핀 발광 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 그래핀 발광 소자는 기판 상에 마련된 다층 구조물을 포함하며, 다층 구조물은 그래핀, 그래핀 상에 마련되는 복수 개의 양자점과 그래핀 상에 마련되고, 복수 개의 양자점을 둘러싸고 있는 절연층을 구비할 수 있다. 그래핀은 n형 도펀트가 도핑된 n형 그래핀 영역, p형 도펀트가 도핑된 p형 그래핀 영역 및 n형 그래핀 영역과 p형 그래핀 영역 사이에 마련되는 활성 그래핀 영역을 포함할 수 있다.
Description
그래핀 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 그래핀 상에 복수 개의 양자점이 마련된 그래핀 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
그래핀은 탄소 원자 한 층으로 만들어진 벌집 구조의 2차원 박막을 말한다. 탄소 원자는 sp2 혼성 궤도에 의해 화학 결합시 이차원 구조를 가지는 탄소 육각망면을 형성한다. 이 평면 구조를 가지는 탄소 원자의 집합체가 그래핀인데, 그 두께가 단지 탄소 원자 한 개에 불과한 약 0.34 nm이다. 이러한 그래핀은 기존의 물질과 다른 매우 유용한 특성을 지니므로, 전자 소자에 그래핀을 적용하고자 하는 다양한 연구들이 진행되고 있다.
그래핀 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 발광 소자는
기판; 및
상기 기판 상에 마련되고, 그래핀, 상기 그래핀 상에 마련되는 복수 개의 양자점과 상기 그래핀 상에 마련되고, 상기 복수 개의 양자점을 둘러싸고 있는 절연층을 구비하는 다층 구조물;을 포함하며,
상기 그래핀은 n형 도펀트가 도핑된 n형 그래핀 영역, p형 도펀트가 도핑된 p형 그래핀 영역 및 상기 n형 그래핀 영역과 상기 p형 그래핀 영역 사이에 마련되는 활성 그래핀 영역을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 양자점은 상기 활성 그래핀 영역 상에 마련될 수 있다.
상기 기판 상에 상기 다층 구조물이 적어도 2회 적층될 수 있다.
상기 기판 상에 마련되고, 상기 n형 그래핀 영역과 연결되는 n형 전극; 및
상기 기판 상에 마련되고, 상기 p형 그래핀 영역과 연결되는 p형 전극;을 더 포함할 수 있다.
상기 n형 그래핀 영역과 상기 p형 그래핀 영역은 한 평면 상에서 서로 일정 간격 이격되어 마련될 수 있다.
상기 n형 도펀트는 N, F, Mn, NH3 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 재료일 수 있다.
상기 p형 도펀트는 O, Au, Bi, Nitro-methane, HNO3, HAuCl4, HCl, AuCl3 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 재료일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 발광 소자의 제조 방법은
기판 상에 다층 구조물을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 다층 구조물을 형성하는 단계는
그래핀을 형성하는 단계;
상기 그래핀의 제1영역에 n형 도펀트를 도핑하여 n형 그래핀 영역을 형성하는 단계;
상기 그래핀의 상기 제1영역과 이격되어 있는 제2영역에 p형 도펀트를 도핑하여 p형 그래핀 영역을 형성하는 단계;
상기 그래핀 상에 복수 개의 양자점을 형성하는 단계; 및
상기 그래핀 상에 상기 복수 개의 양자점을 둘러싸도록 절연층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 양자점은 상기 n형 그래핀 영역과 상기 p형 그래핀 영역 사이에 마련된 활성 그래핀 영역 상에 형성할 수 있다.
상기 기판 상에 상기 다층 구조물을 형성 단계를 적어도 2회 반복하여 수행할 수 있다.
상기 기판 상에 상기 n형 그래핀 영역과 연결되는 n형 전극을 형성하는 단계; 및
상기 기판 상에 상기 p형 그래핀 영역과 연결되는 p형 전극을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 n형 도펀트는 N, F, Mn, NH3 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 재료일 수 있다.
상기 p형 도펀트는 O, Au, Bi, Nitro-methane, HNO3, HAuCl4, HCl, AuCl3 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 재료일 수 있다.
본 발명의 그래핀 발광 소자는 활성 그래핀 영역에서 방출된 빛이 양자점 표면에서 표면 플라즈몬 공명을 일으켜서, 그래핀 발광 소자의 효율이 향상될 수 있다. 그리고, 본 발명의 그래핀 발광 소자는 양자점에 의해서 발광 소자에서 방출되는 빛의 파장을 제어할 수 있다. 또한, 본 발명의 그래핀 발광 소자는 활성 그래핀 영역과 양자점이 적층되어, 그래핀 발광 소자에서 방출되는 빛의 세기를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 변형된 실시예에 따른 그래핀 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 발광 소자의 제조 방법을 도시한 개략적인 공정 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 변형된 실시예에 따른 그래핀 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 발광 소자의 제조 방법을 도시한 개략적인 공정 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 발광 소자 및 그 제조 방법에 대해서 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서, 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 발광 소자(100)의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 그래핀 발광 소자(100)는 기판(10)과 다층 구조물(60)을 포함할 수 있다. 다층 구조물(60)은 기판(10) 상에 마련되며, 그래핀(20), 그래핀(20) 상에 마련되는 복수 개의 양자점(30) 및 그래핀(20) 상에 마련되고, 복수 개의 양자점(30)을 둘러싸고 있는 절연층(40)을 포함할 수 있다. 그리고, 그래핀(20)은 n형 도펀트가 도핑된 n형 그래핀 영역(21), p형 도펀트가 도핑된 p형 그래핀 영역(23) 및 상기 n형 그래핀 영역(21)과 상기 p형 그래핀 영역(23) 사이에 마련되는 활성 그래핀 영역(25)을 포함할 수 있다.
기판(10)은 다층 구조물(60)을 지지하는 것으로서, 비전도성 재료로 형성될 수 있다. 다층 구조물(60)에 포함된 그래핀(20)은 강철의 약 200배 이상인 약 1,100 GPa의 물리적 강도로 가지고 있다고 알려져 있다. 따라서, 본 실시예에 있어서, 그래핀(20)을 포함하는 다층 구조물(60) 만으로도 그 구조가 유지될 수 있으므로, 기판(10)은 제거될 수도 있다.
그래핀(20)은 기판(10) 상에 마련될 수 있으며, 화학 증기 증착법(chemical vapor deposition, CVD), 기계적 또는 화학적 박리법, 에피택시(epitaxy) 성장법 등으로 형성될 수 있다. 여기에서, 그래핀(graphene)은 탄소원자들이 2차원 상에서 벌집 모양의 배열을 이루면서 원자 한 층의 두께 예를 들어, 약 0.34nm의 두께를 가지는 전도성 물질이다. 그래핀은 구조적, 화학적으로 매우 안정적이며, 우수한 전도체로서 실리콘보다 약 100배 정도 빠른 전하 이동도를 가지고, 구리보다 약 100배 정도 많은 전류를 흐르게 할 수 있다. 또한, 그래핀은 투명도도 우수하며, 종래에 투명 전극으로 사용되던 ITO(indium tin oxide)보다 높은 투명도를 갖는다.
그래핀(20)은 한 평면 상에서 서로 일정 간격 이격되어 마련되는 n형 그래핀 영역(21)과 p형 그래핀 영역(23)을 포함할 수 있다. 그리고, 그래핀(30)은 서로 이격된 n형 그래핀 영역(21)과 p형 그래핀 영역(23) 사이에 마련된 활성 그래핀 영역(25)을 포함할 수 있다. 여기에서, 활성 그래핀 영역(25)은 n형 그래핀 영역(21)과 p형 그래핀 영역(23)을 연결하고 있으며, 이들은 모두 하나의 그래핀(20) 상에 마련될 수 있다.
n형 그래핀 영역(21)은 n형 도펀트로 도핑된 그래핀(20)의 일 영역이다. 상기 n형 도펀트는 N, F, Mn, NH3, 중에서 선택된 적어도 하나의 재료일 수 있다. 그리고, 상기 n형 도펀트는 1x 10-20 cm-2 내지 1x 10-5 cm-2 범위 내의 농도로 그래핀(20)의 상기 일 영역에 도핑될 수 있다.
p형 그래핀 영역(23)은 p형 도펀트로 도핑된 그래핀(20)의 다른 일 영역이다. 상기 p형 도펀트는 O, Au, Bi, Nitro-methane, HNO3, HAuCl4, H2SO4, HCl, AuCl3 중에서 선택된 적어도 하나의 재료일 수 있다. 그리고, 상기 p형 도펀트는 1x 10-20 cm-2 내지 1x 10-5 cm-2 범위 내의 농도로 그래핀(20)의 상기 다른 일 영역에 도핑될 수 있다.
n형 전극(50)이 n형 그래핀 영역(21)과 연결되도록 기판(10) 상에 마련될 수 있다. n형 전극(50)은 n형 그래핀 영역(21)의 끝단에 연결될 수 있다. 한편, p형 전극(55)이 p형 그래핀 영역(23)과 연결되도록 기판(10) 상에 마련될 수 있다. p형 전극(55)은 p형 그래핀 영역(23)의 끝단에 부착될 수 있다. 그리고, n형 전극(50) 및 p형 전극(55)을 통해서 그래핀 발광 소자(100)에 전원이 인가될 수 있다.
도핑되지 않은 그래핀은 전도대와 가전자대가 서로 만나 에너지 밴드 갭을 가지고 있지 아니하나, 상기와 같이 p형 도펀트 또는 n형 도펀트가 그래핀(20)에 도핑됨에 따라 에너지 밴드 갭이 발생하게 된다. 이러한 에너지 밴드 갭은 p형 도펀트나 n형 도펀트의 종류, 도핑 농도 등에 따라 제어될 수 있다.
활성 그래핀 영역(25)은 n형 그래핀 영역(21)과 p형 그래핀 영역(23) 사이에 마련될 수 있다. 활성 그래핀 영역(25)은 p-n 접합 구조에서 공핍 영역(depletion region)에 해당하거나, p-i-n 접합 구조에서 진성 영역(intrinsic region)과 유사할 수 있다. n형 그래핀 영역(21) 내의 전자와 p형 그래핀 영역(23) 내의 정공이 활성 그래핀 영역(25)에서 재결합하여 빛이 방출될 수 있다. 즉, n형 그래핀 영역(21)과 p형 그래핀 영역(23)에 순방향으로 전원이 인가되면, n형 그래핀 영역(21) 내의 전자와 p형 그래핀 영역(23) 내의 정공은 활성 그래핀 영역(25) 쪽으로 이동한다. 전술한 바와 같이 n형 그래핀 영역(21)과 p형 그래핀 영역(23)은 도펀트의 도핑에 의해 에너지 밴드 갭을 가지고 있다. 따라서, 활성 그래핀 영역(25) 내로 주입되는 전자와 정공은, 활성 그래핀 영역(25) 내에서 재결합되면서 에너지 밴드 갭에 해당되는 광자(photon), 즉 빛을 방출할 수 있다.
복수 개의 양자점(30)은 그래핀(20) 상에 마련될 수 있으며, 그래핀(20) 상에 랜덤하게 배치될 수 있다. 양자점(30)은 그래핀(20)과 접하도록 형성되거나, 절연층(40) 내부에 형성되어 그래핀(20)과 접하지 않도록 형성될 수 있다. 또한, 양자점(30)은 그래핀(20)의 일 영역인 활성 그래핀 영역(25) 상에 마련될 수 있다.
양자점(30)은 약 10nm 이하의 직경을 갖는 반도체 물질의 나노결정이다. 양자점으로서 나노결정을 합성하는 방법으로는 MOCVD(metal organic chemical vapor deposition)나 MBE(molecular beamepitaxy)와 같은 기상 증착법으로 양자점을 제조하거나, 유기 용매에 전구체 물질을 넣어 결정을 성장시키는 화학적 습식 방법이 이용될 수 있다. 양자점(30)은 Si계 나노결정, II-VI족계 화합물 반도체 나노결정, III-V족계 화합물 반도체 나노결정, IV-VI족계 화합물 반도체 나노결정 및 이들의 혼합물 중 어느 하나의 나노결정을 포함할 수 있다. II-VI족계 화합물 반도체 나노결정은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HggZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe 및 HgZnSTe로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다. III-V족계 화합물 반도체 나노결정은 GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InAs, GaNP, GaNAs, GaPAs, AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNP, InAlNAs, 및 InAlPAs로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다. IV-VI족계 화합물 반도체 나노결정은 SbTe일 수 있다.
활성 그래핀 영역(25)에서 방출되는 빛은 양자점(30)의 표면에서 표면 플라즈몬을 여기 시켜서, 표면 플라즈몬 공명을 일으킬 수 있다. 표면 플라즈몬 파(surface plasmon wave)란 전도체와 유전체의 경계 면을 따라 진행하는 전자기파의 일종이다. 특정 파장의 광을 평편한 전도체에 조사하는 경우, 대배분의 광 에너지가 자유 전자로 전이되는 공명 현상이 일어날 수 있으며, 이를 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance)이라고 한다. 이렇게 표면 플라즈몬 공명이 일어나기 위한 조건으로는 양자점에 입사되는 광의 파장, 전도체와 접하고 있는 물질의 굴절률 등이 있다. 표면 플라즈몬 공명에 의해서, 그래핀 발광 소자(100)에서 방출되는 빛의 양이 증가되어 발광 소자의 효율이 향상될 수 있다.
한편, 양자점(30)은 밴드 갭(band gap)이 작은 물질로 구성된 코어 및 상기 코어를 둘러싼 밴드 갭이 큰 물질로 구성된 쉘, 그리고 상기 쉘 상에 부착된 리간드로 구성될 수 있으며, 지름이 약 10nm 정도 크기의 구형으로 이루어져 있다. 이러한 나노 사이즈를 갖는 양자점(30)은 양자 구속 효과(quantum confinement effect)가 나타나는데, 양자 구속 효과의 가장 두드러진 점은 밴드 갭이 커지고 밴드 갭이 벌크(bulk)의 결정과는 다르게, 마치 하나의 개별적인 원자와 같이 불연속적인 밴드 갭 구조를 갖는 것이다. 양자점(30)은 양자점의 크기에 따라 불연속적인 밴드 갭의 간격을 조절할 수 있어 양자점을 균일한 크기 분포를 갖게 하게 합성하면 반치폭이 좁은 분광 분포를 갖는 광변환체를 만들 수 있다. 본 실시예에 있어서, 양자점(30)은 활성 그래핀 영역(25)에서 방출된 빛을 흡수한 다음, 양자점(30)이 가지는 밴드 갭 값에 해당하는 빛을 방출할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 그래핀 발광 소자(100)는 원하는 파장의 빛을 방출할 수 있는 양자점(30)을 선택하여, 발광 소자에서 방출되는 빛의 파장을 제어할 수 있다. 그러므로, 양자점(30)은 예를 들어, 청색의 빛을 방출할 수 있는 청색 양자점, 적색의 빛을 방출할 수 있는 적색 양자점 및 녹색의 빛을 방출할 수 있는 녹색 양자점 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 양자점일 수 있다.
그리고, 절연층(40)이 그래핀(20) 상에 마련될 수 있으며, 복수 개의 양자점(30)을 둘러싸고 있을 수 있다. 절연층(40)은 SiO2, SiN, 폴리머 등의 재료로 형성될 수 있다. 절연층(40)은 양자점(30)이 그래핀(20) 상에 마련되고, 양자점(30)과 그래핀(20)을 덮도록 그 위에 형성될 수 있다. 한편, 절연층(40)은 그래핀(20) 상에 양자점(30)과 동시에 마련될 수도 있다. 본 실시예에 따른 그래핀 발광소자(100)는 그래핀 자체의 기계적 특성 덕분에 플렉서블한 소자의 구현이 가능하며, 에칭 등의 공정을 통해 그래핀을 제단함으로써 다양한 디자인이 가능하다. 그리고, 고가의 유기금속화학증착(Metal-Organic Chemical Vapour Deposition: MOCVD) 장비를 필요로 하는 화합물 반도체를 대신하여, 통상적인 화학증착(Chemical Vapour Deposition: CVD) 장비로 제조가 가능하므로, 종래의 화합물 반도체 발광소자에 비하여 제조비용을 낮추고 공정시간을 단축시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 변형된 실시예에 따른 그래핀 발광 소자(200)의 단면을 개략적으로 도시한 것이다. 도 1에 도시된 그래핀 발광 소자(100)와의 차이점을 위주로 상세하게 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 그래핀 발광 소자(200)는 기판(10) 상에 3회 적층된 제1 내지 제3다층 구조물(60, 61, 63)을 포함할 수 있다. 도 2에는 다층 구조물(60, 61, 63)이 세 개의 층으로 마련되도록 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다층 구조물(60)은 기판(10) 상에 적어도 2회 적층될 수 있다.
제1 내지 제3다층 구조물(60, 61, 63)은 각각 그래핀(20), 그래핀(20) 상에 마련되는 복수 개의 양자점(30) 및 그래핀(20) 상에 마련되고, 복수 개의 양자점(30)을 둘러싸고 있는 절연층(40)을 포함할 수 있다. 그리고, 그래핀(20)은 n형 도펀트가 도핑된 n형 그래핀 영역(21), p형 도펀트가 도핑된 p형 그래핀 영역(23) 및 상기 n형 그래핀 영역(21)과 상기 p형 그래핀 영역(23) 사이에 마련되는 활성 그래핀 영역(25)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3다층 구조물(60, 61, 63) 각각에 포함된 활성 그래핀 영역(25)에서는 n형 그래핀 영역(21) 내의 전자와 p형 그래핀 영역(23) 내의 정공이 재결합하여 빛이 방출될 수 있다. 또한, 각각의 활성 그래핀 영역(25)에서 방출된 빛은 제1 내지 제3다층 구조물(60, 61, 63)에 포함된 양자점(30) 표면에서 표면 플라즈몬 공명을 일으킬 수 있다. 따라서, 그래핀 발광 소자(200)에서 방출되는 빛의 양이 증가될 수 있으며, 발광 소자의 효율이 향상될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 제1 내지 제3다층 구조물(60, 61, 63)에 포함된 양자점(30)은 활성 그래핀 영역(25)에서 방출된 빛을 흡수한 다음, 양자점(30)이 가지는 밴드 갭 값에 해당하는 빛을 방출할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 그래핀 발광 소자(200)는 원하는 파장의 빛을 방출할 수 있는 양자점(30)을 선택하여, 발광 소자에서 방출되는 빛의 파장을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제3다층 구조물(60, 61, 63)에 포함된 양자점(30)은 각각 청색 양자점, 적색 양자점 및 녹색 양자점에서 선택된 어느 하나의 양자점일 수 있다. 예를 들어, 제1다층 구조물(60)에 포함된 양자점(30)은 청색 양자점이고, 제2다층 구조물(61)에 포함된 양자점(30)은 적색 양자점이며, 제3다층 구조물(63)에 포함된 양자점(30)은 녹색 양자점일 수 있다. 이 경우에, 각각의 양자점(30)에서 방출되는 청색, 적색 및 녹색의 빛이 합쳐져서, 그래핀 발광 소자(200)에서 방출되는 빛은 백색광일 수 있다. 또한, 본 실시예의 그래핀 발광 소자(200)는 활성 그래핀 영역(25)과 양자점(30)이 적층되어 복수 개의 발광층을 구비하고 있기 때문에, 그래핀 발광 소자(200)에서 방출되는 빛의 세기가 향상될 수 있다.
그리고, n형 전극(50)이 복수 개의 n형 그래핀 영역(21)과 연결되도록 기판(10) 상에 마련될 수 있으며, p형 전극(55)이 복수 개의 p형 그래핀 영역(23)과 연결되도록 기판(10) 상에 마련될 수 있다. n형 전극(50)은 복수 개의 n형 그래핀 영역(21) 각각의 끝단에 부착될 수 있으며, p형 전극(55)은 복수 개의 p형 그래핀 영역(23) 각각의 끝단에 부착될 수 있다. 그리고, n형 전극(50) 및 p형 전극(55)을 통해서 그래핀 발광 소자(200)에 전원이 인가될 수 있다.
다음으로 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 발광 소자의 제조 방법에 대해서 상세하게 설명한다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 발광 소자의 제조 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
본 실시예에 따른 그래핀 발광 소자의 제조 방법은 기판(10) 상에 다층 구조물(60)을 형성하는 단계를 포함하며, 다층 구조물(60)을 형성하는 단계는 그래핀(20)을 형성하는 단계, 그래핀(20)의 제1영역(21')에 n형 도펀트를 도핑하여 n형 그래핀 영역(21)을 형성하는 단계, 그래핀(20)의 제1영역(21')과 이격되어 있는 제2영역(23')에 p형 도펀트를 도핑하여 p형 그래핀 영역(23)을 형성하는 단계, 그래핀(20) 상에 복수 개의 양자점(30)을 형성하는 단계 및 그래핀(20) 상에 복수 개의 양자점(30)을 둘러싸도록 절연층(40)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
도 3a를 참조하면, 기판(10) 상에 다층 구조물(도 3e의 60)을 형성하기 위해서, 먼저 기판(10) 상에 그래핀(20)을 형성한다. 그래핀(20)은 화학 증기 증착법(chemical vapor deposition, CVD), 기계적 또는 화학적 박리법, 에피택시(epitaxy) 성장법 등으로 형성할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 그래핀(20)의 제1영역(21')을 제외한 나머지 영역을 마스크(70)로 선택적으로 덮고, 그래핀(20)의 제1영역(21')을 n형 도펀트로 도핑한다. 상기 n형 도펀트는 예를 들어, 열 해리(thermal dissociation)을 통해서 도핑될 수 있다. 그리고, 상기 n형 도펀트는 N, F, Mn, NH3, 중에서 선택된 적어도 하나의 재료일 수 있다. 상기 n형 도펀트는 1x 10-20 cm-2 내지 1x 10-5 cm-2 범위 내의 농도로 그래핀(20)의 제1영역(21')에 도핑될 수 있다.
도 3c를 참조하면, 그래핀(20)의 제2영역(23')을 제외한 나머지 영역을 마스크(70)로 선택적으로 덮고, 제2영역(23')을 p형 도펀트로 도핑한다. 상기 p형 도펀트는 예를 들어, 열 해리(thermal dissociation)을 통해서 도핑될 수 있다. 그리고, 상기 p형 도펀트는 O, Au, Bi, Nitro-methane, HNO3, HAuCl4, H2SO4, HCl, AuCl3 중에서 선택된 적어도 하나의 재료일 수 있다. 한편, 상기 p형 도펀트는 1x 10-20 cm-2 내지 1x 10-5 cm-2 범위 내의 농도로 그래핀(20)의 제2영역(23')에 도핑될 수 있다.
도 3d를 참조하면, 그래핀(20) 상에 복수 개의 양자점(30)을 형성하고, 그래핀(20)과 양자점(30) 상에 이들을 덮도록 절연 재료를 도포하여 절연층(40)을 형성한다. 상기 절연 재료는 SiO2, SiN, 폴리머 등을 포함할 수 있다. 여기에서, 복수 개의 양자점(30)은 활성 그래핀 영역(25) 상에 형성할 수 있다. 한편, 양자점(30)과 절연층(40)은 그래핀(20) 상에 동시에 형성할 수도 있다. 이 경우, 양자점(30)과 절연 재료를 혼합하여 그래핀(20) 상에 도포할 수 있다. 양자점(30)은 MOCVD(metal organic chemical vapor deposition)나 MBE(molecular beamepitaxy)와 같은 기상 증착법으로 제조하거나, 유기 용매에 전구체 물질을 넣어 결정을 성장시키는 화학적 습식 방법을 사용하여 제조할 수 있다. 그리고, 양자점(30)은 Si계 나노결정, II-VI족계 화합물 반도체 나노결정, III-V족계 화합물 반도체 나노결정, IV-VI족계 화합물 반도체 나노결정 및 이들의 혼합물 중 어느 하나의 나노결정을 포함할 수 있다. II-VI족계 화합물 반도체 나노결정은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HggZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe 및 HgZnSTe로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다. III-V족계 화합물 반도체 나노결정은 GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InAs, GaNP, GaNAs, GaPAs, AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNP, InAlNAs, 및 InAlPAs로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다. IV-VI족계 화합물 반도체 나노결정은 SbTe일 수 있다.
도 3e를 참조하면, 다음으로 기판(10) 상에 n형 전극(50)과 p형 전극(55)을 형성한다. n형 전극(50)은 n형 그래핀 영역(21)의 끝단에 부착되도록 형성할 수 있으며, p형 전극(55)은 p형 그래핀 영역(23)의 끝단에 부착되도록 형성할 수 있다.
한편, 변형된 실시예에 따른 그래핀 발광 소자의 제조 방법은 n형 전극(50)과 p형 전극(55)을 형성하기 전에, 도 3a 내지 도 3d에서 도시된 다층 구조물(60)을 형성하는 단계를 적어도 2회 반복하여 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수 개의 다층 구조물(60, 61, 63)을 포함하는 그래핀 발광 소자(200)를 제조할 수 있다.
이러한 본 발명인 그래핀 발광 소자 및 그 제조 방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 기판 20: 그래핀
21: n형 그래핀 영역 23: p형 그래핀 영역
25: 활성 그래핀 영역 30: 양자점
40: 절연층 50, 55: 전극
60, 61, 63: 다층 구조물 70: 마스크
100, 200: 그래핀 발광 소자
21: n형 그래핀 영역 23: p형 그래핀 영역
25: 활성 그래핀 영역 30: 양자점
40: 절연층 50, 55: 전극
60, 61, 63: 다층 구조물 70: 마스크
100, 200: 그래핀 발광 소자
Claims (13)
- 기판; 및
상기 기판 상에 마련되고, 그래핀, 상기 그래핀 상에 마련되는 복수 개의 양자점과 상기 그래핀 상에 마련되고, 상기 복수 개의 양자점을 둘러싸고 있는 절연층을 구비하는 다층 구조물;을 포함하며,
상기 그래핀은 n형 도펀트가 도핑된 n형 그래핀 영역, p형 도펀트가 도핑된 p형 그래핀 영역 및 상기 n형 그래핀 영역과 상기 p형 그래핀 영역 사이에 마련되는 활성 그래핀 영역을 포함하는 그래핀 발광 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수 개의 양자점은 상기 활성 그래핀 영역 상에 마련되는 그래핀 발광 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판 상에 상기 다층 구조물이 적어도 2회 적층된 그래핀 발광 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판 상에 마련되고, 상기 n형 그래핀 영역과 연결되는 n형 전극; 및
상기 기판 상에 마련되고, 상기 p형 그래핀 영역과 연결되는 p형 전극;을 더 포함하는 그래핀 발광 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 n형 그래핀 영역과 상기 p형 그래핀 영역은 한 평면 상에서 서로 일정 간격 이격되어 마련되는 그래핀 발광 소자. - 삭제
- 삭제
- 기판 상에 다층 구조물을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 다층 구조물을 형성하는 단계는
그래핀을 형성하는 단계;
상기 그래핀의 제1영역에 n형 도펀트를 도핑하여 n형 그래핀 영역을 형성하는 단계;
상기 그래핀의 상기 제1영역과 이격되어 있는 제2영역에 p형 도펀트를 도핑하여 p형 그래핀 영역을 형성하는 단계;
상기 그래핀 상에 복수 개의 양자점을 형성하는 단계; 및
상기 그래핀 상에 상기 복수 개의 양자점을 둘러싸도록 절연층을 형성하는 단계;를 포함하는 그래핀 발광 소자의 제조 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 복수 개의 양자점은 상기 n형 그래핀 영역과 상기 p형 그래핀 영역 사이에 마련된 활성 그래핀 영역 상에 형성하는 그래핀 발광 소자의 제조 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 기판 상에 상기 다층 구조물을 형성 단계를 적어도 2회 반복하여 수행하는 그래핀 발광 소자의 제조 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 기판 상에 상기 n형 그래핀 영역과 연결되는 n형 전극을 형성하는 단계; 및
상기 기판 상에 상기 p형 그래핀 영역과 연결되는 p형 전극을 형성하는 단계;를 더 포함하는 그래핀 발광 소자의 제조 방법. - 삭제
- 삭제
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