KR20130127389A - 발광 다이오드 디스플레이 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 간략한 구조 및 제조 방법뿐만 아니라 우수한 효율을 갖는 발광 다이오드 디스플레이에 관한 것이다. 일실시예에서, 디스플레이는 기판 상에 배열되고 제1, 제2 및 제3 서브-픽셀로 분할되는 나노로드 LED 어레이를 특징으로 한다. 서브-픽셀을 구동하기 위해 2개의 전극이 수직 구성으로 배열되는 것이 바람직하다. 또 다른 실시예에서, 본 발명의 방법은 복수의 기본 색상을 방출하기 위한 서브-픽셀이 도전성 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 하고, 그에 따라 단계들을 간략화한다.

Description

발광 다이오드 디스플레이 및 그 제조 방법{LIGHT-EMITTING DIODE DISPLAY AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 "Ⅲ-nitride light-emitting diode and method of producing the same"를 발명의 명칭으로 하여 2010년 7월 29일자로 출원된 공동 계류 중인 미국 특허 출원 번호 12/846,443의 일부 계속 출원인 "Ⅲ-nitride light-emitting diode and method of producing the same"를 발명의 명칭으로 하는 2011년 12월 22일자로 출원된 공동 계류 중인 미국 특허 출원 13/335,199의 일부 계속 출원이며, 상기한 특허 출원들은 그 전체 내용이 원용에 의해 본 명세서에 통합되어 있다.
발명의 분야
본 발명은 발광 다이오드 디스플레이 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래의 풀컬러 발광 다이오드(LED) 디스플레이는 각각 적색, 녹색 및 청색 발광 서브-픽셀로서 기능하는 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드를 채용하며, 이들 3가지 타입의 서브-픽셀의 발광의 조합에 따라 컬러 이미지가 디스플레이된다.
풀컬러 발광 다이오드 디스플레이의 개발은 극복해야할 다수의 도전 과제를 갖고 있다. 예컨대, 이러한 도전 과제는 복잡하고 비용이 많이 소요되는 제조 공정에 관련된다. 발광 다이오드는 통상적으로 별도의 기판 상에 성장되고, 디스플레이 기판으로 이송될 필요가 있다. 이러한 이송은 발광 다이오드의 수가 방대하기 때문에 어려운 공정이 된다. 예컨대, 대각선이 40인치인 풀 HD(high definition) 풀컬러 디스플레이의 서브-픽셀의 개수 또는 발광 다이오드의 개수는 1920×1080×3에 상당한다. 이에 따라, 6,220,800개의 발광 다이오드를 이송할 필요가 있으며, 이들 중의 다수가 이송 동안 고장을 일으킬 수도 있다.
또한, 현재는 2 또는 3 인치보다 큰 직경을 갖는 기판 상에 InGaN계 또는 AlGaInP계 발광 다이오드를 제조하는 것이 곤란하기 때문에, 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드는 일반적으로 2개 또는 3개의 개별 기판에 형성된다. 그리고나서, 원하는 개수의 적색, 녹색 및 청색 LED 다이오드가 표면 실장 소자(surface-mounted device, SMD)를 형성하기 위해 단일 패키지에 이송되어 실장되며, 이 표면 실장 소자가 그 후 인쇄 회로 기판 상에 실장된다.
또한, 픽셀을 구동하기 위해서는, 발광 다이오드를 인쇄 회로 기판 또는 디스플레이 기판과 전기 접속시키기 위해 일반적으로 와이어-본딩 단계가 요구된다.
더욱이, LED 디스플레이의 발광 효율, 휘도, 및 기타 특성은 하이브리드 어프로치(hybrid approach)를 기반으로 하거나 통상적으로 만족스럽지 않다.
따라서, 우수한 성능뿐만 아니라 향상된 구성을 갖는 신규의 LED 디스플레이 및 제조 방법을 제공하는 것이 이로울 것이다.
본 발명의 목적은 향상된 구성을 갖는 발광 다이오드 디스플레이 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예는, 기판 및 상기 기판 상에 배열되는 복수의 픽셀을 포함하는 발광 다이오드 디스플레이를 제공한다. 각각의 상기 픽셀이, 제1 색상을 방출하는 하나 이상의 제1 발광 다이오드를 포함하는 제1 서브-픽셀과, 제2 색상을 방출하는 하나 이상의 제2 발광 다이오드를 포함하는 제2 서브-픽셀과, 제3 색상을 방출하는 하나 이상의 제3 발광 다이오드를 포함하는 제3 서브-픽셀을 포함한다. 각각의 상기 제1 발광 다이오드, 상기 제2 발광 다이오드, 및 상기 제3 발광 다이오드가, 제1 전극과, 상기 제1 전극과 옴 접촉(ohmic contact)하는 제1 도핑된 나노로드(nanorod)와, 상기 제1 도핑된 나노로드 상에 배열된 활성 발광 영역과, 상기 활성 발광 영역 상에 배열된 제2 도핑된 나노로드와, 상기 제2 도핑된 나노로드 상에 배열된 제2 전극을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예는, (1) 도전성 기판을 제공하는 단계와, (2) 상기 기판 상에 복수의 제1 도핑된 나노로드를 형성하는 단계와, (3) 상기 도전성 기판을 통해 상기 제1 도핑된 나노로드와 옴 접촉하는 일체형 제1 전극 또는 복수의 개별 제1 전극을 형성하는 단계와, (4) 상기 제1 도핑된 나노로드의 복수의 제1 상면의 각각의 상면 상에 제1 활성 발광 영역을 형성하는 단계와, (5) 상기 제1 도핑된 나노로드의 복수의 제2 상면의 각각의 상면 상에 제2 활성 발광 영역을 형성하는 단계와, (6) 상기 제1 도핑된 나노로드의 복수의 제3 상면의 각각의 상면 상에 제3 활성 발광 영역을 형성하는 단계와, (7) 각각의 상기 제1 발광 영역, 상기 제2 발광 영역, 및 상기 제3 발광 영역 상에 제2 도핑된 나노로드를 형성하는 단계와, (8) 각각의 상기 제2 도핑된 나노로드 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제1 발광 다이오드 영역, 상기 제2 발광 다이오드 영역, 및 상기 제3 발광 다이오드 영역은, 전압이 상기 일체형 제1 전극 또는 상기 복수의 제1 전극에 공급되고 상기 제2 전극에 공급될 때에, 각각 제1 색상, 제2 색상 및 제3 색상을 방출하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 디스플레이의 제조 방법을 제공한다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 백색광을 생성하기 위한 LED 구조의 개략도이다.
도 1b는 20mA 주입 전류에서 백색광을 방출하는 도 1a의 LED의 사진이며, 아래에 나타낸 마이크로-전계발광(electroluminescence, EL) 이미지는 여러 주입 전류에서 10x 대물렌즈 하에서 얻어진 것이다.
도 1c는 도 1a에 도시된 백색 LED로부터 전체 대역의 가시 스펙트럼 발광(full-visible-spectrum emission)을 보여주는 100x 대물렌즈 하의 마이크로-EL 이미지(20mA)이다.
도 1d는 5mA에서 25mA까지의 주입 전류에서의 도 1a의 LED의 국제조명위원회(CIE) 1931 색도 좌표(chromaticity coordinate)이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 1mA에서 25mA까지의 주입 전류에서 InGaN/GaN 나노로드 어레이(nanorod-array) 백색 LED의 전계발광(EL) 스펙트럼이다.
도 2b는 주입 전류를 함수로 하여 도 2a에 도시된 2개의 주요 피크에서의 전체 EL 세기 및 개별 EL 세기의 플로트를 도시하고 있다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 실온에서의 단일 InGaN/GaN 나노로드 LED의 I-V 곡선이다.
도 3b는 각각의 단일 InGaN/GaN 나노로드 LED가 단일 InGaN 나노디스크(nanodisk)를 포함하는 본 발명의 실시예에 의해 제공된 몇몇의 단일 InGaN/GaN 나노로드 LED의 정규화된 EL 스펙트럼을 도시하고 있다.
도 3c는 100nA에서 500nA까지 주입 전류를 증가시키는 상태에서 475nm에서 발광하는 도 3a에 도시된 단일 InGaN/GaN 나노로드 LED의 EL 스펙트럼을 도시하고 있다.
도 4a는 주입 전류를 500nA로 설정한 상태에서 475nm에서 발광하는 도 3a에 도시된 단일 InGaN/GaN 나노로드 LED의 편광 EL 스펙트럼(polarized EL spectra)을 도시하고 있다.
도 4b는 나노로드 장축(nanorod long axis)에 대한 발광 편광(emission polarization)의 함수로서 선형 편광 EL 세기가 플로트되는 475nm에서 발광하는 도 3a에 도시된 단일 InGaN/GaN 나노로드 LED의 전체 EL의 측정된 극도표(polar plot)이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 2개의 실시예에 따른 백색광을 생성하기 위한 LED 소자의 개략도이다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 5a의 LED 구조를 제조하는 방법을 도시하고 있다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 2개의 실시예에 따른 LED 디스플레이의 개략도이다.
도 8a 내지 도 8j는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광 다이오드 디스플레이를 제조하는 방법을 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 LED 디스플레이에 대한 구동 구성 및 방법을 도시하는 도면이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 참조하여 설명한다. 이들 실시예의 예는 첨부 도면에 예시되어 있다. 본 발명을 이들 구체적인 실시예에 관련하여 설명할 것이지만, 이것은 본 발명을 이들 실시예로 한정하려는 것은 아니다. 오히려, 본 발명의 실시예에 대한 단순 교체, 수정, 균등한 변화는 모두 본 발명의 권리범위에 속하며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 특허청구범위를 기준으로 한다. 명세서를 설명함에 있어서, 본 발명을 완벽하게 이해하도록 돕기 위하여 많은 특정 세부사항을 개시하였으나, 본 발명은 이러한 특정 세부 사항의 일부 또는 전부가 생략되어도 여전히 실시 가능하다. 한편, 널리 공지된 공정 단계 및 구성요소를 상세하게 설명하지 않았는데, 이는 본 발명에 대한 불필요한 한정을 방지하기 위해서이다. 도면이 상세하게 예시되어 있지만, 개시된 구성요소의 수량은 그 구성요소의 수량을 명백하게 한정하고 있는 경우를 제외하고는 더 많거나 더 적을 수도 있다. 이들 도면 및 상세한 설명에서는 서로 동일하거나 유사한 부분을 동일하거나 유사한 도면부호를 사용하여 표시하였다.
본 발명의 주요 목적은 Si 기판 상에 자기-조립된(self-assembled) GaN 나노로드 어레이(nanorod array)를 무응력(strain-free) InGaN/GaN 나노로드 이형접합구조를 성장시키기 위한 템플레이트(template)로서 이용함으로써 달성될 수 있다. 나노로드-기반 방식의 가장 주요한 특색은 압전 편광 효과(piezoelectric polarization effect)를 제거하는 것이므로, 전체 가시 대역에서의 각각의 두께가 수십 나노미터에 달하는 InGaN 나노디스크 구조를 형성할 수 있다. 상기 방식을 이용하여, 본 발명은 모노리식의, 형광체가 없는(phosphor-free) 백색광(다색성의) 나노로드 어레이 LED 및 편광 풀컬러(단색성의) 단일 나노로드 LED를 예시한다.
다음은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 형광체가 없는 백색광을 방출할 수 있는 다색 나노로드 어레이 LED를 설명한다. 플라즈마 어시스티드 분자빔 에피택시(Plasma assisted molecular beam epitaxy, PAMBE)[Chen, H.-Y., Lin, H.-W., Shen, C.-H. & Gwo, S. Structure and photoluminescence properties of epitaxially oriented GaN nanorods grown on Si(111) by plasma-assisted molecular-beam epitaxy. Appl . Phys . Lett . 89, 243105 (2006)을 참조]에 의해, 3인치 n형 Si(111) 기판 상에, 우르차이트(wurtzite) 구조의 c축을 따라, 수직으로 스스로 배열된 GaN 나노로드 어레이를 성장시킨다. PAMBE-성장 GaN 나노로드 어레이는 무응력(strain-free) 및 무전위(dislocation-free) 단결정의 특성을 나타내며, 이것은 무응력 InGaN 나노디스크를 성장시키기 위한 나노구조의 컴플라이언트 템플레이트로서 이용될 수 있다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광 다이오드를 나타내고 있으며, 그 중 도 1a는 백색광을 생성하기 위한 나노로드 어레이 LED 구조의 개략도이고, 도 1b는 20mA 주입 전류에서 백색광을 방출하는 나노로드 어레이 LED의 사진이며, 아래에 나타낸 마이크로-전계발광(electroluminescence, EL) 이미지는 여러 주입 전류에서 10x 대물렌즈 하에서 얻어진 것이며, 도 1c는 스케일 바(scale bar)가 10㎛인 사진으로 나타낸 백색 LED로부터 전체 파장의 가시 스펙트럼 발광(full-visible-spectrum emission)을 보여주는 100x 대물렌즈 하의 마이크로-EL 이미지(20mA)이며, 도 1d는 5mA에서 25mA까지의 주입 전류에서의 CIE 1931 색도 좌표(chromaticity coordinate)이며, 상관 색온도(완전 복사체 궤적(Planckian locus) 상에 나타낸)가 5mA보다 큰 주입 전류에 대해서는 거의 6000K(자연 백색광)를 유지한다.
도 1a에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 발광 다이오드는, n형 규소 기판(1), 규소 기판(1) 상에 배치된 티탄늄/금(Ti/Au) 전극(2), n형 GaN 나노로드로 구성되고 Ti/Au 전극(2)과 옴 접촉(ohmic contact)하는 n형 GaN 나노로드 어레이(3), 각각의 n형 질화갈륨 나노로드(3) 상에 배치된 하나 또는 복수의 InGaN 나노디스크(4), p형 GaN 나노로드로 구성되고 InGaN 나노디스크(4) 상방에 배치되고, 그중 하나의 p형 GaN 나노로드가 하나의 n형 GaN 나노로드에 대응되는 p형 GaN 나노로드 어레이(5), 및 p형 GaN 나노로드 어레이(5)와 옴 접촉하는 니켈/금(Ni/Au) 전극(6)을 포함한다. 티타늄/금 전극(2)은 n형 GaN 나노로드 어레이(3)와 직접적으로 접촉하지 않고, 규소 기판(1)을 통해 n형 GaN 나노로드 어레이(3)와 옴 접촉한다는 것에 주의해야 한다. 또한, 니켈/금 전극(6)은 투명 전극이며, 각각의 p형 GaN 나노로드(5)는 양단(two end)을 구비하고 있고, 투명 전극(6)에 근접한 일단이 타단보다 넓게 될 수도 있다. 이 구조는 누설 전류 채널의 형성을 방지하는데 유리하다. 제1 전극(1)은 필요한 경우 발광 면적을 제어하도록 패터닝될 수도 있다.
상기 발광 다이오드의 백색 발광은 원하는 광 혼합 효과를 위한 GaN 나노로드 p-n 접합(3/5)에 삽입된 나노디스크(4)의 스택에 의해 실현된다. InGaN의 나노디스크의 각각의 어레이는 발광 파장이 상이한 발광체의 연속 분포를 포함하며, 그 평균 발광 파장은 결정 성장 시의 온도 T와 In/Ga의 빔 플럭스(beam flux)에 의해 제어할 수 있다는 점에 주의해야 한다. 본 실시예에서, 발광 다이오드는 3개의 T1 InGaN 나노디스크, 1개의 T2 InGaN 나노디스크, 및 1개의 T3 InGaN 나노디스크를 포함하며, T1, T2 및 T3에 대한 성장 온도는 T 1 > T 2 > T 3 이다. 본 발명의 기타 실시예에서, T1, T2 및 T3를 포함하는 InGaN 나노디스크의 개수는 제한되지 않는다. 또한, 2개의 InGaN 나노디스크(4) 사이마다 GaN 장벽층(7)이 설치되어 있다. 종래의 평면형 InGaN/GaN 다중 양자 우물 구조에 있어서, InGaN 활성층의 두께는 약 2nm∼4nm로 제한된다. 여기서, 본 발명의 실시예는 응력이 없는 나노디스크 구조의 장점을 이용하여 두께가 다른 나노디스크를 적층한다(예컨대, 각각의 InGaN 나노디스크는 약 10nm∼25nm의 두께를 가짐). 그 밖에, 나노디스크의 개수와 위치(p-GaN 영역에 대한)는 자연 백색광 방출(도 1b)을 위한 적합한 광 혼합 조건을 획득하기 위해 매우 중요하다. 본 실시예에서 채용되는 두꺼운 InGaN 나노디스크는 비교적 크고 조절 가능한 활성 영역 공간을 제공할뿐만 아니라 높은 전류에서의 감소된 전자 과잉흐름(electron overflow)으로 향상된 캐리어 캡쳐(carrier capture)를 제공한다. 추후에 설명되는 바와 같이, 두꺼운 나노디스크는 발광 다이오드의 효율이 저하되는 현상에 대한 해법을 제공할 수 있다. 또한, 도 1c에 도시된 풀컬러 발광은 다양한 색의 광을 방출할 수 있는 능력(high color rendering capability)을 갖는 나노로드 어레이 LED를 제조할 수 있도록 한다. 형광체 기반 백색 LED에 대해, 다양한 색의 광의 방출은 반드시 새로운 풀컬러 형광체의 넓은 어레이를 요구할 것이며, 이것은 요구되는 온도 안정성, 양자 효율, 및 화학적 견고성을 고려할 때 효율적이지 못하다.
도 2a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 1mA에서 25mA까지의 주입 전류에서 InGaN/GaN 나노로드 어레이 백색 LED의 전계발광(EL) 스펙트럼이다. 20mA에서 2개의 주요 피크가 448nm(청색 대역) 및 569nm(황색 대역)에 위치해 있다. 5mA에서 25mA로 전류가 증가함에 따라 스펙트럼 청색 이동(spectral blue-shift)이 무시할 수 있을 정도로 작다. 이것은 InGaN 나노디스크 발광체에서 QCSE가 크지 않다는 것을 예시한다. 마이크로-EL 이미지(도 1c)에서 풀컬러 발광이 관측되는 동안, T1(청색 대역) 및 T2(황색 대역) 나노디스크 어레이로부터 발생하는 2개의 주요 피크가 분명하게 보여질 수 있고, T3 나노디스크 어레이(적색 영역으로 연장하는)로부터의 기여는 더 약하고, 황색 대역 내에 혼합된다. 전류가 5-25mA로 증가함에 따라 청색 및 황색 발광 대역은 무시할 수 있을 정도로 작은 스펙트럼 청색 이동을 나타낸다. 이들 EL 스펙트럼으로부터, 청색 대역과 확색 대역의 광 혼합이 도 1b에 도시된 백색광 방출을 야기한다는 것을 이해할 수 있다. 전류가 증가하여도 스펙트럼 청색 이동이 작다는 것은 InGaN 나노디스크 발광체에서의 분극 효과가 작다는 것을 나타내며, 이것은 나노로드 어레이 백색 LED에 대해 측정된 상관 색온도가 구동 전류에 대해 민감하지 않게 한다(도 1d).
현재, 높은 주입 전류에서의 InGaN LED의 효율 저하 현상은 일반적인 조명 응용기기용의 고휘도 LED의 주요 장애물로 간주된다. 본 발명의 실시예는 효율 저하 현상을 극복할 수 있는 두껍고 무응력의 InGaN/GaN 나노로드 이종구조를 제공한다.
도 2b는 주입 전류를 함수로 하여 도 2a에 도시된 2개의 주요 피크의 2개의 특정 파장에서의 EL 세기 및 전체 LED의 EL 세기의 플로트를 도시하고 있다. 청색 대역 세기 및 황색 대역 세기는 주입 전류가 증가함에 따라 일정한 기울기로 단조 증가(increase monotonically)하여, 백색광 방출이 구동 전류에 민감하지 않게 된다. 또한, 전체 EL는 세기가 약해지지 않는다는 것으로 나타나고 있다.
주입 전류가 단지 25mA(전류 밀도가 ∼53A/㎠)까지 테스트 되었지만, 개개의 노노로드를 통과하는 실제 전류 밀도는 매우 높을 수도 있다. 효율이 저하되기 전의 최대 전류 밀도를 측정하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 단일 나노로드 LED 및 그 전기적 특성과 광학적 특성을 제공한다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 실온에서의 단일 InGaN/GaN 나노로드 LED의 I-V 곡선이다. -10V에서는 누설 전류가 발생하지 않았다. 도면에서의 삽화는 로드 길이(rod length)가 약 2㎛인 측정된 나노로드 구조의 전계 방출 주사 전자 현미경(FE-SEM) 이미지 및 개략도를 나타내고 있다. 단일 나노로드 LED는 직경이 90nm이고 두께가 40nm인 하나의 InGaN 나노디스크(4)만을 포함한다. 스케일 바(scale bar)는 500nm이다. 측정된 I-V 곡선은 양호한 다이오드 특성을 나타내고 있다. 특히, 단일 나노로드 다이오드는 누설 전류를 나타내지 않아, 단일 InGaN/GaN 나노로드를 통과하는 실제 전류 밀도의 측정을 가능하게 한다.
도 3b는 각각의 단일 InGaN/GaN 나노로드 LED가 단일 InGaN 나노디스크를 포함하는 본 발명의 실시예에 의해 제공된 몇몇의 단일 InGaN/GaN 나노로드 LED의 정규화된 EL 스펙트럼을 도시하고 있다. 이 스펙트럼은 단일 InGaN 나노디스크로부터 방출된 빛이 좁은 스펙트럼 대역폭(∼25nm)을 갖는 단색광이라는 것을 나타낸다. 500nA의 순방향 바이어스 전류 하에서의 단일 InGaN/GaN 나노로드 LED로부터의 회절 제한된 광 방출(diffraction-limited light emission)의 해당 광학 현미경 이미지(도시하지 않음)는 각각 자색, 청색, 청록색, 녹색 및 황색을 나타낸다.
도 3c는 100nA에서 500nA까지 주입 전류를 증가시키는 상태에서 475nm에서 발광하는 단일 InGaN/GaN 나노로드 LED의 EL 스펙트럼을 도시하고 있다. 단일 InGaN/GaN 나노로드 LED는 도 3a에서 측정된 동일한 다이오드이다. 주입 전류에 대해 획득된 EL 세기 및 상대적 외부 양자 효율(external quantum efficiency, EQE)의 관계가 삽화에 나타내어져 있다. 상대적 EQE는 DC 주입 모드 하에서 주입 전류로 나눈 EL 세기에 의해 구해지며, 고정된 집광 지오메트리를 이용함으로써 측정된다. 상대적 EQE는 전류 밀도가 증가하면 단조 증가의 추세를 나타낸다. 반대로, 종래의 발광 다이오드에 대해서는, 동일한 EQE의 증가 추세는 전류 밀도가 10A/㎠보다 작을 때에만 유지된다. 이미 알고 있는 직경(90nm)의 나노로드를 이용하면, 효율 저하를 나타내지 않는 최대 전류 밀도는 8,000A/㎠로 직접 추산될 수 있다. 이 전류 밀도는 종래의 InGaN 발광 다이오드의 경우에는 ∼10A/㎠ 이고 두꺼운 InGaN 활성층을 갖는 InGaN 발광 다이오드의 경우에는 ∼200A/㎠인 전류 밀도와 비교하여 매우 높다. 효율 저하를 나타내지 않는 단일 나노로드 LED에서의 이러한 높은 전류 밀도는 본 발명에서 채용하고 있는 두께(40nm) 및 무응력 나노디스크 구조에 의해 이루어질 수 있다.
백라이트 디스플레이와 같은 몇몇 디스플레이 응용에서, 시스템 효율을 개선하기 위해 발광 다이오드로부터 편광된 광의 방출이 이루어지는 것이 바람직하다. 비극성(nonpolar)의 m-평면 InGaN 발광 다이오드에 대해서는, 커다란 평면내 방출 이방성(in-plane emission anisotropy)에 대한 보고가 이미 있으며, 액정 디스플레이의 백라이팅에 응용이 가능하다. 반대로, 종래의 극성 c-평면 InGaN 발광 다이오드는 이러한 특성을 나타내지 못한다. 본 발명은 본 발명의 실시예의 극성 나노로드 이종구조로부터의 EL 발광이 크게 편광될 수 있다는 것을 나타낸다. 도 4a는 500nA 주입 전류에서 단일 InGaN/GaN 나노로드 LED(도 3a에 도시된 동일한 구조)의 편광 EL 스펙트럼(polarized EL spectra)을 도시하고 있다. 이들 스펙트럼은 나노로드 축(우르차이트(wurtzite) 결정 구조의 c축)에 평행한 방향(곡선 A, EEL//c) 및 직각을 이루는 방향(곡선 B, EEL⊥c)의 방출 편광과 함께 기록되었다. 편광비(polarization ratio) ρ는 ρ = (I // - I ⊥)/( I // + I ⊥)이며, 여기서 I // 과 I ⊥ 는 각각 c축(나노로드 축)에 평행한 EL과 직각을 이루는 EL의 전기장(EEL)에 대응하는 EL 세기이다. 측정된 편광비는 -0.85이다. 도 4a의 삽화는 100x 대물렌즈 하의 대응하는 광학 현미경 이미지를 나타내고 있다.
도 4b는 나노로드 장축(nanorod long axis)에 대한 발광 편광(emission polarization)의 함수로서 선형 편광 EL 세기의 측정된 극도표(polar plot)이다. -0.85의 측정된 편광비는 도 4b에서 실증된 바와 같이 높은 정도의 EL 편광을 나타낸다. 나노로드 또는 나노와이어(nanowire) 발광 재료(luminescent materials)로부터의 편광된 발광의 대부분과는 달리, 관측된 EL 이방성은 나노노드 축에 대해 직각의 방향으로 된다(음의 ρ 값). 이전 연구에서 단일 GaN 나노로드(폭이 100nm 미만) 내의 광 구속 효과(optical confinement effect)는 편광 발광(polarized luminescence)의 원인이라고 지적하였다. 이 메카니즘에서, 편광비는 발광 파장과 나노로드 직경의 함수이다. 반대로, 본 발명의 실험 결과는 음의 ρ를 갖는 편광 발광이 GaN 나노로드 사이에 배치된 InGaN 나노디스크 구조에 의한 것임을 나타내고 있다. 또한, 측정된 음의 값의 ρ는 발광 파장 또는 InGaN 나노디스크 직경의 의존 관계가 크지 않음을 나타낸다. 이러한 특성은 임의의 편광광 발광을 필요로 하는 미래의 응용에 매우 바람직하다.
요약하면, 본 발명은, 나노로드 어레이 LED 및 단일 나노로드 LED를 이용하면, 자기 조립된 GaN 나노로드에 삽입된 두껍고 무응력의 InGaN 나노디스크 발광체를 기반으로 하는 LED 소자 구조가 "그린-옐로우 갭(green-yellow gap)" 및 고파워 동작 하에서의 효율 저하 현상과 같은 기존의 백색 LED 기술 한계를 극복할 수 있다는 것을 입증하였다. 이들 소자는 특수한 나노제조 기술을 필요로 하지 않으며 또한 Si 기판 상에의 대량 제조 능력을 갖는다. 또한, InGaN 나노디스크 발광체 구조의 설계에서의 높은 유연성은 새로운 발광장치 또는 디스플레이 응용장치의 최적화에 유리하다.
백색광 InGaN / GaN 나노로드 어레이 LED 의 제조예
3족-질화물 박막을 성장시킬 때 사용되는 Ⅲ족/질소 플럭스비와 비교하여, 질소-풍부 조건 하에서, 질소 플라즈마 어시스티드 분자빔 에피택시 방법(PAMBE)에 의해 3인치의 P-도핑된 n형 Si(111)(전기 저항률 : 0.001Ω㎝∼0.005Ω㎝) 웨이퍼 상에 InGaN/GaN 나노로드 어레이 샘플을 성장시켰다. 큰 RF 질소 플라즈마 소스(ADDON)가 장착되어 있는 주문 제작형 PAMBE 시스템(DCA Instruments의 DCA-600)을 이용하였다. 성장 과정 동안의 질소 플라즈마 소스는 500W RF 순반향 파워 하에서 질소 가스 유량이 3sccm(분당 표준 입방 센티미터)이었다. 즉시적인(in - situ ) 반사식 고에너지 전자 회절(reflection high energy electron diffraction, RHEED) 관찰에 의해, PAMBE-성장된 나노로드가 우르차이트-타입 단결정(나노로드 축 성장 방향이 우르차이트 c축을 따름)이라는 것을 확인하였다. 나노로드의 인 플레인 결정학적 축(in-plane crystallographic axes)이 아래의 에피택셜 관계에 부합하는 것으로 판명되었다:
Figure pat00001
. InGaN 나노디스크가 성장하기 전에, 먼저 Si(111) 기판 상에 770℃(성장 온도) 온도에서 Si-도핑된 n형 GaN 나노로드 어레이(높이가 ∼1㎛)를 성장시켰다[갈륨 빔 평행압 BEPGa : 9×10-8torr]. 그 후, n형 GaN 나노로드 상에 InGaN 나노디스크를 성장시켰다. InGaN 나노디스크의 발광 파장은 성장 온도(T) 및 Ⅲ족 빔 플럭스에 의해 제어된다. 도 1a에서, 3종의 나노디스크의 성장 온도는 T 1>T 2>T 3(T 1은 705℃, T 2는 700℃, T 3는 690℃)이다. 나노로드 어레이 백색 LED를 제조하기 위해 이용되는 이 구조에서, 백색광 방출을 발생하기 위해 3개의 T1 나노디스크(BEPGa : 7.5×10-8torr, BEPIn : 2.6×10-8torr, InGaN/GaN의 두께는 대략 25nm/25nm), 하나의 T2 나노디스크(BEPGa : 6.2×10-8torr, BEPIn : 3.3×10-8torr, InGaN/GaN의 두께는 대략 10nm/25nm), 및 하나의 T3 나노디스크(BEPGa : 5.7×10-8torr, BEPIn : 3.7×10-8torr, InGaN/GaN의 두께는 대략 15nm/25nm)가 이용된다. 도 1a에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 각각의 InGaN 나노디스크의 두께는 10nm 내지 25nm 사이에 있고，GaN 장벽층 두께는 25nm로 고정된다. 그 후, T3 InGaN 나노디스크 상에, 690℃에서, Mg-도핑된 p형 GaN 나노로드(높이가 약 1㎛)를 성장시켰다. 그리고나서, Ga/N의 플럭스비를 점점 증가시켜, p형 GaN 나노로드의 측방향 성장을 유도하고, 이를 통해 "준 연속적(quasi-continuous)"인 p형 GaN 상부 박막을 형성한다.
백색 LED 소자를 제조하기 위하여, 먼저 건식 에칭 기술(유도 결합 플라즈마, ICP)에 의해 260×280㎛2 크기의 메사(mesas)(유효 전류 통과 면적은 약 47,100㎛2)를 형성한다. LED 아이솔레이션을 위해, 노출된 GaN 나노로드 부분을 SiO2 에칭 마스크를 이용하여 Si 기판 내로 에칭한다. 이어서, 10-7torr의 진공 하에서, 접촉 금속을 증착한다. n형 Si(111) 층 및 p형 GaN 나노로드 층에 대한 옴 접촉은 Ti/Au(60nm/40nm) 및 Ni/Au(15nm/35nm)로 이루어진다. Ni/Au 상부 컨택은 방출된 광에 대해 투과성을 나타내기에 충분한 정도로 얇다. 다른 예에서, 전극은 종래 기술로 공지되어 있는 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 기타 재료와 같은 기타 재료로 구성될 수도 있다.
단색성 InGaN / GaN 단일 나노로드 LED 의 제조예
본 발명에서 이용되는 InGaN/GaN 단일 나노로드 LED 구조를 PAMBE 방법을 통해 3인치의 n형 Si(111) 웨이퍼 상에 성장시켰다. 먼저, 770℃의 조건에서 1.2㎛의 n형 GaN 나노로드를 성장시고, 그 후 705℃에서 n형 GaN 나노로드 상에 40nm 두께의 InGaN 나노디스크를 성장시켰다(BEPGa : 3.5×10-8torr, BEPIn : 2.6×10-8torr). 마지막으로, 685℃에서, InGaN 나노디스크의 상부에 800nm의 p형 GaN 나노로드를 성장시켰다.
PAMBE 성장 후에, 이 샘플을 1% 불산 수용액(HF solution)에 30초 동안 담궈, 나노로드 상의 자생 산화물을 제거한다. 그리고나서, 이 샘플을 소닉 배쓰(sonic bath)를 이용하여 이소프로판올 용액(isopropanol solution)에 띄우고, 그 다음으로 산화된(약 500nm 산화물로 덮혀진) Si 기판 상에 설치한다. 전극은 표준 포토리소그래피 및 리프트 오프(photolithography and lift off) 공정으로 패터닝된다. n형 및 p형 전극에 대한 옴 접촉은 모두 Ti/Au(20nm/35nm)로 이루어진다. 접촉 금속은 진공 챔버 내에서 증착되며, 기본 압력은 10-7torr 범위이었다. 접촉 증착 공정 후, LED 소자를 기본 압력이 10-9torr 범위인 진공 챔버 내에서 600℃로 20초 동안 어닐링(annealing)하였다.
당업자라면, 전술한 실시예에 대해 변경, 대체, 대등한 구성 및 변형이 이루어질 수 있고, 이들 또한 본 발명의 범위 내에 있다는 것을 이해할 것이다. 예컨대, 도 1a에 도시된 LED 구조가 예시를 위해 수평 타입의 LED 구조로 되어 있지만, 수직 타입과 같은 다른 타입으로 될 수도 있다. 또한, Si 기판 대신에 다른 기판이 채용될 수도 있으며, 접촉 전극이 다른 재료 또는 복합 재료로 구성될 수도 있고, 다른 구성 및 위치를 가질 수도 있다. 또한, LED 구조는 다양한 용도를 위해 금속 기판, 플라스틱 기판, 인쇄 회로 기판, 투명 기판, 또는 기타 기판과 같은 또 다른 기판에 이송될 수도 있다. 더욱이, 전술한 제조 방법의 하나 또는 그 이상의 단계를 대체하기 위해 종래 기술로 공지된 다른 방법이 이용될 수도 있다. 더욱이, 기판이 p형 도핑으로 될 수도 있고, p형 및 n형 GaN 나노로드 어레이(3/5)의 위치를 서로 바꿀 수도 있다. 더욱이, 본 명세서에서 이용되는 "GaN"과 "InGaN"의 표현은 "GaN계" 및 "InGaN계"를 지칭할 수도 있으며, 그 원소는 다소 변경되거나 수정될 수도 있다. 예컨대, InGaN은 AlInGaN으로 대체될 수도 있고, GaN은 AlGaN 등으로 대체될 수도 있다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수직 타입의 LED 구조를 도시한다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 발광 다이오드 구조는 기본적으로 기판(1), 제1 전극(2), 제1 도핑된 나노로드 어레이(3), 복수의 활성 발광 영역(4), 제2 도핑된 나노로드 어레이(5), 및 제2 전극(6)을 포함한다.
일례로 그리고 바람직하게는, 기판(1)은 n형 도핑된 규소 기판이고, 제1 전극은 예컨대 Ti/Au 전극과 같은 복합 다층 전극이고, 제1 도핑된 나노로드 어레이(3)는 n형 GaN 나노로드 어레이고, 각각의 활성 발광 영역은 하나 이상의 InGaN 나노디스크(4)를 포함하고, 제2 도핑된 나노로드 어레이(5)는 p형 GaN 나노로드 어레이이며, 제2 전극(6)은 예컨대 인듐 주석 산화물(ITO) 전극과 같은 투명 전극이다.
바람직한 실시예에서, 제1 전극(2) 및 제1 도핑된 나노로드 어레이(3)는 기판의 2개의 반대쪽 표면 상에 위치된다. 제1 도핑된 나노로드 어레이(3)는 기판(1)을 통해 제1 전극(2)과 옴 접촉하는 n형 GaN 나노로드를 포함한다. 하나 이상의 InGaN 나노디스크(4)는 각각의 n형 GaN 나노로드(3) 상에 위치된다. p형 GaN 나노로드 어레이(5)는 InGaN 나노디스크(4)의 상부 위에 배치된 p형 GaN 나노로드를 포함하며, 하나의 p형 GaN 나노로드가 하나의 n형 GaN 나노로드에 대응한다. 예컨대 ITO 전극(6)과 같은 제2 전극(6)은 p형 GaN 나노로드 어레이(5) 상에 위치되어 옴 접촉한다.
바람직하게는, 제2 전극(6)은 투명하게 또는 투명하게 되기에 충분한 정도로 얇게 패터닝된다. 또한, 각각의 p형 GaN 나노로드(5) 및/또는 각각의 n형 GaN 나노로드(3)는 2개의 말단부를 가지며, 도 5b에 도시된 바와 같이, 2개의 말단부 중의 투명 전극(6)에 근접한 말단부, 즉 투명 전극(6)으로부터의 말단부가 다른 말단부보다 폭이 더 넓게 될 수 있다. 이 구조는 누설 전류 채널의 형성을 방지하는데 도움을 준다. 제1 전극(1) 또한 필요한 경우 발광 면적을 조절하도록 패터닝될 수 있다. 본 명세서에서 이용되는 "및/또는"이라는 표현은 "및" 또는 "또는"을 지칭한다는 것에 유의하기 바란다.
전술한 바와 같이, 발광 파장, 즉 발광 파장, 즉 LED 구조의 발광 컬러 또는 요구된 혼합 효과는 나노디스크 발광체의 개수 및 발광 파장에 의해 제어될 수 있으며, 이것은 예컨대 나노디스크를 성장시키기 위한 에피택셜 공정에서의 성장 온도 T와 In/Ga 빔 플럭스비와 같은 원소의 플럭스비에 의해 제어된다.
도 1c 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 발광 컬러는 전체 대역의 가시 스펙트럼(full-visible-spectrum)이 될 수 있다. 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 발광 다이오드는 3개의 T1 InGaN 나노디스크, 1개의 T2 InGaN 나노디스크, 및 하나의 T3 InGaN 나노디스크를 포함하고, T1, T2 및 T3에 대한 성장 온도는 T 1>T 2>T 3이다. 또한, GaN 장벽층(7)이 2개의 InGaN 나노디스크(4)마다의 사이에 개재된다. 백색광 발광은 전술한 구조에 의해 달성될 수 있다.
각각의 나노디스크의 두께는 10nm 내지 25nm의 범위로 될 수 있지만, 이 범위보다 더 작거나 더 크게 될 수도 있다. 더욱이, 도 5a 및 도 5b의 실시예에 대한 변경, 대체, 대등한 구성 및 변형이 적어도 도 1a에 도시된 실시예와 마찬가지로 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 다라, 도 6a 내지 도 6f는 도 5a에 도시된 바와 같이 수직 타입의 LED 구조를 제조하는 방법을 도시한다.
도 6a를 참조하면, 기판(1)이 제공된다. 기판(1)은 Si 기판, SiC 기판, 기타 반도체 기판, 또는 기타 도전성 재료로 구성된 기타 기판을 포함할 수 있으며, 이러한 것으로 한정되지 않는다. 예시를 위해, 전기 저항률이 0.001∼0.005Ω㎝인 강도핑된 n형 Si(111) 기판(1)이 이용된다. 기판(1)은 당해 기술 분야에 공지된 바와 같은 정상적인 과정에 의해 세정될 수 있다. 또한, 기판(1)은 기판(1)의 표면 상의 자생 산화물을 제거하기 위해 불산(HF) 또는 불화암모늄(NH4F) 수용액과 같은 완충 산화물 에칭(buffered oxide etching, BOE) 용액에 담궈질 수 있다.
도 6b를 참조하면, Ti/Au 전극(2)과 같은 제2 전극(2)이 열 증착, 전자 빔 증착, 스퍼터링, 또는 종래 기술에 공지된 기타 방법과 같은 증착 방법에 의해 기판(1)의 하면에 형성된다.
도 6c를 참조하면, 적어도 제1 도핑된 나노로드 어레이(3), 활성 발광 영역(4) 및 제2 도핑된 나노로드 어레이(5)를 포함하는 EL 구조는 에피택셜 공정, 바람직하게는 전술한 질소 플라즈마 어시스트 분자 빔 에피택시(PAMBE)에 의해 형성된다. 예시를 위해 그리고 바람직하게는, 제1 도핑된 나노로드 어레이(3)는 n형 GaN 나노로드 어레이이며, 각각의 활성 발광 영역(4)은 하나 이상의 InGaN 나노디스크를 포함하고, 제2 도핑된 나노로드 어레이(5)는 p형 GaN 나노로드 어레이이다.
이하에서는 EL 구조를 성장시키기 위한 특정한 예를 예시한다. Ⅲ족 질화물 박막 성장을 위해 이용되는 Ⅲ족/질화물 플럭스비에 비교하여, 질소-풍부 조건 하에서 PAMBE 공정이 수행된다. 성장 과정 동안의 질소 플라즈마 소스는 500W RF 순반향 파워 하에서 질소 가스 유량이 3sccm(분당 표준 입방 센티미터)이었다. 즉시적인(in - situ ) 반사식 고에너지 전자 회절(reflection high energy electron diffraction, RHEED) 관찰에 의해, 성장된 나노로드가 우르차이트-타입 단결정이라는 것을, 즉 나노로드 축 성장 방향이 우르차이트 c축을 따른다는 것을 확인하였다. 나노로드의 인 플레인 결정학적 축이 아래의 에피택셜 관계에 부합하는 것으로 판명되었다:
Figure pat00002
. InGaN 나노디스크가 성장하기 전에, 먼저 Si(111) 기판 상에 성장 온도를 770℃로 하고 갈륨 빔 평행압(BEPGa)를 9×10-8torr로 하여 높이가 약 1㎛인 Si-도핑된 n형 GaN 나노로드 어레이를 성장시켰다. 그 후, n형 GaN 나노로드 상에 InGaN 나노디스크를 성장시켰다. InGaN 나노디스크의 발광 파장은 성장 온도(T) 및 Ⅲ족 빔 플럭스에 의해 제어된다. 도 5a 및 도 5b의 예에서, 3종의 나노디스크의 성장 온도는 T 1>T 2>T 3(T 1은 705℃, T 2는 700℃, T 3는 690℃)이다. 이 구조는 백색 LED를 제조하기 위해 이용되며, 성장 조건은 다음과 같다: 3개의 T1 나노디스크(BEPGa : 7.5×10-8torr, BEPIn : 2.6×10-8torr, InGaN/GaN의 두께는 대략 25nm/25nm), 하나의 T2 나노디스크(BEPGa : 6.2×10-8torr, BEPIn : 3.3×10-8torr, InGaN/GaN의 두께는 대략 10nm/25nm), 및 하나의 T3 나노디스크(BEPGa : 5.7×10-8torr, BEPIn : 3.7×10-8torr, InGaN/GaN의 두께는 대략 15nm/25nm). 도 5a 및 도 5b에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 각각의 InGaN 나노디스크의 두께는 10nm 내지 25nm 사이에 있고，GaN 장벽층 두께는 25nm로 고정된다. T3 InGaN 나노디스크 상에, 690℃에서, 높이가 약 1㎛인 Mg-도핑된 p형 GaN 나노로드를 성장시켰다. 도 5b의 구조를 성장시키기 위해, Ga/N의 플럭스비를 점점 증가시켜, n형 GaN 나노로드 및/또는 p형 GaN 나노로드의 측방향 성장을 유도하고, 이를 통해 "준 연속적(quasi-continuous)"인 p형 GaN 상부 박막을 형성한다.
추가로, 필요한 경우, 나노로드 사이의 갭을 채우기 위해 스핀 온 글래스(spin on glass, SOG) 공정이 수행될 수 있다. 이러한 목적으로 액체 유전체 재료 또는 산화물 기반 재료(oxide-based material)가 이용될 수 있다.
도 6d를 참조하면, 정해진 애퍼처(8a)를 갖는 패터닝된 포토레지스트층(8)이 제2 도핑된 나노로드 어레이(5) 상에 형성된다. 이 단계는 포토리소그래피 또는 E-빔 리소그래피와 같은 종래 기술로 공지된 방법에 의해 수행될 수 있다. 예컨대, 포토레지스트층이 먼저 제2 도핑된 나노로드 어레이(5) 상에 코팅되고, 그리고나서 적합한 광원으로 조사함으로써 패턴이 포토레지스트에 전사되며, 애퍼처(8a)가 정해진다. 양극 알루미늄 산화물(anodic aluminum oxide, AAO) 기판과 같은 다른 마스크 재료가 패터닝을 위해 포토레지스트층(8)을 대체할 수도 있다.
도 6e를 참조하면, 그 후 전술한 증착 방법에 의해 애퍼처(8a) 내의 제2 도핑된 나노로드 어레이(5) 상에 제2 전극(6)이 형성된다.
도 6f를 참조하면, 필요한 경우, 또 다른 포토레지스트층(도시하지 않음)이 제2 전극(6) 상에 형성되어, 에칭 방법, 바람직하게는 유도 결합 플라즈마(ICP) 에칭 방법과 같은 적합한 방법에 의해 사용되지 않는 나노로드 어레이를 제거할 수도 있다. 이 단계는 비용 절감을 위해 생략될 수도 있다.
도 6a 내지 도 6f에 표시된 방법의 순서는 변경될 수도 있다. 예컨대, EL 구조(3, 4, 5, 7)가 성장되는 곳을 정하기 위해 마스크가 이용되어, 도 6f의 단계가 생략될 수도 있다. 예컨대, 제1 전극(2)은 EL 구조(3, 4, 5, 7)가 형성된 후에 형성될 수도 있다.
전술한 실시예는 더 우수한 효율 및 유연성으로 백색 또는 전체 대역의 가시 스펙트럼 내의 컬러를 방출할 수 있는 여러 개의 발광 다이오드를 예시하였으며, 이러한 발광 다이오드는 발광 다이오드 디스플레이와 같은 다양한 전자 자이를 제조하는데 이용될 수 있다.
도 7a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광 다이오드(LED) 디스플레이를 도시하는 간략화된 도면이다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 발광 다이오드 디스플레이는 기본적으로 복수의 픽셀(9)을 포함하며, 각각의 픽셀(9)은 예컨대 "B"와 같은 하나 이상의 제1 발광 다이오드, 예컨대 "G"와 같은 하나 이상의 제2 발광 다이오드, 및 예컨대 "R"과 같은 하나 이상의 제3 발광 다이오드를 포함하며, 제1, 제2 및 제3 발광 다이오드(B, G, R)은 각각 바람직하게는 청색, 녹색 및 적색인 제1, 제2 및 제3 컬러를 방출한다. 제1, 제2 및 제3 발광 다이오드(B, G, R)의 개수는 LED 디스플레이의 해상도에 의해 결정될 수 있으며, 통상적으로 수백 개 이상이다. 예시를 위해, 각각의 픽셀(9)은 본 실시예에서는 약 100개의 적색 LED, 약 100개의 녹색 LED, 및 약 100개의 청색 LED(B, G, R)를 포함한다.
픽셀(9)은 기판(1) 상에 배열되거나 직접 형성된다. 기판(1)은 도전성 기판일 수도 있고, 또는 기판의 상면에 도전성 표면 또는 패턴이 코팅되는 비도전성 기판일 수도 있다. 기판(1)은 기본적으로 규소, 탄화규소, 반도체, 플라스틱 재료, 금속, 글래스 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택되는 재료로 이루어질 수 있다. 각각의 청색, 녹색 및 적색 발광 다이오드(B, G, R)는 제1 도핑된 나노로드(3), 제1 도핑된 나노로드(3) 상에 배열된 활성 발광 영역(4, 4', 4"), 활성 발광 영역(4, 4', 4") 상에 배열된 제2 도핑된 나노로드(5), 및 제2 도핑된 나노로드(5) 상에 배열된 제2 전극(6)을 포함한다. 또한, 제1 전극(2)은 기판(1)을 통해 모든 LED 다이오드(R, G, B)의 제1 도핑된 나노로드(3)와의 옴 접촉을 위해 기판(1)의 하면에 배치되는 것이 바람직하다. 이 실시예에서는 제1 전극(2)이 통합되어 있지만, 다른 실시예에서는 복수 개로 되어, 가각의 하나의 제1 도핑된 나노로드(3)에 대응할 수도 있다. 이와 달리, 수평 구성으로 도시되지 않은 바와 같이, 제1 전극(2)은 복수 개로 구성되어, 기판(1)을 통해 제1 도핑된 나노로드(3)와의 각각의 옴 접촉을 위해 상면 상에 형성될 수도 있다.
예시를 위해, 이하에서는 도 7a에 도시된 바람직한 실시예의 세부구성을 설명한다. 기판(1)은 통상적으로 n 도핑된 Si 기판이다. 제1 전극(2)은 예컨대 Ti/Au 전극과 같은 복합 다층 전극이다. 제1 도핑된 나노로드(3)는 n형 GaN 나노로드이다. 활성 발광 영역(4, 4', 4")은 하나 이상의 InGaN 나노디스크를 포함하며, 예컨대 청색 발광을 위한 하나의 T1나노디스크, 녹색 발광을 위한 하나의 T2 나노디스크, 및 적색 발광을 위한 하나의 T3 나노디스크를 포함한다. 제2 도핑된 나노로드(5)는 p형 GaN 나노로드이다. 제2 전극(6)은 예컨대 인듐 주석 산화물(ITO) 전극과 같은 투명 전극이다. 또한, GaN 장벽층(7)이 각각의 나노디스크(T1, T2, T3)와 p형 GaN 나노로드(5) 사이와 2개 이상의 나노디스크(T1, T2, T3)인 경우에는 나노디스크(T1, T2, T3) 사이에 배치될 수 있다. 나노디스크(T1, T2, T3)의 개수는 LED 다이오드의 발광 파장을 조정하기 위해 복수 개로 될 수 있으며, 나노디스크(T1, T2, T3)는 예컨대 InGaN와 같은 동일한 재료이지만 상이한 두께로 구성될 수도 있다. 제2 전극(6)은 투명한 것이거나 또는 투과성을 나타내기에 충분한 정도로 얇게 된다. 나노디스크(T1, T2, T3)는 상이한 온도에서 성장되며, 본 실시예에서는 T1 나노디스크가 가장 높은 성장 온도를 갖고, T2가 두 번째 높은 성장 온도를 가지며, T3가 세 번째 높은 성장 온도를 갖는다. 바람직하게는, 나노디스크를 성장시키는 순서는 가장 높은 성장 온도에서부터 가장 낮은 성장 온도로, 즉 T1, T2 및 T3의 순으로 진행된다. 나노디스크를 반대의 순서로, 즉 T3, T2 및 T1의 순서로 성장시키면, 인듐의 함량이 불안정하게 되고, 그러므로 나노디스크의 발광 파장이 변경된다.
도 7b는 도 7a의 수정된 LED 디스플레이를 도시하고 있으며, 이 도면에서, p형 GaN 나노로드(5) 및/또는 n형 GaN 나노로드(3)는 2개의 말단부를 가지며, 2개의 말단부 중의 제2 전극(6)에 근접한 말단부, 즉 제2 전극(6)으로부터의 제1 말단부가 다른 말단부보다 폭이 더 넓게 될 수 있다. 이 구조는 누설 전류 채널의 형성을 방지하는데 도움을 준다.
본 실시예에 대한 변경, 단순 교체, 및 변형이 이루어질 수 있다. 예컨대, 각각의 픽셀(9)은 제4 컬러를 방출하는 하나 이상의 제4 발광 다이오드, 제5 컬러를 방출하는 하나 이상의 제5 발광 다이오드 등을 더 포함할 수도 있다. 제4 컬러는 옐로우 골드일 수도 있으며, 이것으로 한정되지 않는다. 예컨대, 기판(1)은 복수의 단일 패키지를 형성하도록 슬라이스될 수도 있으며, 각각이 하나 이상의 픽셀(9)을 포함하고, 패키지가 그 후 또 다른 기판, 예컨대 인쇄 회로 기판 또는 가요성 인쇄 회로 기판에 실장된다. 전술한 실시예에서 언급된 것과 유사한 기타 변경, 단순 교체, 및 변형이 이루어질 수 있다.
도 8a 내지 도 8j는 도 7a에 도시된 바와 같이 LED 디스플레이를 제조하기 위한 본 발명의 방법을 예시하는 개략도이다.
도 8a를 참조하면, 기판(1)이 제공된다. 기판(1)은 Si 기판, SiC 기판, 기타 반도체 기판, 또는 다른 도전성 재료로 이루어진 기타 기판을 포함할 수 있다. 예시를 위해, 전기 저항률이 0.001∼0.005Ω㎝인 강도핑된 n형 Si(111) 기판(1)이 이용된다. 기판(1)은 당해 기술 분야에 공지된 바와 같은 정상적인 과정에 의해 세정될 수 있다. 또한, 기판(1)은 기판(1)의 표면 상의 자생 산화물을 제거하기 위해 불산(HF) 또는 불화암모늄(NH4F) 수용액과 같은 완충 산화물 에칭(buffered oxide etching, BOE) 용액에 담궈질 수 있다.
도 8b를 참조하면, 복수의 제1 도핑된 나노로드(3)가 에피택셜 공정, 바람직하게는 전술한 질소 플라즈마 어시스트 분자 빔 에피택시(PAMBE)에 의해 기판(1)의 상면 상에 형성된다. 제1 도핑된 나노로드(3)은 마스크에 의해 기판(1)의 선택된 영역 상에 형성될 수도 있고, 또는 근본적으로 기판(1)의 전체 영역에 형성될 수도 있다. 본 실시예에서, 제1 도핑된 나노로드(3)는 n형 GaN 나노로드이다.
도 8c를 참조하면, 정해진 애퍼처(8a)를 갖는 제1 마스크(8)가 제1 도핑된 나노로드(3) 상에 배열되거나 형성되어, 선택된 제1 도핑된 나노로드(3)의 복수의 제1 상면(3a)을 노출시킨다. 제1 마스크(8)는 패터닝된 포토레지스트층 또는 이산화규소, 양극 알루미늄 산화물(AAO), 및 티타늄 등과 같은 기타 마스크 재료일 수 있다. 패터닝된 포토레지스트층(8)을 예로 하면, 패터닝된 포토레지스트층은 포토리소그래피 또는 전자빔 리소그래피와 같은 종래 기술에 공지된 방법에 의해 형성될 수 있다. 예컨대, 포토레지스트층이 먼저 제1 도핑된 나노로드(3) 상에 코팅되고, 그 후 적합한 광원으로 노광함으로써 포토레지스트층에 패턴이 전사되며, 애퍼처(8a)가 정해진다.
도 8d를 참조하면, 복수의 제1 활성 발광 영역(4)이 도 8b에서 설명한 에피택셜 공정을 이용함으로써 제1 도핑된 나노로드(3)의 제1 상면(3a) 상에 각각 형성된다. 각각의 제1 발광 영역(4)은 하나 이상의 나노디스크를 포함한다. 본 실시예에서, 각각의 발광 영역(4)은 청색을 방출하기 위한 전술한 T1 나노디스크 및 전술한 장벽층(7)을 포함한다. 그 후, 에칭(예컨대, BOE) 용액에 의해 제1 마스크(8)가 제거되거나 벗겨진다.
도 8e를 참조하면, 정해진 애퍼처(8a')를 갖는 제2 마스크(8')가 제1 도핑된 나노로드(3) 상에 배열되거나 형성되어, 선택된 제1 도핑된 나노로드(3)의 복수의 제2 상면(3b)을 노출시킨다. 제2 마스크(8')는 기본적으로 애퍼처(8a')의 위치를 제외하고는 제1 마스크(8)와 동일하여도 된다.
도 8f를 참조하면, 복수의 제2 활성 발광 영역(4')이 도 8b에서 설명한 에피택셜 공정을 이용함으로써 제1 도핑된 나노로드(3)의 제2 상면(3b) 상에 각각 형성된다. 각각의 제2 활성 발광 영역(4')은 하나 이상의 나노디스크를 포함한다. 본 실시예에서, 각각의 제2 활성 발광 영역(4')은 녹색을 방출하기 위한 전술한 T2 나노디스크 및 전술한 장벽층(7)을 포함한다. 그 후, 완충 산화물 에칭(BOE) 용액에 의해 제2 마스크(8')가 제거되거나 벗겨진다.
도 8g를 참조하면, 정해진 애퍼처(8a")를 갖는 제3 마스크(8")가 제1 도핑된 나노로드(3) 상에 배열되거나 형성되어, 선택된 제1 도핑된 나노로드(3)의 복수의 제3 상면(3c)을 노출시킨다. 제3 마스크(8")는 기본적으로 애퍼처(8a")의 위치를 제외하고는 제1 마스크(8)와 동일하여도 된다.
도 8h를 참조하면, 복수의 제3 활성 발광 영역(4")이 도 8b에서 설명한 에피택셜 공정을 이용함으로써 제1 도핑된 나노로드(3)의 제3 상면(3c) 상에 각각 형성된다. 각각의 제3 활성 발광 영역(4")은 하나 이상의 나노디스크를 포함한다. 본 실시예에서, 각각의 제3 활성 발광 영역(4")은 적색을 방출하기 위한 전술한 T3 나노디스크 및 전술한 장벽층(7)을 포함한다. 그 후, 완충 산화물 에칭(BOE) 용액에 의해 제3 마스크(8")가 제거되거나 벗겨진다.
도 8i를 참조하면, 복수의 제2 도핑된 나노로드(5)가 전술한 에피택셜 공정을 이용함으로써 제1, 제2 및 제3 활성 발광 영역(4, 4', 4")의 상면 상에 각각 형성된다. 본 실시예에서, 제2 도핑된 나노로드(5)는 p형 GaN 나노로드이다. 도 8j를 참조하면, Ti/Au 전극(2)과 같은 제1 전극(2)이 열 증착, 전자빔 증착, 스퍼터링 또는 종래 기술로 공지된 기타 방법과 같은 증착 방법에 의해 기판(1)의 하면 상에 형성된다. 그리고나서, 자기 정렬 방식(self-aligned manner)에 의해 제2 도핑된 나노로드(5)의 상면 상에 복수의 제2 전극(6)이 형성된다.
본 실시예에서 이용되는 PAMBE 공정은 전술한 실시예에서 설명한 것과 실질적으로 동일한 특징을 가질 수 있다. Ⅲ족-질화물 박막 성장을 위해 이용되는 Ⅲ족/질화물 플럭스비에 비교하여, 질소-풍부 조건 하에서 PAMBE 공정이 수행된다. 성장 과정 동안의 질소 플라즈마 소스는 500W RF 순반향 파워 하에서 질소 가스 유량이 3sccm이었다. 성장된 나노로드가 우르차이트-타입 단결정이다. 즉, 나노로드 축 성장 방향이 우르차이트 c축을 따른다. 나노로드의 인 플레인 결정학적 축이 아래의 에피택셜 관계에 있는 것으로 판명되었다:
Figure pat00003
. 성장 온도를 770℃로 하고 갈륨 빔 평행압(BEPGa)를 9×10-8torr로 하여 높이가 약 1㎛인 Si-도핑된 n형 GaN 나노로드를 성장시켰다. 그 후, n형 GaN 나노로드 상에 InGaN 나노디스크를 성장시켰다. InGaN 나노디스크의 발광 파장은 성장 온도(T) 및 Ⅲ족 빔 플럭스에 의해 제어된다. 도 7a 및 도 7b의 예에서, 나노디스크의 성장 온도는 T 1은 705℃, T 2는 700℃, T 3는 690℃이며, 성장 조건은 다음과 같다: T1 나노디스크(BEPGa : 7.5×10-8torr, BEPIn : 2.6×10-8torr, InGaN/GaN의 두께는 대략 25nm/25nm), T2 나노디스크(BEPGa : 6.2×10-8torr, BEPIn : 3.3×10-8torr, InGaN/GaN의 두께는 대략 10nm/25nm), 및 T3 나노디스크(BEPGa : 5.7×10-8torr, BEPIn : 3.7×10-8torr, InGaN/GaN의 두께는 대략 15nm/25nm). 도 7a 및 도 7b에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 각각의 InGaN 나노디스크의 두께는 10nm 내지 25nm 사이에 있고，GaN 장벽(7)의 두께는 약 25nm이다. T3 InGaN 나노디스크 상에, 690℃에서, 높이가 약 1㎛인 Mg-도핑된 p형 GaN 나노로드를 성장시켰다. 도 7b의 구조를 성장시키기 위해, Ga/N의 플럭스비를 점점 증가시켜, n형 GaN 나노로드 및/또는 p형 GaN 나노로드의 측방향 성장을 유도하고, 이를 통해 "준 연속적"인 p형 GaN 상부 박막을 형성한다.
추가로, 필요한 경우, 서브-픽셀 내의 나노로드 사이, 즉 픽셀 내에서 동일한 색상을 방출하기 위한 나노로드들 사이의 갭을 채우기 위해 스핀 온 글래스(SOG) 공정이 수행될 수 있다. 이러한 목적으로 액체 유전체 재료 또는 산화물 기반 재료(oxide-based material)가 이용될 수 있다.
필요한 경우, 유도 결합 플라즈마(ICP) 에칭 방법과 같은 에칭에 의해 이용되지 않는 나노로드를 제거하기 위해 제2 전극(6) 상에 또 다른 마스크(도시하지 않음)가 형성될 수도 있다.
도 8a 내지 도 8j에서 설명된 방법의 순서는 변경될 수도 있다. 예컨대, 제1 전극(2)은 발광 다이오드(R, G, B)가 형성된 후에 형성되어도 된다. 또한, 제1, 제2 및 제3 발광 다이오드(B, G, R)가 성장되는 곳을 정하기 위해 마스크가 이용될 수 있으므로, ICP 에칭이 불필요하게 된다. 더욱이, 이 방버의 다음에 추가의 단계가 후속될 수도 있다. 예컨대, 기판(1)은 복수의 단일 패키지를 형성하도록 슬라이스될 수도 있으며, 각각이 하나 이상의 픽셀(9)을 포함하고, 패키지가 그 후 또 다른 기판, 예컨대 인쇄 회로 기판 또는 가요성 인쇄 회로 기판에 실장된다. 예컨대, 제1, 제2 및 제3 발광 다이오드(B, G, R)가 다른 용도를 위한 하나 이상의 기판에 이송될 수도 있다.
전술한 방법은 3원색, 즉 적색, 녹색 및 청색을 갖는 발광 다이오드 디스플레이를 제조하는 공정을 예시한다. 그러나, 보다 많은 기본 색상, 예컨대 4개의 기본 색상을 갖는 LED 디스플레이를 제조하는 것도 유사하게 될 수 있다. 4개의 기본 색상의 경우에, 선택된 제1 도핑된 나노로드의 제4 상면을 노출시키도록 정해진 애퍼처를 갖는 추가의 마스크가 제1 도핑된 나노로드(3) 상에 배열되거나 형성되고, 그 후 각각의 제4 상면 상에 제4 활성 발광 영역이 형성되고, 각각의 제4 활성 발광 영역 상에 제2 도핑된 나노로드가 형성된다.
도 9는 본 발명의 LED 디스플레이의 구동 방법을 보여주는 개략도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 각각의 픽셀(9)은 3개의 서브-픽셀, 즉 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 서브-픽셀을 포함하며, 각각의 서브-픽셀은 동일한 색상을 방출하기 위한 하나 이상의 LED를 포함한다. 서브-픽셀(R, G, B)의 제1 전극은 공통 전극인 한편, 서브-픽셀의 제2 전극은 적어도 하나의 신호 소스에 개별적으로 연결된다. 신호 소스는 각각의 픽셀의 서브-픽셀에 요구된 전압을 개별적으로 제공하고, 이들 3가지 타입의 서브-픽셀로부터의 발광의 조합에 따라 컬러 이미지가 디스플레이된다.
이에 따라, 본 발명은 간략한 구조 및 제조 방법을 갖는 LED 디스플레이를 제공한다. 상이한 파장을 방출하는 모든 발광 다이오드가 동일한 기판 상에 성장될 수 있으며, 성장 기판은 또한 디스플레이 기판으로서도 이용될 수 있다. 본 발명의 제조 방법은 발광 다이오드를 이송하는 복잡한 단계들을 생략할 수 있으므로, 보다 신뢰적이고 저렴한 비용의 접근 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 구체적인 실시예를 예시하고 설명하였지만, 당업자는 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고서도 다양한 수정이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이며, 이러한 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해진다.

Claims (25)

  1. 발광 다이오드 디스플레이에 있어서,
    기판; 및
    상기 기판 상에 배열되는 복수의 픽셀을 포함하며,
    각각의 상기 픽셀이, 제1 색상을 방출하는 하나 이상의 제1 발광 다이오드를 포함하는 제1 서브-픽셀과, 제2 색상을 방출하는 하나 이상의 제2 발광 다이오드를 포함하는 제2 서브-픽셀과, 제3 색상을 방출하는 하나 이상의 제3 발광 다이오드를 포함하는 제3 서브-픽셀을 포함하며,
    각각의 상기 제1 발광 다이오드, 상기 제2 발광 다이오드, 및 상기 제3 발광 다이오드가, 제1 전극과, 상기 제1 전극과 옴 접촉(ohmic contact)하는 제1 도핑된 나노로드(nanorod)와, 상기 제1 도핑된 나노로드 상에 배열된 활성 발광 영역과, 상기 활성 발광 영역 상에 배열된 제2 도핑된 나노로드와, 상기 제2 도핑된 나노로드 상에 배열된 제2 전극을 포함하는,
    발광 다이오드 디스플레이.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 상기 제1 발광 다이오드, 상기 제2 발광 다이오드, 및 상기 제3 발광 다이오드를 성장시키기 위해 이용되는 것과 동일한 기판인, 발광 다이오드 디스플레이.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 발광 다이오드, 상기 제2 발광 다이오드, 및 상기 제3 발광 다이오드의 상기 제1 전극은 공통 전극으로서 일체로 형성되며, 상기 공통 전극에는 공통 전압이 공급되는, 발광 다이오드 디스플레이.
  4. 제3항에 있어서,
    각각의 상기 픽셀의 상기 제1 발광 다이오드, 상기 제2 발광 다이오드, 및 상기 제3 발광 다이오드의 상기 제2 전극에 전압이 별도로 공급되는, 발광 다이오드 디스플레이.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 색상, 상기 제2 색상, 및 상기 제3 색상은 각각 적색, 녹색, 및 청색인, 발광 다이오드 디스플레이.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도핑된 나노로드는 n형 질화갈륨계(GaN-based) 나노로드이고, 상기 제2 도핑된 나노로드는 p형 질화갈륨계(GaN-based) 나노로드이며, 상기 활성 발광 영역은 하나 이상의 질화인듐갈륨계(InGaN-based) 나노디스크(nanodisk)를 포함하는, 발광 다이오드 디스플레이.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 발광 다이오드의 상기 활성 발광 영역은 GaN 장벽 및 청색 발광 InGaN계 나노디스크를 포함하는, 발광 다이오드 디스플레이.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2 발광 다이오드의 상기 활성 발광 영역은 GaN 장벽 및 녹색 발광 InGaN계 나노디스크를 포함하는, 발광 다이오드 디스플레이.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제3 발광 다이오드의 상기 활성 발광 영역은 GaN 장벽 및 적색 발광 InGaN계 나노디스크를 포함하는, 발광 다이오드 디스플레이.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제1 발광 다이오드, 상기 제2 발광 다이오드, 및 상기 제3 발광 다이오드의 상기 활성 발광 영역은 2개 이상의 InGaN계 나노디스크를 포함하며, 상기 InGaN계 나노디스크 사이에 GaN 장벽이 위치되는, 발광 다이오드 디스플레이.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 Si 기판인, 발광 다이오드 디스플레이.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 기본적으로 탄화규소(SiC), 반도체, 플라스틱, 금속, 글래스, 및 이들의 좋ㅂ을 포함하는 군에서 선택된 재료로 이루어지는, 발광 다이오드 디스플레이.
  13. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 픽셀은 제4 색상을 방출하기 위한 하나 이상의 제4 발광 다이오드를 포함하는 제4 서브-픽셀을 더 포함하는, 발광 다이오드 디스플레이.
  14. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 제1 도핑된 나노로드 및 상기 제2 도핑된 나노로드는 2개의 말단부를 가지며, 상기 말단부 중의 상기 제2 전극으로부터의 제1 말단부가 다른 말단부보다 폭이 더 넓은, 발광 다이오드 디스플레이.
  15. 발광 다이오드 디스플레이를 제조하는 방법에 있어서,
    도전성 기판을 제공하는 단계;
    상기 기판 상에 복수의 제1 도핑된 나노로드를 형성하는 단계;
    상기 도전성 기판을 통해 상기 제1 도핑된 나노로드와 옴 접촉하는 일체형 제1 전극 또는 복수의 개별 제1 전극을 형성하는 단계;
    상기 제1 도핑된 나노로드의 복수의 제1 상면의 각각의 상면 상에 제1 활성 발광 영역을 형성하는 단계;
    상기 제1 도핑된 나노로드의 복수의 제2 상면의 각각의 상면 상에 제2 활성 발광 영역을 형성하는 단계;
    상기 제1 도핑된 나노로드의 복수의 제3 상면의 각각의 상면 상에 제3 활성 발광 영역을 형성하는 단계;
    각각의 상기 제1 발광 영역, 상기 제2 발광 영역, 및 상기 제3 발광 영역 상에 제2 도핑된 나노로드를 형성하는 단계; 및
    각각의 상기 제2 도핑된 나노로드 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 발광 다이오드 영역, 상기 제2 발광 다이오드 영역, 및 상기 제3 발광 다이오드 영역은, 전압이 상기 일체형 제1 전극 또는 상기 복수의 제1 전극에 공급되고 상기 제2 전극에 공급될 때에, 각각 제1 색상, 제2 색상 및 제3 색상을 방출하는,
    발광 다이오드 디스플레이의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 일체형 제1 전극은 상기 기판의 하면 상에 형성되는, 발광 다이오드 디스플레이의 제조 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 제1 전극은 상기 기판의 상면 상에 형성되는, 발광 다이오드 디스플레이의 제조 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 도전성 기판은 Si 기판 또는 도전성 반도체 기판인, 발광 다이오드 디스플레이의 제조 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 제1 도핑된 나노로드는 n형 질화갈륨계(GaN-based) 나노로드이고, 상기 제2 도핑된 나노로드는 p형 질화갈륨계(GaN-based) 나노로드이며, 각각의 상기 제1 활성 발광 영역, 상기 제2 활성 발광 영역, 및 상기 제3 활성 발광 영역은 하나 이상의 질화인듐갈륨계(InGaN-based) 나노디스크를 포함하는, 발광 다이오드 디스플레이의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 n형 또는 p형 질화갈륨계(GaN-based) 나노로드는, 나노로드의 축 성장 방향이 우르차이트(wurtzite) c축을 따르는 우르차이트 타입 단결정인, 발광 다이오드 디스플레이의 제조 방법.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 제1 도핑된 나노로드, 상기 제2 도핑된 나노로드, 상기 제1 활성 발광 영역, 상기 제2 활성 발광 영역, 및 상기 제3 활성 발광 영역은, 3족-질화물 박막 성장을 위해 사용되는 Ⅲ족/질소 플럭스비(flux ratio)와 비교하여, 질소-풍부 조건 하에서, 질소 플라즈마 어시스티드 분자빔 에피택시 방법에 의해 형성되는, 발광 다이오드 디스플레이의 제조 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    각각의 제1 활성 발광 영역, 상기 제2 활성 발광 영역, 및 상기 제3 활성 발광 영역은 하나 이상의 질화인듐갈륨계(InGaN-based) 나노디스크를 포함하며, 이들의 발광 파장 및 세기가 각각 나노디스크의 성정 온도와 두께에 의해 제어되는, 발광 다이오드 디스플레이의 제조 방법.
  23. 제21항에 있어서,
    2개 이상의 InGaN계 나노디스크를 형성하면, GaN 장벽이 2개의 InGaN계 나노디스크마다의 사이에 추가로 형성되는, 발광 다이오드 디스플레이의 제조 방법.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 제2 도핑된 나노로드 및/또는 상기 제1 도핑된 나노로드를 성장시킬 때에, Ⅲ족/질화물 플럭스비를 점차적으로 증가시켜 측면 성장을 유도하고, 이로써 각각의 상기 제2 도핑된 나노로드 및/또는 상기 제1 도핑된 나노로드가 2개의 말단부를 갖고, 상기 말단부 중의 상기 제2 전극으로부터의 제1 말단부가 다른 말단부보다 폭이 더 넓게 되는, 발광 다이오드 디스플레이의 제조 방법.
  25. 제15항에 있어서,
    상기 제1 도핑된 나노로드의 복수의 제4 상면의 각각의 상면 상에 제4 활성 발광 영역을 형성하는 단계; 및
    각각의 상기 제4 활성 발광 영역 상에 제2 도핑된 나노로드를 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제4 발광 영역은, 전압이 상기 일체형 제1 전극 또는 상기 복수의 제1 전극에 공급되고 상기 제2 전극에 공급될 때에, 제4 색상을 방출하는,
    발광 다이오드 디스플레이의 제조 방법.
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