KR102520154B1 - Nanorod structure using gallium oxide nano thin film trowth technology and method of manufacturing thereof - Google Patents
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Abstract
산화갈륨 나노박막을 나노로드 기반의 광소자 또는 전자소자에 연속적으로 증착하는 기술로써, 나노로드 소자의 상부, 하부 또는 동축(coaxial) 방향과 단축(uniaxial) 방향으로 선택적으로 성장시킨 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체 제조 방법은 (a) 기판의 일면 상에 GaN 나노로드를 형성하는 단계; 및 (b) 상기 GaN 나노로드의 상측 표면만을 덮도록 성장시킨 산화갈륨 나노박막층을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 (b) 단계에서, 상기 산화갈륨 나노박막층은 초기 성장온도부터 최종 성장온도로 갈수록 성장온도를 점진적으로 상승시켜 성장시킨 것을 특징으로 한다.As a technology for continuously depositing gallium oxide nano-films on nanorod-based optical or electronic devices, it is a gallium oxide nano-thin film selectively grown on the top, bottom, or in the coaxial and uniaxial directions of the nanorod devices. A nanorod structure using growth technology and a method for manufacturing the same are disclosed.
A method for manufacturing a nanorod structure using gallium oxide nano-thin film growth technology according to the present invention includes the steps of (a) forming GaN nanorods on one surface of a substrate; and (b) forming a gallium oxide nano-thin film layer grown to cover only the top surface of the GaN nanorods, wherein, in step (b), the gallium oxide nano-thin film layer is heated from an initial growth temperature to a final growth temperature. It is characterized by growing by gradually increasing the growth temperature as it goes.
Description
본 발명은 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산화갈륨 나노박막을 나노로드 기반의 광소자 또는 전자소자에 연속적으로 증착하는 기술로써, 나노로드 소자의 상부, 하부 또는 동축(coaxial) 방향과 단축(uniaxial) 방향으로 선택적으로 성장시킨 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nanorod structure using gallium oxide nano-thin film growth technology and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a technique for continuously depositing a gallium oxide nano-thin film on a nanorod-based optical device or electronic device, It relates to a nanorod structure using a gallium oxide nano-thin film growth technology selectively grown in the upper, lower, or coaxial and uniaxial directions of a device and a method for manufacturing the same.
반도체의 p-n 접합에서 전자와 정공의 재결합을 통해 발광원을 구성하여, 다양한 색의 빛을 구현할 수 있는 반도체 광전자 소자는 수명이 길고, 소형화 및 경량화가 가능하며, 빛의 지향성이 우수하여 저전압 구동이 가능하다. 또한, 반도체 광전자 소자는 충격 및 진동에 강하고, 예열 시간과 복잡한 구동이 필요하지 않으며, 다양한 형태로 패키징할 수 있어 다양한 용도로 적용이 가능하다.Semiconductor optoelectronic devices that can emit light of various colors by forming a light emitting source through recombination of electrons and holes at the p-n junction of a semiconductor have a long lifespan, can be miniaturized and lightened, and can be driven at low voltage due to excellent directivity of light. possible. In addition, semiconductor optoelectronic devices are resistant to shock and vibration, do not require preheating time and complicated driving, and can be packaged in various forms, so that they can be applied for various purposes.
따라서, 반도체 발광 소자에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 그 중에서도 열적 안정성이 우수하고, 직접 천이형의 에너지 밴드(band) 구조를 갖는 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 인듐(In) 등의 3족 원소를 포함하는 질화물을 이용한 질화물 반도체 광전자 소자에 대한 연구가 최근 활발히 연구 개발되고 있다.Therefore, research and development on semiconductor light emitting devices are being actively conducted, and among them, gallium (Ga), aluminum (Al), indium (In), etc., which have excellent thermal stability and have a direct transition energy band structure. Recently, research on nitride semiconductor optoelectronic devices using nitrides containing group 3 elements has been actively researched and developed.
관련 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0047577호(2010.05.10. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 금속 산화물 나노 구조체를 갖는 전자 소자, 이의 제조 방법 및 이를 구비하는 전자 장치가 기재되어 있다.As a related prior literature, there is Korean Patent Publication No. 10-2010-0047577 (published on May 10, 2010), which describes an electronic device having a metal oxide nanostructure, a manufacturing method thereof, and an electronic device having the same there is.
본 발명의 목적은 산화갈륨 나노박막을 나노로드 기반의 광소자 또는 전자소자에 연속적으로 증착하는 기술로써, 나노로드 소자의 상부, 하부 또는 동축(coaxial) 방향과 단축(uniaxial) 방향으로 선택적으로 성장시킨 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is a technology for continuously depositing a gallium oxide nano-thin film on a nanorod-based optical or electronic device, wherein the nanorod device is selectively grown in the top, bottom, or coaxial and uniaxial directions. It is to provide a nanorod structure using a gallium oxide nano-thin film growth technology and a manufacturing method thereof.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체 제조 방법은 (a) 기판의 일면 상에 GaN 나노로드를 형성하는 단계; 및 (b) 상기 GaN 나노로드의 상측 표면만을 덮도록 성장시킨 산화갈륨 나노박막층을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 (b) 단계에서, 상기 산화갈륨 나노박막층은 초기 성장온도부터 최종 성장온도로 갈수록 성장온도를 점진적으로 상승시켜 성장시킨 것을 특징으로 한다.To achieve the above object, a method for manufacturing a nanorod structure using a gallium oxide nano-thin film growth technique according to a first embodiment of the present invention includes the steps of (a) forming GaN nanorods on one surface of a substrate; and (b) forming a gallium oxide nano-thin film layer grown to cover only the top surface of the GaN nanorods, wherein, in step (b), the gallium oxide nano-thin film layer is heated from an initial growth temperature to a final growth temperature. It is characterized by growing by gradually increasing the growth temperature as it goes.
상기 (a) 단계에서, 상기 GaN 나노로드는 10 ~ 100,000nm의 길이를 갖는다.In step (a), the GaN nanorods have a length of 10 to 100,000 nm.
상기 (b) 단계에서, 상기 산화갈륨 나노박막층은 에피턱셜법(Molecular Beam Epitaxy), 유기 금속 화학 증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 및 수소기상증착법(Hydride vapour phase epitaxy) 중 어느 하나를 이용하여 성장시킨다.In step (b), the gallium oxide nano-thin film layer is grown using any one of Molecular Beam Epitaxy, Metal Organic Chemical Vapor Deposition, and Hydrogen Vapor Phase Epitaxy let it
상기 (b) 단계에서, 성장 압력은 20 ~ 600 torr로 유지한다.In step (b), the growth pressure is maintained at 20 to 600 torr.
상기 (b) 단계에서, 상기 초기 성장온도는 500 ~ 900℃이고, 상기 최종 성장온도는 600 ~ 1,000℃인 것이 바람직하다.In the step (b), the initial growth temperature is preferably 500 ~ 900 ℃, the final growth temperature is 600 ~ 1,000 ℃.
상기 초기 성장온도부터 최종 성장온도까지 0.01 ~ 50℃/min의 속도로 상승시킨다.It is raised from the initial growth temperature to the final growth temperature at a rate of 0.01 to 50 °C/min.
상기 (b) 단계 이후, 상기 산화갈륨 나노박막층은 1 ~ 5,000nm의 두께를 갖는다.After the step (b), the gallium oxide nano-thin film layer has a thickness of 1 to 5,000 nm.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체 제조 방법은 (a) 기판의 일면 상에 GaN 나노로드를 형성하는 단계; 및 (b) 상기 GaN 나노로드의 표면 상측, 하측 및 측면을 덮도록 성장시킨 산화갈륨 나노박막층을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 (b) 단계에서, 상기 산화갈륨 나노박막층은 초기 성장온도부터 최종 성장온도까지 동일한 성장온도에서 성장시킨 것을 특징으로 한다.To achieve the above object, a method for manufacturing a nanorod structure using gallium oxide nano-thin film growth technology according to a second embodiment of the present invention includes the steps of (a) forming GaN nanorods on one surface of a substrate; and (b) forming a gallium oxide nano-thin film layer grown to cover the upper, lower and side surfaces of the GaN nanorod, wherein, in the step (b), the gallium oxide nano-thin film layer is formed from an initial growth temperature. It is characterized by growing at the same growth temperature until the final growth temperature.
상기 (a) 단계에서, 상기 GaN 나노로드는 10 ~ 100,000nm의 길이를 갖는다.In step (a), the GaN nanorods have a length of 10 to 100,000 nm.
상기 (b) 단계에서, 성장 압력은 20 ~ 600 torr로 유지한다.In step (b), the growth pressure is maintained at 20 to 600 torr.
상기 (b) 단계에서, 상기 초기 성장온도 및 최종 성장온도는 500 ~ 1,000℃로 동일하게 유지된다.In the step (b), the initial growth temperature and the final growth temperature are maintained at 500 to 1,000 ° C.
상기 (b) 단계 이후, 상기 산화갈륨 나노박막층은 1 ~ 5,000nm의 두께를 갖는다.After the step (b), the gallium oxide nano-thin film layer has a thickness of 1 to 5,000 nm.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체는 기판; 상기 기판의 일면 상에 형성된 GaN 나노로드; 및 상기 GaN 나노로드 표면의 상단부에만 적층 형성된 산화갈륨 나노박막층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.To achieve the above object, the nanorod structure using the gallium oxide nano-thin film growth technology according to the first embodiment of the present invention includes a substrate; GaN nanorods formed on one surface of the substrate; and a gallium oxide nano-thin film layer laminated only on the top portion of the surface of the GaN nanorod.
상기 GaN 나노로드는 10 ~ 100,000nm의 길이를 갖는다.The GaN nanorods have a length of 10 to 100,000 nm.
상기 산화갈륨 나노박막층은 1 ~ 5,000nm의 두께를 갖는다.The gallium oxide nano-thin film layer has a thickness of 1 to 5,000 nm.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체는 기판; 상기 기판의 일면 상에 형성된 GaN 나노로드; 및 상기 GaN 나노로드의 표면 상측, 하측 및 측면을 덮도록 형성된 산화갈륨 나노박막층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.To achieve the above object, the nanorod structure using the gallium oxide nano-thin film growth technology according to the second embodiment of the present invention includes a substrate; GaN nanorods formed on one surface of the substrate; and a gallium oxide nano-thin layer formed to cover upper, lower and side surfaces of the GaN nanorods.
상기 GaN 나노로드는 10 ~ 100,000nm의 길이를 갖는다.The GaN nanorods have a length of 10 to 100,000 nm.
상기 산화갈륨 나노박막층은 1 ~ 5,000nm의 두께를 갖는다.The gallium oxide nano-thin film layer has a thickness of 1 to 5,000 nm.
본 발명에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체 및 그 제조 방법은 산화갈륨 나노박막을 나노로드 기반의 광소자 또는 전자소자에 연속적으로 증착하는 기술로써, 나노로드 소자의 상부, 하부 또는 동축(coaxial) 방향과 단축(uniaxial) 방향으로 선택적으로 성장시킬 수 있게 된다.A nanorod structure using a gallium oxide nano-thin film growth technology and a method for manufacturing the same according to the present invention is a technology for continuously depositing a gallium oxide nano-thin film on a nanorod-based optical device or electronic device. It is possible to grow selectively in a coaxial direction and a uniaxial direction.
따라서, 본 발명에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용하여 광다이오드를 제조하게 되면, 산화갈륨의 넓은 밴드갭을 활용한 전자 차단층(electron blocking layer EBL)으로 활용할 수 있음과 더불어, 굴절률 차이를 이용한 광 유도 및 광 추출 효율을 증가시키는데 활용될 수 있다.Therefore, when a photodiode is manufactured using the gallium oxide nano-thin film growth technology according to the present invention, it can be used as an electron blocking layer (EBL) using the wide band gap of gallium oxide, and the difference in refractive index can be reduced. It can be used to increase the efficiency of light induction and light extraction.
아울러, 본 발명에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용하여 수광 다이오드를 제조하게 되면, 산화갈륨의 넓은 밴드갭을 활용한 UV-C 흡수층으로 활용 가능하다.In addition, when a light-receiving diode is manufactured using the gallium oxide nano-thin film growth technology according to the present invention, it can be used as a UV-C absorbing layer utilizing a wide band gap of gallium oxide.
또한, 본 발명에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용하여 PN 다이오드, PIN 다이오드, FET, MOSFET 등의 전자 소자를 제조하게 되면, 넓은 밴드갭을 활용한 역전류 방지층, 고전압 소자에서 n-형 박막층으로 활용하는 것이 가능하다.In addition, when electronic devices such as PN diodes, PIN diodes, FETs, and MOSFETs are manufactured using the gallium oxide nano-thin film growth technology according to the present invention, a reverse current prevention layer using a wide band gap, an n-type thin film layer in a high voltage device It is possible to use it as
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체 제조 방법을 설명하기 위한 공정 모식도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용하여 제조된 나노로드 구조체를 나타낸 실측 사진.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체를 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체 제조 방법을 설명하기 위한 공정 모식도.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용하여 제조된 나노로드 구조체를 나타낸 실측 사진.
도 7 내지 도 13은 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술의 적용예를 나타낸 도면들.1 is a perspective view showing a nanorod structure using a gallium oxide nano-thin film growth technology according to a first embodiment of the present invention.
2 is a schematic process diagram for explaining a method of manufacturing a nanorod structure using a gallium oxide nano-thin film growth technology according to a first embodiment of the present invention.
3 is a photograph showing a nanorod structure manufactured using the gallium oxide nano-thin film growth technology according to the first embodiment of the present invention.
4 is a perspective view showing a nanorod structure using a gallium oxide nano-thin film growth technology according to a second embodiment of the present invention.
5 is a schematic process diagram for explaining a method of manufacturing a nanorod structure using a gallium oxide nano-thin film growth technology according to a second embodiment of the present invention.
6 is a photograph showing a nanorod structure manufactured using a gallium oxide nano-thin film growth technology according to a second embodiment of the present invention.
7 to 13 are views showing application examples of the gallium oxide nano-thin film growth technology according to the first and second embodiments of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become clear with reference to the detailed description of the following embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, and only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the holder of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numbers designate like elements throughout the specification.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a nanorod structure using gallium oxide nano-thin film growth technology and a manufacturing method thereof according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체를 나타낸 사시도이다.1 is a perspective view showing a nanorod structure using a gallium oxide nano-thin film growth technology according to a first embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체(100)는 기판(120), GaN 나노로드(140) 및 산화갈륨 나노박막층(160)을 포함한다.As shown in FIG. 1, the
기판(120)은 일면 및 일면에 반대되는 타면을 갖는 플레이트 형상을 가질 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 그 형상은 다양하게 변경될 수 있다.The
이때, 기판(120)으로는 실리콘(Si), 사파이어(Al2O3), 유리, 탄화규소(SiC), 산화갈륨(Al2O3), GaN이 증착된 사파이어(GaN on Sapphire), InGaN이 증착된 사파이어(InGaN on sapphire), AlGaN이 증착된 사파이어(AlGaN on sapphire) 및 AlN이 증착된 사파이어(AlN on sapphire) 중 어느 하나가 이용될 수 있다.At this time, the
GaN 나노로드(140)는 기판(120)의 일면 상에 형성된다. 이러한 GaN 나노로드(140)는 300 ~ 1,200℃의 성장온도에서 분자선 에피텍셜법(Molecular Beam Epitaxy) 또는 유기금속 화학증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)을 이용하여 성장시키는 것에 의해 형성될 수 있다. 이러한 GaN 나노로드(140)는 10 ~ 100,000nm의 길이를 갖는 것이 바람직하다.The
이러한 GaN 나노로드(140)는 n-형 반도체층으로 활용하기 위해, Si를 n형 도펀트로 도핑한 n형 GaN으로 이루어질 수 있다. 또한, GaN 나노로드(140)는 p-형 반도체층으로 활용하기 위해, Mg를 p형 도펀트로 도핑한 p형 GaN으로 이루어질 수도 있다.The GaN
본 발명에서는 GaN 나노로드(140)가 적용된 것으로 나타내었으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, GaN 나노로드(140) 대신 ZnO, GaAs 등의 나노로드 형태의 반도체 소자에도 동일하게 적용하는 것이 가능하다.In the present invention, it has been shown that the
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체(100)는 기판(120)의 일면을 덮는 마스크층(180)을 더 포함할 수 있다. 이때, 마스크층(180)은 필요에 따라 생략될 수도 있다.In addition, the
이러한 마스크층(180)은 SiOx, SiNx, Al, Ni, Ti 및 Mo 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 여기서, 1 ≤ x ≤ 3 이다. 이때, 마스크층(180)은 0.01 ~ 800 nm의 두께를 가질 수 있다. 이러한 마스크층(180)은 GaN 나노로드(140)를 제외한 기판(120)의 일면 전체를 덮도록 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The
산화갈륨 나노박막층(160)은 GaN 나노로드(140) 표면의 상단부에만 적층 형성된다.The gallium oxide nano-
이러한 산화갈륨 나노박막층(160)은 진성(intrinsic), n-형 및 p-형 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 산화갈륨 나노박막층(160)은 n-형 반도체층으로 활용하기 위해, Si 및 Sn 중 하나 이상을 n형 도펀트로 도핑한 n형 Ga2O3로 이루어질 수 있다. 또한, 산화갈륨 나노박막층(160)은 p-형 반도체층으로 활용하기 위해, Mg 및 N 중 하나 이상을 p형 도펀트로 도핑한 p형 Ga2O3로 이루어질 수 있다.The gallium oxide nano-
이때, GaN 나노로드(140)의 상측 표면만을 덮도록 산화갈륨 나노박막층(160)을 형성하기 위해, 본 발명의 산화갈륨 나노박막층(160)은 초기 성장온도부터 최종 성장온도로 갈수록 성장온도를 점진적으로 상승시켜 성장하였다.At this time, in order to form the gallium oxide nano-
이와 같이, GaN 나노로드(140)의 상측 표면에만 산화갈륨 나노박막을 두껍게 성장시키기 위해서는 초기 성장온도 보다 높은 온도로 지속적으로 성장 온도를 상승시켜야만 GaN 나노로드(140)의 표면 하부에 산화갈륨 나노박막이 성장되는 것을 억제할 수 있으면서, 연속적으로 GaN 나노로드(140)의 표면 상부에만 산화갈륨 나노박막의 성장을 유도할 수 있게 된다.In this way, in order to grow a thick gallium oxide nano-thin film only on the upper surface of the GaN nano-
이러한 GaN 나노로드(140)의 표면 상단부에만 형성된 산화갈륨 나노박막층(160)은 1 ~ 5,000nm의 두께로 다양하게 형성될 수 있다.The gallium oxide nano-
이에 대해서는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체 제조 방법을 통하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.This will be described in more detail through the method of manufacturing a nanorod structure using the gallium oxide nano-thin film growth technology according to the first embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체 제조 방법을 설명하기 위한 공정 모식도이다.2 is a schematic process diagram for explaining a method of manufacturing a nanorod structure using a gallium oxide nano-thin film growth technology according to a first embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체 제조 방법은 GaN 나노로드 형성 단계 및 산화갈륨 나노박막층 형성 단계를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the method for manufacturing a nanorod structure using the gallium oxide nano-thin film growth technique according to the first embodiment of the present invention may include forming a GaN nanorod and forming a gallium oxide nano-thin film layer.
도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, GaN 나노로드 형성 단계에서는 기판(120)의 일면 상에 GaN 나노로드(140)를 형성한다.As shown in (a) of FIG. 2 , in the step of forming the GaN nanorods, the GaN nanorods 140 are formed on one surface of the
여기서, 기판(120)은 일면 및 일면에 반대되는 타면을 갖는 플레이트 형상을 가질 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 그 형상은 다양하게 변경될 수 있다.Here, the
이때, 기판(120)으로는 실리콘(Si), 사파이어(Al2O3), 유리, 탄화규소(SiC), 산화갈륨(Al2O3), GaN이 증착된 사파이어(GaN on Sapphire), InGaN이 증착된 사파이어(InGaN on sapphire), AlGaN이 증착된 사파이어(AlGaN on sapphire) 및 AlN이 증착된 사파이어(AlN on sapphire) 중 어느 하나가 이용될 수 있다.At this time, the
GaN 나노로드(140)는 300 ~ 1,200℃의 성장온도에서 분자선 에피텍셜법(Molecular Beam Epitaxy) 또는 유기금속 화학증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)을 이용하여 성장시키는 것에 의해 형성될 수 있다. 성장온도가 300℃ 미만일 경우에는 낮은 온도로 인하여 성장률이 낮아지는 문제가 있다. 반대로, 성장온도가 1,200℃를 초과할 경우에는 더 이상의 효과 상승 없이 제조 비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.The GaN nanorods 140 may be formed by growth using Molecular Beam Epitaxy or Metal Organic Chemical Vapor Deposition at a growth temperature of 300 to 1,200 °C. If the growth temperature is less than 300 ℃, there is a problem that the growth rate is lowered due to the low temperature. Conversely, when the growth temperature exceeds 1,200 ° C., it is not economical because it may act as a factor that only increases manufacturing cost without further increasing the effect.
이러한 GaN 나노로드(140)는 10 ~ 100,000nm의 길이를 갖는 것이 바람직하다.The GaN nanorods 140 preferably have a length of 10 to 100,000 nm.
본 단계에서, GaN 나노로드(140)는 n-형 반도체층으로 활용하기 위해, Si를 n형 도펀트로 도핑한 n형 GaN으로 이루어질 수 있다. 또한, GaN 나노로드(140)는 p-형 반도체층으로 활용하기 위해, Mg를 p형 도펀트로 도핑한 p형 GaN으로 이루어질 수도 있다.In this step, the
아울러, GaN 나노로드 형성 단계 이전에 기판(120)의 일면 상에 마스크층(180)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 마스크층(180)은 필요에 따라 생략될 수도 있다.In addition, a step of forming a
이러한 마스크층(180)은 SiOx, SiNx, Al, Ni, Ti 및 Mo 중 1종 이상을 스퍼터링법(Sputtering), E-빔 진공증착법, 분자선 에피텍셜법(Molecular Beam Epitaxy) 및 유기금속 화학증착법 (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 중 어느 하나로 증착하여 형성하게 된다. 여기서, 1 ≤ x ≤ 3 이다. 이때, 마스크층(180)은 0.01 ~ 800 nm의 두께로 형성될 수 있다.The
이러한 마스크층(180)은 GaN 나노로드(140)를 제외한 기판(120)의 일면 전체를 덮도록 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The
다음으로, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 산화갈륨 나노박막층 형성 단계에서 GaN 나노로드(140)의 상측 표면만을 덮도록 성장시킨 산화갈륨 나노박막층(160)을 형성한다.Next, as shown in (b) of FIG. 2 , in the step of forming the gallium oxide nano-thin film layer, the gallium oxide nano-
이러한 산화갈륨 나노박막층(160)은 진성(intrinsic), n-형 및 p-형 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 산화갈륨 나노박막층(160)은 n-형 반도체층으로 활용하기 위해, Si 및 Sn 중 하나 이상을 n형 도펀트로 도핑한 n형 Ga2O3로 이루어질 수 있다. 또한, 산화갈륨 나노박막층(160)은 p-형 반도체층으로 활용하기 위해, Mg 및 N 중 하나 이상을 p형 도펀트로 도핑한 p형 Ga2O3로 이루어질 수 있다.The gallium oxide nano-
본 단계에서, GaN 나노로드(140)의 상측 표면만을 덮도록 산화갈륨 나노박막층(160)을 형성하기 위해, 초기 성장온도부터 최종 성장온도로 갈수록 성장온도를 점진적으로 상승시켜 성장시키는 것이 바람직하다.In this step, in order to form the gallium oxide nano-
이러한 산화갈륨 나노박막층(160)은 에피턱셜법(Molecular Beam Epitaxy), 유기 금속 화학 증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 및 수소기상증착법(Hydride vapour phase epitaxy) 중 어느 하나를 이용하여 성장시키는 것이 바람직하다. 이때, 성장 압력은 20 ~ 600 torr로 유지하는 것이 바람직하다.The gallium oxide nano-
이러한 산화갈륨 나노박막층 형성 단계시, 초기 성장온도는 500 ~ 900℃이고, 최종 성장온도는 초기 성장온도 보다 높은 600 ~ 1,000℃인 것이 바람직하다.In the step of forming the gallium oxide nano-thin film layer, the initial growth temperature is preferably 500 to 900°C, and the final growth temperature is preferably 600 to 1,000°C higher than the initial growth temperature.
특히, 초기 성장온도부터 최종 성장온도까지 0.01 ~ 50℃/min의 속도로 상승시키는 것이 바람직하고, 5 ~ 20℃/min의 속도로 상승시키는 것이 보다 바람직하다. 여기서, 초기 성장온도부터 최종 성장온도까지의 성장 속도가 0.01 ~ 50℃/min를 벗어난 범위로 상승시킬 경우에는 GaN 나노로드(140)의 표면 상부 뿐만 아니라 하부 및 측면에 산화갈륨 나노박막이 성장되는 문제를 유발할 수 있다.In particular, it is preferable to raise the temperature from the initial growth temperature to the final growth temperature at a rate of 0.01 to 50° C./min, more preferably at a rate of 5 to 20° C./min. Here, when the growth rate from the initial growth temperature to the final growth temperature is raised to a range outside of 0.01 to 50 °C/min, gallium oxide nano-thin films are grown on the upper surface as well as the lower and side surfaces of the GaN nanorods 140. can cause problems.
이와 같이, GaN 나노로드(140)의 상측 표면에만 산화갈륨 나노박막을 두껍게 성장시키기 위해서 초기 성장온도 보다 높은 온도로 지속적으로 성장 온도를 상승시켜야만 GaN 나노로드(140)의 표면 하부에 성장되는 것을 억제할 수 있으면서, 연속적으로 GaN 나노로드(140)의 표면 상부에만 성장을 유도할 수 있게 된다.In this way, in order to grow a thick gallium oxide nano-thin film only on the upper surface of the GaN nanorods 140, the growth temperature on the lower surface of the GaN nanorods 140 must be continuously raised to a temperature higher than the initial growth temperature to suppress the growth of the GaN nanorods 140. While doing so, it is possible to continuously induce growth only on the upper surface of the GaN nanorods 140 .
이에 따라, 산화갈륨 나노박막층 형성 단계 이후, GaN 나노로드(140)의 표면 상부에만 형성되는 산화갈륨 나노박막층(160)은 1 ~ 5,000nm의 두께로 다양하게 형성될 수 있다.Accordingly, after the step of forming the gallium oxide nano-thin film layer, the gallium oxide nano-
이때, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용하여 제조된 나노로드 구조체를 나타낸 실측 사진이다.At this time, FIG. 3 is a photograph showing a nanorod structure manufactured using the gallium oxide nano-thin film growth technology according to the first embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 초기 성장온도 보다 높은 온도로 지속적으로 성장 온도를 상승시키는 것에 의해, GaN 나노로드(140)의 표면 하부에 산화갈륨 나노박막의 성장이 억제되어, GaN 나노로드(140)의 표면 상단부에만 성장이 이루어져 산화갈륨 나노박막층(160)이 적층 형성된 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 3, by continuously raising the growth temperature to a temperature higher than the initial growth temperature, the growth of the gallium oxide nano-thin film under the surface of the
이와 같이, 본 발명에서는 GaN 나노로드(140)의 상측 표면만을 덮도록 산화갈륨 나노박막층(160)을 형성하기 위해서는 초기 성장온도부터 최종 성장온도로 갈수록 성장온도를 점진적으로 상승시켜 성장해야 하는 것을 확인하였다.As such, in the present invention, in order to form the gallium oxide nano-
한편, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체를 나타낸 사시도이다.Meanwhile, FIG. 4 is a perspective view showing a nanorod structure using a gallium oxide nano-thin film growth technology according to a second embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체(200)는 기판(220), GaN 나노로드(240) 및 산화갈륨 나노박막층(260)을 포함한다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판(220) 및 GaN 나노로드(240)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판(도 1의 120) 및 GaN 나노로드(도 1의 140)와 실질적으로 동일하므로, 중복 설명은 생략하고 차이점 위주로 설명하도록 한다.Referring to FIG. 4 , the
본 발명의 제2 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막층(260)은 GaN 나노로드(240)의 표면 상측, 하측 및 측면을 덮도록 형성된다.The gallium oxide nano-
이러한 산화갈륨 나노박막층(260)은 진성(intrinsic), n-형 및 p-형 형태 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 산화갈륨 나노박막층(260)은 n-형 반도체층으로 활용하기 위해, Si 및 Sn 중 하나 이상을 n형 도펀트로 도핑한 n형 Ga2O3로 이루어질 수 있다. 또한, 산화갈륨 나노박막층(260)은 p-형 반도체층으로 활용하기 위해, Mg 및 N 중 하나 이상을 p형 도펀트로 도핑한 p형 Ga2O3로 이루어질 수 있다.The gallium oxide nano-
이때, 산화갈륨 나노박막층(260)이 GaN 나노로드(240)의 표면 상측, 하측 및 측면 전체를 덮도록 형성하기 위해서는 초기 성장온도에서 최종 성장온도까지 동일한 온도로 지속적으로 성장을 시켜야 GaN 나노로드(240)의 표면 상부로 과도한 성장이 유도되지 않고, 동축(coaxial) 성장이 유도될 수 있게 된다. 이에 따라, 산화갈륨 나노박막층(260)이 GaN 나노로드(240)의 표면 상측, 하측 및 측면을 덮으며, 상측 및 측면의 두께가 동일 또는 유사하게 형성된다.At this time, in order to form the gallium oxide nano-
따라서, 산화갈륨 나노박막층 형성 단계 이후, GaN 나노로드(240)의 표면 상측, 하측 및 측면을 덮도록 형성된 산화갈륨 나노박막층(260)은 1 ~ 5,000nm의 두께로 다양하게 형성될 수 있다.Therefore, after the step of forming the gallium oxide nano-thin film layer, the gallium oxide nano-
이에 대해서는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체 제조 방법을 통하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.This will be described in more detail through the method of manufacturing a nanorod structure using the gallium oxide nano-thin film growth technology according to the second embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체 제조 방법을 설명하기 위한 공정 모식도이다.5 is a schematic process diagram for explaining a method of manufacturing a nanorod structure using a gallium oxide nano-thin film growth technology according to a second embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체 제조 방법은 GaN 나노로드 형성 단계 및 산화갈륨 나노박막층 형성 단계를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5 , the method for manufacturing a nanorod structure using the gallium oxide nano-thin film growth technique according to the second embodiment of the present invention may include forming a GaN nano-rod and forming a gallium oxide nano-thin film layer.
도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, GaN 나노로드 형성 단계에서는 기판(220)의 일면 상에 GaN 나노로드(240)를 형성한다.As shown in (a) of FIG. 5 , in the step of forming the GaN nanorods, GaN nanorods 240 are formed on one surface of the
본 발명의 제2 실시예에 따른 GaN 나노로드 형성 단계는 제1 실시예에 따른 GaN 나노로드 형성 단계와 실질적으로 동일하므로, 중복 설명은 생략하도록 하다.Since the step of forming GaN nanorods according to the second embodiment of the present invention is substantially the same as the step of forming GaN nanorods according to the first embodiment, redundant description will be omitted.
다음으로, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 산화갈륨 나노박막층 형성 단계에서 GaN 나노로드(240) 표면의 상측, 하측 및 측면을 덮도록 성장시킨 산화갈륨 나노박막층(260)을 형성한다.Next, as shown in (b) of FIG. 5, in the step of forming the gallium oxide nano-thin film layer, a gallium oxide nano-
이러한 산화갈륨 나노박막층(260)은 진성(intrinsic), n-형 및 p-형 형태 중 어느 하나 이상으로 성장될 수 있다. 예를 들어, 산화갈륨 나노박막층(260)은 n-형 반도체층으로 활용하기 위해, Si 및 Sn 중 하나 이상을 n형 도펀트로 도핑한 n형 Ga2O3로 이루어질 수 있다. 또한, 산화갈륨 나노박막층(260)은 p-형 반도체층으로 활용하기 위해, Mg 및 N 중 하나 이상을 p형 도펀트로 도핑한 p형 Ga2O3로 이루어질 수 있다.The gallium oxide nano-
본 단계에서, GaN 나노로드(240) 표면의 상측, 하측 및 측면을 덮도록 성장시켜 산화갈륨 나노박막층(260)을 형성하기 위해, 초기 성장온도부터 최종 성장온도까지 동일한 성장온도에서 성장시키는 것이 바람직하다.In this step, it is preferable to grow at the same growth temperature from the initial growth temperature to the final growth temperature in order to form the gallium oxide nano-
이러한 산화갈륨 나노박막층(260)은 에피턱셜법(Molecular Beam Epitaxy), 유기 금속 화학 증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 및 수소기상증착법(Hydride vapour phase epitaxy) 중 어느 하나를 이용하여 성장시키는 것이 바람직하다. 이때, 성장 압력은 20 ~ 600 torr로 유지하는 것이 바람직하다.The gallium oxide nano-
이러한 산화갈륨 나노박막층 형성 단계시, 초기 성장온도 및 최종 성장온도는 500 ~ 1,000℃로 동일하게 유지시켜야 한다.In the step of forming the gallium oxide nano-thin film layer, the initial growth temperature and the final growth temperature should be kept the same at 500 to 1,000°C.
이와 같이, 산화갈륨 나노박막층(260)이 GaN 나노로드(240) 표면의 상측, 하측 및 측면 전체를 덮도록 형성하기 위해서는 초기 성장온도에서 최종 성장온도까지 동일한 온도로 지속적으로 성장을 시켜야 GaN 나노로드(240)의 표면 상부로 과도한 성장이 유도되지 않고, 동축(coaxial) 성장이 유도될 수 있게 된다. 이에 따라, 산화갈륨 나노박막층(260)이 GaN 나노로드(240) 표면의 상측, 하측 및 측면을 덮으며, 상측 및 측면의 두께가 동일 또는 유사하게 형성된다.In this way, in order to form the gallium oxide nano-
이에 따라, 산화갈륨 나노박막층 형성 단계 이후, GaN 나노로드(240) 표면의 상측, 하측 및 측면을 덮도록 형성된 산화갈륨 나노박막층(260)은 1 ~ 5,000nm의 두께로 다양하게 형성될 수 있다.Accordingly, after the step of forming the gallium oxide nano-thin film layer, the gallium oxide nano-
이때, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용하여 제조된 나노로드 구조체를 나타낸 실측 사진이다.At this time, FIG. 6 is a photograph showing a nanorod structure manufactured using the gallium oxide nano-thin film growth technology according to the second embodiment of the present invention.
도 6에 도시된 바와 같이, 초기 성장온도에서 최종 성장온도까지 동일한 온도로 지속적으로 성장을 시키는 것에 의해, GaN 나노로드(240)의 표면 상부로 과도한 성장이 유도되지 않고, 동축(coaxial) 성장이 유도되는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 산화갈륨 나노박막층(260)이 GaN 나노로드(240) 표면의 상측, 하측 및 측면을 덮으며, 상측 및 측면의 두께가 동일 또는 유사하게 형성된 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 6, by continuously growing at the same temperature from the initial growth temperature to the final growth temperature, excessive growth is not induced to the upper surface of the GaN nanorods 240, and coaxial growth is achieved. induction can be confirmed. Accordingly, it can be confirmed that the gallium oxide nano-
이와 같이, 본 발명에서는 산화갈륨 나노박막층(260)이 GaN 나노로드(240)의 표면 상측, 하측 및 측면 전체를 덮는 산화갈륨 나노박막층(260)을 형성하기 위해서는 초기 성장온도에서 최종 성장온도까지 동일한 온도로 지속적으로 성장시켜야 한다는 것을 확인하였다.As described above, in the present invention, in order to form the gallium oxide nano-
한편, 도 7 내지 도 13은 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술의 적용예를 나타낸 도면들이다.Meanwhile, FIGS. 7 to 13 are diagrams showing application examples of the gallium oxide nano-thin film growth technology according to the first and second embodiments of the present invention.
먼저, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 광소자(300)를 나타내고 있다.First, as shown in FIG. 7, an
이러한 광소자(300)는 기판(320) 상에 GaN 나노로드 광구조물(340)이 배치되고, GaN 나노로드 광구조물(340) 표면의 하부 및 측면 전체를 덮도록 n-형 Ga2O3 나노박막층(360)이 배치된다. 여기서, 광소자(300)는 GaN 나노로드 광구조물(340)과 n-형 Ga2O3 나노박막층(360) 사이의 측벽 및 상면을 덮도록 배치된 절연층(350)을 더 포함할 수 있다.In such an
이때, n-형 Ga2O3 나노박막층(360)은 본 발명의 제2 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용하여 GaN 나노로드 광구조물(340) 표면의 상부, 하부 및 측면 전체를 덮도록 형성한 후, GaN 나노로드 광구조물(340) 표면의 상부에 위치하는 n-형 Ga2O3 나노박막층(360)만을 선택적으로 에칭하여 제거한 것이다. 이에 따라, n-형 Ga2O3 나노박막층(360)은 GaN 나노로드 광구조물(340) 표면의 하부 및 측면만을 덮도록 형성되어 있을 수 있다.At this time, the n-type Ga 2 O 3 nano-
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 반도체 발광소자(400)를 나타내고 있다.In addition, as shown in FIG. 8, a semiconductor
이때, 반도체 발광소자(400)는 제1 n-형 GaN층(410), 활성층(420), p-형 GaN층(430), 전자차단층(460) 및 제2 n형 GaN층(440)이 차례로 수직 적층된 구조를 가질 수 있다.At this time, the semiconductor
제1 n-형 GaN층(410) 및 제2 n형 GaN층(440) 각각은 Si를 도핑한 GaN으로 이루어질 수 있고, p-형 GaN층(430)은 Mg를 도핑한GaN으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Each of the first n-
활성층(420)은 GaN으로 이루어진 양자장벽층과, InGaN으로 이루어진 양자우물층에 의해 다중양자우물 구조를 가질 수 있다. 이러한 다중양자우물 구조의 활성층은 발생하는 응력과 변형에 의한 자발적인 분극을 억제할 수 있다.The
이때, 전자 차단층(460)은 본 발명의 제1 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용하여 p-형 GaN층(430) 표면의 상단부에만 적층 형성된다. 이러한 전자 차단층(460)은 Ga2O3로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.At this time, the
아울러, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 UV-C 광검출기(500, 600)를 나타내고 있다.In addition, as shown in FIGS. 9 and 10 , UV-
먼저, 도 9에 도시된 UV-C 광검출기(500)는 기판(520) 상에 p-형 GaN 나노로드(540)가 배치되고, p-형 GaN 나노로드(540) 표면의 상부, 하부 및 측면 전체를 덮도록 n-형 Ga2O3 나노박막층(560)이 배치된다.First, in the UV-
이와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 UV-C 광검출기(500)는 동축(coaxial) 방향으로 n-형 Ga2O3 나노박막층(560)이 형성될 수 있다.As such, in the UV-
또한, 도 10에 도시된 UV-C 광검출기(600)는 기판(620) 상에 p-형 GaN 나노로드(640)가 배치되고, p-형 GaN 나노로드(640) 표면의 상단부에만 n-형 Ga2O3 나노박막층(660)이 적층되도록 배치된다.In addition, in the UV-
이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 UV-C 광검출기(600)는 단축(uniaxial) 방향으로 n-형 Ga2O3 나노박막층이 형성될 수 있다.As such, in the UV-
한편, 도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 전자 소자(700, 800, 900)를 나타내고 있다.Meanwhile, as shown in FIGS. 11 to 13,
먼저, 도 11에 도시된 전자 소자(700)는 기판(720) 상에 p-형 GaN 나노로드(740)가 배치되고, p-형 GaN 나노로드(740) 표면의 상부, 하부 및 측면 전체를 덮도록 n-형 Ga2O3 나노박막층(760)이 배치된다.First, in the
이와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 전자 소자(700)는 p-형 GaN 나노로드(740) 상부, 하부 및 측면 전체를 덮도록 동축(coaxial) 방향으로 n-형 Ga2O3 나노박막층(760)이 형성된 P-N 접합 구조를 갖는 것에 의해, 고전력소자로 활용될 수 있다.In this way, the
또한, 도 12에 도시된 전자 소자(800)는 기판(820) 상에 p-형 GaN 나노로드(840)가 배치되고, p-형 GaN 나노로드(840) 표면의 상단부에만 n-형 Ga2O3 나노박막층(860)이 적층되도록 배치된다.In addition, in the
이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 전자 소자(800)는 p-형 GaN 나노로드(840) 상부로 단축(uniaxial) 방향으로 n-형 Ga2O3 나노박막층(860)이 적층 형성된 P-N 접합 구조를 갖는 것에 의해, 고전력소자로 활용될 수 있다.In this way, the
또한, 도 13에 도시된 전자 소자(900)는 기판(920) 상에 제1 p-형 GaN 나노로드(942), n-형 Ga2O3 나노박막층(960) 및 제2 p-형 GaN 나노로드(944)가 차례로 수직 적층되는 구조를 가질 수 있다. 아울러, 전자 소자(900)는 제1 p-형 GaN 나노로드(942), n-형 Ga2O3 나노박막층(960) 및 제2 p-형 GaN 나노로드(944)의 측벽을 덮는 절연층(950)을 더 포함할 수 있다.In addition, the
이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 전자 소자(900)는 제1 및 제2 p-형 GaN 나노로드(942, 944) 사이에서 제1 p-형 GaN 나노로드(942)의 표면 상단부에만 단축(uniaxial) 방향으로 n-형 Ga2O3 나노박막층(960)이 형성된 MOSFET 또는 BJT 다이오드 전력소자로 활용될 수 있다.In this way, the
지금까지 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체 및 그 제조 방법은 산화갈륨 나노박막을 나노로드 기반의 광소자 또는 전자소자에 연속적으로 증착하는 기술로써, 나노로드 소자의 상부, 하부 또는 동축(coaxial) 방향과 단축(uniaxial) 방향으로 선택적으로 성장시킬 수 있게 된다.As described so far, the nanorod structure using the gallium oxide nano-thin film growth technology and the manufacturing method according to the embodiments of the present invention are a technology for continuously depositing a gallium oxide nano-thin film on a nanorod-based optical device or electronic device. As a result, it is possible to selectively grow the nanorod element in the upper, lower, or coaxial direction and uniaxial direction.
따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용하여 광다이오드를 제조하게 되면, 산화갈륨의 넓은 밴드갭을 활용한 전자 차단층(electron blocking layer EBL)으로 활용할 수 있음과 더불어, 굴절률 차이를 이용한 광 유도 및 광 추출 효율을 증가시키는데 활용될 수 있다.Therefore, when a photodiode is manufactured using the gallium oxide nano-thin film growth technology according to embodiments of the present invention, it can be used as an electron blocking layer (EBL) using a wide band gap of gallium oxide. , it can be utilized to increase light induction and light extraction efficiency using the difference in refractive index.
아울러, 본 발명의 실시예들에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용하여 수광 다이오드를 제조하게 되면, 산화갈륨의 넓은 밴드갭을 활용한 UV-C 흡수층으로 활용 가능하다.In addition, when a light-receiving diode is manufactured using the gallium oxide nano-thin film growth technology according to embodiments of the present invention, it can be used as a UV-C absorbing layer utilizing a wide band gap of gallium oxide.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용하여 PN 다이오드, PIN 다이오드, FET, MOSFET 등의 전자 소자를 제조하게 되면, 넓은 밴드갭을 활용한 역전류 방지층, 고전압 소자에서 n-형 박막층으로 활용하는 것이 가능하다.In addition, when electronic devices such as PN diodes, PIN diodes, FETs, and MOSFETs are manufactured using the gallium oxide nano-thin film growth technology according to embodiments of the present invention, in reverse current prevention layers and high-voltage devices using a wide bandgap It is possible to utilize it as an n-type thin film layer.
이와 같이, 본 발명은 산화갈륨 나노박막을 나노로드 기반의 광전자소자에 연속적으로 증착하는 기술로 활용할 시, 나노로드 기반의 광전자소자의 상부, 하부 또는 동축(coaxial) 방향과 단축(uniaxial) 방향으로 선택적으로 성장하는 것이 가능하다.As described above, when the present invention utilizes a technology for continuously depositing a gallium oxide nano-thin film on a nanorod-based optoelectronic device, the upper, lower, or coaxial and uniaxial directions of the nanorod-based optoelectronic device Selective growth is possible.
이러한 기술은 나노로드 기반의 광전자소자에 추가적으로 약 5.0 eV 이상의 넓은 밴드갭을 가진 산화갈륨 나노박막을 원하는 형태로 증착함으로써 기존 나노로드 기반의 광전자소자의 효율 및 활용의 폭을 넓힐 수 있게 된다.This technology can expand the efficiency and utilization of existing nanorod-based optoelectronic devices by depositing a gallium oxide nano-thin film with a wide bandgap of about 5.0 eV or more in a desired shape in addition to the nanorod-based optoelectronic devices.
특히, 본 발명은 넓은 밴드갭을 활용함으로써 기존 ZnO나 GaN(대략 3eV의 밴드갭을 갖는 물질) 나노로드 기반의 광전자소자의 한계인 UV C 영역의 수광소자 또는 더 높은 전압에서 견딜 수 있는 고전압 소자로의 활용이 가능해질 수 있다.In particular, by utilizing a wide band gap, the present invention is a light receiving device in the UV C region, which is a limitation of optoelectronic devices based on existing ZnO or GaN (a material having a band gap of about 3 eV) nanorods, or a high voltage device that can withstand higher voltages. It may be possible to use .
또한, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조되는 나노로드 구조체는 1.9 이하의 낮은 굴절률을 가지므로, 광소자로 적용할 시 광유도 및 추출 효율을 극대화할 수 있는 구조적인 이점이 있다.. In addition, since the nanorod structure manufactured by the method according to the embodiment of the present invention has a low refractive index of 1.9 or less, it has a structural advantage of maximizing light induction and extraction efficiency when applied as an optical device. .
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.Although the above has been described based on the embodiments of the present invention, various changes or modifications may be made at the level of a technician having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs. Such changes and modifications can be said to belong to the present invention as long as they do not deviate from the scope of the technical idea provided by the present invention. Therefore, the scope of the present invention will be determined by the claims described below.
100, 200 : 나노로드 구조체
120, 220 : 기판
140, 240 : GaN 나노로드
160, 260 : 산화갈륨 나노박막층
180, 280 : 마스크층100, 200: nanorod structure
120, 220: substrate
140, 240: GaN nanorod
160, 260: gallium oxide nano-thin film layer
180, 280: mask layer
Claims (18)
(b) 상기 GaN 나노로드의 상측 표면만을 덮도록 성장시킨 산화갈륨 나노박막층을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 (b) 단계에서, 상기 산화갈륨 나노박막층은 초기 성장온도부터 최종 성장온도로 갈수록 성장온도를 점진적으로 상승시켜 성장시킨 것을 특징으로 하는 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체 제조 방법.
(a) forming GaN nanorods on one surface of a substrate; and
(b) forming a gallium oxide nano-thin film layer grown to cover only the upper surface of the GaN nanorods;
In step (b), the gallium oxide nano-thin film layer is grown by gradually increasing the growth temperature from the initial growth temperature to the final growth temperature.
상기 (a) 단계에서,
상기 GaN 나노로드는
10 ~ 100,000nm의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체 제조 방법.
According to claim 1,
In step (a),
The GaN nanorods
A method for manufacturing a nanorod structure using gallium oxide nano-thin film growth technology, characterized in that it has a length of 10 to 100,000 nm.
상기 (b) 단계에서,
상기 산화갈륨 나노박막층은
에피턱셜법(Molecular Beam Epitaxy), 유기 금속 화학 증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 및 수소기상증착법(Hydride vapour phase epitaxy) 중 어느 하나를 이용하여 성장시킨 것을 특징으로 하는 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체 제조 방법.
According to claim 1,
In step (b),
The gallium oxide nano-thin film layer is
Using gallium oxide nano-thin film growth technology characterized in that it is grown using any one of epitaxial method (Molecular Beam Epitaxy), Metal Organic Chemical Vapor Deposition (Hydride vapor phase epitaxy) A method for manufacturing a nanorod structure.
상기 (b) 단계에서,
성장 압력은 20 ~ 600 torr로 유지하는 것을 특징으로 하는 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체 제조 방법.
According to claim 1,
In step (b),
A method for manufacturing a nanorod structure using gallium oxide nano-thin film growth technology, characterized in that the growth pressure is maintained at 20 to 600 torr.
상기 (b) 단계에서,
상기 초기 성장온도는 500 ~ 900℃이고,
상기 최종 성장온도는 600 ~ 1,000℃인 것을 특징으로 하는 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체 제조 방법.
According to claim 1,
In step (b),
The initial growth temperature is 500 ~ 900 ℃,
The nanorod structure manufacturing method using gallium oxide nano-thin film growth technology, characterized in that the final growth temperature is 600 ~ 1,000 ℃.
상기 초기 성장온도부터 최종 성장온도까지 0.01 ~ 50℃/min의 속도로 상승시킨 것을 특징으로 하는 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체 제조 방법.
According to claim 5,
A nanorod structure manufacturing method using gallium oxide nano-thin film growth technology, characterized in that the initial growth temperature to the final growth temperature is raised at a rate of 0.01 to 50 ° C / min.
상기 (b) 단계 이후,
상기 산화갈륨 나노박막층은
1 ~ 5,000nm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체 제조 방법.
According to claim 1,
After step (b),
The gallium oxide nano-thin film layer is
A method for manufacturing a nanorod structure using gallium oxide nano-thin film growth technology, characterized in that it has a thickness of 1 to 5,000 nm.
(b) 상기 GaN 나노로드의 표면 상측, 하측 및 측면을 덮도록 성장시킨 산화갈륨 나노박막층을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 (b) 단계에서, 상기 산화갈륨 나노박막층은 초기 성장온도부터 최종 성장온도까지 동일한 성장온도에서 성장시킨 것을 특징으로 하는 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체 제조 방법.
(a) forming GaN nanorods on one surface of a substrate; and
(b) forming a gallium oxide nano-thin film layer grown to cover the upper, lower and side surfaces of the GaN nanorods;
In step (b), the gallium oxide nano-thin film layer is grown at the same growth temperature from the initial growth temperature to the final growth temperature.
상기 (a) 단계에서,
상기 GaN 나노로드는
10 ~ 100,000nm의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체 제조 방법.
According to claim 8,
In step (a),
The GaN nanorods
A method for manufacturing a nanorod structure using gallium oxide nano-thin film growth technology, characterized in that it has a length of 10 to 100,000 nm.
상기 (b) 단계에서,
성장 압력은 20 ~ 600 torr로 유지하는 것을 특징으로 하는 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체 제조 방법.
According to claim 8,
In step (b),
A method for manufacturing a nanorod structure using gallium oxide nano-thin film growth technology, characterized in that the growth pressure is maintained at 20 to 600 torr.
상기 (b) 단계에서,
상기 초기 성장온도 및 최종 성장온도는
500 ~ 1,000℃로 동일하게 유지되는 것을 특징으로 하는 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체 제조 방법.
According to claim 8,
In step (b),
The initial growth temperature and the final growth temperature are
A method for manufacturing a nanorod structure using gallium oxide nano-thin film growth technology, characterized in that the temperature is maintained at 500 to 1,000 ° C.
상기 (b) 단계 이후,
상기 산화갈륨 나노박막층은
1 ~ 5,000nm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체 제조 방법.
According to claim 8,
After step (b),
The gallium oxide nano-thin film layer is
A method for manufacturing a nanorod structure using gallium oxide nano-thin film growth technology, characterized in that it has a thickness of 1 to 5,000 nm.
상기 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체는
기판;
상기 기판의 일면 상에 형성된 GaN 나노로드; 및
상기 GaN 나노로드 표면의 상단부에만 적층 형성된 산화갈륨 나노박막층;을 포함하며,
상기 산화갈륨 나노박막층은 에피턱셜법(Molecular Beam Epitaxy), 유기 금속 화학 증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 및 수소기상증착법(Hydride vapour phase epitaxy) 중 어느 하나를 이용하여 성장시키되,
상기 산화갈륨 나노박막층은 초기 성장온도부터 최종 성장온도로 갈수록 성장온도를 점진적으로 상승시켜 성장시키는 것에 의해, 상기 GaN 나노로드의 표면 하부에 산화갈륨 나노박막 성장이 억제되어, 상기 GaN 나노로드의 상측 표면에만 형성되고,
상기 산화갈륨 나노박막층은 1 ~ 5,000nm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체.
A nanorod structure using gallium oxide nano-thin film growth technology manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 7,
The nanorod structure using the gallium oxide nano-thin film growth technology is
Board;
GaN nanorods formed on one surface of the substrate; and
A gallium oxide nano-thin film layer formed only on the upper end of the surface of the GaN nanorod;
The gallium oxide nano-thin film layer is grown using any one of epitaxial method (Molecular Beam Epitaxy), Metal Organic Chemical Vapor Deposition (Hydride vapor phase epitaxy),
The gallium oxide nano-thin film layer is grown by gradually increasing the growth temperature from the initial growth temperature to the final growth temperature, so that the growth of the gallium oxide nano-thin film on the lower surface of the GaN nanorod is suppressed, and the upper side of the GaN nanorod formed only on the surface,
The nanorod structure using gallium oxide nano-thin film growth technology, characterized in that the gallium oxide nano-thin film layer has a thickness of 1 to 5,000 nm.
상기 GaN 나노로드는
10 ~ 100,000nm의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체.
According to claim 13,
The GaN nanorods
A nanorod structure using gallium oxide nano-thin film growth technology, characterized in that it has a length of 10 to 100,000 nm.
상기 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체는
기판;
상기 기판의 일면 상에 형성된 GaN 나노로드; 및
상기 GaN 나노로드의 표면 상측, 하측 및 측면을 덮도록 형성된 산화갈륨 나노박막층;을 포함하며,
상기 산화갈륨 나노박막층은 에피턱셜법(Molecular Beam Epitaxy), 유기 금속 화학 증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 및 수소기상증착법(Hydride vapour phase epitaxy) 중 어느 하나를 이용하여 성장시키되,
상기 산화갈륨 나노박막층은 초기 성장온도부터 최종 성장온도까지 동일한 성장온도에서 성장시키는 것에 의해, 상기 GaN 나노로드 표면의 상측, 하측 및 측면을 동일한 두께로 덮도록 형성되고,
상기 산화갈륨 나노박막층은 1 ~ 5,000nm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체.
A nanorod structure using gallium oxide nano-thin film growth technology manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 8 to 12,
The nanorod structure using the gallium oxide nano-thin film growth technology is
Board;
GaN nanorods formed on one surface of the substrate; and
A gallium oxide nano-thin film layer formed to cover upper, lower and side surfaces of the GaN nanorods;
The gallium oxide nano-thin film layer is grown using any one of epitaxial method (Molecular Beam Epitaxy), Metal Organic Chemical Vapor Deposition (Hydride vapor phase epitaxy),
The gallium oxide nano-thin film layer is formed to cover the top, bottom and side surfaces of the GaN nanorod surface with the same thickness by growing at the same growth temperature from the initial growth temperature to the final growth temperature,
The nanorod structure using gallium oxide nano-thin film growth technology, characterized in that the gallium oxide nano-thin film layer has a thickness of 1 to 5,000 nm.
상기 GaN 나노로드는
10 ~ 100,000nm의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 산화갈륨 나노박막 성장기술을 이용한 나노로드 구조체.
According to claim 16,
The GaN nanorods
A nanorod structure using gallium oxide nano-thin film growth technology, characterized in that it has a length of 10 to 100,000 nm.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020220163241A KR102520154B1 (en) | 2022-11-29 | 2022-11-29 | Nanorod structure using gallium oxide nano thin film trowth technology and method of manufacturing thereof |
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KR1020220163241A KR102520154B1 (en) | 2022-11-29 | 2022-11-29 | Nanorod structure using gallium oxide nano thin film trowth technology and method of manufacturing thereof |
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KR1020220163241A KR102520154B1 (en) | 2022-11-29 | 2022-11-29 | Nanorod structure using gallium oxide nano thin film trowth technology and method of manufacturing thereof |
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KR102688615B1 (en) * | 2023-12-26 | 2024-07-24 | 한국세라믹기술원 | Gallium oxide thin film peeling method using nanorod structrue and gallium oxide thin film thereof |
KR102712919B1 (en) * | 2023-12-26 | 2024-10-04 | 한국세라믹기술원 | Manufacturing method of multilayer structure of gallium oxide polymorph and multilayer material of gallium oxide polymorph and semiconductor device structure using the same |
-
2022
- 2022-11-29 KR KR1020220163241A patent/KR102520154B1/en active IP Right Grant
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KR102712919B1 (en) * | 2023-12-26 | 2024-10-04 | 한국세라믹기술원 | Manufacturing method of multilayer structure of gallium oxide polymorph and multilayer material of gallium oxide polymorph and semiconductor device structure using the same |
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Legal Events
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