KR20120029174A - Quantun dot light emitting device - Google Patents

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KR20120029174A
KR20120029174A KR1020100091105A KR20100091105A KR20120029174A KR 20120029174 A KR20120029174 A KR 20120029174A KR 1020100091105 A KR1020100091105 A KR 1020100091105A KR 20100091105 A KR20100091105 A KR 20100091105A KR 20120029174 A KR20120029174 A KR 20120029174A
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light emitting
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transport layer
emitting device
quantum dot
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황성원
김정섭
정훈재
손철수
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삼성엘이디 주식회사
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    • H10K2102/101—Transparent electrodes, e.g. using graphene comprising transparent conductive oxides [TCO]

Abstract

PURPOSE: A quantum dot light emitting device is provided to improve internal quantum efficiency by employing a non-polar surface quantum dot light emitting layer as a structure for controlling polarity effects. CONSTITUTION: An electron transport layer(130) is arranged on a substrate(110). The electron transport layer is comprised of a graphene layer in which n-type dopant is doped. The graphene layer comprises one or more graphene sheets. A quantum dot light emitting layer(150) which includes a plurality of quantum dots(152) is arranged on the electron transport layer. A hole transport layer(170) is arranged on the quantum dot light emitting layer. The hole transport layer is comprised of the graphene layer in which p-type dopant is doped.

Description

양자점 발광소자{Quantun dot light emitting device}Quantum dot light emitting device

본 개시는 비극성면 양자점 발광소자에 대한 것이다. The present disclosure relates to a nonpolar plane quantum dot light emitting device.

발광소자(Light Emitting Device; LED)는 화합물 반도체(compound semiconductor)의 PN접합을 통해 발광원을 구성함으로서, 다양한 색의 빛을 구현할 수 있는 반도체 소자를 말한다. 최근, 물리적, 화학적 특성이 우수한 질화물을 이용하여 구현된 청색 LED 및 자외선 LED가 등장하였고, 또한 청색 또는 자외선 LED와 형광물질을 이용하여 백색광 또는 다른 단색광을 만들 수 있게 됨으로써 발광소자의 응용범위가 넓어지고 있다. A light emitting device (LED) refers to a semiconductor device capable of realizing various colors of light by configuring a light emitting source through a PN junction of a compound semiconductor. Recently, blue LEDs and ultraviolet LEDs implemented using nitrides having excellent physical and chemical properties have emerged, and white or other monochromatic light can be produced using blue or ultraviolet LEDs and fluorescent materials, thereby increasing the application range of light emitting devices. ought.

또한, 반도체 산업의 급속한 발전에 따라 개발된 초미세 제조기술은 물질의 크기를 수십 nm 이하로 작게 만드는 것을 가능하게 하고 있으며, 반도체 양자점(quantum dot: QD)의 발광 특성을 이용한 발광소자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 반도체 양자점은 3차원적인 크기가 드브로이 파장의 길이보다 작은 시료의 반도체 물질을 말한다. 반도체 양자점은 수십만개 이상의 전자로 이루어져 있지만, 대부분의 전자들은 원자핵에 견고하게 속박되어 있어 속박되지 않은 자유 전자의 수는 1 내지 100개 정도로 제한된다. 이 경우, 전자들이 가지는 에너지 준위가 불연속적으로 제한되어 연속적인 밴드를 형성하는 벌크(bulk) 상태의 반도체와는 다른 전기적 및 광학적 특성을 나타낸다. 양자점은 크기에 따라 밴드갭을 조절할 수 있어 발광 파장을 조절할 수 있다. In addition, the ultra-fine manufacturing technology developed according to the rapid development of the semiconductor industry makes it possible to reduce the size of the material to several tens of nm or less, and studies on the light emitting device using the light emitting characteristics of the semiconductor quantum dot (QD) Is actively underway. A semiconductor quantum dot refers to a semiconductor material of a sample whose three-dimensional size is smaller than the length of the de Broglie wavelength. Semiconductor quantum dots are made up of hundreds of thousands of electrons, but most electrons are tightly bound to the atomic nucleus, so the number of unbound free electrons is limited to between 1 and 100. In this case, the energy levels of the electrons are discontinuously limited, and thus exhibit electrical and optical characteristics different from those of bulk semiconductors, which form continuous bands. The quantum dot can adjust the band gap according to the size, thereby controlling the emission wavelength.

그러나, 발광소자의 활성층으로 양자점 층을 형성함에 있어서, 양자점의 불규칙한 성장이 문제시된다. 즉, 두께나 수평적인 밀도를 정확하기 조절하기가 여려워 불균일한 표면 프로파일이 나타나는데, 이는 발광특성을 저해하는 요인이된다. However, in forming the quantum dot layer as the active layer of the light emitting device, irregular growth of the quantum dots is a problem. That is, it is difficult to accurately control the thickness or the horizontal density, resulting in an uneven surface profile, which is a factor that hinders the luminescence properties.

본 개시는 비극성면 양자점 발광층을 도입하여, 광추출효율이 향상된 양자점 발광 소자를 제시하고자 한다. The present disclosure proposes a quantum dot light emitting device having improved light extraction efficiency by introducing a nonpolar plane quantum dot light emitting layer.

일 유형에 따르는 발광 소자는 전자수송층; 상기 전자수송층 위에 형성된 것으로, 다수의 양자점을 포함하는 양자점 발광층; 상기 양자점 발광층 위에 형성된 정공수송층;을 포함하며, 상기 다수의 양자점은 상기 양자점 발광층을 가로지르는 방향이 비극성이 되는 결정구조를 갖는 것을 특징으로 한다. A light emitting device according to one type includes an electron transport layer; A quantum dot emission layer formed on the electron transport layer and including a plurality of quantum dots; And a hole transport layer formed on the quantum dot light emitting layer, wherein the plurality of quantum dots has a crystal structure in which a direction crossing the quantum dot light emitting layer is nonpolar.

상기 전자수송층은 n형 도펀트가 도핑된 그래핀층으로 이루어질 수 있으며, 상기 그래핀층은 하나 또는 복수의 그래핀 시트를 포함하여 이루어질 수 있다. The electron transport layer may be formed of a graphene layer doped with an n-type dopant, and the graphene layer may include one or more graphene sheets.

상기 전자수송층은 TiO2, ZrO2, HfO2 등의 금속 산화물, Si3N4을 포함하는 무기물 또는 n형 반도체 중 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다. The electron transport layer may include any one of metal oxides such as TiO 2 , ZrO 2 , HfO 2 , an inorganic material including Si 3 N 4 , or an n-type semiconductor.

상기 정공수송층은 p형 도펀트가 도핑된 그래핀층으로 이루어질 수 있으며, 상기 그래핀층은 하나 또는 복수의 그래핀 시트를 포함하여 이루어질 수 있다. The hole transport layer may be formed of a graphene layer doped with a p-type dopant, and the graphene layer may include one or more graphene sheets.

상기 정공수송층은 PEDOT, PSS, PPV, PVK 등의 전도성 고분자 또는 p형 반도체 중 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다. The hole transport layer may include any one of a conductive polymer such as PEDOT, PSS, PPV, PVK, or a p-type semiconductor.

상기 양자점은 Si계 나노결정, II-VI족계 화합물 반도체 나노결정, III-V족계 화합물 반도체 나노결정, IV-VI족계 화합물 반도체 나노결정 및 이들의 혼합물 중 어느 하나의 나노 결정을 포함하여 이루어질 수 있다. The quantum dot may include nanocrystals of any one of a Si-based nanocrystal, a II-VI compound semiconductor nanocrystal, a III-V compound semiconductor nanocrystal, a IV-VI compound semiconductor nanocrystal, and a mixture thereof. .

상기 전자수송층 및 정공수송층 각각의 일측에는 전자, 정공 주입을 위한 제1전극 및 제2전극이 형성될 수 있다. One side of each of the electron transport layer and the hole transport layer may be formed with a first electrode and a second electrode for electron, hole injection.

상기 제1전극 및 제2전극은 수직형 배치로 형성될 수 있으며, 상기 제1전극 및 제2전극 중 어느 하나는 상기 양자점 발광층에서 생성된 광이 일방향으로 출사되게 반사하는 반사전극으로 구성될 수 있다. The first electrode and the second electrode may be formed in a vertical arrangement, and any one of the first electrode and the second electrode may be configured as a reflective electrode reflecting light emitted from the quantum dot emitting layer in one direction. have.

상기 제1전극 및 제2전극은 메사형 배치로 형성될 수 있으며, 이 경우, 비극성면 사파이어 기판을 더 포함하며, 상기 전자수송층, 양자점 발광층, 정공수송층이 비극성면에 순차 성장된 구조일 수 있다. The first electrode and the second electrode may be formed in a mesa-type arrangement, in this case, further comprises a non-polar surface sapphire substrate, the electron transport layer, the quantum dot light emitting layer, the hole transport layer may be a structure in which the non-polar surface is sequentially grown. .

상기 전자수송층 및 전공수송층의 어느 하나의 일측에는 상기 양자점 발광층에서 생성된 광이 일방향으로 출사되도록 반사하는 반사층이 더 구비될 수 있다. One side of the electron transport layer and the major transport layer may be further provided with a reflective layer for reflecting the light generated in the quantum dot light emitting layer in one direction.

상술한 발광 소자는 극성 효과를 제어하는 구조로서, 비극성면 양자점 발광층을 채용함으로써, 전자, 정공 재결합확률을 높이고 있으며, 내부 양자 효율이 높아진다.The above-described light emitting device has a structure for controlling the polarity effect, and employs a nonpolar plane quantum dot light emitting layer, thereby increasing the electron and hole recombination probability and increasing the internal quantum efficiency.

또한, 이와 함께, 그래핀층을 전자수송층, 정공수송층에 도입함으로써 공정비용을 줄이고, 더욱 높이고 있다. In addition, the graphene layer is introduced into the electron transport layer and the hole transport layer to reduce the process cost and further increase it.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 양자점 발광소자의 대표적인 구성을 보인 개념도이다.
도 2는 육방정계 형상의 결정구조를 예시하여, 비극성면과 극성면을 설명하는 개념도이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 양자점 발광층을 가로지르는 방향이 극성 및 비극성일 때의 밴드갭 에너지 분포를 보인다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 발광소자의 개략적인 구조를 보인다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 양자점 발광소자의 개략적인 구조를 보인다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양자점 발광소자의 개략적인 구조를 보인다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양자점 발광소자의 개략적인 구조를 보인다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>
100, 200, 300, 400, 500...양자점 발광 소자
110, 210, 310...기판 130, 230...전자수송층
150...양자점 발광층 152...양자점
170, 270...정공수송층 181, 281...제1전극
182, 282, 283...제2전극 290...반사층
430...n형 그래핀층 470...p형 그래핀층1 is a conceptual diagram showing a typical configuration of a quantum dot light emitting device according to embodiments of the present invention.
2 is a conceptual diagram illustrating a nonpolar plane and a polar plane by illustrating a crystal structure having a hexagonal shape.
3A and 3B show bandgap energy distributions when the directions across the quantum dot light emitting layers are polar and nonpolar, respectively.
4 shows a schematic structure of a quantum dot light emitting device according to an embodiment of the present invention.
5 shows a schematic structure of a quantum dot light emitting device according to another embodiment of the present invention.
6 shows a schematic structure of a quantum dot light emitting device according to another embodiment of the present invention.
7 shows a schematic structure of a quantum dot light emitting device according to another embodiment of the present invention.
Description of the Related Art [0002]
100, 200, 300, 400, 500 ... Quantum Light Emitting Device
110, 210, 310 ... substrate 130, 230 ... electron transport layer
150 ... quantum dot emitting layer 152 ... quantum dot
170, 270 ... hole transport layer 181, 281 ... first electrode
182, 282, 283 ... Second electrode 290 ... Reflective layer
430 ... n type graphene layer 470 ... p type graphene layer

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings refer to like elements, and the size or thickness of each element may be exaggerated for clarity.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 양자점 발광 소자(100)의 대표적인 구성을 보인 개념도이다. 도 2는 육방정계 형상의 결정구조를 예시하여, 비극성면과 극성면을 설명하는 개념도이다. 도 3a 및 도 3b는 각각 발광층을 가로지르는 방향이 극성 및 비극성일 때의 밴드 에너지 분포를 보인다.1 is a conceptual diagram illustrating a typical configuration of a quantum dot light emitting device 100 according to embodiments of the present invention. 2 is a conceptual diagram illustrating a nonpolar plane and a polar plane by illustrating a crystal structure having a hexagonal shape. 3A and 3B show band energy distributions when the directions across the light emitting layer are polar and nonpolar, respectively.

발광 소자(100)는 전자수송층(130), 전자수송층(130) 위에 형성된 것으로, 다수의 양자점을 포함하는 양자점 발광층(150) 및 양자점 발광층(150) 위에 형성된 정공수송층(170)을 포함한다. 전자수송층(130), 양자점 발광층(150) 및 정공수송층(170)은 소정 기판(110) 상에 형성될 수 있다. 실시예들에서, 양자점 발광층(150)을 구성하는 다수의 양자점(152)은 양자점 발광층(150)을 가로지르는 방향이 비극성이 되는 결정구조를 갖는 것을 특징으로 한다. 양자점 발광층(150)을 가로지르는 방향은 도면에 z 방향으로 표시하고 있다. The light emitting device 100 is formed on the electron transport layer 130 and the electron transport layer 130, and includes a quantum dot light emitting layer 150 including a plurality of quantum dots and a hole transport layer 170 formed on the quantum dot light emitting layer 150. The electron transport layer 130, the quantum dot emission layer 150, and the hole transport layer 170 may be formed on the predetermined substrate 110. In some embodiments, the plurality of quantum dots 152 constituting the quantum dot emitting layer 150 may have a crystal structure in which a direction crossing the quantum dot emitting layer 150 is nonpolar. The direction crossing the quantum dot light emitting layer 150 is indicated in the z direction in the drawing.

양자점 발광층(150)을 이와 같이 구성한 것은 내부 양자 효율을 높이기 위한 것이다. 에피 성장이 비극성면에서 이루어지는 경우와 극성면에서 이루어지는 경우, 광학적 특성에서 차이가 있는데, 도 2 및 도 3을 참조하여, 이를 설명한다. 먼저, 도 2에 예시한 바와 같은 육방정계 형상의 결정 구조에서, 결정의 각 성분들은 길이가 같고 서로 120도의 각을 이루는 3개의 축, [1000], [0100], [0010]과, 3개의 축이 이루는 평면에 수직인 축 [0001]을 기준으로 하여 배열된다. 여기서, 축 [0001]에 수직인 면은 극성면(polar side face)이 되고, c-plane 또는 면(0001)이라고 한다. 축 [1000]과 축 [0100]의 벡터합에 해당하는 a축에 수직인 면은 비극성면(non-polar side face)가 되고, a-plane 또는 면 (1120)이라고 한다. 또한, 축 [1000]과 축 [0010]의 벡터합에 해당하는 m축에 수직인 면도 비극성면(non-polar side face)이 되고, m-plane 또는 면 (1100)이라 한다. The configuration of the quantum dot light emitting layer 150 in this manner is to increase the internal quantum efficiency. In the case where the epitaxial growth is performed in the nonpolar plane and in the polar plane, there is a difference in the optical characteristics, which will be described with reference to FIGS. 2 and 3. First, in the hexagonal crystal structure as illustrated in FIG. 2, each component of the crystal has three axes, [1000], [0100], [0010], and three axes having the same length and forming an angle of 120 degrees to each other. The axis is arranged on the basis of the axis perpendicular to the plane. Here, the surface perpendicular to the axis becomes a polar side (polar side face), and is referred to as c-plane or face (0001). The plane perpendicular to the a-axis corresponding to the vector sum of the axis [1000] and the axis [0100] becomes a non-polar side face, referred to as an a-plane or plane 1120. Also, a non-polar side face perpendicular to the m axis corresponding to the vector sum of the axis [1000] and the axis is referred to as an m-plane or face 1100.

극성면이 c-plane에 성장되는 에피와 비극성면인 a-plane 또는 m-plane에 성장되는 에피는 도 3a 및 도 3b에 나타난 바와 같이, 밴드 에너지 분포 형상에서 차이를 보인다. 도 3a는 극성면에 성장된 에피로서, GaN/InGaN/GaN의 양자우물구조의 밴드 에너지 분포를 보이는데, 자발 분극 Psp가 발광층을 가로지르는 방향, 즉, z방향으로 형성됨에 따라 z=0인 중심 위치에 대해 대칭성이 없는 형태이다. 또한, 전도대와 가전자대의 에너지 피크 위치도 일치하지 않는다. 반면, 도 3b는 비극성면에 성장된 경우로서, 자발 분극 Psp가 z 방향과 수직인 방향으로 형성되고, 발광층을 가로지르는 방향, 즉, z 방향으로는 극성이 없는 형태가 되므로, z=0에 대해 대칭적인 밴드 에너지분포를 보이고, 또한, 전도대와 가전자대의 에너지 피크 위치도 일치한다. 이러한 차이점에 따라, 극성면 성장 에피와 비극성면 성장 에피는 동일한 재질로 양자우물구조를 형성하여도, 밴드갭 에너지가 다르게 나타난다. 또한, 전자, 정공 재결합에 있어서도, 우물층에서 전자, 정공의 공간 분리(space separation) 현상이 나타나는 도 3a의 극성면 성장 구조에 비해, 이러한 현상이 나타나지 않는 도 3b의 비극성면 성장 구조가 전자 정공의 재결합(radiative recombination) 확률이 높아지고, 따라서, 내부 양자 효율도 높아지게 된다. The epitaxial growth of the polar plane on the c-plane and the epitaxial growth of the non-polar plane on the a-plane or m-plane show a difference in the shape of the band energy distribution, as shown in FIGS. 3A and 3B. FIG. 3A shows an epitaxially grown epitaxial layer showing a band energy distribution of a quantum well structure of GaN / InGaN / GaN, where z = 0 as the spontaneous polarization P sp is formed in a direction crossing the light emitting layer, that is, z direction. There is no symmetry with respect to the center position. Also, the energy peak positions of the conduction band and the valence band do not coincide. On the other hand, FIG. 3B illustrates a case in which the spontaneous polarization P sp is formed in a direction perpendicular to the z direction and has no polarity in the direction transverse to the light emitting layer, that is, in the z direction. The band energy distribution is symmetrical with respect to, and the energy peak positions of the conduction band and valence band coincide. According to this difference, even if the polar surface growth epi and the non-polar surface growth epi form a quantum well structure made of the same material, the band gap energy is different. Also, in the electron and hole recombination, the non-polar surface growth structure of FIG. 3B in which electrons and holes are spaced apart from the well layer in comparison with the polar surface growth structure of FIG. 3A does not appear. The probability of radial recombination increases, so that the internal quantum efficiency also increases.

발명자는 이러한 점에 착안하여, 양자점으로 발광층을 구성함에 있어서도, 내부 양자 효율을 높일 수 있는 구조로, 비극성면 성장의 개념을 도입하고 있다.In view of this, the inventor has introduced the concept of non-polar plane growth in a structure that can enhance the internal quantum efficiency even when constituting a light emitting layer with quantum dots.

이하, 보다 구체적인 실시예들을 살펴보기로 한다. Hereinafter, more specific embodiments will be described.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 발광 소자(200)의 개략적인 구조를 보인다. 발광 소자(200)는 기판(210) 상에 순차 형성된 전자수송층(230), 양자점 발광층(150), 정공수송층(270)을 포함한다. 4 shows a schematic structure of a quantum dot light emitting device 200 according to an embodiment of the present invention. The light emitting device 200 includes an electron transport layer 230, a quantum dot light emitting layer 150, and a hole transport layer 270 sequentially formed on the substrate 210.

기판(210)의 재질로는 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC), 사파이어(sapphire), 유리(glass), GaN, LiGaO2, ZrB2, ZnO 또는 (Mn,Zn)FeO4 등이 채용될 수 있으며, 이 외에도, 기판(210) 상에 형성되는 전자수송층(230)의 재질에 알맞은 다양한 물질이 채용될 수 있다. As the material of the substrate 210, silicon (Si), silicon carbide (SiC), sapphire, sapphire, glass, GaN, LiGaO 2, ZrB 2, ZnO, or (Mn, Zn) FeO 4 may be employed. In addition, various materials suitable for the material of the electron transport layer 230 formed on the substrate 210 may be employed.

전자수송층(electron transport layer)(230)은 양자점 발광층(150)에 전자를 전달할 수 있는 다양한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, TiO2, ZrO2, HfO2 등의 금속 산화물들 또는 Si3N4을 포함하는 무기물이 사용될 수 있다. 또는, n형 반도체 재질, 예를 들어, n-AlxGayInzN (x+y+z=1) 등이 사용될 수 있다. 전자수송층(130)은 단층으로 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것이고, 다층막 구성을 가질 수도 있다.The electron transport layer 230 may be formed of various materials capable of transferring electrons to the quantum dot emission layer 150. For example, metal oxides such as TiO 2 , ZrO 2 , HfO 2 , or inorganic materials including Si 3 N 4 may be used. Alternatively, an n-type semiconductor material, for example, n-Al x Ga y In z N (x + y + z = 1) or the like may be used. The electron transport layer 130 is shown as a single layer, but this is exemplary and may have a multilayer film configuration.

양자점 발광층(150)은 도 1에서 설명한 바와 같이, 양자점 발광층(150)을 구성하는 다수의 양자점(152) 들이 발광층을 가로지르는 방향으로 비극성 결정 구조를 갖도록 구성된다. 비극성 결정 구조의 양자점(152)은 비극성면 사파이어 기판을 사용하여 형성할 수 있다. 예를 들어, GaN 기반의 양자점을 형성할 때, GaN 성장면이 a-plane 또는 m-plane이 되도록 하고, 일반적인 양자점과 마찬가지로, 자기조립(self assemble) 방법을 이용한다. 비극성면끼리의 격자상수 불일치(lattice mismatch)에 의한 sk mode 성장을 통해 비극성 결정 구조의 양자점을 형성할 수 있다. 양자점(150)은 전자수송층(230) 상에 직접 형성되거나, 또는, 별개의 기판에서 제조된 후 전자수송층(230) 상에 전사될 수 있다. 전자수송층(230)과 양자점 발광층(150) 사이에는 비극성 구조 형성을 위해 필요한 버퍼층등이 도입될 수도 있다. 양자점 발광층(150)은 다수의 양자점(152)이 단층 구조를 이루는 것으로 도시되고 있으나 이에 한정되지 않으며 복수층 구성이 되는 것도 가능하다. As described with reference to FIG. 1, the quantum dot emission layer 150 is configured such that a plurality of quantum dots 152 constituting the quantum dot emission layer 150 have a nonpolar crystal structure in a direction crossing the emission layer. The quantum dot 152 of the nonpolar crystal structure may be formed using a nonpolar plane sapphire substrate. For example, when forming GaN-based quantum dots, the GaN growth surface is a-plane or m-plane, and as in general quantum dots, a self assemble method is used. The quantum dot of the nonpolar crystal structure can be formed through sk mode growth due to lattice constant mismatch between nonpolar planes. The quantum dot 150 may be directly formed on the electron transport layer 230, or may be manufactured on a separate substrate and then transferred onto the electron transport layer 230. A buffer layer necessary for forming a non-polar structure may be introduced between the electron transport layer 230 and the quantum dot emission layer 150. The quantum dot emission layer 150 is illustrated as forming a single layer structure of a plurality of quantum dots 152, but is not limited thereto.

양자점(152)은 Si계 나노결정, II-VI족계 화합물 반도체 나노결정, III-V족계 화합물 반도체 나노결정, IV-VI족계 화합물 반도체 나노결정 및 이들의 혼합물 중 어느 하나의 나노결정을 포함할 수 있다. II-VI족계 화합물 반도체 나노결정은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HggZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe 및 HgZnSTe로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다. III-V족계 화합물 반도체 나노결정은 GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InAs, GaNP, GaNAs, GaPAs, AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNP, InAlNAs, 및 InAlPAs로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다. IV-VI족계 화합물 반도체 나노결정은 SbTe일 수 있다.The quantum dot 152 may include nanocrystals of any one of Si-based nanocrystals, Group II-VI compound semiconductor nanocrystals, Group III-V compound semiconductor nanocrystals, Group IV-VI compound semiconductor semiconductor crystals, and mixtures thereof. have. Group II-VI compound semiconductor nanocrystals are CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTd, ZgSte, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HggZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, and HgZnSeS Group III-V compound semiconductor nanocrystals are GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InAs, GaNP, GaNAs, GaPAs, AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs , GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNPs, InAlNAs, and InAlPAs can be any one selected from the group consisting of. Group IV-VI compound semiconductor nanocrystals may be SbTe.

정공수송층(hole transport layer)(270)은 양자점 발광층(150)에 정공을 전달할 수 있는 다양한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, PEDOT, PSS, PPV, PVK 등의 전도성 고분자 재질이 사용될 수 있으며, 또는, p형 반도체 재질, 예를 들어, p-AlxGayInzN (x+y+z=1)이 사용될 수 있다. 정공수송층(270)은 단층으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않으며, 다층막 구성일 수도 있다.The hole transport layer 270 may be formed of various materials capable of transferring holes to the quantum dot emission layer 150. For example, a conductive polymer material such as PEDOT, PSS, PPV, PVK, or the like may be used, or a p-type semiconductor material, for example, p-Al x Ga y In z N (x + y + z = 1) This can be used. The hole transport layer 270 is illustrated as a single layer, but is not limited thereto. The hole transport layer 270 may have a multilayer structure.

전자수송층(230) 및 정공수송층(270) 각각의 일측에는 전자, 정공 주입을 위한 제1전극(281) 및 제2전극(282)이 형성되며, 도시된 바와 같이, 정공수송층(270)의 상면에 제1전극(281)이 형성되고, 기판(210)의 하면에 제2전극(282)이 형성될 수 있다. 이러한 전극 구조는 통상 수직형 구조라고 하며, 기판(210)이 전도성 재질일 때, 채용될 수 있다. One side of each of the electron transport layer 230 and the hole transport layer 270 is formed with a first electrode 281 and a second electrode 282 for electron and hole injection, as shown, the upper surface of the hole transport layer 270 The first electrode 281 may be formed on the second electrode 282, and the second electrode 282 may be formed on the bottom surface of the substrate 210. Such an electrode structure is generally referred to as a vertical structure, and may be employed when the substrate 210 is a conductive material.

제1전극(281) 및 제2전극(282) 중 어느 하나는 양자점 발광층(150)에서 생성된 광이 일방향으로 출사되되도록 광을 반사시키기 위해, 반사전극으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 기판(210)의 하면에 마련된 제2전극(182)을 반사전극으로 구성하는 경우, 양자점 발광층(150)에서 생성된 광은 전면(front side)으로 출사되게 된다. 반사전극인 제2전극(282)은 Al, Cu 등과 같은 반사 메탈 소재로 형성될 수 있다. 제1전극(281)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명 전극 소재로 형성될 수 있다. 투명 전극 소재로 된 제1전극(281)과 반사 메탈 소재로 된 제2전극(282)의 위치는 서로 바뀔 수 있다.One of the first electrode 281 and the second electrode 282 may be configured as a reflective electrode to reflect the light so that the light generated in the quantum dot light emitting layer 150 is emitted in one direction. For example, when the second electrode 182 provided on the bottom surface of the substrate 210 is configured as a reflective electrode, the light generated by the quantum dot emission layer 150 is emitted to the front side. The second electrode 282, which is a reflective electrode, may be formed of a reflective metal material such as Al, Cu, or the like. The first electrode 281 may be formed of a transparent electrode material such as indium tin oxide (ITO) or indium zinc oxide (IZO). The positions of the first electrode 281 made of a transparent electrode material and the second electrode 282 made of a reflective metal material may be interchanged.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 양자점 발광소자(300)의 개략적인 구조를 보인다. 발광 소자(300)는 기판(310) 상에 순차 형성된 전자수송층(230), 양자점 발광층(150), 정공수송층(270)을 포함한다. 본 실시예는 제2전극(283)의 배치에서 도 4의 발광 소자(200)와 차이가 있다. 즉, 제2전극(283)은 전자수송층(230)의 상면 일측에 형성되어 있다. 이러한 구조는 통상, 메사 구조라 하는데, 기판(310) 상에 전자수송층(230), 양자점 발광층(150), 정공수송층(270)을 순차 형성한 후, 정공수송층(270)과 양자점 발광층(150)의 영역 일부를 전자수송층(230) 상면 일부가 드러나도록 에칭한 후, 이 영역에 제2전극(283)을 마련하는 것이다.5 shows a schematic structure of a quantum dot light emitting device 300 according to another embodiment of the present invention. The light emitting device 300 includes an electron transport layer 230, a quantum dot light emitting layer 150, and a hole transport layer 270 sequentially formed on the substrate 310. The present embodiment differs from the light emitting device 200 of FIG. 4 in the arrangement of the second electrode 283. That is, the second electrode 283 is formed on one side of the upper surface of the electron transport layer 230. Such a structure is commonly referred to as a mesa structure. The electron transport layer 230, the quantum dot light emitting layer 150, and the hole transport layer 270 are sequentially formed on the substrate 310, and then the hole transport layer 270 and the quantum dot light emitting layer 150 are formed. After etching a portion of the region to expose the upper surface of the electron transport layer 230, a second electrode 283 is provided in this region.

기판(310)이 전도성이 없는 재질인 경우, 이러한 구조가 채용될 수 있으며, 양자점 발광층(150)을 보다 용이하게 형성하기 위해, 기판(310)으로 비극성 사파이어 기판을 사용할 수 있다. 성장면을 비극성면으로 하여 전자수송층(230)을 형성하고, 비극성 결정구조의 양자점(152)을 구비하는 양자점 발광층(150)을 직접 형성할 수 있다.If the substrate 310 is a non-conductive material, such a structure may be employed, and in order to more easily form the quantum dot emitting layer 150, a nonpolar sapphire substrate may be used as the substrate 310. The electron transport layer 230 may be formed using the growth plane as the nonpolar plane, and the quantum dot emission layer 150 including the quantum dot 152 having a nonpolar crystal structure may be directly formed.

기판(310)의 하면에는 메탈 소재의 반사층(290)을 더 형성될 수 있고 이에 따라, 양자점 발광층(150)에서 생성된 광은 전면(front side)으로 출사되게 된다. 반사층(290)의 위치는 기판(310)과 전자수송층(230) 사이의 위치로 변형될 수도 있다.A reflective layer 290 of a metal material may be further formed on the bottom surface of the substrate 310, so that light generated from the quantum dot emission layer 150 is emitted to the front side. The position of the reflective layer 290 may be changed to a position between the substrate 310 and the electron transport layer 230.

이하의 실시예들은 전자수송층, 정공수송층에 그래핀(graphene)을 도입한 것이다. 그래핀 시트(graphene sheet)는 탄소로 이루어진 육방정계(hexagonal) 단층 구조물로서, 우수한 투광성과 특징적인 전하이동 성질에 의해 전자소자 및 광학 분야에서 각광받는 소재이다. 그래핀 시트(sheet)는 이차원 탄도 이동(2-dimensional ballistic transport) 특성을 갖는다. 전하가 물질 내에서 이차원 탄도 이동한다는 것은 산란(scattering)에 의한 저항이 거의 없는 상태로 이동한다는 것을 의미한다. 따라서 그래핀 시트내에서 전하의 이동도(mobility)는 매우 높고, 그래핀 시트는 매우 낮은 비저항을 갖는다. 이와 같이, 순수한 상태의 그래핀 시트는 밴드갭이 0인 금속으로 동작하는 한편, 도핑을 이용하여, 밴드갭을 형성할 수 있으며, 이에 따라 반도체 거동이 가능할 것으로 연구되고 있다. 일반적인 반도체에서, 재료의 결정구조에 의해 전도대와 가전자대의 간격이 유한하게 정해지는 것과 달리, 그래핀 시트는 예를 들어, 이중층 그래핀 시트의 대칭성이 변형되는 경우 등, 밴드갭이 변화, 조절될 수 있다. The following embodiments introduce graphene into the electron transport layer and the hole transport layer. Graphene sheet is a hexagonal monolayer structure made of carbon, and is a material that is attracting attention in electronic devices and optical fields due to its excellent light transmittance and characteristic charge transfer properties. Graphene sheets have a two-dimensional ballistic transport property. The movement of two-dimensional ballistics within a material means that the charges move to a state where there is little resistance due to scattering. Thus, the mobility of charge in the graphene sheet is very high, and the graphene sheet has a very low resistivity. As such, the graphene sheet in the pure state operates as a metal having a zero band gap, and can be formed using doping to form a band gap, and thus, a semiconductor behavior is being studied. In general semiconductors, in contrast to the finite spacing between conduction and valence bands due to the crystal structure of the material, the graphene sheet changes and adjusts the band gap, for example, when the symmetry of the bilayer graphene sheet is deformed. Can be.

비극성 양자점과 함께, 반도체 거동의 그래핀을 이용한 발광소자의 구성을 살펴본다.Along with the nonpolar quantum dots, the configuration of a light emitting device using graphene of semiconductor behavior will be described.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양자점 발광소자(400)의 개략적인 구조를 보인다. 양자점 발광소자(400)는 기판(210) 상에 순차 형성된, n형 그래핀층(430), 양자점 발광층(150), p형 그래핀층(470)을 포함한다. 6 shows a schematic structure of a quantum dot light emitting device 400 according to another embodiment of the present invention. The quantum dot light emitting device 400 includes an n-type graphene layer 430, a quantum dot light emitting layer 150, and a p-type graphene layer 470 sequentially formed on the substrate 210.

n형 그래핀층(430)은 하나 또는 복수의 그래핀 시트로 구성되며, n형 도펀트가 도핑되어 이루어진다. 그래핀 시트의 형성은 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD), 기계적 또는 화학적 박리법, 에피택시(epitaxy) 성장법 등으로 형성될 수 있다. n형 도펀트로는 예를 들어, 질소(N), 플루오르(F), 망간(Mn) 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.The n-type graphene layer 430 is composed of one or a plurality of graphene sheets, and is formed by doping an n-type dopant. The graphene sheet may be formed by chemical vapor deposition (CVD), mechanical or chemical exfoliation, epitaxial growth, or the like. As the n-type dopant, for example, nitrogen (N), fluorine (F), manganese (Mn), or the like may be used, but is not limited thereto.

p형 그래핀층(470)은 하나 또는 복수의 그래핀 시트로 구성되며, 여기에, p형 도펀트가 도핑되어 이루어진다. 그래핀 시트의 형성은 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD), 기계적 또는 화학적 박리법, 에피택시(epitaxy) 성장법 등으로 형성될 수 있다. p형 도펀트는 예를 들어, 산소(O), 금(Au), 비스무트(Bi) 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.The p-type graphene layer 470 is composed of one or a plurality of graphene sheets, wherein the p-type dopant is doped. The graphene sheet may be formed by chemical vapor deposition (CVD), mechanical or chemical exfoliation, epitaxial growth, or the like. As the p-type dopant, for example, oxygen (O), gold (Au), bismuth (Bi), or the like may be used, but is not limited thereto.

양자점 발광층(150)은 전술한 실시예들과 마찬가지로, 양자점 발광층(150)을 가로지르는 방향이 비극성이 되는 결정구조를 갖는 양자점(152)들을 포함한다. The quantum dot light emitting layer 150 includes quantum dots 152 having a crystal structure in which a direction crossing the quantum dot light emitting layer 150 is nonpolar, similar to the above-described embodiments.

p형 그래핀층(470)의 상면에는 제1전극(281)이, n형 그래핀층(430)의 하면에는 제2전극(282)이 형성된다. 제2전극(282)은 메탈 소재의 반사전극으로 구성될 수 있다. 제2전극(282)의 위치는 기판(210)의 하면으로 변형될 수 있다.The first electrode 281 is formed on the top surface of the p-type graphene layer 470, and the second electrode 282 is formed on the bottom surface of the n-type graphene layer 430. The second electrode 282 may be formed of a reflective electrode made of metal. The position of the second electrode 282 may be modified to the bottom surface of the substrate 210.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양자점 발광소자(500)의 개략적인 구조를 보인다. 본 실시예는 전극 구조에 있어서 도 6의 실시예와 차이가 있다. 메사형 구조로서, p형 그래핀층(470) 상면에 제1전극(281)이 형성되고, n형 그래핀층(430) 상면에 제2전극(283)이 형성된다. 기판(210)의 하면에 반사층(290)이 더 형성될 수 있다. 7 shows a schematic structure of a quantum dot light emitting device 500 according to another embodiment of the present invention. This embodiment differs from the embodiment of FIG. 6 in the electrode structure. As a mesa structure, the first electrode 281 is formed on the upper surface of the p-type graphene layer 470, and the second electrode 283 is formed on the upper surface of the n-type graphene layer 430. The reflective layer 290 may be further formed on the bottom surface of the substrate 210.

상술한 발광소자(200, 300, 400, 500)들은 발광층에 비극성 양자점을 채용, 및/또는 전자수송층, 정공수송층으로서, 도핑된 그래핀을 채용한 것으로, 예시적인 구조를 설명한 것이며, 이로부터 다양한 변형이 가능하다.The above-described light emitting devices 200, 300, 400, and 500 employ non-polar quantum dots in the light emitting layer, and / or adopt doped graphene as the electron transport layer and the hole transport layer. Modifications are possible.

예를 들어, 레이저 다이오드 방식으로서, 전자수송층, 정공수송층의 양 측에 브래그반사층을 더 도입하여, 소정 공진조건을 만족하는 특정 파장을 증폭 출사하는 구조로 적용될 수 있다. For example, as a laser diode method, a Bragg reflection layer may be further introduced on both sides of the electron transport layer and the hole transport layer to amplify and emit a specific wavelength satisfying a predetermined resonance condition.

또한, 발광소자가 적용되는 용도에 따라 기판이나 전극 구조가 변경될 수 있으며, 예시된 수직형, 수평형 외에, 수직-수평 구조가 사용될 수 있다.In addition, the substrate or the electrode structure may be changed according to the application to which the light emitting device is applied, and in addition to the illustrated vertical and horizontal types, a vertical-horizontal structure may be used.

또한, 박막 품질의 개선이나 발광 효율 향상을 위해 전자수송층, 정공수송층의 재질 변경, 기타 다른 버퍼층의 도입, 그래핀층의 형성에 필요한 버퍼층 도입이 가능할 것이다.In addition, in order to improve the quality of the thin film or improve the luminous efficiency, it may be possible to change the material of the electron transport layer, the hole transport layer, introduce other buffer layers, and introduce a buffer layer necessary for forming the graphene layer.

또한, 발광층에서 생성된 광이 외부로 출사되는 효율을 높이기 위한 다양한 형상의 출사패턴 등을 함께 적용하는 것이 가능할 것이다.In addition, it will be possible to apply a variety of shapes, such as emission patterns to increase the efficiency of the light emitted from the light emitting layer to the outside.

이러한 본원 발명인 양자점 발광소자는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.Such a quantum dot light emitting device of the present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings for clarity, but this is merely exemplary, and those skilled in the art may have various modifications and other equivalent embodiments therefrom. Will understand. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the appended claims.

Claims (14)

전자수송층;
상기 전자수송층 위에 형성된 것으로, 다수의 양자점을 포함하는 양자점 발광층;
상기 양자점 발광층 위에 형성된 정공수송층;을 포함하며,
상기 다수의 양자점은 상기 양자점 발광층을 가로지르는 방향이 비극성이 되는 결정구조를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 소자.Electron transport layer;
A quantum dot emission layer formed on the electron transport layer and including a plurality of quantum dots;
It includes; a hole transport layer formed on the quantum dot light emitting layer,
And the plurality of quantum dots has a crystal structure in which a direction crossing the quantum dot light emitting layer becomes nonpolar. 제1항에 있어서,
상기 전자수송층은 n형 도펀트가 도핑된 그래핀층으로 이루어지는 발광 소자.The method of claim 1,
The electron transport layer is a light emitting device consisting of a graphene layer doped with an n-type dopant. 제2항에 있어서,
상기 그래핀층은 하나 또는 복수의 그래핀 시트를 포함하는 발광 소자.The method of claim 2,
The graphene layer is a light emitting device comprising one or a plurality of graphene sheets. 제1항에 있어서,
상기 전자수송층은
상기 전자수송층은 TiO2, ZrO2, HfO2 등의 금속 산화물, Si3N4을 포함하는 무기물 또는 n형 반도체 중 어느 하나를 포함하여 이루어지는 발광 소자The method of claim 1,
The electron transport layer
The electron transport layer includes a light emitting device including any one of an oxide or a n-type semiconductor including metal oxides such as TiO 2 , ZrO 2 , HfO 2 , and Si 3 N 4 제1항에 있어서,
상기 정공수송층은 p형 도펀트가 도핑된 그래핀층으로 이루어지는 발광 소자.The method of claim 1,
The hole transport layer is a light emitting device consisting of a graphene layer doped with a p-type dopant. 제5항에 있어서,
상기 그래핀층은 하나 또는 복수의 그래핀 시트를 포함하는 발광 소자.The method of claim 5,
The graphene layer is a light emitting device comprising one or a plurality of graphene sheets. 제1항에 있어서,
상기 정공수송층은 PEDOT, PSS, PPV, PVK 등의 전도성 고분자 또는 p형 반도체 중 어느 하나를 포함하여 이루어지는 발광 소자.The method of claim 1,
The hole transport layer is a light emitting device comprising any one of a conductive polymer such as PEDOT, PSS, PPV, PVK or p-type semiconductor. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 양자점은 Si계 나노결정, II-VI족계 화합물 반도체 나노결정, III-V족계 화합물 반도체 나노결정, IV-VI족계 화합물 반도체 나노결정 및 이들의 혼합물 중 어느 하나의 나노 결정을 포함하여 이루어지는 발광 소자.The method according to any one of claims 1 to 7,
The quantum dot is a light emitting device comprising a nano-crystal of any one of Si-based nanocrystals, II-VI-based compound semiconductor nanocrystals, III-V-based compound semiconductor nanocrystals, IV-VI-based compound semiconductor nanocrystals and mixtures thereof . 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자수송층 및 정공수송층 각각의 일측에는 전자, 정공 주입을 위한 제1전극 및 제2전극이 형성되는 발광 소자.The method according to any one of claims 1 to 7,
One side of each of the electron transport layer and the hole transport layer is a light emitting device is formed with a first electrode and a second electrode for electron, hole injection. 제9항에 있어서,
상기 제1전극 및 제2전극은 수직형 배치로 형성되는 발광 소자.10. The method of claim 9,
The first electrode and the second electrode is a light emitting device formed in a vertical arrangement. 제10항에 있어서,
상기 제1전극 및 제2전극 중 어느 하나는 상기 양자점 발광층에서 생성된 광이 일방향으로 출사되게 반사하는 반사전극으로 구성되는 발광 소자.The method of claim 10,
One of the first electrode and the second electrode is a light emitting device consisting of a reflective electrode for reflecting the light generated in the quantum dot light emitting layer in one direction. 제9항에 있어서,
상기 제1전극 및 제2전극은 메사형 배치로 형성되는 발광 소자.10. The method of claim 9,
The first electrode and the second electrode of the light emitting device is formed in a mesa arrangement. 제12항에 있어서,
비극성면 사파이어 기판을 더 포함하며,
상기 전자수송층, 양자점 발광층, 정공수송층이 비극성면에 순차 성장된 발광 소자. The method of claim 12,
Further comprising a nonpolar side sapphire substrate,
A light emitting device in which the electron transport layer, the quantum dot light emitting layer, the hole transport layer is sequentially grown on a non-polar surface. 제12항에 있어서,
상기 전자수송층 및 전공수송층의 어느 하나의 일면의 일측에는
상기 양자점 발광층에서 생성된 광이 일방향으로 출사되도록 반사하는 반사층이 더 구비된 발광 소자.The method of claim 12,
On one side of any one surface of the electron transport layer and the major transport layer
The light emitting device further comprises a reflective layer for reflecting light emitted from the quantum dot light emitting layer in one direction.
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