JP5311422B2 - 発光ダイオード及び発光ダイオードの製造方法 - Google Patents

発光ダイオード及び発光ダイオードの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は発光ダイオード及びその製造方法に係り、さらに詳細には所望の色を均一なプ
ロファイルに発光できる発光ダイオード及びその製造方法に関する。
図１は、従来のホワイト光を放出する発光ダイオードの断面図である。
図１を参照すれば、リードフレーム１の内部にブルー発光ダイオード２が設けられてお
り、ブルー発光ダイオード２の上面にはワイヤ３がオーム接触してリードフレーム１と連
結されることによって電気を供給する。リードフレーム１の内部に蛍光体６を塗布してブ
ルー発光ダイオード２から放出されたブルー光をレッドまたはグリーン光に変化させて蛍
光体６をそのまま通過したブルー光と共にホワイト光を表現する。
しかし、従来のブルー発光ダイオードは均一な色プロファイルでホワイト光を放出でき
ず、ホワイト光でない他の波長帯域の光を生成して放出するか、またはイエローまたはブ
ルー光の環状リングで取り囲まれたコーン状の光を放出する傾向があった。
このような問題点を解決するために、従来色々な解決方法が提示された。例えば、図２
に示された特許文献１の発光ダイオード素子にはコップ状のヘッダ１２の内部に発光ダイ
オード１１が設けられており、ヘッダ１２の内壁にミラー１３が設置されて発光ダイオー
ド１１から放出される光を反射させる。ヘッダ１２の内部には発光ダイオード１１を取り
囲むように蛍光物質１４が分散されている透明物質１５が充填されており、ヘッダ１２の
上部にはガラス板１６が位置して蛍光物質１４に吸収されていない光が空気中に放出され
ることを防止する。発光ダイオード１１の上方にはＬＷＰ（Ｌｏｗ Ｗａｖｅ Ｐａｓｓ
）フィルタ１７がさらに設けられて短波長の光を長波長の光に比べて高効率で通過させる
。
しかし、前記従来の発光ダイオードは各波長帯域の光を生成するために蛍光物質の量を
調節し難く、各々の発光ダイオードごとに蛍光物質を含む透明物質を塗布しなければなら
ないので、発光ダイオードから放出される色差が大きく、工程時間が長くなる短所がある
。
また、特許文献２ではグリーン光を発光する蛍光層を適切にドーピングしてレッド光及
びブルー光を放出する有機／無機半導体発光ダイオードを開示しているが、蛍光層を適切
なイオン濃度にドーピングし難くて均一な色プロファイルを具現し難い。
米国特許第５８１３７５３号公報 ヨーロッパ特許第０８５５７５１Ａ２号公報
本発明が解決しようとする技術的課題は、前述した従来技術の問題点を改善するための
ものであって、蛍光層の厚さを調節して波長帯域が多様な光を放出する発光ダイオード及
びこれを簡単な工程で製造できる発光ダイオードの製造方法を提供することである。
前記課題を達成するために、本発明は光透過性の基板と、前記基板の上面に積層され、
光を放出する活性層を備える半導体物質層と、前記基板の背面に相異なる厚さ分布に形成
された蛍光層と、を備えることを特徴とする発光ダイオードを提供する。
前記基板は、背面の一部がエッチングされて形成されるエッチングホールを一つ以上有
することが望ましい。
また、前記蛍光層は二重に蒸着されて相異なるパターンに形成されうる。
前記基板は、サファイヤ基板であることが望ましい。
前記半導体物質層は、前記基板の上面に積層される第１化合物半導体層と、前記第１化
合物半導体層の上面に積層される活性層と、前記活性層の上面に積層される第２化合物半
導体層と、よりなる。
ここで、前記第１化合物半導体層は、ＧａＮ系列のＩＩＩ−Ｖ族窒化化合物半導体層で
あって、ｎ型物質層またはドーピングされていない物質層であり、前記第２化合物半導体
層は、ＧａＮ系列のＩＩＩ−Ｖ族窒化化合物半導体層であって、ｐ型物質層であることが
望ましく、
前記活性層は、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１そしてｘ＋ｙ≦１）
系列のＩＩＩ−Ｖ族窒化化合物半導体層であって、ｎ型物質層またはドーピングされてい
ない物質層のことが望ましい。
前記活性層はブルー光を放出し、前記蛍光層は前記ブルー光の一部をイエロー光に変化
させてホワイト光を形成できるが、この場合に前記蛍光層はＹ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ
、Ｓｍのうち一つ以上の元素及びＡｌ、Ｇａ、Ｉｎのうち一つ以上の元素を含むＣｅに活
性化されたガーネット系蛍光体を含む蛍光物質よりなる。
または、前記活性層は紫外線を放出し、前記蛍光層は前記紫外線を吸収してレッド、グ
リーンまたはブルー光に変化させてホワイト光を形成できるが、この場合に前記蛍光物質
はＹ2Ｏ3Ｅｕ3+Ｂｉ3+、Ｙ2Ｏ2Ｓを含むレッド蛍光体、（Ｂａ1-x-y-zＣａxＳｒyＥｕz）
（Ｍｇ1-wＺｎw）Ｓｉ2Ｏ7、ＺｎＳ：Ｃｕを含むグリーン蛍光体、ＳＥＣＡ（（Ｓｒ、Ｂ
ａ、Ｃａ）5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕ2+）、ＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+）を含む
ブルー蛍光体を含む。
前記課題を達成するために本発明は、光透過性の基板の上面に活性層を有する半導体物
質層を積層してパターニングした後に電極を形成する第１段階と、前記基板の背面をエッ
チングして一つ以上のエッチングホールを形成する第２段階と、前記エッチングホールを
充填するように基板の背面に蛍光物質を塗布して相異なる厚さ分布を有する蛍光層を形成
することによって複数の発光ダイオードを有する発光ダイオード構造体を製造する第３段
階と、前記発光ダイオード構造体の連結部分を分離して複数の発光ダイオードを形成する
第４段階と、を含むことを特徴とする発光ダイオードの製造方法を提供する。
前記第１段階において、前記半導体物質層は、前記基板の上面に第１化合物半導体層、
活性層及び第２化合物半導体層を順次に積層して形成する。
ここで、前記第１化合物半導体層は、ＧａＮ系列のＩＩＩ−Ｖ族窒化化合物半導体層で
あって、ｎ型物質層またはドーピングされていない物質層で形成し、前記第２化合物半導
体層は、ＧａＮ系列のＩＩＩ−Ｖ族窒化化合物半導体層であって、ｐ型物質層で形成する
ことが望ましい。
前記活性層は、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１そしてｘ＋ｙ≦１）
系列のＩＩＩ−Ｖ族窒化化合物半導体層であって、ｎ型物質層またはドーピングされてい
ない物質層で形成する。
前記第１段階において、前記基板はサファイヤ基板で形成することが望ましい。
前記第２段階は、前記基板の背面を処理する段階と、前記活性層に対応する背面領域を
周辺部に比べて薄くドライエッチングする段階と、を含むが、前記基板の背面をグライン
ディング、ラッピングまたはポリシング方法を利用して処理し、Ｃｌ2、ＢＣｌ3、Ａｒ、
Ｏ2及びＨＢｒのうち少なくとも一つのガスを含む気体でドライエッチングする。
ここで、前記活性層をブルー光を放出する半導体化合物層に形成し、前記蛍光層を前記
ブルー光の一部を吸収してイエロー光に変化させる蛍光物質で形成できるが、前記蛍光物
質はＹ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｓｍのうち一つ以上の元素及びＡｌ、Ｇａ、Ｉｎのう
ち一つ以上の元素を含むＣｅに活性化されたガーネット系蛍光体で形成することが望まし
い。
または、前記活性層を紫外線を放出する半導体化合物層で形成し、前記蛍光層を前記紫
外線の一部を吸収してレッド、グリーン及びブルー光に変化させる蛍光物質で形成できる
が、前記蛍光物質はＹ2Ｏ3Ｅｕ3+Ｂｉ3+、Ｙ2Ｏ2Ｓを含むレッド蛍光体、（Ｂａ1-x-y-z
ＣａxＳｒyＥｕz）（Ｍｇ1-wＺｎw）Ｓｉ2Ｏ7、ＺｎＳ：Ｃｕを含むグリーン蛍光体、Ｓ
ＥＣＡ（（Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａ）5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕ2+）、ＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ10Ｏ1
7：Ｅｕ2+）を含むブルー蛍光体を含むことが望ましい。
前記第３段階は、前記蛍光物質は前記基板の背面に配置またはスピンコーティングすることが望ましい。
前記課題を達成するために本発明はまた、光透過性の基板の上面に活性層を有する半導
体物質層を積層してパターニングした後に電極を形成する第１段階と、前記基板の背面に
蛍光物質を塗布して相異なる厚さ分布を有する蛍光層を形成することによって複数の発光
ダイオードを有する発光ダイオード構造体を製造する第２段階と、前記発光ダイオード構
造体の連結部分を分離して複数の発光ダイオードを形成する第３段階と、を含むことを特
徴とする発光ダイオードの製造方法を提供する。
前記第１段階において、前記半導体物質層は前記基板の上面に第１化合物半導体層、活
性層及び第２化合物半導体層を順次に積層して形成する。
前記第１化合物半導体層は、ＧａＮ系列のＩＩＩ−Ｖ族窒化化合物半導体層であって、
ｎ型物質層またはドーピングされていない物質層で形成し、前記第２化合物半導体層は、
ＧａＮ系列のＩＩＩ−Ｖ族窒化化合物半導体層であって、ｐ型物質層で形成する。
前記活性層は、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１そしてｘ＋ｙ≦１）
系列のＩＩＩ−Ｖ族窒化化合物半導体層であって、ｎ型物質層またはドーピングされてい
ない物質層で形成する。
前記第１段階において、前記基板はサファイヤ基板で形成することが望ましい。
前記第２段階は、前記基板の背面に前記蛍光物質を配置またはスピンコーティングして第１蛍光層を形成する段階と、前記第１蛍光層の上部に所定形態のマスクを位置させ、蛍光物質を塗布して第２蛍光層を形成することによって全体的に相異なる厚さ
分布を有する蛍光層を形成する段階と、を含むことが望ましい。
ここで、前記活性層をブルー光を放出する半導体化合物層で形成し、前記蛍光層を前記
ブルー光の一部を吸収してイエロー光に変化させる蛍光物質で形成できるが、前記蛍光物
質はＹ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｓｍのうち一つ以上の元素及びＡｌ、Ｇａ、Ｉｎのう
ち一つ以上の元素を含むＣｅに活性化されたガーネット系蛍光体で形成することが望まし
い。
または、前記活性層を紫外線を放出する半導体化合物層で形成し、前記蛍光層を前記紫
外線の一部を吸収してレッド、グリーン及びブルー光に変化させる蛍光物質で形成できる
が、この場合に前記蛍光物質はＹ2Ｏ3Ｅｕ3+Ｂｉ3+、Ｙ2Ｏ2Ｓを含むレッド蛍光体、（Ｂ
ａ1-x-y-zＣａxＳｒyＥｕz）（Ｍｇ1-wＺｎw）Ｓｉ2Ｏ7、ＺｎＳ：Ｃｕを含むグリーン蛍
光体、ＳＥＣＡ（（Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａ）5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕ2+）、ＢＡＭ（ＢａＭｇ
Ａｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+）を含むブルー蛍光体を含むことが望ましい。
本発明は基板の背面をエッチングするか、またはエッチングせずに背面上に蛍光層を相
異なる厚さで塗布した発光ダイオードを提供し、活性層で生成されたブルー光が発光する
比率及び蛍光層からブルー光を吸収してイエロー光に発光する比率を蛍光層の相異なる厚
さ分布に調節して均一なプロファイルのホワイト光を出射できる。ここで、活性層でブル
ー光の代わりに紫外線を発光する場合、紫外線を発光する比率及び紫外線を吸収してレッ
ド、グリーン及びブルー光に変化させる蛍光物質を含む蛍光層からレッド、グリーン及び
ブルー光が発光する比率を調節して均一なプロファイルのホワイト光を出射できる。
本発明の発光ダイオードは、基板を相異なる厚さ分布にエッチングして基板上に蛍光物
質を相異なる厚さ分布に塗布するか、あるいは同じ厚さを有する基板上に蛍光物質を相異
なる厚さ分布に形成して、活性層で生成される光を蛍光層の厚さによって相異なる波長帯
域の光が出射される比率を変化させて均一なプロファイルのホワイト光を生成できる。ま
た、本発明の発光ダイオードの製造方法は基板の背面をエッチングするか、あるいはその
上部に蛍光物質を全体的に配置またはスピンコーティングする簡単な工程を通じて発光ダイオードを量産できる。
以下、本発明の実施例による発光ダイオード及びその製造方法を図面を参照して詳細に
説明する。
図３は、本発明の実施例による発光ダイオードの構造を示す断面図である。図３を参照
すれば、本発明の実施例による発光ダイオード５０は、基板５１と、基板５１の上面に順
次に積層された第１化合物半導体層５３、活性層５７及び第２化合物半導体層５５を備え
る。第１化合物半導体層５３の段差が形成された部分にはｎ型電極５４が位置し、第２化
合物半導体層５５の上面にはｐ型電極５２が位置して電子及び正孔を各々活性層５７に供
給する。
基板５１は、高抵抗で、光透過性の基板であり、このような基板としてサファイヤ基板
が主に利用される。基板５１の背面は所定領域で基板５１の厚さが薄くエッチングされる
。望ましくは基板５１の背面をエッチングしてエッチングホール５６ａを形成して基板５
１に相異なる厚さ分布を有させる。すなわち、エッチングホール５６ａの周辺部５６ｂは
基板５１が相対的に厚い分布を有する。基板５１の厚さ分布を相異ならしめることによっ
て基板５１の背面にスピンコーティングされる蛍光層５９の厚さ分布が相異になる。
第１化合物半導体層５３は、レージングできるＧａＮ系列のＩＩＩ−Ｖ族の窒化物半導
体層であって、直接遷移型であることが望ましいが、導電性の不純物がドーピングされる
場合、ＧａＮ層を使用することが望ましくて、導電性不純物がドーピングされていない場
合、第２化合物半導体層５５と同じ物質を使用することが望ましい。第１化合物半導体層
５３は、第１クラッド層（図示せず）がその上面にさらに積層でき、第１クラッド層とし
ては所定の屈折率を有するｎ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層が望ましいが、レージングのための
他の化合物半導体層でありうる。
第２化合物半導体層５５は、ＧａＮ系列のＩＩＩ−Ｖ族の窒化物半導体層であって、ｐ
型導電性不純物がドーピングされた直接遷移型であることが望ましくて、そのうち特にｐ
−ＧａＮ層が望ましい。導電性不純物がドーピングされていない場合、ＧａＮ層、Ａｌま
たはＩｎを所定割合で含有したＡｌＧａＮ層やＩｎＧａＮ層を使用できる。
活性層５７は、第１化合物半導体層５３の上面に積層される。活性層５７は電子−正孔
のキャリヤ再結合によってレージングが起こる物質層であって、多重量子ウェル構造を有
するＧａＮ系列のＩＩＩ−Ｖ族の窒化物半導体層であることが望ましく、そのうち特にＩ
ｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１そしてｘ＋ｙ≦１）であるＧａＮ系列の
ＩＩＩ−Ｖ族の窒化物半導体層であって、多重量子ウェル（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａ
ｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）構造であることがさらに望ましい。
活性層５７の上下には第１導波路層及び第２導波路層（図示せず）がさらに積層されて
活性層５７から放出される光を増幅させることによって増加した光強度を有する光に発振
させうる。第１及び第２導波路層は、活性層５７より屈折率が小さな物質に形成するが、
例えば、ＧａＮ系列のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層で形成することが望ましい。第１導波
路層はｎ−ＧａＮ層で、第２導波路層はｐ−ＧａＮ層で形成する。活性層５７は、望まし
くは臨界電流値が小さくて、横モードの特性が安定した光を発振できる物質層を使用する
。活性層５７としてＡｌが所定比率含まれたＡｌＧａＮ層を使用することが望ましい。
第２化合物半導体層５５は、活性層５７の上面に積層され、第２導波路層より屈折率が
低い第２クラッド層（図示せず）が第２化合物半導体層５５及び活性層５７間にさらに形
成されうる。第２クラッド層は、第１クラッド層がｎ型化合物半導体層であれば、ｐ型化
合物半導体層で形成し、第１クラッド層がｐ型化合物半導体層であれば、ｎ型化合物半導
体層で形成する。すなわち、第１クラッド層がｎ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層であれば、第２
クラッド層はｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層で形成する。
第１化合物半導体層５３の段差が形成された二つの部分にｎ型電極５４が対に配線され
、第２化合物半導体層５５の上面にはｐ型電極５２が配線されて各々第１化合物半導体層
５３には電子を注入し、第２化合物半導体層５５には正孔を注入する。注入された電子及
び正孔は活性層５７で合って消滅しつつ短波長帯域の光を発振させる。波長帯域によって
発光する光の色合いが変わるが、波長帯域は発光ダイオード５０を形成する物質による伝
導帯及び価電子帯間のエネルギー幅によって決定される。
ＩＩＩ−Ｖ窒化物は、青色、緑色及び紫外線領域の光を放出する半導体物質層として使
われる。本発明はＩＩＩ−Ｖ窒化物のうち特にＧａＮ系半導体を使用して活性層５７から
ブルー波長帯域（４２０〜４７０ｎｍ）の光または紫外線を生成し、放出されたブルー光
を基板５１の背面に塗布された蛍光層５９に通過させる。生成されたブルー光の一部は蛍
光層５９に吸収されて吸収されたブルー光の波長とは異なる波長帯域、例えば、イエロー
光に放出され、吸収されていない光は固有の波長帯に放出される。
蛍光物質は、所望の光の波長帯域によって多様に使用できる。発光ダイオードがブルー
波長帯域の光を生成する窒化物半導体で形成される場合、イエロー光に変化させる蛍光物
質ではＹ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｓｍのうち一つ以上の元素及びＡｌ、Ｇａ、Ｉｎの
うち一つ以上の元素を含み、Ｃｅに活性化されたガーネット系蛍光体を含む物質を使用す
る。発光波長を調節するためにＹ、Ａｌ、ガーネット系蛍光体において、Ｙの一部がＧａ
に置換され、置換量が相異なる第１蛍光体及び第２蛍光体を含みうる。
波長が４２０〜４７０ｎｍ程度のブルー光を放出する活性層を備える発光ダイオードで
は、レッド光（６１０〜６２５ｎｍ）に変化させる蛍光物質としてＹ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ3+、Ｂ
ｉ3+、ＹＶＯ4：Ｅｕ3+、Ｂｉ3+、ＳｒＳ：Ｅｕ2+、ＳｒＹ2Ｓ4：Ｅｕ2+、ＣａＬａ2Ｓ4
：Ｃｅ3+、（Ｃａ、Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ2+を使用でき、グリーン光（５３０〜５５５ｎｍ）に
変化させる蛍光物質としてＹＢＯ3：Ｃｅ3+、Ｔｂ3+、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+、Ｍ
ｎ2+、（Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ）（Ａｌ、Ｇａ）2Ｓ4：Ｅｕ2+の物質を使用できるが、この以
外にレッド光またはグリーン光を放出するいかなる蛍光物質も使用できる。
発光ダイオードが紫外線を生成する窒化物半導体で形成される場合、前記蛍光物質はＹ
2Ｏ3Ｅｕ3+Ｂｉ3+、Ｙ2Ｏ2Ｓを含むレッド蛍光体、（Ｂａ1-x-y-zＣａxＳｒyＥｕz）（Ｍ
ｇ1-wＺｎw）Ｓｉ2Ｏ7、ＺｎＳ：Ｃｕを含むグリーン蛍光体、ＳＥＣＡ（（Ｓｒ、Ｂａ、
Ｃａ）5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕ2+）、ＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+）を含むブル
ー蛍光体を含ませて相異なる厚さ分布を有する基板の背面領域にエッチングできる。活性
層５７から放出される紫外線は蛍光層５９を過ぎつつレッド、グリーン及びブルー光に変
化し、発光ダイオードを出射する最終光はホワイト光となる。
本発明では蛍光層５９が塗布される基板５１の背面を図３に示されたようにエッチング
してエッチングホール５６ａを形成するので、エッチングホール５６ａに充填される蛍光
層５９は周辺部５６ｂに比べてさらに厚く塗布される。活性層５７から放出された光は厚
い蛍光層５９を通過しつつ、蛍光物質にさらに多く吸収されうるので、周辺部５６ｂに比
べて波長帯域が変換された光がさらに多く放出される。
従来の発光ダイオードでは蛍光層を形成する物質を変化させることによって光の波長帯
域を調節したが、本発明では蛍光層５７の厚さを適切に変化させて多様な波長帯域の光を
発生できる。また、基板５１のエッチングホール５６ａの形態を変形させて光輝度を向上
できる。すなわち、エッチングホール５６ａの傾斜面の角度及び面曲率を調節して基板５
１を通過して蛍光層５９に入射する光の入射量を調節できる。
図４は、本発明の第２実施例による発光ダイオードを示す断面図であって、エッチング
ホールの数を複数に増加させた場合を示す。
図４を参照すれば、基板６１の背面はエッチングされて複数のエッチングホール６６ａ
が形成されており、基板６１のエッチングホール６６ａを充填できるように蛍光層６９を
塗布すれば、示されたような発光ダイオードの構造が形成される。
半導体物質層６５の活性層６７で生成されるブルー光または紫外線は、基板６２を通過
して蛍光層６９に入射するが、エッチングホール６６ａ側に入射した光は周辺部６６ｂに
入射した光より厚い蛍光層６９を通過するので、蛍光層６９に含まれた蛍光物質を励起さ
せる確率が大きい。すなわち、エッチングホール６６ａに充填された蛍光層６９を通過し
て出射する光は元来の光、すなわちブルー光または紫外線が他の波長帯域の光、すなわち
イエロー光またはレッド、グリーン、ブルー光に変化して出射する確率が大きい。周辺部
６６ｂの上面に塗布された蛍光層６９を通過する光は元来の光、すなわちブルー光または
紫外線に通過する確率が大きい。
したがって、エッチングホール６６ａの数及び深さを適切に調節して蛍光層６９の厚さ
分布を調節して半導体物質層６５の活性層６７で生成される元来の光を他の波長帯域の光
に変化させて均質のホワイト光を生成できる。
図４において、６２はｐ型電極、６４はｎ型電極であり、発光ダイオードを構成する各
化合物半導体層の材料、性質及び機能は、本発明の第１実施例による発光ダイオードにつ
いての説明と同じである。
図５は、本発明の第３実施例による発光ダイオードの構造を示す断面図である。
図面を参照すれば、基板７１は同じ厚さ分布を有し、基板７１の背面に第１蛍光層７９
ａが塗布され、第１蛍光層７９ａの一部領域に第２蛍光層７９ｂが形成されて、蛍光層は
全体的に相異なる厚さ分布を有する。７２はｐ型電極、７４はｎ型電極、７５は半導体物
質層である。
図６は、本発明の第４実施例による発光ダイオードの構造を示す断面図である。
図面を参照すれば、基板８１は同じ厚さ分布を有し、基板８１の背面に第１蛍光層８９
ａが塗布され、第１蛍光層８９ａの一部領域に第２蛍光層８９ｂが複数のストライプ型に
形成されて、蛍光層は全体的に相異なる厚さ分布を有する。７２はｐ型電極、７４はｎ型
電極、７５は半導体物質層である。ここで、第２蛍光層８９ｂはドット状に形成されても
良い。
前記本発明の第３及び第４実施例において、発光ダイオードを構成する各半導体物質層
の材質、性質及び機能についての説明は、本発明の第１実施例による発光ダイオードでの
説明と同じであり、蛍光層７９ａ，７９ｂ，８９ａ，８９ｂの厚さ分布を相異ならしめる
ことによってホワイト光を形成させる原理も類似している。本発明の第１及び第２実施例
による発光ダイオードは、基板をエッチングすることによって蛍光層が相異なる厚さ分布
を有するように形成したが、本発明の第３及び第４実施例による発光ダイオードでは蛍光
層を第１蛍光層７９ａ，８９ａ及び第２蛍光層７９ｂ，８９ｂに形成して相異なる厚さ分
布を有するように形成する。
本発明の第３及び第４実施例による発光ダイオードで、半導体物質層７５，８５の活性
層７７，８７で生成されたブルー光または紫外線は、基板７１の背面に形成された第１及
び第２蛍光層７９ａ，７９ｂ，８９ａ，８９ｂを全て通過する場合には第１蛍光層７９ａ
，８９ａだけを通過する場合より波長帯域が変化した光が生成される確率が高くてイエロ
ー光またはレッド、グリーン、ブルー光に変化して出射される確率が大きい。第２蛍光層
７９ｂ，８９ｂの厚さ及び数を適切に調節して均一なプロファイルを有するホワイト光を
生成できる。
本発明の第１ないし第４実施例による発光ダイオードで提示された形態は、一例示に過
ぎず、エッチングホールの形態や数、蛍光層の厚さ及び形態は多様に形成されうる。
図７Ａないし図７Ｄは、本発明の実施例による発光ダイオードの製造方法を示す工程図
である。
まず、図７Ａに示されたように、基板５１の上面に順に第１化合物半導体層５３、活性
層５７及び第２化合物半導体層５５を積層した後、示されたように第１化合物半導体層５
３に段差が形成されるようにフォトリソグラフィ工程を実施してパターニングする。次い
で、第１化合物半導体層５３の上面にｎ型電極５４をストライプ型に配線し、第２化合物
半導体層５５の上面にｐ型電極５２を配線する。
次いで、図７Ｂに示されたように、基板５１の背面にウェット工程を実施して蛍光層５
７に対応するエッチングホール５６ａを形成する。基板５１をエッチングする前に、まず
基板５１の背面をグラインディング、ラッピングまたは、ポリシングする。その後、基板
５１上にマスク層を形成し、エッチングホール５６ａに対応するマスクパターンを形成す
る。このマスクパターンをエッチングマスクとして基板５１をＣｌ2、ＢＣｌ3、Ａｒ、Ｏ
2、ＨＢｒのうち少なくとも一つのガスを含む気体でエッチングすれば、示されたような
エッチングホール５６ａが形成される。
図９Ａ及び図９Ｂは、サファイヤ基板をエッチングして形成されたエッチングホールを
示す。図９Ａは、サファイヤ基板を広くエッチングして形成されたエッチングホール５６
ｃを示し、図９Ｂはサファイヤ基板を狭くて深くエッチングして形成されたエッチングホ
ール５６ｄを示す。エッチングホール５６ｃ，５６ｄは塗布される蛍光層の厚さを考慮し
て深さ及び幅を決定する。ここでは、基板のエッチングホール５６ｃ，５６ｄの後退され
た深さは約５０μｍ程度、幅は約２５０〜５００μｍ程度にエッチングする。
また、図７Ｃを参照すれば、エッチングホール５６ａを形成した後、エッチングホール
５６ａ及びその周辺部５６ｂ上に蛍光物質を全体的に配置法またはスピンコーティング法を利用して示されたような蛍光層５９を形成することによって発光ダイオード構造体５８を製作する。本発明は、発光ダイオード基板５１の全体に一回の工程で蛍光層５９を均等に塗布できるので、工程が簡単である。
図１０Ａ及び１０Ｂは、図９Ａ及び９Ｂに各々示されたエッチングホール５６ｃ，５６
ｄが形成された基板の背面上に蛍光物質を塗布した発光ダイオードを有するＹＡＧ蛍光層
５９ｃ，５９ｄの写真である。図面で、エッチングホール内にＹＡＧ蛍光層５９ｃ，５９
ｄが白く示される。
最後に、図７Ｄに示されたように、発光ダイオード構造体５８の連結部分を分けて複数
の発光ダイオード５０を製造する。
図８Ａないし８Ｅは、本発明の第２実施例による発光ダイオードの製造方法を示す工程
図である。
まず、図８Ａに示されたように、基板７１の上面に順に第１化合物半導体層７３、活性
層７７及び第２化合物半導体層７５を積層した後、示されたように第１化合物半導体層７
３に段差が形成されるようにフォト工程を実施してパターニングする。次いで、第１化合
物半導体層７３の上面にｎ型電極７４をストライプ型に配線し、第２化合物半導体層７５
の上面にｐ型電極７２を配線する。
次いで、図８Ｂに示されたように、基板７１の背面に第１蛍光層７９ａをディスポージ
ングまたはスピンコーティングを利用して塗布し、図８Ｃに示されたようにその上部に所
定形態のマスク７６を位置させた後、マスク７６の上部に第２蛍光層７９ｂを塗布し、図
８Ｄに示されたように相異なる厚さ分布の蛍光層を有する発光ダイオード構造体７８が形
成される。発光ダイオード構造体７８を図８Ｅに示されたように、分離させれば所望の発
光ダイオードを製造できる。
前述した説明で多くの事項が具体的に記載されているが、それは特許請求の範囲を限定
するものではなく、望ましい実施例の例示として解釈しなければならない。本発明は説明
された実施例によってではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想によって決まら
なければならない。
本発明によって製造された発光ダイオードは産業用または医療用レーザ、レーザ部品、
３Ｄ計測システム、２Ｄレーザースキャニングシステム、レーザーモニタリングシステム
及び各種のレーザ応用システム、例えばマーキング、カッティング、ウェルディング、ア
ブレーション、スクライビングシステムに装着されうる。
従来のホワイト光を放出する発光ダイオードの断面図である。 特許文献１に開示された発光ダイオードの断面図である。 本発明の第１実施例による発光ダイオードを示す断面図である。 本発明の第２実施例による発光ダイオードを示す断面図である。 本発明の第３実施例による発光ダイオードを示す断面図である。 本発明の第４実施例による発光ダイオードを示す断面図である。 本発明の第１実施例による発光ダイオードの製造方法を示す工程図である。 本発明の第１実施例による発光ダイオードの製造方法を示す工程図である。 本発明の第１実施例による発光ダイオードの製造方法を示す工程図である。 本発明の第１実施例による発光ダイオードの製造方法を示す工程図である。 本発明の第２実施例による発光ダイオードの製造方法を示す工程図である。 本発明の第２実施例による発光ダイオードの製造方法を示す工程図である。 本発明の第２実施例による発光ダイオードの製造方法を示す工程図である。 本発明の第２実施例による発光ダイオードの製造方法を示す工程図である。 本発明の第２実施例による発光ダイオードの製造方法を示す工程図である。 本発明の第１実施例による発光ダイオードのエッチングされた基板を示す写真である。 本発明の第１実施例による発光ダイオードのエッチングされた基板を示す写真である。 図９Ａに示された基板の背面に蛍光層を形成した写真である。 図９Ｂに示された基板の背面に蛍光層を形成した写真である。
５１ 基板
５２ ｐ型電極
５３ 第１化合物半導体層
５４ ｎ型電極
５５ 第２化合物半導体層
５６ａ エッチングホール
５６ｂ 周辺部
５７ 活性層
５９ 蛍光層

Claims (23)

  1. 光透過性の基板と、
    前記基板の上面に、光を放出するために積層された第１化合物半導体層、活性層、および第２化合物半導体層と、
    前記基板の背面に前記第１化合物半導体層に対応する部分を覆うように形成され、前記活性層から生成された光を受けて前記基板とは反対側に光を放出する蛍光層と、を備え、
    前記基板は、相対的に厚い領域および複数の相対的に薄い領域を有し、前記厚い領域は平坦な面を有し、前記複数の薄い領域は前記厚い領域の平坦な面がエッチングされて形成され、
    前記蛍光層は、前記基板における前記厚い領域において薄く形成され、前記複数の薄い領域において厚く形成されることを特徴とする発光ダイオード。
  2. 前記基板の背面における前記第１化合物半導体層に対応する部分は、前記相対的に厚い領域および前記相対的に薄い領域を有する請求項１に記載の発光ダイオード。
  3. 前記基板は、縦断面において幅が２５０〜５００μｍの前記相対的に薄い領域が形成される請求項１または２に記載の発光ダイオード。
  4. 前記基板の上面側において、前記第１化合物半導体層の前記基板とは反対側の上面の領域に電子を注入する電極が複数形成され、前記第２化合物半導体層の前記基板とは反対側
    の上面の領域に正孔を注入する電極が形成される請求項１ないし３のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
  5. 前記基板の前記相対的に薄い領域と前記相対的に厚い領域の境界は、傾斜面を有する請求項１ないし４のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
  6. 光透過性の基板と、
    前記基板の上面に、光を放出するために積層された第１化合物半導体層、活性層、および第２化合物半導体層と、
    前記基板の背面に前記第１化合物半導体層に対応する部分を覆うように形成され、前記活性層から生成された光を受けて前記基板とは反対側に光を放出する蛍光層と、を備え、
    前記基板は、相対的に厚い領域および複数の相対的に薄い領域を有し、前記厚い領域は平坦な面を有し、前記複数の薄い領域は前記厚い領域の平坦な面がエッチングされて形成され、
    前記蛍光層は、前記基板における前記厚い領域において薄く形成され、前記複数の薄い領域において厚く形成され、
    前記基板の上面側において、前記第１化合物半導体層の前記基板とは反対側の上面の領域に電子を注入する電極が複数形成され、前記第２化合物半導体層の前記基板とは反対側の上面の領域に正孔を注入する電極が形成される発光ダイオード。
  7. 前記第１化合物半導体層は段差が形成され、前記第２化合物半導体層が形成されない段の領域に、前記電極が形成される請求項６に記載の発光ダイオード。
  8. 前記基板は、前記基板の背面における前記第１化合物半導体層に対応する部分は、相対的に厚い領域および相対的に薄い領域を有する請求項６または７に記載の発光ダイオード。
  9. 前記基板は、縦断面において幅が２５０〜５００μｍの前記相対的に薄い領域が形成される請求項８に記載の発光ダイオード。
  10. 前記蛍光層は、無機蛍光材料を含む請求項１ないし９のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
  11. 前記基板は、サファイヤ基板である請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
  12. 前記第１化合物半導体層は、ｎ型ドープまたはアンドープのＧａＮ系列のＩＩＩ−Ｖ族窒化物化合物半導体層である請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
  13. 前記第２化合物半導体層は、ｐ型ドープのＧａＮ系列のＩＩＩ−Ｖ族窒化物化合物半導体層である請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
  14. 前記活性層は、ｎ型ドープまたはアンドープのＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ
    ≦１、０≦ｙ≦１、およびｘ＋ｙ≦１）系列の化合物半導体層である請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
  15. 前記活性層は、ブルー光を放出し、前記蛍光層は前記ブルー光の一部をイエロー光に変化させてホワイト光を形成する請求項１ないし１４のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
  16. 前記活性層は、波長が４２０〜４７０ｎｍのブルー光を放出し、
    前記蛍光層は、前記ブルー光の一部をレッド光に変化させる蛍光物質とグリーン光に変化させる蛍光物質のうち少なくとも一つを含む請求項１ないし１５のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
  17. 前記蛍光層は、発光波長が相異なる第１蛍光体及び第２蛍光体を含む請求項１ないし１６のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
  18. 前記蛍光層は、イットリウム、ルテチウム、スカンジウム、ランタン、ガドリニウム、およびサマリウムで構成されるグループのうち少なくとも一つの元素を含み、かつ、アルミニウム、ガリウム、およびインジウムで構成されるグループのうち少なくとも一つの元素を含み、セリウムに活性化されたガーネット系蛍光材料を含む無機蛍光材料で形成された請求項１５ないし１７のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
  19. 前記活性層は、紫外線を放出し、前記蛍光層は前記紫外線を吸収してレッド、グリーンまたはブルー光に変化させてホワイト光を形成する請求項１ないし１４のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
  20. 前記蛍光層は、レッド蛍光材料およびグリーン蛍光材料のうちの少なくとも１つから形成され、
    前記レッド蛍光材料は、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋，Ｂｉ３＋、ＹＶＯ４：Ｅｕ３＋，Ｂｉ３＋、ＳｒＳ：Ｅｕ２＋、ＳｒＹ２Ｓ４：Ｅｕ２＋、ＣａＬａ２Ｓ４：Ｃｅ３＋、および（Ｃａ，Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ２＋のうちの少なくとも１つの蛍光材料を含み、前記グリーン蛍光材料は、ＹＢＯ３：Ｃｅ３＋，Ｔｂ３＋、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋、（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）（Ａｌ，Ｇａ）２Ｓ４：Ｅｕ２＋のうちの少なくとも１つの蛍光材料を含む請求項１９に記載の発光ダイオード。
  21. 前記蛍光層は、イットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）系蛍光材料で形成された請求項１ないし９のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
  22. 光透過性の基板の上面に第１化合物半導体層、活性層、および第２化合物半導体層を積層し、前記第１化合物半導体層上に前記活性層および前記第２化合物半導体層を残すようにパターニングした後、前記第１化合物半導体層上の前記活性層および前記第２化合物半導体層が形成されていない前記第１化合物半導体層が露出した部分および前記第２化合物半導体層上に電極を形成する第１段階と、
    前記基板の一部の背面領域を、周辺部に比べて複数の相対的に薄い領域を形成する第２段階と、
    前記複数の相対的に薄い領域を充填するように前記基板の背面全面に蛍光物質を塗布して、前記蛍光物質が前記複数の相対的に薄い領域内で厚く、前記複数の相対的に薄い領域外で薄くなり、
    前記活性層から生成された光を受けて前記基板とは反対側に光を放出する蛍光層を形成することによって発光ダイオード構造体を製造する第３段階と、を含み、
    前記周辺部は平坦な面を有し、前記厚い領域に属し、
    前記第１段階は、前記第１化合物半導体層上に前記電極を複数形成する発光ダイオードの製造方法。
  23. 前記第３段階は、
    前記蛍光物質を前記基板の背面に配置またはスピンコーティングする請求項２２に記載の発光ダイオードの製造方法。
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