KR20180095608A - 복합 GaN 나노컬럼의 제조 방법 및 그 방법으로부터 제조된 발광 구조 - Google Patents

복합 GaN 나노컬럼의 제조 방법 및 그 방법으로부터 제조된 발광 구조 Download PDF

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KR20180095608A
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안나 볼코바
블라디미르 이반쯔소브
알렉산더 시르킨
벤자민 하스켈
허쎄인 엘-고루리
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오스텐도 테크놀로지스 인코포레이티드
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Abstract

기판 상에, 강하게 정렬된 균일한 단면 반도체 복합 나노컬럼의 성장 방법이 개시된다. 본 방법은 (a) 기판 표면에 패싯된 피라미드형 피트를 형성하는 단계; (b) 상기 피트의 패싯에서 핵형성을 개시하는 단계; 및 (c) 쌍결정형성에 의해 합체되고 이후 함께 복합 나노컬럼으로 성장하는 피트의 중심을 향하여 성장을 촉진시키는 단계를 포함한다. 다중 양자우물, 코어-쉘 나노컬럼 헤테로구조가 나노컬럼의 측벽에 성장될 수 있다. 또한, 고품질 평면 장치 구조의 제조를 용이하게 하거나 또는 발광 구조를 위하여, 연속적 반도체 에피택셜층이 나노컬럼의 과성장을 통하여 형성될 수 있다.

Description

복합 GaN 나노컬럼의 제조 방법 및 그 방법으로부터 제조된 발광 구조
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2015년 12월 14일에 출원된 미국 가출원 제62/267,117호의 이익을 청구한다.
발명의 기술분야
본 발명은 일반적으로 반도체 재료 및 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 광전자(optoelectronic) 및 다른 응용분야에 이용되는 비극성(nonpolar) 반도체 나노컬럼(nanocolumns)의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 나노구조는 양자 연구실에서 연구 대상으로서뿐 아니라, 동작 기능성을 더욱 확장시키기 위하여 장치 통합에 대한 접근 방법의 검색 단계로서 20년보다 이전에 생겨났다. 다양한 반도체 나노구조 중에서, 일차원(1D) 나노컬럼(예를 들어, 나노와이어 및 나노휘스커)은 터널링보다는 전기 전도에 적합한 단일의 제한되지 않은 방향의 존재에 기인하여 다양한 용도에 사용되하기 매우 매력적이다.
이차원 층과 비교하여, 일차원 나노컬럼의 기하학적 구조는 높은 격자 미스매치 헤테로구조(lattice mismatch heterostructure)에서 응력 완화 경로(stress-relief path)로서 그 기능이 특히 중요한, 로드-프리(load-free) 표면 상에 유리한 측면 변형 완화(lateral strain relaxation)를 제공한다.
GaN 및 관련 Ⅲ-나이트라이드 화합물로 만들어진 나노컬럼은 광전자장치(태양전지, 신규 발광 및 레이저 다이오드)로부터 고주파수 전자장치(테라헤르쯔 발광장치, 고 전자이동도 트랜지스터 및 건 다이오드(Gunn-diodes))에 이르는 광범위한 응용 분야를 약속한다. 초소형 공진기 및 화학 센서, 또한 고속 광통신을 용이하게 하는 나노와이어-기반 장치는 이러한 구조 또는 유사한 구조를 이용하여 예상된다(S.J. Pearton, B.S. Kang, B.P. Gila, D.P. Norton, O. Kryliouk, F. Ren, Young-Woo Heo, Chih-Yang Chang, Gou-Chung Chi, Wei-Ming Wang, and Li-Chyong Chen, GaN, ZnO and InN Nanowires and Devices, J. Nanosci. Nanotechnol. 8 (2008) 99-110 참조).
탄소 나노튜브 내에서의 성장으로부터 시작하여(W. Han, S. Fan, Q. Li, and Y. Hu, Synthesis of Gallium Nitride Nanorods through a Carbon Nanotube-Confined Reaction, Science 277, 1287 (1997) 참조), 1D GaN 나노구조는 다양한 방법을 이용하여 합성되었다. 촉매 코팅된 기판 상에서의 촉매 화학 기상 증착(Cat-CVD)이 가장 일반적으로 사용된다. Cat-CVD 과정에서, 기체상 반응물은 나노스케일 액체 방울에서 과포화될 때까지 용해되고, 이어서 액체 방울 제한된(droplet-restricted) GaN 성장이 증기-액체-고체(VLS) 매커니즘을 통하여 이루어진다. 컬럼 성장은 보통 금속 촉매 물질로, Au, Ni, Fe 또는 In을 갖는 사파이어, SiC 또는 Si 기판 상에서 수행된다.
미국특허 제7,745,315호에, Ⅲ족 나이트라이드 나노와이어의 금속 유기 화학 기상 증착(MOCVD)을 위한 촉매로 작용하는 균일한 크기의 금속 섬을 형성하기 위하여 금속 원자의 단일층을 사용하여 수직으로 정렬된 나노와이어를 기판 상에 형성하는 방법이 개시된다. 이 방법은 결정학적(crystallographic) 템플릿 기판의 표면 상에 촉매 금속 원자를 증착하는 단계; 결정학적 템플릿을 가열하여, 촉매 금속 원자의 표면 확산을 유도하여, 복수의 금속 나노클러스터를 형성하는 단계; 및 금속 나노클러스터에서 갈륨 및 질소 전구체 분자를 반응시켜, 결정학적 템플릿 기판에 에피택셜 정렬된 수직 배향된, 단결정 GaN 나노와이어를 형성하는 단계를 포함한다. 갈륨 전구체에 대한 질소의 greater-than-unity ratio를 기술한다. 이는 연속적 에피층(epilayer)의 성장에 있어서 아주 흔한 것으로 생각되지만, 나노구조 재료의 성장에 있어서 동등하게 확실하지는 않다. 나노와이어 직경을 수 나노미터로 감소시키는데 있어서 이 방법의 장점이 있음에도 불구하고, 적어도 두 개의 주요 결점이 있다. 첫 번째, 나노와이어의 분포 및 단면을 최종적으로 정의하는 촉매 나노클러스터의 자발적인 발달을 제어하는 것은 실제적으로 불가능하다. 두 번째, VLS "상향식(bottom-up)" 성장의 흔한 단점은 성장 후에 재료에 남는 금속 잔류물에 기인하여 반도체에서 유한한 0이 아닌 분배계수를 갖는 금속-촉매에 의한 나노와이어의 잠재적 오염이다.
미국특허 제8,410,496호에, 마스크-보조 MOCVD 기술에 의해 GaN 나노와이어를 생성하는 무촉매 방법이 기재된다. 이 기재된 방법에서, 선택적인 나노와이어 성장을 위한 마스크가 기판 상에 형성된다. 이 선택적인 성장 마스크는 기판의 일부를 노출시키는 복수의 패터닝된 개구를 포함한다. 반도체 재료는 선택적인, 소위 "비 펄스(non-pulsed) 성장" 모드를 이용하여 마스크의 오프닝 내에서 먼저 성장된다. 이어서, 마스크 위에서, 펄스 모드로 성장이 계속된다. 펄스 성장 모드 중에, Ⅲ족 및 Ⅴ족 전구체가 교대로 도입된다. 펄스 성장 모드를 계속함으로써, Ⅲ족 나이트라이드 나노와이어가 단일 방향을 따라 마스크의 상부 위로 확장되며, 오프닝의 단면 형상을 유지시킨다.
전술한 방법의 주요 단점은 펄스 성장 모드의 파라미터에 대한 극도의 민감성이다. 보통의 MOCVD 성장으로부터 펄스 MOCVD 성장으로의 전환 타이밍이 전술한 과정에서 특히 중요한 것으로 결정되었다(S.D. Hersee, X. Sun, and X. Wang, The Controlled Growth of GaN Nanowires, Nano Lett., 6 (2006) 1808-1811 참조). 비 펄스 상태가 유지되면, 나노와이어가 성장 마스크로부터 나오자마자, 측면 성장이 일어나기 시작하고, 나노와이어 기하학적 구조가 손실된다. 펄스 시퀀스 내에서의 단계의 지속시간도 중요한 것으로 밝혀졌으며, 따라서 상이한 성장 반응기 구성에 대하여 최적화되어야 한다.
일련의 학술적 연구에서(H.M. Kim, D.S. Kim, D.Y. Kim, T.W. Kang, Y.H. Cho, K.S. Chung, Growth and Characterization of Single-crystal GaN Nanorods by Hydride Vapor Phase Epitaxy, Appl. Phys. Lett. 81, No. 12 (2002) 2193-2195; H.M. Kim, D.S. Kim, Y.S. Park, D.Y. Kim, T.W. Kang, K.S. Chung, Growth of GaN Nanorods by a Hydride Vapor Phase Epitaxy Method, Adv. Mater. 14, No. 13-14 (2002) 991-993; H.M. Kim, D.S. Kim, D.Y. Kim, T.W. Kang, K.S. Chung, Structural and Cathodoluminescence Properties of Gallium Nitride Nanorods by HVPE, J. Korean Phys. Soc. 42 (2003) S222-S225; H.M. Kim, Y.H. Cho, H. Lee, S.I. Kim, S.R. Ryu, D.Y. Kim, T.W. Kang, K.S. Chung, High-Brightness Light Emitting Diodes Using Dislocation-Free Indium Gallium Nitride/Gallium Nitride Multiquantum-Well Nanorod Arrays, Nano Lett. 2004, 4, 1059-1062 참조), 하이드라이드 기상 에피택시(HVPE) 기술에 의한 GaN 및 InGaN/GaN 나노로드 및 나노로드 어레이의 성장을 위한 촉매적인 비-마스크 방법이 기재되었다. 성장은 약 480℃의 온도에서 2-인치 사파이어 기판 상의 수평 반응기에서 수행된다. 성장 과정 중에, GaCl 전구체가 HCl 기체와 Ga 금속의 반응을 통하여 750℃에서 반응기의 소스 구역에서 합성된다. 이는 질소 캐리어 가스에 의해 반응기의 성장 구역으로 운반된다. 여기에서, GaCl은 기체상 암모니아(NH3)와 혼합되어 기판 상의 c-축 방향으로 배향된 직경 80-120 ㎚의 GaN 나노로드를 형성한다. 연속적인 에피택셜층보다 나노로드가 형성되는 것은 낮은 성장 온도 및 활성 성분의 높은 V/Ⅲ 비율(60을 초과함)의 결과이다. 불행히도, 이 방법은 기판의 전체 영역에 걸쳐 나노로드의 제어불가능한 자발적 분포 및 나노컬럼의 직경 조작의 어려움을 겪으며, 이는 모두 나노장치 응용에 대한 주요 단점으로 여겨진다.
미국특허 제8,338,818호에, 비평면 나노와이어, 나노와이어 어레이, 및 나노와이어 네트워크의 형성 방법이 기재된다. 이 특허에 따르면, 개시된 비평면 나노와이어는 비평면 배향을 갖는 표면 상에서 제어된 방식으로 형성되는 것으로 기재되어 있다. 기재된 실시예에서, 선택적인 성장 마스크가 적어도 2개의 반도체 측벽에 배치되고, 복수의 Ⅲ족-N 나노와이어가 선택적인 성장 마스크를 통하여 적어도 2개의 반도체 측벽의 각각에 선택적으로 배치된다. 형성된 Ⅲ족-N 나노와이어는 동일한 반도체 측벽에서 단일 방향을 따라 배향되며, 각각의 나노와이어는 일정한 단면 형상을 유지하며, 적어도 2개의 반도체 측벽의 상이한 측벽 상의 인접한 Ⅲ족-N 나노와이어는 병합되어 일 이상의 나노와이어 브랜치(branches)를 형성한다.
전술한 방법의 명백한 단점은, 성장하는 결정 계면의 분리된 부분을 병합하는 것이 일반적으로 그들의 단결정성의 손실을 파괴적으로 방해하고, 대신에 광각 그레인 경계(wide-angle grain boundaries)를 갖는 다결정을 형성한다는 것이다. 전술한 방법의 또 다른 단점은, 나노와이어와 나노와이어가 합성되는 기판 사이의 에피택셜 조정(epitaxial coordination)의 온도 의존성을 무시한다는 것이다. 이전의 관찰들은(H.Y. Peng, N. Wang, X.T. Zhou, Y.F. Zheng, C.S. Lee, S.T. Lee, Control of growth orientation of GaN nanowires, Chemical Physics Letters 359 (2002) 241-245) 무촉매 GaN 나노와이어가 900 내지 950℃의 온도에서 {1011} 평면에 수직으로, 더 낮은 800-900℃의 온도에서 [0001] 방향을 따라 성장하는 경향을 갖는 것을 보여준다. 또한, 나노와이어의 형태가 동일한 온도 시퀀스에서 직선으로부터 불규칙한 형태까지 변화하여, 이 방법의 실제 구현을 의심스럽게 만든다.
본 발명의 일 측면에서, 전체적인 내용이 본 명세서에 포함되는 V. Ivantsov et al.의 "On the origin of the spontaneous transition to non-polar a-plane GaN growth on c-plane sapphire"인 본 명세서에 첨부되는 첨부물 A에서 논의되는 바와 같이, (1) 사전에 결정된 결정학적 방향을 따라 불균일한 직경의 나노컬럼; (2) 나노컬럼의 제어되지 않은 위치; 및 (3) 나노컬럼의 온도-의존성 결정학적 배향을 포함하는 종래기술의 방법에서 발견되는 전술한 문제점이 없는 균일한 직경의 Ⅲ-나이트라이드 나노컬럼 및 이들의 정렬된 어레이의 무촉매 성장을 위한 방법이 제공된다.
본 발명의 기판 상의 복합 나노컬럼의 위치는 핵형성 평면(nucleation planes)의 어레이의 공통 중심(common center)에 의해 정의된다. 나노컬럼은 합체(coalescence) 중 쌍결정형성(twinning) 후에 형성되는 적어도 3개의 대칭 서브-나노컬럼(sub-nanocolumns)으로 이루어지므로, 신흥 재진입 각도(emerging reentrant angle)와 관련되는 각각의 나노컬럼의 중심에 바람직한 핵형성 부위가 있다. 나노컬럼의 상부에 서 바람직한 핵형성의 출현은 나노컬럼 축과 정렬된 가장 높은 성장 속도의 방향을 통제한다.
복합 나노컬럼의 축 성장 속도는 그의 측면 속도에 비해 우세하여, 확산에서뿐 아니라, 동역학-제한 성장 모드(kinetics-limited growth mode)에서도 균일한 나노컬럼 직경을 제공한다. Ⅲ-나이트라이드로부터의 성장을 포함하는 나노스케일 구조의 성장에 있어서, 나노컬럼은 종래기술이 제공할 수 있었던 것보다 훨씬 광범위한 성장 파라미터를 생성할 수 있다. 또한, 나노컬럼 성장의 방향은 선택을 가능하게 하는 적절한 쌍결정형성 조정(coordination)에 의해 극성 또는 비극성 배향으로부터 선택될 수 있다. 복합 나노컬럼은 예를 들어, 향상된 광전자장치 및 고주파수 전자장치의 개발에 대한 가능성을 증강시킨다. 본 발명의 추가적인 목적 및 이점은 후술되는 설명에 더 기재된다.
본 발명의 특징 및 이점은 도면 및 하기 기재된 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다. 여기에 제시된 설명은 임의의 특정 반도체 재료, 구조 또는 장치의 실제 도면을 의미하는 것이 아니라, 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 채용된 예시적인 표현일 뿐이다.
도 1은 본 발명의 일 이상의 실시예에 따른 c-평면 사파이어 기판에서 복합 a-평면 GaN 나노컬럼을 제조하는 방법을 나타내는 플로우챠트이다.
도 2는 기판(210)에서 에칭된 피트(220)의 측벽(230)으로부터 전진하고 쌍결정형성에 의해 병합되는 3개의 브랜치(240)로부터 복합 나노컬럼(250)의 형성을 나타내는 구조의 사시도이다.
도 3은 HVPE에 의해 성장되고, 3개(320, 330, 340)의 인접한 a-평면 GaN 나노컬럼으로 이루어진 본 발명의 복합 a-평면 GaN 나노컬럼(310)의 상면 SEM 이미지이다.
도 4는 c-평면 에피택셜층(411)에 둘러싸인 복합 GaN 나노컬럼(412)을 포함하는, 본 발명에 따라 c-평면 사파이어에서 성장된 {1013} GaN 리플렉스(reflexes)(410)의 XRD 극점도(pole figure)이다. 극점도(410)의 설명을 단순화하기 위하여, c-평면 사파이어(420) 상의 c-평면 에피택셜층 및 r-평면 사파이어(430) 상의 a-평면 에피택셜층(431)에 대한 {1013} 리플렉스(421)의 극점도가 나타내어진다.
도 5는 본 발명의 방법에 따라 성장된 GaN 복합 나노컬럼의 SEM 이미지이다. 나노컬럼의 배향은 a-평면 GaN에 상응한다. C-평면 사파이어가 기판으로 이용된다. 나노컬럼을 둘러싸는 기복이 있는 에피택셜층이 c-평면 GaN이다.
도 6은 본 발명의 GaN 복합 나노컬럼의 단면 SEM 이미지이다. 나노컬럼의 높이는 그들의 직경에 반비례하며, 나노브랜치가 발달되는 에치 피트(etch pit)의 직경에 의해 정의된다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 c-평면 사파이어 기판 상의 복합 a-평면 GaN 나노컬럼을 이용하는, 발광 다이오드 구조 또는 레이저 다이오드 구조와 같은 발광 구조를 제조하기 위한 과정을 나타내는 플로우챠트이다.
도 8은 복합 나노컬럼 발광 구조의 개략도이다.
기판 상에서 강하게 정렬된 균일한 단면 반도체 복합 나노컬럼을 성장시키는 방법이 개시된다. 본 방법은 (a) 기판 표면 상에 일 이상의 패싯된(faceted) 피라미드형(pyramidal) 피트(pits) 또는 리세스(recesses)를 형성하는 단계; (b) 피트의 패싯(facets)에서 핵형성을 개시하는 단계; 및 (c) 피트의 중심을 향하여 핵의 성장을 촉진시킴으로써, 쌍결정형성(twinning)에 의해 합체되고, 일 이상의 복합 나노컬럼으로 함께 성장하는 단계를 포함한다. 바람직하게, 다중 양자우물, 코어-쉘 나노컬럼 헤테로구조가 나노컬럼의 상부 또는 측벽에 성장될 수 있다. 연속적 반도체 에피택셜층이 나노컬럼의 과성장(overgrowth)을 통하여 형성되어, 고품질 평면 장치 구조의 제조를 용이하게 할 수 있다. 본 발명의 나노컬럼은, 예를 들어, 발광 구조의 요소로서, 또는 이들 위에서 성장될 수 있는 연속적 에피택셜층에서의 응력 및 결함 밀도를 완화시키기 위한 컴플라이언트 인서트(compliant inserts)로서 이용될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 본 발명의 복합 Ⅲ-나이트라이드 나노컬럼은 하이드라이드 기상 에피택시(HVPE)를 이용하여 성장된 것으로 기재되어 있으나, 금속유기 화학 기상 증착(MOCVD), 분자빔 에피택시(MBE) 또는 유사한 과정을 이용하여 형성될 수도 있다. 나노컬럼 성장은 다중 구역 저항 로(multi-zone resistive furnace)에 의해 가열되는 수평 튜브 쿼츠 반응기에서 수행될 수 있다. 수평 반응기가 요구되는 구성성분 소스를 용이하게 수용하기 때문에 바람직하지만, 본 발명의 구현은 특정 반응기 구성에 제한되지 않으며, 요구되는 온도, 기체 흐름 및 기판 위치를 제공하는 다른 구성이 이용될 수도 있다. 반응기 튜브는 원통형을 갖는 것이 바람직하지만, 직사각형 단면과 같은 다른 반응기 구성도 이용될 수 있다.
도 1의 플로우챠트는 HVPE 성장 장치에서 복합 GaN 나노컬럼을 제조하기 위한 바람직한 방법을 일반적으로 나타낸다. 도 1을 참조하면, 에피-레디(epi-ready) 기판, 예를 들어, 사파이어가 에피택셜 반응기의 성장 구역에 삽입된다(110). 기판 배향은 바람직하게 사파이어의 (0001) 평면과 일치하거나 인접한다. 후속 단계에서, 성장 구역의 온도에서 암모니아(NH3) 기체 흐름에서 기판의 제1 질화(nitridation)가 수행된다(120). 암모니아의 흐름은 바람직하게 반응기 기하학적 구조에 따라 분당 약 ~0.5 내지 약 ~20 표준 리터(standard liters per minute, slm)의 범위이다. 성장 구역의 온도는 HVPE 화학을 통한 GaN의 성장에 최적인 것으로 결정된 바와 같이 약 900℃ 내지 약 1100℃의 범위일 수 있다.
제1 질화는 확산 및 활성 질소 이온과 사파이어의 표면 반응을 위하여 필요한 약 4분 내지 약 90분 동안 지속될 수 있다. 도 1 플로우챠트 단계(130) 동안, 염화수소(HCl)과 암모니아의 기체 혼합물에 의한 (0001) 사파이어 표면의 인 시츄 에칭에 기인하여, 서브-나노컬럼의 성장을 위한 경사진(inclined) {1012} 핵형성 평면(r-평면)이 나타난다. 피라미드형 {1012} 사파이어 핵형성 평면은 결합되어, {1120} a-평면 GaN 서브-나노컬럼의 성장이 시작되는 삼각형 에치 피트를 생성한다.
r-평면 사파이어 패싯된 에치 피트의 발달은 본 명세서에 기재된 바와 같이 인 시츄뿐 아니라, 건식 및 습식 에칭의 어느 하나 또는 둘다를 이용하여 엑스 시츄로 수행될 수 있다. 각각의 경우, 에치 피트의 직경은 서브-나노컬럼 사이의 거리, 후속적으로 수득된 복합 나노컬럼의 직경을 정의한다.
도 1의 단계(140)은 암모니아 흐름에서 에칭된 기판의 약 10분 길이의 제2 질화를 제공하며, 기체 흐름 및 온도 파라미터는 제1 질화와 유사하다.
GaN 서브-나노컬럼 및 복합 나노컬럼의 성장은 기판 상에 갈륨 클로라이드 및 암모니아를 통과시킴으로써 수행된다.
상기 과정은 성장 반응기로부터 나노컬럼을 갖는 기판을 제거함으로써 중단된다(160).
본 발명의 나노컬럼 형성의 추가적인 설명은 도 2에 제공된다. 에치 피트(220)는 c-평면 사파이어 기판(210) 상에 형성되며, 3개의 r-평면(230)으로 패싯된다. 사파이어의 r-평면은 a-평면 GaN에 대한 핵형성 위치이다. 3개의 a-평면 GaN 서브-나노컬럼(240)은 {1013} 쌍결정형성과 함께 서로 결합하여, 3개의 120도 회전된 도메인으로 이루어진 a-평면 복합 나노컬럼(250)으로서 수직으로 진전된다. 복합 나노컬럼의 6개의 측벽은 GaN의 +c 및 -c 평면의 3개쌍에 대하여 평행하게 놓인다. 높은 성장 온도에서의 낮은 열적 안정성 때문에, -c-평면은 안정한 +c 평면에 의해 과성장될 수 있으며, +c-평면만에 의해 한정되는 삼각형 단면을 갖는 습관이 생길 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 복합 나노컬럼 구조의 추가적인 디테일이 상면 SEM 이미지에 나타내어진다. 복합 a-평면 나노컬럼(310)의 HVPE 성장은 c-평면 사파이어 기판 상에서의 인 시츄-생성된 에치 피트로부터 이루어진다. 나노컬럼은 3개의(320,330,340) 인접한 a-평면 GaN 서브-나노컬럼으로 이루어진다. 나노컬럼(310)이 r-평면 패싯된 사파이어 에치 피트로부터 발달되므로, 그 측벽의 위치는 기판 표면 상의 에치 피트의 배향에 의해 정의된다.
나노컬럼의 복합 구조로서의 나노컬럼 및 에피층의 상호 배향은 도 4를 참조하여 더욱 상세하게 설명된다. 도 4에서 {1013} XRD 리플렉스(reflexes)의 극점도는 복합 a-평면 나노컬럼 및 주위의 c-평면 GaN 에피층으로부터 취해지고, 플롯(410)에 의해 나타내어진다. 도시된 극점도의 이해를 단순화하기 위하여, 순수한 c-평면 및 순수한 a-평면 GaN에 대하여 측정된 2개의 상응하는 {1013} 극점도가 각각 420 및 430으로 나타내어진다. 복합 나노컬럼 및 에피층의 극점도(410)는 3개의 120도-회전된 a-평면 극점도(430)와 함께 c-평면 에피층(420)에 관련되는 하나를 포함할 수 있다. 3개의 a-평면 극점도 각각은 a-평면 서브-나노컬럼의 하나에 기인할 수 있다. 이들은 에피층에 비교하여 약 30도 회전하는데, 이는 후자의 배향이 기판에 대한 에피택셜 관계에 의해 정의되는 반면, 전자의 배향은 에치 피트 배향에 기인하기 때문이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따라 성장된 GaN 복합 나노컬럼의 추가적인 SEM 이미지가 도시된다. 전술한 바와 같이, 나노컬럼의 배향은 c-평면 사파이어 기판에 대하여 수직으로 성장하는 a-평면 GaN에 상응한다. 나노컬럼을 둘러싸는 비평면 GaN 에피층은 c-축을 따라 배향되고, 나노컬럼과 동시에 성장된다.
도 6을 참조하면, 주위의 에피층과 함께 본 발명의 GaN 복합 나노컬럼의 측면 SEM 이미지가 도시된다. 나노컬럼의 높이는 그 직경에 반비례하며, 이는 차례로 그것이 유래되는 에치 피트의 직경에 의해 결정된다.
본 발명의 대안적인 바람직한 실시예에서, 2인치 c-평면 사파이어 기판의 표면 상의 복합 나노컬럼이 연속적 GaN 에피층에 의한 에피택셜 측면 과성장(epitaxial lateral overgrowth)을 위한 핵형성 부위로 이용될 수 있다. 나노컬럼은 기판 표면 마스크에서 에칭된 규칙적인 간격의 오프닝을 통하여 성장될 수 있다.
이 실시예에서, 첫 번째, 약 ~50 ㎚ 두께의 SiO2 마스크가 예를 들어, 원격 플라즈마 증강 화학 기상 증착(PECVD) 기술을 이용하여 기판 상에 증착될 수 있다.
두 번째, SF6 및 Ar 반응성 이온 에칭(RIE)을 이용하는 표준 포토리소그래피(standard photolithography)가, 이 예시적인 실시예에서는, 마스크에 약 4 ㎛의 직경 및 약 5 ㎛의 간격을 갖는 홀 패턴을 제조하도록 수행될 수 있다.
세 번째, 사파이어 표면 상의 노출된 마스크 오프닝의 습식 에칭이 약 300-400℃의 에칭 온도 및 약 120-140s의 에칭 시간으로 H3PO4계 용액을 이용하여 수행될 수 있다.
에칭 후, 평평한 r-평면 패싯(faceting)을 갖는 삼각형 에치 피트가 격자 구조의 오프닝의 하부에 형성된다.
마지막으로, 전술한 바와 같이 GaN 성장이 HVPE를 이용하여 개시될 수 있으며, 복합 나노컬럼이 마스크 오프닝으로부터 나타나서 그들의 상부 에지 위로 약 3-5 ㎛ 연장될 때까지 계속된다.
본 발명의 방법 중 갈륨 클로라이드 및 암모니아 흐름이 증가하면 GaN 성장 속도가 증가한다는 것을 알 수 있다. 마스크 과성장 중의 V/Ⅲ 비율은 바람직하게 약 30 내지 약 35로 설정된다. 측벽에 대한 비접근성(inaccessibility) 때문에, GaN 과성장은 나노컬럼의 상부(또는 상부 패싯)으로부터만 진행된다. 결과적으로, 나노컬럼은 서로 병합되고, 완전히 합체된 GaN 필름이 된다. 합체 과정은 약 10 ㎛의 필름 두께 내에서 완료될 수 있다. 필름은 나노컬럼 상에 매달려 있으며, 그 두께가 크랙을 피하기에 충분하면 프리-스탠딩(free-standing) GaN 결정을 만들기 위하여 분리될 수 있다. 크랙이 없는 재료는 약 ~100 ㎛ 두께로부터 시작하여 수득될 수 있다.
도 7 및 도 8에 도시된 또 다른 바람직한 실시예에서, 발광 다이오드(LED)와 같은 발광 구조가 복합 GaN 나노컬럼 상에 성장될 수 있다.
본 발명의 나노컬럼을 이용하여 발광 구조를 제조하기 위한 바람직한 일련의 방법 단계는 도 7의 공정 플로우 챠트에 나타내어진다. 첫 번째, GaN 복합 나노컬럼은 본 명세서에서 전술한 바와 같이 성장된다(710). 나노컬럼 제조 후에, n-형 GaN이 도펀트 시약(dopant reagent)으로서 실란(SiH4)을 도입함으로써 나노컬럼의 상부, 측벽 사에, 및 하부 주위에서 성장된다(720). 이어서, SiO2 필름이 플라즈마 증강 화학 기상 증착(PECVD) 등에 의해 n-형 GaN의 상부에 증착된다(730). SiO2 필름은 반응성 이온 에칭(RIE) 등에 의해 나노컬럼의 상부로부터 제거된다(740). 다음으로, InGaN/GaN 양자우물(QW) 구조가 n-형 a-평면 상부 나노컬럼의 상부에 형성되고, a-평면 연속적 p-형 GaN 에피층이 InGaN/GaN QWs의 상부에 성장된다(760). 다음으로, 콘택이 전자빔(EB) 증발 등에 의해 상부 a-평면 p-형 에피층에 형성된다(770). 이어서, RIE 에칭이 나노컬럼을 둘러싸는 하부 c-평면 n-형 GaN 에피층의 표면 상에 수행되며(780), 콘택이 EB 증발 등에 의해 하부 c-평면 n-형 에피층에 형성된다(790).
나노컬럼은 그 상부에 c-평면 GaN 층(840)을 갖는 사파이어 기판(810)의 에치 피트(820)를 이용하여 전술한 바와 같이 성장된다. 이 LED 실시예에서, 성장 단계 중에, 실란(SiH4)이 실리콘 불순물을 첨가하기 위하여 기체 유동 스트림에 도입되어, 나노컬럼 및 인접한 에피층 또는 에피층들에서 n-형 전도를 용이하게 할 수 있다.
이어서, 약 20-㎚ 두께의 SiO2 필름(850)이 전술한 바와 같이 PECVD 기술에 의해 나노컬럼 및 에피층 상에 증착될 수 있으며, 반응성 이온 에칭 또는 "RIE"가 수행될 수 있다. RIE의 에칭 속도가 기판을 향한 이온빔의 방향에 의존하기 때문에, 수직 에칭 속도가 수평 에칭 속도보다 더 빠르다. 이에, 이용자는 a-평면 복합 나노컬럼의 상부에서 SiO2를 제거하고, 동시에 나노컬럼의 측벽에 잔류 SiO2(860)를 남겨, 측벽이 10 ㎚ 두께의 SiO2 필름으로 패시베이션되도록, RIE 파라미터를 제어할 수 있다. 따라서, 나노컬럼(830)의 상부는 발광 에피택셜층의 후속적인 재성장에 적합한 옥사이드-무함유 복합 a-평면 표면을 나타낸다. 도 8에서, 기판 영역은 마스킹되어, 옥사이드층(850)이 잔류하는 것으로 가정한다.
후속적인 단계에서, 나노컬럼을 갖는 성장된 템플릿은 MOCVD 성장 반응기로 운반되며, 여기에서 InGaN/GaN 양자우물 구조(880)가 가스 캐리어로, 예를 들어 트리메틸갈륨(Ga(CH3)3), 트리메틸인듐(In(CH3)3) 및 암모니아 (NH3)를 이용하여 n-형 나노컬럼의 상부에 증착된다. n-패드(870)가 c-평면 n-형 GaN 층(840) 상에 제공된다. 발광 구조는 InGaN/GaN 다중층 양자우물 구조로 형성될 수도 있다. 반사 필름이 n-형 반도체 층 상에 선택적으로 형성될 수 있다.
상부 a-평면 p-형 전도성 에피층을 형성하기 위하여, 추가적인 성장이 비스(사이클로펜타디에닐)마그네슘(Cp2Mg)을 이용하여 수행될 수 있다. p-형 GaN의 성장 중에, 캐리어 가스와 함께 암모니아 및 트리메틸갈륨의 유속(flow rate)은 점진적으로 증가되어, 나노컬럼의 직경을 넓히고 결국 그들을 병합하여 평면의 a-평면 p-형 GaN 에피층(890)을 형성할 수 있다.
그 후, Ni/인듐 주석 옥사이드(ITO)가 예를 들어 전자빔(EB) 기상 증착 기구 내에서의 기상 증착에 의해, p-형 에피층의 표면 상에서 투명 전극으로 형성될 수 있다. Au p-형 전극은 투명 전극 상에 형성되어, p-패드(821)을 형성할 수 있다.
유사하게, 발광 다이오드(LED) 구조를 완성하기 위하여, Ti/Au 또는 다른 적합한 n-형 전극은 EB 기상 증착 기구에서의 기상 증착에 의해 n-형 GaN 에피층의 RIE 에칭된 표면 상에 형성되어 n-형 콘택(850)을 형성할 수 있다. GaN 및 AlGaN 광검출기(photodetector) 구조 및 복합 나노컬럼 전계 방출 구조 및 전원 장치가 유사하게 형성될 수 있다.
형성된 LED 구조는 n-형 GaN 에피층의 표면에 결합된 n-형 전극(제1 전극)(850); 에피층으로 둘러싸인 나노컬럼(830) 상부의 InGaN/GaN 발광 구조(나노컬럼 LED)의 순차적 적층체를 갖는 복수의 a-평면 n-형 GaN 복합 나노컬럼(830); p-형 연속적 GaN 에피층 및 투명 전극(811)의 표면 상에 형성된 p-형 전극 또는 패드 (제2 전극)(821)를 포함한다.
따라서, 도 8의 LED 구조는 c-평면 극성 GaN(850) 상에서 에피택셜 성장 과정을 시작하는 a-평면 비극성 GaN LED 구조를 형성하는 방법의 실시예이다. 이 방법은, r-평면 사파이어/a-평면 GaN 계면에서의 응력 관리 및 전위 형성(dislocation formation)을 포함하나 이에 제한되는 것은 아닌, r-평면 사파이어 상에서의 비극성 GaN의 에피택셜 성장에서 전형적으로 겪게되는 어려움을 극복한다. 따라서, c-평면 사파이어 상에서 잘 이해되고 신뢰할 수 있는 성장을 이용하여 낮은 변형율(strain), 매우 낮은 관통 전위(threading dislocation) 밀도, 높은 효율성 및 a-평면 LED 구조의 InGaN QWs에서의 잠재적으로 더욱 높은 인듐 흡수율(intake ratio)과 같은, 결정질 평면에 의해 실현될 수 있는 이점을 갖는 a-평면 LED 구조를 실현할 수 있다. 결과적으로, 도 8의 실시예는 충분히 높은 In 비율 x를 갖는 InxGa(1-x)N QW LED 구조를 실현시킬 수 있어, 디스플레이 애플리케이션에서 매우 많이 요구되는 Red 650-㎚와 같은 긴 가시광선 스펙트럼 파장을 구현할 수 있다.
통상의 기술자는 도 8의 블록(890)에 나타내어진 바와 같이 나노컬럼 사이의 GaN의 측면 합체(lateral coalescence)가 발광 구조의 성장 전에, p-형 GaN 대신에 n-형 또는 비도핑된 GaN에 의해서 일어날 수 있다는 것을 인지할 것이다. 그러한 성장 순서의 역전은 수득된 재료에서의 낮은 응력 및 결함 밀도를 이용하는 이완 평면(relaxed planar) 발광 다이오드 및 레이저 다이오드를 성장시키는데 이용될 수 있다. 이와 같은 구조는 박막 발광 구조에서 패키징을 위하여 캐리어 웨이퍼 또는 서브마운트에 쉽게 결합할 수 있다.
전술한 LED 구현예는 나노컬럼의 상부 표면 상에서 에피택셜 성장을 이용하였지만, 통상의 기술자는 대신에 나노컬럼의 상부 표면을 마스킹하고, 수직 측벽 상에 발광 구조를 성장시킬 수 있음을 인지할 것이다. 이와 같은 접근 방법은 예를 들어, 에지-방출 레이저 다이오드의 제조를 위한 이점을 제공할 수 있다. 대안으로, 발광층이 측벽 및 상부 표면 양쪽에서 성장될 수 있다. 이 경우, 성장 과정은, 2개의 별개의 결정학적 평면 상에서 인듐 혼입 비율(incorporation rate)을 변화시켜 나노컬럼의 표면으로부터의 방출 파장과 측면으로부터의 방출 파장이 각각 상이하게 되도록 맞춰질 수 있다. 그러한 컬러 믹싱은 조명 및 디스플레이 애플리케이션을 위한 고효율 백색 LEDs의 제조에 있어서 분명한 이점을 제공할 수 있다. 또한, 본 명세서의 많은 경우에 있어서, 생성된 구조는 LED와 관련하여 설명되었으나, 많은 구조가 통상의 기술자에 의해 레이저 구조로 쉽게 변형될 수 있으며, 레이저 다이오드로 용이하게 이용될 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 이용된 바와 같이, 발광 구조로 통칭되는, LEDs와 레이저 다이오드 사이에는 대응성이 존재한다.
전술한 설명에서, c-평면 사파이어가 예시적인 기판 재료로 이용되었으나, c-평면 사파이어 GaN, 실리콘 카바이드, 실리콘, a-평면 사파이어, 리튬 알루미네이트 또는 스피넬 재료와 같은 다양한 다른 기판 재료가 다른 재료를 지정하기 위하여 사용될 수 있기 때문에, c-평면 사파이어는 단지 예시일 뿐이다. 이와 관련하여, 본 발명은, 바람직하게 10 나노미터 내지 50 마이크론, 더욱 바람직하게 마이크론 미만인 측면 방향에서의 피라미드형 피트의 정상 크기(normal size)에 의해 균일한 GaN 층이 성장되어야 하는 경우 겪게 되는 격자 미스매치의 누적을 피할 수 있기 때문에, 격자 미스매치로부터 야기되는 불리한 결과 때문에 GaN 성장에 있어서 전통적인 기판 재료로 여겨지지 않았던 기판 재료를 이용하여 실시될 수 있다. 또한, 전술한 설명에서, GaN은 나노컬럼 및 서브-나노컬럼의 예시적인 재료로 사용되었다. 그러나, AlN, AlGaN, InGaN, AlInN 또는 AlInGaN을 포함하는 다른 재료가 사용될 수 있다.
본 발명은 선택된 구현예에 관하여 설명되나, 첨부된 청구범위의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 설명된 실시예에 대하여 변경 및 수정을 가할 수 있다. 또한, 본 발명의 특정 특징이 몇몇 구현예에 대하여만 개시되었을 수 있으나, 그러한 특징은 임의의 주어진 또는 특정 기능을 위하여 바람직하거나 유리할 수 있는 일 이상의 다른 특징과 조합될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 본 명세서 및 본 개시된 본 발명의 실시를 고려하여 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 본 명세서 및 실시예는 단지 예시적인 것으로 여겨지며, 본 발명의 진정한 범위 및 사상은 하기 청구범위에 의해 나타내어진다.

Claims (45)

  1. 기판의 표면 상에 피트(pit)를 형성하는 단계;
    상기 피트에서 복수의 서브-나노컬럼 핵형성을 개시하는 단계; 및
    상기 서브-나노컬럼이 합체되어 단일 나노컬럼을 형성하는 상기 피트의 중심을 향하여 복수의 서브-나노컬럼의 성장을 촉진시키는 단계를 포함하는
    복합 나노컬럼의 성장 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피트는 패싯된 피라미드형 피트(faceted pyramidal pit)인
    방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 패싯된 피라미드형 피트는 H3PO4계 용액에서 화학적 습식 에칭에 의해 형성되는
    방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 서브-나노컬럼은 GaN 재료를 포함하고, GaN 서브-나노컬럼 및 복합 나노컬럼은 비극성 a-평면 배향을 갖는
    방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 패싯된 피라미드형 피트의 측면치수(lateral dimension)에서의 크기는 서브-마이크론(sub-micron)인
    방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 패싯된 피라미드형 피트의 측면치수(lateral dimension)에서의 크기는 10 나노미터 내지 50 마이크론의 범위인
    방법.
  7. 제2항에 있어서,
    복수의 피라미드형 피트를 더 포함하고, 상기 피라미드형 피트는 상기 기판의 표면 상에서 마스크를 이용하여 형성되어, 상기 기판 표면 상에서 패싯된 피라미드형 피트의 이차원 격자 패턴을 생성하는
    방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 서브-나노컬럼은 GaN 재료를 포함하고, GaN 서브-나노컬럼 및 복합 나노컬럼은 비극성 a-평면 배향을 갖는
    방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 서브-나노컬럼 및 복합 나노컬럼은 하이드라이드 기상 에피택시 기술에 의해 성장하는
    방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 c-평면 사파이어, GaN, 실리콘 카바이드, a-평면 사파이어, 리튬 알루미네이트 또는 스피넬 재료(spinel material)로 이루어진 재료의 군으로부터 선택되는
    방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복합 나노컬럼은 Ⅲ족-나이트라이드 반도체 재료를 포함하는
    방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 c-평면 사파이어 기판인
    방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 피라미드형 피트의 패싯(facet)은 상기 c-평면 사파이어 기판의 r-평면에 평행인
    방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 피트는 패싯된 피라미드형 피트이며, 상기 패싯된 피라미드형 피트는 HCl을 함유하는 기체 혼합물에서 상기 기판을 에칭함으로써 형성되는
    방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 기판은 c-평면 사파이어 기판이며, 상기 피라미드형 피트의 패싯은 상기 c-평면 사파이어 기판의 r-평면에 평행인
    방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 서브-나노컬럼 및 복합 나노컬럼은 GaN, AlN, InN, AlGaN InGaN, AlInN, 또는 AlInGaN 서브-나노컬럼 및 복합 나노컬럼인
    방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 방법은 복합 나노컬럼 다중층 GaN 및 InGaN 발광 구조를 성장시키는 단계를 더 포함하는
    방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 방법은 상기 복합 나노컬럼의 상부에 복합 나노컬럼 다중층 GaN 및 InGaN 발광 구조를 성장시키는 단계를 더 포함하는
    방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 방법은 상기 복합 나노컬럼의 측면에 복합 나노컬럼 다중층 GaN 및 InGaN 발광 구조를 성장시키는 단계를 더 포함하는
    방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 방법은 상기 복합 나노컬럼 상에 복합 나노컬럼 다중층 GaN 및 AlGaN 광검출기 구조를 성장시키는 단계를 더 포함하는
    방법.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 방법은 상기 복합 나노컬럼의 상부에 복합 나노컬럼 다중층 GaN 및 AlGaN 광검출기 구조를 성장시키는 단계를 더 포함하는
    방법.
  22. 제16항에 있어서,
    상기 방법은 상기 복합 나노컬럼의 측면에 복합 나노컬럼 다중층 GaN 및 AlGaN 광검출기 구조를 성장시키는 단계를 더 포함하는
    방법.
  23. 제16항에 있어서,
    상기 방법은 상기 복합 나노컬럼 상에 복합 나노컬럼 전계 방출 구조(field emission structure)를 성장시키는 단계를 더 포함하는
    방법.
  24. 제16항에 있어서,
    상기 방법은 상기 복합 나노컬럼 상에 전원 장치(power device)를 성장시키는 단계를 더 포함하는
    방법.
  25. 제1항에 있어서,
    상기 나노컬럼 상에 복합 나노컬럼 다중층 GaN 및 InGaN 발광 구조를 성장시키는 단계를 더 포함하며,
    상기 발광 구조는, 상기 복합 나노컬럼 상에서 상기 발광 구조가 성장되는 결정학적 패싯(crystallographic facets)에 기초하여 상이한 파장을 방출하는
    방법.
  26. 기판의 표면 상의 패싯된 피라미드형 피트;
    상기 피라미드형 피트의 패싯 상의 복수의 서브-나노컬럼; 및
    단일 나노컬럼을 형성하도록 합체된 상기 복수의 서브-나노컬럼을 포함하는
    복합 나노컬럼.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 기판은 c-평면 사파이어, GaN, 실리콘 카바이드, a-평면 사파이어, 리튬 알루미네이트 또는 스피넬 재료 중 하나인
    복합 나노컬럼.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 복합 나노컬럼은 Ⅲ족-나이트라이드 반도체 재료를 포함하는
    방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 기판은 c-평면 사파이어 기판이며, 상기 피라미드형 피트의 패싯은 상기 c-평면 사파이어 기판의 r-평면에 평행인
    복합 나노컬럼.
  30. 제28항에 있어서,
    상기 서브-나노컬럼은 GaN 재료를 포함하며, GaN 서브-나노컬럼 및 복합 나노컬럼은 비극성 a-평면 배향을 갖는
    복합 나노컬럼.
  31. 제26항에 있어서,
    상기 기판은 c-평면 사파이어 기판인
    복합 나노컬럼.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 피라미드형 피트의 패싯은 상기 c-평면 사파이어 기판의 r-평면에 평행인
    복합 나노컬럼.
  33. 제26항에 있어서,
    상기 패싯된 피라미드형 피트의 크기는 서브-마이크론인
    복합 나노컬럼.
  34. 제26항에 있어서,
    상기 패싯된 피라미드형 피트의 크기는 10 나노미터 내지 50 마이크론의 범위인
    복합 나노컬럼.
  35. 제26항에 있어서,
    상기 서브-나노컬럼 및 복합 나노컬럼은 GaN, AlN, InN, AlGaN InGaN, AlInN, 또는 AlInGaN 서브-나노컬럼 및 복합 나노컬럼인
    복합 나노컬럼.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 복합 나노컬럼은, 상기 복합 나노컬럼 상에 복합 나노컬럼 다중층 GaN 및 InGaN 발광 구조를 더 포함하는
    복합 나노컬럼.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 복합 나노컬럼 다중층 GaN 및 InGaN 발광 구조는, 상기 복합 나노컬럼 다중층 GaN 및 InGaN 발광 구조가 위치하는 결정학적 패싯을 기초로 하여 상이한 파장을 방출하는
    복합 나노컬럼.
  38. 제35항에 있어서,
    상기 복합 나노컬럼은, 상기 복합 나노 컬럼의 상부에 복합 나노컬럼 다중층 GaN 및 InGaN 발광 구조를 더 포함하는
    복합 나노컬럼.
  39. 제35항에 있어서,
    상기 복합 나노컬럼은, 상기 복합 나노 컬럼의 측면에 복합 나노컬럼 다중층 GaN 및 InGaN 발광 구조를 더 포함하는
    복합 나노컬럼.
  40. 제35항에 있어서,
    상기 복합 나노컬럼은, 상기 복합 나노컬럼 상에 복합 나노컬럼 다중층 GaN 및 AlGaN 광검출기 구조를 더 포함하는
    복합 나노컬럼.
  41. 제35항에 있어서,
    상기 복합 나노컬럼은, 상기 복합 나노컬럼의 상부에 복합 나노컬럼 다중층 GaN 및 AlGaN 광검출기 구조를 더 포함하는
    복합 나노컬럼.
  42. 제35항에 있어서,
    상기 복합 나노컬럼은, 상기 복합 나노컬럼의 측면에 다중층 GaN 및 AlGaN 광검출기 구조를 더 포함하는
    복합 나노컬럼.
  43. 제35항에 있어서,
    상기 복합 나노컬럼은, 상기 복합 나노컬럼 상에 전계 방출 구조를 더 포함하는
    복합 나노컬럼.
  44. 제35항에 있어서,
    상기 복합 나노컬럼 상에 전원 장치를 더 포함하는
    복합 나노컬럼.
  45. 제26항에 있어서,
    상기 서브-나노컬럼은 GaN 재료를 포함하며, GaN 서브-나노컬럼 및 복합 나노컬럼은 비극성 a-평면 배향을 갖는
    복합 나노컬럼.

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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11322652B2 (en) * 2015-12-14 2022-05-03 Ostendo Technologies, Inc. Methods for producing composite GaN nanocolumns and light emitting structures made from the methods
CN109148654B (zh) * 2018-08-30 2020-04-07 芜湖德豪润达光电科技有限公司 非极性面ⅲ族氮化物外延结构及其制备方法
US10854646B2 (en) * 2018-10-19 2020-12-01 Attollo Engineering, LLC PIN photodetector
WO2020183777A1 (ja) * 2019-03-12 2020-09-17 株式会社アルバック 真空蒸着装置
US11637219B2 (en) 2019-04-12 2023-04-25 Google Llc Monolithic integration of different light emitting structures on a same substrate
CN110993755B (zh) * 2019-12-18 2021-09-21 天津工业大学 电注入三维GaN核壳结构Nano-LED及制造方法
WO2024084634A1 (ja) * 2022-10-19 2024-04-25 京セラ株式会社 半導体基板、半導体基板の製造方法および製造装置
CN116705889B (zh) * 2023-06-28 2024-02-27 北京科技大学 梯度应变调控的范德华异质结型光电探测器及其制备方法

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100992960B1 (ko) * 2002-04-15 2010-11-09 더 리전츠 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 유기금속 화학기상 증착법에 의해 성장된 무극성 α면질화갈륨 박막
KR20060127743A (ko) * 2005-06-06 2006-12-13 스미토모덴키고교가부시키가이샤 질화물 반도체 기판과 그 제조 방법
JP2007048869A (ja) * 2005-08-09 2007-02-22 Sony Corp ＧａＮ系半導体発光素子の製造方法
MX2008011275A (es) 2006-03-10 2008-11-25 Stc Unm Crecimiento pulsado de nanoalambres de gan y aplicaciones en materiales y dispositivos de substrato semiconductor de nitruros del grupo iii.
CN101443887B (zh) * 2006-03-10 2011-04-20 Stc.Unm公司 Gan纳米线的脉冲式生长及在族ⅲ氮化物半导体衬底材料中的应用和器件
JP5082752B2 (ja) * 2006-12-21 2012-11-28 日亜化学工業株式会社 半導体発光素子用基板の製造方法及びそれを用いた半導体発光素子
US8964020B2 (en) * 2007-04-25 2015-02-24 Stc.Unm Solid-state microscope for selectively imaging a sample
US8652947B2 (en) * 2007-09-26 2014-02-18 Wang Nang Wang Non-polar III-V nitride semiconductor and growth method
US7745315B1 (en) 2007-10-03 2010-06-29 Sandia Corporation Highly aligned vertical GaN nanowires using submonolayer metal catalysts
US8188513B2 (en) * 2007-10-04 2012-05-29 Stc.Unm Nanowire and larger GaN based HEMTS
CN101685774B (zh) * 2008-09-24 2012-06-13 北京邮电大学 一种基于界面纳米结构的异质外延生长工艺
US8338818B1 (en) 2008-12-19 2012-12-25 Stc.Unm Nanowires, nanowire networks and methods for their formation and use
KR20100093872A (ko) * 2009-02-17 2010-08-26 삼성엘이디 주식회사 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
US9947829B2 (en) * 2010-06-24 2018-04-17 Glo Ab Substrate with buffer layer for oriented nanowire growth
US8409892B2 (en) 2011-04-14 2013-04-02 Opto Tech Corporation Method of selective photo-enhanced wet oxidation for nitride layer regrowth on substrates
US9080980B2 (en) 2011-07-27 2015-07-14 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Surface enhanced raman spectroscopy employing a nanorod in a surface indentation
CN103531447B (zh) * 2012-07-06 2016-03-16 中国科学院金属研究所 一种降低氮化镓纳米线阵列晶体缺陷密度的方法
WO2014066379A1 (en) * 2012-10-26 2014-05-01 Glo Ab Nanowire sized opto-electronic structure and method for modifying selected portions of same
WO2014138904A1 (en) 2013-03-14 2014-09-18 The Royal Institution For The Advancement Of Learning/Mcgill University Methods and devices for solid state nanowire devices
KR102070209B1 (ko) * 2013-07-01 2020-01-28 엘지전자 주식회사 성장기판 및 그를 포함하는 발광소자
US9171843B2 (en) 2013-08-02 2015-10-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor device and fabricating the same
US9053890B2 (en) * 2013-08-02 2015-06-09 University Health Network Nanostructure field emission cathode structure and method for making
WO2015095049A1 (en) 2013-12-17 2015-06-25 Glo Ab Iii-nitride nanowire led with strain modified surface active region and method of making thereof
KR102140741B1 (ko) * 2014-02-18 2020-08-03 엘지전자 주식회사 무분극 이종 기판 및 그 제조방법, 이를 이용한 질화물 반도체 발광 소자
FR3019188B1 (fr) * 2014-03-27 2017-11-24 Commissariat Energie Atomique Procede de croissance d'un element allonge a partir d'un germe forme dans un creux d'une couche ou d'un plot de nucleation
US9773889B2 (en) * 2014-07-18 2017-09-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Method of semiconductor arrangement formation
US11322652B2 (en) * 2015-12-14 2022-05-03 Ostendo Technologies, Inc. Methods for producing composite GaN nanocolumns and light emitting structures made from the methods

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