KR20170000231A - 유연 발광 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 기술적 사상에 따른 유연 발광 소자의 제조 방법은, 기판 상에 희생층을 형성하는 단계와, 희생층 상에 무기 반도체층으로 이루어진 복수의 나노 와이어를 성장시키는 단계와, 복수의 나노 와이어 상에 제1 전극층을 형성하는 단계와, 제1 전극층과 유연 기판을 결합시키는 단계와, 희생층을 제거하여 복수의 나노 와이어로부터 기판을 분리시키는 단계, 및 기판 및 희생층이 제거된 복수의 나노 와이어 면에 제2 전극층을 형성하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명의 기술적 사상은 유연 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명의 기술적 사상은 무기 반도체층으로 이루어진 나노 와이어를 포함하는 유연 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 스마트 기기의 발전에 따라 웨어러블(wearable) 기기의 수요가 높아지면서, 웨어러블 기기의 구현에 필수적인 유연 발광 소자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 유연 발광 소자 중에서는 주로 유기 반도체 기반의 유연 발광 소자가 연구되고 있는데, 이와 같은 편중 현상은 성장 시 고온 환경이 요구되는 무기 반도체를 폴리머 계열의 유연 기판에 직접 성장시키기 어려운 공정 상의 제약 등에 기인한다. 하지만, 유기 반도체 기반의 유연 발광 소자의 경우 습도 및 온도에 취약하므로, 구동 환경에 영향을 받지 않고 안정적인 성능을 확보할 수 있는 무기 반도체 기반의 유연 발광 소자에 대한 요구가 점차 커지고 있고, 이에 따라 상술한 공정 상의 제약 등을 해결하기 위한 연구가 확대되고 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 유연 발광 소자 및 그 제조 방법이 이루고자 하는 기술적 과제는, 안정적인 특성을 갖는 무기 반도체 기반의 유연 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 유연 발광 소자의 제조 방법은, 기판 상에 희생층을 형성하는 단계; 상기 희생층 상에 무기 반도체층으로 이루어진 복수의 나노 와이어를 성장시키는 단계; 상기 복수의 나노 와이어 상에 제1 전극층을 형성하는 단계; 상기 제1 전극층과 유연 기판을 결합시키는 단계; 상기 희생층을 제거하여 상기 복수의 나노 와이어로부터 상기 기판을 분리시키는 단계; 및 상기 기판 및 상기 희생층이 제거된 상기 복수의 나노 와이어 면에 제2 전극층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 희생층은, 상기 무기 반도체층에 대해 높은 식각 선택비를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 복수의 나노 와이어를 성장시키는 단계는, 상기 복수의 나노 와이어를 상기 희생층의 상면으로부터 직접(directly) 성장시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 복수의 나노 와이어를 성장시키는 단계는, 상기 복수의 나노 와이어와 상기 희생층 사이에 질화층을 형성하지 않을 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 복수의 나노 와이어는, 상기 희생층 상에서 상기 기판의 결정 배향과 무관한 임의의 배향(random orientation)으로 성장될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 유연 발광 소자의 제조 방법은, 상기 복수의 나노 와이어를 성장시키는 단계 이후 상기 제1 전극층을 형성하는 단계 전에, 상기 복수의 나노 와이어 사이에 절연층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제1 전극층과 상기 유연 기판을 결합시키는 단계는,상기 제1 전극층 상에 제1 접착 금속층을 형성하는 단계; 상기 유연 기판 상에 제2 접착 금속층을 형성하는 단계; 및 상기 제1 접착 금속층과 상기 제2 접착 금속층을 맞대어 가압하는 단계;를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제1 접착 금속층 및 상기 제2 접착 금속층은, 각각 Au층을 포함할 수 있고, 상기 제1 접착 금속층의 Au층과 상기 제2 접착 금속층의 Au층이 맞닿아 결합될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 가압하는 단계는, 150 ℃ 내지 250 ℃의 온도에서 수행될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 기판을 분리시키는 단계는, 식각 공정을 통해 상기 희생층을 제거할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 양태에 따른 유연 발광 소자는, 유연 기판; 상기 유연 기판 상에 형성된 제1 전극층; 상기 제1 전극층 상에 형성된 복수의 나노 와이어; 및 상기 복수의 나노 와이어 상에 형성된 제2 전극층;을 포함하되, 상기 복수의 나노 와이어는 각각 임의의 결정 배향을 가질 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 유연 발광 소자에 따르면, 무기 반도체층으로 이루어진 나노 와이어를 포함하므로, 습도 및 온도 등의 환경적 제약에 구속되지 않아 웨어러블 기기에 보다 효과적으로 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상에 의한 유연 발광 소자의 제조 방법에 따르면, 나노 와이어와 유연 기판이 냉간 용접 결합(cold-weld bonding)되는 바, 비교적 저온에서 처리될 수 있어 소자 성능의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 기판의 분리 공정이 희생층의 식각 공정에 의해 수행되는 바, 나노 와이어의 표면에 직접적인 작용이 없어 나노 와이어가 손상되지 않고 안정적인 성능을 유지할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 유연 발광 소자의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2a 내지 도 2i는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 유연 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 3은 도 2b의 제조 단계에 있는 유연 발광 소자의 단면을 나타내는 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscopy; SEM) 이미지이다.
도 4의 (a)는 희생층과 나노 와이어를 나타낸 투과 전자 현미경(Transmission Electron Microscope; TEM)의 이미지이고, (b)는 X-선 분광기(X-ray spectroscopy)를 이용하여 희생층과 나노 와이어에서의 물질 분포를 그래프로 나타낸 것이다.
도 5는 도 1 내지 도 2h의 제조 방법에 의해 제조된 유연 발광 소자를 나타내는 이미지이다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 유연 발광 소자의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2a 내지 도 2i는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 유연 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
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도 4의 (a)는 희생층과 나노 와이어를 나타낸 투과 전자 현미경(Transmission Electron Microscope; TEM)의 이미지이고, (b)는 X-선 분광기(X-ray spectroscopy)를 이용하여 희생층과 나노 와이어에서의 물질 분포를 그래프로 나타낸 것이다.
도 5는 도 1 내지 도 2h의 제조 방법에 의해 제조된 유연 발광 소자를 나타내는 이미지이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에 기재된 "~부(유닛)", "~기", "~자", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
그리고 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 차례로 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 유연 발광 소자의 제조 방법을 나타내는 순서도다. 도 2a 내지 도 2i는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 유연 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 1 및 도 2a를 참조하면, 기판(11) 상에 희생층(13)을 형성할 수 있다(S101).
상기 기판(11)은 결정질 실리콘(Si) 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 기판(11)은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 갈륨아세나이드(GaAs), 갈륨포스포러스(GaP) 등과 같은 반도체 기판, 사파이어 기판, 유리(glass) 등과 같은 다양한 기판이 선택적으로 사용될 수 있다. 또한, 상기 기판(11)을 이루는 물질은 결정질, 다결정질, 또는 비정질일 수 있다.
상기 기판(11)은 도 2b의 목적하는 나노 와이어(15)의 물질 또는 배향과 무관하게 선택될 수 있다. 일반적으로, 상기 기판(11) 상에 직접 형성되는 나노 와이어의 배향은 기판(11)의 배향에 따라 결정될 수 있다. 그러나 본 발명의 기술적 사상에 따라 기판(11) 상에 형성된 희생층(13)으로부터 나노 와이어(15)가 성장하는 경우, 상기 나노 와이어(15)의 배향은 상기 희생층(13)의 하부에 위치한 기판(11)의 배향에 무관하게 임의의 배향(random orientation)을 갖도록 성장할 수 있다. 따라서, 상기 기판(11)은 상기 나노 와이어(15)와 무관하게 선택될 수 있다. 상세한 설명은 도 2b를 참조하여 후술하도록 한다.
상기 기판(11) 상에는 희생층(13)이 형성될 수 있다. 상기 희생층(13)은 후술되는 나노 와이어(15)를 구성하는 무기(inorganic) 반도체에 대해 높은 식각 선택비를 가질 수 있다. 이에 따라, 이하에서 도 1 및 도 2h를 참조하여 설명되는 분리 공정(S113)에서 상기 희생층(13)만이 선택적으로 제거될 수 있다.
상기 희생층(13)은 비정질의 실리콘 산화물(SiO)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 희생층(13)은 실리콘 질화물(SiN), 실리콘 산질화물(SiON) 등으로 이루어질 수도 있다.
일부 실시예에서, 상기 희생층(13)은 고온에서 습식 산화(wet oxidation) 공정에 의해 형성될 수 있다. 이 때, 상기 희생층(13)은 도 2b의 나노 와이어(15)가 성장되는 온도보다 고온에서 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 희생층(13)은 상기 나노 와이어(15)를 형성하는 후속 공정에서도 안정적인 구조를 유지할 수 있으며, 상기 희생층(13)으로부터 탈착(desorption)된 물질에 의해 챔버가 오염되는 것이 방지될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 희생층(13)은 상기 기판(11) 상에 약 900 ℃에서 형성되고, 상기 나노 와이어(15)는 약 800 ℃에서 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 희생층(13)은 약 200nm의 두께로 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2b를 참조하면, 희생층(13) 상에서 무기(inorganic) 반도체층으로 이루어진 나노 와이어(nanowire)(15)를 성장시킬 수 있다(S103).
상기 나노 와이어(15)는 광을 방출할 수 있도록 pn접합의 형태로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 상기 나노 와이어(15)는 제1 타입으로 도핑된 제1 영역(15A), 상기 제1 타입과 반대되는 제2 타입으로 도핑된 제2 영역(15C), 및 상기 제1 영역(15A)과 상기 제2 영역(15C) 사이의 활성 영역(15B)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 영역(15A)은 n-타입으로 도핑되고, 상기 제2 영역(15C)은 p-타입으로 도핑될 수 있으며, 반대로 상기 제1 영역(15A)은 p-타입으로 도핑되고 상기 제1 영역(15A)은 n-타입으로 도핑될 수 있다.
상기 나노 와이어(15)는 희생층(13) 상에 복수개 형성되어 발광층을 이룰 수 있다. 상기 나노 와이어(15)로 구성된 발광층은 박막형의 발광층에 비해 휨에 의한 스트레스에 강할 수 있다. 따라서, 상기 나노 와이어(15)로 구성된 발광층은 유연 기판(23) 상에서 휨에 따른 저항 증가가 억제되는 동시에 효과적으로 원형 회복이 가능할 수 있다.
특히, 본 발명의 기술적 사상에 따른 나노 와이어(15)는 무기 반도체층으로 이루어지는 바, 유기 반도체에 기반한 나노 와이어에 비해 습도 및 온도 스트레스에 매우 강할 수 있다. 따라서 무기 반도체층으로 이루어진 상기 나노 와이어(15)를 구비한 유연 발광 소자는 구동 환경에 제한되지 않고 안정적인 성능을 유지할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 나노 와이어(15)는 질화갈륨(GaN) 또는 산화아연(ZnO) 계열의 반도체 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 나노 와이어(15)가 GaN 계열의 반도체 재료로 이루어지는 경우, 상기 제1 영역(15A)은 n-AlxGayInzN(x+y+z=1)로 이루어지고, 제2 영역(15C)은 p-AlxGayInzN으로 구성될 수 있다. 상기 활성 영역(15B)은 AlxGayInzN에서 x, y, z 값을 주기적으로 변화시켜 띠 간격을 조절하여 만든 단일 또는 다중 양자 우물 구조로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 나노 와이어(15)가 ZnO 계열 반도체로 이루어지는 경우, 상기 제1 영역(15A)은 n-MgxZnyO(x+y=1)로 이루어지고, 상기 제2 영역(15C)은 p-MgxZnyO로 이루어질 수 있다. 상기 활성 영역(15B)은 MgxZnyO에서 x, y 값을 주기적으로 변화시켜 띠 간격을 조절하여 만든 단일 또는 다중 양자우물 구조로 이루어질 수 있다.
상기 나노 와이어(15)는 상기 희생층(13) 상에서 상기 기판(11)의 결정 배향(orientation)과 무관하게 임의의 배향(random orientation)을 갖도록 성장될 수 있다.
일반적으로, 기판(11) 상에 직접 형성되는 나노 와이어의 배향은 기판(11)의 배향에 따라 결정될 수 있다. 그러나 본 발명에 따라 기판(11) 상에 형성된 희생층(13)으로부터 나노 와이어(15)가 직접적으로(directly) 성장하는 경우, 상기 나노 와이어(15)의 배향은 상기 희생층(13)의 하부에 위치한 기판(11)의 배향에 무관하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(11)의 배향이 (100) 또는 (111)인 경우를 비교해볼 때, 두 경우 모두 다수의 나노 와이어(15)들이 임의의 배향을 가지며, 유의미한 차이가 발생하는 것은 아니다.
상기 나노 와이어(15)의 배향은 상기 희생층(13)의 거칠기(roughness)에 따라 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 다수의 나노 와이어(15)들은, 각각의 나노 와이어가 위치한 상기 희생층(13)의 표면의 거칠기에 따라 서로 다른 배향을 가질 수 있다.
또한, 상기 나노 와이어(15)의 배향은 성장 온도에 의해서도 영향을 받을 수 있다. 상기 나노 와이어(15)는 성장 환경이 고온에서 저온으로 갈수록 상기 희생층(13)의 상면과 수직한 방향으로부터 기울어진 정도가 점차적으로 감소하며, 약 800°C 이하에서는 대부분의 나노 와이어(15)가 상기 희생층(13)의 상면과 수직한 배향을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 나노 와이어(15)의 성장 온도는 상기 나노 와이어(15)의 수평 단면의 폭, 수직 길이, 및 단위 면적당 개수에도 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 성장 온도가 저온으로 갈수록 상기 나노 와이어(15) 간에 수평 단면의 폭의 균일도, 수직 길이의 균일도가 커지고, 동일 면적당 나노 와이어(15)의 개수가 많아져 밀도가 높아질 수 있다. 나노 와이어(15) 밀도는 인접한 나노 와이어(15) 사이에 영향을 주게 되므로, 대부분의 나노 와이어(15)들이 상기 희생층(13)의 상면과 수직한 배향을 가질 수 있다.
즉, 상기 나노 와이어(15)의 성장 온도가 고온일 경우, 상기 복수의 나노 와이어(15)의 배향은 상기 희생층(13)의 표면의 거칠기의 영향을 크게 받아 임의의 배향을 가지며, 성장 온도가 저온으로 갈수록 나노 와이어(15) 밀도에 영향을 받아 희생층(13)의 상면과 수직한 배향을 가질 수 있다.
상기 나노 와이어(15)는 분자선 에피택시(Molecular Beam Epitaxy: MBE)에 의해 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예들에서, 상기 나노 와이어(15)는 유기 금속 기상 결정 성장(Metal-organic vapor phase epitaxy; MOVPE) 방법 또는 철(Fe), 금(Au), 니켈(Ni) 등의 금속 나노 입자를 성장 촉매로 사용하는 VLS(Vapor-Liquid-Solid) 방법 등의 다양한 방법에 의해 형성될 수 있다.
상기 나노 와이어(15)를 포함하는 유연 발광 소자는 낮은 구동 전압을 가질 수 있다. 일반적으로, 실리콘 기판과, 상기 실리콘 기판 상에 형성된 나노 와이어를 포함하는 발광 소자는 나노 와이어와 실리콘 기판의 계면에 형성된 비정질의 실리콘 질화층에 의해 높은 구동 전압을 가진다.
반면, 본 발명의 기술적 사상에 따르면, 희생층(13) 상에 상기 나노 와이어(15)가 직접 형성되므로, 상기 나노 와이어(15)의 하면에 구동 전압을 높이는 실리콘 질화층이 형성되지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 나노 와이어(15)를 포함하는 유연 발광 소자는 낮은 구동 전압을 가질 수 있다. 이에 대해서는 도 4를 참조하여 후술하도록 한다.
전술한 바에 따르면, 기판(11) 상의 희생층(13)의 상면으로부터 성장하는 나노 스케일의 발광 구조체를 "나노 와이어"(15)라는 용어로 표현하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상기 표현에 한정되지 않는다. 일부 실시예들에서, 상기 나노 와이어(15)는 나노 막대(nanorod), 나노 튜브(nanotube), 또는 나노 케이블(nanocable) 등의 나노 구조체일 수 있다.
도 1 및 도 2c를 참조하면, 나노 와이어(15)들 사이에 절연층(p17)을 형성할 수 있다(S105). 이 때 상기 절연층(p17)은 상기 나노 와이어(15)들의 상면을 덮도록 형성될 수 있다.
상기 절연층(p17)은 스핀 코팅(spin-coating) 공정에 의해 형성될 수 있다. 상기 절연층(p17)은 상기 나노 와이어(15)들 사이의 공간을 채우고, 상기 나노 와이어(15)들의 상면이 평탄화되도록 도포될 수 있다.
상기 절연층(p17)은 상기 나노 와이어(15)들 사이를 전기적으로 절연시키고, 외부의 충격으로부터 기계적으로 보호할 수 있다. 상기 절연층(p17)은 폴리머(polymer), 예를 들어 실리콘 수지 또는 에폭시 수지 등의 투명 절연 수지일 수 있다.
도시되지는 않았으나, 상기 절연층(p17)을 형성하기 전에, 상기 나노 와이어(15)의 둘레 부분의 표면은 패시베이션(passivation) 처리될 수 있다. 이것은 전극층을 통해 공급되는 전류가 상기 나노 와이어(15)의 표면으로 흘러 발광 효율이 저하되는 것은 방지하기 위함이다. 상기 패시베이션 처리는 상기 나노 와이어(15)를 전기적 및 화학적 충격으로부터 보호하는 역할을 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 패시베이션 처리는 상기 나노 와이어(15)의 표면을 산화시키는 방법 등이 이용될 수 있다.
도 1 및 도 2d를 참조하면, 나노 와이어(15)의 상면이 노출되도록 도 2c의 결과물의 상측 일부를 제거(E1)한다(S107). 이 때, 절연층(p17)의 상측 일부 및 상기 복수의 나노 와이어(15)의 제2 영역(15C)의 상측 일부가 제거될 수 있다. 이에 따라, 상기 절연층(17)의 상면 및 상기 복수의 나노 와이어(15)의 상면은 상기 희생층(13)을 기준으로 동일한 레벨에 있게 될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 절연층(17)의 상면 및 상기 복수의 나노 와이어(15)의 상면은 상기 희생층(13)을 기준으로 서로 다른 레벨에 있게 될 수도 있다.
상기 제거 공정은 반응성 이온 식각 공정(Reactive Ion Etching; RIE)을 이용하는 건식 식각 공정일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1 및 도 2e를 참조하면, 노출된 나노 와이어(15)의 상면 및 절연층(17) 상에 제1 전극층(19)을 형성할 수 있다(S109). 상기 제1 전극층(19)은 상기 나노 와이어(15)의 제2 영역(15C)에 직접 연결되는 오믹 컨택층(ohmic contact layer)일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 영역(15A)은 n-타입으로 도핑되고, 상기 제2 영역(15C)은 p-타입으로 도핑될 수 있다. 이 경우, 상기 제2 영역(15C)과 연결되는 상기 제1 전극층(19)은 p-타입 오믹 컨택층일 수 있으며, 니켈(Ni)층 및 금(Au)층 이 각각 약 5 nm 두께로 차례로 증착된 구조일 수 있다. 여기서 증착 공정 후, 질소 분위기에서 약 500 ℃로 1분간 어닐링 공정이 수행될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 전극층(19)은 단일층 또는 다중층 구조일 수 있으며, 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등과 같은 고전도성 금속층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 1, 도 2f, 및 도 2g를 참조하면, 도 2e의 결과물을 유연 기판(23)상에 접착시키기 위하여, 제1 전극층(19)과 유연 기판(23)을 냉간 용접 결합(weld bonding)할 수 있다(S111). 상기 냉간 용접 결합이란 2개의 금속 표면을 맞대고 가압하여 용접시키는 방법으로, 비교적 낮은 온도에서도 양 금속을 결합시킬 수 있다.
먼저, 상기 제1 전극층(19) 상에 제1 접착 금속층(21A)을 형성하고, 상기 유연 기판(23) 상에도 제2 접착 금속층(21B)을 형성한다. 이어서, 상기 제1 접착 금속층(21A)의 표면과 상기 제2 접착 금속층(21B)의 표면이 서로 맞대고, 상기 제1 및 제2 금속층(21A, 21B)이 서로 용접되도록 가압할 수 있다. 이 경우 약 200 ℃에서 약 4 MPa의 압력으로 가압할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 및 제2 접착 금속층(21A, 21B)은 Au층일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 및 2 접착 금속층(21A, 21B)은 각각 크롬(Cr)층 및 Au층이 각각 약 50 nm 및 약 100nm의 두께로 차례로 증착된 구조일 수 있다. 이 때, 상기 용접 결합 시에는 상기 제1 접착 금속층(21A) 내의 Au층과 상기 제2 접착 금속층(21B) 내의 Au층이 서로 맞닿도록 배치될 수 있다.
상기 제1 접착 금속층(21A)과 상기 제2 접착 금속층(21B)의 냉간 용접 결합에 따라, 상기 제1 및 제2 접착 금속층(21A, 21B)으로 이루어지는 단일 금속층(21)이 형성될 수 있다. 상기 단일 금속층(21)은 두 층이 결합되어 형성되나, 구조적 또는 전기적인 연결의 측면에서 볼 때 단일 벌크 금속층과 구별이 어려울 만큼 견고할 수 있다.
상기 유연 기판(23)은, 예를 들어, 폴리에스테르(polyester), 폴리이미드(polyimide), 또는 매우 얇은 플라스틱일 수 있다. 일반적으로 상기 유연 기판(23) 물질인 폴리에스테르는 약 70 ℃의 유리화 온도(glass temperature)를 가지므로, 고온 조건하에서 형성되는 유텍틱 결합(eutectic bonding)이 적용되기 어려울 수 있다. 다른 유연 기판(23) 물질인 폴리이미드 또한 약 254 ℃ 내지 약 326 ℃의 낮은 유리화 온도를 가져 고온의 결합 방법이 이용되기 어려울 수 있다.
상기 냉간 용접 결합은 저온 환경에서도 양 금속을 결합시킬 수 있으므로, 비교적 낮은 유리화 온도를 갖는 상기 유연 기판(23)에 적용하더라도 상기 유연 기판(23)의 변형을 방지할 수 있으며, 상기 나노 와이어(15), 상기 제1 전극층(19) 등에 포함된 물질들의 확산 등을 방지할 수 있다. 또한, 상기 냉간 용접 결합에 별도의 접착층이 포함되지 않으므로, 냉간 용접 결합으로 인해 완성되는 유연 발광 소자는 경량화가 가능할 수 있다. 또한, 냉간 용접 결합된 양 층의 계면이 다른 영역과 구별이 어려울 정도로 견고하여 결함이 적을 수 있다.
도 1 및 도 2h를 참조하면, 희생층(13)을 제거하여 나노 와이어(15)로부터 기판(11)을 분리할 수 있다(S113).
상기 분리 공정은 상기 나노 와이어(15)와 상기 기판(11) 사이에 있는 상기 희생층(13)을 습식 식각 공정을 통해 선택적으로 제거함으로써 수행될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 희생층(13)은 실리콘 산화물을 포함할 수 있는데, 이 경우, 도 2g의 결과물을 희석한 불산 용액(또는 아세톤이 첨가된 불산 용액)에 담그면, 상기 희생층(13)은 상기 불산 용액에 의해 선택적으로 측면 식각(lateral etching)될 수 있다. 이에 따라, 상기 기판(11)은 유연 기판(23)에 의해 지지되는 상기 나노 와이어(15)로부터 분리(S)될 수 있다.
한편, 상기 분리 공정은 상기 희생층(13)을 건식 식각 공정을 통해 선택적으로 제거함으로써 수행될 수도 있음은 물론이다.
일반적으로, 성장 기판을 발광 구조체로부터 분리하기 위한 리프트 오프(lift-off) 공정으로써 화학적 기계적 연마(Chemical-mechanical Polishing), 고에너지 레이저 투사, 또는 식각 공정을 이용한 방법이 수행될 수 있다. 화학적 기계적 연마 또는 고에너지 레이저 투사 방법들은 발광 구조체와 성장 기판 사이의 계면에 직접적으로 작용하므로, 분리가 일어나는 발광 구조체의 면이 손상되어 전기적 특성이 열화될 수 있다. 또한, 식각 공정은 성장 기판의 부피로 인해 공정 시간이 장시간 소요될 수 있다.
그러나, 본 발명에 의한 분리 공정은 상기 희생층(13)의 식각 공정에 의해 수행되는 것이어서, 상기 나노 와이어(15)의 표면에 직접적으로 작용하지 않으므로, 상기 분리 공정에 의해 노출되는 상기 나노 와이어(15)가 손상되지 않을 수 있다. 또한, 상기 식각 공정은 기판(11) 자체가 아닌 상기 기판(11) 상에 비교적 얇은 두께로 형성되는 희생층(13)만을 식각하여 기판(11)을 분리할 수 있으므로, 공정 시간이 단시간일 수 있다.
도 1 및 도 2i를 참조하면, 기판(11) 및 희생층(13)이 제거된 나노 와이어(15) 면에 제2 전극층(25)을 형성할 수 있다(S115). 상기 제2 전극층(25)은 상기 나노 와이어(15)의 제1 영역(15A)에 직접 연결되는 오믹 컨택층일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 영역(15A)은 n-타입으로 도핑되고, 상기 제2 영역(15C)은 p-타입으로 도핑될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 영역(15A)과 연결되는 상기 제2 전극층(25)은 n-타입 오믹 컨택층일 수 있으며, 티타늄(Ti)층 및 금(Au)층이 각각 약 5 nm 두께로 차례로 증착된 구조일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제2 전극층(25)은 단일층 또는 다중층 구조일 수 있으며, 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등과 같은 고전도성 금속층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
추가적으로, 상기 제2 전극층(25) 상에 투명 전극층(27)이 더 형성될 수 있다. 상기 투명 전극층(27)은 인듐 주석 산화물(Indium tin Oxide; ITO), 인듐 아연 산화물(Indium Zinc Oxide; IZO), 알루미늄 아연 산화물 (Aluminium Zinc Oxide) 등과 같은 투명 전도성 산화물(Transparent Conduction Oxide; TCO)이거나, 얇은 Ni/Au층으로 구성될 수 있다.
상기 제2 전극층(25) 및 상기 투명 전극층(27)은 전류 확산층으로 기능할 수 있다. 상기 제2 전극층(25) 및 투명 전극층(27)은 다수의 나노 와이어(15) 상에서 전류를 확산시키며, 각각의 나노 와이어(15)에 균일한 전류를 공급시키는 역할을 한다. 이 때, 상기 제2 전극층(25) 및 상기 투명 전극층(27)의 두께가 두꺼울수록 전류 확산 효과가 클 수 있다. 대면적의 발광 소자의 경우 전류 확산 필요성이 높은 바, 전류 확산 효과와 광 추출 효율의 트레이드 오프 관계를 고려하여 상기 제2 전극층(25) 및 상기 투명 전극층(27)의 두께가 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 투명 전극층(27)의 두께는 약 100nm 내지 약 1㎛일 수 있다.
이어서, 상기 제2 전극층(25) 및 상기 투명 전극층(27)을 형성한 후 어닐링하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 유연 발광 소자를 제조할 수 있다. 이 경우, 상기 어닐링은 진공 상태에서 약 1시간 동안 약 300 ℃에서 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
완성된 유연 발광 소자는, 유연 기판(23)과, 상기 유연 기판(23) 상에 냉간 용접 결합으로 형성된 금속층(21)과, 상기 금속층(21) 상에 제1 전극층(19)과, 상기 제1 전극층(19)과 연결된 복수의 나노 와이어(15)들과, 상기 복수의 나노 와이어(15)들 사이에 형성된 절연층(17)과, 상기 복수의 나노 와이어(15) 및 상기 절연층(17) 상에 형성된 제2 전극층(25)과, 상기 제2 전극층(25) 상에 형성된 투명 전극층(27)을 포함할 수 있다.
이 때, 도 2b를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 복수의 나노 와이어(15)는 희생층 상에 형성되므르 각각 임의의 결정 배향을 가질 수 있다. 상기 유연 발광 소자는 무기 반도체층으로 이루어진 나노 와이어(15)가 유연 기판(11)에 결합되므로, 습도 및 온도 등의 환경적 제약에 구속되지 않아 안정적인 성능을 가지는 동시에 개선된 플렉서블 효과를 가질 수 있다.
도 3은 도 2b의 제조 단계에 있는 유연 발광 소자의 단면을 나타내는 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscopy; SEM) 이미지이다.
도 3을 참조하면, 기판(11) 상에 희생층(13)이 형성되고, 상기 희생층(13) 상에 다수의 나노 와이어(p15)들이 수직 방향으로 형성되어 있다. 도 3에 따르면 상기 기판(11)은 결정질의 (100) 실리콘 기판이고, 상기 희생층(13)은 산화실리콘이다.
전술한 바와 같이, 상기 나노 와이어(15)의 성장 온도가 고온일 경우, 상기 나노 와이어(15)의 배향은 상기 희생층(13)의 표면의 거칠기의 영향을 크게 받아 임의의 배향을 가지고, 성장 온도가 저온으로 갈수록 나노 와이어(15) 밀도에 영향을 받아 희생층(13)의 상면과 수직한 배향을 가질 수 있다. 도 3의 이미지의 나노 와이어(p15)들은 비교적 높은 밀도로 형성되어, 대부분의 나노 와이어(p15)들이 상기 희생층(13)의 상면과 수직한 배향을 가진다.
도 4의 (a)는 희생층과 나노 와이어를 나타낸 투과 전자 현미경(Transmission Electron Microscope; TEM)의 이미지이고, (b)는 X-선 분광기(X-ray spectroscopy)를 이용하여 희생층과 나노 와이어에서의 물질 분포를 그래프로 나타낸 것이다.
도 4의 (a)를 참조하면, 희생층(13) 상에 나노 와이어(15)가 형성되어 있다. 상기 희생층(13)은 실리콘 옥사이드(SiO2)이고, 상기 나노 와이어(15)는 갈륨 나이트라이드(GaN)이다.
도 4의 (b)를 참조하면, (b)의 화살표 방향(→)은 (a)의 화살표 방향(↓) 에 대응하며, 나노 와이어(15)로부터 희생층(13)까지의 Ga, O, Si, 및 N의 물질 분포를 나타낸다. 약 0nm 내지 약 25nm까지의 나노 와이어(15) 구간과, 약 25nm내지 약 30nm까지의 중간(intermediate) 구간, 즉 나노 와이어(15)와 희생층(13) 사이의 계면을 살펴보면, N의 물질량보다 Ga, O, Si의 물질량이 높아, 상기 나노 와이어(15)와 상기 희생층(13) 사이에 실리콘 질화층이 형성되지 않음을 확인할 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 의한 나노 와이어(15)의 하면에는 구동 전압을 높이는 실리콘 질화층이 형성되지 않을 수 있다. 즉, 상기 나노 와이어(15)를 포함하는 유연 발광 소자는 낮은 구동 전압을 가질 수 있다.
도 5는 도 1 내지 도 2i의 제조 방법에 의해 제조된 유연 발광 소자를 나타내는 이미지이다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 유연 발광 소자는, 무기 반도체층으로 이루어진 나노 와이어(15)를 포함하므로, 습도 및 온도 등의 환경적 제약에 구속되지 않아 웨어러블 장치에 보다 효과적으로 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상에 따라 상기 나노 와이어(15)와 상기 유연 기판(23)은 냉간 용접 결합되는 바, 고온 공정이 기본인 무기 반도체층과 저온 공정이 기본인 유연 기판이 비교적 저온에서 안정적으로 결합될 수 있다. 즉, 무기 반도체층으로 이루어진 상기 나노 와이어(15)의 안정적인 성능이 유연 기판(23)에서도 구현될 수 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상에 따른 기판(11)의 분리 공정은 희생층(13)의 식각 공정에 의해 수행되는 바, 상기 나노 와이어(15)의 표면에 직접적인 작용이 없어 상기 나노 와이어(15)가 손상되지 않고 안정적인 성능을 유지할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.
11: 기판
13: 희생층
15: 나노 와이어
17: 절연층
19: 제1 전극층
21A: 제1 접착 금속층
21B: 제2 접차 금속층
21: 금속층
23: 유연 기판
13: 희생층
15: 나노 와이어
17: 절연층
19: 제1 전극층
21A: 제1 접착 금속층
21B: 제2 접차 금속층
21: 금속층
23: 유연 기판
Claims (11)
- 기판 상에 희생층을 형성하는 단계;
상기 희생층 상에 무기 반도체층으로 이루어진 복수의 나노 와이어를 성장시키는 단계;
상기 복수의 나노 와이어 상에 제1 전극층을 형성하는 단계;
상기 제1 전극층과 유연 기판을 결합시키는 단계;
상기 희생층을 제거하여 상기 복수의 나노 와이어로부터 상기 기판을 분리시키는 단계; 및
상기 기판 및 상기 희생층이 제거된 상기 복수의 나노 와이어 면에 제2 전극층을 형성하는 단계;
를 포함하는 유연 발광 소자의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 희생층은,
상기 무기 반도체층에 대해 높은 식각 선택비를 갖는 것을 특징으로 하는 유연 발광 소자의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 복수의 나노 와이어를 성장시키는 단계는,
상기 복수의 나노 와이어를 상기 희생층의 상면으로부터 직접(directly) 성장시키는 것을 특징으로 하는 유연 발광 소자의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 복수의 나노 와이어를 성장시키는 단계는,
상기 복수의 나노 와이어와 상기 희생층 사이에 질화층을 형성하지 않는 것을 특징으로 하는 유연 발광 소자의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 복수의 나노 와이어는,
상기 희생층 상에서 상기 기판의 결정 배향과 무관한 임의의 배향(random orientation)으로 성장되는 것을 특징으로 하는 유연 발광 소자의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 복수의 나노 와이어를 성장시키는 단계 이후 상기 제1 전극층을 형성하는 단계 전에,
상기 복수의 나노 와이어 사이에 절연층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 유연 발광 소자의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 제1 전극층과 상기 유연 기판을 결합시키는 단계는,
상기 제1 전극층 상에 제1 접착 금속층을 형성하는 단계;
상기 유연 기판 상에 제2 접착 금속층을 형성하는 단계; 및
상기 제1 접착 금속층과 상기 제2 접착 금속층을 맞대어 가압하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연 발광 소자의 제조 방법.
- 제7 항에 있어서,
상기 제1 접착 금속층 및 상기 제2 접착 금속층은, 각각 Au층을 포함하고,
상기 제1 접착 금속층의 Au층과 상기 제2 접착 금속층의 Au층이 맞닿아 결합되는 것을 특징으로 하는 유연 발광 소자의 제조 방법.
- 제7 항에 있어서,
상기 가압하는 단계는,
150 ℃ 내지 250 ℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 유연 발광 소자의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 기판을 분리시키는 단계는,
식각 공정을 통해 상기 희생층을 제거하는 것을 특징으로 하는 유연 발광 소자의 제조 방법.
- 유연 기판;
상기 유연 기판 상에 형성된 제1 전극층;
상기 제1 전극층 상에 형성된 복수의 나노 와이어; 및
상기 복수의 나노 와이어 상에 형성된 제2 전극층;을 포함하되,
상기 복수의 나노 와이어는 각각 임의의 결정 배향을 가지는, 유연 발광 소자.
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| KR20170000231A true KR20170000231A (ko) | 2017-01-02 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190040894A (ko) * | 2017-10-11 | 2019-04-19 | 울산과학기술원 | 나노 멤브레인, 나노 멤브레인 제조방법 및 나노 멤브레인을 이용한 스피커 및 마이크로폰 장치 |
| KR20210016921A (ko) * | 2019-08-06 | 2021-02-17 | 아주대학교산학협력단 | GaAs 기반 양면 태양전지 제조 방법 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110105641A (ko) * | 2010-03-19 | 2011-09-27 | 광주과학기술원 | 발광 다이오드 및 이의 제조 방법 |
| US20110240953A1 (en) * | 2010-03-30 | 2011-10-06 | Ellinger Carolyn R | Integrated semiconductor nanowire device |
-
2015
- 2015-06-23 KR KR1020150089223A patent/KR101695761B1/ko active IP Right Grant
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| US20110240953A1 (en) * | 2010-03-30 | 2011-10-06 | Ellinger Carolyn R | Integrated semiconductor nanowire device |
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR20190040894A (ko) * | 2017-10-11 | 2019-04-19 | 울산과학기술원 | 나노 멤브레인, 나노 멤브레인 제조방법 및 나노 멤브레인을 이용한 스피커 및 마이크로폰 장치 |
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