KR20150034565A - 발광 소자 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 개시의 발광 소자는, 기판; 기판 상에 형성된 복수 개의 나노자성입자들을 포함하는 제1 반도체층; 제1 반도체층 상에 형성된 활성층; 및 활성층 상에 형성된 제2 반도체층을 포함하여 형성된다. 이를 통해 발광 소자 내부에 흐르는 전류에 로렌츠 힘을 가하여 전류 퍼짐 향상 효과를 얻을 수 있다.
Description
본 개시(disclosure)는 발광 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)는 전기 에너지를 빛 에너지로 변환시켜 빛을 발생시키는 발광 소자로서, 발광 다이오드에 포함된 반도체층으로 전달되는 전류의 흐름에 따라 여분의 전자와 정공이 발광성 재결합에 의해 빛을 발생시키게 된다. 발광 다이오드(LED)가 개발된 이래, 디스플레이, 조명 장치, 백라이트(back light)등의 광원으로 사용되는 등 그 활용 범위가 점차 확대되고 있다. 특히 정보 통신기기가 소형화 및 슬림화되는 추세에 따라 발광 다이오드를 포함하는 기기의 각종 부품들은 더욱 소형화되는 반면, 높은 광 효율에 대한 요구는 더욱 높아지고 있다.
이러한 다양한 광원들에 적용되고 있는 발광 소자는 빛의 균일성 및 발광 면적 등이 중요한 요소로 작용하고 있다. 발광 소자 가운데 수평형(lateral) 발광 소자는 반도체층의 동일한 평면상에 극성이 서로 다른 두 개의 전극을 가지는 구조로 이루어지고 있다. 그런데 발광 소자의 크기가 커짐에 따라, 수평형 발광 소자 전체에 전류가 균일하게 퍼지지 못하게 되어, 발광 면적이 축소되는 문제점이 발생될 수 있다. 구체적으로, 수평형 발광 소자의 전극에 전류를 인가할 경우, 전류가 전극 부분 근처에서 많이 발생되어 전류가 고르게 분포되지 않는 문제가 있다. 그리고 이러한 문제점은 제품의 신뢰성에 영향을 주게 된다.
본 개시의 실시예는, 자성 나노 입자를 이용하여 발광 소자 상에 자기장(magnetic field)을 발생시켜 수직 방향으로 흐르는 전류(current)의 방향을 변경시켜 수평 방향으로 이동하는 전류의 양을 증가시켜 전류를 발광 소자의 전체 면적으로 퍼트릴 수 있는 발광 소자 및 그 제조방법을 제공한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 발광 소자는, 기판; 상기 기판 상에 형성된 복수 개의 나노자성입자들을 포함하는 제1 반도체층; 상기 제1 반도체층 상에 형성된 활성층; 및 상기 활성층 상에 형성된 제2 반도체층을 포함하여 형성된다.
상기 기판은, 상기 제2 반도체층 상부에 형성된 투명 전극; 상기 제1 반도체층 상에 형성된 제1 전극패드; 및 상기 제1 전극패드와 동일한 평면상에 상기 제2 반도체층 상에 형성된 제2 전극패드를 더 포함하여 형성된다.
상기 나노자성입자는 쉘을 형성하는 물질이 중심에 존재하는 코어 물질을 둘러싼 구조로 이루어지고, 상기 쉘은 실리카(SiO2)를 포함하고, 상기 코어 물질은 철(Fe), 백금(Pt), 니켈(Ni), 코발트(Co) 의 단일체 또는 이들 중 둘 이상의 합금을 포함한다.
상기 나노자성입자들은 상기 제1 반도체층 내에 한 방향으로 고정된 스핀(spin) 방향을 가지게 정렬된다.
상기 제1 반도체층은 상기 활성층의 하부면보다 낮게 위치한 노출면을 포함하여 형성된다.
상기 투명 전극은 인듐주석산화물(ITO) 또는 아연산화물(ZnO)을 포함한다.
상기 나노자성입자들은 상기 투명 전극 아래 부분에 배치될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 발광 소자의 제조방법은, 기판 상에 내부에 복수 개의 나노자성입자들을 포함하는 제1 반도체층을 형성하는 단계; 상기 제1 반도체층 상에 활성층, 제2 반도체층 및 투명 전극의 적층 구조물을 형성하는 단계; 및 상기 투명 전극 내지 상기 제1 반도체층을 식각하여 상기 제1 반도체층의 표면 일부를 노출시키는 단계를 포함한다.
상기 제1 반도체층을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 소정 간격만큼 이격하게 배치된 하나 이상의 섬(island) 형상의 버퍼 반도체층을 형성하는 단계; 상기 버퍼 반도체층들 사이에 노출된 상기 기판 상에 복수 개의 나노자성입자들을 공급하는 단계; 및 상기 인접하는 버퍼 반도체층들끼리 연결되게 버퍼 반도체층을 성장시켜 제1 반도체층을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제1 반도체층을 형성하는 단계는, 상기 기판 근처에 자성체(magnetic substance)를 배치하는 단계; 상기 기판 상에 나노자성입자들을 공급하여 상기 자성체에 의해 나노자성입자들의 스핀 방향을 한 방향으로 고정시켜 정렬하는 단계; 상기 나노자성입자들이 배치된 기판 상에 제1 반도체층을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 나노자성입자들은 일렬로 배열되고, 나란한 나노자성입자와 평행하게 배치된다.
상기 나노자성입자들은 분무(spray) 방식, 도팅(dotting)방식 또는 스핀코팅(Spin coating)으로 공급할 수 있다.
본 개시에 따르면, 나노 자성 입자를 도입하여 로렌츠 힘에 의해 수직 방향으로 흐르는 전류의 방향을 변경시켜 수평 방향으로 흐르는 전류의 양을 증가시킬 수 있다.
수평 방향으로 흐르는 전류의 양이 증가함에 따라, 발광 소자의 전체 영역에 전류 퍼짐(current spreading)을 도모할 수 있어 전류가 발광 소자의 국부적인 영역으로 집중되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 빛의 균일성이 향상되고, 발광 면적을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 개시에 따른 발광 소자를 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.
도 2 내지 도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 발광 소자의 제조방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.
도 2 내지 도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 발광 소자의 제조방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 개시의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면에서 각 장치의 구성요소를 명확하게 표현하기 위하여 상기 구성요소의 폭이나 두께 등의 크기를 다소 확대하여 나타내었다. 전체적으로 도면 설명시 관찰자 시점에서 설명하였고, 일 요소가 다른 요소 위에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 이는 상기 일 요소가 다른 요소 위에 바로 위치하거나 또는 그들 요소들 사이에 추가적인 요소가 개재될 수 있다는 의미를 모두 포함한다.
복수의 도면들 상에서 동일 부호는 실질적으로 서로 동일한 요소를 지칭한다. 또, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 기술되는 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 방법 또는 제조 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 경우에 따라 반대의 순서대로 수행되는 경우를 배제하지 않는다.
도 1은 본 개시에 따른 발광 소자를 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 개시에 따른 발광 소자(10)는 기판(100) 상에 복수 개의 나노자성입자(115)들을 포함하여 형성된 제1 반도체층(120)과, 활성층(130)과, 제2 반도체층(140)과, 제1 전극패드(150) 및 제2 전극패드(160)를 포함하여 이루어진다. 본 개시의 실시예에 따른 발광 소자(10)는 동일한 평면상에 극성이 서로 다른 두 개의 전극, 예를 들어 제1 전극패드(150) 및 제2 전극패드(160)가 배치된 수평형(lateral) 구조로 구성된다.
기판(100)은 반도체 성장용 기판으로 제공되며, 광 투과성 성질을 가지는 재질로 이루어질 수 있다. 일 예로, 기판(100)은 전기 절연성을 갖는 사파이어를 포함하는 투명한 재질로 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되지는 않으며, 탄화규소(SiC), 산화아연(ZnO), 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs) 또는 갈륨질화물(GaN)의 그룹에서 선택하여 적용할 수 있다.
기판(100) 상에 배치된 제1 반도체층(120)은 내부에 복수 개의 나노자성입자(115)들을 포함하고 있다. 나노자성입자(115)는 쉘을 형성하는 물질이 중심에 존재하는 코어 물질을 둘러싼 구조로 이루어진 코어-쉘(core-shell) 구조로 이루어진다. 나노자성입자(115)는 자성을 가지는 코어 물질(110)을 쉘(105)이 둘러싼 구조로 이루어진다. 본 개시의 실시예에 따른 나노자성입자(115)는 쉘(105)을 형성하는 물질로 실리카(silica, SiO2)를 포함하고, 중심부에 존재하는 자성을 가지는 코어 물질(110)로 철(Fe), 백금(Pt), 니켈(Ni), 코발트(Co) 의 단일체 또는 이들 중 둘 이상의 합금을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 제1 반도체층(120) 내에 배열된 복수 개의 나노자성입자(115)들은 한 방향으로 고정된 스핀(spin) 방향을 가지게 정렬된다. 나노자성입자(115)는 수 nm 내지 수 ㎛의 크기를 가지게 형성된다. 본 개시에 따른 나노자성입자(115)를 형성하는 방법은 추후 구체적으로 설명하기로 한다.
나노자성입자(115)들을 포함하고 있는 제1 반도체층(120)은 제1 도전형의 불순물, 예를 들어 n형 도전형 불순물이 도핑된 갈륨질화물(GaN)을 포함하여 이루어질 수 있다. 제1 반도체층(120) 상에 도핑된 제1 도전형의 불순물은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 또는 주석(Sn)을 포함하는 n형 도전형 그룹에서 선택하여 이용할 수 있다. 제1 반도체층(120)은 다른 적층물보다 낮은 위치의 표면 일부를 노출시킬 수 있다. 예를 들어, 제2 반도체층(140), 활성층(130) 및 제1 반도체층(120)의 일부가 식각되어 제1 반도체층(120)의 일부 표면영역(125)을 노출할 수 있다. 이때 메사 식각(mesa etching)에 의하여 노출되는 제1 반도체층(120)의 노출면(125)은 활성층(130)의 하부면보다 낮게 위치할 수 있다. 여기서 메사 식각은 제1 반도체층(120) 내에 포함된 복수 개의 나노자성입자(115)들이 노출되지 않는 두께로 식각한다.
이하 기재에서 "제1" 및 "제2" 등의 표기는 순서나 다른 부재를 의미하기보다는 부재들을 설명의 편의상 구분하기 위해서 사용된 것으로 이해될 수 있다.
제1 반도체층(120) 상에 배치된 활성층(130)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출하며, 양자 우물층(미도시함)과 양자 장벽층(미도시함)이 교대로 적층된 다중 양자 우물(MQW: multi quantum well) 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 양자 우물층은 인듐갈륨질화물(InGaN)계열로 이루어지고, 양자 장벽층은 갈륨질화물(GaN)계열 또는 인듐갈륨질화물(InGaN)로 이루어질 수 있다.
활성층(130) 상에 제2 반도체층(140)이 배치된다. 제2 반도체층(140)은 제2 도전형 불순물, 예를 들어 p형 도전형 불순물이 도핑된 갈륨질화물(GaN)을 포함하여 이루어질 수 있다. 제2 도전형 불순물은 마그네슘(Mg) 또는 아연(Zn)을 포함하는 p형 도전형 그룹에서 선택하여 이용할 수 있다.
제2 반도체층(140) 상에 투명 전극(143)이 형성될 수 있다. 투명 전극(143)은 인듐주석산화물(ITO) 또는 아연산화물(ZnO)을 포함하는 투명 도전체로 이루어질 수 있다.
제1 반도체층(120)의 노출면(125) 상에 제1 전극패드(160)가 배치된다. 제1 전극패드(160)는 제1 반도체층(120)의 노출면(125)을 일부 덮게 배치될 수 있다. 그리고 제2 반도체층(140) 상에는 제2 전극패드(150)가 배치된다. 제2 전극패드(150)는 제2 반도체층(140)의 표면을 일부 덮도록 배치될 수 있다. 제1 전극패드(160) 및 제2 전극패드(150)은 구리(Cu), 금(Au) 또는 은(Ag)을 포함하는 전기 전도도가 우수한 재료로 이루어질 수 있다.
본 개시에 따른 발광 소자(10)는 제1 반도체층(120) 내부에 자성을 가지는 나노자성입자(115)들을 포함하여 구성된다. 일반적으로, 수평(lateral) 방향의 발광 소자는 전극 패드에 전류를 인가할 경우, 전류가 전극 패드 주위에서 많이 발생되고 집중됨에 따라, 전류가 전체 발광 소자에 고르게 분포되지 않는 문제가 있어왔다. 전류가 발광 소자 전체에 고르게 분포되지 않으면, 발광 면적이 축소되어 소자의 신뢰성에 문제가 발생된다.
이에 대해 본 개시에 따른 발광 소자는 도 1에 도시한 바와 같이, 제1 반도체층(120) 내부에 한 방향으로 스핀 방향이 고정된 나노자성입자(115)들을 도입한다. 그러면 제2 전극 패드(150)를 통해 수직 방향으로 공급된 전류(I)가 자성을 가지는 나노자성입자(115)의 영향을 받아 로렌츠의 힘이 작용하여(F) 운반자(carrier)가 수평 방향으로 이동하게 된다. 이에 따라 수평 방향으로 흐르는 전류의 양이 증가하여 전류 퍼짐(current spreading)을 향상시킬 수 있다. 여기서 로렌츠의 힘(F)은 F = q(E + v × B) (q= 전하량, v= 속도, B=나노자성입자 자기장, E=인가된 전기장)의 식으로 나타낼 수 있다.
한편, 다른 예에서 나노자성입자(115)는 제2 반도체층(140) 상에 형성되면서 제2 전극 패드(150)의 하부에 배치된 투명 전극(143) 아래 부분에 배치되어 전류 방향을 수평 방향으로 움직이게 할 수도 있다.
일반적으로 전자보다는 홀(hole)의 이동도가 낮으므로 로렌츠의 힘을 적용할 경우, 전류 퍼짐의 향상효과를 볼 수 있다.
도 2 내지 도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 발광 소자의 제조방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다. 여기서 도 4a 내지 도 4d는 본 개시의 일 예에 따른 제1 반도체층 내에 나노 자성입자를 배치하는 방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다. 여기서 도 5a 내지 도 5b는 본 개시의 다른 예에 따른 제1 반도체층 내에 나노 자성입자를 배치하는 방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.
본 도면에는 나노자성입자간 간격이 일정하게 묘사되어 있으나, 도 4b 및 도 4c와 같이 이에 한정하지 않고 나노자성입자간 거리는 다를 수 있으며 나노자성입자들이 군집을 형성할 수도 있다. 그리고 도 9는 전자기력의 방향을 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.
도 2를 참조하면, 기판(200)을 준비한다. 기판(200)은 반도체 성장용 기판으로 제공되며, 사파이어, 탄화규소(SiC), 산화아연(ZnO), 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs) 또는 갈륨질화물(GaN)의 그룹에서 선택하여 적용할 수 있다.
도 3을 참조하면, 기판(200) 상에 복수 개의 나노자성입자(215)들을 포함하고 있는 제1 반도체층(220)을 형성한다. 제1 반도체층(220)은 제1 도전형의 불순물, 예를 들어 n형 도전형 불순물이 도핑된 갈륨질화물(GaN)을 포함하여 이루어질 수 있다. 제1 반도체층(220) 상에 도핑된 제1 도전형의 불순물은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 또는 주석(Sn)을 포함하는 n형 도전형 그룹에서 선택하여 이용할 수 있다.
제1 반도체층(220) 내부에 포함된 나노자성입자(215)는 자성을 가지는 코어 물질(210)을 쉘(205)이 둘러싼 구조로 이루어진다. 본 개시의 실시예에 따른 나노자성입자(215)는 쉘(205)을 형성하는 물질로 실리카(SiO2)를 포함하고, 코어 물질(210)로 철(Fe), 백금(Pt), 니켈(Ni), 코발트(Co) 의 단일체 또는 이들 중 둘 이상의 합금을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 제1 반도체층(220) 내에 배열된 복수 개의 나노자성입자(215)들은 한 방향으로 고정된 스핀(spin) 방향을 가지게 정렬되고, 개개의 나노자성입자(115)는 수 nm 내지 수 ㎛의 크기를 가지게 형성될 수 있다.
실리카에 둘러싸인 철-백금 코어로 이루어진 나노자성입자(215)는 먼저, 철(Fe), 백금(Pt), 니켈(Ni), 코발트(Co)의 단일체 또는 이들 중 둘 이상의 합금으로 이루어진 나노 파티클을 준비하고, 나노 파티클을 테트라메틸암모늄(TAMOH)을 포함하는 세정액으로 세척한다. 다음에 나노 파티클의 물리적 또는 자기적 성질에 미치는 영향을 최소화하면서 테트라메틸암모늄 하이드록시드(Tetramethlammonium hydroxide, TAMOH)과 함께 물에 분산시킨다. 다음에 나노 파티클들을 테오스(Tetraethylorthosilicate, TEOS)를 함유하는 용액에 첨가하여 실리카 쉘(shell)로 밀봉시킨다. 다음에 나노 파티클들을 이소프로필 알콜 또는 테트라하이드로푸란(Tetrahydrofuran, THF)에 분산시킨다. 그리고 상기 결과물들을 아르곤/수소(Ar/H2) 분위기에서 650℃ 내지 700℃의 온도로 30분 동안 어닐링시켜 나노자성입자(215)를 제조할 수 있다.
상술한 과정을 통해 제조된 나노자성입자(215)를 포함하는 제1 반도체층(220)을 형성하는 방법을 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 4a를 참조하면, 기판(200) 상에 버퍼 반도체층(220-a)을 형성한다. 버퍼 반도체층(220-a)은 복수 개로 이루어진 섬(island) 형상으로 형성될 수 있다. 여기서 각각의 버퍼 반도체층(220-a)은 서로 소정 간격(gap, 220-b)만큼 이격하게 배치될 수 있다. 다음에 도 4b에 도시한 바와 같이, 버퍼 반도체층(220-a)들 사이의 간격(220-b)에 의해 노출된 기판(200)의 표면상에 복수 개의 나노자성입자(215)들을 공급한다. 여기서 나노자성입자(215)는 분무(spray) 방식, 도팅(dotting)방식 또는 스핀코팅(Spin coating) 방식으로 공급할 수 있다. 여기서 나노자성입자(215)의 자기장 방향이 한 방향으로 정렬되도록 하기 위해 기판(200) 근처에 자성체(magnetic substance, 미도시함)를 배치할 수 있다.
다음에 도 4c에 도시한 바와 같이, 버퍼 반도체층(220-a) 상에 증착 소스를 공급하면 섬 형상의 버퍼 반도체층(220-a)들이 측면 방향 및 수직 방향으로 성장하게 된다. 그러면 도 4d에 도시한 바와 같이, 측면 방향 및 수직 방향으로 성장하면서 인접하는 버퍼 반도체층(220-a)들끼리 연결되면서 성장된 버퍼 반도체층(220-c)이 계속 성장하여 판 형상의 제1 반도체층(220)이 형성될 수 있다. 여기서 제1 반도체층(220)은 나노자성입자(215)들을 모두 덮는 두께까지 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 다른 예에서, 나노자성입자(215)는 제1 반도체층(220)을 형성하기 이전에 기판(200) 상에 먼저 배열된 다음, 제1 반도체층(220)이 그 위를 덮도록 형성될 수 있다. 이하 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
구체적으로, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 기판(200) 근처에 자성체(magnetic substance, 미도시함)를 배치한다. 자성체는 후속 공급될 나노자성입자(215)의 자기장 방향(B)이 한 방향으로 정렬되도록 한다. 한 방향으로 정렬된 자성체들의 총 자기력의 방향(B)은 운반자의 흐름을 원하는 방향으로 전환시키기 위해 목표 전류 방향의 수직 방향으로 인가된다. 예를 들어, 이후 형성될 활성층(230)에 수직으로 주입되는 전류의 방향을 전환시키기 위해 자기장의 방향은 활성층(230)에 수직으로 작용한다. 또한 N전극과 P전극의 중심을 연결한 선 부분에 위치한 전류 기준으로 봤을 때, 수평 성분보다 수직성분이 더 크기 때문에 수평 성분을 강화하도록 상기 연결선의 수직 방향으로 자기장이 작용하도록 나노자성입자(215)를 배열할 수 있다.
다음에 기판(200) 상에 나노자성입자(215)를 공급한다. 여기서 나노자성입자(215)는 분무(spray) 방식, 도팅(dotting)방식 또는 스핀코팅(Spin coating) 방식으로 공급할 수 있다. 기판(200) 상에 공급된 나노자성입자(215)는 기판(200) 근처에 배치된 자성체에 의해 스핀 방향이 한 방향으로 고정되면서 정렬된다. 이 경우 나노자성입자(215)들은 일렬로 배열되고, 나란한 위치에 인접하는 나노자성입자와는 평행하게 배치될 수 있다. 그리고 나노자성입자(215)가 배치된 기판(200) 상에 제1 반도체층(220)을 형성한다.
도 6을 참조하면, 나노자성입자(215)를 포함하는 제1 반도체층(220) 상에 활성층(230), 제2 반도체층(240) 및 투명 전극(243)의 적층 구조를 형성한다.
활성층(230)은 양자 우물층(미도시함)과 양자 장벽층(미도시함)이 교대로 적층된 다중 양자 우물(MQW) 구조로 형성될 수 있다. 다음에 활성층(230) 상에 제2 반도체층(240)을 형성한다. 제2 반도체층(240)은 제2 도전형 불순물, 예를 들어 p형 도전형 불순물이 도핑된 갈륨질화물(GaN)을 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서 제2 도전형 불순물은 마그네슘(Mg) 또는 아연(Zn)을 포함하는 p형 도전형 그룹에서 선택하여 이용할 수 있다. 그리고 제2 반도체층(240) 상에 투광성을 가지는 투명 전극(243)을 형성한다. 투명 전극(243)은 인듐 틴 산화물(ITO)을 포함하는 투명 금속막으로 구성할 수 있다.
도 7을 참조하면, 기판(200) 상에 식각 공정을 수행하여 제1 반도체층(220)의 표면 일부를 노출시킨다. 구체적으로, 메사 식각(mesa etching)으로 투명 전극(243), 제2 반도체층(240), 활성층(230) 및 제1 반도체층(220)의 일부를 식각하여 제1 반도체층(220)의 표면 일부(225)를 노출시킨다. 메사 식각은 건식식각(dry etch) 방식으로 수행된다. 이때 메사 식각에 의하여 노출되는 제1 반도체층(220)의 노출면(225)은 활성층(230)의 하부면보다 낮게 위치할 수 있다. 이 경우, 메사 식각은 제1 반도체층(220) 내에 포함된 나노자성입자(215)들이 노출되지 않는 지점을 식각정지점으로 하여 진행한다.
도 8을 참조하면, 제1 반도체층(220)의 노출면(225) 또는 투명 전극(243) 상에 제1 전극 패드(260) 또는 제2 전극 패드(250)를 형성한다. 여기서 제1 반도체층(220) 상에 형성된 제1 전극 패드(260)는 제1 반도체층(220)의 노출면(225) 상의 일부 표면을 덮게 형성될 수 있다. 또한, 제2 전극 패드(250)는 투명 전극(243)의 표면 일부를 덮게 형성될 수 있다. 여기서 제1 전극 패드(260) 및 제2 전극 패드(250)는 구리(Cu), 금(Au) 또는 은(Ag)을 포함하는 전기 전도도가 우수한 재료로 이루어질 수 있다.
제2 전극 패드(250)를 포함하는 전극에 전류(I)를 인가하면, 수직 방향으로 향하는 전류(I)는 제1 반도체층(220) 내부에 한 방향으로 스핀 방향이 고정된 나노자성입자(215)의 영향을 받아 도 9에 도시한 플래밍의 왼손 법칙에 따라, 힘의 방향(F)이 수평 방향으로 움직이게 할 수 있다. 그러면 힘(F)의 방향에 따라, 수평 방향으로 흐르는 전류의 양이 증가하여 전류 퍼짐(current spreading)을 향상시킬 수 있다. 이에 따라 발광 소자 전체에 걸쳐 고르게 전류를 확산시킬 수 있으므로 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 한편, 다른 예에서는 제2 반도체층(240) 상에 형성된 투명 전극(243)의 하부에 나노자성입자(215)를 배치하여 수평 방향으로 전류의 확산을 도모할 수도 있다.
100, 200 : 기판 115, 215 : 나노자성입자
120, 220 : 제1 반도체층 130, 230 : 활성층
140, 240 : 제2 반도체층 160, 260 : 제1 전극패드
150, 250 : 제2 전극패드
120, 220 : 제1 반도체층 130, 230 : 활성층
140, 240 : 제2 반도체층 160, 260 : 제1 전극패드
150, 250 : 제2 전극패드
Claims (21)
- 기판;
상기 기판 상에 형성된 복수 개의 나노자성입자들을 포함하는 제1 반도체층;
상기 제1 반도체층 상에 형성된 활성층; 및
상기 활성층 상에 형성된 제2 반도체층을 포함하여 형성된 발광 소자. - 제1항에 있어서, 상기 기판은,
상기 제2 반도체층 상부에 형성된 투명 전극;
상기 제1 반도체층 상에 형성된 제1 전극패드; 및
상기 제1 전극패드와 동일한 평면상에 상기 제2 반도체층 상에 형성된 제2 전극패드를 더 포함하여 형성된 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 나노자성입자들은 상기 제1 반도체층 내에 한 방향으로 고정된 스핀(spin) 방향을 가지게 정렬된 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 나노자성입자들은 일렬로 배열되고, 나란한 방향의 나노자성입자와 평행하게 배치된 발광 소자. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 자성나노입자들의 자기장 방향은 상기 활성층과 평행하게 배치되며 제1 전극패드와 제2 전극패드 연결한 가상의 선에 수직 방향으로 배치된 발광 소자. - 제5항에 있어서,
상기 제1 전극패드는 N 전극이고, 상기 제2 전극패드는 P 전극인 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 나노자성입자는 쉘을 형성하는 물질이 중심에 존재하는 코어 물질을 둘러싼 구조로 이루어진 발광 소자. - 제7항에 있어서,
상기 쉘은 실리카(SiO2)를 포함하는 발광 소자. - 제7항에 있어서,
상기 코어 물질은 철(Fe), 백금(Pt), 니켈(Ni), 코발트(Co) 의 단일체 또는 이들 중 둘 이상의 합금을 포함하여 이루어진 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1 반도체층은 상기 활성층의 하부면보다 낮게 위치한 노출면을 포함하여 형성된 발광 소자. - 제2항에 있어서,
상기 투명 전극은 인듐주석산화물(ITO) 또는 아연산화물(ZnO)을 포함하는 투명 도전체로 이루어진 발광 소자. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 나노자성입자들은 상기 투명 전극 아래 부분에 배치된 발광 소자. - 기판 상에 내부에 복수 개의 나노자성입자들을 포함하는 제1 반도체층을 형성하는 단계;
상기 제1 반도체층 상에 활성층, 제2 반도체층 및 투명 전극의 적층 구조물을 형성하는 단계; 및
상기 투명 전극 내지 상기 제1 반도체층을 식각하여 상기 제1 반도체층의 표면 일부를 노출시키는 단계를 포함하는 발광 소자의 제조방법. - 제13항에 있어서, 상기 제1 반도체층을 형성하는 단계는,
상기 기판 상에 소정 간격만큼 이격하게 배치된 하나 이상의 섬(island) 형상의 버퍼 반도체층을 형성하는 단계;
상기 버퍼 반도체층들 사이에 노출된 상기 기판 상에 복수 개의 나노자성입자들을 공급하는 단계; 및
상기 인접하는 버퍼 반도체층들끼리 연결되게 버퍼 반도체층을 성장시켜 제1 반도체층을 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자의 제조방법. - 제13항에 있어서, 상기 제1 반도체층을 형성하는 단계는,
상기 기판 근처에 자성체(magnetic substance)를 배치하는 단계;
상기 기판 상에 나노자성입자들을 공급하여 상기 자성체에 의해 나노자성입자들의 스핀 방향을 한 방향으로 고정되면서 정렬하는 단계; 및
상기 나노자성입자들이 배치된 기판 상에 제1 반도체층을 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자의 제조방법. - 제15항에 있어서,
상기 나노자성입자들은 일렬로 배열되고, 나란한 나노자성입자와 평행하게 배치된 발광 소자의 제조방법. - 제14항 또는 제15항에 있어서,
상기 나노자성입자들은 분무(spray) 방식, 도팅(dotting) 방식 또는 스핀 코팅(spin coating) 방식으로 공급하는 발광 소자의 제조방법. - 제13항에 있어서,
상기 나노자성입자는 쉘을 형성하는 물질이 중심에 존재하는 코어 물질을 둘러싼 구조로 이루어진 발광 소자의 제조방법. - 제18항에 있어서,
상기 쉘은 실리카(SiO2)를 포함하는 발광 소자의 제조방법. - 제16항에 있어서,
상기 코어 물질은 철(Fe), 백금(Pt), 니켈(Ni), 코발트(Co)의 단일체 또는 이들 중 둘 이상의 합금을 포함하여 이루어진 발광 소자의 제조방법. - 제13항에 있어서,
상기 나노자성입자는 수 nm 내지 수 ㎛의 크기를 가지게 형성된 발광 소자의 제조방법.
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-
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- 2013-09-26 KR KR20130114799A patent/KR20150034565A/ko not_active Application Discontinuation
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