KR102271031B1 - a high efficiency micro LED device using insulator electron affinity - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 10000um2 이하의 발광부 면적을 갖는 마이크로 LED 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 장치는 상기 마이크로 LED 장치는 P형 반도체, 발광부 및 N형 반도체가 적층되는 적층 구조를 포함하고, 상기 발광부의 사이드월 바깥면에 절연층이 형성된다.In the present invention, a micro LED device having a light emitting area of 10000um 2 or less is disclosed. In the micro LED device according to an embodiment of the present invention, the micro LED device includes a stacked structure in which a P-type semiconductor, a light emitting part, and an N-type semiconductor are stacked, and an insulating layer is formed on an outer surface of a sidewall of the light emitting part.

Description

절연체 전자친화도를 이용한 고효율 마이크로 LED 장치{a high efficiency micro LED device using insulator electron affinity}A high efficiency micro LED device using insulator electron affinity

본 발명은 면적이 상대적으로 작은 마이크로 LED 장치에 관한 것이다. 특히 본 발명은 사이드월 효과를 억제할 수 있는 마이크로 LED 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a micro LED device having a relatively small area. In particular, the present invention relates to a micro LED device capable of suppressing the sidewall effect.

면적이 작은 마이크로 LED 칩의 경우, 기존의 상대적으로 면적이 넓은 LED 칩에 비하여 사이드월(sidewall) 면적 비율이 급격하게 증가하며, 이러한 사이드월 면적의 상대적인 증가는 결함 밀도가 높은 반도체 표면적이 늘어나는 효과를 발생시키고 결국 빛을 방출할 수 있는 캐리어가 비방사 재결합(non-radiative recombination)되어 내부양자효율이 감소하게 된다.In the case of a small-area micro LED chip, the sidewall area ratio rapidly increases compared to a conventional relatively large-area LED chip, and this relative increase in the sidewall area has the effect of increasing the surface area of a semiconductor with high defect density. , and eventually light-emitting carriers undergo non-radiative recombination, reducing the internal quantum efficiency.

그러나, 사이드월의 면적 비율을 화소가 증가될수록 커지므로, 사이드월에 존재하는 결함을 최소화하여 비방사 재결합 센터 작용을 억제하여 내부양자효율을 향상시킬 필요가 있다.However, since the area ratio of the sidewall increases as the number of pixels increases, it is necessary to minimize defects present in the sidewall to suppress the non-radiative recombination center action to improve the internal quantum efficiency.

따라서, 이하에서는 상술한 문제점을 해결하여 내부양자효율이 향상된 전기적 구조를 갖는 마이크로 LED 장치를 설명하도록 한다.Therefore, the following describes a micro LED device having an electrical structure with improved internal quantum efficiency by solving the above-described problems.

Shockley-Read-Hall and Auger non-radiative recombination in GaN based LEDs: A size effect study Appl. Phys. Lett. 111, 022104 (2017); https://doi.org/10.1063/1.4993741Shockley-Read-Hall and Auger non-radiative recombination in GaN based LEDs: A size effect study Appl. Phys. Lett. 111, 022104 (2017); https://doi.org/10.1063/1.4993741

본 발명은 발광 면적이 상대적으로 작은 마이크로 LED 장치에서 발생할 수 있는 비발광 재결합을 억제할 수 있는 구조를 제안하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to propose a structure capable of suppressing non-emission recombination that may occur in a micro LED device having a relatively small light emitting area.

특히, 본 발명은 마이크로 LED 장치의 발광부의 사이드월 바깥면에 절연층 및 금속층을 형성하여 비발광 재결합을 억제할 수 있는 구조를 제안하는 것을 목적으로 한다.In particular, an object of the present invention is to propose a structure capable of suppressing non-emission recombination by forming an insulating layer and a metal layer on the outer surface of a sidewall of a light emitting part of a micro LED device.

본 발명에서는 10000um2 이하의 발광부 면적을 갖는 마이크로 LED 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 장치는 상기 마이크로 LED 장치는 P형 반도체, 발광부 및 N형 반도체가 적층되는 적층 구조를 포함하고, 상기 발광부의 사이드월 바깥면에 발광부보다 전자친화도가 낮거나 높은 절연층이 형성된다. In the present invention, a micro LED device having a light emitting area of 10000um 2 or less is disclosed. In the micro LED device according to an embodiment of the present invention, the micro LED device includes a stacked structure in which a P-type semiconductor, a light emitting part and an N-type semiconductor are stacked, and the electronic affinity of the light emitting part is higher than that of the light emitting part on the outer surface of the sidewall of the light emitting part. A low or high insulating layer is formed.

본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 장치는 발광부의 사이드월 바깥면에 발광부 내부의 캐리어에 대한 척력을 발생시키는 절연층 및 금속층을 형성함으로써, 비발광 재결합을 억제할 수 있고, 결과적으로 내부양자효율을 향상시킬 수 있다.In the micro LED device according to an embodiment of the present invention, by forming an insulating layer and a metal layer that generate a repulsive force against a carrier inside the light emitting unit on the outer surface of the sidewall of the light emitting unit, non-light emitting recombination can be suppressed, and as a result, the internal Quantum efficiency can be improved.

도 1은 마이크로 LED 칩에서 위치에 따른 밝기를 나타낸다.
도 2는 기존의 마이크로 LED 밴드다이어그램이다.
도 3은 SRH 비발광 재결합 상수(A)와 LED 칩 둘레와 탑(top) 표면 면적비와의 관계를 실험한 결과이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 장치의 밴드다이어그램을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 장치의 적층구조 일부를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 장치의 적층구조 일부를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 장치의 적층구조 일부를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 장치의 적층구조 일부를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 장치의 적층구조 일부를 나타낸다.
1 shows the brightness according to position in a micro LED chip.
2 is a conventional micro LED band diagram.
3 is an experimental result of the relationship between the SRH non-luminescent recombination constant (A) and the LED chip circumference and top surface area ratio.
4 is a band diagram of a micro LED device according to an embodiment of the present invention.
5 shows a part of a stacked structure of a micro LED device according to an embodiment of the present invention.
6 shows a part of a stacked structure of a micro LED device according to another embodiment of the present invention.
7 shows a part of a stacked structure of a micro LED device according to another embodiment of the present invention.
8 shows a part of a stacked structure of a micro LED device according to another embodiment of the present invention.
9 shows a part of a stacked structure of a micro LED device according to another embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명의 사상은 이하의 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다. Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the spirit of the present invention is not limited to the following embodiments, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention can easily change other embodiments included within the scope of the same idea by adding, changing, deleting, and adding components. It may be suggested, but this will also be included within the scope of the present invention.

첨부 도면은 발명의 사상을 이해하기 쉽게 표현하기 위하여 전체적인 구조를 설명함에 있어서는 미소한 부분은 구체적으로 표현하지 않을 수도 있고, 미소한 부분을 설명함에 있어서는 전체적인 구조는 구체적으로 반영되지 않을 수도 있다. 또한, 설치 위치 등 구체적인 부분이 다르더라도 그 작용이 동일한 경우에는 동일한 명칭을 부여함으로써, 이해의 편의를 높일 수 있도록 한다. 또한, 동일한 구성이 복수 개가 있을 때에는 어느 하나의 구성에 대해서만 설명하고 다른 구성에 대해서는 동일한 설명이 적용되는 것으로 하고 그 설명을 생략한다. In the accompanying drawings, in describing the overall structure in order to easily understand the spirit of the invention, minute parts may not be specifically expressed, and in describing the minute parts, the overall structure may not be specifically reflected. In addition, even if specific parts such as an installation location are different, when the action is the same, the same name is assigned to improve the convenience of understanding. In addition, when there are a plurality of identical configurations, only one configuration will be described, and the same description will be applied to other configurations, and the description thereof will be omitted.

면적이 작은 마이크로 LED 칩의 경우 기존의 면적이 넓은 LED 칩에 비하여 사이드월 면적 비율이 급격하게 증가한다. 여기에서 마이크로 LED 칩은 일반적으로 발광부의 최소 면적이 10000 um2이하인 LED 칩을 의미한다. 이러한 사이드월 면적의 상대적인 증가는 결함 밀도가 높은 반도체 표면적이 늘어나는 효과를 발생시키고, 결국 빛을 방출할 수 있는 캐리어가 비방사재결합함으로써 내부양자효율이 감소된다. In the case of a micro LED chip having a small area, the sidewall area ratio is rapidly increased compared to a conventional LED chip having a large area. Here, the micro LED chip generally refers to an LED chip having a minimum area of a light emitting part of 10000 um 2 or less. Such a relative increase in the sidewall area causes an effect of increasing the surface area of a semiconductor having a high defect density, and eventually, light-emitting carriers non-radiatively recombine, thereby reducing internal quantum efficiency.

그러나, 사이드월의 면적 비율은 화소가 증가될수록 커지므로, 사이드월에 존재하는 결함을 최소화하여 비방사재결합 센터 작용을 억제하여 내부양자효율을 향상시킬 필요가 있다.However, since the area ratio of the sidewall increases as the number of pixels increases, it is necessary to minimize defects present in the sidewall to suppress the non-radiative recombination center action to improve the internal quantum efficiency.

도 1은 마이크로 LED 칩에서 위치에 따른 밝기를 나타낸다.1 shows the brightness according to position in a micro LED chip.

도 1에서 예시하는 것은 7um 픽셀 LED의 PL map이며, 사이드월에 해당하는 가장자리(0~1 또는 7~8um 위치)의 밝기가 급격하게 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 도 1에서 예시하는 것과 같이 가장자리 밝기가 감소하는 요인으로는, rap-assited recombination인 Shockley-Read-Hall recombination 이 중요한 요인이며, 특히 전류가 적게 흐를 때 그 영향이 크다.What is illustrated in FIG. 1 is a PL map of a 7um pixel LED, and it can be seen that the brightness of the edge (0 to 1 or 7 to 8um position) corresponding to the sidewall is sharply lowered. As exemplified in FIG. 1 , as a factor for decreasing edge brightness, Shockley-Read-Hall recombination, which is a rap-assited recombination, is an important factor, and the effect is particularly large when a small current flows.

도 2는 기존의 마이크로 LED 밴드다이어그램이다.2 is a conventional micro LED band diagram.

도 2에서 0은 사이드월 표면을 의미하며, 0에서 멀어질수록 사이드원 표면에서 멀어지는 것을 의미한다.In FIG. 2, 0 means the surface of the sidewall, and the further away from 0, the further away from the surface of the sidewall.

도 2를 참고하여 비방사 재결합에 의한 내부양자효율 감소를 설명하면, 마이크로 LED 칩의 사이드월 표면에 많은 결함 준위(trap level:Et)가 존재한다. 이러한 결함 준위의 위치 근처에 도 2와 같이 전자(1)가 존재하면 전자(1)가 결함(2)으로 전이할 확률이 매우 높다. 그리고 결함(2)으로 전이한 전자(1)는 빛을 방출하지 않아 결과적으로 LED 칩의 내부양자효율이 감소하게 된다.Referring to FIG. 2 , the decrease in internal quantum efficiency due to non-radiative recombination will be described. Many defect levels (trap levels: Et) exist on the sidewall surface of the micro LED chip. When the electron 1 exists near the position of the defect level as shown in FIG. 2 , the probability that the electron 1 transitions to the defect 2 is very high. In addition, the electrons (1) transferred to the defect (2) do not emit light, resulting in a decrease in the internal quantum efficiency of the LED chip.

Figure 112019105013172-pat00001
Figure 112019105013172-pat00001

수학식 1은 상술한 마이크로 LED 칩에서 내부양자효율(IQE)를 나타내는 ABC 모델이다. 여기에서 A는 SRH 비발광 재결합 상수, B는 발광 재결합 상수, C는 Auger 비발광 재결합 상수를 의미한다. 그리고 n은 캐리어 농도를 의미한다. 따라서, 분자에 있는 발광 재결합 상수(B)가 클수록 내부양자효율이 높아지며, 분모에 있는 SRH 비발광 재결합 상수(A) 및 Auger 비발광 재결합 상수(C)는 낮을수록 내부양자효율이 상승함을 수학식 1(선행기술문헌 1 참조)로부터 알 수 있다.Equation 1 is an ABC model representing the internal quantum efficiency (IQE) in the above-described micro LED chip. Here, A is the SRH non-luminescent recombination constant, B is the luminescent recombination constant, and C is the Auger non-luminescent recombination constant. And n means carrier concentration. Therefore, the larger the luminescent recombination constant (B) in the molecule, the higher the internal quantum efficiency. It can be seen from Formula 1 (refer to Prior Art Document 1).

그런데, Auger 비발광 재결합 상수는 낮은 전류(낮은 캐리어 농도) 상태에서는 무시가능하며, 또한 트랩(trap)에 영향을 받는 상수가 아니다. 일반적으로 마이크로 LED 칩에는 크기에서 오는 물리적 특성상 낮은 전류가 흐를 것으로 무시가능한 것으로 볼 수 있다. 반면에 SRH 비발광 재결합 상수는 결함에 의해 영향을 받는 비발광 재결합 상수로서, 결과적으로 SRH 비발광 재결합 상수를 낮추는 것이 내부양자효율을 높이는 방법이 될 수 있다. However, the Auger non-luminescent recombination constant is negligible under a low current (low carrier concentration) state, and is not a constant affected by a trap. In general, it can be seen that a low current flows in a micro LED chip due to the physical characteristics that come from its size and is negligible. On the other hand, the SRH non-luminescent recombination constant is a non-luminescent recombination constant affected by defects, and consequently, lowering the SRH non-luminescent recombination constant may be a way to increase the internal quantum efficiency.

도 3은 SRH 비발광 재결합 상수(A)와 LED 칩 둘레와 탑(top) 표면 면적비와의 관계를 실험한 결과이다.3 is an experimental result of the relationship between the SRH non-luminescent recombination constant (A) and the LED chip circumference and top surface area ratio.

도 3에서 보여지는 바와 같이, LED 파라미터가 클수록 비발광 재결합 상수(A)가 커지는 것을 알 수 있다. 다시 말해서, 사이드월 효과가 감소해야 내부양자효율이 증가함을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 3 , it can be seen that the larger the LED parameter, the larger the non-luminous recombination constant (A). In other words, it can be confirmed that the internal quantum efficiency increases only when the sidewall effect is decreased.

따라서, 이하에서는 사이드월 효과를 감소시키기 위해 마이크로 LED 칩의 발광부 사이드월에 캐리어가 접근하기 어렵도록 유도하는 구조를 포함하는 마이크로 LED 장치를 설명하도록 한다.Therefore, in order to reduce the sidewall effect, a micro LED device including a structure for inducing a carrier to be difficult to access the light emitting sidewall of the micro LED chip will be described below.

구체적인 실시 예에서, 사이드월 표면의 전위상태를 변형시킴으로써, 캐리어가 사이드월 근처에 존재하는 비발광 재결합 센터에 도달하는 것을 억제하여 내부양자효율을 향상시킬 수 있는 전기적 구조를 갖는 마이크로 LED 장치를 설명하도록 한다.In a specific embodiment, a micro LED device having an electrical structure that can improve internal quantum efficiency by inhibiting carriers from reaching a non-luminescent recombination center existing near the sidewall by modifying the potential state of the surface of the sidewall is described. let it do

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 장치의 밴드다이어그램을 나타낸다.4 is a band diagram of a micro LED device according to an embodiment of the present invention.

도 4(a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 장치의 밴드다이어그램이며, 도 4(b)는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 장치의 밴드다이어그램이다.4 (a) is a band diagram of a micro LED device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 (b) is a band diagram of a micro LED device according to another embodiment of the present invention.

(a)를 먼저 설명한다. (a)는 마이크로 LED 장치의 발광부에 절연층이 부착된 경우의 밴드다이어그램이다. 절연체 반도체간 밴드얼라인먼트는 Anderson's rule을 따르므로 반도체의 사이드월에 다수캐리어를 밀어내는 척력이 발생한다. (a) will be explained first. (a) is a band diagram when an insulating layer is attached to the light emitting part of the micro LED device. Since band alignment between insulators and semiconductors follows Anderson's rule, a repulsive force that pushes out majority carriers occurs on the sidewall of the semiconductor.

본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 장치의 사이드월 표면에 존재하는 많은 결함 준위(trap level:Et) 영역에, 절연층과 반도체의 에너지 차이로 인해 정공과 전자가 이동하고, 그 결과로 고정 음전하(immobile minus charge)가 사이드월 표면 근처에 형성되어 캐리어 전자를 밀어내는 척력이 발생한다. 다시 말해서, 사이드월 표면 근처의 전위가 높아 전자가 접근하기 어렵기 때문에 결과적으로 사이드월 표면 근처에 존재하는 전자수가 감소한다.Holes and electrons move due to the energy difference between the insulating layer and the semiconductor in many trap level (Et) regions existing on the surface of the sidewall of the micro LED device according to an embodiment of the present invention, and as a result, they are fixed An immobile minus charge builds up near the surface of the sidewall, creating a repulsive force that repels the carrier electrons. In other words, since the potential near the sidewall surface is high and electrons are difficult to access, as a result, the number of electrons present near the sidewall surface decreases.

그리고 결과적으로 척력에 의해 표면 결함과 전자가 서로 격리되어 전자가 사이드월 표면에서 일정 거리 떨어져 진행한다. 전자가 사이드월 표면에서 일정 거리 떨어져 진행하면 당연하게도 사이드월 표면의 캐리어 농도가 감소되어 사이드월에서 발생하는 비발광 재결합이 감소하여 내부양자효율이 향상된다.And as a result, surface defects and electrons are isolated from each other by the repulsive force, and electrons travel a certain distance away from the surface of the sidewall. When electrons travel a certain distance away from the surface of the sidewall, of course, the carrier concentration on the surface of the sidewall is reduced, so that non-luminescent recombination occurring in the sidewall is reduced, thereby improving the internal quantum efficiency.

(b)는 마이크로 LED 장치의 발광부에 절연층 및 금속층이 부착된 때의 밴드 다이어그램이다.(b) is a band diagram when an insulating layer and a metal layer are attached to the light emitting part of the micro LED device.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 마이크로 LED 장치는 절연층에 더하여 금속층이 구비되어 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 적절한 바이어스 인가를 통해 공핍층의 넓이를 증가시킬 수 있다. 따라서 그 결과로 절연층과 반도체의 에너지 차이를 더 증가시킬 수 있다. 이러한 에너지 차이의 증가는 상술한 바와 같이 사이드월 표면 근처서 캐리어인 전자를 밀어내는 척력으로 작용할 수 있다.The micro LED device according to another embodiment of the present invention is provided with a metal layer in addition to the insulating layer, so that, as shown in FIG. 4(b) , the width of the depletion layer can be increased by applying an appropriate bias. Therefore, as a result, it is possible to further increase the energy difference between the insulating layer and the semiconductor. This increase in energy difference may act as a repulsive force that repels electrons, which are carriers, near the surface of the sidewall as described above.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 장치의 적층구조 일부를 나타낸다.5 shows a part of a stacked structure of a micro LED device according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 장치는 N형 반도체(51), 발광부(52) 그리고 P형 반도체(53)가 차례로 적층된 형태일 수 있다. 여기에서 각각의 층 사이에는 구체적인 실시 예에 따라 추가적인 층이 형성될 수도 있다.As shown in FIG. 5 , the micro LED device according to an embodiment of the present invention may have an N-type semiconductor 51 , a light emitting unit 52 , and a P-type semiconductor 53 sequentially stacked. Here, an additional layer may be formed between each layer according to a specific embodiment.

발광부(52)는 다중발광우물구조(Multi Quantum Well), 나노 구조체 또는 양자점 중 어느 하나를 발광구조로 사용할 수 있다.The light-emitting unit 52 may use any one of a multi-quantum well structure, a nano structure, or a quantum dot as a light-emitting structure.

그리고 발광부(52)의 사이드월의 바깥쪽으로 절연층(54)이 형성될 수 있다. 도 5의 실시 예에서, 절연층(54)는 발광부(52)의 사이드월을 모두 덮도록 형성될 수 있다. 일 실시 예에서, 절연층(54)의 두께는 0.1nm 내지 1um 일 수 있다.In addition, the insulating layer 54 may be formed outside the sidewall of the light emitting part 52 . 5 , the insulating layer 54 may be formed to cover all the sidewalls of the light emitting part 52 . In one embodiment, the thickness of the insulating layer 54 may be 0.1nm to 1um.

또한, 절연층(54)의 전체 또는 일부에 고정전하가 주입된 도핑영역이 형성될 수 있다. 절연층(54)의 도핑영역은 이온 주입 공정(ion implantation), 확산 및 플라즈마 방법을 통해 형성될 수 있다.In addition, a doped region into which a fixed charge is injected may be formed in all or part of the insulating layer 54 . The doped region of the insulating layer 54 may be formed through ion implantation, diffusion, and plasma methods.

여기에서, 절연층(54)은 발광부(52)가 P형인 경우, 발광부(52)보다 전자친화도가 낮은 물질일 수 있다. 또한, 절연층(54)은 발광부(52)가 N형인 경우, 발광부(52)보다 전자친화도가 높은 물질일 수 있다.Here, the insulating layer 54 may be made of a material having lower electron affinity than the light emitting part 52 when the light emitting part 52 is P-type. In addition, the insulating layer 54 may be made of a material having a higher electron affinity than the light emitting part 52 when the light emitting part 52 is N-type.

또한, 발광부(52)의 사이드월로부터 일정 거리까지의 영역의 일부 또는 전체에 고정전하가 주입된 도핑영역이 형성될 수 있다. 여기에서 일정 거리는 0.2um일 수 있다.In addition, a doped region into which a fixed charge is injected may be formed in part or all of the region up to a predetermined distance from the sidewall of the light emitting unit 52 . Here, the predetermined distance may be 0.2um.

이때 이온 주입 공정에서 사용되는 도펀트는 Mg, Zn, Be, Al, Ca, Ar, Si, Se, Te, H, S, C, O, 또는 Au 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 또한, 확산 공정을 위해 Mg, Zn, Be, Al, Ca, Ar, Si, Se, Te, H, S, C, O, 또는 Au 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스 또는 액체 또는 고체를 증착할 수 있다. 또한, 플라즈마 공정을 위한 가스에 포함된 원소가 Mg, Zn, Be, Al, Ca, Ar, Si, Se, Te, H, S, C, O, 또는 Au 중 적어도 어느 하나일 수 있다.In this case, the dopant used in the ion implantation process may be at least one of Mg, Zn, Be, Al, Ca, Ar, Si, Se, Te, H, S, C, O, or Au. In addition, it is possible to deposit a gas or liquid or solid containing at least any one of Mg, Zn, Be, Al, Ca, Ar, Si, Se, Te, H, S, C, O, or Au for the diffusion process. have. In addition, the element included in the gas for the plasma process may be at least one of Mg, Zn, Be, Al, Ca, Ar, Si, Se, Te, H, S, C, O, or Au.

도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 장치의 적층구조 일부를 나타낸다.6 shows a part of a stacked structure of a micro LED device according to another embodiment of the present invention.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 장치는 N형 반도체(61), 발광부(62) 그리고 P형 반도체(63)가 차례로 적층된 형태일 수 있다. 여기에서 각각의 층 사이에는 구체적인 실시 예에 따라 추가적인 층이 형성될 수도 있다.As shown in FIG. 6 , the micro LED device according to another embodiment of the present invention may have an N-type semiconductor 61 , a light emitting unit 62 , and a P-type semiconductor 63 sequentially stacked. Here, an additional layer may be formed between each layer according to a specific embodiment.

발광부(62)는 다중발광우물구조(Multi Quantum Well), 나노 구조체 또는 양자점 중 어느 하나를 발광구조로 사용할 수 있다.The light emitting unit 62 may use any one of a multi quantum well structure, a nano structure, or a quantum dot as a light emitting structure.

그리고 발광부(62)의 사이드월의 바깥쪽으로 절연층(64)이 형성될 수 있다. 도 6의 실시 예에서, 절연층(64)는 발광부(62)의 사이드월을 일부만 덮도록 형성될 수 있다. 일 실시 예에서, 절연층(64)의 두께는 0.1nm 내지 1um 일 수 있다. In addition, the insulating layer 64 may be formed outside the sidewall of the light emitting unit 62 . 6 , the insulating layer 64 may be formed to partially cover the sidewall of the light emitting unit 62 . In one embodiment, the thickness of the insulating layer 64 may be 0.1nm to 1um.

또한, 절연층(64)의 전체 또는 일부에 고정전하가 주입된 도핑영역이 형성될 수 있다. 절연층(64)의 도핑영역은 이온 주입 공정(ion implantation), 확산 및 플라즈마 방법을 통해 형성될 수 있다.In addition, a doped region into which a fixed charge is injected may be formed in all or part of the insulating layer 64 . The doped region of the insulating layer 64 may be formed through an ion implantation process, a diffusion method, and a plasma method.

또한, 발광부(62)의 사이드월로부터 일정 거리까지의 영역의 일부 또는 전체에 고정전하가 주입된 도핑영역이 형성될 수 있다. 여기에서 일정 거리는 0.2um일 수 있다.In addition, a doped region into which a fixed charge is injected may be formed in part or all of the region up to a predetermined distance from the sidewall of the light emitting unit 62 . Here, the predetermined distance may be 0.2um.

이때 이온 주입 공정에서 사용되는 도펀트는 Mg, Zn, Be, Al, Ca, Ar, Si, Se, Te, H, S, C, O, 또는 Au 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 또한, 확산 공정을 위해 Mg, Zn, Be, Al, Ca, Ar, Si, Se, Te, H, S, C, O, 또는 Au 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스 또는 액체 또는 고체를 증착할 수 있다. 또한, 플라즈마 공정을 위한 가스에 포함된 원소가 Mg, Zn, Be, Al, Ca, Ar, Si, Se, Te, H, S, C, O, 또는 Au 중 적어도 어느 하나일 수 있다.In this case, the dopant used in the ion implantation process may be at least one of Mg, Zn, Be, Al, Ca, Ar, Si, Se, Te, H, S, C, O, or Au. In addition, it is possible to deposit a gas or liquid or solid containing at least any one of Mg, Zn, Be, Al, Ca, Ar, Si, Se, Te, H, S, C, O, or Au for the diffusion process. have. In addition, the element included in the gas for the plasma process may be at least one of Mg, Zn, Be, Al, Ca, Ar, Si, Se, Te, H, S, C, O, or Au.

도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 장치의 적층구조 일부를 나타낸다.7 shows a part of a stacked structure of a micro LED device according to another embodiment of the present invention.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 장치는 N형 반도체(71), 발광부(72), 그리고 P형 반도체(73)이 차례로 적층된 형태일 수 있다. 여기에서 각각의 층 사이에는 구체적인 실시 예에 따라 추가적인 층이 형성될 수도 있다.As shown in FIG. 7 , the micro LED device according to another embodiment of the present invention may have an N-type semiconductor 71 , a light emitting unit 72 , and a P-type semiconductor 73 sequentially stacked. . Here, an additional layer may be formed between each layer according to a specific embodiment.

발광부(72)는 다중발광우물구조(Multi Quantum Well), 나노 구조체 또는 양자점 중 어느 하나를 발광구조로 사용할 수 있다.The light emitting unit 72 may use any one of a multi-quantum well structure, a nano structure, or a quantum dot as a light emitting structure.

그리고 발광부(72)의 사이드월의 바깥쪽으로 절연층(74)이 형성될 수 있다. 도 7의 실시 예에서, 절연층(74)는 발광부(72)의 사이드월 전부를 덮도록 형성될 수 있다. 일 실시 예에서, 절연층(74)의 두께는 0.1nm 내지 1um 일 수 있다. In addition, an insulating layer 74 may be formed outside the sidewall of the light emitting unit 72 . In the embodiment of FIG. 7 , the insulating layer 74 may be formed to cover the entire sidewall of the light emitting unit 72 . In one embodiment, the thickness of the insulating layer 74 may be 0.1nm to 1um.

또한, 절연층(74)의 전체 또는 일부에 고정전하가 주입된 도핑영역이 형성될 수 있다. 절연층(74)의 도핑영역은 이온 주입 공정(ion implantation), 확산 및 플라즈마 방법을 통해 형성될 수 있다.In addition, a doped region into which a fixed charge is injected may be formed in all or part of the insulating layer 74 . The doped region of the insulating layer 74 may be formed through ion implantation, diffusion, and plasma methods.

또한, 발광부(72)의 사이드월로부터 일정 거리까지의 영역의 일부 또는 전체에 고정전하가 주입된 도핑영역이 형성될 수 있다. 여기에서 일정 거리는 0.2um일 수 있다. 더하여, 발광부(72)의 위 또는 아래에 형성되는 반도체 내부도 고정전하가 주입된 도핑영역역이 형성될 수 있다. In addition, a doped region into which a fixed charge is injected may be formed in part or all of the region up to a predetermined distance from the sidewall of the light emitting unit 72 . Here, the predetermined distance may be 0.2um. In addition, a doped region into which a fixed charge is injected may also be formed inside the semiconductor formed above or below the light emitting unit 72 .

이때 이온 주입 공정에서 사용되는 도펀트는 Mg, Zn, Be, Al, Ca, Ar, Si, Se, Te, H, S, C, O, 또는 Au 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 또한, 확산 공정을 위해 Mg, Zn, Be, Al, Ca, Ar, Si, Se, Te, H, S, C, O, 또는 Au 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스 또는 액체 또는 고체를 증착할 수 있다. 또한, 플라즈마 공정을 위한 가스에 포함된 원소가 Mg, Zn, Be, Al, Ca, Ar, Si, Se, Te, H, S, C, O, 또는 Au 중 적어도 어느 하나일 수 있다.In this case, the dopant used in the ion implantation process may be at least one of Mg, Zn, Be, Al, Ca, Ar, Si, Se, Te, H, S, C, O, or Au. In addition, it is possible to deposit a gas or liquid or solid containing at least any one of Mg, Zn, Be, Al, Ca, Ar, Si, Se, Te, H, S, C, O, or Au for the diffusion process. have. In addition, the element included in the gas for the plasma process may be at least one of Mg, Zn, Be, Al, Ca, Ar, Si, Se, Te, H, S, C, O, or Au.

또한, 절연층(74)의 다른 면(발광부와 접하지 않은 면)에 금속층(75)이 형성될 수 있다. 금속층은 Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Sn, In, Cd, Ag, Pd, Rh, Ru, Tc, Mo, Nb, Zr, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Tl, Y, Sc, Te, Sb 또는 Se 중 적어도 어느 하나 또는 이들의 혼합일 수 있다.In addition, the metal layer 75 may be formed on the other surface of the insulating layer 74 (a surface not in contact with the light emitting part). Metal layers are Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Sn, In, Cd, Ag, Pd, Rh, Ru, Tc, Mo, Nb, Zr, Hf, Ta, At least one of W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Tl, Y, Sc, Te, Sb, or Se, or a mixture thereof.

도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 장치의 적층구조 일부를 나타낸다.8 shows a part of a stacked structure of a micro LED device according to another embodiment of the present invention.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 장치는 N형 반도체(81), 발광부(82) 그리고 P형 반도체(83)가 차례로 적층된 형태일 수 있다. 여기에서 각각의 층 사이에는 구체적인 실시 예에 따라 추가적인 층이 형성될 수도 있다.As shown in FIG. 8 , the micro LED device according to another embodiment of the present invention may have an N-type semiconductor 81 , a light emitting unit 82 , and a P-type semiconductor 83 stacked in sequence. Here, an additional layer may be formed between each layer according to a specific embodiment.

발광부(82)는 다중발광우물구조(Multi Quantum Well), 나노 구조체 또는 양자점 중 어느 하나를 발광구조로 사용할 수 있다.The light emitting unit 82 may use any one of a multi-quantum well structure, a nano structure, or a quantum dot as a light emitting structure.

그리고 발광부(82)의 사이드월의 바깥쪽으로 절연층(84)이 형성될 수 있다. 도 8의 실시 예에서, 절연층(84)는 발광부(82)의 사이드월 전부를 덮도록 형성될 수 있다. 일 실시 예에서, 절연층(84)의 두께는 0.1nm 내지 1um 일 수 있다. In addition, the insulating layer 84 may be formed outside the sidewall of the light emitting part 82 . In the embodiment of FIG. 8 , the insulating layer 84 may be formed to cover the entire sidewall of the light emitting part 82 . In one embodiment, the thickness of the insulating layer 84 may be 0.1nm to 1um.

또한, 절연층(84)의 전체 또는 일부에 고정전하가 주입된 도핑영역이 형성될 수 있다. 절연층(84)의 도핑영역은 이온 주입 공정(ion implantation), 확산 및 플라즈마 방법을 통해 형성될 수 있다.In addition, a doped region into which a fixed charge is injected may be formed in all or part of the insulating layer 84 . The doped region of the insulating layer 84 may be formed through ion implantation, diffusion, and plasma methods.

또한, 발광부(82)의 가장자리로부터 일정 거리까지의 영역의 일부 또는 전체에 고정전하가 주입된 도핑영역이 형성될 수 있다. 여기에서 일정 거리는 0.2um일 수 있다.In addition, a doped region into which a fixed charge is injected may be formed in part or all of the region up to a predetermined distance from the edge of the light emitting part 82 . Here, the predetermined distance may be 0.2um.

이때 이온 주입 공정에서 사용되는 도펀트는 Mg, Zn, Be, Al, Ca, Ar, Si, Se, Te, H, S, C, O, 또는 Au 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 또한, 확산 공정을 위해 Mg, Zn, Be, Al, Ca, Ar, Si, Se, Te, H, S, C, O, 또는 Au 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스 또는 액체 또는 고체를 증착할 수 있다. 또한, 플라즈마 공정을 위한 가스에 포함된 원소가 Mg, Zn, Be, Al, Ca, Ar, Si, Se, Te, H, S, C, O, 또는 Au 중 적어도 어느 하나일 수 있다.In this case, the dopant used in the ion implantation process may be at least one of Mg, Zn, Be, Al, Ca, Ar, Si, Se, Te, H, S, C, O, or Au. In addition, it is possible to deposit a gas or liquid or solid containing at least any one of Mg, Zn, Be, Al, Ca, Ar, Si, Se, Te, H, S, C, O, or Au for the diffusion process. have. In addition, the element included in the gas for the plasma process may be at least one of Mg, Zn, Be, Al, Ca, Ar, Si, Se, Te, H, S, C, O, or Au.

또한, 절연층(84)의 다른 면(발광부와 접하지 않은 면)에 금속층(85)이 형성될 수 있다. 금속층은 Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Sn, In, Cd, Ag, Pd, Rh, Ru, Tc, Mo, Nb, Zr, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Tl, Y, Sc, Te, Sb 또는 Se 중 적어도 어느 하나 또는 이들의 혼합일 수 있다.In addition, the metal layer 85 may be formed on the other surface of the insulating layer 84 (a surface that is not in contact with the light emitting part). Metal layers are Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Sn, In, Cd, Ag, Pd, Rh, Ru, Tc, Mo, Nb, Zr, Hf, Ta, At least one of W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Tl, Y, Sc, Te, Sb, or Se, or a mixture thereof.

또한 도 8에서 도시하는 바와 같이, 절연층(84) 및 금속층(85)은 발광부(82)의 사이드월 뿐 아니라 발광부(82) 사이드월의 위 및/또는 아래까지 연장되어 형성될 수 있다.Also, as shown in FIG. 8 , the insulating layer 84 and the metal layer 85 may be formed to extend above and/or below the sidewall of the light emitting unit 82 as well as the sidewall of the light emitting unit 82 . .

도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 장치의 적층구조 일부를 나타낸다.9 shows a part of a stacked structure of a micro LED device according to another embodiment of the present invention.

도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 장치는 N형 반도체(91), 발광부(92), 그리고 P형 반도체(93)가 차례로 적층된 형태일 수 있다. 여기에서 각각의 층 사이에는 구체적인 실시 예에 따라 추가적인 층이 형성될 수도 있다.As shown in FIG. 9 , the micro LED device according to another embodiment of the present invention may have an N-type semiconductor 91 , a light emitting unit 92 , and a P-type semiconductor 93 sequentially stacked. . Here, an additional layer may be formed between each layer according to a specific embodiment.

발광부(92)는 다중발광우물구조(Multi Quantum Well), 나노 구조체 또는 양자점 중 어느 하나를 발광구조로 사용할 수 있다.The light-emitting unit 92 may use any one of a multi-quantum well structure, a nano structure, or a quantum dot as a light-emitting structure.

그리고 발광부(92)의 사이드월의 바깥쪽으로 절연층(94)이 형성될 수 있다. 도 8의 실시 예에서, 절연층(94)는 발광부(92)의 사이드월 전부를 덮도록 형성될 수 있다. 일 실시 예에서, 절연층(94)의 두께는 0.1nm 내지 1um 일 수 있다. In addition, an insulating layer 94 may be formed outside the sidewall of the light emitting part 92 . In the embodiment of FIG. 8 , the insulating layer 94 may be formed to cover the entire sidewall of the light emitting unit 92 . In one embodiment, the thickness of the insulating layer 94 may be 0.1nm to 1um.

또한, 절연층(94)의 전체 또는 일부에 고정전하가 주입된 도핑영역이 형성될 수 있다. 절연층(94)의 도핑영역은 이온 주입 공정(ion implantation), 확산 및 플라즈마 방법을 통해 형성될 수 있다.In addition, a doped region into which a fixed charge is injected may be formed in all or part of the insulating layer 94 . The doped region of the insulating layer 94 may be formed through ion implantation, diffusion, and plasma methods.

또한, 발광부(92)의 사이드월로부터 일정 거리까지의 영역의 일부 또는 전체에 고정전하가 주입된 도핑영역이 형성될 수 있다. 여기에서 일정 거리는 0.2um일 수 있다.In addition, a doped region into which a fixed charge is injected may be formed in part or all of the region up to a predetermined distance from the sidewall of the light emitting unit 92 . Here, the predetermined distance may be 0.2um.

이때 이온 주입 공정에서 사용되는 도펀트는 Mg, Zn, Be, Al, Ca, Ar, Si, Se, Te, H, S, C, O, 또는 Au 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 또한, 확산 공정을 위해 Mg, Zn, Be, Al, Ca, Ar, Si, Se, Te, H, S, C, O, 또는 Au 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스 또는 액체 또는 고체를 증착할 수 있다. 또한, 플라즈마 공정을 위한 가스에 포함된 원소가 Mg, Zn, Be, Al, Ca, Ar, Si, Se, Te, H, S, C, O, 또는 Au 중 적어도 어느 하나일 수 있다.In this case, the dopant used in the ion implantation process may be at least one of Mg, Zn, Be, Al, Ca, Ar, Si, Se, Te, H, S, C, O, or Au. In addition, it is possible to deposit a gas or liquid or solid containing at least any one of Mg, Zn, Be, Al, Ca, Ar, Si, Se, Te, H, S, C, O, or Au for the diffusion process. have. In addition, the element included in the gas for the plasma process may be at least one of Mg, Zn, Be, Al, Ca, Ar, Si, Se, Te, H, S, C, O, or Au.

또한, 절연층(94)의 다른 면(발광부와 접하지 않은 면)에 금속층(95)이 형성될 수 있다. 금속층은 Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Sn, In, Cd, Ag, Pd, Rh, Ru, Tc, Mo, Nb, Zr, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Tl, Y, Sc, Te, Sb 또는 Se 중 적어도 어느 하나 또는 이들의 혼합일 수 있다.In addition, a metal layer 95 may be formed on the other surface of the insulating layer 94 (a surface not in contact with the light emitting part). Metal layers are Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Sn, In, Cd, Ag, Pd, Rh, Ru, Tc, Mo, Nb, Zr, Hf, Ta, At least one of W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Tl, Y, Sc, Te, Sb, or Se, or a mixture thereof.

또한 도 9에서 도시하는 바와 같이, 절연층(94)은 발광부(92)의 사이드월 뿐 아니라 발광부(92) 사이드월의 위 및/또는 아래까지 연장되어 형성될 수 있다. 더하여, 절연층(94)의 또 다른 일면에 형성되는 금속층(95)은 절연층(94)과 다른 면적을 갖도록 형성될 수 있다. 일 실시 예에서, 금속층(95)은 절연층(94)의 또 다른 일면보다 작은 면적을 갖도록 형성될 수 있다.Also, as shown in FIG. 9 , the insulating layer 94 may be formed to extend not only to the sidewall of the light emitting unit 92 but also to the top and/or bottom of the sidewall of the light emitting unit 92 . In addition, the metal layer 95 formed on another surface of the insulating layer 94 may be formed to have a different area from the insulating layer 94 . In an embodiment, the metal layer 95 may be formed to have a smaller area than another surface of the insulating layer 94 .

상술한 도 5 내지 9에서 설명한 구조를 갖는 마이크로 LED 장치는 발광부 가장자리 영역에 포텐셜이 증가하여, 전자들이 사이드월 표면으로부터 일정 거리 떨어지게 된다. 이러한 효과로서, 비발광 재결합을 억제함으로써 더 많은 전자가 방사성 방사(radiative radiation)되어 내부양자효율이 향상될 수 있다. In the micro LED device having the structure described above with reference to FIGS. 5 to 9 , the potential increases in the edge region of the light emitting part, so that electrons are separated from the surface of the sidewall by a certain distance. As such an effect, by suppressing non-luminescent recombination, more electrons are radiatively radiated, and internal quantum efficiency can be improved.

상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The above detailed description should not be construed as restrictive in all respects and should be considered as illustrative. The scope of the present invention should be determined by a reasonable interpretation of the appended claims, and all modifications within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.

Claims (9)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 10000um2 이하의 발광부 면적을 갖는 마이크로 LED 장치에 있어서,
상기 마이크로 LED 장치는 P형 반도체, 상기 발광부 및 N형 반도체가 적층되는 적층 구조를 포함하고,
상기 발광부의 사이드월 바깥면에는 절연층이 더 형성되되 그 절연층의 전체 또는 일부에 고정 전하가 주입된 도핑영역이 형성되고, 상기 발광부에 접하지 않은 상기 절연층의 또 다른 일면에는 바이어스 인가를 통해 공핍층의 넓이를 증가시키기 위한 금속층이 더 형성됨을 특징으로 하는 마이크로 LED 장치.
In the micro LED device having a light emitting area of 10000um 2 or less,
The micro LED device includes a stacked structure in which a P-type semiconductor, the light emitting part, and the N-type semiconductor are stacked,
An insulating layer is further formed on the outer surface of the sidewall of the light emitting part, a doped region into which a fixed charge is injected is formed in all or part of the insulating layer, and a bias is applied to another surface of the insulating layer that is not in contact with the light emitting part A micro LED device, characterized in that a metal layer is further formed to increase the width of the depletion layer.
제5 항에 있어서,
상기 금속층은 상기 발광부에 접하지 않은 상기 절연층의 또 다른 일면보다 작은 면적을 갖도록 형성되는
마이크로 LED 장치.
6. The method of claim 5,
The metal layer is formed to have a smaller area than another surface of the insulating layer that is not in contact with the light emitting part.
Micro LED device.
제5 항에 있어서,
상기 절연층은 상기 발광부의 사이드월 바깥면의 위 및 아래에도 형성됨을 특징으로 하는 마이크로 LED 장치.
6. The method of claim 5,
The insulating layer is a micro LED device, characterized in that formed above and below the outer surface of the sidewall of the light emitting unit.
삭제delete 삭제delete
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