KR20190044492A - Micro light emitting diode, method for manufacturing the same and display comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 마이크로 LED 구조체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a micro-LED structure and a method of manufacturing the same.
최근 AR(augmented reality), VR(virtual reality), Wearable devices 등 소형 전자 소자가 각광을 받으면서 최소형 디스플레이의 개발이 주목을 받고 있다. 종래에 상용화되어 있는 마이크로 디스플레이의 경우에는 LCoS(Liquid crystal on SI)과 OLED(Organic light emitting diodes)가 있다. Recently, small electronic devices such as AR (augmented reality), VR (virtual reality), and wearable devices have been spotlighted, and the development of a smallest display has attracted attention. In the case of microdisplays which have been commercialized in the past, there are LCoS (liquid crystal on SI) and OLED (organic light emitting diodes).
LCoS는, 기존의 LCD의 기술을 Si 기판 위에 적용하여 고밀도 집적화를 함으로써 작은 칩사이즈 위에서 고해상도의 디스플레이를 구현할 수 있다. LCD를 기반으로 하는 디스플레이의 경우에, 백라이트를 필수로 요구하기 때문에 두께를 최소화하는데 한계가 있고, 편광필름, 컬러필터 증착 등의 여러 복잡한 공정이 요구된다.LCoS can realize a high-resolution display on a small chip size by applying high-density integration by applying existing LCD technology on a Si substrate. In the case of a display based on an LCD, since a backlight is required, there is a limitation in minimizing the thickness, and various complex processes such as polarizing film and color filter deposition are required.
자체 발광형 광원을 이용한 디스플레이는 상기 언급한 문제를 해결할 수 있으며, 예를 들어, OLED를 기반으로 하는 디스플레이의 경우 적색, 청색, 녹색을 각각 발광하는 물질을 이용하여 디스플레이를 구현하기 때문에 보다 얇은 디스플레이의 구현이 가능하다. OLED 디스플레이의 대부분은 Outdoor 소자의 디스플레이로 적용이 되는데 유기 물질을 이용하기 때문에 외부환경에 약하다는 치명적인 약점을 가지고 있다.A display using a self-luminous light source can overcome the above-mentioned problem. For example, in the case of a display based on an OLED, a display is implemented using a material emitting red, blue, and green, Can be implemented. Most of the OLED displays are applied to the display of the outdoor device, which has a fatal weakness in the external environment due to the use of organic materials.
상기 언급한 각 구조가 갖는 문제점를 해결하기 위해서, 무기물 반도체의 자체발광형 소자인 LED를 이용하여 디스플레이가 제시되었다. 현재까지 개발된 마이크로 LED의 경우에 상용화를 위해 다음과 같은 문제점이 있다. 디스플레이 구현을 위해서는 서브픽셀을 이루는 각각의 LED 구조가 적색, 청색, 녹색 발광을 해야하는데, 기존의 LED는 단일 기판 위에 발광층을 형성할 경우 한가지 색상만 구현할 수 있다. 따라서 디스플레이의 기판 위로 각각의 색을 발광하는 LED 구조를 전사하는 공정이 추가로 진행되어야 한다. 이와 같은 전사과정은 미세 정밀한 공정이 요구되기 때문에 디스플레이 제작 공정의 난이도를 높이고 수율을 낮추게 되므로 상용화하는데 어려움이 있고, 품질이 우수한 풀컬러 구현에 한계가 있다. In order to solve the problems of each of the above-mentioned structures, a display using an LED, which is a self-luminous element of an inorganic semiconductor, has been proposed. In the case of the micro LED developed up to now, there are the following problems for commercialization. In order to realize a display, each LED structure constituting a subpixel must emit red, blue, and green light. Conventional LEDs can realize only one color when forming a light emitting layer on a single substrate. Therefore, a process of transferring the LED structure emitting the respective colors onto the substrate of the display must be further performed. Since such a transfer process requires a finely precise process, it is difficult to commercialize it because it increases the degree of difficulty of the display manufacturing process and lowers the yield.
본 발명의 목적은, 단일 기판 상에 3차원 구조체를 통하여 동시에 성장되는 발광 구조체를 형성하여, 개별적으로 발광 제어가 가능한 서로 다른 발광 파장을 가지는 구분되는 영역을 갖는, 마이크로 LED 구조체를 제공하는 것이다It is an object of the present invention to provide a micro LED structure having a separated region having different emission wavelengths capable of individually controlling light emission by forming a light emitting structure that is simultaneously grown on a single substrate through a three-
본 발명의 다른 일 측면의 목적은, 본 발명에 의한 마이크로 LED 구조체를 포함하는 R, G, B 컬러 중 적어도 둘 이상의 색의 발광이 각각 또는 동시에 가능한 마이크로 LED 디스플레이를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a micro LED display in which at least two colors of R, G, and B colors including the micro LED structure according to the present invention can emit light simultaneously or simultaneously.
본 발명의 또 다른 일 측면의 목적은, 본 발명에 의한 마이크로 LED 구조체의 제조방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a micro LED structure according to the present invention.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구조체는, n-형 반도체 기판; 상기 n-형 반도체 기판 상에 형성된 발광 구조체층; 및 상기 발광 구조체층 상에 형성된 p-형 반도체층;을 포함하고, 상기 발광 구조체층은, In 및 Ga을 포함하는 활성층이 상부에 형성된 발광 구조체의 배열을 포함하고, 상기 발광 구조체층은, 각각이 단일 또는 복수 개의 발광 구조체를 포함하며, 둘 이상의 다른 파장을 발광하는 적어도 셋 이상의 구분되는 영역들을 형성하고, 상기 구분되는 영역들 각각은 개별적으로 발광 제어가 가능하고, 상기 구분되는 영역들은, 각 영역을 구성하는 상기 발광 구조체의 밑면의 크기, 발광 구조체의 높이, 발광 구조체의 중심 간의 간격 중 적어도 한 개가 서로 상이한 것이다. A micro LED structure according to an embodiment of the present invention includes an n-type semiconductor substrate; A light emitting structure layer formed on the n-type semiconductor substrate; And a p-type semiconductor layer formed on the light emitting structure layer, wherein the light emitting structure layer includes an array of a light emitting structure on which an active layer including In and Ga is formed, and the light emitting structure layer includes Wherein at least three or more separated regions including at least two different wavelengths are formed, each of the divided regions being capable of individually controlling the light emission, At least one of the size of the bottom surface of the light emitting structure, the height of the light emitting structure, and the spacing between the centers of the light emitting structure is different from each other.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 구분되는 영역을 구성하는 발광 구조체의 높이는, 장파장의 빛을 발광하는 영역을 구성하는 발광 구조체 일수록 큰 값을 가지는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the height of the light emitting structure constituting the divided region may be a larger value as the light emitting structure constituting the region emitting light of a longer wavelength.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기구분되는 영역의 발광 구조체 각각의 중심 간의 간격은, 장파장의 빛을 발광하는 영역일수록 큰 값을 가지는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the distance between the center of each of the light emitting structures of the divided regions may be larger in a region emitting light of a longer wavelength.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 구분되는 영역들은 상기 활성층 내의 In-마이그레이션(migration) 정도가 상이한 것이고, 상기 구분되는 영역들은 제1 영역 내지 제3 영역을 형성하고, 상기 제1 영역 내지 제3 영역의 발광 구조체 상의 상기 활성층 내의 In-마이그레이션(migration) 정도는, 제1 영역 > 제2 영역 > 제3 영역인 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the regions to be distinguished are different in degree of In-migration in the active layer, the regions to be separated form a first region to a third region, The degree of In-migration in the active layer on the three-region light-emitting structure may be the first region> the second region> the third region.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 구분되는 영역들은 상기 활성층 내의 Ga 대비 In의 평균 농도가 서로 상이한 것이고, 상기 구분되는 영역들의 발광 구조체 상의 상기 활성층 내 Ga 대비 In의 평균 농도의 비는, 장파장의 빛을 발광하는 영역일 수록 높은 값을 가지는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the above-described regions have different average concentrations of In relative to Ga in the active layer, and the ratio of the average concentration of In to Ga in the active layer on the light- The light emitting region may have a higher value.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 구분되는 영역들 각각은 전극과 개별적으로 연결된 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, each of the distinct regions may be individually connected to an electrode.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 구분되는 영역들의 발광구조체 상의 상기 활성층의 평균 두께는, 장파장의 영역일 수록 큰 값을 가지는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the average thickness of the active layer on the light-emitting structure of the separated regions may be a larger value in a region of a longer wavelength.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 구분되는 영역들 각각의 발광 구조체들은 높이, 형태, 면적 중 하나 이상이 서로 상이한 것이며, 단일 공정 과정을 통해 모두 동시에 성장된 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, each of the light emitting structures of the separated regions may have at least one of a height, a shape, and an area that are different from each other, and may be all simultaneously grown through a single process.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 발광구조체 각각의 간격이 50 nm 내지 100 ㎛인 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the interval of each of the light emitting structures may be 50 nm to 100 탆.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 구분되는 영역들은, 상기 발광 구조체의 높이가 50 nm 내지 50 ㎛인 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the regions to be separated may have the height of the light emitting structure of 50 nm to 50 탆.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 구분되는 영역들은 둘 이상의 서로 다른 파장을 발광하는 적어도 세 개의 영역을 형성하고, 상기 발광 구조체는, 원뿔; 다각형뿔; 원기둥; 다각형 기둥; 원형의 링; 다각형의 링; 반구; 평평한 상부를 갖도록 끝이 잘린 형태의 원뿔, 다각형뿔, 원형의 링 및 다각형의 링 형태; 실리던 형태의 중공 함몰부를 포함하는 원뿔, 다각형뿔 및 다각형 기둥; 및 라인(line) 형태의 기둥; 의 구조체들 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the separated regions form at least three regions that emit two or more different wavelengths, and the light emitting structure includes: a cone; Polygonal horn; Cylinder; Polygonal columns; A circular ring; Polygonal ring; hemisphere; A truncated cone with a flat top, a polygonal horn, a circular ring and a polygonal ring; Cone, polygonal horn, and polygonal column containing hollow depression of siliceous form; And columns in the form of a line; ≪ / RTI > and structures of structures < RTI ID = 0.0 >
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 활성층은 BAlGaN, GaAlNP, GaAlNAs, InAlGaN, GaAlNSb, GaInNP, GaInNAs, 및 GaInNSb 중 적어도 하나 이상을 더 포함하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the active layer may further include at least one of BAlGaN, GaAlNP, GaAlNAs, InAlGaN, GaAlNSb, GaInNP, GaInNAs, and GaInNSb.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 활성층은 초격자층(super lattice layer)을 더 포함하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the active layer may further include a superlattice layer.
본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명은, 마이크로 LED 구조체를 포함하는, 컬러 마이크로 LED 디스플레이에 관한 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION In accordance with one embodiment of the present invention, the present invention relates to a color micro-LED display comprising a micro-LED structure.
본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명은, 하부 기판 상에 n-형 반도체층을 형성하는 단계; 상기 n-형 반도체층 상에 마스크층을 형성하는 단계; 상기 마스크층에 각각 단일 또는 복수 개의 개구 패턴을 포함하되, 개구 패턴의 간격, 크기 또는 둘 다가 서로 상이하여 서로 구분되는 적어도 셋 이상의 영역을 패터닝하는 단계; 상기 각각의 구분되는 영역의 마스크층 개구 패턴 상에 개방된 n-형 반도체층 위로 서로 다른 둘 이상의 파장을 발광하도록 서로 구분되는 적어도 셋 이상의 영역을 포함하는 발광 구조체층을 성장시키는 단계; 상기 성장된 발광 구조체층 상에 In 및 Ga을 포함하는 활성층을 형성하는 단계; 상기 발광 구조체층 상에 p-형 반도체층을 형성하는 단계; 및 상기 발광 구조체층의 서로 구분되는 적어도 셋 이상의 영역 각각과 개별적으로 전기적 연결이 형성되도록 전극을 형성하는 단계; 를 포함하는, 마이크로 LED의 제조방법에 관한 것이다. According to an embodiment of the present invention, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming an n-type semiconductor layer on a lower substrate; Forming a mask layer on the n-type semiconductor layer; Patterning at least three regions each including a single or a plurality of opening patterns in the mask layer, the at least three regions being different from each other in space, size, or both of the opening patterns; Growing a light emitting structure layer including at least three regions separated from each other to emit two or more different wavelengths on an n-type semiconductor layer opened on a mask layer opening pattern of each of the divided regions; Forming an active layer including In and Ga on the grown light emitting structure layer; Forming a p-type semiconductor layer on the light emitting structure layer; And forming an electrode so that electrical connection is formed individually with at least three or more regions of the light emitting structure layer that are separated from each other; And a method of manufacturing the micro LED.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 개구 패턴은 원형, 라인형 및 다각형 형상 중 적어도 하나 이상을 포함하고, 상기 개구 패턴은 형상, 크기, 깊이 및 패턴 간의 간격 중 하나 이상이 서로 다른 복수 개의 구분되는 영역을 포함하는 것이고, 상기 개구 패턴의 구분되는 영역에 따라, 상기 발광 구조체층의 복수 개의 구분되는 영역들이 생성되는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the opening pattern may include at least one of a circular, a line, and a polygonal shape, and the opening pattern may include a plurality of segments having at least one of shape, size, depth, And a plurality of separated regions of the light emitting structure layer may be formed according to the separated regions of the opening pattern.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 구분되는 영역들은, 상기 개구의 중심 간의 간격이 50 nm 내지 100 ㎛인 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the regions to be separated may have an interval between the centers of the openings of 50 nm to 100 mu m.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 개구는 50 nm 내지 50 ㎛의 직경을 갖는 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the opening may have a diameter of 50 nm to 50 mu m.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 발광 구조체층을 성장시키는 단계 및 상기 활성층을 형성하는 단계는, 300 ℃ 내지 1200 ℃ 및 50 torr 내지 500 torr에서 이루어지는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of growing the light emitting structure layer and the step of forming the active layer may be performed at 300 ° C to 1200 ° C and 50 torr to 500 torr.
본 발명은, 디스플레이에 적용 가능한 다양한 형상의 마이크로 LED 구조체를 제공하고, 상기 마이크로 LED 구조체는 복수개의 구별되는 영역으로 구획화하여 개별적으로 구동이 가능하고, 원하는 파장대로 발광 제어가 가능하다. The present invention provides micro-LED structures of various shapes applicable to a display, and the micro-LED structure is divided into a plurality of distinct regions and can be individually driven, and emission control can be performed at a desired wavelength band.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 마이크로 LED 구조체는, 3차원 발광 구조체를 이용하여 단일 기판에서 다양한 파장대의 발광이 가능하고, 고품질의 컬러 마이크로 디스플레이를 구현할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the micro-LED structure can emit light of various wavelengths in a single substrate using a three-dimensional light emitting structure, and a high-quality color micro-display can be realized.
본 발명은, 적색, 녹색, 청색의 발광구조체를 단일 기판 상에 형성하고, 일련의 공정 과정을 진행하여 전사 과정의 적용 없이 컬러 디스플레이 구현이 가능한 마이크로 LED 구조체를 제공할 수 있다.The present invention can provide a micro LED structure capable of realizing a color display without applying a transfer process by forming a red, green, and blue light emitting structure on a single substrate and performing a series of process steps.
본 발명은, 마이크로 LED의 제조 공정을 단순화시키고, 제조 공정의 비용을 획기적으로 절감할 수 있으므로, 마이크로 LED를 기반으로 하는 컬러 마이크로 디스플레이의 상용화를 실현시킬 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can simplify the manufacturing process of the micro LED and drastically reduce the cost of the manufacturing process, so that commercialization of the color micro display based on the micro LED can be realized.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 마이크로 LED 구조체를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 마이크로 LED 구조체의 발광 구조체를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 마이크로 LED 구조체의 발광 구조체층의 다른 예를 나타낸 것이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 마이크로 LED 구조체의 구분되는 영역들의 배열을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 마이크로 LED의 제조방법의 공정을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 개구 패턴의 크기에 따라 성장된 발광 구조체를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 개구 패턴의 크기 및 형태에 따라 성장된 발광 구조체를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 개구 패턴의 크기 및 패턴 간격에 따라 성장된 발광 구조체의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 개구 패턴의 크기 및 패턴 간격에 따라 원소의 이동 거리(migration length) 조절을 예식적으로 나타낸 것이다. 1 illustrates an exemplary micro-LED structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a light emitting structure of a micro LED structure according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
3 shows another example of a light emitting structure layer of a micro LED structure according to an embodiment of the present invention.
4 illustrates an exemplary arrangement of discrete regions of a micro LED structure according to an embodiment of the present invention.
5 is a view illustrating a process of a method of manufacturing a micro LED according to an embodiment of the present invention.
6 illustrates an example of a light emitting structure grown according to the size of an opening pattern according to an embodiment of the present invention.
7 illustrates an example of a light emitting structure grown according to the size and shape of an opening pattern according to an embodiment of the present invention.
8 is an SEM image of a light emitting structure grown according to the size and pattern interval of the opening pattern according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 schematically illustrates adjustment of migration length of an element according to the size and pattern interval of an opening pattern according to an embodiment of the present invention.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.In the following, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, various modifications may be made in the embodiments, and the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. It is to be understood that all changes, equivalents, and alternatives to the embodiments are included in the scope of the right.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the examples are used for descriptive purposes only and are not to be construed as limiting. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like refer to the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this embodiment belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In the following description of the present invention with reference to the accompanying drawings, the same components are denoted by the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant explanations thereof will be omitted. In the following description of the embodiments, a detailed description of related arts will be omitted if it is determined that the gist of the embodiments may be unnecessarily blurred.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described with reference to the drawings, various technical modifications and variations may be applied to those skilled in the art. For example, if the techniques described are performed in a different order than the described methods, and / or if the described components are combined or combined in other ways than the described methods, or are replaced or substituted by other components or equivalents Appropriate results can be achieved.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.
본 발명은, 마이크로 LED(Micro light emitting diode) 구조체에 관한 것이다. The present invention relates to a micro LED (Micro Light Emitting Diode) structure.
본 발명의 일 실시예에 따르는 마이크로 LED 구조체는, n-형 반도체 기판; 상기 n-형 반도체 기판 상에 형성된 발광 구조체층; 및 상기 발광 구조체층 상에 형성된 p-형 반도체층;을 포함하고, 상기 발광 구조체층은, In 및 Ga을 포함하는 활성층이 상부에 형성된 발광 구조체의 배열을 포함하고, 상기 발광 구조체층은, 각각이 단일 또는 복수 개의 발광 구조체를 포함하며, 둘 이상의 다른 파장을 발광하는 적어도 셋 이상의 구분되는 영역들을 형성하고, 상기 구분되는 영역들 각각은 개별적으로 발광 제어가 가능하고, 상기 구분되는 영역들은, 각 영역을 구성하는 상기 발광 구조체의 밑면의 크기, 발광 구조체의 높이, 발광 구조체의 중심 간의 간격 중 적어도 한 개가 서로 상이한 것이다. A micro LED structure according to an embodiment of the present invention includes an n-type semiconductor substrate; A light emitting structure layer formed on the n-type semiconductor substrate; And a p-type semiconductor layer formed on the light emitting structure layer, wherein the light emitting structure layer includes an array of a light emitting structure on which an active layer including In and Ga is formed, and the light emitting structure layer includes Wherein at least three or more separated regions including at least two different wavelengths are formed, each of the divided regions being capable of individually controlling the light emission, At least one of the size of the bottom surface of the light emitting structure, the height of the light emitting structure, and the spacing between the centers of the light emitting structure is different from each other.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 구분되는 영역을 구성하는 발광 구조체의 높이는, 장파장의 빛을 발광하는 영역을 구성하는 발광 구조체 일수록 큰 값을 가지는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the height of the light emitting structure constituting the divided region may be a larger value as the light emitting structure constituting the region emitting light of a longer wavelength.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 구분되는 영역의 발광 구조체 각각의 중심 간의 간격은, 장파장의 빛을 발광하는 영역일수록 큰 값을 가지는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the distance between the center of each of the light emitting structures of the divided regions may be larger in a region emitting light of a longer wavelength.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 구분되는 영역들은 상기 활성층 내의 In-마이그레이션(migration) 정도가 상이한 것이고, 상기 구분되는 영역들은 제1 영역 내지 제3 영역을 형성하고, 상기 제1 영역 내지 제3 영역의 발광 구조체 상의 상기 활성층 내의 In-마이그레이션(migration) 정도는, 제1 영역 > 제2 영역 > 제3 영역인 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the regions to be distinguished are different in degree of In-migration in the active layer, the regions to be separated form a first region to a third region, The degree of In-migration in the active layer on the three-region light-emitting structure may be the first region> the second region> the third region.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 구분되는 영역들은 상기 활성층 내의 Ga 대비 In의 평균 농도가 서로 상이한 것이고, 상기 구분되는 영역들의 발광 구조체 상의 상기 활성층 내 Ga 대비 In의 평균 농도의 비는, 장파장의 빛을 발광하는 영역일 수록 높은 값을 가지는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the above-described regions have different average concentrations of In relative to Ga in the active layer, and the ratio of the average concentration of In to Ga in the active layer on the light- The light emitting region may have a higher value.
본 발명의 일 실시예에 따라, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 의한 마이크로 LED 구조체를 보다 자세히 설명한다. 도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 마이크로 LED 구조체를 예시적으로 나타낸 것으로, 도 1에서 마이크로 LED 구조체(100)는, 하부 기판(110), n-형 반도체 기판층(120); 발광 구조체층(130); 및 p-형 반도체층(140); 을 포함할 수 있다. The micro LED structure according to the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 1 to 4, according to an embodiment of the present invention. 1 illustrates a micro LED structure according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a
하부 기판(110)은, 마이크로 LED 구조체에 적용 가능하고, 마이크로 LED 구조체의 적용 분야에 따라 적절하게 선택될 수 있으며, 예를 들어, 사파이어(Al2O3), Si, SiC, GaN 및 AlN 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. The
n-형 반도체 기판층(120)은, 하부 기판(110) 상에 형성되고, n-형 질화갈륨 반도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, n-형 질화갈륨 반도체는, GaN, GaNP, GaNAs, GaNSb, AlGaN, InGaN, BAlGaN, GaAlNP, GaAlNAs, InAlGaN, GaAlNSb, GaInNP, GaInNAs, 및 GaInNSb 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. The n-type
n-형 반도체 기판층(120)은, n-형 불순물 원소가 더 포함될 수 있고, 예를 들어, 상기 n-형 불순물은 N, P, As, Ge, Si, Cu, Ag, Au, Sb, Bi 등일 수 있다. The n-type
n-형 반도체 기판층(120)은, 1 ㎛ 내지 10 ㎛ 두께로 형성될 수 있고, 바람직하게는 2 ㎛ 내지 4 ㎛ 일 수 있다. n-형 반도체 기판층(120)의 두께가 1 ㎛ 보다 얇으면 마이크로 LED 구조체의 품질이 충분히 좋지 않을 수 있고, 10 ㎛ 보다 두꺼우면 반도체 기판층의 균열이 일어날 수 있다.The n-type
n-형 반도체 기판층(120)은, 소면적 또는 대면적일 수 있고, 예를 들어, 2 인치 이상; 5 인치 이상; 또는 12 인치 이상의 대면적일 수 있다. The n-type
n-형 반도체 기판층(120) 상의 적어도 일부분에 유전체층(121, 도면에 도시하지 않음)이 더 형성될 수 있다. 유전체층(121)은 n-형 반도체층(120) 상에서 발광 구조체(131)가 형성된 부분을 제외한 나머지 부분에 형성될 수 있다. 예를 들어, 유전체층(121)은, Al203, TiO2, TiN, SiCx, Si0x, SixNy, 및 SiOxNy 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 유전체층(121)은, 10 nm 내지 2 ㎛ 두께로 형성될 수 있고, 바람직하게는 30 nm 내지 1 ㎛일 수 있다. A dielectric layer 121 (not shown) may be further formed on at least a portion of the n-type
발광 구조체층(130)은, 단일 또는 다양한 파장대의 빛을 방출하는 것으로, 동일하거나 또는 상이한 복수개의 발광 구조체(131)를 포함할 수 있다. 복수개의 발광 구조체(131)는, 구조체 형태, 크기(예를 들어, 높이, 부피, 단면적, 직경, 길이, 밑면 길이, 등), 성분, 배열 방식(예를 들어, 패턴 간격, 배열 형태, 밀도), 성분, 성장 방식, 결정 구조 등이 상이할 수 있고, 이러한 인자 중 적어도 하나 이상을 변화시켜 발광 구조체(131)의 발광 파장을 조절할 수 있다.The light emitting
발광 구조체(131)는, 50 nm 내지 300 ㎛ 직경(또는, 밑면 길이) 및/또는 50 nm 내지 300 ㎛ 높이(또는, 길이)를 가질 수 있다. 일 예로서, 상기 발광 구조체는 50 nm 내지 100 ㎛ 높이로 형성될 수도 있다. The
본 발명에서 발광 구조체의 발광 파장은 다양한 변수에 의해 제어될 수 있다. 그 변수에는 일 예로서, 발광 구조체의 크기와 형상, 중심간의 간격, 활성층의 두께, In과 Ga의 몰농도, In-마이그레이션 정도 등이 포함된다. 일 예로서, 일부 변수를 제어하였을 때, 발광 구조체(131)는 높이가 높을수록 더 장파장의 빛을 발광할 수 있다. In the present invention, the emission wavelength of the light emitting structure can be controlled by various parameters. The parameters include, for example, the size and shape of the light emitting structure, the distance between centers, the thickness of the active layer, the mole concentration of In and Ga, and the degree of In-migration. For example, when some of the parameters are controlled, the
발광 구조체(131)는, 50 nm 내지 500 ㎛의 중심 간의 간격을 가지도록 배열될 수 있다. 일 예로서, 상기 발광 구조체는 50 nm 내지 100 ㎛의 간격을 가지도록 형성될 수도 있다. 이 때, 상기 발광 구조체의 중심 간의 간격은 마스크층에 형성되는 패턴 간의 간격에 대응되는 수준인 것일 수 있다.The
도 2를 참조하면, 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 발광 구조체(131)를 예시적으로 나타낸 것으로, 발광 구조체(131)는, n-형 반도체층(120) 상에서 성장된 3차원 구조체(131a) 및 3차원 구조체(131a) 상의 적어도 일부분에 형성된 활성층(131b)을 포함할 수 있다.2, a
3차원 구조체(131a)는, n-형 반도체 기판(120)과 동일한 n-형 반도체를 포함하고, 3차원 구조체(131a)는, 상기 n-형 반도체 기판 상에서 성장된 것일 수 있다. 3차원 구조체(131a)는, 원뿔; 다각형뿔; 원기둥; 다각형 기둥; 원형의 링; 다각형의 링; 반구; 평평한 상부를 갖도록 끝이 잘린 형태의 원뿔, 다각형뿔, 원형의 링 및 다각형의 링 형태; 실리던 형태의 중공 함몰부를 포함하는 원뿔, 다각형뿔 및 다각형 기둥; 및 라인(line) 형태의 기둥; 의 구조체들 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. The three-
일 예로서, 3차원 구조체(131a)는, 50 nm 내지 300 ㎛ 직경(또는, 밑면 길이) 및/또는 50 nm 내지 300 ㎛ 높이(또는, 길이)를 가질 수 있다. As an example, the three-
도 2를 참조하면, 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 발광 구조체(131)의 발광 파장을 예시적으로 나타낸 것으로, 도 2의 (a)는 발광 구조체(131)의 면에 따라 발광 파장(R1 및 R2)이 상이하고, 예를 들어, 끝이 잘린 육각 피라미드 구조체의 윗면에서 녹색이 발광(R1)하고, 육각 피라미드 구조체의 옆면에서 청색(R2)이 발광한다. 또한, 도 2의 (b)는 구조체의 높이에 따라 발광하는 빛의 파장이 상이하고, 끝이 잘린 육각 피라미드 구조체의 높이 따라 윗면은 녹색(R1) 또는 적색(R3)을 발광할 수 있다.2 illustrates an emission wavelength of a
활성층(131b)은, 발광 물질을 포함하고, 단일 또는 복수층으로 형성될 수 있다. 활성층(131b)은, 활성층(131b)의 두께, 성장률, 구성성분의 농도비 및 마이그레이션, 층수 등을 조절하여 발광하는 빛의 파장을 조절할 수 있다. 보다 구체적으로, 활성층(131b)은, 발광하는 빛의 파장을 조절하기 위해서, 3차원 구조체(131a)의 면에 따라, 예를 들어, 옆면(또는, 빗면), 윗면 등에 따라 활성층의 두께, 성장률, 구성성분의 농도비 및 마이그레이션 및 층수 중 적어도 하나 이상을 변화시켜 발광하는 빛의 파장을 조절할 수 있다. The
활성층(131b)은, 발광하는 빛의 파장을 조절하기 위해서, 3차원 구조체(131a) 상에 활성층의 성장 온도에 따라 성장율을 변화시킬 수 있다. 상기 복수층의 활성층(131b)에서 각층은, 서로 동일하거나 또는 상이한 성장율의 활성층을 포함할 수 있다. 활성층의 성장율, 즉 활성층의 두께는 발광 파장을 변화시키는 하나의 요인이 될 수 있다. The
활성층(131b)은, 발광하는 빛의 파장을 조절하기 위해서, 3차원 구조체(131a) 상에 활성층의 성장 시 활성층 내의 In-마이그레이션(migration) 정도를 조절할 수 있다. 상기 In-마이그레이션(migration) 정도는 3차원 구조체(131a)의 면에 따라, 즉, 옆면(또는, 빗면), 윗면 등에 따라 변화되어 발광하는 빛의 파장을 조절할 수 있다. 또는, In-마이그레이션(migration) 정도는 3차원 구조체(131a)의 크기, 부피 등에 따라 변화되어 발광하는 빛의 파장을 조절할 수 있다. 또는 , In-마이그레이션(migration) 정도는 3차원 구조체(131a)의 배열 간격에 따라 변화되어 발광하는 빛의 파장을 조절할 수 있다. 또는, In-마이그레이션(migration) 정도는 활성층의 성장 시 공정 조건에 따라 변화되어 발광하는 빛의 파장을 조절할 수 있다. 이는 제조방법에서 보다 구체적으로 설명한다. 상기 복수층의 활성층(131b)에서 각층은, 서로 동일하거나 또는 상이한 In-마이그레이션(migration) 정도의 활성층을 포함할 수 있다. In-마이그레이션은 인듐과 갈륨간의 상대적인 이동용이도 차이에 의한 것이며, 인듐이 갈륨보다 마스크층 상에서 빠른 속도로 이동이 가능하기 때문에 구현되는 현상이다. In-마이그레이션에 의해 활성층 성장시 인듐이 이동할 수 있는 영역이 넓을수록 발광 구조체 내 활성층에 In의 몰농도가 증가하게 된다. 이 때, In 의 몰농도는 발광 파장을 좌우하는 하나의 요인이 될 수 있다.The
활성층(131b)은, 발광하는 빛의 파장을 조절하기 위해서, 3차원 구조체(131a) 상에 활성층의 성장 시 활성층 내의 Ga 대비 In의 평균 농도비를 조절할 수 있다. 상기 복수층의 활성층(131b)에서 각층은, 서로 동일하거나 또는 상이한 활성층 내의 Ga 대비 In의 평균 농도비의 활성층을 포함할 수 있다. In과 Ga의 평균 농도비는 주입되는 양을 통해 조절할 수도 있으며, 발광구조체 간의 간격 설계를 통해서 In-마이그레이션 정도를 제어함으로써 조절할 수도 있다.The
활성층(131b)은, BAlGaN, GaAlNP, GaAlNAs, InAlGaN, GaAlNSb, GaInNP, GaInNAs, 및 GaInNSb 중 적어도 하나 이상을 포함하고, 바람직하게는 InGaN일 수 있다. The
활성층(131b)은, 초격자층(super lattice layer)을 더 포함할 수 있으며, 초격자층(super lattice layer)의 삽입에 의해서 장파장 발광을 유도할 수 있다. 상기 초격자층(super lattice layer)은, 1 nm 내지 10 nm 두께로 형성될 수 있다. 상기 초격자층은, 단일 또는 복수층을 형성되고, 양자우물층을 포함할 수 있다The
본 발명의 일 예로, 발광 구조체(131)는, 랜덤하게 또는 규칙적으로 배열될 수 있다. 발광 구조체(131)는, 원; 타원; 다각형; 중심점이 있는 원, 타원, 및 다각형; 및 라인; 중 적어도 하나 이상의 패턴으로 배열될 수 있다. 상기 중심점이 있는 원, 타원 및 다각형은 하나의 중심점을 단일 또는 복수개의 원, 타원 또는 다각형으로 둘러싸인 형상일 수 있다. In one example of the present invention, the
도 3을 참조하면, 도 3은, 본 발명에 의한 마이크로 LED 구조체의 발광 구조체층의 다른 예를 나타낸 것으로, 발광 구조체층(130)은, 복수개의 영역으로 구획화되어 발광구조체(131)가 배열될 수 있다. 3, another example of the light emitting structure layer of the micro LED structure according to the present invention is shown. The light emitting
발광 구조체층(130)은, 단일 또는 복수개의 발광 영역을 형성하도록 발광구조체(131)가 배열될 수 있으며, 발광하는 빛의 파장에 따라 발광 구조체층(130)을 구획화될 수 있다. 예를 들어, 적색 빛을 발하는 제1 영역(R), 녹색 빛을 발하는 제2 영역(G) 및 청색의 빛을 발하는 제3 영역(B)을 포함하는 적어도 셋 이상의 구분되는 영역을 형성할 수 있다. The light emitting
상기 구분되는 영역들은, 발광 파장을 조절하기 위해서, 각각 동일하거나 또는 상이한 발광 구조체(131)를 포함할 수 있다. The regions to be separated may include the same or different
상기 구분되는 영역들은 각각 발광 구조체(131)의 형태, 크기(높이, 부피, 단면적, 직경, 길이, 밑면 길이 등), 패턴 간격(예를 들어, 발광 구조체 각각의 중심 간의 간격), 배열 형태, 밀도(예를 들어, 상기 구분되는 영역들의 면적 대비 발광 구조체(131)의 부피비), 성분, 성장 방식, 결정 구조 및 활성층의 구성 (활성층의 두께, In-마이그레이션, Ga 대비 In의 평균 농도 등)중 적어도 하나 이상이 상이할 수 있다. The regions to be delineated may be in the shape of a
보다 구체적으로, 상기 구분되는 영역들은 각각 발광 구조체 각각의 중심 간의 간격 및/또는 구분되는 영역의 면적 대비 발광 구조체의 부피비는 상이할 수 있으며, 상기 구분되는 영역의 발광 구조체 각각의 중심 간의 간격은 장파장을 발광하는 영역의 발광 구조체들 일수록 큰 값을 가지며, 발광 구조체의 높이는 장파장을 발광하는 영역의 발광구조체 일수록 큰 값을 가진다. More specifically, the regions to be distinguished may be different from each other in the distance between the centers of the respective light emitting structures and / or the volume ratio of the light emitting structure to the area of the divided regions, The height of the light emitting structure has a larger value as the light emitting structure of the region that emits the longer wavelength is.
이는, 상술한 바 있던 발광 파장을 변화시키는 복수 개의 요인들 중 일부를 제어할 경우에 구현되는 효과이며, 일부 요소들을 제어하였을 때 발광 구조체의 높이는 커질수록 장파장을 발하게 되는데, 이는 In-마이그레이션 가능한 거리가 길기 때문에 구현되는 효과일 수 있다.This is an effect realized when controlling a part of a plurality of factors that change the light emission wavelength as described above. When controlling a part of elements, the longer the height of the light emitting structure, the longer wavelength is emitted. It can be an effect to be realized.
한편, 상기 구분되는 영역들은, 각각 동일하거나 또는 상이한 활성층(131b)을 포함할 수 있으며, 상기 구분되는 영역들은 각각 상기 활성층 내의 In-마이그레이션(migration) 정도가 상이할 수 있다. 상기 구분되는 영역들이 제1 영역 내지 제3 영역으로 구분된다고 가정할 때, 일부 요인들을 제어한다는 전제 하에, 상기 제1 영역 내지 제3 영역의 발광 구조체 상의 상기 활성층 내의 In-마이그레이션(migration) 정도는, 제1 영역 > 제2 영역 > 제3 영역 순일 수 있다. 일 예로서, 상기 제1 영역 내지 제3 영역은 레드, 그린, 블루 파장을 발하는 영역인 것일 수 있다. Meanwhile, the regions to be distinguished may include the same or different
상기 구분되는 영역들은 각각 상기 활성층 내의 Ga 대비 In의 평균 농도가 서로 상이할 수 있고, 상기 구분되는 발광 구조체 상의 상기 활성층 내의 Ga 대비 In의 평균 농도의 비는 장파장 발광의 영역일 수록 큰 값을 가질 수 있다. The average concentration of Ga in the active layer may be different from each other and the ratio of the average concentration of In to Ga in the active layer on the separated light emitting structure may have a larger value as the region of long wavelength light emission .
상기 구분되는 영역들은 각각 상기 활성층의 두께가 상이할 수 있다. The regions to be distinguished may have different thicknesses of the active layers.
상기 구분되는 영역들은, 서로 상이한 형태의 발광 구조체(130)를 포함할 수 있으며, 일 예로 도 3의 (a)에서 적색 빛을 발하는 제1 영역(R)은, 실린더 형태의 중공 함몰부를 포함하는 육각 피라미드 구조체, 녹색 빛을 발하는 제2 영역(G)은, 끝이 잘린 형태를 포함하는 육각 피라미드 구조체 및 청색의 빛을 발하는 제3 영역(B)은, 피라미드 구조체를 포함할 수 있다. 또는, 도 3의 (b)에서, 적색 빛을 발하는 제1 영역(R)은, 실린더 끝이 잘린 형태를 포함하는 육각 피라미드 구조체, 녹색 빛을 발하는 제2 영역(G)은, 끝이 잘린 형태를 포함하는 육각 피라미드 구조체 및 청색의 빛을 발하는 제3 영역(B)은, 육각 피라미드 구조체를 포함할 수 있다. 상기 끝이 잘린 형태의 육각 피라미드 구조체, 육각 피라미드 구조체 및 실린더 형태의 중공 함몰부를 포함하는 육각 피라미드 구조체의 높이는 동일하거나 또는 상이할 수 있다. The separated regions may include different types of
또는, 적색 빛을 발하는 제1 영역(R), 녹색 빛을 발하는 제2 영역(G) 및 청색의 빛을 발하는 제3 영역(B)은, 육각 피라미드 구조체 또는 끝이 잘린 형태의 육각 피라미드 구조체를 포함하고, 청색의 빛을 발하는 제3 영역(B)은, 육각 피라미드 구조체의 옆면의 발광 파장을 이용하고, 녹색 빛을 발하는 제2 영역(G) 및 적색 빛을 발하는 제1 영역(R)은, 끝이 잘린 형태의 육각 피라미드 구조체의 옆면, 윗면 또는 이 둘의 발광 파장을 이용할 수 있다. 즉, 녹색 빛을 발하는 제2 영역(G) 및 적색 빛을 발하는 제1 영역(R)은, 끝이 잘린 육각 피라미드의 윗면의 높이에 따라 결정되고, 윗면의 높이가 높을수록 장파장의 빛을 발할 수 있다.Alternatively, the first region R for emitting red light, the second region G for emitting green light, and the third region B for emitting blue light may be a hexagonal pyramid structure or a truncated hexagonal pyramid structure And the third region B that emits blue light uses the emission wavelength of the side surface of the hexagonal pyramid structure and the second region G that emits green light and the first region R emit red light , The side surface, the top surface of the hexagonal pyramid structure having a truncated shape, or the emission wavelength of the two. That is, the second area G for emitting green light and the first area R for emitting red light are determined according to the height of the upper surface of the truncated hexagonal pyramid, and the higher the height of the upper surface, the longer wavelength .
상기 구분되는 영역들은, 규칙적 또는 랜덤하게 배열될 수 있고, 도 4를 참조하면, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 마이크로 LED 구조체의 상기 구분되는 영역들의 배열을 예시적으로 나타낸 것으로, 도 4에서 X 방향으로 구분되는 영역들(S1, S2, S3,... Sn) 및 Y 방향으로 구분되는 영역들(S1', S1'', S2', S2''...Snm )이 배열되고, Sn 및 Snm는, 각각, 적색, 녹색 또는 청색 발광 영역이고, 상기 발광 영역은, 내부의 발광 구조체의 중심 간의 간격이 동일하거나 상이한 간격(b)으로 배열될 수 있다. 상기 발광 구조체의 중심간의 간격(b)은, 50 nm 내지 500 ㎛일 수 있다. 또한, X 방향 및 Y 방향으로 배열된 발광 영역은, 상기 언급한 바와 같이, 동일하거나 또는 상이한 발광 구조체를 포함하고, 상기 발광 구조체는, 원하는 발광 영역의 배열에 따라 발광 파장이 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 복수개의 발광 영역은, 적색, 녹색 및 청색 발광 영역을 서브픽셀로 포함하는 픽셀 단위를 형성할 수 있으며, 이는 디스플레이에서 요구하는 색상의 광원을 서브픽셀 단위로 제공할 수 있고, 컬러 또는 풀 컬러 마이크로 디스플레이를 구현할 수 있다. 4, the arrangement of the distinct regions of the micro-LED structure according to the present invention is illustrated in an exemplary < RTI ID = 0.0 > S1 ', S2', S2 ',..., S2',..., And Sn ', which are divided in the X direction in FIG. .Sn m ) are arranged, Sn and Sn < m > Emitting region is a red, green or blue light-emitting region, and the light-emitting region may be arranged at an interval (b) in which the centers of the light-emitting structures are the same or different. The distance b between the centers of the light emitting structures may be 50 nm to 500 탆. Further, the light emitting region arranged in the X direction and the Y direction includes the same or different light emitting structure as mentioned above, and the light emitting structure can be adjusted in the light emitting wavelength according to the arrangement of the desired light emitting region. For example, the plurality of light emitting regions may form a pixel unit including red, green, and blue light emitting regions as subpixels, which may provide a light source of a color required in the display in units of subpixels, Color or full color microdisplay.
상기 구분되는 영역들은, 원(또는, 도트), 다각형(예를 들어, 삼각형, 정사각형, 직사각형, 육각형) 또는 이 둘의 형태일 수 있고, 너비(a)가 5 ㎛ 이상; 10 ㎛ 이상; 또는 15 ㎛ 이상일 수 있다. The divided regions may be a circle (or a dot), a polygon (e.g., a triangle, a square, a rectangle, a hexagon), or both, and the width a may be 5 占 퐉 or more; 10 탆 or more; Or 15 m or more.
p-형 반도체층(140)은, 발광 구조체층(130) 상에 형성되며, p-형 반도체층(140)은, p-형 질화갈륨 반도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 예를 들어, p-형 질화갈륨 반도체는, GaN, GaNP, GaNAs, GaNSb, AlGaN, InGaN, BAlGaN, GaAlNP, GaAlNAs, InAlGaN, GaAlNSb, GaInNP, GaInNAs, 및 GaInNSb 중 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 AlGaN electron blocking layer를 포함하는 p-형 GaN이다. 또한, p-형 불순물 원소가 더 포함될 수 있고, 상기 p-형 불순물은 Mg, B, In, Ga, Al, Tl 등일 수 있다. The p-
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 구분되는 영역들 각각은 전극과 개별적으로 연결된 것일 수 있다. 즉, 일 예로서, 상기 구분되는 영역들이 각각 레드, 그린 및 블루 파장의 빛을 발한다고 가정할 때, 본 발명의 마이크로 LED 구조체는 레드, 그린 및 블루 파장의 빛 중 하나 또는 둘 만을 선택적으로 발광하는 형태로 구동될 수 있다. 따라서, 본 발명에서 제공하는 마이크로 LED 구조체를 이용할 경우 단순히 레드, 그린 및 블루가 혼합되어 발하는 백색파장 뿐 아니라, 다양한 색상의 조합으로 구현되는 풀컬러 디스플레이의 구현이 가능해질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, each of the distinct regions may be individually connected to an electrode. In other words, for example, assuming that the separated regions emit light of red, green, and blue wavelengths, respectively, the micro LED structure of the present invention selectively emits only one or two of red, green, Or the like. Therefore, when the micro LED structure provided in the present invention is used, it is possible to realize a full-color display realized by a combination of not only white wavelengths mixed with red, green and blue but also various colors.
본 발명의 일 예로, 마이크로 LED 구조체(100)는, 구동을 위해서 n-형 금속 전극층(150) 및 p-형 금속 전극층(160)을 더 포함할 수 있다. n-형 금속 전극층(150) 및 p-형 금속 전극층(160)은, 마이크로 LED 구조체(100)에서 상기 구분되는 영역들 각각은 전극과 개별적으로 연결되어 구동 가능하고, 개별적으로 발광 제어가 가능할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 구분되는 영역들의 발광구조체 상의 상기 활성층의 평균 두께는, 장파장의 영역일 수록 큰 값을 가지는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the average thickness of the active layer on the light-emitting structure of the separated regions may be a larger value in a region of a longer wavelength.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 구분되는 영역들 각각의 발광 구조체들은 높이, 형태, 면적 중 하나 이상이 서로 상이한 것이며, 단일 공정 과정을 통해 모두 동시에 성장된 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, each of the light emitting structures of the separated regions may have at least one of a height, a shape, and an area that are different from each other, and may be all simultaneously grown through a single process.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 활성층은 초격자층(super lattice layer)을 더 포함하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the active layer may further include a superlattice layer.
한편, n-형 금속 전극층(150)은, n-형 반도체 기판층(120)의 적어도 일부분에 형성되고, n-형 금속 전극층(150)은 Co, Ir, Ta, Cr, Mn, Mo, Tc, W, Re, Fe, Sc, Ti, Sn, Ge, Sb, Al, Pt, Ni, Au, ITO 및 ZnO 중 1종 이상을 포함할 수 있으며, n-형 금속 전극층(150)은 단일층 또는 복수층으로 구성될 수 있다. The n-type
또한, p-형 금속 전극층(160)은, p-형 반도체층(140)의 적어도 일부분에 형성되고, p-형 금속 전극층(160)은 Co, Ir, Ta, Cr, Mn, Mo, Tc, W, Re, Fe, Sc, Ti, Sn, Ge, Sb, Al, Pt, Ni, Au, ITO 및 ZnO 중 1종 이상을 포함할 수 있다. p-형 금속 전극층(160)은 단일층 또는 복수층으로 구성될 수 있다. The p-type
n-형 금속 전극층(150) 및 p-형 금속 전극층(160)은 오믹 전자로 작용하여 마이크로 LED(100)에 전류를 공급하여 전기구동이 가능하고, 30 nm 내지 500 nm 두께로 형성될 수 있고, 바람직하게는 50 nm 내지 300 nm 두께일 수 있다. The n-type
본 발명은, 본 발명에 의한 마이크로 LED를 포함하는 마이크로 디스플레이에 관한 것이다. 본 발명의 일 예로, 상기 마이크로 디스플레이는, 본 발명에 의한 마이크로 LED 구조체를 적용하므로, 제조 공정 및 비용을 줄일 수 있고, 컬러 구현이 가능하다. The present invention relates to a microdisplay comprising a micro LED according to the present invention. In the microdisplay of the present invention, since the micro LED structure according to the present invention is applied, manufacturing process and cost can be reduced, and a color can be realized.
상기 마이크로 디스플레이는, n-형 반도체 기판 상에서 성장된 발광 구조체를 이용하므로, 서브픽셀 및/또는 픽셀의 크기, 배열, 빛의 색 등의 정밀한 조절이 가능하고, 풀 컬러의 디스플레이를 구현할 수 있다. Since the microdisplay uses the light emitting structure grown on the n-type semiconductor substrate, it is possible to precisely control the size, arrangement, light color of the subpixel and / or pixel, and realize full color display.
상기 서브픽셀은, 적색, 녹색 및 청색 발광 영역의 서브픽셀을 포함하고, 상기 서브픽셀은 규칙적 또는 랜덤하게 배열될 수 있다. 즉, 이는 도 4의 발광 영역(S1..Sn 및 S1'...Snm)을 서브픽셀로 구성할 수 있다. 적색, 녹색 및 청색 발광 영역의 서브픽셀의 크기는, 너비(a)가 5 ㎛ 이상; 10 ㎛ 이상; 또는 15 ㎛ 이상일 수 있다. 적색, 녹색 및 청색 발광 영역은, 원(또는, 도트), 다각형(예를 들어, 삼각형, 정사각형, 직사각형, 육각형) 또는 이 둘의 형태일 수 있다. The subpixel includes subpixels of red, green, and blue emission regions, and the subpixels may be regularly or randomly arranged. That is, this light emitting region (S1..Sn and S1 '... Sn m) of FIG. 4 may be composed of sub-pixels. The size of the subpixels in the red, green, and blue emission regions is 5 [micro] m or more in width (a); 10 탆 or more; Or 15 m or more. The red, green, and blue light emitting regions may be in the form of a circle (or dot), a polygon (e.g., triangle, square, rectangle, hexagon), or both.
본 발명은 본 발명에 의한 마이크로 LED 구조체의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제조방법은, 단일 기판 상에 다양한 발광 영역을 갖는 발광 구조체층을 단일 성장 공정(one-step)으로 형성할 수 있고, 더 나아가 마이크로 LED 디스플레이의 제조공정을 단순화시킬 수 있다. The present invention relates to a method of manufacturing a micro LED structure according to the present invention. According to one embodiment of the present invention, the fabrication method can form a light emitting structure layer having various light emitting regions on a single substrate by a single-step process, and further, Can be simplified.
본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명은, 하부 기판 상에 n-형 반도체층을 형성하는 단계; 상기 n-형 반도체층 상에 마스크층을 형성하는 단계; 상기 마스크층에 각각 단일 또는 복수 개의 개구 패턴을 포함하되, 개구 패턴의 간격, 크기 또는 둘 다가 서로 상이하여 서로 구분되는 적어도 셋 이상의 영역을 패터닝하는 단계; 상기 각각의 구분되는 영역의 마스크층 개구 패턴 상에 개방된 n-형 반도체층 위로 서로 다른 둘 이상의 파장을 발광하도록 서로 구분되는 적어도 셋 이상의 영역을 포함하는 발광 구조체층을 성장시키는 단계; 상기 성장된 발광 구조체층 상에 In 및 Ga을 포함하는 활성층을 형성하는 단계; 상기 발광 구조체층 상에 p-형 반도체층을 형성하는 단계; 및 상기 발광 구조체층의 서로 구분되는 적어도 셋 이상의 영역 각각과 개별적으로 전기적 연결이 형성되도록 전극을 형성하는 단계; 를 포함하는, 마이크로 LED의 제조방법에 관한 것이다. According to an embodiment of the present invention, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming an n-type semiconductor layer on a lower substrate; Forming a mask layer on the n-type semiconductor layer; Patterning at least three regions each including a single or a plurality of opening patterns in the mask layer, the at least three regions being different from each other in space, size, or both of the opening patterns; Growing a light emitting structure layer including at least three regions separated from each other to emit two or more different wavelengths on an n-type semiconductor layer opened on a mask layer opening pattern of each of the divided regions; Forming an active layer including In and Ga on the grown light emitting structure layer; Forming a p-type semiconductor layer on the light emitting structure layer; And forming an electrode so that electrical connection is formed individually with at least three or more regions of the light emitting structure layer that are separated from each other; And a method of manufacturing the micro LED.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 개구 패턴은 원형, 라인형 및 다각형 형상 중 적어도 하나 이상을 포함하고, 상기 개구 패턴은 형상, 크기, 깊이 및 패턴 간의 간격 중 하나 이상이 서로 다른 복수 개의 구분되는 영역을 포함하는 것이고, 상기 개구 패턴의 구분되는 영역에 따라, 상기 발광 구조체층의 복수 개의 구분되는 영역들이 생성되는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the opening pattern may include at least one of a circular, a line, and a polygonal shape, and the opening pattern may include a plurality of segments having at least one of shape, size, depth, And a plurality of separated regions of the light emitting structure layer may be formed according to the separated regions of the opening pattern.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 구분되는 영역들은, 상기 개구의 중심 간의 간격이 50 nm 내지 100 ㎛인 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the regions to be separated may have an interval between the centers of the openings of 50 nm to 100 mu m.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 개구는 50 nm 내지 50 ㎛의 직경을 갖는 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the opening may have a diameter of 50 nm to 50 mu m.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 발광 구조체를 성장시키고 활성층을 형성하는 것은, 각각 300 ℃ 내지 1200 ℃ 및 50 torr 내지 500 torr에서 이루어지는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the growth of the light emitting structure and the formation of the active layer may be performed at 300 ° C. to 1200 ° C. and 50 torr to 500 torr, respectively.
상술한 제조방법은, 보다 구체적으로 도 5를 참조하여 설명하며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 마이크로 LED의 제조방법의 공정을 예시적으로 나타낸 것이다. 도 5에서 상기 제조방법은 하부 기판을 준비하는 단계(S110); n-형 반도체층을 형성하는 단계(S120); 마스크층을 형성하는 단계(S130); 패터닝하는 단계; 발광 구조체층을 형성하는 단계(S140); 및 p-형 반도체층을 형성하는 단계(S150)를 포함할 수 있다. p-형 반도체층을 형성하는 단계(S150) 이후에 전극을 형성하는 단계(S160)를 더 포함할 수 있다. The above-described manufacturing method will be described in more detail with reference to FIG. 5, and FIG. 5 exemplarily shows a process of a method of manufacturing a micro LED according to an embodiment of the present invention. 5, the manufacturing method includes a step (S110) of preparing a lower substrate; forming an n-type semiconductor layer (S120); Forming a mask layer (S130); Patterning; Forming a light emitting structure layer (S140); And forming a p-type semiconductor layer (S150). (S160) forming the p-type semiconductor layer after forming the p-type semiconductor layer (S150).
하부 기판을 준비하는 단계(S110)는, 상기 언급한 하부 기판(110)을 준비하는 단계이다.The step of preparing a lower substrate (S110) is a step of preparing the above-mentioned lower substrate (110).
n-형 반도체층을 형성하는 단계(S120)는, 언급한 기판(110) 상의 적어도 일부분에 MOCVD(metal-organic chemical vapour deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy) 또는 HVPE(Hydride Vapour Phase Epitaxy 등을 이용하여 n-형 반도체층(120)을 형성하는 단계이며, 공정 조건은 본 발명에서 특별히 제한하지 않는다. 상기 n-형 반도체층(120)은 상기 언급한 바와 같다. The step of forming the n-type semiconductor layer (S120) may be performed by using metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), or hydride vapor phase epitaxy (HVPE) on at least a portion of the
마스크층을 형성하는 단계(S130)는, n-형 반도체층(120) 상의 적어도 일부분에 마스크층(121)을 증착하는 단계이다. 마스크층(121)은 일 예로서 그 두께가 10 nm 내지 200 nm 일 수 있고, 상기 언급한 유전체층의 구성성분과 동일할 수 있다. The step of forming a mask layer (S130) is a step of depositing a
패터닝하는 단계(S140)는, 마스크층(121)을 개구 패턴으로 패터닝하는 단계이다. 단일 기판 상에 단일 공정으로 개구 패턴을 형성하므로, 전사 공정 없이 마이크로 LED 구조체를 형성하고, 대면적 기판의 적용이 가능하다. The step of patterning (S140) is a step of patterning the
패터닝하는 단계(S140)는, 상기 언급한 구분되는 영역들을 형성하기 위해서 상기 마스크층에 각각 복수 개의 개구 패턴을 형성하고, 패턴 간격, 형상 또는 둘 다가 서로 상이하여 서로 구분되는 적어도 셋 이상의 영역으로 패터닝할 수 있다. 이는 적색, 녹색 및 청색 발광 영역으로 이루어진 서브픽셀로 구역화하여 패터닝될 수 있고, 단일 기판 상에 디스플레이에 필요한 광원을 단일 공정으로 제공할 수 있다. The step of patterning (S140) may include forming a plurality of opening patterns in the mask layer to form the above-described divided regions, patterning at least three or more regions that are different from each other in pattern spacing, can do. This can be zoned and patterned into subpixels made up of red, green, and blue light emitting regions and can provide the light source required for display on a single substrate in a single process.
상기 개구 패턴의 크기(a) 및 개구 패턴의 배열 간격에 따라 발광 구조체(130)의 형태, 크기, 활성층의 구성 등의 조절이 가능할 뿐만 아니라, 발광 구조체(130)의 미세 발광 파장을 조절할 수 있다. The shape and size of the
도 6을 참조하면, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 개구 패턴의 크기에 따라 성장된 발광 구조체를 예시적으로 나타낸 것으로, 도 6의 (a)에서 개구 패턴의 크기에 따라 성장 영역 및 포획 반경(Capture radius)이 결정되고, 도 6의 (b)에서 성장 영역 및 포획 반경에 따라 다양한 형상의 구조체가 성장되는 것을 확인할 수 있다. 이러한 성장 영역 및 포획 반경은 성장된 구조체의 폭 및 높이를 조절할 수 있고, 더 나아가 구조체 성장 이후에 활성층의 구성 조절에 활용될 수 있다. Referring to FIG. 6, FIG. 6 exemplarily shows a light emitting structure grown according to the size of an opening pattern according to an embodiment of the present invention. In FIG. 6 (a) The growth region and the capture radius are determined according to the growth region and the capture radius in FIG. 6 (b). Such a growth region and trap radius can control the width and height of the grown structure, and further can be utilized to control the composition of the active layer after the growth of the structure.
도 7을 참조하면, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 개구 패턴의 크기 및 형태에 따라 성장된 발광 구조체를 예시적으로 나타낸 것으로, 개구 패턴의 크기 및 형태에 따라 피라미드 구조체, 끝이 잘린 피라미드 구조체 및 실린더 형태의 중공 함몰부를 포함하는 피라미드 구조체를 형성할 수 있다. Referring to FIG. 7, FIG. 7 illustrates a light emitting structure grown according to the size and shape of an opening pattern according to an embodiment of the present invention, A pyramid structure including a pyramidal structure, a truncated pyramid structure and a cylindrical hollow depression can be formed.
도 8을 참조하면, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 개구의 크기 및 간격에 따라 성장된 발광 구조체의 SEM 이미지를 나타낸 것으로, 도 8을 살펴보면, 개구 패턴의 크기와 패턴의 간격에 따라서 피라미드 구조체, 끝이 잘린 피라미드 구조체의 형성을 조절할 수 있다. Referring to FIG. 8, FIG. 8 is a SEM image of a light emitting structure grown according to the size and the spacing of the openings according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, The formation of the pyramid structure and the truncated pyramid structure can be controlled according to the interval of the pattern.
도 9를 참조하면, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 개구 패턴의 크기 및 간격에 따라 성장된 발광 구조체 및 발광 파장의 변화를 예시적으로 나타낸 것으로, 도 8의 (a)에서 개구 패턴의 크기 및 간격에 따라 발광 구조체의 모양 및 크기가 변화되고, 도 8의 (b)에서 발광 구조체의 발광 파장이 변화되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 개구 패턴의 구성에 따라 발광 파장의 미세 조절이 가능한 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 8의 (b)를 살펴보면, 피라미드 구조체 및 끝이 잘린 피라미드 구조체가 형성되고, 개구 패턴의 크기가 증가할 수록 끝이 잘린 피라미드 구조체의 크기 및 높이가 변화된다. 즉, 개구 패턴의 크기에 따라 구조체의 모양 및 높이가 조절되는 것을 확인할 수 있다. FIG. 9 illustrates a variation of the light emitting structure and the emission wavelength according to the size and the spacing of the opening pattern according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 9, the shape and size of the light emitting structure change according to the size and the interval of the opening pattern in FIG. 8A, and the light emitting wavelength of the light emitting structure changes in FIG. 8B. That is, it can be confirmed that the emission wavelength can be finely adjusted depending on the configuration of the opening pattern. 8 (b), a pyramid structure and a truncated pyramid structure are formed. As the size of the opening pattern increases, the size and height of the truncated pyramid structure change. That is, it can be confirmed that the shape and height of the structure are controlled according to the size of the opening pattern.
패터닝하는 단계(S140)는, 리소그래피 공정, 반응성 이온 에칭, 습식 에칭 등을 이용하여 패터닝할 수 있다. 예를 들어, 리소그래피 공정은, 포토-리소그래피, 레이저 리소그래피, e-빔 리소그래피, 또는 나노-리소그래피 등을 이용할 수 있다. The step of patterning (S140) may be patterned using a lithography process, reactive ion etching, wet etching or the like. For example, the lithography process may utilize photo-lithography, laser lithography, e-beam lithography, or nano-lithography.
개구 패턴의 직경(a, 또는, 너비)은 발광 구조체의 형태에 따라 적절하게 선택될 수 있고, 바람직하게는 50 nm 내지 30 ㎛일 수 있고, 상기 개구 패턴의 배열 간격은, 상기 직경보다 큰 것일 수 있다. 상기 개구 패턴의 단면은, 원 및 다각형 중 1종 이상의 형상을 가지며, 상기 개구 패턴의 하단 부분에 n-형 반도체층(120)이 개방된다. 상기 개구 패턴에서 상기 개구의 중심 간의 간격이 50 nm 내지 50 ㎛ 일 수 있다. The diameter (a or width) of the opening pattern may be appropriately selected according to the shape of the light emitting structure, and may be preferably from 50 nm to 30 m, and the arrangement interval of the opening patterns is preferably larger than the diameter . The cross section of the opening pattern has at least one shape of a circle and a polygon, and the n-
개구 패턴은 원형, 라인형 또는 다각형 형상 중 적어도 하나 이상을 포함하고, 개구 패턴은 형상, 깊이 및 간격 중 하나 이상이 서로 다른 복수 개의 구분되는 영역을 형성하고, 개구 패턴의 구분되는 영역에 따라, 상기 발광 구조체층의 복수 개의 구분되는 영역들이 생성될 수 있다. 일 예로서, 상기 다양한 개구 패턴들을 통해 제1 영역 및 제3 영역으로 대표되는 서로 다른 둘 이상의 파장을 발광하는 셋 이상의 영역의 발광 구조체 영역들을 형성할 수 있다.The opening pattern includes at least one of a circular shape, a line shape, and a polygonal shape, and the opening pattern forms a plurality of divided regions having at least one of a shape, a depth, and an interval, A plurality of distinct regions of the light emitting structure layer may be generated. As one example, the light emitting structure regions of three or more regions that emit light of two or more different wavelengths represented by the first region and the third region may be formed through the various opening patterns.
발광 구조체층을 형성하는 단계(S140)는, 3차원 구조체(131a)를 성장시키는 단계; 및 활성층(131b)을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다. The step of forming the light emitting structure layer (S140) includes: growing the three-
발광 구조체층을 형성하는 단계(S140)는, 상기 개구 패턴에 따라 단일 성장 공정으로 기판 전체에 걸쳐 발광구조체층(130)을 형성하는 단계이며, 상기 각각의 구분되는 영역의 마스크층 개구 패턴 상에 개방된 n-형 반도체층 위로 적색, 녹색 및 청색 빛을 발하도록 서로 구분되는 적어도 셋 이상의 영역을 포함하는 발광 구조체층을 성장시킬 수 있다. 이는 단일 기판에 다양한 발광 영역을 전사 공정 없이 형성할 수 있고, 디스플레이에 필요한 광원을 단일 공정으로 제작할 수 있다. The step of forming the light emitting structure layer S140 is a step of forming the light emitting
상기 3차원 구조체(131a)를 성장시키는 단계는, 상기 개구 패턴 내에서 개방된 n-형 반도체층 상에서 3차원 구조체(131a)를 성장시킨다. The step of growing the three-
상기 3차원 구조체(131a)를 성장시키는 단계는, 성장 시간에 따라 구조체의 높이 및/또는 모양을 조절할 수 있다. 예를 들어, 성장 시간의 증가시켜 끝이 잘린 피라미드 구조체에서 피라미드 구조체로 성장시킬 수 있다. 다른 예로, 성장시간이 같은 경우에는, 상기 언급한 개구 패턴의 크기 및 간격에 따라 구조체를 디자인할 수 있다. 예들 들어, 간격이 넓거나 작은 원형 패턴에서는 피라미드 구조체가 형성되며 간격이 좁거나 큰 원형 패턴에서는 끝이 잘린 피라미드 구조체가 형성된다. 또한, 패턴의 크기가 작을수록 끝이 잘린 피라미드 구조체의 높이가 높을 수 있다. The step of growing the three-
상기 3차원 구조체(131a)를 성장시키는 단계는, 900 ℃ 내지 1200 ℃ 및 50 torr 내지 500 torr에서 실시될 수 있다. 상기 단계는 MOCVD(metal-organic chemical vapour deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy) 또는 HVPE(Hydride Vapour Phase Epitaxy 등을 이용할 수 있다. The step of growing the three-
상기 3차원 구조체(131a)를 성장시키는 단계에서 3차원 구조체(131a)는, n-형 반도체층(120)과 동일하거나 또는 상이한 성분으로 이루어지고, 3차원 구조체의 형태는 상기 언급한 바와 같다. In the step of growing the three-
상기 활성층을 형성하는 단계는, 3차원 구조체(131a) 상의 적어도 일부분에 활성층(131b)을 형성하는 단계이며, 상기 언급한 바와 같이, 활성층의 구성을 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 성장된 발광 구조체층 상에 In 및 Ga을 포함하는 활성층을 형성할 수 있다.The step of forming the active layer is a step of forming the
상기 활성층을 형성하는 단계는, 650 ℃ 내지 850 ℃에서 실시되고, 원하는 활성층의 성장율에 따라 상기 온도 범위는 적절하게 선택될 수 있다. 상기 활성층을 형성하는 단계는, MOCVD(metal-organic chemical vapour deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy) 또는 HVPE(Hydride Vapour Phase Epitaxy) 등을 이용할 수 있으며, 상기 활성층의 성분 및 구성은 상기 언급한 바와 같다.The step of forming the active layer is performed at 650 ° C to 850 ° C, and the temperature range may be appropriately selected according to the growth rate of the desired active layer. The active layer may be formed by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), hydride vapor phase epitaxy (HVPE), or the like. .
활성층의 형성 시 성장률과 성분의 함량 차이를 적용하여 발광 파장을 조절할 수 있다. 예를 들어, InGaN 활성층 시 c축 방향의 결정면과 semi-polar 결정면에 형성되는 InGaN 층의 성장률과 인듐(Indium) 함량의 차이를 이용하여 육각 피라미드 구조체와 끝이 잘린 육각 피라미드 구조체의 발광 파장을 변화시킬 수 있다. The emission wavelength can be controlled by applying the difference between the growth rate and the content of the component in the formation of the active layer. For example, by using the difference between the indium content and the growth rate of the InGaN layer formed on the crystal plane in the c-axis direction and the semi-polar crystal plane in the InGaN active layer, the emission wavelength of the hexagonal pyramid structure and the truncated hexagonal pyramid structure are changed .
활성층의 형성 시 성분 원소의 이동 거리(migration length)의 차이를 이용하여 발광 파장을 조절할 수 있다. 예를 들어, 인듐(Indium)과 갈륨(Gallium)의 이동 거리(migration length) 차이를 이용하여 끝이 잘린 육각 피라미드 구조체의 높이 따라 발광 영역을 설정할 수 있다. 즉, 성분 원소의 이동 거리는 개구 패턴의 크기 및 간격에 의해서 조절될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 10을 참조하면, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 개구 패턴의 크기 및 간격에 따라 원소 이동 거리(migration length)의 조절을 예시적으로 나타낸 것으로, 간격이 증가할 경우에 포획 반경의 겹치는 정도가 줄어들고, 활성층의 형성 시 원소의 이동 거리(migration length)에 영향을 줄 수 있다. 이는 활성층의 In-마이그레이션(migration) 정도를 조절할 수 있다. 또한, 효과적인 장파장 발광의 구조체를 형성하기 위해 초격자층(super lattice layer)을 더 삽입할 수 있다.The emission wavelength can be controlled by using the difference in the migration length of the component elements in the formation of the active layer. For example, the emission region can be set along the height of a truncated hexagonal pyramid structure using difference in migration length of indium and gallium. That is, the moving distance of the component elements can be controlled by the size and the interval of the opening pattern. 10, there is shown an exemplary adjustment of the migration length according to the size and spacing of the opening pattern according to an embodiment of the present invention, When the spacing increases, the overlapping degree of the trapping radius is reduced, which may affect the migration length of the element during the formation of the active layer. This can control the In-migration degree of the active layer. Further, a super lattice layer may be further inserted to form a structure of an effective long-wavelength luminescence.
p-형 질화갈륨 반도체층을 형성하는 단계는, 상기 활성층을 형성하는 단계 이후에, 3차원 구조체층(130) 상에 p-형 질화갈륨 반도체층(140)을 형성한다. 이는 발광 구조체층의 서로 구분되는 적어도 셋 이상의 영역 각각과 개별적으로 전기적 연결이 형성되도록 전극을 형성할 수 있다. The step of forming the p-type gallium nitride semiconductor layer includes forming a p-type gallium
p-형 질화갈륨 반도체층을 형성하는 단계는 MOCVD(metal-organic chemical vapour deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy) 또는 HVPE(Hydride Vapour Phase Epitaxy 등을 이용할 수 있으며, p-형 질화갈륨 반도체층(140)의 성분 및 구성은 상기 언급한 바와 같다. The formation of the p-type gallium nitride semiconductor layer may be performed using metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), or hydride vapor phase epitaxy (HVPE) ) Are the same as those mentioned above.
본 발명의 일 예로, 제조방법은, 상기 n-형 반도체층(120) 상의 적어도 일부분에 n-형 금속 전극층(150)을 형성하는 단계; 및 상기 p-형 질화갈륨 반도체층(140) 상의 적어도 일부분에 p-형 금속 전극층(160)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 공정 조건은 특별히 제한하지 않는다. According to an embodiment of the present invention, a manufacturing method includes: forming an n-type
본 발명의 일 예로, 본 발명에서 제시한 증착 방법 및 성장 방법은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한, 통상적인 공정 조건을 이용할 수 있으며, 특별히 제한하지 않으며, 본 발명의 기술 분야의 당업자는 본 발명의 기재 사항으로 용이하게 이해할 수 있다. As an example of the present invention, the deposition method and the growth method presented in the present invention can use conventional process conditions without departing from the scope of the present invention, and those skilled in the art will understand that the present invention And the like.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. This is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.
Claims (19)
상기 n-형 반도체 기판 상에 형성된 발광 구조체층; 및
상기 발광 구조체층 상에 형성된 p-형 반도체층;을 포함하고,
상기 발광 구조체층은,
In 및 Ga을 포함하는 활성층이 상부에 형성된 발광 구조체의 배열을 포함하고,
상기 발광 구조체층은, 각각이 단일 또는 복수 개의 발광 구조체를 포함하며, 둘 이상의 다른 파장의 빛을 발광하는 적어도 셋 이상의 구분되는 영역들을 형성하고,
상기 구분되는 영역들 각각은 개별적으로 발광 제어가 가능하고,
상기 구분되는 영역들은, 각 영역을 구성하는 상기 발광 구조체의 밑면의 크기, 발광 구조체의 높이, 발광 구조체의 중심 간의 간격 중 적어도 한 개가 서로 상이한 것인,
마이크로 LED 구조체.
an n-type semiconductor substrate;
A light emitting structure layer formed on the n-type semiconductor substrate; And
And a p-type semiconductor layer formed on the light emitting structure layer,
Wherein the light-
An active layer including In and Ga is formed on an upper portion thereof,
Wherein each of the light emitting structure layers includes at least three light emitting structures, each of the light emitting structure layers forming at least three divided regions emitting light of two or more different wavelengths,
Each of the divided regions is individually controllable in light emission,
Wherein the regions to be distinguished are different in at least one of a size of a bottom surface of the light emitting structure constituting each region, a height of the light emitting structure, and an interval between centers of the light emitting structure,
Micro LED structure.
상기 구분되는 영역을 구성하는 발광 구조체의 높이는,
장파장의 빛을 발광하는 영역을 구성하는 발광 구조체 일수록 큰 값을 가지는 것인,
마이크로 LED 구조체.
The method according to claim 1,
The heights of the light emitting structures constituting the above-
Wherein the light emitting structure has a larger value as the light emitting structure constituting the region emitting light of a longer wavelength,
Micro LED structure.
상기 구분되는 영역을 구성하는 발광 구조체 각각의 중심 간의 간격은,
장파장의 빛을 발광하는 영역 일수록 큰 값을 가지는,
마이크로 LED 구조체.
The method according to claim 1,
The distance between the center of each of the light emitting structures constituting the above-
A region having a larger value in a region emitting light of a longer wavelength,
Micro LED structure.
상기 구분되는 영역들은 상기 활성층 내의 In-마이그레이션(migration) 정도가 상이한 것이고,
상기 구분되는 영역들은 제1 영역 내지 제3 영역을 형성하고, 상기 제1 영역 내지 제3 영역의 발광 구조체 상의 상기 활성층 내의 In-마이그레이션(migration) 정도는, 제1 영역 > 제2 영역 > 제3 영역인 것인,
마이크로 LED 구조체.
The method according to claim 1,
The regions to be distinguished are different in the degree of In-migration in the active layer,
The degree of migration in the active layer on the light-emitting structure of the first to third regions is determined by the first region, the second region, the third region, the third region, Lt; / RTI >
Micro LED structure.
상기 구분되는 영역들은 상기 활성층 내의 Ga 대비 In의 평균 농도가 서로 상이한 것이고,
상기 구분되는 영역들의 발광 구조체 상의 상기 활성층 내 Ga 대비 In의 평균 농도의 비는,
장파장의 빛을 발광하는 영역일 수록 높은 값을 가지는 것인,
마이크로 LED 구조체.
The method according to claim 1,
The regions to be distinguished are different in the average concentration of In to Ga in the active layer,
The ratio of the average concentration of In to the Ga in the active layer on the light-emitting structure of the delimited regions,
And has a higher value at a region where light of a longer wavelength is emitted,
Micro LED structure.
상기 구분되는 영역들 각각은 전극과 개별적으로 연결된 것인,
마이크로 LED 구조체.
The method according to claim 1,
Each of the distinct regions being individually connected to an electrode,
Micro LED structure.
상기 구분되는 영역들의 발광구조체 상의 상기 활성층의 평균 두께는,
장파장의 영역일 수록 큰 값을 가지는
마이크로 LED 구조체.
The method according to claim 1,
The average thickness of the active layer on the light-
The larger the value in the region of the long wavelength
Micro LED structure.
상기 구분되는 영역들 각각의 발광 구조체들은 높이, 형태, 면적 중 하나 이상이 서로 상이한 것이며, 단일 공정 과정을 통해 모두 동시에 성장된 것인,
마이크로 LED 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein each of the light emitting structures of the separated regions is one in which at least one of a height, a shape, and an area is different from each other,
Micro LED structure.
상기 구분되는 영역들은,
상기 발광구조체의 간격이 50 nm 내지 100 ㎛ 인 것인,
마이크로 LED 구조체.
The method according to claim 1,
The regions to be distinguished,
Wherein the distance between the light emitting structures is 50 nm to 100 m.
Micro LED structure.
상기 구분되는 영역들은,
상기 발광 구조체의 높이가 50 nm 내지 50 ㎛인 것인
마이크로 LED 구조체.
The method according to claim 1,
The regions to be distinguished,
And the height of the light emitting structure is 50 nm to 50 占 퐉.
Micro LED structure.
상기 구분되는 영역들은 둘 이상의 서로 다른 파장을 가지는 적어도 세 개의 영역을 형성하고,
상기 발광 구조체는, 원뿔; 다각형뿔; 원기둥; 다각형 기둥; 원형의 링; 다각형의 링; 반구; 평평한 상부를 갖도록 끝이 잘린 형태의 원뿔, 다각형뿔, 원형의 링 및 다각형의 링 형태; 실리던 형태의 중공 함몰부를 포함하는 원뿔, 다각형뿔 및 다각형 기둥; 및 라인(line) 형태의 기둥; 의 구조체들 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것인,
마이크로 LED 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the divided regions form at least three regions having two or more different wavelengths,
The light emitting structure may include a cone; Polygonal horn; Cylinder; Polygonal columns; A circular ring; Polygonal ring; hemisphere; A truncated cone with a flat top, a polygonal horn, a circular ring and a polygonal ring; Cone, polygonal horn, and polygonal column containing hollow depression of siliceous form; And columns in the form of a line; ≪ / RTI > of at least one of < RTI ID = 0.0 >
Micro LED structure.
상기 활성층은 BAlGaN, GaAlNP, GaAlNAs, InAlGaN, GaAlNSb, GaInNP, GaInNAs, 및 GaInNSb 중 적어도 하나 이상을 더 포함하는 것인,
마이크로 LED 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the active layer further comprises at least one of BAlGaN, GaAlNP, GaAlNAs, InAlGaN, GaAlNSb, GaInNP, GaInNAs, and GaInNSb.
Micro LED structure.
상기 활성층은 초격자층(super lattice layer)을 더 포함하는 것인,
마이크로 LED 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the active layer further comprises a super lattice layer.
Micro LED structure.
컬러 마이크로 LED 디스플레이.
A micro-LED structure comprising the micro-LED structure of claim 1,
Color micro LED display.
상기 n-형 반도체층 상에 마스크층을 형성하는 단계;
상기 마스크층에 각각 단일 또는 복수 개의 개구 패턴을 포함하되, 개구 패턴의 간격, 크기 또는 둘 다가 서로 상이하여 서로 구분되는 적어도 셋 이상의 영역을 패터닝하는 단계;
상기 각각의 구분되는 영역의 마스크층 개구 패턴 상에 개방된 n-형 반도체층 위로 서로 다른 둘 이상의 파장을 발광하도록 서로 구분되는 적어도 셋 이상의 영역을 포함하는 발광 구조체층을 성장시키는 단계;
상기 성장된 발광 구조체층 상에 In 및 Ga을 포함하는 활성층을 형성하는 단계;
상기 발광 구조체층 상에 p-형 반도체층을 형성하는 단계; 및
상기 발광 구조체층의 서로 구분되는 적어도 셋 이상의 영역 각각과 개별적으로 전기적 연결이 형성되도록 전극을 형성하는 단계; 를 포함하는,
마이크로 LED의 제조방법.
Forming an n-type semiconductor layer on the lower substrate;
Forming a mask layer on the n-type semiconductor layer;
Patterning at least three regions each including a single or a plurality of opening patterns in the mask layer, the at least three regions being different from each other in space, size, or both of the opening patterns;
Growing a light emitting structure layer including at least three regions separated from each other to emit two or more different wavelengths on an n-type semiconductor layer opened on a mask layer opening pattern of each of the divided regions;
Forming an active layer including In and Ga on the grown light emitting structure layer;
Forming a p-type semiconductor layer on the light emitting structure layer; And
Forming an electrode so that electrical connection is formed individually with at least three or more regions of the light emitting structure layer that are separated from each other; / RTI >
A method of manufacturing a micro LED.
상기 개구 패턴은 원형, 라인형 및 다각형 형상 중 적어도 하나 이상을 포함하고,
상기 개구 패턴은 형상, 크기, 깊이 및 패턴간의 간격 중 하나 이상이 서로 다른 복수 개의 구분되는 영역을 포함하는 것이고,
상기 개구 패턴의 구분되는 영역에 따라, 상기 발광 구조체층의 복수 개의 구분되는 영역들이 생성되는 것인,
마이크로 LED 구조체의 제조방법.
16. The method of claim 15,
Wherein the opening pattern includes at least one of a circular shape, a line shape, and a polygonal shape,
Wherein the opening pattern comprises a plurality of distinct regions different in at least one of shape, size, depth and spacing between the patterns,
Wherein a plurality of discrete regions of the light emitting structure layer are generated according to the separated regions of the opening pattern.
A method of manufacturing a micro LED structure.
상기 구분되는 영역들은,
상기 개구의 중심 간의 간격이 50 nm 내지 100 ㎛인 것인,
마이크로 LED 구조체의 제조방법.
16. The method of claim 15,
The regions to be distinguished,
And the distance between the centers of the openings is 50 nm to 100 mu m.
A method of manufacturing a micro LED structure.
상기 개구는 50 nm 내지 50 ㎛의 직경을 갖는 것인,
마이크로 LED 구조체의 제조방법.
16. The method of claim 15,
Wherein the opening has a diameter of 50 nm to 50 [mu] m.
A method of manufacturing a micro LED structure.
상기 발광 구조체층을 성장시키는 단계 및 상기 활성층을 형성하는 단계는 300 ℃ 내지 1200 ℃ 및 50 torr 내지 500 torr에서 이루어지는 것인,
마이크로 LED 구조체의 제조방법.
16. The method of claim 15,
Wherein the step of growing the light emitting structure layer and the step of forming the active layer are performed at a temperature of 300 ° C to 1200 ° C and 50 torr to 500 torr.
A method of manufacturing a micro LED structure.
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| KR1020180113806A KR20190044492A (en) | 2017-10-20 | 2018-09-21 | Micro light emitting diode, method for manufacturing the same and display comprising the same |
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|---|---|
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2022098067A1 (en) * | 2020-11-06 | 2022-05-12 | 삼성전자주식회사 | Display module, display device, and manufacturing method therefor |
| US11990559B2 (en) | 2019-11-12 | 2024-05-21 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Method of manufacturing micro-light emitting diode-based display and micro-light emitting diode-based display |
-
2018
- 2018-09-21 KR KR1020180113806A patent/KR20190044492A/en active Application Filing
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210057644A (en) * | 2019-11-12 | 2021-05-21 | 한국과학기술원 | Method for manufacturing micro-led based display and micro-led based display |
| US11990559B2 (en) | 2019-11-12 | 2024-05-21 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Method of manufacturing micro-light emitting diode-based display and micro-light emitting diode-based display |
| WO2022098067A1 (en) * | 2020-11-06 | 2022-05-12 | 삼성전자주식회사 | Display module, display device, and manufacturing method therefor |
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