KR100866789B1 - 발광소자 및 이를 적용한 발광 디바이스 장치 - Google Patents

Abstract

n형 또는 p형 기판과; 기판의 일면에, 기판과의 p-n접합 부위에서 양자 구속효과에 의해 발광이 일어나도록 소정의 도판트에 의해 기판과 반대형으로 극도로 얕게 도핑된 도핑영역과; p-n 접합 부위에서 발광되는 광의 파장 선택성을 향상시키기 위한 공진기와; 정공과 전자를 주입하기 위하여, 기판 반대면 및 일면 각각 형성된 제1 및 제2전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 및 이를 적용한 발광 디바이스 장치가 개시되어 있다.

개시된 발광 소자는 극도로 얕게 도핑되어 그 p-n 접합 부위에서 양자 구속효과에 의해 발광을 낼 수 있는 도핑 영역을 구비하며, 특정 파장대역의 광만을 공진시키는 공진기 구조가 부가되어 있으므로, 효율이 우수할 뿐만 아니라, 파장 선택성이 크게 향상된다. 또한, 공진기 구조에 의해 발광 강도가 증폭되고, 출사되는 광의 직진성이 크게 개선된다.

Description

발광 소자 및 이를 적용한 발광 디바이스 장치{Light-emitting diode and light-emitting device apparatus employing it}

도 1은 벌크형의 단결정 실리콘 표면에 형성된 다공성 실리콘 영역의 단면 및 그 다공성 실리콘 영역에서의 가전자대(valence band)와 전도대(conduction band) 사이의 에너지 밴드 갭을 보인 도면,

도 2는 나노크리스털 실리콘을 이용한 발광 소자의 일 예를 개략적으로 보인 단면도,

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 발광 소자를 개략적으로 보인 단면도,

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 발광 소자를 개략적으로 보인 단면도,

도 5a는 도핑 영역을 비평형 확산에 의해 극도로 얕은 깊이로 형성할 때, p-n 접합 부위의 구조를 개략적으로 보인 도면,

도 5b는 비평형 확산에 의해 도 5a에 보여진 p-n 접합 부위(14)에 표면의 길이 방향(longitudinal), 측 방향(lateral)으로 형성되는 양자 우물(quantum well: QW)의 에너지 밴드를 보인 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11...기판 13...제어막(실리콘 산화막)

14...p-n 접합 부위 15...도핑영역

17...제1전극 19...제2전극

21...제1반사막 25...제2반사막

본 발명은 고효율을 달성할 수 있도록 된 발광 소자 및 이를 적용한 발광 디바이스 장치에 관한 것이다.

실리콘 반도체 기판에는 논리 소자, 연산 소자 및 드라이브 소자 등을 높은 신뢰성을 가지고 고집적도로 집적할 수 있으며, 실리콘의 가격이 싸기 때문에 화합물 반도체에 비해 훨씬 저가로, 고집적 회로를 실현할 수 있는 이점이 있다. 따라서, 대부분의 집적 회로는 실리콘(Si)을 기본 재료로 사용하고 있다.

상기와 같은 실리콘이 가지는 이점을 충분히 살려, 집적 회로와의 제조 공정 상의 호환성 및 저가의 광전자 디바이스를 구현할 수 있도록, 실리콘에 기반을 둔 발광 소자를 만들려는 연구가 꾸준히 진행되고 있다. 다공성 실리콘(Porous silicon) 및 나노크리스털 실리콘(Nano-crystal silicon)은 발광 특성을 가지는 것이 실험적으로 확인되었으며, 이에 대한 연구가 계속하여 진행중이다.

도 1은 벌크형의 단결정 실리콘 표면에 형성된 다공성 실리콘 영역의 단면 및 그 다공성 실리콘 영역에서의 가전자대(valence band)와 전도대(conduction band) 사이의 에너지 밴드 갭을 보인 도면이다.

다공성 실리콘은, 벌크형의 단결정 실리콘(Si)을 예컨대, 불산(HF)이 포함된 전해질 용액에 넣어, 그 벌크형 Si의 표면을 전기화학적으로 양극 처리(anodic electrochemical dissolution)함으로써 제조될 수 있다.

벌크형 실리콘을 불산 용액에 넣은 채로 양극 처리할 때, 그 벌크형 실리콘 표면쪽에는 도 1에 보여진 바와 같이, 다수의 포어(1a:pore)을 가지는 다공성 실리콘 영역(1)이 형성된다. 상기 포어(1a) 부분에는 볼록한 부분(1b:불산에 의해 융해되지 않은 부분)에 비해 Si-H 결합이 보다 많이 존재한다. 다공성 실리콘 영역(1)에서의 가전자대 에너지(Ev)와 전도대 에너지(Ec) 사이의 에너지 밴드 갭은 다공성 실리콘 영역(1)의 형상과 반대로 나타난다.

따라서, 에너지 밴드 갭 도면에서 볼록한 부분에 둘러싸인 포어 부분(다공성 실리콘 영역(1) 도면에서는 포어 부분(1a)에 둘러싸인 볼록 부분(1b))은 양자 구속 효과(quantum confinement effect)를 나타내어 벌크형 실리콘의 에너지 밴드 갭보다 커지게 되고, 이 부분에 전자와 홀이 트랩되어 발광 결합을 하게 된다.

예를 들어, 다공성 실리콘 영역(1)에서, 포어(1a)에 둘러싸인 볼록 부분(1b)을 양자 구속 효과를 나타내는 단결정 실리콘 와이어 형태로 형성하면, 전자와 홀은 이 와이어에 트랩되어 발광 결합을 하며, 와이어의 크기(폭과 길이)에 따라 발광 파장은 근 적외선에서 청색 파장까지 가능하다. 이때, 포어(1a) 주기는 도 1에 표시한 바와 같이, 예컨대, 대략 5nm, 다공성 실리콘 영역의 최대 두께는 예컨대, 3nm 정도이다.

따라서, 다공성 실리콘에 기반을 둔 발광 소자를 제조하고, 다공성 실리콘 영역(1)이 형성된 단결정 실리콘에 소정의 전압을 인가하면, 다공성 특성에 따라 원하는 파장영역의 광을 발광시킬 수 있다.

그러나, 상기와 같은 다공성 실리콘에 기반을 둔 발광 소자는 아직 발광 소자로서의 신뢰성이 확보되지 못하였으며, 외부 양자 효율(EQE:External Quantum Efficiency)이 0.1% 정도로 낮은 문제점이 있다.

도 2는 나노크리스털 실리콘을 이용한 발광 소자의 일 예를 개략적으로 보인 단면도이다.

도면을 참조하면, 나노크리스털 실리콘을 이용한 발광 소자는, p형 단결정 실리콘 기판(2)과, 상기 기판(2) 상에 형성된 비정질(amorphous) 실리콘층(3)과, 상기 비정질 실리콘층(3) 상에 형성된 절연막(5)과, 상기 기판(2) 하면과 상기 절연막(5) 상에 각각 형성된 하,상부전극(6)(7)을 포함하는 층구조를 가지며, 상기 비정질 실리콘층(3) 내에 형성된 quantum dot 형태의 나노크리스털 실리콘(4)을 구비한다.

상기 비정질 실리콘층(3)을 산소분위기 속에서 700℃로 급승온시켜 재 결정화시키면 quantum dot 형태의 나노크리스털 실리콘(4)이 형성된다. 이때, 상기 비정질 실리콘층(3)의 두께는 3nm이고, 나노크리스털 실리콘(4)의 크기는 대략 2~3nm이다.

상기와 같은 나노크리스털 실리콘(4)을 이용한 발광 소자는 상기 상,하부전극(7)(6)을 통하여 역방향으로 전압을 걸면, 실리콘 기판(2)과 나노크리스털 실리콘(4) 사이의 비정질 실리콘 양단에 큰 전계가 발생하여 높은 에너지 상태의 전자와 정공이 생성되고, 이들이 나노크리스털 실리콘(4) 내로 터널링되어 발광 결합을 한다. 이때, 나노크리스털 실리콘(4)을 이용한 발광 소자에서 발광 파장은 나노크리스털 실리콘 quantum dot의 크기가 작을수록 짧아진다.

이러한 나노크리스털 실리콘(4)을 이용한 발광 소자는 나노크리스털 실리콘 quantum dot의 크기 제어 및 균일성(uniformity) 확보가 어렵고, 효율이 아주 낮다.

본 발명은 상기한 바와 같은 단점을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 다공성 실리콘 및 나노크리스털 실리콘을 이용한 발광소자보다 효율이 우수할 뿐만 아니라 발광 파장 선택성이 향상된 발광 소자 및 이를 적용한 발광 디바이스 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 발광 소자는, n형 또는 p형 기판과; 상기 기판의 일면에, 상기 기판과의 p-n접합 부위에서 양자 구속효과에 의해 발광이 일어나도록 소정의 도판트에 의해 상기 기판과 반대형으로 극도로 얕게 도핑된 도핑영역과; 상기 p-n 접합 부위에서 발광되는 광의 파장 선택성을 향상시키기 위한 공진기와; 정공과 전자를 주입하기 위하여, 상기 기판 반대면 및 일면 각각 형성된 제1 및 제2전극;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 공진기는, 상기 기판의 반대면쪽에 형성된 제1반사막과; 상기 제1반사막과 공진기를 이루어 발광 파장 선택성을 향상시키도록, 상기 도핑영역 상에 형성된 제2반사막;으로 이루어지고, 상기 제1 및 제2반사막 중 일 반사막은 다 른 반사막보다 낮은 반사율을 갖도록 형성되어, 낮은 반사율을 갖는 일 반사막을 통하여 발광된 광을 출사시키도록 된 것이 바람직하다.

상기 제2반사막은, 굴절율이 서로 다른 물질을 교대로 적층하여 형성된 브래그 반사막인 것이 바람직하다.

상기 제1반사막은 상기 기판의 반대면 상에 형성되고, 상기 제1전극은 상기 제1반사막 주변의 상기 기판의 반대면 상에 형성될 수 있다.

대안으로, 상기 제1전극은 상기 기판의 반대면과 제1반사막 사이에 투명 전극으로 형성될 수도 있다.

상기 기판의 일면에 상기 도핑영역 형성시 마스크로서 기능을 하며, 상기 도핑영역이 극도로 얕은 도핑 깊이로 형성되도록 하는 제어막;을 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기 기판은 실리콘을 포함하는 소정 반도체 물질로 이루어지고, 상기 제어막은, 상기 도핑영역이 극도로 얕은 도핑 깊이로 형성되도록 적정 두께를 갖는 실리콘 산화막인 것이 바람직하다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 적어도 하나의 발광 소자를 구비하는 발광 디바이스 장치에 관한 것으로, 상기 발광 소자는, n형 또는 p형 기판과; 상기 기판의 일면에, 상기 기판과의 p-n접합 부위에서 양자 구속효과에 의해 발광이 일어나도록 소정의 도판트에 의해 상기 기판과 반대형으로 극도로 얕게 도핑된 도핑영역과; 상기 p-n 접합 부위에서 발광되는 광의 파장 선택성을 향상시키기 위한 공진기와; 정공과 전자를 주입하기 위하여, 상기 기판 반대면 및 일면 각각 형 성된 제1 및 제2전극;을 포함하며, 조명 시스템 및 디스플레이 시스템 중 어느 하나에 적용되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.

도 3 및 도 4는 각각 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 발광 소자를 개략적으로 보인 단면도이다.

도면들을 참조하면, 본 발명에 따른 발광 소자는, 기판(11)과, 상기 기판(11)의 일면에 형성된 도핑영역(15)과, 발광되는 광의 파장 선택성을 향상시키는 공진기와, 정공과 전자를 주입하기 위하여 상기 기판(11) 반대면 및 일면에 각각 형성된 제1 및 제2전극을 포함하여 구성된다. 또한, 본 발명에 따른 발광 소자는 상기 도핑영역(15) 형성시 마스크로서 기능을 하며, 도핑영역(15)이 극도로 얕은(ultra-shallow) 깊이로 형성되도록 하는 제어막(13)을 상기 기판(11)의 일면에 더 구비하는 것이 바람직하다. 이 제어막(13)은 본 발명에 따른 발광 소자의 도핑영역(15)을 형성하기 위해서는 반드시 필요한 것으로, 도핑영역(15) 형성후에 선택적으로 제거될 수도 있다.

상기 기판(11)은 실리콘(Si)을 포함하는 소정의 반도체 물질 예컨대, Si, SiC 또는 다이아몬드로 이루어지고, n형으로 도핑된 것이 바람직하다.

상기 도핑영역(15)은 소정의 도판트 예컨대, 붕소(boron) 또는 인(phosphorous)을 기판(11)의 일면에 형성된 상기 제어막(13)의 개구를 통하여 상기 기판(11) 내로 확산시켜 상기 기판(11)과 반대형 예컨대, p+형으로 도핑 형성된 영역이다.

도핑시 상기 도핑영역(15)의 상기 기판(11)과의 경계 부분 즉, p-n 접합 부위(14)에 양자 우물(quantum well), 양자 점(quantum dot) 및 양자 선(quantum wire) 중 적어도 어느 하나가 형성되어 양자구속효과에 의한 발광이 일어날 수 있도록, 상기 도핑영역(15)은 극도로 얕은 깊이로 도핑 형성된 것이 바람직하다.

여기서, 상기 p-n 접합 부위(14)에는 주로는 양자 우물이 형성되며, 양자 점이나 양자 선이 형성될 수도 있다. 또한, 상기 p-n 접합 부위(14)에는 상기 양자 우물, 양자 점, 양자 선 중 두 가지 이상이 복합되게 형성될 수도 있다. 이하에서는, 표현의 간략화를 위해 p-n 접합 부위(14)에 양자 우물이 형성된 것으로 설명한다. 이하에서 p-n 접합 부위(14)에 양자 우물이 형성된 것으로 설명한다 해도, 이는 양자 우물, 양자 점 및 양자 선 중 적어도 어느 하나를 의미하는 것으로 간주된다.

도 5a는 도핑 영역(15)을 비평형 확산에 의해 극도로 얕은 깊이로 형성할 때, p-n 접합 부위(14)의 구조를 보여준다. 도 5b는 비평형 확산에 의해 도 5a에 보여진 p-n 접합 부위(14)에 표면의 길이 방향(longitudinal), 측 방향(lateral)으로 형성되는 양자 우물(quantum well: QW)의 에너지 밴드를 보여준다. 도 5b에서 Ec는 전도대 에너지 준위, Ev는 가전자대 에너지 준위, Ef는 페르미 에너지 준위를 나타내며, 이러한 에너지 준위에 대해서는 반도체 관련 기술 분야에서는 잘 알려져 있이므로, 자세한 설명은 생략한다.

도 5a 및 도 5b에 보여진 바와 같이, p-n 접합 부위(14)는 다른 도핑층이 교 대로 형성된 양자 우물구조를 가지는데, 우물과 barrier는 예컨대, 대략 2nm, 3nm 정도가 된다.

이와 같이 p-n 접합 부위(14)에 양자 우물을 형성하는 극도로 얕은 도핑은 상기 제어막(13)의 두께 및 확산 공정 조건 등을 최적으로 제어함으로써 형성될 수 있다.

확산 공정 중 적정한 확산 온도 및 기판(11) 표면의 변형된 포텐셜(deformed potential)에 의해 확산 프로파일(profile)의 두께가 예컨대, 10-20 nm로 조절될 수 있으며, 이와 같이 극도로 얕은 확산 프로파일에는 양자 우물 시스템이 생성되게 된다. 여기서, 기판(11) 표면은 초기 제어막의 두께와 표면전처리에 의해 변형되고 공정이 진행됨에 따라 심화된다.

상기 기판(11)이 실리콘을 포함하는 소정 반도체 물질로 이루어진 경우, 상기 제어막(13)은 도핑영역(15)이 극도로 얕은 도핑 깊이로 형성되도록 하는 적정 두께를 갖는 실리콘 산화막(SiO₂)인 것이 바람직하다. 이 제어막(13)은 예를 들어, 기판(11)의 일면 상에 실리콘 산화막을 형성한 다음, 확산 공정을 위한 개구 부분을 포토리소그라피 공정을 이용하여 식각해냄으로써 마스크 구조로 형성된다.

확산 기술 분야에서 알려진 바에 의하면, 실리콘 산화막의 두께가 적정 두께(수천 Å)보다 두껍거나 저온이면, vacancy(빈자리)가 주로 확산에 영향을 미쳐 확산이 깊이 일어나게 되며, 실리콘 산화막의 두께가 적정 두께보다 얇거나 고온이면 Si self-interstitial(자기 틈새)이 주로 확산에 영향을 미쳐 확산이 깊이 일어나게 된다. 따라서, 실리콘 산화막을 Si self-interstitial 및 vacancy가 유사 한 비율로 발생되는 적정 두께로 형성하면, Si self-interstitial과 vacancy가 서로 결합되어 도판트의 확산을 촉진하지 않게 되므로, 극도로 얕은 도핑이 가능해진다. 여기서, vacancy 및 self-interstitial과 관련한 물리적인 성질은 확산과 관련한 기술분야에서는 잘 알려져 있으므로, 보다 자세한 설명은 생략한다.

여기서, 상기 기판(11)은 p형으로 도핑되고, 상기 도핑영역(15)은 n+형으로 도핑되는 것도 가능하다.

상기 공진기는, 발광 파장 선택성을 향상시키도록, 상기 기판(11)의 반대면쪽에 형성된 제1반사막(21)과, 상기 도핑영역(15) 상에 형성된 제2반사막(25)을 포함하여 구성된다. 발광되어 원하는 방향으로 출사되는 광의 효율을 극대화할 수 있도록, 상기 제1반사막(21)은 높은 반사율(바람직하게는, 거의 100%)을 갖도록 형성되고, 상기 도핑영역(15)에 가까운 상기 제2반사막(25)은 제1반사막(21)보다 낮은 반사율을 갖도록 형성되어, p-n 접합 부위(14)에서 발광된 광을 제2반사막(25)을 통하여 출사시키도록 된 것이 바람직하다. 반대로, 제1반사막(21)이 제2반사막(25)보다 낮은 반사율을 갖도록 형성되어 발광된 광이 제1반사막(21)을 통하여 출사되도록 구성될 수도 있다.

상기 제1반사막(21)은 일반적인 반사막 또는 브래그 반사막(DBR)으로 구성될 수 있다. 상기 제2반사막(25)은 발광 스펙트럼의 대역폭을 줄일 수 있도록 브래그 반사막으로 형성된 것이 바람직하다. 상기 제2반사막(25)은 제어막(13)의 개구 부분의 제2전극(19) 형성 위치를 제외한 영역에 형성된다. 여기서, 브래그 반사막은 굴절율이 서로 다른 물질 예컨대, 화합물 반도체 물질을 교대로 요구되는 적층수만 큼 적층하여 형성된 것이다. 제1 및 제2반사막(21)(25)이 모두 브래그 반사막으로 이루어지고, 앞서 설명한 바와 같이, 발광된 광이 제2반사막(25)을 통하여 출사되는 구조이면, 상기 제2반사막(25)은 제1반사막(21)에 비해 낮은 반사율을 갖도록 제1반사막(21)보다 작은 적층수로 형성된다.

상기와 같은 공진기를 구비하면, 결과적으로 그 공진기의 공진 조건에 맞는 특정 파장대역의 광만이 증폭되어 출사될 수 있기 때문에, 파장 선택성이 크게 향상된다. 상기 공진기는 발광하여 출사시키고자 하는 파장대역에 맞는 공진 조건으로 형성된다.

상기 제1전극(17)은 상기 기판의 반대면상에 형성되고, 상기 제2전극(19)은 상기 기판(11)의 일면 상의 상기 제2반사막(25) 주변에 형성된다.

본 발명에 따른 발광소자의 제1실시예를 보인 도 3을 참조하면, 상기 제1전극(17)은 상기 기판(11)의 반대면과 제1반사막(21) 사이에 위치될 수 있다. 이 경우, 상기 제1전극(17)은 광이 투과되도록, 예컨대, ITO를 이용하여 투명한 전극으로 형성된 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 발광소자의 제2실시예를 보인 도 4를 참조하면, 상기 기판(11) 반대면의 가장 반사 효과가 큰 부분에만 상기 제1반사막(21)을 형성하고, 상기 제1전극(17)은 상기 기판(11) 반대면 상의 상기 제1반사막(21) 주변에 형성할 수도 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 발광 소자는, 상기 도핑영역(15)의 기판(11)과의 p-n 접합 부위(14)에 전자와 정공 쌍의 소멸 결합이 일어날 수 있는 양자 우물이 형성되어 있으므로, 앞서 언급한 바와 같이 발광을 내며, 제1 및 제2반사막(21)(25)으로 구성된 공진기의 공진 조건에 맞은 원하는 파장대역의 광만이 증폭되고 제2반사막(25)을 통하여 출사된다. 물론, 방출되는 광량 및 파장은 인가되는 전류량에도 의존한다.

즉, 본 발명에 따른 발광 소자는 다음과 같이 발광을 낸다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2전극(17)(19)을 통해 전원(전압 또는 전류)이 가해지면, 캐리어들 즉, 전자와 정공은 상기 p-n 접합 부위(14)의 양자 우물에 주입되고, 양자 우물내의 부 밴드 에너지(subband energy) 레벨을 통해 재결합(소멸 결합)된다. 이때, 캐리어들이 결합되는 상태에 따라 소정 파장의 전장 발광(electro luminescence :EL)이 발생하며, 발생되는 광량은 제1 및 제2전극(17)(19)을 통해 가해진 전원(전압 또는 전류)의 세기에 따라 달라진다.

이때, 본 발명에 따른 발광 소자에서의 발광 파장은 일차적으로 기판(11) 표면 (실제로는, 도핑 영역(14) 표면)에 형성되는 극소 결함(micro-defect)에 기인한 극소 캐버티(micro-cavity)에 의해 정해진다. 따라서, 제작 공정에 의해 극소 캐버티의 크기를 조절하면, 원하는 발광 파장대역의 발광 소자를 얻을 수 있다.

여기서, 전장 발광(EL)의 강도는 기판(11) 표면에 형성되는 극소 결함에 기인한 극소 캐버티의 공진 파장과 잘 맞을 경우 증폭될 수 있다.

상기 극소 캐버티는 도핑 영역(14) 표면에 형성된 미소 결함에 의한 변형된 포텐셜(deformed potential) 때문에 생긴다. 따라서, 변형된 포텐셜을 조절함으로써 양자 우물의 변형이 가능하며, 이에 따라 극소 캐버티가 정해지며, 극소 캐버티 를 조절하면 원하는 파장 대역의 발광을 얻을 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 발광 소자는 극도로 얕게 도핑된 도핑 영역(15)의 p-n 접합 부위(14)에서 전하분포 포텐셜의 국부적인 변화로 인하여 양자 구속 효과가 발생하며, 양자 우물내에 부밴드 에너지(subband energy) 레벨이 형성되어 있어, 높은 양자효율을 가진다.

또한, 본 발명에 따른 발광 소자는, 상기 p-n 접합 부위(14)에서 발광된 파장 대역의 광 중 제1 및 제2반사막(21)(25)으로 구성된 공진기의 공진 조건에 맞는 원하는 좁은 파장대역의 광만을 증폭하므로, 파장 선택성이 크게 향상된다.

이상에서와 같은 본 발명에 따른 발광 소자는 디스플레이 시스템 또는 조명 시스템에 발광 디바이스 장치로서 적용될 수 있으며, 디스플레이 시스템 또는 조명 시스템에 적용시 종래의 발광 소자를 적용한 경우보다 선명한 색특성을 얻을 수 있다. 상기 발광 디바이스 장치는 본 발명에 따른 발광 소자를 적어도 1개 구비한다.

본 발명에 따른 발광 소자를 적용한 발광 디바이스 장치가 디스플레이 시스템용인 경우, 상기 발광 디바이스 장치는 2차원으로 배열된 다수의 본 발명에 따른 발광 소자로 이루어진다. 본 발명에 따른 발광 소자는 반도체 물질을 이용하여 반도체 제조 공정을 통해 초소형으로 형성될 수 있으므로, 이를 디스플레이 시스템 특히, 박형 고체상 디스플레이(flat panel solid state display)에 응용할 수 있음은 분명하다. 또한, 본 발명에 따른 발광 소자는 크게 향상된 파장 선택성을 가지므로, 본 발명에 따른 발광 디바이스 장치를 이루는 각 발광 소자를 디스플레이 시스템의 각 칼라 픽셀에 맞는 공진 조건을 갖도록 형성하여 디스플레이 시스템을 구 성하면, 별도의 칼라 필터 없이도 예컨대, R, G, B 칼라 구현이 가능하다. 보다 선명한 칼라 구현을 위해 본 발명에 따른 발광 디바이스 장치에 칼라 필터를 부가하는 것이 가능함은 물론이다.

본 발명에 따른 발광 소자를 적용한 발광 디바이스 장치가 조명 시스템용인 경우, 상기 발광 디바이스 장치는 조명 시스템의 용도 및 조도 요구에 대응하여 적어도 1개 이상의 본 발명에 따른 발광 소자로 이루어진다. 이때, 채용되는 발광 소자는 요구되는 칼라에 맞게 최적화된 공진기를 구비한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 발광 소자를 적용한 발광 디바이스 장치의 구조는 이상의 설명을 통하여 충분히 유추할 수 있으므로, 그 도시는 생략한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 발광 소자는 극도로 얕게 도핑되어 그 p-n 접합 부위에서 양자 구속효과에 의해 발광을 낼 수 있는 도핑 영역을 구비하며, 특정 파장대역의 광만을 공진시키는 공진기 구조가 부가되어 있으므로, 효율이 우수할 뿐만 아니라, 파장 선택성이 크게 향상된다. 또한, 공진기 구조에 의해 발광 강도가 증폭되고, 출사되는 광의 직진성이 크게 개선된다.

Claims (14)

1. n형 또는 p형 기판과;

   상기 기판의 일면에, 상기 기판과의 p-n접합 부위에서 양자 구속효과에 의해 발광이 일어나도록 소정의 도판트에 의해 상기 기판과 반대형으로 극도로 얕게 도 핑된 도핑영역과;

   상기 p-n 접합 부위에서 발광되는 광의 파장 선택성을 향상시키기 위한 공진기와;

   정공과 전자를 주입하기 위하여, 상기 기판 반대면 및 일면 각각 형성된 제1 및 제2전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 공진기는,

   상기 기판의 반대면쪽에 형성된 제1반사막과;

   상기 제1반사막과 공진기를 이루어 발광 파장 선택성을 향상시키도록, 상기 도핑영역 상에 형성된 제2반사막;으로 이루어지고, 상기 제1 및 제2반사막 중 일 반사막은 다른 반사막보다 낮은 반사율을 갖도록 형성되어, 낮은 반사율을 갖는 일 반사막을 통하여 발광된 광을 출사시키도록 된 것을 특징으로 하는 발광 소자.
3. 제2항에 있어서, 상기 제2반사막은, 굴절율이 서로 다른 물질을 교대로 적층하여 형성된 브래그 반사막인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1반사막은 상기 기판의 반대면 상에 형성되고, 상기 제1전극은 상기 제1반사막 주변의 상기 기판의 반대면 상에 형성된 것을 특징으로 하는 발광 소자.
5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1전극은 상기 기판의 반대면과 제1반사막 사이에 투명 전극으로 형성된 것을 특징으로 하는 발광 소자.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 기판의 일면에 상기 도핑영역 형성시 마스크로서 기능을 하며, 상기 도핑영역이 극도로 얕은 도핑 깊이로 형성되도록 하는 제어막;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
7. 제6항에 있어서, 상기 기판은 실리콘을 포함하는 소정 반도체 물질로 이루어지고,

   상기 제어막은, 상기 도핑영역이 극도로 얕은 도핑 깊이로 형성되도록 적정 두께를 갖는 실리콘 산화막인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
8. 적어도 하나의 발광 소자를 구비하는 발광 디바이스 장치에 있어서,

   상기 발광 소자는,

   n형 또는 p형 기판과;

   상기 기판의 일면에, 상기 기판과의 p-n접합 부위에서 양자 구속효과에 의해 발광이 일어나도록 소정의 도판트에 의해 상기 기판과 반대형으로 극도로 얕게 도핑된 도핑영역과;

   상기 p-n 접합 부위에서 발광되는 광의 파장 선택성을 향상시키기 위한 공진 기와;

   정공과 전자를 주입하기 위하여, 상기 기판 반대면 및 일면 각각 형성된 제1 및 제2전극;을 포함하며, 조명 시스템 및 디스플레이 시스템 중 어느 하나에 적용되는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 공진기는,

   상기 기판의 반대면쪽에 형성된 제1반사막과;

   상기 제1반사막과 공진기를 이루어 발광 파장 선택성을 향상시키도록, 상기 도핑영역 상에 형성된 제2반사막;으로 이루어지고, 상기 제1 및 제2반사막 중 일 반사막은 다른 반사막보다 낮은 반사율을 갖도록 형성되어, 낮은 반사율을 갖는 일 반사막을 통하여 발광된 광을 출사시키도록 된 것을 특징으로 하는 발광 디바이스 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 제2반사막은, 굴절율이 서로 다른 물질을 교대로 적층하여 형성된 브래그 반사막인 것을 특징으로 하는 발광 디바이스 장치.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 제1반사막은 상기 기판의 반대면 상에 형성되고, 상기 제1전극은 상기 제1반사막 주변의 상기 기판의 반대면 상에 형성된 것을 특징으로 하는 발광 디바이스 장치.
12. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 제1전극은 상기 기판의 반대면과 제1반사막 사이에 투명 전극으로 형성된 것을 특징으로 하는 발광 디바이스 장치.
13. 제8항 또는 제9항에 있어서,

    상기 기판의 일면에 상기 도핑영역 형성시 마스크로서 기능을 하며, 상기 도핑영역이 극도로 얕은 도핑 깊이로 형성되도록 하는 제어막;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 기판은 실리콘을 포함하는 소정 반도체 물질로 이루어지고,

    상기 제어막은, 상기 도핑영역이 극도로 얕은 도핑 깊이로 형성되도록 적정 두께를 갖는 실리콘 산화막인 것을 특징으로 하는 발광 디바이스 장치.

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