KR20230095941A - 적색-녹색-청색 모놀리식 통합 고순도 마이크로-발광 다이오드 디스플레이 장치 - Google Patents

적색-녹색-청색 모놀리식 통합 고순도 마이크로-발광 다이오드 디스플레이 장치 Download PDF

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준-연 김
안베르 세이드
안드리아 피노스
모신 아지즈
이안 머레이
압둘 샤쿠르
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플레세이 세미컨덕터스 리미티드
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Abstract

색변환 공진기 시스템(600)으로서, 제1 파장의 광(742)을 투과시키며 제2 파장의 광(744)을 반사시키는 제1 부분 반사 영역(120); 제1 및 제2 파장의 광을 적어도 부분적으로 투과시키며 제3 파장의 광(746)을 반사시키는 제2 부분 반사 영역(116); 제3 파장의 광을 적어도 부분적으로 반사시키는 제3 부분 반사 영역(112); 제1 부분 반사 영역을 통해 제1 파장을 갖는 입력광을 수신하며, 제1 파장의 광의 적어도 일부를 제2 파장의 광으로 변환하는 제1 색변환 공진기 공동(118)으로, 제2 파장이 제1 색변환 공진기 공동 내에서 공진하며 제2 파장을 갖는 공진광이 제2 부분 반사 영역을 통해 출력되게 하는 제1 색변환 공진기 공동(118); 및 제2 부분 반사 영역을 통해 제2 파장을 포함하는 입력광을 수신하며, 제2 파장의 적어도 일부를 제3 파장의 광으로 변환하는 제2 색변환 공진기 공동(114)으로, 제3 파장이 제2 색변환 공진기 공동 내에서 공진하며 제3 파장을 갖는 공진광이 제3 부분 반사 영역을 통해 출력되게 하는 제2 색변환 공진기 공동(114)을 포함하되, 제1 및 제2 공진기 공동은 비중첩 부분 및 중첩 부분을 제공하도록 부분적으로 중첩 배치되어, 각각 제1 발광면 및 제2 발광면을 획정하고, 제1 발광면은 제2 파장의 공진광을 제공하며, 제2 발광면은 제3 파장의 공진광을 제공하는, 색변환 공진기 시스템(600).

Description

적색-녹색-청색 모놀리식 통합 고순도 마이크로-발광 다이오드 디스플레이 장치
본 발명은 발광 다이오드 구조 및 발광 다이오드 구조의 형성 방법에 관한 것이다. 구체적으로 그러나 비배타적으로, 본 발명은 수직 통합 색변환 공진기 시스템에 관한 것이다.
펌프 소스 발광 다이오드(LED)를 사용하여 입력광을 제공하고, 색변환 재료를 사용하여 이러한 입력광을 요망되는 파장의 광으로 변환하여, 요망되는 주요 피크 파장의 파장들을 발생시키는 것이 알려져 있다. 이러한 색변환 재료는 예를 들어 형광체 재료 또는 양자점(QD)일 수 있다. 적색, 녹색, 청색 광에 대응하는 파장을 갖는 광을 발생시키는 것이 특히 중요하다. 이러한 색 발광은 디스플레이 응용에서 중요하다.
광의 하향 변환을 위해 QD 재료를 사용하여, 특정 파장의 광(통상적으로, 청색 광)을 발생시키는 모놀리식 성장된 발광 다이오드 장치들의 단일 웨이퍼로부터 적색, 녹색, 청색 광을 제공하는 것이 알려져 있다. 마찬가지로, 양자 우물(QW)을 포함하는 적색, 녹색, 청색 발광 구조가 서로의 위에 적층되어, 적층 장치를 형성할 수 있다. 이러한 장치의 경우, 낮은 전류 레벨에서 최상측 QW가 조명되고, 전류 레벨을 증가시킴으로써 중간 및 하측 QW가 순차적으로 조명된다.
그러나, QD 재료는 통상적으로 0.2 W/cm2 입력 전력 이상에서 쉽게 열화됨에 따라 마이크로-LED 디스플레이 응용에 대해 준비가 되지 않았다. 추가로, QD가 색변환 재료로 사용되는 경우, QD 재료의 층 두께는 입력광을 완전히 흡수하기 위해 통상적으로 20 ㎛ 이상이어야 한다. 따라서, 광 파장의 충분한 변환을 제공하기 위해 요구되는 QD 재료의 두께는 고해상도 마이크로-LED 어레이에 요구되는 픽셀 크기 및 피치를 제공하기에 적합한 두께보다 크다. 게다가, QD 및 형광체 재료와 같은 통상적인 색변환 재료는 넓은 반치전폭(FWHM) 스펙트럼 및 그에 따라 감소된 색역을 야기한다.
따라서, 마이크로-LED에 적합한 증가된 색역을 갖는, 적색, 녹색, 청색 광과 같은 별개의 상이한 파장의 광의 공급원의 필요성이 있다.
전술한 문제점들 중 적어도 일부를 완화하기 위해, 첨부된 청구범위에 따른 색변환 공진기 시스템 및 색변환 공진기 시스템의 형성 방법이 제공된다.
색변환 공진기 시스템으로서, 제1 주요 피크 파장의 광을 투과시키며 제2 주요 피크 파장의 광을 반사시키도록 구성되는 제1 부분 반사 영역; 제1 및 제2 주요 피크 파장의 광을 적어도 부분적으로 투과시키며 제3 주요 피크 파장의 광을 반사시키도록 구성되는 제2 부분 반사 영역; 제3 주요 피크 파장을 갖는 광을 적어도 부분적으로 반사시키도록 구성되는 제3 부분 반사 영역; 제1 부분 반사 영역을 통해 제1 주요 피크 파장을 갖는 입력광을 수신하고, 제1 주요 피크 파장의 광의 적어도 일부를 변환하여 제2 주요 피크 파장의 광을 제공하도록 배치되는 제1 색변환 공진기 공동으로, 제2 주요 피크 파장이 제1 색변환 공진기 공동 내에서 공진하며 제2 주요 피크 파장을 갖는 공진광이 제2 부분 반사 영역을 통해 출력되도록 배치되는 제1 색변환 공진기 공동; 및 제2 부분 반사 영역을 통해 제2 주요 피크 파장을 포함하는 입력광을 수신하고, 제2 주요 피크 파장의 적어도 일부를 변환하여 제3 주요 피크 파장의 광을 제공하도록 배치되는 제2 색변환 공진기 공동으로, 제3 주요 피크 파장이 제2 색변환 공진기 공동 내에서 공진하며 제3 주요 피크 파장을 갖는 공진광이 제3 부분 반사 영역을 통해 출력되도록 배치되는 제2 색변환 공진기 공동을 포함하되, 제1 색변환 공진기 공동 및 제2 공진기 공동은 비중첩 부분 및 중첩 부분을 제공하도록 부분적으로 중첩 배치되어, 각각 제1 발광면 및 제2 발광면을 획정하고, 제1 발광면은 제2 주요 피크 파장의 공진광을 제공하도록 배치되며, 제2 발광면은 제3 주요 피크 파장의 공진광을 제공하도록 배치되는, 색변환 공진기 시스템이 제공된다.
바람직하게는, 제3 부분 반사 영역은 추가로 제4 주요 피크 파장을 갖는 광을 반사시키도록 구성되고, 색변환 공진기 시스템은 제4 주요 피크 파장을 갖는 광을 적어도 부분적으로 반사시키도록 구성되는 제4 부분 반사 영역; 및 제3 부분 반사 영역을 통해 제3 주요 피크 파장을 포함하는 입력광을 수신하고, 제3 주요 피크 파장의 적어도 일부를 변환하여 제4 주요 피크 파장의 광을 제공하도록 배치되는 제3 색변환 공진기 공동으로, 제4 주요 피크 파장이 제3 색변환 공진기 공동 내에서 공진하며 제4 주요 피크 파장을 갖는 공진광이 제4 부분 반사 영역을 통해 출력되도록 배치되는 제3 색변환 공진기 공동을 추가로 포함하되, 제2 색변환 공진기 공동 및 제3 색변환 공진기 공동은 비중첩 부분 및 중첩 부분을 제공하도록 부분적으로 중첩 배치되어, 각각 제2 발광면 및 제3 발광면을 획정하고, 제2 발광면은 제3 주요 피크 파장의 공진광을 제공하도록 배치되며, 제3 발광면은 제4 주요 피크 파장의 공진광을 제공하도록 배치된다.
이러한 구성은 에피택셜 층들의 모놀리식 시스템을 형성한다. 공지된 모놀리식 LED 장치와 달리, 본 발명의 색변환 공진기 시스템은 수직 통합 시스템 내에 상이한 파장의 별개의 광을 제공할 수 있다. 이러한 색변환 공진기 시스템의 모놀리식 성장은, LED들이 웨이퍼 상에 개별적으로 성장되며 디스플레이 전자기기 상으로 각자 이동되는, 종래의 시간소모적인 '픽앤플레이스' 방법을 사용할 필요성을 제거한다. 게다가, 선택적 식각으로 인해 제1 및 제2 색변환 공진기 공동과 제2 및 제3 색변환 공진기 공동 사이에 형성되는 부분 중첩은 시스템이 비교적 좁은 반치전폭(FWHM) 스펙트럼을 갖는 상이한 색들의 광을 방출하는 것을 가능하게 한다. 게다가, 이러한 시스템은 방출되는 광의 방향성을 개선하여, 구현하기 복잡한 공정을 요구할 수 있는 시준기 또는 렌즈의 통합의 필요성을 감소시킨다. 유리하게는, 개선된 광 출력이 제공되어, 예를 들어 근안 디스플레이에 사용하기 위한 좁은 빔각 및 좁은 스펙트럼을 가능하게 한다. 유익하게는, 색변환 공진기 시스템은 고색역 디스플레이 및 고해상도 마이크로-LED 어레이의 형성을 가능하게 한다. 유리하게는, 광학 색변환 공진기 시스템은 시준기 없이 좁은 빔각 방출 및 웨이퍼 레벨 가공, 및 감소된 효율 손실과 함께 압축된 발광 스펙트럼을 가능하게 한다.
색변환 공진기 시스템은 상이한 발광면들로부터 적색, 녹색, 청색 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 이러한 시스템은 디스플레이 스크린을 위한 마이크로-LED 응용에 특히 유용하다.
바람직하게는, 제1 부분 반사 영역 및 제2 부분 반사 영역은 (N+1)에 λ변환/2n(λ변환)(여기서, N은 양의 정수, λ변환은 제2 주요 피크 파장, n(λ변환)은 제1 부분 반사 영역 및 제2 부분 반사 영역을 분리하는 재료의 유효 굴절률임)을 곱한 거리만큼 분리되어, 제1 색변환 공진기 공동의 길이를 획정하고/하거나, 제2 부분 반사 영역 및 제3 부분 반사 영역은 (N+1)에 λ변환/2n(λ변환)(여기서, N은 양의 정수, λ변환은 제3 주요 피크 파장, n(λ변환)은 제2 부분 반사 영역 및 제3 부분 반사 영역을 분리하는 재료의 유효 굴절률임)을 곱한 거리만큼 분리되어, 제2 색변환 공진기 공동의 길이를 획정하고/하거나, 제3 부분 반사 영역 및 제4 부분 반사 영역은 (N+1)에 λ변환/2n(λ변환)(여기서, N은 양의 정수, λ변환은 제4 주요 피크 파장, n(λ변환)은 제3 부분 반사 영역 및 제4 부분 반사 영역을 분리하는 재료의 유효 굴절률임)을 곱한 거리만큼 분리되어, 제3 색변환 공진기 공동의 길이를 획정한다.
이러한 구성은 제1 색변환 공진기 공동 내의 제2 주요 피크 파장의 보강 간섭, 제2 색변환 공진기 공동 내의 제3 주요 피크 파장의 보강 간섭, 및 제3 색변환 공진기 공동 내의 제4 주요 피크 파장의 보강 간섭을 가능하게 한다. 유리하게는, 색변환 공진기 공동의 신중한 조정은 향상된 출력 방출을 가능하게 한다.
바람직하게는, 색변환 공진기 시스템은 적어도 하나의 LED를 추가로 포함한다. 더 바람직하게는, 색변환 공진기 시스템은 제1 발광면으로부터의 발광을 제어하도록 배치되는 제1 LED, 및 제2 발광면으로부터의 발광을 제어하도록 배치되는 제2 LED를 추가로 포함한다.
더 바람직하게는, 색변환 공진기 시스템은 제1 발광면으로부터의 발광을 제어하도록 배치되는 제1 LED, 제2 발광면으로부터의 발광을 제어하도록 배치되는 제2 LED, 및 제3 발광면으로부터의 발광을 제어하도록 배치되는 제3 LED를 포함한다. 유익하게는, 이러한 시스템은 각각의 픽셀이 개별적으로 제어되는 것을 가능하게 한다.
예를 들어, 적색, 녹색, 청색 광을 방출하도록 구성되는 적어도 3개의 개별 LED를 갖는 시스템은 단지 청색 픽셀이 광을 방출하는 것, 또는 단지 녹색 픽셀이 광을 방출하는 것, 또는 단지 적색 픽셀이 광을 방출하는 것을 가능하게 할 수 있다. 또한, 픽셀들의 조합은, 청색 및 녹색 광이 결합하여 방출되거나, 청색 및 적색 광이 결합하여 방출되거나, 적색 및 녹색 광이 결합하여 방출되거나, 적색, 녹색, 청색 광이 결합하여 방출되도록, 광을 방출할 수 있다.
바람직하게는, 입력광은 자외선(UV) 광 및 청색 광 중 적어도 하나이고, 바람직하게는, 입력광은 340 nm 내지 460 nm의 파장을 갖는다. 유리하게는, 광학 디스플레이에 요구되는 추가적인 가시광 색의 파장보다 더 짧은 파장을 갖는 기정의 고품질 입력 LED 소스가 색변환 공진기 공동 내의 색변환을 위한 입력 펌프 소스를 제공하기 위해 사용된다.
바람직하게는, 색변환 공진기 공동들 중 적어도 하나는 적어도 하나의 양자 우물층을 포함하고, 바람직하게는, 적어도 하나의 양자 우물층은 변환광에 대해 색변환 공진기 공동 정재 파장의 배(antinode)와 일치하도록 배치되어, 공진 변환 파장의 광으로 출력광의 강도, 스펙트럼 폭, 및 방향성 중 적어도 하나를 향상시킨다.
대안적으로 또는 추가적으로, 색변환 공진기 공동들 중 적어도 하나는 적어도 하나의 양자 우물을 포함하는 양자 우물층, 및 적어도 하나의 양자 우물을 포함하는 추가적인 양자 우물층을 포함하고, 양자 우물층 및 추가적인 양자 우물층의 간격이 N에 λ변환/2n(λ변환)(여기서, N은 양의 정수, λ변환은 색변환 공진기 공동 내의 공진광의 파장, n(λ변환)은 색변환 공진기 공동 내의 공진광의 파장에서 양자 우물층과 추가적인 양자 우물층 사이의 재료의 유효 굴절률임)을 곱한 값인, 색변환 공진기 시스템이 제공된다.
유익하게는, 이러한 구성은 색변환 공진기 공동들 내의 광의 공진 정재 파장의 배에 각각의 양자 우물층을 배치시켜서, 보강 간섭 및 출력광의 향상을 가능하게 한다.
바람직하게는, 색변환 공진기 공동들 중 적어도 하나는, 입력광을 흡수하여, 입력광 파장으로부터의 에너지가 적어도 하나의 양자 우물층 내로 전달되는 것을 가능하게 하도록 구성되는 적어도 하나의 흡수층을 포함하고, 바람직하게는, 흡수층은 입력광의 에너지보다 더 낮은 에너지 밴드갭을 갖는 재료를 포함한다. 유리하게는, 흡수층은, 양자 우물층 내의 캐리어의 재조합을 가능하게 하여, 양자 우물층에 의해 방출되는 변환광의 개선된 공진을 가능하게 하는 과정을 돕는다.
바람직하게는, 색변환 공진기 시스템은 색변환 공진기 공동들 중 적어도 하나로부터의 캐리어의 확산을 감소시키도록 배치되는 적어도 하나의 확산 장벽을 추가로 포함한다. 유리하게는, 확산 장벽의 사용은 캐리어의 확산을 감소시키고, 그에 따라 색변환 공진기 공동 내의 방출 재조합을 향상시킨다.
바람직하게는, 색변환 공진기 시스템은 제1, 제2, 또는 제3 발광면 중 적어도 하나에 대응하는 적어도 하나의 추가적인 부분 반사 영역을 포함한다. 유리하게는, 부분 반사 영역들은 색변환 공진기 공동 시스템 및 LED 장치의 조합에 의해 형성되는 발광 픽셀들에 의해 방출되는 파장을 최적화하기 위해 조정된다. 유익하게는, 주요 피크 파장을 갖는 입력광을 상이한 주요 피크 파장을 갖는 출력광으로 변환하는 효율을 향상시키기 위해, 미리 획정된 파장의 광이 색변환 공진기 공동들 내에서 재활용된다.
바람직하게는, 부분 반사 영역들 및/또는 추가적인 부분 반사 영역들 중 적어도 하나는 분배 브래그 반사기(DBR)를 포함하고, 바람직하게는, DBR은 이중 대역 DBR, 종래의 DBR, 및 2개의 DBR의 수직 스택 중 적어도 하나이다.
바람직하게는, 부분 반사 영역들 중 적어도 하나는 청색 파장 중심의 낮은 헤르핀 인덱스 분배 브래그 반사기(DBR) 또는 녹색 파장 중심의 낮은 헤르핀 인덱스 DBR 또는 적색 파장 중심의 낮은 헤르핀 인덱스 DBR을 포함한다.
바람직하게는, 색변환 공진기 시스템은 청색 파장 중심의 낮은 헤르핀 인덱스 DBR 및 녹색 파장 중심의 낮은 헤르핀 인덱스 DBR 및 적색 파장 중심의 낮은 헤르핀 인덱스 DBR을 포함한다. 유익하게는, 이러한 구성은 청색 파장 광에 최적화되는 하나의 픽셀, 녹색 파장 광에 최적화되는 하나의 픽셀, 및 적색 파장 광에 최적화되는 하나의 픽셀을 형성한다.
바람직하게는, 부분 반사 영역들 및 색변환 공진기 공동들 중 적어도 하나는 에피택셜 결정질 층을 포함하고, 바람직하게는, 색변환 공진기 시스템은 유전체 재료 및 III-V 반도체 재료 중 적어도 하나를 포함한다. 유리하게는, 부분 반사 영역은 색변환 공진기 공동 내의 기능층들의 심리스 통합을 가능하게 하는 기법을 사용하여 형성된다.
바람직하게는, 색변환 공진기 시스템은 픽셀들의 어레이를 형성하고, 어레이는 제2 픽셀과 상이한 파장의 광을 방출하도록 구성되는 제1 픽셀, 및 제1 픽셀 및 제2 픽셀과 상이한 파장의 광을 방출하도록 구성되는 제3 픽셀을 포함한다. 바람직하게는, 제1 픽셀 및/또는 제2 픽셀 및/또는 제3 픽셀은 이의 발광면에 대응하는 추가적인 부분 반사 영역을 포함한다. 유리하게는, 발광 픽셀들이 LED 장치와 같은 발광 장치 및 색변환 공진기 공동의 조합에 기반하는 것은, 고색순도 발광 픽셀들이 고해상도 마이크로 스케일 어레이 내에 구현될 수 있음을 의미하는 규모로 형성될 수 있음을 의미한다.
색변환 공진기 시스템은 바람직하게는 기판 상에 색변환 공진기 공동들 중 적어도 하나를 형성함으로써 제조되고, 바람직하게는, 기판 상에 색변환 공진기 공동들 중 적어도 하나를 형성하는 단계는 복수의 층의 에피택셜 성장을 포함한다. 방법은 기판 상에 부분 반사 영역들 중 적어도 하나를 형성하는 단계를 추가로 포함하고, 바람직하게는, 기판 상에 부분 반사 영역들 중 적어도 하나를 형성하는 단계는 기판 상에 색변환 공진기 공동들 및 부분 반사 영역들 중 적어도 하나를 순차적으로 형성하는 단계를 포함한다. 방법은 바람직하게는 적어도 하나의 LED에 색변환 공진기 시스템을 접합하는 단계, 및 색변환 공진기 시스템을 선택적으로 식각하여 발광면들을 제공하는 단계를 포함한다. 유리하게는, 기판 상에 색변환 공진기 공동을 형성하는 단계는 발광 장치들과의 통합을 위한 색변환 공진기 공동들의 대규모 형성을 가능하게 한다. 유익하게는, 발광 픽셀에 사용하기 위한 효율적인 광 입력 및 광 변환을 제공하는 고품질 저결함 밀도의 재료로 구조를 형성하기 위해, 공지된 성장 및 가공 기법이 적용된다.
본 발명의 다른 양태들이 설명 및 첨부된 청구범위에서 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예들의 상세한 설명이 단지 예시의 차원에서 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 3개의 색변환 공진기 공동의 시스템의 단면도를 도시한다.
도 2는 색변환 공진기 공동들이 LED에 접합되는 도 1의 시스템의 단면도를 도시한다.
도 3은 추가로 가공된 도 2의 3개의 색변환 공진기 공동의 시스템의 단면도를 도시한다.
도 4는 추가로 가공된 도 3의 3개의 색변환 공진기 공동의 시스템의 단면도를 도시한다.
도 5는 추가로 가공된 도 4의 3개의 색변환 공진기 공동의 시스템의 단면도를 도시한다.
도 6은 3개의 색변환 공진기 공동의 시스템으로부터의 광 입력 및 방출의 단면도를 도시한다.
도 7은 독립적으로 어드레스될 수 있는 광 입력을 갖는 3개의 색변환 공진기 공동의 시스템의 단면도를 도시한다.
도 8은 3개의 색변환 공진기 공동의 시스템의 단면도를 도시한다.
도 9는 추가로 가공된 도 8의 3개의 색변환 공진기 공동의 시스템의 단면도를 도시한다.
도 10은 추가로 가공된 도 9의 3개의 색변환 공진기 공동의 시스템의 단면도를 도시한다.
도 11은 추가로 가공된 도 10의 3개의 색변환 공진기 공동의 시스템의 단면도를 도시한다.
적어도 상기에 설명된 바와 같은 선행 기술의 장치와 연관된 단점을 해결하기 위해, 구조 및 구조의 형성 방법이 도 1 내지 도 11을 참조하여 이하에 설명된다. 다색 파장 광 출력 시스템을 제공하기 위해, 효율적인 방식으로 입력광을 하향 변환 및 재사용하는 탁월한 방식을 제공하는 색변환 공진기 공동 시스템이 설명된다. 유리하게는, 이러한 시스템은 더 좁은 빔각을 갖는 고순도 좁은 FWHM의 출력광을 제공하여, 광 출력 제어를 개선하며, 더 나은 색역 및 제어된 방향성을 갖는 시스템을 제공한다. 유익하게는, 에피택셜 성장된 결정질 층들의 형성 및 가공이 개선된 광 출력을 위한 고품질 및 그에 따라 고효율 시스템을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 에피택셜 성장된 결정질 층들은 단일 성장 공정으로 색변환 공진기 공동 시스템을 형성하기 위해 사용될 수 있거나, 하나 이상의 에피택셜 성장된 결정질 층의 그룹들이 각자 최적화되어 색변환 공진기 공동을 형성하기 위해 서로 접합될 수 있고, 그로 인해 각자 최적화된 층들의 병렬 성장 및 가공을 가능하게 한다.
추가로, 유리하게는, 에피택셜 성장된 시스템으로 형성되는 색변환 공진기 공동들의 형성 및 가공은 상이한 색들의 광의 방출과 연관된 발광면들의 획정을 가능하게 하고, 그로 인해 발광면들은 (10 μm 이하, 바람직하게는 5 μm 이하의 픽셀 피치, 및 100 μm2 이하, 바람직하게는 16 μm2 이하의 픽셀 발광면을 갖는 고해상도 마이크로-LED 어레이를 비롯한) 마이크로-LED 픽셀 어레이 내의 구현에 적합한 규모로 유리하게 형성될 수 있는 픽셀들과 연관된다.
도 1에는, 3개의 색변환 공진기 공동을 구비한 에피택셜 구조인 색변환 공진기 시스템(100)의 단면도가 도시된다. 도 2 내지 도 11을 참조하여 설명되는 바와 같이, 에피택셜 구조는 광 입력 장치와 함께 색변환 공진기 시스템을 제공하기 위해 형성되고 이어서 가공된다.
색변환 공진기 시스템(100)은 에피택셜 결정질 화합물 반도체 층들의 스택이다. 에피택셜 결정질 화합물 반도체 층들은 성장 기판(102) 상의 에피택셜 층들의 순차적인 성장에 의해 제공된다. 실리콘, 실리콘 탄화물, 사파이어, 갈륨 질화물과 같은 성장 기판(102) 또는 다른 적합한 성장 기판은 에피택셜 화합물 반도체 결정질 층들이 형성된 후에 제거될 수 있다. 유익하게는, 이러한 방식으로 형성되는 이러한 에피택셜 화합물 반도체 결정질 층들의 성장은 저결함 밀도를 갖는 고품질 재료 뿐만 아니라, 제어된 층 두께, 및 광의 제어된 파장에서의 캐리어의 효율적인 발광 재조합을 제공하기 위해 고정밀 제어될 수 있다.
에피택셜 구조의 3개의 색변환 공진기 공동은 각각 하나 이상의 입력 광원으로부터 입력광을 수신하고, 입력 광원으로부터의 주요 피크 파장을 갖는 입력광을 변환하여, 상이한 변환된 주요 피크 파장의 광으로 출력광을 제공하도록 설계된다. 에피택셜 구조는, 가공되어 입력 광원과 결합될 때, 변환된 주요 피크 파장의 광이 에피택셜 구조의 각각의 색변환 공진기 공동 내에서 공진하고, 다수의 상이한 파장의 공진 변환광이 색변환 공진기 시스템(100)으로부터 출력되도록, 설계된다. 적어도 본원에 설명된 바와 같이, 에피택셜 구조의 적절한 가공은 다수의 색변환 공진기 공동이 상이한 파장의 광을 방출하기 위해 상이한 발광면과 연관되는 다색 에미터들의 제공을 가능하게 한다.
도 1은 성장 기판(102) 상에 성장되는 버퍼(104)를 도시한다. 기판(102)은 실리콘 기판이고, 버퍼(104)는 알루미늄 갈륨 질화물(AlGaN) 에피택셜 층이다. 다른 예에서, 대안적으로 또는 추가적으로, 버퍼(104)는 알루미늄 갈륨 질화물(AlGaN), 알루미늄 질화물(AlN), 및 갈륨 질화물(GaN) 중 적어도 하나로 형성된다. 버퍼(104) 상에는, 식각 정지부(106)가 성장된다. 식각 정지부(106)는 비교적 높은 알루미늄 함량을 갖는 AlGaN층이다. 식각 정지부(106)는 가공된 시스템을 제공하기 위해 에피택셜 구조(100)로부터 재료를 제거하는 데에 사용되는 가공 단계들의 정확한 제어를 용이하게 한다.
식각 정지부(106) 상에는, 부분 반사 영역(108)이 성장된다. 부분 반사 영역(108) 상에는, 색변환 공진기 공동(110) 및 추가적인 부분 반사 영역(112)이 성장된다. 색변환 공진기 공동(110)은 주요 피크 파장의 입력광을 수신하며 이 입력광을 상이한 주요 피크 파장의 변환광으로 변환하도록 구성된다.
부분 반사 영역(112) 상에는, 추가적인 색변환 공진기 공동(114) 및 추가적인 부분 반사 영역(116)이 성장된다. 색변환 공진기 공동(114)은 다른 주요 피크 파장의 입력광을 수신하며 이 입력광을 상이한 주요 피크 파장의 변환광으로 변환하도록 구성된다. 다른 예에서, 식각 정지층이 부분 반사 영역(112)과 추가적인 색변환 공진기 공동(114) 사이에 형성된다. 식각 정지층(미도시)은 구조로부터 재료를 제거하는 후속 단계들의 긴밀한 제어를 용이하게 한다. 또 다른 예에서, 대안적인 또는 추가적인 식각 정지층이 식각 공정에 의한 층 제거의 제어를 용이하게 하기 위해 구조 내에 형성된다.
부분 반사 영역(116) 상에는, 추가적인 색변환 공진기 공동(118) 및 추가적인 부분 반사 영역(120)이 성장된다. 색변환 공진기 공동(118)은 다른 주요 피크 파장의 입력광을 수신하며 이 입력광을 상이한 주요 피크 파장의 변환광으로 변환하도록 구성된다. 다른 예에서, 식각 정지층이 부분 반사 영역(116)과 추가적인 색변환 공진기 공동(118) 사이에 형성된다. 식각 정지층(미도시)은 구조로부터 재료를 제거하는 후속 단계들의 긴밀한 제어를 용이하게 한다. 또 다른 예에서, 대안적인 또는 추가적인 식각 정지층이 식각 공정에 의한 층 제거의 제어를 용이하게 하기 위해 구조 내에 형성된다.
색변환 공진기 시스템(100)은 에피택셜 층들의 모놀리식 시스템을 형성한다. 이러한 에피택셜 층들은 평탄한 층들이다. 도 1의 색변환 공진기 시스템(100)은 금속 유기 화학 기상 증착(MOCVD) 및 분자 빔 에피택시(MBE)와 같은 에피택셜 화합물 반도체 성장 기법을 사용하여 형성된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 색변환 공진기 시스템(100)은 임의의 적절한 기법을 사용하여 형성된다.
에피택셜 층들의 순서는, 시스템이 반전되어 LED에 접합될 때, LED로부터의 UV 광과 같은 짧은 파장의 광이 색변환 공진기 공동(118) 내에 흡수되고, 이후 청색 광과 같은 긴 파장의 광이 색변환 공진기 공동(118)으로부터 출력되도록, LED에 대한 색변환 공진기 공동들의 근접 순서가 정해지게 하기 위해, 순차적으로 성장된다. 색변환 공진기 공동(118) 및 LED로부터 출력되는 광은 색변환 공진기 공동(114) 내에 흡수된다. 이후, 색변환 공진기 공동(114)은 색변환 공진기 공동(118) 및 LED보다 더 긴 파장을 갖는 광, 예를 들어 녹색 광을 출력한다. 색변환 공진기 공동(118), 색변환 공진기 공동(114), 및 LED로부터 출력되는 광은 색변환 공진기 공동(110) 내에 흡수되고, 이는 이후 적색 광과 같은 더 긴 파장의 광을 출력한다. 이는, 연속적인 색변환 공진기 공동들에 의해 방출되는 광이 최종 구조를 빠져나가기 전에 재사용되는 방식으로, 입력광이 색변환 공진기 공동들에 의해 흡수 및 방출될 수 있음을 의미한다.
유리하게는, 이러한 순서로 색변환 공진기 시스템(100)의 에피택셜 구조를 성장시키는 것은, 색변환 공진기 시스템(100) 및 상이한 기저 기판 상에 형성되는 하나 이상의 발광 장치의 정렬 및 접합을 가능하게 하는 추가적인 가공 단계를 요구함 없이, LED 구조와의 접합을 용이하게 하기 위해, 색변환 공진기 공동들(118, 114, 110)이 색변환 공진기 시스템(100)의 층들이 형성되는 성장 기판(102)을 사용하여 조작될 수 있음을 의미한다.
도 1과 관련하여 설명된 색변환 공진기 시스템(100)은 질화물계 재료로 형성된다. 특히, 에피택셜 결정질 화합물 반도체 층들은 갈륨 질화물(GaN)계 재료이다. 도 1과 관련하여 설명된 구조는 질화물계 반도체 화합물 재료와 관련이 있지만, 당업자는 본원에 설명된 개념이 다른 재료, 특히 다른 반도체 재료, 예를 들어 다른 III-V 화합물 반도체 재료, 또는 II-VI 화합물 반도체 재료에 적용될 수 있음을 이해한다.
3개의 색변환 공진기 공동의 제공은 다수의 상이한 주요 피크 파장의 광을 방출하는 구조의 형성을 가능하게 한다. 당업자는 다른 예에서 상이한 주요 피크 파장의 광을 방출하는 상이한 구조를 제공하기 위해 대안적인 또는 추가적인 구조가 사용됨을 이해한다.
부분 반사 영역(108) 및 추가적인 부분 반사 영역(112)은 (N+1)에 λ변환/2n(λ변환)(여기서, N은 양의 정수, λ변환은 색변환 공진기 공동(110)으로부터 방출되는 변환된 주요 피크 파장, n(λ변환)은 부분 반사 영역(108) 및 추가적인 부분 반사 영역(112)을 분리하는 재료의 유효 굴절률임)을 곱한 거리만큼 분리된다. 이러한 구성은 변환된 주요 피크 파장의 광이 색변환 공진기 공동(110) 내에서 공진하는 것을 가능하게 한다. 다른 예에서, 부분 반사 영역(108) 및 추가적인 부분 반사 영역(112)은 상이한 거리만큼 분리된다.
마찬가지로, 부분 반사 영역(112) 및 추가적인 부분 반사 영역(116)은 (N+1)에 λ변환/2n(λ변환)(여기서, N은 양의 정수, λ변환은 색변환 공진기 공동(114)으로부터 방출되는 변환된 주요 피크 파장, n(λ변환)은 부분 반사 영역(112) 및 추가적인 부분 반사 영역(116)을 분리하는 재료의 유효 굴절률임)을 곱한 거리만큼 분리된다. 이러한 구성은 변환된 주요 피크 파장의 광이 색변환 공진기 공동(114) 내에서 공진하는 것을 가능하게 한다. 다른 예에서, 부분 반사 영역(112) 및 추가적인 부분 반사 영역(116)은 상이한 거리만큼 분리된다.
또한, 부분 반사 영역(116) 및 추가적인 부분 반사 영역(120)은 (N+1)에 λ변환/2n(λ변환)(여기서, N은 양의 정수, λ변환은 색변환 공진기 공동(118)으로부터 방출되는 변환된 주요 피크 파장, n(λ변환)은 부분 반사 영역(116) 및 추가적인 부분 반사 영역(120)을 분리하는 재료의 유효 굴절률임)을 곱한 거리만큼 분리된다. 이러한 구성은 변환된 주요 피크 파장의 광이 색변환 공진기 공동(118) 내에서 공진하는 것을 가능하게 한다. 다른 예에서, 부분 반사 영역(116) 및 추가적인 부분 반사 영역(120)은 상이한 거리만큼 분리된다.
색변환 공진기 공동(110)은 적어도 하나의 양자 우물층을 포함한다. 양자 우물층은 다중 양자 우물을 포함한다. 다른 예에서, 양자 우물층은 단일 양자 우물을 포함한다. 양자 우물층은 색변환 공진기 공동(110)으로부터 방출되는 변환된 주요 피크 파장에 대해 색변환 공진기 공동 정재 파장의 배에 배치된다. 마찬가지로, 색변환 공진기 공동(114)은 색변환 공진기 공동(114)으로부터 방출되는 변환된 주요 피크 파장에 대해 색변환 공진기 공동 정재 파장의 배에 배치되는 적어도 하나의 양자 우물층을 포함한다. 양자 우물층은 다중 양자 우물을 포함한다. 다른 예에서, 양자 우물층은 단일 양자 우물을 포함한다. 또한, 색변환 공진기 공동(118)은 색변환 공진기 공동(118)으로부터 방출되는 변환된 주요 피크 파장에 대해 색변환 공진기 공동 정재 파장의 배에 배치되는 적어도 하나의 양자 우물층을 포함한다. 양자 우물층은 다중 양자 우물을 포함한다. 다른 예에서, 양자 우물층은 단일 양자 우물을 포함한다. 이러한 구성은 공진 변환 주요 피크 파장으로 출력광, 및 강도, 스펙트럼 폭 중 적어도 하나를 향상시킨다. 다른 예에서, 색변환 공진기 공동들(110, 114, 118)은 각각 대안적인 또는 추가적인 층을 구비하고, 예를 들어 양자 우물층 내의 단일 또는 다중 양자 우물은 각각의 색변환 공진기 공동들(110, 114, 118) 내의 광의 변환된 파장의 상이한 배와 일치하도록 위치된다.
색변환 공진기 공동들(110, 114, 118)은 각각 다중 양자 우물(MQW)을 포함한다. 다른 예에서, 색변환 공진기 공동들(110, 114, 118)은 각각 단일 양자 우물(SQW)을 포함한다. 또 다른 예에서, 색변환 공진기 공동들(110, 114, 118)은 서로 상이한 층들을 포함한다. 양자 우물층들은 캐리어의 재조합을 가능하게 하도록 설계되고, 그에 따라 발광 재조합은 출력광의 방출로 이어지는 입력광의 파장과 상이한 주요 피크 파장을 갖는 광의 출력을 야기한다.
방출을 가능하게 하기 위해, 입력광은 각각의 색변환 공진기 공동들(110, 114, 118) 내의 각각의 양자 우물층들과 연관된 흡수층들에 의해 흡수된다. 흡수층들에서 흡수되는 입력광은 주요 피크 파장을 갖는다. 일 예에서, 입력광은 약 450 nm의 파장을 갖는 청색 광이다. 양자 우물층들에 의해 출력되는 광의 파장은 입력되는 파장보다 길다. 광의 출력된 파장은 광의 변환된 파장이다. 입력광은 청색 광이지만, 다른 예에서 추가적인 또는 대안적인 파장의 입력광이 사용된다. 더 바람직하게는, 각각의 흡수층은 입력되는 주요 피크 파장의 에너지보다 더 낮은 에너지 밴드갭을 갖는 재료를 포함한다.
색변환 공진기 시스템(100)의 에피택셜 구조는, 일단 형성되면, 반전되어 발광 장치에 접합되고, 기판(102), 버퍼(104), 및 식각 정지부(106)가 제거되도록 설계된다. 따라서, 색변환 공진기 시스템(100)의 에피택셜 구조 내의 입력광 및 이어서 변환된 출력광의 층들의 시퀀스 순서는 성장 전에 고려되고, 부분 반사 영역들의 형성은 이하에서 도 2 및 도 3과 관련하여 보다 상세히 설명된다. 부분 반사 영역들(108, 112, 116, 120)은 분배 브래그 반사기들(DBR)이다. 다른 예에서, 부분 반사 영역들(108, 112, 116, 120)은 대안적인 또는 추가적인 구조를 포함한다.
시스템(100)이 형성되면, 이는 반전되어 LED 구조에 접합된다. 이는 도 2에 도시된다. 도 2에는, 발광 다이오드(LED; 224) 및 기판 장치(202)를 포함하는 색변환 공진기 시스템(200)이 도시된다. 기판 장치는 색변환 공진기 시스템(200)의 가공을 용이하게 하기 위해 사용되는 임시 기판이다. 대안적으로, 일 예에서, 기판 장치(202)는 최종 구조 내의 입력광을 제공 및 제어하기 위해 발광 다이오드 장치와 같은 발광 장치와 결합되는 상보성 금속 산화물 반도체(CMOS) 백플레인이다. 도 1과 관련하여 설명된 색변환 공진기 시스템(100)은, 도 1을 참조하여 설명된 색변환 공진기 구조(100)를 반전시키고, 접합층(222)을 사용하여 LED(224)에 최상측 부분 반사 영역(120) 에피택셜 층을 접합함으로써, 기판 장치(202) 및 LED(224)에 결합된다. 이후, 기판(102), 버퍼(104), 및 식각 정지부(106)가 제거되어, 도 2에 도시된 구조가 남게 된다.
유리하게는, LED(224)에 대한 색변환 공진기 공동들의 근접 순서는, LED(224)로부터의 청색 광과 같은 더 짧은 파장의 광이 제1 색변환 공진기 공동 내에 흡수되고, 이후 제1 색변환 공진기 공동 및 LED(224)로부터 출력되는 광이 제2 색변환 공진기 공동 내에 흡수되며, 제1 색변환 공진기 공동, 제2 색변환 공진기 공동, 및 LED(224)로부터 출력되는 광이 제3 색변환 공진기 공동 내에 흡수되게 하는 것이다. 이는, 색변환 공진기 공동들에 의해 방출되는 광이 최종 구조를 빠져나가기 전에 재사용되는 방식으로, 입력광이 색변환 공진기 공동들에 의해 흡수 및 방출될 수 있음을 의미한다.
따라서, 부분 반사 영역(120)은 LED(224) 상의 접합층(222) 바로 위에 도시된다. 부분 반사 영역(120) 상에는, 색변환 공진기 공동(118) 및 이어서 추가적인 부분 반사 영역(116)이 있다. 부분 반사 영역(116) 상에는, 추가적인 색변환 공진기 공동(114) 및 이어서 추가적인 부분 반사 영역(112)이 있다. 부분 반사 영역(112) 상에는, 추가적인 색변환 공진기 공동(110) 및 이어서 추가적인 부분 반사 영역(108)이 있다.
도 1의 색변환 공진기 시스템(100)은 도 2에 도시된 바와 같이 LED(224)에 접합되도록 가공되지만, 다른 예에서 색변환 공진기 시스템(200)의 에피택셜 층들은 LED(224) 상에 직접 성장된다. 유익하게는, LED(224) 상의 층들의 이러한 직접 성장은 이러한 장치의 제조시 추후 접합 단계를 생략한다.
도 1을 참조하여 설명된 색변환 공진기 시스템(100)의 에피택셜 층들은 발광 다이오드 구조에 대한 구조의 접합을 가능하게 하기 위해 특정 순서로 성장되는 것으로 도시되지만, 다른 예에서 성장 순서는 입력 LED 광원에 가장 가까운 색변환 공진기 공동에서 입력 LED로부터 가장 멀리 있는 색변환 공진기 공동까지 짧은 파장으로부터 긴 파장으로 광의 효율적인 흡수 및 방출을 유지하기 위해 역전된다.
도 2에는, 색변환 공진기 시스템(200)이 도시된다. 상기에 설명된 바와 같이, 색변환 공진기 시스템(200)은, 색변환 공진기 시스템(100)을 반전시키고, 부분 반사 영역(120)이 LED(224) 및 접합층(222) 바로 위에 접합되고 부분 반사 영역(108)이 색변환 공진기 시스템(200)의 상측에 놓이도록, 접합층(222)을 통해 LED(224)에 색변환 공진기 시스템(100)을 접합하고, 이어서 색변환 공진기 시스템(200)으로부터 기판(102) 및 버퍼(104)를 제거함으로써, 형성된다. 색변환 공진기 시스템(100)은, 색변환 공진기 시스템(100)의 기판(102) 및 버퍼(104)를 제거하기 전에 상기 층들을 조작함으로써, 반전될 수 있다.
LED(224)는 유전체 접합을 사용하여 부분 반사 영역(120)에 접합된다. 부분 반사 영역(120)에 접합될 LED(224)의 표면은 이러한 접합을 용이하게 하기 위해 고밀도 산화막으로 마감된다. 입력 LED(224)에 접합될 부분 반사 영역(120)의 표면은 또한 웨이퍼 레벨 산화물 접합을 용이하게 하기 위해 고밀도 산화막으로 마감된다. 따라서, LED(224)의 주요 발광면은, LED(224)로부터 출력되는 광이 색변환 공진기 시스템(200)의 입력광의 역할을 하도록, 부분 반사 영역(120)에 매우 근접 또는 접촉 배치된다.
다른 예에서, LED(224)는 폴리이미드 접합과 같은 고분자 접합을 사용하여 부분 반사 영역(120)에 접합된다. 또 다른 예에서, 추가적인 또는 대안적인 접합 메커니즘이 부분 반사 영역(120)에 LED(224)를 부착하기 위해 사용된다. 유리하게는, LED(224)는 색변환 공진기 시스템(200)과의 계면에서 LED(224)로부터의 발광의 최소 계면 손실을 갖는 단일 장치를 형성하기 위해 부분 반사 영역(120)에 접합된다.
색변환 공진기 시스템(200)은 제1 주요 피크 파장의 입력광을 수신하며 이러한 입력광을 제2 주요 피크 파장의 광으로 변환하도록 구성된다. 색변환 공진기 시스템(200)은 추가로 제2 주요 피크 파장의 광(및 제1 주요 피크 파장의 광)을 제3 주요 피크 파장의 광으로 변환한다. 이후, 제3 주요 피크 파장의 광(및 제1 및 제2 주요 피크 파장의 광)은 제4 주요 피크 파장의 광으로 변환된다.
이와 같은 설정은 색변환 공진기 공동(118)이 추가적인 색변환 공진기 공동들(114, 110) 전에 LED(224)로부터 제1 주요 피크 파장의 입력광을 수신하는 것을 가능하게 한다. 이는 색변환 공진기 공동(118)이 제2 주요 피크 파장의 공진광을 위해 구성되되, 이러한 파장이 제3 주요 피크 파장 및 제4 주요 피크 파장보다 작을 때 효율적이다. 제3 주요 피크 파장은 제2 주요 피크 파장보다 크고 제4 주요 피크 파장보다 작다.
예를 들어, 색변환 공진기 공동(118)은 청색 광에 대응하는 광의 파장(예를 들어, 약 450 nm)에 최적화될 수 있고(그로 인해 입력광은 더 짧은 파장을 갖는다(예를 들어, 약 380 nm의 UV 광)), 추가적인 색변환 공진기 공동(114)은 녹색 광에 대응하는 광의 파장(예를 들어, 약 530 nm)에 최적화될 수 있고(그로 인해 입력광은 더 짧은 파장을 갖는다(예를 들어, 청색 광 및 UV 광)), 추가적인 색변환 공진기 공동(110)은 적색 광에 대응하는 광의 파장(예를 들어, 약 630 nm)에 최적화될 수 있다(그로 인해 입력광은 더 짧은 파장을 갖는다(예를 들어, 녹색 광, 청색 광, 및 UV 광)).
광의 파장의 공진을 가능하게 하기 위해, 부분 반사 영역들(108, 112, 116, 120)은 광 입력 LED(224)로부터 발광면으로의 색변환 공진기 시스템(200)을 통한 광의 전달을 개선하도록 구성된다.
부분 반사 영역(120)은 색변환 공진기 공동(110) 내에 발생되는 변환광의 파장에 대한 비교적 높은 반사율 및 입력광의 파장에 대한 비교적 높은 투과율을 갖는다. 일 예에서, 부분 반사 영역(120)은 비교적 낮은 반사율, 예를 들어 부분 반사 영역(120)에 접합되는 LED(224)로부터의 입력광의 주요 피크 파장의 20% 미만의 반사율, 및 비교적 높은 반사율, 예를 들어 색변환 공진기 공동(118) 내의 입력광의 흡수 및 재방출에 의해 발생되는 변환광의 80% 초과의 반사율을 갖는다. 다른 예에서, 상이한 반사율 값들이 부분 반사 영역(120)을 위해 사용된다. 일 예에서, 부분 반사 영역(120)은 입력광의 10% 미만의 반사율 및 변환광의 90% 초과의 반사율을 갖는다. 다른 예에서, 부분 반사 영역(120)은 입력광의 5% 미만의 반사율 및 변환광의 95% 초과의 반사율을 갖는다. 마찬가지로, 부분 반사 영역(116)은 색변환 공진기 공동(114) 내에 발생되는 변환광의 파장에 대한 비교적 높은 반사율 및 입력광의 파장에 대한 비교적 높은 투과율을 갖는다.
일 예에서, 부분 반사 영역(116)은 비교적 낮은 반사율, 예를 들어 입력광의 주요 피크 파장의 20% 미만의 반사율, 및 비교적 높은 반사율, 예를 들어 색변환 공진기 공동(114) 내의 입력광의 흡수 및 재방출에 의해 발생되는 변환광의 80% 초과의 반사율을 갖는다. 다른 예에서, 상이한 반사율 값들이 부분 반사 영역(116)을 위해 사용된다. 일 예에서, 부분 반사 영역(116)은 입력광의 10% 미만의 반사율 및 변환광의 90% 초과의 반사율을 갖는다. 다른 예에서, 부분 반사 영역(116)은 입력광의 5% 미만의 반사율 및 변환광의 95% 초과의 반사율을 갖는다. 또한, 부분 반사 영역(112)은 색변환 공진기 공동(110) 내에 발생되는 변환광의 파장에 대한 비교적 높은 반사율 및 입력광의 파장에 대한 비교적 높은 투과율을 갖는다.
일 예에서, 부분 반사 영역(112)은 비교적 낮은 반사율, 예를 들어 입력광의 주요 피크 파장의 20% 미만의 반사율, 및 비교적 높은 반사율, 예를 들어 색변환 공진기 공동(114) 내의 입력광의 흡수 및 재방출에 의해 발생되는 변환광의 80% 초과의 반사율을 갖는다. 다른 예에서, 상이한 반사율 값들이 부분 반사 영역(112)을 위해 사용된다. 일 예에서, 부분 반사 영역(112)은 입력광의 10% 미만의 반사율 및 변환광의 90% 초과의 반사율을 갖는다. 다른 예에서, 부분 반사 영역(112)은 입력광의 5% 미만의 반사율 및 변환광의 95% 초과의 반사율을 갖는다.
일 예에서, 부분 반사 영역(108)은 비교적 낮은 반사율, 예를 들어 입력광의 주요 피크 파장의 20% 미만의 반사율, 및 비교적 높은 반사율, 예를 들어 색변환 공진기 공동(110) 내의 입력광의 흡수 및 재방출에 의해 발생되는 변환광의 80% 초과의 반사율을 갖는다. 다른 예에서, 상이한 반사율 값들이 부분 반사 영역(108)을 위해 사용된다. 일 예에서, 부분 반사 영역(108)은 입력광의 10% 미만의 반사율 및 변환광의 90% 초과의 반사율을 갖는다. 다른 예에서, 부분 반사 영역(108)은 입력광의 5% 미만의 반사율 및 변환광의 95% 초과의 반사율을 갖는다.
부분 반사 영역들(108, 112, 116, 120)은 상이한 굴절률의 교번 에피택셜 결정질 층들로 형성된다. 층들의 굴절률 및 층들의 두께는 부분 반사 영역들(108, 112, 116, 120)에 입사되는 광의 파장의 함수로서 반사율 응답을 제공하기 위해 선택된다. 이러한 방식의 DBR의 성장은 높은 결정질 품질의 색변환 공진기 시스템(100)의 심리스 형성을 가능하게 한다.
부분 반사 영역들(108, 112, 116, 120)은 DBR들이지만, 다른 예에서 대안적인 또는 추가적인 영역이 사용된다. 다른 예에서, 부분 반사 영역(108)은 DBR 또는 두 상이한 DBR의 수직 스택 또는 이중 대역 DBR을 포함한다. 또 다른 예에서, 부분 반사 영역(108)이 생략된다. 또 다른 예에서, 부분 반사 영역(112) 및/또는 부분 반사 영역(116) 및/또는 부분 반사 영역(120)은 예를 들어 청색 광의 높은 반사율 및 녹색 및 적색 광의 낮은 반사율을 위한 필터, 또는 청색 광의 낮은 반사율 및 녹색 및 적색 광의 높은 반사율을 위한 필터로서, 광의 변환된 파장의 비교적 높은 반사율 및 입력된 파장의 낮은 반사율을 갖는 DBR을 포함한다. 파장 범위의 어느 한 측의 광의 반사율이 또한 구현될 수 있다. 'H'가 1/4 파장 두께의 고굴절률 재료를 획정하고 'L'이 1/4 파장 두께의 저굴절률 재료를 획정하는 경우, N개의 층에 대해,
Figure pct00001
및 (
Figure pct00002
스택이 각각 단파장측 및 장파장측의 반사율을 억제하기 위해 사용될 수 있고, (
Figure pct00003
스택이 청색 광의 높은 반사율 및 녹색 및 적색 광의 낮은 반사율을 위한 필터로 사용될 수 있고,
Figure pct00004
스택이 청색 광의 낮은 반사율 및 녹색 및 적색 광의 높은 반사율을 위한 필터로 사용될 수 있다. 다른 예에서, 다른 장치가 선택적으로 광을 필터링하기 위해 사용된다.
부분 반사 영역들(108, 112, 116, 120)은 질화물계 에피택셜 층들로 형성되는 DBR들이지만, 다른 예에서 부분 반사 영역들(108, 112, 116, 120)은 추가적으로 또는 대안적으로 일부 파장의 광의 반사 및 상이한 파장의 광의 투과를 가능하게 하는 기능을 유지하면서 상이한 방법들을 사용하여 형성된다. 예를 들어, 부분 반사 영역(108) 및/또는 부분 반사 영역(112) 및/또는 부분 반사 영역(116) 및/또는 부분 반사 영역(120)은 유전체 스택으로 형성된다. 또 다른 예에서, 부분 반사 영역(108) 및/또는 부분 반사 영역(112) 및/또는 부분 반사 영역(116) 및/또는 부분 반사 영역(120)은 GaN 및 다공성 GaN의 교번 층들로 형성된다. 부분 반사 영역들(108, 112, 116, 120)을 형성하는 에피택셜 결정질 GaN층들의 다공도는 파장의 함수로서 요망되는 반사율 응답을 제공하기 위해 제어되는데, 에피택셜 결정질 층들의 다공도가 이들의 굴절률과 관련이 있기 때문이다. 유리하게는, 이러한 방식으로 형성되는 DBR들은 GaN을 단독 사용하여 제공될 수 있다.
바람직하게는, 색변환 공진기 공동들(110, 114, 118)로부터의 캐리어의 확산을 감소시키도록 배치되는 적어도 하나의 확산 장벽이 제공된다. 확산 장벽들이 색변환 공진기 공동들 내의 변환광의 공진광 방출을 향상시키기 위해 구조 내에 포함된다.
도 3에는, LED(224), 접합층(222), 부분 반사 영역(120), 색변환 공진기 공동(118), 추가적인 부분 반사 영역(116), 및 추가적인 색변환 공진기 공동(114)을 포함하는 색변환 공진기 시스템(300)이 도시된다. 이러한 층들은 각각 상기에 설명된 바와 같이 순차적으로 성장된다(예를 들어, 도 1에 도시된 순서로 성장되고 반전되거나, 반전 없이 도 2에 도시된 순서로 성장된다). 이러한 일련의 층들 상에는, 도 1 및 도 2와 관련하여 설명된 구조로부터 부분적으로 식각된 층들이 도시된다. 식각된 층들은 부분 반사 영역(112), 색변환 공진기 공동(110), 및 부분 반사 영역(108)이다. 이러한 층들은 상기 층들(108, 110, 112)이 남아있는 층들(224, 222, 120, 118, 116, 114)과 부분적으로 중첩된 영역을 형성하도록 식각되었다.
색변환 공진기 시스템(300)은 제1 영역에서 색변환 공진기 시스템(200)을 선택적으로 식각함으로써 형성된다. 부분 반사 영역(108)의 표면은 공지된 기법에 따라 선택적으로 패터닝된다. 이러한 선택적 패터닝은 (예를 들어, 공지된 습식 또는 건식 식각 기법을 사용한) 색변환 공진기 시스템의 영역들의 선택적 식각을 가능하게 한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 식각은 제1 영역에서 색변환 공진기 시스템(200)으로부터 부분 반사 영역들(108, 112) 및 색변환 공진기 공동(110)을 제거하였다. 색변환 공진기 공동(114)과 부분 반사 영역(112) 사이의 식각 정지부(미도시)의 사용은 식각에 의한 재료 제거의 제어를 용이하게 한다. 다른 예에서, 추가적으로 또는 대안적으로, 부분 반사 영역(112)은 제1 식각 공정 중에 제거되지 않는다. 제1 식각 공정은 부분 반사 영역(108)과 연관된 발광면 영역을 형성한다. 하나의 영역이 부분 반사 영역(108)으로 도시되지만, 다른 예에서 다수의 영역이 부분 반사 영역(108)과 연관된 발광면들을 제공하기 위해 식각된다. 이러한 다수의 영역은 어레이를 형성하기 위해 사용된다.
제1 식각 공정이 색변환 공진기 공동(110)과 연관된 재료를 선택적으로 제거하기 위해 수행되면, 제2 식각 공정이 수행된다. 이는 도 4에 도시된다.
도 4에는, LED(224), 접합층(222), 부분 반사 영역(120), 및 색변환 공진기 공동(118)을 포함하는 색변환 공진기 시스템(400)이 도시된다. 상기에 설명된 바와 같이 순차적으로 성장되는 이러한 층들은 식각되지 않은 상태로 유지된다. 상기 층들(224, 222, 120, 118) 상에는, 부분 반사 영역(116) 및 추가적인 색변환 공진기 공동(114)이 있다. 부분 반사 영역(116) 및 색변환 공진기 공동(114)은 층들(114, 116)이 남아있는 층들(224, 222, 120, 118)과 부분적으로 중첩된 영역을 형성하도록 선택적으로 식각되었다. 상기에 설명된 바와 같이, 층들(114, 116) 상에는, 추가적인 부분 반사 영역(112), 추가적인 색변환 공진기 공동(110), 및 추가적인 부분 반사 영역(108)이 있고, 그에 따라 상기 층들(112, 110, 108)은 층들(114, 116)과 부분적으로 중첩된 영역을 형성한다. 색변환 공진기 공동(118)과 부분 반사 영역(116) 사이의 식각 정지부(미도시)의 사용은 식각에 의한 재료 제거의 제어를 용이하게 한다. 다른 예에서, 추가적으로 또는 대안적으로, 부분 반사 영역(116)은 제2 식각 공정 중에 제거되지 않는다. 제2 식각 공정은 색변환 공진기 공동(114)과 연관된 노출 발광면 영역, 및 색변환 공진기 공동(118)과 연관된 노출 발광면 영역을 형성한다. 식각 공정은 색변환 공진기 공동들의 상이한 층들과 연관된 3개의 노출 영역의 단면도와 관련하여 설명되지만, 다른 예에서, 각각의 발광 픽셀이 연관된 발광면을 구비하는 2차원 발광 픽셀 어레이로 어레이를 형성하도록, 다수의 영역이 색변환 공진기 공동들의 상이한 층들과 연관된 발광면들을 제공하기 위해 식각된다.
색변환 공진기 시스템(400)은 제2 영역에서 색변환 공진기 시스템(300)을 식각함으로써 형성된다. 제2 식각은 제2 영역에서 색변환 공진기 시스템(300)으로부터 부분 반사 영역(116) 및 색변환 공진기 공동(114)을 제거하였다.
유익하게는, 이와 같은 시스템은 상이한 영역들과 연관된 발광면들을 갖는 색변환 공진기 시스템(400)을 형성하되, 발광면들은 노출 영역들에 의해 제공되며, 3개의 상이한 주요 피크 파장의 광이 색변환 공진기 시스템(400)으로부터 방출되는 것을 가능하게 한다.
도 5에는, 색변환 공진기 시스템(500)이 도시되고, 여기서 도 4를 참조하여 설명된 색변환 공진기 시스템(400)은 제1 추가적인 부분 반사 영역(526), 제2 추가적인 부분 반사 영역(528), 및 제3 추가적인 부분 반사 영역(530)을 제공하기 위해 추가로 가공되었다. 초기 에피택셜 구조 내에 형성되는 부분 반사 영역(108) 대신에, 색변환 공진기 공동(110)과 연관된 제3 추가적인 부분 반사 영역(530)이 제공된다. 대안적으로, 부분 반사 영역(108)은 제자리에 남아있고, 제3 추가적인 부분 반사 영역(530)은 도 5에 도시된 구조 내에 형성되지 않는다. 제1 추가적인 부분 반사 영역(526)은 색변환 공진기 공동(118)의 노출면 상에 형성된다. 제2 추가적인 부분 반사 영역(528)은 색변환 공진기 공동(114)의 노출면 상에 형성된다.
부분 반사 영역들(108, 112, 116, 120) 및/또는 추가적인 부분 반사 영역들(526, 528, 530)은 분배 브래그 반사기(DBR)를 포함한다. 이러한 DBR은 바람직하게는 이중 대역 DBR, 종래의 DBR, 및 2개의 DBR의 수직 스택 중 하나이다. 더 바람직하게는, 부분 반사 영역들(112, 116, 120)은 낮은 헤르핀 인덱스 DBR을 포함하지만, 부분 반사 영역(108) 및 추가적인 부분 반사 영역들(526, 528, 530)은 이중 대역 DBR, 종래의 DBR, 및 2개의 DBR의 수직 스택을 포함한다.
일 예에서, 부분 반사 영역들(108, 112, 116, 120)은 청색 파장 중심의 낮은 헤르핀 인덱스 DBR 또는 녹색 파장 중심의 낮은 헤르핀 인덱스 DBR 또는 적색 파장 중심의 낮은 헤르핀 인덱스 DBR을 포함한다. 예를 들어, 부분 반사 영역(120)은 제1 픽셀이 청색 파장 광에 최적화되도록 청색 파장 중심의 낮은 헤르핀 인덱스 DBR을 구비할 수 있다. 부분 반사 영역(116)은 제2 픽셀이 녹색 파장 광에 최적화되도록 녹색 파장 중심의 낮은 헤르핀 인덱스 DBR을 구비할 수 있다. 부분 반사 영역(112)은 제3 픽셀이 적색 파장 광에 최적화되도록 적색 파장 중심의 낮은 헤르핀 인덱스 DBR을 구비할 수 있다.
색변환 공진기 시스템(500)에 의해 제공되는 이러한 구성은 픽셀 어레이를 형성하기 위해 발광면들이 제공되는 것을 가능하게 한다. 상기에 설명된 부분 반사 영역들의 식각 및 증착은 상층으로서 제1 추가적인 부분 반사 영역(526)을 갖는 제1 픽셀의 형성, 상층으로서 제2 추가적인 부분 반사 영역(528)을 갖는 제2 픽셀의 형성, 및 상층으로서 제3 추가적인 부분 반사 영역(530)을 갖는 제3 픽셀의 형성을 야기한다. 제1 픽셀은 픽셀 치수(532)를 갖는다. 제2 픽셀은 픽셀 치수(534)를 갖는다. 제3 픽셀은 픽셀 치수(536)를 갖는다. 픽셀 치수들(532, 534, 534)의 단면도가 도시되지만, 당업자는 평면도에서 픽셀들이 치수들(532, 534, 536)과 연관된 노출 발광면들을 구비함을 이해한다(예를 들어, 픽셀들은 정사각형 발광면 면적을 갖지만, 다른 예에서 상이한 형태의 어레이 및 상이한 형상의 발광면의 픽셀들이 형성된다). 추가로, 제1 및 제2 부분 반사 영역(526, 528)은 각각 부분 반사 영역들(116, 112)과 접경하는 것으로 도시되지만, 다른 예에서 제1 및 제2 부분 반사 영역(526, 528)은 상이한 표면 커버리지를 갖는다. 추가로, 단면 이미지의 상대 두께가 도면에 도시되지만, 당업자는 다른 예에서 층들이 상이한 상대 치수를 가짐을 이해한다.
도 6에는, CMOS 백플레인(602)에 접합되는 색변환 공진기 시스템(500)을 보여주는 색변환 공진기 시스템(600)이 도시되되, 제1 주요 피크 파장의 입력광(742), 제2 주요 피크 파장의 변환광(744), 제3 주요 피크 파장의 변환광(746), 및 제4 주요 피크 파장의 변환광(748)을 추가로 보여준다.
부분 반사 영역(120)은 제1 주요 피크 파장의 광(742)이 투과되고 제2 주요 피크 파장의 광(744)이 반사되도록 설계된다. 부분 반사 영역(116)은 제1 주요 피크 파장의 광(742) 및 제2 주요 피크 파장의 광(744)이 부분적으로 투과되고 제3 주요 피크 파장의 광(746)이 반사되도록 구성된다. 부분 반사 영역(112)은 제1 주요 피크 파장의 광(742), 제2 주요 피크 파장의 광(744), 및 제3 주요 피크 파장의 광(746)이 부분적으로 투과되고 제4 주요 피크 파장의 광(748)이 반사되도록 구성된다.
제1 주요 피크 파장의 입력광(742)은 LED(224)로부터 색변환 공진기 시스템(700)을 통해 방출된다. 도 6의 예에서, 제1 주요 피크 파장(742)은 UV 광에 대응한다. 제1 주요 피크 파장의 광(742)은 부분 반사 영역(120)을 통해 색변환 공진기 공동(118) 내로 투과되고, 여기서 광은 흡수되어 방출 재조합에 의해 하향 변환된다. 제1 주요 피크 파장의 광(742)은 색변환 공진기 공동(118) 내에서 제2 주요 피크 파장의 광(744)으로 변환된다. 도 6의 예에서, 제2 주요 피크 파장의 광은 청색 광에 대응한다.
발광 장치(224)와 같은 LED가 색변환 공진기 시스템(600)과 결합될 때, 입력 LED(224)의 발광의 각도 분포가 변경된다. 램버시안 발광 분포를 갖는 LED(224)로부터의 입력광이 색변환 공진기 공동(118)의 MQW들 및 펌프 흡수층들 내에 흡수되면, 전자 정공 쌍들이 MQW들 및 펌프 흡수층들 내에 발생된다. 펌프 흡수층들 내에 발생되는 전자 및 정공은 MQW들로 이동한다. 따라서, 방출되는 광 파장은 MQW 전이 파장에 의해 결정된다. 이러한 전이 파장은 QW 재료가 AlxInyGa1-x-yN일 때 녹색에 대해 약 30 nm 및 적색에 대해 약 50 nm의 스펙트럼 범위(반치전폭(FWHM))를 갖는다. 일반적으로, AlxInyGa1-x-yN 또는 AlxInyGa1-x-yP MQW들은 모든 방향으로 광을 방출하지만, 색변환 공진기 공동은 공동 조건을 충족시키는 방출을 향상시킨다. 그 결과, 도 6의 색변환 공진기 시스템(600)으로부터 방출되는 제2 주요 피크 파장의 광(744)의 집중 방출 스펙트럼 및 좁은 빔각을 야기한다. 유사한 흡수 및 투과가 각각의 흡수 및 방출 특성에 따라 다른 색변환 공진기 공동들(114, 110) 내에 일어난다.
제2 주요 피크 파장의 광(744)은 색변환 공진기 공동(118) 내에서 공진하며, 부분 반사 영역(116)을 통해 적어도 부분적으로 투과된다. 제2 주요 피크 파장의 광(744)은 또한 제1 추가적인 부분 반사 영역(526)을 통해 투과되며, 연관된 발광면을 통해 방출된다.
색변환 공진기 공동(118) 상의 부분 반사 영역들(116, 526)의 상대적인 특성들은, 공진 변환광(744)이 부분 반사 영역(526)과 연관된 제1 픽셀(예를 들어, 도 5의 치수(532)를 갖는 픽셀)로부터 방출되게 하는 것이고, 색변환 공진기 시스템(600)의 일부에서 광이 효율적으로 재사용되도록 제2 주요 피크 파장을 갖는 임의의 변환광(744) 및 제1 주요 피크 파장을 갖는 광이 부분 반사 영역(116)을 통과하게 하는 것이다.
따라서, 제2 및 제3 픽셀과 연관된 영역들(예를 들어, 도 5의 픽셀 치수들(534, 536)과 연관된 영역들)에서, 제2 주요 피크 파장의 광(744)은 부분 반사 영역(116)을 통해 색변환 공진기 공동(114) 내에 수신된다. 변환되지 않은 제1 주요 피크 파장의 광(742)이 또한 색변환 공진기 공동(114) 내에 수신된다.
제1 주요 피크 파장의 광(742) 및 제2 주요 피크 파장의 광(744)은 색변환 공진기 공동(114) 내에서 제3 주요 피크 파장의 광(746)으로 적어도 부분적으로 변환된다. 도 6의 예에서, 제3 주요 피크 파장은 녹색 광에 대응한다.
제3 주요 피크 파장의 광(746)은 색변환 공진기 공동(114) 내에서 공진하며 부분 반사 영역(112)을 통해 투과된다. 제3 주요 피크 파장의 광(746)은 또한 제2 추가적인 부분 반사 영역(528)을 통해 투과되어 방출된다.
제2 픽셀(예를 들어, 도 5의 픽셀 치수(534)와 연관된 픽셀)에서, 제3 주요 피크 파장의 광(746)은 제2 추가적인 부분 반사 영역(528)을 통해 투과되어 방출된다. 제3 픽셀(예를 들어, 도 5의 픽셀 치수(536)와 연관된 픽셀)에서, 제1 주요 피크 파장의 광(742), 제2 주요 피크 파장의 광(744), 및 제3 주요 피크 파장의 광(746)은 부분 반사 영역(112)을 통해 색변환 공진기 공동(110) 내에 수신된다. 제3 주요 피크 파장의 광(746)은 색변환 공진기 공동(110) 내에서 제4 주요 피크 파장의 광(748)으로 변환된다. 제4 주요 피크 파장의 광(748)은 적색 광에 대응한다.
제4 주요 피크 파장의 광(748)은 색변환 공진기 공동(110) 내에서 공진하며, 부분 반사 영역(108) 및/또는 제3 추가적인 부분 반사 영역(530)을 통해 투과되어 방출된다.
바람직하게는, 제1 주요 피크 파장의 입력광(742)은 자외선(UV) 파장 광에 대응하는 파장을 갖는다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제1 주요 피크 파장의 입력광(742)은 청색 광에 대응하는 파장을 갖는다. 다른 예에서, 상이한 파장의 광이 사용된다.
청색, 녹색, 적색 변환된 광 출력을 제공하는 색변환을 보여주는 시스템이 설명되지만, 다른 예에서 청색 광이 제1 주요 피크 파장으로 사용된다. 유리하게는, 적색, 녹색, 청색 광 출력이 요망되는 경우, 색변환 공진기 공동들 및 연관된 부분 반사층들 중 하나는 사용될 필요가 없다.
제1 주요 피크 파장의 입력광(742)은 UV 파장 광에 대응하는 파장을 갖는다. 제2 주요 피크 파장의 변환광(744)은 청색 파장 광에 대응하고, 그에 따라 제1 픽셀은 청색 광을 방출한다. 제3 주요 피크 파장의 변환광(746)은 녹색 파장 광에 대응하고, 그에 따라 제2 픽셀은 녹색 광을 방출한다. 제4 주요 피크 파장의 변환광(748)은 적색 파장 광에 대응하고, 그에 따라 제3 픽셀은 적색 광을 방출한다. 이러한 실시예는 모놀리식 색변환 시스템을 제공하기 위해 적색, 녹색, 청색 픽셀들의 모놀리식 통합을 가능하게 한다.
예들에서, 제1 픽셀, 제2 픽셀, 및 제3 픽셀은 격리되며 CMOS 백플레인(602)에 의해 개별적으로 어드레스될 수 있으므로, 다색 발광 디스플레이의 형성을 가능하게 한다.
도 6은 LED(224)를 도시하지만, 다른 예에서 개별 발광 다이오드들이 특정 색변환 공진기 공동들과 연관된 발광면들에 대한 광 및 연관된 출력 광을 제공하기 위해 선택적으로 사용된다. 도 7에는, 색변환 공진기 시스템(700)의 대안적인 실시예가 도시된다. 색변환 공진기 시스템(700)은 제1 LED(224), 제2 LED(638), 및 제3 LED(640)를 포함한다. LED들(224, 638, 640)은 서로 인접하게 배치된다. LED들(224, 638, 640) 상에는, 색변환 공진기 시스템(500)의 선택적으로 식각된 구성 내에서, 층들(222, 120, 118, 116, 114, 112, 110, 108, 526, 528, 530)이 순차적으로 성장된다.
제1 LED(224)는 제1 LED(224)로부터의 입력광이 픽셀 치수(532)를 갖는 제1 픽셀에 제공되도록 접합되고, 제2 LED(638)는 제2 LED(638)로부터의 입력광이 픽셀 치수(534)를 갖는 제2 픽셀에 제공되도록 접합되며, 제3 LED(640)는 제3 LED(640)로부터의 입력광이 픽셀 치수(536)를 갖는 제3 픽셀에 제공되도록 접합된다. LED들(224, 638, 640)은 도 1 내지 도 6을 참조하여 본원에 설명된 기법에 따라 색변환 공진기 공동 시스템에 접합된다. LED들(224, 638, 640)은 Si계 CMOS 백플레인과 같은 적합한 백플레인을 사용하여 어드레스될 수 있는 개별적 어드레스가능 LED 장치들이다.
유익하게는, 색변환 공진기 시스템(700)은 개별적으로 3개의 픽셀 각각으로부터의 제어된 발광을 가능하게 한다. 본원에 예시된 각도 분포, 강도, 및 색순도의 개선은 특히 사용자에게 매우 근접한 디스플레이를 형성하기 위해 고해상도 LED 어레이를 사용하는 증강 현실 응용과 관련하여 상당한 이득을 제공한다. 추가로, 유익하게는, 색변환 공진기 공동 시스템을 형성하기 위한 에피택셜 성장된 층들의 사용은, 양자점 기반 색변환 시스템에 의해 가해지는 크기 제약이 극복되고, 마이크로-LED에 기반하는 발광 픽셀의 발광면이 더 작게 제공될 수 있고, 감소된 픽셀 피치를 갖는 발광 픽셀 어레이가 제공될 수 있음을 의미한다.
도 1 내지 도 7은 기판 상의 층들의 순차적인 성장에 의해 형성되는 에피택셜 성장된 색변환 공진기 시스템을 도시하지만, 다른 예에서 일련의 층들이 에피택셜 성장되고, 이어서 다른 일련의 에피택셜 층들에 접합된다. 유리하게는, 이러한 방법에 의해, 개별 색변환 공진기 공동들 또는 색변환 공진기 공동 그룹들이 독립적으로 최적화되며 서로 접합되어, 특정 파장의 공진광에 최적화되는 높은 결정질 품질의 색변환 공진기 공동들을 제공할 수 있다.
도 8에는, 색변환 공진기 시스템(800)의 대안적인 실시예가 도시된다. 색변환 공진기 시스템(800)은 색변환 공진기 공동(118)을 포함하되, 이는 부분 반사 영역(120) 상에 에피택셜 성장되고, 이어서 접합층(222)을 통해 입력 LED(224) 및 기판 장치(202)에 접합된다. 이러한 일련의 층들 상에는, 부분 반사 영역(116) 및 색변환 공진기 공동(114)이 접합층(850)을 통해 접합된다. 또한, 이러한 일련의 층들 상에는, 부분 반사 영역(112), 색변환 공진기 공동(110), 및 선택적으로 부분 반사 영역(108)이 접합층(852)을 통해 접합된다. 효과적으로, 각각의 색변환 공진기 공동(110, 114, 118) 및 각각의 부분 반사 영역은 각자 제공되며, 도 8의 구조를 형성하기 위해 서로 접합된다. 유리하게는, 각각의 색변환 공진기 공동(110, 114, 118) 및 각각의 부분 반사 영역은 최종 구조를 형성하기 위해 서로 접합되기 전에 각자 최적화될 수 있다. 이러한 개별적인 최적화는, 예를 들어 청색 및 녹색 발광 구조가 질화물 재료에 기반하여 형성될 수 있는 반면, 적색 발광 구조가 인화물 재료와 같은 상이한 재료를 사용하여 형성될 수 있음을 의미한다. 다른 예에서, 상이한 재료 조합들이 광의 특정 주파수에서 색변환 및 공진에 최적화된 구조를 제공하기 위해 사용된다.
LED(224)는 유전체 접합을 사용하여 부분 반사 영역(120)에 접합된다. 부분 반사 영역(120)에 접합될 LED(224)의 표면은 이러한 접합을 용이하게 하기 위해 고밀도 산화막으로 마감된다. 입력 LED(224)에 접합될 부분 반사 영역(120)의 표면은 또한 웨이퍼 레벨 산화물 접합을 용이하게 하기 위해 고밀도 산화막으로 마감된다. 따라서, LED(224)의 주요 발광면은, LED(224)로부터 출력되는 광이 색변환 공진기 시스템(800)의 입력광의 역할을 하도록, 부분 반사 영역(120)에 매우 근접 또는 접촉 배치된다. 마찬가지로, 색변환 공진기 공동(118) 및 부분 반사 영역(116)은 웨이퍼 레벨 산화물 접합을 용이하게 하기 위해 고밀도 산화막으로 마감된다. 또한, 색변환 공진기 공동(114) 및 부분 반사 영역(112)은 웨이퍼 레벨 산화물 접합을 용이하게 하기 위해 고밀도 산화막으로 마감된다.
다른 예에서, LED(224)는 폴리이미드 접합과 같은 고분자 접합을 사용하여 부분 반사 영역(120)에 접합된다. 마찬가지로, 색변환 공진기 공동(118)은 폴리이미드 접합과 같은 고분자 접합을 사용하여 부분 반사 영역(116)에 접합된다. 추가로, 색변환 공진기 공동(114)은 폴리이미드 접합과 같은 고분자 접합을 사용하여 부분 반사 영역(112)에 접합된다. 또 다른 예에서, 추가적인 또는 대안적인 접합 메커니즘이 대응하는 층들을 부착하기 위해 사용된다. 유리하게는, 층들은 색변환 공진기 시스템(800)과의 계면에서 LED(224)로부터의 발광의 최소 계면 손실을 갖는 단일 장치를 형성하기 위해 접합된다.
도 8에서 층들은 접합층들(222, 850, 852)로 접합되는 것으로 도시되지만, 다른 예에서 추가적인 및/또는 대안적인 접합층들이 도 8의 구조(800)를 형성하기 위해 사용된다.
도 9에는, LED(224), 접합층(222), 부분 반사 영역(120), 색변환 공진기 공동(118), 접합층(850), 추가적인 부분 반사 영역(116), 및 추가적인 색변환 공진기 공동(114)을 포함하는 색변환 공진기 시스템(900)이 도시된다. 이러한 층들은 각각 도 8에서 상기에 설명된 바와 같이 순차적으로 성장되고 이어서 접합된다. 이러한 일련의 층들 상에는, 도 8과 관련하여 설명된 구조로부터 부분적으로 식각된 층들이 도시된다. 식각된 층들은 접합층(852), 부분 반사 영역(112), 색변환 공진기 공동(110), 및 부분 반사 영역(108)이다. 이러한 층들은 상기 층들(108, 110, 112, 852)이 남아있는 층들(224, 222, 120, 118, 850, 116, 114)과 부분적으로 중첩된 영역을 형성하도록 식각되었다.
다른 예에서, 색변환 공진기 시스템(900)은 부분적으로 중첩된 영역을 제공하기 위해 이미 식각된 층들을 접합함으로써 제공된다. 예를 들어, 식각된 층들의 어레이들이 제공되며, 상이한 광 출력 파장들에 대응하는 부분적으로 중첩된 영역들을 제공하기 위해 서로 접합된다.
도 10에는, LED(224), 접합층(222), 부분 반사 영역(120), 및 색변환 공진기 공동(118)을 포함하는 색변환 공진기 시스템(1000)이 도시된다. 상기에 설명된 바와 같이 순차적으로 성장되고 접합되는 이러한 층들은 식각되지 않은 상태로 유지된다. 상기 층들(224, 222, 120, 118) 상에는, 접합층(850), 부분 반사 영역(116), 및 추가적인 색변환 공진기 공동(114)이 있다. 접합층(850), 부분 반사 영역(116), 및 색변환 공진기 공동(114)은 층들(114, 116, 850)이 남아있는 층들(224, 222, 120, 118)과 부분적으로 중첩된 영역을 형성하도록 선택적으로 식각되었다. 상기에 설명된 바와 같이, 층들(114, 116, 850) 상에는, 접합층(852), 추가적인 부분 반사 영역(112), 추가적인 색변환 공진기 공동(110), 및 추가적인 부분 반사 영역(108)이 있고, 그에 따라 상기 층들(852, 112, 110, 108)은 층들(114, 116, 850)과 부분적으로 중첩된 영역을 형성한다. 색변환 공진기 공동(118)과 접합층(850) 사이의 식각 정지부(미도시)의 사용은 식각에 의한 재료 제거의 제어를 용이하게 한다. 제2 식각 공정은 색변환 공진기 공동(114)과 연관된 노출 발광면 영역 및 색변환 공진기 공동(118)과 연관된 노출 발광면 영역을 형성한다. 다른 예에서, 색변환 공진기 시스템(1000)은 부분적으로 중첩된 영역을 제공하기 위해 이미 식각된 층들을 접합함으로써 제공된다. 예를 들어, 식각된 층들의 어레이들이 제공되며, 상이한 광 출력 파장들에 대응하는 부분적으로 중첩된 영역들을 제공하기 위해 서로 접합된다.
도 11에는, 색변환 공진기 시스템(1100)이 도시되고, 여기서 도 10을 참조하여 설명된 색변환 공진기 시스템(1000)은 제1 추가적인 부분 반사 영역(526), 제2 추가적인 부분 반사 영역(528), 및 제3 추가적인 부분 반사 영역(530)을 제공하기 위해 추가로 가공되었다. 초기 에피택셜 구조 내에 형성되는 부분 반사 영역(108) 대신에, 색변환 공진기 공동(110)과 연관된 제3 추가적인 부분 반사 영역(530)이 제공된다. 대안적으로, 부분 반사 영역(108)은 제자리에 남아있고, 제3 추가적인 부분 반사 영역(530)은 도 11에 도시된 구조 내에 형성되지 않는다. 제1 추가적인 부분 반사 영역(526)은 색변환 공진기 공동(118)의 노출면 상에 형성된다. 제2 추가적인 부분 반사 영역(528)은 색변환 공진기 공동(114)의 노출면 상에 형성된다.
LED(224)는 단일 LED로 도시되지만, 다른 예에서 LED(224)는 개별적으로 어드레스될 수 있는 LED 장치들로 형성되되, 개별 LED 장치들은 색변환 공진기 시스템(1100)의 부분적으로 중첩된 영역들로 형성되는 하나 이상의 픽셀에서의 광 출력에 대응한다. 이러한 방식으로, 고해상도 디스플레이가 형성될 수 있다.
다른 예에서, 상이한 공동 조합들이 함께 성장되고 이어서 서로 접합된다. 예를 들어, 색변환 공진기 공동(118) 및 색변환 공진기 공동(114)은 부분 반사 영역들(120, 116)과 하나의 단계에서 성장될 수 있다. 이후, 이러한 에피택셜 성장된 층들은 접합층을 통해 색변환 공진기 공동(110) 및 부분 반사 영역들(112, 108)에 접합될 수 있다. 유익하게는, 이러한 공정은 색변환 공진기 공동들(118, 114)이 유사한 재료로 성장되어 고품질 공동들을 제공하는 것을 가능하게 하며, 색변환 공진기 공동(110)이 색변환 공진기 공동(110) 내에 요구되는 광의 파장에 더 최적인 상이한 재료로 성장되는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 색변환 공진기 공동(118)은 청색 파장 광에 대응할 수 있고, 색변환 공진기 공동(114)은 녹색 파장 광에 대응할 수 있다. 이로써, 색변환 공진기 공동들(118, 114)을 함께 질화물계 재료로 성장시키는 것이 최적일 수 있다. 색변환 공진기 공동(110)은 적색 파장 광에 대응할 수 있다. 이로써, 색변환 공진기 공동(110)을 별개로 인화물계 재료로 성장시키는 것이 최적일 수 있다.
도 8 내지 도 11을 참조하여 설명된 접합 공정을 용이하게 하기 위해, 개별 구성요소들을 위한 조작 웨이퍼 또는 성장 기판이 사용되며, 장치 가공 중 적절한 단계에서 제거된다.
따라서, 색변환 공진기 시스템(1100)은 도 1 내지 도 7의 색변환 공진기 시스템들과 함께 설명된 것과 유사한 방식으로 상이한 파장의 광을 방출하는 고해상도 마이크로-LED 픽셀 어레이와 같은 픽셀 어레이를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
색변환 공진기 시스템의 형성 방법이 도 1 내지 도 11을 참조하여 상기에 설명되지만, 당업자는 다른 예에서 추가적인 또는 대안적인 단계가 사용되고 또 다른 예에서 일부 단계가 생략됨을 이해한다. 또 다른 예에서, 적어도 본원에 설명된 바와 같은 개선된 발광 특성을 제공하기 위해 하나 이상의 색변환 공진기 공동과 함께 하나 이상의 LED 구조를 제공하면서, 가공 단계들의 순서가 변경된다.

Claims (25)

  1. 색변환 공진기 시스템으로서,
    제1 주요 피크 파장의 광을 투과시키며 제2 주요 피크 파장의 광을 반사시키도록 구성되는 제1 부분 반사 영역;
    제1 및 제2 주요 피크 파장의 광을 적어도 부분적으로 투과시키며 제3 주요 피크 파장의 광을 반사시키도록 구성되는 제2 부분 반사 영역;
    제3 주요 피크 파장을 갖는 광을 적어도 부분적으로 반사시키도록 구성되는 제3 부분 반사 영역;
    상기 제1 부분 반사 영역을 통해 제1 주요 피크 파장을 갖는 입력광을 수신하고, 제1 주요 피크 파장의 광의 적어도 일부를 변환하여 제2 주요 피크 파장의 광을 제공하도록 배치되는 제1 색변환 공진기 공동으로, 제2 주요 피크 파장이 상기 제1 색변환 공진기 공동 내에서 공진하며 제2 주요 피크 파장을 갖는 공진광이 상기 제2 부분 반사 영역을 통해 출력되도록 배치되는 제1 색변환 공진기 공동; 및
    상기 제2 부분 반사 영역을 통해 제2 주요 피크 파장을 포함하는 입력광을 수신하고, 제2 주요 피크 파장의 적어도 일부를 변환하여 제3 주요 피크 파장의 광을 제공하도록 배치되는 제2 색변환 공진기 공동으로, 제3 주요 피크 파장이 상기 제2 색변환 공진기 공동 내에서 공진하며 제3 주요 피크 파장을 갖는 공진광이 상기 제3 부분 반사 영역을 통해 출력되도록 배치되는 제2 색변환 공진기 공동을 포함하되, 상기 제1 색변환 공진기 공동 및 상기 제2 공진기 공동은 비중첩 부분 및 중첩 부분을 제공하도록 부분적으로 중첩 배치되어, 각각 제1 발광면 및 제2 발광면을 획정하고, 상기 제1 발광면은 제2 주요 피크 파장의 공진광을 제공하도록 배치되며, 상기 제2 발광면은 제3 주요 피크 파장의 공진광을 제공하도록 배치되는, 색변환 공진기 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 색변환 공진기 시스템은 모놀리식 색변환 시스템인, 색변환 공진기 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 부분 반사 영역 및 상기 제2 부분 반사 영역은 (N+1)에 λ변환/2n(λ변환)(여기서, N은 양의 정수, λ변환은 제2 주요 피크 파장, n(λ변환)은 상기 제1 부분 반사 영역 및 상기 제2 부분 반사 영역을 분리하는 재료의 유효 굴절률임)을 곱한 거리만큼 분리되어, 상기 제1 색변환 공진기 공동의 길이를 획정하고/하거나, 상기 제2 부분 반사 영역 및 상기 제3 부분 반사 영역은 (N+1)에 λ변환/2n(λ변환)(여기서, N은 양의 정수, λ변환은 제3 주요 피크 파장, n(λ변환)은 상기 제2 부분 반사 영역 및 상기 제3 부분 반사 영역을 분리하는 재료의 유효 굴절률임)을 곱한 거리만큼 분리되어, 상기 제2 색변환 공진기 공동의 길이를 획정하는, 색변환 공진기 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 색변환 공진기 시스템은 적어도 하나의 LED를 포함하는, 색변환 공진기 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 색변환 공진기 시스템은 상기 제1 발광면으로부터의 발광을 제어하도록 배치되는 제1 LED, 및 상기 제2 발광면으로부터의 발광을 제어하도록 배치되는 제2 LED를 포함하는, 색변환 공진기 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3 부분 반사 영역은 추가로 제4 주요 피크 파장을 갖는 광을 반사시키도록 구성되고, 상기 색변환 공진기는
    제4 주요 피크 파장을 갖는 광을 적어도 부분적으로 반사시키도록 구성되는 제4 부분 반사 영역; 및
    상기 제3 부분 반사 영역을 통해 제3 주요 피크 파장을 포함하는 입력광을 수신하고, 제3 주요 피크 파장의 적어도 일부를 변환하여 제4 주요 피크 파장의 광을 제공하도록 배치되는 제3 색변환 공진기 공동으로, 제4 주요 피크 파장이 상기 제3 색변환 공진기 공동 내에서 공진하며 제4 주요 피크 파장을 갖는 공진광이 상기 제4 부분 반사 영역을 통해 출력되도록 배치되는 제3 색변환 공진기 공동을 추가로 포함하되, 바람직하게는 상기 제3 부분 반사 영역 및 상기 제4 부분 반사 영역은 (N+1)에 λ변환/2n(λ변환)(여기서, N은 양의 정수, λ변환은 제4 주요 피크 파장, n(λ변환)은 상기 제3 부분 반사 영역 및 상기 제4 부분 반사 영역을 분리하는 재료의 유효 굴절률임)을 곱한 거리만큼 분리되어, 상기 제3 색변환 공진기 공동의 길이를 획정하는, 색변환 공진기 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2 색변환 공진기 공동 및 상기 제3 색변환 공진기 공동은 비중첩 부분 및 중첩 부분을 제공하도록 부분적으로 중첩 배치되어, 각각 상기 제2 발광면 및 제3 발광면을 획정하고, 상기 제2 발광면은 제3 주요 피크 파장의 공진광을 제공하도록 배치되며, 상기 제3 발광면은 제4 주요 피크 파장의 공진광을 제공하도록 배치되는, 색변환 공진기 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 색변환 공진기 공동들 중 적어도 하나는 적어도 하나의 양자 우물층을 포함하고, 바람직하게는, 상기 적어도 하나의 양자 우물층은 변환광에 대해 색변환 공진기 공동 정재 파장의 배와 일치하도록 배치되어, 공진 변환 파장의 광으로 출력광의 강도, 스펙트럼 폭, 및 방향성 중 적어도 하나를 향상시키는, 색변환 공진기 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 색변환 공진기 공동들 중 적어도 하나는, 입력광을 흡수하여, 입력광 파장으로부터의 에너지가 상기 적어도 하나의 양자 우물층 내로 전달되는 것을 가능하게 하도록 구성되는 적어도 하나의 흡수층을 포함하고, 바람직하게는, 상기 흡수층은 입력광의 에너지보다 더 낮은 에너지 밴드갭을 갖는 재료를 포함하는, 색변환 공진기 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 색변환 공진기 공동들 중 적어도 하나로부터의 캐리어의 확산을 감소시키도록 배치되는 적어도 하나의 확산 장벽을 포함하는, 색변환 공진기 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 색변환 공진기 공동들 중 적어도 하나는 하나 이상의 양자 우물을 포함하는 양자 우물층, 및 하나 이상의 양자 우물을 포함하는 추가적인 양자 우물층을 포함하고, 상기 양자 우물층 및 상기 추가적인 양자 우물층의 간격은 N에 λ변환/2n(λ변환)(여기서, N은 양의 정수, λ변환은 상기 색변환 공진기 공동 내의 공진광의 파장, n(λ변환)은 상기 색변환 공진기 공동 내의 공진광의 파장에서 상기 양자 우물층과 상기 추가적인 양자 우물층 사이의 재료의 유효 굴절률임)을 곱한 값인, 색변환 공진기 시스템.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 발광면 중 적어도 하나에 대응하는 적어도 하나의 추가적인 부분 반사 영역을 포함하는, 색변환 공진기 시스템.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부분 반사 영역들 및/또는 상기 추가적인 부분 반사 영역들 중 적어도 하나는 분배 브래그 반사기를 포함하고, 바람직하게는, 상기 분배 브래그 반사기는 이중 대역 분배 브래그 반사기, 종래의 분배 브래그 반사기, 및 2개의 분배 브래그 반사기의 수직 스택 중 적어도 하나인, 색변환 공진기 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 부분 반사 영역들 중 적어도 하나는 청색 파장 중심의 낮은 헤르핀 인덱스 DBR 또는 녹색 파장 중심의 낮은 헤르핀 인덱스 DBR 또는 적색 파장 중심의 낮은 헤르핀 인덱스 DBR을 포함하는, 색변환 공진기 시스템.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부분 반사 영역들 및 상기 색변환 공진기 공동들 중 적어도 하나는 에피택셜 결정질 층을 포함하고, 바람직하게는, 상기 색변환 공진기 시스템은 유전체 재료 및 III-V 반도체 재료 중 적어도 하나를 포함하는, 색변환 공진기 시스템.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 색변환 공진기 시스템을 포함하는 픽셀들의 어레이.
  17. 제16항에 있어서, 상기 어레이는 제2 픽셀과 상이한 파장의 광을 방출하도록 구성되는 제1 픽셀을 포함하고, 바람직하게는, 상기 제1 및/또는 제2 픽셀은 이의 발광면에 대응하는 추가적인 부분 반사 영역을 포함하는, 어레이.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1 픽셀 및 상기 제2 픽셀과 상이한 파장의 광을 방출하도록 구성되는 제3 픽셀을 추가로 포함하는, 픽셀들의 어레이.
  19. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 색변환 공진기 시스템의 형성 방법.
  20. 제19항에 있어서, 기판 상에 상기 색변환 공진기 공동들 중 적어도 하나를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 기판 상에 상기 색변환 공진기 공동들 중 적어도 하나를 형성하는 단계는 복수의 층의 에피택셜 성장을 포함하는, 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 기판 상에 상기 부분 반사 영역들 중 적어도 하나를 형성하는 단계를 포함하고, 바람직하게는, 상기 기판 상에 상기 부분 반사 영역들 중 적어도 하나를 형성하는 단계는 상기 기판 상에 상기 색변환 공진기 공동들 및 상기 부분 반사 영역들 중 적어도 하나를 순차적으로 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  23. 제19항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 LED에 상기 색변환 공진기 시스템을 접합하는 단계를 포함하는, 방법.
  24. 제19항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 부분 반사 영역, 상기 제2 부분 반사 영역, 상기 제3 부분 반사 영역, 상기 제1 색변환 공진기 공동, 및 상기 제2 색변환 공진기 공동 중 2개 이상을 서로 접합하는 단계를 포함하는, 방법.
  25. 제19항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 색변환 공진기 시스템을 선택적으로 식각하여 상기 발광면들을 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI815674B (zh) * 2022-09-27 2023-09-11 統新光訊股份有限公司 濾光片及其製造方法
CN116154058B (zh) * 2023-04-19 2023-08-15 河北光兴半导体技术有限公司 组合芯片的制备方法及组合芯片

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7327081B2 (en) * 2005-08-31 2008-02-05 Chunghwa Picture Tubes, Ltd. Stacked organic electroluminescent device and method for manufacturing thereof
KR101490233B1 (ko) * 2010-04-15 2015-02-06 피에스아이 주식회사 장파장 투과필터를 포함하는 형광체 전환 단색 ｌｅｄ
TW201324761A (zh) * 2011-12-08 2013-06-16 Au Optronics Corp 電激發光顯示面板之畫素結構
CN108598134A (zh) * 2018-05-30 2018-09-28 京东方科技集团股份有限公司 显示基板及其制作方法、显示装置
US20200075816A1 (en) * 2018-08-30 2020-03-05 Oregon State University Micro-led apparatus with enhanced illumination, and method for forming such
FR3089065A1 (fr) * 2018-11-22 2020-05-29 Aledia Diode électroluminescente et procédé de fabrication d’une diode électroluminescente
FR3093237B1 (fr) * 2019-02-22 2021-02-19 Commissariat Energie Atomique Diode electroluminescente, pixel comportant une pluralite de diodes electroluminescentes et procedes de fabrication associes
CN110112172B (zh) * 2019-05-22 2021-06-22 南京大学 基于氮化镓纳米孔阵列/量子点混合结构的全色微米led显示芯片及其制备方法

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