KR20100082215A

KR20100082215A - White light emitting diode

Info

Publication number: KR20100082215A
Application number: KR1020090001598A
Authority: KR
Inventors: 김준연; 김택; 김경국
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2009-01-08
Filing date: 2009-01-08
Publication date: 2010-07-16

Abstract

PURPOSE: A white light emitting diode is provided to prevent the effect of the inconsistency of a lattice constant with respect to a substrate by forming a light emitting unit into a nano-structure. CONSTITUTION: A first electrode(12) is formed on a substrate(11). An epi layer(18) is formed on the first electrode. A plurality of nano-rod shape light emitting units(16) is formed on the epi layer. A transparent electrode layer(17a) is formed to cover the outer surface of the light emitting units. An insulating layer(19) is interposed between the transparent electrode layer and the epi layer. A second electrode(17b) is formed on one side of a white light emitting diode(10) to electrically connect with the transparent electrode layer.

Description

백색 발광 다이오드{White light emitting diode}White light emitting diodes

본 개시는 백색 발광 다이오드에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 형광체 없이 백색광을 제공할 수 있는 백색 발광 다이오드에 관한 것이다.The present disclosure relates to a white light emitting diode, and more particularly, to a white light emitting diode capable of providing white light without a phosphor.

발광 다이오드(Light emitting diode; LED)는 장차 일반 조명에 널리 사용될 것으로 예측되고 있다. 발광 다이오드가 일반 조명에 사용되기 위해서는, 형광등과 같은 기존의 조명에 비해 높은 발광 효율(lm/W)을 가질 것과 높은 연색지수(Color Rendering Index; CRI)의 백색광을 제공할 것이 요구된다. 일반적으로, 발광 다이오드를 이용한 백색광의 구현에는 형광체를 주로 사용한다. 예를 들어, UV LED를 광원으로 하여 적색, 녹색 및 청색 형광체를 각각 여기시켜 백색광을 얻거나, 청색 LED를 광원으로 하여 그와 보색 관계인 황색 형광체를 여기시켜 백색광을 얻는다. 그러나, 형광체를 이용한 백색 LED는 CRI 값이 아직 60~80 정도의 수준에 머물러 있다. 이는 청색이나 UV LED를 광원으로 형광체를 여기시키는 구조에 기인한다. 이를 해결하기 위해서 넓은 스펙트럼을 포함할 수 있는 형광체의 개발 및 조합이 진행되고 있긴 하지만, 아직까지는 CRI 값의 향상에 많은 어려움이 있다. 또한, 형광체는 비교적 수명이 짧다는 단점도 있다.Light emitting diodes (LEDs) are expected to be widely used in general lighting in the future. In order to use a light emitting diode in general lighting, it is required to have a high luminous efficiency (lm / W) and provide a high color rendering index (CRI) white light compared to conventional lighting such as fluorescent lamps. In general, phosphors are mainly used to implement white light using light emitting diodes. For example, white light is obtained by exciting red, green, and blue phosphors respectively using a UV LED as a light source, or white phosphor is obtained by exciting a yellow phosphor having a complementary color relationship with a blue LED as a light source. However, white LEDs using phosphors still have CRI values of about 60 to 80 degrees. This is due to the structure of exciting the phosphor with a blue or UV LED as a light source. In order to solve this problem, development and combination of phosphors that can cover a broad spectrum, but there are still a lot of difficulties in improving the CRI value. In addition, there is a disadvantage that the phosphor is relatively short in life.

형광체 없이 LED만으로 백색을 구현하는 방법으로는, 적색, 녹색 및 청색의 가시광을 각각 발광하는 LED를 조합하여 사용하는 것이다. 예를 들어, InGaN 층을 발광 재료로서 사용하는 LED의 경우, InGaN 층 내에서 In의 몰분율(mole fraction) 변화에 따라 발광색이 변화한다는 점을 이용한다. 그러나 박막 형태의 InGaN LED는 장파장으로 갈수록 발광 효율이 저하된다는 문제가 있다. 특히, 녹색 파장 대역에서 발광 효율이 떨어진다. 이는 박막 형태의 InGaN 층과 기판 사이의 큰 격자상수 불일치(lattice mismatch)에 기인한다. 이러한 문제를 해소하기 위하여 격자상수가 비슷한 LiGaO₂, ZrB₂, ZnO, (Mn,Zn)FeO₄(111) 등과 같은 재료를 기판으로 사용하려는 시도가 있지만 아직 충분한 효과를 얻지 못하고 있다. 또한, 개별적인 적색, 녹색 및 청색 LED를 각각 조합하는 방식이기 때문에 소자 설계 및 조립에 어려움이 있다.As a method of realizing white with only an LED without a phosphor, a combination of LEDs emitting red, green, and blue visible light, respectively, is used. For example, in the case of an LED using an InGaN layer as a light emitting material, the light emission color changes in accordance with the change in the mole fraction of In in the InGaN layer. However, the thin film type InGaN LED has a problem in that luminous efficiency is lowered toward longer wavelengths. In particular, the luminous efficiency is low in the green wavelength band. This is due to the large lattice constant mismatch between the thin film type InGaN layer and the substrate. In order to solve this problem, there are attempts to use materials such as LiGaO ₂ , ZrB ₂ , ZnO, (Mn, Zn) FeO ₄ (111) having similar lattice constants as substrates, but have not yet obtained sufficient effects. In addition, it is difficult to design and assemble the device because it is a combination of individual red, green and blue LED.

본 개시는 형광체 없이 백색광을 제공할 수 있는 백색 발광 다이오드를 제공한다.The present disclosure provides a white light emitting diode capable of providing white light without phosphors.

일 유형에 따른 백색 발광 다이오드는, 나노-구조의 형태로 형성된 다수의 발광부를 구비하며, 상기 다수의 발광부는 각각 다수의 양자우물과 장벽층으로 구성된 다중양자우물 구조를 가지며, 각각의 발광부 내의 다수의 양자우물들이 각각 상이한 파장의 광을 발생시킴으로써 상기 발광부가 전체적으로 백색광을 방출할 수 있다.A white light emitting diode according to one type has a plurality of light emitting portions formed in the form of a nano-structure, the plurality of light emitting portions each having a multi-quantum well structure composed of a plurality of quantum wells and a barrier layer, each within the light emitting portion Each of the plurality of quantum wells generates light having a different wavelength, so that the light emitting part may emit white light as a whole.

또한, 상기 백색 발광 다이오드는, 상기 다중양자우물 구조 내에 개재된 적어도 하나의 터널 접합층을 더 구비할 수 있다.In addition, the white light emitting diode may further include at least one tunnel junction layer interposed in the multi-quantum well structure.

여기서, 상기 터널 접합층은 p+로 도핑된 p+ 반도체층 및 n+로 도핑된 n+ 반도체층을 가지며, p+ 반도체층과 n+ 반도체층의 도핑 농도는, 예컨대 1×10¹⁷cm^-3 내지 5×10²⁰cm^-3의 범위에 있다.Herein, the tunnel junction layer has a p + doped p + semiconductor layer and an n + doped n + semiconductor layer, and the doping concentration of the p + semiconductor layer and the n + semiconductor layer is, for example, 1 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ to 5 × 10 ^20. It is in the range of cm ^-3 .

상기 터널 접합층은 AlInGaN, InGaN, GaN, AlGaN, ZnO, CdZnO 및 MgZnO 중에서 선택된 어느 하나의 재료로 형성될 수 있다.The tunnel junction layer may be formed of any one material selected from AlInGaN, InGaN, GaN, AlGaN, ZnO, CdZnO, and MgZnO.

또한, 발광부 내의 장벽층은 1×10¹⁶cm^-3 내지 1×10¹⁹cm^-3의 농도로 p-타입으로 도핑될 수도 있다.Also, the barrier layer in the light emitting portion may be doped p-type at a concentration of 1 × 10 ¹⁶ cm ⁻³ to 1 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ .

상기 발광부는, 예컨대, InGaN의 양자우물과 (Al)(In)GaN의 장벽층 또는 CdZnO의 양자우물과 (Cd)ZnO의 장벽층을 가질 수 있다.The light emitting unit may have, for example, a barrier layer of InGaN and a barrier layer of (Al) (In) GaN or a barrier layer of CdZnO and a (Cd) ZnO.

이 경우, 동일 발광부 내의 각각의 양자우물마다 상이한 파장의 광을 발생시킬 수 있도록 In 또는 Cd의 몰분율을 다르게 할 수 있다.In this case, the mole fraction of In or Cd may be different so as to generate light having a different wavelength for each quantum well in the same light emitting unit.

예컨대, 상기 각각의 발광부는 기판에 대해 수직하게 형성된 나노로드로서, 상기 나노로드 발광부는 그 반경 방향을 따라, 제 1 타입으로 도핑된 제 1 반도체층으로 구성된 코어, 상기 코어의 둘레를 둘러싸는 다중양자우물 구조의 활성층, 및 상기 활성층의 둘레를 둘러싸며 제 1 타입과 반대되는 제 2 타입으로 도핑된 제 2 반도체층을 포함할 수 있다.For example, each light emitting portion is a nanorod formed perpendicular to the substrate, wherein the nanorod light emitting portion is a core composed of a first semiconductor layer doped in a first type along a radial direction thereof, and multiple circumferences around the core. It may include an active layer of a quantum well structure, and a second semiconductor layer surrounded by the circumference of the active layer and doped in a second type opposite to the first type.

또한, 상기 각각의 발광부는 기판에 대해 수직하게 형성된 나노로드로서, 상기 나노로드 발광부는 그 축 방향을 따라, 제 1 타입으로 도핑된 제 1 반도체층, 상기 제 1 반도체층 위에 형성된 다중양자우물 구조의 활성층, 및 상기 활성층 위에 형성되며 제 1 타입과 반대되는 제 2 타입으로 도핑된 제 2 반도체층을 포함할 수도 있다.In addition, each of the light emitting portion is a nanorod formed perpendicular to the substrate, the nanorod light emitting portion along the axial direction, the first semiconductor layer doped in the first type, a multi-quantum well structure formed on the first semiconductor layer It may also include an active layer of, and a second semiconductor layer formed on the active layer and doped with a second type opposite to the first type.

또는, 상기 각각의 발광부는 폭과 길이를 갖도록 형성된 나도-대시일 수도 있으며, 상기 나노-대시 발광부는 제 1 타입으로 도핑된 제 1 반도체층, 상기 제 1 반도체층 위에 형성된 다중양자우물 구조의 활성층, 및 상기 활성층 위에 형성되며 제 1 타입과 반대되는 제 2 타입으로 도핑된 제 2 반도체층을 포함할 수 있다.Alternatively, each of the light emitting portions may be a nado-dash formed to have a width and a length, and the nano-dash light emitting portion is a first semiconductor layer doped with a first type and an active layer of a multi-quantum well structure formed on the first semiconductor layer. And a second semiconductor layer formed on the active layer and doped with a second type opposite to the first type.

여기서, 상기 나노-대시 발광부는 그 폭이 연속적으로 또는 불연속적으로 변화하도록 테이퍼질 수 있다.Here, the nano-dash light emitting portion may be tapered so that its width changes continuously or discontinuously.

하나의 나노-대시 발광부의 최단폭을 W1, 최장폭을 W2, 길이를 L이라 하고, 인접한 나노-대시 발광부 사이의 간격을 P라고 할 때, 상기 나노-대시 발광부는, 예컨대 5nm < W1 < W2 < 500nm, 50nm < L < 5㎛, 5nm < P < 500nm를 만족할 수 있다.When the shortest width of one nano-dashed light emitting part is W1, the longest width is W2, the length is L, and the interval between adjacent nano-dashed light emitting parts is P, the nano-dashed light emitting part is, for example, 5 nm <W1 < W2 <500 nm, 50 nm <L <5 mu m, and 5 nm <P <500 nm.

여기서 개시된 백색 발광 다이오드는 발광부가 나노-구조의 형태로 형성되어 있기 때문에, 기판과의 격자상수 불일치로 인한 영향이 적다. 따라서, 발광 파장에 관계 없이 거의 일정한 발광 효율을 제공할 수 있다. 또한, 나노-구조의 발광부를 다중양자우물(mutiple quantum well; MQW) 구조로 형성하고, 각각의 양자우물마다 재료의 조성을 변화시킴으로써, 하나의 발광 다이오드 소자만으로 백색광을 구현할 수 있다. 따라서, 간단한 구조의 백색 발광 다이오드를 제공하는 것이 가능하다. 또한, 양자우물의 폭을 연속적으로 변화시킴으로써 발광 파장을 연속적으로 변화시킬 수 있으므로, 태양 광원에 근접한 CRI 값을 제공할 수 있다.In the white light emitting diode disclosed herein, since the light emitting portion is formed in the form of a nano-structure, there is little influence due to the lattice constant mismatch with the substrate. Therefore, it is possible to provide almost constant luminous efficiency regardless of the luminous wavelength. In addition, by forming a light emitting part of the nano-structure in a quantum well (MQW) structure, and by changing the composition of the material for each quantum well, it is possible to implement white light with only one light emitting diode device. Therefore, it is possible to provide a white light emitting diode having a simple structure. In addition, the emission wavelength can be continuously changed by continuously changing the width of the quantum well, thereby providing a CRI value close to the solar light source.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 백색 발광 다이오드의 구성 및 동작에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the configuration and operation of the white light emitting diode will be described in detail.

도 1 내지 도 3은 나노-구조의 형태로 형성된 다수의 발광부들을 갖는 백색 발광 다이오드의 다양한 실시예들을 각각 매우 개략적으로 도시하고 있다.1 to 3 very schematically illustrate various embodiments of a white light emitting diode having a plurality of light emitting portions formed in the form of a nano-structure, respectively.

먼저, 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 백색 발광 다이오드(10)는 선 모양의 미세한 막대, 즉 나노로드(nano-rod) 또는 나노와이어(nano-wire)의 형태로 각각 성장된 다수의 발광부(16)를 가질 수 있다. 구체적으로, 일 실시예에 따른 백색 발광 다이오드(10)는 실리콘과 같은 재료로 된 기판(11), 기판(11) 위에 형성된 제 1 전극(12), 제 1 전극(12) 위에 형성된 에피층(18), 기판(11)의 표면에 대해 수직하도록 에피층(18) 위에 형성된 다수의 나노로드 형태의 발광부(16), 상기 발광부(16)의 외부 표면을 덮도록 형성된 투명 전극층(17a), 투명 전극층(17a)과 에피층(18) 사이에 개재된 절연층(19), 및 투명 전극층(17a)과 전기적으로 접촉하도록 백색 발광 다이오드(10)의 일측에 형성된 제 2 전극(17b)을 포함할 수 있다. 제 1 전극(12)과 나노로드 발광부(16) 사이에 마련된 에피층(18)은 발광에 있어 필수 적인 구성은 아니지만, 발광부(16)를 성장시키는 제조 과정에서 수반되는 것이다. 예를 들어, 제 1 전극(12) 위에 에피층(18)을 형성하면, 발광부(16)를 용이하게 성장시킬 수 있다. 또한, 제 1 전극(12)은 반사 전극의 역할을 함께 수행할 수 있다.First, referring to FIG. 1, a white light emitting diode 10 according to an embodiment includes a plurality of white rods grown in the form of linear rods, that is, nano-rods or nano-wires. The light emitting unit 16 may be provided. Specifically, the white light emitting diode 10 according to an embodiment may include a substrate 11 made of a material such as silicon, a first electrode 12 formed on the substrate 11, and an epitaxial layer formed on the first electrode 12. 18, a plurality of nanorod-shaped light emitting parts 16 formed on the epi layer 18 so as to be perpendicular to the surface of the substrate 11, and a transparent electrode layer 17a formed to cover an outer surface of the light emitting part 16. , The insulating layer 19 interposed between the transparent electrode layer 17a and the epi layer 18, and the second electrode 17b formed on one side of the white light emitting diode 10 to be in electrical contact with the transparent electrode layer 17a. It may include. The epitaxial layer 18 provided between the first electrode 12 and the nanorod light emitting unit 16 is not an essential structure for light emission, but is involved in the manufacturing process of growing the light emitting unit 16. For example, when the epi layer 18 is formed on the first electrode 12, the light emitting part 16 can be easily grown. In addition, the first electrode 12 may serve as a reflective electrode.

여기서, 나노로드 형태의 발광부(16)는 그 반경 방향을 따라 차례로, 제 1 타입으로 도핑된 제 1 반도체층으로 구성된 코어(13), 코어(13)의 둘레를 둘러싸는 다중양자우물 구조의 활성층(14), 및 활성층(14)의 둘레를 둘러싸며 제 1 타입과 반대되는 제 2 타입으로 도핑된 제 2 반도체층(15)을 포함할 수 있다. 따라서, 코어(13), 활성층(14) 및 제 2 반도체층(15)은 동심원의 형태로 배치된다. 예컨대, 제 1 반도체층의 코어(13)는 n-타입으로 도핑될 수 있으며, 제 2 반도체층(15)은 p-타입으로 도핑될 수 있다. 도시되어 있지는 않지만, 상기 코어(13)를 구성하는 제 1 반도체층의 재료는 에피층(18)의 표면을 전체적으로 덮도록 형성될 수도 있다. 또한, 활성층(14)의 재료는 주로 코어(13)의 둘레에만 형성된다. 그러나, 실시예에 따라서는, 활성층(14)이 코어(13)의 전체 표면을 덮도록 형성될 수도 있다. 마찬가지로, 제 2 반도체층(15)의 재료는 주로 활성층(14)의 둘레에만 형성되지만, 활성층(14)의 둘레를 포함한 전체 표면 위에 형성될 수도 있다.Here, the light emitting portion 16 in the form of a nanorod has a multi-quantum well structure surrounding the core 13 and the core 13, which are sequentially composed of a first semiconductor layer doped with a first type along the radial direction thereof. The active layer 14 and a second semiconductor layer 15 doped with a second type opposite to the first type and surrounding the circumference of the active layer 14 may be included. Therefore, the core 13, the active layer 14 and the second semiconductor layer 15 are arranged in the form of concentric circles. For example, the core 13 of the first semiconductor layer may be doped with n-type, and the second semiconductor layer 15 may be doped with p-type. Although not shown, the material of the first semiconductor layer constituting the core 13 may be formed to entirely cover the surface of the epi layer 18. In addition, the material of the active layer 14 is mainly formed only around the core 13. However, depending on the embodiment, the active layer 14 may be formed to cover the entire surface of the core 13. Similarly, the material of the second semiconductor layer 15 is mainly formed only around the active layer 14, but may be formed over the entire surface including the perimeter of the active layer 14.

또한, 도 2에 도시된 백색 발광 다이오드(20)도 역시 나노로드 또는 나노와이어의 형태로 각각 성장된 다수의 발광부(26)를 갖는다. 구체적으로, 본 실시예에 따른 백색 발광 다이오드(20)는 실리콘과 같은 재료로 된 기판(21), 기판(21) 위에 형성된 제 1 전극(22), 및 기판(21)의 표면에 대해 수직하도록 제 1 전극(22) 위에 형성된 다수의 나노로드 형태의 발광부(26)를 갖는다. 도 2에 도시되지는 않았지 만, 상기 백색 발광 다이오드(20)는 발광부(26)의 상부에는 ITO와 같은 투명한 전도성 재료로 형성된 제 2 전극이 배치될 수 있다. 그리고, 발광부(26) 사이에는 투명한 유전체 재료가 채워질 수 있다. 발광부(26)의 표면에는 전류의 누설을 방지하고 발광부(26)를 보호하기 위한 패시베이션층이 더 형성될 수 있다. 또한, 제 1 전극(22)과 발광부(26) 사이에는 발광부(26)의 성장을 용이하게 하기 위하여 반도체 버퍼층이 더 개재될 수도 있다.In addition, the white light emitting diode 20 shown in FIG. 2 also has a plurality of light emitting portions 26 each grown in the form of nanorods or nanowires. Specifically, the white light emitting diode 20 according to the present embodiment is perpendicular to the surface of the substrate 21 made of a material such as silicon, the first electrode 22 formed on the substrate 21, and the substrate 21. The light emitting part 26 has a plurality of nanorods formed on the first electrode 22. Although not shown in FIG. 2, in the white light emitting diode 20, a second electrode formed of a transparent conductive material such as ITO may be disposed on the light emitting part 26. In addition, a transparent dielectric material may be filled between the light emitting portions 26. A passivation layer may be further formed on the surface of the light emitting part 26 to prevent leakage of current and to protect the light emitting part 26. In addition, a semiconductor buffer layer may be further interposed between the first electrode 22 and the light emitting part 26 to facilitate growth of the light emitting part 26.

여기서, 나노로드 형태의 발광부(26)는 그 길이 방향 또는 축 방향을 따라, 제 1 타입으로 도핑된 제 1 반도체층(23), 제 1 반도체층(23) 위에 형성된 다중양자우물 구조의 활성층(24), 및 활성층(24) 위에 형성되며 제 1 타입과 반대되는 제 2 타입으로 도핑된 제 2 반도체층(25)을 포함할 수 있다. 즉, 반경 방향을 따라 동심원의 형태로 각각의 층들이 배치된 도 1의 경우와 다르게, 도 2의 실시예에서는 제 1 반도체층(23), 활성층(24) 및 제 2 반도체층(25)은 수직한 방향으로 차례로 적층되어 있다. 도 1의 경우와 마찬가지로, 예컨대, 제 1 반도체층(23)은 n-타입으로 도핑될 수 있으며, 제 2 반도체층(25)은 p-타입으로 도핑될 수 있다.Here, the light emitting portion 26 in the form of a nanorod has an active layer having a multi-quantum well structure formed on the first semiconductor layer 23 and the first semiconductor layer 23 doped in a first type along its longitudinal direction or axial direction. And a second semiconductor layer 25 formed on the active layer 24 and doped with a second type opposite to the first type. That is, unlike the case of FIG. 1 in which respective layers are arranged in the form of concentric circles along the radial direction, in the embodiment of FIG. 2, the first semiconductor layer 23, the active layer 24, and the second semiconductor layer 25 They are stacked one after another in the vertical direction. As in the case of FIG. 1, for example, the first semiconductor layer 23 may be doped n-type, and the second semiconductor layer 25 may be doped p-type.

도 3에 도시된 백색 발광 다이오드(30)는 다수의 발광부(39)로서 소정의 폭과 길이를 갖도록 형성된 나노-대시(nano-dash)를 갖는다. 여기서, 나노-대시는, 예컨대, 도 2에 도시된 다수의 나노로드 또는 나노와이어들이 한쪽 측면을 따라 일직선으로 간격 없이 이어져 있는 형태라고 볼 수 있다. 따라서, 도 3에는 편의상 납작한 직육면체의 형태로 나노-대시가 도시되어 있으나, 실제의 나노-대시는 측면이 평평하지 않고 굴곡을 가질 수 있으며, 폭에 비해 높이가 더 클 수 있다. 구체 적으로, 도 3에 도시된 백색 발광 다이오드(30)는 실리콘과 같은 재료로 이루어진 기판(31), 기판(31) 위에 형성된 제 1 전극(32), 제 1 전극(32) 위에 형성된 반도체 버퍼층(33), 버퍼층(33) 위에 형성된 다수의 나노-대시 형태의 발광부(39), 및 전체 발광부(39)를 둘러싸도록 버퍼층(33) 위에 형성된 절연층(34)을 가질 수 있다. 여기서, 버퍼층(33)은 생략될 수도 있다. 또한, 도 3에는 도시되지 않았지만, 절연층(34)과 발광부(39)의 상면에 ITO와 같은 투명한 전도성 재료로 형성된 제 2 전극이 배치될 수 있다.The white light emitting diode 30 shown in FIG. 3 has a nano-dash formed as a plurality of light emitting parts 39 to have a predetermined width and length. Here, the nano-dash, for example, a plurality of nanorods or nanowires shown in Figure 2 can be seen to form a straight line without a gap along one side. Thus, although FIG. 3 shows a nano-dash in the form of a flat cuboid for convenience, the actual nano-dash may have a curvature rather than a flat side, and may have a greater height than a width. Specifically, the white light emitting diode 30 shown in FIG. 3 includes a substrate 31 made of a material such as silicon, a first electrode 32 formed on the substrate 31, and a semiconductor buffer layer formed on the first electrode 32. (33), a plurality of nano-dashed light emitting parts 39 formed on the buffer layer 33, and an insulating layer 34 formed on the buffer layer 33 so as to surround the entire light emitting part 39. Here, the buffer layer 33 may be omitted. In addition, although not shown in FIG. 3, a second electrode formed of a transparent conductive material such as ITO may be disposed on the top surface of the insulating layer 34 and the light emitting portion 39.

도 4를 참조하면, 나노-대시 형태의 발광부(39)는 제 1 타입으로 도핑된 제 1 반도체층(35), 제 1 반도체층(35) 위에 형성된 다중양자우물 구조의 활성층(36), 및 활성층(36) 위에 형성되며 제 1 타입과 반대되는 제 2 타입으로 도핑된 제 2 반도체층(37)을 포함할 수 있다. 즉, 제 1 반도체층(35), 활성층(36) 및 제 2 반도체층(37)이 수직한 방향으로 차례로 적층되어 있다. 도 1의 경우와 마찬가지로, 예컨대, 제 1 반도체층(35)은 n-타입으로 도핑될 수 있으며, 제 2 반도체층(37)은 p-타입으로 도핑될 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 발광부(39)의 둘레 표면에는 전류의 누설을 방지하고 발광부(39)를 보호하기 위한 패시베이션층(38)이 더 형성될 수 있다. 예컨대, 패시베이션층(38)은 AlN과 같은 재료로 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 4, the nano-dashed light emitting unit 39 may include a first semiconductor layer 35 doped with a first type, an active layer 36 having a multi-quantum well structure formed on the first semiconductor layer 35, And a second semiconductor layer 37 formed on the active layer 36 and doped with a second type opposite to the first type. That is, the first semiconductor layer 35, the active layer 36, and the second semiconductor layer 37 are stacked in this order in the vertical direction. As in the case of FIG. 1, for example, the first semiconductor layer 35 may be doped with n-type, and the second semiconductor layer 37 may be doped with p-type. In addition, as illustrated in FIG. 4, a passivation layer 38 may be further formed on the circumferential surface of the light emitting part 39 to prevent leakage of current and to protect the light emitting part 39. For example, passivation layer 38 may be made of a material such as AlN.

위와 같이 나노-구조의 형태로 형성된 발광부(16, 26, 39)들은 일반적인 나노 와이어의 성장법에 따라 성장시킬 수 있다. 예를 들어, Fe, Ni, Au 등과 같은 금속 촉매를 이용하여 vapour-liquid-solid(VLS) 공정으로 발광부(16, 26, 39)들을 성장시키는 방법이 있다. 또 다른 방법으로, 예컨대, 성장핵(nucleation site)을 이용하여 HVPE(hydride vapour phase epitaxy), MBE(molecular beam epitaxy), MOVPE(metal organic vapour phase epitaxy), MOCVD(metal organic chemical vapor deposition) 또는 HCVD(halide chemical vapour deposition) 공정으로 발광부(16, 26, 39)들을 성장시킬 수도 있다. 특히, 도 3에 도시된 발광부(39)는, 버퍼층(33) 위에 유전체 재료로 된 템플릿층(도시되지 않음)을 형성하고, 템플릿층 내에 소정의 홈을 만든 후, 템플릿층의 홈 내에서 성장될 수 있다. 그러면, 나노-대시로 된 발광부(39)는 상기 홈에 의해 그 형태, 성장 위치 및 크기가 한정될 수 있다.As described above, the light emitting units 16, 26, and 39 formed in the form of nano-structures may be grown according to general nanowire growth methods. For example, there is a method of growing the light emitting parts 16, 26, and 39 by a vapor-liquid-solid (VLS) process using a metal catalyst such as Fe, Ni, Au, or the like. Alternatively, for example, using a nucleation site, such as hydride vapor phase epitaxy (HVPE), molecular beam epitaxy (MBE), metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE), metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) or HCVD The light emitting units 16, 26, and 39 may be grown by a halogen chemical vapor deposition process. In particular, the light emitting portion 39 shown in FIG. 3 forms a template layer (not shown) made of a dielectric material on the buffer layer 33, makes a predetermined groove in the template layer, and then, within the groove of the template layer. Can be grown. Then, the nano-dashed light emitting unit 39 may be defined in shape, growth position and size by the groove.

이렇게 형성된 나노-구조 형태의 발광부(16, 26, 39)들은 박막 형태의 발광부에 비하여 격자상수 불일치에 의한 영향을 덜 받는다. 따라서, 발광부(16, 26, 39)들은 이종의 기판 위에서도 결함이 거의 없는 결정 구조로 성장될 수 있기 때문에, 박막 형태의 발광부에 비하여 발광 효율이 향상될 수 있다. 그 결과, 발광 파장에 따른 발광 효율의 변화가 적고, 모든 파장 대역에서 균일한 발광 효율을 얻을 수 있다. 또한, 유효 굴절률이 낮아지고, 부피에 대한 표면적의 비율이 커지므로 발생한 빛을 외부로 추출하는 효율(External quantum efficiency; EQE)도 높아지게 된다.The nano-structured light emitting parts 16, 26 and 39 are thus less affected by the lattice constant mismatch than the light emitting parts of the thin film shape. Therefore, since the light emitting parts 16, 26, and 39 can be grown in a crystal structure with almost no defects even on heterogeneous substrates, the light emitting efficiency can be improved as compared with the light emitting part having a thin film form. As a result, there is little change in luminous efficiency according to the luminous wavelength, and uniform luminous efficiency can be obtained in all wavelength bands. In addition, since the effective refractive index is lowered and the ratio of the surface area to the volume is increased, the efficiency of extracting the generated light to the outside (EQE) is also increased.

한편, 백색 발광을 위하여 발광부(16, 26, 39) 내의 활성층(14, 24, 36)들은 각각 상이한 파장의 광을 발생시키는 다수의 양자우물들을 가질 수 있다. 즉, 도 1 내지 도 3에 도시된 발광부(16, 26, 39)들은 각각 다수의 양자우물과 장벽층으로 구성된 다중양자우물(multi quantum well; MQW) 구조를 가질 수 있다. 이때, 각각 의 발광부(16, 26, 39) 내의 다수의 양자우물들이 각각 상이한 파장의 광을 발생시킴으로써, 전체적으로는 백색광이 방출되도록 한다.Meanwhile, the active layers 14, 24, and 36 in the light emitting units 16, 26, and 39 may each have a plurality of quantum wells that emit light having different wavelengths to emit white light. That is, the light emitting units 16, 26, and 39 illustrated in FIGS. 1 to 3 may each have a multi quantum well (MQW) structure composed of a plurality of quantum wells and a barrier layer. In this case, the plurality of quantum wells in each of the light emitting units 16, 26, and 39 generate light of different wavelengths, respectively, so that white light is emitted as a whole.

도 5는 이를 위한 다중양자우물 구조를 갖는 발광부(16)의 활성층을 예시적으로 도시하는 단면도이다. 도 5를 참조하면, 발광부(16)의 활성층(14)은, 예컨대 반경 방향을 따라 동심원의 형태로 교호하여 배치된 4개의 장벽층(14b)과 3개의 양자우물(14q)을 가질 수 있다. 따라서, 하나의 양자우물(14q)은 인접하여 배치된 2개의 장벽층(14b) 사이에 개재된다. 또한, 도 6은 다중양자우물 구조를 갖는 발광부(26)의 활성층을 예시적으로 도시하는 단면도이다. 도 6을 참조하면, 발광부(26)의 활성층(24)은, 그 축 방향을 따라 교호하여 배치된 4개의 장벽층(24b)과 3개의 양자우물(24q)을 가질 수 있다. 도 3에 도시된 발광부(39)의 활성층(36)도 역시 도 6과 같은 형태로 배열된 다수의 장벽층과 다수의 양자우물을 가질 수 있다.FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating an active layer of the light emitting part 16 having a multi-quantum well structure for this purpose. Referring to FIG. 5, the active layer 14 of the light emitting unit 16 may have, for example, four barrier layers 14b and three quantum wells 14q that are alternately arranged in the form of concentric circles along the radial direction. . Thus, one quantum well 14q is interposed between two barrier layers 14b disposed adjacent to each other. 6 is a cross-sectional view illustrating an active layer of the light emitting part 26 having a multi-quantum well structure as an example. Referring to FIG. 6, the active layer 24 of the light emitting unit 26 may have four barrier layers 24b and three quantum wells 24q that are alternately arranged along the axial direction thereof. The active layer 36 of the light emitting unit 39 shown in FIG. 3 may also have a plurality of barrier layers and a plurality of quantum wells arranged in the same manner as in FIG. 6.

이때, 다시 도 5를 참조하면, 각각의 양자우물(14q)마다 재료의 조성을 달리함으로써, 각각의 양자우물(14q)에서 상이한 파장의 광이 발생하게 할 수 있다. 예컨대, 도 5에 도시된 3개의 양자우물(14q)은 각각 적색, 녹색, 청색의 광을 발생시키도록 형성될 수 있다. 또한, 설계에 따라서는, 적색, 황색, 녹색, 청색의 광을 각각 발생시키도록 형성된 4개의 양자우물(14q)이 배치될 수도 있다. 또는 서로 보색 관계에 있는 색을 각각 발생시키는 2개의 양자우물(14q)이 배치될 수도 있다. 그러나 CRI 값을 자연색에 가깝게 높이기 위해서는 다양한 스펙트럼의 파장들을 발생시키는 것이 유리할 것이다. 설계에 따라서는, 하나의 활성층(14) 내에 동일한 색의 광을 발생시키는 다수의 양자우물들이 더 형성될 수도 있다. 예컨대, 하나의 활성층(14) 내에 6개의 양자우물(14q)을 형성하여, 적색, 녹색, 청색의 광을 각각 발생시키는 양자우물(14q)을 2개씩 둘 수도 있다.In this case, referring again to FIG. 5, light having a different wavelength may be generated in each quantum well 14q by changing a material composition for each quantum well 14q. For example, the three quantum wells 14q shown in FIG. 5 may be formed to generate red, green, and blue light, respectively. Further, depending on the design, four quantum wells 14q formed to generate red, yellow, green and blue light, respectively, may be disposed. Alternatively, two quantum wells 14q each generating colors having complementary colors may be disposed. However, it would be advantageous to generate wavelengths of various spectra in order to increase the CRI value close to natural colors. Depending on the design, a plurality of quantum wells that generate light of the same color may be further formed in one active layer 14. For example, six quantum wells 14q may be formed in one active layer 14, and two quantum wells 14q may be provided, respectively, for generating red, green, and blue light.

이러한 발광색의 변화는 양자우물(14q)을 구성하는 재료의 조성을 변화시킴으로써 쉽게 달성될 수 있다. 예컨대, 양자우물(14q)의 재료로서 InGaN을 사용하고 장벽층(14b)의 재료로서 (Al)(In)GaN을 사용하는 InGaN/(Al)(In)GaN 구조의 활성층(14)의 경우, 각각의 양자우물(14q)마다 In의 몰분율을 변화시킬 수 있다. 통상적으로, In의 몰분율이 1% 변화할 때 발광 파장은 약 5nm 정도 시프트된다. 예를 들어, 청색광을 발생시키고자 하는 경우, 양자우물(14q) 내의 In의 몰분율은 약 20% 정도가 된다. 또한, 녹색광을 발생시키고자 하는 경우에는 양자우물(14q) 내의 In의 몰분율이 약 40% 정도가 되며, 적색광을 발생시키고자 하는 경우에는 약 60% 정도가 된다. 또한, 양자우물(14q)로서 CdZnO를 사용하고 장벽층(14b)으로서 (Cd)ZnO를 사용할 수도 있는데, 이 경우에는 각각의 양자우물(14q)마다 Cd의 몰분율을 변화시켜 발광색을 조절할 수 있다. 이러한 원리는 다른 발광부(26, 39)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.This change in the emission color can be easily achieved by changing the composition of the material constituting the quantum well 14q. For example, in the case of the active layer 14 of InGaN / (Al) (In) GaN structure using InGaN as the material of the quantum well 14q and (Al) (In) GaN as the material of the barrier layer 14b, The mole fraction of In can be changed for each quantum well 14q. Typically, the emission wavelength is shifted by about 5 nm when the mole fraction of In changes by 1%. For example, when it is desired to generate blue light, the mole fraction of In in the quantum well 14q is about 20%. In addition, the mole fraction of In in the quantum well 14q is about 40% when generating green light, and about 60% when generating red light. Further, CdZnO may be used as the quantum well 14q and (Cd) ZnO may be used as the barrier layer 14b. In this case, the emission color may be adjusted by changing the mole fraction of Cd for each quantum well 14q. This principle can be equally applied to the other light emitting portions 26 and 39.

한편, 양자우물(14q)의 개수가 증가할수록, p-형 반도체층, 예컨대 제 2 반도체층(15) 부근의 양자우물에만 정공이 주로 분포하고, n-형 반도체층, 예컨대 제 1 반도체층(13) 부근의 양자우물에는 정공이 잘 도달하지 못할 수 있다. 이러한 현상은 전자에 비하여 정공의 이동도가 현저하게 낮기 때문에 발생한다. 이 경우, 발광은 주로 p-형 반도체층 부근에서만 일어나기 때문에, 모든 색이 고르게 분포하지 못할 수도 있다. 따라서, 모든 양자우물(14q)에 고르게 정공을 제공하기 위하여, 장벽층(14b)들을 p-타입으로 도핑시킬 수 있다. 그러면, p-타입으로 도핑된 장벽층(14b)들이 인접한 양자우물(14q)에 정공을 제공할 수 있다. 이때, 활성층(14) 내의 모든 장벽층(14b)들을 도핑할 수도 있지만, 단지 일부의 장벽층(14b)만을 도핑시키는 것도 가능하다. 이러한 장벽층(14b)의 적절한 도핑 농도는 일반적인 반도체의 도핑 농도보다 약간 낮은, 예를 들어, 약 1×10¹⁶cm^-3 내지 1×10¹⁹cm^-3의 범위에 있을 수 있다.On the other hand, as the number of quantum wells 14q increases, holes are mainly distributed only in the quantum wells near the p-type semiconductor layer, for example, the second semiconductor layer 15, and the n-type semiconductor layer, for example, the first semiconductor layer ( 13) Holes may not reach well in nearby quantum wells. This phenomenon occurs because the mobility of holes is significantly lower than that of the former. In this case, since light emission mainly occurs only near the p-type semiconductor layer, all colors may not be evenly distributed. Thus, the barrier layers 14b can be doped p-type to provide holes evenly to all quantum wells 14q. Then, the p-type doped barrier layers 14b can provide holes to adjacent quantum wells 14q. At this time, all barrier layers 14b in the active layer 14 may be doped, but only some barrier layers 14b may be doped. Appropriate doping concentrations of such barrier layer 14b may be in the range slightly below the doping concentration of a typical semiconductor, for example, from about 1 × 10 ¹⁶ cm ⁻³ to 1 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ .

활성층(14) 내의 모든 양자우물(14q)에 고르게 정공을 제공하기 위한 다른 방법으로 터널 접합층을 활성층(14) 내에 개재시키는 방법이 있다. 도 7은 다중양자우물 구조의 활성층(14) 내에 터널 접합층(40)을 더 형성한 발광부(16)의 밴드갭 다이어그램(bandgap diagram)을 개략적으로 도시한다. 도 7을 참조하면, n-타입으로 도핑된 제 1 반도체층(13)과 p-타입으로 도핑된 제 2 반도체층(15) 사이에 다수의 양자우물(14q)과 장벽층(14b)을 갖는 활성층(14)이 있다. 활성층(14) 내에는 또한, p+로 도핑된 p+ 반도체층(40a)과 n+로 도핑된 n+ 반도체층(40b)을 갖는 터널 접합층(40)이 배치되어 있다. 특히, 터널 접합층(40)은 2개의 장벽층(14b) 사이에 배치된다. 여기서, p+ 반도체층(40a)은 제 1 반도체층(13) 쪽으로 배치되며, n+ 반도체층(40b)은 제 2 반도체층(15) 쪽으로 배치된다. 따라서, 터널 접합층(40)이 더 배치된 발광부(16)는 p-i-n+-p+-i-n의 구조가 된다. 도 7에는 단지 하나의 터널 접합층(40)만이 도시되어 있으나, 더 많은 수, 예컨대, 양자우물(14q)과 같은 수의 터널 접합층(40)이 활성층(14) 내에 배치될 수도 있다.Another method for evenly providing holes to all the quantum wells 14q in the active layer 14 is to interpose the tunnel junction layer in the active layer 14. FIG. 7 schematically shows a bandgap diagram of the light emitting portion 16 in which the tunnel junction layer 40 is further formed in the active layer 14 of the multi-quantum well structure. Referring to FIG. 7, a plurality of quantum wells 14q and a barrier layer 14b are provided between the first semiconductor layer 13 doped with n-type and the second semiconductor layer 15 doped with p-type. There is an active layer 14. Also within the active layer 14 is a tunnel junction layer 40 having a p + semiconductor layer 40a doped with p + and an n + semiconductor layer 40b doped with n +. In particular, the tunnel junction layer 40 is disposed between the two barrier layers 14b. Here, the p + semiconductor layer 40a is disposed toward the first semiconductor layer 13 and the n + semiconductor layer 40b is disposed toward the second semiconductor layer 15. Therefore, the light emitting portion 16 in which the tunnel junction layer 40 is further disposed has a structure of p-i-n + -p + -i-n. Although only one tunnel junction layer 40 is shown in FIG. 7, a larger number, for example, a number of tunnel junction layers 40, such as quantum well 14q, may be disposed within the active layer 14.

이러한 터널 접합층(40)에 바이어스 전압이 인가되면, 터널 접합층(40)의 내부에서 전자와 정공의 쌍이 생성되어 양자우물(14q)에 각각 제공된다. 즉, p+ 반도체층(40a)은 인접한 양자우물(14q)에 정공을 제공하며, n+ 반도체층(40b)은 인접한 양자우물(14q)에 전자를 제공할 수 있다. 이를 위하여, p+ 반도체층(40a)과 n+ 반도체층(40b)의 도핑 농도는 일반적인 반도체의 도핑 농도보다 약간 높은, 예컨대, 약 1×10¹⁷cm^-3 내지 5×10²⁰cm^-3의 범위에 있을 수 있다. 터널 접합층(40)의 재료로는 InGaN의 양자우물(14q)을 사용하는 경우에, 예컨대 AlInGaN, InGaN, GaN, AlGaN 등과 같은 재료를 사용할 수 있다. 또한, CdZnO의 양자우물(14q)을 사용하는 경우에는, 터널 접합층(40)의 재료로서, ZnO, CdZnO, MgZnO 등과 같은 재료를 사용할 수 있다.When a bias voltage is applied to the tunnel junction layer 40, a pair of electrons and holes are generated inside the tunnel junction layer 40 and provided to the quantum well 14q, respectively. That is, the p + semiconductor layer 40a may provide holes to the adjacent quantum wells 14q, and the n + semiconductor layer 40b may provide electrons to the adjacent quantum wells 14q. To this end, the doping concentrations of the p + semiconductor layer 40a and the n + semiconductor layer 40b are slightly higher than the doping concentration of a typical semiconductor, for example, in a range of about 1 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ to 5 × 10 ²⁰ cm ⁻³ . There may be. In the case of using the InGaN quantum well 14q as the material of the tunnel junction layer 40, for example, a material such as AlInGaN, InGaN, GaN, AlGaN, or the like can be used. In the case of using the quantum well 14q of CdZnO, a material such as ZnO, CdZnO, MgZnO, or the like can be used as the material of the tunnel junction layer 40.

한편, 도 3에 도시된 나노-대시 형태의 발광부(39)의 경우, 양자우물 재료의 조성을 변화시키는 것 이외에, 나노-대시의 폭을 변화시킴으로써 추가적으로 발광 파장을 변화시킬 수 있다. 도 8a 및 도 8b는 이러한 나노-대시 형태의 발광부(39)에 대한 변형예를 개략적으로 도시하고 있다. 일반적으로 양자우물은 그 폭이 1nm 변화할 때 발광 파장은 약 10nm 정도 시프트된다. 즉, 양자우물의 폭이 1nm 증가할 때마다 발광 파장은 약 10nm 정도 증가하게 된다. 따라서, 도 8a와 같이 나노-대시 발광부(39)의 폭을 연속적으로 변화시키면 연속적으로 변화하는 파장을 갖는 발광 스펙트럼을 얻을 수 있다. 또한, 도 8b에 도시된 바와 같이, 나노-대시 발광부(39)의 폭을 불연속적으로 변화시킬 수도 있다.Meanwhile, in the nano-dashed light emitting unit 39 shown in FIG. 3, in addition to changing the composition of the quantum well material, the emission wavelength may be additionally changed by changing the width of the nano-dash. 8A and 8B schematically show a modification to this light emitting portion 39 in the form of a nano-dash. In general, when the width of a quantum well is changed by 1 nm, the emission wavelength is shifted by about 10 nm. That is, each time the width of the quantum well is increased by 1 nm, the emission wavelength is increased by about 10 nm. Accordingly, as shown in FIG. 8A, when the width of the nano-dash light emitting unit 39 is continuously changed, an emission spectrum having a continuously changing wavelength may be obtained. In addition, as shown in FIG. 8B, the width of the nano-dashed light emitting portion 39 may be changed discontinuously.

이와 동시에, 나노-대시 발광부(39) 내부의 다수의 양자우물마다 각각 재료의 조성을 달리하면, 각각의 발광색이 넓은 파장 대역을 갖도록 할 수 있다. 예를 들어, 나노-대시 발광부(39)가 적색, 녹색, 청색의 광을 각각 발생시키는 3개의 양자우물을 가질 때, 나노-대시 발광부(39)의 폭을 연속적으로 변화시키면, 적색 계열의 연속적으로 변화하는 스펙트럼을 갖는 광, 녹색 계열의 연속적으로 변화하는 스펙트럼을 갖는 광, 청색 계열의 연속적으로 변화하는 스펙트럼을 갖는 광이 각각 발생할 수 있다. 따라서, 매우 다양한 스펙트럼을 갖는 광이 발생하기 때문에, CRI 값이 높은 백색광을 얻는 것이 가능하다. 이러한 나노-대시 발광부(39)는 적절한 발광 특성을 얻기 위하여 소정의 폭과 길이를 가질 수 있다. 예컨대, 도 8a를 참조할 때, 하나의 나노-대시 발광부(39)의 최단폭을 W1, 최장폭을 W2, 길이를 L이라 하고, 인접하는 나노-대시 발광부(39) 사이의 간격을 P라고 할 때, 5nm < W1 < W2 < 500nm, 50nm < L < 5㎛, 5nm < P < 500nm를 만족하는 것이 적당하다.At the same time, if the composition of the material is different for each of the plurality of quantum wells in the nano-dashed light emitting unit 39, each of the emission colors can have a wide wavelength band. For example, when the nano-dash emitter 39 has three quantum wells that generate red, green, and blue light, respectively, when the width of the nano-dash emitter 39 is continuously changed, the red-based Light having a continuously changing spectrum of light, light having a continuously changing spectrum of green series, and light having a continuously changing spectrum of blue series may be generated, respectively. Therefore, since light having a very wide spectrum is generated, it is possible to obtain white light having a high CRI value. The nano-dash light emitting unit 39 may have a predetermined width and length in order to obtain appropriate light emission characteristics. For example, referring to FIG. 8A, the shortest width of one nano-dash light emitting unit 39 is W1, the longest width is W2, the length is L, and the interval between adjacent nano-dash light emitting units 39 is determined. When P is referred to, it is appropriate to satisfy 5 nm <W1 <W2 <500 nm, 50 nm <L <5 µm, and 5 nm <P <500 nm.

지금까지, 발명의 이해를 돕기 위하여 다양한 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 도시되고 설명된 설명에 발명이 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.So far, various embodiments have been described and illustrated in the accompanying drawings in order to facilitate understanding of the invention. However, it should be understood that such embodiments are merely illustrative of the invention and not limiting thereof. It is to be understood that the invention is not limited to the illustrated and described description. This is because various other modifications may occur to those skilled in the art.

도 1 내지 도 3은 백색 발광 다이오드의 나노-구조 형태의 다양한 발광부를 개략적으로 도시한다.1 to 3 schematically show various light emitting portions in the form of nano-structures of white light emitting diodes.

도 4는 도 3에 도시된 백색 발광 다이오드의 나노-구조 형태의 발광부를 보다 상세하게 도시한다.FIG. 4 shows in more detail the light emitting portion of the nano-structured form of the white light emitting diode shown in FIG. 3.

도 5 및 도 6은 다중양자우물 구조의 활성층을 갖는 발광부의 세부 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다.5 and 6 are cross-sectional views schematically showing the detailed structure of the light emitting portion having the active layer of the multi-quantum well structure.

도 7은 다중양자우물 구조의 활성층 내에 터널 접합층을 더 개재한 발광부의 밴드갭 다이어그램(bandgap diagram)을 개략적으로 도시한다.FIG. 7 schematically shows a bandgap diagram of a light emitting portion further through a tunnel junction layer in an active layer of a multi-quantum well structure.

도 8a 및 도 8b는 도 3에 도시된 나노-구조 형태의 발광부에 대한 변형예를 개략적으로 도시한다.8A and 8B schematically show a modification to the light emitting part of the nano-structured form shown in FIG. 3.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

10,20,30.....백색 발광 다이오드 11,21,31.....기판10,20,30 ..... White light emitting diodes 11,21,31 ...

12,22,32.....제 1 전극 13.....코어12,22,32 ..... first electrode 13 ..... core

14,24,36.....활성층 15,25,37.....제 2 반도체층14,24,36 ..... active layer 15,25,37 ..... second semiconductor layer

16,26,39.....발광부 17a.....투명 전극층16,26,39 ..... light emitting part 17a ..... transparent electrode layer

17b.....제 2 전극 18.....에피층17b ..... second electrode 18 ..... epi layer

19.....절연층 23,35.....제 1 반도체층19 ..... Insulation layer 23,35 ..... First semiconductor layer

33.....버퍼층 34.....절연층33 ..... buffer layer 34 ..... insulation layer

38.....패시베이션층 40.....터널 접합층38 ... Passivation layer 40 .. Tunnel junction layer

Claims

나노-구조의 형태로 형성된 다수의 발광부를 구비하는 것으로,With a plurality of light emitting portion formed in the form of a nano-structure,

상기 다수의 발광부는 각각 다수의 양자우물과 장벽층으로 구성된 다중양자우물 구조를 가지며,The plurality of light emitting units each have a multi-quantum well structure composed of a plurality of quantum wells and barrier layers,

각각의 발광부 내의 다수의 양자우물들이 각각 상이한 파장의 광을 발생시킴으로써 상기 발광부가 전체적으로 백색광을 방출하는 백색 발광 다이오드.A white light emitting diode in which a plurality of quantum wells in each light emitting portion each emit light of a different wavelength, so that the light emitting portion emits white light as a whole.

제 1 항에 있어서,The method of claim 1,

상기 다중양자우물 구조 내에 적어도 하나의 터널 접합층을 더 개재한 백색 발광 다이오드.White light emitting diode further comprising at least one tunnel junction layer in the multi-quantum well structure.

제 2 항에 있어서,The method of claim 2,

상기 터널 접합층은 p+로 도핑된 p+ 반도체층 및 n+로 도핑된 n+ 반도체층을 가지며, p+ 반도체층과 n+ 반도체층의 도핑 농도는 1×10¹⁷cm^-3 내지 5×10²⁰cm^-3의 범위에 있는 백색 발광 다이오드.The tunnel junction layer has a p + doped p + semiconductor layer and an n + doped n + semiconductor layer, and the doping concentrations of the p + semiconductor layer and the n + semiconductor layer are 1 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ to 5 × 10 ²⁰ cm ⁻³ . White light emitting diode in range.

제 2 항에 있어서,The method of claim 2,

상기 터널 접합층은 AlInGaN, InGaN, GaN, AlGaN, ZnO, CdZnO 및 MgZnO 중에 서 선택된 어느 하나의 재료로 형성된 백색 발광 다이오드.The tunnel junction layer is a white light emitting diode formed of any one material selected from AlInGaN, InGaN, GaN, AlGaN, ZnO, CdZnO and MgZnO.

제 1 항에 있어서,The method of claim 1,

상기 발광부 내의 장벽층이 1×10¹⁶cm^-3 내지 1×10¹⁹cm^-3의 농도로 p-타입으로 도핑된 백색 발광 다이오드.The white light emitting diode of which the barrier layer in the light emitting portion is doped p-type at a concentration of 1 × 10 ¹⁶ cm ^-3 to 1 × 10 ¹⁹ cm ^-3 .

제 1 항에 있어서,The method of claim 1,

상기 발광부는 InGaN의 양자우물과 (Al)(In)GaN의 장벽층 또는 CdZnO의 양자우물과 (Cd)ZnO의 장벽층을 갖는 백색 발광 다이오드.The light emitting part has a quantum well of InGaN and a barrier layer of (Al) (In) GaN or a quantum well of CdZnO and a barrier layer of (Cd) ZnO.

제 6 항에 있어서,The method of claim 6,

동일 발광부 내의 각각의 양자우물마다 In 또는 Cd의 몰분율을 다르게 한 백색 발광 다이오드.A white light emitting diode in which the mole fraction of In or Cd is different for each quantum well in the same light emitting unit.

제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,8. The method according to any one of claims 1 to 7,

상기 각각의 발광부는 기판에 대해 수직하게 형성된 나노로드이며, 상기 나노로드 발광부는 그 반경 방향을 따라, 제 1 타입으로 도핑된 제 1 반도체층으로 구성된 코어, 상기 코어의 둘레를 둘러싸는 다중양자우물 구조의 활성층, 및 상기 활성층의 둘레를 둘러싸며 제 1 타입과 반대되는 제 2 타입으로 도핑된 제 2 반도 체층을 포함하는 백색 발광 다이오드.Each of the light emitting portions is a nanorod formed perpendicular to the substrate, and the nanorod light emitting portion has a core composed of a first semiconductor layer doped in a first type along a radial direction thereof, and a multi-quantum well surrounding the core. A white light emitting diode comprising an active layer of a structure and a second semiconductor layer doped with a second type opposite to the first type and surrounding the perimeter of the active layer.

상기 각각의 발광부는 기판에 대해 수직하게 형성된 나노로드이며, 상기 나노로드 발광부는 그 축 방향을 따라, 제 1 타입으로 도핑된 제 1 반도체층, 상기 제 1 반도체층 위에 형성된 다중양자우물 구조의 활성층, 및 상기 활성층 위에 형성되며 제 1 타입과 반대되는 제 2 타입으로 도핑된 제 2 반도체층을 포함하는 백색 발광 다이오드.Each light emitting portion is a nanorod formed perpendicular to the substrate, and the nanorod light emitting portion is a first semiconductor layer doped in a first type along an axial direction thereof, and an active layer having a multi-quantum well structure formed on the first semiconductor layer. And a second semiconductor layer formed on the active layer and doped with a second type opposite to the first type.

상기 각각의 발광부는 폭과 길이를 갖도록 형성된 나도-대시이며, 상기 나노-대시 발광부는 제 1 타입으로 도핑된 제 1 반도체층, 상기 제 1 반도체층 위에 형성된 다중양자우물 구조의 활성층, 및 상기 활성층 위에 형성되며 제 1 타입과 반대되는 제 2 타입으로 도핑된 제 2 반도체층을 포함하는 백색 발광 다이오드.Wherein each of the light emitting portions is a nado-dash formed to have a width and a length, and the nano-dash light emitting portion is a first semiconductor layer doped with a first type, an active layer of a multi-quantum well structure formed on the first semiconductor layer, and the active layer A white light emitting diode comprising a second semiconductor layer formed thereon and doped with a second type opposite to the first type.

제 10 항에 있어서,The method of claim 10,

상기 나노-대시 발광부는 그 폭이 연속적으로 또는 불연속적으로 변화하도록 테이퍼진 백색 발광 다이오드.And the nano-dash light emitting portion tapered so that its width varies continuously or discontinuously.

제 11 항에 있어서,The method of claim 11,

하나의 나노-대시 발광부의 최단폭을 W1, 최장폭을 W2, 길이를 L이라 하고, 인접한 나노-대시 발광부 사이의 간격을 P라고 할 때, 5nm < W1 < W2 < 500nm, 50nm < L < 5㎛, 5nm < P < 500nm를 만족하는 백색 발광 다이오드.When the shortest width of one nano-dashed light emitting part is W1, the longest width is W2, the length is L, and the interval between adjacent nano-dashed light emitting parts is P, 5nm <W1 <W2 <500nm, 50nm <L < A white light emitting diode satisfying 5 μm, 5 nm <P <500 nm.