KR102153798B1 - Method for manufacturing micro light emitting diode having designed emission wavelength using the degree of surface migration - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따르는 표면 확산 정도를 제어하여 발광 파장을 설계한 마이크로 LED의 제조방법은, n-형 반도체층을 형성하는 단계; 상기 n-형 반도체층 상의 적어도 일부 영역에 디자인 된 개구 패턴이 형성된 마스크층을 형성하는 단계; 상기 마스크층의 개구 패턴을 통하여 발광 구조체를 성장시키는 발광 구조체층을 형성하는 단계; 및 상기 마스크층 및 상기 성장된 발광 구조체 상에 활성층 전구체를 분사하여 특정 원자들을 포함하는 활성층을 형성하는 단계; 및 상기 형성된 활성층 상에 p-형 반도체층을 형성하는 단계; 를 포함하고, 원하는 발광 파장에 따라, 상기 마스크층 및 상기 성장된 발광 구조체의 표면 상에서 상기 특정 원자들 간의 확산 속도 차이 및 확산 가능 거리를 고려하여 상기 마스크층을 형성하는 단계의 마스크층 개구 패턴 또는 상기 활성층을 형성하는 단계의 활성층의 두께를 결정하는 것이다.According to an embodiment of the present invention, a method for manufacturing a micro LED in which a light emission wavelength is designed by controlling a degree of surface diffusion, includes forming an n-type semiconductor layer; Forming a mask layer having an opening pattern designed in at least a portion of the n-type semiconductor layer; Forming a light emitting structure layer for growing a light emitting structure through the opening pattern of the mask layer; And forming an active layer including specific atoms by spraying an active layer precursor on the mask layer and the grown light emitting structure. And forming a p-type semiconductor layer on the formed active layer. Including, according to a desired emission wavelength, the mask layer opening pattern in the step of forming the mask layer in consideration of a diffusion speed difference and a diffusable distance between the specific atoms on the surface of the mask layer and the grown light emitting structure, or In the step of forming the active layer, the thickness of the active layer is determined.
Description
본 발명은, 사전에 디자인 된 대로 제어된 발광 파장을 발하는 마이크로 LED 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a micro LED emitting a controlled emission wavelength as designed in advance and a method of manufacturing the same.
최근 AR(augmented reality), VR(virtual reality), Wearable devices 등 소형 전자 소자가 각광을 받으면서 최소형 디스플레이의 개발이 주목을 받고 있다. 종래에 상용화되어 있는 마이크로 디스플레이의 경우에는 LCoS(Liquid crystal on SI)과 OLED(Organic light emitting diodes)가 있다. Recently, as small electronic devices such as augmented reality (AR), virtual reality (VR), and wearable devices are in the spotlight, the development of a smallest display is drawing attention. In the case of conventional microdisplays, there are LCoS (Liquid Crystal on SI) and OLED (Organic Light Emitting Diodes).
LCoS는, 기존의 LCD의 기술을 Si 기판 위에 적용하여 고밀도 집적화를 함으로써 작은 칩사이즈 위에서 고해상도의 디스플레이를 구현할 수 있다. LCD를 기반으로 하는 디스플레이의 경우에, 백라이트를 필수로 요구하기 때문에 두께를 최소화하는데 한계가 있고, 편광필름, 컬러필터 증착 등의 여러 복잡한 공정이 요구된다.LCoS can implement a high-resolution display on a small chip size by applying the existing LCD technology on a Si substrate for high density integration. In the case of a display based on an LCD, since a backlight is required, there is a limit to minimizing the thickness, and various complex processes such as polarizing film and color filter deposition are required.
자체 발광형 광원을 이용한 디스플레이는 상기 언급한 문제를 해결할 수 있으며, 예를 들어, OLED를 기반으로 하는 디스플레이의 경우 적색, 청색, 녹색을 각각 발광하는 물질을 이용하여 디스플레이를 구현하기 때문에 보다 얇은 디스플레이의 구현이 가능하다. OLED 디스플레이의 대부분은 Outdoor 소자의 디스플레이로 적용이 되는데 유기 물질을 이용하기 때문에 외부환경에 약하다는 치명적인 약점을 가지고 있다.A display using a self-illuminating light source can solve the above-mentioned problem.For example, in the case of an OLED-based display, a thinner display is implemented using materials that emit red, blue, and green respectively. Is possible. Most of OLED displays are applied as displays of outdoor devices, but they have a fatal weakness that they are weak to the external environment because they use organic materials.
상기 언급한 각 구조가 갖는 문제점를 해결하기 위해서, 무기물 반도체의 자체발광형 소자인 LED를 이용하여 디스플레이가 제시되었다. 현재까지 개발된 마이크로 LED의 경우에 상용화를 위해 다음과 같은 문제점이 있다. 디스플레이 구현을 위해서는 서브픽셀을 이루는 각각의 LED 구조가 적색, 청색, 녹색 발광을 해야하는데, 기존의 LED는 단일 기판 위에 발광층을 형성할 경우 한가지 색상만 구현할 수 있다. 따라서 디스플레이의 기판 위로 각각의 색을 발광하는 LED 구조를 전사하는 공정이 추가로 진행되어야 한다. 이와 같은 전사과정은 미세 정밀한 공정이 요구되기 때문에 디스플레이 제작 공정의 난이도를 높이고 수율을 낮추게 되므로 상용화하는데 어려움이 있고, 품질이 우수한 풀컬러 구현에 한계가 있다. In order to solve the problems of each structure mentioned above, a display has been proposed using an LED, which is a self-luminous element of an inorganic semiconductor. In the case of micro LEDs developed so far, there are the following problems for commercialization. In order to implement a display, each LED structure constituting a sub-pixel must emit red, blue, and green light, but conventional LEDs can implement only one color when forming an emission layer on a single substrate. Therefore, an additional process of transferring the LED structure emitting each color onto the substrate of the display must be performed. Since such a transfer process requires a fine and precise process, it is difficult to commercialize it because it increases the difficulty of the display manufacturing process and lowers the yield, and there is a limit to realizing full color with excellent quality.
본 발명의 목적은, 새로운 개념을 이용하여 마이크로 발광 구조체를 성장시키고, 발광 파장을 제어함으로써 신개념의 풀컬러 색상을 발하는 마이크로 LED를 구현하는 방법을 제공하기 위함이다.An object of the present invention is to provide a method of implementing a new concept of a micro LED emitting a new concept of full color color by growing a micro light emitting structure using a new concept and controlling the emission wavelength.
본 발명은 단일 기판 상에 3차원 구조체를 통하여 동시에 성장되는 발광 구조체를 형성하여, 개별적으로 발광 제어가 가능한 서로 다른 발광 파장을 가지는 구분되는 영역을 갖는, 마이크로 LED의 제조방법을 제공하는 것이다The present invention is to provide a method for manufacturing a micro LED, having distinct regions having different emission wavelengths that can be individually controlled by forming a light emitting structure that is simultaneously grown through a three-dimensional structure on a single substrate.
본 발명의 다른 일 측면의 목적은, 본 발명에 의한 마이크로 LED를 포함하는 R, G, B 컬러 중 적어도 둘 이상의 색의 발광이 각각 또는 동시에 가능한 마이크로 LED 디스플레이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a micro LED display capable of emitting at least two or more colors of R, G, and B colors including the micro LED according to the present invention, respectively or simultaneously.
본 발명의 또 다른 일 측면의 목적은, 본 발명에 의한 마이크로 LED의 제조방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a micro LED according to the present invention.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problems mentioned above, and other problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일 실시예에 따르는 표면 확산 정도를 제어하여 발광 파장을 설계한 마이크로 LED의 제조방법은, n-형 반도체층을 형성하는 단계; 상기 n-형 반도체층 상의 적어도 일부 영역에 디자인 된 개구 패턴이 형성된 마스크층을 형성하는 단계; 상기 마스크층의 개구 패턴을 통하여 발광 구조체를 성장시키는 발광 구조체층을 형성하는 단계; 및 상기 마스크층 및 상기 성장된 발광 구조체 상에 활성층 전구체를 분사하여 특정 원자들을 포함하는 활성층을 형성하는 단계; 및 상기 형성된 활성층 상에 p-형 반도체층을 형성하는 단계; 를 포함하고, 원하는 발광 파장에 따라, 상기 마스크층 및 상기 성장된 발광 구조체의 표면 상에서 상기 특정 원자의 확산하는 양 및 확산 가능 거리를 고려하여 상기 마스크층을 형성하는 단계의 마스크층 개구 패턴 또는 상기 활성층을 형성하는 단계의 활성층의 두께를 결정하는 것이다.According to an embodiment of the present invention, a method for manufacturing a micro LED in which a light emission wavelength is designed by controlling a degree of surface diffusion, includes forming an n-type semiconductor layer; Forming a mask layer having an opening pattern designed in at least a portion of the n-type semiconductor layer; Forming a light emitting structure layer for growing a light emitting structure through the opening pattern of the mask layer; And forming an active layer including specific atoms by spraying an active layer precursor on the mask layer and the grown light emitting structure. And forming a p-type semiconductor layer on the formed active layer. Including, according to a desired emission wavelength, the mask layer opening pattern in the step of forming the mask layer in consideration of a diffusion amount and a diffusable distance of the specific atom on the surface of the mask layer and the grown light emitting structure, or the In the step of forming the active layer, the thickness of the active layer is determined.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 발광 구조체층은, 각각 서로 다른 파장의 빛을 발하는 복수 개의 구분되는 영역들을 포함하고, 상기 구분되는 영역들 각각은, 단일 또는 복수 개의 3차원 발광 구조체들을 포함하고, 개별적으로 발광 여부의 제어가 가능한 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the light emitting structure layer includes a plurality of distinct regions each emitting light of a different wavelength, and each of the divided regions includes a single or a plurality of 3D light emitting structures And, it may be capable of individually controlling whether or not to emit light.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 구분되는 영역들 각각은 상기 발광 구조체 간의 간격, 발광 구조체의 높이, 발광 구조체의 단면적의 크기 중 하나 이상이 서로 상이한 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, each of the divided regions may have at least one of a distance between the light-emitting structures, a height of the light-emitting structure, and a size of a cross-sectional area of the light-emitting structure.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 구분되는 영역들 각각은 상기 활성층의 평균 두께가 서로 상이한 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, each of the divided regions may have an average thickness of the active layer different from each other.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 구분되는 영역들 각각의 발광 구조체들은 동시에 성장하여 형성되는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the light emitting structures of each of the divided regions may be formed by growing at the same time.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 구분되는 영역들 각각의 면적은 1 ㎛2 내지 1 cm2 인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, an area of each of the divided regions may be 1 µm2 to 1 cm2.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 개구 패턴은, 개구 각각의 크기, 개구 각각의 형상, 개구 간의 간격 중 하나 이상의 반복적인 패턴을 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the opening pattern may include a repetitive pattern of at least one of a size of each opening, a shape of each opening, and a gap between the openings.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 확산 가능 거리는 상기 개구 간의 간격이 멀수록 넓은 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the diffusible distance may be wider as the distance between the openings increases.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 확산 가능 거리는 상기 발광 구조체의 높이가 높을수록 넓은 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the diffusible distance may be wider as the height of the light emitting structure increases.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 확산 가능 거리 (Lsm)는 하기 수학식 1에 의해 결정되는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the diffusible distance L sm may be determined by
[수학식 1][Equation 1]
k B : 볼츠만 상수(Boltzmann constant) k B : Boltzmann constant
[수학식 2][Equation 2]
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 특정 원자들은 In 및 Ga를 포함하는 것일 수 있다.본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 발광 구조체는 높이가 50 nm 내지 50 ㎛ 인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the specific atoms may include In and Ga. According to an embodiment of the present invention, the light emitting structure may have a height of 50 nm to 50 μm.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 활성층은 BAlGaN, GaAlNP, GaAlNAs, InAlGaN, GaAlNSb, GaInNP, GaInNAs, 및 GaInNSb 중 적어도 하나 이상을 더 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the active layer may further include at least one of BAlGaN, GaAlNP, GaAlNAs, InAlGaN, GaAlNSb, GaInNP, GaInNAs, and GaInNSb.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 활성층은 초격자층(super lattice layer)을 더 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the active layer may further include a super lattice layer.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 발광 구조체층을 형성하는 단계, 상기 활성층을 성장시키는 단계 또는 둘 다는 300 ℃ 내지 1200 ℃ 및 50 torr 내지 500 torr에서 이루어지는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of forming the light emitting structure layer, the step of growing the active layer, or both may be performed at 300° C. to 1200° C. and 50 torr to 500 torr.
본 발명의 다른 일 측에 따르는 표면 확산 정도를 제어하여 발광 파장을 설계한 마이크로 LED는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 마이크로 LED의 제조방법을 이용하여 제조된 것이고, R,G,B 색상의 발현이 각각 또는 동시에 가능한 것이다.According to another aspect of the present invention, a micro LED designed to have a light emission wavelength by controlling the degree of surface diffusion is manufactured using the method of manufacturing a micro LED according to an embodiment of the present invention, and has R, G, B colors. Expression is possible individually or simultaneously.
본 발명에 따르면, 디스플레이에 적용 가능한 다양한 형상의 마이크로 LED의 제조방법이 제공되며, 그를 이용하여 제조한 마이크로 LED를 제조할 수 있으며, 상기 마이크로 LED는 복수 개의 구별되는 영역으로 구획화하여 개별적으로 구동이 가능하고, 원하는 파장대로 발광 제어가 가능할 수 있다. According to the present invention, a method of manufacturing a micro LED of various shapes applicable to a display is provided, and a micro LED manufactured by using the same can be manufactured, and the micro LED is divided into a plurality of distinct areas to be individually driven. It is possible, and it may be possible to control light emission according to a desired wavelength.
본 발명에 따르면, 요구되는 발광 파장에 따라 사전에 설계된 대로 개구 패턴 및 활성층 두께를 디자인하여 정확하게 원하는 색상의 빛을 발하는 마이크로 LED의 발광 구조체를 구현할 수 있다. 이를 이용하면, 정밀하게 디자인된 R, G, B 각각의 발광 파장을 구현할 수 있어 선명한 색상 간의 조합을 통해 선명도가 뛰어난 고품질의 빛을 발하는 디스플레이를 구현할 수 있다.According to the present invention, it is possible to implement a light emitting structure of a micro LED that emits light of a desired color accurately by designing an opening pattern and an active layer thickness as previously designed according to a required emission wavelength. By using this, it is possible to realize the emission wavelength of each of the precisely designed R, G, B, and it is possible to implement a display that emits high-quality light with excellent clarity through a combination of vivid colors.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 마이크로 LED는, 3차원 발광 구조체를 이용하여 단일 기판에서 동시 또는 각각 구동되는 다양한 파장대의 발광이 가능한 컬러 마이크로 디스플레이를 구현할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the micro LED may implement a color micro display capable of emitting light in various wavelength bands simultaneously or respectively driven on a single substrate using a three-dimensional light emitting structure.
본 발명은, 적색, 녹색, 청색의 발광구조체를 단일 기판 상에 형성하고, 일련의 공정 과정을 진행하여 전사 과정의 적용 없이 컬러 디스플레이 구현이 가능한 마이크로 LED를 제공할 수 있다.The present invention can provide a micro LED capable of implementing a color display without applying a transfer process by forming red, green, and blue light emitting structures on a single substrate and performing a series of process processes.
본 발명은, 마이크로 LED의 제조 공정을 단순화시키고, 제조 공정의 비용을 획기적으로 절감할 수 있으므로, 마이크로 LED를 기반으로 하는 컬러 마이크로 디스플레이의 상용화를 실현시킬 수 있다.The present invention simplifies the manufacturing process of the micro LED, and can significantly reduce the cost of the manufacturing process, thereby realizing the commercialization of a color micro display based on the micro LED.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 마이크로 LED의 적층 구조를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 2(a) 및 도 2(b)는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 마이크로 LED의 발광 구조체의 구조 및 활성층과 각각에서 발하는 파장을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 3(a) 및 도 3(b)는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 마이크로 LED의 발광 구조체층의 다른 예를 나타낸 것이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 마이크로 LED의 구분되는 영역들의 배열을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 마이크로 LED의 제조방법의 공정을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 6(a)는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 개구 패턴의 개구의 크기를 각각 나타낸 것이고, 도 6(b)는 각각의 개구에서 성장되는 발광 구조체의 차이를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 개구 패턴의 개구의 크기 및 형태에 따라 성장된 발광 구조체의 차이를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 개구 패턴의 개구의 크기 및 개구 간의 간격에 따라 성장된 발광 구조체의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 9(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에서 제안하는 개구 패턴의 개구 간의 간격에 따라 형성된 발광 구조체를 나타내는 SEM 이미지이며, 도 9(b)는 각각의 경우에 발하는 빛의 파장을 조사하여 나타낸 것이다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에서 제안하는 개구 패턴의 개구 간의 간격에 따라 원자 들의 이동 거리(migration length) 조절을 예식적으로 나타낸 것이다.
도 11(a) 및 도 11(b)는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 일 예에 따르는 마이크로 LED의 적층된 구조를 나타내는 개략도이다.
도 12(a) 및 도 12(b)는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른, 본 발명의 일 예에 따르는 마이크로 LED의 적층된 구조를 나타내는 개략도이다.1 is an exemplary view showing a stacked structure of a micro LED according to the present invention according to an embodiment of the present invention.
2(a) and 2(b) exemplarily show the structure of the light emitting structure of the micro LED according to the present invention, the active layer, and the wavelength emitted from each according to an embodiment of the present invention.
3(a) and 3(b) show another example of a light emitting structure layer of a micro LED according to the present invention according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating an arrangement of divided areas of a micro LED according to the present invention according to an embodiment of the present invention.
5 is an exemplary view showing a process of a method for manufacturing a micro LED according to the present invention, according to an embodiment of the present invention.
6(a) shows the sizes of the openings of the opening patterns according to the present invention, respectively, according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6(b) is an exemplary view showing differences in light emitting structures grown in each opening. It is represented by
FIG. 7 exemplarily shows differences in light emitting structures grown according to the size and shape of the opening of the opening pattern according to the present invention, according to an embodiment of the present invention.
8 shows an SEM image of a light emitting structure grown according to the size of the opening of the opening pattern and the distance between the openings according to an embodiment of the present invention.
9(a) is an SEM image showing a light emitting structure formed according to the spacing between the openings of the opening pattern proposed in the present invention according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9(b) is a view of light emitted in each case. It is shown by irradiating the wavelength.
10 schematically shows the adjustment of the migration length of atoms according to the spacing between the openings of the opening pattern proposed in the present invention according to an embodiment of the present invention.
11(a) and 11(b) are schematic diagrams showing a stacked structure of a micro LED according to an example of the present invention, according to an embodiment of the present invention.
12(a) and 12(b) are schematic diagrams showing a stacked structure of a micro LED according to an example of the present invention, according to another embodiment of the present invention.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, since various changes may be made to the embodiments, the scope of the rights of the patent application is not limited or limited by these embodiments. It should be understood that all changes, equivalents, or substitutes to the embodiments are included in the scope of the rights.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the examples are used for illustrative purposes only and should not be interpreted as limiting. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the embodiment belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. Does not.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals are assigned to the same components regardless of the reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted. In describing the embodiments, when it is determined that a detailed description of related known technologies may unnecessarily obscure the subject matter of the embodiments, the detailed description thereof will be omitted.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described by the limited drawings, a person of ordinary skill in the art can apply various technical modifications and variations based on the above. For example, even if the described techniques are performed in a different order from the described method, and/or the described components are combined or combined in a form different from the described method, or are replaced or substituted by other components or equivalents. Appropriate results can be achieved.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments and claims and equivalents fall within the scope of the following claims.
본 발명의 일 측면은, 마이크로 LED(Micro light emitting diode)의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 특정 원자들 간의 확산 속도 차이 및 확산 가능 거리를 고려하여 사전에 설계된 발광 파장을 발현하는 마이크로 LED를 설계할 수 있다. One aspect of the present invention relates to a method of manufacturing a micro LED (Micro light emitting diode). In the present invention, it is possible to design a micro LED that exhibits a previously designed emission wavelength in consideration of a diffusion rate difference and a diffusable distance between specific atoms.
본 발명의 일 실시예에 따르는 표면 확산 정도를 제어하여 발광 파장을 설계한 마이크로 LED의 제조방법은, n-형 반도체층을 형성하는 단계; 상기 n-형 반도체층 상의 적어도 일부 영역에 디자인 된 개구 패턴이 형성된 마스크층을 형성하는 단계; 상기 마스크층의 개구 패턴을 통하여 발광 구조체를 성장시키는 발광 구조체층을 형성하는 단계; 및 상기 마스크층 및 상기 성장된 발광 구조체 상에 활성층 전구체를 분사하여 특정 원자들을 포함하는 활성층을 형성하는 단계; 및 상기 형성된 활성층 상에 p-형 반도체층을 형성하는 단계; 를 포함하고, 원하는 발광 파장에 따라, 상기 마스크층 및 상기 성장된 발광 구조체의 표면 상에서 상기 특정 원자들 간의 확산 속도 차이 및 확산 가능 거리를 고려하여 상기 마스크층을 형성하는 단계의 마스크층 개구 패턴 또는 상기 활성층을 형성하는 단계의 활성층의 두께를 결정하는 것이다.According to an embodiment of the present invention, a method for manufacturing a micro LED in which a light emission wavelength is designed by controlling a degree of surface diffusion, includes forming an n-type semiconductor layer; Forming a mask layer having an opening pattern designed in at least a portion of the n-type semiconductor layer; Forming a light emitting structure layer for growing a light emitting structure through the opening pattern of the mask layer; And forming an active layer including specific atoms by spraying an active layer precursor on the mask layer and the grown light emitting structure. And forming a p-type semiconductor layer on the formed active layer. Including, according to a desired emission wavelength, the mask layer opening pattern in the step of forming the mask layer in consideration of a diffusion speed difference and a diffusable distance between the specific atoms on the surface of the mask layer and the grown light emitting structure, or In the step of forming the active layer, the thickness of the active layer is determined.
본 발명은 마이크로 LED를 제조하는 방법을 제공하면서, 원자들의 확산 개념을 도입하여 원하는 발광 파장에 따라 마스크층의 개구 패턴 또는 활성층의 두께를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.The present invention may be characterized in that, while providing a method of manufacturing a micro LED, the concept of diffusion of atoms is introduced to control an opening pattern of a mask layer or a thickness of an active layer according to a desired emission wavelength.
이 때 조절되는 마스크층의 개구 패턴은 특정 원자들 간의 확산 속도 차이 및 확산 가능 거리에 따른 계산을 통해 디자인되며, 이는 결과적으로 마이크로 LED의 발광 구조체들의 단면적, 크기, 구조체간의 간격 등을 제어하게 될 수 있다. At this time, the controlled opening pattern of the mask layer is designed through calculation according to the diffusion rate difference between specific atoms and the possible diffusion distance, which in turn will control the cross-sectional area, size, and spacing between structures of the micro LED light emitting structures. I can.
또한, 이 때 조절되는 활성층의 두께는 활성층 내의 특정 원자들 간의 상대적인 농도비를 제어하는 하나의 요소로서 기능할 수 있으며, 활성층의 증착 두께를 조절함에 따라 파장을 더 장파장 영역대로 또는 더 단파장 영역대로 제어할 수 있게 된다. In addition, the thickness of the active layer controlled at this time can function as an element that controls the relative concentration ratio between specific atoms in the active layer, and the wavelength is controlled in a longer wavelength region or in a shorter wavelength region by controlling the deposition thickness of the active layer. You can do it.
일 예에 따르면, 상기 특정 원자들이라 함은 활성층 내에 포함되면서 발광 구조체의 발광 파장에 영향을 주는 원자를 의미하는데, 일 예로서 In 및 Ga를 들 수 있다. 또 다른 일 예로서, Al 또한 활성층 내에 포함되는 상기 특정 원자들에 포함될 수 있다. 일 예로서, In, Ga 및 Al 이 활성층 내에 포함될 경우, 동일 시간 내에 확산 가능 거리는 In > Ga > Al 순으로 될 수 있다.According to an example, the specific atoms refer to atoms that are included in the active layer and affect the emission wavelength of the light emitting structure, and examples thereof include In and Ga. As another example, Al may also be included in the specific atoms included in the active layer. As an example, when In, Ga, and Al are included in the active layer, the diffusable distance within the same time may be in the order of In> Ga> Al.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 발광 구조체층은, 각각 서로 다른 파장의 빛을 발하는 복수 개의 구분되는 영역들을 포함하고, 상기 구분되는 영역들 각각은, 단일 또는 복수 개의 3차원 발광 구조체들을 포함하고, 개별적으로 발광 여부의 제어가 가능한 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the light emitting structure layer includes a plurality of distinct regions each emitting light of a different wavelength, and each of the divided regions includes a single or a plurality of 3D light emitting structures And, it may be capable of individually controlling whether or not to emit light.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 구분되는 영역들 각각은 상기 발광 구조체 간의 간격, 발광 구조체의 높이, 발광 구조체의 단면적의 크기 중 하나 이상이 서로 상이한 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, each of the divided regions may have at least one of a distance between the light-emitting structures, a height of the light-emitting structure, and a size of a cross-sectional area of the light-emitting structure.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 구분되는 영역들 각각은 상기 활성층의 평균 두께가 서로 상이한 것일 수 있다. 활성층의 두께는 상기 특정 원자들 간의 상대적인 몰농도 비를 좌우하는 요소가 될 수 있으며 이는 결국 발광 파장을 제어하는 인자가 될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, each of the divided regions may have an average thickness of the active layer different from each other. The thickness of the active layer may be a factor that influences the relative molar ratio between the specific atoms, which in turn may be a factor controlling the emission wavelength.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 구분되는 영역들 각각의 발광 구조체들은 동시에 성장하여 형성되는 것일 수 있다. 본 발명의 특징 중 하나는 전사 공정 없이 동시에 발광 구조체들이 성장하여 각각의 구분되는 영역이 동시에 형성되는 것이다.According to an embodiment of the present invention, the light emitting structures of each of the divided regions may be formed by growing at the same time. One of the characteristics of the present invention is that the light emitting structures are grown at the same time without a transfer process, so that each distinct region is simultaneously formed.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 구분되는 영역들 각각의 면적은 1 ㎛2 내지 1 cm2 인 것일 수 있다. 상기 구분되는 영역들 각각은 픽셀 또는 서브픽셀로 구성될 수도 있다.According to an embodiment of the present invention, an area of each of the divided areas may be 1 μm 2 to 1 cm 2 . Each of the divided areas may be composed of a pixel or subpixel.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 개구 패턴은, 개구 각각의 크기, 개구 각각의 형상, 개구 간의 간격 중 하나 이상의 반복적인 패턴을 포함하는 것일 수 있다.일 예로서, 본 발명에서 개구의 패턴이라 함은 개구 각각의 크기 패턴을 포함하는 것일 수 있다. 개구 각각의 크기는 결국 성장하는 발광 구조체의 3차원 구조를 결정하는 요소가 될 수 있다. 발광 구조체는 구성 성분에 따라 증착되는 과정에서 마스크층 위로 성장되는 각도가 일정한 것일 수 있다. 이 때, 성장되는 각도가 정해져 있기 때문에 개구의 크기는 발광 구조체의 증착되는 높이와의 관계에서 발광 구조체의 3차원 구조를 결정하게 된다.According to an embodiment of the present invention, the opening pattern may include a repetitive pattern of at least one of a size of each of the openings, a shape of each of the openings, and a gap between the openings. As an example, the pattern of openings in the present invention This may refer to including a size pattern of each of the openings. The size of each of the openings may eventually become a factor that determines the three-dimensional structure of the growing light emitting structure. The light emitting structure may have a constant growth angle over the mask layer during deposition according to the constituent components. At this time, since the growing angle is determined, the size of the opening determines the three-dimensional structure of the light emitting structure in relation to the evaporation height of the light emitting structure.
다른 일 예로서, 본 발명에서 개구의 패턴이라 함은 개구 각각의 형상을 포함하는 것일 수 있다. 본 발명의 도면에서 개구 각각은 원형으로 도시되어 있으나, 본 발명에서 개구의 형상은 반드시 원형으로 형성될 필요는 없다. 개구의 형상 또한 그 상부로 증착되어 성장하는 발광 구조체의 3차원 구조를 결정하는 요소가 될 수 있다.As another example, in the present invention, the pattern of openings may include a shape of each opening. In the drawings of the present invention, each of the openings is illustrated in a circular shape, but the shape of the opening in the present invention is not necessarily formed in a circular shape. The shape of the opening may also be a factor that determines the three-dimensional structure of the light emitting structure that is deposited and grown thereon.
또 다른 일 예로서, 본 발명에서 개구의 패턴이라 함은 개구 각각의 중심 간의 간격을 나타내는 것일 수 있다. 개구 각각의 중심 간의 간격은 결국 개구들 사이의 영역에서 상술한 원자들의 확산 가능 거리를 결정하게 되는 요인이 될 수 있다. 이는 결국 활성층이 형성되는 과정에서 상술한 특정 원자들 간의 상대적인 몰농도를 결정하게 되고, 이를 통해 발광 파장이 제어될 수 있다.As another example, in the present invention, the pattern of the openings may indicate a distance between the centers of each of the openings. The spacing between the centers of each of the openings may eventually become a factor that determines the possible diffusion distance of the above-described atoms in the region between the openings. This in turn determines the relative molar concentration between the specific atoms described above in the process of forming the active layer, through which the emission wavelength can be controlled.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 확산 가능 거리는 상기 개구 간의 간격이 멀수록 넓은 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the diffusible distance may be wider as the distance between the openings increases.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 확산 가능 거리는 상기 발광 구조체의 높이가 높을수록 넓은 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the diffusible distance may be wider as the height of the light emitting structure increases.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 확산 가능 거리 (Lsm)는 하기 수학식 1을 이용해서 계산되는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the diffusible distance L sm may be calculated using
[수학식 1][Equation 1]
k B : 볼츠만 상수(Boltzmann constant) k B : Boltzmann constant
상술한 식을 통해서 확인되는 바와 같이, 상기 확산 가능 거리 (Lsm)는 성장 온도를 변수로 하여 조절 가능한 것 일 수 있다. 또한, 상기 확산 가능 거리 (Lsm)는 특정 원자에 따라 다른 값을 나타낼 수 있다.As confirmed through the above equation, the diffusible distance (L sm ) may be adjustable using a growth temperature as a variable. In addition, the diffusible distance (L sm ) may represent a different value depending on a specific atom.
상기 수학식 1의 확산 가능 거리 Lsm은 다양한 변수들로 인하여 결정되는 요소임을 확인할 수 있다. 구체적으로는 상기 확산 가능 거리는 성장 온도, 도메인의 반경, 원자 크기, 표면 에너지, 및 표면 흡착 상수에 의해 결정되는 것일 수 있다. It can be seen that the diffusable distance L sm of
상기 확산 가능 거리 (Lsm)는 특정 원자에 따라 달라질 수 있는 것 일 수 있다. 또한, 상기 확산 가능 거리는 특정 원자의 무게에 따라 결정될 수 있으며, 무게가 클수록 표면 흡착 상수가 작아져 확산 거리가 넓어진다.The diffusable distance (L sm ) may vary depending on a specific atom. In addition, the diffusable distance may be determined according to the weight of a specific atom, and as the weight increases, the surface adsorption constant decreases, so that the diffusion distance increases.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 표면 흡착 상수는 특정 원자의 확산하는 양을 좌우할 수 있으며, 아래의 식에 따라 결정될 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, the surface adsorption constant may influence the diffusion amount of a specific atom, and may be determined according to the following equation.
[수학식 2][Equation 2]
이 때, 상기 표면 흡착 상수는 고착 계수, 기체 상수, 반응 분자의 무게 등에 의해 결정되는 요소일 수 있다.In this case, the surface adsorption constant may be a factor determined by a fixation coefficient, a gas constant, and the weight of a reactive molecule.
상술한 식을 통해서 확인되는 바와 같이, 상기 표면 흡착 상수는 성장 온도에 따라 조절 가능한 것 일 수 있다. 또한, 상기 표면 흡착 상수는 원자들의 종류에 따라 달리 결정되는 것 일 수 있다.As confirmed through the above equation, the surface adsorption constant may be adjustable according to the growth temperature. In addition, the surface adsorption constant may be determined differently depending on the type of atoms.
상기 수학식의 표면 흡착 상수가 작을수록 표면에 흡수 되는 원자들의 양이 줄어서 표면 확산을 하는 원자들의 양이 많아 진다. 또한 각 원자들의 온도에 따른 표면 흡수의 정도는 각 원자의 고착 계수에 따라서 달라질 수 있다.The smaller the surface adsorption constant in the above equation is, the smaller the amount of atoms absorbed on the surface and the greater the amount of atoms that undergo surface diffusion. In addition, the degree of surface absorption according to the temperature of each atom may vary depending on the adhesion coefficient of each atom.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 특정 원자들은 In 및 Ga를 포함하는 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 발광 구조체는 높이가 50 nm 내지 50 ㎛ 인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the specific atoms may include In and Ga. According to an embodiment of the present invention, the light emitting structure may have a height of 50 nm to 50 μm.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 활성층은 BAlGaN, GaAlNP, GaAlNAs, InAlGaN, GaAlNSb, GaInNP, GaInNAs, 및 GaInNSb 중 적어도 하나 이상을 더 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the active layer may further include at least one of BAlGaN, GaAlNP, GaAlNAs, InAlGaN, GaAlNSb, GaInNP, GaInNAs, and GaInNSb.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 활성층은 초격자층(super lattice layer)을 더 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the active layer may further include a super lattice layer.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 발광 구조체층을 형성하는 단계, 상기 활성층을 성장시키는 단계 또는 둘 다는 300 ℃ 내지 1200 ℃ 및 50 torr 내지 500 torr에서 이루어지는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of forming the light emitting structure layer, the step of growing the active layer, or both may be performed at 300° C. to 1200° C. and 50 torr to 500 torr.
이하에서는 본 발명에서 제공되는 상술한 마이크로 LED와 그 제조방법의 일예에 대하여 다시 한번, 보다 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, an example of the above-described micro LED and its manufacturing method provided in the present invention will be described in more detail once again.
본 발명의 일 실시예에 따르는 마이크로 LED는, n-형 반도체 기판; 상기 n-형 반도체 기판 상에 형성된 발광 구조체층; 및 상기 발광 구조체층 상에 형성된 p-형 반도체층;을 포함하고, 상기 발광 구조체층은, In 및 Ga을 포함하는 활성층이 상부에 형성된 발광 구조체의 배열을 포함하고, 상기 발광 구조체층은, 각각이 단일 또는 복수 개의 발광 구조체를 포함하며, 둘 이상의 다른 파장을 발광하는 적어도 셋 이상의 구분되는 영역들을 형성하고, 상기 구분되는 영역들 각각은 개별적으로 발광 제어가 가능하고, 상기 구분되는 영역들은, 각 영역을 구성하는 상기 발광 구조체의 밑면의 크기, 발광 구조체의 높이, 발광 구조체의 중심 간의 간격 중 적어도 한 개가 서로 상이한 것이다. Micro LED according to an embodiment of the present invention, n-type semiconductor substrate; A light emitting structure layer formed on the n-type semiconductor substrate; And a p-type semiconductor layer formed on the light-emitting structure layer, wherein the light-emitting structure layer includes an array of light-emitting structures on which an active layer containing In and Ga is formed, and the light-emitting structure layers, respectively, It includes the single or a plurality of light emitting structures, forms at least three or more distinct regions emitting at least two different wavelengths, each of the divided regions can be individually controlled to emit light, and the divided regions are each At least one of the size of the bottom surface of the light emitting structure constituting the region, the height of the light emitting structure, and the spacing between the centers of the light emitting structures are different from each other.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 구분되는 영역을 구성하는 발광 구조체의 높이는, 장파장의 빛을 발광하는 영역을 구성하는 발광 구조체 일수록 큰 값을 가지는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the height of the light emitting structure constituting the divided area may have a larger value as the light emitting structure constituting the area emitting light of a long wavelength is higher.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기구분되는 영역의 발광 구조체 각각의 중심 간의 간격은, 장파장의 빛을 발광하는 영역일수록 큰 값을 가지는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the spacing between the centers of the light emitting structures in the divided regions may have a larger value as the region emitting light of a long wavelength is larger.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 구분되는 영역들은 상기 활성층 내의 In-마이그레이션(migration) 정도가 상이한 것이고, 상기 구분되는 영역들은 제1 영역 내지 제3 영역을 형성하고, 상기 제1 영역 내지 제3 영역의 발광 구조체 상의 상기 활성층 내의 In-마이그레이션(migration) 정도는, 제1 영역 > 제2 영역 > 제3 영역인 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the divided regions have different degrees of in-migration in the active layer, and the divided regions form first to third regions, and the first to first regions. The degree of in-migration in the active layer on the three-region light emitting structure may be a first region> a second region> a third region.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 구분되는 영역들은 상기 활성층 내의 Ga 대비 In의 평균 농도가 서로 상이한 것이고, 상기 구분되는 영역들의 발광 구조체 상의 상기 활성층 내 Ga 대비 In의 평균 농도의 비는, 장파장의 빛을 발광하는 영역일 수록 높은 값을 가지는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the divided regions have an average concentration of In versus Ga in the active layer different from each other, and the ratio of the average concentration of In to Ga in the active layer on the light emitting structure of the divided regions is a long wavelength A region that emits light of may have a higher value.
본 발명의 일 실시예에 따라, 도면들을 참조하여 본 발명에 의한 마이크로 LED를 보다 자세히 설명한다. According to an embodiment of the present invention, a micro LED according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 마이크로 LED 구조체의 적층 구조를 예시적으로 나타낸 것이다. 도 1에는 전극층을 포함하여 도시하였으나, 본 발명의 마이크로 LED가 반드시 도 1에 도시된 전극의 구조에 한정되는 것은 아니다.1 is a diagram illustrating a stacked structure of a micro LED structure according to the present invention according to an embodiment of the present invention. Although the electrode layer is included in FIG. 1, the micro LED of the present invention is not necessarily limited to the structure of the electrode shown in FIG. 1.
도 1에서 마이크로 LED(100)는, 하부 기판(110), n-형 반도체 기판층(120); 발광 구조체층(130); 및 p-형 반도체층(140); 을 포함할 수 있다. In FIG. 1, the
하부 기판(110)은, 마이크로 LED에 적용 가능하고, 마이크로 LED의 적용 분야에 따라 적절하게 선택될 수 있으며, 예를 들어, 사파이어(Al2O3), Si, SiC, GaN 및 AlN 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. The
n-형 반도체 기판층(120)은, 하부 기판(110) 상에 형성되고, n-형 질화갈륨 반도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, n-형 질화갈륨 반도체는, GaN, GaNP, GaNAs, GaNSb, AlGaN, InGaN, BAlGaN, GaAlNP, GaAlNAs, InAlGaN, GaAlNSb, GaInNP, GaInNAs, 및 GaInNSb 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. The n-type
n-형 반도체 기판층(120)은, n-형 불순물 원자가 더 포함될 수 있고, 예를 들어, 상기 n-형 불순물은 N, P, As, Ge, Si, Cu, Ag, Au, Sb, Bi 등일 수 있다. The n-type
n-형 반도체 기판층(120)은, 1 ㎛ 내지 10 ㎛ 두께로 형성될 수 있고, 바람직하게는 2 ㎛ 내지 4 ㎛ 일 수 있다. n-형 반도체 기판층(120)의 두께가 1 ㎛ 보다 얇으면 마이크로 LED의 품질이 충분히 좋지 않을 수 있고, 10 ㎛ 보다 두꺼우면 반도체 기판층의 균열이 일어날 수 있다.The n-type
n-형 반도체 기판층(120)은, 소면적 또는 대면적일 수 있고, 예를 들어, 2 인치 이상; 5 인치 이상; 또는 12 인치 이상의 대면적일 수 있다. The n-type
n-형 반도체 기판층(120) 상의 적어도 일부분에 유전체층(121, 도면에 도시하지 않음)이 더 형성될 수 있다. 유전체층(121)은 n-형 반도체층(120) 상에서 발광 구조체(131)가 형성된 부분을 제외한 나머지 부분에 형성될 수 있다. 예를 들어, 유전체층(121)은, Al203, TiO2, TiN, SiCx, Si0x, SixNy, 및 SiOxNy 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 유전체층(121)은, 10 nm 내지 2 ㎛ 두께로 형성될 수 있고, 바람직하게는 30 nm 내지 1 ㎛일 수 있다. A dielectric layer 121 (not shown in the drawing) may be further formed on at least a portion of the n-type
발광 구조체층(130)은, 단일 또는 다양한 파장대의 빛을 방출하는 것으로, 동일하거나 또는 상이한 복수 개의 발광 구조체(131)를 포함할 수 있다. 복수 개의 발광 구조체(131)는, 구조체 형태, 크기(예를 들어, 높이, 부피, 단면적, 직경, 길이, 밑면 길이, 등), 성분, 배열 방식(예를 들어, 패턴 간격, 배열 형태, 밀도), 성분, 성장 방식, 결정 구조 등이 상이할 수 있고, 이러한 인자 중 적어도 하나 이상을 변화시켜 발광 구조체(131)의 발광 파장을 조절할 수 있다.The light emitting
발광 구조체(131)는, 50 nm 내지 300 ㎛ 직경(또는, 밑면 길이) 및/또는 50 nm 내지 300 ㎛ 높이(또는, 길이)를 가질 수 있다. 일 예로서, 상기 발광 구조체는 50 nm 내지 100 ㎛ 높이로 형성될 수도 있다. The
본 발명에서 발광 구조체의 발광 파장은 다양한 변수에 의해 제어될 수 있다. 그 변수에는 일 예로서, 발광 구조체의 크기와 형상, 중심간의 간격, 활성층의 두께, In과 Ga의 몰농도, In-마이그레이션 정도 등이 포함된다. 일 예로서, 일부 변수를 제어하였을 때, 발광 구조체(131)는 높이가 높을수록 더 장파장의 빛을 발광할 수 있다. In the present invention, the emission wavelength of the light emitting structure can be controlled by various variables. The variables include, for example, the size and shape of the light emitting structure, the spacing between the centers, the thickness of the active layer, the molar concentrations of In and Ga, and the degree of In-migration. As an example, when some variables are controlled, the
발광 구조체(131)는, 50 nm 내지 500 ㎛의 중심 간의 간격을 가지도록 배열될 수 있다. 일 예로서, 상기 발광 구조체는 50 nm 내지 100 ㎛의 간격을 가지도록 형성될 수도 있다. 이 때, 상기 상기 발광 구조체의 중심 간의 간격은 마스크층에 형성되는 패턴 간의 간격에 대응되는 수준인 것일 수 있다.The
도 2(a) 및 도 2(b)는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 마이크로 LED 구조체의 발광 구조체의 구조 및 활성층과 각각에서 발하는 파장을 예시적으로 나타낸 것이다.2(a) and 2(b) exemplarily show the structure of the light emitting structure of the micro LED structure according to the present invention, the active layer, and the wavelength emitted from each according to an embodiment of the present invention.
도 2(a) 및 도 2(b)에 도시되어 있는 것은 본 발명에 의한 발광 구조체(131)를 예시적으로 나타낸 것으로, 발광 구조체(131)는, n-형 반도체층(120) 상에서 성장된 3차원 구조체(131a) 및 3차원 구조체(131a) 상의 적어도 일부분에 형성된 활성층(131b)을 포함할 수 있다.2(a) and 2(b) exemplarily show the
3차원 구조체(131a)는, n-형 반도체 기판(120)과 동일한 n-형 반도체를 포함하고, 3차원 구조체(131a)는, 상기 n-형 반도체 기판 상에서 성장된 것일 수 있다. 3차원 구조체(131a)는, 원뿔; 다각형뿔; 원기둥; 다각형 기둥; 원형의 링; 다각형의 링; 반구; 평평한 상부를 갖도록 끝이 잘린 형태의 원뿔, 다각형뿔, 원형의 링 및 다각형의 링 형태; 실리던 형태의 중공 함몰부를 포함하는 원뿔, 다각형뿔 및 다각형 기둥; 및 라인(line) 형태의 기둥; 의 구조체들 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. The
일 예로서, 3차원 구조체(131a)는, 50 nm 내지 300 ㎛ 직경(또는, 밑면 길이) 및/또는 50 nm 내지 300 ㎛ 높이(또는, 길이)를 가질 수 있다. As an example, the
도 2(a)는 발광 구조체(131)의 면에 따라 발광 파장(R1 및 R2)이 상이하고, 예를 들어, 끝이 잘린 육각 피라미드 구조체의 윗면에서 녹색이 발광(R1)하고, 육각 피라미드 구조체의 옆면에서 청색(R2)이 발광한다. 또한, 도 2(b)는 구조체의 높이에 따라 발광하는 빛의 파장이 상이하고, 끝이 잘린 육각 피라미드 구조체의 높이 따라 윗면은 녹색(R1) 또는 적색(R3)을 발광할 수 있다.2(a) shows the light emission wavelengths (R 1 and R 2 ) different depending on the surface of the
활성층(131b)은, 발광 물질을 포함하고, 단일 또는 복수층으로 형성될 수 있다. 활성층(131b)은, 활성층(131b)의 두께, 성장률, 구성성분의 농도비 및 마이그레이션, 층수 등을 조절하여 발광하는 빛의 파장을 조절할 수 있다. 보다 구체적으로, 활성층(131b)은, 발광하는 빛의 파장을 조절하기 위해서, 3차원 구조체(131a)의 면에 따라, 예를 들어, 옆면(또는, 빗면), 윗면 등에 따라 활성층의 두께, 성장률, 구성성분의 농도비 및 마이그레이션 및 층수 중 적어도 하나 이상을 변화시켜 발광하는 빛의 파장을 조절할 수 있다. The
활성층(131b)은, 발광하는 빛의 파장을 조절하기 위해서, 3차원 구조체(131a) 상에 활성층의 성장 온도에 따라 성장율을 변화시킬 수 있다. 상기 복수층의 활성층(131b)에서 각층은, 서로 동일하거나 또는 상이한 성장율의 활성층을 포함할 수 있다. 활성층의 성장율, 즉 활성층의 두께는 발광 파장을 변화시키는 하나의 요인이 될 수 있다. The
활성층(131b)은, 발광하는 빛의 파장을 조절하기 위해서, 3차원 구조체(131a) 상에 활성층의 성장 시 활성층 내의 특정 원자들 간의 마이그레이션(migration) 정도, 즉 확산 거리를 조절할 수 있다. 상기 특정 원자들의 확산 거리는 3차원 구조체(131a)의 면에 따라, 즉, 옆면(또는, 빗면), 윗면 등에 따라 변화되는 요소일 수 있다. 이 때, 상기 확산 거리의 제어를 통해 본 발명에서는 3차원 구조체의 발광하는 빛의 파장을 조절할 수 있다. 또는, 상기 특정 원자들의 확산 가능 거리는 3차원 구조체(131a)의 크기, 부피 등에 따라 변화되는 요소일 수 있으며, 발광하는 빛의 파장을 조절할 수 있다. 또는, 상기 특정 원자들의 확산 가능 거리는 3차원 구조체(131a)의 배열 간격에 따라 변화되어 발광하는 빛의 파장을 조절할 수 있다. 또는, 상기 특정 원자들의 확산 가능 거리는 활성층의 성장 시 공정 조건에 따라 변화되어 발광하는 빛의 파장을 조절할 수 있다. The
상기 복수층의 활성층(131b)에서 각층은, 서로 동일하거나 또는 상이한 상기 특정 원자들의 확산이 일어난 활성층을 포함할 수 있다. 상기 특정 원자가 In과 Ga일 경우, 온도에 따라서 두 원자들 간에는 확산 거리의 차이가 발생할 수 있다. 이는, In과 Ga 간의 마스크층 또는 3차원 구조체 표면 상에서의 상대적인 이동용이도 차이에 의한 것이며, In이 Ga보다 마스크층 또는 3차원 구조체 표면 상에서 넓은 거리로 이동이 가능하기 때문에 구현되는 현상이다. In the plurality of
상술한 원리에 의해 활성층 성장시 In이 이동할 수 있는 영역이 넓을수록 발광 구조체 내 활성층에 Ga에 비해 In의 몰농도가 증가하게 된다. 이 때, In의 몰농도는 발광 파장을 좌우하는 하나의 요인이 될 수 있다.According to the above-described principle, the larger the area in which In can move when the active layer is grown, the greater the molar concentration of In compared to Ga in the active layer in the light emitting structure. At this time, the molar concentration of In may be a factor that influences the emission wavelength.
일 예로서, 활성층(131b)은, 발광하는 빛의 파장을 조절하기 위해서, 3차원 구조체(131a) 상에 활성층의 성장 시 활성층 내의 Ga 대비 In의 평균 농도비를 조절할 수 있다. 상기 복수층의 활성층(131b)에서 각층은, 서로 동일하거나 또는 상이한 활성층 내의 Ga 대비 In의 평균 농도비의 활성층을 포함할 수 있다. 일 예로서, In과 Ga의 평균 농도비는 활성층 전구체를 주입하는 단계에서 주입되는 양을 통해 조절할 수도 있다. 또 다른 일 예로서 마스크층의 패턴 설계 과정에서 개구 간의 간격 설계를 통해서 이를 제어할 수도 있다.As an example, the
활성층(131b)은, BAlGaN, GaAlNP, GaAlNAs, InAlGaN, GaAlNSb, GaInNP, GaInNAs, 및 GaInNSb 중 적어도 하나 이상을 포함하고, 바람직하게는 InGaN일 수 있다. The
활성층(131b)은, 초격자층(super lattice layer)을 더 포함할 수 있으며, 초격자층(super lattice layer)의 삽입에 의해서 장파장 발광을 유도할 수 있다. 상기 초격자층(super lattice layer)은, 1 nm 내지 10 nm 두께로 형성될 수 있다. 상기 초격자층은, 단일 또는 복수층을 형성되고, 양자우물층을 포함할 수 있다The
본 발명의 일 예로, 발광 구조체(131)는, 랜덤하게 또는 규칙적으로 배열될 수 있다. 발광 구조체(131)는, 원; 타원; 다각형; 중심점이 있는 원, 타원, 및 다각형; 및 라인; 중 적어도 하나 이상의 패턴으로 배열될 수 있다. 상기 중심점이 있는 원, 타원 및 다각형은 하나의 중심점을 단일 또는 복수 개의 원, 타원 또는 다각형으로 둘러싸인 형상일 수 있다. As an example of the present invention, the
도 3(a) 및 도 3(b)는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 마이크로 LED 구조체의 발광 구조체층의 다른 예를 나타낸 것이다. 3(a) and 3(b) show another example of a light emitting structure layer of a micro LED structure according to the present invention, according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 발광 구조체층(130)은, 복수 개의 영역으로 구획화되어 발광구조체(131)가 배열될 수 있다. Referring to FIG. 3, the light emitting
발광 구조체층(130)은, 단일 또는 복수 개의 발광 영역을 형성하도록 발광구조체(131)가 배열될 수 있으며, 발광하는 빛의 파장에 따라 발광 구조체층(130)을 구획화될 수 있다. 예를 들어, 적색 빛을 발하는 제1 영역(R), 녹색 빛을 발하는 제2 영역(G) 및 청색의 빛을 발하는 제3 영역(B)을 포함하는 적어도 셋 이상의 구분되는 영역을 형성할 수 있다. In the light emitting
상기 구분되는 영역들은, 발광 파장을 조절하기 위해서, 각각 동일하거나 또는 상이한 발광 구조체(131)를 포함할 수 있다. Each of the divided regions may include the same or different
상기 구분되는 영역들은 각각 발광 구조체(131)의 형태, 크기(높이, 부피, 단면적, 직경, 길이, 밑면 길이 등), 패턴 간격(예를 들어, 발광 구조체 각각의 중심 간의 간격), 배열 형태, 밀도(예를 들어, 상기 구분되는 영역들의 면적 대비 발광 구조체(131)의 부피비), 성분, 성장 방식, 결정 구조 및 활성층의 구성 (활성층의 두께, In-마이그레이션, Ga 대비 In의 평균 농도 등)중 적어도 하나 이상이 상이할 수 있다. Each of the divided regions is the shape, size (height, volume, cross-sectional area, diameter, length, bottom length, etc.) of the
보다 구체적으로, 상기 구분되는 영역들은 각각 발광 구조체 각각의 중심 간의 간격 및/또는 구분되는 영역의 면적 대비 발광 구조체의 부피비는 상이할 수 있으며, 상기 구분되는 영역의 발광 구조체 각각의 중심 간의 간격은 장파장을 발광하는 영역의 발광 구조체들 일수록 큰 값을 가지며, 발광 구조체의 높이는 장파장을 발광하는 영역의 발광구조체 일수록 큰 값을 가진다. More specifically, the divided regions may have a distance between the centers of each light emitting structure and/or a volume ratio of the light emitting structure to the area of the divided regions may be different, and the distance between the centers of each of the light emitting structures in the divided regions is a long wavelength The light-emitting structures in the region emitting light have a larger value, and the height of the light-emitting structures has a higher value as the light-emitting structures in the region emitting a longer wavelength.
이는, 상술한 바 있던 발광 파장을 변화시키는 복수 개의 요인들 중 일부를 제어할 경우에 구현되는 효과이며, 일부 요소들을 제어하였을 때 발광 구조체의 높이는 커질수록 장파장을 발하게 되는데, 이는 In-마이그레이션 가능한 거리가 길기 때문에 구현되는 효과일 수 있다.This is an effect realized when some of the above-described factors that change the emission wavelength are controlled, and when some of the factors are controlled, a longer wavelength is emitted as the height of the light emitting structure increases, which is an in-migration distance It may be an effect implemented because of the long length.
한편, 상기 구분되는 영역들은, 각각 동일하거나 또는 상이한 활성층(131b)을 포함할 수 있으며, 상기 구분되는 영역들은 각각 상기 활성층 내의 In-마이그레이션(migration) 정도가 상이할 수 있다. 상기 구분되는 영역들이 제1 영역 내지 제3 영역으로 구분된다고 가정할 때, 일부 요인들을 제어한다는 전제 하에, 상기 제1 영역 내지 제3 영역의 발광 구조체 상의 상기 활성층 내의 In-마이그레이션(migration) 정도는, 제1 영역 > 제2 영역 > 제3 영역 순일 수 있다. 일 예로서, 상기 제1 영역 내지 제3 영역은 레드, 그린, 블루 파장을 발하는 영역인 것일 수 있다. Meanwhile, the divided regions may each include the same or different
상기 구분되는 영역들은 각각 상기 활성층 내의 Ga 대비 In의 평균 농도가 서로 상이할 수 있고, 상기 구분되는 발광 구조체 상의 상기 활성층 내의 Ga 대비 In의 평균 농도의 비는 장파장 발광의 영역일 수록 큰 값을 가질 수 있다. Each of the divided regions may have a different average concentration of In to Ga in the active layer, and the ratio of the average concentration of In to Ga in the active layer on the divided light emitting structure has a larger value as the region of long wavelength light emission. I can.
상기 구분되는 영역들은 각각 상기 활성층의 두께가 상이할 수 있다. Each of the divided regions may have a different thickness of the active layer.
상기 구분되는 영역들은, 서로 상이한 형태의 발광 구조체(130)를 포함할 수 있으며, 일 예로 도 3의 (a)에서 적색 빛을 발하는 제1 영역(R)은, 실린더 형태의 중공 함몰부를 포함하는 육각 피라미드 구조체, 녹색 빛을 발하는 제2 영역(G)은, 끝이 잘린 형태를 포함하는 육각 피라미드 구조체 및 청색의 빛을 발하는 제3 영역(B)은, 피라미드 구조체를 포함할 수 있다. 또는, 도 3의 (b)에서, 적색 빛을 발하는 제1 영역(R)은, 실린더 끝이 잘린 형태를 포함하는 육각 피라미드 구조체, 녹색 빛을 발하는 제2 영역(G)은, 끝이 잘린 형태를 포함하는 육각 피라미드 구조체 및 청색의 빛을 발하는 제3 영역(B)은, 육각 피라미드 구조체를 포함할 수 있다. 상기 끝이 잘린 형태의 육각 피라미드 구조체, 육각 피라미드 구조체 및 실린더 형태의 중공 함몰부를 포함하는 육각 피라미드 구조체의 높이는 동일하거나 또는 상이할 수 있다. The divided regions may include light-emitting
또는, 적색 빛을 발하는 제1 영역(R), 녹색 빛을 발하는 제2 영역(G) 및 청색의 빛을 발하는 제3 영역(B)은, 육각 피라미드 구조체 또는 끝이 잘린 형태의 육각 피라미드 구조체를 포함하고, 청색의 빛을 발하는 제3 영역(B)은, 육각 피라미드 구조체의 옆면의 발광 파장을 이용하고, 녹색 빛을 발하는 제2 영역(G) 및 적색 빛을 발하는 제1 영역(R)은, 끝이 잘린 형태의 육각 피라미드 구조체의 옆면, 윗면 또는 이 둘의 발광 파장을 이용할 수 있다. 즉, 녹색 빛을 발하는 제2 영역(G) 및 적색 빛을 발하는 제1 영역(R)은, 끝이 잘린 육각 피라미드의 윗면의 높이에 따라 결정되고, 윗면의 높이가 높을수록 장파장의 빛을 발할 수 있다.Alternatively, the first region (R) emitting red light, the second region emitting green light (G), and the third region (B) emitting blue light may include a hexagonal pyramid structure or a hexagonal pyramid structure having a cut-off end. Including, the third region (B) emitting blue light uses the emission wavelength of the side surface of the hexagonal pyramid structure, and the second region (G) emitting green light and the first region (R) emitting red light are , It is possible to use the light emission wavelength of the side, the top, or both of the hexagonal pyramid structure with a cut end. In other words, the second region G emitting green light and the first region R emitting red light are determined according to the height of the top of the hexagonal pyramid with the cut end, and the higher the height of the top surface, the longer wavelength light will be emitted. I can.
상기 구분되는 영역들은, 규칙적 또는 랜덤하게 배열될 수 있다. The divided areas may be regularly or randomly arranged.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 마이크로 LED 구조체의 구분되는 영역들의 배열을 예시적으로 나타낸 것이다.4 is a diagram illustrating an arrangement of divided regions of a micro LED structure according to the present invention according to an embodiment of the present invention.
도 4에서 X 방향으로 구분되는 영역들(S1, S2, S3,... Sn) 및 Y 방향으로 구분되는 영역들(S1', S1'', S2', S2''...Snm )이 배열되고, Sn 및 Snm는, 각각, 적색, 녹색 또는 청색 발광 영역이고, 상기 발광 영역은, 내부의 발광 구조체의 중심 간의 간격이 동일하거나 상이한 간격(b)으로 배열될 수 있다. 상기 발광 구조체의 중심간의 간격(b)은, 50 nm 내지 500 ㎛일 수 있다. 또한, X 방향 및 Y 방향으로 배열된 발광 영역은, 상기 언급한 바와 같이, 동일하거나 또는 상이한 발광 구조체를 포함하고, 상기 발광 구조체는, 원하는 발광 영역의 배열에 따라 발광 파장이 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 복수 개의 발광 영역은, 적색, 녹색 및 청색 발광 영역을 서브픽셀로 포함하는 픽셀 단위를 형성할 수 있으며, 이는 디스플레이에서 요구하는 색상의 광원을 서브픽셀 단위로 제공할 수 있고, 컬러 또는 풀 컬러 마이크로 디스플레이를 구현할 수 있다. In FIG. 4, regions divided in the X direction (S1, S2, S3,...Sn) and regions divided in the Y direction (S1', S1``, S2', S2''...Sn m ) Is arranged, Sn and Sn m are, Each of them is a red, green, or blue light emitting region, and the light emitting regions may be arranged at intervals (b) having the same or different intervals between centers of the light emitting structures therein. The spacing (b) between the centers of the light emitting structure may be 50 nm to 500 μm. In addition, the light-emitting regions arranged in the X-direction and the Y-direction include the same or different light-emitting structures, as mentioned above, and the light-emitting wavelength of the light-emitting structures may be adjusted according to the arrangement of the desired light-emitting areas. For example, the plurality of light-emitting areas may form a pixel unit including red, green, and blue light-emitting areas as subpixels, which may provide light sources of colors required by the display in subpixel units, Color or full color micro-displays can be implemented.
상기 구분되는 영역들은, 원(또는, 도트), 다각형(예를 들어, 삼각형, 정사각형, 직사각형, 육각형) 또는 이 둘의 형태일 수 있고, 너비(a)가 5 ㎛ 이상; 10 ㎛ 이상 또는 15 ㎛ 이상일 수 있다. The divided areas may be in the form of a circle (or dot), a polygon (eg, a triangle, a square, a rectangle, a hexagon), or both, and a width (a) of 5 μm or more; It may be 10 μm or more or 15 μm or more.
p-형 반도체층(140)은, 발광 구조체층(130) 상에 형성되며, p-형 반도체층(140)은, p-형 질화갈륨 반도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 예를 들어, p-형 질화갈륨 반도체는, GaN, GaNP, GaNAs, GaNSb, AlGaN, InGaN, BAlGaN, GaAlNP, GaAlNAs, InAlGaN, GaAlNSb, GaInNP, GaInNAs, 및 GaInNSb 중 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 AlGaN electron blocking layer를 포함하는 p-형 GaN이다. 또한, p-형 불순물 원자가 더 포함될 수 있고, 상기 p-형 불순물은 Mg, B, In, Ga, Al, Tl 등일 수 있다. The p-
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 구분되는 영역들 각각은 전극과 개별적으로 연결된 것일 수 있다. 즉, 일 예로서, 상기 구분되는 영역들이 각각 레드, 그린 및 블루 파장의 빛을 발한다고 가정할 때, 본 발명의 마이크로 LED는 레드, 그린 및 블루 파장의 빛 중 하나 또는 둘 만을 선택적으로 발광하는 형태로 구동될 수 있다. 따라서, 본 발명에서 제공하는 마이크로 LED를 이용할 경우 단순히 레드, 그린 및 블루가 혼합되어 발하는 백색파장 뿐 아니라, 다양한 색상의 조합으로 구현되는 풀컬러 디스플레이의 구현이 가능해질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, each of the divided regions may be individually connected to an electrode. That is, as an example, assuming that the divided regions emit light of red, green, and blue wavelengths, respectively, the micro LED of the present invention selectively emits light of one or both of red, green, and blue wavelengths. It can be driven in shape. Accordingly, when the micro LED provided by the present invention is used, it is possible to implement a full-color display implemented with a combination of various colors, as well as a white wavelength emitted by simply mixing red, green, and blue.
본 발명의 일 예로, 마이크로 LED(100)는, 구동을 위해서 n-형 금속 전극층(150) 및 p-형 금속 전극층(160)을 더 포함할 수 있다. n-형 금속 전극층(150) 및 p-형 금속 전극층(160)은, 마이크로 LED(100)에서 상기 구분되는 영역들 각각은 전극과 개별적으로 연결되어 구동 가능하고, 개별적으로 발광 제어가 가능할 수 있다.As an example of the present invention, the
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 구분되는 영역들의 발광구조체 상의 상기 활성층의 평균 두께는, 장파장의 영역일 수록 큰 값을 가지는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the average thickness of the active layer on the light emitting structure of the divided regions may have a larger value as the region of the longer wavelength is.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 구분되는 영역들 각각의 발광 구조체들은 높이, 형태, 면적 중 하나 이상이 서로 상이한 것이며, 단일 공정 과정을 통해 모두 동시에 성장된 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the light emitting structures of each of the divided regions may have at least one of a height, a shape, and an area different from each other, and may be all grown simultaneously through a single process process.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 활성층은 초격자층(super lattice layer)을 더 포함하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the active layer may further include a super lattice layer.
한편, n-형 금속 전극층(150)은, n-형 반도체 기판층(120)의 적어도 일부분에 형성되고, n-형 금속 전극층(150)은 Co, Ir, Ta, Cr, Mn, Mo, Tc, W, Re, Fe, Sc, Ti, Sn, Ge, Sb, Al, Pt, Ni, Au, ITO 및 ZnO 중 1종 이상을 포함할 수 있으며, n-형 금속 전극층(150)은 단일층 또는 복수층으로 구성될 수 있다. Meanwhile, the n-type
또한, p-형 금속 전극층(160)은, p-형 반도체층(140)의 적어도 일부분에 형성되고, p-형 금속 전극층(160)은 Co, Ir, Ta, Cr, Mn, Mo, Tc, W, Re, Fe, Sc, Ti, Sn, Ge, Sb, Al, Pt, Ni, Au, ITO 및 ZnO 중 1종 이상을 포함할 수 있다. p-형 금속 전극층(160)은 단일층 또는 복수층으로 구성될 수 있다. In addition, the p-type
n-형 금속 전극층(150) 및 p-형 금속 전극층(160)은 오믹 전자로 작용하여 마이크로 LED(100)에 전류를 공급하여 전기구동이 가능하고, 30 nm 내지 500 nm 두께로 형성될 수 있고, 바람직하게는 50 nm 내지 300 nm 두께일 수 있다. The n-type
본 발명은, 본 발명에 의한 마이크로 LED를 포함하는 마이크로 디스플레이에 관한 것이다. 본 발명의 일 예로, 상기 마이크로 디스플레이는, 본 발명에 의한 마이크로 LED를 적용하므로, 제조 공정 및 비용을 줄일 수 있고, 컬러 구현이 가능하다. The present invention relates to a micro display including the micro LED according to the present invention. As an example of the present invention, since the micro LED according to the present invention is applied to the micro display, the manufacturing process and cost can be reduced, and color can be implemented.
상기 마이크로 디스플레이는, n-형 반도체 기판 상에서 성장된 발광 구조체를 이용하므로, 서브픽셀 및/또는 픽셀의 크기, 배열, 빛의 색 등의 정밀한 조절이 가능하고, 풀 컬러의 디스플레이를 구현할 수 있다. Since the microdisplay uses a light emitting structure grown on an n-type semiconductor substrate, it is possible to precisely control the size, arrangement, and color of light of subpixels and/or pixels, and realize a full color display.
상기 서브픽셀은, 적색, 녹색 및 청색 발광 영역의 서브픽셀을 포함하고, 상기 서브픽셀은 규칙적 또는 랜덤하게 배열될 수 있다. 즉, 이는 도 4의 발광 영역(S1..Sn 및 S1'...Snm)을 서브픽셀로 구성할 수 있다. 적색, 녹색 및 청색 발광 영역의 서브픽셀의 크기는, 너비(a)가 5 ㎛ 이상; 10 ㎛ 이상 또는 15 ㎛ 이상일 수 있다. 적색, 녹색 및 청색 발광 영역은, 원(또는, 도트), 다각형(예를 들어, 삼각형, 정사각형, 직사각형, 육각형) 또는 이 둘의 형태일 수 있다. The subpixels include subpixels in red, green, and blue light emitting regions, and the subpixels may be regularly or randomly arranged. That is, this may constitute subpixels in the light emitting regions S1..Sn and S1'...Sn m of FIG. 4. The size of the subpixels in the red, green, and blue light emitting regions is 5 μm or more in width (a); It may be 10 μm or more or 15 μm or more. The red, green, and blue light emitting regions may be in the form of a circle (or dot), a polygon (eg, a triangle, a square, a rectangle, a hexagon), or both.
본 발명의 일 실시예에 따르는 표면 확산 정도를 제어하여 발광 파장을 설계한 마이크로 LED는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 마이크로 LED의 제조방법을 이용하여 제조된 것이고, R,G,B 색상의 발현이 각각 또는 동시에 가능한 것이다.The micro LED, which designed the emission wavelength by controlling the degree of surface diffusion according to an embodiment of the present invention, is manufactured by using the method of manufacturing a micro LED according to an embodiment of the present invention, and has R, G, B colors. Expression is possible individually or simultaneously.
도 11(a) 및 도 11(b)는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명의 일 예에 따르는 마이크로 LED의 적층된 구조 및 구분되는 영역들을 나타내는 개략도이다.11(a) and 11(b) are schematic diagrams illustrating a stacked structure and divided regions of a micro LED according to an embodiment of the present invention.
도 11(a) 및 도 11(b)를 참조하면, 마스크층의 개구 사이로 발광 구조체들이 성장한 구조를 명확하게 확인할 수 있으며, 각각의 형태에 따라 구분되는 영역들의 행과 열이 형성되어 풀컬러 디스플레이가 구현되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 11(a) and 11(b), it is possible to clearly see the structure in which light emitting structures are grown between the openings of the mask layer, and rows and columns of areas divided according to each shape are formed to form a full color display. You can see that is implemented.
도 12(a) 및 도 12(b)는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른, 본 발명의 일 예에 따르는 마이크로 LED의 적층된 구조를 나타내는 개략도이다.12(a) and 12(b) are schematic diagrams showing a stacked structure of a micro LED according to an example of the present invention, according to another embodiment of the present invention.
도 12(a) 및 도 12(b)를 참조하면, 각각의 구분되는 영역들 사이로 전기적 단절을 형성하기 위한 전기 절연층(passivation layer)이 구비된 구조를 도시하고 있으며, 상기 전기 절연층의 구조를 행 또는 열(본 도면에는 도시되어 있지 않음) 간으로 도입하여 각 영역들 간의 전기적 단절을 시도할 수 있다. 이와 같은 전기 절연층의 도입은 다양한 전극 구조를 도입하는 과정에서 이용할 수 있다.12(a) and 12(b), a structure in which an electrical insulating layer is provided for forming an electrical disconnection between each of the divided regions is shown, and the structure of the electrical insulating layer By introducing between rows or columns (not shown in this figure), electrical disconnection between the respective regions can be attempted. The introduction of such an electrical insulating layer can be used in the process of introducing various electrode structures.
본 발명의 다른 일 측면은 본 발명에 의한 마이크로 LED의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제조방법은, 단일 기판 상에 다양한 발광 영역을 갖는 발광 구조체층을 단일 성장 공정(one-step)으로 형성할 수 있고, 더 나아가 마이크로 LED 디스플레이의 제조공정을 단순화시킬 수 있다. Another aspect of the present invention relates to a method of manufacturing a micro LED according to the present invention. According to an embodiment of the present invention, the manufacturing method can form a light emitting structure layer having various light emitting regions on a single substrate in a single growth process (one-step), and furthermore, the manufacturing process of a micro LED display Can be simplified.
본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명은, 하부 기판 상에 n-형 반도체층을 형성하는 단계; 상기 n-형 반도체층 상에 마스크층을 형성하는 단계; 상기 마스크층에 각각 단일 또는 복수 개의 개구 패턴을 포함하되, 개구 패턴의 간격, 크기 또는 둘 다가 서로 상이하여 서로 구분되는 적어도 셋 이상의 영역을 패터닝하는 단계; 상기 각각의 구분되는 영역의 마스크층 개구 패턴 상에 개방된 n-형 반도체층 위로 서로 다른 둘 이상의 파장을 발광하도록 서로 구분되는 적어도 셋 이상의 영역을 포함하는 발광 구조체층을 성장시키는 단계; 상기 성장된 발광 구조체층 상에 In 및 Ga을 포함하는 활성층을 형성하는 단계; 상기 발광 구조체층 상에 p-형 반도체층을 형성하는 단계; 및 상기 발광 구조체층의 서로 구분되는 적어도 셋 이상의 영역 각각과 개별적으로 전기적 연결이 형성되도록 전극을 형성하는 단계; 를 포함하는, 마이크로 LED의 제조방법에 관한 것이다. According to an embodiment of the present invention, the present invention includes the steps of forming an n-type semiconductor layer on a lower substrate; Forming a mask layer on the n-type semiconductor layer; Patterning at least three or more regions each including a single or a plurality of opening patterns in the mask layer, wherein the intervals, sizes, or both of the opening patterns are different from each other and are separated from each other; Growing a light emitting structure layer including at least three or more regions separated from each other so as to emit at least two different wavelengths on an n-type semiconductor layer opened on the mask layer opening pattern of each of the divided regions; Forming an active layer including In and Ga on the grown light emitting structure layer; Forming a p-type semiconductor layer on the light emitting structure layer; And forming electrodes such that electrical connections are individually formed with each of at least three or more regions of the light emitting structure layer. It relates to a method of manufacturing a micro LED comprising a.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 개구 패턴은 원형, 라인형 및 다각형 형상 중 적어도 하나 이상을 포함하고, 상기 개구 패턴은 형상, 크기, 깊이 및 패턴 간의 간격 중 하나 이상이 서로 다른 복수 개의 구분되는 영역을 포함하는 것이고, 상기 개구 패턴의 구분되는 영역에 따라, 상기 발광 구조체층의 복수 개의 구분되는 영역들이 생성되는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the opening pattern includes at least one of a circle, a line type, and a polygonal shape, and the opening pattern is a plurality of divisions having at least one of a shape, a size, a depth, and a spacing between the patterns. It includes an area that is divided, and a plurality of divided areas of the light emitting structure layer may be generated according to the divided areas of the opening pattern.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 구분되는 영역들은, 상기 개구의 중심 간의 간격이 50 nm 내지 100 ㎛인 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the separated regions may have a spacing between the centers of the openings of 50 nm to 100 μm.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 개구는 50 nm 내지 50 ㎛의 직경을 갖는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the opening may have a diameter of 50 nm to 50 μm.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 발광 구조체 및 활성층을 성장시키는 단계는 300 ℃ 내지 1200 ℃ 및 50 torr 내지 500 torr에서 이루어지는 것일 수 있다According to an embodiment of the present invention, the step of growing the light emitting structure and the active layer may be performed at 300° C. to 1200° C. and 50 torr to 500 torr.
상술한 제조방법은, 보다 구체적으로 도 5를 참조하여 설명할 수도 있다. The above-described manufacturing method may be described more specifically with reference to FIG. 5.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 마이크로 LED의 제조방법의 공정을 예시적으로 나타낸 것이다.5 is an exemplary view showing a process of a method for manufacturing a micro LED according to the present invention, according to an embodiment of the present invention.
도 5에 도시된 제조방법에 따르면, 본 발명에서 제안하는 마이크로 LED의 제조방법은 하부 기판을 준비하는 단계(S110); n-형 반도체층을 형성하는 단계(S120); 마스크층을 형성하는 단계(S130); 패터닝하는 단계; 발광 구조체층을 형성하는 단계(S140); 및 p-형 반도체층을 형성하는 단계(S150)를 포함할 수 있다. p-형 반도체층을 형성하는 단계(S150) 이후에 전극을 형성하는 단계(S160)를 더 포함할 수 있다. According to the manufacturing method shown in Figure 5, the manufacturing method of the micro LED proposed in the present invention comprises the steps of preparing a lower substrate (S110); forming an n-type semiconductor layer (S120); Forming a mask layer (S130); Patterning; Forming a light emitting structure layer (S140); And forming a p-type semiconductor layer (S150). After the step of forming the p-type semiconductor layer (S150), the step of forming an electrode (S160) may be further included.
하부 기판을 준비하는 단계(S110)는, 상기 언급한 하부 기판(110)을 준비하는 단계이다. Preparing the lower substrate (S110) is a step of preparing the
n-형 반도체층을 형성하는 단계(S120)는, 언급한 기판(110) 상의 적어도 일부분에 MOCVD(metal-organic chemical vapour deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy) 또는 HVPE(Hydride Vapour Phase Epitaxy 등을 이용하여 n-형 반도체층(120)을 형성하는 단계이며, 공정 조건은 본 발명에서 특별히 제한하지 않는다. 상기 n-형 반도체층(120)은 상기 언급한 바와 같다. In the step of forming the n-type semiconductor layer (S120), metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD), Molecular Beam Epitaxy (MBE), or Hydraulic Vapor Phase Epitaxy (HVPE) are used on at least a portion of the
마스크층을 형성하는 단계(S130)는, n-형 반도체층(120) 상의 적어도 일부분에 마스크층(121)을 증착하는 단계이다. 마스크층(121)은 일 예로서 그 두께가 10 nm 내지 200 nm 일 수 있고, 상기 언급한 유전체층의 구성성분과 동일할 수 있다. The forming of the mask layer (S130) is a step of depositing the
패터닝하는 단계(S140)는, 마스크층(121)을 개구 패턴으로 패터닝하는 단계이다. 단일 기판 상에 단일 공정으로 개구 패턴을 형성하므로, 전사 공정 없이 마이크로 LED를 형성하고, 대면적 기판의 적용이 가능하다. The step of patterning (S140) is a step of patterning the
패터닝하는 단계(S140)는, 상기 언급한 구분되는 영역들을 형성하기 위해서 상기 마스크층에 각각 복수 개의 개구 패턴을 형성하고, 패턴 간격, 형상 또는 둘 다가 서로 상이하여 서로 구분되는 적어도 셋 이상의 영역으로 패터닝할 수 있다. 이는 적색, 녹색 및 청색 발광 영역으로 이루어진 서브픽셀로 구역화하여 패터닝될 수 있고, 단일 기판 상에 디스플레이에 필요한 광원을 단일 공정으로 제공할 수 있다. In the patterning step (S140), a plurality of opening patterns are formed in each of the mask layer to form the above-described distinct regions, and patterning into at least three or more regions that are distinguished from each other by different pattern intervals, shapes, or both. can do. This can be patterned by being zoned into subpixels composed of red, green, and blue light emitting regions, and a light source required for display on a single substrate can be provided in a single process.
상기 개구 패턴의 크기(a) 및 개구 패턴의 배열 간격에 따라 발광 구조체(130)의 형태, 크기, 활성층의 구성 등의 조절이 가능할 뿐만 아니라, 발광 구조체(130)의 미세 발광 파장을 조절할 수 있다. According to the size (a) of the opening pattern and the arrangement interval of the opening patterns, it is possible to adjust the shape, size, and configuration of the active layer of the
도 6(a)는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 개구 패턴의 개구의 크기를 각각 나타낸 것이고, 도 6(b)는 각각의 개구에서 성장되는 발광 구조체의 차이를 예시적으로 나타낸 것이다. 6(a) shows the sizes of the openings of the opening patterns according to the present invention, respectively, according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6(b) is an exemplary view showing differences in light emitting structures grown in each opening. It is represented by
도 6(a)에 따르면, 개구 패턴의 크기에 따라 성장 영역 및 포획 반경(Capture radius)이 결정되고, 도 6(b)에 따르면 성장 영역 및 포획 반경에 따라 다양한 형상의 구조체가 성장되는 것을 확인할 수 있다. 이러한 성장 영역 및 포획 반경은 성장된 구조체의 폭 및 높이를 조절할 수 있고, 더 나아가 구조체 성장 이후에 활성층의 구성 조절에 활용될 수 있다. According to FIG. 6(a), the growth area and the capture radius are determined according to the size of the opening pattern, and according to FIG. 6(b), it is confirmed that structures of various shapes are grown according to the growth area and the capture radius. I can. Such a growth region and a trapping radius may adjust the width and height of the grown structure, and further, may be utilized to control the configuration of the active layer after the structure is grown.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 개구 패턴의 개구의 크기 및 형태에 따라 성장된 발광 구조체의 차이를 예시적으로 나타낸 것이다.FIG. 7 exemplarily shows differences in light emitting structures grown according to the size and shape of the opening of the opening pattern according to the present invention, according to an embodiment of the present invention.
도 7에 도시된 그림과 같이 개구 패턴의 크기 및 형태에 따라 피라미드 구조체, 끝이 잘린 피라미드 구조체 및 실린더 형태의 중공 함몰부를 포함하는 피라미드 구조체를 형성할 수 있다. As illustrated in FIG. 7, according to the size and shape of the opening pattern, a pyramid structure including a pyramid structure, a pyramid structure with a cut end, and a hollow depression in the shape of a cylinder may be formed.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 개구 패턴의 개구의 크기 및 개구 간의 간격에 따라 성장된 발광 구조체의 SEM 이미지를 나타낸 것이다. 8 shows an SEM image of a light emitting structure grown according to the size of the opening of the opening pattern and the distance between the openings according to an embodiment of the present invention.
도 8을 살펴보면, 개구 패턴의 크기와 패턴의 간격에 따라서 피라미드 구조체, 끝이 잘린 피라미드 구조체의 형성을 조절할 수 있다.Referring to FIG. 8, the formation of a pyramid structure and a pyramid structure with a cut end may be controlled according to the size of the opening pattern and the spacing of the pattern.
도 9(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에서 제안하는 개구 패턴의 개구 간의 간격에 따라 형성된 발광 구조체를 나타내는 SEM 이미지이며, 도 9(b)는 각각의 경우에 발하는 빛의 파장을 조사하여 나타낸 것이다. FIG. 9(a) is an SEM image showing a light emitting structure formed according to the spacing between the openings of the opening pattern proposed in the present invention according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9(b) is a view of light emitted in each case. It is shown by irradiating the wavelength.
도 9(a)에서 개구 패턴의 크기 및 간격에 따라 발광 구조체의 모양 및 크기가 변화되고, 도 9(b)에서 발광 구조체의 발광 파장이 변화되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 개구 패턴의 구성에 따라 발광 파장의 미세 조절이 가능한 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 9(b)를 살펴보면, 피라미드 구조체 및 끝이 잘린 피라미드 구조체가 형성되고, 개구 패턴의 크기가 증가할 수록 끝이 잘린 피라미드 구조체의 크기 및 높이가 변화된다. 즉, 개구 패턴의 크기에 따라 구조체의 모양 및 높이가 조절되는 것을 확인할 수 있다. In FIG. 9(a), it can be seen that the shape and size of the light-emitting structure changes according to the size and interval of the opening pattern, and in FIG. 9(b), the emission wavelength of the light-emitting structure changes. That is, it can be seen that fine adjustment of the emission wavelength is possible according to the configuration of the opening pattern. In addition, referring to FIG. 9(b), a pyramid structure and a pyramid structure with a cut end are formed, and as the size of the opening pattern increases, the size and height of the cut-off pyramid structure change. That is, it can be seen that the shape and height of the structure are adjusted according to the size of the opening pattern.
패터닝하는 단계(S140)는, 리소그래피 공정, 반응성 이온 에칭, 습식 에칭 등을 이용하여 패터닝할 수 있다. 예를 들어, 리소그래피 공정은, 포토-리소그래피, 레이저 리소그래피, e-빔 리소그래피, 또는 나노-리소그래피 등을 이용할 수 있다. The patterning step S140 may be patterned using a lithography process, reactive ion etching, wet etching, or the like. For example, the lithography process may use photo-lithography, laser lithography, e-beam lithography, or nano-lithography.
개구 패턴의 직경(a, 또는, 너비)은 발광 구조체의 형태에 따라 적절하게 선택될 수 있고, 바람직하게는 50 nm 내지 30 ㎛일 수 있고, 상기 개구 패턴의 배열 간격은, 상기 직경보다 큰 것일 수 있다. 상기 개구 패턴의 단면은, 원 및 다각형 중 1종 이상의 형상을 가지며, 상기 개구 패턴의 하단 부분에 n-형 반도체층(120)이 개방된다. 상기 개구 패턴에서 상기 개구의 중심 간의 간격이 50 nm 내지 50 ㎛ 일 수 있다. The diameter (a, or width) of the opening pattern may be appropriately selected according to the shape of the light emitting structure, and preferably may be 50 nm to 30 μm, and the arrangement interval of the opening pattern is larger than the diameter. I can. The cross section of the opening pattern has a shape of at least one of a circle and a polygon, and the n-
개구 패턴은 원형, 라인형 또는 다각형 형상 중 적어도 하나 이상을 포함하고, 개구 패턴은 형상, 깊이 및 간격 중 하나 이상이 서로 다른 복수 개의 구분되는 영역을 형성하고, 개구 패턴의 구분되는 영역에 따라, 상기 발광 구조체층의 복수 개의 구분되는 영역들이 생성될 수 있다. 일 예로서, 상기 다양한 개구 패턴들을 통해 제1 영역 및 제3 영역으로 대표되는 서로 다른 둘 이상의 파장을 발광하는 셋 이상의 영역의 발광 구조체 영역들을 형성할 수 있다.The opening pattern includes at least one or more of a circle, a line type, or a polygonal shape, and the opening pattern forms a plurality of distinct regions having at least one of different shapes, depths, and intervals, and according to the divided regions of the opening pattern, A plurality of distinct regions of the light emitting structure layer may be generated. As an example, three or more regions of light emitting structure regions emitting at least two different wavelengths represented by the first region and the third region may be formed through the various opening patterns.
발광 구조체층을 형성하는 단계(S140)는, 3차원 구조체(131a)를 성장시키는 단계; 및 활성층(131b)을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다. The step of forming the light emitting structure layer (S140) may include growing a three-
발광 구조체층을 형성하는 단계(S140)는, 상기 개구 패턴에 따라 단일 성장 공정으로 기판 전체에 걸쳐 발광구조체층(130)을 형성하는 단계이며, 상기 각각의 구분되는 영역의 마스크층 개구 패턴 상에 개방된 n-형 반도체층 위로 적색, 녹색 및 청색 빛을 발하도록 서로 구분되는 적어도 셋 이상의 영역을 포함하는 발광 구조체층을 성장시킬 수 있다. 이는 단일 기판에 다양한 발광 영역을 전사 공정 없이 형성할 수 있고, 디스플레이에 필요한 광원을 단일 공정으로 제작할 수 있다. The step of forming the light emitting structure layer (S140) is a step of forming the light emitting
상기 3차원 구조체(131a)를 성장시키는 단계는, 상기 개구 패턴 내에서 개방된 n-형 반도체층 상에서 3차원 구조체(131a)를 성장시킨다. In the step of growing the
상기 3차원 구조체(131a)를 성장시키는 단계는, 성장 시간에 따라 구조체의 높이 및/또는 모양을 조절할 수 있다. 예를 들어, 성장 시간의 증가시켜 끝이 잘린 피라미드 구조체에서 피라미드 구조체로 성장시킬 수 있다. 다른 예로, 성장시간이 같은 경우에는, 상기 언급한 개구 패턴의 크기 및 간격에 따라 구조체를 디자인할 수 있다. 예들 들어, 간격이 넓거나 작은 원형 패턴에서는 피라미드 구조체가 형성되며 간격이 좁거나 큰 원형 패턴에서는 끝이 잘린 피라미드 구조체가 형성된다. 또한, 패턴의 크기가 작을수록 끝이 잘린 피라미드 구조체의 높이가 높을 수 있다. In the step of growing the
상기 3차원 구조체(131a)를 성장시키는 단계는, 900 ℃ 내지 1200 ℃ 및 50 torr 내지 500 torr에서 실시될 수 있다. 상기 단계는 MOCVD(metal-organic chemical vapour deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy) 또는 HVPE(Hydride Vapour Phase Epitaxy 등을 이용할 수 있다. The step of growing the
상기 3차원 구조체(131a)를 성장시키는 단계에서 3차원 구조체(131a)는, n-형 반도체층(120)과 동일하거나 또는 상이한 성분으로 이루어지고, 3차원 구조체의 형태는 상기 언급한 바와 같다. In the step of growing the
상기 활성층을 형성하는 단계는, 3차원 구조체(131a) 상의 적어도 일부분에 활성층(131b)을 형성하는 단계이며, 상기 언급한 바와 같이, 활성층의 구성을 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 성장된 발광 구조체층 상에 In 및 Ga을 포함하는 활성층을 형성할 수 있다.The forming of the active layer is a step of forming the
상기 활성층을 형성하는 단계는, 650 ℃ 내지 850 ℃에서 실시되고, 원하는 활성층의 성장율에 따라 상기 온도 범위는 적절하게 선택될 수 있다. 상기 활성층을 형성하는 단계는, MOCVD(metal-organic chemical vapour deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy) 또는 HVPE(Hydride Vapour Phase Epitaxy) 등을 이용할 수 있으며, 상기 활성층의 성분 및 구성은 상기 언급한 바와 같다.The step of forming the active layer is performed at 650° C. to 850° C., and the temperature range may be appropriately selected according to a desired growth rate of the active layer. In the forming of the active layer, MOCVD (metal-organic chemical vapor deposition), MBE (Molecular Beam Epitaxy), or HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) may be used, and the components and composition of the active layer are as mentioned above. .
활성층의 형성 시 성장률과 성분의 함량 차이를 적용하여 발광 파장을 조절할 수 있다. 예를 들어, InGaN 활성층 시 c축 방향의 결정면과 semi-polar 결정면에 형성되는 InGaN 층의 성장률과 In(Indium) 함량의 차이를 이용하여 육각 피라미드 구조체와 끝이 잘린 육각 피라미드 구조체의 발광 파장을 변화시킬 수 있다. When the active layer is formed, the emission wavelength can be adjusted by applying the difference in the growth rate and the content of the components. For example, in the case of the InGaN active layer, the emission wavelength of the hexagonal pyramid structure and the cut-off hexagonal pyramid structure is changed by using the difference between the growth rate of the InGaN layer formed on the crystal plane in the c-axis direction and the semi-polar crystal plane and the content of In(Indium). I can make it.
활성층의 형성 시 성분 원자의 이동 거리(migration length)의 차이를 이용하여 발광 파장을 조절할 수 있다. 예를 들어, In(Indium)과 Ga(Gallium)의 이동 거리(migration length) 차이를 이용하여 끝이 잘린 육각 피라미드 구조체의 높이 따라 발광 영역을 설정할 수 있다. 즉, 성분 원자의 이동 거리는 개구 패턴의 크기 및 간격에 의해서 조절될 수 있다. When the active layer is formed, the emission wavelength can be adjusted by using the difference in the migration length of the component atoms. For example, by using the difference in migration length between In (Indium) and Ga (Gallium), the light-emitting area may be set according to the height of the hexagonal pyramid structure with a cut end. That is, the moving distance of the component atoms can be adjusted by the size and spacing of the opening pattern.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에서 제안하는 개구 패턴의 개구 간의 간격에 따라 원자 들의 확산 가능 거리, 즉 이동 거리(migration length) 조절을 예식적으로 나타낸 것이다. FIG. 10 schematically shows a diffusion possible distance of atoms, that is, a migration length, according to an interval between openings of an opening pattern proposed in the present invention, according to an embodiment of the present invention.
보다 구체적으로, 도 10을 참조하면, 간격이 증가할 경우에 포획 반경의 겹치는 정도가 줄어들고, 활성층의 형성 시 원자의 확산 가능 거리에 영향을 줄 수 있다. 즉, 마스크층의 개구 간의 간격 설계를 통해 활성층의 특정 원자들 간의 확산 정도를 조절할 수 있다. 또한, 효과적인 장파장 발광의 구조체를 형성하기 위해 활성층 에 초격자층(super lattice layer)를 더 삽입할 수도 있다.More specifically, referring to FIG. 10, when the spacing increases, the degree of overlap of the trapping radius decreases, and when the active layer is formed, the possible diffusion distance of atoms may be affected. That is, the degree of diffusion between specific atoms of the active layer can be controlled through designing the gap between the openings of the mask layer. In addition, a super lattice layer may be further inserted into the active layer to form an effective long-wavelength light emitting structure.
p-형 질화갈륨 반도체층을 형성하는 단계는, 상기 활성층을 형성하는 단계 이후에, 3차원 구조체층(130) 상에 p-형 질화갈륨 반도체층(140)을 형성한다. 이는 발광 구조체층의 서로 구분되는 적어도 셋 이상의 영역 각각과 개별적으로 전기적 연결이 형성되도록 전극을 형성할 수 있다. In the forming of the p-type gallium nitride semiconductor layer, after the forming of the active layer, the p-type gallium
p-형 질화갈륨 반도체층을 형성하는 단계는 MOCVD(metal-organic chemical vapour deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy) 또는 HVPE(Hydride Vapour Phase Epitaxy 등을 이용할 수 있으며, p-형 질화갈륨 반도체층(140)의 성분 및 구성은 상기 언급한 바와 같다. The step of forming the p-type gallium nitride semiconductor layer may be performed using metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD), Molecular Beam Epitaxy (MBE), or hydraulic vapor phase epitaxy (HVPE), and the p-type gallium nitride semiconductor layer 140 ) The components and composition are as mentioned above.
본 발명의 일 예로, 제조방법은, 상기 n-형 반도체층(120) 상의 적어도 일부분에 n-형 금속 전극층(150)을 형성하는 단계; 및 상기 p-형 질화갈륨 반도체층(140) 상의 적어도 일부분에 p-형 금속 전극층(160)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 공정 조건은 특별히 제한하지 않는다. As an example of the present invention, a manufacturing method includes the steps of forming an n-type
본 발명의 일 예로, 본 발명에서 제시한 증착 방법 및 성장 방법은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한, 통상적인 공정 조건을 이용할 수 있으며, 특별히 제한하지 않으며, 본 발명의 기술 분야의 당업자는 본 발명의 기재 사항으로 용이하게 이해할 수 있다. As an example of the present invention, the deposition method and the growth method proposed in the present invention may use conventional process conditions, and are not particularly limited, as long as they do not depart from the scope of the present invention, and those skilled in the art of the present invention It can be easily understood by the description of.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, although the present invention has been described by limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and variations from these descriptions for those of ordinary skill in the field to which the present invention pertains. This is possible. Therefore, the scope of the present invention is limited to the described embodiments and should not be defined, but should be defined by the claims to be described later as well as equivalents to the claims.
Claims (17)
상기 n-형 반도체층 상의 적어도 일부 영역에 디자인 된 개구 패턴이 형성된 마스크층을 형성하는 단계;
상기 마스크층의 개구 패턴을 통하여 3차원 발광 구조체를 성장시키는 발광 구조체층을 형성하는 단계;
상기 마스크층 및 상기 성장된 발광 구조체 상에 활성층 전구체를 분사하여 특정 원자들을 포함하는 활성층을 형성하는 단계; 및
상기 형성된 활성층 상에 p-형 반도체층을 형성하는 단계; 를 포함하고,
원하는 발광 파장에 따라, 상기 마스크층 및 성장된 상기 발광 구조체의 표면 상에서 상기 특정 원자들의 확산하는 양 및 확산 가능 거리를 고려하여 상기 마스크층을 형성하는 단계의 마스크층 개구 패턴 또는 상기 활성층을 형성하는 단계의 활성층의 두께를 결정하고,
상기 특정 원자들은 Al, In 및 Ga을 포함하고,
상가 활성층은 상기 특정 원자들 중 적어도 둘 이상을 포함하고,
상기 개구 패턴은, 개구 각각의 크기, 개구 각각의 형상, 개구 간의 간격 중 하나 이상의 반복적인 패턴을 포함하는 것인,
표면 확산 정도를 제어하여 발광 파장을 설계한 마이크로 LED의 제조방법.
forming an n-type semiconductor layer;
Forming a mask layer having an opening pattern designed in at least a portion of the n-type semiconductor layer;
Forming a light emitting structure layer for growing a 3D light emitting structure through the opening pattern of the mask layer;
Forming an active layer containing specific atoms by spraying an active layer precursor on the mask layer and the grown light emitting structure; And
Forming a p-type semiconductor layer on the formed active layer; Including,
Forming the mask layer opening pattern or the active layer in the step of forming the mask layer in consideration of a diffusion amount and a diffusable distance of the specific atoms on the surface of the mask layer and the grown light emitting structure according to a desired emission wavelength Determining the thickness of the active layer of the step,
The specific atoms include Al, In and Ga,
The additive active layer contains at least two or more of the specific atoms,
The opening pattern includes a repetitive pattern of at least one of a size of each of the openings, a shape of each of the openings, and a spacing between the openings,
A method of manufacturing a micro LED whose emission wavelength is designed by controlling the degree of surface diffusion.
상기 발광 구조체층은, 각각 서로 다른 파장의 빛을 발하는 복수 개의 구분되는 영역들을 포함하고,
상기 구분되는 영역들 각각은, 단일 또는 복수 개의 3차원 발광 구조체들을 포함하고, 개별적으로 발광 여부의 제어가 가능한 것인,
표면 확산 정도를 제어하여 발광 파장을 설계한 마이크로 LED의 제조방법.
The method of claim 1,
The light emitting structure layer includes a plurality of distinct regions each emitting light of a different wavelength,
Each of the divided regions includes a single or a plurality of three-dimensional light emitting structures, and it is possible to individually control whether or not to emit light,
A method of manufacturing a micro LED whose emission wavelength is designed by controlling the degree of surface diffusion.
상기 구분되는 영역들 각각은 발광 구조체 간의 간격, 발광 구조체의 높이, 발광 구조체의 단면적의 크기 중 하나 이상이 서로 상이한 것인,
표면 확산 정도를 제어하여 발광 파장을 설계한 마이크로 LED의 제조방법.
The method of claim 2,
Each of the divided regions has at least one of a distance between the light-emitting structures, a height of the light-emitting structure, and a size of the cross-sectional area of the light-emitting structure,
A method of manufacturing a micro LED whose emission wavelength is designed by controlling the degree of surface diffusion.
상기 구분되는 영역들 각각은 상기 활성층의 평균 두께가 서로 상이한 것인,
표면 확산 정도를 제어하여 발광 파장을 설계한 마이크로 LED의 제조방법.
The method of claim 2,
Each of the divided regions has an average thickness of the active layer different from each other,
A method of manufacturing a micro LED whose emission wavelength is designed by controlling the degree of surface diffusion.
상기 구분되는 영역들 각각의 발광 구조체들은 동시에 성장하여 형성되는 것인,
표면 확산 정도를 제어하여 발광 파장을 설계한 마이크로 LED의 제조방법.
The method of claim 2,
The light emitting structures of each of the divided regions are formed by growing at the same time,
A method of manufacturing a micro LED whose emission wavelength is designed by controlling the degree of surface diffusion.
상기 구분되는 영역들 각각의 면적은 1 ㎛2 내지 1 cm2 인 것인,
표면 확산 정도를 제어하여 발광 파장을 설계한 마이크로 LED의 제조방법.
The method of claim 2,
The area of each of the divided areas is 1 μm 2 To 1 cm 2 Which is
A method of manufacturing a micro LED whose emission wavelength is designed by controlling the degree of surface diffusion.
상기 확산 가능 거리는 상기 개구 간의 간격이 멀수록 증가하는 것인,
표면 확산 정도를 제어하여 발광 파장을 설계한 마이크로 LED의 제조방법.
The method of claim 1,
The diffusible distance increases as the distance between the openings increases,
A method of manufacturing a micro LED whose emission wavelength is designed by controlling the degree of surface diffusion.
상기 확산 가능 거리는 상기 발광 구조체의 높이가 높을수록 증가하는 것인,
표면 확산 정도를 제어하여 발광 파장을 설계한 마이크로 LED의 제조방법.
The method of claim 1,
The diffusible distance increases as the height of the light emitting structure increases,
A method of manufacturing a micro LED whose emission wavelength is designed by controlling the degree of surface diffusion.
상기 n-형 반도체층 상의 적어도 일부 영역에 디자인된 개구 패턴이 형성된 마스크층을 형성하는 단계;
상기 마스크층의 개구 패턴을 통하여 발광 구조체를 성장시키는 발광 구조체층을 형성하는 단계;
상기 마스크층 및 상기 성장된 발광 구조체 상에 활성층 전구체를 분사하여 특정 원자들을 포함하는 활성층을 형성하는 단계; 및
상기 형성된 활성층 상에 p-형 반도체층을 형성하는 단계; 를 포함하고,
원하는 발광 파장에 따라, 상기 마스크층 및 성장된 상기 발광 구조체의 표면 상에서 상기 특정 원자들의 확산하는 양 및 확산 가능 거리를 고려하여 상기 마스크층을 형성하는 단계의 마스크층 개구 패턴 또는 상기 활성층을 형성하는 단계의 활성층의 두께를 결정하고,
상기 확산 가능 거리는 상기 발광 구조체의 높이가 높을수록 증가하고,
상기 확산 가능 거리(Lsm)는 하기 수학식 1 에 의해서 결정되는 것인,
표면 확산 정도를 제어하여 발광 파장을 설계한 마이크로 LED의 제조방법.
[수학식 1]
kB : 볼츠만 상수(Boltzmann constant)
forming an n-type semiconductor layer;
Forming a mask layer in which an opening pattern designed in at least a portion of the n-type semiconductor layer is formed;
Forming a light emitting structure layer for growing a light emitting structure through the opening pattern of the mask layer;
Forming an active layer containing specific atoms by spraying an active layer precursor on the mask layer and the grown light emitting structure; And
Forming a p-type semiconductor layer on the formed active layer; Including,
Forming the mask layer opening pattern or the active layer in the step of forming the mask layer in consideration of a diffusion amount and a diffusable distance of the specific atoms on the surface of the mask layer and the grown light emitting structure according to a desired emission wavelength Determining the thickness of the active layer of the step,
The diffusible distance increases as the height of the light emitting structure increases,
The diffusible distance (L sm ) is determined by Equation 1 below,
A method of manufacturing a micro LED whose emission wavelength is designed by controlling the degree of surface diffusion.
[Equation 1]
k B : Boltzmann constant
상기 n-형 반도체층 상의 적어도 일부 영역에 디자인된 개구 패턴이 형성된 마스크층을 형성하는 단계;
상기 마스크층의 개구 패턴을 통하여 발광 구조체를 성장시키는 발광 구조체층을 형성하는 단계;
상기 마스크층 및 상기 성장된 발광 구조체 상에 활성층 전구체를 분사하여 특정 원자들을 포함하는 활성층을 형성하는 단계; 및
상기 형성된 활성층 상에 p-형 반도체층을 형성하는 단계; 를 포함하고,
원하는 발광 파장에 따라, 상기 마스크층 및 성장된 상기 발광 구조체의 표면 상에서 상기 특정 원자들의 확산하는 양 및 확산 가능 거리를 고려하여 상기 마스크층을 형성하는 단계의 마스크층 개구 패턴 또는 상기 활성층을 형성하는 단계의 활성층의 두께를 결정하고,
상기 확산 가능 거리는 상기 발광 구조체의 높이가 높을수록 증가하고,
상기 확산하는 양은 하기 수학식 2 에 의해서 결정되는 것인,
표면 확산 정도를 제어하여 발광 파장을 설계한 마이크로 LED의 제조방법.
[수학식 2]
forming an n-type semiconductor layer;
Forming a mask layer in which an opening pattern designed in at least a portion of the n-type semiconductor layer is formed;
Forming a light emitting structure layer for growing a light emitting structure through the opening pattern of the mask layer;
Forming an active layer containing specific atoms by spraying an active layer precursor on the mask layer and the grown light emitting structure; And
Forming a p-type semiconductor layer on the formed active layer; Including,
Forming the mask layer opening pattern or the active layer in the step of forming the mask layer in consideration of a diffusion amount and a diffusable distance of the specific atoms on the surface of the mask layer and the grown light emitting structure according to a desired emission wavelength Determining the thickness of the active layer of the step,
The diffusible distance increases as the height of the light emitting structure increases,
The amount of diffusion is determined by Equation 2 below,
A method of manufacturing a micro LED whose emission wavelength is designed by controlling the degree of surface diffusion.
[Equation 2]
상기 발광 구조체는 높이가 50 nm 내지 50 ㎛ 인 것인
표면 확산 정도를 제어하여 발광 파장을 설계한 마이크로 LED의 제조방법.
The method of claim 1,
The light-emitting structure is 50 nm to 50 ㎛ in height
A method of manufacturing a micro LED whose emission wavelength is designed by controlling the degree of surface diffusion.
상기 활성층은 BAlGaN, GaAlNP, GaAlNAs, InAlGaN, GaAlNSb, GaInNP, GaInNAs, 및 GaInNSb 중 적어도 하나 이상을 더 포함하는 것인,
표면 확산 정도를 제어하여 발광 파장을 설계한 마이크로 LED의 제조방법.
The method of claim 1,
The active layer further comprises at least one of BAlGaN, GaAlNP, GaAlNAs, InAlGaN, GaAlNSb, GaInNP, GaInNAs, and GaInNSb,
A method of manufacturing a micro LED whose emission wavelength is designed by controlling the degree of surface diffusion.
상기 활성층은 초격자층(super lattice layer)을 더 포함하는 것인,
표면 확산 정도를 제어하여 발광 파장을 설계한 마이크로 LED의 제조방법.
The method of claim 1,
The active layer further comprises a super lattice layer,
A method of manufacturing a micro LED whose emission wavelength is designed by controlling the degree of surface diffusion.
상기 발광 구조체층을 형성하는 단계, 상기 활성층을 성장시키는 단계 또는 둘 다는 300 ℃ 내지 1200 ℃ 및 50 torr 내지 500 torr에서 이루어지는 것인,
표면 확산 정도를 제어하여 발광 파장을 설계한 마이크로 LED의 제조방법.
The method of claim 1,
The step of forming the light emitting structure layer, the step of growing the active layer, or both are performed at 300 °C to 1200 °C and 50 torr to 500 torr,
A method of manufacturing a micro LED whose emission wavelength is designed by controlling the degree of surface diffusion.
R,G,B 색상의 발현이 각각 또는 동시에 가능한,
표면 확산 정도를 제어하여 발광 파장을 설계한 마이크로 LED.
It is manufactured using the method of manufacturing a micro LED of any one of claims 1, 10 or 11,
R, G, B colors can be expressed individually or simultaneously,
Micro LED designed for emission wavelength by controlling the degree of surface diffusion.
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