KR20080104368A - 모놀리식 백색 발광다이오드 - Google Patents

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KR20080104368A
KR20080104368A KR1020087024979A KR20087024979A KR20080104368A KR 20080104368 A KR20080104368 A KR 20080104368A KR 1020087024979 A KR1020087024979 A KR 1020087024979A KR 20087024979 A KR20087024979 A KR 20087024979A KR 20080104368 A KR20080104368 A KR 20080104368A
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photons
nitride
iii
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KR1020087024979A
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Inventor
쟝 마씨에
벵자멩 다밀라노
Original Assignee
상뜨르 나쇼날 드 라 러쉐르쉬 샹띠피끄 (쎄엔알에스)
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Abstract

본 발명은, Ⅲ-Ⅴ족 질화물로 형성된 매트릭스(13)를 포함하는 장치에 관한 것으로, 상기 매트릭스(13)는, 전류(11)가 흐르는 1개 이상의 제1활성부(3,4,12)와, 전류가 흐르지 못하는 1개 이상의 제2비활성부(5,6)를 포함하고, 상기 매트릭스는, Ⅲ-Ⅴ족 질화물로 만들어진 제1양자구속영역을 형성하는 1개 이상의 제1영역(3)으로서, 상기 제1영역(3)은 상기 제1활성부(3,4,12)에 배치된 제1영역(3)과, Ⅲ-Ⅴ족 질화물로 만들어진 제2양자구속을 형성하는 1개 이상의 제2영역(5)을 포함하고, 상기 제2영역은 상기 매트릭스의 비활성부(5,6)에 배치된 것을 특징으로 한다.
Figure P1020087024979
Ⅲ-Ⅴ족 질화물, 매트릭스, 제1활성부, 제2비활성부, 양자구속영역

Description

모놀리식 백색 발광다이오드{Monolithic white light-emitting diode}
본 발명은, 발광다이오드(light-emitting diodes)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모놀리식 발광다이오드(monolithic light-emitting diodes)에 관한 것이다.
이러한 다이오드는, 예를 들면, 미국 특허 제6,445,009호에 공지되어 있는데, 이 문헌에는 매트릭스(matrix)가 배치된 기판을 포함하는 장치를 포함한 다이오드가 개시되어 있고, 매트릭스는, AlN 또는 GaN 층에서 각각 가시광선 스펙트럼(spectrum)을 상온에서 방출하는 GaN 또는 GaInN 타입의 양자우물(quantum wells)의 1개 이상의 적층구조(stack)를 포함한다.
미국 특허 제6,445,009호에서, (Al, Ga, In)N 계통(system) 또는 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 물질이 사용되고 있고, 이것들은, 넓은 밴드갭(bandgap)을 가지며, 모든 가시광선 스펙트럼을 방출할 수 있는 특성을 가지는 반도체이다. 예를 들면, 백색광은, 다이오드의 활성영역(active zone), 즉 다이오드의 전류가 흐르는 영역에, 청색 발광하는 양자우물 또는 InGaN/(Al)GaN 양자점(quantum dots)과, 황색 발광하는 다른 양자우물 또는 InGaN/(Al)GaN 양자점을 혼재시킴으로써 얻어진다.
게다가 Ⅲ-Ⅴ족 질화물이 모놀리식 발광다이오드의 제조를 위한 유효한 물질이라는 것이 인정된다.
하지만 전기적 펌핑(electric pumping)을 통한 방출 출력이 방출 파장에 따라 변하고, 더욱 상세하게는 청색 출력이 황색 출력보다 2배 정도 좋다는 것은 공지되어 있다. 이것은, 청색 발광다이오드를 현재 시장에서 가장 폭넓게 사용하는 이유이다. 청색 및 황색 발광을 하는 다이오드의 광 출력(light output)은, 황색 발광하는 양자점 또는 양자우물의 특성에 의해 제한받는다.
본 발명의 제1목적은, 상이한 파장의 전기적 주입(electric injection)을 통하여 광 출력(light outputs)에 의해 제한받지 않고자 하는 것이다.
게다가 양자점 또는 양자우물을 이용하는 전기주입형 다이오드에서, 양자점 또는 양자우물 내의 전자(electrons) 및 정공(holes)의 분포가, 다이오드에 인가된 전압의 함수로 변한다는 것은 공지되어 있다. 그러므로 발광 색은 전류 세기에 따라 변할 수가 있다.
이러한 특성은, 색을 변경할 수 있는 다이오드가 요구된다면 유용할 수가 있으나, 목적이 조명(lighting)일 때 백색 발광의 단점이다.
따라서 본 발명의 제2목적은, 발광 색이 다이오드의 전류 세기의 함수로 변하는 것을 방지하고자 하는 것이다.
논모놀리식 다이오드(nonmonolithic diodes)의 분야에서, 백색 다이오드가 폭넓게 사용된다. 백색 다이오드는, 청색 발광하는 제1 모놀리식 부분(청색 다이오드)으로 구성되어 있고, 제1 모놀리식 부분 위에, 청색 다이오드가 방출하는 청색 광자(photons)의 일부분을 흡수하여 황색 광자를 재방출하는 인광성(phosphorescent) 물질이 배치되어 있고, 이러한 2개 광의 조합(combination)은 백색광을 가져온다.
하지만 표준 청색 다이오드(인광 타입)의 이러한 2부분 다이오드는, 한편으로, 청색 다이오드 상에 배치된 인광 물질이, 시간 경과에 따라 장치의 일반적인 성능의 열화를 초래하는 단점을 가지고 있다. 이것은, 시간 경과에 따른 백색광의 열화와, 표준 청색 발광다이오드(LED)에 비하여 백색 발광다이오드(LED)의 수명 단축을 일으킨다.
다른 한편으로는, 그러한 백색 발광다이오드(LED)의 제조는, 청색 발광다이오드(LED)의 통상적인 제1 에피택셜(epitaxial) 성장단계와, 추가적인 인광 물질 증착단계가 필요하다는 것을 주목하여야 한다. 그러므로 그러한 추가적인 증착단계는 고 제조원가를 수반한다.
따라서 본 발명의 또 다른 목적은, 에피택셜 성장을 통하여 백색 다이오드, 즉 모놀리식 다이오드를 제공하고자 하는 것이다.
따라서 본 발명의 또 다른 목적은, 시간 경과에 따라 방출특성이 안정된 백색 다이오드를 제공하고자 하는 것이다.
미국 특허출원 제2003/006430호는, 황색 발광을 얻을 수 있게 하는 실리콘 도핑된(Si-doped) 또는 세륨 도핑된(Se-doped) GaN 층을 구비한 다이오드를 개시하고 있다. 또한, 그러한 층에서, 결정결함(crystalline defects)으로 인한 딥 레벨(deep level)에 의해 발광이 야기된다는 것은 공지되어 있다. 그러므로 이러한 형태의 층의 양자 효율성은 제한받는다. 게다가 그러한 딥 레벨은, 황색으로 고정된 파장을 방출한다. 상기한 문헌의 다이오드는, 활성영역에서 방출된 광과, 비활성영역(passive zone)에서 방출된 광 사이의 색을 조합함으로써 모든 가시광선 스펙트럼을 방출할 수 있는 다이오드를 얻는 것을 불가능케 한다.
또한 다이오드의 비활성영역에서 반도전성 층(semi-conductive layers)의 적층구조를 구비한 다이오드를 설명하는 특허출원 제2002/0139984호가 공지되어 있다. 그러한 층의 적층구조는, 광자 추출 효율성(photon extraction efficiency)을 높이기 위하여, 활성영역이 방출하는 파장을 위한 미러(mirror)를 구성하도록 형성되어 있다. 게다가 그러한 층은, 활성영역의 방출 파장에 매우 가까운, 예를 들면, 스펙트럼의 1/2 폭의 0.9배보다 작은 방출 파장을 가져야만 한다. 따라서 예를 들면, 450㎚ 파장 및 20㎚ 폭의 청색 발광다이오드(LED)에 있어서, 그러한 층의 방출 파장은 450㎚과 459㎚ 사이에서 이루어진다. 상기한 문헌에서의 반도전성 층의 기능은, 예를 들어 청색 발광다이오드(LED)가, 양자우물의 적층구조의 미러 특성을 이용하여 광자 추출 효율성을 높이면서 계속 청색을 유지하도록, 활성영역의 색을 변성시키지 않는다는 것이 그 결과이다. 따라서 그러한 다이오드는, 활성영역이 방출한 광과, 비활성영역이 방출한 광 사이의 색 조합을 불가능케 한다.
본 발명의 또 다른 목적은, 잠재적으로, 특히 청색 발광다이오드(LED)에 의해 여기될 때, 모든 가시광선 스펙트럼을 방출할 수 있는 다이오드를 제공하고자 하는 것이다.
1개 이상의 이러한 목적은, 본 발명에 따라, Ⅲ-Ⅴ족 질화물로 형성된 매트릭스를 포함하는 장치에 의해 달성되고, 상기 매트릭스는, 전류가 흐르는 1개 이상의 제1활성부와, 전류가 흐르지 못하는 1개 이상의 제2비활성부를 포함하고, 상기 매트릭스는, Ⅲ-Ⅴ족 질화물의 양자우물 또는 양자점의 면(planes)의 제1적층구조(stack)를 가지고 상기 제1활성부에 배치되는 1개 이상의 제1영역, 및 Ⅲ-Ⅴ족 질화물의 양자우물 또는 양자점의 면(planes)의 제2적층구조를 가진 1개 이상의 제2영역을 포함하며, 상기 제2영역은, 상기 매트릭스의 상기 비활성부에 배치된 것을 특징으로 한다.
상기 장치의 활성부와 비활성부에 각각 배치된 양자우물 또는 양자점의 적층구조 덕택에, 장치 출력단에서, 모든 가시광선 스펙트럼에서 발산(spread)할 수 있는 광을 발생하기 위하여, 제1영역과 제2영역이 방출하는 광을 효율적으로 제어하는 것이 가능하다.
본 발명에 따르면, Ⅲ-Ⅴ족 질화물의 양자우물 또는 양자점의 면의 제1적층구조를 포함한 제1영역은 제1양자구속(quantum confinement)을 형성하고, Ⅲ-Ⅴ족 질화물의 양자우물 또는 양자점의 면의 제2적층구조를 포함한 제2영역은 제2양자구속을 형성한다.
본 발명은, 모놀리식 매트릭스의 비활성부에 제2양자구속영역을 배치함으로써, 방출 차이에 관한 문제점을, 공지된 다이오드의 2개의 서로 다른 양자영역을 흐르는 전류의 함수로서 해결한다.
따라서 본 발명에 따른 장치에서, 비활성영역에 배치된 제2양자구속영역은, 실제로, 제1양자구속영역이 방출한 광자에 의해 광학적으로 펌핑되고, 제1양자구속영역은 활성영역에서 흐르는 다이오드의 전류에 의해 전기적으로 펌핑된다.
따라서 장치의 매트릭스의 비활성부에서의 제2영역의 광학적 펌핑은, 전시적 펌핑에 연관된 단점, 더욱 상세하게는 광자 방출의 전류세기 의존성을 방지할 수 있게 한다.
게다가 비활성영역과 활성영역을 포함한, 1개의 Ⅲ-Ⅴ족 질화물의 매트릭스의 모놀리식 구조는, 본 발명에 따른 장치를 단지 1개의 에피택셜 성장단계로 얻을 수 있게 한다.
매트릭스에서의 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 요소(elements)의 분산은, 상기 제1영역이 양자구속을 형성하고, 제2영역이 양자구속을 형성하도록, 즉, 그러한 영역 사이의 매트릭스의 부분이 그러한 영역 사이의 양자게이트를 형성하도록, 본 발명에 따라 달성된다. 이것은, 공지된 방법으로, Ⅲ-Ⅴ족 질화물 물질을 그러한 물질의 밴드갭의 함수로 선택함으로써 얻어진다.
특히, 제1영역이 방출한 광의 색을 변경할 수 있기 위하여, 상기 1개 이상의 제1영역은, 상기 활성영역에서 흐르는 상기 전류에 의해 전기적 주입을 통하여 1개 이상의 제1파장으로 광자를 방출할 수 있고, 상기 1개 이상의 제1파장은, Ⅲ-Ⅴ족 질화물의 양자우물 또는 양자점의 면의 상기 제1적층구조의 크기(dimensions)와, Ⅲ-Ⅴ족 질화물의 양자우물 또는 양자점의 면의 상기 제1적층구조의 조성(composition)에 의해 결정된다.
마찬가지로, 상기 1개 이상의 제2영역은, 상기 제1영역이 방출하는 상기 광자에 의해 광학적 펌핑을 통하여 1개 이상의 제2파장으로 광자를 방출할 수 있고, 상기 1개 이상의 제2파장은, Ⅲ-Ⅴ족 질화물의 양자우물 또는 양자점의 면의 상기 제2적층구조의 크기와, Ⅲ-Ⅴ족 질화물의 양자우물 또는 양자점의 면의 상기 제2적층구조의 조성에 의해 결정된다.
더욱 상세하게는 조명장치를 위한 백색광을 확산(diffuse)하기 위하여, 상기 제1영역과 상기 제2영역은, 상기 제1파장의 광자에 해당하는 광신호(light signal)와, 상기 제2파장의 광자에 해당하는 광신호의 조합이 대체로 백색광을 확산하도록, 선택된다.
우수한 광 방출 출력을 이루기 위하여, 상기 1개 이상의 제1영역은, 상기 활성영역에서 흐르는 상기 전류에 의해 전기적 주입을 통하여 청색 광자를 방출할 수가 있다.
이러한 경우에서, 장치의 출력단에서 백색광을 얻기 위하여, 상기 1개 이상의 제2영역은, 상기 제1영역이 방출하는 상기 광자에 의해 광학적 펌핑을 통하여 황색 광자를 방출할 수가 있다.
황색 발광은, 양자우물 또는 양자점의 면의 1개의 적층구조만을 사용할 수 있게 한다.
또 다른 실시예에 따르면, 장치 출력단에서 백색광을 얻으면서 색온도(colour temperature)와 연색성 지수(colour rendering index)를 개선할 수 있게 하고, 상기 1개 이상의 제2영역은, 상기 제1영역이 방출하는 상기 광자에 의해 광학적 펌핑을 통하여 녹색 광자와 적색 광자를 방출할 수가 있다.
본 발명의 다른 해결방안에 따르면, 상기 제1영역은, InGaN/GaN 타입의 양자우물의 적층구조로 구성된다.
본 발명의 그러한 실시예에서, 상기 제2영역은, GaN/AlN 타입의 양자점의 면의 적층구조로 구성된다.
제1활성영역의 양자구속을 형성하면서 제1활성영역으로의 전류흐름을 허용하기 위하여, Ⅲ-Ⅴ족 질화물로 형성된 상기 매트릭스는, 상기 제1영역을 위한 양자게이트를 형성하는 제3전도성부(conductive portion)를 포함한다.
또한 본 발명은, 앞서 설명한 바와 같은 장치와 상기 전류를 발생하기 위한 수단을 포함한 발광다이오드에 관한 것으로, 상기 전류를 발생하기 위한 상기 수단은, 상기 전류가 흐르는 상기 제1활성부와, 전류가 흐르지 못하는 상기 제2비활성부를 정의하도록 배치된다.
이하, 본 발명은, 첨부된 도면을 참조하여 상세한 설명을 읽을 때, 더 양호하게 이해될 것이다.
도 1은, 본 발명에 따른 발광다이오드를 나타낸다.
도 2는, 도 1에 따른 발광다이오드의 성분(components)을 선택하기 위한 색도도(chromatic diagram)를 나타낸다.
도 3은, 도 1에 도시된 것과 같은 장치에서 사용할 수 있는 AlN/GaN/AlN 양자우물 또는 AlN/GaN/AlN 양자점에서의 방출 파장(㎚)을 나타낸다.
도 4는, 도 1의 장치에서 사용할 수 있는 두꺼운 Ga1-XInXN 층의 방출 파장을 나타낸다.
도 5는, 도 1의 장치에서 사용할 수 있는 Ga0.8In0.2N 우물의 방출 파장을 나타낸다.
도 6은, 본 발명에 따른 발광다이오드의 다른 실시예를 나타낸다.
도 7은, 본 발명에 따른 발광다이오드의 또 다른 실시예를 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 발광다이오드(1)는, 더 상세하게 후술하는 여러 부분을 가진 매트릭스(matrix)(13)가 위에 형성된 기판(7)을 포함한다.
먼저, 매트릭스(13)는, 전류, 더욱 상세하게는 전류선(11)을 전도하는 활성부를 포함한다. 그러한 전류는, 전류발생수단, 예를 들면, 양극단자(10A)와 음극단자(10B) 및 반투명 접촉(contact)(10c) 형태의 금속 접촉에 의해 발생된다. 그러므로 매트릭스(13)의 활성부는, 전류발생수단(10A,10B,10C)이 방출한 전류가 흐르는 매트릭스의 일부분으로서 정의된다. 그러한 활성부는, 전류선(11)이 통과하도록 활성부에 배치된 제1영역(3)을 포함한다. 제1영역(3)은, 전류발생수단(10A,10B,10C)이 방출한 전류에 의해 전기적으로 펌핑될 수 있는 양자구속(quantum confinement)에 해당한다. 이하, 그것을 전기주입영역(electric injection zone)이라고 한다. 그러한 전기주입영역(3)은, 예를 들면, InGaN/GaN 양자우물의 적층구조로 구성된다. 그러한 전기주입영역(3)의 특징은, 전류에 의해 이루어지는 전기적 주입이 광자, 예를 들어 화살표로 도시된 바와 같은 청색 광자(8)의 방출을 가능하게 하도 록, 선택된다. 그러한 전기주입영역(3)은, n형 도핑된 GaN 전도성 부분(4)과 p형 도핑된 GaN 전도성 부분(12)에 의해 제한받는다. 그러한 부분(4, 12)의 기능은, 구속받는 영역(3)을 통하여 전류를 전도하는 것이다.
전류발생수단(10A,10B,10C), 활성부 및 양자구속 전기주입영역(3)은, 일반적으로, 구조가 공지된 청색 다이오드(2)를 형성한다.
또한, 본 발명에 따르면, 매트릭스(13)는, 전기장선(11)이 도달할 수 없는 비활성부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 양자구속영역(5)은 이러한 비활성부에 배치되어 있다. 양자구속영역(5)은, 예를 들면, GaN/AlN 양자점의 적층구조로 구성되어 있다. 양자구속영역(5)은, 전기주입영역(3)이 방출하는 광자에 의해 광학적으로 펌핑될 수 있다. 이하, 상기 영역(5)을 광펌핑영역(optical pumping zone)이라고 한다.
전기주입영역(3)이 방출하는 광자에 의한 광학적 펌핑 덕택에, 광펌핑영역(5)은, 광펌핑영역이 받는 파장과 다른 파장으로 광자를 방출한다. 더욱 정확하게는, 광학적 펌핑을 위한 공지된 방법에서, 광펌핑영역(5)이 방출하는 광자의 길이는, 광펌핑영역이 전기주입영역(3)으로부터 받는 여기 광자(excitation photons)의 파장보다 더 길다. 또한 비활성부는, 광펌핑영역의 GaN 양자점을 위한 양자게이트(quantum gate)의 기능을 가진 AlN영역(6)을 포함한다. 광펌핑영역(5)의 GaN 양자점의 높이는, 이러한 영역이 방출하는 광자(9)가 대체로 황색의 파장을 갖도록 선택된다. 양자점의 면(plane)의 수는, 몇몇 청색 광자(8)가 광펌핑영역(5)을 통과하도록 선택된다. 그 다음에, 광펌핑영역(5)은 청색/황색 수동변환기(passive converter)의 기능을 가진다. 그 다음에, 전기주입영역(3)이 방출한 청색 광자(8)와, 광펌핑영역(5)이 방출한 황색 광자(9)의 조합은, 예를 들어 사파이어로 형성된 투명 기판(7)의 출력단에서 대체로 백색광의 발생을 가능하게 한다.
전기주입영역(3)과 광펌핑영역(5)의 방출특성을, 1개 이상의 이러한 영역의 양자우물과 양자점의 크기 및 조성을 변경함으로써 원하는 색으로 조정할 수 있다.
더욱 상세하게는, 도 2의 색도도에 나타낸 바와 같이, 모든 색 조합이 가능하다. 조명 목적을 위하여, 백색광을 발생하는 색 조합을 선택할 것이지만, 그 색의 광이, 제1전기주입영역(3)과 제2광펌핑영역(5)이 방출하는 파장의 조합에서 발생할 수 있다는 것을 주목하여야 한다.
더욱 상세하게는, 얻은 색의 색온도(colour temperature) 및 연색성 지수(colour rendering index)를 개선하기 위하여, 황색 발광하는 양자점의 적층구조보다는 적색 발광하는 제1적층구조와 녹색 발광하는 제2적층구조의 조합(이들 2개 적층구조는, 본 발명에 따라, 다이오드(1)의 매트릭스(13)의 비활성영역에 여전히 배치되어 있다)을 택하여도 좋다.
전기주입영역(3)과 광펌핑영역(5)을 위한 양자구속의 임무를 준수하면서, 본 발명에 따른 매트릭스(13)의 구성에 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 물질의 여러 조합을 사용하여도 좋음은 물론이다. Ⅲ-Ⅴ족 질화물은, GaN, InN, AlN 및 그 화합물이고, (Ga,In,Al)-N으로 표기할 수가 있다. 더욱 상세하게는, AlN에서 GaN 양자점을 사용할 수가 있거나, AlN에서 GaInN 양자점을 사용할 수가 있거나, AlGaInN에서 GaInN 양자점을 사용할 수가 있다. 또한 GaInN/GaN 양자우물을 사용할 수가 있다. 또한, 그러한 모든 조합이 양자구속의 조건을 따르는 것은 공지되어 있다.
매트릭스(13)를 위하여 단지 Ⅲ-Ⅴ족 질화물만을 사용하는 것은, 단지 1개의 에피택셜 성장단계로써 다이오드(1)를 제조할 수 있게 하고, 그러한 물질의 정확한 발광특성을 이용할 수 있게 한다.
이제, 본 발명에 따른 매트릭스(13)의 일련의 층들을 나타내는 표 1에, 본 발명에 따른 매트릭스(13)의 예시적인 구조와 크기를 제공한다.
층 조성 전형적인 두께(㎚) 참조부호
GaN:Mg 200 12
Al0.1Ga0.9N:Mg 10 12
GaN 7.5 3
Ga0.85In0.15N 양자우물 2.5 3
GaN: Si 2,000 4
GaN nid 1,000 4
AlN 10 5
GaN 양자점의 면(plane) 3 5
AlN 300 6
GaN 버퍼층 30 7
사파이어 기판 350,000 7
표 1에서, 3번째 칸(column)의 참조부호는 도 1의 참조부호에 해당한다. 제1전기주입영역(3)은, Ga0.85In0.15N 양자우물의 5개 적층구조와, 1개의 GaN층으로 구성된다. 제2광펌핑영역은, GaN 양자점의 면의 20개 적층구조와, 1개의 AlN층으로 구성된다.
표 1에 나타낸 예시적인 크기와 조성은, 영역(3)의 전기적 주입을 통하여 청색 발광을 할 수 있게 하고, 영역(5)의 광학적 펌핑에 의해 황색 발광을 할 수 있게 한다.
게다가 조성과 크기의 다른 조합은, 더욱 상세하게는, 도 3, 도 4 및 도 5의 방출 그래프를 사용하여 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 수행될 수 있다.
도 3은, AlN/GaN/AlN 양자우물 또는 AlN/GaN/AlN 양자점의 방출 파장(㎚)을 나타낸다. 방출 파장은, 양자우물의 폭 또는 양자점의 크기, 더욱 상세하게는 양자점의 높이에 의존한다.
도 4는, 양자효과가 없는 두꺼운 Ga1-XInXN층의 방출 파장을 나타낸다. 그러한 파장은, 특히 인듐(In) 내의 x 성분에 의존한다.
결국, 도 5는, GaN 매트릭스 내의 Ga0.8In0.2N 양자우물의 방출 파장을 나타낸다.
다음, 본 발명의 다른 여러 해결방안을 설명하기로 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 또한 양자구속 광펌핑영역(5)은, 양자구속 전기주입영역(3) 상에 에피택셜 성장 방향으로 배치될 수 있다. 그러한 구조에서, 금속 접촉(10C)은, 광펌핑영역(5)을 포함한 상측의 비활성부를 피하면서 전기장선(11)을 향하게 하도록 제거되었다. 동작에 있어서, 전기주입영역(3)은, 광자, 예를 들어 청색 광자를 장치의 상부면으로 방출하도록, 전류선(11)에 따른 전류에 의해 전기적으로 펌핑된다. 그 다음에, 그러한 광자는, 예를 들어 황색 광자를 재방출하는 광펌핑영역(5)을 광학적으로 펌핑한다. 그 다음에, 그러한 광의 조합을 통하여 얻어진 광은, 앞서 언급한 바와 같이, 백색광이 될 수 있다.
다음, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 양자구속 광펌핑영역(5A)과 제2 양자구속 광펌핑영역(5B)(둘 다가 다이오드(1)의 매트릭스의 비활성부에 배치됨)을 포함한 1개의 다이오드(1)에서, 앞서 설명한 바와 같은 2개의 실시예를 조합하는 것이 가능하다. 제1광펌핑영역(5A)은, 예를 들어 전기주입영역(3) 위에 배치되고, 제2광펌핑영역(5B)은 전기주입영역(3) 아래에 배치된다. 앞서 언급한 바와 같이, 전류발생수단(10A,10B)은, 전류가 매트릭스의 비활성부를 통하여 흐르지 못하도록 배치된다. 광펌핑영역(5A,5B) 모두가, 광자를 동일한 파장으로 또는 서로 다른 파장으로 방출하기 위하여, 선택될 수 있다.
또 다른 미도시된 실시예에 따르면, 또한 수개의 양자구속 전기주입영역(3)을, 전류가 흐르는 매트릭스(13)의 활성부에 배치하는 것이 가능하다.
모든 실시예에서, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가, 광펌핑영역과 전기펌핑영역 둘 다가 방출하는 광자를 조합함으로써 요구되는 발광을 얻도록, 광펌핑영역 또는 전기펌핑영역의 두께 변수를 조절할 가능성을 가질 것임을 주목하여야만 한다. 또는 당업자는, 도 2에 도시된 바와 같은 색 조합에 관련한 교시(teaching)를 사용하여 백색광을 얻을 수 있을 것이다. 제1영역(3)의 청색 발광과, 적색과 녹색 발광하는 양자점의 면의 조합은, 더욱 상세하게는, 정확한 연색성 지수뿐만 아니라 정확한 색온도를 얻을 수 있게 한다.

Claims (10)

  1. Ⅲ-Ⅴ족 질화물로 형성된 매트릭스(13)를 포함하는 장치로서, 상기 매트릭스(13)는, 전류(11)가 흐르는 1개 이상의 제1활성부(3,4,12)와, 전류가 흐르지 못하는 1개 이상의 제2비활성부(5,6,5A,5B)를 포함하고, 상기 매트릭스는, Ⅲ-Ⅴ족 질화물의 양자우물 또는 양자점의 면(planes)의 제1적층구조(stack)를 형성하고 상기 제1활성부(3,4,12)에 배치되는 1개 이상의 제1영역(3), 및 Ⅲ-Ⅴ족 질화물의 양자우물 또는 양자점의 면(planes)의 제2적층구조를 형성하는 1개 이상의 제2영역(5,5A,5B)을 포함하며,
    상기 제2영역은, 상기 매트릭스의 비활성부(5,6)에 배치된 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 1개 이상의 제1영역은, 활성영역에서 흐르는 상기 전류에 의해 전기적 주입을 통하여 1개 이상의 제1파장으로 광자를 방출할 수 있고, 상기 1개 이상의 제1파장은, Ⅲ-Ⅴ족 질화물의 양자우물 또는 양자점의 면의 상기 제1적층구조의 크기와, 상기 Ⅲ-Ⅴ족 질화물의 양자우물 또는 양자점의 면의 상기 제1적층구조의 조성에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 1개 이상의 제2영역은, 상기 제1영역이 방출하는 상기 광자에 의해 광학적 펌핑을 통하여 1개 이상의 제2파장으로 광자를 방출할 수 있고, 상기 1개 이상의 제2파장은, Ⅲ-Ⅴ족 질화물의 양자우물 또는 양자점의 면의 상기 제2적층구조의 크기와, Ⅲ-Ⅴ족 질화물의 양자우물 또는 양자점의 면의 상기 제2적층구조의 조성에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 1개 이상의 제1영역과 상기 1개 이상의 제2영역은, 상기 1개 이상의 제1파장의 광자에 해당하는 제1광신호(8)와, 상기 1개 이상의 제2파장의 광자에 해당하는 제2광신호(9)의 조합이 백색광을 확산하도록, 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 1개 이상의 제1영역은, 활성영역에서 흐르는 상기 전류에 의해 전기적 주입을 통하여 청색 광자를 방출할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 1개 이상의 제2영역은, 상기 제1영역이 방출하는 상기 광자에 의해 광학적 펌핑을 통하여 황색 광자를 방출할 수 있는 것을 특징으로 하 는 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 1개 이상의 제2영역은, 상기 제1영역이 방출하는 상기 광자에 의해 광학적 펌핑을 통하여 녹색 광자와 적색 광자를 방출할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1영역은, InGaN/GaN 타입의 양자우물의 적층구조로 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2영역은, GaN/AlN 타입의 양자점의 면의 적층구조로 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 장치와 상기 전류를 발생하기 위한 수단(10A,10B,10C)을 포함한 발광다이오드에 있어서, 상기 전류를 발생하기 위한 수단은, 상기 전류가 흐르는 상기 제1활성부와, 전류가 흐르지 못하는 상기 제2비활성부를 정의하도록 배치된 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
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