KR102370021B1 - Method of manufacturing nano-structured semiconductor light emitting device - Google Patents

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Abstract

다양한 발광파장을 나타낼 수 있는 나노구조 반도체 발광소자 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 나노 구조 반도체 발광소자는 기판; 상기 기판 상에 제1 도전형 반도체로 형성된 베이스층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 서로 이격되어 형성된 복수의 나노로드;를 포함하고, 상기 복수의 나노로드 각각은 상기 베이스층 상에 제1 도전형 반도체로 형성된 코어층과, 상기 코어층 표면에 형성된 인듐을 포함하는 활성층과, 상기 활성층 표면에 제2 도전형 반도체로 형성된 쉘층을 포함하고; 복수의 나노로드는 제1 측면부와, 상기 제1 측면부 상의 경사형 제2 측면부와, 상기 제2 측면부 상의 천정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Disclosed are a nanostructure semiconductor light emitting device capable of exhibiting various light emission wavelengths and a method for manufacturing the same.
Nanostructure semiconductor light emitting device according to the present invention is a substrate; a base layer formed of a first conductivity type semiconductor on the substrate; a plurality of nanorods formed on the first conductivity type semiconductor layer to be spaced apart from each other, wherein each of the plurality of nanorods includes a core layer formed of a first conductivity type semiconductor on the base layer, and a surface of the core layer an active layer including indium formed thereon, and a shell layer formed of a second conductivity type semiconductor on a surface of the active layer; The plurality of nanorods may include a first side portion, an inclined second side portion on the first side portion, and a ceiling portion on the second side portion.

Description

나노구조 반도체 발광소자 제조 방법 {METHOD OF MANUFACTURING NANO-STRUCTURED SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}Nanostructure semiconductor light emitting device manufacturing method {METHOD OF MANUFACTURING NANO-STRUCTURED SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}

본 발명은 반도체 발광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 청색 파장에서 적색 파장까지 다양한 발광파장을 나타낼 수 있는 나노 구조 반도체 발광소자에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly, to a nano-structured semiconductor light emitting device capable of exhibiting various emission wavelengths from a blue wavelength to a red wavelength.

또한, 본 발명은 상기의 나노구조 반도체 발광소자를 제조하는 방법에 관한 것이다.In addition, the present invention relates to a method for manufacturing the nanostructured semiconductor light emitting device.

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. Quantum Dot, Organic Light Emitting Diodes (OLED) and micro-sized light sources for displays for semiconductor lighting as well as virtual reality (AR) and augmented reality (AR) Light-emitting diodes and the like are attracting attention. However, in the case of a quantum dot light source, it is known that it is very necessary to solve the problem of safety as well as the safety issue of constituent materials and the burn-in phenomenon in the case of OLED.

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. In contrast, a micro-sized light emitting diode made of an environmentally friendly material as well as stability can be said to be a light source with high competitiveness. In the field of micro-sized light emitting diodes, increasing the amount of light and improving the luminous efficiency are very important research topics, and various development directions and methods have been proposed according to the development goals. In particular, the light emitting properties have been continuously improved through the application of a light emitting layer and a quantum well layer based on Indium Gallium Nitride (InGaN), which is a nitride. ) In addition to increasing electron injection efficiency by applying an Electron Blocking Later (EBL) composed of a superlattice layer made of a combination of improvement has been steadily progressing.

하지만 이러한 특성 향상을 위한 연구 및 개발은 기본적으로 2차원 평면 구조를 기초로 하고 있으며, 이에 기반을 두고 개선이 진행되어 왔다.However, research and development to improve these characteristics is basically based on a two-dimensional planar structure, and improvements have been made based on this.

또한, 백색광 구현에 대하여 많은 연구가 있다. 일반적으로 단일 발광소자에서는 청색광과 같은 단일 발광파장의 광이 방출된다. 백색광 구현을 위해 일반적으로는 청색 발광소자와 황색 형광체를 함께 사용하는 방법이나 청색 발광소자, 녹색 발광소자 및 적색 발광소자를 함께 사용하는 방법이 이용되고 있다. 따라서, 단일 발광소자에서 다양한 발광파장의 광들을 방출하여 백색광을 구현할 필요성이 있다.In addition, there are many studies on the implementation of white light. In general, light of a single emission wavelength, such as blue light, is emitted from a single light emitting device. In general, a method of using a blue light emitting device and a yellow phosphor together or a method of using a blue light emitting device, a green light emitting device, and a red light emitting device together is used to realize white light. Accordingly, there is a need to realize white light by emitting light of various emission wavelengths from a single light emitting device.

한국 공개특허공보 제10-2014-0096970호 (2014.08.06. 공개)Korean Patent Publication No. 10-2014-0096970 (published on August 6, 2014)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 3차원 구조(3-dimensional Structure)의 나노 구조 반도체 발광소자에 있어 청색 파장에서 적색 파장까지의 발광파장 및 혼합 파장을 나타낼 수 있는 나노구조 반도체 발광소자를 제공하는 것이다. The problem to be solved by the present invention is to provide a nanostructure semiconductor light emitting device capable of exhibiting an emission wavelength from a blue wavelength to a red wavelength and a mixed wavelength in a nanostructure semiconductor light emitting device having a three-dimensional structure .

또한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 나노 몰드를 이용하여 상기의 나노구조 반도체 발광소자를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing the nanostructure semiconductor light emitting device using a nano mold.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 나노구조 반도체 발광소자는 기판; 상기 기판 상에 제1 도전형 반도체로 형성된 베이스층; 상기 베이스층 상에 서로 이격되어 형성된 복수의 나노로드;를 포함하고, 상기 복수의 나노로드 각각은 상기 베이스층 상에 제1 도전형 반도체로 형성된 코어층과, 상기 코어층 표면에 형성된 인듐을 포함하는 활성층과, 상기 활성층 표면에 제2 도전형 반도체로 형성된 쉘층을 포함한다. Nanostructure semiconductor light emitting device according to the present invention for solving the above problems is a substrate; a base layer formed of a first conductivity type semiconductor on the substrate; a plurality of nanorods formed on the base layer to be spaced apart from each other, wherein each of the plurality of nanorods includes a core layer formed of a first conductivity type semiconductor on the base layer, and indium formed on a surface of the core layer and an active layer, and a shell layer formed of a second conductivity type semiconductor on a surface of the active layer.

이때, 본 발명에 따른 나노구조 반도체 발광소자는, 복수의 나노로드가 제1 측면부와, 상기 제1 측면부 상의 경사형 제2 측면부와, 상기 제2 측면부 상의 천정부를 포함한다. In this case, the nanostructure semiconductor light emitting device according to the present invention includes a plurality of nanorods on a first side portion, an inclined second side portion on the first side portion, and a ceiling portion on the second side portion.

상기 구성의 나노 구조 반도체 발광소자를 통하여, 활성층의 표면적을 넓힐 수 있어 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 제1 측면부와 경사형 제2 측면부와 천정부가 서로 상이한 결정면을 나타낼 수 있고, 이에 따라 제1 측면부와 경사형 제2 측면부와 천정부에서 서로 다른 성장 속도가 나타낼 수 있다. Through the nano-structured semiconductor light emitting device having the above configuration, the surface area of the active layer can be increased, so that luminous efficiency can be improved. In particular, the first side portion, the second inclined side portion, and the ceiling portion may represent different crystal planes, and accordingly, different growth rates may be exhibited in the first side portion, the inclined second side portion, and the ceiling portion.

그 결과, 제1 측면부와 경사형 제2 측면부와 천정부에 형성되는 활성층의 두께가 서로 다를 수 있고, 따라서 단위면적당 증착되는 인듐의 양의 차이에 기인하여, 제1 측면부에 형성되는 활성층, 경사형 제2 측면부에 형성되는 활성층 및 천정부에 형성되는 활성층에서 서로 다른 파장의 발광파장을 나타낼 수 있다.As a result, the thickness of the active layer formed on the first side part and the inclined second side part and the ceiling part may be different from each other, and therefore, due to the difference in the amount of indium deposited per unit area, the active layer formed on the first side part, the inclined type The active layer formed on the second side surface and the active layer formed on the ceiling may exhibit different emission wavelengths.

상기 제1 측면부의 결정면은 m-면이고, 상기 제2 측면부의 결정면은 r-면이고, 상기 천정부의 결정면은 c-면이 될 수 있다. A crystal plane of the first side part may be an m-plane, a crystal plane of the second side part may be an r-plane, and a crystal plane of the ceiling may be a c-plane.

상기 제1 측면부는 측면에서 볼 때 직사각형 형상을 가지며, 상기 제2 측면부는 측면에서 볼 때 상부로 향할수록 폭이 좁아지는 사다리꼴 형상을 가질 수 있다. 한편, 상기 천정부는 평면에서 볼 때 육각형 형상을 가질 수 있다. The first side portion may have a rectangular shape when viewed from the side, and the second side portion may have a trapezoidal shape whose width becomes narrower toward the upper side when viewed from the side. Meanwhile, the ceiling portion may have a hexagonal shape in plan view.

상기 나노로드들 간의 피치가 1.0~4.5㎛ 범위에서 서로 상이할 수 있다. 나노로드들 간의 피치가 작을수록 발광파장이 짧아지며, 나노로드들 간의 피치가 클수록 발광파장이 길어질 수 있다. The pitch between the nanorods may be different from each other in the range of 1.0 ~ 4.5㎛. The smaller the pitch between the nanorods, the shorter the emission wavelength, and the larger the pitch between the nanorods, the longer the emission wavelength may be.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 나노구조 반도체 발광소자 제조 방법은 기판 상에 제1 도전형 반도체로 베이스층을 형성하는 단계; 및 상기 베이스층 상에 복수의 나노로드를 형성하는 단계;를 포함한다. A method for manufacturing a nanostructure semiconductor light emitting device according to the present invention for solving the above problems comprises: forming a base layer of a first conductivity type semiconductor on a substrate; and forming a plurality of nanorods on the base layer.

그리고, 상기 복수의 나노로드를 형성하는 단계는, 상기 베이스층 상에 상기 베이스층이 일부 노출되는 복수의 나노 몰드를 형성하는 단계; 상기 복수의 나노 몰드 내에 제1 도전형 반도체로 복수의 코어층을 형성하는 단계; 상기 복수의 나노 몰드를 제거하는 단계; 각각의 코어층 표면에 인듐을 포함하는 활성층을 형성하는 단계; 및 상기 활성층 표면에 제2 도전형 반도체로 쉘층을 형성하는 단계를 포함한다. The forming of the plurality of nanorods may include: forming a plurality of nano molds on the base layer in which the base layer is partially exposed; forming a plurality of core layers of a first conductivity type semiconductor in the plurality of nano molds; removing the plurality of nano molds; forming an active layer including indium on the surface of each core layer; and forming a shell layer of a second conductivity type semiconductor on the surface of the active layer.

이때, 본 발명에서는 상기 복수의 코어층 형성 단계에서, 제1 측면부와, 상기 제1 측면부 상의 경사형 제2 측면부와, 상기 제2 측면부 상의 천정부를 포함하는 코어층을 형성한다. 이러한 제1 측면부, 경사형 제2 측면부 및 천정부를 포함하는 코어층은, 나노몰드에서 제1 도전형 반도체를 증착하는 과정에서 나노몰드 내의 성장이 완료된 이후, 나노 몰드 위에서 추가 성장하면서 형성될 수 있다. At this time, in the present invention, in the forming of the plurality of core layers, a core layer including a first side part, a second inclined side part on the first side part, and a ceiling part on the second side part is formed. The core layer including the first side part, the inclined second side part, and the ceiling part may be formed while further growing on the nano mold after growth in the nano mold is completed in the process of depositing the first conductivity type semiconductor in the nano mold. .

상기 제1 측면부의 결정면은 m-면이고, 상기 제2 측면부의 결정면은 r-면이고, 상기 천정부의 결정면은 c-면이 될 수 있다. A crystal plane of the first side part may be an m-plane, a crystal plane of the second side part may be an r-plane, and a crystal plane of the ceiling may be a c-plane.

상기 제1 측면부의 활성층과 상기 제2 측면부의 활성층의 단위면적당 인듐 양이 다를 수 있다. An amount of indium per unit area of the active layer of the first side part and the active layer of the second side part may be different.

상기 나노로드들 간의 피치가 1.0~4.5㎛ 범위에서 서로 상이하게 조절할 수 있다.The pitch between the nanorods can be adjusted to be different from each other in the range of 1.0 ~ 4.5㎛.

본 발명에 따른 나노 구조 반도체 발광소자는 3차원 구조의 활성층 구조를 통하여 발광 효율을 향상시킬 수 있다. The nanostructure semiconductor light emitting device according to the present invention can improve luminous efficiency through a three-dimensional active layer structure.

특히, 본 발명은 제1 측면부, 경사형 제2 측면부 및 천정부를 포함하는 나노로드를 포함한다. 이에 따라, 제1 측면부의 활성층 두께, 경사형 제2 측면부의 활성층의 두께 및 천정부의 활성층의 두께를 상이하게 할 수 있고, 결과적으로, 각 부분에서의 발광 파장을 상이하게 할 수 있다. In particular, the present invention includes a nanorod including a first side portion, a second inclined side portion, and a ceiling portion. Accordingly, the thickness of the active layer of the first side portion, the thickness of the active layer of the inclined second side portion, and the thickness of the active layer of the ceiling portion may be different, and as a result, the emission wavelength in each portion may be different.

나아가, 본 발명에 따른 나노구조 반도체 발광소자는 나노로드들 간의 피치 간격의 변화를 통해 방출되는 빛의 파장을 조절할 수 있다. 이를 통해 원하는 파장대의 광을 방출할 수 있으며, 나아가 백색광 구현도 가능하다.Furthermore, the nanostructure semiconductor light emitting device according to the present invention can control the wavelength of light emitted by changing the pitch interval between the nanorods. Through this, it is possible to emit light in a desired wavelength band, and furthermore, it is possible to realize white light.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 나노 구조 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 도 1의 나노로드의 구조를 보다 자세하게 나타낸 것이다.
도 3a는 기판 상에 베이스층 및 절연층이 형성된 예를 나타낸 것이다.
도 3b는 식각을 통해 나노 몰드가 형성된 것을 나타낸다.
도 3c는 나노 몰드에 제1 도전형 반도체 재질의 코어층이 형성된 것을 나타낸다.
도 3d는 식각을 통해 제2 절연층이 제거된 것을 나타낸다.
도 3e는 코어층 상에 활성층, 쉘층 및 투명전극층이 형성된 것을 나타낸다.
도 4a는 제1 측면부, 제2 측면부 및 천정부를 포함하는 코어층을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 4b는 제1 측면부, 제2 측면부 및 천정부를 포함하는 코어층을 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 5는 질화물 반도체의 성장면을 설명하기 위한 도면이다.
1 schematically shows a nanostructure semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows the structure of the nanorod of FIG. 1 in more detail.
3A illustrates an example in which a base layer and an insulating layer are formed on a substrate.
3B shows that a nano mold is formed through etching.
FIG. 3C shows that a core layer made of a first conductivity type semiconductor material is formed on the nano-mold.
3D shows that the second insulating layer is removed through etching.
3E shows that an active layer, a shell layer, and a transparent electrode layer are formed on the core layer.
4A is a perspective view schematically illustrating a core layer including a first side part, a second side part, and a ceiling part.
4B is a side view schematically illustrating a core layer including a first side part, a second side part, and a ceiling part.
5 is a view for explaining a growth plane of a nitride semiconductor.

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.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them, will become apparent with reference to the embodiments and drawings described below in detail. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and are common in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform those with knowledge of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 나노 구조 반도체 발광소자 및 그 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a nanostructure semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 나노구조 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 것이고, 도 2는 나노로드의 구조를 보다 상세하게 나타낸 것이다.1 schematically shows a nanostructured semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows the structure of a nanorod in more detail.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 나노구조 반도체 발광소자는 기판(110), 베이스층(120), 복수의 나노로드(130)를 포함한다. 베이스층(120) 상에 나노로드(130)가 형성되지 않는 영역에는 절연층(125)이 형성되어 있을 수 있다. Referring to FIG. 1 , a nanostructure semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention includes a substrate 110 , a base layer 120 , and a plurality of nanorods 130 . An insulating layer 125 may be formed in a region where the nanorods 130 are not formed on the base layer 120 .

그리고, 복수의 나노로드(130)는 코어층(131), 활성층(132) 및 쉘층(133)을 포함한다. 쉘층(133) 표면과 절연층(125)의 표면 상에는 투명 전극층(134)이 형성될 수 있다.In addition, the plurality of nanorods 130 include a core layer 131 , an active layer 132 , and a shell layer 133 . A transparent electrode layer 134 may be formed on the surface of the shell layer 133 and the surface of the insulating layer 125 .

기판(110)은 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(110)은 사파이어 기판 또는 실리콘 기판인 것이 가장 바람직하다. The substrate 110 may be a sapphire substrate, a silicon substrate, a GaN substrate, and various known substrates on which a nitride semiconductor may be grown may be used. Considering the nitride semiconductor growth efficiency and cost, the substrate 110 is most preferably a sapphire substrate or a silicon substrate.

베이스층(120)은 제1 도전형 반도체로 형성된다. 예를 들어 베이스층은 GaN과 같은 질화물 반도체에 Si와 같은 n형 도펀트가 도핑된 n형 도전형 반도체층이다. 다른 예로, GaN과 같은 질화물 반도체에 Mg와 같은 p형 도펀트가 도핑된 p형 도전형 반도체층이다. 베이스층(120)과 나노로드(130)의 코어층(131)은 동일한 도전형 반도체(예를 들어 n형 반도체)로 형성된다. 그리고, 쉘층(133)은 베이스층(120) 및 코어층(131)과 반대의 도전형 반도체(예를 들어 p형 반도체)로 형성된다.The base layer 120 is formed of a first conductivity type semiconductor. For example, the base layer is an n-type conductivity-type semiconductor layer in which a nitride semiconductor such as GaN is doped with an n-type dopant such as Si. Another example is a p-type conductivity-type semiconductor layer in which a nitride semiconductor such as GaN is doped with a p-type dopant such as Mg. The base layer 120 and the core layer 131 of the nanorods 130 are formed of the same conductivity type semiconductor (eg, an n-type semiconductor). In addition, the shell layer 133 is formed of a conductive type semiconductor (eg, a p-type semiconductor) opposite to that of the base layer 120 and the core layer 131 .

기판(110)과 베이스층(120)의 사이에는, 베이스층(120)의 결정 품질을 향상시키기 위해, AlN, 저온 GaN 등으로 이루어진 버퍼층, un-GaN과 같은 비도핑 질화물 반도체층 등이 추가로 형성될 수 있다.Between the substrate 110 and the base layer 120 , in order to improve the crystal quality of the base layer 120 , a buffer layer made of AlN, low-temperature GaN, etc., an undoped nitride semiconductor layer such as un-GaN, etc. are additionally provided. can be formed.

복수의 나노로드(130) 각각은 발광이 이루어지는 구조체로서, 베이스층(120) 상에 서로 이격되어 형성된다. 본 발명은 복수의 나노로드(130)를 포함함으로써 활성층의 표면적을 넓힐 수 있고, 이에 따라 발광 효율을 향상시킬 수 있다. Each of the plurality of nanorods 130 is a light-emitting structure, and is formed on the base layer 120 to be spaced apart from each other. In the present invention, the surface area of the active layer can be increased by including the plurality of nanorods 130 , and thus the luminous efficiency can be improved.

도 1 및 도 2에 도시된 예와 같이, 복수의 나노로드(130)는 코어층(131), 활성층(132) 및 쉘층(133)을 각각 포함한다. 나노로드(130) 각각의 직경은 약 10nm~1.5㎛를 제시할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 나노로드들(130)은, 나노로드(120)의 직경에 대한 높이의 비를 의미하는 종횡비가 1:10 내지 1:1000일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 나노로드(120)의 종횡비는 나노몰드에 의해 결정될 수 있다. 1 and 2 , each of the plurality of nanorods 130 includes a core layer 131 , an active layer 132 , and a shell layer 133 . Each of the nanorods 130 may have a diameter of about 10 nm to 1.5 μm, but is not limited thereto. Also, the nanorods 130 may have an aspect ratio of 1:10 to 1:1000, which means the ratio of the height to the diameter of the nanorods 120 , but is not limited thereto. The aspect ratio of the nanorods 120 may be determined by the nanomold.

코어층(121)은 제1 도전형 반도체로 형성된다. 코어층(121)의 하단은 제1 도전형 반도체 재질의 베이스층(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. The core layer 121 is formed of a first conductivity type semiconductor. The lower end of the core layer 121 is in contact with the base layer 110 made of the first conductivity type semiconductor material. The active layer 122 is formed on the surface of the core layer 121 , that is, on the side and top surfaces of the core layer 121 . The active layer 122 may have various well-known active layer structures including MQW (Multi Quantum Wells) structures.

쉘층(133)은 활성층(132)의 표면, 즉 활성층(132)의 측면 및 상면에 형성된다. 쉘층(133)은 제2 도전형 반도체로 형성되며, 제2 도전형 반도체는 코어층(131)의 제1 도전형 반도체와 반대 타입의 도전형 반도체이다. 활성층(132)과 쉘층(133) 사이에는, 고전류에서의 전자의 오버플로우를 방지하기 위해 AlGaN 재질의 전자차단층이 추가로 형성될 수 있다. The shell layer 133 is formed on the surface of the active layer 132 , that is, on the side and upper surfaces of the active layer 132 . The shell layer 133 is formed of a second conductivity type semiconductor, and the second conductivity type semiconductor is a conductivity type semiconductor opposite to that of the first conductivity type semiconductor of the core layer 131 . An electron blocking layer made of AlGaN material may be additionally formed between the active layer 132 and the shell layer 133 to prevent electron overflow in high current.

복수의 나노로드들(130) 사이에는 절연층(125)이 형성되어 있고, 활성층(132)의 하단 및 제2 도전형 반도체 재질의 쉘층(133)의 하단은 절연층(125)에 컨택될 수 있다. An insulating layer 125 is formed between the plurality of nanorods 130 , and the lower end of the active layer 132 and the lower end of the shell layer 133 made of the second conductivity type semiconductor material may contact the insulating layer 125 . there is.

절연층(125)이 형성되어 있음으로써 질화물 반도체 증착시 절연층 상에는 질화물 반도체의 증착이 이루어지지 않게 된다. 절연층(125)이 형성되어 있지 않은 경우, 서로 이격된 나노로드가 형성되지 않을 수 있으며, 또한 제2 도전형 반도체 재질의 쉘층(133)이 제1 도전형 반도체 재질의 코어층(131)과 직접 컨택되는 문제가 발생할 수 있다. Since the insulating layer 125 is formed, the nitride semiconductor is not deposited on the insulating layer when the nitride semiconductor is deposited. When the insulating layer 125 is not formed, nanorods spaced apart from each other may not be formed, and the shell layer 133 made of a second conductivity type semiconductor material is formed with the core layer 131 made of a first conductivity type semiconductor material. Direct contact issues may arise.

절연층(125)는 약 10nm 내지 100nm 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(125) 상에 질화물 반도체가 증착되지 않음으로써 서로 이격된 나노로드가 형성될 수 있다. 절연층(125)은 바람직하게는 실리콘 질화물층이다.The insulating layer 125 may be formed to a thickness of about 10 nm to 100 nm. For the insulating layer 115 , a material on which a nitride semiconductor is difficult to be deposited, such as silicon nitride, silicon oxide, silicon oxynitride, or aluminum oxide, may be used. Since the nitride semiconductor is not deposited on the insulating layer 125 , nanorods spaced apart from each other may be formed. The insulating layer 125 is preferably a silicon nitride layer.

또한, 본 발명에 따른 나노구조 반도체 발광소자는 투명전극층(134)을 추가로 포함할 수 있다. In addition, the nanostructured semiconductor light emitting device according to the present invention may further include a transparent electrode layer 134 .

나노로드들 표면, 즉 나노로드들의 측면과 상부면과, 절연층 표면, 즉 절연층의 상부면에는 투명전극층(134)이 형성될 수 있다. 나노로드들 표면은 제2 도전형 반도체층의 표면이 된다. 투명전극층(134)은 ITO (indium tin oxide), FTO(fluorine-doped tin oxide)와 같은 투명 전도성 산화물 필름, 그래핀 필름 등 투명하면서 전기전도성을 갖는 재질로 형성된 필름이 이용 가능하다. The transparent electrode layer 134 may be formed on the surface of the nanorods, that is, the side and upper surfaces of the nanorods, and the surface of the insulating layer, that is, the upper surface of the insulating layer. The surface of the nanorods becomes the surface of the second conductivity type semiconductor layer. The transparent electrode layer 134 may be a film formed of a transparent and electrically conductive material such as a transparent conductive oxide film such as indium tin oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO), or a graphene film.

다른 예로, ITO 필름과 같은 투명 도전성 필름이 나노로드들 상부면에 부착될 수 있다.As another example, a transparent conductive film such as an ITO film may be attached to the upper surface of the nanorods.

또한, 본 발명에 따른 나노구조 반도체 발광소자는 제1 전극(141) 및 제2 전극(142)을 추가로 포함할 수 있다. In addition, the nanostructured semiconductor light emitting device according to the present invention may further include a first electrode 141 and a second electrode 142 .

도 1에 도시된 예와 같이, 제1 전극(141)은 제1 도전형 반도체 재질의 베이스층(120) 상에 형성될 수 있다. 제2 전극(142)은 투명전극층(134) 상에 형성될 수 있다. 일 예로 제1 전극(141) 및 제2 전극(142)은 와이어 본딩을 통하여 인쇄회로기판에 연결될 수 있다. 다른 예로 제1 전극(141) 및 제2 전극(142)은 솔더 볼을 이용하여 플립 칩의 형태로 인쇄회로기판에 연결될 수 있다. 1 , the first electrode 141 may be formed on the base layer 120 made of a first conductivity type semiconductor material. The second electrode 142 may be formed on the transparent electrode layer 134 . For example, the first electrode 141 and the second electrode 142 may be connected to the printed circuit board through wire bonding. As another example, the first electrode 141 and the second electrode 142 may be connected to the printed circuit board in the form of a flip chip using a solder ball.

도 1 및 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 나노구조 반도체 발광소자는, 복수의 나노로드(130)가 제1 측면부와, 제1 측면부 상의 경사형 제2 측면부, 그리고 제2 측면부 상의 천정부를 포함하는 구조를 갖는다. As can be seen in FIGS. 1 and 2 , in the nanostructure semiconductor light emitting device according to the present invention, a plurality of nanorods 130 have a first side portion, a second inclined side portion on the first side portion, and a second side portion It has a structure including the ceiling part of the upper part.

제1 측면부와 경사형 제2 측면부와 천정부는 서로 상이한 결정면을 나타낼 수 있다. 구체적으로, 제1 측면부의 결정면은 m-면이고, 제2 측면부의 결정면은 r-면이고, 천정부의 결정면은 c-면이 될 수 있다. 제1 측면부, 경사형 제2 측면부 및 천정부를 포함하는 나노로드 구조에 대하여는 도 4a, 도 4b 및 도 5와 관련하여 후술하기로 한다.The first side part, the second inclined side part, and the ceiling part may represent different crystal planes from each other. Specifically, the crystal plane of the first side portion may be the m-plane, the crystal plane of the second side portion may be the r-plane, and the crystal plane of the ceiling may be the c-plane. The nanorod structure including the first side part, the inclined second side part, and the ceiling part will be described later with reference to FIGS. 4A, 4B and 5 .

한편, 나노로드들 간의 피치(P)는 서로 동일할 수 있지만, 바람직하게는 나노로드들 간의 피치(P)가 서로 상이할 수 있다. 본 발명에서 나노로드들 간의 피치(P)는 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 하나의 나노로드의 중심과 인접한 다른 나노로드의 중심 간의 거리로 정의된다. 이는 결국 인접한 2개의 나노로드들에서 코어층의 중심 간의 간격이 된다.Meanwhile, the pitch P between the nanorods may be the same, but preferably, the pitch P between the nanorods may be different from each other. In the present invention, the pitch P between nanorods is defined as a distance between the center of one nanorod and the center of another adjacent nanorod, as shown in FIG. 2 . This eventually becomes the distance between the centers of the core layer in the two adjacent nanorods.

복수의 나노로드들 간의 피치(P)를 상이하게 하면, 활성층(132)에 포함되는 인듐의 증착량이 변화하는 것에 기인한다. 개별 나노 구조의 피치(P)의 변화를 통해 방출되는 빛의 파장을 변화시킬 수 있다. 이를 통해 예를 들어 제1 피치가 적용된 제1 영역, 제1 피치와 상이한 제2 피치가 적용된 제2 영역, 제1 피치 및 제2 피치와 상이한 제3 피치가 적용된 제3 영역과 같이 영역들에 따라 서로 상이한 파장대의 빛을 방출하도록 설계할 수 있다.When the pitch P between the plurality of nanorods is different, the deposition amount of indium included in the active layer 132 is changed. By changing the pitch (P) of individual nanostructures, the wavelength of the emitted light can be changed. This allows for regions such as for example a first region to which a first pitch is applied, a second region to which a second pitch different from the first pitch is applied, and a third region to which the first pitch and a third pitch different from the second pitch are applied. Accordingly, it can be designed to emit light of different wavelength bands.

구체적으로, 나노로드들 간의 피치(P)가 1.0~4.5㎛ 범위에서 서로 상이할 수 있다. 나노로드들 간의 피치가 작을수록 발광파장이 짧아지며, 나노로드들 간의 피치(P)가 클수록 발광파장이 길어질 수 있다. 예를 들어, 나노로드들 간의 피치가 1.0~1.4㎛인 경우, 청색 발광파장을 나타낼 수 있다. 다른 예로, 나노로드들 간의 피치가 2.4~3.0㎛인 경우, 녹색 발광파장을 나타낼 수 있다. 또 다른 예로, 나노로드들 간의 피치가 3.8㎛ 이상인 경우, 적색 발광파장을 나타낼 수 있다. 나노로드들 간의 피치를 다양한 범위로 조절함으로써 청색에서 적색까지의 발광파장을 나타낼 수 있다.Specifically, the pitch (P) between the nanorods may be different from each other in the range of 1.0 ~ 4.5㎛. The smaller the pitch between the nanorods, the shorter the light emission wavelength, and the larger the pitch P between the nanorods, the longer the light emission wavelength may be. For example, when the pitch between the nanorods is 1.0 to 1.4 μm, a blue emission wavelength may be exhibited. As another example, when the pitch between the nanorods is 2.4 to 3.0 μm, a green emission wavelength may be exhibited. As another example, when the pitch between the nanorods is 3.8 μm or more, a red emission wavelength may be exhibited. By adjusting the pitch between the nanorods in various ranges, it is possible to represent the emission wavelength from blue to red.

이에 따라 다양한 발광파장을 나타낼 수 있고, 나아가 백색광의 구현이 가능하다. Accordingly, various emission wavelengths can be exhibited, and further, white light can be realized.

표 1은 나노로드의 피치에 따른 방출되는 광의 파장을 나타낸 것이다.Table 1 shows the wavelengths of emitted light according to the pitch of the nanorods.

[표 1][Table 1]

Figure 112020070500457-pat00001
Figure 112020070500457-pat00001

표 1을 참조하면, 나노로드의 피치가 증가함에 따라 발광파장이 청색광 영역인 450nm에서 적색광 영역인 603nm까지 변화됨을 확인할 수 있다. 이러한 실험을 바탕으로 피치 간격 4.5㎛에서 파장 특성 648nm 구현을 예측할 수 있다. 나노 로드 피치의 증가에 따른 파장 특성의 변화는 발광층을 구성하는 인듐의 조성 변화에 기인하며, 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. Referring to Table 1, as the pitch of the nanorods increases, it can be seen that the emission wavelength is changed from 450 nm in the blue light region to 603 nm in the red light region. Based on these experiments, it is possible to predict the implementation of the wavelength characteristic of 648 nm at a pitch interval of 4.5 μm. The change in the wavelength characteristics according to the increase in the nanorod pitch is due to the change in the composition of indium constituting the light emitting layer, and it can be seen that indium incorporation increases as the pitch increases. The change in indium incorporation may be caused by a difference in the area in which indium is deposited according to the pitch of the nanorods, and as the pitch size increases, the deposition area of indium becomes relatively small. Mixing will increase. Therefore, as the nanorod pitch increases, the wavelength becomes longer.

또한, 표 1을 참조하면, 1.4㎛ 피치일 때의 인듐 증착 면적 및 상대적인 발광 파장을 1이라고 할 때, 2.0㎛ 피치로 증가할 때 인듐 증착 면적은 0.7 수준으로 감소하고 상대 파장은 1.067배 증가하며, 2.4㎛ 피치로 증가할 때 인듐 증착 면적은 0.583 수준으로 감소하고 상대 파장은 1.144배 증가하고, 2.8㎛ 피치로 증가할 때 인듐 증착 면적은 0.5 수준으로 감소하고, 상대파장은 1.200배 수준으로 증가함을 알 수 있다. In addition, referring to Table 1, when the indium deposition area and the relative emission wavelength at the 1.4 μm pitch are 1, when the 2.0 μm pitch increases, the indium deposition area decreases to 0.7 level and the relative wavelength increases by 1.067 times, , when increasing to a pitch of 2.4 μm, the indium deposition area decreases to a level of 0.583 and the relative wavelength increases by 1.144 times, and when increasing to a pitch of 2.8 μm, the deposition area of indium decreases to a level of 0.5, and the relative wavelength increases to a level of 1.200 it can be seen that

이하, 도 3a 내지 도 3e를 참조하여 본 발명에 따른 나노구조 반도체 발광소자 제조 방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method for manufacturing a nanostructure semiconductor light emitting device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3A to 3E .

본 발명에 따른 나노구조 반도체 발광소자 제조 방법은 베이스층 형성 단계 및 복수의 나노로드 형성 단계를 포함한다. The method for manufacturing a nanostructure semiconductor light emitting device according to the present invention includes a base layer forming step and a plurality of nanorod forming steps.

우선, 도 3a에 도시된 예와 같이, 기판(110) 상에 베이스층(120)을 형성한다. 이후, 도 3a 내지 도 3e에 도시된 예와 같이, 베이스층(120) 상에 복수의 나노로드(130)를 형성한다. 복수의 나노로드(130) 형성 단계는 이하와 같다. First, as in the example shown in FIG. 3A , the base layer 120 is formed on the substrate 110 . Thereafter, as in the example shown in FIGS. 3A to 3E , a plurality of nanorods 130 are formed on the base layer 120 . The steps of forming the plurality of nanorods 130 are as follows.

도 3a에 도시된 예와 같이, 베이스층(120) 상에 제1 절연층(125) 및 제2 절연층(127)을 형성한다. 예를 들어 제1 절연층(125)은 실리콘 질화물 재질일 수 있고, 제2 절연층(127)은 실리콘 산화물 재질일 수 있다. 제2 절연층(127)은 서로 이격된 복수의 나노로드를 형성하기 위한 나노몰드 역할을 한다. 또한, 제2 절연층(127)의 막 두께에 의해 복수의 나노로드의 높이가 결정된다. 제2 절연층(127)의 막 두께는 0.1~10㎛를 제시할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.3A , a first insulating layer 125 and a second insulating layer 127 are formed on the base layer 120 . For example, the first insulating layer 125 may be made of a silicon nitride material, and the second insulating layer 127 may be made of a silicon oxide material. The second insulating layer 127 serves as a nano mold for forming a plurality of nanorods spaced apart from each other. In addition, the height of the plurality of nanorods is determined by the thickness of the second insulating layer 127 . The thickness of the second insulating layer 127 may be 0.1 to 10 μm, but is not limited thereto.

이후, 도 3b에 도시된 예와 같이, 식각을 통해 베이스층(120) 상에, 베이스층(120)이 일부 노출되는 복수의 나노 몰드를 형성한다. 나노 몰드의 측벽은 제1 절연층(125)과 그 상부의 제2 절연층(127)이 된다. Thereafter, as in the example shown in FIG. 3B , a plurality of nano molds in which the base layer 120 is partially exposed are formed on the base layer 120 through etching. The sidewalls of the nano mold become the first insulating layer 125 and the second insulating layer 127 thereon.

일 예로, 나노몰드 형성을 위해, 제2 절연층(127) 및 제1 절연층(125)을 순차적으로 식각한다. 식각은 예를 들어 레이저 식각, 반응성이온식각 공정과 같은 반도체 식각 공정에 이용되는 공정을 이용하여 수행될 수 있다. 다른 예로, 제2 절연층(127) 및 제1 절연층(125) 모두를 식각할 수 있는 식각액을 이용하거나, 제1 식각액을 통하여 제2 절연층(127)을 식각하고, 이어서 제2 식각액을 통하여 제1 절연층(125)을 식각하는 방법이 이용될 수 있다.For example, to form the nanomold, the second insulating layer 127 and the first insulating layer 125 are sequentially etched. The etching may be performed using, for example, a process used in a semiconductor etching process, such as a laser etching process or a reactive ion etching process. As another example, an etchant capable of etching both the second insulating layer 127 and the first insulating layer 125 is used, or the second insulating layer 127 is etched through the first etchant, and then the second etchant is used. A method of etching the first insulating layer 125 may be used.

이후, 도 3c에 도시된 예와 같이 나노 몰드에 제1 도전형 반도체 재질의 코어층(131)을 형성한다. Thereafter, as shown in the example shown in FIG. 3C , a core layer 131 made of a first conductivity type semiconductor material is formed on the nano mold.

이때, 코어층 형성 단계에서, 나노 몰드 상단까지 제1 도전형 반도체를 증착한 후에 c, r과 m-면의 성장 속도의 차이에 기인하여 제1 측면부, 경사형 제2 측면부 및 천정부를 포함하는 코어층을 형성한다. At this time, in the core layer forming step, after depositing the first conductivity type semiconductor to the top of the nano mold, due to the difference in growth rates of c, r and m-plane, the first side part, the inclined second side part and the ceiling part are included. to form a core layer.

나노 몰드에 대한 질화물의 충진이 완료되면 GaN과 같은 질화물 반도체는 나노 몰드 밖으로 성장하게 되며, c-면의 성장 속도는 우르자이트(Wurtzite) 질화물 반도체에서 m-면 또는 r-면보다 빠르다. 따라서, 충진된 질화물 반도체는 c-면 상단을 갖는 육각형 피라미드 구조를 갖는다. 또한, 육각형 피라미드의 측면은 r-면으로 형성되게 된다. 이러한 성장 메커니즘은 사다리꼴 모양으로 나타나게 된다. 따라서 나노 몰드의 충진을 위한 마지막 시기에 사다리꼴 모양을 갖게 되며 c-면 (0001)과 r-면(10-12)이 나타나게 된다. When the filling of the nitride into the nano-mold is completed, a nitride semiconductor such as GaN grows out of the nano-mold, and the growth rate of the c-plane is faster than the m-plane or r-plane in a wurtzite nitride semiconductor. Thus, the filled nitride semiconductor has a hexagonal pyramid structure with a c-plane top. In addition, the side surface of the hexagonal pyramid is formed as an r-plane. This growth mechanism appears in a trapezoidal shape. Therefore, at the last stage for filling the nano-mold, it has a trapezoidal shape, and c-plane (0001) and r-plane (10-12) appear.

또한, 각각의 결정면에 대하여 결정면 상에 형성된 InGaN 박막의 두께를 비교한 결과 r-면은 m-면(10-10)과 비교하여 성장 속도가 30% 이하로 저하됨을 확인하였다. 나노로드의 측면에서는 평면 구조에서 유발되는 c-면에 따른 분극 현상의 발생이 없는 m-면이 주요한 결정 성장면이 되며, 나노 몰드를 채우는 마무리 단계에서 발생하는 r-면은 나노 구조의 전체적인 발광 면적과 비교하여 작은 면적임을 알 수 있다.In addition, as a result of comparing the thickness of the InGaN thin film formed on the crystal plane for each crystal plane, it was confirmed that the growth rate of the r-plane was reduced to 30% or less compared to the m-plane (10-10). In terms of nanorods, the m-plane without c-plane polarization caused by the planar structure becomes the main crystal growth plane, and the r-plane generated during the finishing step of filling the nano-mold is the overall light emission of the nanostructure. It can be seen that the area is small compared to the area.

한편, 제1 측면부는 m-면이 될 수 있고, 경사형 제2 측면부는 r-면이 될 수 있고, 천정부는 c-면(0001) 이 될 수 있다. c-면의 성장 속도는 우르자이트(Wurtzite) 구조의 GaN 기반 질화물 반도체에서 m-면(1-100) 또는 r-면(10-12)보다 빠르다. 경사형 제2 측면부는 r-면으로서 질화물 반도체 성장 속도가 가장 느리며, 상부로 향할수록 폭이 좁아지는 사다리꼴 형상을 가질 수 있다. 따라서, 코어층은 c-면의 천정부를 갖는 육각 피라미드 구조를 가질 수 있다. Meanwhile, the first side portion may be an m-plane, the inclined second side portion may be an r-plane, and the ceiling portion may be a c-plane (0001). The growth rate of the c-plane is faster than that of the m-plane (1-100) or r-plane (10-12) in a GaN-based nitride semiconductor having a wurtzite structure. The inclined second side portion may have a trapezoidal shape in which the nitride semiconductor growth rate is the slowest as an r-plane, and the width becomes narrower toward the top. Accordingly, the core layer may have a hexagonal pyramid structure having a c-plane ceiling portion.

이후, 도 3d에 도시된 예와 같이, 식각을 통해 제2 절연층(127)을 제거하여 서로 이격된 복수의 코어층(131)을 형성한다. 예를 들어, 제1 절연층(125)이 실리콘 질화물 재질이고, 제2 절연층(127)이 실리콘 산화물 재질인 경우, 제2 절연층(127)의 제거는 실리콘 산화물에 대한 식각 선택비가 높은 식각액을 이용한 습식 식각으로 진행될 수 있다.Thereafter, as in the example shown in FIG. 3D , the second insulating layer 127 is removed through etching to form a plurality of core layers 131 spaced apart from each other. For example, when the first insulating layer 125 is made of silicon nitride and the second insulating layer 127 is made of silicon oxide, removal of the second insulating layer 127 is performed with an etchant having a high etch selectivity to silicon oxide. It may be carried out by wet etching using

이후, 도 3e에 도시된 예와 같이, 코어층(131) 표면에 인듐을 포함하는 활성층(132)을 형성하고, 활성층(132) 표면에 제2 도전형 반도체로 쉘층(133)을 형성한다. 또한 나노로드의 제2 도전형 반도체층(133)이 측면 및 상부면, 그리고 제1 절연층(125)의 상부면에 투명전극층(134)이 추가로 형성될 수 있다. 다른 예로, ITO 필름과 같은 투명 도전성 필름이 나노로드의 제2 도전형 반도체층(133) 상부에 부착될 수 있다. Thereafter, as in the example shown in FIG. 3E , the active layer 132 including indium is formed on the surface of the core layer 131 , and the shell layer 133 is formed on the surface of the active layer 132 using a second conductivity type semiconductor. In addition, a transparent electrode layer 134 may be additionally formed on the side and top surfaces of the second conductivity-type semiconductor layer 133 of the nanorods, and on the top surface of the first insulating layer 125 . As another example, a transparent conductive film such as an ITO film may be attached to the upper portion of the second conductivity-type semiconductor layer 133 of the nanorods.

도 4a 및 도 4b는 제1 측면부, 제2 측면부 및 천정부를 포함하는 나노로드의 코어층(131)을 개략적으로 나타낸 사시도 및 측면도이다. 4A and 4B are perspective and side views schematically illustrating the core layer 131 of the nanorod including a first side part, a second side part, and a ceiling part.

코어층(131) 각각은 제1 측면부(410)와, 제1 측면부 상의 경사형 제2 측면부(420), 그리고 제2 측면부 상의 천정부(430)를 포함하는 구조를 갖는다. Each of the core layers 131 has a structure including a first side part 410 , a second inclined side part 420 on the first side part, and a ceiling part 430 on the second side part.

제1 측면부(410), 경사형 제2 측면부(420) 및 천정부(430)는 서로 상이한 결정면(crystal plane)을 나타낼 수 있다. 구체적으로, 제1 측면부(410)의 결정면은 m-면이고, 제2 측면부(420)의 결정면은 r-면이고, 천정부(430)의 결정면은 c-면이 될 수 있다. m-면, r-면, c-면은 도 5에 도시된 육각 기둥을 이용하여 정의될 수 있다. M-면은 육각 기둥의 측면(1-100)이 될 수 있고, c-면은 육각 기둥의 상부면(0001)이 될 수 있고, r-면은 육각 기둥의 대각면(10-12)이 될 수 있다. The first side part 410 , the inclined second side part 420 , and the ceiling part 430 may represent different crystal planes from each other. Specifically, a crystal plane of the first side part 410 may be an m-plane, a crystal plane of the second side part 420 may be an r-plane, and a crystal plane of the ceiling 430 may be a c-plane. The m-plane, r-plane, and c-plane may be defined using the hexagonal prisms shown in FIG. 5 . The M-plane can be the side face (1-100) of the hexagonal prism, the c-plane can be the top face (0001) of the hexagonal prism, and the r-plane can be the diagonal face (10-12) of the hexagonal prism can be

이와 같이 제1 측면부(410), 제2 측면부(420) 및 천정부(430)의 결정면이 상이함에 따라, 제1 측면부(410)와 경사형 제2 측면부(420)와 천정부(430)에서 서로 다른 성장 속도가 나타낼 수 있다. As described above, as the crystal planes of the first side part 410, the second side part 420, and the ceiling part 430 are different, the first side part 410, the inclined second side part 420, and the ceiling part 430 are different from each other. growth rate can be indicated.

구체적으로는 천정부(430)의 c-면에서 질화물 반도체 성장 속도가 가장 빠르고, 경사형 제2 측면부(420)의 r-면에서 질화물 반도체 성장 속도가 가장 느릴 수 있다. 예를 들어 제2 측면부에서의 활성층의 두께를 1이라 하면, 제1 측면부에서의 활성층의 두께가 약 3이 될 수 있고, 천정부에서의 활성층의 두께가 약 17이 될 수 있다. 그 결과, 제1 측면부(410)와 경사형 제2 측면부(420)와 천정부(430)에 각각 형성되는 활성층의 두께가 서로 다를 수 있고, 따라서 단위면적당 증착되는 인듐의 양에서 차이가 발생할 수 있다. 이에 따라, 제1 측면부(410)에 형성되는 활성층, 경사형 제2 측면부(420)에 형성되는 활성층 및 천정부(430)에 형성되는 활성층에서 서로 다른 파장의 발광파장을 나타낼 수 있다.Specifically, the nitride semiconductor growth rate may be the fastest on the c-plane of the ceiling portion 430 , and the nitride semiconductor growth rate may be the slowest on the r-plane of the inclined second side portion 420 . For example, if the thickness of the active layer on the second side portion is 1, the thickness of the active layer on the first side portion may be about 3, and the thickness of the active layer on the ceiling portion may be about 17. As a result, the thicknesses of the active layers respectively formed on the first side part 410, the inclined second side part 420, and the ceiling part 430 may be different from each other, and thus a difference may occur in the amount of indium deposited per unit area. . Accordingly, the active layer formed on the first side portion 410 , the active layer formed on the inclined second side portion 420 , and the active layer formed on the ceiling portion 430 may exhibit different emission wavelengths.

제1 측면부(410)는 측면에서 볼 때 직사각형 형상을 가지며, 제2 측면부(420)는 측면에서 볼 때 상부로 향할수록 폭이 좁아지는 사다리꼴 형상을 가질 수 있다. 한편, 천정부(430)는 평면에서 볼 때 육각형 형상을 가질 수 있다.The first side part 410 may have a rectangular shape when viewed from the side, and the second side part 420 may have a trapezoidal shape in which the width becomes narrower toward the upper side when viewed from the side. Meanwhile, the ceiling 430 may have a hexagonal shape when viewed in a plan view.

이상과 같이, 본 발명에 따른 나노구조 반도체 발광소자는 복수의 나노로드들이 천정부를 포함하는 육각피라미드 형태를 가짐으로써 각 결정면에서의 활성층 두께가 상이한 점 및 나노로드들 간의 피치가 상이한 점에 기인하여 다양한 발광파장을 갖는 광을 방출할 수 있다. As described above, in the nanostructured semiconductor light emitting device according to the present invention, a plurality of nanorods have a hexagonal pyramid shape including a ceiling, so that the active layer thickness on each crystal plane is different and the pitch between the nanorods is different. It is possible to emit light having various emission wavelengths.

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.Although preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, those of ordinary skill in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims also fall within the scope of the present invention.

110 : 기판
120 : 베이스층
125 : 제1 절연층(절연층)
127 : 제2 절연층
130 : 나노로드
131 : 코어층
132 : 활성층
133 : 쉘층
134 : 투명전극층
141 : 제1 전극
142 : 제2 전극
410 : 제1 측면부
420 : 경사형 제2 측면부
430 : 천정부
110: substrate
120: base layer
125: first insulating layer (insulating layer)
127: second insulating layer
130: nano rod
131: core layer
132: active layer
133: shell layer
134: transparent electrode layer
141: first electrode
142: second electrode
410: first side part
420: inclined second side part
430: ceiling

Claims (10)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 기판 상에 제1 도전형 반도체로 베이스층을 형성하는 단계; 및
상기 베이스층 상에 복수의 나노로드를 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 복수의 나노로드를 형성하는 단계는:
상기 베이스층 상에 상기 베이스층이 일부 노출되는 복수의 나노 몰드를 형성하는 단계;
상기 복수의 나노 몰드 내에 제1 도전형 반도체로 복수의 코어층을 형성하는 단계;
상기 복수의 나노 몰드를 제거하는 단계;
각각의 코어층 표면에 인듐을 포함하는 활성층을 형성하는 단계;
상기 활성층 표면에 제2 도전형 반도체로 쉘층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 복수의 코어층 형성 단계는 제1 측면부와, 상기 제1 측면부 상의 경사형 제2 측면부와, 상기 제2 측면부 상의 천정부를 포함하는 코어층을 형성하도록, 상기 복수의 나노 몰드 내에 제1 도전형 반도체의 충진이 완료된 후에 나노 몰드 밖에서도 제1 도전형 반도체를 성장시키는 것을 특징으로 하는 나노구조 반도체 발광소자 제조 방법.
forming a base layer of a first conductivity type semiconductor on a substrate; and
Including; forming a plurality of nanorods on the base layer;
The forming of the plurality of nanorods includes:
forming a plurality of nano molds on the base layer in which the base layer is partially exposed;
forming a plurality of core layers of a first conductivity type semiconductor in the plurality of nano molds;
removing the plurality of nano molds;
forming an active layer including indium on the surface of each core layer;
Comprising the step of forming a shell layer with a second conductivity type semiconductor on the surface of the active layer,
In the forming of the plurality of core layers, a first conductive type in the plurality of nano molds to form a core layer including a first side portion, a second inclined side portion on the first side portion, and a ceiling portion on the second side portion A method of manufacturing a nanostructure semiconductor light emitting device, characterized in that the first conductivity type semiconductor is grown outside the nano mold after the filling of the semiconductor is completed.
제7항에 있어서,
상기 제1 측면부의 결정면은 m-면이고, 상기 제2 측면부의 결정면은 r-면이고, 상기 천정부의 결정면은 c-면인 것을 특징으로 하는 나노구조 반도체 발광소자 제조 방법.
8. The method of claim 7,
The crystal plane of the first side portion is an m-plane, the crystal plane of the second side portion is an r-plane, and the crystal plane of the ceiling portion is a c-plane.
제8항에 있어서,
상기 제1 측면부의 활성층과 상기 제2 측면부의 활성층의 단위면적당 인듐 양이 다른 것을 특징으로 하는 나노구조 반도체 발광소자 제조 방법.
9. The method of claim 8,
The method of manufacturing a nanostructure semiconductor light emitting device, characterized in that the amount of indium per unit area of the active layer of the first side portion and the active layer of the second side portion is different.
제7항에 있어서,
상기 나노로드들 간의 피치를 1.0~4.5㎛ 범위에서 상이하게 조절하는 것을 특징으로 하는 나노구조 반도체 발광소자 제조 방법.
8. The method of claim 7,
A method of manufacturing a nanostructure semiconductor light emitting device, characterized in that the pitch between the nanorods is differently adjusted in the range of 1.0 to 4.5 μm.
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