KR20010087235A - Forming method of quantum hole and light emitting device by using quantum dots and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for forming quantum holes, a semiconductor LED using the quantum holes and a manufacturing method of the same are provided to emit light of predetermined colors by using quantum holes having diameters of nanometer size. CONSTITUTION: The semiconductor LED comprises a P-type semiconductor layer(70), a quantum hole layer(72) and an N-type semiconductor layer(74). The P-type semiconductor layer(70) performs a hole supply function. The quantum hole layer(72) is formed by forming an intrinsic semiconductor layer and forming a plurality of quantum holes in the intrinsic semiconductor layer. The N-type semiconductor layer(74) is formed on the quantum hole layer and performs an electron supply function. In the plurality of quantum holes, material having energy band gap smaller than that of the intrinsic semiconductor is filled by single crystal growth.

Description

콴텀홀 형성방법과 그 콴텀홀을 이용한 반도체 발광소자 및 그의 제조방법{Forming method of quantum hole and light emitting device by using quantum dots and manufacturing method thereof}Forming method of quantum hole and light emitting device by using quantum dots and manufacturing method

본 발명은 반도체 기판 등에 나노미터 크기의 미세한 직경을 가지는 복수의 콴텀홀을 형성하는 콴텀홀 형성방법과, 그 미세한 직경을 가지는 콴텀홀을 이용하여 소정 색상의 광을 방출하는 반도체 발광소자 및 그 반도체 발광소자를 제조하는 제조방법에 관한 것이다.The present invention provides a quantum hole forming method for forming a plurality of quantum holes having a nanometer-sized diameter, such as a semiconductor substrate, and a semiconductor light emitting device for emitting light having a predetermined color by using a quantum hole having the small diameter. It relates to a manufacturing method for manufacturing a light emitting device.

전기적 에너지를 이용하여 광 에너지를 방출하는 것으로는 백열램프 및 할로겐램프 등을 비롯하여 각종 램프가 알려져 있다. 상기 램프들은 단색 광을 방출하는 것으로서 다양한 색상을 조명하기 위해서는 다양한 색상의 필터 및 젤 등을 사용해야 된다. 그러나 다양한 색상의 필터 및 젤 등을 사용하는 것은 다른 색상으로 변경할 경우에 그에 적당한 색상의 필터 및 젤 등을 교체 사용해야 되는 것으로서 다양한 색상을 표현하는 기술의 발전에 한계가 있었다.Various kinds of lamps are known to emit light energy using electrical energy, including incandescent lamps and halogen lamps. The lamps emit a single color of light, and various colors of filters, gels, and the like must be used to illuminate various colors. However, the use of various colors of filters and gels has to be limited in the development of technology for expressing various colors as it is necessary to replace filters and gels of appropriate colors when changing to other colors.

그러므로 보다 다양한 조명이나 발광수단에 대응할 수 있는 새로운 기술의 개발이 요구되었다. 이러한 요구에 따라 반도체를 이용하여 소정 색상의 광을 방출하는 발광수단인 발광 다이오드(Light Emitting Diode)가 개발 및 널리 사용되고 있다.Therefore, the development of a new technology that can respond to more various lighting or light emitting means has been required. In accordance with these requirements, a light emitting diode (Light Emitting Diode), which is a light emitting means for emitting light of a predetermined color using a semiconductor, has been developed and widely used.

가장 널리 사용되는 대표적인 발광 다이오드로는 벌크형 발광 다이오드가 있다. 상기 벌크형 발광 다이오드는 P형 반도체 및 N형 반도체의 사이에 PN 접합층을 형성하고, P형 반도체 및 N형 반도체에 각기 전극을 형성한 것이다. 이러한 벌크형 발광 다이오드는 P형 반도체 및 N형 반도체의 전극에 전원을 인가할 경우에 P형 반도체의 정공 및 N형 반도체의 전자가 PN 접합층으로 이동하여 상호간에 결합되면서 여기 및 천이되어 소정의 광을 방출하게 된다.The most widely used light emitting diode is a bulk light emitting diode. In the bulk light emitting diode, a PN junction layer is formed between a P-type semiconductor and an N-type semiconductor, and electrodes are formed on the P-type semiconductor and the N-type semiconductor, respectively. In the bulk light emitting diode, when power is applied to the electrodes of the P-type semiconductor and the N-type semiconductor, holes of the P-type semiconductor and electrons of the N-type semiconductor move to the PN junction layer and are mutually coupled to each other, and are excited and transitioned. Will emit.

도 1은 종래의 벌크형 발광 다이오드의 구성을 보인 도면이다. 종래의 벌크형 반도체 발광소자는 P형 반도체층(12)과 N형 반도체층(14)의 사이에 PN 접합층(16)을 형성하고 있는 것으로서 GaN소재로 구성되는 P형 반도체층(12)의 상부에 InGaN을 벌크형태로 결정 성장시켜 결정 성장층인 PN 접합층(16)을 형성하며,PN 접합층(16)의 상부에 N형 반도체층(14)을 형성하고 있다. 상기 P형 반도체층(12)과 N형 반도체층(14)은 복수의 층으로 형성될 수 있다.1 is a view showing the configuration of a conventional bulk light emitting diode. In the conventional bulk semiconductor light emitting device, the PN junction layer 16 is formed between the P-type semiconductor layer 12 and the N-type semiconductor layer 14, and the upper portion of the P-type semiconductor layer 12 made of GaN material. InGaN is crystal-grown in bulk to form a PN junction layer 16 as a crystal growth layer, and an N-type semiconductor layer 14 is formed on the PN junction layer 16. The P-type semiconductor layer 12 and the N-type semiconductor layer 14 may be formed of a plurality of layers.

이러한 벌크형 발광 다이오드가 소정 색상의 광을 방출하도록 하기 위해서는 기본적으로 빛의 삼원색인 적색, 녹색 및 청색의 파장을 각기 발산하는 발광 다이오드(10, 10a, 10b)를 구성해야 한다.In order for the bulk light emitting diode to emit light of a predetermined color, the light emitting diodes 10, 10a, and 10b basically radiate red, green, and blue wavelengths, which are three primary colors of light, respectively.

적색, 녹색 및 청색의 파장을 발산하는 세 가지의 발광 다이오드(10, 10a, 10b)를 구성하기 위해서는 각각의 PN 접합층(16)을 형성하는 물질 즉, InGaN에서 인듐(In)의 구성비를 다르게 해야 되는 것으로서 세 가지 종류의 각기 다른 인듐 구성비를 가지는 반도체 적층물을 필요로 한다. 즉, 적색, 녹색 및 청색의 PN 접합층(16)은 모두 벌크형으로 InGaN를 단결정 성장하는 것으로 이들에 있어서 각각의 인듐(In)의 성분 구성비는 각기 다르게 형성하여 적색, 녹색 및 청색을 출력하게 한다. 여기서, 인듐(In)의 성분 구성비를 각기 다르게 형성하는 이유는 전자 및 정공의 캐리어간의 재결합 에너지를 조절하는 하나의 수단으로 사용되기 때문이다.In order to form three light emitting diodes 10, 10a, and 10b that emit red, green, and blue wavelengths, the materials forming the respective PN junction layers 16, that is, the composition ratio of indium (In) in InGaN are different. There is a need for three types of semiconductor stacks with different indium composition ratios. That is, all of the red, green, and blue PN junction layers 16 are single crystal grown in InGaN in bulk, and the composition ratios of the respective indium (In) are formed differently to output red, green, and blue. . Here, the reason why the component ratio of indium (In) is formed differently is because it is used as a means for controlling recombination energy between carriers of electrons and holes.

이와 같이 벌크형으로 형성된 각각의 색상에 대한 발광 다이오드(10, 10a, 10b)는 적당한 크기로 절단하여 적색의 발광 다이오드(18), 녹색의 발광소자(18a) 및 청색의 발광 다이오드(18b)의 단위 소자 형태로 사용하거나 또는 발광 다이오드(18), 녹색의 발광소자(18a) 및 청색의 발광 다이오드(18b)의 단위 소자를 하나의 표시 패널로 결합하여 사용한다.The light emitting diodes 10, 10a, and 10b for each color formed in the bulk form as described above are cut into appropriate sizes, and the unit of the red light emitting diode 18, the green light emitting element 18a, and the blue light emitting diode 18b. The device may be used in the form of a device, or a unit device of the light emitting diode 18, the green light emitting device 18a, and the blue light emitting diode 18b may be combined into one display panel.

도 2는 종래의 벌크형 발광 다이오드를 이용하여 소정의 화상을 재현할 수 있도록 한 표시 패널의 구성을 보인 도면이다. 적색, 녹색 및 청색의 광을 방출하는 벌크형 발광 다이오드(10, 10a, 10b)를 사용하여 다양한 색상을 표현할 수 있는 화상을 구현할 수 있도록 하기 위해서는 각기 적색, 녹색 및 청색의 광을 방출하는 복수의 벌크형 발광 다이오드(10, 10a, 10b)들을 결합하여 하나의 표시 패널로 형성한다. 예를 들면, 13개의 적색 발광다이오드(10), 8개의 녹색 발광 다이오드(10a) 및 4개의 청색 발광 다이오드(10b)의 단위 소자들을 결합하여 하나의 표시패널(20)을 형성한다.FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a display panel that enables a predetermined image to be reproduced using a conventional bulk light emitting diode. The bulk light emitting diodes 10, 10a, and 10b that emit red, green, and blue light may be used to implement images capable of expressing various colors, respectively. The light emitting diodes 10, 10a, and 10b are combined to form one display panel. For example, one display panel 20 is formed by combining unit elements of thirteen red light emitting diodes 10, eight green light emitting diodes 10a, and four blue light emitting diodes 10b.

도 3은 도 2의 표시 패널에 대한 광의 파장 및 세기를 보인 그래프이다. 도 3의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 종래의 벌크형 발광 다이오드(10, 10a, 10b)들로 이루어지는 표시 패널(20)은 광의 세기가 약할 경우에 상당히 넓은 범위의 파장 분포를 가지게 된다. 그리고 상부의 꼭지점 즉, 광의 세기가 강할 경우에는 완만한 곡선을 그리는 파장의 분포를 가지게 된다.3 is a graph illustrating wavelengths and intensities of light for the display panel of FIG. 2. As can be seen from the graph of FIG. 3, the display panel 20 including the bulk LEDs 10, 10a, and 10b has a wide range of wavelength distribution when the light intensity is low. And when the upper vertex, that is, the intensity of light is strong, it has a distribution of wavelengths that draw a gentle curve.

그러므로 복수의 벌크형 발광 다이오드(10, 10a, 10b)들로 이루어지는 표시 패널(20)이 특정 색상을 표현할 경우에, 정확하게 특정된 색상의 파장을 선명한 파장의 폭으로 나타내지 못한다. 이것은 복수의 광의 파장이 합성될 경우에 가시적인 범위 내에서 사람들의 시신경에 의하여 특정 색상에 대한 시신경의 느낌에 상당하는 색상을 느끼게 하는 것으로 해석된다. 즉, 특정 색상이 가지는 고유의 파장을 정확한 파장의 범위 내에서 출력하는 것이 아닌 것임을 의미하는 것으로서 특정 색상을 선명하게 고유의 파장으로 묘사하는 것이 불가능하다.Therefore, when the display panel 20 including the plurality of bulk light emitting diodes 10, 10a, and 10b expresses a specific color, the wavelength of the specified color may not be represented by the width of the clear wavelength. This is interpreted to cause a color corresponding to the feeling of the optic nerve for a specific color within the visible range when a plurality of wavelengths of light are synthesized. That is, it means that the specific wavelength of a specific color is not output within the range of the correct wavelength, and it is impossible to clearly describe the specific color as the unique wavelength.

또한 상기 벌크형 발광 다이오드는 크기가 크므로 다양한 색상 및 섬세한 영상을 표현할 수 있는 소형의 표시소자로 제조하기 어렵다.In addition, since the bulk light emitting diode is large in size, it is difficult to manufacture a small display device capable of expressing various colors and delicate images.

본 발명의 목적은 반도체 기판 등에 나노미터 크기의 미세한 직경을 가지는 콴텀홀을 형성하는 콴텀홀 형성방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a quantum hole forming method for forming a quantum hole having a fine diameter of a nanometer size, such as a semiconductor substrate.

콴텀홀을 형성하기 위하여 본 발명은 이온빔 주사장치를 이용한다. 즉, 이온빔 주사장치의 이온총에서 출력되는 이온들을 집속하여 이온빔을 형성하고, 집속한 이온빔의 초점을 조절하고, 가속 및 편향시키면서 반도체 기판에 입사되도록 하여 반도체 기판 상에 나노미터 크기의 직경을 가지는 복수의 콴텀홀들을 형성한다. 이 때, 이온빔을 가속시키는 가속전압과, 이온빔을 집속시키는 콘덴서 렌즈의 초점 조절상태에 따른 이온빔의 크기와, 콴텀홀을 형성하는 위치에 입사되는 이온빔의 입사시간을 조절하여 원하는 깊이 및 크기를 가지는 복수의 콴텀홀들을 형성한다.In order to form a quantum hole, the present invention uses an ion beam scanning apparatus. That is, the ion beam from the ion gun of the ion beam scanning device focuses to form an ion beam, adjusts the focus of the focused ion beam, enters the semiconductor substrate while accelerating and deflecting, and has a nanometer-sized diameter on the semiconductor substrate. A plurality of quantum holes are formed. At this time, the acceleration voltage for accelerating the ion beam, the size of the ion beam according to the focus control state of the condenser lens for focusing the ion beam, and the incident time of the ion beam incident at the position forming the quantum hole are adjusted to have a desired depth and size. A plurality of quantum holes are formed.

본 발명의 다른 목적은 나노미터 크기의 직경을 가지는 콴텀홀을 이용하여 소정 색상의 광을 방출하는 콴텀홀을 이용한 반도체 발광소자 및 그의 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device using a quantum hole for emitting light of a predetermined color by using a quantum hole having a diameter of nanometer size, and a manufacturing method thereof.

본 발명의 반도체 발광소자는 P형 반도체층의 상부에 진성 반도체층을 성장시키고, 성장시킨 진성 반도체층에 복수의 콴텀홀을 형성하여 콴텀홀 층을 만들며, 그 콴텀홀 층의 콴텀홀 내에는 진성 반도체보다 에너지 밴드 갭이 작은 재료를 단결정 성장으로 충진시켜 소정 색상의 광을 방출하게 하며, 콴텀홀 층의 상부에는 N형 반도체층을 형성한다.In the semiconductor light emitting device of the present invention, an intrinsic semiconductor layer is grown on the P-type semiconductor layer, and a plurality of quantum holes are formed in the grown intrinsic semiconductor layer to form a quantum hole layer. A material having a smaller energy band gap than the semiconductor is filled by single crystal growth to emit light of a predetermined color, and an N-type semiconductor layer is formed on the quantum hole layer.

그러므로 본 발명의 단위 반도체 발광소자는 미크론 단위의 크기로 매우 작게 제조할 수 있고, 콴텀홀에 단결정 성장시키는 재료에 따라 적색, 녹색 및 청색의 빛의 삼원색을 선택적으로 방출하게 제조할 수 있는 것으로서 이를 집약 사용할 경우에 여러 가지의 다양한 조명장치나 전광판, 광고판, 다양한 종류의 영상 표시장치 등의 개발이 가능하다. 또한 본 발명은 디지털 조명이 가능하고, 다양한 종류의 조명시설을 용이하며, 다채롭게 색상 및 크기 등을 조절할 수 있다.Therefore, the unit semiconductor light emitting device of the present invention can be manufactured to be very small in the size of a micron unit, and can be manufactured to selectively emit three primary colors of red, green, and blue light according to the material to grow single crystal in the quantum hole. In the case of intensive use, it is possible to develop a variety of lighting devices, billboards, billboards, and various kinds of video display devices. In addition, the present invention is capable of digital lighting, facilitates various kinds of lighting facilities, and can adjust the color and size and the like colorfully.

예를 들면, 적색, 녹색 및 청색을 각기 방출하는 복수의 단위 반도체 발광소자들을 매트릭스 등으로 집약하고, 이 집약한 복수의 단위 반도체 발광소자들을 디지털로 제어하여 선택적으로 소정 색상이 광을 방출하도록 하는 디지털 조명이 가능하다. 따라서 조명이 단순히 어둠을 밝히는 낮은 차원에서 음악의 박자 및 음색 등에 따라 색상이 화려하게 변하는 고차원적 수준으로의 기술적 향상이 기대된다.For example, a plurality of unit semiconductor light emitting devices each emitting red, green, and blue may be collected in a matrix, and the plurality of unit semiconductor light emitting devices may be digitally controlled to selectively emit light of a predetermined color. Digital lighting is possible. Therefore, it is expected that the technical improvement to the high level where the color changes brilliantly according to the beat and the tone of the music from the low level where the lighting simply illuminates the darkness.

또한 디지털 기술을 적용할 경우에 인간으로서 느낄 수 없는 정도로 섬세하고, 정교하며, 미세하게 색감을 조절하여 소정의 영상을 선명하게 표시할 수 있고, 열이나 자외선 등을 전혀 발생하지 않으며, 사용수명도 거의 영구적이라 할 수 있다. 그리고 3개의 단위 반도체 발광소자만으로도 선명한 빛의 삼원색을 방출할 수 있으므로 전광판이나 표시장치의 크기를 작게 축소하여 소정의 영상을 구현하여도 선명하게 영상을 표시할 수 있다. 또한 색상을 표현하는 빛의 파장 범위가 그 대역이 좁고, 선명하므로 색상을 뚜렷하게 표현할 수 있어 완전한 이미지를 재현할 수 있다.In addition, when applying digital technology, it is possible to display a predetermined image vividly by adjusting the color depth as delicate, sophisticated, and fine as humans can not feel, and does not generate heat or ultraviolet rays at all, It's almost permanent. In addition, since only three unit semiconductor light emitting devices can emit three primary colors of bright light, an image can be clearly displayed even if a predetermined image is realized by reducing the size of an electronic display panel or a display device. In addition, since the wavelength range of the light expressing the color is narrow and clear, the color can be clearly expressed, so that a complete image can be reproduced.

그리고 본 발명의 반도체 발광소자의 크기는 미크론 단위의 크기로 제조되지만 색상은 선명하게 표현할 수 있고, 방출하는 광 에너지의 세기를 높게 할 수 있으므로 밝은 화상을 재현할 수 있는 특색이 있다. 본 발명은 광 에너지의 세기에있어서나 색상을 표현하는 광의 파장의 집중도에 있어서 현재 상용화되어 있는 벌크형의 발광 다이오드보다도 레이저에 의한 발광소자에 가깝다고 표현할 수 있다. 또한 집중도가 극히 높은 정확한 파장의 광 에너지를 방출시킬 수 있는 발광소자를 구현할 수도 있다.Although the size of the semiconductor light emitting device of the present invention is manufactured in the size of micron unit, the color can be clearly expressed and the intensity of the emitted light energy can be increased, so that a bright image can be reproduced. The present invention can be said to be closer to a light emitting device using a laser than to a bulk light emitting diode currently commercially available in terms of intensity of light energy and concentration of wavelengths of light expressing color. In addition, it is possible to implement a light emitting device that can emit light energy of an extremely high concentration of high concentration.

도 1은 종래의 벌크형 발광 다이오드의 구성을 보인 도면이고,1 is a view showing the configuration of a conventional bulk light emitting diode,

도 2는 종래의 벌크형 발광 다이오드를 이용하여 형성한 표시 패널의 구성을 보인 도면이며,2 is a diagram illustrating a configuration of a display panel formed using a conventional bulk light emitting diode.

도 3은 도 2의 표시 패널에 대한 광의 파장 및 세기를 보인 그래프이며,FIG. 3 is a graph showing wavelengths and intensities of light for the display panel of FIG. 2.

도 4는 본 발명에서 요구되는 미세한 크기의 콴텀홀을 반도체 기판에 형성하는 이온빔 주사장치를 개략적으로 보인 도면이며,4 is a schematic view of an ion beam scanning device for forming a minute size quantum hole in a semiconductor substrate required by the present invention.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명에서 반도체 기판의 콴텀홀을 형성하는 위치에 입사시키는 이온빔의 입사시간을 가변시킬 경우에 콴텀홀의 직경이 조절되는 것을 보인 도면이며,5A to 5C are diagrams illustrating that the diameter of a quantum hole is adjusted when an incident time of an ion beam incident on a position forming a quantum hole of a semiconductor substrate is varied in the present invention.

도 6은 본 발명에서 콴텀홀을 형성할 경우에 이온빔이 이동하는 기판 궤적의 실시 예를 보인 도면이며,FIG. 6 illustrates an example of a substrate trajectory in which an ion beam moves when a quantum hole is formed in the present invention.

도 7은 본 발명의 반도체 발광소자의 적층 형태를 설명하기 위한 도면이며,7 is a view for explaining the stacked form of the semiconductor light emitting device of the present invention,

도 8은 본 발명의 반도체 발광소자에서 콴텀 도트층을 설명하기 위한 도면이며,8 is a view for explaining a quantum dot layer in the semiconductor light emitting device of the present invention;

도 9는 본 발명의 반도체 발광소자의 구성을 보인 도면이며,9 is a view showing the configuration of a semiconductor light emitting device of the present invention,

도 10은 본 발명의 반도체 발광소자의 실시 예의 구성을 보인 도면이며,10 is a view showing the configuration of an embodiment of a semiconductor light emitting device of the present invention,

도 11은 도 10의 반도체 발광소자를 사용하여 화상을 재현할 수 있도록 한 표시 패널의 구성을 보인 도면이며,FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a display panel which enables an image to be reproduced using the semiconductor light emitting device of FIG. 10.

도 12는 도 11의 표시 패널에 의하여 표현되는 광의 파장 및 세기를 나타내는 그래프이며,12 is a graph illustrating wavelengths and intensities of light represented by the display panel of FIG. 11;

도 13은 색상별 에너지의 크기를 밴드 다이어그램(BAND DIAGRAM)으로 보인 도면이며,FIG. 13 is a diagram showing the magnitude of energy for each color in a band diagram.

도 14는 하나의 반도체 발광소자가 세 가지 색상의 광을 방출할 수 있도록 콴텀홀을 형성한 다른 실시 예의 구성을 보인 도면이며,14 is a view showing the configuration of another embodiment in which a quantum hole is formed so that one semiconductor light emitting device emits light of three colors;

도 15는 도 14의 반도체 발광소자를 절단한 단위 발광 유닛을 보인 도면이며,FIG. 15 is a view illustrating a unit light emitting unit obtained by cutting the semiconductor light emitting device of FIG. 14.

도 16은 도 15의 단위 발광 유닛에 의하여 표현되는 광의 파장과 세기를 보인 그래프이며,FIG. 16 is a graph illustrating wavelengths and intensities of light represented by the unit light emitting unit of FIG. 15.

도 17은 본 발명의 다른 실시 예에서 콴텀홀의 크기를 상이하게 하여 반도체 발광소자를 만들 경우에 에너지의 크기 변화와 색상을 밴드 다이어그램으로 보인 도면이며,FIG. 17 is a diagram illustrating a change in energy size and color in a band diagram when a semiconductor light emitting device is manufactured using different quantum holes in another embodiment of the present invention.

도 18은 본 발명의 반도체 발광소자에 있어서 각각의 색상에 따른 광의 세기인 휘도를 조절하는 실시 예를 설명하는 도면이며,18 is a view for explaining an embodiment of adjusting the luminance, which is the intensity of light according to each color in the semiconductor light emitting device of the present invention.

도 19는 도 18에서 절단한 단위 발광소자로 단위 발광 유닛을 형성한 것을보인 도면이며,19 is a view illustrating a unit light emitting unit formed of a unit light emitting device cut in FIG. 18.

도 20은 도 19의 단위 발광 유닛에 의하여 표현되는 광의 파장과 세기를 보인 그래프이며,FIG. 20 is a graph illustrating wavelengths and intensities of light represented by the unit light emitting unit of FIG. 19.

도 21 및 도 22는 본 발명의 반도체 발광소자에 있어서 각각의 색상에 따른 빛의 강도인 휘도를 조절하기 위한 다른 실시 예를 설명하는 도면이다.21 and 22 are diagrams illustrating another exemplary embodiment for adjusting luminance, which is the intensity of light, according to each color in the semiconductor light emitting device of the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

40 : 이온총 42, 42a : 콘덴서 렌즈40: ion gun 42, 42a: condenser lens

44 : 기판 46, 48 : 주사용 편향수단44 substrate 46, 48 deflection means for scanning

90 : P형 반도체층 92 : 콴텀홀 층90: P-type semiconductor layer 92: quantum hole layer

94 : N형 반도체층 100 : 콴텀 도트94: N-type semiconductor layer 100: quantum dot

120a, 122a, 124a : 단위 적색, 녹색 및 청색 발광소자120a, 122a, 124a: unit red, green and blue light emitting elements

130 : 표시 패널 170 : 단위 발광 유닛130: display panel 170: unit light emitting unit

172, 174, 176 : 콴텀홀172, 174, 176: Quantum Hall

이하, 첨부된 도 4 내지 도 22의 도면을 참조하여 본 발명의 콴텀홀의 형성방법과 그 콴텀홀을 이용한 반도체 발광소자 및 그의 제조방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of forming a quantum hole, a semiconductor light emitting device using the quantum hole, and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings of FIGS. 4 to 22.

본 발명에서는 요구되는 극히 미세한 크기를 가지는 복수의 콴텀홀을 형성하기 위하여 집속된 이온빔(Focused Ion Beam)을 사용한다. 도 4는 집속된 이온빔을 출력하여 본 발명에서 요구되는 미세한 직경 및 깊이를 가지는 복수의 콴텀홀들을 미세한 간격으로 형성하는 이온빔 주사장치를 개략적으로 보인 도면이다. 여기서, 부호 40은 이온을 고속으로 방출하는 이온총이다.In the present invention, a focused ion beam is used to form a plurality of quantum holes having an extremely fine size required. 4 is a schematic view of an ion beam scanning device for outputting a focused ion beam and forming a plurality of quantum holes having minute diameters and depths required by the present invention at minute intervals. Here, reference numeral 40 denotes an ion gun that emits ions at high speed.

상기 이온총(40)의 전방에는 콘덴서 렌즈(42)(42a)가 배치된다. 상기 콘덴서 렌즈(42)(42a)는 소정 크기의 슬리트와, 인가 전압에 따라 발생되는 전계 및 자계 등으로 이루어지는 것으로서 상기 이온총(40)에서 방출된 이온들은 콘덴서 렌즈(42)(42a)를 통과하면서 집속되어 이온빔으로 형성되고, 형성된 이온빔은 전방의 기판(44)에 입사된다. 그리고 상기 콘덴서 렌즈(42a)와 상기 기판(44)의 사이의 이온빔이 통과하는 경로에는 주사용 편향수단(46, 48)이 배치되어 이온빔을 상하 및 좌우로 편향시킨다. 그리고 상기 이온빔의 진행속도는 가속수단(도면에 도시되지 않았음)에 인가하는 가속전압의 레벨로 조절한다.Condenser lenses 42 and 42a are disposed in front of the ion gun 40. The condenser lenses 42 and 42a are formed of slits having a predetermined size and an electric field and a magnetic field generated according to an applied voltage, and the ions emitted from the ion gun 40 are used to store the condenser lenses 42 and 42a. The light is focused while passing, and is formed as an ion beam, and the formed ion beam is incident on the front substrate 44. Scanning deflection means 46 and 48 are disposed in a path through which the ion beam passes between the condenser lens 42a and the substrate 44 to deflect the ion beam vertically and horizontally. And the traveling speed of the ion beam is adjusted to the level of the acceleration voltage applied to the acceleration means (not shown in the figure).

이러한 이온빔 주사장치를 이용하는 본 발명은 기판의 콴텀홀을 형성할 위치에 이온빔을 입사시켜 충격을 줄 경우에 기판의 콴텀홀을 형성할 위치는 그 충격으로 기판의 표면 조직이 파손되어 분리되고, 콴텀홀이 형성된다.According to the present invention using the ion beam scanning apparatus, when the ion beam is incident on the position to form the quantum hole of the substrate, the position to form the quantum hole of the substrate is damaged and separated from the surface structure of the substrate by the impact. A term hole is formed.

기판에 요구되는 직경 및 깊이를 가지는 콴텀홀을 형성하기 위해서는 이온빔의 정량적인 분석이 요구된다. 특히 적당한 전압 환경과 시간적인 제약, 적절한 이온빔의 입사시간 및 적절한 이온빔의 크기 등의 환경이 모두 정확히 조절되었을 경우에 원하는 직경 및 깊이를 가지는 콴텀홀이 형성된다.Quantitative analysis of the ion beam is required to form the quantum holes having the diameter and depth required for the substrate. In particular, when the environment such as proper voltage environment, time constraints, proper ion beam incidence time, and proper ion beam size are all correctly controlled, a quantum hole having a desired diameter and depth is formed.

예를 들면, 이온빔을 가속하기 위한 가속전압이 일정 값 이하일 경우에 이온빔의 직진성이 약해지고, 기판(44)에 도달하지 못하거나 기판(44)의 최상위 레벨 원자를 분리시키지 못하여 콴텀홀을 형성할 수 없게 된다. 가속전압이 일정 값 이상일 경우에는 이온빔이 너무 가속되어 기판(44)내에 이온빔의 이온들이 주입되는 현상이 발생하게 된다. 따라서 원하는 직경 및 깊이의 콴텀홀을 형성하기 위해서는 적당한 세기의 가속전압으로 이온빔을 가속시키는 것이 요구된다.For example, when the acceleration voltage for accelerating the ion beam is lower than a predetermined value, the linearity of the ion beam is weakened, and it is impossible to reach the substrate 44 or to separate the top-level atoms of the substrate 44 to form a quantum hole. There will be no. When the acceleration voltage is higher than or equal to a predetermined value, the ion beam is accelerated so that ions of the ion beam are injected into the substrate 44. Therefore, in order to form a quantum hole having a desired diameter and depth, it is required to accelerate the ion beam with an acceleration voltage of an appropriate intensity.

그리고 이온빔의 입사시간 즉, 콴텀홀을 형성하는 위치에 이온빔을 입사시키는 시간이 일정시간 이상을 초과할 경우에 그 콴텀홀이 너무 커지게 된다.The quantum hole becomes too large when the incident time of the ion beam, that is, the time for injecting the ion beam to a position forming the quantum hole exceeds a predetermined time or more.

그러므로 본 발명에서 적당한 직경의 콴텀홀을 얻기 위해서는 이온빔을 가속시키는 가속전압과, 이온빔을 집속시키는 콘덴서 렌즈(42)(42a)의 초점을 정확하게 조절해야 되고, 또한 이온빔이 콴텀홀의 형성위치에 입사되는 시간을 적절하게 선정해야만 한다.Therefore, in order to obtain a quantum hole having an appropriate diameter in the present invention, the accelerating voltage for accelerating the ion beam and the focus of the condenser lenses 42 and 42a for focusing the ion beam must be precisely adjusted, and the ion beam is incident on the quantum hole formation position. You must select the time appropriately.

이와 같이 이온빔 주사장치를 이용하여 원하는 직경 및 깊이의 콴텀홀을 형성하기 위해서는 다양한 조건들이 충족되어야 한다.As such, various conditions must be met to form a quantum hole having a desired diameter and depth using an ion beam scanning apparatus.

본 발명에서 콴텀홀을 형성하기 위한 실시 예로서 콴텀홀의 형성면적 1㎜×1㎜에 대하여 이온빔을 입사시키는 전체 시간은 5sec 이내로 설정하고, 입사되는 이온빔의 전체 양 1 X 1016CM-2, 가속전압 25∼35㎸ 및 이온빔의 직경을 100㎚의 조건으로 할 경우에 기판(44)에 미세한 크기를 가지는 복수의 콴텀홀들을 형성할 수 있다.As an embodiment for forming the quantum hole in the present invention, the total time for injecting the ion beam with respect to the formation area of the quantum hole 1 mm x 1 mm is set within 5 sec, and the total amount of the incident ion beam is 1 X 10 16 CM -2 , acceleration When the voltage is 25 to 35 mA and the diameter of the ion beam is 100 nm, a plurality of quantum holes having a fine size can be formed in the substrate 44.

여기서, 이온빔의 크기는 콘덴서 렌즈(42, 42a)의 초점을 조절하는 것으로서 이온빔의 크기를 다양하게 조절하는 것이 가능하다.Here, the size of the ion beam can be adjusted in various ways by adjusting the focus of the condenser lenses 42 and 42a.

그리고 상기에서 제시한 수치들은 하나의 실시 예에 불과하고, 각 조건마다 구체적인 수치의 변화는 필연적인 것으로서 본 발명은 이러한 수치가 한정되는 것은 아니다.And the numerical values presented above are just one embodiment, and the specific numerical value change is inevitable for each condition, and the present invention is not limited to such numerical values.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명에서 반도체 기판의 콴텀홀을 형성하는 위치에 입사시키는 이온빔의 입사시간을 가변시킬 경우에 콴텀홀의 직경이 조절되는 것을 보인 도면이다. 콴텀홀을 형성할 기판의 전체 크기를 동일하게 하고, 이온빔을 동일한 간격(a11 = a12 = a13)으로 이동 즉, 콴텀홀을 형성할 위치로 이동시키며, 그 콴텀홀을 형성할 위치에 입사되는 이온빔의 입사시간을 조절할 경우에 이온빔의 입사시간에 따라 콴텀홀(50)의 직경은 이온빔의 입사시간에 상이하게 형성된다.5A to 5C illustrate that the diameter of the quantum holes is adjusted when the incident time of the ion beam incident on the position forming the quantum holes of the semiconductor substrate is changed. An ion beam incident on a position to form a quantum hole by equating the entire size of the substrate to form a quantum hole, moving the ion beam at the same interval (a11 = a12 = a13), that is, to form a quantum hole When adjusting the incident time of the diameter of the quantum hole 50 according to the incident time of the ion beam is formed differently from the incident time of the ion beam.

예를 들면, 이온빔의 입사시간을 짧게 할 경우에 도 5a와 같이 콴텀홀(50)의 직경(d11)은 약 100㎚로 되나, 이온빔의 입사시간을 중간 및 길게 설정할 경우에는 도 5b 및 도 5c와 같이 콴텀홀(50)의 직경(d12)(d13)은 약 500㎚ 및 1㎛로 증가된다. 즉, 이온빔의 입사시간을 길게 설정할수록 콴텀홀(50)의 직경은 커지게 됨을 알 수 있다.For example, when the incident time of the ion beam is shortened, as shown in FIG. 5A, the diameter d11 of the quantum hole 50 is about 100 nm. However, when the incident time of the ion beam is set to medium and long, FIGS. 5B and 5C. As such, the diameters d12 and d13 of the quantum holes 50 are increased to about 500 nm and 1 μm. That is, the longer the incident time of the ion beam is set, the larger the diameter of the quantum hole 50 becomes.

도 6은 본 발명에서 콴텀홀을 형성하기 위하여 이온빔이 이동하는 기판 궤적의 실시 예를 보인 도면이다. 본 발명에서는 이온빔이 콴텀홀을 형성할 기판의 최초 위치(60)에서 최종 위치(62) 예를 들면, 좌측 최상단의 위치(60)에서 우측 최하단의 위치(62)까지 지그재그로 이동한다.FIG. 6 illustrates an example of a substrate trajectory in which an ion beam moves to form a quantum hole in the present invention. In the present invention, the ion beam moves zigzag from the initial position 60 of the substrate on which the quantum hole is to be formed to the final position 62, for example, the position 60 at the upper leftmost position 62.

여기서, 이온빔의 이동은, 콴텀홀을 형성할 위치로 이온빔이 이동되었을 경우에 이온빔의 이동을 설정된 약 1∼5㎳의 시간동안 정지시켜 그 콴텀홀을 형성할 위치에 이온빔이 계속 주사되게 한다. 설정된 약 1∼5㎳의 시간이 경과될 경우에 이온빔을 콴텀홀을 형성할 다음 위치로 이동시킨 후 이온빔의 이동을 정지 및 설정된 약 1∼5㎳의 시간동안 이온빔이 입사되게 하는 동작을 반복한다.Here, the movement of the ion beam stops the movement of the ion beam for a set time of about 1 to 5 ms when the ion beam is moved to the position where the quantum hole is to be formed so that the ion beam is continuously scanned at the position where the quantum hole is to be formed. When the set time of about 1 to 5 ms has elapsed, the ion beam is moved to the next position to form a quantum hole, and then the movement of the ion beam is stopped and the ion beam is incident for the set time of about 1 to 5 ms. .

콴텀홀을 형성할 최종 위치(62)까지 이온빔의 입사가 완료될 경우에 다시 최초 위치(60)로 복귀한 후 최종 위치(62)까지 지그재그로 이동하면서 동일한 위치 즉, 콴텀홀의 형성 위치에 이온빔이 반복 입사되게 한다.When the incidence of the ion beam is completed to the final position 62 to form the quantum hole, the ion beam returns to the initial position 60 and then moves zigzag to the final position 62 while the ion beam is formed at the same position, that is, the formation position of the quantum hole. Allow repeated incidents.

이 때, 이온빔의 직경을 수 ㎚에서 수백 ㎚의 크기 정도로 초점을 조절하여 박막의 기판 상에 콴텀홀을 형성한다. 즉, 집속된 이온빔을 이용하여 콴텀홀을 형성함에 있어서 초점이 조절되고, 가속전압에 의하여 운동력을 가지게 된 이온빔을 자계에 의하여 극미세 박막을 스캐닝하듯이 이동시키면서 이온빔의 입사에 따른 충격을 인가하게 되면, 이온빔의 크기와 동일한 스포트 형상의 콴텀홀이 규칙적으로 기판상에 형성된다.At this time, the diameter of the ion beam is adjusted to a size of several nm to several hundred nm to form a quantum hole on the substrate of the thin film. That is, in forming a quantum hole using a focused ion beam, the focal point is controlled, and the ion beam, which has a kinetic force due to an acceleration voltage, is moved as if scanning an ultrafine thin film by a magnetic field to apply an impact according to the incident of the ion beam. Then, spot-like quantum holes having the same size as the ion beam are regularly formed on the substrate.

이러한 이온빔의 입사동작을 고진공 상태에서 수행하게 되면, 짧은 시간 이내에 기판에 수백만 개 정도의 콴텀홀을 형성할 수 있다. 예를 들면, 극미세 박판인 반도체 기판의 1㎜×1㎜의 영역에 불과 수 십분 이내에 100㎚ 정도의 깊이를 가지는 약 400만개 정도의 콴텀홀들을 형성할 수 있다.When the incident operation of the ion beam is performed in a high vacuum state, millions of quantum holes can be formed in the substrate within a short time. For example, about 4 million quantum holes having a depth of about 100 nm can be formed within only a few minutes in a region of 1 mm x 1 mm of a very thin semiconductor substrate.

이 때, 형성되는 콴텀홀들의 깊이는 기판의 소재 및 이온빔을 가속시키는 가속전압의 크기에 따라 상이하게 된다. 그리고 콴텀홀의 크기는 콘덴서 렌즈의 초점 조절에 따른 이온빔의 직경과, 이온빔의 입사시간으로 조절한다.At this time, the depth of the quantum holes to be formed is different depending on the material of the substrate and the magnitude of the acceleration voltage for accelerating the ion beam. The size of the quantum hole is controlled by the diameter of the ion beam and the incident time of the ion beam according to the focusing of the condenser lens.

이와 같이 본 발명은 가속전압 및 이온빔의 입사시간과 이온빔의 초점을 조절하여 기판에 원하는 크기와 깊이 및 간격을 가지는 콴텀홀을 형성할 수 있고, 또한 집속된 이온빔을 이용하여 짧은 시간 이내에 무수하게 많은 콴텀홀을 기판에 형성할 수 있다.As such, the present invention can form a quantum hole having a desired size, depth, and spacing in the substrate by adjusting the acceleration voltage, the incident time of the ion beam, and the focus of the ion beam, and also using the focused ion beam in a myriad of times within a short time. Quantum holes can be formed in the substrate.

도 7은 본 발명의 콴텀홀을 이용한 반도체 발광소자의 적층 형태를 설명하기 위한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이 하부에 반도체 기판에 불순물로 도핑하여 P형 반도체층(70)을 형성하고, 그 P형 반도체층(70)상에 도핑 처리를 하지 않은 진성 반도체를 일정 높이로 성장시켜 진성 반도체층을 형성한다.FIG. 7 is a diagram for describing a stacked form of a semiconductor light emitting device using the quantum holes of the present invention. FIG. As shown in this figure, the semiconductor substrate is doped with impurities to form a P-type semiconductor layer 70, and an intrinsic semiconductor that is not doped on the P-type semiconductor layer 70 is grown to a predetermined height. Form a layer.

상기 진성 반도체층의 상부에는 상기한 이온빔 주사장치를 이용하여 극히 작고 무수한 구멍(콴텀홀)들로 이루어지는 콴텀홀 층(72)을 형성한다. 상기 콴텀홀 층(72)의 복수의 콴텀홀들에 대하여 열처리는 800?? ∼ 1000??의 온도에서 약 10sec 동안 급속 열처리(RAPID THERMAL ANNEALING)를 하는 것으로서 이 급속 열처리를 통하여 콴텀홀을 깨끗하게 한다.In the upper portion of the intrinsic semiconductor layer, a quantum hole layer 72 including extremely small and countless holes (quantum holes) is formed by using the ion beam scanning device. The heat treatment is performed on the plurality of quantum holes of the quantum hole layer 72. RAPID THERMAL ANNEALING for about 10 sec at a temperature of -1000 ° C. The quantum hole is cleaned through this rapid heat treatment.

다음에는 상기 콴텀홀들의 내부에 밴드 갭이 진성 반도체보다 작은 물질을 재결정 성장시켜 충진한다. 상기 콴텀홀의 내부에는 콴텀홀 층(72)의 진성 반도체보다 밴드 갭이 작은 재료가 충진되어 복수의 콴텀 도트로 되는 콴텀도트층이 형성된다. 콴텀 도트를 형성할 경우에 콴텀홀 이외의 면에 올라간 재료들은 모두 열확산에 의하여 콴텀홀의 내부로 이동된다.Next, the quantum holes are filled by recrystallizing a material having a band gap smaller than that of an intrinsic semiconductor. Inside the quantum hole, a material having a smaller band gap than the intrinsic semiconductor of the quantum hole layer 72 is filled to form a quantum dot layer including a plurality of quantum dots. In the case of forming a quantum dot, all materials on the surface other than the quantum hole are moved into the quantum hole by thermal diffusion.

콴텀 도트층(72)이 형성한 후에는 그 콴텀 도트층(72)에 다시 진성 반도체를 일정 두께만큼 성장시켜 진성 반도체층을 형성하고, 진성 반도체층의 상부에 불순물로 도핑한 N형 반도체층(74)을 성장시킨다.After the quantum dot layer 72 is formed, the intrinsic semiconductor is grown on the quantum dot layer 72 again by a predetermined thickness to form an intrinsic semiconductor layer, and an N-type semiconductor layer doped with impurities on the intrinsic semiconductor layer ( 74) grow.

그 후에는 상기 P형 반도체층(70) 및 N형 반도체층(74)에 전극을 형성한다. 상기 P형 반도체층(70) 및 N형 반도체층(74)에 형성한 전극에 전원을 인가할 경우에 P형 반도체층(70)의 정공과 N형 반도체층(74)의 전자들이 콴텀홀 층(72)으로 이동하게 된다. 상기 이동한 정공 및 전자들의 캐리어는 콴텀홀 층(72) 즉, 콴텀 도트층의 무수한 콴텀도트에서 집중적으로 재결합되어 높은 에너지를 가지는 광이 방출된다. 상기 방출되는 광은 고유의 파장을 가지고 있는 것으로서 반도체 발광소자를 제조할 경우에 미리 지정된 고유한 색상의 광을 출력하게 된다.Thereafter, electrodes are formed on the P-type semiconductor layer 70 and the N-type semiconductor layer 74. When power is applied to the electrodes formed on the P-type semiconductor layer 70 and the N-type semiconductor layer 74, the holes of the P-type semiconductor layer 70 and the electrons of the N-type semiconductor layer 74 are quantum hole layers. It is moved to 72. The carriers of the moved holes and electrons are intensively recombined in the quantum hole layer 72, that is, in the myriad quantum dots of the quantum dot layer to emit light having high energy. The emitted light has a unique wavelength, and when the semiconductor light emitting device is manufactured, light of a predetermined color is output.

그러므로 본 발명에서는 반도체 발광소자를 제조할 경우에 적색, 녹색 및 청색의 파장을 출력할 수 있는 환경으로 만들어 빛의 삼원색인 적색, 녹색 및 청색의 발광소자로 제작할 수가 있다.Therefore, in the present invention, when the semiconductor light emitting device is manufactured, an environment capable of outputting red, green, and blue wavelengths can be produced, and the light emitting devices of red, green, and blue, which are three primary colors of light, can be manufactured.

여기서 본 발명은 P형 반도체층(70)을 복수의 정공 공급층(70a, 70b)들로 형성할 수도 있고, 또한 N형 반도체층(74)도 역시 복수의 전자 공급층(74a, 74b)들로형성할 수 있다.According to the present invention, the P-type semiconductor layer 70 may be formed of a plurality of hole supply layers 70a and 70b, and the N-type semiconductor layer 74 may also be formed of a plurality of electron supply layers 74a and 74b. It can form.

본 발명의 반도체 발광소자는 상기한 P형 반도체층(70), 복수의 콴텀홀 내에 밴드 갭이 기반 재료보다 작은 재료가 재결정 성장으로 충진된 콴텀홀 층(72) 및 N형 반도체층(74)으로 이루어지는 반도체 적층물을 적당한 크기로 절단하여 단위 반도체 발광소자를 만들 수 있다. 상기 반도체 적층물을 절단할 경우에도 절단한 각각이 소정의 광을 방출하는 반도체 발광소자가 되므로 이하에서는 반도체 적층물 및 반도체 발광소자를 크게 구분하지 않고 설명을 진행한다.In the semiconductor light emitting device of the present invention, the P-type semiconductor layer 70, the quantum hole layer 72 and the N-type semiconductor layer 74 in which a material having a band gap smaller than that of the base material in the plurality of quantum holes are filled by recrystallization. The semiconductor laminate composed of the same can be cut to an appropriate size to form a unit semiconductor light emitting device. Even when the semiconductor laminate is cut, each cut is a semiconductor light emitting device that emits a predetermined light. Hereinafter, the semiconductor laminate and the semiconductor light emitting device will be described without large division.

도 8은 본 발명의 반도체 발광소자에서 콴텀 도트층을 설명하기 위한 도면이다. P형 반도체층(70)의 상부에 진성 반도체로 일정 높이의 층을 형성하고, 그 일정 높이의 층의 상부에 상기한 이온빔 주사장치로 무수히 많은 콴텀홀들을 형성하여 콴텀홀 층(72)을 형성한다. 콴텀홀 층(72)에는 진성 반도체와 에너지 밴드 갭이 다른 재료를 재결정 성장시켜 충진시킨다. 이와 같이 에너지 밴드 갭이 다른 재료가 콴텀홀에 모두 충진된 것이 콴텀 도트(80)들이다.8 is a view for explaining a quantum dot layer in the semiconductor light emitting device of the present invention. A layer having a predetermined height is formed on the P-type semiconductor layer 70 using an intrinsic semiconductor, and a number of quantum holes are formed on the layer having a predetermined height by the ion beam scanning device described above to form the quantum hole layer 72. do. The quantum hole layer 72 is filled with recrystallized growth of a material having a different energy band gap from the intrinsic semiconductor. The quantum dots 80 are filled with the material having different energy band gaps in the quantum holes.

도 9는 본 발명의 반도체 발광소자의 실시 예를 보인 도면이다. 이에 도시된 바와 같이 갈륨나이트라이드(GaN)를 도핑한 P형 반도체층(70)위에 진성 반도체층을 성장하고, 그 진성 반도체층에 복수의 콴텀홀을 형성한 후 콴텀홀 내에 인듐갈륨나이트라이드(InGaN)를 단결정 성장시켜 콴텀홀 층(72) 즉, 콴텀 도트층을 형성한다. 이 콴텀홀 층(72)의 상부에는 갈륨나이트라이드(GaN)를 도핑한 N형 반도체층(74)을 형성한다.9 is a view showing an embodiment of a semiconductor light emitting device of the present invention. As shown, an intrinsic semiconductor layer is grown on a P-type semiconductor layer 70 doped with gallium nitride (GaN), a plurality of quantum holes are formed in the intrinsic semiconductor layer, and indium gallium nitride is formed in the quantum holes. Single crystal growth of InGaN to form a quantum hole layer 72, that is, a quantum dot layer. An N-type semiconductor layer 74 doped with gallium nitride (GaN) is formed on the quantum hole layer 72.

여기서, 갈륨나이트라이드(GaN)대신에 갈륨비소(GaAs)를 사용할 수 있고, 인듐갈륨나이트라이드(InGaN) 대신에 인듐비소(InAs)를 사용할 수가 있으며, 또한 이들 이외에도 적당한 소재로 대체 사용할 수 있음은 물론이다. 상기 실시 예에서 P형 반도체층(70) 및 N형 반도체층(74)에 전극을 연결하고, 전류를 주입시킬 경우에 상술한 바와 같이 콴텀홀 층(72)의 콴텀 도트들이 소정의 색상으로 발광하게 된다.Herein, gallium arsenide (GaAs) may be used instead of gallium nitride (GaN), and indium arsenide (InAs) may be used instead of indium gallium nitride (InGaN), and other materials may be used as a suitable material. Of course. In the above embodiment, when the electrodes are connected to the P-type semiconductor layer 70 and the N-type semiconductor layer 74 and current is injected, the quantum dots of the quantum hole layer 72 emit light with a predetermined color as described above. Done.

도 10 내지 도 12는 본 발명의 반도체 발광소자의 실시 예의 구성과 특성을 설명하기 위한 도면들이다.10 to 12 are views for explaining the configuration and characteristics of the embodiment of the semiconductor light emitting device of the present invention.

도 10은 본 발명의 반도체 발광소자의 실시 예의 구성을 보인 도면이다. 본 발명은 GaN소재로 이루어지는 P형 반도체층(70)의 상부에 콴텀홀 층(72) 및 N형 반도체층(74)이 순차적으로 형성된다. 상기 콴텀홀 층(72)은 진성 반도체층에 복수의 콴텀홀을 형성하고 그 복수의 콴텀홀에 InGaN을 단결정 성장시켜 충진한다. 여기서 콴텀홀의 크기를 편의상 크게 그렸으나 실제로는 나노미터 정도의 크기로 극히 미세한 구멍이다.10 is a view showing the configuration of an embodiment of a semiconductor light emitting device of the present invention. In the present invention, the quantum hole layer 72 and the N-type semiconductor layer 74 are sequentially formed on the P-type semiconductor layer 70 made of GaN material. The quantum hole layer 72 is formed by forming a plurality of quantum holes in the intrinsic semiconductor layer and growing single crystals of InGaN in the plurality of quantum holes. Here, the size of the quantum hole is drawn largely for convenience, but in reality, it is a very fine hole with a size of about nanometers.

본 발명의 반도체 발광소자도 빛의 삼원색을 구성하는 3가지 요소인 적색, 녹색 및 청색의 광을 방출할 수 있도록 해야 되는 것으로 도 10에서는 각기 적색, 녹색 및 청색의 광을 방출할 수 있도록 한 세 가지 형태의 반도체 발광소자(100, 102, 104)를 도시하였다. 적색, 녹색 및 청색의 세 가지의 기본 색상들은 각각의 반도체 적층물에 있어서 콴텀홀 층(72)의 인듐(In)의 구성비에 따라서 결정된다.The semiconductor light emitting device of the present invention should also be able to emit light of red, green, and blue, which are three elements constituting the three primary colors of light. The semiconductor light emitting devices 100, 102, 104 in the form of branches are illustrated. Three basic colors of red, green and blue are determined according to the composition ratio of indium (In) of the quantum hole layer 72 in each semiconductor stack.

즉, 콴텀홀 층(72)내의 인듐비에 의하여 본 발명의 반도체 발광소자의 독특한 색상이 결정되는 것으로서 적색, 녹색 및 청색의 콴텀홀 층(72)은 모두 콴텀홀의 내부에 InGaN을 단결정 성장으로 충진시킴에 있어서, 각기 필요로 하는 In의 성분비율로 충진한다.That is, the unique color of the semiconductor light emitting device of the present invention is determined by the indium ratio in the quantum hole layer 72. The red, green, and blue quantum hole layers 72 are filled with single crystal growth of InGaN inside the quantum holes. In the process, each of them is filled with the necessary component ratio of In.

이와 같이 콴텀홀 층(72)을 이용하여 제조되는 본 발명의 반도체 발광소자는 다시 적당한 크기로 절단되어 단위 적색 발광소자(100a), 단위 녹색 발광소자(102a) 및 단위 청색 발광소자(104a)로 사용된다.As described above, the semiconductor light emitting device of the present invention manufactured using the quantum hole layer 72 is cut into a suitable size, and thus, the unit red light emitting device 100a, the unit green light emitting device 102a, and the unit blue light emitting device 104a. Used.

도 11은 본 발명의 반도체 발광소자를 사용하여 화상을 재현할 수 있도록 하기 위한 표시 패널의 구성을 보인 도면이다. 본 발명은 하나의 단위 적색 발광소자(100a), 단위 녹색 발광소자(102a) 및 청색 발광소자(104a)를 결합하여 하나의 표시 패널(110)로 형성하고, 소정 화상의 색상을 표현할 수 있게 한다.11 is a view showing the configuration of a display panel for reproducing an image using the semiconductor light emitting device of the present invention. According to the present invention, one unit red light emitting device 100a, one unit green light emitting device 102a, and one blue light emitting device 104a are combined to form one display panel 110, and the color of a predetermined image can be expressed. .

도 12는 도 11의 표시 패널에 의하여 표현되는 광의 파장 및 세기를 측정하여 보인 그래프이다. 도 12에서와 같이 본 발명의 반도체 발광소자는 파장의 꼭지점이 선명하고, 하부의 파장 대역폭이 좁다. 이것은 본 발명의 반도체 발광소자의 표시패널(110)은 유닛은 좁은 범위의 파장 대역으로 소정의 색상을 표현할 수 있음을 나타내는 것으로서 소정의 색상을 선명하게 표시할 수 있다.FIG. 12 is a graph illustrating measurements of wavelengths and intensities of light represented by the display panel of FIG. 11. 12, the vertex of the wavelength of the semiconductor light emitting device of the present invention is clear and the wavelength bandwidth of the lower portion is narrow. This indicates that the display panel 110 of the semiconductor light emitting device of the present invention can express a predetermined color in a narrow range of wavelength bands and can clearly display a predetermined color.

도 13은 색상별로 에너지의 크기를 밴드 다이어그램(BAND DIAGRAM)으로 보인 도면이다.FIG. 13 is a diagram illustrating a magnitude of energy for each color as a band diagram.

도 13a는 In의 조성비를 0.1% 정도로 하여 청색을 나타내도록 할 경우의 에너지의 크기를 보인 것이다. 직선으로 표시된 페르미에너지 Ef(FERMI ENERGY)(130)를 중심으로 상부의 선은 전자에 의한 전도대 Ec(CONDUCTION BAND)(132)를 나타내고, 하부의 선은 정공에 의한 가전자대 Ev(VALENCE ELECTRON BAND)(134)를 나타낸다. In의 조성비를 0.1% 정도로 했을 때 에너지의 크기가 E1(136)의 크기로 발산되며, 이 때 가시광선으로 청색 파장의 광으로 발산된다.FIG. 13A shows the magnitude of energy when the composition ratio of In is about 0.1% to make blue. FERMI ENERGY 130 indicated by a straight line, the upper line represents the conduction band Ec (CONDUCTION BAND) 132 by the electron, the lower line is the valence band Ev (VALENCE ELECTRON BAND) by the hole (134) is shown. When the composition ratio of In is about 0.1%, the magnitude of energy is emitted to the size of E1 136, and at this time, the wavelength is emitted as light of blue wavelength with visible light.

도 13b는 In의 조성비를 0.5% 정도로 하여 녹색을 나타내도록 할 경우의 에너지의 크기를 보인 것이다. In의 조성비를 0.5% 정도로 했을 경우에 에너지의 크기가 E2(136a)의 크기로 발산되고, 이때 가시광선으로 녹색 파장의 광으로 발산된다.FIG. 13B shows the magnitude of energy when the composition ratio of In is about 0.5% to show green color. In the case where the composition ratio of In is about 0.5%, the energy is emitted in the size of E2 (136a), and at this time, the light is emitted in the green wavelength light with visible light.

도 13c는 In의 조성비를 0.8% 정도로 하여 적색을 나타내도록 할 경우의 에너지의 크기를 보인 것이다. In의 조성비를 0.8% 정도로 했을 경우에 에너지의 크기가 E3(136b)의 크기로 발산되며, 이때 가시광선으로 적색 파장의 광으로 발산된다.FIG. 13C shows the magnitude of energy when the composition ratio of In is about 0.8% to show red color. When the composition ratio of In is set to about 0.8%, the energy is emitted in the size of E3 (136b), and at this time, the light is emitted in the red wavelength light.

즉, 청색, 녹색 및 적색의 에너지는 청색이 가장 높고, 녹색은 중간 정도이며, 적색은 에너지가 가장 낮음을 알 수 있다.That is, it can be seen that the energy of blue, green, and red is blue highest, green is medium, and red is lowest energy.

도 14 내지 도 16은 본 발명의 콴텀홀을 이용하는 형태의 반도체 발광소자를 보인 도면이다.14 to 16 illustrate a semiconductor light emitting device of a type using a quantum hole of the present invention.

도 14는 하나의 콴텀홀 층에서 동시에 세 가지 색상의 광을 방출할 수 있도록 하는 본 발명의 반도체 발광소자의 다른 실시 예의 구성을 보인 도면이다. P형 반도체층(70)과 N형 반도체층(74)의 사이에 진성 반도체로 이루어지고 3가지의 크기를 가지는 콴텀홀(140)이 규칙적으로 배열 형성되는 콴텀홀 층(72)이 구비된다. 상기 콴텀홀 층(72)의 콴텀홀(140)에는 그 크기에 따라 에너지 밴드 갭이 다른 재료를 재결정 성장시켜 충진시킨다. 이 충진 과정을 통해 상기 콴텀홀 층(72)의 모든 콴텀홀(140)들은 그 크기에 따라 에너지 밴드 갭이 다른 재료가 충진된 콴텀도트로 된다. 그리고 세 가지로 다른 크기의 콴텀홀(140)을 가지는 콴텀도트를 하나의 단위 발광 유닛으로 절단하여 발광소자로 사용한다.FIG. 14 is a view showing the configuration of another embodiment of a semiconductor light emitting device of the present invention to emit light of three colors simultaneously in one quantum hole layer. A quantum hole layer 72 is formed between the P-type semiconductor layer 70 and the N-type semiconductor layer 74, and is formed of an intrinsic semiconductor and regularly arranged in three quantum holes 140. The quantum hole 140 of the quantum hole layer 72 is filled with recrystallized growth of materials having different energy band gaps according to their sizes. Through this filling process, all the quantum holes 140 of the quantum hole layer 72 are filled with quantum dots filled with materials having different energy band gaps according to their sizes. The quantum dots having three different sized quantum holes 140 are cut into one unit light emitting unit and used as light emitting devices.

도 15는 도 14에서 콴텀홀의 크기가 상이한 세 개의 발광소자를 하나의 단위 발광 유닛으로 절단하여 보인 도면이다. 본 발명의 다른 실시 예에서 하나의 단위 발광 유닛(150)의 내부에는, 제일 큰 크기의 콴텀홀(152)을 이용하여 형성되는 적색의 발광소자와, 제일 작은 사이즈의 콴텀홀(154)을 이용하여 청색의 발광소자와, 상기 콴텀홀(152)(154)의 중간 크기의 콴텀홀(156)을 이용하여 형성되는 녹색의 발광소자가 구비된다. 즉, 청색은 에너지가 가장 높으므로 가장 작은 크기의 콴텀홀(154)에 형성하고, 적색은 에너지가 가장 낮으므로 가장 큰 크기의 콴텀홀(152)에 형성하며, 녹색은 에너지가 청색 에너지와 적색 에너지의 중간 정도이므로 증간 크기를 가지는 콴텀홀에 형성한다.FIG. 15 is a view illustrating cutting three light emitting devices having different sizes of quantum holes into one unit light emitting unit in FIG. 14. In another embodiment of the present invention, the inside of one unit light emitting unit 150 uses a red light emitting element formed by using the largest quantum hole 152 and the smallest quantum hole 154. Thus, a blue light emitting device and a green light emitting device formed using a quantum hole 156 having a middle size of the quantum holes 152 and 154 are provided. That is, blue is formed in the quantum hole 154 of the smallest size because of the highest energy, red is formed in the quantum hole 152 of the largest size because of the lowest energy, and green is the energy of blue and red. Since it is medium in energy, it is formed in a quantum hole having a medium size.

도 16은 도 15의 단위 발광 유닛에 의하여 표현되는 광의 파장과 세기를 보인 그래프이다. 이 그래프는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 반도체 발광소자의 단위 발광 유닛도 좁은 범위의 파장으로 색을 표현할 수 있는 것으로서 소정의 색상을 선명하게 묘사할 수 있음을 알 수 있다.FIG. 16 is a graph illustrating wavelengths and intensities of light represented by the unit light emitting units of FIG. 15. This graph can be seen that the unit light emitting unit of the semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention can express colors with a narrow range of wavelengths and thus can clearly describe a predetermined color.

도 17은 상기 본 발명의 다른 실시 예에서 콴텀홀의 크기를 상이하게 하여 반도체 발광소자를 만들 경우에 에너지의 크기변화와 색상을 밴드 다이어그램으로 보인 도면으로서 페르미 에너지 Ef(170)를 중심으로 상부의 선은 전자에 의한 전도대 Ec(172)를 나타내고, 하부의 선은 정공에 의한 가전자대 Ev(174)를 나타낸다.FIG. 17 is a diagram showing the magnitude and color of energy in a band diagram when a semiconductor light emitting device is manufactured by varying the size of a quantum hole according to another embodiment of the present invention. Denotes conduction band Ec 172 by electrons, and the lower line represents valence band Ev 174 by holes.

도 17a는 콴텀홀의 크기를 가장 크게 형성할 경우의 에너지 크기이다. 콴텀홀의 크기가 클 경우에 에너지는 E1(176)의 크기로 발산되고, 이때 가시광선으로 적색 파장의 광이 발산된다.17A shows the energy size when the size of the quantum hole is the largest. When the size of the quantum hole is large, energy is emitted in the size of E1 176, and light of red wavelength is emitted by the visible light.

도 17b는 콴텀홀의 크기를 중간 정도의 크기로 형성할 경우의 에너지 크기이다. 콴텀홀의 크기가 중간일 경우에 에너지가 E2(176a)의 크기로 발산되고, 이때 가시광선으로 녹색 파장의 광이 발산된다.FIG. 17B is an energy magnitude when the size of the quantum hole is formed to a medium size. FIG. When the size of the quantum hole is medium, energy is emitted to the size of E2 176a, and light of green wavelength is emitted as visible light.

도 17c는 콴텀홀의 크기를 가장 작게 형성할 경우의 에너지 크기이다. 콴텀홀의 크기가 가장 작을 경우에는 에너지가 E3(176b)의 크기로 발산되고, 이때 가시광선으로 청색 파장의 광이 발산이 된다.FIG. 17C shows an energy size when the size of the quantum hole is formed to be the smallest. When the size of the quantum hole is the smallest, energy is emitted at the size of E3 (176b), and blue light is emitted at the visible light.

그러므로 본 발명의 다른 실시 예에서와 같이 콴텀홀의 크기를 적절히 조절하여 발산되는 에너지의 크기를 변화시킬 경우에 적색, 녹색 및 청색의 광을 방출하는 반도체 발광소자를 형성할 수 있음을 알 수 있다.Therefore, as in another embodiment of the present invention, it can be seen that a semiconductor light emitting device emitting red, green, and blue light may be formed when the size of the quantum hole is appropriately adjusted to change the amount of emitted energy.

도 18은 본 발명의 반도체 발광소자에 있어서 각각의 색상에 따른 광의 세기인 휘도를 조절하는 실시 예를 설명하는 도면이다. 적색, 녹색 및 청색의 세 가지 색상의 광을 방출하는 반도체 발광소자(180, 182, 184)를 제조하기 위하여 각각의 콴텀홀 층(180a, 182a, 184a)의 콴텀홀들 내에 에너지 밴드 갭이 다른 재료로 재결정 성장시킴에 있어서 그 구성비를 달리하여 콴텀홀 층(180a, 182a, 184a)의 콴텀홀들을 충진한다. 이때 각각의 콴텀홀 층(180a, 182a, 184a)에 형성되는 각각의 콴텀홀들의 크기는 동일한 크기로 한다.FIG. 18 is a view for explaining an embodiment of adjusting luminance, which is intensity of light according to each color, in the semiconductor light emitting device of the present invention. The energy band gap is different in the quantum holes of the respective quantum hole layers 180a, 182a, and 184a to manufacture the semiconductor light emitting devices 180, 182, and 184 that emit light of three colors of red, green, and blue. In the recrystallization growth of the material, the quantum holes of the quantum hole layers 180a, 182a, and 184a are filled with different composition ratios. In this case, the size of each quantum hole formed in each quantum hole layer 180a, 182a, and 184a is the same size.

이러한 각각의 반도체 발광소자(180, 182, 184)를 적당한 크기로 절단할 경우에 각기 상이한 크기로 절단하여 휘도를 조절한다. 예를 들면, 적색의 반도체 발광소자(180)는 가장 큰 크기로 절단하여 단위 발광소자(180b)로 형성하고, 녹색의 반도체 발광소자(182)는 중간 정도의 크기로 절단하여 단위 발광소자(182b)로 형성하며, 청색의 반도체 발광소자(184)는 가장 작은 크기로 절단하여 단위 발광소자(184b)로 형성한다. 이와 같이 단위 발광소자(180b, 182b, 184b)의 크기를 각기 상이하게 절단함으로써 각각의 단위 발광소자(180b, 182b, 184b)가 출력하는 광의 세기인 휘도를 조절한다.When each of the semiconductor light emitting devices 180, 182, and 184 is cut to an appropriate size, the semiconductor light emitting devices 180, 182, and 184 are cut to different sizes to adjust luminance. For example, the red semiconductor light emitting device 180 is cut into the largest size to form a unit light emitting device 180b, and the green semiconductor light emitting device 182 is cut to a medium size and the unit light emitting device 182b. And the blue semiconductor light emitting device 184 is cut into the smallest size to form a unit light emitting device 184b. As described above, the sizes of the unit light emitting devices 180b, 182b, and 184b are cut differently, thereby adjusting the luminance which is the intensity of the light output from each of the unit light emitting devices 180b, 182b, and 184b.

도 19는 상기 도 18에서 절단한 단위 발광소자로 단위 발광 유닛을 형성한 것을 보인 도면이다. 단위 발광 유닛(190)을 이루는 세 개의 단위 발광소자(180b, 182b, 184b)의 크기가 각기 상이하나 이들 각각의 콴텀홀들의 크기는 동일하다. 그리고 각각의 콴텀홀 층의 콴텀홀들 내에 에너지 밴드 갭이 다른 재료를 재결정 성장시킴에 있어서 그 구성비를 달리하여 콴텀홀들을 충진한다.FIG. 19 illustrates that a unit light emitting unit is formed of the unit light emitting device cut in FIG. 18. The three unit light emitting devices 180b, 182b, and 184b of the unit light emitting unit 190 may have different sizes, but the respective quantum holes have the same size. In the quantum holes of each quantum hole layer, the quantum holes are filled with different composition ratios in recrystallization of a material having a different energy band gap.

도 20은 도 19의 단위 발광 유닛에 의하여 표현되는 광의 파장과 세기를 보인 그래프이다. 이 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 단위 발광 유닛은 좁은 범위의 파장으로 색을 표현할 수 있는 것으로서 소정의 색상을 선명하게 표시할 수 있다.20 is a graph showing wavelengths and intensities of light represented by the unit light emitting units of FIG. 19. As can be seen from this graph, the unit light emitting unit of the present invention can express colors with a narrow range of wavelengths and can clearly display a predetermined color.

도 21 및 도 22는 본 발명의 반도체 발광소자에 있어서 각각의 색상에 따른 빛의 강도인 휘도를 조절하기 위한 다른 실시 예를 설명하는 도면이다. 도 21은 적색, 녹색 및 청색의 세 가지의 색상의 반도체 발광소자(210, 212, 214)를 형성하기 위하여 각각의 콴텀홀 층(210a, 212a, 214a)의 콴텀홀들 내에 에너지 밴드 갭이 다른 재료로 재결정 성장시킴에 있어서 그 구성비는 동일하게 하면서 콴텀홀층(210a, 212a, 214a)의 콴텀홀들을 충진한다. 이때 각각의 콴텀홀 층(210a, 212a, 214a)에 형성되어 있는 콴텀홀들의 크기는 각기 상이하게 한다.21 and 22 are diagrams illustrating another exemplary embodiment for adjusting luminance, which is the intensity of light, according to each color in the semiconductor light emitting device of the present invention. 21 shows different energy band gaps in the quantum holes of the respective quantum hole layers 210a, 212a, and 214a to form the semiconductor light emitting devices 210, 212, and 214 of three colors of red, green, and blue. In the recrystallization growth of the material, the quantum holes of the quantum hole layers 210a, 212a, and 214a are filled with the same composition ratio. In this case, the sizes of the quantum holes formed in the respective quantum hole layers 210a, 212a, and 214a are different.

그리고 각각의 색상의 반도체 발광소자(210, 212, 214)를 절단함에 있어서는 도 21에서와 같이 동일한 크기로 절단하여 단위 발광소자(210b, 212b, 214b)를 형성하거나 또는도 22와 같이 서로 상이한 다른 크기로 절단하여 단위 발광소자(220b, 222b, 224b)를 형성한다. 즉, 적색, 녹색 및 청색의 단위 발광소자의 크기를 모두 동일하게 절단하거나 또는 서로 상이하게 절단함으로써 그 단위 발광소자들로 이루어지는 단위 발광 유닛에서 방출되는 광의 휘도를 조절할 수 있다. 이때, 단위 발광소자의 크기를 각각 다르게 절단하여 또 다른 특징을 부여할 수도 있음은 물론이다.In cutting the semiconductor light emitting devices 210, 212, and 214 of each color, the unit light emitting devices 210b, 212b, and 214b are formed by cutting the same size as shown in FIG. 21, or different from each other as shown in FIG. By cutting to size, unit light emitting devices 220b, 222b, and 224b are formed. That is, the luminance of the light emitted from the unit light emitting units composed of the unit light emitting devices may be controlled by cutting the same size of the red, green, and blue unit light emitting devices in the same way or by differently cutting them. In this case, the size of the unit light emitting device may be cut differently to give another feature.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 이하의 특허청구의 범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 다양하게 개조 및 변화될 수 있음을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.The present invention has been illustrated and described with reference to certain preferred embodiments, but the present invention is not limited thereto, and various changes may be made without departing from the spirit or the scope of the present invention provided by the following claims. It will be readily apparent to one of ordinary skill in the art that modifications and variations can be made.

이상에서와 같이 본 발명은 반도체를 이용하여 소정 색상의 광을 출력하는 발광소자에 있어서 빛의 3원색인 적색, 녹색 및 청색 파장의 세기가 극히 집중되어 출력되므로 정확한 색상을 표현할 수 있다. 그리고 극히 작은 크기의 단위 발광소자를 제작할 수 있는 기술을 제공할 수 있으므로 작은 크기의 화상용 모니터의 제작이 가능할 수 있게 하고, 작은 크기로 제조하더라도 화상의 선명도나 색상의 명확성은 저하되지 않도록 제조할 수 있다.As described above, according to the present invention, since the intensity of the three primary colors of red, green, and blue wavelengths is extremely concentrated in a light emitting device that outputs light of a predetermined color by using a semiconductor, accurate color can be expressed. In addition, it is possible to provide a technology for manufacturing an ultra-small unit light emitting device, so that it is possible to manufacture a small-sized image monitor, and to produce a small size image monitor so that image clarity or color clarity does not deteriorate. Can be.

Claims (17)

정공 공급의 기능을 수행하는 P형 반도체층;A P-type semiconductor layer performing a function of hole supply; 상기 P형 반도체층에 일정 높이로 진성 반도체층을 형성하고 그 진성 반도체층에 복수의 콴텀홀을 형성한 콴텀홀 층; 및A quantum hole layer in which an intrinsic semiconductor layer is formed at a predetermined height in the P-type semiconductor layer and a plurality of quantum holes are formed in the intrinsic semiconductor layer; And 상기 콴텀홀 층의 상부에 형성되고 전자 공급의 기능을 수행하는 N형 반도체층으로 이루어지고,An N-type semiconductor layer formed on top of the quantum hole layer and performing a function of electron supply, 상기 복수의 콴텀홀 내에는, 상기 진성 반도체보다 에너지 밴드 갭이 작은 재료를 단결정 성장으로 충진시키는 것을 특징으로 하는 콴텀홀을 이용한 반도체 발광소자.In the plurality of quantum holes, a material having a smaller energy band gap than the intrinsic semiconductor is filled with single crystal growth. 제 1 항에 있어서, 상기 콴텀홀의 크기는;The method of claim 1, wherein the size of the quantum hole; 10∼100㎚의 범위인 것을 특징으로 하는 콴텀홀을 이용한 반도체 발광소자.A semiconductor light emitting element using a quantum hole, characterized in that the range of 10 to 100nm. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 P형 반도체층 및 N형 반도체층은 GaN을 도핑한 것이고,The P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer is doped with GaN, 상기 콴텀홀에는, InGaN을 단결정 성장시켜 충진하는 것을 특징으로 하는 콴텀홀을 이용한 반도체 발광소자.The quantum hole is a semiconductor light emitting device using a quantum hole, characterized in that the InGaN is grown by filling a single crystal. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 P형 반도체층 및 N형 반도체층은 GaAs를 도핑한 것이고,The P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer is doped with GaAs, 상기 콴텀홀에는 InAs를 단결정 성장시켜 충진하는 것을 특징으로 하는 콴텀홀을 이용한 반도체 발광소자.The quantum hole is a semiconductor light emitting device using a quantum hole, characterized in that by filling the InAs single crystal growth. 반도체 기판에 불순물을 도핑하여 P형 반도체층으로 형성하는 과정;Forming a P-type semiconductor layer by doping impurities into the semiconductor substrate; 상기 P형 반도체층의 상면에 도핑처리를 하지 않은 진성 반도체를 일정 두께로 성장시켜 진성 반도체층을 형성하는 과정;Forming an intrinsic semiconductor layer by growing an intrinsic semiconductor that has not been doped into an upper surface of the P-type semiconductor layer to a predetermined thickness; 상기 진성 반도체층의 상면에 복수의 콴텀홀을 형성하는 과정;Forming a plurality of quantum holes on an upper surface of the intrinsic semiconductor layer; 상기 콴텀홀 층의 복수의 콴텀홀을 열처리하는 과정;Heat-treating a plurality of quantum holes of the quantum hole layer; 상기 열처리를 수행한 콴텀홀들의 내부에 밴드 갭이 상기 진성 반도체보다 작은 재료로 재결정 성장시켜 콴텀홀들이 재결정 성장 물질로 충진된 콴텀 도트층을 형성하는 과정; 및Forming a quantum dot layer in which the quantum holes are filled with a recrystallization growth material by recrystallization growth of a material having a band gap smaller than that of the intrinsic semiconductor inside the quantum holes subjected to the heat treatment; And 상기 콴텀 도트층에 다시 진성 반도체를 일정 두께만큼 성장시키고 불순물을 도핑하여 N형 반도체층을 형성하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 콴텀홀을 이용한 반도체 발광소자의 제조방법.And growing an intrinsic semiconductor to a predetermined thickness in the quantum dot layer and doping impurities to form an N-type semiconductor layer. 제 5 항에 있어서, 상기 콴텀홀 내의 재결정 성장은;6. The method of claim 5, wherein the recrystallization growth in the quantum hole; 진공 상태에서 열확산에 의하여 재결정 성장 물질이 콴텀홀의 내부로 충진되게 하는 것을 특징으로 하는 콴텀홀을 이용한 반도체 발광소자의 제조방법.A method for manufacturing a semiconductor light emitting device using quantum holes, characterized in that the recrystallized growth material is filled into the quantum holes by thermal diffusion in a vacuum state. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 P형 반도체층 및 N형 반도체층은 GaN을 도핑하여 형성되고,The P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer is formed by doping GaN, 상기 콴텀홀에는 InGaN을 단결정 성장시켜 충진하는 것을 특징으로 하는 콴텀홀을 이용한 반도체 발광소자의 제조방법.The quantum hole manufacturing method of a semiconductor light emitting device using a quantum hole, characterized in that the InGaN is filled with single crystal growth. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 P형 반도체층 및 N형 반도체층은 GaAs를 도핑하여 형성되고,The P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer is formed by doping GaAs, 상기 콴텀홀에는 InAs를 단결정 성장시켜 충진하는 것을 특징으로 하는 콴텀홀을 이용한 반도체 발광소자의 제조방법.The quantum hole manufacturing method of a semiconductor light emitting device using a quantum hole, characterized in that by filling the InAs single crystal growth. 제 5 항에 있어서, 상기 재결정 성장 물질은;The method of claim 5, wherein the recrystallization growth material; 인듐을 포함하는 물질로 이루어지고, 발광시킬 적색, 녹색 및 청색에 따라 상기 인듐의 혼합 비율을 조절하는 것을 특징으로 하는 콴텀홀을 이용한 반도체 발광소자의 제조방법.A method of manufacturing a semiconductor light-emitting device using a quantum hole, comprising a material including indium and adjusting the mixing ratio of the indium according to red, green, and blue light to be emitted. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 하나의 반도체 발광소자 내에서 발광시킬 적색, 녹색 및 청색에 따라 콴텀홀의 크기를 상이하게 형성하고 그 상이하게 형성한 콴텀홀 내에 각기 적색, 녹색 및 청색의 해당 재결정 성장 물질을 충진시켜 하나의 반도체 발광소자가 빛의 삼원색을 방출하게 하는 특징으로 하는 콴텀홀을 이용한 반도체 발광소자의 제조방법.According to the red, green, and blue colors to emit light in one semiconductor light emitting device, the size of the quantum holes is formed differently, and the corresponding red, green, and blue corresponding recrystallization growth materials are filled in the differently formed quantum holes to emit one semiconductor light. A method of manufacturing a semiconductor light emitting device using a quantum hole characterized in that the device emits three primary colors of light. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 적색, 녹색 및 청색을 발광시킬 각각의 반도체 발광소자에 따라 콴텀홀의 크기를 상이하게 형성하고, 그 상이하게 형성한 콴텀홀 내에 각기 적색, 녹색 및 청색의 해당 재결정 성장 물질을 충진시키며, 적색, 녹색 및 청색의 반도체 발광소자를 동일한 크기의 단위 반도체 발광소자로 절단한 후 절단한 적색, 녹색 및 청색의 단위 반도체 발광소자를 결합하여 빛의 삼원색을 방출하게 하는 것을 특징으로 하는 콴텀홀을 이용한 반도체 발광소자의 제조방법.The size of the quantum holes is formed differently according to each semiconductor light emitting device that will emit red, green, and blue, and the corresponding recrystallized growth materials of red, green, and blue are filled in the differently formed quantum holes. And cutting the blue semiconductor light emitting device into unit semiconductor light emitting devices having the same size, and then combining the cut red, green, and blue unit semiconductor light emitting devices to emit three primary colors of light. Method of manufacturing the device. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 적색, 녹색 및 청색을 발광시킬 각각의 반도체 발광소자에 동일한 크기의 콴텀홀을 형성하여 그 콴텀홀 내에 각기 적색, 녹색 및 청색의 해당 재결정 성장 물질을 충진시키고, 적색, 녹색 및 청색의 반도체 발광소자를 서로 상이한 크기의 단위 반도체 발광소자로 절단한 후 그 상이한 크기를 가지는 적색, 녹색 및 청색의 단위 반도체 발광소자를 결합하여 빛의 삼원색을 방출하게 하는 것을 특징으로 하는 콴텀홀을 이용한 반도체 발광소자의 제조방법.Quantum holes of the same size are formed in each semiconductor light emitting device to emit red, green and blue light, and the corresponding red, green and blue recrystallization growth materials are filled in the quantum holes, respectively, and the red, green and blue semiconductor light emitting devices Of the semiconductor light emitting device using a quantum hole, characterized in that after cutting into a unit semiconductor light emitting device having a different size and combines the red, green and blue unit semiconductor light emitting devices having different sizes to emit three primary colors of light Manufacturing method. 제 5 항에 있어서, 상기 콴텀홀은;The method of claim 5, wherein the quantum hole; 집속된 이온빔을 입사시켜 형성하는 것을 특징으로 하는 콴텀홀을 이용한 반도체 발광소자의 제조방법.A method of manufacturing a semiconductor light emitting device using a quantum hole, characterized in that formed by the incident ion beam. 이온총에서 고속으로 이온을 방출하게 하는 과정;Allowing the ion gun to release ions at high speed; 상기 방출한 이온들을 집속시켜 이온빔을 만드는 과정;Focusing the emitted ions to produce an ion beam; 상기 집속시킨 이온빔을 주사용 편향수단에 의해 상하 및 좌우로 편향시키면서 전방의 반도체 기판의 콴텀홀을 형성할 복수의 위치에 입사시키는 과정;Injecting the focused ion beam into a plurality of positions to form a quantum hole of a front semiconductor substrate while deflecting up and down and left and right by scanning deflection means; 상기 이온빔이 반도체 기판에 입사되면서 충격에 의해 그 이온빔의 이온들이 반도체 기판내에 주입되지 않고 물리적으로 반도체 기판의 표면 조직이 제거되게 이온빔의 가속전압으로 이온빔의 속도를 조절하는 과정; 및Adjusting the speed of the ion beam by an acceleration voltage of the ion beam such that the ion beam is incident on the semiconductor substrate and the ions of the ion beam are not injected into the semiconductor substrate by the impact and the surface tissue of the semiconductor substrate is physically removed; And 반도체 기판에 단독 이온빔 형태의 콴텀홀이 형성되게 하는 범위의 이온빔 입사시간을 설정하고 콴텀홀의 크기에 적정하게 이온빔의 크기를 설정하며 그 설정 값에 따라 이온빔을 제어하여 콴텀홀을 형성하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 콴텀홀 형성방법.The process consists of setting the ion beam incidence time in the range that the single ion beam type quantum hole is formed in the semiconductor substrate, setting the ion beam size appropriately for the quantum hole size, and forming the quantum hole by controlling the ion beam according to the set value Quantum hole formation method characterized in that. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 반도체 기판의 콴텀홀을 형성할 영역의 면적 1㎜×1㎜에 대하여 이온빔의 전체 입사시간 5sec 이내, 이온빔의 입사시간에 따른 이온의 전체 양 1 X 1016CM-2, 가속전압 25∼35㎸, 집속된 이온빔의 크기 100㎚ 이내로 설정하는 것을 특징으로 하는 콴텀홀 형성방법.The total incident time of the ion beam within 5 sec for the area of the semiconductor substrate to form the quantum hole of 1 mm x 1 mm, the total amount of ions according to the incident time of the ion beam 1 X 10 16 CM -2 , Acceleration voltage 25 to 35 kV And setting the size of the focused ion beam within 100 nm. 제 14 항에 있어서, 콴텀홀의 직경은;15. The method of claim 14, wherein the diameter of the quantum hole is; 이온빔의 크기 및/또는 이온빔의 입사시간으로 조절하는 것을 특징으로 하는 콴텀홀 형성방법.A method for forming a quantum hole, characterized by adjusting the size of an ion beam and / or an incident time of the ion beam. 제 14 항에 있어서, 콴텀홀의 깊이는;15. The method of claim 14, wherein the depth of the quantum hole is; 이온빔의 가속전압으로 조절하는 것을 특징으로 하는 콴텀홀 형성방법.A method of forming a quantum hole, characterized in that by adjusting the acceleration voltage of the ion beam.
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