산화아연 sol-gel 패터닝 공정을 통한 질화물계 발광다이오드의 광추출효율 향상 연구

질화물계 발광다이오드는 소비전력이 낮고 발광효율이 높은 조명용 반도체소자로서 다양한 분야에 적용되고 있으나 질화갈륨 반도체 층 및 외부 공기와의 계면에서 발생하는 전반사로 인하여 광추출특성이 매우 낮은 문제점이 있다. 이를 해결하기 위하여 다양한 연구가 진행되고 있으며 투명전극 또는 p형 질화갈륨 층에 주기적인 나노 패턴을 형성하고 이에 따른 난반사 효과를 통해 전반사를 억제시키는 연구가 주로 진행되고 있다. 현재까지의 연구에서 발광다이오드의 광추출향상을 위한 나노 패턴은 플라즈마 식각공정을 통하여 형성되었지만 플라즈마 데미지에 의해 소자의 전기적 특성이 저하되는 문제점이 있었다. 본 연구에서는 플라즈마 식각 공정이 요구되지 않는 sol-gel 임프린팅 공정을 이용하여 발광다이오드의 ITO 투명전극 위에 산화아연 나노 패턴을 직접 형성하였다. Sol 솔루션은 에탄올에 zinc acetate dihydrate와 diethanolamine을 희석하여 제작하였고 이를 스핀코팅 방법을 통해 발광다이오드의 ITO 투명전극 층 위에 도포하였다. 이 후, 고 투습성의 PDMS (Polydimethylsiloxane) 몰드를 이용하여 $190^{\circ}C$에서 임프린팅을 진행하였고 이 과정에서 대부분의 솔벤트(에탄올)는 PDMS 몰드로 흡수되어 임프린팅 후에는 나노 패턴이 형성된 산화아연 gel 박막을 얻을 수 있었다. 최종적으로 $500^{\circ}C$에서 1시간 동안 열처리 하여 발광다이오드의 ITO 투명전극 위에 산화아연 나노 패턴을 형성하였다. 나노임프린팅 기반의 직접 패터닝 공정을 통하여 형성된 산화아연 패턴 층을 XRD 측정을 통해 결정성을 분석하였고 형성된 패턴의 형상을 SEM을 통해 확인하였다. 또한, 산화아연 패턴 유무에 따른 발광다이오드 소자의 광추출효율 비교를 위해 electroluminescence를 측정하였으며, 소자의 전기적 특성은 I-V 측정을 통해 분석하였다.