KR20140001719A

KR20140001719A - 반도체 디바이스

Info

Publication number: KR20140001719A
Application number: KR1020120077676A
Authority: KR
Inventors: 요시미 시오야; 오상묵
Original assignee: 나노마테리얼 레버러토리 코., 엘티디.; 주식회사 대한자원상사; 이영주; (주)에너지와공조
Priority date: 2012-06-22
Filing date: 2012-07-17
Publication date: 2014-01-07
Also published as: KR101397727B1; JP2014007208A

Abstract

본 특허는, 교류전압을 발광다이오드칩에 직접 인가할 수 있는 디바이스 구조를 제안하는 것이다. 이를 위해서, 제1 방법으로써 발광다이오드를 2개로 분할하고, 각각의 발광다이오드 또는 발광다이오드 그룹에 교류의 정부(正負)가 순방향이 되도록 배선 접속을 행한 것이다. 제2의 방법으로써 발광다이오드는 또는 발광다이오드 그룹의 주변에 입출력 다이오드(발광다이오드)를 배치해서, 이 발광다이오드 또는 발광다이오드 그룹에 항시 순방향의 전압이 걸리도록 해서, 전압의 정부(正負)의 양방향에서 발광하도록 한 것이다. 본 구조은 단상교류 및 3상교류의 양방향에 대응가능하다. 이렇게 하면 전압을 정류(整流)하는 또는 직류전압을 중첩하는 외부회로가 불필요하게 되고, 발광다이오드 부속부품의 코스트 다운으로 이어진다. 또한 발광다이오드를 단색광 발광다이오드뿐만 아니라, 백색광 발광다이오드에도 적용할 수 있다.

Description

반도체 디바이스{SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은, 발광다이오드의 전압인가 구조에 관한 것이다.

종래, 발광다이오드의 전압인가 방법은 발광다이오드칩의 외부에서, 교류전압을 PID컨트롤 또는 변압기에 의한 승강압(昇降壓)한 위에서 정류(整流)하고, 전압을 발광다이오드의 순방향으로 되도록 인가해서 발광시키던가, 또는 교류전압에 직류전압을 더해, 정(正) 또는 부(負)의 한 방향의 전압이 되도록 한 위에서, 순방향이 되도록 인가하던지, 더 나가 정(正) 또는 부(負)의 전압이 되도록 한 펄스를 순방향이 되도록 인가하고, 듀티를 바꿔서 휘도를 변화시키는 것일 일반적이다. 이 때문에, 발광다이오드 기판의 부품이 많아지게 되고, 코스트가 증대한다. 한편, 교류를 직접 발광다이오드에 인가할 수 있다면, 부품수가 적어지고, 또는 정류기(整流器)도 필요 없게 되지만, 본 발명자가 조사한 결과는, 그와 같은 기술 혹은 특허는 존재하지 않는다. 단순히, 발광다이오드를 보호하기 위해서 플리커 노이즈를 방지하는 특허가 출원되고 있을 뿐이다.(특허문허1)

특개2010-062150호 공보

이 때문에, 교류전압을 직접 발광다이오드에 인가할 수 있는 발광다이오드의 개발이 과제이다.

본 발명에서는 단상교류 및 3상교류를 그대로 발광다이오드에 인가할 수 있도록 한다.

이렇게 하기 위해서는 발광다이오드칩을 2개로 분할해서, 1개의 그룹에는 정(正)의 전압에서 발광하고, 다른 그룹은 부(負)의 전압에서 발광할 수 있도록 한다. 이것을 실현하기 위해서는 각각 그룹에 전압이 역(逆)으로 인가할 수 있도록 배선을 행한다. 이렇게 하면, 칩이 발광하고 있는지 어떤지가 발광효율은 절반이 되지만, 칩은 항상 발광할 수 있도록 된다. 또한 발광다이오드의 주변에 인출력용 다이오드(발광다이오드)를 동일한 칩 위에 형성하고, 전압의 정부(正負)를 각각 발광다이오드의 순방향이 되도록 교류전압을 디바이스에 직접 인가하도록 한다. 이 경우 칩은 전부 항상 발광할 수 있다.

본 발명으로는 발광다이오드의 소자 제조 프로세스는 종래와 전부 동일하고, 마지막의 배선만을 전압 역(逆)으로 인가할 수 있도록 해서, 또한 발광다이오드를 분할하고, 일부 발광다이오드를 정류용 다이오드로써 사용하는 것에 따라 단상교류 혹은 3상교류를 그대로 발광다이오드에 인가할 수 있다. 이 때문에, 직류전압 혹은 펄스에 인가할 수 있다. 이 때문에, 직류전압 혹은 펄스인가를 필요 없게 되기 때문에, 외부회로 및 발광다이오드 기판이 간단하게 되고, 제조코스트를 저감할 수 있고, 또한 LED램프의 취급이 간단히 되는 효과 있다.

[도1]본 발명의 단상교류용 발광다이오드의 배선도이다.
[도2]본 발명의 단상교류용 발광다이오드의 분할칩의 배선 레이아웃이다.
[도3]본 발명의 단상교류용 다이오드의 단면도이다.
[도4]본 발명의 도3과 역(逆)의 적층구조를 가진 단면도이다.
[도5]본 발명의 단상교류용 정부(正負)전압인가 가능한 발광다이오드 배선도이다.
[도6]본 발명의 단상교류용 정부(正負)전압인가 가능한 발광다이오드의 분할칩의 배선 레이아웃이다.
[도7]본 발명의 단상교류용 정부(正負)전압발광 가능한 다이오드의 단면도이다.
[도8]본 발명의 도7과 역(逆)의 적층구조를 가진 단면도이다.
[도9]본 발명의 3상교류용 발광다이오드의 배선도이다.
[도10]본 발명의 3상교류용 정부(正負) 전압인가 가능한 발광다이오드의 배선도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 관해서, 도면을 참조해서 설명한다. 또한, 각 도에 있어서 동일한 부분에는, 동일 부호를 부여하고 있다. 　

(실시형태1)

도1의 회로도에 나타낸 것과 같이, 단상교류전압1를 직접 발광다오드 그룹6, 7에 인가한다. 그룹6, 7안의 각 발광다이오드8 및 9는 1개 또는 몇 개의 다이오드가 병렬로 연결된 구조로 되어 있다. 여기서, PID컨트롤 또는 변압기 2는 전압을 승압(昇壓) 또는 강압(降壓)하는 것이다. 도2는 발광다이오드 그룹의 평면도를 표시한다. 그룹6의 상부 전극과 그룹7의 하부 전극은 동일한 배선4로 연결된다. 또한 그룹6의 하부전극과 그룹7의 상부전극은 동일한 배선5로 연결된다. 이것에 의해서 그룹6과 그룹7은 상보적(相補的)인 전압이 걸리도록 되고, 정(正)전압의 때에는 그룹6이 발광하고, 한편, 부(負)전압의 때에는 그룹7이 발광하는 것으로 된다. 이와 같이 해서 교류를 발광다이오드 그룹에 직접 인가해서 발광할 수 있다. 그래서, 칩이 발광할 수 있을까 어떤가의 발광효과는 반정도 되지만, 칩은 항상 발광할 수 있게 되어 휘도의 변화가 적어진다.

도3은 도2에 표시한 발광다이오드 그룹6, 7의 A-A'단면을 표시한다. 먼저 기판21위에 AIN 또는 SiC+AIN버퍼막22를 막 두께10~50nm으로 형성하고, 그 위에, 논도프 GaN층23을 2~20μ형성한다. 더 나가 그 위에 ｎ⁺+ｎ^-층24를 2~10μ형성한다. 그 위에 GaN 및 InGaN으로 이루어진 다중양자우물층25를 각각 1~20nm으로 3~7층 형성한다. 그 후ｐ^-층26을 100~300nm형성하고, 더 나가 그 위에p⁺층27를 100~300nm형성한다. 　

그 후, 칩11의 맨 가운데 드라이에칭에 의한 스크라이프 라인28을 형성하고, 또한 ｎ⁺+ｎ^-층 또는ｎ^-층24를 도중까지 에칭하고 오믹컨텍트를 취하도록 한다. 그 후 SiO2층29를 100~500nm형성한다. 그 후, 드라이에칭에 의해서 SiO2층29을 에칭하고 전극창을 열고, p+GaN층27위에는 Ni/Au전극30을 500nm~1㎛형성하고, 또ｎ⁺또는ｎ^-위24에는 Ti/AI전극31를 형성한다. 다결정Si의 불순물의 활성화는 플래시어닐에서 행한다. 그리고 칩 밖의 스크라이프 라인(미도시)위에서 AI끼리를 결합시킨다. 이와 같이 해서 칩 그룹6과 7에 역(逆)전압이 걸리도록 할 수 있다. 　

이상의 구조에서, 100V~200V의 단상교류를 직접 칩그룹6, 7에 인하할 수 있고, 각각이 순방향의 전압으로 발광할 수 있도록 된다. 역(逆)바이어스의 경우는 발광하지 않기 때문에, 순방향 전압에 따라서 항상 칩 그룹6 혹은 7의 어느 쪽인가가 발광한다. 또한, 발광다이오드는 적색, 녹색, 황색, 자외선뿐만 아니라, 이것들의 발광 다이오드 조합시키는 백색발광 다이오드에도 적용할 수 있다.

(실시형태2) 　

실시형태1과 ｎ형, p형의 GaN층의 적층 순서를 역(逆)으로 한 것이다. 도4는 도2에 표시한다.

발광다이오드 그룹6, 7의 A-A'단면을 표시한다. 먼저 기판21위에 AIN 또는 SiC+AIN 버퍼막22를 막 두께10~50nm으로 형성하고, 그 위에 논도프GaN를 2~20μ형성한다. 더 나가 그 위에p⁺+p^-층27, 26를 2~10μ형성한다. 그 위에 GaN 및 InGaN으로 이루어진 다중양자우물층25를 각각 1~20nm으로 3~7층을 형성한다. 그 후ｎ^-층24(1)를100~300nm형성하고, 더 나가 그 위에ｎ⁺층24(2)을 100~300nm형성한다.

그 후, 칩11의 맨 가운데에 드라이에칭에 의한 스크라이프 라인28을 형성하고, 또한 p⁺층26을 도중까지 에칭한 오믹컨텍트를 취하도록 한다. 그 후 SiO₂층29를 100~500nm형성한다. 그 후, 드라이에칭에 의한 SiO₂층29를 에칭하고 전극창을 열고, ｎ⁺또한 ｎ^-층24(1)，(2)위에는 As도프 다결정Si-AI전극31을 형성하고, p⁺GaN층 26위에는 Ｂ도프㎛ 다결정Si-AI전극30을 500nm~1㎛형성한다. 다결정Si의 불순물의 활성화는 플래쉬아닐에서 행한다. 그리고, 칩 밖의 스크라이프 라인(미도시)위에서 AI끼리 결합시킨다. 이와 같이해서 칩 그룹6과 7에 역(逆)전압이 걸리도록 할 수 있다.

이상의 구조에서 100V~200V까지의 단상교류전압을 직접 칩 그룹 6,7에 인가할 수 있고, 각각이 순방향의 전압에서 발광할 수 있도록 된다. 역(逆)바이어스의 경우는 발광하지 않기 때문에, 순방향 전압에 따라서 항상 칩 그룹6 또는 7의 어느 쪽인가가 발광한다. 그리고, 칩이 발광할 수 있을까 어떤지가의 발광효율은 반정도 되지만, 칩으로써는 항상 발광할 수 있게 되고 휘도의 변화도 적어진다. 또한, 발광다이오드는 적색, 청색, 자외선 뿐만 아니라, 이것들의 발광다이오드의 조합에 따른 백색 발광다이오드에도 적용할 수 있다.

(실시형태3)

도5의 회로도에 표시한 것과 같이, 단상교류전압1을 다이오드(발광다이오드)12를 개입해서 순방향으로, 또한 다이오드13을 개입해서 역(逆)방향으로, 직접 발광다이오드 그룹6에 인가한다.

그룹6안의 각 발광다이오드8은 1개 또는 몇 개의 다이오드가 병렬로 연결된 구조로 되어 있다. 여기서, 인버터2은 전압을 승압(昇壓)하는 것으로, 있는 것이 좋지만, 없어도 괜찮다.

도6은 발광다이오드 그룹의 평면도를 표시한다. 전류통로는 그룹6의 상부전극으로부터 발광다이오드를 통해서 하부전극배선4에 접속하고 있다. 상부전극은 다이오드(발광다이오드)14를, 하부전극은 다이오드(발광다이오드)15를 개입해서 전원에 접속 되어진다. 이것에 의해서 발광 다이오드 그룹6에는 전압이 정(正)의 경우는 다이오드12를 개입해서, 또한 전압이 부(負)의 경우는 다이오드15를 분리하므로(解して) 전압이 인가된다. 이와 같이 하면 교류의 정부(正負)를 양쪽 모두의 발광다이오드에 순방향으로 인가할 수 있고, 효율 좋게 발광할 수 있다.

도7에 도6의 B-B' 표시한다. 이 발광다이오드 그룹의 단면을 표시한다. 먼저 기판 21위에 AIN 또는 SiC+AIN버퍼막22을 막 두께10~50nm으로 형성하고, 그 위에 논도프GaN층23을 2~10μ형성한다. 더 나가 그 위에ｎ⁺+ｎ^-층24를 2~10μ형성한다. 그 위에 GaN 및 InGaN으로 되는 다중양자우물층25를 각각 10~20nm씩 3~7층 형성한다. 그 후 p^-층26을 100~300nm형성하고, 더 나가 그 위에 p⁺층27를 100~300nm형성한다. 　

그 후, 칩11끝을 드라이에칭에 의한 스크라이프 라인28을 형성하고, 발광다이오드8과 다이오드12, 13, 14, 15를 분리한다. 또한 ｎ⁺+ｎ^-층 또는 ｎ^-층24를 도중까지 에칭한 오믹컨텍트를 취하도록 한다. 그 후 SiO₂층29를 100~500nm형성한다. 그 후, 드라이에칭에 의한 SiO₂층29을 에칭한 전극창을 열고, p⁺GaN층27위에는 Ni/Au전극30을 500nm~1㎛형성하고, 또한ｎ⁺또는ｎ^-층 24위에는 Ti/AI전극31을 형성한다. 다결정Si의 불순물의 활성화는 플래시어닐에서 행한다. 그리고, 칩 밖의 스크라이프 라인(미도시)위에서 AI끼리를 결합시킨다. 그 후 도6에 표시한 것과 같이 배선을 접속한다.

이상의 구조에서, 100V~200V까지의 단상교류전압을 직접 칩 그룹6에 인가할 수 있고, 전압의 정부(正負)에 관계없이, 순방향의 전압이 인가할 수 있도록 된다. 또한 회로적으로도 문제 없이 접속할 수 있다. 따라서, 교류전압의 정부(正負)양방향에서 발광할 수 있다. 또한, 발광 다이오드는 적색, 청색, 자외광 뿐만 아니라, 이것들의 발광다이오드의 조합시키는 백색발광다이오드에도 적용할 수 있다.

(실시형태4)

실시형태3과 n형, p형의 GaN층의 적층순서를 역(逆)으로 한 것이다. 도5의 회로도에 표시한 것과 같이, 단상교류전압1을 다이오드(발광다이오드)12를 개입해서 역방향으로, 또는 발광다이오드13을 개입해서 순방향으로, 직접 발광다이오드 그룹6에 인가한다. 그룹6안의 각 발광다이오드8은 1개 또는 몇 개의 발광다이오드가 병렬로 연결된 구조로 되어 있다. 여기서, 인버터2은 전압을 승압(昇壓)하는 것으로, 있는 편이 좋지만 없어도 좋다.

도6은 발광다이오드 그룹의 평면도를 표시한다. 전류통로는 그룹6의 상부전극으로부터 발광다이오드를 통해서 하부전극배선4로 접속 되어진다. 상부전극은 다이오드(발광다이오드)14를, 하부전극은 다이오드(발광다이오드)15를 개입해서 전원에 접속 되어진다. 단, 실시예3의 도5와 각 발광다이오드 및 다이오드의 방향이 역(逆)으로 되어 있다. 이것에 의한 발광다이오드 그룹6에는 전압이 부(負)의 경우는 다이오드13을 개입해서, 또는 전압이 정(正)의 경우는 다이오드12를 분리해서 전압이 인가 되어진다. 이와 같이 교류의 정부(正負)를 양쪽으로도 발광다이오드으로 순방향으로 인가할 수 있고, 효율 좋게 발광할 수 있다.

도8에 도6의 B-B'단면을 표시한다. 이 발광 다이오드 그룹의 단면을 표시한다. 먼저 기판21 위에 AIN 또는 SiC+AIN버퍼막22을 막 두께 10~50nm으로 형성하고, 그 위에 논도프GaN층23을 2~10μ형성한다. 더 나가 그 위에 p⁺+p^-층26, 27을 2~10μ형성한다. 그 위에 GaN 및 InGaN으로부터 이루어진 다중양자우물층25를 각각 1~20nm씩 3~7층 형성한다. 그 후 ｎ^-층21(1)를 100~300nm형성하고, 더 나가 그 위에ｎ⁺층24(2)을 100~300nm형성한다.

그 후, 칩11 끝을 드라이에칭에 의한 스크라이프 라인28을 형성하고, 발광다이오드8과 12, 13, 14, 15를 분리한다. 또한 p⁺+p^-층 또는 p^-층27, 26을 도중까지 에칭한 오믹컨텍트를 취하도록 한다. 그 후 SiO₂층29를 100~500nm형성한다. 그 후, 드라이에칭에 의한 SiO₂층 29를 에칭해서 전극창을 열고, p⁺GaN층26위에는 Ｂ도프 다결정 Si-AI전극30을 500nm~1㎛형성하고, 또 ｎ⁺또는 ｎ^-층24(1), (2)위에는 As도프 다결정Si-AI 전극31을 형성한다. 다결정Si의 불순물의 활성화는 플래시어닐에서 행한다. 그 후는 도6에 표시한 것과 같이 배선을 접속한다.

이상의 구조에서, 100V~200V까지의 단상교류전압을 직접 칩 그룹6에 인가할 수 있고, 전압의 정부(正負)에 관계없이, 순방향의 전압이 인가할 수 있도록 한다. 또한 회로적으로도 문제 없이 접속할 수 있다. 따라서, 교류전압의 정부(正負)양방향으로 발광 할 수 있다. 또한, 발광다이오드는 적색, 청색, 자외선 뿐만 아니라, 이것들의 발광다이오드의 조합에 의한 백색 발광다이오드에도 적용할 수 있다.

(실시형태5)

도9의 회로도에 표시한 것과 같이, 전압100V에서500V의 3상 교류전압101을 직접 발광다이오드 그룹106, 107에 인가한다. 그룹106, 107안의 각 발광 다이오드108 및 109는 1개 또는 몇 개의 다이오드가 병렬로 연결된 구조 되어있다. 여기서, PID컨트롤 또는 변압기102(1), (2)는 전압은 승압(昇壓) 또는 강압(降壓)하는 것이다. 3상교류는 배선103이 공통선 또는 어스선으로 하고, 배선104 및 105에 의한 발광 다이오드 그룹106 및 107에 전압을 인가한다. 각 배선 104 및 105안의 디바이스 배치는 도2와 동일한 구조이고, 디바이스 구조도 도3(또는 도4)와 동일하다. 이것에 의한 그룹106과 그룹107은 위상이 다른 전압이 걸리게 되고, 정(正)전압 때에는 그룹106의 발광다이오드8이 발광하고, 한편 부(負)전압의 때에는 그룹106의 발광다이오드9가 발광하게 된다. 위상이 다른 전압이 인가되는 그룹 107도 모두 동일하게 발광한다. 이렇게 해서 3상교류를 발광 다이오드 그룹에 직접 인가해서 발광할 수 있다. 또한, 3상교류가 4배선(1개는 어스 배선)에서 공급된 경우에도 발광다이오드칩을 1개 늘리는 것에 의해서 쉽게 대응할 수 있다.

(실시형태6)

도10의 회로도에 표시한 것과 같이, 전압100V에서 500V의 3상교류전압101을 직접 발광다이오드 그룹106, 107에 인가한다. 그룹106, 107안의 각 발광다이오드108은 1개 또는 몇 개가 다이오드 병렬로 연결된 구조를 취하고 있다. 여기서, PID컨트롤 또는 변압기102(1), (2)는 전압을 승압(昇壓) 또는 강압(降壓)하는 것으로 한다. 3상교류는 배선103이 공통선 또는 어스선이 있고, 배선104 및 105에 의한 발광다이오드 그룹106, 107에 전압을 인가한다. 각 배선104 및 105안의 디바이스 배치는 도6과 동일한 구조이고, 디바이스 구조도 도7(또는 8)과 동일한 것이다. 이것에 의한 그룹106과 그룹107은 항상 순방향의 전압이 걸리게 되고, 상시 발광다이오드 그룹106과 107이 발광하게 된다. 이것에 의해서 3상교류를 발광다이오드 그룹에 직접 인가해서 발광할 수 있다. 또한 3상교류가 4배선(1개는 어스배선)에서 공급될 경우에도 발광다이오드 그룹을 1개 늘리는 것으로 용이하게 대응할 수 있다.

[실시예]

(실시예1)

　도3은 도2의 표시한 청색발광다이오드 그룹6, 7의 A-A'단면을 표시한다. 먼저 기판21위에 AIN또는 SiC+AIN버퍼막22을 막 두께 30nm으로 형성하고, 그 위에 논도프GaN층23을 3μ형성한다. 더 나가 그 위에 ｎ⁺+ｎ^-층24를 3μ형성한다. 그 위에 GaN 및 InGaN으로 이루어진 다중양장우물층25을 5nm씩 6층 및 5층 형성했다. 그 후p^-층26을 200nm형성하고, 더 나가 그 위에 p⁺층27를 200nm형성했다.

그 후, 칩11의 맨 가운데에 드라이에칭에 의한 스크라이프 라인28을 형성하고, 또

ｎ⁺층24를 도중까지 에칭한 오믹컨텍트를 취하도록 했다. 그 후SiO₂층29를 300nm형성했다. 그 후, 드라이에칭에 의한 SiO₂층29를 에칭한 전극창을 열고, p⁺GaN층27위에는 Ni/Au전극30을 700ｎ형성하고, 또는 n⁺층24위에는 Ti/AI전극31을 형성했다. 다결정 Si의 불순물의 활성화는 플래시어닐에서 행한다. 그리고 칩 밖의 스크라이프 라인(미도시) 위에서 AI끼리를 결합시켰다. 이와 같이 칩 그룹6과 7에 역(逆)전압이 걸리도록 할 수 있다.

이상의 구조에서, 100V의 단상교류전압을 직접 칩그룹6, 7에 인가할수 있고, 각각이 순방향의 전압으로 발광할 수 있도록 되었다. 역(逆)바이어스 경우는 발광하지 않기 때문에, 순방향 전압에 따라서 항상 칩 내 발광다이오드6 또는 7의 어느쪽이 청색이 발광했다. 또한, 발광다이오드는 청색뿐만 아니라, 적색, 녹색, 청색, 자외선, 더 이것들의 발광다이오드의 조합에 의한 백색발광 다이오드도 적용할 수 있다.

(실시예2)

실시예1과 Ｎ형, P형의 GaN층의 적층순서를 역(逆)으로 한 것이다.

도4은 도2에 표시한 청색발광다이오드 그룹6,7의 A-A'단면을 표시한다. 먼저 기판21위에 AIN 또는 SiC+AIN버퍼막22을 막 두께22을 30nm으로 형성하고, 그 위에 논도프 GaN층23을 3μ형성한다. 더 나가 그 위에 p⁺+p^-층27, 26을 3μ형성한다. 그 위에 GaN 및 InGaN으로 이루어진 다중양자우물층25을 5nm씩 6층 및 5층 형성했다. 그 후 ｎ^-층24(1)를 200nm형성하고, 더 나가 그 위에ｎ⁺층24(2)를 200nm 형성했다.

그 후, 칩11의 맨 가운데 드라이에칭의 의한 스크라이프 라인28을 형성하고, 또한 p⁺층27을 도중까지 에칭오믹컨트트을 취하도록 했다. 그 후SiO₂층29을 300nm형성했다. 그 후, 드라이에칭에 의한 SiO₂층29를 에칭한 전극창을 열고, ｎ⁺층24(2)위에는 As도프 다결정Si-AI전극31을 형성했다. p⁺GaN층27위에는 B도프 다결정Si-AI전극30을 700nm형성했다. 다결정 Si의 불순물의 활성화는 플래시어닐에서 행한다. 그 칩 밖에 스크라이프 라인(미도시)위에서 AI끼리, 결합시켰다. 이와 같이 칩 그룹6과 7에 역(逆)전압이 걸리도록 할 수 있다.

이상의 구조에서 100V의 단상교류전압을 직접 칩 안 발광 다이오드 그룹 6, 7에 인가할수 있고, 각각이 순방향의 전압으로 발광할 수 있도록 되었다. 역(逆)바이어스의 경우는 발광하지 않기 때문에, 순방향 전압에 따라서 항상 칩 안 발광그룹6 또는 7의 어느 쪽인가가 청색 발광했다. 또, 발광 다이오드 청색뿐만 아니라,적색, 녹색, 청색, 자외선, 더 나가 이것들의 발광다이오드의 조합시키는 백색발광다이오드에도 적응할 수 있다.

(실시예3)

도5의 회로도에 나타낸 것과 같이, 단상교류전압1를 다이오드(발광다이오드)12를 개입해서, 순방향에, 또는 다이오드13을 개입해서 역방향으로, 직접 청색발광다이오드 그룹6에 인가했다. 그룹6 안의 각 발광다이오드8은 1개 또는 몇 개의 다이오드가 병렬로 연결한 구조로 되어있다. 여기서, 인버터2는 전압을 승압(昇壓)하는 것으로, 있는 쪽이 바람직하지만 없어도 좋다. 도6은 발광다이오드 그룹의 평면도를 표시한다. 전류통로는 그룹6의 상부전극30(도7에 표시한다)로부터 발광다이오드를 통해서 하부 전극배선4에 접속 되어진다. 상부전극30은 다이오드(발광다이오드)14를, 하부전극31(도7에 표시)는 다이오드(발광다이오드)15를 개입해서 전원에 접속 되어진다. 이것에 의해서 발광다이오드 그룹6에는 전압이 정(正)의 경우는 다이오드12를 개입하고, 또 전압이 부(負)의 경우는 다이오드15를 분리해서 전압이 인가된다. 이와 같이하면 교류의 정부(正負)을 양쪽으로도 발광다이오드에 순방향으로 인가할 수 있고, 효율적으로 발광할 수 있었다.

도7에 도6의 B-B´단면을 표시한다. 이 발광다이오드 그룹의 단면을 표시한다. 먼저 기판21위에 AIN 또는 SiC+AIN버퍼막22을 막 두께30nm으로 형성하고, 그 위에 논도프 GaN층23을 3μ형성한다. 더 나가 그 위에ｎ⁺+ｎ^-층24를 3μ형성한다. 그 위에 GaN 및 InGaN으로 이루어진 다중양자우물층25을 ５nm씩 6층 및 5층 형성했다. 그 후 p^-층26을 200nm형성하고, 더 나가 그 위에p⁺층27을 200nm형성했다.

그 후, 칩11 끝에 드라이에칭에 의한 스크라이프 라인28을 형성하고, 발광다이오드8과 다이오드(발광다이오드)12, 13, 14, 15을 분리했다. 또ｎ⁺층을 도중까지 에칭한 오믹컨텍트를 취하도록 했다. 그 후 SiO₂층29을 300nm형성했다. 그 후, 드라이에칭에 의한 SiO₂층29를 에칭하고 전극창을 열고, p⁺GaN층27위에는 Ni/Au전극30을 700nm형성하고, 또ｎ⁺층24위에는 Ti/AI전극31를 700nm형성했다. 다결정Si의 불순물의 활성화는 플래시어닐에 행했다. 그 후 도6에 표시한 것과 같이 배선을 접속했다.

이상의 구조로, 100V의 단상교류전압을 직접 칩 그룹6에 인가할 수 있고, 전압의 정부(正負)에 관계없이, 순방향의 전압을 인가할 수 있도록 되었다. 또한 회로적으로도 문제없이 접속할 수 있었다. 따라서, 교류전압의 정부(正負)양방으로 청색발광 할 수 있었다. 또한, 발광다이오드는 청색뿐만 아니라고, 적색, 녹색, 청색, 자외선, 더 나가 이것들의 발광다이오드의 조합을 시키는 백색발광다이오드에도 적용할 수 있다.

(실시예 4)

실시에3과 n형, p형의GaN층의 적층순서를 역(逆)으로 한 것이다.

도5의 회로도에 표시한 것과 같이, 단상교류전압1을 다이오드(발광다이오드)12를 개입해서 역방향으로, 또는 다이오드13을 개입해서 순방향으로, 직접 청색발광다이오드 그룹6에 인가했다. 그룹6안의 각 발광다이오드8은 1개 혹은 몇 개의 다이오드가 병렬에 연결된 구조로 되어 있다. 여기서, 인버터2는 전압을 승압(昇壓)하는 것으로 있는 쪽이 바람직하지만 없어도 좋다. 도6은 발광다이오드 그룹의 평면도를 표시한다. 전류통로는 그룹6의 상부전극30(도8에 표시한다)에서 발광다이오드를 통해서 하부전극배선4에 접속 되어진다. 상부전극30은 다이오드(발광다이오드)14를, 하부전국31(도8에 표시한다)는 다이오드(발광다이오드)15를 개입해서 전원에 접속 되어진다. 단, 실시예3의 도5와 각 발광다이오드 및 다이오드의 방향이 역(逆)이 된다. 이것에 의해서 발광다이오드 그룹6에는 전압이 부(負)의 경우는 다이오드12를 개입해서, 또 전압이 정(正)의 경우는 다이오드13을 개입해서 전압이 인가 되어진다. 이와 같이 하면 교류의 정부(正負)양쪽으로도 발광다이오드에 순방향으로 인가할 수 있고, 효율적으로 발광할 수 있었다.

도8에 도6의 B-B´단면을 표시한다. 이 발광다이오드 그룹의 단면을 표시한다. 먼저 기판21위에 AIN 또는 SiC+AIN버퍼층21을 막 두께30nm으로 형성하고, 그 위에 논도프 GaN층23을 3μ형성한다. 더 나가 p⁺+p^-층27, 26을 3μ형성한다. 그 위에 GaN 및 InGaN으로 이루어진 다중양자우물층을 각각 ５nm씩 6층 및 5층 형성했다. 그 후ｎ^-층24(1)을 200nm형성하고, 더 나가 그 위에 ｎ⁺층24(2)를 200nm형성했다.

그 후, 칩11끝을 드라이에칭에 의한 스크라이프 라인28을 형성하고, 발광다이오드28을 형성하고, 다이오드 12, 13, 14, 15를 분리했다. 또p⁺+p^-층27, 26 또는 p⁺층27을 도중까지 에칭한 오믹컨텍트를 취하도록 했다. 그 후 SiO₂층29를 300nm형성했다. 그 후, 드라이에칭에 의한 SiO²층29를 에칭한 전극창을 열고, p⁺GaN층27위에는 B도프 다결정실리콘AI 전극30을 700nm형성하고, 또ｎ⁺층24(2)위에는 As도프 다결정Si-AI 전극30을 700nm를 형성했다.

다결정 Si의 불순물의 활성화는 플래시어닐에서 행했다. 그 후는 도6에 표시한 것과 같게 배선을 접속했다.

이상의 구조로, 100V의 단상교류전압을 직접 칩 안(內)발광다이오드6에 인가할 수 있고, 전압의 정부(正負)에 관계없이, 순방향의 전압이 인가할 수 있도록 되었다. 또 회로적으로도 문제없이 접속할 있었다. 따라서, 교류전압의 정부(正負)양방향으로 청색발광 할 수 있었다. 또 발광다이오드는 청색뿐만 아니라, 적색, 녹색, 청색, 자외선, 더 나가 이것들의 발광다이오드의 조합시키는 것에 의한 백색발광다이오드에도 적용할 수 있다.

(실시예5)

도9의 회로도에 나타낸 것과 같이 전압200V의 3상교류전압101를 직접 청색발광다이오드 그룹106, 107에 인가했다. 그룹106, 107안의 각 발광다이오드108 및 109는 1개 또는 몇개의 다이오드가 병렬로 연결된 구조로 되어 있다. 여기서, PID컨트롤 또는 변압기102(1), (2)는 전압 승압(昇壓) 또는 강압(降壓)하는 것으로 한다. 3상교류전압을 배선103이 공통선 또는 어스선이 있고, 배선104 및 105에 의한 청색발광다이오드 그룹106 및 107에 위상이 다른 전압을 인가했다. 각 배선104 및 105 안의 디바이스 배치는 도2와 동일한 구조이고, 디바이스 구조도 도3(또는 도4)와 동일하다. 이것에 의한 그루106과 107는 위상이 다른 전압이 걸리도록 하고, 정(正)전압 때에는 그룹106 안의 발광다이오드8가 발광하고, 한편 부(負)전압 때에는 그룹106안의 발광다이오드9가 발광했다. 이렇게 해서 3상교류를 청색발광다이오드 그룹에 직접 인가하고 발광할 수 있었다. 또 3상교류가 4배선(1개는 어스배선)으로 공급되는 경우에도 청색발광다이오 그룹을 1개 늘리는 것으로 용이하게 대응할 수 있다. 또, 발광 다이오드는 청색뿐만 아니라, 적색, 녹색, 청색, 자외선, 더 나가 발광다이오드 조합시키는 것에 의한 백색발광다이오드에도 적용할 수 있다.

(실시예 6)

도10의 회로도에 표시한 것과 같이, 전압200V의 3상교류전압101을 직접 청색발광다이오드106, 107에 인가했다. 그룹106, 107안의 각 발광다이오드8은 1개 또는 몇 개의 다이오드가 병렬로 연결된 구조로 되어 있다. 여기에서, PID컨트롤 또는 변압기102(1), (2)는 전압을 승압(昇壓) 또는 강압(降壓)하는 것이다. 3상교류전압을 배선103가 공통선 또는 어스선이 있고, 배선104 및 105에 의한 발광다이오드 그룹106 및 107에 위상이 다른 전압을 인가했다. 각 배선104 및 105안의 디바이스 배치는 도6과 동일하게 구조이고, 디바이스 구조도 도7(또는 도8)과 동일하다. 이것에 의한 그룹106과 그룹107은 항상 순방향의 전압이 걸리게 되도록 되고, 상시 청색발광다이오드 그룹106과 107이 발광했다. 이와 같이 해서 3상교류를 청색발광다이오드 그룹에 직접 인가해서 발광했다. 또 3상교류가 4배선(1개는 어스배선)으로 공급된 경우에도 청색발광다이오드 그룹을 1개 늘리는 것으로 용이하게 대응할 수 있다. 또한, 발광 다이오는 청색뿐만 아니라, 적색, 녹색, 청색, 자외선, 더 나가 이것들의 발광다이오드의 조합시키는 것에 의한 백색발광다이오드에도 적용할 수 있다.

1. 단상교류전원 2．PID컨트롤 또는 변압기
3. 전원측 배선 ３(1)．전극패드
4．발광다이오드 그룹1배선 5．발광다이오드 그룹2배선
6. 발광다이오드 그룹1 7．발광다이오드 그룹2
8．그룹1의 발광다이오드 9．그룹2의 발광다이오드
10．접지측 배선 11. 발광다이오드칩
12．다이오드1 13．다이오드2
14．다이오드3 15．다이오드4
21. Si기판 22. 버퍼층(AIN 또는 SiC+AIN)
23. 논도프 GaN에피택셜층 24. n⁺+n^-GaN에피택셜층
24(1)．n⁺GaN에피택셜층 24(2)．n^-GaN에피택셜층
25. 다중양자우물층 26. p^-GaN층
27. p⁺GaN층 28. 스크라이프 라인 홈(溝)
29. 절록층
30. B도프 다결정Si-AI전극 또는Ni/Au，Pd/Pt/AU， Pd/Pt/Au/AI
31. As도프 다결정Si-AI전극 또는Ti/AI，Ti/Au，Ti/AI/Mo/Au
101．3상교류전원
102(1)．3상교류의 제1상목(想目)의 PID컨트롤 또는 변압기
102(2)．3상교류의 제2상목(想目)의 PID컨트롤 또는 변압기
103．3상교류의 공통 또는 어스 배선
104．3상교류의 제1상목(想目)입력측 배선
105．3상교류의 공통 또는 어스 배선
111．3상교류의 제1상목(想目)입력측 배선
112．3상교류의 제2상목(想目)입력측 배선

Claims

기판측에서 n형GaN에피택셜층, 다중양자우물층, p형GaN에피택셜층의 적층구조를 구비한 2개 발광다이오드 그룹을 가지고, 각각 발광다이오드 그룹이 교류의 정부(正負)전압이 각각 순방향 바이어스가 되도록 구비한 발광다이오드.
청구항1과 역(逆)의 p형GaN에피택셜층, 다중양자우물층, n형GaN에피택셜층의 적층구조를 가진 칩구조를 구비하고, 각각의 발광다이오드 그룹이 교류의 정부(正負)전압이 각각의 순방향 바이어스가 되도록 배선구조를 구비한 발광다이오드.
기판측에서 n형GaN에피택셜층, 다중양자우물층, p형GaN에피택셜층의 적층구조를 가진 칩구조를 구비한 발광다이오드 그룹과 입력측 다이오드 및 출력측 다이오드를 구비하고, 교류의 정부(正負)의 전압이 각각의 발광다이오드의 순방향이 되는 배선구조를 가진 발광다이오드.
청구항3과 역(逆)의 p형GaN에피택셜층, 다중양자우물층, n형GaN에피택셜층의 적층구조를 가진 칩구조를 구비하고, 발광다이오드 그룹과 입력측 다이오드 및 출력측 다이오드를 구비한 교류의 정부(正負)의 전압이 각각의 발광다이오드의 순방향이 되는 배선구조를 가진 발광다이오드.
청구항3과 청구항 4중 어느 한 항에 있어서 발광다이오드 그룹의 주변의 입력측 다이오드 및 출력측 다이오드가 발광다이오드가 있는 발광다이오드.
청구항1에서 청구항5중 어느 한 항에 있어서 발광다이오드는 적색발광다이오드, 녹색발광다이오드, 청색발광다이오드의 조합시키는 백색발광다이오드.
청구항1에서 청구항5중 어느 한 항에 있어서 발광다이오드는 황색발광다이오드, 청색발광다이오드의 조합시키는 백색발광다이오드.
청구항1에서 청구항8중 어느 한 항에 있어서 인가하는 교류전압은 단상교류전압인 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
청구항1에서 8중 어느 한 항에 있어서 인가하는 교류전압은 3상교류전압인 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
청구항1의 구조를 형성하기 위해서 발광다이오드를 형성한 후, 에칭 및 배선에 의해서 2개의 발광다이오드 그룹에 교류전압의 정부(正負)어느쪽인가가 순방향이 되도록 한 발광다이오드 형성방법.
청구항5의 구조를 형성하기 위해서 발광다이오드를 형성한 후, 에칭 및 배선에 의한 발광다이오드 그룹과 주변의 입력용 발광다이오드 및 출력용 발광다이오드를 분리하고, 정부(正負)의 교류전압이 각각 발광다이오드의 순방향이 되도록 한 발광다이오드의 형성방법.