KR20230168423A - 고집적 광회로의 광원 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 나노 크기를 가지는 광전자소자 및 광소자를 정교하게 제조할 수 있고, 이를 높은 정확도와 정밀도로 기판 위의 원하는 위치에 개별 배치하여 나노 크기의 광소자를 포함하는 고집적 광회로를 구현할 수 있음과 동시에, 신소재를 활용하여 종래의 금속 전극의 특성이 야기했던 광손실을 크게 줄일 수 있고, 불필요한 광학 모드의 변형 및 불이익을 근본적으로 제거하고, 나노 크기의 전기 구동 광원을 목적에 맞게 전사하여 수동 광학 구조 즉, 광 도파로에 모두 통합할 수 있어서 미래 반도체, 초고속 정보통신, 신재생 에너지 및 의료생명공학 등의 분야의 핵심기술을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 고집적 광회로의 광원에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저차원 나노물질과 나노구조를 결합하여 전기적/광학적 특성이 우수하고, 제어가 가능하며 새로운 기능과 향상된 특성을 갖는 나노크기의 고효율 고집적 광회로의 광원 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
나노소자 연구의 많은 부분은 전기소자를 중심으로 이루어져 왔으나, 빛은 정보전달의 양과 속도 측면에서 전자에 비해 현저히 우수한 특성을 가지기 때문에 최근 빛을 이용한 광전자소자 및 광소자 분야가 많은 주목을 받고 있다. 이러한 나노 광소자들은 우수한 전기적/광학적 특성을 가지고 있으면서도 열에 의한 소자의 성능 저하 문제가 발생하지 않기 때문에 나노 크기의 광소자 연구는 미래 반도체, 초고속 정보통신, 신재생 에너지 및 의료생명공학 분야의 핵심기술을 제공하게 될 것이다.
그러나 현재까지 보고된 나노 크기의 광소자 연구는 하기와 같은 문제로 인해 실제 다양한 산업군으로 활용되는데 한계가 있다.
첫번째, 나노크기의 광소자를 포함하는 고집적 광회로 초미세 나노 광원을 구현하기 위해서는 우선 나노크기의 미세 개별 광소자를 제조하는 것이 필수적이다. 그러나 현재까지 보고된 연구 결과에 따를 때, 나노크기의 미세 개별 광소자를 정밀하게 제조하는 것을 극히 어려운 기술로 미세 개별 광소자 제조의 명확한 한계를 가지고 있다.
또한 설사 초미세크기를 가지는 광소자의 제조가 가능하다 하더라도 이를 고집적 광회로에서 광원으로서 적합한 위치에 정밀하게 배치하여 광원을 발진하는 기술을 개발하는 것은 또 다른 차원의 어려운 문제가 되기 때문에 다양한 분야로의 활용 및 산업화를 가로막는 원인이 되고 있다
두번째, 나노 크기의 광소자를 포함하는 고집적 광회로에 에너지를 주입하여 광원을 구동시키기 위해서는 상술한 기술 이외에도 초미세 나노 광소자 및 전류 주입 등의 광소자 제어 기술이 필요하다. 즉 고집적 광회로 내 초미세 나노 광원을 구동시키는 것 역시 전류주입 등 광소자 제어 기술을 통해 실질적인 응용이 가능하나, 광소자 제어 기술 또한 정밀한 기술의 부재로 인한 한계를 가지고 있다.
같은 이유로, 나노 크기의 전극과 나노 크기의 반도체 소자 간의 나타내는 높이 또는 두께에 따른 나노 사이즈의 단차를 극복하여 목적하는 광효율을 이끌어내는 것 또한 여러 측면에서 매우 어렵고 도전적인 과제이다.
세번째, 종래 광전자소자 및 광소자 분야에서는 상대적으로 전기적 특성이 우수한 금속을 사용하였으나, 이와 같은 금속의 도입으로 인한 불필요한 광학모드의 변형 또는 불이익이 발생하여 광손실이 필연적으로 발생할 수밖에 없다. 이에 따라 강한 빛-물질 상호작용을 하며 광도파, 흡수, 산란 및 광증폭 등의 광현상을 가능하게 하여 광손실을 최소함과 동시에 다양한 목적을 가지고 여러 분야에서 사용될 수 있는 신소재에 대한 연구가 필요하나, 이와 같은 신소재 및 관련 기술의 대한 연구는 미미한 실정이다.
이에 따라, 나노 크기를 가지는 광전자소자 및 광소자를 정교하게 제조할 수 있고, 이를 높은 정확도와 정밀도로 기판 위의 원하는 위치에 개별 배치하여 나노 크기의 광소자를 포함하는 고집적 광회로를 구현할 수 있음과 동시에, 신소재를 활용하여 종래의 금속 전극의 특성이 야기했던 광손실을 크게 줄일 수 있고, 불필요한 광학 모드의 변형 및 불이익을 근본적으로 제거할 수 있는 혁신적인 기술에 대한 연구가 시급하다.
본 발명은 상술한 문제를 극복하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 나노 크기를 가지는 광전자소자 및 광소자를 정교하게 제조할 수 있고, 이를 높은 정확도와 정밀도로 기판 위의 원하는 위치에 개별 배치하여 나노 크기의 광소자를 포함하는 전기적으로 구동 가능한 고집적 광회로를 구현할 수 있음과 동시에, 신소재를 활용하여 종래의 금속 전극의 특성이 야기했던 광손실을 크게 줄일 수 있고, 불필요한 광학 모드의 변형 및 불이익을 근본적으로 제거할 수 있는 고집적 광회로 광원 및 고집적 광회로 광원의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 해결하고자 하는 또 다른 과제는 나노 크기의 전기적으로 구동가능한 광원을 목적에 맞게 전사하여 수동 광학 구조 즉, 광 도파로에 통합할 수 있는 고집적 광회로 광원 및 고집적 광회로 광원의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위해 바닥면 상에 면방향으로 상호 이격된 양극전극 및 음극전극, 상기 양극전극 및 음극전극 사이에 배치된 반도체 나노선, 상기 반도체 나노선의 상부면과 상기 양극전극을 전기적으로 연결하는 제1그래핀 전극 및 상기 반도체 나노선의 하부면과 상기 음극전극을 전기적으로 연결하는 제2그래핀 전극을 포함하는 고집적 광회로 광원을 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 제1그래핀 전극은 상기 반도체 나노선 상부면 면접촉하고, 상기 제2그래핀 전극은 상기 반도체 나노선 하부면과 면접촉하여, All-graphene-contact 구조인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제1그래핀 전극 및 제2그래핀 전극은 1 내지 10 nm의 두께를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 양극전극, 음극전극 및 반도체 나노선은 각각 높이 단차를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 반도체 나노선은 광활성층을 포함하고 상기 광활성층은, 상기 p형 반도체층 하부에 형성된 p형 영역 및 상기 n형 반도체층 상부에 형성된 n형 영역을 포함하되, 상기 p형 영역 및 상기 n형 영역 사이에서 GalnP 우물층 및 AlGalnP 배리어층이 적어도 1회 교번하여 적층된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 반도체 나노선의 두께는 50 내지 500 nm이며, 장축방향의 길이(a)와 장축방향의 횡단면(b)의 비(a/b)는 10 내지 300 인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 고집적 광회로 광원을 포함하고, 반도체 나노선은 실로콘계 기판 상에 형성되고, 상기 실로콘계 기판은 상기 반도체 나노선이 형성되는 전사부, 테이퍼링부 및 광도파로를 더 포함하며, 상기 반도체 나노선에서 발광된 빛이 테이퍼링부를 거쳐 광도파로를 통해 이동하는 것을 특징으로 하는 고집적 광회로를 제공한다.
또한 본 발명은 n형 반도체층, 광활성층 및 p형 반도체층이 순차적으로 적층되어 있는 반도체 기판을 준비하는 제1단계, 상기 반도체 기판 식각하여 반도체 나노선 배열구조를 형성하는 제2단계, Micro-transfer-printing을 이용하여 상기 반도체 나노선 배열구조로부터 반도체 나노선을 분리하고 반도체 나노선을 양극전극 및 음극전극과 연결하는 제3단계를 포함하는 고집적 광회로 광원의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 제2단계는 상기 광활성층 상에 폴리머 레지스트를 상기 반도체 나노선 모양으로 형성한 후 식각하여 상기 반도체 나노선 배열구조를 형성하는 제2-1단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제3단계의 Micro-transfer-printing은 마이크로 팁을 경화시키는 제3-1단계, 상기 반도체 나노선 배열구조 상부에 경화된 마이크로 팁을 이용하여 반도체 나노선을 상기 반도체 나노선 배열구조로부터 분리하는 제3-2단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 나노 크기를 가지는 광전자소자 및 광소자를 정교하게 제조할 수 있고, 이를 높은 정확도와 정밀도로 기판 위의 원하는 위치에 개별 배치하여 나노 크기의 광소자를 포함하는 고집적 광회로를 구현할 수 있음과 동시에, 신소재를 활용하여 종래의 금속 전극의 특성이 야기했던 광손실을 크게 줄일 수 있고, 불필요한 광학 모드의 변형 및 불이익을 근본적으로 제거하고, 나노 크기의 전기 구동 광원을 목적에 맞게 전사하여 수동 광학 구조 즉, 광 도파로에 모두 통합할 수 있어서 미래 반도체, 초고속 정보통신, 신재생 에너지 및 의료생명공학 등의 분야의 핵심기술을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고집적 광회로 광원을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 나노선의 CCD 이미지이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 나노선의 CCD 전자현미경 이미지, 편광된 CCD 이미지 및 이에 대한 스펙트럼을 나타내는 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판을 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극과 반도체 나노선이 그래핀 전극을 통해 전기적으로 연결되는 모습을 나타내는 모식도이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 나노선이 제1및 제2 그래핀 전극을 통해 양극전극 및 음극전극에 연결되는 모습을 나타내는 이미지이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따라 반도체 나노선 상부에 제1그래핀 전극, 하부에 제2그래핀 전극이 형성되어 있는 것을 나타내는 이미지이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극과 반도체 나노선의 단차를 표현하기 위한 모식도이다.
도 8 및 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고집적 광회로 광원이 광도파로에 결합된 형태 및 이의 CCD 이미지를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 반도체 기판을 식각하여 반도체 나노선 배열구조를 형성하는 모식도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 반도체 나노선을 분리하는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 반도체 나노선의 n형 반도체 층, 광활성층 및 p형 반도체층이 순차적으로 적층되어 있는 것을 나타내는 이미지이다.
도 13은 본 발명에 일 실시예에 따라 고집적 광회로 광원의 제조방법 제3단계에 의해 반도체 나노선을 양극전극과 음극전극에 각각 제1그래핀 전극 및 제2그래핀 전극을 통해 연결하는 방법을 나타내는 이미지이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 고집적 광회로의 I-V 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 나노선의 CCD 이미지이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 나노선의 CCD 전자현미경 이미지, 편광된 CCD 이미지 및 이에 대한 스펙트럼을 나타내는 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판을 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극과 반도체 나노선이 그래핀 전극을 통해 전기적으로 연결되는 모습을 나타내는 모식도이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 나노선이 제1및 제2 그래핀 전극을 통해 양극전극 및 음극전극에 연결되는 모습을 나타내는 이미지이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따라 반도체 나노선 상부에 제1그래핀 전극, 하부에 제2그래핀 전극이 형성되어 있는 것을 나타내는 이미지이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극과 반도체 나노선의 단차를 표현하기 위한 모식도이다.
도 8 및 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고집적 광회로 광원이 광도파로에 결합된 형태 및 이의 CCD 이미지를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 반도체 기판을 식각하여 반도체 나노선 배열구조를 형성하는 모식도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 반도체 나노선을 분리하는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 반도체 나노선의 n형 반도체 층, 광활성층 및 p형 반도체층이 순차적으로 적층되어 있는 것을 나타내는 이미지이다.
도 13은 본 발명에 일 실시예에 따라 고집적 광회로 광원의 제조방법 제3단계에 의해 반도체 나노선을 양극전극과 음극전극에 각각 제1그래핀 전극 및 제2그래핀 전극을 통해 연결하는 방법을 나타내는 이미지이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 고집적 광회로의 I-V 곡선을 나타내는 그래프이다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
상술한 바와 같이, 종래 나노 크기의 광소자를 제조하는 방법은 신소재 개발의 문제, 금속의 내재적인 특성으로 인한 제한 및 미세 크기의 정밀한 제어 및 설계 기술의 부재 등으로 인한 문제가 있어서 실제 다양한 산업군에 활용되지 못하고 있다.
이에 따라, 본 바닥면 상에 면방향으로 상호 이격된 양극전극 및 음극전극, 상기 양극전극 및 음극전극 사이에 배치된 반도체 나노선, 상기 반도체 나노선의 상부면과 상기 양극전극을 전기적으로 연결하는 제1그래핀 전극 및 상기 반도체 나노선의 하부면과 상기 음극전극을 전기적으로 연결하는 제2그래핀 전극을 포함하는 고집적 광회로 광원을 제공하여 상술한 문제의 해결을 모색하였다.
이를 통해, 저차원 나노물질과 나노구조를 결합하여 전기적/광학적 특성이 우수하고, 제어가 가능하며 새로운 기능과 향상된 특성을 갖는 나노크기의 고효율 고집적 광회로 광원 및 광도파로를 포함하는 고집적 광회로를 구현할 수 있다.
이하 도 1 내지 14를 참조하여 본 발명에 따른 고집적 광회로 광원에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 고집적 광회로 광원(100)은 바닥면 상에 면방향으로 상호 이격된 양극전극(111) 및 음극전극(113)을 포함하는 전극라인, n형 반도체층(121), 광활성층(125) 및 p형 반도체층(129)를 포함하는 층들이 적층되는 두께방향으로 대향하는 상부면 및 하부면을 가지며 상기 두께방향에 수직한 어느 일 방향이 장축이 되고, 상기 두께방향이 상기 바닥면의 면방향에 수직하도록 바닥면 상에 배치되는 반도체 나노선(120); 및 상기 반도체 나노선(120)의 상부면과 상기 양극전극(111) 또는 음극전극(113) 간을 전기적으로 연결하는 제1그래핀 전극(131) 및 상기 반도체 나노선(120)의 하부면과 상기 음극전극(111) 또는 양극전극(113) 간을 전기적으로 연결하는 제2그래핀 전극(133)을 포함한다.
상기 전극라인은 도 1에 도시된 것과 같이 본 발명에 따른 고집적 광회로 광원(100) 바닥면 상에 면방향으로 상호 이격된 양극전극(111) 및 음극전극(113)을 포함한다.
상기 양극전극(111)은 제1그래핀 전극(131) 또는 제2그래핀 전극(133)을 통해 후술할 반도체 나노선(120)와 전기적 접속을 할 수 있으며, 바람직하게는 제1그래핀 전극(131)을 통해 상기 반도체 나노선(120)의 상부면과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한 제1그래핀 전극의 보호를 위해 패시베이션층(134)이 추가될 수 있으며, 바람직하게는 제1그래핀 전극 상부에 제1그래핀 전극의 손상을 방지하기 위해 전자현미경으로 경화시킨 PMMA가 형성될 수 있다.
상기 음극전극(113)은 제1그래핀 전극(131) 또는 제2그래핀 전극(133)을 통해 후술할 반도체 나노선(120)와 전기적 접속을 할 수 있으며, 바람직하게는 제2그래핀 전극(133)을 통해 상기 반도체 나노선(120)의 하부면과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한 제2그래핀 전극의 보호를 위해 패시베이션층(134)이 추가될 수 있으며, 바람직하게는 제2그래핀 전극 상부에 제2그래핀 전극의 손상을 방지하기 위해 전자현미경으로 경화시킨 PMMA가 형성될 수 있다.
이때 상기 양극전극(111) 및 상기 음극전극(113) 사이에 전압을 인가하여 전류를 주입하면, 상기 제1그래핀 전극(131) 및 제2그래핀 전극(133)을 통해 반도체 나노선(120)에 수직전인 전류가 흐르게 되고 광을 발진시킬 수 있다.
이를 위해 상기 양극전극(111)에 및 상기 음극전극(113)은 도 1과 같이 반도체 나노선(120)를 기준 축으로 하여 동일 평면 상에서 서로 반대면에 상호 대향하여 배치될 수 있고, 상기 양극전극(111)에 및 상기 음극전극(113)은 상기 제1그래핀 전극(131) 및 제2그래핀 전극(133)을 통해 반도체 나노선(120)에 전류를 공급할 수 있는 공지의 통상적인 금속 물질을 사용할 수 있으며, 예를 들어 금(Au)을 사용할 수 있다.
다음, 상기 반도체 나노선(120)는 상기 양극전극(111)에 및 상기 음극전극(113) 사이에서 배치되며, 인가된 전압에 의해 빛을 발광하는 광원의 역할을 한다.
종래 광전자소자 및 광소자 분야에서는 상대적으로 전기적/광학적 특성이 우수한 금속을 사용하였으나, 이와 같은 금속의 도입으로 인한 불필요한 광학모드의 변형 또는 불이익이 발생하여 광손실이 필연적으로 발생할 수밖에 없는 문제가 있다.
이에 본 발명은 광회로의 전극으로서 신소재 중 투명하고 플렉서블한 그래핀을 사용하여 상술한 문제를 해결하였다. 즉 본 발명에 따른 상기 반도체 나노선은 금속으로 인한 불필요한 광학모드의 변형 또는 불이익을 해소하여 광원으로 금속 전극 대비 현격히 우수한 효율을 나타낼 수 있다. 또한 상기 반도체 나노선은 높은 굴절률로 반도체 나노선에서 발광된 광은 추가적인 편광장치에 의하지 않고 특정 일방향으로의 편광된 광을 발진할 수 있고 이로 인해 나노선 장축 방향으로 설계된 광도파로와의 통합을 통해 효율적으로 광을 도파 할 수 있다.
보다 구체적으로 도 2에 CCD 이미지를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 반도체 나노선(120)에 전류가 인가되었을 때 인가된 전류가 증가함에 따라 이에 비례하여 빛이 강하게 발진되는 것을 나타낸다.
또한 편광각도에 따른 전계 발광하는 도 3의 좌측 위에 첫번째 CCD 이미지와 이후 각각 다른 각도로 편광된 CCD 이미지 및 그에 따른 스펙트럼을 참조하면, 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 나노선(120)의 오른쪽 끝에서 빛이 산란하여 발진되는 것을 확인할 수 있는데, 이는 양극전극(111)과 음극 사이(113) 사이에서 캐리어가 재조합 되면서 생성된 빛이 반도체 나노선(120)의 몸체를 따라 광도파되는 것을 의미한다. 따라서 반도체 나노선(120) 내부에서 도파된 빛은 나노선 길이방향의 파수 벡터를 갖고 있음을 알 수 있는데, 이와 평행한 방향으로 뻗은 임의의 광 도파로를 타고 전송될 수 있어서 상기 반도체 나노선(120)에서 양단에서 발광된 광은 특정 일방향으로의 편광된 광일 수 있다. 즉 본 발명에 따른 반도체 나노선(120)을 포함하는 고집적 광회로 광원(100) 비편광된 광을 발진하는 반도체 나노선(120)을 특정 방향으로 편광시킬 수 있다.
이를 위해, 상기 반도체 나노선(120)는 상기 양극전극(111)에 및 상기 음극전극(113) 사이에서 두께방향이 상기 바닥면의 면방향에 수직하도록 바닥면 상에 배치되며 도 4에 나타낸 바와 같이, n형 반도체층(121), 광활성층(125) 및 p형 반도체층(129)를 포함한다.
상기 n형 반도체층(121)은 본 발명의 목적에 부합하는 한 공지의 통상적인 n형 도핑층일 수 있으며 바람직하게는 n형 불순물로 도핑된 GaInP 층일 수 있다. 이때 상기 n형 반도체층(121)에 전류가 인가되면 바닥에서부터 광활성층(125)을 따라 양자우물층에서 재결합하여 빛을 발진할 수 있다.
상기 p형 반도체층(129) 본 발명의 목적에 부합하는 한 공지의 통상적인 p형 도핑층일 수 있으며 바람직하게는 p형 불순물로 도핑된 GaAs 층일 수 있으며 특별히 제한하지 않는다.
상기 광활성층(125)은 양극전극(111)에 및 상기 음극전극(113) 사이에 전압이 인가되어 전류가 흐르면, 상기 제1그래핀 전극(131) 및 제2그래핀 전극(133)을 통해 반도체 나노선(120)에 수직전인 전류가 흐르게 되고 광을 발진시키는 광원의 역할을 한다.
일반적으로 LED 소자의 내부양자효율은 주입된 전자와 정공이 광활성층에서 얼마나 효율적으로 발광 재결합을 하는지, 즉 얼마나 많은 광자를 만들어 낼 수 있는지를 표현하는데, 내부양자효율은 소자의 구조, 도핑 농도, 전기적으로 주입된 캐리어의 밀도 및 결함 등에 의해 영향을 받는다
이에 따라, 본 발명에 반도체 나노선(120)의 광활성층(125)은 상기 p형 반도체층(129) 하부에 형성된 p형 영역 및 상기 n형 반도체층(121) 상부에 형성된 n형 영역을 포함할 수 있고, 상기 p형 영역 및 상기 n형 영역 사이에서 GalnP 양자 우물층 및 AlGalnP 배리어층이 적어도 1회 교번하여 적층될 수 있다. 이를 통해 종래의 낮은 열전도로 인한 발열, 자체 광흡수 및 파장에 버금가는 미세 구조로 인한 광산란 등의 문제를 해결할 수 있다. 다만, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 양자 우물층과 배리어층이 3회 교번하여 적층된 것을 나타내는 일 예시일 뿐 이에 제한되지 않고 내부양자효율 최대가 되도록 적층될 수 있다.
즉, 상기 광활성층(125)의 구조는 본 발명의 목적에 부합한다면 보다 유리할 적층 구조를 가질 수 있으며, 이에 대한 비제한적인 예로 InGaAsP 하부 클래딩층, 양자 우물 InGaAsP 활성층; 및 InGaAsP 상부 클래딩층을 포함할 수 있고, 상기 InGaAsP 하부 클래딩층은 p형-InGaAsP 층, 진성-InGaAsP층, 베리어-InGaAsP 층을 포함할 수 있다. 또한 상기 양자 우물 InGaAsP 활성층은 양자우물-InGAsP층/베리어-InGaAsP층/양자우물InGAsP층/베리어-InGaAsP 층/양자 우물-InGAsP층을 포함할 수 있고, 상기 InGaAsP 상부 클래딩층은 베리어InGaAsP 층/진성-InGaAsP층/n형-InGaAsP층을 포함할 수 있는 등 특정 구조로 제한되지 않는다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 반도체 나노선(120)는 장축방향의 길이(a)와 장축방향의 횡단면(b)의 비(a/b)는 10 내지 300 일 수 있다. 즉 상기 반도체 나노선(120) 장축방향으로 긴 나노로드 또는 나노선의 형태일 수 있으며 이 경우 종래의 미니 LED 또는 마이크로 LED에 비해 그 면적이 작기 때문에 집적도 면에서 보다 유리할 수 있다.
이때 만일 상기 반도체 나노선(120)는 장축방향의 길이(a)와 장축방향의 횡단면(b)의 비(a/b)가 10 미만일 경우 전극이 연결될 수 있는 면적이 지나치게 작아 저항이 커지는 문제가 있을 수 있고, 또한 만일 상기 반도체 나노선(120)는 장축방향의 길이(a)와 장축방향의 횡단면(b)의 비(a/b)가 300을 초과하는 경우 전사과정에서 나노선이 휘거나 부러지는 문제가 있을 수 있다.
다음, 본 발명은 상기 반도체 나노선(120)의 상부면에서 상기 양극전극(111) 또는 음극전극(113) 간을 전기적으로 연결하는 제1그래핀 전극(131) 및 상기 반도체 나노선(120)의 하부면에서 상기 음극전극(111) 또는 양극전극(113) 간을 전기적으로 연결하는 제2그래핀 전극(133)을 포함한다.
종래 나노 크기의 광소자를 포함하는 고집적 광회로에 에너지를 주입하여 광원을 구동시키기 위해서는 초미세 나노 광소자 및 전류 주입 등의 광소자 제어 기술이 필요하다. 즉, 상술한 것과 같이 종래 기술에 의해서는 반도체 나노선을 제조한다 하더라도, 이를 구동시키기 위해서는 전극 설계 등의 정밀한 기술이 필요한데 이와 같은 광소자 제어기술은 고도의 나노 기술이 접목한 정밀한 기술이기 때문에 이에 대한 연구에 한계를 가지고 있다.
이에 본 발명은 상기 반도체 나노선(120)의 상부면과 상기 양극전극(111) 또는 음극전극(113) 간을 전기적으로 연결하는 제1그래핀 전극(131) 및 상기 반도체 나노선(120)의 하부면과 상기 음극전극(111) 또는 양극전극(113) 간을 전기적으로 연결하는 제2그래핀 전극(133)을 포함함으로써 본 발명에 따라 제조한 반도체 나노선(120)을 고집적 광회로의 전기적으로 구동 가능한 광원으로 사용가능 함에 따라 상술한 문제를 해결하였다.
보다 구체적으로, 도 5 및 6a를 참조하면 상기 제1그래핀 전극(131)은 반도체 나노선(120) 상부면인 p형 반도체층(129)의 일부와 면접촉하여 양극전극(111)과 전기적으로 연결하는 역할을 하며, 상기 제2그래핀 전극(133)은 반도체 나노선(120) 하부면인 n형 반도체층(121)과 면접촉하여 음극전극(113)과 전기적으로 연결하여 상기 반도체 나노선(120)에서 빛을 발광시킬 수 있다.
이때 상기 양극전극(111) 및 음극전극(113)은 본 발명의 목적에 부합하며, 종래 전극으로 사용되는 금속보다 광효율 측면에서 우수한 물질을 사용할 수 있으며 바람직하게는 투명 그래핀을 사용할 수 있고, 가장 바람직하게는 다중 겹 투명 그래핀(multi-layer graphene)을 사용할 수 있다.
즉 도 6b을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 겹 투명 그래핀을 이용한 상기 양극전극(111) 및 음극전극(113)은의 단면 TEM 이미지를 통해 그래핀 전극과 그래핀 레이어의 개수를 확인할 수 있다. 이와 같이 대표적인 2차원 소재로서 투명 그래핀은 종래 금속 전극보다 가시광선 영역대에서의 광 투과율이 높고, 전자 이동도가 높기 때문에 광 효율면에서 보다 유리할 수 있다.
한편 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상기 제1그래핀 전극(131) 및 제2그래핀 전극(133)이 투명 그래핀 전극일 경우 상기 제1그래핀 전극(131) 및 제2그래핀 전극(133)의 두께는 각각 1 내지 10 nm일 수 있으며, 바람직하게는 3 내지 5 nm의 두께를 가질 수 있다. 이때 만일 상기 제1그래핀 전극(131) 및 제2그래핀 전극(133)의 두께가 1 nm 미만일 경우 제작과정에서 손상되거나 저항이 커지는 문제가 있을 수 있고, 또한 만일 상기 제1그래핀 전극(131) 및 제2그래핀 전극(133)의 두께가 10 nm를 초과하는 경우 광 투과율이 낮아지거나 플렉서블한 정도가 적어 고르게 컨택되지 않는 문제가 있을 수 있다.
이때 상술한 상기 반도체 나노선(120)는 전류를 통해 광을 발진하기 위해 최소한 50 nm의 두께를 가질 수 있고, 최대 500 nm의 두께를 가질 수 있는데, 상술한 제1그래핀 전극(131) 및 제2그래핀 전극(133)과 전기적으로 접속하기 위해서는 두께의 차이로 인한 단차가 발생할 수 있다. 즉 나노 크기의 전극과 나노 크기의 반도체 소자 간의 나타내는 높이 또는 두께에 따른 나노 사이즈의 단차를 극복하여 목적하는 광효율을 이끌어내는 것 또한 여러 측면에서 매우 어렵고 도전적인 과제인데, 본 발명은 제1그래핀 전극(131) 및 제2그래핀 전극(133)을 플렉서블한 특성을 가지는 투명 그래핀을 사용하여 이를 극복할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 7을 참조하면, 반도체 나노선(120)와 양극전극(111) 및 음극전극(113)은 상기 제1그래핀 전극(131) 및 제2그래핀 전극(133)으로 각각 연결되어 잇는데, 이때 도 7a에서 AA'선을 따라 본 발명에 따른 고집적 광회로 광원(100)를 자른 단면인 도7b를 참조하면 상기 양극전극(111) 및 제 음극전극(113)과 상기 반도체 나노선(120)는 두께에 따른 단차가 있는 것을 알 수 있다. 그러나 본 발명은 상기 제1그래핀 전극(131) 및 제2그래핀 전극(133)이 플렉서블한 특징을 가지는 투명 그래핀이 도 7a에서와 같이 상기 반도체 나노선(120)의 상부면과 바닥면에 모두 면접촉하도록 배치되기 때문에 상기 소정의 단차에도 불구하고 광원과 전극을 효율적으로 연결시킬 수 있다.
즉 본 발명은 제1그래핀 전극(131) 및 제2그래핀 전극(133)을 투명 그래핀으로 구현함에 따라 광원에서 발진되는 빛의 흡수양을 획기적으로 줄일 수 있고, 투명하고 유연한 그래핀을 나노 크기의 반도체 나노선과 양극 및 음극에 연결하는 기법을 통해 나노미터 크기의 구조체를 원하는 위치에 정밀히 전사할 수 있으며, 소자 설계 시 발생하는 단차를 극복할 수 있기 때문에 광효율과 편의성이 현격히 향상된 고집적 광회로 광원 및 이를 포함하는 광 집적 회로의 제조가 가능하다.
한편, 본 발명은 상술한 것과 같이 반도체 나노선(120)에 수직적으로 전류가 흐르게 되면 반도체 나노선 (120) 중간에 형성되어 있는 광활성층(125)에서 빛이 발진하게 되는데, 이와 같은 빛을 통신이나 연산을 목적으로 특정 위치로 전달하기 위한 수동 회로 구조와 접목할 수 있다.
즉 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고집적 광회로 광원(100)는 실로콘계 기판 상에 형성되는 반도체 나노선(120), 상기 반도체 나노선(120)가 형성되는 전사부(미도시), 테이퍼링부(150) 및 광도파로(160)를 더 포함할 수 있으며 이를 통해 상기 반도체 나노선(120)에서 발광된 빛은 테이퍼링부를 거쳐 광도파로 끝에서 산란되게 구현할 수 있다.
이와 같이 전사부, 테이퍼링부(150) 및 광도파로(160)을 더 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 고집적 광회로 광원(100)이 광도파로에 결합된 형태 및 이의 CCD 이미지인 도 9를 참조하면, 나노선이 전사될 전사부와 테이퍼링부(150), 광도파로(160) 영역이 나누어져 있으며 제1그래핀 전극(111) 및 제2그래핀 전극(113)을 통해 반도체 나노선(120) 전류가 원활히 공급되었고, 이로 인해 반도체 나노선(120)에서 발진된 빛이 테이퍼링부(150)를 거쳐 광도파로(160)의 끝에서 산란되는 것을 CCD 이미지에서 확인할 수 있다.
다음 본 발명에 따른 고집적 광회로 광원의 제조방법에 대하여 설명한다. 다만 중복을 피하기 위하여 상술한 고집적 광회로 광원과 기술적 사상이 동일한 부분에 대하여는 설명을 생략한다.
일반적으로 나노 크기의 미세 개별 광소자를 정밀하게 제조하는 것을 극히 어려운 기술이며, 설사 초미세크기를 가지는 광소자의 제조가 가능하다 하더라도 이를 고집적 광회로에서 광원으로서 적합한 위치에 정밀하게 배치하여 광원을 발진하는 기술을 개발하는 것은 또 다른 차원의 어려운 문제이다.
이에 본 발명은 나노 크기의 고집적 광회로에서 나노 크기의 광원을 적절한 위치에 정밀하게 배치할 수 있는 고집적 광회로 광원의 구체적인 제조방법을 제공함으로써 상술한 문제를 해결하였다.
보다 구체적으로 도 10 내지 14를 참조하면, 본 발명에 따른 고집적 광회로 광원의 제조방법은 n형 반도체층, 광활성층 및 p형 반도체층이 순차적으로 적층되어 있는 반도체 기판을 준비하는 제1단계, 상기 반도체 기판 식각하여 반도체 나노선 배열구조를 형성하는 제2단계, Micro-transfer-printing을 이용하여 상기 반도체 나노선 배열구조로부터 반도체 나노선을 분리하고 반도체 나노선을 양극전극 및 음극전극과 연결하는 제3단계를 포함한다.
상기 제1단계는 n형 반도체층, 광활성층 및 p형 반도체층이 순차적으로 적층되어 있는 반도체 기판을 준비하는 단계이다.
상기 반도체 기판은 상술한 반도체 나노선 하부에 버퍼층과 기판을 제거하지 않고 n형 반도체층, 광활성층 및 p형 반도체층이 순차적으로 적층된 상태이며, 이와 같은 반도체 기판을 제조하는 방법은 본 발명의 목적에 부합하며, 광효율 저하를 일으키기 않는 반도체 기판의 제조에 적합한 공지의 통상적인 방법이 사용될 수 있기 때문에 특별히 제한하지 않는다. 예를 들어 상기 반도체 기판은 에피택셜 성장 방법으로 제조할 수 있다.
다음, 상기 제2단계는 상기 제1단계에서 준비한 반도체 기판 식각하여 반도체 나노선 배열구조를 형성하는 단계이다.
본 발명은 상기 제2단계를 통해 길이가 수 마이크로이고 절단면의 크기가 수백 나노미터인 초미세 반도체 나노선의 형태를 가지는 배열구조를 형성할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따라 상기 제2단계는 상기 광활성층 상에 폴리머 레지스트를 상기 반도체 나노선 모양으로 형성한 후 식각하여 상기 반도체 나노선 배열구조를 형성하는 제2-1단계를 더 포함할 수 있다.
이때 상기 제1단계를 통해 제조한 반도체 기판을 반도체 나노선의 형태로 식각하는 방법은 본 발명의 목적에 부합하며, 광효율 저하를 일으키기 않는 나노 크기 소자 제조에 적합한 공지의 통상적인 방법이 사용될 수 있다.
예를 들어 도 10에 나타낸 바와 같이, 상기 제1단계에서는 상기 반도체 기판을 전자현미경을 이용하여 폴리머 레지스트를 나노선 배열 모양으로 형성시켜 준 후 폴리머 레지스트가 형성된 기판을 CAIBE(Chemical assisted ion beam etching system) 등을 활용하여 버퍼층까지 건식 식각하고, 이후 BOE(Buffered oxide etcher) 용액 등으로 습식으로 식각하여 나노선 하부의 버퍼층을 제거될 수 있다. 이때 습식 식각 이후 남은 폴리머 잔여물층은 RIE(Reactive ion etcher)를 사용하여 산소 플라즈마 기법으로 제거할 수 있다.
다음, 상기 제3단계는 Micro-transfer-printing을 이용하여 상기 반도체 나노선 배열구조로부터 반도체 나노선을 분리하고 반도체 나노선을 양극전극 및 음극전극과 연결하는 단계이다.
본 발명은 상기 제3단계의 Micro-transfer-printing을 이용하여 통해 반도체 기판 상에 형성된 상기 반도체 나노선 배열구조로부터 반도체 나노선을 분리하여 나노 크기를 가지는 반도체 나노선을 최종 형태로 제조할 수 있다. 이때 상기 반도체 나노선 배열구조로부터 반도체 나노선을 분리하는 방법은 반도체 나노선을 손상시키지 않고 반도체 나노선의 광효율을 저하시키지 않는 공지의 통상적인 방법이 될 수 있으나 바람직하게는 마이크로 팁을 이용한 기계적 분리법을 사용할 수 있다.
예를 들어 상기 기계적 분리법으로 반도체 나노선을 상기 반도체 나노선 배열구조로부터 분리하는 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 상기 제3단계의 Micro-transfer-printing은 마이크로 팁을 경화시키는 제3-1단계, 상기 반도체 나노선 배열구조 상부에 경화된 마이크로 팁을 이용하여 반도체 나노선을 상기 반도체 나노선 배열구조로부터 분리하는 제3-2단계를 더 포함할 수 있다.
보다 구체적으로 도 11을 참조하면, PDMS(Polydimethylsiloxane) 마이크로 팁 또는 이와 유사한 마이크로 팁을 이용하여, 자외선 조사 장치로 마이크로 팁을 5 내지 50 mW 출력으로 20 내지 100 초간 조사하여 마이크로 팁이 충분히 경화시킨 후, 접착력을 가지게 된 마이크로 팁을 이용하여 반도체 나노선과 이를 지지하는 지지대와의 연결 부분을 눌러 분리할 수 있다.
다음, 분리된 상기 반도체 나노선을 양극전극 및 음극전극과 연결할 수 있다.
일반적으로 나노 크기의 소자 등을 제조한 후 이를 목적하는 용도로 사용하기 위해서는 미세하고 정교한 제어를 통해 나노 크기의 소자를 이동시킬 수 있어야 한다. 이에 본 발명은 상기 제3단계를 통해 상기 반도체 나노선을 정교하게 분리하고 본 제4단계를 통해 이를 목적하는 위치해 이동시킬 수 있다. 즉 제3단계에서 마이크로 팁 하부에 반도체 나노선이 붙은 채로 분리되는데 본 발명은 이와 같이 마이크로 팁을 이용하여 양극과 음극 사이에 상기 반도체 나노선을 배치할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 12 및 13을 참조하면 질화 규소 기판 위에 금속 음극과 금속 양극을 금속 증착 기법으로 형성한 이후, 상기 양극과 연결되도록 그래핀 습식 전사 기법을 통해 그래핀을 전사할 수 있다. 이후 마이크로 팁을 활용한 미세 전사 기법을 통해 본 발명에 따른 반도체 나노선을 그래핀이 전사된 상기 양극과 음극 사이에 전사하고, 전사가 완료되면 전자 현미경을 활용하여 전사된 그래핀 위 코팅된 폴리머 레지스트를 경화시키고 건식 식각하여 불필요한 그래핀을 제거해 음극과 반도체 나노선이 연결될 수 있도록 제2그래핀 전극을 형성할 수 있다. 제2그래핀 전극을 형성시킨 이후 그래핀 습식 전사 기법을 통해 추가로 그래핀을 전사하고 전사가 완료되면 전자 현미경을 활용하여 전사된 그래핀 위 코팅된 폴리머 레지스트를 경화시키고 건식 식각하여 불필요한 그래핀을 제거해 양극과 반도체 나노선이 연결될 수 있도록 제 1전극을 형성한다. 경화된 폴리머 레지스트는 보호층으로 활용된다.
즉 도 6b를 참조하면, 본 발명에 따른 고집적 광회로 광원의 제조방법 제3단계에 의해 제조한 고집적 광회로 광원의 투과전자현미경 단면도를 통해 질화 규소 기판 상에 반도체 나노선 상부에 제1그래핀 전극, 하부에 제2그래핀 전극이 형성되어 있음을 알 수 있다. 또한 도 13을 참조하면, 본 발명에 따른 고집적 광회로 광원의 제조방법 제4단계에 의해 반도체 나노선을 양극전극과 음극전극에 각각 제1그래핀 전극 및 제2그래핀 전극을 통해 형성된 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 나노 크기를 가지는 광전자소자 및 광소자를 정교하게 제조할 수 있고, 이를 높은 정확도와 정밀도로 기판 위의 원하는 위치에 개별 배치하여 나노 크기의 광소자를 포함하는 고집적 광회로를 구현할 수 있음과 동시에, 신소재를 활용하여 종래의 금속 전극의 특성 또는 나노 사이즈라는 구조적 한계로부터 야기했던 광손실을 크게 줄일 수 있고, 불필요한 광학 모드의 변형 및 불이익을 근본적으로 제거하고, 나노 크기의 전기 구동 광원을 목적에 맞게 전사하여 수동 광학 구조 즉, 광 도파로에 모두 통합할 수 있어서 미래 반도체, 초고속 정보통신, 신재생 에너지 및 의료생명공학 등의 분야의 핵심기술을 제공할 수 있다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
실시예 1 - 고집적 광회로 광원의 제조
반도체 기판으로 Optowell 사의 RED LED epi-wafer (AlGaInP/GaAs LED wafer)를 준비하였다. 이후 상기 반도체 기판에 전자현미경을 이용하여 폴리머 레지스트(PMMA C4, Microchem 사)를 나노선 배열 모양으로 형성시키고 폴리머 레지스트가 형성된 기판을 CAIBE(Chemical assisted ion beam etching system, 대기 하이텍 사)를 활용하여 버퍼층까지 건식 식각하였다. 이후 BOE(Buffered oxide etcher) 용액으로 습식 식각을 통해 하부의 버퍼층을 제거하고, 습식 식각 이후 남은 폴리머 잔여물층은 RIE(Reactive ion etcher)를 사용하여 산소 플라즈마 기법으로 제거하여 반도체 나노선 배열구조를 형성하였다.
다음, PDMS 마이크로 팁을 자외선 조사 장치를 사용하여 10 mW 출력에 60 초간 조사하여 충분히 경화시켰다. 이후 접착력을 가지게 된 배열 구조 상의 반도체 나노선을 눌러서 지지대와의 연결 부분을 끊어내어 반도체 기판으부터 분리시켰다.
이후, 질화규소 기판 상에 금 음극과 금 양극을 금속 증착 기법으로 100 nm 두께로 형성한 이후 그래핀 습식 전사 기법을 통해 그래핀을 전사하였다. 이후 PDMS 마이크로 팁을 활용한 미세 전사 기법을 통해 상기 반도체 나노선을 그래핀 전사된 기판의 금 음극과 양극 사이에 정확한 위치에 전사하였다. 전사가 완료되면 전자 현미경을 활용하여 폴리머 레지스트를 경화시키고 불필요한 그래핀을 건식 식각으로 제거하여 그래핀 음극 연결을 형성시켜준다. 그래핀을 추가로 전사하여 동일한 방법으로 5 nm 두께의 제1그래핀 전극을 형성하여 양극과 연결하였다.
실험예 1 - CCD 이미지 분석
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 나노선에 전류가 인가되었을 때의 CCD 이미지이다. 인가된 전류가 증가함에 따라 빛이 강하게 발진되는 것을 나타낸다. 또한, 도 3을 통해 나노선 오른쪽 끝에서 빛이 산란하여 발진되고 편광 되어 있음을 알 수 있다. 이는 그래핀 양극과 음극 사이에서 캐리어가 재조합 되면서 생성된 빛이 나노선의 몸체를 따라 광도파되어 나타난다는 것의 분명한 증거이다. 따라서 나노선 내부에서 도파된 빛은 나노선 길이방향의 파수 벡터를 갖고 있으므로 이와 평행한 방향으로 뻗은 임의의 광 도파로를 타고 전송될 수 있음이 암시된다.
실험예 2 - I-V 곡선을 측정
반도체 분석장비를 통해 소자의 I-V 곡선을 측정하고 도 14에 나타내었다.
도 14를 참조하면, 전형적인 반도체 다이오드 특성이 뚜렷이 나타남을 관측하였다. 이를 통해 그래핀 전극-반도체 나노선-그래핀 전극으로 전류가 성공적으로 잘 주입됨을 확인할 수 있다.
실험예 3 - 광도파로를 포함하는 고집적 광회로 광원의 현미경 이미지와 CCD 이미지 관찰
광도파로를 포함하는 고집적 광회로 광원을 CCD 카메라 장비를 이용하여 전자 현미경 이미지와 CCD 이미지를 측정하고 도 8 및 9에 나타내었다.
도 8 및 9를 참조하면, 질화 규소 광 도파로는 나노선이 전사될 영역과 테이퍼링 영역, 도파로 영역이 나누어져 있으며 나노선에서 발진된 빛이 테이퍼링 영역을 거쳐 광도파로의 끝에서 산란되는 것을 CCD 이미지에서 확인할 수 있다. 실험에서 얻은 전송 결과와 전송의 정도는 3차원 유한차분 시간영역법을 통해 수치해석적으로 동일하게 구현할 수 있었다. 특히 반도체 나노선에서 나오는 편광되지 않은 방사된 빛을 모사하기 위해 각각 X, Y, Z 방향의 쌍극자 광원을 인해가 얻은 전송의 정도를 계산했다. 이를 통해 전송 결과와 전송의 정도는 3차원 수치 해석 방법을 통해 물리적으로 합리적인 결과임이 검증되었다.
Claims (10)
- 바닥면 상에 면방향으로 상호 이격된 양극전극 및 음극전극;
상기 양극전극 및 음극전극 사이에 배치된 반도체 나노선;
상기 반도체 나노선의 상부면과 상기 양극전극을 전기적으로 연결하는 제1그래핀 전극; 및
상기 반도체 나노선의 하부면과 상기 음극전극을 전기적으로 연결하는 제2그래핀 전극; 을 포함하는 고집적 광회로 광원.
- 제1항에 있어서,
상기 제1그래핀 전극은 상기 반도체 나노선 상부면 면접촉하고,
상기 제2그래핀 전극은 상기 반도체 나노선 하부면과 면접촉하여,
All-graphene-contact 구조인 것을 특징으로 하는 고집적 광회로 광원.
- 제1항에 있어서,
상기 제1그래핀 전극 및 제2그래핀 전극은 1 내지 10 nm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 고집적 광회로 광원.
- 제2항에 있어서,
상기 양극전극, 음극전극 및 반도체 나노선은 각각 높이 단차를 가지는 것을 특징으로 하는 고집적 광회로 광원.
- 제1항에 있어서,
상기 반도체 나노선은 광활성층을 포함하고 상기 광활성층은,
상기 p형 반도체층 하부에 형성된 p형 영역; 및
상기 n형 반도체층 상부에 형성된 n형 영역; 을 포함하되,
상기 p형 영역 및 상기 n형 영역 사이에서 GalnP 우물층 및 AlGalnP 배리어층이 적어도 1회 교번하여 적층된 것을 특징으로 하는 고집적 광회로 광원.
- 제1항에 있어서,
상기 반도체 나노선의 두께는 50 내지 500 nm이며,
장축방향의 길이(a)와 장축방향의 횡단면(b)의 비(a/b)는 10 내지 300 인 것을 특징으로 하는 고집적 광회로 광원.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 고집적 광회로 광원을 포함하고,
반도체 나노선은 실로콘계 기판 상에 형성되고,
상기 실로콘계 기판은 상기 반도체 나노선이 형성되는 전사부;
테이퍼링부; 및
광도파로; 를 더 포함하며,
상기 반도체 나노선에서 발광된 빛이 테이퍼링부를 거쳐 광도파로를 통해 이동하는 것을 특징으로 하는 고집적 광회로.
- n형 반도체층, 광활성층 및 p형 반도체층이 순차적으로 적층되어 있는 반도체 기판을 준비하는 제1단계;
상기 반도체 기판 식각하여 반도체 나노선 배열구조를 형성하는 제2단계;
Micro-transfer-printing을 이용하여 상기 반도체 나노선 배열구조로부터 반도체 나노선을 분리하고 반도체 나노선을 양극전극 및 음극전극과 연결하는 제3단계; 를 포함하는 고집적 광회로 광원의 제조방법.
- 제9항에 있어서,
상기 제2단계는,
상기 광활성층 상에 폴리머 레지스트를 상기 반도체 나노선 모양으로 형성한 후 식각하여 상기 반도체 나노선 배열구조를 형성하는 제2-1단계를 더 포함하는 고집적 광회로 광원의 제조방법.
- 제9항에 있어서,
상기 제3단계의 Micro-transfer-printing은,
마이크로 팁을 경화시키는 제3-1단계;
상기 반도체 나노선 배열구조 상부에 경화된 마이크로 팁을 이용하여 반도체 나노선을 상기 반도체 나노선 배열구조로부터 분리하는 제3-2단계; 를 포함하는 고집적 광회로 광원의 제조방법.
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| KR101029566B1 (ko) | 2009-12-09 | 2011-04-15 | 한국기계연구원 | 금속박막을 이용한 나노선 트랜지스터의 제조방법 및 이에 의해 제조된 나노선 트랜지스터 |
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