KR102160881B1 - Micro light emitting diode - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 마이크로 발광 다이오드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 특정 패턴을 식각(etching)한 패시베이션층을 갖는 마이크로 발광 다이오드 에 관한 것이다.The present invention relates to a micro light emitting diode, and more particularly, to a micro light emitting diode having a passivation layer by etching a specific pattern.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다The content described in this section merely provides background information on the present embodiment and does not constitute the prior art.
마이크로 발광 다이오드 디스플레이(Micro-LED display)는 기존 미니 LED의 1/10 수준의 크기인 초소형 발광 다이오드(LED)를 이용한 디스플레이를 의미하며, 일반적으로는 소자의 크기가 가로 세로 각각 100㎛ 이하인 디스플레이를 말한다. Micro-LED display refers to a display using ultra-small light-emitting diodes (LEDs), which is 1/10 the size of conventional mini-LEDs. Say.
마이크로 발광 다이오드(Micro-LED)는 우수한 특성과 고유한 성능을 갖고 있어 차세대 디스플레이(Display)로 주목을 받고 있고, 또한, 다양한 분야에서 적용할 목적으로 연구가 진행이 되고 있다. Micro-LEDs are attracting attention as a next-generation display because they have excellent characteristics and unique performance, and research is being conducted for the purpose of applying them in various fields.
대표적으로는 의료/바이오 산업에서의 광 치료를 위한 기술, 자동차 산업에서는 전방의 빛을 조사하는 분해능을 높이기 위해 마이크로 발광 다이오드(Micro-LED)를 적용하는 기술, 통신에서는 대용량의 정보를 전달할 수 있는 방안으로 마이크로 발광 다이오드(Micro-LED)를 이용한 Li-Wi와 관련된 기술이 활발하게 연구되고 있다. Representatively, a technology for phototherapy in the medical/bio industry, a technology that applies micro-LEDs to increase the resolution of irradiating the light in front in the automotive industry, and a technology that can deliver large amounts of information in communication As a solution, technologies related to Li-Wi using micro-LEDs are being actively studied.
특히, 디스플레이(Display)는 마이크로 발광 다이오드(Micro-LED)가 대표적으로 활용되는 분야이다. 디스플레이(Display)로서 마이크로 발광 다이오드(Micro-LED)는 밝기에 한계가 있는 액정 디스플레이(LCD, Liquid crystal Displays) 및 유기 발광 다이오드(OLED, Organic Light-emitting diode)와는 달리, 마이크로-디스플레이(Micro-Display)는 무기발광 다이오드(inorganic LED)이기 때문에 향상된 광 추출, 낮은 접점온도, 향상된 열 분배 및 좋은 전류밀도 분포 등의 특성을 가지기 때문에 매우 높은 휘도(luminance)를 구현할 수 있다. In particular, display is a field in which micro-LEDs are typically used. As a display, micro-light-emitting diodes (Micro-LEDs) are different from liquid crystal displays (LCDs) and organic light-emitting diodes (OLEDs), which have limitations in brightness. Since Display) is an inorganic light emitting diode (LED), it can realize very high luminance because it has characteristics such as improved light extraction, low contact temperature, improved heat distribution, and good current density distribution.
또한, 마이크로 발광 다이오드(Micro-LED)는 높은 효율성을 기반으로 하는 긴 수명(life span), 폼 팩터(form factor) 및 초고해상도를 지원할 수 있다. In addition, Micro-LEDs can support a long life span, form factor, and ultra-high resolution based on high efficiency.
이러한 장점들로 인해 스마트 폰(Smart Phone), 스마트 워치(Smart watch), 헤드 마운티드 디스플레이(HMD, Head Mounted Display), 니어 아이 디스플레이(NED, Near-eye Display) 등에 적용될 수 있다. Due to these advantages, it can be applied to a smart phone, a smart watch, a head mounted display (HMD), and a near-eye display (NED).
그러나, 마이크로 발광 다이오드(Micro-LED)는 크기(size)가 작아짐에 따라 효율(efficiency)이 감소하는 문제점이 있다. 이에 따라, 마이크로 발광 다이오드(Micro-LED)를 마이크로 디스플레이(Micro-Display)로써 사용하기 위해 효율 감소를 개선하고, 디스플레이 픽셀(display pixel)의 균일성(uniformity)을 향상시킬 수 있는 방안에 대한 필요성이 끊임없이 제기되고 있다.However, micro-LEDs have a problem in that efficiency decreases as the size decreases. Accordingly, there is a need for a method to improve efficiency reduction and improve the uniformity of display pixels in order to use micro-LEDs as micro-displays. This is constantly being raised.
본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 일 측면에 의하면, 마이크로 발광 다이오드(10, Micro-LED)의 측벽에 패시베이션층을 증착하여 효율 감소를 막고, 패시베이션층 일부를 식각(etching)하여 균일성(uniformity)을 향상시키는 마이크로 발광 다이오드(10, Micro-LED)를 제공하는 것이다.The technical problem of the present invention was conceived in this respect, and according to one aspect of the present invention, a passivation layer is deposited on the sidewall of the micro
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem of the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 실시예에 따른, 기판; 상기 기판 상부에 위치하며, 질화물이 증착된 제 1 반도체층; 상기 제 1 반도체층 상부에 위치하며, 질화물이 복수 개의 층으로 증착되어 발광하는 제 2 반도체층; 및 상기 제 2 반도체층의 측벽에 증착된 절연 물질을 포함하며, 일측에 특정 패턴이 식각된 패시베이션층;을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a substrate; A first semiconductor layer on the substrate and on which nitride is deposited; A second semiconductor layer positioned on the first semiconductor layer and emitting light by depositing a plurality of nitride layers; And a passivation layer including an insulating material deposited on a sidewall of the second semiconductor layer, and having a specific pattern etched on one side thereof.
일 실시예에서, 상기 제 1 반도체층은, 상기 기판 상부에 위치하며, 질화 갈륨(GaN)이 도핑된 템플릿층; 및 상기 템플릿층 상부에 위치하며, 규소(Si)로 도핑된 n형 질화 갈륨(n-GaN)이 증착된 n형 질화물층;을 포함할 수 있다.In an embodiment, the first semiconductor layer includes: a template layer doped with gallium nitride (GaN) and positioned on the substrate; And an n-type nitride layer disposed on the template layer and on which n-type gallium nitride (n-GaN) doped with silicon (Si) is deposited.
일 실시예에서, 상기 제 2 반도체층은, 상기 제 1 반도체층 상부에 위치하며, 질화 갈륨(GaN) 및 질화 인듐 갈륨(AlGaN)으로 만든 30주기의 규소로 도핑된 초격자층; 상기 초격자층 상부에 위치하며, 질화 인듐 갈륨(AlGaN) 우물과 질화 갈륨(GaN) 배리어를 포함하는 복수개의 다중 양자 우물을 포함하는 활성층; 상기 활성층 상부에 위치하며, 마그네슘(Mg)으로 도핑된 질화 알루미늄 갈륨(AlGaN)이 증착된 전자 차단층; 상기 전자 차단층 상부에 위치하며, 마그네슘(Mg)으로 도핑된 p형 질화 갈륨(p-GaN)이 증착된 p형 질화물층; 상기 p형 질화물층 상부에 위치하며, 마그네슘(Mg)으로 도핑된 p+형 질화 갈륨(p+-GaN)이 증착된 p+형 질화물층; 및 상기 p+형 질화물층 상부에 위치하며, 인듐 주석 산화물(ITO)이 증착된 투명 전극층;을 포함할 수 있다.In one embodiment, the second semiconductor layer is positioned on the first semiconductor layer, a superlattice layer doped with silicon of 30 cycles made of gallium nitride (GaN) and indium gallium nitride (AlGaN); An active layer disposed on the superlattice layer and including a plurality of multiple quantum wells including an indium gallium nitride (AlGaN) well and a gallium nitride (GaN) barrier; An electron blocking layer disposed on the active layer and on which aluminum gallium nitride (AlGaN) doped with magnesium (Mg) is deposited; A p-type nitride layer on which a p-type gallium nitride (p-GaN) doped with magnesium (Mg) is deposited on the electron blocking layer; A p+-type nitride layer on which a p+-type gallium nitride (p+-GaN) doped with magnesium (Mg) is deposited on the p-type nitride layer; And a transparent electrode layer positioned on the p+ type nitride layer and on which indium tin oxide (ITO) is deposited.
일 실시예에서, 상기 패시베이션층은, 상기 제 2 반도체층의 일측 측벽에 이산화 규소(SiO2)를 증착하여 생성할 수 있다.In one embodiment, the passivation layer may be formed by depositing silicon dioxide (SiO2) on one sidewall of the second semiconductor layer.
일 실시예에서, 상기 패시베이션층은, 산화 알루미늄(Al2O3)층을 배치한 후, 이산화 규소(SiO2)를 증착하여 생성할 수 있다.In one embodiment, the passivation layer may be formed by depositing silicon dioxide (SiO 2 ) after disposing an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) layer.
일 실시예에서, 상기 패시베이션층은, 세로로 이어진 줄무늬 모양으로 식각(etching)될 수 있다.In one embodiment, the passivation layer may be etched into a vertically connected stripe shape.
일 실시예에서, 상기 패시베이션층은, 적어도 하나 이상의 줄무늬 모양으로 식각(etching)될 수 있다.In one embodiment, the passivation layer may be etched into at least one stripe shape.
일 실시예에서, 상기 패시베이션층은, 상기 투명 전극층으로부터 상기 초격자층까지 이어져서 식각(etching)될 수 있다.In one embodiment, the passivation layer may be etched by extending from the transparent electrode layer to the superlattice layer.
일 실시예에서, 상기 패시베이션층은, 상기 투명 전극층으로부터 상기 활성층까지 이어져서 식각(etching)될 수 있다.In an embodiment, the passivation layer may be etched by extending from the transparent electrode layer to the active layer.
일 실시예에서, 상기 패시베이션층은, 상기 투명 전극층으로부터 상기 전자 차단층까지 이어져서 식각(etching)될 수 있다.In an embodiment, the passivation layer may be etched by extending from the transparent electrode layer to the electron blocking layer.
일 실시예에서, 상기 패시베이션층은, 상기 투명 전극층으로부터 상기 p형 질화물층까지 이어져서 식각(etching)될 수 있다.In an embodiment, the passivation layer may be etched by extending from the transparent electrode layer to the p-type nitride layer.
일 실시예에서, 상기 패시베이션층은, 상기 투명 전극층으로부터 상기 p+형 질화물층까지 이어져서 식각(etching)될 수 있다.In an embodiment, the passivation layer may be etched by extending from the transparent electrode layer to the p+ type nitride layer.
일 실시예에서, 상기 패시베이션층은, 등변 사다리꼴의 형태로 식각(etching)될 수 있다.In an embodiment, the passivation layer may be etched in the form of an equilateral trapezoid.
상술한 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명의 마이크로 발광 다이오드(Micro-LED)에 의해 제공되는 효과는, 첫 번째로 측벽 결함(side wall defect)에 의한 효율 감소를 측벽 패시베이션(side wall passivation)을 통해 줄일 수 있고, 두 번째로, 측벽 패시베이션(side wall passivation)에 의도적으로 식각(etching)을 하여 열화(degradation)를 유도하는 패턴을 만들어 균일성(uniformity)을 향상시키는 유리한 효과가 있다.According to an aspect of the present invention described above, the effect provided by the micro-LED of the present invention is, first, the reduction in efficiency due to side wall defects is reduced by side wall passivation. Second, by intentionally etching the side wall passivation to create a pattern that induces degradation, there is an advantageous effect of improving uniformity.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem of the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 발광 다이오드의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 제 2 반도체층 측벽의 패시베이션층을 하나의 줄무늬(stripe)로 식각(etching)한 상태를 나타내는 측면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 제 2 반도체층 측벽의 패시베이션층을 복수개의 줄무늬(stripe)로 식각(etching)한 상태를 나타내는 측면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 제 2 반도체층 측벽의 패시베이션층에서 특정 층까지만 식각(etching)한 상태를 나타내는 측면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 제 2 반도체층 측벽의 패시베이션층을 등변 사다리꼴(trapezoid)로 식각(etching)한 상태를 나타내는 측면도이다.
도 6은 캐리어(carrier)가 재결합(recombination)되는 과정을 간략하게 나타내는 도면이다.
도 7은 마이크로 발광 다이오드(Micro-LED)의 크기에 따른 둘레 대 면적 비율을 나타내는 도면이다.
도 8은 열 어닐링(Thermal Annealing)의 시간에 따른 외부 양자 효율(EQE)의 변화를 나타내는 도면이다.
도 9는 마이크로 발광 다이오드(Micro LED)의 크기 변화에 따른 외부 양자 효율(EQE)의 변화를 나타내는 도면이다.
도 10은 20㎛×20㎛ 크기의 마이크로 발광 다이오드(Micro LED)의 외부 양자 효율(EQE)의 변화를 나타내는 도면이다.
도 11은 20㎛×20㎛ 크기의 마이크로 발광 다이오드(Micro LED)의 전압과 전류 밀도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 12는 마이크로 발광 다이오드(Micro-LED)의 크기에 따른 전류 밀도와 밝기의 관계를 나타내는 도면이다.
도 13은 측벽 식각(side wall etching)에 따른 결함(defect)의 영향의 변화를 나타내는 도면이다.1 is a cross-sectional view showing the structure of a micro light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
2 is a side view illustrating a state in which a passivation layer on a sidewall of a second semiconductor layer is etched into a single stripe according to an exemplary embodiment.
3 is a side view illustrating a state in which a passivation layer on a sidewall of a second semiconductor layer is etched with a plurality of stripes according to an exemplary embodiment.
4 is a side view illustrating a state in which only a specific layer is etched from a passivation layer of a sidewall of a second semiconductor layer according to an exemplary embodiment.
5 is a side view illustrating a state in which a passivation layer on a sidewall of a second semiconductor layer is etched in an equilateral trapezoid according to an exemplary embodiment.
6 is a diagram schematically illustrating a process in which a carrier is recombined.
7 is a diagram showing a circumference-to-area ratio according to the size of a micro-light emitting diode (Micro-LED).
FIG. 8 is a diagram showing a change in external quantum efficiency (EQE) over time of thermal annealing.
9 is a diagram showing a change in external quantum efficiency (EQE) according to a size change of a micro light emitting diode (Micro LED).
10 is a diagram showing changes in external quantum efficiency (EQE) of a micro light emitting diode (Micro LED) having a size of 20 μm×20 μm.
11 is a diagram showing the relationship between voltage and current density of a micro light emitting diode (Micro LED) having a size of 20 μm×20 μm.
12 is a diagram showing a relationship between current density and brightness according to the size of a micro-LED.
13 is a diagram illustrating a change in the influence of a defect due to side wall etching.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The detailed description of the present invention to be described below refers to the accompanying drawings, which illustrate specific embodiments in which the present invention may be practiced. These embodiments are described in detail sufficient to enable a person skilled in the art to practice the present invention. It is to be understood that the various embodiments of the present invention are different from each other, but need not be mutually exclusive. For example, certain shapes, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the present invention in relation to one embodiment. In addition, it is to be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, the detailed description to be described below is not intended to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, if properly described, is limited only by the appended claims, along with all scopes equivalent to those claimed by the claims. Like reference numerals in the drawings refer to the same or similar functions over several aspects.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 발광 다이오드의 구조를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the structure of a micro light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 마이크로 발광 다이오드(10, Micro-LED)는 기판(110), n형 금속 전극(130), p형 금속 전극(150), 반사체(170) 제 1 반도체층(200) 및 제 2 반도체층(300)을 포함하는 구조임을 알 수 있다.Referring to FIG. 1, a micro
마이크로 발광 다이오드(10, Micro-LED)는 C-플랜 Ⅲ족 질화물 발광 다이오드(C-plane Ⅲ-Nitride LED)일 수 있다. C-플랜 Ⅲ족 질화물 발광 다이오드(C-plane Ⅲ-Nitride LED)의 구조는 굴곡 패턴을 형성한 기판(110)에 화학 증착법(CVD, chemical vapor deposition)을 이용하여 제작할 수 있다.The micro
이 때, 굴곡 패턴을 형성한 기판(110)의 원료는 사파이어가 주로 사용되며, 사파이어를 사용하여 제작한 경우 패턴화된 사파이어 기판(110, PSS, patterned sapphire substrates)이라고 한다. In this case, sapphire is mainly used as a raw material for the
화학 증착법(CVD)은 주로 유기금속 화학 증착법(MOCVD, metalorganic chemical vapor deposition)을 사용할 수 있다.The chemical vapor deposition method (CVD) may mainly use metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD).
패턴화된 사파이어 기판(110) 상부에는 제 1 반도체층(200)이 증착되고, 제 1 반도체층 상부에는 제 2 반도체층(300)이 증착될 수 있다.A
제 1 반도체층(200)은 기판(110) 상부에 위치하며, 템플릿 층(210) 및 n형 질화물층(230)을 포함할 수 있다.The
템플릿 층(210)은 의도하지 않게 도핑된 질화물층(Unintentionally doped GaN template layer)이다.The
n형 질화물층(230)은 규소(Si)로 도핑된 n 질화물층(n-GaN layer)이며, 두께는 4 ㎛일 수 있다.The n-
제 2 반도체층(300)은 제 1 반도체층(200) 상부에 위치하며, 초격자층(310), 활성층(320), 전자 차단층(330), p형 질화물층(340), p+형 질화물층(350) 및 투명 전극층(360)을 포함할 수 있다.The
초격자층(310)은 제 1 반도체층(200)의 n형 질화물층(230) 상부에 위하며, 질화 갈륨(GaN) 및 질화 인듐 갈륨(AlGaN)으로 만든 30주기의 규소(Si)로 도핑될 수 있으며, 두께는 20 ㎚일 수 있다.The
활성층(320)은 상기 초격자층(310) 상부에 위치하며, 질화 인듐 갈륨 우물(InGaN well)과 질화 갈륨 배리어(GaN barrier)를 포함하는 복수개의 다중 양자 우물(multiple quantum well)을 구성될 수 있다.The
이때, 질화 인듐 갈륨 우물(InGaN well)의 두께는 2.4㎚일 수 있고, 질화 갈륨 배리어(GaN barrier)의 두께는 22㎚일 수 있으며, 다중 양자 우물(multiple quantum well)의 개수는 6개일 수 있다.In this case, the thickness of the indium gallium nitride well (InGaN well) may be 2.4 nm, the thickness of the gallium nitride barrier (GaN barrier) may be 22 nm, and the number of multiple quantum wells may be 6 .
22㎚의 질화 갈륨 배리어(GaN barrier) 중에서 3㎚는 질화 인듐 갈륨(InGaN)과 같은 온도에서 성장시키고, 나머지 19㎚는 50°C 더 높은 온도에서 성장시킨다. 성장 과정을 반복하여 질화 갈륨 배리어(GaN barrier)와 질화 인듐 갈륨 우물(InGaN well)을 만들 수 있다.Among the 22 nm gallium nitride barrier (GaN barrier), 3 nm is grown at the same temperature as indium gallium nitride (InGaN), and the remaining 19 nm is grown at 50°C higher temperature. By repeating the growth process, a gallium nitride barrier and an indium gallium nitride well can be made.
양자 우물(Quantum well)은 효율을 높이기 위한 것이며, 밴드 갭(Band gap)이 큰 직접 밴드 갭(direct band gap) 물질 사이에 밴드 갭(band gap)이 작은 직접 밴드 갭(direct band gap)물질이 들어간 구조로 만들 수 있다. 이때, 밴드 갭(Band gap)이 큰 직접 밴드 갭(direct band gap) 물질과 밴드 갭(band gap)이 작은 직접 밴드 갭(direct band gap) 물질의 격자 상수(lattice constant)는 가능한 한 같아야 사용할 수 있다.Quantum wells are intended to increase efficiency, and direct band gap materials with small band gaps are used between direct band gap materials with large band gaps. It can be made into a recessed structure. In this case, the lattice constant of the direct band gap material with a large band gap and the direct band gap material with a small band gap must be the same as possible. have.
전자 차단층(330)은 활성영역 외부로 캐리어(carrier)의 이탈을 감소시키기 위한 것으로 구속층-활성층 계면에 위치한 높은 밴드갭 에너지를 가지는 영역이다The
전자 차단층(330)은 상기 활성층(320) 상부에 위치하며, 마그네슘으로 도핑된 질화 알루미늄 갈륨(Mg-doped AlGaN)이 증착될 수 있으며, 두께는 26㎚일 수 있다.The
p형 질화물층(340)은 상기 전자 차단층(330) 상부에 위치하며, 마그네슘으로 도핑된 p형 질화물층(Mg-doped p-GaN layer)이다.The p-
p+형 질화물층(350)은 p형 질화물층(340) 상부에 위치하며, 마그네슘(Mg)으로 도핑된 p+형 질화물층(Mg-doped p+-GaN layer)이다.The p+-
투명 전극층(360)은 빛의 투과와 오믹 p형 접촉(ohmic p-contact)을 위한 구성이다.The
투명 전극층(360)은 p+형 질화물층 상부에 위치하며, 인듐 주석 산화물(ITO)을 전자-빔 증착법(electron -beam evaporation)을 사용하여 증착시킬 수 있으며, 두께는 110㎚일 수 있다. The
반사체(170)를 증착시키기 전에, 반응성-이온 식각(RIE, reactive-ion etching)을 사용하여 투명 전극층(360)과 n형 질화물층(230)까지 식각(etching)하고, 반사체(170)를 을 이온-빔 증착법(ion-beam deposition)으로 증착시킬 수 있다.Before depositing the
반사체(170)는 430㎚ ~ 450㎚의 파장 범위의 청색광(Blue light)에서 95.5%의 반사율을 갖는 전방위 반사경(ODR, omnidirectional reflector)이다.The
또한, 반사체(170)는 금속 절연층(metal isolation dielectric layer)으로 n형 접촉(p-contact) 및 p형 접촉(p-contact)을 분리할 수 있고, 금속 층(metal layer)에서의 빛의 반사를 향상시킬 수 있다.In addition, the
반사체(170)는 이산화 규소(SiO2), 오산화 탄탈럼(Ta2O5)과 그 위로 산화 알루미늄(Al2O3)이 캡핑층(capping layer)으로 형성될 수 있다. The
전자-빔 증착법(E-beam evaporation)으로 700㎚의 알루미늄(Al), 100㎚의 니켈(Ni) 및 700㎚의 금(Au)의 금속 전극(metal contact)을 증착시킬 수 있다.Metal contacts of 700 nm of aluminum (Al), 100 nm of nickel (Ni), and 700 nm of gold (Au) may be deposited by E-beam evaporation.
도 2는 일 실시예에 따른 마이크로 발광 다이오드의 제 2 반도체층 측벽의 패시베이션층을 식각(etching)한 상태를 나타내는 측면도이다.FIG. 2 is a side view illustrating a state in which a passivation layer on a sidewall of a second semiconductor layer of a micro light emitting diode is etched according to an exemplary embodiment.
도 2를 참조하면, 패시베이션층(400)은, 세로로 이어진 줄무늬 모양으로 식각(etching)될 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 2, it can be seen that the
패시베이션층(400)은 제 2 반도체층(300)의 일 측벽(side wall)에 증착되고, 증착된 패시베이션층(400)은 열화(degradation)를 유도하는 패턴(pattern)으로 식각(etching)될 수 있다.The
패시베이션층(400)은 마이크로 발광 다이오드(10)의 측벽(side wall)에 이산화 규소(SiO2)와 같은 절연물을 배치하여 측벽 결함(side wall defect)의 영향을 줄여 효율을 향상 시킬 수 있다.The
또한, 패시베이션층(400)은 산화 알루미늄(Al2O3)층을 배치한 후에 이산화 규소(SiO2)를 증착하여 비발광 재결합(non-radiative recombination)을 줄일 수 있다.In addition, the
패시베이션층(400)의 일부분을 마이크로 발광 다이오드(10)의 열화(degradation)를 유도하는 패턴(pattern)으로 식각(etching)하여 발광의 균일성(uniformity)을 향상시킬 수 있다.A part of the
패시베이션층(400)의 일부를 식각(etching)하면, 측벽 결함(side wall defect)의 영향의 오차를 줄일 수 있고, 줄어든 오차에 따라 마이크로 발광 다이오드(10)가 낮은 휘도에서도 더욱 균일(uniform)하게 작동할 수 있다.When a part of the
즉, 식각(etching)에 따라 효율이 감소할 수 있으나, 균일성(uniform)이 향상될 수 있으므로 양자는 상충 관계(Trade off)이다.That is, the efficiency may decrease according to etching, but the uniformity may be improved, so that both are trade off.
따라서, 측면(lateral) 부분에 마이크로-발광 다이오드(Micro-LED)를 저전류 밀도(Low current density)에서 사용할 수 있는 수준의 열화(degradation)와 각 소자의 저휘도(low luminance)에서의 균일성(Uniformity)을 식각(etching) 면적을 결정한다.Therefore, the degree of degradation that can be used at a low current density and uniformity in the low luminance of each device using a micro-light emitting diode (Micro-LED) in the lateral part (Uniformity) determines the etching area.
소자의 측면(lateral)에서의 결함(defect) 영향을 균일하게 주기 위하여 측면(lateral)에 일정하게 세로로 식각(etching)하여 측벽(Side wall) 식각(etching)을 만든다.In order to uniformly effect defects on the lateral side of the device, the side wall is etched by vertically etching uniformly on the lateral side.
측벽 패시베이션(Side wall Passivation)에 균일한 에칭(etching)을 통해 결함(defect)에 의한 영향을 키우기 때문에 소자의 효율은 열화(degradation)되지만, 결함(defect)에 의한 균일성(Uniformity)이 작아 초 저전류 밀도(Very Low current density)에서 낮은 휘도(low luminance)로 균일한 발광을 유도할 수 있게 된다.Since the effect of defects is increased through uniform etching on the side wall passivation, the efficiency of the device is degraded, but the uniformity due to defects is small. It is possible to induce uniform light emission with low luminance at a very low current density.
상술하는 패시베이션층(400)과 패시베이션층(400)의 일부를 식각(etching)한 상세한 효과는 이하에서 도 6 내지 도 13과 함께 설명하기로 한다.Detailed effects of etching the
도 3은 일 실시예에 따른 제 2 반도체층 측벽의 패시베이션층을 복수개의 줄무늬로 식각(etching)한 상태를 나타내는 측면도이다.3 is a side view illustrating a state in which a passivation layer of a sidewall of a second semiconductor layer is etched into a plurality of stripes according to an exemplary embodiment.
도 3a를 참조하면, 패시베이션층(400)은 2개의 줄무늬 모양으로 식각(etching)될 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 3A, it can be seen that the
도 3b를 참조하면, 패시베이션층(400)은 3개의 줄무늬 모양으로 식각(etching)될 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 3B, it can be seen that the
도 4는 일 실시예에 따른 제 2 반도체층 측벽의 패시베이션층에서 특정 층까지만 식각(etching)한 상태를 나타내는 측면도이다.4 is a side view illustrating a state in which only a specific layer is etched from a passivation layer of a sidewall of a second semiconductor layer according to an exemplary embodiment.
도 4a를 참조하면, 패시베이션층(400)은 투명 전극층(360)으로부터 초격자층(310)까지 이어져서 식각(etching)될 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 4A, it can be seen that the
도 4b를 참조하면, 패시베이션층(400)은 투명 전극층(360)으로부터 활성층(320)까지 이어져서 식각(etching)될 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 4B, it can be seen that the
도 4c를 참조하면, 패시베이션층(400)은 투명 전극층(360)으로부터 전자 차단층(330)까지 이어져서 식각(etching)될 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 4C, it can be seen that the
도 4d를 참조하면, 패시베이션층(400)은 투명 전극층(360)으로부터 p형 질화물층(340)까지 이어져서 식각(etching)될 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 4D, it can be seen that the
도 4e를 참조하면, 패시베이션층(400)은 투명 전극층(360)으로부터 p+형 질화물층(350)까지 이어져서 식각(etching)될 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 4E, it can be seen that the
도 5는 일 실시예에 따른 제 2 반도체층 측벽의 패시베이션층을 등변 사다리꼴(isosceles trapezoid)로 식각(etching)한 상태를 나타내는 측면도이다.5 is a side view illustrating a state in which a passivation layer of a sidewall of a second semiconductor layer is etched in an isosceles trapezoid according to an exemplary embodiment.
도 5a를 참조하면, 패시베이션층(400)은, 상단이 좁은 등변 사다리꼴 (isosceles trapezoid)의 모양으로 식각(etching)될 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 5A, it can be seen that the
도 5b를 참조하면, 패시베이션층(400)은, 하단이 좁은 등변 사다리꼴 (isosceles trapezoid)의 모양으로 식각(etching)될 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 5B, it can be seen that the
도 6은 캐리어(carrier)가 재결합(recombination)되는 과정을 간략하게 나타내는 도면이다.6 is a diagram schematically illustrating a process in which a carrier is recombined.
일반적으로 발광 다이오드(LED)의 효율은 발광 재결합(Radiative recombination)과 비발광 재결합(non-radiative recombination)의 경쟁으로 결정되며, 대표적인 비발광 재결합(non-radiative recombination)으로 쇼클리-리드-홀(SRH, Shockley-Read-Hall) 재결합(recombination)과 오제 재결합(Auger recombination)이 있다.In general, the efficiency of light-emitting diodes (LEDs) is determined by competition between radiative recombination and non-radiative recombination.Shockley-Lead-Hall (SRH) is a typical non-radiative recombination. , Shockley-Read-Hall) recombination and Auger recombination.
도 6a를 참조하면, 발광 재결합(radiative recombination) 과정을 알 수 있다.Referring to FIG. 6A, a process of radiative recombination can be seen.
발광 재결합(radiative recombination)이란 캐리어가 밴드에서 밴드(band to band process)로 재결합(recombination)하면서 발생하는 에너지에 의해 결정되는 파장을 갖는 빛이 방사된다.Radiative recombination refers to light having a wavelength determined by energy generated when carriers are recombined from a band to a band (band to band process).
도 6b를 참조하면, 비발광 재결합(non-radiative recombination)의 한 종류인 오제 재결합(Auger recombination) 과정을 알 수 있다.Referring to FIG. 6B, a process of Auger recombination, which is a type of non-radiative recombination, can be seen.
오제 재결합(Auger recombination)이란 반도체 물질 내 쿨롱(coulomb) 상호작용(interaction)에 의해 전자(electron)와 정공(hole)이 재결합(recombination)되는 과정이며, 재결합(recombination)되는 전자(electron)와 정공(hole)의 에너지는 다른 전자(electron) 혹은 정공(hole)의 에너지를 높이는데 사용된다.Auger recombination is a process in which electrons and holes are recombined by coulomb interactions in a semiconductor material, and electrons and holes are recombined. The energy of (hole) is used to increase the energy of other electrons or holes.
도 6c를 참조하면, 비발광 재결합(non-radiative recombination)의 한 종류인 쇼클리-리드-홀 재결합(SRH recombination) 과정을 알 수 있다.Referring to FIG. 6C, a shockley-lead-hole recombination process, which is a type of non-radiative recombination, can be seen.
쇼클리-리드-홀 재결합(SRH recombination)은 반도체 물질 내 결함에 의해 전자(electron)와 정공(hole)이 재결합(recombination)하는 과정이며, 전자(electron)와 정공(hole)의 에너지는 재결합(recombination) 과정에서 열에너지 형태로 방출되어 효율을 떨어트린다.Shockley-lead-hole recombination (SRH recombination) is a process in which electrons and holes are recombined by defects in a semiconductor material, and the energy of electrons and holes is recombination. ) During the process, it is released in the form of heat energy, reducing efficiency.
이때, 일반적으로 트랩 층(trap layer) 등이 비발광 재결합 중심(non-radiative recombination center)으로 작용한다.At this time, in general, a trap layer or the like acts as a non-radiative recombination center.
도 7은 마이크로 발광 다이오드(Micro-LED)의 크기에 따른 둘레 대 면적 비율을 나타내는 도면이다.7 is a diagram showing a circumference-to-area ratio according to the size of a micro-LED.
도 7을 참조하면, 마이크로 발광 다이오드(10, Micro-LED)의 크기에 따라 둘레(perimeter), 면적(area) 및 둘레(perimeter) 대 면적(area)의 비율을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, a perimeter, an area, and a ratio of a perimeter to an area can be known according to the size of the micro-LED 10.
둘레(perimeter) 대 면적(area)의 비율은 둘레(perimeter)를 면적(area)으로 나눈 값이며, 둘레(perimeter)가 줄어듦에 따라 면적은 지수적으로 감소하기 때문에 둘레(perimeter) 대 면적(area) 비율은 증가하는 것을 알 수 있다.The ratio of perimeter to area is calculated by dividing the perimeter by the area, and as the perimeter decreases, the area decreases exponentially, so the perimeter to area ) You can see that the rate increases.
100㎛×100㎛의 경우 비율이 0.04이나, 둘레(perimeter)가 1/10로 줄어는 10㎛×10㎛ 의 경우 비율이 0.4가 된다.In the case of 100 µm × 100 µm, the ratio is 0.04, but in the case of 10 µm × 10 µm in which the perimeter is reduced to 1/10, the ratio is 0.4.
둘레(perimeter) 대 면적(area) 비율이 의미하는 바는 마이크로 발광 다이오드(10, Micro-LED)의 크기가 작아질수록 둘레(perimeter) 부분이 차지하는 비율이 커지는 것을 의미한다.The meaning of the perimeter-to-area ratio means that the smaller the size of the micro-LEDs 10, the larger the ratio occupied by the perimeter.
발광 다이오드(LED)의 효율은 전류 밀도(current density)와 발광 다이오드(LED)의 크기(size)에 의해 영향을 받을 수 있다.The efficiency of the light emitting diode (LED) may be affected by the current density and the size of the light emitting diode (LED).
우선, 고전류 밀도(high current density)에서는 크기(size)에 상관없이 효율(efficiency)이 일정하다.First, in high current density, the efficiency is constant regardless of the size.
그러나, 저전류 밀도(low current density)에서는 크기(size)에 작아짐에따라 효율을 감소시키는 비발광 재결합(non-radiative recombination)의 종류가 달라질 수 있다.However, at a low current density, the type of non-radiative recombination that reduces efficiency may vary as the size decreases.
일반적인 크기(size)를 가진 발광 다이오드(LED)의 효율은 비발광 재결합(non-radiative recombination)인 오제 재결합(Auger recombination)으로 인해 효율이 감소하는 것이 지배적이다. The efficiency of a light emitting diode (LED) having a general size is dominated by a decrease in efficiency due to Auger recombination, which is a non-radiative recombination.
그러나, 발광 다이오드(LED)의 크기(size)가 작아짐에 따라 측벽 결함(side wall defect)의 영향을 받는 쇼클리-리드-홀 재결합(SRH-recombination)에 의해 효율이 감소하게 된다.However, as the size of the light emitting diode (LED) becomes smaller, the efficiency decreases due to shockley-lead-hole recombination, which is affected by side wall defects.
공정 과정 중 가장자리(edge)에서는 크리스털 격자(crystal lattice)의 주기성에 대한 작은 변화가 일어나게 되어 측벽 결함(side-wall defect)이 발생한다. A small change in the periodicity of the crystal lattice occurs at the edge during the process, resulting in a side-wall defect.
측벽 결함(side-wall defect)에 의해 발생한 반도체 갭(semiconductor gap)이 전자 상태(electronic states)를 유도하여 비발광 재결합 중심(non-radiative recombination center)으로 작용하게 되어 쇼클리-리드-홀 비발광 재결합(SRH non-radiative recombination)을 유도하게 된다.The semiconductor gap caused by the side-wall defect induces electronic states and acts as a non-radiative recombination center, resulting in shockley-lead-hole non-luminescence recombination. (SRH non-radiative recombination) is induced.
따라서, 발광 다이오드(LED)의 크기(size)가 작아짐에 따라 메사 영역(Mesa region) 대비 측면 영역(side region)이 증가하고, 측면 영역(side region)이 증가함에 따라 측벽 결함(side wall defect)이 증가하여 쇼클리-리드-홀 비발광 재결합(SRH non-radiative recombination)이 증가하기 때문이다.Therefore, as the size of the light emitting diode (LED) decreases, the side region increases compared to the Mesa region, and side wall defects increase as the side region increases. This is because shockley-lead-hole non-radiative recombination increases.
따라서 저 전류 밀도(Low current density)에서 효율 감소의 주요 원인인 쇼클리-리드-홀 재결합(SRH-recombination)을 줄여야 한다.Therefore, it is necessary to reduce the shockley-lead-hole recombination (SRH-recombination), which is the main cause of efficiency reduction at low current density.
쇼클리-리드-홀 재결합(SRH-recombination)을 줄이기 위해 측벽(side wall)에서 비발광 재결합 중심(non-radiative recombination center)으로 작용하는 측벽 결함(side wall defect)의 영향을 줄이는 대표적인 방법이 2가지가 있다.There are two representative ways to reduce the impact of side wall defects that act as non-radiative recombination centers at the side walls to reduce shockley-lead-hole recombination (SRH-recombination). There is.
측벽 결함(side wall defect)의 영향을 줄이는 첫 번째 방법은, 측벽 패시베이션(side wall Passivation)이란, 마이크로-발광 다이오드(Micro-LED)의 측벽(side wall)에 이산화 규소(SiO2)와 같은 절연물을 패시베이션층(400)로 배치하여 결함(defect)의 영향을 줄이는 방법이다.The first way to reduce the effect of side wall defects is side wall passivation, an insulating material such as silicon dioxide (SiO 2 ) on the side wall of a micro-LED. This is a method of reducing the influence of defects by disposing them as the
이때, 앞서 도 1 내지 도 4와 함께 설명한 패시베이션층(400)은 측벽 패시베이션(side wall Passivation)을 의미한다.In this case, the
측벽 패시베이션(side wall Passivation)의 공정 과정은 마이크로-발광 다이오드(10, Micro-LED) 제작 과정(fabrication process)에서 금속 전극(130, 150)을 증착하기 전에 추가할 수 있다. The side wall passivation process may be added before depositing the
이때, 마이크로-발광 다이오드(Micro-LED)의 식각(etching) 방법과 증착 방법에 따라 소형 마이크로-발광 다이오드(small size Micro-LED)의 효율이 달라질 수 있다.At this time, the efficiency of the small size Micro-LED may vary according to the etching method and the deposition method of the micro-light-emitting diode (Micro-LED).
측벽 패시베이션(side wall Passivation)을 증착하는 대표적인 방법으로 원자층 증착법(ALD, Atomic layer deposition)과 이중 유전체 패시베이션(double dielectric Passivation)방법이 있다.Representative methods of depositing side wall passivation include atomic layer deposition (ALD) and double dielectric passivation.
원자층 증착법(ALD)의 경우 증착 속도가 매우 느리지만, 정확하고 균일하게 증착할 수 있다. In the case of the atomic layer deposition method (ALD), the deposition rate is very slow, but it can be deposited accurately and uniformly.
마이크로-발광 다이오드(10, Micro-LED)의 측벽 패시베이션층(400)패시베이션(Side wall Passivation)의 두께는 50㎚의 수준으로 매우 얇기 때문에 측벽 패시베이션(Side wall Passivation)을 위해 원자층 증착법(ALD)을 사용할 수 있다. The thickness of the side
다른 패시베이션(Passivation) 방법은 이중 유전체 패시베이션(double dielectric Passivation) 방법이다. Another passivation method is a double dielectric passivation method.
이중 유전체 패시베이션(double dielectric Passivation) 방법은 이산화 규소층(SiO2 Layer) 이전에 산화 알루미늄층(Al2O3 Layer)을 배치하여 더욱 효과적인 패시베이션(Passivation)에 의해 비발광 재결합(non-radiative recombination)을 줄일 수 있고, 식각된 표면(etched surface)에서 방출되는 빛을 재흡수하여 발광 다이오드(LED) 자체의 효율을 높일 수 있다.The double dielectric passivation method is a non-radiative recombination through more effective passivation by placing an aluminum oxide layer (Al 2 O 3 layer) before the silicon dioxide layer (SiO 2 layer). It can reduce the light emitting diode (LED) itself by reabsorbing light emitted from the etched surface (etched surface) can increase the efficiency.
마이크로-발광 다이오드(Micro-LED)의 대표적인 식각(etch) 방법으로는 습식 식각(Wet etch)가 있다.A representative etching method of a micro-light-emitting diode (Micro-LED) is wet etch.
습식 식각(wet etching)는 목표 금속만을 부식 용해하는 성질을 가지는 액체의 약품을 사용하는 식각(etching)이며, 주로 사용하는 액체는 불산(HF, hydrofluoric acid)를 사용한다.Wet etching is etching using a liquid chemical that has the property of corrosively dissolving only the target metal, and hydrofluoric acid (HF) is mainly used as a liquid.
측벽 패시베이션(Side wall Passivation)은 결함(defect)에 의해 발생되는 쇼클리-리드-홀 재결합(SRH-recombination)을 줄임으로써 누설 전류(leakage current)를 영향을 줄이고, 외부 양자 효율(EQE)을 향상시킬 수 있다. Side wall passivation reduces the impact of leakage current and improves external quantum efficiency (EQE) by reducing the shockly-lead-hole recombination (SRH-recombination) caused by defects. I can.
도 8은 열 어닐링(Thermal Annealing)의 시간에 따른 외부 양자 효율(EQE)의 변화를 나타내는 도면이다.FIG. 8 is a diagram showing a change in external quantum efficiency (EQE) over time of thermal annealing.
측벽 결함(side wall defect)의 영향을 줄이는 두 번째 방법은, 열 어닐링(Thermal annealing)이다.A second way to reduce the effects of side wall defects is thermal annealing.
열 어닐링(Thermal Annealing)의 경우 어닐링(Annealing) 시간이 길어질수록 일부분의 측벽 결함(Side wall defects)이 회복되고, 저전류 밀도(low current density)에서의 마이크로-발광 다이오드(Micro-LED)의 효율이 향상될 수 있다.In the case of thermal annealing, as the annealing time increases, some of the side wall defects recover, and the efficiency of the micro-LED at low current density This can be improved.
도 8a를 참조하면, 열 어닐링(Thermal Annealing)을 2분동한 수행한 경우에 마이크로 발광 다이오드(10, Micro-LED)의 크기에 따른 외부 양자 효율(EQE)을 알 수 있고, 도 8b를 참조하면, 열 어닐링(Thermal Annealing)을 3분동한 수행한 경우에 마이크로 발광 다이오드(10, Micro-LED)의 크기에 따른 외부 양자 효율(EQE)을 알 수 있다.Referring to FIG. 8A, when the thermal annealing is performed in two weights, the external quantum efficiency (EQE) according to the size of the micro
열 어닐링(Thermal Annealing)을 2분동한 수행한 경우에는 외부 양자 효율(EQE)이 0.07을 넘지 못하나, 열 어닐링(Thermal Annealing)을 3분동안 수행한 경우 0.075를 넘는 경우가 있는 것을 알 수 있다.It can be seen that the external quantum efficiency (EQE) does not exceed 0.07 when thermal annealing is performed by two weights, but there are cases in which it exceeds 0.075 when thermal annealing is performed for 3 minutes.
특히, 마이크로 발광 다이오드(10, Micro-LED)의 크기가 6㎛인 경우 외부 양자 효율(EQE)이 0.1에 다다르는 것을 알 수 있다.In particular, it can be seen that the external quantum efficiency (EQE) reaches 0.1 when the size of the micro light emitting diode 10 (Micro-LED) is 6 μm.
또한, 도 8a 및 도 8b에서 나타나는 공통적인 특징으로 마이크로 발광 다이오드(10, Micro LED)의 크기가 작아질수록 외부 양자 효율(EQE)이 높아지는 것을 알 수 있다.In addition, as a common feature shown in FIGS. 8A and 8B, it can be seen that the smaller the size of the micro
크기에 따른 외부 양자 효율(EQE)의 변화에 대해서는 이하에서 도 9와 함께 설명하기로 한다.A change in the external quantum efficiency (EQE) according to the size will be described below with reference to FIG. 9.
도 9는 마이크로 발광 다이오드(10, Micro LED)의 크기 변화에 따른 외부 양자 효율(EQE)의 변화를 나타내는 도면이고, 도 10은 20㎛×20㎛ 크기의 마이크로 발광 다이오드(Micro LED)의 외부 양자 효율(EQE)의 변화를 나타내는 도면이다.9 is a diagram showing a change in external quantum efficiency (EQE) according to a size change of a micro light-emitting
도 9 및 도 10을 참조하면, 10㎛ 크기의 마이크로 발광 다이오드(10, Micro LED)부터 500㎛ 크기의 마이크로 발광 다이오드(10, Micro LED)까지 전류 밀도(current density) 변화에 따른 외부 양자 효율(EQE)의 변화를 알 수 있다.9 and 10, the external quantum efficiency according to the change in current density ( EQE) changes.
마이크로-발광 다이오드(Micro-LED)를 이용한 마이크로-디스플레이(Micro-Display)는 전압(Voltage) 구동을 한다. A micro-display using a micro-light-emitting diode (Micro-LED) is driven by voltage.
즉, 입력 전압(input Voltage) 대비 휘도(luminance)를 조절하여 휘도(luminance)를 조절하는 원리이며, 마이크로-발광 다이오드(10, Micro-LED)는 입력 전압(input voltage)이 변화함에 따라 전류 밀도(current density)도 변화하게 된다.In other words, it is a principle of controlling luminance by controlling luminance compared to input voltage. The (current density) also changes.
소형 마이크로-발광 다이오드(small size Micro-LED)의 경우는 낮은 전류 밀도(low current density)에서 쇼클리-리드-홀 비발광 재결합(SHR non-radiative recombination)에 의해 효율이 급격하게 감소하게 된다.In the case of a small size Micro-LED, the efficiency is drastically reduced by the shockley-lead-hole non-radiative recombination at low current density.
초소형 마이크로-발광 다이오드(very small size Micro-LED)의 경우 전류 밀도(current density)가 작은 경우 측벽 결함(Side wall defect)에 의한 영향이 매우 크기 때문에 주입된 캐리어(carrier)가 결함(defect)에서 비발광 재결합(non-radiative recombination)으로 소실되어 발광 재결합(radiative recombination)을 하지 못하게 되므로 빛을 거의 내지 못한다. In the case of a very small size Micro-LED, when the current density is small, the influence of the side wall defect is very large, so the injected carrier is not affected by the defect. Since it is lost due to non-radiative recombination, it is impossible to perform radiative recombination, so it hardly emits light.
따라서 일정 이상의 입력 전압(input voltage)를 주입하여 전류 밀도(current density)를 올리게 되는데, 이때 각 소자마다 선형(Linear) 휘도(luminance)의 시작점이 달라지면 균일성(uniformity)이 나빠져서 디스플레이(Display)로 사용하기에 문제가 될 수 있다.Therefore, the current density is increased by injecting an input voltage above a certain level. At this time, if the starting point of the linear luminance is different for each element, the uniformity deteriorates and the display becomes a display. It can be a problem to use.
도 11은 20㎛×20㎛ 크기의 마이크로 발광 다이오드(10, Micro LED)의 전압과 전류 밀도의 관계를 나타내는 도면이고, 도 12는 마이크로 발광 다이오드(Micro-LED)의 크기에 따른 전류 밀도와 밝기의 관계를 나타내는 도면이다.FIG. 11 is a diagram showing the relationship between voltage and current density of a micro light emitting diode 10 (Micro LED) having a size of 20 μm×20 μm, and FIG. 12 is a current density and brightness according to the size of the micro light emitting diode (Micro-LED). It is a diagram showing the relationship of.
도 11 및 도 12를 참조하면, 마이크로 발광 다이오드(Micro LED)에서 전류 밀도(current density) 변화에 따른 외부 양자 효율(EQE)의 일정성을 알 수 있다.Referring to FIGS. 11 and 12, it can be seen the constant of external quantum efficiency (EQE) according to a change in current density in a micro light emitting diode (Micro LED).
패시베이션(Passivation)을 하더라도 결함(defect)에 의한 영향이 존재하기 때문에 저전류 밀도(Low current density)에서 외부 양자 효율(EQE)이 균일하지 않게 된다.Even if passivation is performed, the external quantum efficiency (EQE) is not uniform at a low current density because there is an influence due to a defect.
균일하지 않은 외부 양자 효율(EQE)의 영향으로 저전류 밀도(Low current density)에서의 휘도(luminance) 조절이 어렵게 된다.Due to the influence of non-uniform external quantum efficiency (EQE), it is difficult to control luminance at a low current density.
효율의 차이는 결함(defect)에 의한 비발광 재결합(non-radiative recombination)의 영향이 존재할 때 결함(defect)에 의한 손실에 비해 발광 재결합(radiative recombination)으로써 작용할 캐리어(Carrier)의 수가 부족하기 때문에 발생하는 것이다. The difference in efficiency is because the number of carriers that will act as radial recombination is insufficient compared to the loss due to defect when the effect of non-radiative recombination by defect exists. It happens.
따라서 소자에 외부 양자 효율(EQE) 감소(droop)에 영향을 끼치는 가장 큰 원인인 측벽 결함(Side wall defect)에 의한 영향이 적을수록 외부 양자 효율(EQE)은 균일해질 수 있다.Therefore, as the influence of the side wall defect, which is the most important cause of the external quantum efficiency (EQE) drop, on the device is less, the external quantum efficiency (EQE) can be uniform.
측벽 결함(Side wall defect)에 의한 영향을 조절할 수 있다면 마이크로-발광 다이오드(Micro-LED)는 낮은 휘도(luminance)에서도 균일하게 작동할 수 있게 될 것이다.If the influence of side wall defects can be controlled, the Micro-LED will be able to operate evenly at low luminance.
도 13은 측벽 식각(side wall etching)에 따른 결함(defect)의 영향의 변화를 나타내는 도면이다.13 is a diagram showing a change in the influence of a defect due to side wall etching.
도 13을 참조하면, 메사 식각(Mesa etching)에 의한 표본의 결함(defect)들 간의 오차가 1% 또는 2%라고 가정하고, 패시베이션(Passivation) 이후의 결함(defect)에 의한 효율 감소가 균일하게 줄어드는 것으로 가정한 경우 결함(defect)의 오차에 따른 불균일성이 감소하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 13, it is assumed that an error between defects of a sample by Mesa etching is 1% or 2%, and efficiency reduction due to defects after passivation is uniform. If it is assumed that it is reduced, it can be seen that the non-uniformity due to the error of the defect decreases.
단순히 측벽 패시베이션(Side wall Passivation)만을 한 경우에는 표본에서 결함(defect)에서 발생하는 오차에 따른 불균일성은 1% 또는 2%로 유지된다. In the case of simply performing side wall passivation, the non-uniformity due to errors occurring in defects in the sample is maintained at 1% or 2%.
그러나, 측벽 패턴(Side wall Pattern)으로 식각(etching)된 부분으로 누설 전류(leakage current)로 인해 결함(defects)과 댕글링 결합(dangling bonds)에 의한 균일한 열화(degradation)를 유도하면 불균일성이 감소하는 것을 알 수 있다.However, if a portion etched with a side wall pattern induces uniform degradation due to defects and dangling bonds due to leakage current, non-uniformity is caused. It can be seen that it decreases.
초저전류 밀도(super low current density)의 경우 패시베이션 처리를 하면 결함(defect)이 10000에서 1000으로 10%가 감소하지만, 오차는 여전히 1% 또는 2%로 유지된다.In the case of super low current density, the passivation treatment reduces the defect by 10% from 10000 to 1000, but the error is still maintained at 1% or 2%.
그러나, 측벽(side wall)을 식각(etching)하면 결함(defects)이 1000이 증가하지만, 오차는 그의 절반인 0.5% 또는 1%로 감소하는 것을 알 수 있다.However, it can be seen that when the side wall is etched, the defects increase by 1000, but the error decreases to 0.5% or 1%, which is half of that.
저전류 밀도(low current density)의 경우 패시베이션 처리를 하면 결함(defect)이 10000에서 5000으로 50%가 감소하지만, 오차는 여전히 1% 또는 2%로 유지된다.In the case of low current density, the passivation treatment reduces the defect by 50% from 10000 to 5000, but the error is still maintained at 1% or 2%.
그러나, 측벽(side wall)을 식각(etching)하면 결함(defects)이 1000이 증가하지만, 오차는 0.833% 또는 1.666%로 다소 감소하는 것을 알 수 있다.However, it can be seen that when the side wall is etched, the defects increase by 1000, but the error slightly decreases to 0.833% or 1.666%.
이러한 원리에 의해 패시베이션(Passivation)에 의해 원래 결함(defect)의 영향이 줄어드는 정도에 따라 오차율을 줄일 수 있다.According to this principle, the error rate can be reduced according to the degree to which the influence of the original defect is reduced by passivation.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to embodiments, those skilled in the art will understand that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. I will be able to.
10: 마이크로 발광 다이오드
110: 기판(substrates)
130: n형 금속 전극
150: p형 금속 전극
170: 반사체
200: 제 1 반도체층
210: 템플릿 층
230: n형 질화물층
300: 제 2 반도체층
310: 초격자층
320: 활성층
330: 전자 차단층
340: p형 질화물층
350: p+형 질화물층
360: 투명 전극층
400: 패시베이션층10: micro light emitting diode
110: substrates
130: n-type metal electrode
150: p-type metal electrode
170: reflector
200: first semiconductor layer
210: template layer
230: n-type nitride layer
300: second semiconductor layer
310: super lattice layer
320: active layer
330: electron blocking layer
340: p-type nitride layer
350: p+ type nitride layer
360: transparent electrode layer
400: passivation layer
Claims (13)
상기 기판 상부에 위치하며, 질화물이 증착된 제 1 반도체층;
상기 제 1 반도체층 상부에 위치하며, 질화물이 복수 개의 층으로 증착되어 발광하는 제 2 반도체층; 및
상기 제 2 반도체층의 측벽에 증착된 절연 물질을 포함하며, 식각에 의해 일측에 특정 패턴이 형성되어 있는 패시베이션층;을 포함하되,
상기 패시베이션층에 형성되어 있는 특정 패턴은 세로로 이어진 줄무늬 모양인 것을 특징으로 하는, 마이크로 발광 다이오드.
Board;
A first semiconductor layer on the substrate and on which nitride is deposited;
A second semiconductor layer positioned on the first semiconductor layer and emitting light by depositing a plurality of nitride layers; And
A passivation layer including an insulating material deposited on a sidewall of the second semiconductor layer and having a specific pattern formed on one side thereof by etching,
The specific pattern formed on the passivation layer is a micro light emitting diode, characterized in that it has a vertical stripe shape.
상기 기판 상부에 위치하며, 질화 갈륨(GaN)이 도핑된 템플릿층; 및
상기 템플릿층 상부에 위치하며, 규소(Si)로 도핑된 n형 질화 갈륨(n-GaN)이 증착된 n형 질화물층;을 포함하는 마이크로 발광 다이오드.
The method of claim 1, wherein the first semiconductor layer,
A template layer positioned on the substrate and doped with gallium nitride (GaN); And
An n-type nitride layer on which an n-type gallium nitride (n-GaN) doped with silicon (Si) is deposited and disposed on the template layer.
상기 제 1 반도체층 상부에 위치하며, 질화 갈륨(GaN) 및 질화 인듐 갈륨(AlGaN)으로 만든 30주기의 규소로 도핑된 초격자층;
상기 초격자층 상부에 위치하며, 질화 인듐 갈륨(AlGaN) 우물과 질화 갈륨(GaN) 배리어를 포함하는 복수개의 다중 양자 우물을 포함하는 활성층;
상기 활성층 상부에 위치하며, 마그네슘(Mg)으로 도핑된 질화 알루미늄 갈륨(AlGaN)이 증착된 전자 차단층;
상기 전자 차단층 상부에 위치하며, 마그네슘(Mg)으로 도핑된 p형 질화 갈륨(p-GaN)이 증착된 p형 질화물층;
상기 p형 질화물층 상부에 위치하며, 마그네슘(Mg)으로 도핑된 p+형 질화 갈륨(p+-GaN)이 증착된 p+형 질화물층; 및
상기 p+형 질화물층 상부에 위치하며, 인듐 주석 산화물(ITO)이 증착된 투명 전극층;을 포함하는 마이크로 발광 다이오드.
The method of claim 1, wherein the second semiconductor layer,
A superlattice layer doped with silicon of 30 cycles made of gallium nitride (GaN) and indium gallium nitride (AlGaN), positioned on the first semiconductor layer;
An active layer disposed on the superlattice layer and including a plurality of multiple quantum wells including an indium gallium nitride (AlGaN) well and a gallium nitride (GaN) barrier;
An electron blocking layer disposed on the active layer and on which aluminum gallium nitride (AlGaN) doped with magnesium (Mg) is deposited;
A p-type nitride layer on which a p-type gallium nitride (p-GaN) doped with magnesium (Mg) is deposited on the electron blocking layer;
A p+-type nitride layer on which a p+-type gallium nitride (p + -GaN) doped with magnesium (Mg) is deposited on the p-type nitride layer; And
A micro light emitting diode comprising; a transparent electrode layer positioned on the p+ type nitride layer and on which indium tin oxide (ITO) is deposited.
상기 제 2 반도체층의 일측 측벽에 이산화 규소(SiO2)를 증착하여 생성하는 것을 특징으로 하는, 마이크로 발광 다이오드.
The method of claim 1, wherein the passivation layer,
A micro light-emitting diode, characterized in that produced by depositing silicon dioxide (SiO 2 ) on one sidewall of the second semiconductor layer.
산화 알루미늄(Al2O3)층을 배치한 후, 이산화 규소(SiO2)를 증착하여 생성하는 것을 특징으로 하는, 마이크로 발광 다이오드.
The method of claim 1, wherein the passivation layer,
After the aluminum oxide (Al 2 O 3 ) layer is disposed, silicon dioxide (SiO 2 ) is deposited to generate a micro light-emitting diode.
적어도 하나 이상의 줄무늬 모양인 것을 특징으로 하는, 마이크로 발광 다이오드.
The method of claim 1, wherein the specific pattern of the passivation layer,
Micro light-emitting diode, characterized in that at least one stripe shape.
상기 투명 전극층으로부터 상기 초격자층까지 이어져서 형성되는 것을 특징으로 하는, 마이크로 발광 다이오드.
The method of claim 1, wherein the specific pattern of the passivation layer,
Micro light-emitting diode, characterized in that formed by extending from the transparent electrode layer to the super lattice layer.
상기 투명 전극층으로부터 상기 활성층까지 이어져서 형성되는 것을 특징으로 하는, 마이크로 발광 다이오드.
The method of claim 1, wherein the specific pattern of the passivation layer,
Micro light-emitting diode, characterized in that formed by extending from the transparent electrode layer to the active layer.
상기 투명 전극층으로부터 상기 전자 차단층까지 이어져서 형성되는 것을 특징으로 하는, 마이크로 발광 다이오드.
The method of claim 1, wherein the specific pattern of the passivation layer,
Micro light-emitting diode, characterized in that formed by extending from the transparent electrode layer to the electron blocking layer.
상기 투명 전극층으로부터 상기 p형 질화물층까지 이어져서 형성되는 것을 특징으로 하는, 마이크로 발광 다이오드.
The method of claim 1, wherein the specific pattern of the passivation layer,
A micro light-emitting diode, characterized in that it is formed by extending from the transparent electrode layer to the p-type nitride layer.
상기 투명 전극층으로부터 상기 p+형 질화물층까지 이어져서 형성되는 것을 특징으로 하는, 마이크로 발광 다이오드.
The method of claim 1, wherein the specific pattern of the passivation layer,
A micro light emitting diode, characterized in that it is formed by extending from the transparent electrode layer to the p+ type nitride layer.
등변 사다리꼴의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는, 마이크로 발광 다이오드.
The method of claim 1, wherein the specific pattern of the passivation layer,
Micro light-emitting diode, characterized in that formed in the form of an equilateral trapezoid.
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