KR101973764B1 - Method of forming nano-structure - Google Patents
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Abstract
나노 구조 형성 방법이 개시된다. 이 방법은, (a) 투명 전극의 적어도 일부 표면에 이온을 조사하는 단계, 및 (b) 나이트레이트 계열 솔루션을 사용하여 수열합성법으로 상기 이온이 조사된 투명 전극의 표면에 나노 구조를 형성하는 단계를 포함한다. 이에 따라, 투명 전극에 나노 구조물을 보다 효과적이고 간단하게 형성할 수 있다.A nanostructure forming method is disclosed. The method comprises the steps of: (a) irradiating ions onto at least a part of the surface of a transparent electrode; and (b) forming a nanostructure on the surface of the transparent electrode irradiated with the ions by hydrothermal synthesis using a nitrate based solution . Accordingly, the nanostructure can be more effectively and simply formed on the transparent electrode.
Description
본 발명은 나노 구조 형성 방법에 관한 것이고, 구체적으로는 내부 전반사를 감소시키기 위한 나노구조를 간단하고 효과적으로 성장시키는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for forming a nanostructure, and more particularly, to a method for simply and effectively growing a nanostructure for reducing total internal reflection.
발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 기본적으로 P형 반도체와 N형 반도체의 접합인 PN 접합 다이오드이다. 발광 다이오드는 P형 반도체와 N형 반도체를 접합한 후, P형 반도체와 N형 반도체에 전압을 인가하여 전류를 흘려주면, P형 반도체의 정공은 N형 반도체 쪽으로 이동하고, 이와는 반대로 N형 반도체의 전자는 P형 반도체 쪽으로 이동하여 전자 또는 정공이 PN 접합부로 이동하게 된다.A light emitting diode (LED) is basically a PN junction diode which is a junction of a P-type semiconductor and an N-type semiconductor. When a current is supplied to a p-type semiconductor and an n-type semiconductor after applying a voltage to the p-type semiconductor and the n-type semiconductor after bonding the p-type semiconductor and the n-type semiconductor, the light emitting diode moves the holes of the p- Electrons move toward the P-type semiconductor and electrons or holes move to the PN junction.
PN 접합부로 이동된 전자는 전도대(conduction band)에서 가전대(valence band)로 떨어지면서 정공과 결합하게 된다. 이때, 전도대와 가전대의 높이 차이 즉, 에너지 차이에 해당하는 만큼의 에너지를 발산하는데, 이 에너지가 광의 형태로 방출된다.The electron moved to the PN junction falls from the conduction band to the valence band and is coupled to the hole. At this time, energy corresponding to the height difference between the conduction band and the electromotive band, that is, the energy difference, is emitted, and this energy is emitted in the form of light.
PN 접합부에서 방출된 빛의 효율은 내부광자효율과 외부광자효율(광추출효율)에 의해 결정된다. 특히, 광추출효율은 소자의 광학적 구조, 즉 각 구조층간의 굴절률, 계면 사이의 평활도 등에 의해 크게 영향을 받는다.The efficiency of the light emitted from the PN junction is determined by the internal photon efficiency and the external photon efficiency (light extraction efficiency). In particular, the light extraction efficiency is greatly influenced by the optical structure of the device, that is, the refractive index between the respective structural layers, the smoothness between the interfaces, and the like.
한편, 반도체층 표면에 반구형이나 피라미드형과 같은 나노 스케일의 패턴을 형성하여 전반사가 일어나는 것을 방지함으로써 활성층에서 발생한 빛이 최소한의 손실로 외부로 방출되도록 하는 방법이 알려져 있다.On the other hand, a method of forming a nanoscale pattern such as a hemispherical shape or a pyramid shape on the surface of a semiconductor layer to prevent total reflection, thereby causing light generated in the active layer to be emitted to the outside with minimal loss.
나노 스케일의 패턴을 형성하기 위한 종래의 방법으로서, n형 반도체 표면을 KOH, NaOH와 같은 염기성 용액을 이용한 습식식각을 통해 n형 반도체 표면층에 피라미드 형태의 나노 구조물을 형성함으로써, 발광다이오드의 광 추출 효율을 높이는 방법이 알려져 있다. 그런데, 이 방법은 습식식각 과정 중에 n형 전극, 전도성 기판, 발광다이오드 메사 구조 등이 손상되는 것을 방지하기 위해 보호막의 형성이 필수적이고 습식식각 과정을 통해서는 기술적으로 대면적의 나노 구조물을 균일하게 형성하기 어려운 문제점이 있다. 또한 이 방법은 수직형 발광다이오드에 국한되어 적용되는 문제점이 있다.As a conventional method for forming a nanoscale pattern, a pyramidal nanostructure is formed on a surface layer of an n-type semiconductor by wet etching using an alkaline solution such as KOH or NaOH to form an n-type semiconductor surface, A method for increasing the efficiency is known. However, this method is required to form a protective film to prevent the damage of the n-type electrode, the conductive substrate, the light emitting diode mesa structure and the like during the wet etching process, and the wet etching process can uniformly There is a problem that it is difficult to form. In addition, this method is limited to vertical type light emitting diodes.
구체적으로 살펴보면, 질화물계 반도체 발광소자에서, GaN의 굴절률은 2.4이므로, 활성층에서 생성된 광은 GaN/대기계면에서의 임계각인 23.6°보다 클 경우에 내부 전반사가 일어나 측면방향으로 진행되어 손실되거나 원하는 방향으로 방출되지 못하여, 실제 광추출효율은 약 13%에 불과하다.Specifically, in a nitride-based semiconductor light-emitting device, since the refractive index of GaN is 2.4, when the light generated in the active layer is larger than the critical angle of 23.6 ° in the GaN / air interface, the total internal reflection occurs, Direction, and the actual light extraction efficiency is only about 13%.
따라서, 이러한 상황에서 당해 기술 분야에서는 대기와 직접 맞닿는 투명전극층에 광추출 효율을 향상하기 위한 광학적 구조를 형성하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.Therefore, in this state of the art, researches for forming an optical structure for improving the light extraction efficiency in a transparent electrode layer in direct contact with the atmosphere are being actively conducted.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광추출층과 대기 간의 굴절률 차이에 의한 내부 전반사를 감소시켜 광 추출효율을 향상시킬 수 있는 나노 구조물을 보다 효과적이고 간단한 방법을 통해 형성하는 방법을 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a nanostructure capable of enhancing light extraction efficiency by reducing total internal reflection due to a refractive index difference between a light extraction layer and the atmosphere, In a more effective and simple manner.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 나노 구조 형성 방법은, (a) 투명 전극의 적어도 일부 표면에 이온을 조사하는 단계; 및 (b) 나이트레이트(Nitrate) 계열 솔루션을 사용하여 수열합성법으로 상기 이온이 조사된 투명 전극의 표면에 나노 구조를 형성하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of forming a nanostructure, comprising: (a) irradiating ions onto at least a surface of a transparent electrode; And (b) forming a nanostructure on the surface of the transparent electrode to which the ion is irradiated by hydrothermal synthesis using a nitrate series solution.
일 실시예에 따라, 상기 (a) 단계에서 상기 투명 전극에 이온-고체 상호작용(ion-solid interaction)을 이용하여 나노 구조를 성장시킨다.According to an embodiment, the nanostructure is grown using ion-solid interaction in the transparent electrode in the step (a).
일 실시예에 따라, 상기 (b) 단계에서 상기 나이트레이트 계열 솔류션은 질산아연(Zinc nitrate)과 헥사메틸렌 테트라 아민(Hexamethylene tetra amine, HMTA)을 포함한다.According to one embodiment, in the step (b), the nitrate solution includes zinc nitrate and hexamethylene tetraamine (HMTA).
일 실시예에 따라, 상기 (b) 단계에서 상기 나이트레이트 계열 솔루션은 나이트레이트계열 물질과 아민계열의 물질을 이용하며, 실시예에 질산아연(Zinc nitrate)과 헥사메틸렌 테트라 아민(Hexamethylene tetra amine, HMTA)으로 국한하지 않는다.According to one embodiment, the nitrate solution in the step (b) uses a nitrate-based material and an amine-based material. In an embodiment, zinc nitrate and hexamethylene tetraamine, HMTA).
일 실시예에 따라, 상기 (b) 단계에서 형성된 나노 구조는 가장 긴 모서리의 길이가 1㎛를 넘지 않는 구조물이 무작위로 배열된다.According to one embodiment, the nanostructures formed in the step (b) are randomly arranged such that the longest edges do not exceed 1 탆 in length.
일 실시예에 따라, 상기 (a) 단계에서 조사되는 이온은 II족 또는 III족 금속 이온이다.According to one embodiment, the ions irradiated in step (a) are Group II or Group III metal ions.
일 실시예에 따라, 상기 (b) 단계에서 형성된 나노 구조는 산화아연, 인듐, 갈륨 또는 주석을 포함한다.According to one embodiment, the nanostructure formed in step (b) comprises zinc oxide, indium, gallium or tin.
일 실시예에 따라, 상기 (b) 단계는 60℃ ~ 200℃에서 수행된다.According to one embodiment, the step (b) is performed at 60 ° C to 200 ° C.
일 실시예에 따라, 상기 이온은 액체금속 이온소오스(Liquid Metal Ion Source, LMIS)에 의해 만들어진다.According to one embodiment, the ions are made by a Liquid Metal Ion Source (LMIS).
일 실시예에 따라, 상기 (a) 단계에서, 이온의 조사 에너지, 이온의 조사량 및 이온의 조사 시간 중 적어도 하나를 조절하여 상기 투명 전극이 식각되는 두께를 조절한다.According to one embodiment, in step (a), at least one of the irradiation energy of the ions, the irradiation amount of the ions, and the irradiation time of the ions is adjusted to control the thickness of the transparent electrode to be etched.
일 실시예에 따라, 상기 이온의 조사 에너지는 0.1KeV이상 16KeV이하이다.According to one embodiment, the irradiation energy of the ions is 0.1 KeV or more and 16 KeV or less.
일 실시예에 따라, 상기 투명 전극이 식각되는 두께는 2nm미만이다.According to one embodiment, the thickness at which the transparent electrode is etched is less than 2 nm.
일 실시예에 따라, 상기 (a) 단계에서, 이온의 조사에 의해 질화물 반도체 적층 구조체 중 투명 전극 바로 아래의 층은 영향을 받지 않는다.According to one embodiment, in the step (a), the layer immediately below the transparent electrode in the nitride semiconductor multilayer structure by irradiation with ions is not affected.
일 실시예에 따라, 상기 (b) 단계에서, 상기 질산아연(Zinc nitrate)과 헥사메틸렌 테트라 아민(Hexamethylene tetra amine, HMTA) 수용액의 몰 농도는 0.0001M ~ 1M이다.According to one embodiment, in step (b), the molar concentration of the zinc nitrate solution and the aqueous solution of hexamethylene tetraamine (HMTA) is 0.0001M to 1M.
본 발명에 따르면, 투명 전극에 나노 구조물을 보다 효과적이고 간단하게 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 나노 구조물을 이용하여 광추출층과 대기 간의 굴절률 차이에 의한 내부 전반사를 감소시켜 광 추출효율을 향상시킬 수 있는 발광 소자를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to more effectively and simply form the nanostructure on the transparent electrode. Accordingly, it is possible to provide a light emitting device capable of improving the light extraction efficiency by reducing the total internal reflection due to the difference in refractive index between the light extracting layer and the atmosphere using the nanostructure according to the present invention.
도 1은 종래의 발광 다이오드에 있어서, 질화물 반도체 적층 구조체와 대기 의 굴절률 차이 때문에 계면에서 발생하는 내부 전반사로 인하여 광추출 효율이 저하되는 현상을 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 본 발명에 있어서, 광 진행 경로 상에 나노 패턴을 형성함으로써 발광 다이오드의 광추출 효율을 향상시키는 원리를 설명하기 위한 도면이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 구조 형성 방법을 적용하여 제조된 질화물 발광 다이오드의 도면이며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 구조 형성 방법을 적용하여 제조된 질화물 발광 다이오드의 단면도이며,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 구조 형성 방법을 설명하기 위한 도면이며,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 구조 형성 방법에 따라 성장된 나노 구조를 갖는 표면 구조(b)를 성장 전의 표면 구조(a)와 비교한 광학 현미경 및 전자주사현미경 이미지이다.FIG. 1 is a view for explaining a phenomenon in which the light extraction efficiency is lowered due to total internal reflection occurring at the interface due to a difference in refractive index between the nitride semiconductor multilayer structure and the atmosphere in a conventional light emitting diode,
2 is a view for explaining the principle of improving light extraction efficiency of a light emitting diode by forming a nanopattern on a light propagation path in the present invention,
FIG. 3 is a view of a nitride light emitting diode manufactured by applying the method of forming a nanostructure according to an embodiment of the present invention,
FIG. 4 is a cross-sectional view of a nitride light emitting diode manufactured by applying the method of forming a nanostructure according to an embodiment of the present invention,
5 is a view for explaining a method of forming a nanostructure according to an embodiment of the present invention,
6 is an optical microscope image and an electron scanning microscope image obtained by comparing the surface structure (b) having a nanostructure grown according to the nanostructure forming method according to an embodiment of the present invention with the surface structure (a) before growth.
본 발명은 질화물 발광 다이오드와 같은 발광 소자를 제조함에 있어서 투명 전극에 나노 구조물을 보다 효과적이고 간단한 방법을 통해 형성하는 방법을 제공하여 광추출층과 대기 간의 굴절률 차이에 의한 내부 전반사를 감소시켜 광 추출효율을 향상시키고자 하는 것이다. 이하에서 질화물 발광 다이오드를 예를 들어 설명하지만, 본 발명은 질화물 발광 다이오드에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명은 내부에서 생성된 광을 외부로 방출하는 발광 소자라면 특별히 한정되지 않고 적용될 수 있을 것이다. 나아가, 본 발명은 또한 반드시 발광 소자에 한정되는 것은 아니며, 나노 구조를 광학적으로 이용할 수 있는 다른 분야에도 응용될 수 있다.The present invention provides a method of forming a nanostructure on a transparent electrode through a more effective and simple method in manufacturing a light emitting device such as a nitride light emitting diode, thereby reducing total internal reflection due to a difference in refractive index between the light extracting layer and the atmosphere, And to improve efficiency. Hereinafter, the nitride light emitting diode will be described as an example, but the present invention is not limited to the nitride light emitting diode. That is, the present invention is not particularly limited as long as it is a light emitting device that emits internally generated light to the outside. Furthermore, the present invention is not necessarily limited to light emitting devices, and can be applied to other fields where nanostructures can be optically used.
본 발명은 투명 전극의 적어도 일부 표면에 이온을 조사한 다음, 나이트레이트(Nitrate) 계열 솔루션을 사용하여 수열합성법으로 상기 이온이 조사된 투명 전극의 표면에 나노 구조를 형성한다. 상기 투명 전극은 반도체 적층 구조체, 예컨대 질화물 반도체 적층 구조체 상에 형성될 수 있다. In the present invention, at least a part of the surface of the transparent electrode is irradiated with ions, and then a nanostructure is formed on the surface of the transparent electrode irradiated with the ions by hydrothermal synthesis using a nitrate series solution. The transparent electrode may be formed on the semiconductor laminated structure, for example, the nitride semiconductor laminated structure.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래의 발광 다이오드에 있어서, 질화물 반도체 적층 구조체(10)와 대기(15)의 굴절률 차이 때문에 계면에서 발생하는 내부 전반사로 인하여 광추출 효율이 저하되는 현상을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명에 있어서, 광 진행 경로 상에 나노 패턴을 형성함으로써 발광 다이오드의 광추출 효율을 향상시키는 원리를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a phenomenon in which light extraction efficiency is lowered due to total internal reflection occurring at the interface due to a difference in refractive index between the nitride
먼저 도 1을 참조하면, 종래의 경우와 같이 매끈한 표면의 투명 전극(14)의 경우, 투명 전극(14)으로 흔히 사용되는 ITO층의 굴절률은 약 2.35이고 대기(15)의 굴절률은 1이기 때문에, 이들 두 층들(14, 15) 간의 굴절률 차이가 커서 계면에서의 전반사에 대한 임계각이 25°에 불과하다. 따라서 반도체 적층 구조체(10)의 활성층(12)에서 발생한 빛이 외부로 빠져나오지 못하고, 내부에서 소멸되어 광추출 효율이 낮아지는 문제점이 있다.Referring to FIG. 1, in the case of the
도 1과 도 2를 참조하면, 예시된 구조(도 2의 예에서는 단면 구조가 삼각형인 경우임)와 같이, 투명 전극(14) 표면에 나노 구조물을 형성할 경우, 다중 산란에 의해 빛이 대기(15) 중으로 방출될 확률이 급격하게 증가하여 발광 다이오드의 광추출 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2, when a nanostructure is formed on the surface of the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 구조 형성 방법을 적용하여 제조된 질화물 발광 다이오드의 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 구조 형성 방법을 적용하여 제조된 질화물 발광 다이오드의 단면도이다.FIG. 3 is a view of a nitride light emitting diode manufactured by applying the method of forming a nanostructure according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view of a nitride light emitting diode manufactured by applying the method of forming a nanostructure according to an embodiment of the present invention. Fig.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따라 제조된 질화물계 발광 다이오드는, 기판(110) 상에 형성된 질화물 반도체 적층 구조체(120)를 포함한다. 상기 질화물 반도체 적층 구조체는 제1 및 제2 도전형 반도체층(121,123)과 그 사이에 형성된 활성층(122)을 갖는다.Referring to FIGS. 3 and 4, the nitride-based light emitting diode manufactured according to the present embodiment includes a nitride semiconductor stacked
상기 질화물 반도체 적층 구조체(120)는 상기 기판(110)을 성장 기판으로 하여 성장되는 질화갈륨 계열의 제1 도전형 반도체층(121), 활성층(122) 및 제2 도전형 반도체층(123)을 포함한다. 상기 기판(121)과 상기 제1 도전형 반도체층(121) 사이에는 격자 부정합의 완화를 위해 버퍼층(미도시)이 더 형성될 수 있다. 상기 활성층(123)은 상기 제1 도전형 반도체층(121)과 상기 제2 도전형 반도체층(123) 사이에 개재된다. The nitride
상기 제1 도전형 반도체층(121)은, 상기 기판(110)과 인접해 형성되는 층으로, n형 반도체층일 수 있다. 또한 상기 제2 도전형 반도체층(123)은 상대적으로 상기 사파이어 기판(110)과 멀리 떨어져 위치한 층으로, p형 반도체층일 수 있다. 역으로, 상기 제1 도전형 반도체층(121)이 p형 반도체층이 되고 상기 제2 도전형 반도체층(123)이 n형 반도체층이 될 수도 있다.The first
상기 제1 도전형 반도체층(121), 활성층(122) 및 제2 도전형 반도체층(123)은 질화갈륨 계열의 화합물 반도체물질, 즉, (Al, In, Ga)N으로 형성될 수 있다. 상기 활성층(122)은 요구되는 파장의 광 예컨대 자외선 또는 청색광을 방출하도록 조성 원소 및 조성비가 결정된다. 상기 제1 도전형 반도체층(121) 및/또는 제2 도전형 반도체층(123)은, 도시된 바와 같이, 단일층으로 형성될 수 있으나, 다층 구조로 형성될 수도 있다. 또한, 활성층(122)은 단일 양자웰 또는 다중 양자웰 구조로 형성될 수 있다. 상기 사파이어 기판(110)과 제1 도전형 반도체층(121) 사이에 격자 부정합 완화를 위한 버퍼층(미도시)이 개재될 수 있다.The first
본 실시예에 따른 질화물 발광 다이오드는 제1 도전형 전극패드(150b)와 제2 도전형 전극패드(150a)를 모두 상부에 갖는 수평형 발광다이오드로서, 제1 도전형 반도체층(121)의 상부를 노출시켜 그 노출된 영역에 제1 도전형 전극패드(150b)를 형성시키도록, 반도체 적층 구조체(120)에서 제2 도전형 반도체층(123) 및 활성층(122)의 일부 영역이 제거된 구조를 갖는다. 제1 도전형 반도체층(121)의 상부 노출 영역에 제1 도전형 전극패드(150b)가 형성되고, 제2 도전형 반도체층(123)의 상부에 제2 도전형 전극패드(150a)가 형성된다.The nitride semiconductor light emitting diode according to the present embodiment is a horizontal light emitting diode having a first conductive
도시된 것과 같이, 투명 전극(130)이 제2 도전형 반도체층(123) 상에 형성되고 상기 투명 전극(130) 상에 상기 제2 도전형 전극패드(150a)가 형성될 수 있다. The
상기 투명전극(130)은 예컨대, ITO 또는 Ni/Au로 형성되는 것으로서, 제2 도전형 반도체층(123)에 비해 비저항이 낮아 전류를 분산시키는 역할을 한다.The
상기 제1 도전형 전극 패드(150b) 및 제2 도전형 전극 패드(150a)는, 예컨대, Au, Al, Ag와 같은 금속 물질일 수 있다.The first
다음으로, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 구조 형성 방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 구조 형성 방법에 따라 나노 구조를 성장시킨 이후의 표면 구조(b)를 성장 전의 표면 구조(a)와 비교한 광학 현미경 및 전자주사현미경 이미지이다.FIG. 5 is a view for explaining a method of forming a nanostructure according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of forming a nanostructure according to an embodiment of the present invention, (B) is compared with the surface structure (a) before growth, and an electron microscope image is obtained.
도 5 및 도 6을 도 3과 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 구조 형성 방법은, 질화물 반도체 적층 구조체(120) 상에 형성된 투명 전극(130)의 적어도 일부 표면(일부 또는 전체)에 이온을 조사하는 단계, 그리고, 나이트레이트 계열 솔루션을 사용하여 수열합성법으로 상기 이온이 조사된 투명 전극(130)의 표면에 나노 구조(140)를 형성하는 단계를 포함한다.Referring to FIGS. 5 and 6 together with FIG. 3, a method of forming a nanostructure according to an embodiment of the present invention includes: a step of forming a nitride
일 실시예에 따라, 투명 전극(130)의 적어도 일부 표면에 이온을 조사하는 단계에 있어서, 투명 전극(130)에 이온-고체 상호작용(ion-solid interaction)을 이용하여 나노 구조를 성장시킬 수 있다.According to one embodiment, in the step of irradiating ions to at least a portion of the surface of the
또한, 일 실시예에 따라, 나이트레이트 계열 솔루션을 사용하여 수열합성법으로 나노 구조(140)를 형성하는 단계에 있어서, 나이트레이트 계열 솔루션은 나이트레이트계열과 아민 계열의 물질을 포함한다. 예컨대, 상기 나이트레이트 계열 솔루션은 질산아연(Zinc nitrate)과 헥사메틸렌 테트라 아민(Hexamethylene tetra amine, HMTA)을 포함할 수 있다.Also, according to one embodiment, in the step of forming the
또한, 여기서 형성되는 나노 구조(140)는 그것의 가장 긴 모서리의 길이가 500nm를 넘지 않는 구조물일 수 있다. 도시된 예에서는 나노 구조(140)가 규칙적으로 배열된 경우가 나타나 있으나, 이와는 다르게 나노 구조(140)는 무작위로 배열될 수 있다.Also, the
또한, 조사되는 이온은 III족 금속 이온, 예를 들어, Ga, In, Al, 또는 Tl일 수 있다.Also, the irradiated ions may be group III metal ions, for example, Ga, In, Al, or Tl.
따라서, 본 실시예에서 형성되는 나노 구조(140)는 인듐도핑된 산화아연(In doped ZnO) 또는 갈륨도핑된 산화아연(Ga doped ZnO)을 포함할 수 있다.Accordingly, the
그리고, 나노 구조(140)의 표면은 산화아연 및 인듐도핑 또는 갈륨도핑된 산화아연을 포함할 수도 있고, 이와는 다르게, 산화아연, 인듐도핑 또는 갈륨도핑된 산화아연 및 ITO를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 나노 구조(140)의 전체 표면을 살펴보면, 이온으로서 인듐 또는 갈륨이 도핑된 영역에 산화 아연이 형성되어 있는 부분은, 인듐도핑 또는 갈륨도핑된 산화아연이 존재하고, 도핑되지 않고 산화아연이 형성된 부분은 산화아연이 존재하고, 도핑되지 않고 산화아연도 형성되지 않은 부분은 투명 전극인 ITO만이 존재하게 된다.And, the surface of the
다시 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 나노 구조 형성 방법을 더 구체적으로 설명하면, 먼저 투명 전극(130)의 일정 영역에 액체금속 이온소오스(Liquid Metal Ion Source, LMIS)를 이용한 이온 광선을 조사하고(도 5의 a), 그런 다음 이온을 조사받은 상기 영역에 열수성장법을 이용한 나노 구조(140)를 성장시킨다(도 5의 b)5 and 6, a method of forming a nanostructure according to an embodiment of the present invention will be described in more detail. First, a liquid metal ion source (LMIS) is formed in a certain region of the
액체금속 이온소오스(Liquid Metal Ion Source, LMIS)를 이용한 이온 광선은 상기 투명 전극(130)의 상면부에 일정한 영역에 대해 조사되며, 이 때, 앞서 언급한 바와 같이, 이온의 조사 에너지와 이온의 조사량, 이온의 조사시간 중 적어도 하나를 조절하여 상기 투명 전극(130)을 일정한 두께로 식각한다.An ion beam using a liquid metal ion source (LMIS) is irradiated to a predetermined area on the upper surface of the
여기서, 상기 이온의 조사 에너지는 0.1KeV이상 16KeV이하일 수 있고, 상기 투명 전극(130)이 식각되는 두께는 2nm미만일 수 있다.Here, the irradiation energy of the ions may be 0.1 keV or more and 16 keV or less, and the thickness at which the
도 6의 광학 현미경과 전자주사 현미경 사진을 참조하여 본 발명의 일실시 예에 따른 나노 구조 형성 방법을 설명하면, 상기 무작위 구조를 가지는 ITO층(130)의 조사 영역에 기존의 ZnO 나노와이어를 성장하기 위한 방법 중 하나인 질산아연(Zinc nitrate)과 헥사메틸렌 테트라 아민(Hexamethylene tetra amine, HMTA)을 이용한 열수화법을 이용하여 성장을 진행할 경우 도 6의 a에서 나타난 것과 같이 가장 긴 모서리의 길이가 1㎛를 넘지 않는 구조물을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 6, a method of forming a nanostructure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to an optical microscope and a scanning electron microscope photograph. The conventional ZnO nanowire is grown on the irradiation region of the
상기 질산아연(Zinc nitrate)과 헥사메틸렌 테트라 아민(Hexamethylene tetra amine, HMTA) 수용액의 몰 농도는 0.0001M ~ 1M인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 10mM이다.The molar concentration of the zinc nitrate (Zinc nitrate) and hexamethylenetetraamine (HMTA) aqueous solution is preferably 0.0001M to 1M. More preferably 10 mM.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 나노 구조(140)를 형성하기 위하여 이온이 조사된 상태에서 오토클레이브 내에 투입되어 수열합성법이 적용되는데, 이 경우 오토 클레이브 내에서 산화아연의 합성을 위한 온도는 대체로 60℃ ~ 200℃일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, in order to form the
이 상태에서, 예를 들어, 상기 질산아연(Zinc nitrate)과 헥사메틸렌 테트라 아민(Hexamethylene tetra amine, HMTA) 수용액 10mM에 완전히 침하하여 90Co의 일정한 온도 하에 6시간에서 8시간이하 성장시킨다. 이렇게 하여, 도 6과 같은 나노 구조가 형성될 수 있다.In this state, it is completely submerged, for example, in 10 mM of zinc nitrate and hexamethylene tetra amine (HMTA) aqueous solution, and is grown for 6 hours to 8 hours at a constant temperature of 90 ° C. Thus, the nanostructure as shown in FIG. 6 can be formed.
상술한 바와 같이, 본 발명은 투명 전극에 나노 구조물을 보다 효과적이고 간단하게 형성할 수 있으며, 이에 따라, 발광 소자에서 광추출층과 대기 간의 굴절률 차이에 의한 내부 전반사를 감소시켜 광 추출효율을 향상시킬 수 있게 된다.As described above, the present invention can more effectively and simply form the nanostructure on the transparent electrode, thereby improving the light extraction efficiency by reducing the total internal reflection due to the difference in refractive index between the light extracting layer and the atmosphere in the light emitting device. .
110 : 기판
120 : 질화물 반도체 적층 구조체
121 : 제1 도전형 기저층
122 : 활성층
123 : 제2 도전형 반도체층
130 : 투명전극
140 : 나노 구조110: substrate
120: a nitride semiconductor laminated structure
121: first conductive type base layer
122: active layer
123: second conductive type semiconductor layer
130: transparent electrode
140: nanostructure
Claims (12)
(b) 나이트레이트 계열 솔류션을 사용하여 수열합성법으로 상기 이온이 조사된 투명 전극의 표면에 나노 구조를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 구조 형성 방법.(a) irradiating ions to a transparent electrode; And
(b) forming a nanostructure on the surface of the transparent electrode irradiated with the ion by a hydrothermal synthesis method using a nitrate-based solution.
상기 (a) 단계에서 상기 투명 전극에 이온-고체 상호작용을 이용하여 나노 구조를 성장시키는 것을 특징으로 하는 나노 구조 형성 방법.The method according to claim 1,
Wherein the nanostructure is grown using ion-solid interaction with the transparent electrode in step (a).
상기 (b) 단계에서 상기 나이트레이트 계열 솔루션은 나이트레이트계열과 아민계열의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 구조 형성 방법.The method according to claim 1,
Wherein the nitrile series solution comprises a nitrate series and an amine series material in the step (b).
상기 (b) 단계에서 형성된 나노 구조는 가장 긴 모서리의 길이가 1㎛를 넘지 않는 구조물이 무작위로 배열되는 것을 특징으로 하는 나노 구조 형성 방법.The method according to claim 1,
Wherein the nanostructures formed in step (b) are randomly arranged such that the longest edges do not exceed 1 탆 in length.
상기 (a) 단계에서 조사되는 이온은 II족 또는 III족 금속 이온인 것을 특징으로 하는 나노 구조 형성 방법.The method according to claim 1,
Wherein the ion to be irradiated in the step (a) is a Group II or Group III metal ion.
상기 (b) 단계에서 형성된 나노 구조는 산화아연, 인듐, 갈륨 또는 주석을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 구조 형성 방법.The method according to claim 1,
Wherein the nanostructure formed in step (b) comprises zinc oxide, indium, gallium, or tin.
상기 (b) 단계는 60℃ ~ 200℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 나노 구조 형성 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step (b) is performed at 60 ° C to 200 ° C.
상기 이온은 액체금속 이온소오스(Liquid Metal Ion Source, LMIS)에 의해 만들어지는 것을 특징으로 하는 나노 구조 형성 방법.The method of claim 2,
Wherein the ions are made by a liquid metal ion source (LMIS).
상기 (a) 단계에서, 이온의 조사 에너지, 이온의 조사량 및 이온의 조사 시간 중 적어도 하나를 조절하여 상기 투명 전극이 식각되는 두께를 조절하는 것을 특징으로 하는 나노 구조 형성 방법.The method of claim 2,
Wherein the thickness of the transparent electrode is adjusted by controlling at least one of irradiation energy of ions, irradiation amount of ions, and irradiation time of ions in the step (a).
상기 이온의 조사 에너지는 0.1KeV이상 16KeV이하인 것을 특징으로 하는 나노 구조 형성 방법.The method of claim 9,
Wherein the irradiation energy of the ions is 0.1 to 16KeV.
상기 투명 전극이 식각되는 두께는 2nm미만인 것을 특징으로 하는 나노 구조 형성 방법.The method of claim 9,
Wherein a thickness at which the transparent electrode is etched is less than 2 nm.
상기 (b) 단계에서, 상기 나이트레이트 계열 솔루션은 질산아연과 헥사메틸렌 테트라 아민(HMTA)을 포함하고, 상기 질산아연과 헥사메틸렌 테트라 아민(HMTA) 수용액의 몰 농도는 0.0001M ~ 1M인 것을 특징으로 하는 나노 구조 형성 방법.The method of claim 3,
In the step (b), the nitrate solution includes zinc nitrate and hexamethylenetetramine (HMTA), and the molar concentration of zinc nitrate and hexamethylenetetraamine (HMTA) aqueous solution is 0.0001M to 1M To form a nanostructure.
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