KR101695761B1

KR101695761B1 - Flexible light emitting device and method of manufacturing the same

Info

Publication number: KR101695761B1
Application number: KR1020150089223A
Authority: KR
Inventors: 허준석; 박영서
Original assignee: 아주대학교산학협력단
Priority date: 2015-06-23
Filing date: 2015-06-23
Publication date: 2017-01-12
Also published as: KR20170000231A

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.A method of manufacturing a flexible light emitting device according to the technical idea of the present invention includes the steps of forming a sacrificial layer on a substrate, growing a plurality of nanowires made of an inorganic semiconductor layer on the sacrificial layer, Forming a first electrode layer on the first electrode layer, combining the first electrode layer and the flexible substrate, removing the sacrificial layer to separate the substrate from the plurality of nanowires, and removing the substrate and the sacrificial layer from the plurality of nanowires And forming a second electrode layer on the second electrode layer.

Description

유연 발광 소자 및 그 제조 방법{FLEXIBLE LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a flexible light emitting device,

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.Technical aspects of the present invention relate to a flexible light emitting device and a method of manufacturing the same. More particularly, the technical idea of the present invention relates to a flexible light emitting device including a nanowire made of an inorganic semiconductor layer and a method of manufacturing the same.

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.With the recent development of smart devices, demand for wearable devices has increased, and research on flexible light emitting devices, which are indispensable for the realization of wearable devices, has been actively conducted. Among the flexible light emitting devices, organic light emitting devices based on organic semiconductors have been studied. Such biasing phenomenon is caused by a process constraint that it is difficult to directly grow an inorganic semiconductor, which requires a high temperature environment during growth, on a polymer-based flexible substrate. However, since flexible light emitting devices based on organic semiconductors are vulnerable to humidity and temperature, there is an increasing demand for inorganic light emitting devices based on inorganic semiconductors capable of ensuring stable performance without being influenced by a driving environment. And research for solving constraints on one process has been expanded.

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.Technical Solution According to the technical idea of the present invention, a flexible light emitting device and a method of manufacturing the same provide a flexible light emitting device based on an inorganic semiconductor having stable characteristics.

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.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a flexible light emitting device, including: forming a sacrificial layer on a substrate; Growing a plurality of nanowires made of an inorganic semiconductor layer on the sacrificial layer; Forming a first electrode layer on the plurality of nanowires; Coupling the first electrode layer and the flexible substrate; Removing the sacrificial layer to separate the substrate from the plurality of nanowires; And forming a second electrode layer on the substrate and the plurality of nanowire surfaces from which the sacrificial layer is removed.

일부 실시예에서, 상기 희생층은, 상기 무기 반도체층에 대해 높은 식각 선택비를 가질 수 있다.In some embodiments, the sacrificial layer may have a high etch selectivity to the inorganic semiconductor layer.

일부 실시예에서, 상기 복수의 나노 와이어를 성장시키는 단계는, 상기 복수의 나노 와이어를 상기 희생층의 상면으로부터 직접(directly) 성장시킬 수 있다.In some embodiments, growing the plurality of nanowires may directly grow the plurality of nanowires from an upper surface of the sacrificial layer.

일부 실시예에서, 상기 복수의 나노 와이어를 성장시키는 단계는, 상기 복수의 나노 와이어와 상기 희생층 사이에 질화층을 형성하지 않을 수 있다.In some embodiments, growing the plurality of nanowires may not form a nitride layer between the plurality of nanowires and the sacrificial layer.

일부 실시예에서, 상기 복수의 나노 와이어는, 상기 희생층 상에서 상기 기판의 결정 배향과 무관한 임의의 배향(random orientation)으로 성장될 수 있다.In some embodiments, the plurality of nanowires may be grown on the sacrificial layer in any orientation that is independent of the crystal orientation of the substrate.

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.In some embodiments, the method for fabricating the flexible light emitting device further includes forming an insulating layer between the plurality of nanowires before the step of forming the first electrode layer after the step of growing the plurality of nanowires .

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.In some embodiments, coupling the first electrode layer and the flexible substrate comprises: forming a first adhesive metal layer on the first electrode layer; Forming a second adhesive metal layer on the flexible substrate; And pressing the first adhesive metal layer and the second adhesive metal layer against each other.

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.In some embodiments, the first adhesive metal layer and the second adhesive metal layer may each comprise an Au layer, and the Au layer of the first adhesive metal layer and the Au layer of the second adhesive metal layer may be in contact have.

일부 실시예에서, 상기 가압하는 단계는, 150 ℃ 내지 250 ℃의 온도에서 수행될 수 있다.In some embodiments, the pressing step may be performed at a temperature of from 150 캜 to 250 캜.

일부 실시예에서, 상기 기판을 분리시키는 단계는, 식각 공정을 통해 상기 희생층을 제거할 수 있다.In some embodiments, separating the substrate may remove the sacrificial layer through an etching process.

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.According to another aspect of the present invention, there is provided a flexible light emitting device including: a flexible substrate; A first electrode layer formed on the flexible substrate; A plurality of nanowires formed on the first electrode layer; And a second electrode layer formed on the plurality of nanowires, wherein each of the plurality of nanowires has an arbitrary crystal orientation.

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. Since the flexible light emitting device according to the technical idea of the present invention includes nanowires made of an inorganic semiconductor layer, it can be more effectively applied to a wearable device without being restricted by environmental constraints such as humidity and temperature.

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. According to the manufacturing method of a flexible light emitting device according to the technical idea of the present invention, the nanowire and the flexible substrate are subjected to cold-weld bonding, so that they can be processed at a relatively low temperature, . In addition, since the separation process of the substrate is performed by the etching process of the sacrifice layer, the nanowire is not damaged and the stable performance can be maintained without the direct action on the surface of the nanowire.

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.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS A brief description of each drawing is provided to more fully understand the drawings recited in the description of the invention.
1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a flexible light emitting device according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A to 2I are cross-sectional views illustrating a method of fabricating a light emitting device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
3 is a Scanning Electron Microscopy (SEM) image showing a cross-section of the flexible light emitting device in the manufacturing step of FIG. 2B.
4 (a) is an image of a transmission electron microscope (TEM) showing a sacrificial layer and a nanowire, and FIG. 4 (b) is an image of a sacrificial layer and a nanowire by using an X-ray spectroscopy. The distribution of material in
5 is an image showing a flexible light emitting device manufactured by the manufacturing method of Figs. 1 to 2H.

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.While the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and similarities. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

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.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following description of the present invention, detailed description of known related arts will be omitted when it is determined that the gist of the present invention may be unnecessarily obscured. In addition, numerals (e.g., first, second, etc.) used in the description of the present invention are merely an identifier for distinguishing one component from another.

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.Also, in this specification, when an element is referred to as being "connected" or "connected" with another element, the element may be directly connected or directly connected to the other element, It should be understood that, unless an opposite description is present, it may be connected or connected via another element in the middle.

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.It should be noted that the terms such as " unit, "" to, "" Or a combination of hardware and software.

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.It is to be clarified that the division of constituent parts in this specification is merely a division by each main function of each constituent part. That is, two or more constituent parts to be described below may be combined into one constituent part, or one constituent part may be divided into two or more functions according to functions that are more subdivided. In addition, each of the constituent units described below may additionally perform some or all of the functions of other constituent units in addition to the main functions of the constituent units themselves, and that some of the main functions, And may be carried out in a dedicated manner.

이하, 본 발명의 실시예들을 차례로 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

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.1 is a flowchart showing a method of manufacturing a flexible light emitting device according to an embodiment of the present invention. FIGS. 2A to 2I are cross-sectional views illustrating a method of fabricating a light emitting device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

도 1 및 도 2a를 참조하면, 기판(11) 상에 희생층(13)을 형성할 수 있다(S101). Referring to FIGS. 1 and 2A, a sacrificial layer 13 may be formed on a substrate 11 (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. The substrate 11 may be a crystalline silicon (Si) substrate, but is not limited thereto. The substrate 11 may be formed of a variety of substrates such as a semiconductor substrate such as silicon (Si), germanium (Ge), gallium arsenide (GaAs), gallium phosphide (GaP), sapphire substrate, glass, have. In addition, the material of the substrate 11 may be crystalline, polycrystalline, or amorphous.

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.The substrate 11 may be selected independently of the material or orientation of the desired nanowire 15 of FIG. 2B. In general, the orientation of the nanowires formed directly on the substrate 11 may be determined according to the orientation of the substrate 11. [ However, when the nanowire 15 grows from the sacrificial layer 13 formed on the substrate 11 according to the technical idea of the present invention, the orientation of the nanowire 15 is located at the bottom of the sacrificial layer 13 Can be grown to have a random orientation regardless of the orientation of the substrate 11. Accordingly, the substrate 11 can be selected independently of the nanowires 15. [ A detailed description will be given later with reference to Fig. 2B.

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.A sacrificial layer 13 may be formed on the substrate 11. The sacrificial layer 13 may have a high etch selectivity with respect to the inorganic semiconductor constituting the nanowire 15 described later. Accordingly, only the sacrificial layer 13 can be selectively removed in the separation step S113 described below with reference to FIGS. 1 and 2H.

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.The sacrificial layer 13 may be amorphous silicon oxide (SiO), but is not limited thereto. For example, the sacrificial layer 13 may be made of silicon nitride (SiN), silicon oxynitride (SiON), or the like.

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.In some embodiments, the sacrificial layer 13 may be formed by a wet oxidation process at a high temperature. At this time, the sacrificial layer 13 may be formed at a temperature higher than the temperature at which the nanowire 15 of FIG. 2B is grown. Accordingly, the sacrificial layer 13 can maintain a stable structure even in a subsequent process of forming the nanowires 15, and it is possible to prevent the chamber from being contaminated by the desorbed material from the sacrificial layer 13 . In some embodiments, the sacrificial layer 13 is formed at about 900 캜 on the substrate 11, and the nanowire 15 may be formed at about 800 캜. In some embodiments, the sacrificial layer 13 may be formed to a thickness of about 200 nm.

도 1 및 도 2b를 참조하면, 희생층(13) 상에서 무기(inorganic) 반도체층으로 이루어진 나노 와이어(nanowire)(15)를 성장시킬 수 있다(S103). Referring to FIGS. 1 and 2B, a nanowire 15 made of an inorganic semiconductor layer may be grown on the sacrificial layer 13 (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. The nanowires 15 may be in the form of pn junctions to emit light. Accordingly, the nanowire 15 includes a first region 15A doped with a first type, a second region 15C doped with a second type opposite to the first type, and a second region 15C doped with the first region 15A And an active region 15B between the first region 15C and the second region 15C. For example, the first region 15A may be doped with an n-type and the second region 15C may be doped with a p-type. Conversely, the first region 15A may be doped with a p- And the first region 15A may be doped with n-type.

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. The nanowires 15 may be formed on the sacrificial layer 13 to form a light emitting layer. The light emitting layer composed of the nanowires 15 may be more resistant to bending stress than the thin film light emitting layer. Therefore, in the light emitting layer composed of the nanowires 15, increase in resistance due to warping on the flexible substrate 23 can be suppressed, and round recovery can be effectively performed.

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.In particular, the nanowire 15 according to the technical idea of the present invention is composed of an inorganic semiconductor layer, and can be very strong against humidity and temperature stress as compared with a nanowire based on an organic semiconductor. Therefore, the flexible light emitting device including the nanowire 15 made of an inorganic semiconductor layer can maintain a stable performance without being limited to a driving environment.

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.In some embodiments, the nanowires 15 may be made of gallium nitride (GaN) or zinc oxide (ZnO) based semiconductor materials. For example, when the nanowire 15 is made of a GaN-based semiconductor material, the first region 15A is made of n-AlxGayInzN (x + y + z = 1) Lt; RTI ID = 0.0 > p-AlxGayInzN. &Lt; / RTI > The active region 15B may be a single or multiple quantum well structure formed by periodically changing x, y, and z values in AlxGayInzN to adjust the band gap. When the nanowire 15 is made of a ZnO-based semiconductor, the first region 15A is made of n-MgxZnyO (x + y = 1), and the second region 15C is made of p-MgxZnyO Lt; / RTI > The active region 15B may have a single or multiple quantum well structure in which x and y values are periodically changed in Mg x Zn y O to adjust the band gap.

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. The nanowires 15 may be grown on the sacrificial layer 13 to have a random orientation regardless of the crystal orientation of the substrate 11.

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.In general, the orientation of the nanowires formed directly on the substrate 11 can be determined according to the orientation of the substrate 11. [ However, when the nanowires 15 directly grow from the sacrificial layer 13 formed on the substrate 11 in accordance with the present invention, the orientation of the nanowires 15 may be such that the lower portion of the sacrificial layer 13 Regardless of the orientation of the substrate 11 placed on the substrate 11. For example, when comparing the case where the orientation of the substrate 11 is (100) or (111), in both cases, the plurality of nanowires 15 have arbitrary orientation and no significant difference occurs .

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.The orientation of the nanowires 15 may be affected by the roughness of the sacrificial layer 13. For example, the plurality of nanowires 15 may have different orientations depending on the roughness of the surface of the sacrificial layer 13 where each nanowire is located.

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. Also, the orientation of the nanowires 15 may be affected by the growth temperature. The degree of inclination of the nanowire 15 from a direction perpendicular to the upper surface of the sacrificial layer 13 gradually decreases from a high temperature to a low temperature, May have an orientation perpendicular to the top surface of the sacrificial layer (13). Specifically, the growth temperature of the nanowires 15 may affect the width, the vertical length, and the number per unit area of the horizontal section of the nanowires 15. For example, the uniformity of the width of the horizontal cross section and the uniformity of the vertical length between the nanowires 15 become larger as the growth temperature goes lower, and the number of the nanowires 15 per unit area becomes larger and the density becomes higher. Most of the nanowires 15 may have an orientation perpendicular to the top surface of the sacrificial layer 13 because the nanowire 15 density affects between the adjacent nanowires 15.

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.That is, when the growth temperature of the nanowire 15 is high, the orientation of the plurality of nanowires 15 is affected by the roughness of the surface of the sacrificial layer 13 to have an arbitrary orientation, The nanowire 15 may have an orientation perpendicular to the upper surface of the sacrificial layer 13 due to the influence of the density of the nanowires 15.

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.The nanowire 15 may be formed by Molecular Beam Epitaxy (MBE), but is not limited thereto. In some embodiments, the nanowires 15 may be formed by metal-organic vapor phase epitaxy (MOVPE) or metal nanoparticles such as iron (Fe), gold (Au), and nickel (Ni) A Vapor-Liquid-Solid (VLS) method used as a growth catalyst, and the like.

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. The flexible light emitting device including the nanowires 15 may have a low driving voltage. Generally, a light emitting device including a silicon substrate and a nanowire formed on the silicon substrate has a high driving voltage by an amorphous silicon nitride layer formed at an interface between the nanowire and the silicon substrate.

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.In contrast, according to the technical idea of the present invention, since the nanowire 15 is directly formed on the sacrifice layer 13, a silicon nitride layer for increasing the driving voltage may not be formed on the lower surface of the nanowire 15 . Accordingly, the flexible light emitting device including the nanowire 15 may have a low driving voltage. This will be described later with reference to FIG.

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. Although the nanoscale light emitting structure growing from the top surface of the sacrificial layer 13 on the substrate 11 has been described with the term "nanowire" 15, the technical idea of the present invention is not limited to the above expression Do not. In some embodiments, the nanowire 15 may be a nanostructure, such as a nanorod, a nanotube, or a nanocable.

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. Referring to FIGS. 1 and 2C, an insulating layer p17 may be formed between the nanowires 15 (S105). At this time, the insulating layer p17 may be formed to cover the upper surfaces of the nanowires 15.

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. The insulating layer p17 may be formed by a spin-coating process. The insulating layer p17 may fill the space between the nanowires 15 and may be applied so that the top surfaces of the nanowires 15 are planarized.

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. The insulating layer p17 may electrically isolate the nanowires 15 from each other and mechanically protect the nanowires 15 from external impacts. The insulating layer p17 may be a transparent insulating resin such as a polymer, for example, a silicone resin or an epoxy resin.

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.Although not shown, before forming the insulating layer p17, the surface of the periphery of the nanowire 15 may be passivated. This is to prevent a current supplied through the electrode layer from flowing to the surface of the nanowire 15 to lower the luminous efficiency. The passivation process may protect the nanowires 15 from electrical and chemical impacts. In some embodiments, the passivation process can be used to oxidize the surface of the nanowire 15, or the like.

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.Referring to FIGS. 1 and 2D, an upper portion of the resultant product of FIG. 2C is removed (E1) so that the upper surface of the nanowire 15 is exposed (S107). At this time, the upper portion of the insulating layer p17 and the upper portion of the second region 15C of the plurality of nanowires 15 can be removed. Accordingly, the upper surface of the insulating layer 17 and the upper surfaces of the plurality of nanowires 15 may be at the same level with respect to the sacrificial layer 13. However, the present invention is not limited thereto. The upper surface of the insulating layer 17 and the upper surfaces of the plurality of nanowires 15 may be at different levels with respect to the sacrificial layer 13.

상기 제거 공정은 반응성 이온 식각 공정(Reactive Ion Etching; RIE)을 이용하는 건식 식각 공정일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The removal process may be a dry etching process using reactive ion etching (RIE), but is not limited thereto.

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. Referring to FIGS. 1 and 2E, the first electrode layer 19 may be formed on the upper surface of the exposed nanowire 15 and the insulating layer 17 (S109). The first electrode layer 19 may be an ohmic contact layer directly connected to the second region 15C of the nanowire 15.

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.In some embodiments, the first region 15A may be doped with an n-type and the second region 15C may be doped with a p-type. In this case, the first electrode layer 19 connected to the second region 15C may be a p-type Ohmic contact layer, and a Ni (Ni) layer and a gold (Au) Lt; / RTI > After the deposition process, the annealing process may be performed at about 500 DEG C for about 1 minute in a nitrogen atmosphere.

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.In some embodiments, the first electrode layer 19 may be a single layer or a multilayer structure and may include at least one of a highly conductive metal layer, such as silver (Ag), aluminum (Al), copper (Cu) have.

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.Referring to FIGS. 1, 2F, and 2G, the first electrode layer 19 and the flexible substrate 23 are welded to each other in order to bond the resultant of FIG. 2E onto the flexible substrate 23 (S111). The cold-welding is a method in which two metal surfaces are pressed against each other by welding, so that both metals can be bonded even at a relatively low temperature.

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. First, a first adhesive metal layer 21A is formed on the first electrode layer 19 and a second adhesive metal layer 21B is formed on the flexible substrate 23. Subsequently, the surface of the first adhesive metal layer 21A and the surface of the second adhesive metal layer 21B are pressed against each other so that the first and second metal layers 21A and 21B are welded to each other. In this case, the pressure can be increased to about 4 MPa at about 200 DEG C, but is not limited thereto.

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.The first and second adhesive metal layers 21A and 21B may be an Au layer, but the present invention is not limited thereto. In some embodiments, the first and second adhesive metal layers 21A and 21B may be of a structure in which a chromium (Cr) layer and an Au layer are sequentially deposited to a thickness of about 50 nm and about 100 nm, respectively. At this time, the Au layer in the first adhesive metal layer 21A and the Au layer in the second adhesive metal layer 21B may be in contact with each other at the time of welding.

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.A single metal layer 21 composed of the first and second adhesive metal layers 21A and 21B may be formed by cold-welding the first adhesive metal layer 21A and the second adhesive metal layer 21B. Although the single metal layer 21 is formed by bonding two layers, it can be rigid enough to be difficult to distinguish from a single bulk metal layer in terms of structural or electrical connection.

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. The flexible substrate 23 may be, for example, polyester, polyimide, or very thin plastic. In general, the polyester as the material of the flexible substrate 23 has a glass temperature of about 70 캜, so eutectic bonding formed under high temperature conditions may be difficult to apply. Polyimide, another flexible substrate 23 material, also has a low vitrification temperature of about 254 ° C to about 326 ° C, making it difficult to use high temperature bonding methods.

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.The cold welding can prevent the deformation of the flexible substrate 23 even when applied to the flexible substrate 23 having a comparatively low vitrification temperature, ), Diffusion of materials included in the first electrode layer 19 and the like can be prevented. In addition, since a separate adhesive layer is not included in the cold-welding, the flexible light-emitting device completed by cold-welding may be light in weight. In addition, the interface between the cold-welded layers may be so rigid that it is difficult to distinguish them from other regions, and the defects may be small.

도 1 및 도 2h를 참조하면, 희생층(13)을 제거하여 나노 와이어(15)로부터 기판(11)을 분리할 수 있다(S113). Referring to FIGS. 1 and 2H, the sacrificial layer 13 may be removed to separate the substrate 11 from the nanowire 15 (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.The separation process may be performed by selectively removing the sacrificial layer 13 between the nanowire 15 and the substrate 11 through a wet etching process.

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.In some embodiments, the sacrificial layer 13 may comprise silicon oxide. In this case, if the resultant of Fig. 2G is immersed in a diluted HF solution (or acetone added HF solution), the sacrificial layer 13 ) May be selectively laterally etched by the hydrofluoric acid solution. Accordingly, the substrate 11 can be separated from the nanowires 15 supported by the flexible substrate 23. [

한편, 상기 분리 공정은 상기 희생층(13)을 건식 식각 공정을 통해 선택적으로 제거함으로써 수행될 수도 있음은 물론이다.It should be noted that the separation process may be performed by selectively removing the sacrificial layer 13 through a dry etching process.

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. Generally, a chemical-mechanical polishing, a high-energy laser projection, or a method using an etching process can be performed as a lift-off process for separating the growth substrate from the light emitting structure. Chemical mechanical polishing or high energy laser projection methods act directly on the interface between the light emitting structure and the growth substrate, so that the surface of the light emitting structure where separation occurs may be damaged and the electrical characteristics may deteriorate. In addition, the etching process can take a long time because of the volume of the growth substrate.

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.However, since the separation process according to the present invention is performed by the etching process of the sacrificial layer 13 and does not directly act on the surface of the nanowire 15, the nanowire exposed by the separation process 15 may not be damaged. In addition, since the etching process can separate the substrate 11 by etching only the sacrifice layer 13 formed on the substrate 11 rather than the substrate 11 itself, the process time can be shortened have.

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.Referring to FIGS. 1 and 2i, a second electrode layer 25 may be formed on the surface of the nanowire 15 from which the substrate 11 and the sacrificial layer 13 are removed (S115). The second electrode layer 25 may be an ohmic contact layer directly connected to the first region 15A of the nanowire 15.

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. In some embodiments, the first region 15A may be doped with an n-type and the second region 15C may be doped with a p-type. In this case, the second electrode layer 25 connected to the first region 15A may be an n-type ohmic contact layer, and a titanium (Ti) layer and a gold (Au) Lt; / RTI >

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.In some embodiments, the second electrode layer 25 may be a single layer or multilayer structure and may include at least one of a highly conductive metal layer, such as silver (Ag), aluminum (Al), copper (Cu) have.

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. In addition, a transparent electrode layer 27 may be further formed on the second electrode layer 25. The transparent electrode layer 27 may be a transparent conductive oxide (TCO) such as indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), aluminum zinc oxide , And a thin Ni / Au layer.

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.The second electrode layer 25 and the transparent electrode layer 27 may function as a current diffusion layer. The second electrode layer 25 and the transparent electrode layer 27 diffuse the current on the plurality of nanowires 15 and supply a uniform current to the nanowires 15. At this time, the thicker the second electrode layer 25 and the transparent electrode layer 27, the greater the current diffusion effect. In the case of a large-area light emitting device, the necessity of current diffusion is high, and the thickness of the second electrode layer 25 and the thickness of the transparent electrode layer 27 can be selected in consideration of the trade-off relationship between the current diffusion effect and the light extraction efficiency. In some embodiments, the thickness of the transparent electrode layer 27 may be from about 100 nm to about 1 탆.

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.Next, after forming the second electrode layer 25 and the transparent electrode layer 27, the flexible light emitting device according to the technical idea of the present invention can be manufactured by annealing. In this case, the annealing may be performed at about 300 DEG C for about 1 hour in a vacuum, but is not limited thereto.

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. The completed flexible light emitting device comprises a flexible substrate 23, a metal layer 21 formed on the flexible substrate 23 by cold welding, a first electrode layer 19 on the metal layer 21, A plurality of nanowires 15 connected to the one electrode layer 19 and an insulating layer 17 formed between the plurality of nanowires 15 and the plurality of nanowires 15 and the insulating layer 17 A second electrode layer 25 formed on the second electrode layer 25, and a transparent electrode layer 27 formed on the second electrode layer 25.

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.At this time, as described with reference to FIG. 2B, the plurality of nanowires 15 are formed on the sacrificial layer and can have arbitrary crystal orientations, respectively. Since the nanowire 15 made of an inorganic semiconductor layer is bonded to the flexible substrate 11, the flexible light emitting device can have stable performance and an improved flexible effect without being constrained by environmental constraints such as humidity and temperature .

도 3은 도 2b의 제조 단계에 있는 유연 발광 소자의 단면을 나타내는 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscopy; SEM) 이미지이다. 3 is a Scanning Electron Microscopy (SEM) image showing a cross-section of the flexible light emitting device in the manufacturing step of FIG. 2B.

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.Referring to FIG. 3, a sacrificial layer 13 is formed on a substrate 11, and a plurality of nanowires p15 are formed on the sacrificial layer 13 in a vertical direction. According to FIG. 3, the substrate 11 is a crystalline (100) silicon substrate and the sacrificial layer 13 is silicon oxide.

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. As described above, when the growth temperature of the nanowires 15 is high, the orientation of the nanowires 15 is greatly influenced by the roughness of the surface of the sacrificial layer 13, has an arbitrary orientation, The temperature of the nanowire 15 is affected by the density of the nanowires 15 and the orientation of the nanowires 15 may be perpendicular to the upper surface of the sacrificial layer 13. The nanowires p15 in the image of Fig. 3 are formed at a relatively high density, and most of the nanowires p15 have an orientation perpendicular to the top surface of the sacrificial layer 13. Fig.

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. 4 (a) is an image of a transmission electron microscope (TEM) showing a sacrificial layer and a nanowire, and FIG. 4 (b) is an image of a sacrificial layer and a nanowire by using an X-ray spectroscopy. The distribution of material in

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. Referring to FIG. 4 (a), a nanowire 15 is formed on the sacrificial layer 13. The sacrificial layer 13 is silicon oxide (SiO2), and the nanowire 15 is gallium nitride (GaN).

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. 4 (b), the arrow direction (-) corresponds to the arrow direction (↓) in FIG. 4 (a), and the Ga, O, Si, and N, respectively. Looking at the interface between the nanowire 15 from about 0 nm to about 25 nm and the intermediate section from about 25 nm to about 30 nm between the nanowire 15 and the sacrificial layer 13, Ga, O, and Si, the silicon nitride layer is not formed between the nanowire 15 and the sacrificial layer 13. FIG.

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.Accordingly, the silicon nitride layer for increasing the driving voltage may not be formed on the lower surface of the nanowire 15 according to the present invention. That is, the flexible light emitting device including the nanowires 15 may have a low driving voltage.

도 5는 도 1 내지 도 2i의 제조 방법에 의해 제조된 유연 발광 소자를 나타내는 이미지이다.Fig. 5 is an image showing a flexible light emitting device manufactured by the manufacturing method of Figs. 1 to 2i.

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.Since the flexible light emitting device according to the technical idea of the present invention includes the nanowire 15 made of an inorganic semiconductor layer, it can be more effectively applied to a wearable device without being restricted by environmental constraints such as humidity and temperature.

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.In addition, according to the technical idea of the present invention, the nanowire 15 and the flexible substrate 23 are cold-welded to each other so that an inorganic semiconductor layer on which a high temperature process is based and a flexible substrate on which a low temperature process is based, Lt; / RTI > That is, the stable performance of the nanowire 15 made of an inorganic semiconductor layer can be realized also in the flexible substrate 23.

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.Since the separation process of the substrate 11 according to the technical idea of the present invention is performed by the etching process of the sacrifice layer 13 and the nanowire 15 does not act directly on the surface of the nanowire 15, So that stable performance can be maintained.

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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, This is possible.

11: 기판
13: 희생층
15: 나노 와이어
17: 절연층
19: 제1 전극층
21A: 제1 접착 금속층
21B: 제2 접차 금속층
21: 금속층
23: 유연 기판11: substrate
13: sacrificial layer
15: nanowire
17: Insulation layer
19: First electrode layer
21A: first adhesive metal layer
21B: Second interlocking metal layer
21: metal layer
23: flexible substrate

Claims

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 포함하되,
상기 희생층을 형성하는 단계는, 상기 복수의 나노 와이어를 성장시키는 단계에서 상기 복수의 나노 와이어가 성장되는 온도보다 고온에서 상기 희생층을 형성하는, 유연 발광 소자의 제조 방법.
Forming a sacrificial layer on the substrate;
Growing a plurality of nanowires made of an inorganic semiconductor layer on the sacrificial layer;
Forming a first electrode layer on the plurality of nanowires;
Coupling the first electrode layer and the flexible substrate;
Removing the sacrificial layer to separate the substrate from the plurality of nanowires; And
And forming a second electrode layer on the substrate and the plurality of nanowire surfaces from which the sacrificial layer is removed,
Wherein forming the sacrificial layer comprises forming the sacrificial layer at a temperature higher than a temperature at which the plurality of nanowires are grown in the step of growing the plurality of nanowires.

제1 항에 있어서,
상기 희생층은,
상기 무기 반도체층에 대해 높은 식각 선택비를 갖는 것을 특징으로 하는 유연 발광 소자의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The sacrificial layer may include,
Wherein the inorganic semiconductor layer has a high etch selectivity with respect to the inorganic semiconductor layer.

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.
The method according to claim 1,
The step of growing the plurality of nanowires includes:
Wherein the plurality of nanowires are directly grown from an upper surface of the sacrificial layer.

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.
The method according to claim 1,
The step of growing the plurality of nanowires includes:
Wherein a nitride layer is not formed between the plurality of nanowires and the sacrificial layer.

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.
The method according to claim 1,
The plurality of nanowires may include a plurality of nanowires,
Wherein the substrate is grown on the sacrificial layer in a random orientation independent of crystal orientation of the substrate.

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.
The method according to claim 1,
Wherein the step of forming the first electrode layer after the step of growing the plurality of nanowires includes the steps of:
And forming an insulating layer between the plurality of nanowires.

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.
The method according to claim 1,
Wherein the step of bonding the first electrode layer and the flexible substrate comprises:
Forming a first adhesive metal layer on the first electrode layer;
Forming a second adhesive metal layer on the flexible substrate; And
Pressing the first adhesive metal layer and the second adhesive metal layer against each other;
Wherein the first electrode and the second electrode are electrically connected to each other.

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.
8. The method of claim 7,
Wherein the first adhesive metal layer and the second adhesive metal layer each comprise an Au layer,
Wherein the Au layer of the first adhesive metal layer and the Au layer of the second adhesive metal layer are in contact with each other.

제7 항에 있어서,
상기 가압하는 단계는,
150 ℃ 내지 250 ℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 유연 발광 소자의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the pressing step comprises:
Lt; RTI ID = 0.0 > 150 C < / RTI > to < RTI ID = 0.0 > 250 C. < / RTI >

제1 항에 있어서,
상기 기판을 분리시키는 단계는,
식각 공정을 통해 상기 희생층을 제거하는 것을 특징으로 하는 유연 발광 소자의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The step of separating the substrate comprises:
And removing the sacrificial layer through an etching process.

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