KR20000074844A - 질화인듐갈륨 활성 우물을 포함하는 양자우물 구조를 이용한백색 발광 다이오드 및 그의 제조방법 - Google Patents

질화인듐갈륨 활성 우물을 포함하는 양자우물 구조를 이용한백색 발광 다이오드 및 그의 제조방법 Download PDF

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문용태
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박성주
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김효근
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Abstract

본 발명은 백색 발광 다이오드(White Light Emitting Diode: White LED)에 관한 것으로, 기판 상에, n-형 질화갈륨층, 질화인듐갈륨 우물과 장벽으로 이루어진 양자우물 구조의 2가지 이상의 조합, 및 p-형 질화갈륨층을 차례로 포함하는 본 발명의 발광 다이오드는, 단일 구조의 질화물 반도체 백색 발광 다이오드로서 발광이 효율적이고, 소자 제조공정이 획기적으로 단축되는 장점이 있다.

Description

질화인듐갈륨 활성 우물을 포함하는 양자우물 구조를 이용한 백색 발광 다이오드 및 그의 제조방법{white-light emitting diode containing InGaN quantum wells and fabrication method therefor}
본 발명은 백색 발광 다이오드에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 자주색에서 청색빛을 발하는 질화인듐갈륨(InGaN) 활성 우물 (Well)과 질화갈륨(GaN) 장벽(Barrier)으로 구성되는 제 1 양자우물 구조 및 녹색에서 적색의 빛을 발하는 질화인듐갈륨(InGaN) 활성 우물(Well)과 질화갈륨(GaN) 장벽(Barrier)의 양자우물 구조를 동시에 이용한 백색 발광 다이오드(White Light Emitting Diode: White LED) 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
현재, 백색 발광 다이오드는 액정디스플레이어의 백라이트(back light), 표시소자 등의 분야로의 응용이 검토되고 있다.
자연색이라 할 수 있는 백색 발광을 위해서는 빛의 삼원색인 적색, 녹색, 청색을 적절하게 혼합하여야 한다. 발광 다이오드를 이용하여 백색 발광을 하는 소자를 제작하기 위한 가장 기본적인 방법은 적색, 녹색, 청색을 발하는 세 개의 발광 다이오드를 각각 제작하여 조합하는 것이다. 이러한 방식은 각각의 발광 다이오드를 독립적으로 제어하므로 연색성이 우수한 백색을 방출할 수 있고 그 발광 효율이 우수하다. 그러나, 상기의 방식은 세 개의 다이오드를 별도로 제작해야 하므로 그 제작공정이 비경제적이고 비생산적이므로 그 사용범위가 매우 제한되는 문제가 있다.
이를 해결하기 위하여, 청색 또는 자외선과 같은 단파장 영역의 발광 다이오드에 YAG(Yttrium Aluminium Garnet) 및 인(phosphine)과 같은 형광 물질을 결합하여 만드는 방법이 연구되고 있다(문헌["The Blue Laser Diode", S. Nakamura, pp. 216-219, 1997] 참조). 상기 방법은 고휘도의 청색 또는 자외선 단파장 발광 다이오드에서 방출되는 충분히 높은 여기 에너지를 갖는 빛이 형광물질을 여기시켜 형광 물질로부터 노란색 영역의 빛을 방출시킴으로써 전체적으로 백색 발광을 유도하는 방법이다. 이 방법은 현재 일본에서 주로 연구되고 있으며 상용화되었다. 그러나, 형광 물질을 사용하므로 그 제작 방법이 용이한 장점은 있으나, 단파장 발광 다이오드에 의해서 방출되는 빛이 형광물질을 여기시킬 때 형광물질 자체에 의해 그 일부가 흡수되므로 소자의 효율성 측면에서 불량하여 사용이 제한된다.
이런 자체 흡수 문제를 보완하기 위하여, 에너지 간격이 1∼3 전자볼트(eV)이고 에너지 흡수단(absorption edge)이 청색 또는 자외선 단파장 발광다이오드에 의해 방출되는 빛의 파장과 충분히 분리되어 있어, 자체 흡수가 최소인 특성을 갖는 반도체성 공액 고분자(semiconducting conjugated polymer)를 형광 물질 대신 청색 단파장 발광 다이오드와 결합하여 사용하는 방법이 제시된 바 있다(문헌[Appl. Phys. Lett., 70, 2664, 1997] 참조). 이런 방법은 높은 에너지 전환 효율을 가지며 고분자 물질의 적절한 선택과 두께 조정을 통해서 색의 조율이 가능하다. 그러나, 이 방법 역시 추가의 공정이 필요하고, 유기 고분자를 사용하므로 다이오드의 안정성 및 수명이 낮다는 단점이 있다.
이와 같이, 기존의 방법들은 모두 단파장 발광 다이오드에 추가적인 공정을 필요로 하고 발광효율이 제한되며 형광물질이나 고분자 물질에 의해 사용환경이 제한된다. 따라서 궁극적으로 요구되는 소자는 단파장 발광 다이오드처럼 단일 구조에서 형광물질을 사용하지 않고 직접적으로 백색 발광을 하는 다이오드를 제작하는 것이다. 러시아의 드리즈훅과 공동연구자들(Drizhuk et al.)이 금속-절연체-n-형 질화갈륨 구조를 갖는 단일 칩 백색 발광 소자를 보고하였다(Tech. Phys. Lett., 22, 441, 1996).
상기 방법은 n-형 질화갈륨(GaN) 층 위에 저온에서 비저항이 높은 활성 절연층(i-region)을 성장시키는데, 한층에는 아연(Zn)을 첨가하고 다른 한층에는 아연(Zn), 산소(O)를 첨가하여 백색 발광을 유도하는 방법이다. 이 방법은 형광물질이나 고분자의 사용없이 백색을 얻을 수 있는 장점이 있으나 저온 성장시킨 절연층에서 첨가된 불순물에 의해서 형성된 결함 준위로부터 빛이 방출되므로 그 효율이 너무 낮아 비경제적이다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 문제점을 모두 해결하여 발광 효율이 높고, 제작 방법이 간단하고 경제적이며, 사용범위가 넓은 단일 구조의 백색 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
도 1 은 730℃에서 성장시킨 5층의 두께 7nm의 질화인듐갈륨(InGaN) 우물 및 두께 8nm 질화갈륨(GaN) 장벽으로 이루어진 양자우물 구조의 발광특성을 나타낸 그래프이고,
도 2 는 760℃에서 성장시킨 3층의 두께 4nm의 질화인듐갈륨(InGaN) 우물 및 두께 8nm 질화갈륨(GaN) 장벽으로 이루어진 양자우물 구조의 발광특성을 나타낸 그래프이고,
도 3 은 760℃에서 성장시킨 3층의 두께 4nm의 질화인듐갈륨(InGaN) 우물 및 두께 8nm 질화갈륨(GaN) 장벽으로 이루어진 제 1 양자우물 구조, 및 상기 제 1 구조 상에 위치하는, 730℃에서 성장시킨 5층의 두께 7nm의 질화인듐갈륨(InGaN) 우물(Well) 및 두께 8nm 질화갈륨(GaN) 장벽(Barrier)으로 이루어진 제 2 양자우물 구조의 조합에서 얻어진 발광특성을 나타낸 그래프이며,
도 4 는 도 3의 양자우물구조의 조합을 포함하는 백색 발광 다이오드의 개략적인 측면도이다.
상기 목적에 따라, 본 발명에서는 기판 상에, n-형 질화갈륨층, 질화인듐갈륨 우물과 장벽을 포함하는 이루어진 양자우물 구조의 2가지 이상의 조합, 및 p-형 질화갈륨층을 차례로 포함하는 백색 발광 다이오드 및 그의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 특징은, 질화물 반도체를 이용한 청색 발광 다이오드에 연녹색 영역의 빛을 발하는 형광 물질이나 고분자 등을 결합하여 백색 발광 다이오드를 제작하는 기존의 방식과는 달리, 인듐의 조성변화에 따라 자외선에서 청색, 녹색, 적색영역에 이르는 다양한 영역에서 발광이 가능한 삼원계 질화물인 질화인듐갈륨(InGaN) 활성 우물(Well)과 장벽(Barrier)의 양자우물 구조를 이용하여 질화물 반도체만으로 백색 발광이 가능한 단일 구조를 개발하여 단순한 공정으로 생산적이고 경제적이며, 발광이 효율적인 백색 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명에서는, n-형 질화갈륨(nGaN) 층에서 공급된 전자와 p-형 질화갈륨(pGaN) 층에서 공급되는 정공(hole)이 양자우물 구조내에서 서로 결합하여 양자우물 구조에서 질화인듐갈륨 우물층의 에너지 간격에 해당하는 빛을 방출한다. 따라서, 질화인듐갈륨(InGaN) 우물(Well)과 질화갈륨(GaN) 장벽(Barrier)으로 구성되는 양자우물 구조의 성장을 제어하는 기술이 매우 중요하다.
본 발명에 사용되는 삼원계 화합물 반도체인 일반식(I)의 질화인듐갈륨은 에너지 간격이 1.9 전자볼트(eV)인 질화인듐(InN)과 3.4 전자볼트(eV)인 질화갈륨(GaN)의 혼합에 의해 이루어지는 직접 천이형 고용체이다. 따라서, 인듐(In)의 조성에 의해 그 에너지 간격이 1.9에서 3.4전자볼트(eV)까지 변화할 수 있다. 이는 빛의 스펙트럼에서 652nm 내지 365nm 파장의 적색에서 자외선에 이르는 광범위한 영역을 포함한다.
InxGa1-xN (I)
상기 식에서, x는 0 보다 크고 1 보다 작은 수이다.
따라서, 온도, 압력, 유량, 성장 두께 등의 성장 조건의 제어를 통해 질화인듐갈륨의 조성을 적절히 변화시킴으로써 다양한 발광빛을 지닌 양자우물 구조를 얻을 수 있으며, 이를 적절히 선택하여 혼합시에 백색이 될 수 있는 양자우물 구조의 조합을 얻을 수 있다. 예를 들면, 청색을 발하는 양자우물 구조와 녹색에서 적색 영역의 빛을 발하는 양자우물 구조를 연속적으로 성장시키면 백색 발광을 하는 단일칩 상태의 다이오드를 제작할 수 있다.
본 발명의 백색 발광 다이오드는 다음과 같이 제조될 수 있다.
우선, 박막을 형성할 때 사용되는 방법은 화학증착(Chemical Vapor Deposition:CVD) 시스템 또는 분자선 에피택시(Molecular Beam Epitaxy:MBE) 시스템 등이 있다.
갈륨의 전구체로는 트리메틸갈륨(Trimethylgallium:TMGa) 또는 트리에틸갈륨(Triethylgallium:TEGa), 인듐의 전구체로는 트리메틸인듐(Trimethylindium:TMIn), 질소의 전구체로는 화학증착시스템의 경우는 암모니아(NH3)를, 분자선 에피택시의 경우는 질소 플라즈마를 사용하고, n-형 도펀트(Dopant)는 사수소화실리콘(SiH4) 혹은 육수소화이실리콘(Si2H6)을, p-형 도펀트는 (비스사이클로펜타디에닐; biscyclopentadienyl magnesium) 마그네슘(Cp2Mg)을, 운반가스는 수소(H2) 또는 질소를 사용한다.
본 발명에 사용될 수 있는 기판으로는, 사파이어 (0001), 6H-SiC, MgAl2O4, Si(111), GaAs(001) 등이 있으며, 이 중에서 사파이어 (0001)이 바람직하다. 기판의 두께는 330㎛ 내지 500㎛ 이며, 330㎛인 것이 바람직하다.
상기 기판상에 n형 질화갈륨(GaN) 층을 형성하는데, 그 두께는 1㎛ 내지 4㎛인 것이 바람직하다. 또한, 상기 n형 GaN 층 이전에, 20nm 내지 40nm 두께의 GaN 층을 핵생성층으로서 삽입하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 먼저, 갈륨 전구체를 30 내지 50 마이크로몰/분, 5족(질소)/3족(갈륨)의 기상비를 3,000 내지 10,000으로 하여 사파이어 (0001) 기판 상에 약 480 내지 550℃의 온도 범위에서 1 내지 3 분 동안 질화갈륨(GaN) 핵생성층을 증착한 후, 기판온도를 800 내지 1,100℃로 승온시키고, 30분에서 1.5시간 동안 갈륨 전구체 100 내지 200 마이크로몰/분 및 n-형 도펀트로서의 실리콘 전구체 1 내지 50sccm의 사수소화실리콘(예: SiH4가 H2에 10ppm 혼합된 원료 가스)를 사용하고, 5족(질소)/3족(갈륨)의 기상비를 1,500 내지 10,000으로 하여 30분 내지 1.5 시간 동안 n-형 질화갈륨(nGaN)층을 성장시킨다.
본 발명의 백색 발광 다이오드에 적용하기에 적합한 양자우물 구조의 조합의 예로는, 420nm 내지 485nm 파장에 해당하는 청색 영역의 빛을 방출하는 질화인듐갈륨 우물과 장벽을 포함하는 제 1 양자우물 구조 및 520nm 내지 630nm 파장에 해당하는 녹색에서 적색 영역의 빛을 방출하는 질화인듐갈륨 우물과 장벽을 포함하는 제 2 양자우물 구조의 조합, 및 420nm 내지 485nm 파장에 해당하는 청색 영역의 빛을 방출하는 질화인듐갈륨 우물과 장벽을 포함하는 제 1 양자우물 구조, 및 510nm 내지 550nm 파장에 해당하는 녹색 영역의 빛을 방출하는 질화인듐갈륨 우물과 장벽을 포함하는 제 2 양자우물 구조, 및 600nm 내지 630nm 파장에 해당하는 적색 영역의 빛을 방출하는 질화인듐갈륨 우물과 장벽을 포함하는 제 3 양자우물 구조의 조합 등을 들 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 양자우물 구조는 2 내지 7㎚ 두께의 질화인듐갈륨 우물과 5 내지 10㎚ 두께의 장벽을 교대로 성장시킨 층이 1층 내지 15층으로 형성되어 있는 구조를 지닌다.
본 발명에서, 420nm 내지 485nm 파장의 청색 빛을 방출하는 양자우물 구조층의 질화인듐갈륨 양자우물에서 각 원소의 구성비는 광발광(photoluminescence) 스펙트럼으로부터 구할 수 있는데, 보우잉 파라미터(bowing parameter)가 1 eV인 경우 In0.19Ga0.81N 내지 In0.41Ga0.59N이다. 500nm 내지 620nm 파장의 녹색에서 적색영역의 빛을 방출하는 양자우물 구조층의 경우는 In0.46Ga0.53N 내지 In0.85Ga0.15N이고, 510 내지 550nm 파장의 녹색 영역의 빛을 방출하는 양자우물 구조의 경우는 In0.49Ga0.51N 내지 In0.53Ga0.47N이며, 600 내지 630nm 파장의 적색 영역의 빛을 방출하는 양자우물 구조의 경우는 In0.78Ga0.22N 내지 In0.88Ga0.12N이다.
상기 양자우물 구조층은, 인듐 전구체 1 내지 100 마이크로몰/분, 갈륨 전구체 10 내지 100 마이크로몰/분, 성장속도 0.1 내지 0.5 마이크로미터/시간, 압력 100 내지 300 토르(Torr), 성장온도 600 내지 800℃의 조건하에서 질화인듐갈륨(InGaN) 우물(Well)층을 형성시키고, 갈륨 전구체 10 내지 100 마이크로몰/분, 성장속도 0.1 내지 0.5 마이크로미터/시간, 압력 100 내지 300 토르(Torr), 성장온도 600 내지 800℃의 조건하에서 질화갈륨(GaN) 장벽(Barrier)을 형성시켜 제작된다.
양자우물구조를 성장시킬때, 출발물질의 유량, 온도, 두께 등 여러 가지 조건 중 한 가지만 달라져도 인듐의 조성이 크게 변화할 수 있다. 예를 들면, 다른 조건이 동일한 경우 성장온도 760℃에서는 In0.19Ga0.81N 내지 In0.41Ga0.59N의 조성을 갖는 양자우물구조가 형성되는 한편, 730℃에서는 In0.46Ga0.54N 내지 In0.85Ga0.15N 조성의 양자우물구조가 형성된다.
본 발명에서 장벽으로 사용되기 적합한 물질로는 질화갈륨(GaN)이외에도, 질화알루미늄갈륨, 및 상기 질화인듐갈륨 우물 보다 에너지 간격이 큰 일반식(II)의 질화인듐갈륨을 들 수 있다. 질화알루미늄갈륨층은 질화갈륨과 같은 성장조건에서 트리메틸알루미늄(trimethylaluminium:TMAl)과 같은 Al 전구체를 10 내지 100 마이크로몰/분을 첨가하는 방법으로 형성시킬 수 있으며, 일반식(II)의 질화인듐갈륨 장벽은 일반식(I)의 질화인듐갈륨 우물층 성장조건에서 성장온도를 30 내지 100℃증가시키거나 인듐 전구체의 양을 질화인듐갈륨 성장시보다 5 내지 10배 감소시켜 성장시키는 방법으로 형성시킬 수 있다.
InyGa1-yN (II)
상기식에서, y는 0 보다 크고 1 보다 작은 수인데, 단 상기 정의한 x보다 작다.
p형 질화갈륨(GaN) 층은 상기 제 2 양자우물구조층상에 형성되며, 그 두께는 0.25㎛ 내지 0.5㎛인 것이 바람직하다. p-형 도펀트로는 비스사이클로펜타디에닐 마그네슘(Cp2Mg)을 사용하고, 운반가스는 수소(H2) 또는 질소를 사용한다. p형 GaN 층은, 기판온도를 800 내지 1,100℃로 하고, 갈륨 전구체 100 내지 200 마이크로몰/분, 마그네슘 전구체 0.5 내지 4 마이크로몰/분, 5족(질소)/3족(갈륨)의 기상비 1,500 내지 10,000의 조건하에 형성될 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 이들 실시예에 국한되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에서, 삼원계 질화물 반도체 박막 성장을 위해서 금속유기화학기상증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVD)을 사용하였고, 성장압력은 200 토르(Torr)로 일정하게 유지하였으며, 기판으로서는 사파이어 (0001)면을 사용하였다. 질화갈륨(GaN)과 질화인듐갈륨(InGaN)성장을 위한 갈륨과 인듐 및 질소의 전구체로서 트리메틸갈륨(Trimethylgallium:TMGa)과 트리메틸인듐(Trimethylindium:TMIn) 그리고 암모니아(NH3)를 사용하였다. 이 때, 트리메틸갈륨(Trimethylgallium:TMGa)과 트리메틸인듐(Trimethylindium:TMIn)을 운반하기 위한 운반가스로는 수소가 사용되었다. n-형 도펀트(dopant)로서는 사수소화실리콘(SiH4)가스를 이용한 실리콘이 사용되었다. 모든 삼원계 질화물 박막 성장은 수소가스 분위기하에서 이루어졌으며, 다만 질화인듐갈륨(InGaN)과 질화갈륨(GaN)을 이용한 양자우물 구조 성장시에만 질소가스가 분위기 가스로 사용되었다.
실시예 1 : GaN 핵생성층
먼저 1030℃이상의 고온에서 10분간 10,000sccm의 수소가스를 성장장비내로 유입하여 기판으로 사용된 사파이어 (0001)면에 잔존하는 유기물을 제거하였다. 이어서, 트리메틸갈륨 41 마이크로몰/분, 암모니아 8,500sccm을 사용하여 기판위에 500℃에서 2.5 분 동안 30 nm 두께의 질화갈륨(GaN) 핵생성층을 성장시켰다.
실시예 2 : n형 GaN층
실시예 1에서 얻어진 사파이어 (0001)면에 증착된 핵생성층인 질화갈륨(GaN)위에 트리메틸갈륨 152 마이크로몰/분, 암모니아 8,500sccm을 사용하여 1 시간 동안 1.5 내지 3㎛ 두께의 n-형 질화갈륨(nGaN)을 1020℃에서 성장시켰다. n-형 질화갈륨(nGaN)을 만들기 위한 도펀트로서 수소가스에 10 ppm 농도로 희석된 사수소화실리콘(SiH4)을 20 내지 30sccm으로 흘려주었다. 이는 n-형 질화갈륨(nGaN)의 홀측정(hole measurement)농도 3x1018내지 7x1018cm-3에 해당한다.
실시예 3
실시예 2와 동일한 방법으로 성장시킨 n-형 질화갈륨(nGaN) 상에, 760℃의 온도에서, 트리메틸갈륨 10.8 마이크로몰/분과 트리메틸인듐 11.088 마이크로몰/분 및 암모니아 8,500sccm을 사용하여 4nm 두께의 질화인듐갈륨(In0.21Ga0.79N) 우물(Well)을 성장시켰다. 이어서, 트리메틸갈륨 21.5 마이크로몰/분과 암모니아 8,500sccm을 이용하여 7 nm 두께의 질화갈륨(GaN) 장벽(Barrier)은 같은 온도에서 연속적으로 증착시켰으며, 상기의 두 층을 반복하여 각각 3층씩 번갈아 성장시켰다.
도 1은 이와 같이 제조한 양자우물 구조의 발광특성을 나타낸다. 발광 파장이 420nm 내지 440nm 범위로서 자주색에서 청색 영역인 것을 알 수 있다.
실시예 4
실시예 2와 동일한 방법으로 성장시킨 n-형 질화갈륨(nGaN) 상에, 730℃의 온도에서 트리메틸갈륨 10.8 마이크로몰/분과 트리메틸인듐 11.088 마이크로몰/분 및 암모니아 8,500sccm을 사용하여 6nm 두께의 질화인듐갈륨(In0.62Ga0.38N) 우물(Well)을 성장시켰다. 이어서, 트리메틸갈륨 21.5 마이크로몰/분과 암모니아 8,500sccm을 이용하여 7 nm 두께의 질화갈륨(GaN) 장벽(Barrier)도 같은 온도에서 연속적으로 증착시켰으며, 상기의 두 층을 반복하여 각각 5층씩 번갈아 성장시켰다.
도 2는 상기에서 제조한 양자우물 구조의 발광특성을 나타낸다. 발광 파장이 500nm 내지 600nm 범위로서 녹색에서 적색 영역인 것을 알 수 있다.
실시예 5
실시예 2와 동일한 방법으로 성장시킨 n-형 질화갈륨(nGaN) 상에, 760℃의 온도에서 트리메틸갈륨 10.8 마이크로몰/분과 트리메틸인듐 11.088 마이크로몰/분 및 암모니아 8,500sccm을 사용하여 4nm 두께의 질화인듐갈륨(InGaN) 우물(Well)을 성장시켰다. 이어서, 트리메틸갈륨 21.5 마이크로몰/분과 암모니아 8,500sccm을 이용하여 7 nm 두께의 질화갈륨(GaN) 장벽(Barrier)을 같은 온도에서 연속적으로 증착시켰다. 이 때, 두 층을 번갈아 각각 3층씩 성장시켰다.
이어서, 온도를 730℃로 내린 후 트리메틸갈륨 10.8 마이크로몰/분과 트리메틸인듐 11.088 마이크로몰/분 및 암모니아 8,500sccm을 사용하여 6nm 두께의 질화인듐갈륨(InGaN) 우물(Well)을 성장시키고, 트리메틸갈륨 21.5 마이크로몰/분과 암모니아 8,500sccm을 이용하여 7 nm 두께의 질화갈륨(GaN) 장벽(Barrier)도 같은 온도에서 연속적으로 증착시켰는데, 이 때는 각각 5층씩 번갈아서 성장시켰다.
도 3은 이와 같이 제조한, 양자우물 구조의 조합의 발광특성을 나타낸다. 가시광선 영역의 대부분에서 발광되는 것으로부터 백색의 빛이 방출됨을 확인할 수 있었다.
도 4는 도 3에서 설명한 양자우물 구조의 백색 발광 다이오드의 개략적인 측면도면을 나타낸 것이다.
본 발명의 백색 발광이 가능한 양자우물 구조로 이루어진 백색 발광 다이오드 제작방법은 기존의 방법에 비하여 인이나 고분자 물질을 사용하지 않으므로 제조공정을 획기적으로 줄일 수 있어 매우 경제적이며, 양자우물 구조를 사용하기 때문에 발광효율을 비약적으로 증대시킬 수 있는 장점이 있는바, 단일 칩 상태의 백색 발광 다이오드 생산에 크게 기여할 것으로 기대된다. 또한, 형광물질이나 고분자 물질의 사용으로 인한 환경상의 제약도 피할 수 있으므로 질화물 반도체를 이용한 백색 발광 다이오드의 응용범위 확대에도 기여하는 바 크다.

Claims (7)

  1. 기판 상에, n-형 질화갈륨층, 일반식(I)의 질화인듐갈륨으로 형성된 우물과 질화갈륨, 질화알루미늄갈륨 및 일반식(II)의 질화인듐갈륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 물질로 형성된 장벽을 포함하는 양자우물 구조의 2가지 이상의 조합, 및 p-형 질화갈륨층을 차례로 포함하는 백색 발광 다이오드:
    화학식 1
    InxGa1-xN (I)
    화학식 2
    InyGa1-yN (II)
    상기 식에서, x 및 y는 각각 0 보다 크고 1보다 작은 수이며, 단, y는 x보다 작다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 양자우물 구조의 조합이, In0.19Ga0.81N 내지 In0.41Ga0.59N의 조성비를 지닌 질화인듐갈륨 우물을 포함하는 제 1 양자우물 구조 및 In0.46Ga0.54N 내지 In0.85Ga0.15N의 조성비를 지닌 질화인듐갈륨 우물을 포함하는 제 2 양자우물 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 양자우물 구조의 조합이, In0.19Ga0.81N 내지 In0.41Ga0.59N의 조성비를 지닌 질화인듐갈륨 우물을 포함하는 제 1 양자우물 구조, In0.49Ga0.51N 내지 In0.53Ga0.47N의 조성비를 지닌 질화인듐갈륨 우물을 포함하는 제 2 양자우물 구조 및 In0.78Ga0.22N 내지 In0.88Ga0.12N의 조성비를 지닌 질화인듐갈륨 우물을 포함하는 제 3 양자우물 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 양자우물 구조가, 두께가 2 내지 7㎚인 질화인듐갈륨 우물 및 두께가 5 내지 10㎚인 장벽으로 이루어진 층을 1 내지 15층 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드.
  5. 1) 기판 상에 n-형 질화갈륨층을 형성시키는 단계; 2) 일반식(I)의 질화인듐갈륨 우물층을 형성시키는 단계; 3) 상기 우물층 상에 질화갈륨, 질화알루미늄갈륨 및 일반식(II)의 질화인듐갈륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 물질로 장벽을 형성시켜 양자우물 구조를 형성시키는 단계; 선택적으로, 4) 단계 2) 및 3)을 반복하는 단계; 5) 단계 2) 내지 4)를 1회 이상 반복하여 2가지 이상의 양자우물 구조의 조합을 형성시키는 단계; 및 6) p-형 질화갈륨층을 형성시키는 단계를 포함하는 백색 발광 다이오드의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 양자우물 구조가, 두께가 2 내지 7㎚인 질화인듐갈륨 우물 및 두께가 5 내지 10㎚인 장벽으로 이루어진 층을 1 내지 15층 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    단계 2)를, 인듐 전구체 1 내지 100 마이크로몰/분, 갈륨 전구체 10 내지 100 마이크로몰/분, 성장속도 0.1 내지 0.5 마이크로미터/시간, 압력 100 내지 300 토르(Torr), 성장온도 600 내지 800℃의 조건하에서 질화인듐갈륨(InGaN) 우물층을 형성시켜 수행하고, 단계 3)을 갈륨 전구체 10 내지 100 마이크로몰/분, 성장속도 0.1 내지 0.5 마이크로미터/시간, 압력 100 내지 300 토르(Torr), 성장온도 600 내지 800℃의 조건하에서 질화갈륨(GaN) 장벽(Barrier)을 형성시켜 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
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