KR20120067157A - 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

발광소자 및 그 제조방법에 관해 개시되어 있다. 개시된 발광소자는 나노파티클(nanoparticle)이 포함된 수직형 발광구조체를 구비할 수 있다. 상기 수직형 발광구조체는 제1 도전형 반도체, 활성층 및 제2 도전형 반도체를 포함할 수 있고, 상기 제1 도전형 반도체, 활성층 및 제2 도전형 반도체 중 적어도 하나에 복수의 나노파티클이 구비될 수 있다. 상기 나노파티클은, 예컨대, 양자점(quantum dot)일 수 있다.

Description

발광소자 및 그 제조방법{Light emitting device and method of manufacturing the same}
본 개시는 발광소자 및 그 제조방법, 보다 상세하게는 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
LED(light emitting diode) 또는 LD(laser diode)와 같은 반도체 발광소자는 전기발광(electroluminescence) 현상, 즉, 전류 또는 전압의 인가에 의해 물질(반도체)에서 빛이 방출되는 현상을 이용한다. 상기 반도체 발광소자의 활성층(즉, 발광층)에서 전자와 정공이 결합하면서 상기 활성층의 에너지 밴드갭(band gap)에 해당하는 만큼의 에너지가 빛의 형태로 방출될 수 있다. 따라서 상기 활성층의 에너지 밴드갭(band gap)의 크기에 따라 상기 발광소자에서 발생되는 빛의 파장이 달라질 수 있다.
반도체 발광소자의 성능을 평가하는 지표로는 발광효율, 열적 안정성, 색순도, 색균일도, 수명 등이 있다. 이 중에서 발광효율은 전기적 입력 파워에 대한 발광되는 빛의 세기의 비를 의미한다. 열적 안정성은 온도 변화에 따른 발광 파장의 변화와 관련된다. 최근, 반도체 발광소자가 차세대 광원으로 주목받으면서, 이에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있고, 특히, 발광효율 및 열적 안정성을 개선할 수 있는 기술에 대한 요구가 증가하고 있다.
발광효율이 높고 열안정성이 개선된 발광소자를 제공한다.
플라즈몬(plasmon) 효과를 얻을 수 있는 발광소자를 제공한다.
상기 발광소자의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 한 측면(aspect)에 따르면, 기판 상에 구비된 것으로 제1 도전형 반도체, 활성층 및 제2 도전형 반도체를 포함하는 적어도 하나의 수직형 발광구조체;를 포함하고, 상기 제1 도전형 반도체, 활성층 및 제2 도전형 반도체 중 적어도 하나에 복수의 나노파티클(nanoparticle)이 구비된 발광소자가 제공된다.
상기 수직형 발광구조체는 나노와이어(nanowire) 형상을 가질 수 있다.
상기 수직형 발광구조체는 나노피라미드(nanopyramid) 형상을 가질 수 있다.
상기 수직형 발광구조체는 코어-쉘(core-shell) 구조를 가질 수 있다.
상기 수직형 발광구조체가 코어-쉘 구조를 갖는 경우, 상기 수직형 발광구조체에서 상기 제1 도전형 반도체는 코어부일 수 있고, 상기 활성층 및 상기 제2 도전형 반도체는 껍질부일 수 있다.
상기 나노파티클은 반도체 또는 금속으로 형성될 수 있다.
상기 나노파티클은 양자점(quantum dot)일 수 있다.
상기 활성층에 복수의 제1 나노파티클이 구비될 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체에 복수의 제2 나노파티클이 구비될 수 있고, 상기 복수의 제2 나노파티클은 상기 활성층에 접촉하거나 인접하도록 구비될 수 있다.
상기 기판과 상기 수직형 발광구조체 사이에 절연층이 구비될 수 있고, 상기 절연층에 적어도 하나의 홀(hole)이 구비될 수 있으며, 상기 수직형 발광구조체는 상기 홀에 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
상기 기판과 상기 절연층 사이에 상기 제1 도전형 반도체와 동일한 타입의 반도체층이 구비될 수 있고, 상기 수직형 발광구조체는 상기 절연층의 홀을 통해 상기 반도체층에 연결될 수 있다.
상기 수직형 발광구조체는 상기 기판에 직접 접촉될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 기판 상에 적어도 하나의 수직형 발광구조체를 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 수직형 발광구조체를 형성하는 단계는, 수직형 제1 도전형 반도체를 형성하는 단계; 상기 제1 도전형 반도체에 접촉된 활성층을 형성하는 단계; 상기 활성층에 접촉된 제2 도전형 반도체를 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 제1 도전형 반도체, 활성층 및 제2 도전형 반도체 중 적어도 하나는 복수의 나노파티클(nanoparticle)을 구비하도록 형성하는 발광소자의 제조방법이 제공된다.
상기 나노파티클은 반도체 또는 금속으로 형성할 수 있다.
상기 나노파티클은 양자점(quantum dot)일 수 있다.
상기 양자점은 콜로이달(colloidal) 용액을 사용해서 형성한 콜로이달 양자점(colloidal quantum dot)일 수 있다.
상기 양자점은 자기조립(self-assembly) 방법으로 형성한 자기조립 양자점(self-assembly quantum dot)일 수 있다.
상기 활성층을 형성하는 단계는 상기 제1 도전형 반도체 표면에 복수의 제1 나노파티클을 형성하는 단계; 및 상기 복수의 제1 나노파티클을 덮는 반도체층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 활성층 표면에 복수의 제2 나노파티클을 형성할 수 있다.
상기 복수의 제2 나노파티클을 형성하는 단계 전, 상기 활성층 표면에 제2 도전형 제1 반도체층을 형성할 수 있다.
상기 복수의 제2 나노파티클을 형성하는 단계 후, 상기 활성층 표면에 상기 복수의 제2 나노파티클을 덮는 제2 도전형 제2 반도체층을 형성할 수 있다.
상기 수직형 발광구조체는 나노와이어(nanowire) 형상으로 형성할 수 있다.
상기 수직형 발광구조체는 나노피라미드(nanopyramid) 형상으로 형성할 수 있다.
상기 수직형 발광구조체를 형성하는 단계는 상기 기판 상에 절연층을 형성하는 단계; 상기 절연층에 적어도 하나의 홀(hole)을 형성하는 단계; 상기 홀에 상기 제1 도전형 반도체를 성장시키는 단계; 및 상기 제1 도전형 반도체를 감싸도록 상기 활성층 및 상기 제2 도전형 반도체를 순차로 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 기판과 상기 절연층 사이에 상기 제1 도전형 반도체와 동일한 타입의 반도체층을 더 형성할 수 있다.
상기 수직형 발광구조체는 상기 기판에 직접 접촉하도록 형성할 수 있다.
우수한 발광효율 및 개선된 열안정성을 갖는 발광소자를 구현할 수 있다.
플라즈몬(plasmon) 효과를 얻을 수 있는 발광소자를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자를 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자를 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자를 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자를 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자를 보여주는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자를 보여주는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자를 보여주는 단면도이다.
도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 보여주는 단면도이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 보여주는 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 *
100 : 기판 200 : 반도체층
250 : 절연층 300 : 제1 도전형 반도체
310 : 활성층 320 : 제2 도전형 반도체
H1 : 홀(hole) LE1, LE2 : 수직형 발광구조체
N1, N2 : 나노파티클
이하, 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 및 그 제조방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 다소 과장되게 도시된 것이다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발광소자를 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기판(100) 상에 제1 도전형 반도체층(이하, 제1 반도체층)(200)이 구비될 수 있다. 기판(100)은 일반적인 반도체소자 공정에서 사용되는 다양한 기판 중 어느 하나일 수 있다. 예컨대, 기판(100)은 사파이어(Al2O3) 기판, Si 기판, SiC 기판, 비정질 AlN 기판 및 Si-Al 기판 중 어느 하나일 수 있다. 그러나 이는 예시적인 것이고, 이외에 다른 기판을 사용할 수도 있다. 제1 반도체층(200)은, 예컨대, n형 반도체층일 수 있지만, 경우에 따라서는 p형 반도체층일 수도 있다. 제1 반도체층(200)은 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 제1 반도체층(200) 상에 절연층(250)이 구비될 수 있다. 절연층(250)에 제1 반도체층(200)을 노출시키는 적어도 하나의 홀(hole)(H1)이 형성될 수 있다.
절연층(250) 상에 적어도 하나의 수직형 발광구조체(LE1)가 구비될 수 있다. 수직형 발광구조체(LE1)는, 예컨대, 나노와이어(nanowire) 형상을 가질 수 있다. 수직형 발광구조체(LE1)는 홀(H1)에 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 이때, 수직형 발광구조체(LE1)는 그에 대응하는 홀(H1)을 통해서 제1 반도체층(200)에 연결될 수 있다. 발광구조체(LE1)에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 발광구조체(LE1)는 나노기둥 형상의 제1 도전형 반도체(300)와 그 둘레를 감싸는 활성층(310) 및 제2 도전형 반도체(320)를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체(300)는 코어부라 할 수 있고, 활성층(310) 및 제2 도전형 반도체(320)는 껍질부라 할 수 있다. 그러므로 발광구조체(LE1)는 코어-쉘(core-shell) 구조를 갖는다고 할 수 있다. 제1 도전형 반도체(300), 활성층(310) 및 제2 도전형 반도체(320) 중 적어도 하나에 복수의 나노파티클(nanoparticle)이 구비될 수 있다. 예컨대, 활성층(310) 내에 복수의 제1 나노파티클(N1)이 구비될 수 있다. 이 경우, 복수의 제1 나노파티클(N1)은 활성층(310)의 일부로 볼 수 있다.
발광구조체(LE1)에서 제1 도전형 반도체(300)는 n형이고, 제2 도전형 반도체(320)는 p형이거나, 그 반대일 수 있다. 활성층(310)은 전자와 정공이 결합하면서 빛을 방출하는 발광층일 수 있다. 제1 도전형 반도체(300), 활성층(310) 및 제2 도전형 반도체(320)는 다양한 변형 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 제1 도전형 반도체(300) 및 제2 도전형 반도체(320)는 다층 구조를 가질 수 있다. 활성층(310)은 양자우물층과 장벽층이 1회 이상 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 이때, 상기 양자우물층은 단일양자우물(single quantum well) 구조 또는 다중양자우물(multi-quantum well) 구조를 가질 수 있다. 또한 도시하지는 않았지만, 발광구조체(LE1)는 초격자구조층(superlattice structure layer)을 더 포함할 수도 있다. 그리고 도 1에서 활성층(310)과 제2 도전형 반도체(320)의 끝 부분(즉, 절연층(250)과 접한 부분)은 발광구조체(LE1) 주위의 절연층(250) 위로 연장될 수 있다. 그 밖에도 다양한 변형 구조가 가능할 수 있다.
복수의 제1 나노파티클(N1)은 반도체 또는 금속으로 형성될 수 있다. 복수의 제1 나노파티클(N1)이 반도체로 형성된 경우, 복수의 제1 나노파티클(N1)은 양자점(quantum dot)일 수 있다. 양자점은 수 내지 수십 나노미터 정도의 크기를 갖는 결정질 반도체로서, 수백에서 수천 개 정도의 원자로 구성될 수 있다. 양자점은 크기가 매우 작기 때문에 단위 부피당 표면적이 넓고, 대부분의 원자들이 결정 표면에 존재하게 된다. 이러한 양자점은 양자 구속(quantum confinement) 효과에 의한 불연속적 에너지 준위를 갖기 때문에, 연속적인 에너지 밴드를 갖는 벌크(bulk) 상태의 반도체와는 다른 광학적/전기적 특성을 나타낼 수 있다. 또한 양자점은 우수한 열적 안정성을 갖는다. 이러한 양자점(즉, 제1 나노파티클(N1))을 활성층(310)에 적용하면, 양자점(즉, 제1 나노파티클(N1))에 의해 활성층(310)의 내부 양자효율이 증가할 수 있고, 열안정성이 개선될 수 있다. 부가해서, 양자점(즉, 제1 나노파티클(N1))의 크기를 조절하면 에너지 밴드갭이 달라지기 때문에, 발광되는 빛의 파장을 조절할 수도 있다.
특히, 본 발명의 실시예에서는 수직형 발광구조체(LE1)를 이용하기 때문에, 수평형 막(film) 구조를 이용하는 기존의 발광소자에 비하여 단위 면적당 발광량을 크게 증가시킬 수 있다. 좁은 영역에 많은 수의 수직형 발광구조체(LE1)를 형성함으로써, 단위 면적당 발광량을 용이하게 증가시킬 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에 따르면, 단위 면적당 발광량이 크고, 높은 발광효율 및 개선된 열적 안정성을 갖는 발광소자를 구현할 수 있다.
도 1에 도시하지는 않았지만, 제1 반도체층(200)에 연결된(혹은, 접촉된) 제1 전극과 제2 도전형 반도체(320)에 연결된(혹은, 접촉된) 제2 전극이 더 구비될 수 있다. 상기 제1 전극은 기판(100)의 상면 또는 하면에 구비될 수 있고, 상기 제2 전극은 수직형 발광구조체(LE1) 상에 구비될 수 있다. 수직형 발광구조체(LE1)가 복수 개 배열된 경우, 이들을 덮는 투명전극(미도시)이 구비될 수 있고, 상기 제2 전극은 상기 투명전극 상에 구비될 수 있다.
도 2 내지 도 5는 도 1의 다양한 변형 구조를 보여주는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 제2 도전형 반도체(320) 내에 복수의 제2 나노파티클(N2)이 구비될 수 있다. 이 경우, 복수의 제2 나노파티클(N2)은 활성층(310)에 접촉할 수 있다. 즉, 복수의 제2 나노파티클(N2)은 활성층(310) 표면에 구비될 수 있다. 복수의 제2 나노파티클(N2)의 물질 및 특성 등은 도 1의 제1 나노파티클(N1)과 동일하거나 유사할 수 있으므로, 이에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 활성층(310) 표면에 제2 도전형 제1 반도체(320a)가 구비되고, 제2 도전형 제1 반도체(320a) 표면에 복수의 제2 나노파티클(N2)이 구비될 수 있다. 복수의 제2 나노파티클(N2)을 덮는 제2 도전형 제2 반도체(320b)가 구비될 수 있다. 이 경우, 복수의 제2 나노파티클(N2)은 활성층(310)에서 다소 이격되어 있다. 즉, 복수의 제2 나노파티클(N2)은 활성층(310)에 근접하게 구비되어 있다.
도 2 및 도 3의 실시예에서와 같이, 복수의 제2 나노파티클(N2)이 제2 도전형 반도체(320 혹은 320a + 320b) 내에 구비되어, 활성층(310)에 접촉하거나 근접하게 형성된 경우, 복수의 제2 나노파티클(N2)과 활성층(310) 사이에서 플라즈몬(plasmon) 효과가 나타날 수 있다. 플라즈몬은 금속(또는 반도체)의 표면/계면에서 전자와 빛의 진동이 연동되는 일종의 공명 현상으로, 이러한 현상에 의해 발광효율이 향상될 수 있다. 본 실시예에서는 복수의 제2 나노파티클(N2)이 활성층(310)과 접촉하거나 근접하게 형성되므로, 위와 같은 플라즈몬 현상에 의한 발광효율의 증가 효과를 얻을 수 있다.
도 4는 도 1과 도 2를 결합한 구조이고, 도 5는 도 1과 도 3를 결합한 구조이다. 즉, 도 4 및 도 5의 구조에서는 복수의 제1 나노파티클(N1)이 활성층(310) 내에 구비되고, 복수의 제2 나노파티클(N2)이 제2 도전형 반도체(320 혹은 320a + 320b)에 구비된다. 이 경우, 복수의 제1 나노파티클(N1)에 의해 활성층(310)의 내부 양자효율이 증가하고 열적 안정성이 개선됨은 물론, 복수의 제2 나노파티클(N2)에 의해 플라즈몬 효과가 발생할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 1 내지 도 5에서 제1 반도체층(200) 및 절연층(250)을 사용하지 않고, 수직형 발광구조체(LE1)를 기판(100)에 직접 형성할 수도 있다. 그 일례가 도 6에 도시되어 있다.
도 6은 도 1의 수직형 발광구조체(LE1)를 기판(100)에 직접 형성한 구조를 보여준다. 도 6의 구조를 얻기 위해, 제1 도전형 반도체(300)를 VLS(vapor-liquid-solid) 방법으로 기판(100) 상에 직접 성장시킬 수 있다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 수직형 발광구조체(LE1)의 형상도 달라질 수 있다. 예컨대, 도 7에 도시된 바와 같이, 수직형 발광구조체(LE2)는 나노피라미드(nanopyramid) 형상을 가질 수 있다. 제1 도전형 반도체(301)의 성장 조건에 따라 성장체의 측면이 소정의 경사각을 가질 수 있기 때문에, 결과적으로, 수직형 발광구조체(LE2)는 나노피라미드(nanopyramid) 형상을 가질 수 있다. 참조번호 311 및 321 는 각각 활성층 및 제2 도전형 반도체를 나타낸다.
도 6 및 도 7의 구조에도 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한 다양한 변형 구조가 유사하게 적용될 수 있다.
이하에서는, 도 8a 내지 도 8e를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 설명하도록 한다.
도 8a를 참조하면, 기판(100) 상에 제1 도전형 반도체층(이하, 제1 반도체층)(200)과 절연층(250)을 순차로 형성할 수 있다. 기판(100)은 일반적인 반도체소자 공정에서 사용되는 다양한 기판 중 어느 하나일 수 있다. 예컨대, 기판(100)은 사파이어(Al2O3) 기판, Si 기판, SiC 기판, 비정질 AlN 기판 및 Si-Al 기판 중 어느 하나일 수 있다. 그러나 이는 예시적인 것이고, 이외에 다른 기판을 사용할 수도 있다. 제1 반도체층(200)은, 예컨대, n형 반도체층일 수 있지만, 경우에 따라서는 p형 반도체층일 수도 있다. 제1 반도체층(200)은 단층 또는 다층 구조로 형성할 수 있다. 절연층(250)은, 예컨대, 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물로 형성할 수 있다. 절연층(250)이 물질은 다양하게 변화될 수 있다.
도 8b를 참조하면, 절연층(250)을 패터닝하여 제1 반도체층(200)을 노출시키는 적어도 하나의 홀(H1)을 형성할 수 있다.
도 8c를 참조하면, 홀(H1)에 의해 노출된 제1 반도체층(200) 상에 나노기둥 형상의 제1 도전형 반도체(300)를 형성할 수 있다. 제1 도전형 반도체(300)는, 예컨대, 에피택셜 성장 법으로 형성할 수 있다.
도 8d를 참조하면, 제1 도전형 반도체(300) 표면에 복수의 제1 나노파티클(N1)을 형성할 수 있다. 복수의 제1 나노파티클(N1)은 반도체 또는 금속으로 형성할 수 있다. 복수의 제1 나노파티클(N1)을 반도체로 형성할 경우, 복수의 제1 나노파티클(N1)은 양자점(quantum dot)일 수 있다. 이때, 상기 양자점은 양자점을 포함하는 콜로이달(colloidal) 용액을 사용해서 형성하거나, 자기조립(self-assembly) 방법으로 형성할 수 있다. 다시 말해, 복수의 제1 나노파티클(N1)은 콜로이달 양자점(colloidal quantum dot)이거나, 자기조립 양자점(self-assembly quantum dot)일 수 있다.
도 8e를 참조하면, 제1 도전형 반도체(300) 및 복수의 제1 나노파티클(N1)을 감싸는 활성층(310)을 형성하고, 활성층(310)을 감싸는 제2 도전형 반도체(320)를 형성할 수 있다. 제1 도전형 반도체(300), 제1 나노파티클(N1), 활성층(310) 및 제2 도전형 반도체(320)는 코어-쉘(core-shell) 구조의 수직형 발광구조체(LE1)를 구성한다고 할 수 있다. 경우에 따라서는, 활성층(310) 및 제2 도전형 반도체(320)를 기판(100) 전체적으로 연장되도록 형성할 수 있다.
도시하지는 않았지만, 제1 반도체층(200)에 연결된(혹은, 접촉된) 제1 전극과 제2 도전형 반도체(320)에 연결된(혹은, 접촉된) 제2 전극을 더 형성할 수 있다. 상기 제1 전극은 기판(100)의 상면 또는 하면에 형성할 수 있고, 상기 제2 전극은 수직형 발광구조체(LE1) 상에 형성할 수 있다. 수직형 발광구조체(LE1)가 복수 개 배열된 경우, 이들을 덮는 투명전극(미도시)이 구비될 수 있고, 상기 투명전극 상에 상기 제2 전극을 형성할 수 있다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 보여주는 단면도이다.
도 9a를 참조하면, 도 8c의 제1 도전형 반도체(300)를 감싸는 활성층(310)을 형성하고, 활성층(310)을 감싸는 제2 도전형 제1 반도체(320a)를 형성할 수 있다. 제2 도전형 제1 반도체(320a)의 물질은 도 8e의 제2 도전형 반도체(320)의 물질과 동일할 수 있다.
도 9b를 참조하면, 제2 도전형 제1 반도체(320a) 표면에 복수의 제2 나노파티클(N2)을 형성할 수 있다. 복수의 제2 나노파티클(N2)은 반도체 또는 금속으로 형성할 수 있다. 예컨대, 제2 나노파티클(N2)은 양자점일 수 있다. 제2 나노파티클(N2)의 형성방법은 도 8d를 참조하여 설명한 제1 나노파티클(N1)의 형성방법과 동일할 수 있으므로, 이에 대한 반복 설명을 생략한다.
도 9c를 참조하면, 제2 도전형 제1 반도체(320a)와 복수의 제2 나노파티클(N2)을 감싸는 제2 도전형 제2 반도체(320b)를 형성할 수 있다. 제2 도전형 제2 반도체(320b)의 물질은 제2 도전형 제1 반도체(320a)의 물질과 동일하거나 유사할 수 있다. 경우에 따라서는, 제2 도전형 제2 반도체(320b)를 형성하지 않을 수도 있다. 혹은, 제2 도전형 제2 반도체(320b) 대신에 절연층(유전층)을 형성할 수도 있다.
전술한 도 8a 내지 도 8e는 도 1의 발광소자를, 도 9a 내지 도 9c는 도 3의 발광소자를 제조하는 방법에 대한 것이지만, 이를 변형하면, 도 2, 도 4 및 도 5의 발광소자를 제조할 수 있다. 이는 당업자가 잘 알 수 있는 수준의 기술적 변형이므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
또한, 제1 반도체층(200)과 절연층(250)을 형성하지 않고, 기판(100) 상에 제1 도전형 반도체(300)를 직접 형성한 후, 후속 공정을 수행할 수 있다. 예컨대, 제1 도전형 반도체(300)는 VLS(vapor-liquid-solid) 방법으로 기판(100) 상에 직접 성장될 수 있다. 후속 공정은 앞서 설명한 바와 유사할 수 있다. 이러한 과정을 통해, 도 6의 구조를 얻을 수 있다.
또한, 제1 도전형 반도체(300) 형성시, 공정 조건을 조절하면, 제1 도전형 반도체(300)의 측면이 경사지도록 하여, 도 7과 같은 나노피라미드(nanopyramid) 형상의 발광구조체(LE2)를 형성할 수도 있다. 그 밖에도 다양한 변형예가 가능하다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면 수직형 발광구조체(ex, 나노와이어 또는 나노피라미드)와 나노파티클(ex, 양자점 또는 금속파티클)을 결합하여 발광소자를 제조함으로써, 수평형 막(film) 구조를 이용하는 기존의 발광소자에 비하여 단위 면적당 발광량을 증가시킬 수 있고, 발광효율은 물론 열안정성을 개선할 수 있다. 또한 플라즈몬(plasmon) 효과에 의한 발광효율의 증가 효과를 추가적으로 얻을 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 및 그 제조방법은 다양하게 변형될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 구체적인 예로, 당업자라면 도 1 내지 도 7에서 수직형 발광구조체(LE1, LE2)의 구조는 다양하게 변형될 수 있고, 하나의 기판(100) 상에 수직형 발광구조체(LE1, LE2)가 복수 개 배열될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한, 제1 도전형 반도체(300, 301) 내에 나노파티클이 구비될 수도 있음을 알 수 있을 것이다. 부가해서, 본 발명의 사상(idea)은 발광소자뿐 아니라 수광소자에도 유사하게 적용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

Claims (24)

  1. 기판 상에 구비된 것으로, 제1 도전형 반도체, 활성층 및 제2 도전형 반도체를 포함하는 적어도 하나의 수직형 발광구조체;를 포함하고,
    상기 제1 도전형 반도체, 활성층 및 제2 도전형 반도체 중 적어도 하나에 복수의 나노파티클(nanoparticle)이 구비된 발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수직형 발광구조체는 나노와이어(nanowire) 형상을 갖는 발광소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 수직형 발광구조체는 나노피라미드(nanopyramid) 형상을 갖는 발광소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수직형 발광구조체는 코어-쉘(core-shell) 구조를 갖는 발광소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 수직형 발광구조체에서 상기 제1 도전형 반도체는 코어부이고, 상기 활성층 및 상기 제2 도전형 반도체는 껍질부인 발광소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노파티클은 반도체 또는 금속으로 형성된 발광소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노파티클은 양자점(quantum dot)인 발광소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성층에 복수의 제1 나노파티클이 구비된 발광소자.
  9. 제 1 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체에 복수의 제2 나노파티클이 구비되고,
    상기 복수의 제2 나노파티클은 상기 활성층에 접촉하거나 인접하도록 구비된 발광소자.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판과 상기 수직형 발광구조체 사이에 절연층이 구비되고,
    상기 절연층에 적어도 하나의 홀(hole)이 구비되며,
    상기 수직형 발광구조체는 상기 홀에 대응하는 위치에 구비된 발광소자.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 기판과 상기 절연층 사이에 상기 제1 도전형 반도체와 동일한 타입의 반도체층이 구비되고,
    상기 수직형 발광구조체는 상기 절연층의 홀을 통해 상기 반도체층에 연결된 발광소자.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 수직형 발광구조체는 상기 기판에 직접 접촉된 발광소자.
  13. 기판 상에 적어도 하나의 수직형 발광구조체를 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 수직형 발광구조체를 형성하는 단계는,
    수직형 제1 도전형 반도체를 형성하는 단계;
    상기 제1 도전형 반도체에 접촉된 활성층을 형성하는 단계;
    상기 활성층에 접촉된 제2 도전형 반도체를 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 제1 도전형 반도체, 활성층 및 제2 도전형 반도체 중 적어도 하나는 복수의 나노파티클(nanoparticle)을 구비하도록 형성하는 발광소자의 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 나노파티클은 반도체 또는 금속으로 형성하는 발광소자의 제조방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 나노파티클은 양자점(quantum dot)인 발광소자의 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 양자점은 콜로이달(colloidal) 용액을 사용해서 형성한 콜로이달 양자점(colloidal quantum dot)인 발광소자의 제조방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 양자점은 자기조립(self-assembly) 방법으로 형성한 자기조립 양자점(self-assembly quantum dot)인 발광소자의 제조방법.
  18. 제 13 항에 있어서, 상기 활성층을 형성하는 단계는,
    상기 제1 도전형 반도체 표면에 복수의 제1 나노파티클을 형성하는 단계; 및
    상기 복수의 제1 나노파티클을 덮는 반도체층을 형성하는 단계;를 포함하는 발광소자의 제조방법.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 활성층 표면에 복수의 제2 나노파티클을 형성하는 단계를 포함하는 발광소자의 제조방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 복수의 제2 나노파티클을 형성하는 단계 전,
    상기 활성층 표면에 제2 도전형 제1 반도체층을 형성하는 단계를 더 포함하는 발광소자의 제조방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 복수의 제2 나노파티클을 형성하는 단계 후,
    상기 활성층 표면에 상기 복수의 제2 나노파티클을 덮는 제2 도전형 제2 반도체층을 형성하는 단계를 더 포함하는 발광소자의 제조방법.
  22. 제 13 항에 있어서,
    상기 수직형 발광구조체는 나노와이어(nanowire) 또는 나노피라미드(nanopyramid) 형상으로 형성하는 발광소자의 제조방법.
  23. 제 13 항에 있어서, 상기 수직형 발광구조체를 형성하는 단계는,
    상기 기판 상에 절연층을 형성하는 단계;
    상기 절연층에 적어도 하나의 홀(hole)을 형성하는 단계;
    상기 홀에 상기 제1 도전형 반도체를 성장시키는 단계; 및
    상기 제1 도전형 반도체를 감싸도록 상기 활성층 및 상기 제2 도전형 반도체를 순차로 형성하는 단계;를 포함하는 발광소자의 제조방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 기판과 상기 절연층 사이에 상기 제1 도전형 반도체와 동일한 타입의 반도체층을 형성하는 단계를 더 포함하는 발광소자의 제조방법.
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