KR20150117744A - 나노막대를 이용한 백색 발광소자의 제조방법 및 그에 의해 제조된 나노막대를 이용한 백색 발광소자 - Google Patents

나노막대를 이용한 백색 발광소자의 제조방법 및 그에 의해 제조된 나노막대를 이용한 백색 발광소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 형광체 도포 공정이 필요없는(phosphor-free) 백색 발광소자에 관한 것으로서, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 기판 상에 마스크층을 형성하는 단계와, 상기 마스크층을 패터닝하여 상기 기판의 일부 영역을 노출시키는 패턴을 형성하는 단계 및 상기 기판의 노출된 영역 상에 발광층을 포함하는 질화물계 나노막대를 성장시키는 단계를 포함하여 이루어지되, 상기 나노막대의 직경 또는 간격을 조절함으로써 나노막대 간 그림자 효과(shadow effect)에 따른 상기 나노막대의 유효 조성물의 함량을 제어하여, 상기 발광층의 발광파장을 조절하는 것을 특징으로 하는 나노막대를 이용한 백색 발광소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 나노막대를 이용한 백색 발광소자를 기술적 요지로 한다. 이에 의해 기판 상에 나노막대 형태로 발광층을 형성함으로서, 형광체 없는 백색 광원의 제조가 가능하며, 발광층을 나노막대 형태로 형성하여 결함밀도를 최소화하여 고품질의 발광소자의 제조가 가능한 이점이 있다.

Description

나노막대를 이용한 백색 발광소자의 제조방법 및 그에 의해 제조된 나노막대를 이용한 백색 발광소자{manufacturing method of white LED using nanorod and white LED thereby}
본 발명은 형광체 도포 공정이 필요없는(phosphor-free) 백색 발광소자에 관한 것으로서, 나노막대의 직경 또는 간격을 조절함으로써 나노막대 간 그림자 효과(shadow effect)에 따른 나노막대의 유효 조성물의 함량을 제어함으로써, 발광소자의 발광파장을 조절할 수 있도록 하는 나노막대를 이용한 백색 발광소자의 제조방법 및 그에 의해 제조된 나노막대를 이용한 백색 발광소자에 관한 것이다.
일반적으로 질화물 반도체의 경우 사파이어 등의 이종기판을 사용하여 성장하기에 다양한 발광파장을 내는 양자우물층을 만들어 내기가 어렵다. 그래서 현재 백색 발광소자 제조시 청색 발광소자에 형광체를 도포하는 방식으로 백색 광원을 만들고 있다.
그러나, 이러한 형광체를 사용할 경우 패키징 단계에서 형광체 도포 공정이 추가로 필요하며, 사용 형광체의 종류 및 특성에 따라서 백색 광원의 색온도 및 발광효율, 연색지수(color rendering index)가 달라지게 된다.
또한, 형광변환(phosphor-conversion)시 광손실이 발생하게 되어 효율이 떨어지게 되며, 제한된 색온도 및 부적합한 연색성(color rendering)이 존재하고, 패키징 비용이 상승하는 문제점이 있다.
또한, 형광체에서 발생한 열에 의해 스트레스로 인해 소자의 신뢰성이 떨어지며, 전체적으로 제조비용이 상승되는 문제점이 있다.
종래의 기술로는 "백색광 발광 다이오드 및 그 제조방법"(등록번호 10-1288367호, 2013년 7월 16일 등록) 등이 있다.
상기 종래 기술은 청색 LED와 형광 물질 사이에 청색 파장 대역에 대해서는 높은 투과도를 가지고 황색 파장 대역에 대해서는 높은 반사도를 지니는 광파장 필터를 집적하여, 청색 LED 방향으로 등방발광하는 50% 이상의 형광을 반사시켜서 백색광의 생성에 이용함으로써, 형광변환효율과 그에 따른 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 것이다.
그러나, 상기 종래 기술 또한 여전히 형광체의 사용에 따른 상기의 문제점을 내재하고 있으며, 별도의 광파장 필터를 집적함으로써, 패키징 비용의 상승을 초래하고 있다.
대한민국특허청 등록특허공보 등록번호 10-1288367호.
상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 나노막대의 직경 또는 간격을 조절함으로써 나노막대 간 그림자 효과(shadow effect)에 따른 나노막대의 유효 조성물의 함량을 제어함으로써, 발광소자의 발광파장을 조절할 수 있도록 하는 나노막대를 이용한 백색 발광소자의 제조방법 및 그에 의해 제조된 나노막대를 이용한 백색 발광소자의 제공을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 기판 상에 마스크층을 형성하는 단계와, 상기 마스크층을 패터닝하여 상기 기판의 일부 영역을 노출시키는 패턴을 형성하는 단계 및 상기 기판의 노출된 영역 상에 발광층을 포함하는 질화물계 나노막대를 성장시키는 단계를 포함하여 이루어지되, 상기 나노막대의 직경 또는 간격을 조절함으로써 나노막대 간 그림자 효과(shadow effect)에 따른 상기 나노막대의 유효 조성물의 함량을 제어하여, 상기 발광층의 발광파장을 조절하는 것을 특징으로 하는 나노막대를 이용한 백색 발광소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 나노막대를 이용한 백색 발광소자를 기술적 요지로 한다.
여기에서, 상기 질화물계 나노막대는, 1클래드층과, 제1클래드층 상부에 형성된 발광층과, 상기 발광층의 상부에 형성된 제2클래드층으로 이루어진 것이 바람직하며, 상기 발광층은, InGaN으로 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 상기 마스크층은, 금속, 산화물 및 질화물 중 어느 하나로 이루어진 단일층 또는 이들이 적층된 멀티층으로 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 상기 마스크층의 패턴의 직경은 100nm~300nm인 것이 바람직하며, 상기 마스크층의 패턴의 간격은 100nm~600nm인 것이 바람직하다.
한편, 상기 나노막대를 이용한 백색 발광소자는, 상기 나노막대의 유효 조성물의 함량에 따라 상기 기판 상에 청색, 녹색, 적색 발광모듈의 어레이로 구현되며, 상기 청색, 녹색, 적색 발광모듈의 각각 싸이즈는 10㎛~500㎛인 것이 바람직하며, 상기 청색, 녹색, 적색 발광모듈 각각에는 독립전원을 인가할 수 있는 금속배선 구조를 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 나노막대는, 상단부가 평편하게 형성되며, 상기 나노막대는, 높이가 1㎛~5㎛인 것이 바람직하며, 수평 단면이 원형 또는 다각형으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 나노막대는, MBE 공정으로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 MBE 공정 중에 상기 발광층의 발광 파장에 따라 질소의 양을 증감시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 기판과 마스크층 사이에는, 버퍼층을 더 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명은 기판 상에 나노막대 형태로 발광층을 형성함으로서, 형광체 없는 백색 광원의 제조가 가능하며, 발광층을 나노막대 형태로 형성하여 결함밀도를 최소화하여 고품질의 발광소자의 제조가 가능한 효과가 있다.
또한, 실리콘과 같은 대면적, 저가의 기판에도 결함을 최소화하여 고품질의 발광층을 형성할 수 있어 제조단가를 획기적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 백색 광원을 제조하기 위해서 나노막대의 직경, 간격, 질소 유량 등을 조절하여 그림자 효과를 조절하게 됨으로써, 나노막대에서의 발광층의 유효 조성물의 함량을 제어하여, 간단한 방법으로 단일 기판 상에 청색, 녹색, 적색 광원을 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 청색, 녹색, 적색 발광모듈을 어레이 형태로 형성하여, 파장대별로 독립적 금속배선을 하여 전원을 공급하게 되면 RGB 디스플레이의 구현이 가능한 효과가 있다.
도 1 - 본 발명에 따른 나노막대를 이용한 백색 발광소자에 대한 모식도.
도 2 - 본 발명에 따른 나노막대를 이용한 백색 발광소자의 제조방법에 대한 모식도((a)나노막대 형성 전, (b)나노막대 형성 후).
도 3 - 본 발명에 따른 나노막대 성장을 위한 마스크에 대한 전자현미경 사진을 나타낸 도.
도 4 - 본 발명에 따른 나노막대에 의한 그림자 효과(shadow effect)를 설명하기 위한 모식도((a)나노막대의 유효 조성물에 대한 거동, (b)갈륨 조성물의 그림자 효과).
도 5 - 본 발명에 따른 나노막대의 유효 조성물에 따른 발광파장을 나타낸 도.
도 6 - 본 발명에 따른 나노막대의 제조공정 시 질소 유량 변화에 따른 효과를 나타낸 도.
도 7 - 본 발명의 일실시예에 따른 발광모듈이 어레이로 형성된 것을 나타낸 모식도.
본 발명은 형광체 도포 공정이 필요없는(phosphor-free) 백색 발광소자에 관한 것으로서, 기판 상에 나노막대를 형성하여 기판과의 격자상수 불일치에 의한 결함을 최소화하고, 나노막대의 직경 또는 간격을 조절하여 발광파장의 조절이 용이한 나노막대를 이용한 백색 발광소자에 관한 것이다.
특히, 상기 나노막대의 직경 또는 간격을 조절함으로써 나노막대 간 그림자 효과(shadow effect)에 따른 나노막대의 유효 조성물의 함량을 제어함으로써, 발광소자의 발광파장을 조절할 수 있도록 하는 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다. 도 1은 본 발명에 따른 나노막대를 이용한 백색 발광소자에 대한 모식도이고, 도 2는 본 발명에 따른 나노막대를 이용한 백색 발광소자의 제조방법에 대한 모식도((a)나노막대 형성 전, (b)나노막대 형성 후)이고, 도 3은 본 발명에 따른 나노막대 성장을 위한 마스크에 대한 전자현미경 사진을 나타낸 도이고, 도 4는 본 발명에 따른 나노막대에 의한 그림자 효과(shadow effect)를 설명하기 위한 모식도((a)나노막대의 유효 조성물에 대한 거동, (b)갈륨 조성물의 그림자 효과)이고, 도 5는 본 발명에 따른 나노막대의 유효 조성물에 따른 발광파장을 나타낸 도이고, 도 6은 본 발명에 따른 나노막대의 제조공정 시 질소 유량 변화에 따른 효과를 나타낸 도이며, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 발광모듈이 어레이로 형성된 것을 나타낸 모식도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 나노막대(300)를 이용한 백색 발광소자의 제조방법은, 기판(100) 상에 마스크층(200)을 형성하고, 상기 마스크층(200)을 패터닝하여 상기 기판(100)의 일부 영역을 노출시켜 패턴을 형성하는 단계 및 상기 기판(100)의 노출된 영역 상에 발광층을 포함하는 질화물계 나노막대(300)를 성장시키는 단계를 포함하여 이루어지되, 상기 나노막대(300)의 직경 또는 간격을 조절함으로써 나노막대(300) 간 그림자 효과(shadow effect)에 따른 상기 나노막대(300)의 유효 조성물의 함량을 제어하여, 상기 발광층의 발광파장을 조절하는 것을 그 특징으로 한다.
이에 의해 기존의 형광체 도포 공정없이(phosphor-free) 기판(100) 상에 나노막대(300)를 형성하고, 이의 직경 또는 간격을 조절하는 것에 의해 간단하게 백색 발광소자를 제공할 수 있도록 하는 것이다.
먼저, 기판(100) 상에 마스크층(200)을 형성하게 된다.
상기 기판(100)은 실리콘, GaN, 사파이어, SiC 등을 사용하며, 기판(100)과 질화물계 나노막대(300)와의 격자상수 차이에 의한 결함을 최소화하기 위해 버퍼층(400)을 더 형성하여 사용할 수도 있다. 예컨대, 실리콘 기판(100) 상에 GaN를 버퍼층(400)으로 증착하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 후술할 발광층(310)을 나노막대(300) 형태로 형성하게 되므로, 격자상수 차에 따른 결함을 최소화할 수 있으므로, 일반적으로 기판(100)의 종류에 상관없이 다양하게 사용할 수 있으며, 특히 실리콘과 같은 대면적, 저가의 기판(100)에도 결함을 최소화하여 고품질의 발광층(310)을 형성할 수 있어 제조단가를 획기적으로 줄일 수 있게 된다.
상기 마스크층(200)은 상기 기판(100) 상에 형성되는 것으로서, 일반적인 물리, 화학적 증착법으로 박막으로 형성된 후, 패터닝함으로써 형성된다.
그리고, 상기 마스크층(200)의 패터닝은 상기 기판(100)의 일부 영역을 노출시키는 패턴을 형성하는 것으로서, 포토리소그래피, 나노임프린트 등의 방법을 사용하여 형성하며, 나노막대(300)의 직경과 간격을 고려하여 패턴을 형성한다.
일반적으로 마스크층(200)의 패턴에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(100)이 노출되는 영역은 나노막대(300)가 기판(100) 상에서 성장하는 부분으로써, 나노막대(300)가 성장함에 따라 상기 기판(100)의 노출된 영역보다는 좀 더 확장되어 성장하게 되므로, 이를 고려하여 상기 마스크층(200)의 패턴의 크기를 형성한다. 즉, 상기 나노막대(300)의 직경보다는 좀 더 작게 상기 기판(100)의 노출된 영역을 형성하고, 상기 기판(100)의 노출된 영역 간의 간격은 나노막대(300) 간의 간격보다는 좀 더 크게 형성하는 것이 바람직하다.
더욱 구체적으로는, 상기 마스크층(200)의 패턴의 직경(기판의 노출된 영역)은 100nm~300nm인 것이 바람직하며, 상기 마스크층(200)의 패턴의 간격(기판의 노출된 영역 사이의 간격)은 100nm~600nm인 것이 바람직하다.
이러한 범위의 직경과 간격의 패턴을 갖는 마스크층(200)은 마스크 표면 상에서 원자들의 이동거리를 고려하여 형성되며, 기판의 노출된 영역에 선택적으로 나노막대(300)의 성장이 가능하게 한다. 상기 나노막대(300)는 직경이 상기 범위 상에서 형성되어 격자상수 차이에 의한 결함밀도가 매우 작기 때문에 레이어(layer) 형태의 발광층에 비해 나노막대에 고품위 발광층(310)의 형성이 가능하게 한다.
즉, 이종 기판(100)을 사용함에도 발광에 관여하는 발광층(310)을 나노막대(300) 형태로 형성하여 결함밀도를 최소화하고, In과 같은 조성 증가에 따른 결정성 저하 정도를 줄일 수 있어, 고품질의 발광소자의 제조가 가능하게 된다.
또한, 상기 마스크층(200)은 금속, 산화물 또는 질화물 등으로 형성되는 것이 바람직하며, 패터닝을 위한 건식 또는 습식 식각 공정시에도 안정적인 물질을 사용한다. 예컨대, 금속의 경우 Ti, 산화물의 경우 SiO2, TiO2, 질화물의 경우 SiN, TiN 등을 사용한다.
한편, 상기 마스크층(200)은 상기 금속, 산화물 또는 질화물로 이루어진 물질들이 단일층을 이루거나, 이러한 물질들이 다층으로 적층된 멀티층을 형성할 수도 있다. 즉, 상기 멀티층으로 형성된 경우에는 발광소자의 용도나 목적, 금속배선 전극 등이 형태나 배치 등에 따라 금속층과 산화물층으로 형성되거나 상기 물질의 조합으로 다층으로 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 마스크층(200)의 기판(100)이 노출된 영역에 발광층(310)을 포함하는 질화물계 나노막대(300)를 성장시킨다. 상기 질화물계 나노막대(300)는 제1클래드층(320)과, 제1클래드층(320) 상부에 형성된 발광층(310)과, 상기 발광층(310)의 상부에 형성된 제2클래드층(330)으로 이루어진다.
상기 기판(100)이 n-형 반도체로 이루어진 경우에는 상기 제1클래드층(320)은 n형으로 형성되며, 전자와 정공이 결합하여 광을 방출하는 발광층(310)이 형성되고, 그 상부에 제2클래드층(330)이 p형으로 형성된다. 상기 제1클래드층(320)의 하부에는 n형 전극이 형성되고, 제2클래드층(330)의 상부에는 p형 전극이 형성된다.
여기에서, 상기 발광층(310)은 InGaN으로 형성되는 것이 바람직하며, 제1클래드층(320) 및 제2클래드층(330)은 GaN, AlGaN 등의 물질로 형성된다.
상기 발광층(310)이 InGaN 물질로 형성된 경우에, 그 유효 조성물은 In과 Ga가 될 것이다. 여기에서 유효 조성물이라 함은 그 조성물의 많고 적음에 따라 발광층(310)의 발광파장을 조절할 수 있는 것을 말한다.
상기 발광층(310)의 물질이 InGaN인 경우에 InxGa1 -xN(0<x≤0.5)의 형태로 조성물의 함량이 제어되게 되며, Ga이 발광층(310)에 적게 포함되게 되면 In이 그보다 더 많게 포함되게 된다. 일반적으로 도 4에 도시된 바와 같이 In 함량이 많아지면 발광파장이 길어지게 되어 적색광 쪽으로 발광을 하게 된다.
이러한 나노막대(300)의 성장 거동에 대한 일실시예로 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 실리콘(111) 기판(100) 상에 c-plane GaN 버퍼층(400)을 형성하고, 그 상층에 Ti 마스크층(200)을 형성한 후 나노임프린트 방법으로 패턴을 형성한다.
또한, MBE(Molecular Beam Epitaxy) 방법으로 질화물계 나노막대(300)를 성장시키게 되며, 발광층(310)을 이루는 원자들이 상기 마스크층(200) 상에 노출된 기판(100) 영역 상에 도달하여 수직으로 성장하게 된다. 유효 조성물들의 확산(Diffusion), 해리(Dissociation), 탈착(desorpion) 등의 과정을 거치면서 에너지적으로 안정된 방향으로 성장하게 되는데, 나노막대(300)가 수직으로 성장하도록 한다.
특히, 제2클래드층(330) 형성시 수직성장률보다 수평성장률을 크게 조절하여 나노막대(300) 상단부가 붙어 평편한 형태를 갖게 함으로써, 상부 전극 등의 형성을 용이하게 할 수 있다.
상기 나노막대(300)는 높이가 발광파장의 세기 및 발광소자의 용도에 따라 1㎛~5㎛로 형성되는 것이 바람직하며, 나노막대(300)의 끝부분은 평편한 면 혹은 육각형의 형태 등으로 형성이 가능하다. 또한, 상기 나노막대(300)의 수평 단면은 원형 또는 삼각형, 사각형, 육각형 등의 다각형으로 형성될 수 있다.
한편, MBE 방법으로 나노막대(300) 형성시, 상기 발광층(310)의 발광파장에 따라 질소의 양을 증감(flux 증감)시킬 수 있으며, 이는 후에서 상세히 설명하고자 한다.
이렇게 성장된 나노막대(300)는 직경 또는 간격을 조절함으로써 나노막대(300) 간 그림자 효과(Shadow Effect)를 유도하여 상기 나노막대(300)의 유효 조성물의 함량을 제어하여, 상기 발광층(310)의 발광파장으로 조절할 수 있도록 한다.
도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 나노막대(300)는 소스 방향이 수직인 경우에는 바로 수직으로 나노막대(300)를 성장시키는데 기여하지만, 측면인 경우에는 인접하는 나노막대(300)에 가려서 Ga와 같은 나노막대(300)의 유효 조성물의 기여가 제대로 이루어지지 않게 되는 것이다.
즉, 나노막대(300)의 측면에 도달하는 Ga은 에너지적으로 안정적인 상측으로 나노막대(300) 벽을 타고 이동하여 나노막대(300)를 수직으로 성장시키는데 기여하게 되는데, 나노막대(300)에 가리게 되는 그림자 효과에 의해 Ga이 나노막대(300)의 측면에 도달하지 못하게 되어, 발광층(310)에 있어서 Ga의 조성물 함량이 떨어지게 되고, 상대적으로 In의 조성물 함량이 높아지게 된다.
다시 말하면, 나노막대(300)의 측면에 확산되어 나노막대(300) 끝에 도달하여 성장에 관여하는 Ga의 양이 줄어들게 되는 것으로, 동일한 In의 양에서 Ga의 양을 조절하여 InGaN의 조성을 제어하는 방식인 것이다.
따라서, 나노막대(300)의 직경 또는 그 사이의 간격을 조절하게 되면 나노막대(300) 간 그림자 효과를 유도하여 상기 나노막대(300)의 유효 조성물의 함량을 제어하게 되는 것으로, 나노막대(300)의 직경이 클수록 또는 간격이 좁을수록 그림자 효과가 크게 되어, Ga 조성물의 함량은 떨어지고, In 조성물의 함량은 높아지게 되는 것이다.
이에 의해, 발광층(310)의 각 유효 조성물의 함량을 제어하게 되면 상기 발광층(310)의 발광파장을 조절할 수 있게 되는 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이 In 조성물의 함량에 따라 전체 파장 영역을 발광시킬 수 있으며, 기존에서와 같이 별도의 형광체를 도포하거나, 발광파장에 따른 소자를 따로 형성할 필요없이 하나의 기판(100)에 나노막대(300)의 직경 또는 간격을 조절함으로써, 간단하게 발광파장을 조절할 수 있도록 하는 것이다. 즉, 하나의 기판(100) 상에서 가장 기본적인 청색, 녹색, 적색의 발광파장의 구현이 가능한 것이다.
또한, 본 발명은 이종 기판(100)을 사용함에도 발광에 관여하는 발광층(310)을 나노막대(300) 형태로 형성하여 결함밀도를 최소화하고, In 조성 증가에 따른 결정성 저하 정도를 줄일 수 있어, 고품질의 발광소자의 제조가 가능하게 된다.
이 경우에, 본 발명에 따른 나노막대(300)를 이용한 백색 발광소자는, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 나노막대(300)의 유효 조성물의 함량에 따라 상기 기판(100) 상에 청색, 녹색, 적색 발광모듈(500)의 어레이(array)로 구현되게 할 수도 있다.
즉, 단일 기판(100) 상에 각각 발광파장이 다른 발광모듈(500)을 구현하고, 이를 다수 개 배열함으로써 어레이 형태로 구현되게 할 수 있는 것이다. 여기에서, 이러한 발광모듈(500)을 전체가 다 전기적으로 연결되면 백색광의 구현이 가능하게 되며, 필요에 의해 각각 독립적으로 독립전원을 인가할 수 있는 금속배선 구조를 형성하게 되면, 청색, 녹색, 적색 등 다양한 칼라의 발광파장의 구현이 가능하게 된다.
여기에서, 상기 청색, 녹색, 적색 발광모듈(500)의 각각 싸이즈는 10㎛~500㎛으로 형성하는 것이 바람직하다.
한편, MBE 방법으로 나노막대(300)를 형성하는 경우, 질소의 유량을 제어할 수 있는데, 이 경우 도 5에 도시된 바와 같이 질소의 유량에 따라 질소의 유량이 많을 수록 청색에서 녹색으로 발광파장이 천이하는 것을 알 수 있었다. 이는 질소의 양이 많을수록 일반적으로 나노막대(300)의 수평 성장(lateral growth)이 증가하게 되는데, 나노막대(300)의 직경을 증가시키는 효과가 있다. 따라서, 그림자 효과를 더욱 강화시켜 Ga이 함량이 적어짐에 따라 In의 양이 증가되어 장파장 쪽으로 발광파장이 이동하게 되는 것이다.
이와 같이, 본 발명은 기판 상에 나노막대 형태로 발광층을 형성함으로서, 형광체 없는 백색 광원의 제조가 가능하게 된다.
또한, 본 발명은 이종 기판을 사용함에도 발광에 관여하는 발광층을 나노막대 형태로 형성하여 결함밀도를 최소화하고, In 조성 증가에 따른 결정성 저하 정도를 줄일 수 있어, 고품질의 발광소자의 제조가 가능하게 된다. 따라서, 기판의 종류에 상관없이 다양하게 사용할 수 있으며, 특히 실리콘과 같은 대면적, 저가의 기판에도 결함을 최소화하여 고품질의 발광층을 형성할 수 있어 제조단가를 획기적으로 줄일 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 백색광원을 제조하기 위해서 나노막대의 직경, 간격, 질소 유량 등을 조절하여 그림자 효과를 조절하게 됨으로써, 나노막대에서의 In 조성물의 함량을 제어하여, 간단한 방법으로 단일 기판 상에 청색, 녹색, 적색 광원을 구현할 수 있도록 하는 것이다.
또한, 청색, 녹색, 적색 발광모듈을 어레이 형태로 형성하여, 파장대별로 독립적 금속배선을 하여 전원을 공급하게 되면 RGB 디스플레이의 구현도 가능하게 된다.
100 : 기판 200 : 마스크층
300 : 나노막대 310 : 발광층
320 : 제1클래드층 330 : 제2클래드층
400 : 버퍼층 500 : 발광모듈

Claims (16)

  1. 기판 상에 마스크층을 형성하는 단계;
    상기 마스크층을 패터닝하여 상기 기판의 일부 영역을 노출시키는 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 기판의 노출된 영역 상에 발광층을 포함하는 질화물계 나노막대를 성장시키는 단계;를 포함하여 이루어지되,
    상기 나노막대의 직경 또는 간격을 조절함으로써 나노막대 간 그림자 효과(shadow effect)에 따른 상기 나노막대의 유효 조성물의 함량을 제어하여, 상기 발광층의 발광파장을 조절하는 것을 특징으로 하는 나노막대를 이용한 백색 발광소자의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 질화물계 나노막대는,
    제1클래드층과, 제1클래드층 상부에 형성된 발광층과, 상기 발광층의 상부에 형성된 제2클래드층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 나노막대를 이용한 백색 발광소자의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 발광층은,
    InGaN인 것을 특징으로 하는 나노막대를 이용한 백색 발광소자의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 마스크층은,
    금속, 산화물 및 질화물 중 어느 하나로 이루어진 단일층 또는 이들이 적층된 멀티층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 나노막대를 이용한 백색 발광소자의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 마스크층의 패턴의 직경은 100nm~300nm인 것을 특징으로 하는 나노막대를 이용한 백색 발광소자의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 마스크층의 패턴의 간격은 100nm~600nm인 것을 특징으로 하는 나노막대를 이용한 백색 발광소자의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 나노막대를 이용한 백색 발광소자는,
    상기 나노막대의 유효 조성물의 함량에 따라 상기 기판 상에 청색, 녹색, 적색 발광모듈의 어레이로 구현되는 것을 특징으로 하는 나노막대를 이용한 백색 발광소자의 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 청색, 녹색, 적색 발광모듈의 각각 싸이즈는 10㎛~500㎛인 것을 특징으로 하는 나노막대를 이용한 백색 발광소자의 제조방법.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 청색, 녹색, 적색 발광모듈 각각에 독립전원을 인가할 수 있는 금속배선 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 나노막대를 이용한 백색 발광소자의 제조방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 나노막대는,
    상단부가 평편한 것을 특징으로 하는 나노막대를 이용한 백색 발광소자의 제조방법.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 나노막대는,
    높이가 1㎛~5㎛인 것을 특징으로 하는 나노막대를 이용한 백색 발광소자의 제조방법.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 나노막대는,
    수평 단면이 원형 또는 다각형으로 형성된 것을 특징으로 하는 나노막대를 이용한 백색 발광소자의 제조방법.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 나노막대는,
    MBE 공정으로 형성되는 것을 특징으로 하는 나노막대를 이용한 백색 발광소자의 제조방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 나노막대는,
    상기 MBE 공정 중에 상기 발광층의 발광 파장에 따라 질소의 양을 증감시키는 것을 특징으로 하는 나노막대를 이용한 백색 발광소자의 제조방법.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 기판과 마스크층 사이에는,
    버퍼층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 나노막대를 이용한 백색 발광소자의 제조방법.
  16. 제 1항 내지 제 15항 중의 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 나노막대를 이용한 백색 발광소자.
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