KR20100069676A - 인이 함유되지 않은 레드 및 화이트 질소 기반 ｌｅｄ 제조 - Google Patents
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Abstract
발광 다이오드 용 다중 양자 우물 (MQW) 구조 및 발광 다이오드 용 다중 양자 우물 (MQW) 구조 제조 방법이 제공된다. 상기 MQW 구조는 복수의 양자우물 구조를 포함하며, 각 양자우물 구조는 배리어 층; 및 상기 배리어 형성되고 그 내부에 임베디드된 양자도트 나노 구조를 갖는 우물층을 포함하며, 상기 배리어 층 및 상기 우물 층은 제 1 금속 나이트라이드 기반물질을 포함하며; 상기 적어도 하나의 양자우물 구조는 상기 우물층에 형성된 캐핑층을 더 포함하며, 상기 캐핑층은 상기 캐핑층은 상기 제 1 금속-나이트라이드 기반 물질과 비교하여 상이한 금속 성분을 갖는 제 2 금속-나이트라이드 기반 물질을 포함한다.
Description
본원은 발광 다이오드를 위한 다중 양자 우물 (multiple 양자우물) 구조 및 발광 다이오드를 위한 다중 양자 우물 제조 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드 (LED)는 광원으로 사용될 수 있으며, 보통 야외 풀 컬러 디스플레이, 교통신호등, 데이터 스토리지, 고체 조명 및 커뮤니케이션과 같은 어플리케이션에 사용된다. 통상, III-질소 베이스 LED는 활성 인듐 갈륨 나이트라이드 (Nitride)/ 갈륨 나이트라이드 (InGaN/GaN) 다중 양자 우물 (MQW) 층의 밴드 갭에 상응하는 파장으로 빛을 방출한다. GaN 층의 p-n 접합에 바이어스가 인가되면 빛이 생성된다. LED에서는 p-타입 및 n-GaN 층에 의해 주입된 홀과 전자가 액티브 층에서 결합되어 LED 표면으로부터 빛을 방출한다.
예컨대 그린 또는 옐로우 LED용의 장파 어플리케이션에 인듐 컨텐트가 포함되면 InGaN/GaN MQW 에피택셜 성장이 현실적으로 특히 까다롭다. 나아가, 광 방출 효율은 보통 인듐 함량 증가로 파장이 증가하면 감소한다. 성장 온도를 낮추면 인듐이 포함되는 것은 감소시키지만 낮은 온도는 크리스털 품질을 열화하여 보통 포토 루미넌스 (PL) 강도의 감소를 가져온다.
InGaN 양자 도트 (도트)가 LED의 양자 효율을 증가하기 위해 탐구되었다 [예를 들어, 최와 기타의 WO-2004/054006 A1를 보라]. LED에서의 색 방출은 양자 도트의 크기를 조절함으로써 블루에서 오렌지까지 [예컨대 그랜전과 공동 발명가들의 US 6,445,009 B1을 보라] 튜닝될 수 있다. 덴바스와 기타는 US2006/0255347 A1에서 다양한 색조를 갖는 튜닝 가능한 LED를 얻기 위해 하나 이상의 희토류 전이 성분 (rare earth transitional element)로 GaN 도핑하는 것을 기술하고 있다. 이 전이 성분은 Cr, Ti 및 Co를 포함하며, 이 성분들을 사용하면 백색광이 생성될 수 있다고 제안하고 있다. 하지만 MQW 구조의 얇은 활성층으로의 주입 깊이를 제어하는 것이 현실적으로 어렵다.
추아와 기타는 US2004/0023427 A1에서 LED용 MQW 구조의 우물 층에 포함된 InGaN 양자를 사용한 백색광 방출을 기술하고 있다. 하지만 우물 또는 배리어 층 (배리어 층) 내로의 양자 도트의 외부 확산 (out-diffusion)이 p-도펀트 마그네슘 (Mg)의 활성화를 위해 고온 인 시츄 (in-situ) 애닐링이 수행되면 발생되었다. 이것은 통상 MQW 층이 잘 정의되지 않게 한다. 따라서, 양자 도트로 인한 속박 (confinement) 효과가 나타날 수 있다. 나아가, US2004/0023427 A1에서는, LED로부터의 색 방출이 정치하게 제어되어 LED 백색의 정도를 변화시킬 수 있다고 기술되어 있다.
최근, 밝은 그린, 블루 및 바이올렛 LED가 통상 GaN 기반 물질에 의해 제조되는데 반해, 가시 레드-오렌지 및 옐로우 광원은 통상 알루미늄 인듐 갈륨 인산염 (AlInGaP) 물질에 기반하여 달성된다. 하지만, 백색광 생성에 통상 레드 컴퍼넌트가 요구됨에도, 현재의 기술에서 GaN 기반 LED는 레드광을 갖지 않는 것으로 알려져 있다.
통상, LED로부터 백색광을 생산하기 위해서는, 각각 레드, 그린 및 블루 광을 방출하는 개별 LED의 결합이 사용된다. 대안으로, 개별 블루, 옐로우 LED가 결합되어 백색광을 생산한다. 하나의 단점은 백색광을 생산하기 위해 다른 물질의 복수의 LED가 사용되는 것과 이것이 생산 기술의 복잡성을 증가시키고 생산 비용을 제고하다는 것이다. 이렇게 얻게 되는 장치는 통상 복잡한 제어 공학을 이용하는데, 왜냐하면 상이한 다이오드 타입은 상이한 인가 전압을 사용하기 때문이다. 나아가, 사용된 물질, 예컨대 AlInGaP (레드 방출을 위한) 및 InGaN (블루 방출을 위한)의 상이한 저하률이 통상 얻어진 백색광의 신뢰성과 품질에 영향을 준다. 상기의 신뢰성/품질 문제는 인의 열화 때문에 백색광 생성을 위해 옐로우 인이 코팅된 블루 LED를 사용한 대안적인 제조 방법을 찾게 한다. 나아가, 인의 사용은 통상 제조 비용을 증가시키고 인으로의 흡수로 인해 외부 양자 효율을 낮춘다.
따라서, 전술한 문제 중 적어도 하나를 해결하는 발광 다이오드용 다중 양자 우물 (MQW) 구조 및 발광 다이오드용 다중 양자 우물 (MQW) 구조의 제조 방법이 요구된다.
본원의 제 1 관점에 따르면, 발광 다이오드용 다중 양자 우물 (MQW) 구조가 제공되며, 여기서 상기 MQW는 복수의 양자우물 구조를 포함하며, 각 양자우물 구조는 배리어 층; 및 상기 배리어 층에 형성되며, 그 내부에 임베드된 양자도트 나노 구조를 갖는 우물층을 포함하며, 상기 배리어 층 및 상기 우물 층은 제 1 금속-나이트라이드 (nitride) 기반 물질을 포함하며, 상기 적어도 하나의 양자우물 구조는 상기 우물 층에 형성된 캐핑 (capping) 층을 더 포함하며, 상기 캐핑층은 상기 제 1 금속-나이트라이드 기반 물질과 비교하여 상이한 금속 성분을 갖는 제 2 금속-나이트라이드 기반 물질을 포함한다.
각 양자우물 구조는 상기 양자도트 나노 구조의 형성을 촉진하는, 상기 배리어 층 및 상기 우물 층 사이에 형성된 습윤 층을 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 양자우물 구조는 상기 캐핑층 상에 형성된 제 2 캐핑층을 더 포함하며, 상기 제 2의 캐핑층은 상기 제 2 금속-나이트라이드 기반 물질과 비교하여 상이한 금속 성분을 갖는 제 3 금속-나이트라이드 기반 물질을 포함할 수 있다.
상기 MQW 구조는 상기 복수의 양자우물 구조 중 최 외과의 구조 상에 형성되며 전자 블로킹 층을 포함하는 p-타입 접촉 구조 및 상기 전자 블로킹 층에 형성된 p-타입 금속 나이트라이드 층을 더 포함할 수 있다.
상기 p-타입 금속 나이트라이드층은 인듐(In) 물질을 더 포함할 수 있다.
상기 p-타입 금속 나이트라이드 층은 약 750oC 내지 800oC 의 온도를 사용하여 형성될 수 있다.
상기 MQW 구조는 상기 복수의 양자우물 구조 하부에 전기 접촉 층 형성을 위한 n-타입 접촉 층을 더 포함할 수 있다.
상기 MQW 구조는 레드/옐로우 광 방출이 가능할 수 있다.
상기 MQW 구조는 레드 광 방출이 가능할 수 있다.
상기 캐핑층은 알루미늄 나이트라이드 (AlN) 물질을 포함할 수 있다.
상기 캐핑층의 두께는 약 3nm로 유지될 수 있다.
상기 양자도트 나노 구조는 인듐 -갈륨-나이트라이드 (InGaN) 양자도트를 포함할 수 있다.
본원의 제 2 관점에 따르면, 발광 다이오드 구조가 제공된다. 상기 발광 다이오드 구조는 레드/옐로우 발광 다중 양자 우물 (MQW) 구조를 포함하며, 상기 레드/옐로우 발광 다중 양자 우물 (MQW) 구조의 각 양자우물 구조는 배리어 층; 및 상기 배리어 층에 형성되며, 내부에 임베디드 된 양자도트 나노 구조를 갖는 우물 층을 포함하며, 상기 배리어 층 및 상기 우물 층은 제 1 금속 나이트라이드 기반 물질을 포함하며, 상기 레드/옐로우 발광 MQW의 양자우물 구조는 상기 적어도 하나의 양자우물 구조는 상기 우물 층에 형성된 캐핑 (capping) 층을 더 포함하며, 상기 캐핑층은 상기 제 1 금속-나이트라이드 기반 물질과 비교하여 상이한 금속 성분을 갖는 제 2 금속-나이트라이드 기반 물질을 더 포함하며, 상기 발광 다이오드 구조로부터 백색 광 방출을 위한, 상기 레드/옐로우 발광 MQW와 인테그럴 (integral) 하게 결합된, 블루 발광 MQW 구조를 포함할 수 있다.
상기 블루 발광 MQW 구조는 상기 레드/옐로우 발광 MQW 구조의 복수의 양자우물 구조 중 최외곽에 형성될 수 있다.
상기 레드/옐로우 발광 MQW 구조의 복수의 양자우물 구조 중 최내곽의 양자우물 구조는 상기 블루 발광 MQW 구조 상에 형성될 수 있다.
상기 레드/옐로우 발광 MQW 구조 및 상기 블루 발광MQW 구조 아래에, n + 층과 전기 접촉을 형성하기 위한 n-타입 접촉 층 및 상기 레드/옐로우 발광 MQW 구조 및 상기 블루 발광 MQW 구조 상의 각 p-타입 접촉 구조를 더 포함하며, 상기 p-타입 접촉 구조 각각은 전자 블로킹층과 상기 전자 블로킹 층에 형성된 p-타입 금속 나이트라이드층을 포함할 수 있다.
블루 발광MQW 구조 하부에, n + 층과의 전기 접촉을 형성하는 n-타입 접촉 층 및 상기 블루 발광 MQW 구조를 활성화하는, 블루 발광 MQW 구조에 형성된 p-타입 접촉 구조를 더 포함하며, 상기 레드/옐로우 발광 MQW 구조는 상기 블루 발광 MQW 구조로부터의 블루 광 방출 흡수에 기반하여, 레드/옐로우 광을 방출할 수 있다.
상기 캐핑층은 알루미늄 나이트라이드 (AlN) 물질을 포함할 수 있다.
상기 캐핑층의 두께는 약 3 nm로 유지될 수 있다.
상기 양자도트 나노 구조는 인듐 -갈륨-나이트라이드 (InGaN) 양자도트를 포함할 수 있다.
본원의 제 3 관점에 따르면, 발광 다이오드 구조가 제공된다. 상기 발광 다이오드 구조는 레드/옐로우 발광 다중 양자 우물 (MQW) 구조를 포함하며, 상기 레드/옐로우 발광 MQW 구조의 각 양자우물 구조는 배리어 층; 및 상기 배리어 층에 형성되고, 내부에 임베디드된 양자도트 나노 구조를 갖는 우물층을 포함하며, 상기 배리어 층 및 상기 우물 층은 제 1 금속 나이트라이드 기반 물질을 포함하며, 상기 레드/옐로우 발광 MQW 구조의 상기 적어도 하나의 양자 우물 구조는 상기 적어도 하나의 양자우물 구조는 상기 우물 층에 형성된 캐핑 (capping) 층을 더 포함하며, 상기 캐핑층은 상기 제 1 금속-나이트라이드 기반 물질과 비교하여 상이한 금속 성분을 갖는 제 2 금속-나이트라이드 기반 물질을 더 포함하며, 블루 발광 MQW 구조; 및 그린 발광 MQW 구조를 포함하고, 상기 블루 발광 MQW 구조 및 상기 그린 발광 MQW 구조는 상기 발광 다이오드 구조로부터 백색 광을 방출하기 위해 상기 레드/옐로우 발광 MQW 구조와 인터그럴하게 형성될 수 있다.
상기 레드/옐로우 발광 MQW 구조는 상기 블루 발광 MQW 구조 및 상기 그린 발광 MQW 구조상에 형성될 수 있다.
상기 레드/옐로우 발광 MQW 구조, 상기 블루 발광 MQW 구조 및 상기 그린 발광 MQW 구조 하부에, n + 층 과의 전기 접촉 형성을 위한 n-타입 접촉 층; 및 상기 블루 발광 MQW 구조 및 상기 그린 발광 MQW 구조 상에 형성되며, 상기 블루 발광 MQW 구조 및 상기 그린 발광 MQW 구조를 각각 활성화하는 p-타입 접촉 구조를 더 포함하며, 상기 p-타입 접촉 구조 각각 전자 블로킹층 및 상기 전자 블로킹 층에 형성된 p-타입 금속 나이트라이드 층을 더 포함하며, 상기 레드/옐로우 발광 구조는 상기 블루 발광 MQW 구조로부터의 블루 광 방출 흡수 및 상기 그린 발광 MQW 구조로부터의 상기 그린 광 방출 흡수 또는 양자의 흡수에 기반하여, 레드/ 옐로우 광 방출이 가능하다.
상기 캐핑층은 알루미늄 나이트라이드 (AlN) 물질을 포함할 수 있다.
상기 캐핑층의 두께는 약 3nm로 유지될 수 있다.
상기 양자도트 나노 구조는 인듐 -갈륨-나이트라이드 (InGaN) 양자도트를 포함할 수 있다.
본원의 제 4 관점에 따르면, 발광 다이오드 용 다중 양자 우물 (MQW) 구조 제조 방법이 제공된다. 상기 방법은 복수의 양자우물 구조를 형성하는 단계로서, 각 양자우물 구조는 배리어 층; 및 상기 배리어 층에 형성되고, 내부에 임베디드된 양자도트 나노 구조를 갖는 우물층을 포함하며, 상기 배리어 층 및 상기 우물 층은 제 1 금속 나이트라이드 기반 물질을 포함하는 복수의 양자우물 구조 형성 단계; 및 하나의 양자우물 구조는 상기 우물 층에 형성된 캐핑 (capping) 층을 더 포함하며, 상기 캐핑층은 상기 제 1 금속-나이트라이드 기반 물질과 비교하여 상이한 금속 성분을 갖는 제 2 금속-나이트라이드 기반 물질을 더 포함하는 적어도 하나의 상기 복수의 양자 우물 구조를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본원의 제 5 관점에 따르면, 발광 다이오드 용 다중 양자 우물 (MQW) 구조 제조 방법이 제공된다. 상기 방법은 복수의 양자우물 구조를 형성하는 단계로서, 각 양자우물 구조는 배리어 층; 및 상기 배리어 층에 형성되고, 내부에 임베디드된 양자도트 나노 구조를 갖는 우물층을 포함하며, 상기 배리어 층 및 상기 우물 층은 제 1 금속 나이트라이드 기반 물질을 포함하는 복수의 양자우물 구조 형성 단계; 하나의 양자우물 구조는 상기 우물 층에 형성된 캐핑 (capping) 층을 더 포함하며, 상기 캐핑층은 상기 제 1 금속-나이트라이드 기반 물질과 비교하여 상이한 금속 성분을 갖는 제 2 금속-나이트라이드 기반 물질을 더 포함하는 적어도 하나의 상기 복수의 양자 우물 구조를 형성하는 단계; 및 상기 발광 다이오드 구조로부터 백색 광을 방출하도록, 레드/옐로우 발광 MQW 구조와 인테그럴하게 블루 발광 MQW 구조를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본원의 제 6 관점에 따르면, 발광 다이오드 용 다중 양자 우물 (MQW) 구조 제조 방법이 제공된다. 상기 방법은 복수의 양자우물 구조를 형성하는 단계로서, 각 양자우물 구조는 배리어 층; 및 상기 배리어 층에 형성되고, 내부에 임베디드된 양자도트 나노 구조를 갖는 우물층을 포함하며, 상기 배리어 층 및 상기 우물 층은 제 1 금속 나이트라이드 기반 물질을 포함하는 복수의 양자우물 구조 형성 단계; 하나의 양자우물 구조는 상기 우물 층에 형성된 캐핑 (capping) 층을 더 포함하며, 상기 캐핑층은 상기 제 1 금속-나이트라이드 기반 물질과 비교하여 상이한 금속 성분을 갖는 제 2 금속-나이트라이드 기반 물질을 더 포함하는 적어도 하나의 상기 복수의 양자 우물 구조를 형성하는 단계; 상기 레드/옐로우 발광 MQW 구조와 인테그럴하게 블루 발광 MQW 구조를 형성하는 단계; 및 상기 발광 다이오드 구조로부터 백색 광을 방출하도록, 상기 레드/옐로우 발광 MQW 구조 및 상기 블루 발광 MQW 구조와 인테그럴하게 그린 발광 MQW 구조를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본원의 실시예들은 기술분야 당업자에게 하기의 기술 및 오직 예로서만 첨부된 도면에 의해 보다 잘 이해되고 명백해질 것이다. 여기서
도 1은 모노크로마틱 LED 구조를 도시하는 개략도이다.
도 2는 상기 모노크로마틱 LED 구조 상의 전기 접촉을 도시하는 개략도이다.
도 3(a) 내지 3(c)는 옐로우, 오렌지 및 레드 LED 각각의 전계 발광 스펙트럼을 도시하는 강도 대 파장 그래프이다.
도 4는 튜닝 가능한 백색 LED 구조를 도시하는 개략도이다.
도 5는 상기 튜닝 가능한 백색 LED 구조 상의 전기 접촉을 도시하는 개략도이다.
도 6은 콜드 (cold) 튜닝 가능한 백색 LED의 전계발광 스펙트럼을 도시하는 강도 대 파장 그래프이다.
도 7은 다른 튜닝 가능한 백색 LED 구조 상의 전기 접촉 형성을 도시하는 개략도이다.
도 8은 또 다른 튜닝 가능한 백색 LED 구조를 도시하는 개략도이다.
도 9는 상기 튜닝 가능한 백색 LED 구조 상의 전기 접촉 형성을 도시하는 개략도이다.
도 10은 옐로우 LED 구조 및 백색 LED 구조로부터 얻은 I-V 측정을 도시하는 전류 (I) 대 전압(V) 그래프이다.
도 11은 백색 LED 구조의 표면 형태를 도시하는 스캐닝 일렉트론 마이크로스코피 (Scanning Electron Microscopy (SEM)) 이미지이다.
도 12는 도 7에 개략적으로 도시된 구조를 갖는 백색 LED 구조의 표면 형태를 도시하는 스캐닝 일렉트론 마이크로스코피 (SEM)) 이미지이다.
도 13은 도 7에 개략적으로 도시된 구조를 갖는 백색 LED 구조의 표면 형태를 도시하는 확대된 스캐닝 일렉트론 마이크로스코피 (SEM)) 이미지이다.
도 14는 도 7에 개략적으로 도시된 구조를 갖는 백색 LED 구조의 전계 발광 스펙트럼을 도시하는 강도 대 파장 그래프이다.
도 15는 도 7에 개략적으로 도시된 구조를 갖는 백색 LED 구조로부터 얻은 I-V 측정을 도시하는 전류 (I) 대 전압 (V) 그래프이다.
도 16은 발광 다이오드용 MQW 구조 제조 방법을 도시하는 플로우 챠트이다.
도 17은 발광 다이오드 제조 방법을 도시하는 플로우 챠트이다.
도 18은 다른 발광 다이오드 제조 방법을 도시하는 플로우 챠트이다.
도 1은 모노크로마틱 LED 구조를 도시하는 개략도이다.
도 2는 상기 모노크로마틱 LED 구조 상의 전기 접촉을 도시하는 개략도이다.
도 3(a) 내지 3(c)는 옐로우, 오렌지 및 레드 LED 각각의 전계 발광 스펙트럼을 도시하는 강도 대 파장 그래프이다.
도 4는 튜닝 가능한 백색 LED 구조를 도시하는 개략도이다.
도 5는 상기 튜닝 가능한 백색 LED 구조 상의 전기 접촉을 도시하는 개략도이다.
도 6은 콜드 (cold) 튜닝 가능한 백색 LED의 전계발광 스펙트럼을 도시하는 강도 대 파장 그래프이다.
도 7은 다른 튜닝 가능한 백색 LED 구조 상의 전기 접촉 형성을 도시하는 개략도이다.
도 8은 또 다른 튜닝 가능한 백색 LED 구조를 도시하는 개략도이다.
도 9는 상기 튜닝 가능한 백색 LED 구조 상의 전기 접촉 형성을 도시하는 개략도이다.
도 10은 옐로우 LED 구조 및 백색 LED 구조로부터 얻은 I-V 측정을 도시하는 전류 (I) 대 전압(V) 그래프이다.
도 11은 백색 LED 구조의 표면 형태를 도시하는 스캐닝 일렉트론 마이크로스코피 (Scanning Electron Microscopy (SEM)) 이미지이다.
도 12는 도 7에 개략적으로 도시된 구조를 갖는 백색 LED 구조의 표면 형태를 도시하는 스캐닝 일렉트론 마이크로스코피 (SEM)) 이미지이다.
도 13은 도 7에 개략적으로 도시된 구조를 갖는 백색 LED 구조의 표면 형태를 도시하는 확대된 스캐닝 일렉트론 마이크로스코피 (SEM)) 이미지이다.
도 14는 도 7에 개략적으로 도시된 구조를 갖는 백색 LED 구조의 전계 발광 스펙트럼을 도시하는 강도 대 파장 그래프이다.
도 15는 도 7에 개략적으로 도시된 구조를 갖는 백색 LED 구조로부터 얻은 I-V 측정을 도시하는 전류 (I) 대 전압 (V) 그래프이다.
도 16은 발광 다이오드용 MQW 구조 제조 방법을 도시하는 플로우 챠트이다.
도 17은 발광 다이오드 제조 방법을 도시하는 플로우 챠트이다.
도 18은 다른 발광 다이오드 제조 방법을 도시하는 플로우 챠트이다.
기술된 실시예에서, 금속 유기 화학 기상 증착 (MOCVD) 시스템을 사용하여 LED 성장이 수행된다. 트리메틸갈륨 (TMGa), 트리메틸인듐 (TMIn), 트리메틸알루미늄(TMA), 마그네슘 (Cp2Mg) 및 실레인 (SiH4)이 실시예에서 전구물질로 사용된다. 수소 및 질소가 LED 표면에 성분들을 효과적으로 포함시키기 위한 캐리어 가스로 사용된다.
실시예에서, 다중 양자 우물 (MQW) 구조가 정의된 온도에서 InGaN 우물 층 상에 InGaN 양자도트를 혼합함으로써 성장한다. 형성된 양자우물이 그 후에 얇은 알루미늄 나이트라이드 (AlN) 층에 의해 캐핑 (capping)된다. 실시예들이 아래에 자세히 기술된다.
상기 AlN 층은 InGaN 양자도트의 외부-확산을 방지하기 위한 캡 층으로 사용될 수 있다. InxGa1 - xN 이나 InN 양자도트의 격자 상수는 약 3.5446 옹스트롱 (Å)인 반면, AlN 층의 격자 상수는 약 3.1114 (Å)이다. 이것은 GaN/ InN 시스템 (약 10.6%)와 비교했을 때, AlN/ InN 시스템의 보다 큰 격자 미스매치 (약 13%)를 낳는다. 이보다 큰 격자 미스매치는 이어지는 층 성장 및 애닐링 과정 중에 높은 온도가 적용될 때, 양자도트의 외부 확산을 더욱 방해한다. 발명자들은 GaN 배리어의 성장 후 그리고 InGaN 양자도트 및 InGaN 우물 층의 성장 전에 AIN 층을 중간층 (interlayer)으로 사용하는 것이 고무적이지 않다는 것을 발견했는데, 왜냐하면 AlN 층이 이어지는 InGaN 우물 성장에 보다 큰 압축 스트레스를 발생시킬 수 있기 때문이다. 이것은 인듐 혼합을 낮추고 인듐의 방출 파장을 블루 시프트 ( blue shift)할 수 있다.
도 1은 실시예의 모토크로마틱 (monochromatic) LED 구조 (100)를 도시하는 개략도이다. 사파이어 기판 (102)이 공정 챔버에 제공된다. 저온 버퍼층 (106) 기판 (102) 상에서 약 520oC 내지 550oC 온도 범위에서 사파이어 기판 (102) 상의 GaN의 핵형성을 촉진하도록 약 25 nm의 두께로 성장한다. 도핑 농도 1018cm- 3 를 갖는 GaN 의 n + 층 (108)이 약 900 oC 내지 1050 oC의 온도에서 층 (106)에서 성장한다. 층 (108)의 성장후에, GaN 배리어 층 (110)이 약 2x017cm- 3 에서 1x1018cm-3의 Si 도핑 농도로 약 5-15 nm의 두께로 성장하다. 배리어 층 (110)은 Si 도핑 없이도 성장할 수 있지만, 배리어 층 (110)의 품질이 통상 Si 도핑으로 개선되기 때문에, Si 도핑이 바람직하다는 것을 기술분야 당업자는 인식할 것이다.
배리어 층 (110)의 성장 후, 온도가 약 700-7500C로 낮춰지며 얇은 습윤 층 (112)이 약 1 nm의 두께를 갖는 InxGa1 - xN (x ~0.10-0.20의 조성) 배리어 층 (110) 상에서 성장한다. 상기 습윤 층 (112)은 인듐 버스트 (burst) 공정 중에 인듐 나이트라이드 리치 도트의 혼합을 촉진할 수 있다. 상기 얇은 습윤 층 (112)의 형성 후에, 인듐 전구물질 (TMIn)이 약 20mmol/min 보다 작은 유속으로 약 6 내지 30 초간 기판 (102) 위를 흘러, 나노 구조 또는 InwGa1 - wN (여기서 0.2<w<1.0) 양자 도트 (예컨대 114)를 형성한다. 인듐 전구물질 (TMIn)의 인듐 원자는 InGaN의 나이트로젠 현수 결합에서 분리되어, 전구물질 플로우 레이트에 의해 정해지는 대로, InwGa1 - wN (여기서 0.2<w<1.0) 양자 도트 (예컨대 114)의 성장을 위한 시드 층으로 이용될 수 있다. 안티 계면 활성제로 작용하는 TMIn 플로우의 양 및 시간은 인듐 리치 (rich) InGaN 양자도트 (예컨대 114)의 크기를 제어하기 위해 모니터 된다. 상기 TMIn의 플로우 레이트는 약 20mmol/min 미만으로 유지되며, 바람직하게는 약 20 sccm (4.5mmol/ min) 에서 약 80 sccm (18.0mmol/ min)로 유지되어 인듐-리치 InGaN 양자도트 (예컨대 114)를 형성한다.
양자도트 (예컨대 114)의 성장 후에, InGaN 양자우물 층 (116)이 나노 구조 상 (예컨대 114)에서 성장하여 두께 약 3 내지 5 nm의 임베디드 (embedded) InGaN 양자도트/우물 층 (116)을 형성한다. InwGa1 - wN 우물층 (116)의 성장 온도가 약 7000C 내지 7500C에서 유지되어, 0.2<w<0.5의 인듐 조성물을 제공한다. 인듐 혼합의 양은 원하는 방출 색에 의존한다. 모노크로마틱 방출을 얻기 위해, MQW의 성장 중에, 양자 도트 (예컨대 114)와 우물 층 (116)의 성장 중에, 온도 변화가 최소로 유지된다. 상기 우물 층 (116)의 성장 후에, 상기 우물 층 (116)은 AlN 층 (118)으로 캡이 씌워진다. AlN 층 (118)의 두께는 상기 우물 층 (116)의 두께와 비교하여 비교적 얇게 (바람직하게는 약3 nm보다 얇게) 유지된다. 이 실시예에서 상기 InGaN 우물 층 (116) 성장 후, 상기 AlN 층 (118) 성장 전의 시간 인터벌은 약 30초로 유지된다. 상기 AlN 층 (118) 및 상기 GaN 배리어 층 (110)의 성장 온도는 InGaN 우물 층 (116)의 성장 온도 보다 높게, 약 0 내지 300C로 설정될 수 있는데 이것은 더 좋은 결정 품질을 위해서이다. 상기 AlN 층 (118)의 성장 후에 GaN 캡 층 (120)이 GaN 층 (108)의 성장 조건과 실질적으로 동일한 조건을 사용하여 성장된다.
상기 배리어 층 (110) 내지 상기 GaN 캡 층 (120)이 레드/옐로우 발광 양자우물 구조 (122)를 형성한다. 이 실시예에서, 상기 배리어층 (110) 내지 상기 GaN 캡 층 (120) 형성 단계가 레드/옐로우 발광 다중 양자 우물 (MQW) 구조 (126)를 형성하기 위해 반복된다 (예컨대, 양자우물 구조 (124)를 보라.)
오직 2개의 양자 우물 구조 (122, 124)가 명료함을 위해 도 1에 도시되었지만, 양자 우물 구조의 수는 예컨대, 3 내지 5에 이를 수 있음을 기술분야 당업자는 알 것이다. 더 많은 양자 우물 구조 (122, 124)를 형성하면, 광강도가 개선되고 LED 구조 (100)의 파장 영역이 확장될 수 있음을 기술분야 당업자는 알 것이다
이 실시예에서, InGaN와 상이한 격자 상수를 갖는 상기 AlN 층 (118)은 (예컨대 114)의 인듐 리치 InGaN 양자도트가 다음 양자 우물 구조 (124)의 우물 층 (116)이나 GaN 배리어 층 (132) 내로 확산되는 것을 방지하기 위해 예컨대, GaN 배리어 층 (132)과 같은 이어지는 층들이 더 높은 온도에서 성장할 때, 캡슐화를 제공할 수 있다.
양자우물 구조 (124)의 GaN 캡 층 (128)의 성장을 위해, TMGa의 플로우 레이트가 이어지는 p-AlGaN 층에 사용되는 플로우 레이트와 동일하게 설정되어, 실제로 TMGa의 플로우에 연속성이 존재한다. 상기 GaN 캡 층 (128)의 성장 후에, GaN 층 (130) 약 7400C 내지 7800C의 온도에서 약 2x1017 내지 1x1018cm-3의의 Si 도핑 농도로 약 15 내지 30 nm의 두께로 성장한다. p-AlyGa1 -y N (여기서 0.1<y<0.3)를 포함하는 전자 블로킹 (electron blocking) 층 (133)이 약 20 내지 50 nm의 두께로 성장한다. p-AlyGa1 -y N의 성장을 위한 TMA 플로우가 약 7500C 내지8000C의 성장 속도에서 약 40 내지 100 mmol/min로 유지된다. Cp2Mg 소스는 성장 중에 약 0.15 내지 0.5 mmol/min에서 유지된다. 상기 p-AlGaN 층 (133)은 전자가 p-InGaN 영역 (134)으로 횡단하는 것을 막는 역할을 하여, MQW 구조 (126)에서의 효과적인 재결합이 가능하도록 한다.
기술 분야 당업자라면 인지하는 바와 같이, p-GaN은 통상 900oC보다 낮은 온도, 약 7600C 내지 8250C의 범위에서 성장하여, 양자 도트의 외부 확산을 방지한다. 하지만, 이것은 낮은 p-타입 도전율 및 조악한 결정 품질을 가져온다. 이 실시예에서, 상기 p-GaN은 인듐과 혼합되어 p-InGaN을 형성하여 도전율을 향상한다. p-AlGaN 층 (133)의 성장 후에, p-타입 InGaN 층 (134)이 약 150-500 nm의 두께로 성장한다. 마그네슘이 p-도펀트로 사용되어, 종래 p-GaN 층에 사용되는 높은 온도와 달리 약 760-800oC 범위의 온도에서 성장이 행해진다, 성장 조건은 인듐 리치 InGaN 나노 구조의 저하 가능성을 고려한 것이다. TMIn 플로우 레이트는 약 80-150 sccm으로 설정되며, 상기 챔버 압력은 약 200 Torr 이하로 유지된다. 수소 환경에서 MOCVD에 의해 성장된 Mg-도핑된 GaN에서 Mg 억셉터 (acceptor)가 전기적으로 불활성인 Mg-H 컴플렉스를 생산하는 H 억셉터에 의해 패시베이트 된다. 이 실시예에서, 기술 분야 당업자는 900oC 보다 낮은 온도에서 p-InGaN 층 (134)을 형성하는 것과 달리 상기 AlN 층 (118)은 (예컨대 114)의 InGaN 양자 도트의 외부 확산을 더 방지하는 것을 도울 수 있다는 것을 인지할 것이다.
한 구현예에서, 인 시츄 애닐링이 약 10 내지 20분 동안 질소 환경에서 행해져서 약 0.05 내지 0.10 범위의 m을 갖는 p-타입 lnmGa1 - mN의 Mg을 활성화한다. 애닐링온도가 p-타입 lnmGa1 - mN 층 (134)의 성장 온도보다 높은 약 200C 내지 500C 에서 유지된다.
이 실시예에서, 상기 GaN 층 (130) 내지 상기 p-InGaN 층 (134)은 p-InGaN 접촉 구조 (136)를 형성한다.
도 2는 상기 실시예의 모노크로마틱 LED 구조 (100) 상에 전기 접촉 형성을 도시하는 개략도이다. GaN 층 (108)의 상부 상에 층들이 유도 결합 플라즈마 에칭 (Inductive Coupled Plasma Etching) (ICP)을 사용하여 에칭된다. p-접촉 (202) 상기 p-InGaN 층 (134) 상에 형성되며, n-접촉 (204)이 상기 GaN 층 (108) 상에 형성된다. p-접촉 (202) 및 상기 n-접촉 (204)을 사용하여, p-n 접합이 형성되어 모노크로마틱 광을 방출하는 LED 구조 (100)을 활성화하는 입력 전류를 제공한다.
전술된 실시예에서, 상기 양자우물 구조 (122, 124)의 InGaN 습윤 층 (예컨대 112) 각각은 인듐 리치 양자도트 (예컨대 114)의 형성을 강화하며, 상기 양자우물 구조 (122, 124)의 AIN 층 (예컨대 118)의 InGaN 양자도트 (예컨대 114)가 확산되는 것을 방지하는 캡으로 행동할 수 있다. 나아가, InGaN 습윤 층 (예컨대 112) 각각은 모노크로마틱 광을 제공하는 인듐 리치 양자도트 형성을 위한 보다 좋은 크기 제어를 제공할 수 있다. 상기 실시예는 예컨대 옐로우, 오렌지 및/또는 레드 광 방출를 위해 보다 긴 파장 범위에서 동작하는 모노크로마틱 LED를 제공할 수 있다.
도 3(a) 내지 3(c)는 각각 전술한 실시예를 사용하여 얻어지는 옐로우, 오렌지 및 레드 LED 각각의 전계 발광 스펙트럼을 도시하는 강도 대 파장 그래프이다. TMIn 인듐 리치 InGaN 양자도트 (예컨대 114)(도 1) 성장 중의 플로우 및 InGaN 양자우물 층 (116) (도1)의 성장 속도가 변화하여 발광 색을 바꾼다. 상기 그래프들은 약 20mA의 입력 전류를 사용하여 얻은 측정에 근거한다. 도 3(a) 내지 (c)으로부터, 각 옐로우, 오렌지 및 레드 LED의 강도가 비교적 동일하다는 것이 관찰된다. 옐로우, 오렌지 및 레드 LED의 중심 주파수가 상호 약 20 nm 이동되어 있다는 것도 관찰된다.
도 4는 다른 실시예의 튜닝 가능한 백색 LED 구조 (400)를 도시하는 개략도이다. 사파이어 기판 (402)이 공정 챔버에 제공된다. 저온 버퍼층 (406)이 약 520oC 내지 550oC의 온도 범위에서 약 25 nm의 두께로 상기 기판 (402) 상에서 성장하여, 사파이어 기판 (402) 상의 GaN의 핵형성을 촉진하다. GaN 층 (408)이 1018cm-3의 도핑 농도로 약 900 oC 내지 1050 oC의 온도에서 상기 층 (406) 상에서 성장한다. 상기 층 (408)의 성장 후에, 블루 발광 양자우물 구조 (410)가 형성된다.
블루 발광 양자우물 구조 (410)를 형성하기 위해, GaN 배리어 층 (412)이 약 2 x 1017cm-3 내지 1x1018cm-3의 Si 도핑 농도로 약 7600C 내지 8500C의 온도에서 약 5.0-15.0 nm의 두께로 성장한다. 상기 GaN 배리어 층 (412)의 성장 후에, InwGa1 - wN 우물 층 (414)이 약 7600C 내지 7900C의 온도에서 상기 배리어 층 (412)에 약 2.0 내지4.0 nm의 두께로 성장하여, 0.1<w<0.16의 인듐 조성물을 제공한다. 상기 InGaN 우물 층 (414)의 성장 후에, GaN 캡 층 (416) 이 상기 InGaN 우물 층 (414)에 성장한다. 명료함을 위해, 오직 하나의 양자우물 구조 (410)가 도 4에 도시된다. 기술분야 당업자라면, 상기 양자우물 구조 (410)의 성장을 위한 단계들이 MQW 구조 형성을 위해 3 내지 5회 반복될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
블루 발광 양자우물 구조 (410)의 성장 후에, GaN 층 (418)이 약 7400C 내지 7800C의 온도에서 약 2x1017 내지 1x1018cm-3의 Si 도핑 농도로 약 15 내지 30 nm의 두께로 성장한다. p-AlyGa1 -y N (여기서 0.1<y<0.3)을 포함하는 전자 블로킹 층 (420)이 약 8000C 내지 10200C의 온도에서 약 20 내지 50 nm의 두께로 성장한다. p-AlyGa1 -y N 성장을 위한 TMA 플로우가 약 7500C 내지8000C의 성장 온도에서 약 40 내지 100 mmol/min로 유지된다. Cp2Mg 소스가 성장 중에 약 0.15 내지0.5 mmol/min로 유지된다. 상기 p-AlGaN 층 (420)의 성장 후에, p-GaN 층 (422)이 p-도펀트로 Mg 를 사용하여 약 900oC 내지 1000oC에서 성장한다. 상기 실시예에서, 상기 층들 (418, 420 및 422)이 p-GaN 접촉 구조 (424)를 형성한다. 상기 p-GaN 접촉 구조 (424)의 형성 후에, GaN 캡 층 (426)이 상기 p-GaN 접촉 구조 (424) 상에 약 800oC 내지 약 1020oC의 온도 범위에서 약 10 내지 50 nm의 두께로 성장한다. 상기 GaN 캡 층 (426)이 성장하여 상기 p-GaN 층 (422)의 표면을 "매끄럽게 한다 (smoothen)." 상기 GaN 캡 층 (426)의 성장 후에, 레드/옐로우 발광 양자우물 구조 (428)가 성장한다. 레드/옐로우 발광 양자 우물 구조 (428) 성장을 위한 공정 단계들은 도 1을 참조하여 전술한 상기 레드/옐로우 발광 양자우물 구조 (122)의 공정 단계와 실질적으로 동일하다. 이 실시예에서, 인듐 리치 InGaN 양자도트의 성장 중의 상기 TMIn의 플로우 및 상기 InGaN 우물 층의 성장 온도는 약 100C 내지 300C로 변화하여 상기 양자우물 구조 (428)가 옐로우 오렌지 광과 같은 다른 파장을 가진 레드 기반의 색을 방출하는 것을 가능하게 한다.
이 실시예에서는, 명료함을 위해, 오직 하나의 양자우물 구조가 도 4에 도시된다. 상기 양자우물 구조 (428)의 성장을 위한 공정 단계들이 MQW 구조(도 1의 MQW 구조 (126)와 비교해보라)의 형성을 위해 예컨대 3 내지 5회 반복될 수 있다는 것을 기술 분야 당업자라면 인식할 것이다.
상기 양자우물 구조 (428)의 성장 후에, p-InGaN 접촉 구조 (430)가 형성된다 상기 p-InGaN 접촉 구조 (430)를 형성하기 위한 공정 단계들은 도 1을 참조하여 전술한 p-InGaN 접촉 구조 (136) 형성을 위한 공정 단계와 실질적으로 동일하다. 도 5는 상기 실시예의 상기 튜닝 가능한 백색 LED 구조 (400) 상에 전기 접촉을 형성하는 것을 도시하는 개략도이다. 유도 결합 플라즈마 에칭 (ICP)를 사용하여 상기 n-GaN 층 (408) 상부에 층들이 에칭된다. 그 후에, p-GaN 층 (422)의 상부 상에 ICP를 사용하여 층들이 에칭된다. n-접촉 (502)이 상기 n-GaN 층 (408) 상에 형성되고, p-접촉 (504)이 상기 p-GaN 층 (422) 상에 형성되며, p-접촉 (506)이 상기 p-InGaN 접촉 구조 (430)의 p-InGaN 층에 형성된다. 상기 블루 발광 양자우물 구조 (410)가 상기 접촉 (502)과 상기 (504) 사이의 p-n 접합을 사용하여 활성화되며, 상기 옐로우/레드 발광 양자우물 구조(428)는 p-n 접합 상기 접촉 (502, 506) 간의 p-n 접합을 사용하여 활성화된다.
전술한 실시예에서, 상기 상부층을 가로지르는, 블루 발광 양자우물 구조 (410)의 블루 광의 일부가 상기 옐로우/레드 발광 양자우물 구조 (428)로부터 흡수되어 옐로우 광으로 다시 방출된다. 즉, 상기 옐로우/레드 발광 양자우물 구조 (428)로부터의 상기 옐로우 광 콤포턴트가 직접적인 캐리어 재결합 및 (상기 접촉 (502, 506)간의 p-n 접합 때문에) 블루광 성분 일부의 흡수 양자에 의해 발생한다. 나아가, 상기 옐로우/레드 발광 양자우물 구조 (428) 및 상기 블루 발광양자우물 구조 (410)가 입력 전류를 개별적으로 변화시킴으로써 제공되기 때문에, 상기 LED 구조 (400)가 튜닝 가능한 백색광을 제공할 수 있다.
다른 실시예에서, 레드/옐로우 발광 양자우물 구조와 블루 발광 양자우물 구조의 성장 순서가 바뀔 수 있다. 따라서, 이 실시예에서, 상기 레드/옐로우 발광 양자우물 구조가 먼저 사파이어 기판에서 성장하고, 그 후에 p-InGaN 접촉 구조, 블루 발광양자우물 구조 및 p-GaN 접촉 구조가 성장한다. p-n 접합이 상기 p-InGaN 접촉 구조를 이용하여 형성되어 상기 레드/옐로우 발광 양자우물 구조를 활성화하며, 다른 p-n 접합이 상기 p-GaN 접촉 구조를 사용하여 형성되어 상기 블루 발광 양자우물 구조를 활성화한다.
전술한 실시예에서, 상기 옐로우/레드 발광 양자우물 구조가 상기 블루 발광 양자우물 구조 이전에 성장하기 때문에, 상기 옐로우/레드 발광 양자우물 구조로부터 방출되는 옐로우 광은 오직 상기 p-InGaN 접촉 구조 (즉. 블루 광의 흡수 없이)를 사용하여 형성된 상기 p-n 접합에만 기초한다. 나아가, 상기 옐로우/레드 발광 양자우물 구조 및 상기 블루 발광양자우물 구조는 입력 전류를 개별적으로 변화시킴으로써 제공될 수 있기 때문에, 상기 LED 구조가 튜닝 가능한 백색광을 제공할 수 있다.
도 6은 찬 (cold) 튜닝 가능한 백색 LED의 전계발광 스펙트럼을 도시하는 강도 대 파장 그래프이다. 이 튜닝 가능한 백색 LED은 형성된다 상기 튜닝 가능한 백색 LED 구조 (400) (도4)의 공정 조건과 실질적으로 동일한 공정 조건을 사용하여 형성되며, 옐로우 방출 양자우물 구조가 먼저 성장한 후, 블루 방출 양자우물 구조가 그 후에 성장한다는 점이 다르다.
도 7은 또 다른 실시예의 튜닝 가능한 백색 LED 구조 (700)를 도시하는 개략도이다. 상기 LED 구조 (700)는 GaN 층 (701), 상기GaN 층 (701) 상에 성장하는 블루/그린 발광 양자우물 구조 (702), 상기 블루/그린 발광 양자우물 구조 (702) 위에 성장하는 p-GaN 접촉 구조 (704), 상기 p-GaN 접촉 구조 (704) 상에 성장하는 GaN 캡 층 (706) 및 상기 GaN 캡 층 (706) 상에 성장하는 p-GaN 접촉 구조 (704)를 포함한다. 상기 LED 구조 (700)를 형성하는 공정 단계들은 도 4를 참조하여 상기 LED 구조 (400)를 형성하는 공정 단계들과 실질적으로 동일하며 p-InGaN 접촉 구조가 상기 레드/옐로우 발광 양자우물 구조 (708)상에 형성되지 않는다는 것이 다르다.
이 실시예에서는, 명료함을 위해, 각 블루/그린 발광 양자우물 구조 (702) 및 레드/옐로우 발광 양자우물 구조 (708)를 위해 하나의 양자우물 구조가 도 7에 도시된다. 양자우물 구조 (702, 708)의 성장을 위한 공정 단계들이 각 양자우물 구조 (702, 708)의 형성 중에, 블루/그린 광 및 레드/옐로우 광을 각각 방출하기 위한 MQW 구조를 형성하기 위해 (예컨대, 도 1의 MQW 구조 (126)를 비교하라) 3 내지 5회 반복될 수 있다는 것을 기술분야 당업자는 인식할 것이다.
이 실시예에서, 상기 GaN 층 (701) 상부 상에 유도 결합 플라즈마 에칭 (ICP)를 이용하여 층들이 에칭된다. 상기 p-GaN 접촉 구조 (704) 상부 상의 층들은 그후, ICP를 사용하여 에칭된다. n-접촉 (710)이 상기 GaN 층 (701) 상에 형성되며, p-접촉 (712)이 상기 p-GaN 접촉 구조 (704) 상에 형성된다. 상기 블루/그린 발광 양자우물 구조 (702)는 상기 접촉 (710. 712) 간의 p-n 접합을 이용하여 활성화되며, 상기 레드/옐로우 발광 양자우물 구조 (708)는 상기 블루/그린 발광 양자우물 구조 (702)로부터 방출된 블루 광의 흡수에 기반하여 활성화된다. 따라서 이 실시예에는, 레드/옐로우 발광 양자우물 구조 (708)를 활성화시키는 별개의 p-n 접합은 없다.
전술한 실시예에서, 상기 블루/그린 발광 양자우물 구조 (702)가 입력 전류를 변화시킴으로써 제공될 수 있기 때문에, 상기 LED 구조 (700)는 튜닝 가능한 백색 광을 제공할 수 있다. 상기 레드/옐로우 발광 양자우물 구조 (708)가 흡수를 위해 이용가능한 블루 광의 양에 기반하여 간접적으로 "튜닝가능" 하다는 것을 기술 분야 당업자라면 인식할 것이다.
전술한 실시예에서, 백색광이 전계 발광 블루/그린 광과 광발광 옐로우/레드 광의 혼합으로 형성된다. 이 실시예에 의해 제공되는 장점의 하나는 InN 또는 인듐 리치 나노 구조/양자도트의 외부 확산을 일으키는, 상기 p-GaN 접촉 구조 (704)의 고온 성장 및 애닐링이 더이상 문제 되지 않는다는 것인데, 왜냐하면 상기 p-GaN 접촉 구조 (704)이 상기 레드/옐로우 발광 양자우물 구조 (708)의 성장 이전에 성장하기 때문이다. 이 실시예는 GaN/InGaN 결정 기반 구조를 제공할 수 있으며, 현재의 기술과 비교했을 때 보다 좋은 컬러 렌더링 (rendering)을 제공할 것이다. 이 실시예에서, 상기 GaN 캡 층 (706)는 상기 p-GaN 접촉 구조 (704)로부터의 Mg 외부 확산도 방지할 수 있다.
도 8은 또 다른 실시예의 튜닝 가능한 백색 LED 구조 (800)를 도시하는 개략도이다. 사파이어 기판 (802)이 공정 챔버에 제공된다. 저온 버퍼층 (806) 이 상기 기판 (802)에서 약 520oC 내지 550oC의 온도 범위에서 약 25 nm 두께로 성장하여, 상기 사파이어 기판 (802) 상의 GaN 핵형성을 촉진한다. 도핑 농도 1018cm-3를 갖 GaN 층 (808) 상기 층 (806) 상에 약 900 oC 내지 1050 oC에서 성장한다. 상기 층 (808)의 성장 후에, 그린 발광 양자우물 구조 (810)가 형성된다.
상기 그린 발광 양자우물 구조 (810)를 형성하기 위해, GaN 배리어 층 (812)이 약 2 x 1017cm-3 내지 1x1018cm-3의 Si 도핑 농도로 약 7500C 내지 8500C의 온도에서 약 5.0-15.0 nm로의 두께로 성장한다. 상기 GaN 배리어 층 (812)의 성장 후에, 약 2.0 내지 4.0 nm의 두께를 갖는 InwGa1 -w N 우물 층 (814)이 상기 배리어 층 (812) 약 7300C 내지 7700C의 온도에서 성장하여, 0.19<w<0.26의 인듐 조성물을 제공한다.상기 InGaN 우물 층 (814)의 성장 후에, GaN 캡 층 (816)이 상기 InGaN 우물 층 (814) 상에 성장한다.
이 실시예에서는, 명료함을 위해, 오직 하나의 그린 발광 양자우물 구조가 도 8에 도시된다. 양자우물 구조 (810) 성장을 위한 공정 단계들이 MQW 구조 형성을 위해 예컨대 3 내지 5회 반복될 수 있다는 것을 기술분야 당업자는 인식할 것이다.
상기 그린 발광 양자우물 구조 (810)의 성장 후에, p-GaN 접촉 구조 (818)이 상기 그린 발광 양자우물 구조 (810) 상에 성장된다. 상기 p-GaN 접촉 구조 (818) 성장을 위한 공정 단계들은 도 4를 참조하여 설명된 상기 p-GaN 접촉 구조 (424) 성장을 위한 공정 단계들과 실질적으로 동일하다. 상기 p-GaN 접촉 구조 (818)의 형성 후에, GaN 캡 층 (820)이 상기 p-GaN 접촉 구조 (818) 상에 형성된다. 상기 GaN 캡 층 (820)의 성장 후에, 블루 발광 양자우물 구조 (822)가 GaN 캡 층 (820) 에 형성된다.
상기 블루 발광 양자우물 구조 (822)의 형성을 위한 공정 단계들은 도 4를 참조한 상기 블루 발광 양자우물 구조 (410)의 공정 단계와 실질적으로 동일하다. 이 실시예에서는, 명료함을 위해, 오직 하나의 블루 발광 양자우물 구조가 도 8에 도시된다. 상기 양자우물 구조 (822) 성장을 위한 상기 공정 단계가 MQW 구조 형성을 위해 예컨대 3 내지 5회 반복될 수 있다는 것을 기술분야 당업자는 인식할 것이다.
대안으로, 상기 블루 발광양자우물 구조 (822)가 먼저 성장하고, 그 후에 그린 발광 양자우물 구조 (810)가 형성될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
이 실시예에서, 상기 블루 발광 양자우물 구조 (822)의 형성 후에, 다른 p-GaN 접촉 구조 (824)가 상기 블루 발광 양자우물 구조 (822) 상에 형성될 수 있다. 상기 p-GaN 접촉 구조 (824) 형성을 위한 공정 단계는 도 4를 참조한 상기 p-GaN 접촉 구조 (424) 형성을 위한 공정 단계와 실질적으로 동일하다. 상기 p-GaN 접촉 구조 (824)의 성장후에, GaN 캡 층 (826)이 상기 p-GaN 접촉 구조 (824) 상에 성장한다. 상기 GaN 캡 층 (826)의 성장 후에, 레드 발광 양자우물 구조 (828)가 상기 GaN 캡 층 (826)에 형성된다.
상기 레드 발광 양자우물 구조 (828) 형성을 위한 공정 단계는 도 1을 참조한 상기 레드 발광 양자우물 구조(122) 형성을 위한 공정 단계와 실질적으로 동일하다. 이 실시예서는, 명료함을 위해, 오직 하나의 레드 발광 양자우물 구조가 도 8에 도시된다. 상기 양자우물 구조 (828) 성장을 위한 공정 단계가 MQW 구조(도 1의 MQW 구조 (126)를 비교하라)의 형성을 위해 예컨대 3 내지 5회 반복될 수 있음을 기술분야 당업자는 인식할 것이다.
도 9는 상기 실시예의 상기 LED 구조 (800) 상에 전기 접촉을 형성하는 것을 도시하는 개략도이다. GaN 층 (808) 상부의 층들이 유도 결합 플라즈마 에칭 (ICP)를 사용하여 에칭된다. 상기 층들 (808)의 에칭 후에, ICP를 이용하여 상기 p-GaN 접촉 구조 (818) 상부에 층들과 p-GaN 접촉 구조 (824)가 차례로 에칭된다. n-접촉 (902)이 GaN 층 (808) 상에 형성되고, p-접촉 (904)이 상기 p-GaN 접촉 구조 (818) 상에 형성되며 p-접촉 (906) 상기 p-GaN 접촉 구조 (824) 상에 형성된다. 상기 그린 발광 양자우물 구조 (810)는 접촉 (902, 904) 간의 p-n 접합을 사용하여 활성화되며, 상기 블루 발광 양자우물 구조 (822) 접촉 (902, 906) 간의 p-n 접합을 사용하여 활성화된다. 상기 레드 발광 양자우물 구조 (828)는 상기 그린 및 블루 발광양자우물 구조 (810, 822)로부터 각각 방출되는 블루/그린 광의 흡수에 기초하여 활성화된다. 따라서, 이 실시예에는,상기 레드 발광 양자우물 구조 (828) 활성화를 위한 별개의 p-n 접합은 없다.
전술한 실시예에서는, 상기 그린 및 블루 발광 양자우물 구조 (810, 822)가 입력 전류를 변화함으로써 제공될 수 있기 때문에, 상기 LED 구조 (800)가 튜닝 가능한 백색 광을 제공할 수 있다. 상기 레드 발광 양자우물 구조 (828)는 흡수를 위해 이용가능한 상기 블루/그린광의 양에 기초하여 간접적으로 "튜닝가능"하다는 것이 인식될 것이다.
전술한 실시예는 인듐 리치 InGaN 양자도트를 이용하여 보다 긴 파장 영역에서 방출을 달성하도록 인듐 혼합을 강화하는, 모노크로마틱 옐로우, 오렌지 및/또는 레드 LED를 제공할 수 있다.
도 10은 옐로우 LED 구조(도 3(a) 참조) 및 백색 LED 구조(도 4 참조)로부터 얻은 I-V 측정을 도시하는 전류 (I) 대 전압 (V) 그래프이다. 플롯 (1002)은 상기 옐로우 LED 구조로부터 얻은 측정에 기초하며, 플롯 (1004)은 상기 옐로우 LED 구조로부터 얻은 측정에 기초한다. 각 LED 구조는 안정된 종래 다이오드 특성을 갖는다는 것이 플롯 (1002, 1004)으로부터 관찰된다.
도 11은 도 4를 참조한 백색 LED 구조 (400)의 표면 형태 (morphology)를 도시하는 스캐닝 일렉트론 마이크로스코피 (SEM) 이미지 (1102)이다. 상기 이미지 (1102)에 도시된 것처럼, 상기 p-InGaN 접촉 구조 (430) (도4)의 상기 p-InGaN 층은 다공성 표면을 가지며, 이것이 산란 효과를 제공함으로써 예컨대 도 4의 양자우물 구조 (410, 428)로부터의 광 추출을 강화한다.
도 12는 도 7을 참조한 백색 LED 구조 (700)에 기초한 샘플 백색 LED 구조의 표면 형태 (morphology)를 도시하는 스캐닝 일렉트론 마이크로스코피 (SEM) 이미지 (1202)이다. 상기 이미지 (1202)는 Ni/Au 접촉 패드 (1204)로서 p-접촉을 도시하며, Ti/Al 접촉 패드 (1206)로서 n-접촉을 도시한다.
도 13은 도 12에 도시된 이미지 (1202)의 확대된 스캐닝 일렉트론 마이크로스코피 (SEM) 이미지 (1302)이다. 상기 이미지 (1302)에 도시된 것처럼, 상기 p-접촉은 Ni/Au 메탈 스트립 (예컨대 1304) 형태이며, 상기 레드/옐로우 양자우물 구조의 상기 표면 (1306)이 예컨대 스트립들 (1304) 사이에 보인다.
도 14는 도 12 및 13의 샘플 백색 LED 구조의 전계발광 스펙트럼을 도시하는 강도 대 파장 그래프 (1402)이다. 상기 그래프 (1402)는 약 456 nm에서 방출 피크 (1404)를 보인다. 방출 (1408)의 상기 방출 피크 (1404)는 상기 블루/그린 발광 양자우물 구조에 의해 생성된다. 상기 그래프 (1402) 브로드-베이스, 저 강도 방출 (1406)도 보여준다. 상기 방출 (1406)은 상기 레드/옐로우 발광 양자우물 구조에 의해 생성된다. 상기 레드/옐로우 발광 양자우물 구조가 상기 블루/그린 발광 양자우물 구조로부터 상출된 블루 광의 흡수에 기반하여 활성화되기 때문에, 상기 레드/옐로우 광 방출 (1406)이 상기 블루 광 방출 (1408) 보다 낮은 강도를 갖는다는 것을 기술분야 당업자는 인식할 것이다.
도 15는 도 12 및 13의 상기 샘플 백색 LED 구조로부터 얻은 I-V 측정을 도시하는전류 (I) 대 전압 (V) 그래프 (1502)이다. 상기 그래프 (1502)로부터 상기 백색 LED 구조는 약 3V의 턴온 전압과 약 5V에서 약 60 mA의 전류를 갖는 좋은 I-V 특성을 갖는다는 것이 관찰된다. .
도 16은 발광 다이오드를 위한 MQW 구조 제조 방법을 도시하는 플로우 챠트이다. 다이오드. 단계 1602에서, 복수의 양자우물 구조가 형성된다. 각 양자우물 구조는 배리어층, 및 상기 배리어층 상에 형성되며 그 내부에 임베드 (embed)된 양자도트 나노 구조를 갖는 우물 층을 포함하며, 상기 배리어 및 상기 우물 층은 제 1 금속-나이트라이드 기반 물질을 포함한다. 단계 1604에서, 적어도 하나의 양자우물 구조가 형성되는데, 이 구조는 상기 우물 층 상의 캐핑 (capping)층을 더 포함하며, 상기 캐핑 (capping)층은 상기 제 1 금속-나이트라이드 기반 물질과 비교했을 때 상이한 성분을 갖는 제 2 금속-나이트라이드 기반 물질을 포함한다.
도 17은 발광 다이오드 구조의 제조 방법을 도시하는 플로우 챠트이다. 단계 1702에서, 레드/옐로우 발광 다중 양자 우물 (MQW) 구조가 형성된다. 상기 레드/옐로우 발광 MQW의 각 양자우물 구조는 배리어 층; 상기 배리어층 상에 형성되며 그 내부에 임베드 (embed)된 양자도트 나노 구조를 갖는 우물 층을 포함하며, 상기 배리어 및 상기 우물 층은 제 1 금속-나이트라이드 기반 물질을 포함한다. 단계 1704, 상기 레드/옐로우 발광 MQW의 적어도 하나의 양자우물 구조가 형성되는데, 이 구조는 상기 우물 층 상의 캐핑 (capping)층을 더 포함하며, 상기 캐핑 (capping)층은 상기 제 1 금속-나이트라이드 기반 물질과 비교했을 때 상이한 성분을 갖는 제 2 금속-나이트라이드 기반 물질을 포함한다. 단계 1706에서, 상기 발광 다이오드 구조로부터 백색광을 방출하는 상기 레드/옐로우 발광 MQW와 통합된 블루 발광 MQW 구조가 형성된다.
도 18은 발광 다이오드 구조의 다른 제조 방법을 도시하는 플로우 챠트이다. 단계 1802에서, 레드/옐로우 발광 다중 양자 우물 (MQW) 구조가 형성된다. 상기 레드/옐로우 발광 MQW의 각 양자우물 구조는 배리어 층; 상기 배리어층 상에 형성되며 그 내부에 임베드 (embed)된 양자도트 나노 구조를 갖는 우물 층을 포함하며, 상기 배리어 및 상기 우물 층은 제 1 금속-나이트라이드 기반 물질을 포함한다. 단계 1804에서, 상기 레드/옐로우 발광 MQW의 적어도 하나의 양자우물 구조가 형성되는데, 이 구조는 상기 우물 층 상의 캐핑 (capping)층을 더 포함하며, 상기 캐핑 (capping)층은 상기 제 1 금속-나이트라이드 기반 물질과 비교했을 때 상이한 성분을 갖는 제 2 금속-나이트라이드 기반 물질을 포함한다. 단계 1806에서, 상기 레드/옐로우 발광 MQW와 통합된 블루 발광 MQW 구조가 형성된다. 단계 1808에서, 상기 레드/옐로우 발광 MQW 및 상기 발광 다이오드 구조로부터 백색광을 방출하는 블루 발광MQW 구조와 통합된 그린 발광 MQW 구조가 형성된다 .
전술한 실시예들에서, 인듐 리치 InGaN 양자도트 또는 우물층에 임베드된 나노 구조가 레드, 호박색 (amber) 및 /또는 옐로우 광을 발생하기 위해 사용되었다. 각 활성 양자우물 층은 얇은 AlN 층에 의해 캡슐링 되어 높은 인 시츄 애닐링 동안에 GaN 배리어로 외부 확산되는 것을 방지한다. 백색광을 생성하기 위해, 다른 컬러 MQW들의 결합이 단일 LED 구조 내에 만들어질 수 있다. 따라서, 전술한 실시예들의 장치를 동작하기 위해 복잡한 회로가 사용되지 않아도 될 것이다. 나아가, 인이 사용되지 않기 때문에, 제조 기술이 단순화 될 수 있으며, 상기 실시예들은 인의 열화 및 통상의 RGB LED에서처럼 상이한 물질 기반의 LED의 상이한 열화 거동이라는 문제를 해결한다. 전술한 실시예들은 LED 칩 상에 인을 외부 코팅할 필요를 제거할 수 있다. 나아가, 인듐 리치 InGaN 양자도트를 전술한 실시예에 통합함으로써 재결합 효율이 증가되고 고온 동작 중에 보다 나은 안정성을 제공할 것이다.
나아가, 개별 양자우물 구조로부터 방출되는 블루, 그린 및 레드의 각 기본 색을 제공할 수 있는 전술한 실시예들로, 인듐 조성물과 도트 크기를 제어함으로써 예컨대 "찬 (cool)" 백색, "사과 (apple)" 백색 또는 "따뜻한 (warm)" 백색의 상이한 퀄리티의 백색을 얻을 수 있다.
배경 기술에서 논의된 바와 같이, InGaN 층으로의 높은 인듐 통합을 얻기가 어렵기 때문에, GaN LED 생산이 현실적으로 어렵다. 이것은 통상, 고온에서 인듐과 그 분해 (decomposition)의 솔리드 비혼화성 (solid immiscibility) 때문에 발생한다. 전술한 실시예에서는 얇은 InGaN 습윤 층이 TMI 버스트 (burst) 단계 중의 인듐 통합을 강화하기 위해 사용된다. 이것은 방출 파장을 레드 파장 영역으로 움직인다는 것이 발견된, 인듐 리치 InGaN 양자도트의 형성을 촉진하다. 예컨대 보다 긴 파장 영역에서 모노크로마틱 방출 컬러를 얻기 위해, 상기 인듐 리치 양자도트 및 InGaN 우물의 성장 중에 온도가 안정되게 유지된다. 온도 변화는 전압 바이어스가 인가 되었을 때, 파장의 미세한 변화를 가져온다. 나아가, 온도와 관련하여, p-GaN 층이 약 9000C이 온도에서 성장할 때, 상기 형성된 인듐리치 InGaN 양자도트가 보통 예컨대 우물 층과 배리어 층으로 확산된다. 전술한 실시예에서, 상기 p-InGaN 층의 성장 중에, 온도가 약 7500C 내지 8000C로 내려간다. 약 8000C 내지 8500C에서의 인 시츄 애닐링은 인듐의 양자도트로의 확산 때문에 방출 파장을 옮길 수 있다. 따라서, 전술한 실시예에서, 상기 AlN 층의 사용이 상기 p-InGaN 층의 성장 다른 층의 성장 및/또는 약 8000C 내지8500C 에서의 인 시츄 애닐링 중에 인듐이 양자도트로부터 외부 확산 되는 것을 방지할 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 나아가, 전술한 실시예는 방출 GaN LED 방출로부터 기본을 얻을 수 있으며, 이것은 색 방출을 솔리드 스테이트 라이팅을 위한 백색 광의 더 나은 컬러 렌더링을 가능하게 한다.
전술한 실시예를 이용하여, InGaN 레드 방출 양자도트 LED가 사인 보드 및 디스플레이의 전광; 키패드 라이트 가이드 (keypad light guide); 디지털 카메라 플래시 라이트; PC 모니터 백라이팅; 컬러 렌더링; 솔리드 스테이트 라이팅을 포함하는 전광 및 디스플레이 및 또는 자동차 미등이나 교통신호와 같은 다수의 어플리케이션을 위해 사용될 수 있다.
종래의 유기 LED (OLED)가 옐로우, 오렌지 및 레드 컬러를 갖는 연성 디스플레이를 제공할 수 있다 하더라도, 상기 OLED는 통상 전술한 실시예들의 비유기 (inorganic) LED에 비해 루멘(lumens)이나 발광 (luminescene)효율의 측면에서 열등하다는 것을 기술분야 당업자는 인식할 것이다.
넓게 기술된 본원의 범위나 정신을 벗어나지 않으면서 특정 실시예에 도시된 본원 발명의 다양한 변형 및/또는 수정이 가능하다는 것을 기술분야 당업자는 인식할 것이다. 따라서, 본원의 실시예들은 설명의 관점에서 고려되어야 하며, 제한적인 것이 아니다.
Claims (29)
- 발광 다이오드용 다중 양자 우물 (MQW) 구조에 있어서, 상기 MQW는 복수의 양자우물 구조를 포함하며, 각 양자우물 구조는
배리어 층; 및
상기 배리어 층에 형성되며, 내부에 임베드 (embed)된 양자도트 나노 구조를 갖는 우물층을 포함하며, 상기 배리어 층 및 상기 우물 층은 제 1 금속-나이트라이드 (nitride) 기반 물질을 포함하고,
상기 양자우물 구조 중 적어도 하나는 상기 우물 층에 형성된 캐핑 (capping) 층을 더 포함하며, 상기 캐핑층은 상기 제 1 금속-나이트라이드 기반 물질과 비교하여 상이한 금속 성분을 갖는 제 2 금속-나이트라이드 기반 물질을 포함하는, 발광 다이오드용 다중 양자 우물 (MQW) 구조. - 제 1항에 있어서, 각 양자우물 구조는 상기 양자도트 나노 구조의 형성을 촉진하는, 상기 배리어 층 및 상기 우물 층 사이에 형성된 습윤 층을 더 포함하는, 발광 다이오드용 다중 양자 우물 (MQW) 구조.
- 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 양자우물 구조는 상기 캐핑층 상에 형성된 제 2 캐핑층을 더 포함하며, 상기 제 2의 캐핑층은 상기 제 2 금속-나이트라이드 기반 물질과 비교하여 상이한 금속 성분을 갖는 제 3 금속-나이트라이드 기반 물질을 포함하는, 발광 다이오드용 다중 양자 우물 (MQW) 구조.
- 제 1항 내지 제 3항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 MQW 구조는 상기 복수의 양자우물 구조 중 최 외곽의 양자 우물 구조 상에 형성되며 전자 블로킹 층을 포함하는 p-타입 접촉 구조 및 상기 전자 블로킹 층에 형성된 p-타입 금속 나이트라이드 층을 더 포함하는, 발광 다이오드용 다중 양자 우물 (MQW) 구조. - 제 1항 내지 제 4항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 p-타입 금속 나이트라이드층은 인듐(In) 물질을 포함하는, 발광 다이오드용 다중 양자 우물 (MQW) 구조. - 제 5항에 있어서, 상기 p-타입 금속 나이트라이드 층은 약 750oC 내지 800oC 의 온도를 사용하여 형성되는, 발광 다이오드용 다중 양자 우물 (MQW) 구조.
- 제 1항 내지 제 6항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 MQW 구조는 상기 복수의 양자우물 구조 하부에, n + 층과 전기 접촉을 형성하기 위한 n-타입 접촉 층을 더 포함하는, 발광 다이오드용 다중 양자 우물 (MQW) 구조. - 제 1항 내지 제 7항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 MQW 구조는 레드/옐로우 광 방출이 가능한, 발광 다이오드용 다중 양자 우물 (MQW) 구조. - 제 1항 내지 제 8항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 MQW 구조는 레드 광 방출이 가능한, 발광 다이오드용 다중 양자 우물 (MQW) 구조. - 제 1항 내지 제 9항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 캐핑층은 알루미늄 나이트라이드 (AlN) 물질을 포함하는, 발광 다이오드용 다중 양자 우물 (MQW) 구조. - 제 1항 내지 제 10항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 캐핑층의 두께는 최고 약 3nm로 유지되는, 발광 다이오드용 다중 양자 우물 (MQW) 구조. - 제 1항 내지 제 11항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 양자도트 나노 구조는 인듐 -갈륨-나이트라이드 (InGaN) 양자도트들을 포함하는, 발광 다이오드용 다중 양자 우물 (MQW) 구조. - 발광 다이오드 구조에 있어서, 상기 발광 다이오드 구조는
레드/옐로우 발광 다중 양자 우물 (MQW) 구조 및
상기 발광 다이오드 구조로부터 백색 광 방출을 위해, 상기 레드/옐로우 발광 MQW와 인테그럴 (integral) 하게 결합된 블루 발광 MQW 구조를 포함하며,
상기 레드/옐로우 발광 다중 양자 우물 (MQW) 구조의 각 양자우물 구조는
배리어 층; 및
상기 배리어 층에 형성되며, 내부에 임베디드 된 양자도트 나노 구조를 갖는 우물 층을 포함하고,
상기 레드/옐로우 발광 다중 양자 우물 (MQW) 구조의 상기 하나의 양자 우물 구조 중 적어도 하나는 상기 우물 층에 형성된 캐핑 (capping) 층을 더 포함하며,
상기 배리어 층 및 상기 우물 층은 제 1 금속 나이트라이드 기반 물질을 포함하며, 상기 캐핑층은 상기 제 1 금속-나이트라이드 기반 물질과 비교하여 상이한 금속 성분을 갖는 제 2 금속-나이트라이드 기반 물질을 포함하는, 발광 다이오드 구조. - 제 13항에 있어서, 상기 블루 발광 MQW 구조는 상기 레드/옐로우 발광 MQW 구조의 복수의 양자우물 구조 중 최외곽의 양자 우물 구조 상에 형성되는, 발광 다이오드 구조.
- 제 13항에 있어서, 상기 레드/옐로우 발광 MQW 구조의 복수의 양자우물 구조 중 최내곽의 양자우물 구조는 상기 블루 발광 MQW 구조 상에 형성되는, 발광 다이오드 구조.
- 제 13항 내지 제 15항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 레드/옐로우 발광 MQW 구조 및 상기 블루 발광MQW 구조 아래에, n + 층과 전기 접촉을 형성하기 위한 n-타입 접촉 층 및 상기 레드/옐로우 발광 MQW 구조 및 상기 블루 발광 MQW 구조 상의 각 p-타입 접촉 구조를 더 포함하며, 상기 p-타입 접촉 구조 각각은 전자 블로킹층과 상기 전자 블로킹 층에 형성된 p-타입 금속 나이트라이드층을 포함하는, 발광 다이오드 구조.
- 제 15항에 있어서,
블루 발광 MQW 구조 하부에, n + 층과의 전기 접촉을 형성하는 n-타입 접촉 층; 및 상기 블루 발광 MQW 구조를 활성화하는, 블루 발광 MQW 구조에 형성된 p-타입 접촉 구조를 더 포함하며,
상기 레드/옐로우 발광 MQW 구조는 상기 블루 발광 MQW 구조로부터의 블루 광 방출 흡수에 기반하여, 레드/옐로우 광을 방출하는, 발광 다이오드 구조. - 제 13항 내지 제 17항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 캐핑층은 알루미늄 나이트라이드 (AlN) 물질을 포함하는, 발광 다이오드 구조.
- 제 13항 내지 제 18항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 캐핑층의 두께는 최고 약 3 nm로 유지되는, 발광 다이오드 구조.
- 제 13항 내지 제 19항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 양자도트 나노 구조는 인듐 -갈륨-나이트라이드 (InGaN) 양자도트들을 포함하는, 발광 다이오드 구조.
- 발광 다이오드 구조에 있어서, 상기 발광 다이오드 구조는
레드/옐로우 발광 다중 양자 우물 (MQW) 구조;
블루 발광 MQW 구조; 및
그린 발광 MQW 구조를 포함하고,
상기 레드/옐로우 발광 MQW 구조의 각 양자우물 구조는
배리어 층; 및
상기 배리어 층에 형성되고, 내부에 임베디드된 양자도트 나노 구조를 갖는 우물층을 포함하고,
상기 레드/옐로우 발광 다중 양자 우물 (MQW) 구조의 상기 양자 우물 구조 중 적어도 하나는 우물 층에 형성된 캐핑 (capping) 층을 더 포함하며,
상기 배리어 층 및 상기 우물 층은 제 1 금속 나이트라이드 기반 물질을 포함하며, 상기 캐핑층은 상기 제 1 금속-나이트라이드 기반 물질과 비교하여 상이한 금속 성분을 갖는 제 2 금속-나이트라이드 기반 물질을 포함하고,
상기 블루 발광 MQW 구조 및 상기 그린 발광 MQW 구조는 상기 발광 다이오드 구조로부터 백색 광을 방출하기 위해 상기 레드/옐로우 발광 MQW 구조와 인테그럴하게 형성되어 있는, 발광 다이오드 구조. - 제 21항에 있어서, 상기 레드/옐로우 발광 MQW 구조는 상기 블루 발광 MQW 구조 및 상기 그린 발광 MQW 구조상에 형성되는, 발광 다이오드 구조.
- 제 21항 또는 제 22항에 있어서,
상기 레드/옐로우 발광 MQW 구조, 상기 블루 발광 MQW 구조 및 상기 그린 발광 MQW 구조 하부에, n + 층 과의 전기 접촉 형성을 위한 n-타입 접촉 층; 및
상기 블루 발광 MQW 구조 및 상기 그린 발광 MQW 구조 상에 형성되며, 상기 블루 발광 MQW 구조 및 상기 그린 발광 MQW 구조를 각각 활성화하는 p-타입 접촉 구조를 더 포함하며,
상기 p-타입 접촉 구조 각각 전자 블로킹층 및 상기 전자 블로킹 층에 형성된 p-타입 금속 나이트라이드 층을 더 포함하며, 상기 레드/옐로우 발광 구조는 상기 블루 발광 MQW 구조로부터의 블루 광 방출 흡수 및 상기 그린 발광 MQW 구조로부터의 상기 그린 광 방출 흡수 또는 양자의 흡수에 기반하여, 레드/ 옐로우 광 방출이 가능한, 발광 다이오드 구조. - 상기 제 21항 내지 제 23항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 캐핑층은 알루미늄 나이트라이드 (AlN) 물질을 포함하는, 발광 다이오드 구조.
- 상기 제 21항 내지 제 24항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 캐핑층의 두께는 최고 약 3nm로 유지되는, 발광 다이오드 구조.
- 상기 제 21항 내지 제 25항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 양자도트 나노 구조는 인듐 -갈륨-나이트라이드 (InGaN) 양자도트들을 포함하는, 발광 다이오드 구조. - 발광 다이오드용 다중 양자 우물 (MQW) 구조 제조 방법에 있어서, 상기 제조 방법은 복수의 양자우물 구조를 형성하는 단계를 포함하며,
각 양자우물 구조는
배리어 층; 및
상기 배리어 층에 형성되고, 내부에 임베디드된 양자도트 나노 구조를 갖는 우물층을 포함하며,
상기 제조 방법은 상기 우물 층에 형성된 캐핑 (capping) 층을 더 포함하는 적어도 하나의 양자 우물 구조를 형성하는 단계를 포함하며,
상기 배리어 층 및 상기 우물 층은 제 1 금속 나이트라이드 기반 물질을 포함하며, 상기 캐핑층은 상기 제 1 금속-나이트라이드 기반 물질과 비교하여 상이한 금속 성분을 갖는 제 2 금속-나이트라이드 기반 물질을 포함하는, 제조 방법. - 발광 다이오드용 다중 양자 우물 (MQW) 구조 제조 방법에 있어서, 상기 방법은 레드/옐로우 발광 다중 양자 우물 (MQW) 구조를 형성하는 단계를 포함하며,
상기 레드/옐로우 발광 다중 양자 우물 (MQW) 구조의 각 양자우물 구조는
배리어 층;
상기 배리어 층에 형성되고, 내부에 임베디드된 양자도트 나노 구조를 갖는 우물층을 포함하며,
상기 제조 방법은
상기 우물 층에 형성된 캐핑 (capping) 층을 더 포함하는 적어도 하나의 상기 상기 레드/옐로우 발광 다중 양자 우물 (MQW) 구조를 형성하는 단계; 및
상기 발광 다이오드 구조로부터 백색 광을 방출하도록, 상기 레드/옐로우 발광 MQW 구조와 인테그럴하게 블루 발광 MQW 구조를 형성하는 단계를 포함하며,
상기 배리어 층 및 상기 우물 층은 제 1 금속 나이트라이드 기반 물질을 포함하고, 상기 캐핑층은 상기 제 1 금속-나이트라이드 기반 물질과 비교하여 상이한 금속 성분을 갖는 제 2 금속-나이트라이드 기반 물질을 포함하는, 제조 방법. - 발광 다이오드용 다중 양자 우물 (MQW) 구조 제조 방법에 있어서, 상기 방법은
레드/옐로우 발광 다중 양자 우물 (MQW) 구조를 형성하는 단계를 포함하며,
상기 레드/옐로우 발광 다중 양자 우물 (MQW) 구조의 각 양자우물 구조는
배리어 층; 및
상기 배리어 층에 형성되고, 내부에 임베디드된 양자도트 나노 구조를 갖는 우물층을 포함하며,
상기 방법은
상기 우물 층에 형성된 캐핑 (capping) 층을 더 포함하는 적어도 하나의 상기 레드/옐로우 발광 다중 양자 우물 (MQW) 구조를 형성하는 단계;
상기 레드/옐로우 발광 MQW 구조와 인테그럴하게 블루 발광 MQW 구조를 형성하는 단계; 및
상기 발광 다이오드 구조로부터 백색 광을 방출하도록, 상기 레드/옐로우 발광 MQW 구조 및 상기 블루 발광 MQW 구조와 인테그럴하게 그린 발광 MQW 구조를 형성하는 단계를 포함하며,
상기 배리어 층 및 상기 우물 층은 제 1 금속 나이트라이드 기반 물질을 포함하며, 상기 캐핑층은 상기 제 1 금속-나이트라이드 기반 물질과 비교하여 상이한 금속 성분을 갖는 제 2 금속-나이트라이드 기반 물질을 포함하는, 제조 방법.
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