KR101552122B1 - 반도체 나노 결정 및 전도성 고분자가 함유된 투명 전극층을 포함하는 발광 소자 - Google Patents

반도체 나노 결정 및 전도성 고분자가 함유된 투명 전극층을 포함하는 발광 소자 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 반도체 나노 결정 및 전도성 고분자가 함유된 투명 전극층을 포함하는 발광 소자 및 그 제조방법을 제공한다.
이를 위해, 일 실시예에 따른 반도체 발광 소자는 n형 반도체로 이루어진 제 1 레이어, p형 반도체로 이루어진 제 2 레이어 및 상기 제 1 레이어 및 상기 제 2 레이어의 사이에 형성된 활성층을 포함하는 발광 구조물; 및 상기 발광구조물의 상층부 또는 하층부에 형성되고, 반도체 나노결정 및 전도성 고분자를 포함하는 투명 전극층을 포함할 수 있다.

Description

반도체 나노 결정 및 전도성 고분자가 함유된 투명 전극층을 포함하는 발광 소자{LIGHT EMITTING DIODE HAVING TRAMSPARENT CONDUCTING LAYER CONTAINING QUANTUN DOTS AND CONDUCTING POLYMER}
본 명세서는 반도체 발광 소자에 관한 것으로, 특히 반도체 나노 결정 및 전도성 고분자가 함유된 투명 전극층을 포함하는 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
반도체 발광소자는 전류를 통과시키면 빛을 내는 반도체 소자이다. 반도체 발광소자는 조명에서 신호등, 액정화면(LCD) 배경 광원에 이르기까지 빛 산업의 핵심 소재로 등장했다. 적은 전력으로 원하는 색깔(파장)의 밝은 빛을 발하는데다 수은 등 유해물질을 방출하지 않아 에너지 절약과 환경보호에 부합되는 차세대 광원이다. 이러한 발광소자는 현재 조명, 표시장치 및 광원으로서 널리 이용되며 그 개발이 가속화되고 있는 추세이다.
특히, 최근 그 개발 및 사용이 활성화된 질화갈륨(GaN)계 발광다이오드를 이용한 휴대폰 키패드, 사이드 뷰어, 카메라 플래쉬 등의 상용화에 힘입어, 최근 발광다이오드를 이용한 일반 조명 개발이 활기를 띠고 있다. 대형 TV의 백라이트 유닛 및 자동차 전조등, 일반 조명 등 그의 응용제품이 소형 휴대제품에서 대형화, 고출력화, 고효율화, 신뢰성화된 제품으로 진행하여 해당 제품에 요구되는 특성을 나타내는 광원을 요구하게 되었다.
최근, 질화물 발광다이오드(LED)의 급속한 발전에 따라, 고휘도 발광다이오드에 대한 필요성이 증대되고 있다.
예를 들면, 고휘도 발광 다이오드를 이용하여 휴대폰 배면 광원, 지시등, 실외간판 등에 필요한 고효율, 고휘도 백색 광원이 요구되고 있는 실정이다. 특히, 질화갈륨계 화합물 반도체를 이용한 InGaN/GaN 초격자 구조를 갖는 다중양자우물구조로부터 고휘도의 적색, 청색 또는 녹색 발광소자를 각각 실현하고 있다.
한편, 백색 광원을 구현하는 방법은 크게 두 가지로 나뉘는 데, 발광 다이오드 및 포스포(phosphor)를 이용하는 방법 또는 청색 발광다이오드, 녹색 발광다이오드 및 적색 발광다이오드를 이용하는 방법으로 나누어질 수 있다.
첫 번째 방법인 발광 다이오드 및 포스포(phosphor)를 이용하는 방법은 청색 발광다이오드에 노란색 포스포(phosphor)를 사용하는 방법, UV 발광다이오드에 적색, 청색 및 녹색 포스포(phosphor)를 사용하는 방법 또는 청색 발광다이오드에 노란색 및 적색 포스포(phosphor)를 사용하는 방법이 있을 수 있다. 다만, 상기 발광 다이오드 및 포스포(phosphor)를 이용하는 방법은 발광효율이 떨어지고, CRI(color rendering index)가 감소하여 품질이 감소하는 문제가 있을 수 있다. 또한 포스포 도포를 위한 추가적인 복잡한 공정과 포스포 층이 차지하는 부피로 인해 LED를 이용한 모듈의 디자인 상에 많은 문제점을 줄 수 있다.
또한, 두 번째 방법인 청색 발광다이오드와 녹색 발광다이오드와 적색 발광다이오드를 이용하여 백색 광원을 구현하는 방법이 발광 효율이 높으며, 색온도 및 연색성 조절이 가능하여 좀 더 진보된 방법으로 알려져 있다. 하지만, 이를 구현하기 위해서는 청색, 녹색 및 적색 발광다이오드를 각각 형성하여 하나의 마운트(mount) 위에 집적해야 하는데, 이는 고가의 제조 비용과 복잡한 제조공정을 요구되어 질 수 있으며, 각각의 발광다이오드의 시간에 따른 효율 저하 속도가 다르므로, 색온도 및 연색성이 시간에 따라 변화하는 문제점이 있을 수 있다.
본 명세서는 반도체 나노 결정 및 전도성 고분자가 함유된 투명 전극층을 포함하는 발광 소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 과제를 실현하기 위한 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 발광 소자는, n형 반도체로 이루어진 제 1 레이어, p형 반도체로 이루어진 제 2 레이어 및 상기 제 1 레이어 및 상기 제 2 레이어의 사이에 형성된 활성층을 포함하는 발광 구조물; 및 상기 발광구조물의 상층부 또는 하층부에 형성되고, 반도체 나노결정 및 전도성 고분자를 포함하는 투명 전극층을 포함할 수 있다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 반도체 나노결정은, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, PbSe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb, GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb,InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb, PbS, PbSe, PbTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe, SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe, Si, Ge, SiC 및 SiGe 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 반도체 나노결정은, 제 1 물질로 이루어진 코어; 및 상기 코어를 둘러싸도록 형성되고, 제 2 물질로 이루어진 쉘을 포함할 수 있다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 제 1 물질은, CdSe, CdTe, CdS, InP 및 PbSe 중 적어도 하나이고, 상기 제 2 물질은, ZnS, ZnSe 및 CdS 중 적어도 하나인 것일 수 있다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 전도성 고분자는, polyacetylene, polypyrrole, polythiophene, polyaniline, 3,4-ethylenedioxythiophene, thienylene vinylene 및 polyaniline 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 반도체 발광 소자는, 상기 발광 구조물 및 상기 투명 전극층 사이에 삽입된 적어도 하나의 나노 구조(또는 나노 구조물)를 더 포함할 수 있다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 적어도 하나의 나노 구조는, 금속 나노 와이어, 탄소나노튜브 및 그래핀 중 적어도 하나로 이루어지는 것일 수 있다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 금속 나노와이어는, Ag, Cu, Al, Cr, Ni, Zn, Co, Fe, Mn, V, Ti, Zr, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, In, Sn, Pt, Ir, S, Re, W, Ta, Hf 및 Au 중 적어도 하나의 물질로 이루어지는 것일 수 있다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 투명 전극층은, 제 1 패턴을 구비하는 것일 수 있다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 제 1 패턴은, V-그루브(groove) 형태, 트랜치(Trench) 형태 및 렌즈(Lens) 형태 중 적어도 하나의 형태가 기결정된 간격으로 배열되어 있는 패턴인 것일 수 있다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 투명 전극층은, 제 2 패턴을 구비하는 층 위에 형성되고, 상기 제 2 패턴을 구비하는 층은, 상기 제 1 레이어 및 상기 제 2 레이어 중 적어도 하나인 것일 수 있다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 제 2 패턴은, V-그루브(groove) 형태, 트랜치(Trench) 형태 및 렌즈(Lens) 형태 중 적어도 하나의 형태가 기결정된 간격으로 배열되어 있는 패턴인 것일 수 있다.
상술한 과제를 실현하기 위한 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 제조방법은, n형 반도체로 이루어진 제 1 레이어, p형 반도체로 이루어진 제 2 레이어 및 상기 제 1 레이어 및 상기 제 2 레이어의 사이에 형성된 활성층을 포함하는 발광 구조물을 형성시키는 단계; 및 상기 발광구조물의 상층부 또는 하층부에 반도체 나노결정 및 전도성 고분자를 포함하는 투명 전극층을 형성시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서에 개시된 일 실시예에 따르면, 반도체 나노 결정 및 전도성 고분자가 함유된 투명 전극층을 포함하는 발광 소자 및 그 제조방법을 제공한다.
특히, 본 명세서에 개시된 반도체 발광 소자 및 그 제조방법에 따르면 반도체 나노결정에 의한 재발광으로 인하여 색변환 효율이 우수하여 백색 LED의 효율이 우수하며, CRI가 우수한 백색 LED의 제조가 가능하며 color uniformity가 증가될 수 있는 이점이 있을 수 있다. 또한 투명전극 박막층의 도포와 포스포 코팅을 대체하여 나노 결정이 포함된 고분자 투명전극층을 한번의 공정으로 도포함으로 인한 공정의 단순화를 가져올 수 있다.
도 1은 일반적인 백색 GaN 발광다이오드의 단면도이다.
도 2는 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 나노결정 및 전도성 고분자를 포함하는 투명 전극층을 포함하는 반도체 발광 소자의 구조도이다.
도 3은 본 명세서에 개시된 제1 실시예에 따른 코어/쉘 구조를 구비하는 반도체 나노결정을 나타내는 예시도이다.
도 4는 본 명세서에 개시된 제 2 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 구조도이다.
도 5는 본 명세서에 개시된 제 3 실시예에 따른 제 1 패턴 및 제 2 패턴을 나타내는 예시도이다.
도 6a ~ 도 6h는 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 나타내는 예시도이다.
도 7a ~ 도 7b 는 본 명세서에 개시된 제 1 실시예에 따라 제조된 반도체 발광 소자의 전류-전압특성과 전계 발광스펙트럼 (electroluminescence spectrum)이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시형태를 설명한다. 그러나 본 명세서에 개시된 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 명세서에 개시된 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 명세서에 개시된 실시 예들의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는, 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 실질적인 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 함을 밝혀두고자 한다.
또한, 본 명세서에 첨부된 도면의 구성요소들은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소되어 도시되어 있을 수 있음이 고려되어야 한다.
일반적인 백색 GaN 발광다이오드에 대한 설명
일반적으로, 발광다이오드(light emitting diode, LED)는 전자와 정공의 재결합에 기초하여 발광하는 반도체 소자로서, 광통신, 전자기기에서 여러 형태의 광원으로 널리 사용되고 있다. AlxInyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 표현되는 GaN계 반도체는 청색, 자외선 영역의 발광에 적합한 화합물 반도체로서, 청색 또는 녹색 발광 다이오드에 널리 이용되고 있다. 그러나 GaN계 화합물 반도체는 다른 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체와 마찬가지로, 벌크(bulk) 단결정(single crystal) 기판을 형성할 수 있는 실용가능한 기술이 없다. 따라서 GaN 결정의 성장에 적합한 기판을 사용하여, 이 기판 상에 GaN 결정을 성장시킴으로써 발광다이오드에 이용하게 된다. 이러한 GaN 결정을 성장을 위한 기판으로는 사파이어 기판이 대표적이다.
도 1은 일반적인 백색 GaN 발광다이오드의 단면도이다.
일반적인 백색 GaN 발광다이오드(10)는 사파이어 기판(11)과 사파이어 기판(11) 상에 형성된 GaN 발광구조물(15)을 포함한다.
GaN 발광구조물(15)은 사파이어 기판(11) 상에 n형 반도체층(15a)인 제 1 레이어와 다중양자우물(Multi-Quantum Well)구조의 활성층(15b)과 p형 반도체층(15c)인 제 2 레이어가 순차적으로 적층된 형태의 구조를 갖는다. 이하 상기 제 1 레이어 및 상기 제 2 레이어는 각각 n형 반도체층 및 p형 반도체층이라 한다.
이러한 GaN 발광구조물(15)은 MOCVD(metalorganic chemical vapor deposition) 등의 공정을 이용하여 성장될 수 있다. 이때, n형 반도체층(15a)을 성장하기 전에, n형 반도체층(15a)과 사파이어 기판(11)과의 격자 부정합(lattice mismatch)을 감소시키기 위해, AlN/GaN으로 이루어진 버퍼층(미도시)을 형성할 수도 있다. 그리고 소정의 영역에 해당하는 p형 반도체층(15c)과 활성층(15b)을 건식에칭하여 n형 반도체층(15a) 상면 일부를 노출시키고, 그 노출된 n형 반도체층(15a)의 상면과 p형 클래드층(15c)의 상면에 각각 전압을 인가하기 위한 n형 접촉 전극(19)과 p형 접촉 전극(17)을 형성한다. 일반적으로 전류주입면적을 증가시키면서도 휘도에 악영향을 주지 않기 위해서, p형 반도체층(15c) 상면에는 p형 접촉 전극(17)을 형성하기 전에 투명 전극(transparent electrode)(o18)을 형성할 수도 있다.
한편, 백색 광원을 구현하기 위해 청색 발광다이오드를 이용할 수 있으며, 여기에 노란색 포스포(phosphor, 130) 및 에폭시(Epoxy)를 상기 청색 발광다이오드 상층부에 도포하여 백색을 구현할 수 있다.
다만, 상술한 바와 같이 청색 발광다이오드와 노란색 포스포(phosphor, 130)는 발광효율이 떨어지고, CRI(color rendering index)가 감소하여 품질이 감소하는 문제가 있을 수 있다.
따라서 발광효율을 증가시키고, 다양한 파장을 가지는 복수의 빛을 조합하여 CRI(color rendering index)를 증가시킬 수 있는 구조를 가지는 발광 다이오드의 필요성이 대두 된다.
상기 CRI는 연색지수를 의미하는 것으로 태양광을 물체에 비출 때를 기준(CRI=100)으로 인공 조명기구의 빛을 물체에 비출 때 15개 기준색상을 인지하는 정도를 나타낸 평가지수를 말한다.
반도체 나노결정 및 전도성 고분자를 함유한 투명 전극층 포함하는 LED 구조에 대한 설명
본 명세서에 개시된 기술은 기존 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 포스포(phosphor) 또는 다색의 발광 다이오드들(또는 발광 구조물들)을 사용하지 않고도 우수한 성능(예를 들어, 높은 CRI를 나타낼 수 있음)의 백색을 발광하는 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 발광 소자는 반도체 나노 결정을 포함하는 전도성 고분자로 이루어진 투명 전극층을 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 발광 소자는, n형 반도체로 이루어진 제 1 레이어, p형 반도체로 이루어진 제 2 레이어 및 상기 제 1 레이어 및 상기 제 2 레이어의 사이에 형성된 활성층을 포함하는 발광 구조물 및 상기 발광구조물의 상층부 또는 하층부에 형성되고, 반도체 나노결정 및 전도성 고분자를 포함하는 투명 전극층을 포함할 수 있다.
여기서, 반도체 나노결정의 발광파장은 450 ~ 700nm 까지 제어가능하므로 광변환층(또는 상기 활성층)의 발광파장은 반도체 나노결정의 크기 및 종류에 따라서 자유롭게 제어할 수 있기 때문에 우수한 성능을 가지는 백색이 발광될 수 있다.
즉, 상기 반도체 나노결정의 크기 및 종류를 제어함으로써, 상기 반도체 발광소자의 발광파장을 전 가시광 영역 내에서 제어할 수 있다. 이를 통해 CRI가 우수한 백색 LED의 제조가 가능할 수 있다.
구체적으로, 반도체 나노결정 및 전도성 고분자를 포함하는 투명 전극층을 포함하는 반도체 발광 소자는 새롭게 발생된 파장의 빛과 상기 활성층으로부터 발생된 빛이 결합시킬 수 있기 때문에 백색 LED로 동작할 수 있다.
예를 들면, 상기 반도체 발광소자는 상기 활성층의 발광파장이 청색에 해당하는 파장이고, 상기 반도체 나노 결정이 노랑색에 해당하는 반도체 나노결정인 CdSe인 경우, 색온도 (color temperature)가 6000K에 해당하는 백색이 발생될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 반도체 나노결정은, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, PbSe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb, GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb,InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb, PbS, PbSe, PbTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe, SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe, Si, Ge, SiC 및 SiGe 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따르면, 상기 반도체 나노결정은, 제 1 물질로 이루어진 코어 및 상기 코어를 둘러싸도록 형성되고, 제 2 물질로 이루어진 쉘을 포함하는 것일 수 있다.
또한, 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 물질은, CdSe, CdTe, CdS, InP 및 PbSe 중 적어도 하나이고, 상기 제 2 물질은, ZnS, ZnSe 및 CdS 중 적어도 하나인 것일 수 있다.
또한, 일 실시예에 따르면, 상기 전도성 고분자는, polyacetylene, polypyrrole, polythiophene, polyaniline, 3,4-ethylenedioxythiophene, thienylene vinylene 및 polyaniline 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 반도체 발광소자는, 상기 발광 구조물 및 상기 투명 전극층 사이에 삽입된 적어도 하나의 나노 구조(또는 나노 구조물)를 더 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 나노 구조는, 금속 나노 와이어, 탄소나노튜브 및 그래핀 중 적어도 하나로 이루어지는 것일 수 있다.
또한, 일 실시예에 따르면, 상기 금속 나노와이어는, Ag, Cu, Al, Cr, Ni, Zn, Co, Fe, Mn, V, Ti, Zr, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, In, Sn, Pt, Ir, S, Re, W, Ta, Hf 및 Au 중 적어도 하나의 물질로 이루어지는 것일 수 있다.
또한, 일 실시예에 따르면, 상기 투명 전극층은, 제 1 패턴을 구비하는 것일 수 있다.
또한, 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 패턴은, V-그루브(groove) 형태, 트랜치(Trench) 형태 및 렌즈(Lens) 형태 중 적어도 하나의 형태가 기결정된 간격으로 배열되어 있는 패턴인 것일 수 있다.
또한, 일 실시예에 따르면, 상기 투명 전극층은, 제 2 패턴을 구비하는 층 위에 형성되고, 상기 제 2 패턴을 구비하는 층은, 상기 제 1 레이어 및 상기 제 2 레이어 중 적어도 하나인 것일 수 있다.
또한, 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 패턴은, V-그루브(groove) 형태, 트랜치(Trench) 형태 및 렌즈(Lens) 형태 중 적어도 하나의 형태가 기결정된 간격으로 배열되어 있는 패턴인 것일 수 있다.
도 2은 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 나노결정 및 전도성 고분자를 포함하는 투명 전극층을 포함하는 반도체 발광 소자의 구조도이다.
도 2를 참조하면, 상기 반도체 나노결정 및 전도성 고분자를 포함하는 투명 전극층을 포함하는 반도체 발광 소자(20)는 사파이어 기판(11) 및 발광구조물(15)이 순차적으로 형성된 구조를 가지고 있으며, 상기 발광구조물(15) 위에 전류의 퍼짐과 빛의 투과도를 높일 수 있도록 투명전극층(18)이 존재하고 p형 전극(17) 및 n형 전극(19)이 형성된 구조를 가질 수 있다.
상기 발광구조물(150)는, n형 반도체로 이루어진 제 1 레이어(또는, n형 반도체층, 15a), p형 반도체로 이루어진 제 2 레이어(또는, p형 반도체층, 15c) 및 상기 제 1 레이어(15a) 및 상기 제 2 레이어(15c)의 사이에 형성된 활성층(15b)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 투명 전극층(18)은, 상기 발광구조물(15)의 상층부 또는 하층부에 형성되고, 반도체 나노결정(18a) 및 전도성 고분자(18b)를 포함할 수 있다.
여기서, 반도체 나노결정(18a)은 CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, PbSe 등과 같은 II-VI족 이원소 화합물 반도체나 CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe 등과 같은 삼원소 화합물, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe 또는 HgZnSTe 등과 같은 사원소 화합물이 사용될 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다.
또한, 상기 III-V족 화합물 반도체 나노결정의 소재로는 GaN, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs 또는 InSb 등과 같은 이원소 화합물, GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb 또는 GaAlNP과 같은 삼원소 화합물, 및 GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs 또는 InAlPSb 등과 같은 사원소 화합물이 사용될 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다.
한편, 상기 IV-VI족 화합물 반도체 나노결정의 소재로는 PbS, PbSe 또는 PbTe 등과 같은 이원소 화합물, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe 또는 SnPbTe 등과 같은 삼원소 화합물; SnPbSSe, SnPbSeTe 또는 SnPbSTe과 같은 사원소 화합물이 사용될 수 있다.
또한, 상기 IV족 화합물 반도체 나노결정의 소재로는 Si, Ge 등과 같은 단일원소 화합물; SiC, SiGe 등과 같은 이원소 화합물이 사용될 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다.
상기 반도체 나노결정들은 활성층(15b)으로부터 발광된 빛을 근거로, 이로 인해 상기 반도체 나노결정들은 새로운 파장의 빛을 발생시킬 수 있다.
예를 들어, 청색을 발광하는 발광 구조물(blue LED)에 노랑색 반도체 나노결정인(예를 들어, CdSe) 및 적색 반도체 나노결정(예를 들어, CdSe)이 적용되는 경우 5000K의 색온도를 가지는 백색이 발광될 수 있다.
또한, 상기 반도체 나노결정 및 전도성 고분자를 포함하는 투명 전극층을 포함하는 반도체 발광 소자(20)는 상기 활성층(15b)로부터 발광된 빛과 상기 반도체 나노결정(18a)로부터 재발광된 빛이 결합됨에 의해 백색의 빛을 방출시키게 될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 전도성 고분자(18b)는 polyacetylene, polypyrrole, polythiophene, polyaniline, 3,4-ethylenedioxythiophene(PEDOT), thienylene vinylene 및 polyaniline 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
이와 같이, 상기 반도체 나노결정 및 전도성 고분자를 포함하는 투명 전극층을 포함하는 반도체 발광 소자(20)는 상기 반도체 나노결정으로 인해 LED의 광추출 효율이 향상되어 LED의 효율을 증가시킬 수 있으며 반도체 나노결정 내에서 전자에너지 천이로 인한 다색의 빛을 구현할 수 있는바, 포스포 또는 형광물질(Phosphor)를 사용하지 않고도 백색 LED를 제조할 수 있다. 또한, 포스포(Phosphor)의 도포공정을 생략함으로써 제조공정을 단순화할 수 있다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시예들에 따른 발광 소자는, 발광다이오드의 구조로 lateral type, vertical type, flip chip type 모두에 적용될 수 있음이 본 기술분야의 당업자에게 자명하다.
제1 실시예 - 코어/쉘 구조를 구비하는 반도체 나노 결정
본 명세서에 개시된 제 1 실시예는 상술된 실시예들이 포함하고 있는 구성 또는 단계의 일부 또는 조합으로 구현되거나 실시예들의 조합으로 구현될 수 있으며, 이하에서는 본 명세서에 개시된 제 1 실시예의 명확한 표현을 위해 중복되는 부분을 생략할 수 있다.
본 명세서에 개시된 제 1 실시예는 코어/쉘 구조를 구비하는 반도체 나노결정에 관한 것이다.
본 명세서에 개시된 제 1 실시예에 따른 반도체 발광 소자는, n형 반도체로 이루어진 제 1 레이어, p형 반도체로 이루어진 제 2 레이어 및 상기 제 1 레이어 및 상기 제 2 레이어의 사이에 형성된 활성층을 포함하는 발광 구조물 및 상기 발광구조물의 상층부 또는 하층부에 형성되고, 반도체 나노결정 및 전도성 고분자를 포함하는 투명 전극층을 포함할 수 있다.
또한, 제 1 실시예에 따르면, 상기 반도체 나노결정은, 제 1 물질로 이루어진 코어 및 상기 코어를 둘러싸도록 형성되고, 제 2 물질로 이루어진 쉘을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 1 물질은, CdSe, CdTe, CdS, InP 및 PbSe 중 적어도 하나이고, 상기 제 2 물질은, ZnS, ZnSe 및 CdS 중 적어도 하나인 것일 수 있다.
도 3는 본 명세서에 개시된 제1 실시예에 따른 코어/쉘 구조를 구비하는 반도체 나노결정을 나타내는 예시도이다.
도 3을 참조하면, 제 1 실시예에 따른 나노 결정(18a')는 코어(C10) 및 쉘(SH10) 구조를 구비할 수 있다.
상기 코어(C10)는 제 1 물질로 이루어질 수 있다.
상기 쉘(SH10)는 제 2 물질로 이루어질 수 있으며, 상기 코어(C10)를 둘러싸도록 형성될 수 있다.
여기서, 상기 제 1 물질은, CdSe, CdTe, CdS, InP 및 PbSe 중 적어도 하나이고, 상기 제 2 물질은, ZnS, ZnSe 및 CdS 중 적어도 하나인 것일 수 있다.
예를 들어, 상기 코어(C10)/쉘(SH10) 구조를 이루는 물질은 CdSe/ZnS, CdSe/ZnSe, CdTe/ZnS, CdTe/ZnSe, CdSe/CdS, CdS/ZnS, CdS/ZeSe, InP/ZnS 및 PbSe/ZnS 중 적어도 하나가 될 수 있다(각각 "코어물질/쉘물질"을 나타냄).
또한 일 실시예에 따르면, 코어/쉘 구조를 구비하는 반도체 나노결정(18a')의 전체 직경은 10 nm이하일 수 있다.
도 7a ~ 도 7b는 본 명세서에 개시된 제 1 실시예에 따라 제조된 반도체 발광 소자의 전류-전압특성과 전계 발광스펙트럼 (electroluminescence spectrum)이다.
도 7a 내지 도 7b를 참조하면, 제 1 실시예에 따라 제조된 반도체 발광 소자의 전류 전압 특성 및 발광 특성을 확인할 수 있다.
제 2 실시예 - 나노 와이어가 삽입된 발광 소자
본 명세서에 개시된 제 2 실시예는 상술된 실시예들이 포함하고 있는 구성 또는 단계의 일부 또는 조합으로 구현되거나 실시예들의 조합으로 구현될 수 있으며, 이하에서는 본 명세서에 개시된 제 2 실시예의 명확한 표현을 위해 중복되는 부분을 생략할 수 있다.
본 명세서에 개시된 제 2 실시예는 나노 와이어가 삽입된 발광소자에 관한 것이다.
본 명세서에 개시된 제 2 실시예에 따른 반도체 발광 소자는, n형 반도체로 이루어진 제 1 레이어, p형 반도체로 이루어진 제 2 레이어 및 상기 제 1 레이어 및 상기 제 2 레이어의 사이에 형성된 활성층을 포함하는 발광 구조물 및 상기 발광구조물의 상층부 또는 하층부에 형성되고, 반도체 나노결정 및 전도성 고분자를 포함하는 투명 전극층을 포함할 수 있다.
또한, 제 2 실시예에 따른 반도체 발광 소자는, 상기 발광 구조물 및 상기 투명 전극층 사이에 삽입된 적어도 하나의 나노 구조(또는 나노 구조물)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 적어도 하나의 나노 구조는, 금속 나노 와이어, 탄소나노튜브 및 그래핀 중 적어도 하나로 이루어지는 것일 수 있다.
또한, 상기 금속 나노 와이어는, Ag, Cu, Al, Cr, Ni, Zn, Co, Fe, Mn, V, Ti, Zr, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, In, Sn, Pt, Ir, S, Re, W, Ta, Hf 및 Au 중 적어도 하나의 물질로 이루어지는 것일 수 있다.
도 4은 본 명세서에 개시된 제 2 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 구조도이다.
도 4을 참조하면, 본 명세서에 개시된 제 2 실시예에 따른 반도체 발광 소자(30)는 도 2와 마찬가지로, 사파이어 기판(11) 및 발광구조물(15)이 순차적으로 형성된 구조를 가지고 있으며, 상기 발광구조물(15) 위에 전류의 퍼짐과 빛의 투과도를 높일 수 있도록 투명전극층(18)이 존재하고 p형 전극(17) 및 n형 전극(19)이 형성된 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 발광구조물(150)는, n형 반도체로 이루어진 제 1 레이어(또는, n형 반도체층, 15a), p형 반도체로 이루어진 제 2 레이어(또는, p형 반도체층, 15c) 및 상기 제 1 레이어(15a) 및 상기 제 2 레이어(15c)의 사이에 형성된 활성층(15b)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 투명 전극층(18)은, 상기 발광구조물(15)의 상층부 또는 하층부에 형성되고, 반도체 나노결정(18a) 및 전도성 고분자(18b)를 포함할 수 있다.
제 2 실시예에 따르면, 상기 반도체 발광 소자(30)는 상기 발광 구조물(15) 및 상기 투명 전극층(18) 사이에 삽입된 적어도 하나의 나노 구조(또는 나노 구조물, n10)를 포함할 수 있다.
또한, 제 2 실시예에 따르면, 적어도 하나의 나노 구조는, 금속 나노 와이어, 탄소나노튜브 및 그래핀 중 적어도 하나로 이루어지는 것일 수 있다.
또한, 제 2 실시예에 따르면, 상기 금속 나노와이어는, Ag, Cu, Al, Cr, Ni, Zn, Co, Fe, Mn, V, Ti, Zr, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, In, Sn, Pt, Ir, S, Re, W, Ta, Hf 및 Au 중 적어도 하나의 물질로 이루어지는 것일 수 있다.
본 명세서에 개시된 제 2 실시예에 따른 반도체 발광 소자는 상기 나노 와이어로 인하여 상기 투명 전극층(18)의 전기전도도가 증가되는 이점을 가질 수 있다.
제 3 실시예 - 기결정된 패턴을 구비하거나, 기결정된 패턴을 구비한 층 상 에 형성되는 투명 전극층
본 명세서에 개시된 제 3 실시예는 상술된 실시예들이 포함하고 있는 구성 또는 단계의 일부 또는 조합으로 구현되거나 실시예들의 조합으로 구현될 수 있으며, 이하에서는 본 명세서에 개시된 제 3 실시예의 명확한 표현을 위해 중복되는 부분을 생략할 수 있다.
본 명세서에 개시된 제 3 실시예는 기결정된 패턴을 구비하거나, 기결정된 패턴을 구비한 층 상에 형성되는 투명 전극층을 포함하는 발광소자에 관한 것이다.
본 명세서에 개시된 제 3 실시예에 따른 반도체 발광 소자는, n형 반도체로 이루어진 제 1 레이어, p형 반도체로 이루어진 제 2 레이어 및 상기 제 1 레이어 및 상기 제 2 레이어의 사이에 형성된 활성층을 포함하는 발광 구조물 및 상기 발광구조물의 상층부 또는 하층부에 형성되고, 반도체 나노결정 및 전도성 고분자를 포함하는 투명 전극층을 포함할 수 있다.
또한, 제 3 실시예에 따르면, 상기 투명 전극층은, 제 1 패턴을 구비하는 것일 수 있다.
여기서, 상기 제 1 패턴은, V-그루브(groove) 형태, 트랜치(Trench) 형태 및 렌즈(Lens) 형태 중 적어도 하나의 형태가 기결정된 간격으로 배열되어 있는 패턴인 것일 수 있다.
또한, 제 3 실시예에 따르면, 상기 투명 전극층은, 제 2 패턴을 구비하는 층 위에 형성되고, 상기 제 2 패턴을 구비하는 층은, 상기 제 1 레이어 및 상기 제 2 레이어 중 적어도 하나인 것일 수 있다.
여기서, 상기 제 2 패턴은, V-그루브(groove) 형태, 트랜치(Trench) 형태 및 렌즈(Lens) 형태 중 적어도 하나의 형태가 기결정된 간격으로 배열되어 있는 패턴인 것일 수 있다.
도 5는 본 명세서에 개시된 제 3 실시예에 따른 제 1 패턴 및 제 2 패턴을 나타내는 예시도이다.
도 5를 참조하면, 기결정된 패턴인 상기 제 1 패턴 또는 상기 제 2 패턴은 V-그루브(groove) 형태(도 18(b)), 트랜치(Trench) 형태(도 18(a)) 및 렌즈(Lens) 형태(도 18(c)) 중 적어도 하나의 형태가 기결정된 간격으로 배열되어 있는 패턴인 것일 수 있다.
본 명세서에 개시된 제 3 실시예에 따른 반도체 발광 소자는 상기 제 1 패턴 또는 상기 제 2 패턴으로 인해 광적출 효율이 향상되는 이점을 가질 수 있다.
반도체 나노결정 및 전도성 고분자를 포함하는 투명 전극층을 포함하는 반도체 발광 소자의 제조방법에 대한 설명
일 실시예에 따르면, 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 발광소자의 제조방법은 n형 반도체로 이루어진 제 1 레이어, p형 반도체로 이루어진 제 2 레이어 및 상기 제 1 레이어 및 상기 제 2 레이어의 사이에 형성된 활성층을 포함하는 발광 구조물을 형성시키는 단계 및 상기 발광구조물의 상층부 또는 하층부에 반도체 나노결정 및 전도성 고분자를 포함하는 투명 전극층을 형성시키는 단계를 포함할 수 있다.
도 6a ~ 도 6h는 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 나타내는 예시도이다.
도 6a ~ 도 6h를 참조하면, 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 발광소자의 제조방법은 질화물계층을 적층하기 위한 사파이어 기판(11)을 형성하고(도 6a) 상기 사파이어 기판(11) 위에 n형 반도체층(15a), 활성층(15b) 및 p형 반도체층(15c)을 MOCVD(metalorganic chemical vapor deposition)를 사용하여 순차적으로 에피성장(epigrowth)시킬 수 있다(도 6b).
상기 에피성장 후에 에피박막을 선택 식각하기 위한 마스크로 사용하기 위하여 PECVD(Plasma-enhanced chemical vapor deposition)를 이용하여 절연체인 SiO2 층(21)을 증착(Deposition)할 수 있다(도 6c).
상기 SiO2 층(21)의 증착 후에, 상기 에피성장된 반도체층들의 특정영역만을 에칭(또는 식각)하기 위하여 상기 SiO2 층(21)을 패터닝(patterning)할 수 있다(도 6d).
상기 SiO2 층(21)을 패터닝(patterning)한 후에, 상기 n형 반도체층(15a), 상기 p형 반도체층(15c)의 상부에 전극을 형성시키기 위해 메사 에칭(MESA Etching)을 수행할 수 있다(도 6e). 상기 메사 에칭은 Inductively coupled plasma reactive ion etching (ICPRIE) 장비를 이용하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 메사 에칭에 사용되는 물질은 Cl2, CH4, H2 및 Ar 중 적어도 하나가 혼합된 가스 일수 있다.
상기 메사 에칭 후에, 상기 SiO2 층(21)을 제거할 수 있다.(도 6f). 상기 SiO2 층(21)을 제거하기 위해 습식 에칭(wet etching)방식이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 습식 에칭에 사용되는 물질은 HF일 수 있다.
상기 습식 에칭 이후에, 상기 p형 반도체층(15c)의 상부에 반도체 나노결정을 함유한 전도성 고분자를 포함하는 투명전극층(18)을 형성시킬 수 있다.(도 6g).
이 경우, 상기 p형 반도체층(15c)의 상부에만 상기 투명전극층이 형성되게 하기 위하여 포토리소그래피(Photolithography) 공정을 이용해 PR 패턴(Photoresist pattern, 미도시)을 형성시킬 수 있다. 또한, 상기 투명전극층(18)의 형성 후 어닐닝(Annealing) 공정이 추가적으로 수행될 수 있다.
상기 투명 전극층(18)을 형성함에 있어서, 전도성 고분자에 반도체 나노결정을 함유시키는 방법은 크게 두 가지 방법이 있을 수 있다.
첫 번째 방법은, 전도성 고분자와 반도체 나노결정 혼합 용액(solution)을 직접 도포하는 방법이 있을 수 있다.
두 번째 방법은, 전도성 고분자를 도포한 후 반도체 나노결정을 도포하고 다시 전도성 고분자를 순차적으로 도포하는 방법을 이용될 수 있다.
두 번째 방법에 대해 예시적으로 설명하면,
제작된 LED(또는 발광 구조물)의 p-GaN(또는 p형 반도체층) 상부에 PEDOT을 스핀코팅할 수 있다.
상기 스핀코팅은 약 2000 rpm으로 1분간 하여 약 100 nm두께를 형성하고, 그 위에 다시 톨루엔에 분산된 반도체 CdSe 나노결정을 약 1000 rpm으로 1분간 스핀코팅하여 반도체 나노결정층을 형성할 수 있다.
그 위에 다시 PEDOT을 2000rpm으로 1분간 스핀코팅할 수 있다.
또한, 전도성 고분자층의 solvent를 제거하기 위하여 질소분위기에서 150 도의 온도로 약 30분간 어닐링 처리를 실시할 수 있다.
또한, 형성된 전도성 고분자층위에 포토레지스트 (photoresist)층을 형성하고 포토리소그라피 및 식각 공정을 통해 도 2과 같은 구조의 질화물계 반도체 발광 소자(GaN LED)를 제조할 수 있다.
또한 일 실시예에 따르면, 반도체 나노결정이 함유된 전도성 고분자층을 형성하는 방법은 스핀코팅법이나 롤러를 사용한 프린팅 공정 중에서 선택된 어느 하나의 방법이 될 수 있다.
상기 투명전극층(18)을 형성한 후에, 상기 n형 반도체층 상부에 n형 전극(19)을 형성하고 상기 p형 반도체층 상부에 p형 전극(17)을 형성할 수 있다(도 6h). 상기 n형 전극(19) 및 p형 전극(17)은 E-beam evaporation등을 사용하여 형성될 수 있다.
상기 n형 전극(19) 및 p형 전극(17)은 다양한 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 n형 전극(19)의 물질은 Cr/Ni/Au, Cr/Al/Ni/Au, Ti/Al및 Ti/Al/Ni/AU 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 상기 p전극(17)의 물질은 Ni/Au, Pd/Au, Cr/Ni/Au 및 Ag 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
반도체 나노 결정의 물질, 크기 및 조합에 근거한 색온도 제어에 대한 설명
본 명세서에 개시된 기술에 따르면, 반도체 나노 결정의 물질, 크기 및 조합에 근거한 색온도 제어가 가능한 이점이 있다.
색온도(color temperature)는 광원의 색을 절대온도를 이용해 숫자로 표시한 것이다.
붉은색 계통의 광원일수록 색온도가 낮고, 푸른색 계통의 광원일수록 색온도가 높다. 온도는 전통적으로 절대 온도 단위인 켈빈을 사용한다. 색온도는 플랑크 법칙과 빈의 변위법칙과 관련되어 있다.
기존 형광등 및 백열등은 색온도가 고정되어 있지만, LED의 경우는 색온도의 조절이 가능함. 조명의 색온도 제어를 통해 조명하에 있는 인간의 감성이 제어된다.
예를 들어, 5000 K 정도의 낮은 색온도의 백색은 사람의 감정이 편안함을 느끼는 반면, 6000K근처의 차가운 백색은 활동적이며 이성적인 판단을 더 잘하게 될 수 있다.
따라서 LED조명의 색온도를 제어할 수 있는 기능을 쉽게 추가할 수 있다면 이는 큰 장점이 될 수 있다.
구체적으로 설명하면, 반도체 나노결정에서 발생되는 빛의 파장은 두 가지에 의해 조절될 수 있다.
즉, 1) 반도체 물질의 종류, 2) 같은 물질이더라도 반도체 나노결정의 크기에 따라 색온도가 변경될 수 있는바 이를 통해 색온도 제어가 가능할 수 있다.
또한, 반도체 나노결정을 통해서 LED의 색감(또는 색온도)을 조절하기 위해서는 종류가 다른 반도체 나노결정을 섞어주거나 크기가 다른 나노결정을 섞어주면 색온도가 제어될 수 있다.
예를 들어, 청색 발광구조물(blue LED)에 노랑색 반도체 나노결정인 CdSe를 적용하면 6,000 K의 색온도가 발생할 수 있다.
또한, 예를 들어, 청색 발광구조물(blue LED)에 노랑색 반도체 나노결정 인 CdSe 및 적색 반도체 나노결정인 CdSe를 적용하면 5,000 K의 색온도가 발생될 수 있다.
또한, 예를 들어, 청색 발광구조물(blue LED)에 노랑색 반도체 나노결정인 CdSe 및 녹색 반도체 나노결정인 CdSe를 적용하면 5,500 K의 색온도가 발생될 수 있다.
또한, 반도체 물질의 나노결정이더라도 물질 크기에 따라 발광하는 빛의 파장이 달라질 수 있다.
예를 들어, CdSe의 경우는 적색 (650 nm)~청색 (460 nm)까지의 모든 가시광 영역을 발광할 수 있다. 다만, ZnSe의 경우는 청색만 발광할 수 있다.
이와 같이, 본 명세서에 개시된 기술에 따르면, 투명전극층내에 인위적으로 함유된 반도체 나노결정 (양자점)을 통해 광변환층으로 활용하는 새로운 구조의 백색 LED가 제공된다.
투명전극 내에 함유된 반도체 나노결정은 GaN 기반 활성층으로 부터 발생된 청색빛에 의해 여기 되어 장파장의 빛을 재발광하여 백색빛을 발광할 수 있다.
이에 따르면, 광변환층(또는 활성층)의 다색 제어 및 CRI의 제어가 가능한 이점이 있다.
따라서, 기존의 YAG기반 phosphor가 필요없는 백색 LED 및 이의 제조방법이 제공될 수 있다.
또한, 반도체 나노결정을 통해 . phosphor의 비용을 절감할 수 있으며, Phosphor 도포공정을 생략함으로써 제조공정의 간소화 및 공정시간 단축, 단감 절감 등의 효과가 있을 수 있다.
반도체 나노결정의 발광파장은 450 ~ 700nm 까지 제어가능하므로 광변환층의 발광파장은 반도체 나노결정의 크기 및 종류에 따라서 자유롭게 제어될 수 있다.
이를 통해 CRI가 우수한 백색 LED의 제조가 가능하며 color uniformity가 증가될 수 있는 이점이 있을 수 있다.
상기 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 나노결정 및 전도성 고분자를 포함하는 투명 전극층을 포함하는 반도체 발광 소자의 제조방법을 구성하는 단계를 실행함에 있어서, 각 단계의 순서는 변경될 수 있고 각 단계를 수행함에 필요할 수 있는 추가적인 단계가 더 포함될 수 있음은 본 기술분야의 당업자에게 자명하다.
이상에서는, 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.
10 : 일반적인 GaN 발광다이오드 15 : 발광구조물
15a : n형 반도체층 15b : 활성층
15c : p형 반도체층 18 : 투명 전극층

Claims (13)

  1. n형 반도체로 이루어진 제 1 레이어, p형 반도체로 이루어진 제 2 레이어 및 상기 제 1 레이어 및 상기 제 2 레이어의 사이에 형성된 활성층을 포함하는 발광 구조물;
    상기 발광구조물의 상층부 또는 하층부에 형성되고, 반도체 나노결정 및 전도성 고분자를 포함하는 투명 전극층; 및
    상기 발광 구조물 및 상기 투명 전극층 사이에 삽입되어 상기 투명 전극층의 전기전도도를 증가시키는 적어도 하나의 금속 나노 와이어를 포함하고,
    상기 금속 나노 와이어는, Ag, Cu, Al, Cr, Ni, Zn, Co, Fe, Mn, V, Ti, Zr, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, In, Sn, Pt, Ir, S, Re, W, Ta, Hf 및 Au 중 적어도 하나의 물질로 이루어지며,
    상기 반도체 나노결정은 제 1 물질로 이루어진 코어와, 상기 코어를 둘러싸도록 형성되고, 제 2 물질로 이루어진 쉘을 포함하고, 상기 제 1 물질은 CdSe, CdTe, CdS, InP 및 PbSe 중 적어도 하나이고, 상기 제 2 물질은 ZnS, ZnSe 및 CdS 중 적어도 하나이며,
    상기 활성층으로부터 발광된 빛과 상기 반도체 나노결정으로부터 재발광된 빛이 결합하여 결합광을 방출시키며,
    상기 반도체 나노결정의 종류 및 크기를 제어함으로써 상기 반도체 나노결정의 발광파장을 450 ~ 700nm 의 범위로 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반도체 나노결정은,
    CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, PbSe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb, GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb,InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb, PbS, PbTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe, SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe, Si, Ge, SiC 및 SiGe 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 전도성 고분자는,
    polyacetylene, polypyrrole, polythiophene, polyaniline, 3,4-ethylenedioxythiophene, thienylene vinylene 및 polyaniline 중 적어도 하나를 포함하는 것인 반도체 발광소자.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 투명 전극층은,
    제 1 패턴을 구비하는 것인 반도체 발광소자.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제 1 패턴은,
    V-그루브(groove) 형태, 트랜치(Trench) 형태 및 렌즈(Lens) 형태 중 적어도 하나의 형태가 기결정된 간격으로 배열되어 있는 패턴인 것인 반도체 발광 소자.
  11. 제1항에 있어서, 상기 투명 전극층은,
    제 2 패턴을 구비하는 층 위에 형성되고,
    상기 제 2 패턴을 구비하는 층은,
    상기 제 1 레이어 및 상기 제 2 레이어 중 적어도 하나인 것인 반도체 발광소자.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제 2 패턴은,
    V-그루브(groove) 형태, 트랜치(Trench) 형태 및 렌즈(Lens) 형태 중 적어도 하나의 형태가 기결정된 간격으로 배열되어 있는 패턴인 것인 반도체 발광 소자.
  13. 삭제
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