KR20210147158A - 발광 소자, 이의 제조 방법, 발광 소자를 포함한 잉크 조성물 및 장치 - Google Patents

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Abstract

제1반도체층, 제2반도체층 및 상기 제1반도체층과 상기 제2반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함한, 반도체 영역; 상기 반도체 영역의 표면 중 적어도 일부에 배치되고, III-V족 화합물을 포함한 제1보호층; 및 상기 제1보호층 상에 배치되고, 금속 산화물을 포함한 제2보호층;을 포함한 발광 소자, 이의 제조 방법, 발광 소자를 포함한 잉크 조성물 및 장치가 제공된다.

Description

발광 소자, 이의 제조 방법, 발광 소자를 포함한 잉크 조성물 및 장치{LIGHT EMITTING DEVICE, METHOD FOR PREPARING THE SAME, INK COMPOSITION AND APPARATUS INCLUDING THE SAME}
발광 소자, 이의 제조 방법, 발광 소자를 포함한 잉크 조성물 및 장치에 관한 것이다.
발광 소자(LED)는 광 변환 효율이 높고 에너지 소비량이 매우 적으며, 수명이 반영구적이고 환경 친화적이다. LED를 조명이나 표시 장치 등에 활용하기 위해서는, LED에 전원을 인가할 수 있는 한 쌍의 전극 사이에 LED를 연결하는 것이 필요하다. LED와 전극을 연결하는 방식은 한 쌍의 전극 상에 LED들을 직접 성장시키는 방식과 LED를 별도로 성장시킨 후 전극들 상에 LED들을 투입한 후 정렬시키는 방식으로 분류할 수 있다. 후자의 방법의 경우, 전극들 상에 LED를 투입시키는 방법으로 용액 공정을 이용할 수 있다. 예를 들어, 슬릿 코팅법 또는 잉크젯 프린팅법을 이용하여 전극들 상에 LED를 투입할 수 있다.
LED 재료로서 III-V족 반도체 나노 입자를 이용하는 경우에는 반도체 나노 입자의 표면에 절연막을 형성하는 과정에서 반도체 화합물과 절연막 사이의 계면에서 격자 결함이 발생하고, 이로 인해 소자의 효율이 저하된다. 또한, 절연막을 원자층 증착법(atomic layer deposition: ALD)에 의해 코팅함에 따라 절연막 전구체 물질을 제공하고 잔여물을 제거하는 공정을 반복해야 하므로 박막 성장 속도가 느리고, 공정 비용이 증가될 수 있다.
격자 결함이 감소되고 효율이 향상된 발광 소자, 이의 제조 방법, 발광 소자를 포함한 잉크 조성물 및 장치를 제공하는 것이다.
일 측면에 따르면,
제1반도체층, 제2반도체층 및 상기 제1반도체층과 상기 제2반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함한, 반도체 영역;
상기 반도체 영역의 표면 중 적어도 일부에 배치되고, III-V족 화합물을 포함한 제1보호층; 및
상기 제1보호층 상에 배치되고, 금속 산화물을 포함한 제2보호층;을 포함한, 발광 소자가 제공된다.
다른 측면에 따르면, 제1반도체층, 제2반도체층 및 상기 제1반도체층과 상기 제2반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함한, 반도체 영역; 상기 반도체 영역의 표면 중 적어도 일부에 배치된 제1보호층; 및 상기 제1보호층 상에 배치된 제2보호층;을 포함한, 발광 소자의 제조 방법에 있어서,
상기 반도체 영역의 표면 중 적어도 일부에 III-V족 화합물을 포함한 제1보호층을 형성하는 단계; 및
상기 제1보호층 상에 금속 산화물을 포함한 제2보호층을 형성하는 단계;를 포함한, 발광 소자의 제조 방법이 제공된다.
다른 측면에 따르면, 상기 발광 소자를 포함한 잉크 조성물이 제공된다.
다른 측면에 따르면, 상기 발광 소자를 포함한 장치가 제공된다.
상기 발광 소자는 반도체 영역의 표면에 제1보호층 및 제2보호층이 배치됨으로써, 격자 결함이 감소되고 효율이 향상될 수 있다.
도 1은 일 구현예를 따르는 발광 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
본 명세서 중 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
본 명세서 중 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서 중 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. 예를 들어, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 달리 한정되지 않는 한 명세서상에 기재된 특징 또는 구성요소만으로 이루어지는(consist of) 경우 및 다른 구성요소를 더 포함하는 경우를 모두 의미할 수 있다.
[발광 소자]
이하 도 1을 참조하여 본 발명의 일 구현예를 따르는 발광 소자 및 이의 제조 방법을 설명한다.
상기 발광 소자(10)는 반도체 영역(150)을 포함하고, 상기 반도체 영역(150)은 제1반도체층(110), 제2반도체층(130) 및 상기 제1반도체층(110)과 제2반도체층(130) 사이에 배치된 활성층(120)을 포함한다.
또한, 상기 발광 소자(10)는 상기 반도체 영역(150)의 표면 중 적어도 일부에 배치되고, III-V족 화합물을 포함한 제1보호층(180); 및 상기 제1보호층 상에 배치되고, 금속 산화물을 포함한 제2보호층(190);을 포함한다.
상기 제1반도체층(110), 활성층(120) 및 제2반도체층(130)은 상기 발광 소자의 길이 방향으로 순차적으로 적층될 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1 반도체층은 n형 반도체층을 포함하고, 상기 제2 반도체층은 p형 반도체층을 포함할 수 있다. 상기 반도체층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 화합물, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등과 같은 반도체 화합물을 포함할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1 반도체층에는 Si, Ge, Sn 등과 같은 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1반도체층은 n형 도펀트로 도핑된 GaN을 포함할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제2 반도체층에는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
예를 들어, 상기 제2반도체층은 p형 도펀트로 도핑된 GaN을 포함할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1반도체층이 p형 반도체를 포함하고, 상기 제2반도체층이 n형 반도체층을 포함할 수도 있다.
상기 활성층(120)은 상기 제1 반도체층(110)과 상기 제2 반도체층(130) 사이에 배치된다.
일 구현예를 따르면, 상기 활성층(120)은 단일 양자 우물(single quantum well) 구조 또는 다중 양자 우물(multiple quantum well) 구조를 포함할 수 있다.
예를 들어, 활성층(120)이 다중 양자 우물 구조의 물질을 포함하는 경우, 양자층(quantum layer)과 우물층(well layer)이 서로 교번적으로(alternate) 복수 개 적층된 구조일 수 있다. 다른 예를 들어, 활성층(120)은 밴드 갭(band gap) 에너지가 큰 종류의 반도체 물질과 밴드 갭 에너지가 작은 반도체 물질이 서로 교번적으로 적층된 구조일 수 있다. 다른 예를 들어, 활성층(120)은 발광하는 광의 파장대에 따라 상이한 반도체 물질들을 포함할 수 있다.
상기 활성층(120)은 제1반도체층(110), 및 제2반도체층(130)을 통해 인가되는 전기 신호에 따라 전자와 정공이 재결합되는 영역으로, 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며 그에 상응하는 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다. 상기 활성층은 조명, 디스플레이 등에 사용되는 통상의 LED 소자에 포함되는 활성층인 경우 제한 없이 사용될 수 있다.
상기 발광 소자(10)는 상기 반도체 영역(150)의 표면 중 적어도 일부에 배치되고, III-V족 화합물을 포함한 제1보호층(180); 및 상기 제1보호층(180) 상에 배치되고, 금속 산화물을 포함한 제2보호층(190);을 포함한다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1보호층(180)은 상기 반도체 영역(150)을 둘러싸도록 배치될 수 있고, 상기 제2보호층(190)은 상기 제1보호층(180)을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
일 구현예를 따르면 상기 제1보호층(180) 및/또는 상기 제2보호층(190)은 상기 반도체 영역(150)의 외부면 전체를 덮거나, 상기 반도체 영역(150)의 외부면의 일부만을 덮을 수 있다.
상기 제1보호층(180)은 III-V족 화합물을 포함한다.
일 구현예를 따르면, 상기 III-V족 화합물에 포함된 III족 원소는 B, Al, Ga, In, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 III-V족 화합물에 포함된 V족 원소는 N, P, As, Sb, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 III-V족 화합물은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InGaP, InAlP, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 제1보호층(180)은 상기 반도체 영역(150)과 상기 제2보호층(190) 사이에 배치되어 격자 결함을 감소시킬 수 있다. 따라서, 상기 발광 소자의 발광 효율이 향상될 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 반도체 영역과 상기 제1보호층 사이의 격자 부정합도가 3% 이하, 예를 들어 1% 이하일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1보호층과 상기 제2보호층 사이의 격자 부정합도가 5% 이하, 예를 들어 3% 이하일 수 있다.
상기 제2보호층(190)은 금속 산화물을 포함한다.
일 구현예를 따르면, 상기 금속 산화물은 Al2O3, ZrO2, SiO2, TiO2, ZnO 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제2보호층은 절연층일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제2보호층의 두께가 10 nm 내지 700 nm, 예를 들어 20 nm 내지 500 nm, 또는 50 nm 내지 100 nm일 수 있다.
상기 제2보호층(190)은 상기 반도체 영역(150)의 외부면을 포함하는 발광 소자의 외부면을 보호함으로써 발광 효율의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 상기 제1보호층(180) 및 상기 제2보호층(190)에 의해 나노로드 패턴 식각 공정시 발광 소자 표면에서의 격자 결함의 발생이 감소될 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 발광 소자(10)는 원기둥, 직육면체, 와이어(wire), 튜브(tube) 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 발광 소자는 원기둥 형태를 가질 수 있다.
상기 발광 소자(10)는 나노 단위 크기의 발광 소자인 나노 발광 소자(nano LED) 또는 마이크로 단위 크기의 발광 소자인 마이크로 발광 소자(micro LED)일 수 있다.
예를 들어, 상기 발광 소자(10)의 직경은 0.1㎛ 내지 1㎛이고, 상기 발광 소자의 길이는 1㎛ 내지 10㎛일 수 있다.
상기 발광 소자(10)는 적색광, 녹색광 또는 청색광을 방출할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1보호층(180)이 습식 화학 반응(wet chemical reaction)에 의하여 형성될 수 있다. 또한, 일 구현예를 따르면, 상기 제2보호층(190)이 습식 화학 반응에 의하여 형성될 수 있다. 상기 제1보호층 및 상기 제2보호층을 형성하는 방법에 대하여 후술하는 발광 소자의 제조 방법을 참조할 수 있다.
상기 습식 화학 반응을 이용하여 상기 제1보호층(180) 또는 상기 제2보호층(190)을 형성함으로써, 반도체 영역 상에 격자 결함을 최소화하면서 보호층을 형성할 수 있어 발광 소자의 효율이 향상되며, 또한 박막 성장율의 조절이 용이하여 보호층의 두께를 제어하고 공정 특성을 개선할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 습식 화학 반응은 졸-겔(sol-gel) 반응일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 발광 소자는 제1반도체층과 제2반도체층의 상부 및 하부에 별도의 형광체층, 활성층, 반도체층 및/또는 전극층을 더 포함할 수도 있다.
상기 활성층(120)으로부터 생성된 빛은 발광 소자의 외부면 및/또는 양 측면으로 방출될 수 있다. 즉, 활성층(120)에서 방출되는 광은 하나의 방향으로 방향성이 제한되지 않는다.
일 구현예를 따르면, 상기 발광 소자는 상기 제1반도체층의 하부에 배치된 제1전극층 및/또는 상기 제2반도체층의 상부에 배치된 제2전극층을 더 포함할 수 있다.
상기 제1전극층 및 상기 제2전극층은 오믹(ohmic) 컨택 전극일 수 있다. 다만, 상기 제1전극층 및 상기 제2전극층은 이에 한정되지 아니하며, 쇼트키(Schottky) 컨택 전극일 수도 있다. 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층은 예를 들어 알루미늄, 티타늄, 인듐, 골드 및 실버 등과 같은 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 상기 제1전극층 및 상기 제2전극층에 포함된 물질은 서로 동일 또는 상이할 수 있다.
[발광 소자의 제조 방법]
일 측면에 따르면, 제1반도체층, 제2반도체층 및 상기 제1반도체층과 상기 제2반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함한, 반도체 영역; 상기 반도체 영역의 표면 중 적어도 일부에 배치된 제1보호층; 및 상기 제1보호층 상에 배치된 제2보호층;을 포함한, 발광 소자의 제조 방법에 있어서,
상기 반도체 영역의 표면 중 적어도 일부에 III-V족 화합물을 포함한 제1보호층을 형성하는 단계; 및
상기 제1보호층 상에 금속 산화물을 포함한 제2보호층을 형성하는 단계;를 포함한, 발광 소자의 제조 방법이 제공된다.
상기 제1보호층을 형성하는 단계는 습식 화학 반응일 수 있다.
예를 들어, 상기 제1보호층을 형성하는 단계는 졸-겔(sol-gel) 반응을 포함할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1보호층을 형성하는 단계는, 계면활성제를 포함하는 용액 상에서 III족 원소를 포함한 전구체 및 V족 원소를 포함한 전구체를 반응시키는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1보호층을 형성하는 단계는,
(a) 상온에서 계면활성제를 포함하는 용액에 상기 제1반도체층, 활성층 및 제2반도체층이 적층된 구조체를 침지시키는 단계,
(b) 상기 용액에 III족 원소를 포함한 전구체를 첨가하는 단계,
(c) 상기 용액에 V족 원소를 포함한 전구체를 첨가하고, 상기 용액을 가열하여 100℃ 내지 400℃에서 반응시키는 단계, 및
(d) 상기 용액을 상온으로 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다.
다만, 상기 (a) 내지 (d) 단계는 상기 제1보호층을 형성하는 단계의 하나의 예시이고, 상기 제1보호층을 형성하는 방법은 이에 한정되지 않는다.
일 구현예를 따르면, 상기 III족 원소를 포함한 전구체는 III족 원소의 할로겐화물, III족 원소의 아세트화물(acetate), III족 원소의 아세틸아세톤화물(acetylacetonate), 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 V족 원소를 포함한 전구체는 비스(트리메틸실릴)아민(bis(trimethylsilyl)amine, hexamethyldisilazane: HDMS), 트리스(트리메틸실릴)아민(tris(trimethylsilyl)amine), N,N-비스(트리메틸실릴)메틸아민(N,N-bis(trimethylsilyl)methylamine), 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 계면활성제는 올레일아민(oleylamine), 올레산(oleic acid), 헥사데실아민(hexadecylamine), 도데실아민(dodecylamine), 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1보호층을 형성하는 단계는 100℃ 내지 400℃의 온도 범위, 예를 들어 200℃ 내지 300℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다.
상기 습식 화학 반응을 이용하여 III-V족 화합물을 포함한 제1보호층을 형성하면, 반도체 영역 상에 격자 결함을 최소화하면서 보호층을 형성할 수 있어 발광 소자의 효율이 향상되며, 또한 보호층 박막의 성장율의 조절이 용이하여 보호층의 두께를 제어하고 공정 특성을 개선할 수 있다.
또한, 상기 제2보호층을 형성하는 단계는 습식 화학 반응일 수 있다.
예를 들어, 상기 제2보호층을 형성하는 단계는 졸-겔(sol-gel) 반응을 포함할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제2보호층을 형성하는 단계는, 상기 제1보호층을 형성하는 단계와 연속으로(one-step) 수행될 수 있다.
예를 들어, 상기 제2보호층을 형성하는 단계는, 상기 예시된 (d) 단계에 이어,
(e) 상기 용액 상에서, 제1보호층이 형성된 구조체의 표면에 금속 산화물 전구체를 첨가하는 단계, 및
(f) 상기 용액을 실온 내지 200℃의 온도 범위로 유지하면서 반응시켜 금속 산화물을 포함한 제2보호층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
다만, 상기 (e) 및 (f) 단계는 상기 제2보호층을 형성하는 단계의 하나의 예시이고, 상기 제2보호층을 형성하는 방법은 이에 한정되지 않는다.
일 구현예를 따르면, 상기 제2보호층을 형성하는 단계는 실온 내지 300℃의 온도 범위, 예를 들어 실온 내지 200℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다.
상기 습식 화학 반응을 이용하여 금속 산화물을 포함한 제2보호층을 형성하면, 반도체 영역 상에 격자 결함을 최소화하면서 보호층을 형성할 수 있어 발광 소자의 효율이 향상되며, 또한 박막 성장율의 조절이 용이하여 보호층의 두께를 제어하고 공정 특성을 개선할 수 있다.
[잉크 조성물]
일 측면에 따르면, 상기 발광 소자를 포함한 잉크 조성물이 제공된다.
일 구현예를 따르면, 상기 잉크 조성물 중 상기 발광 소자의 함량은, 상기 잉크 조성물 100 중량부당 약 0.005 중량부 내지 5 중량부, 예를 들어 0.01 중량부 내지 1 중량부일 수 있다. 전술한 범위를 만족하면 상기 잉크 조성물을 이용하여 충분한 발광 효율을 갖는 장치를 용액 공정으로 제작하기에 적합하다. 상기 잉크 조성물 중 상기 발광 소자의 함량이 0.005 중량부 미만일 경우, 이를 이용하여 발광 장치를 제조할 경우 전극에 연결되는 발광 소자의 수가 적어 충분한 발광 효율을 얻기 어려울 수 있고, 여러 번 용액을 적가해야 하는 문제점이 있을 수 있다.
상기 잉크 조성물은 필요에 따라 용매, 증점제, 분산제 등을 더 포함하여 용액 공정에 적합한 수준의 점도 및 분산 안정성을 가질 수 있다.
상기 분산제는 상기 잉크 조성물 중 발광 소자의 탈응집 효과 향상 및 용액공정 시 발광 소자의 보호층 역할을 부여하기 위하여 사용될 수 있다.
상기 분산제로는 수지 타입의 분산제로서, 인산 에스테르계 분산제, 우레탄계 분산제, 아크릴계 분산제 등을 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 분산제의 시판품으로는 빅케미사(BYK-Chemie社)의 상품명: DISPER BYK-103, DISPER BYK-110, DISPER BYK-111, DISPER BYK-2000, DISPER BYK-2001, DISPER BYK-2011, DISPER BYK-2070, DISPER BYK-2150, DISPER BYK-160, DISPER BYK-161, DISPER BYK-162, DISPER BYK-163, DISPER BYK-164, DISPER BYK-166 등을 사용할 수 있다.
상기 분산제의 함량은, 상기 발광 소자 100중량부당 약 10 중량부 내지 50중량부, 예를 들어 약 15 중량부 내지 30 중량부일 수 있다. 상기 분산제의 함량이 전술한 바와 같은 범위를 만족하면 상기 잉크 조성물 내 발광 소자의 응집이 실질적으로 방지되고, 용액 공정 시 발광 소자의 보호층 역할을 수행할 수 있다.
또한, 상기 잉크 조성물은 필요에 따라 기판과의 밀착성을 높이기 위한 밀착 촉진제, 코팅성을 향상시키는 레벨링제, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 또는 이의 임의의 조합을 더 포함할 수 있다.
상기 밀착촉진제는 기판과의 밀착성을 높이기 위하여 첨가될 수 있는 것으로서 카르복실기, 메타크릴로일기, 이소시아네이트기, 에폭시기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 반응성 치환기를 갖는 실란 커플링제를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 상기 실란 커플링제는 트리메톡시실릴벤조산, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 비닐트리아세톡시실란, 비닐트리메톡시실란, γ-이소시아네이트프로필 트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 또는 이의 임의의 조합을 사용할 수 있다.
상기 레벨링제로는, 특별히 제한되지 않지만, 실리콘계 화합물, 불소계 화합물, 실록산계 화합물, 비이온계 계면활성제, 이온계 계면활성제, 티타네이트 커플링제 등을 이용할 수 있다. 예를 들어, 상기 레벨링제로서 실리콘계 화합물 및/또는 불소계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 실리콘계 화합물로는 특별히 제한되지 않지만, 디메틸 실리콘, 메틸 실리콘, 페닐 실리콘, 메틸 페닐 실리콘, 알킬 변성 실리콘, 알콕시 변성 실리콘, 폴리 에테르 변성 실리콘 등을 들 수 있다. 예를 들어, 상기 실리콘계 화합물로서, 디메틸 실리콘, 메틸 페닐 실리콘 등을 사용할 수 있다.
상기 불소계 화합물로는, 특별히 제한되지 않지만, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 플루오르알킬메타크릴레이트, 퍼플루오로폴리에테르, 퍼플루오로알킬에틸렌 옥사이드 등을 들 수 있다. 예를 들어, 상기 불소계 화합몰로서, 폴리테트라플루오르에틸렌을 사용할 수 있다.
상기 실록산계 화합물로는, 특별히 제한되지 않지만, 디메틸 실록산 화합물(상품명：KF96L-1, KF96L-5, KF96L-10, KF96L-100, 신에츠 실리콘 주식회사 제품)을 들 수 있다.
상술한 레벨링제는 단독으로 이용할 수도 있고, 2종 이상을 조합하여 이용할 수도 있다.
레벨링제의 함량은 원하는 성능에 따라 다르지만, 상기 잉크 조성물 총 중량을 기준으로 0.001 내지 5중량%, 예를 들면, 0.001 내지 1중량%일 수 있다. 상기 레벨링제의 함량이 상술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 잉크 조성물의 흐름성 및 막의 균일성이 개선될 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 잉크 조성물은 우수한 잉크젯 토출 안정성을 가지므로, 예를 들면 잉크젯용 잉크 조성물일 수 있다.
[장치]
일 측면에 따르면, 상기 발광 소자를 포함한 장치가 제공된다.
일 구현예를 따르면, 상기 장치는 기판; 상기 기판 상에 서로 이격되어 배치된 제1전극 및 제2전극; 및 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 배치된 발광 소자를 포함할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 기판은 표시영역 및 상기 표시영역 주변에 배치되는 비표시영역을 포함할 수 있고, 상기 제1전극 및 제2전극은 상기 표시영역 상에서 서로 이격되어 배치될 수 있다.
상기 장치는, 예를 들면, 발광 장치, 인증 장치 또는 전자 장치일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 발광 장치는, 각종 디스플레이, 광원 등으로 사용될 수 있다.
상기 인증 장치는, 예를 들면, 생체(예를 들어, 손가락 끝, 눈동자 등)의 생체 정보를 이용하여 개인을 인증하는 생체 인증 장치일 수 있다.
상기 인증 장치는 생체 정보 수집 수단을 더 포함할 수 있다.
상기 전자 장치는 퍼스널 컴퓨터(예를 들면, 모바일형 퍼스널 컴퓨터), 휴대 전화, 디지털 사진기, 전자 수첩, 전자 사전, 전자 게임기, 의료 기기(예를 들면, 전자 체온계, 혈압계, 혈당계, 맥박 계측 장치, 맥파 계측 장치, 심전표시 장치, 초음파 진단 장치, 내시경용 표시 장치), 어군 탐지기, 각종 측정 기기, 계기류(예를 들면, 차량, 항공기, 선박의 계기류), 프로젝터 등으로 응용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에 따르면, 상기 장치는 발광 장치일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 액정 표시 장치, 유기 발광 표시 장치 또는 무기 발광 표시 장치를 포함할 수 있다.
한편, 상기 장치는 박막 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
이하에서, 실시예를 들어, 본 발명의 일 구현예를 따르는 발광 소자에 대해 보다 상세히 설명한다.
[실시예]
비교예 1
웨이퍼 상부에 n-doped GaN, 발광층, p-doped GaN을 차례대로 증착시키고, KOH 에칭 처리하여 GaN 나노로드를 형성하였다. 상기 GaN 나노로드 표면에 AlGaN으로 보호막을 형성하여 발광 소자를 제조하였다.
비교예 2
상기 비교예 1에서와 마찬가지의 방법으로 GaN 나노로드를 형성하고, 표면에 GaN으로 보호막을 형성하여 발광 소자를 제조하였다.
비교예 3
상기 비교예 1에서와 마찬가지의 방법으로 GaN 나노로드를 형성하고, 표면에 원자층 증착(atomic layer deposition: ALD) 방식으로 Al2O3 보호막을 형성하여 발광 소자를 제조하였다.
비교예 4
상기 비교예 1에서와 마찬가지의 방법으로 GaN 나노로드를 형성하고, 표면에 1,2-ethanedithiol을 이용하여 습식 화학 반응에 의해 Al2O3 보호막을 형성하여 발광 소자를 제조하였다.
실시예 1
상기 비교예 1에서와 마찬가지의 방법으로 GaN 나노로드를 형성하고, 표면에 습식 화학 반응을 이용하여 III-V족 화합물 보호막을 형성하고, 상기 III-V족 화합물 보호막 상에 습식 화학 반응에 의해 Al2O3 보호막을 형성하여 발광 소자를 제조하였다.
평가예 1: 격자 결함 평가
상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 4에서 제작된 발광 소자의 격자 결함을 에너지 가변 양전자 소멸(variable-energy positron annihilation)을 이용하여 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
발광 소자 격자 부정합도(%)
실시예 1 0.36
비교예 1 0.56
비교예 2 -
비교예 3 13.8
비교예 4 10.8
상기 표 1을 참조하여, 일 구현예에 따른 발광 소자는 비교예 1, 3 및 4의 발광 소자에 비해 격자 부정합도가 현저히 낮은 것을 알 수 있었다. 비교예 2의 발광 소자는 반도체 영역과 보호층이 동일한 재료로 구성되기 때문에, 실시예 1의 발광 소자와 달리 보호층이 나노로드 패턴 식각 공정에서 생성되는 발광 소자 표면의 격자 결함을 치유하는 목적을 달성하지 못한다. 따라서, 일 구현예에 따른 발광 소자를 발광 장치에 적용할 경우에 높은 발광 효율을 달성할 수 있다.
10: 발광 소자
110: 제1반도체층
130: 제2반도체층
120: 활성층
150: 반도체 영역
180: 제1보호층
190: 제2보호층

Claims (20)

  1. 제1반도체층, 제2반도체층 및 상기 제1반도체층과 상기 제2반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함한, 반도체 영역;
    상기 반도체 영역의 표면 중 적어도 일부에 배치되고, III-V족 화합물을 포함한 제1보호층; 및
    상기 제1보호층 상에 배치되고, 금속 산화물을 포함한 제2보호층;을 포함한, 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 영역이 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 화합물을 포함한, 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1반도체층은 n형 도펀트로 도핑된 GaN을 포함하고,
    상기 제2반도체층은 p형 도펀트로 도핑된 GaN을 포함한, 발광 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 활성층은 단일 양자 우물(single quantum well) 구조 또는 다중 양자 우물(multiple quantum well) 구조를 포함한, 발광 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1보호층에 포함된 III-V족 화합물 중 III족 원소는 B, Al, Ga, In, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하고,
    상기 제1보호층에 포함된 III-V족 화합물 중 V족 원소는 N, P, As, Sb, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한, 발광 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 III-V족 화합물은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb, GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InGaP, InAlP, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb, 또는 이들의 임의의 조합 중에서 선택된, 발광 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2보호층은 절연층인, 발광 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화물이 Al2O3, ZrO2, SiO2, TiO2, ZnO 또는 이들의 임의의 조합을 포함한, 발광 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2보호층의 두께가 50 nm 내지 1000 nm인, 발광 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1보호층이 상기 반도체 영역과 상기 제2보호층 사이의 격자 결함을 감소시키는, 발광 소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 영역과 상기 제1보호층 사이의 격자 부정합도가 1% 이하이고,
    상기 제1보호층과 상기 제2보호층 사이의 격자 부정합도가 3% 이하인, 발광 소자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1보호층 및 상기 제2보호층이 각각 습식 화학 반응(wet chemical reaction)에 의하여 형성된, 발광 소자.
  13. 제1반도체층, 제2반도체층 및 상기 제1반도체층과 상기 제2반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함한, 반도체 영역; 상기 반도체 영역의 표면 중 적어도 일부에 배치된 제1보호층; 및 상기 제1보호층 상에 배치된 제2보호층;을 포함한, 발광 소자의 제조 방법에 있어서,
    상기 반도체 영역의 표면 중 적어도 일부에 III-V족 화합물을 포함한 제1보호층을 형성하는 단계; 및
    상기 제1보호층 상에 금속 산화물을 포함한 제2보호층을 형성하는 단계;를 포함한, 발광 소자의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 반도체 영역이 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 화합물을 포함한, 발광 소자의 제조 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1보호층을 형성하는 단계는 습식 화학 반응인, 발광 소자의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1보호층을 형성하는 단계는,
    계면활성제를 포함하는 용액 상에서 III족 원소를 포함한 전구체 및 V족 원소를 포함한 전구체를 반응시키는 단계를 포함한, 발광 소자의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 계면활성제는 올레일아민(oleylamine), 올레산(oleic acid), 헥사데실아민(hexadecylamine), 도데실아민(dodecylamine), 또는 이들의 임의의 조합을 포함한, 발광 소자의 제조 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 제2보호층을 형성하는 단계는 습식 화학 반응이고,
    상기 제1보호층을 형성하는 단계와 연속(one-step)으로 수행되는, 발광 소자의 제조 방법.
  19. 제1항 내지 제12항의 발광 소자를 포함한, 잉크 조성물.
  20. 제1항 내지 제12항의 발광 소자를 포함한, 장치.
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