KR101907742B1 - Light emitting diodes Thermoelectric material, method of fabricating the same, and thermoelectric device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광 다이오드 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 전극, 상기 제 1 전극 상의 산화 아연의 나노 로드들을 포함하는 N 형 산화 아연층, 상기 산화 아연층 상에 형성되어 이종 접합을 형성하는 산화 구리의 나노 로드들을 포함하는 P 형 산화 구리층 및 상기 산화 구리층 상에 형성되는 제 2 전극을 포함하는 발광 다이오드가 제공될 수 있다.The present invention relates to a light emitting diode and a method of manufacturing the same. According to an embodiment of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising a first electrode, an N-type zinc oxide layer containing nano-rods of zinc oxide on the first electrode, a nano-rod of copper oxide formed on the zinc oxide layer, And a second electrode formed on the copper oxide layer may be provided.

Description

발광 다이오드 및 이의 제조 방법{Light emitting diodes Thermoelectric material, method of fabricating the same, and thermoelectric device}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a light emitting diode and a method of manufacturing the light emitting diode.

본 발명은 발광 소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 저온 형성이 가능한 발광 다이오드 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a light emitting device, and more particularly, to a light emitting diode capable of forming a low temperature and a method of manufacturing the same.

고상 발광 다이오드(LED)는 작은 크기에도 불구하고 높은 에너지 효율 때문에 종래의 램프 기반의 조명을 빠르게 대체하고 있다. 또한, 상기 고상 발광 다이오드는 다양한 색상의 광을 생성할 수 있기 때문에 디스플레이 소자 분야에서 매우 유용하다. 백색 발광 다이오드가 개발된 후에, 더욱 경제적이고 안정한 발광 다이오드에 대한 요구가 연구의 핵심을 이루어 왔다. 종래의 III-V 반도체들, 예를 들면, GaN 및 GaAs 기반의 물질들로 형성된 발광 다이오드는 최첨단의 진공 성막 기술, 예를 들면, 금속 유기 화학기상증착, 분자빔 에피택시, 또는 다른 적합한 기상 증착 기술이 사용하여 고온 및 고순도로 제조되기 때문에, 매우 고가의 공정을 요구한다. 또한, 고온에 장시간 노출시 발광 다이오드의 광학적 특성이 변한다. Solid-state light-emitting diodes (LEDs) are quickly replacing conventional lamp-based lighting because of their high energy efficiency despite their small size. In addition, since the solid-state light emitting diode can generate light of various colors, it is very useful in the display device field. After the development of white light emitting diodes, the need for more economical and stable light emitting diodes has been the focus of research. Light emitting diodes formed with conventional III-V semiconductors, such as GaN and GaAs based materials, can be fabricated using state of the art vacuum deposition techniques, such as metal organic chemical vapor deposition, molecular beam epitaxy, or other suitable vapor deposition Technology is used at a high temperature and a high purity, a very expensive process is required. Further, the optical characteristics of the light emitting diode are changed when exposed to a high temperature for a long time.

상기 고가의 III-V 반도체들 대체하기 위해 안정하고, 풍부하며, 경제적으로 제조 가능하고 무독성의 재료들에 대한 개발이 최근 산화물 반도체를 통해 달성되고 있다. 상기 산화물 반도체를 사용하여 LED를 제조하기 위해서는 산화물 반도체의 전기적 특성과 광학적 특성 조절이 동시에 이루어져야 한다. Development of stable, abundant, economically manufacturable and non-toxic materials for replacing these expensive III-V semiconductors has recently been achieved through oxide semiconductors. In order to fabricate an LED using the oxide semiconductor, the electrical characteristics and optical characteristics of the oxide semiconductor must be simultaneously controlled.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 안정하고 풍부하여 경제적 제조가 가능하며, 산화물 반도체의 전기적 특성과 광학적 특성 조절이 가능한 산화물 반도체를 이용한 발광 다이오드를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a light emitting diode using an oxide semiconductor which is stable, abundant, economical and capable of controlling electrical characteristics and optical characteristics of an oxide semiconductor.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 전술한 이점을 갖는 산화물 반도체를 경제적으로 제조할 수 있는 발광 다이오드의 제조 방법을 제공하는 것이다. It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing an LED capable of economically manufacturing an oxide semiconductor having the above-described advantages.

본 발명의 일 측면(aspect)에 따르면, 제 1 전극; 상기 제 1 전극 상의 산화 아연의 N 나노 로드들을 포함하는 형 산화 아연층; 상기 산화 아연층 상에 형성되어 이종 접합을 형성하는 산화 구리의 나노 로드들을 포함하는 P 형 산화 구리층; 및 상기 산화 구리층 상에 형성되는 제 2 전극을 포함하는 발광 다이오드이 제공된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a liquid crystal display comprising: a first electrode; A zinc oxide layer comprising N nanorods of zinc oxide on said first electrode; A P-type oxidized copper layer formed on the zinc oxide layer and including nano rods of copper oxide forming a heterojunction; And a second electrode formed on the copper oxide layer.

상기 산화 구리의 나노 로드들은 400 nm 내지 500 nm의 길이 및 50 nm 내지 100 nm의 두께를 갖는다. 상기 P 형 산화 구리층의 두께는 1 ㎛ 내지 3 ㎛의 범위 내에 있다. 상기 산화 구리의 나노 로드들은 (111) 면으로 우선 성장된 단사정계 결정 구조를 갖는다. The nanoparticles of copper oxide have a length of 400 nm to 500 nm and a thickness of 50 nm to 100 nm. The thickness of the P-type copper oxide layer is in the range of 1 탆 to 3 탆. The nanorods of the copper oxide have a monoclinic crystal structure that is first grown with a (111) plane.

상기 산화 아연의 나노 로드들은 (002) 면으로 우선 성장된 육각형의 우르츠광(hexagonal wurtzite) 결정 구조를 갖는다. 상기 산화 아연의 나노 로드들은 500 nm 내지 700 nm의 길이를 갖는다. 상기 N형 산화 아연층의 두께는 400 nm 내지 800 nm의 범위 내이다. The nanorods of the zinc oxide have a hexagonal wurtzite crystal structure grown first with a (002) plane. The nanorods of the zinc oxide have a length of 500 nm to 700 nm. The thickness of the N-type zinc oxide layer is in the range of 400 nm to 800 nm.

상기 발광 다이오드의 제 1 피크는 610 내지 620 nm의 범위 내의 전기 발광 특성을 갖는다. 상기 발광 다이오드의 제 2 피크는 710 내지 720 nm의 범위 내의 전기 발광 특성을 갖는다. 상기 산화 구리층은 9.64 × 1018cm-3 이상의 캐리어 농도를 갖는다. 상기 발광 다이오드는 105 이상의 일정한 정류 비를 갖는다. The first peak of the light emitting diode has electroluminescence characteristics within a range of 610 to 620 nm. And the second peak of the light emitting diode has electroluminescence characteristics in the range of 710 to 720 nm. The copper oxide layer has a carrier concentration of 9.64 x 10 18 cm -3 or more. The light emitting diode has a constant rectification ratio of 10 5 or more.

본 발명의 다른 측면(aspect)에 따르면, 기판 상에 제 1 전극을 형성하는 단계; 상기 제 1 전극 상의 산화 아연의 나노 로드들을 포함하는 산화 아연층을 형성하는 단계; 상기 산화 아연층 상에 산화 구리의 나노 로드들을 포함하는 산화 구리층을 형성하는 단계; 및 상기 산화 구리층 상에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 발광 다이오드의 제조 방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a first electrode on a substrate; Forming a zinc oxide layer comprising nanorods of zinc oxide on the first electrode; Forming a copper oxide layer comprising nano-rods of copper oxide on the zinc oxide layer; And forming a second electrode on the copper oxide layer.

상기 산화 아연층을 형성하는 단계는 상기 기판 상에, 상기 제 1 전극을 노출시키는 개구 영역을 갖는 몰드 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 몰드 패턴의 상기 개구 영역 내에 상기 산화 아연층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 산화 구리층을 형성하는 단계는 스탬프 기판 상에 상기 산화 구리층을 형성하는 단계; 상기 스탬프 기판 상의 상기 산화 구리층이 형성된 면을 상기 산화 아연층이 형성된 몰드 패턴 상에 접촉시켜 가압하는 단계; 및 상기 스탬프 기판을 제거하여 상기 몰드 패턴의 상기 개구 영역 내의 상기 산화 아연층 상부 표면 상에 상기 산화 구리층의 일부를 전달하는 단계를 하는 단계를 포함한다. Wherein forming the zinc oxide layer comprises: forming a mold pattern on the substrate, the mold pattern having an opening region for exposing the first electrode; And forming the zinc oxide layer in the opening region of the mold pattern, wherein the forming the copper oxide layer comprises: forming the copper oxide layer on the stamp substrate; Contacting the surface of the stamp substrate on which the copper oxide layer is formed on a mold pattern on which the zinc oxide layer is formed to pressurize; And removing the stamp substrate to transfer a portion of the oxidized copper layer onto the upper surface of the zinc oxide layer in the opening region of the mold pattern.

상기 산화 구리층을 형성하는 단계는, 질산 구리 3수화물(Cu(NO3)2.3H2O) 및 수산화 칼륨(KOH)을 용매에 용해시켜 혼합 용액을 형성하는 단계; 상기 혼합 용액에 마이크로웨이브를 조사하여 반응시켜 산화 구리 분말이 분산된 반응 용액을 생성하는 단계; 상기 반응 용액을 건조시켜 상기 산화 구리 분말을 수득하는 단계; 및 상기 스탬프 기판 상에 상기 산화 구리 분말을 코팅하는 단계를 더 포함한다.Forming a copper oxide layer, by dissolving copper nitrate trihydrate (Cu (NO 3) 2.3H 2 O) and potassium hydroxide (KOH) in a solvent to form a mixed solution; Irradiating the mixed solution with a microwave to generate a reaction solution in which copper oxide powder is dispersed; Drying the reaction solution to obtain the copper oxide powder; And coating the copper oxide powder on the stamp substrate.

상기 산화 구리 분말을 수득하는 단계는, 상기 반응 용액을 건조시키는 단계 전에, 상기 반응 용액을 세척하는 단계; 및 상기 세척된 반응 용액을 원심 분리시켜 상기 산화 구리 분말을 수득하는 단계를 더 포함한다. The step of obtaining the copper oxide powder may include washing the reaction solution before drying the reaction solution; And centrifuging the washed reaction solution to obtain the copper oxide powder.

발광 다이오드의 제조 방법은 상기 혼합 용액에 에틸렌 글리콜을 첨가하여 단계를 더 포함한다. The manufacturing method of the light emitting diode further includes the step of adding ethylene glycol to the mixed solution.

상기 몰드 패턴은 포토레지스트(photoresist: PR) 패턴을 포함하고, 상기 산화 아연층을 형성하는 단계는 수열 합성법(hydrothermal)에 의해 수행된다. 상기 산화 아연의 나노 로드들은 상기 전극 상에서 수직 성장된다. 상기 산화 아연층은 단결정 구조를 갖고, 상기 산화 구리층은 다결정 구조를 갖는다. The mold pattern includes a photoresist (PR) pattern, and the step of forming the zinc oxide layer is performed by hydrothermal synthesis. The nanorods of the zinc oxide are grown vertically on the electrode. The zinc oxide layer has a single crystal structure, and the copper oxide layer has a polycrystalline structure.

본 발명의 실시예에 따르면, 산화 아연의 나노 로드들을 포함하는 N 형 산화 아연층과 상기 산화 아연층 상에 형성되어 이종 접합을 형성하는 산화 구리의 나노 로드들을 포함하는 P 형 산화 구리층을 포함하여, 안정하고 풍부하여 경제적 제조가 가능하며, 산화물 반도체의 전기적 특성과 광학적 특성 조절이 가능한 산화물 반도체를 이용한 발광 다이오드이 제공된다. According to an embodiment of the present invention, an N-type zinc oxide layer containing nanorods of zinc oxide and a P-type oxidized copper layer containing nanorods of copper oxide formed on the zinc oxide layer to form a heterojunction are included A light emitting diode using an oxide semiconductor is provided which is stable and abundant and can be economically manufactured and which can control electrical characteristics and optical characteristics of an oxide semiconductor.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 전술한 이점을 갖는 발광 다이오드의 제조 방법이 제공될 수 있다. Further, according to another embodiment of the present invention, a method of manufacturing a light emitting diode having the above-described advantages can be provided.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 단면도이다.
도 2a와 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화 아연의 나노 로드들을 포함하는 산화 아연층의 SEM 이미지이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화 아연층에 대한 X 선 회절(x-ray diffraction: XRD) 패턴을 나타낸다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화 아연층에 대한 UV-VIS 흡수 스펙트럼을 나타낸다.
도 4a와 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화 구리의 나노 로드들의 포함하는 산화 구리층의 SEM 이미지이다.
도 5a와 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 각각 산화 구리층에 대한 XRD 패턴 및 UV-VIS 흡수 스펙트럼을 나타낸다.
도 6a와 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화 구리의 나노 로드들의 결정질 특성(crystalline property)를 나타내는 TEM 이미지이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 발광 다이오드의 제조 방법을 위한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 발광 다이오드의 제조 방법을 도시한 도면이다.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 실시 예에 따른 발광 다이오드의 제조 방법의 주요 단계에 대응하는 SEM 이미지이다.
도 10a와 도 10b는 발광 다이오드의 전기적 특성을 나타내는 그래프이다.
도 11a 내지 도 11d는 전계 발광과 광 발광의 방출 특성을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 결합 유도 방출 메커니즘을 도시하는 도면이다.
1 is a cross-sectional view of a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
2A and 2B are SEM images of a zinc oxide layer containing zinc oxide nanorods according to an embodiment of the present invention.
Figure 3a shows an x-ray diffraction (XRD) pattern for a zinc oxide layer according to one embodiment of the present invention.
Figure 3b shows UV-VIS absorption spectra for the zinc oxide layer according to one embodiment of the present invention.
4A and 4B are SEM images of a copper oxide layer containing nanorods of copper oxide according to an embodiment of the present invention.
5A and 5B show XRD patterns and UV-VIS absorption spectra for respective copper oxide layers according to an embodiment of the present invention.
6A and 6B are TEM images showing the crystalline properties of the nano-rods of copper oxide according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
8 is a view illustrating a method of manufacturing a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
9A to 9D are SEM images corresponding to main steps of a method of manufacturing a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
10A and 10B are graphs showing electrical characteristics of light emitting diodes.
11A to 11D are diagrams showing emission characteristics of electroluminescence and photoluminescence.
12 is a view showing a coupling induction release mechanism according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.The embodiments of the present invention are described in order to more fully explain the present invention to those skilled in the art, and the following embodiments may be modified into various other forms, It is not limited to the embodiment. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be more faithful and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.

도면에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.Like numbers refer to like elements in the drawings. Also, as used herein, the term "and / or" includes any and all combinations of any of the listed items.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 또한, 본 명세서에서 단수로 기재되어 있다 하더라도, 문맥상 단수를 분명히 적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"이란 용어는 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.The terms used herein are used to illustrate the embodiments and are not intended to limit the scope of the invention. Also, although described in the singular, the present invention may include plural forms, unless the context clearly dictates the singular value. Also, the terms "comprise" and / or "comprising" used herein should be interpreted as referring to the presence of stated shapes, numbers, steps, operations, elements, elements and / And does not exclude the presence or addition of other features, numbers, operations, elements, elements, and / or groups.

본 명세서에서 기판 또는 다른 층 "상에(on)" 형성된 층에 대한 언급은 상기 기판 또는 다른 층의 바로 위에 형성된 층을 지칭하거나, 상기 기판 또는 다른 층 상에 형성된 중간 층 또는 중간 층들 상에 형성된 층을 지칭할 수도 있다. 또한, 당해 기술 분야에서 숙련된 자들에게 있어서, 다른 형상에 "인접하여(adjacent)" 배치된 구조 또는 형상은 상기 인접하는 형상에 중첩되거나 하부에 배치되는 부분을 가질 수도 있다. Reference herein to a layer formed "on" a substrate or other layer refers to a layer formed directly on top of the substrate or other layer, or may be formed on intermediate or intermediate layers formed on the substrate or other layer Layer. ≪ / RTI > It will also be appreciated by those skilled in the art that structures or shapes that are "adjacent" to other features may have portions that overlap or are disposed below the adjacent features.

본 명세서에서, "아래로(below)", "위로(above)", "상부의(upper)", "하부의(lower)", "수평의(horizontal)" 또는 "수직의(vertical)"와 같은 상대적 용어들은, 도면들 상에 도시된 바와 같이, 일 구성 부재, 층 또는 영역들이 다른 구성 부재, 층 또는 영역과 갖는 관계를 기술하기 위하여 사용될 수 있다. 이들 용어들은 도면들에 표시된 방향뿐만 아니라 소자의 다른 방향들도 포괄하는 것임을 이해하여야 한다.As used herein, the terms "below," "above," "upper," "lower," "horizontal," or " May be used to describe the relationship of one constituent member, layer or regions with other constituent members, layers or regions, as shown in the Figures. It is to be understood that these terms encompass not only the directions indicated in the Figures but also the other directions of the devices.

이하에서, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들(및 중간 구조들)을 개략적으로 도시하는 단면도들을 참조하여 설명될 것이다. 이들 도면들에 있어서, 예를 들면, 부재들의 크기와 형상은 설명의 편의와 명확성을 위하여 과장될 수 있으며, 실제 구현시, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 된다. 또한, 도면의 부재들의 참조 부호는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부재를 지칭한다.In the following, embodiments of the present invention will be described with reference to cross-sectional views schematically illustrating ideal embodiments (and intermediate structures) of the present invention. In these figures, for example, the size and shape of the members may be exaggerated for convenience and clarity of explanation, and in actual implementation, variations of the illustrated shape may be expected. Accordingly, embodiments of the present invention should not be construed as limited to any particular shape of the regions shown herein. In addition, reference numerals of members in the drawings refer to the same members throughout the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 도시하는 단면도이다. 1 is a cross-sectional view illustrating a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 발광 다이오드(10)는 제 1 제 1 전극(E1), 전극(E1) 상의 산화 아연의 나노 로드들을 포함하는 N 형 산화 아연층(Z1), 산화 아연층(Z1) 상에 형성되어 이종 접합을 형성하는 산화 구리의 나노 로드들을 포함하는 P 형 산화 구리층(C1) 및 산화 구리층(C1) 상에 형성되는 제 2 전극(E2)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, the light emitting diode 10 includes a first electrode E1, an N-type zinc oxide layer Z1 including zinc oxide nanorods on the electrode E1, And a second electrode E2 formed on the P-type oxidized copper layer C1 including the nano rods of copper oxide forming the heterojunction and the copper oxide layer C1.

발광 다이오드(10)는 기판(미도시) 상에 형성될 수 있다. 상기 기판은 세라믹 또는 폴리이미드와 같은 절연성 기판 자체이거나, 실리콘 웨이퍼와 같은 반도성 기판, 또는, 심지어 리드 프레임과 같은 도전성 기판일 수 있다. 또한 이들 기판의 표면 상에 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 알루미늄 산화물과 같은 절연막, 금속 도전막 또는 반도체 막이 형성될 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 기판은 후술하는 것과 같이 발광 다이오드(10)가 저온 합성될 수 있기 때문에, 수지계 재료와 같은 가요성 폴리머계 재료로 형성될 수도 있다. 발광 다이오드(10)가 도전성 기판 또는 도전막 상에 형성될 수 있으며, 이 경우, 상기 도전성 기판 또는 도전막은 발광 다이오드(10)의 제 1 전극(E1)을 구성할 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 제 1 전극(E1)은 투명한 도전막일 수 있으며, 예를 들면, 투명 도전성 금속 산화물 박막 또는 도전성 나노 와이어 적층체일 수 있다. 상기 투명 도전성 금속 산화물 박막은, ZnO(Zinc Oxide), GZO(Ga-doped ZnO), ITO (Indium Tin Oxide), IGO(Indium Gallium Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), ZTO(Zinc Tin Oxide)일 수 있다. 하지만, 본 발명에서 금속 산화물 박막은 이들에 제한되지 않는다. 상기 도전성 나노 와이어 적층체는, 니켈(Ni), 금(Au), 백금(Pt) 및 이들의 합금, 탄소(C), 실리콘(Si) 및 게르마늄(Ge), 실리콘옥사이드(SiO2), 티타늄옥사이드(TiO2), 텅스텐옥사이드(WOX), 갈륨나이트라이드(GaN), 인듐포스페이트(InP) 및 실리콘카바이드(SiC) 중에서 선택되는 물질로 이루어져 있을 수 있으며, 나노 와이어의 형태는 나노 와이어, 나노 튜브 또는 나노 로드일 수 있다. The light emitting diode 10 may be formed on a substrate (not shown). The substrate may be an insulating substrate itself such as ceramic or polyimide, a semiconductive substrate such as a silicon wafer, or even a conductive substrate such as a leadframe. Further, an insulating film such as silicon oxide, silicon nitride, or aluminum oxide, a metal conductive film, or a semiconductor film may be formed on the surface of these substrates, and the present invention is not limited thereto. The substrate may be formed of a flexible polymer-based material such as a resin-based material because the light-emitting diode 10 can be synthesized at a low temperature as described later. The light emitting diode 10 may be formed on the conductive substrate or the conductive film. In this case, the conductive substrate or the conductive film may constitute the first electrode E1 of the light emitting diode 10. In one embodiment of the present invention, the first electrode E1 may be a transparent conductive film, for example, a transparent conductive metal oxide thin film or a conductive nanowire laminate. The transparent conductive metal oxide thin film may be formed of at least one selected from the group consisting of ZnO, Ga-doped ZnO, ITO, IGO, IZO, IGZO, indium gallium zinc oxide, , And ZTO (Zinc Tin Oxide). However, the metal oxide thin film in the present invention is not limited thereto. The conductive nanowire laminate may include at least one of nickel (Ni), gold (Au), platinum (Pt) and alloys thereof, carbon (C), silicon (Si) and germanium (Ge), silicon oxide The nanowire may be composed of a material selected from the group consisting of TiO 2 , WOx, GaN, InP, and SiC. The nanowires may be nanowires, nanotubes, It can be a nano-rod.

N 형 산화 아연층(Z1)은 수열 합성법에 기초하여 성장된 산화 아연으로 구성될 수 있다. 예컨대, 산화 아연은 나노 로드, 나노 플라워, 나노 와이어, 그리고 나노 시트 같은 다양한 나노 구조를 가질 수 있다. 본 발명의 일시 예에서, 수열 합성법에 기초하여 성장된 산화 아연은 나노 로드의 구조를 가지며, N 형 산화 아연층(Z1)은 산화 아연의 나노 로드들을 포함할 수 있다. 이때, 산화 아연의 나노 로드들은 후술한 몰드 패턴 내부에 각각 성장될 수 있다. 상기 수열 합성법은 간단한 장비 구조와 공정 과정, 저렴한 제작 가격과 환경 친화적이라는 장점으로 인해 다양한 종류의 물질 제작 시 널리 사용되고 있다. 상기 수열 합성법으로 성장된 산화 아연의 특성을 조절하기 위한 변수로는 전구체 농도, 성장 온도 그리고 성장 시간 등이 있다. 특히, 성장 온도는 화학 반응의 메커니즘을 조절하기 때문에 중요한 열역학적 변수이다. 예컨대, 성장 온도가 수열 합성법으로 성장된 산화 아연의 형태, 결정성 그리고 광학적 특성에 영향을 미친다. The N-type zinc oxide layer (Z1) may be composed of zinc oxide grown on the basis of a hydrothermal synthesis method. For example, zinc oxide can have a variety of nanostructures such as nanorods, nanoflowers, nanowires, and nanosheets. In one example of the present invention, zinc oxide grown on the basis of hydrothermal synthesis has a structure of nanorods, and the N-type zinc oxide layer (Z1) may include nanorods of zinc oxide. At this time, the nanorods of zinc oxide can be grown inside the mold pattern described later. The hydrothermal synthesis method is widely used in the production of various kinds of materials due to its simple equipment structure, process, low manufacturing cost and environment friendliness. Variables for controlling the characteristics of zinc oxide grown by the hydrothermal synthesis include precursor concentration, growth temperature, and growth time. In particular, growth temperature is an important thermodynamic parameter because it regulates the mechanism of the chemical reaction. For example, growth temperature affects the morphology, crystallinity and optical properties of zinc oxide grown by hydrothermal synthesis.

또한, 상기 N형 산화 아연층(Z1)의 두께는 400 nm 내지 800 nm의 범위 내에 있다. 또한, 상기 산화 아연의 나노 로드들은 (002) 면으로 우선 성장된 육각형의 우르츠광(hexagonal wurtzite) 결정 구조를 가지며, 상기 산화 아연의 나노 로드들은 500 nm 내지 700 nm의 길이를 갖는다. The thickness of the N-type zinc oxide layer (Z1) is in the range of 400 nm to 800 nm. In addition, the zinc oxide nanorods have a hexagonal wurtzite crystal structure grown first with a (002) plane, and the zinc oxide nanorods have a length of 500 nm to 700 nm.

P 형 산화 구리층(C1)는 후술할 마이크로파 반응을 이용한 저온 용액 공정 또는 후술할 나노임프린트 공정을 통해 N형 산화 아연층(Z1) 상에 형성될 수 있다. 예컨대, 저온 용액 공정을 통해 산화 구리 분말들이 생성되고, 상기 산화 구리 분말들을 제 1 전극(E1)이 형성된 제 1 기판과 다른 제 2 기판(베어 기판 또는 스탬프 기판) 상에 코팅하며, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 이용하여 나노임프린트 공정을 수행함으로써, P 형 산화 구리층(C1)이 형성될 수 있다. The P-type oxidized copper layer (C1) can be formed on the N-type zinc oxide layer (Z1) through a low-temperature solution process using a microwave reaction or a nanoimprint process to be described later. For example, copper oxide powders are produced through a low-temperature solution process, and the copper oxide powders are coated on a second substrate (a bare substrate or a stamp substrate) different from the first substrate on which the first electrode E1 is formed, By performing the nanoimprint process using the substrate and the second substrate, the P-type oxidized copper layer (C1) can be formed.

상기 P 형 산화 구리층의 두께는 1 ㎛ 내지 3 ㎛의 범위 내에 있다. 또한, P 형 산화 구리층(C1)에 포함된 산화 구리의 나노 로드들은 400 nm 내지 500 nm의 길이 및 50 nm 내지 100 nm의 두께를 가지며, 상기 산화 구리의 나노 로드들은 (111) 면으로 우선 성장된 단사정계 결정 구조를 갖는다. 상기 산화 구리층은 9.64 × 1018cm-3 이상의 캐리어 농도를 가질 수 있다. The thickness of the P-type copper oxide layer is in the range of 1 탆 to 3 탆. The nano rods of copper oxide contained in the P-type copper oxide layer (C1) have a length of 400 nm to 500 nm and a thickness of 50 nm to 100 nm, and the nano rods of the copper oxide are preferentially And has a grown monoclinic crystal structure. The copper oxide layer may have a carrier concentration of 9.64 x 10 18 cm -3 or more.

산화 아연층(Z1)과 산화 구리층(C1)이 접합된 발광 다이오드에 바이어스 전압이 공급될 때, 상기 발광 다이오드 내에서 전기적 쇼트가 발생될 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같이, 상기 P 형 산화 구리층(C1)을 상기 N형 산화 아연층(Z1)보다 두껍게 형성될 수 있으며, 이는 상기 전기적 쇼트를 방지시킬 수 있다. When a bias voltage is supplied to the light emitting diode to which the zinc oxide layer (Z1) and the copper oxide layer (C1) are bonded, electrical shorting may occur in the light emitting diode. However, as described above, the P-type oxidized copper layer (C1) may be formed thicker than the N-type zinc oxide layer (Z1), which can prevent the electrical short.

제 2 전극(E2)은 제 1 전극(E1)과 동일하거나 서로 다를 수 있다. 예컨대, 제 2 전극(E2)이 제 1 전극(E1)과 다른 경우, 제 2 전극(E2)은 금(Au), 구리(Cu), 은(Ag), Ag-Cu 합금, 코발트(Co), 니켈(Ni) 같은 전도성 금속 재료 중 하나일 수 있다. The second electrode E2 may be the same as or different from the first electrode E1. For example, when the second electrode E2 is different from the first electrode E1, the second electrode E2 may be made of Au, Cu, Ag, Ag-Cu alloy, Co, , Nickel (Ni), or the like.

상기 발광 다이오드의 제 1 피크는 610 내지 620 nm의 범위 내이고, 상기 발광 다이오드의 제 2 피크는 710 내지 720 nm의 범위 내인 전기 발광 특성을 갖는다. 또한, 상기 발광 다이오드는 105 이상의 일정한 정류 비를 가질 수 있다. The first peak of the light emitting diode has an electroluminescence characteristic in a range of 610 to 620 nm and the second peak of the light emitting diode has an electroluminescence characteristic in a range of 710 to 720 nm. In addition, the light emitting diode may have a constant rectification ratio of 10 5 or more.

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 산화 아연층(Z1)의 주사전자현미경(SEM) 이미지이며, 도 2b는 형성된 산화 아연층(Z1)의 단면의 SEM 이미지이다. 사용된 기판은 유리 기판이며, 제 1 전극으로서, GZO 전극 패턴이 사용되었다. 또한, 상기 나노 로드층은 상기 기판 상에 개구를 갖도록 패터닝된 포토레지스트(photoresist: PR)의 개구 내에 형성되었다. 2A is a scanning electron microscope (SEM) image of a zinc oxide layer Z1 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a SEM image of a cross section of a zinc oxide layer Z1 formed. The substrate used was a glass substrate, and as the first electrode, a GZO electrode pattern was used. In addition, the nanorod layer was formed within the opening of a photoresist (PR) patterned to have openings on the substrate.

PR 패턴은 다수의 원형 개구들이 균일하게 분포된 형상을 가질 수 있다. 하나의 원형 개구 내에 배치되는 산화 아연의 나노 로드들은 하나의 발광 다이오드를 구성할 수 있다. 다른 실시예에서, 적어도 둘 이상의 원형 개구들 내에 배치된 산화 아연의 나노 로드들이 하나의 다이오드를 구성할 수 있다. 상기 원형 패턴은 하나의 예시일 뿐, 본 발명에서 제한되지 않는다. 예컨대, PR의 개구 패턴은 육각형, 사각형 또는 타원형 같은 다양한 형태로 나타날 수 있다. The PR pattern may have a shape in which a plurality of circular openings are uniformly distributed. The nanorods of zinc oxide disposed in one circular opening can constitute one light emitting diode. In another embodiment, the nanorods of zinc oxide disposed in at least two or more circular openings may constitute one diode. The circular pattern is only one example, and is not limited to the present invention. For example, the opening pattern of the PR may appear in various forms such as a hexagon, a square, or an ellipse.

도 2a과 도 2b를 참조하면, 산화 아연 나노 로드들이 PR 패턴 내부에 조밀하게, 균일하게, 그리고 수직으로 정렬되어 있는 것이 관찰된다. 1 시간 동안 수열 성장(hydrothermal growth)한 후의 PR 패턴 내의 산화 아연의 나노 로드들의 길이는 500 nm 내지 700 nm 범위 내인 약 600 nm의 크기를 갖는다. Referring to FIGS. 2A and 2B, it is observed that the zinc oxide nano-rods are densely, uniformly and vertically aligned inside the PR pattern. The length of the nanorods of zinc oxide in the PR pattern after hydrothermal growth for 1 hour has a size of about 600 nm within the range of 500 nm to 700 nm.

도 3a는 산화 아연층(Z1)의 X 선 회절(x-ray diffraction: XRD) 패턴을 나타낸다. 도 3a를 참조하면, 34.38도의 2θ 값에서 주된 피크(P1)가 발생했으며, 이로부터 산화 아연층(Z1) 내의 산화 아연의 나노 로드들은 육각형의 우르츠광 격자(hexagonal wurtzite lattice) 구조를 가지며, (002) 면으로 우선 성장될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 산화 아연층(Z1) 내의 산화 아연의 나노 로드들은, 72.8도의 2θ 값에서 육각형의 우르츠광 격자의 (004) 면에 의한 작은 피크가 관찰된다. 이 결과로부터, 본 발명의 실시예에 따른 산화 아연층(Z1) 내의 산화 아연의 나노 로드들은 단결정 구조를 가지며, 상기 단결정 구조는 c 축 방향으로 우선 성장됨을 알 수 있다. FIG. 3A shows an X-ray diffraction (XRD) pattern of the zinc oxide layer Z1. Referring to FIG. 3A, a main peak P1 occurs at a 2θ value of 34.38 degrees, from which the zinc oxide nanorods in the zinc oxide layer Z1 have a hexagonal wurtzite lattice structure, 002) plane. Further, in the zinc oxide nanowires in the zinc oxide layer (Z1) according to the embodiment of the present invention, a small peak due to the (004) plane of the hexagonal Wurtzite lattice is observed at a 2? Value of 72.8 degrees. From these results, it can be seen that the nanorods of zinc oxide in the zinc oxide layer (Z1) according to the embodiment of the present invention have a single crystal structure, and the single crystal structure is preferentially grown in the c-axis direction.

도 3b는 산화 아연층(Z1)의 UV-VIS 흡수 스펙트럼을 나타낸다. 상기 도 3b를 참조하면, 산화 아연 나노 로드들은 376 nm에서 뚜렷한 흡수가 일어나는 것을 알 수 있다. 또한, 도 3b의 삽화(IS)를 참조하면, 광학적 밴드 갭은 타우(Tauc) 그래프에 기초하여 3.3 eV으로 계산되었다. 3B shows the UV-VIS absorption spectrum of the zinc oxide layer (Z1). Referring to FIG. 3B, it can be seen that zinc oxide nanorods exhibit significant absorption at 376 nm. Also, referring to the illustration IS of FIG. 3B, the optical bandgap was calculated to be 3.3 eV based on the Tauc graph.

도 4a와 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화 구리의 나노 로드들의 SEM 이미지이다. 도 4a에서 상기 산화 구리의 나노 로드들은 스탬프 기판 상에서 스핀 코팅법에 의해 형성되었다. 도 4b에서 상기 산화 구리의 나노 로드들은 나노 임프린트 공정에 의해 도 4a의 스탬프 기판에서 산화 아연층(Z1)으로 전달되어, 산화 아연층(Z1) 상에 형성되었다. 상기 임프린트 공정은 스탬프 기판(비제한적 예로서, 폴리디메치실록산(polydimethylsiloxane: PDMS)을 이용하여, 스탬프 기판 상에 코팅된 산화 구리의 나노 로드들을 산화 아연층(Z1)으로 전달하는 단계(transferring), 산화 아연층(Z1)에서 산화 구리의 나노 로드들이 균일하고 매끄럽게 형성되도록 하는 단계(rubbing) 및 산화 구리의 나노 로드들이 산화 아연층(Z1)에 부착되도록 하는 단계(pressing)를 적어도 하나 이상 포함한다. 4A and 4B are SEM images of nanorods of copper oxide according to an embodiment of the present invention. In Fig. 4A, the nanorods of copper oxide were formed by a spin coating method on a stamp substrate. In Fig. 4B, the nano-rods of copper oxide were transferred from the stamp substrate of Fig. 4A to the zinc oxide layer Z1 by a nano-imprint process and formed on the zinc oxide layer Z1. The imprint process may include transferring the nanorods of copper oxide coated on the stamp substrate to the zinc oxide layer Z1 using a stamp substrate (e.g., polydimethylsiloxane (PDMS) as a non-limiting example) Rubbing the nano rods of copper oxide in the zinc oxide layer Z1 so as to form uniformly and smoothly, and pressing the nano rods of the copper oxide to adhere to the zinc oxide layer Z1 do.

도 4a를 참조하면, 나노 임프린트 공정 전의 베어 기판 상에서 코팅된 산화 구리의 나노 로드들은 각각 400 nm 내지 500 nm 범위의 평균 길이와 50 nm 내지 100 nm 범위의 평균 폭을 갖는다. 특히, 산화 구리 나노 로드들은 독특한 경향의 응집(agglomeration)을 보였다. Referring to FIG. 4A, nanowires of copper oxide coated on a bare substrate before the nanoimprint process each have an average length in the range of 400 nm to 500 nm and an average width in the range of 50 nm to 100 nm. In particular, copper oxide nanorods exhibited a unique tendency of agglomeration.

도 4b를 참조하면, 상기 산화 구리의 나노 로드들이 산화 아연층(Z1) 상에 균일하고, 매끄럽고, 조밀하게 형성된 것을 확인할 수 있다. 이러한 균일하고, 매끄럽고, 조밀한 특성은 상기 산화 구리의 나노 로드들을 포함하는 산화 구리층(C1) 상에 제 2 전극을 형성하는 것을 용이하게 한다. Referring to FIG. 4B, it is confirmed that the nano-rods of the copper oxide are formed uniformly, smoothly, and densely on the zinc oxide layer Z1. This uniform, smooth, dense character facilitates the formation of the second electrode on the copper oxide layer (C1) comprising the nanorods of the copper oxide.

도 5a와 도 5b는 각각 산화 아연층(Z1)에 형성된 산화 구리의 나노 로드들의 XRD 패턴 및 UV-VIS 흡수 스펙트럼을 나타낸다. 5A and 5B show XRD patterns and UV-VIS absorption spectra of nanoparticles of copper oxide formed on the zinc oxide layer Z1, respectively.

도 5a를 참조하면, 모든 피크들이 표준 단사정계(monoclinic) 결정 구조는 갖는 산화 구리(JCPDS file no.48-1548 C2/c)와 관련되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, XRD 결과로부터, 산화 구리 나노 로드들이 다른 불순물들이 없는 순수한 산화 구리임을 알 수 있다. 상기 산화 구리의 나노 로드들은 (111) 면으로 우선 성장된 단사정계 결정 구조를 갖는다. Referring to FIG. 5A, it can be seen that all peaks are associated with copper oxide (JCPDS file no. 48-1548 C2 / c) having a standard monoclinic crystal structure. From the XRD results, it can be seen that the copper oxide nanorods are pure copper oxide free from other impurities. The nanorods of the copper oxide have a monoclinic crystal structure that is first grown with a (111) plane.

도 5b을 참조하면, 200 nm 내지 9000 nm 파장 범위 내에서 광이 흡수되고 그 외 파장 범위에서는 광이 흡수되지 않음을 할 수 있다. 또한, 상기 산화 구리의 나노 로드들의 광학적 밴드 갭이 1.25 eV 내지 1.75eV 범위 내에서 대략 1.4 eV으로 나타났다. Referring to FIG. 5B, light is absorbed within a wavelength range of 200 nm to 9000 nm, and light is not absorbed in other wavelength ranges. In addition, the optical bandgap of the nanoparticles of the copper oxide was found to be approximately 1.4 eV in the range of 1.25 eV to 1.75 eV.

도 6a와 도 6b는 산화 구리의 나노 로드들의 결정질 특성(crystalline property)를 나타내는 TEM 이미지이다. 구체적으로, 도 6a는 도 4a에 도시한 SEM 이미지에 따른 형상과 같은 로드(rod)를 나타내는 산화 구리의 TEM 이미지이다. 도 6b는 다양한 방향으로 산화 구리 나노 로드들의 다결정질(polycrystalline) 특성을 확인하는 고해상도 격자(high resolution lattice) 이미지이다. 도 6b의 삽화(IS)는 역 격자 시스템(reciprocal lattice system)에서의 제한시야 전자 회절(selected-area electron diffraction: SAED) 패턴을 나타낸다. 산화 구리의 나노 로드들의 상온 홀 효과 측정(hall effect measurements)은 상당히 높은 9.64 × 1018cm-3 이상의 P형 특성을 갖는 캐리어 농도, 2.7 Ω·cm의 저항력(resistivity)을 갖는 1.77 cm2 / V·s 이상 의 정공 이동도를 나타냈다. 이러한 전기 특성은 LED에서 효율적인 정공 수송층으로서, 저온 용액 공정에 의한 산화 구리층(C1)의 사용 가능성이 있음을 지시한다. 6A and 6B are TEM images showing the crystalline properties of nano-rods of copper oxide. Specifically, FIG. 6A is a TEM image of copper oxide showing a rod like the shape according to the SEM image shown in FIG. 4A. Figure 6b is a high resolution lattice image that confirms the polycrystalline nature of copper oxide nano rods in various directions. The illustration IS of FIG. 6B shows a selected-area electron diffraction (SAED) pattern in a reciprocal lattice system. The hall effect measurements of the nano rods of copper oxide at room temperature show a carrier concentration of P-type characteristics of greater than 9.64 x 10 18 cm -3 and a resistivity of 1.77 cm 2 / V with a resistivity of 2.7 Ω · cm Lt; RTI ID = 0.0 > s. ≪ / RTI > This electrical characteristic indicates that there is a possibility of using the copper oxide layer (C1) by the low temperature solution process as an efficient hole transport layer in the LED.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 발광 다이오드의 제조 방법을 위한 순서도이다. 7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 기판 상에 제 1 전극(E1)을 형성하고(S10), 제 1 전극(E1) 상에 산화 아연의 나노로드들을 포함하는 산화 아연층(Z1)을 형성하고(S20), 상기 산화 아연층(Z1) 상에 산화 구리의 나노로드들을 포함하는 산화 구리층(C1)을 형성하며(S30), 산화 구리층(C1) 상에 제 2 전극(E2)을 형성한다(S40). Referring to FIG. 7, a first electrode E1 is formed on a substrate, a zinc oxide layer Z1 containing zinc nano-rods is formed on the first electrode E1, A copper oxide layer C1 including nano rods of copper oxide is formed on the zinc oxide layer Z1 in step S30 and a second electrode E2 is formed on the copper oxide layer C1 in step S40 ).

상기 산화 아연층(Z1)을 형성하는 단계(S20)는 상기 기판 상에, 상기 제 1 전극(E1)을 노출시키는 개구 영역을 갖는 몰드 패턴을 형성하는 단계 및 상기 몰드 패턴의 상기 개구 영역 내에 상기 산화 아연층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 산화 구리층(C1)을 형성하는 단계는 스탬프 기판 상에 상기 산화 구리층을 형성하는 단계, 상기 스탬프 기판 상의 상기 산화 구리층이 형성된 면을 상기 산화 아연층이 형성된 몰드 패턴 상에 접촉시켜 가압하는 단계 및 상기 스탬프 기판을 제거하여 상기 몰드 패턴의 상기 개구 영역 내의 상기 산화 아연층 상부 표면 상에 상기 산화 구리층의 일부를 전달하는 단계를 하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 스탬프 기판은 패터닝이 없는 베어 기판으로서, 폴리디메치실록산(polydimethylsiloxane: PDMS)으로 구성될 수 있다. 하지만, 본 발명에서 스탬프 기판은 PDMS의 재료로 제한되지 않는다. 예컨대, 스탬프 기판은 폴리프로필렌(polypropylene: PP), 폴리스티렌(Polystyrene: PS), 폴리에틸렌(polyethylene: PE) 또는 폴리염화비닐(Polyvinyl Chloride: PVC)으로 구성될 수 있다. The step (S20) of forming the zinc oxide layer (Z1) may include forming a mold pattern having an opening region for exposing the first electrode (E1) on the substrate, And forming a zinc oxide layer. The step of forming the copper oxide layer (C1) includes the steps of: forming the copper oxide layer on the stamp substrate; contacting the surface on which the copper oxide layer is formed on the stamp substrate with a mold pattern on which the zinc oxide layer is formed, And removing the stamp substrate to transfer a portion of the oxidized copper layer onto the upper surface of the zinc oxide layer within the aperture region of the mold pattern. The stamp substrate is a bare substrate without patterning and may be made of polydimethylsiloxane (PDMS). However, in the present invention, the stamp substrate is not limited to the material of the PDMS. For example, the stamp substrate may be composed of polypropylene (PP), polystyrene (PS), polyethylene (PE), or polyvinyl chloride (PVC).

또한, 상기 산화 구리층(C1)을 형성하는 단계는, 질산 구리 3수화물(Cu(NO3)2.3H2O) 및 수산화 칼륨(KOH)을 용매(예; 물, 알코올, 증류수)에 용해시켜 혼합 용액을 형성하는 단계, 상기 혼합 용액에 마이크로웨이브를 조사하여 반응시켜 산화 구리 분말이 분산된 반응 용액을 생성하는 단계, 상기 반응 용액을 건조시켜 상기 산화 구리 분말을 수득하는 단계 및 상기 스탬프 기판 상에 상기 산화 구리 분말을 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 산화 구리 분말을 수득하는 단계는, 상기 반응 용액을 건조시키는 단계 전에, 상기 반응 용액에 세척하는 단계 및 상기 세척된 반응 용액을 원심 분리시켜 상기 산화 구리 분말을 수득하는 단계를 더 포함할 수 있다. The step of forming the copper oxide layer (C1) comprises dissolving copper nitrate trihydrate (Cu (NO3) 2.3H2O) and potassium hydroxide (KOH) in a solvent (e.g., water, alcohol, distilled water) A step of forming a reaction solution in which copper oxide powder is dispersed by irradiating a microwave to the mixed solution and reacting the solution to obtain a copper oxide powder; drying the reaction solution to obtain the copper oxide powder; And further coating the copper powder. The step of obtaining the copper oxide powder may further include washing the reaction solution before drying the reaction solution and centrifuging the washed reaction solution to obtain the copper oxide powder .

또한, 상기 산화 구리층(C1)을 형성하는 단계는 상기 혼합 용액에 에틸렌 글리콜을 첨가하여 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 몰드 패턴은 포토레지스트(photoresist: PR) 패턴을 포함할 수 있다. The step of forming the copper oxide layer (C1) may further include adding ethylene glycol to the mixed solution. The mold pattern may include a photoresist (PR) pattern.

상기 산화 아연층을 형성하는 단계는 수열 합성법(hydrothermal)에 의해 수행될 수 있다. 예컨대, 상기 수열 합성법은 금속 산화물 혹은 금속 분말을 용액 상태나 현탁액 상태에서 물질의 용해도, 온도, 압력 및 용매의 농도에 의존하는 특성을 이용하여 합성하거나 결정을 성장시키는 방법이다. The step of forming the zinc oxide layer may be performed by hydrothermal synthesis. For example, the hydrothermal synthesis method is a method of synthesizing a metal oxide or a metal powder by using a property depending on the solubility, temperature, pressure and solvent concentration of a substance in a solution state or a suspension state, or to grow crystals.

상기 산화 아연의 나노 로드들은 상기 제 1 전극 상에서 수직 성장될 수 있고, 상기 산화 아연층은 단결정 구조를 가지며, 상기 산화 구리층은 다결정 구조를 가질 수 있다. The nano-rods of the zinc oxide may be vertically grown on the first electrode, the zinc oxide layer may have a single crystal structure, and the copper oxide layer may have a polycrystalline structure.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 발광 다이오드의 제조 방법을 도시한 도면이다. 8 is a view illustrating a method of manufacturing a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.

도 8를 참조하면, 3 wt%의 Ga이 도핑된 ZnO(GZO)이 물리적 증착(예: 열증착법, 전자빔증발법, 스퍼터링법), 화학적 증착(예: 열분해, 광분해, 산화환원반응, 치환)에 의해, 기판(P1)(예: 유리) 상에 코딩된다(a). 하지만, 본 발명에서 (a)는 화학적 증착, 물리적 증착, 화학적 증착, 원자층 증착에 제한되지 않는다. 예컨대, (a)는 원자층 증착(atomic layer deposition)에 의해 수행될 수 있다. 더하여, 상기 GZO이 코딩된 기판(P1)은 아세톤, 메탄올 및 탈 이온수(de-ionized: DI water)(18.2 MΩ)에서의 연속적인 초음파 분해에 의해 세척될 수 있다. 하지만, 본 발명에서, 세척은 이들에 제한되지 않는다. 예컨대, 세척제로 물, 증류수 또는 에탄올이 사용될 수 있다. Referring to FIG. 8, 3 wt% Ga-doped ZnO (GZO) is deposited by physical vapor deposition (e.g., thermal evaporation, electron beam evaporation, sputtering), chemical vapor deposition (e.g., thermal decomposition, photolysis, redox reaction, (A), on a substrate Pl (e.g., glass). However, (a) in the present invention is not limited to chemical vapor deposition, physical vapor deposition, chemical vapor deposition, and atomic layer deposition. For example, (a) may be performed by atomic layer deposition. In addition, the GZO-coded substrate Pl can be cleaned by continuous sonication in acetone, methanol and de-ionized (DI water) (18.2 M?). However, in the present invention, cleaning is not limited to these. For example, water, distilled water or ethanol may be used as the cleaning agent.

상기 기판(P1) 상에 GZO를 노출시키는 개구 영역(OP)을 갖는 몰드 패턴(MP)이 광 리소그래피 기술(optical lithographic technique)을 이용하여 형성될 수 있다(b). 상기 몰드 패턴은 PR 패턴일 수 있으며, PR 패턴은 다수의 약 5 μm 직경의 원형 개구(OP)들이 균일하게 분포된 형상을 가질 수 있다. 몰드 패턴(MP) 내에서 연속적이고, 콤팩트하고, 균일한 산화 아연의 나노 로드들이 형성될 수 있다. A mold pattern MP having an opening area OP for exposing GZO on the substrate P1 may be formed using an optical lithographic technique. The mold pattern may be a PR pattern, and the PR pattern may have a plurality of uniformly distributed circular openings (OPs) of about 5 mu m in diameter. Continuous, compact and uniform nanorods of zinc oxide can be formed in the mold pattern (MP).

1 시간 동안 약 90℃의 온도에서 약 297.49 ㎎의 질산아연6수화물(zinc nitrate hexahydrate, Zn(NO3) 2.6H2O)과 약 140.19 mg의 헥사 메틸렌 테트라민(hexamethylenetetramine: HMT)을 함유하는 수용액 약 50ml에서, 도핑되지 않은 산화 아연의 나노 로드들은 패턴닝된 GZO 코팅된 기판(P1) 상에 성장된다(c). An aqueous solution containing about 297.49 mg of zinc nitrate hexahydrate (Zn (NO 3 ) 2.6H 2 O) and about 140.19 mg of hexamethylenetetramine (HMT) at a temperature of about 90 ° C for 1 hour At about 50 ml, nanorods of undoped zinc oxide are grown on the patterned GZO coated substrate (P1) (c).

더하여, 산화 구리의 나노 로드들은 CEM의 MARS 6 마이크로파 반응 시스템 내에서 용이한 저온 용액법을 활용하여 합성된다. 예컨대, 181.2 mg의 질산 구리 3수화물(Cu(NO3)2.3H2O) 및 168.33 mg의 수산화 칼륨(KOH)을 15 ㎖의 DI 물에 용해시켜 혼합 용액을 생성한다. 이어서, 상기 혼합 용액에 대약 2 ㎖의 반응 촉진제가 첨가될 수 있다. 예컨대, 상기 반응 촉진제는 킬레이트 시약일 수 있으며, 상기 킬레이트 시약은 에틸렌 글리콜, 에틸렌디아민사초산나트륨, 니트릴삼초산나트륨, 히드록시에틸에틸렌디아 민삼초산나트륨, 디에틸렌트리아민오초산나트륨, 우라밀이초산나트륨 중 하나일 수 있다. 하지만 본원 발명에서 킬레이트 시약은 이들에 제한되지 않는다. In addition, nanoproducts of copper oxide are synthesized utilizing the easy low temperature solution method in the MARS 6 microwave reaction system of CEM. For example, 181.2 mg of copper nitrate trihydrate (Cu (NO3) 2.3H2O) and 168.33 mg of potassium hydroxide (KOH) are dissolved in 15 ml of DI water to form a mixed solution. Subsequently, about 2 ml of the reaction accelerator may be added to the mixed solution. For example, the reaction promoter may be a chelating agent, and the chelating agent may be selected from the group consisting of ethylene glycol, sodium ethylenediaminetetraacetate, sodium nitrilotriacetate, sodium hydroxyethylethylenediamine sesquioxide, sodium diethylenetriaminepioacetate, It may be one of sodium acetate. However, in the present invention, the chelating agent is not limited thereto.

이때, 총 부피는 초순수물(nanopure water)을 포함하여 30 ㎖가 될 수 있다. 상기 혼합 용액은 반응 용기(예: 전자레인지용 테플론 용기(microwaveable teflon vessel))에 수용되고, 상기 용기의 온도는 100 ℃로 고정되어, 마이크로웨이브 반응이 2 시간 동안 수행된다. 반응 종료 후, 산화 구리 분말을 포함하는 반응 용액을 원심 분리되어, 산화 구리 분말이 수득될 수 있다. 더하여, 원심 분리 전에 DI 물 또는 에탄올에 의해, 상기 반응 용액이 세척될 수 있다. 세척된 반응 용액은 약 60℃에서 건조되어 산화 구리 분말이 수득될 수 있다. At this time, the total volume may be 30 ml, including nanopure water. The mixed solution is accommodated in a reaction vessel (e.g., a microwaveable teflon vessel), the temperature of the vessel is fixed at 100 ° C, and the microwave reaction is performed for 2 hours. After the completion of the reaction, the reaction solution containing the copper oxide powder is centrifuged to obtain a copper oxide powder. In addition, the reaction solution can be washed with DI water or ethanol before centrifugation. The washed reaction solution may be dried at about < RTI ID = 0.0 > 60 C < / RTI >

산화 구리의 나노 로드들의 표면 형태는 히타치 S5000 SEM(scanning electron microscopy)을 사용하여 분석될 수 있다. 산화 구리 의 나노 로드들의 구조적 특성은 JEOL의 JEM-ARM 200F 투과 전자 현미경(TEM)을 사용하여 분석될 수 있다. Rigaku UltimaIV X-ray diffractometer는 물질의 결정성을 조사하기 위해 사용될 수 있다. 상기 산화 구리 의 나노 로드들의 광학적 특성은 JASCO V-670 UV-VIS 분광 광도계를 이용하여 조사될 수 있다. 화학 조성 및 새로 성장된 산화 구리 나노 로드들의 순도를 알기 위해, X-선 광전자 분광법(XPS)은 monochromatic Al-Ka(1486.6 eV)를 가지는 AXIS-NOVA(KRATOS Inc.)를 사용하여 수행될 수 있다. 상기 산화 구리의 나노 로드들의 전기적 특성은 van der Pauw configuration에서 상온 홀 효과 측정에 의해 조사될 수 있다. The surface morphology of the nanoparticles of copper oxide can be analyzed using Hitachi S5000 scanning electron microscopy (SEM). Structural properties of the nanoparticles of copper oxide can be analyzed using JEOL's JEM-ARM 200F transmission electron microscope (TEM). The Rigaku UltimaIV X-ray diffractometer can be used to investigate the crystallinity of the material. The optical properties of the nanoparticles of copper oxide can be investigated using a JASCO V-670 UV-VIS spectrophotometer. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) can be performed using AXIS-NOVA (KRATOS Inc.) with monochromatic Al-Ka (1486.6 eV) to determine the chemical composition and purity of newly grown copper oxide nanorods . The electrical properties of the nanoparticles of copper oxide can be investigated by measuring the room temperature Hall effect in a van der Pauw configuration.

상기 수득된 산화 구리 분말은 나노임프린트 공정을 이용하여 패터닝된 산화 아연의 나노 로드들 상에 형성될 수 있다(d).The obtained copper oxide powder can be formed on the nanorods of the patterned zinc oxide using a nanoimprint process (d).

상기 나노임프린트 공정에서, 먼저 스탬프 기판(ST)(예: PDMS) 상에 상기 수득된 산화 구리 분말들이 코딩된 단층(CP)이 형성될 수 있다. 이후, 스탬프 기판(ST) 상의 산화 구리 분말들을 포함하는 단층(CP)은 몰드 패턴(MP)의 각각의 개구(OP)에 성장된 산화 아연의 나노 로드들을 포함하는 기판(P1)과 접촉시킨다. In the nanoimprinting process, a monolayer (CP) in which the obtained copper oxide powders are coded may be formed on a stamp substrate (ST) (for example, PDMS). A monolayer CP containing copper oxide powders on the stamp substrate ST is then brought into contact with the substrate P1 comprising the nanorods of zinc oxide grown on each opening OP of the mold pattern MP.

이후, 러빙(rubbing) 및 가압(pressing) 기술을 이용하여, 단층(CP)의 산화 구리 분말들은 기판(P1)의 몰드 패턴(MP)의 각각의 개구(OP)에 대응하여 전달되며, 개구(OP) 이외의 영역으로는 산화 구리 분말들이 전달되지 않을 수 있다(e). 상기 러빙 기술을 통해, 수직으로 정렬된 산화 아연의 나노 로드들 위에 산화 구리의 나노 로드들이 수평으로 정렬되어 균일한 층이 형성할 수 있다(A). 이 기술은 몰드 패턴(MP)에서 개구(OP) 즉, 약 5 μm 원형의 개구 내에서 산화 아연의 나노 로드들과 산화 구리의 나노 로드들 사이의 PN 이종 접합이 형성될 수 있다. 더하여, PDMS에 의한 가압(pressing)을 통해, 산화 구리의 나노 로드들의 소형화 및 매끄러운 표면을 얻게 된다. 이것은 핀홀없이 금(Au) 전극을 증착하는데 용이할 수 있다. Thereafter, using the rubbing and pressing techniques, the copper oxide powders of the single layer (CP) are transferred corresponding to the respective openings OP of the mold pattern MP of the substrate P1, OP), copper oxide powders may not be transferred (e). Through the rubbing technique, nano rods of copper oxide can be horizontally aligned on the nano rods of vertically aligned zinc oxide to form a uniform layer (A). This technique can form a PN heterojunction between the nanorods of zinc oxide and the nanorods of copper oxide in an aperture (OP) in a mold pattern (MP), that is, within a 5 μm circular opening. In addition, compacting and smooth surfaces of the nanorods of copper oxide are obtained through pressing by PDMS. This may be easy to deposit gold (Au) electrodes without pinholes.

전술한 바와 같이, 나노임프린트 공정을 사용함으로써, 스프레이 또는 스핀 코팅 기술과 달리 5 μm의 원형 패턴 내에 산화 구리 분말들을 채우는 것이 용이하다. 또한, 산화 아연층(Z1) 상에서 직접 산화 구리층(C1)를 형성하기 위한 산화 구리의 나노 로드들을 성장시켜 집합시키는 것보다 상기 나노임프린트 공정을 통해 산화 아연층(Z1)과 산화 구리층(C1)를 접합시키는 것이 성능이 우수하다. As described above, by using the nanoimprint process, it is easy to fill copper oxide powders in a circular pattern of 5 mu m unlike the spray or spin coating technique. It is also possible to form the zinc oxide layer Z1 and the copper oxide layer C1 (C1) through the nanoimprint process rather than growing and collecting the copper nano rods for forming the copper oxide layer C1 directly on the zinc oxide layer Z1. Is excellent in performance.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 나노임프린트 공정 후에, 산화 아연층과 산화 구리층 사이의 PN 이종 접합이 견고하게 부착되도록 하기 위해, 열처리 공정이 더 수행될 수 있다. In one embodiment of the present invention, after the nanoimprinting process, a further heat treatment process may be performed to ensure that the PN heterojunction between the zinc oxide layer and the copper oxide layer is firmly adhered.

마지막으로, 소자는 1.5 LPM의 유량(flow rate)을 갖는 아르곤 분위기에서 1 시간 동안 200 ℃에서 어닐링된다. 전자 빔 증발기(e-beam evaporator)를 사용하여, 금이 P형 전극으로써 산화 구리층 상에 형성되었고 반면 GZO는 하부 전극으로 사용되었다. 상기 PN 이종 접합의 전기적 측정은 Agilent Technologies B1500A에 의해 반도체 소자 분석기를 사용하여 수행되었다. 소자의 전기 발광(EL)는 CCD 카메라(CamWare 64)와 결합하는 Andor SOLIS 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 조사되었다. 소자로부터의 방출원(emission sources: 발광 광원)을 조사하기 위해, 상온 광 발광(PL) 측정은 MonoRa 320i monochromator와 Andor SOLIS simulation package와 결합하는 IK3252R-E-He-Cd(325 ㎚) 레이저 광원을 사용하여 수행되었다. Finally, the device is annealed at 200 < 0 > C for 1 hour in an argon atmosphere with a flow rate of 1.5 LPM. Using an e-beam evaporator, gold was formed on the copper oxide layer as a p-type electrode while GZO was used as the bottom electrode. Electrical measurements of the PN heterojunction were performed using a semiconductor device analyzer by Agilent Technologies B1500A. Electroluminescence (EL) of the device was investigated using Andor SOLIS simulation software coupled with a CCD camera (CamWare 64). To measure emission sources from devices, room temperature photoluminescence (PL) measurements were performed using an IK3252R-E-He-Cd (325 nm) laser source combined with a MonoRa 320i monochromator and Andor SOLIS simulation package ≪ / RTI >

도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 실시 예에 따른 발광 다이오드의 제조 방법의 주요 단계에 대응하는 SEM 이미지이다. 도 9a는 도 8의 (c) 단계에서 배향된 산화 아연 나노 로드들의 SEM 이미지이고, 도 9c는 도 8의 (e) 단계에서 산화 아연 나노 로드들에 상에 형성된 산화 구리 나노 로드들의 SEM 이미지이다. 도 9b는 도 9a에 대응하는 산화 아연 나노 로드들의 단면도이고, 도 9d는 도 9c에 대응하는 산화 구리 나노 로드들의 단면도이다. 도 9d를 참조하면, 산화 아연층(Z1)의 두께는 400 nm 내지 800 nm 범위 내에서 약 600 nm이고 반면 산화 구리층(C1)의 두께는 1 ㎛ 내지 3 ㎛ 범위 내에서 약 1 ㎛인 것을 관찰할 수 있다. 9A to 9D are SEM images corresponding to main steps of a method of manufacturing a light emitting diode according to an embodiment of the present invention. FIG. 9A is an SEM image of zinc oxide nanorods oriented in step (c) of FIG. 8, and FIG. 9C is an SEM image of copper oxide nanorods formed on zinc oxide nanorods in step (e) . FIG. 9B is a cross-sectional view of zinc oxide nano-rods corresponding to FIG. 9A, and FIG. 9D is a cross-sectional view of copper oxide nanorods corresponding to FIG. 9C. 9D, the thickness of the zinc oxide layer Z1 is about 600 nm in the range of 400 nm to 800 nm, while the thickness of the copper oxide layer C1 is about 1 mu m in the range of 1 mu m to 3 mu m Can be observed.

도 10a와 도 10b는 발광 다이오드의 전기적 특성을 나타내는 그래프이다. 도 10a는 PN 이종 접합의 전류-전압 특성을 나타내는 그래프이고, 도 10b는 일정 시간동안 바이어스 전압이 인가될 때의 전류 흐름 안전성과 내구성을 보여주는 그래프이다. 도 10a의 삽화(IS)에 도시된 바와 같이, 이종 접합의 DC 전기적 측정을 수행하기 위해서, 금(Au) 전극이 전자빔 증착기(e-beam evaporator)에 의해 산화 구리층(C1) 상에 형성될 수 있다. 10A and 10B are graphs showing electrical characteristics of light emitting diodes. FIG. 10A is a graph showing current-voltage characteristics of the PN heterojunction, and FIG. 10B is a graph showing current flow stability and durability when a bias voltage is applied for a predetermined time. As shown in the illustration IS of Fig. 10A, in order to perform DC electrical measurement of the heterojunction, a gold (Au) electrode is formed on the copper oxide layer C1 by an e-beam evaporator .

도 10a를 참조하면, 순방향 바이어스된 전류-전압(I-V)이 3.2 V의 컷인 전압(cut-in voltage) 그리고 4 V에서 105의 매우 높은 정류 비를 갖는 PN 이종 접합 다이오드 특성이 나타났다. 소자에 영구적인 손상을 초래할 수 있는 유입 전류(in-rush current)가 LED에서 일반적인 현상인 것을 알 수 있었다. 많은 비방사 전하 캐리어들과 함께 광자들을 방출하는 전하 캐리어들의 방사 재결합(radiative recombination)으로 인해 눈사태 줄열(Avalanche Joule heating)이 쉽게 LED를 손상시킬 수 있다. 따라서, 제어 불가능한 유입 전류와 연속적인 손상으로부터 다이오드를 보호하기 위해, I-V 측정 동안에 100 mA의 전류 제한치(current compliance)가 정의될 수 있다. Referring to FIG. 10A, a PN heterojunction diode characteristic with a forward-biased current-voltage IV of 3.2 V cut-in voltage and a very high rectifying ratio of 4 V to 10 5 appears. It has been found that in-rush current, which can cause permanent damage to the device, is a common phenomenon in LEDs. Avalanche Joule heating can easily damage LED due to radiative recombination of charge carriers emitting photons with many non-radiative charge carriers. Thus, in order to protect the diode from uncontrollable inrush current and continuous damage, a current compliance of 100 mA can be defined during the IV measurement.

도 10b를 참조하면, 50 초 동안에 4 V의 전압 스트레스가 발광 다이오드에 인가될 때, 30 mA의 안정적인 전류 흐름이 나타나는 것을 알 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 발광 다이오드는 높은 값의 정류 비와 안정적인 전류 흐름을 갖는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 10B, it can be seen that when a voltage stress of 4 V is applied to the light emitting diode for 50 seconds, a stable current flow of 30 mA appears. As described above, it can be seen that the light emitting diode of the present invention has a high value of rectification ratio and a stable current flow.

도 11a 내지 도 11d는 전계 발광과 광 발광의 방출 특성을 나타내는 도면이다. 특히, 도 11a는 4 V의 DC 순방향 바이어스 하에서 전계 발광 동작(electroluminescence behavior)을 나타내는 그래프이고, 도 11b는 5 V의 DC 순방향 바이어스 하에서 전계 발광 동작을 나타내는 그래프이다. 전류 흐름에 대응하는 광자 방출을 확인함으로써 전계 발광(EL)은 측정되었다. 11A to 11D are diagrams showing emission characteristics of electroluminescence and photoluminescence. 11A is a graph showing electroluminescence behavior under a DC forward bias of 4 V and FIG. 11B is a graph showing electroluminescence operation under a DC forward bias of 5 V. FIG. Electroluminescence (EL) was measured by identifying photon emission corresponding to current flow.

도 11a와 도 11b를 참조하면, 4 V에서 5 V로 순방향 바이어스가 1 V 증가될 때, 전계 발광 강도는 두 배 이상 증가하였다. 방출된 광자는 대략 610 내지 620 nm에서 제 1 피크와 대략 710 내지 720 nm에서 작은 제 2 피크를 갖는 오렌지-적색 빛에 대응하는 가시광선의 파장의 광범위한 범위를 갖는다. Referring to FIGS. 11A and 11B, when the forward bias was increased by 1 V from 4 V to 5 V, the electroluminescence intensity increased more than twice. The emitted photons have a broad range of wavelengths of visible light corresponding to orange-red light having a first peak at approximately 610-620 nm and a second peak at approximately 710-720 nm.

방출 광원을 조사하기 위해, 산화 아연 나노 로드들의 결함 상태는 도 11c에 도시된 상온 광 발광(PL)을 이용하여 확인되었다. 도 11c는 광 발광(PL)의 방출 특성을 나타내는 그래프이다. In order to irradiate the emission light source, the defect state of the zinc oxide nano-rods was confirmed using the room temperature photoluminescence (PL) shown in Fig. 11C. 11C is a graph showing the emission characteristics of the light emission (PL).

도 11c를 참조하면, 325 nm에서 헬륨-카드뮴 레이저와 380 nm에서 가까운 띠 모서리 방사(near band edge emission: NBE)와 관련된 피크 이외에, 깊은-준위 방사(deep-level emission: DLE)에 기인하는 500 nm에서 800 nm까지의 넓은 가시광선 범위 피크가 나타났다. NBE는 자유 엑시톤 방출에 의한 발광이고, DLE는 결함에 의한 발광이다. 예컨대, DLE는 산화 아연(ZnO) 나노 구조에서 관찰되는 침입형 아연(interstitial zinc)(Zni), 침입형 산소(interstitial oxygen)(Oi), 아연 공공(zinc vacancy)(VZn), 산소 공공(oxygen vacancy)(VO)과 같은 고유의 점 결함들 사이의 천이들(transitions)에 기인한다. DLE는 오렌지-적색 빛에 대응하는 대략 720 nm의 제 2 피크, 적색 빛에 대응하는 약 610 nm에서 제 1 피크의 강도를 유지한다. 여기서, 상기 제 1 피크는 제 2 피크보다 큰 값을 갖는다. 따라서, 광 발광 스펙트럼을 통해, 산화 아연 나노 로드들로부터 오렌지-적색 빛의 전기 발광(EL) 방출이 이루어짐을 알 수 있다. 전술한 ZnO의 결함은 효과적으로 보라색, 파란색, 녹색, 노랑, 오렌지-적색 그리고 적색 발광에 이용될 수 있다. 따라서, RGB 칼라의 조합(적색-녹색-청색)은 저비용 백색을 발생시킬 수도 있다. Referring to FIG. 11C, in addition to the helium-cadmium laser at 325 nm and the peak associated with near band edge emission (NBE) near 380 nm, a 500 a broad visible light range peak appeared from nm to 800 nm. NBE is light emission by free exciton emission, and DLE is light emission by defect. For example, DLE is an interstitial zinc (Zni), interstitial oxygen (Oi), zinc vacancy (VZn), oxygen vacancy (Oxygen) vacancy (VO), as well as the transitions between intrinsic point defects such as vacancy (VO). DLE maintains the intensity of the first peak at about 610 nm, corresponding to a second peak of about 720 nm corresponding to orange-red light, red light. Here, the first peak has a larger value than the second peak. Thus, it can be seen that through the photoluminescence spectrum, electroluminescence (EL) emission of orange-red light occurs from zinc oxide nanorods. The aforementioned ZnO defects can effectively be used for purple, blue, green, yellow, orange-red and red light emission. Thus, a combination of RGB colors (red-green-blue) may result in a low-cost white color.

도 11d은 4 V의 순방향 바이어스 하에서 이종 접합 다이오드로부터 방출된 오렌지-적색 빛의 이미지이다. 도 11d의 삽화(IS)는 단일 5 μm의 패턴드된 소자로부터 발광을 나타낸다. 11D is an image of orange-red light emitted from a heterojunction diode under a forward bias of 4V. The illustration (IS) in Fig. 11d shows luminescence from a single 5 [mu] m patterned device.

도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 결합 유도 방출 메커니즘을 도시하는 도면이다. 특히, 도 12는 P형의 산화 구리와 N형의 산화 아연의 사이에 각각 접촉하기 전과 후의 밴드 다이어그램이다. 12 is a view showing a coupling induction release mechanism according to an embodiment of the present invention. Particularly, Fig. 12 is a band diagram before and after making contact between the P-type copper oxide and the N-type zinc oxide, respectively.

도 12를 참조하면, 대역 결합(band-bending)과 관련된 산화 구리 나노 로드들의 전자 친화도(electron affinity)(χ1) 및 일 함수(φ1)의 값은 각각 χ= 1 내지 4.07, φ= 1 내지 5.3이고, 대역 결합(band-bending)과 관련된 산화 아연 나노 로드들의 전자 친화도(χ2) 및 일 함수(φ2)의 값은 각각 χ= 2 내지 4.5, φ= 2 내지 4.7이다(a). 산화 구리 나노 로드들의 밴드 갭은 1.4eV이고 산화 아연 나노 로드들의 밴드 값은 3.3eV이다. 12, the electron affinity (xi) and the work function (? 1) values of copper oxide nanowires related to band-bending are respectively in the range of χ = 1 to 4.07, 5.3, and the values of the electron affinity (x2) and the work function (? 2) of zinc oxide nanorods related to band-bending are? = 2 to 4.5 and? = 2 to 4.7, respectively (a). The bandgap of the copper oxide nanorods is 1.4 eV and the bandgap of the zinc oxide nanorods is 3.3 eV.

접촉 후, 전도대(CB) 오프셋 (ΔEC) 및 가전자대(VB) 오프셋(ΔEV)는 공핍 영역을 통해 캐리어 흐름에 대해 절대 장벽을 일으키는 각각 1 eV이고, 2.9 eV으로 계산되었다(b). 대역 오프셋의 이러한 높은 값은 전하 캐리어의 직접적인 흐름을 방해하고 이종 접합의 공핍 영역 안에 방사 재결합을 가능케한다고 보여진다. 산화 구리 나노 로드들의 밴드 갭이 단지 1.4 eV라면, 가시광선 범위에 대응하는 방사 재결합은 CuO 층으로부터 제외되었다. 이는 낮은 결정질(low-crystalline) 때문에 방사 재결합이 산화 구리층(C1)에 일어나지 않은 것으로 추측된다. After contact, the conduction band (CB) offset (ΔEC) and valence band offset (ΔEV) were 1 eV and 2.9 eV, respectively, causing an absolute barrier to carrier flow through the depletion region (b). This high value of the band offset is seen to interfere with the direct flow of the charge carriers and to allow radiative recombination in the depletion region of the heterojunction. If the band gap of the copper oxide nanorods is only 1.4 eV, the radiation recombination corresponding to the visible light range is excluded from the CuO layer. It is assumed that the radiative recombination does not occur in the copper oxide layer (C1) because of the low-crystalline nature.

한편, 산화 아연 나노 로드들은 광 발광(PL) 스펙트럼에서 고휘도 광범위(high-intensity broad-range)의 DLE를 보였고, 도핑되지 않은 ZnO 격자에서 고유 점 결함의 존재를 확인하였다. 모든 결함과 관련된 천이들(transitions)의 가능성을 확인한 후, 오렌지-적색(610 ㎚) 방출과 관련된 제 1 피크는 Zni 내지 Oi의 천이 때문이라 추측된다. 적색 빛과 관련된 상기 제 1 피크보다 작은 제 2 피크(또는 shoulder peak)(710 nm)는 전도대(conduction band: CB) 내지 VO의 천이에 기인한 것으로 보여진다. 따라서, 천이는 결함이 발생되어 공핍 영역의 ZnO의 격자 내부에서 있는 것으로 추정된다. (c)는 개략적인 다이어그램은 해당 전이 및 광자 방출을 나타낸다. ZnO의 밴드갭 내부에서 결함 레벨의 위치들은 종래 문헌에 따라 고려되었다. 따라서, 산화 아연 나노 로드들은 많은 Zni, Oi, 그리고 Vo 결함을 포함한다. 이 표면 결함은 오렌지-적색 영역에서 강렬한 DLE의 결과로 통합되었다. On the other hand, the zinc oxide nanorods showed a high-intensity broad-range DLE in the PL spectrum and confirmed the presence of intrinsic point defects in the undoped ZnO lattice. After confirming the possibility of transitions associated with all defects, it is assumed that the first peak associated with the orange-red (610 nm) emission is due to the transition of Zni to Oi. A second peak (or shoulder peak) (710 nm) smaller than the first peak associated with red light is seen to be due to the transition of the conduction band (CB) to VO. Therefore, it is assumed that the transition occurs within the lattice of the ZnO in the depletion region due to the occurrence of defects. (c) is a schematic diagram showing the corresponding transition and photon emission. The locations of defect levels within the bandgap of ZnO have been considered in accordance with the prior art. Thus, zinc oxide nanorods contain many Zni, Oi, and Vo defects. These surface defects were incorporated as a result of intense DLE in the orange-red region.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에서, 저온 용액 처리된 산화물 재료 기반 P형 산화 구리 나노 로드들/ N형 산화 아연 나노 로드들 이종 접합 LED 및 그 제조 방법이 제공된다. 산화 구리 나노 로드들은 100℃에서 마이크로파를 이용한 합성법을 이용하여 제조되었다. 산화 구리 나노 로드들은 9.64 × 1018cm-3이상의 높은 정공 농도를 갖는 전기적 특성을 가지며, 독특한 응집의 구조적 성질을 나타난다. 발광 다이오드는 안정하게 4 V에서 현저하게 높은 정류 비 105을 보였다. 발광 다이오드로부터의 오렌지-적색 발광이 육안으로 관찰되었다. 산화 아연 나노 로드들의 광 발광(PL) 스펙트럼은 넓은 DLE(deep level emission)을 초래하여, 많은 결함 상태를 포함하는 것으로 나타났다. As described above, in embodiments of the present invention, P-type copper oxide nanowires / N-type zinc oxide nanorods heterojunction LEDs based on a low temperature solution-treated oxide material and a method of manufacturing the same are provided. Copper oxide nanorods were prepared by microwave synthesis at 100 ℃. The copper oxide nanorods have electrical properties with a high hole concentration of 9.64 × 10 18 cm -3 or more and exhibit unique cohesive structural properties. The light emitting diode showed a steady rectification ratio of 10 5 at 4 V. Orange-red light emission from the light emitting diode was visually observed. The photoluminescence (PL) spectra of zinc oxide nanorods have resulted in a wide DLE (deep level emission), including many defect states.

또한, 전계 발광(EL) 스펙트럼에서 710 nm에서 제 2 피크와 함께 610 nm에서 상기 제 2 피크보다 큰 제 1 피크를 갖는 가시 범위의 오렌지-적색 방출이 확인됐다. 710 nm에서의 적색 방출은 전도대(CB)에서 VO로의 천이와 관련되고, 반면 610 nm에서 오렌지색 방출은 Zni에서 Oi로의 천이와 관련된다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서, 저가의 산화물 재료를 기반의 LED를 만족하며, 산화 아연 나노 로드들의 고유한 점 결함을 활용하여 오렌지-적색 빛이 관찰됐다. Also, in the electroluminescence (EL) spectrum, an orange-red emission in the visible range with a second peak at 710 nm and a first peak at 610 nm above the second peak was observed. The red emission at 710 nm is related to the transition from conduction band (CB) to VO, whereas the orange emission at 610 nm is related to the transition from Zni to Oi. Thus, in an embodiment of the present invention, an orange-red light was observed utilizing an inherent point defect of zinc oxide nanorods, satisfying an LED based on a low cost oxide material.

이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It will be clear to those who have knowledge.

E1: 제 1 전극,
Z1: N 형 산화 아연층(Z1)
C1: P 형 산화 구리층(C1) 및 산화 구리층
E2: 제 2 전극,
E1: a first electrode,
Z1: an N-type zinc oxide layer (Z1)
C1: a P-type oxidized copper layer (C1) and a copper oxide layer
E2: second electrode,

Claims (21)

제 1 전극;
상기 제 1 전극 상의 산화 아연의 나노 로드들을 포함하는 N 형 산화 아연층;
상기 산화 아연층 상에 형성되어 이종 접합을 형성하는 산화 구리의 나노 로드들을 포함하는 P 형 산화 구리층; 및
상기 산화 구리층 상에 형성되는 제 2 전극을 포함하며,
상기 산화 아연층은 단결정 구조를 갖고,
상기 산화 구리층은 다결정 구조를 갖는 발광 다이오드.
A first electrode;
An N-type zinc oxide layer comprising nanorods of zinc oxide on the first electrode;
A P-type oxidized copper layer formed on the zinc oxide layer and including nano rods of copper oxide forming a heterojunction; And
And a second electrode formed on the copper oxide layer,
Wherein the zinc oxide layer has a single crystal structure,
Wherein the copper oxide layer has a polycrystalline structure.
제 1 항에 있어서,
상기 산화 구리의 나노 로드들은 400 nm 내지 500 nm의 길이 및 50 nm 내지 100 nm의 두께를 갖는 발광 다이오드.
The method according to claim 1,
Wherein the nanoparticles of copper oxide have a length of 400 nm to 500 nm and a thickness of 50 nm to 100 nm.
제 1 항에 있어서,
상기 P 형 산화 구리층의 두께는 1 ㎛ 내지 3 ㎛의 범위 내인 발광 다이오드.
The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the P-type copper oxide layer is in the range of 1 占 퐉 to 3 占 퐉.
제 1 전극;
상기 제 1 전극 상의 산화 아연의 나노 로드들을 포함하는 N 형 산화 아연층;
상기 산화 아연층 상에 형성되어 이종 접합을 형성하는 산화 구리의 나노 로드들을 포함하는 P 형 산화 구리층; 및
상기 산화 구리층 상에 형성되는 제 2 전극을 포함하며,
상기 산화 구리의 나노 로드들은 (111) 면으로 우선 성장된 단사정계 결정 구조를 갖는 발광 다이오드.
A first electrode;
An N-type zinc oxide layer comprising nanorods of zinc oxide on the first electrode;
A P-type oxidized copper layer formed on the zinc oxide layer and including nano rods of copper oxide forming a heterojunction; And
And a second electrode formed on the copper oxide layer,
Wherein the nanorods of the copper oxide have a monoclinic crystal structure that is first grown to a (111) plane.
제 1 전극;
상기 제 1 전극 상의 산화 아연의 나노 로드들을 포함하는 N 형 산화 아연층;
상기 산화 아연층 상에 형성되어 이종 접합을 형성하는 산화 구리의 나노 로드들을 포함하는 P 형 산화 구리층; 및
상기 산화 구리층 상에 형성되는 제 2 전극을 포함하며,
상기 산화 아연의 나노 로드들은 (002) 면으로 우선 성장된 육각형의 우르츠광(hexagonal wurtzite) 결정 구조를 갖는 발광 다이오드.
A first electrode;
An N-type zinc oxide layer comprising nanorods of zinc oxide on the first electrode;
A P-type oxidized copper layer formed on the zinc oxide layer and including nano rods of copper oxide forming a heterojunction; And
And a second electrode formed on the copper oxide layer,
Wherein the zinc oxide nanorods are hexagonal wurtzite crystal structures grown first with (002) planes.
제 1 항, 제 4 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산화 아연의 나노 로드들은 500 nm 내지 700 nm의 길이를 갖는 발광 다이오드.
The method according to any one of claims 1, 4, and 5,
Wherein the nanorods of zinc oxide have a length of 500 nm to 700 nm.
제 1 항, 제 4 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산화 아연층의 두께는 400 nm 내지 800 nm의 범위 내인 발광 다이오드.
The method according to any one of claims 1, 4, and 5,
Wherein the zinc oxide layer has a thickness in the range of 400 nm to 800 nm.
제 1 항, 제 4 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발광 다이오드의 제 1 피크는 610 내지 620 nm의 범위 내의 전기 발광 특성을 갖는 발광 다이오드.
The method according to any one of claims 1, 4, and 5,
Wherein the first peak of the light emitting diode has electroluminescence characteristics in a range of 610 to 620 nm.
제 1 항, 제 4 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발광 다이오드의 제 2 피크는 710 내지 720 nm의 범위 내의 전기 발광 특성을 갖는 발광 다이오드.
The method according to any one of claims 1, 4, and 5,
Wherein the second peak of the light emitting diode has an electroluminescence characteristic in a range of 710 to 720 nm.
제 1 항, 제 4 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산화 구리층은 9.64 × 1018cm-3 이상의 캐리어 농도를 갖는 발광 다이오드.
The method according to any one of claims 1, 4, and 5,
Wherein the copper oxide layer has a carrier concentration of 9.64 x 10 18 cm -3 or more.
제 1 항, 제 4 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발광 다이오드는 105 이상의 일정한 정류 비를 갖는 발광 다이오드.
The method according to any one of claims 1, 4, and 5,
Wherein the light emitting diode has a constant rectification ratio of 10 5 or more.
제 1 항, 제 4 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 전극은 갈륨-아연 산화물을 포함하는 발광 다이오드.
The method according to any one of claims 1, 4, and 5,
Wherein the first electrode comprises gallium-zinc oxide.
기판 상에 제 1 전극을 형성하는 단계;
상기 제 1 전극 상의 산화 아연의 나노 로드들을 포함하는 N 형 산화 아연층을 형성하는 단계;
상기 산화 아연층 상에 산화 구리의 나노 로드들을 포함하는 P 형 산화 구리층을 형성하는 단계; 및
상기 산화 구리층 상에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 산화 아연층을 형성하는 단계는,
상기 기판 상에, 상기 제 1 전극을 노출시키는 개구 영역을 갖는 몰드 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 몰드 패턴의 상기 개구 영역 내에 상기 산화 아연층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 산화 구리층을 형성하는 단계는,
스탬프 기판 상에 상기 산화 구리층을 형성하는 단계;
상기 스탬프 기판 상의 상기 산화 구리층이 형성된 면을 상기 산화 아연층이 형성된 몰드 패턴 상에 접촉시켜 가압하는 단계; 및
상기 스탬프 기판을 제거하여 상기 몰드 패턴의 상기 개구 영역 내의 상기 산화 아연층 상부 표면 상에 상기 산화 구리층의 일부를 전달하는 단계를 하는 단계를 포함하는 발광 다이오드의 제조 방법.
Forming a first electrode on the substrate;
Forming an N-type zinc oxide layer comprising nanorods of zinc oxide on the first electrode;
Forming a P-type oxidized copper layer containing nano-rods of copper oxide on the zinc oxide layer; And
And forming a second electrode on the copper oxide layer,
Wherein forming the zinc oxide layer comprises:
Forming a mold pattern on the substrate, the mold pattern having an opening region for exposing the first electrode; And
And forming the zinc oxide layer in the opening region of the mold pattern,
Wherein forming the copper oxide layer comprises:
Forming the copper oxide layer on the stamp substrate;
Contacting the surface of the stamp substrate on which the copper oxide layer is formed on a mold pattern on which the zinc oxide layer is formed to pressurize; And
And removing the stamp substrate to transfer a portion of the copper oxide layer onto the upper surface of the zinc oxide layer in the opening region of the mold pattern.
제 13 항에 있어서,
상기 산화 구리층이 형성된 스탬프 기판 상에 상기 제 2 전극이 형성된 발광 다이오드의 제조 방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the second electrode is formed on a stamp substrate on which the copper oxide layer is formed.
제 13 항에 있어서,
상기 산화 구리층을 형성하는 단계는,
질산 구리 3수화물(Cu(NO3)2.3H2O) 및 수산화 칼륨(KOH)을 용매에 용해시켜 혼합 용액을 형성하는 단계;
상기 혼합 용액에 마이크로웨이브를 조사하여 반응시켜 산화 구리 분말이 분산된 반응 용액을 생성하는 단계;
상기 반응 용액을 건조시켜 상기 산화 구리 분말을 수득하는 단계; 및
상기 스탬프 기판 상에 상기 산화 구리 분말을 코팅하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드의 제조 방법.
14. The method of claim 13,
Wherein forming the copper oxide layer comprises:
Dissolving copper nitrate trihydrate (Cu (NO 3 ) 2 .3H 2 O) and potassium hydroxide (KOH) in a solvent to form a mixed solution;
Irradiating the mixed solution with a microwave to generate a reaction solution in which copper oxide powder is dispersed;
Drying the reaction solution to obtain the copper oxide powder; And
And coating the copper oxide powder on the stamp substrate.
제 15 항에 있어서,
상기 산화 구리 분말을 수득하는 단계는,
상기 반응 용액을 건조시키는 단계 전에, 상기 반응 용액을 세척하는 단계; 및
상기 세척된 반응 용액을 원심 분리시켜 상기 산화 구리 분말을 수득하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드의 제조 방법.
16. The method of claim 15,
The step of obtaining the copper oxide powder comprises:
Washing the reaction solution before drying the reaction solution; And
And centrifuging the washed reaction solution to obtain the copper oxide powder.
제 15 항에 있어서,
상기 혼합 용액에 에틸렌 글리콜을 첨가하여 단계를 더 포함하는 발광 다이오드의 제조 방법.
16. The method of claim 15,
And adding ethylene glycol to the mixed solution.
제 13 항에 있어서,
상기 몰드 패턴은 포토레지스트(photoresist: PR) 패턴을 포함하는 발광 다이오드의 제조 방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the mold pattern comprises a photoresist (PR) pattern.
제 13 항에 있어서,
상기 산화 아연층을 형성하는 단계는 수열 합성법(hydrothermal)에 의해 수행되는 발광 다이오드의 제조 방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the step of forming the zinc oxide layer is performed by hydrothermal method.
제 13 항에 있어서,
상기 산화 아연의 나노 로드들은 상기 제 1 전극 상에서 수직 성장된 발광 다이오드의 제조 방법.
14. The method of claim 13,
And the nano-rods of the zinc oxide are vertically grown on the first electrode.
제 1 전극;
상기 제 1 전극을 노출시키는 개구 영역을 한정하며 포토레지스트로 형성된 몰드 패턴;
상기 몰드 패턴의 상기 개구 영역 내에 산화 아연의 나노 로드들을 포함하는 N 형 산화 아연층;
상기 산화 아연층 상에 형성되어 이종 접합을 형성하도록, 상기 몰드 패턴의 상기 개구 영역 내에서 상기 N 형 산화 아연층의 상기 나노 로드들에 가압 접촉된 산화 구리의 나노 로드들을 포함하는 P 형 산화 구리층; 및
상기 산화 구리층 상에 형성되는 제 2 전극을 포함하는 발광 다이오드.
A first electrode;
A mold pattern defining an opening region for exposing the first electrode and formed of photoresist;
An N-type zinc oxide layer containing zinc oxide nanorods in the opening region of the mold pattern;
A p-type oxide comprising nano-rods of copper oxide in contact with said nano-rods of said n-type zinc oxide layer in said opening region of said mold pattern to form a heterostructure on said zinc oxide layer, layer; And
And a second electrode formed on the copper oxide layer.
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