KR20230028202A - 단일칩 복수 대역 발광 다이오드 및 그 응용품 - Google Patents

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KR20230028202A
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강지훈
김재헌
박지훈
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Abstract

일 실시예에 따른 조명 장치는, 발광 다이오드를 포함하며, 상기 발광 다이오드는, n형 질화물 반도체층; 상기 n형 질화물 반도체층 상에 위치하는 활성층; 및 상기 활성층 상에 위치하는 p형 질화물 반도체층을 포함하고, 상기 발광 다이오드는 입력되는 전류에 따라 황색광에서 백색광으로 가변하는 광을 방출한다.

Description

단일칩 복수 대역 발광 다이오드 및 그 응용품
본 개시는 발광 다이오드에 관한 것으로, 특히, 단일칩 레벨에서 복수 대역의 광을 방출하는 발광 다이오드 및 그 응용품에 관한 것이다.
질화물 반도체는 디스플레이 장치, 신호등, 조명이나 광통신 장치의 광원으로 이용되며, 청색이나 녹색을 발광하는 발광 다이오드(light emitting diode)나 레이저 다이오드(laser diode)에 주로 사용되고 있다. 또한, 질화물 반도체는 이종 접합 바이폴라 트랜지스터(HBT) 및 고전자 이동도 트랜지스터(HEMT) 등에도 사용될 수 있다.
일반적으로, 질화물 반도체를 이용한 발광 다이오드는 N 컨택층과 P 컨택층 사이에 양자우물구조를 갖는 이종접합 구조를 가진다. 발광 다이오드는 양자우물구조 내의 우물층의 조성에 따라 광을 방출한다. 내부 양자 효율을 증가시키고, 광 흡수에 의한 손실을 줄이기 위해 발광 다이오드는 단일 피크를 갖는 스펙트럼의 광, 즉 단색광을 방출하도록 설계된다.
그런데 일반적으로 조명은 혼색광, 예컨대 백색광으로 구현된다. 더욱이, 감성 조명과 같이 사람의 심리 상태에 따라 색온도 및 휘도를 조절하기 위해서는 다양한 혼색광을 구현할 필요가 있다. 혼색광을 요구하는 조명은 단일 피크의 단색광으로는 구현될 수 없다. 따라서, 서로 다른 단색광을 방출하는 복수의 발광 다이오드들을 함께 사용하거나 발광 다이오드에서 방출된 광을 파장변환하는 형광체를 사용하여 백색광을 구현하는 기술이 일반적으로 사용되고 있다.
형광체의 사용은 형광체 자체의 비용이나 스토크 쉬프트로 알려진 효율 저하 등의 문제를 수반한다. 특히, 형광체를 발광 다이오드 상에 도포하기 위한 많은 공정상의 문제점 및 형광체를 담지하는 담지체의 황변과 같은 문제를 수반한다.
또한, 복수의 발광 다이오드들을 혼합하여 조명 장치를 제작하는 것은 공정을 복잡하게 하며 서로 다른 재료로 제조된 발광 다이오드들을 준비해야 하는 불편함이 있다.
따라서 단일칩의 발광 다이오드를 이용하여 복수 대역의 스펙트럼을 갖는 광을 구현할 수 있다면, 복수의 발광 다이오드들을 사용할 필요가 없으며, 형광체를 사용할 필요가 없어 기존의 많은 문제를 해결할 수 있다.
한편, 마이크로 LED 디스플레이 분야에서 예를 들어 적색광, 녹색광, 및 청색광을 방출하는 마이크로 LED들이 배열되어 픽셀을 구성한다. 백색광은 이들 마이크로 LED들이 모두 동작할 때 구현된다.
본 개시가 해결하고자 하는 과제는, 단일칩 레벨에서 멀티 밴드 스펙트럼의 광을 구현할 수 있는 새로운 구조의 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 개시가 해결하고자 하는 과제는 단일칩 레벨의 발광 다이오드를 이용하여 다양한 색상의 광을 제공할 수 있는 조명 장치를 제공하는 것이다.
본 개시가 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 새로운 구조의 마이크로 LED 디스플레이를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 조명 장치는, 발광 다이오드를 포함하며, 상기 발광 다이오드는, n형 질화물 반도체층; 상기 n형 질화물 반도체층 상에 위치하는 활성층; 및 상기 활성층 상에 위치하는 p형 질화물 반도체층을 포함하고, 상기 발광 다이오드는 입력되는 전류에 따라 황색광에서 백색광으로 가변하는 광을 방출한다.
상기 발광 다이오드는 구동 전류가 증가함에 따라 2개의 피크 파장의 광을 방출할 수 있다.
상기 발광 다이오드는 상기 n형 질화물 반도체층과 상기 활성층 사이에 배치된 V-피트 생성층을 더 포함할 수 있으며, 상기 활성층의 일부는 상기 V-피트 생성층의 V-피트 내에 형성될 수 있다.
상기 V-피트 생성층은 450nm를 초과하는 두께를 가질 수 있으며, 상기 V-피트 생성층에 형성된 V-피트들은 입구 폭이 230nm를 초과하는 V-피트를 포함할 수 있다.
상기 발광 다이오드는 상기 활성층과 상기 p형 질화물 반도체층 사이에 개재된 p형 AlxGa1-xN층을 더 포함할 수 있으며, 상기 p형 AlxGa1-xN층 내의 Al의 조성비 x는 0보다 크고 0.1보다 작을 수 있다.
상기 p형 AlxGa1-xN층은 100nm 미만의 두께를 가질 수 있다.
상기 활성층은 복수의 우물층 및 복수의 장벽층을 갖는 다중양자우물 구조를 가질 수 있으며, 상기 활성층은 상기 우물층과 장벽층 사이에 상기 우물층을 덮는 캐핑층을 더 포함할 수 있고, 상기 캐핑층은 Al을 함유할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 조명 장치는 여객기 내부에 설치된 것일 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 조명 장치는 탁상용 스탠드에 설치된 것일 수 있다.
일 실시예에 따른 여객기는 내부에 상기와 같은 조명 장치를 가지며, 상기 조명 장치는 발광 다이오드를 포함하고, 상기 발광 다이오드는, n형 질화물 반도체층; 상기 n형 질화물 반도체층 상에 위치하는 활성층; 및 상기 활성층 상에 위치하는 p형 질화물 반도체층을 포함하고, 상기 발광 다이오드는 입력되는 전류에 따라 황색광에서 백색광으로 가변하는 광을 방출한다.
일 실시예에 따른 마이크로 LED 디스플레이 장치는, 디스플레이 기판; 및 상기 디스플레이 기판 상에 배열된 제1 발광 다이오드, 제2 발광 다이오드, 제3 발광 다이오드, 및 제4 발광 다이오드를 포함하되, 상기 제1 내지 제3 발광 다이오드들은 서로 다른 색상의 단색광을 방출하고, 상기 제4 발광 다이오드는 입력되는 전류에 따라 황색광에서 백색광으로 가변하는 광을 방출할 수 있다.
상기 제4 발광 다이오드는 2개의 피크 파장의 광을 방출할 수 있다.
상기 제4 발광 다이오드는, n형 질화물 반도체층; 상기 n형 질화물 반도체층 상에 위치하는 활성층; 상기 활성층 상에 위치하는 p형 질화물 반도체층; 및 상기 n형 질화물 반도체층과 상기 활성층 사이에 배치된 V-피트 생성층을 포함하고, 상기 활성층의 일부는 상기 V-피트 생성층의 V-피트 내에 형성될 수 있다.
나아가, 상기 제4 발광 다이오드는 상기 활성층과 상기 p형 질화물 반도체층 사이에 개재된 p형 AlxGa1-xN층을 더 포함할 수 있으며, 상기 p형 AlxGa1-xN층 내의 Al의 조성비 x는 0보다 크고 0.1보다 작을 수 있다.
상기 p형 AlxGa1-xN층은 100nm 미만의 두께를 가질 수 있다.
상기 활성층은 복수의 우물층 및 복수의 장벽층을 갖는 다중양자우물 구조를 가질 수 있으며, 상기 활성층은 상기 우물층과 장벽층 사이에 상기 우물층을 덮는 캐핑층을 더 포함할 수 있고, 상기 캐핑층은 Al을 함유할 수 있다.
상기 마이크로 LED 디스플레이 장치는 상기 디스플레이 기판 상에 배열된 복수의 마이크로 LED 모듈을 더 포함할 수 있으며, 상기 복수의 마이크로 LED 모듈은 각각 투명 기판을 포함하고, 상기 제1 내지 제4 발광 다이오드들은 상기 투명 기판 상에 정렬될 수 있다.
상기 마이크로 LED 모듈은, 상기 투명 기판과 상기 제1 내지 제4 발광 다이오드들 사이에 배치된 광 흡수층; 상기 1 내지 제4 발광 다이오드들을 상기 광 흡수층에 접착시키는 접착층; 상기 1 내지 제4 발광 다이오드들을 덮고 상기 접착층에 접착된 단차 조절층; 및 상기 단차 조절층 상에 배치되며, 상기 1 내지 제4 발광 다이오드들에 전기적으로 접속된 접속층들을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제4 발광 다이오드들은 상기 투명 기판 상에 일렬로 배열될 수 있다.
동작시, 상기 제1 내지 제3 발광 다이오드들은 각각 적색광, 녹색광, 및 청색광을 방출하도록 구성되고, 상기 4 발광 다이오드는 백색광을 방출하도록 구성될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2A는 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위해 도 1의 일부를 확대 도시한 개략적인 부분 단면도이다.
도 2B는 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위해 도 2의 일부를 확대 도시한 개략적인 부분 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위해 V-피트 생성층을 확대도시한 개략적인 사시도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 플립칩형 발광 다이오드를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 5A는 비교예의 청색 발광 다이오드의 전류에 따른 스펙트럼을 보여주는 그래프이다.
도 5B는 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 전류에 따른 스펙트럼을 보여주는 그래프이다.
도 6은 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 7A는 비교예에 따른 백색 발광 다이오드 패키지의 색좌표를 보여주는 그래프이다.
도 7B는 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 전류에 따른 색좌표를 설명하기 위한 그래프이다.
도 8은 일 실시예에 따른 조명 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 조명 장치를 설치한 여객기 내부를 보여주는 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 마이크로 LED 디스플레이 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 마이크로 LED 모듈을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 12는 도 11의 절취선 A-A'를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도 13은 일 실시예에 따른 백색광을 발광하는 마이크로 LED를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 14는 일 실시예에 따른 단색광을 발광하는 마이크로 LED를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 개시의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 본 개시의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 개시는 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 또한, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에" 또는 "상에" 있다고 기재된 경우 각 부분이 다른 부분의 "바로 상부" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라 각 구성요소와 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 개재된 경우도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 2A는 본 개시의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위해 도 1의 일부를 확대 도시한 개략적인 부분 단면도이며, 도 2B는 본 개시의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위해 도 2A의 일부를 확대 도시한 개략적인 부분 단면도이고, 도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위해 V-피트 생성층을 확대 도시한 개략적인 사시도이다.
우선, 도 1을 참조하면, 발광 다이오드는 기판(21), 핵층(23), 고온 버퍼층(25), n형 질화물 반도체층(27), V-피트 생성층(29), 활성층(30), p형 AlGaN층(31), p형 질화물 반도체층(33)을 포함할 수 있다.
기판(21)은 질화 갈륨계 반도체층을 성장시키기 위한 것으로, 사파이어 기판, SiC 기판, Si 기판, 스피넬 기판 등이 이용될 수 있다. 기판(21)은 도 1에 도시한 바와 같이 돌출부들을 가질 수 있으며, 예컨대 패터닝된 사파이어 기판일 수 있다. 그러나 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니며, 평평한 상면을 갖는 기판, 예컨대 사파이어 기판일 수도 있다.
핵층(23)은 기판(21) 상에 400℃ 내지 600℃ 저온에서 (Al, Ga)N으로 형성될 수 있으며, 일례로, AlGaN 또는 GaN으로 형성될 수 있다. 핵층(23)의 조성은 기판(21)에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 기판(21)이 패터닝된 사파이어 기판인 경우, 핵층(23)은 AlGaN을 형성될 수 있으며, 기판(21)이 평평한 상면을 갖는 사파이어 기판인 경우, 핵층(23)은 GaN로 형성될 수 있다. 핵층(23)은 예컨대 약 25nm 두께로 형성될 수 있다.
고온 버퍼층(25)은 기판(21)과 n형 질화물 반도체층(27) 사이에서 전위 등의 결함이 발생하는 것을 완화하기 위해 상대적으로 고온에서 성장될 수 있다. 고온 버퍼층(25)은 언도프 GaN 또는 n형 불순물이 도핑된 GaN으로 형성될 수 있다. 고온 버퍼층(25)이 형성되는 동안 기판(21)과 고온 버퍼층(25) 사이의 격자 부정합에 의해 실전위가 발생한다. 고온 버퍼층(25)은 예를 들어 약 4.2um의 두께로 형성될 수 있다.
n형 질화물 반도체층(27)은 n형 불순물이 도핑된 질화물계 반도체층으로, 예컨대 Si가 도핑된 GaN층으로 형성될 수 있다. n형 질화물 반도체층(27)에 도핑되는 Si 도핑 농도는 5E17/㎠ 내지 5E19/㎠ 일 수 있다. n형 질화물 반도체층(27)은 MOCVD 기술을 사용하여 챔버 내로 금속 소스 가스를 공급하여 1000 ℃ 내지 1200℃(예컨대, 1050℃ 내지 1100℃)에서 150Torr 내지 200Torr의 성장 압력 하에서 성장될 수 있다. 이때, n형 질화물 반도체층(27)은 고온 버퍼층(25) 상에 연속적으로 형성될 수 있으며, 고온 버퍼층(25) 내에 형성된 실전위는 n형 질화물 반도체층(27)으로 전사될 수 있다. n형 질화물 반도체층(27)은 고온 버퍼층(25)보다 상대적으로 얇게 형성될 수 있으며, 예를 들어, 약 2.5um의 두께로 형성될 수 있다.
V-피트 생성층(29)은 n형 질화물 반도체층(27)의 상부에 위치한다. 본 개시의 일 실시예에서 V-피트 생성층(29)은 예를 들어 GaN층으로 형성될 수 있다. V- 피트 생성층(29)은 n형 질화물 반도체층(27)보다 상대적으로 낮은 온도, 예컨대 약 900℃에서 성장될 수 있으며, 이에 따라 V-피트 생성층(29)에서 V-피트들이 형성된다.
V-피트 생성층(29)이 n형 질화물 반도체층(27)보다 상대적으로 낮은 온도에서 성장됨으로써, 결정 품질을 인위적으로 저하시키고 3차원 성장을 촉진하여 V-피트(29v)를 생성할 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, V-피트들(29v)은 질화물 반도체층의 성장면이 C면인 경우, 육각뿔 형상을 가질 수 있다. V-피트들(29v)은 실전위의 상단에서 형성될 수 있다.
V-피트 생성층(29)은 n형 질화물 반도체층(27)보다 얇은 두께로 형성될 수 있으며, 예를 들어 약 450 내지 600nm의 두께로 형성될 수 있다. V-피트 생성층(29) 내에 형성되는 V-피트들(29v)의 크기는 V-피트 생성층(29)의 성장 조건 및 성장 시간 등을 통해 조절될 수 있다. 일 실시예에 있어서, V-피트 생성층(29)에 형성된 V-피트(29v)의 입구의 최대 폭은 대체로 약 230nm를 초과할 수 있다.
V-피트 생성층(29)의 두께는 특히 V-피트(29v)의 크기에 영향을 미친다. 더욱이, V-피트(29v)의 크기는 멀티 밴드 스펙트럼의 광을 생성하는 데 주요한 역할을 수행하는 것으로 고려된다.
본 실시예에서, V-피트 생성층(29)이 단일층인 것으로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다중층일 수도 있다. 예를 들어, V-피트 생성층(29)은 GaN, AlGaN, InGaN, 또는 AlGaInN층들 중 적어도 두 개의 층을 포함할 수 있다.
활성층(30)은 V-피트 생성층(29) 상에 위치한다. 활성층(30)은 전자와 정공의 재결합에 의해 광을 방출한다. 그리고 활성층(30)은 단일 양자우물구조 또는 장벽층(30b)과 우물층(30w)이 교대로 적층된 다중양자우물(MQW) 구조를 가질 수 있다.
활성층(30)은 V-피트 생성층(29)에 접할 수 있으나, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 활성층(30)은 V-피트(29v)를 따라 형성될 수 있다. V-피트(29v) 내에 형성된 활성층(30)의 두께는 V-피트 생성층(29)의 평평한 면 상에 형성된 활성층(30)의 두께보다 작다. V-피트(29v) 내의 활성층(30)의 두께는 V-피트(29v)의 깊이에 따라 다를 수 있다. V-피트(29v)의 중간 정도의 깊이에서 활성층(30)의 두께는 V-피트 생성층(29)의 평평한 면 상에 형성된 활성층(30)의 두께의 약 1/3 이하일 수 있다. 특히, V-피트(29v)의 중간 정도의 깊이에서 우물층(30w)의 두께는 V-피트 생성층(29)의 평평한 면 상에 형성된 우물층(30w)의 두께의 약 1/3 이하일 수 있다.
한편, 우물층(30w)은 InxAlyGa1-x-yN(0<x<1, 0≤y<1)으로 형성될 수 있다. In, Al, Ga의 조성비는 요구되는 광에 따라 선택될 수 있다. 특히, V-피트 생성층(29)의 평평한 면 상에 형성된 우물층(30w, 이하 제1 우물층 부분)은 멀티 밴드의 장파장측 스펙트럼의 광을 방출하는 조성을 갖는다. 한편, V-피트(29v) 내에 형성된 우물층(30w, 이하 제2 우물층 부분)은 멀티 밴드의 단파장측 스펙트럼의 광을 방출하는 조성을 갖는다. 예를 들어, 제1 우물층 부분 내의 In 조성비는 제2 우물층 부분 내의 In 조성비보다 높으며, 제1 우물층 부분은 황색 계열의 광을 방출하도록 InGaN으로 형성될 수 있으며, 제2 우물층 부분은 녹색 및/또는 청색 계열의 광을 방출하도록 InGaN으로 형성될 수 있다.
제2 우물층 부분은 V-피트(29v) 내의 각 면 상에 동일한 조성으로 형성될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 각 면에 서로 다른 조성으로 형성될 수도 있다. 이에 따라, 본 개시의 발광 다이오드는 제1 우물층 부분과 제2 우물층 부분을 이용하여 적어도 2개의 밴드를 갖는 광을 단일칩 레벨에서 구현할 수 있다.
장벽층(30b)은 우물층(30w)이 비해 밴드갭이 넓은 GaN, InGaN, AlGaN 또는 AlInGaN 등의 질화물 반도체층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 우물층 부분이 황색 계열의 광을 방출하도록 InGaN으로 형성된 경우, 장벽층(30b)은 우물층(30w)보다 In 함량이 적은 InGaN으로 형성될 수 있다.
한편, 도 2B에 도시되듯이, 우물층(30w)과 장벽층(30b) 사이에 캐핑층(30c)이 개재될 수 있다. 캐핑층(30c)은 장벽층(30b)을 증착하는 동안 우물층(30w) 내의 In이 해리되는 것을 방지하기 위해 장벽층(30b) 증착 전에 형성될 수 있다. 캐핑층(30c)은 Al을 포함할 수 있으며, 예를 들어 AlGaN 또는 AlInGaN으로 형성될 수 있다. 캐핑층(30c) 내에 함유되는 Al 조성은 제1 캐핑층 부분, 즉 V-피트 생성층(29)의 평평한 면 상부에 배치된 캐핑층 부분과, 제2 캐핑층 부분, 즉 V-피트(29v) 내에 형성된 캐핑층 부분이 서로 다를 수 있다. 제1 캐핑층 부분 내의 Al 함량이 제2 캐핑층 부분 내의 Al 함량보다 많다. 예를 들어, 제1 캐핑층 부분 내의 Al 조성은 캐핑층 내의 전체 조성에 대해 10 원자% 이상, 나아가 12 원자% 이상일 수 있으며, 제2 캐핑층 부분 내의 Al 조성은 캐핑층 내의 전체 조성에 대해 약 5 원자% 이상일 수 있다.
P형 질화물 반도체층(33)에 가장 가까운 마지막 캐핑층(30c)을 제외한 나머지 캐핑층들(30c)은 인접한 우물층(30w)과 대체로 유사한 두께 또는 그보다 작은 두께로 형성될 수 있다. 마지막 캐핑층(30c)은 그것에 인접한 우물층(30w)보다 더 두껍게 형성될 수 있다.
p형 AlGaN층(31)은 활성층(30) 상에 위치한다. p형 AlGaN층(31)은 V-피트(29v) 내에도 형성될 수 있다. p형 AlGaN층(31) 내의 Al 조성비는 전자 블록층에 사용되는 Al 조성비에 비해 상대적으로 낮다. 또한, p형 AlGaN층(31) 내의 Al 조성비는 캐핑층(30c) 내의 Al 조성비보다 작을 수 있다. 예를 들어, p형 AlGaN층(31)을 일반식 AlxGa1-xN으로 표현될 수 있으며, 여기서 x는 0보다 크고 0.1보다 작을 수 있다. 한편, 일 실시예에 있어서, p형 AlGaN층(31)의 두께는 약 100nm 미만일 수 있으며, 특정 실시예에 있어서, 약 70nm일 수 있다.
p형 질화물 반도체층(33)은 Mg와 같은 p형 불순물이 도핑된 반도체층, 예컨대 GaN으로 형성될 수 있다. p형 질화물 반도체층(33)은 단일층이나 다중층일 수 있으며, p형 콘택층을 포함할 수 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, p형 질화물 반도체층(33)은 V-피트(29v)에 오목한 홈을 가질 수 있다. p형 질화물 반도체층(33)으로 V-피트(29v)를 완전히 메우지 않기 때문에, V-피트(29v) 내의 우물층(30w)에서 생성된 광의 손실을 방지할 수 있다.
발광 다이오드는 수평형, 플립칩 형 등 다양한 유형으로 제작될 수 있다. 수평형 발광 다이오드는 잘 알려져 있으므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
도 4는 일 실시예에 따른 플립칩형 발광 다이오드(10w)를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 4를 참조하면, 플립칩형 발광 다이오드(10w)는 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 기판(21), n형 질화물 반도체층(27), V-피트 생성층(29), 활성층(30), p형 질화물 반도체층(33)을 포함할 수 있다. 또한, 도시하지는 않았지만, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 핵층(23) 및 고온 버퍼층(25)이 기판(21)과 n형 질화물 반도체층(27) 사이에 배치될 수 있으며, p형 AlGaN층(31)이 활성층(30)과 p형 질화물 반도체층(33) 사이에 배치될 수 있다. 이들은 도 1, 도 2A, 도 2B, 및 도 3을 참조하여 설명한 바와 같으므로, 중복을 피하기 위해 동일한 사항에 대해 상세한 설명은 생략한다.
n형 질화물 반도체층(27) 상에 메사가 형성될 수 있다. 메사에 의해 n형 질화물 반도체층(27)의 가장자리 근처의 상면이 노출될 수 있다. 한편, p형 질화물 반도체층(33), 활성층(30), 및 v-피트 생성층(29)을 관통하여 n형 질화물 반도체층(27)을 노출시키는 관통홀(33a)이 형성될 수 있다.
한편, 플립칩형 발광 다이오드(10w)는 오믹 콘택층(35), 절연층(37), 제1 전극 패드(39a) 및 제2 전극 패드(39b)를 더 포함한다.
오믹 콘택층(35)은 p형 질화물 반도체층(33) 상에 배치되어 p형 질화물 반도체층(33)에 오믹 콘택한다. 오믹 콘택층(35)은 단일 층, 또는 다중 층으로 형성될 수 있으며, 투명 도전성 산화막 또는 금속막으로 형성될 수 있다. 투명 도전성 산화막은 예를 들어 ITO 또는 ZnO 등일 수 있으며, 금속막은 Al, Ti, Cr, Ni, Au 등의 금속 및 이들의 합금일 수 있다.
절연층(37)은 오믹 콘택층(35) 및 p형 질화물 반도체층(33)을 덮는다. 나아가, 절연층(37)은 또한 반도체층들의 측면을 덮을 수 있으며, 노출된 기판(21)의 상면을 덮을 수도 있다.
한편, 절연층(37)은 관통홀(33a) 내에서 n형 질화물 반도체층(27)을 노출시키는 개구부(37a) 및 오믹 콘택층(35)을 노출시키는 개구부(37b)를 가질 수 있다. 절연층(37)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막의 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다. 또한, 절연층(37)은 분포 브래그 반사기와 같은 절연 반사기를 포함할 수도 있다.
제1 전극 패드(39a) 및 제2 전극 패드(39b)는 절연층(37) 상에 배치된다. 제1 전극 패드(39a)는 개구부(37a)를 통해 n형 질화물 반도체층(27)에 전기적으로 접속될 수 있으며, 제2 전극 패드(39b)는 개구부(37b)를 통해 오믹 콘택층(35)에 전기적으로 접속될 수 있다.
제1 및/또는 제2 전극 패드들(39a, 39b)은 단일 층, 또는 다중 층 금속으로 형성될 수 있다. 제1 및/또는 제2 전극 패드들(39a, 39b)의 재료로는 Al, Ti, Cr, Ni, Au 등의 금속 및 이들의 합금 등이 사용될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 발광 다이오드(10w)가 도면과 함께 간략하게 설명되었으나, 발광 다이오드(10w)는 상술한 층 이외에도 부가적인 기능을 갖는 층을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 광을 반사하는 반사층, 특정 구성 요소를 절연하기 위한 추가 절연층, 솔더의 확산을 방지하는 솔더 방지층 등 다양한 층이 더 포함될 수 있다.
또한, 플립칩 타입의 발광 다이오드를 형성함에 있어, 다양한 형태로 메사를 형성할 수 있으며, 제1 및 제2 전극 패드들(39a, 39b)의 위치나 형상 또한 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 오믹 콘택층(35)은 생략될 수도 있으며, 제2 전극 패드(39b)가 p형 질화물 반도체층(33)에 직접 접촉할 수도 있다. 또한, 제1 전극 패드(39a)가 직접 n형 질화물 반도체층(27)에 접속하는 것으로 도시하지만, 관통홀(33a)에 노출된 n형 질화물 반도체층(27) 상에 콘택층이 먼저 형성되고, 제1 전극 패드(39a)가 콘택층에 접속할 수도 있다.
상기 플립칩형 발광 다이오드(10w)는 앞서 설명한 V-피트를 포함하며, 복수의 파장에서 발광 피크를 갖는다.
본 개시에 따르면, 형광체 없이 백색광을 구현할 수 있는 플립칩형 발광 다이오드(10w)를 제공할 수 있다. 백색광 다이오드 제작을 위한 형광체 공정을 생략할 수 있어, 생산 비용이 감소하게 되고, 나아가 형광체가 도포되는 두께만큼 줄어든 얇은 두께의 백색광원을 응용 제품에 적용할 수 있다.
도 5A는 전형적인 청색 발광 다이오드의 전류에 따른 스펙트럼을 보여주는 그래프이고, 도 5B는 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 전류에 따른 스펙트럼을 보여주는 그래프이다.
도 5A를 참조하면, 전형적인 청색 발광 다이오드는 전류가 증가함에 따라 단일 피크 파장을 갖는 청색광의 강도가 증가한다. 따라서, 종래의 청색 발광다이오드만으로는 백색광을 구현하기 어려우며, 백색광을 구현하기 위해서는 청색 발광 다이오드 이외에 다른 색의 발광 다이오드가 추가되거나 또는 형광체가 사용되어야 한다.
도 5B를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는 작은 전류에서 황색 영역에 피크 파장을 가지며, 높은 전류에서 황색 영역과 함께 청색 영역에서도 피크 파장을 갖는다. 즉, 본 실시예에 따른 발광 다이오드는 구동 전류가 증가함에 따라 청색광과 황색광이 혼합된 혼색광, 예컨대 백색광을 구현할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지(100)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 6을 참조하면, 발광 다이오드 패키지(100)는 하우징(51), 발광 다이오드(10w), 및 몰딩멤버(53)를 포함할 수 있다. 하우징(51)은 발광 다이오드(10w)를 실장하기 위한 리세스 영역을 포함할 수 있다. 또한, 도시하지는 않았지만, 외부 전원을 발광 다이오드(10w)에 전달하기 위한 리드들이 하우징(51)에 설치될 수 있다.
발광 다이오드(10w)는 도 1을 참조하여 설명한 바와 같은 반도체층들을 포함하며, 도 5B에 나타낸 바와 같이, 낮은 전류하에서 황색 계열의 광을 방출하고, 높은 전류하에서 복수의 피크 파장을 갖는 혼색광을 방출할 수 있다. 발광 다이오드(10w)는 도 4를 참조하여 설명한 것과 동일한 구조를 가질 수 있으며, 자세한 설명은 생략한다. 그러나 발광 다이오드(10w)가 플립칩형에 한정될 필요는 없으며, 수평형 또는 수직형 발광 다이오드일 수도 있고, 복수의 발광셀들을 갖는 발광 다이오드일 수도 있다.
도 7A는 형광체를 적용한 전형적인 백색 발광 다이오드 패키지(비교예)의 색좌표를 보여주는 그래프이고, 도 7B는 본 개시의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지(실시예)의 전류에 따른 색좌표를 설명하기 위한 그래프이다. 여기서, 비교예 및 실시예의 발광 다이오드 패키지는 모두 서울반도체 사의 5630 패키지를 이용하여 제작된 것이다. 다만, 비교예는 패키지 내에 청색 칩을 실장하였으며, 백색광 구현을 위해 형광체가 분산된 몰딩 멤버를 사용하였다. 이에 반해, 실시예는 본 개시의 실시예에 따른 발광 다이오드를 패키지 내에 실장한 것이다.
우선, 도 7A를 참조하면, 비교예의 발광 다이오드 패키지는 한 점의 색좌표를 나타내며, 이 위치는 백색 영역에 해당된다.
도 7B를 참조하면, 실시예의 발광 다이오드 패키지는 전류가 증가할 수록 황색광에서 백색광으로 방출되는 광의 색상이 변한다. 도 7B에 화살표로 나타내듯이, 본 실시예의 발광 다이오드 패키지는 3mA의 전류 조건에서 황색광을 나타내지만, 100mA에서 백색광을 나타낸다.
100mA의 구동 전류하에서 비교예 및 실시예의 전기적 및 광학적 특성을 표 1에 간략하게 정리하였다.
PKG@100mA Voltage(V) x-좌표 y-좌표 CCT/K
비교예 3.0 0.34 0.35 5096
실시예 3.1 0.36 0.34 4264
표 1을 참조하면, 실시예의 발광 다이오드 패키지는 형광체를 사용한 비교예의 백색 발광 다이오드 패키지와 대체로 유사한 x-y 좌표를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
본 개시의 실시예들에 따른 발광 다이오드는 형광체를 사용하지 않고 가시광 영역에서 복수의 피크 파장을 갖는 광을 방출할 수 있으며, 이를 이용하여 형광체 없이 백색광을 구현할 수 있다.
본 개시의 실시예들에 따른 발광 다이오드는 복수의 뚜렷하게 구별되는 피크 파장의 광을 방출하므로, 색 필터를 이용하여 원하는 피크 파장의 광을 추출해서 사용할 수도 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 조명 장치(200)를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 8을 참조하면, 조명 장치(200)는 회로 기판(110) 및 복수의 발광 다이오드 패키지(100)를 포함할 수 있다.
회로 기판(110)은 발광 다이오드 패키지들(100)에 전력을 공급하기 위한 배선들을 가질 수 있다. 회로 기판(110)은 플레이트 형상을 가질 수 있다.
발광 다이오드 패키지(100)는 앞서 도 6을 참조하여 설명한 발광 다이오드 패키지(100)와 동일한 것으로 상세한 설명은 생략한다. 발광 다이오드 패키지(100)는 도 7B를 참조하여 설명한 바와 같이 상대적으로 낮은 전류하에서는 황색계열의 광을 방출하고, 상대적으로 높은 전류하에서는 백색광을 방출할 수 있다.
조명 장치(200)는 전류를 조절함으로써 황색광에서 백색광에 걸쳐 방출되는 광의 색상을 조절할 수 있으며, 이에 따라, 감성 조명을 실현할 수 있다.
본 실시예에서, 조명 장치(200)에 설치되는 발광 다이오드 패키지가 도 6의 발광 다이오드 패키지(100)인 것을 예를 들어 설명하지만, 발광 다이오드 패키지는 특정 구조에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 실시예에서, 조명 장치(200)가 면 조명 장치치 것을 예를 들어 도시 및 설명하지만, 면 조명 장치에 한정되는 것은 아니며, 전구나 형광등과 같은 바(bar)형 등 다양한 조명 장치에 적용될 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 조명 장치(200)를 설치한 여객기(100) 내부를 보여주는 도면이다.
도 9를 참조하면, 조명 장치(200)는 여객기(1000) 내부의 천장에 설치될 수 있다. 조명 장치(200)는 전류에 따라 황색광에서 냉백색(cool white)광을 구현할 수 있다.
장시간 비행하는 여객기(1000) 내부에 조명 장치(200)를 장착함으로써 주간에는 높은 전류를 주입하여 백색광으로 내부를 조명하고, 야간에는 상대적으로 낮은 전류를 주입하여 황색광 계열의 광으로 내부를 조명할 수 있다. 이에 따라, 여객기(1000) 내부의 조명을 여객기 외부 환경의 자연광에 유사하게 유지할 수 있다.
본 실시예에서 조명 장치(200)가 여객기(1000)의 실내 조명 장치로 이용된 것을 도시 및 설명하지만, 조명 장치(200)는 여객기(1000)의 실내 조명 장치에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 조명 장치(200)는 여객기(1000) 내부의 독서등으로도 활용될 수 있으며, 또한, 탁상용 스탠드 조명으로도 활용되어 사용자의 집중력을 향상시킬 수 있는 최적의 색온도 조명을 제공할 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 마이크로 LED 디스플레이 장치(2000)를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 10을 참조하면, 마이크로 LED 디스플레이 장치(2000)는 디스플레이 기판(210), 복수의 마이크로 LED 모듈(200), 및, 커버층(250)을 포함할 수 있다.
디스플레이 기판(210)은 발광 다이오드들(10a, 10b, 10c, 10d)을 전기적으로 연결하기 위한 회로를 가질 수 있다. 디스플레이 기판(210) 내의 회로는 다층 구조로 형성될 수 있다. 디스플레이 기판(210)은 또한 발광 다이오드들(10a, 10b, 10c, 10d)을 수동 매트릭스 구동 방식으로 구동하기 위한 수동 회로 또는 능동 매트릭스 구동 방식으로 구동하기 위한 능동 회로를 포함할 수도 있다. 디스플레이 기판(210)은 표면에 노출된 패드들을 포함할 수 있다.
복수의 마이크로 LED 모듈(200)은 디스플레이 기판(210) 상에 배열될 수 있다. 마이크로 LED 모듈(200)은 투명 기판(221), 마이크로 스케일의 발광 다이오드들(10a, 10b, 10c, 10d), 및 범프 패드들(233a, 233b, 233c, 233d, 233e)을 포함할 수 있다. 마이크로 LED 모듈(200)의 구체적인 구성은 도 11, 도 12, 도 13, 및 도 14를 참조하여 뒤에서 상세하게 설명된다.
마이크로 LED 모듈들(200)은 디스플레이 기판(210) 상에 매트릭스 형상으로 배열될 수 있다. 마이크로 LED 모듈들(200)의 범프 패드들(233a, 233b, 233c, 233d, 233e)이 디스플레이 기판(210)의 표면에 노출된 패드들에 본딩될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 디스플레이 기판(210) 상에 다수의 마이크로 LED 모듈들(200)이 배열되어 하나의 디스플레이 기판(210)으로 전체 이미지를 구현할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 마이크로 LED 모듈들(200)이 배치된 복수의 디스플레이 기판(210) 이 다른 기판 상에 타일링되어 전체 이미지를 구현할 수도 있다.
커버층(250)은 복수의 마이크로 LED 모듈들(200)을 덮는다. 커버층(250)은 마이크로 LED 모듈들(200) 사이의 광 간섭을 방지하여 디스플레이 장치의 이미지 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.
커버층(250)은 예컨대 DFSR(dry-Film type solder resist), PSR(photoimageable solder resist), BM(black material) 또는 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC) 등으로 형성될 수 있다. 커버층(250)은 예를 들어, 라미네이션, 스핀 코팅, 슬릿 코팅, 프린팅 등의 기술을 이용하여 형성될 수 있다. 커버층(250)은 생략될 수도 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 마이크로 LED 모듈(200)을 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 12는 도 11의 절취선 A-A'를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 마이크로 LED 모듈(200)은 투명 기판(221), 제1 내지 제4 발광다이오드들(10a, 10b, 10c, 10d), 광 흡수층(223), 접착층(225), 단차 조절층(227), 접속층들(229a, 229b, 229c, 229d, 229e), 범프들(233a, 233b, 233c, 233d, 233e), 및 보호층(231)을 포함할 수 있다.
마이크로 LED 모듈(200)은 제1 내지 제4 발광 다이오드들(10a, 10b, 10c, 10d)을 포함하여 하나의 픽셀을 제공한다. 제1 내지 제3 발광 다이오드들(10a, 10b, 10c)은 서로 다른 색상의 광을 방출하며, 이들은 각각 서브 픽셀에 대응한다. 제1 내지 제3 발광 다이오드들(10a, 10b, 10c)은 각각 예컨대, 적색광, 녹색광 및 청색광을 방출할 수 있다. 한편, 제4 발광 다이오드(10d)는 앞서 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이 형광체 없이 백색광을 방출할 수 있다. 제1 내지 제4 발광 다이오드들(10a, 10b, 10c, 10d)의 구체적인 구조에 대해서는 도 13 및 도 14를 참조하여 뒤에서 상세하게 설명된다.
투명 기판(221)은 PET, 유리 기판, 쿼츠, 사파이어 기판 등 광 투과성 기판이다. 발광 다이오드들(10a, 10b, 10c, 10d)에서 방출된 광은 투명 기판(221)을 통해 외부로 방출된다. 투명 기판(221)은 발광 다이오드들(10a, 10b, 10c, 10d)을 향하는 면 또는 반대면에 규칙적인 또는 비규칙적인 요철을 포함할 수 있다. 요철을 통해 광 방출 효율을 향상시킬 수 있으며, 더욱 균일한 광을 방출할 수 있다. 투명 기판(221)은 또한 반사방지 코팅을 포함할 수 있으며, 또는 글래어 방지층을 포함하거나 글래어 방지 처리될 수 있다. 투명 기판(221)은, 예를 들어, 50um ~ 500um의 두께를 가질 수 있다.
한편, 하나의 투명 기판(221)에 하나의 단위 픽셀이 형성된 것을 도시하지만, 하나의 투명 기판(221)에 복수의 단위 픽셀들이 형성될 수도 있다.
광 흡수층(223)은 PDMA, 블랙 EMC, 또는 카본 블랙과 같이 광을 흡수하는 광 흡수 물질을 포함할 수 있다. 광 흡수 물질은 발광 다이오드들(10a, 10b, 10c. 10d)에서 생성된 광이 투명 기판(221)과 발광다이오드들(10a, 10b, 10c, 10d) 사이의 영역에서 측면측으로 누설되는 것을 방지하며, 디스플레이 장치의 이미지 콘트라스트를 향상시킨다. 광 흡수층(223)은 발광 다이오드들(10a, 10b, 10c, 10d)에서 생성된 광의 광 진행 경로 상에 배치된다. 광 흡수층(223)은 또한 발광 다이오드들(10a, 10b, 10c, 10d)과 투명 기판(221) 사이에 윈도우들(223a)을 가질 수 있다. 윈도우들(223a)은 발광 다이오드들(10a, 10b, 10c, 10d)에서 방출된 광이 광 흡수층(223)에 의해 손실되지 않고 투명 기판(221)으로 방출될 수 있도록 돕는다. 광 흡수층(223)은 생략될 수도 있다. 이 경우, 광 흡수층(223)의 두께는 발광 다이오드들(10a, 10b, 10c, 10d)에서 방출된 광이 수직 방향에서 큰 손실 없이 광 흡수층(223)을 통과할 수 있도록 제어된다.
접착층(225)은 투명 기판(221) 상에 부착된다. 접착층(225)은 광 흡수층(223)을 덮을 수 있다. 접착층(225)은 투명 기판(221)의 전면에 부착될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 투명 기판(221)의 가장자리 근처 영역을 노출하도록 일부 영역에 부착될 수도 있다. 접착층(225)은 발광 다이오드들(10a, 10b, 10c, 10d)을 투명 기판(221)에 부착하기 위해 사용된다.
접착층(225)은 광 투과성 층으로 형성될 수 있으며, 발광 다이오드들(10a, 10b, 10c, 10d)에서 방출된 광을 투과시킨다. 접착층(225)은 광을 확산시키기 위해, SiO2, TiO2, ZnO 등의 광 확산 물질(diffuser)을 포함할 수 있다. 광 확산 물질은 발광 다이오드들(10a, 10b, 10c, 10d)이 광 방출면으로부터 관찰되는 것을 방지한다.
한편, 제1 내지 제4 발광 다이오드들(10a, 10b, 10c, 10d)이 투명 기판(221) 상에 배치된다. 제1 내지 제4 발광 다이오드들(10a, 10b, 10c, 10d)은 접착층(125)에 의해 투명 기판(221)에 부착될 수 있다.
제1 내지 제4 발광 다이오드들(10a, 10b, 10c, 10d)은 도 11에 도시한 바와 같이, 일렬로 배열될 수 있다. 특히, 투명 기판(221)이 사파이어 기판인 경우, 사파이어 기판은 절단 방향에 따라 결정면에 의해 깨끗한 절단면들(예컨대, m면)과 그렇지 않은 절단면들(예컨대, a면)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 4각형 형상으로 절단될 경우, 양측 두 개의 절단면들(예컨대, m면)은 결정면을 따라 깨끗하게 절단될 수 있으며, 이들 절단면들에 수직하게 배치된 다른 두 개의 절단면들(예컨대, a면)은 그렇지 않을 수 있다. 이 경우, 사파이어 기판(221)의 깨끗한 절단면들이 발광 다이오드들(10a, 10b, 10c, 10d)의 정렬 방향에 나란할 수 있다. 예를 들어, 도 11에서는 깨끗한 절단면들(예컨대, m면)이 상하에 배치되고, 다른 두 개의 절단면들(예컨대, a면)이 좌우에 배치될 수 있다.
단차 조절층(227)은 제1 내지 제4 발광 다이오드들(10a, 10b, 10c, 10d)을 덮는다. 단차 조절층(227)은 발광 다이오드들(10a, 10b, 10c, 10d)의 전극 패드들을 노출시키는 개구부들(227a)을 갖는다. 단차 조절층(227)은 접속층들(229a, 229b, 229c, 229d, 229e) 및 범프들(233a, 233b, 233c, 233d, 233e)를 형성하기 위해 요구된다. 특히, 단차 조절층(227)은 범프들(233a, 233b, 233c 233d, 233e)이 형성되는 위치의 높이를 균일화하기 위해 형성될 수 있다. 단차 조절층(227)은 예컨대 감광성 폴리이미드로 형성될 수 있다.
단차 조절층(227)은 도 12에 도시한 바와 같이 접착층(225)의 가장자리를 부분적으로 노출시키도록 형성될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 특히, 단차 조절층(227)은 접착층(225)의 가장자리로 둘러싸인 영역 내에 배치될 수 있다.
접속층들(229a, 229b, 229c, 229d, 229e)은 단차 조절층(227) 상에 형성될 수 있다. 접속층들(229a, 229b, 229c, 229d, 229e)은 단차 조절층(227)의 개구부들(227a)을 통해 제1 내지 제4 발광 다이오드들(10a, 10b, 10c, 10d)의 전극 패드들에 접속할 수 있다.
일 실시예에서, 접속층(229a)은 제1 발광 다이오드(10a)의 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속하고, 접속층(229b)은 제2 발광 다이오드(10b)의 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속하고, 접속층(229c)은 제3 발광 다이오드(10c)의 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속할 수 있으며, 접속층(229d)는 제4 발광 다이오드(10d)의 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속할 수 있다. 한편, 접속층(229e)은 제1 내지 제4 발광 다이오드들(10a, 10b, 10c, 10d)의 제1 도전형 반도체층들에 전기적으로 공통 접속할 수 있다. 다른 실시예에서, 접속층(229a)은 제1 발광 다이오드(10a)의 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속하고, 접속층(229b)은 제2 발광 다이오드(10b)의 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속하고, 접속층(229c)은 제3 발광 다이오드(10c)의 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속할 수 있으며, 접속층(229d)는 제4 발광 다이오드(10d)의 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속할 수 있다. 한편, 접속층(229e)은 제1 내지 제4 발광 다이오드들(10a, 10b, 10c, 10d)의 제2 도전형 반도체층들에 전기적으로 공통 접속할 수 있다. 접속층들(229a, 229b, 229c, 229d, 229e)은 단차 조절층(227) 상에 함께 형성될 수 있으며, 예컨대, Au를 포함할 수 있다.
범프들(233a, 233b, 233c, 233d. 233e)은 각각 상기 접속층들(229a, 229b, 229c, 229d, 229e) 상에 형성된다. 예를 들어, 제1 범프(233a)는 접속층(229a)을 통해 제1 발광 다이오드(10a)의 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속될 수 있으며, 제2 범프(233b)는 접속층(229b)을 통해 제2 발광 다이오드(10b)의 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속될 수 있고, 제3 범프(233c)는 접속층(229c)을 통해 제3 발광 다이오드(10c)의 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속될 수 있으며, 제4 범프(233d)는 접속층(233d)을 통해 제4 발광 다이오드(10d)의 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속할 수 있다. 한편, 제5 범프(233e)는 접속층(229e)을 통해 제1 내지 제4 발광 다이오드들(10a, 10b, 10c, 10d)의 제1 도전형 반도체층들에 전기적으로 공통 접속될 수 있다. 범프들(233a, 233b, 233c, 233d, 233e)은 예를 들어, AuSn, SnAg, Sn, CuSn, CuN, CuAg, Sb, Ni, Zn, Mo, Co, 솔더 등의 금속 및/또는 금속 합금으로 형성될 수 있다. 범프들(233a, 233b, 233c, 233d. 233e)을 이용하여 회로 기판 등에 마이크로 LED 모듈(200)을 실장할 수 있다. 그러나 범프들(233a, 233b, 233c, 233d. 233e)은 생략될 수도 있으며, 이 경우, 상기 접속층들(229a, 229b, 229c, 229d, 229e)을 이용하여 마이크로 LED 모듈(200)을 회로 기판 등에 실장할 수도 있다.
한편, 보호층(231)이 범프들(233a, 233b, 233c, 233d, 233e)의 측면을 덮으며, 단차 조절층(227)을 덮을 수 있다. 또한, 보호층(231)은 단차 조절층(227) 주위에 노출된 접착층(225)을 덮을 수 있다. 보호층(231)은 예컨대, 감광성 솔더 레지스트(PSR)로 형성될 수 있으며, 따라서, 보호층(231)을 먼저 사진 및 현상을 통해 패터닝한 후, 범프들(233a, 233b, 233c, 233d, 233e)을 형성할 수 있다. 이를 위해, 보호층(231)은 접속층들(229a, 229b, 229c, 229d, 229e)을 노출시키는 개구부들을 갖도록 형성되고, 범프들(233a, 233b, 233c, 233d, 233e)이 보호층(231)의 개구부들 내에 형성될 수 있다. 범프들(233a, 233b, 233c, 233d, 233e)은 생략될 수도 있다.
보호층(231)은 광 누설을 방지하기 위해 백색 반사 물질 또는 흑색 에폭시와 같은 광 흡수 물질로 형성될 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따른 백색광을 발광하는 제4 발광 다이오드(10d)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 13을 참조하면, 제4 발광 다이오드(10d)는 도 4를 참조하여 설명한 발광 다이오드(10w)와 대체로 유사한 구조를 가지나, 기판(21)이 생략된 것에 차이가 있다. 다른 실시예에서, 제4 발광 다이오드(10d)는 기판(21)을 포함할 수 있으며, 따라서, 발광 다이오드(10w)와 동일한 구조를 가질 수도 있다.
제4 발광 다이오드(10d)는 발광 다이오드(10w)와 마찬가지로 방출하는 광의 색상이 전류에 따라 황색광에서 백색광으로 색상이 변할 수 있다. 특히, 본 실시예에서, 제4 발광 다이오드(10d)는 백색광을 방출하는 전류하에서 주로 구동될 수 있다.
한편, 제4 발광 다이오드(10d)는 또한 마이크로 스케일의 크기를 갖는다. 제4 발광 다이오드(10d)의 발광 면적은 10,000 um2 이하, 4,000 um2 이하, 나아가 2,500 um2 이하일 수 있다.
제4 발광 다이오드(10d)는 제1 내지 제3 발광 다이오드들(10a, 10b, 10c)의 조합에 의해 구현되는 백색광에 더하여 추가적으로 백색광을 방출함으로써 디스플레이되는 이미지의 백색광의 강도를 향상시킬 수 있다. 나아가, 제4 발광 다이오드(10d)는 백색광 이외에도 제1 내지 제3 발광 다이오드들(10a, 10b, 10c)의 조합에 의해 생성되는 특정 색상의 광을 보강하도록 구동될 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제3 발광 다이오드들(10a, 10b, 10c)의 조합에 의해 황색광이 구현될 때, 제4 발광 다이오드(10d)를 상대적으로 낮은 전류에서 구동시킴으로써 황색광을 보강할 수 있다.
제4 발광 다이오드(10d)는 인가 전류에 따라 발광색을 가변할 수 있다. 따라서, 제1 내지 제3 발광 다이오드들(10a, 10b, 10c)과 함께 제4 발광 다이오드(10d)를 마이크로 LED 디스플레이에 적용할 경우, 제4 발광 다이오드(10d)에 인가되는 전류를 조절함으로써 사용자가 디스플레이되는 이미지의 색을 섬세하게 조절할 수 있다. 이를 위해, 마이크로 LED 디스플레이 장치는 제4 발광 다이오드(10d)에 입력되는 전류를 조절할 수 있는 별도의 전류 조절기를 포함할 수 있다.
도 14는 일 실시예에 따른 단색광을 발광하는 발광 다이오드(10a)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 여기서, 제1 발광 다이오드(10a)를 도시하지만, 제2 및 제3 발광 다이오드들(10b, 10c)도 유사한 구조를 가질 수 있다.
도 14를 참조하면, 발광 다이오드(10a)는 제1 도전형 반도체층(327), 활성층(330), 및 제2 도전형 반도체층(333)을 포함하는 발광 구조체를 포함한다.
발광 다이오드(10a)는 오믹 콘택층(335), 절연층(337), 제1 전극 패드(339a), 및 제2 전극 패드(339b)를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(327), 활성층(330) 및 제2 도전형 반도체층(333)은 기판 상에 성장될 수 있다. 상기 기판은 성장되는 반도체층의 종류에 따라 선택될 수 있으며, 예를 들어, 질화갈륨 기판, GaAs 기판, Si 기판, 사파이어 기판, 특히 패터닝된 사파이어 기판 등 반도체 성장용으로 사용될 수 있는 다양한 기판일 수 있다. 성장 기판은 반도체층들로부터 기계적 연마, 레이저 리프트 오프, 케미컬 리프트 오프 등의 기술을 이용하여 분리될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 기판의 일부가 잔류하여 제1 도전형 반도체층(327)의 적어도 일부를 구성할 수도 있다.
여기서, 발광 다이오드(10a)는 적색광을 방출하기에 적합한 반도체층들(327, 330, 333)을 포함한다. 한편, 발광 다이오드(10b)는 녹색광을 방출하기에 적합한 반도체층들을 포함하고, 발광 다이오드(10c)는 청색광을 방출하기에 적합한 반도체층들을 포함한다.
예를 들어, 적색 광을 방출하는 발광 다이오드(10a)의 경우, 반도체층들은 알루미늄 갈륨 비화물(aluminum gallium arsenide, AlGaAs), 갈륨 비소 인화물(gallium arsenide phosphide, GaAsP), 알루미늄 갈륨 인듐 인화물(aluminum gallium indium phosphide, AlGaInP), 또는 갈륨 인화물(gallium phosphide, GaP)을 포함할 수 있다.
녹색 광을 방출하는 발광 다이오드(10b)의 경우, 반도체층들은 인듐 갈륨 질화물(InGaN), 갈륨 질화물(GaN), 갈륨 인화물(GaP), 알루미늄 갈륨 인듐 인화물(AlGaInP), 또는 알루미늄 갈륨 인화물(AlGaP)을 포함할 수 있다.
청색 광을 방출하는 발광 다이오드(10c)의 경우, 반도체층은 갈륨 질화물(GaN), 인듐 갈륨 질화물(InGaN), 또는 아연 셀렌화물(zinc selenide, ZnSe)을 포함할 수 있다.
제1 도전형과 제2 도전형은 서로 반대 극성으로서, 제1 도전형이 n형인 경우, 제2 도전형은 p형이며, 제1 도전형이 p형인 경우, 제2 도전형은 n형이 된다.
도면에서 제1 도전형 반도체층(327) 및 제2 도전형 반도체층(333)이 각각 단일층인 것으로 도시하지만, 이들 층들은 다중층일 수 있으며, 또한 초격자층을 포함할 수도 있다. 활성층(330)은 단일양자우물 구조 또는 다중양자우물 구조를 포함할 수 있고, 원하는 파장을 방출하도록 질화물계 반도체의 조성비가 조절된다.
제2 도전형 반도체층(333) 및 활성층(330)은 메사(M) 구조를 가지고 제1 도전형 반도체층(327) 상에 배치될 수 있다. 메사(M)는 제2 도전형 반도체층(333) 및 활성층(330)을 포함하며, 제1 도전형 반도체층(327)의 일부를 포함할 수도 있다. 메사(M)는 제1 도전형 반도체층(327)의 일부 영역 상에 위치하며, 메사(M) 주위에 제1 도전형 반도체층(327)의 상면이 노출될 수 있다.
한편, 상기 제1 도전형 반도체층(327)은 표면 텍스쳐링에 의한 요철을 가질 수 있다. 표면 텍스쳐링은 예를 들어 건식 식각 공정을 이용한 패터닝에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 콘 형상의 돌출부들이 형성될 수 있으며, 콘의 높이는 2.5 내지 3um, 콘 간격은 1.5 내지 2um, 콘의 바닥 직경은 약 3um일 수 있다. 제1 도전형 반도체층(327)의 표면에 요철을 형성함으로써 색차를 줄일 수 있다.
메사(M)는 제1 도전형 반도체층(327)을 노출시키는 관통홀(333a)을 가질 수 있다. 관통홀(333a)은 메사(M)의 일측 가장자리에 가깝게 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 메사(M)의 중앙에 배치될 수도 있다.
오믹 콘택층(335)은 제2 도전형 반도체층(333) 상에 배치되어 제2 도전형 반도체층(333)에 오믹 콘택한다. 오믹 콘택층(335)은 단일 층, 또는 다중 층으로 형성될 수 있으며, 투명 도전성 산화막 또는 금속막으로 형성될 수 있다. 투명 도전성 산화막은 예를 들어 ITO 또는 ZnO 등을 예로 들 수 있으며, 금속막으로는 Al, Ti, Cr, Ni, Au 등의 금속 및 이들의 합금을 예로 들 수 있다.
절연층(337)은 메사(M) 및 오믹 콘택층(335)을 덮는다. 나아가, 절연층(337)은 메사(M) 주위에 노출된 제1 도전형 반도체층(327)의 상면 및 측면을 덮을 수 있다. 한편, 절연층(337)은 관통홀(333a) 내에서 제1 도전형 반도체층(327)을 노출시키는 개구부(337a) 및 오믹 콘택층(325)을 노출시키는 개구부(337b)를 가질 수 있다. 절연층(337)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막의 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다. 또한, 절연층(337)은 분포 브래그 반사기와 같은 절연 반사기를 포함할 수도 있다.
제1 전극 패드(339a) 및 제2 전극 패드(339b)는 절연층(337) 상에 배치된다. 제1 전극 패드(339a)는 개구부(337a)를 통해 제1 도전형 반도체층(327)에 전기적으로 접속될 수 있으며, 제2 전극 패드(339b)는 개구부(337b)를 통해 오믹 콘택층(335)에 전기적으로 접속될 수 있다.
제1 및/또는 제2 전극 패드들(339a, 339b)은 단일 층, 또는 다중 층 금속으로 형성될 수 있다. 제1 및/또는 제2 전극 패드들(339a, 339b)의 재료로는 Al, Ti, Cr, Ni, Au 등의 금속 및 이들의 합금 등이 사용될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 발광 소자(10a)가 도면과 함께 간략하게 설명되었으나, 발광 소자(10a)는 상술한 층 이외에도 부가적인 기능을 갖는 층을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 광을 반사하는 반사층, 특정 구성 요소를 절연하기 위한 추가 절연층, 솔더의 확산을 방지하는 솔더 방지층 등 다양한 층이 더 포함될 수 있다.
또한, 플립칩 타입의 발광 소자를 형성함에 있어, 다양한 형태로 메사를 형성할 수 있으며, 제1 및 제2 전극 패드들(339a, 339b)의 위치나 형상 또한 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 오믹 콘택층(325)은 생략될 수도 있으며, 제2 전극 패드(339b)가 제2 도전형 반도체층(333)에 직접 접촉할 수도 있다. 또한, 제1 전극 패드(339a)가 직접 제1 도전형 반도체층(327)에 접속하는 것으로 도시하지만, 관통홀(333a)에 노출된 제1 도전형 반도체층(327) 상에 콘택층이 먼저 형성되고, 제1 전극 패드(339a)가 상기 콘택층에 접속할 수도 있다.
위에서 설명한 바와 같이 본 개시에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 설명은 본 개시의 실시예를 들어 설명하였을 뿐이므로, 본 개시가 상기 실시예에만 국한되는 것으로 이해돼서는 안 되며, 본 개시의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 발광 다이오드를 포함하는 조명 장치에 있어서,
    상기 발광 다이오드는,
    n형 질화물 반도체층;
    상기 n형 질화물 반도체층 상에 위치하는 활성층; 및
    상기 활성층 상에 위치하는 p형 질화물 반도체층을 포함하고,
    상기 발광 다이오드는 입력되는 전류에 따라 황색광에서 백색광으로 가변하는 광을 방출하는 조명 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광 다이오드는 구동 전류가 증가함에 따라 2개의 피크 파장의 광을 방출하는 조명 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광 다이오드는 상기 n형 질화물 반도체층과 상기 활성층 사이에 배치된 V-피트 생성층을 더 포함하고,
    상기 활성층의 일부는 상기 V-피트 생성층의 V-피트 내에 형성된 조명 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 V-피트 생성층은 450nm를 초과하는 두께를 갖고,
    상기 V-피트 생성층에 형성된 V-피트들은 입구 폭이 230nm를 초과하는 V-피트를 포함하는 조명 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 발광 다이오드는 상기 활성층과 상기 p형 질화물 반도체층 사이에 개재된 p형 AlxGa1-xN층을 더 포함하되,
    상기 p형 AlxGa1-xN층 내의 Al의 조성비 x는 0보다 크고 0.1보다 작은 조명 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 p형 AlxGa1-xN층은 100nm 미만의 두께를 갖는 조명 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 활성층은 복수의 우물층 및 복수의 장벽층을 갖는 다중양자우물 구조를 갖되,
    상기 활성층은 상기 우물층과 장벽층 사이에 상기 우물층을 덮는 캐핑층을 더 포함하고,
    상기 캐핑층은 Al을 함유하는 조명 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 조명 장치는 여객기 내부에 설치된 조명 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 조명 장치는 탁상용 스탠드에 설치된 조명 장치.
  10. 내부에 조명 장치를 갖는 여객기에 있어서,
    상기 조명 장치는 발광 다이오드를 포함하되, 상기 발광 다이오드는,
    n형 질화물 반도체층;
    상기 n형 질화물 반도체층 상에 위치하는 활성층; 및
    상기 활성층 상에 위치하는 p형 질화물 반도체층을 포함하고,
    상기 발광 다이오드는 입력되는 전류에 따라 황색광에서 백색광으로 가변하는 광을 방출하는 여객기.
  11. 마이크로 LED 디스플레이 장치에 있어서,
    디스플레이 기판; 및
    상기 디스플레이 기판 상에 배열된 제1 발광 다이오드, 제2 발광 다이오드, 제3 발광 다이오드, 및 제4 발광 다이오드를 포함하되,
    상기 제1 내지 제3 발광 다이오드들은 서로 다른 색상의 단색광을 방출하고,
    상기 제4 발광 다이오드는 입력되는 전류에 따라 황색광에서 백색광으로 가변하는 광을 방출할 수 있는 마이크로 LED 디스플레이 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제4 발광 다이오드는 2개의 피크 파장의 광을 방출하는 마이크로 LED 디스플레이 장치.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 제4 발광 다이오드는,
    n형 질화물 반도체층;
    상기 n형 질화물 반도체층 상에 위치하는 활성층;
    상기 활성층 상에 위치하는 p형 질화물 반도체층; 및
    상기 n형 질화물 반도체층과 상기 활성층 사이에 배치된 V-피트 생성층을 포함하고,
    상기 활성층의 일부는 상기 V-피트 생성층의 V-피트 내에 형성된 마이크로 LED 디스플레이 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제4 발광 다이오드는 상기 활성층과 상기 p형 질화물 반도체층 사이에 개재된 p형 AlxGa1-xN층을 더 포함하되,
    상기 p형 AlxGa1-xN층 내의 Al의 조성비 x는 0보다 크고 0.1보다 작은 마이크로 LED 디스플레이 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 p형 AlxGa1-xN층은 100nm 미만의 두께를 갖는 마이크로 LED 디스플레이 장치.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 활성층은 복수의 우물층 및 복수의 장벽층을 갖는 다중양자우물 구조를 갖되,
    상기 우물층과 장벽층 사이에 상기 우물층을 덮는 캐핑층을 더 포함하고,
    상기 캐핑층은 Al을 함유하는 마이크로 LED 디스플레이 장치.
  17. 청구항 11에 있어서,
    상기 디스플레이 기판 상에 배열된 복수의 마이크로 LED 모듈을 더 포함하되,
    상기 복수의 마이크로 LED 모듈 각각은 투명 기판을 포함하고,
    상기 제1 내지 제4 발광 다이오드들은 상기 투명 기판 상에 정렬된 마이크로 LED 디스플레이 장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 마이크로 LED 모듈은,
    상기 투명 기판과 상기 제1 내지 제4 발광 다이오드들 사이에 배치된 광 흡수층;
    상기 1 내지 제4 발광 다이오드들을 상기 광 흡수층에 접착시키는 접착층;
    상기 1 내지 제4 발광 다이오드들을 덮고 상기 접착층에 접착된 단차 조절층;
    상기 단차 조절층 상에 배치되며, 상기 1 내지 제4 발광 다이오드들에 전기적으로 접속된 접속층들을 더 포함하는 마이크로 LED 디스플레이 장치.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 발광 다이오드들은 상기 투명 기판 상에 일렬로 배열된 마이크로 LED 디스플레이 장치.
  20. 청구항 11에 있어서,
    동작시, 상기 제1 내지 제3 발광 다이오드들은 각각 적색광, 녹색광, 및 청색광을 방출하도록 구성되고, 상기 4 발광 다이오드는 백색광을 방출하도록 구성된 마이크로 LED 디스플레이 장치.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220041484A (ko) * 2020-09-25 2022-04-01 삼성전자주식회사 마이크로 발광 소자, 이를 포함한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법
US11949043B2 (en) * 2020-10-29 2024-04-02 PlayNitride Display Co., Ltd. Micro light-emitting diode

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7692182B2 (en) 2001-05-30 2010-04-06 Cree, Inc. Group III nitride based quantum well light emitting device structures with an indium containing capping structure
US6958497B2 (en) * 2001-05-30 2005-10-25 Cree, Inc. Group III nitride based light emitting diode structures with a quantum well and superlattice, group III nitride based quantum well structures and group III nitride based superlattice structures
KR100779945B1 (ko) 2005-06-01 2007-11-28 주식회사 대우일렉트로닉스 유기 발광 소자
US9779644B2 (en) * 2007-08-08 2017-10-03 Landmark Screens, Llc Method for computing drive currents for a plurality of LEDs in a pixel of a signboard to achieve a desired color at a desired luminous intensity
FR3012676A1 (fr) * 2013-10-25 2015-05-01 Commissariat Energie Atomique Diode electroluminescente a puits quantiques separes par des couches barrieres d'ingan a compositions d'indium variables
DE102014115599A1 (de) * 2013-10-28 2015-04-30 Seoul Viosys Co., Ltd. Halbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
JP2016063175A (ja) * 2014-09-22 2016-04-25 スタンレー電気株式会社 半導体発光素子
JP2016063176A (ja) * 2014-09-22 2016-04-25 スタンレー電気株式会社 半導体発光素子
KR102569461B1 (ko) * 2015-11-30 2023-09-04 쑤저우 레킨 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드 발광소자 및 이를 포함하는 조명장치
KR20170124439A (ko) * 2016-05-02 2017-11-10 서울바이오시스 주식회사 고효율 장파장 발광 소자
KR101947643B1 (ko) 2016-12-02 2019-02-13 엘지전자 주식회사 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치
KR102320022B1 (ko) * 2017-03-09 2021-11-02 서울바이오시스 주식회사 반도체 발광 소자
US10964674B2 (en) * 2018-02-06 2021-03-30 Lumens Co., Ltd. Micro-LED display panel
US10821890B2 (en) * 2018-05-04 2020-11-03 Lumileds Llc Light engines with dynamically controllable light distribution
US20210328100A1 (en) * 2020-04-16 2021-10-21 Seoul Viosys Co., Ltd. Single chip multi band led
US20220262983A1 (en) * 2021-02-17 2022-08-18 Seoul Viosys Co., Ltd. Single chip multi band light emitting diode, light emitting device and light emitting module having the same

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