KR101611412B1 - 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

발광 소자가 개시된다. 개시된 발광 소자는 제1활성층을 포함하는 반도체 발광 다이오드 및 상기 반도체 발광 다이오드 상에 복수의 나노 발광 다이오드가 서로 이격 배열된 나노 발광 다이오드 어레이를 포함한다.

Description

발광 소자{Light emitting device}
개시된 발광 소자는 형광체를 사용하지 않고 백색광 또는 유사 백색광을 구현하는 발광 소자에 관한 것이다.
반도체를 이용한 발광 다이오드(light emitting diode; LED)는 고효율, 친환경적인 광원으로서 디스플레이, 광통신, 자동차, 일반 조명 등 여러 분야에 사용되고 있으며, 특히, 백색 발광 다이오드에 대한 수요가 점점 증가하고 있다.
백색광을 구현하는 방법으로, 형광체를 사용할 수 있는데, 예를 들어, 자외선(UV) LED로부터 자외선 광을 발광시킨 후, 자외선 광에 의해 적색, 녹색 및 청색 형광체를 여기시켜 각각 적색광, 녹색광 청색광이 방출되도록 하여 백색광을 얻을 수 있다. 또한, 청색 LED를 광원으로 하여 그와 보색 관계인 황색 형광체를 여기시켜 황색광을 방출시킴으로써 백색광을 얻을 수 있다.
형광체 없이 LED만으로 백색을 구현하는 방법으로는, 적색, 녹색 및 청색의 가시광을 각각 발광하는 LED를 조합하여 사용하는 것이다. 예를 들어, InGaN 층을 발광 재료로서 사용하는 LED의 경우, InGaN 층 내에서 In의 몰분율(mole fraction) 변화에 따라 발광색이 변화한다는 점을 이용한다. In 함량이 높아질수록 발광색이 장파장으로 이동하게 된다. 그러나, In 함량이 높아질수록 격자상수가 증가하고 박막 형태의 InGaN 층과 기판 사이에 큰 격자상수 불일치(lattice mismatch)가 발생하여 장파장으로 이동할수록 발광 효율이 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 실시예들은 형광체를 사용하지 않고 백색광 또는 유사 백색광을 구현할 수 있는 발광 소자를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 백색 발광 소자는 제1형으로 도핑된 제1질화물 반도체층과 제2형으로 도핑된 제2질화물 반도체층 사이에 샌드위치된 제1활성층으로 구성된 하부 질화물 반도체 발광 다이오드 및 상기 하부 질화물 반도체 발광 다이오드 상에 복수의 질화물 반도체 나노 발광 다이오드가 서로 이격 배열된 어레이를 포함한다.
일 실시예에 따르면 상기 질화물 반도체 나노 발광 다이오드 각각은 p형으로 도핑된 제3질화물 반도체층; n형으로 도핑된 제4질화물 반도체층; 및 상기 제3질화물 반도체층과 제4질화물 반도체층 사이에 형성된 제2 활성층으로 구성될 수 있으며, 나노라드(nanorod) 형태, 나노피라미드(nano-pyromid) 형태, 또는 코어-셸(core-shell) 나노라드(nanorod) 형태의 구조가 될 수 있다. 이러한 형태에 따라 발광이 일어나는 결정학적 결정면은 극성(polar), 반극성(semi-polar) 또는 무극성(non-ploar) 등이 선택 될 수 있다.
일 실시예에 따르면 백색 발광 소자는 상기 제1질화물 반도체층 일부에 형성된 제1전극, 상기 질화물 반도체 나노 발광 다이오드 어레이 사이로 드러난 상기 제2질화물 반도체층 상에 형성되고 상기 제3질화물 반도체층 하부에 접촉된 제2전 극; 상기 제4질화물 반도체층 상부에 접촉되도록 형성된 제3전극; 및 상기 제2전극과 상기 제3전극이 전기적으로 절연되도록 상기 질화물 반도체 발광 나노 다이오드 어레이 사이에 충진된 절연체를 더 포함할 수 있다
또한 백색 발광 소자는 상기 제1전극과 상기 제2전극이 연결되고, 상기 제2전극과 상기 제3전극이 연결되어 상기 하부 질화물 반도체 발광 다이오드와 상기 질화물 반도체 나노 발광 다이오드 어레이가 서로 독립적으로 구동될 수 있다.
일 실시예에 따르면 상기 백색 발광 소자의 상기 제1활성층은 청색광을 발광하는 InGaN 기반의 양자우물층 구조이고, 상기 제2활성층은 상기 제1활성층의 밴드갭보다 작은 밴드갭을 가진 양자우물층 구조로 청색광과 혼합되어 백색광을 만드는 파장을 방출하는 양자우물층 구조인 것을 특징으로 한다.
또 다른 일 실시예에 의한 발광 소자의 제1활성층은 청색광을 발광하는 InGaN 기반의 양자우물층 구조이고, 제2활성층은 상기 제1활성층의 밴드갭보다 작은 밴드갭을 가진 양자우물층 구조로 청색광과 혼합되어 유사 백색광을 만드는 파장을 방출하는 양자우물층 구조인 것을 특징으로 한다.
상기 제1활성층 및 제2활성층은 InxGa(1-x)N(0<x<1)/ InyGa(1-y)N(0≤y<1)(x>y) 다중양자우물구조가 될 수 있으며, InxGa(1-x)N(0<x<1)층의 인듐(In) 조성이 서로 다른 복수의 층을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 발광 소자는 형광체를 사용하지 않고 백색광 또는 유사 백색광을 구현하므로, 제조 공정이 간단하고 비용이 절감될 수 있다.
또한, 전류 주입에 의한 다중 파장 발산으로 백색 및 유사 백색광을 구현하므로 실시간 백색광 색좌표 제어가 가능하며, 본 발명의 실시예에 채용되는 나노 발광 다이오드는 결정 결함이 거의 없어 높은 내부 양자 효율 및 광추출 효율 향상이 가능하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성과 작용을 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 발광 소자(100)의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 발광 소자의 단면도이다. 도 3a 내지 도 3c는 도 1의 발광 소자(100)에 채용될 수 있는 나노 발광 다이오드의 다양한 실시예들을 보인 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 발광 소자(100)는 전류 주입으로 구동되는 복수의 나노 발광 다이오드(170)가 이격 배열된 나노 발광 다이오드 어레이(240)를 포함할 수 있다. 발광 소자(100)는 반도체 발광 다이오드(230)와, 상기 반도체 발광 다이오드(230)와 독립적으로 구동되는 나노 발광 다이오드 어레이(240)를 포함할 수 있다. 상기 반도체 발광 다이오드(230)는 제1형으로 도핑된 제1질화물 반도체층(130), 제1질화물 반도체층(130) 위에 구비된 제1 활성층(150), 제1활성층(150) 위에 구비되고 제2형으로 도핑된 제2질화물 반도체층(160)을 포함할 수 있다. 상기 반도체 발광 다이오드(230)는 제1파장의 광을 방출하고, 상기 나노 발광 다이오드 어레이(240)는 상기 제1파장과 다른 제2파장의 광을 방출할 수 있다. 상기 제2파장이 제1파장보다 길 수 있다. 상기 제1파장의 광과 제2파장의 광이 혼합되어 백색광 또는 유사 백색광을 구현할 수 있다.
도 2a는 나노 발광 다이오드(270)의 일 예를 도시한 것이다. 상기 나노 발광 다이오드(270)는 p형으로 도핑된 제3질화물 반도체층(272), n형으로 도핑된 제4질화물 반도체층(276), 및 상기 제3질화물 반도체층(272)과 제4질화물 반도체층(276) 사이에 구비된 제2활성층(274)을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 발광 소자(100)는 기판(110), 기판(110) 위에 형성된 버퍼층(120), 버퍼층(120) 위에 구비된 제1질화물 반도체층(130), 제1질화물 반도체층(130) 위에 구비된 제1활성층(150), 제1활성층(150) 위에 구비된 제2질화물 반도체층(160), 제2질화물 반도체층(160)위에 구비된 나노 발광 다이오드 어레이(240)를 포함할 수 있다. 상기 제1질화물 반도체층(130) 일측에 제1 전극(140)이 구비될 수 있다.
다음은 상기 나노 발광 다이오드 어레이(240)가 도 3a에 도시된 나노 발광 다이오드(270)를 포함하는 경우를 예로 들어 설명한다. 상기 나노 발광 다이오드(270) 사이로 드러난 상기 제2 질화물 반도체층(160) 상에 제1투명전극층(180)이 구비될 수 있다. 상기 제1투명전극층(180)은 상기 제3 질화물 반도체층(272)에 접촉될 수 있다. 그리고, 제1투명전극층(180) 일측에 제2전극(210)이 구비되고, 제2투명전극층(200)이 제4질화물 반도체층(276) 상부에 접촉되게 구비될 수 있다. 상기 제2투명전극층(200)은 제2전극(210)과 접촉되지 않도록 배치될 수 있다. 상기 제2투명전극층 일측에 제3전극(220)이 구비되고, 제1투명전극층(180)과 제2투명전극층(200)이 전기적으로 절연되도록 제1투명전극층(180)과 제2투명전극층(200) 사이에 절연체(190)가 충진될 수 있다. 예를 들어, 절연체(199)가 상기 질화물 반도체 발광 나노 다이오드 어레이(240) 사이에 충진될 수 있다..
일 실시예에 의한 발광 소자(100)에서 상기 제1투명전극층(180)은 p형 전극이고 상기 제2투명전극층(200)은 n형 전극일 수 있다.
또한 일 실시예에 의한 발광 소자(100)는 제1전극(140)과 제2전극(210)이 연결되고, 제2전극(210)과 제3전극(220)이 연결되어 반도체 발광 다이오드(230)와 나노 발광 다이오드 어레이(240)가 서로 독립적으로 구동될 수도 있다.
기판(110)으로는 사파이어(Sapphire) 기판, 실리콘 카바이드(SiC) 기판, GaN 기판 등이 채용될 수 있다.
제1질화물 반도체층(130)은 제1형으로 도핑된 반도체층으로, Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, n-GaN으로 형성될 수 있다. 제1형 도펀트(dopant)는 n형이고 Si이 사용될 수 있다. 기판(110) 위에는, 에피텍시 성장에 필요한 버퍼층(120)이 더 구비될 수 있다.
제1활성층(150)은 전자-정공 재결합에 의해 빛을 발광하는 층으로, 예를 들어, InGaN 기반의 질화물 반도체층으로 이루어지며, 밴드갭 에너지를 제어함으로써 그 발광 파장 대역이 조절된다. 예를 들어, 제1활성층(150)은 양자우물층과 장벽층 을 포함하며, 예를 들어 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, InGaN/AlGaN 또는 InGaN/InAlGaN로 이루어진 양자우물층과 장벽층을 포함할 수 있다. 양자우물층은 단일양자우물층(single quantum well) 또는 InxGa(1-x)N(0<x<1)/InxAlyGa(1-x-y)N(0≤x,y<1)의 다중양자우물층(multi quantum well)으로 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 제1활성층(150)은 제1파장광, 예를 들어 청색광을 발광하도록 구성될 수 있으며, 청색광이 발광되도록 InGaN층에서의 In 몰분율이 정해질 수 있다. 통상적으로, In의 몰분율이 1% 변화할 때 발광 파장은 약 5nm 정도 시프트된다. 예를 들어, 청색광을 발생시키고자 하는 경우, InGaN 층 내의 In의 몰분율은 약 20% 정도가 된다.
제2질화물 반도체층(160)은 제2형으로 도핑된 반도체층으로, Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, p-GaN으로 형성될 수 있다. 제2형 도펀트(dopant)는 p형이고 Mg, Ca, Zn, Cd, Hg 등이 사용될 수 있다.
제1질화물 반도체층(130)과 제1활성층(150)사이 그리고/또는 제1활성층(150)과 제2질화물 반도체층(160) 사이에는, 도시되지는 않았으나, 내부 양자효율 향상을 위한 광가둠층(Carrier confinement layers)들이 더 구비될 수 있다. 또한, 제2질화물 반도체층(160) 상에, 도시되지는 않았으나, 제1투명전극(180)과의 접촉저항을 낮게 하기 위하여 제2형 도펀트가 과도핑된 컨택층이 더 구비될 수 있다. 상기 컨택층은 p-GaN 층일 수 있다.
제1질화물 반도체층(130), 제1활성층(150), 제2질화물 반도체층(160)의 제조에 있어서, 일반적으로 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 성장방법으로 알려진 다양한 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 금속 유기 화학 증착법(metal organic chemical vapor deposition;MOCVD), 혼성 기상 결정 성장법(hydride vapor phase epitaxy;HVPE), 분자선 결정 성장법(molecular beam epitaxy;MBE), 유기 금속 기상 결정 성장법(metal organic vapor phase epitaxy;MOVPE), HCVD 법(halide chemical vapour deposition) 등이 사용될 수 있다.
나노 발광 다이오드 어레이(240)는 전류 구동에 의해 발광하는 것으로, 복수의 나노 발광 다이오드(170)가 이격 배열되어 이루어진다. 도 3a 내지 도 3c를 참조하여, 나노 발광 다이오드(170, 270, 370, 470)의 다양한 실시예들을 살펴보기로 한다.
나노 발광 다이오드(270, 370, 470) 각각은 p형으로 도핑된 제3질화물 반도체층(272, 372, 472), n형으로 도핑된 제4질화물 반도체층(276, 376, 476), 및 상기 제3질화물 반도체층(272, 372, 472)과 제4질화물 반도체층(276, 376, 476) 사이에 형성된 제2활성층(274, 374, 474)을 포함한다. 도 3a에 도시된 나노 발광 다이오드(270)는 나노라드(nanorod) 구조를 가지며, 도 3b에 도시된 나노 발광 다이오드(370)는 코어-셸(core-shell) 나노라드(nanorod) 구조를 가지며, 도 3c에 도시된 나노 발광 다이오드(470)는 나노피라미드(nano-pyromid) 구조를 포함한다.
도 3a의 나노 발광 다이오드(270)는 제3질화물 반도체층(272), 제2활성층(274), 제4질화물 반도체층이 순서대로 적층된 나노라드(nanorod) 구조를 가질 수 있다. .
도 3b의 나노 발광 다이오드(370)는 제3질화물 반도체층(372)이 코어(core) 나노라드로 구비되고, 코어(core) 나노라드 둘레에 제2활성층(374)과 제4질화물 반도체층(376)이 순서대로 적층되어 셸(shell)로 구비된 코어-셀(core-shell) 나노라드(nanorod) 구조를 가질 수 있다. 코어-셸(core-shell) 구조는 밴드갭 에너지가 상대적으로 높은 GaN 반도체 물질을 셸에 채용함으로써 캐리어 가둠(carrier confinement)에 의해 표면 재결합 손실이 감소하여 재발광 효율이 증가될 수 있다.
도 2c의 나노 발광 다이오드(470)는 나노피라미드(nano-pyromid) 구조로서 상기 제3질화물 반도체층(472), 제2활성층(474), 제4질화물 반도체층(476)이 순서대로 적층되어 형성될 수 있다. 나노피라미드 구조는 제2활성층(274)의 표면적이 넓어 높은 광출력을 얻을 수 있다.
도 3a 내지 도 3c에 도시된 나노 발광 다이오드(270, 370, 470)에 채용되는 제2활성층(274, 374, 474)은 반도체 발광 다이오드(230)의 제1활성층(150)의 밴드갭보다 작은 밴드갭을 가진 양자우물층을 포함할 수 있다.. 일 실시예에 의한 나노 발광 다이오드(170, 270, 370, 470)는 제1활성층(150)에서 방출된 제1파장의 광과 혼합되어 백색광 또는 유사 백색광을 만들 수 있는 제2파장의 광을 방출하는 InGaN 기반의 양자우물층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1파장의 광은 청색광일 수 있으며, 제2파장의 광은 제1파장의 광보다 긴 파장을 가질 수 있다.
도 3a 내지 도 3c에서 설명한 제2활성층(274, 374, 474)은 전자-정공 재결합에 의해 빛을 발광하는 층으로, 예를 들어, InGaN 기반의 질화물 반도체층으로 이루어지며, 밴드갭 에너지를 제어함으로써 그 발광 파장 대역이 조절된다. 예를 들 어, 제2활성층(274, 374, 474)은 양자우물층과 장벽층이 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, InGaN/AlGaN 또는 InGaN/InAlGaN의 한 쌍으로 구성되며, 단일양자우물층(single quantum well) 또는 InxGa(1-x)N(0<x<1)/InxAlyGa(1-x-y)N(0≤x,y<1)의 다중양자우물층(multi quantum well)을 포함할 수 있다. 상기 다중양자우물층은 InxGa(1-x)N(0<x<1)층의 인듐(In) 조성이 서로 다른 복수의 층을 포함할 수 있다. 또한 제2활성층(274, 374, 474)은 InxGa(1-x)N(0<x<1) 기반의 양자점(Quantum dot)을 포함할수 있다.
일 실시예에서, 제2활성층(274, 374, 474)은 제1활성층(150)의 청색 발광 파장과 혼합되어 백색광을 방출하도록 황색광을 발광하는 양자우물층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 황색광을 발생시키고자 하는 경우, InGaN 층 내의 In의 몰분율은 약 40% 정도가 될 수 있다.
또 다른 일 실시예에서 제2활성층(274, 374, 474)은 제1활성층(150)으로부터 방출되는 청색 파장의 광과 혼합되어 유사 백색광, 예를 들어 적색형(Reddish) 또는 청색형(bluish) 백색광을 만드는 파장의 광을 방출하는 InGaN 기반의 양자우물층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2활성층의 InGaN 층 내의 In의 몰분율은 약 20~45% 의 범위 내에서 선정될 수 있다.
일 실시예에서 상기 제1활성층은 제1 파장의 광을 방출하는 InGaN 기반의 양자우물층을 포함하고, 상기 제2활성층은 상기 제1활성층의 밴드갭보다 작은 밴드갭으로 제2파장의 광을 방출하는 InGaN 기반의 양자우물층을 포함할 수 있다. 상기 제1 파장의 광이 제2 파장의 광보다 짧은 파장을 가질 수 있다.
도 3a 내지 도 3c에서 설명한 제3질화물 반도체층 및 제4질화물 반도체층은 InxAlyGa(1-x-y)N(0≤x,y<1)층을 포함할 수 있다.
도 3a 및 도 3b에서 보여준 나노 발광 다이오드(270, 370)의 폭은 대략 10nm 이상 5000nm 이하의 범위를 가질 수 있다. 도 3a 및 도 3b에서 설명한 나노 발광 다이오드(270, 370)는 일반적인 나노라드 성장법에 따라 성장시킬 수 있다. 예를 들어, Fe, Ni, Au, In 등과 같은 금속 촉매를 이용하여 vapour-liquid-solid(VLS) 공정으로 나노 발광 다이오드(170, 270, 370)를 성장시킬 수 있다. 또는, 템플릿층(미도시)을 형성하고 이에 소정의 홈을 형성하여, 홈의 내부에서 나노 발광 다이오드(170, 270, 370)를 성장시킬 수 있다. 도 3c에서 설명한 나노피라미드 형태의 나노 발광 다이오드(470)는 제2질화물 반도체층(160) 상에 선택영역성장법(Selective Area Growth, SAG)을 이용하여 성장시킬 수 있다. 다른 성장 방법으로, 금속 유기 화학 증착법(metal organic chemical vapor deposition;MOCVD), 혼성 기상 결정 성장법(hydride vapor phase epitaxy;HVPE), 분자선 결정 성장법(molecular beam epitaxy;MBE), 유기 금속 기상 결정 성장법(metal organic vapor phase epitaxy;MOVPE), HCVD 법(halide chemical vapour deposition) 공정으로 나노 발광 다이오드(170, 270, 370)를 성장시킬 수도 있다.
도1에서 설명한 발광 소자(100)의 제1전극(140)과 제2전극(210)은 제1활성층(150)에 전자 및 정공이 주입되도록 외부 전원 공급부와 연결되며, 제2전극(210) 과 제3전극(220)은 제2활성층(150)에 전자 및 정공이 주입되도록 외부 전원 공급부와 연결되는 곳으로, Au, Al, Ag와 같은 금속물질 또는 ITO (Indium Tin Oxide)등과 같은 투명한 도전성 물질로 형성될 수 있다. 본 실시예의 발광 다이오드(100)는 제1질화물 반도체층(130)의 일부 영역이 노출된 메사 구조를 가지며, 제1전극(140)은 제1질화물 반도체층(130)의 노출된 일부 영역 상에 마련될 수 있다. 제2전극(210)은 제1투명전극층(180) 상면 일측에 마련되며, 제3전극(220)은 제2투명전극층(200) 상면 일측에 마련될 수 있다.
제1투명전극층(180)은 도시된 바와 같이, 제2질화물 반도체층(160) 또는 컨택층(미도시) 상에 구비될 수 있으며, 나노 발광 다이오드 어레이(240) 사이에 구비될 수 있다. 제2투명전극층(200)은 도시된 바와 같이, 나노 발광 다이오드 어레이(240) 사이에 충진된 절연체(190) 상에 구비되며, 제4질화물 반도체층(276)과 접촉되도록 나노 발광 다이오드 어레이(240) 상부에 구비된다. 상기 나노 발광 다이오드 어레이(240)가 상기 제1투명전극층(180)과 절연체(190)를 관통하여 구비될 수 있다. 절연체(190)로는 SiO2, Si3N4 등 일반적인 유전체(dielectric material)가 사용될 수 있으며 유기 물질로 형성될 수도 있다.
이상 설명한 구조의 발광 소자(100)는 제1활성층(150)에서 생성되는 제1파장 광과 제2활성층(274, 374, 474)에서 생성되는 제2파장광이 혼합되어 방출됨으로써 백색광이 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1파장 광은 청색광을 포함하고, 제2파장 광은 황색광을 포함할 수 있다. 또는 제1파장광은 청색광을 포함하고, 제2파장광은 상기 청색광과 혼합되어 유사 백색광을 만들 수 있는 파장을 포함할 수 있다. 제2활성층(274, 374, 474)은 나노라드 또는 나노피라미드 구조를 가지므로 결 정 결함이 적고 광가둠(optical confinement) 효과에 의한 내부 양자 효율 및 광추출 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1에서는 나노 다이오드 어레이(240)가 제2질화물 반도체층(160) 상에 구비되어 있 있다.
반면, 본 발명의 다른 실시예에서는 수직형 구조의 발광 소자를 구현할 수도 있다. 즉, 반도체 발광 다이오드(230), 나노 발광 다이오드 어레이(240)를 성장한 후 기판(도 1의 110)을 제거하고 제1질화물 반도체층(130)의 하면에 제1전극을 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 발광 소자는 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.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발광 소자의 사시도를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1의 I-I선 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 발광 소자에 채용될 수 있는 나노 발광 다이오드의 다양한 실시예들에 대한 개략적인 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100... 발광 소자 110... 기판
120...버퍼층 130... 제1 질화물 반도체층
140…제1전극 150…제1활성층
160…제2 질화물 반도체층 170…나노 발광 다이오드
180…제1투명전극층 190…절연층
200…제2투명전극층 210…제2전극
220…제3전극 230… 반도체 발광 다이오드
240…나노 발광 다이오드 어레이
270, 370, 470…나노 발광 다이오드
272, 372, 472… 제3 질화물 반도체층
274, 374, 474...제2 활성층
276, 376, 476...제4 질화물 반도체층

Claims (17)

  1. n형으로 도핑된 제1질화물 반도체층, p형으로 도핑된 제2질화물 반도체층, 상기 제1질화물 반도체층과 상기 제2질화물 반도체층 사이에 구비된 제1활성층을 포함하는 반도체 발광 다이오드; 및
    상기 반도체 발광 다이오드 상에 복수의 나노 발광 다이오드가 서로 이격 배열된 나노 발광 다이오드 어레이;를 포함하고,
    상기 나노 발광 다이오드는 p형으로 도핑된 제3질화물 반도체층, n형으로 도핑된 제4질화물 반도체층, 및 상기 제3질화물 반도체층과 제4질화물 반도체층 사이에 구비된 제2활성층을 포함하고,
    상기 제1질화물 반도체층 일측에 제1전극이 구비되고, 상기 나노 발광 다이오드 어레이 사이로 드러난 상기 제2질화물 반도체층 상에 제1투명전극층이 구비되고, 상기 제1투명전극층 일측에 제2전극이 구비되며, 상기 제4질화물 반도체층 상부에 제2투명전극층이 구비되고, 상기 제2투명전극층 일측에 제3전극이 구비되며, 상기 제1전극과 제3전극이 같은 방향에 배치되고, 제2전극이 상기 제1전극 및 제3전극과 반대 방향에 배치되며,
    상기 제1투명전극층과 제2투명전극층 사이에 절연체가 구비되고, 상기 나노 발광 다이오드 어레이가 상기 제1투명전극층과 절연체를 관통하여 구비된 발광 소자.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극과 상기 제2전극이 연결되고, 상기 제2전극과 상기 제3전극이 연결되어 상기 반도체 발광 다이오드와 상기 나노 발광 다이오드 어레이가 서로 독립적으로 구동되는 발광 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1투명전극층은 p형 전극이고 상기 제2투명전극층은 n형 전극인 발광 소자.
  7. 제1항, 제5항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1활성층은 청색광을 방출하는 InGaN 기반의 양자우물층을 포함하고, 상기 제2활성층은 청색광과 혼합되어 백색광을 만들 수 있는 파장의 광을 방출하는 InGaN 기반의 양자우물층을 포함하는 발광 소자.
  8. 제1항, 제5항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1활성층은 제1 파장의 광을 방출하는 InGaN 기반의 양자우물층을 포함하고, 상기 제2활성층은 상기 제1활성층의 밴드갭보다 작은 밴드갭으로 제1파장보다 긴 제2 파장의 광을 방출하는 InGaN 기반의 양자우물층을 포함하는 발광소자.
  9. 제1항, 제5항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1활성층은 청색광을 방출하는 InGaN 기반의 양자우물층을 포함하고, 상기 제2활성층은 청색광과 혼합되어 유사 백색광을 만들 수 있는 파장을 방출하는 InGaN 기반의 양자우물층을 포함하는 발광 소자.
  10. 제1항, 제5항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 활성층은 황색광을 방출하는 InGaN 기반의 양자우물층을 포함하는 발광 소자.
  11. 제1항, 제5항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노 발광 다이오드는 나노라드(nanorod) 구조를 가지는 발광 소자.
  12. 제1항, 제5항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노 발광 다이오드는 나노피라미드(nano-pyromid) 구조를 가지는 발광 소자.
  13. 제1항, 제5항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노 발광 다이오드는 상기 제3질화물 반도체층이 코어(core) 나노라드로 구비되고, 상기 제2활성층과 제4질화물 반도체층이 상기 나노라드 둘레에 셸(shell)로 구비된 코어-셸(core-shell) 나노라드(nanorod) 구조를 가지는 발광 소자.
  14. 제1항, 제5항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 또는 제4질화물 반도체층은 InxAlyGa(1-x-y)N(0≤x,y<1)를 포함하고, 제2활성층은 InxGa(1-x)N(0<x<1)를 포함하는 발광 소자.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 활성층 및 제2활성층은 InxGa(1-x)N(0<x<1)/InxAlyGa(1-x-y)N(0≤x,y<1)로 이루어진 다중양자우물층을 포함하는 발광 소자.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 다중양자우물층은 InxGa(1-x)N(0<x<1)층의 인듐(In) 조성이 서로 다른 복수의 층을 포함하는 발광 소자.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 나노 발광 다이오드의 폭은 10nm 이상 5000nm 이하의 범위를 가지는 발광 소자.
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013049817A1 (en) * 2011-09-30 2013-04-04 The Regents Of The University Of California Opto-electrical devices with reduced efficiency droop and forward voltage
KR101258583B1 (ko) 2011-10-21 2013-05-02 삼성전자주식회사 나노 로드 발광 소자 및 그 제조 방법
KR101269053B1 (ko) * 2011-11-09 2013-06-04 삼성전자주식회사 나노 로드 발광 소자 및 그 제조 방법
DE102012101718A1 (de) * 2012-03-01 2013-09-05 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer Halbleiterchip
CN102709418A (zh) * 2012-07-16 2012-10-03 广东工业大学 一种光谱可调的ZnO/GaN基白光发光器件结构
US8921141B2 (en) 2012-09-18 2014-12-30 Glo Ab Nanopyramid sized opto-electronic structure and method for manufacturing of same
DE102012109594A1 (de) * 2012-10-09 2014-04-10 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils und optoelektronisches Halbleiterbauteil
KR101420941B1 (ko) 2012-12-18 2014-07-21 한양대학교 산학협력단 광 추출 효율이 향상된 질화갈륨계 발광소자
KR101452801B1 (ko) 2014-03-25 2014-10-22 광주과학기술원 발광다이오드 및 이의 제조방법
JP6617401B2 (ja) * 2014-09-30 2019-12-11 日亜化学工業株式会社 半導体発光素子
CN105789397A (zh) * 2016-04-07 2016-07-20 厦门乾照光电股份有限公司 一种正装GaN LED芯片及其制作方法
FR3068515B1 (fr) * 2017-06-30 2019-10-25 Aledia Dispositif optoélectronique comprenant des diodes électroluminescentes
US10340308B1 (en) 2017-12-22 2019-07-02 X Development Llc Device with multiple vertically separated terminals and methods for making the same
US11637219B2 (en) 2019-04-12 2023-04-25 Google Llc Monolithic integration of different light emitting structures on a same substrate
KR20210003995A (ko) * 2019-07-02 2021-01-13 삼성디스플레이 주식회사 발광 소자, 이의 제조 방법 및 표시 장치
CN111312877B (zh) * 2020-03-25 2022-02-22 苏州紫灿科技有限公司 一种双层光子晶体结构的倒装深紫外led及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030047742A1 (en) 2001-09-11 2003-03-13 Hen Chang Hsiu Package structure of full color LED form by overlap cascaded die bonding
US20050194598A1 (en) 2004-02-13 2005-09-08 Hwa-Mok Kim Super bright light emitting diode of nanorod array structure having InGaN quantum well and method for manufacturing the same
US20080211400A1 (en) 2005-09-30 2008-09-04 Seoul Opto Device Co., Ltd. Light Emitting Device Having Vertically Stacked Light Emitting Diodes

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5332910A (en) * 1991-03-22 1994-07-26 Hitachi, Ltd. Semiconductor optical device with nanowhiskers
US5684309A (en) * 1996-07-11 1997-11-04 North Carolina State University Stacked quantum well aluminum indium gallium nitride light emitting diodes
US6307218B1 (en) * 1998-11-20 2001-10-23 Lumileds Lighting, U.S., Llc Electrode structures for light emitting devices
JP4160000B2 (ja) 2004-02-13 2008-10-01 ドンゴク ユニバーシティ インダストリー アカデミック コーポレイション ファウンデイション 発光ダイオードおよびその製造方法
US7569863B2 (en) * 2004-02-19 2009-08-04 Panasonic Corporation Semiconductor light emitting device
CN100349306C (zh) * 2004-08-27 2007-11-14 中国科学院半导体研究所 蓝光、黄光量子阱堆叠结构白光发光二极管及制作方法
KR100579320B1 (ko) 2004-11-15 2006-05-11 광주과학기술원 질화물계 발광소자의 제조방법
TWI248220B (en) * 2005-04-14 2006-01-21 Genesis Photonics Inc White light device having light-emitting diode
US8330173B2 (en) * 2005-06-25 2012-12-11 Seoul Opto Device Co., Ltd. Nanostructure having a nitride-based quantum well and light emitting diode employing the same
KR20070021671A (ko) * 2005-08-19 2007-02-23 서울옵토디바이스주식회사 나노막대들의 어레이를 채택한 발광 다이오드 및 그것을제조하는 방법
TWI257186B (en) * 2005-09-29 2006-06-21 Formosa Epitaxy Inc Light-emitting diode chip
KR100801617B1 (ko) 2006-02-24 2008-02-11 서울옵토디바이스주식회사 광추출을 위한 나노구조체들을 갖는 발광 다이오드 및그것을 제조하는 방법
TWI301331B (en) * 2006-05-17 2008-09-21 Epistar Corp Light emitting device
WO2008041770A1 (fr) * 2006-10-05 2008-04-10 Mitsubishi Chemical Corporation DISPOSITIF D'ÉMISSION DE LUMIÈRE UTILISANT UNE PUCE DE LED AU GaN
CN102683565A (zh) * 2006-10-05 2012-09-19 三菱化学株式会社 使用GaN LED芯片的发光器件
KR20090053307A (ko) 2007-11-23 2009-05-27 한국광기술원 질화물계 발광소자 및 그의 제조방법
KR101332794B1 (ko) * 2008-08-05 2013-11-25 삼성전자주식회사 발광 장치, 이를 포함하는 발광 시스템, 상기 발광 장치 및발광 시스템의 제조 방법
TWI389346B (zh) * 2008-10-01 2013-03-11 Epistar Corp 光電元件

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030047742A1 (en) 2001-09-11 2003-03-13 Hen Chang Hsiu Package structure of full color LED form by overlap cascaded die bonding
US20050194598A1 (en) 2004-02-13 2005-09-08 Hwa-Mok Kim Super bright light emitting diode of nanorod array structure having InGaN quantum well and method for manufacturing the same
US20080211400A1 (en) 2005-09-30 2008-09-04 Seoul Opto Device Co., Ltd. Light Emitting Device Having Vertically Stacked Light Emitting Diodes

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