KR101643757B1

KR101643757B1 - 발광소자 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101643757B1
Application number: KR1020100051976A
Authority: KR
Inventors: 김택
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2010-06-01
Filing date: 2010-06-01
Publication date: 2016-07-29
Anticipated expiration: 2030-06-01
Also published as: EP2393129A2; US20110291069A1; US8674339B2; EP2393129A3; KR20110132135A

Abstract

발광소자 및 이의 제조방법이 개시된다. 개시된 발광소자는 제1형반도체층; 상기 제1형반도체층으로부터 선택적 성장된 제1형반도체나노코어와 상기 제1형 반도체나노코어의 측면으로부터 순차 성장된 활성층 및 제2형반도체층으로 이루어진 복수의 나노구조체를 포함하며, 상기 제1형반도체층 일면에 마련된 선택적 성장 영역에 형성된 나노어레이층; 상기 제1형반도체층에 전압 인가를 위해 마련되는 것으로, 상기 제1형반도체층에서 상기 선택적 성장 영역에 해당하지 않는 영역을 연결하는 소정 패턴으로 형성된 제1전극층; 상기 복수의 나노구조체 위에 상기 제2형반도체층에 전압 인가를 위해 형성된 제2전극층; 상기 제1전극층이 상기 제2전극층과 절연되도록 상기 제1전극층 위로 형성된 절연층;을 포함한다.

Description

발광소자 및 그 제조방법{Light emitting device and method of manufacturing the same}

본 개시는 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

반도체 발광소자(Light Emitting Device; LED)는 고효율, 친환경적인 광원으로서 디스플레이, 광통신, 자동차, 일반 조명 등 여러 분야에 사용되고 있다. 최근에는 백색광 LED 기술의 발달로 일반 조명용 LED 기술이 크게 주목받고 있다. 백색광 LED는, 예컨대 청색 LED 또는 자외선 LED와 형광체를 이용하여 만들거나, 또는 적색, 녹색 및 청색 LED를 조합하여 만들 수 있다.

이러한 백색광 LED의 중요 구성요소인 청색 또는 자외선 LED는 주로 질화갈륨(GaN)계 화합물 반도체를 이용하여 만들어진다. 질화갈륨계 화합물 반도체는 밴드갭이 넓고 질화물의 조성에 따라 가시광선에서 자외선까지 거의 전파장 영역의 빛을 얻을 수 있다.

발광소자의 설계에 있어 발광효율은 중요한 관심사이다. 발광효율은 발광소자를 구성하는 재료들간의 격자 부정합이나 열팽창계수 차이 등에 크게 영향받는다. InGaN 층을 발광 재료로서 사용하는 경우, InGaN 층 내에서 In의 몰분율(mole fraction) 변화에 따라 발광색이 변화하며, 즉, In 함량이 높아질수록 발광색이 장파장으로 이동하게 된다. 그런데, In 함량이 높아질수록 격자상수가 증가하고 박막 형태의 InGaN층과 기판 사이에 큰 격자상수 불일치(lattice mismatch)가 발생하여 장파장으로 이동할수록 발광 효율이 저하된다.

최근, 질화갈륨계 화합물 반도체나 산화아연 등을 이용하여 일차원 나노 구조물(nanowire, nanopillar, nanocolumn)의 형태로 p-n 접합을 형성함으로써 나노 스케일의 발광 소자를 형성하는 기술이 연구되고 있다. 일차원적 성장의 경우 박막 형태의 경우보다 기판과의 격자상수 불일치나 열팽창 계수의 차이에 의한 영향을 덜 받는 것으로 알려져 있다.

본 개시는 발광 효율이 개선되는 구조의 발광소자 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

제1형반도체층; 상기 제1형반도체층으로부터 선택적 성장된 제1형반도체나노코어와 상기 제1형 반도체나노코어의 측면으로부터 순차 성장된 활성층 및 제2형반도체층으로 이루어진 복수의 나노구조체를 포함하며, 상기 제1형반도체층 일면에 마련된 선택적 성장 영역에 형성된 나노어레이층; 상기 제1형반도체층에 전압 인가를 위해 마련되는 것으로, 상기 제1형반도체층에서 상기 선택적 성장 영역에 해당하지 않는 영역을 연결하는 소정 패턴으로 형성된 제1전극층; 상기 복수의 나노구조체 위에 상기 제2형반도체층에 전압 인가를 위해 형성된 제2전극층; 상기 제1전극층이 상기 제2전극층과 절연되도록 상기 제1전극층 위로 형성된 절연층;을 포함하는 발광소자가 제공된다.

상기 나노구조체는 다각뿔 형상을 가질 수 있다.

상기 나노어레이층은 상기 제1형반도체층의 일면에 형성된 것으로, 복수의 나노홀을 구비하는 패턴을 가지는 유전체층;을 더 구비하고, 상기 복수의 나노 구조체 각각의 제1형반도체나노코어는 상기 복수의 나노 홀 각각으로부터 성장될 수 있다.

상기 복수의 나노구조체 각각의 활성층은 서로 연결되지 않은 형태가 될 수 있고, 또는 서로 연결된 형태가 될 수 있다.

상기 나노어레이층은, 인접하는 상기 복수의 나노구조체 사이에 상기 제1형반도체층과 나란하게 형성된 플랫 구조층을 더 포함하며, 상기 플랫 구조층은 인접하는 나노 구조체의 활성층들을 연결하도록 형성된 플랫 활성층과, 상기 플랫 활성층위에 상기 인접하는 나노구조체의 제2형반도체층들을 연결하도록 형성된 플랫 제2형반도체층으로 이루어질 수 있다.

상기 플랫 구조층은 인접하는 나노구조체 사이마다 형성될 수 있고, 또는, 이웃하는 2이상의 소정 개수의 나노구조체로 이루어진 복수의 그룹 사이에 형성될 수 있다.

상기 제1전극층은 복수의 포스트 영역과, 상기 복수의 포스트 영역들을 연결하는 와이어 영역을 포함하는 형상을 가질 수 있다.

또한, 제1형반도체층을 형성하는 단계; 상기 제1형반도체층 상에, 선택적 성장을 위한 마스크를 사용하여 제1형반도체나노코어와 활성층 및 제2형반도체층로 이루어진 복수의 나노구조체를 선택적으로 성장시키는 단계; 상기 제1형반도체층에서 상기 선택적 성장이 일어나지 않은 소정 영역들을 연결하는 패턴으로 제1전극층을 형성하는 단계; 상기 제1전극층을 둘러싸는 형태로 절연층을 형성하는 단계; 상기 복수의 나노구조체 위에 제2전극층을 형성하는 단계;를 포함하는 발광소자 제조방법이 제공된다.

상기 복수의 나노구조체 성장단계는, 상기 제1형반도체층 상에, 상기 선택적 성장이 제한될 소정 영역을 제외한 영역에 복수의 나노홀이 구비되는 패턴으로 유전체층을 형성하는 단계; 상기 복수의 나노홀 각각으로부터 복수의 나노구조체의 제1형반도체나노코어들을 각각 성장시키는 단계; 상기 제1형반도체나노코어의 측면으로부터 순차적으로, 상기 활성층 및 제2형반도체층을 성장시키는 단계;를 포함할 수 있다.

상술한 발광 소자 및 그 제조방법에 의하면, 제1형반도체층에 나노 구조체가 선택적 성장되지 않는 영역을 마련하고 이 영역에 전극 구조를 직접 형성함으로써, 전류 크라우딩(current crowding)이 개선되고 나노 구조체로 효율적인 전류 퍼짐이 가능한 발광 소자가 제공된다. 또한, 나노 구조체의 형상과 크기를 적절히 선택하여 상대적으로 긴 파장 대역, 예를 들어, 녹색, 황색의 파장대역에서 발광 효율이 개선되는 발광 소자가 제공된다.

도 1은 실시예에 따른 발광 소자의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
도 2는 도 1의 발광소자의 제1전극층과 절연층의 형태를 보다 상세히 보기 위한 부분 발췌 사시도이다.
도 3은 도 1의 발광 소자의 나노 어레이층의 보다 상세한 구조를 보인다.
도 4는 도 1의 발광 소자의 나노 구조체에 채용될 수 있는 형상을 예시적으로 보인 사시도이다.
도 5는 도 1의 발광 소자의 복수의 나노 구조체 배치를 예시적으로 보인 평단면도이다.
도 6은 실시예에 따른 발광 소자의 내부 양자 효율을 보이는 그래프이다.
도 7은 실시예에 따른 발광 소자의 온도에 따른 밴드갭 변화를 보인 그래프이다.
도 8은 도 1의 발광 소자에 채용될 수 있는 변형예에 따른 나노어레이층의 상세한 구조를 보인다.
도 9는 도 1의 발광 소자에 채용될 수 있는 다른 변형예에 따른 나노 어레이층의 상세한 구조를 보인다.
도 10은 도 1의 발광 소자에 채용될 수 있는 또 다른 변형예에 따른 나노 어레이층의 상세한 구조를 보인다.
도 11a 내지 도 11l은 실시예에 따른 발광 소자 제조방법을 설명하는 도면들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100...발광 소자 110...제1형반도체층
120...제1전극층 130...절연층
140...유전체층 150...나노구조체
152...제1형반도체나노코어 154...활성층
156...제2형반도체층 160, 161, 162, 163...나노어레이층
170...제2전극층

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 발광소자(100)의 개략적인 구조를 보이는 단면도이고, 도 2는 도 1의 발광소자(100)의 제1전극층(120)과 절연층(130)의 형태를 보다 상세히 보기 위한 부분 발췌 사시도이며, 도 3은 도 1의 발광 소자의 나노 어레이층(160)의 보다 상세한 구조를 보인다. 또한, 도 4는 도 1의 발광 소자의 나노 구조체(150) 하나의 형상을 보인 사시도이고, 도 5는 도 1의 발광 소자의 복수의 나노 구조체(150) 배치를 예시적으로 보인 평단면도이다.

도 1을 참조하면, 발광소자(100)는 제1형반도체층(110), 제1형반도체층(110)의 일면의 소정 선택적 성장영역에 마련되고 복수의 나노구조체(150)를 포함하는 나노어레이층(160), 제1형반도체층(110)의 일면에 상기 선택적 성장 영역에 해당하지 않는 영역을 연결하는 소정 패턴으로 형성된 제1전극층(120), 나노구조체(150) 위로 형성된 제2전극층(170)을 포함한다. 제1전극층(120) 상에는 제2전극층(170)과의 절연을 위한 절연층(130)이 형성되어 있다. 또한, 제2전극층(170)의 일면에는 본딩메탈층(180)과 전도성 템플릿(190)이 더 형성될 수 있다.

제1형반도체층(110)은 제1형으로 도핑된 반도체층으로, 예를 들어 n-GaN 물질로 이루어질 수 있다.

나노어레이층(160)은 활성층이 구비된 복수의 나노구조체(150)를 포함한다. 구체적으로 살펴보면, 나노어레이층(160)은 복수의 나노홀을 구비하도록 패턴된 유전체층(140)과 상기 복수의 나노홀 각각으로부터 성장된 나노구조체(150)를 포함한다. 나노구조체(150)는 제1형반도체층(110)으로부터 상기 나노홀을 통해 성장된 제1형반도체나노코어(152), 제1형반도체나노코어(152)의 측면으로부터 순차 성장된 활성층(154) 및 제2형반도체층(156)을 포함한다. 도면에서, 복수의 나노구조체(150) 각각의 활성층(154)은 서로 연결되지 않은 형태로 되어 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

나노구조체(150)는 다각뿔형을 가질 수 있고, 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 육각뿔 형태로 형성될 수 있다. 나노구조체(150)의 단면 직경은 대략 1um 이하로 할 수 있다. 나노구조체(150)는 예를 들어, p-i-n 구조의 GaN/InGaN, ZnO/MgZnO, GaAs/InGaAs, InP, InAs, AlGaInP, AlGaInAs 등의 III-V족 물질을 이용하여 이종접합 구조를 형성할 수 있다. 예를 들어, 나노구조체(150)가 GaN 계열 반도체 재료로 이루어지는 경우, 제1형반도체나노코어(152)는 n-GaN으로 이루어지고, 제2형반도체층(156)은 p-GaN으로 구성될 수 있다. 그리고 활성층(154)은 GaN/InGaN 기반의 단일 또는 다중 양자우물 구조로 이루어질 수 있다. 또는, 제1반도체나노코어(152)는 n-Al_xGa_yIn_zN (x+y+z=1)로 이루어지고, 제2형반도체층(156)은 p-Al_xGa_yIn_zN (x+y+z=1)으로 구성될 수 있다. 그리고 활성층(154)은 Al_xGa_yIn_zN에서 x, y, z 값을 주기적으로 변화시켜 띠 간격을 조절하여 만든 단일 또는 다중 양자우물 구조로 이루어질 수 있다. 활성층(154)의 InGaN 물질에서 In의 몰분율에 따라 발광 파장이 달라지며, 예를 들어, In 함량이 높아질수록 발광색이 장파장 대역으로 이동하게 된다.

이러한 형태의 나노구조체(150)는 종래 박막 기반 기술에 근거한 발광 구조에 비해 내부 양자 효율을 높일 수 있는 구조로 제시되는 것이다. 구체적으로 살펴보면, (0001) 방향으로 성장된 제1형반도체층(110) 위에 나노홀을 구비하는 패턴의 유전체층(140)을 이용하여 제1형반도체나노코어(152)를 성장시키는 경우, 성장된 제1형반도체나노코어(152)의 측면은 (11-11)면 또는 (11-22)면으로 반극성(semipolar) 면이 된다. 이러한 반극성면에 양자 우물 구조의 활성층(154)을 성장시키는 경우 자발 분극(spontaneous polarization)이 감소된다. 또한, 형성된 구조의 크기가 스트레인이 완화되는 나노 스케일이기 때문에 압전 효과(piezoelectric field effect)에 의한 분극이 억제되어 무극성(non-polar)면에 준하게 양자속박효과(QCSE, quantum confimement stark effect)가 억제되는 현상을 나타낸다. 따라서, In 함량이 증가할 때 결정 결함이 유발되는 현상이 줄어들고, 또한 In 함량을 균일하게 유지하는 것이 용이해지며, 결과적으로 광 추출효과가 상승될 것으로 기대된다.

제1전극층(120)은 제1형반도체층(110)에 전압 인가를 위해 마련되는 것으로, 제1형반도체층(110)에서 상기 선택적 성장 영역에 해당하지 않는 영역을 연결하는 소정 패턴을 가지며 제1형반도체층(110) 위에 직접 형성되어 있다. 제1전극층(120)은 복수의 포스트 영역(P)과 복수의 포스트 영역(P)을 연결하는 와이어 영역(W)을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 포스트 영역(P)은 상대적으로 넓은 폭을 갖고, 와이어 영역(W)은 상대적으로 좁은 폭을 가질 수 있다. 복수의 포스트 영역(P) 중 어느 하나에는 제1형반도체층(110)의 일부 영역을 식각하여 노출된 후, 전압 인가를 위해 외부 전원 공급부와 연결될 본딩 패드가 부착될 수 있을 것이다.

이러한 형태의 제1전극층(120)은 제1형반도체층(110)에 전압을 인가할 때, 보다 효율적으로 전류 퍼짐이 일어나도록 하기 위한 것이다. 제1전극층(120)이 어느 한 위치에 국한되게 마련되는 경우, 전류 크라우딩(crowding)이 발생하고 효율적인 전류 퍼짐이 어려워진다. 실시예에서 제1전극층(120)은 나노구조체(150)가 형성된 제1형반도체층(110)의 여러 위치에 비교적 고르게 전류를 공급할 수 있는 형태를 가지고 있어, 복수의 나노구조체(150) 각각에 보다 효율적으로 캐리어를 공급할 수 있을 것이다.

도 6은 실시예에 따른 발광 소자의 내부 양자 효율을 보이는 그래프이다. 활성층(154)은 중심 파장이 570nm가 되도록 InGaN 화합물이 구성되었는데, 장파장 대역임에도 불구하고 내부 양자 효율이 61%로 나타나고 있다. 이것은 동 파장대역에서의 일반적인 내부양자효율이 10% 미만인 것과 비교할 때, 향상된 수치이다.

도 7은 실시예에 따른 발광 소자의 온도에 따른 밴드갭 변화를 보인 그래프이다. 일반적으로 InGaN 화합물의 경우 In 조성의 불균일 때문에 온도가 올라감에 따라 파장이 감소했다가 증가했다가 다시 감소하는 S자 모양을 나타낸다. 이러한 S자 모양의 파장 변화는 In fluctuation의 증거가 되며 이 경우 총 밴드갭 변화는 대략 20~30meV가 되는 것으로 알려져 있다. 반면, 실시예에 의한 도 7의 그래프를 살펴보면, 밴드갭 변화는 S자 형상이 아니라, 온도 변화에 따라 대체로 감소하며 밴드갭 변화는 대략 63meV로 나타나고 있다. 이러한 결과로부터, 실시예의 발광소자(100)는 장파장의 광을 구현하면서도, 인듐이 비교적 균일한 분포로 형성되고 있음을 알 수 있다. 또한, 발명자는 광펌핑 파워에 따라 발광 파장의 변화를 관찰하였는데, 상온에서 펌프레이저 파워를 증가시켜도 파장의 변화가 거의 없는 것을 확인하였다. 이것은 나노구조체(150)의 형상과 나노 스케일 크기에 의해 InGaN층의 스트레인이 완화되었음을 뒷받침하는 결과로 평가된다.

도 8은 도 1의 발광소자에 채용될 수 있는 변형예에 따른 나노 어레이층(161)의 상세한 구조를 보인다. 실시예의 나노어레이층(161)은 인접하는 나노구조체(150)의 활성층(154)이 서로 연결되어 있다는 점에서 도 1의 나노어레이층(160)과 차이가 있다. 이러한 구조는 누설전류를 보다 줄일 수 있는 구조가 될 수 있다.

도 9 및 도 10은 도 1의 발광소자에 채용될 수 있는 다른 변형예들에 따른 나노 어레이층(162, 163)의 상세한 구조를 보인다. 전술한 예의 나노어레이층들(도 1의 160, 도 8의 161)이 활성층(154)의 In 함량을 조절하여 단파장 광을 발광하는 것임에 비해, 본 실시예들은 백색광을 발광할 수 있는 구조로 제시된다.

도 9의 경우, 유전체층(도 1, 도 6의 140)은 제1형반도체나노코어(152)가 성장된 후 제거되고, 다음, 활성층(154)과 제2형반도체층(156)이 제1형반도체나노코어(152)의 측면으로부터 순차 성장된 구조이다. 따라서, 인접하는 나노구조체(150) 사이에는 플랫 구조층(150')이 더 형성되게 된다. 플랫 구조층(150')은 인접하는 나노구조체(150)의 활성층(154)들을 연결하도록 형성된 플랫 활성층(154')과, 플랫 활성층(154') 위에, 인접하는 나노 구조체(150)의 제2형반도체층(156)들을 연결하도록 형성된 플랫 제2형반도체층(156')을 포함한다. 이러한 구조에서, 플랫 활성층(154')은 c-면(c-plane) 상에 형성되고, 활성층(154)은 반극성(semipolar) 면에 형성되게 된다. 따라서, 동일한 조건에서 InGaN을 성장시켜도 In의 함량이 서로 달라져, 나노구조체(150)에서는 상대적으로 장파장의 광(L1)이 발광되고, 플랫 구조층(150')에서는 상대적으로 단파장의 광(L2)이 발광된다. 또한, 플랫 구조층(150')의 길이(d1)를 조절하여 단파장 광(L2)의 양을 조절할 수 있어, 나노어레이층(162)에서 백색광이 구현되도록 할 수 있다.

도 10의 경우, 플랫 구조층(150')이 인접하는 나노구조체(150) 사이마다 형성된 것이 아니라, 이웃하는 2이상의 소정 개수의 나노구조체(150)로 이루어진 그룹(G)들 사이에 플랫 구조층(150')이 형성된 점에서 도 9의 나노어레이층(162)과 차이가 있다. 마찬가지로, 나노구조체(150)에서 발광되는 장파장의 광(L1), 플랫 구조층(150')에서 발광되는 상대적으로 단파장의 광(L2)의 조합으로 백색광이 구현된다. 그룹(G)을 구성하는 나노구조체(150)의 개수나 플랫 구조층(150')의 길이는 각각에서 발광되는 광(L1, L2)의 구체적인 파장 수치를 고려하여, 전체적으로 백색광이 구현되도록 조절될 수 있다.

도 11a 내지 도 11l은 실시예에 따른 발광 소자 제조방법을 설명하는 도면들이다.

도 11a를 참조하면, 기판(S)위에 제1형반도체층(110)과 유전체층(140)을 순차 형성한다. 기판(S)으로는 사파이어(Sapphire) 기판, 실리콘 카바이드(SiC) 기판, GaN 기판 등이 채용될 수 있다. 제1형반도체층(110)은 예를 들어, n-GaN 물질로 이루어질 수 있다. 유전체층(140)은 제1형반도체층(110)의 일면에 후술할 나노구조체(150)의 선택적 성장 영역 및 성장 제한 영역을 형성하기 위해 마련되는 것이다. 이를 위하여, 유전체층(140)은 복수의 나노홀을 구비하는 패턴을 갖는다. 또한, 선택적 성장이 제한될 소정 영역에는 나노홀이 형성되어 있지 않다. 나노홀의 단면 형상은 제한되지 않으며, 원형, 다각형 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 육각형 형상을 가질 수 있다.

다음, 도 11b를 참조하면, 복수의 나노홀 각각으로부터 나노구조체(150)를 성장시켜 나노어레이층을 형성한다. 나노구조체(150)는 나노홀이 구비된 선택적 성장영역에만 형성되고, 나노홀이 형성되지 않은 영역에서는 나노구조체(150)가 성장되지 않는다. 이 영역은 후술할 제1전극층의 형성을 위한 영역이다. 나노구조체(150)의 구체적인 구조는 도 3에서 제시한 구조가 될 수 있다. 즉, 제1형반도체나노코어(152)를 성장시킨 후, 제1형반도체나노코어(152)의 측면으로부터 활성층(154), 제2형반도체층(156)을 순차 성장시킨다. 나노구조체(150)의 형상은 다각뿔형, 예를 들어, 도 4에 도시한 바와 같은 육각뿔 형태가 될 수 있다. 나노구조체(150)의 단면 직경은 대략 1um 이하가 되도록 할 수 있다. 또한, 인접하는 나노구조체(150)의 활성층(154)들이 연결되지 않는 형태가 될 수도 있고, 또는, 도 6에서 제시한 바와 같이, 인접하는 나노구조체(150)의 활성층(154)들이 서로 연결되는 형태가 될 수도 있다. 또한, 구현하고자 하는 발광색이 백색광인 경우, 도 9 및 도 10에서 제시한 형태로 나노어레이층을 형성할 수도 있다. 이 경우, 제1형반도체나노코어(152)를 성장시킨 후, 나노홀을 형성하는 유전체층(140) 영역을 제거한 다음, 활성층(154)과 제2형반도체층(156)을 형성하게 될 것이다.

다음, 도 11c와 같이, 포토리지스트층(pr-1)을 소정패턴으로 형성하여, 나노구조체(150)의 선택적 성장이 제한된 영역에 해당하는 유전체층(140) 부분을 제거한다. 이러한 공정에 따라, 제1형반도체층(110)의 일면 일부가 노출된다. 패턴된 포토리지스트층(pr-1)의 형상은 구현하고자 하는 제1전극층의 역상 형태로, 도 11d에 도시한 형상이 될 수 있다.

다음, 도 11e와 같이 패턴된 포토리지스트층(pr-1)을 마스크로 하여 제1형반도체층(110)을 식각한다. 다만, 이 과정은 필요에 따라 생략될 수 있다. 또한, 식각 깊이도 적절히 조절될 수 있다.

다음, 도 11f와 같이 노출된 제1형반도체층(110) 위로 도전성 물질을 증착하여, 제1전극층(120)을 형성한다. 제1전극층(120)의 형상은 예를 들어, 도 2에 도시한 바와 같이, 상대적으로 폭이 넓은 복수의 포스트영역(P), 포스트영역(P)들을 서로 연결하는 와이어영역(W)을 구비하는 형태가 될 수 있다. 제1전극층(120)은 나노구조체(150)에 캐리어가 주입되도록, 외부 전원 공급부와 연결되는 곳으로, Au, Al, Ag와 같은 금속 물질 또는 ITO(Indiium Tin Oxide)와 같이 투명한 도전성 물질로 형성될 수 있다. 제1전극층(120)의 물질은 나노구조체(150)에서 발광된 광을 외부로 추출하고자 하는 방향에 따라 정할 수 있으며, 예를 들어, 제1형반도체층(110) 쪽으로 추출하고자 하는 경우, 제1전극층(120)은 반사 금속 물질로 형성할 수 있을 것이다.

제1전극층(120)을 형성한 후, 포토리지스트층(pr-1)을 제거하고, 구조물 위로 전체적으로 절연 물질을 도포하여 절연층(130)을 형성한다. 절연층(130)은 제1전극층(120)이 이후 형성될 제2전극층과 절연되도록 마련되는 것이다. 다음, 절연층(130) 위로 소정 패턴의 포토리지스트층(pr-2)을 도 11g와 같이 형성한다.

포토리지스트층(pr-2)의 패턴은 절연층(130)을 이루는 절연 물질 중에서 제1전극층(120)과 이후 형성될 제2전극층과의 절연에 필요한 부분을 남기고, 나머지 나노구조체(150)를 덮는 영역의 절연 물질은 제거하기 위한 패턴으로 형성된다. 포토리지스트층(pr-2)은 예를 들어, 도 11h와 같은 패턴으로 형성될 수 있다.

다음, 도 11i와 같이, 포토리지스트층(pr-2)을 마스크로 하여 절연층(130) 일부를 식각하고, 드러난 나노구조체(150) 위로 전도성 물질을 증착하여 제2전극층(170)을 형성한다. 제2전극층(170)은 또한, 제1전극층(120)과 함께 나노구조체(150)에 캐리어 주입을 위해 전압이 인가되는 곳으로, Au, Al, Ag와 같은 금속 물질 또는 ITO(Indiium Tin Oxide)와 같이 투명한 도전성 물질로 형성될 수 있다.

다음, 도 11j와 같이, 제2전극층(170) 위로 본딩메탈층(180), 전도성 템플릿(190)이 순차적으로 더 형성될 수 있다.

다음, 레이저 리프트 오프에 의해 기판(S)을 제1형반도체층(110)으로부터 분리 제거하면, 도 11j와 같은 구조의 발광소자가 제조된다.

이러한 본원 발명인 발광소자 및 이의 제조방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

제1형반도체층;
상기 제1형반도체층으로부터 선택적 성장된 제1형반도체나노코어와 상기 제1형 반도체나노코어의 측면으로부터 순차 성장된 활성층 및 제2형반도체층으로 이루어진 복수의 나노구조체를 포함하며, 상기 제1형반도체층 일면에 마련된 선택적 성장 영역에 형성된 나노어레이층;
상기 제1형반도체층에 전압 인가를 위해 마련되는 것으로, 상기 제1형반도체층에서 상기 선택적 성장 영역에 해당하지 않는 영역을 연결하는 소정 패턴으로 형성된 제1전극층;
상기 복수의 나노구조체 위에 상기 제2형반도체층에 전압 인가를 위해 형성된 제2전극층;
상기 제1전극층이 상기 제2전극층과 절연되도록 상기 제1전극층 위로 형성된 절연층;을 포함하며,
상기 제1전극층은
복수의 포스트 영역과, 상기 복수의 포스트 영역들을 연결하는 와이어 영역을 포함하는 발광소자.
제1항에 있어서,
상기 나노 구조체는 다각뿔 형상을 갖는 발광소자.
제2항에 있어서,
상기 나노어레이층은
상기 제1형반도체층의 일면에 형성된 것으로, 복수의 나노홀을 구비하는 패턴을 가지는 유전체층;을 더 구비하고,
상기 복수의 나노 구조체 각각의 제1형반도체나노코어는 상기 복수의 나노 홀 각각으로부터 성장된 발광 소자.
제3항에 있어서,
상기 복수의 나노구조체 각각의 활성층은 서로 연결되지 않은 형태인 발광소자.
제3항에 있어서,
상기 복수의 나노구조체 각각의 활성층은 서로 연결된 형태인 발광소자.
제2항에 있어서,
상기 나노어레이층은, 인접하는 상기 복수의 나노구조체 사이에 상기 제1형반도체층과 나란하게 형성된 플랫 구조층을 더 포함하며,
상기 플랫 구조층은 인접하는 나노 구조체의 활성층들을 연결하도록 형성된 플랫 활성층과, 상기 플랫 활성층위에 상기 인접하는 나노구조체의 제2형반도체층들을 연결하도록 형성된 플랫 제2형반도체층으로 이루어진 발광소자.
제6항에 있어서,
상기 플랫 구조층은 인접하는 나노구조체 사이마다 형성된 발광소자.
제6항에 있어서,
상기 복수의 나노 구조체는 이웃하는 2이상의 소정 개수의 나노구조체로 이루어진 복수의 그룹으로 분류되고,
상기 플랫 구조층은 복수의 그룹 사이에 형성된 발광소자.
삭제
제1형반도체층을 형성하는 단계;
상기 제1형반도체층 상에, 선택적 성장을 위한 마스크를 사용하여 제1형반도체나노코어와 활성층 및 제2형반도체로 이루어진 복수의 나노구조체를 선택적으로 성장시키는 단계;
상기 제1형반도체층에서 상기 선택적 성장이 일어나지 않은 소정 영역들을 연결하는 패턴으로 제1전극층을 형성하는 단계;
상기 제1전극층을 둘러싸는 형태로 절연층을 형성하는 단계;
상기 복수의 나노구조체 위에 제2전극층을 형성하는 단계;를 포함하는 발광소자 제조방법.
제10항에 있어서,
상기 복수의 나노구조체 성장단계는,
상기 제1형반도체층 상에, 상기 선택적 성장이 제한될 소정 영역을 제외한 영역에 복수의 나노홀이 구비되는 패턴으로 유전체층을 형성하는 단계;
상기 복수의 나노홀 각각으로부터 복수의 나노구조체의 제1형반도체나노코어들을 각각 성장시키는 단계;
상기 제1형반도체나노코어의 측면으로부터 순차적으로, 상기 활성층 및 제2형반도체층을 성장시키는 단계;를 포함하며,
상기 제1전극층은
복수의 포스트 영역과 상기 포스트 영역을 연결하는 와이어 영역을 포함하는 패턴으로 형성되는 발광소자 제조방법.
제11항에 있어서,
상기 제1형반도체나노코어들은 다각뿔 형상으로 성장되는 발광소자 제조방법.
삭제
제11항에 있어서,
상기 제1형반도체나노코어들을 성장시킨 후 활성층을 형성하기 전에, 상기 유전체층에서 상기 나노홀을 이루는 부분을 제거하는 단계;를 더 포함하는 발광 소자 제조방법.
제11항에 있어서,
상기 복수의 나노구조체 각각의 활성층은 서로 연결되지 않은 형태로 형성되는 발광소자 제조방법.
제11항에 있어서,
상기 복수의 나노구조체 각각의 활성층은 서로 연결된 형태로 형성되는 발광소자 제조방법.
제11항, 제12항, 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1전극층을 형성하는 단계는
상기 유전체층에서 상기 소정 영역의 유전체층 부분을 제거하여 상기 제1형반도체층의 일부 영역을 노출하는 단계;
상기 노출된 제1형반도체층 일부 영역 위에 전도성 물질을 증착하는 단계;를 포함하는 발광 소자 제조방법.