KR20100104718A - 선택적 표면 플라즈몬 결합을 이용한 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 선택적 표면 플라즈몬 결합을 이용한 발광소자 제조방법은 기판 상에 N형 클래드층, 활성층 및 P형 클래드층을 순차적으로 형성하는 구조형성단계; 상기 P형 클래드층의 상면이 요철 구조가 되도록 패터닝하는 패터닝단계; 및 상기 패터닝된 P형 클래드층 상면에 금속나노입자층을 형성하는 금속층형성단계를 포함하며, 상기 금속층형성단계는 상기 패터닝된 P형 클래드층의 요철 구조 중 오목부에만 선택적으로 금속나노입자층을 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 따라 제조되는 발광소자는 P형 클래드층의 요철 구조 중 상기 활성층에 인접한 오목부 영역에만 금속나노입자층을 선택적으로 형성시킴으로써, 표면 플라즈몬과 빛의 공명 내지 결합 효과를 더욱 개선된 형태로 발생시킬 수 있음은 물론, 이와 함께 빛이 금속층에 구속되어 방출되지 못하는 문제점을 동시에 해소할 수 있어, 더욱 높은 효율의 발광소자를 실현할 수 있다.

Description

선택적 표면 플라즈몬 결합을 이용한 발광소자 및 그 제조방법{NITRIDES LIGHT EMITTING DEVICE SELECTIVELY USING THE COUPLING EFFECT BETWEEN SURFACE PLASMONS AND ACTIVE LAYER AND METHOD FOR MANUFACTURING IT}

본 발명은 식각 패턴닝된 P형 클래드층과 활성층의 표면 플라즈몬 결합효과를 이용하는 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 상기 식각 패터닝된 P형 클래드층의 일부만을 대상으로 금속나노입자층을 선택적으로 적용한 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

청/녹색에서부터 (근)자외선 발광다이오드, 레이저 다이오드 및 광센서 등의 광전소자에 대한 다양하고 많은 연구가 진행되고 이에 따른 기술적 진보가 거듭되는 과정에서 단결정 질화물계 반도체는 광관련 산업 분야에서 가장 중요한 물질들 중의 하나로 여겨지고 있다.

특히, 긴 수명, 작은 크기 또는 저 전력 소비 등의 많은 장점을 보유하는 이러한 질화물계 발광소자는 풀컬러 표시 패널(full-color display panel) 등에서 시각 표시 소자로 이용됨은 물론, 기존 형광등 또는 백열 전구 등의 조명 기구를 대체하는 수단으로도 상기 질화물계 발광소자를 적용하는 많은 연구와 노력들이 활발 하게 진행되고 있다.

그러나, 아직 상기 질화물계 발광소자를 상기와 같이 조명 장치의 조명원으로 사용되기에는 질화물계 발광소자의 빛 방출효율(light emission efficiency or external quantum efficiency)은 현재의 조명 장치를 근본적으로 대체 가능할 정도에 도달하지는 못하고 있어 이에 대한 집중적인 연구가 수행되고 있다.

상기와 같은 저 방출효율의 원인으로, 광자를 발생시키지 못하는 재결합(non radiative recombination) 등에 기인한 내부 양자효율(internal quantum efficiency)의 저하, 생성된 빛의 내부 전반사(internal total reflection) 또는 재흡수(re-absorption) 등에 의한 낮은 빛 적출효율(light extraction efficiency) 등을 들 수 있다.

이와 관련하여, 질화물계 발광소자의 빛 방출효율을 향상시키기 위한 노력의 일환으로 빛과 금속의 상호 작용을 통하여 거친 금속 표면에 여기된(excited) 표면 플라즈몬(surface plasmon, SP) 현상을 이용하여, 활성층(Quantun Well, QW)과 금속층 표면 플라즈몬의 공명 효과(resonance effect) 내지 결합 효과(coupling effect)에 의한 빛 방출 효율을 향상시키는 기술이 개시되고 있다.

표면 플라즈몬은 금속과 유전체의 경계 면을 따라 진행하는 전가지파의 일종으로, 파수벡터(wave vector)의 크기가 유전체 내부에서 진행하는 광자의 파수벡터보다 크므로 유전체 내부로 전파될 수 없어 금속의 표면에만 존재하게 된다.

이러한 표면 플라즈몬은 금속 내 전자의 집단 진동으로도 이해할 수 있는데 이러한 금속 물질에 의한 표면 플라즈몬과 발광소자의 활성층에서 생성되는 빛이 상호 공명 내지 결합을 일으킴으로써 발광효율이 증대되는 원리가 적용되는 것이다.

이러한 표면 플라즈몬에 의한 결합 효과를 발광소자에 적용하기 위해서는 상기 발광소자의 활성층과 금속 표면 플라즈몬 사이의 유전체 두께가 중요한 요소가 되는데, 너무 두꺼우면 활성층 표면의 근접장(near-field or evanesce field)이 금속 표면 플라즈몬(SPs)에 미치지 못하게 되어 결합효과가 발생되지 않게 된다. 질화갈륨 발광소자에서 이러한 효과를 적용하는 경우 상기 유전체의 역할은 질화갈륨이 수행하게 된다.

한편, 발광소자로서 기능하기 위하여 기본적으로 P-N질화갈륨의 금속학적 접합(P-N junction)이 이루어져야 하는데, 소자의 내부가 아닌 표면에 금속층이 형성되는 발광소자 적층구조의 특성상 P형 클래드층 위에 금속층을 형성하고 활성층과의 결합효과를 이용하는 것이 이상적이나, 이 경우 P-N 접합을 이루기 위한 P형 클래드층의 두께가 두꺼워 상기와 같은 결합효과(QW-SPs coupling effect)를 볼 수 없게 된다.

이에 따라, 활성층과 활성층 아래에 위치하는 N형 클래드층 사이에 금속층을 형성하고 활성층과 금속층 표면 플라즈몬의 효과를 발생시키는 기법이 개시되고 있으나, 이러한 기법에서는 금속층 형성 후 질화갈륨의 성장공정에서 격자 불일치(lattice mismatch)가 발생되어 섬세하고 정밀한 공정 수행이 요구되는 활성층 성장에 치명적일 수 있다.

또한, 상기의 기법에서는 금속층을 형성한 후 P형 질화갈륨층을 성장시켜야 하는데, 주지된 바와 같이 질화갈륨층은 높은 온도에서 성장되게 되므로, 상기 형성된 금속층이 상기 고온 성장 환경에 노출됨에 따라 소자의 단락(short) 또는 생성된 빛의 흡수 또는 내부 반사 유발 등 소자의 성능을 저하시킬 수 있는 문제점이 수반되게 된다.

본 발명은 상기와 같은 배경에서 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 발광소자 의P형 클래드층에 대한 구조와 금속나노입자층이 형성되는 위치 및 형성되는 공간분포 등을 개선 및 발전시킴으로써, 표면 플라즈몬 효과를 더욱 향상시킴과 동시에 빛 방출효율을 높여 더욱 개선된 효율을 가지는 발광소자 및 상기 발광소자의 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명에 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 구성과 구성의 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 선택적 표면 플라즈몬 결합을 이용한 발광소자는 N형 클래드층; 상기 N형 클래드층 상부에 형성된 활성층; 상기 활성층 상부에 형성되며, 상면이 요철 구조가 되도록 패터닝된 P형 클래드층; 및 상기 패터닝된 P형 클래드층의 요철 구조 중 오목부에만 선택적으로 형성된 금속나노입자층을 포함하여 구성된다.

상기 본 발명에서, 상기 금속나노입자층은 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu) 또는 금(Au) 중 하나 이상의 물질로 이루어지도록 구성될 수 있으며, 표면 플라즈몬 효율을 높이기 위하여 도트(DOT)형태로 구성하는 것이 바람직하다.

이와 함께, 상기 패터닝된 P형 클래드층 중 오목부의 두께는 상기 활성층으 로부터 5 내지 100nm로 구성되며, 상기 금속나노입자의 크기는 5 내지 15nm가 되도록 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 N형 클래드층, 활성층 및 P형 클래드층은 질화물로 이루어지는 것이 바람직하다.

더욱 바람직한 실시형태의 구현을 위하여, 상기 본 발명은 상기 N형 클래드층의 외부로 노출된 부분에 형성된 N형전극; 상기 P형 클래드층 상에 형성된 투명 전도성 산화막층; 및 상기 투명 전도성 산화막층 상부에 형성된 전극을 더 포함할 수 있다.

또 다른 바람직한 실시형태의 구현을 위하여, 상기 본 발명은 상기 P형 클래드층 상에 형성된 투명 전도성 산화막층; 상기 투명 전도성 산화막층에 형성된 전극; 및 상기 N형 클래드층에 형성된 전극을 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 다른 측면에 의한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 선택적 표면 플라즈몬 결합을 이용한 발광소자 제조방법은 기판 상에 N형 클래드층, 활성층 및 P형 클래드층을 순차적으로 형성하는 구조형성단계; 상기 P형 클래드층의 상면이 요철 구조가 되도록 패터닝하는 패터닝단계; 및 상기 패터닝된 P형 클래드층 상면에 금속나노입자층을 형성하되, 상기 패터닝된 P형 클래드층의 요철 구조 중 오목부에만 선택적으로 금속나노입자층을 형성하는 금속층형성단계를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 금속층형성단계는 박막 형태의 금속층을 형성한 후, 열처리를 가하여 도트형태의 금속나노입자층을 형성하도록 구성되며, 금속나노입자가 포함된 용액을 스핀(SPIN)코팅으로 도포한 후, 상기 패터닝단계에서 이용된 마스크를 제거 하여 상기 오목부에만 선택적으로 금속나노입자층을 형성하도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 상기 구조형성단계는 상기 기판 상에 버퍼층과 무도핑 질화갈륨층을 순차적으로 형성한 후, 상기 무도핑 질화갈륨층 상에 상기 N형 클래드층, 활성층 및 P형 클래드층을 순차적으로 형성하도록 구성될 수 있다.

이와 함께, 본 발명에 의한 선택적 표면 플라즈몬 결합을 이용한 발광소자 제조방법은 상기 N형 클래드층 일부가 외부로 노출되도록 상기 N형 클래드층 상부에 위치하는 P형 클래드층 일부를 식각하는 식각단계; 상기 P형 클래드층 상에 투명 전도성 산화막층을 형성하는 산화막층단계; 및 상기 외부로 노출된 N형 클래드층 및 상기 투명 전도성 산화막층에 전극을 형성하는 전극형성단계를 더 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.

상기 본 발명에 의한 선택적 표면 플라즈몬 결합을 이용한 발광소자 및 그 제조방법에 의하면, 우선, 금속나노입자층을 P형 클래드층의 구조를 이용하여 형성함으로써, 금속 나노입자층이 활성층 아래에 형성되는 것이 비해, 격자의 불일치, 소자의 성능저하와 같은 문제점을 해소할 수 있어 더욱 효율적인 발광소자를 구현할 수 있다.

또한, 본 발명은 P형 클래드층의 구조를 요철구조로 형성함으로써, 구조적 특성에 따른 빛적출률을 향상시킬 수 있고, 이와 동시에 상기 구조를 표면 플라즈몬 결합 효과를 발생시키는 구조체로 그대로 활용할 수 있다.

더욱 구체적으로, 상기 요철 구조화된 P형 클래드층에 표면 플라즈몬 결합 효과를 위한 금속나노입자층을 형성하되, 요철 구조의 P형 클래드층 중 활성층에 근접하여 위치하는 오목한 부위만을 대상으로 선택적으로 금속나노입자층을 형성시킴으로써, 표면 플라즈몬 결합 현상에 기여될 가능성이 높은 부위에만 선별적으로 금속나노입자층을 형성하여 표면 플라즈몬 결합 현상을 최적화된 형태로 발생시킬 수 있고, 요철 구조 전반부에 금속나노입자층을 형성하는 기법에서 파생될 수 있는 빛 구속, 반사 등의 제반 문제점을 동시에 해소시킬 수 있어 더욱 효율 높은 발광소자를 실현할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

또한, 도면에 표현된 층, 막 또는 영역 등에 대한 크기 또는 두께 등은 발명 내용의 명확한 설명 및 이해를 위하여 다소 상징적으로 과장되어 도시될 수 있으 며, 어떠한 막 또는 층이 다른 막 또는 층의 "상에" 형성된다고 기재된 경우, 발명의 본질적인 기술 사상의 범위 내에서 상부 막 또는 층이 하부 막 또는 층 위에 하나 또는 복수 개로 구성되는 제3층에 대한 개재를 통하여 수행될 수 있다는 의미를 포함하는 개념으로 이해되어야 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선택적 표면 플라즈몬 결합을 이용한 발광소자(이하 발광소자로 칭한다)의 구성을 나타내는 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 발광소자(100)는 기판(105), 버퍼층(110), 무도핑 질화갈륨층(120), N형 클래드층(130), 활성층(140), P형 클래드층(150, 151), 금속나노입자층(160), 투명 전도성 산화막층(170), P형 전극(180) 및 N형 전극(190)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 기판(105)은 본 발명에 따른 발광소자가 형성되는 기저층에 해당하며, 절연물질 등으로 이루어질 수 있는데, 상기 기판(105) 상에 적층되는 반도체 물질과 결정구조가 동일한 것이 바람직하다. 상기 기판(105)의 일 실시예로서 HCP(Hexagonal Closed Packings) 결정구조를 가지는 사파이어 기판이 주로 사용된다.

상기 사파이어 기판은 기판 상부에 적층되는 질화물계 반도체의 물성적 특징에 대비하여 격자상수 및 열팽창계수에서 상이한 성질을 가지므로 전위(dislocation)들이 발생하여 사파이어 기판(105) 위에 직접 단결정 질화물계 반도체를 성정시키는 경우 많은 결함들이 발생될 수 있다.

그러므로 상기 기판(105) 상에 530℃ 정도의 낮은 온도에서 질화갈륨(GaN) 또는 질화알루미늄(AlN)을 성장시켜 형성하는 질화물계 버퍼층(110)과 도핑이 되지 않은 질화갈륨층(120)을 적층한 후, 그 상부에 N형 클래드층(130), 활성층(140) 및 P형 클래드층(150)이 순차적으로 적층되도록 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 발광소자를 구성하는 반도체 물질은 앞서 기재된 바와 같이 질화물계 반도체 물질(GaN)을 사용하는 것이 바람직한데, 상기 질화물질은 녹색으로부터 청색 및 자색을 발광할 수 있는 발광물질로서 3.4eV의 넓은 에너지 밴드 구조, 높은 열적 안정성 등의 전기적 광학적 특성을 가지는 반도체 재료에 해당한다.

상기와 같은 질화물질로 구성되는 N형 클래드층(130)은 알루미늄-인듐-갈륨-질소(AlxInyGazN :x+y+z=1, 0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1)로 구성된 질화갈륨층으로서, 상기 N형 클래드층(130)은 질화갈륨에 Si, Ge, Se, Te 등의 N형 도펀트를 첨가하여 형성할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 발광소자의 활성층(140)은 AlxInyGazN(x,y,z : x+y+z=1, 0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1)의 층으로 형성할 수 있으며, 이중 이종접합(double hetero-structure)에 의해 그리고 단층 또는 복층의 양자우물(single or multi quantum well, MQW)로 형성할 수 있다. 상기 활성층(140)은 InGaN/GaN MQW 또는 AlGaN/GaN MQW로 형성할 수 있다.

또한, 상기 P형 클래드층(150)은 앞서 설명된 N형 클래드층(130)에 대응되는 층으로서 알루미늄-인듐-갈륨-질소(AlxInyGazN : x+y+z=1, 0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1)로 구성된 질화갈륨층이며, 여기서 상기 P형 클래드층 (150, 151)은 질화갈륨(GaN)에 Be, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 P형 도펀트를 첨가하여 형성할 수 있다.

상기와 같은 재료로 형성되는 P형 클래드층(150)은 표면 플라즈몬에 의한 결합효과 내지 공명 효과를 발생시키기 위한 기본 구조를 제공하기 위하여 도 1에 도시된 바와 같이 요철 구조를 가지도록 구성된다.

상기 요철 구조는 도 5에 도시된 바와 같이 길이 방향으로 반복되는 형태를 가지는 스트라이프(stripe)를 비롯하여, 바둑판(mesh) 또는 쇠창살(grating) 형태 등의 격자 패턴으로 이루어질 수 있으며, 이하 설명되는 금속나노입자층의 요철식 분포 또는 특정 영역에 대한 선택적인 분포 등이 가능하도록 볼록부위 및 오목부위를 보유할 수 있다면 다양한 형태의 요철 구조가 가능함은 물론이다.

상기와 같은 요철구조의 패턴은 상기 P형 클래드층(150)을 대상으로 식각 공정 등을 수행함으로써 이룰 수 있으며, 상기 식각 공정은 유도 결합 플라즈마 분광법(inductively coupled plasma, ICP) 등의 건식 식각 또는 습식 식각 방법 등을 이용할 수 있는데, 상기와 같은 패턴은 매우 우수한 비등방석(anisotropic)이 요구되므로 상기 식각 공정은 습식에 의한 방법보다는 유도 결합 플라즈마 분광법(ICP)에 의한 건식 식각 방법으로 수행하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 형성된 요철 구조상에 금속나노입자층(160)이 형성되고, 상기 형성된 금속나노입자층(160)과 앞서 설명된 활성층(140) 사이에서 표면 플라즈몬 결합 효과가 발생하게 된다.

이하에서는 상기 표면 플라즈몬 결합 효과를 첨부된 도 4를 통하여 구체적으로 설명하도록 한다.

상기 금속나노입자층을 구성하는 금속은 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu) 또 는 금(Au) 등으로 이루어질 수 있는데, 앞서 설명된 바와 같이 질화물계 발광소자를 구성하고 순방향 바이어스(forward bias)를 인가하는 경우, 인듐-갈륨-질소 활성층(InGaN QW, 140)에서 나온 빛과 금속(Ag)나노입자들의 상호 작용에 의해 질화갈륨과 은(Ag) 나노입자 계면(GaN/Ag)에서 표면 플라즈몬(SPs)이 여기 된다.

이와 같이 여기된 표면 플라즈몬(SPs)의 전자 진동 에너지(electron vibration energy)와 활성층(140)의 엑시톤 쌍극자(hoe-electron pair) 에너지는 서로 유사하기 때문에 활성층(210)의 엑시톤 쌍극자 에너지가 은(Ag) 나노입자의 표면 플라즈몬(SPs)으로 전사될 수 있다.

전자와 정공의 재결합(electron-hole recombination)은 광자(photon)를 생성하는 대신 표면 플라즈몬(SPs)를 생산하게 되고 이러한 표면 플라즈몬(SPs)은 발광(radiative)하는 빛과 결합(couple)하게 된다.

이러한 활성층(140)과 표면 플라즈몬의 결합과정(QW-SPs coupling process)은 인듐-갈륨-질소 활성층(In-Ga-N QW)내에 있는 엑시톤 쌍극자(exciton dipole)의 재결합률 보다 훨씬 빠르다. 그러므로, 이러한 새로운 재결합 방식은 자발적인 재결합율(spontaneous recombination rate) 즉, 자발적인 빛 방출률(spontaneous emission rate)를 향상시키고 발광소자의 광흡수에 의한 발광 세기(photoluminescence intensity)를 증가시키게 된다.

결과적으로, 내부양자효율(internal quantum efficiency)은 자발적인 재결합율에 크게 의존하는데 상기 자발적 재결합의 급격한 증가로 전체적인 발광소자의 빛 방출 효율(light emission efficiency)을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

앞서 설명된 바와 같이 상기 금속나노입자층(160)을 구성하는 금속은 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu) 또는 금(Au) 및 이들의 합금 등으로 이루어질 수 있다. 활성층(QW, 140)내에서 여기된(excited) 엑시톤 쌍극자(exciton dipole or hole-electron pair)의 에너지와 금속나노입자층(160)의 표면 플라즈몬(SPs) 에너지가 서로 유사할 때 결합효과(QW-SPs coupling effect)가 발생 되는데, 상기 금속나노입자로 은을 채용하는 경우, 은과 질화갈륨의 계면에서(Ag/GaN) 여기되는 표면 플라즈몬(SPs)의 에너지가 약 3eV이므로 청색발광을 하는 발광소자의 결합(coupling)에 매우 적당하다. 따라서 P형 클래드층(150) 위에 형성되는 금속 나노입자는 다른 물질보다 은(Ag)을 사용하는 것이 가장 바람직하다.

이하에서는 표면 플라즈몬 결합 현상을 효과적으로 발생하기 위한 요소들의 세부적인 구성 등에 대한 내용을 첨부된 도 5 등을 통하여 설명하도록 한다.

앞서 설명된 바와 같이 표면 플라즈몬 결합 현상은 금속나노입자층(160)과 활성층(140) 사이에서 발생되게 되는데, 상기 금속나노입자층(160)과 활성층(140) 사이의 이격 거리가 멀게 되면 상기와 같은 표면 플라즈몬 결합 현상이 효과적으로 이루어지지 않을 수 있다.

그러므로 상기 P형 클래드층(150) 중 식각 등에 의하여 패터닝된 부분(151)의 두께(도 5의 b)를 활성층으로부터 10nm로 구성하는 것이 최적의 표면 플라즈몬 결합 효과를 위하여 바람직하며, 오차 범위 등을 감안할 때, 5 내지 15nm로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 패터닝된 부분(151)의 폭(도 5의 a)은 표면 플라즈몬 현상을 일으키는 금속나노입자층을 효과적으로 분포시키기 위하여 120 내지 140nm로 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 발광소자는 상기와 같이 표면 플라즈몬 결합 효과를 발생시키는 구조로 구성됨과 동시에 발광소자로서의 기본적인 P-N 접합을 이루어야 한다. 바람직한 실시예로서, 상기 N, P형 질화갈륨 클래드층(130,150)의 도핑 농도를 각각 약 1x10¹⁸cm^-3과 1x10¹⁷cm^-3 라 할 때 P형 질화갈륨 클래드층(150)에 생성되는 공핍층(depletion region)의 두께는 약 76 nm가 된다. 따라서, P-N접합을 이루기 위한 P형 질화갈륨 클래드층(150)의 최소 두께(도 5의 c)는 76 nm보다 훨씬 커야 하므로 약 200 nm정도 이상으로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 금속나노입자의 경우 너무 큰 금속나노입자를 사용하는 경우 생성된 빛을 흡수하거나 반사시켜 빛 적출을 방해하게 되므로 5 내지 15nm의 입자를 사용하는 것이 바람직하다.

이하에서는 표면 플라즈몬 결합 효과와 발광소자의 구조적 특성을 상호 연계시켜 응용함으로써 발광소자의 발광 효율을 더욱 개선하기 위하여 본 발명에서 제안하는 새로운 측면의 기술 사상을 도 6등을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

앞서도 설명된 바와 같이 표면 플라즈몬 결합효과를 발생시키는 금속나노입자층(160)은 요철구조로 형성되어 있는 P형 클래드층(150) 상에 형성된다. 이 때, 상기 P형 클래드층(150) 요철구조의 오목영역 또는 볼록영역을 구분하지 않고 모든 영역에 금속나노입자층을 형성시키는 방법이 고려될 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이 요철구조 전체에 금속나노입자층(160`)을 형성하는 경우에도 활성층에 대향하여 위치하는 금속나노입자층의 계면(A)은 2차원 평면으로 연속적인 계면이 되지 않고 불연속적인 계면이 형성된다.

알려진 바와 같이 표면 플라즈몬 결합 효과는 금속나노입자층이 평탄한 구조의 연속적인 2차원 평면으로 구성되는 경우 발광소자에서 발생된 빛과 공명 내지 결합효과를 일으키는 확률이 저하되고 표면 플라즈몬이 표면을 따라 흘러버려, 자발적인 재결합율에 크게 의존하는 내부양자효율(internal quantum efficiency)이 증가될 가능성이 낮아져 소기의 결합효과 내지 공명효과가 발생될 가능성이 낮아진다. 그러므로, 표면 플라즈몬 결합효과를 발생시키기 위한 금속나노입자층은 거친(rough)면으로 구성되는 것이 바람직하다.

이러한 이유에서 상기 도 6에 도시된 바와 같이 금속나노입자층(160`)이 요철구조 전체에 형성되어도 활성층에 대향하여 위치하는 금속나노입자층(160`)의 계면(A)이 불연속적인 계면이 되므로 표면 플라즈몬 결합 효과를 발생시킬 수는 있다.

그러나, 상기와 같은 관점은 단순히 표면 플라즈몬 결합 효과만을 강조하여 고려한 내용이며, 발광소자 자체의 구조적인 특성이 함께 연계된 고찰이 간과되어 있다.

즉, 도 6의 a로 표기된 부분인 요철구조의 볼록부위에도 금속나노입자층(160`)이 형성되는 경우, 상기 a영역에 형성된 금속나노입자층과 활성층(140)의 거리(c)는 오목영역에 형성된 금속나노입자층에 비하여 상대적으로 큰 이격 거리를 가지게 된다. 이와 같이 활성층(140)과 a영역의 금속나노입자층(160`)과의 거리가 먼 경우 앞서도 설명된 바와 같이 표면 플라즈몬 결합 효과가 발생될 확률은 급격히 저하된다.

물론, 금속나노입자층과 활성층과의 거리를 전반적으로 좁히는 방법을 통하여 상기 a영역의 금속나노입자층(160`)과 활성층(140)과의 거리를 줄일 수는 있으나, 이러한 경우, 오목영역에 존재하는 금속나노입자층 또한 활성층과 더욱 가까워져 금속나노입자층에서 대부분의 빛이 열 등의 형태로 손실될 수 있게 된다. 또한, P클래드층 자체를 얇게 형성하면, 발광소자의 본질적인 PN 접합 자체가 이루어지지 않을 수도 있다.

이러한 측면에서, P형 클래드층 요철구조의 볼록부위(a)에 형성된 금속나노입자층(160`)은 표면 플라즈몬 결합 효과에 전혀 기여하지 못하게 되고, 도리어 발생된 빛을 구속시켜 방출되는 빛의 양을 감소시키는 역기능만 수행하게 된다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같은 방법으로 금속나노입자층(160`)을 형성하는 경우 오목부위에 존재하는 금속나노입자층 또한 두껍게 형성될 수밖에 없으므로 계면 영역에 해당하는 금속나노입자층과 대비하여 활성층을 기준으로 상대적으로 멀리 위치하는 금속나노입자층은 상대적 이격 거리가 크기 때문에 효율적인 표면 플라즈몬 결합 효과를 기대할 수 없게 된다.

이와 함께, 금속은 본질적으로 빛 투과성을 가지지 못하므로 도 6에 도시된 바와 같이 전 영역을 금속나노입자층(160`)으로 구성하는 경우 빛 방출률을 저하시킬 수도 있다.

결과론적으로 상기와 같은 방법으로 발광소자를 구성하는 경우에도 표면 플 라즈몬 결합 효과가 발생될 수는 있으나, 상기된 부분이 반영되지 못하고 있어 그 효율이 높지 않으며, 결과적으로 발광소자 전체의 빛 적출률의 관점에서 상당한 손실이 발생될 수 있다.

상기와 같은 문제점 및 발광소자의 광학적 특성을 더욱 효과적으로 반영하기 위하여 본 발명에서는 요철구조로 형성되어 있는 P클래드층에 금속나노입자층을 전면적으로 형성시키는 것이 아니라, 상기 P클래드층의 요철 구조 중 오목부위만을 대상으로 선택적으로 금속나노입자층을 형성하는 방법을 새롭게 제안한다.

본 발명에서 제안하는 바와 같이 오목부위만에만 선택적으로 금속나노입자층을 적용하는 경우, 표면 플라즈몬 결합효과가 실질적으로 발생되지도 않으면서, 빛 방출율을 저하시키는 금속나노입자층을 배제할 수 있음과 동시에 PN접합에 따른 발광소자의 본질적인 발광 기능을 유지할 수 있어 표면 플라즈몬 결합효과를 발광소자의 빛 적출률 향상으로 그대로 발현시킬 수 있게 된다.

또한, 오목부위에만 선택적으로 형성되는 금속나노입자층을 막 형태로 구성하는 것보다 도트(dot)형태로 금속나노입자층을 구성하는 경우 상기 논의된 내용의 연장 선상에서 표면 플라즈몬 결합효과를 높이고 빛 적출률을 향상시키는 차원에서 더욱 바람직하다고 할 수 있다.

다시 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 발광소자(100)의 다른 구성요소를 설명하면, 상기 투명 전도성 산화막층(170)은 P형 클래드층(150) 및 금속나노입자층(160)을 아우르는 영역의 상면에 형성되는데, 빛 투과성이 우수하며, 전극을 통하여 유입되는 전류를 가능한 넓은 면적으로 확산시키기 위하여 전도성이 뛰어나야 한다.

이러한 물질로 산화된 니켈-금(Ni-Au), ITO, ZnO, TiN, 및 SnO₂ 등으로 구성되는 투명 전도성 산화물 또는 질화물(Transparent Conducting Oxides or Nitrides) 등을 적용할 수 있으며, 한편, 상기 투명 전도성 산화막층(170) 상에 형성되는 P형 전극(180)은 ITO와 오믹접촉(ohmic contact)을 형성하는 타이타늄-알루미늄(Ti-Al) 물질을 채용하는 것이 바람직하다.

첨부된 도 1을 통하여 상기에서 설명된 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자는 메사형태를 가지는 발광소자에 해당하며, 도 2 및 도 3에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 의한 발광소자는 수직형 발광소자에 대한 실시예에 해당한다.

상기 도 2 및 도 3에 도시된 수직형 발광소자(200, 200`)는 앞서 설명된 메사형 발광소자와 기본적으로 거의 동일 내지 유사한 구조와 특성 등을 가지므로 수직형 발광소자(200, 200`)에 대한 상세한 설명은 중복되는 범위에서 앞서 설명된 내용으로 대신한다.

도 2에 도시된 수직형 발광소자(200)는 앞서 설명된 메사형 발광소자(100)와 같이 기판(205), 버퍼층(210), 무도핑 질화갈륨층(220), N형 클래드층(230), 활성층(240), P형 클래드층(250, 251), 금속나노입자층(260), 투명 전도성 산화막층(270), P형 전극(280) 및 N형 전극(290)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 도 1에서와 같이 메사형 발광소자(100)에서는 N형전극(190)과 P형전극(180)이 동일한 방향성을 가지며 형성되며, N형전극(190)은 상기 N형 클래드 층(130)의 상부에 위치하는 P형 클래드층(150) 등의 일부를 식각(etching)하여 외부로 노출시킨 N형 클래드층(130)의 일부에 형성된다.

상기 도 2, 도 3에서와 같이 수직형 발광소자(200), 200`)는 메사형 발광소자(100)와 대부분 동일한 적층구조를 가지나, 전극형성방법 또는 기판의 종류 등에 따라 그 공정방법이 다소 상이해질 수 있다.

도 2에 도시된 실시예와 같이 상기 기판(205)을 실리콘 카바이드(SiC)와 같은 투명 전도성 물질 등을 채용하는 경우 기판의 전도성이나 열전도도 등에 문제가 발생되지 않으므로 바로 투명 전도성 산화막층(270)을 형성하고, 이렇게 형성된 상기 투명 전도성 산화막층(270) 상에 P형 전극(280)을 형성하고, 상기 기판(205)에 N형 전극(290)을 형성할 수 있다.

그러나, 실리콘 카바이드와 같은 양질의 전도성과 열전도도를 가지는 물질에 대비하여 부도체이며 열전도도가 낮으나 가격 경쟁력이 있는 사파이어(Al₂O₃) 물질을 기판으로 사용하는 경우에는 상기 실리콘 카바이드 재질이 기판일 때와는 전극형성방법 및 구조 적층 방법이 다소 달라지게 된다.

즉, 상기와 같이 부도체의 성질과 낮은 열전도도를 가지는 사파이어 기판의 경우 바로 전극을 형성하는 경우 전도성을 가질 수 없어 전극과 N형 클래드층 사이의 통전에 문제가 발생될 수 있다.

그러므로 도 3에 도시된 실시예와 같이 우선, P형 지지체(270`)를 P형 클래드층 상부(250`)에 형성하여 발광소자의 구조체를 지지한 후((a)), 상기 기 판(205`), 버퍼층(210`) 및 무도핑 질화갈륨층(220`)을 발광소자 구조체에서 분리하는 공정을 수행한다((b)).

더욱 구체적으로 상기 사파이어 기판(205`)은 리프트 오프 등에 의하여 분리되며, 상기 버퍼층(210`) 및 무도핑 질화갈륨층(220`) 등은 폴리싱(polishing) 방법 등을 통하여 분리 또는 제거한다.

상기 공정에서 P형 지지체(270`)의 형성은 전자빔 증착기, PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), PLD(plasma laser deposition), 이중형의 열증착기(dual-type thermal evaporator), 스퍼터링(sputtering) 등의 증착장치에 의해서 형성할 수 있다.

그 후 상기 분리 공정 수행에 의하여 노출되는 N형 클래드층(230`)에 N형 전극을 형성(290`)하고, 상기 P형 지지체(270`) 상에 P형 전극(280`)을 형성((c))하여 사파이어 기판 기반의 수직형 발광소자(200`)의 제작을 완료하게 된다.

한편, 상기 분리 공정을 수행하게 되면, 상기 N형 클래드층(230`)의 분리계면에는 리프트 오프하면서 남을 수 있는 유기 잔해물 및 자연산화층이 형성될 수 있어, 상기 유기 잔해물 및 자연산화층을 제거하면서 상기 N형 클래드층(230`)을 평탄화하는 기계/화학적 폴리싱(Chemical Mechanic Polishing, CMP)공정을 추가적으로 수행하는 것이 바람직하다.

상기 기판의 분리 공정은 리프트 오프(lift off) 방법을 사용할 수 있으며, 상기 리프트 오프 방법은 레이저를 이용하는 레이저 리프트 오프와 화학적으로 분리하는 화학적 리프트 오프 등을 사용할 수 있다.

이하에서는 도 7 내지 도 13을 참조하여 본 발명에 따른 선택적 표면 플라즈몬 결합 효과를 이용한 메사형 발광소자 제조방법에 대한 과정을 설명하도록 한다. 앞서 설명된 본 발명에 따른 선택적 표면 플라즈몬 결합 효과를 이용한 발광소자와 관련하여 중복된 설명은 생략하나 본 발명의 제조방법에도 그대로 적용될 수 있음은 자명하다.

발광소자를 조명용 백색광원으로 사용하고, 최대의 내부양자 효율을 얻기 위해 반도체 박막성장 기술이 중요하다. 이에 근거하여 다양한 발광소자 구조 설계와 소자공정의 최적화를 통해 외부 발광효율을 극대화시켜야 한다. 그리고 외부양자효율(external quantum efficiency)을 증대시키기 위해서는 형광체와 패키징 역시 중요한 공정의 변수이기도 하다.

특히, 전극과 반도체 사이에 오믹접촉을 향상시켜 접촉저항을 저하시키고, 상기 접촉저항으로 인해 발생할 수 있는 캐리어 인젝션 율(carrier injection rate) 즉, 계면에서의 열적 손실이 증가하여 소자의 발광 및 양자효율이 저하되는 원인 등을 최소화시켜 전기적, 구조적 특성을 향상시키는 것이 중요하다고 할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 발광소자 제조방법은 우선, 기판 상에 버퍼층, 알루미늄-인듐-갈륨-질소로 구성된 무도핑 질화갈륨층을 형성한다(S700).

앞서 설명된 바와 같이 상기 기판은 기판상에 적층되는 반도체 물질과 결정구조가 동일한 것이 바람직하며, 일 실시예로 사파이어 기판을 사용할 수 있는데, 상기 사파이어 기판은 질화물계 반도체와 물리적 특성이 다소 상이하여 전위들이 발생할 수 있으므로 상기와 같이 530℃정도의 온도에서 질화갈륨(GaN) 또는 질화알루미늄(AlN)을 성장시켜 이루어진 질화물계 버퍼층(110)과 도핑이 되지 않은 질화갈륨층(120)을 형성한다.

그 후, 상기 무도핑 질화갈륨층 상에 N형 클래드층, 활성층 및 P형 클래드층을 순차적으로 형성한다(S710). 상기 활성층상에 형성되는 P형 클래드층은 MOCVD(Metal organic CVD) 등으로 형성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예로 메사형 발광소자의 단면 구조를 도시하고 있는 도 8과 같이 상기의 과정이 수행된 본 발명에 의한 발광소자는 기판(105), 버퍼층(110), 무도핑 질화갈륨층(120), P형 클래드층(130), 활성층(140) 및 N형 클래드층(150)이 적층된 구조가 된다.

그 후, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 P형 클래드층(130)을 요철 구조가 되도록 식각 공정 등을 통하여 패터닝한다(S720).

상기 요철 구조에 대한 패턴은 바둑판 또는 쇠창살 등의 격자 구조를 가지는 다양한 형태의 요철 구조가 가능하며, 유도 결합 플라즈마 분광법(inductively coupled plasma, ICP) 등의 건식 식각을 이용하여 공정을 수행하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 요철 구조가 P형 클래드층(150)에 형성되면, 도 10에 도시된 바와 같이 금속나노입자층(160)을 상기 요철 구조에 형성하되, 상기 P형 클래드층 요철 구조 중 오목부만을 대상으로 선택적으로 금속나노입자층(160)을 형성한 다(S730).

상기 금속나노입자층의 선택적 형성은 전자빔 증착법(e-beam evaporation) 등의 증착장치를 이용하여 형성할 수 있으며, 또한, 상기 금속나노입자층은 도트(dot)형태로 형성하는 것이 더욱 바람직하다.

상기와 같이 도트 형태의 금속나노입자층을 형성하는 방법도 당업자 간에 이용가능한 다양한 기법이 적용될 수 있다. 특히, 금속층을 소정의 막형상의 층으로 형성한 후, 열처리를 가하게 되면, 상기 막형상의 층에 내부 용매의 증발 등에 의한 균열 현상이 발생되게 되어 상기와 같이 도트 형태의 금속나노입자층을 형성할 수 있다. 상기와 같은 방법에 의하여 도트 형태의 금속나노입자층을 효과적으로 형성하기 위하여, 상기 막 형태의 층은 5nm 내지 100nm정도의 두께가 되도록 구성하고, 300 내지 1000℃ 정도의 온도 조건을 가하는 경우 상기 막형상의 층이 균열되어 원하는 도트 형태의 금속나노입자층이 형성된다.

상기 막 형태의 층 두께와 온도 조건은 상호 간의 함수 관계를 통해 변경가능함은 물론이다. 즉, 막형상이 상대적으로 두꺼운 경우 온도 조건을 높이고 그러하지 않은 경우 반대로 설정할 수 있다. 그러나, 질화갈륨 재질로 이루어지는 반도체 소자의 기본적인 구성이나 구조의 변형 내지 특성 저하를 초래하지 않는 범위 내에서 상기와 같은 수치의 막 두께와 온도 조건으로 수행하는 것이 가장 바람직하다.

이러한 방법을 적용하는 것은 추가적인 증착 장비 등을 이용하지 않아도 되므로 공정 소요 시간이나 비용 절감의 측면에서 바람직하다고 할 수 있다.

이와 함께, 액상 형태로 존재하는 금속나노입자 용액을 도포한 후, 스핀 코팅(spin coating)을 통하여 막 형태의 금속층을 형성할 수 있다. 상기와 같이 스핀 코팅 기법을 적용하는 경우 회전속도(RPM) 또는 용액의 양 등을 조절하여 도포되는 금속층의 두께 등을 조정할 수 있다.

상기와 같은 공정은 상기 금속나노입자층의 형성에 선행하여 수행되는 P형 클래드층의 패턴닝 공정에서 P형 클래드층의 패턴닝을 위하여 사용된 PR이 존재한 상태에서 시행하는 것이 바람직하며, 상기와 같은 방법들로 금속나노입자층을 형성한 후 PR층을 제거하는 공정을 수행하면, 추가적인 마스크 제작이나 별도의 공정의 수행없이 더욱 간단하게 금속나노입자층의 선택적 형성을 수행할 수 있다.

상기와 같은 공정이 모두 수행 완료되면, 도 11에 도시된 바와 같이 전극 형성을 위하여, N형 클래드층 상부에 위치하는 층(P형 클래드층 또는 P형 클래드층 및 금속나노입자층을 포함한 층)의 가장자리 일부를 식각하여 N형 클래드층(130)이 노출되도록 한다(S740).

상기 N형 클래드층의 노출을 위한 공정은 N형 클래드층에 N형 전극을 형성하기 위한 것으로서, 앞서 하나의 실시예로 설명된 바와 같이 금속나노입자층을 형성한 후 수행될 수 있음은 물론, 공정이나 제작 환경 등에 따라 상기 N형 클래드층의 노출 공정을 선행하여 수행한 후 금속나노입자층을 형성하는 공정을 수행할 수도 있다.

그 후, 도 12에 도시된 바와 같이 P형 클래드층(150) 상부 전반에 투명 전도성 산화막층(170)을 형성한다(S750). 상기 투명 전도성 산화막층(170)은 다양한 재 질로 구성될 수 있으나, ITO를 사용하는 것이 가장 바람직하다.

상기의 공정이 완료되면, 최종적으로 도 13에 도시된 바와 같이 P 및 N형 전극(180, 190)을 형성함으로써(S760) 본 발명에 따른 선택적 표면 플라즈몬 결합 효과를 이용한 발광소자를 제조하게 된다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선택적 표면 플라즈몬을 이용한 발광소자의 구성을 도시한 단면도,

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선택적 표면 플라즈몬을 이용한 발광소자의 구성을 도시한 단면도,

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선택적 표면 플라즈몬을 이용한 발광소자의 구성을 도시한 단면도,

도 4는 본 발명에 의한 표면 플라즈몬 결합 현상을 도시하고 있는 도면,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 P형 클래드층의 요철 구조를 도시하고 있는 사시도,

도 6은 본 발명의 개선된 형태의 선택적 표면 플라즈몬 결합 현상을 설명하는 도면,

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선택적 표면 플라즈몬을 이용한 발광소자 제조방법의 과정을 도시한 흐름도,

도 8 내지 도 13는 본 발명에 의한 선택적 표면 플라즈몬을 이용한 발광소자 제조방법에서 진행되는 각 공정에 따른 발광소자의 구성을 도시한 단면도이다.

Claims (18)

1. 기판 상에 N형 클래드층, 활성층 및 P형 클래드층을 순차적으로 형성하는 구조형성단계;

   상기 P형 클래드층의 상면이 요철 구조가 되도록 패터닝하는 패터닝단계; 및

   상기 패터닝된 P형 클래드층 상면에 금속나노입자층을 형성하는 금속층형성단계를 포함하며,

   상기 금속층형성단계는 상기 패터닝된 P형 클래드층의 요철 구조 중 오목부에만 선택적으로 금속나노입자층을 형성하는 것을 특징으로 하는 선택적 표면 플라즈몬 결합을 이용한 발광소자 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 금속나노입자층은,

   은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu) 또는 금(Au) 중 하나 이상의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선택적 표면 플라즈몬 결합을 이용한 발광소자 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 금속나노입자층은,

   도트(DOT)형태인 것을 특징으로 하는 선택적 표면 플라즈몬 결합을 이용한 발광소자 제조방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 금속층형성단계는,

   박막 형태의 금속층을 형성한 후, 열처리를 가하여 도트형태의 금속나노입자층을 형성하는 것을 특징으로 하는 선택적 표면 플라즈몬 결합을 이용한 발광소자 제조방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 금속층형성단계는,

   금속나노입자가 포함된 용액을 스핀(SPIN)코팅으로 도포한 후, 상기 패터닝단계에서 이용된 마스크를 제거하여 상기 오목부에만 선택적으로 금속나노입자층을 형성하는 것을 특징으로 하는 선택적 표면 플라즈몬 결합을 이용한 발광소자 제조방법.
6. 제 1항에 있어서, 상기 패터닝된 P형 클래드층 중 오목부의 두께는,

   상기 활성층으로부터 5 내지 15nm인 것을 특징으로 하는 선택적 표면 플라즈몬 결합을 이용한 발광소자 제조방법.
7. 제 2항에 있어서, 상기 금속나노입자의 크기는,

   5 내지 15nm인 것을 특징으로 하는 선택적 표면 플라즈몬 결합을 이용한 발광소자 제조방법.
8. 제 1항에 있어서, 상기 N형 클래드층, 활성층 및 P형 클래드층은,

   질화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선택적 표면 플라즈몬 결합을 이용 한 발광소자 제조방법.
9. 제 1항에 있어서, 상기 구조형성단계는,

   상기 기판 상에 버퍼층과 무도핑 질화갈륨층을 순차적으로 형성한 후, 상기 무도핑 질화갈륨층 상에 상기 N형 클래드층, 활성층 및 P형 클래드층을 순차적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 선택적 표면 플라즈몬 결합을 이용한 발광소자 제조방법.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 N형 클래드층 일부가 외부로 노출되도록 상기 N형 클래드층 상부에 위치하는 P형 클래드층 일부를 식각하는 식각단계;

    상기 P형 클래드층 상에 투명 전도성 산화막층을 형성하는 산화막층단계; 및

    상기 외부로 노출된 N형 클래드층 및 상기 투명 전도성 산화막층에 전극을 형성하는 전극형성단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 표면 플라즈몬 결합을 이용한 발광소자 제조방법.
11. N형 클래드층;

    상기 N형 클래드층 상부에 형성된 활성층;

    상기 활성층 상부에 형성되며, 상면이 요철 구조가 되도록 패터닝된 P형 클래드층; 및

    상기 패터닝된 P형 클래드층의 요철 구조 중 오목부에만 선택적으로 형성된 금속나노입자층을 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 표면 플라즈몬 결합을 이용한 발광소자.
12. 제 11항에 있어서, 상기 금속나노입자층은,

    은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu) 또는 금(Au) 중 하나 이상의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선택적 표면 플라즈몬 결합을 이용한 발광소자.
13. 제 11항에 있어서, 상기 금속나노입자층은,

    도트(DOT)형태인 것을 특징으로 하는 선택적 표면 플라즈몬 결합을 이용한 발광소자.
14. 제 11항에 있어서, 상기 패터닝된 P형 클래드층 중 오목부의 두께는,

    상기 활성층으로부터 5 내지 100nm인 것을 특징으로 하는 선택적 표면 플라즈몬 결합을 이용한 발광소자.
15. 제 12항에 있어서, 상기 금속나노입자의 크기는,

    5 내지 15nm인 것을 특징으로 하는 선택적 표면 플라즈몬 결합을 이용한 발광소자.
16. 제 11항에 있어서, 상기 N형 클래드층, 활성층 및 P형 클래드층은,

    질화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선택적 표면 플라즈몬 결합을 이용한 발광소자.
17. 제 11항에 있어서,

    상기 N형 클래드층의 외부로 노출된 부분에 형성된 N형전극;

    상기 P형 클래드층 상에 형성된 투명 전도성 산화막층; 및

    상기 투명 전도성 산화막층 상부에 형성된 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 표면 플라즈몬 결합을 이용한 발광소자.
18. 제 11항에 있어서,

    상기 P형 클래드층 상에 형성된 투명 전도성 산화막층;

    상기 투명 전도성 산화막층에 형성된 전극; 및

    상기 N형 클래드층에 형성된 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 표면 플라즈몬 결합을 이용한 발광소자.

Images