| 초록 |
GaN 및 관련 화합물을 기반으로 한 고체 상태 조명은 지난 수십년 간 성공적으로 개발되어 상용화에 이르고 있다. 최근에는 이러한 GaN를 대체할만한 차세대 발광 다이오드를 위한 새로운 종류의 무기 반도체 후보 물질을 찾는 연구가 많이 수행되고 있으며, 이에 대한 대표적인 후보군으로 ZnO가 많은 관심을 받고 있다. ZnO는 넓은 직접 천이형 밴드갭 (3.37 eV)과 60 meV의 큰 엑시톤 (exciton) 결합 에너지를 가지고 있을 뿐만 아니라, 금속 산화물 기반이기에 저렴하고 인체에 무해하며, 저온 용액 공정을 통하여 다양한 형상으로 쉽게 합성이 가능한 이점으로 인해 발광 다이오드 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 하지만 ZnO는 격자 내부에 존재하는 고유의 산소 공공 donor 결함으로 인하여 p형 전도성을 갖기 힘들고, 이 때문에 p/n 동종 접합 형성이 쉽지 않아 LED 응용에 제한적인 단점이 있다. 이를 극복하기 위해, 다른 p형 무기 재료들을 통한 p/n-ZnO 이종 접합 발광 다이오드에 대한 연구가 많이 수행되고 있다. 본 연구에서는 발광 다이오드의 p형 재료로 우수한 p형 특성을 보이며 ZnO와 마찬가지로 직접 천이형 밴드갭 (2.95 eV)과 58 meV의 큰 엑시톤 (exciton) 결합 에너지를 가지고 있는 CuI를 이용하였다. ITO 기판 위에 필름형태의 p형 CuI를 Cu 금속 박막의 아이오딘화 반응을 이용하여 형성하고 그 상부에 저온 용액 공정으로 합성된 양자점 형태의 n형 ZnO를 스핀 코팅하여 p/n 이종 접합 보라색 발광 다이오드를 제작하고 특성을 평가하였다. p형 CuI 필름의 형상은 scanning electron microscope (SEM)을 통해, n형 ZnO 양자점의 형상은 transmission electron microscope (TEM)을 통해 확인하였고, 결정학적인 특성은 X-ray diffraction (XRD) 분석을 통해 평가하였다. 또한, CuI 필름 및 ZnO 양자점의 광학적인 특성은 photoluminescence (PL)와 UV-Vis-NIR spectroscopy를 통해 평가하였으며, 이들의 화학적 조성은 X-ray photoelectron spectra (XPS)를 이용하여 분석하였다. 소자 제작 공정의 각 단계는 SEM을 이용해 확인하였으며, 최종적으로 제작된 보라색 발광 다이오드의 전기적·광학적 특성은 전류-전압 (I-V) 측정 및 electroluminescence (EL) 측정, 그리고 charge coupled device (CCD)를 이용한 이미지 관측을 통해 평가하였다. |
