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KR100696353B1 - 발광 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

발광 소자 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR100696353B1
KR100696353B1 KR1019990029898A KR19990029898A KR100696353B1 KR 100696353 B1 KR100696353 B1 KR 100696353B1 KR 1019990029898 A KR1019990029898 A KR 1019990029898A KR 19990029898 A KR19990029898 A KR 19990029898A KR 100696353 B1 KR100696353 B1 KR 100696353B1
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light emitting
conductive
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conductivity type
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고지마시게루
시라이가쯔야
모리요시후미
도다아쯔시
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소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

본 발명은 발광 효율이 높고, 재료의 선택 범위가 넓고, 대면적의 소자열을 형성할 수 있는 발광 소자와 그 제조 방법을 제공한다. 석영 유리를 포함하는 기판(11) 상에, n형 AlGaN의 비단결정체를 포함하는 n형 클래드층(12), ZnO를 포함하는 다수의 미결정(13a)을 함유하는 발광층(13), 및 p형 BN의 비단결정체를 포함하는 p형 클래드층(14)을 기술된 순서로 적층시킨다. n형 클래드층(12)과 p형 클래드층(14) 사이에, 미결정(13a) 간의 갭을 채우도록 절연층(15)을 형성하여 누설 전류를 방지시킨다. 절연층(15)은 n형 클래드층(12)의 표면을 산화시킴으로써 형성된다. 발광층(13)은 결정도가 향상된 다수의 미결정(13a)을 함유하므로, 발광 효율이 증가하고, 발광층(13), n형 클래드층(12), p형 클래드층(14) 및 기판(11)의 재료 선택 범위가 넓어져 대면적의 소자열을 형성할 수 있다.
발광 소자, 발광 다이오드, 미결정, 보조 전극, 확산 방지층, 발광층

Description

발광 소자 및 그 제조 방법{LIGHT EMITTING DEVICE AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME}
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도.
도 2는 도 1에서 도시된 발광 다이오드의 대역갭 구조 다이어그램.
도 3a 내지 3d는 도 1에서 도시된 발광 다이오드의 제조 단계를 도시하는 단면도.
도 4는 본 발명의 제2 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도.
도 5는 본 발명의 제3 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도.
도 6은 도 5에서 도시된 발광 다이오드의 대역 갭구조 다이어그램.
도 7은 본 발명의 제4 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도.
도 8은 본 발명의 제5 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도.
도 9는 본 발명의 제6 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도.
도 10은 본 발명의 제7 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도.
도 11은 본 발명의 제8 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도.
도 12는 본 발명의 제9 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도.
도 13은 본 발명의 제10 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도.
도 14는 본 발명의 제11 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도.
도 15는 도 14에서 도시된 발광 다이오드의 대역갭 구조 다이어그램.
도 16은 본 발명의 제12 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도.
도 17은 본 발명의 제13 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도.
도 18은 본 발명의 제14 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도.
도 19는 본 발명의 제15 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도.
도 20은 본 발명의 제16 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도.
도 21은 본 발명의 제17 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도.
도 22는 본 발명의 제18 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
12: 제1 도전형 클래드층
14: 제2 도전형 클래드층
13: 발광층
13a: 미결정
15:절연층
16: 제1 전극
17: 제2 전극
본 발명은 미결정(microcrystal)을 사용하는 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래부터, GaAs, GaAsP 혼정, GaAlAs 혼정, GaP 등의 반도체를 사용하는 발광 소자가 개발되어 왔다. 발광 소자는 n형 반도체층, 발광층 및 p형 반도체층이 기술된 순서로 상부에 적층되어 있는 기판을 구비하며, 순방향 바이어스 전압을 인가시키면 발광층에서 전자와 정공의 재결합에 의해 발광이 발생한다. 종래에는, n형 반도체층, 발광층, 및 p형 반도체층 각각은 단결정으로 구성되며 기판 상에 에피택셜 성장시킴으로써 형성된다. 그러므로, 기판 또한 단결정으로 구성된다.
그러나, 종래의 발광 소자에서는 n형 반도체층, 발광층, 및 p형 반도체층 각각이 단결정으로 구성되어 있으므로, 양호한 결정을 얻기 위해서는 기판과의 격자 정합 및 결정 구조의 정합이 필요하다. 또한, 에피택셜 성장을 행할 때의 조건도 매우 제한적이며, 결함을 감소시키기 위해서는 에피택셜 성장을 고온에서 행해야 한다. 따라서, 기판을 구성하는 재료가 상당히 제한적이므로, 재료를 선택하는 자유도가 낮다. 그러므로, 기판으로서 석영과 유리는 사용될 수 없어, 대면적의 소자열을 제조할 수 없다는 문제가 있다.
또한, 발광층, n형 반도체층, 및 p형 반도체층을 구성하는 재료는 기판 재료에 의해 상당히 제한되므로, 재료를 선택하는 자유도도 낮다. 따라서, 발광 파장이 제한되는 문제도 존재한다. 또한, 결함을 감소시키기 위한 이러한 수단을 강구하더라도 결함을 완전히 피할 수 없고, 결함이 비발광 중심으로서 작용하여 발광 효율이 감소 또는 저하되는 문제도 존재한다.
본 발명은 상기한 문제점들을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 고 발광 효율, 광범위한 재료 선택 및 대면적의 소자열을 형성할 수 있는 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 발광 소자는 제1 도전형층, 제2 도전형층, 및 제1 도전형층과 제2 도전형층 사이에 형성되고 반도체를 갖는 다수의 미결정을 함유하는 미결정층을 포함한다.
본 발명에 따른 다른 발광 소자는 제1 도전형 클래드층, 제2 도전형 클래드층, 및 제1 도전형 클래드층과 제2 도전형 클래드층 사이에 형성되고 다수의 미결정을 함유하는 발광층, 및 제1 도전형 클래드층과 제2 도전형 클래드층 사이에 형성되고 발광층보다 두께가 얇은 절연층을 포함한다.
본 발명에 따른 발광 소자의 제조 방법은 제1 도전형층을 형성하는 단계와, 제1 도전형층 상에 반도체를 구비한 다수의 미결정을 함유한 미결정층을 형성하는 단계와, 미결정층을 통해 제1 도전형층 상에 제2 도전형층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 발광 소자의 다른 제조 방법은 제1 도전형 클래드층을 형성하는 단계와, 제1 도전형 클래드층 상에 다수의 미결정을 함유한 발광층을 형성하는 단계와, 제1 도전형 클래드층 상에 발광층보다 두께가 얇은 절연층을 형성하는 단계와, 발광층 및 절연층을 통해 제1 도전형 클래드층 상에 제2 도전형 클래드층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 발광 소자에서는, 제1 도전형층과 제2 도전형층 사이에 전압 을 인가할 때 미결정층의 미결정에 전류가 주입되어 발광이 일어난다. 미결정은 거의 결함이 존재하지 않아 고 효율의 발광이 발생된다.
본 발명에 따른 다른 발광 소자에서는, 제1 도전형 클래드층과 제2 도전형 클래드층 사이에 전압을 인가할 때 발광층의 미결정에 전류가 주입되어 발광이 일어난다. 미결정은 거의 결함이 존재하지 않아 고 효율의 발광이 발생된다. 제1 도전형 클래드층과 제2 도전형 클래드층 사이에 절연층이 형성되어 있으므로, 제1 도전형 클래드층과 제2 도전형 클래드층 사이에서의 누설 전류가 감소되어, 전류는 각 미결정을 통해 흐른다.
본 발명에 따른 발광 소자를 제조하는 방법에 있어서는, 제1 도전형층을 형성한 후 미결정층을 형성하고, 미결정층을 통해 제2 도전형층을 형성한다.
본 발명에 따른 발광 소자를 제조하는 다른 방법에 있어서는, 제1 도전형 클래드 층을 형성한 후 미결정층을 형성하고, 절연층을 형성한다. 그 후, 미결정층 및 절연층을 통해 제2 도전형 클래드층을 형성한다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하면서 상세히 기술하기 한다.
<제1 실시예>
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 발광 소자인 발광 다이오드(LED)의 단면 구조를 도시한 것이다. 이 발광 다이오드는 기판(11)을 포함하고, 기판의 한 표면 상에는 제1 도전형층으로서 제1 도전형 클래드층(12), 미결정층으로서 발광층(13)및 제2 도전형층으로서 제2 도전형 클래드층(14)이 기술된 순서로 적층되어 있다. 이 실시예에서는, 제1 도전형층은 n형이고, 제2 도전형층은 p형이다.
기판(11)은 예를 들어, 0.5mm의 적층 방향으로의 두께(이하, 두께라 약칭함)를 가지며, 예를 들어, 석역 유리, 실리케이트 유리 등의 유리, 결정 석영, 사파이어 등의 투명 재료를 포함한다. 기판(11)을 투명 재료로 구성함으로써, 기판(11)측으로부터 광을 취출할 수 있으므로 바람직하다. 기판(11)은 투명 재료뿐 아니라, 유리 이외의 비정질 재료를 포함할 수 있다. 기판(11)을 비정질 재료로 구성함으로써 기판(11)의 면적을 용이하게 대면적화시킬 수 있어 바람직하다.
제1 도전형 클래드층(12)은 예를 들어, 1㎛의 두께를 가지며 실리콘(Si) 등의 n형의 불순물이 첨가된 n형 AlGaN 또는 GaN을 포함한다. 제1 도전형 클래드층(12)은 그 다결정체, 그 비정질체, 다결정체와 비정질체의 복합체 등의 비단결정체를 포함한다. n형 AlGaN에서의 알루미늄의 조성은 예를 들어, 50몰% 이하이다.
발광층(13)은 예를 들어, ZnO를 포함하는 다수의 미결정(13a)을 함유한다. 여기서 미결정(13a)이란 발광할 수 있는 단결정 또는 다결정을 포함하는 미립자를 말한다. 미결정(13a)의 결정 입자의 직경(즉, 하나의 단결정의 결정 입자의 직경)은 100㎚ 이하인 것이 바람직하다. 이것은 100㎚ 이하의 직경에서 결함이 존재하지 않는 결정을 얻을 수 있기 때문이다. 미결정(13a)은 적층 방향으로 거의 1층을 형성한다.
제2 도전형 클래드층(14)은 예를 들어, 0.5㎛의 두께를 가지며 마그네슘(Mg) 등의 p형 불순물이 첨가된 p형 BN의 비단결정체, 아연(Zn) 등의 p형 불순물이 첨가 된 p형 AlN의 비단결정체를 포함한다. 즉, 이 실시예에서는, 제1 도전형 클래드층(12) 및 제2 도전형 클래드층(14) 각각은 질소(N)를 함유한 무기 반도체를 포함하고, 발광층(13)은 산소(O)를 함유한 무기 반도체를 포함한다.
제1 도전형 클래드층(12) 및 제2 도전형 클래드층(14) 사이에는 발광층(13)의 미결정(13a) 간의 갭을 채우도록 절연층(15)이 형성되어 제1 도전형 클래드층(12)과 제2 도전형 클래드층(14)의 접촉을 방지시킨다. 절연층은 예를 들어, 발광층(13)의 미결정(13a)의 입자 직경보다 작은 두께를 가지며 알루미늄(Al), 갈륨(Ga) 및 산소(O)의 화합물 또는 갈륨과 산소의 화합물을 포함한다.
기판(11)에 대향하는 측의 제1 도전형 클래드층(12) 상에 제1 전극(16)이 형성된다. 제1 전극(16)은 예를 들어, 티탄(Ti)층, 알루미늄층, 백금(Pt)층 및 금(Au)층을 기술된 순서로 제1 도전형 클래드층(12) 측으로부터 적층하고 나서, 가열 처리를 행하여 합금화함으로써 얻어지고 제1 도전형 클래드층(12)에 전기적으로 접속된 구조를 갖는다. 또한, 기판(11)의 대향측 상의 제2 도전형 클래드층(14) 상에 제2 전극(17)이 형성된다. 제2 전극(17)은 예를 들어, 니켈(Ni)층, 백금(Pt)층 및 금층을 기술된 순서로 제2 도전형 클래드층(14)의 측으로부터 적층하고 나서, 가열 처리를 행하여 합금화함으로써 얻어지고 제2 도전형 클래드층(14)에 전기적으로 접속된 구조를 갖는다. 따라서, 제1 전극(16)은 n측 전극으로서 작용하고, 제2 전극(17)은 p측 전극으로서 작용한다.
도 2는 발광 다이오드의 대역갭 구조를 도시한다. 도 2에서, 실선은 제1 도전형 클래드층(12), 발광층(13) 및 제2 도전형 클래드층(14)의 대역갭을 각각 도시 하고, 점선은 절연층(15)의 대역갭을 도시한다. 도시된 바와 같이, 발광층(13)의 대역갭은 제1 도전형 클래드층(12) 및 제2 도전형 클래드층(14)의 대역갭보다 작다. 절연층(15)의 대역갭은 발광층(13)의 대역갭보다 크다. 즉, 제2 도전형 클래드층(14)과 제1 도전형 클래드층(12) 사이에서 발광층(13)을 통해 전류가 흐른다.
제1 도전형 클래드층(12), 제2 도전형 클래드층(14) 및 절연층(15)의 대역갭은 그들을 구성하는 재료에 따라 결정되고, 발광층(13)(즉, 미결정(13a))의 대역갭은 미결정(13a)을 구성하는 재료와 그 입자 직경에 따라 결정된다. 발광층(13)의 대역갭은 미결정(13a)의 입자 직경이 작아짐에 따라 커지는 경향을 나타낸다. 발광 다이오드의 발광 파장은 발광층(13)의 대역갭에 의해 결정된다. 여기서, 발광층(13)의 대역갭은 약 3.3eV이고, 발광 파장은 약 380㎚이다.
이러한 구조를 갖는 발광 다이오드는 다음과 같이 제조될 수 있다.
도 3은 제조 단계를 도시한다. 도 3a에서 도시된 바와 같이, 석영 유리 등을 포함하는 기판(11)을 준비하고, 기판(11)의 한 표면 상에 스퍼터링법, CVD(화학 기상)법, 분자빔 에피택시(MBE)법 또는 레이저 피착법을 사용하여 n형 AlGaN의 비단결정체 또는 n형 GaN의 비단결정체를 포함하는 제1 도전형 클래드층(12)을 형성한다. 이 때, 기판(11)의 온도는 600℃ 이하로 한다. 이것은 제1 도전형 클래드층(12)이 비단결정체로 구성되므로 온도를 그다지 높게 할 필요가 없기 때문이며, 이에 따라 기판(11)이 유리 등의 비정질체로 구성되더라도 기판(11)은 그 온도에 견뎌낼 수 있다. 후속하여, 제1 도전형 클래드층(12)에서의 불순물의 활성화가 불충분한 경우, 예를 들어, 레이저 어닐링법에 의해 그 활성화를 행한다.
그 후, 도 3b에서 도시된 바와 같이, 기판(11)에 대향측 상의 제1 도전형 클래드층(12) 상에 ZnO를 함유한 다수의 미결정(13a)을 전착법, MBE법 또는 레이저 피착법에 의해 피착하거나, 또는 기판(11)에 대향측 상의 제1 도전형 클래드층(12) 상에 용제 중에 분산시킨 ZnO를 포함한 다수의 미결정(13a)을 피착시킴으로써 발광층(13)을 형성한다. 이 때, 미결정(13a)의 입자 직경, 제1 도전형 클래드층(12)에 대한 미결정(13a)의 피착율, 및 미결정(13a)의 적층수(즉, 발광층(13)의 두께)는 여러 조건을 조절함으로써 제어된다. 보다 상세히 기술하자면, 전착법에서는, 이들은 용액 순도, 용액 온도, 인가 전압, 처리 시간 등을 조절함으로써 제어된다. MBE법 및 레이저 피착법에서는, 이들은 기판(11)의 온도, 대기 가스, 증착율 등을 조절함으로써 제어된다. 용재 중에 분산시킨 미결정(13a)을 피착한 경우, 이들은 용제의 종류, 점도, 및 농도 등을 조절함으로써 제어된다.
발광층(13)의 형성 후, 산소 플라즈마 처리 등의 산소를 함유한 대기 중에서의 열 처리를 도 3c에서 도시된 바와 같이 행한다. 따라서, 발광층(13)의 미결정(13a)에 존재하는 산소 구멍을 보완하여 그 결정도를 향상시키고, 미결정(13a)과 접촉하지 않는 제1 도전형 클래드층(12)의 표면을 산화시켜 알루미늄, 갈륨 및 산소의 화합물 또는 갈륨과 산소의 화합물을 포함하는 절연막(15)을 형성한다. 그 후, 또한 수소 플라즈마 처리 등의 수소를 함유한 대기 중에서의 열 처리를 행하는 것이 바람직하다. 이는 이러한 처리에 의해 발광층(13)의 미결정(13a)에 남아 있는 산소 구멍을 보완하여 그 결정도를 더욱 향상시킬 수 있기 때문이다. 즉, 산소 및 수소를 사용하여 처리함으로써, 산소 구멍에 의해 형성 되는 도너가 기여하는 도너-억셉터 재결합에 의한 녹색 발광(510㎚의 파장을 가짐)(T. Sekiguchi et al., Jpn. J. Appl. Phys., 36, L289 (1997))은 비활성화된다.
산소를 함유한 대기와 수소를 함유한 대기 중에서의 열 처리를 행한 후, 도 3d에서 도시된 바와 같이, 기판(11)에 대향하는 측 상의 제1 도전형 클래드층(12) 상에 p형 BN의 비단결정체 또는 p형 AlN의 비단결정체를 포함하는 제2 도전형 클래드층(14)을 발광층(13) 및 절연층(15)을 통해 예를 들어, 스퍼터링법, CVD법, MBE법 또는 레이저 피착법에 의해 형성한다. 이 때, 기판(11)의 온도는 600℃ 이하로 한다. 이는 제2 도전형 클래드층(14)이 비단결정체로 구성되므로 온도를 그다지 높게 할 필요가 없기 때문이며, 이에 따라 기판(11)이 유리로 구성되더라도 기판(11)은 그 온도에 견뎌낼 수 있다. 후속하여, 제2 도전형 클래드층(14)에서의 불순물의 활성화가 불충분한 경우, 예를 들어, 레이저 어닐링법에 의해 그 활성화를 행한다.
제2 도전형 클래드층(14)을 형성한 후, 리소그래피 기술을 사용하여 제1 전극(16)이 형성되는 위치에 대응하여 제2 도전형 클래드층(14), 발광층(13) 및 절연층(15)을 기술된 순서로 선택적으로 제거시킴으로써 제1 도전형 클래드층(12)의 일부분을 노출시킨다. 이 때, 제1 도전형 클래드층(12)의 일부분을 선택적으로 제거시킬 수 있다. 제1 도전형 클래드층(12)을 노출시킨 후, 에칭에 의해 노출된 제1 도전형 클래드층(12) 및 제2 도전형 클래드층(14)의 전 표면 상에 도면에는 도시 되지 않은 레지스트막을 형성시키고, n측 전극(16)이 형성된 위치에 구멍을 형성한다. 그 후, 그 전 표면 상에 예를 들어, 티탄층, 알루미늄층, 백금층, 및 금층을 기술된 순서로 증착법에 의해 증착시키고, 레지스트막과 그 위에 형성된 금속층을 제거(리프트 오프)함으로써 제1 전극(16)을 형성한다. 제1 전극(16)과 동일하게 예를 들어, 니켈층, 백금층, 및 금층을 기술된 순서로 증착시킴으로써 제2 전극(17)을 형성한다. 그 후, 열 처리를 행해 제2 전극(17) 및 제1 전극(16)을 합금화시킨다. 따라서, 도 1에서 도시된 발광 다이오드가 형성된다.
이와 같이 제조된 발광 다이오드는 다음과 같이 작용한다.
발광 다이오드에서, 제1 전극(16)과 제2 전극(17) 간에 소정의 전압을 인가하면, 발광층(13)의 미결정(13a)에 전류가 주입되어, 각각의 미결정(13a)에서 전자-정공 재결합에 의해 발광이 일어난다. 미결정(13a)은 거의 결함을 갖지 않아 광이 고 효율로 발광된다. 발광 파장은 발광층(13)의 대역갭에 의해 결정되며, 여기서는 약 380㎚이다. 제2 도전형 클래드층(14)과 제1 도전형 클래드3층(12) 사이에 절연층(15)이 형성되어 있으므로, 제2 도전형 클래드층(14)과 제1 도전형 클래드층(12) 간의 누설 전류는 감소되어, 미결정(13a)을 통해 전류가 흐른다. 그러므로, 미결정(13a)에 전자와 정공들이 효과적으로 주입된다.
이러한 발광 다이오드는 조명, 디스플레이, 살균 램프 등의 광원으로서 사용된다.
이 실시예의 발광 다이오드에 따르면, 발광층(3)이 다수의 미결정(13a)으로 구성되므로, 발광층(13a)의 결정도가 향상될 수 있어 발광 효율이 증가되어 서비스 수명을 연장시킬 수 있다. 기판(11) 등과의 격자 정합을 고려할 필요가 없기 때문에, 발광 파장 등에 따라 재료를 임의로 선택할 수 있다. 또한, 입자 직경이 입자 사이즈 효과에 의해 작아질수록 대역갭을 넓게 할 수 있으므로, 발광 파장을 단파장으로 할 수 있어, 예를 들어, 미결정(13a)을 ZnO로 구성함으로써 자외선 영역에서 발광을 얻을 수 있다. 따라서, 살균 램프 등의 광원으로서 사용할 수 있다.
게다가, 제1 도전형 클래드층(12) 및 제2 도전형 클래드층(14)을 단결정으로 구성할 필요가 없으므로, 그 재료 선택의 범위가 광범위해져 이들을 저온에서 형성할 수 있는 비단결정체로 형성할 수 있다. 따라서, 기판(11)을 구성하는 재료의 선택 범위가 넓어져, 예를 들어, 기판(11)을 유리 등의 비정질체로 구성할 수 있다. 그러므로, 대면적의 소자열을 형성할 수 있다.
또한, 이러한 발광 다이오드에 따르면, 절연층(15)을 발광층(13)의 미결정(13a) 사이에 형성할 수 있으므로, 제1 도전형 클래드층(12)과 제2 도전형 클래드층(14) 간의 누설 전류를 감소시킬 수 있어 전자와 전공들을 미결정(13a) 내로 효과적으로 주입시킬 수 있다. 그러므로, 발광 효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 이 실시예의 발광 다이오드를 제조하는 방법에 따르면, 제1 도전형 클래드층(12) 및 발광층(13)을 기술된 순서로 기판(11) 상에 적층시키고 절연층(15)을 형성한 후, 제2 도전형 클래드층(14)을 형성하므로, 이 실시예의 발광 다이오드를 용이하게 제조할 수 있어 이 실시예의 발광 다이오드를 실현할 수 있다. 특히, 발광층(13)의 형성 후 산소를 함유한 대기 중에서 열 처리를 행하므로, 절연층(15)을 용이하게 형성할 수 있어 미결정(13a)의 결정도를 또한 향상시킬 수 있다. 게다가, 산소를 함유한 대기 중에서의 열 처리 후 다시 수소를 함유한 대기 중에서 열 처리를 행하므로, 미결정(13a)의 결정도를 더욱 향상시킬 수 있다.
<제2 실시예>
도 4는 본 발명의 제2 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도이다. 이 발광 다이오드는 발광층(23)의 구성이 다른 것을 제외하고는 제1 실시예와 동일한 구성을 가져 제1 실시예와 동일한 방법으로 제조 및 사용할 수 있다. 그러므로, 동일한 구성 요소에는 동일한 심볼을 병기하고, 대응하는 구성 요소에는 십의 자리가 "2"로 변경된 심볼을 병기하고, 동일 부분에 대해서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.
예를 들어, 발광층(23)은 ZnO를 포함한 다수의 미결정(23a)을 함유하고, 또한 TiO2를 포함한 다수의 미결정(23b)를 함유한다. 즉, 발광층(23)은 각각 상이한 반도체를 포함하는 두 종류의 미결정(23a 및 23b)을 함유하고, 발광층(23)은 두 대역갭을 갖는다. ZnO를 포함하는 미결정(23a)의 대역갭은 약 3.3eV이고, 미결정(23b)의 대역갭은 약 2.9eV이다.
이러한 발광 다이오드에서는, 제1 전극(16)과 제2 전극(17) 사이에 소정의 전압을 인가하면, 발광층(23)의 미결정(23a 및 23b)에 전류가 주입되어 미결정(23a 및 23b) 각각에서 발광이 일어난다. 미결정(23a 및 23b)이 여기서는 상이한 반도체로 구성되기 때문에, 그들의 대역갭은 서로 상이하다. 그러므로, 이들은 상이한 파장(약 380㎚ 및 약 430㎚)으로 발광한다. TiO2를 포함하는 미결정(23b)은 큰 스톡스 시프트(large Stokes' shift)가 형성될 때 저온에서 530㎚의 광을 방출시킨다(N. Hosaka et al., J. Luminescence 72-74, 874 1997)).
이 실시예에 따르면, 제1 실시예에서 기술된 효과 이외에, 발광층(23)에서의 미결정(23a 및 23b)을 상이한 반도체로 구성하므로 서로 상이한 파장을 갖는 두 종류의 광을 얻을 수 있다는 효과가 얻어진다.
상술된 제2 실시예에서는, 발광층(23)이 두 종류의 미결정(23a 및 23b)을 포함하는 경우를 기술하였지만, 발광층(23)은 3종류 이상의 상이한 반도체의 다수의 미결정을 함유할 수 있다. 미결정을 구성하는 재료로서는, ZnO 및 TiO2 이외에 예를 들어, ZnSe, CdS, CdSe, InN, GaAsP 혼정, α-SiC 등을 사용할 수 있다. 미결정의 종류수를 증가시킴으로써, 발광 파장의 수도 따라서 증가된다.
<제3 실시예>
도 5는 본 발명의 제3 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도이다. 이 발광 다이오드는 발광층(33)의 구성이 다른 것을 제외하고는 제1 실시예와 동일한 구성을 가져 제1 실시예와 동일한 방법으로 제조 및 사용할 수 있다. 그러므로, 동일한 구성 요소에는 동일한 심볼을 병기하고, 대응하는 구성 요소에는 십의 자리가 "3"으로 변경된 심볼을 병기하고, 동일 부분에 대해서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.
발광층(33)은 예를 들어, 내면층(33c)와 그 표면 상에 형성된 표면층(33d)을 포함하는 층 구조를 갖는 다수의 미결정(33a)을 함유한다. 내면층(33c)은 발광부로서 작용하고, 표면층(33d)은 내면층(33c)의 발광 효율을 향상시키기 위한 것이 다. 표면층(33d)을 구성하는 재료는 표면층(33d)의 대역갭이 내면층(33c)보다는 크지만 제1 도전형 클래드층(12) 및 제2 도전형 클래드층(14)보다는 작게 되도록 선택된다. 예를 들어, 내면층(33c)은 불순물이 첨가되지 않은 ZnO로 구성되고, 표면층(33d)은 마그네슘이 첨가된 Mg 도핑된 ZnO로 구성된다. 또는, 내면층(33c)은 불순물이 첨가되지 않은 CdS로 구성되고, 표면층(33d)은 불순물이 첨가되지 않은 ZnS로 구성된다.
도 6은 발광 다이오드의 대역갭 구조를 도시한다. 도 6에서, 실선은 제1 도전형 클래드층(12), 발광층(33) 및 제2 도전형 클래드층(14)의 대역갭 각각을 나타내고, 점선은 절연층(15)의 대역갭을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 발광층(33)의 대역갭은 표면층(33d)보다 내면층(33c)에서 더 작다. 제1 실시예와 동일하게, 발광층(33)의 대역갭은 제1 도전형 클래드층(12), 제2 도전형 클래드층(14) 및 절연층(15)의 대역갭보다 작다.
이러한 발광 다이오드에서는, 제1 전극(16)과 제2 전극(17) 사이에 소정의 전압을 인가하면, 발광층(33)의 미결정(33a)에 전류가 주입되어 각각의 미결정(33a)에서 발광이 일어난다. 미결정(33a)이 여기서는 내면층(33c) 및 표면층(33d)으로 구성되기 때문에, 대역갭은 단계적으로 변화한다. 그러므로, 발광 효율이 높아진다.
이 실시예에 따르면, 제1 실시예에서 기술된 효과 이외에, 발광층(33)에서의 미결정(33a)이 층 구조를 갖기 때문에 발광 효율이 더욱 증가된다는 효과도 얻어진다. 이 실시예를 제2 실시예에 동일하게 적용시킬 수 있다.
<제4 실시예>
도 7은 본 발명의 제4 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도이다. 이 발광 다이오드는 제1 도전형 클래드층(42), 발광층(43), 제2 도전형 클래드층(44), 절연층(45) 및 제1 전극(46)을 구성하는 재료가 제1 실시예와는 다른 예이다. 그러므로, 동일한 구성 요소에는 동일한 심볼을 병기하고, 대응하는 구성 요소에는 십의 자리가 "4"로 변경된 심볼을 병기하고, 동일 부분에 대해서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제1 도전형 클래드층(42)은 예를 들어, 카본(C) 등의 n형 불순물이 첨가된 n형 BN과 같은 비단결정체로 구성된다. 발광층(43)은 예를 들어, GaN을 포함하는 다수의 미결정(43a)을 함유한다. 제2 도전형 클래드층(44)은 예를 들어, 마그네슘 등의 p형 불순물이 첨가된 p형 BN 등의 비단결정체로 구성된다. 절연층(45)은 예를 들어, 붕소(B)와 산소의 화합물로 구성된다. 따라서, 이 실시예에서는, 제1 도전형 클래드층(42), 발광층(43), 제2 도전형 클래드층(44)은 각각 질소를 함유한 무기 반도체로 구성된다. 제1 도전형 클래드층(42) 및 제2 도전형 클래드층(44)은 도전형이 서로 상이한 동일한 반도체 재료로 구성된다.
제1 도전형 클래드층(42), 발광층(43), 제2 도전형 클래드층(44) 및 절연층(45)을 이들 재료로 구성하는 경우, 발광층(43)의 대역갭은 제1 실시예와 동일하게 제1 도전형 클래드층(42), 제2 도전형 클래드층(44) 및 절연층(45)의 대역갭보다 작다.
제1 전극(46)은 예를 들어, 제2 전극(17)과 동일하게, 제1 도전형 클래드층(42)측으로부터 니켈층, 백금층 및 금층을 기술된 순서로 적층시킨 후 열 처리를 행해 합금화시킨 구조를 갖는다.
이러한 구성을 갖는 발광 다이오드는 다음과 같이 제조된다.
기판(11)을 준비하고, 그 한 표면 상에 예를 들어, 스퍼터링법 또는 레이저 피착법에 의해 n형 BN의 비단결정체를 포함하는 제1 도전형 클래드층(42)을 형성한다. 이 때, 기판의 온도는 제1 실시예와 동일하게 600℃ 이하로 한다. 후속하여, 제1 도전형 클래드층(42)의 불순물의 활성화가 불충분한 경우, 예를 들어, 제1 실시예와 동일하게 레이저 어닐링법에 의해 그 활성화를 행한다.
그 후, 기판(11)의 대향측 상의 제1 도전형 클래드층(42) 상에 GaN을 포함한 다수의 미결정(43a)을 예를 들어, 스퍼터링법, MBE법, 또는 레이저 피착법에 의해 피착하여 발광층(43)을 형성한다. 이 때, 미결정(43a)의 입자 직경, 제1 도전형 클래드층(42)에 대한 미결정(43a)의 피착율, 및 미결정(43a)의 적층수(즉, 발광층(43)의 두께)는 기판(11)의 온도, 대기 가스압, 증착율 등을 조절함으로써 제어된다.
발광층(43)의 형성 후, 질소를 함유한 대기 중에서 질소 플라즈마 처리 등의 열 처리를 행한다. 따라서, 발광층(43)의 미결정(43a)에 존재하는 질소 구멍을 보완함으로써 그 결정도가 향상된다. 그 후, 산소를 함유한 대기 중에서 산소 플라즈마 처리 등의 열 처리를 행한다. 따라서, 미결정(43a)과 접촉하지 않는 제1 도전형 클래드층(42)의 표면이 산화되어 붕소와 산소의 화합물을 포함하는 절연막(45)이 형성된다. 이 때, 미결정(43a)의 표면도 또한 약간 산화된다. 산소 를 함유한 대기 중에서의 열 처리는 질소를 함유한 대기 중에서의 열 처리 후에 행하는 것이 바람직하다. 이는 미결정(43a)이 많은 결함을 포함할 경우 이들은 쉽사리 산화되어 바리기 때문이다.
산소를 함유한 대기 중에서의 열 처리를 행한 후, 수소를 함유한 대기 중에서 수소 플라즈마 처리 등의 열 처리를 행하는 것이 바람직하다. 따라서, 미결정(43a)의 표면 상에 형성된 산화막을 제거시킬 수 있어, 미결정(43a)에 존재하는 질소 구멍을 보완함으로써 결정도를 더욱 증가시킬 수 있다. 수소를 함유한 대기 중에서의 열 처리 후에, 기판(11)의 대향측 상의 제1 도전형 클래드층(42) 상에 발광층(43) 및 절연막(45)을 통해 예를 들어, 스퍼터링법 또는 레이저 피착법에 의해 p형 BN의 비단결정체를 포함하는 제2 도전형 클래드층(44)을 형성한다. 그 후, 제2 도전형 클래드층(44)의 불순물의 활성화가 불충분할 경우, 제1 실시예와 동일하게, 예를 들어, 레이저 어닐링법에 의해 그 활성화를 행한다.
제2 도전형 클래드층(44)을 형성한 후, 제1 실시예와 동일하게 리소그래피 기술을 사용하여 제1 전극(46)이 형성되는 위치에 대응하여 제2 도전형 클래드층(44), 발광층(43) 및 절연층(45)을 기술된 순서로 선택적으로 제거시킴으로써 제1 도전형 클래드층(42)의 일부분을 노출시킨다. 제1 도전형 클래드층(42)을 노출시킨 후, 제1 실시예와 동일한 방법으로 니켈층, 백금층, 및 금층을 기술된 순서로 증착시킴으로써 제1 전극(46) 및 제2 전극(17)을 선택적으로 형성한다. 그 후, 제1 전극(46) 및 제2 전극(17)에 대해 열 처리를 행하여 이들을 합금화시킨다. 따라서, 이 실시예의 발광 다이오드가 형성된다.
이러한 발광 다이오드는 제1 실시예와 동일하게 작용하여 동일하게 사용할 수 있다. 이 실시예에 따르면, 제1 실시예에서와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이 실시예는 제2 및 제3 실시예에 동일한 방법으로 적용시킬 수 있다.
<제5 실시예>
도 8은 본 발명의 제5 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도이다. 이 발광 다이오드는 제1 도전형 클래드층(52), 발광층(53), 제2 도전형 클래드층(54), 절연층(55) 및 제1 전극(56)을 구성하는 재료가 제1 실시예와는 다른 예이다. 그러므로, 동일한 구성 요소에는 동일한 심볼을 병기하고, 대응하는 구성 요소에는 십의 자리가 "5"로 변경된 심볼을 병기하고, 동일 부분에 대해서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제1 도전형 클래드층(52)은 예를 들어, β-Ga2O3, 알루미늄 등의 n형 불순물이 첨가된 n형 Al 도핑된 Ga2O3의 비단결정체로 구성된다. 발광층(53)은 예를 들어, InN을 포함하는 다수의 미결정(53a)을 함유한다. 제2 도전형 클래드층(54)은 예를 들어, 질소 등의 p형 불순물이 첨가된 p형 ZnO의 비단결정체로 구성된다. 절연층(55)은 예를 들어, 갈륨과 질소의 화합물 또는 알루미늄, 갈륨 및 질소의 화합물로 구성된다. 즉, 이 실시예에서는, 제1 도전형 클래드층(52), 및 제2 도전형 클래드층(54)은 산소를 함유한 무기 반도체로 구성되고, 발광층(53)은 질소를 함유한 무기 반도체로 구성된다.
제1 도전형 클래드층(52), 발광층(53), 제2 도전형 클래드층(54) 및 절연층(55)을 이들 재료로 구성하는 경우, 발광층(43)의 대역갭은 제1 실시예와 동일하게 제1 도전형 클래드층(52), 제2 도전형 클래드층(54) 및 절연층(55)의 대역갭보다 작다.
제1 전극(56)은 예를 들어, 제1 도전형 클래드층(52)측으로부터 니켈과 크롬(Cr)의 합금층 및 금층을 기술된 순서로 적층시킨 후 열 처리를 행해 합금화시킨 구조를 갖는다.
이러한 구성을 갖는 발광 다이오드는 다음과 같이 제조될 수 있다.
기판(11)을 준비하고, 그 한 표면 상에 예를 들어, 스퍼터링법, CVD법, MBE법 또는 레이저 피착법에 의해 β-Ga2O3 또는 n형 Al 도핑된 Ga2O3의 비단결정체를 포함하는 제1 도전형 클래드층(52)을 형성한다. 이 때, 기판의 온도는 제1 실시예와 동일하게 600℃ 이하로 한다. 후속하여, 제1 도전형 클래드층(52)의 불순물의 활성화가 불충분한 경우, 예를 들어, 제1 실시예와 동일하게 레이저 어닐링법에 의해 그 활성화를 행한다.
그 후, 기판(11)의 대향측 상의 제1 도전형 클래드층(52) 상에 InN을 포함한 다수의 미결정(53a)을 예를 들어, 스퍼터링법, MBE법, 또는 레이저 피착법에 의해 피착하여 발광층(53)을 형성한다. 이 때, 미결정(53a)의 입자 직경, 제1 도전형 클래드층(52)에 대한 미결정(53a)의 피착율, 및 미결정(53a)의 적층수(즉, 발광층(53)의 두께)는 기판(11)의 온도, 대기 가스압, 증착율 등을 조절함으로써 제어된다.
발광층(53)의 형성 후, 질소를 함유한 대기 중에서 질소 플라즈마 처리 등의 열 처리를 행한다. 따라서, 발광층(53)의 미결정(53a)에 존재하는 질소 구멍을 보완함으로써 그 결정도가 향상되고, 미결정(53a)이 접촉하지 않는 제1 도전형 클래드층(52)의 표면이 질화되어 알루미늄, 갈륨 및 질소의 화합물을 포함하는 절연막(55)이 형성된다. 그 후, 수소를 함유한 대기 중에서 수소 플라즈마 처리 등의 열 처리를 행하는 것이 바람직하다. 따라서, 미결정(53a)에 존재하는 질소 구멍들이 보완되어 결정도가 더욱 향상된다.
산소를 함유한 대기 및 수소를 함유한 대기 중에서의 열 처리 후, 기판(11)의 대향측 상의 제1 도전형 클래드층(52) 상에 발광층(53) 및 절연층(55)을 통해 예를 들어, 스퍼터링법, CVD법, MBE법 또는 레이저 피착법에 의해 p형 ZnO의 비단결정체를 포함하는 제2 도전형 클래드층(54)을 형성한다. 그 후, 제2 도전형 클래드층(54)의 불순물의 활성화가 불충분할 경우, 제1 실시예와 동일하게, 예를 들어, 레이저 어닐링법에 의해 그 활성화를 행한다.
제2 도전형 클래드층(54)을 형성한 후, 제1 실시예와 동일하게 리소그래피 기술을 사용하여 제1 전극(56)이 형성되는 위치에 대응하여 제2 도전형 클래드층(54), 발광층(53) 및 절연층(55)을 기술된 순서로 선택적으로 제거시킴으로써 제1 도전형 클래드층(52)의 일부분을 노출시킨다. 제1 도전형 클래드층(52)의 일부분을 노출시킨 후, 제1 실시예와 동일한 방법으로 니켈과 크롬의 합금층과 금층을 기술된 순서로 증착시킴으로써 제1 전극(56)이 선택적으로 형성되고, 니켈층, 백금층 및 금층을 기술된 순서로 증착시킴으로써 제2 전극(17)이 선택적으로 형성된다. 그 후, 제2 전극(17) 및 제1 전극(56)에 대해 열 처리를 행하여 이들을 합금화시킨다. 따라서, 이 실시예의 발광 다이오드가 형성된다.
이러한 발광 다이오드는 제1 실시예와 동일하게 작용하여 동일하게 사용할 수 있다. 이 실시예에 따르면, 제1 실시예에서와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이 실시예는 제2 및 제3 실시예에 동일한 방법으로 적용시킬 수 있다.
<제6 실시예>
도 9는 본 발명의 제6 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도이다. 이 발광 다이오드는 기판(61), 제1 도전형 클래드층(62), 제2 도전형 클래드층(64), 절연층(65) 및 제1 전극(66) 및 제2 전극(67)을 구성하는 재료가 제1 실시예와는 다른 예이다. 그러므로, 동일한 구성 요소에는 동일한 심볼을 병기하고, 대응하는 구성 요소에는 십의 자리가 "6"으로 변경된 심볼을 병기하고, 동일 부분에 대해서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.
기판(61)을 예를 들어, 제1 실시예와 동일하게 유리, 석영, 사파이어 등으로 구성할 수 있는 반면에, 플라스틱으로 구성할 수 있다. 이는 이 실시예에서, 제1 도전형 클래드층(62) 및 제2 도전형 클래드층(64)을 후술될 바와 같이 유기 반도체로 구성할 수 있으므로 기판을 저온에서 제조할 수 있기 때문이다. 기판(61)을 여기서는 플라스틱으로 구성함으로써, 기판(61)의 면적을 쉽사리 대면적화시킬 수 있어 비용을 절감시킬 수 있다.
제1 도전형 클래드층(62)은 예를 들어, p형 첨가제를 폴리피롤, 폴리(p-페닐렌) 등의 π-공액 중합체 착물에 첨가시켜 얻어진 p형 π-공액 중합체 착물로 구성 된다. p형 첨가제의 예로는 예를 들어, 요드(I2), 브롬(Br2), 브롬화 요드(IBr) 등의 할로겐과; 염화철(FeCl3), 염화 알루미늄(AlCl3), 불화 비소(AsF5), 염화 주석(SnCl3) 등의 금속 화합물이 있다. 제2 도전형 클래드층(64)은 예를 들어, n형 첨가제를 폴리(p-페닐렌), 폴리(2,5-피리딘-디일), 폴리(퀴놀린) 등의 π-공액 중합체 착물에 첨가시켜 얻어진 n형 π-공액 중합체 착물로 구성된다. n형 첨가제의 예로는 예를 들어, 리튬(Li), 포타슘(K), 나트륨(Na) 등의 금속이 있다.
따라서, 이 실시예에서는, 제1 도전형 클래드층(62), 및 제2 도전형 클래드층(64)은 유기 반도체로 구성되고, 여기서 제1 도전형은 p형이고, 제2 도전형은 n형이다.
절연층(65)은 예를 들어, 폴리이미드 등의 유기 화합물로 구성된다. 제1 도전형 클래드층(62), 제2 도전형 클래드층(64) 및 절연층(65)을 이들 재료로 구성하는 경우, 발광층(13)의 대역갭은 제1 실시예와 동일하게 제1 도전형 클래드층(62), 제2 도전형 클래드층(64) 및 절연층(65)의 대역갭보다 작다.
제1 전극(66)은 예를 들어, ITO(인듐 주석 산화물; 인듐(In), 주석(Sn), 및 산소의 화합물) 또는 산화주석(SnO2)으로 구성된다. 제2 전극(67)은 예를 들어, 인듐, 알루미늄, 마그네슘, 금, 백금 등의 금속; 또는 마그네슘과 인듐의 합금(MgIn), 알루미늄과 리튬의 합금(AlLi), 마그네슘과 은의 합금(MgAg) 등의 합금으로 구성된다. 이 실시예에서는, 제1 전극(66)은 p형 전극으로서 작용하고, 제2 전극(67)은 n형 전극으로서 작용한다.
이러한 구성을 갖는 발광 다이오드는 다음과 같이 제조될 수 있다.
기판(61)을 준비하고, 그 한 표면 상에 예를 들어, 코팅법, 증착법, 또는 레이저 피착법에 의해 p형의 π-공액 중합체 착물을 포함하는 제1 도전형 클래드층(62)을 형성한다. 그 후, 기판(61)의 대향측 상의 제1 도전형 클래드층(62) 상에 znO를 포함한 다수의 미결정(63a)을 예를 들어, 제1 실시예와 동일한 방법으로 피착하여 발광층(13)을 형성한다. 발광층(13) 측 상의 제1 도전형 클래드층(62) 상에 폴리이미드를 포함한 절연층(65)을 예를 들어, 코팅법, 증착법 또는 레이저 피착법에 의해 형성한다. 그 후, 절연층(65)을 에칭하여 발광층(13)의 일부분을 표면에 노출시킨다.
표면 상에 발광층(13)의 일부분을 노출시킨 후, 기판(61)의 대향측 상의 제1 도전형 클래드층(62) 상에 발광층(13) 및 절연층(65)을 통해 ,예를 들어, 코팅법, 증착법 또는 레이저 피착법에 의해 n형의 π-공액 중합체 착물을 포함하는 제2 도전형 클래드층(64)을 형성한다. 제2 도전형 클래드층(64)을 형성한 후, 제1 실시예와 동일하게 리소그래피 기술을 사용하여 제1 전극(66)이 형성되는 위치에 대응하여 제2 도전형 클래드층(64), 발광층(13) 및 절연층(65)을 기술된 순서로 선택적으로 제거시킴으로써 제1 도전형 클래드층(62)의 일부분을 노출시키고, 제1 전극(66) 및 제2 전극(67)을 예를 들어, 증착에 의해 선택적으로 형성한다. 따라서, 이 실시예에 따른 발광 다이오드가 형성된다.
이러한 발광 다이오드는 제1 실시예와 동일하게 작용하여 동일하게 사용할 수 있다. 이 실시예에 따르면, 제1 실시예에서와 동일한 효과를 얻을 수 있으며, 제1 도전형 클래드층(62) 및 제2 도전형 클래드층(64)이 유기 반도체로 구성되기 때문에, 기판을 저온에서 형성할 수 있다. 그러므로, 기판(61)을 구성하는 재료의 선택 범위가 더욱 광범위해져 기판(61)을 플라스틱 등으로 구성할 수 있다. 그러므로, 대면적의 소자열을 저 비용으로 형성할 수 있다. 이 실시예는 제2 및 제3 실시예에 동일한 방법으로 적용시킬 수 있다.
<제7 실시예>
도 10는 본 발명의 제7 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도이다. 이 발광 다이오드는 기판(71), 제1 도전형 클래드층(72), 발광층(73), 제2 도전형 클래드층(74), 절연층(75) 및 제1 전극(76) 및 제2 전극(77)을 구성하는 재료가 제1 실시예와는 다른 예이다. 그러므로, 동일한 구성 요소에는 동일한 심볼을 병기하고, 대응하는 구성 요소에는 십의 자리가 "7"로 변경된 심볼을 병기하고, 동일 부분에 대해서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.
기판(71)을 예를 들어, 제6 실시예와 동일하게 유리, 석영, 사파이어 등으로 구성할 수 있다. 제1 도전형 클래드층(72)은 예를 들어, 도체로서 초미립자 형태로 황화동(CuS)을 폴리비닐 알콜 등의 중합체 화합물에 첨가시켜 얻어진 p형 도전형 수지로 구성된다. 발광층(73)은 예를 들어, InN을 포함하는 다수의 미결정(73a)을 함유한다. 제2 도전형 클래드층(74)은 예를 들어, 도체로서 초미립자의 형태로 황화동 또는 황화수은(HgS)을 폴리비닐 알콜 등의 중합체 화합물에 첨가시켜 얻어진 n형 도전형 수지로 구성된다. 즉, 이러한 발광 다이오드에서는, 제1 도전형 클래드층(72) 및 제2 도전형 클래드층(74)은 도전형 수지로 구성되고, 여기서 제1 도전형 클래드층(72)은 p형 클래드층이고, 제2 도전형 클래드층(74)은 n형 클래드층이다
절연층(75)은 예를 들어, 제6 실시예와 동일하게 폴리이미드 등의 유기 화합물로 구성된다. 제1 도전형 클래드층(72), 발광층(73), 제2 도전형 클래드층(74) 및 절연층(75)을 이들 재료로 구성하는 경우, 발광층(73)의 대역갭은 제1 실시예와 동일하게 제1 도전형 클래드층(72), 제2 도전형 클래드층(74) 및 절연층(75)의 대역갭보다 작다.
제1 전극(76)은 예를 들어, 제6 실시예와 동일하게 ITO 또는 산화주석(SnO2)으로 구성된다. 제2 전극(77)은 제6 실시예와 동일하게 예를 들어, 인듐, 알루미늄, 마그네슘, 금, 백금 등의 금속; 또는 마그네슘과 인듐의 합금, 알루미늄과 리튬의 합금, 마그네슘과 은의 합금 등의 합금으로 구성된다. 이들에 대해, 제6 실시예와 동일하게, 1 전극(76)은 p측 전극으로서 작용하고, 제2 전극(77)은 n측 전극으로서 작용한다.
이러한 구성을 갖는 발광 다이오드는 예를 들어, 제6 실시예와 동일하게 제조될 수 있다.
기판(71)의 한 표면 상에 예를 들어, 초미립자 형태의 황화금속을 함유하는 오르가노졸을 피복한 후 건조시켜 p형 도전형 수지를 포함하는 제1 도전형 클래드층(72)을 형성한다. 후속하여, InN을 포함하는 다수의 미결정(73a)을 피착하여 발광층(73)을 형성한 후, 폴리이미드를 포함하는 절연층(75)을 형성한다. 절연층(75)을 에칭하여 발광층(73)의 표면의 일부를 노출시킨 후, 예를 들어, 초미립자 형태로 황화금속을 함유한 오르가노졸을 피복하여 건조시켜 n형 도전형 수지를 포함하는 제2 도전형 클래드층(74)을 형성한다. 그 후, 제1 도전형 클래드층(72)의 일부분을 리소그래피 기법으로 노출시키고, 제1 전극(76) 및 제2 전극(77)을 선택적으로 형성한다. 따라서, 이 실시예에 따른 발광 다이오드가 형성된다.
이러한 발광 다이오드는 제1 실시예와 동일하게 작용하여 동일하게 사용할 수 있다. 이 실시예에 따르면, 제1 실시예에서와 동일한 효과를 얻을 수 있으며, 제1 도전형 클래드층(72) 및 제2 도전형 클래드층(74)이 도전형 수지로 구성되기 때문에, 기판을 저온에서 형성할 수 있다. 그러므로, 기판(71)을 플라스틱 등으로 구성할 수 있어, 대면적의 소자열을 저 비용으로 형성할 수 있다. 이 실시예는 제2 및 제3 실시예에 동일한 방법으로 적용시킬 수 있다.
<제8 실시예>
도 11은 본 발명의 제8 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도이다. 이 발광 다이오드는 기판(81),제1 도전형 클래드층(82), 제2 도전형 클래드층(84), 절연층(85) 및 제1 전극(86) 및 제2 전극(87)을 구성하는 재료가 제1 실시예와는 다른 예이다. 그러므로, 동일한 구성 요소에는 동일한 심볼을 병기하고, 대응하는 구성 요소에는 십의 자리가 "8"로 변경된 심볼을 병기하고, 동일 부분에 대해서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.
기판(81)을 예를 들어, 제6 실시예와 동일하게 유리, 석영, 사파이어, 또는 플라스틱 등으로 구성할 수 있다. 제1 도전형 클래드층(82)은 예를 들어, p형 첨가제를 오르가노-폴리실란, 실라닐렌계 중합체 등의 중합체 실리콘 유도체에 첨가시켜 형성된 p형 중합체 실리콘 유도체로 구성된다. p형 첨가제의 예로는 요드 등의 할로겐과; 염화철, 염화알루미늄, 불화비소, 염화주석 등의 금속 화합물이 있다. 제2 도전형 클래드층(84)은 예를 들어, n형 불순물이 첨가된 n형 π-공액 중합체 착물 또는 n형 중합체 착물이나, 중합체 화합물과 도체를 혼합시켜 얻어진 n형 도전형 수지로 구성된다. 그러므로, 이러한 발광 다이오드에서는, 제1 도전형 클래드층(82)은 유기 반도체로 구성된 p형 클래드층이고, 제2 도전형 클래드층(84)은 유기 반도체 또는 도전형 수지로 구성된 n형 클래드층이다.
절연층(85)은 예를 들어, 제6 실시예와 동일하게 폴리이미드 등의 유기 화합물로 구성된다. 제1 도전형 클래드층(82), 제2 도전형 클래드층(84) 및 절연층(85)을 이들 재료로 구성하는 경우, 발광층(83)의 대역갭은 제1 실시예와 동일하게 제1 도전형 클래드층(82), 제2 도전형 클래드층(84) 및 절연층(85)의 대역갭보다 작다.
제1 전극(86)은 예를 들어, 제6 실시예와 동일하게 ITO 또는 산화주석(SnO2)으로 구성된다. 제2 전극(87)은 제6 실시예와 동일하게 예를 들어, 인듐, 알루미늄, 마그네슘, 금, 백금 등의 금속; 또는 마그네슘과 인듐의 합금, 알루미늄과 리튬의 합금, 마그네슘과 은의 합금 등의 합금으로 구성된다. 이들에 대해, 제6 실시예와 동일하게, 1 전극(86)은 p측 전극으로서 작용하고, 제2 전극(87)은 n측 전 극으로서 작용한다.
이러한 구성을 갖는 발광 다이오드는 예를 들어, 제6 실시예와 동일하게 제조될 수 있다.
기판(81)의 한 표면 상에 예를 들어, p형의 중합체 실리콘 유도체를 함유하는 제1 도전형 클래드층(82)을 예를 들어 코팅법, 증착법 또는 레이저 피착법에 의해 형성하고, ZnO를 포함하는 다수의 미결정(83a)을 피착하여 발광층(83)을 형성한다. 폴리이미드를 포함하는 절연층(85)을 형성한 후, 절연층(85)을 에칭하여 발광층(83)의 일부를 표면에 노출시키고, n형의 π-공액 중합체 착물 등을 포함하는 제2 도전형 클래드층(84)을 예를 들어, 코팅법, 증착법 또는 레이저 피착법에 의해 형성한다. 후속하여, 제1 도전형 클래드층(82)의 일부분을 리소그래피 기법으로 노출시키고, 제1 전극(86) 및 제2 전극(87) 각각을 선택적으로 형성한다. 따라서, 이 실시예에 따른 발광 다이오드가 형성된다.
이러한 발광 다이오드는 제1 실시예와 동일하게 작용하여 동일하게 사용할 수 있다. 이 실시예에 따르면, 제1 실시예에서와 동일한 효과를 얻을 수 있으며, 제1 도전형 클래드층(82)이 유기 반도체로 구성되고 제2 도전형 클래드층(84)이 유기 반도체 또는 도전형 수지로 구성되기 때문에, 기판을 저온에서 형성할 수 있다. 그러므로, 기판(71)을 플라스틱 등으로 구성할 수 있어, 대면적의 소자열을 저 비용으로 형성할 수 있다. 이 실시예는 제2 및 제3 실시예에 동일한 방법으로 적용시킬 수 있다.
<제9 실시예>
도 12는 본 발명의 제9 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도이다. 이 발광 다이오드는 기판(91),제1 도전형 클래드층(92), 발광층(93), 제2 도전형 클래드층(94), 절연층(95) 및 제1 전극(96) 및 제2 전극(97)을 구성하는 재료가 제1 실시예와는 다른 예이다. 그러므로, 동일한 구성 요소에는 동일한 심볼을 병기하고, 대응하는 구성 요소에는 십의 자리가 "9"로 변경된 심볼을 병기하고, 동일 부분에 대해서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.
기판(91)을 예를 들어, 제6 실시예와 동일하게 유리, 석영, 사파이어, 또는 플라스틱 등으로 구성할 수 있다. 제1 도전형 클래드층(92)은 예를 들어, p형 첨가제를 중합체 금속 착물에 첨가시켜 얻어진 p형 중합체 금속 착물로 구성된다. 중합체 금속 복합체의 예로는 프탈로시아닌; 철, 니켈, 동(Cu), 아연(Zn), 백금, 납(Pb), 크롬(Cr), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 실리콘, 게르마늄(Ge), 주석(Sn) 등의 금속을 함유한 금속 프탈로시아닌, 및 그들의 유도체가 있다. p형 첨가제의 예로서는 요드, 브롬, 브롬화요드 등의 할로겐과; 염화철, 염화알루미늄, 불화비소, 산화주석 등의 금속 화합물이 있다.
발광층(93)은 예를 들어, CdSe를 포함하는 다수의 미결정(93a)을 포함한다. 제2 도전형 클래드층(94)은 예를 들어, n형 불순물을 중합체 금속 착물에 첨가시켜 얻어진 n형 중합체 금속 착물로 구성된다. 중합체 금속 착물의 예로서는 예를 들어, 코발트(Co) 등의 금속을 함유하는 금속 프탈로시아닌; 페릴렌 염료 및 포르피린 금속 착물이 있고, n형 첨가제의 예로서는 요드 등의 할로겐이 있다. 그러므로, 이러한 발광 다이오드에서는, 제6 실시예와 동일하게 제1 도전형 클래드층(92) 및 제2 도전형 클래드층(94) 각각은 유기 반도체로 구성되고, 여기서 제1 도전형 클래드층(92)은 p형 클래드층이고, 제2 도전형 클래드층(94)은 n형 클래드층이다.
절연층(95)은 예를 들어, 제6 실시예와 동일하게 폴리이미드 등의 유기 화합물로 구성된다. 제1 도전형 클래드층(92), 발광층(93), 제2 도전형 클래드층(94) 및 절연층(95)을 이들 재료로 구성하는 경우, 발광층(93)의 대역갭은 제1 실시예와 동일하게 제1 도전형 클래드층(92), 제2 도전형 클래드층(94) 및 절연층(95)의 대역갭보다 작다.
제1 전극(96)은 예를 들어, 제6 실시예와 동일하게 ITO 또는 산화주석(SnO2)으로 구성된다. 제2 전극(97)은 제6 실시예와 동일하게 예를 들어, 인듐, 알루미늄, 마그네슘, 금, 백금 등의 금속; 또는 마그네슘과 인듐의 합금, 알루미늄과 리튬의 합금, 마그네슘과 은의 합금 등의 합금으로 구성된다. 이들에 대해, 제6 실시예와 동일하게, 제1 전극(96)은 p측 전극으로서 작용하고, 제2 전극(97)은 n측 전극으로서 작용한다.
이러한 구성을 갖는 발광 다이오드는 예를 들어, 제6 실시예와 동일하게 제조될 수 있다.
기판(91)의 한 표면 상에 예를 들어, p형의 중합체 금속 착물을 함유하는 제1 도전형 클래드층(92)을 예를 들어 코팅법, 증착법 또는 레이저 피착법에 의해 형성하고, CdSe를 포함하는 다수의 미결정(93a)을 피착하여 발광층(93)을 형성한다. 폴리이미드를 포함하는 절연층(95)을 형성한 후, 절연층(95)을 에칭하여 발광 층(93)의 일부를 표면에 노출시키고, n형의 중합체 금속 착물 등을 포함하는 제2 도전형 클래드층(94)을 예를 들어, 코팅법, 증착법 또는 레이저 피착법에 의해 형성한다. 후속하여, 제1 도전형 클래드층(92)의 일부분을 리소그래피 기법으로 노출시키고, 제1 전극(96) 및 제2 전극(97) 각각을 선택적으로 형성한다. 따라서, 이 실시예에 따른 발광 다이오드가 형성된다.
이러한 발광 다이오드는 제1 실시예와 동일하게 작용하여 동일하게 사용할 수 있다. 이 실시예에 따르면, 제1 실시예에서와 동일한 효과를 얻을 수 있으며, 제1 도전형 클래드층(92) 및 제2 도전형 클래드층(94)이 유기 반도체로 구성되기 때문에, 기판을 저온에서 형성할 수 있다. 그러므로, 기판(91)을 플라스틱 등으로 구성할 수 있어, 대면적의 소자열을 저 비용으로 형성할 수 있다. 이 실시예는 제2 및 제3 실시예에 동일한 방법으로 적용시킬 수 있다.
<제10 실시예>
도 13은 본 발명의 제10 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도이다. 이 발광 다이오드는 기판(101),제1 도전형 클래드층(102), 발광층(103), 제2 도전형 클래드층(104), 절연층(105) 및 제1 전극(106) 및 제2 전극(107)을 구성하는 재료가 제1 실시예와는 다른 예이다. 그러므로, 동일한 구성 요소에는 동일한 심볼을 병기하고, 대응하는 구성 요소에는 백의 자리가 "1"로 변경되고 십의 자리가 "0"으로 변경된 심볼을 병기하고, 동일 부분에 대해서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.
기판(101)을 예를 들어, 제6 실시예와 동일하게 유리, 석영, 사파이어, 또는 플라스틱 등으로 구성할 수 있다. 제1 도전형 클래드층(102)은 제6 실시예와 동일하게 예를 들어, p형 π-공액 중합체 금속 착물로 구성된다. 발광층(103)은 예를 들어, InN을 포함하는 다수의 미결정(103a)을 포함한다. 제2 도전형 클래드층(104)은 제6 실시예와 동일하게 예를 들어, n형 π-공액 중합체 착물로 구성된다. 절연층(105)은 제6 실시예와 동일한 것으로서, 예를 들어, 폴리이미드 등의 유기 화합물로 구성된다. 제1 전극(106)은 제6 실시예와 동일하게, 예를 들어, ITO 또는 산화주석(SnO2)으로 구성된다. 제2 전극(107)은 제6 실시예와 동일하게 예를 들어, 인듐, 알루미늄, 마그네슘, 금, 백금 등의 금속; 또는 마그네슘과 인듐의 합금, 알루미늄과 리튬의 합금, 마그네슘과 은의 합금 등의 합금으로 구성된다. 즉, 이 발광 다이오드는 발광층(103)을 구성하는 재료가 상이한 것을 제외하고는 제6 실시예와 동일한 구성을 갖는다.
이러한 구성을 갖는 발광 다이오드는 예를 들어, 제6 실시예와 동일하게 제조될 수 있다. 이러한 발광 다이오드는 제1 실시예와 동일하게 작용하여 동일하게 사용할 수 있다. 이 실시예에 따르면, 제1 실시예에서와 동일한 효과를 얻을 수 있으며, 제1 도전형 클래드층(102) 및 제2 도전형 클래드층(104)이 유기 반도체로 구성되므로, 기판(101)을 플라스틱 등으로 구성할 수 있어, 대면적의 소자열을 저 비용으로 형성할 수 있다. 이 실시예는 제2 및 제3 실시예에 동일한 방법으로 적용시킬 수 있다.
<제11 실시예>
도 14는 본 발명의 제11 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도이다. 이 발광 다이오드는, 제1 도전형 클래드층(112), 제2 도전형 클래드층(114), 및 제1 전극(116)의 구성이 다른 것을 제외하고는 제1 실시예와 동일한 구성을 가져 제1 실시예와 동일하게 제조 및 사용할 수 있다. 그러므로, 동일한 구성 요소에는 동일한 심볼을 병기하고, 대응하는 구성 요소에는 백의 자리가 "1"로 변경되고 십의 자리가 "1"로 변경된 심볼을 병기하고, 동일 부분에 대해서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제1 도전형 클래드층(112)은 예르 들어, 기판(11)측으로부터 제1층(112a) 및 제2층(112b)을 기술된 순서로 적층시킨 다층 구조를 갖는다. 제1층(112a)은 예를 들어, 0.4㎛의 두께를 가지며 탄소 등의 n형 불순물이 첨가된 n형 BN의 비단결정체로 구성된다. 제2층(112b)은 예를 들어, 0.1㎛의 두께를 가지며 실리콘 등의 n형 불순물이 첨가된 n형 AlGaN의 비단결정체로 구성된다.
제2 도전형 클래드층(114)은 예를 들어, 발광층(13)의 측으로부터 제1층(114a) 및 제2층(114b)을 기술된 순서로 적층시킨 다층 구조를 갖는다. 제1층(114a)은 예를 들어, 0.1㎛의 두께를 가지며 마그네슘 등의 p형 불순물이 첨가된 p형 AlGaN의 비단결정체로 구성된다. 제2층(114b)은 예를 들어, 0.4㎛의 두께를 가지며 마그네슘 등의 p형 불순물이 첨가된 p형 BN의 비단결정체로 구성된다.
제1 전극(116)은 n측 전극으로서 작용하고, 예를 들어, 제1 도전형 클래드층(112)측으로부터 티탄층, 니켈층, 백금층 및 금층을 기술된 순서로 적층시키고 이어서 열 처리를 행하여 합금화시켜 얻어진 구조를 갖는다.
도 15는 발광 다이오드의 대역갭 구조를 도시한다. 도 15에서, 실선은 제1 도전형 클래드층(112), 발광층(13) 및 제2 도전형 클래드층(114) 각각의 대역갭을 나타내고, 점선은 절연층(15)의 대역갭을 나타낸다. 제1 도전형 클래드층(112)의 대역갭은 제1층(112a)에서는 약 6.2eV이고, 제2층(112b)에서는 약 3.4 내지 4.8eV이고, 발광층(13)측의 대역갭은 더 작다. 제2 도전형 클래드층(114)의 대역갭은 제1층(114a)에서는 약 3.4 내지 4.8eV이고, 제2층(114b)에서는 약 6.2eV이고, 발광층(13)측의 대역갭은 더 작다. 이는 전하의 주입 효율을 증가시켜 발광 효율을 향상시키기 위한 것이다. 발광층(13)의 대역갭은 제1 실시예와 동일하게 제1 도전형 클래드층(112), 제2 도전형 클래드층(114) 및 절연층(15)의 대역갭보다 작은 약 3.3eV이다.
이러한 발광 다이오드에서는, 제1 전극(116)과 제2 전극(17) 사이에 소정의전압을 인가할 때, 발광층(13)의 미결정(13a)에 전류가 주입되어 미결정(13a)에서 발광이 일어난다. 제1 도전형 클래드층(112) 및 제2 도전형 클래드층(114) 각각은 대역갭이 발광층(13)의 측을 향해 단계적으로 감소되는 다층 구조를 갖으므로, 전하의 주입 효율이 중가되어 발광 효율이 향상된다.
이 실시예에 따르면, 제1 도전형 클래드층(112) 및 제2 도전형 클래드층(114) 각각이 발광층(13)의 측이 더 작은 대역갭을 갖는 다층 구조를 갖기 때문에, 제1 실시예에서 기술된 효과 이외에 발광 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 이 실시예는 제2 내지 제5 실시예에 동일하게 적용시킬 수 있다.
<제12 실시예>
도 16은 본 발명의 제12 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도이다. 이 발광 다이오드는, 제1 도전형 클래드층(122), 및 제2 도전형 클래드층(124) 각각이 다층 구조이고, 기판(121), 제1 도전형 클래드층(122), 발광층(123), 제2 도전형 클래드층(124), 절연층(125), 제1 전극(126) 및 제2 전극(127)을 구성하는 재료가 제1 실시예와는 다른 예이다. 그러므로, 동일한 구성 요소에는 동일한 심볼을 병기하고, 대응하는 구성 요소에는 백의 자리가 "1"로 변경되고 십의 자리가 "2"로 변경된 심볼을 병기하고, 동일 부분에 대해서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제1 도전형 클래드층(122)은 예를 들어, 기판(121)측으로부터 제1층(122a) 및 제2층(122b)을 기술된 순서로 적층시킨 다층 구조를 갖는다. 제1층(122a)은 예를 들어, 0.4㎛의 두께를 가지며 p형 첨가제를 첨가시킨 p형 폴리디메틸 실란으로 구성된다. 제2층(122b)은 예를 들어, 0.1㎛의 두께를 가지며 p형 첨가제를 첨가시킨 p형 폴리(p-페닐렌)으로 구성된다. 제1층(122a)의 대역갭은 약 3.5eV이고, 제2층(122b)의 대역갭은 약 3.2eV이다.
제2 도전형 클래드층(124)은 예를 들어, 발광층(123)의 측으로부터 제1층(124a) 및 제2층(124b)을 기술된 순서로 적층시킨 다층 구조를 갖는다. 제1층(124a)은 예를 들어, 0.4㎛의 두께를 가지며 n형 첨가제를 첨가시킨 n형 폴리(p-페닐렌)으로 구성된다. 제2층(142b)은 예를 들어, 0.1㎛의 두께를 가지며 n형 첨가제를 첨가시킨 n형 폴리디메틸 실란으로 구성된다. 제1층(124a)의 대역갭은 약 3.2eV이고, 제2층(124b)의 대역갭은 약 3.5eV이다. 즉, 이 실시예에서는, 제1 도 전형 클래드층(122) 및 제2 도전형 클래드층(124) 각각은 유기 반도체를 포함한 다층 구조를 가지며, 그들의 대역갭은 발광층(123)측이 더 작아지게 구성된다.
기판(121)은 예를 들어, 제6 실시예와 동일하게 예를 들어, 유리, 석영, 사파이어 또는 플라스틱으로 구성되고, 여기서 제1 도전형 클래드층(62) 및 제2 도전형 클래드층(64)은 유기 반도체로 구성된다. 발광층(123)은 예를 들어, InN을 포함하는 다수의 미결정(123a)을 함유한다. 절연층(125)은 예를 들어, 제6 실시예와 동일하게 폴리이미드 등의 유기 화합물로 구성된다. 발광층(123)의 대역갭은 약 1.9eV이고, 제1 실시예와 동일하게 제1 도전형 클래드층(122), 제2 도전형 클래드층(124) 및 절연층(125)의 대역갭보다 작다.
제1 전극(126)은 예를 들어, 제6 실시예와 동일하게 ITO 또는 산화주석(SnO2)으로 구성된다. 제2 전극(127)은 제6 실시예와 동일하게 예를 들어, 인듐, 알루미늄, 마그네슘, 금, 백금 등의 금속; 또는 마그네슘과 인듐의 합금, 알루미늄과 리튬의 합금, 마그네슘과 은의 합금 등의 합금으로 구성된다. 이들에 대해, 제6 실시예와 동일하게, 제1 전극(126)은 p측 전극으로서 작용하고, 제2 전극(127)은 n측 전극으로서 작용한다.
이러한 구성을 갖는 발광 다이오드는 예를 들어, 제6 실시예와 동일하게 제조될 수 있다. 이러한 발광 다이오드는 제1 실시예와 동일하게 작용하여 동일하게 제조할 수 있다. 그러나, 제1 도전형 클래드층(122) 및 제2 도전형 클래드층(124) 각각은 대역갭이 발광층(123)을 향해 단계적으로 감소하는 다층 구조를 갖기 때문 에, 전하의 주입 효율이 증가되어, 발광 효율이 증가된다.
이 실시예에 따르면, 제1 실시예에 기술된 효과 이외에도, 제1 도전형 클래드층(122) 및 제2 도전형 클래드층(124) 각각이 유기 반도체로 구성되므로, 기판을 저온에서 제조할 수 있고, 제1 도전형 클래드층(122) 및 제2 도전형 클래드층(124) 각각이 발광층(123)의 측이 더 작은 대역갭을 갖는 다층 구조를 가지므로, 발광 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 이 실시예는 제2 및 제3 실시예에 동일하게 적용시킬 수 있다.
<제13 실시예>
도 17은 본 발명의 제13 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도이다. 이 발광 다이오드는, 제1 도전형 클래드층(132), 및 제2 도전형 클래드층(134) 각각이 다층 구조이고, 기판(131), 제1 도전형 클래드층(132), 발광층(133), 제2 도전형 클래드층(134), 절연층(135), 제1 전극(136) 및 제2 전극(137)을 구성하는 재료가 제1 실시예와는 다른 예이다. 그러므로, 동일한 구성 요소에는 동일한 심볼을 병기하고, 대응하는 구성 요소에는 백의 자리가 "1"로 변경되고 십의 자리가 "3"으로 변경된 심볼을 병기하고, 동일 부분에 대해서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제1 도전형 클래드층(132)은 예를 들어, 기판(131)측으로부터 제1층(132a) 및 제2층(132b)을 기술된 순서로 적층시킨 다층 구조체를 갖는다. 제1층(132a)은 예를 들어, 0.4㎛의 두께를 가지며 p형 첨가제를 첨가시킨 p형 폴리피롤으로 구성된다. 제2층(132b)은 예를 들어, 0.1㎛의 두께를 가지며 p형 첨가제를 첨가시킨 p 형 폴리(p-페닐렌)으로 구성된다. 제1층(132a)의 대역갭은 약 3.6eV이고, 제2층(132b)의 대역갭은 약 3.2eV이다.
제2 도전형 클래드층(134)은 예를 들어, 발광층(133)의 측으로부터 제1층(134a) 및 제2층(134b)을 기술된 순서로 적층시킨 다층 구조를 갖는다. 제1층(134a)은 예를 들어, 0.1㎛의 두께를 가지며 n형 첨가제를 첨가시킨 n형 폴리(p-페닐렌)으로 구성된다. 제2층(134b)은 예를 들어, 0.4㎛의 두께를 가지며 n형 첨가제를 첨가시킨 n형 폴리퀴놀린으로 구성된다. 제2층(134b)은 제2 전극(137)에 대해 고피착 특성을 가져, 제2 전극(137)에 대한 피착 특성을 증가시키기 위한 피착층으로서 작용한다. 제1층(124a) 및 제2층(124b)의 대역갭은 약 3.2eV이다. 즉, 이 실시예에서는, 제1 도전형 클래드층(132) 및 제2 도전형 클래드층(134) 각각은 유기 반도체를 포함한 다층 구조를 가지며, 여기서 그들의 대역갭은 발광층(133)측이 제1 도전형 클래드층(132) 및 제2 도전형 클래드층(134)에서 보다 더 작게 되고, 제2 전극(137) 측 상에 피착층이 형성된다.
기판(131)은 예를 들어, 제6 실시예와 동일하게 예를 들어, 유리, 석영, 사파이어 또는 플라스틱으로 구성되고, 여기서 제1 도전형 클래드층(62) 및 제2 도전형 클래드층(64)은 유기 반도체로 구성된다. 발광층(133)은 예를 들어, InN을 포함하는 다수의 미결정(133a)을 함유한다. 절연층(135)은 예를 들어, 제6 실시예와 동일하게 폴리이미드 등의 유기 화합물로 구성된다. 발광층(133)의 대역갭은 약 1.9eV이고, 제1 실시예와 동일하게 제1 도전형 클래드층(132), 제2 도전형 클래드층(134) 및 절연층(135)의 대역갭보다 작다.
제1 전극(136)은 예를 들어, 제6 실시예와 동일하게 ITO 또는 산화주석(SnO2)으로 구성된다. 제2 전극(137)은 제6 실시예와 동일하게 예를 들어, 인듐, 알루미늄, 마그네슘, 금, 백금 등의 금속; 또는 마그네슘과 인듐의 합금, 알루미늄과 리튬의 합금, 마그네슘과 은의 합금 등의 합금으로 구성된다. 이들에 대해, 제6 실시예와 동일하게, 제1 전극(136)은 p측 전극으로서 작용하고, 제2 전극(137)은 n측 전극으로서 작용한다.
이러한 구성을 갖는 발광 다이오드는 예를 들어, 제6 실시예와 동일하게 제조될 수 있다. 이러한 발광 다이오드는 제1 실시예와 동일하게 작용하여 동일하게 제조할 수 있다. 그러나, 제1 도전형 클래드층(132) 및 제2 도전형 클래드층(134) 각각은 대역갭이 발광층(133)을 향해 단계적으로 감소하는 다층 구조를 갖기 때문에, 전하의 주입 효율이 증가되어, 발광 효율이 증가된다.
이 실시예에 따르면, 제1 실시예에 기술된 효과 이외에도, 제1 도전형 클래드층(132) 및 제2 도전형 클래드층(134) 각각이 유기 반도체로 구성되므로, 기판을 저온에서 제조할 수 있고, 제1 도전형 클래드층(132)이 발광층(133)의 측이 더 작은 대역갭을 갖는 다층 구조를 가지므로, 발광 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 제2 도전형 클래드층(134)이 제2 전극(137) 측 상에 피착층이 존재하는 다층 구조를 가지므로, 제2 전극(137)의 피착 특성을 개선시킬 수 있다. 이 실시예는 제2 내지 제12 실시예에 적용시킬 수 있다.
<제14 실시예>
도 18은 본 발명의 제14 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도이다. 이 발광 다이오드는, 제2 도전형 클래드층(144)이 다층 구조이고, 제2 전극이 생략되고, 기판(141), 제1 도전형 클래드층(142), 발광층(143), 제2 도전형 클래드층(144), 절연층(145), 및 제1 전극(146)을 구성하는 재료가 제1 실시예와는 다른 예이다. 그러므로, 동일한 구성 요소에는 동일한 심볼을 병기하고, 대응하는 구성 요소에는 백의 자리가 "1"로 변경되고 십의 자리가 "4"로 변경된 심볼을 병기하고, 동일 부분에 대해서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.
기판(141)은 예를 들어, 제6 실시예와 동일하게 예를 들어, 유리, 석영, 사파이어 또는 플라스틱으로 구성되고, 여기서 제1 도전형 클래드층(62) 및 제2 도전형 클래드층(64)은 유기 반도체로 구성된다. 제1 도전형 클래드층(142)은 예를 들어, p형 첨가제를 첨가한 p형 폴리(p-페닐렌) 등의 p형 유기 반도체로 구성된다. 제1 도전형 클래드층(142)의 대역갭은 약 3.2eV이다. 발광층(143)은 예를 들어, InN을 포함하는 다수의 미결정(143a)을 포함한다.
제2 도전형 클래드층(144)은 예를 들어, 발광층(143)의 측으로부터 제1층(144a) 및 제2층(144b)을 기술된 순서로 적층시킨 다층 구조를 갖는다. 제1층(144a)은 예를 들어, 0.1㎛의 두께를 가지며 n형 첨가제를 첨가시킨 n형 폴리퀴놀린으로 구성된다. 제2층(144b)은 예를 들어, 0.4㎛의 두께를 가지며 n형 첨가제를 첨가시킨 n형 폴리(p-페닐렌)으로 구성된다. 제2층(144b)은 고 도전율을 가지며, 또한 n측 전극으로서 작용하는 전극층이다. 제1층(144a) 및 제2층(144b)의 대역갭은 약 3.2eV이다.
절연층(145)은 예를 들어, 제6 실시예와 동일하게 폴리이미드 등의 유기 화합물로 구성된다. 제1 도전형 클래드층(142), 발광층(143), 제2 도전형 클래드층(144) 및 절연층(145)을 이들 재료로 구성할 경우, 제6 실시예와 동일하게 발광층(143)의 대역갭은 제1 도전형 클래드층(142), 제2 도전형 클래드층(144) 및 절연층(145)의 대역갭보다 작다.
제1 전극(146)은 예를 들어, 제6 실시예와 동일하게 ITO 또는 산화주석(SnO2)으로 구성된다. 제1 전극(146)은 p측 전극으로서 작용한다.
이러한 구성을 갖는 발광 다이오드는 예를 들어, 제6 실시예와 동일하게 제조될 수 있다. 이러한 발광 다이오드는 제1 실시예와 동일하게 작용하여 동일하게 제조할 수 있다. 또한, 이 실시예에 따르면, 제1 실시예에서 기술된 효과 이외에도 제1 도전형 클래드층(142) 및 제2 도전형 클래드층(144) 각각을 유기 반도체로 구성하기 때문에 기판을 저온에서 제조할 수 있으며, 제2 도전형 클래드층(144)이 전극층을 갖는 다층 구조를 가지므로, 금속 또는 금속 합금을 포함하는 n측 전극을 새로이 형성할 필요가 없어 소자의 구조 및 제조 방법을 단순화시킬 수 있다. 이 실시예는 제2 내지 제13 실시예에 적용시킬 수 있다.
<제15 실시예>
도 19는 본 발명의 제15 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도이다. 이 발광 다이오드는 기판(11)과 제1 도전형 클래드층(12) 사이에 확산 방지층(158)을 제공한 것을 제외하고는 제1 실시예와 동일한 구성을 가져 동일하게 사 용된다. 그러므로, 여기서는 동일 부분에 대해서는 동일한 심볼을 병기하고, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
확산 방지층(158)은 기판(11)과 제1 도전형 클래드층(12) 간의 구성 소자의 확산을 방지시켜 기판(11)과 제1 도전형 클래드층(142) 간의 피착 특성을 증가시키기 위한 것이다. 확산 방지층(158)은 예를 들어, 수 ㎚의 두께를 가지며 질화티탄 (Ti3N4) 또는 질화실리콘(Si3N4)으로 구성된다.
이러한 발광 다이오드는 제1 실시예에서와 동일하게 제조할 수 있다. 확산 방지층(158)은 예를 들어, 스퍼터링법, CVD법, 레이저 피착법 등에 의해 형성된다.
이러한 발광 다이오드에서는, 제1 전극(16)과 제2 전극(17) 간에 소정의 전압을 인가하면, 발광층(13)의 미결정(13a)에 전류가 주입되어 미결정(13a)에서 발광이 일어난다. 여기서는 확산 방지층(158)을 제공하므로, 기판(11)과 제1 도전형 클래드층(12) 간의 구성 소자의 확산이 방지되어, 기판(11)과 제1 도전형 클래드층(12) 간의 피착 특성이 보증된다. 따라서, 품질을 보존할 수 있다.
이 실시예에 따르면, 제1 실시예에서 기술된 효과 이외에, 확산 방지층(158)이 제공되기 때문에, 기판(11)과 제1 도전형 클래드층(12) 간의 구성 소자의 확산을 방지시킬 수 있어 기판(11)과 제1 도전형 클래드층(12) 간의 피착 특성을 보증할 수 있다. 따라서, 품질이 보증된다. 이 실시예는 동일하게 제2 내지 제14 실시예에 적용시킬 수 있다.
<제16실시예>
도 20은 본 발명의 제16 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도이다. 이 발광 다이오드는 기판(11)과 제1 도전형 클래드층(12) 사이에 보조 전극(169)을 제공한 것을 제외하고는 제1 실시예와 동일한 구성을 가져 동일하게 사용된다. 그러므로, 여기서는 동일 부분에 대해서는 동일한 심볼을 병기하고, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
보조 전극(169)은 제1 전극(16)에 대한 보조 전극으로서 작용하고, 발광층(13)의 전 표면에 균일하게 전압을 인가하는 역할을 한다. 보조 전극(169)은 예를 들어, 0.2㎚의 두께를 가지며 산화 주석(SnO2) 등의 도전형 재료로 구성된다. 보조 전극(169)을 산화 주석 등의 확산 방지 기능을 갖는 재료로 구성할 경우, 보조 전극(169)은 확산 방지층으로서 작용한다.
이러한 발광 다이오드는 제1 실시예에서와 동일하게 제조할 수 있다. 보조 전극(169)은 예를 들어, 스퍼터링법, CVD법, 중착법 등에 의해 형성된다.
이러한 발광 다이오드에서는, 제1 전극(16)과 제2 전극(17) 간에 소정의 전압을 인가하면, 발광층(13)의 미결정(13a)에 전류가 주입되어 미결정(13a)에서 발광이 일어난다. 여기서는 보조 전극(169)을 제공하므로, 발광층(13)의 전 표면에 균일하게 전압이 인가된다. 따라서, 발광층(13)의 전 표면에 걸쳐 균일하게 발광이 발생한다.
이 실시예의 발광 다이오드에 따르면, 제1 실시예에서 기술된 효과 이외에, 보조 전극(169)이 제공되기 때문에, 발광층(13)의 전 표면에 균일하게 전압이 인가 되어 발광층(13)의 전 표면에 걸쳐 균일한 발광이 발생한다. 이 실시예는 동일하게 제2 내지 제15 실시예에 적용시킬 수 있다.
<제17실시예>
도 21은 본 발명의 제17 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도이다. 이 발광 다이오드는 기판(171)을 n측 전극으로서 작용하는 도전형 재료로 구성하고 제1 전극(16)을 생략한 것을 제외하고는 제1 실시예와 동일한 구성을 가져 동일하게 사용된다. 따라서, 제1 실시예와 동일하게 제조할 수 있다. 그러므로, 여기서는 동일 부분에 대해서는 동일한 심볼을 병기하고, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
기판(171)은 예를 들어, 금속, 반도체, 탄화실리콘(도핑된 SiC) 등의 도전형 재료로 구성된다. 기판(171)을 구성하는 재료로서, 텅스텐(W), 탄탈(Ta) 등의 고 융점 금속, 철(Fe) 등이 적합하다. 이는 고 융점 금속에 의해 고온에서 제조가 가능하고, 철이 경제적으로 쉽게 구할 수 있기 때문이다. 기판(171)을 금속으로 구성하는 것이 바람직한 데, 이는 대면적의 소자열을 형성할 수 있기 때문이다. 기판(171)을 구성하는 반도체로서는 실리콘이 적합하다. 이는 고온에서 제조가 가능하고, 경제적으로 쉽게 구할 수 있기 때문이다. 기판(171)을 반도체로 구성할 경우, 불순물(여기서는 n형 불순물)을 첨가하여 저 저항을 갖는 것을 사용한다. 또한, 기판을 반도체 또는 탄화실리콘으로 구성할 경우, 단결정체 또는 비단결정체를 사용할 수 있다. 그러나, 기판(171)을 반도체 또는 탄화실리콘의 비단결정체로 구성하는 것이 바람직한 데, 이는 이들을 쉽게 구할 수 있고, 고온에서 제조가 가능 하여 대면적의 소자열을 형성할 수 있기 때문이다.
이 실시예에 따르면, 제1 실시예에 기술된 효과 이외에도, 제1 전극(즉, n측 전극)의 기능이 기판(171)에 제공되므로, 발광층(13)의 전 표면에 균일하게 전압이 안가되어 발광층(13)의 전 표면에서 균일하게 발광이 발생하고, 제조 방법을 간략화시킬 수 있다. 특히, 기판(171)을 철 등으로 구성할 경우, 대면적의 소자열을 저가로 형성할 수 있다. 기판(171)을 실리콘, 탄화실리콘 등으로 구성할 경우, 고온에서 저가로 안정한 제조를 행할 수 있다. 또한, 기판(171)을 실리콘 또는 탄화실리콘으로 구성할 경우, 대면적의 소자열을 형성할 수 있다. 이 실시예는 제2 내지 제15 실시예에 동일하게 적용시킬 수 있다.
<제18 실시예>
도 22는 본 발명의 제18 실시예의 발광 다이오드의 반도체 레이저(레이저 다이오드, LD)의 구성을 도시하는 단면도이다. 반도체 레이저는 한 쌍의 반사판(180a 및 180b)을 제공한 것을 제외하고 제1 실시예에 따른 발광 다이오드와 동일한 구성 및 효과를 갖는다. 그러므로, 동일 부분에 대해서는 동일한 심볼을 병기하고, 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.
기판(11)과 제1 도전형 클래드층(12) 사이에 반사판(180a)을 형성하고, 기판(11)의 대향측 상의 제2 도전형 클래드층(14) 상에 반사판(180b)을 형성한다. 여기서는 도시하지 않았지만, 반사판(180a 및 180b)은 저 굴절율층과 고 굴절율층을 하나 이상 교대로 적층시켜 구성하거나, 또는 그들 중 하나로 구성한다. 반사판(180a 및 180b)의 반사율은 저 굴절율층과 고 굴절율층의 적층수에 의해 제어되고, 반사판(180a)의 반사율은 높지만 반사판(180b)의 반사율은 낮다. 즉, 반사판(180a)과 반사판(180b) 사이에서 왕복 진행함으로써 증폭되어진 광이 반사판(180b)으로부터 외측으로 방출된다. 저 굴절율층을 구성하는 재료의 예로서는 이산화 실리콘(SiO2), 블화 칼슘(CaF), 불화 마그네슘(MgF2) 등이 있고, 고 굴절율층을 고성하는 재료는 산화 세륨(CeO2), 황화아연(ZnS), 산화 하프늄(HfO2), 산화 탄탈(TaO2) 등이 있다.
이 반도체 레이저는 제1 실시예와 동일하게 제조할 수 있다. 반사판(180a 및 180b)은 예를 들어, 스퍼터링법, CVD법 등에 의해 형성된다.
이러한 반도체 레이저에서는, 제1 전극(16)과 제2 전극(17) 간에 소정의 전압을 인가하면, 발광층(13)의 미결정(13a)에 전류가 주입되어 미결정(13a)에서 발광이 일어난다. 발광층(13)으로부터 방출된 광은 한 쌍의 반사판(180a 및 180b) 사이에서 왕복 진행함으로써 증폭되어지고, 반사판(180b)으로부터 외부로 방출된다.
여기서 도시된 바와 같이, 본 발명은 발광 다이오드뿐 아니라 반도체 레이저에도 적용시킬 수 있다. 이 실시예는 제1 실시예뿐 아니라 제2 내지 제17 실시예에도 적용시킬 수 있다.
지금까지 본 발명을 기술된 실시예에 대해서만 기술하였지만, 본 발명은 이들 실시예에만 국한되지 않고 여러 변형 실시예가 가능하다. 예를 들어, 기술된 실시예에서는, 제1 도전형 클래드층, 발광층, 제2 도전형 클래드층 및 절연층을 이 들을 구성하는 재료의 특정예에 대해 기술하였지만, 본 발명은 다른 재료로 구성할 수 있다. 예를 들어, 발광층은 아연, 마그네슘, 카드뮴(Cd), 망간(Mn), 수은(Hg), 및 베릴륨(Be)로 이루어진 그룹에서 선택한 II족 원소 중 적어도 하나와 산소, 셀레늄(Se), 유황(S), 및 텔루륨(Te)으로 이루어진 그룹에서 선택된 VI족 원소 중 적어도 하나를 함유하는 다른 II-VI족 화합물 반도체; 또는 붕소, 알루미늄, 갈륨,및 인듐으로 이루어진 그룹에서 선택된 III족 원소 중 적어도 하나와 질소, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 및 비스무스(Bi)로 이루어진 그룹에서 선택된 V족 원소 중 적어도 하나를 함유하는 III-V족 화합물 반도체로 구성될 수 있다.
또한, 기술된 실시예에서는 발광층의 미결정을 적층 방향으로 거의 한 층으로 형성하는 경우에 대해 기술하였지만, 둘 이상의 층을 적층시켜 형성할 수 있다.
또한, 제1 내지 제5, 제11 및 제15 내지 제18 실시예에서, 제1 도전형 클래드층이 n형이고, 제2 도전형 클래드층이 p형인 경우에 대해 기술하였지만, 제1 도전형 클래드층이 p형이고, 제2 도전형 클래드층이 n형일 수 있다. 제6 내지 제10 및 제12 내지 제14 실시예에서는 제1 도전형 클래드층이 p형이고, 제2 도전형 클래드층이 n형인 경우에 대해 기술하였지만, 제1 도전형 클래드층이 n형이고, 제2 도전형 클래드층이 p형일 수 있다.
또한, 제1 내지 제5, 제11 및 제15 내지 제18 실시예에서는, 제1 도전형 클래드층 및 제2 도전형 클래드층을 비단결정 무기 반도체로 구성하는 경우에 대해 기술하였지만, 이들 중 하나만을 비단결정 무기 반도체로 구성할 수 있다. 또는, 이들 모두를 비단결정 무기 반도체로 구성할 수 있다.
또한, 제6 내지 제10 및 제12 내지 제14 실시예에서는, 제1 도전형 클래드층 및 제2 도전형 클래드층을 유기 반도체 또는 도전형 수지로 구성하는 경우에 대해 기술하였지만, 제1 도전형 클래드층 및 제2 도전형 클래드층 중 단지 하나만을 유기 반도체 또는 도전형 수지로 구성할 수 있다. 또는, 제1 도전형 클래드층 및 제2 도전형 클래드층 각각을 유기 반도체로 구성하거나, 이들 각각을 도전형 수지로 구성할 수 있다. 제1 도전형 클래드층 및 제2 도전형 클래드층 중 하나를 유기 반도체로 구성할 수 있고, 나머지 하나를 도전형 수지로 구성할 수 있다. 또한, 제1 도전형 클래드층 및 제2 도전형 클래드층 각각을 유기 반도체로 구성할 경우, 이들을 동종의 유기 반도체로 구성할 수 있거나 상이한 종류의 유기 반도체로 구성할 수 있다.
또한, 제12 내지 제14 실시예에서는, 제1 도전형 클래드층 및 제2 도전형 클래드층 중 적어도 하나를 유기 반도체를 구비하는 다층 구조를 갖는 경우에 대해 기술하였지만, 다층 구조의 적어도 일부는 도전형 수지로 구성할 수 있다.
또한, 제11 내지 제13 실시예에서는, 제1 도전형 클래드층 및 제2 도전형 클래드층 각각을 다층 구조를 갖는 경우에 대해 기술하였지만, 이들 중 단지 하나만이 다층 구조를 가질 수 있다.
또한, 제11 내지 제14 실시예에서는, 제1 도전형 클래드층 또는 제2 도전형 클래드층을 두층의 다층 구조를 갖는 경우에 대해 기술하였지만, 3층 이상의 다층 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 발광층에 근접한 층이 보다 작은 대역갭을 가질 경우, 제11 및 제12 실시예와 동일하게 발광 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 발광층에 근접한 층이 보다 작은 대역갭을 갖도록 적층된 다수의 층 이외에도, 피착층 및 전극층 중 적어도 하나를 가질 수 있다.
또한, 제13 및 제14 실시예에서는, 피착층 또는 전극층이 제2 도전형 클래드층에 형성되는 경우에 대해 기술하였지만, 피착층 또는 전극층을 제1 도전형 클래드층에 형성시킬 수 있다.
또한, 기술된 실시예에서는, 제1 도전형 클래드층과 제2 도전형 클래드층 사이에 절연층을 갖는 경우에 대해 기술하였지만, 절연층은 제1 도전형 클래드층과 제2 도전형 클래드층 간의 누설 전류가 어떠한 문제도 일으키지 않을 경우에는 제공되지 않을 수 있다.
또한, 제1 실시예에서 기술된 바와 같이, 발광층을 용제 중에 분산시킨 다수의 미결정을 피착시켜 형성한 경우에서는, 화이어링 처리 후 절연막이 되는 SOG(스핀 온 글래스) 등의 물질을 용제로 사용하면 절연층의 형성이 용이할 수 있다.
상술된 바와 같이, 첨부된 청구항 1 내지 25 중 하나에 기술된 발광 다이오드에 따르면, 제1 도전형 클래드층과 제2 도전형 클래드층 간에 형성된 미결정층이 개선된 결정도를 갖는 다수의 미결정을 포함하므로, 발광 효율을 향상시킬 수 있어 소자의 서비스 수명을 연장시킬 수 있다. 격자 정합 등을 고려하지 않기 때문에, 발광 파장에 따라 임의로 재료를 선택할 수 있다. 또한, 입자 사이즈 효괄로 인해 입자 직경이 작아짐에 따라 대역갭이 넓어지므로, 발광 파장을 단파장으로 할 수 있고, 미결정층을 구성하는 재료를 선택함으로써 자외선 영역에서 발광을 얻을 수 있다. 따라서, 살균 램프 등의 광원으로서도 사용할 수 있다. 또한, 제1 도전형 클래드층 및 제2 도전형 클래드층을 단결정 무기 반도체로 구성할 필요가 없어 이들을 구성하는 재료의 선택 범위가 넓어져, 이들을 비단결정 무기 반도체, 유기 반도체 또는 도전형 수지로 구성하여, 기판을 저온에서 용이하게 형성할 수 있는 효과를 나타낸다.
특히, 청구항 4에 기술된 발광 다이오드에 따르면, 미결정층이 상이한 반도체를 포함하는 두 종류 이상의 미결정을 포함하므로, 다수 종류의 상이한 광 파장을 얻는 효과를 나타낸다.
또한, 청구항 5에 기술된 발광 다이오드에 따르면, 미결정은 적층 구조를 가지므로, 발광 효율을 더욱 증가시키는 효과를 나타낸다.
또한, 청구항 6 또는 11에 기술된 발광 다이오드에 따르면, 제1 도전형 클래드층 및 제2 도전형 클래드층 중 적어도 하나는 비단결정체 또는 유기 반도체 및 도전형 수지 중 적어도 하나로 구성하기 때문에, 기판을 저온에서 용이하게 제조할 수 있는 효과를 나타낸다.
또한, 청구항 13에 기술된 발광 다이오드에 따르면, 제1 도전형 클래드층 및 제2 도전형 클래드층 중 적어도 하나가 미결정층에 근접한 층이 더 작은 대역갭을 갖는 다수층을 가지므로, 발광 효율을 더욱 증가시키는 효과를 나타낸다.
또한, 청구항 14에 기술된 발광 다이오드에 따르면, 제1 도전형 클래드층 및 제2 도전형 클래드층 중 적어도 하나가 피착층을 가지므로, 전극의 피착 특성이 증 가되는 효과를 나타낸다.
또한, 청구항 15에 기술된 발광 다이오드에 따르면, 제1 도전형 클래드층 및 제2 도전형 클래드층 중 적어도 하나가 전극층을 가지므로, 금속 또는 합금을 포함하는 전극을 새로이 형성할 필요가 없어, 소자 구조 및 제조 방법을 단순화시킬 수 있다는 효과를 나타낸다.
또한, 청구항 16 내지 제19에 기술된 발광 다이오드에 따르면, 절연층을 미결정층의 미결정 중에 제공하므로, 제1 도전형 클래드층과 제2 도전형 클래드층 간의 누설 전류가감소되어 전자와 전공이 효과적으로 미결정에 주입될 수 있다. 그러므로, 발광 효율을 증가시킬 수 있는 효과를 나타낸다.
또한, 청구항 21에 기술된 발광 다이오드에 따르면, 기판을 비정질체 또는 플라스틱으로 구성하므로, 기판 면적을 쉽게 대면적화시킬 수 있어, 대면적의 소자열을 얻을 수 있다는 효과를 나타낸다.
또한, 청구항 22에 기술된 발광 다이오드에 따르면, 기판을 금속, 반도체 또는 탄화실리콘으로 구성하므로, 미결정층의 전 표면에 전압을 균일하게 인가하여 미결정층의 전 표면에서 발광이 균일하게 이루어지는 효과를 나타낸다. 또한, 기판 면적을 쉽사리 대면적화시켜 대면적의 소자열을 형성할 수 있는 효과를 나타낸다.
또한, 청구항 23에 기술된 발광 다이오드에 따르면, 확산 방지층이 기판과 제1 도전형 클래드층 사이에 제공되므로, 기판과 제1 도전형 클래드층 간의 구성 소자의 확산을 방지시켜 품질을 향상시킬 수 있는 효과를 나타낸다.
또한, 청구항 24에 기술된 발광 다이오드에 따르면, 기판과 제1 도전형 클래드층 간에 보조 전극이 제공되므로, 미결정층의 전 표면에 균일하게 전압이 인가되어 미결정층의 전 표면에서 발광이 균일하게 발생하는 효과가 나타난다.
또한, 청구항 26에 기술된 발광 다이오드에 따르면, 제1 도전형 클래드층과 제2 도전형 클래드층 간에 형성된 발광층이 다수의 미결정을 포함하므로, 청구항 1 내지 25 중 하나에 기술된 발광 소자와 동일한 효과가 나타난다. 또한, 제1 도전형 클래드층과 제2 도전형 클래드층 간에 절연층이 제공되므로, 청구항 16 내지 19 중 하나에 기술된 발광 소자와 동일한 효과를 나타낸다.
또한, 청구항 27 내지 43에 기술된 발광 다이오드의 제조 방법에 따르면, 제1 도전형 클래드층을 형성하는 단계와, 이것에 미결정층을 형성하는 단계와, 미결정층을 통해 제1 도전형 클래드층 상에 제2 도전형 클래드층을 형성하는 단계를 포함하므로, 본 발명에 따른 발광 다이오드를 쉽사리 제조할 수 있어, 본 발명에 따른 발광 소자를 쉽사리 실현할 수 있다.
또한, 청구항 29 내지 34에 기술된 발광 다이오드의 제조 방법에 따르면, 미결정층을 형성한 후 산소를 함유한 대기, 질소를 함유한 대기 또는 수소를 함유한 대기 중에서 열 처리를 행하므로, 미결정의 결정도가 증가되는 효과가 나타난다.
또한, 청구항 35 또는 36에 기술된 발광 다이오드의 제조 방법에 따르면, 제1 도전형 클래드층 및 제2 도전형 클래드층 중 적어도 하나는 비단결정 무기 반도체 또는 유기 반도체 및 도전형 수지로 형성되므로, 기판을 저온에서 쉽사리 제조할 수 있는 효과가 나타난다.
또한, 청구항 38 또는 39에 기술된 발광 다이오드의 제조 방법에 따르면, 제1 도전형 클래드층을 형성한 후, 그 표면을 산화 또는 질화시키므로, 절연층을 쉽사리 형성할 수 있어, 본 발명에 따른 발광 소자를 쉽사리 실현할 수 있다.
또한, 청구항 44에 기술된 발광 다이오드의 제조 방법에 따르면, 제1 도전형 클래드층을 형성하는 단계와, 발광층을 형성하는 단계와, 절연층을 형성하는 단계와, 제2 도전형 클래드층을 형성하는 단계를 포함하므로, 본 발명에 따른 발광 소자를 쉽사리 제조할 수 있어 본 발명에 따른 발광 소자를 쉽사리 실현할 수 있다.

Claims (44)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 도전형 층과,
    제2 도전형 층과,
    상기 제1 도전형 층과 상기 제2 도전형 층 간에 형성되고, 2종류 이상의 상이한 반도체로 이루어진 복수의 미결정을 포함하는 미결정층을 구비하고,
    상기 미결정층은 상이한 반도체로 각각 이루어진 2종류 이상의 미결정을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  5. 제1 도전형 층과,
    제2 도전형 층과,
    상기 제1 도전형 층과 상기 제2 도전형 층 간에 형성되고, 2종류 이상의 상이한 반도체로 이루어진 복수의 미결정을 포함하는 미결정층을 구비하고,
    상기 미결정층은 각기 2종류 이상의 상이한 반도체로 이루어진 층 형상의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제1 도전형 층 및 제2 도전형 층 중 적어도 하나는 비단결정 무기 반도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제1 도전형 층 및 제2 도전형 층 각각은 질소를 함유한 무기 반도체를 포함하고, 상기 미결정층은 산소를 함유하는 무기 반도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  8. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제1 도전형 층, 상기 제2 도전형 층 및 상기 미결정층 각각은 질소를 함유한 무기 반도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  9. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제1 도전형 층 및 상기 제2 도전형 층 각각은 산소를 함유한 무기 반도체를 포함하고, 상기 미결정층은 질소를 함유하는 무기 반도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  10. 제1 도전형 층과,
    제2 도전형 층과,
    상기 제1 도전형 층과 상기 제2 도전형 층 간에 형성된, 반도체를 포함하는 다수의 미결정을 함유하는 미결정층을 구비하고,
    상기 제1 도전형 층 및 상기 제2 도전형 층 중 적어도 하나는 유기 반도체와 도전형 수지 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  11. 제10항에 있어서, 상기 유기 반도체는 π-공액 중합체 착물, 중합체 실리콘 유도체 및 중합체 금속 착물 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  12. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제1 도전형 층 및 상기 제2 도전형 층 중 적어도 하나는 다층 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 도전형 층 및 상기 제2 도전형 층 중 적어도 하나는 상기 미결정층에 근접할수록 대역갭이 감소되도록 적층된 다수층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  14. 제12항에 있어서, 상기 제1 도전형 층 및 상기 제2 도전형 층 중 적어도 하나 상에 제공된 전극을 더 포함하고, 상기 전극을 갖는 상기 제1 도전형 층 및 상기 제2 도전형 층 중 적어도 하나는 상기 다층 구조에서 상기 전극의 피착 특성을 증가시키기 위한 피착층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  15. 제12항에 있어서, 상기 제1 도전형 층 및 상기 제2 도전형 층 중 적어도 하나는 상기 다층 구조에서 전극으로서 작용하는 전극층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  16. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제1 도전형 층과 상기 제2 도전형 층의 접촉을 방지시키기 위해 상기 미결정층을 구성하는 상기 미결정 간에 제공되는 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  17. 제16항에 있어서, 상기 절연층은 상기 미결정층보다 큰 대역갭을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  18. 제16항에 있어서, 상기 제1 도전형 층 및 상기 제2 도전형 층 각각은 질소를 함유한 무기 반도체를 포함하고, 상기 절연층은 산소를 함유하는 무기 반도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  19. 제16항에 있어서, 상기 제1 도전형 층 및 상기 제2 도전형 층 각각은 산소를 함유한 무기 반도체를 포함하고, 상기 절연층은 질소를 함유하는 무기 반도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  20. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제1 도전형 층, 상기 미결정층 및 상기 제2 도전형 층이 상부에 적층되어진 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  21. 제20항에 있어서, 상기 기판은 비정질 재료 또는 플라스틱을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  22. 제20항에 있어서, 상기 기판은 금속, 반도체 또는 탄화실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  23. 제20항에 있어서, 상기 제1 도전형 층과 상기 기판 간에 형성된 확산 방지층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  24. 제20항에 있어서, 상기 제1 도전형 층과 상기 기판 간에 형성된 보조 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  25. 삭제
  26. 제1 도전형 클래드층과,
    제2 도전형 클래드층과,
    상기 제1 도전형 클래드층과 상기 제2 도전형 클래드층 사이에 형성된, 다수의 미결정을 포함하는 발광층과,
    상기 제1 도전형 클래드층과 상기 제2 도전형 클래드층 사이에 형성된, 상기 발광층보다 얇은 두께를 갖는 절연층
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 삭제
  33. 삭제
  34. 삭제
  35. 삭제
  36. 제1 도전형 층을 형성하는 단계와,
    상기 제1 도전형 층 상에 반도체를 포함하는 다수의 미결정을 함유하는 미결정층을 형성하는 단계와,
    상기 제1 도전형 층 상에 상기 미결정층을 통해 제2 도전형 층을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 도전형 층과 상기 제2 도전형 층 중 적어도 하나는 유기 반도체와 도전형 수지 중 적어도 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.
  37. 제36항에 있어서, 상기 제1 도전형 층과 상기 제2 도전형 층의 접촉을 방지시키기 위해 상기 미결정층을 구성하는 상기 미결정 간에 제공되는 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.
  38. 제36항에 있어서, 상기 제1 도전형 층은 질소를 함유한 무기 반도체로 형성되고, 상기 제1 도전형 층의 형성 후 그 표면을 산화시킴으로써 절연층이 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.
  39. 제36항에 있어서, 상기 제1 도전형 층은 산소를 함유한 무기 반도체로 형성되고, 상기 제1 도전형 층의 형성 후 그 표면을 질화시킴으로써 절연층이 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.
  40. 제36항에 있어서, 상기 제1 도전형 층, 상기 미결정층, 및 상기 제2 도전형 층은 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.
  41. 제40항에 있어서, 상기 기판 상에 확산 방지층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 확산 방지층의 형성 후 상기 기판 상에 상기 확산 방지층을 통해 상기 제1 도전형 층이 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.
  42. 제40항에 있어서, 상기 기판 상에 보조 전극을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 보조 전극의 형성 후 상기 기판 상에 상기 보조 전극을 통해 상기 제1 도전형 층이 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.
  43. 삭제
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