KR20180055803A - 나노와이어/나노피라미드 형상 발광 다이오드 및 광검출기 - Google Patents

나노와이어/나노피라미드 형상 발광 다이오드 및 광검출기 Download PDF

Info

Publication number
KR20180055803A
KR20180055803A KR1020187004150A KR20187004150A KR20180055803A KR 20180055803 A KR20180055803 A KR 20180055803A KR 1020187004150 A KR1020187004150 A KR 1020187004150A KR 20187004150 A KR20187004150 A KR 20187004150A KR 20180055803 A KR20180055803 A KR 20180055803A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nanowire
nanowires
nano
layer
substrate
Prior art date
Application number
KR1020187004150A
Other languages
English (en)
Inventor
다사 엘 데라즈
동철 김
뵈른 오베 엠 핌란드
헬게 웨만
Original Assignee
크래요나노 에이에스
노르웨이전 유니버시티 오브 사이언스 앤드 테크놀러지(엔티엔유)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from GBGB1512231.0A external-priority patent/GB201512231D0/en
Priority claimed from GBGB1600164.6A external-priority patent/GB201600164D0/en
Application filed by 크래요나노 에이에스, 노르웨이전 유니버시티 오브 사이언스 앤드 테크놀러지(엔티엔유) filed Critical 크래요나노 에이에스
Publication of KR20180055803A publication Critical patent/KR20180055803A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/08—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a plurality of light emitting regions, e.g. laterally discontinuous light emitting layer or photoluminescent region integrated within the semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H01L31/035209—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions comprising a quantum structures
    • H01L31/035227—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions comprising a quantum structures the quantum structure being quantum wires, or nanorods
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/103—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN homojunction type
    • H01L31/1035—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN homojunction type the devices comprising active layers formed only by AIIIBV compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/105—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PIN type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
    • H01L31/1852—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP comprising a growth substrate not being an AIIIBV compound
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/0004—Devices characterised by their operation
    • H01L33/0008—Devices characterised by their operation having p-n or hi-lo junctions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/10—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/16—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
    • H01L33/18—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous within the light emitting region
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H01L33/24—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate of the light emitting region, e.g. non-planar junction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
    • H01L33/325—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen characterised by the doping materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Optical Head (AREA)
  • Fire-Detection Mechanisms (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

그라파이트 기판상에서 성장된 다수의 나노와이어 또는 나노피라미드(상기 나노와이어 또는 나노피라미드는 p-n 또는 p-i-n 접합을 갖는다); 상기 그라파이트 기판과 전기 접촉하는 제1 전극; 상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 적어도 일부의 상부와 접촉하는 광 반사층(상기 광 반사층은 임의로 제2 전극으로서 작용한다); 및 상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 적어도 일부의 상부와 전기 접촉하는 임의의 제2 전극(상기 제2 전극은 상기 광 반사층이 전극으로서 작용하지 않을 때 필수적이다)을 포함하는 발광 다이오드 장치로서, 여기에서 상기 나노와이어 또는 나노피라미드는 하나 이상의 III-V족 화합물 반도체를 포함하고; 사용시 빛은 상기 광 반사층에 실질적으로 반대인 방향으로 상기 장치로부터 방출된다.

Description

나노와이어/나노피라미드 형상 발광 다이오드 및 광검출기
본 발명은 예를 들어, 특히 UV LED 및 UV 광검출기에서 가시 또는 UV 스펙트럼 중 빛의 방출 또는 검출을 위해 LED 및 광검출기로 형성될 수 있는 나노와이어 또는 나노피라미드의 성장을 위한 투명 기판으로서 얇은 그라파이트층의 용도에 관한 것이다. 상기 나노와이어 또는 나노피라미드에는 플립 칩 배열을 가능하게 하는 전도성 및 이상적으로는 반사성 상부 접촉 전극 물질이 제공될 수 있다.
최근 수년에 걸쳐, 반도체 나노결정(예를 들어 나노와이어 및 나노피라미드)에 대한 관심은 나노기술이 중요한 공학 분야가 됨에 따라 증대되었다. 나노와이어(또한 일부 저자에 의해 나노위스커, 나노막대, 나노기둥, 나노컬럼 등으로 지칭된다)는 다양한 전기 장치, 예를 들어 센서, 태양전지, 및 발광 다이오드(LED)에서 중요한 용도가 발견되었다.
본 발명은 특히 자외선(UV) 스펙트럼 중의 빛을 각각 방출하고 검출하는 LED 및 광검출기에 관한 것이다. 상기 UV 광은 3개의 분리된 파장 유형: UV-A: 315 내지 400 ㎚, UV-B: 280 내지 315, 및 UV-C: 100 내지 280 ㎚로 분류될 수 있다.
UV-C 광(특히 심부-UV(250 내지 280 ㎚))의 응용은 수 및 공기 정제, 및 세균, 바이러스, 원생동물 및 다른 미생물들을 그들의 DNA를 직접 공격함으로써 파괴함에 의한 표면 소독을 포함한다. 심부-UV 소독은 또한 화학적 옵션보다 많은 이점들을 제공한다. 상기 소독은 과잉투여될 수 없으며, 부산물, 독소 또는 휘발성 유기 화합물을 생성시키지 않는다. 심부-UV 광은, 미생물들이 심부-UV 선에 면역성을 나타낼 수 없기 때문에, 화학적 소독제에 대단히 내성으로 되는 상기 미생물의 처리에 매우 적합하다.
건강 분야에서, 심부-UV 광은 의료 도구를 살균하거나 H1N1 및 에볼라와 같은 치명적인 바이러스를 죽이는데 일조할 수 있다. 음식물 가공에서, UV 광은 식품의 저장 수명을 증대시키는데 일조할 수 있다. UV 광 이미터는 가전제품, 예를 들어 정수기, 에어컨, 칫솔 살균기, 및 다른 위생용 제품에 응용될 수 있다.
현행 UV 이미터는 종종 수은 램프를 기본으로 하는데, 상기 램프는 값이 비싸며, 에너지 비효율적이고, 부피가 크며, 취약하고 폐기가 어렵다. UV 영역, 특히 UV-C 영역(이는 또한 성취하기가 가장 어렵다)에서 방출되는 신뢰성있고 경제적인 LED를 개발하는 것은 매우 흥미로울 것이다.
작은 크기 및 낮은 전력 소비, 보다 긴 작동 수명, 적은 유지비용, 환경적 친화성 및 용이한 폐기는 UV LED를 수은 램프의 경우보다 훨씬 더 매력적인 해법으로 만든다.
UV LED는 대개 III족-나이트라이드 반도체 박막, 특히 Al 풍부 나이트라이드 물질을 사용하여 제조된다. 상기 구조 중에 통합되는 Al 함량이 높을수록, 상기 빛의 보다 깊은 파장이 성취될 수 있다. 다수의 연구 그룹들이 AlGaN, AlInGaN 및 AlN을 사용하는 박막 기재 LED의 제조를 입증하였다. 그러나, 지금까지 성취된 최대 외부 양자 효율(EQE)은 UV-B 및 UV-C LED에 대해서 각각 2 내지 6%, 및 약 1%이다[Kneissl, Semiconductor Sci and Tech. 26 (2011) 014036].
UV LED, 특히 AlGaN, AlInGaN 및 AlN 박막을 기본으로 하는 것의 제조에 다수의 문제가 존재하며, 이는 매우 낮은 EQE를 도출한다. 나노와이어 성장이 발생할 수 있는 통상적인 지지체, 예를 들어 사파이어 또는 규소상에서 양질의 AlGaN 박막을 성장시키는 것은 어렵다. 격자가 AlGaN과 매우 근접하게 정합하는 AlN 기판은 제조에 비용이 많이 들며 큰 크기의 AlN 웨이퍼는 부족하다. 우리가 알고 있는 바로는, 입수할 수 있는 가장 큰 웨이퍼는 265 ㎚에서 약 60%의 투명도를 갖는 1.5" 웨이퍼이다.
UV 이미터로서 기능하기 위해서는 또한 상기 UV 광에 투명한 전극 물질을 사용할 필요가 있을 수 있다. 통상적인 전극 물질인 인듐 주석 옥사이드(ITO)는 상기 심부 UV 영역에서 투명하지 않다. 상기 사파이어 기판/공기 계면에서 큰 내부 반사와 같은 다른 문제들이 존재하며, 이는 상기 LED 내부에서 상기 반사된 심부 UV 광의 큰 흡수를 도출한다. 따라서 사파이어는 UV LED용 기판으로서 이상적이지 않다. 따라서 본 발명은 반전도성 물질의 필름과 상반되는 나노와이어 또는 나노피라미드를 기본으로 하는 UV LED에 관한 것이다.
그러나, UV 나노와이어(NW) LED는 논문[Zhao, Scientific Reports 5, (2015) 8332]에서 제시되었으며, 상기 논문은 심부 UV 이미터인 Si상에서 성장된 질소 극성 AlGaN NW를 논의한다. 나노와이어 성장을 위한 공정은 상기 Si 지지체상에서 GaN NW 스템의 성장을 필요로 함에 주목한다. 상기 박막 기재 LED에 비해 상기 NW 기재 LED의 내부 양자 효율(IQE)의 개선에도 불구하고, 상기 EQE는 상기 규소 기판 및 상부 접촉에 의한 상기 방출된 빛의 흡수로 인해 여전히 낮은 채였다. 또한, 상기 연구에서 성장된 나노와이어는 랜덤하게 위치결정되어 NW의 조성 및 크기의 불균일을 도출하고, 이는 상기 장치의 성능을 감소시킨다.
본 발명자들은 이상적으로, 바람직하게는 AlGaN, AlN 또는 AlInGaN 나노와이어 또는 나노피라미드를 기본으로 하는 UV LED를 추구한다. AlGaN 또는 AlInGaN 나노와이어 또는 나노피라미드 기재 물질은 전체 UV-A, UV-B 및 UV-C 밴드를 포함하는 LED의 실현에 가장 적합한 물질이다.
따라서 본 발명자들은 그래핀과 같은 그라파이트 기판상에서 나노와이어(NW) 또는 나노피라미드(NP)의 성장을 수반하는 해법을 제안한다. 특히, 발명자들은 그래핀상에서 AlN/AlGaN/AlInGaN NW 또는 NP의 성장을 고려한다. 그래핀은 기판으로서뿐만 아니라 상기 NW에 대한 투명하고 전도성인 접촉 모두로서 작용한다. 모든 UV 파장 및 특히 UV-C 파장 영역 전역에 걸친 그래핀의 투명성으로 인해, 그래핀은 NW 또는 NP 기재 UV LED 장치용 기부 접촉으로서 사용될 수 있다. 더욱이, 발명자들은 바람직한 장치 설계가 플립-칩 설계(여기에서 기부 그라파이트 접촉/기판은 LED의 방출면으로서 사용된다)를 수반함(상기가 광추출 효율을 개선시키므로)을 인식하였다.
또한, 보다 높은 운반체 주입 효율이 LED의 보다 높은 외부 양자 효율(EQE)을 획득하는데 요구된다. 그러나, AlGaN 합금 중 증가하는 Al 몰분율을 갖는 마그네슘 수용체의 증가하는 이온화 에너지는, 보다 높은 Al 함량을 갖는 AlGaN 합금에서 보다 높은 정공 농도를 획득하는 것을 어렵게 한다. 보다 높은 정공 주입 효율을 획득하기 위해서(특히 높은 Al 함량으로 이루어지는 장벽층에서), 발명자들은 개별적으로 또는 함께 사용될 수 있는 다수의 전략을 고안하였다.
그래핀상에서 나노와이어의 성장은 새롭지 않다. WO2012/080252에서, 분자선 에피택시(MBE)를 사용하는 그래핀 기판상의 반도체 나노와이어의 성장이 논의되어 있다. WO2013/104723은 그래핀상에서 성장된 NW에 그래핀 상부 접촉이 사용되는 상기 '252 명세에 대한 개선에 관한 것이다. 그러나, 이들 선행 문서는 UV LED 플립 칩에 관한 것이 아니다. 보다 최근에, 발명자들은 그래핀상에서 성장된 코어 쉘 나노와이어를 기술하였다(WO2013/190128).
US2011/0254034는 가시 영역에서 발광하는 나노구조 LED를 기술한다. 상기 장치는 기판으로부터 돌출하는 일단의 나노와이어를 갖는 나노구조 LED를 포함한다. 상기 나노와이어는 p-i-n 접합을 가지며 각 나노와이어의 상부 부분은 광-반사성 접촉층(이는 또한 전극으로서 작용할 수 있다)으로 덮여있다. 전압이 상기 전극과 상기 광-반사성 접촉층 사이에 인가될 때, 상기 나노와이어내에서 빛이 발생한다.
그러나, 이전에 어느 누구도 그래핀상에서 성장된 나노와이어(NW) 또는 나노피라미드(NP)를 기본으로 하는 LED 플립 칩을 고려하지 않았다.
따라서, 하나의 태양에 비추어 본 발명은
그라파이트 기판상에서 성장된 다수의 나노와이어 또는 나노피라미드(상기 나노와이어 또는 나노피라미드는 p-n 또는 p-i-n 접합을 갖는다);
상기 그라파이트 기판과 전기 접촉하는 제1 전극; 및
임의로 광 반사층의 형태로 상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 적어도 일부의 상부와 접촉하는 제2 전극
을 포함하는 발광 다이오드 장치를 제공하며, 여기에서
상기 나노와이어 또는 나노피라미드는 하나 이상의 III-V족 화합물 반도체를 포함한다. 사용시, 빛은 바람직하게는 상기 나노와이어의 성장 방향에 실질적으로 평행하지만 상기 방향으로부터 반대 방향으로 방출된다.
또 다른 태양에 비추어, 본 발명은
그라파이트 기판상에서, 바람직하게는 상기 그라파이트 기판상의 임의의 정공-패턴화된 마스크의 정공을 관통하여 성장된 다수의 나노와이어 또는 나노피라미드(상기 나노와이어 또는 나노피라미드는 p-n 또는 p-i-n 접합을 갖는다);
상기 그라파이트 기판과 전기 접촉하는 제1 전극;
상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 적어도 일부의 상부와 접촉하거나 상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 적어도 일부의 상부와 전기 접촉하는 제2 전극과 접촉하는 광 반사층(상기 광 반사층은 임의로 제2 전극으로서 작용한다); 및
상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 적어도 일부의 상부와 전기 접촉하는 제2 전극(상기 제2 전극은 상기 광 반사층이 전극으로서 작용하지 않을 때 필수적이다)
을 포함하는 발광 다이오드 장치를 제공하며, 여기에서
상기 나노와이어 또는 나노피라미드는 하나 이상의 III-V족 화합물 반도체를 포함하고; 사용시 빛은 상기 광 반사층에 실질적으로 반대인 방향으로 상기 장치로부터 방출된다.
또 다른 태양에 비추어, 본 발명은
그라파이트 기판상에서, 바람직하게는 상기 그라파이트 기판상의 임의의 정공-패턴화된 마스크의 정공을 관통하여 성장된 다수의 나노와이어 또는 나노피라미드(상기 나노와이어 또는 나노피라미드는 p-n 또는 p-i-n 접합을 갖는다);
상기 그라파이트 기판과 전기 접촉하는 제1 전극;
상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 적어도 일부의 상부와 접촉하는 광 반사층(상기 광 반사층은 임의로 제2 전극으로서 작용한다); 및
상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 적어도 일부의 상부와 전기 접촉하는 제2 전극(상기 제2 전극은 상기 광 반사층이 전극으로서 작용하지 않을 때 필수적이다)
을 포함하는 발광 다이오드 장치를 제공하며, 여기에서
상기 나노와이어 또는 나노피라미드는 하나 이상의 III-V족 화합물 반도체를 포함하고; 사용시 빛은 상기 광 반사층에 실질적으로 반대인 방향으로 상기 장치로부터 방출된다.
또 다른 태양에 비추어, 본 발명은 그라파이트 기판상에서 에피택셜하게 성장된 다수의 III-V족 화합물 반도체 나노와이어 또는 나노피라미드를 포함하는 나노구조 LED를 제공하며; 여기에서 각각의 상기 나노와이어 또는 나노피라미드는 상기 기판으로부터 돌출되고 각각의 나노와이어 또는 나노피라미드는 p-n 또는 p-i-n 접합을 포함하며;
상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 적어도 일부의 상부 부분은 광-반사층 또는 투명 접촉층으로 덮여 나노와이어 또는 나노피라미드의 그룹에 대한 하나 이상의 접촉을 형성하고;
전극이 상기 그라파이트 기판과 전기 접촉하고;
상기 광-반사층 또는 투명 접촉층은 상기 나노와이어 또는 나노피라미드를 통해 제1 전극과 전기 접촉한다.
또 다른 태양에 비추어, 본 발명은 특히 스펙트럼의 UV 영역에서, LED로서 본 명세서에서 앞서 정의된 바와 같은 LED 장치의 용도를 제공한다.
두 번째 실시태양에서, 본 발명은 광검출기에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 빛을 방출하기 보다는 빛을 흡수하여 후속으로 광전류를 생성시키고 따라서 빛을 검출하기에 적합할 수 있다.
따라서, 또 다른 태양에 비추어, 본 발명은
그라파이트 기판상에서 성장된 다수의 나노와이어 또는 나노피라미드(상기 나노와이어 또는 나노피라미드는 p-n 또는 p-i-n 접합을 갖는다);
상기 그라파이트 기판과 전기 접촉하는 제1 전극; 및
임의로 광 반사층의 형태로 상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 적어도 일부의 상부와 접촉하는 제2 전극
을 포함하는 광검출기 장치를 제공하며; 여기에서
상기 나노와이어 또는 나노피라미드는 하나 이상의 III-V족 화합물 반도체를 포함하고; 사용시 빛은 상기 장치에서 흡수된다.
또 다른 태양에 비추어, 본 발명은 그라파이트 기판상에서 에피택셜하게 성장된 다수의 III-V족 화합물 반도체 나노와이어 또는 나노피라미드를 포함하는 나노구조 광검출기를 제공하며; 여기에서
각각의 상기 다수의 나노와이어 또는 나노피라미드는 상기 기판으로부터 돌출되고 각각의 나노와이어 또는 나노피라미드는 p-n 또는 p-i-n-접합을 포함하며;
각각의 나노와이어 또는 나노피라미드의 상부 부분 또는 상기 다수의 나노와이어 또는 나노피라미드로부터의 나노와이어 또는 나노피라미드 중 하나 이상의 그룹은 투명한 접촉층으로 덮여 나노와이어 또는 나노피라미드의 그룹에 대한 하나 이상의 접촉을 형성하고;
전극이 상기 그라파이트 기판과 전기 접촉하고;
상기 투명한 접촉층은 상기 나노와이어 또는 나노피라미드에서 p-n 또는 p-i-n-접합을 통해 상기 제1 전극과 전기 접촉한다.
또 다른 태양에 비추어, 본 발명은 특히 스펙트럼의 UV 영역에서, 광검출기로서 본 명세서에서 앞서 정의된 바와 같은 광검출기 장치의 용도를 제공한다.
도 1은 가능한 플립 칩 설계를 도시한다.
도 2는 본 발명의 잠재적인 나노와이어를 도시한다.
도 3은 상기 나노와이어가 방사상으로 성장되어 코어 쉘 구조를 생성시키는 또 다른 칩 설계를 도시한다.
도 4는 방사상으로 성장되지만 쉘 배열에서 도 2의 경우와 동일한 성분을 갖는 나노와이어를 도시한다.
도 5는 광검출기를 도시한다.
도 6: (a) 그라파이트 박편상에서 나노와이어의 성장 및 상기 나노와이어에 대한 상부 및 기부 접촉을 도시하는 개략도. MBE에 의해 다-층 그래핀 박편상에서 선택적으로 성장된 GaN 나노와이어의 기울어진 시야의 SEM 상 (b) 및 고분해능 SEM 상 (c).
도 7: MBE에 의해 다-층 그래핀 박편상에서 성장된 GaN 나노와이어 (a)의 기울어진 시야의 SEM 상. (b) MBE에 의해 정공 패턴화된 다-층 그래핀 박편상에서 성장된 GaN 나노와이어.
도 8a 및 b는 나노피라미드의 성장을 도시한다.
도 9: MOVPE에 의해 패턴화된 단층 또는 이중층 그래핀상에서 성장된 GaN 나노피라미드의 (a) 저배율 및 (b) 고배율의 기울어진 시야의 SEM 상들.
정의
III-V족 화합물 반도체는 III족으로부터의 하나 이상의 원소 및 V족으로부터의 하나 이상의 원소를 포함하는 것을 의미한다. 각 족으로부터 존재하는 하나 초과의 원소, 예를 들어 AlGaN(즉 3원 화합물), AlInGaN(즉 4원 화합물) 등이 있을 수 있다. Al(In)GaN이란 명칭은 AlGaN 또는 AlInGaN을 의미한다, 즉 In의 존재는 임의적이다. 괄호안에 나타낸 임의의 원소는 존재할 수도, 존재하지 않을 수도 있다.
나노와이어란 용어는 본 명세서에서 나노미터 치수의 고형의 와이어같은 구조를 기술하는데 사용된다. 나노와이어는 바람직하게는 상기 나노와이어 대부분을 통해, 예를 들어 그의 길이의 75% 이상이 고른 직경을 갖는다. 상기 나노와이어란 용어는 나노막대, 나노기둥, 나노컬럼 또는 나노위스커의 사용을 포함하고자 하며, 이들 중 일부는 끝이 점점 가늘어지는 구조를 가질 수도 있다. 상기 나노와이어는 그의 너비 또는 직경이 나노미터 치수이고 그의 길이가 전형적으로 수백 ㎚ 내지 수 ㎛의 범위의 본질적으로 1-차원인 형태라고 할 수 있다. 이상적으로 상기 나노와이어 직경은 50 내지 500 ㎚이나, 상기 직경은 수 마이크로미터를 초과할 수 있다(마이크로와이어라 칭한다).
이상적으로, 상기 나노와이어의 기부 및 상기 나노와이어의 상부의 직경은 대략 동일하게(예를 들어 서로 20% 이내로) 남아있어야 한다.
상기 나노피라미드란 용어는 고형의 피라미드 유형 구조를 지칭한다. 피라미드란 용어는 본 명세서에서, 측면들이 일반적으로 기부 가운데 위의 단일 점까지 점점 가늘어지는 상기 기부를 갖는 구조를 한정하는데 사용된다. 상기 단일의 정점은 모접기(chamferred)로 보일 수도 있음을 알 것이다. 상기 나노피라미드는 다수의 면, 예를 들어 3 내지 8면, 또는 4 내지 7면을 가질 수 있다. 따라서, 상기 나노피라미드의 기부는 사각형, 오각형, 육각형, 칠각형, 팔각형 등일 수도 있다. 상기 피라미드는 상기 면들이 기부에서부터 중심점까지 점점 가늘어짐에 따라 형성된다(따라서 삼각형 면들을 형성한다). 상기 삼각형 면들은 통상적으로 (1-101) 또는 (1-102) 평면으로 종결된다. (1-101) 마면을 갖는 상기 삼각형 측면은 끝에서 단일점으로 수렴하거나 상기 끝에서 수렴하기 전에 새로운 마면((1-102) 평면)을 형성할 수 있다. 일부의 경우에, 상기 나노피라미드는 그의 상부가 절두되어 {0001} 평면으로 종결된다. 상기 기부 자체는 피라미드 구조를 형성하기 위해 점점 가늘어지기 시작하기 전에 고른 횡단면 부분을 포함할 수 있다. 따라서 상기 기부의 두께는 200 ㎚ 이하, 예를 들어 50 ㎚일 수 있다.
상기 나노피라미드의 기부는 그의 가장 넓은 점을 가로질러 직경이 50 내지 500 ㎚일 수 있다. 상기 나노피라미드의 높이는 200 ㎚ 내지 수 ㎛, 예를 들어 400 ㎚ 내지 1 ㎛의 길이일 수 있다.
상기 기판은 다수의 나노와이어 또는 나노피라미드를 지지함을 알 것이다. 이를 나노와이어 또는 나노피라미드의 배열이라 칭할 수 있다.
기판용 그라파이트층 또는 가능하게는 상부 접촉은 단층 또는 다층의 그래핀 또는 그의 유도체로 구성된 필름이다. 그래핀이란 용어는 벌집 결정 구조 중의 sp2-결합된 탄소 원자들의 평면 시트를 지칭한다. 그래핀의 유도체는 표면 변형을 갖는 것들이다. 예를 들어, 수소 원자가 상기 그래핀 표면에 부착되어 그래판을 형성할 수 있다. 탄소 및 수소 원자와 함께 표면에 부착된 산소 원자를 갖는 그래핀을 그래핀 옥사이드라 칭한다. 상기 표면 변형은 또한 화학적 도핑 또는 산소/수소 또는 질소 플라스마 처리에 의해 가능할 수 있다.
에피택시란 용어는 그리스어로 "위"를 의미하는 에피와, "정렬된 방식으로"를 의미하는 택시로부터 유래한다. 상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 원자 배열은 기판의 결정학적 구조에 기반한다. 이는 당해 분야에서 널리 사용되고 있는 용어이다. 에피택셜 성장은 본 명세서에서 기판의 배향을 모방하는 나노와이어 또는 나노피라미드의 기판상 성장을 의미한다.
선택영역 성장(SAG)은 위치결정된 나노와이어 또는 나노피라미드의 성장에 가장 유망한 방법이다. 상기 방법은 금속 촉매 보조 증기-액체-고체(VLS)법(여기에서 금속 촉매는 나노와이어 또는 나노피라미드의 성장을 위한 핵형성 부위로서 작용한다)과 다르다. 나노와이어 또는 나노피라미드를 성장시키는 다른 무-촉매법은 자기-조립, 자발적인 MBE 성장 등이며, 이때 나노와이어 또는 나노피라미드는 랜덤 위치에서 핵형성된다. 이들 방법은 상기 나노와이어의 길이 및 직경 및 나노피라미드의 높이 및 너비에 막대한 변동을 초래한다.
상기 SAG 방법 전형적으로 기판상에 나노-정공 패턴을 갖는 마스크를 필요로 한다. 상기 나노와이어 또는 나노피라미드는 상기 기판상의 패턴화된 마스크의 정공에서 핵을 형성한다. 이는 상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 균일한 크기 및 미리-한정된 위치를 발생시킨다.
상기 마스크란 용어는 시드층상에 직접 침착되는 마스크 물질을 지칭한다. 상기 마스크 물질은 이상적으로는 LED의 경우에 방출된 빛(가시광선, UV-A, UV-B 또는 UV-C일 수 있다)을 흡수하지 않거나 광검출기의 경우에 관심 유입광을 흡수하지 않아야 한다. 상기 마스크는 또한 전기적으로 비-전도성이어야 한다. 상기 마스크는 하나 또는 하나 초과의 물질(Al2O3, SiO2, Si2N4, TiO2, W2O3 등을 포함한다)을 함유할 수 있다. 후속으로, 상기 마스크 물질 중의 정공 패턴을 전자선 리소그래피 또는 나노임프린트 리소그래피 및 건식 또는 습식 에칭을 사용하여 제조할 수 있다.
MBE는 결정성 기판상에 침착을 형성시키는 방법이다. 상기 MBE 공정은 결정성 기판의 격자 구조를 에너지화하기 위해서 진공하에서 상기 기판을 가열함으로써 수행된다. 이어서, 원자 또는 분자 질량 빔을 상기 기판의 표면을 향하게 한다. 상기에 사용된 원소란 용어는 상기 원소의 원자, 분자 또는 이온의 적용을 포함하고자 한다. 상기 지향된 원자 또는 분자가 상기 기판의 표면에 도달하면, 상기 지향된 원자 또는 분자는 하기에 상세히 기재되는 바와 같이 상기 기판의 에너지화된 격자 구조와 만나게 된다. 시간이 지남에 따라, 상기 유입 원자들은 나노와이어 또는 나노피라미드를 형성한다.
유기금속 기상 에피택시(MOVPE)(또한 유기금속 화학적 증착(MOCVD)이라 칭한다)는 결정성 기판상에 침착을 형성시키기 위한 MBE의 또 다른 방법이다. MOVPE의 경우에, 침착 물질이 유기금속 전구체의 형태로 공급되며, 상기 전구체는 고온 기판에 도달시 분해되어 상기 기판 표면상에 원자를 남긴다. 또한, 상기 방법은 침착 물질(원자/분자)을 상기 기판 표면을 가로질러 수송하기 위해 운반체 기체(전형적으로 H2 및/또는 N2)를 필요로 한다. 이들 원자는 다른 원자들과 반응하여 상기 기판 표면상에 에피택셜층을 형성시킨다. 상기 침착 매개변수들의 신중한 선택으로 나노와이어 또는 나노피라미드가 형성된다.
SPSL이란 용어는 단기 초격자를 지칭한다.
나노와이어 또는 나노피라미드는 p-n 또는 p-i-n 접합을 가짐을 알 것이다. 상기 접합의 배향은 중요하지 않다(즉 상기 접합은 n-i-p 또는 n-p 또는 p-i-n 또는 p-n일 수 있다). 대부분의 경우에, n-형 층을 먼저 성장시킨 다음 i(사용되는 경우), 및 p-형 층을 성장시키는 것이 바람직하다.
발명의 상세한 설명
본 발명은 플립 칩 배열 중의 LED 또는 플립 칩 배열 중의 광검출기에 관한 것이다. 본 발명을 주로 LED를 참조하여 기술하지만, 독자는 본질적으로 동일한 장치를 광검출기로서 사용할 수 있음을 알 것이다. 또한, 본 발명은 바람직하게는 UV 광의 방출 및 검출에 관한 것이지만, 상기 장치를 또한 전자기 스펙트럼의 다른 영역들, 특히 가시 영역에 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 그라파이트 기판상에 성장된 다수의 나노와이어 또는 나노피라미드를 갖는 나노구조 LED를 포함한다. 각각의 나노와이어 또는 나노피라미드는 기판으로부터 돌출되며 이들은 실질적으로 p-n 또는 p-i-n 접합을 포함한다. 완전성을 위해서, 몇몇 나노와이어 또는 나노피라미드는 일부의 이유 때문에 p-n 또는 p-i-n 접합이 없는 것이 있을 수도 있다. 본 발명은 모든 상기 나노와이어 또는 나노피라미드가 필수적인 접합을 함유하는 것을 의도하는 장치에 관한 것이나, 몇몇 나노와이어 또는 나노피라미드에 상기와 같은 접합이 없을 수도 있는 장치를 포함한다. 이상적으로 모든 나노와이어 또는 나노피라미드는 상기 필수적인 접합을 함유한다.
각각의 나노와이어 또는 나노피라미드의 상부 부분에 광-반사층이 제공될 수 있다. 상기 층은 단순히 상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 상부와 접촉하거나 상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 상부 부분을 포함한다. 상기 광-반사층은 또한 상기 장치에 대한 상부 접촉 전극으로서 작용하거나 한편으로 별도의 상부 전극이 제공될 수도 있다. 전극이 제공되는 경우, 광 반사층은, 상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 적어도 일부의 상부와 전기 접촉하고 있는 상기 전극과 전기 접촉될 수 있다. 따라서 상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 상부 및 외부 회로 모두와 양호하게 전기 접촉하는 전극이 존재하는 것이 중요하다.
전극은 또한 전도성 그라파이트 기판을 통해 각각의 나노와이어 또는 나노피라미드의 기부 부분과 전기 접촉하게 제공된다. 따라서 상기 나노와이어 또는 나노피라미드 중의 p-n 또는 p-i-n-접합을 통해 다른 전극과 전기 접촉하는 상부 전극을 경유하는 회로가 존재한다.
순방향 전압이 상기 전극들 사이에 인가될 때, 빛, 바람직하게는 UV 광이 상기 나노와이어 또는 나노피라미드 중의 활성 영역에서 발생하고, 상기 장치는 LED로서 작용한다.
역방향 전압이 상기 전극들 사이에 인가되고 빛, 바람직하게는 UV 광에 노출될 때, 상기 나노와이어 또는 나노피라미드 중의 활성 영역은 상기 빛을 흡수하여 이를 광전류로 전환시키고, 상기 장치는 광검출기로서 작용한다.
나노와이어 또는 나노피라미드가 에피택셜하게 성장됨은 형성된 물질에 균질성을 제공하며, 이는 다양한 최종 성질, 예를 들어 기계적, 광학적 또는 전기적 성질을 향상시킬 수 있다.
에피택셜 나노와이어 또는 나노피라미드는 고체, 기상 또는 액체 전구체로부터 성장될 수 있다. 기판은 시드 결정으로서 작용하기 때문에, 침착된 나노와이어 또는 나노피라미드는 기판과 유사한 격자 구조 및/또는 배향을 띨 수 있다. 이는, 심지어 단-결정 기판상에 다결정성 또는 비결정성 필름을 침착시키는 일부 다른 박막 침착 방법과 다르다.
나노와이어 또는 나노피라미드 성장용 기판
나노와이어 또는 나노피라미드의 성장에 사용되는 기판은 그라파이트 기판이며, 보다 특히 그래핀이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 그래핀이란 용어는 벌집(육각형) 결정 격자 중에 치밀하게 충전된 sp2-결합된 탄소 원자들의 평면 시트를 지칭한다. 상기 그라파이트 기판은 바람직하게는 두께가 20 ㎚ 이하이어야 한다. 이상적으로, 상기 기판은 10층 이하, 바람직하게는 5층 이하의 그래핀 또는 그의 유도체(소수-층 그래핀이라 칭한다)를 함유해야 한다. 특히 바람직하게, 상기 기판은 그래핀의 1-원자-두께 평면 시트이다.
그라파이트의 결정성 또는 "박편" 형태는 함께 적층된(즉 10개 시트 초과) 다수의 그래핀 시트로 이루어진다. 따라서 그라파이트 기판은 하나 또는 다수의 그래핀 시트로부터 형성된 것을 의미한다.
상기 기판은 일반적으로 20 ㎚ 이하의 두께인 것이 바람직하다. 그래핀 시트는 0.335 ㎚의 평면간 간격을 갖는 그라파이트를 형성하도록 적층된다. 바람직한 그라파이트 기판은 단지 소수의 상기와 같은 층을 포함하며 이상적으로는 두께가 10 ㎚ 미만일 수 있다. 훨씬 더 바람직하게, 상기 그라파이트 기판은 두께가 5 ㎚ 이하일 수 있다. 상기 기판의 면적은 일반적으로 제한되지 않는다. 상기 면적은 0.5 ㎟ 이상, 예를 들어 5 ㎟ 이상, 예를 들어 10 ㎠ 이하만큼 클 수 있다. 따라서 상기 기판의 면적은 단지 실용성에 의해서만 제한된다.
바람직한 실시태양에서, 상기 기판은 키시(Kish) 그라파이트, 그라파이트의 단결정으로부터 박리된 적층된 기판이거나, 또는 고도로 정렬된 열분해 그라파이트(HOPG)이다. 그래핀을 또한 승화 방법에 의해 SiC상에서 성장시키거나 Si 또는 Ge와 같은 기판상에서 자기-조립 방법에 의해 성장시킬 수 있다. 그래핀을 심지어 상기와 같은 기판상에서 직접 MBE에 의해 성장시킬 수 있다.
한편으로, 상기 기판을 화학적 증착(CVD) 방법을 사용하여 Ni 필름 또는 Cu 호일상에서 성장시킬 수 있다. 상기 기판은 예를 들어 Cu, Ni 또는 Pt로 제조된 금속성 필름 또는 호일상에서 CVD-성장된 그래핀 기판일 수 있다.
이들 CVD-성장된 그라파이트층을 에칭에 의해 또는 전기화학적 탈층 방법에 의해 Ni 또는 Cu 필름과 같은 금속 호일로부터 화학적으로 박리시킬 수 있다. 이어서 박리 후 상기 그라파이트층을 나노와이어 또는 나노피라미드 성장을 위한 지지 운반체로 이동시켜 침착시킨다. 상기 박리 및 이동 동안, e-빔 레지스트 또는 포토레지스트를 사용하여 상기 얇은 그래핀층을 지지할 수 있다. 이들 지지 물질은 침착 후 아세톤에 의해 쉽게 제거될 수 있다.
상기 그라파이트 기판을 변형 없이 사용하는 것이 바람직할 수 있지만, 상기 그라파이트 기판의 표면을 변형시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 표면을 수소, 산소, 질소, NO2 또는 이들의 조합의 플라스마로 처리할 수 있다. 상기 기판의 산화는 나노와이어 또는 나노피라미드 핵형성을 증대시킬 수도 있다. 상기 기판을 예를 들어 나노와이어 또는 나노피라미드 성장 전의 순도를 보장하기 위해서 전처리하는 것이 또한 바람직할 수도 있다. 강산, 예를 들어 HF 또는 BOE에 의한 처리는 선택적이다. 기판을 아이소-프로판올, 아세톤, 또는 n-메틸-2-피롤리돈으로 세척하여 표면 불순물을 제거할 수도 있다.
상기 세척된 그라파이트 표면을 도핑에 의해 추가로 변형시킬 수 있다. 도판트 원자 또는 분자는 나노와이어 또는 나노피라미드의 성장을 위한 시드로서 작용할 수 있다. FeCl3, AuCl3 또는 GaCl3의 용액이 도핑 단계에 사용될 수 있다.
그라파이트층, 보다 바람직하게 그래핀은 그의 우수한 광학적, 전기적, 열적 및 기계적 성질이 주지되어 있다. 상기 그래핀은 매우 얇지만 매우 강하고, 가벼우며, 가요성이고 불투과성이다. 본 발명에서 가장 중요하게, 상기 그래핀은 고도로 전기 및 열 전도성이고 투명하다. 현재 상업적으로 사용되는 다른 투명 전도체, 예를 들어 ITO, ZnO/Ag/ZnO, Al 도핑된 ZnO 및 TiO2/Ag/TiO2에 비해, 그래핀은 훨씬 더 투명하고(200 내지 400 ㎚ 파장의 관심 UV 스펙트럼 범위에서 약 98% 투과율) 전도성(1 ㎚ 두께에 대해서 <1000 Ohm□-1 시트 저항)인 것으로 입증되었다.
기판용 지지체
상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 상기 그라파이트 기판상에서의 성장을 허용하기 위해서 상기 기판을 지지할 필요가 있을 수 있다. 상기 기판을 통상적인 반도체 기판 및 투명한 유리를 포함한 임의의 종류의 물질상에서 지지할 수 있다. 상기 지지체는 상기 기판이 상기 장치를 나오거나 들어가는 빛을 차단하지 않도록 투명한 것이 바람직하다.
바람직한 기판의 예는 융합된 실리카, 융합된 석영, 융합된 알루미나, 규소 카바이드 또는 AlN을 포함한다. 융합된 실리카 또는 석영, 특히 융합된 실리카의 사용이 바람직하다. 상기 지지체는 불활성이어야 한다.
상기 지지체의 두께는 상기 지지체가 상기 기판을 지지하는 작용을 하고 투명한 한 중요하지 않다. 투명한이란 용어는 본 명세서에서 상기 지지체가 빛, 특히 UV 광의 투과를 허용함을 의미하는데 사용된다. 특히, 상기 지지체는 UV-B 및 UV-C 광에 투명한 것이 바람직하다.
이론적으로, 일단 상기 나노와이어 또는 나노피라미드가 성장되었으면, 상기 지지체를 제거(예를 들어 에칭에 의해)하거나 상기 나노와이어 또는 나노피라미드를 상기 지지체로부터 박리시킬 수 있다. 상기 지지체가 제거되거나 또 다른 지지체 구조에 의해 잠재적으로 대체되는 경우, 이는 상기 나노와이어 또는 나노피라미드 성장 공정 동안 투명하지 않은 지지체의 사용을 허용한다. 따라서 지지체 부재하에서의 LED의 사용은 본 발명의 범위내에 있다. 그러나 지지체가 상기 LED 장치 중에 존재하는 것이 바람직하다.
중간층
상기 그라파이트 기판은 시트로 제공되며 잠재적으로는 목적하는 시트 저항보다 큰 저항을 가질 수 있다. 시트 저항은 명목상 두께가 균일한 박막의 측방향 저항의 크기이다. 시트 저항을 감소시키기 위해서, 상기 그라파이트 기판과 상기 지지체 사이에 중간층을 제공하는 것이 바람직하다. 상기 중간층은 바람직하게는 육각형 붕소 나이트라이드(hBN)이거나 은 나노와이어 네트워크 또는 금속 그리드일 수 있다. 상기 중간층은 나노와이어 또는 나노피라미드 성장 전에 존재할 수도 있다.
또 다른 실시태양에서, 상기 중간층을 상기 지지체가 제거된 후에 적용할 수 있다. 따라서 NW는 지지체상에 지지된 그래핀층상에서 성장할 수 있으며, 이어서 상기 지지체를 제거하고 이어서 상기 중간층을 상기 그래핀 기판의 배면(즉 상기 성장된 나노와이어 또는 나노피라미드에 대향하여)상에 적용한다.
상기 중간층의 존재는 상기 그라파이트 기판의 시트 저항을 감소시키며 따라서 상기 장치의 성능을 향상시킨다. 실제로, 중간층으로서 은 나노와이어의 사용은 상기 그래핀의 시트 저항을 16 ohms□-1 정도까지 낮게 감소시키는 것으로 밝혀졌다.
시트 저항을 감소시키기 위한 추가의 옵션은 2개 이상의 별도의 그라파이트층을 사용하는 것이다. 따라서 상기 나노와이어 또는 나노피라미드는 그라파이트 기판의 표면상에서 성장하는 반면, 상기 장치에는 상기 나노와이어 또는 나노피라미드 지지 표면 반대편에 추가의 그라파이트층이 제공될 수 있다.
다시, 상기 중간층은 빛, 특히 UV 광 및 특히 UV-B 및 UV-C에 투명한 것이 중요할 것이다.
상기 중간층의 두께는 중요하지 않지만 상기 층은 시트 저항을 감소시키는 작용을 하므로, 그의 목적하는 기능을 수행하기 위해서 가능한 한 얇은 것이 이상적이며, hBN의 경우에 한 쌍의 단층일 수 있다. 따라서 상기 층은 기판 층과 대략 동일한 두께일 수 있다. 따라서 적합한 두께는 10 내지 200 ㎚, 예를 들어 20 내지 100 ㎚이다.
나노와이어 또는 나노피라미드의 성장
상업적으로 중요한 나노와이어 또는 나노피라미드를 제조하기 위해서, 이들을 기판상에서 에피택셜하게 성장시키는 것이 바람직하다. 성장이 상기 기판에 직각을 이루고, 따라서 이상적으로는 [0001](육방정계 결정 구조의 경우) 방향으로 발생하는 것이 또한 이상적이다.
본 발명자들은 그라파이트 기판상에서의 에피택셜 성장은 상기 그래핀 시트 중의 탄소 원자와 반도체 나노와이어 또는 나노피라미드 중의 원자간에 가능한 격자 정합을 측정함으로써 가능함을 판단하였다.
그래핀층 중의 탄소-탄소 결합 길이는 약 0.142 ㎚이다. 그라파이트는 육방정계 결정 형태를 갖는다. 본 발명자들은 앞서, 성장하는 나노와이어 또는 나노피라미드 물질과 그라파이트 기판간의 격자 부정합이 매우 낮을 수 있기 때문에, 상기 그라파이트가 반도체 나노와이어 또는 나노피라미드가 성장할 수 있는 기판을 제공할 수 있음을 깨달았다.
발명자들은 상기 그라파이트 기판의 육각 대칭 및 육방정계 결정 구조의 경우 [0001] 방향으로 성장하는 나노와이어 또는 나노피라미드의 (0001) 평면 중의 반도체 원자들의 육각 대칭으로 인해, 상기 성장하는 나노와이어 또는 나노피라미드와 상기 기판간에 격자 정합이 성취될 수 있음을 깨달았다. 여기에서 상기 과학의 포괄적인 설명을 WO2013/104723에서 찾을 수 있다.
이론에 얽매이고자 하는 것은 아니지만, 그라파이트층 중의 탄소 원자의 육각 대칭, 및 입방정계 결정 구조의 경우 [111] 방향으로 성장하는 나노와이어 또는 나노피라미드의 (111) 평면 중의(또는 육방정계 결정 구조의 경우 [0001] 결정 방향으로 성장하는 나노와이어 또는 나노피라미드의 (0001) 평면 중의) 원자들의 육각 대칭으로 인해, 상기 그라파이트 기판과 반도체간의 밀접한 격자 정합이, 상기 반도체 원자를 상기 그라파이트 기판의 탄소 원자위에, 이상적으로는 육각형 패턴으로 놓을 때 성취될 수 있다. 이는 새롭고 놀라운 발견이며 그라파이트 기판상에서 나노와이어 또는 나노피라미드의 에피택셜 성장을 가능하게 할 수 있다.
WO2013/104723에 기재된 바와 같은 반도체 원자들의 상이한 육각형 배열은 상기와 같은 물질의 반도체 나노와이어 또는 나노피라미드를 수직으로 성장시켜 얇은 탄소-기재 그라파이트 물질의 상부상에 자립 나노와이어 또는 나노피라미드가 형성되게 할 수 있다.
성장하는 나노피라미드에서, 삼각형 면은 통상적으로 (1-101) 또는 (1-102) 평면으로 종결된다. (1-101) 마면을 갖는 상기 삼각형 측면은 끝에서 단일 점까지 수렴하거나 상기 끝에서 수렴하기 전에 새로운 마면((1-102) 평면)을 형성할 수 있다. 일부의 경우에, 상기 나노피라미드를 그의 상부를 절두하여 {0001} 평면으로 종결시킨다.
성장하는 나노와이어 또는 나노피라미드와 기판간의 격자 부정합이 존재하지 않는 것이 이상적이지만, 나노와이어 또는 나노피라미드는 예를 들어 얇은 필름보다 훨씬 더 많은 격자 부정합을 수용할 수 있다. 본 발명의 나노와이어 또는 나노피라미드는 상기 기판과 약 10% 이하의 격자 부정합을 가질 수 있으며 에피택셜 성장이 여전히 가능하다. 이상적으로, 격자 부정합은 7.5% 이하, 예를 들어 5% 이하이어야 한다.
육각형 GaN(a = 3.189 Å), 육각형 AlN(a = 3.111 Å)과 같은 일부 반도체의 경우, 격자 부정합은 너무 작아서(<약 5%) 이들 반도체 나노와이어 또는 나노피라미드의 탁월한 성장이 예상될 수 있다.
나노와이어/나노피라미드의 성장을 플럭스비(flux ratio)를 통해 조절할 수 있다. 나노피라미드는 예를 들어 높은 V족 플럭스가 사용되는 경우 권장된다.
본 발명에서 성장된 나노와이어는 250 ㎚ 내지 수 ㎛, 예를 들어 5 ㎛ 이하의 길이일 수 있다. 바람직하게 상기 나노와이어는 길이가 1 ㎛ 이상이다. 다수의 나노와이어를 성장시키는 경우, 이들 나노와이어가 모두 상기 치수 요건을 충족시키는 것이 바람직하다. 이상적으로, 기판상에서 성장된 나노와이어의 90% 이상은 길이가 1 ㎛ 이상일 것이다. 바람직하게 실질적으로 모든 상기 나노와이어는 길이가 1 ㎛ 이상일 것이다.
나노피라미드는 높이가 250 ㎚ 내지 1 ㎛, 예를 들어 높이가 400 내지 800 ㎚, 예를 들어 약 500 ㎚일 수 있다.
더욱이, 상기 성장된 나노와이어 또는 나노피라미드는 동일한 치수, 예를 들어 서로 10% 이내의 치수를 갖는 것이 바람직할 것이다. 따라서, 기판상의 나노와이어 또는 나노피라미드의 90% 이상(바람직하게는 실질적으로 모든)은 바람직하게는 동일한 직경 및/또는 동일한 길이(즉 서로의 직경/길이의 10% 이내)를 가질 것이다. 따라서, 필수적으로 숙련가는 치수에 관하여 실질적으로 동일한 나노와이어 또는 나노피라미드 및 균질성을 추구한다.
상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 길이는 종종 성장 공정이 실행되는 시간의 길이에 의해 조절된다. 보다 긴 공정은 전형적으로 (훨씬)더 긴 나노와이어 또는 나노피라미드를 도출한다.
상기 나노와이어는 전형적으로 육각형 횡단면 모양을 갖는다. 상기 나노와이어는 25 ㎚ 내지 수백 ㎚의 횡단면 직경(즉 그의 두께)을 가질 수 있다. 상기에 나타낸 바와 같이, 상기 직경은 이상적으로는 상기 나노와이어의 대부분을 통해 일정하다. 나노와이어 직경을 하기에 추가로 기재하는 바와 같이 상기 나노와이어를 제조하는데 사용되는 원자들의 비의 조작에 의해 조절할 수 있다.
더욱이, 상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 길이 및 직경은 이들이 형성되는 온도에 의해 영향을 받을 수 있다. 보다 고온은 높은 종횡비(즉 보다 긴 및/또는 보다 얇은 나노와이어 또는 나노피라미드)를 조장한다. 상기 직경을 또한 상기 마스크층의 나노정공 구멍 크기를 조작함으로써 조절할 수 있다. 숙련가는 목적하는 치수의 나노와이어 또는 나노피라미드를 설계하기 위해 성장 공정을 조작할 수 있다.
본 발명의 나노와이어 또는 나노피라미드를 하나 이상의 III-V 화합물 반도체로부터 형성시킨다. 바람직하게, 상기 나노와이어 또는 나노피라미드는 하기에 논의되는 바와 같이 단지 임의로 도핑된 III-V족 화합물로 이루어진다. 하나 초과의 상이한 III-V족 화합물이 존재할 수 있지만, 존재하는 모든 화합물은 III-V족 화합물인 것이 바람직함에 주목한다.
III족 원소 옵션은 B, Al, Ga, In 및 Tl이다. 여기에서 바람직한 옵션은 Ga, Al 및 In이다.
V족 옵션은 N, P, As, Sb이다. 모두가, 특히 N이 바람직하다.
물론 III족으로부터의 하나 초과의 원소 및/또는 V족으로부터의 하나 초과의 원소를 사용하는 것이 가능하다. 나노와이어 또는 나노피라미드 제조에 바람직한 화합물은 AlAs, GaSb, GaP, GaN, AlN, AlGaN, AlGaInN, GaAs, InP, InN, InGaAs, InSb, InAs, 또는 AlGaAs이다. N과 함께 Al, Ga 및 In을 기본으로 하는 화합물이 가장 바람직하다. GaN, AlGaN, AlInGaN 또는 AlN의 사용이 매우 바람직하다.
상기 나노와이어 또는 나노피라미드는 Ga, Al, In 및 N(하기에 논의되는 바와 같은 임의의 도핑 원자와 함께)으로 이루어지는 것이 가장 바람직하다.
2원 물질의 사용이 가능하지만, 여기에서는 V족 음이온과 함께 2개의 III족 양이온이 존재하는 3원 나노와이어 또는 나노피라미드, 예를 들어 AlGaN의 사용이 바람직하다. 따라서 상기 3원 화합물은 화학식 XYZ(여기에서 X는 III족 원소이고, Y는 X와 상이한 III족이고, Z는 V족 원소이다)를 가질 수 있다. 상기 XYZ에서 X 대 Y 몰비는 바람직하게는 0.1 내지 0.9이다, 즉 상기 화학식은 바람직하게는 XxY1 -xZ이고, 이때 아래첨자 x는 0.1 내지 0.9이다.
4원 시스템도 또한 사용될 수 있으며 이를 화학식 AxB1-xCyD1-y(여기에서 A, B 및 C는 상이한 III족 원소이고 D는 V족 원소이다)로 나타낼 수 있다. 다시 아래첨자 x 및 y는 전형적으로 0.1 내지 0.9이다. 다른 옵션들은 숙련가에게 명백할 것이다.
AlGaN 및 AlInGaN 나노와이어 또는 나노피라미드의 성장이 특히 바람직하다. 이들 나노와이어 또는 나노피라미드를 함유하는 장치에 의해 방출된 빛의 파장을 Al, In 및 Ga의 함량을 조작함으로써 맞출 수 있다. 한편으로, 상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 피치 및/또는 직경을 변화시켜 상기 방출된 빛의 성질을 변화시킬 수 있다.
상기 나노와이어 또는 나노피라미드는 상이한 화합물들의 영역을 함유하는 것이 추가로 바람직하다. 따라서 상기 나노와이어 또는 나노피라미드는 GaN과 같은 제1 III-V족 반도체 영역에 이어서 AlGaN과 같은 상이한 III-V 반도체 영역을 함유할 수도 있다. 나노와이어 또는 나노피라미드는 2개 이상 또는 3개 이상과 같은 다수의 영역들을 함유할 수 있다. 이들 영역은 축방향으로 성장된 나노와이어 중의 층 또는 방사상으로 성장된 나노와이어 또는 나노피라미드 중의 쉘일 수도 있다.
도핑
본 발명의 나노와이어 또는 나노피라미드는 p-n 또는 p-i-n 접합을 함유할 필요가 있다. 따라서 본 발명의 장치, 특히 p-i-n 접합을 기본으로 하는 장치에, p-형 반도체 및 n-형 반도체 영역간의 도핑되지 않은 고유의 반도체 영역이 임의로 제공된다. 상기 p-형 및 n-형 영역은 옴 접촉에 사용되므로 전형적으로는 심하게 도핑된다.
따라서, 상기 나노와이어 또는 나노피라미드를 도핑시키는 것은 바람직하다. 도핑은 전형적으로 예를 들어 MBE 또는 MOVPE 성장 동안 상기 나노와이어 또는 나노피라미드에 불순물 이온을 도입시킴을 수반한다. 상기 도핑 수준을 약 1015/㎤ 내지 1020/㎤로 조절할 수 있다. 상기 나노와이어 또는 나노피라미드는 경우에 따라 p-형 도핑되거나 n-형 도핑될 수 있다. 도핑된 반도체는 외인성 도체이다.
상기 n(p)-형 반도체는 고유의 반도체를 공여체(수용체) 불순물로 도핑시킴으로써 정공(전자) 농도보다 큰 전자(정공) 농도를 갖는다. III-V 화합물, 특히 나이트라이드에 적합한 공여체(수용체)는 Si(Mg, Be 및 Zn)일 수 있다. 도판트를 상기 성장 공정 중에 도입시키거나 상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 형성 후에 이들의 이온 주입법에 의해 도입시킬 수 있다.
앞서 나타낸 바와 같이, 보다 높은 운반체 주입 효율이 LED의 보다 높은 외부 양자 효율(EQE)을 획득하기 위해 요구된다. 그러나, AlGaN 합금 중 Al 함량의 증가와 함께 Mg 수용체의 이온화 에너지의 증가는 보다 높은 Al 함량을 갖는 AlGaN 합금 중에서 보다 높은 정공 농도를 획득하는 것을 어렵게 한다. 보다 높은 정공 주입 효율(특히 높은 Al 함량으로 이루어지는 장벽층에서)을 획득하기 위해서, 발명자들은 개별적으로 또는 함께 사용될 수 있는 다수의 전략을 고안하였다.
따라서 상기 도핑 공정에서 극복해야 할 문제들이 존재한다. 본 발명의 나노와이어 또는 나노피라미드는 Al을 포함하는 것이 바람직하다. Al의 사용은, 높은 Al 함량이 높은 밴드갭을 도출하여 나노와이어 또는 나노피라미드의 활성층으로부터 UV-C LED의 방출을 가능하게 하고/하거나 상기 도핑된 장벽층에서 방출된 빛의 흡수를 피할 수 있게 하므로 유리하다. 상기 밴드갭이 높은 경우, UV 광은 상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 상기 부분에 의해 덜 흡수되는 듯하다. 따라서 나노와이어 또는 나노피라미드 중의 AlN 또는 AlGaN의 사용이 바람직하다.
그러나, 높은 전기 전도도(높은 정공 농도)를 성취하기 위한 AlGaN 또는 AlN의 p-형 도핑은 Mg 또는 Be 수용체의 이온화 에너지가 AlGaN 합금 중 증가하는 Al 함량에 따라 증가하므로 도전이다. 본 발명자들은 보다 높은 평균 Al 함량을 갖는 AlGaN 합금에서 전기 전도도를 최대화하는(즉 정공 농도를 최대화하는) 다양한 해법을 제안한다.
상기 나노와이어 또는 나노피라미드가 AlN 또는 AlGaN을 포함하는 경우, p-형 도판트를 도입시킴으로써 높은 전기 전도도를 성취하는 것은 도전이다. 한 가지 해법은 단기 초격자(SPSL)에 의존한다. 상기 방법에서, 우리는 보다 높은 Al 조성을 갖는 균질한 AlGaN 층 대신에 상이한 Al 함량을 갖는 교번층들로 이루어지는 초격자 구조를 성장시킨다. 예를 들어, 35% Al 함량을 갖는 장벽층을, 예를 들어 교번하는 AlxGa1-xN:Mg/AlyGa1-yN:Mg(이때 x=0.30/y=0.40)로 이루어지는 1.8 내지 2.0 ㎚ 두께의 SPSL로 대체할 수 있었다. 보다 낮은 Al 조성을 갖는 층 중의 수용체의 낮은 이온화 에너지는 상기 장벽층에서의 장벽 높이에 대한 훼손 없이 개선된 정공 주입 효율을 도출시킨다. 이러한 효과는 계면에서 분극계에 의해 추가로 증대된다. 보다 양호한 정공 주입을 위해서 상기 SPSL에 이어서 고도로 p-도핑된 GaN:Mg층이 있을 수 있다.
보다 일반적으로, 발명자들은 p형 도핑된 Al x Ga 1-x N/Al y Ga 1-y N 단기 초격자(즉 Al x Ga 1-x N 및 Al y Ga 1-y N의 교번하는 박층)를 p형 도핑된 Al z Ga 1-z N 합금(이때 x < z < y) 대신에 상기 나노와이어 또는 나노피라미드 구조(이때 Al 몰분율 x는 y 미만이다)에 도입시킬 것을 제안한다. x는 0만큼 낮을 수 있고(즉 GaN) y는 1만큼 높을 수 있는 것(즉 AlN)으로 인식된다. 상기 초격자 주기는 바람직하게는 5 ㎚ 이하, 예를 들어 2 ㎚이어야 하며, 이 경우에 상기 초격자는 단일 Al z Ga 1-z N 합금(이때 z는 x 및 y의 층 두께 가중 평균이다)으로서, 그러나 보다 낮은 Al 함량 Al x Ga 1-x N 층에 대한 보다 높은 p-형 도핑 효율로 인해 상기 Al z Ga 1-z N 합금의 경우보다 높은 전기 전도도로 작용할 것이다.
p-형 도핑된 초격자를 포함하는 상기 나노와이어 또는 나노피라미드에서, 상기 p-형 도판트는 알칼리 토금속, 예를들어 Mg 또는 Be인 것이 바람직하다.
Al 함유 나노와이어/나노피라미드의 도핑 문제를 해결하기 위한 추가의 옵션은 유사한 원리를 따른다. 낮은 Al 함량 또는 Al이 없는 얇은 AlGaN층을 함유하는 초격자 대신에, 상기 나노와이어 또는 나노피라미드내 AlGaN의 성장 방향으로 Al 함량(몰분율)의 구배를 함유하는 나노구조물을 설계할 수 있다. 따라서, 상기 나노와이어 또는 나노피라미드가 성장함에 따라, 상기 Al 함량은 감소/증가하고 이어서 다시 증가/감소하여 상기 나노와이어 또는 나노피라미드내에 Al 함량 구배가 생성된다.
이를 분극 도핑이라 칭할 수 있다. 한 가지 방법에서, 상기 층들을 GaN에서 AlN으로 또는 AlN에서 GaN으로 등급화한다. GaN에서 AlN으로 및 AlN에서 GaN으로 등급화된 영역은 각각 n-형 및 p-형 전도를 유도할 수 있다. 이는 그의 이웃하는 다이폴들에 비해 상이한 크기를 갖는 다이폴들의 존재에 기인하여 발생할 수 있다. 상기 GaN에서 AlN으로 및 AlN에서 GaN으로 등급화된 영역을 각각 n-형 도판트 및 p-형 도판트로 추가로 도핑시킬 수 있다.
바람직한 실시태양에서, p-형 도핑이 도판트로서 Be를 사용하는 AlGaN 나노와이어에 사용된다.
따라서, 한 가지 옵션은 GaN 나노와이어/나노피라미드로 출발하여 Al을 증가시키고 Ga 함량을 점차적으로 감소시켜, 아마도 100 ㎚의 성장 두께에 걸쳐 AlN을 형성시키는 것이다. 상기 등급화된 영역은 결정면, 극성 및 상기 Al 함량이 상기 등급화된 영역에서 각각 감소하거나 증가하는지의 여부에 따라, p- 또는 n-형 영역으로서 작용할 수 있다. 이어서, 반대되는 공정을 수행하여 GaN을 한번 더 생성시켜 n- 또는 p-형 영역(앞서 제조된 것과 반대되는)을 생성시킨다. 이들 등급화된 영역을 각각 n-형 도판트, 예를 들어 Si 및 p-형 도판트, 예를 들어 Mg 또는 Be로 추가로 도핑시켜 높은 전하 운반체 밀도를 갖는 n- 또는 p-형 영역을 획득할 수 있다. 상기 결정면 및 극성은 당해 분야에 공지된 바와 같이 나노와이어/나노피라미드의 유형에 의해 좌우된다.
따라서 또 다른 태양에 비추어, 본 발명의 나노와이어 또는 나노피라미드는 Al, Ga 및 N 원자를 포함하며, 여기에서 상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 성장 중 Al의 농도를 변화시켜 상기 나노와이어 또는 나노피라미드내에 Al 농도 구배를 생성시킨다.
세 번째 실시태양에서, Al 함유 나노와이어 또는 나노피라미드에서의 도핑 문제를 터널 접합을 사용하여 다룬다. 터널 접합은 2개의 전기 전도성 물질사이의 장벽, 예를 들어 박층이다. 본 발명과 관련하여, 상기 장벽은 반도체 장치의 중앙에서 옴 전기 접촉으로서 기능한다.
한 가지 방법에서, 얇은 전자 차단층을 활성 영역 바로 다음에 삽입하고, 이어서 상기 활성층에 사용되는 Al 함량보다 더 높은 Al 함량을 갖는 p-형 도핑된 AlGaN 장벽층을 삽입한다. 상기 p-형 도핑된 장벽층에 이어서 고도로 p-형 도핑된 클래드층 및 매우 얇은 터널 접합층이 있고, 이어서 n-형 도핑된 AlGaN층이 있다. 상기 터널 접합층은, 전자들이 p-AlGaN 중의 원자가 밴드로부터 n-AlGaN 중의 전도 밴드까지 터널링하여 상기 p-AlGaN층내에 주입되는 정공을 생성시키도록 선택된다.
보다 일반적으로, 상기 나노와이어 또는 나노피라미드가 Al층, 예를 들어 매우 얇은 Al층에 의해 분리된 2개의 도핑된 GaN 영역(하나의 p- 및 하나의 n-도핑된 영역)을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 Al층은 수 ㎚ 두께, 예를 들어 1 내지 10 ㎚의 두께일 수도 있다. 고도로 도핑된 InGaN 층을 포함하는 터널 접합부로서 작용할 수 있는 다른 임의의 물질이 존재함을 인식한다.
도핑된 GaN층을 상기 Al층상에서 성장시킬 수 있음은 특히 놀라운 것이다.
따라서 하나의 실시태양에서, 본 발명은 Al층에 의해 분리된 p-형 도핑된 (Al)GaN 영역 및 n-형 도핑된 (Al)GaN 영역을 갖는 나노와이어 또는 나노피라미드를 제공한다.
본 발명의 나노와이어 또는 나노피라미드를 방사상으로 또는 축방향으로 이종 구조 형태를 갖도록 성장시킬 수 있다. 예를 들어 축방향 이종구조 나노와이어 또는 나노피라미드의 경우, p-n 접합을 먼저 p-형 도핑된 코어를 성장시킴으로써 축방향으로 형성시키고, 이어서 계속해서 n-도핑된 코어로 형성시킨다(또는 이와 역으로). p-i-n 나노와이어 또는 나노피라미드의 경우 도핑된 코어들 사이에 고유 영역을 위치시킬 수 있다. 방사성 이종구조 나노와이어 또는 나노피라미드의 경우, p-n 접합을 먼저 p-도핑된 나노와이어 또는 나노피라미드 코어를 성장시킴으로써 방사상으로 형성시키고, 이어서 n-도핑된 반전도성 쉘을 성장시킨다(또는 이와 역으로). p-i-n 나노와이어 또는 나노피라미드의 경우 도핑된 영역들 사이에 고유 쉘을 위치시킬 수 있다.
상기 나노와이어는 축방향으로 성장되며 따라서 상기는 상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 축방향 상부의 제1 섹션 및 제2 섹션으로부터 형성되는 것이 바람직하다. 상기 두 섹션을 상이하게 도핑시켜 p-n 접합 또는 p-i-n 접합을 생성시킨다. 상기 나노와이어의 상부 또는 기부 섹션은 p-도핑되거나 n-도핑된 섹션이다.
p-i-n 나노와이어 또는 나노피라미드에서, 전하 운반체들이 각 p- 및 n-영역에 주입될 때, 이들은 i-영역에서 재결합되고 상기 재결합은 빛을 발생시킨다. p-n 접합 경우에, 재결합은 공간 전하 영역에서 발생할 것이다(고유 영역이 존재하지 않으므로). 상기 빛은 각각의 나노와이어 또는 나노피라미드 내부에서 랜덤하게 발생하며 모든 방향으로 방출된다. 상기와 같은 구조에 대한 한 가지 문제점은 상기 발생된 빛의 단지 일부만이 목적하는 방향으로 향하므로 상기 빛의 상당 분획이 낭비된다는 것이다. 따라서 반사층의 사용은 상기 방출된 빛을 상기 장치로부터 밖으로 목적하는 방향으로, 특히 상기 반사층의 반대 방향으로 향하게 한다. 특히, 빛이 상기 기판 및 지지체층(이들은 상기 광 반사층과 대향된다)을 관통하여 반사된다.
상기 광검출기 실시태양에서, 상기 반사층은 필수적이지는 않지만 존재하는 경우 검출을 위해서 상기 나노와이어 또는 나노피라미드상으로 빛을 역 반사시킬 수 있다(그렇지 않으면 상실될 것이다).
본 발명의 나노와이어 또는 나노피라미드는 바람직하게는 에피택셜하게 성장한다. 이들은 공유, 이온 또는 준 반데르발스 결합을 통해 하부의 기판에 부착된다. 상응하게, 기판의 접합부 및 나노와이어 또는 나노피라미드의 베이스에서, 결정 평면이 상기 나노와이어내에서 에피택셜하게 형성된다. 이들은 겹겹이, 동일한 결정학적 방향으로 형성되고, 따라서 상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 에피택셜 성장을 허용한다. 바람직하게 상기 나노와이어 또는 나노피라미드는 수직으로 성장한다. 여기에서 수직으로란 용어는 상기 나노와이어 또는 나노피라미드가 상기 기판에 직각을 이루어 성장함을 암시하는데 사용된다. 실험 과학에서 상기 성장 각도는 정확하게 90°는 아닐 수 있으며 상기 수직으로란 용어는 상기 나노와이어 또는 나노피라미드가 수직/직각의 약 10° 이내, 예를 들어 5°이내에 있음을 의미함을 알 것이다. 공유, 이온 또는 준 반데르발스 결합을 통한 에피택셜 성장으로 인해, 상기 나노와이어 또는 나노피라미드와 상기 그라파이트 기판간에 긴밀한 접촉이 있을 것으로 예상된다. 상기 접촉 성질을 증대시키기 위해서, 추가로 상기 그라파이트 기판을 도핑시켜 성장한 나노와이어 또는 나노피라미드의 주요 운반체들을 정합시킬 수 있다.
나노와이어 또는 나노피라미드는 고온에서 기판에 대한 물리적 및 화학적 결합을 수반하여 에피택셜하게 성장하기 때문에, 기부 접촉은 바람직하게는 옴 접촉이다.
상기 기판은 다수의 나노와이어 또는 나노피라미드를 포함함을 알 것이다. 바람직하게 상기 나노와이어 또는 나노피라미드는 서로에 대해서 대략 평행하게 성장한다. 따라서 90% 이상, 예를 들어 95% 이상, 바람직하게는 실질적으로 모든 나노와이어 또는 나노피라미드가 상기 기판의 동일 평면으로부터 동일한 방향으로 성장하는 것이 바람직하다.
에피택셜 성장이 발생할 수 있는 기판내에 다수의 평면이 존재함을 알 것이다. 실질적으로 모든 나노와이어 또는 나노피라미드가 동일한 평면으로부터 성장하는 것이 바람직하다. 상기 평면이 기판 표면에 평행한 것이 바람직하다. 이상적으로 상기 성장된 나노와이어 또는 나노피라미드는 실질적으로 평행하다. 바람직하게, 상기 나노와이어 또는 나노피라미드는 상기 기판에 대해 실질적으로 직각으로 성장한다.
본 발명의 나노와이어 또는 나노피라미드는 바람직하게는 육방정계 결정 구조를 갖는 나노와이어 또는 나노피라미드의 경우 [0001] 방향으로 성장해야 한다. 상기 나노와이어가 육방정계 결정 구조를 갖는 경우, 상기 나노와이어와 상기 그라파이트 기판간의 (0001) 계면은 축 성장이 일어나는 평면을 나타낸다. 상기 나노와이어 또는 나노피라미드는 바람직하게는 MBE 또는 MOVPE에 의해 성장된다. 상기 MBE 방법의 경우, 상기 기판에 각 반응물, 예를 들어 바람직하게는 동시에 공급되는 III족 원소 및 V족 원소의 분자선이 제공된다. 상기 그라파이트 기판상에서 상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 핵형성 및 성장의 보다 고도의 조절은 이동-증대된 에피택시(MEE)의 사용에 의한 MBE 또는 원자층 MBE(ALMBE)(여기에서 예를 들어 III 및 V족 원소가 교번하여 공급될 수 있다)에 의해 성취될 수 있다.
나이트라이드의 경우에 바람직한 기법은 플라스마 보조 고체-소스 MBE이며, 여기에서 매우 순수한 원소, 예를 들어 갈륨, 알루미늄, 및 인듐이, 서서히 증발하기 시작할 때까지 별도의 분출 셀에서 가열된다. 상기 rf-플라스마 질소 소스는 전형적으로는 질소 원자의 저에너지 빔을 생성시키는데 사용된다. 이어서 상기 기상 원소들은 상기 기판상에서 응축하며, 여기에서 이들은 서로 반응할 수 있다. 갈륨 및 질소의 예에서, 단일-결정 GaN이 형성된다. "빔"이란 용어의 사용은 증발된 원자(예를 들어 갈륨) 및 상기 플라스마 소스로부터의 질소 원자가 상기 기판에 도달할 때까지 서로 또는 진공 챔버 기체와 반응하지 않음을 의미한다.
MBE는 초고 진공하에서 발생하며, 이때 배경 압력은 전형적으로 대략 10-10 내지 10-9 토르이다. 나노구조물은 전형적으로는 서서히, 예를 들어 시간당 수 ㎛ 이하의 속도로 성장한다. 이는 나노와이어 또는 나노피라미드가 에피택셜하에 성장하고 구조 성능을 극대화할 수 있게 한다.
상기 방출된 빛의 성질은 상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 직경 및 조성의 함수이다. 상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 밴드갭을 조정하기 위해서 온도 및 플럭스가 사용될 수 있다. (문헌[Nanotechnology 25(2014) 455201]).
상기 MOVPE 방법에서, 상기 기판을 반응기에서 유지시키며 여기에서 상기 기판에 바람직하게는 동시에 공급되는 운반체 기체 및 각 반응물의 유기금속 기체, 예를 들어 III족 원소를 함유하는 유기금속 전구체 및 V족 원소를 함유하는 유기금속 전구체가 제공된다. 전형적인 운반체 기체는 수소, 질소 또는 이 둘의 혼합물이다. 상기 그라파이트 기판상에서 상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 핵형성 및 성장의 보다 고도의 조절은 펄스화된 층 성장 기법(이때 예를 들어 III 및 V족 원소가 교번하여 공급될 수 있다)을 사용함으로써 상기 MOVPE 기법에 의해 성취될 수 있다.
나노와이어 또는 나노피라미드의 선택 영역 성장
본 발명의 나노와이어 또는 나노피라미드는 바람직하게는 선택 영역 성장(SAG) 방법에 의해 성장된다. 상기 방법은 상기 그라파이트 층상에 침착된 나노-정공 패턴을 갖는 마스크를 필요로 할 수 있다.
성장된 나노와이어 또는 나노피라미드의 높이 및 직경에 있어서 보다 양호한 균일성을 갖는 보다 규칙적인 나노와이어 또는 나노피라미드의 배열을 제조하기 위해서, 발명자들은 상기 기판상에 마스크의 사용을 구상한다. 상기 마스크에는 규칙적인 정공이 제공될 수 있으며, 여기에서 나노와이어 또는 나노피라미드는 상기 기판 전역에 걸쳐 규칙적인 배열로 균일한 크기로 성장할 수 있다. 상기 마스크 중의 정공 패턴은 통상적인 광/e-빔 리소그래피 또는 나노임프린팅을 사용하여 쉽게 제작될 수 있다. 집속 이온 빔 기술을 또한 상기 나노와이어 또는 나노피라미드 성장을 위한 그라파이트 표면상의 핵행성 부위의 규칙적인 배열을 생성시키기 위해 사용할 수 있다.
따라서 마스크를 상기 기판에 적용하고 에칭시킬 수 있으며 이때 정공이 임의로 규칙적인 패턴으로 상기 기판 표면을 노출시킨다. 더욱이, 상기 정공의 크기 및 피치를 조심스럽게 조절할 수 있다. 상기 정공을 규칙적으로 배열함으로써, 규칙적인 패턴의 나노와이어 또는 나노피라미드를 성장시킬 수 있다.
더욱이, 상기 정공의 크기를, 각 정공 중에 단지 하나의 나노와이어 또는 나노피라미드가 성장할 수 있도록 조절할 수 있다. 최종적으로, 상기 정공은 상기 정공이 나노와이어 또는 나노피라미드 성장을 허용하기에 충분히 큰 크기로 제조될 수 있다. 이렇게 하여, 규칙적인 배열의 나노와이어 또는 나노피라미드를 성장시킬 수 있다.
상기 정공의 크기를 변화시킴으로써, 상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 크기를 조절할 수 있다. 상기 정공의 피치를 변화시킴으로써, 상기 나노와이어 또는 나노피라미드로부터의 빛의 광 추출을 최적화할 수 있다.
상기 마스크 물질은 침착시 하부의 기판을 손상시키지 않는 임의의 물질일 수 있다. 상기 마스크는 또한 방출광(LED) 및 유입광(광검출기)에 투명해야 한다. 최소의 구멍 크기는 50 ㎚, 바람직하게는 적어도 100 내지 200 ㎚일 수 있다. 상기 마스크의 두께는 10 내지 100 ㎚, 예를 들어 10 내지 40 ㎚일 수 있다.
상기 마스크 자체는 불활성 화합물, 예를 들어 규소 다이옥사이드 또는 규소 나이트라이드로 제조될 수 있다. 특히, 정공-패턴화된 마스크는 예를 들어 e-빔 증발, CVD, PE-CVD, 스퍼터링, 또는 ALD에 의해 침착된, 하나 이상의 절연 물질, 예를 들어 SiO2, Si3N4, HfO2, TiO2 또는 Al2O3를 포함한다. 따라서 상기 마스크를 임의의 편리한 기법들, 예를 들어 전자선 침착, CVD, 플라스마 강화-CVD, 스퍼터링 및 원자층 침착(ALD)에 의해 상기 기판 표면상에 제공할 수 있다.
상기 나노와이어 성장 전에 질화/산화되는 Ti 마스크의 사용이 특히 바람직한데, 상기와 같은 마스크는 균일한 NW의 성장을 허용하는 것으로 밝혀졌기 때문이다(예를 들어 문헌[J. Crystal Growth 311(2009) 2063-68]을 참조하시오).
상기 선택 영역 성장 방법은 소정의 위치에서 균일한 길이 및 직경의 나노와이어 또는 나노피라미드를 제공한다. 상기 나노와이어 또는 나노피라미드를 또한 나노-정공 패턴을 갖는 마스크 없이 성장시킬 수 있다. 상기와 같은 경우에, 상기 나노와이어 또는 나노피라미드는 불균일한 크기(길이 및 직경)를 가질 것이며, 랜덤한 위치에 배치될 것이다. 이들 방법은 다른 유형의 III-V 나노와이어 또는 나노피라미드, 예를 들어 GaAs의 성장에 사용되는 촉매-보조 성장 방법과 상이하다.
하나의 실시태양에서, 본 발명의 나노와이어 또는 나노피라미드의 성장에 마스크를 사용하지 않는 것이 바람직하다. 더욱이, 본 발명자들은 나노와이어 밀도가 마스크의 부재하에서 최대화될 수 있음을 발견하였다. 제곱 마이크로미터당 적어도 20 나노와이어의 나노와이어 밀도, 예를 들어 제곱 마이크로미터당 적어도 25 나노와이어가 가능하다. 상기 매우 높은 나노와이어 밀도는 특히 GaN 또는 AlGaN 나노와이어와 관련된다.
상기 나노와이어 또는 나노피라미드 성장을 위해서, 상기 그라파이트 기판 온도를 문제의 상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 성장에 적합한 온도로 설정할 수 있다. 상기 성장 온도는 300 내지 1000 ℃의 범위일 수 있다. 상기 사용되는 온도는 그러나 상기 나노와이어 또는 나노피라미드 중의 물질의 성질 및 성장 방법에 특유하다. MBE에 의해 성장된 GaN의 경우, 바람직한 온도는 700 내지 950 ℃, 예를 들어 750 내지 900 ℃, 예를 들어 760 ℃이다. AlGaN의 경우, 상기 범위는 약간 더 높다, 예를 들어 780 내지 980 ℃, 예를 들어 830 내지 950 ℃, 예를 들어 840 ℃이다.
따라서, 상기 나노와이어 또는 나노피라미드는 상기 나노와이어 또는 나노피라미드내에 상이한 III-V족 반도체, 예를 들어 GaN 스템으로 출발한 다음 AlGaN 성분 또는 AlGaInN 성분 등을 포함할 수 있음을 알 것이다.
MBE에서 나노와이어 또는 나노피라미드 성장을 Ga 분출 셀, 질소 플라스마 셀, 및 도판트 셀의 셔터를 동시에 개방하여, 도핑된 GaN 나노와이어 또는 나노피라미드(이에 의해 스템으로서 지칭됨)의 성장을 개시시킴으로써 개시시킬 수 있다. 상기 GaN 스템의 길이를 10 ㎚ 내지 수백 나노미터로 유지시킬 수 있다. 후속으로, 필요한 경우 상기 기판 온도를 증가시키고, 상기 Al 셔터를 개방하여 AlGaN 나노와이어 또는 나노피라미드의 성장을 개시시킬 수 있다. 상기 GaN 스템의 성장 없이 그라파이트층상에서 AlGaN 나노와이어 또는 나노피라미드의 성장을 개시시킬 수 있다. n- 및 p-형 도핑된 나노와이어 또는 나노피라미드를 상기 나노와이어 또는 나노피라미드 성장 중에 n-형 도판트 셀 및 p-형 도판트 셀의 셔터를 각각 개방시킴으로써 수득할 수 있다. 예를 들어: 나노와이어 또는 나노피라미드의 n-형 도핑의 경우 Si 도판트 셀, 및 나노와이어 또는 나노피라미드의 p-형 도핑의 경우 Mg 도판트 셀.
상기 분출 셀의 온도를 사용하여 성장속도를 조절할 수 있다. 통상적인 평면(층상 조립법) 성장 동안 측정되는 바와 같은 편리한 성장속도는 시간당 0.05 내지 2 ㎛, 예를 들어 시간당 0.1 ㎛이다. Al/Ga의 비를, 상기 분출 셀의 온도를 변화시킴으로써 변화시킬 수 있다.
상기 분자선의 압력을 또한 상기 성장하는 나노와이어 또는 나노피라미드의 성질에 따라 조절할 수 있다. 빔 등가 압력에 적합한 수준은 1x10-7 내지 1x10-4 토르이다.
반응물들(예를 들어 III족 원자 및 V족 분자)간의 빔 플럭스비는 변할 수 있으며, 바람직한 플럭스비는 다른 성장 매개변수 및 성장하는 나노와이어 또는 나노피라미드의 성질에 따라 변한다. 나이트라이드의 경우에, 나노와이어 또는 나노피라미드는 항상 질소 풍부 조건하에서 성장한다.
본 발명의 나노와이어 또는 나노피라미드는 바람직하게는 n-p 또는 n-i-p Al(In)GaN 또는 AlGaN 나노와이어 또는 나노피라미드를 포함한다. 활성층(i-영역)은 Alx1Gay1N/Alx2Gay2N (x1 > x2 및 x1+y1 = x2+y2 =1) 다중 양자 웰 또는 초격자 구조로 이루어질 수 있다. 상기 p-영역은 소수의 운반체(전자)가 상기 p-영역내로 넘치는 것을 방지하기 위해서 전자 차단층(단일 또는 다중 양자 장벽층)을 포함할 수 있다.
따라서, 상기 나노와이어 또는 나노피라미드에 다중 양자 웰을 제공하는 것은 바람직한 실시태양이다. 따라서 상기 나노와이어 또는 나노피라미드에 전자 차단층을 제공하는 것은 바람직한 실시태양이다. 이상적으로, 상기 나노와이어 또는 나노피라미드에 전자 차단층 및 다중 양자 웰을 모두 제공한다.
따라서, 본 발명의 하나의 실시태양은 예를 들어 상기 나노와이어 또는 나노피라미드 핵형성 및 나노와이어 또는 나노피라미드 성장을 별도로 최적화시키기 위해 다단계, 예를 들어 2 단계의 성장 과정을 사용하는 것이다.
MBE의 현저한 이점은 상기 성장하는 나노와이어 또는 나노피라미드를 예를 들어 반사 고-에너지 전자 회절(RHEED)을 사용함으로써 동일 반응계에서 분석할 수 있다는 것이다. RHEED는 결정성 물질의 표면을 특성화하는데 전형적으로 사용되는 기법이다. 상기 기법은 나노와이어 또는 나노피라미드가 MOVPE와 같은 다른 기법에 의해 형성되는 경우 그다지 쉽게 적용될 수는 없다.
MOVPE의 현저한 이점은 상기 나노와이어 또는 나노피라미드를 훨씬 더 빠른 성장속도로 성장시킬 수 있다는 것이다. 상기 방법은 방사상 이종구조 나노와이어 또는 나노피라미드 및 마이크로와이어, 예를 들어 고유의 AlN/Al(In)GaN 다중 양자 웰(MQW), AlGaN 전자 차단층(EBL), 및 p-형 도핑된 (Al)GaN 쉘로 이루어지는 쉘을 갖는 n-형 도핑된 GaN 코어의 성장에 유리하다. 상기 방법은 또한 예를 들어 보다 낮은 V/III 몰비 및 보다 높은 기판 온도에 대해서 변형된 성장 매개변수를 갖는 연속적인 성장 모드 또는 펄스화된 성장 기법과 같은 기법을 사용하여 축방향 이종구조 나노와이어 또는 나노피라미드의 성장을 허용한다.
보다 상세하게, 상기 반응기를 샘플 배치 후 흡기하고 N2로 퍼징시켜 상기 반응기 중의 산소 및 물을 제거해야 한다. 이는 상기 성장 온도에서 그래핀에 대한 임의의 손상을 피하고 산소 및 물과 상기 전구체와의 불필요한 반응을 피하기 위한 것이다. 전체 압력을 50 내지 400 토르로 설정한다. 상기 반응기를 N2로 퍼징시킨 후에, 상기 기판을 약 1200 ℃의 기판 온도에서 H2 분위기하에 열 세척한다. 이어서 상기 기판 온도를 문제의 나노와이어 또는 나노피라미드의 성장에 적합한 온도로 설정할 수 있다. 상기 성장 온도는 700 내지 1200 ℃의 범위일 수 있다. 그러나, 상기 사용된 온도는 상기 나노와이어 또는 나노피라미드 중의 물질의 성질에 특유하다. GaN의 경우, 바람직한 온도는 800 내지 1150 ℃, 예를 들어 900 내지 1100 ℃, 예를 들어 1100 ℃이다. AlGaN의 경우 상기 범위는 약간 더 높다, 예를 들어 900 내지 1250 ℃, 예를 들어 1050 내지 1250 ℃, 예를 들어 1250 ℃이다.
상기 유기금속 전구체는 Ga의 경우 트라이메틸갈륨(TMGa) 또는 트라이에틸갈륨(TEGa), Al의 경우 트라이메틸알루미늄(TMAl) 또는 트라이에틸알루미늄(TEAl), 및 In의 경우 트라이메틸인듐(TMIn) 또는 트라이에틸인듐(TEIn)일 수 있다. 도판트용 전구체는 규소의 경우 SiH4 및 Mg의 경우 비스(사이클로펜타다이에닐)마그네슘(Cp2Mg) 또는 비스(메틸사이클로펜타다이에닐)마그네슘((MeCp)2Mg)일 수 있다. TMGa, TMAl 및 TMIn의 유량을 5 내지 100 sccm으로 유지시킬 수 있다. NH3 유량을 5 내지 150 sccm으로 변화시킬 수 있다.
특히, 단순한 증기-고체 성장의 사용이 나노와이어 또는 나노피라미드 성장을 가능하게 할 수 있다. 따라서, MBE와 관련하여, 임의의 촉매 없이 기판에의 반응물, 예를 들어 In 및 N의 단순한 적용으로 나노와이어 또는 나노피라미드를 형성시킬 수 있다. 따라서 이는 그라파이트 기판상에 상술한 원소들로부터 형성된 반도체 나노와이어 또는 나노피라미드의 직접적인 성장을 제공하는 본 발명의 추가의 태양을 형성한다. 따라서 직접적인이란 용어는 성장을 가능하게 하는 촉매의 부재를 의미한다.
또 다른 태양에 비추어 본 발명은 바람직하게는 그라파이트 기판상의 정공-패턴화된 마스크의 정공을 통해, 상기 그라파이트 기판상에서 에피택셜하게 성장된 다수의 III-V족 나노와이어 또는 나노피라미드를 포함하는 조성물을 제공하며, 상기 나노와이어 또는 나노피라미드는 다중 양자 웰로서 작용하는 고유 영역에 의해 분리된 n-형 도핑된 영역 및 p-형 도핑된 영역(상기 p-형 도핑된 영역은 전자 차단층을 포함한다)을 포함한다.
상기 영역들을 나노와이어 또는 나노피라미드를 생성시키기 위해 상기 나노와이어 또는 나노피라미드 내부의 층 또는 코어상의 쉘에 의해 나타낼 수 있다. 따라서, 본 발명은 고유의 다중 양자 웰을 포함하는 쉘을 갖는 n-형 도핑된 코어, 전자 차단 쉘(EBL), 및 p-형 도핑된 쉘을 상기 순서대로 포함하는 그라파이트 기판상에서 에피택셜하게 성장된 다수의 방사상 III-V족 나노와이어 또는 나노피라미드를 추가로 제공한다. 상기 n-형 도핑된 영역은 소수의 전하 운반체(정공)가 상기 n-형 도핑된 영역내로 넘치는 것을 방지하기 위해서 정공 차단층(단일 또는 다중 양자 장벽층)을 포함할 수 있다.
상부 접촉
본 발명의 장치를 생성시키기 위해서, 상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 상부는 상부 전극, 및 LED 실시태양의 경우 바람직하게는 반사층을 포함할 필요가 있다. 일부 실시태양에서, 이들 층은 동일한 것일 수 있다.
하나의 바람직한 실시태양에서, 상부 접촉은 또 다른 그라파이트층을 사용하여 형성된다. 본 발명은 상기 형성된 나노와이어 또는 나노피라미드의 상부에 그라파이트층을 놓아 상부 접촉을 생성시킴을 수반한다. 상기 그라파이트 상부 접촉층은 상기 기판층과 실질적으로 평행한 것이 바람직하다. 상기 그라파이트층의 면적이 상기 기판의 면적과 동일할 필요는 없음을 또한 알 것이다. 기판과 나노와이어 또는 나노피라미드의 배열과의 상부 접촉을 형성하기 위해서 다수의 그라파이트층이 요구될 수도 있다.
상기 사용된 그라파이트층은 상기에 기판과 관련하여 상세히 기재된 바와 동일할 수 있다. 상기 상부 접촉은 그라파이트이며, 보다 특히 그래핀이다. 상기 그래핀 상부 접촉은 10층 이하, 바람직하게는 5층 이하(이를 소수-층 그래핀이라 칭한다)의 그래핀 또는 그의 유도체를 함유해야 한다. 특히 바람직하게, 상기 기판은 그래핀의 1-원자-두께 평면 시트이다.
그라파이트의 결정성 또는 "박편" 형태는 함께 적층된(즉 10개 시트 초과) 다수의 그래핀 시트로 이루어진다. 상기 상부 접촉은 20 ㎚ 이하의 두께인 것이 바람직하다. 훨씬 더 바람직하게, 상기 그라파이트 상부 접촉은 5 ㎚ 이하의 두께일 수 있다.
그래핀을 반도체 나노와이어 또는 나노피라미드에 직접 접촉시키는 경우, 상기 그래핀은 대개 접촉 접합에 장벽을 생성시킴으로써 전류 흐름을 방해하는 쇼트키 접촉을 형성한다. 상기 문제로 인해, 반도체상에 침착된 그래핀에 대한 연구는 주로 그래핀/반도체 쇼트키 접합의 사용으로 국한되었다.
상기 형성된 나노와이어 또는 나노피라미드에의 상기 상부 접촉의 적용은 임의의 편리한 방법에 의해 성취될 수 있다. 앞서 그라파이트층의 기판 운반체로의 이동에 대해 언급한 바와 유사한 방법을 사용할 수 있다. 키시 그라파이트, 고도로 정렬된 열분해 그라파이트(HOPG) 또는 CVD로부터 상기 그라파이트층을 기계적 또는 화학적 방법에 의해 박리시킬 수 있다. 이어서 이들을 에칭 용액, 예를 들어 HF 또는 산 용액으로 옮겨 Cu(Ni, Pt 등)(특히 CVD 성장된 그라파이트층의 경우) 및 상기 박리 공정으로부터의 임의의 오염물질을 제거할 수 있다. 상기 에칭 용액을 다른 용액, 예를 들어 탈이온수로 추가로 교환하여 상기 그라파이트층을 세척할 수 있다. 이어서 상기 그라파이트층을 상부 접촉으로서 상기 형성된 나노와이어 또는 나노피라미드상으로 쉽게 이동시킬 수 있다. 다시 e-빔 레지스트 또는 포토레지스트를 사용하여 상기 박리 및 이동 공정 동안 상기 얇은 그라파이트층을 지지할 수 있으며, 이들은 침착후 쉽게 제거될 수 있다.
상기 그라파이트층을 에칭 및 세정후, 상기 나노와이어 또는 나노피라미드 배열의 상부로 이동시키기 전에 완전히 건조시키는 것이 바람직하다. 그라파이트층과 나노와이어 또는 나노피라미드간의 접촉을 증대시키기 위해서 순한 압력 및 열을 상기 "건조" 이동 동안 적용시킬 수 있다.
한편으로, 상기 그라파이트층을 용액(예를 들어 탈이온수)과 함께, 상기 나노와이어 또는 나노피라미드 배열의 상부상에 이동시킬 수 있다. 상기 용액이 건조됨에 따라, 상기 그라파이트층은 자연적으로 하부의 나노와이어 또는 나노피라미드와 밀접한 접촉을 형성한다. 이러한 "습식" 이동 방법에서, 상기 건조 공정 중 상기 용액의 표면 장력은 상기 나노와이어 또는 나노피라미드 배열을 구부리거나 녹아웃시킬 수도 있다. 이를 방지하기 위해서, 상기 습식 방법이 사용되는 경우, 보다 강건한 나노와이어 또는 나노피라미드를 사용하는 것이 바람직하다. >80 ㎚의 직경을 갖는 나노와이어 또는 나노피라미드가 적합할 수 있다. 한편으로, 수직 나노와이어 또는 나노피라미드 구조를 지지하는 정공 패턴화된 기판을 사용할 수 있다. 또한 상기 건조 공정 동안 표면 장력에 의해 야기되는 임의의 손상을 피하기 위해서 임계-점 건조 기법을 사용할 수도 있다. 이를 방지하기 위한 또 다른 방법은 나노와이어 또는 나노피라미드간의 보결 물질로서 지지 및 전기절연 물질을 사용하는 것이다. 상기 보결 물질은 상기 방출된 빛에 투명할 필요가 있다. 우리는 하기에 충전제의 용도를 논의한다.
나노와이어 또는 나노피라미드 배열상에 수적이 존재하고 이를 제거하기 위한 시도가 예를 들어 질소 블로우를 수반하는 경우, 상기 물방울은 증발에 의해 보다 작아질 것이나, 상기 방울은 항상 표면 장력으로 인해 구형 형태를 유지하고자 할 것이다. 이는 상기 수적 둘레 또는 내부의 나노구조를 손상시키거나 파괴할 수 있다.
임계점 건조는 이 문제를 우회한다. 온도 및 압력을 증가시킴으로써, 액체와 기체 사이의 상 경계를 제거하고 물을 쉽게 제거할 수 있다.
또한 상기 그라파이트 상부 접촉의 도핑을 이용할 수 있다. 상기 그라파이트 상부 접촉의 주요 운반체를 도핑에 의해 정공 또는 전자로서 조절할 수 있다. 상기 그라파이트 상부 접촉 및 반전도성 나노와이어 또는 나노피라미드에 동일한 도핑 유형을 갖는 것이 바람직하다.
따라서, 상부 그라파이트층 및 기판을 모두 도핑시킬 수 있음을 알 것이다. 일부 실시태양에서, 상기 기판 및/또는 그라파이트층을 유기 또는 무기 분자, 예를 들어 금속 클로라이드(FeCl3, AuCl3 또는 GaCl3), NO2, HNO3, 방향족 분자 또는 화학 용액, 예를 들어 암모니아의 흡착을 수반하는 화학적 방법에 의해 도핑시킨다.
기판 및/또는 그라파이트층의 표면을 또한 그의 성장 동안 치환성 도핑 방법에 의해 B, N, S 또는 Si와 같은 도판트의 혼입으로 도핑시킬 수 있다.
반사층 /전극
상기 장치에는 2개의 전극이 제공된다. 제1 전극은 상기 그래핀 기판과 접촉하여 배치된다. 상기 전극은 금속 원소, 예를 들어 Ni, Au, Ti 또는 Al 또는 이들의 혼합물 또는 이들의 스택, 예를 들어 스택 Ti/Al/Ni/Au를 기본으로 할 수 있다. Pd, Cu 또는 Ag를 또한 사용할 수도 있다. 종종 상기 제1 전극은 n 전극일 것이다. 상기 전극은 상기 그라파이트 기판의 표면, 바람직하게는 상기 성장된 나노와이어 또는 나노피라미드와 동일한 표면상에 있을 수 있다.
제2 전극은 상기 성장된 나노와이어 또는 나노피라미드의 상부상에 상부 접촉으로서 배치된다. 상기 전극은 종종 p 전극일 것이다. 상기 전극은 상기 나노와이어 또는 나노피라미드와 양호한 옴 접촉을 형성하는 것이 바람직하다. 적합한 전극 물질은 Ni, Ag, Pd 및 Cu를 포함한다. 특히, Ni/Au 스택을 사용할 수 있다. 상기 전극은 또한 열 싱크로서 작용할 수 있다. 하기에 더욱 상세히 논의되는 바와 같이, 본 발명의 LED 장치는 바람직하게는 플립 칩의 형태이다. 따라서 상부 접촉 전극은 상기 플립 칩 조립체의 기부에 위치한다. 따라서 상기 전극은 빛을 반사하거나 상기 전극에 광 반사층이 제공되는 것이 바람직하다. 상기 광 반사층은 이상적으로는 금속성이다. 상기 광-반사 접촉층은 다수의 방식으로 형성될 수 있지만, PVD(물리적 증착) 방법 및 주지된 마스크 기법의 사용이 바람직한 방법이다. 상기 반사기는 바람직하게는 알루미늄 또는 은으로 제조되나, 다른 금속 또는 금속 합금을 또한 사용할 수도 있다. 상기 광-반사층의 목적은 빛이 바람직한 방향 이외의 방향으로 상기 구조를 떠나는 것을 방지하고 상기 방출된 빛을 하나의 단일 방향으로 집중시키는 것이다. 추가로, 상기 광-반사층은 상기 나노와이어 또는 나노피라미드에 대한 상부 접촉 전극으로서 기능할 수 있다. LED에 의해 방출된 빛은 상기 반사층과 반대 방향으로, 즉 상기 플립-칩의 상부 밖으로 채널링된다. 그래핀 상부 접촉층이 존재하는 경우, 광 반사층이 바람직하게는 추가로 존재한다.
상기 반사층은 빛을 반사시킬 필요가 있으며 또한 열 싱크로서 작용할 수 있다. 적합한 두께는 20 내지 400 ㎚, 예를 들어 50 내지 200 ㎚이다.
상기 광검출기 실시태양에서, 반사층을 사용할 필요는 없으나, 상기와 같은 층은, 아마도 상기 나노와이어 또는 나노피라미드상으로 유입되는 빛을 반사하여 광검출을 증대시키기 위해 사용될 수 있다.
충전제
충전제가 예를 들어 UV 광에 투명한 한 플립 칩 조립체를 둘러싸기 위해 상기 충전제를 사용하는 것은 본 발명의 범위내에 있다. 충전제는 나노와이어 또는 나노피라미드 사이 및/또는 전체로서 상기 조립체 둘레의 공간에 존재할 수 있다. 상이한 충전제들을 전체로서 상기 조립체 중에서보다는 상기 나노와이어 또는 나노피라미드 사이의 공간에 사용할 수도 있다.
응용
본 발명은 LED, 특히 UV LED 및 특히 UV-A, UV-B 또는 UV-C LED에 관한 것이다. 상기 LED는 바람직하게는 소위 "플립 칩"으로서 설계되며, 여기에서 상기 칩은 통상적인 장치에 비해 거꾸로 된다.
상기 전체 LED 배열에는 평균 직렬 저항을 감소시키기 위해 분배되고 분리된 플립-칩 결합용 접촉 패드가 제공될 수 있다. 상기와 같은 나노구조 LED를 상기 나노와이어 또는 나노피라미드 LED 칩상의 p-접촉 패드 및 n-접촉 패드의 위치에 상응하는 접촉 패드를 갖는 운반체상에 놓고 납땜, 초음파 용접, 결합을 사용하거나 전기 전도성 접착제를 사용하여 부착시킬 수 있다. 상기 운반체상의 접촉 패드를 LED 패키지의 적합한 전원 공급 도선에 전기적으로 접속시킬 수 있다.
나노와이어-기재 LED 장치를 그대로 대개는 기계적 지지체 및 전기 접속을 제공하는 운반체상에 장착시킨다. 개선된 효율을 갖는 LED를 구성하기 위한 한 가지 바람직한 방법은 플립-칩 장치를 제조하는 것이다. 높은 반사율을 갖는 광 반사층을 상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 상부상에 형성시킨다. 초기 지지체를 상기 공정의 일부로서 제거하여 기판층을 남겨, 상기 빛이 상기 나노와이어 또는 나노피라미드에 대한 베이스를 형성한 상기 기판층을 통해 방출되게 할 수 있다. 상기 지지체가 투명한 경우 물론 이를 제거할 필요는 없다. 상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 상부를 향해 방출된 빛은 상기 빛이 상기 반사층과 만나는 경우 반사되어, 상기 구조를 떠나는 빛의 명백하게 우세한 방향을 생성시킨다. 상기 구조를 생성시키는 이러한 방법은 상기 방출된 빛의 훨씬 더 큰 분획을 목적하는 방향으로 유도하여 LED의 효율이 증가되게 한다. 따라서 본 발명은 가시 LED 및 UV LED의 제조를 가능하게 한다.
본 발명은 또한 광검출기에 관한 것이며 여기에서 상기 장치는 빛을 흡수하고 광전류를 발생시킨다. 상기 광 반사층은 증대된 광 검출을 위해 상기 장치에 들어가는 빛을 다시 상기 나노와이어 또는 나노피라미드상으로 반사시킬 수 있다.
이제 본 발명을 하기 비제한적인 실시예 및 도면과 관련하여 추가로 논의할 것이다.
도 1은 가능한 플립 칩 설계를 도시한다. 따라서 사용시, 빛은 상기 장치의 상부를 관통하여 방출된다(hu 표시됨). 지지체(1)는 바람직하게는 융합된 실리카(최선의 옵션), 석영, 규소 카바이드, 사파이어 또는 AlN으로부터 형성된다. 다른 투명한 지지체의 사용이 또한 가능하다. 상기 융합된 실리카 또는 석영의 사용이 바람직하다. 사용시, 상기 지지체(존재하는 경우)는 상기 장치에서 가장 위쪽에 위치하며 따라서 상기 지지체가 상기 방출된 빛에 투명하고 따라서 빛이 상기 장치 밖으로 나가는 것을 허용하는 것이 중요하다.
층(2)(바람직한 옵션층이다)는 그래핀의 시트 저항을 감소시키기 위해 상기 지지체와 그래핀층(3) 사이에 위치한다. 층(2)에 적합한 물질은 불활성 나이트라이드, 예를 들어 hBN 또는 금속 나노와이어 네트워크, 예를 들어 Ag 나노와이어 네트워크 또는 금속 그리드를 포함한다.
층(3)은 하나의 원자층 두께일 수 있는 그래핀층 또는 보다 두꺼운 그래핀층, 예를 들어 20 ㎚ 이하의 두께인 층이다.
나노와이어(4)는 기판층(3)으로부터 에피택셜하게 성장된다. 이상적으로, 상기 나노와이어는 Al(In)GaN, AlN 또는 GaN으로부터 형성되며 도핑되어 n-i-p 또는 n-p 접합을 생성시킨다.
충전제(5)는 성장된 나노와이어들 사이에 위치될 수 있다. 상부 전극/광 반사층(6)은 나노와이어(4)의 상부상에 위치한다. 상기 광 반사층에는 또한 Ni 또는 Au를 포함하는 p-전극이 제공될 수 있다. 사용시, 상기 층은 상기 빛이 상기 반사층에 대향된 상기 장치의 상부를 관통하여 방출되도록 상기 장치에 의해 방출되는 임의의 빛을 반사시킨다. 상기 장치는 통상적인 LED에 비해 거꾸로 되어있기 때문에 소위 플립 칩 배열이다.
전극(10)은 상기 그래핀층(3)상에 위치한다. 상기 전극은 Ti, Al, Ni 또는/및 Au를 포함할 수도 있다. 상기 그래핀층에는 상기 그래핀상의 한정된 위치에서 상기 나노와이어의 성장이 허용되도록 마스크(7)가 제공될 수 있다.
상기 전체 장치를 납땜층(9)을 통해 서브마운트(8)상의 전도성 트랙/패드(13)에 납땜시킨다.
순방향 전류가 상기 장치를 관통하는 경우, 물체의 조성에 따라 가시광 또는 UV광이 상기 나노와이어에서 발생되며 가능하게는 상기 반사층이 상기 장치의 상부 밖으로 반사된 후 방출된다.
역방향 전류가 상기 장치를 관통하고 상기 장치가 가시광 또는 UV광에 노출될 때, 상기 나노와이어는 물체의 조성에 따라 상기 가시광 또는 UV광을 흡수하고, 이를 전류로 전환시켜 광검출기로서 작용한다.
도 2는 본 발명의 잠재적인 나노와이어를 도시한다. 상기 나노와이어에는 성장 단계 동안 공급되는 원소들의 변화에 의해 축방향으로 상이한 성분들이 제공된다. 처음에, n-형 도핑된 GaN 물질이 침착되고, 이어서 n-AlN 또는 n-(Al)GaN이 침착된다. 도시된 바와 같이 상기 나노와이어의 중심 섹션에는 (In)(Al)GaN으로부터 형성된 일련의 다중 양자 웰이 있다. 이어서 AlGaN 또는 (Al)GaN을 기본으로 하는 p-도핑된 영역, 및 p-Al(Ga)N을 기본으로 하는 전자 차단층 및 최종적으로 p-GaN층이 있다.
도 3은 상기 나노와이어가 방사상으로 성장되어 코어 쉘 구조를 생성시키는 또 다른 칩 설계를 도시한다. 따라서 사용시, 빛은 상기 장치의 상부를 관통하여 방출된다(hu 표시됨). 지지체(1)는 바람직하게는 융합된 실리카 또는 석영으로부터 형성된다. 사용시, 상기 지지체(존재하는 경우)는 상기 장치에서 가장 위쪽에 위치하며 따라서 상기 지지체가 상기 방출된 빛에 투명하고 따라서 빛이 상기 장치 밖으로 나가는 것을 허용하는 것이 중요하다.
층(2)(바람직한 중간층이다)는 그래핀의 시트 저항을 감소시키기 위해 상기 지지체와 그래핀층(3) 사이에 위치한다. 층(2)에 적합한 물질은 불활성 나이트라이드, 예를 들어 hBN 또는 금속 나노와이어 네트워크, 예를 들어 은 나노와이어 네트워크 또는 금속 그리드를 포함한다.
층(3)은 하나의 원자층 두께일 수 있는 그래핀층 또는 보다 두꺼운 그래핀층, 예를 들어 20 ㎚ 이하의 두께인 층이다.
나노와이어(4)는 층(3)으로부터 에피택셜하게 성장된다. 이상적으로, 상기 나노와이어는 Al(In)GaN, AlN 또는 GaN으로부터 형성되며 도핑되어 n-i-p 또는 n-p 접합을 생성시킨다. 상기 그래핀에는 마스크층(7)이 제공될 수 있다.
충전제(5)는 성장된 나노와이어들 사이에 위치될 수 있다. 상부 전극/광 반사층(6)은 나노와이어(4)의 상부상에 위치한다. 상기 광 반사층에는 또한 Ni 또는/및 Au를 포함하는 p-전극이 제공되거나 그 자체가 전극일 수 있다. 사용시, 상기 층은 상기 빛이 상기 반사층에 대향된 상기 장치의 상부를 관통하여 방출되도록 상기 장치에 의해 방출되는 임의의 빛을 반사시킨다. 상기 장치는 통상적인 LED에 비해 거꾸로 되어있기 때문에 소위 플립 칩 배열이다.
전극(10)은 상기 그래핀층(3)상에 위치한다. 순방향 전류가 상기 장치를 관통하는 경우, 물체의 조성에 따라 가시광 또는 UV광이 상기 나노와이어에서 발생되며 가능하게는 상기 반사층이 상기 장치의 상부 밖으로 반사된 후 방출된다.
상기 전체 장치를 납땜층(9)을 통해 서브마운트(8)상의 전도성 트랙/패드(13)에 납땜시킨다.
역방향 전류가 상기 장치를 관통하고 상기 장치가 가시광 또는 UV광에 노출될 때, 상기 나노와이어는 물체의 조성에 따라 상기 가시광 또는 UV광을 흡수하고, 이를 전류로 전환시켜 광검출기로서 작용한다.
도 4는 방사상으로 성장되지만 쉘 배열에서 도 2의 경우와 동일한 성분을 갖는 나노와이어를 도시한다. 상기 나노와이어에는 성장 단계 동안 공급되는 원소들의 변화에 의해 방사상 방향으로 상이한 성분들이 제공된다. 처음에, n-도핑된 GaN 물질이 침착되고, 이어서 n-AlN 또는 n-(Al)GaN이 침착된다. 도시된 바와 같이 상기 나노와이어의 중심 쉘에는 (In)(Al)GaN으로부터 형성된 일련의 다중 양자 웰이 있다. 이어서 Al(Ga)N을 기본으로 하는 p-도핑된 영역, 및 p-Al(Ga)N을 기본으로 하는 전자 차단 쉘 및 최종적으로 p-GaN 쉘이 있다.
도 5는 광검출기를 도시한다. 따라서 사용시, 빛은 상기 장치의 상부를 관통하여 수용된다. 지지체(1)는 바람직하게는 융합된 실리카, 석영, 규소 카바이드 또는 AlN으로부터 형성된다. 융합된 실리카 또는 석영의 사용이 바람직하다. 사용시, 상기 지지체(여전히 존재하는 경우)는 상기 장치에서 가장 위쪽에 위치하며 따라서 상기 지지체가 상기 수용된 빛에 투명하고 따라서 상기 장치내로 빛을 허용하는 것이 중요하다.
층(2)(바람직한 옵션층이다)는 그래핀의 시트 저항을 감소시키기 위해 상기 지지체와 그래핀층(3) 사이에 위치한다. 층(2)에 적합한 물질은 불활성 나이트라이드, 예를 들어 hBN 또는 금속 나노와이어 네트워크, 예를 들어 Ag 나노와이어 네트워크 또는 금속 그리드를 포함한다.
층(3)은 하나의 원자층 두께일 수 있는 그래핀층 또는 보다 두꺼운 그래핀층, 예를 들어 20 ㎚ 이하의 두께인 층이다.
나노와이어(4)는 기판층(3)으로부터 에피택셜하게 성장된다. 이상적으로, 상기 나노와이어는 Al(In)GaN, AlN 또는 GaN으로부터 형성되며 도핑되어 n-i-p 또는 n-p 접합을 생성시킨다.
충전제(5)는 성장된 나노와이어들 사이에 위치될 수 있다. 상부 전극층(11)은 나노와이어(4)의 상부상에 위치한다. 상기 전극은 이상적으로는 Ni 또는 Au를 포함하는 p-전극이다.
전극(10)은 상기 그래핀층(3)상에 위치한다. 그래핀층에는 상기 그래핀상의 한정된 위치에서 상기 나노와이어의 성장을 허용하도록 마스크(7)가 제공될 수 있다.
상기 전체 장치를 납땜층(9)을 통해 서브마운트(8)상의 전도성 트랙/패드(13)에 납땜시킨다.
역방향 전류가 상기 장치를 관통하고 상기 장치가 가시광 또는 UV광에 노출될 때, 상기 나노와이어는 물체의 조성에 따라 상기 가시광 또는 UV광을 흡수하고, 이를 전류로 전환시켜 광검출기로서 작용한다.
도 6: (a) 그라파이트 박편상에서 나노와이어의 성장 및 상기 나노와이어에 대한 상부 및 기부 접촉을 도시하는 개략도. MBE에 의해 다-층 그래핀 박편상에서 선택적으로 성장된 GaN 나노와이어의 기울어진 시야의 SEM 상 (b) 및 고분해능 SEM 상 (c).
상기 그라파이트 박편(3)(또는 그래핀)은 융합된 실리카 기판(1)과 같은 지지체 기판상으로 이동된다. 마스크 물질(7), 예를 들어 Al2O3 및 SiO2가 상기 그라파이트 박편상에 침착된다. 직경 10 ㎛의 큰 정공을, 상기 그라파이트 표면이 상기 정공 중에서 노출되도록 포토리소그래피를 사용하여 상기 마스크 물질 중에서 에칭시킨다. 상기 샘플을 상기 나노와이어 성장을 위해 MBE 챔버내로 이동시킨다. 상기 기판을 성장 온도로 가열하고 Al 및 AlN으로 이루어지는 핵형성층을 상기 기판상에 침착시킨 다음, 상기 (Al)GaN 나노와이어/나노피라미드 성장을 개시시킨다.
도 7: MBE에 의해 다-층 그래핀 박편상에서 성장된 GaN 나노와이어 (a)의 기울어진 시야의 SEM 상. (b) MBE에 의해 정공 패턴화된 다-층 그래핀 박편상에서 성장된 GaN 나노와이어.
상기 그라파이트 박편(또는 그래핀)은 융합된 실리카 기판과 같은 지지체 기판상으로 이동된다. 마스크 물질, 예를 들어 Al2O3 및 SiO2가 상기 그라파이트 박편상에 침착된다. 직경 1 ㎛의 하나의 큰 정공 및 직경 약 80 ㎚의 다수의 작은 정공들을, 상기 그라파이트 표면이 상기 정공들 중에서 노출되도록 e-빔 리소그래피를 사용하여 상기 마스크 물질 중에서 에칭시킨다. 상기 샘플을 상기 나노와이어 성장을 위해 MBE 챔버내로 이동시킨다. 상기 기판을 성장 온도로 가열하고 Al 및 AlN으로 이루어지는 핵형성층을 상기 기판상에 침착시킨 다음, 상기 (Al)GaN 나노와이어의 성장을 개시시킨다. 도 7은 상기 큰 정공 영역(a) 및 작은 정공 패턴(b)에서 성장된 GaN 나노와이어의 기울어진 시야 SEM 상을 도시한다.
도 8a 및 b는 나노피라미드의 성장을 도시한다. 지지체(1)는 바람직하게는 융합된 실리카(최선의 옵션), 석영, 규소 카바이드, 사파이어 또는 AlN으로부터 형성된다. 다른 투명한 지지체의 사용이 또한 가능하다. 상기 융합된 실리카 또는 석영의 사용이 바람직하다. 사용시, 상기 지지체(여전히 존재하는 경우)는 상기 장치에서 가장 위쪽에 위치하며 따라서 상기 지지체가 상기 방출된 빛에 투명하고 따라서 빛이 상기 장치 밖으로 나가는 것을 허용하는 것이 중요하다.
층(3)은 하나의 원자층 두께일 수 있는 그래핀층 또는 보다 두꺼운 그래핀층, 예를 들어 20 ㎚ 이하의 두께인 층이다.
나노피라미드(40)는 층(3)으로부터 에피택셜하게 성장된다. 이상적으로, 상기 나노피라미드는 Al(In)GaN, AlN 또는 GaN으로부터 형성되며 도핑되어 n-i-p 또는 n-p 접합을 생성시킨다. 코어 쉘 나노피라미드가 상기 성장 기간 동안 공급되는 플럭스의 성질을 변화시킴으로써 성장될 수 있다.
충전제(5)(도시 안 됨)는 성장된 나노피라미드들 사이에 위치될 수 있다. 상부 전극/광 반사층(도시 안 됨)은 나노피라미드의 상부상에 위치될 수 있다. 상기 광 반사층에는 또한 Ni 또는 Au와 같은 전도성 물질을 포함하는 p-전극이 제공될 수 있다. 사용시, 상기 층은 상기 빛이 상기 반사층에 대향된 상기 장치의 상부를 관통하여 방출되도록 상기 장치에 의해 방출되는 임의의 빛을 반사시킨다. 상기 장치는 통상적인 LED에 비해 거꾸로 되어있기 때문에 소위 플립 칩 배열이다.
상기 그래핀층에는 상기 그래핀상의 한정된 위치에서 상기 나노와이어의 성장이 허용되도록 마스크(7)가 제공될 수 있다.
도 9: MOVPE에 의해 패턴화된 단층 또는 이중층 그래핀상에서 성장된 GaN 나노피라미드의 (a) 저배율 및 (b) 고배율의 기울어진 시야의 SEM 상들.
그래핀층을 융합된 실리카 기판과 같은 지지체 기판상으로 이동시킨다. Al2O3 및 SiO2와 같은 마스크 물질을 상기 그래핀상에 침착시킨다. 약 100 ㎚의 직경 및 0.5 내지 5 ㎛ 범위의 피치의 다수의 작은 정공들을 상기 그래핀 표면이 상기 정공들 중에서 노출되도록 e-빔 리소그래피를 사용하여 상기 마스크 물질 중에서 에칭시킨다. 이어서 상기 샘플을 상기 나노피라미드 성장을 위해 MOVPE 반응기로 이동시킨다. 상기 기판을 성장 온도로 가열하고 AlGaN으로 이루어지는 핵형성층을 상기 기판상에 침착시킨 다음, (Al)GaN 나노피라미드를 성장시킨다. 도 9는 그래핀상에서 성장된 패턴화된 GaN 나노피라미드의 기울어진 시야 SEM 상을 도시한다.

Claims (24)

  1. 그라파이트 기판상에서 성장되고 p-n 또는 p-i-n 접합을 갖는 다수의 나노와이어 또는 나노피라미드;
    상기 그라파이트 기판과 전기 접촉하는 제1 전극; 및
    임의로 광 반사층의 형태로 상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 적어도 일부의 상부와 접촉하는 제2 전극
    을 포함하는 발광 다이오드 장치로서,
    상기 나노와이어 또는 나노피라미드가 하나 이상의 III-V족 화합물 반도체를 포함하는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    그라파이트 기판상에서 성장되고 p-n 또는 p-i-n 접합을 갖는 다수의 나노와이어 또는 나노피라미드;
    상기 그라파이트 기판과 전기 접촉하는 제1 전극;
    상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 적어도 일부의 상부와 접촉하거나 상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 적어도 일부의 상부와 전기 접촉하는 제2 전극과 접촉하는, 임의로 상기 제2 전극으로서 작용하는 광 반사층; 및
    상기 광 반사층이 전극으로서 작용하지 않을 때 필수적인, 상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 적어도 일부의 상부와 전기 접촉하는 임의의 제2 전극
    을 포함하며;
    상기 나노와이어 또는 나노피라미드가 하나 이상의 III-V족 화합물 반도체를 포함하고; 사용시 빛이 상기 광 반사층에 실질적으로 반대인 방향으로 장치로부터 방출되는, 장치.
  3. 그라파이트 기판상에서 성장되고 p-n 또는 p-i-n 접합을 갖는 다수의 나노와이어 또는 나노피라미드;
    상기 그라파이트 기판과 전기 접촉하는 제1 전극; 및
    임의로 광 반사층의 형태로 상기 나노와이어 또는 나노피라미드의 적어도 일부의 상부와 접촉하는 제2 전극
    을 포함하는 광검출기 장치로서,
    상기 나노와이어 또는 나노피라미드가 하나 이상의 III-V족 화합물 반도체를 포함하고; 사용시 빛이 상기 장치에서 흡수되는, 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노와이어 또는 나노피라미드가 그라파이트 기판상에서 정공-패턴화된 마스크의 정공을 관통하여 성장되는 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노와이어 또는 나노피라미드가 에피택셜하게 성장되는 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    기판이 그래핀인 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    기판이 두께가 20 ㎚ 이하인 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    기판이 10층 이하의 원자층을 갖는 그래핀인 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    성장된 나노와이어 또는 나노피라미드에 대향된, 그라파이트 기판에 인접한 지지체를 또한 포함하는 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    지지체가, 융합된 실리카 또는 석영인 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    성장된 나노와이어 또는 나노피라미드에 대향된, 그래핀 기판에 인접한 중간층을 또한 포함하는 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    중간층이 hBN, 금속 그리드 또는 Ag 나노와이어 네트워크인 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노와이어 또는 나노피라미드가 GaN, AlGaN, InGaN 또는 AlInGaN을 포함하는 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노와이어 또는 나노피라미드가 다중 양자 웰, 예를 들어 Al(In)GaN MQW를 포함하는 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노와이어 또는 나노피라미드가, 단일 장벽 또는 다중 양자 장벽일 수 있는 전자 차단층을 함유하는 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    UV 스펙트럼에서 방출하거나 흡수하는 장치.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노와이어 내의 p-n 또는 p-i-n 접합이 축방향인 장치.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노와이어 또는 나노피라미드가 Al 또는 고도로 도핑된 InGaN층과 같은 터널 접합을 포함하는 장치.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노와이어 또는 나노피라미드가 (Al)GaN/Al(Ga)N 초격자를 포함하는 장치.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노와이어 또는 나노피라미드가, 상기 나노와이어 또는 나노피라미드 중에 한 방향을 따라, 예를 들어 축방향으로 증가하거나 감소하는 Al 농도를 갖는 AlGaN을 포함하는 장치.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노와이어 또는 나노피라미드가 Mg 또는 Be를 사용하여 도핑되는 장치.
  22. 제 1 항, 제 2 항 및 제 4 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노와이어들 또는 나노피라미드들 간의 공간이, 장치로부터 방출된 빛에 투명한 지지 및 전기적으로 단리된 충전제 물질에 의해 충전되는 발광 다이오드 장치.
  23. 제 3 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노와이어들 또는 나노피라미드들 간의 공간이, 장치내로 유입되는 가시 및/또는 UV광에 투명한 지지 및 전기적으로 단리된 충전제 물질에 의해 충전되는 광검출기 장치.
  24. 그라파이트 기판상에서 에피택셜하게 성장된 다수의 III-V족 나노와이어 또는 나노피라미드를 포함하는 조성물로서, 상기 나노와이어 또는 나노피라미드가 다중 양자 웰로서 작용하는 고유 영역에 의해 분리된 n-형 도핑된 영역 및 p-형 도핑된 영역을 포함하고, 상기 p-형 도핑된 영역이 전자 차단층을 포함하는, 조성물.

KR1020187004150A 2015-07-13 2016-07-13 나노와이어/나노피라미드 형상 발광 다이오드 및 광검출기 KR20180055803A (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1512231.0 2015-07-13
GBGB1512231.0A GB201512231D0 (en) 2015-07-13 2015-07-13 Device
GB1600164.6 2016-01-05
GBGB1600164.6A GB201600164D0 (en) 2016-01-05 2016-01-05 Device
PCT/EP2016/066694 WO2017009394A1 (en) 2015-07-13 2016-07-13 Nanowires/nanopyramids shaped light emitting diodes and photodetectors

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180055803A true KR20180055803A (ko) 2018-05-25

Family

ID=56409619

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187004150A KR20180055803A (ko) 2015-07-13 2016-07-13 나노와이어/나노피라미드 형상 발광 다이오드 및 광검출기

Country Status (13)

Country Link
US (1) US11594657B2 (ko)
EP (1) EP3323152B1 (ko)
JP (1) JP7066610B2 (ko)
KR (1) KR20180055803A (ko)
CN (1) CN108292694A (ko)
AU (1) AU2016292849B2 (ko)
BR (1) BR112018000603A2 (ko)
CA (1) CA2992154A1 (ko)
DK (1) DK3323152T3 (ko)
EA (1) EA201890167A1 (ko)
ES (1) ES2901111T3 (ko)
TW (1) TWI772266B (ko)
WO (1) WO2017009394A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10964846B2 (en) 2018-10-08 2021-03-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor light emitting device
KR20210073258A (ko) 2019-12-10 2021-06-18 고려대학교 산학협력단 페로브스카이트 광검출 소자 및 이의 제조방법

Families Citing this family (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201021112D0 (en) 2010-12-13 2011-01-26 Ntnu Technology Transfer As Nanowires
US11830954B2 (en) * 2013-05-22 2023-11-28 W&wsens Devices Inc. Microstructure enhanced absorption photosensitive devices
WO2017021380A1 (en) 2015-07-31 2017-02-09 Crayonano As Process for growing nanowires or nanopyramids on graphitic substrates
JP7011278B2 (ja) * 2017-01-27 2022-01-26 国立大学法人秋田大学 窒化物半導体の製造方法
GB201701829D0 (en) * 2017-02-03 2017-03-22 Norwegian Univ Of Science And Tech (Ntnu) Device
FR3064109A1 (fr) 2017-03-20 2018-09-21 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Structure a nanofils et procede de realisation d'une telle structure
GB201705755D0 (en) 2017-04-10 2017-05-24 Norwegian Univ Of Science And Tech (Ntnu) Nanostructure
TWI627317B (zh) * 2017-04-12 2018-06-21 光鋐科技股份有限公司 柱狀微發光二極體及其製造方法
JP6972665B2 (ja) * 2017-05-31 2021-11-24 セイコーエプソン株式会社 発光装置、プロジェクター、および発光装置の製造方法
JP7147132B2 (ja) * 2017-05-31 2022-10-05 セイコーエプソン株式会社 発光装置、プロジェクター、および発光装置の製造方法
JP6947386B2 (ja) * 2017-06-29 2021-10-13 学校法人 名城大学 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法
EP3431867A1 (en) 2017-07-18 2019-01-23 Koninklijke Philips N.V. Light guides with coating for use in water
KR102345618B1 (ko) * 2017-09-01 2021-12-31 삼성전자주식회사 발광 다이오드 및 그의 제조 방법
GB2570126B (en) * 2018-01-11 2022-07-27 Paragraf Ltd Graphene based contact layers for electronic devices
US11177243B2 (en) * 2018-03-22 2021-11-16 Intel Corporation Micro light-emitting diode display fabrication and assembly
EP3546077A1 (en) * 2018-03-27 2019-10-02 Koninklijke Philips N.V. System for planar uv-c based biofouling prevention
US10312047B1 (en) * 2018-06-01 2019-06-04 Eagle Technology, Llc Passive local area saturation of electron bombarded gain
FR3082657B1 (fr) * 2018-06-19 2021-01-29 Aledia Procede de fabrication d’un dispositif optoelectronique a parois de confinement lumineux auto alignes
CN108807617A (zh) * 2018-06-30 2018-11-13 华南理工大学 生长在硅/石墨烯复合衬底上的GaN基纳米柱LED外延片及其制备方法
CN109003883A (zh) * 2018-06-30 2018-12-14 华南理工大学 生长在硅/石墨烯复合衬底上的InGaN/GaN多量子阱纳米柱及其制备方法
CN108807622B (zh) * 2018-07-16 2020-10-30 河源市众拓光电科技有限公司 一维InGaN/AlGaN多量子阱型的紫外LED及其制备方法
TWI684681B (zh) * 2018-07-18 2020-02-11 進化光學有限公司 電子裝置、發光元件、成長基板及其製造方法
CN109003888A (zh) * 2018-07-20 2018-12-14 华南理工大学 硅/石墨烯复合衬底上外延生长GaN纳米柱及制备方法
GB201814693D0 (en) * 2018-09-10 2018-10-24 Crayonano As Semiconductor devices
US20200091388A1 (en) * 2018-09-19 2020-03-19 Vuereal Inc. Highly efficient microdevices
CN109768111A (zh) * 2018-12-13 2019-05-17 华南理工大学 一种GaAs纳米柱-石墨烯肖特基结太阳能电池及其制备方法
CN111326610A (zh) * 2018-12-14 2020-06-23 中国科学院半导体研究所 基于绝缘衬底的纳米柱led芯片及其制备方法
US10978632B2 (en) 2019-01-18 2021-04-13 Microsoft Technology Licensing, Llc Fabrication of a device
US10777728B2 (en) 2019-01-18 2020-09-15 Microsoft Technology Licensing, Llc Fabrication of a quantum device
CN110473941A (zh) * 2019-05-24 2019-11-19 华南师范大学 一种AlGaN基紫外LED外延结构
JP6968122B2 (ja) * 2019-06-06 2021-11-17 日機装株式会社 窒化物半導体発光素子
CN110364582A (zh) * 2019-06-20 2019-10-22 华南理工大学 一种基于石墨烯模板上AlGaN纳米柱基MSM型紫外探测器及其制备方法
CN110246913A (zh) * 2019-06-21 2019-09-17 华南理工大学 一种InGaN纳米柱阵列基GSG型可调谐光电探测器及其制备方法
FR3098013B1 (fr) * 2019-06-25 2021-07-02 Commissariat Energie Atomique Procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique à diodes électroluminescentes de type axial
FR3098019B1 (fr) 2019-06-25 2022-05-20 Aledia Dispositif optoélectronique comprenant des éléments semi-conducteurs tridimensionnels et procédé pour sa fabrication
CN110616408B (zh) * 2019-09-18 2022-05-17 北京工业大学 基于二维材料的多层金属纳米结构的制备方法
GB201913701D0 (en) 2019-09-23 2019-11-06 Crayonano As Composition of matter
CN115152017A (zh) 2020-02-10 2022-10-04 谷歌有限责任公司 显示器件及相关联的方法
JP7485278B2 (ja) 2020-03-09 2024-05-16 セイコーエプソン株式会社 発光装置およびプロジェクター
US11271138B2 (en) * 2020-03-18 2022-03-08 The Boeing Company Light emitting device and method of making the same
KR20210156624A (ko) 2020-06-18 2021-12-27 삼성전자주식회사 나노 막대 발광 소자 및 그 제조 방법
WO2022016006A1 (en) * 2020-07-17 2022-01-20 Nevada Research & Innovation Corporation Photocatalytic and photo(electro)catalytic approaches for viral decontamination
CN112216772B (zh) * 2020-09-07 2022-03-08 深圳远芯光路科技有限公司 一种iii族氮化物纳米线柔性发光二极管及其制备方法
WO2023282177A1 (ja) * 2021-07-08 2023-01-12 株式会社小糸製作所 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法
KR20240005286A (ko) * 2022-07-04 2024-01-12 삼성전자주식회사 발광 소자, 이를 포함하는 디스플레이 장치 및 그 제조 방법
WO2024035969A1 (en) * 2022-08-12 2024-02-15 The Regents Of The University Of Michigan Light emitting devices and methods of manufacture
CN115207182B (zh) * 2022-09-15 2022-12-13 南昌凯捷半导体科技有限公司 具有P面薄膜导电层的红光mini LED及其制备方法

Family Cites Families (135)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4213801A (en) 1979-03-26 1980-07-22 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Ohmic contact of N-GaAs to electrical conductive substrates by controlled growth of N-GaAs polycrystalline layers
JP3631157B2 (ja) 2001-03-21 2005-03-23 日本電信電話株式会社 紫外発光ダイオード
EP2273552A3 (en) 2001-03-30 2013-04-10 The Regents of the University of California Methods of fabricating nanstructures and nanowires and devices fabricated therefrom
JP3823784B2 (ja) 2001-09-06 2006-09-20 富士ゼロックス株式会社 ナノワイヤーおよびその製造方法、並びにそれを用いたナノネットワーク、ナノネットワークの製造方法、炭素構造体、電子デバイス
FR2840452B1 (fr) * 2002-05-28 2005-10-14 Lumilog Procede de realisation par epitaxie d'un film de nitrure de gallium separe de son substrat
JP3679097B2 (ja) 2002-05-31 2005-08-03 株式会社光波 発光素子
US7594982B1 (en) 2002-06-22 2009-09-29 Nanosolar, Inc. Nanostructured transparent conducting electrode
US7335908B2 (en) * 2002-07-08 2008-02-26 Qunano Ab Nanostructures and methods for manufacturing the same
CA2522358A1 (en) 2003-04-04 2004-10-14 Startskottet 22286 Ab Precisely positioned nanowhiskers and nanowhisker arrays and method for preparing them
ATE486374T1 (de) * 2003-08-08 2010-11-15 Kang Sang Kyu Nitrid-mikrolicht-emissionsdiode mit grosser helligkeit und herstellungsverfahren dafür
US7354850B2 (en) 2004-02-06 2008-04-08 Qunano Ab Directionally controlled growth of nanowhiskers
US7528002B2 (en) 2004-06-25 2009-05-05 Qunano Ab Formation of nanowhiskers on a substrate of dissimilar material
KR100533645B1 (ko) * 2004-09-13 2005-12-06 삼성전기주식회사 발광 효율을 개선한 발광 다이오드
GB2418532A (en) 2004-09-28 2006-03-29 Arima Optoelectronic Textured light emitting diode structure with enhanced fill factor
US20070240757A1 (en) 2004-10-15 2007-10-18 The Trustees Of Boston College Solar cells using arrays of optical rectennas
KR101405353B1 (ko) 2004-12-09 2014-06-11 원드 매터리얼 엘엘씨 연료 전지용의 나노와이어 기반 막 전극 조립체
US7939218B2 (en) 2004-12-09 2011-05-10 Nanosys, Inc. Nanowire structures comprising carbon
EP2410582B1 (en) 2005-05-24 2019-09-04 LG Electronics Inc. Nano rod type light emitting diode and method for fabricating a nano rod type light emitting diode
JP4425194B2 (ja) 2005-08-18 2010-03-03 株式会社神戸製鋼所 成膜方法
ATE528811T1 (de) 2005-11-21 2011-10-15 Nanosys Inc Nanodraht-strukturen mit kohlenstoff
US7570355B2 (en) 2006-01-27 2009-08-04 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Nanowire heterostructures and methods of forming the same
US7643136B2 (en) 2006-02-02 2010-01-05 Optilia Instrument Ab Device for inspection of narrow spaces and objects in narrow spaces
NZ570678A (en) * 2006-03-10 2010-10-29 Stc Unm Pulsed growth of GaN nanowires and applications in group III nitride semiconductor substrate materials and devices
FR2904146B1 (fr) 2006-07-20 2008-10-17 Commissariat Energie Atomique Procede de fabrication d'une nanostructure a base de nanofils interconnectes,nanostructure et utilisation comme convertisseur thermoelectrique
JP4106397B2 (ja) 2006-09-14 2008-06-25 株式会社島津製作所 光または放射線検出器の製造方法
US7442575B2 (en) 2006-09-29 2008-10-28 Texas Christian University Method of manufacturing semiconductor nanowires
JP2008130877A (ja) * 2006-11-22 2008-06-05 Sharp Corp 窒化物半導体発光素子の製造方法
WO2008140611A2 (en) 2006-12-18 2008-11-20 The Regents Of The University Of California Nanowire array-based light emitting diodes and lasers
US20080191317A1 (en) 2007-02-13 2008-08-14 International Business Machines Corporation Self-aligned epitaxial growth of semiconductor nanowires
CN101687631A (zh) 2007-03-28 2010-03-31 昆南诺股份有限公司 纳米线电路结构
JP2009010012A (ja) 2007-06-26 2009-01-15 Panasonic Electric Works Co Ltd 半導体発光素子、その製造方法及び発光装置
KR100904588B1 (ko) 2007-07-05 2009-06-25 삼성전자주식회사 코어/쉘 형태의 나노와이어를 제조하는 방법, 그에 의해제조된 나노와이어 및 이를 포함하는 나노와이어 소자
US7714317B2 (en) 2007-08-30 2010-05-11 Brookhaven Science Associates, Llc Assembly of ordered carbon shells on semiconducting nanomaterials
EP2200934A4 (en) 2007-10-26 2012-10-17 Qunano Ab GROWTH OF NANOWILS ON DISSIMILAR MATERIAL
US8273983B2 (en) 2007-12-21 2012-09-25 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Photonic device and method of making same using nanowires
US8435676B2 (en) 2008-01-09 2013-05-07 Nanotek Instruments, Inc. Mixed nano-filament electrode materials for lithium ion batteries
US7871653B2 (en) 2008-01-30 2011-01-18 Ocean Duke Corporation Double-stack shrimp tray
US8129763B2 (en) 2008-02-07 2012-03-06 International Business Machines Corporation Metal-oxide-semiconductor device including a multiple-layer energy filter
JP5386747B2 (ja) 2008-02-21 2014-01-15 公益財団法人神奈川科学技術アカデミー 半導体基板、半導体素子、発光素子及び電子素子
KR101445877B1 (ko) 2008-03-24 2014-09-29 삼성전자주식회사 산화아연 나노와이어의 제조방법
US7781780B2 (en) * 2008-03-31 2010-08-24 Bridgelux, Inc. Light emitting diodes with smooth surface for reflective electrode
TW200952184A (en) 2008-06-03 2009-12-16 Univ Nat Taiwan Structure of mixed type heterojunction thin film solar cells and its manufacturing method
JP5836122B2 (ja) 2008-07-07 2015-12-24 グロ アーベーＧｌｏ Ａｂ ナノ構造のｌｅｄ
US8735797B2 (en) 2009-12-08 2014-05-27 Zena Technologies, Inc. Nanowire photo-detector grown on a back-side illuminated image sensor
WO2010056064A2 (ko) 2008-11-13 2010-05-20 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 비수 전해액 및 이를 구비한 리튬 이차전지
KR101071906B1 (ko) 2008-11-14 2011-10-11 한국과학기술원 단결정 게르마늄코발트 나노와이어, 게르마늄코발트 나노와이어 구조체, 및 이들의 제조방법
JP5453045B2 (ja) 2008-11-26 2014-03-26 株式会社日立製作所 グラフェン層が成長された基板およびそれを用いた電子・光集積回路装置
CN101504961B (zh) * 2008-12-16 2010-08-11 华中科技大学 面发射多色发光二极管及其制造方法
US8389387B2 (en) 2009-01-06 2013-03-05 Brookhaven Science Associates, Llc Segmented nanowires displaying locally controllable properties
KR101650310B1 (ko) 2009-01-16 2016-08-24 삼성전자주식회사 도광부재 및 이를 구비하는 제전유닛, 화상형성장치, 화상독취장치
US20110220171A1 (en) 2009-01-30 2011-09-15 Mathai Sagi V Photovoltaic Structure and Solar Cell and Method of Fabrication Employing Hidden Electrode
FR2941688B1 (fr) 2009-01-30 2011-04-01 Commissariat Energie Atomique Procede de formation de nano-fils
KR100995394B1 (ko) 2009-02-18 2010-11-19 한국과학기술원 박막 태양전지의 박막 형성장치
WO2010096035A1 (en) 2009-02-23 2010-08-26 Nanosys, Inc. Nanostructured catalyst supports
WO2010138506A1 (en) 2009-05-26 2010-12-02 Nanosys, Inc. Methods and systems for electric field deposition of nanowires and other devices
WO2010141348A1 (en) 2009-05-31 2010-12-09 College Of William And Mary Method for making polymer composites containing graphene sheets
JP5299105B2 (ja) 2009-06-16 2013-09-25 ソニー株式会社 二酸化バナジウムナノワイヤとその製造方法、及び二酸化バナジウムナノワイヤを用いたナノワイヤデバイス
CN102868498B (zh) 2009-06-18 2015-12-09 华为技术有限公司 码本生成方法、数据传输方法及装置
US8409366B2 (en) 2009-06-23 2013-04-02 Oki Data Corporation Separation method of nitride semiconductor layer, semiconductor device, manufacturing method thereof, semiconductor wafer, and manufacturing method thereof
CN102482076B (zh) 2009-08-03 2014-12-24 仁济大学校产学协力团 新型结构的碳纳米复合体及其制造方法
US10164135B2 (en) 2009-08-07 2018-12-25 Guardian Glass, LLC Electronic device including graphene-based layer(s), and/or method or making the same
US8507797B2 (en) 2009-08-07 2013-08-13 Guardian Industries Corp. Large area deposition and doping of graphene, and products including the same
US20110081500A1 (en) 2009-10-06 2011-04-07 Tokyo Electron Limited Method of providing stable and adhesive interface between fluorine-based low-k material and metal barrier layer
WO2011048808A1 (ja) 2009-10-20 2011-04-28 パナソニック株式会社 発光ダイオード素子およびその製造方法
WO2011048809A1 (ja) 2009-10-21 2011-04-28 パナソニック株式会社 太陽電池およびその製造方法
KR20110057989A (ko) 2009-11-25 2011-06-01 삼성전자주식회사 그래핀과 나노구조체의 복합 구조체 및 그 제조방법
CN101710567A (zh) 2009-11-27 2010-05-19 晶能光电（江西）有限公司 具有复合碳基衬底的氮化镓基半导体器件及其制造方法
US9306099B2 (en) 2009-12-01 2016-04-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Material including graphene and an inorganic material and method of manufacturing the material
KR101736972B1 (ko) 2009-12-01 2017-05-19 삼성전자주식회사 그라펜 및 무기물의 적층 구조체 및 이를 구비한 전기소자
JP4806475B2 (ja) 2009-12-04 2011-11-02 パナソニック株式会社 基板およびその製造方法
KR101234180B1 (ko) 2009-12-30 2013-02-18 그래핀스퀘어 주식회사 그래핀 필름의 롤투롤 도핑 방법 및 도핑된 그래핀 필름
US8212236B2 (en) 2010-01-19 2012-07-03 Eastman Kodak Company II-VI core-shell semiconductor nanowires
WO2011090863A1 (en) 2010-01-19 2011-07-28 Eastman Kodak Company Ii-vi core-shell semiconductor nanowires
US8377729B2 (en) 2010-01-19 2013-02-19 Eastman Kodak Company Forming II-VI core-shell semiconductor nanowires
US20110240099A1 (en) 2010-03-30 2011-10-06 Ellinger Carolyn R Photovoltaic nanowire device
TWI440074B (zh) 2010-04-02 2014-06-01 Univ Nat Chiao Tung 一種在三族氮化物磊晶過程中降低缺陷產生的方法
US9985150B2 (en) 2010-04-07 2018-05-29 Shimadzu Corporation Radiation detector and method of manufacturing the same
CN103118777B (zh) 2010-05-24 2016-06-29 希路瑞亚技术公司 纳米线催化剂
CN102742024B (zh) 2010-06-07 2015-02-18 松下电器产业株式会社 太阳能电池及其制造方法
SG186261A1 (en) 2010-06-18 2013-01-30 Glo Ab Nanowire led structure and method for manufacturing the same
KR101781552B1 (ko) 2010-06-21 2017-09-27 삼성전자주식회사 보론 및 질소로 치환된 그라핀 및 제조방법과, 이를 구비한 트랜지스터
EP2586062A4 (en) 2010-06-24 2015-06-03 Glo Ab SUBSTRATE WITH BUFFER LAYER FOR ALIGNED NANODRAHT GROWTH
JP5988974B2 (ja) 2010-08-07 2016-09-07 ティーピーケイ ホールディング カンパニー リミテッド 表面埋込添加物を有する素子構成要素および関連製造方法
CN102376817A (zh) 2010-08-11 2012-03-14 王浩 一种半导体光电器件的制备方法
US9478699B2 (en) 2010-08-26 2016-10-25 The Ohio State University Nanoscale emitters with polarization grading
KR20150098246A (ko) 2010-09-01 2015-08-27 샤프 가부시키가이샤 발광 소자 및 그 제조 방법, 발광 장치의 제조 방법, 조명 장치, 백라이트, 표시 장치 및 다이오드
WO2012029381A1 (ja) 2010-09-01 2012-03-08 シャープ株式会社 発光素子およびその製造方法、発光装置の製造方法、照明装置、バックライト、表示装置、並びにダイオード
KR101636915B1 (ko) 2010-09-03 2016-07-07 삼성전자주식회사 그래핀 또는 탄소나노튜브를 이용한 반도체 화합물 구조체 및 그 제조방법과, 반도체 화합물 구조체를 포함하는 반도체 소자
KR101691906B1 (ko) * 2010-09-14 2017-01-02 삼성전자주식회사 Ⅲ족 질화물 나노로드 발광 소자 제조방법
FR2975532B1 (fr) 2011-05-18 2013-05-10 Commissariat Energie Atomique Connexion electrique en serie de nanofils emetteurs de lumiere
US8901536B2 (en) 2010-09-21 2014-12-02 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Transistor having graphene base
KR101802374B1 (ko) 2010-10-05 2017-11-29 삼성전자주식회사 도핑된 그래핀 함유 투명전극, 그의 제조방법, 및 이를 구비하는 표시소자와 태양전지
US8321961B2 (en) 2010-10-07 2012-11-27 International Business Machines Corporation Production scale fabrication method for high resolution AFM tips
KR101217209B1 (ko) * 2010-10-07 2012-12-31 서울대학교산학협력단 발광소자 및 그 제조방법
KR101142545B1 (ko) * 2010-10-25 2012-05-08 서울대학교산학협력단 태양전지 및 그 제조 방법
CN103260627A (zh) 2010-11-12 2013-08-21 真蒂奥姆有限公司 去纤维蛋白多核苷酸用于预防和/或治疗移植物抗宿主病(gvhd)
US20120141799A1 (en) * 2010-12-03 2012-06-07 Francis Kub Film on Graphene on a Substrate and Method and Devices Therefor
KR20120065792A (ko) 2010-12-13 2012-06-21 삼성전자주식회사 나노 센서 및 그의 제조 방법
GB201021112D0 (en) * 2010-12-13 2011-01-26 Ntnu Technology Transfer As Nanowires
KR20120083084A (ko) 2011-01-17 2012-07-25 삼성엘이디 주식회사 나노 로드 발광 소자 및 그 제조 방법
KR101227600B1 (ko) 2011-02-11 2013-01-29 서울대학교산학협력단 그래핀-나노와이어 하이브리드 구조체에 기반한 광센서 및 이의 제조방법
US8591990B2 (en) 2011-03-25 2013-11-26 GM Global Technology Operations LLC Microfiber supported metal silicide nanowires
JP2012230969A (ja) 2011-04-25 2012-11-22 Sumitomo Electric Ind Ltd ＧａＮ系半導体デバイスの製造方法
JP6139511B2 (ja) 2011-05-06 2017-05-31 ザ・リサーチ・ファウンデーション・フォー・ザ・ステイト・ユニヴァーシティ・オブ・ニューヨーク 磁性グラフェン様ナノ粒子あるいは黒鉛ナノまたは微小粒子、およびそれらの生産および使用方法
US9564579B2 (en) 2011-05-27 2017-02-07 University Of North Texas Graphene magnetic tunnel junction spin filters and methods of making
JP2012250868A (ja) 2011-06-01 2012-12-20 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｉｉｉ族窒化物層の成長方法およびｉｉｉ族窒化物基板
WO2012167282A1 (en) 2011-06-02 2012-12-06 Brown University High-efficiency silicon-compatible photodetectors based on ge quantumdots and ge/si hetero-nanowires
KR101305705B1 (ko) 2011-07-12 2013-09-09 엘지이노텍 주식회사 터치 패널 및 전극 제조 방법
US20130020623A1 (en) 2011-07-18 2013-01-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Structure and method for single gate non-volatile memory device
CN102254969B (zh) * 2011-08-17 2012-11-14 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 基于纳米柱阵列的光电器件及其制作方法
KR101217216B1 (ko) 2011-08-31 2012-12-31 서울대학교산학협력단 전자 소자 및 그 제조 방법
WO2013052541A2 (en) 2011-10-04 2013-04-11 Arizona Board Of Regents, A Body Corporate Of The State Of Arizona Acting For And On Behalf Of Arizona State University Quantum dots, rods, wires, sheets, and ribbons, and uses thereof
US8440350B1 (en) 2011-11-10 2013-05-14 GM Global Technology Operations LLC Lithium-ion battery electrodes with shape-memory-alloy current collecting substrates
EP2785458A2 (en) 2011-11-29 2014-10-08 Siluria Technologies, Inc. Nanowire catalysts and methods for their use and preparation
KR20130069035A (ko) 2011-12-16 2013-06-26 삼성전자주식회사 그래핀상의 하이브리드 나노구조체 형성 방법
JP5795527B2 (ja) 2011-12-20 2015-10-14 日本電信電話株式会社 ナノワイヤの作製方法
GB201200355D0 (en) 2012-01-10 2012-02-22 Norwegian Univ Sci & Tech Ntnu Nanowires
US9653286B2 (en) * 2012-02-14 2017-05-16 Hexagem Ab Gallium nitride nanowire based electronics
TW201344749A (zh) 2012-04-23 2013-11-01 Nanocrystal Asia Inc 以塡膠燒結方式製造選擇性成長遮罩之方法
US20130311363A1 (en) 2012-05-15 2013-11-21 Jonathan E. Ramaci Dynamically re-programmable transaction card
US20140014171A1 (en) * 2012-06-15 2014-01-16 Purdue Research Foundation High optical transparent two-dimensional electronic conducting system and process for generating same
GB201211038D0 (en) 2012-06-21 2012-08-01 Norwegian Univ Sci & Tech Ntnu Solar cells
US9401452B2 (en) * 2012-09-14 2016-07-26 Palo Alto Research Center Incorporated P-side layers for short wavelength light emitters
FR2997558B1 (fr) 2012-10-26 2015-12-18 Aledia Dispositif opto-electrique et son procede de fabrication
EP2922891A1 (en) 2012-11-26 2015-09-30 Massachusetts Institute of Technology Nanowire-modified graphene and methods of making and using same
JP5876408B2 (ja) 2012-12-14 2016-03-02 日本電信電話株式会社 ナノワイヤの作製方法
CN103050498B (zh) 2012-12-28 2015-08-26 中山大学 一种微纳米线阵列结构紫外雪崩光电探测器及其制备方法
GB201311101D0 (en) 2013-06-21 2013-08-07 Norwegian Univ Sci & Tech Ntnu Semiconducting Films
GB2517186A (en) 2013-08-14 2015-02-18 Norwegian University Of Science And Technology Radial P-N junction nanowire solar cells
KR101517551B1 (ko) 2013-11-14 2015-05-06 포항공과대학교 산학협력단 발광소자의 제조방법 및 그에 의해 제조된 발광소자
CN103903973B (zh) 2014-03-05 2017-03-29 复旦大学 利用旋涂液态金属种子层在石墨烯上生长高k介质的方法
KR102198694B1 (ko) * 2014-07-11 2021-01-06 삼성전자주식회사 반도체 발광소자 및 반도체 발광소자 제조방법
KR20190108199A (ko) * 2015-06-18 2019-09-23 나노코 2디 매테리얼 리미티드 헤테로 구조 및 상기 헤테로 구조를 사용하여 제조된 전자 장치
US9577176B1 (en) * 2015-06-18 2017-02-21 Raytheon Bbn Technologies Corp. Josephson junction readout for graphene-based single photon detector
EP3453050B1 (en) 2016-05-04 2022-06-15 Nanosys, Inc. Light emitting device containing different color leds and method of making an array of such light emitting devices

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10964846B2 (en) 2018-10-08 2021-03-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor light emitting device
KR20210073258A (ko) 2019-12-10 2021-06-18 고려대학교 산학협력단 페로브스카이트 광검출 소자 및 이의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
EA201890167A1 (ru) 2018-07-31
EP3323152A1 (en) 2018-05-23
TW201712891A (zh) 2017-04-01
EP3323152B1 (en) 2021-10-27
DK3323152T3 (da) 2021-12-20
CN108292694A (zh) 2018-07-17
AU2016292849B2 (en) 2019-05-16
CA2992154A1 (en) 2017-01-19
BR112018000603A2 (pt) 2018-09-11
US20180204977A1 (en) 2018-07-19
US11594657B2 (en) 2023-02-28
JP2018521516A (ja) 2018-08-02
ES2901111T3 (es) 2022-03-21
TWI772266B (zh) 2022-08-01
WO2017009394A1 (en) 2017-01-19
JP7066610B2 (ja) 2022-05-13
AU2016292849A1 (en) 2018-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11594657B2 (en) Nanowires/nanopyramids shaped light emitting diodes and photodetectors
US11264536B2 (en) Nanowires or nanopyramids grown on a graphene substrate
CN110678990B (zh) 纳米结构
US20220262978A1 (en) Nanowire device
US20220352398A1 (en) Composition of matter

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X601 Decision of rejection after re-examination