KR20130051240A - 나노 로드 발광 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
나노 로드 발광 소자 및 그 제조 방법이 개시된다.
개시된 나노 로드 발광 소자는 적어도 하나의 질화물 반도체층과, 상기 적어도 하나의 질화물 반도체층 상에 구비된 것으로, 관통홀들을 포함하는 마스크층과, 광이 발광되는 복수 개의 발광 나노 로드와, 상기 복수 개의 발광 나노 로드를 그루핑하고, 그루핑된 발광 나노 로드들을 서로 이격되게 도전체로 덮은 나노 로드 클러스터들을 포함할 수 있다.
개시된 나노 로드 발광 소자는 적어도 하나의 질화물 반도체층과, 상기 적어도 하나의 질화물 반도체층 상에 구비된 것으로, 관통홀들을 포함하는 마스크층과, 광이 발광되는 복수 개의 발광 나노 로드와, 상기 복수 개의 발광 나노 로드를 그루핑하고, 그루핑된 발광 나노 로드들을 서로 이격되게 도전체로 덮은 나노 로드 클러스터들을 포함할 수 있다.
Description
본 발명의 실시예들은 전류 누출량을 줄일 수 있는 나노 로드 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
발광 소자는 반도체의 p-n 접합 구조를 이용하여 활성층에 주입된 전자와 정공의 결합에 의해 발광될 수 있다. 반도체 발광 소자는 크게 발광 다이오드(Light emitting diod)와 레이저 다이오드로 나뉠 수 있으며, 발광 다이오드는 전력 소모가 상대적으로 적으면서도 밝기가 밝아 고효율, 친환경적인 광원으로서 디스플레이, 광통신, 자동차, 일반 조명 등 다양한 분야에 사용될 수 있다. 반도체 발광소자는 전기발광(electroluminescence) 현상, 즉, 전류 또는 전압의 인가에 의해 반도체층에서 빛이 방출되는 현상을 이용한다. 반도체 발광소자의 활성층에서 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. 최근, 물리적, 화학적 특성이 우수한 질화물을 이용하여 청색 LED 및 자외선 LED가 등장하였고, 또한 청색 또는 자외선 LED와 형광물질을 이용하여 백색광 또는 다른 단색광을 만들 수 있게 됨으로써 발광 소자의 응용범위가 넓어지고 있다. 그런데, 질화물계 화합물 반도체 결정 내에는 일반적으로 결정결함이 다수 존재하고 있어, 이 결정결함을 통해 전자와 정공이 결합하는 경우, 빛에너지가 아닌 열에너지로 방출되어 발광 효율이 저하되는 원인이 된다.
이러한 결정 결함은 기판과 화합물 반도체 사이의 격자 상수 부정합이나 열팽창 계수의 차이 등에 의해 발생될 수 있다. 결정 결함을 줄이기 위해 나노로드의 형태를 가지는 발광 구조가 개발되고 있다. 이와 같은 구조는 박막 형태의 경우보다 기판과의 접촉 면적이 적어 격자상수 불일치나 열팽창 계수의 차이가 적게 발생될 수 있다. 최근, 코어/셀 (Core/Shell) 형태의 나노로드 구조가 제안되고 있다. 이러한 구조의 장점으로는, 첫째 결정결함을 최소화한다는 것이다. 일반적인 평면박막구조 발광소자는 크게 2가지 종류의 결정결함을 가지고 있다. 하나는 InGaN으로 구성되는 양자우물층과 GaN으로 구성되는 양자장벽층 사이의 격자 부정합에 기인하여 형성되는 부정합 전위로, 이 경우 전위는 성장면내에 평행하게 존재하게 된다. 다른 하나는 사파이어와 질화갈륨의 계면에서 형성되어 발광소자 구조가 성장 동안 성장방향으로 길어지면서 발광층까지 도달하게 되는 관통 전위이다. 나노로드 구조에서는 GaN층이 수평방향으로의 변형 또한 가능하기에 일반적인 평면박막 발광소자에 비해 격자부정합 전위 형성을 줄일 수 있다. 또한 기판상에서 차지하는 면적이 적으므로, 관통전위의 일부만이 활성층으로 전파되고, 전위가 형성되어도, 가까운 표면으로 이동, 소멸될 가능성이 크다. 둘째, 활성층이 껍질(Shell) 층의 형태로 코어(Core) 표면을 따라 형성되어 발광표면적이 증가하게 되고 실질적인 전류밀도가 감소하여 광효율이 향상될 수 있다.
본 발명의 실시예는 전류 누출량을 줄일 수 있는 나노 로드 발광 소자를 제공한다.
본 발명의 실시예는 전류 누출량을 줄일 수 있는 나노 로드 발광 소자의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 나노 로드 발광 소자는, 적어도 하나의 질화물 반도체층; 상기 적어도 하나의 질화물 반도체층 상에 구비된 것으로, 관통홀들을 포함하는 마스크층; 상기 관통홀들로부터 돌출 형성되고, 제1형으로 도핑된 나노 코어, 상기 나노 코어 표면에 형성된 발광층, 상기 발광층 표면에 형성되고, 제2형으로 도핑된 반도체층을 포함하는 복수 개의 발광 나노 로드; 상기 복수 개의 발광 나노 로드를 그루핑하고, 그루핑된 발광 나노 로드들을 서로 이격되게 도전체로 덮은 나노 로드 클러스터들; 상기 나노 로드 클러스터들 위에 적층된 충진층; 상기 충진층 상에 구비된 것으로 그리드 패턴을 가지는 전극; 및 상기 도전체들과 제1전극 사이를 연결하는 연결부;를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 질화물 반도체층은 AlxInGa1-x-yN(0≤x,y≤1, x+y<1)로 형성될 수 있다.
상기 마스크층은 SiO2, TiO2, Si3N4, Al2O3, TiN, AlN, ZrO2, TiAlN, TiSiN 중 어느 하나 이상을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 나노 코어는 질화물 반도체로 형성될 수 있다.
상기 발광층은 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조를 가질 수 있다.
상기 충진층은 절연체로 형성될 수 있다.
상기 충진층은 SiO2, SiN, 또는 SOG(Silicon On Glass)로 형성될 수 있다.
상기 나노 로드 클러스터들은 반복적인 형태로 배열될 수 있다.
상기 제1전극은 그리드 패턴으로 형성된 연결 전극과, 연결 전극의 교점에 형성된 클러스터 전극을 포함할 수 있다.
상기 클러스터 전극은 원형 또는 다각형의 단면 형상을 가질 수 있다.
상기 질화물 반도체층 하부에 기판이 더 구비될 수 있다.
상기 기판은 사파이어 기판, 실리콘 기판, 또는 실리콘 카바이드 기판으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노 로드 발광 소자 제조 방법은, 적어도 하나의 질화물 반도체층 상에 마스크층을 적층하는 단계; 상기 마크층에 복수 개의 관통홀을 형성하는 단계; 상기 질화물 반도체층으로부터 관통홀들을 통해 나노 코어, 발광층 및 반도체층을 포함하는 발광 나노 로드를 성장시키는 단계; 포토 레지스트로 상기 발광 나노 로드를 덮고, 포토 공정을 통해 상기 발광 나노 로드를 그루핑하는 단계; 상기 그루핑된 발광 나노 로드에 도전체를 적층하여 나노 클러스터를 형성하는 단계; 상기 포토 레지스트를 제거하는 단계; 상기 나노 클러스터 상에 충진층을 적층하는 단계; 상기 충진층에 상기 나노 클러스터에 연결되는 비아홀을 형성하는 단계; 상기 비아홀에 연결부를 형성하는 단계; 및 상기 충진층 상에 그리드 패턴을 가지는 전극을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 나노 로드 발광 소자는 나노 로드를 이용하여 발광 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예는 그리드 패턴의 전극을 이용하여 전류 누출량을 줄임으로써 전력 소모를 줄일 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 나노 로드 발광 소자의 제조 방법은 그리드 패턴의 전극 구조를 용이하게 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 로드 발광 소자를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 A-A선 단면도이다.
도 3과 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 나노 로드 발광 소자에 적용된 전극의 패턴의 예들을 도시한 것이다.
도 5는 도 1에 도시된 나노 로드 발광 소자에 적용된 전극 구조의 일예를 도시한 것이다.
도 6은 도 1에 도시된 나노 로드 발광 소자에 적용된 전극 구조의 다른 예를 도시한 것이다.
도 7 내지 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 로드 발광 소자의 제조 방법을 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 A-A선 단면도이다.
도 3과 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 나노 로드 발광 소자에 적용된 전극의 패턴의 예들을 도시한 것이다.
도 5는 도 1에 도시된 나노 로드 발광 소자에 적용된 전극 구조의 일예를 도시한 것이다.
도 6은 도 1에 도시된 나노 로드 발광 소자에 적용된 전극 구조의 다른 예를 도시한 것이다.
도 7 내지 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 로드 발광 소자의 제조 방법을 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 나노 로드 발광 소자 및 그 제조 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 편의를 위하여 과장되어 있을 수 있다. 이하에서 "상" 또는 "위"라는 용어는 어떤 층 위에 직접 접촉되어 배치된 경우 뿐만 아니라 접촉되지 않고 떨어져 위에 배치되는 경우, 다른 층을 사이에 두고 위에 배치되는 경우 등을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 나노 로드 발광 소자(10)를 개략적으로 도시한 것이다. 나노 로드 발광 소자(10)는 적어도 하나의 질화물 반도체층(15)과, 상기 적어도 하나의 질화물 반도체층(15) 위에 구비된 것으로 적어도 하나의 관통홀(16)을 포함하는 마스크층(17)과, 상기 마스크층(17)의 관통홀(16)로부터 돌출 되어 서로 이격되게 형성된 발광 나노 로드(26)들을 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 질화물 반도체층(15)의 하부에 기판(12)이 더 구비될 수 있다. 기판(12)은 적어도 하나의 질화물 반도체층(15)을 성장시키기 위한 것으로, 예를 들어, 사파이어 기판, 실리콘 기판, 실리콘 카바이드 기판 또는 질화물 기판 등으로 형성될 수 있다. 이 외에도, 질화물 반도체층의 성장에 적합한 물질, 예를 들어, ZnO, GaAs, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN 으로 이루어진 기판이 사용될 수 있다. 상기 기판(12)은 나노 로드 발광 소자의 제작 후에 제거될 수 있다.
상기 적어도 하나의 질화물 반도체층(15)은 갈륨을 함유하는 질화물로 형성될 수 있다. 상기 적어도 하나의 질화물 반도체층(15)은 AlxInyGa1-x-yN(0≤x,y≤1, x+y<1)으로 형성될 수 있으며, 예를 들어, GaN, InGaN, 또는 AlInGaN 중 어느 하나를 포함하는 물질로 형성될 수 있다. 적어도 하나의 질화물 반도체층(15)은 복수 개의 층으로 구성될 수 있으며, 성장이 잘 되도록 하기 위한 핵성장층, 버퍼층을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 질화물 반도체층은 선택적으로 언도핑(undoped) 되거나 도핑될 수 있다.
상기 마스크층(17)은 발광 나노 로드(26)를 성장시키기 위해 패터닝될 수 있다. 마스크층(17)은 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 티타늄 산화물, 티타늄 질화물, 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물 등으로 형성될 수 있다. 마스크층(17)은 예를 들어, SiO2, TiO2, Si3N4, Al2O3, TiN, AlN, ZrO2, TiAlN, TiSiN 중 어느 하나 이상을 포함하여 형성될 수 있다. 마스크층(17)은 질화물 반도체층이 부분적으로 노출되는 적어도 하나의 관통홀(16)을 포함할 수 있다. 마스크층(17)은 리소그래피 공정에 의해 원하는 관통홀 패턴으로 식각하여 형성될 수 있다. 관통홀은 예를 들어, 원형, 타원형, 다각형 등의 단면 형상을 가질 수 있다.
마스크층(17) 상에는 나노 로드가 형성되지 않고, 상기 관통홀(16)을 통해 발광 나노 로드(26)가 형성될 수 있다. 발광 나노 로드(26)는 상기 관통홀(16)을 통해 성장된 나노 코어(20), 나노 코어(20) 표면에 형성된 발광층(23), 상기 발광층(23) 표면에 형성된 반도체층(25)을 포함할 수 있다.
나노 코어(20)는 질화물 반도체층으로 형성될 수 있으며, 예를 들어, AlxInyGa1-x-yN(0≤x,y≤1, x+y<1)으로 형성될 수 있다. 나노 코어(20)는 제1형으로 도핑될 수 있으며, 제1형은 예를 들어, n형일 수 있으며, n형 불순물로 Si, Ge, Se, Te 등이 사용될 수 있다.
발광층(23)은 전자-정공 재결합에 의해 빛을 발광하는 층으로, 예를 들어 AlxGayInzN에서 x, y, z 값을 주기적으로 변화시켜 밴드갭을 조절하여 만든 단일양자우물 (single quantum well) 또는 다중양자우물(multi quantum well) 구조로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 양자우물층과 장벽층이 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, InGaN/AlGaN 또는 InGaN/InAlGaN의 형태로 쌍을 이루어 양자우물구조를 형성할 수 있으며, InGaN층에서의 In 몰분율에 따라 밴드갭 에너지가 제어되어 발광파장대역이 조절될 수 있다. 발광층(23)은 나노코어(20)로부터 방사형으로 성장되어 나노코어(20)의 표면을 둘러싸는 형태가 될 수 있다.
반도체층(25)은 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 화합물로 형성될 수 있으며, 예를 들어 질화물 반도체로 형성될 수 있다. 반도체층(25)은 예를 들어, AlxInyGa1-x-yN(0≤x,y≤1, x+y<1)으로 형성될 수 있다. 반도체층(25)은 제2형으로 도핑될 수 있으며, 제2형은 예를 들어, p형일 수 있으며, p형 불순물로는 예를 들어, B, Al, Mg, Ca, Zn, Cd, Hg, Ga 등이 사용될 수 있다. 제1형과 제2형이 교체될 수 있음은 물론이다. 나노 코어(20)에서 발광층(23)에 전자가 공급되고, 반도체층(25)에서 발광층(23)에 정공이 공급될 수 있으며, 발광층에서 전자와 정공의 결합에 의해 빛이 방출될 수 있다. 여기서, 발광 나노 로드들의 표면적을 통해 빛이 방출되며, 빛의 방출 면적이 넓어 발광 효율이 높을 수 있다.
상기 발광 나노 로드들(26)을 소정 개수씩 그루핑하여 도전체로 덮은 나노 클러스터(30)들이 서로 이격되게 배열될 수 있다. 상기 나노 클러스터(30) 들을 덮도록 충진층(33)이 적층될 수 있다. 상기 충진층(33)은 나노 클러스터(30) 들 사이를 절연시킬 수 있도록 절연체로 형성될 수 있다. 충진층(33)은 예를 들어, SiO2, SiN, 또는 SOG(Silicon On Glass)로 형성될 수 있다.
도 2는 도 1의 A-A선 단면도이다. 도 2를 참조하면, 나노 클러스터(30)들이 서로 이격되게 배열되어 있고, 나노 클러스터(30) 내에 복수 개의 발광 나노 로드(26), 예를 들어 7개의 발광 나노 로드들이 포함될 수 있다. 나노 클러스터 내에 포함되는 발광 나노 로드들의 개수는 다양하게 변경 가능하다. 나노 클러스터(30)들은 다양한 패턴으로 배열될 수 있으며, 예를 들어 도 2에서와 같이 반복적인 형태, 예를 들어, 반복적인 사각형 형태로 배열될 수 있다. 또는, 나노 클러스터(30)들은 반복적인 평행 사변형 형태로 배열될 수 있다. 나노 클러스터(30)는 예를 들어, 원형 기둥 또는 다각 기둥 형태를 가질 수 있다. 다시 말하면, 원형 또는 다각형의 단면 형상을 가질 수 있다.
상기 충진층(33) 상에 제1전극(40)이 구비될 수 있다. 그리고, 상기 나노 클러스터(30)와 제1전극(40) 사이에 연결부(35)가 구비될 수 있다. 연결부(35)는 도전체로 형성될 수 있으며, 상기 나노 클러스터(30)와 제1전극(40)이 전기적으로 연결되도록 할 수 있다. 제1전극(40)은 투명 전극으로 형성될 수 있다. 제1전극(40)은 예를 들면, ITO, IZO, ZnO 또는 SnO2 등과 같은 투명한 도전성 물질로 형성될 수 있다. 또는, 광이 아래쪽으로 발광되는 바톰 에미팅(bottom emitting) 타입의 경우에는 상기 제1전극(40)이 금속으로 형성되는 것도 가능하다. 이 경우, 제1전극(40)을 반사율이 높은 금속으로 형성함으로써 발광층(23)에서 발광되어 제1전극(40)쪽으로 향한 광이 제1전극에서 반사되도록 하여 광 추출 효율을 높일 수 있다.
상기 제1전극(40)은 도 3에 도시된 바와 같이 그리드 패턴의 연결 제1전극(42)과, 상기 연결 제1전극(42)의 교점에 배치되는 클러스터 제1전극(45)을 포함할 수 있다. 상기 클러스터 제1전극(45)은 상기 연결부(35)와 만나도록 배치되며, 상기 연결부(35)를 통해 나노 클러스터(30)에 전기적으로 연결될 수 있다. 클러스터 제1전극(35)은 다양한 형태로 제작 가능하며, 예를 들어 나노 클러스터의 단면 형상과 같은 단면 형상을 가질 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 클러스터 제1전극(45)이 육각형 형상을 가질 수 있다. 클러스터 제1전극(45)은 나노 클러스터의 배열 구조에 따라 반복적인 사각형 구조(도 3) 또는 반복적인 평행 사변형 구조(도 4)로 배열될 수 있다. 평행 사변형 구조로 배열되는 경우 공간 활용율이 높을 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 나노 로드 발광 소자(10)에 적용한 전극 구조의 일예를 도시한 것이다. 나노 로드 발광 소자(10)에서 적어도 하나의 질화물 반도체층(15)의 일부가 노출되도록 메사 에칭을 하고, 노출된 질화물 반도체층 위에 제2전극(50)을 구비할 수 있다. 그리고, 상기 제1전극(40) 상에 오믹 전극(55)이 더 구비될 수 있다. 예를 들어, 기판(12)으로 사파이어 기판이 사용되는 경우 도 5에 도시된 전극 구조가 채용될 수 있다.
도 6은 도 1에 도시된 나노 로드 발광 소자(10)에 적용한 전극 구조의 다른 예를 도시한 것이다. 나노 로드 발광 소자(10)에서 기판(12)이 제거되고, 적어도 하나의 질화물 반도체층(15) 하부에 제2전극(60)이 구비될 수 있다. 예를 들어, 기판(12)으로 사파이어 기판이 사용되는 경우 기판(12)이 제거되고, 제2전극(60)이 구비될 수 있다. 또는, 기판으로 실리콘 기판과 같이 도전성 기판이 채용되는 경우, 기판이 제거되지 않고, 기판(12)의 하부에 제2전극이 구비되는 것도 가능하다. 이와 같이 전극은 기판의 종류에 따라 선택적으로 배치할 수 있다. 한편, 제1전극(40)에 오믹 전극(65)이 더 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 나노 로드 발광 소자는 발광 나노 로드들이 나노 클러스터 단위로 그루핑 되어 각각 동작될 수 있다. 발광 나노 로드들 중 일부에 에러가 발생되어 발광되지 않는 경우 에러가 발생된 발광 나노 로드들로 전류가 계속 주입될 때 전류 누출량이 증가될 수 있다. 이러한 경우, 에러가 발생된 발광 나노 로드들이 포함된 나노 클러스터에 연결된 연결 전극을 절단함으로써 전류 누출량을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 소자 테스트를 통해 전류 누출량이 높은 부위를 찾아내고 해당 나노 클러스터의 위치를 확인한 후 나노 클러스터에 연결된 연결 전극을 레이저를 이용하여 절단할 수 있다. 그런 다음 본딩 메탈을 증착하여 패키징을 함으로써 공정 에러로 인한 전류 누출량을 감소시킬 수 있다.
다음, 본 발명의 일실시예에 따른 나노 로드 발광 소자의 제조 방법에 대해 설명한다. 도 7을 참조하면, 기판(112)상에 적어도 하나의 질화물 반도체층(115)을 적층한다. 적어도 하나의 질화물 반도체층(115)은 복수 층으로 구성될 수 있으며, 선택적으로 도핑될 수 있다. 적어도 하나의 질화물 반도체층(115) 위에 마스크층(117)을 증착하고, 도 8에 도시된 바와 같이 반도체 공정을 통해 패터닝하여 적어도 하나의 관통홀(119)을 형성한다. 상기 마스크층(117)은 예를 들어, SiO2, TiO2, Si3N4, Al2O3, TiN, AlN, ZrO2, TiAlN, TiSiN 중 어느 하나 이상을 포함하여 형성될 수 있다. 그리고, 상기 관통홀(119)을 통해 질화물 반도체층(115)이 노출될 수 있다.
도 9를 참조하면, 질화물 반도체층(115)으로부터 상기 관통홀(119)을 통해 나노 코어(120)를 성장시킨다. 도 10은 도 9에 도시된 구조체의 평면도를 도시한 것이다. 도 10에 도시된 바와 같이 상기 나노 코어(120)들은 소정 개수씩 그루핑된 패턴으로 형성될 수 있다. 도 11을 참조하면, 나노 코어(120)의 표면에 발광층(122)과 반도체층(125)을 차례로 증착하여 발광 나노 로드(126)를 형성한다. 상기 마스크층(117)의 패턴에 따라 나노 코어(120), 발광층(123) 및 반도체층(125)을 포함한 발광 나노 로드(126)가 형성될 수 있다. 그런 다음, 도 12에 도시된 바와 같이 도 11에 도시된 구조체 위에 포토레지스트(127)를 코팅할 수 있다. 포토레지스트(127)는 포토 공정을 통해 상기 그루핑된 발광 나노 로드들을 구획하도록 패터닝될 수 있다. 그런 다음, 패터닝된 포토레지스트(127a)에 도전 물질로 코팅을 하고, 포토레지스트를 제거함으로써, 도 14에 도시된 바와 같이 그루핑된 발광 나노 로드들을 각각 덮는 나노 클러스터(130)들을 형성할 수 있다. 도 15를 참조하면, 나노 클러스터(130)들은 서로 이격되어 있으며, 예를 들어 육각형의 단면 형상을 가질 수 있다.
다음, 도 16에 도시된 바와 같이 나노 클러스터(130)들 상에 충진층(133)을 적층할 수 있다. 상기 충진층(133)은 예를 들어 절연체로 형성될 수 있다. 상기 충진층(133)에 상기 나노 클러스터(130)의 일부가 노출되도록 예를 들어, 사진 식각 공정을 통해 비아홀(134)을 형성할 수 있다. 도 17을 참조하면, 상기 비아홀(134)에 도전 물질을 채워 연결부(135)를 형성할 수 있다. 다음, 도 18에 도시된 바와 같이 상기 충진층(133) 상에 전극(140)을 형성할 수 있다. 전극(140)은 예를 들어 포토 공정을 통해 그리드 패턴으로 형성될 수 있다. 도 18을 참조하면, 상기 전극(140)은 예를 들어, 그리드 패턴의 연결 전극(142)과, 연결 전극(142)의 교점에 형성된 클러스터 전극(145)을 포함할 수 있다. 클러스터 전극(1145)은 상기 연결부(135)에 연결되도록 배치됨으로써, 클러스터 전극과 나노 클러스터는 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 상기 나노 클러스터에 에러가 발생될 때, 에러가 발생된 나노 클러스터에 연결된 연결 전극을 절단할 수 있다. 발광 나노 로드들 중 일부에 에러가 발생되어 발광되지 않는 경우 에러가 발생된 발광 나노 로드들로 전류가 계속 주입될 때 전류 누출량이 증가될 수 있다. 이러한 경우, 에러가 발생된 발광 나노 로드들이 포함된 나노 클러스터에 연결된 연결 전극을 레이저들을 이용하여 절단함으로써 전류 누출량을 감소시킬 수 있다. 그리고, 나머지 정상 동작하는 나노 클러스터들에 대해서만 전류가 주입되도록 할 수 있다.
그리고, 전극 구조로는 두 개의 전극이 각각 나노 발광 소자의 상부와 하부에 배치되는 수직형 구조와, 두 개의 전극이 나노 발광 소자의 상부나 하부 중 어느 한 쪽에 같이 배치되는 수평형 구조가 모두 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
10...나노 로드 발광 소자, 12,112...기판
15,115...질화물 반도체층, 17,117...마스크층
20,120...나노 코어, 23,123...발광층
25,125...반도체층, 26,126...발광 나노 로드
30,130...나노 클러스터, 33,133...충진층
40,140...전극
15,115...질화물 반도체층, 17,117...마스크층
20,120...나노 코어, 23,123...발광층
25,125...반도체층, 26,126...발광 나노 로드
30,130...나노 클러스터, 33,133...충진층
40,140...전극
Claims (20)
- 적어도 하나의 질화물 반도체층;
상기 적어도 하나의 질화물 반도체층 상에 구비된 것으로, 관통홀들을 포함하는 마스크층;
상기 관통홀들로부터 돌출 형성되고, 제1형으로 도핑된 나노 코어, 상기 나노 코어 표면에 형성된 발광층, 상기 발광층 표면에 형성되고, 제2형으로 도핑된 반도체층을 포함하는 복수 개의 발광 나노 로드;
상기 복수 개의 발광 나노 로드를 그루핑하고, 그루핑된 발광 나노 로드들을 서로 이격되게 도전체로 덮은 나노 로드 클러스터들;
상기 나노 로드 클러스터들 위에 적층된 충진층;
상기 충진층 상에 구비된 것으로 그리드 패턴을 가지는 전극; 및
상기 도전체들과 제1전극 사이를 연결하는 연결부;를 포함하는 나노 로드 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 질화물 반도체층은 AlxInGa1-x-yN(0≤x,y≤1, x+y<1)로 형성된 나노 로드 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 마스크층은 SiO2, TiO2, Si3N4, Al2O3, TiN, AlN, ZrO2, TiAlN, TiSiN 중 어느 하나 이상을 포함하여 이루어진 나노 로드 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 나노 코어는 질화물 반도체로 형성된 나노 로드 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 발광층은 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조를 가지는 나노 로드 발광 소자. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 충진층은 절연체로 형성된 나노 로드 발광 소자. - 제6항에 있어서,
상기 충진층은 SiO2, SiN, 또는 SOG(Silicon On Glass)로 형성된 나노 로드 발광 소자. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노 로드 클러스터들은 반복적인 형태로 배열되는 나노 로드 발광 소자. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1전극은 그리드 패턴으로 형성된 연결 전극과, 연결 전극의 교점에 형성된 클러스터 전극을 포함하는 나노 로드 발광 소자. - 제9항에 있어서,
상기 클러스터 전극은 원형 또는 다각형의 단면 형상을 가지는 나노 로드 발광 소자. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 질화물 반도체층 하부에 기판이 더 구비되는 나노 로드 발광 소자. - 제11항에 있어서,
상기 기판은 사파이어 기판, 실리콘 기판, 또는 실리콘 카바이드 기판으로 형성된 나노 로드 발광 소자. - 적어도 하나의 질화물 반도체층 상에 마스크층을 적층하는 단계;
상기 마크층에 복수 개의 관통홀을 형성하는 단계;
상기 질화물 반도체층으로부터 관통홀들을 통해 나노 코어, 발광층 및 반도체층을 포함하는 발광 나노 로드를 성장시키는 단계;
포토 레지스트로 상기 발광 나노 로드를 덮고, 포토 공정을 통해 상기 발광 나노 로드를 그루핑하는 단계;
상기 그루핑된 발광 나노 로드에 도전체를 적층하여 나노 클러스터를 형성하는 단계;
상기 포토 레지스트를 제거하는 단계;
상기 나노 클러스터 상에 충진층을 적층하는 단계;
상기 충진층에 상기 나노 클러스터에 연결되는 비아홀을 형성하는 단계;
상기 비아홀에 연결부를 형성하는 단계; 및
상기 충진층 상에 그리드 패턴을 가지는 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 발광 노나 로드 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 적어도 하나의 질화물 반도체층은 AlxInGa1-x-yN(0≤x,y≤1, x+y<1)로 형성된 나노 로드 발광 소자의 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 마스크층은 SiO2, TiO2, Si3N4, Al2O3, TiN, AlN, ZrO2, TiAlN, TiSiN 중 어느 하나 이상을 포함하여 이루어진 나노 로드 발광 소자의 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 나노 코어는 질화물 반도체로 형성된 나노 로드 발광 소자의 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 발광층은 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조를 가지는 나노 로드 발광 소자의 제조 방법. - 제13항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 충진층은 SiO2, SiN, 또는 SOG로 형성되는 나노 로드 발광 소자의 제조 방법. - 제13항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극은 그리드 패턴으로 형성된 연결 전극과, 연결 전극의 교점에 형성된 클러스터 전극을 포함하는 나노 로드 발광 소자의 제조 방법. - 제19항에 있어서,
상기 나노 클러스터에 에러가 발생될 때, 에러가 발생된 나노 클러스터에 연결된 연결 전극을 절단하는 단계;를 더 포함하는 나노 로드 발광 소자의 제조 방법.
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