KR20100080094A - Light emitting diode using radial hetero-structure nanorod - Google Patents
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Abstract
Description
개시된 발광 다이오드는 방사형 이종접합 구조의 나노 막대를 이용한 발광 다이오드에 관한 것이다. The disclosed light emitting diode relates to a light emitting diode using nano bars of a radial heterojunction structure.
반도체를 이용한 발광 다이오드(light emitting diode; LED)는 고효율, 친환경적인 광원으로서 디스플레이, 광통신, 자동차, 일반 조명 등 여러 분야에 사용되고 있다. 최근에는 백색광 LED 기술의 발달로 일반 조명용 LED 기술이 크게 주목받고 있다. 백색광 LED는, 예컨대 청색 LED 또는 자외선 LED와 형광체를 이용하여 만들거나, 또는 적색, 녹색 및 청색 LED를 조합하여 만들 수 있다.Light emitting diodes (LEDs) using semiconductors are highly efficient and eco-friendly light sources, and are used in various fields such as displays, optical communications, automobiles, and general lighting. Recently, due to the development of the white light LED technology, a general lighting LED technology has attracted much attention. White light LEDs can be made, for example, using blue LEDs or ultraviolet LEDs and phosphors, or a combination of red, green and blue LEDs.
이러한 백색광 LED의 중요 구성요소인 청색 또는 자외선 LED는 주로 질화갈륨(GaN)계 화합물 반도체를 이용하여 만들어진다. 질화갈륨계 화합물 반도체는 밴드갭이 넓고 질화물의 조성에 따라 가시광선에서 자외선까지 거의 전파장 영역의 빛을 얻을 수 있다. 통상적으로 박막형 GaN LED는 사파이어(Al2O3) 기판에 GaN 박막을 성장시켜 제조된다. 그런데, 질화갈륨계 화합물 반도체를 사파이어 기판 위에 박막 형태로 성장시킬 경우, 격자상수 부정합이나 열팽창 계수의 차이에 의해 발광 효율이 떨어지게 되며, 대면적의 성장이 어려워서 생산 비용이 증가하게 된다.Blue or ultraviolet LED, which is an important component of the white light LED, is mainly made of a gallium nitride (GaN) -based compound semiconductor. The gallium nitride compound semiconductor has a wide band gap and can obtain light in a near-field region from visible light to ultraviolet light depending on the composition of the nitride. Typically, a thin film GaN LED is manufactured by growing a GaN thin film on a sapphire (Al 2 O 3 ) substrate. However, when the gallium nitride compound semiconductor is grown in a thin film form on a sapphire substrate, the luminous efficiency is lowered due to lattice constant mismatch or difference in thermal expansion coefficient, and the large area is difficult to grow, resulting in increased production cost.
이러한 단점을 개선하기 위하여, 질화갈륨계 화합물 반도체나 산화아연 등을 이용하여 나노 막대(nanowire, nanopillar, nanocolumn)의 형태로 p-n 접합을 형성함으로써 나노 스케일의 발광 다이오드를 형성하는 기술이 연구되고 있다. 이와 같은 구조가 갖는 장점은 1차원적 성장의 경우 박막 형태의 경우보다 기판과의 격자상수 불일치나 열팽창 계수의 차이에 의한 영향을 덜 받기 때문에 이종의 기판 위에서도 쉽게 대면적 성장이 가능하다는 것이다. In order to improve this disadvantage, a technique for forming a nano-scale light emitting diode by forming a p-n junction in the form of nanowires (nanowire, nanopillar, nanocolumn) using a gallium nitride compound semiconductor or zinc oxide. The advantage of such a structure is that one-dimensional growth can be easily grown in large areas on heterogeneous substrates because it is less affected by the lattice constant mismatch with the substrate or the difference in coefficient of thermal expansion than the thin film type.
그런데, 나노 막대 구조를 발광 다이오드에 응용함에 있어, 길이 방향(성장방향)으로 p-i-n 구조를 형성하는 경우, 활성층인 i 영역의 체적을 크게 할 수 없다. 또한, 큰 체적대 표면적 비(surface to volume ratio)를 갖기 때문에 표면에서의 누설 전류가 크고, 전류의 이동통로가 작아서 직렬저항이 크다. 따라서, 나노 막대에서 발생하는 빛의 양을 더 늘리고 저항을 줄이기 위한 설계가 필요하다. However, in the application of the nano-rod structure to the light emitting diode, when the p-i-n structure is formed in the longitudinal direction (growth direction), the volume of the i region which is the active layer cannot be increased. In addition, because of the large surface-to-volume ratio, the leakage current at the surface is large and the flow path of the current is small, so the series resistance is large. Therefore, there is a need for a design to increase the amount of light generated from the nanorods and to reduce the resistance.
상술한 필요성에 따라 본 발명의 실시예들은 방사형 나노 막대 구조를 사용하여 발광 효율을 높인 발광 다이오드를 제공하고자 한다. Embodiments of the present invention in accordance with the above-described needs to provide a light emitting diode having a high luminous efficiency using a radial nano-rod structure.
본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드는 지지기판; 상기 지지기판 상에 형성된 반사 전극; 상기 반사전극 상에 수직으로 성장되고 제1타입으로 도핑된 제1영 역, 상기 제1영역으로부터 방사형으로 성장된 활성영역 및 상기 활성영역으로부터 방사형으로 성장되고 제2타입으로 도핑된 제2영역을 구비하는 다수의 나노막대; 및 상기 나노막대의 표면을 둘러싼 투명전극층;을 포함한다. A light emitting diode according to an embodiment of the present invention includes a support substrate; A reflective electrode formed on the support substrate; A first region vertically grown on the reflective electrode and doped with a first type, an active region radially grown from the first region, and a second region radially grown from the active region and doped with a second type; A plurality of nanorods; And a transparent electrode layer surrounding the surface of the nanorod.
상기 반사전극과 상기 다수의 나노막대 사이에는 상기 제1영역과 동일한 재질로 이루어진 에피층이 더 마련될 수 있으며, 상기 에피층 위의 상기 다수의 나노막대 사이 영역에 절연층이 더 마련될 수 있다. An epitaxial layer made of the same material as the first region may be further provided between the reflective electrode and the plurality of nanorods, and an insulating layer may be further provided on an area between the plurality of nanorods on the epitaxial layer. .
상기 제2영역의 표면이 거칠기(roughening) 처리될 수 있다. The surface of the second region may be roughened.
상기 제1영역의 끝단 영역은 성장 방향에 수직인 단면적이 성장 방향에 따라 작아지는 형상으로 될 수 있으며, 상기 끝단 영역은 도핑되지 않을 수 있다. The end region of the first region may have a shape in which a cross-sectional area perpendicular to the growth direction becomes smaller along the growth direction, and the end region may not be doped.
본 발명의 일 실시예에 의한 발광 다이오드는 투명전극층; 상기 투명전극층 위에 마련된 에피층; 상기 에피층 상에 수직으로 성장되고 제1타입으로 도핑된 제1영역, 상기 제1영역으로부터 방사형으로 성장된 활성영역 및 상기 활성영역으로부터 방사형으로 성장되고 제2타입으로 도핑된 제2영역을 구비하는 다수의 나노 막대; 및 상기 다수의 나노막대들을 전체적으로 덮는 형태로 마련된 금속층;을 포함한다. The light emitting diode according to an embodiment of the present invention comprises a transparent electrode layer; An epitaxial layer provided on the transparent electrode layer; A first region vertically grown on the epitaxial layer and doped with a first type, an active region radially grown from the first region, and a second region radially grown from the active region and doped with a second type A plurality of nanorods; And a metal layer provided to cover the plurality of nanorods as a whole.
상기 에피층 위의 상기 다수의 나노막대 사이 영역에 절연층이 더 마련될 수 있다. An insulating layer may be further provided in an area between the plurality of nanorods on the epi layer.
상기 에피층이 상기 투명전극에 접하는 표면이 거칠기(roughening) 처리될 수 있다. The surface of the epi layer in contact with the transparent electrode may be roughened.
상기 제1영역의 끝단 영역은 성장 방향에 수직인 단면적이 성장 방향에 따라 작아지는 형상으로 될 수 있고, 이러한 끝단 영역은 도핑되지 않은 영역으로 할 수 있다. The end region of the first region may have a shape in which a cross-sectional area perpendicular to the growth direction becomes smaller along the growth direction, and the end region may be an undoped region.
본 발명의 실시예에 의한 발광 다이오드는 나노 막대 형태로 발광 구조를 형성함으로써 이종 기판 위에 성장시키기 유리하며, 유효굴절률이 낮고 체적에 대한 표면적 비가 높아 광추출효율이 높다. 또한, 방사형으로 p-i-n 구조를 형성하므로 빛을 생성하는 발광층을 크게 할 수 있으며, 전류의 주입이 나노 막대 표면에서 이루어지므로 누설 전류가 적고 직렬 저항이 작다. The light emitting diode according to the embodiment of the present invention is advantageous to grow on a heterogeneous substrate by forming a light emitting structure in the form of a nano-rod, and has a low effective refractive index and a high surface area ratio to volume, so that the light extraction efficiency is high. In addition, since the p-i-n structure is radially formed, the light emitting layer for generating light can be increased, and since the injection of current is performed on the surface of the nanorod, the leakage current is small and the series resistance is small.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, like reference numerals refer to like elements, and the size of each element in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 발광 다이오드의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다. 도면들을 참조하면, 발광 다이오드(100)는 지지 기판(103), 지지 기판(103) 상에 형성된 반사 전극(106), 반사전극(106) 상에 수직으로 배열된 다수의 나노 막대(200), 나노 막대(200)의 표면을 둘러싼 투명전극층(115)을 포함한다. 반사전극(106)과 다수의 나노 막대(200) 사이에는 에피층(109)이 더 마련될 수 있으며, 또한, 에피층(109) 위의 나노 막대(200)들 사이 영역에는 절연층(112)이 더 마련될 수 있다.1 is a perspective view showing a schematic structure of a light emitting diode according to an embodiment of the present invention. Referring to the drawings, the
나노 막대(200)는 광을 생성, 방출할 수 있도록, 예를 들어, p-i-n 형태의 발광 구조를 가지며, p-i-n 구조가 방사형으로 형성되어 있고, 생성된 광이 나노막대(200)의 표면을 통해 방출되는 구조를 갖는다. 보다 상세한 구조는 다양한 실시예들을 도시한 도 2 내지 도 9의 설명에서 후술하기로 한다.The nano-
나노 막대(200)에 전류를 공급하는 접촉(contact) 전극으로 제1전극(118)과 제2전극(121)이 각각 투명전극층(115) 위의 일 영역 및 반사전극(106) 위의 일 영역에 마련되어 있다. 다만, 이는 예시적인 것이며, 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 지지기판(103)이 전도성 기판인 경우, 제2전극(121)이 지지 기판(103)의 일면에 마련되는 구성도 가능하다.The
지지 기판(103)으로는, 예컨대, 고농도로 도핑된 실리콘(Si) 기판, 고농도로 도핑된 게르마늄(Ge) 기판, 고농도로 도핑된 화합물 반도체 기판 또는 금속 기판 등을 사용할 수 있다. 또한, 지지 기판(103)은 나노 막대()에서 발생하는 열을 방출할 수 있도록, 구리(Cu)와 같이 열전도도 좋은 전도성 금속을 사용할 수도 있다.As the
반사 전극(106)은 전극과 반사판의 역할을 하도록 마련된다. 즉, 나노 막대(200)에 전류를 공급하는 전류 경로를 형성하고, 또한, 나노 막대(200)에서 발생하는 광을 상부로 반사할 수 있는 재질로 마련된다. 반사 전극(106)은 예를 들어, 지지 기판(103) 위에 ZrN, ZrB2, TiN, HfN 등을 성장시킴으로써 형성될 수 있다.The
에피층(109)은 반사 전극(106)과 나노 막대(200) 사이에 마련되며, 이는 발광 원리에 있어서 필수적인 것은 아니나, 나노 막대(200)를 성장시키는 제조 과정에 의해 수반되는 것이다. 예를 들어, 반사 전극(106) 위에 에피층(109)을 형성하고, 이 위로 나노 막대(200)를 성장시킨다. The
절연층(112)은 에피층(109) 위의 나노 막대(200)들 사이 영역에 마련되며, 광 생성에 기여하지 않는 불필요한 전류 경로를 줄이기 위한 것이다. 따라서, 그 두께는 에피층(109)과 투명전극층(106) 사이를 절연할 수 있는 정도로 적절히 정한다. 절연층(112)의 재질로는 투명한 절연 물질로서, 이산화규소(SiO2) 등과 같은 산화물이나 또는 실리콘 수지, 에폭시 수지 등의 투명 절연 수지를 사용할 수 있다.The
투명전극층(115)은 반사 전극(106)과 함께 나노 막대(200)에 전류를 공급하는 전류 경로를 형성하기 위한 것이다. 투명전극층(115)은 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide;TCO)로 형성될 수 있으며, 예를 들어 ITO(Indium tin Oxide), AZO(Aluminium Zinc Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 등으로 형성될 수 있다. 또는 얇은 Ni/Au층으로 구성될 수 있다. The
본 발명의 실시예에 의한 발광 다이오드(200)에서 광이 추출되는 경로를 개략적으로 살펴보면 다음과 같다. 제1전극(118)과 제2전극(121)을 통해 나노 막대(200)에 전류가 인가되면, 나노 막대(200)의 활성영역에서 광이 생성된다. 활성 영역에서의 광 방출은 자발 방출(spontaneous emission)이기 때문에 특별한 방향성이 없어서 모든 방향을 향하는데, 크게, 나노 막대(200)의 표면을 통해 방출되는 광과 발광 다이오드(100)의 하부를 향하는 광으로 볼 수 있다. 이 중, 발광 다이오드(100)의 하부를 향한 광은 반사 전극(206)에서 반사되어 발광 다이오드(100)의 상부로 방출되게 된다. Looking at the path of the light is extracted from the
도 2 내지 도 9는 도 1의 발광 다이오드(100)의 나노 막대(200)로 채용될 수 있는 다양한 실시예들(201~209)을 보이는 단면도이다. 2 to 9 are cross-sectional views illustrating
도면들을 참조하면, 나노막대(201)는 에피층(109) 상에 수직으로 성장되고 제1타입으로 도핑된 제1영역(210), 제1영역(210)으로부터 방사형으로 성장된 활성영역(220) 및 활성영역(220)으로부터 방사형으로 성장되고 제2타입으로 도핑된 제2영역(230)을 구비한다. 예를 들어, 제1영역(210)은 p-타입으로 도핑되고 제2 영역(230)은 n-타입으로 도핑될 수도 있으며, 반대로 제1영역(210)은 n-타입으로 도핑되고 제2영역(230)은 p-타입으로 도핑될 수도 있다. 나노 막대(201)는 예를 들어, p-i-n 구조의 GaN/InGaN, ZnO/MgZnO, GaAs/InGaAs, InP, InAs, AlGaInP, AlGaInAs 등의 III-V족 binary, ternary, quaternary 물질을 이용하여 이종접합 구조를 형성할 수 있다. 예컨대, 나노 막대(200)가 GaN 계열 반도체 재료로 이루어지는 경우, 제1영역(210)은 p-AlxGayInzN(x+y+z=1)로 이루어지고, 제2 영역(230)은 n-AlxGayInzN으로 구성될 수 있다. 그리고 활성 영역(220)은 AlxGayInzN에서 x, y, z 값을 주기적으로 변화시켜 띠 간격을 조절하여 만든 단일 또는 다중 양자우물 구조로 이루어질 수 있다. 또한, 나노 막대(200)가 ZnO 계열 반도체로 이루어지는 경우, 제1영역(210)은 p-MgxZnyO(x+y=1)로 이루어지고, 제2영역(230)은 n-MgxZnyO로 이루어질 수 있다. 그리고 활성 영역(220)은 MgxZnyO에서 x, y 값을 주기적으로 변화시켜 띠 간격을 조절하여 만든 단일 또는 다중 양자우물 구조로 이루어질 수 있다.Referring to the drawings, the
제조과정을 살펴보면, 지지 기판(103) 상에 반사 전극(106)을 형성하고, 다음, 예를 들어, 나노 막대(200)의 코어에 해당하는 제1영역(210)과 동일한 물질로 에피층(109)을 형성하고, 에피층(109) 위로 제1영역(210)을 수직 성장시킨다. 예를 들어, n-GaN을 축 방향의 성장이 우세한 성장 모드로 하여, Fe, Ni, Au 등의 금속 나노 입자를 성장 촉매로 사용하는 VLS(vapor-liquid-solid), 혼성 기상 결정 성장(hydride vapor phase epitaxy;HVPE), 분자선 결정 성장(molecular beam epitaxy;MBE), 유기 금속 기상 결정 성장(metal organic vapor phase epitaxy;MOVPE), HCVD (halide chemical vapour deposition) 등의 방법으로 성장한다. 이후에 방사형 성장이 우세한 모드로 전환하여 다중 양자 우물과 p-GaN 을 차례로 성장하여 활성영역(220)과 제2영역(230)을 형성한다. 여기서 다중양자우물(MQW)은 In의 몰분율과 두께를 조절하여 백색광을 내도록 조절 할 수 있다.In the manufacturing process, the
이와 같이 성장된 나노 막대(201)의 끝단 영역의 형상은 구체적인 성장법에 따라 달라질 수 있다. 촉매를 사용하는 경우, 평탄하게 형성될 수 있으며, 또는, 도시된 바와 같이, 제1영역(210)의 끝단 영역이 성장 방향에 수직인 단면적이 성장 방향에 따라 작아지는 형상으로 될 수 있다. 이와 같이 끝단 영역이 피라미드 형태로 된 경우, 이 부분에 전류 집중(current crowding)이 일어날 수 있는데, 본 발명의 일 실시예에서는 이러한 전류 집중을 방지하기 위해, 제1영역(210)의 끝단영역을 도핑되지 않은 영역으로 형성하고 있다. 즉, 도 3에 도시된 나노 막대(202)에서는 제1영역(210)을 성장할 때 마지막 끝단영역(212)의 성장시에는 도핑을 하지 않아 이 부분에서는 빛이 생성되지 않게 한다.The shape of the end region of the
또한, 끝단 영역을 제외한 나머지 영역의 형상도 성장 방향에 수직인 단면적이 성장 방향을 따라 일정하거나, 성장 방향을 따라 작아지거나, 또는 도 성장 방 향을 따라 커지는 형상이 될 수 있다. In addition, the shape of the remaining regions other than the end region may have a shape in which the cross-sectional area perpendicular to the growth direction is constant along the growth direction, decreases along the growth direction, or increases along the growth direction.
도 4에서 나타낸 나노 막대(203)는 제1영역(210)의 단면적이 성장 방향을 따라 커지는 형상으로 되어 있으며, 원뿔 형태의 끝단영역(212)은 도핑되지 않은 영역으로 형성되어 있다.The
도 5에서 나타낸 나노 막대(204)는 제1영역(210)의 단면적이 성장 방향을 따라 작아지는 형상으로 되어 있으며, 원뿔 형태의 끝단영역(212)은 도핑되지 않은 영역으로 형성되어 있다.The nano-rod 204 shown in FIG. 5 has a shape in which the cross-sectional area of the
도 6 내지 도 9에서 나타낸 나노 막대(205~208)는 제2영역(230)의 표면이 거칠기(roughening) 처리된 텍스처링 면(230a)으로 구성된 점에서 도 2 내지 도 5의 실시예와 차이가 있다. 제2영역(230)의 텍스처링 면(230a)은 활성영역(220)에서 생성된 광이 전반사되지 않고 잘 방출될 수 있는 형태로 마련된 것으로, 예를 들어, 식각 등의 공정을 통해 처리되어 있다. 도시되지는 않았지만, 이러한 텍스처링 처리는 나노 막대(205~208)를 둘러싼 투명전극층(115)의 표면에도 행해질 수 있다.The
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 발광 다이오드(300)의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다. 도면을 참조하면, 발광 다이오드(300)는 투명전극층(303), 투명전극층(303) 위에 마련된 에피층(306), 에피층(306) 상에 수직으로 배열된 다수의 나노 막대(400), 다수의 나노 막대(400)들을 전체적으로 덮는 형태로 마련된 금속층(312)을 포함한다. 에피층(306) 위의 다수의 나노 막대(400) 사이 영역에는 절연층(309)이 더 마련될 수 있다.10 is a perspective view showing a schematic structure of a
본 실시예는 나노 막대(400)에서 생성된 광이 발광 다이오드(300)의 하면으 로 방출되는 구조인 점에서 도 1의 실시예와 차이가 있다. This embodiment differs from the embodiment of FIG. 1 in that light generated from the
제조과정의 설명과 함께, 구체적인 구성을 살펴보면 다음과 같다. 미도시된 소정의 성장기판상에 에피층(306)을 형성하고, 이 위로 다수의 나노 막대(400)를 성장시킨다. 나노 막대(400)의 성장과정은 도 1의 실시예에서 설명한 것과 실질적으로 동일하다. With a description of the manufacturing process, looking at the specific configuration as follows. An
다음, 절연층(309)을 에피층(306) 위의 나노 막대(400)들 사이 영역에 형성한다. 절연층(309)은 광 생성에 기여하지 않는 불필요한 전류 경로를 줄이기 위한 것이다. 따라서, 그 두께는 에피층(306)과 금속층(312) 사이를 절연할 수 있는 정도로 적절히 정한다. 절연층(309)의 재질로는 투명한 절연 물질로서, 이산화규소(SiO2) 등과 같은 산화물이나 또는 실리콘 수지, 에폭시 수지 등의 투명 절연 수지를 사용할 수 있다.Next, an insulating
다음, 금속층(312)을 다수의 나노 막대(400)를 덮도록 형성한다. 금속층(312)은 나노 막대(400)에서 발광된 광을 반사시켜 발광 다이오드(300)의 하면으로 향하게 하도록 마련된 것이다. 금속층(312)은 예를 들어, 은(Ag), 알루미늄(Al), 또는 은이나 알루미늄을 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다.Next, the
다음, 금속층(312)을 지지 기판(315)에 본딩한다. 지지 기판(315)은 전도성이 있는 기판이 될 수 있으며, 예를 들어, 고농도로 도핑된 실리콘(Si) 기판, 고농도로 도핑된 게르마늄(Ge) 기판, 고농도로 도핑된 화합물 반도체 기판 또는 금속 기판 등을 사용할 수 있다.Next, the
다음, 이와 같이 지지 기판(315)에 본딩된 구조물을 성장기판(미도시)으로부터 레이저 리프트 오프 또는 화학적 리프트 오프 방법으로 분리하고, 분리된 면을 예를 들어 식각에 의해 거칠기(roughening) 처리하여 텍스처링 면(316a)으로 형성한다. Next, the structure bonded to the
다음, 텍스처링 면(316a) 위로 투명전극층(303)을 형성한다. 투명전극층(303)은 나노 막대(400)에 전류를 공급하고 나노 막대(400)에서 발광된 광을 투과시킬 수 있도록 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide;TCO)로 형성될 수 있다. 예를 들어 ITO(Indium tin Oxide), AZO(Aluminium Zinc Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 등으로 형성될 수 있다. 또는 얇은 Ni/Au층으로 구성될 수 있다. Next, the
본 발명의 실시예에 의한 발광 다이오드(300)에서 광이 추출되는 경로를 개략적으로 살펴보면 다음과 같다. 금속층(312), 투명전극층(303)을 통해 나노 막대(400)에 전류가 인가되면, 나노 막대(400)의 활성영역에서 광이 생성된다. 활성 영역에서의 광 방출은 자발 방출(spontaneous emission)이기 때문에 특별한 방향성이 없어서 모든 방향을 향하는데, 크게, 나노 막대(400)의 표면을 향하는 광과 발광 다이오드(300)의 하부를 향하는 광으로 볼 수 있다. 이 중, 나노 막대(400)의 표면을 향한 광은 나노 막대(400)의 표면에 접해 있는 금속층(312)에 의해 반사되어 발광 다이오드(300)의 하부를 향하고, 투명전극층(303)을 통해 방출된다. Looking at the path of the light is extracted from the
도 11 내지 도 14는 도 10의 발광 다이오드(300)의 나노 막대(400)로 채용될 수 있는 다양한 실시예들(401~404)을 보이는 단면도이다. 11 to 14 are cross-sectional views illustrating
도면들을 참조하면, 나노 막대(401)는 에피층(306) 상에 수직으로 성장되고 제1타입으로 도핑된 제1영역(410), 제1영역(410)으로부터 방사형으로 성장된 활성영역(420) 및 활성영역(420)으로부터 방사형으로 성장되고 제2타입으로 도핑된 제2영역(430)을 구비한다. 예를 들어, 제1영역(410)은 p-타입으로 도핑되고 제2 영역(430)은 n-타입으로 도핑될 수도 있으며, 반대로 도핑될 수도 있다. 제조과정을 살펴보면, 나노 막대(400)의 코어에 해당하는 제1영역(410)을 예를 들어, n-GaN을 축 방향의 성장이 우세한 성장 모드로 하여 성장하고, 이후에 방사형 성장이 우세한 모드로 전환하여 다중 양자 우물과 p-GaN 을 차례로 성장하여 활성영역(420)과 제2영역(430)을 형성한다. 여기서 다중양자우물(MQW)은 In의 몰분율과 두께를 조절하여 백색광을 내도록 조절 할 수 있다.Referring to the drawings, the nano-
이와 같이 성장된 나노 막대(400)의 끝단 영역의 형상은 구체적인 성장법에 따라 달라질 수 있으며, 평탄할 수 있고, 도시된 바와 같이, 제1영역(410)의 끝단 영역이 성장 방향에 수직인 단면적이 성장 방향에 따라 작아지는 형상으로 될 수 있다. 이와 같이 끝단영역(410)이 피라미드 형태로 된 경우, 이 부분에 전류 집중(current crowding)이 일어날 수 있는데, 본 발명의 일 실시예에서는 이러한 전류 집중을 방지하기 위해, 제1영역(410)의 끝단영역을 도핑되지 않은 영역으로 형성하고 있다. 또한, 끝단 영역을 제외한 나머지 영역의 형상도 성장 방향에 수직인 단면적이 성장 방향을 따라 일정하거나 또는 성장 방향을 따라 작아지는 형상으로 한다. The shape of the end region of the
도 12에서 나타낸 나노 막대(402)는 제1영역(410)의 단면적이 성장 방향을 따라 일정한 형상으로 되어 있으며, 원뿔 형태의 끝단영역(412)은 도핑되지 않은 영역으로 형성되어 있다.In the
도 13 에서 나타낸 나노 막대(403)는 제1영역(410)의 단면적이 성장 방향을 따라 작아지는 형상으로 되어 있다. 이와 같은 형상은 나노 막대(400)에서 생성된 광이 하부 영역으로 잘 추출되도록 하기 위한 것이다. The nanorod 403 shown in FIG. 13 has a shape in which the cross-sectional area of the
도 14에서 나타낸 나노막대(404)는 제1영역(410)의 단면적이 성장 방향을 따라 작아지는 형상으로 되어 있고, 원뿔 형태의 끝단영역(412)은 도핑되지 않은 영역으로 형성되어 있다.The nanorod 404 illustrated in FIG. 14 has a shape in which the cross-sectional area of the
이상에서 설명한 발광 다이오드(100,300)는 나노막대 구조를 채용하는 경우의 이점, 즉, 유효굴절률이 낮고 체적대 표면적 비가 높아 광추출효율이 높은 이점을 가진다. 또한, 광이 생성되는 발광층을 크게 하고 전류의 주입이 나노막대의 표면에서 이루어지고 있어 저항이 줄어드는 구조이며, 따라서, 발광 효율이 높다. The
이러한 본원 발명인 발광 다이오드는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.Such a light emitting diode of the present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings for clarity, but this is only an example, and those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. I will understand the point. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the appended claims.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 발광 다이오드의 개략적인 구성을 보이는 사시도이다.1 is a perspective view showing a schematic configuration of a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
도 2 내지 도 9는 도 1의 발광 다이오드에 채용될 수 있는 나노막대에 대한 다양한 실시예들을 보이는 단면도이다.2 to 9 are cross-sectional views illustrating various embodiments of nanorods that may be employed in the light emitting diode of FIG. 1.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 발광 다이오드의 개략적인 구성을 보이는 사시도이다.10 is a perspective view showing a schematic configuration of a light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
도 11 내지 도 14는 도 1의 발광 다이오드에 채용될 수 있는 나노막대에 대한 다양한 실시예들을 보이는 단면도이다.11 to 14 are cross-sectional views illustrating various embodiments of nanorods that may be employed in the light emitting diode of FIG. 1.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100,300...발광 다이오드 200~208, 400~404...나노막대100,300 ...
103,315...지지기판 109,306...에피층 103,315 ... support substrate 109,306 ... epi layer
106...반사전극 112,309...절연층106 ... reflective electrode 112,309 ... insulating layer
115, 303...투명전극층 312...금속층 115, 303 ...
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