KR101653530B1 - 나노구조체를 이용한 백색 발광소자의 제조방법 및 그에 의해 제조된 나노구조체를 이용한 백색 발광소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 형광체 도포 공정이 필요없는(phosphor-free) 백색 발광소자에 관한 것으로서, GaN 기판 상에 마스크층을 형성하는 제1단계와, 상기 마스크층을 패터닝하여 상기 GaN 기판의 일부 영역을 노출시키는 나노패턴을 형성하는 제2단계와, 상기 나노패턴에 대응하여 상기 GaN 기판 상에 GaN을 선택적으로 성장시켜 서로 다른 결정면이 노출되도록 GaN 나노구조체를 성장시키는 제3단계 및 상기 GaN 나노구조체 상에 활성층을 포함하는 나노구조층을 성장시키는 제4단계를 포함하여 이루어지되, 상기 활성층은 상기 GaN 나노구조체의 결정면에 따라 유효 조성물의 함량이 달라 발광파장의 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 나노구조체를 이용한 백색 발광소자의 제조방법 및 그에 의해 제조된 나노구조체를 이용한 백색 발광소자를 기술적 요지로 한다. 이에 의해 활성층의 노출되는 결정면을 조절하여 각 유효 조성물의 함량을 제어하여 활성층의 발광파장을 조절할 수 있게 되어, 단일 소자 내에서 에피 성장 과정 중에 청색과 황색 발광을 유도하여 백색 발광을 구현할 수 있는 이점이 있다.

Description

나노구조체를 이용한 백색 발광소자의 제조방법 및 그에 의해 제조된 나노구조체를 이용한 백색 발광소자{manufacturing method of white LED using nano-structure and white LED thereby}
본 발명은 백색 발광소자에 관한 것으로서, 노출되는 결정면이 다른 나노구조체 및 활성층을 형성하여, 단일 에피 구조에서 청색과 황색을 동시에 발광하여 백색광이 구현되도록 하는 나노구조체를 이용한 백색 발광소자의 제조방법 및 그에 의해 제조된 나노구조체를 이용한 백색 발광소자에 관한 것이다.
일반적으로 질화물 반도체의 경우 사파이어 등의 이종기판을 사용하여 성장하기에 다양한 발광파장을 내는 양자우물층을 만들어 내기가 어렵다. 그래서 현재 백색 발광소자 제조시 청색 발광소자에 황색 형광체를 도포하는 방식으로 백색 광원을 만들고 있다.
그러나, 이러한 방식은 광원으로 청색, 녹색, 적색의 빛의 3원색을 이용하기 보다는 청색 파장과 청색 파장의 광을 여기시켜 황색을 구현하므로 자연스러운 백색광을 구현하는데는 한계가 있다.
또한, 형광체를 사용할 경우 패키징 단계에서 형광체 도포 공정이 추가로 필요하며, 형광체 원자재 가격에 의해 제조단가의 상승, 사용 형광체의 종류 및 특성에 따라서 백색 광원의 색온도 및 발광효율, 연색지수(color rendering index)가 달라지게 되어, 새로운 조성과 동작의 신뢰성과 안정적인 형광체를 개발하는데 많은 어려움이 있는 실정이다.
또한, 형광변환(phosphor-conversion)시 광손실이 발생하게 되어 효율이 떨어지게 되며, 제한된 색온도 및 부적합한 연색성(color rendering)이 존재하고, 패키징 비용이 상승하는 문제점이 있다.
또한, 형광체에서 발생한 열에 의해 스트레스로 인해 소자의 신뢰성이 떨어지며, 전체적으로 제조비용이 상승되는 문제점이 있다.
종래의 기술로는 "백색광 발광 다이오드 및 그 제조방법"(등록번호 10-1288367호, 2013년 7월 16일 등록) 등이 있다.
상기 종래 기술은 청색 LED와 형광 물질 사이에 청색 파장 대역에 대해서는 높은 투과도를 가지고 황색 파장 대역에 대해서는 높은 반사도를 지니는 광파장 필터를 집적하여, 청색 LED 방향으로 등방발광하는 50% 이상의 형광을 반사시켜서 백색광의 생성에 이용함으로써, 형광변환효율과 그에 따른 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 것이다.
그러나, 상기 종래 기술 또한 여전히 형광체의 사용에 따른 상기의 문제점을 내재하고 있으며, 별도의 광파장 필터를 집적함으로써, 패키징 비용의 상승을 초래하고 있다.
대한민국특허청 등록특허공보 등록번호 10-1288367호.
상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 노출되는 결정면이 다른 나노구조체 및 활성층을 형성하여, 단일 에피 구조에서 청색과 황색을 동시에 발광하여 백색광이 구현되도록 하는 나노구조체를 이용한 백색 발광소자의 제조방법 및 그에 의해 제조된 나노구조체를 이용한 백색 발광소자의 제공을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, GaN 기판 상에 마스크층을 형성하는 제1단계와, 상기 마스크층을 패터닝하여 상기 GaN 기판의 일부 영역을 노출시키는 나노패턴을 형성하는 제2단계와, 상기 나노패턴에 대응하여 상기 GaN 기판 상에 GaN을 선택적으로 성장시켜 서로 다른 결정면이 노출되도록 GaN 나노구조체를 성장시키는 제3단계 및 상기 GaN 나노구조체 상에 활성층을 포함하는 나노구조층을 성장시키는 제4단계를 포함하여 이루어지되, 상기 활성층은 상기 GaN 나노구조체의 결정면에 따라 유효 조성물의 함량이 달라 발광파장의 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 나노구조체를 이용한 백색 발광소자의 제조방법 및 그에 의해 제조된 나노구조체를 이용한 백색 발광소자를 기술적 요지로 한다.
또한, 상기 제1단계의 GaN 기판은 최상층에 u-GaN층이 성장된 것을 사용하며, 상기 제3단계의 GaN은 u-GaN을 사용하는 것이 바람직하고, 또는 상기 제1단계의 GaN 기판은 u-GaN 상층에 n-GaN 층이 최상층으로 성장된 것을 사용하며, 상기 제3단계의 GaN은 n-GaN을 사용하는 것이 바람직하며, 또는 상기 제1단계의 GaN 기판은 u-GaN 상층에 n-GaN 층을 성장하는 도중에 u-GaN/n-GaN 층을 성장하거나, 도핑농도가 서로 다른 n-GaN 층을 복수개로 성장한 것을 사용하며, 상기 제3단계의 GaN은 n-GaN을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1단계의 GaN 기판은 u-GaN 상층에 n-GaN층을 성장하는 도중에 u-GaN/n-GaN 층과 InAlGaN/n-GaN 층을 반복하여 성장한 것을 사용하며, 상기 제3단계의 GaN은 n-GaN을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 활성층은, InGaN을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 마스크층은, 금속, 산화물 및 질화물 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 나노구조체는, 육각뿔 형태의 나노구조가 서로 병합되어 서로 다른 결정면을 노출하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 나노구조체를 이용한 백색 발광소자는, 메사(mesa) 구조로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 GaN 나노구조체는, MOCVD 방법에 의해 성장시키는 것이 바람직하다.
본 발명은 활성층의 노출되는 결정면을 조절하여 각 유효 조성물의 함량을 제어하게 되면 상기 활성층의 발광파장을 조절할 수 있게 되어, 단일 소자 내에서 에피 성장 과정 중에 청색과 황색 발광을 유도하여 백색 발광을 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 기존의 별도로 형광체를 도포하거나, 발광파장에 따른 소자를 따로 형성할 필요없이 하나의 GaN 기판 상에서 나노구조체의 두께를 조절함으로써, 간단하게 백색 발광소자의 제조가 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 활성층이 육각뿔 형태(요철구조)를 가지고 있기 때문에, 광자의 외부 추출 효율을 증가시켜 고출력의 발광소자를 제작할 수 있으며, 활성층의 체적을 증가시켜 발광소자에서 발생되는 광량을 전체적으로 증가시킬 수 있어 고효율의 백색 발광소자를 제공하는 효과가 있다.
또한, 반극면 상에 성장된 활성층은 반극성 특성을 가지므로, 내부양자 효율이 증가되고, 전류인가에 따른 파장 변이를 보이지 않아, 색온도 및 발광효율, 연색지수(color rendering index)가 일정하여, 동작의 신뢰성과 안정성을 보장하는 백색 발광소자를 제공하는 효과가 있다.
도 1 - 본 발명에 따른 나노구조체를 이용한 백색 발광소자의 제조방법에 대한 모식도.
도 2 - 본 발명에 따른 나노구조체를 이용한 백색 발광소자의 제조방법에 있어서, 제2단계의 나노패턴에 대한 전자현미경 사진을 나타낸 도((a)top view, (b)cross sectional, (c)45도 bird-eye view).
도 3 - 본 발명의 일실시예에 따른 백색 발광소자에 대한 모식도.
도 4 - 본 발명의 일실시예에 따른 GaN 나노구조체 및 결정면에 대한 방향을 나타낸 도.
도 5 - 본 발명의 일실시예에 따른 GaN 나노구조체에 대한 전자현미경 사진을 나타낸 도((a)육각뿔 형태, (b)육각뿔 형태의 나노막대가 병합된 형태).
도 6 - 본 발명의 일실시예에 따른 백색 발광소자의 스펙트럼을 나타낸 도.
도 7 - 본 발명의 다른 실시예에 따른 백색 발광소자에 대한 모식도.
본 발명은 노출되는 결정면이 다른 나노구조체 및 활성층을 형성하여, 단일 에피 구조에서 청색과 황색을 동시에 발광하여 단일 발광소자에서 백색광이 구현되도록 하여, 형광체를 도포하는 별도의 복잡한 공정 비용과 형광체 원자재 비용을 감소시켜 저비용의 백색 발광소자를 구현할 수 있도록 하는 것이다.
또한, 성장 조건을 달리하여 나노구조체의 노출되는 결정면의 크기 조절이 용이하고, 이에 따른 발광되는 광의 상대적 비율 조절이 용이하여 연색성을 향상시킬 수 있다.
특히, 상기 나노구조체의 노출되는 결정면에 따라 유효 조성물의 함량을 제어함으로써, 발광파장을 조절할 수 있도록 하는 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다. 도 1은 본 발명에 따른 나노구조체를 이용한 백색 발광소자의 제조방법에 대한 모식도이고, 도 2는 본 발명에 따른 나노구조체를 이용한 백색 발광소자의 제조방법에 있어서, 제2단계의 나노패턴에 대한 전자현미경 사진을 나타낸 도((a)top view, (b)cross sectional, (c)45도 bird-eye view)이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 백색 발광소자에 대한 모식도이고, 도 4 본 발명의 일실시예에 따른 GaN 나노구조체 및 결정면에 대한 방향을 나타낸 도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 GaN 나노구조체에 대한 전자현미경 사진을 나타낸 도((a)육각뿔 형태, (b)육각뿔 형태의 나노막대가 병합된 형태)이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 백색 발광소자의 스펙트럼을 나타낸 도이며, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 백색 발광소자에 대한 모식도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 나노구조체를 이용한 백색 발광소자의 제조방법은, GaN 기판 상에 마스크층을 형성하는 제1단계와, 상기 마스크층을 패터닝하여 상기 GaN 기판의 일부 영역을 노출시키는 나노패턴을 형성하는 제2단계와, 상기 나노패턴에 대응하여 상기 GaN 기판 상에 GaN을 선택적으로 성장시켜 서로 다른 결정면이 노출되도록 GaN 나노구조체를 성장시키는 제3단계 및 상기 GaN 나노구조체 상에 활성층을 포함하는 나노구조층을 성장시키는 제4단계를 포함하여 이루어지되, 상기 활성층은 상기 GaN 나노구조체의 결정면에 따라 유효 조성물의 함량이 달라 발광파장의 조절이 가능한 것을 특징으로 한다.
이에 의해 기존의 형광체 도포 공정없이(phosphor-free) 기판 상에 나노구조체를 형성하고, 상기 나노구조체의 노출되는 결정면을 조절하여, 결정면의 면적을 조절하는 것에 의해 간단하게 백색 발광소자를 제공할 수 있도록 하는 것이다.
먼저, GaN 기판 상에 마스크층을 형성하게 된다.(제1단계)
상기 GaN 기판은 c-plane 사파이어 베이스 기판 상에 GaN 층을 성장하여 얻는 것으로서, 구체적으로는 MOCVD 공정에 의해 저온에서 GaN 버퍼층을 성장시킨 후, 고온에서 u-GaN 층을 성장시켜 제공한다.
또한, 발광효율을 보다 향상시키기 위해, 상기 GaN 기판은 최상층에 u-GaN층이 성장된 것을 사용하거나, u-GaN 상층에 n-GaN 층이 최상층으로 성장된 것을 사용하거나, u-GaN 상층에 n-GaN 층을 성장하는 도중에 u-GaN/n-GaN 층을 성장하거나, 도핑농도가 서로 다른 u-GaN/n-GaN 층을 반복하여 성장한 것을 사용하거나, u-GaN 상층에 n-GaN층을 성장하는 도중에 u-GaN/n-GaN 층과 InAlGaN/n-GaN 층을 반복하여 성장한 것을 사용한다.
즉, u-GaN 층을 기반으로 하여, n-GaN 층을 GaN 기판의 최상층에 형성하거나, 또는 n-GaN 성장 중에 u-GaN/n-GaN 층과 같이 도핑하지 않은 층과 n-도핑이 된 층 또는 도핑농도가 서로 다른 n-GaN층을 복수개로 성장시킨 것을 사용하거나, 또는 n-GaN 성장 중에 도핑농도가 다른 GaN의 구조(u-GaN/n-GaN 층)와 추가적으로 InAlGaN/n-GaN 층의 형태로 짝을 이루는 초격자 구조가 삽입된 형태의 GaN 기판을 사용한다.
상기 마스크층은 상기 GaN 기판 상에 형성되는 것으로서, 일반적인 물리, 화학적 증착법으로 박막으로 형성된 후, 패터닝하여 형성된다.
그리고, 상기 마스크층의 패터닝은 상기 GaN 기판의 일부 영역을 노출시키는 나노패턴을 형성하는 것으로서, 포토리소그래피, 나노임프린트 등의 방법을 사용하여 형성하며, 나노구조체의 직경과 간격을 고려하여 나노패턴을 형성한다.(제2단계)
구체적으로는 도 1에 도시된 바와 같이, GaN 기판 상층에 SiO2를 증착하고, PMMA와 같은 고분자층 및 임프린트 레진층을 차례로 형성하고, 임프린팅 후 임프린트 레진층 및 PMMA 고분자층을 식각하여 SiO2까지 식각하고, 최종 PMMA를 제거함으로써, GaN 기판 상층에 마스크층(SiO2)을 형성한다.
일반적으로 마스크층의 나노패턴에 있어서, 도 1에 도시된 바와 같이, GaN 기판이 노출되는 영역은 나노구조체가 GaN 기판 상에서 성장하는 부분으로써, 나노구조체가 성장함에 따라 상기 GaN 기판의 노출된 영역보다는 좀 더 확장되어 성장하게 되므로, 이를 고려하여 상기 마스크층의 나노패턴의 크기를 형성한다. 즉, 상기 나노구조체의 직경보다는 좀 더 작게 상기 GaN 기판의 노출된 영역을 형성하고, 상기 GaN 기판의 노출된 영역 간의 간격은 나노구조체 간의 간격보다는 좀 더 크게 형성하는 것이 바람직하다.
이러한 범위의 직경과 간격의 나노패턴을 갖는 마스크층은 마스크 표면 상에서 원자들의 이동거리를 고려하여 형성되며, GaN 기판의 노출된 영역에 선택적으로 나노구조체의 성장이 가능하게 한다..
또한, 상기 마스크층은 금속, 산화물 또는 질화물 등으로 형성되는 것이 바람직하며, 패터닝을 위한 건식 또는 습식 식각 공정시에도 안정적인 물질을 사용한다. 예컨대, 금속의 경우 Ti, 산화물의 경우 SiO2, TiO2, 질화물의 경우 SiN, TiN 등을 사용한다. 도 2는 상기 SiO2를 이용하여 마스크층을 형성하여 나노패턴에 대한 전자현미경 사진을 나타낸 것이다(도 2(a)top view, 도 2(b)cross sectional, 도 2(c)45도 bird-eye view).
다음으로, 상기 나노패턴에 대응하여 상기 GaN 기판 상에 GaN을 선택적으로 성장시켜 서로 다른 결정면이 노출되도록 GaN 나노구조체를 성장시킨다.(제3단계)
즉, 나노패턴을 이루는 마스크층이 형성된 GaN 기판 상에 GaN을 선택적으로 성장시켜, 상기 나노패턴에 대응하여 GaN 나노구조체를 형성시킨다.
여기에서, 상기 제3단계에서의 GaN은 상기 GaN 기판의 최상층이 u-GaN 층인 경우에는 u-GaN으로 성장시키며, 최상층이 n-GaN 층인 경우에는 n-GaN로 성장시킨다.
u-GaN으로 성장시킨 경우에는 후술할 활성층을 포함하는 나노구조층은 p-GaN/활성층/n-GaN 층이 되며, n-GaN으로 성장시킨 경우에는 활성층을 포함하는 나노구조층은 n-GaN을 연속적으로 성장시켜 p-GaN/활성층/n-GaN 층이 되게 된다.
여기에서, 상기 GaN 나노구조체는 밑면이 육각형인 육각뿔 형태의 나노막대가 성장되면서, GaN 나노구조체의 두께를 조절하면 인접하는 육각뿔 형태의 나노막대가 서로 만나면서 병합되어 서로 다른 결정면을 노출하게 된다.
즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 육각뿔 형태의 나노막대에서 여섯개의 옆면은 [11-2n](n=1,2,...)으로 구성되고, 밑면은 [1-100], [000-1]으로 구성되며, 나노패턴에 대응하여 수직으로 성장한 나노막대는 여섯개의 옆면과, 이러한 나노막대가 인접하는 나노막대와 병합하여 만나게 되는 밑면이 노출되어, 서로 다른 결정면을 노출하게 되는 것이다.
일반적으로, GaN계 물질은 결정면에 따라 유효 조성물의 함량이 다르게 성장되므로, 본 발명에서는 이러한 노출된 결정면의 유효 조성물의 함량이 다른 것을 이용하여, 활성층의 유효 조성물의 함량을 조절하여 발광파장을 조절하도록 하는 것이다.
그리고, 상기 GaN나노구조체 상에 활성층을 포함하는 나노구조층을 성장시킨다.(제4단계)
상기 GaN 나노구조체는 결정면인 나노막대의 옆면과 병합된 밑면이 노출되어 형성되며, 그 상층에 활성층(MQW)을 포함하는 나노구조층 또한 동일한 구조로 성장된다. 도 3은 본 발명에 따른 백색 발광소자에 대한 일실시예를 모식화한 것으로서, 활성층을 포함하는 나노구조층은 일반적으로 p-GaN/활성층/n-GaN 구조를 이룬다.
본 발명에 따른 백색 발광소자는 메사(mesa) 구조로 형성되는 것으로, n-전극이 접합되는 부분은 상기 활성층을 포함하는 나노구조층 중 활성층 및 p-GaN 층을 제거하여 형성한다.
즉, 상기 활성층을 포함하는 나노구조층은 p-GaN/활성층/n-GaN을 GaN 나노구조체 상층에 전체적으로 성장시킨 후, n-전극은 PR 마스크 형성 후, 식각하여 n-GaN 층과 접합되도록 하며, p-전극은 활성층 상부의 p-GaN 층과 접합되도록 한다.
이러한 구조는 GaN 나노구조체 상층에 전체적으로 n-GaN층이 형성되어 있어, 전자의 이동도를 증가시켜 발광효율을 더 높일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 GaN 나노구조체의 결정면에 대한 것을 도시한 것으로서, 육각뿔 형태의 나노막대 및 이의 병합된 형태를 이루는 GaN 나노구조체 상에 성장된 활성층을 포함하는 나노구조층은 상기 GaN 나노구조체의 형태에 대응되어 형성되게 된다.
상기 활성층에 있어서, 나노막대의 옆면[11-2n](n=1,2,...)에 대응되어 형성된 면은 발광파장을 결정짓는 유효 조성물(In)의 함량을 많거나 적게 함유하고 있는 결정면이 되며, 병합된 밑면[1-100], [000-1]에 대응되어 형성된 면은 유효 조성물(In)의 함량을 적거나 많게 함유하고 있는 결정면이 되게 된다.
알려진 바로는, InGaN 활성층의 경우, 그 유효 조성물은 In과 Ga가 될 것이다. 여기에서 유효 조성물이라 함은 그 조성물의 많고 적음에 따라 활성층의 발광파장을 조절할 수 있는 것을 말한다.
InGaN 활성층의 경우, InxGa1-xN(0<x≤0.5)의 형태로 조성물의 함량이 제어되게 되며, Ga이 활성층에 적게 포함되게 되면 In이 그 보다 더 많게 포함되게 된다. 일반적으로, In 함량이 많아지면 발광파장이 길어지게 되어 황색광 쪽으로 발광을 하게 된다.
따라서, GaN 나노구조체의 두께를 조절하여, 인접하는 육각뿔 형태의 나노막대의 병합 정도를 제어하여 노출되는 결정면의 면적을 조절함으로써, 활성층의 발광파장을 조절하여, 백색 발광의 구현이 가능하도록 한 것이다.
도 5 본 발명의 일실시예에 따른 GaN 나노구조체에 있어서, 도 5(a)는 육각뿔 형태의 나노막대를 나타낸 것이고, 도 5(b)는 육각뿔 형태의 나노막대가 병합된 형태를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 백색 발광소자의 스펙트럼을 나타낸 것으로서, 청색 발광파장과 황색 발광파장을 관찰할 수 있었다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예로, 전자의 이동경로를 최소화시켜 발광효율을 보다 향상시키기 위해, 상기 GaN 기판은 u-GaN 상층에 n-GaN 층이 최상층으로 성장된 것을 사용한다. 여기에 연속적으로 활성층을 포함하는 나노구조층인 p-GaN/활성층/n-GaN 층을 형성시켜, p,n-전극 접합 후 백색 발광소자를 제조하게 되는 것이다.
이와 같이 본 발명은 GaN 기판 상에 나노구조체를 이용하여 활성층을 형성함으로서, 형광체 없는 백색 발광소자의 제조가 가능하게 된다.
특히, 활성층의 노출되는 결정면을 조절하여 각 유효 조성물의 함량을 제어하게 되면 상기 활성층의 발광파장을 조절할 수 있게 되어, 단일 소자 내에서 에피 성장 과정 중에 청색과 황색 발광을 유도하여 백색 발광을 구현할 수 있게 되는 것이다.
기존의 별도로 형광체를 도포하거나, 발광파장에 따른 소자를 따로 형성할 필요없이 하나의 GaN 기판 상에서 나노구조체의 두께를 조절함으로써, 간단하게 발광파장을 조절할 수 있도록 하는 것이다.
또한, 본 발명은 활성층이 육각뿔 형태(요철구조)를 가지고 있기 때문에, 광자의 외부 추출 효율을 증가시켜 고출력의 발광소자를 제작할 수 있으며, 활성층의 체적을 증가시켜 발광소자에서 발생되는 광량을 전체적으로 증가시킬 수 있어 고효율의 백색 발광소자를 제공할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 GaN 나노구조체에 있어서, 노출된 옆면은 반극면을 띄게 되며, 그 반극면 상에 성장된 활성층은 반극성 특성을 가지므로, 내부양자 효율이 증가되고, 전류인가에 따른 파장 변이를 보이지 않아, 색온도 및 발광효율, 연색지수(color rendering index)가 일정하여, 동작의 신뢰성과 안정성을 보장하는 백색 발광소자를 제공할 수 있게 된다.

Claims (11)

  1. GaN 기판 상에 마스크층을 형성하는 제1단계;
    상기 마스크층을 패터닝하여 상기 GaN 기판의 일부 영역을 노출시키는 나노패턴을 형성하는 제2단계;
    상기 나노패턴에 대응하여 상기 GaN 기판 상에 GaN을 선택적으로 성장시켜 요철 형태의 나노구조를 형성시키고, 인접하는 상기 요철 형태의 나노구조가 서로 병합되어 서로 다른 결정면이 노출되도록 요철 형태의 GaN 나노구조체를 성장시키는 제3단계; 및
    상기 GaN 나노구조체 상에 활성층을 포함하는 나노구조층을 성장시키는 제4단계;를 포함하여 이루어지며,
    상기 요철 형태의 GaN 나노구조체의 두께를 조절하여 노출되는 상기 결정면의 면적을 조절하여, 상기 활성층의 상기 GaN 나노구조체의 결정면에 따른 유효 조성물의 함량이 달라 발광파장의 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 나노구조체를 이용한 백색 발광소자의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제1단계의 GaN 기판은 최상층에 u-GaN층이 성장된 것을 사용하며,
    상기 제3단계의 GaN은 u-GaN인 것을 특징으로 하는 나노구조체를 이용한 백색 발광소자의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제1단계의 GaN 기판은 u-GaN 상층에 n-GaN 층이 최상층으로 성장된 것을 사용하며,
    상기 제3단계의 GaN은 n-GaN인 것을 특징으로 하는 나노구조체를 이용한 백색 발광소자의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제1단계의 GaN 기판은 u-GaN 상층에 n-GaN 층을 성장하는 도중에 u-GaN/n-GaN 층을 성장하거나, 도핑농도가 서로 다른 n-GaN 층을 복수개로 성장한 것을 사용하며,
    상기 제3단계의 GaN은 n-GaN인 것을 특징으로 하는 나노구조체를 이용한 백색 발광소자의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제1단계의 GaN 기판은 u-GaN 상층에 n-GaN층을 성장하는 도중에 u-GaN/n-GaN 층과 InAlGaN/n-GaN 층을 반복하여 성장한 것을 사용하며,
    상기 제3단계의 GaN은 n-GaN인 것을 특징으로 하는 나노구조체를 이용한 백색 발광소자의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 활성층은,
    InGaN인 것을 특징으로 하는 나노구조체를 이용한 백색 발광소자의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 마스크층은,
    금속, 산화물 및 질화물 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 나노구조체를 이용한 백색 발광소자의 제조방법
  8. 삭제
  9. 제 1항에 있어서, 상기 나노구조체를 이용한 백색 발광소자는,
    메사(mesa) 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 나노구조체를 이용한 백색 발광소자의 제조방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 GaN 나노구조체는,
    MOCVD 방법에 의해 성장시키는 것을 특징으로 하는 나노구조체를 이용한 백색 발광소자의 제조방법.
  11. 제 1항 내지 제 7항, 제 9항 및 제 10항 중의 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 나노구조체를 이용한 백색 발광소자.
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