KR102588011B1 - 형광체 사용없이 트렌치를 이용하여 다양한 색상의 광을 구현할 수 있는 발광 다이오드 - Google Patents
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Abstract
형광체 사용없이 트렌치를 이용하여 다양한 색상의 광을 구현할 수 있는 발광 다이오드가 개시된다. 상기 발광 다이오드는 제 1 활성층 및 상기 제 1 활성층 위에 배열되는 제 2 활성층을 포함한다. 여기서, 상기 제 2 활성층을 관통하여 적어도 하나의 트렌치가 형성되고, 상기 트렌치로 인하여 상기 제 1 활성층이 상기 제 2 활성층에 의해 막히지 않고 노출되며, 상기 제 2 활성층 및 상기 제 1 활성층 중 노출된 부분을 통하여 광들이 출력되고, 상기 제 1 활성층으로부터 출력되는 광의 색상과 상기 제 2 활성층으로부터 출력되는 광의 색상이 다르다.
Description
본 발명은 형광체 사용없이 트렌치를 이용하여 다양한 색상의 광을 구현할 수 있는 발광 다이오드에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 LED를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, n타입 층 위에 활성층이 배열되고, 전극으로 전압을 인가함에 의해 단일 색상의 광이 출력된다.
조명 및 디스플레이 분야에서 백색광을 많이 사용하는데, 현재 LED는 이러한 백색광을 구현하기 위해 LED로부터 출력되는 블루광을 형광체를 이용하여 황색광으로 변화시켜 사용하고 있다. 그러나, 상기 형광체를 이용하여 상기 블루광을 상기 황색광으로 변화시키는 과정에서 상기 LED의 효율이 감소되었다.
본 발명은 형광체 사용없이 트렌치를 이용하여 다양한 색상의 광을 구현할 수 있는 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는 제 1 활성층; 및 상기 제 1 활성층 위에 배열되는 제 2 활성층을 포함한다. 여기서, 상기 제 2 활성층을 관통하여 적어도 하나의 트렌치가 형성되고, 상기 트렌치로 인하여 상기 제 1 활성층이 상기 제 2 활성층에 의해 막히지 않고 노출되며, 상기 제 2 활성층 및 상기 제 1 활성층 중 노출된 부분을 통하여 광들이 출력되고, 상기 제 1 활성층으로부터 출력되는 광의 색상과 상기 제 2 활성층으로부터 출력되는 광의 색상이 다르다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼는 제 1 발광 다이오드; 및 제 2 발광 다이오드를 포함하며, 상기 제 1 발광 다이오드 및 상기 제 2 발광 다이오드는 각기 순차적으로 적층된 제 2 활성층 및 제 3 활성층을 가진다. 여기서, 상기 제 1 발광 다이오드에서는 트렌치가 형성되지 않아서 상기 제 2 활성층이 노출되지 않으며, 상기 제 2 발광 다이오드에서는 상기 제 3 활성층을 관통하여 상기 제 2 활성층까지 제 1 트렌치가 형성되어 상기 제 2 활성층이 노출된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 제조 방법은 n타입 층 위에 제 1 활성층, 제 2 활성층 및 p타입 층을 순차적으로 성장시키는 단계; 상기 p타입 층 및 상기 제 2 활성층을 관통하는 적어도 하나의 트렌치를 형성하는 단계; 및 상기 제 2 활성층 및 상기 트렌치 상에 p타입 층을 다시 성장시키는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 트렌치로 인하여 상기 제 1 활성층이 상기 제 2 활성층에 의해 막히지 않고 노출된다.
본 발명에 따른 발광 다이오드는 형광체 사용없이 트렌치를 이용하여 다양한 색상의 광을 출력할 수 있으며, 그 결과 상기 발광 다이오드의 효율이 향상될 수 있다.
또한, 하나의 웨이퍼에서 트렌치를 이용하는 방식으로 복수의 발광 다이오드들을 동시에 제조할 수 있으므로, 상기 LED들을 제조하기 위한 비용과 복잡성이 감소할 수 있다.
도 1은 일반적인 LED를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED의 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 트렌치가 없을 때의 LED의 파장 분포를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 트렌치를 이용하는 LED의 파장 분포를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 제조 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED의 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 트렌치가 없을 때의 LED의 파장 분포를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 트렌치를 이용하는 LED의 파장 분포를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 제조 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 발명은 형광체 사용없이 다색상을 구현할 수 있는 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED), 특히 마이크로 LED에 관한 것이다.
일 실시예에 따르면, 상기 발광 다이오드는 트렌치(Trench)를 이용하여 활성층, 예를 들어 다중 양자 우물(Multi-Quantum Well, MQW)을 노출시켜 다양한 색상을 실현할 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED의 구조를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED의 구조를 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED의 구조를 도시한 도면이다. 도 5는 트렌치가 없을 때의 LED의 파장 분포를 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 트렌치를 이용하는 LED의 파장 분포를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 발광 다이오드(LED)는 제 1 활성층(200), 제 2 활성층(202), p타입 층(204), 예를 들어 p타입 갈륨질화물층(P-GaN층) 및 n타입 층(206), 예를 들어 n타입 갈륨질화물층(n-GaN층)을 포함할 수 있다. 다만, 도시하지는 않았지만 p타입 층(204) 및 n타입 층(206) 상에는 각기 전극이 형성될 수 있으며, 상기 전극들로 전원이 인가됨에 따라 활성층(200 또는 202)은 광을 출력할 수 있다.
제 1 활성층(200) 및 제 2 활성층(202)은 n타입 층(206) 위에 순차적으로 적층될 수 있다.
제 2 활성층(202)은 이중 이종구조(double hetterostructure), 단일 양자 우물(single quemtum well) 또는 다중 양자 우물(MQW)일 수 있다. 예를 들어, 제 2 활성층(202)은 제 1 색상, 예를 들어 블루색을 발광할 수 있는 MQW일 수 있다.
제 1 활성층(200)은 제 2 활성층(202) 하부에 배열되며, 이중 이종구조, 단일 양자 우물 또는 다중 양자 우물(MQW)일 수 있다. 예를 들어, 제 1 활성층(200)는 제 2 색상, 예를 들어 황색광을 출력할 수 있는 MQW일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제 1 활성층(200)에는 트렌치가 형성되지 않지만, 제 1 활성층(200) 상부에 배열되는 제 2 활성층(202)에는 적어도 하나의 트렌치(210)가 형성될 수 있다. 이러한 트렌치(210)는 제 2 활성층(202) 하부에 배열되는 제 1 활성층(200)의 상부를 노출시키는 역할을 수행한다. 즉, 제 1 활성층(200) 중 트렌치(210)에 대응하는 부분 제 2 활성층(202)에 의해 차단되지 않고 노출될 수 있다. 결과적으로, 제 2 활성층(202)으로부터 예를 들어 블루광이 외부로 출력될 수 있고, 제 1 활성층(200) 중 트렌치(210)에 의해 노출되는 부분으로부터 예를 들어 황색광이 외부로 출력될 수 있다.
n-GaN층(206)은 제 1 활성층(200) 하부에 배열되며, p-GaN층(204)은 제 2 활성층(202) 및 트렌치(210)를 덮도록 형성될 수 있다.
정리하면, 본 실시예의 LED는 복수의 활성층들(200 및 202)을 순차적으로 배열하되, 하부에 배열된 제 1 활성층(200)이 상부에 배열된 제 2 활성층(202)에 의해 완전 차단되지 않고 일부 노출되도록 제 2 활성층(202)에 트렌치(210)가 형성될 수 있다. 다른 관점에서는, 트렌치들(200)을 기준으로 제 1 활성층(200)의 상부에 복수의 서브 활성층들이 형성될 수 있다.
종래에는 제일 상단의 활성층이 블루광을 출력하고 형광체를 이용하여 상기블루광을 원하는 색상, 예를 들어 황색광으로 변환시켰다. 이러한 색상 변환 과정에서 LED의 효율이 감소하였다. 물론, 복수의 활성층들이 적층되어 있으면, 하부의 활성층에서도 미약한 광이 발생할 수는 있지만, 정공(Hole)과 전자(electron)의 모빌리티(mobility) 차이로 인하여 p-GaN층에 인접한, 즉 최상단의 활성층에서 대다수의 광이 발생하게 된다.
이는 도 5에서 확인할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 최상단의 활성층에서 출력되는 블루광에 비하여 하부의 활성층에서 출력되는 황색광은 약 0.6㎛ 파장에서 미약하게 발생함을 확인할 수 있다.
또한, 마이크로 LED인 경우, 기존에는 다양한 색상의 광들을 출력하기 위해서는 복수의 LED들을 다른 웨이퍼에서 제조한 후 기판에 소자들을 하나씩 전사하여야 했다. 결과적으로, 상기 LED들을 모두 다른 웨이퍼에서 제조하여야 하였기 때문에 많은 장비와 비용이 요구되었으며, 상기 LED들을 순서에 맞춰서 하나씩 전사하여야 하기 때문에 제작 난이도가 높고 시간과 비용이 증가할 수밖에 없다.
반면에, 본 실시예의 LED는 형광체를 이용하지 않고 트렌치(210)를 이용하여 적층된 복수의 활성층들(200 및 202)을 통하여 다양한 색상의 광들(여러 파장의 광들)을 출력시킬 수 있다. 구체적으로는, 트렌치(210)로 인하여 정공이 p-GaN층(204)으로부터 하부의 제 1 활성층(200)으로 전달될 수 있으며, 그 결과 하부의 제 1 활성층(200)도 충분한 세기의 광을 출력할 수 있다. 이는 도 6에서 확인할 수 있다. 따라서, LED의 효율이 향상될 수 있다.
마이크로 LED의 경우, 후술하는 바와 같이 한 웨이퍼에서 다양한 색상들의 광들을 출력할 수 있는 LED들을 동시에 제작할 수 있으므로 비용이 감소하고 전사 난이도를 낮출 수 있다.
한편, 트렌치(210)를 통하여 정공이 전달되므로, 트렌치(210)의 사이즈(깊이 또는 폭)에 따라 발생하는 광의 세기 또는 파장을 조절할 수 있다.
또한, 도 2에서 트렌치들(210)의 사이즈가 동일하였지만 일부 트렌치의 사이즈가 다른 트렌치의 사이즈와 다를 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 일부 트렌치의 폭이 다른 트렌치의 폭보다 넓을 수 있으며, 일부 트렌치의 깊이가 다른 트렌치의 깊이보다 깊을 수 있다. 다만, 트렌치(210)의 폭과 깊이에 상관없이 제 1 활성층(200)은 트렌치(210)를 통하여 노출되며, 노출된 부분을 통하여 광이 출력될 수 있다.
위에서는 2개의 활성층들(200 및 202)의 적층된 구조를 설명하였으나, 이하 3개 이상의 활성층들이 적층된 구조를 설명하겠다.
도 4를 참조하면, 본 실시예의 한 웨이퍼 내에서 블루광, 그린광 및 적색광을 출력할 수 있는 LED들을 제조할 수 있다.
제 1 LED(LED1)는 n-GaN층, 제 1 활성층(red MQW), 제 2 활성층(green MQW), 제 3 활성층(blue MQW) 및 p-GaN층이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다. 이 때, 별도의 트렌치가 형성되지 않으며, 그 결과 상기 제 3 활성층으로부터 블루광이 출력될 수 있다.
제 2 LED(LED2)는 n-GaN층, 제 1 활성층(red MQW), 제 2 활성층(green MQW), 제 3 활성층(blue MQW) 및 p-GaN층이 순차적으로 적층된 구조를 가지되, 제 1 트렌치(410)가 상기 제 3 활성층을 관통하여 상기 제 2 활성층까지 형성될 수 있다. 결과적으로, 상기 제 2 활성층으로부터 그린광이 출력될 수 있다.
제 3 LED(LED3)는 n-GaN층, 제 1 활성층(red MQW), 제 2 활성층(green MQW), 제 3 활성층(blue MQW) 및 p-GaN층이 순차적으로 적층된 구조를 가지되, 제 2 트렌치(412)가 상기 제 3 활성층 및 상기 제 2 활성층을 관통하여 상기 제 1 활성층까지 형성될 수 있다. 결과적으로, 상기 제 1 활성층으로부터 적색광이 출력될 수 있다.
정리하면, 트렌치들(410 및 412)을 이용하여 한 웨이퍼 내에서 블루광, 그린광 및 적색광을 모두 출력할 수 있는 LED들을 동시에 제조할 수 있다.
한편, 트렌치들(410 및 412)의 사이즈는 모두 동일할 수도 있지만 일부 다를 수도 있다.
이하, 본 발명의 LED 제조 과정을 살펴보겠다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 제조 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, n-GaN층 위에 제 1 활성층(Yellow MQW), 제 2 활성층(Blue MQW) 및 p-GaN층을 순차적으로 성장시킨다(Epitaxial growth).
이어서, 에칭 등을 통하여 상기 p-GaN층 및 상기 제 1 활성층을 식각시켜 트렌치들을 형성할 수 있다.
계속하여, p-GaN을 재성장시켜 p-GaN이 상기 제 1 활성층 및 상기 트렌치를 덮도록 형성할 수 있다.
한편, 전술된 실시예의 구성 요소는 프로세스적인 관점에서 용이하게 파악될 수 있다. 즉, 각각의 구성 요소는 각각의 프로세스로 파악될 수 있다. 또한 전술된 실시예의 프로세스는 장치의 구성 요소 관점에서 용이하게 파악될 수 있다.
또한 앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
200 : 제 1 활성층 202 : 제 2 활성층
204 : p타입 층 206 : n타입 층
210, 410, 412 : 트렌치
204 : p타입 층 206 : n타입 층
210, 410, 412 : 트렌치
Claims (9)
- 제 1 활성층; 및
상기 제 1 활성층 위에 배열되는 제 2 활성층을 포함하되,
상기 제 2 활성층을 관통하여 적어도 하나의 트렌치가 형성되고, 상기 트렌치로 인하여 상기 제 1 활성층이 상기 제 2 활성층에 의해 막히지 않고 노출되며,
상기 제 2 활성층 및 상기 제 1 활성층 중 노출된 부분을 통하여 광들이 출력되고, 상기 제 1 활성층으로부터 출력되는 광의 색상과 상기 제 2 활성층으로부터 출력되는 광의 색상이 다른 것을 특징으로 하는 발광 다이오드. - 제1항에 있어서,
상기 제 1 활성층 하부에 배열되는 n-GaN층; 및
상기 제 2 활성층 위에 배열되는 p-GaN층을 더 포함하되,
상기 제 1 활성층 및 상기 제 2 활성층은 각기 다중 양자 우물(Multi-Quantum Well, MQW)이고, 상기 p-GaN층은 상기 트렌치를 채우며, 상기 p-GaN층의 정공이 상기 트렌치를 통하여 상기 제 1 활성층으로 이동하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드. - 제1항에 있어서, 복수의 트렌치들이 존재하되,
상기 트렌치들 중 일부의 사이즈를 다른 트렌치의 사이즈와 다르게 하여 다른 파장의 광을 출력시키는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드. - 제1항에 있어서, 상기 발광 다이오드는 마이크로 LED이며, 다양한 색상을 구현하기 위한 형광체를 사용하지 않는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
- 제 1 발광 다이오드; 및
제 2 발광 다이오드를 포함하며,
상기 제 1 발광 다이오드 및 상기 제 2 발광 다이오드는 각기 순차적으로 적층된 제 2 활성층 및 제 3 활성층을 가지되,
상기 제 1 발광 다이오드에서는 트렌치가 형성되지 않아서 상기 제 2 활성층이 노출되지 않으며,
상기 제 2 발광 다이오드에서는 상기 제 3 활성층을 관통하여 상기 제 2 활성층까지 제 1 트렌치가 형성되어 상기 제 2 활성층이 노출되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼. - 제5항에 있어서,
순차적으로 적층된 제 1 활성층, 상기 제 2 활성층 및 상기 제 3 활성층을 가지는 제 3 발광 다이오드를 더 포함하되,
상기 제 1 발광 다이오드 및 상기 제 2 발광 다이오드에서 상기 제 2 활성층 하부에 상기 제 1 활성층이 추가적으로 배열되고,
상기 제 3 발광 다이오드에서 상기 제 3 활성층 및 상기 제 2 활성층을 관통하여 상기 제 1 활성층까지 제 2 트렌치가 형성되어 상기 제 1 활성층이 노출되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼. - 제6항에 있어서, 상기 발광 다이오드들은 각기 다른 광을 출력시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼.
- 제6항에 있어서,
상기 제 1 활성층 하부에 배열되는 n-GaN층; 및
상기 제 3 활성층 위에 배열되는 p-GaN층을 더 포함하되,
상기 제 1 활성층 내지 상기 제 3활성층은 각기 다중 양자 우물(MQW)이고, 상기 p-GaN층은 상기 트렌치들을 채우며, 상기 p-GaN층의 정공이 상기 트렌치들을 통하여 상기 제 2 활성층 또는 상기 제 3 활성층으로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 웨이퍼. - n타입 층 위에 제 1 활성층, 제 2 활성층 및 p타입 층을 순차적으로 성장시키는 단계;
상기 p타입 층 및 상기 제 2 활성층을 관통하는 적어도 하나의 트렌치를 형성하는 단계; 및
상기 제 2 활성층 및 상기 트렌치 상에 p타입 층을 다시 성장시키는 단계를 포함하되,
상기 트렌치로 인하여 상기 제 1 활성층이 상기 제 2 활성층에 의해 막히지 않고 노출되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조 방법.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020220021517A KR102588011B1 (ko) | 2022-02-18 | 2022-02-18 | 형광체 사용없이 트렌치를 이용하여 다양한 색상의 광을 구현할 수 있는 발광 다이오드 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220021517A KR102588011B1 (ko) | 2022-02-18 | 2022-02-18 | 형광체 사용없이 트렌치를 이용하여 다양한 색상의 광을 구현할 수 있는 발광 다이오드 |
Publications (2)
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| KR102588011B1 true KR102588011B1 (ko) | 2023-10-12 |
Family
ID=87847272
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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2022
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Also Published As
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