KR100990226B1 - 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 식각 등의 패터닝 공정 또는 재성장(regrowth) 공정의 요구 없이 전방향 반사경을 형성시킴으로써 발광소자의 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자는 기판과, 상기 기판 상에 구비되며, 양자점을 포함한 3차원 구조를 포함하여 구성되는 전방향 반사경 및 상기 전방향 반사경을 포함한 기판 상에 구비되는 질화물계 반도체층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
발광소자, 3차원구조, 자가형성
Description
본 발명은 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 식각 등의 패터닝 공정 또는 재성장(regrowth) 공정의 요구 없이 전방향 반사경을 형성시킴으로써 발광소자의 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
발광다이오드(Light Emitting Diode, 이하 LED라 칭함)는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 소자로서, 1962년 GaAsP 화합물 반도체를 이용한 적색 LED가 상품화된 것을 시작으로 GaP:N 계열의 녹색 LED 등이 정보통신기기를 비롯한 전자장치의 표시 광원으로 이용되고 있다.
최근에는 질화물계 화합물 반도체를 이용한 발광소자가 주목받고 있다. 그 이유 중 하나는, GaN을 In, Al 등의 원소와 조합하여 녹색, 청색 및 백색광을 방출하는 반도체층들을 제조할 수 있기 때문이다. 이러한 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자는 평판표시장치, 신호등, 실내 조명, 고해상도 출력 시스템, 광통신 등 다양한 분야에 널리 이용되고 있다.
이러한 질화물계 화합물 반도체를 이용한 발광소자는 통상, 기판 상에 질화물계 반도체층이 구비된 구조를 갖으며 상기 질화물계 반도체층은 n형 클래드층, 활성층, p형 클래드층을 포함하여 구성된다. 이와 같은 구조 하에서, 상기 활성층 내에서 전자와 정공의 재결합에 의해 광자(photon)가 발생되고, 상기 광자가 발광소자의 외부로 탈출하면서 빛이 발생된다.
한편, 발광소자의 활성층에서 발생된 빛이 발광소자의 외부로 용이하게 탈출하기 위해서는 발광소자 내부에서의 전반사가 최소화되어야 한다. 활성층에서 발생된 빛이 p형 클래드층, n형 클래드층 등에 의해 전반사가 반복되면, 빛이 발광소자 내부에서 흡수되는 현상이 발생되어 광추출 효율(light extraction efficiency)이 저하되기 때문이다.
이를 방지하기 위해 발광소자 내에 난반사층을 형성하여 광추출 효율을 향상시키는 기술이 제시되고 있다. 대표적인 기술로서, 1) p형 클래드층의 표면을 식각하여 p형 클래드층 표면 상에 6각형 형상의 난반사층을 형성하는 방법(Wei Chin Peng and YewChung Sermon Wu, Applied Physics Letters 88, 181117(2006)), 2) p형 클래드층 상에 광결정(photonic crystal)을 형성하는 방법(Ya-Ju Lee, Hao-Chung Kuo, Tien-Chang Lu and Shing-Chung Wang, IEEE Journal of Quantum Electronics, 42(12), 1196(2006)), 3) 사파이어 기판 표면 상에 PSS(patterned sapphire substrate)를 형성함과 함께 p형 클래드층 표면 상에 난반사층을 형성하는 방법(Hung-Wen Hung, C. C. Kao, J. T. Chu, H. C. Kuo, S. C. Wang, C. C. Yu, IEEE Photonics Technology Letters, 17(5), 983(2005)) 등이 있다.
그러나, 상술한 종래 기술들은 p형 클래드층 표면을 식각하거나 p형 클래드층 상에 증착 공정을 통해 광결정을 형성함에 따라, 추가적인 공정이 요구될 뿐만 아니라 수율에 악영향을 끼치게 된다. 특히, 기판 상에 PSS를 형성하는 기술의 경우, PSS 형성을 위해 식각 공정 및 재성장 공정이 모두 요구됨에 따라 수율 향상에 저해 요인이 되며 제조단가를 상승시키게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 식각 등의 패터닝 공정 또는 재성장(regrowth) 공정의 요구 없이 전방향 반사경을 형성시킴으로써 발광소자의 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자는 기판과, 상기 기판 상에 구비되며, 양자점을 포함한 3차원 구조(이하, '3차원 구조'라 칭함)를 포함하여 구성되는 전방향 반사경 및 상기 전방향 반사경을 포함한 기판 상에 구비되는 질화물계 반도체층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 3차원 구조는 Ⅲ-Ⅴ족 화합물이며, 상세하게는 Ⅲ족 원소와 질소의 화합물일 수 있으며, Inx(AlyGa1-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1)의 일반식에 포함되는 물질로 구성된다. 또한, 상기 3차원 구조는 5nm∼10㎛의 크기를 갖는 것이 바람직하다.
상기 기판은 사파이어 기판 또는 실리콘 기판이며, 상기 질화물계 반도체층은 n형 클래드층, 발광층, p형 클래드층을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 p형 클래드층 상에 난반사층이 더 구비될 수 있으며, 상기 난반사층은 광결정이다. 이에 부가하여, 상기 기판의 표면은 1nm∼10㎛의 표면 거칠기를 갖는다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 제조방법은 챔버 내에 사파이어 기판을 구비시키는 단계와, 상기 챔버 내에 질소를 포함하는 반응 가스를 공급하는 단계 및 상기 질소를 포함하는 반응 가스와 상기 사파이어 기판이 반응하여 자가형성(S-K, Stranski-Krastanov) 3차원 구조를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 3차원 구조는 AlN으로 구성될 수 있으며, 상기 반응 가스는 NH3일 수 있다. 또한, 상기 사파이어 기판의 표면에 반응 후 1nm∼10㎛의 표면 거칠기가 형성될 수 있다.
상기 3차원 구조는 분자선 결정성장법(MBE, Molecular Beam Epitaxy), 금속-유기 화학기상증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 원자층 적층법(Atomic Layer Epitaxy), 기상적층법(Vapor Phase Epitaxy) 등을 포함한 제반 박막 성장 방법 중 어느 하나에 의해 형성될 수 있다.
상기 3차원 구조가 형성된 상태에서, 상기 3차원 구조를 포함한 기판 전면 상에 질화물계 반도체층을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 제조방법은 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 상기 실리콘 기판 상에 Ⅲ족 원소를 적층하는 단계와, 상기 실리콘 기판을 챔버 내에 구비시킨 상태에서, 상기 챔버 내에 질소를 포함하는 반응 가스를 공급하고 플라즈마화하는 단계 및 상기 Ⅲ족 원소와 질소의 반응 또는 상기 Ⅲ족 원소, 질소 및 실리콘 기판의 반응에 의해 상기 실리콘 기판 상에 3차원 구조를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 Ⅲ족 원소는 Al, Ga 또는 In 일 수 있으며, 상기 질소를 포함하는 반응 가스는 N2일 수 있다. 또한, 상기 3차원 구조는 Inx(AlyGa1-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1)의 일반식에 포함되는 물질로 구성될 수 있다.
이에 부가하여, 본 발명에 따른 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 제조방법은 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 상기 실리콘 기판을 챔버 내에 구비시킨 상태에서 상기 챔버 내에 Ⅲ족 원소를 포함하는 가스와 Ⅴ족 원소를 포함하는 반응 가스를 공급하는 단계 및 상기 Ⅲ족 원소를 포함하는 가스와 Ⅴ족 원소를 포함하는 반응 가스가 상기 실리콘 기판과 반응하여 상기 실리콘 기판 상에 3차원 구조를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 Ⅴ족 원소를 포함하는 반응 가스는 N2일 수 있으며, 상기 Ⅲ족 원소를 포함하는 가스는 Al, Ga, In 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 반응 가스일 수 있다.
본 발명에 따른 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
사파이어 기판 또는 실리콘 기판 상에 전방향 반사경을 구성하는 양자점을 포함한 3차원 구조가 자가 형성(self-assembling)됨에 따라, 별도의 식각 등의 패터닝 공정이나 재성장 공정이 요구되지 않아 생산 수율을 향상시킬 수 있으며 제조원가를 낮출 수 있게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자 및 그 제조방법을 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 단면 구성도이다.
먼저, 도 1에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자는 크게 기판(101)과 상기 기판(101) 상에 구비되는 질화물계 반도체층(110)으로 구성된다.
상기 기판(101)은 사파이어(Al2O3) 기판(101) 또는 실리콘(Si) 기판(101)이 사용될 수 있으며, 기판(101) 전면 상에는 전방향 반사경(120)이 구비된다. 상기 전방향 반사경(120)은 양자점(quantum dot)을 포함한 3차원 구조(이하, '3차원 구조'라 칭함)(121) 또는 상기 3차원 구조(121)와 상기 3차원 구조가 위치하는 기판의 표면(122)을 포괄한 것을 일컫는다. 따라서, 상기 전방향 반사경(120)은 3차원 구조를 갖는다할 수 있다.
한편, 상기 3차원 구조(121)는 Ⅲ-Ⅴ족 화합물로 구성되며, 일 실시예 Ⅲ족 원소와 질소의 화합물로 구성될 수 있으며 바람직하게는 Inx(AlyGa1-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1)의 일반식에 포함되는 물질로 구성될 수 있다.
상기 3차원 구조(121)는 Al, Ga 또는 In이 포함된 반응 가스 또는 NH3, N2 등의 반응 가스와 상기 기판(101)을 구성하는 물질 즉, Al2O32 또는 Si가 반응하여 형성된 것으로서, 상기 기판(101)을 구성하는 물질이 상기 기판(101)과 반응함에 따라 상기 기판(101)의 표면에는 Al2O3 또는 Si의 빈자리가 존재하게 되며 이에 따라, 상기 기판(101)의 표면은 울퉁불퉁하게 되며 1nm∼10㎛의 표면 거칠기를 갖게 된다.
상기 3차원 구조(121) 또는 상기 3차원 구조(121)와 표면 거칠기를 갖는 기판(101)의 표면(122)으로 구성되는 전방향 반사경(120)은 질화물계 반도체층(110)에서 발생되는 빛을 난반사하는 역할을 수행한다. 여기서, 상기 3차원 구조(121)의 형성에 대한 상세한 설명은 후술하는 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 제조방법에서 상세히 설명하기로 한다.
한편, 상기 질화물계 반도체층(110)은 n형 클래드층(111), 활성층(112) 및 p형 클래드층(113)이 순차적으로 적층된 구조를 갖으며, 상기 n형 클래드층(111), 활성층(112) 및 p형 클래드층(113)은 모두 Inx(AlyGa1-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1)의 일반 식에 포함되는 물질로 구성될 수 있으며, n형 클래드층(111)과 p형 클래드층(113)의 경우 도전성질을 갖기 위해 Si, Mg 등의 불순물이 첨가될 수 있다. 일 예로, 상기 n형 클래드층(111)에는 불순물로 Si이 첨가되며, p형 클래드층(113)에는 Mg가 첨가된다. 여기서, 도면에 도시하지 않았지만 질화물계 반도체층(110)을 구성하는 구성요소로서 상기 기판(101)과 상기 n형 클래드층(111) 사이에 버퍼층, n형 접촉층이 더 구비되며, 상기 p형 클래드층(113) 상부에 p형 접속층이 더 구비될 수 있다.
상기 3차원 구조(121)를 포함하여 구성되는 전방향 반사경(120) 이외에 부가적인 난반사층(도시하지 않음)이 더 구비될 수 있다. 일 예로, 상기 p형 클래드층(113)의 표면을 습식 식각하여 상기 p형 클래드층(113)의 표면에 일정 정도의 표면 거칠기를 갖도록 하여 해당 p형 클래드층(113)의 표면이 난반사층의 역할을 수행하도록 하거나, 상기 p형 클래드층(113) 상에 증착 공정을 통해 광결정(photonic crystal)을 형성하여 해당 광결정이 난반사층의 역할을 수행하도록 할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 구조에 대해 살펴보았다. 이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 제조방법에 대해 설명하기로 한다. 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이고, 도 3a 및 도 3b 그리고 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3 차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다. 상기 제 1 실시예는 기판으로서 사파이어 기판을 이용하는 경우이며, 상기 제 2 실시예는 실리콘 기판을 이용하는 경우이다.
먼저, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 제조방법을 살펴보면, 도 2a에 도시한 바와 같이 사파이어 기판(101)을 준비한다. 상기 사파이어 기판(101)이 준비된 상태에서 분자선 결정성장법(MBE, Molecular Beam Epitaxy), 금속-유기 화학기상증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 원자층 적층법(Atomic Layer Epitaxy), 기상적층법(VPE, Vapor Phase Epitaxy) 등을 포함한 제반 에피택셜 성장 기법을 이용하여 상기 사파이어 기판(101) 상에 양자점(quantum dot)을 포함한 3차원 구조를 형성한다.
구체적으로, 상기 사파이어 기판(101)을 챔버 내에 구비시키고 상기 챔버 내에 반응 가스 NH3을 공급한다. 챔버 내에 NH3이 공급되면 상기 NH3 가스와 상기 사파이어 기판(101) 표면의 Al2O3이 아래의 반응식 1과 같이 반응하게 되며, 그 결과 상기 사파이어 기판(101) 상에 AlN으로 구성되는 양자점을 포함한 3차원 구조(이하, '3차원 구조'라 칭함)(121)가 자가 형성(self-assembling)된다. 이 때, 형성되는 3차원 구조(121)의 형상은 돔, 피라미드, 원통, 원반, 사각형 등의 형태를 이룰 수 있다.
<반응식 1>
Al2O3 + 2NH3 → 2AlN + 3H2O
이 때, 상기 사파이어 기판(101) 표면의 Al2O3이 NH3과 반응함에 따라, 상기 사파이어 기판(101) 표면에는 Al2O3의 빈자리가 형성되며, 이와 같은 Al2O3의 빈자리가 사파이어 기판(101) 전면에 걸쳐 분포함에 따라, 상기 사파이어 기판(101) 표면(122)은 울퉁불퉁한 형태로 되며 달리 표현하여 1nm∼10㎛의 표면 거칠기를 갖게 된다. 도 5를 참조하면, 사파이어 기판(101) 상에 다양한 크기의 3차원 구조(121)가 형성된 것을 확인할 수 있다.
상기 NH3 가스와 Al2O3의 반응에 의해 형성된 3차원 구조(121)와, 상기 일정 정도의 표면 거칠기를 갖는 사파이어 기판(101)의 표면(122)은 전방향 반사경(120)을 구성한다. 한편, 상기 NH3 가스의 양과 사파이어 기판(101) 온도의 조절을 통해 3차원 구조(121) 즉, AlN의 크기 및 사파이어 기판(101) 상에서의 AlN의 분포 밀도 그리고 사파이어 기판(101) 표면의 표면 거칠기를 조절할 수 있게 된다. 참고로, 상기 3차원 구조(121)는 5nm∼10㎛의 크기를 갖는 것이 바람직하다.
상기 사파이어 기판(101) 상에 3차원 구조(121)가 형성된 상태에서, 도 2b에 도시한 바와 같이 상기 3차원 구조(121)를 포함한 사파이어 기판(101) 전면 상에 질화물계 반도체층(110)을 적층하는 공정이 진행된다.
구체적으로, 상기 사파이어 기판(101) 전면 상에 질화물계 반도체층(110)을 에피택셜(epitaxial)하게 성장시킨다. 상기 질화물계 반도체층(110)은 복수의 층으로 구분될 수 있으며, 상기 복수의 층은 버퍼층, n형 접촉층, n형 클래드층(111), 발광층, p형 클래드층(113), p형 접촉층이 순차적으로 적층된 것을 포함한다. 여기서, 상기 버퍼층, n형 접촉층 및 p형 접촉층은 도시하지 않았다. 또한, 상기 질화물계 반도체층(110)을 구성하는 각각의 층은 금속유기화학증착법(MOCVD) 또는 분자빔에피택셜법(MBE) 등의 방법으로 성장된다. 이 때, 상기 버퍼층, n형 접촉층, n형 클래드층(111), 발광층, p형 클래드층(113) 및 p형 접촉층은 모두 Inx(AlyGa1-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1)의 일반식에 포함되는 물질로 구성될 수 있다.
상기 질화물계 반도체층(110)이 형성된 상태에서, 도면에 도시하지 않았지만 투명전극, p-전극, n-전극 형성 공정을 진행하면 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 제조방법은 완료된다.
다음으로, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 제조방법을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이 실리콘(Si) 기판(101)을 준비한다. 그런 다음, 에피택셜 성장 기법을 이용하여 상기 실리콘 기판(101) 상에 3차원 구조(121)를 형성한다. 상기 에피택셜 성장 기법으로는, 분자선 결정성장법(MBE), 금속-유기 화학기상증착법(MOCVD), 원자층 적층법, S-K(Stranski-Krastanov) 성장법 등을 포함한 제반 박막 성장 방법이 이용될 수 있다.
구체적인 공정을 살펴보면, 먼저 상기 실리콘 기판(101) 상에 Al 금속, Ga 금속 또는 In 금속을 증착시킨다. 이 때, 상기 Al 금속, Ga 금속, In 금속의 3가지 금속 중 둘 이상을 함께 증착할 수도 있다. 그런 다음, 소정의 챔버 내에 상기 실리콘 기판(101)을 구비시킨 상태에서 챔버 내에 N2 가스를 공급하고, 해당 N2 가스를 플라즈마화하여 질소(N)와 Al 금속, Ga 금속 또는 In 금속 중 적어도 하나 이상과 반응하도록 한다. 이 때, 질소(N)와 <Al 금속, Ga 금속, In 금속 중 적어도 어느 하나 이상>의 반응뿐만 아니라 질소(N), <Al 금속, Ga 금속, In 금속 중 적어도 어느 하나 이상> 및 실리콘 기판(101)의 반응도 발생할 수 있다.
이에 따라, Inx(AlyGa1-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1)의 일반식에 포함되는 물질로 구성되는 3차원 구조(121)가 형성된다. 상기 3차원 구조(121)는 전방향 반사경(120)의 역할을 수행하게 된다.
한편, 상기와 같이 Al 금속, Ga 금속 또는 In 금속을 이용하여 3차원 구조(121)를 형성하는 방법 이외에 Al, Ga, In 중 적어도 어느 하나 이상이 포함된 반응 가스를 이용하여 3차원 구조(121)를 형성할 수도 있다.
구체적으로, 상기 실리콘 기판(101)을 챔버 내에 구비시킨 상태에서 도 4a에 도시한 바와 같이 상기 챔버 내에 Al, Ga, In 중 적어도 어느 하나 이상이 포함된 반응 가스 및 N2 가스를 함께 공급한다. 그런 다음, Al, Ga, In 중 적어도 어느 하나 이상이 포함된 반응 가스 및 N2 가스를 플라즈마화 하여 <Al, Ga, In 중 적어도 어느 하나> 및 질소(N)가 실리콘 기판(101) 표면의 실리콘(Si)과 반응하도록 하여 상기 실리콘 기판(101) 상에 Inx(AlyGa1-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1)의 일반식에 포함되는 물질로 구성되는 3차원 구조(121)가 형성한다. 도 6을 참조하면, 사파이어 기판(101) 상에 다양한 크기의 3차원 구조(121)가 형성된 것을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같은 두 가지 방법 중 어느 한 방법을 통해 실리콘 기판(101) 상에 3차원 구조(121)가 형성된 상태에서 도 3c 및 도 4b에 도시한 바와 같이 상기 3차원 구조(121)를 포함한 실리콘 기판(101) 전면 상에 질화물계 반도체층(110)을 적층한다. 상기 질화물계 반도체층(110)의 제반 공정 조건은 상기 제 1 실시예의 질화물계 반도체층(110)에 상응한다.
상기 질화물계 반도체층(110)이 형성된 상태에서, 도면에 도시하지 않았지만 투명전극, p-전극, n-전극 형성 공정을 진행하면 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 제조방법은 완료된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 단면 구성도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 3a 및 도 3b 그리고 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 제조방법에 의해 제조된 사파이어 기판의 표면을 나타낸 AFM(atomic force microscopy) 사진.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 제조방법에 의해 제조된 사파이어 기판의 표면을 나타낸 AFM 사진.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101 : 기판 120 : 전방향 반사경
121 : 양자점을 포함한 3차원 구조 122 : 기판의 표면
110 : 질화물계 반도체층 111 : n형 클래드층
112 : 활성층 113 : p형 클래드층
Claims (29)
- 기판;상기 기판 상에 구비되며, 양자점을 포함한 3차원 구조를 포함하여 구성되는 전방향 반사경; 및상기 전방향 반사경을 포함한 기판 상에 구비되는 질화물계 반도체층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 양자점을 포함한 3차원 구조는 Ⅲ-Ⅴ족 화합물인 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 양자점을 포함한 3차원 구조는 Ⅲ족 원소와 질소의 화합물인 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 양자점을 포함한 3차원 구조는 Inx(AlyGa1-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1)의 일반식에 포함되는 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 양자점을 포함한 3차원 구조는 5nm∼10㎛의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 사파이어 기판 또는 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 질화물계 반도체층은 n형 클래드층, 발광층, p형 클래드층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자.
- 제 7 항에 있어서, 상기 p형 클래드층 상에 난반사층이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자.
- 제 8 항에 있어서, 상기 난반사층은 광결정인 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전방향 반사경은 양자점을 포함한 3차원 구조와 기판의 표면으로 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자.
- 삭제
- 챔버 내에 사파이어 기판을 구비시키는 단계;상기 챔버 내에 질소를 포함하는 반응 가스를 공급하는 단계; 및상기 질소를 포함하는 반응 가스와 상기 사파이어 기판이 반응하여 양자점을 포함한 3차원 구조를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 제조방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 양자점을 포함한 3차원 구조는 AlN으로 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 제조방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 반응 가스는 NH3인 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 제조방법.
- 삭제
- 제 12 항에 있어서, 상기 양자점을 포함한 3차원 구조의 크기는 5nm∼10㎛인 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 제조방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 양자점을 포함한 3차원 구조가 형성된 상태에서,상기 3차원 구조를 포함한 기판 전면 상에 질화물계 반도체층을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 제조방법.
- 실리콘 기판을 준비하는 단계;상기 실리콘 기판 상에 Ⅲ족 원소를 적층하는 단계;상기 실리콘 기판을 챔버 내에 구비시킨 상태에서, 상기 챔버 내에 질소를 포함하는 반응 가스를 공급하고 플라즈마화하는 단계; 및상기 Ⅲ족 원소와 질소의 반응 또는 상기 Ⅲ족 원소, 질소 및 실리콘 기판의 반응에 의해 상기 실리콘 기판 상에 양자점을 포함한 3차원 구조를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 제조방법.
- 제 18 항에 있어서, 상기 Ⅲ족 원소는 Al, Ga 또는 In 인 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 제조방법.
- 제 18 항에 있어서, 상기 질소를 포함하는 반응 가스는 N2인 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 제조방법.
- 제 18 항에 있어서, 상기 양자점을 포함한 3차원 구조는 Inx(AlyGa1-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1)의 일반식에 포함되는 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 제조방법.
- 제 18 항에 있어서, 상기 양자점을 포함한 3차원 구조의 크기는 5nm∼10㎛인 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 제조방법.
- 제 18 항에 있어서, 상기 양자점을 포함한 3차원 구조가 형성된 상태에서,상기 3차원 구조를 포함한 기판 전면 상에 질화물계 반도체층을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 제조방법.
- 실리콘 기판을 준비하는 단계;상기 실리콘 기판을 챔버 내에 구비시킨 상태에서 상기 챔버 내에 Ⅲ족 원소를 포함하는 가스와 Ⅴ족 원소를 포함하는 반응 가스를 공급하는 단계; 및상기 Ⅲ족 원소를 포함하는 가스와 Ⅴ족 원소를 포함하는 반응 가스가 상기 실리콘 기판과 반응하여 상기 실리콘 기판 상에 양자점을 포함한 3차원 구조를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 제조방법.
- 제 24 항에 있어서, 상기 Ⅴ족 원소를 포함하는 반응 가스는 N2인 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 제조방법.
- 제 24 항에 있어서, 상기 Ⅲ족 원소를 포함하는 가스는 Al, Ga, In 중 적어도 어느 하나 이상이 포함된 반응 가스인 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 제조방법.
- 삭제
- 제 24 항에 있어서, 상기 양자점을 포함한 3차원 구조의 크기는 5nm∼10㎛인 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 제조방법.
- 제 24 항에 있어서, 상기 양자점을 포함한 3차원 구조가 형성된 상태에서,상기 3차원 구조를 포함한 기판 전면 상에 질화물계 반도체층을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 전방향 반사경을 구비한 질화물계 발광소자의 제조방법.
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