发光器件及其制备方法与流程

发光器件及其制备方法
1.本技术要求于2020年5月27日在韩国知识产权局提交的第10
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2020
‑
0063889号韩国专利申请的优先权和权益，该韩国专利申请的全部内容通过引用包含于此。
技术领域
2.本公开的一个或更多个实施例涉及一种发光器件、制备发光器件的方法、包括发光器件的墨组合物以及包括发光器件的设备。


背景技术：

3.发光器件(led)具有高的光转换效率，消耗相对非常少的能量，并且是半永久性的和生态友好的。为了将led用作照明或显示装置，led可以结合在能够将电力施加到led的一对电极之间。将led结合到电极的方法可以被分类为在一对电极上直接地生长led的方法和在单独地生长led之后布置led的方法。在后一方法中，溶液工艺可以用作在电极上输入或布置led的方法。例如，led可以通过使用狭缝涂覆法和/或喷墨印刷法输入或布置在电极上。
4.当iii
‑
v族半导体纳米颗粒用作led材料时，在半导体纳米颗粒的表面上形成绝缘膜时，在半导体化合物与绝缘膜之间的界面处会产生晶格缺陷，从而使led的效率劣化。另外，由于通过使用原子层沉积(ald)工艺涂覆绝缘膜，因此会重复地执行提供绝缘膜的前驱体材料且去除残留物的工艺，因此，薄膜的生长速率会慢，并且制造成本会增加。


技术实现要素：

5.本公开的一个或更多个实施例包括一种具有减少的晶格缺陷和改善的效率的发光器件、制备发光器件的方法、包括发光器件的墨组合物以及包括发光器件的设备。
6.实施例的附加的方面将在下面的描述中部分地阐明，并且部分地将通过描述而清楚，或者可以通过公开的给出的实施例的实践来获知。
7.根据一个或更多个实施例，发光器件可以包括：
8.半导体区域，包括第一半导体层、第二半导体层以及位于第一半导体层与第二半导体层之间的活性层；
9.第一保护层，位于半导体区域的表面的至少一部分上且包括iii
‑
v族化合物；以及
10.第二保护层，位于第一保护层上且包括金属氧化物。
11.根据一个或更多个实施例，制备发光器件的方法可以包括以下步骤：其中，发光器件可以包括：半导体区域，包括第一半导体层、第二半导体层以及位于第一半导体层与第二半导体层之间的活性层；第一保护层，位于半导体区域的表面的至少一部分上；以及第二保护层，位于第一保护层上，
12.在半导体区域的表面的至少一部分上形成包括iii
‑
v族化合物的第一保护层；以及
13.在第一保护层上形成包括金属氧化物的第二保护层。
14.根据一个或更多个实施例，墨组合物可以包括发光器件。
15.根据一个或更多个实施例，设备可以包括发光器件。
附图说明
16.通过下面结合附图的描述，公开的某些实施例的以上和其他方面以及特征将更加清楚，其中，图1是根据实施例的发光器件的示意性剖视图。
具体实施方式
17.现在将更详细地参照实施例，实施例的示例在附图中示出，其中，同样的附图标记始终表示同样的元件。在这方面，本实施例可以具有不同的形式，并且不应被解释为限于在此所阐述的描述。因此，下面通过参照附图仅描述实施例，以解释本说明书的实施例的方面。如在此所使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的一个或更多个的任何组合和所有组合。在整个公开中，表述“a、b和c中的至少一个(种/者)”表示仅a、仅b、仅c、a和b两者、a和c两者、b和c两者、a、b和c全部或它们的变型。
18.由于本公开的主题允许各种改变和许多实施例，因此将在附图中示出且在书面描述中更详细地描述具体实施例。通过参照附图参照本公开的示例实施例，对于本领域普通技术人员而言，实现本公开的实施例的效果、特征和方法将是明显的。然而，本公开的主题可以以许多不同的形式体现，并且不应被解释为限于在此所阐述的实施例。
19.将理解的是，尽管在此可以使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分开。
20.在本说明书中描述的实施例中，以单数使用的表达涵盖复数的表达，除非其在上下文中具有明显不同的含义。
21.在本说明书中，将理解的是，诸如“包括”、“具有”和“包含”的术语旨在说明存在说明书中所公开的特征或组件，并且不旨在排除可以存在或可以添加一个或更多个其他特征或组件的可能性。例如，除非另外限制，否则诸如“包括”或“具有”的术语可以指仅由说明书中描述的特征或组件组成或还包括其他组件。
22.发光器件
23.在下文中，将参照附图描述根据实施例的发光器件和制备发光器件的方法。图1是根据实施例的发光器件的示意性剖视图。
24.发光器件10可以包括半导体区域150，半导体区域150可以包括第一半导体层110、第二半导体层130以及在第一半导体层110与第二半导体层130之间的活性层120。
25.另外，发光器件10可以包括：第一保护层180，在半导体区域150的至少一部分上且包括iii
‑
v族化合物；以及第二保护层190，在第一保护层180上且包括金属氧化物。
26.第一半导体层110、活性层120和第二半导体层130可以在发光器件10的纵向方向上顺序地堆叠。
27.在一些实施例中，第一半导体层110可以包括n型半导体层，第二半导体层130可以包括p型半导体层。半导体层可以包括具有化学式(或经验式)in
x
al
y
ga1‑
x
‑
y
n(其中，0≤x≤1、0≤y≤1，并且0≤x y≤1)的半导体化合物，例如，半导体化合物的示例可以包括gan、aln、algan、ingan、inn、inalgan和alinn。
28.在一些实施例中，第一半导体层110可以掺杂有诸如si、ge和/或sn的n型掺杂剂。
29.在一些实施例中，第一半导体层110可以包括掺杂有n型掺杂剂的gan。
30.在一些实施例中，第二半导体层130可以包括诸如mg、zn、ca、sr和/或ba的p型掺杂剂。
31.在一些实施例中，第二半导体层130可以包括掺杂有p型掺杂剂的gan。
32.在一些实施例中，第一半导体层110可以包括p型半导体，第二半导体层130可以包括n型半导体层。
33.活性层120可以在第一半导体层110与第二半导体层130之间。
34.在一些实施例中，活性层120可以包括单量子阱结构或多量子阱结构。
35.在一些实施例中，当活性层120包括具有多量子阱结构的材料时，活性层120可以具有其中量子层和阱层交替地堆叠的结构。在一些实施例中，活性层120可以具有其中具有高带隙能量的半导体材料和具有低带隙能量的半导体材料交替地堆叠的结构。在一些实施例中，根据发射的光的波长，活性层120可以包括不同的半导体材料。
36.活性层120可以是其中电子和空穴根据通过第一半导体层110和第二半导体层130施加的电信号而复合的区域。当电子和空穴复合时，可以发生从较高能级到较低能级的跃迁，从而发射具有与较高能级与较低能级之间的能量差对应的波长的光。可以无限制地使用活性层120，只要活性层120是可以包括在本领域中用于照明、显示等的led器件中的活性层即可。
37.发光器件10可以包括：第一保护层180，在半导体区域150的至少一部分上且包括iii
‑
v族化合物(例如，包括iii族元素和v族元素的化合物)；以及第二保护层190，在第一保护层180上且包括金属氧化物。
38.在一些实施例中，第一保护层180可以围绕(例如，部分地或完全地围绕)半导体区域150，第二保护层190可以围绕(例如，部分地或完全地围绕)第一保护层180。
39.在一些实施例中，第一保护层180和/或第二保护层190可以围绕半导体区域150的整个外表面或半导体区域150的外表面的部分。
40.第一保护层180可以包括iii
‑
v族化合物(例如，包括iii族元素和v族元素的化合物)。
41.在一些实施例中，包括在iii
‑
v族化合物中的iii族元素可以是硼(b)、铝(al)、镓(ga)、铟(in)或它们的任何组合。
42.在一些实施例中，包括在iii
‑
v族化合物中的v族元素可以是氮(n)、磷(p)、砷(as)、锑(sb)或它们的任何组合。
43.在一些实施例中，iii
‑
v族化合物可以选自于二元化合物、三元化合物和四元化合物，二元化合物选自于由gan、gap、gaas、gasb、aln、alp、alas、alsb、inn、inp、inas、insb和它们的混合物组成的组，三元化合物选自于由ganp、ganas、gansb、gapas、gapsb、alnp、alnas、alnsb、alpas、alpsb、ingap、inalp、innp、innas、innsb、inpas、inpsb和它们的混合物组成的组，四元化合物选自于由gaalnp、gaalnas、gaalnsb、gaalpas、gaalpsb、gainnp、gainnas、gainnsb、gainpas、gainpsb、inalnp、inalnas、inalnsb、inalpas、inalpsb和它们的混合物组成的组。
44.第一保护层180可以在半导体区域150与第二保护层190之间，从而减少晶格缺陷
(例如，减少晶格缺陷的可能性或程度)。因此，发光器件10可以具有改善的发光效率。
45.在一些实施例中，半导体区域150与第一保护层180之间的晶格错配度(或晶格失配度)可以是百分之3(％)或更低，或者例如，1％或更低。
46.在一些实施例中，第一保护层180与第二保护层190之间的晶格错配度可以是5％或更低，或者例如，3％或更低。
47.第二保护层190可以包括金属氧化物。
48.在一些实施方式中，金属氧化物可以包括al2o3、zro2、sio2、tio2、zno或它们的任何组合。
49.在一些实施例中，第二保护层190可以是绝缘层。
50.在一些实施例中，第二保护层190的厚度可以在约50纳米(nm)至约1,000nm的范围内。
51.在一些实施例中，第二保护层190的厚度可以在约10nm至约700nm，例如约20nm至约500nm或例如约50nm至约100nm的范围内。
52.第二保护层190可以通过保护发光器件10的包括半导体区域150的外表面的外表面来防止或减少发光效率的降低。
53.另外，当对第一保护层180和第二保护层190执行纳米棒图案蚀刻工艺时，可以减少发光器件10的表面处的晶格缺陷(例如，可以减少晶格缺陷的可能性或程度)。
54.在一些实施例中，发光器件10可以是各种合适的形状，诸如以圆柱形形状、长方体形状、线或管为例，但是本公开不限于此。在一些实施例中，发光器件10可以是圆柱形形状。
55.发光器件10可以是作为具有纳米级尺寸的发光器件的纳米发光器件(纳米led)，或者是作为具有微米级尺寸的发光器件的微米发光器件(微米led)。
56.例如，发光器件10的直径可以在约0.1微米(μm)至约1μm的范围内，发光器件10的长度可以在约1μm至约10μm的范围内。
57.发光器件10可以发射红光、绿光和/或蓝光。
58.在一些实施例中，第一保护层180可以通过湿化学反应形成。另外，在一些实施例中，第二保护层190可以通过湿化学反应形成。形成第一保护层180和第二保护层190的方法可以通过参照在此提供的形成发光器件10的方法的描述来理解。
59.当使用湿化学反应来形成第一保护层180和/或第二保护层190时，可以减少半导体区域150上的晶格缺陷(例如，可以减少晶格缺陷的可能性或程度)，同时形成保护层，从而改善发光器件10的效率。另外，可以促进控制薄膜的生长速率，从而控制保护层的厚度并改善工艺特性。
60.在一些实施例中，湿化学反应可以是溶胶
‑
凝胶反应。
61.在一些实施例中，发光器件10还可以包括在第一半导体层110上和第二半导体层130下方的荧光材料层、活性层、半导体层和/或电极层。
62.从活性层120产生的光可以穿过发光器件10的外表面和/或侧表面发射。例如，从活性层120发射的光的方向性不限于一个方向。
63.根据一个或更多个实施例，发光器件10还可以包括在第一半导体层110下面的第一电极层和/或在第二半导体层130上的第二电极层。
64.第一电极层和第二电极层可以各自是欧姆接触电极。然而，第一电极层和第二电
极层不限于此，第一电极层和第二电极层可以各自是肖特基接触电极(例如，由半导体和金属的结形成的电极)。第一电极层和第二电极层可以包括例如诸如铝、钛、铟、金和/或银的至少一种金属。包括在第一电极层和第二电极层中的材料可以彼此相同或彼此不同。
65.制备发光器件的方法
66.根据一个或更多个实施例，当发光器件10包括：半导体区域150，包括第一半导体层110、第二半导体层130以及在第一半导体层110与第二半导体层130之间的活性层120；第一保护层180，在半导体区域150的表面的至少一部分上；以及第二保护层190，在第一保护层180上时，制备发光器件10的方法可以包括以下步骤，
67.在半导体区域150的表面的至少一部分上形成包括iii
‑
v族化合物的第一保护层180；以及
68.在第一保护层180上形成包括金属氧化物的第二保护层190。
69.可以通过湿化学反应执行第一保护层180的形成。
70.例如，可以通过溶胶
‑
凝胶反应执行第一保护层180的形成。
71.在一些实施例中，形成第一保护层180可以包括使包括iii族元素的前驱体与包括v族元素的前驱体在包括表面活性剂的溶液中反应。
72.在一些实施例中，形成第一保护层180可以包括以下步骤：
73.工艺(a)：用包括表面活性剂的溶液浸渍其中堆叠有第一半导体层110、活性层120和第二半导体层130的结构，
74.工艺(b)：将包括iii族元素的前驱体添加到溶液，
75.工艺(c)：将包括v族元素的前驱体添加到溶液，并且将溶液加热到约100℃至约400℃的范围内的温度以使反应发生，以及
76.工艺(d)：将溶液冷却到室温。
77.然而，工艺(a)、(b)、(c)和(d)仅是形成第一保护层180的示例，形成第一保护层180的方法不限于此。
78.在一些实施例中，包括iii族元素的前驱体可以是iii族元素的卤化物、iii族元素的乙酸盐、iii族元素的乙酰丙酮化物或它们的任何组合。
79.在一些实施例中，包括v族元素的前驱体可以包括双(三甲基甲硅烷基)胺、六甲基二硅氮烷(hdms)、三(三甲基甲硅烷基)胺、n,n
‑
双(三甲基甲硅烷基)甲胺或它们的任何组合。
80.在一些实施例中，表面活性剂可以包括油胺、油酸、十六烷基胺、十二烷胺或它们的任何组合。
81.在一些实施例中，可以在约100℃至约400℃或例如约200℃至约300℃的范围内的温度下执行第一保护层180的形成。
82.当使用湿化学反应来形成包括iii
‑
v族化合物的第一保护层180时，可以减少半导体区域150上的晶格缺陷(例如，可以减少晶格缺陷的可能性或程度)，同时形成保护层，从而改善发光器件10的效率。另外，可以促进控制保护层的薄膜的生长速率，从而控制保护层的厚度并改善工艺特性。
83.可以通过湿化学反应执行第二保护层190的形成。
84.例如，可以通过溶胶
‑
凝胶反应执行第二保护层190的形成。
85.在一些实施例中，可以作为一步工艺执行第二保护层190的形成和第一保护层180的形成。
86.在一些实施例中，在工艺(d)之后或随后，形成第二保护层190可以包括以下步骤，
87.工艺(e)：在溶液中，将金属氧化物前驱体添加到其上形成有第一保护层180的结构的表面，以及
88.工艺(f)：将溶液的温度保持在室温至200℃的温度的范围内，以使反应发生并形成包括金属氧化物的第二保护层190。
89.然而，工艺(e)和(f)仅是形成第二保护层190的示例，形成第二保护层190的方法不限于此。
90.在一些实施例中，可以在室温至约300℃或例如室温至约200℃的范围内的温度下执行第二保护层190的形成。
91.当使用湿化学反应来形成包括金属氧化物的第二保护层190时，可以减少半导体区域150上的晶格缺陷(例如，可以减少晶格缺陷的可能性或程度)，同时形成保护层，从而改善发光器件10的效率。另外，可以促进控制薄膜的生长速率，从而控制保护层的厚度并改善工艺特性。
92.墨组合物
93.根据一个或更多个实施例，墨组合物可以包括发光器件10。
94.在一些实施例中，基于100重量份的墨组合物，墨组合物中的发光器件10的含量可以在约0.005重量份至约5重量份或例如约0.01重量份至约1重量份的范围内。当发光器件10的含量在任何前述范围内时，可以通过使用墨组合物通过溶液工艺制备具有合适或足够的发光效率的设备。当墨组合物中的发光器件10的含量小于0.005重量份，并且使用墨组合物制造发光设备时，结合到电极的发光器件10的数量会少，因此，会难以获得合适或足够的发光效率，并且会发生多次滴液的问题。
95.根据需要或期望，墨组合物还可以包括溶剂、增稠剂、分散剂等，从而具有适合于工艺的粘性和分散稳定性。
96.分散剂可以用于改善墨组合物中的发光器件10的解团聚效应，并且在溶液工艺中用作用于发光器件10的保护层。
97.分散剂可以是诸如磷酸酯类分散剂、氨基甲酸乙酯类分散剂、丙烯酸分散剂等的树脂型分散剂。例如，市售分散剂的示例可以包括disper byk
‑
103、disper byk
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110、disper byk
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111、disper byk
‑
2000、disper byk
‑
2001、disper byk
‑
2011、disper byk
‑
2070、disper byk
‑
2150、disper byk
‑
160、disper byk
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161、disper byk
‑
162、disper byk
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163、disper byk
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164和disper byk
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166，均可获自byk
‑
chemie gmbh。
98.基于100重量份的发光器件10，分散剂的含量可以在约10重量份至约50重量份或例如约15重量份至约30重量份的范围内。当分散剂的含量在任何前述范围内时，可以基本上防止或减少墨组合物中的发光器件10的聚集，分散剂可以在溶液工艺中用作用于发光器件10的保护层。
99.另外，根据需要或期望，墨组合物还可以包括用于增加对基底的粘附的粘附促进剂、用于改善涂覆性质的流平剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂和/或它们的任何组合。
100.可以添加粘附促进剂以增强对基底的粘附。粘附促进剂的示例可以包括具有选自
于羧基基团、甲基丙烯酰基基团、异氰酸酯基团、环氧基团和它们的组合的反应性取代基的硅烷偶联剂，但是本公开的实施例不限于此。例如，硅烷偶联剂可以是三甲氧基甲硅烷基苯甲酸酯、γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ
‑
异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷、γ
‑
环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、β
‑
(3,4
‑
环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷或它们的任何组合。
101.流平剂的示例包括硅类化合物、氟类化合物、硅氧烷类化合物、非离子表面活性剂、离子表面活性剂和钛酸酯偶联剂，但是本公开的实施例不限于此。例如，流平剂可以是硅类化合物和/或氟类化合物。
102.硅类化合物的示例包括二甲基硅、甲基硅、苯基硅、甲基苯基硅、烷基改性的硅、烷氧基改性的硅和聚醚改性的硅，但是本公开的实施例不限于此。例如，硅类化合物可以是二甲基硅和/或甲基苯基硅。
103.氟类化合物的示例包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、甲基丙烯酸氟烷基酯、全氟聚醚和全氟烷基环氧乙烷，但是本公开的实施例不限于此。例如，氟类化合物可以为聚四氟乙烯。
104.硅氧烷类化合物的示例包括二甲基硅氧烷化合物(例如，均可购自shinetsu silicone的产品编号：kf96l
‑
1、kf96l
‑
5、kf96l
‑
10或kf96l
‑
100)，但是本公开的实施例不限于此。
105.流平剂可以单独使用或与其两种或更多种组合使用。
106.流平剂的含量可以根据期望的性能变化，基于墨组合物的总重量，含量可以在约0.001wt％至约5wt％或例如约0.001wt％至约1wt％的范围内。当流平剂的含量在任何上述范围内时，可以改善墨组合物中的膜的流动性和均匀性。
107.在一些实施例中，墨组合物可以具有优异的喷墨稳定性，因此，墨组合物可以是例如用于喷墨印刷的墨组合物。
108.设备
109.根据一个或更多个实施例，设备可以包括发光器件10。
110.在一些实施例中，设备可以包括：基底；第一电极和第二电极，可以在基底上彼此分隔开；以及发光器件10，在第一电极与第二电极之间。
111.在一些实施例中，基底可以包括显示区域和在显示区域周围的非显示区域，第一电极和第二电极可以在显示区域上彼此分隔开。
112.例如，设备可以是发光设备、认证设备和/或电子设备，但是实施例不限于此。
113.发光设备可以用在各种合适的显示器、光源等中。
114.认证设备可以是例如根据生物特征信息(例如，指尖、瞳孔等)识别个体的生物特征认证设备。
115.认证设备还可以包括生物特征信息收集单元。
116.电子设备可以适用于个人计算机(例如，移动个人计算机)、蜂窝电话、数码相机、电子笔记(例如，电子笔记本)、电子词典、电子游戏控制台、医疗装置(例如，电子温度计、血压计、血糖仪、脉搏测量装置、脉搏波测量装置、心电图记录器、超声诊断装置和/或内窥镜显示装置)、鱼探仪、各种合适的测量装置、仪表(例如，车辆、飞机和/或船舶的仪表)和/或投影仪，但是实施例不限于此。
117.在实施例中，设备可以是发光设备。
118.在实施例中，设备可以包括液晶显示器(lcd)、有机发光显示设备和/或无机发光显示设备。
119.设备还可以包括薄膜晶体管。
120.在下文中，将参照示例更详细地描述根据一个或更多个实施例的发光器件，但是本公开不限于此。
121.示例
122.对比示例1
123.通过顺序地沉积n掺杂的gan、发射层和p掺杂的gan以及koh蚀刻来形成gan纳米棒。在gan纳米棒的表面上形成algan作为保护层以制造发光器件。
124.对比示例2
125.除了形成gan作为保护层之外，以与对比示例1中的gan纳米棒的形成基本上相同的方式制造发光器件。
126.对比示例3
127.除了通过原子层沉积(ald)在gan纳米棒的表面上形成al2o3保护层之外，以与对比示例1中的gan纳米棒的形成基本上相同的方式制造发光器件。
128.对比示例4
129.除了通过使用1,2
‑
乙二硫醇的湿化学反应在gan纳米棒的表面上形成al2o3保护层之外，以与对比示例1中的gan纳米棒的形成基本上相同的方式制造发光器件。
130.示例1
131.除了通过湿化学反应在gan纳米棒的表面上形成iii
‑
v族化合物保护层，并且通过湿化学反应在iii
‑
v族化合物保护层的表面上形成al2o3保护层之外，以与对比示例1中的gan纳米棒的形成基本上相同的方式制造发光器件。
132.评估示例1：晶格缺陷评估
133.使用可变能量正电子湮没评估示例1和对比示例1至对比示例4中制造的发光器件的晶格缺陷。其结果示出在表1中。
134.表1
135.发光器件晶格错配度(％)示例10.36对比示例10.56对比示例2
‑
对比示例313.8对比示例410.8
136.参照表1的结果，发现与对比示例1、对比示例3和对比示例4的发光器件相比，根据一个或更多个实施例的发光器件具有低的晶格错配度。在对比示例2的发光器件中，使用相同的材料形成半导体区域和保护层，因此，与示例1的发光器件不同，保护层不会缓解在纳米棒图案蚀刻工艺期间产生的发光器件的表面上的晶格缺陷。因此，当根据一个或更多个实施例的发光器件应用于发光设备时，可以获得高发光效率。
137.通过前面的描述清楚的是，由于第一保护层和第二保护层形成在发光器件中的半
导体区域的表面上，因此可以减少晶格缺陷，并且可以改善效率。
138.应理解的是，在此所描述的实施例应仅以描述性含义来考虑，而不是出于限制的目的。每个实施例内的特征或方面的描述通常应被认为可用于其他实施例中的其他类似特征或方面。虽然已经参照附图描述了一个或更多个实施例，但是本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离由权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变。