발광 색상 조절이 용이하고 좁은 발광 대역폭 특성을 가진 양자점(quantum dot, QD)은 광전자 및 생물학적 응용 분야에서 큰 주목을 받고 있다. 특히 양자점 전계발광 다이오드(quantum dot-light-emitting diode, QLED)는 뛰어난 색 순도로 인해 유기 발광 다이오드(organic-light-emitting diode, OLED)를 대체할 수 있는 궁극적인 디스플레이 플랫폼으로 연구 개발되고 있다. 양자점 디스플레이의 상용화를 위해서는 고효율과 긴 수명의 특성이 매우 중요하다. 동시에 인체와 환경에 해를 끼치지 않는 양자점이 엄격하게 요구된다. 비카드뮴계 양자점 전계발광 소자의 성능이 크게 개선되었지만, 여전히 특정 조성과 색상의 양자점에만 국한되어 있다. 특히, 녹색 InP 양자점 기반 전계발광 소자의 성능은 적색 InP는 물론 다른 비카드뮴계 녹색 양자점에 비해 상대적으로 열등하다. 양자점 소재 측면에서 볼 때, 녹색 InP 기반 전계발광 소자의 성능 저하는 InP 양자점의 표면 산화 결함과 관련이 있으며, 이는 넓은 반치폭(full-width-at-half-maximum, FWHM) 및 낮은 양자효율(quantum yield, QY)과 같은 열악한 광학적 특성의 주요 원인이다.
이 연구에서는 먼저 고품위 녹색 InP 양자점을 합성을 진행하였다. InP 양자점 합성에 사용되는 tris(trimethylsilyl)phosphine((TMS)₃P)의 인(P) 전구체는 높은 반응성으로 인해 입자 균일도가 저하되는 경향이 있다. 따라서 In-P 및 Zn-P 복합체를 형성해 P 전구체의 반응성을 제어함으로써 높은 균일도를 갖는 녹색 InP 코어를 형성하는 데 성공했다. 그 후, InP 표면에 존재하는 산화물 및 쉘 공정 중 생성되는 산화물을 제거하기 위해 하이브리드 아연 공정을 도입했다. 아연 할라이드를 기반으로 InP 양자점에 다중 쉘 구조를 적용하여 좁은 반치폭과 높은 양자효율 특성을 확보했다. 아연 할라이드를 이용해 생성된 ZnSe 내부쉘과 ZnS 외부쉘의 구조에 따라 발광 파장, 반치폭, 양자효율 등의 PL 특성, 나아가 EL 성능에 미치는 영향을 면밀히 검토했다. 또한, 기존 녹색 InP 양자점 전계발광 소자의 고질적인 문제인 전하 불균형 문제도 해결했다. 먼저, 다양한 유형의 아연 할라이드로 표면을 개질한 InP 양자점을 전계발광 소자에 적용했다. InP 양자점 표면에 존재하는 할로겐 종류에 따라 전하 주입 거동이 달라져 외부 양자효율(external quantum efficiency, EQE)과 수명에 영향을 미친다는 것을 발견했다. 또한, 전자 수송층 재료로 사용되는 ZnMgO 나노입자의 표면을 개질하였다. 표면 개질된 ZnMgO 나노입자는 발광층으로의 전자 주입을 억제하여 녹색 발광 InP 양자점 소자의 우수한 EL 특성과 긴 수명 특성을 확인하였다.