We have developed methods for creating microscale GaN light-emitting diodes (LEDs) and for assembling and interconnecting them into lighting systems and bio-sensing. The GaN LEDs use specialized epitaxial semiconductor layers that allow delineation and release of large collections of ultrathin devices. Printing(using microstructure-semiconductor(μs-Sc) technique) based assembly methods can deposit these devices on plastic substrates. A flexible type of LED is presented that shows good flexibility, endurance, white emitting, and biosensing. The used flexible substrates are KAPTON film and LCP(liquid crystal polymer), GaN thin film is used for active layer, and gold is used for ohmic-contact pad and metal electrode. All process flows are compatible with conventional silicon technology. Flexible GaN LED shows no degradation under severe conditions that are otherwise detrimental to electronic devices, such as dipping at harsh aqueous solutions, and repeated folding stress. Flexible LED biosensor shows to detect PSA(prostate specific antigen) and detecting limit was 1ng/mL. These results imply that the application of flexible LED is not limited to flexible versions of typical light source devices but can also be introduced to bio medical sensor, bio-implantable light source, implantable biosensors, wearable LED devices, and flexible LED displays.
본 논문에서는 마이크로 크기의 GaN LED를 이용하여 청색과 백색을 발광 하였으며 플렉서블 바이오센서를 제작하였다. GaN LED는 MOCVD (metal oxide chemical vapor deposition) 를 이용하여 에피텍셜 반도체 박막을 성장 시켰으며, 이것을 떼어내어 아주 얇은 발광 소자를 제작하였다. 마이크로 스트럭쳐 기술을 이용하여 떼어낸 소자를 플라스틱 기판 위에 전사하였다. 플렉서블 LED는 유연함과 견고함을 갖추었으며, 청색과 백색 발광이 가능하고 PSA (prostate specific antigen) 등 바이오 센싱이 가능하다. 사용된 플라스틱 기판은 Kapton flim 과 LCP (liquid crystal polymer) 이며, GaN 박막 중 InGaN층이 발광층으로 사용되었다. 또한 Au는 오믹 접합 형성과 금속 배선을 위해 사용되었다. 모든 제작 공정은 일반적으로 쓰이는 실리콘 공정을 이용하였다. 수중 실험와 반복 굽힘 실험 결과 소자성능의 저하는 발견되지 않았다. 바이오 센서응용 부분에서 PSA 검출 하였으며, 검출 한계는 1ng/mL 로 나타났다. 이러한 결과들은 제작된 플렉서블 GaN LED가 유연한 광원, 의학적 센서, 생체 이식형 광원등에 사용함에 있어서 제한이 없음을 보였다.
