KR102175400B1 - 나노 구조 반도체 발광소자 - Google Patents
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Abstract
발광 효율이 우수한 나노 구조 반도체 발광소자에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 나노 구조 반도체 발광소자는 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 서로 이격되어 형성된 복수의 나노로드로서, 상기 복수의 나노로드 각각은 제1 도전형 반도체로 형성되며 하단이 상기 제1 도전형 반도체층에 컨택되는 코어층과, 상기 코어층 표면에 형성된 활성층 및 상기 활성층 표면에 형성된 제2 도전형 반도체층을 포함함; 상기 복수의 나노로드 상에 배치되며, 상기 복수의 나노로드의 제2 도전형 반도체층에 각각 컨택되는 투명 전도성 필름을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 나노 구조 반도체 발광소자는 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 서로 이격되어 형성된 복수의 나노로드로서, 상기 복수의 나노로드 각각은 제1 도전형 반도체로 형성되며 하단이 상기 제1 도전형 반도체층에 컨택되는 코어층과, 상기 코어층 표면에 형성된 활성층 및 상기 활성층 표면에 형성된 제2 도전형 반도체층을 포함함; 상기 복수의 나노로드 상에 배치되며, 상기 복수의 나노로드의 제2 도전형 반도체층에 각각 컨택되는 투명 전도성 필름을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 반도체 발광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노 구조 반도체 발광소자에 관한 것이다.
반도체 조명(Semiconductor Lighting)과 아울러 가상(Virtual Reality, AR) 및 증강 현실(Augmented Reality, AR)을 위한 디스플레이(Display)의 광원으로서 양자점(Quantum Dot)과 OLED(Organic Light Emitting Diodes) 및 마이크로 크기의 발광 다이오드 등이 주목받고 있다. 하지만 양자점 광원의 경우 안정성과 아울러 구성 물질의 안전성 이슈, OLED인 경우 번인(Burn-in) 현상에 대한 문제 해결이 매우 필요하다고 알려져 있다.
이에 대해 안정성과 아울러 환경 친화적인 물질로 구성된 마이크로 크기의 발광 다이오드는 높은 경쟁력을 보유한 광원이라 할 수 있다. 이러한 마이크로 크기의 발광 다이오드 분야에서 광량의 증대 및 발광 효율의 향상은 매우 중요한 연구 주제이며, 개발 목표임에 따라 다양한 개발 방향과 방법이 제시되어 왔다. 특히 질화물인 InGaN (Indium Gallium Nitride) 물질을 기본으로 하는 발광층과 양자우물층(Quantum Well Layer)의 적용을 통해 발광 특성을 지속적으로 향상시켜 왔으며, AlGaN (Aluminum Gallium Nitride) 단일층 또는 GaN (Gallium Nitride) 물질과의 조합으로 이루어진 초격자층(Superlattice)으로 구성된 전자차단층(Electron Blocking Later, EBL)의 적용으로 전자의 주입 효율 증대와 아울러 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)의 드룹(Droop) 특성의 향상도 꾸준히 진행되어져 왔다.
하지만 이러한 특성 향상을 위한 연구 및 개발은 기본적으로 2차원 평면 구조를 기초로 하고 있으며, 이에 기반을 두고 개선이 진행되어 왔다.
본 발명에서는 2차원 평면 구조(2-dimensional Planar Structure)를 기본으로 하는 반도체 발광소자와는 차별화되는 3차원 구조(3-dimensional Structure)의 나노 구조 반도체 발광소자를 제공하는 것을 주요 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 나노 로드형 발광소자에 있어서 측면 방향으로 방출되는 광의 흡수를 효과적으로 억제할 수 있는 나노 구조 반도체 발광소자를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명에서는 단일 디바이스에서 다중 파장의 구현을 가능하게 하는 나노 몰드(Mold)를 통한 나노 구조의 구현 방법을 제시하고자 한다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 나노 구조 반도체 발광소자는 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 서로 이격되어 형성된 복수의 나노로드로서, 상기 복수의 나노로드 각각은 제1 도전형 반도체로 형성되며 하단이 상기 제1 도전형 반도체층에 컨택되는 코어층과, 상기 코어층 표면에 형성된 활성층 및 상기 활성층 표면에 형성된 제2 도전형 반도체층을 포함함; 상기 복수의 나노로드 상에 배치되며, 상기 복수의 나노로드의 제2 도전형 반도체층에 각각 컨택되는 투명 전도성 필름을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성의 나노 구조 반도체 발광소자를 통하여, 활성층의 표면적을 넓힐 수 있어 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 투명 전도성 필름을 이용하여 나노로드의 상부 부분만이 투명 전도성 필름과 컨택되도록 함으로써 나노로드 측면에 투명 전도성 막이 형성됨으로써 발생하는 광 흡수를 근본적으로 차단할 수 있다. 이에 따라, 나노로드 측면에 투명 전도성 막이 형성되는 구조에 비해 현저히 높은 발광 효율을 발휘할 수 있다.
상기 투명 전도성 필름은 상기 제2 도전형 반도체층과 컨택하는 면에 도전성 접착제층이 구비되어 있을 수 있다.
상기 도전성 접착제층은 상기 제2 도전형 반도체층들에 대응하는 영역에만 구비되어 있을 수 있다. 도전성 접착제층은 투명 전도성 필름의 일면에 전면에 걸쳐 구비될 수 있으며, 제2 도전형 반도체층들에 대응하는 영역에만 구비될 수 있다.
상기 복수의 나노로드들 사이에는 절연층이 형성되어 있고, 상기 활성층의 하단 및 상기 제2 도전형 반도체층의 하단은 상기 절연층에 컨택될 수 있다. 절연층이 형성되어 있지 않은 경우, 서로 이격된 나노로드가 형성되지 않을 수 있으며, 또한 제2 도전형 반도체층이 제1 도전형 반도체층과 직접 컨택될 수 있다.
상기 절연층의 재질은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 실리콘 산질화물, 알루미늄 산화물 등이 될 수 있다.
또한, 상기 제1 도전형 반도체층에 컨택되는 제1 전극; 및 상기 투명 전도성 필름에 컨택되는 제2 전극을 추가로 포함할 수 있다. 일 예로 제1 전극 및 제2 전극은 와이어 본딩을 통하여 인쇄회로기판에 연결될 수 있다. 다른 예로 제1 전극 및 제2 전극은 솔더 볼을 이용하여 인쇄회로기판에 연결될 수 있다. 또 다른 예로, 제2 전극 또는 투명 전도성 필름이 전도성 접착제를 통해 인쇄회로기판에 부착되고, 제1 전극이 와이어 본딩이나 솔더 볼을 이용하여 인쇄회로기판에 연결될 수 있다.
또한, 상기 복수의 나노로드들 간의 간격이 서로 상이하거나 또는 상기 복수의 나노로드들의 직경이 상이할 수 있다. 다중 파장의 구현을 위한 파장 조절이 가능한 것은 나노로드들의 직경의 조절 및/또는 나노로드들의 피치(Pitch) 간격의 조절이 가능함에 기인한다. 나노로드들의 직경 변화 또는 피치 간격의 변화를 통해 방출되는 빛의 파장을 바꿀 수 있으며 이를 통해 디바이스 영역별로 서로 상이한 파장대의 빛을 방출하도록 설계할 수 있다.
본 발명에 따른 나노 구조 반도체 발광소자는 3차원 구조의 활성층 구조를 통하여 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 본 발명은 투명 전도성 필름을 이용함으로써 나노로드 측면에 투명 전도성 막에 기인한 광 흡수를 근본적으로 차단할 수 있어 높은 발광 효율을 발휘할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 나노 구조 반도체 발광소자는 나노 로드들 간의 피치 간격의 변화를 통해 방출되는 빛의 파장을 조절할 수 있다. 이를 통해 원하는 파장대의 광을 방출할 수 있으며, 나아가 백색광 구현도 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 나노 구조 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2a는 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 제1 절연층 및 제2 절연층이 형성된 것을 나타낸다.
도 2b는 식각을 통해 나노 몰드가 형성된 것을 나타낸다.
도 2c는 나노 몰드에 제1 도전형 반도체 재질의 코어층이 형성된 것을 나타낸다.
도 2d는 식각을 통해 제2 절연층이 제거된 것을 나타낸다.
도 2e는 코어층 상에 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 형성된 것을 나타낸다.
도 2f는 제2 도전형 반도체층 상에 투명 전도성 필름이 컨택된 것을 나타낸다.
도 3은 나노로드의 피치에 따른 방출되는 광의 파장을 나타낸 것이다.
도 4는 나노로드의 직경에 따른 방출되는 광의 파장을 나타낸 것이다.
도 2a는 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 제1 절연층 및 제2 절연층이 형성된 것을 나타낸다.
도 2b는 식각을 통해 나노 몰드가 형성된 것을 나타낸다.
도 2c는 나노 몰드에 제1 도전형 반도체 재질의 코어층이 형성된 것을 나타낸다.
도 2d는 식각을 통해 제2 절연층이 제거된 것을 나타낸다.
도 2e는 코어층 상에 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 형성된 것을 나타낸다.
도 2f는 제2 도전형 반도체층 상에 투명 전도성 필름이 컨택된 것을 나타낸다.
도 3은 나노로드의 피치에 따른 방출되는 광의 파장을 나타낸 것이다.
도 4는 나노로드의 직경에 따른 방출되는 광의 파장을 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들 및 도면을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 나노 구조 반도체 발광소자에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 나노 구조 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 나노 구조 반도체 발광소자는 제1 도전형 반도체층(110); 복수의 나노로드(120) 및 투명 전도성 필름(130)을 포함한다. 복수의 나노로드(120)는 코어층(121), 활성층(122) 및 제2 도전형 반도체층(123)을 포함한다.
제1 도전형 반도체층(110)은 기판(101) 상에 형성될 수 있다. 기판은 사파이어 기판, 실리콘 기판, GaN 기판 등 질화물 반도체가 성장될 수 있는 공지된 다양한 기판의 이용이 가능하다. 질화물 반도체 성장 효율 및 비용을 고려할 때 기판(101)은 사파이어 기판인 것이 가장 바람직하다.
제1 도전형 반도체층(110)은 예를 들어 GaN과 같은 질화물 반도체에 Si와 같은 n형 도펀트가 도핑된 n형 도전형 반도체층이며, 이 경우 제2 도전형 반도체층(123)은 예를 들어 GaN과 같은 질화물 반도체에 Mg와 같은 p형 도펀트가 도핑된 p형 도전형 반도체층이다. 그 반대도 가능하다. 제1 도전형 반도체층(110)과 기판(101) 사이에는 제1 도전형 반도체층(110) 형성시 결정 품질 향상을 위한 버퍼층, 비도핑 질화물 반도체층 등이 추가로 형성될 수 있다.
복수의 나노로드(120)는 발광이 이루어지는 요소로서, 제1 도전형 반도체층(110) 상에 서로 이격되어 형성된다. 복수의 나노로드(120)는 코어층(121), 활성층(122) 및 제2 도전형 반도체층(123)을 포함한다. 나노로드(120)의 직경은 약 100nm~1.5㎛를 제시할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
코어층(121)은 제1 도전형 반도체로 형성된다. 코어층(121)의 하단은 제1 도전형 반도체층(110)에 컨택된다. 활성층(122)은 코어층(121)의 표면, 즉 코어층(121)의 측면 및 상면에 형성된다. 활성층(122)은 MQW(Multi Quantum Wells) 구조를 비롯한 공지된 다양한 활성층 구조의 적용이 가능하다. 제2 도전형 반도체층(123)은 활성층(122)의 표면, 즉 활성층(122)의 측면 및 상면에 형성된다. 활성층(122)와 제2 도전형 반도체층(123) 사이에는, 고전류에서의 전자의 오버플로우를 방지하기 위해 AlGaN 재질의 전자차단층이 추가로 형성될 수 있다.
본 발명은 복수의 나노로드(120)를 포함함으로써 활성층의 표면적을 넓힐 수 있어 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
투명 전도성 필름(130)은 복수의 나노로드(120) 상에 배치된다. 보다 구체적으로는 투명 전도성 필름(130)은 복수의 나노로드(120)의 제2 도전형 반도체층(123)에 각각 컨택된다. 투명 전도성 필름(130)은 ITO와 같은 투명 전도성 산화물 필름, 그래핀 필름 등 투명하면서 전기전도성을 갖는 재질로 형성된 필름이 이용 가능하다.
본 발명의 경우, 투명 전도성 필름(130)을 이용하여, 나노로드의 제2 도전형 반도체층(123)의 상부 부분만이 투명 전도성 필름과 컨택된다. 이에 따라, 나노로드 측면에 투명 전도성 막이 형성됨으로써 발생하는 광 흡수를 근본적으로 차단할 수 있다. 복수의 나노로드를 포함하는 구조에서 나노로드 측면에 투명 전도성 막이 형성되는 구조의 경우, 나노로드에서 발생된 광이 투명 전도성 막을 통과하면서 광 흡수가 발생하고, 이에 따라 발광 효율이 저하되는 문제점이 있다. 본 발명의 경우, 나노로드 측면에 투명 전도성 막이 형성되는 것이 아니라 나노로드 상면에 투명 전도성 필름이 컨택되는 구조이므로 이러한 나노로드 측면에서의 발광 효율 저하를 개선할 수 있다.
투명 전도성 필름(130)은 접착 방식으로 복수의 나노로드의 상면에 컨택될 수 있다. 이를 위해, 투명 전도성 필름(130)은 제2 도전형 반도체층(123)과 컨택하는 면에 도전성 접착제층이 구비되어 있을 수 있다. 도전성 접착제층은 투명 전도성 필름의 일면에 전면에 걸쳐 구비될 수 있다. 바람직하게는, 도전성 접착제층은 제2 도전형 반도체층들에 대응하는 영역에만 구비될 수 있다. 후자의 경우, 도전성 접착제층이 외부로 노출되는 것이 최대한 억제될 수 있어 도전성 접착제층에 이물질이 부착되는 것을 억제할 수 있다.
다른 예로, 투명 전도성 필름(130)은 열 융착 방식으로 복수의 나노로드의 상면에 컨택될 수 있다.
또한, 도 1을 참조하면, 제1 도전형 반도체층(110)의 상면에는 복수의 나노로드들(120) 사이 영역에 절연층(115)이 형성되어 있을 수 있다. 이때, 활성층(122)의 하단 및 제2 도전형 반도체층(123)의 하단은 절연층(115)에 컨택될 수 있다. 절연층(115)이 형성되어 있지 않은 경우, 공정 측면에서 서로 이격된 나노로드들이 형성되지 않을 수 있으며, 제2 도전형 반도체층(123)이 제1 도전형 반도체층(110)과 직접 컨택될 가능성도 있다.
절연층(115)는 약 10nm 내지 1㎛ 두께로 형성될 수 있다. 절연층(115)은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 실리콘 산질화물, 알루미늄 산화물 등 질화물 반도체가 상부에 증착되기 어려운 재질이 이용될 수 있다. 절연층(115) 상에 질화물 반도체가 증착되지 않음으로써 서로 이격된 나노로드가 형성될 수 있다. 절연층(115)은 바람직하게는 실리콘 질화물층이다.
도면에는 도시하지 않았지만, 본 발명에 따른 나노 구조 반도체 발광소자는 제1 전극 및/또는 제2 전극을 포함할 수 있다. 제1 전극은 제1 도전형 반도체층(110)에 컨택될 수 있다. 제2 전극은 투명 전도성 필름(130)에 컨택될 수 있다.
일 예로 제1 전극 및 제2 전극은 와이어 본딩을 통하여 인쇄회로기판에 연결될 수 있다. 다른 예로 제1 전극 및 제2 전극은 솔더 볼을 이용하여 인쇄회로기판에 연결될 수 있다. 또 다른 예로, 제2 전극 또는 투명 전도성 필름이 전도성 접착제를 통해 인쇄회로기판에 부착되고, 제1 전극이 와이어 본딩이나 솔더 볼을 이용하여 인쇄회로기판에 연결될 수 있다.
한편, 복수의 나노로드들 간의 간격은 서로 동일할 수 있지만, 바람직하게는 복수의 나노로드들 간의 간격이 서로 상이할 수 있다.
다중 파장의 구현을 위한 파장 조절이 가능한 것은 나노 몰드를 통해 제작된 3차원 나노 구조의 물리적 크기와 아울러 피치(Pitch) 간격의 조정이 가능함에 기인한다. 보다 구체적으로는 복수의 나노로드들 간의 간격을 상이하게 하면, 활성층(122)에 포함되는 인듐의 증착량이 변화하는 것에 기인한다. 개별 나노 구조의 피치 간격의 변화를 통해 방출되는 빛의 파장을 바꿀 수 있으며 이를 통해 디바이스 영역별로 서로 상이한 파장대의 빛을 방출하도록 설계할 수 있어 원하는 파장의 광, 특히 백색광의 구현까지 가능하다. 다. 이러한 피치 간격 설계는 광학 시뮬레이션을 통해 구현되는 파장 특성을 예측할 수 있다.
도 3는 20mA 전류 주입 조건에서의 나노로드의 피치에 따른 방출되는 광의 파장을 나타낸 것이다.
도 3를 참조하면, 나노로드의 피치가 증가함에 따라 방출되는 빛의 파장이 450nm에서 540nm까지 변화됨을 에서 확인할 수 있다. 또한 나노 로드의 피치 조건이 1.4㎛에서 450nm, 2.0㎛에서 480nm, 2.4㎛에서 515nm, 2.8㎛에서 540nm의 파장 특징을 보임을 알 수 있다. 나노 로드 피치의 증가에 따른 파장 특성의 변화는 발광층을 구성하는 인듐의 조성 변화에 기인한다고 판단되며, 피치가 증가함에 따라 인듐 혼입(Incorporation)이 증가된다고 볼 수 있다. 인듐 혼입의 변화는 나노 로드의 피치에 따라 인듐이 증착되는 면적의 차이에 의해 발생될 수 있으며, 피치 크기가 증가됨에 따라 인듐의 증착 면적이 상대적으로 작아지게 되며, 이에 따라 발광면에서의 인듐의 혼입은 많아지게 된다. 따라서 나노 로드 피치가 증대됨에 따라 파장이 길어지는 특성이 나타나게 된다.
다른 예로, 나노로드들의 직경이 상이할 수 있다.
도 4은 동일한 피치 조건 및 20mA 전류 주입 조건에서 나노로드의 직경에 따른 방출되는 광의 파장을 나타낸 것이다.
도 4을 참조하면, 동일한 피치 조건에서 나노 로드 지름이 감소함에 따라 파장이 증가함을 볼 수 있다. 이러한 결과를 바탕으로 나노 로드 구조에서 면적에 따라 인듐 혼입이 달라지며, 이에 따라 파장이 변화됨을 알 수 있다.
일부 영역에서의 나노로드들의 피치가 상대적으로 작고, 다른 영역에서의 나노로드들의 피치가 상대적으로 크다면 서로 다른 파장의 광들이 혼합되어 방출될 수 있다. 마찬가지로, 일부 영역에서의 나노로드들의 직경이 상대적으로 작고, 다른 영역에서의 나노로드들의 직경이 상대적으로 크다면 서로 다른 파장의 광들이 혼합되어 방출될 수 있다.
종래의 2차원 발광 소자에서는 예를 들어 청색 파장과 같은 단일 파장대의 광을 방출하며, 청색 발광 소자 상에 형광체(Phosphor)를 배치하여 백색광을 구현하였다. 따라서 형광체를 구성하는 물질에 의한 청색 빛의 흡수와 이에 따른 효율 저하는 항상 동반되는 문제점이다. 이를 극복하기 위해 형광체의 여기 효율을 증가시키는 방향과 아울러 청색 빛의 세기와 효율을 강화하는 쪽으로 연구를 집중해 왔다. 하지만 형광체에 의한 백색 발광 메커니즘의 한계로 인해 효율 향상이 매우 더디게 진행되고 있다.
본 발명의 경우, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 기존의 형광체 여기 방식을 통한 백색 구현이 아니라 나노로드들 간의 간격(피치) 조절을 통하여 빛의 혼합을 이용한 백색을 구현한다. 그 결과, 형광체를 이용하지 않고도 백색광의 방출이 가능하다.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 따른 나노 구조 반도체 발광소자를 제조하는 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
먼저 도 2a에 도시된 예와 같이, 기판(101) 상에 제1 도전형 반도체층(110), 제1 절연층(115) 및 제2 절연층(117)을 순차적으로 형성한다. 예를 들어 제1 절연층(115)은 실리콘 질화물 재질일 수 있고, 제2 절연층(117)은 실리콘 산화물 재질일 수 있다. 제2 절연층(117)은 서로 이격된 복수의 나노로드를 형성하기 위한 나노몰드 역할을 한다. 또한, 제2 절연층(117)의 막 두께에 의해 복수의 나노로드의 높이가 결정된다. 제2 절연층(117)의 막 두께는 0.1~10㎛를 제시할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로 도 2b에 도시된 예와 같이 식각을 통해 나노 몰드를 형성한다. 본 식각에서는 제2 절연층(117) 및 제1 절연층(115)을 순차적으로 식각한다.
식각은 예를 들어 레이저 식각, 반응성이온식각 공정과 같은 반도체 식각 공정에 이용되는 공정을 이용하여 수행될 수 있다. 다른 예로, 제2 절연층(117) 및 제1 절연층(115) 모두를 식각할 수 있는 식각액을 이용하거나, 제1 식각액을 통하여 제2 절연층(117)을 식각하고, 이어서 제2 식각액을 통하여 제1 절연층(115)을 식각하는 방법이 이용될 수 있다.
다음으로, 도 2c에 도시된 예와 같이, 나노 몰드에 제1 도전형 반도체 재질의 코어층을 형성한다.
다음으로, 도 2d에 도시된 예와 같이, 식각을 통해 제2 절연층을 제거한다. 예를 들어, 제1 절연층이 실리콘 질화물 재질이고, 제2 절연층이 실리콘 산화물 재질인 경우, 제2 절연층의 제거는 실리콘 산화물에 대한 식각 선택비가 높은 식각액을 이용한 습식 식각으로 진행될 수 있다.
다음으로, 도 2e에 도시된 예와 같이, 코어층(121) 상에 활성층(122) 및 제2 도전형 반도체층(123)을 순차 형성한다. 제1 도전형 반도체층(110), 코어층(121), 활성층(122) 및 제2 도전형 반도체층(123)은 금속유기화학기상증착법(Metalorganic Chemical Vapor Deposition, MOCVD) 또는 분자선적층법(Molecular Beam Epitaxy, MBE) 등으로 형성될 수 있다. 이때, 활성층(122) 및 제2 도전형 반도체층(123)은 각각 질화물 반도체로 형성되는데, 질화물 반도체는 실리콘 질화물과 같은 절연체 상에는 성장되지 않고 질화물 반도체로 형성된 코어층(121)의 측면 및 상면에만 형성된다.
종래의 2차원 평면 구조에서 발광 소자를 이루는 질화물 반도체는 일반적으로 우르자이트(Wurtzite) 구조로 성장된다. 이러한 우르자이트 구조의 c-결정면(Crystal Plane)인 (0 0 0 1)에서 성장된 질화물은 분극 효과(Polarization Effect)의 발생에 따라 전자와 정공이 공간적으로 분리됨에 따라 효과적인 재결합이 방해됨과 아울러 발광 효율의 저하가 나타나게 된다. 이에 비해 본 발명의 경우 3차원 구조인 코어층(121)의 측면에 활성층(122)을 성장시킨다. 이에 의하면, c-결정면이 아니 m-결정면(1 0 -1 0)에서 성장됨에 따라 무극성(Non-polar) 질화물 반도체로 성장될 수 있다. 이러한 무극성 질화물 반도체를 기반으로 활성층을 형성함에 따라 극성(Polar) 질화물 반도체에서 발생하는 분극을 최대한 억제할 수 있음에 따라 전자와 정공의 재결합을 강화할 수 있다.
다음으로, 도 2f에 도시된 예와 같이, 제2 도전형 반도체층 상에 투명 전도성 필름을 컨택시킨다. 투명 전도성 필름(130)은 접착 방식으로 또는 열융착 방식으로 복수의 나노로드의 상면에 컨택될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예들에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
101 : 기판
110 : 제1 도전형 반도체층
115 : 제1 절연층(절연층)
117 : 제2 절연층
121 : 코어층
122 : 활성층
123 : 제2 도전형 반도체층
120 : 나노로드
130 : 투명 전도성 필름
110 : 제1 도전형 반도체층
115 : 제1 절연층(절연층)
117 : 제2 절연층
121 : 코어층
122 : 활성층
123 : 제2 도전형 반도체층
120 : 나노로드
130 : 투명 전도성 필름
Claims (7)
- 제1 도전형 반도체층;
상기 제1 도전형 반도체층 상에 서로 이격되어 형성된 복수의 나노로드, 이때 상기 복수의 나노로드 각각은 제1 도전형 반도체로 형성되며 하단이 상기 제1 도전형 반도체층에 컨택되는 코어층과, 상기 코어층의 측면 및 상부면에 형성된 활성층 및 상기 활성층의 측면 및 상부면에 형성된 제2 도전형 반도체층을 포함함;
상기 복수의 나노로드 상에 배치되며, 상기 복수의 나노로드의 제2 도전형 반도체층 각각의 상부면에만 컨택되는 투명 전도성 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 구조 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 투명 전도성 필름은 상기 제2 도전형 반도체층과 컨택하는 면에 전도성 접착제층이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 나노 구조 반도체 발광소자.
- 제2항에 있어서,
상기 접착제층은 상기 제2 도전형 반도체층들에 대응하는 영역에만 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 나노 구조 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 나노로드들 사이에는 절연층이 형성되어 있고,
상기 활성층의 하단 및 상기 제2 도전형 반도체층의 하단은 상기 절연층에 컨택되는 것을 특징으로 하는 나노 구조 반도체 발광소자.
- 제4항에 있어서,
상기 절연층의 재질은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 실리콘 산질화물 또는 알루미늄 산화물인 것을 특징으로 하는 나노 구조 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 도전형 반도체층에 컨택되는 제1 전극; 또는
상기 투명 전도성 필름에 컨택되는 제2 전극을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 구조 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 나노로드들 간의 간격이 서로 상이하거나 또는 상기 복수의 나노로드들의 직경이 상이한 것을 특징으로 하는 나노 구조 반도체 발광소자.
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