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질화물 기반 반도체 양자점의 하위밴드 전이를 이용한 광통신파장에서 상온 동작 가능한 결정적 양자광원과 그 제작 방법 및 동작 방법

  • 기술번호 : KST2019024268
  • 담당센터 : 대전기술혁신센터
  • 전화번호 : 042-610-2279
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요약, Int. CL, CPC, 출원번호/일자, 출원인, 등록번호/일자, 공개번호/일자, 공고번호/일자, 국제출원번호/일자, 국제공개번호/일자, 우선권정보, 법적상태, 심사진행상태, 심판사항, 구분, 원출원번호/일자, 관련 출원번호, 기술이전 희망, 심사청구여부/일자, 심사청구항수의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 서지정보 표입니다.
요약 질화물 기반 반도체 양자점의 하위밴드 전이를 이용한 광통신파장에서 상온 동작 가능한 결정적 양자광원과 그 제작 방법 및 동작 방법이 제시된다. 일 실시예에 따른 양자광원 제작 방법은 기판에 삼차원 구조체를 형성하는 단계; 상기 삼차원 구조체의 상부에 n 타입으로 도핑된 박막을 형성하는 단계; 상기 n 타입으로 도핑된 박막의 상부에 양자점을 형성하는 단계; 상기 삼차원 구조체를 광학적 구조로 사용하기 위해 삼차원 구조체를 재성장시키는 단계; 상기 삼차원 구조체의 꼭지점에 금속박막을 증착하는 단계; 및 n 타입으로 도핑된 영역과 상기 금속박막에 각각 전극을 연결하는 단계를 포함하고, 연결된 상기 전극에 전압 인가를 통해 상기 양자점에 전자가 포획되며 상기 양자점을 광 여기시켜 양자광원을 동작시킬 수 있다.
Int. CL H01L 33/06 (2010.01.01) H01L 33/00 (2010.01.01) H01L 33/32 (2010.01.01) H01L 33/36 (2010.01.01) H01L 33/62 (2010.01.01)
CPC H01L 33/06(2013.01) H01L 33/06(2013.01) H01L 33/06(2013.01) H01L 33/06(2013.01) H01L 33/06(2013.01) H01L 33/06(2013.01) H01L 33/06(2013.01)
출원번호/일자 1020170091368 (2017.07.19)
출원인 한국과학기술원
등록번호/일자 10-1921825-0000 (2018.11.19)
공개번호/일자
공고번호/일자 (20181123) 문서열기
국제출원번호/일자
국제공개번호/일자
우선권정보
법적상태 등록
심사진행상태 수리
심판사항
구분 신규
원출원번호/일자
관련 출원번호
심사청구여부/일자 Y (2017.07.19)
심사청구항수 22

출원인

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번호 이름 국적 주소
1 한국과학기술원 대한민국 대전광역시 유성구

발명자

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번호 이름 국적 주소
1 조용훈 대한민국 대전광역시 유성구
2 여환섭 대한민국 대전광역시 유성구
3 조종회 대한민국 대전광역시 유성구

대리인

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번호 이름 국적 주소
1 양성보 대한민국 서울특별시 강남구 선릉로***길 ** (논현동) 삼성빌딩 *층(피앤티특허법률사무소)

최종권리자

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번호 이름 국적 주소
1 한국과학기술원 대한민국 대전광역시 유성구
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번호 서류명 접수/발송일자 처리상태 접수/발송번호
1 [특허출원]특허출원서
[Patent Application] Patent Application		 2017.07.19 수리 (Accepted) 1-1-2017-0691270-18
2 선행기술조사의뢰서
Request for Prior Art Search		 2018.01.11 수리 (Accepted) 9-1-9999-9999999-89
3 선행기술조사보고서
Report of Prior Art Search		 2018.03.14 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-6-2018-0041829-77
4 의견제출통지서
Notification of reason for refusal		 2018.03.20 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2018-0196291-25
5 [거절이유 등 통지에 따른 의견]의견(답변, 소명)서
[Opinion according to the Notification of Reasons for Refusal] Written Opinion(Written Reply, Written Substantiation)		 2018.04.09 수리 (Accepted) 1-1-2018-0349641-11
6 [명세서등 보정]보정서
[Amendment to Description, etc.] Amendment		 2018.04.09 보정승인간주 (Regarded as an acceptance of amendment) 1-1-2018-0349642-56
7 등록결정서
Decision to grant		 2018.09.28 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2018-0663525-46
8 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2019.04.24 수리 (Accepted) 4-1-2019-5081392-49
9 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2020.05.15 수리 (Accepted) 4-1-2020-5108396-12
10 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2020.06.12 수리 (Accepted) 4-1-2020-5131486-63
번호, 청구항의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 청구항 표입니다.
번호 청구항
1 1
기판에 삼차원 구조체를 형성하는 단계; 상기 삼차원 구조체의 상부에 n 타입으로 도핑된 박막을 형성하는 단계; 상기 n 타입으로 도핑된 박막의 상부에 양자점을 형성하는 단계; 상기 삼차원 구조체를 광학적 구조로 사용하기 위해 삼차원 구조체를 재성장시키는 단계; 상기 삼차원 구조체의 꼭지점에 금속박막을 증착하는 단계; 및 n 타입으로 도핑된 영역과 상기 금속박막에 각각 전극을 연결하는 단계를 포함하고, 연결된 상기 전극에 전압 인가를 통해 상기 양자점에 전자가 포획되며, 상기 삼차원 구조체는, 육각 피라미드, 삼각 피라미드, 상부가 육각 피라미드인 육각 기둥 및 육각 피라미드의 반전된 형태(inverted pyramid) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하고, 상기 육각 피라미드의 반전된 형태의 삼차원 구조체는, 상향식(bottom-up) 방식에서 고리모양의 패턴 또는 원형의 패턴이 삼각형을 조합된 형태에 의한 선택적 영역 성장으로부터 콘케이브 모드 성장(concave mode growth)에 의해 반전된 피라미드 형태이거나, 하향식(top-down) 방식에서 원형의 패턴을 습식 식각에 의한 반전된 피라미드 형태인 것을 특징으로 하는 양자광원 제작 방법
2 2
제1항에 있어서,상기 양자점을 광 여기시켜 양자광원을 동작시키는 것을 특징으로 하는 양자광원 제작 방법
3 3
제1항에 있어서,상기 n 타입으로 도핑된 박막의 상부에 상기 양자점을 형성하는 단계는, 질화물 반도체를 사용하여 질화갈륨(GaN)을 활성영역으로 하는 AlN/GaN/AlN 또는 AlGaN/GaN/AlGaN의 헤테로 구조(heterostructure)로 형성되며, 전도 띠(conduction band)에서의 하위밴드 전이(intersubband transition)를 상기 양자광원의 발광 전이과정으로 사용하여 상온 및 그 이상의 온도에서 통신파장대역의 양자광 방출을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 양자광원 제작 방법
4 4
제1항에 있어서,상기 기판에 삼차원 구조체를 형성하는 단계는, 상기 기판의 상부에 n 타입으로 도핑된 층을 형성하는 단계; 상기 n 타입으로 도핑된 층의 상부에 마스크를 형성하는 단계; 및 상기 마스크에서 패턴된 영역의 마스크 부분만 제거하여 선택적 영역 성장방법(Selective area growth)을 사용하여 상기 삼차원 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 양자광원 제작 방법
5 5
삭제
6 6
삭제
7 7
제4항에 있어서,상기 기판은 실리콘(Si), 사파이어(Al2O3), 탄화 규소(SiC) 및 산화갈륨리튬(LiGaO3) 중 적어도 어느 하나로 이루어지고, 상기 기판에 증착되는 상기 n 타입으로 도핑된 층은 n 타입으로 도핑된 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN), 및 질화갈륨알루미늄(AlxGa1-xN) 중 적어도 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 양자광원 제작 방법
8 8
제1항에 있어서,상기 기판에 삼차원 구조체를 형성하는 단계는, 상기 n 타입으로 도핑된 영역이 상기 기판 또는 상기 기판에 증착되는 n 타입으로 도핑된 층인 경우, 상기 삼차원 구조체를 형성하는 코어는 n 타입으로 도핑된 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN), 및 질화갈륨알루미늄(AlxGa1-xN) 중 적어도 어느 하나의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 양자광원 제작 방법
9 9
기판에 삼차원 구조체를 형성하는 단계; 상기 삼차원 구조체의 상부에 n 타입으로 도핑된 박막을 형성하는 단계; 상기 n 타입으로 도핑된 박막의 상부에 양자점을 형성하는 단계; 상기 삼차원 구조체를 광학적 구조로 사용하기 위해 삼차원 구조체를 재성장시키는 단계; 상기 삼차원 구조체의 꼭지점에 금속박막을 증착하는 단계; 및 n 타입으로 도핑된 영역과 상기 금속박막에 각각 전극을 연결하는 단계를 포함하고, 연결된 상기 전극에 전압 인가를 통해 상기 양자점에 전자가 포획되며, 상기 기판에 삼차원 구조체를 형성하는 단계는, 상기 n 타입으로 도핑된 영역이 상기 기판 또는 상기 기판에 증착되는 n 타입으로 도핑된 층인 경우, 상기 삼차원 구조체를 형성하는 코어는 n 타입으로 도핑된 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN), 및 질화갈륨알루미늄(AlxGa1-xN) 중 적어도 어느 하나의 물질로 이루어지고, 상기 삼차원 구조체를 형성하는 코어가 n 타입으로 도핑된 질화갈륨알루미늄(AlxGa1-xN)로 이루어지는 경우, 질화갈륨알루미늄(AlxGa1-xN)에서 알루미늄의 함량에 따라 n 타입 도핑 수준이 결정되며, n 타입 도핑 후 도펀트(dopant)를 활성화(activation)시켜 과잉 전자(Excess carrier)를 생성하는 것을 특징으로 하는 양자광원 제작 방법
10 10
제1항에 있어서,상기 삼차원 구조체의 꼭지점에 금속박막을 증착하는 단계는, 상기 삼차원 구조체에 의해 상기 금속박막이 끊어지지 않게 하기 위하여 폴리머층을 스핀코팅으로 쌓아 단차를 줄이는 것을 특징으로 하는 양자광원 제작 방법
11 11
기판에 선택적 영역 성장방법을 이용하여 삼차원 구조체를 형성하는 단계; 상기 삼차원 구조체를 n 타입으로 도핑하거나, 상기 삼차원 구조체의 상부에 n 타입으로 도핑된 박막을 형성하는 단계; n 타입으로 도핑된 상기 삼차원 구조체 또는 상기 n 타입으로 도핑된 박막의 상부에 양자점을 형성하는 단계; 및 상기 n 타입으로 도핑된 상기 삼차원 구조체 또는 상기 n 타입으로 도핑된 박막으로 이루어진 n 타입으로 도핑된 영역에 전극을 연결하는 단계를 포함하고, 연결된 상기 전극에 전압 인가를 통해 상기 양자점에 전자가 포획되며, 상기 삼차원 구조체는, 육각 피라미드, 삼각 피라미드, 상부가 육각 피라미드인 육각 기둥 및 육각 피라미드의 반전된 형태(inverted pyramid) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하고, 상기 육각 피라미드의 반전된 형태의 삼차원 구조체는, 상향식(bottom-up) 방식에서 고리모양의 패턴 또는 원형의 패턴이 삼각형을 조합된 형태에 의한 선택적 영역 성장으로부터 콘케이브 모드 성장(concave mode growth)에 의해 반전된 피라미드 형태이거나, 하향식(top-down) 방식에서 원형의 패턴을 습식 식각에 의한 반전된 피라미드 형태인 것을 특징으로 하는 상기 양자점을 광 여기시켜 양자광원을 동작시키는, 양자광원 제작 방법
12 12
제11항에 있어서,상기 n 타입으로 도핑된 상기 삼차원 구조체 또는 상기 n 타입으로 도핑된 박막의 상부에 양자점을 형성하는 단계는, 질화물 반도체를 사용하여 질화갈륨(GaN)을 활성영역으로 하는 AlN/GaN/AlN 또는 AlGaN/GaN/AlGaN의 헤테로 구조(heterostructure)로 형성되며, 전도 띠(conduction band)에서의 하위밴드 전이(intersubband transition)를 상기 양자광원의 발광 전이과정으로 사용하여 상온 및 그 이상의 온도에서 통신파장대역의 양자광 방출을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 양자광원 제작 방법
13 13
기판 측에 n 타입으로 도핑된 영역과 상기 기판의 상부에 형성된 구조체 측에 증착된 금속박막에 각각 전극을 연결하는 단계; 연결된 상기 전극에 전압 인가를 통해 상기 구조체의 상부에 형성된 양자점에 전자를 포획하는 단계; 및 상기 양자점을 광 여기시켜 양자광원을 동작시키는 단계를 포함하고, 상기 기판에 삼차원 구조체를 형성하는 단계; 상기 삼차원 구조체의 상부에 n 타입으로 도핑된 박막을 형성하는 단계; 상기 n 타입으로 도핑된 박막의 상부에 양자점을 형성하는 단계; 상기 삼차원 구조체를 광학적 구조로 사용하기 위해 삼차원 구조체를 재성장시키는 단계; 및 상기 삼차원 구조체의 꼭지점에 금속박막을 증착하는 단계를 더 포함하며, 상기 삼차원 구조체의 상부에 n 타입으로 도핑된 박막을 형성하는 단계는, n 타입 도핑 후 도펀트(dopant)를 활성화(activation)시켜 과잉 전자(Excess carrier)를 생성하는 단계를 포함하며, 상기 과잉 전자를 생성하는 방식은 열적 활성화(thermal activation) 방식이고,상기 삼차원 구조체의 상부에 형성된 상기 n 타입으로 도핑된 박막은, 상기 전압 인가를 통해 상기 양자점에 전자를 포획하는 경우, 전자를 제공하는 저장소(Reservoir) 역할을 하는 것을 특징으로 하는 양자광원의 동작 방법
14 14
삭제
15 15
제13항에 있어서,상기 n 타입으로 도핑된 박막의 상부에 상기 양자점을 형성하는 단계는, 질화물 반도체를 사용하여 질화갈륨(GaN)을 활성영역으로 하는 AlN/GaN/AlN 또는 AlGaN/GaN/AlGaN의 헤테로 구조(heterostructure)로 형성되며, 전도 띠(conduction band)에서의 하위밴드 전이(intersubband transition)를 상기 양자광원의 발광 전이과정으로 사용하여 상온 및 그 이상의 온도에서 통신파장대역의 양자광 방출을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 양자광원의 동작 방법
16 16
제13항에 있어서,상기 기판에 삼차원 구조체를 형성하는 단계는, 상기 기판의 상부에 n 타입으로 도핑된 층을 형성하는 단계; 상기 n 타입으로 도핑된 층의 상부에 마스크를 형성하는 단계; 및 상기 마스크에서 패턴된 영역의 마스크 부분만 제거하여 선택적 영역 성장방법(Selective area growth)을 사용하여 상기 삼차원 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 양자광원의 동작 방법
17 17
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18 18
기판 측에 n 타입으로 도핑된 영역과 상기 기판의 상부에 형성된 구조체 측에 증착된 금속박막에 각각 전극을 연결하는 단계; 연결된 상기 전극에 전압 인가를 통해 상기 구조체의 상부에 형성된 양자점에 전자를 포획하는 단계; 및 상기 양자점을 광 여기시켜 양자광원을 동작시키는 단계를 포함하고, 상기 기판에 삼차원 구조체를 형성하는 단계; 상기 삼차원 구조체의 상부에 n 타입으로 도핑된 박막을 형성하는 단계; 상기 n 타입으로 도핑된 박막의 상부에 양자점을 형성하는 단계; 상기 삼차원 구조체를 광학적 구조로 사용하기 위해 삼차원 구조체를 재성장시키는 단계; 및 상기 삼차원 구조체의 꼭지점에 금속박막을 증착하는 단계를 더 포함하며, 상기 n 타입으로 도핑된 박막의 상부에 상기 양자점을 형성하는 단계는, 질화물 반도체를 사용하여 질화갈륨(GaN)을 활성영역으로 하는 AlN/GaN/AlN 또는 AlGaN/GaN/AlGaN의 헤테로 구조(heterostructure)로 형성되며, 전도 띠(conduction band)에서의 하위밴드 전이(intersubband transition)를 상기 양자광원의 발광 전이과정으로 사용하여 상온 및 그 이상의 온도에서 통신파장대역의 양자광 방출을 가능하게 하고, 상기 n 타입으로 도핑된 박막의 상부에 상기 양자점을 형성하는 단계는, 상기 헤테로 구조(heterostructure)에서 상기 AlN 또는 상기 AlGaN가 양자 배리어의 역할을 하고, 상기 GaN이 활성영역으로 상기 삼차원 구조체의 기하학적 형태에 따라 삼차원 양자구속효과를 받도록 하며, 상기 양자 배리어의 물질은 하위밴드를 2 개 이상 형성하는 것을 특징으로 하는 양자광원의 동작 방법
19 19
제18항에 있어서,상기 양자 배리어는, 두께가 수 nm에서 수십 nm이며, 상기 양자 배리어의 두께의 최적 조건은 전압 인가를 통해 상기 양자점에 전자를 포획하기 이전에 양자 터널링에 의해 상기 양자점에 포획되지 않을 두께로 이루어지되, 전압 인가를 통해 상기 양자점에 전자를 포획하는 경우 특정 전압에서 양자 터널링이 가능한 두께인 것을 특징으로 하는 양자광원의 동작 방법
20 20
제13항에 있어서,상기 n 타입으로 도핑된 박막의 상부에 상기 양자점을 형성하는 단계는, 질화물 반도체 성장 시 상기 삼차원 구조체의 결정방향에 따른 성장속도의 차이를 이용하여 상기 양자점을 성장하도록 하는 것을 특징으로 하는 양자광원의 동작 방법
21 21
기판 측에 n 타입으로 도핑된 영역과 상기 기판의 상부에 형성된 구조체 측에 증착된 금속박막에 각각 전극을 연결하는 단계; 연결된 상기 전극에 전압 인가를 통해 상기 구조체의 상부에 형성된 양자점에 전자를 포획하는 단계; 및 상기 양자점을 광 여기시켜 양자광원을 동작시키는 단계를 포함하고, 상기 기판에 삼차원 구조체를 형성하는 단계; 상기 삼차원 구조체의 상부에 n 타입으로 도핑된 박막을 형성하는 단계; 상기 n 타입으로 도핑된 박막의 상부에 양자점을 형성하는 단계; 상기 삼차원 구조체를 광학적 구조로 사용하기 위해 삼차원 구조체를 재성장시키는 단계; 및 상기 삼차원 구조체의 꼭지점에 금속박막을 증착하는 단계를 더 포함하며, 상기 삼차원 구조체를 광학적 구조로 사용하기 위해 삼차원 구조체를 재성장시키는 단계는, 상기 양자점으로부터 방출된 빛의 먼 장(far field) 패턴을 제어하며, 상기 삼차원 구조체의 외부로의 추출 효율을 증가시키는 것을 특징으로 하는 양자광원의 동작 방법
22 22
제15항에 있어서,상기 연결된 상기 전극에 전압 인가를 통해 양자점에 전자를 포획하는 단계는, 반도체 양자점의 하위밴드 전이를 이용하기 위해 하위밴드의 기저준위에 전자가 존재해야 하므로 전압 인가를 통해 상기 양자점의 외부에 존재하는 과잉전자를 상기 하위밴드 기저준위에 양자 터널링(quantum tunneling)을 이용하여 상기 양자점에 전자를 포획하는 것을 특징으로 하는 양자광원의 동작 방법
23 23
제15항에 있어서,상기 연결된 상기 전극에 전압 인가를 통해 양자점에 전자를 포획하는 단계는, 상기 인가 전압에 따라 상기 양자점의 전도 띠 내 하위밴드의 기저준위에 단일 전자 또는 2개의 전자를 포획하는 것을 특징으로 하는 양자광원의 동작 방법
24 24
기판; 상기 기판에 형성되는 삼차원 구조체; 및 상기 삼차원 구조체를 광학적 구조로 사용하기 위해 삼차원 구조체를 재성장시킨 후, 상기 삼차원 구조체의 꼭지점에 증착되는 금속박막을 포함하고, 상기 삼차원 구조체는, 내부에 n 타입으로 도핑된 박막; 및 상기 n 타입으로 도핑된 박막의 상부의 활성영역에 형성되는 양자점을 포함하며, 상기 n 타입으로 도핑된 상기 삼차원 구조체 또는 상기 n 타입으로 도핑된 박막으로 이루어진 n 타입으로 도핑된 영역에 전극이 연결되고, 연결된 상기 전극에 전압 인가를 통해 상기 양자점에 전자가 포획되며, 상기 삼차원 구조체는, 육각 피라미드, 삼각 피라미드, 상부가 육각 피라미드인 육각 기둥 및 육각 피라미드의 반전된 형태(inverted pyramid) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하고, 상기 육각 피라미드의 반전된 형태의 삼차원 구조체는, 상향식(bottom-up) 방식에서 고리모양의 패턴 또는 원형의 패턴이 삼각형을 조합된 형태에 의한 선택적 영역 성장으로부터 콘케이브 모드 성장(concave mode growth)에 의해 반전된 피라미드 형태이거나, 하향식(top-down) 방식에서 원형의 패턴을 습식 식각에 의한 반전된 피라미드 형태인 것을 특징으로 하는 양자광원
25 25
제24항에 있어서, 상기 기판의 상부에 n 타입으로 도핑된 층; 및 상기 n 타입으로 도핑된 층의 상부에 형성되는 마스크를 더 포함하고, 상기 마스크에서 패턴된 영역의 마스크 부분만 제거하여 선택적 영역 성장방법(Selective area growth)을 사용하여 상기 삼차원 구조체가 형성되며, 상기 n 타입으로 도핑된 층과 상기 금속박막에 각각 전극을 연결하고, 연결된 상기 전극에 전압 인가를 통해 상기 양자점에 전자가 포획되며, 상기 양자점을 광 여기시키는 것을 특징으로 하는 양자광원
26 26
제24항에 있어서, 상기 n 타입으로 도핑된 박막의 상부에 상기 양자점의 형성 시, 질화물 반도체를 사용하여 질화갈륨(GaN)을 활성영역으로 하는 AlN/GaN/AlN 또는 AlGaN/GaN/AlGaN의 헤테로 구조(heterostructure)로 형성되며, 전도 띠(conduction band)에서의 하위밴드 전이(intersubband transition)를 상기 양자광원의 발광 전이과정으로 사용하여 상온 및 그 이상의 온도에서 통신파장대역의 양자광 방출을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 양자광원
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2 US20190027645 US 미국 FAMILY

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순번 패밀리번호 국가코드 국가명 종류
1 US10586887 US 미국 DOCDBFAMILY
2 US2019027645 US 미국 DOCDBFAMILY
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순번 연구부처 주관기관 연구사업 연구과제
1 미래창조과학부 한국과학기술원 이공분야기초연구사업 (EZBARO)반도체 양자점과 금속 표면 플라즈몬 제어를 통한 양자 포토닉스 연구(2016)