KR20090054410A - 3족 질화물계 백색 발광 다이오드 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 백색 발광 다이오드는, n형 반도체층과, 이 n형 반도체층 상에 형성되는 하나 이상의 양자 우물 구조와, 이 양자 우물 구조들 상에 형성된 p형 반도체층과, 이 p형 반도체층 상에 형성되는 제1 전극과, 상기 n형 반도체층 표면의 적어도 일부분 상에 형성되는 제2 전극을 포함한다. 각각의 양자 우물 구조는 InxGa1-xN 양자 우물층 및 InyGa1 - yN 장벽층(x>0.3 또는 x=0.3 및 x>y) 및 InzGa1 - zN 양자점(x<Z≤1)들을 포함한다.

Description

3족 질화물계 백색 발광 다이오드 {GROUP Ⅲ NITRIDE WHITE LIGHT EMITTING DIODE}
본 발명은 광전자 장치 및 그 장치의 제조 방법, 특히 백색 발광 다이오드에 관한 것이다.
발광 다이오드(LEDs)는 광학 디스플레이, 신호등, 데이터 저장장치, 통신, 조명 및 의학적 애플리케이션에 널리 사용된다. 현재 백색 LED의 애플리케이션은 차량의 계기판 및 LCD 백라이트를 포함한다. 백색 LED의 주요 목적은, 백열등을 대체할 수 있게 광도(luminosity) 레벨을 증가시키는 것인데, LED는 종래의 전구와 비교하여 더 작고, 더 높은 효율을 가지며, 약 50 배 더 긴 수명을 가지기 때문이다.
종래의 백색 LED는 대개 두 가지 방법에 따라서 제조된다. 하나의 방법에서, 3개의 개별의 LED 칩은 적색 칩, 청녹색 칩 및 청색 칩이 백색광을 산출하기 위해 그 발광들을 조합하는 단일 LED 몸체에 에워싸여져 있다(enclosed). 백색 LED를 생성하는 널리 사용되는 다른 방법으로는, 인광체 및 유기 염료와 같은 형광 물질로 코팅되는 단일 고휘도(high-bright) 청색 또는 UV GaN 기반 LED 칩을 사용하게 된다. 형광 물질의 사용은 신뢰성 문제, 및 UV 또는 청색 광자에서 황색 광자또는 긴 파장 광자로의 변환에서 발생하는 에너지 손실의 문제를 야기시킨다. 또한, 그 패키징 단계에서 LED의 색특성 및 품질의 일관성(consistency)을 산출하는데 심각한 문제가 발생한다.
백색 발광 다이오드를 생산하기 위한 종래의 접근은 Chen 등(미국 특허 제6,163,038호)에 의해서 탐구되었다. 이 특허는 백색 발광 다이오드, 및 백색 발광 다이오드의 구조에서 적어도 두 개의 에너지 밴드갭을 프로세싱함으로써 백색광 자체를 방사할 수 있는 백색 발광 다이오드 제조 방법에 관한 것이다. 그러나, 이 기술은 백색광 방출을 얻기 위하여 단지 다중 양자 우물(Multiple Quantum Wells ; MQW)을 사용한다. Chen 등은 그 다중 양자 우물을 획득하는 방법에 대해서는 명시하지 않고, 다만 성장 매개 변수들을 조절함으로써 다른 색깔들로 발광하는 상기 다중 양자 우물을 성장시키는 것만을 언급하고 있다. Chen 등은 모든 가시광 대역(visible range)을 연속적으로 커버할 수 있는 발광하는 다중 양자 우물을 생성하는데 실패했다. 즉, Chen 등은 오직 단일 LED 용기(ship)를 사용함으로써 스펙트럼의 복수개의 피크(peak)에서 광을 생성하고, 그 다음에 이들이 결합된다. 따라서, 베이스(base)로서의 역할을 하는 특정 파장의 광(예를 들어, 370 ㎚ - 500 ㎚)을 필수적으로 사용해야 한다.
금속 유기 화학 기상 에피택시(epitaxy)에 의해 성장된 질화인듐(InN) 및 인듐갈륨질화물(InGaN) 양자점들을 형성하는 것에 관련하여 Chua 등에 의해(미국특허 제6,645,885호) 제안되어 왔다. 이 특허는 MOCVD 성장 동안 반계면 활성제(antisurfactant)로서, 트리메틸인듐(trimethylindium ; TMIn), 트리에틸인 듐(triethylindium ; TEIn) 및 에틸디메틸인듐(ethyldimethylindium ; EDMIn) 중 적어도 하나를 사용하여 형성된 단일 및 다중 InxGa1 - xN/lnyGal - yN 양자 우물(QWs)들에 매립된 질화인듐 및 인듐이 풍부한 인듐갈륨질화물 양자점들, 및 480 ㎚ 에서 530 ㎚ 까지의 범위의 이러한 양자점들의 광발광(photoluminescence) 파장을 설명한다. 트리메틸인듐 및/또는 다른 인듐 전구체(precursors)의 양의 조절은 암모니아 및 트리메틸인듐의 그 다음의 흐름들이 중요한 것처럼 무전위(dislocation-free) 양자점(QDs)들의 형성을 촉진하는데 중요하다. 이 방법은 청색 및 녹색광 발광 다이오드(LEDs)들의 활성층을 성장시키는데 사용될 수 있다. 그러나, 이 기술은 백색광을 생성하는 다이오드를 생산하는 데는 실패했다. 백색광은 400 ㎚ 내지 750 ㎚의 범위를 요구한다. 그러나, Chua 등에 의한 기술은 480 ㎚ 내지 530 ㎚의 더 짧은 파장 범위를 커버할 뿐으로 백색광을 생성하는 데는 사용될 수 없다.
따라서, 최신 반도체 및 디스플레이 기술은 제조가 용이하고, 고광도(luminosity) 및 연색성질(color rendering properties)을 갖고 조명용 광원과 액정디스플레이 장치와 같은 애플리케이션을 성립시키기 위한 필수 신뢰도를 갖는 새로운 백색 발광 다이오드를 필요로 한다.
따라서, 본 발명은 관련된 기술의 한계들 및 단점들로 인한 하나 이상의 문제점들을 실질적으로 예방하는 백색 발광 다이오드(LED)를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 하나의 칩 내에 모든 가시 발광(visible emissions)을 내포하는 LED를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 백색 발광 다이오드는 n형 반도체층, 하나 이상의 양자 우물 구조, p형 반도체층, 제1 전극 및 제2 전극을 포함한다. 양자 우물 구조 각각은 InxGa1 - xN 양자 우물층 및 InyGa1 - yN 장벽층(x>0.3 또는 x=0.3 및 x>y)을 포함하고, InzGa1 - zN 양자점(x<Z≤1)들을 감싼다. n형 반도체층 상에 양자 우물 구조들이 형성된다. 양자 우물 구조들 상에 p형 반도체층이 형성된다. p형 반도체층 상에 제1 전극이 형성된다. n형 반도체층 표면의 적어도 일부분 상에 제2 전극이 형성된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 백색 발광 다이오드는 n형 반도체층, 하나 이상의 양자 우물 구조, p형 반도체층, 제1 전극 및 제2 전극을 포함한다. 양자 우물 구조 각각은 InxGa1 - xN 양자 우물층 및 InyGa1 - yN 장벽층(x>y)을 포함하고, InzGa1 -zN 양자점들(x<z≤l)을 감싼다. 우물층 InxGa1 - xN은 p형 도펀트를 함유한다. n형 반도체층 상에 양자 우물 구조들이 형성된다. 양자 우물 구조들 상에 p형 반도체층이 형성된다. p형 반도체층 상에 제1 전극이 형성된다. n형 반도체층의 표면의 적어도 일부 상에 제2 전극이 형성된다.
상기 양태에 따른 다이오드에서, InxGa1 - xN 양자 우물층은 p형 도펀트 및 n형 도펀트를 함유하고, x>0.3 또는 x=0.3 이다. 양자 우물 구조 각각은 420 ㎚ 에서 750 ㎚까지의 범위의 연속 발광 스펙트럼을 갖는다. 양자점들은 TMIn, TEIn 또는 EDMIn 중 적어도 하나를 제1 유속 및 제1 시간에서 먼저 유입하여 처음에 핵을 형성하고, 그 후 TMIn, TEIn 또는 EDMIn 중 적어도 하나를 TMG 및 암모니아와 함께 제2 유속에서 유입시켜 상기 핵을 성장시키고 상기 핵이 양자 우물층에서 덮여지도록(capped) 함으로써 형성된다. 이때, 양자 우물 구조의 수는 약 1 내지 30 사이이다. 또한, 상기 InxGa1 - xN 양자 우물층의 두께는 약 1 ㎚ 내지 10 ㎚ 이고, InyGa1 - yN 장벽층의 두께는 약 5 ㎚ 내지 30 ㎚ 이다. 이 관계식에서 l>x>y>0 또는 y=0이 만족될 수 있다. 기판 상에 n형 반도체층이 형성되고, 이 기판은 사파이어, SiC, GaN 및 ZnO 중 하나로 이루어진다. 비스시클로펜타디에닐 마그네슘(Cp2Mg), 디에틸징크(DEZn) 및 실란(silane) 중 적어도 하나가 도펀트로서 사용된다. 광 발광 다이오드는 약 400 ㎚ 내지 750 ㎚ 의 범위에서 광을 방출한다. 우물층의 InN 몰분율(molar fraction) x는 더 긴 파장으로 발광 범위를 연장하는데 중요하다. InxGa1 -xN 양자 우물층에서 더 높은 x에서, 발광 파장은 더 긴 파장으로 연장된다. x가 0.3 이상인 경우, MQW 구조로부터의 발광 스펙트럼의 범위는 600 ㎚ 이상까지 연장된다. InxGa1 - xN 양자 우물층 내의 Zn 또는 Zn 및 Si의 함유는 MQW 구조로부터 발광 전력의 증가에 있어서 중요하고, 특히 긴 파장 범위에서 중요하다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 양자 우물 구조는 백색광을 발광한다. 양자 우물 구조는 InxGa1 - xN 양자 우물층, 이 InxGa1 - xN 양자 우물층 내에 매립된 인듐이 풍부한(indium-rich) InGaN 양자점들(x>0.3 또는 x=0.3), 및 이 양자점들 및 양자 우물층 상의 InyGa1 - yN 양자 장벽층을 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 양자 우물 구조는 백색광을 방출한다. 양자 우물 구조는 InxGa1 - xN 양자 우물층, InxGa1 - xN 양자 우물층 내에 매립된 인듐이 풍부한 InGaN 양자점들 및 상기 양자점들 및 양자 우물층 상의 InyGa1 - yN 양자 장벽층을 포함한다. 인듐이 풍부한 InGaN 양자점들은 p형 도펀트로 도핑된다.
상기의 양태에서, InGaN 양자 우물층은 p형 도펀트로 도핑된다. InGaN 양자 우물층은 p형 도펀트 및 n형 도펀트로 도핑된다. 양자 우물 구조는 420 ㎚ 에서 750 ㎚까지의 범위의 연속 발광 스펙트럼을 갖는다. 양자점들은 TMIn, TEIn 또는 EDMIn 중 적어도 하나를 제1 유속 및 제1 시간에서 먼저 유입하여 처음에 핵을 형성하고, 그 후 TMG 및 암모니아와 함께 TMIn, TEIn 또는 EDMIn 중 적어도 하나를 제2 유속에서 유입시켜 상기 핵을 성장시키고 상기 핵이 양자 우물 내에 덮여지도록(capped) 하여 형성된다. 상기 InxGa1 - xN 양자 우물층의 두께는 약 1 ㎚ 내지 10 ㎚ 이고, InyGa1 - yN 장벽층의 두께는 약 5 ㎚ 내지 30 ㎚ 이다.
본 발명의 추가적인 특징 및 이점들은 아래의 기재에서 설명할 것이고, 일부는 이 설명으로부터 명백해질 것이고, 또한 본 발명의 실행에 의해 습득될 수도 있다. 본 발명의 목적 및 다른 이점들은 기재된 설명 및 청구항과 첨부된 도면에서 특별히 설명한 구조에 의해 실현되고 얻어질 것이다.
본 발명의 전술한 일반적인 설명과 후술한 상세한 설명 모두는 예시적이고 설명적인 것이며 청구된 바와 같이 본 발명의 추가적인 설명을 제공하도록 의도된다고 이해될 것이다.
첨부된 도면은, 본 발명의 추가적인 이해를 돕기 위해 포함되고 본 출원의 일부에 내포되어 일부분을 구성하는데, 본 발명의 주요원리를 설명하기 위한 기술과 함께 본 발명의 실시예를 예시한다.
도 1은 본 발명에 따른 활성층에서의 InxGa1 - xN 우물층(x>0.3 또는 x=0.3)에 의해 덮여지는 QD들을 갖는 백색 LED의 도면을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 Zn 및 Si로 도핑된 우물층에 의해 덮여지는 QD를 갖는 양자 우물(QW) 구조의 도면을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 백색 LED의 실온 전계 발광 스펙트럼을 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른, Zn으로 도핑된 우물층을 갖는 다중 양자 우물 구조의 실온 광발광 스펙트럼을 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 Zn 및 Si로 도핑된 우물층을 갖는 다중 양자 우물 구조의 실온 광발광 스펙트럼을 나타낸다.
이제, 본 발명의 바람직한 실시예가 상세히 설명되고, 그것의 예는 첨부된 도면에 예시된다.
본 발명은 에피택셜(epitaxial) 기술을 사용하여 다이오드를 제조한다. 본 발명의 다이오드는, 적어도 420 ㎚ 에서 750 ㎚까지의 광대역 연속 피크(broad continuous peak) 범위를 갖는 PN 접합으로부터 전계 발광을 생성하기 위해 양자점(quantum dots ; QDs)을 이용한다.
QD들은 전자의 추가 또는 제거가 어느 정도 유용한 방법으로 그것의 특성들을 변화시킬 수 있을 정도로 작은 물질의 입자로 정의될 수 있다. 다른 방법에서, 양자점들은 하나 정도의 적은 수의 자유 전자들을 가두는 아주 작은 장치, 예컨데 케이지(cage)로 보여질 수 있다. QD들은 전형적으로 나노미터 정도의 치수를 갖는다. 즉, 양자점들은 1 ㎚ 에서 200 ㎚ 까지의 크기 범위를 가질 수 있다. 많은 응용예에서, 통상의 양자점들의 크기 범위는 20 ㎚ 에서 80 ㎚까지이다.
에픽텍셜 성장 처리를 이용하여, 양자점들은, 많은 경우에, 그 주변 물질 내에서의 모두 3차원에서 구속하여 성장시킬 수 있다. 리소그래피 기술로 형성되는 QD들에서, 양자 우물은 성장 방향을 따라 가둠 전위(confining potential)를 제공하는 한편 정전기적으로 유도된 전위 장벽은 측면 구속(lateral confinement)을 제공한다.
QD들 또는 질화물 또는 산화물의 박막의 에픽택셜 성장은 금속 유기 화학 기상 증착법(MOCVD)을 이용하여 수행될 수 있다. MOCVD는 금속 유기 전구체의 희석 혼합물(dilute mixture)을 함유하는 캐리어 가스 흐름을 이용한다. 가스 혼합물은 통상의 Ш-V 족 질화물 재료에 대하여 기판 온도를 500 ℃ 에서 1200 ℃까지의 범위로 하는, 50 Torr 내지 750 Torr의 범위의 압력에서 반응 챔버 내로 흐른다. 암 모니아(NH3)가 GaN, InGaN 또는 InN와 같은 질화물 층들의 형성을 위한 질소 소스로서 사용될 수 있다. 상기 반응성 가스들은 분해되고 필요에 따라 수 나노 미터 내지 수 마이크로 미터의 두께로 Ш-V 족 질화물 재료(예컨대, GaN, AlGaN, InGaN 등)의 얇은 에피택셜층들로 퇴적된다.
도 1은 본 발명에 따른 백색 발광 다이오드를 나타내는 도면이다.
도 1은 사파이어, 탄화규소(SiC), 산화아연(ZnO) 프리 스탠딩(free-standing) GaN 또는 다른 기판들일 수 있는 기판(1)을 나타낸다. 버퍼층(2)은 약 600 ℃인 저온에서 성장된 질화갈륨(GaN) 버퍼층이다. n형 GaN 층(3)은 약 1000 ℃인 고온에서 성장된다. 층(3)은 Si로 도핑되어 양호한 n형 전도체를 얻을 수 있다. 기판(1)이 프리 스탠딩 GaN인 경우, 버퍼층(2)은 필요하지 않다. 층(4)은 GaN 또는 InGaN 장벽이다. 장벽층(4)이 성장한 후에, TMIn와 같은 인듐 전구체가 인듐이 풍부한(rich) QD들(5)의 형성을 위한 "시드(seed)"를 형성하기 위해 유입된다. 이 과정은 인듐 버스트(burst)로서 언급된다. 층(6)은 인듐 몰분율(mole fraction)이 높은 InxGa1 - xN 양자 우물 층(x>0.3 또는 x=0.3)이다. 층(6) 상에 다른 GaN 또는 InGaN 장벽층(7)이 성장한다. 층(6)은 긴 파장 범위에서 더 높은 발광을 얻기 위해 Zn과 같은 p형 도펀트로 도핑될 수 있다. 추가로 더 높은 발광을 얻기 위해, 층(6)은 p형 도펀트와 n형 도펀트 모두로 도핑될 수 있다. p형 도펀트는 Zn일 수 있고, n형 도펀트는 Si일 수 있다. 층(8)은 Mg로 도핑된 약 1000℃에서 성장된 p형 GaN 층이다. 층(8)은 650℃에서 850℃까지의 온도 범위에서 성장된 p형 InGaN 층일 수 있 다. 저온 성장된 p형 InGaN 층은, MQW 구조의 형성 후에 MQW 구조로부터의 발광 강도(emission intensity)가 열 이력(thermal history)에 민감한 경우에 바람직하다. 제1 전극(9a)은 층(8)의 최상부에 형성된다. 제2 전극(9b)은 층(3) 상에 형성된다.
도 1에서, 전극(9a)와 전극(9b)이 맞바뀐채, p형 층(8)과 n형 층(3)이 맞바뀔 수 있다.
저온(LT) GaN 또는 InGaN 장벽층(도 1의 층(4))의 비교적 거친 표면은 TMIn 전구체의 틈(분해)로부터 유래되는, 침투하는(impinging) 인듐 원자들이 상기 표면 상에 보다 길게 머무를 수 있도록 하는데 도움을 줄 수 있고, 그로 인하여 인듐의 내포(incorporation)를 증가시키고, 이는 또한 광의 방출에 있어서 적색 편이(red shift)의 결과를 가져온다.
비록 TMIn이 종종 전구체로서 사용되어 왔지만, TEIn 및 EDMIn과 같은 다른 인듐 유기금속 화합물도 사용될 수 있다. 이들 유기금속 화합물들은 단독 또는 혼합되어 사용될 수 있다.
본 발명에서, 인듐이 풍부한 QD들이 형성되어, InxGa1 - xN/GaN 또는 InxGa1 -xN/InyGa1-yN 단일 또는 다중 양자 우물들 내에 덮여지는데(capped), 긴 파장 광(황색 및 적색)을 정상적으로 발광한다. QD들은 핵으로서의 역할을 하는 TMIn(트리메틸 인듐) 또는 다른 인듐 전구체들을 유입시킴으로써 유도된다. 백색 발광은 발광 분포의 파장 및 강도를 변화시킴으로써 획득될 수 있다. 상기 인듐 버스트 동안, 온도, 반응기의 압력, TMIn 분압 및 TMIn 유량의 지속(duration)과 같은 QD 유도 단계의 조건을 조절함으로써 달성될 수 있다. 또한, 이것은 우물층의 에픽택셜 성장 매개변수, 예컨대 온도, 반응기의 압력, NH3의 분압, In 유기금속 전구체(들)(TMIn, TEIn 또는 EDMIn)의 분압 및 InGaN 양자 우물 성장의 지속 등을 조절함으로써 달성될 수 있다. 매개변수를 변경시킴으로써, 인듐 함량 및 크기를 변경시킨 QD들이 형성될 수 있다.
인듐이 풍부한 QD들을 형성할 때 두가지 사항이 중요하다. 첫째, 핵으로서의 역할을 하는 TMIn의 양과 TMIn 유량의 지속이 중요하다. 유량이 너무 많으면 인듐이 풍부한 양자점들의 형성을 방해하는 인듐 액적(droplet)이 생성될 것이다. QD들의 양자 구속 효과(quantum confinement effect)는 QD들이 실내 온도에서 매우 높은 발광 효율을 갖는 지에 대한 이유이다. 둘째, TMIn, TMGa 및 암모니아의 후속하는 유량들은 QD들 및 양자 우물 내에 덮여진 QD들을 가진 양자 우물의 형성에 매우 중요하다. 일반적으로, 양자 우물 성장은 암모니아의 높은 분압으로 수행되어야 한다.
In이 풍부한 QD들이 덮여진 양자 우물의 성장을 위한 TMIn 등의 In 유기금속 전구체(들)의 분압은, 발광을 제어하는데 중요하다. 양자 우물의 성장 동안 TMIn의 분압이 높을수록 QD들을 갖는 양자 우물 구조로부터의 발광 전력이 더 높아진다. 우물층의 In 조성 x는 XRD(X선 회절), 이차 이온 질량 분석기(Secondary Ion Mass Spectrometry ; SIMS) 또는 전자 에너지 손실 분석기(Electron Energy Loss Spectrometry ;EELS)에 의해 측정될 수 있다. InxGa1 - xN 양자 우물의 In 조성 x을 0.3 이상으로 하는, 그러한 TMIn 분압에서 성장된 양자 우물로 QD들이 덮여지면, 더 긴 파장 길이에서의 발광은 특히 500 ㎚ 에서 750 ㎚의 범위에서 극적으로 강화된다. QD들이 덮여지는 동안 더 높은 TMIn 분압은 결과적으로 QD로의 In 조성을 더 높게 한다. 도 3은 도 1에서 개략적으로 예시된 백색 LED로부터의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸다. 이 경우에, 3 주기의 MQW 구조가 활성층에 채용된다. 양자 우물들의 성장 동안, TMIn 및 TMGa의 분압은 각각 1.9 ㎩ 과 1.1 ㎩이다. EL 스펙트럼은 420 ㎚ 에서 750 ㎚까지의 넓은 범위를 연속적으로 커버한다. 또한, 양자 우물들의 성장 동안 1.1 ㎩의 TMIn 분압과 1.1 ㎩의 TMGa 분압으로 다른 성장 조건에서 시도되었다. 이 경우에, 스펙트럼은 450 ㎚ 에서 580 ㎚의 범위이다. 양자 우물 성장 동안 더 높은 TMIn 분압은 더 긴 파장의 발광 상승(emission enhancement)에 효과적이다.
도 2는 본 발명의 다른 바람직한 실시예를 나타낸다. 도면은 양자 우물층 주위의 개략적인 구조를 나타낸다. LED를 완성하기 위해서, 적어도 도 1에서 예시한 구조에 따른 전극들이 필요할 것이다.
도 2에서, 층(10)은 바람직하게 사파이어, SiC, 프리 스탠딩 GaN 또는 ZnO인 기판이다. 층(20)은 통상 450 ℃ 에서 600 ℃까지의 범위의 저온에서 성장된 버퍼이다. 층(30)은 약 1030 ℃ 에서 성장된 n형 GaN 층이다. 통상 층(30)의 도펀트는 Si이다. 층(40)은 GaN 또는 InGaN 층이다. 층(50)은 약 700 ℃ 내지 800 ℃에서 성장한 InyGa1 - yN 장벽층이고, 여기서 y는 바람직하게는 0.01에서 0.1 까지의 범위이 다. 층(50)의 성장 후, 우물 층 성장 전에, 인듐이 풍부한 QD들(60)은 인듐 전구체 유량을 이용하여 형성된다. QD들 상에 층(70), InxGa1 - xN 양자 우물이 형성되는데, 여기서 x는 y 보다 크고, 바람직하게는 0.3 보다 크다. 층(70)은 긴 파장 발광의 강화를 위해 Zn 도핑된다. 층(80)은 층(50)과 통상 유사한 다른 InyGa1 - yN 장벽이다. 층(90)은 700 ℃와 1100 ℃ 사이의 범위의 온도에서 성장된 p-GaN 또는 p-InGaN 캡(cap)이다.
도 2에서, 기판(10)은 두께가 약 200 ㎛ 내지 500 ㎛인 사파이어, SiC, 프리 스탠딩 GaN, ZnO, 및 다른 대체물 등과 같은 GaN의 성장에 적합한 임의의 재료일 수 있다. 두께가 약 20 ㎚ 내지 100 ㎚ 인 저온 버퍼인 층(20)은 또한 다층 적층된 AlGaN/GaN 버퍼층일 수 있다. 층(30)은 도핑되지 않은 GaN, Si 도핑된 GaN, 또는 Mg 도핑된 GaN 일 수 있다. 층의 Si 농도는 2 ×1017 Cm- 3 에서 9 ×1018 Cm- 3 까지의 범위이다. Mg 농도는 5 ×1017 Cm- 3 에서 3 ×1020 Cm- 3 까지의 범위이다. 층의 두께는 1 ㎛ 에서 10 ㎛ 까지의 범위이다. 층(40)은 약 5 ㎚ 내지 30 ㎚의 두께인 GaN, InGaN 또는 AlGaN 일 수 있다. 층(50, 80)은 InGaN 대신에 GaN 일 수 있다. 두께가 10 ㎚ 내지 1000 ㎚ 인 캡인 층(90)은 또한 AlGaN 일 수 있다.
층(70)에 Zn으로 도핑하는 것은 발광 범위를 확장하는데 있어서 중요하다. 도 4는 양자 우물 층들의 성장 동안 DEZn의 상이한 분압으로 도 2에 예시한 MQW 구조들로부터의 광발광 스펙트라를 나타낸다. 이 경우에, 발광층은 4 주기의 MQW 및 모든 우물층 성장에 대해, 분압이 각각 0.27 Pa 및 1.1 Pa로 유지되는 TMGa 및 TMIn으로 이루어진다. 더 높은 DEZn 분압은 양자 우물에서 Zn의 더 높은 도핑 농도를 야기하고, 결과적으로 550 ㎚ 에서 750 ㎚ 까지의 범위에서 더 발광한다.
동시에 Zn과 Si의 층(70)으로의 도핑은 발광의 강화를 위해 효과적이다. 도 5는 실란(silane)의 상이한 분압으로, 도 2에 예시한 MQW 구조로부터의 광발광 스펙트라를 나타낸다. 이 경우에, 발광층은 4주기의 MQW 및 모든 우물층 성장에 대해 분압이 각각 0.27Pa, 1.1Pa, 6.7 X 10-4Pa인 TMGa, TMIn, DEZn로 이루어진다. 실란 분압이 더 높을수록 이 양자 우물 내에 Si 도핑을 더 높이는 결과를 가져오고, 결국 발광 전력을 더 높인다.
도 2에서 층(40)의 삽입은 발광 범위를 확장하기 위해서 중요하다. 본 발명의 어떠한 이론에 의해서도 구속됨이 없이, 저온 GaN 층(도 2에서 층(40))은 상기 InGaN 우물과 장벽 사이의 압축 변형을 부분적으로 완화한다고 생각한다. 이 압축 변형의 이러한 완화는 상기 발광에서 상 전이(phase shift) 결과를 가져올 수 있다. 또한, 이 압축 변형의 완화는 압축 변형이 상기 InGaN의 상 분리를 억제할 수 있다는 카프로프의 이론(Kaprov's theory ;MRS Internet J Nitride Semicond. Res. 3, 16 (1998))에 따라 InGaN 상 분리를 촉진(enhance) 할 수 있다.
저온(LT) GaN 층(도 2에서 층(40))의 비교적 거친 표면은 TMIn 전구체의 틈( 분해)으로부터 유래되는, 보다 장시간 동안 상기 표면에 침투하는(impinging) 인듐 원자유지하는데 도움을 줄 수 있고, 이로 인해 발광의 상 편이도 가져올 것인 인듐 의 내포를 증가시킨다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 백색 발광 LED를 성장시키는 방법을 하기에 설명할 것이다.
첫째, 사파이어 기판 위에 저온 버퍼층이 성장하고 그 다음에 고온 n형 GaN 층이 성장하며, 후자는 통상적으로 약 1000 ℃ 에서 수행된다. 다음 상기 GaN 또는 InGaN 장벽층을 성장시키기 위해 상기 온도를 약 700 ℃ 내지 800 ℃ 까지 낮춘다. 저온 성장 버퍼는 이들이 사파이어 기판 위에서 성장되는 경우에 필요하다.
상기 장벽층의 성장 후, 적절한 양의 TMIn 또는 다른 인듐 유기금속 전구체(들)이 암모니아 존재시 반응 챔버 내로 유입된다. TMIn으로부터의 인듐 원자들이 인듐 갈륨 질화물 장벽들의 원자성의 표면에 응집되어 후속하는 QD들의 성장을 위한 시드를 형성한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 하나의 백색 LED는 (0001) 사파이어 기판 상에 MOCVD에 의해 성장되었다. MOCVD는 전구체로서 TMG, TMIn 및 암모니아(NH3)를 사용하여 수행된다. 이러한 백색 LED에 있어서, 25 ㎚ 두께의 질화갈륨 버퍼층 위에 2 ㎛ 두께로 도핑되지 않은 벌크 질화갈륨이 먼저 성장된다. 이들 GaN 버퍼층 및 고온 GaN 층의 성장 온도는 각각 500 ℃ 내지 560 ℃과 1000 ℃ 내지 1100 ℃ 이다. 상기 질화갈륨 층의 성장 후, 질화갈륨 또는 인듐갈륨 질화물 장벽 및 인듐갈륨 질화물 우물의 퇴적을 위해서 상기 성장 온도를 약 700 ℃ (650 ℃ 에서 750℃ 까지의 범위)로 강하한다. 상기 InGaN 장벽의 인듐 조성은 상기 우물에서의 인 듐 조성 보다 적다. 상기 질화갈륨 또는 인듐갈륨 질화물 장벽의 성장 후, 그리고 인듐 함량이 높은 우물의 성장에 앞서, 트리메틸인듐은 상기 트리메틸갈륨 흐름의 종료와 함께 2초 내지 5초의 변화하는 짧은 시간 동안 흐르게 된다. 이 과정은 인듐 버스트라고 한다. 이러한 버스트는 크기 및 인듐 조성을 변화시키면서 인듐갈륨 질화물 양자점들을 성장시키기 위한 시드들을 형성한다. 상기 버스트의 지속시간은 각 층들 내에서의 상기 시드들의 형성마다 달라질 수 있다. 상기 우물의 두께는 약 3 ㎚ 이다. 질화갈륨 장벽, 인듐 버스트 및 상기 인듐갈륨 질화물 우물의 성장은 4회 반복된다.
인듐 버스트는 0.5초 내지 1분 이상으로 변하는 적절한 시간 동안 수행될 수 있다. 그러나, 인듐 버스트 시간은 바람직하게는 2초 내지 5초이다. 상기 인듐 버스트 동안의 상기 유기금속 인듐 화합물의 바람직한 유속은 100 umol/min(micro-mol/min) 이하이다. 상기 우물의 두께는 약 0.5 ㎚ 내지 10 ㎚ 이고, 바람직하게는 2 ㎚ 내지 4 ㎚ 이고, 가장 바람직하게는 약 3 ㎚ 이다.
이후, 고온 마그네슘 도핑된 질화갈륨층이 4 주기(period)들의 InxGa1 - xN/GaN 다중 양자 우물의 최상부 상에 성장된다. 캐리어 가스로는 질화갈륨 및 인듐갈륨 질화물의 성장을 위해 각각 수소(H2) 및 질소(N2)가 사용된다. 마지막으로, 제1 전극은 p형 반도체 위에 형성되고, 제2 전극은 상기 규소 도핑된 질화갈륨층의 일부 위에 형성된다.
다른 종류의 유기금속 물질들이 본 발명의 다른 구조들을 도핑하는데 사용될 수 있다. 예를 들면 도 1의 층(3) 또는 층(8) 내에 마그네슘 도핑된 질화갈륨을 생성하는데 비스시클로펜타디에닐 마그네슘(CP2Mg)이 사용될 수 있다. 디에틸징크(DEZn)는 또는 예를 들어 층(8)에 p 도핑을 제공하기 위하여 사용될 수 있다. 또한, 층(3)에 규소 도핑된 질화갈륨을 형성하기 위한 도펀트로서 실란이 사용될 수 있다.
상기 바람직한 실시예의 예시는 4개의 양자 우물 구조들을 사용하였다. 하지만, 적절한 수의 양자 우물 구조가 사용될 수 있다. 실질적으로, 1 내지 60 개의 양자 우물 구조가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 1 내지 30개의 양자 우물 구조가 사용될 수 있다.
본 발명에서, InxGa1 - xN 양자 우물층의 두께는 0.5 ㎚ 내지 20 ㎚ 이며, 바람직하게는 1 ㎚ 내지 10 ㎚ 이다. 상기 InyGa1 - yN 장벽층의 두께는 2 ㎚ 내지 60 ㎚ 이며, 바람직하게는 5 ㎚ 내지 30 ㎚ 일 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 InxGa1 - xN 양자 우물층은 1>x>y>0 또는 y=0와 같이 상기 InyGa1 - yN 장벽층 보다 더 많은 조성을 갖는다. InxGa1 - xN 양자 우물층의 조성은 바람직하게는 0.3 초과이다(x>0.3). InxGa1 - xN 양자 우물층은 바람직하게는 Zn으로 도핑된다. 동시에 InxGa1-xN 양자 우물층에 Si 도핑이 좀더 바람직하다.
도 3는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 형성되는 백색 LED의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸다. 도 3은 420 ㎚ 에서 750 ㎚의 발광의 파장 범위를 나타내며, 이는 청색, 녹색 및 적색의 원색들을 커버한다. 결과적으로, 상기 다이오드는 백색광을 생산한다.
즉, 본 발명의 백색 발광 다이오드는 인듐 전구체의 양, 인듐 버스트의 지속시간 및 온도 등과 같은 인듐 버스트 매개 변수들을 조정함으로써 약 420 ㎚ 에서 750 ㎚의 범위의 백색광을 방출할 수 있다. 이 양자 우물의 In 조성 및 이 층의 Zn 및 Si 도핑이 더 높을 수록 특히 적색 스팩트럼 범위에서 발광이 극적으로 강화된다. 이 우물층에서 In 조성, Zn 농도 및 Si 농도의 제어는 In 전구체(예컨대 TMIn), Zn 전구체(예컨대 DEZn), Si 전구체(예컨대 실란)의 분압을 각각 제어함으로써 행해질 수 있다. 이들 성장 매개변수 조정의 조합은 발광의 광범위한 색 지수(color index) 조절과 발광 전력 제어를 가능하게 한다. 상기 백색 발광 다이오드는 백색광 자체를 방출하며, 별도의 발광 다이오드의 조합이나, 또는 달리 백색 발광 형광 물질의 활용을 요구하지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 백색 발광백색 발광 제조상 더 저렴하고 더 편리하며, 더 안정적이고 장기간의 사용수명을 가진다.
결과적으로, 본 발명은 단일 발광 센터들을 가지고 몇 개의 장치를 조합하거나 또는 인광물질을 사용하여 색 변환함으로써 백색광을 얻을 수 있었던 종래 기술의 발광 장치의 문제점을 뛰어넘는 명확한 이점들을 제공한다. 대조적으로, 본 발명은 서로 다른 크기의 양자점들을 활용하여 단일 칩 위에 조합하는 다른 색깔의 광들을 산출함으로써 백색광을 생성한다. 따라서, 본 발명은 소형화, 효율성, 고광도 및 저 비용을 제공한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 청구의 범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두가 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (22)

  1. 백색 발광 다이오드로서,
    n형 반도체층과,
    각각이 InxGa1 - xN 양자 우물층 및 InyGa1 - yN 장벽층(x>0.3 또는 x=0.3 및 x>y)을 포함하고, InzGa1 - zN 양자점(x<Z≤1)들을 감싸며, 상기 n형 반도체층 상에 형성되는 하나 이상의 양자 우물 구조와,
    상기 양자 우물 구조들 상에 형성된 p형 반도체층과,
    상기 p형 반도체층 상에 형성된 제1 전극과,
    상기 n형 반도체층 표면의 제2 영역의 적어도 일부분 상에 형성된 제2 전극
    을 포함하는 백색 발광 다이오드.
  2. 백색 발광 다이오드로서,
    n형 반도체층과,
    각각이 InxGa1 - xN 양자 우물층 및 InyGa1 - yN 장벽층(x>y)을 포함하고, InzGa1 - zN 양자점(x<Z≤1)들을 감싸며, 상기 n형 반도체층 상에 형성되고, 상기 InxGa1 - xN 양자 우물층은 p형 도펀트를 포함하는 하나 이상의 양자 우물 구조와,
    상기 양자 우물 구조들 상에 형성된 p형 반도체층과,
    상기 p형 반도체층 상에 형성된 제1 전극과,
    상기 n형 반도체층 표면의 적어도 일부분 상에 형성된 제2 전극
    을 포함하는 백색 발광 다이오드.
  3. 제2항에 있어서, 상기 InxGa1 - xN 양자 우물층은 p형 도펀트와 n형 도펀트 양자를 함유하는 것인 백색 발광 다이오드.
  4. 제1항에 있어서, 상기 InxGa1 - xN 양자 우물층은 p형 도펀트를 함유하고, x>0.3 또는 x=0.3인 것인 백색 발광 다이오드.
  5. 제1항에 있어서, 상기 InxGa1 - xN 양자 우물층은 p형 도펀트와 n형 도펀트 양자를 함유하고 x>0.3 또는 x=0.3인 것인 백색 발광 다이오드.
  6. 제1항에 있어서, 상기 양자 우물 구조들은 420 ㎚ 에서 750 ㎚까지의 범위의 연속 발광 스펙트럼을 갖는 것인 백색 발광 다이오드.
  7. 제1항, 제2항, 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 양자점들은 TMIn, TEIn 또는 EDMIn 중 적어도 하나를 제1 유속 및 제1 시간에서 먼저 유입하여 처음에 핵을 형성하고, 이후 TMIn, TEIn 또는 EDMIn 중 적어도 하나를 TMG 및 암모니아와 함께 제2 유속에서 유입시켜 상기 핵을 성장시키고 상기 핵이 상기 양자 우물층 내에 덮여지도록(capped) 하여 형성되는 것인 백색 발광 다이오드.
  8. 제7항에 있어서, 상기 양자 우물 구조들의 수는 약 1 내지 30 사이인 것인 백색 발광 다이오드.
  9. 제7항에 있어서, 상기 InxGa1 - xN 양자 우물층의 두께는 약 1 ㎚ 내지 10 ㎚이고, InyGa1 - yN 장벽층의 두께는 약 5 ㎚ 내지 30 ㎚인 것인 백색 발광 다이오드.
  10. 제7항에 있어서, 1>X>Y>0 또는 Y=0인 것인 백색 발광 다이오드.
  11. 제7항에 있어서, 상기 N형 반도체층은 기판 상에 형성되고, 상기 기판은 사파이어, SiC, GaN, 및 ZnO 중 하나로 이루어지는 것인 백색 발광 다이오드.
  12. 제7항에 있어서, 상기 양자 우물층 성장 동안, 비스시클로펜타디에닐 마그네슘(Cp2Mg), 디에틸징크(DEZn) 및 실란(silane) 중 적어도 하나가 도펀트로서 사용되는 것인 백색 발광 다이오드.
  13. 백색 광을 발광하는 양자 우물 구조로서,
    InxGa1 - xN 양자 우물 층과,
    상기 InxGa1 - xN 양자 우물 층(X>0.3)에 매립된 인듐이 풍부한 InGaN 양자점들과,
    상기 양자 점들과 상기 양자 우물층 상의 InyGa1 - yN 장벽층
    을 포함하는 양자 우물 구조.
  14. 백색 광을 발광하는 양자 우물 구조로서,
    P형 도펀트로 도핑된 InxGa1 - xN 양자 우물 층과,
    상기 InxGa1 - xN 양자 우물 층에 매립된 인듐이 풍부한 InGaN 양자점들과,
    상기 양자 점들과 상기 양자 우물층 상의 InyGa1 - yN 장벽층
    을 포함하는 양자 우물 구조.
  15. 제14항에 있어서, 상기 InGaN 양자 우물층은 n형 도펀트를 함유하는 것인 양자 우물 구조.
  16. 제13항에 있어서, 상기 InGaN 양자 우물층은 p형 도펀트를 함유하는 것인 양자 우물 구조.
  17. 제13항에 있어서, 상기 InGaN 양자 우물층은 p형 도펀트와 n형 도펀트 양자 를 함유하는 것인 양자 우물 구조.
  18. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 양자 우물 구조는 420 ㎚ 에서 750 ㎚까지 범위에서 광을 발광하도록 제공하고, 상기 광은 420 ㎚ 에서 750 ㎚까지의 범위의 연속 발광 스펙트럼을 갖는 것인 양자 우물 구조.
  19. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 양자점들은 TMIn, TEIn 또는 EDMIn 중 적어도 하나를 제1 유속 및 제1 시간에서 먼저 유입하여 처음에 핵을 형성하고, 이후 TMIn, TEIn 또는 EDMIn 중 적어도 하나를 TMG 및 암모니아와 함께 제2 유속에서 유입시켜 상기 핵을 성장시키고 상기 핵은 양자 우물 내에 덮여지도록(capped) 하여 형성되는 것인 양자 우물 구조.
  20. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 InxGa1 - xN 양자 우물층의 두께는 약 1 ㎚ 내지 10 ㎚이고, InyGa1 - yN 장벽층의 두께는 약 5 ㎚ 내지 30 ㎚인 것인 양자 우물 구조.
  21. 제13항 또는 제14항에 있어서, 1>X>Y>0 또는 Y=0인 것인 양자 우물 구조.
  22. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 양자 우물층 성장 동안, 비스시클로펜타 디에닐 마그네슘, 디에틸징크 및 실란 중 적어도 하나가 도펀트로서 사용되는 것인 양자 우물 구조.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020075946A1 (ko) * 2018-10-12 2020-04-16 고려대학교 산학협력단 금속이온이 도핑된 질화갈륨 양자점의 제조방법
KR20230110378A (ko) * 2020-12-16 2023-07-21 루미레즈 엘엘씨 발광 다이오드 디바이스

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100784065B1 (ko) * 2006-09-18 2007-12-10 엘지이노텍 주식회사 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
WO2009048425A1 (en) * 2007-10-12 2009-04-16 Agency For Science, Technology And Research Fabrication of phosphor free red and white nitride-based leds
US8421058B2 (en) * 2008-11-21 2013-04-16 Agency For Science, Technology And Research Light emitting diode structure having superlattice with reduced electron kinetic energy therein
WO2010100689A1 (ja) * 2009-03-03 2010-09-10 パナソニック株式会社 窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法、および半導体発光素子
US20110237011A1 (en) * 2010-03-29 2011-09-29 Nanjing University Method for Forming a GaN-Based Quantum-Well LED with Red Light
CN103003961B (zh) 2010-04-30 2015-11-25 波士顿大学理事会 具有能带结构电位波动的高效紫外发光二极管
CN101887936A (zh) * 2010-05-25 2010-11-17 华中科技大学 一种铟砷量子点有源区结构及发光器件
CN102738337B (zh) * 2011-04-08 2015-02-04 展晶科技(深圳)有限公司 发光二极管及其制造方法
US8723189B1 (en) 2012-01-06 2014-05-13 Trustees Of Boston University Ultraviolet light emitting diode structures and methods of manufacturing the same
EP2839520B1 (en) 2012-04-16 2018-04-11 Sensor Electronic Technology Inc. Non-uniform multiple quantum well structure
US9112103B1 (en) 2013-03-11 2015-08-18 Rayvio Corporation Backside transparent substrate roughening for UV light emitting diode
US9219204B1 (en) 2013-03-11 2015-12-22 Rayvio Corporation Semiconductor device and a method of making a semiconductor device
EP2973664B1 (en) * 2013-03-15 2020-10-14 Crystal Is, Inc. Ultraviolet light-emitting device and method of forming a contact to an ultraviolet light-emitting device
JP6298462B2 (ja) 2013-06-05 2018-03-20 日東光器株式会社 Ｓｉ基板上に成長した閃亜鉛鉱型（立方晶とも言う。）ＡｌｙＩｎｘＧａ１−ｙ−ｘＮ結晶（ｙ≧０、ｘ＞０）からなる母結晶にナノドット（「量子ドット」とも言う。）を有する活性領域及びこれを用いた発光デバイス（ＬＥＤ及びＬＤ）
US9876143B2 (en) 2014-10-01 2018-01-23 Rayvio Corporation Ultraviolet light emitting device doped with boron
KR102604739B1 (ko) * 2017-01-05 2023-11-22 삼성전자주식회사 반도체 발광 장치
CN106816502B (zh) * 2017-04-12 2019-04-02 京东方科技集团股份有限公司 一种led芯片、led发光基板、显示装置及彩色显示控制方法
CN106972086B (zh) * 2017-05-17 2018-10-16 圆融光电科技股份有限公司 具有氮化镓量子点的紫外led的外延结构及其生长方法
JP6645488B2 (ja) * 2017-11-09 2020-02-14 信越半導体株式会社 半導体型蛍光体
CN110112268B (zh) * 2019-03-06 2022-04-29 西安电子科技大学 基于纳米图形的紫外量子点发光二极管及制备方法
CN110429162B (zh) * 2019-07-29 2021-05-14 清华大学 利用预喷铟生长高密度铟镓氮量子点的方法及发光器件
CN117525230B (zh) * 2024-01-08 2024-03-29 江西兆驰半导体有限公司 一种Micro-LED外延结构及其制备方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6900465B2 (en) * 1994-12-02 2005-05-31 Nichia Corporation Nitride semiconductor light-emitting device
JP3924973B2 (ja) * 1994-12-02 2007-06-06 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体発光素子の製造方法および窒化物半導体発光素子
JP3543498B2 (ja) 1996-06-28 2004-07-14 豊田合成株式会社 ３族窒化物半導体発光素子
US6608330B1 (en) * 1998-09-21 2003-08-19 Nichia Corporation Light emitting device
KR20000074844A (ko) 1999-05-26 2000-12-15 김효근 질화인듐갈륨 활성 우물을 포함하는 양자우물 구조를 이용한백색 발광 다이오드 및 그의 제조방법
GB2361354B (en) 2000-04-13 2004-06-30 Arima Optoelectronics Corp White light emitting diode with single asymmetric quantum well in active layer
JP3646655B2 (ja) * 2001-02-06 2005-05-11 昭和電工株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体発光ダイオード
JP2003017741A (ja) * 2001-03-21 2003-01-17 Furukawa Electric Co Ltd:The ＧａＮ系発光素子
JP2003101069A (ja) * 2001-09-25 2003-04-04 Nagoya Industrial Science Research Inst Ｉｉｉ族窒化物量子ドットおよびその製造方法
US6645885B2 (en) * 2001-09-27 2003-11-11 The National University Of Singapore Forming indium nitride (InN) and indium gallium nitride (InGaN) quantum dots grown by metal-organic-vapor-phase-epitaxy (MOCVD)
RU2233013C2 (ru) 2002-03-06 2004-07-20 Институт проблем химической физики РАН Полупроводниковый электролюминесцентный источник света и способ его изготовления (варианты)
JP4158519B2 (ja) * 2002-12-26 2008-10-01 住友電気工業株式会社 白色発光素子およびその製造方法
EP1471582A1 (en) * 2003-03-31 2004-10-27 Ngk Insulators, Ltd. Substrate for semiconductor light-emitting element, semiconductor light-emitting element and its fabrication
TWI233697B (en) 2003-08-28 2005-06-01 Genesis Photonics Inc AlInGaN light-emitting diode with wide spectrum and solid-state white light device
DE102004004765A1 (de) 2004-01-29 2005-09-01 Rwe Space Solar Power Gmbh Aktive Zonen aufweisende Halbleiterstruktur
JP2005277401A (ja) * 2004-02-24 2005-10-06 Showa Denko Kk 窒化ガリウム系化合物半導体積層物およびその製造方法
CN1595670B (zh) * 2004-06-25 2011-12-28 清华大学 宽谱白光led的量子点有源区结构及其外延生长方法
CN100349306C (zh) 2004-08-27 2007-11-14 中国科学院半导体研究所 蓝光、黄光量子阱堆叠结构白光发光二极管及制作方法
TWI253191B (en) 2005-01-06 2006-04-11 Genesis Photonics Inc White light-emitting equipment with LED, and its application
US8629425B2 (en) * 2006-09-08 2014-01-14 Agency For Science, Technology And Research Tunable wavelength light emitting diode

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020075946A1 (ko) * 2018-10-12 2020-04-16 고려대학교 산학협력단 금속이온이 도핑된 질화갈륨 양자점의 제조방법
KR20230110378A (ko) * 2020-12-16 2023-07-21 루미레즈 엘엘씨 발광 다이오드 디바이스

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